KR100875638B1 - 급수펌프용 씰 어셈블리 - Google Patents

Abstract

급수펌프용 씰 어셈블리을 제공한다. 본 발명에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리는, 고정체 내연에 설치되는 바디부; 회전체와 마주하는 상기 바디부 선단면에 일체 또는 분리형으로 형성된 씰핀부; 및 바디부와 고정체 사이에 마련되고 상기 바디부에 회전체를 향하는 복원력을 형성시키는 탄성부;를 포함하는 구성으로 이루어지되, 상기 씰핀부는, 일정 간격으로 나란하게 배치되며 각각은 바디부 선단면으로부터 회전체 외면을 향해 뻗은 복수의 씰핀을 포함하고, 각각의 씰핀은 회전체와 고정체 사이의 틈새를 통한 작동유체 도입에 대향하는 방향으로 경사진 기울기를 갖는 것을 구성의 요지로 한다.

급수펌프, 회전체, 고정체, 씰

Description

급수펌프용 씰 어셈블리{Seal assembly for Feed water pump}

본 발명은 급수펌프용 씰 어셈블리에 관한 것으로, 상세하게는 탈기기에서 탈기된 급수를 가압, 고압급수가열기와 절탄기를 거쳐 보일러에 공급하는 급수펌프로서, 증기구동 방식을 채택한 급수펌프의 고정체(stator)와 회전체(rotor) 사이에서 작동유체 누설을 방지하고 보다 안정된 회전체 회전을 도모하는 급수펌프용 씰 어셈블리에 관한 것이다.

보일러로부터 제공된 고압증기를 이용하여 전력을 생산하는 증기터빈 방식의 발전기에 있어, 탈기기에서 탈기된 급수를 가압, 고압급수가열기와 절탄기를 거쳐 보일러에 다시 공급하는 하기 위한 수단으로서 급수펌프가 채택된다. 급수펌프는 보일러가 운전중일 경우 항상 급수를 보일러에 공급해야 하므로 보일러 운전과 연동하여 운전해야만 한다.

일반적으로 터빈식 발전기에서 보일러에 급수를 공급하기 위해 적용되는 급수펌프는 그 구동방식에 따라 증기구동 방식과 전기모터 구동방식으로 대별된다.

전기모터 구동방식은 전기모터 구동을 위한 별도의 전력이 요구되고 급수량에 비례하여 요구전력이 증가하므로, 급수량이 많지 않은 비교적 소형의 발전시스템에 적용되고 있다. 반면, 증기구동 방식은 보일러로부터 생산된 증기를 이용하거나 터빈기를 거쳐 배기되는 증기를 재활용하여 구동이 가능하므로, 전기와 같은 별도의 동력원이 요구되지 않으며, 따라서 일반적인 발전 시스템 널리 채택되고 있다.

증기구동 방식의 급수펌프는 일반적으로 알려진 증기터빈식 발전기와 그 구조가 매우 유사하다. 즉, 증기구동 방식의 급수펌프는 회전축과 회전익으로 구성된 회전체(rotor)와, 장치 내부로 제공된 증기를 상기 회전익을 회전시키기에 적합한 방향으로 도입시키는 고정체(stator) 예컨대, 고정익을 포함하며, 실질적으로 급수를 가압, 순환시키는 임펠러가 상기 회전체에 연설되어 회전될 수 있도록 된 구성으로 이루어진다.

위와 같은 종래 증기구동 방식의 급수펌프의 경우, 장치내부로 도입되는 작동유체를 이용하여 펌프가 구동되는 과정에서 상기 작동유체가 올바른 경로를 벗어나게 되면, 복잡한 유체의 흐름패턴에 따라 회전체에 진동이 유발되고 펌프의 전반적인 구동효율이 떨어지게 된다. 따라서, 올바르지 않은 경로에 대한 작동유체의 이동을 제한하고 펌프의 전반적인 구동효율 향상을 위해 씰(seal)이 채택된다. 증기구동 방식의 급수펌프에 적용된 상기 씰은 일반적으로, 고정체와 회전체 사이에 설치되어 이들 틈새를 통해 가스가 누출되는 것을 제한한다.

