KR101695107B1

KR101695107B1 - 터빈의 실링 구조

Info

Publication number: KR101695107B1
Application number: KR1020150178538A
Authority: KR
Inventors: 안준호; 장용권
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-01-10
Also published as: JP2017110635A; JP6430459B2; US10060534B2; EP3184753A1; EP3184753B1; US20170167613A1

Abstract

본 발명은 터빈의 실링 구조에 관한 것으로, 회전체의 둘레를 따라 환형으로 형성된 함몰부, 고정체의 결합홈에 고정되는 환형의 패킹바디, 상기 패킹바디의 중앙부에 배치되는 브러시 실의 지지부재, 일단부는 상기 지지부재에 고정되고, 타단부는 상기 함몰부 내에 배치되는 브러시 및 상기 패킹바디의 적어도 일측부에 배치되는 치형부를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 고정체에 배치되는 브러시 실, 라비린스 실의 구조 및 회전체에 배치되는 버킷 팁(bucket tip) 부위의 접촉부 형상을 개선하여 회전체의 축방향 움직임에도 버킷 팁 부위의 실링력을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

터빈의 실링 구조{Structure for turbine's sealing}

본 발명은 터빈의 실링 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정체에 배치되는 브러시 실, 라비린스 실의 구조 및 회전체에 배치되는 버킷 팁(bucket tip) 부위의 접촉부 형상을 개선하여 회전체의 축방향 움직임에도 버킷 팁 부위의 실링력을 유지할 수 있는 터빈의 실링 구조에 관한 것이다.

일반적으로 터빈(turbine)은 가스(gas), 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 압축기 섹션와 연소기 및 터빈 섹션을 포함하여 구성되고, 압축기 섹션의 회전에 의해 외부 공기가 흡입, 압축된 후 연소기로 보내지고, 연소기에서 압축공기와 연료의 혼합에 의해 연소가 이루어진다. 연소기에서 발생된 고온·고압의 가스는 터빈 섹션을 통과하면서 터빈의 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킨다.

스팀터빈의 경우, 고압터빈 섹션과 중압터빈 섹션 및 저압터빈 섹션을 직렬 또는 병렬로 연결하여 로터를 회전시키는데, 직렬구조로 이루어지는 경우에는 고압터빈 섹션과 중압터빈 섹션 및 저압터빈 섹션이 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(버킷)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.

도 1a 내지 도 1c에는 종래 회전체 중 버킷 팁 부위와 고정체(1)의 케이싱 부위간의 실링 구조가 게시된다. 종래부터 이러한 고정체(1)와 회전체간의 실링 강화를 위하여 다양한 노력들이 시도되어 왔다. 그러한 노력들로 라비린스 실의 배치 구조 변경, 버킷 팁 부위의 형상 변경 등의 결과물이 도출되었다.

먼저 도 1a를 살펴보면, 버킷 팁 부위(5)는 평탄부를 형성하고 고정체(1)의 실링구조는 중앙부에 브러시 실(4)을 고정하는 지지체(2)을 배치하고 양측으로 라비린스 실(3)을 배치하는 구조가 도시되어 있다. 그런데 이러한 종래 구조는 회전체의 심한 축방향 움직임으로 인해 버킷 팁 부위(5)와 라비린스 실(3) 및 브러시 실(4)간의 위치가 어긋나게 되면, 유체의 누설을 차단할 수 없는 문제가 있다.

또한, 도 1b를 살펴보면, 버킷 팁 부위(5)의 다른 형상으로 돌기부를 형성하고 고정체(1)의 실링구조는 중앙부에 브러시 실(4)을 배치하고 양측으로 라비린스 실(3)을 배치하는 구조가 도시되어 있다. 이 또한 회전체의 심한 축방향 이동이 발생하면, 버킷 팁 부위(5)와 라비린스 실(3) 및 브러시 실(4)간의 위치가 어긋나게 되면서, 유체의 누설을 차단할 수 없는 같은 문제가 발생될 수 있다. 더하여 라비린스 실의 치형부(3)가 버킷 팁 부위(5)의 돌기부에 충돌하여 파손되는 문제가 생길 수 있다.

