KR101338835B1 - 증기 터빈용 혼성 블레이드 - Google Patents

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스티븐 세바스찬 버드긱
웬디 웬-링 린
아덱보예가 마킨드
크리스토프 레너드
아미타브 반살
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

혼성 블레이드 내의 충전물로서 탄소 섬유 복합물(144, 244, 344)의 결함을 처리하기 위해, 유리질 복합물층(146, 246, 346)이 블레이드의 금속성 본체와 탄소 섬유 수지 충전물 사이의 베리어층으로서 제공된다. 또한, 유리질 복합물층은 상기 탄소 섬유 복합물과 블레이드의 본체(강) 사이의 열 팽창에 있어서의 구배를 제공하여 계면 잔류 응력을 감소시킨다.

Description

증기 터빈용 혼성 블레이드{HYBRID BLADE FOR A STEAM TURBINE}
도 1은 이중-유동 저압 터빈의 개략도,
도 2는 부분적으로 완성된 혼성 블레이드의 개략도,
도 3은 복수의 터빈 블레이드가 장착된 터빈 휠의 개략적인 측면도,
도 4는 도 2의 4-4 라인을 따른 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리질 베리어를 갖는 혼성 블레이드를 도시하는 도 4와 유사한 단면도,
도 6은 볼록측 상에 창을 포함하는 유리질 베리어를 갖는 혼성 블레이드를 묘사하는 도 5와 유사한 단면도,
도 7은 관통 창에 배치되는 충전물 재료를 갖는 본 발명의 추가 실시예의 단면도
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
124: 블레이드 130: 포켓
134: 에어포일 본체 144: 탄소 섬유 복합물
146: 유리질 섬유층 148: 유리질 복합물층
본 발명은 일반적으로 가스 및 증기 터빈에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 상이한 재료로 이루어지는 2개 이상의 구성요소로 구성되는 증기 터빈 블레이드에 관한 것이다.
증기 터빈 블레이드는 높은 원심 부하 및 진동 응력에 종속되는 환경에서 작동한다. 블레이드 고유 진동수가 운동 속도 또는 다른 일시적인 진동수(상류측 버킷 또는 노즐 카운트, 또는 다른 주요한 per/rev 특성)와 공조될 때, 진동 응력은 증가한다. 블레이드가 공진으로 진동할 때, 진동 응력의 크기는 시스템 내에 존재하는 댐핑(댐핑은 진동 자극 레벨뿐만 아니라, 재료, 공기역학적 및 기계적 구성요소로 이루어짐)의 양에 비례한다. 연속적으로 연결된 블레이드에 대해, 진동의 진동수는 일렬의 전체 블레이드 시스템의 함수이고, 반드시 상기 열 내의 각각의 블레이드의 함수일 필요는 없다.
또한, 터빈 버킷 또는 블레이드에 대해, 원심 하중은 작동 속도, 블레이드의 질량 및 상기 질량이 위치되는 엔진 중심선으로부터의 반경의 함수이다. 블레이드의 질량이 증가함에 따라, 하부의 반경 방향 높이에서, 소정의 물질에 대한 허용가능한 응력을 초과하지 않고, 그 위에 상기 질량이 지지될 수 있도록, 물리적 영역 또는 단면적이 증가해야 한다. 하부 스팬에서 이와 같이 블레이드의 증가된 영역은 말단에서의 과도한 유동 차폐를 유발하고, 이에 따라 성능 저하를 가져온다. 블레이드의 중량은 더 큰 디스크 응력에 기여하고, 이에 따라 잠재적으로 신뢰도를 떨어뜨린다.
선행하는 일부 미국 특허/출원은 금속 및 중합체 충전물 재료의 결합체로서 에어포일을 구성함으로써, 에어포일의 중량이 감소되는 소위, "혼성(hybrid)" 블레이드 디자인에 관한 것이다. 특히, 하나 이상의 포켓이 에어포일부에 형성되고, 상기 폴리머 충전물 재료 내에 충전된다. 이러한 선행 특허/출원으로는 미국 특허 제 6,854,959 호, 제 6,364,616 호, 제 6,139,278 호, 제 6,042,338 호, 제 5,931,641 호 및 제 5,720,597 호; 2004년 7월 28일 출원된 출원 제 10/900,222 호 및 2004년 8월 7일 출원된 출원 제 10/913,407 호가 포함되며, 이들은 본원에 참조된다.
