KR20160015692A - 패킹장치를 구비한 터빈 및 그 조립방법과 실링조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 회전 블레이드가 장착되는 로터축; 상기 로터축을 회전가능하게 지지하는 베어링 조립체; 유체의 유로를 형성하고 상기 유체의 열에너지가 회전에 의한 기계에너지로 전환될 수 있도록 상기 회전블레이드가 배치되는 공간이 구비되는 케이싱; 상기 베어링 조립체 및 상기 케이싱을 고정적으로 지지하는 파운데이션; 및 상기 케이싱과 상기 로터축 사이를 실링하기 위해 상기 로터축에 설치되고 상기 파운데이션에 의해 지지되는 패킹장치;를 포함하고, 상기 케이싱은 상기 패킹장치를 향해 연장되되 상기 패킹장치에 대해서 상대적으로 위치가 변경될 수 있도록 상기 케이싱에 고정되는 연결부;를 포함하는 터빈을 구현하여 패킹장치와 로터축 사이의 요구되는 클리어런스가 작아지므로 유체 누설이 줄어드는 효과가 있다.

Description

패킹장치를 구비한 터빈 및 그 조립방법과 실링조립체{TURBINE HAVING PACKING DEVICE AND ASSEMBLING METHOD OF THE SAME AND SEALING ASSEMBLY}

본 발명은 터빈에 관한 것으로, 보다 자세하게는 터빈의 로터축과 케이싱 사이에 패킹장치를 구비한 터빈 및 상기 터빈의 조립방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 실링조립체에 관한 것으로, 보다 자세하게는 터빈의 케이싱과 패킹장치 사이에 설치되는 실링조립체에 관한 것이다.

터빈은 보일러 또는 증기발생기에서 생성된 고온 고압의 스팀이나 가스 등 유체의 열에너지를 기계에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생 장치로, 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하는데 사용될 수 있는 장치이다.

도 1을 참조하면, 종래의 터빈은 로터축(11)에 복수의 회전 블레이드(12)가 장착된 터빈로터(10), 상기 로터축을 회전가능하게 기초대(20)에 지지하는 베어링(50)을 포함한다. 상기 복수의 회전 블레이드는 유체의 유로를 따라 배열되며, 고정 블레이드(미도시)는 상기 복수의 회전 블레이드 사이마다 구비되어 유체의 열에너지가 회전력으로 변환되도록 유도한다. 유체의 유로방향상 하류측에는 유체 가이드(31)가 구비된다.

또한 종래의 터빈은 상기 터빈로터 등 각종 구성품을 수용하여 보호 및 지지하고, 내압을 유지하기 위한 케이싱(30)을 포함한다. 상기 로터축(11)은 양단이 상기 케이싱 외부로 연장되며, 상기 베어링(50)은 상기 케이싱 외부에서 기초대(20)에 고정되어 상기 로터축을 회전가능하게 지지한다. 상기 로터축(11)이 케이싱 외부로 연장되므로, 패킹 링(41)이 상기 로터축(11)과 상기 케이싱(30) 사이에 구비되어 그 사이로 유체가 누설되는 것을 방지하게 된다. 상기 패킹 링(41)은 상기 케이싱(30)에 고정적으로 연결된 지지부(42)에 의해 지지된다.

도 2에 화살표로 도시된 바와 같이 케이싱(30)의 내부압력이 변하게 되면 상기 케이싱이 움직일 수 있다. 예를 들어, 케이싱에 구비되는 컨덴서와 같은 부품에 의해 진공압력이 발생하여 내부 압력이 변하게 된다. 이때 케이싱(30)과 고정적으로 연결된 패킹 링(41) 역시 움직인다. 반면, 로터축(11)은 기초대(20)에 의해 지지되므로 상기 케이싱이 변형될 때에도 상기 로터축의 위치는 변하지 않는다.

이렇게 케이싱의 내부압력 변화에 따라 케이싱은 변형되는 반면 로터축의 위치는 변하지 않으므로 패킹 링의 설계시 케이싱의 변형을 고려하여 패킹링과 로터축 사이에 클리어런스를 갖도록 설계할 필요가 있다.

따라서 상기 클리어런스의 크기에 따라, 케이싱 내부에서 케이싱 외부로 내부 유체가 누설되는 양, 또는 케이싱 외부에서 케이싱 내부로 외부 기체 또는 외부 유체가 들어오는 양에 영향을 미치게 되고, 결국 이는 터빈의 효율에 영향을 미치게 된다.

