KR101546385B1 - 터빈용 브러시 실링장치 - Google Patents

Abstract

케이싱과 회전체 사이의 공간을 효과적으로 실링하면서도 제품의 제조성 및 조립성이 향상되도록, 본 발명은 터빈의 케이싱과 상기 케이싱의 내측에 회전되는 회전체 사이로 유출되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱의 내주에 구비된 실링부에 구비되는 터빈용 브러시 실링장치에 있어서, 상기 회전체의 외주를 따라 유동되는 상기 유체를 실링하도록 상기 실링부의 하측으로 연장되되, 상단부 일측으로 돌설된 제1연장부의 내측단부에 제1고정홈이 형성된 전방부재; 상기 전방부재의 후측에 구비되되, 상기 제1연장부와 대응되도록 상단부 타측으로 돌설된 제2연장부의 내측단부에 상기 제1고정홈과 대응되는 제2고정홈이 형성된 후방부재; 상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되어 단부가 상기 회전체의 외주에 접촉되도록 연장된 복수개의 브리스틀과, 상기 브리스틀의 상단부를 고정하되 양단부가 상기 제1고정홈 및 제2고정홈에 각각 삽입되도록 돌출된 브리스틀 고정부를 포함하는 브러시부; 및 상기 전방부재와 상기 후방부재의 상단부를 연결하도록 관통 체결되는 연결부재를 포함함을 특징으로 하는 터빈용 브러시 실링장치를 제공한다.

Description

터빈용 브러시 실링장치{sealing apparatus of turbine with brush}

본 발명은 터빈용 브러시 실링장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이싱과 회전체 사이의 공간을 효과적으로 실링하면서도 제품의 제조성 및 조립성이 향상된 터빈용 브러시 실링장치에 관한 것이다.

일반적으로, 터빈(turbine)은 물, 가스 혹은 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계를 말한다. 즉, 회전체의 원주를 따라 여러 개의 블레이드(blade)를 심고, 블레이드에 증기 또는 가스를 내뿜어 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다. 최근에는, 산업화 및 기술발전에 따라 증기터빈, 가스터빈과 같은 터빈이 점점 대형화, 고온화 및 고압화 되는 경향을 나타내고 있다.

이러한, 터빈에서 회전체와 고정된 케이싱 사이의 실링부로 누설되는 증기는 터빈의 효율을 저하시키고, 연료비용을 증가시키는 주요인이므로 증기 누설을 줄이기 위한 실링(Sealing) 장치의 설계기술은 매우 중요하다.

여기서, 증기나 가스 터빈 같은 고온 및 고압 터빈에 사용되는 스테인리스 소재의 실링장치는 증가나 가스의 누설을 방지하여 발전기의 에너지 생산 효율을 상승시키고 유체로 인한 회전체의 진동방지에 중요한 역할을 한다.

도 1은 종래의 래비린스형 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 2는 종래의 래비린스형 실링장치를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 종래의 래비린스형 실링장치(5)는 케이싱에 장착되어 있는 다이어프램(3)의 외부링과 내부링에 설치되어 있다.

여기서, 상기 래비린스형 실링장치(5)는 터빈의 비접촉식 환상 밀봉장치로 널리 사용되고 있으며, 날카로운 투스(6)로 터빈 내에서 흐르는 유체에 교축작용(throttling process)을 발생시켜 누설 유량을 감소시키는 것이다.

즉, 유체의 흐름에 따라 상기 투스(6)를 고정자에 차례로 배열하여 상기 유체가 교축과 확대를 반복하는 과정에서 발생하는 압력강하 효과에 의해 상기 유체의 누설유량을 감소시키게 된다.

그러나, 종래의 상기 래비린스형 실링장치(5)를 이용하여 공간을 밀봉할 경우, 상기 로터부(1)와 상기 투스(6)의 간극으로 누설되는 상기 유체로 발생되는 효율 손실은 전체 터빈 효율 손실의 큰 비중을 차지한다.

이에, 상기 투스(6)와 상기 로터부(1) 사이의 간극을 좁혀 유체 누설 손실을 줄일 수 있지만, 상기 로터부(1)의 진동이나 열적 변형으로 투스(6)와 로터부(1)가 맞닿아 마찰되는 경우가 발생되었다. 따라서, 상기 투스(6)의 마모가 급속하게 이루어져 시간이 지남에 따라 실링작용이 감퇴하는 문제점이 있었다.

더욱이, 상기 투스(6)와 상기 로터부(1) 사이의 간극이 좁아질수록 상기 로터부(1)의 회전 진동이 증가하는 문제로 인해 상기 간극을 일정거리 이상으로 유지해야함에 따라 상기 유체의 누설량이 증가하는 문제점이 있었다.