본 발명은 복합물 충전물을 수용하는 관통벽 창 또는 요홈부 포켓을 갖는 금속성 버킷(또는 블레이드)을 제공한다. 일 실시예에서, 복합물 충전물은 탄소 섬유 복합물이다. 또한, 일 실시예에서, 유리질 섬유(직물) 베리어 인터페이스는 탄소 복합물과 금속성 블레이드 사이에 제공된다.
따라서, 본 발명은, 작동 온도 범위, 설계 회전 속도, 블레이드 루트부(root), 블레이드 상단부 및 상기 블레이드 상단부를 향하여 외측 방향으로, 그리고 상기 블레이드 루트부를 향하여 내측 방향으로 연장하는 반경 방향 축선을 가지는 에어포일부를 포함하는 증기 터빈 블레이드에 있어서, 상기 에어포일부는, (1) 본질적으로 금속으로 구성되고, 제 1 질량 밀도를 가지며, 대체로 상기 블레이드 루트부로부터 대체로 상기 블레이드 상단부로 반경 방향으로 연장하는 금속 섹션과, (2) 상기 제 1 질량 밀도보다 작은 제 2 질량 밀도를 갖는 적어도 하나의 섬유 복합물 부분으로 이루어지며, 상기 섬유 복합물 부분은 탄소 섬유 복합물 및 상기 탄소 섬유 복합물과 상기 금속 섹션 사이에 개재되는 유리질 베리어층으로 이루어지는 증기 터빈 블레이드로 실현된다.
또한, 본 발명은 하기의 회전식 구성요소로부터 연장하는 복수의 블레이드를 구비하는 회전식 구성요소를 가지며, 상기 복수의 블레이드는, 제 1 블레이드 그룹을 형성하며, 각각이 제 1 공진 진동수를 갖는 적어도 하나의 제 1 블레이드 유형과, 제 2 블레이드 그룹을 형성하며, 각각이 상기 제 1 공진 진동수와 상이한 제 2 공진 진동수를 갖는 적어도 하나의 블레이드 유형을 포함하며, 상기 제 1 블레이드 유형은, 작동 온도 범위, 설계 회전 속도, 블레이드 루트부(root), 블레이드 상단부 및 상기 블레이드 상단부를 향하여 외측 방향으로, 그리고 상기 블레이드 루트부를 향하여 내측 방향으로 연장하는 반경 방향 축선을 가지는 에어포일부를 포함하며, 상기 에어포일부는, (1) 본질적으로 금속으로 구성되고, 제 1 질량 밀도를 가지며, 대체로 상기 블레이드 루트부로부터 대체로 상기 블레이드 상단부로 반경 방향으로 연장하는 금속 섹션과, (2) 상기 제 1 질량 밀도보다 작은 제 2 질량 밀도를 갖는 적어도 하나의 섬유 복합물 부분으로 이루어지며, 상기 섬유 복합물 부분은 탄소 섬유 복합물 및 상기 탄소 섬유 복합물과 상기 금속 섹션 사이에 개재되는 유리질 베리어층으로 이루어지는 증기 터빈 블레이드로 실현된다.
또한, 본 발명은 a) 증기 터빈 블레이드 섕크부와, b) 상기 섕크부에 부착되고, 압력측 및 흡입측을 가지며, 상기 압력측 및 흡입측 중 적어도 하나는 빈 공간 체적을 갖는 적어도 하나의 홈을 포함하는 증기 터빈 블레이드 금속성 에어포일부와, c) 상기 적어도 하나의 홈 내에 배치되어 사이 홈에 결합되며, 일반적으로 상기 빈 공간 체적을 완전하게 충전하는 충전물 재료를 포함하며, 상기 충전물 재료는 대체적으로 상기 금속성 에어포일부의 평균 질량 밀도보다 낮은 평균 질량 밀도를 가지며, 또한 상기 충전물 재료는 탄소 섬유 복합물 및 상기 탄소 섬유 복합물과 상기 금속성 에어포일부 사이에 개재되는 유리질 베리어 층으로 구성되는 증기 터빈 블레이드로 실현된다.
