KR101847642B1 - 팁 브러시 실 설치를 위한 버킷 팁 커버 밴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 버킷이 원주방향을 따라 조립되어 완성되는 터빈에 관한 것으로서, 상기 복수의 버킷은 적어도 팁 브러시 실과 접촉하는 버킷 팁의 일부분에 원주방향을 따라 홈이 형성되고, 상기 홈 안에는 띠 형상의 커버 밴드가 장착되는 것을 특징으로 한다.

Description

팁 브러시 실 설치를 위한 버킷 팁 커버 밴드{Bucket tip cover band for installing of tip brush seal}

본 발명은 팁 브러시 실 설치를 위한 버킷 팁 커버 밴드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 커버와 버킷이 일체로 된 커버드 버킷의 경우에는 회전하는 버킷 팁의 단차 부분에 브러시 실이 지속적으로 충격을 받게 되어 운전중 브러시 실이 탈락할 우려가 높았던 문제를 해결할 수 있는 버킷 팁 커버 밴드에 관한 것이다.

가스 터빈이나 증기 터빈은 고압의 기체(연소가스나 증기)를 터빈에 분사하면서 팽창시켜 터빈을 회전시키는 동력기관으로서, 터빈을 고속으로 회전시킬 수 있어 발전기나 프로펠러 등을 회전시키는데 널리 사용되고 있다.

가스 또는 증기 터빈은 케이싱이나 슈라우드와 같은 고정요소에 대해 회전요소인 터빈이 회전하는 것이기 때문에 고정요소와 회전요소 사이에 어느 정도의 간극(갭)이 존재할 수밖에 없는데, 이러한 간극을 통한 고압 기체의 누출을 최소화시키도록 밀봉하는 기술이 요구된다.

이러한 밀봉의 목적으로 종래부터 가스 터빈이나 증기 터빈에는 래비린스 실(labyrinth seal)이나 브러시 실(brush seal)이 적용되어 왔으며, 우수한 밀봉은 터빈 기관의 효율 향상에 큰 역할을 하기 때문에 상당히 중요하게 다루어져야 한다.

도 1은 복수의 버킷(2)이 원주방향을 따라 연이어 조립됨으로써 완성되는 터빈(1)의 일부를 도시한 도면인데, 도면상 윗부분에 그려져 있는 버킷 팁(bucket tip) 부분에 팁 브러시 실이 접촉하여 실링을 하게 된다.

그런데, 도 1과 같은 종래의 커버와 버킷이 일체로 된 커버드 버킷(covered bucket)의 경우에는 회전하는 버킷 팁의 단차(버킷과 버킷의 연결면 부분의 단차) 부분에 의해 브러시 실이 지속적으로 충격을 받게 되어 운전중 브러시 실이 탈락할 우려가 높기 때문에 브러시 실의 수명에 문제가 발생하게 된다.

한국공개특허 제2003-0041083호 (2003.05.23. 공개)

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 설계상 팁 브러시 실이 접촉되는 버킷 팁의 일부분에 원주방향을 따라 얇은 띠 모양의 부착물인 커버 밴드를 부착함으로써 버킷 팁을 보호하면서 브러시 실을 용이하게 적용할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 복수의 버킷이 원주방향을 따라 조립되어 완성되는 터빈에 관한 것으로서, 상기 복수의 버킷은 적어도 팁 브러시 실과 접촉하는 버킷 팁의 일부분에 원주방향을 따라 홈이 형성되고, 상기 홈 안에는 띠 형상의 커버 밴드가 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 커버 밴드는 상기 홈 안에 용접으로 부착된다.

그리고, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 홈은 단턱을 가진 凸자 형상의 슬롯이고, 상기 커버 밴드는 상기 슬롯 안에 삽입되어 장착된다.

그리고, 상기 버킷 팁의 원주방향을 따라 원형으로 부착되는 커버 밴드의 마주보는 양단은 상기 팁 브러시 실이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성되고, 상기 버킷은 상기 팁 브러시 실의 단부가 향하는 방향으로 회전할 수 있다.

또한, 상기 버킷 팁의 원주방향을 따라 원형으로 부착되는 커버 밴드는 적어도 2개 이상의 세그먼트로 나뉘어 부착될 수도 있다.

이때, 상기 각 세그먼트로 나뉘어 부착된 각 커버 밴드 사이의 마주보는 양단은 상기 팁 브러시 실이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성되고, 상기 버킷은 상기 팁 브러시 실의 단부가 향하는 방향으로 회전할 수 있다.

본 발명은 팁 브러시 실이 접촉하는 버킷 팁 부분을 따라 원주방향으로 얇은 띠 모양의 커버 밴드를 부착하여 버킷 팁 사이의 단차를 제거함으로써 팁 브러시 실이 운전 중 탈락하는 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 버킷 팁 부분에 부착된 커버 밴드에만 팁 브러시 실이 접촉하기 때문에 장시간 사용에 따라 마모가 발생하여도 커버 밴드만 교체하여 재사용할 수 있기 때문에 핵심 요소인 터빈의 수명을 연장할 수 있다는 장점을 가진다.

