KR102154317B1 - 슈에 연결된 웜기어 및 pvdf를 활용한 브러쉬 실 간극 조절 장치 및 이를 이용하는 제어 방법 - Google Patents

슈에 연결된 웜기어 및 pvdf를 활용한 브러쉬 실 간극 조절 장치 및 이를 이용하는 제어 방법 Download PDF

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Abstract

회전자의 외주에 접촉하여 밀봉 가능하게 하는 강모를 구비하고, 복수 개로 형성되는 브러쉬 실 세그먼트; 수용부를 구비하고, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주에 접촉하여 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 가압하는 브러쉬 실 슈; 상기 수용부에 설치되고, 상기 강모의 마모 상태를 진단하는 압전부재; 상기 압전부재에 연결되도록 상기 수용부에 설치되어 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 하는 유연 밴드; 및 상기 복수 개의 브러쉬 실 세그먼트 사이에 배치되어 상기 브러쉬 실 슈에 의해 상기 브러쉬 실 세그먼트가 가압되는 상태에서, 브러쉬 실 세그먼트가 반경 방향으로 이동 시에 틈새를 통한 누설을 완화시키는 누설 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치 및 이를 이용한 제어 방법을 제공한다.

Description

슈에 연결된 웜기어 및 PVDF를 활용한 브러쉬 실 간극 조절 장치 및 이를 이용하는 제어 방법{Clearance Controlled Brush Seal using Worm Gear Connected to Shoe and PVDF and Control Method using the same}
본 발명은, 브러쉬 실 간극 조절 장치 및 이를 이용하는 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 터빈에 적용되어지는 브러쉬 실의 간극을 액츄에이터 및 PVDF를 활용하여 조절하는 슈에 연결된 웜기어 및 PVDF를 활용한 브러쉬 실 간극 조절 장치 및 이를 이용하는 제어 방법에 관한 것이다.
터보 기계류(Turbomachinery) 산업에 적용되는 실링(Sealing) 기술은, 발전된 터빈 기술을 위한 회전 동역학적 안정성 및 높은 효율성을 만족시키기 위해 터보 기계의 작동 유체의 누설 흐름을 줄이는 기술이다.
실링 성능의 향상으로 작동유체의 누출이 감소하여 효율과 출력이 향상되고 2차유동 흐름을 제어함으로써 전체적으로 터보 기계의 성능을 점차적으로 향상시켜 왔다.
간단한 배열, 비교적 저렴한 비용 등의 이유로 가장 많이 쓰이는 래버린스 실(Labyrinth Seal)의 치아는 누설 유동의 와류를 형성하여 누설 흐름의 에너지를 감소시킴으로써 누설량을 줄이는 실 타입, 하지만 구조적 한계점을 인하여 로터와 래배린스 실간의 간격이 항상 존재하게 되고 간극 사이로 선회 유동(Flow Swirl)으로 인해 시스템의 불안전성이 야기된다.
브러쉬 실은 로터와 직접적으로 접촉하는 실로서 래버런스 실에 부착되어 로터 와 실 간의 간극을 줄여 누설량을 획기적으로 줄이며 선회 유동으로 인해 발생되는 시스템의 불안전성을 감소시킬 수 있다.
래버런스 실은 비교적 저렴한 비용, 단순한 구조 등의 이유로 가장 대중적으로 사용되고 있다. 그러나 래버런스 실은 로터와 실 간의 간극으로 인해 누설량 감소의 한계가 있으며 간극 사이의 유동흐름이 시스템의 불안전성을 증가시키게 된다.
위에 언급된 문제점을 해결하기 위해 브러쉬 실을 활용한다. 래버런스 실에 브러쉬 실을 결합시킨 것을 하이브리드 브러쉬 실이라 한다. 그러나, 브러쉬 실은 로터와의 접촉으로 인해 마모가 발생한다. 이는, 작동시간과 비례하여 누설량의 증가로 이어진다.
