KR20130078681A - 방전가공(ｅｄｍ)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 방전가공을 통하여 허니컴씰을 간단히 제작하는 방법을 제시함으로써 제작과정 및 원가를 절감하는 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부 및 격벽을 형성하는 격벽형성부를 구비한 방전가공전극으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

방전가공(ＥＤＭ)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰 {A MANUFACTURING METHOD OF HONEYCOMB SEAL BY EDM AND A HONEYCOMB SEAL THEREOF}

본 발명은 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 방전가공을 통하여 허니컴씰을 간단히 제작하는 방법을 제시함으로써 제작과정 및 원가를 절감하는 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰에 관한 것이다.

발전용 터빈에 있어 터빈의 각 단에 설치된 로터 블레이드에 충돌하는 증기 및 연소가스가 로터에 모멘트를 유발함으로서 회전이 발생하게 되는데, 이때 로터 블레이드를 통과하는 증기 및 가스의 유량이 많고 유속이 높을수록 터빈의 회전력이 크고 회전속도가 빨라지게 된다. 이러한 연소가스의 누설을 방지하고 결과적으로 터빈의 효율을 증대하여 압축 및 터빈 단에 적절한 씰링장치가 부가되고 있다.

이러한 상기 씰링장치로는 허니컴씰이 활용되고 있는데, 종래의 허니컴씰은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 고정자(100)와 블레이드 단부(200) 사이의 간극에서의 고온고압 가스의 누설을 최소화하기 위해 고정자(100)의 브레이징 면(110)에 일체화되어 설치된다.

그러나, 종래의 허니컴씰의 제작은 용접점(spot weld)에서 하나하나 점 용접방식으로 접합시키기 때문에 제작 단가가 상대적으로 높아지고, 작은 사이즈의 허니컴 씰의 제작에 어려움이 있다. 그리고, 긴 허니컴 씰의 제작에는 큰 어려움이 있다.

이에 종래의 허니컴씰은 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 연소기(1)에서 나오는 고온 고압의 열풍이 발전기(2)의 출력터빈(3)이 회전하는데 고정자 사이의 이격에서 블레이드(200) 끝단의 레비린스(210)와 이격 설치되어 고온고압의 가스가 간극에서 누설되는 것을 최소화하게 된다.

그리고, 상기 종래의 허니컴씰(30)은 그 제작과정에서 얇은 플레이트(thin plate)를 일정간격으로 절곡 가공하여 다수의 플레이트(30a, 30b)들을 벌집 모양의 중공이 형성되도록 접합시킨 후에 접합되는 지점을 용접점(spot welding)에서 스팟 웰딩하는 방식으로 제작한다.

이와 같은 일반적인 허니컴씰의 제조과정은 다소 복잡하고 원주 방향으로 조립하여 브레이징하는데 상당히 많은 노력이 요구되며, 스팟웰딩(spot welding) 방식으로 제작되므로 접합이 끊어져 파손되는 우려가 있어 내구성에 큰 문제가 발생된다.

또한, 이러한 종래의 허니컴씰(30)은 가스터빈 운전 중에 원심력과 고열로 인하여 블레이드 끝단이 늘어나 허니컴 씰에 닿아 마모시키면서 파손 등이 일어나면서 간극이 없어지고 고온고압가스의 누설 최소화를 달성하지 못하게 된다.

또한, 링 세그먼트 전체 허니컴의 60% 이상 마모손상이 발생시 교체가 불가피하므로, 비정상적인 운전으로 인하여 허니컴 손상시 일부만 교체하는 방식을 채용하고 있어 경제성 및 내구성이 크게 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원형 케이싱에 직접 방전가공을 이용하여 허니컴 씰 형상을 제작함으로써 제작과정 및 원가를 줄일 수 있도록 하고 또한 씰링장치의 소재 및 단면 모양과 두께를 자유롭게 조절하여 용도에 맞는 씰링장치를 제공하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 씰 세그먼트 및 링 세그먼트 등의 터빈 씰에 많이 사용되는 허니컴 씰 부재는 마모 등의 파손이 일어나기 쉬우므로 이를 일체화된 허니컴씰을 형성하도록 하므로 내구성이 향상된 씰세그먼트의 허니컴씰을 제공하는 것이다.