아울러 띠 모양을 가진 커버 밴드의 마주보는 양단을 팁 브러시 실이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성함에 따라, 팁 브러시 실이 커버 밴드의 연결면을 지나갈 때 연결면의 틈 사이에 팁 브러시 실의 브리슬(bristle)이 낄 염려가 없다는 장점도 가진다.

도 1은 복수의 버킷이 원주방향을 따라 연이어 조립됨으로써 완성되는 터빈의 일부를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 버킷 팁의 원주방향을 따라 띠 형상의 커버 밴드가 장착된 상태를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 커버 밴드가 용접으로 부착되는 실시형태를 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 커버 밴드가 슬롯 안에 조립식으로 장착되는 실시형태를 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 커버 밴드의 마주보는 양단이 경사지게 연결되는 구조 및 팁 브러시 실의 장착 상태를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

도 2는 버킷 팁(110)의 원주방향을 따라 띠 형상의 커버 밴드(200)가 장착되는 본 발명을 도시한 도면으로서, 이를 참조하여 설명한다.

참고로 이하의 상세한 설명에 기재된 '터빈'이란 용어는 특별한 언급이 없는 한 가스 터빈이나 증기 터빈을 지칭하는 것이 아니라 회전요소인 터빈(10)을 말하는 것으로 이해되어야 한다.

앞서, 도 1에 대해 설명했던 바와 같이, 본 발명은 복수의 버킷(100, 커버드 버킷)이 원주방향을 따라 조립되어 완성되는 터빈(10)에 관한 것인데, 이와 같이 복수의 버킷(100)을 연결하여 터빈(10)을 만들게 되면 완성된 터빈(10)의 버킷 팁(110) 부분에는 연결된 버킷(100) 사이에 단차가 존재하게 된다.

한편, 버킷 팁(110)에 직접 접촉하여 실링을 하게 되는 팁 브러시 실(300)은 버킷 팁(110)의 전면적이 아니라 팁 브러시 실(300)의 폭에 해당하는 만큼의 일부 면적에만 접촉하게 된다.

이러한 실링 구조를 고려하여, 본 발명은 각각의 버킷(100)에 대해 적어도 팁 브러시 실(300)과 접촉하는 버킷 팁(110)의 일부분에 원주방향을 따라 홈(120)을 형성하고, 버킷 팁(110)에 형성된 홈(120) 안에 띠 형상의 커버 밴드(200)를 장착함으로써, 적어도 팁 브러시 실(300)과 접촉하는 원주방향의 실링면을 따라서는 버킷(100) 사이에 단차가 존재하지 않도록 하였다.

따라서, 본 발명의 터빈(10)은 운전중 팁 브러시 실(300)이 단차가 없는 매끄러운 커버 밴드(200) 위를 지나가기 때문에 종래와 같이 충격에 의해 팁 브러시 실의 브리슬(320, bristle)이 탈락할 위험이 대폭적으로 감소하게 되어 팁 브러시 실(300)의 수명이 늘어나게 된다. 또한, 팁 브러시 실(300)의 수명 연장은 교체주기의 연장을 의미하므로, 가스 터빈이나 증기 터빈의 장기적 운용에도 도움을 준다.

그리고, 본 발명은 버킷 팁(110)에 부착된 커버 밴드(200)에만 팁 브러시 실(300)이 접촉하기 때문에 장시간 사용에 따라 마모가 발생하여도 커버 밴드(200)만 교체하여 재사용할 수 있게 되어 핵심 요소인 터빈(10)의 수명을 연장할 수 있게 된다. 특히, 고속으로 회전하는 터빈(10)은 핵심부품으로서 제작비용이 상당히 고가이기 때문에 터빈(10)의 수명을 늘린다는 것은 상당한 중요한 장점이라 할 수 있다.

커버 밴드(200)의 재질로는 내열성과 내마모성을 가지고 있으며, 버킷 팁(110)을 따라 원형으로 구부러져도 강도에 별다른 영향이 없을 정도의 탄성 내지는 소성특성을 가진 금속재료가 적당하다.

도 2 및 도 3은 커버 밴드(200)를 버킷 팁(110)에 부착하는 두 가지 실시형태를 각각 도시한 도면이다.

도 2의 실시형태는 버킷 팁(110)에 원주방향을 따라 커버 밴드(200)의 폭과 두께에 상응하는 너비와 깊이를 가진 홈(120)을 형성하고, 이 홈(120) 안에 커버 밴드(200)를 삽입하고 용접으로 장착하는 구조를 도시한 것이다. 용접 방법으로는 커버 밴드(200)와 홈(120)의 가장자리 부분을 따라 일정 간격으로 스팟 용접을 하거나, 또는 저항용접으로 커버 밴드(200)를 매끈하게 용접하는 등 다양한 방법을 적용할 수 있다.