그리고 도 1c를 살펴보면, 도 1b에 게시된 라비린스 실(3)의 파손 문제를 개선하기 위해 버킷 팁 부위(5)의 라비린스 실의 치형부(7)를 배치한 구조가 도시된다. 이 경우 회전체의 심한 축방향 움직임이 발생하면 브러시 실(4)과 라비린스 실의 치형부(7)가 서로 충돌하여 모두 마모나 파손되는 문제가 발생될 수 있다. 이는 장기적으로는 실링능력 저하를 유발하고 궁극적으로 터빈 출력 저하를 발생시킨다.

미국특허 등록번호: US 6439844 B1

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고정체에 배치되는 브러시 실, 라비린스 실의 구조 및 회전체에 배치되는 버킷 부위의 접촉부 형상을 개선하여 회전체의 축방향 움직임에도 버킷 팁 부위의 실링력을 유지할 수 있는 장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 터빈의 실링 구조에 관한 것으로, 회전체의 둘레를 따라 환형으로 형성된 함몰부, 고정체의 결합홈에 고정되는 환형의 패킹바디, 상기 패킹바디의 중앙부에 배치되는 브러시 실의 지지부재, 일단부는 상기 지지부재에 고정되고, 타단부는 상기 함몰부 내에 배치되는 브러시 실 및 상기 패킹바디의 적어도 일측부에 배치되는 치형부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지부재는 단면이 사각 형상이며, 일측은 상기 패킹바디의 내측에 고정되고, 타측은 상기 회전체 방향으로 신장될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 회전체상에서 상기 함몰부의 양측단으로 한 쌍의 단턱부가 형성되고, 상기 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실이 상기 단턱부에 밀착되며 유체의 흐름을 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지부재는, 상기 패킹바디의 고정홈에 안착되며, 내측에 단면이 원형인 제1 중홈부가 형성된 제1 베이스 및 일측은 단면이 원형인 원형부로 형성되어 상기 제1 중홈부에 배치되고, 타측은 단면이 사각형인 신장부로 형성되어 상기 브러시 실을 지지하도록 제공되는 제1 회동몸체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 베이스상에서 상기 제1 회동몸체의 신장부가 배치되는 부위는, 서로 다른 방향으로 경사진 한 쌍의 경사부가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지부재는, 상기 제1 회동몸체의 회동을 지지하도록, 상기 제1 회동몸체에 제공되는 관통홀에 삽입되고, 양단부가 상기 패킹바디와 연결되는 제1 회동샤프트를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 회동몸체는, 상기 패킹바디의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 복수개로 분할배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수의 제1 회동몸체 사이에 유체의 누설이 차단되도록, 상기 제1 회동몸체의 신장부 양측에는 제1 인터패킹부가 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 한 쌍의 단턱부 상단에 각각 서로 다른 방향으로 경사진 한 쌍의 미세경사부가 형성되고, 상기 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실이 상기 미세경사부에 밀착되며 유체의 흐름을 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 한 쌍의 미세경사부의 어느 일측의 경사도는 마주보는 상기 제1 베이스의 경사부의 어느 일측의 경사도와 동일할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지부재는, 상기 패킹바디의 고정홈에 안착되며, 내측에 단면이 부채꼴인 제2 중홈부가 형성된 제2 베이스 및 일측은 라운딩부로 형성되며 상기 제2 중홈부에 배치되고, 타측은 단면이 사각형인 신장부로 형성되어 상기 브러시 실을 지지하도록 제공되는 제2 회동몸체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지부재는, 상기 제2 회동몸체의 회동을 지지하도록, 상기 제2 회동몸체에 제공되는 관통홀에 삽입되고, 양단부가 상기 패킹바디와 연결되는 제2 회동샤프트를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지부재는, 상기 제2 베이스의 제2 중공홈 양측에 형성된 안착홈, 상기 안착홈을 바라보는 방향으로 곡선형으로 돌출되고, 상기 제2 회동몸체의 양측에 배치되는 가이드바 및 상기 가이드바와 상기 안착홈 내부에 배치되는 탄성체를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 회동몸체는, 상기 패킹바디의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 복수개로 분할배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수의 제2 회동몸체 사이에 유체의 누설이 차단되도록, 상기 제2 회동몸체의 신장부 양측에는 제2 인터패킹부가 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 버킷 팁 부위에 종래와 달리 함몰부를 구성하여, 고정체의 브러시 실을 함몰부에 배치되게 함으로써, 버킷의 축방향 움직임이 있더라도, 브러시 실이 함몰부의 양측에 단턱부에 접촉되며 누설유체의 흐름을 차단하게 되어 실링 능력이 유지되도록 할 수 있다.

