KR101730261B1

KR101730261B1 - 터빈의 실링 조립체

Info

Publication number: KR101730261B1
Application number: KR1020150148307A
Authority: KR
Inventors: 김경국
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-25
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: WO2017069582A1; US10480339B2; US20170114655A1; EP3159491B1; EP3159491A1

Abstract

본 발명은 터빈의 실링 조립체에 관한 것으로, 터빈의 고정체에 배치되는 제1 실링부재 및 상기 제1 실링부재를 마주보며 터빈의 회전체에 배치되는 제2 실링부재를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제2 실링부재의 회전시, 상기 제1 실링부재와 상기 제2 실링부재는 연동되며 역방향 유체 흐름의 생성 및 유체장벽을 형성하여 유체의 누설을 방지하게 된다.

Description

터빈의 실링 조립체{Assembly for turbine's sealing}

본 발명은 터빈의 실링 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전체와 고정체 사이에 역방향 유체 흐름을 생성하여 유체의 누설을 방지할 수 있고 더불어 실링의 마모율을 낮출 수 있는 터빈의 실링 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 터빈(turbine)은 가스(gas), 스팀(steam) 등 유체의 열에너지를 기계에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생 장치로, 유체에 의해 축회전되도록 복수 개의 회전익(bucket)을 포함하는 로터(rotor)와, 로터의 둘레를 감싸며 설치되고 복수 개의 고정익(diaphram)이 구비된 케이싱(casing)을 포함하고 있다.

여기서, 가스터빈은 압축기와 연소기 및 터빈을 포함하여 구성되고, 압축기의 회전에 의해 외부 공기가 흡입, 압축된 후 연소기로 보내지고, 연소기에서 압축공기와 연료의 혼합에 의해 연소가 이루어진다. 연소기에서 발생된 고온·고압의 가스는 터빈을 통과하면서 터빈의 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킨다.

스팀터빈의 경우, 고압터빈과 중압터빈 및 저압터빈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 로터를 회전시키는데, 직렬구조로 이루어지는 경우에는 고압터빈과 중압터빈 및 저압터빈이 하나의 로터를 공유한다.

스팀터빈에서 각각의 터빈들은 케이싱 내부의 로터를 중심으로 고정익과 회전익을 구비하고 있으며, 스팀이 고정익과 회전익을 통과하면서 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킬 수 있다.

이때, 가스터빈과 스팀터빈은 고정체(고정익)에 대해 회전체(로터)가 상대적으로 회전하는 구조이므로, 고정체와 회전체 사이 간극으로 고온·고압의 유체 누설이 발생하며, 이러한 유체의 누설은 동력 손실에 따른 에너지 효율 저하의 한 원인이 되고 있으며 상기 회전체와 고정체 사이 간극에서 발생되는 유체 누설을 감소시키기 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.

유체 누설을 최소화하기 위해서는 우선적으로 고정체와 회전체 사이의 간극을 최소화해야 하나, 간극을 좁히는 데에도 여러 가지 제약이 발생된다.

예를 들어, 간극이 지나치게 좁은 경우에는, 회전체가 축회전 될 때 회전체와 고정체가 서로간에 간섭을 일으켜 러빙(rubbing)에 의한 진동이 발생하게 되고, 이는 터빈에 중대한 손상을 일으키게 된다.

한편, 스팀터빈은 보일러에서 유입되는 고온의 스팀이 회전체와 고정체에 열을 가하기 때문에, 운전 및 기동 정지시 위치에 따라 수 mm 내지 수십 mm까지 팽창 또는 수축하게 된다. 이때, 회전체와 고정체는 소재의 특성이 달라 차등 팽창할 뿐만 아니라, 터빈의 구조에 따라 팽창하는 방향도 상이하여 회전체와 고정체가 운전 중 간섭을 일으켜 러빙이 발생하기도 한다.

최근에는 가스터빈과 스팀터빈에서 허니콤 실(honeycomb seal)과 라비린스 실(labyrinth seal)을 적용하여 실링(sealing)하여 고정체와 회전체 사이 간극을 줄이고 유연하게 서로 접촉하는 형태로 실링하는 기술이 사용되고 있다.

