KR20140071942A - 패킹 유지 장치를 구비한 터보기계 다이어프램 링 - Google Patents

패킹 유지 장치를 구비한 터보기계 다이어프램 링 Download PDF

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KR20140071942A
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토마스 로버트 레이드
제임스 피터 앤더슨
스티븐 세바스찬 버드긱
마크 리차드 드로렌조
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

다양한 실시예는 터보기계 다이어프램 링을 포함한다. 다양한 특정 실시예에 있어서, 터보기계 다이어프램 링은, 터보기계 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정되고, 터보기계의 회전축 주위에 원주 방향으로 연장하는 패킹 슬롯과, 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 키 슬롯과, 키 슬롯과 연결되고, 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 포함한다.

Description

패킹 유지 장치를 구비한 터보기계 다이어프램 링{TURBOMACHINE DIAPHRAGM RING WITH PACKING RETAINMENT APPARATUS}
본 명세서에 개시된 내용은 동력 시스템에 관한 것이며, 더욱 특별하게는, 터보기계 시스템에 관한 것이다.
증기 터빈(또는 증기 터보기계)과 같은 종래의 터보기계(또한 터빈으로 지칭함)는 일반적으로 작동 유체(예를 들면, 증기)의 흐름을 로터에 연결된 회전 버킷에 인도하는 고정 노즐 조립체를 포함한다. 증기 터빈에서, 노즐(또는 에어포일) 구조는 전형적으로 "다이어프램(diaphragm)" 또는 "노즐 조립체" 스테이지로 불린다. 노즐 조립체는 로터 주위에 2개의 절반부로 조립되어 수평 조인트(horizontal joint)를 형성한다. 수평 조인트는 로터를 가로질러 증기가 누출되는 것을 방지하는 패킹이 있다. 종래의 패킹은 수평 조인트에서 키(key)를 사용하여, 조립/분해 동안에 상부 절반부에서의 패킹이 탈락하는 것을 방지하고, 작동 동안에 로터가 패킹과 접촉하는 경우 패킹 슬롯(또는 더브테일 슬롯)에서의 패킹의 회전을 억제한다. 중력은 하부 절반부에서의 패킹 세그먼트를 제자리에 유지시킨다.
가변성 유극 양압 패킹(variable clearance positive pressure packing; VCPPP)에 있어서, 상부 절반부 및 하부 절반부를 위한 2개의 별개의 키 설계가 사용된다. 이러한 패킹은 압력을 사용하여 작동 동안에 개방 반경 방향 위치로부터 폐쇄 반경 방향 위치로 시일의 위치를 이동시킨다. 이러한 패킹이 증기 부하의 함수로서 반경 방향으로 이동하기 때문에, 키는, 좌측 패킹 세그먼트 및 우측 패킹 세그먼트가 중간 패킹 세그먼트 내로 들어가는 것을 억제하고 패킹 세그먼트가 적절하게 접근하는 것을 방지하도록 하부 절반부 패킹에 사용된다. VCPPP 설계를 위한 키는 (1) 패킹 세그먼트를 유지하는 것과, (2) 패킹의 반경 방향으로의 움직임을 허용하는 것의 2개의 목적을 제공한다.
그러나, 터빈의 하부 절반부에서 패킹 세그먼트(예를 들면, VCPPP 패킹 세그먼트)를 유지하기 위한 종래의 키 구성은 상당한 실효 영역을 필요로 하고, 키와 링 사이의 마찰로 인해 계산에 높은 감도를 추가하고, 부품의 굽힘 응력(bending stress), 국부 마모, 변형과 관련된 기계적 단점을 갖는다. 보다 현대적인 증기 통로 설계를 위해, 버킷과 노즐 사이의 간격은 수축되고, 반경 방향 내부 링 높이는 또한 점점 작아진다. 이러한 요소는 패킹의 한계 마찰 및 적절한 위치를 유지하면서 작은 실효 영역을 차지하는 방식으로 터보 패킹을 유지하기 어렵게 한다.
