KR20190129127A - 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법, 및 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이싱(1); 및 케이싱(1) 내에 배열되어, 자신의 중심 종축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 회전자 블레이드(3)의 복수의 스테이지를 구비하는 회전자(2);를 갖는 터빈 내의 환형 간극(11)을 밀봉하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법에서 a) 회전자(2)에 관하여 동축이고 하나의 스테이지의 회전자 블레이드(3)의 팁(9)에 대향 배치된 환형 만입부(16)가 케이싱(1) 내에 또는 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소(31) 내에 제공되고, b) 유극을 갖고 만입부(16) 내로 형태 결합식으로 삽입될 수 있도록 설계된 특히 분할식의 인서트 링(17)이 제공되고, c) 인서트 링(17)은, 특히 인서트 링(17)이 적어도 실질적으로 축방향으로 만입부(16) 내로 압입되는 것에 의해 만입부(16) 내로 삽입되고, d) 인서트 링(17)은 적어도 실질적으로 축방향으로 지향된 인장력이 체결 요소에 의해 인가되는 방식으로 체결 요소(19)를 사용하여 고정된다. 본 발명은 또한 터빈에 관한 것이다.

Description

터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법, 및 터빈

본 발명은 케이싱(casing); 및 케이싱 내에 배열되어, 자신의 중심 종축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 회전자 블레이드의 복수의 스테이지를 구비하는 회전자;를 갖는 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 터빈에 관한 것이다.

터빈, 예를 들어 증기 터빈에서 최고 가능한 효율을 얻기 위해, 손실을 가능한 한 감소시킬 필요가 있다. 유동 채널의 영역에, 특히 각각의 경우에 회전자의 회전자 블레이드 스테이지의 블레이드들의 팁들과 상기 팁들에 반경방향으로 대향 배치된 유동 채널의 그 벽 영역 사이에 형성된 이들 환경 간극에 손실이 발생할 수 있다. 이들 환형 간극은 예를 들어, 회전자 블레이드의 팁들로부터 반경방향 외향으로 돌출하는 핀(fin) 및 대향 벽 영역으로부터 반경방향 내향으로 돌출하는 밀봉 스트립을 포함하는 비접촉 미로형 또는 팁간(tip-to-tip) 밀봉부에 의해 밀봉된다. 환형 채널을 통한 유동은 핀 및 밀봉 스트립의 배열에 의해 방지되거나 적어도 감소된다.

밀봉 스트립을 체결하기 위해, 원주방향으로 연장하는 밀봉 홈(sealing groove)이 회전자 블레이드 팁에 대향 배치된 벽 영역에 제공되고, 이 밀봉 홈 내로 각각의 경우에, (마찬가지로 원주방향) 밀봉 스트립의 L-형으로 굴곡된 단부 영역이 삽입되어 코킹 와이어(caulking wire)에 의해 고정되는 것이 본 출원인에게 인지되어 있다.

특히 내침식성 및 내부식성이 아닌 강이 고레벨의 증기 습기와 함께 블레이드 경로에 사용될 때, 회전자 블레이드 및 가이드 베인의 밀봉 영역이 침식되고, 특히 코킹 와이어에 의해 체결된 밀봉 스트립이 밀봉 스트립 홈으로부터 탈착되게 될 수 있다. 이 경우에, 특히 결손 재료로 인해 새로운 스트립이 침식된 밀봉 스트립 홈에 부설되는 것이 일반적으로 가능하지 않기 때문에, 환형 통로의 원래 밀봉을 복원하는 것이 어렵다.

이 배경기술을 배경으로 하여, 본 발명의 목적은 비교적 적은 노력으로 실행될 수 있고, 환형 간극의 양호한 밀봉 및 따라서 터빈의 고도의 효율을 보장하고, 또한 환형 간극의 영역에서 손상의 경우에 밀봉을 복원하는 것에도 특히 적합한 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 케이싱; 및 케이싱 내에 배열되어, 자신의 중심 종축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 회전자 블레이드의 복수의 스테이지를 구비하는 회전자;를 갖는 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법이며,

a) 회전자와 동축이고 하나의 스테이지의 회전자 블레이드의 팁에 대향 배치된 환형 만입부(depression)가 케이싱 내에 또는 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소 내에 제공되고,

b) 유극을 갖고 만입부 내로 형태 결합식으로 삽입될 수 있도록 설계된 특히 분할식의 인서트 링(insert ring)이 제공되고,

c) 인서트 링은, 특히 인서트 링이 적어도 실질적으로 축방향으로 만입부 내로 압입되는 것에 의해 만입부 내로 삽입되고,

d) 인서트 링은 적어도 실질적으로 축방향으로 지향된 인장력이 체결 요소에 의해 인가되는 방식으로 체결 요소로 고정되는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, 특히 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 손상된 밀봉 영역을 갖는 터빈을 수리하기 위해 실행된다. 다음에, 단계 a)에서, 만입부는 케이싱 내 또는 케이싱에 직접 또는 간접적으로 체결된 적어도 하나의 요소 내에서 재료-제거 방법을 사용하여 생성된다. 생성된 만입부는 손상이 재료의 제거 전에 존재하는 케이싱 또는 케이싱에 직접 또는 간접 체결된 적어도 하나의 요소의 영역 위로 연장한다. 손상은 예를 들어, 밀봉 스트립이 그로부터 탈착되어 있는 침식된 밀봉 스트립 홈의 형태로 존재할 수 있고, 밀봉 스트립 홈은 특히 만입부의 생성의 부분으로서 완전히 제거된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 특히 유리한 실시예에서, 조립 상태에서 회전자 블레이드 팁에 대면하는 그 내부 원통형 표면에, 특히 인서트 링으로부터 반경방향으로 돌출하고 그리고/또는 인서트 링의 원주방향으로 연장하는 복수의 밀봉 스트립을 갖는 인서트 링이 제공된다. 바람직하게는 원주방향으로 연장하고 각각의 경우에 원주방향 밀봉 스트립이 예를 들어 코킹 와이어에 의해 고정되어 있는 밀봉 스트립 홈은 다음에 밀봉 스트립을 체결하기 위해 인서트 링에 제공된다.

