KR102566947B1 - 씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보머신에 구비되는 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리는, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리이다. 씰링 어셈블리는, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이에 배치되는 씰링본체; 씰링본체와 제2 컴포넌트 사이에 설치되며, 씰링본체를 제1 컴포넌트 측으로 가압하는 가압수단; 및, 가압수단에 의해 가압된 씰링본체가 제1 컴포넌트 측으로 이동하도록 씰링본체를 관통하며, 그 단부는 제2 컴포넌트에 체결 고정되는 체결수단을 포함한다.

Description

씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신{Sealing assembly and turbo-machine comprising the same}

본 발명은 씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터보머신에 구비되는 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신에 관한 것이다.

터보머신이란, 터보머신을 통과하는 유체(특히, 기체)를 통해, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 장치를 의미한다. 따라서 터보머신은 통상 발전기와 함께 설치되어 사용된다. 이러한 터보머신에는, 가스터빈(Gas turbine), 스팀터빈(Steam turbine), 풍력터빈(Wind power turbine) 등이 해당될 수 있다. 가스터빈은 압축공기와 천연가스를 혼합하여 연소시켜 연소가스를 생성하고, 이와 같이 생성된 연소 가스를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 스팀터빈은 물을 가열하여 생성되는 증기를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 풍력터빈은 풍력을 발전용 동력으로 전환시키는 장치이다.

터보머신 중 가스터빈에 대해 살펴보면, 가스터빈은 압축기와 연소기와 터빈을 포함한다. 압축기는 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과 압축기 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 압축기는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)을 통해 외부의 공기를 흡입한다. 이렇게 흡입된 공기는 압축기의 내부를 통과하면서 압축기 베인과 압축기 블레이드에 의해 압축된다. 연소기는 압축기에서 압축된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합시킨다. 또한 연소기는 압축공기와 혼합된 연료를 점화기로 점화하여 고온고압의 연소가스를 생성한다. 이와 같이 생성된 연소가스는 터빈으로 공급된다. 터빈은 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 터빈은 연소기에서 생성된 연소가스를 공급받아 내부로 통과시킨다. 터빈의 내부를 통과하는 연소가스는 터빈 블레이드를 회전시키게 되고, 터빈의 내부를 완전히 통과하게 된 연소 가스는 터빈 디퓨저를 통해 외부로 토출되게 된다.

터보머신 중 증기터빈에 대해 살펴보면, 증기터빈은 증발기와 터빈을 포함한다. 증발기는 외부로부터 공급받은 물을 가열하여 증기를 생성한다. 터빈은 가스터빈에서의 터빈과 마찬가지로 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 다만, 증기터빈에서의 터빈은 연소가스가 아닌 증발기에서 생성된 증기를 내부로 통과시켜, 터빈 블레이드를 회전시킨다.

한편, 터빈은, 터빈 스테이터와, 터빈 스테이터의 내부에 배치되는 터빈 로터를 포함한다. 여기서, 터빈 스테이터는, 터빈 케이싱, 터빈 케이싱의 반경방향 내측에 배치되는 베인 캐리어, 베인 캐리어의 내주면에 결합되는 터빈 베인을 포함한다. 그리고 터빈 로터는, 터빈 디스크, 터빈 디스크의 외주면에 결합되는 터빈 블레이드를 포함한다.

베인 캐리어의 내부로는 연소가스 또는 증기가 유동한다. 연소가스 또는 증기의 유동은 베인 캐리어 내부에 조립된 터빈 베인의 도움을 받아 터빈 로터에 조립된 터빈 블레이드가 회전하는 운동에너지를 공급한다. 연소가스 또는 증기의 에너지가 운동에너지로 변환되는 효율은 해당 유체의 누설양과 반비례하므로, 베인 캐리어 내부에서 의도한 유체의 유동경로 이외의 누설을 최소화해야 한다. 누설이 최소화되기 위해서는 터빈 케이싱의 축방향으로 인접하는 베인 캐리어와 베인 캐리어의 사이를 보다 긴밀하게 씰링하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

