KR19990063333A - 비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 밀봉하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 밀봉하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 밀봉하기 위한 개량된 방법을 제공하는 것이며, 이 방법과 더불어 포함된 구성요소의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 이 방법을 실행하기 위한 장치가 소개되어 있다. 본 발명에 따라, 이러한 목적은 상이한 원주 속도를 갖는 작동 유체 (18) 의 유동층 (35, 36) 은 초킹 작용 후에 높은 원주 속도를 갖는 제 1 부분 유동 (35') 과 낮은 원주 속도를 갖는 제 2 부분 유동 (36') 로 분할되며, 이 제 1 부분 유동 (35') 은 단지 편향되며, 오직 제 2 부분 유동만이 소용돌이쳐 최종적으로 편향된 제 1 부분 유동 (35') 에 평행하게 이 제 1 부분 유동내로 향하게 된다. 이에 따라, 초크점 (22) 의 대향면 (24) 은 작동 유체 (18) 를 위한 유동 디바이더로 되어 있다. 와류실 (23) 은 유동 디바이더 (24) 에 인접하며, 다음의 밀봉요소 (21) 를 위한 공급관 (29) 보다 더 상류에 배열된다.

Description

비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 밀봉하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 청구항 1 의 서문에 따라, 비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 이 분리 갭으로 허용된 작동 유체의 통과 유동으로부터 밀봉하기 위한 방법 및 청구항 3 의 서문에 따라 이 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
유체-유동 기계장치의 구성에서, 레비린스, 즉 비접촉식 운동 실은 종종 고속으로 회전하는 구성요소를 밀봉하는데 사용된다. 복수의 매우 다양한 래비린스 실이 공지되어 있지만, 이들의 작동 원리는 항상 래비린스를 통과하는 유체 유량을 최소화하는데 기초하고 있다. 이에 따라, 이 실들은 회전자와 고정자 간에 형성되어 있으면서 밀봉되어야 하는 분리 갭을 위해 동일한 구성으로 되어 있으면서 작동 유체의 유동 방향으로 차례로 배열된 복수의 밀봉요소를 갖는다. 각각의 밀봉요소는 하나 이상의 하류로 인접한 와류실과 초크점으로 구성되며, 이 초크점과 와류실은 매우 다른 래비린스 실에서 다소 크게 두드러져 있다. 밀봉요소를 일렬로 배열함으로써 유동 저항이 원하는대로 증가될 수 있어 밀봉을 통과하는 유량은 소량으로 유지될 수 있다.
뒤쎌도르프에 소재하는 VDI-Verlag GmbH 의 케이 트루트노브스키 (K. Trutnovsky) 에 의해 1981년에 발표된 교본 “Beruhrungsfreie Dichtungen”의 4판, ISBN-18-400490-2 의 244 내지 245쪽의 도 4-58 및 도 4-59에는 초크점의 정반대편 표면에 특수한 유체공학적 설계가 제공된 래비린스 실이 소개되어 있다. 따라서, 이 표면은 중공 구상면 또는 곡선 니치 (niche) 에 인접한 원뿔형 확장부를 갖는다. 따라서, 다음의 초크점 까지 유동 경로를 연장시킬 수 있으며, 또한 갭을 통과하는 곧은 유동 필라멘트의 슈팅 (shooting) 을 방지할 수 있음으로써, 밀봉을 통과하는 유체 유량은 결국 더 감소될 수 있다.
공지된 래비린스 실에서, 상당한 마찰력이 분리 갭의 유동 경계층을 형성함으로써 발생되며, 이 분리 갭을 통해 유체는 회전 구성요소와 고정 구성요소 사이에서 유동한다. 이는 분리 갭에서 작동 유체의 가열을 유발하며, 또한 이 분리 갭을 둘러싼 구성요소의 가열을 유발한다. 이에 따라, 재료의 온도는 비교적 고온으로 증가되며, 이에 따라 사용된 구성요소의 감소된 수명을 야기시킨다. 또한, 초크점에서 분리 갭을 통과하는 작동 유체의 편향과 소용돌이로 인해 높은 펄스와 열교환으로 결합된 작동 유체의 연속적 상호 혼합이 발생한다. 초크점의 하류로, 각각의 경우에 작동 유체는 회전 구성요소에서 원주 방향으로 다시 가속되어야 함으로써 이 영역에서의 마찰력과 열 향상은 계속해서 증가한다.
