KR20010012488A - 브러시 헤어 밀봉 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징에 부착되는 전방 패널과 지지판을 포함하며, 회전자가 연장되는 보어를 갖는 상기 하우징에 대해 상기 회전자를 밀봉시키기 위한 브러시 헤어 밀봉 장치에 관한 것이다. 다수의 강모가 상기 강모의 자유 단부가 지지판의 내부 에지 상부로 돌출되며 회전자 표면에 접촉하는 방식으로 전방 패널과 지지판 사이에 유지된다. 상기 지지판의 내부 에지는 상기 표면으로부터 약간 이격되며, 상기 지지판은 상기 강모의 처짐을 완전히 방지한다. 상기 지지판(8)은, 그의 자유 단부(21)에 의해 지지 부분(20) 상에 고정되며 잔류 길이가 상기 지지판(8)으로부터 이격되어 연장되도록 하는 방식으로 설계된다.

Description

브러시 헤어 밀봉 장치{Brush-Hair Seal}

이러한 브러시 헤어 밀봉 장치는, 예를 들면 누출에 대비하여 비교적 고속으로 회전하는 회전자와 하우징 사이의 중간 공간을 밀봉하기 위해 가스 터빈 내에서 사용된다. 일반적으로, 이는 고온 압축 가스의 존재를 보장한다. 단순한 고무 링 밀봉 장치로는 이러한 조건하에서 만족스러운 밀봉 효과를 성취할 수 없기 때문에, 다수의 다양한 브러시 헤어 밀봉 장치가 개발되어왔다. 이러한 밀봉 장치가 제공되면, 조밀한 강모 패킷(packet)을 형성하도록 결합된 강모는 지지판의 내부 보어의 내부 에지의 하부로 돌출되며, 따라서 지지판의 내부 에지와 회전자 표면 사이의 최적의 작은 크기를 유지하는 중간 공간은 밀봉된다. 하우징, 회전자 및 밀봉 장치의 치수는 열응력 또는 열팽창 등에 기인하여 변화되며, 지지판과 회전자 사이의 최소 유극(play)은 안전의 이유에서 하향 조정되지 않기 때문에, 상기 밀봉 공간은 항상 존재한다.

큰 차압(differential pressure)이 밀봉 장치에 근접하면, 저압측에 배치된 지지판은 회전자 축에 평행하게 연속되는 방향으로 저압측을 향해 처지는 것을 방지하도록 강모를 지지한다. 강모의 처짐은 장애가 되는데, 이는 강모의 반경 길이를 감소시켜 지지판의 내부 에지와 회전자 표면 사이의 중간 공간이 개방되어 누출의 증가를 초래하기 때문이다. 반면, 돌출 강모 단부의 처짐은 방지할 수 없다.

상기 및 하기의 축방향은 회전자의 종방향 축에 평행하게 연속되는 방향을 의미하며, 방사상 방향 또는 평면 방향은 회전자의 종방향 축에 수직으로 연속되는 방향 또는 연장되는 평면을 각각 의미한다.

EP 0 453 315호에 개시된 브러시 헤어 밀봉 장치에서, 모든 지지판은, 그의 돌출 단부를 제외한 강모가 강모의 모든 잔류된 길이에 걸쳐 위치되는 것에 대하여 표면을 지지하는 역할을 한다. 밀봉 효과를 개선하기 위해서, 지지판의 내부 보어의 내부 에지는, 지지 표면을 연장시키고 그의 단부에 근접하여 강모를 지지하며, 동시에 지지판과 회전자 사이의 중간 공간을 감소시키기 위해, 부식성 재료 층을 갖춘다.

상기 밀봉 장치의 단점, 특히 밀봉 장치 부근의 차압의 단점은, 예를 들면 열응력 또는 열팽창에 각각 기인하여 발생될 수 있는 소정의 회전자의 편위로 방사상 외측으로 편향될 수 있으며, 공기 역학적 효과의 결과로 이 위치는 회전자의 중심 위치로의 복귀 후에도 계속 잔류한다는 것이다. 강모의 측방향 편향의 결과로, 지지판과 회전자 사이의 중간 공간은 개방되므로, 누출은 현저하게 증가한다. 강모는 그에 의해 지지판에 부착되며, 완전히 해제된 후, 즉 차압이 거의 0일 때에만 최초 위치로 복귀되며, 중간 공간을 밀폐 또는 밀봉한다.

