KR101239523B1 - 시일 부재, 증기 터빈 및 공진 회피 방법 - Google Patents

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다미아키 나카자와
츠요시 미야베
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다카시 나카노
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 제 1 시일 부재(21A)는 이중 구조의 주름 형상의 벨로스(22)와, 벨로스(22)의 외측에 벨로스(22)의 일부를 덮도록 해서 마련된 진동 조정 수단을 갖는 것으로서, 벨로스(22)의 일부에 주름 형상으로 성형하지 않은 평면부(23)를 마련하고, 또한 상기 진동 조정 수단이, 평면부(23)의 외측 표면의 둘레 방향으로 마련되는 동시에, 복수의 구멍을 둘레 방향으로 갖는 링 형상의 리브(25)와, 리브(25)의 외벽에 마련된 구멍에 삽입하는 추(26)로 이루어진다. 추(26)의 수를 조정하는 것에 의해, 고유 진동수를 조정하고, 제 1 시일 부재(21A)의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수의 공진을 방지한다.

Description

시일 부재, 증기 터빈 및 공진 회피 방법{SEAL MEMBER, STEAM TURBINE, AND METHOD OF AVOIDING RESONANCE}
본 발명은 증기를 이용해 로터를 회전 구동하는 것으로 발전을 실시하는 원자력 증기 터빈에 있어서, 원자력 증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링의 사이에 마련되는 이중 구조의 벨로스로 이루어지는 시일 부재, 증기 터빈 및 공진 회피 방법에 관한 것이다.
일반적인 증기 터빈에 있어서, 외부 케이싱 내에 내부 케이싱이 마련되는 동시에, 상부에 증기 입구부가 마련되고, 중심부에 로터가 회전 가능하게 지지되고, 이 로터에 동익이 복수단에 걸쳐서 고정되는 한편, 내부 케이싱에 지지된 익환링에 정익이 복수단에 걸쳐서 고정되어 로터에 고정된 동익과 교대로 배설되어 있다.
따라서, 증기 터빈의 운전시에, 증기가 상기 증기 입구부로부터 상기 내부 케이싱에 들어오면, 이 증기는 격벽을 거쳐서 익환링에 지지된 정익을 거쳐 동익에 분출함으로써 로터가 회전하여, 이 로터에 연결된 발전기를 구동한다.
또한, 증기 터빈에서는 회전체인 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링에 의해서 지지하고, 베어링을 증기 터빈의 콘크리트 등으로 이루어지는 기초대에 의해서 지지하고, 글랜드부를 상기 기초대에 지지되는 베어링대와 그 연결부를 이용해 지지하고 있다. 또한, 글랜드부와 케이싱을 시일하기 위해서, 가동 가능한 시일 수단인 벨로스라고 불리는 주름 형상의 배관이 사용되고 있다. 이 벨로스에 의해, 케이싱의 열 팽창으로 인해 케이싱과 글랜드의 사이에 생기는 변위 차이를 흡수하는 동시에, 연소 기관의 진동의 전달을 방지하도록 하고 있다(특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 참조).
일본 특허 공개 제 1998-141565 호 공보 일본 특허 제 3831617 호 공보
여기서, 원자력 발전 플랜트에 있어서의 증기 터빈에서는 사고를 방지하고, 안전성, 신뢰성을 높이기 위해서, 상기 벨로스는 예를 들면, 다층 구조의 것이 채용되어 있다.
그러나, 상기 벨로스를 이중 구조로 하면, 각각의 벨로스끼리의 밀착 상태에 따라 고유 진동수가 크게 불규칙하게 되기 때문에, 이중 구조의 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진이 발생할 우려가 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제에 감안하여, 이중 구조로 이루어지는 벨로스의 고유 진동수의 조정을 가능하게 하고, 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진을 방지하는 시일 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 발명은, 적어도 두개 이상 소정 간격을 갖고 겹쳐서 이루어지는 복수 층의 벨로스와, 상기 벨로스의 외측에 상기 벨로스의 전부 또는 일부를 덮도록 해서 마련된 진동 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 시일 부재에 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 벨로스의 일부에 주름 형상으로 성형하지 않은 평면부를 마련하고, 또한 상기 진동 조정 수단이, 상기 평면부의 외측 표면의 둘레 방향으로 마련되는 동시에, 복수의 구멍을 둘레 방향으로 갖는 링 형상의 리브와, 상기 리브의 외벽에 마련된 상기 구멍에 삽입하는 추(weight) 등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시일 부재에 있다.
