KR100450857B1 - 가스터빈엔진용라이너 - Google Patents

Abstract

실용적 라이너는 외벽, 내벽, 이들 벽 사이에 배치된 격리체 및 벽을 서로 부착시키기 위한 다수의 부착 조립체를 포함하여 제공된다. 외벽은 다수의 제 1 구멍을 포함한다. 내벽은 다수의 섹션을 포함하며, 각 섹션은 적어도 하나의 제 2 구멍을 구비한다. 각 부착 조립체는 패스너 및 인서트를 포함한다. 인서트는 각 제 1 구멍 내에 수납되고, 패스너는 각 인서트 내에 수납된다.

Description

가스 터빈 엔진용 라이너 {SERVICEABLE LINER}

본 발명은 일반적으로 가스 터빈 엔진에 관한 것이며, 특히 가스 터빈 엔진 내부의 라이너(liners)에 관한 것이다.

라이너는 고온의 코어 가스 경로를 밀폐하기 위해 가스 터빈 엔진 내에 자주 사용된다. 예를 들면 오그멘터(augmentor)는 터빈 배기와 노즐 사이에서 코어 가스 유동을 배향하도록 원통형 또는 그와 유사한 형상의 라이너를 이용할 수도 있다. 일반적으로, 라이너는 외벽(또한 "덕트 벽"이라고도 함), 내벽(또한 "라이너 벽"이라고 함) 및 두 개의 벽을 소정의 거리로 이격시키기 위한 수단을 구비한다. 두 개의 벽 사이에 형성된 덕트는 냉각 공기 통로로서 사용된다. 종래의 가스 터빈 엔진에 있어서, 두 개의 벽 사이에 연장된 파형부는 두 개의 벽을 소정의 거리로 이격시킨다. 패스너는 파형부 및 벽을 함께 부착시키며, 강성 원통형 구조를 함께 형성한다. 대부분의 경우에, 패스너를 부착하기 위해서는 외벽의 외측에 접근해야 한다.

라이너를 통해 냉각 공기를 가압하기 위해서는 라이너를 가로지르는 상당한 압력 차가 필요하다. 결과적으로, 라이너는 압력 용기의 부하와 유사한 부하가 걸린다. 예를 들면, 엔진의 작동 동안에, 덕트 내의 냉각 가스와 벽의 반경 방향 내측의 코어 가스 사이의 압력 차에 의해, 내벽이 라이너의 전체 원주 둘레에서 내측으로 가압된다. 내향력이 내벽에 대해서 너무 크다면, 벽은 좌굴될 수 있으므로, 교체를 요한다. 바람직하지 않은 좌굴을 방지하기 위해서 라이너 내의 벽 두께를 증가시키거나 구조적 지지를 부가하는 것은 공지되어 있다. 벽의 강도를 증가시키는 것 및/또는 구조적 부재를 부가하는 것은 구조적 문제점을 해결할 수는 있지만, 대체로 바람직하지 않은 중량의 증가를 수반한다.

고온 코어 가스는 또한 오그멘터 라이너의 사용 수명을 제한할 수 있다. 열적 손상의 비율을 감소시키기 위해 냉각 기구 및 피복이 사용 될 수 있지만, 결국 내부 라이너는 제거 및 교체해야 한다.

현재, 오그멘터 라이너의 수리 중에는 전체의 엔진 또는 엔진의 상당 부분을 제거해야 한다. 일단 엔진 또는 엔진 섹션이 항공기에서 분리되면, 라이너를 함께 유지하는 패스너에 접근할 수 있고, 필요에 따라 손상된 라이너를 교체할 수 있다. 그러나, 엔진을 분리하는 것은 시간 및 비용 면에서 낭비이다. 라이너 수리 중에, 엔진 또는 엔진 섹션을 분리할 필요가 없는 라이너가 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 수리가 용이한 라이너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이에 도포된 피복물의 보수 유지를 향상시키는 라이너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 보수 유지 비용을 최소화하는 라이너를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 외벽, 내벽, 이들 벽 사이에 배치된 다수의 격리체(standoffs) 및 벽을 서로 부착하기 위한 다수의 부착 조립체를 포함한 라이너가 제공된다. 외벽은 다수의 제 1 구멍을 포함한다. 내벽은 적어도 하나의 제 2 구멍을 갖는 다수의 섹션을 포함한다. 각 부착 조립체는 패스너 및 인서트를 구비한다. 인서트는 각각의 제 1 구멍 내에 수납되며, 패스너는 각각의 인서트 내에 수납된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 각 인서트는 인서트 내에 패스너를 로킹하고 외벽 내에 인서트를 로킹시키기 위한 수단을 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내벽 섹션은 서로 결합하기 위해 원주 방향 에지를 따라 수형 조인트(male joint) 및 암형 조인트(female joint)를 포함한다.

