KR102517064B1 - 3d프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명 3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 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 제조하되, 상기 링형상의 몸체와 래비린스부 사이에는 접합력 향상을 위하여 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재 와이어의 조성과 유사한 본드층을 적층하는 것이 특징인 3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 원심주조 또는 링밀에 의해 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부(또는 투쓰)는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 3D프린팅시 링형상의 몸체와 투쓰사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 금속분말의 최적 조성물을 제시함으로써 조직의 미세화와 더불어 융착불량감소와 접합력 향상을 기대할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법{Manufacturing method of labyrinth sealing device for additive manufacturing martensitic stainless steel by 3D printing}
본 발명은 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈의 다이아프램과 터빈로터 사이에 장착되는 패킹링(Packing Ring)의 래비린스 실링장치를 제조하는데 있어서 몸체는 링밀 또는 원심주조로 제조하고 돌출부인 래비린스부는 3D프린팅을 이용하여 적층 시, 래비린스부를 3D프린팅을 이용하여 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 터빈의 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 주요원인이므로 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.
다시 말해, 가스터빈의 성능향상을 위해 회전부와 정지부 사이에서 발생되는 누설유동을 억제하여 손실을 줄이려는 노력이 지속되고 있다. 래비린스 실은 가스터빈의 2차 유동 시스템에 적용되는 매우 중요한 기술 중 하나이며, 회전부품과 정지부품 사이에 생기는 간극에서 큰 압력구배가 존재할 때 생기는 누설유동을 줄이기 위해 적용된다. 누설유동을 감소시키기 위한 최신 기술들이 지속적으로 발달되어 왔음에도 불구하고 비교적 고전적인 기법인 래비린스 실은 단순한 구조, 내열성, 넓은 압력 범위에서 적용될 수 있다는 이유로 여전히 널리 쓰이고 있다.
회전 블레이드 팁 실에 적용되는 래비린스 실은 여러 개의 투쓰를 설치하여 유동 저항을 증가시킴으로써 기밀성능을 최대화시키는 방식으로 설계가 이루어진다.
수십 년 동안 가스터빈 성능 향상에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따라 래비린스 실에 대한 정확한 누설유동 예측 또한 중요성이 대두되고 있다. 래비린스 실의 기밀특성은 팁 투쓰 개수, 팁 형상, 팁 간극에 따라 달라진다. 또한 실제엔진 구동 시 발생하는 열팽창과 원심력에 의해 팁 간극, 팁형상이 엔진 작동조건에 따라 달라진다. 따라서 래비린스실을 적용하기에 앞서 다양한 팁 형상의 매개변수 및 유동조건에서의 기밀특성에 대한 데이터 구축을 하는 것은 필수적이다.
그러나 가스터빈에 적용되는 래비린스 실에 대한 국내 연구는 드문 실정이고, 해외에서도 제한적인 형상과 압력비에 대한 연구 결과만 공개된 실정이며, 특히 래비린스 실의 투쓰를 제조시 본 발명에서 제시한 3D프린트를 통한 제조방법을 제시하는 것에 대해서는 전무한 실정이다.
즉, 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.
대한민국 등록특허공보 제10-0876603호(등록일자 2008년 12월 23일) 대한민국 등록특허공보 제10-1442739호(등록일자 2014년 09월 15일) 대한민국 등록특헝공보 제10-1449473호(등록일자 2014년 10월 02일) 대한민국 등록특헝공보 제10-1546385호(등록일자 2015년 08월 17일) 대한민국 등록특헝공보 제10-1950924호(등록일자 2019년 02월 15일) 대한민국 등록특헝공보 제10-2293186호(등록일자 2021년 08월 18일)
논문 : 가스터빈 래비린스 실 기초연구 동향(Basic Research Trends on Labyrinth Seal of Gas Turbine), 이수인, 경영준, 김동형, 곽재수(한국유체기계학회 논문집 제23권 제1호 pp32~39)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 3D프린팅시 사용되는 금속분말의 최적 조성물을 제시함으로써 조직의 미세화와 더불어 융착불량감소와 접합력 향상을 기대할 수 있는 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명 3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 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 제조하되, 상기 링형상의 몸체와 래비린스부 사이에는 접합력 향상을 위하여 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재 와이어의 조성과 유사한 본드층을 적층하는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 원심주조 또는 링밀에 의해 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부(또는 투쓰)는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 3D프린팅시 링형상의 몸체와 투쓰사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 금속분말의 최적 조성물을 제시함으로써 조직의 미세화와 더불어 융착불량감소와 접합력 향상을 기대할 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 3D프린팅 적층시 링형상의 몸체와 래비린스부 사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
도 6은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
도 7은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 3D프린팅 적층시 링형상의 몸체와 래비린스부 사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 래비린스 실링장치의 단면 개요도.
본 발명 3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 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 제조하되, 상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320) 사이에는 접합력 향상을 위하여 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재 와이어의 조성과 유사한 본드층(400)을 적층하는 것이 특징이다.