한편, 도 3은 종래의 브러시 실링장치를 나타낸 측면도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 종래의 상기 브러시 실링장치는 회전체인 상기 로터부(1)와 고정된 케이싱(3) 사이 간극을 실링하는 브러시부(7)와 상기 브러시부(7)의 전방 및 후방을 지지하는 브리스틀 플레이트(8,9)를 포함한다.

여기서, 상기 브러시부(7)는 복수개의 브리스틀이 촘촘하게 밀집된 형태로 구비되며, 고압 영역과 저압 영역을 분할하여 누설되는 유체의 흐름을 감소시킨다. 이때, 상기 각 브리스틀은 상단부가 고정된 상태에서 하단부가 상기 로터부(1)에 접촉하여 상기 유체를 실링함으로서 상기 래비린스형 실링장치에 비해 유체의 누출이 다소 저감될 수 있으며 각 브리스틀이 유연하게 휘어지며 상기 로터부(1)의 외주를 지지함에 따라 회전운동 손실량을 감소시키는 효과가 있다.

그러나, 종래의 상기 브러시부(7)는 상기 브리스틀 플레이트(8,9)가 상기 브리스틀의 전방 및 후방을 감싸는 형태로 일체로 형성되어 고정됨에 따라 상기 브리스틀의 마모 및 손상시 상기 브리스틀 플레이트(8,9)를 포함하는 상기 브러시부(7)전체를 교체해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 브리스틀 플레이트(8,9)와 상기 브리스틀이 실질적으로 일체화되어 구비되므로 상기 브리스틀이 마모되어 교체를 필요로 하는 경우 상기 브리스틀 플레이트(8,9)까지 폐기되어 경제성이 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이, 상기 브리스틀 플레이트(8,9) 사이에 상기 브리스틀을 고정하기가 실질적으로 번거로워 제작성이 저하되는 문제점도 있었다.

한국 공개특허 제10-2000-0016885호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 케이싱과 회전체 사이의 공간을 효과적으로 실링하면서도 제품의 제조성 및 조립성이 향상된 터빈용 브러시 실링장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 터빈의 케이싱과 상기 케이싱의 내측에 회전되는 회전체 사이로 유출되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱의 내주에 구비된 실링부에 구비되는 터빈용 브러시 실링장치에 있어서, 상기 회전체의 외주를 따라 유동되는 상기 유체를 실링하도록 상기 실링부의 하측으로 연장되되, 상단부 일측으로 돌설된 제1연장부의 내측단부에 제1고정홈이 형성된 전방부재; 상기 전방부재의 후측에 구비되되, 상기 제1연장부와 대응되도록 상단부 타측으로 돌설된 제2연장부의 내측단부에 상기 제1고정홈과 대응되는 제2고정홈이 형성된 후방부재; 상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되어 단부가 상기 회전체의 외주에 접촉되도록 연장된 복수개의 브리스틀과, 상기 브리스틀의 상단부를 고정하되 양단부가 상기 제1고정홈 및 제2고정홈에 각각 삽입되도록 돌출된 브리스틀 고정부를 포함하는 브러시부; 및 상기 전방부재와 상기 후방부재의 상단부를 연결하도록 관통 체결되는 연결부재를 포함함을 특징으로 하는 터빈용 브러시 실링장치를 제공한다.

여기서, 상기 전방부재와 상기 후방부재의 상단부에는 상기 제1연장부와 상기 제2연장부를 연속하여 관통하는 관통공이 형성되며, 상기 연결부재는 상기 관통공을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트의 단부에 체결되어 상기 각 고정홈에 삽입되는 상기 브리스틀 고정부를 가압 고정하도록 가압력을 제공하는 체결너트를 포함함이 바람직하다.

이때, 상기 전방부재의 하단부에는 기설정된 간격으로 상호 이격되어 돌출되되, 상기 유체의 흐름과 반대방향으로 유도각을 가지도록 평행하게 돌출된 복수개의 날개가 구비된 안티스월부가 일체로 형성됨이 바람직하다.