한국공개특허 제2017-0086255호

본 발명은 터빈 케이싱의 축방향으로 인접하는 베인 캐리어와 베인 캐리어의 사이를 보다 긴밀하게 씰링할 수 있는 씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리는, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리이다. 씰링 어셈블리는, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이에 배치되는 씰링본체; 씰링본체와 제2 컴포넌트 사이에 설치되며, 씰링본체를 제1 컴포넌트 측으로 가압하는 가압수단; 및, 가압수단에 의해 가압된 씰링본체가 제1 컴포넌트 측으로 이동하도록 씰링본체를 관통하며, 그 단부는 제2 컴포넌트에 체결 고정되는 체결수단을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 제2 컴포넌트의 제1 컴포넌트측 대향면에는 씰링홈이 형성되며, 씰링본체는 씰링홈에 삽입되고, 가압수단은 씰링본체와 씰링홈의 내벽 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 씰링본체는, 실링본체의 원주방향을 따라 형성된 가압홈과, 실링본체를 관통하여 형성된 관통홀과, 씰링본체의 일측면에 함몰 형성된 이동홈을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 이동홈은, 관통홀과 연결되며 관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 체결수단은, 관통홀의 직경 보다는 크고 이동홈의 직경 보다는 작도록 형성되는 헤드부와, 제2 컴포넌트에 체결 고정되기 위한 나사산이 형성된 단부와, 헤드부와 단부를 연결하며, 관통홀에 삽입된 상태를 유지하여 씰링본체가 이동될 수 있도록 하는 관통부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 가압수단은, 씰링본체에 고정되는 제1 가압부와, 제1 가압부와 이격 배치되며 씰링본체에 대하여 원주방향으로 이동 가능하게 배치되는 제2 가압부와, 제1 가압부와 제2 가압부를 연결하는 제3가압부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 제1 가압부와 씰링본체를 관통하여 제1 가압부를 씰링본체에 고정시키는 고정수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 씰링 어셈블리에 있어서, 씰링홈의 상부벽 일부가 상측으로 함몰되어 형성된 코드홈과, 코드홈 내에 씰링본체와 접하도록 배치되는 코드씰을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신은, 내부로 통과되는 유체를 가이드하는 스테이터; 및, 스테이터의 내부에 설치되며, 스테이터의 내부로 통과되는 유체에 의해 회전하는 로터;를 포함한다. 또한, 스테이터는, 케이싱과, 케이싱의 반경방향 내측에 배치되며, 케이싱의 축방향을 따라 서로 인접하게 배치되는 제1 베인 캐리어 및 제2 베인 캐리어와, 제1 및 제2 베인 캐리어의 내주면에 각각 결합되는 베인과, 제1 베인 캐리어와 제2 베인 캐리어의 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리를 포함한다. 또한, 씰링 어셈블리는, 제1 베인 캐리어와 제2 베인 캐리어 사이에 배치되는 씰링본체; 씰링본체와 제2 베인 캐리어 사이에 설치되며, 씰링본체를 제1 베인 캐리어 측으로 가압하는 가압수단; 및, 가압수단에 의해 가압된 씰링본체가 제1 베인 캐리어 측으로 이동하도록 씰링본체를 관통하며, 그 단부는 제2 베인 캐리어에 체결 고정되는 체결수단을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 제2 베인 캐리어의 제1 베인 캐리어측 대향면에는 씰링홈이 형성되며, 씰링본체는 씰링홈에 삽입되고, 가압수단은 씰링본체와 씰링홈의 내벽 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 씰링본체는, 실링본체의 원주방향을 따라 형성된 가압홈과, 실링본체를 관통하여 형성된 관통홀과, 씰링본체의 일측면에 함몰 형성된 이동홈을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 이동홈은, 관통홀과 연결되며 관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 체결수단은, 관통홀의 직경 보다는 크고 이동홈의 직경 보다는 작도록 형성되는 헤드부와, 제2 베인 캐리어에 체결 고정되기 위한 나사산이 형성된 단부와, 헤드부와 단부를 연결하며, 관통홀에 삽입된 상태를 유지하여 씰링본체가 이동될 수 있도록 하는 관통부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 가압수단은, 씰링본체에 고정되는 제1 가압부와, 제1 가압부와 이격 배치되며 씰링본체에 대하여 원주방향으로 이동 가능하게 배치되는 제2 가압부와, 제1 가압부와 제2 가압부를 연결하는 제3가압부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 제1 가압부와 씰링본체를 관통하여 제1 가압부를 씰링본체에 고정시키는 고정수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터보머신에 있어서, 씰링홈의 상부벽 일부가 상측으로 함몰되어 형성된 코드홈과, 코드홈 내에 씰링본체와 접하도록 배치되는 코드씰을 포함할 수 있다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 장치의 작동 중 제1 베인 캐리어와 제2 베인 캐리어의 사이 간격이 커지는 경우, 이에 대응하여 가압수단이 씰링본체를 제1 베인 캐리어 측으로 가압하여 씰링본체와 제1 베인 캐리어가 밀착된 상태를 유지하도록 함으로써, 터빈 케이싱의 축방향으로 인접하는 베인 캐리어와 베인 캐리어의 사이를 보다 긴밀하게 씰링할 수 있다.

