KR101327861B1 - 오일 디플렉터 - Google Patents

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KR101327861B1
KR101327861B1 KR1020130075229A KR20130075229A KR101327861B1 KR 101327861 B1 KR101327861 B1 KR 101327861B1 KR 1020130075229 A KR1020130075229 A KR 1020130075229A KR 20130075229 A KR20130075229 A KR 20130075229A KR 101327861 B1 KR101327861 B1 KR 101327861B1
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Abstract

본 발명에 따르면, 샤프트 외경을 감싸도록 설치되며, 전방의 대기측에 구비되는 전면 지지부와, 상기 전면 지지부와 일정한 이격거리를 두고 후방의 베어링측에 구비되는 후면 지지부로 구성되는 링 지지체; 상기 링 지지체의 전면 지지부와 후면 지지부 각각의 내경에 설치되며, 오일이 베어링측에서 대기측으로 누설되는 것을 방지하도록 단부가 상기 샤프트의 외경과 접촉되게 설치되는 복수의 투스; 상기 전면 지지부에 설치된 상기 투스의 전방 최외측(대기측)과, 상기 후면 지지부에 설치된 상기 투스의 후방 최외측(베어링측)에 각각 설치되는 가동형 투스;를 포함하는 오일 디플렉터로서, 상기 전면 지지부에 설치되는 가동형 투스의 후방에서 샤프트의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스 후방에 에어커튼이 형성되도록 하여 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지하는 오일 디플렉터가 제공될 수 있다.

Description

오일 디플렉터{Oil Deflector}
본 발명은 오일 디플렉터에 관한 것으로서 보다 상세하게는 터빈 샤프트의 외경을 지지하는 링 지지체의 전면 지지부 및 후면 지지부에 각각 가동형 투스를 설치시켜 스팀 터빈의 기동시 과도 운전 상태에서 샤프트의 축이 진동하더라도 진동방향에 따라 가동형 투스의 진퇴가 이루어지도록 하는 오일 디플렉터에 관한 것이다.
일반적으로 오일 디플렉터는 발전터빈의 베어링 하우징의 바깥쪽에 설치되어 안쪽의 오일이 하우징 밖으로 새는 것을 막아주는 밀봉 역할을 수행하는 장치를 일컫는다.
도 1은 종래기술의 오일 디플렉터 구조를 보인 개략도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 오일 디플렉터는 발전기 및 터빈의 샤프트(1) 외경을 감싸도록 설치되는 링 지지체(3)와, 상기 링 지지체(3)의 내경에 설치되어 샤프트(1)의 외경에 접촉함으로써 오일의 누설을 방지하도록 된 투스(5)로 구성된다.
그러나, 상기한 바와 같은 구성의 종래 기술은 투스(5)와 샤프트(1) 사이에 미세 간극이 존재하게 되는데 이로 인해, 미세간극 틈새로 오일이 누설되는 문제가 있었다.
특히, 샤프트에 오일이 원활히 공급되도록 오일을 강제 송풍할 경우, 오일이 대기측으로 비산되는 문제가 있었다.
또한, 상기 미세간극 틈새로 공기 중의 미세먼지 등이 침투하게 되는데, 이 때 침투한 미세먼지는 샤프트(1)와 베어링(미도시) 사이에서의 마찰 및 진동 요인으로 작용하게 되고, 더 나아가서는 베어링 및 샤프트를 조기 마모시킴으로써, 정밀도를 요하는 발전기 및 터빈의 성능저하 및 고장의 원인이 되는 문제가 있었다.
이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 또 다른 종래기술의 오일 디플렉터 구조가 도 2를 통해 개시된다.
도 2에서 보는 바와 같은 종래기술의 오일 디플렉터는 크게 링 지지체(30), 복수의 투스(50) 및 브러시 씰(60)로 이루어지며, 상기 링 지지체(30)는 샤프트(10) 외경을 감싸도록 설치되고, 상기 복수의 투스(50)는 상기 샤프트(10)를 지지하는 베어링(미도시)의 윤활 오일이 베어링측에서 대기측으로 누설되는 것을 방지하도록 단부가 상기 샤프트(10)의 외경에 접촉되게 상기 링 지지체(30)의 내경에 고정설치되며, 상기 브러시 씰(60)은 상기 복수의 투스(50)의 전방 최외측과 후방 최외측에 각각 설치된다.
상기 링 지지체(30)는 전방의 대기측과 후방의 베어링측에 각각 설치되고, 상호 일정거리 이격 설치되는 전면 지지부(31)와 후면 지지부(33)로 구성된다.
