KR101575960B1

KR101575960B1 - 브러시실 조립체

Info

Publication number: KR101575960B1
Application number: KR1020140069609A
Authority: KR
Inventors: 파루크 아싯 마흐믓
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-08

Abstract

브러시실 조립체가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체는 회전체와 고정체 사이에 위치되고 원주 방향 내측에 형성된 삽입홈과, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈을 향해 개구된 삽입홀을 포함하는 패킹 바디; 상기 회전체를 향해 연장된 브러시가 장착되어 삽입홈에 삽입된 브러시실 바디를 포함하는 브러시실 부; 및 상기 삽입홀에 각각 삽입되어 패킹 바디의 반경 방향과 원주 방향에서 브러시실 부의 고정 상태를 유지하기 위한 고정부재를 포함한다.

Description

브러시실 조립체{Brush seal assembly}

본 발명은 브러시실에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈의 고정체와 회전체 사이의 간극을 실링하기 위해 사용되는 브러시실 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 터빈(turbine)은 가스나 스팀(steam) 등 유체의 열에너지를 기계에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생 장치로, 유체에 의해 축회전되도록 복수 개의 회전익(bucket)을 포함하는 로터(rotor)와, 로터의 둘레를 감싸며 설치되고 복수 개의 고정익(diaphram)이 구비된 케이싱(casing)을 포함하고 있다.

여기서, 가스터빈은 압축기와 연소기 및 터빈을 포함하여 구성되고, 압축기의 회전에 의해 외부 공기가 흡입, 압축된 후 연소기로 보내지고, 연소기에서 압축공기와 연료의 혼합에 의해 연소가 이루어진다. 연소기에서 발생된 고온·고압의 가스는 터빈을 통과하면서 터빈의 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킨다.

스팀터빈의 경우, 고압터빈과 중압터빈 및 저압터빈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 로터를 회전시키는데, 직렬구조로 이루어지는 경우에는 고압터빈과 중압터빈 및 저압터빈이 하나의 로터를 공유한다.

스팀터빈에서 각각의 터빈들은 케이싱 내부의 로터를 중심으로 고정익과 회전익을 구비하고 있으며, 스팀이 고정익과 회전익을 통과하면서 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킬 수 있다.

이때, 가스터빈과 스팀터빈은 고정체(고정익)에 대해 회전체(로터)가 상대적으로 회전하는 구조이므로, 고정체와 회전체 사이 간극으로 고온·고압의 유체 누설이 발생하며, 이러한 유체의 누설은 동력 손실에 따른 에너지 효율 저하의 한 원인이 되고 있으며 상기 회전체와 고정체 사이 간극에서 발생되는 유체 누설을 감소시키기 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.

유체 누설을 최소화하기 위해서는 우선적으로 고정체와 회전체 사이의 간극을 최소화해야 하나, 간극을 좁히는 데에도 여러 가지 제약이 발생된다.

예를 들어, 간극이 지나치게 좁은 경우에는, 회전체가 축회전 될 때 회전체와 고정체가 서로간에 간섭을 일으켜 러빙(rubbing)에 의한 진동이 발생하게 되고, 이는 터빈에 중대한 손상을 일으키게 된다.

한편, 스팀터빈은 보일러에서 유입되는 고온의 스팀이 회전체와 고정체에 열을 가하기 때문에, 운전 및 기동 정지시 위치에 따라 수 mm 내지 수십 mm까지 팽창 또는 수축하게 된다. 이때, 회전체와 고정체는 소재의 특성이 달라 차등 팽창할 뿐만 아니라, 터빈의 구조에 따라 팽창하는 방향도 상이하여 회전체와 고정체가 운전 중 간섭을 일으켜 러빙이 발생하기도 한다.

종래에는 통상적으로 라비린스 실(labyrinth seal)을 적용하여 실링(sealing)하였고, 최근에는 라비린스 실에 브러시(brush)를 결합한 브러시 실(brush seal)을 적용하여 고정체와 회전체 사이 간극을 없애고 유연하게 서로 접촉하는 형태로 실링하는 기술이 개발되고 있다.

US6790001B2 (2004. 9. 14 등록)

본 발명의 실시 예들은 고압의 유체를 동력원으로 하는 터빈에서 고압의 유체를 항시 일정하게 통과시켜 브러시실 조립체가 설치된 대상물의 효율을 향상시킨다.

본 발명의 실시 예들은 패킹 바디에 브러시실 조립체를 손쉽게 고정할 수 있으며 수리 및 교체시에도 작업 시간을 최소화시켜 수리 및 교체가 가능한 브러시실 조립체를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전체와 고정체 사이에 위치되고 원주 방향 내측에 형성된 삽입홈과, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈을 향해 개구된 삽입홀을 포함하는 패킹 바디; 상기 회전체를 향해 연장된 브러시가 장착되어 삽입홈에 삽입된 브러시실 바디를 포함하는 브러시실 부; 및 상기 삽입홀에 각각 삽입되어 패킹 바디의 반경 방향과 원주 방향에서 브러시실 부의 고정 상태를 유지하기 위한 고정부재를 포함한다.