본 발명에 따르면, 회전자 블레이드 스테이지의 환형 간극을 밀봉하기 위해, 회전자 블레이드 스테이지의 블레이드 팁에 대향 배치되고 동작 중에 그 마찰 파트너를 형성하는 인서트 링이 사용된다. 제공된 인서트 링은 바람직하게는 내침식성 및 내부식성인 재료, 예를 들어 X3CrNiMo13-4로부터 제조된다. 인서트 링은 제공된 또는 생성된 환형 만입부 내에 배열되고 고정되고, 본 발명에 따르면, 체결 요소는 고정 목적으로 사용되고, 이에 의해 인서트 링이 케이싱 또는 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소에 대해 축방향으로 인장된다. 인서트 링은, 바람직하게는 적어도 실질적으로 축방향으로 그 내에 압입되는 것에 의해 만입부 내로 삽입된다. 인서트 링이 만입부 내의 적절한 위치로 축방향으로 압입되게 하는, 특히 이를 방지하는 임의의 언더컷(undercut)을 갖지 않는 만입부가 이에 따라 바람직하게 제공된다. 이러한 만입부는 간단한 회전 윤곽에 의해 특징화되고, 따라서 비교적 적은 노력으로 생성될 수 있다. 수리의 경우에, 인서트 링은 이전에 제거된 손상된 재료를 대체하고 원래 효율적인 밀봉 작용이 완전히 복원될 수 있다. 인서트 링 및/또는 만입부는 특히 회전 대칭일 수 있다.

규정된 방식으로 서로 기대는 밀봉면에 의해, 본 발명에 따른 축방향 고정은 특히 내침식성 및 내부식성인 재료로부터 제조되지 않은 인서트 링의 후방에 위치된 윤곽 위로의 침투를 신뢰적으로 방지한다. 인서트 링을 위한 다른 체결 옵션, 예를 들어 반경방향 나사-체결 및/또는 더브테일(dovetail) 또는 T-형 체결 홈을 통한 체결과 비교하여, 본 발명에 따른 절차는 더욱이, 체결 요소를 위한 회전자 블레이드 팁에 대면하는 인서트 링의 내부 원통형 표면에 임의의 중단부가 존재할 필요가 없고, 인서트 링의 분할이 적은 수로, 특히 상반부 및 하반부를 갖는 터빈 케이싱에 대응하는 단지 2개의 환형 세그먼트로 제한될 수 있다는 상당한 장점을 갖는다. 그 결과, 누설 또는 침투가 또한 따라서 신뢰적으로 방지된다.

축방향에서 만입부 내로의 특히 2-부분 링의 삽입은 더욱이, 예를 들어, 대략 T-형 또는 더브테일형 체결 홈 내로 원주방향으로 복수의 환형 세그먼트를 압입하는 것보다 덜 복잡하다. 이러한 압입과 연계된 웨징(wedging) 또는 멈춤(seizing up)의 위험이 신뢰적으로 방지된다.

특히 단지 2개의 인서트 링 세그먼트에서, 각각의 경우에 내부 원통형 표면에 존재하는 중단부가 존재하지 않기 때문에, 전체 표면은 더욱이 예를 들어 이 목적으로 제공된 밀봉 스트립 홈에 의해 밀봉 스트립을 체결하기 위해 이용 가능하다. 침식 또는 부식에 의해 손상된 회전자 블레이드 밀봉부의 수리, 특히 개장(refurbishment)의 경우에, 원래 존재하는 밀봉 스트립의 수가 재차 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 절차의 다른 장점은 축방향으로 배향된 체결 요소가 유동이 직접 이동하는 표면의 외부에, 보호 방식으로 위치되어 있는 것으로 이루어지는데, 그 결과 인서트 링의 특히 신뢰적인 고정이 보장된다. 더 적당한 공간 조건이 유동이 직접 이동하는 영역 외부에 존재하기 때문에, 나사 로킹 수단(locking means)이 더욱이 사용될 수 있다.

터빈을 수리하기 위해, 만입부 내로 삽입될 때 케이싱 또는 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소의 원래 기하학적 형상을 적어도 부분적으로 복원하는 방식으로 설계된 인서트 링이 적절하게 제공된다.

수리의 대안으로서, 상기 방법은 물론 터빈의 신규 제조를 위해서도 사용될 수 있다. 이때, 본 발명에 따르면, 터빈의 제조의 부분으로서, 인서트 링이 터빈의 적어도 하나의 회전자 블레이드 스테이지의 블레이드의 팁에 대향하여 제공된다. 이는 후속의 손상의 경우에 특히 용이하게 교체될 수 있다. 더욱이, 제조 스테이지에서 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것은, 특히 내침식성이 요구될 때 대응하는 높은 가치를 갖는 재료가 목표한 대로 인서트 링을 위해 사용될 수 있지만, 다른 구성 요소의 영역, 예를 들어, 인서트 링 후방의 영역에서는 높은 가치를 갖는 재료가 생략될 수 있기 때문에, 비용 절약의 장점을 제공한다.

