KR101524627B1 - 터빈용 하이브리드 실링장치 - Google Patents

Abstract

터빈 및 터빈 내부의 회전체 사이의 공간을 효과적으로 실링하되 제품의 호환성 및 내구성이 향상되도록, 본 발명은 터빈의 케이싱과 상기 케이싱의 내측에서 회전되는 회전체 사이로 유출되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱의 내주에 장착되는 실링부를 포함하는 터빈용 하이브리드 실링장치에 있어서, 상기 실링부의 중앙부에 구비되며, 일단부가 상기 실링부에 고정되되 타단부가 상기 회전체의 외주로부터 기설정된 제1간격을 갖도록 구비된 복수개의 브리스틀을 포함하는 브러시부; 및 상기 실링부의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 일측에 형성된 장착홈부에 일단부가 삽입 및 결합되되 타단부가 상기 회전체의 외주로부터 상기 제1간격 미만의 기설정된 제2간격을 갖도록 구비된 가디언부를 포함하되, 상기 실링부는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖도록 전단부를 따라 상호 이격되도록 돌설된 복수개의 안티스월날개부와, 상기 브리스틀의 전방을 커버하는 쇼크방지부의 전방 및 상기 브리스틀의 후방을 지지하는 지지부의 후방을 따라 다단으로 돌설된 래비린스 투쓰부를 더 포함하고, 상기 래비린스 투쓰부의 단부 및 상기 회전체 사이의 간격은 상기 제2간격을 초과하도록 설정됨을 특징으로 하는 터빈용 하이브리드 실링장치를 제공한다.

Description

터빈용 하이브리드 실링장치{hybrid sealing apparatus of turbine}

본 발명은 터빈용 하이브리드 실링장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 및 터빈 내부의 회전체 사이의 공간을 효과적으로 실링하되 제품의 호환성 및 내구성이 향상되는 터빈용 하이브리드 실링장치에 관한 것이다.

일반적으로, 터빈(turbine)은 물, 가스 혹은 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계를 말한다. 즉, 회전체의 원주를 따라 여러 개의 블레이드(blade)를 심고, 블레이드에 증기 또는 가스를 내뿜어 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다. 최근에는, 산업화 및 기술발전에 따라 증기터빈, 가스터빈과 같은 터빈이 점점 대형화, 고온화 및 고압화 되는 경향을 나타내고 있다.

이러한, 터빈에서 회전체와 고정된 케이싱 사이의 실링부로 누설되는 증기는 터빈의 효율을 저하시키고, 연료비용을 증가시키는 주요인이므로 증기 누설을 줄이기 위한 실링(Sealing) 장치의 설계기술은 매우 중요하다.

여기서, 증기나 가스 터빈 같은 고온 및 고압 터빈에 사용되는 스테인리스 소재의 실링장치는 증가나 가스의 누설을 방지하여 발전기의 에너지 생산 효율을 상승시키고 유체로 인한 회전체의 진동방지에 중요한 역할을 한다.

도 1은 종래의 래비린스형 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 2는 종래의 래비린스형 실링장치를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 종래의 래비린스형 실링장치(5)는 케이싱(2)에 장착되어 있는 다이어프램(3)의 외부링과 내부링에 설치되어 있다.

여기서, 상기 래비린스형 실링장치(5)는 터빈의 비접촉식 환상 밀봉장치로 널리 사용되고 있으며, 날카로운 투쓰(6)로 터빈 내에서 흐르는 유체에 교축작용(throttling process)을 발생시켜 누설 유량을 감소시키는 것이다.

즉, 유체의 흐름에 따라 상기 투쓰(6)를 고정자에 차례로 배열하여 상기 유체가 교축과 확대를 반복하는 과정에서 발생하는 압력강하 효과에 의해 상기 유체의 누설유량을 감소시키게 된다.

그러나, 종래의 상기 래비린스형 실링장치(5)를 이용하여 공간을 밀봉할 경우, 상기 로터부(1)와 상기 투쓰(6)의 간극으로 누설되는 상기 유체에 의해 효율 손실이 전체 터빈 효율 손실의 큰 비중을 차지한다.

