KR101548870B1

KR101548870B1 - 브러시실 조립체

Info

Publication number: KR101548870B1
Application number: KR1020140069606A
Authority: KR
Inventors: 파루크 아싯 마흐믓
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-08-31

Abstract

브러시실 조립체가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체는 회전체와 고정체 사이에 위치되고 삽입홈이 형성된 패킹 바디와, 상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부와, 상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창(thermal expansion)이 이루어지는 열팽창부재; 및 상기 브러시실 부를 고정하기 위한 고정부재를 포함한다.

Description

브러시실 조립체{Brush seal assembly}

본 발명은 브러시실에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈의 고정체와 회전체 사이의 간극을 실링하기 위해 사용되는 브러시실 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 터빈(turbine)은 가스나 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.

종래에는 통상적으로 라비린스 실(labyrinth seal)을 적용하여 실링(sealing)하였고, 최근에는 라비린스 실에 브러시(brush)를 결합한 브러시 실(brush seal)을 적용하여 고정체와 회전체 사이 간극을 없애고 유연하게 서로 접촉하는 형태로 실링하는 기술이 개발되고 있다.

US6790001B2 (2004. 9. 14 등록)

본 발명의 실시 예들은 브러시실을 통해 이동되는 고압 유체 이동량을 일정하게 유지시키고자 한다.

본 발명의 실시 예들은 브러시실 조립체가 설치된 터빈의 효율을 향상시키고 항시 일정량의 유체를 브러시실을 통해 이동시키며, 브러시실 조립체를 서로 다른 방향에서 안정적으로 고정시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전체와 고정체 사이에 위치되고 삽입홈이 형성된 패킹 바디; 상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부; 상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창(thermal expansion)이 이루어지는 열팽창부재; 및 상기 브러시실 부를 고정하기 위한 고정부재를 포함한다.

상기 삽입홈은 패킹 바디의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부가 삽입되는 실 삽입홈; 상기 실 삽입홈과 이웃하여 개구되고 지지부재가 삽입되도록 형성된 고정부재 삽입홈을 포함한다.

실 삽입홈과 고정부재 삽입홈은 서로 간에 연통된 것을 특징으로 한다.

삽입홈은 상기 패킹 바디의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부가 삽입되는 실 삽입홈; 상기 실 삽입홈의 일측 방향으로 단턱진 단턱부; 상기 단턱부의 하측에 고정부재가 삽입되도록 형성된 고정부재 삽입홈을 포함한다.

삽입홈은 상기 패킹 바디의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부가 삽입되는 실 삽입홈; 상기 실 삽입홈을 기준으로 대칭되게 형성되어 고정부재가 삽입되는 고정부재 삽입홈을 포함한다.

지지부재는 상기 브러시를 기준으로 일측에 밀착되고 브러시와 마주보는 내측에서 유체의 흐름을 브러시의 하측으로 가이드 하도록 안내홈이 형성된 제1 지지 플레이트; 상기 제1 지지 플레이트와 마주보는 상태로 브러시와 밀착되고 열팽창부재와 마주보는 일측면에 슬롯홈이 형성된 제2 지지 플레이트를 포함한다.

열팽창부재는 슬롯홈에 삽입되는 삽입부를 포함하고, 상기 삽입부는 열팽창부재의 일부 구간에만 형성된 것을 특징으로 한다.

제2 지지 플레이트는 브러시의 상면을 경유하여 제1 지지 플레이트로 연장된 연장부를 포함한다.

연장부는 브러시의 상면이 부분 삽입되어 브러시에 대한 고정 및 회전체와 브러시 사이에 대한 간격을 일정하게 유지시키기 위한 위치 고정홈을 포함한다.

열팽창부재는 상기 고정부재와 마주보며 배치된 것을 특징으로 한다.

브러시실 조립체는 상기 고정부재에 의해 브러시실 부의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

열팽창부재는 선단부와 후단부에 상기 고정부재를 향해 하향 경사진 경사면을 포함한다.

열팽창부재는 선단부와 후단부에 상기 고정부재를 향해 상향 경사진 경사면을 포함한다.

고정부재는 볼트 또는 핀 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

고정부재는 상기 열팽창부재를 향해 연장된 헤드; 상기 헤드의 후방으로 연장되고 삽입홈에 밀착된 상태로 삽입되는 바디를 포함한다.

고정부재는 삽입홈의 외측으로 용이하게 분리되기 위해 바디의 후면에 공구가 삽입되는 공구 삽입홈을 더 포함한다.

헤드는 원주 방향으로 나사산이 형성된 것을 특징으로 한다.

고정부재는 상기 경사면과 이격된 상태로 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

헤드와 바디는 외부에서 열이 전달될 경우 헤드가 고정부재를 향해 열팽창되도록 이종 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

고정부재는 바디의 외측으로 돌출된 돌기를 포함하고, 상기 돌기는 패킹 바디에 형성된 돌기 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 브러시실 조립체는 회전체와 고정체 사이에 위치되고 회전체를 향해 삽입홈이 형성된 패킹 바디; 상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 경사지게 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부; 상기 지지부재의 양측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창이 이루어지는 열팽창부재; 및 상기 브러시실 부를 고정하기 위해 삽입홈에 삽입되고 각각의 열팽창부재를 향해 열팽창이 이루어져 열팽창부재와 밀착된 브러시실 부를 원주 방향과 반경 방향으로 가압하는 고정부재를 포함한다.

열팽창부재는 상기 고정부재를 향해 하향 경사진 경사면을 포함하고, 상기 고정부재는 열팽창부재와 마주보며 배치된 것을 특징으로 한다.

열팽창부재는 상기 고정부재를 향해 상향 경사진 경사면을 포함하고, 상기 고정부재는 열팽창부재와 마주보며 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 에에 의한 브러시실 조립체는 회전체와 고정체 사이에 위치되고 회전체를 향해 삽입홈이 형성된 패킹 바디; 상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 경사지게 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부; 상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 전체 원주 방향 중 길이 방향에서 부분적인 열팽창이 이루어지는 열팽창부재; 및 상기 브러시실 부를 고정하기 위해 삽입홈에 삽입된 고정부재를 포함한다.

열팽창부재는 선단부와 후단부에서만 길이 방향으로 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 브러시실 조립체에 대한 반경 방향과 원주 방향을 통한 양방향 지지 및 고정이 가능하여 정숙한 작동이 유지된다.