또한, 브러시 실의 양측에는 라비린스 실을 배치하여 버킷의 양측에서의 실링 능력을 보강할 수 있다.

또한, 고정체에 배치되는 브러시 실을 일정각도로 회동 가능하게 구성하고, 버킷의 함몰부 양측의 단턱부에 경사면을 구성하여, 버킷의 축방향 움직임 발생시 브러시 실과 경사면의 접촉으로 실링 능력이 유지되도록 할 수 있다.

이는 궁극적으로 터빈의 실링 능력 향상에 따른 출력 손실을 방지할 수 있고, 부품의 사용 수명을 연장하는데 도움을 주게 된다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래 터빈의 버킷 팁 부위의 실링 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명인 터빈의 실링 구조의 첫번째 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 발명의 작동상태도.
도 4는 본 발명인 터빈의 실링 구조의 두번째 실시예를 나타낸 도면.
도 5은 도 4에 도시된 발명의 작동상태도.
도 6은 도 4에 도시된 발명의 A-A' 방사방향에 대한 단면도.
도 7는 본 발명인 터빈의 실링 구조의 세번째 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 도 7에 도시된 발명의 작동상태도.
도 9은 도 7에 도시된 발명의 B-B' 방사방향에 대한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 터빈의 실링 구조의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명인 터빈의 실링 구조의 첫번째 실시예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 발명의 작동상태도이다. 도 2 및 도 3를 참고하면, 본 발명의 첫번째 실시예에서는 함몰부(110), 패킹바디(30), 지지부재(40), 브러시 실(41) 및 치형부(31)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 함몰부(110)는 회전체의 둘레를 따라 환형으로 형성될 수 있다. 여기서 회전체는 바람직하게는 버킷(100) 팁 부위일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 가스터빈 또는 스팀터빈의 내측에 배치되어 회전되는 부품의 어느 부위도 가능할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 버킷(100) 팁 부위로 한정하여 설명하도록 한다.

회전체의 버킷(100)은 회전체의 원주방향을 따라 배치되며, 이에 따라 버킷(100) 팁 부위에 형성된 상기 함몰부(110)도 버킷(100) 팁 부위상에서 환형 형태로 구현될 수 있다. 도 2에는 축방향 단면도가 도시되어 있으며, 버킷(100) 팁 부위에 가공된 상기 함몰부(110)의 형상을 확인할 수 있다.

상기 패킹바디(30)는 고정체(20)의 결합홈(21)에 고정될 수 있다. 상기 패킹바디(30)도 원주방향으로 형성된 고정체(20)의 결합홈(21)을 따라 환형 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 패킹바디(30)의 단면이 H 형태로 표현되었으나, 그 단면이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 터빈의 고정체(20)에 형성된 결합홈(21)의 다양한 형태에 대응하여 변경될 수 있다. 상기 패킹바디(30)의 양측 안착턱부(32)가 고정체(20)의 결합홈(21)에 안착되면서 고정체(20)에 결합고정되게 된다.

상기 지지부재(40)는 상기 패킹바디(30)의 중앙부 고정홈(33)에 배치될 수 있으며, 상기 브러시 실(41)을 고정하게 된다. 이때 지지부재(40)의 일측은 상기 패킹바디(30)의 내측에 고정되고, 타측은 상기 회전체 방향으로 신장된다. 본 발명의 첫번째 실시예에서는 상기 지지부재(40)의 단면을 가장 단순한 사각형 형태로 표현하였으나, 반드시 이 형상에 한정되는 것은 아니며, 터빈 구조에 따라 다른 형상으로도 변경될 수 있다. 그리고 상기 지지부재(40)는 상기 고정홈(33)에 용접, 볼트체결 등 다양한 방법으로 결합될 수 있다.

그리고 상기 브러시 실(41)은 일단부는 상기 지지부재(40)에 고정되게 되고, 타단부는 상기 함몰부(110) 내에 배치되게 된다.

상기 치형부(31)는 상기 패킹바디(30)의 적어도 일측부에 배치될 수 있다. 즉 상기 치형부(31)는 상기 패킹바디(30)의 어느 한 측(통상 유체의 누설이 발생하는 측) 또는 양측에 모두 설치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 패킹바디(30)의 양측에 모두 설치하여 실링 능력을 강화한다. 또한 상기 치형부(31)는 라비린스 실로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이제 도 3를 참고하면, 터빈이 작동하고 케이싱 내부에서 회전체가 회전하게 되면, 회전체는 정확히 정위치에서만 회전하는 것이 아니라, 유체와의 충격, 각종 진동 등에 의해 축방향 움직임이 발생되게 된다. 이에 따라 상기 브러시 실(41)과 버킷(100) 팁 부위의 위치가 변경되게 된다.