종래의 터빈은 패킹링과 케이싱의 상대적 위치 이동을 고려하여 상기 클리어런스를 다소 크게 형성하여야 하므로, 패킹링과 로터축 사이에서 케이싱 내부 유체의 누설 또는 케이싱 외부 유체, 기체의 유입 등이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 터빈이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 케이싱이 변형되어도, 그 변형이 패킹링의 위치이동에 영향을 주지 않아, 패킹링과 로터축의 상대적 위치이동이 없게 되므로, 패킹링과 로터축 사이의 클리어런스를 최소화하여 제작할 수 있게 되고, 이에 따라 상기 클리어런스 저감에 따른 케이싱 내부 유체 누설 또는 케이싱 외부 유체, 기체의 유입 등을 저감시킬 수 있는 터빈 및 터빈의 조립방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 케이싱이 변형되어 케이싱과 패킹장치의 상대적 위치 이동이 있어도, 패킹장치와 연결부 사이를 실링할 수 있는 실링조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈은, 복수의 회전 블레이드가 장착되는 로터축; 상기 로터축을 회전가능하게 지지하는 베어링 조립체; 유체의 유로를 형성하고 상기 유체의 열에너지가 회전에 의한 기계에너지로 전환될 수 있도록 상기 회전블레이드가 배치되는 공간이 구비되는 케이싱; 상기 베어링 조립체를 고정적으로 지지하고, 상기 케이싱의 측부의 일부를 고정적으로 지지하는 파운데이션; 및 상기 케이싱과 상기 로터축 사이를 실링하기 위해 상기 로터축에 설치되고, 상기 파운데이션에 의해 지지되는 패킹장치;를 포함하고, 상기 케이싱은, 상기 패킹장치를 향해 연장되되 상기 패킹장치에 대해서 상대적으로 위치가 변경될 수 있도록 상기 케이싱에 고정되는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 케이싱은, 상기 유체의 유로 하류측에 구비되는 유체의 배출가이드;를 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 배출가이드 측에서 상기 패킹장치를 향해 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결부는, 상기 로터축의 길이방향을 따라 연장되는 테이퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 테이퍼부는, 상기 유체의 유로의 하류측으로 갈수록 좁아지는 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 테이퍼부는, 제1개구 및 상기 제1개구보다 직경이 작은 제2개구가 형성되고, 상기 로터축을 둘러싸도록 상기 제1개구에서 상기 제2개구까지 연장되는 테이퍼 벽을 포함하고, 상기 테이퍼 벽은 상기 제2개구측이 상기 패킹장치 쪽에 배치되고 상기 제1개구측이 상기 케이싱에 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 테이퍼부는, 상기 테이퍼 벽의 상기 제2개구측에서 상기 로터축을 향해 연장되되 상기 패킹장치의 측면을 따라 연장되는 연장벽을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2개구측과 상기 패킹장치사이에 형성되는 실링조립체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결부는, 상기 테이퍼부와 상기 패킹장치 사이에 배치되되 상기 테이퍼부에 고정되고 탄성력이 있는 탄성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄성부는 주름이 형성된 환형의 가스켓인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스켓은 외주면이 상기 테이퍼부에 고정되고 내주면이 상기 패킹장치를 둘러싸는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패킹장치는, 상기 로터축 외주면을 둘러싸도록 설치된 패킹 링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베어링 조립체는, 상기 케이싱 외부에서 상기 유체의 유로 하류와 인접한 쪽에 구비되고, 상기 패킹 링은, 상기 연결부와 상기 베어링 조립체 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패킹 링은, 적어도 일부분이 상기 파운데이션에 고정되어 지지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패킹장치는, 상기 패킹 링과 상기 베어링 조립체를 연결하는 연결하우징;을 더 포함하고, 상기 파운데이션은 상기 연결하우징을 지지하는 것을 특징으로 한다.

