特開 2024-55834 ３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024055834

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/447 20060101AFI20240411BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20240411BHJP

   F01D 11/02 20060101ALI20240411BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240411BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240411BHJP

   B22F 10/00 20210101ALI20240411BHJP

   B22F 10/38 20210101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

F16J15/447

F01D25/00 X

F01D25/00 M

F01D11/02

B33Y10/00

B33Y80/00

B22F10/00

B22F10/38

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023173670

(22)【出願日】2023-10-05

(31)【優先権主張番号】10-2022-0129128

(32)【優先日】2022-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】520054415

【氏名又は名称】ターボ パワーテク カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(72)【発明者】

【氏名】カン，ヒョン キ

(72)【発明者】

【氏名】チョン，テク ホ

(72)【発明者】

【氏名】ビョン，サム ソブ

【テーマコード（参考）】

3G202

3J042

4K018

【Ｆターム（参考）】

3G202KK05

3G202KK06

3G202KK17

3J042AA03

3J042AA04

3J042CA10

3J042DA02

4K018KA12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】素材及び加工コストを削減して生産性を向上させることができるタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法を提供する。
【解決手段】タービンのダイヤフラムとタービンローターとの間に装着されるラビリンスシーリング装置（３００）の製造方法であって、前記ラビリンスシーリング装置（３００）は、リング状の胴体（３１０）と、前記リング状の胴体（３１０）の一面に突出するラビリンス部（３２０）で形成されているが、前記リング状の胴体（３１０）は、遠心鋳造又はリングミルで製造し、前記ラビリンス部（３２０）は、３Ｄプリンティングによって製造することを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンローター１００のような回転体がダイヤフラム２００のような固定体内で回転するとき相互間の摩擦を最小化してタービンローター１００の回転を円滑に誘導しながらもガスの漏れを防止するために、タービンのダイヤフラム２００とタービンローター１００との間に装着されるラビリンスシーリング装置３００の製造方法であって、
前記ラビリンスシーリング装置３００は、リング状の胴体３１０と、前記リング状の胴体３１０の一面に突出するラビリンス部３２０とを含み、前記リング状の胴体３１０は遠心鋳造又はリングミルで製造し、前記ラビリンス部３２０は、３Ｄプリンティングによって製造することを特徴とする、３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法。

【請求項2】

前記リング状の胴体３１０と前記ラビリンス部３２０は、レーザクラッディング又はブレージングのうち選択して接合することで、互いに結合関係を有することを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法。

【請求項3】

前記リング状の胴体３１０はステンレス材で製造し、前記ラビリンス部３２０はステンレス材とは異なる異種の材質で製造することを特徴とする、請求項２に記載の３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法。

【請求項4】

前記ラビリンス部３２０は、板材形状のベース３２１と、前記ベース３２１の一面に突出するトゥース部３２２で製造し、前記リング状の胴体３１０に前記ラビリンス部３２０の前記ベース３２１が接触するようにした後、レーザクラッディング又はブレージングで接合することを特徴とする、請求項３に記載の３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法。

【請求項5】

前記ラビリンス部３２０の前記ベース３２１は、前記リング状の胴体３１０と同じ材質で製造し、前記トゥース部３２２は、前記ベース３２１とは異なる異種の材質で製造することを特徴とする、請求項４に記載の３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法に関し、より詳細には、３Ｄプリンティングを用いたタービンのダイヤフラムとタービンローターとの間に装着されるラビリンスシーリング装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タービンは、流体の流れからエネルギーを抽出して運動エネルギーに切り替える回転式機械装置である。水蒸気を使用する蒸気タービン（ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ）、可燃性ガスを使用するガスタービン（ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ）などの作動原理、構造に応じて様々な種類がある。

【0003】

一般に、発電用タービンを用いて電力を生産することにおいて、ボイラから生成された高温高圧の蒸気がタービンストップ弁（ｓｔｏｐ ｖａｌｖｅ）及びコントロール弁（ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）を経由してタービンケーシング内に流入され、ケーシング内に流入した蒸気は、ダイヤフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）を経てタービンローターに組み立てられた回転翼（Ｍｏｖｉｎｇ Ｂｌａｄｅ）を回転させることで、タービンローターによって発電機が回転しながら電力が取得される。