본 발명은 전체의 원주 방향 라이너 섹션보다는 개별 내벽 섹션을 분리 및 교체할 수 있게 한다. 이러한 특징은 현재 이용 가능한 라이너보다 몇 가지의 상당한 이점을 제공한다. 예를 들어 오그멘터 라이너의 일부분이 손상된다면, 수리 또는 교체될 수 있기 전에 전체 원주 방향 라이너가 제거되어야만 한다. 라이너가 제거될 수 있기 전에 엔진 또는 엔진 섹션이 제거되어야만 한다면, 인력 비용이 상당하다. 한편, 본 발명의 라이너를 이용하는 수리는, 단지 손상된 내벽 섹션을 분리하여 교체하면 되기 때문에 비용이 절감된다. 또한, 원주 방향 라이너의 재료 교체 비용은 하나 이상의 내벽 섹션의 비용에 비해 감소된다. 본 발명의 다른 이점은 내벽 섹션을 교체하는데 필요한 시간이 종래의 라이너를 수리하는데 필요한 시간보다 상당히 짧다는 것이다. 오그멘터 항공기는 일반적으로 군사 목적으로 사용되는데, 항공기를 오프-라인 상태로 두는 것은 심각한 문제점이 있다. 본 발명은 오그멘터 라이너를 유지하는데 필요한 시간을 최소화시킴으로써 항공기 비가동 시간을 최소화되게 한다.

본 발명의 또 다른 이점은 내벽 섹션이 전체 원주 방향 오그멘터 라이너보다 저장 및 공급하기가 논리적으로 보다 쉽다는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 피복물이 보다 쉽게 고착될 수 있는 라이너를 제공하는 것이다. 내벽 섹션은 이들이 보다 쉽게 팽창할 수 있기 때문에 열적 부하로 인해 상당히 뒤틀리는 경향이 적다. 뒤틀림을 감소시키면 피복물과 내벽 사이의 접합의 과잉 응력이 최소화된다. 과잉 압력은 내벽으로부터 피복물의 분리를 초래한다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 도시된 바와 같이 그 최상의 모드의 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명료해질 것이다.

도 1은 본 발명의 라이너의 개략도.

도 2는 본 발명의 라이너의 개략적인 단면도로서, 도 1에 도시된 라이너 실시예의 단명도,

도 3은 본 발명의 라이너의 개략적인 단면도,

도 4는 인서트의 개략적인 단면도,

도 5 및 도 6은 압형장치(tooling fixture)내에 수납된 인서트의 단면도,

도 7은 외벽 내에 수납된 인서트의 단면도.