본 명세서는 패킹 유지 장치를 구비한 터보기계 다이어프램 링을 개량하는 것을 목적으로 한다.
다양한 실시예는 패킹 유지 장치를 구비하는 터보기계 다이어프램 링을 포함한다. 다양한 특정 실시예에 있어서, 터보기계 다이어프램 링은 터보기계 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정되고, 터보기계의 회전축 주위에 원주 방향으로 연장하는 패킹 슬롯과, 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 키 슬롯과, 키 슬롯과 연결되고, 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 포함한다.
본 발명의 제 1 관점은, 터보기계 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정되고, 터보기계의 회전축 주위에 원주 방향으로 연장하는 패킹 슬롯과, 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 키 슬롯과, 키 슬롯과 연결되고, 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 구비하는 터보기계 다이어프램 링을 포함한다.
본 발명의 제 2 관점은, 제 1 키 슬롯을 포함하는 더브테일부를 갖는 패킹과, 패킹과 결합된 다이어프램 링으로써, 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정된 패킹 슬롯과, 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 제 2 키 슬롯과, 제 2 키 슬롯과 연결되고, 제 2 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 구비하는, 상기 다이어프램 링을 포함하는 터보기계 다이어프램을 포함한다.
본 발명의 제 3 관점은, 본체부와, 본체부로부터 축방향 내측으로 연장하고, 복수의 시일 티스(seal teeth)를 포함하는 시일부와, 본체부로부터 축방향 외측으로 연장하는 더브테일부를 구비하고, 더브테일부는 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지와, 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지중 적어도 하나 내에 배치되고 키 부재를 수용하도록 크기 설정된 키 슬롯을 포함하며, 본체부, 시일부 및 더브테일부는 공통의 수평 조인트면을 구비하고, 키 슬롯이 수평 조인트면으로부터 오프셋되는 터보기계 패킹을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 설명되는 본 발명의 다양한 관점의 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징이 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터보기계 다이어프램의 일부분의 개략적인 삼차원 사시도,
도 2는 본 발명의 다양한 대안적인 실시예에 따른 터보기계 다이어프램의 일부분의 단부도,
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터보기계 패킹 및 키의 개략적인 삼차원 사시도,
도 4는 본 발명의 다양한 대안적인 실시예에 따른 터보기계 패킹 및 키의 개략적인 삼차원 사시도,
도 5는 본 발명의 다양한 대안적인 실시예에 따른 터보기계 다이어프램의 일부분의 단부도,
도 6은 본 발명의 다양한 대안적인 실시예에 따른 터보기계 다이어프램의 일부분의 단부도,
도 7은 본 발명의 다양한 대안적인 실시예에 따른 터보기계 다이어프램의 일부분의 개략적인 삼차원 사시도.
본 발명의 도면은 반드시 일정한 축척으로 도시된 것은 아니다. 도면은 본 발명의 전형적인 관점만을 도시하는 것을 목적으로 하므로, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 생각되지 않아야 한다. 도면에서, 동일한 부호는 도면 사이의 동일한 요소를 나타낸다.
언급한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 내용은 동력 시스템에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 이 내용은 터보기계 시스템에 관한 것이다.
상술한 바와 같이, 터빈의 하부 절반부에서 패킹 세그먼트(예를 들면, VCPPP 패킹 세그먼트)를 유지하기 위한 종래의 키 구성은 상당한 실효 영역을 필요로 하고, 키와 링 사이의 마찰로 인해 계산에 높은 감도를 추가하고, 부품의 굽힘 응력, 국부 마모, 변형과 관련된 기계적 단점을 갖는다. 하나의 종래적인 구성은 패킹을 관통하는 것에 의해 패킹을 고정하여 패킹을 제자리에 유지하는 패킹 볼트를 사용한다. 보다 현대적인 증기 통로 설계를 위해, 버킷과 노즐 사이의 간격은 수축되고, 반경 방향 내부 링 높이(로터와 노즐 내부 유로 사이의 간격)는 또한 점점 작아진다. 이러한 요소는 패킹의 한계 마찰 및 적절한 위치를 유지하면서 작은 실효 영역을 차지하는 방식으로 터보 패킹을 유지하기 어렵게 한다.