이때, 상기 투쓰(6)와 상기 로터부(1) 사이의 간극을 좁혀 유체 누설 손실을 줄일 수 있지만, 고가인 로터부(1)의 손상 방지를 위해 저경도로 구비된 투쓰(6)가 좁은 간극에 의해 압축된 유체에 의해 쉽게 변형되어 실링작용이 감퇴되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 투쓰(6)의 변형으로 인해 투쓰(6) 및 로터부(1) 사이의 간극이 분균일해지고, 불균일한 간극으로 유체가 유동됨에 따라 로터부(1)에 진동이 발생되어 회전력이 손실되고 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 도 3은 종래의 브러시 실링장치를 나타낸 측면도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 종래의 상기 브러시 실링장치는 회전체인 상기 로터부(1)와 케이싱에 고정된 다이어프램(3) 사이 간극을 실링하는 브러시부(7)와 상기 브러시부(7)의 전방 및 후방을 지지하는 브리스틀 플레이트(8,9)를 포함한다.

여기서, 상기 브러시부(7)는 복수개의 브리스틀이 촘촘하게 밀집된 형태로 구비되며, 고압 영역과 저압 영역을 분할하여 누설되는 유체의 흐름을 감소시킨다. 이때, 상기 각 브리스틀은 상단부가 고정된 상태에서 하단부가 상기 로터부(1)에 접촉하여 상기 유체를 실링함으로서 상기 래비린스형 실링장치에 비해 유체의 누출이 다소 저감될 수 있으며 각 브리스틀이 유연하게 휘어지며 상기 로터부(1)의 외주를 지지함에 따라 회전운동 손실량을 감소시키는 효과가 있다.

그러나, 종래의 상기 브러시부(7)는 각각의 브리스틀이 상기 로터부의 외주에 직접 접촉하도록 구비되므로 로터부의 고속 회전시 마찰로 인해 브리스틀의 마모가 급속하게 이루어지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 로터부의 회전시 진동으로 인해 브러시부 내의 각 부분별로 브리스틀의 마모가 상이하게 이루어져 과마모된 부분을 통해 유체 누설량이 증가될 뿐만 아니라, 누설 유체의 집중 및 로터부에 대한 지지력의 편향된 저하로 인해 로터부의 진동량이 증가되는 문제점이 있었다.

한국 공개특허 제10-2000-0016885호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 터빈 및 터빈 내부의 회전체 사이의 공간을 효과적으로 실링하되 제품의 호환성 및 내구성이 향상되는 터빈용 하이브리드 실링장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 터빈의 케이싱과 상기 케이싱의 내측에서 회전되는 회전체 사이로 유출되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱의 내주에 장착되는 실링부를 포함하는 터빈용 하이브리드 실링장치에 있어서, 상기 실링부의 중앙부에 구비되며, 일단부가 상기 실링부에 고정되되 타단부가 상기 회전체의 외주로부터 기설정된 제1간격을 갖도록 구비된 복수개의 브리스틀을 포함하는 브러시부; 및 상기 실링부의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 일측에 형성된 장착홈부에 일단부가 삽입 및 결합되되 타단부가 상기 회전체의 외주로부터 상기 제1간격 미만의 기설정된 제2간격을 갖도록 구비된 가디언부를 포함하되, 상기 실링부는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖도록 전단부를 따라 상호 이격되도록 돌설된 복수개의 안티스월날개부와, 상기 브리스틀의 전방을 커버하는 쇼크방지부의 전방 및 상기 브리스틀의 후방을 지지하는 지지부의 후방을 따라 다단으로 돌설된 래비린스 투쓰부를 더 포함하고, 상기 래비린스 투쓰부의 단부 및 상기 회전체 사이의 간격은 상기 제2간격을 초과하도록 설정됨을 특징으로 하는 터빈용 하이브리드 실링장치를 제공한다.

여기서, 상기 실링부는 스테인리스 스틸 재질로 구비되되, 상기 가디언부는 저경도를 가진 금속 재질로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 가디언부는 상기 장착홈부에 삽입되어 상기 장착홈부의 전방 및 후방 테두리를 가압함에 따라 코킹 결합됨이 바람직하다.

또한, 상기 가디언부의 타단부측 단면에는 상기 회전체의 외주를 따라 유동되는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖기 위해 전면 및 후면을 경사지게 연결하도록 함몰된 안티스월압입부가 형성됨이 바람직하다.

삭제

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명의 터빈용 하이브리드 실링장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 가디언부의 타단부 및 회전체의 외주 사이의 간격이 상기 브리스틀의 타단부 및 회전체의 외주 사이 간격보다 좁게 구비되므로 회전체의 진동 내지 열팽창시 가디언부가 회전체의 외주에 접하여 회전체를 지지함에 따라 브리스틀과 회전체의 직접적인 접촉이 방지되고 브리스틀의 마모 및 변형, 이로 인한 실링성능의 저하를 최소화하여 제품의 내구성과 실링성이 향상될 수 있다.

