KR101667939B1 - 터빈용 고정 장치 및 고정력 인가 방법 - Google Patents

터빈용 고정 장치 및 고정력 인가 방법 Download PDF

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제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

본 발명은 터빈의 하우징(400)에 설치된 플랜지(100) 및 상기 하우징 내의 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위하여 상기 플랜지에 수용된 너트 조립체(200)를 포함하는 터빈용 고정 장치를 제공하며, 상기 플랜지(100)는 복수의 제 1 볼트들(101)에 의해서 상기 하우징에 고정되고 중심 나사형 구멍을 포함하고, 상기 너트 조립체(200)는 너트 몸체의 중심축을 따라 형성된 제 1 구멍(206) 및 상기 중심축 주위에 형성된 복수의 제 2 구멍들(207)을 갖는 상기 너트 몸체(201)와, 각각의 제 2 구멍들(207)에 수용된 복수의 제 2 볼트들(202)을 포함하고, 상기 너트 몸체(201)는 외주 원주면 상에서 나사부와 함께 형성되고 상기 플랜지(100)의 중심 나사형 구멍 내에 끼워지며, 상기 제 2 볼트들(202)은 상기 터빈의 하우징 내에서 상기 구성요소(300)에 대한 고정력을 인가하기 위하여 상기 제 2 구멍들(207)에 나사체결된다. 상기 너트 조립체(200)는 상기 각각의 제 2 구멍들(207)에 수용된 복수의 슬리브들(203)을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제 2 볼트들(202)은 상기 각각의 슬리브들(203)에 수용된다. 본 발명의 고정 장치는 작고 제한된 공간 조건에 대해서 적용될 수 있고, 이는 터빈의 분할 평면과 매우 인접하게 장치를 배치할 수 있게 한다. 또한, 상기 고정 장치의 전체 구조는 경량으로 단순하고 표준 공구들에 의해서 조립되기에 용이하다.