브러쉬 실 강모의 마모에 의한 누설량을 줄이기 위해 로터와 브러쉬 실 간의 간극을 조절하고자 하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은, 브러쉬 실의 간극 조절을 통해 스팀터빈 및 가스터빈의 에너지효율 저하를 유발하는 작동유체의 누설량을 감소시키고, 시스템의 동적 특성을 유지하여 안정성을 확보하는 장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치는, 회전자의 외주에 접촉하여 밀봉 가능하게 하는 강모를 구비하고, 복수 개로 형성되는 브러쉬 실 세그먼트; 수용부를 구비하고, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주에 접촉하여 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 가압하는 브러쉬 실 슈; 상기 수용부에 설치되고, 상기 강모의 마모 상태를 진단하는 압전부재; 상기 압전부재에 연결되도록 상기 수용부에 설치되어 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 하는 유연 밴드; 및 상기 복수 개의 브러쉬 실 세그먼트 사이에 배치되어 상기 브러쉬 실 슈에 의해 상기 브러쉬 실 세그먼트가 가압되는 상태에서, 브러쉬 실 세그먼트가 반경 방향으로 이동 시에 틈새를 통한 누설을 완화시키는 누설 방지부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 압전부재는, 상기 회전자 및 강모 간의 마찰로 인해 발생하는 응력 변화에 의한 전기적 신호를 발생시키며, 이를 이용하여 상기 강모의 마모 상태를 진단한다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치는, 상기 압전부재로부터 발생된 전기적 신호를 제공받아서 상기 유연 밴드의 길이를 조절함으로써 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 하는 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치는, 상기 액추에이터에 전기적으로 연결되어 상기 압전부재로부터 발생된 전기적 신호로부터 상기 강모의 마모량을 산출하여 상기 마모량에 근거하여 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압전부재 및 상기 유연 밴드는, 서로 접촉하도록 배치되고, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주와 나란한 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 브러쉬 실 슈는, 상기 브러쉬 실 세그먼트에 접촉하고, 원주 방향을 따라 연장되는 접촉부; 및 상기 접촉부로부터 반경 방향으로 연장되고, 상기 수용부를 구비하며, 상기 압전부재 및 상기 유연 밴드를 지지하는 지지부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 지지부는 일 측에서 연장 형성되는 탄성 가압부를 구비하고, 상기 탄성 가압부 및 상기 브러쉬 실 세그먼트 사이에는 탄성 부재가 설치되어, 상기 브러쉬 실 세그먼트에 예압을 제공할 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 유연 밴드는, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주와 나란한 원주 방향을 따라 배치되고, 직경이 변하는 원주부와, 상기 원주부에 연결되어 접선 방향으로 연장되고, 일 단이 상기 액추에이터에 연결되어, 상기 액추에이터의 동작에 의해 길이가 가변되어 상기 원주부의 직경을 변화시키는 접선부를 구비하고, 상기 접선부는, 상기 액추에이터의 동작 전의 길이 L1와 상기 액추에이터의 동작 후의 길이 L2를 가지고, 상기 원주부는, 상기 액추에이터의 동작 전의 직경 D1과 상기 액추에이터의 동작 후의 직경 D2를 가지고, 상기 액추에이터 동작 전, 후의 상기 원주부의 직경의 차이 △D 는, 상기 접선부의 길이의 차이 △L에 근거하여 도출될 수 있다.
상기 누설 방지부는, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주에서 내주를 향하는 반경 방향을 따라서, 좁아지는 폭을 구비할 수 있다.
또 다른 과제를 해결하기 위해, 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법은 브러쉬 실 간극 조절 장치를 이용하여 브러쉬 실의 상태 진단 및 실시간으로 간극 조절을 하는 제어 방법으로서, 강모의 응력을 모니터링 하기 위해 초기 기준 SR 값을 설정하는 단계; 압전부재에 의해 강모의 응력 SM 값을 측정하는 단계; 및 압전부재에 따라 액추에이터를 동작하는 단계를 포함한다.
본 발명은 로터와의 마찰을 통해 발생하는 브러쉬 실의 간극 조절을 가능하게 하여, 작동 유체의 누설량을 최소화하여 시스템 효율을 향상시키며 시스템 안전성을 확보한다.
본 발명은 브러쉬 실 슈에 연결되어 있는 PVDF를 통해 강모의 마모량을 측정하여 그에 맞게 웜기어 방식의 밴드 직경을 조절하여 효과적이고 능동적인 간극 조절을 가능하게 한다. 이때, 밴드와 연결된 액츄에이터로 인해 직경이 변하며 브러쉬 실 슈는 스프링에 지지되어 있어 탄성을 유지한다.
