KR100680018B1 - 터빈 및 그와 유사한 회전 장치용의 개선된 브러시 시일구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 축류 터빈에 있어서 단 사이에 후퇴 가능한 패킹 및 브러시 시일이 마련된다. 상기 후퇴 가능한 패킹에는, 정상 작동 시에는 폐쇄되고 시동 및 정지 시에는 팽창해서 간극이 커지는 고리를 형성하는 분리된 패킹 세그먼트가 마련된다. 각 패킹 세그먼트에는 브러시 시일이 마련되어, 정상 작동 시에 세그먼트가 폐쇄되면 브러시 시일이 마찬가지로 고리를 형성한다. 패킹 세그먼트의 단부들은 중심축으로부터 연장되는 반경을 따라 절단되며, 브러시 시일 세그먼트의 단부들은 그것들이 위치하는 패킹 세그먼트의 단부와 평행하지 않도록 경사져 있다.

Description

터빈 및 그와 유사한 회전 장치용의 개선된 브러시 시일 구조 {IMPROVED BRUSH-SEAL DESIGNS FOR TURBINES AND SIMILAR ROTARY APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 증기 터빈 및 가스 터빈과 같은 터빈을 비롯해서 작동 유체의 팽창을 통해 동력을 추출하는 기타 장치에 사용되는 개선된 브러시 시일 구조에 관한 것이다.

축류(軸流) 증기 터빈과 같은 축류 탄성 유체 터빈을 사용하는 것은 우리 사회에서 전력을 생산하는 데에 중요한 역할을 한다. 종종, 전형적인 발전소에서는 하나 이상의 발전기를 각각 구동하는 증기 터빈이 다수 있게 된다.

일반적으로, 각각의 증기 터빈은 하우징 또는 케이싱에 수용된 베어링에 의해 지지되는 회전축을 포함한다. 과열 증기(증기 터빈의 경우에는 과열된 수증기, "가스" 터빈의 경우에는 탄화수소 연소 가스)의 운동량을 이용해서 회전축을 회전시키기 위해, 회전축의 축선을 따라 일련의 터빈 단이 직렬로 배치된다. 터빈에 동력을 공급하는 증기를 생성하기 위해, 전형적으로는 터빈 케이싱 외부에 위치하는 보일러가 제공된다. 터빈 케이싱 외부에는 증기를 보일러로부터 터빈으로 도입하기 위해 사용되는 증기 파이프가 위치한다. 터빈은 작동 압력 또는 압력 범위에 의해 분류하는 것이 전형적이다. 터빈 케이싱의 단부에는 슈라우드(shroud)라고 부르는 좁아지는 케이싱이 부착된다. 슈라우드의 단부에는 보일러로부터 증기 파이프에 연결되는 파이프[스나우트(snout) 파이프]가 위치한다. 스나우트 파이프를 증기 파이프에 밀봉하는 것은 스나우트 링이라고 부르는 시일 링에 의해 이루어진다. 이 스나우트 링은 서로 맞물리는 2개조의 링을 포함하며, 그 중 한 조는 스나우트 파이프 외부에 위치하고, 나머지 조는 스나우트 파이프가 도입되는 증기 파이프 내부에 위치한다. 이 형태의 팽창 연결부의 일례가 밀러(Miller)의 미국 특허 제2,863,632호(이 명세서의 내용을 본 명세서에 참고로 인용함)에 개시되어 있다.

