KR102229248B1 - 터빈 케이싱의 누설방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 케이싱의 누설방지구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 어느 케이싱의 밀착면에 배리어홈부를 구성하고, 상기 배리어홈부의 각도에 대응될 수 있게 힌지 결합되어 링커 형태로 제공된 배리어키를 통해 터빈 케이싱의 기밀 유지가 이루어질 수 있도록 함으로써, 내구성 및 기밀 성능을 극대화시킬 수 있는 터빈 케이싱의 누설방지구조에 관한 것이다.
이를 위해, 하부케이싱과 상부케이싱이 맞닿는 밀착면 중 하부케이싱 또는 상부케이싱의 밀착면에 형성되며, 씰링 부위를 따라 직선 또는 절곡 형성된 배리어홈부; 및 상기 배리어홈부에 삽입되며, 힌지축이 결합되어 상기 배리어홈부의 각도에 따라 회동될 수 있도록 제공된 금속의 배리어키를 포함하며, 상기 배리어키는 배리어홈부에 나사 결합될 수 있도록 제공되며, 상기 배리어키의 일단부와 타단부는 이웃하는 배리어키간 힌지 결합될 수 있도록 제공되며, 힌지 결합 부위는 서로 단차지게 형성되고, 상기 배리어키의 하부는 하방을 향해 개구되고 배리어키의 너비 방향으로 관통된 지지홈을 형성하되, 상기 지지홈의 양측은 지지턱을 형성하고,상기 지지홈의 지지턱 사이에는 지지홈의 하방을 향해 볼록한 금속의 탄성수단이 설치되며, 상기 탄성수단의 곡률은 상기 배리어키를 배리어홈부 밖으로 돌출시킬 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 터빈 케이싱의 누설방지구조를 제공한다.

Description

터빈 케이싱의 누설방지구조{A sealing structure of a turbine casing}

본 발명은 터빈 케이싱의 누설방지구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터빈 케이싱의 씰링 내구성 및 기밀 성능을 극대화시킨 터빈 케이싱의 누설방지구조에 관한 것

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. 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.

한편, 케이싱은 도 1에 도시된 바와 같이 상부케이싱(1)과 하부케이싱(2)으로 구성되며, 상부케이싱(1)과 하부케이싱(2)은 서로 플랜지(3)간 체결을 통해 결합이 이루어진다. 이때, 상부케이싱(1)과 하부케이싱(2)간 기밀 유지를 위한 씰링수단이 상부케이싱(1)에 제공되며, 씰링수단(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 배리어키(Barrier Ley)(11)와 핀씰(Fin seal)(12)로 구성된다. 배리어키(11)는 하부케이싱(2)에 밀착되는 구성으로써, 상부케이싱(1)으로부터 돌출된다. 이때, 배리어키(11)는 직선의 형태로만 제공되는데, 이는 배리어키(11)를 라운드지게 일체로 가공하기 어렵기 때문이다. 물론, 배리어키(11)를 라운드지게 가공할 수도 있지만, 화기 작업에 따른 가공작업으로 인해 상부케이싱(1) 강성이 저하되고 상부케이싱(1)에 균열이 발생할 수 있는 문제가 있다. 이에 따라, 배리어키(11) 사이에 형성된 굽힘간격(T)을 메우기 위해 구리 재질의 핀씰(12)이 제공되며, 핀씰(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 직선의 배리어키(11)를 따라 설치되다가 라운드지게 절곡되면서 배리어키(11) 사이에 형성된 굽힘간격(T)을 메우게 된다.

하지만, 상기한 구성의 터빈 케이싱 씰링구조는 핀씰(12) 설치시, 핀씰(12) 굽힘부 정밀제작 및 누설부 조립이 어려운 문제가 있다. 또한, 터빈 케이싱 씰링구조는 비교적 강도가 낮은 핀씰(12)에 고온 고압의 스팀이 지속적으로 가해짐에 따라, 핀씰(12)의 강성이 저하되어 핀씰(12)에 균열이 발생할 수 있으므로 스팀이 케이싱 밖으로 누설될 수 있는 문제가 있다.