이러한 허니콤 실과 라비린스 실을 사용하는 실링 방식은 도 1를 참고하면, 터빈의 고정체(4)상에 허니콤 실(3)을 배치하고, 허니콤실(3)에 인접하여 마주보도록 터빈의 회전체(1)상에 라비린스 실(2)을 배치한다. 이때 도면에 도시된 화살표와 같은 유체의 누설을 방지하기 위해 허니콤 실(3)과 라비린스 실(2)간의 간극을 좁게 하고 라비린스 실(2)의 치형(tooth)의 개수를 늘린다.

허니콤 실(3)과 라비린스 실(2)이 맞닿지 않게 간극을 좁히면 유체의 누설 공간이 축소되고, 라비린스 실(2)의 치형의 개수를 늘리면 유체가 치형을 통과할 때마다 유압이 감소되어 누설 유체의 흐름은 둔화된다. 이에 따라 터빈의 회전체(1)와 고정체(4) 사이의 간극으로 유체의 누설을 방지하거나 최소화하게 된다.

그런데 종래 실링방식의 경우, 허니콤 실(3)과 라비린스 실(2)간의 일정 간극을 형성하였더라도, 터빈의 작동과정에서 진동, 소재의 열팽창 등으로 인해 간극이 변경되어 러빙(rubbing)으로 인한 실링의 마모율이 높아지게 된다. 이는 궁극적으로 블레이드나 터빈 부품의 손상으로 이어질 수 있으며, 실링의 마모에 따라 실링능력이 저하되고 유체 유실이 발생되어 터빈의 출력효율이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 회전체(1)와 고정체(4)간의 실링 간극을 터빈의 작동환경에 맞춰 적당히 이격시키더라도 실링능력이 유지될 수 있는 장치가 요구된다.

한국특허 등록번호: KR 1507500 B1(출원일 : 2013.09.30)

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 터빈의 작동환경에 상관없이 회전체와 고정체 사이의 실링 마모율을 낮출 수 있으며, 역방향 유체 흐름을 생성하여 실링 간극 사이의 잔류유체 회귀 및 유체 누설을 방지할 수 있는 장치를 제공하는데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 터빈의 실링 조립체에 관한 것으로, 터빈의 고정체 내주면에 배치되는 제1 실링부재 및 상기 제1 실링부재에 인접하여 터빈의 회전체 외주면에 배치되는 제2 실링부재를 포함하되, 상기 제2 실링부재의 회전시, 상기 제1 실링부재와 상기 제2 실링부재는 연동되며 누설 흐름의 역방향으로 유체이송 또는 유체장벽을 형성하여 유체의 누설을 방지하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 실링부재는, 터빈의 회전체 외주면에 장착되는 실링바디부 및 상기 실링바디부에 배치되고, 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부가 형성된 치형부를 포함하되, 상기 치형부의 회전시 유체가 누설 흐름의 반대방향으로 이송되며, 상기 제1 실링부재와의 간극에서 유체장벽이 형성되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 나선부는 상기 실링바디부상에 복수회로 감기며 일체로 형성되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 나선부는 상기 실링바디부상에서 누설유체의 유입방향측에 배치되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 치형부는 누설유체의 유입방향측으로 회전되는 유체가 밀리도록, 상기 실링바디부상에 배치되는 단턱부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 단턱부는 상기 나선부와 일정각도를 이루며 연결되어 배치되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 실링부재는, 회전방향의 외측으로 유체가 밀리도록, 상기 실링바디부상에 상기 치형부와 연계되며 배치되는 돌기부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 돌기부는 상기 치형부와 일정각도를 이루며 배치되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 돌기부는 복수개로 제공되되, 각각의 상기 돌기부는 상기 치형부 사이에서 동일선상에 위치하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 돌기부는 복수개로 제공되되, 각각의 상기 돌기부는 상기 치형부 사이에서 일정간격을 두고 서로 다른 선상에 위치하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 돌기부는 적어도 일측면은 곡면경사부가 형성되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전체와 고정체 사이의 실링에 유체의 누설 방향에 대해 역방향인 나선을 형성하여, 누설된 유체를 다시 유체의 유입 방향으로 되돌려 보냄으로써, 유체의 누설을 방지하는 효과가 있다.