상기 삽입홀은 상기 삽입홈의 일측을 향해 개구된 것을 특징으로 한다.

상기 삽입홀은 상기 패킹 바디의 외주면에 동일 간격으로 이격된 것을 특징으로 한다.

상기 삽입홀은 상기 패킹 바디와 직교된 상태로 개구된 것을 특징으로 한다.

상기 브러시실 부는 상기 삽입홀을 바라보며 길이 방향을 따라 경사진 경사면; 상기 경사면의 상부에서 브러시를 감싸며 일측 방향으로 연장되고 단부가 단턱진 제1 단턱부; 상기 경사면의 하부에서 브러시를 향해 연장되고 일측 방향으로 단부가 단턱진 제2 단턱부를 포함한다.

상기 브러시실 부는 상기 경사면과 제1 단턱부 사이가 수평하게 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 브러시실 부는 상기 경사면이 삽입홀의 하단에서 상향 경사지게 연장된 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 상기 브러시실 부와 면접촉이 이루어지는 헤드; 상기 헤드의 상부로 연장된 바디를 포함한다.

상기 헤드는 원뿔(cone) 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 헤드는 바디와 이종 재질로 이루어지고 회전체에서 전도된 고온에 의해 경사면을 향해 길이 방향에서 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 바디는 상면에 공구가 삽입되기 위해 형성된 공구 삽입홈을 포함한다.

본발명의 다른 실시 예에 의한 브러시실 조립체는 회전체와 고정체 사이에 위치되고 원주 방향 내측에 형성된 삽입홈과, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈을 향해 개구된 삽입홀을 포함하는 패킹 바디; 상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부; 상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창(thermal expansion)이 이루어지는 열팽창부재; 및 상기 삽입홀에 삽입되어 브러시실 부의 측면과 원주 방향에서 고정하기 위한 고정부재를 포함하되,
상기 고정부재는 상기 열팽창부재와 면접촉된 상태가 유지되는 헤드와, 상기 헤드의 외측으로 연장된 바디를 포함한다.

삽입홀은 패킹 바디의 선단부와 후단부에 각각 개구된 것을 특징으로 한다.

삽입홀은 상기 고정부재와 대응되는 형태로 형성된다.

고정부재는 일 방향으로 돌출된 돌출부를 포함한다.

돌출부는 원형 또는 다각형 중의 어느 한 형태가 선택적으로 형성된 것을 특징으로 한다.

돌출부는 상기 패킹 바디에 서로 마주보며 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 상면에 공구가 삽입되기 위한 공구 삽입홈을 포함한다.

삭제

상기 헤드는 고온의 열을 전도 받아 열팽창부재를 향해 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 열팽창부재는 고정부재를 향해 길이 방향의 양 단부가 경사진 경사면을 포함하고, 상기 헤드는 경사면과 밀착된 상태로 면접촉되는 헤드 경사면을 포함하되, 고온의 열이 열팽창부재와 헤드에 전도될 경우 서로 간에 밀착된 상태에서 열팽창으로 인해 상호간에 가압이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 열팽창부재는 길이 방향의 양 단부에 일정 구간에만 열팽창 재질이 형성되어 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 브러시실 조립체에 대한 반경 방향과 원주 방향에 대한 양방향 고정이 고정부재를 통해 동시에 이루어지므로 고압의 유체 및 회전체를 통해 가해지는 압력 변동에 따른 브러시실 부의 이동이 방지되고, 이로 인해 일정량의 유체가 항시 브러시 실을 통과하여 이동되므로 씰링 상태가 일정하게 유지될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 브러시실 부가 패킹 바디에 고정된 상태가 일정하게 유지되므로 장기간 사용시에도 마모 및 변형 발생이 억제되어 내구성 향상과 수리 교체에 따른 비용이 절감된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체가 회전체와 고정체 사이에 위치된 상태를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피킹 바디에 고정부재가 삽입되는 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 결합 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 고정부재에 의해 브러시실 부가 반경 방향과 원주 방향으로 가압 고정되는 상태를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체에 고정부재가 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체에서 열팽창 부재와 고정부재의 배치 상태를 간략히 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 정면도.
도 10 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 작동 상태도.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 작동 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

참고로 도 1은 스팀터빈의 고정체와 회전체 사이의 간극에 라비린스 실(1)과 브러시 실(2)이 적용된 일 예를 도시한 것이다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 고정체는 케이싱(3)과 고정익(4)을 포함하고, 회전체는 로터(5)와 회전익(6)을 포함한다. 고정익(4)은 케이싱(3)에 결합되고 회전익(6)에 인접한 위치에 배치되며, 회전익(6)은 고정익(4)에 인접한 상태로 로터(5)와 일체로 축회전된다.