이때 회전체의 버킷(100) 팁 부위상에서 상기 함몰부(110)의 양측단으로 한 쌍의 단턱부(120)가 형성되고, 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실(41)이 상기 단턱부(120)에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하게 된다. 그리고 상기 브러시 실(41)의 양측으로는 상기 치형부(31)가 형성되어 있어 유체의 누설을 보다 억제할 수 있게 된다.

다음으로, 도 4는 본 발명인 터빈의 실링 구조의 두번째 실시예를 나타낸 도면이고, 도 5은 도 4에 도시된 발명의 작동상태도이며, 도 6은 도 4에 도시된 발명의 A-A' 방사방향에 대한 단면도이다.

도 4 내지 도 6를 참고하면, 본 발명의 두번째 실시예에서는 함몰부(110), 패킹바디(30), 지지부재(50), 브러시 실(59) 및 치형부(31)를 포함하여 구성될 수 있다.

회전체의 버킷(100)은 회전체의 원주방향을 따라 배치되며, 이에 따라 버킷(100) 팁 부위에 형성된 상기 함몰부(110)도 버킷(100) 팁 부위상에서 환형 형태로 구현될 수 있다. 도 4에는 축방향 단면도가 도시되어 있으며, 버킷(100) 팁 부위에 가공된 상기 함몰부(110)의 형상을 확인할 수 있다.

상기 지지부재(50)는 상기 패킹바디(30)의 중앙부에 배치될 수 있으며, 상기 브러시 실(59)을 고정하게 된다. 이러한 상기 지지부재(50)는 제1 베이스(51), 제1 회동몸체(52), 제1 회동샤프트(54) 및 제1 인터패킹부(58)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 제1 베이스(51)는 상기 패킹바디(30)의 고정홈(33)에 안착되며, 내측에 단면이 원형인 제1 중홈부(51a)가 형성될 수 있다. 상기 제1 베이스(51)는 상기 고정홈(33)에 용접, 볼트체결 등 다양한 방법으로 결합될 수 있다.

그리고 상기 제1 회동몸체(52)는 일측은 단면이 원형인 원형부(52a)로 형성되어 상기 제1 중홈부(51a)에 배치될 수 있으며, 타측은 단면이 사각형인 신장부(52b)로 형성되어 상기 브러시 실(59)을 지지하도록 제공될 수 있다.

이때 상기 제1 회동샤프트(54)는 상기 제1 회동몸체(52)가 일정각도의 범위내에서 회동이 가능하도록, 상기 제1 회동몸체(52)에 가공된 관통홀에 삽입되고, 양 단부가 상기 패킹바디(30)와 연결되어 제공될 수 있다. 도 6를 참고하면, 상기 제1 회동샤프트(54)가 상기 제1 회동몸체(52)를 관통하고 상기 패킹바디(30)에 양측단부가 연결된 상태를 확인할 수 있다.

그리고 상기 제1 회동몸체(52)의 회동 간섭을 방지하기 위해 상기 제1 베이스(51)상에서 상기 제1 회동몸체(52)의 신장부(52b)가 배치되는 부위는 서로 다른 방향으로 경사진 경사부(51b)가 형성될 수 있다.

이때 양측 경사부(51b)는 동일 각도의 경사도(Φ1)를 가지며 경사질 수도 있으며, 서로 다른 각도의 경사도(Φ1)를 가지며 경사질 수도 있다. 이는 버킷(100)의 축방향 움직임이 더 크게 발생하는 측, 유체의 누설 방향 등을 고려하여 결정할 수 있다.

예를 들어 누설유체의 흐름이 오른쪽에서 왼쪽으로 진행한다면, 경사도 Φ1의 값을 경사도 Φ2의 값보다 작게 하여 상기 브러시 실(59)이 상기 단턱부(120)에 접촉될 때 보다 수직에 가깝게 유지하여 유체의 흐름을 차단할 수 있다.

