KR101779146B1

KR101779146B1 - 교체가능 마손 스트립을 갖는 인터 스테이지 실 하우징

Info

Publication number: KR101779146B1
Application number: KR1020137004191A
Authority: KR
Inventors: 산토 에프. 시메카; 채드 가너
Original assignee: 미쯔비시 히타치 파워 시스템즈 아메리카스, 아이엔씨.
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2017-09-18
Also published as: WO2012024491A4; JP2013536372A; WO2012024491A1; US8534673B2; MX2013001624A; CO6720960A2; US20120043724A1; EP2606204B1; CA2807570A1; JP5997694B2; US20140015200A1; EP2606204A4; EP2606204A1; CN103237960A; US10633997B2; KR20140012010A; CN103237960B; CA2807570C

Abstract

엔진 동작의 인터발(interval) 이후 실 하우징의 접촉 실링 표면이 복원되는, 상부 및 하부 절반 인터 스테이지 실 하우징들을 갖는 터빈 엔진용 인터 스테이지 실 하우징이 개시된다. 접촉 실링 표면은 실 하우징의 하류 실링 표면에 교체가능 마손 스트립을 피팅(fitting)시킴으로써 복원된다. 교체가능 마손 스트립을 피팅시키기 위해, 실 하우징의 외측 주변 에지를 따라 원주 홈이 가공된다. 홈은 축방향 위치 및 반경방향 유지를 갖도록 가공되어 마손 스트립들이 수평 조인트로부터 상부 절반 및 하부 절반 인터 스테이지 실 하우징 내로 원주방향으로 미끄러질 수 있다. 홈은 스루 홀들을 포함하고 마손 스트립들은 상응하는 스레디드 홀들을 포함하여, 그에 따라 마손 스트립들이 묶음부들 및 묶음 유지 설비에 의해 홈 내로 묶일 수 있다.

Description

교체가능 마손 스트립을 갖는 인터 스테이지 실 하우징{Inter stage seal housing having a replaceable wear strip}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2010년 8월 29일에 출원된 “INTER STAGE SEAL HOUSING HAVING A REPLACEABLE WEAR STRIP”라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제12/860,359호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

본 발명은 터빈 엔진용 인터 스테이지 실 하우징 내 교체가능 마손 스트립을 사용하는 것과 관련되고, 한정을 의도하는 것은 아니지만, 더욱 구체적으로, 엔진의 장기 사용 이후 터빈용 인터 스테이지 실 하우징의 하류 실링 표면을 복원하는데 교체가능 마손 스트립을 사용하는 것과 관련된다.

인터 스테이지 실 하우징은, 터빈 엔진 내에서, 그 자체, 회전 요소, 및 터빈 고정자 또는 고정 날개판 요소(stationary vane component)와 같은 터빈 엔진의 다른 비-회전 요소 사이에 실(seal)을 형성하는데 사용된다. 도 1은 종래의 하류 접촉 실링 표면(13)을 포함하는 인터 스테이지 실 하우징(10)의 확대 단면도를 나타낸다. 도 2는 고정 날개(stationary airfoil, 14)와 함께 도 1에 나타난 인터 스테이지 실 하우징(10)의 부분 확대 단면도를 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 종래의 인터 스테이지 실 어셈블리(10)의 하류 접촉 실링 표면(13)은 유동(15)이 상기 터빈의 고정 날개(14)와 상기 인터 스테이지 실 하우징(10) 사이를 통과하는 것을 막는다. 그러나, 엔진 동작은 결국 인터 스테이지 실 하우징(10)의 하류 접촉 실링 표면(13)이 엔진 동작의 시간량에 비례하여 마손(wear)의 양만큼 마손되는 것을 야기한다. 상기 하류 접촉 실링 표면(13)의 초과 마손은 누설 경로를 생성할 수 있고, 상기 누설 경로는 상기 터빈 엔진의 성능, 전체 엔진 효율, 및 관련 회전자 디스크 캐비티(rotor disc cavity)와 날개판 내부 보호판(vane inner shrouds)의 냉각 효율에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.

터빈의 정비 기간 동안, 인터 스테이지 실 하우징(10)의 하류 접촉 실링 표면(13)에 대한 초과 마손 및 가능한 누설들의 존재 여부가 검사된다. 만일 초과 마손 및/또는 임의의 누설들이 발견되는 경우, 상기 인터 스테이지 실 하우징(10)의 상기 하류 접촉 실링 표면(13)은, 상기 하류 접촉 실링 표면(13)을 그것의 원래 형상으로 회복시키기 위해, 용접되어야만 한다. 그러나, 이러한 종류의 용접 생성 수선(weld building repair)은 매우 시간이 많이 소요되는 경향이 있어, 서비스 비용을 증가시키고, 하류 접촉 실링 표면(13)은 상기 용접 제조의 결과로 왜곡되게(distorted) 되어, 터빈 엔진의 성능 상에 영향을 미친(imparts)다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 문제점을 해결할 수 있는 교체가능 마손 스트립을 갖는 인터 스테이지 실 하우징을 제공하는 것이다.