고정익(4)과 회전익(6) 사이의 간극 및 고정익(4)과 로터(5) 사이의 간극에는 기밀을 위한 실링이 필요하며 이를 위해 브러시실 조립체(1)가 사용된다.

브러시실 조립체(1)는 패킹 바디(100)와, 브러시실 부(200) 및 고정부재(300)를 포함하여 구성되고, 소정의 속도로 회전되는 로터(5)와 고정체()사이에서 브러시실 부(200)를 통한 안정적인 기밀이 유지된다.

이때 로터(5)를 통해 브러시실 부(200)로 전달되는 열전도(heat conduction)에 상관 없이 패킹 바디(100)의 반경 방향과 원주 방향에서 각각 브러시실 부(200)의 고정 상태를 유지시키고 일정 압력으로 패킹 바디(100)를 반경 방향과 원주방향으로 가압 고정시켜 브러시실 부(200)의 기밀을 안정적으로 실시하고자 한다.

이를 위해 본 발명은 로터(5)와 고정체 사이에 위치되고 삽입홈(110)이 형성된 패킹 바디(100)가 로터(5)를 바라보며 위치되는데, 패킹 바디(100)는 다수개의 개별 단위체로 이루어져 로터(5)의 외측 원주 방향에 링 형태로 어셈블리 된다.

패킹 바디(100)는 삽입홈(110)에 브러시실 부(200)가 모두 삽입되어 조립될 경우 전체적인 형태가 링 형태로 이루어지고, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈(110)을 향해 삽입홀(120)이 개구된다. 삽입홀(120)은 패킹 바디(100)의 외주면에 동일 간격으로 다수개가 이격되어 일측을 향해 개구 되는데, 삽입홀(120)의 개수는 도면에 도시된 개수로 반드시 한정하지 않고 변경될 수 있다.

일 예로 삽입홀(120)은 패킹 바디(100)와 직교된 상태로 개구되는데, 이와 같이 개구되는 이유는 삽입홀(120)에 고정부재(300)가 삽입된 후에 브러시실 부(200) 전체를 원주 방향과 반경 방향에서 소정의 압력으로 가압된 상태를 유지시켜 고온의 열이 로터(5)에서 브러시실 부(200)로 전도되는 경우에도 삽입홈(110)에 브러시실 부(200)가 고정된 상태를 안정적으로 유지시키기 위해서이다.

삽입홀(120)은 후술할 고정부재(300)와 대응되는 형상으로 형성되어 고정부재(300)가 삽입홀(120)에 삽입될 경우 밀착된 상태가 안정적으로 유지될 수 있으며 브러시실 부(200)의 열팽창으로 인한 위치 변동을 최소화시켜 불필요한 유체의 누설 및 이로 인한 진동 발생을 방지할 수 있다.

예를 들어 장기간 브러시실 부(200)가 로터(5)와 직간접적으로 마찰이 발생되는 경우에도 브러시실 부(200)의 마모 및 변형으로 인한 실링 손실이 최소화 되고 브러시(210)와 로터(5) 사이에 일정한 간극이 유지될 수 있다.

이로 인해 고압의 유체가 브러시(210)를 경유하여 일정량만 이동할 수 있게 함으로써 불필요한 유체의 누설량이 감소된다.

특히 로터(5)와 브러시(210) 사이의 간극은 서로간의 간극이 지나치게 이격될 경우 고압의 유체가 누설될 수 있으므로 로터(5)의 전체적인 동력 손실을 유발할 수 있다.

또한 로터(5)와 브러시(210) 사이가 지나치게 밀착될 경우 로터(5)와 고정체가 서로 간에 간섭이 발생될 수 있으므로 로터(5)와 브러시(210) 사이의 간극이 일정하게 유지되는 것은 중요하다고 하겠다.

브러시실 부(200)는 브러시(210)를 기준으로 우측의 압력이 좌측보다 상대적으로 고압(PH)이고, 좌측은 저압(PL)에 해당되며 유체의 흐름은 점선의 화살표로 도시된 바와 같이 우측에서 좌측으로 이동되며 고압 영역의 유체가 저압 영역으로 누설되는 것을 브러시(210)가 방지한다.

브러시실 부(200)는 브러시(210)가 장착되어 삽입홈(110)에 삽입된 브러시실 바디(202)를 포함하고, 정면에서 바라볼 때 삽입홀(120)을 바라보며 길이 방향을 따라 경사진 경사면(204)과, 경사면(204)의 상부에서 브러시(210)를 감싸며 일측 방향으로 연장되고 단부가 단턱진 제1 단턱부(206)와, 경사면(204)의 하부에서 브러시(210)를 향해 연장되고 일측 방향으로 단부가 단턱진 제2 단턱부(208)를 포함한다.

