KR101247068B1

KR101247068B1 - 고온 시일

Info

Publication number: KR101247068B1
Application number: KR1020067006427A
Authority: KR
Inventors: 피터 그레이엄 아모스; 이안 윌리엄 보스턴; 케네스 더블유 코넷; 요나스 후르터; 도미닉 그레고리 모어; 마르쿠스 슈테만; 알렉산더 자고르스키
Original assignee: 알스톰 테크놀러지 리미티드
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2013-03-25
Also published as: MXPA06003475A; ES2523138T3; EP1668276A1; US20060255549A1; KR20060095560A; EP1668276B1; US8052155B2; CA2539948C; EP1521018A1; WO2005033558A1; CA2539948A1

Abstract

시일 (1) 은 제 1 구성 요소 (7) 와 제 2 구성 요소 (9) 를 포함하는데, 상기 제 1 구성 요소는 높은 내열성, 내산화성, 그리고 내마모성을 가진 제 1 재료를 포함하고, 상기 제 2 구성 요소는 제 1 재료와는 다르고 높은 탄성력 유지성을 가진 제 2 재료를 포함한다. 상기 시일 (1) 은 가스 터빈용 연소실에 적용되고, 가스 터빈에서 제 1 구성 요소 (7) 는 연소실의 케이싱 벽과 인접한 라이너 세그먼트 (4) 사이에 형성된다. 제 2 구성 요소 (9) 의 탄성은 연소실에 진동 발생 시 시일을 제공한다. 상기 시일 (1) 의 수명은 개개의 재료에 의해 증가하고, 개개의 재료는 각각 내열성, 내마모성과 탄성력 유지성의 기능을 위해 최적으로 선택된다. 상기 시일은 가스 터빈에 인접한 고정 블레이드 플랫폼 사이의 시일링에 적용된다.

Description

고온 시일 {HIGH TEMPERATURE SEAL}

본 발명은 높은 내열성과 내마모성을 가진 시일 (seal) 에 관한 것이고 구체적으로는 가스 터빈에 있는 블레이드 플랫폼 사이나 가스 터빈 연소실에 시일을 적용하는 것에 관한 것이다.

가스 터빈용 연소기, 산업 가스 터빈 기술, 스팀 터빈 기술, 그리고 항공우주 기술에서와 같이 고온 환경에 적용되는 시일은 주어진 지속 시간 동안 고온을 잘 견딜 수 있는 것이 요구된다. 많은 경우에서, 이와 같은 시스템의 진동때문에, 변화하는 거리와 높은 내마모성에 대한 시일을 제공하는 것이 요구된다. 가스 터빈용 연소실은 연소실 케이싱의 내부 벽의 내부 원주를 따라 놓여진 열 보호 라이너 (liner) 를 포함한다. 이와 같은 연소실은 전형적으로 원뿔 형태 또는 실린더 형태를 가지고 있다. 이 라이너는 내부 벽을 따른 부분에 배열된다. 연소실 내부의 온도는 1200 ℃ 나 1400 ℃ 까지 상승하므로, 라이너 부분과 케이싱 벽은 상당한 수명을 보장하기 위해 냉각되어야 한다. 예를 들면, 냉각은 내부 케이싱 벽과 라이너 부분 사이에 공기의 순환에 의해 실현된다. 냉각 매체의 흐름을 제어하고/하거나 필요한 만큼의 냉각 매체 (냉각 매체는 비용이 많이 들기 때문에) 의 부피를 제한하기 위해 시일은 인접한 라이너 부분 사이에 위치한다. 발전이나 항공기 가스 터빈에서 냉각 매체는 공기나 또는 스팀일 수 있다.

작동하는 동안, 구체적으로는 낮은 배출 수준에서 작동하는 동안 가스 터빈용 연소실에서 큰 진동이 발생한다. 이런 이유로 인해, 탄성 시일은 근소한 거리에 대해 큰 범위로 시일링 효과를 주기 위해 사용된다. 근접한 요소들에 대한 마찰을 견디기 위해, 시일은 게다가 내마모성 코팅이 된다. 이와 같은 시일의 수명은 시간으로 표현되는 코팅의 수명에 의해 결정되고, 코팅은 기계적으로 마찰되거나 산화 그리고/또는 부식과 같은 다른 요소의 결과로서 닳아진다.

