KR102502078B1 - 3d프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터빈로터와 같은 회전체가 다이아프램과 같은 고정체 내에서 회전시 서로 간의 마찰을 최소화하여 터빈로터의 회전은 원활하도록 유도하면서도 가스의 누설을 방지하기 위하여 터빈의 다이아프램과 터빈로터 사이에 장착되는 래비린스 실링장치 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 래비린스 실링장치는 링형상의 몸체와, 상기 링형상의 몸체의 일면에 돌출되는 래비린스부로 이루어져 있되, 상기 링형상의 몸체는 원심주조 또는 링밀로 제조하고, 상기 래비린스부는 3D프린팅에 의해 제조하는 것이 특징인 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 래비린스부를 3D프린팅으로 제작하기에 사용환경에 따라 래비린스부의 형태를 다양하게 제작할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 래비린스부를 3D프린팅으로 제작하기에 사용환경에 따라 래비린스부의 형태를 다양하게 제작할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D프린팅을 이용하여 터빈의 다이아프램과 터빈로터 사이에 장착되는 래비린스 실링장치 제조방법에 관한 것이다.
터빈은 유체 흐름으로부터 에너지를 추출하여 운동에너지로 변환하는 회전식 기계장치이다. 수증기를 이용하는 증기터빈(steam turbine), 연소가스를 이용하는 가스터빈(gas turbine) 등 작동원리, 구조에 따라 여러 종류가 있다. [네이버 지식백과]
일반적으로 발전용 터빈을 이용하여 전력을 생산함에 있어서, 보일러로부터 생성된 고온 고압의 증기가 터빈 스톱 밸브(stop valve) 및 컨트롤 밸브(control valve)를 지나 터빈 케이싱 내부로 유입되고, 케이싱 내부로 유입된 증기는 다이아프램(diaphragm)을 거쳐 터빈로터에 조립된 회전익(Moving Blade)을 회전시킴으로써 터빈로터에 의해 발전기가 회전하면서 전력이 얻어진다.
이때, 다이아프램은 유입된 증기 또는 가스가 최적의 증기 방향을 갖는 증기흐름(Steam Flow)이 되도록 유도하여 터빈 로터(Turbine Rotor)에 조립된 회전익을 회전시키는 역할을 하고 있다.
이러한, 터빈에서 터빈로터와 같은 회전체와 터빈로터를 외부에서 감싸고 있는 다이아프레임과 같은 고정체 사이의 실링부에서 발생하는 증기의 누설은 터빈의 효율을 저하시키고, 연료비용을 증가시키는 주요인이므로 증기 누설을 줄이기 위한 실링(Sealing) 장치의 설계기술은 매우 중요하다.
여기서, 증기나 가스 터빈 같은 고온 및 고압 터빈에 사용되는 스테인리스 소재의 실링장치는 증기나 가스의 누설을 방지하여 발전기의 에너지 생산 효율을 상승시키고 유체로 인한 회전체의 진동방지에 중요한 역할을 한다.
이에, 터빈로터와 같은 회전체가 다이아프램과 같은 고정체 내에서 회전시 서로 간의 마찰을 최소화하여 터빈로터의 회전은 원활하도록 유도하면서도 가스의 누설은 방지하기 위하여 비접촉식 실링장치를 터빈로터와 다이아프램 사이에 장착하여 사용하고 있다.
대표적인 비접촉식 실링장치로서는 래비린스 실링장치가 있다.
래비린스 실링장치는 링형상의 몸체와 상기 몸체의 일면에 돌출된 투쓰(Tooth)가 형성되어 있는 것으로, 래비린스와 터빈로터 사이에 와류가 형성되도록 함으로써 기밀이 유지됨과 동시에 복잡하게 돌출된 형태의 투쓰와 터빈로터 간에 접촉이 되지 않기에 터빈로터의 회전도 용이하도록 한 것이다.