그리고, 회전체의 고속회전시 유체가 회전체에서 고정체 방향으로 밀리는 원심력을 이용하여 회전체와 고정체 사이에 미세한 유체 장벽을 형성함으로써, 유체의 누설을 방해하는 효과가 있다.

또한, 회전체의 실링과 고정체의 실링이 직접 접촉되지 않고 일정 간극을 유지된 상태에서 유체의 누설을 방지하게 되므로, 실링의 러빙(rubbing) 및 파손을 방지하는 효과가 있다.

이는 궁극적으로, 유체의 누설로 인한 출력 손실을 최소화시킬 수 있으므로 터빈의 효율을 향상시킬 수 있고, 실링의 수명 및 교체주기를 연장시켜 주어 터빈의 유지 및 보수비용을 절감시키는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래 터빈의 실링 구조를 나타낸 도면.
도 2a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 첫번째 실시예를 나타낸 부분사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 발명의 부분측면도.
도 3a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 두번째 실시예를 나타낸 부분사시도.
도 3b는 도 3a에 도시된 발명의 부분측면도.
도 4a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 세번째 실시예를 나타낸 부분사시도.
도 4b는 도 4a에 도시된 발명의 부분확대도.
도 5a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 네번째 실시예를 나타낸 부분사시도.
도 5b는 도 5a에 도시된 발명의 부분측면도.
도 6은 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 다섯번째 실시예를 나타낸 부분사시도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 터빈의 실링 조립체의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

먼저 도 2a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 첫번째 실시예를 나타낸 부분사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 발명의 부분측면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참고하면, 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 첫번째 실시예는 제1 실링부재(20) 및 제2 실링부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 제1 실링부재(20)는 터빈의 고정체(10) 내주면에 원주방향으로 배치될 수 있으며, 링 형상으로 제공될 수 있다. 여기서 터빈의 고정체(10)는 고정익(diaphram)과 고정익이 장착된 터빈의 케이싱(casing)을 포함하는 개념일 수 있다. 상기 제1 실링부재(20)의 재질은 벌집 구조를 가진 허니콤 실(honeycomb seal)일 수 있다.

그리고 상기 제2 실링부재(40)는 상기 제1 실링부재(20)를 마주보며 터빈의 회전체(30) 외주면에 원주방향으로 배치될 수 있으며, 링 형상으로 제공될 수 있다. 여기서 터빈의 회전체(30)는 회전익(bucket)과 회전익이 장착된 로터(rotor)을 포함하는 개념일 수 있다. 상기 제2 실링부재(40)의 재질은 복수의 돌기가 형성된 라비린스 실(rabyrinth seal)일 수 있다.

상기 제2 실링부재(40)는 실링바디부(41) 및 치형부(43)를 포함하여 구성될 수 있다. 우선 상기 실링바디부(41)는 터빈의 회전체(30) 내주면에 원주방향으로 장착될 수 있으며, 상기 치형부(43)는 상기 실링바디부(41)상에 돌기되어 배치될 수 있다.

여기서 상기 치형부(43)의 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부(S1)가 형성될 수 있다. 다시 도 2a 및 도 2b를 참고하면, 상기 나선부(S1)가 상기 실링바디부(41)상에 배치된 형상을 볼 수 있다.

로터가 구동되면 터빈의 회전체(30)는 일체로 회전하게 되고, 터빈의 회전체(30)에 장착된 상기 제2 실링부재(40)도 함께 회전하게 된다. 이에 따라 상기 나선부(S1)가 돌면서 상기 제1 실링부재(20)와의 간극을 통해 누설된 유체를 다시 누설 흐름의 역방향으로 이동시키게 된다. 누설된 유체는 상기 나선부(S1)를 따라 원주방향으로 흐르며 다시 누설유체의 유입영역(F1)으로 되돌려 보내어 유체의 누설을 차단하게 된다.