이와 같은 시일의 디자인에서 일어나는 다른 문제는 제한된 시간이고, 그 시간 동안 재료는 상승된 온도에 대한 노출 기간 동안 탄성력을 유지해야 한다.

가스 터빈에서 시일은 블레이드용 냉각 구역으로부터 뜨거운 가스 구역을 시일링하기 위해 고정 블레이드나 항공기 날개 블레이드용 플랫폼들 사이에 적용된다. 냉각용 유체의 양을 최소화하고 고온 가스가 냉각 통로로 들어가는 것을 막기 위해 고성능 시일이 요구된다. 이와 같은 시일은 개개의 요소의 큰 진동과 큰 열팽창을 가진 상황에서 기능할 수 있어야할 뿐 아니라 가스 터빈에서 널리 퍼진 고온을 견뎌야 한다.

EP 1,306,589 호는 고온 응력 완화에 대해 저항할 수 있는 고리 모양의 고온 시일을 공개하고 있다. 상기 시일은 단층 또는 이층 시스템을 가지는 한 구성 요소를 포함하는데, 이층 시스템에서 두 개의 층은 시일 전체 길이를 따라 형성된다. 이 한 구성 요소의 재료나 재료들은 고용체 경화 합금 (solid solution hardended alloy) , 석출 경화 금속 합금 (precipitation hardened metallic alloy), 또는 분산 경화 합금 (dispersion hardened alloy) 중 하나이다.

US 3,761,102 호는 단면이 "C" 형상이고 "C" 의 내부 팔 사이에 스프링 부재를 가진 시일링 링, 구체적으로는 가스킷이나 와셔를 공개하고 있다.

상술된 배경 기술의 관점에서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 시일과 비교했을 때 더 긴 수명을 가지며 고온과 고 마모환경에 적용가능한 시일을 제공하는 것이다. 구체적으로 본 시일은 가스 터빈과 가스 터빈의 연소실에서의 사용에 적합하다.

제 1 독립항에 따른 시일은 제 1 및 제 2 구성 요소를 포함하고, 제 1 구성 요소는 본질적으로 평면 형상을 가지고 제 2 구성 요소는 두 부분을 포함하며, 상기 두 부분은 각각 제 1 구성 요소의 한 측면의 반대편 끝부분에 각각 연결된다. 제 1 구성 요소는 내열, 내산화, 그리고 내마모성을 가지는 제 1 재료를 포함하고, 제 2 구성 요소는 제 1 재료와는 다르며 높은 탄성력 유지성을 가지는 제 2 재료를 포함한다.

제 2 독립항에 따른 시일은 제 1 및 제 2 구성 요소를 포함하는데, 제 1 구성 요소는 아치형상으로 아치의 바깥쪽 끝부분들이 구성 요소 표면들과 시일링 접촉하도록 되어 있다. 제 2 구성 요소는 한 부분을 포함하고, 제 2 구성 요소의 끝부분들은 아치형 제 1 구성 요소의 반대 끝부분들의 내측면에 부착되어 있다. 제 1 구성 요소는 내열, 내산화, 그리고 내마모성을 가지는 제 1 재료를 포함하고 제 2 구성 요소는 제 1 재료와는 다르고 높은 탄성력 유지성을 가지는 제 2 재료를 포함한다.

제 3 독립항에 따른 시일은 제 1 및 제 2 구성 요소를 포함하는데, 제 1 구성 요소는 평면 또는 통 (trough) 형태의 형상을 가지고, 시일의 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소의 중심에 부착되어 아치 형상을 가진다. (시일의 이런 형상을 "K-seal" 이라 일컫기도 한다.) 제 1 독립항 및 제 2 독립항에서, 제 1 구성 요소는 내열, 내산화, 내마모성을 가진 제 1 재료를 포함하고, 제 2 구성 요소는 제 1 재료와는 다르고 높은 탄성력 유지성을 가진 제 2 재료를 포함한다.