터빈의 각 압력단에는 터빈 회전자가 있다. 각 회전자는 복수 개의 블레이드를 포함하며, 이들 블레이드는 그 테넌(tenon) 부분에 고정되어 원주 방향으로 연장되는 슈라우드 밴드(즉, 커버)를 향해 회전축으로부터 반경 방향으로 예정된 거리만큼 연장된다. 고정 다이어프램이 터빈 케이싱에 형성된 원주 방향 연결부 내에서 각 회전자 뒤에 설치된다. 고정 다이어프램의 내부 구조는 회전자 둘레에 원주 방향으로 배치된 증기 노즐의 고리를 형성한다. 이들 노즐은 관련 회전자에서의 블레이드와 동일한 반경 방향 위치에 있다. 상기 노즐은 압력단으로 유입되는 증기(또는 다른 작동 유체)를 블레이드로 안내한다. 각 터빈 회전자의 슈라우드 밴드와의 "선단 시일"을 형성하기 위해서, 스필스트립 세그먼트(spillstrip segment)의 고리가 회전하는 슈라우드 밴드(이 슈라우드 밴드는 블레이드에 부착되고, 이 블레이드는 회전하는 회전자에 고정됨)로 연장되는 패킹으로 각 압력단에서 고정 다이어프램으로부터 지지된다. 증기가 터빈을 통과함에 따라 증기의 선운동량의 일부가 각 터빈 단에서 회전자 블레이드의 각운동량으로 변환되어 터빈축에 토크를 인가한다. 하류 단에서는 압력이 감소한 작동 유체로부터 운동 에너지를 추출하기 위해 회전자 블레이드의 길이와 관련 다이어프램의 크기를 증가시킬 필요가 종종 있다.

터빈 설계에서의 주된 문제는 터빈 내에서 증기 유로(流路)를 따라 여러 고정 성분과 회전 성분 사이에서 증기를 밀봉하는 것의 품질과 관련되어 있다. 일반적으로, 터빈의 효율을 높이기 위해서는 터빈 내에서 증기를 밀봉해야 하는 장소가 몇 군데 있다.

증기 밀봉이 필요한 첫 번째 위치는 각 회전자의 바깥쪽 부분과 관련 다이어프램 사이로, 이를 위해서 미국 특허 5,547,340호(이 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용함)에 개시된 형태의 세그먼트형 스필스트립 링이 사용되어 왔다. 시동 동작 중에, 회전자가 그 축선 둘레로 저주파수 모드로 동작하면, 스필스트립 세그먼트를 따라 돌출하는 강성의 핀형 구조(즉, 핀 시일)의 선단은 해당 회전자의 슈라우드 밴드와 마찰하거나 및/또는 그 내부로 침입해서 시동 과정 중에 손상을 일으킨다. 그러한 마찰 작용에 대비한 유일한 안전 장치는 스필스트립 상의 핀의 선단 부분과 회전자의 슈라우드 밴드 사이에 충분한 간극이 존재하도록 스필스트립을 설계하는 것이었다. 그러나, 이 접근 방법은 선단 시일을 열화시켜 증기가 간극 구역을 통과하고, 또한 회전자의 블레이드를 통과하는 것이 아니라 그 위로 통과하게 함으로써 터빈의 성능을 저하시켰다.

증기 밀봉이 필요한 두 번째 위치는 회전자와 터빈축 사이이다. 일반적으로, 그러한 구역에 밀봉을 형성하는 것은 각 터빈단에서 회전자와 터빈축 사이에 세그먼트형 패킹을 설치하는 방식으로 수년간 시도되었다. 상기 패킹은 일부에 다중 열의 핀(즉, 밀봉 이빨)이 있는 제1 링 구조와, 상기 핀에 해당하는 다중 열의 표면 돌기가 있는 제2 링 구조로 구성되는 것이 전형적이다. 상기 제1 링 구조는 해당 다이어프램으로부터 장착되고, 제2 링 구조는 터빈축에 장착되는 것이 전형적이다. 그리고, 상기 핀과 표면 돌기의 열이 서로 일치하도록 정합됨으로써 압축 증기에 대해 임피던스가 높은 흐름 경로를 제공하는 미로형 시일을 형성한다. 그러나, 시동 동작 중에 터빈 축선 둘레로 저주파수 모드로 동작하면 각 열의 핀의 선단 부분이 반경 방향 외측 및 내측으로 이동하게 되는 경향이 있다. 또한, 고온의 작동 유체가 터빈 단으로 유입되어 각 단이 작동 온도까지 가열됨에 따른 열팽창의 차이로 인해 패킹에 대한 손상이 악화될 수 있다. 그러한 패킹 핀 구조에서 마찰과 손상을 피하기 위해서는, 시동 동작 중에 선단의 마찰을 피하기 위해 핀과 표면 돌기가 충분한 간극을 갖도록 설계해야 한다. 그러나, 그렇게 설계하면 미로형 시일의 품질이 필연적으로 저하된다.