이때 상기 제2 실링부재(40)가 회전함에 따라 상기 제1 실링부재(20)와의 간극에서 상기 제2 실링부재(40)의 주변부 둘레를 따라 약간의 회전 기류가 발생하게 된다. 이는 누설유체의 유입영역(F1) 방향으로 이송되는 유체를 상기 제2 실링부재(40) 외측 원주방향으로 밀어주는 힘으로 작용되며, 결과적으로 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40) 사이의 간극에 누설 흐름의 역방향 유체장벽(도 2b의 A1구역)이 미세하게 형성되게 된다.

상기 나선부(S1)의 회전에 의해 유체는 누설 흐름 역방향으로 이송되는 과정에서 외측으로 약간씩 원심력에 의해 밀리며 이송되므로 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)의 간극에 유체장벽(도 2b의 A1구역)이 형성되는 것이다.

이 또한 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40) 사이의 간극을 통과하는 유체의 누설을 방해하게 되어, 궁극적으로는 유체의 누설을 방지하는 작용을 하게 된다.

이러한 상기 나선부(S1)는 상기 실링바디부(41)상에 복수회로 감기며 일체로 형성되어 제공될 수 있다. 상기 제1 실링부재(20)가 허니콤 실(honeycomb seal)이고 상기 제2 실링부재(40)가 라비린스 실(rabyrinth seal)로 구현될 때, 기본적으로 누설유체는 허니콤실의 벌집 구조와 라비린스 실의 복수의 돌기를 지날 때마다 유압이 감소되어, 결과적으로는 누설유체의 유입영역(F1)에서 누설유체의 유출영역(F2)으로 갈수록 유체의 흐름이 약해져, 누설이 차단되거나 또는 최소화되는 구조를 가진다. 다만 종래 구조의 허니콤 실과 라비린스 실은 그 간극 사이에 잔류되는 유체를 다시 누설유체의 유입방향으로 되돌려 보낼 수는 없는 구조이다.

본 발명의 상기 나선부(S1)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 실링바디부(41)에 일체로 복수회로 감겨 제공됨에 따라 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)의 간극에 누설유체가 잔류되지 않고, 로터의 회전에 대응하여 상기 나선부(S1)가 회전함으로써, 누설유체를 효과적으로 다시 누설유체 유입영역(F1)으로 되돌려 보낼 수 있다.

이렇듯 본 발명의 첫번째 실시예에서는 상기 나선부(S1)의 회전에 의해 누설된 유체를 누설 흐름의 역방향으로 이송시킬 수 있고, 터빈의 회전체(30)의 회전에 의해 발생되는 기류를 이용하여 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40) 사이의 간극에 미세한 유체장벽을 형성하여 유체의 누설 흐름을 방해하여, 궁극적으로는 유체의 누설을 방지하게 된다.

다음으로, 도 3a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 두번째 실시예를 나타낸 부분사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 발명의 부분측면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참고하면, 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 두번째 실시예는 제1 실링부재(20) 및 제2 실링부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 실링부재(20) 및 상기 제2 실링부재(40)에 대한 배치 및 재질에 관한 설명은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

상기 제2 실링부재(40)의 구체적인 구성을 살펴보면 실링바디부(41) 및 치형부(43)를 포함할 수 있다. 우선 상기 실링바디부(41)는 터빈의 회전체(30) 내주면에 원주방향으로 장착될 수 있으며, 상기 치형부(43)는 상기 실링바디부(41)상에 돌기되어 배치될 수 있다.

여기서 상기 치형부(43)의 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부(S2)가 형성될 수 있다. 다시 도 3a 및 도 3b를 참고하면, 상기 나선부(S2)가 상기 실링바디부(41)상에 배치된 형상을 볼 수 있다.

다만 본 발명의 두번째 실시예에서는 본 발명의 첫번째 실시예와는 달리, 상기 치형부(43)가 두 개의 영역으로 분리된 것을 볼 수 있다. 하나의 영역은 상기 나선부(S2)이고 다른 하나의 영역은 정원부(C)이다.

먼저 상기 정원부(C)는 상기 실링바디부(41)상에서 누설유체의 유출영역(F2)측에 원주방향으로 단수 또는 복수개로 배치될 수 있다. 상기 정원부(C)는 돌기 형태로 제공될 수 있으며, 상기 실링바디부(41)상에 복수개로 배치되는 경우, 누설된 유체가 상기 제1 실링부재(20)와 상기 정원부(C) 사이를 통과하면서 점차로 유압이 감소하게 된다. 이에 따라 유체의 누설 흐름이 약해지게 되고, 누설유체의 유출영역(F2)으로 유체의 이동을 둔화하게 된다(도 3b의 A3구역) .