더불어, 상기 전방부재와 상기 후방부재의 상호 인접한 상단부 테두리에는 상기 실링부에 고정되도록 용접을 가이드하는 웰딩홈부가 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기 브리스틀 고정부는 기설정된 두께로 형성되고, 상기 제1고정홈과 상기 제2고정홈은 상기 브리스틀 고정부의 외형과 대응되도록 형성되되, 상기 연결부재는 상기 제1연장부와 상기 제2연장부, 그리고 상기 브리스트 고정부를 동시에 관통하여 체결됨이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명에 따른 터빈용 브러시 실링장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 전방부재와 상기 후방부재의 상단부를 연속하여 관통하는 상기 연결부재를 체결함에 따라 상기 브러시부가 상기 전방부재 및 후방부재 사이에 전후측이 커버되면서 선택적으로 고정될 수 있는 간단한 구조로 조립이 현저히 개선되어 생산성이 향상되며, 유체에 의한 상기 브러시부의 휨과 같은 변형이 최소화되므로 내구성이 향상될 수 있다.

둘째, 유체의 흐름을 상기 회전체의 회전방향과 실질적으로 반대방향으로 흐르도록 유도각을 이루어 공진현상을 방지하는 상기 안티스월부가 상기 전방부재의 하단부에 일체로 구비됨으로써 구조가 단순화되고 컴팩트화되므로 상기 터빈의 구동 저항이 최소화되면서도, 상기 안티스월부를 통과한 유체가 상기 브리스틀에 연속적으로 닿아 유체의 실링 효과가 더욱 배가되는 시너지효과를 제공받을 수 있다.

셋째, 각 부속품이 단지 상기 연결부재의 체결에 의해 상호 결합됨으로써 용접 등에 의해 영구적으로 고정되는 부분이 없고, 상기 연결부재를 분리하기만 하면 각각의 구성품을 개별적으로 교체 및 수리할 수 있으므로 유지보수성이 현저히 개선될 수 있다.

도 1은 종래의 래비린스형 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타내는 단면도.
도 2는 종래의 래비린스형 실링장치를 나타낸 측단면도.
도 3은 종래의 브러시 실링장치를 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치가 회전체를 감싸도록 장착된 상태를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 나타낸 측면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치의 조립상태를 나타낸 분해도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 상측에서 바라본 평면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치의 변형예를 나타낸 측면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치가 회전체를 감싸도록 장착된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치의 조립상태를 나타낸 분해도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치를 상측에서 바라본 평면도이다.

도 4 내지 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈용 브러시 실링장치(100)는 터빈의 케이싱(20)과 상기 케이싱(20)의 내측에 회전되는 회전체(10) 사이로 유출되는 유체(f)의 흐름을 실링하도록 장착될 수 있다.

여기서, 상기 회전체(10)는 외주를 따라 복수개의 블레이드(27a)가 결합된 로터부를 포함하는 개념으로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 브러시 실링장치(100)는 링 형상으로 구비되어 상기 회전체(10)의 외주와 상기 케이싱(20)의 내주 사이에 원주방향을 따라 배치될 수 있다.

또한, 상기 유체(f)의 흐름을 실링한다 함은 상기 회전체(10)의 회전이 원활하게 이루어지도록 상기 회전체(10)의 블레이드(27a) 전방의 고압 영역과 블레이드(27a) 후방의 저압 영역을 구획하되, 고압 영역 유체의 압력을 감소시킨 후 저압 영역으로 유동시킨다는 의미로 이해함이 바람직하다. 즉, 상기 유체(f)는 전방의 고압 영역으로부터 후방의 저압 영역으로 유동될 수 있다.

물론, 상기 브러시 실링장치(100)는 상기 케이싱(20)과 상기 블레이드(27a)의 단부 사이에 배치되어 유체의 누설 흐름을 감소시키도록 장착될 수도 있으며, 실질적으로 고정된 케이싱(20)과 로터부, 블레이드(27a) 등과 같이 상기 케이싱(20) 내부에서 회전되는 상기 회전체(10) 사이에서 실링이 필요한 모든 위치에 장착될 수 있는 것으로 이해함이 바람직하다.

한편, 도 4에서 도시된 화살표와 같이, 상기 케이싱(20) 내로 유입된 증기 또는 가스 등의 유체는 상기 케이싱(20)에 고정된 다이아프램의 파티션(27)을 통과하며 상기 로터부에 구비된 블레이드(27a)를 회전시킨다. 그리고, 상기 유체(f)는 다시 파티션(27)의 안내에 따라 다음 블레이드(27a)를 회전시키는 단계를 거치며 외부로 배출된다.

그리고, 이러한 과정을 통하여 발전기는 각 블레이드(27a)와 함께 회전되는 로터부를 통해 회전력을 전달받고, 회전력을 전기적 에너지로 변환하여 발전이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 터빈용 브러시 실링장치(100)는 상기 케이싱(20) 내주에 구비된 실링부(110)에 구비되며 전방부재(120), 후방부재(130), 브러시부(140) 및 연결부재(150)를 포함하여 구비된다. 여기서, 상기 실링부(110)는 링 형상으로 구비되며, 상기 회전체(10)의 외주와 상기 케이싱(20)의 내주 사이에 원주방향으로 배치되어 결합 및 고정될 수 있다.