본 발명은, 하우징에 부착된 전방 패널(panel) 및 지지판을 포함하며, 그 사이에 자유 단부가 지지판의 내부 에지를 지나 연장되며 회전자(rotor)의 표면에 접촉되도록 다수의 강모(bristles)가 유지되며, 상기 지지판의 내부 에지는 표면으로부터 이격되어 구성되며, 상기 강모의 처짐을 방지하도록 상기 강모를 지지하는, 회전자가 연장되는 보어를 갖는 상기 하우징에 대해 상기 회전자를 밀봉하기 위한 브러시 헤어 밀봉 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 브러시 헤어 밀봉 장치의 적합한 실시예의 개략 단면도.

본 발명의 목적은 소정의 높은 차압과 회전자의 편위로도 또한 양호한 밀봉 효과를 성취하도록 상술한 형태의 브러시 헤어 밀봉 장치를 개선하는 것이다.

상기 목적을 성취하기 위해 본 발명은, 강모가 지지판의 지지 부분에서 지지되는 단부 부분을 가지며 그의 잔류 길이에 걸쳐 지지판으로부터 이격되어 연장되도록 지지판이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이로부터 도출되는 장점은, 브러시가 지지판에서 지지되는 단부 부분만을 갖기 때문에, 그 결과 소정의 높은 차압에서도 브러시의 가요성이 현저하게 증가된다는 것이다. 강모는 고정 위치로부터 이격된 그의 단부 부분에서 최대 가요성을 나타내며, 또한 누출 공기의 유동에 의한 진동에 연속적으로 여기되기 때문에, 강모는 회전 운동을 하며, 즉 소정의 편위로 측방향으로 외측을 향해 압박되며, 회전자의 중심 위치로의 복귀 후에 즉시 원래 위치로 복귀된다. 더욱이, 누출 공기의 유동은 강모와 지지판 사이의 중간 공간 내에 공기 베개(air pillow)를 형성하며, 이는 강모와 지지판 사이의 마찰을 감소시키며 강모의 지지판으로의 부착을 방지한다.

강모의 단부 부분은 그의 정지 위치에서 지지판의 지지 표면에 대해 미리 위치될 필요는 없지만, 차압이 접근될 때만 그에 대해 압박될 수 있다. 적합한 실시예에서, 강모는 방사상 평면, 즉 회전자의 종방향 축에 대해 방사상으로 연속되는 평면에 대해 지지판을 향해 경사지므로, 지지 부분에서의 강모의 단부 부분의 규정된 위치가 성취될 수 있다. 강모는 약 6°의 각으로 적합하게 경사진다.

다른 적합한 실시예에서, 강모의 고정 영역으로부터 연속되는 지지판은, 강모로부터 축방향 공간을 두고 지지판 내의 내부 보어의 내부 에지와 인접하여 연장되며, 내부 측방향 표면에서 강모의 단부 부분이 지지되는 지지 부분이 형성되는, 강모를 향해 경사진 영역을 포함한다.

지지 부분에 지지되는 강모의 단부 부분의 길이는 총 길이의 1/4 이하이며, 강모는 고정 영역으로부터 이격된 그의 단부 부분에서 최대 가요성을 나타내기 때문에, 지지 부분에 대해 위치됨에도 불구하고 강모는 편향 운동 후에 원래 위치로 즉시 탄성 복귀되는 장점이 있다.

또한, 전방 패널의 내부 에지는 지지판의 내부 에지보다 회전자의 표면으로부터 더욱 이격되는 공간을 포함하는 장점이 있다. 단지 작은 중간 공간이 전방 패널의 내부 에지와 회전자의 표면 사이에 또한 존재함에도 불구하고, 큰 가공 공차가 허용된다. 이 결과, "블로 다운(blow down)" 효과로 언급되는 효과가 최소화되며 강모의 어떤 마모 증가도 발생되지 않는다. 더욱이, 강모는 그에 의해 장착 및 해체 중에 손상에 대해 방지되며, 또한 공기 난류에 기인한 손상에 대해 방지된다.