제 3 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 벨로스가 주름 형상으로 성형되는 동시에, 상기 진동 조정 수단이, 상기 벨로스의 외주의 일부의 홈의 둘레 방향으로 마련된 링 형상의 리브인 것을 특징으로 하는 시일 부재에 있다.
제 4 발명은 제 3 발명에 있어서, 상기 리브가 상기 벨로스와 접촉하는 면측에 코팅 부재를 거쳐서 마련되는 것을 특징으로 하는 시일 부재에 있다.
제 5 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 진동 조정 수단이, 상기 벨로스의 외주측에 배설되어 상기 벨로스의 축방향과 같은 방향에 따라서 마련된 적어도 하나 이상의 방진 부재인 것을 특징으로 하는 시일 부재에 있다.
제 6 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 벨로스를 적어도 두개 이상 직렬로 결합해서 이루어지고, 상기 진동 조정 수단이, 상기 복수의 벨로스 끼리의 사이에 스페이서를 갖는 것을 특징으로 하는 시일 부재에 있다.
제 7 발명은 외부 케이싱의 내부에 내부 케이싱이 배치되고, 상기 내부 케이싱의 내부에 터빈 로터가 배치되고, 상기 터빈 로터에 복수의 동익이 소정 간격으로 고정되고, 상기 내부 케이싱의 내부에 복수의 정익이 각 동익의 사이에 위치하도록 고정되고, 상기 터빈 로터의 각 단부가 상기 외부 케이싱의 베어링부에 회전 가능하게 지지되어서 구성되어 있는 저압 터빈과, 증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링과의 사이에 마련되어 제 1 내지 6 중 어느 하나의 발명의 시일 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 증기 터빈에 있다.
제 8 발명은 제 1 내지 6 중 어느 하나의 발명의 시일 부재를 이용해서, 상기 벨로스의 둘레 방향의 강성을 보강하고, 상기 벨로스의 진동수를 조정하는 것을 특징으로 하는 공진 회피 방법에 있다.
제 9 발명은 증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링의 사이에 마련되는 벨로스에 제 1 내지 6 중 어느 하나의 발명의 시일 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 공진 회피 방법에 있다.
제 1 항의 발명의 시일 부재에 의하면, 적어도 두개 이상 소정 간격을 갖고 겹쳐서 이루어지는 복수 층의 벨로스와, 상기 벨로스의 외측에 상기 벨로스의 전부 또는 일부를 덮도록 해서 마련된 진동 조정 수단을 가지므로, 상기 벨로스의 고유 진동수를 조정할 수 있어서, 상기 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다.
제 2 항의 발명의 시일 부재에 의하면, 상기 벨로스의 일부에 주름 형상으로 성형하지 않은 평면부를 마련하고, 또한 상기 진동 조정 수단이, 상기 평면부의 외측 표면의 둘레 방향으로 마련되는 동시에, 복수의 구멍을 둘레 방향으로 갖는 링 형상의 리브와, 상기 리브의 외벽에 마련된 상기 구멍에 삽입하는 추 등으로 이루어지므로, 상기 리브에 장착하는 상기 추의 수에 의해 벨로스의 고유 진동수를 조정할 수 있고, 이것에 의해, 상기 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 상기 벨로스를 제작한 후에도 상기 벨로스의 고유 진동수의 조정이 가능해져서, 재제작을 불필요하게 할 수 있다.
제 3 항의 발명의 시일 부재에 의하면, 상기 벨로스가 주름 형상으로 성형되는 동시에, 상기 진동 조정 수단이, 상기 벨로스의 외주의 일부의 홈의 둘레 방향으로 마련된 링 형상의 리브이므로, 상기 홈을 상기 리브로 고정함으로써, 상기 벨로스의 움직임을 구속할 수 있어서, 상기 벨로스의 고유 진동수를 상승시킬 수 있다. 이것에 의해, 상기 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 상기 벨로스의 제작시에 특수한 방법을 이용하는 일 없이, 제작한 상기 벨로스에 후장착하는 것만으로 상기 벨로스의 고유 진동수를 조정할 수 있다.
제 4 항의 발명의 시일 부재에 의하면, 상기 리브를 상기 벨로스와 접촉하는 면측에 코팅 부재를 거쳐서 마련하므로, 프레팅(fretting)에 의한 상기 벨로스의 마모를 방지할 수 있다.
