KR101113947B1 - 발전기용 브러쉬 실 어셈블리 - Google Patents

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KR101113947B1
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generator
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rotating shaft
sealing
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변삼섭
하병기
손재화
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터보파워텍(주)
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Abstract

수차에 의해 가해지는 외력으로 회전되는 런너장치와, 상기 런너장치의 회전력을 전달하는 회전축부와, 상기 회전축부의 타단에 연결된 로터와, 상기 로터와 회전자계를 이루어 상기 회전력을 전기 에너지로 변환하는 스테이터를 포함하는 제너레이터부와, 상기 회전축부를 회전가능하게 지지하도록 그의 외주에 배치되되, 내부에 윤활오일이 수용되는 베어링부를 포함하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리에 있어서, 상기 베어링부의 외주를 감싸는 커버에 체결되되, 상기 회전축부에 대향되는 장착홈이 형성된 홀더; 상기 장착홈에 삽입되어 상기 회전축부의 고속 회전에 따라 상기 베어링부에 구비된 오일 증발에 따른 오일베이퍼가 상기 제너레이터부 내측으로 유입되는 것을 방지하도록, 상기 베어링부와 상기 제너레이터부의 사이에 배치되되 상기 회전축부의 외주를 원주방향을 따라 실링하는 브러쉬 실링부; 및 상기 장착홈에 장착된 상기 브러쉬 실링부의 상면을 가압 및 클램핑하여 고정하도록 상기 홀더에 체결되는 클램핑 플레이트를 포함하여 이루어지는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리를 제공한다.

Description

발전기용 브러쉬 실 어셈블리{brush seal assembly for turbine generator}
본 발명은 일반적으로 수차발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수차발전기 운용시 발전기측 베어링에서 발생되는 오일베이퍼의 저감을 위한 발전기용 브러쉬 실 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 발전기(發電機)는 역학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 역학적 에너지의 근원은 내부 연소 엔진, 터빈 엔진, 바람 터빈, 태양에너지, 수차를 통해 떨어지는 물 등이 있고, 이러한 역학적 에너지를 근원으로 전력을 생산하는 다양한 방법이 있다.
본 발명이 속하는 수차발전기는 물의 유동 및 위치에너지를 이용하여 전력을 생산하는 방식으로, 환경오염을 발생시키지 않는 친환경 재생에너지 발전방식 중 하나이다.
여기서, 상기 수차발전기는 회전축의 설치형태와 지면의 방향에 따라 분류할 수 있다. 상세히, 지면에 회전축을 세우는 종형방식과 지면과 회전축을 수평으로 구비하는 횡형방식으로 분류된다. 종형방식의 수차발전기에는 프랜시스 수차, 카프란 수차 등이 있고, 횡형방식의 수차발전기에는 펠톤 수차 등이 있다. 현재 수력발전용으로 쓰이는 대부분은 상기 프랜시스 수차 방식을 이용한다.
도 1은 일반적인 프랜시스 수차방식의 수차발전기의 단면도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 상기 수차발전기는 지면에 수직으로 설치되고, 댐에서 공급되는 물의 압력을 이용하여 상기 수차발전기의 수압관으로 물이 유도된다. 유도된 물은 스파이럴 케이싱(6)을 지나 원주방향으로 물이 유입되되, 블레이드를 구비한 러너장치(3)에 수직으로 충돌하여 상기 블레이드를 회전시켜 상기 러너장치(3)와 연결된 회전축부(1)에 회전력을 일으킨다.
여기서, 상기 회전하는 회전축부(1)와 연결된 발전기 내부의 로터(2)와 제너레이터부(4) 간에 유도되는 기전력에 의해서 전기가 발생하게 된다.
여기서, 수차발전기의 구성은 크게 고정부품으로 이루어진 고정자 즉, 제너레이터부(4)와 회전부품으로 이루어진 로터(2)로 나뉜다. 윤활제가 도포된 베어링 안에서 상기 로터(2)가 회전운동을 하면서 베어링(5) 공동 안에서 윤활제와 분진의 결합으로 인한 오일베이퍼가 발생하는데 상기 오일베이퍼가 회전축부(1)의 고속 회전에 의해 베어링(5) 외부로 유출되어, 작업환경을 오염시키는 경우가 발생했다.