본 발명은 간극 조절로 인해 발생할 수 있는 세그먼트 간 미세 간격은 쐐기 형상의 부재에 의해, 효율적인 간극 조절이 가능하며 세그먼트 간의 누설을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치의 일 예를 도시하는 개념도.
도 2는 브러쉬 실 세그먼트, 브러쉬 실 슈, 압전 부재 및 유연 밴드의 구조를 보여주기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법을 도시하는 블록도.
도 4a는 본 발명의 유연 밴드를 도시하는 사시도.
도 4b는 본 발명의 유연 밴드의 접선부를 도시하는 평면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)의 일 예를 도시하는 개념도이고, 도 2는 브러쉬 실 세그먼트(10), 브러쉬 실 슈(20), 압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)의 구조를 보여주기 위한 단면도이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)에 대하여 서술한다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)는, 스팀터빈 및 가스터빈에 적용될 수 있다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)는, 브러쉬 실 세그먼트(10), 브러쉬 실 슈(20), 유연 밴드(40) 및 누설 방지부(50)를 포함한다.
브러쉬 실 세그먼트(10)는, 회전자의 외주에 접촉하여 밀봉 가능하게 하는 강모(12)를 구비하고, 복수 개로 형성된다.
브러쉬 실 세그먼트(10)는, 회전자의 외주에 설치된다.
브러쉬 실 슈(20)는, 원주 방향을 따라 형성되는 수용부를 구비하고, 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)의 외주에 접촉하여 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)를 반경 방향으로 가압한다.
상기 브러쉬 실 슈(20)는, 접촉부(22) 및 지지부(24)를 포함할 수 있다.
접촉부(22)는 브러쉬 실 세그먼트(10)에 접촉하고, 원주 방향을 따라 연장되어 형성된다.
지지부(24)는 접촉부(22)로부터 반경 방향으로 연장되고, 수용부를 구비하며, 압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)를 지지한다. 수용부는, 압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)의 외면이 내주에 접촉하도록 수용하며 압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)를 지지한다.
지지부(24)는 일 측에서 연장 형성되는 탄성 가압부(26)를 구비할 수 있다.
도 2를 참조하면, 브러쉬 실 슈(20)의 접촉부(22)가 브러쉬 실 세그먼트(10)에 접촉하도록 원주 방향을 따라 연장되고 있으며, 지지부(24)가 접촉부(22)로부터 반경 방향으로 연장되며, 지지부(24)의 일 측에 탄성 가압부(26)가 구비되어 있는 예가 도시된다. 또한, 압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)는 브러쉬 실 슈(20)의 수용부에 끼워져 있다. 도 2에서 점선으로 도시되는 바와 같이, 접촉부(22)는 원주 방향을 따라 연장되는 반면, 지지부(24) 및 탄성 가압부(26)는 원주 방향을 따라 연장되는 것이 아니고, 기 결정된 폭을 구비하도록 형성된다.
브러쉬 실 슈(20)는, 수용부에 수용된 유연 밴드(40)에 의해 가압되어 직경이 변화될 수 있다.
한편, 탄성 가압부(26) 및 브러쉬 실 세그먼트(10) 사이에는 탄성 부재가 설치되어, 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)에 예압(pre-load)을 제공 가능하게 한다.
일례로, 도 2에는 탄성부재의 일례인, 스프링(23)이 탄성 가압부(26) 및 브러쉬 실 세그먼트(10) 사이에 설치되어 의해 가압되며, 화살표 방향으로 탄성 가압부(26) 및 브러쉬 실 세그먼트(10)에 탄성력을 제공한다.
압전 부재(30)는 상기 수용부에 설치되고, 상기 강모(12)의 마모 상태를 진단한다.
일례로, 압전 부재(30)는 후술하는 유연 밴드(40)와 접촉하도록 수용부에 끼워질 수 있다.
또한, 압전 부재(30)는 접촉부(22) 및 유연 밴드(40)와 마찬가지로 원주 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 접촉부(22)의 상면에 접촉할 수 있다.