다른 예로는 버킷(100)의 축방향 움직임이 상기 브러시실의 수직축을 기준으로 오른쪽으로 더 많이 발생한다면, 경사도 Φ1의 값을 크게 하여 상기 브러시 실(59)이 경사질 수 있는 범위를 확대하여 버킷(100)의 축방향 움직임에 대응토록 하는 것이다.

다음, 상기 제1 회동몸체(52)는 상기 패킹바디(30)의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 복수개로 분할배치될 수 있다. 도 6를 참고하면, 환형의 버킷(100) 형상에 따라 배치된 상기 함몰부(110)에 대응하여 상기 제1 회동몸체(52)도 복수개로 분할되어 원주방향으로 배치된 구조를 확인할 수 있다.

이러한 분할구조는 상기 제1 회동몸체(52)의 회동을 가능하게 하기 위함이다. 즉 상기 제1 회동샤프트(54)가 회전이 가능하기 위해서는 직선형이어야 하는데, 상기 제1 회동몸체(52)가 원주방향으로 배치되고, 상기 브러시 실(59)이 배치되는 부분은 실링유지를 위해 라운딩되어 있어야 하므로, 분할구조를 적용하여 상기 제1 회동샤프트(54)가 배치되는 부분은 직선형으로 구성하고, 상기 브러시 실(59)이 배치되는 부분은 라운딩형으로 구성하는 것이다.

여기서 상기 제1 인터패킹부(58)는 상기 복수의 제1 회동몸체(52) 사이에 유체의 누설을 차단시키기 위해, 상기 제1 회동몸체(52)의 신장부(52b) 양측에 배치될 수 있다.

이러한 상기 제1 인터패킹부(58)는 라비린스 실(58a)와 허니콤 실(58b)로 구성될 수 있다. 즉 어느 하나의 제1 회동몸체(52) 일측에 라비린스 실(58a)이 배치되고 그 맞은 편의 제1 회동몸체(52) 일측에 허니콤 실(58b)가 배치되어 복수의 제1 회동몸체(52) 사이로 유체의 누설을 방지하는 것이다.

다음, 상기 브러시 실(59)은 일단부는 상기 지지부재(50)에 고정되게 되고, 타단부는 상기 함몰부(110) 내에 배치되게 된다.

이제 도 5를 참고하면, 터빈이 작동하고 케이싱 내부에서 회전체가 회전하게 되면, 회전체는 정확히 정위치에서만 회전하는 것이 아니라, 유체와의 충격, 각종 진동 등에 의해 축방향 움직임이 발생되게 된다. 이에 따라 상기 브러시 실(59)과 버킷(100) 팁 부위의 위치가 변경되게 된다.

이때 회전체의 버킷(100) 팁 부위상에서 상기 함몰부(110)의 양측단으로 한 쌍의 단턱부(120)가 형성되고, 또한 상기 한 쌍의 단턱부(120) 상단에 각각 서로 다른 방향으로 경사진 미세경사부(130)가 형성될 수 있다.

회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실(59)이 상기 단턱부(120) 또는 상기 미세경사부(130)에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하게 된다. 우선은 상기 브러시 실(59)은 상기 단턱부(120)에 접촉되며 1차적으로 유체의 누설을 차단하게 될 것이나, 만약 회전체의 축방향 이동시 심하게 발생된다면, 상기 제1 회동몸체(52)가 일방향으로 회동하게 되면서, 상기 미세경사부(130)에 접촉되는 것이다.

여기서 상기 제1 베이스(51)의 경사부(51b)의 경사도 및 그 맞은 편 상기 미세경사부(130)의 경사도가 Φ1 또는 Φ2 로 일치되게 구성함에 따라 상기 제1 회동몸체(52)는 상기 미세경사부(130)에 완전히 밀착되어 유체의 누설을 방지하게 된다.

또한 도면으로 도시하지는 않았으나, 다른 실시예에서는 일정 각도로 회전한 상기 브러시 실(59)이 원위치로 복귀할 수 있도록 하기 위해 상기 제1 회동샤프트(54)의 둘레를 따라 환형의 스프링을 배치하여, 상기 제1 회동샤프트(54)가 회전한 반대방향으로 탄성력에 의해 회전되도록 유도할 수도 있다.

그리고 상기 브러시 실(59)의 양측으로는 상기 치형부(31)가 형성되어 있어 유체의 누설을 보다 억제할 수 있게 된다.