전술한 문제들을 고려하여, 본 발명의 일 측면은, 인터 스테이지 실 하우징의 하류 접촉 실링 표면을 그것의 원 형상으로 복구하기 위해, 정비 동안 교체될 수 있는 인터 스테이지 실 하우징의 하류 접촉 실링 표면과 같이, 교체가능 마손 스트립들을 실 어셈블리에 제공하는 것이다. 터빈 엔진용 실 어셈블리는, 실 하우징의 에지를 따라 위치된 원주 홈(circumferential groove)을 갖는 실 하우징으로서, 상기 원주 홈은 복수의 스루 홀들을 갖는, 실 하우징; 각각이 적어도 하나의 스레디드 홀(threaded hole), 상류 실링 표면, 하류 실링 표면, 우측 원주 실링 표면 및 좌측 원주 실링 표면을 갖는, 적어도 하나의 세그먼트 스트립; 및 세그먼트 스트립을 상기 원주 홈에 장착하는 복수의 묶음부들(fasteners)을 포함하고, 상기 원주 홈은 상기 스트립(들)의 기하구조를 수용하도록 구성된다.

상기 실 하우징은, 하류 표면을 더 포함하고, 상기 장착된 세그먼트 스트립들의 상기 하류 실링 표면은, 상기 실 하우징의 상기 하류 표면과 함께 실질적으로 평탄한 표면을 형성하고, 상기 실 하우징에 대한 교체가능 접촉 표면 스트립(replaceable contact strip)으로서 작용하며, 또한 상류 표면을 더 포함하고, 상기 복수의 스루 홀들은 상기 상류 표면으로부터 상기 원주 홈으로 연장된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 상류 실링 표면은 상기 실 하우징과 함께 상류 접촉 실링 표면을 형성하고, 상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 하류 실링 표면은 상기 터빈 엔진의 고정 부재(stationary member)와 함께 하류 접촉 실링 표면을 형성하며, 상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 우측 원주 실링 표면은, 인접 장착된 실링 세그먼트의 다른 좌측 원주 실링 표면과 함께 제1 원주 접촉 실링 표면을 형성하고, 및 상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 좌측 원주 실링 표면은, 다른 인접 장착된 실링 세그먼트의 다른 우측 원주 실링 표면과 함께 제2 원주 접촉 실링 표면을 형성하며, 상기 제1 및 제2 원주 접촉 실링 표면들은 인접 장착된 세그먼트 스트립들 사이의 누설을 방지하도록 구성되고 상기 제1 및 제2 원주 접촉 실링 표면은 계단부(step portion)를 갖는다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 묶음부들은, 상기 세그먼트 스트립의 제1 스레디드 홀을 원주 홈의 제1 스루 홀을 통해 체결함으로써 상기 세그먼트 스트립을 상기 원주 홈에 장착하는 제1 묶음부, 및 상기 세그먼트 스트립의 적어도 하나의 추가 스레디드 홀을 원주 홈의 적어도 하나의 추가 스루 홀을 통해 체결함으로써 상기 세그먼트 스트립을 상기 원주 홈에 장착하는 적어도 하나의 추가 묶음부를 포함하고, 상기 제2 묶음부는 상기 제1 묶음부에 비해 감소된 직경 부분을 갖고, 상기 감소된 직경 부분은, 상기 제2 묶음부와 상기 제2 스루 홀 사이에, 상기 제1 묶음부와 상기 제2 스루 홀 사이보다 더 큰 틈새(clearance)를 생성한다. 상기 묶음부들은 상기 실 하우징과 상기 장착된 세그먼트 스트립 사이에 추가 조임력을 제공하고, 상기 제2 묶음부와 상기 제2 스루 홀 사이의 상기 더 큰 틈새는, 상기 터빈 엔진의 동작 동안, 상기 실 하우징의 열 팽창을 허용하며, 상기 묶음부들은 상기 실 하우징과 상기 장착된 세그먼트 스트립 사이의 원하지 않은 상대적인 움직임 및 마손(wear)을 방지하며, 묶음 유지 수단은 터빈 엔진 동작 동안 상기 묶음부들의 분리(disbanding)를 최소화한다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 실 하우징은, 상부 절반 실 하우징; 하부 절반 실 하우징; 및 상기 상부 및 하부 절반 실 하우징 사이에 형성된 수평 분리부(horizontal split)를 포함하고, 상기 원주 홈은 반경의 방향에서 상기 장착된 세그먼트 스트립들을 유지하는 반경방향 유지 메커니즘 및 축의 방향에서 상기 장착된 세그먼트 스트립들을 위치시키는 축방향 위치 메커니즘을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 각각의 세그먼트 스트립은 상기 상부 및 상기 하부 실 하우징의 상기 수평 분리부로부터 상기 홈 내로 미끄러지고, 각각의 세그먼트 스트립의 상기 스레디드 홀들은 상기 홈들의 상응하는 스루 홀들과 정렬되며, 묶음부들 및 묶음 유지 요소들이 스레디드(threaded) 되고 토크가 인가된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 터빈 엔진용 실 어셈블리가 제공되며, 상기 터빈 엔진용 실 어셈블리는 실 하우징의 에지를 따라 위치된 원주 홈을 갖는 실 하우징; 각각이 상류 실링 표면, 하류 실링 표면, 우측 원주 실링 표면 및 좌측 실링 표면을 갖는 적어도 하나의 세그먼트 스트립;을 포함하고, 상기 원주 홈은 상기 적어도 하나의 세그먼트 스트립의 기하구조를 수용하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 세그먼트 스트립은 임의의 스레디드 홀들을 포함하지 않고, 상기 실 하우징은 임의의 스루 홀들을 포함하지 않는다.