래비린스 실링장치에 대해서는 본 출원이 2014년 04월 08일자로 출원하여 제10-1442739호(등록일자 2014년 09월 15일)로 등록된 대한민국 등록특허공보와 2014년 05월 29일자로 출원하여 제10-1449473호(등록일자 2014년 10월 02일)로 등록된 대한민국 등록특허공보를 참조하도록 한다.
그러나 종래의 래비린스 실링장치는 원심주조 또는 링밀에 의해 링형상의 몸체를 형성한 후, 래비린스의 투쓰를 가공툴로 깍아만드는 과정에서 소재의 낭비가 심하여 생산원가가 높아지는 단점이 있었으며, 또한 투쓰의 형태를 제작하는 것이 용이하지 않아 제작기간이 길어진다는 등의 생산성이 좋지 못하다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 투쓰는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있는 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 터빈로터와 같은 회전체가 다이아프램과 같은 고정체 내에서 회전시 서로 간의 마찰을 최소화하여 터빈로터의 회전은 원활하도록 유도하면서도 가스의 누설을 방지하기 위하여 터빈의 다이아프램과 터빈로터 사이에 장착되는 래비린스 실링장치 제조방법에 있어서, 상기 래비린스 실링장치는 링형상의 몸체와, 상기 링형상의 몸체의 일면에 돌출되는 래비린스부로 이루어져 있되, 상기 링형상의 몸체는 원심주조 또는 링밀로 제조하고, 상기 래비린스부는 3D프린팅에 의해 제조하는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 래비린스부를 3D프린팅으로 제작하기에 사용환경에 따라 래비린스부의 형태를 다양하게 제작할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
도 1은 터빈에 실링장치가 장착된 상태를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 일부분 확대 상세 개요도.
도 3은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
도 4는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 따른 래비린스 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 일부분 확대 상세 단면도.
도 5는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
도 2는 도 1의 일부분 확대 상세 개요도.
도 3은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
도 4는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 따른 래비린스 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 일부분 확대 상세 단면도.
도 5는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 터빈로터(100)와 같은 회전체가 다이아프램(200)과 같은 고정체 내에서 회전시 서로 간의 마찰을 최소화하여 터빈로터(100)의 회전은 원활하도록 유도하면서도 가스의 누설을 방지하기 위하여 터빈의 다이아프램(200)과 터빈로터(100) 사이에 장착되는 래비린스 실링장치 제조방법에 있어서, 상기 래비린스 실링장치(300)는 링형상의 몸체(310)와, 상기 링형상의 몸체(310)의 일면에 돌출되는 래비린스부(320)로 이루어져 있되, 상기 링형상의 몸체(310)는 원심주조 또는 링밀로 제조하고, 상기 래비린스부(320)는 3D프린팅에 의해 제조하는 것이 특징이다.
상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320)는 레이저 클래딩 또는 브레이징중 택일하여 접합함으로써 서로 견고하게 결합할 수 있는 것이 특징이다.
그리고 상기 링형상의 몸체(310)는 스테인리스 재질로 제조하고, 래비린스부(320)는 스테인리스 재질과 다른 이종재질로 제조할 수 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 래비린스부(320)는 판재형상의 베이스(321)와, 상기 베이스(321)의 일면에 돌출되는 투쓰부(322)로 제조하여 링형상의 몸체(310)에 래비린스부(320)의 베이스(321)가 접촉되도록 한 후, 레이저 클래딩 또는 브레이징으로 접합하는 것이 특징이다.
상기 래비린스부(320)의 베이스(321)는 링형상의 몸체(310)와 동일 재질로 제조하고, 투쓰부(322)는 베이스(321)와 다른 이종재질로 제조할 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 터빈에 실링장치가 장착된 상태를 나타낸 단면도, 도 2는 도 1의 일부분 확대 상세 개요도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 래비린스형 실링 장치(5)는 케이싱에 장착되어 있는 다이어프램(3)의 외부링과 내부링에 설치되어 있다.