첨부된 도 5를 참조하면, 경사면(204)은 고정부재(300)의 헤드(310)와 직접적으로 면접촉이 이루어지는데, 경사면(204)이 헤드(310)와 직접적으로 면접촉된 상태가 유지될 경우 고정부재(300)에 의해 가해지는 가압력은 패킹 바디(100)의 반경 방향(r)과 원주 방향(c)의 경사면을 각각 가압시키는 가압력이 가해진다.

이 경우 고정부재(300)만을 통해서도 브러시실 부(200) 전체를 양 방향으로 가압된 상태를 유지할 수 있어 브러시실 부(200)에 대한 고정력이 향상되고, 고압의 유체가 브러시실 부(200)에 가해지는 경우에도 패킹 바디(100)에 고정된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

경사면(204)은 삽입홀(120)의 하단에서 상향 경사진 형태로 연장되는데, 이와 같이 형성될 경우 고정부재(300)의 헤드(310)에 의해 삽입홈(110)에 밀착된 상태로 가압됨으로써 씰링 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.

패킹 바디(100)는 반경방향으로 가해지는 가압력에 의해 로터(5)와 일정한 간극이 유지되므로 고압의 유체가 브러시(210)로 공급되는 경우에도 브러시(210)를 기준으로 압력 차이로 인한 불필요한 유체의 누설이 방지되어 브러시실 부(200)가 장착된 대상물의 효율이 일정하게 유지된다.

또한 패킹 바디(100)는 원주 방향으로 가해지는 가압력으로 인해 최초 브러시실 조립체를 설계할 때 설정된 위치에서 불안정한 상태로 이동이 발생되지 않고 안정적으로 위치가 유지됨으로써 원주 방향으로의 불필요한 유체 누설이 최소화되어 브러시실 부(200)가 장착된 대상물의 효율이 일정하게 유지된다.

제1 단턱부(206)는 도면 기준으로 경사면(204)의 상부에서 좌측을 향해 일정 길이로 수평하게 연장되고 단부가 하향 경사진다. 삽입홈(110) 또한 제1 단턱부(206)와 대응되는 형상으로 이루어져 브러시실 부(200)가 삽입될 경우 밀착된 상태가 보다 안정적으로 유지되어 고압의 유체가 브러시실 부(200)에 가해지는 경우에도 유체의 누설을 안정적으로 방지하고 브러시실 부(200)의 변형 발생을 방지할 수 있어 장기간 사용시에도 내구성이 향상된다.

제2 단턱부(208)는 경사면(204)의 하단에서 좌측을 향해 소정의 길이로 연장된 후에 하측을 향해 단부가 단턱진 형태로 이루어지는데, 이와 같이 형성될 경우 고압의 유체에 의한 압력이 브러시실(210)에 가해질 경우 삽입홈(110)에 삽입된 브러시실 부(200)의 안정적인 지지를 가능하게 하여 불필요한 유체의 누설을 방지하고 내구성 또한 향상시킬 수 있다.

따라서 브러시실 부(200)는 삽입홈(110)에 삽입된 상태에서 고압의 유체가 브러시(210)를 향해 장기간 이동되는 환경에서도 반경 방향과 원주 방향에서의 유체 누설이 최소화된다.

고정부재(300)는 패킹 바디(100)의 외측에서 반경 방향으로 삽입홀(120)에 각각 삽입되는데, 삽입홀(120)의 형상과 대응되는 형태로 이루어짐으로써 고정부재(300)가 삽입홀(120)에 삽입될 경우 경사면(204)에 대한 가압과 삽입홀(120)에서의 안정적인 고정을 동시에 실시할 수 있다.

고정부재(300)는 경사면(204)과 직접적인 면접촉이 이루어지는 헤드(310)와, 헤드(310)의 상부로 연장된 바디(320)를 포함하며, 일 예로 헤드(310)는 원뿔(cone) 형태로 형성되고 바디(320)는 원기둥 형태로 연장된다.

헤드(310)가 원뿔 형태로 형성되는 이유는 경사면(204)과의 밀착된 상태를 안정적으로 유지시키기 위해 일 예로 제시한 것이며 다른 형태로 변경될 수 있다.

헤드(310)는 경사면(204)과 동일한 경사각을 가지고 경사지되, 상기 경사면(204)과 밀착된 상태가 유지되므로 항시 경사면(204)을 향해 가압된 상태가 유지됨으로써 브러시실 부(200)를 삽입홈(110)의 내측에 밀착된 상태로 유지시킬 수 있다.

바디(320)는 헤드(310)의 상측으로 연장된 외주면이 일정 직경으로 이루어지므로써, 삽입홈(110)에 대한 삽입과 분해가 용이하게 이루어질 수 있다.

고정부재(300)는 패킹 바디(100)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 배치되고, 중앙에 위치된 고정부재를 기준으로 좌, 우 양측에 위치된 다른 고정부재는 삽입홀(120)과 동일한 각도로 경사지게 삽입홀(120)에 삽입되어 브러시실 부(200)에 대한 반경 방향과 원주 방향에 대한 고정이 이루어진다.