둘째, 상기 낮은 마찰계수와 저경도를 갖는 소재의 가디언부가 회전체에 가장 인접하도록 구비되므로 래비린스 투쓰부 등 실링부에서 돌출된 부분이 회전체와 직접 접촉되지 않아 회전체의 소재와 무관하게 높은 경도와 낮은 제조비를 갖는 경제성 있는 소재로 구비될 수 있어 제품의 생산성이 향상될 수 있으며 구조 안정성이 개선됨에 따라 제품의 실링 성능이 개선될 수 있다.

셋째, 상기 가디언부의 타단부측 단면에 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖는 안티스월압입부가 형성되어 회전체의 회전방향을 따라 회전 및 진동되는 유체를 회전체의 축방향 내지 회전반대반향으로 흐름 방향을 전환하므로 유체의 스월 흐름 및 스월 흐름을 통한 공진 현상이 최소화될 수 있으며, 공진으로 인한 회전체의 손상 및 터빈 과부하를 방지하여 제품의 안전성이 향상될 수 있다.

도 1은 종래의 래비린스형 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타내는 단면도.
도 2는 종래의 래비린스형 실링장치를 나타낸 측단면도.
도 3는 종래의 브러시 실링장치를 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 나타낸 측면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 나타낸 정면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 나타낸 배면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치(100)는 터빈의 케이싱(20)과 회전체(10) 사이로 누출되는 유체(f)의 흐름을 실링하도록 장착될 수 있다.

여기서, 상기 회전체(10)는 외주를 따라 복수개의 블레이드(27a)가 결합된 로터부를 포함하는 개념으로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 브러시 실링장치(100)는 링 형상으로 구비되어 회전체(10)의 외주 및 케이싱(20)의 내주 사이에 원주방향을 따라 배치될 수 있다.

여기서, 유체(f)의 흐름을 실링한다는 말은 회전체(10)의 회전이 원활하게 이루어지도록 회전체(10)의 블레이드 전방의 고압 영역과 블레이드 후방의 저압 영역을 구획하되, 고압 영역 유체의 압력을 감소시킨 후 저압 영역으로 유동시킨다는 의미로 이해함이 바람직하다.

물론, 상기 실링장치(100)는 상기 케이싱(20)과 상기 블레이드(27a)의 단부 사이, 상기 케이싱(20)과 싱기 로터부의 원통형 몸체부 사이에 배치되어 유체의 누설 흐름을 감소시킬 수 있으며, 상기 케이싱 내부에서 회전되는 회전체(20)와 고정된 상기 케이싱(10) 사이에서 실링이 필요한 모든 장소에 장착될 수 있다.

도 4에 도시된 화살표와 같이, 상기 케이싱(20) 내로 유입된 증기 또는 가스 등의 유체(f)는 케이싱(20)에 고정된 다이아프램의 파티션(27)을 통과하며 상기 로터부에 구비된 블레이드(27a)를 회전시킨다. 그리고, 상기 유체(f)는 다시 파티션(27)의 안내에 따라 다음 블레이드를 회전시키는 단계를 거치며 외부로 배출되게 된다.

이러한 과정을 통해, 발전기는 각 블레이드(27a)와 함께 회전되는 로터부를 통해 회전력을 전달받고, 회전력을 전기적 에너지로 변환하여 발전이 이루어질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 나타낸 정면도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 하이브리드 실링장치를 나타낸 배면도이다.

한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 터빈용 하이브리드 실링장치(100)는 실링부(110), 브러시부(130), 그리고 가디언부(120)를 포함한다.

여기서, 상기 실링부(110)는 터빈의 케이싱(20)과 상기 케이싱(20)의 내측에서 회전되는 회전체(10) 사이로 유동되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱(20)의 내주에 결합된다.

상세히, 상기 실링부(110)는 링 형상으로 구비되어 상기 회전체(10)의 외주와 상기 케이싱(20)의 내주 사이를 원주방향으로 커버하여 실링할 수 있다.

이때, 상기 실링부(110)는 완전한 링 형상으로 구비될 수도 있으나, 장착 편의성을 위해 일정한 각도로 분할되도록 구비될 수 있으며, 조립시 완전한 링 형상을 이루어 상기 케이싱(20)의 내주와 상기 회전체(10)의 외주 사이의 공간을 커버할 수 있다.

