KR101329892B1 - 압축기 전방 스터브 샤프트 및 터빈 압축기 샤프트 - Google Patents

압축기 전방 스터브 샤프트 및 터빈 압축기 샤프트 Download PDF

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Abstract

압축기 전방 스터브 샤프트(10)는 더브테일 슬롯(24)의 축방향으로 이격된 복수의 환상 열(12, 14, 16, 18, 20, 22)을 포함하며, 복수의 열의 적어도 제 1 열 및 제 2 열은 내마모 코팅(41)으로 부분적으로 코팅된 더브테일 슬롯을 구비한다.

Description

압축기 전방 스터브 샤프트 및 터빈 압축기 샤프트{COATED FORWARD STUB SHAFT DOVETAIL SLOT}
도 1은 종래의 압축기 전방 스터브 샤프트의 사시도,
도 2는 종래의 압축기 블레이드의 사시도,
도 3은 도 1로부터 취한 제 1 압축기 스테이지의 부분 확대 상세도로서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 더브테일 슬롯에 도포된 코팅을 도시하는 도면,
도 4는 코팅이 도포된 표면 영역을 나타내는 더브테일 슬롯의 단순화된 부분 단부도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 전방 스터브 샤프트
12, 14, 16, 18, 20, 22 : 더브테일 슬롯의 열
24 : 슬롯 26 : 제 1 스테이지 압축기 블레이드
28 : 에어포일 30 : 플랫폼
32 : 더브테일 34 : 표면
36 : 볼록형상부 38 : 홈
40 : 편평한 기부면 41 : 내마모 코팅
42 : 편평한 표면(전이면)
본 발명은 일반적으로 회전 기계 기술에 관한 것으로, 특히 로터 더브테일 슬롯에서의 압축기 블레이드의 장착에 관한 것이다.
통상적으로, 블레이드와 압축기 휠 더브테일 슬롯 사이의 압축 응력 및 마모를 감소시키기 위해서 압축기 블레이드의 더브테일 부분에 마모 코팅이 도포된다. 이러한 코팅은 블레이드 더브테일에 주로 도포되어 왔는데, 그 이유는 코팅이 그곳에 쉽게 도포되기 때문이다. 실제로, 예를 들면, 블레이드 자체를 마스킹하고, 블레이드 더브테일을 직시하여 블레이드 더브테일 상에 코팅을 분사하며, 또한 경화(curing)가 필요한 경우에는, 블레이드를 쉽게 다루어서 오븐을 통해 이동시킬 수 있다. 그러나, MoS2 등의 몇몇의 통상의 마모 코팅 및 대체로 유사한 코팅은 블레이드에 사용되는 전형적인 강 C450 합금과 친화적이지 않다. 사실상, C450 합금 재료에 도포된 코팅은 그 재료의 부식 피로 저항성을 열화시킬 수 있다.
따라서, 블레이드의 부식 피로 저항성을 위태롭게 하지 않고서 압축기 블레이드와 압축기 휠 더브테일 사이에 내마모성을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 특정 가스 터빈에 사용되는 블레이드 재료와 코팅 사이에서 나타날 수 있는 잠재적인 부식 상태를 제거할 수 없다면 최소화하기 위해서, 압축기 휠 더브테일 슬롯상에 마모 코팅을 직접 도포한다. 보다 구체적으로, 하나의 바람직한 실시예에서, 알루마자이트-ZD(Alumazite-ZD) 코팅은 상기의 문제점이 확인된 곳인 압축기 전방 스터브 샤프트의 스테이지 1 및 2에서 더브테일 슬롯에 직접 도포된다. 이것은 코팅 자체가 마모 및 압궤(crush) 응력을 줄이는 데 사용되는 통상의 코팅이고, 임의의 구성 부분의 재설계를 필요로 하지 않기 때문에 특히 이로운 해결책이다.
따라서, 하나의 양상에 있어서, 본 발명은 더브테일 홈의 축방향으로 이격된 복수의 환상 열을 포함하는 압축기 전방 스터브 샤프트에 관한 것으로, 적어도 복수의 열의 제 1 및 제 2 열은 내마모 코팅으로 부분적으로 코팅된 더브테일 슬롯을 구비한다.
