KR101190023B1 - 터빈 블레이드 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터빈 블레이드 어셈블리를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 터빈 블레이드 어셈블리는, 루트와, 상기 루트로부터 연장되도록 형성되는 에어포일과, 상기 에어포일에 형성되는 양단이 반경방향으로 단차지게 형성되는 커버를 포함한다.

Description

터빈 블레이드 어셈블리{Turbine blade assembly}
본 발명은 터빈 블레이드 어셈블리에 관한 것이다.
발전용 터빈 블레이드의 대부분은 환형 구조로 회전축의 원주를 따라 배열된 블레이드가 유체의 흐름에 의해 회전하는 구조를 갖는다. 이때, 연소가스 또는 증기 등 유체의 에너지가 블레이드를 통해 로터의 회전에너지로 변환되어 로터에 연결된 발전기를 통해 전력을 생산한다. 터빈 블레이드는 이와 같이 발전을 위한 핵심 요소로 안정적 전력 생산을 위한 중요한 역할을 담당한다.
한편, 최근 증가하는 전력 수요를 따라가기 위해 발전설비가 대용량화됨에 따라 온도와 안벽 등 운전 조건이 더욱 가혹해지고 있으며, 터빈 블레이드의 신뢰성에 큰 영향을 미치는 블레이드에 가해지는 하중의 크기 또한 점차적으로 증가하는 추세이다.
이때, 터빈 블레이드는 운전 중 가해지는 하중에 의하여 발생하는 진동에 의한 동응력을 포함하여 원심응력, 열응력, 굽힘 및 비틀림 응력 등이 발생한다. 특히, 터빈 블레이드 진동은 궁극적으로 블레이드의 파손으로 이어져 이에 의한 파급 사고로 고비용의 경제적 손실을 초래할 수 있었다. 이러한 블레이드 진동의 대표적인 원 중 하나는 터빈 블레이드 고유진동수와 외부 가진력의 진동수가 일치하거나 매우 근접한 경우 일어나는 공진이다. 공진에 대해서 터빈 블레이드의 설계 도는 제작시 반드시 고려되는 부분으로, 일정한 속도로 회전하는 터빈 운전 속도에서 블레이드의 고유진동수가 일정한 축 회전속도의 조화성분과 일치하지 않도록 하는데, 이것은 블레이드의 고유진동수와 외부 가진력과의 공진이 일어나는 경우 큰 동응력이 발생하여 블레이드에 손상을 줄 수 있기 때문이다.
공진에 의한 진동을 제거하거나 줄이기 위한 방법으로는 설계 단계부터 터빈 블레이드 계가 갖는 고유진동수가 외부 하중의 가진주파수가 서로 일치하지 않고 멀리 떨어지도록 하여 제작하는 방법과, 공진이 일어나는 경우에도 크기를 줄일 수 있도록 충분한 감쇠를 갖도록 제작하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 실시예들은 진동에 의한 동응력을 저감시키는 터빈 블레이드 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 루트와, 상기 루트로부터 연장되도록 형성되는 에어포일과, 상기 에어포일에 형성되는 양단이 반경방향으로 단차지게 형성되는 커버를 포함하는 터빈 블레이드 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 커버는, 상기 에어포일로부터 연장되어 형성되는 연결부와, 상기 연결부의 일단에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 제 1 단차부와, 상기 제 1 단차부와 상이한 높이로 상기 연결부의 타단에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 제 2 단차부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단차부에 원주방향으로 단차지게 형성되는 제 3 단차부와, 상기 제 2 단차부에 원주방향으로 단차지게 형성되는 제 4 단차부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 3 단차부와 상기 제 4 단차부는 서로 엇갈리도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 단차부와 상기 제 2 단차부는 질량이 상이하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버는 원주방향으로 단차지게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 인접하는 터빈의 운전 중 발생하는 동응력을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 에어포일들의 동응력을 저감시킴으로써 터빈 블레이드들의 수명을 늘리고, 터빈 블레이드들의 파손으로 인한 비용의 증대를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드 어셈블리를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 보여주는 확대사시도이다.