이때, 상기 실링부(110)가 상기 케이싱(20) 내주에 결합 및 고정되도록 상기 케이싱(20)에는 결합홈(21)이 형성되고, 상기 실링부(110)의 일측에는 상기 결합홈(21)에 끼움 결합되는 결합돌기(111)가 형성될 수도 있다.

또한, 상기 실링부(110)는 실질적으로 링 형상으로 구비될 수도 있으나, 조립편의성이 개선되도록 바람직하게는 상기 케이싱(20) 내지 상기 회전체(10)의 원주에 대응하여 기설정된 각도로 분할 구비되어 상기 케이싱(20)에 결합될 수도 있다.

그리고, 상기 실링부(110)에는 상기 회전체(10)의 외부를 흐르는 유체(f)의 흐름을 차단하도록 돌출된 래비린스 투쓰(112)가 구비될 수 있으며, 상기 래비린스 투쓰(112)는 상기 실링부(110)의 하면에 원주방향을 따라 다단으로 돌설될 수 있다.

이때, 상기 회전체(10)의 외주를 따라 유동되는 유체는 상기 래비린스 투쓰(112)의 단부 및 회전체(10) 사이의 좁은 공간과 상기 래비린스 투쓰(112) 후방의 넓은 공간을 순차적으로 지나며 교축됨에 따라 압력이 강하되며 유동될 수 있다.

더욱이, 상기 래비린스 투쓰(112)는 상기 실링부(110)의 전방 및 후방에 배치될 수도 있으며, 전방 및 후방 래비린스 투쓰(112) 사이에는 장착홈부(113)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 장착홈부(113)에 상기 전방부재(120), 후방부재(130), 브러시부(140) 및 연결부재(150)를 포함하는 상기 브러시 실링장치(100)가 고정된다.

상세히, 상기 전방부재(120)는 상기 회전체(10)의 외주를 따라 유동되는 상기 유체를 실링하도록 상기 실링부(110)의 하측 즉, 상기 케이싱(20) 내주로부터 상기 회전체(10) 외주 방향으로 연장된다.

여기서, 상기 전방부재(120)는 실질적으로 링 형상으로 구비될 수도 있으나, 조립편의성이 개선되도록 바람직하게는 상술한 상기 실링부(110)와 같이 기설정된 각도로 분할 구비되어 상기 장착홈부(113)에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 전방부재(120)의 상단부 일측에는 제1연장부(121)가 돌설된다. 여기서, 상기 전방부재(120)의 상단부라 함은 상기 장착홈부(113)에 고정되는 단부 방향으로 이해함이 바람직하다.

즉, 상기 전방부재(120)는 상기 제1연장부(121)가 상단부 일측으로 돌설되어 실질적으로 "ㄱ"자 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 제1연장부(121)의 돌설된 단부가 상기 장착홈부(113)의 중앙을 향하도록 구비된다.

그리고, 상기 후방부재(130)는 상기 전방부재(120)의 후측에 구비되며, 실질적으로 링 형상으로 구비될 수도 있으나, 조립편의성이 개선되도록 바람직하게는 상술한 상기 실링부(110)와 같이 기설정된 각도로 분할 구비되어 상기 장착홈부(113)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 후방부재(130)는 후술되는 상기 브리스틀(141)을 지지하여 상기 유체의 흐름에 의해 과도하게 휘는 것을 방지하면서도, 상기 전방부재(120)와 상기 브러시부(140)를 통과한 상기 유체의 흐름에 대한 실링력을 보다 보완해줄 수 있다.

이때, 상기 후방부재(130)도 상기 전방부재(120)와 마찬가지로 상기 실링부(110)의 하측 즉, 상기 회전체(10) 외주 방향으로 연장되며, 상기 제1연장부(121)와 대응되도록 상단부 타측으로 제2연장부(131)가 돌설된다. 즉, 상기 전방부재(120)의 상단부와 상기 후방부재(130)의 상단부는 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 돌설된 외면(121a,131a)이 마주보도록 실질적으로 상호 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)를 연결하도록 상기 연결부재(150)가 체결됨이 바람직하다. 그리고, 상기 연결부재(150)가 체결되도록 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 돌설된 외면(121a,131a)이 마주도록 배치된 상태에서 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)를 연속하여 관통하는 관통공이 형성된다.