【0004】

ここで、ダイヤフラムは、流入した蒸気又はガスが最適な蒸気方向を有する蒸気の流れ（Ｓｔｅａｍ Ｆｌｏｗ）になるように誘導し、タービンローター（Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｒｏｔｏｒ）に組み立てられた回転翼を回転させる役割を果たす。

【0005】

このようなタービンでタービンローターのような回転体及びタービンローターを外部で取り囲んでいるダイヤフラムのような固定体間のシーリング部で発生する蒸気の漏れはタービンの効率を低下させ、燃料コストを増加させるという主な要因であるため、蒸気の漏れを減らすためのシーリング装置の設計技術は極めて重要である。

【0006】

ここで、蒸気又はガスタービンのような高温及び高圧タービンに使用されるステンレス素材のシーリング装置は、蒸気やガスの漏れを防止して発電機のエネルギー生産効率を上昇させ、流体による回転体の振動防止に重要な役割を果たす。

【0007】

ここで、タービンローターのような回転体がダイヤフラムのような固定体内で回転するとき、相互間の摩擦を最小化してタービンローターの回転を円滑に誘導しながらもガスの漏れを防止するために、非接触式シーリング装置をタービンローターとダイヤフラムとの間に装着して使用している。

【0008】

代表的な非接触式シーリング装置として、ラビリンスシーリング装置が挙げられる。

【0009】

ラビリンスシーリング装置は、リング状の胴体と前記胴体の一面に突出したトゥース（Ｔｏｏｔｈ）が形成されているもので、ラビリンスとタービンローターとの間に渦流を形成させることにより気密が保持されると同時に、複雑に突出している形態のトゥースとタービンローターとの間に接触されないことから、タービンローターの回転も容易にするものである。

【0010】

ラビリンスシーリング装置について、本出願人が２０１４年０４月０８日付で出願をして第１０－１４４２７３９号（登録日２０１４年０９月１５日）に登録された韓国登録特許公報と、２０１４年０５月２９日付で出願をして第１０－１４４９４７３号（登録日２０１４年１０月０２日）に登録された韓国登録特許公報を参照する。

【0011】

しかし、従来におけるラビリンスシーリング装置は、遠心鋳造又はリングミルによってリング状の胴体を形成した後、ラビリンスのトゥースを加工ツールで削って作る過程において、素材の無駄使いが発生することで生産原価が高まるという短所があり、また、トゥースの形態を製造することが容易ではなく、製造期間が長くなるなど、生産性が良くないという短所があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】韓国登録特許公報第１０－０８７６６０３号（登録日２００８年１２月２３日

【特許文献2】韓国登録特許公報第１０－１４４２７３９号（登録日２０１４年０９月１５日）

【特許文献3】韓国登録特許公報第１０－１４４９４７３号（登録日２０１４年１０月０２日）

【特許文献4】韓国登録特許公報第１０－１５４６３８５号（登録日２０１５年０８月１７日）

【特許文献5】韓国登録特許公報第１０－１９５０９２４号（登録日２０１９年０２月１５日）

【特許文献6】韓国登録特許公報第１０－２２９３１８６号（登録日２０２１年０８月１８日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、上述した問題を解決するために案出されたもので、リング状の胴体を製造した後、前記リング状の胴体に突出するトゥースは３Ｄプリンティングにより製造することで、素材及び加工コストを削減して生産性を向上させることができる、３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法を提供することにその目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法は、タービンローターのような回転体がダイヤフラムのような固定体内で回転するとき、相互間の摩擦を最小化してタービンローターの回転を円滑に誘導しながらもガスの漏れを防止するために、タービンのダイヤフラムとタービンローターとの間に装着されているラビリンスシーリング装置の製造方法において、前記ラビリンスシーリング装置は、リング状の胴体と、前記リング状の胴体の一面に突出するラビリンス部で形成され、前記リング状の胴体は、遠心鋳造又はリングミルで製造し、前記ラビリンス部は３Ｄプリンティングによって製造することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

