KR20010041447A - 증기 터빈의 밀봉 링 - Google Patents

Abstract

증기 터빈 등의 회전기계로 회전부와의 사이에 배치되어 이용되는 밀봉 링에 관하여, 밀봉 링의 소정의 움직임을 정확히 실행하고, 밀봉 성능의 저하를 방지한다.

밀봉 링은 상하부 및 좌우부로 분할된 밀봉 링부편으로 구성되고, 각 밀봉 링부편면 사이에 마련된 상하 방향으로 가압되는 스프링에 의해, 각각의 분할편 면은 미끄럼 운동이 가능하게 접하도록 배치되고, 각 밀봉 링부편을 상하 방향으로 안내하는 밀봉 가이드를 마련하여 밀봉 링부편의 상호간의 충돌을 방지함과 동시에 부하시에 내측으로 이동하여 밀봉 핀과 대응면과의 틈새를 작게 한다.

Description

증기 터빈의 밀봉 링{SEAL RING FOR STEAM TURBINE}

증기 터빈 등의 회전기계에서는, 예컨대 동익 선단으로 구획되는 회전 주위면과 익환(翼環)의 사이라든가, 또는 정익의 내주측 선단과 이것에 대치하는 회전자면과의 사이와 같이, 회동부와 이것에 대치하는 고정부 사이를 밀봉하기 위해서 밀봉 핀을 배치하고, 그 밀봉 핀을 지지하는 밀봉 링이 설치되어 있다.

도 3은 종래의 대표적인 밀봉 링의 개념도이며, 상기 도 3에 있어서, 둘레 방향으로 상하좌우의 4분할로 분할된 분할편(21a, 21b, 21c, 21d)을 배치하고, 좌우에 배치한 밀봉 링의 분할편(21c, 21d)을 수평 방향으로 지지부(23, 24)에 고정하고, 각 분할편(21a, 21b, 21c, 21d)의 사이에는 회전 주위면의 접선에 평행한 방향으로 가압되는 스프링(22)을 개재하고, 각 분할편이 각각 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되어 있다.

상기 한 바와 같이 구성된 종래의 밀봉 링으로는 스프링(22)의 힘은 회전 주위면의 접선의 평행 방향, 즉 거의 둘레 방향으로 가압되는데 대하여, 밀봉 링의 분할편(22a, 22b, 22c, 22d)은 각각 상하 방향으로 이동한다. 즉, 증기 터빈의 운전시에 있어서 밀봉 링의 외주위에는 고온 및 고압의 증기가 유입하고 있고, 또한 자중에 의한 하중도 가해져서 밀봉 링은 상하 방향으로 이동한다. 이 때문에 스프링(22)의 힘의 방향과 이동 방향과의 어긋남으로부터, 인접하는 분할편(21a, 21b, 21c, 21d)의 상호 단면이 소정의 이동궤적으로부터 어긋나, 비정상적인 결합을 하는, 소위 분할편이 충돌하는 현상이 발생하여, 상기 분할편이 스틱(stick)(마모 현상의 발생)될 우려가 있다.

그리고, 이러한 스틱이 발생하면 회전체와의 사이에 틈새가 커져 누설이 발생하여 성능 저하로 이어지는 결함이 있다.

발명의 요약

본 발명은 이러한 종래의 결함을 해소하고 밀봉 링의 움직임을 정확히 실행하여 밀봉 성능의 저하를 초래하지 않도록 한 것을 얻는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 내면에 밀봉 핀을 갖고 상하 방향으로 미끄럼 운동하는 분할면으로 복수로 분할된 밀봉 링부편과, 서로 인접하는 밀봉 링부편의 사이에 배치되어 상기 분할면을 따라 상하 방향으로 가압되는 스프링과, 상기 각 밀봉 링부편 각각에 결합하여 각 밀봉 링부편을 상하 방향으로 안내하는 복수의 밀봉 링 가이드를 가짐으로써 이루어지는 증기 터빈의 밀봉 링을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명에 있어서는, 복수로 분할된 밀봉 링부편은 상하 방향으로 미끄럼 운동하는 분할면으로 분할되어 있고, 또한 각 밀봉 링부편 상호의 사이에 배치된 스프링은 상기 분할면을 따라 상하 방향으로 가압되어 있는 것과 더불어, 각 밀봉 링부편을 안내하는 밀봉 링 가이드도 마찬가지로 상하 방향을 규제하고 있으므로, 밀봉 링부편의 이동 방향, 스프링 힘의 작용 방향, 밀봉 링 가이드의 안내 방향의 삼자를 일치시킨(삼위일체의) 구성에 의해 밀봉 링부편이 정확하게 작동하여 밀봉 성능이 저하할 우려가 전혀 없는 바람직한 장치를 얻을 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 내면에 밀봉 핀을 갖고 상하 방향으로 미끄럼 운동하는 분할면으로 복수로 분할된 밀봉 링부편과, 서로 인접하는 밀봉 링부편의 사이에 배치되어 상기 분할면을 따라 상하 방향으로 가압되는 스프링과, 상기 각 밀봉 링부편 각각에 결합하여 각 밀봉 링부편을 상하 방향으로 안내하는 복수의 밀봉 링 가이드를 갖는 증기 터빈의 밀봉 링에 있어서, 상기 분할된 밀봉 링부편 중, 상부 및 하부의 밀봉 링부편과 상기 상부 및 하부 밀봉 링부편에 각각 결합하는 상기 밀봉 링 가이드 사이에 각각 상하 방향으로 가압되는 스프링을 배치하여 이루어지는 증기 터빈의 밀봉 링을 제공하는 것이다.