또한, 보다 단순한 구조로 제1 베인 캐리어와 제2 베인 캐리어의 사이를 긴밀하게 씰링할 수 있으며, 설치 및 유지/보수가 용이하다.

또한, 열팽창에 의한 변형을 수용하면서 안정적으로 씰링 기능을 유지하도록 할 수 있다.

도 1은 터보머신 중 가스터빈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 A 부분의 확대도로서, 제1 베인 캐리어와 제2 베인 캐리어의 사이에 본 발명에 따른 씰링 어셈블리가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 B 부분의 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 씰링 어셈블리를 타측에서 바라본 모습을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 D-D'에서 바라본 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 씰링 어셈블리 및 이를 포함하는 터보머신에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 이때, 본 발명에 따른 터보머신은 가스터빈인것으로 가정하여 설명할 것이나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명에 따른 터보머신은 가스터빈이 아닌 증기터빈에 해당될 수도 있음은 물론이라 할 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(1)은 압축기(2), 연소기(3) 및 터빈(4)을 포함한다. 기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을때, 가스터빈(1)의 상류 측에는 압축기(2)가 배치되고 하류 측에는 터빈(4)이 배치된다. 그리고 압축기(2)와 터빈(4) 사이에는 연소기(3)가 배치된다.

압축기(2)는 압축기 케이싱 내부에 압축기 베인과 압축기 로터를 수용하며, 터빈(4)은 터빈 케이싱(11) 내부에 터빈 베인(15)과 터빈 로터(20)를 수용한다. 이러한 압축기 베인과 압축기 로터는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인(15)과 터빈 로터(20) 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다. 이때, 압축기(2)는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Frontstage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(4)은 연소기로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.

한편, 압축기(2)의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈(4)의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터(20) 사이에는, 터빈(4)에서 발생된 회전토크를 압축기(2)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다. 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.

압축기 로터는, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 압축기 케이싱의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 더욱 상세하게는, 각각의 압축기 디스크는 중심부가 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 그리고 인접하는 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.

압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합된다. 또한, 압축기 블레이드의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수개의 압축기 베인이 각각 배치된다. 압축기 베인은 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 한다.

이때, 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

타이로드는 복수개의 압축기 디스크와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.

타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Deswirler)가 설치될 수 있다.

연소기(3)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스의 온도를 높이게 된다.

가스터빈(1)의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀(Cell) 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐과, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함한다.

구체적으로, 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축 공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 연소챔버를 감싸면서 환형 공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다. 또한 라이너의 전단에는 연료를 분사하는 노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.

라이너 환형유로에는, 라이너의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다. 이렇듯 압축공기가 라이너의 외벽부를 따라 유동함으로써, 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 라이너와 마찬가지로, 트랜지션 피스는, 트랜지션피스의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.

한편, 연소기(3)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(4)으로 공급된다. 터빈(4)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(4)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드(22)에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈(4)은 기본적으로는 압축기(2)의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(4)에도 압축기(2)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터(20)가 구비된다.