도 1은 터빈 케이싱(12), 회전자(14) 및 도면부호 "16" 및 "18"로 표시된 2개의 터빈부 내의 복수의 휠을 포함하는 이중-유동 저압 터빈(double-flow, low perssure turbine; 10)의 개략도이다. 점선의 동그라미로 표시된 영역(20, 22)은 부분 부하 상태 동안, 가장 많은 풍손 가열(windage heating)을 겪는 것으로 나타난 최종 스테이지 블레이드의 반경 방향 최외각 영역을 도시한다.
도 2는 본 발명이 실현될 수 있는 증기 터빈 블레이드(24)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한다. 증기 터빈 블레이드는 섕크부(26) 및 에어포일부(28)를 포함한다. 에어포일부는 작동 온도 범위, 설계 회전 속도, 상기 섕크부에 부착된 블레이드 루트부, 블레이드 상단부 및 상기 블레이드 상단부를 향해 외측 방향으로, 그리고 상기 블레이드 루트부를 향해 내측 방향으로 연장하는 반경 방향 축선을 갖는다. 섕크부는 통상적으로 상기 블레이드를 회전자 디스크(도 3)에 부착하기 위한 도브테일 및 증기 유동을 반경 방향으로 수용하는 것을 보조하기 위한 블레이드 플랫폼을 포함한다. 에어포일부는 선단 에지 및 후단 에지를 가지며, 일반적으로 선단 에지로부터 후단 에지로의 증기 유동 방향을 갖는다. 또한, 에어포일은 압력측과 흡입(볼록)측을 갖는다. 도시된 실시예에서, 반경 방향 내측 및 외측 포켓(30, 32)은 상대적으로 넓은 웨브(web) 또는 리브(rib) 및 중앙부 댐퍼(36)에 의해 분리되어, 에어포일부(28)의 압력측 상에 형성된다. 더 많은 개수의(또는 더 적은 개수의) 포켓이 블레이드 디자인에 포함될 수 있다. 도 3은 이하 더 설명되는 바와 같이, 터빈 회전자 휠(42) 상에 장착되는 일렬의 혼성 블레이드(24)를 개략적으로 도시한다.
에어포일은 본질적으로 금속으로 구성되는 본체 또는 주요부(34)를 포함한다. 이와 관련하여, "금속"이라는 용어는 "합금"을 포함하지만, 본 발명을 설명하기 위해, "금속성 폼(metallic foam)"을 의미하도록 간주되지는 않는다. 본원에 설명된 예시적 실시예에서, 비록 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니지만, 본체는 단일 금속 섹션이다. 금속 섹션은 제 1 질량 밀도를 가지며, 일반적으로 상기 블레이드 루트부로부터 블레이드 상단부로 반경 방향으로 연장한다. 포켓 또는 홈(30, 32)은 금속이 생략되거나 제거되어 에어포일 내에 형성된다. 이와 관련하여, 블레이드의 본체 또는 금속 섹션(34)은 단조, 압출 또는 주조되며, 포켓 또는 홈(30, 32)은 예를 들어, 화학적 절삭가공, 전해가공(electrochemical machining), 워터-젯 절삭가공(water-jet milling), 방전가공(electro-discharge machining) 또는 고속 가공과 같은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
도 4는 본질적으로 금속으로 구성되지 않고, 제 1 질량 밀도와 다른 제 2 질량 밀도를 갖는 충전물 부분(filler section; 40)이 금속부의 포켓(30)에 제공되는 도 2의 혼성 블레이드의 단면도이다. 일부 적합한 충전물 구성에 대해서는, 예를 들어 미국 특허 제 6,287,080 호 및 제 5,931,641 호에 개시되는데, 상기 특허 문헌은 모두 본원에 참조된다.