여기서, 상기 관통공은 상기 전방부재(120) 및 상기 후방부재(130)의 원주방향을 따라 기설정된 간격으로 관통 형성된다. 이때, 상기 관통공은 상기 제1연장부(121)가 돌설된 방향에 대응하여 관통되는 제1관통공(122)과 상기 제2연장부(131)가 돌설된 방향에 대응하여 관통되는 제2관통공(132)을 포함하며, 상기 제1관통공(122)과 상기 제2관통공(132)은 실질적으로 동일한 선상에 연속적인 형상으로 관통된다.

그리고, 상기 연결부재(150)는 상기 관통공을 관통하여 체결하는 체결볼트(151)와 상기 체결볼트(151)의 단부에 체결되는 체결너트(152)를 포함함이 바람직하다. 여기서, 상기 체결볼트(151)는 일단에 기설정된 면적의 헤드부와, 상기 헤드부로부터 연장되어 상기 관통공을 관통하는 연장부를 포함한다.

상세히, 상기 연장부의 외면에는 나사산이 형성되고, 상기 체결너트(152)에는 상기 나사산에 나사결합되는 나사홈이 형성된다. 즉, 상기 연장부가 관통공을 관통하도록 삽입된 후 그의 단부에 상기 체결너트(152)가 체결됨에 따라 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)를 간편하게 체결할 수 있다.

더욱이, 상기 체결너트(152)를 상기 체결볼트(151)의 단부로부터 분리하기만 하면 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)를 손쉽게 분해할 수 있으므로 수리 및 교체가 용이하여 유지보수성이 현저히 개선될 수 있다.

한편, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130) 사이에 상기 브러시부(140)가 배치됨이 바람직하다. 여기서, 상기 브러시부(140)는 하단부가 상기 회전체(10)의 외주에 접촉되도록 연장된 복수개의 브리스틀(141)과 상기 브리스틀(141)의 상단부를 고정하는 브리스틀 고정부(142)를 포함하여 구비된다. 이때, 상기 브리스틀(141)의 상단부라 함은 상기 케이싱(20) 내주측을 의미하고, 상기 브리스틀(141)의 하단부는 상기 회전체(10) 외주측을 의미함으로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 각 브리스틀(141)은 탄성과 내열성을 가진 유연한 소재로 구비되며 복수개의 얇은 브리스틀(141)이 군집을 형성하도록 구비된다. 이때, 상기 브리스틀(141)의 수직면과 만난 유체는 상기 브리스틀(141) 군집의 틈 사이로 일부 유동되되 유속이 저하되므로, 상기 유체가 상기 브러시부(140)의 전면에 압축되어 상기 회전체(10)에 강한 압력을 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상단부가 상기 브리스틀 고정부(142)로 고정됨에 따라 보다 안정적인 상태로 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130) 사이에 고정될 수 있다.

이때, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130) 사이에 상기 브러시부(140)가 고정되도록 상기 브리스틀 고정부(142)는 양단부가 돌출되며, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)에는 상기 브리스틀 고정부(142)의 돌출된 양단부가 삽입되는 제1고정홈(123)과 제2고정홈(133)이 각각 형성됨이 바람직하다.

상세히, 상기 전방부재(120)의 상단부에는 상기 제1연장부(121)가 돌설되며, 상기 제1연장부(121)의 내측단부에는 상기 제1고정홈(123)이 형성된다. 그리고, 상기 후방부재(130)의 상단부에는 상기 제1연장부(121)와 대응되는 상기 제2연장부(131)가 돌설되며, 상기 제2연장부(131)의 내측단부에는 상기 제1고정홈(123)과 대응되는 상기 제2고정홈(133)이 형성된다.

즉, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)의 상단부에 각각 돌설된 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 외면(121a,131a)이 마주보도록 배치됨에 따라 상기 각 연장부의 돌설된 폭 만큼 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130) 사이에 공간이 형성된다. 그리고, 상기 공간에 상기 브러시부(140)가 배치되되, 상기 브리스틀 고정부(142)의 돌출된 양단부가 상기 제1고정홈(123)과 상기 제2고정홈(133)에 각각 삽입됨에 따라 견고하게 고정될 수 있다.

이때, 상기 연결부재(150)를 나사체결시 체결볼트(151)의 헤드부와 상기 체결너트(152) 사이 폭을 조절함에 따라 상기 제1고정홈(123)과 상기 제2고정홈(133)에 삽입되는 상기 브리스틀 고정부(142)를 가압고정함으로써 보다 견고한 체결상태를 유지할 수 있다. 이를 위해, 상기 각 관통공은 상기 체결볼트(151)가 삽입되는 외측과 상기 체결너트(152)가 삽입되는 외측에 상기 관통공의 직경보다 큰 단차홈이 형성되어 상기 체결볼트(151)의 헤드부와 상기 체결너트(152)가 각각 걸림 고정될 수 있다.