브랜든(Brandon)에게 허여된 미국 특허 제4,436,311호 및 제5,395,124호(이들 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용함)에서는, 패킹 링 구조 핀 선단의 마찰 문제를 각 회전자와 터빈축 사이에 후퇴 가능한 세그먼트형 패킹 링 구조를 마련함으로써 해결하려고 하였다. 이와 같이 구성하여 미로형 시일의 품질이 개선되는 방식을 이하에 설명한다. 시동 동작 중에, 저주파수의 회전자 진동이 지배적인 경우, 다이어프램 장착식 패킹 링 세그먼트는 반경 방향으로 스프링에 의해 압박되어 터빈축으로부터 멀어짐으로써 핀 선단부의 마찰 및 패킹 링의 손상 위험이 감소된다. 회전자의 각속도가 증가하면, 저주파수 진동은 자연스럽게 감소한다. 패킹의 링 세그먼트는 증기 압력에 의해서 터빈축으로 (반경 방향 안쪽으로) 근접하도록 가압되어, 핀과 그 핀에 대향하는 해당 표면 돌기 사이의 미로형 시일의 품질이 개선되며, 따라서 터빈의 효율이 향상된다.

패킹내 핀 선단의 마찰 문제에 대한 또 다른 해결책은 영국 특허출원 공보 GB 2 301 635 A에 개시되어 있다. 이 영국 특허 공보에서는, 다이어프램에 장착된 패킹 링 세그먼트로부터 연장되는 한 쌍의 핀 사이에 브러시형 요소가 설치된다. 브러시 시일의 기능은 모든 작동 단계 중에서 미로형 시일의 품질을 개선하는 것이다. 그러나, 이 설계의 큰 단점은, 간극을 크게 설계하지 않으면 시동 중에 핀 시일의 선단부를 보호하는 방법이 제공되지 않는다는 점이다. 따라서, 간극을 크게 설계해야 하기 때문에, 이 선행 기술 패킹 시일 구조에 의해 제공되는 미로형 시일의 품질은 필연적으로 절충될 수 밖에 없다.

이 밖에, 퍼거슨(Ferguson)의 미국 특허 제4,971,336호, 샌더스(Sanders) 등의 미국 특허 제5,599,026호, 바게팔리(Bagepalli) 등의 미국 특허 제5,474,306호, 스키너(Skinner) 등의 미국 특허 제5,749,584호(이들 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용함)와 같은 여러 다른 특허에는 터빈에 브러시 시일을 사용하는 것에 대해 기재되어 있다. 이들 특허의 설계에서, 브러시 시일은 고정되어 움직이지 못하게 설계된다. 보다 최근의 많은 브러시 시일 설계는 브러시가 터빈(그 중심은 회전하는 터빈축에 의해 정의됨)의 반경으로부터 일정 각도로 경사지게 한다. 스키너 등의 특허에 개시되어 있는 바와 같이, 후퇴 가능한 시일(예를 들면, 브랜든 의 특허에 기재된 바와 같은 시일)이 있는 기존 기계를 미로형 이빨 중 하나를 대체하는 브러시 시일을 갖도록 개조할 수 있지만, 후퇴 가능한 패킹과 사용하는 경우에는, 스키너 등의 특허에 의하면, 시일이 서로 맞물려서 링 구조체를 형성할 때 잘 결합하도록 하기 위해서, 후퇴 가능한 패킹 세그먼트 내에 위치하는 각 브러시 시일의 단부를 반경을 따라 절단해서 각 세그먼트에 동일 평면에 위치하는 표면을 형성해야 한다. 반경을 따라 배치된 브러시 시일의 편평한 단부에 대해 브러시가 경사져 있기 때문에, 스키너 등의 특허에 따른 설계에는 브러시 시일에 작은 간극이 포함된다.