상기 연결하우징은, 상기 패킹 링이 삽입되는 패킹 링 삽입구; 및 상기 베어링 조립체가 삽입되는 베어링 삽입구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결하우징은, 상기 패킹 링 삽입구가 형성되고, 패킹 링을 둘러싸는 패킹 링 고정부; 상기 베어링 삽입구가 형성되고, 상기 베어링 조립체를 둘러싸는 베어링 고정부; 및 상기 패킹 링 고정부와 상기 베어링 고정부 사이를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 실링조립체는, 케이싱과 로터축 사이를 실링하기 위해 상기 로터축에 설치되고, 파운데이션에 의해 지지되는 패킹장치; 상기 케이싱으로부터 상기 패킹장치를 향해 연장되되 상기 패킹장치에 대해서 상대적으로 위치가 변경될 수 있도록 상기 케이싱에 고정되는 연결부; 상기 연결부 일측에 상기 연결부의 원주방향으로 연속하여 형성되는 실링수용홈; 및 상기 실링수용홈에 형성되고 일단이 패킹장치의 일단과 항상 접촉하는 실링장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실링수용홈은 링형상으로서, 원주방향으로 일부 호가 개구되는 개구부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실링장치는 링형상의 탄성부재로서 일부가 상기 실링수용홈에 안착되고, 나머지 일부는 상기 개구부를 통하여 돌출되되, 그 돌출부위가 상기 연결부의 위치이동과 무관하게 항상 상기 패킹장치와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실링장치는 그 내부가 소정의 두깨를 가진 탄성부재가 권취된 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실링수용홈은 상기 연결부 외면으로부터 깊이 방향으로 제1수용부, 제2수용부, 제3수용부를 가지되, 제2수용부는 제1수용부와 제3수용부보다 그 너비가 크며, 제1수용부는 상기 연결부의 종방향으로 개구되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실링장치는 일단에 상기 제3수용부에 고정되는 탄성부를 가지고, 타단은 상기 제1수용부의 개구되는 방향으로 돌출되되, 그 돌출부위가 상기 연결부의 위치이동과 무관하게 항상 상기 패킹장치와 접촉하며, 상기 일단과 상기 타단사이의 중앙에는 상기 제2수용부에 수용되되 그 너비가 상기 제2수용부의 너비보다 작지만, 상기 제1수용부 및 상기 제3수용부보다는 큰 중앙부를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 조립방법은, 파운데이션을 설치하는 단계; 하부 케이싱 연결부에 실링조립체를 설치하는 단계; 하부 케이싱에 하부 케이싱 연결부를 설치하는 단계; 상기 파운데이션에 하부 케이싱을 설치하는 단계; 상기 파운데이션에 하부 패킹장치를 설치하는 단계; 상기 연결하우징 또는 상기 파운데이션에 하부 베어링 조립체를 설치하는 단계; 로터축을 설치하는 단계; 상기 로터축에 상부 베어링 조립체를 설치하는 단계; 상기 로터축에 상기 패킹장치를 설치하는 단계; 상부 케이싱 연결부에 실링조립체를 설치하는 단계; 상부 케이싱에 상부 케이싱 연결부를 설치하는 단계; 및 상기 하부 케이싱에 상기 상부 케이싱을 설치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 케이싱 연결부에 실링조립체를 설치하는 단계는 상기 하부 케이싱 연결부 일단에 실링수용홈을 형성하는 단계; 및 상기 실링수용홈에 실링장치를 설치하는 단계;를 포함하는 것을 특징한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 케이싱 연결부에 실링조립체를 설치하는 단계는 상기 상부 케이싱 연결부 일단에 실링수용홈을 형성하는 단계; 및 상기 실링수용홈에 실링장치를 설치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로터축을 지지하는 베어링 조립체와 동일한 지지점을 갖는 패킹장치를 채용함으로써, 케이싱이 변형되어도, 그 변형이 패킹링의 위치이동에 영향을 주지 않아, 패킹링과 로터축의 상대적 위치이동이 없게 되므로, 패킹링과 로터축 사이의 클리어런스를 최소화하여 제작할 수 있게 된다. 이와같이 상기 클리어런스 저감에 따른 케이싱 내부 유체 누설 또는 케이싱 외부 유체, 기체의 유입 등을 저감하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르는, 실링조립체를 채용함으로써, 케이싱이 변형되어 연결부의 패킹장치에 대한 상대적 위치 이동이 있더라도, 패킹장치와 연결부 사이를 실링할 수 있어 그 사이를 통해 발생할 수 있는 케이싱 내부 유체 누설 또는 케이싱 외부 유체, 기체의 유입 등을 저감하는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 터빈을 개략적으로 도시한 측단면도.
도 2는 도 1에 도시한 터빈에 진공압력이 작용하는 모습을 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 일 부분을 개략적으로 도시한 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 연결부의 변형실시예를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 패킹장치의 변형실시예를 개략적으로 도시한 측단면도.
도 6은 도 5의 실시예를 구성하는 연결하우징의 사시도.
도 7은 도 5의 실시예에 진공압력이 작용하는 모습을 도시한 측단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 연결부의 또 다른 변형실시예를 도시한 측단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 연결부에 탄성부가 구비된 실시예를 도시한 측단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링조립체를 개략적으로 도시한 측단면도.
도 11은 도 10의 실시예를 구성하는 연결부를 개략적으로 도시한 사시도.
도 12는 도 10의 실시예를 구성하는 실링장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링수용홈과 실링장치의 변형실시예를 개략적으로 도시한 측단면도.
도 14는 도 13의 실시예를 구성하는 실링장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 조립방법을 나타내는 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

이하의 실시예에서는 스팀터빈을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 유체의 유로에 회전 블레이드가 장착된 로터축이 구비되는 어떠한 터빈에도 본 발명의 사상이 적용될 수 있다.

먼저 첨부된 도면 도 3 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈에 대해 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈(100)은 복수의 회전 블레이드(112)가 장착되는 로터축(111), 케이싱(130), 상기 로터축(111)을 회전가능하게 지지하는 베어링 조립체(150), 상기 베어링 조립체(150)를 지지하는 구조물인 파운데이션(120), 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 실링하는 패킹장치(140)를 포함한다. 또한, 미도시되었으나 회전 블레이드 사이마다 고정 블레이드가 구비된다.

상기 케이싱(130)은 스팀의 유동에 의해 회전력을 발생시키기 위한 부품들이 구비되고 스팀의 유로를 형성하는 공간을 구비한다. 복수의 회전 블레이드(112)와 복수의 고정 블레이드는 상기 스팀의 열에너지에 의해 로터축(111)이 회전하도록 상기 공간에 배치되며, 이는 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 상기 케이싱(130)의 스팀 유로상 하류, 즉 스팀 배출측 구조를 간략하게 도시한 것이다. 상기 케이싱(130)은 스팀 유로의 하류에 구비되어 스팀이 케이싱 외부로 배출되도록 가이드하는 배출가이드(131)를 포함한다.

상기 케이싱(130)은 상기 패킹장치(140)를 향해 연장되되 상기 케이싱에는 고정적으로 연결되고 상기 패킹장치(140)와는 접촉은 하되 고정되지는 않은 상태로 상기 패킹장치(140)를 지지하는 연결부(160)를 더 포함한다.