상기 래비린스부(320)의 3D프린팅은 금속분말 또는 금속재의 와이어를 레이저 클래딩을 통해 적층하는 것이 특징이다.
그리고 상기 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재의 와이어 STS410 또는 STS410A에 포함되는 것이 특징이다.
또한, 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재의 와이어는 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 1.00% 이하, 망간(Mn) 1.00% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 16.00% 이하, 크롬(Cr) 11.50∼13.50%, 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함하는 것이 특징이다.
또는, 상기 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재의 와이어는 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 1.00% 이하, 망간(Mn) 1.00% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 16.00% 이하, 크롬(Cr) 13.00∼15.00%, 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 본드층(400)은 0.01∼5mm 사이로 적층하는 것이 특징이다.
또한, 상기 본드층(400)의 조성은 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 0.90% 이하, 망간(Mn) 2.50% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 6∼20%, 크롬(Cr) 10∼30%, 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함되는 것이 특징이다.
이하, 본 발명 3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 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 종래기술에 기술되어 있는 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 단면도, 도 5는 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 3D프린팅 적층시 링형상의 몸체와 래비린스부 사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 래비린스 실링장치의 단면 개요도이다.
도 3 내지 도 5에 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 일체로 제작되지 않고 각각 별도의 다른 방법으로 제작되는 것으로, 링형상의 몸체(310)에 직접 3D프린팅을 통해 래비린스부(320)를 적층할 수도 있으며, 또 다르게는 별도로 3D프린팅을 통해 래비린스부(320)를 제작한 후 링형상의 몸체(310)에 접합할 수도 있을 것이다.
래비린스부(320)의 3D프린팅은 금속분말 또는 금속재의 와이어를 레이저 클래딩과 같은 적층방식에 의해 서로 간의 견고한 체결 또는 접합은 필수적으로 이루어져야 한다.
가스터빈과 같은 초고온용 부품에는 스테렌리스강 중 오스테나이트계와 페라이트계에 비해 내식성은 떨어지나 대기중에서는 쉽게 산화되지 않으며, 경화성을 가지고 있기에 마르텐사이트계가 사용되고 있다.
STS는 철(Fe)에 상당량의 크롬(보통 12%)을 넣어서 녹이 잘 슬지 않도록 만들어진 강으로 여기에다 필요에 딸 탄소(C), 니켈(Ni), 규소(Si), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo) 등을 포함하는 복합한 성분을 가지고 있는 합금강이다.
특히, STS 중 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재의 와이어이 조성은 내열성과 내식성 및 인성이 우수한 STS410 또는 STS410S에 포함되도록 한다.
본 발명에서 3D프린팅시 사용되는 STS410계의 금속분말 또는 금속재의 와이어는 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 1.00% 이하, 망간(Mn) 1.00% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 16.00% 이하, 크롬(Cr) 11.50∼13.50%, 나머지는 철과 불순물을 포함하도록 한다.
또 다른 실시 예로서는 3D프린팅시 사용되는 STS410S계의 금속분말 또는 금속재의 와이어는 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 1.00% 이하, 망간(Mn) 1.00% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 16.00% 이하, 크롬(Cr) 13.00∼15.00%, 나머지는 철과 불순물을 포함하도록 한다.
특히, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320) 사이에는 접합력 향상을 위하여 링형상의 래비린스 몸체(310)의 상면에 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재 와이어의 조성과 유사한 본드층(400)을 형성한 후, 상술한 금속분말 또는 금속재 와이어를 적층하도록 한다.
상기 본드층(400)은 0.01∼5mm 사이로 적층하도록 한다.
상기 본드층(400)은 레이저 클래딩과 같은 적층방식으로 적층하도록 한다.
본드층(400)의 조성은 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 0.90% 이하, 망간(Mn) 2.50% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 6∼20%, 크롬(Cr) 10∼30%, 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함되도록 한다.
한편, 본 출원인은 상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320)는 레이저 클래딩을 통한 적층 시 링형상의 몸체(310) 또는 적층분말에 초음파 진동을 가하여 접합하였다.
초음파 진동은 2KHz∼100MHz 사이로 하도록 한다.
더욱 상세하게는, 최적의 초음파를 적층부에 전달하기 위해서 적층부로부터 0.5∼2000mm 이내 떨어진 곳에 진동자(도면 미도시)를 부착하여 모재인 링형상의 몸체(310)에 진동을 주면서 레이저 클래딩을 통한 적층을 수행한다.
즉, 진동자는 용접되는 지점으로부터는 0.5∼2000mm 이내 떨어진 링형상의 몸체(310)의 표면에 접촉시키도록 한다.
상술한 바와 같이 초음파 진동과 동시에 레이저 클래딩을 통해 적층할 경우 장점은 적층부에 기공율을 0.01% 이하로 감소시킴과 동시에 결정립의 크기를 기존 레이저 클래딩 보다 50% 이하로 작게 하기 때문에 기계적 특성(경도, 강도, 마모, 피로, 크리프)이 증가하는 장점이 있다
그리고 상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320)의 더욱 견고한 접합관계를 이루기 위하여 링형상의 몸체(310) 또는 적층분말에 원적외선을 가할 수도 있다.