도 8은 도 2 및 도 3에 도시된 부착 조립체 중 하나의 확대도,

도면은 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 라이너 12 : 외벽

14 : 내벽 16 : 격리체

20 : 세그먼트 32, 34 : 패널

42 : 패스너 50 : 인서트

62 : 중심 보어 66 : 슬롯

가스 터빈 오그멘터용 라이너(10)가 도시된 도 1 내지 도 3을 참조한다. 라이너(10)는 외벽(12), 내벽(14), 다수의 격리체(16 ; 도 2 및 도 3 참조) 및 다수의 부착 조립체(15)를 포함한다. 외벽(12)의 형상은 원통형이며, 다수의 제 1 구멍(18)을 포함한다. 내벽(14)은 다수의 섹션(20)으로 형성되며, 각 섹션(20)은 적어도 하나의 제 2 구멍(22)을 구비한다. 내벽 섹션(20)은 도 1에 도시된 장방형 형상을 포함하는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 제 1 실시예에 있어서, 각 섹션의 원주 방향 단부(24)는 결합 수형 조인트 반부(26) 및 암형 조인트 반부(28)를 포함한다. 도 3에 도시된 제 2 실시예에 있어서, 섹션(20)의 원주 방향 단부(24)는 외벽(12)에 부착된 테이퍼진 리브(30)와 접촉한다. 도 1을 참조하면, 몇몇 응용예에서 내벽(14)은 또한 선단 패널(32) 및 후단 패널(34)을 포함할 수 있다. 패널(32, 34)은 상류 및 하류의 엔진 부품(도시하지 않음) 사이에서 바람직한 전이를 제공하도록 내벽 라이너 섹션(20)의 각 축 방향 단부 상에 배치된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 각 격리체(16)는 하나 이상의 측벽(36) 및 기부(38)를 포함한다. 기부(38)는 패스너(42)를 수납하기 위해 구멍 또는 슬롯(40)(도 8 참조)을 포함한다. 측벽(36)의 높이는 내벽 섹션(20)과 외벽(12)의 분리된 거리를 설정한다. 격리체(16)는 각기 제 2 구멍(22) 및 제 1 구멍(18)과 정렬된 관계로 내벽(14)과 외벽(12)사이에 위치된다. 구멍 또는 슬롯(40) 쪽으로 연장하는 탭(46)이 하나 이상의 측벽(36) 내에 포함되어 있다.

도 8을 참조하면, 각 부착 조립체(15)는 패스너(42) 및 인서트(50)를 포함한다. 패스너(42)는 헤드(52) 및 샤프트(54)를 포함한다. 인서트(50)는 플랜지(56) 및 본체(58)를 포함한다. 인서트의 플랜지(56)는 비틀림 목적을 위한 도구(도시하지 않음)를 받아들이는 형상으로 되어 있다. 인서트 본체(58)는 중심 보어(62), 외부 표면(64), 및 플랜지(56)의 반대측에 있는 본체(58)의 단부 내에 배치된 하나 이상의 슬롯(66)(도 4 참조)을 포함한다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 나사 가공되지 않은 일정한 직경의 중심 보어(62), 슬롯(66), 및 외부 표면(64)에 배치된 나사산을 구비하는 인서트(50)가 제공된다. 그 후 인서트(50)는 압형장치(68)(도5 참조)내에 수납되며, 압형장치는 일단부에 배치된 테이퍼(72)를 갖는 나사 형성된 구멍(70)을 구비한다. 테이퍼진 나사산 탭(74)은 인서트(50)의 중심 보어(62)를 통해 진행하여 보어(62)를 관통하여 나사를 형성한다. 탭(74)이 보어(62)를 통해 진행할 때, 인서트(50)의 단부에 배치된 슬롯(66)은 인서트 본체(58)가 압형장치 테이퍼(72) 내로 탄성적으로 측방향으로 편향되게 한다. 결과적으로, 중심 보어의 나사 직경("A")(도 7 및 도 8 참조)은 슬롯(66)에 인접한 본체 세그먼트에서의 보어 나사 직경("B")(도 7 및 도 8 참조)과 비교할 때 플랜지(56)에 가장 근접한 본체 세그먼트에서 보다 크다. 외벽(12) 내에 수납된 인서트(50)의 단면을 도시한 도 7은 명료함을 위해 과장된 방식으로 나사 직경("A" 대 "B")의 차이를 도시한 것이다.

도 2, 도 3 및 도 8을 참조하면, 내벽 섹션(20)을 설치하는 동안에, 패스너(42)는 각 격리체(16) 내의 구멍 또는 슬롯(40) 내에 수납된다. 원주 방향 수형 조인트 반부(26) 및 암형 조인트 반부(28)를 이용하는 실시예에 있어서, 내벽 섹션(20)은 수형 조인트 반부(26) 및 암형 조인트 반부(28) 중 하나가 인접한 내벽 섹션(20)의 결합 섹션과 완전히 결합할 때까지 원주 방향으로 회전된다. 그 후, 내벽 섹션(20)은 반대 방향으로 소정 거리 회전되어, 대향 원주 방향 에지(24)가 다른 인접 내벽 섹션(20)의 결합 반부와 결합하도록 한다.