고정부재(300)는 바디(320) 상면에 공구가 삽입되기 위해 형성된 공구 삽입홈(322)을 포함하는데, 공구 삽입홈(322)은 다수개의 고정부재(300)를 패킹 바디(100)에 설치하거나 수리를 위해 고정부재를 패킹 바디(100)의 외측으로 인출하고자 할 경우 공구를 이용하여 편리하게 인출시킬 수 있다. 공구 삽입홈(322)은 다각 형태로 형성되나, 다른 형태로 변경될 수 있다.

헤드(310)는 바디(320)와 이종 재질로 이루어지고 로터(5)에서 전도된 고온에 의해 경사면(204)을 향해 길이 방향에서 열팽창이 이루어지는데, 헤드(310)는 반경 방향을 향해 열팽창 되므로 경사면(204)을 반경 방향으로 가압하여 고압의 유체로 인한 브러시(210)와 로터(5) 사이의 간극을 일정하게 유지시킨다.

패킹 바디(100)는 경사면(204)이 고정부재(300)에 의해 반경 방향으로 가압될 경우 일부의 가압력이 경사면(204)을 따라 원주 방향을 따라 가해지므로 반경 방향과 함께 원주 방향에 대한 고정도 동시에 유지된다.

헤드(310)는 열팽장 재질로 이루어지므로 고온의 열이 전도될 경우 경사면(204)과 면접촉된 상태로 하측 반경 방향으로 팽창되어 경사면(204)을 가압하며 이로 인해 브러시실 부(200)에 직접적으로 가해지는 유체의 압력 및 로터(5)에서 전달되는 진동으로 인한 브러시실 부(200)의 유동이 안정적으로 방지된다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 브러시실 조립체에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 또는 도6을 참조하면, 브러시실 조립체(1a)는 패킹 바디(100)와, 브러시실 부(200)와, 열팽창부재(400) 및 고정부재(300)를 포함하여 구성된다.

또한 소정의 속도로 회전되는 로터(5)와 고정체 사이에서 브러시실 부(200)를 통한 안정적인 기밀이 유지되고, 로터(5)를 통해 브러시실 부(200)로 전달되는 열전도(heat conduction)에 따라 열팽창부재(400)의 열팽창이 이루어진다. 브러시실 부(200) 전체가 원주 방향에서 고정부재(300)를 통해 안정적으로 삽입된 상태가 유지되어 브러시(210)를 통해서 일정량의 유체만 안정적으로 이동되고 불필요한 유체의 누설은 발생되지 않는다.

이를 위해 본 발명은 로터(5)와 고정체 사이에 위치되고 원주 방향 내측에 형성된 삽입홈(110)과, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈(110)을 향해 개구된 삽입홀(120)을 포함하는 패킹 바디(100)와, 상기 삽입홈(110)에 일단이 삽입된 상태로 로터(5)를 향해 연장된 브러시(210)와, 상기 브러시(210)를 지지하는 지지부재(220)를 포함하는 브러시실 부(200)와, 상기 지지부재()의 측면에 밀착되고 패킹 바디(100)의 원주 방향으로 열팽창(thermal expansion)이 이루어지는 열팽창부재(400); 및 상기 삽입홀(120)에 삽입되어 브러시실 부(200)의 측면과 원주 방향에서 고정하기 위한 고정부재(300)를 포함한다.

본 실시 예에서는 전술한 실시 예 와는 다르게 고정부재(300)가 패킹 바디(100)의 선단부와 후단부에 각각 삽입되며, 상기 위치에 위치되는 이유는 패킹 바디(100)에 고압의 유체로 인한 외력이 가해질 경우 원주 방향으로 브러시실 부(200)가 위치 변동이 발생되는 것을 방지하기 위해서이다.

보다 상세하게는 삽입홀(120)이 패킹 바디(100)의 선단부와 후단부에 각각 위치되고 후술할 고정부재(300)와 대응되는 형태로 개구된다.

본 실시 예에서는 도면 기준으로 삽입홀(120)이 패킹 바디(100)의 외측에서 삽입홈(110)을 향해 개구되고, 상기 삽입홀(120)에 고정부재(300)가 삽입되어 브러시실부(200)가 고정된다.

삽입홀(120)은 브러시실 부(200)를 기준으로 좌측에 위치된 것으로 도시하였으나, 좌, 우 양측에 모두 형성되는 것도 가능하며, 전술한 고정부재(300)에 의해 브러시실 부(200)의 측면이 고정된 상태가 유지된다.

고정부재(300)는 삽입홀(120)과 대응되는 형태로 형성되며 일 방향으로 돌출된 돌출부(301)를 포함하는데, 상기 돌출부(301)는 고정부재(300)가 삽입홀(120)에 삽입된 이후에 외측으로 이탈되는 것을 방지하기 위해 형성된다.

바람직하게는 다각 형태로 형성되나, 원형 또는 다른 형태로 다양하게 변경될 수 있으며 고정부재(300)의 이탈이 방지되기 위한 다른 형태로 변경 가능함을 밝혀둔다.