따라서 터빈 로터(20) 역시, 터빈 디스크(21)와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(22)를 포함한다. 터빈 블레이드(22)의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 터빈 케이싱(11)에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인(15)이 구비되며, 터빈 베인(15)은 터빈 블레이드(22)를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 터빈 케이싱(11)과 터빈 베인(15) 역시, 터빈 로터(20)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터(10)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 도면부호 C는 터빈 케이싱(11)의 원주방향이라 하며, 도면부호 R은 터빈 케이싱(11)의 반경방향이라 하고, 도면부호 X는 터빈 케이싱(11)의 회전 중심이 되는 축의 방향이라 한다. 여기서, 도면 부호 X는 도 1에 도시된 타이로드의 길이방향이기도 하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 터빈 스테이터(10)는, 터빈 케이싱(11) 및 터빈 베인(15) 이외에, 베인 캐리어(13)와 씰링 어셈블리(100)를 더 포함한다.

베인 캐리어(13)는, 케이싱(11)의 반경방향(R) 내측에 배치되는 것으로서, 축방향(X)을 따라 서로 인접하게 배치되는 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)를 포함한다. 그리고 터빈 베인(15)은, 각각 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 내주면에 결합된다.

씰링 어셈블리(100)는, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트의 사이를 씰링하기 위한 것이다. 이하부터 설명될 본 발명의 실시예에서는, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트가 각각 제1 베인 캐리어(12) 및 제2 베인 캐리어(14)인 것으로 예를 들어 설명하도록 한다. 다만, 이는 본 발명의 일 예중 하나에 불과할 뿐, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트는 가스터빈(1)의 다른 부품에 해당될 수도 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 씰링 어셈블리(100)는, 씰링본체(110), 가압수단(120), 고정수단(130), 체결수단(140) 및 코드씰(150)을 포함한다.

씰링본체(110)는, 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이에 배치되며, 원주방향(C)을 따라 연장된 형상으로 형성된다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 씰링본체(110)는 원주방향(C)을 따라 서로 접촉 배치되는 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 씰링본체(110)는 전체로써 고리 형상을 이루게 된다. 설명의 편의를 위하여, 본 발명에 따른 씰링 어셈블리(100)를 기준으로 제1 베인 캐리어(12) 측을 일측이라 하고 제2 베인 캐리어(14) 측을 타측이라 한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 씰링본체(110)는 가압홈(111), 관통홀(112), 이동홈(113)을 포함한다.

씰링본체(110)의 타측면에 소정 깊이의 가압홈(111)이 형성된다. 가압홈(111)은 원주방향(C)을 따라 연장된 형상으로 형성되며, 원주방향(C)을 따라 서로 이격 배치되는 복수개로 구비된다.

씰링본체(110)의 소정 위치에는, 씰링본체(110)를 관통하는 적어도 하나 이상의 관통홀(112)이 형성된다. 예를 들어, 관통홀(112)은 어느 하나의 가압수단(120)과 그에 인접한 가압수단(120) 사이에 형성될 수 있다. 관통홀(112)에는 후술하는 체결수단(140)이 삽입된다.

씰링본체(110)의 일측면에는 소정 깊이로 함몰 형성된 이동홈(113)이 형성된다. 이동홈(113)은 관통홀(112)과 연결 형성된다. 이동홈(113)은 관통홀(112)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성된다. 또한, 이동홈(113)은 체결수단(140)의 헤드부(141) 크기 보다 큰 크기를 갖도록 형성된다. 이러한 이동홈(113)은 체결수단(140)에 의해 관통된 씰링본체(110)의 이동 공간을 제공한다.

가압수단(120)은, 씰링본체(110)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이에 설치된다. 가압수단(120)은, 터보머신의 운전 상황에 따라 원주방향(C)으로 길이가 가변되도록 설계되며, 씰링본체(110)를 제1 베인 캐리어(12) 측으로 가압한다.

제2 베인 캐리어(14)의 일측면인, 제1 베인 캐리어(12) 측 대향면에는 씰링홈(16)이 형성된다. 그리고 씰링본체(110)와 가압수단(120)은 씰링홈(16)에 삽입된다. 도 4를 참조하면, 가압수단(120)은, 씰링본체(110)를 기준으로 제1 베인 캐리어(12)의 반대측, 즉 씰링본체(110)의 타측에 배치된다. 가압수단(120)은 가압홈(111)에 대응하는 개수로 구비되며, 각각 가압홈(111)에 삽입된다.