도 3은 도 1의 A부분의 조립 상태를 확대하여 보여주는 조립상태도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 블레이드 어셈블리를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 B부분을 확대하여 보여주는 확대사시도이다.
도 6은 도 4의 B부분의 조립 상태를 확대하여 보여주는 조립상태도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드 어셈블리(100)를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 보여주는 확대사시도이다. 도 3은 도 1의 A부분의 조립 상태를 확대하여 보여주는 조립상태도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 루트(110)를 포함한다. 루트(110)는 로터디스크(미도시)에 체결되어 고정될 수 있다. 이때, 루트(110)는 양면으로부터 돌출되어 형성되는 돌출돌기들(110a)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 로터디스크에는 돌출돌기들(110a)이 삽입되어 고정되는 돌출돌기홈들(미도시)이 형성될 수 있다. 따라서 돌출돌기들(110a)이 각각 상기 돌출돌기홈에 체결됨으로써 루트(110)는 상기 로터디스크에 견고하게 고정될 수 있다.
한편, 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 루트(110)에 연장되도록 형성되는 에어포일(120)을 포함한다. 에어포일(120)은 소정각도로 휘어지면서 중심방향으로부터 외측방향으로 형성될 수 있다. 이때, 에어포일(120)은 터빈(미도시)의 목적 및 형태 등에 의하여 다양하게 형성될 수 있다.
터빈 블레이드 어셈블리(100)는 에어포일(120)에 형성되고, 양단이 반경방향으로 단차지게 형성되는 커버(130)를 포함한다. 이때, 커버(130)는 에어포일(120)의 끝단에 형성될 수 있다.
한편, 커버(130)는 에어포일(120)로부터 연장되어 형성되는 연결부()를 포함할 수 있다. 커버(130)는 연결부(132a, 132b)의 일단에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 제 1 단차부(131a, 131b)를 포함할 수 있다. 또한, 커버(130)는 연결부(132a, 132b)의 타단에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 제 2 단차부(133a, 133b)를 포함할 수 있다.
이때, 제 1 단차부(131a, 131b)는 제 2 단차부(133a, 133b)와 상이한 높이에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 단차부(131a, 131b)는 연결부(132a, 132b)의 하측에 원주방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 제 2 단차부(133a, 133b)는 연결부(132a, 132b)의 상측에 원주방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 제 1 단차부(131a, 131b)와 제 2 단차부(133a, 133b)가 상기에서 설명한 바와 반대로 형성될 수 있다.
한편, 제 1 단차부(131a, 131b)의 질량은 제 2 단차부(133a, 133b)의 질량과 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 단차부(131a, 131b)의 질량은 제 2 단차부(133a, 133b)의 질량보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 제 1 단차부(131a, 131b)의 질량은 제 2 단차부(133a, 133b)의 질량보다 작게 형성될 수 있다.
터빈 블레이드 어셈블리(100)는 복수개를 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 터빈 블레이드 어셈블리들(100)은 서로 소정간격 이격되도록 배치되어 상기 로터디스크에 체결될 수 있다.
한편, 터빈 블레이드 어셈블리(100)의 조립순서를 살펴보면, 조립자는 루트(110)를 상기 로터디스크에 삽입하여 체결시킨다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 터빈 블레이드 어셈블리(100)가 두 개 체결되는 경우를 중심으로 설명한다. 이때, 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 에어포일(120)은 제 1 에어포일(120a) 및 제 2 에어포일(120b), 루트(110)는 제 1 루트(110) 및 제 2 루트(110), 커버(130)는 제 1 커버(130a) 및 제 2 커버(130b)로 설명한다.
또한, 제 1 커버(130a)는 제 1 연결부(132a), 제 1 단차부(131a), 제 2 단차부(133a)로 설명하고, 제 2 커버(130b)는 제 2 연결부(132b), 제 1 단차부(131b)를 제 5 단차부(131b), 제 2 단차부(133b)를 제 6 단차부(133b)로 설명한다.