즉, 상기 체결볼트(151)의 연장부 단부에 상기 체결너트(152)가 체결시 나사 회전됨으로써 상기 단차홈에 걸림 구속되는 상기 헤드부와 상기 체결너트(152) 사이 간격이 좁아짐에 따라 가해지는 가압력에 의해 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)를 연결함과 동시에 그 사이에 배치되는 상기 브러시부(140)가 견고하게 고정될 수 있다.

그리하여, 상기 터빈용 브러시 실링장치(100)는 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)의 상단부를 연속하여 관통하는 상기 연결부재(150)를 단지 체결 내지 분리함에 따라 상기 브러시부(140)가 상기 전방부재(120) 및 후방부재(130) 사이에 고정될 수 있는 간단한 구조로 제조가 용이할 뿐만 아니라, 용접 등에 의해 영구적으로 고정되는 부분이 없어 각각의 구성품을 개별적으로 교체 및 수리할 수 있으므로 유지보수성이 현저히 개선될 수 있다.

또한, 상기 전방부재(120) 및 상기 후방부재(130)가 상기 브러시부(140)의 전후측을 커버하여 상기 브리스틀(141)이 상기 유체의 흐름에 의해 휘거나 상기 브리스틀 고정부(142)로부터 분리되는 것을 방지하므로 내구성이 현저히 개선될 수 있다.

이때, 상기 연결부재(150)를 체결시 상기 각 고정홈(123,133)에 상기 브리스틀 고정부(142)의 양단부가 삽입되고 가압 고정되는 가압력이 보다 개선되도록 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 마주보는 외면(121a,131a) 사이에는 경우에 따라 탄성 재질의 가스켓 등이 더 구비될 수도 있다.

또는, 경우에 따라 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 마주보는 외면(121a,131a)에는 상기 각 관통공(122,132)의 테두리를 따라 돌기부와, 상기 돌기부가 형합되는 돌기홈이 상호 대응되도록 형성될 수도 있다. 이는, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)의 결합력을 보다 보강하므로 상기 브러시 실링장치(100)의 안정적인 체결상태를 유지할 수도 있다.

한편, 상기 실링부(110)에 구비된 상기 래비린스 투쓰(112)와 상기 브러시부(140)를 통과하는 상기 유체(f)의 균일한 흐름에 의해 진동하여 상기 회전체(10)의 회전방향(R)을 따라 도는 스월현상이 발생하게 된다. 이때, 진동하는 유체량이 증가될 경우 상기 유체의 진동중첩은 상기 실링부(110) 사이에서 공진현상을 발생시키고, 이러한 공진현상은 상기 회전체(10)의 파손을 유발시킬 수 있다.

이를 방지하기 위하여 상기 전방부재(120)의 하단부에는 상기 유체(f)의 스월을 방지하는 안티스월부(124)가 형성됨이 바람직하다. 상세히, 상기 안티스월부(124)는 기설정된 간격으로 상호 이격되어 돌출되되, 상기 유체(f)의 흐름과 반대방향으로 유도각을 가지도록 돌출된 복수개의 날개를 포함한다. 여기서, 상기 날개의 유도각은 절삭가공으로 이루어질 수 있다.

이때, 각 날개는 상호 평행하게 구비되며, 각 날개 사이에는 상기 날개의 유도각과 대응되는 유체이동통로가 형성될 수 있다. 즉, 상기 안티스월부(124)는 각 날개가 상기 회전체(10)의 회전방향(R)을 따라 흐르는 상기 유체(f)의 흐름과 실질적으로 반대방향의 유도각을 이루도록 형성됨에 따라 상기 유체(f)의 흐름을 상기 회전체(10)의 축방향으로 유도할 수 있다.

그리하여, 상기 유체(f)의 흐름이 상기 회전체(10)의 축방향과 대응되도록 전환되어 공진현상이 방지됨으로써 상기 터빈의 기계적인 부하를 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 안티스월부(124)가 상기 전방부재(120)의 하단부에 구비됨으로써 상기 브러시 실링장치(100)를 포함하는 상기 실링부(110)의 구조가 단순화되고 컴팩트화되므로 상기 터빈의 구동에 저항이 최소화될 수 있다.

이때, 상기 안티스월부(124)를 구성하는 각각의 날개는 상기 전방부재(120)의 단부에 전자빔용접에 의해 고정될 수도 있으나, 상기 전방부재(120)의 단부에 상기와 같이 복수개의 날개가 기설정된 유도각을 가지도록 절삭가공하여 형성될 수도 있다.