대한민국 등록번호 제10-1821503호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 케이싱에 요홈의 배리어홈부를 구성하고 배리어홈부의 각도에 원활하게 대응될 수 있도록 강성의 배리어키를 힌지 결합하여 구성함으로써 내구성 및 기밀 성능을 극대화시킬 수 있는 터빈 케이싱의 누설방지용 배리어키 설치구조를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 하부케이싱과 상부케이싱이 맞닿는 밀착면 중 하부케이싱 또는 상부케이싱의 밀착면에 형성되며, 씰링 부위를 따라 직선 또는 절곡 형성된 배리어홈부; 및 상기 배리어홈부에 삽입되며, 힌지축이 결합되어 상기 배리어홈부의 각도에 따라 회동될 수 있도록 제공된 금속의 배리어키를 포함하며, 상기 배리어키는 배리어홈부에 나사 결합될 수 있도록 제공되며, 상기 배리어키의 일단부와 타단부는 이웃하는 배리어키간 힌지 결합될 수 있도록 제공되며, 힌지 결합 부위는 서로 단차지게 형성되고, 상기 배리어키의 하부는 하방을 향해 개구되고 배리어키의 너비 방향으로 관통된 지지홈을 형성하되, 상기 지지홈의 양측은 지지턱을 형성하고,상기 지지홈의 지지턱 사이에는 지지홈의 하방을 향해 볼록한 금속의 탄성수단이 설치되며, 상기 탄성수단의 곡률은 상기 배리어키를 배리어홈부 밖으로 돌출시킬 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 터빈 케이싱의 누설방지구조를 제공한다.

삭제

삭제

본 발명에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조는 케이싱의 일면에 배리어홈부를 구성하고, 배리어홈부의 각도에 대응될 수 있도록 내구성이 높은 강성의 금속으로 이루어진 배리어키를 힌지 결합하여 제공함으로써, 핀씰 구성을 생략할 수 있으며 씰링수단의 내구성 및 기밀 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 스팀 터빈의 케이싱을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 터빈 케이싱의 씰링구조 요부를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조에서 배리어키를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조에서 배리어키를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조의 배리어홈부를 나타낸 상부케이싱 저면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조의 배리어홈부에 배리어키가 설치된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 7은 도 6의 I-I선을 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 6의 II-II선을 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조에 대하여 설명하도록 한다.

터빈 케이싱의 누설방지구조는 배리어키를 링커 타입으로 구성하여 핀씰의 구성 없이도 강성이 높은 배리어키만을 통해 씰링부의 각도에 대응될 수 있도록 함으로써, 터빈 케이싱의 기밀 성능 및 터빈 케이싱 씰링을 위한 내구성을 높일 수 있도록 하였다.

터빈 케이싱의 누설방지구조는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 배리어홈부(100)와, 배리어키(200)와, 탄성수단(300)과, 체결볼트(400)를 포함한다.

배리어홈부(100)는 배리어키(200)를 설치하기 위한 구성으로써, 터빈 케이싱 중, 상부케이싱(1)의 일면 즉, 하부케이싱(2)과 밀착되는 밀착면(1a)에 형성됨이 바람직하다. 배리어홈부(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 단일 직선으로 형성되거나 씰링 부위를 따라 절곡형성될 수 있다. 이때, 배리어홈부(100)의 길이는 터빈 케이싱의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 배리어홈부(100)에는 배리어키(200)의 고정을 위한 나사홈(110)이 형성된다. 나사홈(110)은 후술하는 체결볼트(400)의 나사 결합을 위한 구성으로써, 배리어홈부(100)의 바닥에 형성됨이 바람직하다.

배리어키(200)는 하부케이싱(2)에 밀착되어 기밀을 유지시키기 위한 구성으로써, 강성이 높은 금속으로 제공됨이 바람직하다. 배리어키(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 직선의 형태로 제공됨이 바람직하며, 복수로 제공된 후 서로 힌지 결합될 수 있도록 제공된다. 즉, 힌지 결합된 배리어키(200)는 링커의 형태를 제공함으로써, 힌지축(210)을 중심으로 자유 회전될 수 있으므로 절곡된 형태의 배리어홈부(100) 각도에 원활하게 대응될 수 있다. 배리어키(200)는 길이가 다양하게 제공된 복수로 제공되며, 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이 상호간에 힌지축(210) 결합될 수 있도록 단부가 단차지게 형성될 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 어느 배리어키(200)의 단차진 단부는 상,하 관통된 힌지공(200a)을 형성하고, 다른 배리어키(200)의 단차진 단부는 힌지축(210)이 돌출되지 않도록 힌지홈(200b)으로 형성된다. 또한, 배리어키(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 힌지축 구조 없이 단일체로 제공될 수도 있다.