다음 상기 나선부(S2)는 상기 실링바디부(41)상에서 누설유체의 유입영역(F1)측에 배치될 수 있다(도 3b의 A2구역). 로터가 구동되면 터빈의 회전체(30)는 일체로 회전하게 되고, 터빈의 회전체(30)에 장착된 상기 제2 실링부재(40)도 함께 회전하게 된다. 이에 따라 상기 나선부(S2)가 돌면서 상기 제1 실링부재(20)와의 간극을 통해 누설된 유체를 다시 누설 흐름의 역방향으로 이동시키게 된다. 누설된 유체는 상기 나선부(S2)를 따라 원주방향으로 흐르며 다시 누설유체의 유입영역(F1)으로 되돌려 보내어 유체의 누설을 차단하게 된다.

따라서, 누설된 유체를 1차적으로 다시 되돌려 보내고, 상기 나선부(S2)를 통과한 유체는 유압을 감소시켜 잔류되어 누설되지 않도록 하기 위해서는, 상기 나선부(S2)가 상기 실링바디부(41)상에서 누설유체의 유입영역(F1)측에 가깝게 배치되고, 상기 정원부(C)가 상기 실링바디부(41)상에서 누설유체의 유출영역(F2)측에 가깝게 배치되는 것이 가장 바람직한 형태일 수 있다.

이때 상기 제2 실링부재(40)가 회전함에 따라 상기 제1 실링부재(20)와의 간극에서 상기 제2 실링부재(40)의 주변부 둘레를 따라 약간의 회전 기류가 발생하게 된다. 이는 누설유체의 유입영역(F1) 방향으로 이송되는 유체를 상기 제2 실링부재(40) 외측 원주방향으로 밀어주는 힘으로 작용되며, 결과적으로 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40) 사이의 간극에 누설 흐름의 역방향 유체장벽(도 3b의 A2구역)이 미세하게 형성되게 된다.

상기 나선부(S2)의 회전에 의해 유체는 누설 흐름 역방향으로 이송되는 과정에서 외측으로 약간씩 원심력에 의해 밀리며 이송되므로 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)의 간극에 유체장벽(도 3b의 A2구역)이 형성되는 것이다.

이러한 상기 나선부(S2)는 상기 실링바디부(41)상에 복수회로 감기며 일체로 형성되어 제공될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)의 간극에 누설유체가 잔류되지 않고, 로터의 회전에 대응하여 상기 나선부(S2)가 회전함으로써, 누설유체를 효과적으로 다시 누설유체 유입영역(F1)으로 되돌려 보낼 수 있다.

이렇듯 본 발명의 두번째 실시예에서는 상기 나선부(S2)의 회전에 의해 누설된 유체를 누설 흐름의 역방향으로 이송시킬 수 있고, 터빈의 회전체(30)의 회전에 의해 발생되는 기류를 이용하여 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40) 사이의 간극에 미세한 유체장벽(도 3b의 A2구역)을 형성하여 유체의 누설 흐름을 방해할 수 있다.

또한, 상기 나선부(S2)를 통과한 유체는 상기 정원부(C)에서 유압이 감소되도록 하여 그 흐름을 약화시켜 누설을 차단함으로써, 궁극적으로는 유체의 누설을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 4a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 세번째 실시예를 나타낸 부분사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 발명의 부분확대도이다.

도 4a 및 도 4b를 참고하면, 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 세번째 실시예는 제1 실링부재(20) 및 제2 실링부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 실링부재(20) 및 상기 제2 실링부재(40)에 대한 배치 및 재질에 관한 설명은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

구체적으로 상기 제2 실링부재(40)의 구성을 살펴보면 실링바디부(41) 및 치형부(43)를 포함할 수 있다. 우선 상기 실링바디부(41)는 터빈의 회전체(30) 내주면에 원주방향으로 장착될 수 있으며, 상기 치형부(43)는 상기 실링바디부(41)상에 돌기되어 배치될 수 있다.