그리고, 상기 전면 지지부(31) 및 후면 지지부(33) 각각의 내경에는 2~3개의 투스(50)가 각각 장착되고, 상기 전면 지지부(31)에 장착된 투스(50)들의 전방 최외측과, 상기 후면 지지부(33)에 장착된 투스(50)들의 후방 최외측에는 각각 하나씩의 브러시 씰(60)이 장착된다.
상기 브러시 씰(60)은 직선형상의 서포트 바(61)의 길이방향을 따라 브리슬(63)이 연속 권선되도록 함으로써, 오일의 비산문제를 예방할 수 있고, 미세간극 틈새로 공기 중의 미세먼지 등이 침투하는 것을 방지하게 된다.
그러나, 상기한 종래기술은 터빈의 초기 기동 또는 과도 운전 상태에서는 샤프트(10)의 회전이 불안정하여 진동이 발생하게 되고, 이때의 샤프트(10)와 브러시 씰(60) 사이가 편심에 의한 상호 간섭이 발생하여 마찰열 및 정전기가 발생 한다.
이와 같은 종래의 스팀 터빈에서 브러시 씰(60)의 누설 특성을 향상시키기 위해서는 회전체인 샤프트(10)와 브러시 씰(60) 사이의 반경 방향 간극을 가급적 작게 하는 것이 바람직하지만, 샤프트(10)와 브러시 씰(60) 사이의 간극이 작을수록 상호 간섭이 발생하는 빈도 및 접촉시간이 늘어나게 되어 브러시 씰(60)이 조기 마모되는 문제가 있었다.
또한, 브러시 씰(60)의 마모로 인해 샤프트(10)와의 간극이 증가되고, 이때 벌어진 간극을 통한 스팀의 누설량이 더욱 증가 되어 터빈의 효율을 저하시키는 것은 물론, 넓어진 간극을 통한 오일의 과다 누유 및 비산으로 인해 환경을 오염시키는 문제가 있었다.
이와 같이 개선된 종래기술에서 또한 샤프트(10) 진동으로 인한 브러시 씰(60) 및 투스(50)와의 간섭이 여전히 발생되었으며, 이로 인한 접촉부에서의 마찰열 및 정전기가 발생되고, 열에 의한 샤프트 변형- 조기마모 - 조기마모로 인한 간극 확대 - 간극 확대에 따른 이물질 침투 및 고착화 - 이물질 고착화로 인한 진동확대 - 진동확대에 따른 설비 불안정 및 운전정지 - 운전정지로 인한 전력공급 장애 및 복구지연-의 악순환이 지속되는 문제가 있었다.
대한 민국 공개특허 제10-2011-0001208(공개일: 20011년1월16일)
종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명의 목적은 링 지지체의 전면 지지부 및 후면 지지부에 각각 가동형 투스를 설치시켜 스팀 터빈의 기동시 과도 운전 상태에서 샤프트의 축이 진동하더라도 진동방향에 따라 가동형 투스의 진퇴가 이루어짐으로써, 샤프트와 링 지지체 사이의 간섭을 최소화 할 수 있고, 마찰열을 최소화하고 정전기 발생을 억제하여 샤프트와 접지상태를 지속적으로 유지시킴으로써, 스팀 및 오일 누출을 차단하여 터빈효율을 향상시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 샤프트의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스 후방에 에어커튼이 형성되도록 함으로써, 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지함과 아울러 샤프트 및 링 지지체 사이의 마찰로 인해 발생되는 열을 냉각시켜주는데 있다.
본 발명에 따르면, 샤프트 외경을 감싸도록 설치되며, 전방의 대기측에 구비되는 전면 지지부와, 상기 전면 지지부와 일정한 이격거리를 두고 후방의 베어링측에 구비되는 후면 지지부로 구성되는 링 지지체; 상기 링 지지체의 전면 지지부와 후면 지지부 각각의 내경에 설치되며, 오일이 베어링측에서 대기측으로 누설되는 것을 방지하도록 단부가 상기 샤프트의 외경과 접촉되게 설치되는 복수의 투스; 상기 전면 지지부에 설치된 상기 투스의 전방 최외측(대기측)과, 상기 후면 지지부에 설치된 상기 투스의 후방 최외측(베어링측)에 각각 설치되는 가동형 투스;를 포함하는 오일 디플렉터로서, 상기 전면 지지부에 설치되는 가동형 투스의 후방에서 샤프트의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스 후방에 에어커튼이 형성되도록 하여 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지하는 오일 디플렉터가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 전면 지지부에 외부에서 압력기체가 유입되도록 하는 분사유로를 형성할 수 있다.
또한, 상기 가동형 투스는 전면 지지부 또는 후면 지지부와 동심원을 이루는 링 형태로 제작되며, 복수 개로 분할 제작하여 전면 지지부 또는 후면 지지부의 내주면에 홈 결합되도록 하되, 상기 홈 결합되는 내측에 탄성부재를 내삽시켜 샤프트의 중심방향을 향해 가압 지지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 가동형 투스는 엔지니어링 플라스틱 또는 알루미늄합금을 사용하여 제작될 수 있다.