또한, 상기 오일베이퍼가 유출되어 다른 기기요소에 고착되면, 기계에 오산 및 손상을 일으켜 사고를 일으키는 문제점이 있었다.
상기의 문제를 해결하기 위해 종래에는 유체의 유출을 제어하고, 상기 로터와 상기 제너레이터부의 밀봉상태를 개선하기 위한 회전체의 사용되는 실 중 하나인 래비린스 실(Labyrinth seal)을 사용했다.
상세히, 상기 래비린스 실은 반경방향으로 돌출하는 다수의 돌출기가 포함되고, 상기 돌출기는 고정요소에 가공되거나 기계요소에 삽입된다. 상기 돌출기로 생성된 회전부품과 래비린스 실 사이의 구불구불한 경로의 특징으로 유체의 유출을 제어하는데 사용된다.
공개특허공보 제2000-0048683호에서는 래비린스형 회전축 실을 사용하여, 상기 로터와 상기 제너레이터부 사이에 밀봉식으로 맞물리는 정교한 래비린스 경로를 구성함으로써, 베어링내부에 포함된 윤활제와 같은 오일과 분진의 결합으로 인해 발생 된 오일베이퍼가 외부로 유출되는 것을 막을 수 있는 래비린스 밀봉장치 및 그의 조립방법을 제시한다.
그러나, 상기 로터의 반경방향으로 큰 편위운동(excursion)이 일어날 경우에 래비린스 실의 돌출기가 손상이 되어 실링하는 성능이 저하되며, 이로 인한 상기 로터와 상기 제너레이터부 사이의 간극으로 인한 오일 베이퍼 유출을 막는데 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수차발전기 운용시 발전기측 베어링에서 발생되는 오일베이퍼의 저감을 위한 수차발전기 오일베이퍼 저감을 위한 브러쉬 실 장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 수차에 의해 가해지는 외력으로 회전되는 런너장치와, 상기 런너장치의 회전력을 전달하는 회전축부와, 상기 회전축부의 타단에 연결된 로터와, 상기 로터와 회전자계를 이루어 상기 회전력을 전기 에너지로 변환하는 스테이터를 포함하는 제너레이터부와, 상기 회전축부를 회전가능하게 지지하도록 그의 외주에 배치되되, 내부에 윤활오일이 수용되는 베어링부를 포함하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리에 있어서, 상기 베어링부의 외주를 감싸는 커버에 체결되되, 상기 회전축부에 대향되는 장착홈이 형성된 홀더;상기 장착홈에 삽입되어 상기 회전축부의 고속 회전에 따라 상기 베어링부에 구비된 오일 증발에 따른 오일베이퍼가 상기 제너레이터부 내측으로 유입되는 것을 방지하도록, 상기 베어링부와 상기 제너레이터부의 사이에 배치되되 상기 회전축부의 외주를 원주방향을 따라 실링하는 브러쉬 실링부; 및 상기 장착홈에 장착된 상기 브러쉬 실링부의 상면을 가압 및 클램핑하여 고정하도록 상기 홀더에 체결되는 클램핑 플레이트를 포함하여 이루어지는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리를 제공한다.
여기서, 상기 브러쉬 실링부는, 노출된 단부가 상기 회전축부 외주와 탄발 접촉되도록 절연 재질로 이루어져 다발을 이루는 복수개의 브러쉬와, 상기 장착홈의 고정단턱부 내측에 구속되어 고정되되, 내부에 형성된 수용공간에 상기 브러쉬의 수용된 단부를 가압하여 고정하는 브러쉬 고정구를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 브러쉬는 상기 브러쉬 고정구 내측에서 적어도 1회 접혀서 선회되어 배치되며, 상기 선회된 부분 내측을 관통하여 상기 브러쉬 고정구의 내측에서 가압되어 고정되는 고정와이어가 구비됨이 바람직하다.
더욱이, 상기 장착홈 및 상기 클램핑 플레이트의 내주에는 상기 브러쉬 고정구의 내접하는 첨단부를 고정하는 고정단턱부가 탄발지지되어 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 브러쉬 실링부는 상기 장착홈 내측에 상기 회전축부의 축방향을 따라 다단으로 배치됨이 바람직하다.