Description

터빈용 고정 장치 및 고정력 인가 방법{FIXATION DEVICE FOR TURBINE AND METHOD FOR APPLYING FIXATION}
본 발명은 터빈용 고정 장치에 관한 것으로서, 특히 터빈 하우징 내의 구성요소 즉, 터빈의 하우징 안으로 돌출하는 구성요소에 고정력 및 밀봉을 인가하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 터빈 하우징 내의 구성요소에 고정력을 인가하기 위한 방법에 관한 것이다.
가스 터빈 또는 증기 터빈은 기계적 작업 또는 추력을 생성하도록 작동한다. 터빈은 통상적으로 전기 발생을 목적으로 결합된 발전기를 갖는다. 터빈의 일반적인 배열로서, 터빈은 압축기 유닛, 연소기 유닛, 회전자, 배기 유닛, 및 이들 유닛들 모두를 덮는 하우징을 포함한다. 하우징은 터빈 축의 수준(level)에서 수평방향으로 2개의 부분으로 분할되고 이들 2개의 부분들은 함께 볼트체결되어서 하나의 단단한 유닛을 형성한다. 하우징 내의 일부 구성요소들은 터빈이 조립된 후에 유지관리를 위하여 교체 또는 꺼내질 필요가 있지만, 구성요소들을 꺼내기 위하여 하우징의 2 부분들을 항상 분해하는 것은 실용적인 것이 아니다. 일반적인 해결방안으로서, 구성요소들에 대응하는 위치의 하우징에는 개방부들이 있다. 개방부들은 각각의 밀봉 장치들에 의해서 폐쇄되고 밀봉된다. 유지관리 동안, 밀봉 장치는 제거되고 구성요소들이 인출된다. 유지관리가 행해지면, 구성요소는 뒤로 밀쳐지고 밀봉 장치는 재조립된다. 터빈이 일반적으로 하우징 내에서 고온 및 고압 환경을 갖기 때문에, 밀봉 장치는 하우징 내의 구성요소에 높은 수준의 밀봉을 제공하고 또한 고정력을 인가할 필요가 있다.
종래의 표준 플랜지 배열체는 제한된 공간 조건들에서 하우징 내에서 고온 및 고압 환경을 밀봉하기 위한 조건들을 충족할 수 없다. 일부 다른 밀봉 장치는 고온 및 고압 환경에서 하우징 내의 구성요소에 밀봉 및 고정력을 제공하는데 사용된다. 그러나, 이러한 밀봉 장치는 많은 부분들로 구성되는 복잡한 구조를 가진다. 결과적으로, 터빈의 분할 평면에 인접한 위치와 같은 제한된 공간 조건에서 적용될 수 없다.
본 발명의 목적은 상술한 기술적 문제들을 해결하는 것이다.
본 발명은 터빈의 하우징(400)에 설치되는 플랜지(100) 및 상기 하우징 내의 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위하여 상기 플랜지에 수용되는 너트 조립체(200)를 포함하는 터빈용 고정 장치를 제공하며, 상기 플랜지(100)는 복수의 제 1 볼트들(101)에 의해서 상기 하우징에 고정되고 중심 나사형 구멍을 포함하고, 상기 너트 조립체(200)는 너트 몸체의 중심축을 따라 형성되는 제 1 구멍(206) 및 상기 중심축 주위에 형성되는 복수의 제 2 구멍들(207)을 갖는 너트 몸체(201)와, 각각의 제 2 구멍들에 수용되는 복수의 제 2 볼트들(202)을 포함하고, 상기 너트 몸체는 외주 원주면에 나사부가 형성되고 상기 플랜지의 중심 나사형 구멍 내에 끼워지며, 상기 제 2 볼트들은 상기 터빈의 하우징 내의 상기 구성요소(300)에 대한 고정력을 인가하기 위해 상기 제 2 구멍들에 나사체결된다. 상기 너트 조립체는 상기 각각의 제 2 구멍들(207)에 수용되는 복수의 슬리브들(203)을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제 2 볼트들(202)은 상기 각각의 슬리브들(203)에 수용된다.
다른 형태에서, 본 발명은 상술한 고정 장치에 의해서 터빈의 하우징(400) 내에 있는 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은:
a. 복수의 제 1 볼트들(101)을 통해서 상기 하우징(400) 상에 플랜지(100)를 설치하는 단계;
b. 너트 조립체(200)를 상기 플랜지의 중심 나사형 구멍 안으로 나사체결하는 단계;
c. 상기 하우징 내에 있는 구성요소에 고정력을 인가하기 위하여 제 2 볼트들(202)을 조이는 단계를 포함한다.
본 발명의 고정 장치는 작고 제한된 공간 조건에 대해서 적용될 수 있고, 이는 터빈의 분할 평면과 매우 인접하게 장치를 배치할 수 있게 한다. 또한, 상기 고정 장치의 전체 구조는 경량으로 단순하고 표준 공구들에 의해서 조립되기에 용이하다. 추가로, 본 발명의 고정 장치의 디자인은 터빈 하우징 내의 열악한 환경에서 가능한 손상으로 인하여 너트 조립체가 고착되는 경우에, 플랜지를 용이하게 제거함으로써 전체 유닛을 분해할 수 있는 많은 기회를 제공할 수 있다.
본 발명은 하기에 도면과 연계되는 예시적인 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 조립 전의 고정 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 조립 후의 고정 장치를 도시하는 사시도.
도 3은 고정 장치를 도시하는 상면도.
도 4는 도 3의 접힘선 A-A에 따른 고정 장치의 평단면도.
도 5는 고정 장치의 너트 조립체를 도시하는 사시 단면도.
도 1은 터빈용 고정 장치의 개략도를 분해 방식으로 도시한다. 고정 장치는 2개의 주요 부분들, 즉 플랜지(100) 및 너트 조립체(200)를 포함한다. 부분(300)은 상기 "발명의 배경이 되는 기술"에서 기술된 터빈의 하우징 내에 있는 구성요소이다. 구성요소(300)는 하우징 안으로 돌출하고 유지관리 중에 인출될 수 있다. 플랜지(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 볼트들(101)을 통하여 하우징(400)에 설치된다. 도 2는 조립되어 하우징(400)에 함께 설치된 때의 고정 장치를 도시한다. 하우징(400)은 참고로 도 2에 부분적으로 도시된다. 도 3은 도 2의 고정 장치의 상면도이다.