한편, 상기 실링부(110), 전방부재(120), 후방부재(130)는 고열에 대해 안정적이고 낮은 강도를 지닌 재료인 니켈, 크롬, 코발트 등이 함유된 철 기초 합금 또는 동 기초 합금 등과 같은 연성 재질의 금속으로 형성될 수 있다.

그리하여, 터빈 내부로 유동되는 고온의 유체 및 상기 회전체(10)와의 마찰로 발생되는 열에 대한 안정성을 가지므로 쉽게 변형되지 않고 안정적인 구조가 유지될 수 있다. 또한, 상기 회전체(10)와의 마찰시 교체 가능한 상기 브러시 실링장치(100)의 각 구성품이 상기 회전체(10) 내지 상기 케이싱(20)보다 선마모되어 상기 터빈의 손상을 방지할 수 있다.

한편, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)의 상호 인접한 상단부 테두리에는 상기 실링부(110)에 고정되도록 용접을 가이드하는 웰딩홈부(w)가 형성될 수 있다.

상세히, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)는 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 돌설된 단면이 마주보도록 구비된 상태로 상단부에 상기 연결부재(150)가 관통되어 체결된다. 이때, 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130) 사이에 상기 브러시부(140)가 배치되어 가압됨에 따라 고정될 수 있다.

여기서, 상기 연결부재(150)에 의해 체결되어 밀착되는 상기 제1연장부(121)와 상기 제2연장부(131)의 각 외측 첨단부 모서리에는 챔퍼부(121b,131b,chamfer)가 형성된다. 이때, 상기 각 챔퍼부(121b,131b)는 상기 각 외측 첨단부의 모서리를 깍아서 만들어지는 평면부로서, 상기 각 연장부의 외측 첨단부에 상기 각 챔퍼부(121b,131b)가 형성됨에 따라 상기 연결부재(150)에 의해 연결시 상기 각 챔퍼부(121b,131b)는 실질적으로 "v"자형의 웰딩홈부(w)로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 브러시 실링장치(100)를 상기 장착홈부(113)에 삽입시 상기 실링부(110)에 보다 견고하게 고정되도록 상기 웰딩홈부(w)를 따라 기설정된 간격으로 용접하여 고정할 수 있다. 이때, 용접으로 용융된 금속이 상기 웰딩홈부(w) 내측으로 채워지는 형태로 용접되므로 상기 브러시 실링장치(100)의 외면이 실질적으로 상기 장착홈부(113) 외면에 밀착될 수 있다.

또한, 상기 브러시 실링장치(100)가 상기 장착홈부(113)로부터 이탈되지 않을 정도로만 고정되면 되므로 기설정된 간격으로 이격되되 좁은 용접면적을 가지도록 고정할 수 있다. 물론, 용접 외에 접착제 등으로 접착 고정할 수도 있으며 이러한 변형예는 본 발명의 범위에 속한다.

한편, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 브러시 실링장치의 변형예를 나타낸 측면도이다. 본 변형예에서는 상기 연결부재가 상기 전방부재, 후방부재 그리고 상기 브러시부를 체결하는 구조를 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 9에서 보는 바와 같이, 상기 브리스틀 고정부(242)는 기설정된 두께로 형성되고, 상기 제1고정홈(223)과 상기 제2고정홈(233)은 상기 브리스틀 고정부(242)의 외형과 대응되도록 형성되되, 상기 연결부재(150)는 상기 제1연장부(221)와 상기 제2연장부(231) 뿐만 아니라 상기 브리스틀 고정부(242)를 동시에 관통하여 체결될 수도 있다.

즉, 상기 연결부재(150)의 연장부가 상기 전방부재(220) 및 후방부재(230)의 상단부뿐만 아니라 상기 브리스틀 고정부(242)까지 동시에 관통하여 체결함에 따라 상기 브러시부(240)가 상기 전방부재(220)와 후방부재(230) 사이에 보다 견고하게 체결될 수 있다.

또한, 본 변형예와 같이 체결된 경우에도 상기 연결부재(150)을 분리하기만 하면 각각의 부속품이 신속하고 간편하게 분리되므로 교체 및 수리가 용이하다. 더욱이, 마모되어 교체가 필요한 부속품만 개별적으로 교체가능하므로 제품의 경제성이 향상될 수 있다.