상술한 구성의 측면은, 패킹장치(140)를 지지하는 연결부(160)가 케이싱(130)에 고정적으로 연결되고 상기 패킹장치(140)와는 상대적으로 위치가 변경될 수 있으므로 케이싱(130)의 변형이 있더라도 상기 패킹장치(140)에 영향이 없게 된다. 따라서 상기 패킹장치(140)의 설계시 요구되는 클리어런스가 감소하고 실링 효과가 향상된다. 상기 연결부(160)의 상세한 설명은 후술한다.

상기 베어링 조립체(150)는 상기 케이싱(130)의 외부에 구비되고 상기 파운데이션(120)에 고정되어 지지된다. 상기 베어링 조립체(150)는 로터축(111)을 회전가능하게 지지하며, 스팀 유로의 하류에 인접하게 배치되어 상기 로터축(111)을 지지한다. 베어링 조립체(150)의 구체적인 구성은 공지되었으므로 상세한 설명을 생략한다.

상기 패킹장치(140)는 상기 연결부(160)와 상기 로터축(111) 사이에 구비되어 케이싱(130)과 로터축 사이의 틈으로 스팀이 누설되는 것을 방지한다. 이러한 패킹장치(140)는 로터축을 둘러싸는 패킹 링(141)을 포함한다.

상기 패킹 링(141)은 내주면에 요철이 복수 형성되어 로터축의 외주면과 치합된다. 이러한 패킹 링(141)은 공지의 어떠한 레비린스 실(labyrinth seal)과 같이 구성되어도 좋다.

상기 파운데이션(120)은 상기 패킹 링(141)이 고정되어 지지되는 구조물이다. 또한 상기 파운데이션(120)은 상기 베어링 조립체(150)를 지지한다. 상기 파운데이션(120)에는 상기 패킹 링(141)이 끼워지는 홈(121)이 형성된다. 그러나 상기 패킹 링(141)이 상기 파운데이션(120)에 고정되는 방법은 이에 한정되지 않고 별도의 체결부재에 의해 고정될 수도 있다. 이러한 파운데이션(120)은 콘크리트와 같은 견고한 재질로 구성된다.

상술한 구성의 측면은, 파운데이션(120)에 의해 상기 패킹 링(141)과 상기 베어링 조립체(150)가 함께 지지되므로 상기 패킹 링(141)과 상기 베어링 조립체(150)는 지지점이 동일하게 되는 효과가 있다. 따라서 패킹 링(141)이 케이싱(130)과 고정적으로 연결되지 않더라도 견고한 지지가 가능한 효과가 있다.

상기 연결부(160)는 상기 패킹 링(141)과 접촉되지만 케이싱(130)에만 고정적으로 연결되고 상기 패킹 링(141)에 대해서는 상대적으로 위치변화가 가능하도록 설치된다. 이러한 상기 연결부(160)는 상기 케이싱(130)에 고정적으로 연결되고 상기 패킹 링(141)을 향해 연장되어 상기 패킹 링(141) 쪽 단부가 상기 패킹 링(141)을 지지하는 지지다리를 포함할 수 있다. 상기 지지다리는 복수가 구비되어 상기 로터축(111)을 중심으로 대칭되는 형상으로 상기 케이싱(130)에 고정되어 배치될 수 있다. 연결부(160)가 복수의 지지다리를 포함하는 경우, 지지다리는 그 사이로 증기가 누설되지 않도록 배치된다.

도 4는 상기 연결부의 변형실시예(160')를 도시한 사시도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 연결부(160')는 상기 케이싱(130)에 고정적으로 연결되고 상기 로터축(111)의 길이방향을 따라 연장되어 일단이 상기 패킹 링(141)을 지지하는 테이퍼부(161)를 포함할 수 있다.

상기 테이퍼부(161)는 스팀유로의 하류측으로 갈수록 좁아지는 형상으로 형성된다. 이러한 테이퍼부(161)는, 제1개구(162) 및 상기 제1개구보다 직경이 작은 제2개구(164)가 양단에 형성되고 상기 로터축(111)을 둘러싸도록 상기 제1개구에서 상기 제2개구까지 연장되는 테이퍼 벽(165)을 포함할 수 있다.

상기 제2개구(164)가 상기 패킹 링(141) 쪽에 배치되어 상기 패킹 링(141)의 측면을 지지하고 상기 제1개구(162)측이 상기 케이싱(130)에 고정된다. 이때 상기 제2개구(164)의 직경은 패킹 링(141)의 외주 직경과 동일하거나 작도록 형성된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 패킹장치의 변형실시예(140')를 개략적으로 도시한 측단면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 패킹장치의 변형실시예(140')는 상술한 일 실시예에서 패킹장치(140)가 변형된 것이다. 다시 말해 본 발명의 일 실시예의 패킹장치(140)는 패킹 링(141)이 상기 파운데이션(120)에 의해 직접 지지되는 실시예이고, 본 발명의 상기 패킹장치의 변형실시예를 구성하는 패킹장치(140')는 연결하우징(143)을 더 포함하며, 상기 연결하우징(143)을 통해 상기 파운데이션(120)에 의해 지지되는 실시예이다. 이하에서는 패킹장치의 변형실시예(140')를 설명하고 동일한 부호는 상술한 일 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