종래의 접근 방법에 대하여, 본 발명의 관점은 다이어프램 패킹 및 다이어프램 링을 효율적으로 유지하는 터보기계를 위한 유지 구성을 포함한다. 패킹 유지 구성은 종래 기술에서의 문제를 극복하고, 반경 방향 또는 축방향 키 옵션중 적어도 하나, 예를 들면, 반경 방향, 축방향, 또는 적어도 부분적으로 반경 방향 및 적어도 부분적으로 축방향 키 옵션을 허용한다. 반경 방향 또는 축방향 키 옵션중 어느 경우에도, 키가 다이어프램 링에 적어도 부분적으로 수용되므로, 다이어프램 링은 종래의 유지 디바이스보다 현저히 작은 공간을 차지하는 슬롯(키 슬롯)을 포함한다. 또한, 이러한 배치는 종래의 설계보다 작고 간단한 키를 허용한다.
다양한 실시예에 있어서, 키 부재는 티탄 코팅된 키를 포함하고, 부품의 저감된 굽힘 응력, 적은 마찰 및 변형과 같은 기계적 이점을 제공한다. 게다가, 제안된 키는 패킹 더브테일에서 기계 가공된 홈(키 슬롯)을 통해(예를 들면, VCPPP 설계에서) 패킹 세그먼트의 반경 방향 이동을 허용한다.
본 발명의 다양한 특정 실시예는, 터보기계 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정되고, 터보기계의 회전축 주위에 원주 방향으로 연장하는 패킹 슬롯과, 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 키 슬롯과, 키 슬롯과 연결되고, 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 구비하는 터보기계 다이어프램 링을 포함한다.
본 발명의 다양한 다른 특정 관점은, 제 1 키 슬롯을 포함하는 더브테일부를 갖는 패킹과, 패킹과 결합된 다이어프램 링으로서, 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정된 패킹 슬롯과, 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 제 2 키 슬롯과, 제 2 키 슬롯과 연결되고, 제 2 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 구비하는, 상기 다이어프램 링을 포함하는 터보기계 다이어프램을 포함한다.
본 발명의 다양한 다른 특정 관점은, 본체부와, 본체부로부터 축방향 내측으로 연장하고, 복수의 시일 티스를 포함하는 시일부와, 본체부로부터 축방향 외측으로 연장하는 더브테일부를 구비하고, 더브테일부는 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지와, 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지중 적어도 하나 내에 배치되고 키 부재를 수용하도록 크기 설정된 키 슬롯을 포함하며, 본체부, 시일부 및 더브테일부는 공통의 수평 조인트면을 구비하고, 키 슬롯이 수평 조인트면으로부터 오프셋되는 터보기계 패킹을 포함한다.