또한, 상기 케이싱(20)의 내주에는 상기 실링부(110)의 장착을 위한 결합홈(21)이 형성되며, 상기 실링부(110)의 상부에는 상기 결합홈(21)과 대응되는 형상의 결합돌기(111)가 형성될 수 있다.

이때, 상기 결합홈(21)과 상기 결합돌기(111) 사이에는 탄성부재(140)가 구비됨이 바람직하며, 상기 실링부(110)의 결합돌기(111)는 상기 탄성부재(140)에 의해 반경방향 내측으로 탄발지지될 수 있다.

이에 따라, 상기 실링부(110)에 구비된 가디언부(120)가 상기 탄성부재(140)의 가압력에 의해 상기 회전체(10)에 인접한 상태를 유지하되, 상기 회전체(10)가 진동 및 팽창 등으로 인해 상기 가디언부(120)와 접촉하여 탄성부재(140)의 가압력 이상의 힘을 가하면 상기 실링부(110)가 반경방향 외측으로 이동될 수 있다.

따라서, 상기 가디언부(120)가 고속회전되는 회전체(10)의 표면에 과도하게 접촉되는 것을 방지하여 가디언부(120)의 마모 손상을 최소화하고, 가디언부(120)에 접촉에 따른 회전체(10)의 회전력 손실이 최소화될 수 있다.

한편, 상기 브러시부(130)는 상기 실링부(110)의 중앙부에 구비되며, 일단부(131b)가 상기 실링부(110)에 고정되되 타단부(131a)가 상기 회전체(10)의 외주로부터 기설정된 제1간격(A)을 갖도록 구비되는 복수개의 브리스틀(131)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 각 브리스틀(131)은 탄성력과 내열성을 가진 유연한 소재로 구비되되, 인접한 브리스틀과 촘촘하게 밀집된 형태로 구비될 수 있으며, 상기 각 브리스틀(131)의 일단부(131b)는 전자 빔 용접(Electric beam welding, EBW)이나 고온에 안정한 접착물질에 의해 고정될 수 있다.

이때, 상기 각 브리스틀(131)은 상기 실링부(110)의 중앙부에 형성된 브러시홈(115)에 직접 고정될 수 있으며, 브러시플레이트(132) 등과 같은 별도의 부재에 고정된 상태에서 브러시플레이트(132)가 브러시홈(115)에 고정됨에 따라 간접적으로 고정되는 것도 가능하다.

그리고, 상기 각 브리스틀(131)은 상기 실링부(110)가 상기 케이싱(20)에 장착된 상태에서 상기 각 브리스틀(131)의 타단부(131a)가 상기 회전체(10)의 외주와 기설정된 제1간격(A)을 갖는 길이로 구비됨이 바람직하다.

한편, 상기 가디언부(120)는 상기 실링부(110)의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 일측에 형성된 장착홈부(114)에 일단부가 삽입 및 결합되되 타단부가 상기 회전체(10)의 외주로부터 상기 제1간격(A) 미만의 기설정된 제2간격(B)을 갖도록 구비된다.

이때, 상기 장착홈부(114)는 상기 브러시홈(115)과 일정한 거리로 이격되도록 형성되며, 상기 장착홈부(114) 및 상기 브러시홈(115) 사이에는 래비린스 투쓰부가 다단으로 구비될 수 있다.

여기서, 상기 장착홈부(114)는 상기 실링부(110)의 전방부 및 후방부 중 한 부분에만 구비될 수 있으며, 상기 실링부(110) 및 상기 회전체(10) 사이의 간격을 안정적으로 유지하기 위해 실링부(110)의 전후방 양측에 모두 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 가디언부(120)는 상기 실링부(110)가 상기 케이싱(20)에 장착된 상태에서 상기 가디언부(120)의 타단부가 상기 회전체(10)의 외주와 기설정된 제2간격(B)을 갖는 길이로 구비됨이 바람직하다.

즉, 상기 실링부(110)가 상기 케이싱(20)에 장착된 상태에서 상기 가디언부(120)의 타단부는 상기 각 브리스틀(131)의 타단부보다 상기 회전체의 외주에 인접하게 배치된다.