여기서 상기 치형부(43)의 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부(S3)가 형성될 수 있다. 다시 도 4a 및 도 4b를 참고하면, 상기 나선부(S3)가 상기 실링바디부(41)상에 배치된 형상을 볼 수 있다. 상기 나선부(S3)에 대한 형상 및 기능은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

본 발명의 세번째 실시예에서는 상기 치형부(43)가 단턱부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 단턱부는 누설유체의 유입영역(F1)측으로 회전되는 유체가 밀리도록 상기 실링바디부(41)상에 배치될 수 있다.

구체적으로 상기 단턱부는 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 나선부(S3)와 연결되어 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 나선부(S3)를 따라 회전하며 이송되는 유체는 상기 단턱부에서 누설유체의 유입영역(F1)측으로 한 단계씩 밀리면서 이동되게 되므로, 보다 빠르게 역방향으로 되돌릴 수 있게 된다.

이러한 상기 단턱부는 상기 나선부(S3)와 일정각도(Φ1,Φ2)를 이루며 연결되어 배치될 수 있다. 여기서 상기 단턱부와 상기 나선부(S3)가 이루는 각도는 로터의 회전속도, 작동유체의 특성 등의 작동환경에 따라 적절히 선택될 수 있다.

예를 들어 로터의 회전속도가 큰 작동환경 또는 가스(gas), 스팀(steam) 등의 작동유체에 관한 점성이 큰 경우에는 유체의 흐름을 원활히 하기 위해 상기 단턱부와 상기 나선부(S3)가 이루는 각도(Φ1,Φ2)는 크게 구현될 수 있으며, 반대로 상대적으로 로터의 회전속도가 작은 작동환경이나 또는 작동유체의 점성이 낮아 유동성이 보장된 경우에는 상기 단턱부와 상기 나선부(S3)가 이루는 각도(Φ1,Φ2)을 작게 하여 유체를 보다 더 누설유체의 유입영역(F1)측으로 밀어주도록 구현할 수도 있다.

이렇듯 본 발명의 세번째 실시예에서는 본 발명의 첫번째 실시예에서 제시된 유체의 누설을 방지하는 효과와 더불어, 상기 단턱부를 통해 회전되는 유체를 보다 빠르게 누설유체의 유입방향측으로 밀어줌으로써, 누설 유체를 보다 신속히 역방향으로 되돌릴 수 있다.

다음으로, 도 5a는 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 네번째 실시예를 나타낸 부분사시도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 발명의 부분측면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참고하면, 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 네번째 실시예는 제1 실링부재(20) 및 제2 실링부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 실링부재(20) 및 상기 제2 실링부재(40)에 대한 배치, 형상 및 재질에 관한 설명은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

구체적으로 상기 제2 실링부재(40)의 구성을 살펴보면 실링바디부(41), 치형부(43) 및 돌기부(50)를 포함할 수 있다. 우선 상기 실링바디부(41)는 터빈의 회전체(30) 내주면에 원주방향으로 장착될 수 있으며, 상기 치형부(43)는 상기 실링바디부(41)상에 돌기되어 배치될 수 있다.

여기서 상기 치형부(43)의 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부(S4)가 형성될 수 있다. 다시 도 5a 및 도 5b를 참고하면, 상기 나선부(S4)가 상기 실링바디부(41)상에 배치된 형상을 볼 수 있다. 다만 상기 나선부(S4)에 대한 형상 및 기능은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

본 발명의 네번째 실시예에서는 상기 제2 실링부재(40)의 구성에 상기 돌기부(50)가 추가적으로 포함된다. 상기 돌기부(50)는 회전방향 외측으로 유체가 밀리도록, 상기 실링바디부(41)상에 상기 치형부(43)와 연계되며 배치될 수 있다.

구체적으로 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 돌기부(50)는 상기 나선부(S4) 사이에 일정각도를 이루며 단수 또는 복수개로 배치될 수 있다. 본 발명의 네번째 실시예에서는 상기 돌기부(50)는 상기 나선부(S4)에 수직하게 동일선상에 배치된다.