즉 본 발명에서는 상부 및 하부 밀봉 링부편과 이들과 결합하는 밀봉 링 가이드의 사이에는 각각 상하 방향으로 가압되는 스프링을 배치하고 있으므로, 상부 밀봉 링부편 및 하부 밀봉 링부편은 상부 밀봉 링 가이드와 하부 밀봉 링 가이드 사이에서 스프링 힘으로 구속된 상태로 되어, 증기 터빈이 부하를 취하기 시작하면 이들 밀봉 링부편의 주위에는 고온 및 고압의 증기가 통하고, 또한 밀봉 링부편의 자중도 가해져 내외에 압력 차이가 발생하여, 상부 및 하부 밀봉 링부편은 내측을 향하여 스프링 힘에 저항하여 이동하고, 상부 및 하부 밀봉 링 내측의 밀봉 핀과 대향하는 회전자와의 사이의 틈새를 좁히도록 작용한다. 따라서, 밀봉 핀으로부터 증기가 새는 것이 충분히 감소되고, 밀봉 성능이 한층 더 높아지게 된다.

본 발명은 증기 터빈 등의 회전기계에 있어서, 회동부와의 사이에 배치되어 이용되는 밀봉 링에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 증기 터빈의 밀봉 링의 개요를 단면 표시로 개략적으로 나타내는 설명도,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 증기 터빈의 밀봉 링의 개요를 단면 표시로 개략적으로 나타내는 설명도,

도 3은 종래의 분할편을 원주 방향의 스프링으로 연결한 증기 터빈의 밀봉 링의 개념도.

본 발명의 제 1 실시예를 도 1에 근거하여 설명한다.

도면은 밀봉 링이 조립된 상태를 축의 직각 단면으로 도시한 것이다.

참조부호(1a)는 상부 밀봉 링부편으로 축심으로부터 수직선의 좌우 45°, 즉 축심으로부터 위쪽 90°의 범위에 위치하도록 배치되어 있다. 참조부호(1b)는 하부 밀봉 링부편으로, 상기 상부 밀봉 링부편(1a)과 대칭으로 아래쪽으로 90°의 범위에 위치하도록 배치되어 있다.

참조부호(1c)는 우측부 밀봉 링부편, 참조부호(1d)는 좌측부 밀봉 링부편으로, 각각 상기 상부 밀봉 링부편(1a)과 하부 밀봉 링부편(1b)의 사이를 메우는 것과 같이, 축심으로부터 좌우 방향 90°의 범위에 위치하도록 배치되어 있다.

각 밀봉 링부편(1a, 1b, 1c, 1d)은 각각 내면에 밀봉 핀(2a, 2b, 2c, 2d)을 갖고 있다. 즉, 상부 밀봉 링부편(1a)에는 상부 밀봉 핀(2a)이, 하부 밀봉 링부편(1b)에는 하부 밀봉 핀(2b)이, 우측부 밀봉 링부편(1c)에는 우측부 밀봉 핀(2c)이, 그리고 좌측부 밀봉 링부편(1d)에는 좌측부 밀봉 핀(2d)이 각각 대응하여 설치되어 있다.