본 발명에 따르면, 터빈 엔진의 정비 동안, 기존의 세그먼트 스트립들이 실 하우징들의 특징부로부터 제거된 후, 새로운 세그먼트 스트립들이 특징부 내로 제공되어, 실 하우징들의 하류 실링 표면이 복원될 수 있다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 목적들 및 이점들이 첨부의 도면을 참조하여 이하에서 본 발명의 예시적인 실시예들의 더욱 구체적인 설명을 주의깊게 살펴봄으로써 더욱 완전히 납득되고 이해될 것이다.
도 1은 종래의 인터 스테이지 실 하우징의 확대 단면도이다.
도 2는 고정 날개 및 인터 스테이지 실 하우징의 부분 확대 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 인터 스테이지 실 하우징의 정면도이다.
도 4는 도 3의 선(4-4)을 따른 인터 스테이지 실 하우징의 확대 단면도로서, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 교체가능 마손 스트립이 설치되지 않은 것이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 교체가능 마손 스트립의 정면도이다.
도 6은 도 3의 선(6-6)을 따른 인터 스테이지 실 하우징의 확대 단면도로서, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른, 인터 스테이지 실 하우징에 장착된 교체가능 마손 스트립을 나타낸다.
도 7은 인터 스테이지 실 하우징에 장착된 2개의 인접 마손 세그먼트 스트립들 사이의 원주 실링 표면들의 구성을 나타낸 확대된 부분 정면도이다.
도 8a 내지 도 8c는, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른, 교체가능 마손 세그먼트 스트립을 인터 스테이지 하우징에 장착하는데 사용되는 묶음 장치의 정면도들이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 인터 스테이지 실 하우징의 정면도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 교체가능 마손 스트립의 정면도이다.
도 11은 도 9의 선(11-11)을 따른 인터 스테이지 실 하우징의 확대 단면도로서, 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 교체가능 마손 스트립이 설치되지 않은 것이다.
도 12는 도 9의 선(12-12)을 따른 인터 스테이지 실 하우징의 확대 단면도로서, 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른, 인터 스테이지 실 하우징에 장착된 교체가능 마손 스트립을 나타낸다.

[제1 실시예]

이하에서, 본 발명의 제1 실시예가 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명된다.

도 3은, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른, 유동(42)이 실 하우징(30)과, 터빈 고정자(미도시) 또는 고정 날개판 요소(미도시)와 같은, 터빈의 다른 비-회전 요소 사이로 통과하는 것을 방지하는, 인터 스테이지 실 하우징(30)을 포함하는 실링 어셈블리(20)의 정면도이다. 실 하우징(30)은 가스 터빈 엔진들, 증기 터빈 엔진들, 항공기 엔진들 및 기타 엔진들을 포함하는 모든 종류의 터빈 엔진들에서 사용될 수 있음에 유의한다. 도 3에 나타난 바와 같이, 실 하우징(30)은 상부 절반 인터 스테이지 실 하우징(31) 및 하부 절반 인터 스테이지 실 하우징(32)으로 구성될 수 있으며, 상기 상부 및 하부 절반 실 하우징들(31, 32) 사이에 위치된 수평 분리부(horizontal split, 33)와 함께 구성될 수 있다. 상기 상부 및 하부 절반 실 하우징들(31, 32) 각각은 복수의 스루 홀들(34)을 포함한다.