압전 부재(30)는, 회전자 및 강모(12) 간의 마찰로 인해 발생하는 응력 변화에 의한 전기적 신호를 발생시키며, 이를 이용하여 강모(12)의 마모 상태를 진단할 수 있다.
일례로, 압전 부재(30)는 회전자 및 강모(12) 간의 마찰로 인해 발생하는 응력 변화에 의한 전기적 신호를 발생시켜 이를 제어부(70)로 제공하며, 제어부(70)에서 전기적 신호에 기반하여 액추에이터(60)를 제어할 수 있다.
예를 들면, 압전 부재(30)는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 센서일 수 있다.
유연 밴드(40)는 압전 부재(30)에 연결되도록 상기 수용부에 설치되어 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 한다.
도 4a는 본 발명의 유연 밴드(40)를 도시하는 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 유연 밴드(40)의 접선부(43)를 도시하는 평면도이다.
도 4a를 참조하면, 유연 밴드(40)는, 원주부(41)와, 접선부(43)를 구비한다.
원주부(41)는, 브러쉬 실 세그먼트(10)의 외주와 나란한 원주 방향을 따라 배치되고 접선부(43)의 길이 변화에 따라 직경이 변하는 부분이다.
접선부(43)는, 원주부(41)에 연결되어 접선 방향으로 연장되고 끝 단이 상기 액추에이터(60)에 연결되어, 액추에이터(60)의 동작에 의해 길이가 가변되어 원주부(41)의 직경을 변화시키는 부분이다.
접선부(43)는, 액추에이터(60)의 동작 전의 길이 L1와 액추에이터(60)의 동작 후의 길이 L2를 가지고, 원주부(41)는, 액추에이터(60)의 동작 전의 직경 D1과 액추에이터(60)의 동작 후의 직경 D2를 가진다.
액추에이터(60) 동작 전, 후의 상기 원주부(41)의 직경의 차이 △D는, 상기 접선부의 길이의 차이 △L에 근거하여 도출될 수 있다.
△L은 액추에이터(60)의 동작에 의해 강모(12)의 마모량에 따른 유연 밴드(40)의 접선부의 길이 차이일 수 있는데, △L = L1 - L2 일 수 있다.
△D는 강모(12)의 마모량에 따른 유연 밴드(40)의 길이 차이에 따라 변하게 되는 유연 밴드(40)의 원주부의 직경 차이일 수 있는데, △D= D1 - D2 일 수 있다.
△D = △L/π 의 상관관계를 갖게 되어, 유연 밴드(40)에 연결된 액추에이터(60)의 구동 횟수에 따라 유연 밴드(40)의 직경의 감소를 추정할 수 있다.
유연 밴드(40)는 일례로, 웜기어 방식으로 동작하여, 액추에이터(60)에 의해 당겨짐에 따라 접선부(43)의 길이가 줄어들고, 원주부(41)의 직경이 변화한다.
압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)는, 서로 접촉하도록 배치되고, 브러쉬 실 세그먼트(10)의 외주와 나란한 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.
누설 방지부(50)는 상기 복수 개의 브러쉬 실 세그먼트(10) 사이에 배치되어 상기 브러쉬 실 슈(20)에 의해 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)가 가압되는 상태에서, 브러쉬 실 세그먼트(10)가 반경 방향으로 이동 시에 틈새를 통한 누설을 완화시킨다.
또한, 복수의 브러쉬 실 세그먼트(10) 사이에 각각 배치될 수 있는데, 도 1에는 4개의 브러쉬 실 세그먼트(10) 사이에 각각 배치되어 총 4개가 구비되어 있는 예가 도시된다.
한편, 누설 방지부(50)는 일례로, 쐐기 형상의 부재일 수 있다. 다시 말해서, 누설 방지부(50)는 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)의 외주에서 내주를 향하는 반경 방향을 따라서, 좁아지는 폭을 구비할 수 있다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)는, 브러쉬 실 세그먼트(10)와 브러쉬 실 슈(20)를 수용하는 하우징(29)을 더 포함할 수 있다.