제 5 항의 발명의 시일 부재에 의하면, 상기 진동 조정 수단이, 상기 벨로스의 외주측에 배설되고, 상기 벨로스의 축방향과 같은 방향에 따라서 마련된 적어도 하나 이상의 방진 부재이므로, 상기 방진 부재의 스프링 정수를 크게 해서 고유 진동수를 올리는 것에 의해 상기 벨로스의 고유 진동수를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 상기 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 상기 방진 부재는 상기 벨로스와는 접촉하는 일이 없기 때문에, 상기 벨로스의 강도를 유지할 수 있다.
또한, 상기 방진 부재로서 주름 형상의 벨로스, 압축 코일 스프링을 이용했을 경우, 주름 형상의 벨로스, 압축 코일 스프링의 축방향 중앙 위치에 웨이트를 붙이는 등 하는 것으로, 상기 벨로스의 고유 진동수의 미조정도 행할 수 있다. 또한, 상기 방진 부재로서 방진 고무를 이용했을 경우, 상기 방진 고무에 의해 감쇠도 얻을 수 있기 때문에, 가령 공진했을 경우에도 응답을 저감할 수 있다.
제 6 항의 발명의 시일 부재에 의하면, 상기 벨로스를 적어도 두개 이상 직렬로 결합해서 이루어지고, 상기 진동 조정 수단이, 상기 복수의 벨로스끼리의 사이에 스페이서를 가지므로, 상기 스페이서의 두께를 바꾸는 것에 의해 질량을 변화시켜, 상기 벨로스의 고유 진동수의 조정을 행할 수 있다. 이것에 의해, 상기 벨로스의 고유 진동수와 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 이미 제작되어 있는 벨로스를 그대로 이용할 수 있어서, 마찬가지의 수법으로 제작 가능하기 때문에, 무리 없이 실행할 수 있다.
제 7 항의 발명의 증기 터빈은 외부 케이싱의 내부에 내부 케이싱이 배치되고, 상기 내부 케이싱의 내부에 터빈 로터가 배치되고, 상기 터빈 로터에 복수의 동익이 소정 간격으로 고정되고, 상기 내부 케이싱의 내부에 복수의 정익이 각 동익의 사이에 위치하도록 고정되고, 상기 터빈 로터의 각 단부가 상기 외부 케이싱의 베어링부에 회전 가능하게 지지되어서 구성되어 있는 저압 터빈과, 증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링의 사이에 마련되고, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 시일 부재를 가지므로, 사고를 방지해서 안전성, 신뢰성을 높일 수 있다.
제 8 항의 발명의 공진 회피 방법에 의하면, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 시일 부재를 이용해 상기 벨로스의 둘레 방향의 강성을 보강하고, 상기 벨로스의 진동수를 조정하므로, 상기 벨로스의 둘레 방향의 강성을 보강해서, 상기 벨로스의 진동수를 조정할 수 있기 때문에, 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다.
제 9 항의 발명의 공진 회피 방법에 의하면, 증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링의 사이에 마련되는 벨로스에 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 시일 부재를 이용하므로, 상기 벨로스의 진동수를 조정하여, 회전 주파수와의 공진을 회피하므로, 사고를 방지해서 안전성, 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관련되는 시일 부재가 적용된 증기 터빈의 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 증기 터빈에 있어서의 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관련되는 시일 부재의 링 형상의 리브의 구성을 간략하게 도시하는 개념도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관련되는 시일 부재를 축방향에 대해서 수직 방향에서 보았을 때의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 관련되는 제 2 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도,
도 6은 본 발명의 실시예 2에 관련되는 시일 부재를 축방향에 대해서 수직 방향에서 보았을 때의 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도,
도 8은 본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재의 다른 구성을 간략하게 도시하는 개념도,
도 9는 본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재를 축방향에 대해서 수직 방향에서 보았을 때의 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예 4에 관련되는 제 4 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도,
도 11은 본 발명의 실시예 5에 관련되는 제 5 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관련되는 시일 부재가 적용된 증기 터빈의 개략 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예 1의 증기 터빈에 있어서의 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도, 도 3은 본 발명의 실시예 1에 관련되는 시일 부재의 링 형상의 리브의 구성을 간략하게 도시하는 개념도, 도 4는 본 발명의 실시예 1에 관련되는 시일 부재를 축방향에 대해서 수직 방향에서 보았을 때의 단면도이다.