종래 증기구동 방식의 급수펌프에 적용되는 씰(seal)에는 통상적으로, 비접 촉식 래버린스 씰(labyrinth seal)이 널리 이용되고 있다. 상기 급수펌프는 고온고압의 증기를 이용하여 회전체가 고속 회전함으로써 급수를 순환시키는 회전기계인 관계로, 마찰 발생 및 그에 따른 동력손실이 예상되는 접촉식의 씰(seal)의 적용은 적합하지 못하다. 따라서, 종래에는 일반적으로 급수펌프의 회전체와 고정체와의 사이의 씰(seal)로서 위와 같은 비접촉식의 래버린스 씰(labyrinth seal)을 일반적으로 채택하고 있다.

도 1의 (a) 내지 (b)는 종래 래버린스 씰(labyrinth seal)의 대표 예를 보여주는 도면으로, 도면 중 부호 9는 도시하지 않은 케이싱(casing)의 내면에 장착되는 고정익과 같은 고정체(stator)이며, 부호 5는 회전체 이다. 고정익 내면에는 스프링과 같은 탄성체(11)를 매개로 씰 바디(seal body; 2)가 회전체(5)를 향해 힘을 받고 있고, 상기 씰 바디(2)에는 일체 또는 분리가능한 씰핀(seal fin; 4)이 회전체(5) 외경을 향해 뻗어 있으며, 경우에 따라 상기 회전체(5)의 외면에는 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 요철형 단차(6)가 형성될 수도 있다.

상기한 구성을 가진 비접촉식 씰(seal)을 일반적으로 래버린스 씰(labyrinth seal; 15)이라 칭하며, 전반적인 급수펌프의 구동효율을 높이기 위해서는 상기 씰핀(seal fin; 4) 선단과 회전체(5) 사이의 틈새(7)를 가능한 미소하게 설정함으로써 이 틈새(7)를 통과하여 새어 나오는 작동유체(3)의 누설량을 최소화해야 한다. 틈새(7)가 너무 작을 경우에는 작동유체의 불규칙한 유동특성 때문에 오히려 씰핀과 회전체 사이에서 작동유체의 흐름이 안정되지 못해 회전체(5)에 축진동이 유발될 수 있다.

위와 같은 회전체 축진동으로 인한 회전체(5)와 래버린스 씰(15) 간 접촉을 러빙(rubbing) 현상이라 하며, 이러한 러빙 현상이 심한 경우 급수펌프의 운전이 곤란할 정도의 영향을 끼치므로, 상기 씰핀(4) 선단과 회전체(5) 사이의 틈새(7)를 최소화하는 단순한 방법으로는 장치 구동효율을 높일 수 없다.

작동유체의 누설을 최소화하기 위한 다른 방법으로서, 씰핀(4)의 열 수를 대폭 늘리는 것이 고려될 수도 있다. 하지만 이 경우, 회전체 외면의 요철형 단차(6) 사이에 보다 많은 씰 핀이 위치하며, 따라서 회전체(rotor)의 온도분포와 고정체 온도분포와의 차이에 따라 회전체와 고정체 사이에 열팽창 변위량에 차이가 발생했을 때, 상기 단차(6)와 씰 핀 사이에 간섭이 발생될 수 있다는 문제가 있다.