참조부호(3a)는 상기 상부 밀봉 링부편(1a)과 우측부 밀봉 링부편(1c)의 단면이 접합 또는 분리하는 분할면으로, 이 분할면(3a)을 상부 밀봉 링부편(1a) 측에서 설명하면 다음과 같이 된다.

우선, 상부 밀봉 링부편(1a)의 외면에서 잘라 들어가, 축심을 지나는 수직선과 평행하게 위쪽으로부터 수직 하강하여, 도중에서 수평 방향으로 꺾고, 다시 상기 수직선과 평행하게 수직 하강하여 상부 밀봉 링부편(1a)의 내측으로 빠지는 절단면으로 구성되어 있다.

한편, 이것을 대치하는 우측부 밀봉 링부편(1c) 측에서 보면, 상기 상부 밀봉 링부편(1a) 측과 같은 순서를 밟지만, 도중에서 수평 방향으로 꺾이는 위치에 수직선 방향으로 차이가 있어, 이에 따라 상부 밀봉 링부편(1a) 측과 우측부 밀봉 링부편(1c) 측의 사이에 공간(9a)이 형성된다.

분할면(3a)은 상기와 같은 형상으로 구성된 상부 밀봉 링부편(1a)의 단면과 우측부 밀봉 링부편(1c)으로 형성되므로, 이 분할면(3a)을 미끄럼 운동면으로 하여 상부 밀봉 링부편(1a)과 우측부 밀봉 링부편(1c)은 상대적으로 상하 방향으로 이동이 가능하게 되어 있다.

참조부호(3b, 3c, 3d)도 모두 분할면을 나타내고, 분할면(3b)은 상부 밀봉 링부편(1a)의 다른쪽의 단면과 좌측부 밀봉 링부편(1d)의 한쪽의 단면의 사이, 분할면(3c)은 좌측부 밀봉 링부편(1d)의 다른쪽의 단면과 하부 밀봉 링부편(1b)의 한쪽의 단면의 사이, 그리고 분할면(3d)은 하부 밀봉 링부편(1b)의 다른쪽의 단면과 상기 우측부 밀봉 링부편(1c)의 다른쪽의 단면의 사이에 형성되고, 이 각 분할면(3b, 3c, 3d)에 공간(9b, 9c, 9d)이 형성되는 것을 포함해서, 상기 분할면(3a)과 공간(9a)의 경우와 실질적으로 동일하므로 설명은 생략한다.

참조부호(4a)는 스프링으로, 상기 공간(9a)내에 상하 방향으로 연장하여 장착되고, 상기 분할면(3a)을 따라 상하 방향으로 가압되어 있다. 또한, 참조부호(4b, 4c, 4d)도 모두 스프링으로, 각각 공간(9b, 9c, 9d) 내에 장착되고, 그 구성, 기능은 상기 스프링(4a)과 동일하므로, 설명은 생략한다.

참조부호(5a, 5b)는 밀봉 링 가이드로, 모두 위쪽의 익환 등의 고정부에서 아래쪽을 향해 돌출해 있고, 상기 상부 밀봉 링부편(1a)과 결합하여, 상기 상부 밀봉 링부편(1a)을 상하 방향으로 이동시키는 안내를 담당하고 있다.

참조부호(6a, 6b)도 밀봉 링 가이드로, 상기 위쪽의 밀봉 링가드(5a, 5b)에 대향하여 아래쪽에 위치하는 익환 등의 고정부에서 위쪽을 향해서 돌출해 있고, 하부 밀봉 링부편(1b)과 결합하여, 상기 하부 밀봉 링부편(1b)을 상하 방향으로 이동시키는 안내를 담당하고 있다.

참조부호(7, 8)도 각각 밀봉 링 가이드로 수평면 위치에 대치하여 고정부에 설치되어 있고, 밀봉 링 가이드(7)는 우측부 밀봉 링부편(1c)과, 또한 밀봉 링 가이드(8)는 좌측부 밀봉 링부편(1d)과 각각 결합하여, 우측부 밀봉 링부편(1c) 및 좌측부 밀봉 링부편(1d)을 상하 방향으로 이동시키는 안내를 담당하고 있다.