본 발명의 실시 예들은 회전체와 브러시실 사이의 간극을 통해 일정량의 유체가 통과되므로 터빈의 효율이 향상되어 발전량이 증가될 수 있으며 브러시실 조립체에 대한 내구성이 향상되고 고장으로 인한 터빈의 작동 중지가 예방되며, 교체 및 수리로 인한 비용 발생이 절감된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체가 회전체와 고정체 사이에 위치된 상태를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 결합 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킹 바디의 정면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 패킹 바디의 정면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 정면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 정면도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열팽창부재가 브러시실 부와 결합되는 상태를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 다른 실시 예를 도시한 분해 사시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체를 도시한 분해 사시도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체를 도시한 분해 사시도.
도 12는 도 11의 결합 정면도.
도 13은 도 11의 다른 실시 예에 따른 브러시실 조립체를 도시한 분해 사시도.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 부로 이동되는 유체와 회전체를 통해 브러시실로 가해지는 압력 상태를 일 예로 도시한 도면.
도 15 내지 도 16은 본 발명에 의한 브러시실 조립체의 작동 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 브러시실 조립체의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 1은 스팀터빈의 고정체와 회전체 사이의 간극에 라비린스 실(10)과 브러시 실 조립체(1)가 적용된 일 예를 도시한 것이다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 고정체는 케이싱(3)과 고정익(4)을 포함하고, 회전체는 로터(5)와 회전익(6)을 포함한다. 고정익(4)은 케이싱(3)에 결합되고 회전익(6)에 인접한 위치에 배치되며, 회전익(6)은 고정익(4)에 인접한 상태로 로터(5)와 일체로 축회전된다.

고정익(4)과 회전익(6) 사이의 간극 및 고정익(4)과 로터(5) 사이의 간극에는 기밀을 위한 실링이 필요하며 이를 위해 브러시실 조립체(1)가 사용된다.

브러시실 조립체(1)는 패킹 바디(100)와, 브러시실 부(200)와, 열팽창부재(300) 및 고정부재(400)를 포함하여 구성되고, 소정의 속도로 회전되는 로터(5)와 고정체사이에서 브러시실 부(200)를 통해 안정적인 기밀이 유지된다.

이때 로터(5)를 통해 브러시실 부(200)로 전달되는 열전도(heat conduction)에 따라 브러시실 부(200) 전체가 패킹 바디(100)의 길이 방향에서 고정부재(400)에 의해 고정된 상태가 유지되거나, 반경 방향으로 내부 또는 외부를 향해 고정부재(400)에 의해 가압됨으로써 기밀이 안정적으로 유지된다.

이를 위해 본 발명은 로터(5)와 고정체 사이에 위치되고 삽입홈(110)이 형성된 패킹 바디(100)가 로터(5)를 바라보며 위치되는데, 패킹 바디(100)는 다수개의 개별 단위체로 이루어져 로터(5)의 외측 원주 방향에 링 형태로 어셈블리 된다.

즉, 일정 길이로 이루어진 다수개의 패킹 바디(100)가 서로 간에 밀착된 상태로 로터(5)의 외측에 설치된다.

패킹 바디(100)는 삽입홈(110)에 브러시실 부(200)가 모두 삽입된 상태로 조립될 경우 전체적인 형태가 링 형태로 이루어지고, 브러시실 부(200)가 삽입되는 실 삽입홈(112)과, 고정부재(400)가 삽입되는 고정부재 삽입홈(114)을 포함하며 실 삽입홈(112)과 고정부재 삽입홈(114)은 서로 간에 연통된 형태로 이루어진다.

삽입홈(110)은 단순히 브러시실 부(200)의 삽입을 위해서 개구되지 않고 브러시실 부(200)가 삽입된 상태에서 고압의 유체가 가해지는 압력에 따른 브러시실 부(200)의 안정적인 지지를 위해 실 삽입홈(112)은 직각 단면 형태로 이루어지고, 고정부재(400)가 삽입되는 고정부재 삽입홈(114)은 원형 단면 형태로 이루어진다.

본 실시 예에 의한 삽입홈은 전술한 형태와 다르게 브러시실 부의 안정적인 고정과 고정부재의 안정적인 삽입 및 고정을 위해 다음과 같이 구성된다.

첨부된 도 4를 참조하면, 삽입홈(110)은 패킹 바디(100)의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부(200)가 삽입되는 실 삽입홈(112)과, 실 삽입홈(112)의 일측 방향으로 단턱진 단턱부(113)와, 단턱부(113)의 하측에 고정부재(400)가 삽입되도록 형성된 고정부재 삽입홈(114)을 포함한다.

특히 본 실시 예에서는 전술한 실시 예와는 다르게 실 삽입홈(112)과 고정부재 삽입홈(114) 사이에 단턱부(113)가 형성되어 브러시실 부(200) 전체를 보다 안정적으로 고정할 수 있다.

이 경우 브러시실 부(200)의 상면이 단턱부(113)의 내측면에 일부 지지되고, 고정부재(400)에 의해 동시에 지지되므로 브러시(210)에 가해지는 유체의 압력에 의한 브러시실 부(200)의 변형이 최소화되며, 브러시실 부(200)에 가해진 유체의 압력에 따른 고정부재(400)의 지지도가 향상되어 브러시(210)의 단부에 응력이 집중되는 현상이 최소화될 수 있다.

따라서 장기간 브러시실 부(200)가 로터(5)와 직간접적으로 마찰이 발생되는 경우에도 마모 및 변형으로 인한 실링 손실이 최소화 되고 브러시(210)와 로터(5) 사이에 일정한 간극이 유지되어 고압의 유체가 브러시(210)를 경유하여 일정량만 이동할 수 있게 함으로써 불필요한 유체 누설량이 감소된다.

특히 로터(5)와 브러시(210) 사이의 간극은 서로간의 간극이 지나치게 이격될 경우 고압의 유체가 누설될 수 있으므로 로터(5)의 전체적인 동력 손실을 유발할 수 있다.

또한 로터(5)와 브러시(210) 사이가 지나치게 밀착될 경우 로터(5)와 고정체가 서로 간에 간섭이 발생되므로 로터(5)와 브러시(210) 사이의 간극이 일정하게 유지되는 것은 중요한 변수로 작용한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 삽입홈에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 삽입홈(110)은 실 삽입홈(112)을 기준으로 좌측과 우측에 각각 대칭된 형태로 고정부재 삽입홈(114)이 형성되고, 상기 고정부재 삽입홈(114)에 각각 고정부재(400)가 결합되어 브러시실 부(200)를 안정적으로 고정시킨다.

이와 같이 고정부재 삽입홈(114)이 배치될 경우 브러시실 부(200)의 양측에서 각각 고정부재(400)에 의해 지지된 상태가 유지되어 고압의 유체에 의해 가해지는 압력 변동으로 인한 변형이 최소화된다. 또한 전술한 브러시실 부(200)에서 필요로 하는 지지력 유지 성능 조건이 안정적으로 유지되어 장기간 사용시에도 일정하게 실링된 상태를 유지시켜 로터(5)를 향해 일정량의 유체를 안정적으로 공급하여 로터(5)의 효율을 향상시킬 수 있다.