한편, 조립자는 제 1 루트(110)의 일측에 제 2 루트(110)를 배치하여 상기 로터디스크에 체결시킨다. 이때, 제 1 에어포일(120a)은 제 2 에어포일(120b)과 동일한 방향으로 배치될 수 있다.
상기의 과정이 완료되면, 제 1 커버(130a)는 제 2 커버(130b)가 서로 동일한 원주상에 배치된다. 이때, 제 1 커버(130a)의 제 2 단차부(133a)와 제 5 단차부(131b)가 서로 겹치게 된다.
제 2 단차부(133a)는 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 단차부(131a)보다 높게 형성될 수 있다. 이때, 제 5 단차부(131b)는 제 1 단차부(131a)와 동일한 높이에 형성될 수 있다.
따라서 제 2 단차부(133a)와 제 5 단차부(131b)가 겹치게 되는 경우, 제 2 단차부(133a)가 제 5 단차부(131b)의 상측에 배치된다. 또한, 제 2 단차부(133a)와 제 5 단차부(131b)가 겹쳐져 제 1 연결부(132a) 및 제 2 연결부(132b)와 동일한 높이를 형성한다.
한편, 상기와 같이 조립된 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 상기 터빈의 작동에 따라 회전할 수 있다. 이때, 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 상기 터빈의 작동에 의하여 회전하게 된다.
터빈 블레이드 어셈블리(100)가 회전하는 경우, 승속에 의하여 원심력이 발생하게 된다. 이때, 제 2 단차부(133a)와 제 5 단차부(131b)는 서로 접촉하게 되어 터빈 블레이드 어셈블리(100)의 진동을 감쇠시킬 수 있다.
따라서 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 진동을 감쇠시킴으로써 진동으로 인한 동응력을 저감시킬 수 있다. 또한, 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 상기 동응력을 저감시킴으로써 터빈 블레이드 어셈블리(100)의 수명을 연장하고 파손으로 인한 유지 및 관리비용을 절감시킬 수 있다.
한편, 제 2 단차부(133a)는 제 5 단차부(131b)과 질량이 상이하게 형성될 수 있다. 따라서 제 1 에어포일(120a) 및 제 2 에어포일(120b)이 회전할 때 발생하는 원심력의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 상기 원심력에 의하여 발생하는 접촉력을 가변시킴으로써 효과적으로 제 1 에어포일(120a) 및 제 2 에어포일(120b)의 진동을 저감시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈 블레이드 어셈블리(200)를 보여주는 사시도이다. 도 5는 도 4의 B부분을 확대하여 보여주는 확대사시도이다. 도 6은 도 4의 B부분의 조립 상태를 확대하여 보여주는 조립상태도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 터빈 블레이드 어셈블리(200)는 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 루트(210), 에어포일(220) 및 커버(230)를 포함한다. 또한, 커버(230)는 연결부(232a, 232b), 제 1 단차부(231a, 231b) 및 제 2 단차부(233a, 233b)를 포함할 수 있다.
이하에서는 루트(110), 에어포일(120), 커버(130), 연결부(232a, 232b), 제 1 단차부(231a, 231b), 제 2 단차부(233a, 233b)는 상기 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 커버(130)는 제 1 단차부(231a, 231b)에 원주방향으로 형성되는 제 3 단차부(234a, 234b)를 포함할 수 있다. 또한, 커버(130)는 제 2 단차부(233a, 233b)에 원주방향으로 형성되는 제 4 단차부(235a, 235b)를 포함할 수 있다.
이때, 제 3 단차부(234a, 234b)와 제 4 단차부(235a, 235b)는 서로 엇갈리도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 3 단차부(234a, 234b)가 상기 도 3의 전면으로 형성되는 경우, 제 4 단차부(235a, 235b)는 상기 도 3의 후면으로 형성될 수 있다. 또한, 제 3 단차부(234a, 234b)와 제 4 단차부(235a, 235b)의 위치는 서로 반대로 형성될 수 있다.