실시예 1의 시일 부재가 적용된 증기 터빈(10)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 외부 케이싱(11)의 상부에 증기 입구부(12)가 마련되고, 회전체인 터빈 로터(이하, 「로터」라고 함)(13)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(14)에 의해서 지지하고, 베어링(14)을 증기 터빈(10)의 콘크리트 등으로 이루어진 기초대(15) 상에 마련된 베어링대(16)로 지지하고 있다. 또한, 글랜드부(17)는 베어링대(16)와 그 연결부(18)에 의해 지지하고 있다. 또한, 글랜드부(17)와 외부 케이싱(11)의 사이에는 증기의 누설을 방지하는 제 1 시일 부재(21A)가 이용되고 있다.
또한, 도 1 중 부호 19는 관통공이고, 부호 20은 단부판 원추부이다.
본 발명의 실시예 1에 관련되는 제 1 시일 부재(21A)는 도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 이중 구조의 주름 형상의 벨로스(22)와, 벨로스(22)의 외측에 벨로스(22)의 일부를 덮도록 해서 마련된 진동 조정 수단을 갖는 것이고, 벨로스(22)의 일부에 주름 형상으로 성형하지 않은 평면부(23)를 마련하고, 또한, 상기 진동 조정 수단이 평면부(23)의 외측 표면의 둘레 방향으로 마련되는 동시에, 복수의 구멍(24)을 둘레 방향으로 갖는 링 형상의 리브(25)와, 리브(25)의 외벽에 마련된 구멍(24)에 삽입하는 추(26) 등으로 이루어지는 것이다.
또한, 도 2 중 단부판(11a)에 의해 케이싱측과 연결하고, 단부판(17a)에 의해 글랜드측과 연결한다. 부호 29는 벨로스의 홈이다.
벨로스(22)는 두개의 원통을 겹쳐서 내측으로부터 압력을 가해 성형하고, 축방향 중심 부분의 평면부(23) 이외가 주름 형상이 되도록 하고 있다. 벨로스(22)는 평면부(23)에서 리브(25)를 용접해 용접부(27)를 형성하고 있다.
또한, 본 실시예에서는 벨로스(22)를 내층 벨로스(22a), 외층 벨로스(22b)의 2층의 복수층 벨로스 구조로 하고 있지만, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 리브(25)에는 원주 방향으로 마련되어 있는 복수개의 구멍(24)을 이용해서 추(26)를 볼트(28)로 체결하고 있다. 이 구멍(24)에 넣는 추(26)의 수 혹은 질량을 조정함으로써, 벨로스(22)의 고유 진동수를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다.
이 때, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피하기 위해서, 벨로스(22)의 고유 진동수를 증대, 감소 중 어느 한 쪽의 방향으로 변화시켜도 괜찮다. 또한, 벨로스(22)의 고유 진동수가 로터(13)의 회전 주파수보다 조금 높은 수치였을 경우에도 추(26)의 수를 늘려 벨로스(22)의 고유 진동수를 로터(13)의 회전 주파수보다 작게 함으로써, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다.
이 제 1 시일 부재(21A)의 고유 진동수를 계측하여, 로터(13)의 회전 주파수와의 공진의 가능성이 있는 경우에는, 제 1 시일 부재(21A)의 제작 후의 고유 진동수를 조정함으로써, 벨로스(22)를 재차 제작하지 않고 끝마칠 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 1 시일 부재(21A)에 있어서는, 벨로스(22)의 외면의 홈(29)에는 실리콘, 고무, 접착제 등 충전제를 충전하도록 해도 무방하다. 외부 케이싱(11)의 단부판(11a), 글랜드부(17)의 단부판(17a) 등의 플랜지 부근에 충전하는 것에 의해, 벨로스(22)의 강성을 증가시켜서, 고유 진동수를 높게 할 수 있다. 또한, 벨로스(22)의 축방향 중심 부분의 홈(29)에 상기 충전제를 충전하는 것에 의해, 벨로스(22)의 질량을 증가시켜, 벨로스(22)의 고유 진동수를 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22)에 특별한 부품을 제작할 필요가 없어서, 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 응급 처치적인 대책으로서도 실시할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 1 시일 부재(21A)에 있어서는, 2장의 벨로스(22a, 22b)의 사이에 예를 들면, 기름, 윤활유 등 점성이 높은 고점성 물질을 충전하도록 해도 무방하다. 이들 벨로스(22a, 22b) 사이에 상기 고점성 물질을 충전하는 것에 의해, 감쇠성을 높일 수 있다. 즉, 고점성 물질을 충전했을 때의 충전 벨로스(22)의 응답 곡선은, 고점성 물질을 벨로스(22a, 22b) 사이에 충전하지 않은 충전 벨로스(22)의 통상의 응답 곡선보다 작게 할 수 있다. 이 때문에, 충전 벨로스(22) 사이에 상기 고점성 물질을 충전함으로써, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수가 공진했을 때의 응답을 작게 억제할 수 있다. 또한, 이미 제작되어 있는 벨로스(22)에도 간단하게 적용할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 관련되는 제 1 시일 부재(21A)에 의하면, 벨로스(22)의 일부에 주름 형상으로 성형하지 않은 평면부(23)를 둘레 방향에 걸쳐서 마련하고, 또한 상기 진동 조정 수단을 평면부(23)의 외측 표면의 둘레 방향으로 마련하는 동시에, 상기 진동 조정 수단으로서 복수의 구멍(24)을 둘레 방향으로 갖는 링 형상의 리브(25)와, 이 리브(25)의 외벽에 마련된 구멍(24)에 삽입하는 추(26)를 이용함으로써, 리브(25)에 장착하는 추(26)의 수에 의해 벨로스(22)의 고유 진동수를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 벨로스(22)를 제작한 후에도 벨로스(22)의 고유 진동수의 조정이 가능해져서, 재제작을 불필요하게 할 수 있다.