다음으로, 도 7는 본 발명인 터빈의 실링 구조의 세번째 실시예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 발명의 작동상태도이며, 도 9은 도 7에 도시된 발명의 B-B' 방사방향에 대한 단면도이다.

도 7 내지 도 9를 참고하면, 본 발명의 세번째 실시예에서는 함몰부(110), 패킹바디(30), 지지부재(60), 브러시 실(69) 및 치형부(31)를 포함하여 구성될 수 있다.

회전체의 버킷(100)은 회전체의 원주방향을 따라 배치되며, 이에 따라 버킷(100) 팁 부위에 형성된 상기 함몰부(110)도 버킷(100) 팁 부위상에서 환형 형태로 구현될 수 있다. 도 7에는 축방향 단면도가 도시되어 있으며, 버킷(100) 팁 부위에 가공된 상기 함몰부(110)의 형상을 확인할 수 있다.

상기 지지부재(60)는 상기 패킹바디(30)의 중앙부 고정홈(33)에 배치될 수 있으며, 상기 브러시 실(69)을 고정하게 된다. 이러한 상기 지지부재(60)는 제2 베이스(61), 제2 회동몸체(62), 제2 회동샤프트(64) 및 제2 인터패킹부(68)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 제2 베이스(61)는 상기 패킹바디(30)의 고정홈(33)에 안착되며, 내측에 단면이 부채꼴인 제2 중홈부(61c)가 형성될 수 있다. 상기 제2 베이스(61)는 상기 고정홈(33)에 용접, 볼트체결 등 다양한 방법으로 결합될 수 있다.

그리고 상기 제2 회동몸체(62)는 일측은 라운딩부(62a)로 형성되어 상기 제2 중홈부(61c)에 배치될 수 있으며, 타측은 단면이 사각형인 신장부(62b)로 형성되어 상기 브러시 실(69)을 지지하도록 제공될 수 있다.

이때 상기 제2 회동샤프트(64)는 상기 제2 회동몸체(62)가 일정각도의 범위내에서 회동이 가능하도록, 상기 제2 회동몸체(62)에 가공된 관통홀에 삽입되고, 양 단부가 상기 패킹바디(30)와 연결되어 제공될 수 있다. 도 9를 참고하면, 상기 제2 회동샤프트(64)가 상기 제2 회동몸체(62)를 관통하고 상기 패킹바디(30)에 양측단부가 연결된 상태를 확인할 수 있다.

그리고 상기 제2 회동몸체(62)의 회동 간섭을 방지하기 위해 상기 제2 베이스(61)상에서 상기 제2 회동몸체(62)의 신장부(62b)가 배치되는 부위는 서로 다른 방향으로 경사진 경사부(61a)가 형성될 수 있다.

이때 양측 경사부(61a)는 동일 각도의 경사도(Φ3)를 가지며 경사질 수 있다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 각도의 경사도(Φ1)를 가지며 경사질 수도 있다. 이는 버킷(100)의 축방향 움직임이 더 크게 발생하는 측, 유체의 누설 방향 등을 고려하여 결정할 수 있다.

다음, 상기 제2 회동몸체(62)는 상기 패킹바디(30)의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 복수개로 분할배치될 수 있다. 도 9를 참고하면, 환형의 버킷(100) 형상에 따라 배치된 상기 함몰부(110)에 대응하여 상기 제2 회동몸체(62)도 복수개로 분할되어 원주방향으로 배치된 구조를 확인할 수 있다.

이러한 분할구조는 상기 제2 회동몸체(62)의 회동을 가능하게 하기 위함이다. 즉 상기 제2 회동샤프트(64)가 회전이 가능하기 위해서는 직선형이어야 하는데, 상기 제2 회동몸체(62)가 원주방향으로 배치되고, 상기 브러시 실(69)이 배치되는 부분은 실링유지를 위해 라운딩되어 있어야 하므로, 분할구조를 적용하여 상기 제2 회동샤프트(64)가 배치되는 부분은 직선형으로 구성하고, 상기 브러시 실(69)이 배치되는 부분은 라운딩형으로 구성하는 것이다.

여기서 상기 제2 인터패킹부(68)는 상기 복수의 제2 회동몸체(62) 사이에 유체의 누설을 차단시키기 위해, 상기 제2 회동몸체(62)의 신장부(62b) 양측에 배치될 수 있다.