본 발명의 상기의 해결 수단을 통해서 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명의 발전기용 브러쉬 실 어셈블리가 회전축부와 베어링부 사이를 실링하므로, 상기 회전축부의 고속 회전에 따라 상기 베어링부에 구비된 윤활오일이 증발하여 발생하는 오일베이퍼가 상기 제너레이터부 내측으로 유입되는 것을 방지하여 작업환경을 깨끗하게 유지할 수 있다. 이로 인해, 상기 오일베이퍼가 외부로 누출되어 다른 부속품에 고착되어 발생할 수 있는 수차발전기의 오작동을 줄여 전력 생산량을 향상시킬 수 있다.
둘째, 절연 재질의 브러쉬를 이용하여 브러쉬 실을 제작하여 고속 회전하는 상기 회전축부와 정지상태의 상기 제너레이터부 사이를 밀봉하므로 회전장치와 정지장치 사이에 절연이 파괴되어 발생할 수 있는 고압을 절연하므로써, 수차발전기의 오손 및 기계적 부하를 방지할 수 있고 안정성을 확보할 수 있다.
셋째, 브러쉬 실링부를 구성하는 내측에서 적어도 1회 접혀서 선회되어 배치된 브러쉬와 상하단면을 이루고 그의 내측 방향으로 압력을 작용하는 브러쉬 고정구간의 상호 대응되는 힘의 방향성으로 결합하는 특징으로 인해 상기 브러쉬 실링부를 제작할 때 용접 및 접착제를 사용하는 제작공정을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 상기 브러쉬 실 장치의 부품간의 결합을 체결볼트를 이용하여 나사체결을 하므로 결합공정을 줄이고, 신속하고 간략하게 부품 결합을 할 수 있어 작업 효율성 및 브러쉬 실 장치의 생산성을 향상할 수 있다
도 1은 일반적인 프랜시스 수차방식의 수차발전기의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리가 적용된 수차발전기 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리를 수반하는 회전축부 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리의 브러쉬 실 장치 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리의 브러쉬 실링부 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리의 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 오일베이퍼 저감을 위한 브러쉬 실 장치의 브러쉬가 설치된 오일베이퍼 차단 테스트기 개략도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리를 상세히 설명한다.
본 발명은 종형 횡형 국한되지 않고 수차발전을 위한 프랜시스 수차 구조에는 모두 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리가 적용된 수차발전기의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리를 수반하는 회전축부의 단면도이다.
도 2 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리가 포함된 수차발전기는 런너장치(30), 회전축부(10), 로터(20), 제너레이터부(40), 베어링부(60), 브러쉬 실 장치(50)로 구성되어 있고, 상기 발전기용 브러쉬 실 어셈블리(50)는 홀더(53), 브러쉬 실링부(51) 및 클램핑 플레이트(52) 등을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상세히, 상기 런너장치(30)는 몸체에는 복수개의 블레이드가 형성되어 있고, 상기 블레이드 외면에 물이 공급되어 가해지는 외력으로 상기 블레이드를 포함한 상기 런너장치(30)을 회전시킨다.
여기서, 상기 런너장치(30)는 원통형의 상기 회전축부(10)의 하측부에 연결되어있고, 그와 대응되는 타단에는 상기 로터(20)와 연결됨이 바람직하다. 상기 런너장치(30) 몸체에 구비된 상기 블레이드에 물이 공급되어 상기 블레이드가 회전하게 되고, 이로 인해 생성된 회전력이 상기 로터(20)로 전달되며 상기 로터(20)와 회전자계를 이루는 제너레이터부(40)의 기전력에 의해, 상기 회전력을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산한다.
한편, 상기 발전기용 브러쉬 실 어셈블리(50)에 있어서, 상기 베어링부(60)는 상기 회전축부(10)의 원주를 둘러싼 형태로 구비되되, 상기 회전축부(10)의 고속회전시 발생하는 마찰력을 줄이기 위하여 베어링부(60)의 중공부를 구비하여 윤활제를 포함하여 이루어지고, 상기 회전축부(10)를 회전 가능하게 지지함이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링부(60)의 일측에 구비된 중공부 내측의 상기 윤활제는 상기 회전축부(10)의 고속회전으로 인해 발생되는 마찰로 인한 열로 인해 기화될 수 있고, 주위 작업 환경에 의해 발생하는 분진과 결합으로 인해 오일베이퍼가 형성될 수 있고, 상기 오일베이퍼가 상기 베어링부(60)의 중공부를 이탈하여 상기 제너레이터부(40) 내지 다른 부속부품으로 흘러나가 그의 외면에 고착되어 기계적 결함을 발생시킬 수 있다.