이에 따라, 상기 가디언부(120)는 상기 회전체(10)의 진동 내지는 열팽창시 상기 회전체(10)의 외주에 접하여 회전체(10)를 지지하게 되며, 상기 회전체(10)의 진동을 최소화하여 진동으로 인한 회전체(10)의 편심 운동을 줄이고 회전력의 손실을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 가디언부(120)는 상기 회전체(10)의 진동 내지는 열팽창시 상기 각 브리스틀(131)보다 상기 회전체(10)와 먼저 접촉하게 되며, 상기 실링부(110)를 상기 반경방향 외측으로 탄발 이동시키게 된다.

이에 따라, 상기 각 브리스틀(131)의 타단부가 상기 회전체(10)와 직접 접촉되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 각 브리스틀(131)의 마모 손상 내지는 회전방향으로의 소성 변형을 최소화하여 제품의 내구성을 개선할 수 있다.

또한, 브리스틀(131)의 마모 및 변형에 따른 실링 성능 저하를 방지하여 제품의 실링 성능이 개선될 수 있다.

한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 실링부(110)는 안티스월날개부(112) 및 래비린스 투쓰부(113)를 더 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 안티스월날개부(112)는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖도록 상기 실링부(110)의 전단부를 따라 돌설되되, 원주방향을 따라 상호 이격되도록 복수개로 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 각 안티스월날개부(112)는 상호 평행하게 구비되어 각 안티스월날개부(112) 사이에 유도각과 대응되는 유체이동통로(g)가 형성될 수 있다.

상세히, 상기 유체는 실링장치(100)의 전방에서 후방으로 유동될 때 상기 회전체(10)의 회전에 대응하여 상기 회전체(10)와 동일한 방향으로 회전되는데 상기 유체의 흐름 반대방향이라는 말은 상기 회전체(10)의 회전과 반대되는 방향을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 상기 실링부(110)의 전방에서 후방으로 유동되는 유체는 스월 현상에 의해 회전체의 회전방향을 따라 회전하며 진동하게 되는데, 회전체와 동일한 회전방향을 갖는 유체의 진동은 상기 회전체(10)와 공진 현상을 일으키게 된다.

이때, 공진현상으로 인해 회전체(10)의 진동이 증가되고, 중첩된 진동에 의해 회전체(10)가 파손되거나 회전체(10)의 편심량 증가로 터빈의 기계적인 부하가 증가하게 된다.

여기서, 상기 유체(f)는 상기 회전체(10)의 회전방향과 반대되는 유도각으로 형성된 유체이동통로(g)를 통과하여 상기 유체(f)의 흐름방향이 회전체(10)의 회전방향과 상이하게 전환될 수 있다.

이에 따라, 유체 및 회전체(10) 간의 공진 현상을 최소화할 수 있으며, 공진 현상으로 인한 회전체의 손상을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 브러시부(130)는 상기 브리스틀(131)의 전방을 커버하는 쇼크방지부(132a)와, 상기 브리스틀(131)의 후방을 지지하는 지지부(132b)를 더 포함함이 바람직하다. 여기서, 상기 쇼크방지부(132a) 및 상기 지지부(132b)는 상기 각 브리스틀(131)이 결합되는 브러시플레이트(132)와 일체로 구비될 수 있다.

상세히, 상기 쇼크방지부(132a)는 상기 브리스틀(131)의 전방면을 커버하여 고속으로 유동되는 고압의 유체(f)가 상기 브리스틀(131)과 직접 접촉되는 것을 방지할 수 있으며, 유체(f) 자체의 속도/압력 및 유체(f) 내의 이물질로 인한 브리스틀의 마모 손상을 최소화할 수 있다.

그리고, 상기 지지부(132b)는 상기 브리스틀(131)의 후방면을 지지하여 상기 유체(f)가 상기 각 브리스틀(131) 사이를 통과할 때 유체(f)의 유동방향을 따라 브리스틀(131)이 후방으로 휘어지는 것을 방지할 수 있다.

즉, 고압의 유체가 상기 브리스틀(131)을 가압하며 통과하더라도 상기 브리스틀(131)의 단부가 상기 회전체(10)의 외주로부터 멀어지지 않고 설정된 간격을 안정적으로 유지할 수 있으므로 유체의 실링 성능이 개선될 수 있다.

한편, 상기 래비린스 투쓰부(113)는 상기 쇼크방지부(132a)의 전방 및 상기 지지부(132b)의 후방을 따라 다단으로 돌설됨이 바람직하다.