따라서, 모든 이러한 단점을 방지하고자 시도하여, 본 발명의 하나의 목적은 비접촉식으로 고정자와 회전자 간에 형성된 분리 갭을 밀봉하기 위한 향상된 방법을 제공하며, 이 방법을 사용해서 관련 구성요소의 수명은 증가될 수 있다. 또한 이 방법을 실행하기 위한 장치가 제시될 것이다.
본 발명에 따라, 비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 이 분리 갭으로 유입되는 작동 유체의 통과 유동으로부터 밀봉하기 위한 방법에 있어서, 이는 작동 유체의 유동층이 초킹 작용 후에 높은 원주 속도를 갖는 제 1 부분 유동과 낮은 원주 속도를 갖는 제 2 부분 유동으로 분할된다는 점으로부터 획득될 수 있다. 제 1 부분 유동은 단순히 편향되기만 하며, 오직 제 2 부분 유동만이 소용돌이쳐 결국에는 제 1 부분 유동 내부로 이 편향된 제 1 부분 유동에 대해 평행하게 안내된다. 이에 따라, 초크점의 하류로 작동 유체가 충돌하는 정반대편 표면은 이 작동 유체를 위한 유동 디바이더로 되어 있다. 와류실은 주 유동 방향에 대해 정반대편 방향으로 유동 디바이더에 인접한다. 반면에, 다음의 밀봉요소를 위한 공급관 또는 배출관이 배열되어 주 유동 방향에서 유동 디바이더에 인접한다. 또한 와류실은 이 와류실에 인접한 분리 갭 보다 더 큰 내면을 갖는다.
유동을 분할함으로써, 즉 회전자의 회전 벽에 형성되어 있으면서 비교적 높은 원주 속도를 갖는 유동층으로부터 고정자의 고정 벽에 형성되어 있으면서 비교적 낮은 원주 속도를 갖는 유동층을 두 개의 부분 유동으로 분리함으로써, 층들 간의 펄스와 열교환 뿐만 아니라 마찰력이 감소될 수 있다. 낮은 원주 속도를 갖는 제 2 부분 유동은 유동 디바이더에 의해 와류실 내부로 잘려나가 여기서 소용돌이 친다. 공정에서 획득된 압력 감소는 래비린스의 밀봉 효과를 증가시킨다. 와류실에서, 제 2 부분 유동의 작동 유체는 고정자의 둘레 벽에 대해 약간의 마찰 열을 발산한다. 반대로, 높은 원주 속도를 갖는 제 1 부분 유동은 유동 디바이더에 의해 편향되기만 함으로써, 이 제 1 부분 유동은 크게 방해 받지않고 분리 갭을 통과해서 유동할 수 있다. 이에 따라, 마찰력과 별도로 회전자의 회전 벽 내부로의 열전달은 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 그에 상응하는 장치를 사용해서, 한편으로는 종래 기술과 비교가능한 밀봉 효과에 있어서 회전자내로 전개하는 마찰력 및 회전자내로의 열유동이 최소화될 수 있으며, 그리고 다른 한편으로는 비교가능한 회전자의 열부하에 있어서 향상된 밀봉 효과가 획득될 수 있다.
차례로 이어져 배열된 두 개 이상의 밀봉요소에 의해, 작동 유체에서 상이한 원주 속도를 갖는 유동층의 형성, 이에 수반하는 작동 유체의 초킹 작용, 이에 수반하는 상이한 원주 속도를 갖는 두 개의 부분 유동으로의 유체의 분할 및 편향된 제 1 부분 유동으로의 제 2 부분 유동의 평행한 유도 뿐만 아니라 이에 수반하는 제 1 부분 유동의 계속되는 편향과 제 2 부분 유동만의 소용돌이는 이러한 순서로 차례차례 두 번 이상 실행된다. 따라서, 분리 갭의 밀봉은 더욱 향상될 수 있다.
