KR101541435B1 - 비확개형 압축기 블레이드 - Google Patents

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Abstract

표 1에 따른 프로파일을 갖는 에어포일을 가지는 압축기 구성요소가 개시된다. 압축기 블레이드와 같은 압축기 구성요소는 강성을 증가시키기 위해 에어포일의 전장의 일부에 걸쳐 증가한 두께를 가진다. 또한, 에어포일은 블레이드 루트/부착부 영역에 압축 응력을 유발하기 위해 재적층되었다. 증가된 강성과 재적층된 에어포일의 조합은 압축기 구성요소의 고주기 피로 수용력을 향상시킨다.

Description

비확개형 압축기 블레이드{UNFLARED COMPRESSOR BLADE}
본 발명은 일반적으로 에어포일(airfoil)의 전연(leading edge) 영역이 겪는 진동 문제와 고응력을 처리하는 동시에 팁의 내마찰성을 증가시키는 향상된 에어포일 프로파일과, 스퀼러 팁으로 공지된 팁 기하구조를 가지는 압축기 구성요소에 관한 것이다.
에어포일을 가지는 압축기 구성요소, 예컨대 압축기 블레이드는 회전 원판이나 샤프트 내부에 유지되고, 공기 등의 통과 유체를 압축하기 위해 고속으로 회전하도록 구성된다. 압축기는 복수의 직경 체감 스테이지, 즉 블레이드의 회전 원판을 통상적으로 포함하는데, 이는 압축기 출구에서 소정의 레벨까지 각각의 스테이지의 작동 유체의 압력과 온도를 상승시킨다.
다수의 스테이지를 갖는 축류 압축기는 연료가 공기와 혼합되어 해당 혼합물이 점화될 수 있는 소정 레벨까지 공기의 압력과 온도를 증가시키기 위해 가스 터빈 엔진에 흔히 사용된다. 이어서 뜨거운 연소 가스가 터빈을 통과하여 추진 출력 또는 기계적 출력을 제공한다.
블레이드, 날개(vane) 등의 압축기 구성요소는 엔진의 유입구 가까이에 배치되며, 따라서 이물질, 분진 및 여타의 잔해에 의한 충격에 노출되는데, 이로 인해 에어포일이 특히 그 전연을 따라 침식되어 효율이 전반적으로 떨어지고 연료 소모율이 증가할 수 있다. 대개는 출력의 증대 및 엔진 세척을 위해 가스 터빈 엔진의 운전자는 압축기를 물 세척하는데, 이는 기술 분야의 기술자가 알고 있는 바와 같이 1일 1회 등의 규칙적인 시간 간격으로 압축기의 유입구에 탈염수 스트림을 분사하는 것이다. 대안으로서, 운전자는 특수 분사 노즐과 고압력 펌프를 통해 유입구에 미세 안개 액적을 분사하는 압축기의 유입구 분무 시스템(inlet fogging)을 설치하기도 했다. 이런 보강책을 사용하면 출력이 증가하긴 하지만 에어포일의 침식 또한 심해질 수 있다. 에어포일 전연의 침식이 심각한 수준이 되면 전연이 블레이드의 수명을 제한하는 요인이 될 수 있다. 또한 블레이드의 회전시 블레이드는 일련의 진동 모드를 취하게 되는데, 이는 블레이드의 기하구조에 따라서는 고응력 영역을 초래할 수 있다. 고응력 영역이 전연의 부식과 같은 여타의 수명 제한 요인과 동시에 발생하는 경우에는 블레이드의 피로 및 고장이 발생한다고 공지되어 있다. 압축기의 블레이드가 고장나면, 적어도 에어포일 부분이 압축기를 통해 하류측으로 이동하여 압축기 블레이드의 후속 스테이지와 날개를 손상하고 엔진 정지 및 대수선이 필요할 정도로 심각한 손상을 초래한다.