패킹장치의 변형 실시예(140')는 상술한 패킹 링(141)을 포함하며, 상기 패킹 링(141)과 상기 베어링 조립체(150)를 연결하는 연결하우징(143)을 더 포함한다. 도 6은 상기 연결하우징(143)의 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 연결하우징(143)은 상기 패킹 링(141)이 삽입되는 패킹 링 삽입구(144) 및 상기 베어링 조립체(150)가 삽입되는 베어링 삽입구(146)가 형성된 원통 형상의 하우징이다. 도시된 실시예는 상기 연결하우징(143)이 단차진 형상의 원통이지만 이러한 형상에 한정되는 것은 아니고, 상기 패킹 링(141)과 상기 베어링 조립체(150)가 함께 상기 파운데이션(120)에 의해 지지될 수 있도록 연결하는 어떠한 형상으로도 변형 가능하다. 또한 상기 연결하우징은 상기 패킹 링(141)의 직경과 상기 베어링 조립체(150)의 직경에 따라 다양하게 변형 가능하다.

일예로 상기 연결하우징(143)은, 상기 패킹 링 삽입구(144)가 형성되고 상기 패킹 링(141)을 둘러싸는 패킹 링 고정부(145), 상기 베어링 삽입구(146)가 형성되고 상기 베어링 조립체(150)를 둘러싸는 베어링 고정부(147) 및 상기 패킹 링 고정부(145)와 상기 베어링 고정부(147) 사이를 연결하는 연결벽(149)을 포함한다.

상기 연결벽(149)은 상기 패킹 링 고정부(145)와 상기 베어링 고정부(147)의 직경이 다르기 때문에 단차진 턱을 포함한다. 그러나 상기 연결벽(149)은 경사지게 형성될 수도 있다.

상술한 구성의 측면은, 상기 패킹 링(141)과 상기 베어링 조립체(150)가 하나의 연결하우징(143)에 수용되므로 상기 패킹 링(141)이 상기 베어링 조립체(150)와 동일한 지지점을 갖도록 구성될 수 있으며, 상기 연결하우징(143)이 상기 파운데이션(120)에 의해 용이하게 지지된다.

도 7을 참조하면, 상술한 구성에 의해 압력변화에 따라 화살표 방향으로 케이싱(130)이 움직이는 때에도 상기 패킹 링(141)은 그에 영향을 받지 않고 상기 연결하우징(143)을 매개로 상기 파운데이션(120)에 의해 견고하게 지지된다. 또한 케이싱(130)에서 상기 패킹 링(141)으로 연장되는 연결부(160, 160')는 상기 패킹 링(141)의 측면을 지지하되 상기 패킹 링(141)에 대해서 상대적으로 위치가 변하게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 연결부의 또 다른 변형실시예(160'')를 도시한 측단면도이다. 상기 또다른 변형실시예(160'')에 따른 터빈(100'')은 상술한 테이퍼부의 변형예(161')를 포함하는 터빈(100'')으로, 동일한 부호에 대해서는 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

상기 테이퍼부(161')는 상술한 테이퍼 벽(165)의 상기 제2개구(164)측에서 상기 로터축(111)을 향해 연장되되 상기 패킹 링(141)의 측면을 따라 연장되는 연장벽(166)을 더 포함할 수 있다. 상기 연장벽에 의해 실링효과가 추가로 향상된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈을 구성하는 연결부(160, 160')에 탄성부(167)가 구비된 실시예를 도시한 측단면도이다. 즉, 상술한 연결부(160, 160')에 탄성부(167)가 구비된 것이다. 동일한 부호는 상술한 실시예에서와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

상기 탄성부(167)는 상술한 테이퍼부(161)와 상기 패킹 핑(141) 사이에 배치되되 상기 테이퍼부(161)에 고정된다. 또한 상기 탄성부(167)는 탄성력이 있는 재질로 형성되거나 형상에 의해 신축성이 있도록 형성된다.

예를 들어 상기 탄성부(167)는, 주름이 형성된 환형의 가스켓일 수 있다. 이때 상기 가스켓은 외주면이 상기 테이퍼부(161)에 고정되고 내주면이 상기 패킹 링(141)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.

이하에서, 첨부된 도면 도 10 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실링조립체에 대해 상세하게 설명한다.

상술한 터빈(100, 100', 100'')의 구성 중 패킹장치(140, 140')와 연결부(160, 160' 160'') 사이에서 실링 작용을 하는 구성과 직접적으로 관련 있는 부분을 실링조립체(1000)라고 부를 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실링조립체(1000)는 패킹장치(1400), 연결부(1600), 실링수용홈(1610), 실링장치(1620)를 포함한다.

패킹장치(1400) 및 연결부(1600)는 상술한 일 실시예의 터빈을 구성하는 패킹장치(140, 140')와 연결부(160, 160' 160'') 또는 그 변형실시예들과 구성이 대응하므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 실링수용홈(1610)은 상기 연결부(1600) 일측에 상기 연결부(1600)의 원주방향으로 연속하여 형성될 수 있다. 일례로 상기 연결부(1600)의 일측은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈(100', 100'')을 구성하는 제2개구(164)의 측면일 수 있다.