고정부재 삽입홈(114)은 브러시실 부(200)의 상면과 동일 높이에 좌측과 우측에 각각 형성되거나, 하측으로 이격된 위치에 형성될 수 있으며, 위치는 시뮬레이션을 통해 최적의 위치가 선정된다.

또한 패킹 바디(100)는 브러시실 부(200)의 상단이 부분 삽입되는 개구홈(101)이 형성되어 전술한 브러시실 부(200)의 상단이 밀착된 상태로 삽입될 수 있으며, 브러시(210)의 상단이 안정적으로 삽입된 상태가 유지되어 고압 유체의 압력 변동에 따른 지지력이 향상되어 브러시(210)를 기준으로 길이 방향에서 가해지는 로터(5)의 응력과 측면에서 가해지는 고압의 유체에 의한 응력으로부터 안정적인 지지 상태가 유지된다.

첨부된 도 6을 참조하면, 지지부재(220)는 브러시(210)를 기준으로 일측에 밀착된 제1 지지 플레이트(222)와, 타측에 밀착된 제2 지지 플레이트(224)를 포함한다. 제1 지지 플레이트(222)는 브러시(210)와 마주보는 내측에서 유체의 흐름을 브러시(210)의 하측으로 가이드 하도록 안내홈(222a)이 형성되어 고압의 유체의 흐름을 로터(5)와 브러시(210) 하단 사이의 간극으로 유도함으로써 안정적인 이송을 가능하게 한다. 이로 인해 고압의 유체가 제1 지지 플레이트(222)를 경유하여 브러시(210)로 이동되는 경우 불필요한 와류 현상이 최소화되고 브러시(210) 하단으로 유체의 흐름을 유도할 수 있다.

참고로 브러시(210)를 기준으로 우측의 압력이 좌측보다 상대적으로 고압(PH)이고, 좌측은 저압(PL)에 해당되며 유체의 흐름은 점선의 화살표로 도시된 바와 같이 우측에서 좌측으로 이동되며 고압 영역의 유체가 저압 영역으로 누설되는 것을 브러시(210)가 방지한다.

안내홈(222a)은 제1 지지 플레이트(222)의 전체 길이를 L이라 할 때 하부에서 2/3L 이상의 높이까지 개구된 상태로 홈이 형성되는데, 안내홈(222a)의 높이가 제1 지지 플레이트(222)의 L을 기준으로 중간 이하의 길이로 형성될 경우 고압의 유체를 안정적으로 가이드 하기 어렵고 2/3L이상의 길이로 연장될 경우 제1 지지 플레이트(222)의 강성을 약화시킬 수 있으므로 전술한 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

안내홈(222a)은 형상이 도면에 도시된 형상 이외에도 라운드진 형태로 변경될 수 있으며 고압 유체의 이동에 따른 시뮬레이션을 통해 최적의 형상이 설정될 수 있다.

제2 지지 플레이트(224)는 제1 지지 플레이트(222)와 마주보는 상태로 브러시실 부(200)의 반대쪽에 밀착되고, 후술할 열팽창부재(300)와 마주보는 일측면에 형성된 슬롯홈(224a)(도 8 참조)을 포함한다. 제1 지지 플레이트(222)는 고압의 유체가 제1 지지 플레이트(222)와 브러시(210)를 경유하여 이동되는 경우 브러시(210)를 기준으로 좌측과 우측의 압력차이로 인한 브러시(210)의 변형을 방지하고 안정적인 지지 상태를 유지시킨다.

제2 지지 플레이트(224)는 제1 지지 플레이트(222)와 대응되는 두께로 이루어지나, 반드시 한정하지 않고 변동될 수 있음을 밝혀둔다. 제2 지지 플레이트(224)는 브러시(210)의 일면과 밀착된 상태로 위치되어 브러시(210)에 가해지는 고압의 유체에 의한 압력을 안정적으로 지지한다. 또한 열팽창부재(300)와 마주보는 위치에 슬롯홈(224a)(도 8 참조)이 형성되어 열팽창부재(300)의 안정적인 설치와 팽창을 가능하게 한다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 제2 지지 플레이트(224)는 브러시(210)의 상면을 경유하여 제1 지지 플레이트(222)로 연장된 연장부(224b)를 포함한다. 이 경우 브러시(210)의 상면과 제1 지지 플레이트(222)의 상면이 연장부(224b)의 하면에 밀착된 상태로 조립되어 브러시(210)와 제1 지지 플레이트(222)를 제2 지지 플레이트(224)가 감싸는 형태로 구성되므로 조립 안전성 향상과 고압의 유체로 인한 지지력이 향상될 수 있다.

제2 지지 플레이트(224)는 연장부(224b)에 브러시(210)의 상단이 부분 삽입되는 위치 고정홈(224b-1)을 포함하고, 위치 고정홈(224b-1)에 의해 브러시(210)에 대한 고정과 로터(5)와 브러시(210) 사이에 형성된 간극을 일정하게 유지된다.

브러시(210)는 다수개의 강모(Bristle)로 이루어지고, 브러시(210)를 기준으로 제1 지지 플레이트(222)와 제2 지지 플레이트(224)가 밀착된 상태로 구성되며 전면에서 바라볼 때 상부를 향해 상향 경사진 형태로 구성된다.

이와 같이 구성되는 이유는 브러시(210)의 경우 로터(5)와 직간접적인 마찰이 발생되고, 이로 인해 브러시(210)에 응력이 지속적으로 가해지므로 브러시(210)의 하단을 로터(5)와 수직 상태로 패킹 바디(100)에 위치시키지 않고 45도 경사진 상태로 삽입홈(110)에 위치시켜 로터(5)에서 가해지는 응력을 최소화하고자 한다.

첨부된 도 2 또는 도 8을 참조하면, 열팽창부재(300)는 슬롯홈(224a)에 삽입되는 삽입부(302)를 포함하고, 삽입부(302)는 열팽창부재(300)의 일부 구간에만 형성된다. 삽입부(302)가 일부 구간에만 형성되는 이유는 열팽창부재(300)가 길이 방향으로 열팽창이 이루어질 때 제2 지지 플레이트(224)에 밀착된 상태에서 안정적으로 열팽창을 실시하기 위해서이다.

열팽창부재(300)는 제2 지지 플레이트(224)의 길이 방향을 따라 밀착된 상태로 연장되는데, 고온의 유체에서 전달된 열을 전도 받아 패킹 바디(100)의 원주 방향으로 열팽창이 이루어진다.