본 명세서에 사용된 용어 "축방향" 및/또는 "축방향으로"는 터보기계(특히, 로터부)의 회전축에 실질적으로 수직인 축(A)을 따른 물체의 상대 위치/방향을 나타낸다. 본 명세서에 사용된 용어 "반경 방향" 및/또는 "반경 방향으로"는 축(A)에 실질적으로 수직이고 축(A)과 하나의 위치에서만 교차하는 축(r)을 따른 물체의 상대 위치/방향을 나타낸다. 게다가, 용어 "원주 방향" 및/또는 "원주 방향으로"는 축(A)을 둘러싸지만 어떤 위치에서도 축(A)과 교차하지 않는 원주(C)를 따른 물체의 상대 위치/방향을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터보기계 다이어프램(또는 간단히, 다이어프램)(2)의 일부분의 개략적인 삼차원 사시도가 도시된다. 도시하는 바와 같이, 터보기계 다이어프램(2)은 대형 터보기계, 예를 들면 증기 터빈에 속할 수 있다. 다양한 실시예에서, 다이어프램(2)은 패킹(4)을 포함할 수 있다. 다이어프램(2)은 또한 패킹(4)과 결합된 다이어프램 링(6)(본 발명의 다양한 관점을 설명하기 위한 목적으로 부분적으로 투과하여 도시함)을 포함한다. 패킹(4)은 본체부(8), 본체부(8)로부터 반경 방향 내측으로 연장하는 시일부(10)를 포함할 수 있다. 시일부(10)는 터보기계 내에서 유체 유동을 지향시키는 축방향 시일으로서 작용할 수 있다. 패킹(4)은 본체부(8)로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 더브테일부(12)를 추가로 포함할 수 있다. 더브테일부(12)는 다이어프램 링(6)에 원주 방향으로 배치된 패킹 슬롯(15)과 결합하도록 설계된 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지(14)를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 더브테일부(12)[특히, 축방향으로 연장하는 플랜지(14)중 적어도 하나]는 키 부재(18)의 일부분을 수용하기(그리고, 일부 경우에는, 유지하기) 위한 제 1 키 슬롯(16)을 포함할 수 있다(또한, 본 명세서에 추가로 기술됨).
언급한 바와 같이, 다이어프램 링(6)은 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지(14)를 포함하는 더브테일부(12)와 결합하도록 크기 설정된 패킹 슬롯(16)을 포함한다. 또한, 다이어프램 링(6)은 패킹 슬롯(15)과 연결된 제 2 키 슬롯(20)을 포함한다(예를 들면, 공기 또는 다른 유체가 하나에서 다른 하나로 자유롭게 유동할 수 있도록 유체적으로 연결됨). 제 2 키 슬롯(20)은 키 부재(18)의 다른 부분[패킹(4)의 더브테일부(12)의 제 1 키 슬롯(16)에 수용된 부분과는 다른 부분]을 수용하도록 크기 설정된다. 일부 실시예에서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제 2 키 슬롯(20)은 패킹 슬롯(16)으로부터 축방향으로 연장한다. 그러나, 도 2의 개략적인 단부도에 도시된 것과 같은 다른 실시예에서, 제 2 키 슬롯(20)은 패킹 슬롯(16)으로부터 반경 방향으로 연장한다.
또한, 도시된 다이어프램 링(6)은 제 2 키 슬롯(20)과 연결된(예를 들면, 본 명세서에 설명된 바와 같이 유체적으로 연결된) 유지 슬롯(22)을 포함할 수 있다. 유지 슬롯(22)은 제 2 키 슬롯(20)으로부터 실질적으로 원주 방향으로, 예를 들어, 패킹 슬롯(16)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 본 명세서에 추가로 설명되는 바와 같이, 유지 슬롯(22)은 제 2 키 슬롯(20) 내에 키 부재(18)를 유지하기 위한, 유지 부재(예를 들면, 나사, 볼트, 핀 등)(24)(도 1에서 가상선으로 도시함)를 수용하도록 크기 설정될 수도 있다. 일부 경우에 있어서, 예를 들어, 유지 부재(24)가 적어도 부분적으로 수나사산을 포함하는 경우, 유지 슬롯(22)은 유지 부재(24)의 나사산에 상보하도록 암나사산을 포함할 수 있다.