필요하거나 바람직한 것으로 고려되는 경우, 포켓(32)을 충전하기 위해 배치되는 충전물 부분(38)은 포켓(30)을 충전하기 위해 사용되는 충전물 부분(40)에 비해, 상이한 특성(예를 들어, 온도 저항)을 가질 수 있다. 상이한 충전물 부분의 사용 또는 보다 특징적인 충전물 재료의 사용으로 보다 저렴한 비용의 혼성 블레이드의 개선된 온도 성능을 허용한다. 사용된 각각의 재료는 소정의 스테이지에서 블레이드의 온도 성능 요구 및 충전물 재료의 온도 특성에 근거하여 블레이드 상의 특정 위치에 대해 구성될 수 있다. 블레이드 상의 한정된 위치에 보다 고가의 고온 재료를 사용하는 것은 혼성 블레이드의 디자인이 높은 풍손 상태를 겪는 이들 블레이드, 즉 최종 스테이지(들)의 영역(20, 22)에 특히 더 적합하다.
충전물 재료를 에어포일부(28)의 금속 표면에 접착하기 위한 수단으로는, 자체 접착, 충전물 재료와 에어포일부(28)의 금속 표면 사이의 접착, 접착성 결합(접착 필름 또는 페이스트) 및 용융 접합을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
혼성 포켓(또는, 블레이드) 디자인은 더 길고 더 넓은 코드 버킷(cord bucket)을 허용하는 더 가벼운 블레이드를 생성하는 여러 가지 유익한 결과를 가져온다. 그러나 통상의 혼성 블레이드는 블레이드의 강도를 높이는데 도움이 되는 포켓 내의 충분한 강성을 갖는 복합 물질을 갖지 않는다. 따라서, 종래에 있어서, 혼성 블레이드의 포켓팅의 양(깊이)은 응력 한계로 인해 제한된다. 이는 더 길고, 더 넓거나 조절된 버킷(블레이드)을 생성하는 능력을 제한한다. 종래의 혼성 블레이드 디자인의 이러한 제한을 극복하는 것은 유익할 것이다.
혼성 블레이드 내의 충전물 재료로서 탄소섬유 재료를 사용하는 것은, 상기 탄소섬유 재료가 금속성 블레이드부보다 더 높은 강성을 가질 수 있어, 상기 블레이드를 기계적으로 강하게 유지하는 한편, 블레이드의 보다 적극적인 포켓팅을 가능하게 하기 때문에 유익하다. 따라서, 강성의 탄소 복합물을 사용하는 것은 제거된 금속을 보상할 수 있기 때문에, 블레이드 외측 영역의 응력 레벨을 감소시키는데 도움이 될 것이 있다. 그러나 본 발명자들은 금속 섹션 및 탄소 복합물 사이의 인터페이스가 시간에 대한 금속 섹션의 효율 및 강도를 악화시키게 될 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 유발할 수 있다는 것을 인식하였다. 또한, 계면 응력(interfacial stress)은 0.01ppm/℉ 만큼 낮을 수 있는 탄소섬유 복합물과 예를 들어 통상적으로 7ppm/℉인 강(steel) 사이의 열 팽창에 있어서의 큰 부정합에 의해 유발된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서, 혼성 블레이드의 충전물 재료는 수지를 갖는 탄소섬유 레이업(lay-up) 및 적어도 금속성 블레이드 재료와 탄소 복합물 사이에 제공되는 유리질 섬유 인터페이스(베리어)로 구성된다. 이와 관련하여, 유리질 복 합물 층은 블레이드의 금속과 탄소 복합물 충전물 사이의 베리어로서 작용 및 이렇게 열적으로 부정합을 이룬 구성요소 사이의 계면 응력의 감소라는 이중 이익을 제공한다. 더 나아가, 유리질 복합물 내층 팽창 계수는 섬유 조각뿐만 아니라 섬유 배향을 제어함으로써, 조절될 수 있다.
따라서, 위에서 제안된 바와 같은 탄소 복합물의 사용은 더 적극적인 포켓팅을 허용하기 위해, 응력 제한을 극복하기에 충분히 강성을 띠며, 탄소 복합물과 금속성 본체 사이에 개재되는 유리질 섬유(직물) 베리어 인터페이스는 갈바닉 부식으로부터 금속을 보호하고, 계면 잔류 응력을 감소시킨다.