도 5b를 참고하면, 터빈의 회전체(30)가 회전할 때 상기 돌기부(50)로 함께 회전되고, 상기 나선부(S4) 사이를 흐르는 유체는 상기 돌기부(50)를 타고 외측 방향으로 밀리게 된다. 이 경우 유체가 더 상기 제1 실링부재(20) 방향으로 밀리게 되므로, 본 발명의 첫번째 실시예보다 더 강한 유체장벽(도 5b의 A5구역)을 형성할 수 있게 된다. 이는 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)를 통과하는 유체의 흐름을 더욱 강력하게 방해할 수 있게 되므로, 궁극적으로는 유체의 누설을 보다 확실하게 차단할 수 있게 된다.

여기서 상기 돌기부(50)의 높이(L2)는 상기 나선부(S4)의 높이(L1)보다 낮은 것이 바람직하다.

만약 상기 돌기부(50)의 높이가 상기 나선부(S4)의 높이와 동일하거나 클 경우에는 상기 나선부(S4) 사이를 흐르는 유체의 유동을 방해하게 되므로, 누설된 유체를 다시 누설유체의 유입방향으로 이송시키는데 장애가 있게 된다.

상기 돌기부(50)의 높이가 상기 나선부(S4)의 높이보다 낮을 경우에는 유체의 흐름을 방해하지 않으면서, 동시에 강화된 유체장벽을 형성할 수 있어 상기 돌기부(50)의 특징을 보다 분명히 도출할 수 있다. 보다 자세하게는 상기 돌기부(50)의 높이는 상기 나선부(S4)의 높이의 절반 이하로 형성됨이 바람직할 수 있다.

또한 상기 돌기부(50)는 회전방향의 외측으로 유체가 부드럽게 밀리도록 곡면경사부(50a)가 적어도 일측면에 형성될 수 있다. 유체는 곡면경사부(50a)를 따라 유연하게 외측으로 밀리므로, 유체장벽(도 5b의 A5구역)도 와류현상 없이 안정적으로 생성될 수 있다.

이렇듯 본 발명의 네번째 실시예에서는 본 발명의 첫번째 실시예에서 제시된 효과와 더불어, 상기 돌기부(50)를 통해 유체장벽을 보다 강화하여 보다 확실히 유체의 누설을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 6은 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 다섯번째 실시예를 나타낸 부분사시도이다.

도 6을 참고하면, 본 발명인 터빈의 실링 조립체의 다섯번째 실시예는 제1 실링부재(20) 및 제2 실링부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 실링부재(20) 및 상기 제2 실링부재(40)에 대한 배치, 형상 및 재질에 관한 설명은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

여기서 상기 치형부(43)의 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부(S4)가 형성될 수 있다. 다시 도 6을 참고하면, 상기 나선부(S4)가 상기 실링바디부(41)상에 배치된 형상을 볼 수 있다. 다만 상기 나선부(S4)에 대한 형상 및 기능은 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

본 발명의 다섯번째 실시예에서는 상기 제2 실링부재(40)의 구성에 상기 돌기부(50)가 추가적으로 포함된다. 상기 돌기부(50)는 회전방향으로 유체가 밀리도록, 상기 실링바디부(41)상에 상기 치형부(43)와 연계되며 배치될 수 있다.

구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 돌기부(50)는 상기 나선부(S4) 사이에 일정각도를 이루며 단수 또는 복수개로 배치될 수 있다. 본 발명의 다섯번째 실시예에서는 본 발명의 네번째 실시예와는 달리 상기 돌기부(50)는 상기 나선부(S4) 사이에 일정간격을 두고 서로 다른 선상에 복수개로 배치될 수 있다.

상기 돌기부(50)의 높이 및 곡면경사부(50a)에 대한 내용은 본 발명의 네번째 실시예와 동일하므로 생략하도록 한다.

도 6을 참고하면, 터빈의 회전체(30)가 회전할 때 상기 돌기부(50)로 함께 회전되고, 상기 나선부(S4) 사이를 흐르는 유체는 상기 돌기부(50)를 타고 외측 방향으로 밀리게 된다. 이 경우 유체가 더 상기 제1 실링부재(20) 방향으로 밀리게 되므로, 본 발명의 첫번째 실시예보다 더 강한 유체장벽을 형성할 수 있게 된다. 이는 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)를 통과하는 유체의 흐름을 더욱 강력하게 방해할 수 있게 되므로, 궁극적으로는 유체의 누설을 보다 확실하게 차단할 수 있게 된다.