도 4를 참조하면, 가압수단(120)은, 제1 가압부(121), 제2 가압부(122) 및 제3 가압부(123)를 포함한다.

제1 가압부(121)는, 가압홈(111)의 내벽에 고정되도록 배치된다. 고정수단(130)은, 제1 가압부(121)의 타측에서 차례로 제1 가압부(121) 및 씰링본체(110)를 관통하여, 제1 가압부(121)를 씰링본체(110)에 고정시킨다.

제2 가압부(122)는, 가압홈(111)에 삽입되며, 제1 가압부(121)로부터 원주방향(C)을 따라 이격되도록 배치된다. 그리고 제2 가압부(122)는, 가압홈(111)의 내벽에 대하여 원주방향(C)을 따라 슬라이딩 가능하게 배치된다.

제3 가압부(123)는, 제1 가압부(121)와 제2 가압부(122)의 사이에서 제1 가압부(121)와 제2 가압부(122)에 각각 연결된다. 이때, 제3 가압부(123)는, 제1 가압부(121) 및 제2 가압부(122)와의 연결 부위로부터 중심 부위로 갈수록, 씰링본체(110)로부터 멀어지는 방향으로 볼록하게 돌출된 형상으로 형성된다. 그리고 제3 가압부(123)는, 씰링홈(16)의 내벽에 접하도록 설치되며, 씰링본체(110)를 제1 베인 캐리어(12) 측으로 가압한다. 이러한 제3 가압부(123)는, 원주방향(C)을 따라 길이가 가변되도록 신축 가능한 탄성 소재로 형성될 수 있다. 제1 가압부(121), 제2 가압부(122) 및 제3 가압부(123)는 일체로 형성될 수 있다.

체결수단(140)은, 예를 들어, 볼트가 될 수 있다. 체결수단(140)은 씰링본체(110)의 관통홀(112)에 삽입되며, 그 단부는 제2 베인 캐리어(14)에 체결 고정된다. 체결수단(140)은 가압수단(120)에 의해 가압된 씰링본체(110)가 제1 베인 캐리어(12) 측으로 이동되도록 한다.

이를 위해, 체결수단(140)은, 헤드부(141), 단부(142), 관통부(143)를 포함한다.

헤드부(141)는 관통홀(112)의 직경 보다는 크고, 이동홈(113)의 직경 보다는 작도록 형성된다. 헤드부(141)의 절대적인 위치는 고정되나, 가압수단(120)의 가압에 의해 씰링본체(110)가 이동함에 따라, 이동홈(113) 내부에서 상대적으로 이동하는 것처럼 보인다. 이러한 헤드부(141)는 씰링본체(110)의 이동 범위를 한정하여 씰링본체(110)가 씰링홈(16)으로부터 이탈되는 것을 방지한다.

단부(142)에는 나사산이 형성된다. 단부(142)에 형성된 나사산으로 인해 체결수단(140)은 제2 베인 캐리어(14)에 체결 고정된다.

관통부(143)는 헤드부(141)와 단부(142)를 연결하며, 표면은 매끄러운 형상으로 형성된다. 관통부(143)는 관통홀(112)에 삽입된 상태를 유지하여 씰링본체(110)가 이동될 수 있도록 한다.