키 부재(18)는 강철, 알루미늄 또는 이들의 임의의 적합한 합금과 같은 금속으로 형성될 수도 있다. 키 부재(18)는 금속 상에 마찰 감소 물질을 갖는 코팅을 포함하여, 소망 시에 제 1 키 슬롯(16) 및/또는 제 2 키 슬롯(20) 내로 키 부재(18)의 이동을 허용한다. 이러한 마찰 감소 코팅은 일부 경우에 질화 티탄(TiN)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술하는 바와 같이, 일부 실시예에 있어서, 키 부재(18)는 다이어프램 링(6)에 대한 패킹(4)의 이동을 제한하도록 제 1 키 슬롯(16) 및 제 2 키 슬롯(20) 내에 위치된다. 키 부재(18)는 유지 부재(24)를 수용하고 유지 슬롯(22)과 정렬하기 위한 개구부(26)를 포함할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 개구부(26)는 (예를 들면, 스크류드라이버, 렌치 등과 같은 공구에 의해) 키 부재(18)에 보다 용이하게 접근하게 하는 테이퍼부(28)를 포함한다. 키 부재(24)가 유지 슬롯(22)에 결합될 때, 이것이 다이어프램 링(4)에 키 부재(18)를 결합시킨다. 즉, 유지 부재(24)는 제 1 키 슬롯(16) 및 제 2 키 슬롯(20)에서의 키 부재(24)의 이동을 제한하고, 유지 부재(24)가 유지 슬롯(22)에 결합될 때, 키 부재(24)는 다이어프램 링(6)에 대한 패킹(4)의 이동을 제한한다. 본 명세서에 언급한 바와 같이, 키 부재(18)는 일부 실시예에서는 나사를 포함할 수 있고, 특정 경우에서는 접시 머리 렌치 볼트(flat-head cap screw)를 포함할 수 있다.
다양한 대안적인 실시예에 있어서, 본 명세서에 추가로 도시하고 기술한 바와 같이, 키 부재(18)는 제 1 키 슬롯(16)과 제 2 키 슬롯(20) 사이에서 연장하고, 다이어프램 링(6) 내로, 예를 들면, 유지 슬롯(22)에 유지되는 다월(dowel) 또는 다월 로드(dowel rod)의 형태를 가질 수 있다. 다른 경우에 있어서, 키 부재(18)는 제 1 키 슬롯(16)과 제 2 키 슬롯(20) 사이에서 연장하고, 나사 또는 용접을 통해 [키 슬롯(16)에서]패킹(4)에 부착되는 도시된 키(또는 다월)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 다이어프램 링(6)이 패킹(4)의 수평 조인트면(34)과 정렬하도록 설계된 수평 조인트면(32)를 포함하는 것을 도시한다. 당해 분야에 알려진 바와 같이, 이러한 수평 조인트면(32, 34)은 이들이 속하는 터보기계의 수평 조인트에서 일치시켜 다이어프램의 상부 절반부와 하부 절반부 사이의 접합부를 형성하고자 한다. 본 명세서에 도시한 것은 다이어프램 링(6)의 수평 조인트면(32) 및 패킹(4)의 수평 조인트면을 도시하는 터보기계 다이어프램(2)의 절반부의 일부분이다. 당해 분야에 알려진 바와 같이, 패킹(4)의 본체부(8), 시일부(10), 및 더브테일부(12)는 공통의 수평 조인트면(34)을 공유한다.