上述したように本発明における３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法は、リング状の胴体を製造した後、前記リング状の胴体に突出するラビリンス部は３Ｄプリンティングで製造することによって、素材及び加工コストを削減して生産性を向上させることができ、また、ラビリンス部を３Ｄプリンティングで製造するために、使用環境に応じてラビリンス部の形態を様々に製造できるなどの著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】タービンにシーリング装置が装着された状態を示す断面図である。

【図2】図１に示す一部分の拡大詳細概要図である。

【図3】本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法によるラビリンスシーリング装置の断面概要図である。

【図4】本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法によるラビリンスシーリング装置がタービンに装着された状態を示す一部分の拡大詳細断面図である。

【図5】本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法の更なる実施に係るラビリンスシーリング装置の断面概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法は、タービンローター１００のような回転体がダイヤフラム２００のような固定体内で回転するとき、相互間の摩擦を最小化してタービンローター１００の回転を円滑に誘導しながらもガスの漏れを防止するために、タービンのダイヤフラム２００とタービンローター１００との間に装着されるラビリンスシーリング装置の製造方法において、前記ラビリンスシーリング装置３００は、リング状の胴体３１０と、前記リング状の胴体３１０の一面に突出するラビリンス部３２０からなり、前記リング状の胴体３１０は遠心鋳造又はリングミルで製造し、前記ラビリンス部３２０は、３Ｄプリンティングによって製造することを特徴とする。

【0018】

前記リング状の胴体３１０とラビリンス部３２０は、レーザクラッディング又はブレージングのうち選択して接合することで、互いに巧みに結合できることを特徴とする。

【0019】

そして、前記リング状の胴体３１０はステンレス材で製造し、ラビリンス部３２０は、ステンレス材とは異なる異種材質で製造できることを特徴とする。

【0020】

また、前記ラビリンス部３２０は、板材形状のベース３２１と、前記ベース３２１の一面に突出するトゥース部３２２で製造し、リング状の胴体３１０にラビリンス部３２０のベース３２１が接触されるようにした後、レーザクラッディング又はブレージングで接合することを特徴とする。

【0021】

前記ラビリンス部３２０のベース３２１はリング状の胴体３１０と同じ材質で製造し、トゥース部３２２は、ベース３２１とは異なる異種材質で製造することを特徴とする。

【0022】

以下、本発明３Ｄプリンティングを用いたタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法を添付した図面を参照して詳細に説明すれば、次の通りである。

【0023】

図１は、タービンにシーリング装置が装着された状態を示す断面図であり、図２は、図１に示す一部分の拡大詳細概要図である。

【0024】

図１～図２に示すように、従来におけるラビリンス型シーリング装置５は、ケーシングに装着されているダイアフラム３の外部リングと内部リングに設けられている。

【0025】

ここで、前記ラビリンス型シーリング装置５は、タービンの非接触式の環状密封装置で幅広く使われており、鋭いトゥース６でタービン内に流れる流体に絞り作用（Ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ）を発生させて漏れ流量を低減させる。

【0026】

即ち、前記トゥース６を流体の流れ方向に沿って順に配列し、前記流体が絞りと拡大を繰り返す過程で発生する圧力降下の効果を介して前記流体の漏れ流量を低減させる。

【0027】

より詳細内容については、本出願人が２０１４年０４月０８日付で出願し、第１０－１４４２７３９号（登録日付２０１４年０９月１５日）で登録された韓国登録特許公報を参照する。

【0028】

しかし、従来におけるトゥース６が形成されているラビリンス形態のシーリング装置は、遠心鋳造によってリング状の胴体を形成した後、ラビリンスを切削ツールで削って作る過程で素材の無駄遣いが激しく、また、ラビリンスの形態を製造することが容易ではなく製造期間が長くなるなど、生産性が良くないという短所があった。

【0029】

図３は、本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法によるラビリンスシーリング装置の断面概要図、図４は、本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法によるラビリンスシーリング装置がタービンに装着された状態を示す一部分の拡大詳細断面図である。