특허문헌 1: US 2008/0101954 특허문헌 2: US 2008/0273984
본 발명에 따르면, 블레이드 팁 가까이에 두께 감소부를 포함하여 에어포일의 전연을 따라 진동 응력을 저감하는 재정립(redefined) 에어포일 프로파일을 갖는 신규한 개량형 압축기 구성요소용 에어포일이 제공된다. 블레이드 공기역학에 미치는 영향을 최소화하면서 블레이드의 진동수를 변경하기 위해, 에어포일 기하구조가 변화하는 위치는 에어포일의 익현(chord) 길이 및 전장(span)에 걸쳐 존재한다. 에어포일은 에어포일의 전연에 인가되는 응력을 저감하도록 재적층(restack)된다. 스퀼러 팁으로 공지되어 있는, 두께 감소 섹션이 팁에 추가된 구조는 블레이드가 케이스와의 마찰에 대해 보다 강한 내성을 갖도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 부착부와, 제1 플랫폼과, 제1 플랫폼으로부터 방사상 외향 연장되는 에어포일을 가지는 압축기 구성요소가 개시된다. 에어포일은 소수점 이하 세 자리까지만 표시되는 표 1에 기재된 바와 같은 X, Y, Z 데카르트 좌표값에 실질적으로 준거하는 비코팅 프로파일을 가지는데, 여기서 Y는 에어포일이 장착되는 부착부의 제1 플랫폼으로부터 방사상으로 측정되는 거리이다.
대안 실시예에서는, 소수점 이하 세 자리까지만 표시되는 표 1에 기재된 바와 같은 X, Y, Z 데카르트 좌표값에 실질적으로 준거하는 비코팅 프로파일을 갖는 에어포일로서, Y는 인치 단위로 측정되는 거리이고 X와 Z 값은 매끄러운 연결 스플라인(spline)으로 연결되어 복수의 에어포일 섹션을 형성하고 해당 섹션이 연결되어 에어포일 프로파일을 형성하는 에어포일이 개시된다.
다른 실시예에서는, 압축기 원판과, 압축기 원판으로부터 방사상 외향 연장되는 복수의 압축기 블레이드를 포함하는 압축기가 개시된다. 압축기 블레이드는 표 1의 X, Y, Z 데카르트 좌표값에 실질적으로 준거하는 비코팅 공칭 프로파일을 각각 갖되, Y 좌표값은 압축기 블레이드의 플랫폼으로부터의 반경에 수직한 평면으로부터 수직 거리에 위치한다.
에어포일의 익현 길이와 전장을 따라 에어포일에 시행된 보강책은 인접 블레이드 사이의 목 영역(throat area)에 어떤 영향도 주지 않도록 되어있다. 따라서, 두께 증가는 대부분 에어포일의 압력측(pressure side), 즉 오목측에 시행된다. 에어포일이 코팅되지 않는 것으로 개시되어 있긴 하지만, 본 발명의 대안 실시예는 내침식성 코팅, 내부식성 코팅 또는 이들의 조합으로 적어도 부분적으로 코팅되는 에어포일을 포함할 수 있다. 이 경우 표 1에 열거된 바와 같은 에어포일의 좌표는 에어포일의 임의의 부분에 도포되는 코팅에 우선한다.
본 발명의 추가적인 장점과 특징은 일부는 하기 명세서에 개시될 것이며, 일부는 다음 내용에 대한 검토를 통해 기술분야의 기술자에게 명백히 인식되거나 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 다음과 같은 첨부도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어포일을 가지는 압축기 블레이드의 정면도이다.
도 2는 도 1의 압축기 블레이드의 측면도이다.
도 3은 도 1의 압축기 블레이드의 상면도이다.
도 4는 표 1의 데카르트 좌표에 의해 생성되는 복수의 에어포일 섹션을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 에어포일 섹션에 의해 생성되는 에어포일과 종래 기술의 에어포일을 서로 비교하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 복수의 에어포일 섹션에 종래 기술의 에어포일 섹션을 중첩시킨 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 에어포일에 종래 기술의 에어포일을 중첩시킨 다양한 단면의 확대도이다.
도 10은 에어포일의 퍼센트 전장에 대한 에어포일 두께의 변화를 도시하는 도표이다.