본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 바람직한 양태로써 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 것이다. 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 기술적인 구성을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부 및 격벽을 형성하는 격벽형성부를 구비한 방전가공전극으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰을 제조하는 방법을 제공한다.

이에 상기 방전가공전극은, 하측이 만곡된 형상으로 이루어져 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰이 곡선형을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 씰세그먼트는, 원형 케이싱에 방전가공(EDM)을 통해 내주면에는 허니컴 씰을 형성하고 외주부는 고정자로 형성되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부 및 격벽을 형성하는 격벽형성부를 구비한 방전가공전극으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰을 제조하는 방법에 의해 제조된 허니컴 씰로써, 상기 고정자와 일체로 형성되는 격벽; 및 상기 격벽들 사이에 형성되는 중공부를 포함하는 허니컴씰을 제공한다.

이에 상기 허니컴씰은, 가스터빈의 블레이드가 회전하는 외주와 이격 형성된 곡선형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

본 발명은, 원형 케이싱 세그먼트에 직접 방전가공을 이용하여 허니컴 씰 형상을 제작하는 방식으로써 기존의 다소 복잡했던 공정을 하나의 공정으로 줄여 경제성 및 작업의 단순화를 도모한다.

도 1은 본 발명에 따라 제작된 허니컴씰이 장착되는 가스터빈을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 허니컴씰이 장착되는 가스터빈의 고정자의 브레이징 면을 도시한 단면도.
도 3 및 도 4는 종래발명의 허니컴씰의 제작용 플레이트 및 이에 따른 허니컴씰을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 허니컴씰을 제작하기 위한 방전가공전극을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제조방법에 의해 제작된 고정자와 일체화된 씰세그먼트를 도시한 사시도.

이하에서는 본 발명에 따른 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

가스터빈의 터빈부 디스크는 일반적으로 3~4열로 구성되어 있고, 블레이드 날개 사이로 고온 고압의 가스가 충돌하면서 회전자 및 블레이드에 모멘트를 유발시킴으로써 동력이 발생된다.

하지만 고속으로 회전하는 블레이드와 고정자 사이의 틈이 필연적으로 존재하므로 전체 효율이 떨어짐을 유발하고, 이러한 고온 고압의 누설을 방지하고 터빈의 효율을 증대시키기 위하여 블레이드 끝단과 고정자 사이에 허니컴 형상의 씰링장치가 설치되는 것이 일반적이다.

그러나, 가스터빈 운전 중에는 원심력과 고열로 인하여 블레이드 끝단이 늘어나 허니컴 씰에 닿아 마모시키면서 간극을 없애고 고온고압가스의 누설이 발생하게 된다. 또한, 이러한 가스터빈의 허니컴씰의 제작과정은 다소 복잡하고 원주 방향으로 조립하여 브레이징하는데 상당히 많은 노력과 시간을 소요하게 된다.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명의 허니컴씰을 제작하기 위한 방전가공전극을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제조방법에 의해 제작된 고정자와 일체화된 씰세그먼트를 도시한 사시도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명을 살펴보면, 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부(710) 및 격벽을 형성하는 격벽형성부(720)를 구비한 방전가공전극(700)으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰(400)을 제조하는 방법을 제공한다.

이에 상기 방전가공전극(700)은, 하측이 만곡된 형상으로 이루어져 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰(400)이 곡선형을 이루도록 한다. 이에 도 6에 도시된 것처럼 상기 허니컴씰(400) 세그먼트(500) 제작을 위해 모재는 원형의 케이싱 형상을 이루도록 하고, 가스터빈의 블레이드가 회전하는 외주에 간극을 형성하며 이격될 수 있도록 한다.