도 4는 도 3의 선(4-4)을 따른 단면도를 확대한 것으로서, 인터 스테이지 실 하우징(30)의 상부 또는 하부 절반 실 하우징들(31, 32) 중 어느 하나의 단면도를 확대한 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 실 하우징들(31, 32) 각각은 상류 표면(35), 하류 표면(36) 및 외측 에지 표면(outer edge surface, 37)을 포함한다. 그러나, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따르면, (예를 들어, 홈(groove) 또는 경로(channel)와 같은) 특징부(feature, 38)는 하류 표면(36)의 외측 부분을 따른 전체 원주를 따라서 그리고 실 하우징들(31, 32)의 외측 에지 표면(37)의 하류 부분을 따라서 가공(machined)된다. 그에 따라 실 하우징들(31, 32)은, 유동(42)이 실 하우징들(31, 32)과 터빈의 다른 고정 요소 사이로 통과하는 것을 방지하는 외측 에지 표면(37) 근처의 하류 접촉 실링 표면을 포함하지 않는다. 그러나, 특징부(38)는 특정 유지 기하구조(39)를 갖도록 가공되며, 상기 특정 유지 기하구조(39)는, 도 5에 나타난 교체가능 마손 세그먼트 스트립(replaceable wear segment strip, 50)의 기하구조를 수용하는 반경방향 유지 플랜지(radial retention flange, 40) 및 축방향 위치 플랜지(axial locating flange, 41)를 포함하고, 이는 도 3에 나타난 실 하우징(30)에 대한 교체가능 하류 접촉 실링 표면 스트립(replaceable downstream contact sealing surface strip)으로서 작용한다. 또한, 점선들로 나타난 스루 홀들(34)은 상류 표면(35)으로부터 특징부(38) 내로 홀을 가공함으로써 형성된다. 그 결과, 상기 스루 홀들(34)은 특징부(38) 안쪽에 위치된다.

도 5는 교체 가능 마손 세그먼트 스트립(50)의 정면도이며, 이는 복수의 스레디드 홀들(threaded holes, 51) 및 우측 및 좌측 원주 실링 표면들(52, 53)을 각각 포함한다. 또한, 상기 세그먼트 스트립들의 상기 우측 및 좌측 표면들(52, 53) 각각은 실링 표면들로서 개별 가공 계단부들(step portions, 52a, 53a)을 포함한다.

도 6은 도 3의 선(6-6)을 따른 단면도를 확대한 것으로서, 인터 스테이지 실 하우징(30)의 상부 또는 하부 실 하우징들(31, 32) 중 어느 하나의 단면도를 확대한 것이고, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 기초하여, 실 하우징들(31, 32)에 하류 실링 표면(54)을 제공하기 위해 실 하우징들(31, 32)의 특징부(38) 내로 피팅되는(fitted) 세그먼트 스트립(50)을 나타낸다. 구체적으로, 세그먼트 스트립(50)이 특징부(38)에 설치되는 경우, 세그먼트 스트립(50)의 스레디드 홀들(51)은 실 하우징들(31, 32)의 스루 홀들(34)에 상응하게 정렬된다. 도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 세그먼트 스트립(50)은 특징부(38)의 특정 유지 기하구조(39)에 부합하는 기하구조를 갖는다.

따라서, 세그먼트 스트립(50)이 특징부(38)에 설치된 후, 상기 세그먼트 스트립(50)은, 특징부(38)를 형성함으로써 가공 제거된(machined away), 하류 표면(37)의 외측 부분 및 외측 에지 표면(37)의 하류 부분의 형상을 복원할 수 있다. 구체적으로, 도 6에 나타난 바와 같이, 세그먼트 스트립(50)의 하류 실링 표면(54)은 실 하우징들(31, 32)의 하류 표면(36)과 함께 제1 평탄한 표면을 형성한다. 또한, 상기 세그먼트 스트립(50)은 외측 에지 표면(56)도 포함하며, 상기 외측 에지 표면(56)은 실 하우징들(31, 32)의 외측 에지 표면(37)과 함께 제2 평탄한 표면을 형성하고, 상기 제1 및 제2 평탄한 표면은 서로 실질적으로 수직이다.

다시 말해, 세그먼트 스트립(50)은 실 하우징들(31, 32)을 그들의 원래 기하구조로 복원할 수 있는 반면, 상기 세그먼트 스트립(50)이 교체 가능하기 때문에, 세그먼트 스트립(50)의 하류 실링 표면(54)이 마손되는 것으로 나타나기 시작하면, 하류 실링 표면(54)에 대한 임의의 용접을 할 필요 없이, 새로운 하류 실링 표면(54)을 갖는 새로운 세그먼트 스트립(50)이 특징부(38)에 용이하게 설치될 수 있다.