본 발명은 링 지지체의 전면 지지부 및 후면 지지부에 각각 가동형 투스를 설치시켜 마찰열을 최소화하고 정전기 발생을 원천 방지하여 스팀 터빈의 기동시 과도 운전 상태에서 샤프트의 축이 진동하더라도 진동방향에 따라 가동형 투스의 진퇴가 이루어짐으로써, 샤프트와 링 지지체 사이의 간섭을 최소화 할 수 있고, 이와 함께 샤프트와 접지상태를 지속적으로 유지시킴으로써, 스팀 및 오일 누출을 차단하여 터빈효율을 향상시키는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 샤프트의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스 후방에 에어커튼이 형성되도록 함으로써, 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지함과 아울러 샤프트 및 링 지지체 사이의 마찰로 인해 발생되는 열을 냉각시켜주는 효과를 갖는다.
도 1은 종래기술의 오일 디플렉터 구조를 보인 개략도.
도 2는 또 다른 종래기술의 오일 디플렉터 구조를 보인 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 오일 디플렉터 구조를 보인 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 가동형 투스의 설치구조를 도시한 요부 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 탄성부재의 설치구조를 도시한 요부단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 오일 디플렉터 구조를 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가동형 투스의 설치구조를 도시한 요부 확대도이며, 도 5는 본 발명에 따른 탄성부재의 설치구조를 도시한 요부단면도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 오일 디플렉터에 관한 것으로서, 크게 링 지지체(130), 복수의 투스(150), 가동형 투스(160)로 이루어진다.
이때, 상기 링 지지체(130)는 샤프트(110) 외경을 감싸도록 설치된다. 도 3을 참조하면, 상기 링 지지체(130)는 전방의 대기측과 후방의 베어링측에 각각 전면 지지부(131)와 후면 지지부(133)를 일정거리 이격시켜 형성되도록 하는데 상기 전면 지지부(131) 및 후면 지지부(133) 각각의 내경에는 2~3개의 투스(150)가 각각 장착된다.
상기 복수의 투스(150)는 내측 단부가 상기 샤프트(110)의 외경에 접촉되게 상기 링 지지체(130)의 내경에 고정 설치되는 것으로서, 상기 투스(150)는 샤프트(110)를 지지하는 베어링(미도시)의 윤활 오일이 베어링측에서 대기측으로 누설되는 것을 방지하도록 설치되는 것으로서 축 방향을 따라 다중 설치될 수 있다.
그리고, 상기 전면 지지부(131)에 장착된 투스(150)들의 전방 최외측과, 상기 후면 지지부(133)에 장착된 투스(150)들의 후방 최외측에는 각각 하나씩의 가동형 투스(160)가 장착된다.
이때, 상기 가동형 투스(160)는 전면 지지부(131) 또는 후면 지지부(133)와 동심원을 이루는 링 형태로 제작되며, 복수 개로 분할 제작하여 전면 지지부(131) 또는 후면 지지부(133)의 내주면에 홈 결합되도록 하되, 상기 홈 결합되는 내측에 탄성부재(161)을 내삽시켜 샤프트(110)의 중심방향을 향해 가압 지지되도록 할 수 있다.
이때, 상기 샤프트(110) 측에 접촉되는 부분이 날카로운 날부를 형성할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 탄성부재(161)는 도 5에서 보는 바와 같이 굴곡을 갖는 파형의 판스프링이 사용될 수 있다. 이때, 상기 탄성부재(161)는 샤프트(110)와 동심원 상의 곡률을 이루도록 제작할 수 있다.
이와 같이 파형구조로 이루어진 탄성부재(161)를 가동형 투스(160)와 링 지지체(130) 사이에 삽입 설치하게 되면, 굴곡부가 각각 가동형 투스(160)측과 링지지체(130) 측에 3점 이상 맞닿게 되어 안정적인 지지구조를 제공하게 된다.
이때, 상기 탄성부재(161)의 일단부를 스톱퍼 돌기(161a)를 형성하고, 상기 스톱퍼 돌기(161a)가 가동형 투스(160) 외면에 형성한 홈부에 걸리도록 함으로서, 회전방향의 이동이 방지되도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 가동형 투스(160)는 샤프트(110)의 원주방향에 복수개가 동시 가압하는 형태로 설치되며, 샤프트(110)의 진동시 압력을 받는 쪽으로 탄성부재(161)가 압축되면서 가동형 투스(160)가 밀려나도록 함으로써, 마찰에 의한 마모를 최소화 하고, 압력작용 반대측의 가동형 투스(160)는 벌어진 간극만큼 탄성부재(161)가 팽창되면서 가동형 투스(160)를 샤프트(110) 외면으로 밀착시켜 기밀유지가 이루어지도록 한다.