도 1[축방향으로 연장하는 키 부재(18) 및 제 2 키 슬롯(20)을 구비함] 및 도 2[반경 방향으로 연장하는 키 부재(18) 및 제 2 키 슬롯(20)을 구비함]에 도시하는 바와 같이, 제 2 키 슬롯(20)은 수평 조인트면(32)에서 개방되어 수평 조인트면(32)[또는 수평 조인트면(32) 상의 위치]으로부터 제 2 키 슬롯(20)으로의 접근을 허용한다. 이에 의해, 무엇보다도 수평 조인트면으로부터 키 부재(18)[및 유지 부재(24)]으로의 접근이 허용된다. 일부 경우에 있어서, 오퍼레이터는 제 2 키 슬롯(20), 특히, 다이어프램 링(6)의 수평 조인트면(32)에서 개구부를 거쳐서 키 부재(18)[및 유지 부재(24)]에 접근할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 유지 슬롯(22)은 제 2 키 슬롯(20)뿐만 아니라, 다이어프램 링(6)의 수평 조인트면(32)으로부터 실질적으로 원주 방향으로 멀리 연장한다. 즉, 유지 슬롯(22)은 제 2 키 슬롯(20)과 정렬하고, 유지 부재(24)가 유지 슬롯(26) 및 제 2 키 슬롯(20)으로부터 수직으로 제거/삽입될 수 있도록 하는 방식으로 수평 조인트면(32)으로부터 멀리 연장한다. 일부 경우에 있어서, 유지 슬롯(26)은 또한 제 2 키 슬롯(20)으로부터 적어도 부분적으로 반경 방향(예를 들면, 반경 방향 외측)으로 연장한다. 유지 부재(24)가 키 부재(18)에 대해 수직선으로부터 약간 경사지게 하는 약간 경사진 유지 슬롯(26)은, 제 2 키 슬롯(20)에 키 부재(18)를 안정시키는 것을 도울 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예를 따라, 키 부재(18)와 함께 터보기계 패킹(4)의 개략적인 삼차원 사시도를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 키 부재(18)가 제 1 키 슬롯(16)과 축방향으로 정렬되어 도시되지만, 키 부재(18)는 제 1 키 슬롯(16)과 반경 방향으로 정렬하도록 회전될 수 있다는 것이 이해된다. 일부 경우에 있어서, 제 1 키 슬롯(16)을 포함하는 동일한 패킹(4)은 다이어프램 링(6)의 어느 실시예[축방향으로 정렬된 제 2 키 슬롯(20)이나 반경 방향으로 정렬된 제 2 키 슬롯(20)]에도 사용될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 키 슬롯(16)은 더브테일부(12)의 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지(14)중 적어도 하나에 위치된다. 일부 경우에 있어서, 제 1 키 슬롯(16)은 더브테일부(12)의 플랜지(14)를 통해 전체적으로 반경 방향으로 연장되어, 다이어프램 링(6) 내에 있는 경우(도 1 및 도 2)에도, 제 1 키 슬롯(16)의 반경 방향 내측 개구부 및 반경 방향 외측 개구부로부터 제 1 키 슬롯(16)으로의 접근을 허용한다. 제 1 키 슬롯(16)은 수평 조인트면(34)으로부터 오프셋되어, 패킹(4)의 일부분(38)은 제 1 키 슬롯(16)과 수평 조인트면(32) 사이에 놓인다.
도 4 및 도 5는 다월(18A)을 포함하는 키 부재(18)를 나타내는 대안적인 실시예를 도시한다. 다월(18A)은 더브테일부(12)의 플랜지(14)를 통해서 반경 방향으로 연장할 수 있는 제 1 키 슬롯(16)과 상호 작용하도록 구성된다. 일부 경우에 있어서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 다월(18A)은 다이어프램 링(106)의 슬롯(104)과 접속할 수 있다. 슬롯(104)은 도 5에 도시하는 바와 같이, 다이어프램 링(106) 내에 축방향으로 연장할 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에 있어서, 슬롯(104)은 다이어프램 링(106)의 내부 부분을 통해서 적어도 부분적으로 반경 방향, 적어도 부분적으로 축방향, 또는 축방향 및 반경 방향의 혼합 방향으로 연장할 수 있다. 다월(18A)은 다이어프램 링(106)의 슬롯(104)을 통해 유지되고, 다이어프램 링(106) 상의 위치에 용접 및/또는 납땜됨으로써, 다이어프램 링(106)에 대해 다월(18A)의 위치를 고정할 수 있다. 도 5를 참조하여 도시되고 기술된 다이어프램 링(106)은, 유지 슬롯(22) 없이 슬롯(104)에서 용접 및/또는 납땜을 거쳐서 다월(18A)의 위치를 고정할 수 있다는 점에서, 도 1 및 도 2의 다이어프램 링(6)과 상이할 수 있다. 즉, 이러한 경우에 있어서, 다이어프램 링(106)은 다월(18A)을 유지할 수 있고, 그러므로 슬롯(104) 내에 고정된 다월(18A)만을 사용하여 패킹(2)의 원주 방향 위치를 유지할 수 있다.