제 1 구성 요소의 재료는 높은 정도의 마모뿐 아니라 고온 산화 환경을 견딜 수 있다. 제 1 구성 요소의 높은 내마모성은 제 1 구성 요소를 내마모 코팅 없이 사용할 수 있도록 한다. 따라서, 시일의 수명은 그 재료의 본래 수명에 따르게 되며 내마모 코팅의 수명 또는 이 내마모 코팅이 기계적 마찰이나 다른 수단에 의해 없어지는 시간에 더이상 의존하지 않는다.

제 2 구성 요소의 재료는 특히 장기간 동안에도 높은 탄성력을 유지할 수 있다. 이런 재료는 반드시 높은 내마모성이나 내열성을 갖는 것은 아니다. 이 탄성 구성 요소는 인접한 구성 요소의 진동이나 다른 상대 운동이 발생되는 환경에서 시일의 사용을 가능하게 하고, 시일은 상기 인접한 구성 요소와 시일링 접촉하게 된다.

시일의 수명은 시일의 개개의 구성 요소의 기능을 위해 최적으로 선택된 개개의 재료들로 인해 증가한다. 본 발명의 제 1 실시예에서, 시일의 제 1 구성 요소는 높은 내마모성과 내열성을 가진 재료를 포함하고 주로 산화물 분산 강화 특성을 갖는 고발트-니켈 합금을 포함한다.

바람직하게, 제 1 구성 요소는 고온 내산화성 니켈이나 코발트계 초합금, 예를 들면 RENE 41^TM , Haynes 188 , Haynes 214 , Haynes 230 , 그리고 Ultimet^TM 과 같은 재료로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 2 구성 요소는 높은 탄성력 유지성을 가진 재료를 포함한다. 이와 같은 탄성력을 얻는데 필요한 성형 정도 때문에 석출 경화 니켈-크로뮴 합금 (precipatation-hardened nickel-chromiun alloy) 이 가장 적절하다. 바람직하게, 제 2 구성 요소는 Alloy 718 , Inconel 718^TM , Waspaloy , 또는 Rene 41^TM 과 같은 니켈 초 합금을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 탄성 구성 요소는 압연에 의해 하나 이상의 회선부 (convolution) 를 갖도록 성형된다. 이는 각 부분이 하나 이상의 회선부를 가지는 두 부분으로 구성된 제 2 구성 요소 또는 하나의 부분으로 구성된 제 2 구성 요소에 적용될 수 있다. 제 1 변형예에서 탄성 구성 요소는 과도하게 확장된 "u" 자형으로 형성된다. 다른 변형예에서 탄성 구성 요소는 다수의 곡면부를 갖도록 압연된다. 특별한 변형예에서, 제 2 구성 요소는 3 개 이상의 회선부를 갖도록 압연된다.

본 발명의 더 바람직한 실시예에서, 제 2 구성 요소는 두 부분으로 구성되는데, 그 두 부분 각각은 과도하게 확장된 "u" 자 형상이거나 여러 개의 회선부를 가지며 제 1 구성 요소의 양 끝부분의 한 측면에 부착된다.

본 발명의 특별한 실시예에서, 실질적으로 평면 형상을 가진 제 1 구성 요소는 실질적으로 평면인 구성 요소의 중심부에 바람직하게 놓인 약간의 홈통 형상을 가지고 있다. 그 구성 요소의 전체적 형상은 실질적으로 평면 형상을 (그릇 모양과는 다르게) 유지한다. 이 형상은 제 1 구성 요소의 열팽창을 허용하여 인접한 구성 요소에 대한 시일링 접촉의 질이 나빠지지 않는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 구성 요소의 두께는 그의 내산화성의 기능에 최적으로 되어 있고, 제 2 구성 요소의 두께는 탄성력을 가질 수 있도록 최적으로 되어 있다. 이 때문에 본 시일에서 제 2 구성 요소의 두께에 대한 제 1 구성 요소의 두께의 최적 비가 0.5 ~ 5 이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 시일은 냉각 매체가 통과할 수 있는 하나 이상의 개구부를 포함한다. 이 개구부들은 그 용도에 따라 제 1 구성 요소나 제 2 구성 요소 중 어느 하나 또는 제 1 및 제 2 구성 요소 둘 다에 위치하게 된다. 제 2 구성 요소가 회선상으로 된 경우에 개구부는 회선부의 만곡되지 않은 평면 부분에 배열된다.