본 발명의 제1 목적은 종래 기술에 따른 브러시 시일 구조의 단점과 결점을 피하면서 터빈 내에서 고도의 밀봉을 형성하는 데에 사용되는 개선된 브러시 시일 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 시동 동작 중에 터빈 회전자 및 축의 과도적인 반경 방향 편향을 수용함으로써 터빈의 각 단 사이의 밀봉을 개선함과 동시에 터빈 부품의 마모를 효과적으로 감소시키는 브러시 시일 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 패킹 링 홀더와 그 회전자 사이의 밀봉을 개선한, 탄성 터빈에 사용되는 개선된 세그먼트형 패킹 링을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4 목적은 핀과 그 사이에 위치하는 적어도 1개 열의 브리슬(bristle) 요소(즉, 브러시 시일)를 통해 후퇴 가능한 패킹과 터빈 회전자 사이에 형성되는 밀봉을 개선한, 탄성 터빈에 사용되는 개선된 후퇴 가능한 패킹을 제공하는 것이다.

본 발명의 제5 목적은 후퇴 가능한 패킹에 브러시 시일이 있는 선행 기술에서 도시된 바와 같은 간극이 없는 연속적인 브러시 시일을 제공하는 후퇴 가능한 브러시 시일 패킹을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적은 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.

첨부 도면과 함께 이하의 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 본 발명의 목적을 보다 완벽하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 신규한 패킹의 실시예를 포함하는 종래의 터빈 단의 횡단면도.

도 2a 및 도 2b는 패킹 세그먼트의 대향 단부의 사시도.

도 3은 서로 떨어져 있는 인접한 패킹 세그먼트를 보여주는 측면도.

도 4는 시동 및 정지 시에 패킹 뒤로 증기가 들어가도록 하는 패킹 세그먼트측 노치의 사시도.

먼저, 미로형 시일과 후퇴 가능한 패킹 세그먼트의 구체적인 내용 및 세부 사항에 대해서는 배경 기술 부분에서 인용한 전술한 특허들을 참조하기 바란다. 배경 기술 부분에서 언급한 바와 같이, (배경 기술 부분에서 작동 유체의 예로 든)증기는 각 단에서 다이어프램 내의 노즐에 의해 블레이드로 안내되며, 다이어프램은 이동하지 않는 케이싱에 부착되고, 블레이드는 터빈의 회전축에 부착된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터빈의 횡단면도를 보면 다이어프램(103)이 안에 장착된 케이싱(101)이 인접한 단들을 분리하고 있다. 선행 단으로부터의 증기 흐름은 다이어프램 내의 노즐(105)(일정 형상의 개구)을 통해 안내되어 터빈 블레이드(107)에 닿게 된다. 각 블레이드는 뿌리부(109)에 의해 터빈축(111)에 부착되어 있다. 블레이드 단부에서의 원주에는 원주 슈라우드(113)가 씌워져 있다. 선단 시일(115)이 증기가 블레이드를 우회해서 슈라우드를 지나가는 것을 방지한다. 증기는 저압 구역으로부터 고압 구역으로 흐를 수는 없으므로(도 1의 좌측 구역이 우측 구역보다 압력이 낮음), 선단 시일과 슈라우드 사이에서 뒤쪽으로 흐르지는 않는다. 블레이드 하류의 다음 단에는 마찬가지의 선단 시일(115)이 있다. 비록 증기가 선단 시일(115)을 통해 뒤쪽으로(즉, 도면의 우측으로) 빠져나감으로써 노즐을 피할 수는 없지만, 다이어프램과 터빈축 사이로 샐 수는 있다. 따라서, 이곳이 패킹을 사용하는 또 다른 장소이다. 다시 살펴보면, 선행 단으로부터의 증기는 블레이드와 충돌한 후 다음 단으로 안내되며, 다이어프램 내의 노즐은 블레이드의 다음 조로 지향되어 있다. 터빈단으로 들어가는 증기는 노즐이 있는 다이어프램 주위로 탈출하는 것을 방지해야 하는데, 고압으로 인해 상류로 후퇴하는 것이 방지되고, 터빈축과 인접한 패킹(117)에 의해 터빈축 둘레로 흐르는 것이 방지되며, 선단 시일(115)에 의해 블레이드를 우회하는 것이 방지된다.