그리고, 도 3의 실시형태는 버킷 팁(110)에 형성하는 홈(120)을 단턱을 가진 凸자 형상의 슬롯(122)으로 만들고, 이 슬롯(122) 안으로 커버 밴드(200)를 삽입하여 고정시키는 방식을 도시한 것이다. 이러한 방식은 용접 없이 커버 밴드(200)를 삽입식으로 장착할 수 있기 때문에 상대적으로 간편하게 커버 밴드(200)를 설치할 수 있고, 유지보수를 위해 커버 밴드(200)를 교체할 때에도 쉽게 분리할 수 있다는 점에서 장점이 있다.

또한, 본 발명은 버킷 팁(110)의 원주방향을 따라 원형으로 부착되는 커버 밴드(200)의 마주보는 양단이 팁 브러시 실(300)이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성하고, 버킷(100)은 팁 브러시 실(300)의 단부가 향하는 방향으로 회전하도록 함으로써 팁 브러시 실(300)이 커버 밴드(200)의 연결면을 지나갈 때 브리슬(320)이 틈 사이에 끼어 탈락하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 것과 같이, 커버 밴드(200) 양단이 이루는 결합면과 팁 브러시 실(300)이 같은 방향으로 경사지게 만들고, 버킷(100)의 회전방향도 팁 브러시 실(300)의 단부가 향하는 방향으로 회전하도록 하면 팁 브러시 실(300)이 커버 밴드(200)의 연결면을 지나갈 때 구조적으로 연결면의 틈에 브리슬(320)이 낄 가능성이 크게 줄어드는 것이다.

그리고, 커버 밴드(200)를 기다란 하나의 띠로 만드는 대신에 적어도 2개 이상의 복수 개의 세그먼트로 나누어 버킷 팀의 홈(120)에 장착할 수도 있다. 이와 같이, 커버 밴드(200)를 몇 개의 세그먼트로 나누면 취급해야 할 커버 밴드(200)의 사이즈가 작아져 제작과 조립이 편리해지는 이점이 있다.

이러한 경우, 도 5의 경우와 마찬가지로, 도 6에 도시된 바와 같이 몇 개의 세그먼트로 나뉘어 부착된 각 커버 밴드(200) 사이의 마주보는 양단도 팁 브러시 실(300)이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성하고, 버킷이 팁 브러시 실(300)의 단부가 향하는 방향으로 회전하도록 함으로써 역시 팁 브러시 실(300)의 브리슬(320)이 각 세그먼트 사이의 틈에 끼어버리는 현상을 방지할 수 있다. 특히 커버 밴드(200)를 몇 개의 세그먼트로 나누면 연결면의 개수 또한 늘어나기 때문에 이와 같이 각 커버 밴드(200) 사이의 마주보는 양단과 팁 브러시 실(300), 그리고 버킷(100)의 회전방향을 동일하게 만드는 것이 팁 브러시 실(300)의 보호에 더욱 효과적이게 된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

10: 터빈 100: 버킷
110: 버킷 팁 120: 홈
122: 슬롯 200: 커버 밴드
300: 팁 브러시 실 320: 브리슬

Claims (6)

1. 복수의 버킷이 원주방향을 따라 조립되어 완성되는 터빈에 있어서,
   상기 복수의 버킷은 적어도 팁 브러시 실과 접촉하는 버킷 팁의 일부분에 원주방향을 따라 홈이 형성되고,
   상기 홈 안에는 띠 형상의 커버 밴드가 장착되며,
   상기 버킷 팁의 원주방향을 따라 원형으로 부착되는 커버 밴드의 마주보는 양단은 상기 팁 브러시 실이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성되고, 상기 버킷은 상기 팁 브러시 실의 단부가 향하는 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 터빈.
2. 복수의 버킷이 원주방향을 따라 조립되어 완성되는 터빈에 있어서,
   상기 복수의 버킷은 적어도 팁 브러시 실과 접촉하는 버킷 팁의 일부분에 원주방향을 따라 홈이 형성되고,
   상기 홈 안에는 띠 형상의 커버 밴드가 장착되며,
   상기 버킷 팁의 원주방향을 따라 원형으로 부착되는 커버 밴드는 적어도 2개 이상의 세그먼트로 나뉘어 부착되고,
   상기 각 세그먼트로 나뉘어 부착된 각 커버 밴드 사이의 마주보는 양단은 상기 팁 브러시 실이 경사져 있는 방향과 같은 방향으로 경사지도록 형성되고, 상기 버킷은 상기 팁 브러시 실의 단부가 향하는 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 터빈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 커버 밴드는 상기 홈 안에 용접으로 부착되는 것을 특징으로 하는 터빈.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 홈은 단턱을 가진 凸자 형상의 슬롯이고, 상기 커버 밴드는 상기 슬롯 안에 삽입되는 것을 특징으로 하는 터빈.
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6. 삭제

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