한편, 상기한 종래 비접촉식 씰에 있어 상기 씰 바디(2)는, 고정체(9)와의 사이에 개입된 탄성체(11)를 통해 회전체(5)를 향하는 복원력을 가지도록 고정체(9) 내연에 조립된다. 종래 기술에 있어 상기 탄성체(11)는 고정체(9)에 결속되는 씰 바디(2) 일측 결속면에 형성된 요홈(부호 생략)에 그 일부가 위치하여 단순히 거치되는 방식으로 조립된다. 때문에, 고정체로부터 씰 바디를 분해, 조립하는 과정에서 상기 탄성체가 자체 탄성에 의해 해당 조립위치로부터 쉽게 이탈하는 문제가 있다. 특히, 이탈된 탄성체가 복잡한 구성을 가진 장치 내부로 인입될 경우 장치 구동에 악영향을 끼칠 수 있어 분해, 조립 시 상기 탄성체에 대한 각별한 주의가 요구되어야만 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 구조적으로 러빙(rubbing) 발생을 최소화할 수 있는 구조를 가지며, 따라서 회전체의 구동 안정성을 확보할 수 있는 급수펌프용 씰 어셈블리를 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 씰 핀의 열 수를 늘리지 않고도 회전하는 회전체 표면과 정지 상태에 있는 씰 사이를 통한 증기 누설속도를 저감시키는 것이 가능하며, 따라서 에너지를 가진 작동유체 손실을 최대한 억제할 수 있는 급수펌프용 씰 어셈블리를 제공함에 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고정체에 씰 바디를 조립하거나 고정체로부터 씰 바디를 분해시키는 과정에서, 고정체와 씰 바디 사이에 개입된 탄성체 예컨대, 스프링이 외부로 이탈되지 않는 구조를 가진 급수펌프용 씰 어셈블리를 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 증기구동 방식의 급수펌프의 고정체(stator)와 회전체(rotor) 사이에 설치되는 비접촉식 씰에 있어서, 고정체 내연에 설치되는 바디부; 회전체와 마주하는 상기 바디부 선단면에 일체 또는 분리형으로 형성된 씰핀부; 및 바디부와 고정체 사이에 마련되고 상기 바디부에 회전체를 향하는 복원력을 형성시키는 탄성부;를 포함하며, 상기 씰 핀부는, 일정 간격으로 나란하게 배치되며 각각은 바디부 선단면으로부터 회전체 외면을 향해 뻗은 복수의 씰핀을 포함하고, 각각의 씰핀은 회전체와 고정체 사이의 틈새를 통한 작동유체 도입에 대향하는 방향으로 경사진 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리를 제공한다.

본 발명에 있어 상기 탄성부는, 고정체에 결속되는 바디부 일측 결속면에 형성되는 장착요홈; 및 상기 장착요홈에 그 일부가 위치하는 압축 코일스프링;으로 구성되며, 상기 장착요홈의 바닥부분에는 다른부분에 비해 확장된 직경을 가진 확경부가 형성되고 있고, 상기 장착요홈 바닥부분에 접속하는 압축 코일스프링 한 쪽 끝에는 장착요홈의 상기 확경부에 위치되는 확경 접지부가 형성된 구성일 수 있다.

다른 예로서 상기 탄성부는, 고정체에 결속되는 바디부 일측 결속부의 중앙 측면에 형성된 체결요홈; 및 상기 체결요홈에 볼트로서 결속 고정되는 체결편을 중앙에 일체로 가진 판스프링;을 포함하는 구성일 수 있다.

바람직하게는, 상기 씰핀은 작동유체 도입과 마주하는 방향에 주면을 형성하고 있고, 상기 주면은 회전체의 회전축과 평행한 축선에 대해 90° ~ 95°각도의 경사지게 구성된다. 이때, 상기 주면의 반대측 이면이 상기 주면에 대해 11° ~ 12° 각도로 경사져서 상기 씰핀의 전반적인 형상은 하단의 첨단부에서 위로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 취한다.

과제 해결을 위한 본 발명의 바람직한 다른 양태에 따르면, 상기 회전체 외면에 원주방향으로 일정 간격으로 돌출되는 돌기;를 더 포함하며, 상기 씰핀은, 상기 돌기가 위치하는 부분에서 돌기를 향해 뻗은 단핀과, 돌기와 다른 돌기 사이의 회전체 외면을 향해 뻗은 장핀이 교번 형성되는 구성의 급수펌프용 씰 어셈블리을 제공한다.

여기서, 상기 장핀과 이와 이웃하는 다른 장핀의 이격 피치는, 상기 돌기와 이웃하는 돌기 사이의 피치와 동일하게 설정되고, 상기 장핀과 돌기 사이의 간격은 고정체와 회전체와의 사이에 열팽창의 차이에 따른 축방향 신장변위량의 최대 차이보다 큰 값을 갖는다.

상기한 본 발명에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리에 의하면, 회전체 외면을 향해 뻗은 씰핀의 일측 주면이 회전체와 고정체 사이의 틈새를 통한 작동유체 도입에 대항하는 방향으로 경사진 기울기를 가진다. 따라서, 상기 주면 전방에 작동유체가 유입되면서 정체가능한 와류 영역이 형성될 수 있고, 와류 영역에서 작동유체 정체에 의해 형성된 와류는 상대적으로 회전체에 대한 댐핑기능을 수행하므로 회전체 축진동에 따른 러빙(rubbing) 현상을 해소할 수 있다. 결과적으로, 회전체의 구동 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 씰핀의 주면 전방에 작동유체가 정체됨에 따라, 회전하는 회전체 표면과 정지 상태에 있는 씰 사이를 통한 증기의 누설속도가 저감될 수 있다. 따라서, 씰핀의 열 수를 대폭적으로 늘리는 방법을 채택하지 않고도 에너지를 가진 작동유체 손실을 최대한 억제할 수 있고, 결국, 장치 전반에 걸친 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.