다이어프램과 터빈축 사이의 패킹은 후퇴할 수 있는 것이 바람직하고, 미로 형태인 것이 바람직하다. 패킹(117)은 다이어프램 내에 위치하고 일련의 핀(fin)(119)을 포함하며, 이들 핀의 단부는 터빈축의 해당하는 랜(lan)(121)과 인접해 있고, 핀 중 일부는 높이 형성되며, 모든 핀들은 절적한 간극과 저항이 큰 구불구불한 (미로 형상의) 경로를 제공함으로써 시일을 형성한다. 패킹은 스프링에 의해 터빈축을 향해 압박될 수 있다. 패킹은 링 형상이며, 복수 개의 세그먼트로서 구성되는 것이 바람직한데, 고압 용도로는 6개의 세그먼트가 사용되는 것이 전형적이다. 이 패킹에 의해, 선행 단의 블레이드로부터 유출되는 증기가 노즐을 통해 안내되며, 다이어프램 둘레로 벗어나지 않게 된다. 미로형 시일에는 미로 형상을 위해 경질의 핀을 마련할 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 하나 이상의 핀을 브러시 시일로 대체하거나, 핀이 배치된 내부 표면 전체가 브러시일 수 있다. 두 경우 모두 구불구불한 흐름 경로가 생기므로 미로형 시일이 형성된다.

후퇴 가능한 패킹 세그먼트는 아치형이다. 도 2a 및 도 2b에는 세그먼트의 양쪽 단부의 사시도가 도시되어 있다. 각각의 세그먼트(201)에는 단부들(203a 및 203b)이 터빈의 축방향 반경(즉, 터빈축을 따라 축방향에서 본 횡단면에서 터빈의 반경)과 평행한 것이 바람직한(필수적이지는 않음) 본체(202)가 있다. 세그먼트의 반경 방향 내부 표면(205)(즉, 터빈축을 향하는 면)에는 높이가 그 내부 표면(205)과 같거나 다를 수 있는 복수 개의 핀(207)이 마련된다. 반경 방향 외부 표면(206)에는 도 1에 도시된 바와 같이 다이어프램의 해당 형상의 홈과 맞물리는 서로 대향하는 어깨부(209a/209b)를 형성하는 T자형 연장부를 마련하는 것이 바람직하다. 패킹 세그먼트의 반경 방향 외부 표면과 어깨부를 연결하는 목부(211)는 다이어프램으로부터 해당 돌출부를 수용한다. 세그먼트의 각 단부의 목부에는 보 어(215)를 형성하는 것이 바람직하다. 스프링(또는 그와 유사한 수단)이 인접한/맞닿은 세그먼트의 각 보어 내에 수용되며, 상기 스프링은 세그먼트를 서로 멀어지도록 압박한다. 전술한 바와 같이, 세그먼트들은 증기가 시일 뒤로 들어가게 하는 수단을 포함하는 것이 바람직하며, 이에 대해서는 후술한다. 터빈이 작동 압력에 도달함에 따라, 그 압력으로 인해 세그먼트의 목부가 가압되어 다이어프램의 해당 돌출부와 맞닿아 미로형 시일을 형성하며, 이에 따라 증기는 노즐을 통과하거나 그 미로형 시일을 횡단하려고 하게 된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서, 핀을 마련할 수 있는 세그먼트의 중앙부는 브러시 시일로 대체되었다. 이 브러시 시일은 일반적으로 복수 개의 브리슬(219)이 안에 위치하는 홀더(217)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 그리고 배경 기술 부분에서 설명한 바와 같이, 브리슬은 터빈의 (축방향) 반경에 대해 경사지는 (각도를 갖는) 것이 바람직하다. 본 발명자는, 브러시 시일의 단부는 패킹 세그먼트의 단부와 같이 터빈의 반경을 따라 배치되어야 한다는, 스키너 등이 확인했다고 주장한 문제는 제약이 되지 않는다는 것을 발견하였다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 세그먼트의 한쪽 단부에서 브러시 시일은 세그먼트의 단부를 지나 연장되는 각도로 절단되어 있고(예를 들면 도 2a), 브러시 시일의 다른쪽 단부는 세그먼트의 반대쪽 단부에서 세그먼트 위로 연장되는 각도로 절단되어 있다(예를 들면, 도 2b). 따라서, 브러시 시일의 단부들은 터빈의 반경을 따라 배치되지 않는다. 브러시 시일의 단부는 홀더의 바닥(또는 외부) 표면(221)이 내부 표면(205)과 세그먼트 단부(203a/b) 사이의 접합부와 대체로 일치하도록 절단되는 것이 바람직하다.