도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 세그먼트 스트립(50)은 4개의 실링 표면들을 포함한다; 하류 실링 표면(54), 상류 실링 표면(55), 우측 및 좌측 원주 실링 표면들(52a, 53a). 하류 실링 표면(54)은, 예를 들어 고정자 또는 날개 부재(미도시)와 같은 터빈의 고정 요소의 상류 표면과 함께 하류 접촉 실링 표면을 형성한다. 상류 실링 표면(55)은 실 하우징들(31, 32)과 함께 상류 접촉 실링 표면을 형성한다. 좌측 및 우측 원주 실링 접촉 표면들은 인접하게 설치된 세그먼트 스트립들 사이에 형성된다. 전형적으로 2개 내지 10개의 세그먼트 스트립들(50)이 실 하우징(30) 내로 설치되지만, 단일 세그먼트 스트립(50)을 설치하는 것이 가능하며, 이 경우 단일 세그먼트 스트립(50)의 우측 및 좌측 원주 실링 표면들(52, 53)이 서로에 대한 원주 실링 접촉 표면을 형성할 것임이 또한 이해된다.

더욱 구체적으로, 도 7은 실 하우징들(31, 32) 내 특징부(38)에 인접하게 설치된 2개의 세그먼트 스트립들(60a, 60b)을 나타낸 확대된 부분 정면도이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 세그먼트 스트립(60a)에 대한 원주 실링 표면(52a)은 세그먼트 스트립(60b)에 대한 원주 실링 표면(53a)과 함께 원주 실링 접촉 표면(61a)을 형성한다. 나아가, 세그먼트 스트립들(60a, 60b)에 대한 원주 실링 표면들(52a, 53a)은, 각각, 세그먼트 스트립들(60a, 60b) 사이의 누설을 방지하도록 구성된다. 즉, 세그먼트 스트립들(60a, 60b)의 우측 및 좌측 실링 표면들(52a, 53a)은, 각각, 개별 가공 계단부들(52, 53)을 포함한다. 나아가, 계단부들(52, 53)은 세그먼트 스트립들(60a, 60b) 사이의 누설을 방지하도록 구성되고, 계단부들(52, 53)은 또한 터빈 엔진 사용 동안의 우측 및 좌측 원주 틈새 표면들(right and left circumferential clearance surfaces, 52, 53) 사이의 열 팽창을 허용하도록 구성된다.

또한, 상기 계단부들뿐만 아니라, 다른 기하구조의 구성들이 동일한 이점들을 달성하기 위해 우측 및 좌측 원주 실링 표면들(53a, 52a) 사이에서 사용될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른, 교체가능 세그먼트 스트립들(50)을 실 하우징들(31, 32)에 장착하는데 사용되는 묶음 장치의 정면도를 나타낸다. 도 8a 및 도 8b에 나타난 바와 같이, 예를 들어, 쇼울더 볼트(shoulder bolt, 80) 및 캡티브 볼트(captive bolt, 81)와 같은 다른 종류의 묶음 설비(fastener hardware)는, 각각, 도 6에 나타난 바와 같이 세그먼트 스트립들(50)을 실 하우징들(31, 32)에 묶거나(fasten) 장착하기 위해, 예를 들어 도 8c에 나타난 노드락 와셔(Nordlock washer, 82)와 같은, 묶음 유지 설비(fastener retention hardware)와 함께 사용될 수 있다. 상기 묶음 설비는 실 하우징들(31, 32)과 세그먼트 스트립들(50) 사이의 원하지 않은 상대적인 움직임 및 마손을 고정시키고(secures), 위치시키고, 방지한다. 상기 묶음 유지 설비는 엔진 동작 동안 상기 묶음부들(fasteners)의 분리(disbanding)를 최소화한다. 다시 말해, 예를 들어, 쇼울더 볼트(80) 및 캡티브 볼트(81)와 같은 상기 묶음 설비는, 실 하우징들(31, 32)의 스루 홀들(34)을 통해 세그먼트 스트립들(50)의 스레디드 홀들(51)을 체결하고, 실 하우징들(31, 32)에 대해, 세그먼트 스트립들(50)의 원주 위치 및 고정(circumferential locating and securing)을 제공한다.

도 8a 및 도 8b에 나타난 바와 같이, 캡티브 볼트(81)는 감소된 직경부(83)를 포함하며, 이는 쇼울더 볼트(80)에는 제공되지 않는다. 따라서, 캡티브 볼트(81)가 스루 홀(34)을 통해 스레디드 홀(51)을 체결하는데 사용되는 경우, 캡티브 볼트(81)의 감소된 직경부(83)와 스루 홀(34) 사이에 틈새(clearance)가 형성된다. 즉, 캡티브 볼트(81)는 감소된 직경(83)을 갖도록 설계되고, 이는 상기 틈새를 제공하여, 세그먼트 스트립들(50)과 실 하우징들(31, 32) 사이에 적어도 최소한의 요구되는 조임력을 유지하면서도 터빈 동작 동안 실 하우징들(31, 32) 및 세그먼트 스트립들(50)의 열 확장을 허용한다. 쇼울더 볼트(80)는 감소된 틈새부를 갖지 않고, 따라서, 캡티브 볼트(81)에 비해, 세그먼트 스트립들(50)과 실 하우징들(31, 32) 사이의 추가 조임력을 제공할 수 있다. 모든 묶음 설비는 묶음 유지 설비 또는 묶음 수단을 사용하여 또는 용접에 의해 실 하우징들(31, 32)에 장착되고, 상기 묶음 유지 설비 또는 묶음 수단은, 도 8c에 나타난 노드락 와셔, 스타 와셔들(star washers), 탭드 와셔들(tabbed washers)과 같은 웨지 락 와셔들(wedge lock washers)을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 도 6에 나타난 바와 같이, 쇼울더 볼트(80) 및 노드락 와셔(82)는 세그먼트 스트립(50)을 실 하우징들(31, 32)에 장착하는데 사용된다.