특히 효과적인 방법으로, 유동 디바이더는 회전자의 두 개 이상의 단면으로 구성되며, 이 단면들은 분리 갭내로 돌출한 융기된 접촉 에지를 갖는다. 따라서, 비교적 단순하고 비용 효율적인 유동 디바이더의 구성이 확보된다.
또한, 만약 와류실이 작동 유체의 주 유동 방향에 대해 45°±20°의 각도 α로 형성된다면 특히 효과적이다. 이에 따라 초크점 하류의 분리 갭의 급작스러운 단면 확장을 야기함으로써 낮은 원주 속도를 갖는 제 2 부분 유동의 와류 형성이 증대된다. 이에 따라, 밀봉요소의 향상된 밀봉 효과가 달성될 수 있다.
공급관과 배출관은 갭 폭을 가지며, 초크점은 틈새 폭을 갖고, 갭 폭은 항상 초크점의 틈새 폭 보다 더 크도록 되어 있다. 따라서, 밀봉요소의 밀봉 효과는 분리 갭의 갭 폭의 변화와 비교적 무관하다.
마지막으로, 밀봉요소는 유체-유동 기계장치에 배열되어 있으며, 초크점은 유체-유동 기계장치에 대해 축방향으로, 방사상으로 또는 대각선으로 형성된다. 따라서, 효과적으로 본 발명에 따른 해결책은 비교적 넓은 적용 범위를 갖는다.
본 발명에 다른 실시예에서, 회전자는 방사형 압축기의 압축기 임펠러로 되어 있으며, 고정자는 방사형 압축기의 중간 벽으로 되어 있고, 이 중간 벽은 기계장치의 측부 상에서 압축기 입펠러를 차단시킨다. 밀봉요소는 압축기 임펠러의 후방 벽과 중간 벽 간에 배열되며, 초크점은 방사형 압축기의 기계장치의 축선에 대해 평행하게 배열된다. 방사형 압축기의 후방 벽에서의 약 500m/s 의 높은 원주 속도로 인해, 해당 구성요소의 수명에 있어서의 또는 밀봉에 있어서의 장치의 포지티브 효과가 특히 두드러진다.
도 1 은 종래 기술의 방사형 압축기를 통한 부분 종단면도.
도 2 는 나란히 배열된 본 발명에 따른 두 개의 밀봉 구성요소의 개략도.
도 3 은 본 발명에 따른 래비린스 실을 갖는 도 1 에 따른 방사형 압축기의 확대 상세도.
도 4 는 기계장치 축선에 대해 대각선으로 배열된 초크점을 갖는 도 3 에 따른 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 방사형 압축기 2: 베어링 케이싱
3: 축 4: 기계장치의 축선
5: 압축기 케이싱 6: 회전자, 압축기 임펠러
7: 가동 블레이드 8: 허브
9: 유동관 10: 확산기
11: 축 단부 12: 관통 구멍
13: 후방 벽 14: 체결 소켓
15: 고정자, 중간 벽 16: 분리 갭
17: 래비린스 실 18: 작동 유체, 대기
19: 중간 공간 20: 주 유동 방향
21; 밀봉요소 22: 초크점
23: 와류실 24: 대향면, 유동 디바이더
25: 제 1 단면 26: 제 2 단면
27: 접촉 에지 28: 내부면
29: 공급관 30: 배출관
31: 스텝 32: 밀봉 핑거
33: 공급관 또는 배출관의 갭 폭 34: 초크점의 틈새 폭
35: 유동층 (높은 원주 속도) 36; 유동층 (낮은 원주 속도)
35': 제 1 부분 유동
본 발명의 더욱 완전한 이해 및 많은 부가적 장점은 터보차저의 방사형 압축기의 압축기 입펠러 후방 벽 상에 배열된 래비린스 실 (labyrinth seal) 의 첨부 도면과 병행해서 고려될 때 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱더 완전하게 이해됨과 동시에 점차적으로 획득될 것이다.