돌출부(301)는 패킹 바디(100)에 고정부재(300)가 모두 삽입될 경우 서로 마주보며 배치되는데, 이와 같이 배치되는 이유는 패킹 바디(100)의 원주 방향에서 균일한 지지력을 유지시키기 위해서 이며, 삽입홈(110)에서 브러시실 부(200)의 이동이 발생되는 경우에도 고정부재(300)에 의해 안정적으로 초기 위치에 대한 위치 셋팅이 이루어진다.

고정부재(300)는 상면에 공구가 삽입되는 공구 삽입홈(322)이 형성되고, 상기 공구 삽입홈(322)은 다수개의 고정부재(300)를 패킹 바디(100)에 설치하거나 수리를 위해 고정부재를 패킹 바디(100)의 외측으로 인출하고자 할 경우 공구를 이용하여 편리하게 인출시키기 위해 형성된다. 공구 삽입홈(322)은 다각 형태로 형성되나, 다른 형태로 변경될 수 있다.

첨부된 도 7 내지 도 8을 참조하면, 헤드(310)는 열팽창부재(400)와 면접촉된 상태가 유지되나, 열팽창이 이루어질 경우 헤드(310)와 열팽창부재(400)가 서로 간에 열팽창이 이루어져 패킹 바디(100)의 반경 방향에서 가압이 이루어진다.

열팽창부재(400)는 고정부재(300)를 향해 길이 방향의 양 단부가 경사진 경사면(410)을 포함하고, 헤드(310)는 경사면(410)과 밀착된 상태로 면접촉되는 헤드 경사면(304)을 포함한다. 이와 같이 경사면(410)과 헤드 경사면(304)이 각각 형성될 경우 고온의 열이 열팽창부재(400)와 헤드(310)에 전도되는 조건에서 서로 간에 밀착된 상태에서 열팽창이 이루어지면서 상호간에 가압이 이루어진다.

이와 같이 열팽창부재(400)와 헤드 경사면(304)이 동시에 열팽창될 경우 패킹 바디(100)의 반경 방향과 원주 방향에서 브러시실 부(200)의 위치 고정이 동시에 이루어지므로 고압의 유체로 인한 위치 변동이 최소화된다.

따라서 브러시실 부(200)를 경유하여 이동되는 유체가 항시 일정량만 브러시(210)를 경유하여 이동되므로 불필요한 유체의 누설이 방지되어 브러시실 조립체가 설치된 대상물의 효율이 향상되고, 로터(5)와 브러시실 부(200) 사이에서 진동 발생이 최소화되어 안정적인 작동이 가능해진다.

경사면(410)과 헤드 경사면(304)은 브러시실 부(200)를 패킹 바디(100)를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향으로 가압하기 위해 경사진 방향이 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면 경사면(410)이 상향 경사질 경우 헤드 경사면(304)은 반대 형태인 하향 경사짐으로써 서로 간에 밀착된 상태가 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한 경사면(410)이 하향 경사질 경우 헤드 경사면(304)은 반대 방향인 상향 경사짐으로써 서로 간에 밀착된 상태가 안정적으로 이루어질 수 있다.

경사면(410)과 헤드 경사면(304)은 면접촉된 형태가 전술한 형태 이외의 다른 형태로 다양하게 변경될 수 있으며, 서로 간에 상대 접촉된 상태에서 열팽창되어 패킹 바디(100)의 반경 방향을 향해 브러시실 부(200)를 가압 고정된 상태를 유지시킬 수 있는 다른 형태로 다양하게 변경되어 사용 가능함을 밝혀둔다.

열팽창부재(400)는 길이 방향의 양 단부에 일정 구간에만 열팽창 재질이 형성되어 열팽창이 이루어질 수 있으며, 이 경우 열팽창 재질을 최소한으로 사용할 수 있어 경제성이 향상되고 특정 위치에서만 열팽창이 이루어지므로써 응답성이 향상되어 브러시실 부(200)에 대한 위치 고정이 안정화된다.

브러시실 부(200)는 브러시(210)와 지지부재(220)를 포함하는데, 상기 브러시(210)는 다수개의 강모(Bristle)로 이루어지고, 특별히 재질은 한정하지 않는다.

지지부재(220)는 제1 브러시(210)를 기준으로 일측에 밀착된 제1 지지 플레이트(222)와, 타측에 밀착된 제2 지지 플레이트(224)를 포함한다. 제1 지지 플레이트(222)는 브러시(210)와 마주보는 내측에서 유체의 흐름을 브러시(210)의 하측으로 가이드 하도록 안내홈(222a)이 형성되어 고압의 유체의 흐름을 로터(5)와 브러시(210) 하단 사이의 간극으로 유도함으로써 안정적인 이송을 가능하게 한다.