따라서, 터빈 엔진의 정비 동안, 기존의 세그먼트 스트립들(50)이 실 하우징들(31, 32)의 특징부(38)로부터 제거된 후, 새로운 세그먼트 스트립들(50)이 특징부(38) 내로 제공되어, 실 하우징들(31, 32)의 하류 실링 표면(54)이 복원된다. 더욱 구체적으로, 특징부(38)는, 세그먼트 스트립들(50)이 수평 분리부(33)로부터 원주방향으로(circumferentially) 상부 및 하부 실 하우징들(31, 32) 내로 미끄러지게 되도록 설계된다. 상기 특징부(38)가 교체가능 세그먼트 스트립(50)의 기하구조를 수용하는 특정 유지 기하구조(39), 즉 반경방향 위치 플랜지(radial locating flange, 40) 및 축방향 유지 플랜지(axial retention flange, 41)를 포함하는 기하구조(39)를 갖도록 가공되기 때문에, 상기 특징부(38)는 설치 동안 세그먼트 스트립들(50)을 실 하우징들(31)에 축방향으로 및 반경방향으로 위치시킨다. 이후, 각각의 세그먼트 스트립(50)의 스레디드 홀들(51)은 특징부(38)의 상응하는 스루 홀들(34)과 정렬되고, 숄더 볼트들(80) 및 캡티브 볼트들(81)은 묶음 유지 수단과 함께 세그먼트 스트립들(50)을 묶는데 사용되며, 그 후 토크가 볼트들(80, 81)에 인가된다. 다시 말해, 가공된 특징(38)은 어셈블리 동안 세그먼트 스트립들(50)의 유지(retention)를 제공하여 용이하게 설치가 이루어진다.

예를 들어, 도 5에 나타난 3개의 스레디드 홀들(51)을 갖는 세그먼트 스트립(50)의 경우, 2개의 캡티브 볼트들(81)이 2개의 최외각 스레디드 홀들(51)을 장착하는데 사용되고, 쇼울더 볼트(80)가 세그먼트 스트립(50)의 중앙에 위치된 스레디드 홀(51)을 장착하는데 사용된다. 구체적으로, 세그먼트 스트립(50)의 중심에서 쇼울더 볼트(80)를 사용하는 것은, 추가 조임력과 같은 유지(retention)를 제공하고, 각각의 세그먼트 스트립(50)이 원주방향으로 위치하는 것을 돕는다. 전술한 바와 같이, 캡티브 볼트들(81)은 감소된 직경(83)을 갖고, 이는 세그먼트 스트립들(50)과 실 하우징들(31, 32) 사이에 적어도 최소한의 요구되는 조임력을 유지하면서도 실 하우징들(31, 32) 및 세그먼트 스트립들(50)의 열 확장을 허용한다. 나아가, 최외곽 스레디드 홀들(51)에 캡티브 볼트들(81)을 사용하는 것은 세그먼트 스트립(50)의 중심으로부터 외측 부분들로의 열 팽창을 허용함으로써 추가적인 융통성을 제공한다. 또한, 세그먼트 스트립(50)에 제공된 스레디드 홀들(51)의 개수는 3개로 제한되지 아니하고, 1개의 단일 스레디드 홀을 포함하거나 스레디드 홀이 없을 수도 있다.

[제2 실시예]

이하 본 발명의 제2 실시예가 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명된다.

제2 실시예는, 교체가능 마손 세그먼트 스트립(50)이 임의의 스레디드 홀들(51)을 포함하지 않고, 상부 및 하부 실 하우징들(31, 32)이 세그먼트 스트립(50)이 특징부(38) 내로 설치되는 경우에 세그먼트 스트립(50)의 스레디드 홀들(51)을 정렬하기 위한 임의의 스루 홀들(34)을 포함하지 않는다는 점에서, 이전 설명된 제1 실시예와 다르다. 또한, 세그먼트 스트립들(50)을 실 하우징들(31, 32)에 묶거나 장착하기 위해 묶음 설비 또는 묶음 유지 설비가 사용되지 않는다. 나머지 부분들은 제1 실시예의 그것들과 유사하며, 이하 이들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

그 결과, 제2 실시예에서, 교체 가능 마손 세그먼트 스트립(50)이 임의의 스레디드 홀들(51)을 포함하지 않기 때문에, 반경방향 위치 플랜지(radial locating flange, 40) 및 축방향 유지 플랜지(axial retention flange, 41)를 포함하는 특징부(38)의 특정 유지 기하구조(39)는, 설치된 세그먼트 스트립들(50)을 상기 특징부(38) 내로 보관하고 장착하는데 사용되는 유일한 메커니즘이다.