또한, 본 발명은 상기 전면 지지부(131)에 설치되는 가동형 투스(160)의 후방에서 샤프트(110)의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스(160) 후방에 에어커튼이 형성되도록 할 수 있다.
이와 같은 에어커튼은 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지하게 된다.
상기 전면 지지부(131)에 외부에서 압력기체가 유입되도록 하는 분사유로(171)를 형성할 수 있다. 상기 분사유로(171)는 링 지지체(130)의 외경면에서 내측 중심을 향해 형성될 수 있고, 상기 분사유로(171)는 별도의 공급라인(173)을 연결시켜 외부로부터 압력기체를 공급받을 수 있다.
이때, 사용되는 기체는 압축공기가 이용될 수 있고, 터빈의 운전상태를 판단하여 공급압력 및 온/오프 시점을 판단하는 공급제어부(175)에 의해 압력 및 공급량이 제어되도록 할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 링 지지체의 전면 지지부 및 후면 지지부에 각각 가동형 투스를 설치시켜 스팀 터빈의 기동시 과도 운전 상태에서 샤프트의 축이 진동하더라도 마찰열을 최소화하고 정전기 발생을 억제하며 진동방향에 따라 가동형 투스의 진퇴가 이루어짐으로써, 샤프트와 링 지지체 사이의 간섭을 최소화 할 수 있고, 이와 함께 샤프트와 접지상태를 지속적으로 유지시킴으로써, 스팀 및 오일 누출을 차단하여 터빈효율을 향상시키는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 샤프트의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스 후방에 에어커튼이 형성되도록 함으로써, 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지함과 아울러 샤프트 및 링 지지체 사이의 마찰로 인해 발생되는 열을 냉각시켜주는 효과를 갖는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것에 불과하므로 이를 제한적으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
110: 샤프트 130: 링 지지체
131: 전면 지지부 133: 후면 지지부
150: 투스 160: 가동형 투스
161: 탄성부재 171: 분사유로
173: 공급라인 175: 공급제어부

Claims (4)

  1. 샤프트(110) 외경을 감싸도록 설치되며, 전방의 대기측에 구비되는 전면 지지부(131)와, 상기 전면 지지부(131)와 일정한 이격거리를 두고 후방의 베어링측에 구비되는 후면 지지부(133)로 구성되는 링 지지체(130);
    상기 링 지지체의 전면 지지부(131)와 후면 지지부(133) 각각의 내경에 설치되며, 오일이 베어링측에서 대기측으로 누설되는 것을 방지하도록 단부가 상기 샤프트(110)의 외경과 접촉되게 설치되는 복수의 투스(150);
    상기 전면 지지부(131)의 내경에 있어서 상기 전면 지지부(131)에 설치된 상기 투스(150)를 기준으로 전방과, 상기 전면 지지부(131)의 내경에 있어서 상기 후면 지지부(133)에 설치된 상기 투스(150)의 후방에 각각 설치되는 가동형 투스(160);를 포함하는 오일 디플렉터로서,
    상기 전면 지지부(131)에 설치되는 가동형 투스(160)와 상기 투스(150)의 사이에 설치되며, 샤프트(110)의 외면에 압력기체를 분사시켜 상기 가동형 투스(160)와 상기 투스(150)의 사이에 에어커튼이 형성되도록 하여 외부로부터 이물질 유입되거나 내부에서 외부로 오일 비산되는 것을 방지하며,
    상기 가동형 투스(160)는 엔지니어링 플라스틱 또는 알루미늄합금으로 제작되되,
    상기 전면 지지부(131)에 외부에서 압력기체가 유입되도록 하는 분사유로(171)를 형성하며,
    상기 가동형 투스(160)는 전면 지지부(131) 또는 후면 지지부(133)와 동심원을 이루는 링 형태로 제작되며, 복수 개로 분할 제작하여 전면 지지부(131) 또는 후면 지지부(133)의 내주면에 홈 결합되도록 하되, 상기 홈 결합되는 내측에 탄성부재(161)를 내삽시켜 샤프트(110)의 중심방향을 향해 가압 지지되도록 하는 것을 특징으로 하며,
    상기 탄성부재(161)는 파형 판스프링으로 이루어지며,
    상기 탄성부재(161)의 일단부에 스톱퍼 돌기(161a)를 형성하고, 상기 스톱퍼 돌기(161a)가 가동형 투스(160) 외면에 형성한 홈부에 걸리도록 하여 회전방향의 이동이 방지하는 것을 특징으로 하는 오일 디플렉터.
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