일례로, 도 2에는 브러쉬 실 세그먼트(10)와 브러쉬 실 슈(20)를 감싸는 하우징(29)의 예가 도시되는데, 하우징(29)에 의해 탄성 부재, 압전 부재(30) 및 유연 밴드(40)의 이탈을 방지하고, 브러쉬 실 슈(20)를 안정적으로 지지한다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)는, 액추에이터(60)를 더 포함할 수 있다.
액추에이터(60)는, 압전 부재(30)로부터 발생된 전기적 신호를 제공받아서 상기 유연 밴드(40)의 길이를 조절함으로써 상기 브러쉬 실 세그먼트(10)를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 한다.
액추에이터(60)는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 유연 밴드(40)의 단부에 설치될 수 있으며, 후술하는 제어부(70)로부터 신호를 제공받아 유연 밴드(40)의 길이를 조절하도록 동작할 수 있다.
액추에이터(60)는 일례로 스텝 모터일 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)는, 제어부(70)를 더 포함할 수 있다.
제어부(70)는, 액추에이터(60)에 전기적으로 연결되어 상기 압전 부재(30)로부터 발생된 전기적 신호로부터 상기 강모(12)의 마모량을 산출하여 상기 마모량에 근거하여 상기 액추에이터(60)를 제어한다.
제어부(70)는 일례로, PID(Proportional Integral Derivation) 제어 방식에 의해, 액추에이터(60)를 제어할 수 있으며, 제어부(70)는 일례로, 컴퓨터 또는 이동식 단말기일 수 있다.
도 3은 본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법을 도시하는 블록도(S100)이다. 도 3을 참조하여, 이하 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법(S100)에 대하여 서술한다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법(S100)은, 브러쉬 실 간극 조절 장치(100)를 이용하여 브러쉬 실의 상태 진단 및 실시간으로 간극 조절을 하는 제어 방법이다.
본 발명의 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법(S100)은, 강모(12)의 응력을 모니터링 하기 위해 초기 기준 SR 값을 설정하는 단계(S10); 압전 부재(30)에 의해 강모(12)의 응력 SM 값을 측정하는 단계(S20, S50); 및 압전 부재(30)에 따라 액추에이터(60)를 동작하는 단계(S40)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 강모(12)의 응력을 모니터링 하기 위해 초기 기준 SR 값을 설정하고(S10), 압전 부재(30)에 의해 강모(12)의 응력 SM 값을 측정하며(S20), SR 및 SM 값의 크기를 판단하여(S30, S60) SR > SM 인 경우에는, 압전 부재(30)에 의해 강모(12)의 응력 SM 값을 계속하여 측정하게 되고, 강모(12)의 마모에 따라 SR < SM 인 경우가 되면, 액추에이터(60)가 동작하여(S40) 유연 밴드(40)의 직경을 감소시킴에 따라서, 브러쉬 실 세그먼트(10)의 직경을 조절하게 된다.
본 발명은 로터와의 마찰을 통해 발생하는 브러쉬 실의 간극 조절을 가능하게 하여, 작동 유체의 누설량을 최소화하여 시스템 효율을 향상시키며 시스템 안전성을 확보한다.
본 발명은 브러쉬 실 슈에 연결되어 있는 PVDF를 통해 강모의 마모량을 측정하여 그에 맞게 웜기어 방식의 밴드 직경을 조절하여 효과적이고 능동적인 간극 조절을 가능하게 한다. 이때, 밴드와 연결된 액츄에이터로 인해 직경이 변하며 브러쉬 실 슈는 스프링에 지지되어 있어 탄성을 유지한다.
본 발명은 간극 조절로 인해 발생할 수 있는 세그먼트 간 미세 간격은 쐐기 형상의 부재에 의해, 효율적인 간극 조절이 가능하다.