일부 상황에서, 탄소 및 증기 인터페이스는 탄소가 증기 환경에서 강하지 않을 수도 있기 때문에 보호될 필요가 있을 수도 있다. 이와 관련하여, 증기와 탄소가 항상 양립 가능할 수는 없다는 여러 증거가 있다. 따라서, 필요하거나 바람직한 것으로 여겨진다면, 유리질 복합물은 탄소와 증기 환경 사이의 부식 차폐물 또는 베리어로서 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 추가적이고 임의적인 실시예에 따라, 유리질 베리어층은 탄소섬유 복합물의 증기 경로 대면(들)을 위한 보호 커버층으로서 사용될 수 있다. 그러나 유리질 복합물 커버가 반드시 증기 경로 면(들) 상에 사용될 필요는 없다.
도 5는 탄소 섬유 복합물(144)로 구성되는 충전물 부분(14)이 에어포일 본체(134)에 형성된 포켓(130)에 배치되는 본 발명의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 유리질 섬유층(146)은 금속성 블레이드 본체와 탄소 섬유 복합물(144) 사이에 배치된다. 또한, 도 5는 증기 환경 및 탄소 섬유 복합물(144) 사이의 인터페이스로서 유리질 복합물층(148)의 임의 사용을 개략적으로 나타낸다. 이러한 레이업은 또한 에어포일 진동수를 "동조(tuning)"시키거나, 이하 설명하는 바와 같이 버킷을 "비-동조(mis-tuning)"시키기 위해 각각의 층 사이에 상이한 섬유 배향을 사용할 수 있다.
이하 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 블레이드의 중량을 추가로 감소시키기 위해, 포켓 또는 그 일부는 맞은편, 블레이드의 흡입측에 대한 하나 이상의 창으로서 블레이드를 통해 연장하도록 형성될 수도 있다. 따라서, 포켓 및/또는 창은 원래의 에어포일 형상을 재설정하거나 에어포일 형상을 설계하기 위해 복합물 재료로 충전된다.
따라서, 도 6의 실시예는 포켓이 얕은 포켓 부분(230)으로부터 블레이드 본체를 통해 에어포일(224)의 흡입측까지 연장하도록 형성된 창(들)(231)을 포함하는 것을 제외하고는 도 5의 실시예와 유사하다. 따라서, 본 실시예에서, 각각의 창(231)은 얕은 포켓 부분(230)의 폭보다 작은 블레이드의 폭 방향으로의 폭을 갖는다. 도시된 실시예에서, 유리질 베리어 재료(246)는 얕은 포켓 부분(230)에 한정되는 탄소 섬유 복합물(244)로 창(231) 자체를 충전한다. 창(들)(231)은 블레이드 구조체(224)의 중량을 추가로 감소시킬 뿐 아니라, 그들의 인터페이스에 탄소 섬유 복합물(244)과 금속성 블레이드 사이의 전단 응력을 감소시키는 것에 일조하는 결과를 가져온다. 도 6의 실시예는 증기 환경과 탄소 섬유 복합물(244) 사이의 인터페이스로서 유리질 복합물층(248)의 임의 사용을 개략적으로 묘사한다.
도 7은 포켓(330)이 블레이드(324)의 본체에 형성되는 창을 포함하는 본 발명의 추가 실시예를 도시한다. 따라서, 본 실시예에서, 창은 포켓의 폭에 대응하는 폭을 갖는다. 창 또는 관통 포켓(330)은 탄소 섬유 복합물(344)로 충전된다. 또한, 창의 둘레 방향으로 에어포일의 본체와 충전물 재료 사이의 교차점에서, 유리질 섬유의 베리어(346)(수지 매트릭스를 갖는)가 제공된다. 도시된 실시예에서, 유리질 베리어층은 도면부호 "348"로 강성의 탄소 섬유 복합물(344)과 증기 경로 사이에서 연장하도록 배치된다. 전술된 바와 같이, 강성의 탄소 섬유 복합물의 사용 없이, 포켓이 블레이드 벽을 완전히 관통하여 관통 포켓(330)으로서 형성되는 것은 불가능할 것이다. 따라서, 본원에 개시된 바와 같이, 유리질 인터페이스(346, 348)를 갖는 탄소 섬유 복합물(344)은 에어포일의 외측 영역 가까이에서 블레이드의 중량을 추가로 감소시키기 위해 현저한 포텐셜을 제공한다.