[실시예 2]
본 발명에 따른 실시예 2에 관련되는 제 2 시일 부재에 관해서, 도면을 참조해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 관련되는 제 2 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도, 도 6은 본 발명의 실시예 2에 관련되는 시일 부재를 축방향에 대해서 수직 방향으로 보았을 때의 단면도이다.
또한, 실시예 1과 마찬가지의 부재에 관해서는, 동일 부호를 붙여서 그 설명은 생략한다. 또한, 증기 터빈의 전체의 설명에 대해서는 생략하고, 시일 부재의 구성에 대해서만 설명한다.
도 5, 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 제 2 시일 부재(21B)는, 진동 조정 수단으로서 벨로스(22)의 외주의 적어도 일부의 주름 형상의 홈(29)의 둘레 방향으로 마련되고, 볼록형 형상의 선단부(32)를 홈(29)에 끼워넣는 링 형상의 리브(31)를 갖는 것이다.
이 리브(31)는 2개소의 볼트 조임부(33)로 볼트(34)에 의해 체결하도록 하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 볼트(34)로 체결하는 개소를 2개로 하고 있지만, 특별히 이것으로 한정되는 것은 아니다.
따라서, 벨로스(22)의 외주의 적어도 일부의 홈(29)의 둘레 방향으로 볼록형 형상의 선단부(32)를 홈(29)에 끼우는 링 형상의 리브(31)를 마련함으로써, 홈(29)을 리브(31)로 고정하는 것에 의해 벨로스(22)의 움직임을 구속할 수 있어서, 벨로스(22)의 고유 진동수를 상승시킬 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22)의 제작시에 특수한 방법을 이용하는 일 없이, 제작한 벨로스(22)에 후부착하는 것만으로 벨로스(22)의 고유 진동수를 조정할 수 있어서, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 2 시일 부재(21B)에 있어서는, 리브(31)가 벨로스(22)와 접촉하는 면측, 즉, 리브(31)의 내벽측과 벨로스(22)의 외벽측과의 사이에 코팅 부재(35)를 마련하도록 하고 있다. 코팅 부재(35)로서는 예를 들면, 수지, 플라스틱 등이 부드러운 부재, 고무 등의 유연 재료라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 리브(31)의 내벽측과 벨로스(22)의 외벽측과의 사이에 코팅 부재(35)를 마련하는 것에 의해, 프렛팅에 의한 벨로스(22)의 마모를 방지할 수 있다.
[실시예 3]
본 발명에 따른 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재에 관해서, 도면을 참조해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도이다.
또한, 실시예 1과 마찬가지의 부재에 관해서는, 동일 부호를 붙여서 그 설명은 생략한다. 또한, 증기 터빈의 전체의 설명에 대해서는 생략하고, 시일 부재의 구성에 대해서만 설명한다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 제 3 시일 부재(21C-1)는, 진동 조정 수단의 방진 부재로서 벨로스(22)의 외주측에 배설되고, 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향을 따라서 마련된 벨로스(22)와는 다른 여러 가지의 주름 형상의 벨로스(36)를 마련한 것이다.
이 벨로스(36)는 외부 케이싱(11)의 단부판(11a)과 글랜드부(17)의 단부판(17a)과의 각각의 벨로스(22) 측에 마련한 지지 부재(37)로 연결되어 있다.