씰링 어셈블리(100)의 설치시, 축방향(X 방향)으로 씰링본체(110)를 씰링홈(16) 내부로 삽입한 후, 체결수단(140)을 관통홀(112)에 삽입 관통한 후, 단부를 제2 베인 캐리어(14)에 체결 고정하면 되므로, 씰링 어셈블리(100)의 설치를 보다 용이하게 할 수 있다. 물론, 유지 및 보수시, 체결수단(140)을 제2 베인 캐리어(14)로부터 분리한 후, 축방향으로 씰링본체(110)를 꺼내면 되므로, 씰링 어셈블리(100)의 유지/보수를 보다 용이하게 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 씰링홈(16)의 상부벽 일부는 상측으로 함몰되어 코드홈(151)을 형성한다. 코드홈(151)은, 원주방향(C)을 따라 연장되도록 형성된다. 코드씰(150; Cord seal)은, 코드홈(151) 내에 씰링본체(110)의 상면과 접하도록 배치되며 원주방향(C)을 따라 연장된 형상으로 형성된다. 이에 따라 씰링본체(110)와 가압수단(120)은, 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이를 축방향(X)으로 씰링하며, 코드씰(150)은 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이를 반경방향(R)으로 씰링하게 된다. 한편, 도면에서는 코드씰(150)이 원형의 단면을 갖는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 코드씰(150)은 다양한 형상의 단면을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 씰링 어셈블리(100)가 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이에 설치될 시에, 가압수단(120)은 축방향(X)을 따라 씰링본체(110) 측으로 압축된 상태로, 그리고 원주방향(C)을 따라 길이가 연장된 상태로 씰링홈(16)에 설치된다. 이후, 장치의 작동 중, 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이 간격이 증가하는 경우, 가압수단(120)은 원주방향(C)의 길이가 줄어들면서 씰링본체(110)를 제1 베인 캐리어(12) 측으로 가압하여, 씰링본체(110)가 제1 베인 캐리어(12)와 밀착되어 접촉된 상태를 유지하도록 한다.

따라서 본 발명에 의하면, 가압수단(120)이 씰링본체(110)를 제1 베인 캐리어(12) 측으로 가압하여 씰링본체(110)와 제1 베인 캐리어(12)가 밀착된 상태를 유지하도록 함으로써, 장치의 작동 중에도 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14) 사이가 씰링 어셈블리(100)에 의해 지속적으로 긴밀하게 씰링되도록 할 수 있다. 또한, 보다 단순한 구조로서 제1 베인 캐리어(12)와 제2 베인 캐리어(14)의 사이를 긴밀하게 씰링할 수 있다. 또한, 설치 및 유지/보수가 용이하며, 열팽창에 의한 변형을 수용하면서 안정적으로 씰링 기능을 유지하도록 할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 : 터보머신(가스터빈)
10 : 터빈 스테이터
12 : 제1 컴포넌트(제1 베인 캐리어)
14 : 제2 컴포넌트(제2 베인 캐리어)
16 : 씰링홈
100 : 씰링 어셈블리
110 : 씰링본체
120 : 가압수단
130 : 고정수단
140 : 체결수단
150 : 코드씰

Claims (16)

1. 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리로서,
   상기 제1 컴포넌트와 상기 제2 컴포넌트 사이에 배치되는 씰링본체;
   상기 씰링본체와 상기 제2 컴포넌트 사이에 설치되며, 상기 씰링본체를 상기 제1 컴포넌트 측으로 가압하는 가압수단; 및,
   상기 가압수단에 의해 가압된 상기 씰링본체가 상기 제1 컴포넌트 측으로 이동하도록 상기 씰링본체를 관통하며, 그 단부는 상기 제2 컴포넌트에 체결 고정되는 체결수단을 포함하며,
   상기 씰링본체는, 상기 씰링본체의 원주방향을 따라 형성된 가압홈과, 상기 씰링본체를 관통하여 형성된 관통홀과, 상기 씰링본체의 일측면에 함몰 형성된 이동홈을 포함하는, 씰링 어셈블리.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 컴포넌트의 상기 제1 컴포넌트측 대향면에는 씰링홈이 형성되며,
   상기 씰링본체는 상기 씰링홈에 삽입되고,
   상기 가압수단은 상기 씰링본체와 상기 씰링홈의 내벽 사이에 형성되는,
   씰링 어셈블리.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 이동홈은,
   상기 관통홀과 연결되며 상기 관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성된, 씰링 어셈블리.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 체결수단은,
   상기 관통홀의 직경 보다는 크고 상기 이동홈의 직경 보다는 작도록 형성되는 헤드부와,
   상기 제2 컴포넌트에 체결 고정되기 위한 나사산이 형성된 단부와,
   상기 헤드부와 상기 단부를 연결하며, 상기 관통홀에 삽입된 상태를 유지하여 상기 씰링본체가 이동될 수 있도록 하는 관통부
   를 포함하는 씰링 어셈블리.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 가압수단은,
   상기 씰링본체에 고정되는 제1 가압부와,
   상기 제1 가압부와 이격 배치되며 상기 씰링본체에 대하여 원주방향으로 이동 가능하게 배치되는 제2 가압부와,
   상기 제1 가압부와 제2 가압부를 연결하는 제3가압부
   를 포함하는 씰링 어셈블리.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 가압부와 상기 씰링본체를 관통하여 상기 제1 가압부를 상기 씰링본체에 고정시키는 고정수단
   을 포함하는 씰링 어셈블리.
   