본 발명을 이해하는데 필수적인 구성요소만이 도시되어 있다. 예를 들어, 래비린스 밀봉을 통과하는 작동 유체의 배출용 라인, 터빈 측부 및 터보차저의 베어링 장치는 도시되어 있지 않다. 작동 매체의 유동 방향은 화살표로 지정되어 있다.
지금부터 도면에 대해 언급하면, 여기서 같은 도면 부호는 여러 도면에 걸쳐 동일하거나 또는 그에 상응하는 부분을 나타내며, 도 1 에만 부분적으로 도시된 종래 기술의 배기가스 터보차저는 베어링 케이싱 (2) 내에 지지된 축 (3) 에 의해 상호 연결된 방사형 압축기 (1) 와 배기가스 터빈 (도시되지 않음) 으로 구성된다. 배기가스 터보차저의 방사형 압축기 (1) 는 축 (3) 에 위치한 기계장치의 축선 (4) 을 갖는다. 압축기 케이싱 (5) 이 설치되어 압축기 임펠러로 되어 있는 회전자 (6) 가 축 (3) 에 회전가능하게 연결된다. 압축기 임펠러 (6) 는 복수개의 가동 블레이드 (7) 로 세트된 허브 (8) 를 갖는다. 유동관 (9) 은 허브 (8) 와 압축기 케이싱 (5) 간에 형성된다. 가동 블레이드 (7) 의 하류로 방사상으로 배열된 날개가 있는 확산기 (10) 는 유동관 (9) 에 인접하며, 이 확산기 (10) 는 계속해서 방사형 압축기 (1) 의 나선부 (도시되지 않음) 내로 유도된다.
축 (3) 의 단부 (11) 를 수용하는 중앙 관통 구멍 (12) 은 허브 (8) 내에 형성된다. 터빈측 상에서, 허브 (8) 는 축 단부 (11) 를 위한 후방 벽 (13) 과 체결 소켓 (14) 을 가지며, 이 축 단부와 체결 소켓 (14) 은 상호 스크류 체결된다. 물론, 예컨대 관통 구멍 (13) 없는 또 다른 적절한 압축기 임펠러/축 연결이 선택될 수도 있다. 마찬가지로, 날개가 없는 확산기의 사용도 가능하다.
베어링 케이싱 (2) 과 압축기 케이싱 (5) 은 중간 벽으로 되어 있으면서 또한 압축기 임펠러 (6) 의 허브 (8) 의 체결 소켓 (14) 을 수용하는 고정자 (15) 에 의해 상호 분리되어 있다. 기계장치의 축선 (4) 에 대해 주로 방사상으로 배열된 분리 갭 (16) 은 작동 중에 회전하는 압축기 임펠러 (6) 의 후방 벽 (13) 과 고정된 중간 벽 (15) 간에 위치된다. 분리 갭 (16) 은 콤 래비린스 (comb labyrinth)로 되어 있으면서 이 분리 갭으로 허용된 방사형 압축기 (1) 의 작동 유체 (18) 의 통과 유동으로부터 분리 갭 (16) 을 밀봉하기 위한 래비린스 실 (17) 을 수용한다. 래비린스 실 (17) 의 하류로, 분리 갭 (16) 은 계속해서 배출 라인 (도시되지 않음) 에 연결된 중간 공간 (19) 과 소통한다.
이러한 적절한 길이의 래비린스 실이 사용될 때, 오직 작동 유체 (18) 의 소정의 소량 유동만이 실을 통해서 중간 공간 (19) 으로 통과할 수 있다. 이 유체 (18) 는 결국에는 중간 공간 (19) 에 인접한 배출 라인을 경유해서 제거된다.