더욱이, 씰의 바디부에 회전체를 향하는 복원력을 형성시키기 위해 고정체와 상기 바디부 사이에 마련되는 탄성부의 경우, 스프링이 외부로 이탈되지 않는 구조를 형성하고 있음에 따라, 씰 바디부를 고정체에 조립하거나 고정체로부터 씰 바디부를 분해시키는 과정에서의 분해, 조립성을 향상시킬 수 있으며, 스프링 이탈과 함께, 이탈된 탄성체가 장치 내부로 인입되어 장치 구동에 악영향을 끼치는 것과 같은 종래 기술에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리의 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 씰 어셈블리를 급수펌프에 적용시킨 상태를 개략적으로 나타낸 장착 예시도이고, 도 4는 도 3에 따른 주요부를 확대 도시한 도면이며, 도 5는 도 2에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리에 적용된 탄성부의 다른 실시예를 보여주기 위한 분해 사시도이다.

도면에 도시된 참조부호 중 90은 도시하지 않은 급수펌프의 케이싱(casing)에 장착되는 고정체로서, 예를 들면, 장치 내부로 도입된 증기를 이용하여 회전체(Shaft)에 조립되는 회전익(미도시)을 회전시킴에 있어 보다 효율적인 회전이 유도될 수 있도록, 증기흐름(Steam Flow)을 상기 회전익을 회전시키기에 적합한 방향으로 유도하는 노즐 다이어프램(nozzle diaphragm)일 수 있다. 그리고, 도 3의 부 분 확대도에서의 화살표는 작동유체(증기)의 흐름을 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리는 증기구동 방식의 급수펌프의 고정체(stator; 90)와 회전체(rotor; 50) 사이에 설치되며, 고정체(90)와 회전체(50) 사이의 틈새를 통한 작용유체 손실을 최소화하기 위한 것으로 크게, 고정체(90) 내연에 설치되는 바디부(20)와, 회전체(50)와 마주하는 상기 바디부(20) 선단면에 일체 또는 분리형으로 형성되는 씰핀부(40)와, 바디부(20)와 고정체(90) 사이에 마련되는 탄성부(110)로 구성된다.

상기 바디부(20)는 고정체(90)에 분해 조립이 가능하게 슬리이딩 결속되어 고정체(90)와의 사이에 마련되는 상기 탄성부(110)를 통해 회전체(50)를 향하는 복원력을 가지며, 상기 씰핀부(40)는 일정 간격으로 나란하게 배치되며 각각은 바디부(20) 선단면으로부터 회전체(50) 외면을 향해 뻗은 복수의 씰핀(42)으로 이루어지는 데, 각각의 씰핀(42)은 회전체(50)와 고정체(90) 사이의 틈새(70)를 통한 작동유체 도입에 대향하는 방향으로 경사진 기울기를 갖는다.

급수펌프의 전반적인 구동효율을 높이기 위해서는 상기 씰핀(seal fin; 42) 선단과 회전체(50) 사이의 틈새(70)를 미소하게 설정함으로써 이 틈새(70)를 통과하여 누설되는 작동유체의 누설량을 가능한 적게 해야 한다. 그러나 상기 틈새(70)가 너무 작으면 작동유체의 불규칙한 유동특성 때문에 오히려 씰핀(42)과 회전체(50) 사이의 틈새(70)에서 작동유체의 흐름이 안정된 흐름을 유지하지 못하고 회전체(50)와 씰핀(42)이 상호 접촉하는 러빙(rubbing)이 발생될 수 있다.