따라서, 상기 오일베이퍼가 상기 베어링부(60)의 중공부에서 외부로 누출됨을 방지하기 위하여 상기 회전축부(10)와 상기 베어링부(60) 사이에 브러쉬 실 장치(50)가 구비됨이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리의 브러쉬 실링부 단면도이다.
도 4 내지 5에서 보는 바와 같이, 상기 브러쉬 실 장치(50)는 상기 회전축부(10)와 상기 베어링부(60) 사이의 단차를 실링하는 상기 브러쉬 실링부(51), 상기 브러쉬 실링부(51)를 내재하는 상기 홀더(53) 및 상기 브러쉬 실링부(51)와 상기 홀더(53)의 결합을 견고하게 클램핑하는 상기 클램핑 플레이트(52)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상세히, 상기 브러쉬 실링부(51)는 탄성력이 좋은 재질로 이루어진 복수개의 상기 브러쉬(55)와 상기 브러쉬(55)를 수용하는 상기 브러쉬 고정구(56) 및, 상기 브러쉬 고정구(56) 내부에 가압되어 고정되는 고정와이어(57)를 포함하여 구성됨이 바람직하다. 이때, 상기 브러쉬(55)는 절연 재질로 이루어지거나 금속재질의 외면에 절연 코팅이 형성되어 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 복수개의 브러쉬(55)를 하나의 상기 브러쉬 실링부(51)로 제작함에 있어서, 상기 브러쉬(55)는 상기 브러쉬 고정구(56) 내측에서 적어도 1회 접혀서 선회되어 배치되되, 상기 선회된 부분 내측에 상기 고정와이어(57)가 관통하여 상기 브러쉬 고정구(56)의 내측에서 가압되어 고정됨이 바람직하다.
상기 브러쉬의 선회의 의미는 도 5를 참고하면 이해하기 쉽다.
상세히, 복수개의 상기 브러쉬(55) 다발의 양 끝단면을 일측방향을 향하도록 정렬하여 접은 다음, 상기 브러쉬(55)의 끝단 정렬로 형성된 브러쉬(55)의 회전구간에 고정와이어(57)를 관통하여 배치함이 바람직하다.
여기서, 상기 고정와이어(57)가 구비된 상기 브러쉬(55) 회전구간을 사각형 형상을 이루며 3면이 형성되어 입구를 가지는 상기 브러쉬 고정구(56) 내측에 삽입을 하고, 브러쉬 고정구(56)의 입구를 구성하는 양면을 가압하여 좁힘으로써 상기 브러쉬(55) 고정됨이 바람직하다.
이로 인해, 상기 브러쉬(55)는 탄성으로 원래의 직선형태로 돌아가려는 외부방향으로 힘이 작용하고, 상기 브러쉬 고정구(56)의 입구측을 가압하여 좁히면서 형성된 상기 브러쉬(55)를 향한 내면으로 힘이 작용으로 결합 되어 상기 브러쉬 실링부(51)를 형성된다. 여기서, 상기 브러쉬(55)와 상기 브러쉬 고정구(56)가 결합할 때 발생하는 힘의 방향성으로 인해, 용접 및 접착제를 사용하지 않고, 간단한 조립으로만 제작이 가능하며, 상기 브러쉬 고정구(56)내부에서 1회 접힘구조를 가지고 상기 고정와이어(57)가 고정하는 선회구조의 특징으로 인해 상기 브러쉬(55)가 부러지거나 상기 브러쉬 고정구(56)를 이탈하는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 브러쉬(55)는 인장력 및 탄성력이 우수하여 상기 회전축부(10)의 고속 회전에도 마모되지 않고, 회전방향으로 쉽게 탄발변형이 가능한 순도 90%의 폴리프로필렌(PP)을 사용함이 바람직하나, 이와 같은 성질을 지닌 다른 재질로 이루어질 수 있다.
상세히, 상기 브러쉬(55)의 끝단부가 상기 회전축부(10)의 원주와 맞닿아 인접해 있고, 일방향으로 회전하는 상기 회전축부(10)의 회전방향으로 굴곡지게 탄발변형이 일어나면서 회전방향으로 연장되어 구비되되, 상기 회전축부(10)와 상기 베어링부(60) 사이에 형성되는 단차를 실링함이 바람직하다.