이때 상기 돌기부(50)가 상기 나선부(S4) 사이에서 일정간격을 두고 배치됨에 따라, 터빈의 회전체(30)가 회전할 때 상기 제1 실링부재(20)와 상기 제2 실링부재(40)의 간극에 단계적으로 시간차를 두고 강화된 유체장벽이 형성됨으로써, 유체의 누설을 방해하게 된다.

이렇듯 본 발명의 다섯번째 실시예에서는 본 발명의 첫번째 실시예에서 제시된 효과와 더불어, 상기 돌기부(50)를 통해 일정 시간차를 두고 유체장벽이 단계적으로 강화되며, 궁극적으로 유체의 누설을 방지할 수 있다.

이상의 사항은 터빈의 실링 조립체에 대한 실시예들을 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

10:고정체 20:제1 실링부재
30:회전체 40:제2 실링부재
41:실링바디부 43:치형부
45:단턱부
50:돌기부 50a:곡면경사부
F1:누설유체 유입영역 F2:누설유체 유출영역
S1,S2,S3,S4,S5:나선부

Claims

터빈의 고정체 내주면에 배치되는 제1 실링부재; 및
상기 제1 실링부재에 인접하여 터빈의 회전체 외주면에 배치되는 제2 실링부재;를 포함하며,
상기 제2 실링부재는,
터빈의 회전체 외주면에 장착되는 실링바디부; 및
상기 실링바디부에 배치되고, 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부가 형성된 치형부;를 포함하며,
상기 나선부는 상기 실링바디부상에 복수회로 감기며 일체로 형성되고 누설유체의 유입방향측에 배치되고, 상기 치형부의 회전시 유체가 누설 흐름의 반대방향으로 이송되며, 상기 제1 실링부재와의 간극에서 유체장벽을 형성하되,
상기 치형부는 누설유체의 유입방향측으로 회전되는 유체가 밀리도록, 상기 실링바디부상에 배치되는 단턱부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.
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제1항에 있어서,
상기 단턱부는 상기 나선부와 일정각도를 이루며 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.
터빈의 고정체 내주면에 배치되는 제1 실링부재; 및
상기 제1 실링부재에 인접하여 터빈의 회전체 외주면에 배치되는 제2 실링부재;를 포함하며,
상기 제2 실링부재는,
터빈의 회전체 외주면에 장착되는 실링바디부; 및
상기 실링바디부에 배치되고, 적어도 일부는 누설유체의 흐름 반대방향으로 나선부가 형성된 치형부;를 포함하며,
상기 나선부는, 상기 치형부의 회전시 유체가 누설 흐름의 반대방향으로 이송되며 상기 제1 실링부재와의 간극에서 유체장벽을 형성하도록, 상기 실링바디부상에 복수회로 감기며 일체로 형성되고 누설유체의 유입방향측에 배치되고,
상기 제2 실링부재는, 회전방향의 외측으로 유체를 밀면서 상기 나선부에 의해 형성되는 유체장벽이 보강되도록,상기 실링바디부상에 상기 치형부와 연계되며 배치되고, 상기 나선부의 회전방향으로 곡면 경사부가 형성된 돌기부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.
제7항에 있어서,
상기 돌기부는 상기 치형부와 일정각도를 이루며 배치되는 것을 특징을 하는 터빈의 실링 조립체.
제8항에 있어서,
상기 돌기부는 복수개로 제공되되, 각각의 상기 돌기부는 복수회로 감긴 상기 나선부 사이에서 동일선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.
제8항에 있어서,
상기 돌기부는 복수개로 제공되되, 각각의 상기 돌기부는 복수회로 감긴 상기 나선부 사이에서 일정간격을 두고 서로 다른 선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.
제7항에 있어서,
상기 곡면경사부는 상기 돌기부의 일측면에 형성된 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.
제7항에 있어서,
상기 돌기부의 높이는 상기 치형부의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 터빈의 실링 조립체.