본 발명에서는 작동유체의 누설량을 최소화하면서도 위와 같은 러빙 문제 해 결을 위해, 상기 회전체(50) 외면을 향해 뻗은 상기 씰핀(42)의 일측 주면(420)을 회전체(50)와 고정체(90) 사이의 틈새(70)를 통한 작동유체 도입에 대항하는 방향으로 경사진 기울기를 가지도록 구성함으로써, 상기 주면(420) 전방에 작동유체가 정체되어 와류를 형성할 수 있는 와류 영역(120)이 형성된 구조의 씰핀부(40)를 제시한다.

씰핀(42)의 주면(420) 전방에 와류 영역(120)이 형성되면, 해당 와류 영역에 작동유체가 정체되어 그 흐름이 지연될 수 있을 뿐 아니라, 정체된 작동유체에 의해 상대적으로 회전체 진동에 대한 댐핑기능이 발현되므로, 씰핀(42)을 회전체(50) 측으로 근접하게 위치시켜 작동유체의 손실을 최소화시키면서도 회전체 축진동에 따른 종래와 같은 러빙(rubbing) 문제를 해소할 수 있다.

바람직하게는, 상기 주면(420)의 경사각(θ)은 회전체(50)의 회전축과 평행한 축선에 대해 90° ~ 95°가 적합하다. 주면(420)의 각도가 상기 축선(A)에 대해 90°미만일 경우 상기 주면(420)이 작동유체 흐름방향으로 경사져서 와류가 형성될 수 없고, 95°를 초과하는 경우에는 후술할 하이로우(hi-low) 타입에 적용했을 때 회전체(50) 열팽에 따라 회전체(50) 외연에 형성된 돌기(60)와 상기 씰핀(42)이 상호 접촉하여 간섭을 일으킬 우려가 있기 때문이다.

아래 <표 1>은 작동유체 도입에 대항하는 방향으로 경사진 주면 경사각 변화에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리의 누출손실 관련 실험결과를 나타낸다.

주면 경사각(θ)	85°	88°	90°	95°	100°	105°
손실계수(K)	61	47	40	38	46	49

위의 <표 1>에서 손실계수 K 값은 씰 핀과 회전체 외면 사이 틈새를 통한 작동유체의 손실량을 나타내는 계수로서, 그 값이 작을수록 작동유체의 손실이 적은 것이며 보다 효과적인 밀폐기능을 구현하고 있음을 의미한다.

위 표를 통해 알 수 있듯이, 씰핀의 일측 주면의 경사각이 작동유체 도입에 저항하는 방향에 대해 90° ~ 95°범위에 존재하는 경우, 해당 영역 밖에 존재하는 영역에 비하여 작동유체의 손실이 현저히 작음을 알 수 있다. 다시 말해, 본 발명에서 채택하고 있는 위와 같은 경사각 범위는 고정체와 회전체 사이 틈새를 통한 작동유체 손실을 가능한 적게 함에 있어 채택 가능한 최적의 범위라 할 수 있다.

물론, 위 <표 1>에서 주면 경사각(θ)이 95°를 초과한 경우에도 90° 미만인 경우에 비해 작동유체 손실이 상당히 감소되었음을 알 수 있지만, 본 발명에서 채택하고 있는 90° ~ 95° 범위와 비교하면 손실율이 크고 특히, 후술될 하이로우(hi-low) 타입에 적용할 경우 회전체(50) 열팽에 따라 회전체(50) 외연에 형성된 돌기(60)와 상기 씰핀(42)이 상호 접촉하여 간섭을 일으킬 우려가 있어 범용적으로 사용될 수 없다.

한편, 상기 씰핀(42)의 두께를 설정함에 있어서는, 상기 씰핀(42)이 작동유체 흐름에 저항할 수 있을 정도의 최소한의 강성을 확보할 수 있는 두께를 유지하면서, 그 선단은 회전체(50)와 접촉이 발생하더라도 접촉면적이 최소화될 수 있는 뾰족한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족시키기 위한 구체적인 씰핀의 형상은, 작동유체 도입방향과 마주하는 주면(420)의 반대측 이면이 상기 주면(420)에 대해 11° ~ 12° 각도(α)로 경사져서, 도면에 도시된 바와 같이 위로 갈수록 그 폭이 점차 증가하는 형상이 바람직하다.