본 실시 예에서는 열팽창부재(300)가 길이 방향에서 열팽창이 이루어질 경우 후술할 고정부재(400)에 의해 열팽창부재(300)가 패킹 바디(100)의 하측을 향해 가압되어 브러시실 부(200) 전체가 반경 방향으로 가압된다.

즉 브러시실 부(200)를 기준으로 원주 방향으로는 고정부재(400)에 의해 브러시실 부(200)의 선단부와 후단부가 고정되고, 반경 방향으로는 브러시실 부(200)가 열팽창 될 경우 고정부재(400)에 의해 반경 방향으로 가압되어 패킹 바디(100)에서 원주 방향과 반경 방향 모두 안정적으로 고정된 상태가 유지된다.

특히 고온의 유체에 의한 열전도가 이루어질 경우 브러시실 부(200)가 원주 방향 및 반경 방향에서 안정적인 고정상태가 유지되고, 고압의 유체가 브러시(210)를 경유하여 일정량만 이동되므로 실링 효율 향상과 브러시실 부(200)가 장착된 대상물의 효율을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있다.

일 예로 로터(5)는 스팀터빈에 설치될 경우 전술한 바와 같이 고온의 유체가 브러시실 부(200)를 경유하여 이동되는데, 브러시실 부(200)가 패킹 바디(100)에서 안정적으로 고정되는 것과 동시에 원주 방향과 반경 방향에서 실링을 안정적으로 유지시켜 불필요하게 누설되는 유체의 누설량을 최소화 할 수 있다.

열팽창부재(300)는 고정부재(400)와 마주보며 배치되며 보다 상세하게는 열팽창부재(300)의 팽창에 따른 길이 변화를 고려하여 열팽창부재(300)의 단부와 고정부재(400) 사이는 이격된 상태가 유지되거나 밀착된 상태 중의 어느 한 상태가 유지될 수 있다.

참고로 이격된 길이는 특별히 한정하지 않으나 열팽창부재(300)에서 열팽창이 이루어질 때 고정부재(400)에 의해 반경 방향으로 가압이 안정적으로 이루어질 수 있도록 근접된 위치에 열팽창부재(300)가 위치되는 것이 바람직하다.

열팽창부재(300)는 고정부재(400)를 향해 하향 경사진 경사면(310)이 형성될 수 있는데, 경사면(310)의 경사진 각도와 길이는 특별히 한정하지 않으나 고정부재(400)의 선단부에 의해 가압이 안정적으로 이루어질 수 있도록 도면에 도시된 형태로 경사지는 것이 바람직하다.

경사면(310)은 열팽창부재(300)의 선단부와 후단부가 각각 동일 형태로 경사지는 것이 바람직하며, 이로 인해 고정부재(400)에 의해 열팽창부재(300)가 가압될 경우 일 방향으로 용이하게 이동될 수 있다.

첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 열팽창부재(300)는 고정부재(400)를 향해 상향 경사진 형태로 경사면(310)이 형성될 수 있으며, 열팽창부재(300)가 팽창될 경우 고정부재(400)에 의해 반경 방향을 기준으로 상측을 향해 브러시실 부(200)가 이동될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 브러시실 조립체는 로터(5)를 향해 브러시실 부(200) 전체를 반경 방향으로 손쉽게 이동시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 브러시실 조립체는 고정부재(400)에 의해 브러시실 부(200)의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 패킹 바디(100)의 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디(420)를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어진다.

즉 전술한 열팽창부재(300)가 열팽창될 경우 고정부재(400)에 의해 경사면(310)이 가압되는데, 경사면(310)의 경사진 방향에 따라 패킹바디(420)의 내부 또는 외부 중의 어느 한 방향을 향해 선택적으로 가압이 이루어지면서 로터(5)와 브러시(210) 사이의 실링이 안정적으로 유지되어 유체 누설이 방지된다.

이와 같이 브러시실 부(200)가 열팽창되는 정도에 따라 패킹 바디(100)의 반경 방향(radial direction)을 기준으로 내부 또는 외부로 고정부재(400)에 의해 가압되고, 고압의 유체가 브러시실()을 향해 이동되는 경우 유체의 누설량(leaking flow)이 브러시실 부(200)에 의해 안정(stable)된 상태로 장기간 유지될 수 있으므로 브러시실 조립체가 설치된 대상물의 효율을 향상시킬 수 있다.

예를 들어 브러시실 부(200)와 로터(5) 사이에 간극 조절은 브러시(210)의 하단이 과도하게 밴딩되는 경우보다 일정한 간극이 유지되는 것이 상대적으로 유리하며, 이 경우 브러시(210)와 로터(5) 사이의 간극과 브러시(210)의 거동에 대한 사전 시뮬레이션을 통해 전술한 열팽창부재(300)의 경사면에 대한 경사 방향을 설정하여 브러시실 조립체를 구성할 수 있으므로 고압의 유체 누설을 브러시(210)를 통해 안정적으로 유지할 수 있다.

고정부재(400)는 핀 또는 볼트 중의 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있으며, 핀 또는 볼트 모두 패킹 바디(100)에 결합된 이후 용접을 통해 안정적으로 고정된다. 참고로 전술한 핀 또는 볼트를 제외한 다른 고정부재가 패킹 바디(100)를 고정하기 위해 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

이와 같이 사용되는 일 실시 예에 의한 고정부재(400)는 헤드(410)와 바디(420)로 구성되고, 헤드(410)는 열팽창부재(300)를 향해 연장된다.

헤드(410)는 열팽창부재(300)와 마찬가지로 고온의 열이 전도될 경우 열팽창부재(300)를 향해 열팽창이 이루어져 경사면(310)을 보다 유리하게 가압시킬 수 있다. 상기 헤드(410)의 재질은 특별히 한정하지 않으나 열팽창부재(300)와 동일 재질 또는 다른 재질로 이루어질 수 있으나 고온의 열이 전도될 경우 안정적으로 열팽창이 이루어지는 재질이 사용되는 것이 바람직하다.

바디(420)는 헤드(410)의 후방을 향해 연장되고 삽입홈(110)에 밀착된 상태로 삽입되므로써 원주 방향에서의 브러시실 부(200)를 안정적으로 지지할 수 있다.

헤드(410)와 바디(420)는 이종재질로 이루어질 수 있는데 바디(420)는 고온의 열이 전도되는 경우에도 열팽창이 이루어지지 않고, 헤드(410)만 전방을 향해 열팽창이 이루어 지도록 구성되는 것도 가능하다.