본 실시예는 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, 상부 밀봉 링부편(1a), 하부 밀봉 링부편(1b), 우측부 밀봉 링부편(1c) 및 좌측부 밀봉 링부편(1d)의 각각은 대응하는 밀봉 링 가이드(5a, 5b, 6a, 6b, 7, 8)로 안내되고, 또한 상호간의 분할면(3a, 3b, 3c, 3d)으로 규제되어 분할면을 따라 상하 방향으로 이동 가능하고, 또한 각 분할면(3a, 3b, 3c, 3d) 위치의 공간(9a, 9b, 9c, 9d)에 배치된 스프링(4a, 4b, 4c, 4d)도 이 이동 방향과 동일하게 상하 방향으로 가압되어 있으므로, 이들의 규제가 서로 어울려 서로 충돌하지 않고, 터빈내 각 부분의 압력 차이를 받아 소기의 이동을 실행하고, 안전하고 확실하게 밀봉 기능을 발휘하는 것이다.

다음에 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 도 2에 근거하여 구체적으로 설명한다.

또한, 참조부호(1 내지 9)는 도 1에 도시한 제 1 실시예에 있어서의 밀봉 링의 구조와 동일한 것이므로, 중복하는 이들의 설명은 생략하여 상기 설명을 그대로 원용하는 것으로 하고, 본 실시예에 있어서의 특징 부분인 참조부호(10a, 10b, 10c, 10d) 및 참조부호(11a, 11b, 11c, 11d)로 나타내는 부분에 대하여 상세히 설명한다.

도 2에 있어서 참조부호(10a, 10b)는 상부 밀봉 링부편(1a)의 좌우에 각각 마련된 공간으로, 밀봉 링 가이드(5a, 5b)와 결합하는 홈을 밀봉 링 가이드(5a, 5b)의 선단으로부터 연장해서 공간을 형성하도록 마련되어, 이들 공간(10a, 10b)의 내측면은 밀봉 링 가이드(5a, 5b)가 매끄럽게 상하 미끄럼 운동을 할 수 있도록 하고 있다.

참조부호(10c, 10d)도 마찬가지로 하부 밀봉 링부편(1b)의 좌우에 각각 마련된 공간이며, 밀봉 링 가이드(6a, 6b)와 결합하는 홈을 밀봉 링 가이드(6a, 6b)의 선단으로부터 연장하여 공간을 형성하고, 마찬가지로 밀봉 링 가이드(6a, 6b)가 이들 공간(10c, 10d)의 내부 측면에 매끄럽게 상하 미끄럼 운동할 수 있도록 하고 있다.

참조부호(11a, 11b)는 스프링이며, 공간(10a, 10b)내에 각각 삽입되어, 공간(10a, 10b)내의 상부 밀봉 링부편(1a)의 면과 밀봉 링 가이드(5a, 5b) 선단 사이에 상하 방향으로 가압되어 설치되어 있다.

마찬가지로 참조부호(11c, 11d)도 스프링이며, 공간(10c,10d)내에 각각 삽입되어, 공간(10c, 10d)내의 하부 밀봉 링부편(1b)의 면과 밀봉 링 가이드(6a, 6b) 선단 사이에 상하 방향으로 가압되어 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 실시예의 밀봉 링에 있어서, 각 밀봉 링부편(1a, 1b, 1c, 1d) 각각은 밀봉 링 가이드(5a, 5b, 6a, 6b, 7, 8)로 안내되고, 또한 분할면(3a, 3b, 3c, 3d)에 의해 서로 규제되고 있어, 상하 방향으로 이동 가능하다. 또한, 각 분할면(3a, 3b, 3c, 3d)의 공간(9a, 9b, 9c, 9d)내에 배치된 스프링(4a, 4b, 4c, 4d)도 이 이동 방향과 동일하게 상하로 가압되어 있으므로, 이들의 밀봉 링, 분할면, 스프링에서의 각 규제가 서로 어울려 충돌하지 않고 터빈 내 각부의 차압을 받아 상하 이동하여, 안전하고 확실하게 봉인 성능을 발휘한다.

또한 이에 덧붙여 본 실시예에서는 다음과 같은 효과도 나타난다. 즉, 공간(10a, 10b) 내의 스프링(11a, 11b)과 공간(10c, 10d)의 스프링(11c, 11d)이 각각 상부 밀봉 링부편(1a)과 하부 밀봉 링부편(11b)을 밀봉 링 가이드(5a, 5b)와 밀봉 링 가이드(6a, 6c)의 선단 사이에서 스프링 힘으로 구속하고 있는 상태로 된다.