(터빈의 구조에 따라) 인서트 링을 위한 만입부가 예를 들어, 터빈 케이싱 내에 직접 위치된다. 케이싱 자체의 부분보다는, 케이싱에 체결되는 하나 이상의 요소의 부분이 회전자 블레이드의 팁에 대향 배치되면, 만입부가 이/이들 하나 이상의 요소에 본 발명에 따라 제공된다. 케이싱에 직접 또는 간접 체결된 적어도 하나의 요소는 예를 들어, 터빈의 적어도 하나의 가이드 베인의 모든 가이드 베인이 바람직하게 체결되는 단일-부분 또는 다중-부분 가이드 베인 링일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 만입부가 케이싱 또는 그에 체결된 적어도 하나의 요소의 영역에 제공되고, 여기서 케이싱 또는 적어도 하나의 요소의 내경의 단차형(step-like) 변화가 존재한다. 이 경우에, 만입부가 축방향에서 단차부의 위치에서 적어도 하나의 측면에서 개방되어 있기 때문에, 만입부 내로의 인서트 링의 축방향 삽입을 허용하는 형태가 용이하게 얻어질 수 있다.

터빈 케이싱은 일반적으로 상반부 및 하반부를 포함하고, 인서트 링은 특히 조립 목적으로, 바람직하게는 케이싱의 분할에 대응하는 방식으로 분할된다. 이에 따라, 인서트 링은 특히 정확하게 하나의 분할 조인트를 형성하며, 바람직하게는 동일한 크기의 정확하게 2개의 부분으로 분할된다. 일반적으로 본 발명에 따른 방법의 부분으로서 인서트 링의 추가의 분할을 위한 필요가 없지만, 이는 가능하다. 그러나, 중단부 및 그와 연계된 침투의 위험을 방지하기 위해 인서트 링 세그먼트의 수를 최소화하는 것이 적절하다.

바람직하게는 세장형(elongated) 디자인을 갖는 체결 요소는 예를 들어, 나사 및/또는 나사산 형성 로드 및/또는 볼트인데, 나사가 바람직하다. 세장형 체결 요소는 바람직하게는 인서트 링 내로, 특히 인서트 링 내의 적어도 실질적으로 축방향으로 배향된 관통 보어 내로 적어도 실질적으로 축방향으로 삽입되고, 이에 따라 조립 상태에서 이들을 통해 연장된다.

본 발명에 따른 방법의 또다른 실시예에서, 원주방향으로 이격되어 있는 복수의 적어도 실질적으로 축방향으로 배향된 관통 보어가 각각의 세장형 체결 요소를 위해 제공되어 있는 인서트 링이 제공되고, 인서트 링이 만입부 내로 적절하게 삽입될 때 인서트 링 내의 관통 보어와 정렬되는 방식으로 배열되는 복수의 적어도 실질적으로 축방향으로 배향된 나사산 형성 보어가 특히 케이싱 내에 또는 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소 내에 제공되어 있는 제공되는 것이 이에 따라 제공된다. 나사산 형성 보어는 특히 만입부가 생성된 후에 제조된다. 더욱이, 이들은 유리하게는 만입부의 영역 내로 개방되어 있다. 인서트 링 내의 관통 보어는 바람직하게는 카운트보어로서 설계된다. 나사가 체결 요소로서 사용되면, 그 헤드는 또한 그 자체가 공지되어 있는 방식으로 관통 보어에 의해 수용된다.

인서트 링의 특히 신뢰적인 고정을 보장하기 위해, 로킹 요소가 로킹 수단으로 각각 로킹되는 것이 제공될 수 있다. 로킹 수단은 바람직하게는 각각 적어도 하나의 웨지 로크 와셔(wedge lock washer)를 포함한다. 나사가 세장형 체결 요소로서 사용되는 이들 경우에, 플랫 와셔(flat washers)로서 나사의 헤드 아래에 배열된 그 자체가 공지되어 있는 2개의 웨지 로크 와셔가 사용되면 특히 적절한 것으로 입증되었다.

본 발명에 따른 방법의 다른 특히 유리한 실시예에서, 인서트 링의 축방향 단부를 향해 테이퍼진 원추형 밀봉부를 갖는 인서트 링이 제공된다. 자신의 내부 윤곽이 특히 유극을 갖고 인서트 링의 밀봉부의 외부 윤곽에 적응되는 수용부를 포함하는 만입부가 이어서 이에 따라 제공되거나 생성된다. 인서트 링이 원추형 밀봉부를 가지면, 이는 특히 환형 형상을 갖고 그리고/또는 인서트 링의 단부면측에 제공된다. 밀봉부가 환형이면, 이는 특히 인서트 링의 축방향 단부를 향해 원추형으로 테이퍼지는 적어도 하나의 원통형 표면을 갖는다. 본 바람직한 실시예에 따른 원추형 시트와 연관된, 본 발명에 따른 축방향 고정은, 한편으로는 그 전체 길이 및 폭에 걸쳐 인서트 링의 특히 신뢰적인 인장을 허용한다. 더욱이, 규정된 특히 신뢰적인 밀봉이 원추형 시트의 경사면 또는 경사면들을 통해 얻어진다. 원추형 밀봉부가, 본 발명에 따른 축방향 인장에 의해 (바람직하게는 유극을 갖고) 만입부의 대응적으로 성형된 수용 영역 내로 축방향으로 만입되면, 경사면으로 인해 밀봉부가 또한 수용 영역의 벽에 대해 반경방향으로 가압되고 양호한 밀봉부를 얻는다. 그 결과, 인서트 링 후방의 유동이 특히 신뢰적으로 방지된다.