다른 한편, 상기 탄성부(110)는 상기 바디부(20)와 고정체(90) 사이에 마련되어 바디부(20)에 회전체(50)를 향하는 복원력을 형성시키기 위한 부분이다. 상기 탄성부(110)는 복원력 형성을 위한 탄성부재 구체적으로, 스프링의 종류에 따라 두 가지 형태로 구분될 수 있다. 첫째는 도 2 내지 도 3에서와 같이 압축 코일스프링(112a)을 채택한 경우이며, 둘째는 도 5에서와 같이 판스프링(112b)을 채택한 경우이다.

압축 코일스프링(112a)을 채택한 첫번째 실시예는, 고정체(90)에 결속되는 바디부(20) 일측 결속면에 형성되는 장착요홈(114a) 및 장착요홈(114a)에 그 일부가 위치하는 상기 압축 코일스프링(112a)으로서 탄성부(110)를 구현하고 있다. 이때, 상기 장착요홈(114a)의 바닥부분에는 다른부분에 비해 확장된 직경을 가진 확경부(115)가 형성되고 있고, 압축 코일스프링(112a) 한 쪽 끝에는 조립 시 상기 장착요홈의 확경부(116)에 위치하는 확경 접지부(113a)가 형성되어 있는데, 상기 확경 접지부(113a)는 그 일부가 절개되어 있어 반경방향으로 신축될 수 있다. 따라서, 외압을 가해 상기 확경 접지부(113a)의 직경을 축소시킨 상태로 스프링(112a)을 상기 장착요홈(114a)에 밀어 넣음으로써, 상기 확경부(115a)에 확경 접지부(113a)를 위치시킬 수 있다.

상기 실시예에서 장착요홈(114a)의 확경부(115a)에 상기 압축 코일스프링(112a)의 확경 접지부(113a)가 위치하면, 상기 압축 코일스프링(112a) 일단부가 상기 장착요홈(114a)에 의한 단턱부분에 걸려 고정되므로 한번 조립된 스프링은 외부로 이탈되지 않는다. 결과적으로, 씰의 바디부(20)를 고정체(90)에 조립하거나 고정체(90)로부터 바디부(20)를 분해시키는 과정에서 발생될 수 있는 스프링 이탈에 따른 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있게 된다.

판스프링(112b)을 채택한 도 4의 두번째 실시예는, 고정체(90)에 결속되는 바디부(20) 일측 결속부의 중앙 측면에 형성되는 체결요홈(114b) 및 상기 체결요홈(114b)에 볼트로서 결속 고정되는 체결편(113b)을 중앙에 일체로 가진 판스프링(112b)으로서 탄성부(110)를 구현하고 있다. 이때, 상기 바디부(20) 일측 결속부는 원형단면을 가지는 고정체에 끼워 조립되는 관계로 이 역시 곡면형태를 취하며, 따라서 상기 결속부 중앙 측면의 체결요홈(114b)에 체결편(113b)을 위치시킨 상태로 볼트로서 고정하면, 상기 판스프링(112b)의 양선단은 상기 결속부 표면으로부터 이격되어 고정체(90)에 조립했을 때 상기 바디부(20)를 밀어내는 방향으로 탄성을 형성하게 된다.

위와 같은 탄성부(110)의 다른 실시예 역시, 바디부(20)가 회전체(50)를 향하는 복원력을 가지도록 탄성을 제공하는 스프링 일부가 바디부(20)에 형성된 체결요홈(114b)에 볼트로서 고정되므로, 한번 체결하면 그 볼트를 풀지 않는 이상 스프링은 바디부로부터 이탈되지 않는다. 이에 따라, 씰의 바디부(20)를 고정체(90)에 조립하거나 고정체로부터 바디부(20)를 분해시키는 과정에서의 스프링 이탈에 따른 위와 같은 문제를 해소할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 급수펌프용 씰의 제2 실시예를 나타낸 도면으로서, 앞서 간단히 언급한 바와 같이, 회전체(50)의 외면에 원주방향으로 돌기(60)가 소정의 간격으로 형성된 경우에 있어 적용가능한 하이로우(hi-low) 타입의 씰을 도시하고 있다.