이러한 상기 제2 인터패킹부(68)는 라비린스 실(68a)와 허니콤 실(68b)로 구성될 수 있다. 즉 어느 하나의 제2 회동몸체(62) 일측에 라비린스 실(68a)이 배치되고 그 맞은 편의 제2 회동몸체(62) 일측에 허니콤 실(68b)가 배치되어 복수의 제2 회동몸체(62) 사이로 유체의 누설을 방지하는 것이다.

다음, 상기 브러시 실(69)은 일단부는 상기 지지부재(60)에 고정되게 되고, 타단부는 상기 함몰부(110) 내에 배치되게 된다.

이제 도 8를 참고하면, 터빈이 작동하고 케이싱 내부에서 회전체가 회전하게 되면, 회전체는 정확히 정위치에서만 회전하는 것이 아니라, 유체와의 충격, 각종 진동 등에 의해 축방향 움직임이 발생되게 된다. 이에 따라 상기 브러시 실(69)과 버킷(100) 팁 부위의 위치가 변경되게 된다.

회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실(69)이 상기 단턱부(120) 또는 상기 미세경사부(130)에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하게 된다. 우선은 상기 브러시 실(69)은 상기 단턱부(120)에 접촉되며 1차적으로 유체의 누설을 차단하게 될 것이나, 만약 회전체의 축방향 이동시 심하게 발생된다면, 상기 제1 회동몸체(52)가 일방향으로 회동하게 되면서, 상기 미세경사부(130)에 접촉되는 것이다.

여기서 상기 제2 베이스(61)의 경사부(61a)의 경사도 및 그 맞은 편 상기 미세경사부(130)의 경사도가 Φ3 로 일치되게 구성함에 따라 상기 제2 회동몸체(62)는 상기 미세경사부(130)에 완전히 밀착되어 유체의 누설을 방지하게 된다. 그리고 상기 브러시 실(69)의 양측으로는 상기 치형부(31)가 형성되어 있어 유체의 누설을 보다 억제할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 세번째 실시예에서는 상기 지지부재(60)는 안착홈(61b), 가이드바(65) 및 탄성체(66)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 안착홈(61b)은 상기 제2 베이스(61)의 제2 중홈부(61c) 양측에 가공되어 제공되며, 상기 가이드바(65)는 상기 제2 회동몸체(62)의 양측에 돌출되며 상기 안착홈(61b)을 바라보는 방향으로 곡선형으로 가공되어 배치될 수 있다. 이때 상기 탄성체(66)는 상기 가이드바(65)와 상기 안착홈(61b) 내부에는 배치될 수 있다.

도 8를 참고하면, 상기 브러시 실(69)이 상기 미세경사부(130)에 접촉될 때, 일측의 상기 가이드바(65)가 일측의 상기 안착홈(61b) 내부로 투입되면서, 상기 제2 회동몸체(62)의 회전을 간섭하지 않게 된다. 이때 일측의 상기 탄성체(66)가 압축되면서, 복원력이 축적되고 이는 상기 제2 회동몸체(62)를 회전 반대방향으로 밀어 원위치로 복귀시키는 힘으로 작용된다.

또한 타측의 탄성체(66)는 신장되면서, 역시 복원력이 축적되고 이는 상기 제2 회동몸체(62)를 회전 반대방향으로 당기어 원위치로 복귀시키는 힘으로 작용된다.

이렇듯 본 발명의 세번째 실시예는 회전체, 특히 버킷(100) 팁 부위의 축방향 움직임에 대응하여 브러시 실(69)의 회동 능력을 부여함으로써, 실링 능력을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이상의 사항은 터빈의 실링 구조의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

10:터빈 20:고정체
21:결합홈 30:패킹바디
31:치형부 32:안착턱부
[제1 실시예]
40:지지부재 41:브러시 실
[제2 실시예]
50:지지부재 51:제1 베이스
51a:제1 중홈부 51b:경사부
52:제1 회동몸체 52a:원형부
52b:신장부 54:제1 회동샤프트
58:제1 인터패킹부 58a:라비린스 실
58b:허니콤 실 59:브러시 실
[제3 실시예]
60:지지부재 61:제2 베이스
61a:경사부 61b:안착홈
61c:제2 중홈부 62:제2 회동몸체
62a:라운딩부 62b:신장부
64:제2 회동샤프트 65:가이드바
66:탄성체 68:제2 인터패킹부
68a:라비린스 실 68b:허니콤 실
69:브러시 실
100:버킷(회전체) 110:함몰부
120:단턱부 130:미세경사부