미리결정된 양의 유극이 만입부의 적어도 실질적으로 반경방향으로 배향된 정지면과 인서트 링 사이에 존재하는 방식으로, 서로 대응하도록 설계된 만입부 및 인서트 링이 더욱이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한 대직경 환형 간극을 위해 적합하고, 얇은 디자인을 갖는 인서트 링이 또한 사용될 수 있다. 환형 간극의 직경은 예를 들어, 2 내지 4 m의 범위, 특히 3 내지 3.5 m의 범위 내에 있을 수 있다. 축방향으로 비교적 멀리 연장하는 인서트 링, 즉 비교적 넓은 인서트 링이, (특히 원추형 밀봉부와 조합하여 축방향 인장에 의한 고정의 경우에) 마찬가지로 사용될 수 있고, 이 경우에도 또한 신뢰적인 고정이 얻어진다. 인서트 링의 폭은 예를 들어, 80 내지 120 cm의 범위일 수 있다.

방법의 개량예로서, 밀봉부가 인장력이 체결 요소를 거쳐 도입되는 지점들에 관하여 축방향으로 이격되어 위치하는 방식으로 설계되는 인서트 링이 제공되는 것이 더욱이 제공될 수 있다. 밀봉부는 바람직하게는 인서트 링의 하나의 축방향 단부 또는 그 부근에 위치하고, 축방향 인장력이 바람직하게는 대향 배치된 다른 축방향 단부 상에 또는 그 부근에 도입되도록 하는 지점들에 위치한다. 인서트 링이, 나사 헤드를 위한 정지면을 갖는 인서트 링 내의 적어도 실질적으로 축방향 관통 보어 내로 삽입되는 나사에 의해 고정되면, 밀봉부 및 관통 보어의 정지면은 특히 서로로부터 축방향으로 이격되고, 특히 바람직하게는 각각의 경우에 인서트 링의 대향 축방향 단부 상에 또는 그에 근접하여 제공된다.

축방향 섹션에서 적어도 대략 L-형상이고 적어도 실질적으로 축방향으로 연장하는 바람직하게는 더 긴 가지부(limb) 및 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 바람직하게는 더 짧은 가지부를 갖는 인서트 링이 또한 제공될 수 있다. 관통 보어가 이어서 하나의 가지부, 바람직하게는 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 가지부에 제공되고, 특히 다른 가지부에 적어도 실질적으로 평행하게 연장한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 축방향 섹션에서 적어도 대략 L-형상인 만입부가 바람직하게 제공된다.

더욱이, 밀봉부는 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 가지부의 축방향 단부 영역에 의해 형성되거나, 또는 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 가지부, 특히 그 외부 원통형 표면과 일체로 형성될 수 있다.

개량예에서, 원주방향으로 연장하는 배수 채널을 갖는 인서트 링이 제공되고, 배수 채널은 특히 그 개방 상부측이 반경방향 외향으로 향하는 방식으로 배열되는 것이 제공될 수 있다. 특히, 수리의 부분으로서, 교체될 필요가 있는 배수 채널이 만입부를 생성하도록 제거되어 있는 그 영역에 미리 제공되면 배수 채널을 갖는 인서트 링에서 적절하다.

마지막으로, 또다른 실시예는, 먼저 단일-부분 인서트 링 블랭크가 제조되고, 단일-부분 인서트 링 블랭크는 적어도 하나의 분할 조인트의 형성 하에 특히 동일한 크기를 갖는 적어도 2개의 인서트 링 부분으로 분할됨으로써 제조되는 인서트 링이 제공되는 것을 특징으로 한다. 이 절차는 특히 적절한 것으로 입증되었다. 이어서 제공된 인서트 링의 직경이 미리결정된 값만큼 생성된 만입부의 직경을 초과하는 것이 바람직하게 제공된다. 이는 먼저 폐쇄형의 제조된 인서트 링 블랭크의 후속의 기계적 분할과 연계된 재료의 손실을 보상하는 목적을 갖는다. 분할을 위해 사용된 방법의 결과로서 재료의 손실이 구체적으로 얼마나 큰지 및 환형 직경이 이에 따라 더 크게 치수설정될 수 있는지가 결정되고 추정될 수 있다. 만입부 내로 삽입될 때, 약간 더 큰 직경을 갖는 인서트 링은 이어서 약간 더 작게 굴곡되어, 만입부 내로 삽입될 수 있게, 바람직하게는 만입부 내로 축방향으로 압입될 수 있게 된다.