법정 요건을 충족하기 위해 본 발명의 요지가 본 명세서에 구체적으로 설명되어 있다. 그러나 설명 자체는 본 특허의 범위를 제한하도록 의도되지 않았다. 오히려 본 발명자는 청구된 요지가 현재 또는 미래의 다른 기술과 연계하여 상이한 구성요소, 구성요소의 조합 또는 본 문서에 설명된 것과 유사한 단계의 조합을 포함하도록 다른 방식으로 구현될 수도 있다는 것을 고려했다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 블레이드(100)가 도시되어 있다. 압축기 블레이드(100)는 루트로 지칭될 수도 있는 부착부(102)를 포함한다. 부착부(102)는 정합 프로파일을 갖는 압축기 원판(미도시)의 슬롯에 대응하도록 배향되는 하나 이상의 부착면(104)을 활용한다. 이런 결합은 원판 내부에 블레이드를 유지하여, 압축기 원판의 회전과 결부된 방사상 견인력(pulling force)으로 인해 블레이드가 방사상 외향으로 이동하는 것을 방지한다. 압축기 블레이드(100)에 있어, 부착부(102)의 상면은 블레이드 원판의 외경의 인접면과 정렬되어 압축기로 유입되는 기류를 위한 균일한 내벽면을 제공하는 플랫폼(106)으로서의 역할을 한다.
팁(112)을 갖는 에어포일(108)이 플랫폼(106)으로부터 방사상 외향으로 연장된다. 압축기 블레이드(100)에 있어, 에어포일은 견고하며 마르텐사이트 강 합금과 같은 재료로 제조된다. 에어포일은 소수점 이하 세 자리 수까지 표시되는 표 1에 기재된 바와 같은 인치 단위의 각각의 거리 Y에 대한 X와 Z 데카르트 좌표값에 실질적으로 준거하는 비코팅 프로파일을 가진다. 거리 Y는 플랫폼(106)를 통해 축방향으로 연장되는 블레이드 루트의 중앙 평면으로부터 방사상 외향으로 측정된다. X와 Z 좌표는 각각의 방사상 Y의 높이에서 성립되는 좌표평면의 원점에 대한 거리이다.
복수의 에어포일 섹션(110)은 각각의 Y 높이에서 X, Z 좌표값 사이에 매끄러운 연속 스플라인을 적용함으로써 성립된다. 각각의 에어포일 섹션(110)을 매끄럽게 연결함으로써 에어포일(108)의 프로파일이 형성된다. 에어포일(108)은 단조, 주조, 밀링 및 전기화학 가공(ECM) 등의 다양한 제조 기술에 의해 제조될 수 있다. 이에 따라, 에어포일은 위치, 프로파일, 비틀림 및 익현에 대한 일련의 제조 공차를 가지는데, 이로 인해 에어포일(108)은 공칭 상태와 대략 ±0.012 인치만큼 차이가 있을 수 있다.
압축기 블레이드(100)는 일반적으로 대략 600℉(315℃)까지의 온도에서 내부식성과 고강도를 필요로 하는 부품에 사용되는 석출 경화형 마르텐사이트 스테인레스 강인 15-5PH와 같은 강 합금으로 제조된다. 다른 합금도 사용될 수 있지만, 운전 조건 때문에 고온 강 합금을 선택하는 것이 바람직하다. 압축기 블레이드가 부착부, 적어도 하나의 플랫폼 및 에어포일을 가지는 것으로 설명되긴 했지만, 물론 블레이드의 모든 형상부는 통상 동일한 재료로 제조되며 필시 서로 일체로 형성된다.
에어포일(108)의 전체 크기에 영향을 미치는 제조 공차 이외에도, 보다 크거나 보다 작은 에어포일 크기로 에어포일(108)을 크기 조정하는 것도 가능하다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 강성과 응력 면에서 본 에어포일의 형상 및 크기의 잇점을 유지하지 위해서는, X와 Z의 방향으로는 균일하게 에어포일을 크기 조정하지만 Y 방향은 별도로 크기 조정될 필요가 있다.
앞서 검토한 바와 같이, 표 1의 X, Y, Z 좌표에 의해 생성되는 프로파일은 비코팅 프로파일이다. 본 발명의 실시예는 비코팅 압축기 블레이드(100)이긴 하지만 대안 실시예에서는 에어포일(108)의 적어도 일부에 코팅을 부가하는 것이 가능하다. 코팅은 대략 0.010 인치까지의 두께를 가진다. 이런 코팅은 에어포일에 도포되어 내침식성을 향상시키고 온도 수용성(capability)을 증가시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 블레이드 팁(112)에 배치되는 금속의 양을 최소화하기 위해 오목부를 포함하는 스퀼러 팁(113)이 플랫폼 반대측의 블레이드 팁에 배치된다. 금속의 양을 최소함으로써 압축기 블레이드(100)는 공차가 감소하고 압축기의 효율이 증가할 수 있도록 방사상으로 크기 설정되어 주변 압축기 케이스에 보다 긴밀하게 끼워질 수 있다. 스퀼러 팁(113)이 압축기 케이스와 접촉하여 케이스를 마찰하기 시작하더라도 블레이드 팁(112) 부분의 재료의 양이 보다 적기 때문에 블레이드는 그다지 뜨거워지지 않는다.