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 씰링홈의 상부벽 일부가 상측으로 함몰되어 형성된 코드홈과,
   상기 코드홈 내에 상기 씰링본체와 접하도록 배치되는 코드씰
   을 포함하는 씰링 어셈블리.
   
9. 내부로 통과되는 유체를 가이드하는 스테이터; 및,
   상기 스테이터의 내부에 설치되며, 상기 스테이터의 내부로 통과되는 유체에 의해 회전하는 로터;를 포함하되,
   상기 스테이터는,
   케이싱과,
   상기 케이싱의 반경방향 내측에 배치되며, 상기 케이싱의 축방향을 따라 서로 인접하게 배치되는 제1 베인 캐리어 및 제2 베인 캐리어와,
   상기 제1 및 제2 베인 캐리어의 내주면에 각각 결합되는 베인과,
   상기 제1 베인 캐리어와 제2 베인 캐리어의 사이를 씰링하는 씰링 어셈블리를 포함하고,
   상기 씰링 어셈블리는,
   상기 제1 베인 캐리어와 상기 제2 베인 캐리어 사이에 배치되는 씰링본체;
   상기 씰링본체와 상기 제2 베인 캐리어 사이에 설치되며, 상기 씰링본체를 상기 제1 베인 캐리어 측으로 가압하는 가압수단; 및,
   상기 가압수단에 의해 가압된 상기 씰링본체가 상기 제1 베인 캐리어 측으로 이동하도록 상기 씰링본체를 관통하며, 그 단부는 상기 제2 베인 캐리어에 체결 고정되는 체결수단을 포함하며,
   상기 씰링본체는, 상기 씰링본체의 원주방향을 따라 형성된 가압홈과, 상기 씰링본체를 관통하여 형성된 관통홀과, 상기 씰링본체의 일측면에 함몰 형성된 이동홈을 포함하는, 터보머신.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 베인 캐리어의 상기 제1 베인 캐리어 측 대향면에는 씰링홈이 형성되며,
    상기 씰링본체는 상기 씰링홈에 삽입되고,
    상기 가압수단은 상기 씰링본체와 상기 씰링홈의 내벽 사이에 형성되는,
    터보머신.
    
11. 삭제
12. 청구항 9에 있어서, 상기 이동홈은,
    상기 관통홀과 연결되며 상기 관통홀의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성된, 터보머신.
    
13. 청구항 9에 있어서, 상기 체결수단은,
    상기 관통홀의 직경 보다는 크고 상기 이동홈의 직경 보다는 작도록 형성되는 헤드부와,
    상기 제2 베인 캐리어에 체결 고정되기 위한 나사산이 형성된 단부와,
    상기 헤드부와 상기 단부를 연결하며, 상기 관통홀에 삽입된 상태를 유지하여 상기 씰링본체가 이동될 수 있도록 하는 관통부
    를 포함하는 터보머신.
    
14. 청구항 9에 있어서, 상기 가압수단은,
    상기 씰링본체에 고정되는 제1 가압부와,
    상기 제1 가압부와 이격 배치되며 상기 씰링본체에 대하여 원주방향으로 이동 가능하게 배치되는 제2 가압부와,
    상기 제1 가압부와 제2 가압부를 연결하는 제3가압부
    를 포함하는 터보머신.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 가압부와 상기 씰링본체를 관통하여 상기 제1 가압부를 상기 씰링본체에 고정시키는 고정수단
    을 포함하는 터보머신.
    
16. 청구항 10에 있어서,
    상기 씰링홈의 상부벽 일부가 상측으로 함몰되어 형성된 코드홈과,
    상기 코드홈 내에 상기 씰링본체와 접하도록 배치되는 코드씰
    을 포함하는 터보머신.

Images