본 발명의 다른 주제는 본 발명에 따른 방법이 실행될 때 밀봉되는 적어도 하나의 환형 간극을 포함하는 터빈이다. 여기서 터빈은 새롭게 제조되는 도중에, 본 발명에 따른 방법의 실행 시에 하나 이상의 환형 간극이 밀봉되어 있는 터빈, 또는 수리, 특히 하나 이상의 환형 간극의 밀봉부의 복원을 위한 본 발명에 따른 방법이 실행되어 있는 터빈일 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 터빈의 환형 간극을 밀봉하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예의 이하의 설명의 도움으로 명백해질 것이다.
도 1은 가이드 베인이 케이싱 위에 직접 유지되어 있는, 증기 터빈의 저압 스테이지를 통한 개략적인 축방향 부분 섹션을 도시하고 있다.
도 2는 도 1로부터의 발췌부의 확대도를 도시하고 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 인서트 링이 제1 회전자 블레이드 스테이지의 팁에 반경방향으로 대향 배치되어 있는, 도 1로부터의 부분 섹션을 도시하고 있다.
도 4는 도 2로부터의 발췌부의 확대도를 도시하고 있다.
도 5는 가이드 베인이 케이싱 위에 체결된 가이드 베인 링 상에 유지되어 있는, 다른 증기 터빈의 저압 스테이지를 통한 개략적인 축방향 부분 섹션을 도시하고 있다.
도 6은 제2 실시예에 따른 인서트 링이, 도시되어 있는 회전자 블레이드 스테이지의 팁에 반경방향으로 대향 배치되어 있는, 도 4로부터의 부분 섹션을 도시하고 있다.
도 7은 도 5로부터의 인서트 링의 섹션의 확대도를 도시하고 있다.
도 8은 도시되어 있는 회전자 블레이드 스테이지의 팁에 반경방향으로 대향하도록 다른 증기 터빈에 배열되어 있는 인서트 링의 제3 실시예의 섹션의 확대 축방향 단면도를 도시하고 있다.

도 1은 증기 터빈의 저압 스테이지를 통한 축방향 부분 섹션을 순수 개략도로 도시하고 있다. 증기 터빈은 일반적으로 분할 조인트의 형성 하에 상반부 및 하반부로 분할되고, 중심 종축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되어 있는 회전자(2)가 그 자체가 공지된 방식으로 배열되어 있는 케이싱(1)을 포함한다. 회전자(2)는 복수의 축방향으로 이격된 회전자 블레이드 스테이지를 구비하는데, 그 각각은 원주방향으로 등간격으로 이격되어 있는 복수의 회전자 블레이드(3)를 포함한다. [도 1의 최좌측에 위치되어 있는 제1 회전자 블레이드(3)를 제외하고] 회전자 블레이드 푸트부(feet)(4)가 회전자(2) 상에 회전자 블레이드(3)를 체결하기 위해 대응적으로 형성된 체결 홈(5) 내로 삽입된다. 유사한 방식으로 원주방향으로 등간격으로 이격되어 있는 복수의 가이드 베인(6)을 포함하는 터빈의 하나의 가이드 베인 스테이지가 각각의 경우에 2개의 인접한 회전자 블레이드 스테이지들 사이에 위치된다. [마찬가지로 제1 가이드 베인(6)을 제외하고] 가이드 베인(6)은 대응적으로 설계된 체결 홈(8) 내로 압입되는 이들의 베인 푸트부(7)에 의해 케이싱에 직접 체결된다. 환형 간극(11)이 각각의 경우에 각각의 회전자 블레이드 스테이지의 회전자 블레이드(3)의 팁(9)과 회전자 블레이드 팁(9)에 반경방향으로 대향 배치된 환형 벽부(10) 사이에 형성된다. 회전자 블레이드 스테이지의 환형 간극(11)을 밀봉하기 위해, 도시되어 있는 증기 터빈의 경우에 팁간 밀봉부가 사용된다. 이들은 회전자 블레이드 팁(9)으로부터 반경방향으로 돌출하는 핀(12), 및 환형 벽부(10)로부터 반경방향 내향으로 돌출하는 밀봉 스트립(13)을 포함한다. 핀 및 밀봉 스트립(1)은 도 1에서 볼 수 없지만, 도 1로부터의 발췌부의 확대도를 도시하고 있는 도 2로부터 추출될 수 있다. 핀(12)은 회전자 블레이드 팁(9)에 직접 일체로 형성되고, 따라서 그 일체형 구성 요소를 형성한다. 밀봉 스트립(13)은, 도 2에서 상향으로 지향되고, L-형으로 굴곡되는 단부들이, 케이싱(1) 내에 제공된 밀봉 스트립 홈(14) 내로 삽입되고, 코킹 와이어(15)에 의해 그 내에 고정됨으로써 체결되는 금속 스트립이다.

특히 고레벨의 증기 습기와 연관된 내침식성 및 내부식성이 아닌 강의 사용 시에, 코킹 와이어(15)에 의해 체결된 밀봉 스트립(13)이 밀봉 스트립 홈(14)으로부터 탈착될 수 있다. 이 경우에, 특히 결손 재료로 인해 새로운 스트립이 침식된 밀봉 스트립 홈(14)에 부설되는 것이 일반적으로 가능하지 않기 때문에, 환형 채널(11)의 원래 밀봉을 복원하는 것이 어렵다.