본 발명은 스키너 등의 특허에 개시되어 있는 시스템에 비해 큰 잇점을 제공하는데, 왜냐하면 본 발명의 브러시 시일에는 브리슬이 존재하지 않는 구역이 없기 때문이다. 당업계에서, 브러시 시일에 형성되는 시일은 미로형 시일 내의 이론적인 핀에 대해 결정되는 것이 전형적이다. 브러시 시일은 중실 형태가 아니기 때문에, 브러시가 터빈축과 선접촉하는 경우에도 브러시 시일을 관통하는 흐름이 있을 수 있다. 선접촉하고 있는 브러시 시일의 누출을 결정하기 위해 압력 시험을 행한다. 이 누출값은 미로형 시일의 이론적인 핀 사이의 간극을 재계산하는 데에 이용된다. 즉, 시험에서의 압력 강하가 주어지면, 핀의 단부와 터빈축 사이의 면적이 재계산되어(핀은 중실 형태이어서 작동 유체가 통과하지 않음) 브러시 시일에 대한 유효 누출 면적을 제공한다. 스키너 등의 특허에 개시되어 있는 브러시 시일과 본 발명의 브러시 시일에 대해 유효 누출 면적이 동일하다고 가정하면, 스키너 등의 특허의 시일에 존재하지 않는 브리슬에 의해 형성된 공간을 추가하면 스키너 등의 특허의 시일의 누출 면적이 본 발명의 경우에 비해 매우 커지게 된다. 누출 면적은 시일의 직경과 관계 있다. 36인치 직경의 브러시 시일을 사용하면, 스키너 등의 특허의 브러시 시일은 본 발명의 브러시 시일에 비해 누출이 47% 크고, 10인치 직경의 브러시 시일을 사용하면 본 발명의 시일의 누출은 264% 적다.

시동 시의 과도 동작 중에, 세그먼트는 후퇴해서 반경 방향 바깥쪽으로 편향되며, 이에 따라 터빈축 상의 돌기(121)가 패킹 상의 핀과 충돌해서 손상시키는 일 없이 터빈축이 조금 흔들리거나 진동하면서 천천히 회전하게 된다. 증기 압력이 증가하고 터빈이 작동 속력 및 온도에 도달함에 따라, 패킹은 터빈축 둘레로 수축한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인접한 패킹 세그먼트는 스프링(301)에 의해 분리되어 서로 떨어진다(도면에서는 코일 스프링이 도시되어 있음). 한 브러시 시일의 단부에서, 시일은 세그먼트의 단부를 지나 연장되는 각도로 절단되어 일종의 설부(303)를 제공한다. 인접 세그먼트의 해당 단부에는 세그먼트의 표면 위로 연장되는 각도로 절단되어 홈(305)을 제공하는 브러시 시일이 마련된다. 세그먼트가 결합되어 고리를 형성하면, 인접 세그먼트의 대향 단부들이 만나 동일 평면에 있게 되며, 한 패킹 세그먼트의 브러시 시일 세그먼트의 설부는 맞닿은 인접 세그먼트의 홈과 맞물린다. 따라서, 본 발명은 패킹 세그먼트 사이의 각 연결부에서 브러시 시일에 작은 구멍 또는 공간이 있는 스키너 등의 특허에 기재된 장치에 내재되어 있는 문제를 피한다. 또한, 브러시 시일(복수 개의 브러시 시일 중 하나)은 부동(浮動)형 브러시 시일로서 구성할 수 있다.