시일, 그 주위 영역, 그리고 인접한 구성 요소들의 냉각은 시일에 대한 열적 부하를 감소시키고, 게다가 제 2 구성 요소의 탄성력 유지성을 개선시킨다. 높은 탄성력 유지성과 내열성은 단지 하나의 재료를 이용하여서는 얻기 어려운 특성들이다. 그러나, 탄성력 유지성이 온도의 영향을 받기 때문에, 열적 부하가 감소되면 장기간 탄성을 유지할 수 있는 능력이 증가된다.

상기 언급한 실시예에서, 제 1 및 제 2 구성 요소는 텅스텐 비활성 가스 용접부에 의해 서로 부착된다. 이러한 종류의 용접으로 얻어진 초합금은 우수하고 균질한 기계적 특성을 보이지만, 두 구성 요소는 레이저 용접과 같은 다른 용접법에 의해 서로 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 시일은 가스 터빈의 연소기에, 구체적으로는 케이싱 벽을 열로부터 보호하기 위해 연소기 케이싱 벽에 평행하게 배열된 두 인접한 라이너 세그먼트 사이에 적절하게 적용된다. 시일이 배열될 때, 제 1 구성 요소는 두 인접한 라이너 세그먼트 사이에 위치하고 케이싱 벽을 향하는 라이너 세그먼트의 표면에 접촉하게 된다. 제 2 구성 요소는 두 개의 회선상의 부분을 가지며, 이들 부분은 라이너 세그먼트의 표면에 접촉하는 제 1 구성요소의 측면의 반대쪽 측면에 부착된다. 그 두 부분 각각은 제 1 구성 요소와 라이너 세그먼트의 표면으로부터 연소실 케이싱 벽으로 신장된다. 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소의 두 부분은 연소기 케이싱 벽과 함께 공간을 형성하는데, 냉각 매체는 상기 회선상 부분에 배열된 냉각 구멍들을 통해 들어와서 상기 공간을 통과하여 제 1 구성 요소의 냉각 구멍들을 통해 빠져나간다.

본 발명에 따른 시일은 가스 터빈과 플랫폼이 배열된 터빈 케이싱에 있는 고온 가스 공간의 시일링을 위해 고정 블레이드의 플랫폼에 있는 홈에도 적절히 적용될 수 있다.

도 1 은 연소실 벽의 내부 원주 주위에 배열된 가스 터빈 연소실과 라이너 세그먼트의 단면을 도시한다.

도 2 는 두 라이너 세그먼트 사이에 배열된 본 발명에 따른 시일을 가진 두 인접한 라이너 세그먼트를 상세하게 도시한다.

도 3 은 도 1 및 도 2 의 본 발명에 따른 시일의 사시도이다.

도 4 는 아치 형태의 제 1 구성 요소와 그 아치의 내측 끝부분들 사이에 위치된 제 2 구성 요소를 가진 본 발명에 따른 시일을 도시한다.

도 5 는 본 발명에 따른 시일이 홈에 적용되는 고정 블레이드 플랫폼을 도시한다.

도 6a 와 6b 는 가스 터빈 블레이드 플랫폼의 홈에 적용되는 본 발명에 따른 시일의 제 1 및 제 2 변형예를 각각 도시한다.

본 발명에 따른 시일은 두 구성 요소 사이의 시일링에 적용될 수 있고, 이들 구성 요소 중 하나는 고온에, 예를 들면 가스 터빈용 연소실에서 1400 ℃ 까지의 고온에 노출된다. 이와 같은 시일의 다른 적용예로서 우주 항공 산업에서 예를 들어, 노즐 시일을 들 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에 따른 단면은 도 1 에서 도시된다. 본 발명에 따른 시일 (1) 은 가스 터빈의 연소기에 적용될 수 있다. 원형의 단면을 가진 연소기 케이싱 벽 (3) 은 연소실 (2) 을 둘러싼다. 연소기 케이싱 벽 (3) 은 원주 방향으로 배열된 일련의 라이너 세그먼트 (4) 로 라이닝되어 있고, 그 라이너 세그먼트는 연소실 (2) 내에 있는 가스의 고온으로부터 연소기 케이싱 벽 (3) 을 보호한다. 온도는 약 1400 ℃ 까지 이르게 된다. 본 시일은 다른 형상을 가진 연소기, 예를 들면 환상 연소기에도 적용될 수 있다.