【0030】

図３～図４に示すように、本発明のラビリンスシーリング装置３００は、タービンローター１００のような回転体がダイヤフラム２００のような固定体内で回転するとき、相互間の摩擦を最小化してタービンローター１００の回転を円滑に誘導しながらもガスの漏れを防止するために、タービンのダイヤフラム２００とタービンローター１００との間に装着されるラビリンスシーリング装置３００を３Ｄプリンティングを用いて製造する方法に関する。

【0031】

一般に、ラビリンスシーリング装置３００は、リング状の胴体３１０と、前記リング状の胴体３１０の一面に突出するラビリンス部３２０からなっている。

【0032】

本発明のラビリンスシーリング装置３００は、リング状の胴体３１０は遠心鋳造又はリングミルで製造し、ラビリンス部３２０は３Ｄプリンティングによって製造する。

【0033】

ここで、リング状の胴体３１０とラビリンス部３２０は、レーザクラッディング又はブレージングのうち選択して接合することで、互いに巧みに結合関係を有することができる。状況に応じて他の接合方式を使用してもよい。

【0034】

特に、本発明におけるリング状の胴体３１０はステンレス材で製造され、ラビリンス部３２０はステンレス材質とは異なる異種の材質で製造されてもよい。

【0035】

一方、本発明において、ラビリンス部３２０を次のような方法で製造することで、ラビリンス部３２０を３Ｄプリンティングによって更に便利に製造すると共に、製造されたラビリンス部３２０をリング状の胴体３１０に巧みに接合してもよい。

【0036】

リング状の胴体３１０の形状は図３に示された形状に限定されず、胴体３１０に対応するダイヤフラム２００の形状に応じて様々な形状に製造され得る。

【0037】

図５は、本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法の更なる実施に係るラビリンスシーリング装置の断面概要図である。

【0038】

図５に示すように、更なる実施に係る本発明のラビリンス部３２０は、板材形状のベース３２１と、前記ベース３２１の一面に突出するトゥース部３２２で製造する。

【0039】

前記トゥース部３２２の形状もブラシ形態に製造したり、複数の薄い板材の形状など様々な形状に変形して製造してもよい。

【0040】

このように製造されたラビリンス部３２０は、リング状の胴体３１０にラビリンス部３２０のベース３２１が接触した後、ブレージング又はレーザクラッディングのような接合方式で接合することで、ラビリンス部３２０とリング状の胴体３１０は巧みな結合関係を有することができる。

【0041】

特に、本発明のラビリンス部３２０のベース３２１をリング状の胴体３１０と同じ材質で製造することで、本発明のラビリンス部３２０とリング状の胴体３１０は巧みな結合関係を有することができる。

【0042】

前記トゥース部３２２は、タービンローター１００の材質や形状又はタービンローター１００の性能による仕様に合わせて、ベース３２１とは異なる異種材質のうちの１つを選択して製造してもよい。

【0043】

一方、前記ラビリンス部３２０と胴体３１０のより巧みな結合関係を有するために、前記ベース３２１と胴体３１０の互いに接触している一面のいずれか１つの面には突出部（図示せず）を形成し、他方の一面には、前記突出部に対応する溝部（図示せず）を形成して組立ブロックのように組み立て、ブレージングにより結合することもできる。

【0044】

本発明のラビリンス部３２０の胴体３１０及びラビリンス部３２０の詳細な構成としてのベース３２１及びトゥース部３２２は、本明細書発明の権利範囲に属する範囲内で様々な形状に変形又は製造可能である。

【0045】

上述したように本発明の３Ｄプリンティングを利用したタービンのラビリンスシーリング装置の製造方法は、リング状の胴体を製造した後、前記リング状の胴体に突出するラビリンス部は、３Ｄプリンティングで製造することで素材及び加工コストを削減し、生産性を向上させることができ、また、ラビリンス部を３Ｄプリンティングで製造することに使用環境に応じてラビリンス部の形態を様々に製造できるなどの著しい効果がある。

【符号の説明】

【0046】

１００：タービンローター
２００：ダイヤフラム
３００：ラビリンスシーリング装置
３１０：ラビリンス胴体
３２０：ラビリンス部
３２１：ベース
３２２：トゥース部
１：ローター部
２、２０：ケーシング
３：ダイヤフラム
５：ラビリンス型シーリング装置
６：トゥース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】