또한, 벨로스(36)의 압축력은 벨로스(22)의 압축력과 동일, 또는 다른 것 중 어느 것이어도 무방하고, 벨로스(22)의 고유 진동수에 따라 적시 조정하도록 한다.
따라서, 벨로스(22)의 외주측에 배설되고, 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향을 따라서 벨로스(36)를 마련하는 것에 의해, 벨로스(22)의 스프링 정수를 크게 하고, 벨로스(22)의 고유 진동수를 올리는 것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수를 조정할 수 있다. 또한, 벨로스(36)는 벨로스(22)와는 접촉하는 일은 없기 때문에, 벨로스(22)의 강도를 유지할 수 있는 동시에, 벨로스(22)의 축방향 중앙 위치에 웨이트를 부착하는 것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수의 미세조정도 행할 수 있다.
본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재의 다른 구성을 도 8, 9에 도시한다. 도 8은 본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재의 다른 구성을 간략하게 도시하는 개념도이다. 도 9는 본 발명의 실시예 3과 관련되는 제 3 시일 부재를 축방향에 대해서 수직 방향으로 보았을 때의 단면도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 제 3 시일 부재(21C-2)는 벨로스(22)의 외주측에 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향을 따라서 압축 코일 스프링(38)을 마련하도록 해도 무방하다. 벨로스(22)의 외주측에 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향을 따라서 압축 코일 스프링(38)을 마련함으로써, 제 3 시일 부재(21C-1)와 마찬가지로, 벨로스(22)의 스프링 정수를 크게 해서 고유 진동수를 올리는 것에 의해 벨로스(22)의 고유 진동수를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 압축 코일 스프링(38)은 벨로스(22)와는 접촉하는 일이 없기 때문에, 벨로스(22)의 강도를 유지할 수 있다. 또한, 압축 코일 스프링(38)의 축방향 중앙 위치에 웨이트를 부착하는 것 등을 하는 것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수의 미세조정도 실시할 수 있다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 3 시일 부재(21C-2)는 압축 코일 스프링(38)을 벨로스(22)의 외주에 4개소 장착하도록 하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니고, 벨로스(22)의 고유 진동수에 따라 압축 코일 스프링(38)의 장착 수를 조정하도록 해도 무방하다. 예를 들면, 압축 코일 스프링(38)을 많게 하는 것에 의해 벨로스(22)의 고유 진동수를 크게 할 수 있기 때문에, 벨로스(22)의 고유 진동수를 크게 할 때에는 압축 코일 스프링(38)을 많이 마련한다. 한편, 벨로스(22)의 고유 진동수를 작게 할 때에는, 설치하는 압축 코일 스프링(38)의 수를 적게 한다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 3 시일 부재(21C-1)에 있어서는, 벨로스(22)의 외주에 벨로스(22)와는 접촉하지 않게 하면서 강도 유지 가능한 것이면 되기 때문에, 벨로스(22)의 외주에 마련하는 부재는 특히 이것으로 한정되는 것이 아니다.
[실시예 4]
본 발명에 의한 실시예 4에 관련되는 제 4 시일 부재에 관해서, 도면을 참조해서 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 관련되는 제 4 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도이다.
또한, 실시예 1과 마찬가지의 부재에 관해서는, 동일 부호를 붙여서 그 설명은 생략한다. 또한, 증기 터빈의 전체의 설명에 대해서는 생략하고, 시일 부재의 구성에 대해서만 설명한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 제 4 시일 부재(21D)는 진동 조정 수단으로서 2개의 벨로스(22)의 사이에 질량을 증대시키는 부재를 설치하도록 한 것이다.
즉, 본 실시예에 관련되는 제 4 시일 부재(21D)는 도 10에 도시하는 바와 같이, 2개의 벨로스(22-1, 22-2)를 직렬로 결합해서 이루어지고, 벨로스(22-1, 22-2)의 사이에 스페이서(41)를 마련한 것이다. 스페이서(41)의 재료로서는 예를 들면, 스텐인리스 강 등이 이용된다. 또한, 스페이서(41)는 추로서 기능하는 것이다.
이 벨로스(22-1, 22-2) 및 스페이서(41)는 벨로스(22-1, 22-2) 각각의 단부판(42-1, 42-2)과, 스페이서(41)의 외주에서 예를 들면, 볼트(43) 등을 이용해 체결하고 있다. 벨로스(22-1, 22-2) 및 스페이서(41)의 고정 방법은 특별히 이것으로 한정되는 것은 아니다.