그 반대로, 본 발명에 따른 해법의 래비린스 실 (17) 은 래비린스 실 (17) 을 통해서 유동하는 작동 유체 (18) 의 주 유동 방향 (20) 으로 차례로 배열되어 있으면서 각각의 경우에 초크점 (22), 와류실 (23) 및 대향면 (24) 을 갖는 복수의 밀봉요소 (21) 로 구성되며, 이 대향면은 중간 벽 (15) 에 위치되고, 이 대향면 상에서 작동 유체 (18) 는 초크점 (22) 의 하류에 충돌한다. 대향면 (24) 은 작동 유체 (18) 를 위한 유동 디바이더로 되어 있다. 이 대향면은 각각의 경우에 상이한 반경 상에 배열되어 있으면서 분리 갭 (16) 내로 돌출하는 공통의 융기된 접촉 에지 (27) 를 갖는 중간 벽 (15) 의 두 개의 곡선 단면 (25, 26) 으로 구성된다.
유동 디바이더 (24) 를 정확하게 위치시키기 위해, 초크점 (22) 의 하류의 작동 유체 (18) 의 충돌점이 결정되어야 하며, 이 경우에 상이하게 형성된 밀봉요소는 서로 다른 충돌점을 갖는다. 이에 따라, 그에 상응하는 유동 실험이 필요하며, 이 경우에 물론 유동 계산 방법도 효과적으로 사용될 수 있다.
와류실 (23) 은 유동 디바이더 (24) 에, 더욱 정확하게는 더 큰 반경 상에 배열된 이 디바이더의 제 2 단면 (26) 에 인접하며, 이 와류실은 그 자체로서 이 제 2 단면 보다 더 큰 반경 상에 배열된다. 또한, 와류실 (23) 에는 이 와류실 (23) 에 인접한 분리 갭 (16) 보다 더 큰 내면 (28) 이 제공되며, 작동 유체 (18) 의 주 유동 방향 (20) 에 대해 약 45°의 각도 α로 배열된다 (도 2). 이 와류실은 원형이지만 예컨대 주로 직사각형으로 도 3 에 도시된 바와 같이 또 다른 적절한 형태를 가질 수도 있다. 와류실 (23) 이 주 유동방향 (20) 에 대해 세트된 각도 α는 양 방향으로 20°정도 다를 수 있다. 물론, 더욱 큰 차이도 가능하지만, 그 효과는 적다. 마찬가지로, 두 개의 단면 (25, 26) 은 직선으로 이루어질 수 있다 (도 3).
분리 갭 (16) 은 각각의 밀봉요소 (21) 의 상류로 근본적으로 방사상으로 향해 있는 공급관 (29) 및 마지막 밀봉요소 (21) 의 하류로 근본적으로 방사상으로 향해 있는 배출관 (30) 으로 되어 있다. 각각의 공급관 (29) 및 배출관 (30) 은 더 작은 반경 상에 배열된 제 1 단면 (25) 에 직접 인접한다.
초크점 (22) 은 축방향 갭으로 되어 있음으로써 각각의 공급관 (29) 은 축방향으로 편향된다. 이에 따라, 축방향으로 향해 있는 회전하는 스텝 (31) 은 각각의 초크점 (22) 을 위해 압축기 임펠러 (6) 의 후방 벽 (13) 상에서 형성되며, 이 스텝 (31) 은 이 스텝에 대해 평행하게 향해 있는 중간 벽 (15) 의 고정된 밀봉핑거 (32) 에 부합한다. 이 경우에, 이 밀봉핑거 (32) 의 폭은 회전하는 스텝 (31) 의 폭 보다 작게 될 수 있어, 이 경우에 모든 작동 상태에서 스텝 (31) 과의 충분한 오버랩이 확보되어야 한다. 물론, 밀봉핑거 (32) 대신에, 예컨대 밀봉 스트립 (sealing strip) 또는 브러쉬 실 (brush seal) (도시되지 않음) 이 사용될 수도 있다. 각각의 공급관 (29) 과 배출관 (30) 은 갭 폭 (33) 을 가지며, 이 갭 폭 (33) 은 틈새 폭 (34) 보다 항상 크게 되어 있다.