Claims

회전체의 둘레를 따라 환형으로 형성된 함몰부;
고정체의 결합홈에 고정되는 환형의 패킹바디;
상기 패킹바디의 중앙부에 배치되는 브러시 실의 지지부재;
일단부는 상기 지지부재에 고정되고, 타단부는 상기 함몰부 내에 배치되는 브러시 실; 및
상기 패킹바디의 적어도 일측부에 배치되는 치형부;를 포함하며,
상기 지지부재는,
상기 패킹바디의 고정홈에 안착되며, 내측에 단면이 원형인 제1 중홈부가 형성된 제1 베이스;
일측은 단면이 원형인 원형부로 형성되어 상기 제1 중홈부에 배치되고, 타측은 단면이 사각형인 신장부로 형성되어 상기 브러시 실을 지지하도록 제공되는 제1 회동몸체; 및
상기 제1 회동몸체의 회동을 지지하도록, 상기 제1 회동몸체에 제공되는 관통홀에 삽입되고, 양단부가 상기 패킹바디와 연결되는 제1 회동샤프트;를 포함하며,
상기 제1 회동몸체는, 상기 패킹바디의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 복수개로 분할배치되고, 상기 복수의 제1 회동몸체 사이에 유체의 누설이 차단되도록, 상기 제1 회동몸체의 신장부 양측에는 제1 인터패킹부가 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
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제1항에 있어서,
상기 제1 베이스상에서 상기 제1 회동몸체의 신장부가 배치되는 부위는, 서로 다른 방향으로 경사진 한 쌍의 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
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제1항에 있어서,
상기 회전체상에서 상기 함몰부의 양측단으로 한 쌍의 단턱부가 형성되고, 상기 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실이 상기 단턱부에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
제9항에 있어서,
상기 한 쌍의 단턱부 상단에 각각 서로 다른 방향으로 경사진 한 쌍의 미세경사부가 형성되고, 상기 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실이 상기 미세경사부에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
제10항에 있어서,
상기 한 쌍의 미세경사부의 어느 일측의 경사도는 마주보는 상기 제1 베이스의 경사부의 어느 일측의 경사도와 동일한 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
회전체의 둘레를 따라 환형으로 형성된 함몰부;
고정체의 결합홈에 고정되는 환형의 패킹바디;
상기 패킹바디의 중앙부에 배치되는 브러시 실의 지지부재;
일단부는 상기 지지부재에 고정되고, 타단부는 상기 함몰부 내에 배치되는 브러시 실; 및
상기 패킹바디의 적어도 일측부에 배치되는 치형부;를 포함하며,
상기 지지부재는,
상기 패킹바디의 고정홈에 안착되며, 내측에 단면이 부채꼴인 제2 중홈부가 형성된 제2 베이스;
일측은 라운딩부로 형성되며 상기 제2 중홈부에 배치되고, 타측은 단면이 사각형인 신장부로 형성되어 상기 브러시 실을 지지하도록 제공되는 제2 회동몸체;
상기 제2 회동몸체의 회동을 지지하도록, 상기 제2 회동몸체에 제공되는 관통홀에 삽입되고, 양단부가 상기 패킹바디와 연결되는 제2 회동샤프트;
상기 제2 베이스의 제2 중공홈 양측에 형성된 안착홈;
상기 안착홈을 바라보는 방향으로 곡선형으로 돌출되고, 상기 제2 회동몸체의 양측에 배치되는 가이드바; 및
상기 가이드바와 상기 안착홈 내부에 배치되는 탄성체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
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제12항에 있어서,
상기 제2 회동몸체는, 상기 패킹바디의 내측 둘레를 따라 원주방향으로 복수개로 분할배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
제15항에 있어서,
상기 복수의 제2 회동몸체 사이에 유체의 누설이 차단되도록, 상기 제2 회동몸체의 신장부 양측에는 제2 인터패킹부가 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
제12항, 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전체상에서 상기 함몰부의 양측단으로 한 쌍의 단턱부가 형성되고, 상기 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실이 상기 단턱부에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.
제17항에 있어서,
상기 한 쌍의 단턱부 상단에 각각 서로 다른 방향으로 경사진 한 쌍의 미세경사부가 형성되고, 상기 회전체의 축방향 이동시 상기 브러시 실이 상기 미세경사부에 밀착되며 유체의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 구조.