침식된 밀봉 스트립 홈(14)이 존재할 때, 환형 간극이 본 발명에 따른 방법을 사용하여 재밀봉될 수 있다. 이 목적으로, 재료-제거법을 사용하여, 회전자(2)와 동축이고 회전자 블레이드(3)의 팁(9)에 대향 배치되는 환형 만입부(16)가 먼저 케이싱(1) 내에 생성되는데, 이 만입부는 손상[주로 밀봉 스트립 홈(14) 상의]이 존재하는 영역을 완전히 에워싼다. 특히 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 축방향 섹션에서 대략 L-형상인 만입부(16)가 여기서 생성된다. 만입부(16)는 케이싱(1)의 내경의 단차형 변화가 존재하는 케이싱(1)의 그 영역에 생성된다.

본 발명에 따르면, 축방향 섹션에서 마찬가지로 대략 L-형이고 밀봉 스트립(13)이 그 위에 체결되어 있는 인서트 링(17)이 축방향으로 그 내에 압입됨으로써 만입부(16) 내로 삽입된다. 도면은 단지 인서트 링(17)이 그 내에 배열된 상태의 만입부(16)를 도시하고 있다. 만입부(16)는 케이싱(1)의 내경의 단차형 변화의 영역에서 생성되어 있기 때문에, 이는 도면에서 좌측을 향하는 그 측에서 개방되어 있고 인서트 링(17)은 이러한 삽입을 방지하는 언더컷을 갖지 않고 만입부(16) 내로 좌측으로부터 우측으로 축방향으로 압입될 수 있다.

인서트 링(17)은 내침식성 및 내부식성인 재료, 특히 X3CrNiMo13-4로부터 제조되고, 디자인이 중실형이 아니라 대신에 케이싱(1)에 대응하는 방식으로 분할되는데, 즉 정확히 2개의 동일한 크기의 환형 반부의 분할 조인트(도면에는 가시화되어 있지 않음)의 형태를 갖는다. 인서트 링(17)의 제조의 부분으로서, 폐쇄형 링 블랭크가 먼저 제조되고 동일한 크기의 2개의 반부로 분할된다. 이 분할에 대응하여, 인서트 링 반부가 각각의 케이싱 반부 내에 배열되어 고정될 수 있고, 케이싱(1)이 폐쇄될 때, 중실형 인서트 링(16)이 얻어진다.

만입부(16)의 완성 후에, 본 경우에 회전자(2)와 동축인 원 상에 배열되고 만입부(16) 내로 개방되어 있는 복수의 축방향 나사산 형성 보어(18)가 케이싱(1) 내에 제공된다. 인서트 링(16)은 복수의 축방향으로 배향된 나사(19)에 의해 만입부(17)에 고정되는데, 이 나사들은 원주방향으로 등간격으로 이격되고 나사산 형성 보어(18)와 동일 평면에 놓인, 인서트 링(17) 내의 축방향 관통 보어들(20) 내로 삽입되고, 나사산 형성 보어(18) 내로 나사 결합된다. 나사(19)는 따라서 유동이 직접 이동하는 영역 외부에 배열되고 보호된다. 본 경우에, 이들 나사는 더욱이 도 4에 순수 개략적 방식으로만 지시되어 있는 한 쌍의 중첩된 웨지 로킹 와셔들(21)에 의해 형성된 로킹 수단에 의해 나사 풀림되는 것에 대해 각각 고정된다.

인서트 링(17) 및 인서트 링(17)의 후방의 유동을 신뢰적으로 방지하는 특히 기밀 시트의 특히 양호한 체결을 위해, 인서트 링(17)은 도면에서 우측을 향하는 그 단부면측(22)에, 인서트 링(17)의 우측 축방향 단부의 방향을 향해 테이퍼지는 원추형 밀봉부(23)를 갖는다. 만입부(16)는 이에 따라, 본 경우에 도면의 우측에 위치된, 만입부(16)의 축방향 단부 영역에 의해 형성되는 유극을 갖고 대응 방식으로 형성된 수용부(24)를 갖는다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 수용부는 그 단부면측(22)이 수용부(24)의 단부면측 벽부에 기대게 될 수 없는 방식으로 원추형 밀봉부(23)의 치수를 초과한다.

원추형 시트와 연관된 본 발명에 따른 축방향 고정은, 한편으로는 인서트 링(17)이 그 전체 길이 및 폭에 걸쳐 특히 신뢰적으로 인장되게 한다. 더욱이, 규정된 특히 신뢰적인 밀봉 효과가 원추형 밀봉부(23)의 경사면에 의해 달성된다. 나사(19)에 의한 축방향 인장의 결과로서, 원추형 밀봉부(23)가 만입부(16)의 수용 영역(24) 내로 압입되면, 이는 경사면에 의해, 수용 영역(24)의 상부벽에 대해 반경방향으로 또한 가압되고, 원추형 밀봉면(25)의 영역에서 그리고 반경방향으로 대향 배치된 원통형 표면측 벽부(26)의 모두에서 특히 양호한 밀봉부가 얻어진다. 그 결과, 인서트 링(17) 후방의 유동이 특히 신뢰적으로 방지된다.

나사(19)에 의한 축방향 인장의 결과로서, 연계된 수용부(24) 내로 밀봉 방식으로 원추형 밀봉부(23)가 압입될 수 있도록, 만입부(16) 및 인서트 링(17)의 윤곽은 인서트 링(17)의 나머지 좌측으로 향하는 단부면측 벽부(27)에 대해, 이용 가능한 충분한 양의 규정된 유극이 존재하는 방식으로 서로 정합된다. 돌출 밀봉부에도 불구하고, 증기 습기가 인서트 링(17)의 후방의 영역 내로 유동할 경우에, 인서트 링(17)의 후방 윤곽은 유동에 대한 장애물을 구성하는 단차부(28)를 갖는다.