터보차저의 작동 중에, 압축기 임펠러 (6) 는 유동관 (9) 과 확산기 (10) 를경유해서 나사선내로 통과해서 이 나사선에서 압축됨으로써 터보차저에 연결된 내부 연소엔진 (도시되지 않음) 을 충전하는데 사용되는 작동 유체 (18) 로서의 대기를 유입시킨다. 유동관 (9) 으로부터 확산기 (10) 로 가는 도중에, 또한 대기 (18) 는 분리 갭 (16) 내로 유도되어, 공급관 (29) 을 경유해서 래비린스 실 (17) 내로, 즉 우선적으로 제 1 밀봉요소 (21) 로 통과한다.
한편으로는 압축기 임펠러 (6) 의 회전하는 후방 벽 (13) 과 다른 한편으로는 고정된 중간 벽 (15) 의 영향으로 인해, 비교적 낮은 원주 속도를 갖는 유동층 (36) 뿐만 아니라, 비교적 높은 원주 속도를 갖는 유동층 (35) 은 분리 갭 (16) 을 통과하는 대기 (18) 에 형성된다. 각각의 경우에 유동층 (35, 36) 은 그 구성을 위해 결정적인 분리 갭 (16) 의 벽 (13, 15) 에 집중된다.
분리 갭 (16) 의 폭 (33) 은 초크점 (22) 의 틈새 폭 (34) 보다 더 크도록 되어 있기 때문에, 벽 (13, 15) 과 접촉하는 경계층은 접촉하지 않음으로써 미세한 마찰력만이 발생해서 열의 마이너스 성장은 마찬가지로 저하된다. 또한, 밀봉요소 (21) 의 밀봉효과는 분리 갭 (16) 의 폭 (33) 의 변화와 비교적 무관하다.
초크점 (22) 의 영역에서, 대기는 축방향으로 편향되어 가속되며, 초크점 (22) 의 하류에서 중간 벽 (15) 상에 배열된 유동 디바이더 (24) 에 충돌한다. 진행중에, 상이한 원주 속도의 유동층 (35, 36) 은 그에 상응하게 상이한 원주 속도를 갖는 두 개의 독립된 부분 유동 (35', 36') 으로 분할된다. 더 작은 반경 상에 배열된 중간 벽 (15) 의 제 1 단면 (25) 은 높은 원주 속도를 갖는 제 1 부분 유동 (35') 을 다음의 밀봉요소 (21) 의 공급관 (29) 또는 배출관 (30) 으로 직접 편향시킨다. 다른 한편으로는, 더 큰 반경 상에 배열된 제 2 단면 (26) 은 낮은 원주 속도를 갖는 제 2 부분 유동 (36') 을 와류실 (23) 로 잘라 낸다. 우선, 제 2 부분 유동 (36') 은 우선 와류실에서 소용돌이 친 후, 제 1 부분 유동 (35') 에 평행하게 공급관 (29) 또는 각각 배출관 (30) 내부로 향하게 된다. 후방 벽 (13) 의 회전 운동으로 인해, 상이한 원주 속도의 두 개의 유동층 (35, 36) 의 형성은 작동 유체 (18) 의 혼합된 유동의 하류에서 다시 발생되며, 이 두 개의 유동 (35, 36) 은 합쳐져서 제 2 밀봉요소 (21) 에 대해 통과된다.
래비린스 실 (17) 의 구성에 따라, 즉 밀봉요소 (21) 의 수에 따라, 이미 언급된 작용은 반복된다. 마지막 밀봉 요소 (21) 의 하류로, 두 개의 부분 유동 (35', 36') 은 중간 공간 (19) 내로 운반되어, 최종적으로는 이 중간 공간으로부터 배출 라인에 의해 대기로 운반된다.