이 스페이서(41)는 벨로스(22-1, 22-2)의 전체에서 필요로 하는 고유 진동수에 따라서 두께를 변경하도록 한다. 스페이서(41)의 두께를 변경하는 것에 의해, 질량을 변화시킬 수 있기 때문에, 벨로스(22-1, 22-2) 전체의 고유 진동수의 조정을 실행할 수 있다.
또한, 스페이서(41)의 두께를 변경하는 것 외에 재질을 변화시켜서, 마찬가지로 스페이서(41)의 질량을 변화시키는 것에 의해, 벨로스(22-1, 22-2) 전체의 고유 진동수의 조정을 실행하도록 하여도 무방하다.
따라서, 두개의 벨로스(22-1, 22-2)를 직렬로 결합하고, 벨로스(22-1, 22-2)의 사이에 스페이서(41)를 마련하고 있으므로, 스페이서(41)의 두께를 변경하는 것에 의해, 스페이서(41)의 질량을 변화시킬 수 있기 때문에, 벨로스(22-1, 22-2)의 고유 진동수의 조정을 행할 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22-1, 22-2)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 이미 제작되어 있는 벨로스(22-1, 22-2)를 그대로 이용할 수 있어서, 마찬가지의 수법으로 제작 가능하기 때문에, 무리없이 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 4 시일 부재(21D)에 있어서는, 직렬로 결합한 두개의 벨로스(22-1, 22-2)의 사이에 스페이서(41)를 하나 마련하도록 하고 있지만, 본 발명은 특별히 이것으로 한정되는 것이 아니고, 벨로스(22)를 3개 이상 직렬로 결합하고, 그 각각의 벨로스(22) 사이에 스페이서(41)를 마련하도록 해도 무방하다.
[실시예 5]
본 발명에 따른 실시예 5에 관련되는 제 5 시일 부재에 관해서, 도면을 참조해서 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예 5에 관련되는 제 5 시일 부재의 구성을 간략하게 도시하는 개념도이다.
또한, 실시예 1과 마찬가지의 부재에 대해서는, 동일 부호를 붙여서 그 설명은 생략한다. 또한, 증기 터빈의 전체의 설명에 대해서는 생략하고, 시일 부재의 구성에 대해서만 설명한다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 제 5 시일 부재(21E)는, 진동 조정 수단의 방진 부재로서 벨로스(22)의 외주측에 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향에 따라서 방진 고무(44)를 마련하고, 그 방진 고무(44)의 양측을 지지봉(45-1, 45-2)으로 벨로스(22)의 외주에 지지하도록 한 것이다.
즉, 본 실시예에 관련되는 제 5 시일 부재(21E)는 도 11에 도시하는 바와 같이, 벨로스(22)의 외주측에 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향을 따라서 마련된 방진 고무(44)와, 이 방진 고무(44)의 양측에 마련되고, 벨로스(22)의 외주에 방진 고무(44)를 지지하는 지지봉(45-1, 45-2)을 갖는 것이다. 방진 고무(44)는 유연성을 확보할 수 있는 재료이면 된다. 또한, 방진 고무(44)의 재료로서는 예를 들면, 불소 고무 등의 내식성이 있는 것이 이용된다.
또한, 지지봉(45-1)은 외부 케이싱(11)의 단부판(11a)에서, 예를 들면, 볼트(46) 등에 의해 고정하고, 지지봉(45-2)에 관해서도 글랜드부(17)의 단부판(17a)에서 마찬가지로 예를 들면, 볼트(46)로 고정하도록 해도 무방하다.
또한, 지지봉(45-1, 45-2)은 방진 고무(44)의 양측에 마련해서, 벨로스(22)의 외주에서 방진 고무를 지지하기 위해서 이용되지만, 그 외에 지지봉(45-1, 45-2)의 단면적을 변화시키는 것에 의해 강성을 변화시키도록 하고 있다.