블레이드의 구성에 따라서는, 제2 플랫폼이 에어포일(108)의 팁(112)에 배치될 수도 있다. 팁(112)에 배치되는 제2 플랫폼은 대개 슈라우드(shroud)로 지칭되며 인접 블레이드의 슈라우드와 교합된다. 슈라우드는 공기가 블레이드 팁(112) 위를 지나가는 것을 방지함으로써 효율을 높이고 에어포일(108)의 진동을 저감하는 역할을 하는 외부 공기 유로(airpath) 시일을 제공한다. 제2 플랫폼, 즉 슈라우드는 비교적 긴 방사상 길이를 갖는 에어포일에 일반적으로 사용된다.
압축기 블레이드는 통상적으로 비교적 저온 합금으로 제조되는데, 이는 압축기의 공기 온도만이 700℉ 이상의 온도에 도달하기 때문이다. 압축기 블레이드(100)용 재료의 일례로는 마르텐사이트 스테인레스 강 합금이 있다. 본 발명의 대안 실시예에서, 압축기는 적어도 하나의 압축기 원판(미도시)을 포함하며, 복수의 압축기 블레이드(100)가 압축기 원판으로부터 방사상 외향 연장된다. 기술분야의 기술자가 알고 있는 바와 같이, 압축기는 통과 유체의 온도와 압력을 상승시키는 회전 및 정지 에어포일로 구성되는 복수의 교호하는 스테이지를 통상적으로 포함한다. 에어포일(108)을 가지는 압축기 블레이드(100)는 압축기의 크기에 따라 압축기 내부의 다양한 위치에서 작동할 수 있는데, 블레이드에 적절한 위치의 일례로는 압축기의 유입구에 인접한 위치를 들 수 있다.
이 위치의 압축기 블레이드에 있어, 종래 기술의 블레이드에 공통적으로 나타나는 내구성 관련 문제는 블레이드 전연의 침식이다. 블레이드의 전연(도 1과 도 2의 114 참조)은 일반적으로 에어포일의 오목면과 볼록면이 합쳐지는 블레이드의 전측 또는 상류측 단부의 대체로 방사상 연장되는 에지이다. 이 에지는 유입되는 기류를 최초로 받아들이며, 따라서 압축기로 들어오는 무언가에 의해 최초로 충격을 받는다. 시간이 흐르면서 전연이 침식되어 에어포일을 약화시킬 수 있다.
기술 분야의 기술자가 알고 있는 바와 같이, 압축기 블레이드가 압축기 원판에 의해 회전될 때 블레이드의 중량은 원판 상에서 방사상 외향으로 견인된다. 그러나 기류의 바람직한 압축, 블레이드 재료 및 압축기 크기와 같은 블레이드 설계 사안으로 인해, 진정한 방사상 견인 부하가 유일한 부하가 되는 경우는 드물다. 개방형(unshrouded) 대형 블레이드의 경우에는, 에어포일 루트로부터 에어포일 팁까지 상당한 정도의 블레이드 비틀림이 존재한다. 블레이드의 견인 부하로 인해, 에어포일은 비틀림이 풀리거나 곧게 펴지려고 하는 경향이 있다. 기류의 압축으로 인해, 에어포일이 플랫폼에 부착되는 위치에서 블레이드를 절곡하려고 하는 부하가 에어포일 상에 발생한다. 블레이드의 견인, 풀림 및 공기역학적 부하는 종래 기술의 블레이드에서 확인할 수 있는 바와 같이 블레이드의 에어포일 루트의 전연 및 블레이드 부착부 가까이에서 발생할 수 있는 정상(steady) 응력의 집중을 초래한다. 에어포일의 비정상(unsteady) 응력은 블레이드의 진동 성향으로 인해 발생할 수 있다. 블레이드 특유의 진동 형상은 에어포일 상에 응력 집중을 초래한다. 블레이드의 정상 응력 집중과 비정상 응력 집중이 함께 발생하는 경우에는 블레이드의 고장이 발생할 수 있다. 높은 정상 및 비정상 응력의 위치에 침식이 형성된다면 블레이드의 고장 가능성이 증가한다.