본 발명에 따른 장치는 물론 또 다른 유동 기계장치, 즉 가스 터빈, 증기 터빈, 또는 냉동기의 방사형 압축기에서 사용될 수 있다. 또한, 다른 작동 유체 (18) 의 사용도 가능하다. 또한, 분리 갭 (16) 은 기계장치의 축선 (4) 에 대해 방사상으로 배열될 수 있어, 초크점 (22) 은 방사상 갭 (도시되지 않음) 으로도 될 수 있다. 기계장치 축선 (4) 에 대해 방사상으로 배열된 분리 갭 (16) 과 기계장치 축선 (4) 에 대해 평행하게 배열된 분리 갭 (16) 의 경우 모두에 있어서, 초크점 (22) 은 그에 상응하는 유체-유동 기계장치의 기계장치 축선 (4) 에 대해 대각선으로 형성될 수 있다 (도 4). 여기서, 각각의 경우의 방법의 필수 단계는 이미 언급된 순서와 동일한 방법으로 진행한다.
명확하게, 본 발명의 다양한 적용 및 변형이 상기 설명의 측면에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위내에서 본 발명은 여기에 특정된 바와 다르게 실행될 수 있다.
본 발명은 종래 기술의 단점을 방지하고자 시도하여, 본 발명의 하나의 목적은 비접촉식으로 고정자와 회전자 간에 형성된 분리 갭을 밀봉하기 위한 향상된 방법을 제공하며, 이 방법을 사용해서 관련 구성요소의 수명은 증가될 수 있다. 또한 이 방법을 실행하기 위한 장치가 제시되어 있다.
본 발명에 따른 방법 및 그에 상응하는 장치를 사용해서, 한편으로는 종래 기술과 비교가능한 밀봉 효과에 있어서 회전자내로 전개하는 마찰력 및 회전자내로의 열유동이 최소화될 수 있으며, 그리고 다른 한편으로는 비교가능한 회전자의 열부하에 있어서 향상된 밀봉 효과가 획득될 수 있다.
차례로 이어져 배열된 두 개 이상의 밀봉요소에 의해, 작동 유체에서 상이한 원주 속도를 갖는 유동층의 형성, 이에 수반하는 작동 유체의 초킹 작용, 이에 수반하는 상이한 원주 속도를 갖는 두 개의 부분 유동으로의 유체의 분할 및 편향된 제 1 부분 유동으로의 제 2 부분 유동의 평행한 유도 뿐만 아니라 이에 수반하는 제 1 부분 유동의 계속되는 편향과 제 2 부분 유동만의 소용돌이는 이러한 순서로 차례차례 두 번 이상 실행된다. 따라서, 분리 갭의 밀봉은 더욱 향상될 수 있다.
특히 효과적인 방법으로, 유동 디바이더는 회전자의 두 개 이상의 단면으로 구성되며, 이 단면들은 분리 갭내로 돌출한 융기된 접촉 에지를 갖는다. 따라서, 비교적 단순하고 비용 효율적인 유동 디바이더의 구성이 확보된다.
또한, 만약 와류실이 작동 유체의 주 유동 방향에 대해 45°±20°의 각도 α로 형성된다면 특히 효과적이다. 이에 따라 초크점 하류의 분리 갭의 급작스러운 단면 확장을 야기함으로써 낮은 원주 속도를 갖는 제 2 부분 유동의 와류 형성이 증대된다. 이에 따라, 밀봉요소의 향상된 밀봉 효과가 달성될 수 있다.
또한, 밀봉요소는 유체-유동 기계장치에 배열되어 있으며, 초크점은 유체-유동 기계장치에 대해 축방향으로, 방사상으로 또는 대각선으로 형성된다. 따라서, 효과적으로 본 발명에 따른 해결책은 비교적 넓은 적용 범위를 갖는다.