내벽 섹션의 실시예 양자 모두에 있어서, 벽(12, 14) 내의 제 1 구멍(18) 및 제 2 구멍(22)은 정렬되며, 패스너(42)는 내벽 섹션(20) 내의 제 2 구멍(22)을 통해 연장하는 도구(51)를 이용하여 인서트(50)와 결합된다. 보다 작은 나사 직경("B")의 인서트의 중심 보어(62)의 섹션은 패스너(42)와 인서트(50) 사이에 간섭 끼워맞춤을 형성하여, 인서트(50) 내에 패스너(42)를 "로킹(locking)"한다. 이러한 문맥에서, 용어 "로킹"은 패스너(42)와 인서트(50) 사이의 간섭 끼워맞춤을 극복하기에 필요한 힘이 패스너(42)가 자유 진동하는 것을 방지하기에 충분하다는 사실을 의미한다. 외벽(12)의 외측으로 연장하는 인서트(50)의 부분은 슬롯(66)을 포함한다. 슬롯(66)은 인서트(50)가 패스너(42)를 수납하면서 외벽(12) 내의 제 1 구멍(18)의 직경("D")보다 큰 직경("C")까지 팽창할 수 있게 한다. 인서트(50)의 팽창된 부분은 패스너(42)가 그 내부에 수납되어 있는 한 외벽(12) 내에 인서트(50)를 "로크"한다. 테이퍼진 리브(30)(도 3)를 이용하는 실시예에 있어서, 테이퍼진 리브(30)는 내벽 섹션(20)이 부착된 후에 부착된다. 양 실시예에서, 탭(46)이 격리체의 측벽(36) 내에 포함되어 있다면, 탭(46)은 패스너(42)가 우연히 제거되는 것에 대비한 추가의 예방 조치로서 패스너(42)의 헤드(52) 위로 연장하도록 굽혀진다.

후에 내벽 섹션(20)을 교체할 필요가 있는 경우, 패스너(42)는 상술한 것과 동일한 도구(51) 및 절차를 이용하여 인서트(50)로부터 분리된다. 제 1 실시예에서(도 2), 내벽 섹션(20)은 하나의 결합 조인트(26, 28)가 분리될 때까지 한 방향으로 회전된 다음에, 섹션(20)이 완전히 분리될 때까지 다른 방향으로 회전된다. 제 2 실시예에서(도 3), 테이퍼진 리브(30)는 내벽 섹션(20)을 분리하기 전에 제거된다. 내벽 섹션(20)이 분리된 후에, 인서트(50)는 외벽의 외측에서 접근하지 않고 소망하는 바대로 외벽으로부터 분리될 수 있다. 따라서, 라이너의 수리 중에 엔진 또는 엔진 섹션을 분리할 필요가 없다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 엔진의 작동 중에, 내벽(14)과 외벽(12)사이에 형성된 덕트(76)는 내벽(14)을 통과하는 코어 가스의 압력보다 높은 압력에서 추출공기로 충전된다. 가압된 추출 공기는 내벽(14)을 외벽(12)으로부터 반경 방향 내향으로 가압한다. 본 발명은 몇몇 유리한 방법으로 내측 방향 힘을 이용할 수 있다. 첫째, 내측 방향 힘은 내벽(14) 및 부착된 격리체(16)를 내측 방향으로 편향시키고, 이것에 의해 인서트(50) 내의 패스너(42)를 더욱 편향시킨다. 추가의 편향은 패스너(42) 및 인서트(50)를 함께 "로크" 시키는데 도움을 준다. 둘째로, 내측 방향 힘은 내벽 세그먼트(20)를 함께 누르며, 이에 의해 내벽(14)의 후프 강도(hoop strength)를 증가시킨다. 제 1 실시예(도2)의 후프 강도는 수형 조인트 반부(26) 및 암형 조인트 반부(28)가 가압 하에서 더 결합할 때 증가한다. 제 2 실시에(도3)의 후프 강도는 내벽 섹션(20)이 리브(30)의 테이퍼 상으로 힘을 받는 경우 증가한다. 증가된 후프 강도는 내벽이 좌굴되지 않게 하는데 도움을 주며, 라이너에 최소의 부가 중량만을 부가한다.

본 발명을 바람직한 실시예와 관련해서 도시 및 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 본 발명의 형태 및 상세의 다양한 변경이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 이뤄질 수 있다. 예를 들면, 이러한 라이너(10)는 오그멘터 라이너와 관련해서 설명하였지만, 엔진의 모든 곳에서 다르게 이용될 수도 있다. 내벽 섹션(20)을 고정하는 방법으로서 본 명세서에서 기술된 부착 조립체(15)는 제 2 실시예의 테이퍼진 리브(30)를 부착하기 위해서도 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 외벽, 내벽, 이들 벽 사이에 배치된 다수의 격리체 및 벽을 서로 부착하기 위한 다수의 부착 조립체를 포함한 라이너는, 수리가 용이하고,도포된 피복물의 보수 유지가 강화되며, 보수 유지 비용이 최소화된다.