강모는 전방 패널과 지지판 사이의 한쪽 측부에 적합하게 고정되므로, 지지부분에서 강모의 단부 부분의 규정된 위치와 특정 부식 또는 경사각이 각각 소망될 때, 전방 패널과 지지판 사이의 방사상 평면에 대해 다른 부식 또는 경사각으로 단순한 방식으로 유지될 수 있다.

지지판 뿐만 아니라 전방 패널과 강모 사이의 고정 영역 내에 고정 부재를 배치하며, 강모 패킷은 상기 고정 부재 내에 고정된 코어 와이어(core wire)에 권취되는 것이 적합하다.

본 발명의 다른 적합한 실시예는 종속 청구항에 설명된다.

본 발명을 도면(도 1)을 참조하여 하기에 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 하우징(2) 내에 고정된 브러시 헤어 밀봉 장치(1)를 나타낸다. 표면(5)과 종방향 축(6)을 갖는 회전자(4)는 하우징(2) 내의 보어(3)를 통해 연장된다. 브러시 헤어 밀봉 장치(1)는 전방 패널(7)과, 지지판(8) 및, 고정 위치(10)에 고정되는 지지판(8)과 전방 패널(7) 사이에 단단히 고정되는 다수의 조밀 패킹 강모(9)를 포함한다. 브러시 헤어 밀봉 장치(1)에 근접하여 차압이 제공되면, 전방 패널(7)은 고압측에 배치되며, 지지판(8)은 저압측에 배치된다. 한쪽 측부에 고정된 강모(9)는 전방 패널(7)과 지지판(8) 사이로 연장되며, 전방 패널(7)의 내부 에지(12)와 지지판(8)의 내부 에지(13)의 하부로 돌출되는 고정 위치(10)로부터 이격되는 자유 단부(11)를 갖춘다. 강모(9)의 단부(11)는 회전자의 표면(5)에 접촉되며, 따라서 지지판 (8)의 내부 에지(13)와 회전자(4)의 표면(5) 사이의 환형 중간 공간을 밀봉한다.

전방 패널(7)과 지지판(8)은 회전자(4)의 종방향 축(6)과 동축인 내부 보어를 각각 포함하므로, 내부 에지(12,13)는 회전자(4)의 표면(5)으로부터 일정한 공간을 둔다. 전방 패널(7)의 내부 에지(12)는 또한, 회전자 표면(5)에 대해 비교적 작은 유극만을 갖는다. 당업자에게 공지된 다양한 재료로 구성되는 강모(9)는, 그에 의해 처리 및 작동 중 공기 난류 중에 손상에 대해 방지된다.

적합한 실시예에서, 지지판(8)은 회전자 축(6)에 대해 방사상 평면 내에 연장되는 제1 부분(15)를 포함하며, 하우징(2)에 대한 브러시 헤어 밀봉 장치의 정확한 고정 부착을 위해 지지판의 외부면(16)은 전방 패널(7)의 외부면(17)에 평행하다. 전방 패널(7)과 지지판(8)은 또한 직사각형 형상으로 내측 방향으로 각이 형성된 부분을 각각 포함하는데, 본원에서는 중요성이 없으며 완전성을 위해서만 언급하겠다.

지지판(8)의 내부 에지(13)에 인접한 지지판(8)의 영역(18)은 강모(9)를 향해 경사지며, 강모(9)의 단부 부분(21)이 지지되는 지지 부분(20)은 영역의 내부 면(19)에 구성된다. 고정 위치(10)에 나타나는 바와 같이, 강모(9) 또는 강모 패킷은 코어 와이어(25)에 권취되며 개방 링 C-튜브의 단면 형상을 갖는 홈이 진 튜브(slotted tube)로서 구성되는 고정 부재(24)로 고정된다. 본 실시예에서의 강모(9)는 방사상 평면(22)에 대해 지지판(8)을 향하여 경사진다. 경사각은 약 6°이다. 이 방식으로, 지지판(8)의 지지 부분(20)에서의 강모(9)의 단부 부분(21)의 규정된 위치가 성취된다. 차압에 의해 단부 부분(21)이 지지 부분(20)에 대해 초기에 압력을 받기 때문에, 이 방식은 필수적이지는 않다. 따라서, 지지 부분(20)에서의 강모(9)의 압력은 소정의 극단적으로 높은 차압으로 감소될 수 있다.