즉, 상기 래비린스 투쓰부(113)는 상기 안티스월날개부(112) 및 상기 전방측 장착홈부(114) 사이 공간, 전방측 장착홈부(114) 및 브러시홈(115) 사이 공간, 상기 브러시홈(115) 및 상기 후방측 장착홈부 사이 공간, 그리고 상기 후방측 장착홈부 후방 공간을 따라 다단으로 돌설될 수 있다.

상세히, 상기 래비린스 투쓰부(113)의 각 단은 상기 실링부(110)에서 상기 회전체(10)와 대향되는 면을 따라 반경방향 내측을 향해 돌설되며 링 형상을 이루되, 상기 유체의 유입방향으로부터 유체의 유출방향을 따라 다단으로 구비된다.

이때, 상기 회전체(10)의 외주를 따라 유동되는 유체(f)는 상기 각 래비린스 투쓰부(113)의 단부 및 회전체(10) 사이의 좁은 공간에 압축되고 상기 각 래비린스 투쓰부(113) 사이의 넓은 공간에서 팽창되며, 교축작용을 통해 압력이 강하된다.

여기서, 상기 래비린스 투쓰부(113)의 단부 및 상기 회전체(10) 사이의 간격(C1,C2)은 상기 가디언부(120)의 타단부와 상기 회전체(10) 사이의 간격인 제2간격(B)을 초과하도록 설정됨이 바람직하다.

상세히, 상기 가디언부(120)는 상기 회전체(10)의 진동 내지는 열팽창시 상기 각 래비린스 투쓰부(113)보다 상기 회전체(10)와 먼저 접촉하게 되며, 상기 실링부(110)를 상기 반경방향 외측으로 탄발 이동시키게 된다.

이에 따라, 상기 래비린스 투쓰부(113) 등 실링부(110)에서 회전체(10)측으로 돌출된 부분이 회전체(10)와 직접 접촉되지 않으므로 실링부(110)의 소재가 회전체(10)와 접촉시 선마모되도록 낮은 경도로 한정되지 않고 다양하게 구비될 수 있다.

즉, 상기 낮은 마찰계수와 저경도를 갖는 소재의 가디언부(120)가 회전체(10)와 가장 인접하도록 구비되므로 래비린스 투쓰부 등 실링부에서 돌출된 부분이 회전체와 직접 접촉되지 않아 회전체의 소재와 무관하게 높은 경도와 낮은 제조비를 갖는 경제성 있는 소재로 구비될 수 있어 제품의 생산성이 향상될 수 있다.

여기서, 저경도란 말은 상기 회전체(10)를 구성하는 소재의 경도보다 낮은 경도를 의미하며, 상기 가디언부(120)가 상기 회전체(10)보다 낮은 경도를 가진 소재로 구비되는 것으로 이해함이 바람직하다.

또한, 기존의 래비린스 투쓰부가 저경도의 소재로 구비된 것과 달리 고경도의 소재로 구비된 래비린스 투쓰부(113)는 고압의 유체에 노출된 경우에도 쉽게 휘어지지 않고 안정적으로 형태를 유지할 수 있으므로 제품의 실링 성능이 향상될 수 있다.

여기서, 상기 실링부(110) 및 상기 실링부(110)에 형성된 래비린스 투쓰부는 원심주조에 의해 일체로 제조됨이 바람직하다.

이에 따라, 완전한 링 형상 내지 분할된 링 형상으로 구비된 실링부(110)가 상기 케이싱(10)의 내주 형상에 맞게 정확한 형상으로 주조될 수 있으며, 상기 래비린스 투쓰부(113)의 단부 내지는 단부 사이로 노출된 실링부(110)의 표면과 상기 회전체(10)의 외주 사이 간격이 설계된 간격에 맞게 균일하고 정확한 형상으로 주조될 수 있다.

여기서, 상기 실링부(110)는 스테인리스 스틸 재질로 구비되되, 상기 가디언부(120)는 낮은 경도 및 마찰계수를 가진 금속 재질로 구비됨이 바람직하다.

즉, 상기 실링부(110)는 회전체측으로 돌출된 부분은 래비린스 투쓰부(113)가 상기 가디언부(120)의 돌출된 높이로 인해 상기 회전체(10)와 직접 접촉되지 않으므로 회전체(10)의 소재와 무관하게 낮은 경도의 소재에 한정되지 않고 높은 경도와 내식성을 가진 소재로 구비될 수 있다.