이물질에 의한 손상 및 침식을 당하는 압축기 블레이드를 위해, 본 발명은 공명 진동수에서 멀리 벗어나도록 블레이드의 고유 진동수를 변경하기 위해 에어포일의 강성을 증가시키는 에어포일을 제공한다. 에어포일의 강성은 기본 공기역학적 성능을 유지하면서 에어포일의 두께를 선택적으로 증감시킴으로써 달성되었다. 0% 전장(플랫폼(106)에 인접한 위치)으로부터 대략 75% 전장까지 재료가 에어포일에 추가되었으며, 이 위치로부터 에어포일(108)의 팁(112)까지 방사상 외향으로는 재료가 제거되었다. 에어포일(108)의 하부 영역에 질량을 추가하여 에어포일(108)이 덜 절곡되게 함으로써 에어포일(108)의 강성을 증가시켰다. 두께의 증가는 대략 63% 전장까지 대체로 균일하다. 전연(114)과 후연(116)의 두께는 바뀌지 않았다. 두께의 상당 부분은 에어포일(108)의 오목측, 즉 압력측의 익현 길이를 따라 추가되었다.
에어포일의 부착부에 존재하는 응력 집중을 저감하고 이 응력을 재분배하기 위해, 에어포일(108)은 종래 기술의 에어포일에 대하여 재적층되었다. 에어포일 섹션의 재적층(즉, 에어포일 섹션의 방사상 적층의 기울기 또는 경사를 변경하는 것)을 통해, 압축 절곡 응력이 전연에 인가되고 인장 절곡 응력이 대략 70% 익현에 위치한 후연의 볼록측에 인가된다(0% 익현=에어포일의 전연(114), 100% 익현=에어포일의 후연(116)). 에어포일 형상의 왜곡을 최소화하기 위해 포물선 형태의 곡선/경사가 에어포일 섹션(110)에 적용되는데, 이를 통해 루트/부착부에서의 절곡 응력이 최소화된다. 전연(114)의 응력을 저감하고 해당 응력을 후연(116)의 볼록측에 인가함으로써 응력 집중이 저감되었다. 따라서, 침식 손상이 전연(114)에 발생하더라도 블레이드(100)는 충분한 피로 수용성을 가진다.
두께와 재적층 면에서 종래 기술의 에어포일에 대한 변경은 도 5 내지 도 10에서 보다 상세하게 알 수 있다. 도 5는 실선으로 표시된 본 발명의 에어포일(108)과 점선으로 표시된 종래 기술의 에어포일(200)을 비교하는 사시도이다. 도 5를 통해 에어포일(108)이 증가한 두께를 가진다는 것을 알 수 있다. 도 6은 도 5의 에어포일(108, 200)을 통해 취한 복수의 섹션을 도시한다. 이러한 섹션의 중첩을 통해, 에어포일의 두께가 어떻게 증가하고 에어포일 섹션이 어떻게 재적층되어 절곡 응력을 변경하는지를 알 수 있다. 도 7 내지 도 9은 도 6에 도시된 특정 섹션의 확대도로, 도 7은 대략 Y=1.1의 방사상 높이에서 취한 것이고, 도 8은 대략 Y=7.7의 방사상 높이에서 취한 것이며, 도 9는 대략 Y=16.1의 방사상 높이에서 취한 것이다.
이제, 도 10을 참조하면, 보강 목적을 위해 에어포일(108)의 두께가 어떻게 변화하는지를 살피는 다른 방식이 도시되어 있다. 이 도표는 퍼센트 전장에 대한 상대 에어포일 두께(인치 단위)를 도시한다. 실선은 본 발명의 에어포일(108)의 퍼센트 전장에 걸친 두께의 증감을 도시한다. 본 실시예의 경우, 에어포일의 두께는 대략 60% 전장까지는 증가하고 이후로는 두께 증가량이 체감하다가 70% 전장과 80% 전장 사이에서 두께가 감소하기 시작하여 블레이드 팁까지 계속 감소한다.