이와 같은 제2 실시예의 경우, 회전체(50)에 형성된 돌기(60)에 대응하도록 복수의 씰핀(42)이 규칙적인 패턴을 가지면서 길고 짧은 길이를 갖는 구성을 제외하고는, 상기 씰핀(42)의 주면(420)이 작동유체 도입에 대향하는 방향으로 경사지게 형성된 구성 및 그 경사진 각도는 전술한 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 씰핀(42) 주면(420)이 경사지게 형성된 구성 및 그 경사진 각도에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예는, 회전체(50) 외면에 원주방향으로 돌기(60)가 일정한 간격으로 형성되어 있고, 씰핀부(40)를 형성하는 복수의 씰핀(42)은 상기 돌기(60)가 형성된 주변에 위치하는 단핀(42a)들과, 돌기와 다른 돌기(60) 사이에 위치하는 하나의 장핀(42b)으로 이루어져, 단핀(42a)들에 의한 단핀열과 상기 장핀(42b)이 일정패턴으로 서로 교번되게 형성된다.

상기 제2 실시예에 있어, 작동유체 도입과 마주하는 상기 단핀(42a)과 장핀(42b)에 형성된 주면(420)은 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 작동유체 도입에 대향하는 방향으로 경사져서 주면 전방에는 도입된 작동유체가 정체되어 와류가 형성될 수 있는 와류 영역(120)을 형성하고 있다. 이때, 상기 장핀(42b)과 이와 이웃하는 다른 장핀(42b)의 이격 피치(P)는 회전체(50)에 형성된 돌기(60) 간 이격거리와 동일하고, 장핀(42b)과 돌기와의 간격(w)은 회전체(50)의 열팽창에 따른 축방향 변동폭보다 큰 값을 갖도록 설정함으로써, 회전체(50) 열팽창에 따른 상기 돌기(60)와의 충돌 간섭이 발생되지 않도록 함이 바람직하다.

대기온도에 비해 상당히 높은 유체를 작동유체로서 이용하는 터보(turbo) 기계의 경우 주로, 회전체 온도와 고정체(90)의 온도의 차이 또는 회전체(50)를 구성하는 부품의 재료의 선팽창율과 고정체를 구성하는 부품의 재료의 선팽창율과의 차이에 기인하는 열팽창량의 차이에 따라서, 회전체(50)의 축방향 열 신장량과 고정체(90)의 축방향 열 신장량이 다르고 고정체(90)와 회전체(50)와의 사이에 축방향 신장변위량에 있어서 차이가 발생한다.

따라서, 하이로우(high-low) 타입 비접촉식 씰(seal)을 채택함에 있어, 상기와 같은 고정체(90)와 회전체(50) 간의 신장변위량 차이를 고려하여, 축방향 신장변위차가 발생한 경우에 있어서도 고정체(90)를 이루는 씰 링에 형성된 장핀(42b)이 회전체에 형성된 볼록한 돌기(60)와 접촉하여 간섭이 발생하지 않도록 해야 하는 데, 제2 실시예와 같은 하이로우 타입의 경우에는 돌기(60)와 이웃하는 다른 돌기(60) 사이의 변동폭을 고려하여 씰핀(42) 중 기다란 장핀(42b) 간의 피치(P)를 설정해야 한다.

예컨대, 운전중에 있어서의 고정체(90)와 회전체(50)와의 사이에 열팽창의 차이에 따른 축방향 신장변위량의 최대 차이를 변동폭이라 한다면, 장핀(42b)과 돌기(60)와의 간격(w)은 상기 변동폭보다 큰 값을 갖도록 설정함으로써, 회전체(50) 열팽창에 따른 상기 돌기(60)와의 충돌 간섭이 발생하지 않도록 함이 바람직하다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시예들에 따르면, 회전체 외면을 향해 뻗은 씰핀의 일측 주면이 회전체와 고정체 사이의 틈새를 통한 작동유체 도입에 대항하는 방향으로 경사진 기울기를 가진다. 따라서, 상기 주면 전방에 작동유체가 유입되면서 정체가능한 와류 영역이 형성될 수 있고, 와류 영역에서의 작동유체 정체에 의해 상대적으로 회전체에 대한 댐핑기능이 구현될 수 있다. 이에 따라, 회전체 축진동에 따른 러빙(rubbing) 현상이 해소될 수 있고, 회전체의 구동 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 씰핀의 주면 전방에 작동유체가 정체됨에 따라, 회전하는 회전체 표면과 정지 상태에 있는 씰 사이를 통한 증기의 누설속도가 저감될 수 있다. 따라서, 씰핀의 열 수를 대폭적으로 늘리는 방법을 채택하지 않고도 에너지를 가진 작동유체 손실을 최대한 억제할 수 있고, 결국, 장치 전반에 걸친 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.