관통 보어(20)가, 도면의 좌측으로, 인서트 링(17)의 축방향 단부에 근접하여 제공되고, 원추형 밀봉부(23)가 인서트 링(17)의 대향하는 우측 축방향 단부 영역을 형성하기 때문에, 그 전체 길이 및 폭에 걸쳐 인서트 링(17)의 특히 신뢰적인 인장이 얻어진다.

도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 총 11개의 밀봉 스트립(13)이 인서트 링(17)의 내부 원통형 표면(29)으로부터 반경방향 내향으로 돌출하고, 코킹 와이어(15)에 의해 밀봉 스트립 홈(14) 내에, (수리될 터빈의 원래 상태와 정확하게 동일한 방식으로) 체결된다. 밀봉 스트립(13)의 수는 수리 전에 존재하는 수에 대응한다. 도면의 최우측 밀봉 스트립은, 인서트 링의 후방의 유동을 더욱 더 효과적으로 방지하기 위해 인서트 링(17)으로부터 만입부(16)로의 전이부를 커버하는, 보호 스트립(30)으로서 기능하는 만곡부를 갖는다.

도 5 내지 도 7은 회전자 블레이드 스테이지의 환형 간극(11)이 본 발명에 따른 방법의 전술된 실시예의 실행 하에 개장되어 있는 다른 증기 터빈의 축방향 부분 섹션에서 개략도를 도시하고 있다. 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 증기 터빈과 도 5 내지 도 7의 증기 터빈의 차이점은 주로, 그 가이드 베인(6)이 케이싱(1) 위에 직접 유지되지 않고 대신에 다른 구성 요소에 의해, 즉 간접적으로 케이싱(1)에 체결된 가이드 베인 링(31) 위에 유지되는 것으로 이루어진다. 만입부(16)는 이에 따라 여기서, 케이싱(1) 내에 생성되지 않고 대신에 가이드 베인 링(31) 내에 생성된다.

또다른 차이점은, 적은 수의 밀봉 스트립(13)을 구비하고 도면에서 우측을 향하는 그 단부면측에 원주방향으로 연장하는 배수 채널(32)을 갖는 대안적인 구조를 갖는 인서트 링(17)이 사용되었다는 것이다. 배수 채널(32)은, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 만입부(16)를 생성하기 위해 제거되어 있는 가이드 베인 링(31)의 부분이 마찬가지로 대체될 필요가 있는 배수 채널(32)을 갖기 때문에 제공된다. 2개의 인접한 가이드 베인 링들(31) 사이의 전이 영역에서 발생하는 응축 증기는 배수 채널(32) 내에 수집되고, 중력으로 인해, 회전자(2) 아래의 중심점으로 안내된다.

특히 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 인접한 가이드 베인 링(31)의 단부 영역이 방해가 된다. 인접한 가이드 베인 링(31)은 따라서, 본 발명에 따른 방법, 특히 만입부(16) 및 나사산 형성 보어(18)의 생성 및 인서트 링(17)의 축방향 삽입을 실행하기 위해 일시적으로 분해되고, 방법의 완료 후에 재삽입되어 있다.

도 8은 회전자 블레이드 스테이지의 환형 간극(11)이 본 발명에 따른 방법의 전술된 실시예를 사용하여 개장되어 있는 제3 가스 터빈을 통한 축방향 부분 섹션을 개략적으로 도시하고 있다. 동일한 구성 요소는 재차 동일한 도면 부호를 갖는다.

만입부(16)는 여기서, (도 1 내지 도 4의 증기 터빈의 경우에서와 같이) 케이싱(1) 내에 직접 위치된다. 그러나, 회전자 블레이드 팁(9)에 대향 배치된 영역에서의 케이싱의 형상으로 인해, 생성된 만입부(16)가 우측 단부면측 및 좌측 단부면측의 모두를 향해 개방되어 있기 때문에, 도 3, 도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 2개의 전술된 인서트 링(17)의 경우에, 인서트 링(17)의 우측 축방향 단부 영역을 형성할 것이면, 연계된 수용부(24)를 위한 어떠한 케이싱 재료도 단부면측 원추형 밀봉부(23)를 위해 이용 가능하지 않을 것이다. 여기서 사용된 인서트 링(17)의 경우에, 단부면측 원추형 밀봉부(23)는 따라서 인서트 링(17)의 외부 원통형 표면(33) 상에 일체로 형성되고, 축방향 내향으로, 즉 도 8의 좌측으로 오프셋된다. 충분한 케이싱 재료가 이어서 그 테두리부를 위해 이용 가능하다. 단부면측 원추형 밀봉부(23)에 대응하는, 만입부(16)의 수용부(24)가 대응점에 제공된다. 그 축방향 크기는 원추형 밀봉부(23)의 크기를 초과하므로, 밀봉부(23)가 먼저 도 8의 좌측에 위치된 수용부(24)의 절반 내로 반경방향으로 삽입될 수 있게 되고, 인서트 링(17)은 이어서 우측으로 축방향으로 압입되어 만입부(16) 내의 그 적절한 위치가 되고 축방향으로 나사 결합될 수 있게 된다.