방전가공공정(EDM)은 전해질 물질에 담긴 상태에서 양극과 음극으로 전류를 통하게 하여 아크발생으로 인해 녹여 가공하는 방식을 말하는 것으로 도 6에서처럼 방전가공전극(700)과 허니컴씰 모재(300b)를 전해질에 담근 후 양극과 음극으로 전류를 흐르게 하여 아크를 발생시키면서 가공하게 된다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 중공형성부(710)는 일정간격으로 다수 개 하향으로 돌출되어 형성된 돌기형상으로써 도 6에서처럼 원형 케이싱으로 형성된 허니컴씰 모재(300b)에 방전 접촉 가공되어 함몰부를 형성할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 격벽형성부(720)는 상기 중공형성부(710)들 사이의 절개된 홈으로써 원형 케이싱 허니컴씰 모재(300b)에 방전 가공되어 벌집 모양의 격벽 돌출부를 형성하도록 한다.

또한, 도 6 및 도 7을 참조하면 상기 씰세그먼트(500)는, 원형 케이싱에 방전가공(EDM)을 통해 내주면에는 허니컴 씰(400)을 형성하고 외주부는 고정자(100)로 형성되도록 한다.

이와 같이 상기 허니컴씰(400)과 고정자(100)를 일체로 형성함으로써 별도로 허니컴씰을 제작하여 고정자에 결합시키는 것에 비해 내구성을 월등히 향상시킬 수 있고, 제조방법도 매우 간단하게 할 수 있으므로 경제성과 편의성을 도모할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부 및 격벽을 형성하는 격벽형성부를 구비한 방전가공전극으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰을 제조하는 방법에 의해 제조된 허니컴 씰(400)로써, 고정자(100)와 일체로 형성되는 격벽(420); 및 상기 격벽들 사이에 형성되는 중공부(410)를 포함하는 허니컴씰(400)을 제공한다.

이에 상기 허니컴씰(400)은, 가스터빈의 블레이드가 회전하는 외주와 이격 형성된 곡선형으로 이루어지도록 함이 바람직하다.

즉, 도 7에서와 같이 씰세그먼트(500)는 전체적으로 허니컴씰(400) 측이 함몰된 형상으로 이루어지고, 고정자(100) 측은 만곡된 형상으로 이루어져 블레이드 끝단과의 이격이 있는 부위가 회전에 따른 원주 형상을 갖도록 함이 바람직하다.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법 및 이를 이용한 허니컴씰을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

1 : 연소기 2 : 발전기
3 : 출력터빈 4 : 링세그먼트
30 : 종래의 허니컴씰 30a,30b : 허니컴씰 제작 패널
40 : 용접점(spot weld) A : 씰링 장치
100 : 고정자 110 : 브레이징면
200 : 블레이드 단부 210 : 레비린스
300b : 허니컴씰 형성 모재 (원형 케이싱)
400 : 일체화된 허니컴씰 410 : 중공부
420 : 격벽부 500 : 씰세그먼트
700 : 방전가공전극 710 : 중공형성부
720 : 격벽형성부

Claims (5)

1. 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부 및 격벽을 형성하는 격벽형성부를 구비한 방전가공전극으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰을 제조하는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 방전가공전극은,
   하측이 만곡된 형상으로 이루어져 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰이 곡선형을 이루는 것을 특징으로 하는 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 씰세그먼트는,
   원형 케이싱에 방전가공(EDM)을 통해 내주면에는 허니컴 씰을 형성하고 외주부는 고정자로 형성되는 것을 특징으로 하는 방전가공(EDM)을 이용한 허니컴씰 제조방법.
   
4. 허니컴씰의 중공을 형성하는 중공형성부 및 격벽을 형성하는 격벽형성부를 구비한 방전가공전극으로 허니컴씰 모재에 방전가공(EDM)을 통해 씰세그먼트와 일체화된 허니컴씰을 제조하는 방법에 의해 제조된 허니컴 씰로써,
   고정자와 일체로 형성되는 격벽; 및
   상기 격벽들 사이에 형성되는 중공부를 포함하는 허니컴씰.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 허니컴씰은,
   가스터빈의 블레이드가 회전하는 외주와 이격 형성된 곡선형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방전가공(EDM)을 이용하여 제조된 허니컴씰.

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