라이너 세그먼트 (4) 는 연소기 케이싱 벽의 곡률에 따라 약간 굽은 형태를 가진다. 연소기 벽에 쉽게 부착되기 위해, 각 세그먼트 (4) 의 각 측부에는 벽면 (3) 을 향하는 쪽에 홈이 형성되어 있다. 클램프 스트립 (clamp strip) (6) 이 상기 홈들 각각에 배열되고 라이너 세그먼트와 접촉한 상태에서 볼트 (20) 에 의해 연소기 벽 (3) 에 부착된다.

라이너 세그먼트 (4) 는 연소실 벽 (3) 을 보호하기 위해 내열성 재료로 제조된다. 더 큰 열 보호를 위해 연소실 벽은 공기나 스팀 같은 냉각 매체에 의해 추가적으로 냉각되고, 공기나 스팀은 압축기로부터 인출되고/되거나 외부에서 공급되어 연소실 벽 (3) 과 라이너 세그먼트 (4) 사이에 이르게 된다. 고온 가스가 서로 인접한 라이너 부분 사이의 주어진 폭의 간극을 통해 연소실 벽에 이르지 못하게 하기 위해, 시일 (1) 은 인접한 라이너 세그먼트 (4) 사이에 배열되고 연소실의 길이를 따라 소정 길이에 걸쳐 (도면에서 나오는 방향으로) 형성된다. 시일 (1) 은 냉각에 필요한 유량을 최소화하기 위해 냉각 유체의 유동과 양을 제어한다.

도 2 는 인접한 라이너 세그먼트 (4) 사이에 놓인 시일 (1) 을 확대하여 상세히 도시한다. 시일의 중심부 (7) 나 제 1 구성 요소 (1) 는 연소기 케이싱 벽 (3) 을 향하고 있는 라이너 세그먼트 (4) 의 표면 (8) 에 접촉하고 있다. 상기 시일의 제 2 구성 요소 (탄성 부분 (9)) 의 두 부분은 연소기 케이싱 벽 (3) 의 표면 (10) 에 접촉하고 있다. 탄성 부분 (9) 은 각각 라이너 세그먼트 (4) 와 케이싱 벽 (3) 의 표면 (8 과 10) 에 대한 시일링 접촉을 제공하여, 시일링된 공간 (11) 이 시일 (1) 과 연소기 케이싱 벽 (3) 사이에 형성된다. 압축기로부터 인출된 냉각 공기가 라이너 세그먼트 (4) 와 연소기 케이싱 벽 (3) 사이 공간 (17) 으로부터 화살표 (12) 방향을 따라 클램프 스트립 (6) 에 형성된 채널 (13) 을 통과하게 된다. (클램프 스트립 (6) 은 볼트 (20) 에 의해 연소기 벽에 고정된다.) 냉각 공기는 채널 (13) 을 통과하여 시일 (1) 의 클램프 스트립 (6) 과 탄성 부분 (9) 사이의 공간 (14) 에 도달한다. 거기서부터 냉각 공기는 회선상의 탄성 부분 (9) 의 평면 부분에 있는 냉각 구멍 (15) 들을 통과하여 시일 내부 공간 (11) 에 이르게 되어, 내부로부터 시일을 대류로 냉각시키고 시일 (1) 의 중심부에 있는 배출 구멍 (16) 을 통해 결국 연소실 (2) 로 배출된다.

라이너 세그먼트를 위한 재료는 연소실 내부에서 1400 ℃ 까지의 전형적인 온도를 견딜 수 있도록 선택된다. 시일 (1) 의 중심부 (7) 는 약 1100 ℃ 의 온도에 노출된다. 시일의 탄성 부분 (9) 은 시일이 그 자체로 고온 가스와 냉각 유체를 분리시키는 열 차폐 효과로 인해 더 낮은 온도에 노출된다. 공간 (11) 내부의 온도는 400 ℃ ~ 600 ℃ 이다. 연소실 벽 (3) 과 라이너 세그먼트 (4) 사이의 공간 (17) 에서, 온도는 대략 550 ℃ 가 될 수 있다. 압력차때문에 냉각 공기는 공간 (14) 으로부터 공간 (17) 에 이르지 못한다.