여기서, 상기 래비린스형 실링 장치(5)는 터빈의 비접촉식 환상 밀봉장치로 널리 사용되고 있으며, 날카로운 투쓰(6)로 터빈 내에서 흐르는 유체에 교축작용(Throttling Process)을 발생시켜 누설 유량을 감소시킨다.
즉, 상기 투쓰(6)를 유체의 흐름방향을 따라 차례로 배열하여 상기 유체가 교축과 확대를 반복하는 과정에서 발생하는 압력강하 효과를 통해 상기 유체의 누설 유량을 저감시키게 된다.
보다 상세한 내용은 본 출원이 2014년 04월 08일자로 출원하여 제10-1442739호(등록일자 2014년 09월 15일)로 등록된 대한민국 등록특허공보를 참조하도록 한다.
그러나 종래의 투쓰(6)가 형성되어 있는 래비린스 형태의 실링장치는 원심주조에 의해 링형상의 몸체를 형성한 후, 래비린스를 절삭툴로 깍아만드는 과정에서 소재의 낭비가 심하며, 또한 래비린스의 형태를 제작하는 것이 용이하지 않아 제작기간이 길어진다는 등의 생산성이 좋지 못하다는 단점이 있었다.
도 3은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도, 도 4는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 따른 래비린스 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 일부분 확대 상세 단면도이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 래비린스 실링장치(300)는 터빈로터(100)와 같은 회전체가 다이아프램(200)과 같은 고정체 내에서 회전시 서로 간의 마찰을 최소화하여 터빈로터(100)의 회전은 원활하도록 유도하면서도 가스의 누설을 방지하기 위하여 터빈의 다이아프램(200)과 터빈로터(100) 사이에 장착되는 래비린스 실링장치(300)를 3D프린팅을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 래비린스 실링장치(300)는 링형상의 몸체(310)와, 상기 링형상의 몸체(310)의 일면에 돌출되는 래비린스부(320)로 이루어져 있다.
본 발명의 래비린스 실링장치(300)는 링형상의 몸체(310)는 원심주조 또는 링밀로 제조하고, 래비린스부(320)는 3D프린팅에 의해 제조하는 것이다.
이때, 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320)는 레이저 클래딩 또는 브레이징 중 택일하여 접합함으로써 서로 견고한 결합관계를 가질 수 있을 것이다.
상황에 따라 다른 접합방식을 사용할 수도 있다.
특히, 본 발명에서 링형상의 몸체(310)는 스테인리스 재질로 제조하고, 래비린스부(320)는 스테인리스 재질과 다른 이종의 재질로 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에서 래비린스부(320)를 아래와 같은 방법으로 제조함으로써 래비린스부(320)를 3D프린팅에 의해 더욱 편리하게 제작함과 더불어 제작된 래비린스부(320)를 링형상의 몸체(310)에 견고하게 접합할 수도 있다.
링형상의 몸체(310)의 형상은 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 몸체(310)에 대응되는 다이아프램(200)의 형상에 따라 다양한 형상을 제조되어야 할 것이다.
도 5는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 또 다른 실시에 따른 본 발명의 래비린스부(320)는 판재형상의 베이스(321)와, 상기 베이스(321)의 일면에 돌출되는 투쓰부(322)로 제조하도록 한다.
상기 투쓰부(322)의 형상도 솔형태로 제작하거나 복 수개의 얇은 판재형상 등 다양한 형상으로 변형하여 제조할 수도 있다.
이렇게 제조된 래비린스부(320)는 링형상의 몸체(310)에 래비린스부(320)의 베이스(321)가 접촉되도록 한 후, 브레이징 또는 레이저 클래딩과 같은 접합방식으로 접합함으로써 래비린스부(320)와 링형상의 몸체(310)는 견고한 결합관계를 가질 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 래비린스부(320)의 베이스(321)를 링형상의 몸체(310)와 동일 재질로 제조함으로써 본 발명의 래비린스부(320)와 링형상의 몸체(310)는 견고한 결합관계를 가질 수 있을 것이다.