도 4는 볼트들(101)과 너트 조립체(200)의 단면들 양자를 하나의 도면에 도시하기 위하여 도 3의 접힘선 A-A을 따라 고정 장치를 도시한 단면도이다. 본 발명의 실시예는 이 도면을 참조하여 하기에 더욱 상세하게 기술될 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 플랜지(100)는 볼트들(101)을 통하여 하우징(400)에 설치된다. 도면에서 볼트들(101)의 수는 4개로 도시되어 있다. 그러나, 플랜지(100)가 하우징(400)에 고정될 수 있다면 그 수에 대해서는 엄격한 제한은 없다. 또한, 볼트(101)는 도 4에 도시된 나사 볼트로 제한되지 않는다. 또한 플랜지(100)의 고정이 이루어진다면, 리벳 등과 같은 다른 고정 수단일 수 있다. 플랜지(100)는 중심 나사형 구멍을 포함하고 너트 조립체(200)는 상기 중심 나사형 구멍에 수용된다(역시 도 1 참조).
도 4 및 도 5에 있어서, 너트 조립체(200)는 그 외주 원주면에 나사부가 형성된 너트 몸체(201)를 포함한다. 제 1 구멍(206)은 너트 몸체(201)의 중심축을 따라 형성되고 복수의 제 2 구멍들(207)은 중심축 주위로 형성된다. 제 1 구멍(206)은 조임 작용을 인가하기 위하여 조립체 공구를 수용하는 프로파일 구멍으로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 구멍(206)은 육각형 구멍이다. 육각형 구멍 이외에, 조이기 위하여 조립체 공구를 수용하는 모든 다른 형태 조인트들도 작용가능하다. 너트 조립체(200)는 또한 복수의 제 2 볼트(202)와 상기 제 2 구멍들(207)의 수에 대응하는 각각의 슬리브(203)를 포함한다. 슬리브(203)는 각각 제 2 구멍(207)에 수용된다. 슬리브(203)는 너트 몸체(201)의 하단부에 접하는 일단부의 칼라(204)와, 다른 단부의 암나사(205)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 칼라(204)는 너트 몸체(201)에 용접된다. 제 2 볼트(202)는 슬리브(203)에 수용되고 암나사(205)와 나사체결된다. 예시적인 실시예에서, 제 2 볼트(202)는 암나사(205)와 끼워지는 나사형 섹션과, 하우징 내의 구성요소에 접해서 고정력을 인가하는 가압 섹션을 포함하고, 상기 가압 섹션의 직경은 상기 나사형 섹션의 직경보다 작다. 도면에 도시된 바와 같이, 4 세트의 제 2 볼트(202)와 슬리브(203)가 배열되어 있다. 그러나, 수에 대해서는 제한이 없지만, 인가될 고정력과 같이 필요할 때 실제 상황에 따라서 좌우된다.
도 5에 도시된 너트 조립체(200)의 배열에 있어서, 제 2 볼트(202)는 공통 확장 볼트의 허리형 측면과 같이 탄성적인 슬리브(203)에 의해서 유지된다. 따라서, 제 2 볼트(202)의 탄성 예비장력이 가능하고 이는 터빈의 하우징 내의 고온 적용과 일시적인 동작에서의 고온 구배에 대해서 중요하다.
대안 실시예에서, 제 2 구멍(207)은 제 2 볼트(202)를 직접 수용하기 위하여 암나사로 형성된다. 이 배열에서, 너트 조립체(200)에 슬리브(203)를 배열할 필요가 없다.
대안 실시예에서, 플랜지(100)는 하우징(400) 내에 나사형 구멍을 직접 가공함으로써 교체될 수 있다. 따라서, 너트 조립체(200)는 상기 나사형 구멍 안으로 직접 설치될 수 있다. 이는 필요 공간을 절대 최소 공간으로 개선한다. 그러나, 이는 손상의 경우에 조립체의 수리작업 또는 교체작업을 더욱 어렵게 할 수 있다.
또한 도 4에 있어서, 너트 조립체(200)는 하우징(400) 내의 개방부를 폐쇄하기 위하여 플랜지(100)의 중심 나사형 구멍 내에 설치된다. 그때 제 2 볼트(202)는 조여져서 구성요소(300)에 대해서 고정력과 밀봉을 인가할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중간링(301)이 구성요소(300)와 제 2 볼트(202) 사이에 배치되어서 고정을 위하여 볼트 체결력을 더욱 균일하게 분배한다.
본 발명의 고정 장치에 의해서 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위한 방법이 도 1 및 도 4를 참조하여 하기에 기술된다. 제 1 단계로서, 플랜지(100)는 복수의 제 1 볼트(101)를 통해서 터빈의 하우징(400)에 설치된다. 그때, 너트 조립체(200)는 플랜지(100)의 중심 나사형 구멍 안으로 나사체결된다. 조립체 공구가 제 1 구멍(206) 안으로 삽입되어서 너트 조립체를 나사체결할 것이다. 제 3 단계로서, 제 2 볼트(202)는 조여져서 하우징(400) 내의 구성요소(300)에 고정력을 인가한다. 본 발명의 고정 장치에 의해서, 구성요소(300)에 매우 큰 고정력을 인가할 수 있다. 구체적으로, 공통 직접 금속 대 금속 밀봉(common direct metal to metal sealing)을 위한 매우 큰 표면 압력은 용이하고 매우 작은 공간 소모에 의해서 달성될 수 있다.
본 발명은 단지 제한된 수의 실시예들과 연계하여 상세하게 기술되었지만, 본 발명은 그러한 개시된 실시예에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 이전에 기술되지 않았지만 본 발명의 정신 및 범주 내에 있는 임의의 수의 변형물, 변화물, 대체물 또는 동등물을 포함하도록 수정될 수 있다. 추가로, 본 발명의 여러 실시예들이 기술되었지만, 본 발명의 형태들은 기술된 실시예들의 단지 일부만을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 상술한 설명에 제한되지 않고, 단지 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.
100. 플랜지
101. 제 1 볼트
200. 너트 조립체
201. 너트 몸체
202. 제 2 볼트
203. 슬리브
204. 칼라
205. 암나사
206. 제 1 구멍
207. 제 2 구멍
300. 구성요소
301. 중간링
400. 터빈의 하우징