본 발명이 바람직한 예시적인 실시예에 의해 상세히 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예에 의해 한정되는 것은 아니고, 다른 변형이 본 발명의 보호 범주를 넘지 않고 통상의 기술자에 의해 유도될 수 있다.

Claims (15)

1. 케이싱(1); 및 상기 케이싱(1) 내에 배열되어, 자신의 중심 종축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 회전자 블레이드(3)의 복수의 스테이지를 구비하는 회전자(2);를 갖는 터빈 내의 환형 간극(11)을 밀봉하기 위한 방법이며,
   a) 상기 회전자(2)와 동축이고 하나의 스테이지의 회전자 블레이드(3)의 팁(9)에 대향 배치된 환형 만입부(16)가 상기 케이싱(1) 내에 또는 상기 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소(31) 내에 제공되고,
   b) 유극을 갖고 상기 만입부(16) 내로 형태 결합식으로 삽입될 수 있도록 설계된 특히 분할식의 인서트 링(17)이 제공되고,
   c) 상기 인서트 링(17)은, 특히 상기 인서트 링(17)이 적어도 실질적으로 축방향으로 상기 만입부(16) 내로 압입되는 것에 의해 상기 만입부(16) 내로 삽입되고,
   d) 상기 인서트 링(17)은 적어도 실질적으로 축방향으로 지향된 인장력이 체결 요소에 의해 인가되는 방식으로 상기 체결 요소(19)로 고정되는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 인서트 링(17)은 상기 인서트 링(17) 내로 적어도 실질적으로 축방향으로 삽입되는 세장형 체결 요소, 특히 나사(19) 및/또는 나사산 형성 로드 및/또는 볼트에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 원주방향으로 이격되어 있는 복수의 적어도 실질적으로 축방향으로 배향된 관통 보어(20)가 각각의 세장형 체결 요소(19)를 위해 제공되어 있는 인서트 링(17)이 제공되고, 인서트 링(17)이 만입부(16) 내로 적절하게 삽입될 때 상기 인서트 링(17) 내의 관통 보어(10)와 정렬되는 방식으로 배열되는 복수의 적어도 실질적으로 축방향으로 배향된 나사산 형성 보어(18)가 특히 상기 케이싱(1) 내에 또는 상기 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소(31) 내에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체결 요소(19)는 로킹 수단, 특히 적어도 하나의 웨지 로킹 와셔로 각각 고정되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인서트 링(17)의 축방향 단부를 향한 방향으로 테이퍼진 원추형의, 특히 환형의 밀봉부(23)를 특히 단부면측에 갖는 인서트 링(17)이 제공되고, 자신의 내부 윤곽이 특히 유극을 갖고 상기 인서트 링(17)의 밀봉부(23)의 외부 윤곽에 적응되는 수용부(24)를 포함하는 만입부(16)가 생성되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 밀봉부(23)가 인장력이 상기 체결 요소(19)를 거쳐 도입되는 지점들에 관하여 축방향으로 이격되어 위치하는 방식으로 설계되는 인서트 링(17)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향 섹션에서 적어도 대략 L-형상이고 적어도 실질적으로 축방향으로 연장하는 바람직하게는 더 긴 가지부 및 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 바람직하게는 더 짧은 가지부를 갖는 인서트 링(17)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
8. 제3항 및 제7항에 있어서, 관통 보어(20)는 하나의 가지부, 바람직하게는 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 가지부에 제공되고, 특히 다른 가지부에 적어도 실질적으로 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
9. 제7항 및 제8항에 있어서, 상기 밀봉부(23)는 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 가지부의 축방향 단부 영역에 의해 형성되거나, 또는 적어도 실질적으로 반경방향으로 연장하는 가지부, 특히 그 외부 원통형 표면과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 조립 상태에서 상기 회전자 블레이드 팁(9)에 대면하는 자신의 내부 원통형 표면(29)에, 특히 상기 인서트 링(17)으로부터 반경방향으로 돌출하고 그리고/또는 상기 인서트 링(17)의 원주방향으로 연장하는 복수의 밀봉 스트립(13)을 갖는 인서트 링(17)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단일-부분 인서트 링 블랭크가 먼저 제조되고, 상기 단일-부분 인서트 링 블랭크는 적어도 하나의 분할 조인트의 형성 하에 특히 동일한 크기를 갖는 적어도 2개의 인서트 링 부분으로 분할됨으로써, 제조되는 인서트 링(17)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
12. 제11항에 있어서, 제공된 인서트 링(17)의 직경은 미리결정된 값만큼, 생성된 만입부의 직경을 초과하는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱(1)에 체결된 적어도 하나의 요소는, 바람직하게 상기 터빈의 적어도 하나의 가이드 베인 스테이지의 모든 가이드 베인(6)이 체결되어 있는 가이드 베인 링(31)인 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 터빈을 수리하기 위해 실행되고, 단계 a)에서, 만입부(16)는 상기 케이싱 내 또는 상기 케이싱에 체결된 적어도 하나의 요소(31) 내에서 재료-제거 방법을 사용하여 생성되고, 생성된 만입부(16)는 손상이 재료의 제거 전에 존재하는 상기 케이싱(1) 내 또는 상기 케이싱 위에 체결된 적어도 하나의 요소(31) 내의 영역 위로 연장하는 것을 특징으로 하는, 터빈 내의 환형 간극을 밀봉하기 위한 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법의 실행 하에 밀봉되어 있는 적어도 하나의 환형 간극을 포함하는, 터빈.

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