여기서, 고속 회전하는 상기 회전축부(10)와 정지상태의 상기 제너레이터부(40) 사이에 형성되는 고압으로 인해 갑자기 대전류가 흘러서 절연이 파괴되어 상기 수차발전기에 기계적 부하를 발생할 수 있으나, 상기 회전축부(10)와 상기 제너레이터부(40) 사이를 절연체인 상기 브러쉬 실링부(51)로 실링하므로, 상기 절연내력으로 발생할 수 있는 수차발전기의 오손 및 기계적 부하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 브러쉬(55)의 탄발변형의 특징으로 인해 상기 회전축부(10)의 고속회전에도 상기 브러쉬(55)의 파손이 발생하지 않고, 복수개의 다발형태의 특징으로 인해 상기 베어링부(60)에서 유출되는 상기 오일베이퍼가 상기 브러쉬(55) 다발 내로 유입되어 각각의 상기 브러쉬(55)들로 중첩된 실링부를 형성하여 상기 오일베이퍼가 상기 중첩된 브러쉬(55)내에 머무르게 함으로써, 효율적인 실링효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 홀더(53)는 상기 회전축부(10)의 외주를 감싸는 형태로 배치되되, 상기 베어링부(60)의 커버에 나사체결되고, 상기 브러쉬 실링부(51)가 내재됨이 바람직하다.
상세히, 상기 장착홈(54)은 상기 홀더(53)의 원주방향의 내측 상단 모서리 끝단부에 상기 브러쉬 실링부(51)의 삽입 가능하도록 장착홈(45)이 구비됨이 바람직하고, 상기 브러쉬 실링부(51)가 삽입된 후 상기 브러쉬 실링부(51)가 고정될 수 있도록 구속하는 고정단턱부(58)가 돌출되어 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 장착홈(45)의 크기는 내부에 삽입될 하나 또는 그 이상의 상기 브러쉬 실링부(51)의 두께와 대응되게 형성되되, 상기 장착홈(54)의 내측에 상기 회전축부(10)의 축방향을 따라 다단으로 배치되어 상기 브러쉬 실링부(51)의 개수를 늘리면서 실링할 부위의 두께를 조절할 수도 있다.
한편, 상기 브러쉬 실링부(51)를 구성하는 상기 브러쉬(55)의 일측단부가 상기 홀더(53)의 상기 장착홈(54) 외면으로부터 돌출되고, 상기 제너레이터부(40)와 상기 베어링부(60) 사이에 원주방향을 따라 실링하도록 배치됨이 바람직하다.
따라서, 상기 브러쉬 실링부(51)는 상기 회전축부(10)의 고속 회전에 따라 상기 베어링부(60)의 동공에 구비된 윤활오일이 증발하여 발생할 수 있는 오일베이퍼가 상기 제너레이터부(40) 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이로 인해, 상기 제너레이터부(40)의 작업환경이 깨끗하게 유지될 뿐만 아니라, 다른 부속부품으로의 오일베이퍼 고착에 의해 발생할 수 있는 수차발전기의 오작동 가능성을 줄일 수 있다.
한편, 상기 클램핑 플레이트(52)는 상기 장착홈(54)에 장착된 상기 브러쉬 실링부(51)의 상단에 위치하고, 상기 브러쉬 실링부(51)와 상기 홀더(53)를 가압 및 클램핑하여 견고하게 고정할 수 있도록 구비됨이 바람직하다.
상세히, 상기 클램핑 플레이트(52)의 상기 브러쉬 실링부(51)가 맞닿는 하측부에는 상기 홀더(53)의 상기 장착홈(54) 내부에 상기 브러쉬 실링부(51)가 결합할 수 있도록 구성된 상기 고정단턱부(58)와 상응되는 하나의 고정단턱부(59)가 돌출되어 구비됨이 바람직하고, 돌출된 상기 고정단턱부(58, 59)들에 의해 상기 브러쉬 실링부(51)가 고정되어 상기 회전축부(10)의 고속회전에 의해 이탈되지 않는다.