Claims (8)

  1. 터빈의 하우징(400)에 설치되는 플랜지(100) 및 상기 하우징 내의 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위하여 상기 플랜지에 수용되는 너트 조립체(200)를 포함하는 터빈용 고정 장치로서,
    상기 플랜지(100)는 복수의 제 1 볼트들(101)에 의해서 상기 하우징에 고정되고 중심 나사형 구멍을 포함하며,
    상기 너트 조립체(200)는 너트 몸체의 중심축을 따라 형성되는 제 1 구멍(206) 및 상기 중심축 주위에 형성되는 복수의 제 2 구멍들(207)을 갖는 너트 몸체(201)와, 각각의 제 2 구멍들(207)에 수용되는 복수의 제 2 볼트들(202)을 포함하고,
    상기 너트 몸체(201)는 상기 너트 몸체의 외주 원주면에 나사부가 형성되고 상기 플랜지(100)의 중심 나사형 구멍에 나사 결합으로 끼워지며, 상기 제 2 볼트들(202)은 상기 터빈의 하우징 내의 상기 구성요소(300)에 대한 고정력을 인가하기 위해 상기 제 2 구멍들(207)에 나사체결되는 터빈용 고정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트 조립체(200)는 상기 각각의 제 2 구멍들(207)에 수용되는 복수의 슬리브들(203)을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제 2 볼트들(202)은 상기 각각의 슬리브들(203)에 수용되는 것을 특징으로 하는 터빈용 고정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬리브(203)는 상기 너트 몸체(201)와 접하는 일단부의 칼라(204)와, 상기 제 2 볼트(202)에 끼워지는 다른 단부의 암나사(205)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 고정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬리브(203)의 칼라(204)는 상기 너트 몸체(201)에 용접되는 것을 특징으로 하는 터빈용 고정 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 볼트(202)는 상기 슬리브(203)의 암나사(205)와 끼워지는 나사형 섹션과, 상기 하우징 내의 구성요소에 접하고 고정력을 인가하는 가압 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 고정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가압 섹션의 직경은 상기 나사형 섹션의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 터빈용 고정 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 너트 몸체(201)의 제 1 구멍(206)은 상기 너트 조립체(200)를 상기 플랜지(100)에 대해서 나사체결하기 위해 조립체 공구를 수용하는 육각형 구멍인 것을 특징으로 하는 터빈용 고정 장치.
  8. 제 1 항의 고정 장치에 의해서 터빈의 하우징(400) 내에 있는 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위한 방법으로서,
    a. 복수의 제 1 볼트들(101)을 통해서 상기 하우징(400) 상에 플랜지(100)를 설치하는 단계;
    b. 너트 조립체(200)를 상기 플랜지(100)의 중심 나사형 구멍 안으로 나사체결하는 단계;
    c. 상기 하우징 내의 구성요소(300)에 고정력을 인가하기 위하여 제 2 볼트들(202)을 조이는 단계를 포함하는 고정력 인가 방법.
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