이에 따라, 상기 실링부(110)에서 회전체측(10)에 돌출된 래비린스 투쓰부(113)가 고압의 유체를 통한 가압시에도 손쉽게 변형되지 않으므로 투쓰부(113)의 변형이 최소화되어 제품의 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 변형의 최소화로 인해 래비린스 투쓰부(113)와 회전체 사이의 간극이 균일하게 유지될 수 있으므로 회전체(10)의 외주를 통과하는 유체의 편중에 의한 회전체의 진동을 최소화하여 제품의 효율성이 향상될 수 있다.

그리고, 스테인리스 재질로 구비된 래비린스 투쓰부(113)는 저경도 소재인 기존의 래비린스 투쓰부와 달리 회전체와의 간극이 좁은 경우에 유체의 압축으로 높은 압력이 가해지더라도 견고하게 형태를 유지할 수 있으므로 상기 래비린스 투쓰부(113)의 단부 및 상기 회전체(10) 사이의 간격이 제2간격을 초과하는 범위 내에서 최소화될 수 있다.

이에 따라, 상기 투쓰부(113) 및 회전체(10) 사이의 간극을 통한 유체의 누설 및 그에 따른 터빈의 효율 손실을 최소할 수 있다.

그리고, 상기 가디언부(120)는 낮은 마찰계수를 갖되 저경도를 가진 황동, 동 내지는 동계열 니켈 합금 등으로 구비될 수 있다.

이에 따라, 상기 회전체(10)와의 접촉시에도 회전체(10)의 손상 없이 상기 가디언부(120)가 선마모되어 고가의 정밀 부품인 회전체(10)가 안전하게 보호될 수 있으며, 낮은 마찰계수를 통해 회전체(10)와의 접촉 저항을 최소화하여 회전력의 손실을 방지하고 제품의 효율성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 가디언부(120)는 상기 장착홈부(114)에 삽입되어 상기 장착홈부(114)의 전방 및 후방 테두리를 가압함에 따라 코킹(114a) 결합됨이 바람직하다.

상세히, 상기 가디언부(120)는 상기 실링부(110)와 별개 부품으로 제조되며, 상기 실링부(110)가 장착될 부분이 결정되면 일단부가 상기 장착홈부(114)에 삽입된 상태에서 실링부(110)와 회전체(10) 사이의 간격에 대응되는 높이로 타단부를 돌출시킨 상태에서 상기 장착홈부(114)의 전후방 테두리를 가압함에 따라 고정될 수 있다.

이에 따라, 동일한 규격의 가디언부(120)가 상기 장착홈부(114)의 내부로 삽입하는 깊이만 조절하면 터빈의 각 부분에 적합한 길이로 장착될 수 있으므로 제품의 호환성이 향상될 수 있다.

더욱이, 상기 장착홈부(114)의 양측을 가압하는 간단한 공정을 통해 돌출된 장착홈부(114)의 테두리가 상기 가디언부(120)의 표면 내측으로 압입되며 상기 가디언부(120)를 견고하게 고정시킬 수 있으므로 실링부(110)의 표면으로부터 가장 돌출된 부분인 가디언부(120)의 결합 공정이 안티스월날개부(112), 래비린스 투쓰부(113) 등의 주조 공정과 브러시부(130)의 결합 공정 등의 후속공정으로 수행될 수 있어 전반적인 공정 난이도가 하향되고 제품의 생산성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 전방측 가디언부(120)의 타단부측 단면에는 상기 회전체(10)의 외주를 따라 유동되는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖기 위해 전면 및 후면을 경사지게 연결하도록 함몰된 안티스월압입부(121)가 형성됨이 바람직하다.

여기서, 타단부측 단면이라는 말은 상기 가디언(120)부에서 상기 회전체(10)의 외주면과 대향되는 면을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 상기 가디언부(120)의 전면은 상기 유체의 유입방향과 대향되는 면을, 후면은 전면의 반대측면을 의미할 수 있다.

이때, 상기 안티스월압입부(121)는 상기 가디언부(120)의 타단부측 단면에 원주방향으로 상호 이격되어 복수개 형성됨이 바람직하다.

상세히, 상기 실링장치(100)의 전방측 고압 유체는 회전체(10)의 회전에 따라 회전체(10)와 동일한 방향으로 회전되며 진동되며, 상기 유체 중 일부는 상기 안티스월날개부(112) 사이의 유체이동통로(g)를 통과하며 회전체(10)의 축방향 내지 회전반대반향으로 흐름 방향이 전환된다.