상기 실링수용홈(1610)은 링형상으로서, 연결부(1600)를 측단면으로 보았을 때 그 원통형상의 홈의 일부가 개구되는 개구부를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 개구부의 너비는 상기 홈의 직경보다 작을 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 실링장치(1620)는 상기 실링수용홈(1610)에 삽입될 수 있도록 링형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 실링장치(1620)는 상기 패킹장치(1400)와 상기 연결부(1600) 사이에 발생하는 유체 누설 및 유체 또는 기체의 유입을 방지하는 실링작용을 위해 탄성부재로 형성될 수 있다. 일례로 상기 실링장치(1620)는 내부가 소정의 두깨를 가진 탄성부재가 권취된 형상을 가질 수 있다. 도 12는 상기 실링수용홈(1610)에 실링장치(1620)가 설치된 연결부(1600)의 실시예를 보인 사시도이다.

다시 도 10을 참조하면, 상기 실링장치(1620)는 일부가 상기 실링수용홈(1610)에 안착되고, 나머지 일부는 상기 개구부 밖으로 돌출된다. 상기 돌출 부위의 일부는 항상 상기 패킹장치(1400)의 일단과 접촉한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링수용홈의 변형실시예(1610')와 실링장치의 변형실시예(1620')를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실링수용홈의 변형실시예(1610')와 실링장치의 변형실시예(1620')는 상술한 일 실시예에서 실링수용홈(1610)과 실링장치(1620)가 변형된 것이다. 다시 말해 본 발명의 일 실시예의 실링수용홈(1610) 및 실링장치(1620)는 상술한 바와 같이 상기 연결부(1600)의 일측에 형성되는데, 상기 실링수용홈의 변형실시예(1610')와 상기 실링장치의 변형실시예(1620') 또한 상기 연결부(1600)의 일측에 형성되는 것은 본 발명의 일 실시예의 실링수용홈(1610) 및 실링장치(1620)와 동일하다. 그리고 본 발명의 일 실시예의 실링장치(1620)는 링형상의 탄성부재로 형성되어 상기 패킹장치(1400)의 일단과 항상 접촉되게 형성되고, 이를 상기 연결부(1600)에 수용하도록 실링수용홈(1610)이 형성되는 것인데, 상기 실링장치의 변형실시예(1620’)는 일단에 탄성력을 갖는 부재를 구비하여 탄성력을 확보하고, 타단은 항상 상기 패킹장치(1400)와 접촉되도록 형성되고, 이를 상기 연결부(1600)에 수용하도록 실링수용홈(1610)이 형성되는 측면에서는 그 구성과 기능이 동일하다.

이하에서는 실링수용홈의 변형실시예(1610') 및 실링장치의 변형실시예(1620')를 설명하고 동일한 부호는 상술한 일 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기 실링수용홈(1610')은 상기 연결부(1600) 일측 외면으로부터 깊이 방향으로 형성되는 제1수용부(1611), 제2수용부(1612), 제3수용부(1613)를 가진다. 상기 실링수용홈(1610')은 상기 연결부(1600) 일측에 상기 연결부(1600)의 원주방향으로 연속하여 형성되되, 연결부(1600)를 측단면으로 보았을 때 "+" 형상 일 수 있다. 따라서 상기 제2수용부(1612)는 상기 제1수용부(1611)와 상기 제3수용부(1613)보다 그 너비가 크다. 또한 후술하는 상기 실링장치(1620')의 돌출부위가 상기 실링수용홈(1610)에서 상기 패킹장치(1400)의 일단 방향으로 돌출될 수 있도록, 상기 제1수용부는 상기 연결부(1600)의 종방향으로 개구될 수 있다.

한편, 상기 실링장치(1620')는 일단에 상기 제3수용부(1613)에 고정되는 탄성부(1621)를 가지고, 타단에 상기 제1수용부의 개구되는 방향으로 돌출되고 그 돌출부위가 상기 연결부(1600)의 위치이동과 무관하게 항상 상기 패킹장치(1400)와 접촉하는 돌출부(1623)를 가지며, 중앙에는 상기 제2수용부(1612)에 수용되되 그 너비가 상기 제2수용부(1612)의 너비보다 작지만, 상기 제1수용부(1611) 및 상기 제3수용부(1613)보다는 큰 중앙부(1622)를 가질 수 있다. 일례로 상기 탄성부(1621)는 스프링일 수 있다. 도 14는 상기 실링장치(1620')의 실시예이다.

상술한 구성의 측면은, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈(100' 100'')을 구성하는 상기 패킹장치(140. 140')는 상기 케이싱(130)이 변형 되는 경우에도, 상기 로터축(111)을 지지하는 상기 베어링 조립체(150)와 동일한 지지점을 가지므로 이동이 없는 반면에, 상기 연결부(160, 160' 160'')는 상기 케이싱(130)에 의하여 고정되고 지지되므로 상기 케이싱(130)이 변형될 때 함께 위치이동을 하므로, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 연결부(1600)가 상기 패킹장치(1400)에대해 상대적으로 위치이동을 하여 상기 연결부(1600)와 상기 패킹장치(1400) 사이에 상기 케이싱(130) 내부 유체의 누설 및 상기 케이싱(130) 외부 유체 및 기체의 유입이 발생하는 문제가 있는데, 상기와 같은 상대적 위치이동에 무관하게 상기 실링장치(1620, 1620')가 탄성력을 갖고 그 일부가 항상 상기 패킹장치(1400)의 일단과 접촉하므로 결국 실링되는 효과가 향상된다.