본 발명은 (연속하여 결합되거나 자유롭게 직립하는) 블레이드 열(row)의 공기역학적 탄성 응답을 억지하는 수단을 제공하는데, 이는 상기 열 내의 자연 진동수의 혼합-동조(mixed-tuning)를 용이하게 함으로써 얻어진다. 혼합-동조는 하나의 진동수 특성을 갖는 버킷의 특정 세그먼트를 다른 진동수의 하나 이상의 그룹과 결합하는 단계를 포함할 것이다. 따라서, 상기 버킷은 시스템의 개선된 기계적 댐핑을 얻기 위해, 일렬로 선택적으로 조립된다. 바람직한 결과에 따라 블레이드의 하나 이상의 그룹이 있을 수 있다.
이와 관련하여, 포켓/창(130; 230, 231; 330) 내의 유리질 베리어 섬유(146, 148; 246, 248; 346, 348) 대 탄소 섬유 복합물(144, 244, 344)의 양을 변경함으로써, 블레이드(124, 224, 324)의 강성을 예측 가능하게 변경할 수 있다. 이는 유리질 베리어 섬유 대 탄소섬유의 층의 개수를 변경함으로써 실행될 수 있으며, 더 많은 탄소는 각각의 버킷을 강성하게 하고, 더 적은 탄소는 가요성을 더 크게 한다. 강성에 있어서 이러한 변경은 통상적으로, 자연 진동수에 있어서의 변경과 상호관련 있다. 다양한 진동수 특성(강성)을 갖는 버킷은 버킷 그룹의 자연 진동수를 변경하기 위해 결합될 수 있다. 따라서, 복수의 블레이드가 제공될 수도 있으며, 각각의 블레이드는 동일한 공기역학적 형상 및 외부적인 형상을 가지며, 적어도 2개의 분별되는 블레이드 그룹을 생성하도록 상이한 충전물 부분을 갖고, 상기 블레이드 그룹 중 하나는 높은 강도 또는 강성의 재료를 사용할 수 있는 반면, 다른 그룹은 낮은 강성 또는 높은 댐핑 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 개념을 사용하여, 블레이드의 2개 이상의 개수는 목적하는 바에 따라 제조될 수도 있으며, 블레이드 디자인의 공기 역학적 특성에 악영향 없이, 진동에 동기 및 비동기하는 시스템 응답을 댐핑하는 수단으로서 자연 진동수에 있어서 그 고유한 차이를 이용하기 위해 논리적으로 조립될 수도 있다.
따라서, 전술된 블레이드(124, 224, 324)는 도 3에 도시된 바와 같이, 증기 터빈 회전자 휠 상의 블레이드 열을 형성하기 위해 사용될 수도 있다. 특히, 그룹(A, B)은 A 그룹의 블레이드가 B 그룹의 블레이드에 항상 인접하도록, 예를 들어, ABAB... 형태로 미리 결정된 것으로 터빈 휠 상에 조립될 수도 있다. 이러한 방식으로, 블레이드의 2개(또는 그 이상) 개수는 목적에 따라 제조될 수 있으며, 블레이드 디자인의 공기역학적 특성에 악영향 없이, 진동에 동기 및 비동기 하도록 시스템 응답을 감소하는 수단으로서 공진 진동수에 있어서의 고유의 차이를 사용하 기 위해 논리적으로 조립될 수도 있다. 더 나아가, 자연 진동수가 2개의 "per-rev" 조건(예를 들어, 4 per rev 및 5 per rev 스플릿) 사이에 동등하게 배치되는 하나의 블레이드 그룹을 설계하기 위해, 그리고 다른 "per-rev" 자극(예를 들어, 3 per rev 및 4 per rev 스플릿) 주위에 동등하게 배치되도록 하기 위해, 상이한 충전물 부분을 갖는 다른 블레이드 그룹을 설계하기 위한 포텐셜이 존재한다.
다시 요구되는 진동수 특성을 얻기 위해, 블레이드 그룹 분포의 패턴을 변경하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, AABBAA... 또는 AABAAB 패턴 역시 적용될 수 있다. 도식화된 구성은 보다 댐핑된 블레이드 열 또는 세트를 생성하기 위해 각각의 블레이드 그룹 내의 블레이드의 다양한 댐핑 응답을 통해 블레이드 세트의 혼합-튜닝을 야기한다. 또한, 이는 각각의 블레이드의 진동수를 변환시켜, 혼합된 조절 개념의 훨씬 큰 이점을 가져온다.