본 실시 예에서는 고정부재가 전술한 바와 상이하게 헤드와 바디 모두 열팽창이 이루어지지 않는 일반 스틸재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우 고정부재는 열팽장부재(300)를 향해 열팽창이 이루어지지 않고 브러시실 부(200)의 원주 방향에 대한 고정만 실시한다.

고정부재(400)는 일 예로 볼트가 사용될 경우 외주면에 길이 방향을 따라 나사산이 형성되고, 고정부재(400)에 형성된 나사산과 대응되는 나사산이 패킹 바디(100)에 형성되어 서로 간에 나사 결합을 통해 안정적인 고정 상태가 유지된다.

또한 고정부재(400)가 볼트로 이루어질 경우 열팽창부재(300)를 향해 열팽창은 이루어지지 않고 브러시실 부(200)에 대한 원주 방향에 대한 지지와 열팽창부재(300)가 열팽창될 경우 브러시실 부(200) 전체를 패킹 바디(100)의 내부 또는 외부를 향해 가압시켜 브러시(210)와 로터(5) 사이의 간극을 일정하게 유지시킨다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 브러시실 조립체에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 또는 도 10을 참조하면, 브러시실 조립체(1a)는 패킹 바디(100)와, 브러시실 부(200)와, 열팽창부재(300) 및 고정부재(400)를 포함하여 구성되고, 소정의 속도로 회전되는 로터(5)와 고정체사이에서 브러시실 부(200)를 통한 안정적인 기밀을 유지시킨다.

브러시실 조립체(1a)는 로터(5)와 고정체사이에 위치되고 로터(5)를 향해 삽입홈(110)이 형성된 패킹 바디(100)와, 상기 삽입홈(110)에 일단이 삽입된 상태로 로터(5)를 향해 경사지게 연장된 브러시(210)와, 상기 브러시(210)를 지지하는 지지부재(220)를 포함하는 브러시실 부(200)와, 상기 지지부재의 양측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창이 이루어지는 열팽창부재(300); 및 상기 브러시실 부(200)를 고정하기 위해 삽입홈(110)에 삽입되고 각각의 열팽창부재(300)를 향해 열팽창이 이루어져 열팽창부재(300)와 밀착된 브러시실 부(200)를 원주 방향과 반경 방향으로 가압하는 고정부재(400)를 포함한다.

브러시실 조립체(1a)는 로터(5)를 통해 브러시실 부(200)로 전달되는 열전도(heat conduction)에 따라 브러시실 부(200) 전체가 패킹 바디(100)의 길이 방향 또는 반경 방향으로 내부 또는 외부를 향해 고정부재(400)에 의해 가압됨으로써 기밀을 실시한다.

이를 위해 본 발명은 로터(5)와 고정체사이에 위치되고 삽입홈(110)이 형성된 패킹 바디(100)가 로터(5)를 바라보게 위치되는데, 패킹 바디(100)는 다수개의 개별 단위체로 이루어져 로터(5)의 외측 원주 방향에 링 형태로 어셈블리 된다.

즉, 일정 길이로 이루어진 다수개의 패킹 바디(100)가 서로 간에 일정 간격으로 이격된 상태로 로터(5)의 외측에 설치된다.

패킹 바디(100)는 삽입홈(110)에 브러시실 부(200)가 모두 삽입되어 조립될 경우 전체적인 형태가 링 형태로 이루어지고, 브러시실 부(200)가 삽입되는 실 삽입홈(112)과, 지지부재(220)가 삽입되는 고정부재 삽입홈(114)을 포함하며 실 삽입홈(112)과 고정부재 삽입홈(114)은 서로 간에 연통된 형태로 이루어진다.

삽입홈(110)은 단순히 브러시실 부(200)의 삽입을 위해서 개구되지 않고 브러시실 부(200)가 삽입된 상태에서 고압의 유체가 가해지는 압력에 따른 브러시실 부(200)의 안정적인 지지를 위해 실 삽입홈(112)은 직각 단면 형태로 이루어지고, 지지부재(220)가 삽입되는 고정부재 삽입홈(114)은 원형 단면 형태로 이루어진다.

지지부재(220)는 브러시(210)를 기준으로 일측에 밀착된 제1 지지 플레이트(222)와, 타측에 밀착된 제2 지지 플레이트(224)를 포함한다. 제1 지지 플레이트(222)는 브러시(210)와 마주보는 내측에서 유체의 흐름을 브러시(210)의 하측으로 가이드 하도록 안내홈(222a)이 형성되어 고압의 유체의 흐름을 로터(5)와 브러시(210) 하단 사이의 간극으로 유도함으로써 안정적인 이송을 가능하게 한다. 이로 인해 고압의 유체가 제1 지지 플레이트(222)를 경유하여 브러시(210)로 이동되는 경우 불필요한 와류 현상이 최소화되고 브러시(210) 하단으로 유체의 흐름을 유도할 수 있다.

참고로 브러시(210)를 기준으로 우측의 압력이 좌측보다 상대적으로 고압이고, 유체의 흐름은 우측에서 좌측으로 이동되며 고압 영역의 유체가 저압 영역으로 누설되는 것을 브러시(210)가 방지한다.

제2 지지 플레이트(224)는 제1 지지 플레이트(222)와 마주보는 상태로 브러시 실()의 반대쪽에 밀착되고, 후술할 열팽창부()와 마주보는 일측면에 형성된 슬롯홈(224a)을 포함한다. 제1 지지 플레이트(222)는 고압의 유체가 제1 지지 플레이트(222)와 브러시(210)를 경유하여 이동되는 경우 브러시(210)를 기준으로 좌측과 우측의 압력차이로 인한 브러시(210)의 변형을 방지하고 안정적인 지지 상태를 유지시킨다.

제2 지지 플레이트(224)는 제1 지지 플레이트(222)와 대응되는 두께로 이루어지나, 반드시 한정하지 않고 변동될 수 있음을 밝혀둔다. 제2 지지 플레이트(224)는 브러시(210)의 일면과 밀착된 상태로 위치되어 브러시(210)에 가해지는 고압의 유체에 의한 압력을 안정적으로 지지한다. 또한 열팽창부재(300)와 마주보는 위치에 슬롯홈(224a)이 형성되어 열팽창부재(300)의 안정적인 설치와 팽창을 가능하게 한다.

열팽창부재(300)는 제2 지지 플레이트(224)의 상면 길이 방향을 따라 밀착된 상태로 연장되는데, 고온의 유체에서 전달된 열을 전도 받아 패킹 바디(100)의 원주 방향으로 열팽창이 이루어진다.

특히 본 실시 예에서는 열팽창부재(300)에서 열팽창이 이루어질 경우 길이 방향에서 열팽창이 이루어지게 되고, 후술할 고정부재(400)에 의해 열팽창부재(300)가 패킹 바디(100)의 상측을 향해 가압되어 브러시실 부(200) 전체를 반경 방향으로 가압될 수 있도록 할 수 있다.