시일의 주 기능은 공기를 공간 (14) 으로부터 직접 연소실 (2) 에 이르지 못하게 하고 대신에 공간 (11) 으로 흐르게 하는 것이다. 그럼으로써, 필요한 냉각용 공기의 양이 줄어들게 된다. 이와 같은 시일링은 연소기의 특정 작동점에서 연소실에 진동이 발생할 경우 특히 더 어렵다. 연소실 벽 (10) 과 라이너 세그먼트의 표면 (8) 사이의 공칭 거리는 수밀리미터 범위이다. 저사이클 피로 (low cycle fatigue) 에 의한 움직임으로 인해 공칭 거리의 변동이 25 % 가 될 수 있고, 반면에 진동에 의한 움직임에 의해서는 공칭 거리의 변동이 7 % 까지 될 수 있다. 그러므로, 탄성 부분 (9) 은 이들이 노출되는 온도에서 오랜 시간 동안 탄성력을 유지할 수 있는 최적의 능력을 가지고 있는 것이 중요하다. 다른 한편으로, 진동으로 인해 라이너 세그먼트 (4) 의 표면 (8) 에 대한 시일링 지점에서 광범위한 마모가 발생하기 때문에 중심부 (7) 는 높은 내마모성뿐만 아니라 높은 내열성을 가져야 한다. 이런 이유 때문에, 탄성 부분은 약 630 ℃ 까지의 온도에서도 높은 탄성력을 유지할 수 있는 재료로 제조된다. 중심부 (7) 는 고내마모성 재료 뿐 아니라 고내열성 재료로 제조되지만 높은 탄성력 유지성을 반드시 제공하지는 않는다.

바람직하게, 중심부 (7) 는 얼티멧^TM (Ultimet^TM)과 같은 코발트-니켈 합금으로 제조된다. 그밖에 가능한 재료는 Haynes 25 , PM1000^TM , PM2000^TM , PK33^TM , Rene 41^TM 의 형태이다.

이와 같은 재료는 내열 또는 내산화성 뿐 아니라 내마모성도 우수하기 때문에, 제 1 구성 요소에 보호 코팅을 제공해야할 필요는 없다. 바람직하게 탄성 부분 (9) 은 630 ℃ 까지 우수한 탄성력 유지성을 가진 것으로 알려진 인코넬 718 이나 니켈-크로뮴 합금으로 제조된다.

선택 사항으로 제 1 구성 요소는 수명이 증가하도록 내마모성 코팅재로 코팅될 수 있다.

다른 선택 사항으로, 시일의 제 1 구성 요소는 연소실 내의 산화성 매체에 대한 저항성이 더욱 증가하도록 내산화 코팅재로 또한 코팅될 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 시일 (1) 의 일부분을 도시한다. 이 시일은 연소실 벽의 길이를 따라 신장될 수 있다. 상기 시일의 제 1 구성 요소 또는 중심부 (7) 는 시일의 제 2 구성 요소의 두 부분 (9) 과의 접촉선에 평행한 중심선을 따라 대칭인 각도진 통 (angled trough) 과 유사한 횡단면 형상을 가진다. 이러한 형상은 시일 그리고/또는 시일과 접촉하는 주위 구성 요소의 진동이나 열팽창으로 인해 변형이 가능하다는 이점이 있다. 대안적으로 상기 통 형상은 곡면으로 될 수 있다. 변형예로 치수나 진동의 잠재적 변화가 덜 심하다면 중심부는 또한 평면 형상일 수 있다. 중심부 (7) 는 냉각 공기가 연소실 (2) 로 갈 수 있도록 중심선을 따라 일렬로 배열된 배출 구멍 (16) 들을 가진다.

회선상의 탄성 부분 (9) 은 3 개 이상의 회선부 (convolution) 를 가지고 있고, 냉각 구멍 (15) 들은 기계적인 하중을 받지 않는 회선부의 평면 부분에 적절히 위치해 있다.