다른 양상에 있어서, 본 발명은 블레이드의 적어도 하나의 환상 열을 지지하는 샤프트의 외주 둘레에 형성된 복수의 더브테일 슬롯을 구비하는 터빈 압축기 샤프트에 관한 것으로, 각각의 더브테일 슬롯은 에어포일부와, 더브테일 슬롯내에 수용되는 더브테일 장착부를 구비하는 블레이드를 지지하며, 각각의 더브테일 슬롯의 일부는 내마모 코팅으로 도포된다.
또 다른 양상에 있어서, 본 발명은 블레이드의 적어도 하나의 환상 열을 지지하는 샤프트의 외주 둘레에 형성된 복수의 더브테일 슬롯을 구비하는 터빈 압축기 샤프트에 관한 것으로, 각각의 더브테일 슬롯은 에어포일부와, 더브테일 슬롯내에 수용되는 더브테일 장착부를 구비하는 블레이드를 지지하며, 각각의 더브테일 슬롯은 실질적으로 편평한 전이면(transition surface)에 의해 연결되는 한쌍의 내측으로 돌출된 볼록형상부(tang) 및 한쌍의 외측으로 지향된 홈을 포함하며, 또한 열가소성 알루미늄 착색 코팅이 상기 전이면에 도포된다.
하기에서 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 더브테일 슬롯의 6개의 일체형 환상 열(12, 14, 16, 18, 20)이 형성된 종래의 압축기 전방 스터브 샤프트(10)를 도시하며, 각 슬롯(24)은 정합 더브테일부를 구비하는 압축기 블레이드를 지지하도록 구성된다. 블레이드의 각 열은 압축기 스터브 샤프트의 스테이지를 나타내며, 본 발명에 있어서는 첫 번째 2개의 열 또는 스테이지(12, 14)에 중점을 둔다.
통상적인 제 1 스테이지 압축기 블레이드(26)가 도 2에 도시된다. 블레이드는 에어포일(28), 플랫폼(30), 및 대응하는 더브테일 슬롯(24)(도 1)에 수용되도록 형성된 더브테일(32)을 포함한다. 과거에는, 내마모 코팅(가상선으로 대체로 도시함)이 더브테일(32)의 대향 양측상의 표면(34)(하나가 도시됨)에 도포되었다. 그러나, 이미 설명된 바와 같이, 알루마자이트 ZD 등의 특정 코팅은 블레이드(26)에 사용되는 C450 강 합금 재료에 친화적이지 않다. 결과적으로, 블레이드의 부식 및 피로 저항이 열화될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전방 스터브 샤프트(10)의 제 1 스테이지(12)가 부분적이지만 보다 상세하게 도시되어 있다. 각각의 더브테일 슬롯(24)은 편평한 기부면(40)에 의해 연결된 한쌍의 내측으로 지향된 볼록형상부(36) 및 한쌍의 외측으로 지향된 홈(38)으로 형성된다. 도 3에서의 제 1 더브테일 슬롯(24)은 내마모 코팅의 위치를 쉽게 파악할 수 있도록 슬롯의 반경방향 중심선을 통해 절단되었다는 것을 알 수 있다. 예시적인 실시예에서, 내마모 코팅은 더브테일 볼록형상부(36)의 볼록 반경과 더브테일 홈(38)의 오목 반경 사이의 전이부로써 작용하는 실질적으로 편평한 표면(42)의 전체 축방향 길이에 걸쳐 도포된다. 각각의 더브테일 슬롯(24)내에는 이러한 2개의 측방향으로 대향하는 전이면(42)이 있으며(도 4), 슬롯의 열의 전체 360° 범위에 대해 각각의 슬롯(24)이 유사하게 코팅된다는 것이 이해될 것이다.
예시적인 실시예에서, NiCrMoV 합금으로 구성된 스터브 샤프트에 대해, 열가소성 알루미늄 착색 코팅이 0.0008인치 내지 0.0018인치 사이의 두께로 도포된다. 하나의 이러한 코팅은 티오다이즈사(Tiodize Co. Inc)에 의해 제조된 알루마자이트 ZD란 이름으로 상업적으로 입수가능하다. 이러한 코팅(또는 유사한 적합 코팅)은 갈바닉 및 환경적인 산화를 방지하며, NiCrMoV 더브테일 재료와 친화적이다. 코팅은 종래의 스프레이 기술에 의해서 도포될 수 있으며, 이 기술에서는 툴링(tooling)이 더브테일 볼록형상부의 하부측에 접근하기에 적합해야 한다.