결국, 세그먼트 스트립(50) 및 상부 및 하부 실 하우징(31, 32) 상에, 각각, 스레디드 홀들(51) 및 스루 홀들(34)을 형성할 필요성이 없어진다. 또한, 특징부(38) 내 세그먼트 스트립(들)(50)의 설치 동안 스루 홀들(34)을 스레디드 홀들(51)에 정렬할 필요도 없다.

전술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 설명들로부터, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개선들, 변화들 및 수정들을 인지할 것이다. 그러한 개선들, 변화들 및 수정들은 당해 기술분야에서 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 나아가, 이전에 설명된 것은 본 출원의 설명된 실시예들에 관한 것일 뿐이고, 여기에서, 이하의 청구항들 및 그들의 동등물들에 의해 정의된 바와 같은 본 출원의 사상과 범위를 벗어남이 없이, 다양한 변화들 및 수정들이 가해질 수 있음이 명백하게 이해되어야 한다.

Claims

터빈 엔진용 실 어셈블리(seal assembly)로서,
에지를 따라 위치된 원주 홈(circumferential groove)을 갖는 실 하우징으로서, 상기 원주 홈은 복수의 스루 홀들을 갖는, 실 하우징;
각각이 적어도 하나의 스레디드 홀(threaded hole), 상류 실링 표면, 하류 실링 표면, 우측 원주 실링 표면 및 좌측 원주 실링 표면을 갖는, 적어도 하나의 세그먼트 스트립; 및
상기 적어도 하나의 세그먼트 스트립을 상기 원주 홈에 장착하는 복수의 묶음부들을 포함하고,
상기 원주 홈은 상기 적어도 하나의 세그먼트 스트립의 기하구조를 수용하도록 구성되며,
상기 실 하우징은,
상류 표면;을 더 포함하고,
상기 복수의 스루 홀들 각각은 상기 상류 표면으로부터 상기 원주 홈으로 연장되고,
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 상류 실링 표면은 상기 실 하우징과 함께 상류 접촉 실링 표면을 형성하고,
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 하류 실링 표면은 상기 터빈 엔진의 고정 부재(stationary member)와 함께 하류 접촉 실링 표면을 형성하며,
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 우측 원주 실링 표면은, 인접 장착된 실링 세그먼트의 다른 좌측 원주 실링 표면과 함께 제1 원주 접촉 실링 표면을 형성하고,
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 좌측 원주 실링 표면은, 다른 인접 장착된 실링 세그먼트의 다른 우측 원주 실링 표면과 함께 제2 원주 접촉 실링 표면을 형성하는, 실 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 실 하우징은,
하류 표면;을 더 포함하고,
상기 장착된 세그먼트 스트립들의 상기 하류 실링 표면은, 상기 실 하우징의 상기 하류 표면과 함께 실질적으로 평탄한 표면을 형성하고, 상기 실 하우징에 대한 교체가능 접촉 표면 스트립(replaceable contact strip)으로서 작용하는, 실 어셈블리.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 원주 접촉 실링 표면들은 인접 장착된 세그먼트 스트립들 사이의 누설을 방지하도록 구성된, 실 어셈블리.
제4항에 있어서,
상기 제1 원주 접촉 실링 표면은 계단부(step portion)를 포함하는, 실 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 복수의 묶음부들은,
상기 세그먼트 스트립의 제1 스레디드 홀을 원주 홈의 제1 스루 홀을 통해 체결함으로써 상기 세그먼트 스트립을 상기 원주 홈에 장착하고 원주로 위치시키는 제1 묶음부;
상기 세그먼트 스트립의 제2 스레디드 홀을 원주 홈의 제2 스루 홀을 통해 체결함으로써 상기 세그먼트 스트립을 상기 원주 홈에 장착하는 제2 묶음부;를 포함하고,
상기 제2 묶음부는 상기 제1 묶음부에 비해 감소된 직경 부분을 갖고, 상기 감소된 직경 부분은, 상기 제2 묶음부와 상기 제2 스루 홀 사이에, 상기 제1 묶음부와 상기 제1 스루 홀 사이보다 더 큰 틈새를 생성하는, 실 어셈블리.
제6항에 있어서,