열팽창부재(300)는 고정부재(400)와 마주보며 배치되며 보다 상세하게는 열팽창부재(300)의 팽창에 따른 길이 변화를 고려하여 열팽창부재(300)의 단부와 고정부재(400) 사이는 이격된 상태가 유지된다. 참고로 이격된 길이는 특별히 한정하지 않으나 열팽창부재(300)에서 열팽창이 이루어질 때 고정부재(400)에 의해 반경 방향으로 가압이 안정적으로 이루어질 수 있도록 근접된 위치에 열팽창부재(300)가 위치되는 것이 바람직하다.

본 실시 예에 의한 열팽창부재(300)는 경사면(310)이 형성될 수 있는데, 경사면(310)의 경사진 각도와 길이는 특별히 한정하지 않으나 고정부재(400)의 선단부에 의해 가압이 안정적으로 이루어질 수 있도록 도면에 도시된 형태로 경사지는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 열팽창부재(300)는 고정부재(400)를 향해 상향 경사진 형태로 경사면(310)이 형성될 수 있으며, 이와 같이 열팽창부재(300)가 팽창될 경우 고정부재(400)에 의해 반경 방향을 기준으로 상측을 향해 브러시실 부(200)가 이동될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 브러시실 조립체는 로터(5)를 향해 브러시실 부(200) 전체를 반경 방향으로 손쉽게 이동시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 브러시실 조립체는 고정부재(400)에 의해 브러시실 부(200)의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 패킹 바디(100)의 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디(420)를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어진다. 즉 전술한 열팽창부재(300)가 열팽창될 경우 고정부재(400)에 의해 경사면(310)이 가압되는데, 경사면(310)의 경사진 방향에 따라 패킹바디(420)의 내부 또는 외부 중의 어느 한 방향을 향해 선택적으로 가압이 이루어지면서 로터(5)와 브러시(210) 사이의 실링을 안정적으로 유지하여 유체 누설이 방지된다.

이와 같이 브러시실 부(200)가 열팽창되는 정도에 따라 패킹 바디(100)의 반경 방향(radial direction)으로 가압을 기준으로 내부 또는 외부로 가압이 이루어질 경우 브러시실()은 서로 다른 압력으로 고압의 유체가 브러시실()을 향해 가압되어 유체의 누설량(leaking flow)을 안정(stable)된 상태로 장기간 유지시킬 수 있으므로 브러시실 조립체가 설치된 대상물의 효율을 향상시킬 수 있다.

고정부재(400)는 바디(420)의 외측으로 돌출된 돌기(422)를 포함하고, 상기 돌기(422)는 패킹 바디(100)에 형성된 돌기 삽입홈(110)에 삽입되어 위치가 안정적으로 고정됨으로써 원주 방향에서 응력이 가해지는 경우에도 고정부재(400)의 이탈 및 변형 발생이 최소화될 수 있다.

본 실시 예에 의한 고정부재에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 10을 참조하면, 고정부재(400)는 핀 또는 볼트 중의 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있으며, 핀 또는 볼트 모두 패킹 바디(100)에 결합된 이후 용접을 통해 안정적으로 고정된다. 참고로 전술한 핀 또는 볼트를 제외한 다른 고정부재가 패킹 바디(100)를 고정하기 위해 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

고정부재(400)는 삽입홈(110)에 삽입된 이후 브러시실 부(200)의 수리 및 브러시(210)의 교체가 필요할 경우 작업자가 편리하게 삽입홈(110)에서 분리시키기 위해 바디(420)의 후면에 공구가 삽입될 수 있는 공구 삽입홈(430)을 더 포함하는데, 상기 공구 삽입홈(430)은 원형 또는 다각형태 중의 어느 한 형태로 형성되나 특별히 형태를 한정하진 않는다.

이와 같이 고정부재(400)에 공구 삽입홈(430)이 형성될 경우 브러시실 조립체에 삽입된 다수개의 고정부재(400)를 작업자가 신속하게 분리시킬 수 있어 작업성이 향상되고 재조립시에도 편리하게 삽입홈(110)에 삽입시켜 작업을 종료할 수 있다.

첨부된 도 11 내지 도 13을 참조하면, 브러시실 조립체(1b)는 패킹 바디(100)와, 브러시실 부(200)와, 열팽창부재(300) 및 고정부재(400)를 포함하여 구성되고, 소정의 속도로 회전되는 로터(5)와 고정체 사이에서 브러시실 부(200)를 통한 안정적인 기밀이 유지된다.

이를 위해 본 실시 예에 의한 브러시실 조립체는 로터(5)와 고정체 사이에 위치되고 로터(5)를 향해 삽입홈(110)이 형성된 패킹 바디(100)와, 상기 삽입홈(110)에 일단이 삽입된 상태로 로터(5)를 향해 경사지게 연장된 브러시(210)와, 상기 브러시(210)를 지지하는 지지부재(220)를 포함하는 브러시실 부(200)와, 상기 지지부재(220)의 측면에 밀착되고 패킹 바디(100)의 전체 원주 방향 중 길이 방향에서 부분적인 열팽창이 이루어지는 열팽창부재(300); 및 상기 브러시실 부(200)를 고정하기 위해 삽입홈(110)에 삽입된 고정부재(400)를 포함한다.

열팽창부재(300)는 로터(5)를 통해 브러시실 부(200)로 전달되는 열전도(heat conduction)에 따라 패킹 바디(100)의 길이 방향 또는 반경 방향으로 내부 또는 외부를 향해 고정부재(400)에 의해 가압됨으로써 기밀을 실시한다.

이를 위해 본 발명은 로터(5)와 고정체 사이에 위치되고 삽입홈(110)이 형성된 패킹 바디(100)가 로터(5)를 바라보게 위치되는데, 패킹 바디(100)는 다수개의 개별 단위체로 이루어져 로터(5)의 외측 원주 방향에 링 형태로 어셈블리 된다.

패킹 바디(100)는 삽입홈(110)에 브러시실 부(200)가 모두 삽입될 경우 전체적인 형태가 링 형태로 이루어지고, 브러시실 부(200)가 삽입되는 실 삽입홈(112)과, 지지부재(220)가 삽입되는 고정부재 삽입홈(114)을 포함하며 실 삽입홈(112)과 고정부재 삽입홈(114)은 서로 간에 연통된 형태로 이루어진다.