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Figure 112013083801503-pct00002
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본 발명이 특정 실시예와 관련하여 설명되긴 했지만 이는 제한적인 것이 아니라 전적으로 예시적인 것이 되도록 의도되었다. 본 발명이 속한 기술분야의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 대안 실시예를 명확하게 알 수 있을 것이다.
전술한 내용을 통해, 본 발명은 시스템 및 방법에 내재하고 자명한 다른 장점과 더불어 위에 기재된 모든 취지와 목적을 달성하도록 적합화된 것임을 알 수 있을 것이다. 물론 특정한 특징 및 하위조합은 다른 특징 및 하위조합과 관계없이 유용한 것으로 이와 관계없이 채택될 수 있다. 이는 특허청구범위에 의해 고려되고 특허청구범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 부착부와, 상기 부착부로부터 방사상 외향 연장되는 제1 플랫폼과, 상기 제1 플랫폼으로부터 방사상 외향 연장되는 에어포일을 가지는 압축기 구성요소로서, 상기 에어포일은 소수점 이하 세 자리까지 표시되는 표 1에 기재된 바와 같은 인치 단위의 각각의 거리 Y에 대한 X와 Z 데카르트 좌표값에 준거하는 비코팅 프로파일(profile)을 갖되, Y는 블레이드 루트의 중앙 평면으로부터 방사상 외향으로 측정되는 거리이고, 상기 X와 Z 좌표값은 매끄러운 연속 스플라인으로 연결되어 에어포일 섹션을 형성하며, 상기 에어포일 섹션이 매끄럽게 연결되어 상기 프로파일을 형성하는 압축기 구성요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에어포일은 ±0.012 인치의 제조 공차를 가지는 압축기 구성요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에어포일은 루트 단부와, 상기 루트 단부의 반대측에 이격되는 팁 단부를 가지는 압축기 구성요소.
  4. 제3항에 있어서, 상기 팁 단부에 배치되는 스퀼러 팁을 추가로 포함하는 압축기 구성요소.
  5. 제1항에 있어서, 압축기 구성요소는 회전 블레이드인 압축기 구성요소.
  6. 제5항에 있어서, 압축기 구성요소는 압축기의 유입구 안내 날개에 인접하게 배치되는 압축기 구성요소.
  7. 제3항에 있어서, 상기 에어포일은 상기 팁 단부 가까이에서 확개되지 않는 압축기 구성요소.
  8. 제1항에 있어서, 상기 에어포일 섹션은 균일하게 크기 조정될 수 있는 압축기 구성요소.
  9. 압축기 블레이드용 에어포일로서, 소수점 이하 세 자리까지 표시되는 표 1에 기재된 바와 같은 X, Y, Z 데카르트 좌표값에 준거하는 비코팅 프로파일을 갖되, Y는 인치 단위로 측정되는 거리이고, 상기 X와 Z 좌표값은 매끄러운 연속 스플라인으로 연결되어 에어포일 섹션을 형성하며, 상기 에어포일 섹션이 매끄럽게 연결되어 상기 프로파일을 형성하는 에어포일.
  10. 제9항에 있어서, 에어포일은 ±0.012 인치의 제조 공차를 갖는 에어포일.
  11. 제9항에 있어서, 에어포일은 압축기 블레이드의 플랫폼에 부착되는 제1 단부를 갖는 에어포일.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 단부 반대측의 제2 에어포일 단부에 배치되는 스퀼러 팁을 추가로 포함하는 에어포일.
  13. 제9항에 있어서, 상기 에어포일 섹션은 균일하게 크기 조정될 수 있는 에어포일.
  14. 압축기 원판과, 상기 압축기 원판으로부터 방사상 외향 연장되는 복수의 압축기 블레이드를 포함하는 압축기로서, 상기 복수의 압축기 블레이드 각각은 표 1에 인치 단위로 기재된 바와 같은 X, Y, Z 데카르트 좌표값에 준거하는 비코팅 공칭 프로파일을 갖는 에어포일을 가지며, Y 좌표값은 블레이드 루트 중앙 평면으로부터의 반경에 수직한 평면으로부터의 수직 거리에 위치하고, 에어포일 섹션이 매끄러운 연속 스플라인으로 X와 Z 좌표값을 연결함으로써 각각의 거리 Y에서 형성되며, 상기 에어포일 섹션은 매끄럽게 연결되어 상기 에어포일 프로파일을 형성하는 압축기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 압축기 블레이드는 가스 터빈 엔진의 축을 중심으로 회전하는 압축기.