필요에 따라서는 상기 실링수용홈(1610, 1610') 및 실링장치(1620, 1620')가 연결부(1600)에 형성되는 것이 아니라, 동일한 방식으로 상기 패킹장치(1400)에 형성될 수도 있다.

이하에서, 첨부된 도면 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 조립방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈(100, 100', 100'')의 조립방법은 파운데이션을 설치하는 단계(S100), 하부 케이싱을 설치하는 단계(S200), 베어링 조립체, 패킹장치를 파운데이션에 의해 지지되도록 고정시키고, 로터축을 베어링 조립체 및 패킹장치에 의해 지지되도록 설치하는 단계(S300), 상부 케이싱을 설치하는 단계(S400)로 이루어진다.

이하에서, 상기 단계(S100 내지 S400)를 구체적으로 설명한다.

먼저 본 발명에 의한 터빈(100, 100'', 100'')을 구성하는 구성품들을 지지하고 고정하는 파운데이션(120)을 설치한다.

이후 상기 파운데이션(120)에 하부 케이싱(130)을 설치하기 전에 상기 케이싱(130) 일단에 연결부(160, 160')를 설치하고, 상기 연결부(160, 160')에 실링조립체(1000, 1000')를 설치한다.

상기 연결부(160, 160')에 상기 실링조립체(1000, 1000')를 설치하는 것은 상기 연결부 일단에 실링수용홈(1610, 1610')을 형성하고, 상기 실링수용홈(1610, 1610')에 실링장치(1620, 1620')를 설치하는 것을 포함한다.

이후 베어링 조립체(150)와 패킹장치(140, 140')를 상기 파운데이션(120)에 설치하고, 로터축(111)을 상기 조립체(150)와 상기 패킹장치(140, 140')에 설치한다.

여기서, 상기 연결부(160, 160')와 상기 패킹장치(140, 140')의 상대적인 위치이동이 있어도 실링장치(1620, 1620')의 돌출부위가 항상 상기 패킹장치(140, 140')와 접촉하여 실링작용을 하도록, 터빈(100, 100', 100'')을 작동하기에 앞서 실링장치(1620, 1620')의 돌출부위가 상기 패킹장치(140, 140')에 소정의 압력을 가하도록 상기 실링장치(1620, 1620')의 탄성력을 조정한다.

이렇게 되면 본 발명에 의한 터빈(100, 100', 100'')을 구성하는 구성품들 중 하반부 구성품들의 조립이 완성이 된다.

나머지 상반부 구성품들의 조립은 상기 단계(S100~S300)를 역순으로 거치면 된다. 즉, 로터축(111)에 패킹장치(140, 140'), 베어링 조립체(150)를 설치하고, 하부 케이싱(130) 위에 상부 케이싱(130)을 설치한다. 상부 케이싱(130)에도 하부 케이싱(130)과 마찬가지로 동일하게 연결부(160, 160')가 설치되고, 연결부(160, 160')에는 실링조립체(1000, 1000')가 설치된다. 하부 케이싱(130)에 설치된 연결부(160, 160')의 실링조립체(1000, 1000')와 마찬가지로, 상부 케이싱(130)에 설치된 연결부(160, 160')의 실링조립체(1000, 1000')도 실링수용홈(1610, 1610')과 실링장치(1620, 1620')가 설치된다. 또한 연결부(160, 160')와 패킹장치(140, 140') 사이의 실링작용을 위해 상술한 탄성력을 조정하는 작업도 거치게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 , 100', 100'' : 본 발명에 의한 터빈
111 : 로터축, 112 : 회전 블레이드
120 : 파운데이션, 130 : 케이싱
140, 140' : 패킹장치 150 : 베어링 조립체
160, 160', 160'' : 연결부

Claims (25)