용융 온도가 높은 인코넬 초내열 소재의 경우 응고속도를 조절하기 위해 원적외선 히터 파장은 10∼1000마이크론(㎛)을 사용하여 모재의 온도를 25∼900℃ 내로 유지하면서 레이저 클래딩 적층을 수행하도록 한다.
한편, 본 발명에서 링형상의 몸체(310)는 스테인리스 재질로 제조하고, 래비린스부(320)는 스테인리스 재질과 다른 이종의 재질로 제조할 수 있다.
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 6은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 래비린스 실링장치의 단면 개요도, 도 7은 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법의 또 다른 실시에 따른 3D프린팅 적층시 링형상의 몸체와 래비린스부 사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 래비린스 실링장치의 단면 개요도이다.
도 6에 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, 레이저 클래딩과 같은 적층 또는 접합방식으로 적층 또는 접합함으로써 래비린스부(320)와 링형상의 몸체(310)는 견고한 결합관계를 가질 수 있을 것이다.
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.
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 레이저 클래딩과 방식으로 적층 또는 접합하여 결합할 수도 있을 것이다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320) 사이에는 접합력 향상을 위하여 링형상의 래비린스 몸체(310)의 상면에 3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재 와이어의 조성과 유사한 본드층(400)을 형성한 후, 상술한 금속분말 또는 금속재 와이어를 레이저 클래딩과 같은 적층 또는 접합방식으로 적층 또는 접합할 수도 있을 것이다.
상기 본드층(400)은 역시 0.01∼5mm 사이로 적층하도록 하며, 본드층(400)의 조성은 상술한 바와 같은 동일한 조성으로 이루어지도록 한다.
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.
즉, 본 발명에서 래비린스 실링장치(300)는 링 형상의 래비린스 몸체(310)를 원심주조 또는 링밀에 의해 제작하고, 상기 래비린스 몸체(310)의 표면에 3D프린팅에 의해 래비린스부(320)를 적층하거나, 래비린스부(320)를 별도로 3D프린팅에 의해 제작한 후, 래비린스 몸체(310)에 접합할 수 있을 것이다.
이때, 적층 또는 접합의 방식으로 레이저 클래딩을 이용하도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명 3D프린팅을 이용한 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법은 원심주조 또는 링밀에 의해 링형상의 몸체를 제작한 후, 상기 링형상의 몸체에 돌출되는 래비린스부(또는 투쓰)는 3D프린팅으로 제작함으로써 소재와 가공비를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 3D프린팅시 링형상의 몸체와 투쓰사이의 접합력 향상을 위하여 본드층을 적층하는 금속분말의 최적 조성물을 제시함으로써 조직의 미세화와 더불어 융착불량감소와 접합력 향상을 기대할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
100. 터빈로터
200. 다이아프램
300. 래비린스 실링장치
310. 래비린스 몸체
320. 래비린스부 321. 베이스 322. 투쓰부
400. 본드층
1. 로터부 2,20. 케이싱
3. 다이아프램 5. 래비린스형 실링장치
6. 투쓰

Claims (7)

  1. 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 원심주조 또는 링밀로 제조되는 링형상의 몸체(310)와, 상기 링형상의 몸체(310)의 일면에 3D프린팅에 의해 적층되어 돌출되는 래비린스부(320)로 이루어져 있되, 상기 래비린스부(320)는 판재형상의 베이스(321)와, 상기 베이스(321)의 일면에 돌출되는 투쓰부(322)로 제조되고, 상기 링형상의 몸체(310)와 래비린스부(320) 사이에는 접합력 향상을 위하여 0.01∼5mm 사이의 본드층(400)을 적층하는 것으로,
    상기 래비린스부(320)의 3D프린팅은 금속분말 또는 금속재의 와이어를 레이저 클래딩을 통해 적층하되, 레이저 클래딩시 2KHz∼100MHz 사이의 초음파 진동과 10∼1000마이크론(㎛)의 원적외선 파장을 사용하여 모재의 온도를 25∼900℃ 내로 유지하면서 레이저 클래딩 적층을 수행하며,
    3D프린팅시 사용되는 금속분말 또는 금속재의 와이어는 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 1.00% 이하, 망간(Mn) 1.00% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 16.00% 이하, 크롬(Cr) 11.50∼13.50%, 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함하거나 또는 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 1.00% 이하, 망간(Mn) 1.00% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 16.00% 이하, 크롬(Cr) 13.00∼15.00% , 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함하는 것이며,
    상기 본드층(400)의 조성은 중량비로 탄소(C) 0.15% 이하, 규소(Si) 0.90% 이하, 망간(Mn) 2.50% 이하, 인(P) 0.040% 이하, 황(S) 0.030% 이하, 니켈(Ni) 6∼20%, 크롬(Cr) 10∼30%, 나머지는 철(Fe)과 불순물을 포함되는 것이 특징인 3D프린팅에 의한 마르텐사이트 스테인리스 스틸을 적층하는 터빈의 래비린스 실링장치 제조방법.
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