또한, 과도 동작과 관련하여, 전술한 바와 같이 시동 시에는 진동 문제 외에도 열 구배와 부적절한 팽창 및 정렬이 종종 발생한다. 패킹에 대한 손상을 피하기 위해, 패킹을 터빈축으로부터 이탈시키는 것이 매우 바람직하다. 따라서, 브랜든(Brandon)에게 허여된 미국 특허 제4,436,311호(이 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용함)에 개시된 바와 같은 후퇴 가능한 수축성 패킹이 바람직하며, 본질적으로 이 패킹은 반경 방향으로 이동할 수 있고 자동 조정이 가능하다. 이 패킹은 스프링에 의해 인접한 패킹 세그먼트로부터 떨어져 있는, 고리를 이루고 있는 패킹 세그먼트들을 포함하며, 상기 스프링은 상기 패킹 세그먼트의 고리를 그 원주 가 커지도록 압박해서 터빈축으로부터 멀어지게 한다. 상기 패킹 세그먼트의 고리 가운데 바닥의 세그먼트는 중력으로 인해 자연적으로 터빈축으로부터 멀어진다. 세그먼트를 터빈축을 향해 압박하기 위해, 작동 유체(증기)가 세그먼트에 있어서 상류의 반경 방향 외부 표면에 접근하게 한다. 그러한 접근은 도 1에 도시된 바와 같이 다이어프램 벽의 구멍(307)을 통해 이루어질 수 있으며, 따라서 증기는 패킹 뒤로 자유롭게 들어갈 수 있다. 선택적으로, 또는 추가적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 홈 또는 채널(401) 또는 기타 도관 수단을 세그먼트의 반경 방향 외부 표면(206), 목부(211), 그리고 어깨부(209) 중 하나에 마련해서, 작동 유체가 외부 표면 뒤로 들어가 세그먼트를 터빈축을 향해 효과적으로 압박하게 할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 세그먼트의 외부 표면 상의 T자형 연장부의 어깨부에는 세그먼트를 추가적으로 압박 및/또는 정렬시키는 (엽상) 스프링 또는 정합부(registration)를 수용하기 위해 세그먼트의 아크 원주와 수직인 홈 또는 슬릿(403)을 마련할 수 있다. 작동 중에, 터빈의 속력이 저하되어 속력을 증가시키기 위해 증기가 도입되면, 세그먼트 단부의 스프링은 세그먼트 고리를 그 직경이 커지게 해서 터빈축으로부터 이탈시킨다. 그렇게 압박되면, 세그먼트 사이에 공간이 생기고, 이 공간 및/또는 전술한 채널이 특정 다이어프램과 관련된 세그먼트 뒤로 증기가 들어가게 하며, 증기 압력이 증가하면 세그먼트 고리의 직경이 감소해서 터빈축 둘레를 밀봉하게 된다.

이상의 설명은 예시를 위한 것이며 제한하려는 것이 아니다. 당업자에게는 전술한 설명으로부터 다양한 변화, 수정 및 첨가가 자명할 것이며, 이는 청구범위 에 의해 정의되는 본 발명의 범위 및 정신 안에 있는 것이다.