  16. 제14항에 있어서, 상기 복수의 압축기 블레이드는 상기 에어포일의 팁 단부에 배치되는 스퀼러 팁을 각각 가지는 압축기.
  17. 제14항에 있어서, 상기 복수의 블레이드를 위한 에어포일은 다양한 크기의 가스 터빈 엔진에 맞게 크기 조정이 가능한 압축기.
  18. 제14항에 있어서, 상기 에어포일의 프로파일은 상기 에어포일에 수직인 방향으로 ±0.090 인치 이내인 압축기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11421702B2 (en) 2019-08-21 2022-08-23 Pratt & Whitney Canada Corp. Impeller with chordwise vane thickness variation

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9506347B2 (en) * 2012-12-19 2016-11-29 Solar Turbines Incorporated Compressor blade for gas turbine engine
US10968747B2 (en) 2013-03-15 2021-04-06 Raytheon Technologies Corporation Airfoil with thickened root and fan and engine incorporating same
CN103206409A (zh) * 2013-04-16 2013-07-17 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 高转速燃气轮机用跨音级压气机的首级动叶片
CN103423193A (zh) * 2013-04-18 2013-12-04 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种用于高转速燃气轮机上跨音速压气机的次首级叶片
DE102013008145A1 (de) * 2013-05-14 2014-11-20 Man Diesel & Turbo Se Laufschaufel für einen Verdichter und Verdichter mit einer solchen Laufschaufel
CN103352870B (zh) * 2013-06-24 2015-12-23 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种燃气轮机用压气机的高压首级动叶片
CN103352871B (zh) * 2013-06-26 2015-09-16 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种燃气轮机用压气机的高压中间级动叶片
US9523284B2 (en) * 2013-11-22 2016-12-20 General Electric Technology Gmbh Adjusted stationary airfoil
US20160160874A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Solar Turbines Incorporated Airfoil for inlet guide vane (igv) of multistage compressor
US10215029B2 (en) 2016-01-27 2019-02-26 Hanwha Power Systems Co., Ltd. Blade assembly
US10883373B2 (en) 2017-03-02 2021-01-05 Rolls-Royce Corporation Blade tip seal
KR101902693B1 (ko) * 2017-03-31 2018-09-28 두산중공업 주식회사 터빈 장치
CN112377269B (zh) * 2021-01-11 2021-03-26 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种适用于对转升力推进装置的抗畸变静子设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008106773A (ja) 2006-10-25 2008-05-08 General Electric Co <Ge> 圧縮機用の翼形部形状
US20080273984A1 (en) 2007-02-15 2008-11-06 Siemens Power Generation, Inc. External profile for turbine blade airfoil
US20090162204A1 (en) 2006-08-16 2009-06-25 United Technologies Corporation High lift transonic turbine blade

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7530793B2 (en) * 2006-10-25 2009-05-12 General Electric Company Airfoil shape for a compressor
US7534092B2 (en) * 2006-10-25 2009-05-19 General Electric Company Airfoil shape for a compressor
US7494323B2 (en) * 2006-10-25 2009-02-24 General Electric Company Airfoil shape for a compressor
US7494322B2 (en) * 2006-10-25 2009-02-24 General Electric Company Airfoil shape for a compressor
US7524170B2 (en) * 2006-11-02 2009-04-28 General Electric Company Airfoil shape for a compressor
US8057188B2 (en) * 2008-05-21 2011-11-15 Alstom Technologies Ltd. Llc Compressor airfoil

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090162204A1 (en) 2006-08-16 2009-06-25 United Technologies Corporation High lift transonic turbine blade
JP2008106773A (ja) 2006-10-25 2008-05-08 General Electric Co <Ge> 圧縮機用の翼形部形状
US20080273984A1 (en) 2007-02-15 2008-11-06 Siemens Power Generation, Inc. External profile for turbine blade airfoil

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11421702B2 (en) 2019-08-21 2022-08-23 Pratt & Whitney Canada Corp. Impeller with chordwise vane thickness variation

Also Published As

Publication number Publication date
MX336212B (es) 2016-01-11
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US20120213631A1 (en) 2012-08-23
KR20140012095A (ko) 2014-01-29

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