더욱이, 씰의 바디부에 회전체를 향하는 복원력을 형성시키기 위해 고정체와 상기 바디부 사이에 마련되는 탄성부의 경우, 스프링이 외부로 이탈되지 않는 구조를 형성하고 있음에 따라, 씰 바디부를 고정체에 조립하거나 고정체로부터 씰 바디부를 분해시키는 과정에서의 분해, 조립성을 향상시킬 수 있으며, 스프링 이탈과 함께, 이탈된 탄성체가 장치 내부로 인입되어 장치 구동에 악영향을 끼치는 것과 같은 종래 기술에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

이상에서는 본 발명과 관련하여 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래 급수펌프에 장착된 씰의 장착 예시도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리의 분해 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 씰 어셈블리를 급수펌프에 적용시킨 상태를 개략적으로 나타낸 장착 예시도.

도 4는 도 3에 따른 주요부를 확대 도시한 도면.

도 5는 도 2에 나타난 탄성부의 다른 실시예를 보여주기 위한 따른 급수펌프용 씰 어셈블리의 분해 사시도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 급수펌프용 씰 어셈블리가 장착된 급수펌프의 주요부를 확대 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

20...바디부 40...씰핀부

42...씰핀 50...회전체

70...틈새 90...고정체

110...탄성부 112a, 112b...스프링

114a, 114b...요홈 120...와류 영역

Claims (7)

1. 증기구동 방식의 급수펌프의 고정체(stator)와 회전체(rotor) 사이에 설치되는 씰에 있어서,

   고정체 내연에 설치되는 바디부;

   회전체와 마주하는 상기 바디부 선단면에 일체 또는 분리형으로 형성된 씰핀부; 및

   바디부와 고정체 사이에 마련되고 상기 바디부에 회전체를 향하는 복원력을 형성시키는 탄성부;를 포함하며,

   상기 씰핀부는,

   일정 간격으로 나란하게 배치되며 각각은 바디부 선단면으로부터 회전체 외면을 향해 뻗은 복수의 씰핀을 포함하고,

   각각의 씰핀은 회전체와 고정체 사이의 틈새를 통한 작동유체 도입에 대향하는 방향으로 경사진 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성부는,

   고정체에 결속되는 바디부 일측 결속면에 형성되는 장착요홈; 및

   상기 장착요홈에 그 일부가 위치하는 압축 코일스프링;으로 구성되며,

   상기 장착요홈의 바닥부분에는 다른부분에 비해 확장된 직경을 가진 확경부가 형성되고 있고,

   상기 장착요홈 바닥부분에 접속하는 압축 코일스프링 한 쪽 끝에는 장착요홈의 상기 확경부에 위치되는 확경 접지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성부는,

   고정체에 결속되는 바디부 일측 결속부의 중앙 측면에 형성된 체결요홈; 및

   상기 체결요홈에 볼트로서 결속 고정되는 체결편을 중앙에 일체로 가진 판스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 씰핀은,

   작동유체 도입과 마주하는 방향에 주면을 형성하고 있고,

   상기 주면은 회전체의 회전축과 평행한 축선에 대해 90° ~ 95°각도의 경사진 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 씰핀은,

   상기 주면의 반대측 이면이 상기 주면에 대해 11° ~ 12° 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전체 외면에 원주방향으로 일정 간격으로 돌출되는 돌기;를 더 포함하며,

   상기 씰핀은, 상기 돌기가 위치하는 부분에서 돌기를 향해 뻗은 단핀과, 돌기와 다른 돌기 사이의 회전체 외면을 향해 뻗은 장핀이 교번 형성되는 것을 특징으로 하는 급수펌프용 씰 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 장핀과 이와 이웃하는 다른 장핀의 이격 피치는, 상기 돌기와 이웃하는 돌기 사이의 피치와 동일하게 설정되고,

   상기 장핀과 돌기 사이의 간격은 고정체와 회전체와의 사이에 열팽창의 차이에 따른 축방향 신장변위량의 최대 차이보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 급 수펌프용 씰 어셈블리.

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