Claims (9)

1. 기체 상태 작동 유체의 팽창을 통해 동력을 추출하는 장치용의 후퇴 가능한 패킹 세그먼트로서, 상기 장치는 케이싱 내에 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 의해 정해진 축선을 중심으로 고리 형태로 배치되어 상기 회전축 둘레를 밀봉하는 복수개의 패킹 세그먼트를 포함하고,

   상기 패킹 세그먼트는 상기 회전축에 대해 밀봉하는 내부면과, T자형 연장부를 지지하는 외부면을 포함하며, 상기 내부면, 외부면 및 연장부는 공통의 대향 측단부를 가로지르고, 상기 공통의 대향 측단부는 상기 회전축의 반경과 평행하게 절단되며,

   상기 패킹 세그먼트는 상기 세그먼트의 상기 내부면에 배치된 하나 이상의 브러시 시일을 포함하며, 상기 브러시 시일에는 대향 단부가 있고, 그 단부 중 하나 이상은 상기 회전축의 반경과 평행하지 않게 절단되고 상기 공통의 측단부 중 하나를 지나 연장하며, 상기 브러시의 브리슬은 상기 회전축의 반경에 평행하지 않은 방향과 거의 동일한 방향으로 배치되고, 상기 복수개의 패킹 세그먼트는 상기 회전축 주위로 연속적인(360°) 브러시 시일을 제공하는 것인 후퇴 가능한 패킹 세그먼트.
2. 제1항에 있어서, 상기 브러시 시일의 양 대향 단부는 상기 회전축의 반경과 평행하지 않게 절단되어 있는 것인 패킹 세그먼트.
3. 제1항에 있어서, 상기 내부면은 복수 개의 핀을 더 포함하는 것인 패킹 세그먼트.
4. 제1항에 있어서, 상기 내부면은 복수 개의 브러시 시일을 포함하는 것인 패킹 세그먼트.
5. 제3항에 있어서, 상기 복수 개의 핀들은 상기 내부면으로부터 서로 다른 거리만큼 연장되는 것인 패킹 세그먼트.
6. 기체 상태 작동 유체의 팽창을 통해 동력을 추출하는 장치용의 후퇴 가능한 브러시 시일로서, 상기 장치는 케이싱 내에 배치되는 회전축을 포함하고, 상기 브러시 시일은 상기 회전축에 의해 정해진 축선을 중심으로 인접해서 맞닿은 복수개의 패킹 세그먼트에 의해 형성되는 고리 형태를 이루어 상기 회전축 둘레를 밀봉하며,

   상기 후퇴 가능한 각 패킹 세그먼트는 상기 회전축에 대해 밀봉하는 내부면과, T자형 연장부를 지지하는 외부면을 포함하고, 상기 내부면, 외부면 및 연장부는 공통의 대향 측단부를 가로지르며, 상기 공통의 대향 측단부는 상기 회전축의 반경과 평행하게 절단되고,

   상기 후퇴 가능한 각 패킹 세그먼트는 상기 세그먼트의 내부면에 배치된 하나 이상의 브러시 시일을 포함하고, 상기 브러시 시일에는 상기 회전축의 반경과 평행하지 않게 절단된 대향 단부가 있으며, 상기 브러시 시일은 상기 회전축의 반경에 평행하지 않은 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 배치된 브리슬을 포함하고, 상기 브러시 시일의 단부 중 하나는 상기 패킹 세그먼트의 측단부를 지나 연장되는 설부를 형성하는 각도로 절단되고, 나머지 단부는 상기 패킹 세그먼트에 대해 동일한 각도로 절단되어, 인접한 패킹 세그먼트의 브러시 시일에 의해 형성되는 설부를 수용하도록 상기 공통의 측단부 내부에 배치된 홈을 제공하며, 상기 복수개의 패킹 세그먼트는 상기 회전축 주위로 연속적인(360°) 브러시 시일을 제공하는 것인 후퇴 가능한 브러시 시일.
7. 제6항에 있어서, 상기 내부면은 복수 개의 핀을 더 포함하는 것인 브러시 시일.
8. 제6항에 있어서, 상기 내부면은 복수 개의 브러시 시일을 포함하는 것인 브러시 시일.
9. 제7항에 있어서, 상기 복수 개의 핀들은 상기 내부면으로부터 서로 다른 거리만큼 연장되는 것인 브러시 시일.

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