이로 인해 고압의 유체가 제1 지지 플레이트(222)를 경유하여 브러시(210)로 이동되는 경우 불필요한 와류 현상이 최소화되고 브러시(210) 하단으로 유체의 흐름을 유도할 수 있다.

참고로 브러시(210)를 기준으로 좌측의 압력이 우측보다 상대적으로 고압(PH)이고, 우측은 저압(PL)에 해당되며 유체의 흐름은 점선의 화살표로 도시된 바와 같이 좌측에서 우측으로 이동되며 고압 영역의 유체가 저압 영역으로 누설되는 것을 브러시(210)가 방지한다.

안내홈(222a)은 제1 지지 플레이트()의 전체 길이를 L이라 할 때 하부에서 2/3L 이상의 높이까지 개구된 상태로 홈이 형성되는데, 안내홈(222a)의 높이가 제1 지지 플레이트()의 L을 기준으로 중간 이하의 길이로 형성될 경우 고압의 유체를 안정적으로 가이드 하기 어렵고 2/3L이상의 길이로 연장될 경우 제1 지지 플레이트(222)의 강성을 약화시킬 수 있으므로 전술한 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

안내홈(222a)은 형상이 도면에 도시된 형상 이외에도 라운드진 형태로 변경될 수 있으며 고압 유체의 이동에 따른 시뮬레이션을 통해 최적의 형상이 설정될 수 있다.

첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체(1c)는 고정부재(300)에 돌출부(301)가 형성되어 있어 삽입홀(120)에 삽입되며 전술한 라운ㄷ진 형태가 아닌 각진 형태로 변경될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 브러시실 조립체의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2 또는 도 10을 참조하면, 작업자는 패킹 바디(100)에 브러시실 부(200)를 삽입한 후에 고정부재(300)를 이용하여 기 삽입된 브러시실 부(200)를 원주 방향에서 고정시킨다.

고정부재(300)는 확대도에 도시된 바와 같이 경사면(204)이 헤드(310)에 의해 패킹 바디(100)의 반경 방향인 r 방향과 원주 방향인 C방향으로 브러시실 바디(202)를 가압하여 패킹 바디(100)에 브러시실 부(200)를 안정적으로 고정된 상태가 유지된다.

이와 같은 상태에서 고압의 유체가 브러시실 부(200)로 이동되면, 유체에 의한 가압력과 로터(5)에서 브러시(210)를 향해 전달되는 가압력 및 진동이 동시에 브러시실 부(200)에 전달된다.

본 실시 예에서는 고정부재(300)의 헤드(310)가 경사면(204)을 화살표 방향인 반경 방향 내측으로 가압하고 있으므로 로터(5)에서 전달된 가압력으로 브러시실 부(200)가 삽입홈(110)에서 이탈되거나 위치 변동이 발생되지 않고 안정적으로 삽입된 상태가 유지된다.

브러시실 부(200)는 반경 방향에서 고정부재(300)에 의해 안정적으로 고정된 상태가 유지되고, 원주 방향에서는 헤드(310)에 의해 경사면(204)의 길이 방향으로 가압력이 분산되어 삽입홈(110)에서 일측 방향으로 브러시실 부(200)가 이동되지 않고 초기 설치된 위치가 안정적으로 유지된다.

이로 인해 브러시(210)와 로터(5) 사이의 간극이 항시 일정하게 유지되고 유체가 항시 일정하게 브러시(210)를 경유하여 이동됨으로써 브러시실 조립체(1)가 설치된 대상물의 효율이 일정하게 유지된다.

전술한 헤드(310)는 열팽창재질로 이루어질 수 있으며 이 경우 로터(5)에서 전도된 고온의 열기에 의해 경사면(204)을 반경 방향을 향해 보다 신속하게 가압시켜 브러시실 부(200)를 삽입홈(110)에서 안정적으로 고정시킨다.

이와 같이 사용 도중 브러시(210)에 대한 교환 또는 점검을 실시하고자 할 경우 공구 삽입홈(322)에 공구를 삽입하여 일 방향으로 회전시키면 삽입홀에서 고정부재(300)가 편리하게 분리되며 이상 유무를 점검한 후에 쉽게 재조립 하거나 교체가 필요한 구성품을 교체하면 된다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 브러시실 조립체의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 6 또는 도 11을 참조하면, 작업자는 패킹 바디(100)에 브러시실 부(200)를 삽입한 후에 고정부재(300)를 삽입홀(120)에 삽입한다.

고정부재(300)는 돌출부(301)가 형성되어 있어 삽입홀(120)에 삽입될 경우 외측으로 이탈이 이루어지지 않고 패킹 바디(100)의 선단부와 후단부 위치에서 브러시실 부(200)를 원주 방향과 반경 방향에서 고정시킨다.

특히 고정부재(300)는 고압의 유체로 인한 압력이 브러시실 부(200)에 가해질 경우 제1 지지 플레이트()와 함께 브러시실 부(200) 전체를 보다 안정적으로 지지한다.