Claims (12)

1. 다수의 제 1 구멍을 구비하는 외벽과,

   적어도 하나의 제 2 구멍을 각각 갖는 다수의 섹션을 구비하는 내벽과,

   상기 내벽의 섹션에 부착되고 상기 내벽과 외벽 사이에 배치되는 다수의 격리체와,

   다수의 부착 조립체를 포함하는 라이너이며,

   상기 부착 조립체는,

   패스너와 인서트를 포함하고,

   상기 인서트는,

   플랜지와, 중심 보어 및 외측 표면을 포함하는 본체를 가지고,

   상기 각 본체는 상기 제 1 구멍 중 하나의 내부에 수납되고, 상기 각 패스너는 상기 인서트 내에 수납되고 또한 상기 격리체 중 하나와 연통하고,

   상기 내벽은 상기 내벽 섹션의 원주 방향 대향 단부 사이에 배치되어 상기 대향 단부를 결합하는 수단을 갖는 라이너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내벽 섹션의 상기 원주 방향 대향 단부를 결합하는 상기 수단은,

   제 1 에지와,

   제 2 에지를 포함하고,

   상기 제 1 에지 및 제 2 에지 중 하나는 결합 수형 조인트 및 암형 조인트 중 하나의 반부를 포함하며, 상기 제1 에지 및 제 2 에지 중 다른 하나는 결합 수형 조인트 및 암형 조인트 중 다른 하나의 반부를 포함하는 라이너.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 인서트는 상기 플랜지의 반대측에 있는 상기 본체의 단부 내에 배치되는 슬롯을 더 포함하는 라이너.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 중심 보어 및 상기 패스너는 나사산이 형성되어 있으며,

   상기 중심 보어는 상기 패스너와의 간섭 끼워맞춤을 형성하는 상기 중심 보어의 일부분에 나사산을 포함하고 있는 라이너.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 플랜지의 반대측에 있는 상기 인서트 본체의 단부는, 상기 패스너가 상기 인서트 내에 실질적으로 수납되는 경우 상기 제 1 구멍의 직경보다 큰 직경으로 팽창하여, 상기 인서트가 상기 외벽에서 분리되는 것을 방지하는 라이너.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 각 격리체는,

   상기 패스너를 수납하기 위한 수단을 구비하는 기부와,

   상기 기부와 상기 내벽의 섹션 사이에서 연장하는 측벽과,

   상기 제 1 구멍의 방향으로 상기 측벽으로부터 외부로 연장하며 상기 패스너가 삽입될 수 있도록 편향하는 탭을 포함하는 라이너.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 구멍이 상기 제 1 구멍과 정렬되어, 상기 패스너에 접근하기 위해 상기 제 2 구멍을 통해 도구가 삽입될 수 있는 라이너.
8. 제 1 항에 있어서,

   보다 큰 단부로부터 보다 작은 단부까지 테이퍼진 한 쌍의 표면을 각기 구비한 다수의 테이퍼진 리브를 더 포함하며,

   상기 각 리브는 상기 외벽에 부착되며, 상기 보다 작은 단부는 상기 외벽과 접촉하고 상기 내벽의 섹션은 상기 테이퍼진 표면에 접촉하는 라이너.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 인서트는 상기 플랜지의 반대측에 있는 상기 본체의 단부 내에 배치되는 슬롯을 더 포함하는 라이너.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 중심 보어 및 상기 패스너는 나사가 형성되어 있으며,

    상기 중심 보어는 상기 패스너와의 간섭 끼워맞춤을 형성하는 상기 중심 보어의 일부분에 나사산을 포함하고 있는 라이너.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 각 격리체는,

    상기 패스너를 수납하기 위한 수단을 구비하는 기부와,

    상기 기부와 상기 내벽의 섹션 사이에서 연장하는 측벽과,

    상기 제 1 구멍의 방향으로 상기 측벽으로부터 외부로 연장하며 상기 패스너가 삽입될 수 있도록 편향하는 탭을 포함하는 라이너.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 2 구멍이 상기 제 1 구멍과 정렬되어, 상기 패스너에 접근하기 위해 상기 제 2 구멍을 통해 도구가 삽입될 수 있는 라이너.