제 1 부분 (7) 과 탄성 부분 (9) 의 두 다른 재료들은 펄스성 텅스텐 비활성 기체 (TIG) 용접부 (18) 에 의해 결합된다. 이런 종류의 용접으로 얼티멧과 인코넬 718 사이의 전이 금속으로서 상기 결합에 특히 적합한 초합금이 얻어진다. 시일의 두 측면을 따라 용접부 (18) 가 배치되면, 중심부 (7) 의 중심선에서의 온 도보다 더 낮은 온도에 노출될 수 있다는 장점이 있다. 그러므로, 열팽창에 의해 발생되어 용접부에 가해지는 힘이 작게 된다.

선택적으로, 시일의 제 1 및 제 2 구성 요소는 레이저 용접에 의해 서로 결합될 수 있다.

도 4 는 도 1 에 도시된 것과 같은 형태의 연소기 라이너 세그먼트 (4) 의 단면을 도시하며, 상기 연소기 라이너 세그먼트 (4) 는 연소기 케이싱 벽의 내부 원주를 따라 배열된다. 또 이 라이너 세그먼트는 클램프 스트립 (6) 으로 연소실 벽 (3) 에 고정된다. 도 4 는 특히 연소기 분할선의 축방향 끝부분에 위치해 있는 라이너 세그먼트 (4) 를 도시한다. 시일 (1') 이 라이너 세그먼트의 표면 (8) 과 연소기 벽 (3) 의 표면 (10) 사이에 놓여진다. 시일 (1') 의 주기능은 라이너 세그먼트 (4) 사이와 클램프 스트립 (6) 에 있는 채널 (13) 을 통해 화살표 (22) 의 방향으로 흐르는 냉각 유체로부터 고온 가스를 포함하는 연소실의 공간 (2) 을 분리하는 것이다. 시일 (1') 은 아치 형태의 제 1 구성 요소 (21) 와 탄성력을 가진 제 2 구성 요소 (9') 를 포함한다. 아치형 구성 요소 (21) 의 바깥쪽 끝부분은 표면 (8, 10) 에 접촉하고, 탄성 구성 요소 (9') 는 아치형 구성 요소 (21) 의 내측 끝부분 사이에 있다. 탄성 구성 요소 (9') 는 3 개의 회선부 (도 1 ~ 도 3 의 시일 (1) 의 탄성 구성 요소 (9) 의 것과 유사함) 를 포함한다. 제 2 구성 요소 (9') 의 탄성력은 1 구성 요소 (21) 와, 라이너 세그먼트 (4) 와 연소기 벽 (10) 각각의 표면 (8, 10) 사이의 시일링을 위한 양호한 예압 접촉을 제공한다. 스프링 요소는 회선부의 평면 부분에 적절히 위치하는 냉각 배 출 구멍 (15) 을 포함할 수 있으며, 특히 진동과 저사이클 피로 운동 때문에 두 표면 (8, 10) 사이의 거리가 변화하는 경우에도 실링 접촉이 제공된다. 제 1 구성 요소 (21) 는 높은 내열, 내산화, 내마모성을 가진 재료로 구성되며, 제 2 구성 요소 (9') 는 높은 탄성 유지성을 가진 재료로 구성된다. 이러한 적합한 재료들은 도 1 ~ 도 3 의 시일 (1) 의 구성 요소 (7, 9) 와 관련하여 설명한 재료와 동일하다.

도 5 는 고정 블레이드 (31) 를 가진 터빈 케이싱 (미도시) 에 블레이드 열에 배열된 고정 블레이드를 위한 두 개의 플랫폼 (30) 을 도시한다. 이 블레이드 플램폼 (30) 은 작은 틈 (32) 에 의해 분리되고, 방해받지 않을 경우 그 작은 틈을 통해 고온 가스가 흐를 수 있게 된다. 블레이드 플랫폼 (30) 은 인접한 블레이드 플랫폼과 대향하는 면에서 홈 (33) 을 갖는데, 이 홈은 그 면 길이의 대부분에 걸쳐 형성되며 본 경우에는 곡선 형태로 된 부분도 있다.