지지판(8)의 지지 부분(20)의 반경 길이(l)는 강모(9)의 자유(전체) 길이(L)의 약 1/5 정도이므로, 강모(9)는 중간 공간(23)의 형성을 위해 지지판(8)의 내부 면(19)으로부터 이격되어 연장되는 길이(L)의 광대한 영역을 갖는다.

강모(9)는 고정 위치(10)로부터 이격된 단부 부분(21)에서 최대 가요성을 가지며, 또한 중간 공간(23) 내의 누출 공기 유동에 의해 연속적으로 진동을 초래하기 때문에, 강모(9)는 중심 위치로부터 회전자(4)의 소정의 편위로 측방향으로 편향되지만, 예를 들면 회전자(4)의 편위에 영향을 끼치는 열응력의 제거로 인해 회전자(4)와 함께 원래 위치로 즉시 복귀된다. 중간 공간(23) 내의 공기 베개로 인해, 그 상부에서, 강모(9)의 단부 부분(21)과 지지판(8)의 지지 부분(20) 사이의 마찰은 감소된다. 이 결과, 소정의 인접한 차압 및 회전자의 편위에도 불구하고, 브러시 헤어 밀봉 장치(1)의 양호한 밀봉 효과가 보장되므로, 누출의 중대한 증가가 발생되지 않는다.

Claims (10)

1. 하우징에 부착된 전방 패널 및 지지판을 포함하며, 그 사이에 자유 단부가 지지판의 내부 에지를 지나 연장되며 회전자의 표면에 접촉되도록 다수의 강모가 유지되며, 상기 지지판의 내부 에지는 표면으로부터 이격되어 구성되며, 상기 강모의 처짐을 방지하도록 상기 강모를 지지하는, 회전자가 연장되는 보어를 갖는 상기 하우징에 대해 상기 회전자를 밀봉하기 위한 브러시 헤어 밀봉 장치에 있어서,

   상기 지지판(8)은, 상기 강모(9)가 상기 지지판(8)의 지지 부분(20)에서 지지되는 단부 부분(21)을 갖추며 그의 잔류 길이(L-l)에 걸쳐 상기 지지판(8)으로부터 이격되어 연장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지지판(8)은 상기 강모(9)로부터 축방향으로 이격되며 상기 지지판(8) 내의 내부 보어의 내부 에지(13)에 인접하여 연장되며, 상기 강모(9)의 상기 단부 부분(21)이 지지되는 지지 부분(20)이 그 내부 측방향 표면(19)에 형성되며 상기 강모(9)를 향해 경사진 영역(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강모(9)는 방사상 평면(22)에 대해 상기 지지판(8)을 향해 경사지는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 강모는 6°의 각으로 경사지는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부분(20)에 지지되는 상기 강모(9)의 단부 부분(21)의 길이(l)는 상기 강모의 전체 길이(L)의 최대 1/4에 달하는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 길이(l)는 2mm인 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 패널(7)의 내부 에지(12)는 상기 지지판(8)의 내부 에지(13)보다 상기 회전자(4)의 표면(5)으로부터 더욱 이격되는 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강모(9)는 상기 전방 패널(7) 또는 상기 지지판(8) 사이에 고정된 상기 자유 단부(11)로부터 이격되는 단부 부분을 갖추는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
9. 제 8항에 있어서, 고정 부재(24)가 상기 지지판(8) 뿐만 아니라 상기 전방 패널(7)과 상기 강모(9) 사이의 고정 영역(10) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 고정 부재(24)는 홈이 진 튜브인 것을 특징으로 하는 브러시 헤어 밀봉 장치.