여기서, 상기 장착홈(54)의 내면의 상기 후크(58)과 상기 클램핑 플레이트(52)의 내주의 상기 후크(59)는 상기 브러쉬 고정구(56)의 타단 높이에 대응되게 돌출되어 있고, 외측에서 내측으로 갈수록 상기 고정단턱부(58)의 두께가 두꺼워 돌출된 형태를 가지도록 구비됨이 바람직하다.
따라서, 상기 브러쉬 실링부(51)를 상기 장착홈(54)에 삽입시킬 때, 상기 브러쉬 실링부(51)를 탄발적으로 슬라이드 삽입하여 상기 브러쉬 고정구(56)가 고정단턱부(58)에 탄발결합되고, 상기 브러쉬 고정구(56)와 대응되는 높이로 돌출된 상기 고정단턱부(58)의 끝단부의 구속으로 인해 고속회전하는 상기 회전축부(10)에 의한 회전력이 발생하더라도 상기 브러쉬 실링부(51)는 상기 홀더(53)의 상기 장착홈(54) 외부로 이탈되지 않고 고정될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 발전기용 브러쉬 실 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 상기 브러쉬 실 장치(50)를 구성하는 구성요소들의 결합단계를 알 수 있다. 상기 홀더(53)에 구비된 상기 장착홈(54) 내부에 상기 브러쉬 실링부(51)가 다단으로 결합되고, 상단에 상기 고정단턱부(58)가 내장된 상기 클램핑 플레이트(52)와 상기 홀더(53)로 상기 브러쉬 실링부(51)를 견고하게 내재시킬 수 있다.
이때, 상기 실플레이트(62)가 상기 클램핑 플레이트(52)와 상기 홀더(53) 사이의 결합부위에 더 포함되어 위치할 수 있다. 상기 실플레이트(62)는 결합부품 상호 간의 밀봉에 용이하고, 열적 성질이 뛰어난 재료를 사용하여 제작함이 바람직하다.
따라서, 상기 실플레이트(62)는 상기 회전축부(10)의 고속 회전의 마찰을 받는 상기 브러쉬 실링부(51)와 상기 클램핑 플레이트(52) 사이에 발생할 수 있는 열을 잘 견딜 수 있다.
한편, 상기 베어링부(60)와 상기 브러쉬 실 장치(50)의 결합부위를 밀봉하기 위하여 실리콘을 주성분으로 이루어진 액상상태의 밀봉제를 경화하여 제작한 상기 가스켓(61)을 배치한다.
여기서, 상기 가스켓(61)은 일반 고체 가스켓보다 복잡한 형상에도 쉽게 도포하고, 상기 가스켓(61)을 교체함이 용이함은 물론이고, 내오일성, 내화학성이 좋아서 오일베이퍼에 대한 저항이 좋다. 또한, 상기 베어링부(60)와 상기 브러쉬 실 장치(50)의 체결에 기밀성, 유지기능 및 유체에 대한 불침투성을 제공할 수 있다.
한편, 상기 브러쉬 실 장치(50)를 구성하는 상기 브러쉬 실링부(51), 클램핑 플레이트(52), 실플레이트(62), 가스켓(61)를 결합함에 있어서, 상기 구성품의 내부에 이격된 위치에 볼트가 체결될 수 있는 관통구를 형성하고, 상기 관통구에 체결볼트(63)를 체결함이 바람직하다.
상세히, 상기 체결볼트(63)의 길이에 따라 상기 클램핑 플레이트(52) 외부로 돌출되어 결합하는 것과 상기 클램핑 플레이트(52)를 제외한 나머지 상기 브러쉬 실 장치(50)의 부품들을 체결하는 것으로 나눌 수 있다.
또한, 상기 체결볼트(63a)의 길이가 상기 브러쉬 실 장치(50)의 높이보다 길기 때문에 상기 브러쉬 실 장치(50)의 관통구를 관통하여 돌출된 상기 체결볼트(63a)의 하단부에 상기 베어링부(60)를 결합시켜 상기 브러쉬 실 장치(50)를 상기 베어링부(60) 외면에 고정할 수 있다.
한편, 상기 브러쉬 실 장치(50)를 이루는 상기 브러쉬 실링부(51), 상기 클램핑 플래이트(12), 상기 홀더(53), 상기 실플레이트(62) 및 상기 가스켓(61)은 일정길이의 아치형으로 제작되는데, 상기 부품들을 나사 체결하여 링 형태를 형성함이 바람직하다.