도 6a 는 도 5 에서 IV-IV 선을 따라 취한 플랫폼의 단면을 도시하고, 특히 서로 마주보고 있는 인접 플랫폼 (30) 각각의 홈 (33) 을 도시한다. 본 발명에 따른 시일 (34) 이 홈 (33) 안에 위치하고 틈 (32) 을 가로질러 형성되어, 시일 (34) 의 다른 쪽에 있는 케이싱으로부터 터빈의 고온 가스 공간 (35) 을 시일링한다. 제 1 변형예에서 상기 시일 (34) 은 도 2 의 시일과 유사한 방식으로 구성되어, 실질적으로 평면인 제 1 구성 요소 (36) 와 여러 개의 회선부를 가지는 제 2 구성 요소 (37) 를 갖고 있다. 제 1 구성 요소 (36) 는 냉각 유동 (39) 이 흐를 수 있는 냉각 구멍 (38) 을 포함한다.

도 6b 는 블레이드 플랫폼 (30) 의 홈 (33) 에 위치한 시일 (40) 의 제 2 변형예를 도시한다. 제 1 구성 요소 (41) 는 도 6a 에서와 비슷한 형상이고, 제 2 구성 요소 (42) 는 과도하게 연장된 "u" 형으로 된 하나의 회선부만 포함한다. 이 변형예는 냉각 구멍을 전혀 포함하지 않는다.

원래, 도시된 모든 시일은 터빈 안의 위치와 그 위치에서의 냉각 필요에 따라 냉각 구멍들을 포함하거나 냉각 구멍들을 포함하지 않을 수 있다.

선택 사항으로서, 전술한 모든 시일의 경우 제 1 구성 요소는 수명이 증가되도록 내마모성 코팅재로 코팅될 수 있다.

다른 선택 사항으로서, 상기 시일들의 제 1 구성 요소는 연소실이나 가스 터빈 내의 산화성 매체에 대한 저항성이 증가되도록 내산화 코팅재로 또한 코팅될 수 있다.

Claims

제 1 및 제 2 대향 단부를 갖는 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 및

상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 에 부착된 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 를 포함하는 시일에 있어서,

상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 는 제 1 평면측, 상기 제 1 평면측에 대향하는 제 2 평면측을 갖는 평면 형상을 포함하고, 내열성, 내산화성, 그리고 내마모성을 가진 제 1 재료로 구성되며,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 는 상기 제 1 재료와는 다른 제 2 재료로 구성되고, 탄성력 유지성을 가지며,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 는 하나 또는 그 이상의 회선부 (convolution) 를 포함하고,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 는 제 1 부분에서 상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 의 상기 제 1 평면측 상의 제 1 단부에 부착되고, 상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 는 제 1 부분에서 평면 구성 요소의 제 1 단부로부터 멀어지게 신장하며,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 는 제 2 부분에서 상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 의 상기 제 1 평면측 상의 제 2 단부에 부착되고, 상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 는 제 2 부분에서 평면 구성 요소의 제 2 단부로부터 멀어지게 신장하는 것을 특징으로 하는 시일.
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제 1 항에 있어서,

상기 제 1 재료가 코발트-니켈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일.
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제 4 항에 있어서,

상기 제 1 재료가 니켈 또는 코발트 계 초합금인 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 재료가 석출 경화 니켈-크로뮴 합금 (precipitation-hardened nickel-chromium alloy) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일.
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제 1 항에 있어서,

상기 제 2 구성 요소 (42) 가 "u" 자 형상인 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37) 가 3 개 이상의 회선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 의 두께에 대한 상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 의 두께의 비가 0.5 ~ 5 인 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 시일의 상기 제 1 구성 요소 (7, 36) 또는 상기 제 1 구성 요소 (7, 36) 와 상기 제 2 구성 요소 (9, 37) 모두가 다수의 냉각 구멍 (15, 16, 38) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일.
제 13 항에 있어서,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37) 의 냉각 구멍 (15) 이 상기 회선부의 평면 부분에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 가 대칭의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 시일.
제 15 항에 있어서,

본질적으로 평면 형상을 가진 상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 가 평면 형상 부분의 중심부에서 홈통 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 가 텅스텐 비활성 가스 용접부 (18) 에 의해 상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 구성 요소 (9, 37, 42) 가 레이저 용접에 의해 상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 구성 요소가 추가적으로 내마모성 코팅재로 코팅된 것을 특징으로 하는 시일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 구성 요소 (7, 36, 41) 가 추가적으로 내산화성 코팅재로 코팅된 것을 특징으로 하는 시일.
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