도 6 및 도 7은 패킹(4)에, 예를 들면 패킹(4)의 제 1 키 슬롯(16) 내에 용접, 납땜 또는 다른 방법으로 부착되는 실질적인 단일(이를 통과하는 어떤 개구부도 없음)의 키 부재(18B)를 나타내는 다른 대안적인 실시예를 도시한다. 실질적인 단일의 키 부재(18B)는 패킹(4) 내에 배치될 수 있고, 다이어프램 링(106)의 슬롯(104)과 축방향으로 정렬할 수 있다. 실제로, 단일의 키 부재(18B)는 패킹의 제 1 키 슬롯(16) 내에 배치되고, 다이어프램 링(106)의 슬롯(104)과 정렬되고, 제 1 키 슬롯(16) 내에서 패킹(4)에 용접 및/또는 납땜되어, 다이어프램 링(106) 내에 원주 방향으로 패킹(4)을 실질적으로 유지할 수 있다.
임의의 실시예에 있어서, 슬롯 및 키 부재 구성은 패킹과 다이어프램 링 사이에 축방향, 반경 방향, 또는 적어도 부분적으로 축방향 및 적어도 부분적으로 반경 방향으로 정렬될 수도 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 7에 대해서 도시되고 기술된 다양한 실시예에 있어서, 키 부재(18)[예를 들면, 키 부재(18A, 18B)]는 패킹과 다이어프램 링 사이에서 반경 방향 또는 부분적으로 반경 방향 및 부분적으로 축방향으로 연장할 수 있다.
본 발명의 다양한 관점은 터보기계 다이어프램의 어떤 부분에도 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 즉, 본 명세서에 기술된 키/슬롯 구성은 터보기계 다이어프램의 상부 섹션(수평 조인트면 위) 및/또는 터보기계 다이어프램의 하부 섹션(수평 조인트면 아래)을 안정화시키는 데에 이용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하려는 목적일 뿐이며, 본 발명을 제한할 의도는 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태(부정관사("a", "an") 및 정관사("the"))는, 문맥이 명백히 달리 명시하지 않는 한, 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은, 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징부, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. 용어 "전방" 및 "후방"은 제한하는 것으로서 의도되지 않으며, 적절한 경우 상호교환 가능한 것으로 의도된다는 것이 추가로 이해된다.
이 기술된 설명은, 다양한 실시예를 사용하여, 최적의 모드를 포함하는 내용을 개시하고, 또한 당업자가 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 구체화된 방법을 수행하는 것을 포함하는 실시예를 실행할 수 있게 한다. 본 명세서의 특허가능한 범위는 특허청구범위에 의해 규정되고, 당업자에 의해 이루어지는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 특허청구범위의 문자적 표현과 다르지 않은 구조 요소를 구비하는 경우, 또는 특허청구범위의 문자적 표현과 약간 차이가 있는 동등한 구조 요소를 포함하는 경우, 특허청구범위의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
2 : 다이어프램 4 : 패킹
6, 106 : 다이어프램 링 8 : 본체부
10 : 시일부 12 : 더브테일부
14 : 플랜지 15 : 패킹 슬롯
16 : 제 1 키 슬롯 18 : 키 부재
20 : 제 2 키 슬롯 22 : 유지 슬롯
24 : 유지 부재 32, 34 : 수평 조인트면

Claims (19)

  1. 터보기계용 다이어프램 링에 있어서,
    터보기계 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정되고, 상기 터보기계의 회전축 주위에 원주 방향으로 연장하는 패킹 슬롯과,
    상기 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 상기 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 키 슬롯과,
    상기 키 슬롯과 연결되고, 상기 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 상기 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 포함하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 키 슬롯은 상기 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 키 슬롯은 상기 패킹 슬롯으로부터 축방향으로 연장하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 슬롯은 상기 유지 부재를 수용하기 위한 나사형 개구부를 포함하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 키 슬롯은 상기 다이어프램 링의 수평 조인트면으로부터 상기 유지 슬롯으로 원주 방향으로 연장하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유지 슬롯은 상기 키 슬롯뿐만 아니라, 상기 다이어프램 링의 수평 조인트면으로부터 실질적으로 원주 방향으로 멀리 연장하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 슬롯은 상기 키 슬롯으로부터 적어도 부분적으로 반경 방향으로 더 연장하는
    터보기계용 다이어프램 링.