지금까지의 시험결과에 따르면, 더브테일 슬롯(24)을 코팅하는 것은 전술된 바와 같이 블레이드 더브테일(32)의 부식 피로 저항 특성의 앞서 경험한 열화를 피하기 위한 실행가능한 기술이라는 것이 확인되었다. 예를 들어, 알루마자이트 ZD-코팅된 NiCrMoV 재료는 염수 분무(salt fog)에 405시간 동안 노출된 후에, 재료를 노출시키도록 칼로 코팅을 절개한 루트(root)에서 약간의 침식이 있을 뿐, 코팅된 부분은 부식되지 않았다. 또한 마모 시험은 코팅된 NiCrMoV와 GT-450 사이에서 수행되었으며, 5000 사이클 후에 피팅(pitting)이 없고 낮은 마찰을 나타냈다.
본 발명은 현재 가장 실제적이고 바람직한 실시예로 고려되는 것에 관하여 기술되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 반대로 첨부된 청구범위의 사상 및 범위내에 포함되는 다양한 변형 및 동등물을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명은 블레이드의 부식 피로 저항성을 위태롭게 하지 않고서, 압축기 블레이드와 압축기 휠 더브테일 사이의 내마모성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 더브테일 슬롯(24)의 축방향으로 이격된 복수의 환상 열(12, 14, 16, 18, 20, 22)을 포함하는 압축기 전방 스터브 샤프트(10)에 있어서,
    상기 복수의 열의 적어도 제 1 열 및 제 2 열은 내마모 코팅(41)으로 부분적으로 코팅된 더브테일 슬롯을 구비하고, 상기 스터브 샤프트(10)는 NiCrMoV로 구성되며, 상기 내마모 코팅(41)은 열가소성 알루미늄 착색 코팅을 포함하는
    압축기 전방 스터브 샤프트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 더브테일 슬롯(24)은 편평한 기부(40)에 의해 연결된 한쌍의 외측으로 지향된 홈(38) 및 한쌍의 내측으로 돌출한 볼록형상부(36)를 포함하는
    압축기 전방 스터브 샤프트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 더브테일 슬롯(24)은 상기 한 쌍의 볼록형상부(36)와 상기 한 쌍의 홈(38) 사이에 실질적으로 편평한 전이면(42)을 더 포함하는
    압축기 전방 스터브 샤프트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내마모 코팅(41)은 상기 실질적으로 편평한 전이면(42)에만 도포되는
    압축기 전방 스터브 샤프트.
  7. 터빈 압축기 샤프트에 있어서,
    블레이드(26)의 적어도 하나의 환상 열을 지지하는 상기 샤프트의 외주 둘레에 형성된 복수의 더브테일 슬롯(24)을 포함하며, 각각의 더브테일 슬롯(24)은 에어포일부(28)와, 상기 더브테일 슬롯내에 수용되는 더브테일 장착부(32)를 구비하는 블레이드(26)를 지지하며, 각각의 더브테일 슬롯은 실질적으로 편평한 전이면(42)에 의해 연결된 한쌍의 내측으로 돌출한 볼록형상부(36) 및 한쌍의 외측으로 지향된 홈(38)을 포함하며, 또한 열가소성 알루미늄 착색 코팅이 상기 전이면에 도포되는
    터빈 압축기 샤프트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 샤프트는 NiCrMoV 합금으로 구성되며, 상기 블레이드는 C450 강 합금으로 구성되는
    터빈 압축기 샤프트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 열가소성 알루미늄 착색 코팅은 상기 실질적으로 편평한 전이면(42)에만 도포되는
    터빈 압축기 샤프트.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 샤프트는 블레이드의 적어도 3개의 환상 열을 구비하는 압축기 전방 스터브 샤프트(10)를 포함하며, 블레이드의 상기 적어도 3개의 환상 열의 적어도 제 1 열 및 제 2 열은 상기 더브테일 슬롯(24)에 장착되며, 상기 전이면(42)에 상기 내마모 코팅(41)이 도포되는
    터빈 압축기 샤프트.
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