배리어키(200)에는 체결공(220)이 형성되며, 체결공(220)은 후술하는 체결볼트(400)가 통과하여 배리어홈부(100)에 나사 결합될 수 있도록 제공된다. 체결공(220)은 나사홈(110)에 대응되며, 배리어키(200)의 양단부에 형성됨이 바람직하다. 이때, 체결공(220)은 체결볼트(400)의 헤드부가 배리어키(200) 밖으로 돌출되지 않도록 단차지게 구성됨이 바람직하다. 배리어키(200)의 하부는 탄성수단(300)이 설치될 수 있도록 지지홈(230)을 형성한다. 지지홈(230)은 배리어키(200)의 길이에 따라 한 개 또는 복수로 형성될 수 있다. 지지홈(230)이 복수로 형성될 경우 등간격으로 제공됨이 바람직하다. 지지홈(230)은 배리어키(200)의 하부가 도면상 하방을 향해 개구된 형태로 이루어지며, 배리어키(200)의 너비 방향으로 관통된 형태임이 바람직하다. 이때, 지지홈(230)의 양측은 지지턱(231)을 형성하며, 탄성수단(300)은 팽창되었을 때 지지턱(231)에 지지될 수 있다.

탄성수단(300)은 배리어키(200)를 배리어홈부(100)에서 탄성지지하여 하부케이싱(2)과의 밀착력을 높이기 위한 구성이다. 탄성수단(300)은 강성이 높은 금속의 재질로 이루어진 배리어키(200)에 탄성력을 제공하여 하부케이싱(2)에 상기 배리어키(200)가 밀착되었을 때, 밀착력을 극대화하여 기밀력을 높여주기 위한 구성이다.
탄성수단(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 판스프링으로 제공됨이 바람직하다. 탄성수단(300)은 지지홈(230)에 위치되며, 탄성수단(300)의 양측은 지지턱(231)으로부터 소정 간격 이격된다. 이때, 판스프링(300)은 하방을 향해 볼록하게 형성되며, 판스프링(300)의 곡률은 판스프링(300)이 배리어홈부(100)에서 배리어키(200)의 지지홈(230)에 위치되었을 때, 도 7에 도시된 바와 같이 배리어키(200)를 배리어홈부(100) 밖으로 돌출시킬 수 있는 크기로 제공된다.

체결볼트(400)는 배리어키(200)를 배리어홈부(100)에 체결하되 배리어홈부(100)에서 탄성수단(300)의 신축 작용시 배리어키(200)가 상,하로 승강될 수 있도록 제공된다. 체결볼트(400)는 도 7에 도시된 바와 같이 몸체(410)와, 헤드부(420)와, 나사부(430)로 구성됨이 바람직하다. 몸체(410)는 배리어키(200)의 체결공(220) 직경에 비해 작은 직경을 갖는 원통형으로 형성되며, 탄성수단(300)의 신축작용시 배리어키(200)가 배리어홈부(100)에서 승강될 때 가이드하는 역할을 한다. 이때, 몸체(410)의 직경은 나사홈(110)의 내경에 비해 크게 형성된다. 헤드부(420)는 공구 체결을 위해 제공되며, 체결공(220)의 직경에 비해 큰 직경을 갖도록 형성된다. 나사부(430)는 배리어홈부(100)에 형성된 나사홈(110)에 나사 결합되는 부위로써 체결볼트(400)의 하부를 구성한다. 이와 같은 구성에 의해 체결볼트(400)는 나사홈(110)에 나사 체결되어 배리어홈부(100)로부터 배리어키(200) 이탈을 방지할 수 있으며, 체결볼트(400)의 일부 즉, 나사부(430)만 나사홈(110)에 체결될 수 있도록 구성됨으로써 탄성수단(300)의 신축작용을 가능하게 하는 것이다. 만약, 체결볼트(400) 전체가 나사부를 이루고 있다면, 배리어홈부(100)에 배리어키(200)가 고정될 수는 있지만 탄성수단(300)의 신축작용은 불가능할 것이다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 배리어키 설치구조에 의한 씰링 결합 및 작용에 대하여 살펴보도록 한다.