상기 투쓰부(322)는 터빈로터(100)의 재질이나 형상 또는 터빈로터(100)의 성능에 따른 사양에 맞추어 베이스(321)와 다른 이종재질 중 하나를 택일하여 제조할 수도 있다.
한편, 상기 래비린스부(320)와 몸체(310)의 더욱 견고한 결합관계를 가지기 위해서 상기 베이스(321)와 몸체(310)의 서로 접촉하는 일면 중 어느 한 면에는 돌출부(도면 미도시)를 형성하고, 다른 일면에는 상기 돌출부에 대응하는 홈부(도면 미도시)를 형성하여 조립블록처럼 조립하여 브레이징으로 결합할 수도 있을 것이다.
본 발명의 래비린스부(320)의 몸체(310) 및 래비린스부(320)의 상세한 구성으로서의 베이스(321)와 투쓰부(322)는 본원발명의 권리범위에 속하는 범위 내에서 다양한 형상으로 변형 또는 제작가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 래비린스부를 3D프린팅으로 제작하기에 사용환경에 따라 래비린스부의 형태를 다양하게 제작할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
100. 터빈로터
200. 다이아프램
300. 래비린스 실링장치
310. 래비린스 몸체
320. 래비린스부 321. 베이스 322. 투쓰부
1. 로터부 2,20. 케이싱
3. 다이아프램 5. 래비린스형 실링장치
6. 투쓰
200. 다이아프램
300. 래비린스 실링장치
310. 래비린스 몸체
320. 래비린스부 321. 베이스 322. 투쓰부
1. 로터부 2,20. 케이싱
3. 다이아프램 5. 래비린스형 실링장치
6. 투쓰
Claims (5)
- 터빈로터(100)와 같은 회전체가 다이아프램(200)과 같은 고정체 내에서 회전시 서로 간의 마찰을 최소화하여 터빈로터(100)의 회전은 원활하도록 유도하면서도 가스의 누설을 방지하기 위하여 터빈의 다이아프램(200)과 터빈로터(100) 사이에 장착되는 래비린스 실링장치 제조방법에 있어서,
상기 래비린스 실링장치(300)는 링형상의 몸체(310)와, 상기 링형상의 몸체(310)의 일면에 돌출되는 래비린스부(320)로 이루어져 있되, 상기 링형상의 몸체(310)는 원심주조 또는 링밀로 제조하고, 상기 래비린스부(320)는 3D프린팅에 의해 제조하는 것으로,
상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320)는 레이저 클래딩 또는 브레이징 중 택일하여 접합함으로써 서로 견고한 결합관계를 가질 수 있도록 상기 링형상의 몸체(310)는 스테인리스 재질로 제조하고, 래비린스부(320)는 스테인리스 재질과 다른 이종의 재질로 제조할 수 있도록 하되,
상기 래비린스부(320)는 판재형상의 베이스(321)와, 상기 베이스(321)의 일면에 돌출되는 투쓰부(322)로 제조하여 링형상의 몸체(310)에 래비린스부(320)의 베이스(321)가 접촉되도록 한 후, 레이저 클래딩 또는 브레이징으로 접합하는 것으로, 상기 래비린스부(320)의 베이스(321)는 링형상의 몸체(310)와 동일 재질로 제조하고, 투쓰부(322)는 베이스(321)와 다른 이종의 재질로 제조하며,
상기 래비린스부(320)와 몸체(310)의 견고한 결합관계를 가지기 위해서 상기 베이스(321)와 몸체(310)의 서로 접촉하는 일면 중 어느 한 면에는 돌출부를 형성하고, 다른 일면에는 상기 돌출부에 대응하는 홈부를 형성하여 조립블록처럼 조립하여 브레이징으로 결합하는 것이 특징인 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법.
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