삽입홈(110)은 단순히 브러시실 부(200)의 삽입을 위해서 개구되지 않고 브러시실 부(200)가 삽입된 상태에서 고압의 유체가 가해지는 압력에 따른 브러시실 부(200)의 안정적인 지지를 위해 실 삽입홈(112)은 직각 단면 형태로 이루어지고, 지지부재(220)가 삽입되는 고정부재 삽입홈(114)은 원형의 단면으로 이루어진다.

제2 지지 플레이트(224)는 제1 지지 플레이트(222)와 마주보는 상태로 브러시(210)의 반대쪽에 밀착되고, 후술할 열팽창부()와 마주보는 일측면에 형성된 슬롯홈(224a)을 포함한다. 제1 지지 플레이트(222)는 고압의 유체가 제1 지지 플레이트(222)와 브러시(210)를 경유하여 이동되는 경우 브러시(210)를 기준으로 좌측과 우측의 압력차이로 인한 브러시(210)의 변형을 방지하고 안정적인 지지 상태를 유지시킨다.

열팽창부재(300)는 제2 지지 플레이트(224)의 상면 길이 방향을 따라 밀착된 상태로 연장되는데, 고온의 유체에서 전달된 열을 전도 받아 패킹 바디(100)의 원주 방향에서 부분적인 열팽창이 이루어진다.

특히 본 실시 예에서는 열팽창부재(300)에서 열팽창이 이루어질 경우 길이 방향에서 열팽창이 이루어지게 되고, 후술할 고정부재(400)에 의해 열팽창부재(300)가 패킹 바디(100)의 하측을 향해 가압되어 브러시실 부(200) 전체를 반경 방향으로 가압될 수 있도록 할 수 있다.

또한 본 실시 예에 의한 열팽창부재(300)는 길이 방향 전체에서 열팽창이 이루어지는 것이 아니라 선단부와 후단부에서만 길이 방향으로 열팽창이 이루어지는데, 이와 같이 특정 구간에서만 열팽창이 이루어질 경우 길이 방향 전체에서 열팽창이 이루어지는 경우에 비해 응답성이 향상되어 보다 신속한 작동이 이루어진다.

보다 상세하게는 열팽창부재(300)의 길이 방향 중간 구간은 일반 재질로 이루어져 열팽창이 이루어지지 않고, 선단부와 후단부만 열팽창이 이루어지는 재질로 구성하여 원주 방향으로 열팽창을 실시할 수 있는데, 고정부재(400)와 서로간에 마주보는 상태로 배치된다.

특히 브러시실 조립체(1b)는 고정부재(400)에 의해 브러시실 부(200)의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디(420)를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어지므로 브러시실 조립체(1b)가 설치된 대상물의 작동 상태에 따라 패킹바디(420)의 내부 팽창 또는 외부 팽창이 이루어지는 조건에 맞추어 선택적으로 설치하여 사용하면 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 브러시실 조립체의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 14 내지 도 15를 참조하면, 작업자는 패킹 바디(100)에 브러시실 부(200)를 삽입한 후에 고정부재(400)를 이용하여 기 삽입된 브러시실 부(200)를 원주 방향에서 고정시킨다. 만약 브러시실 부(200)가 불안정 상태로 삽입홈(110)에 장착된 것으로 판단될 경우에는 공구 삽입홈(430)에 공구를 삽입한 상태에서 일 방향으로 회전시키면 기 삽입된 고정부재(400)가 손쉽게 삽입홈(110)의 외측으로 인출된다.

그리고 작업자는 브러시실 부(200)의 장착 상태를 바르게 유지시킨 후에 분리된 고정부재(400)를 삽입홈(110)에 재 삽입시킨다.

이와 같이 고정부재(400)가 삽입홈(110)에 삽입된 이후에는 진동 또는 고온의 열이 전도되는 경우를 대비하여 외부로 이탈되지 않도록 고정부재(400)의 외측에서 용접을 통해 고정시키면 브러시실 부(200)의 원주 방향에서는 고정부재(400)에 의해 선단부와 후단부가 안정적으로 고정된 상태가 유지된다.

고압의 유체는 F1의 압력으로 제1 지지 플레이트(222)의 안내홈(222a)을 경유하여 브러시(210)의 하측으로 유도된 후에 브러시(210)를 경유하여 화살표 방향으로 이동되는데, 브러시실 부(200)에 의해 로터(5)를 향해 가해지는 가압력인 F3와 로터(5)에서 브러시실 부(200)를 향해 F2의 가압력이 동시에 작용한다.

특히 삽입홈(110)에 삽입된 브러시실 부(200)는 실 삽입홈(112)에 밀착된 상태로 유지되므로 고압의 유체는 브러시(210)를 통해서만 화살표 방향으로 이동된다.

만약 브러시실 부(200)에 로터(5)를 통해 고온의 열이 전도되면, 열팽창부재(300)가 패킹 바디(100)의 원주 방향을 따라 열팽창이 이루어져 고정부재(400)의 경사면(310)에 헤드(410)가 직접적으로 접촉되고 열팽창부재(300) 전체가 패킹 바디(100)의 반경 방향으로 가압된다.

고정부재(400)는 헤드(410) 부분만 열팽창이 이루어져 경사면(310)과 접촉되며 열팽창부재(300)와 함께 브러시실 부(200) 전체를 반경방향으로 가압시킨다.

열팽창부재(300)는 제2 지지 플레이트(224)에 고정되므로 브러시실 부(200) 전체를 패킹 바디(100)의 반경 방향 내부(inward)를 향해 이동시켜 브러시(210)의 하단이 로터(5)의 외주면과 일정한 간극이 유지된다.

특히 브러시(210)는 하단이 로터(5)의 외주면에 접촉되는 조건에서 브러시실 부(200) 전체를 로터(5)를 향해 일정한 간극이 유지되도록 유지시킬 수 있으므로 고압의 유체가 최초 설계된 설계치 만큼 일정하게 유지되어 불필요한 유체의 누설을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 브러시실 조립체의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 14 쪼는 도 16을 참조하면, 작업자는 패킹 바디(100)에 브러시실 부(200)를 삽입한 후에 고정부재(400)를 이용하여 기 삽입된 브러시실 부(200)를 원주 방향에서 고정시킨다. 만약 브러시실 부(200)가 불안정 상태로 삽입홈(110)에 장착된 것으로 판단될 경우에는 공구 삽입홈(430)에 공구를 삽입한 상태에서 일 방향으로 회전시키면 기 삽입된 고정부재(400)가 손쉽게 삽입홈(110)의 외측으로 인출된다.

이와 같이 고정부재(400)가 삽입홈(110)에 삽입된 이후에는 진동 또는 고온의 열이 전도되는 경우에도 외부로 이탈되지 않도록 고정부재(400)의 외측에서 용접을 통해 고정시키면 브러시실 부(200)의 원주 방향에서는 고정부재(400)에 의해 선단부와 후단부가 안정적으로 고정된 상태가 유지된다.