이상에서 설명한 브러쉬 실 간극 조절 장치(100) 및 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법(S100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100:브러쉬 실 간극 조절 장치
10:브러쉬 실 세그먼트 12:강모
20:브러쉬 실 슈 22:접촉부 24:지지부 26:탄성 가압부
29:하우징
30:압전 부재
40:유연 밴드 41:원주부 43:접선부
50:누설 방지부
60:액추에이터
70:제어부
S100:브러쉬 실 간극 조절 제어 방법
S10:강모의 응력을 모니터링 하기 위해 초기 기준 SR 값을 설정하는 단계
S20, S50:압전 부재(30)에 의해 강모의 응력 SM 값을 측정하는 단계
S40:압전 부재에 따라 액추에이터를 동작하는 단계

Claims (10)

  1. 회전자의 외주에 접촉하여 밀봉 가능하게 하는 강모를 구비하고, 복수 개로 형성되는 브러쉬 실 세그먼트;
    수용부를 구비하고, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주에 접촉하여 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 가압하는 브러쉬 실 슈;
    상기 수용부에 설치되고, 상기 강모의 마모 상태를 진단하는 압전부재;
    상기 압전부재에 연결되도록 상기 수용부에 설치되어 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 하는 유연 밴드; 및
    상기 복수 개의 브러쉬 실 세그먼트 사이에 배치되어 상기 브러쉬 실 슈에 의해 상기 브러쉬 실 세그먼트가 가압되는 상태에서, 브러쉬 실 세그먼트가 반경 방향으로 이동 시에 틈새를 통한 누설을 완화시키는 누설 방지부를 포함하고,
    상기 브러쉬 실 슈는,
    상기 브러쉬 실 세그먼트에 접촉하고, 원주 방향을 따라 연장되는 접촉부; 및
    상기 접촉부로부터 반경 방향으로 연장되고, 상기 수용부를 구비하며, 상기 압전부재 및 상기 유연 밴드를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전부재는,
    상기 회전자 및 강모 간의 마찰로 인해 발생하는 응력 변화에 의한 전기적 신호를 발생시키며, 이를 이용하여 상기 강모의 마모 상태를 진단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전부재로부터 발생된 전기적 신호를 제공받아서 상기 유연 밴드의 길이를 조절함으로써 상기 브러쉬 실 세그먼트를 반경 방향으로 직경 변화를 가능하게 하는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액추에이터에 전기적으로 연결되어 상기 압전부재로부터 발생된 전기적 신호로부터 상기 강모의 마모량을 산출하여 상기 마모량에 근거하여 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 압전부재 및 상기 유연 밴드는, 서로 접촉하도록 배치되고, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주와 나란한 원주 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 일 측에서 연장 형성되는 탄성 가압부를 구비하고, 상기 탄성 가압부 및 상기 브러쉬 실 세그먼트 사이에는 탄성 부재가 설치되어, 상기 브러쉬 실 세그먼트에 예압을 제공하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 유연 밴드는,
    상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주와 나란한 원주 방향을 따라 배치되고, 직경이 변하는 원주부와,
    상기 원주부에 연결되어 접선 방향으로 연장되고, 일 단이 상기 액추에이터에 연결되어, 상기 액추에이터의 동작에 의해 길이가 가변되어 상기 원주부의 직경을 변화시키는 접선부를 구비하고,
    상기 접선부는, 상기 액추에이터의 동작 전의 길이 L1와 상기 액추에이터의 동작 후의 길이 L2를 가지고,
    상기 원주부는, 상기 액추에이터의 동작 전의 직경 D1과 상기 액추에이터의 동작 후의 직경 D2를 가지고,
    상기 액추에이터 동작 전, 후의 상기 원주부의 직경의 차이 △D 는, 상기 접선부의 길이의 차이 △L에 근거하여 도출되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 누설 방지부는, 상기 브러쉬 실 세그먼트의 외주에서 내주를 향하는 반경 방향을 따라서, 좁아지는 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 장치.
  10. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 브러쉬 실 간극 조절 장치를 이용하여 브러쉬 실의 상태 진단 및 실시간으로 간극 조절을 하는 제어 방법으로서,
    강모의 응력을 모니터링 하기 위해 초기 기준 SR 값을 설정하는 단계;
    압전부재에 의해 강모의 응력 SM 값을 측정하는 단계; 및
    압전부재에 따라 액추에이터를 동작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 실 간극 조절 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020048297A (ko) * 2000-12-15 2002-06-22 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹 유체 누출을 최소화하기 위한 장치, 회전 장치 및 브러시시일 위치 제어 방법
KR20090004032A (ko) * 2007-07-06 2009-01-12 한국과학기술연구원 래비린스 시일

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