한편, 터빈 블레이드 어셈블리(200)의 조립순서를 살펴보면, 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 에어포일(220a)과 제 2 에어포일(220b)을 상기 로터디스크에 배치할 수 있다. 이때, 조립자는 제 1 에어포일(220a)과 제 2 에어포일(220b)을 서로 엇갈리도록 배치할 수 있다. 따라서 제 1 에어포일(220a)은 제 2 에어포일(220b)과 일부분은 겹치고, 일부분은 겹치지 않도록 배치될 수 있다.
조립자는 제 2 단차부(233a)와 제 5 단차부(231b)과 겹치도록 배치할 수 있다. 이때, 조립자는 제 2 단차부(233a)에 형성되는 제 4 단차부(235a)와 제 5 단차부(231b)에 형성되는 제 7 단차부(234b)가 서로 일부분이 접촉하도록 배치할 수 있다.
상기와 같이 조립한 후 터빈 블레이드 어셈블리(100)는 상기 터빈의 작동에 의하여 회전할 수 있다. 이때, 제 1 에어포일(220a)과 제 2 에어포일(220b)은 상기에서 설명한 바와 같이 서로 엇갈리도록 배치되어 회전할 수 있다.
이때, 제 1 에어포일(220a)과 제 2 에어포일(220b)의 회전에 의하여 원심력이 발생하고, 진동으로 인하여 뒤틀림이 발생할 수 있다. 제 2 단차부(233a)와 제 4 단차부(225a) 및 제 5 단차부(231b)와 제 7 단차부(234b)는 서로 접촉하여 제 1 에어포일(220a) 및 제 2 에어포일(220b)의 진동을 감쇠시키도록 접촉력을 제공하여 제 1 에어포일(220a) 및 제 2 에어포일(220b)의 진동을 감쇠시킬 수 있다.
따라서 터빈 블레이드 어셈블리(200)는 진동을 감쇠시킴으로써 진동으로 인한 동응력을 저감시킬 수 있다. 또한, 터빈 블레이드 어셈블리(200)는 상기 동응력을 저감시킴으로써 터빈 블레이드 어셈블리(200)의 수명을 연장하고 파손으로 인한 유지 및 관리비용을 절감시킬 수 있다.
한편, 제 2 단차부(233a)는 제 5 단차부(231b)와 질량이 상이하게 형성될 수 있다. 또한, 제 3 단차부(235a)와 제 7 단차부(234b)의 질량은 상이하게 형성될 수 있다.
따라서 제 1 에어포일(220a) 및 제 2 에어포일(220b)이 회전할 때 발생하는 원심력의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 상기 원심력에 의하여 발생하는 접촉력을 가변시킴으로써 효과적으로 제 1 에어포일(220a) 및 제 2 에어포일(220b)의 진동을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 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.
100, 200 : 터빈 블레이드 어셈블리
110, 210 : 루트
120, 220 : 에어포일
130, 230 : 커버

Claims (6)

  1. 루트와, 상기 루트로부터 연장되도록 형성되는 에어포일과, 상기 에어포일에 형성되는 양단이 반경방향으로 단차지게 형성되는 커버를 포함하는 터빈 블레이드 어셈블리에 있어서,
    상기 커버는,
    상기 에어포일로부터 연장되어 형성되는 연결부와,
    상기 연결부의 일단에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 제 1 단차부와,
    상기 제 1 단차부와 상이한 높이로 상기 연결부의 타단에 원주방향으로 돌출되어 형성되는 제 2 단차부를 포함하며,
    상기 제 1 단차부와 상기 제 2 단차부는 질량이 상이하게 형성되는 터빈 블레이드 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 단차부에 원주방향으로 단차지게 형성되는 제 3 단차부와,
    상기 제 2 단차부에 원주방향으로 단차지게 형성되는 제 4 단차부를 더 포함하는 터빈 블레이드 어셈블리.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 3 단차부와 상기 제 4 단차부는 서로 엇갈리도록 형성되는 터빈 블레이드 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버는 원주방향으로 단차지게 형성되는 터빈 블레이드 어셈블리.
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