상기의 상태로 부하가 걸리기 시작하면, 각 밀봉 링부편의 주위에는 고온 및 고압의 증기가 흐르고, 또한 밀봉 링 자신의 자중도 가해져서, 전술한 바와 같이 서로 규제된 상태로 내측으로 이동하려고 하여, 그 결과 상부 및 하부 밀봉 링부편(1a, 1b)은 스프링(11a, 11b)과 스프링(11c, 11d)에 의해 가압되어 있는 스프링 힘에 저항하고, 또한 공간(9a, 9b, 9c, 9d)내의 스프링(4a, 4b, 4c, 4d)의 스프링 힘에도 저항하여 내측으로 이동한다.

그 결과, 각 밀봉 링부편(1a, 1b)의 내측의 상부 및 하부 밀봉 핀(2a, 2b)도 내측으로 이동하고, 상부 및 하부 밀봉 핀(2a, 2b)과 이것에 대응하는 회전자 측과의 틈새가 더욱 좁혀져, 이에 따라 밀봉 성능을 한층 더 향상시키는 것이다. 스프링(11a, 11b, 11c, 11d)의 스프링 힘은 압력 차이에 의해 이동하는 양이 상부 및 하부 밀봉 핀(2a, 2b)이 대향하는 상대측과 접촉하지 않을 정도로 조정되는 것은 물론이다.

이상, 본 발명을 도시의 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 그 구체적 구조에 여러가지 변경을 덧붙여도 무방한 것은 말할 것도 없다.

이상 본 발명에 의하면, 분할면으로 복수로 분할되어 상하 방향으로 미끄럼 운동하는 밀봉 링부편과, 각 밀봉 링부편의 사이에 배치되고 상기 분할면을 따라 상하 방향으로 가압되는 스프링과, 각 밀봉 링부편을 상하 방향으로 안내하는 복수의 밀봉 링 가이드에 의해 밀봉 링을 구성하고, 밀봉 링부편의 이동 방향, 스프링 힘의 작용 방향, 밀봉 링 가이드의 안내 방향의 삼자를 일치시키고 있으므로, 복수로 분할되어 서로 인접하는 밀봉 링부편 상호가 충돌하지 않고, 소정의 작동을 정확하게 실행하여, 밀봉 성능이 저하할 우려는 전혀 없고, 안전성 및 신뢰성이 풍부한 바람직한 장치를 얻을 수 있었던 것이다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명에 있어서의 증기 터빈의 밀봉 링은 내면에 밀봉 핀을 갖고 상하 방향으로 미끄럼 운동하는 분할면으로 복수로 분할된 밀봉 링부편과, 서로 인접하는 밀봉 링부편의 사이에 배치되어 상기 분할면을 따라 상하 방향으로 가압되는 스프링과, 상기 각 밀봉 링부편의 각각에 결합하여 각 밀봉 링부편을 상하 방향으로 안내하는 복수의 밀봉 링 가이드를 갖는 증기 터빈의 밀봉 링에 있어서, 상기 분할된 밀봉 링부편 중, 상부 및 하부의 밀봉 링부편과 상기 상부, 하부 밀봉 링부편에 각각 결합하는 상기 밀봉 링 가이드 사이에 각각 상하 방향으로 가압되는 스프링을 배치하고 있으므로, 이러한 구성에 의해, 밀봉 링부편의 이동 방향, 스프링 힘의 작용 방향, 밀봉 링 가이드의 안내 방향의 삼자를 일치시키고, 복수로 분할되어 서로 인접하는 밀봉 링부편 상호가 충돌하지 않고, 또한 부하시에는 상부 및 하부 밀봉 링부편이 내측으로 이동함으로써 밀봉 핀과 회전자 측과의 틈새가 좁혀져서 밀봉 성능이 한층 더 향상하고, 안전하고 확실하게 밀봉 기능이 발휘되는 것이다.

Claims (2)

1. 내면에 밀봉 핀을 갖고, 상하 방향으로 미끄럼 운동하는 분할면으로 복수로 분할된 밀봉 링부편과, 서로 인접하는 밀봉 링부편의 사이에 배치되고 상기 분할면을 따라 상하 방향으로 가압되는 스프링과, 상기 각 밀봉 링부편의 각각에 결합하여 각 밀봉 링부편을 상하 방향으로 안내하는 복수의 밀봉 링 가이드를 가짐으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는

   증기 터빈의 밀봉 링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할된 밀봉 링부편 중, 상부 및 하부의 밀봉 링부편과 상기 상부 및 하부 밀봉 링부편에 각각 결합하는 상기 밀봉 링 가이드 사이에 각각 상하 방향으로 가압되는 스프링을 배치한 것을 특징으로 하는

   증기 터빈의 밀봉 링.