Claims (9)

  1. 비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 이 분리 갭으로 허용된 작동 유체의 통과 유동으로부터 밀봉하기 위한 방법에 있어서, 우선, 상기 작동 유체 (18) 는 분리 갭 (18) 에서 초크된 후 편향되어 소용돌이치며, 상이한 원주 속도를 갖는 유동층 (35, 36) 은 초킹 작용 전에 작동 유체 (18) 에 형성되고, 상기 작동 유체 (18) 의 상기 유동층 (35, 36) 은 초킹 작용 후에 높은 원주 속도를 갖는 제 1 부분 유동 (35') 과 낮은 부분 유동을 갖는 제 2 부분 유동 (36') 으로 분할되며, 상기 제 1 부분 유동 (35') 은 단지 편향되며, 오직 제 2 부분 유동만이 소용돌이쳐 최종적으로 상기 편향된 제 1 부분 유동 (35') 에 대해 평행하게 상기 제 1 부분 유동으로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체 (18) 의 초킹 작용, 이어서 일어나는 상이한 원주 속도를 갖는 두 개의 부분 유동 (35', 36) 으로의 상기 작동 유체의 분할, 이어서 일어나는 상기 제 1 부분 유동 (35') 의 편향과 오직 제 2 부분 유동 (36') 만의 소용돌이 뿐만 아니라 편향된 상기 제 1 부분 유동 (36') 으로의 상기 제 2 부분 유동의 평행한 유도는 이 순서로 차례차례 두 번 이상 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 비접촉식으로 회전자와 고정자 간에 형성된 분리 갭을 주 유동 방향으로 이 분리 갭으로 허용된 작동 유체의 통과 유동으로부터 밀봉하기 위한 장치에 있어서, 하나 이상의 밀봉요소 (21) 는 초크점 (22), 대향면 (24) 및 와류실 (23) 로 구성되어 분리 갭 (16) 에 배열되며, 상기 대향면은 고정자 (15) 상에 위치되고, 상기 대향면 상에서 상기 작동 유체 (18) 는 상기 초크점 (22) 의 하류에 충돌하고, 상기 분리 갭 (16) 은 각각의 밀봉요소 (21) 의 상류에서는 공급관 (29) 으로, 그리고 마지막 밀봉요소 (21) 의 하류에서는 배출관 (30) 으로 되어 있고, 상기 대향면 (24) 은 작동 유체 (18) 를 위한 유동 디바이더로 되어 있으며, 상기 와류실 (23) 은 주 유동 방향 (20) 에 대해 정반대편 방향으로 배열되고, 그 다음의 밀봉요소 (21) 를 위한 공급관 (29) 또는 배출관 (30) 이 배열되어 주 유동방향 (20) 의 유동 디바이더 (24) 에 인접하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유동 디바이더 (24) 는 상기 고정자 (15) 의 두 개 이상의 단면 (25, 26) 으로 구성되며, 이 단면들은 분리 갭 (16) 내로 돌출하는 융기된 접촉 에지 (27) 를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 와류실 (23) 은 이 와류실 (23) 에 인접한 상기 분리 갭 (16) 보다 더 큰 내면 (28) 을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 와류실 (23) 은 상기 작동 유체 (18) 의 주 유동 방향 (20) 에 대해 45°±20°의 각도 α로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 공급관 (29) 과 상기 배출관 (30) 은 갭 폭 (33) 을 가지며, 상기 초크점 (22) 은 틈새 폭 (34) 을 갖고, 상기 갭 폭 (33) 은 상기 초크점 (22) 의 틈새 폭 (34) 보다 더 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉요소 (21) 는 기계장치 축선 (4) 을 갖는 유체-유동 기계장치에 배열되며, 상기 초크점 (22) 은 기계장치 축선 (4) 에 대해 축방향으로, 방사상으로 또는 대각선으로 형성된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 회전자 (6) 는 방사형 압축기 (1) 의 압축기 임펠러로 되어 있으며, 상기 고정자 (15) 는 상기 방사형 압축기 (1) 의 중간 벽으로 되어 있고, 상기 중간 벽은 기계장치의 측부 상에서 상기 압축기 임펠러 (6) 를 차단시키며, 상기 밀봉요소 (21) 는 상기 압축기 임펠러 (6) 의 후방 벽 (13) 과 중간 벽 (15) 간에 배열되고, 상기 초크점 (22) 은 상기 방사형 압축기 (1) 의 기계장치 축선 (4) 에 대해 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
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