  8. 터보기계 다이어프램에 있어서,
    제 1 키 슬롯을 포함하는 더브테일부를 갖는 패킹과,
    상기 패킹과 결합된 다이어프램 링을 포함하며,
    상기 다이어프램 링은,
    상기 패킹의 더브테일부를 수용하도록 크기 설정된 패킹 슬롯과,
    상기 패킹 슬롯과 연결되고, 키 부재의 일부분을 수용하도록 크기 설정되며, 상기 패킹 슬롯으로부터 반경 방향 또는 축방향중 적어도 하나의 방향으로 연장하는 제 2 키 슬롯과,
    상기 제 2 키 슬롯과 연결되고, 상기 제 2 키 슬롯으로부터 실질적으로 원주 방향으로 연장하며, 상기 키 부재를 유지하기 위한 유지 부재를 수용하도록 크기 설정된 유지 슬롯을 포함하는
    터보기계 다이어프램.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 키 부재는 또한 상기 패킹 더브테일의 제 1 키 슬롯 및 상기 다이어프램 링의 제 2 키 슬롯 내에 위치되는
    터보기계 다이어프램.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 키 부재는 질화 티탄(TiN)을 포함하는 마찰 감소 코팅을 포함하는
    터보기계 다이어프램.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 또한 상기 키 부재에 결합되고 상기 유지 슬롯과 결합되는
    터보기계 다이어프램.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유지 부재는 상기 패킹 더브테일의 제 1 키 슬롯 및 상기 다이어프램 링의 제 2 키 슬롯에서의 상기 키 부재의 이동을 제한하고, 상기 키 부재는 상기 유지 부재가 상기 유지 슬롯과 결합될 때 상기 다이어프램 링에 대한 상기 패킹의 이동을 제한하는
    터보기계 다이어프램.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 키 슬롯은 상기 패킹 슬롯으로부터 축방향으로 연장하는
    터보기계 다이어프램.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 유지 슬롯은 상기 유지 부재를 수용하기 위한 나사형 개구부를 포함하는
    터보기계 다이어프램.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 다이어프램 링은 수평 조인트면을 포함하고, 상기 제 2 키 슬롯은 상기 수평 조인트면으로부터 상기 유지 슬롯으로 원주 방향으로 연장하는
    터보기계 다이어프램.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유지 슬롯은 상기 키 슬롯뿐만 아니라, 상기 다이어프램 링의 수평 조인트면으로부터 실질적으로 원주 방향으로 멀리 연장하는
    터보기계 다이어프램.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 유지 슬롯은 상기 제 2 키 슬롯으로부터 적어도 부분적으로 반경 방향으로 더 연장하는
    터보기계 다이어프램.
  18. 터보기계 패킹에 있어서,
    본체부와,
    상기 본체부로부터 축방향 내측으로 연장하고, 복수의 시일 티스를 포함하는 시일부와,
    상기 본체부로부터 축방향 외측으로 연장하는 더브테일부를 포함하고,
    상기 더브테일부는, 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지와, 상기 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지중 적어도 하나 내에 배치되고, 키 부재를 수용하도록 크기 설정된 키 슬롯을 포함하며,
    상기 본체부, 상기 시일부 및 상기 더브테일부는 공통의 수평 조인트면을 구비하고, 상기 키 슬롯은 상기 수평 조인트면으로부터 오프셋되는
    터보기계 패킹.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 키 슬롯은 한 쌍의 축방향으로 연장하는 플랜지중 적어도 하나를 통해서 전체적으로 반경 방향으로 연장하는
    터보기계 패킹.
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