특히 고온의 열기가 로터(5) 또는 유체를 통해 열팽창부재(300)에 가해질 경우 열팽창부재()의 팽창으로 인해 경사면(204)과 밀착된 헤드 경사면(204)이이 동시에 열팽창되어 반경 방향을 기준으로 내부 또는 외부 중의 어느 한 방향으로 가압된 상태가 유지된다.

따라서 브러시(210)를 경유하여 이동되는 고압이 유체가 항시 일정하게 브러시(210)를 경유하여 이동되므로 불필요한 유체의 누설이 최소화되고 일정량의 유체가 이동되어 브러시실 조립체(1a)가 설치된 대상물의 효율이 향상되고 진동 발생 또한 최소화된 상태가 유지된다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1, 1a : 브러시실 조립체
5 : 로터
100 : 패킹 바디
110 : 삽입홈
120 : 삽입홀
200 : 브러시실 부
202 : 브러시실 바디
204 : 경사면
206 : 제1 단턱부
208 : 제2 단턱부
300 : 고정부재
302 : 공구 삽입홈
310 : 헤드
320 : 바디
400 : 열팽창부재

Claims

회전체와 고정체 사이에 위치되고 원주 방향 내측에 형성된 삽입홈과, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈을 향해 개구된 삽입홀을 포함하는 패킹 바디;
상기 회전체를 향해 연장된 브러시가 장착되어 삽입홈에 삽입된 브러시실 바디를 포함하는 브러시실 부; 및
상기 삽입홀에 각각 삽입되어 패킹 바디의 반경 방향과 원주 방향에서 브러시실 부의 고정 상태를 유지하기 위한 고정부재를 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 삽입홀은,
상기 삽입홈의 일측을 향해 개구된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 삽입홀은,
상기 패킹 바디의 외주면에 동일 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 삽입홀은,
상기 패킹 바디와 직교된 상태로 개구된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 브러시실 부는,
상기 삽입홀을 바라보며 길이 방향을 따라 경사진 경사면;
상기 경사면의 상부에서 브러시를 감싸며 일측 방향으로 연장되고 단부가 단턱진 제1 단턱부;
상기 경사면의 하부에서 브러시를 향해 연장되고 일측 방향으로 단부가 단턱진 제2 단턱부를 포함하는 브러시실 조립체.
제5 항에 있어서,
상기 브러시실 부는,
상기 경사면과 제1 단턱부 사이가 수평하게 연장된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제5 항에 있어서,
상기 브러시실 부는,
상기 경사면이 삽입홀의 하단에서 상향 경사지게 연장된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 브러시실 부와 면접촉이 이루어지는 헤드;
상기 헤드의 상부로 연장된 바디를 포함하는 브러시실 조립체.
제8 항에 있어서,
상기 헤드는,
원뿔(cone) 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
삭제
제8 항에 있어서,
상기 헤드는,
바디와 이종 재질로 이루어지고 회전체에서 전도된 고온에 의해 경사면을 향해 길이 방향에서 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제8 항에 있어서,
상기 바디는,
상면에 공구가 삽입되기 위해 형성된 공구 삽입홈을 포함하는 브러시실 조립체.
회전체와 고정체 사이에 위치되고 원주 방향 내측에 형성된 삽입홈과, 외주면에 반경 방향으로 삽입홈을 향해 개구된 삽입홀을 포함하는 패킹 바디;
상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부;
상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창(thermal expansion)이 이루어지는 열팽창부재; 및
상기 삽입홀에 삽입되어 브러시실 부의 측면과 원주 방향에서 고정하기 위한 고정부재를 포함하되,
상기 고정부재는,
상기 열팽창부재와 면접촉된 상태가 유지되는 헤드와, 상기 헤드의 외측으로 연장된 바디를 포함하는 브러시실 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 삽입홀은,
패킹 바디의 선단부와 후단부에 각각 개구된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 삽입홀은,
상기 고정부재와 대응되는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 고정부재는,
일 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하는 브러시실 조립체.
제16 항에 있어서,
상기 돌출부는,
원형 또는 다각형 중의 어느 한 형태가 선택적으로 형성된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제16 항에 있어서,
상기 돌출부는,
패킹 바디에 서로 마주보며 배치된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 고정부재는,
상면에 공구가 삽입되기 위한 공구 삽입홈을 포함하는 브러시실 조립체.
삭제
제13 항에 있어서,
상기 헤드는,
고온의 열을 전도 받아 열팽창부재를 향해 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
상기 고정부재를 향해 길이 방향의 양 단부가 경사진 경사면을 포함하고,
상기 헤드는 경사면과 밀착된 상태로 면접촉되는 헤드 경사면을 포함하되,
고온의 열이 열팽창부재와 헤드에 전도될 경우 서로 간에 밀착된 상태에서 열팽창으로 인해 상호간에 가압이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제22 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
길이 방향의 양 단부에 일정 구간에만 열팽창 재질이 형성되어 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.