이때, 일정 길이의 아치형을 이루는 상기 홀더(53)의 양쪽 끝단에 돌출체결부(53a)가 축중심의 외부로 돌출되어 생성되고, 이격된 위치에 생성된 각각의 상기 돌출체결부(53a)에 체결볼트(63b)를 이용하여 결합함이 바람직하다.
이로 인해, 상기 구성부품 간의 용접 및 접착제를 이용한 결합공정을 줄일 수 있어 상기 브러쉬 실 장치(50)제작을 간편하게 하여 결합공정을 줄이고 생산성을 늘릴 수 있다.
한편, 수차발전기의 오일베이퍼 저감을 위한 브러쉬 실링부(51)의 실증실험을 통하여 제품의 신뢰성을 확보하여 제품개발에 적용하기 위한 설계이론을 해석해 보았다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 오일베이퍼 저감을 위한 브러쉬 실 장치의 브러쉬 실링부가 내장된 오일베이퍼 차단 테스트기 개략도이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 오일베이퍼 차단 테스트기를 제작하여 상기의 브러쉬 실링부(51)의 오일베이퍼 차단 실험을 실시하였다. 상기 오일베이퍼 차단 테스트기는 일정한 공간의 사이를 오일베이퍼 입구측(100), 오일베이퍼 출구측(200)으로 나누고, 나누어진 두 공간 사이에 상기 브러쉬 실링부(51)를 설치하여 두 공간을 실링하여 실링효과를 분석하였다.
여기서, 상기 오일 오일베이퍼 차단 테스트기 외부에 배치된 오일베이퍼 발생기(300)에서 오일베이퍼를 발생시켜 오일베이퍼 분사 주입구(311)를 상기 오일베퍼 입구측(100)에 내재시킨다. 상기 오일베이퍼 발생기(300)를 통하여 상기 오일베이퍼 입구측(100)에 일정시간 동안 오일베이퍼를 분사하고 에어레귤레이터(310)로 상기 오일베이퍼 입구측(100)의 압력을 높여 상기 오일베이퍼가 상기 오일베이퍼 출구측(200)으로 배출되도록 하고, 상기 오일베이퍼 입구측(100)의 오일베이퍼 양과 상기 오일베이퍼 출구측(200)의 판독용 흡작 용지(210)에 고착된 오일베이퍼의 양을 측정하였다.
한편, 실험에 사용된 상기 브러쉬 실링부(51)를 제작함에 있어서, 상기 브러쉬 의 직경을 0.15 mm, 표면조도를 1.3 ㎛, 밀도는 132 EA/mm의 값으로 상기 브러쉬 실 장치(50)의 실링 두께를 3mm를 목표로 제작하였다.
표 1은 오일베이퍼 차단 테스트기를 통한 오일베이퍼 차단 실험 결과를 보여주고 있다
시험 순위 차압
 구분
 입구측 출구측 비고
시료1 시료2 시료1 시료2

1차
1 mmH2O		 시험전 1.37 1.39 1.37 1.39
시험조건

1. 입구측압력: 1 mmH2O
2. 출구측압력: 0 mmH2O
3. 차압: 1 mmH2O
4. 시험시간: 30분/120분
30분 시험후 1.42 1.47 1.35 1.36
증가량 0.05 0.08 -0.02 -0.03


2차

1 mmH2O

 시험전 1.37 1.39 1.37 1.39
30분 시험후 1.58 1.83 1.35 1.37
증가량 0.21 0.44 -0.02 -0.02
120분 시험후 1.77 2.11 1.34 1.37
증가량 0.40 0.72 -0.03 -0.02
표 1에서 보는 바와 같이, 상기 오일베이퍼 입구측(100)에 일정량의 오일베이퍼를 30분, 120분간 분사한 후 상기 오일베이퍼 입구측(100)과 상기 오일베이퍼 출구측(200)의 오일베이퍼의 변화량을 측정한 결과이다. 여기서, 대부분의 오일베이퍼가 상기 브러쉬 실링부(51)에 의해 차단됨을 알 수 있다.
따라서, 상기 조건으로 제작된 수차발전기용 오일베이퍼 저감을 위한 브러쉬 실 장치는 상기 수차발전기 내에서 회전축부(10)의 회전에 의해 발생할 수 있는 오일베이퍼의 누설현상을 방지할 수 있음을 확인하였다.