즉, 상기 유체는 공진 현상을 유발할 수 있는 회전체(10) 회전방향과 동일한 흐름 방향으로부터 벗어난 상태에서 래비린스 투스부(113)측으로 유동되고, 가디언부(120), 래비린스 투쓰부, 브러시부(130) 등을 거쳐 저압측으로 유동된다.

이때, 상기 실링장치(100)의 전방측 고압 유체 중 다른 일부는 상기 유체이동통로(g)를 거치지 않고 안티스월날개부(112) 및 회전체(10) 사이의 간극을 통해 직접 래비린스 투쓰부(113) 내지는 가디언부(120)로 유동된다.

여기서, 유체이동통로(g)를 거치지 않은 유체는 회전체(10)와 동일한 방향으로 회전 및 진동되어 공진 현상을 유발할 수 있다.

이때, 상기 유체이동통로(g)를 거치지 않은 유체가 상기 가디언부(120)의 타단부 및 회전체(10) 사이로 유동되며, 안티스월압입부(121)의 경사방향을 따라 회전체의 회전방향과 상이한 방향의 흐름으로 전환될 수 있다.

이처럼, 상기 회전체의 회전방향으로 회전 및 진동되는 유체가 안티스월날개부(112) 및 안티스월압입부(121)에 의해 다단계로 직진화됨에 따라 유체의 스월 흐름으로 인한 공진 현상이 최소화될 수 있으며, 공진 현상에 따른 회전체(10)의 손상 없이 터빈이 안정적으로 구동될 수 있다.

또한, 상기 안티스월압입부(121)에 의해 상기 가디언부(120) 및 상기 회전체(10) 사이의 접촉 면적이 최소화될 수 있으므로 마찰 저항 및 회전력의 손실을 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1: 로터부 2,20: 케이싱
3: 다이아프램 5: 래비린스형 실링장치
6: 투쓰 7,130: 브러시부
8,9: 브리스틀 플레이트 10: 회전체
21: 결합홈 27: 파티션
27a: 블레이드 100: 하이브리드 실링장치
110: 실링부 111: 결합돌기
112: 안티스월날개부 113: 래비린스 투쓰부
114: 장착홈부 115: 브러시홈
120: 가디언부 121: 안티스월압입부
131: 브리스틀 132: 브러시플레이트
132a: 쇼크방지부 132b: 지지부
140: 탄성부재

Claims (5)

1. 터빈의 케이싱과 상기 케이싱의 내측에서 회전되는 회전체 사이로 유출되는 유체의 흐름을 실링하도록 상기 케이싱의 내주에 장착되는 실링부를 포함하는 터빈용 하이브리드 실링장치에 있어서,
   상기 실링부의 중앙부에 구비되며, 일단부가 상기 실링부에 고정되되 타단부가 상기 회전체의 외주로부터 기설정된 제1간격을 갖도록 구비된 복수개의 브리스틀을 포함하는 브러시부; 및
   상기 실링부의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 일측에 형성된 장착홈부에 일단부가 삽입 및 결합되되 타단부가 상기 회전체의 외주로부터 상기 제1간격 미만의 기설정된 제2간격을 갖도록 구비된 가디언부를 포함하되,
   상기 실링부는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖도록 전단부를 따라 상호 이격되도록 돌설된 복수개의 안티스월날개부와, 상기 브리스틀의 전방을 커버하는 쇼크방지부의 전방 및 상기 브리스틀의 후방을 지지하는 지지부의 후방을 따라 다단으로 돌설된 래비린스 투쓰부를 더 포함하고,
   상기 래비린스 투쓰부의 단부 및 상기 회전체 사이의 간격은 상기 제2간격을 초과하도록 설정됨을 특징으로 하는 터빈용 하이브리드 실링장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 실링부는 스테인리스 스틸 재질로 구비되되, 상기 가디언부는 저경도를 가진 금속 재질로 구비됨을 특징으로 하는 터빈용 하이브리드 실링장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가디언부는 상기 장착홈부에 삽입되어 상기 장착홈부의 전방 및 후방 테두리를 가압함에 따라 코킹 결합됨을 특징으로 하는 터빈용 하이브리드 실링장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가디언부의 타단부측 단면에는 상기 회전체의 외주를 따라 유동되는 상기 유체의 흐름 반대방향의 유도각을 갖기 위해 전면 및 후면을 경사지게 연결하도록 함몰된 안티스월압입부가 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 하이브리드 실링장치.
   
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