1. 복수의 회전 블레이드가 장착되는 로터축;
   상기 로터축을 회전가능하게 지지하는 베어링 조립체;
   유체의 유로를 형성하고 상기 유체의 열에너지가 회전에 의한 기계에너지로 전환될 수 있도록 상기 회전블레이드가 배치되는 공간이 구비되는 케이싱;
   상기 베어링 조립체를 고정적으로 지지하는 파운데이션; 및
   상기 케이싱과 상기 로터축 사이를 실링하기 위해 상기 로터축에 설치되고, 상기 파운데이션에 의해 지지되는 패킹장치;를 포함하고,
   상기 케이싱은, 상기 패킹장치를 향해 연장되되 상기 패킹장치에 대해서 상대적으로 위치가 변경될 수 있도록 상기 케이싱에 고정되는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱은, 상기 유체의 유로 하류 측에 구비되는 유체의 배출가이드;를 더 포함하고,
   상기 연결부는 상기 배출가이드 측에서 상기 패킹장치를 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 터빈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결부는, 상기 로터축의 길이방향을 따라 연장되는 테이퍼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 테이퍼부는, 상기 유체의 유로의 하류측으로 갈수록 좁아지는 형상인 것을 특징으로 하는 터빈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 테이퍼부는,
   제1개구 및 상기 제1개구보다 직경이 작은 제2개구가 형성되며,
   상기 로터축을 둘러싸도록 상기 제1개구에서 상기 제2개구까지 연장되는 테이퍼 벽을 포함하고,
   상기 테이퍼 벽은 상기 제2개구측이 상기 패킹장치 쪽에 배치되고 상기 제1개구측이 상기 케이싱에 고정되는 것을 특징으로 하는 터빈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 테이퍼부는, 상기 테이퍼 벽의 상기 제2개구측에서 상기 로터축을 향해 연장되되 상기 패킹장치의 측면을 따라 연장되는 연장벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 제2개구측과 상기 패킹장치 사이에 형성되는 실링조립체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
8. 제3항에 있어서,
   상기 연결부는, 상기 테이퍼부와 상기 패킹장치 사이에 배치되되 상기 테이퍼부에 고정되고 탄성력이 있는 탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 탄성부는 주름이 형성된 환형의 가스켓인 것을 특징으로 하는 터빈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 가스켓은 외주면이 상기 테이퍼부에 고정되고 내주면이 상기 패킹장치를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 터빈.
11. 제1항에 있어서,
    상기 패킹장치는, 상기 로터축 외주면을 둘러싸도록 설치된 패킹 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 베어링 조립체는, 상기 케이싱 외부에서 상기 유체의 유로 하류와 인접한 쪽에 구비되고,
    상기 패킹 링은, 상기 연결부와 상기 베어링 조립체 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈.
13. 제11항에 있어서,
    상기 패킹 링은, 적어도 일부분이 상기 파운데이션에 고정되어 지지되는 것을 특징으로 하는 터빈.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 패킹장치는, 상기 패킹 링과 상기 베어링 조립체를 연결하는 연결하우징;을 더 포함하고,
    상기 파운데이션은 상기 연결하우징을 지지하는 것을 특징으로 하는 터빈.
15. 제14항에 있어서,
    상기 연결하우징은,
    상기 패킹 링이 삽입되는 패킹 링 삽입구; 및
    상기 베어링 조립체가 삽입되는 베어링 삽입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
16. 제15항에 있어서,
    상기 연결하우징은,
    상기 패킹 링 삽입구가 형성되고, 패킹 링을 둘러싸는 패킹 링 고정부;
    상기 베어링 삽입구가 형성되고, 상기 베어링 조립체를 둘러싸는 베어링 고정부; 및
    상기 패킹 링 고정부와 상기 베어링 고정부 사이를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
17. 케이싱과 로터축 사이를 실링하기 위해 상기 로터축에 설치되고, 파운데이션에 의해 지지되는 패킹장치;
    상기 케이싱으로부터 상기 패킹장치를 향해 연장되되 상기 패킹장치에 대해 상대적으로 위치가 변경될 수 있도록 상기 케이싱에 고정되는 연결부;
    상기 연결부 일측에 상기 연결부의 원주방향으로 연속하여 형성되는 실링수용홈; 및
    상기 실링수용홈에 형성되고 일단이 패킹장치의 일단과 항상 접촉하는 실링장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실링조립체.
18. 제17항에 있어서,
    상기 실링수용홈은 링형상으로서, 원주방향으로 일부 호가 개구되는 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 실링조립체.
19. 제17항에 있어서,
    상기 실링장치는 링형상의 탄성부재로서 일부가 상기 실링수용홈에 안착되고, 나머지 일부는 상기 개구부를 통하여 돌출되는 것을 특징으로 하는 실링조립체.
20. 제19항에 있어서,
    상기 실링장치는 그 내부가 소정의 두께를 가진 탄성부재가 권취된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 실링조립체.
21. 제17항에 있어서,
    상기 실링수용홈은 상기 연결부 외면으로부터 깊이 방향으로 제1수용부, 제2수용부, 제3수용부를 가지되, 제2수용부는 제1수용부와 제3수용부보다 그 너비가 크며, 제1수용부는 상기 연결부의 종방향으로 개구되는 것을 특징으로 하는 실링조립체.
22. 제21항에 있어서,
    상기 실링장치는 일단에 상기 제3수용부에 고정되는 탄성부를 가지고, 타단은 상기 제1수용부의 개구되는 방향으로 돌출되되, 그 돌출부위가 상기 연결부의 위치이동과 무관하게 항상 상기 패킹장치와 접촉하며, 상기 일단과 상기 타단사이의 중앙에는 상기 제2수용부에 수용되되 그 너비가 상기 제2수용부의 너비보다 작지만, 상기 제1수용부 및 상기 제3수용부보다는 큰 중앙부를 가지는 것을 특징으로 하는 실링조립체.
23. 파운데이션을 설치하는 단계;
    하부 케이싱을 설치하는 단계;
    베어링 조립체, 패킹장치를 상기 파운데이션에 의해 지지되도록 고정시키고, 로터축을 상기 베어링 조립체 및 상기 패킹장치에 의해 지지되도록 설치하는 단계; 및
    상부 케이싱을 설치하는 단계;를 포함하고,
    상기 상부 및 하부 케이싱 설치 단계는 상기 케이싱 일단에 연결부를 설치하되, 상기 연결부와 상기 패킹장치 사이에 실링조립체를 설치하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립방법.
24. 제23항에 있어서,
    상기 연결부 일단에 실링수용홈을 형성하고, 상기 실링수용홈에 실링장치를 설치함으로써, 상기 연결부와 상기 패킹장치 사이에 실링조립체를 설치하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립방법.
25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 실링장치의 돌출부위가 상기 패킹장치에 소정의 압력을 가하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립방법.

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