더욱이, 상기 브러쉬 실링부(51)에 외력을 가하여 상기 브러쉬(55)의 좌굴에 따른 변형 및 응력 해석을 수행하였다. 여기서, 상기 브러쉬(55)는 폴리프로필렌(PP)를 이용하여 제작하였다.
상세히, 상기 브러쉬 실링부(51)가 베어링부에 조립이 되면, 상기 회전축부(10)의 직경이 브러쉬 실링부(51)의 내경보다 2.8 mm 크기 때문에 상기 브러쉬(55)가 편측으로 1.4mm 변형이 발생했다.
이로 인해, 상기 브러쉬(55)에 좌굴이 발생하고, 로터 회전 중에 회전축부(10)의 진동변위에 의하여 변형이 일어나나, 상기 폴리프로필렌 재질의 브러쉬(55)의 탄성에 의해 소성변형이 발생하지 않았다.
이러한 상기 브러쉬(55)의 특징으로 인해, 상기 회전축부(10)와 상기 브러쉬 실링부(51)사이의 중공부를 실링함에 있어서, 브러쉬의 변형 및 마모가 발생하지 않고 보다 효과적으로 중공부를 실링하여 오일베이퍼의 유출을 방지할 수 있음을 확인하였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.
1, 10: 회전축부 2, 20:로터
3, 30: 런너장치 4,40: 제너레이터부
5: 베어링 6: 스페이럴 케이싱
50: 브러쉬 실 장치 51: 브러쉬 실링부
52: 클램핑 플레이트 53: 홀더
53a: 돌출체결부 54: 장착홈
55: 브러쉬 56: 브러쉬 고정구
57: 고정와이어 58, 59: 고정단턱부
60: 베어링부 61: 가스켓
62: 실플레이트 63a, 63b: 체결볼트

Claims (5)

  1. 수차에 의해 가해지는 외력으로 회전되는 런너장치와, 상기 런너장치의 회전력을 전달하는 회전축부와, 상기 회전축부의 타단에 연결된 로터와, 상기 로터와 회전자계를 이루어 상기 회전력을 전기 에너지로 변환하는 스테이터를 포함하는 제너레이터부와, 상기 회전축부를 회전가능하게 지지하도록 그의 외주에 배치되되, 내부에 윤활오일이 수용되는 베어링부를 포함하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리에 있어서,
    상기 베어링부의 외주를 감싸는 커버에 체결되되, 상기 회전축부에 대향되는 장착홈이 형성된 홀더;
    상기 장착홈에 삽입되어 상기 회전축부의 고속 회전에 따라 상기 베어링부에 구비된 오일 증발에 따른 오일베이퍼가 상기 제너레이터부 내측으로 유입되는 것을 방지하도록, 상기 베어링부와 상기 제너레이터부의 사이에 배치되되 상기 회전축부의 외주를 원주방향을 따라 실링하는 브러쉬 실링부; 및
    상기 장착홈에 장착된 상기 브러쉬 실링부의 상면을 가압 및 클램핑하여 고정하도록 상기 홀더에 체결되는 클램핑 플레이트를 포함하여 이루어지는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브러쉬 실링부는,
    노출된 단부가 상기 회전축부 외주와 탄발 접촉되도록 절연 재질로 이루어져 다발을 이루는 복수개의 브러쉬와,
    상기 장착홈의 고정단턱부 내측에 구속되어 고정되되, 내부에 형성된 수용공간에 상기 브러쉬의 수용된 단부를 가압하여 고정하는 브러쉬 고정구를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 브러쉬는 상기 브러쉬 고정구 내측에서 적어도 1회 접혀서 선회되어 배치되며, 상기 선회된 부분 내측을 관통하여 상기 브러쉬 고정구의 내측에서 가압되어 고정되는 고정와이어가 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 장착홈 및 상기 클램핑 플레이트의 내주에는 상기 브러쉬 고정구의 내접하는 첨단부를 고정하는 고정단턱부가 탄발지지되어 구비됨을 특징으로 하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 브러쉬 실링부는 상기 장착홈 내측에 상기 회전축부의 축방향을 따라 다단으로 배치됨을 특징으로 하는 발전기용 브러쉬 실 어셈블리.
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