만약 브러시실 부(200)에 로터(5)를 통해 고온의 열이 전도되면, 열팽창부재(300)가 패킹 바디(100)의 원주 방향 중 선단부와 후단부에서만 열팽창이 이루어져 고정부재(400)의 경사면(310)에 헤드(410)가 직접적으로 접촉되어 열팽창부재(300) 전체가 패킹 바디(100)의 반경 방향으로 보다 신속하게 가압되어 실링이 이루어진다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 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, 1a, 1b : 브러시실 조립체
5 : 로터
100 : 패킹 바디
110 : 삽입홈
112 : 실 삽입홈
113 : 단턱부
114 : 고정부재 삽입홈
200 : 브러시실 부
210 : 브러시
220 : 지지부재
222, 224 : 제1,2 지지 플레이트
222a : 안내홈
224b : 연장부
224b-1 : 위치 고정홈
300 : 열팽창부재
310 : 경사면
400 : 고정부재
410 : 헤드
420 : 바디
422 : 돌기

Claims

회전체와 고정체 사이에 위치되고 삽입홈이 형성된 패킹 바디;
상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부;
상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창(thermal expansion)이 이루어지는 열팽창부재; 및
상기 브러시실 부를 고정하기 위한 고정부재를 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 삽입홈은,
패킹 바디의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부가 삽입되는 실 삽입홈;
상기 실 삽입홈과 이웃하여 개구되고 고정부재가 삽입되도록 형성된 고정부재 삽입홈을 포함하는 브러시실 조립체.
제2 항에 있어서,
상기 실 삽입홈과 고정부재 삽입홈은 서로 간에 연통된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 삽입홈은,
상기 패킹 바디의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부가 삽입되는 실 삽입홈;
상기 실 삽입홈의 일측 방향으로 단턱진 단턱부;
상기 단턱부의 하측에 고정부재가 삽입되도록 형성된 고정부재 삽입홈을 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 삽입홈은,
상기 패킹 바디의 내측 원주 방향으로 형성되고 브러시실 부가 삽입되는 실 삽입홈;
상기 실 삽입홈을 기준으로 대칭되게 형성되어 고정부재가 삽입되는 고정부재 삽입홈을 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 지지부재는,
상기 브러시를 기준으로 일측에 밀착되고 브러시와 마주보는 내측에서 유체의 흐름을 브러시의 하측으로 가이드 하도록 안내홈이 형성된 제1 지지 플레이트;
상기 제1 지지 플레이트와 마주보는 상태로 브러시와 밀착되고 열팽창부재와 마주보는 일측면에 슬롯홈이 형성된 제2 지지 플레이트를 포함하는 브러시실 조립체.
제6 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
슬롯홈에 삽입되는 삽입부를 포함하고, 상기 삽입부는 열팽창부재의 일부 구간에만 형성된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제6 항에 있어서,
상기 제2 지지 플레이트는,
브러시의 상면을 경유하여 제1 지지 플레이트로 연장된 연장부를 포함하는 브러시실 조립체.
제8 항에 있어서,
상기 연장부는,
브러시의 상면이 부분 삽입되어 브러시에 대한 고정 및 회전체와 브러시 사이에 대한 간격을 일정하게 유지시키기 위한 위치 고정홈을 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
상기 고정부재와 마주보며 배치된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 브러시실 조립체는,
상기 고정부재에 의해 브러시실 부의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
선단부와 후단부에 상기 고정부재를 향해 하향 경사진 경사면을 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
선단부와 후단부에 상기 고정부재를 향해 상향 경사진 경사면을 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 고정부재는,
볼트 또는 핀 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 열팽창부재를 향해 연장된 헤드;
상기 헤드의 후방으로 연장되고 삽입홈에 밀착된 상태로 삽입되는 바디를 포함하는 브러시실 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 고정부재는,
삽입홈의 외측으로 용이하게 분리되기 위해 바디의 후면에 공구가 삽입되는 공구 삽입홈을 더 포함하는 브러시실 조립체.
제15 항에 있어서,
상기 헤드는,
원주 방향으로 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제1 항 및 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 경사면과 이격된 상태로 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제15 항에 있어서,
상기 헤드와 바디는,
외부에서 열이 전달될 경우 헤드가 고정부재를 향해 열팽창되도록 이종 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제15 항에 있어서,
상기 고정부재는,
바디의 외측으로 돌출된 돌기를 포함하고, 상기 돌기는 패킹 바디에 형성된 돌기 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
회전체와 고정체 사이에 위치되고 회전체를 향해 삽입홈이 형성된 패킹 바디;
상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 경사지게 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부;
상기 지지부재의 양측면에 밀착되고 패킹 바디의 원주 방향으로 열팽창이 이루어지는 열팽창부재; 및
상기 브러시실 부를 고정하기 위해 삽입홈에 삽입되고 각각의 열팽창부재를 향해 열팽창이 이루어져 열팽창부재와 밀착된 브러시실 부를 원주 방향과 반경 방향으로 가압하는 고정부재를 포함하는 브러시실 조립체.
제21 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
상기 고정부재를 향해 하향 경사진 경사면을 포함하고, 상기 고정부재는 열팽창부재와 마주보며 배치된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제21 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
상기 고정부재를 향해 상향 경사진 경사면을 포함하고, 상기 고정부재는 열팽창부재와 마주보며 배치된 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제21 항에 있어서,
상기 브러시실 조립체는,
상기 고정부재에 의해 브러시실 부의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
회전체와 고정체 사이에 위치되고 회전체를 향해 삽입홈이 형성된 패킹 바디;
상기 삽입홈에 일단이 삽입된 상태로 회전체를 향해 경사지게 연장된 브러시와, 상기 브러시를 지지하는 지지부재를 포함하는 브러시실 부;
상기 지지부재의 측면에 밀착되고 패킹 바디의 전체 원주 방향 중 길이 방향에서 부분적인 열팽창이 이루어지는 열팽창부재; 및
상기 브러시실 부를 고정하기 위해 삽입홈에 삽입된 고정부재를 포함하는 브러시실 조립체.
제25 항에 있어서,
상기 열팽창부재는,
선단부와 후단부에서만 길이 방향으로 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.
제25 항에 있어서,
상기 브러시실 조립체는,
상기 고정부재에 의해 브러시실 부의 선단부와 후단부의 양 방향에서 각각 반경 방향(radial direction)으로 가압이 이루어지되, 패킹바디를 기준으로 내부(inward) 또는 외부(outward) 중의 어느 한 방향을 향해 가압이 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시실 조립체.