본 발명은 보다 실용적이고 바람직한 실시예로 간주되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고, 오히려 첨부된 특허청구범위의 취지 및 범위 내에 포함되는 여러 변형예 및 동등 배열체를 포함하려는 함이라는 것을 이해해야 한다.
본원 발명은 유리질 복합물층을 포함하여, 탄소 섬유 복합물과 블레이드의 본체 사이의 열 팽창에 있어서의 구배를 제공하여 계면 잔류 응력을 감소시키는 증기 터빈 블레이드를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 증기 터빈 블레이드에 있어서,
    작동 온도 범위, 설계 회전 속도, 블레이드 루트부(root), 블레이드 상단부, 및 상기 블레이드 상단부를 향하여 외측 방향으로 그리고 상기 블레이드 루트부를 향하여 내측 방향으로 연장하는 반경 방향 축선을 갖는 에어포일부를 포함하고,
    상기 에어포일부는,
    (1) 금속으로 구성되고, 제 1 질량 밀도를 가지며, 상기 블레이드 루트부로부터 상기 블레이드 상단부로 반경 방향으로 연장하는 금속 섹션(134)과,
    (2) 상기 제 1 질량 밀도보다 작은 제 2 질량 밀도를 갖는 적어도 하나의 섬유 복합물 섹션으로 이루어지며,
    상기 섬유 복합물 섹션은 탄소 섬유 복합물(144, 244, 344)과, 상기 탄소 섬유 복합물과 상기 금속 섹션 사이에 개재되는 유리질 베리어층(146, 246, 346)으로 이루어지는
    증기 터빈 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리질 베리어층은 상기 금속 섹션과 상기 탄소 섬유 복합물 사이에 수지를 갖는 유리질 섬유층을 포함하는
    증기 터빈 블레이드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 복합물 섹션은 상기 금속 섹션의 압력측에 형성되는 포켓(130, 230, 330) 내에 배치되는
    증기 터빈 블레이드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포켓은, 상기 금속 섹션을 통해, 상기 금속 섹션의 볼록한 흡입측까지 형성된 적어도 하나의 창(231, 330)을 포함하는
    증기 터빈 블레이드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 포켓은 얕은 포켓 부분(230)을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 창(231)은 상기 얕은 포켓 부분의 기저부로부터 상기 흡입측까지 연장하는
    증기 터빈 블레이드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유리질 베리어층(246)은 상기 적어도 하나의 창(231)을 충전하도록 배치되는
    증기 터빈 블레이드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 복합물 재료의 증기 경로 대향면 위에 놓여 상기 대향면을 덮는 유리질 베리어층(148, 248, 348)을 더 포함하는
    증기 터빈 블레이드.
  8. 회전식 구성요소를 구비하며, 이 회전식 구성요소로부터 복수의 블레이드가 연장되어 있는 가스 터빈 엔진에 있어서,
    상기 복수의 블레이드는,
    각각의 제 1 블레이드가 제 1 공진 진동수를 갖는 제 1 블레이드 그룹을 형성하는 적어도 하나의 제 1 블레이드 유형과,
    각각의 제 2 블레이드가 상기 제 1 공진 진동수와 상이한 제 2 공진 진동수를 갖는 제 2 블레이드 그룹을 형성하는 적어도 하나의 제 2 블레이드 유형을 포함하며,
    상기 제 1 블레이드 유형은 제 1 항에 기재된 블레이드로 구성되는
    가스 터빈 엔진.
  9. 제 8 항에 있어서,
    복수의 제 1 블레이드 그룹 및 복수의 제 2 블레이드 그룹을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 블레이드 그룹은 상기 회전식 구성요소 주위에 서로 인접 하여 교대로 배치되는
    가스 터빈 엔진.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 블레이드 그룹 중 적어도 하나는 단일 블레이드만을 가져, 상기 제 1 및 제 2 블레이드 그룹 중 상기 하나의 그룹의 단일 블레이드가 상기 제 1 및 제 2 블레이드 그룹 중 다른 그룹의 블레이드 사이에 배치되는
    가스 터빈 엔진.
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