작업자는 도 5에 도시된 바와 같이, 상부케이싱(1)의 배리어홈부(100)를 노출시키고, 배리어홈부(100)에 배리어키(200)를 삽입시킨다. 이때, 작업자는 단일 직선으로 형성된 배리어홈부(100)에는 도 4에 도시된 배리어키(200)를 삽입시키고, 절곡된 배리어홈부(100)에는 도 3에 도시된 복수의 배리어키(200)를 힌지축(210) 결합하여 삽입시킨다. 배리어키(200)는 힌지축(210)을 중심으로 자유롭게 회전될 수 있으므로, 배리어키(200)는 절곡된 배리어홈부(100)의 각도에 제약받지 않고 도 6에 도시된 바와 같이 원활하게 삽입 배치될 수 있다. 이때, 배리어키(200)는 탄성수단(300)과 함께 배리어홈부(100)에 배치되며, 탄성수단(300)은 배리어홈부(100)의 바닥 및 지지홈(230)에 위치된 상태이다.

다음으로, 작업자는 배리어키(200)의 체결공(220)에 체결볼트(400)를 통과시킨 후 나사홈(110)에 나사 체결시킨다. 이때, 작업자는 탄성수단(300)의 신축 작용이 이루어질 수 있도록, 도 7에 도시된 바와 같이 배리어홈부(100)로부터 배리어키(200)를 이격시킨 상태로 나사 체결시킨다. 이에 따라, 배리어키(200)는 배리어홈부(100)로부터 돌출되며, 배리어키(200)와 배리어홈부(100)의 이격된 거리만큼 탄성수단(300)의 신축작용이 이루어질 수 있다.

이후, 작업자는 상기와 같이 배리어키(200)가 결합된 상부케이싱(1)을 하부케이싱(2)에 결합시킨다. 이때, 상부케이싱(1)의 배리어키(200)는 탄성수단(300)의 탄성력에 의해 탄성력을 가진채로 하부케이싱(2)에 밀착됨에 따라, 터빈 케이싱의 기밀력을 높일 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈 케이싱의 누설방지구조는 상부케이싱(1)에 배리어홈부(100)를 형성하고, 배리어홈부(100)의 각도에 따라 회동될 수 있는 링커 형태의 배리어키(200)가 터빈케이싱의 씰링수단으로 제공됨으로써, 터빈케이싱 씰링수단의 내구성 및 기밀 성능을 극대화시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 배리어홈부 110 : 나사홈
200 : 배리어키 200a : 힌지공
200b : 힌지홈 210 : 힌지축
220 : 체결공 230 : 지지홈
231 : 지지턱 300 : 탄성수단(판스프링)
400 : 체결볼트 410 : 몸체
420 : 헤드부 430 : 나사부

Claims (3)

1. 하부케이싱과 상부케이싱이 맞닿는 밀착면 중 하부케이싱 또는 상부케이싱의 밀착면에 형성되며, 씰링 부위를 따라 직선 또는 절곡 형성된 배리어홈부; 및
   상기 배리어홈부에 삽입되며, 힌지축이 결합되어 상기 배리어홈부의 각도에 따라 회동될 수 있도록 제공된 금속의 배리어키를 포함하며,
   상기 배리어키는 배리어홈부에 나사 결합될 수 있도록 제공되며,
   상기 배리어키의 일단부와 타단부는 이웃하는 배리어키간 힌지 결합될 수 있도록 제공되며, 힌지 결합 부위는 서로 단차지게 형성되고,
   상기 배리어키의 하부는 하방을 향해 개구되고 배리어키의 너비 방향으로 관통된 지지홈을 형성하되, 상기 지지홈의 양측은 지지턱을 형성하고,
   상기 지지홈의 지지턱 사이에는 지지홈의 하방을 향해 볼록한 금속의 탄성수단이 설치되며, 상기 탄성수단의 곡률은 상기 배리어키를 배리어홈부 밖으로 돌출시킬 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 터빈 케이싱의 누설방지구조.
   
2. 삭제
3. 삭제

Images