따라서, 벨로스(22)의 외주측에 벨로스(22)의 축방향과 동일 방향을 따라서 방진 고무(44)를 마련하고, 그 방진 고무(44)의 양측을 지지봉(45-1, 45-2)으로 벨로스(22)의 외주에 지지하도록 하고 있으므로, 방진 고무(44)를 지지봉(45-1, 45-2)으로 양측에서 가압하고 고무(44)로 유연성을 확보하는 동시에, 지지봉(45-1, 45-2)의 단면적을 변화시키는 것에 의해 강성을 변화시켜서, 벨로스(22)의 고유 진동수의 조정을 행할 수 있다. 이것에 의해, 벨로스(22)의 고유 진동수와 로터(13)의 회전 주파수와의 공진을 회피할 수 있다. 또한, 방진 고무(44)에 의해 감쇠도 얻을 수 있기 때문에, 만일 공진했을 경우에도 응답을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 5 시일 부재(21E)에 있어서는, 벨로스(22)의 외주에 방진 고무(44)를 두개 마련하도록 하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니고, 벨로스(22)의 외주에 예를 들면, 도 9에 도시하는 제 3 시일 부재(21C-2)의 압축 코일 스프링(38)과 같이, 방진 고무(44)를 벨로스(22)의 외주의 둘레 방향으로 세개 이상 마련하도록 해도 무방하다.
또한, 본 실시예에 관련되는 제 5 시일 부재(21E)에 있어서는, 방진 고무(44)를 두개의 지지봉(45-1, 45-2)으로 가압하도록 하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니고, 벨로스(22)의 외주의 축방향으로 두개 이상의 방진 고무(44)를 지지봉(45)을 거쳐서 방진 고무(44)의 양측으로 각각 지지봉(45)을 마련해 직렬로 지지하도록 해도 무방하다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 관련되는 시일 부재는 벨로스의 고유 진동수를 조정하고, 벨로스의 고유 진동수와 축의 로터의 회전 주파수와의 공진을 회피하는 것으로서, 어떤 종류의 벨로스가 적용되는 증기 터빈에도 적용하는 것이 가능하다.
10…증기 터빈, 11…외부 케이싱, 12…증기 입구부, 13…로터, 14…베어링, 15…기초대, 16…베어링대, 17…글랜드부, 18…연결부, 19…관통공, 20…단부판 원추부, 21A 내지 21E…제 1 내지 제 5 시일 부재, 22, 22-1, 22-2, 36…벨로스, 22a…내층 벨로스, 22b…외층 벨로스, 23…평면부, 24…구멍, 25…리브, 26…추, 27 …용접부, 28, 34, 43, 46…볼트, 29…홈, 31…리브, 32…선단부, 33…볼트 조임부, 35…코팅 부재, 37…지지 부재, 38…압축 코일 스프링, 41…스페이서, 42-1, 42-2…단부판, 44…방진 고무, 45-1, 45-2…지지봉.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 적어도 두개 이상 소정 간격을 갖고 겹쳐서 이루어지는 복수층의 벨로스와,
    상기 벨로스의 외측에 상기 벨로스의 전부 또는 일부를 덮도록 해서 마련된 진동 조정 수단을 갖고,
    상기 벨로스가 주름 형상으로 성형되는 동시에,
    상기 진동 조정 수단이, 상기 벨로스의 외주의 일부의 홈의 둘레 방향으로 마련된 링 형상의 리브인 것을 특징으로 하는
    시일 부재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리브가 상기 벨로스와 접촉하는 면측에 코팅 부재를 거쳐서 마련되는 것을 특징으로 하는
    시일 부재.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 외부 케이싱의 내부에 내부 케이싱이 배치되고, 상기 내부 케이싱의 내부에 터빈 로터가 배치되고, 상기 터빈 로터에 복수의 동익이 소정 간격으로 고정되고, 상기 내부 케이싱의 내부에 복수의 정익이 각 동익의 사이에 위치하도록 고정되고, 상기 터빈 로터의 각 단부가 상기 외부 케이싱의 베어링부에 회전 가능하게 지지되어서 구성되어 있는 저압 터빈과,
    증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링의 사이에 마련되고, 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 시일 부재를 갖는 것을 특징으로 하는
    증기 터빈.
  8. 로터를 회전 구동하는 장치와, 상기 장치에 장착되어 사용되는 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 시일 부재의 상기 벨로스가 공진하는 것을 방지하기 위해, 상기 시일 부재의 상기 진동 조절 수단에 의해 상기 벨로스의 고유 진동수를 조정하는 단계를 포함하는
    공진 회피 방법.
  9. 증기 터빈에 있어서의 케이싱과 베어링의 사이에 마련되는 시일 부재로서 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 시일 부재를 이용하고, 상기 증기 터빈과 상기 시일 부재의 상기 벨로스가 공진하는 것을 방지하기 위해, 상기 시일 부재의 상기 진동 조절 수단에 의해 상기 벨로스의 고유 진동수를 조정하는
    공진 회피 방법.
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