상기 제1 묶음부는, 상기 제2 묶음부에 비해, 상기 실 하우징과 상기 장착된 세그먼트 스트립 사이에 추가 조임력을 제공하고, 상기 제2 묶음부와 상기 제2 스루 홀 사이의 상기 더 큰 틈새는, 상기 터빈 엔진의 동작 동안, 상기 실 하우징의 열 팽창을 허용하는, 실 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 복수의 묶음부들은 상기 실 하우징과 상기 장착된 세그먼트 스트립 사이의 원하지 않은 상대적인 움직임 및 마손을 방지하는, 실 어셈블리.
제1항에 있어서,
터빈 엔진 동작 동안 상기 묶음부들의 분리(disbanding)를 최소화하는 묶음 유지 수단을 더 포함하는, 실 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 원주 홈은 반경의 방향에서 상기 장착된 세그먼트 스트립을 유지하는 반경방향 유지 메커니즘을 포함하는, 실 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 원주 홈은 축의 방향에서 상기 장착된 세그먼트 스트립들을 위치시키는 축방향 위치 메커니즘을 포함하는, 실 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 실 하우징은,
상부 절반 실 하우징;
하부 절반 실 하우징; 및
상기 상부 및 하부 절반 실 하우징 사이에 형성된 수평 분리부(horizontal split);를 더 포함하는, 실 어셈블리.
제12항에 있어서,
각각의 세그먼트 스트립은 상기 상부 및 상기 하부 실 하우징의 수평 분리부로부터 상기 홈 내로 미끄러지고, 상기 세그먼트 스트립의 상기 스레디드 홀들은 상기 홈들의 상응하는 스루 홀들과 정렬되며, 묶음부들 및 묶음 유지 요소들이 스레디드(threaded) 되고 토크가 인가되는, 실 어셈블리.
터빈 엔진용 실 어셈블리로서,
에지를 따라 위치된 원주 홈을 갖는 실 하우징;
각각이 상류 실링 표면, 하류 실링 표면, 우측 원주 실링 표면 및 좌측 원주 실링 표면을 갖는 적어도 하나의 세그먼트 스트립;을 포함하고,
상기 원주 홈은 상기 적어도 하나의 세그먼트 스트립의 기하구조를 수용하도록 구성되며,
상기 실 하우징은 임의의 스루 홀들을 포함하지 않고,
장착된 세그먼트 스트립의 상기 상류 실링 표면은 상기 실 하우징과 함께 상류 접촉 실링 표면을 형성하고,
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 하류 실링 표면은 상기 터빈 엔진의 고정 부재와 함께 하류 접촉 실링 표면을 형성하고,
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 우측 원주 실링 표면은, 인접 장착된 실링 세그먼트의 다른 좌측 원주 실링 표면과 함께 제1 원주 접촉 실링 표면을 형성하고, 및
상기 장착된 세그먼트 스트립의 상기 좌측 원주 실링 표면은, 다른 인접 장착된 실링 세그먼트의 다른 우측 원주 실링 표면과 함께 제2 원주 접촉 실링 표면을 형성하는, 실 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 세그먼트 스트립은 임의의 스레디드 홀들을 포함하지 않는, 실 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 실 하우징은,
하류 표면;을 더 포함하고,
장착된 세그먼트 스트립들의 상기 하류 실링 표면은, 상기 실 하우징의 상기 하류 표면과 함께 실질적으로 평평한 표면을 형성하고, 상기 실 하우징에 대한 교체가능 접촉 표면 스트립으로서 기능하는, 실 어셈블리.
삭제
제14항에 있어서,
상기 제1 및 제2 원주 접촉 실링 표면들은 인접 장착된 세그먼트 스트립들 사이의 누설을 방지하도록 구성된, 실 어셈블리.
제18항에 있어서,
상기 제1 원주 접촉 실링 표면은 계단부(step portion)를 포함하는, 실 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 원주 홈은 반경의 방향에서 상기 장착된 세그먼트 스트립을 유지하는 반경방향 유지 메커니즘을 포함하는, 실 어셈블리.
제20항에 있어서,
상기 원주 홈은 축의 방향에서 상기 장착된 세그먼트 스트립들을 위치시키는 축방향 위치 메커니즘을 포함하는, 실 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 실 하우징은,
상부 절반 실 하우징;
하부 절반 실 하우징; 및
상기 상부 및 하부 절반 실 하우징 사이에 형성된 수평 분리부(horizontal split);를 더 포함하는, 실 어셈블리.
제22항에 있어서,
각각의 세그먼트 스트립은 상기 상부 및 상기 하부 실 하우징의 상기 수평 분리부로부터 상기 홈 내로 미끄러지는, 실 어셈블리.
제14항에 있어서,
고정 날개(stationary air foil)를 더 포함하고,
상기 하류 실링 표면은 상기 고정 날개와 접촉하는, 실 어셈블리.