그리하여, 본 발명에 따른 터빈용 브러시 실링장치(100)는 상기 전방부재(120)와 상기 후방부재(130)의 상단부를 연속하여 관통하는 상기 연결부재(150)를 체결함에 따라 상기 브러시부(140)가 상기 전방부재(120) 및 후방부재(130) 사이에 전후측이 커버되면서 선택적으로 고정될 수 있는 간단한 구조로 조립이 현저히 개선되어 생산성이 향상되며, 유체에 의한 상기 브러시부(140)의 휨과 같은 변형이 최소화되므로 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 유체의 흐름을 상기 회전체(10)의 회전방향과 실질적으로 반대방향으로 흐르도록 유도각을 이루어 공진현상을 방지하는 상기 안티스월부(124)가 상기 전방부재(120)의 하단부에 일체로 구비됨으로써 구조가 단순화되고 컴팩트화되므로 상기 터빈의 구동 저항이 최소화되면서도, 상기 안티스월부(124)를 통과한 유체가 상기 브리스틀(141)에 연속적으로 닿아 유체의 실링 효과가 더욱 배가되는 시너지효과를 제공받을 수 있다.

더욱이, 각 부속품이 단지 상기 연결부재(150)의 체결에 의해 상호 결합됨으로써 용접 등에 의해 영구적으로 고정되는 부분이 없고, 상기 연결부재(150)를 분리하기만 하면 각각의 구성품을 개별적으로 교체 및 수리할 수 있으므로 유지보수성이 현저히 개선될 수 있다.

이때, 본 일실시예에서는 상기 브러시 실링장치(100)가 상기 실링부(110)에 형성된 상기 장착홈에 삽입되어 구비되는 형태로 설명하였으나, 경우에 따라 상기 케이싱(20)의 내주면에 상기 브러시 실링장치(100)를 직접 체결하여 사용할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

10 : 회전체 20 : 케이싱
110 : 실링부 112 : 래비린스 투쓰
113 : 장착홈부 120 : 전방부재
121 : 제1연장부 122 : 제1관통공
123 : 제1고정홈 124 : 안티스월부
130 : 후방부재 131 : 제2연장부
132 : 제2관통공 133 : 제2고정홈
140 : 브러시부 141 : 브리스틀
142 : 브리스틀 고정부 150 : 연결부재
100 : 터빈용 브러시 실링장치

Claims (5)

1. 터빈의 케이싱과 상기 케이싱의 내측에 회전되는 회전체 사이로 유출되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱의 내주에 구비된 실링부에 구비되는 터빈용 브러시 실링장치에 있어서,
   상기 회전체의 외주를 따라 유동되는 상기 유체를 실링하도록 상기 실링부의 하측으로 연장되되, 상단부 일측으로 돌설된 제1연장부의 내측단부에 제1고정홈이 형성된 전방부재;
   상기 전방부재의 후측에 구비되되, 상기 제1연장부와 대응되도록 상단부 타측으로 돌설된 제2연장부의 내측단부에 상기 제1고정홈과 대응되는 제2고정홈이 형성된 후방부재;
   상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되어 단부가 상기 회전체의 외주에 접촉되도록 연장된 복수개의 브리스틀과, 상기 브리스틀의 상단부를 고정하되 양단부가 상기 제1고정홈 및 제2고정홈에 각각 삽입되도록 돌출된 브리스틀 고정부를 포함하는 브러시부; 및
   상기 전방부재와 상기 후방부재의 상단부를 연결하도록 관통 체결되는 연결부재를 포함하되,
   상기 브리스틀 고정부는 기설정된 두께로 형성되고, 상기 제1고정홈과 상기 제2고정홈은 상기 브리스틀 고정부의 외형과 대응되도록 형성되되, 상기 연결부재는 상기 제1연장부와 상기 제2연장부, 그리고 상기 브리스틀 고정부를 동시에 관통하여 체결됨을 특징으로 하는 터빈용 브러시 실링장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전방부재와 상기 후방부재의 상단부에는 상기 제1연장부와 상기 제2연장부를 연속하여 관통하는 관통공이 형성되며,
   상기 연결부재는 상기 관통공을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트의 단부에 체결되어 상기 각 고정홈에 삽입되는 상기 브리스틀 고정부를 가압 고정하도록 가압력을 제공하는 체결너트를 포함함을 특징으로 하는 터빈용 브러시 실링장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전방부재의 하단부에는 기설정된 간격으로 상호 이격되어 돌출되되, 상기 유체의 흐름과 반대방향으로 유도각을 가지도록 평행하게 돌출된 복수개의 날개가 구비된 안티스월부가 일체로 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 브러시 실링장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전방부재와 상기 후방부재의 상호 인접한 상단부 테두리에는 상기 실링부에 고정되도록 용접을 가이드하는 웰딩홈부가 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 브러시 실링장치.
5. 삭제

Images