KR101864078B1 - 유로 요소를 프론트 로드형 시일로 밀봉하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

유로 요소를 프론트 로드형 시일로 밀봉하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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앤드류 폴 지아메타
제임스 타이슨 3세 볼크컴
데이빗 리차드 존스
스티븐 폴 워스신저
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

본원은, 터보 기계의 에어포일 등과 같은 유로 요소를, 프론트 로드형 시일로 밀봉하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 시일 채널이, 제1 유로 요소의 흡입측 표면의 부분과 제2 유로 요소의 압력측 표면의 부분의 사이에 획정된다. 시일이 압력측 부분과 흡입측 부분에 의해 형성된 시일 채널 내에 유지되고, 시일 채널은 전방 개구를 획정하며, 설치 중에 상기 전방 개구를 통해 시일이 삽입된다.

Description

유로 요소를 프론트 로드형 시일로 밀봉하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SEALING FLOW PATH COMPONENTS WITH FRONT-LOADED SEAL}
본원은 일반적으로 터보 기계에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 가스 터빈에 있어서 반경방향으로 이웃하는 에어포일들에 대한 어셈블리 등과 같은, 인접 유로 요소에 관한 것이다.
가스 터빈 등과 같은 터보 기계는, 스테이터 베인이라고 지칭되는 고정 에어포일과 로터 블레이드 또는 버켓이라고 지칭되는 회전 에어포일을 포함하는, 하나 이상의 에어포일의 열(列)을 포함한다. 가스 터빈은 전방부에는 축방향 압축기를, 중간부의 주위에는 하나 이상의 연소기를, 후방부에는 터빈을 포함할 수 있다. 통상적으로, 축방향 압축기는, 고정 스테이터 베인의 열에 뒤이어 로터 블레이드의 열을 각각 포함하는 스테이지를 갖는 일련의 스테이지를 구비한다. 따라서, 각각의 스테이지는 일반적으로 로터 블레이드 및 스테이터 베인의 쌍을 포함한다. 통상적으로, 상기 로터 블레이드는, 입구를 통해 축방향 압축기에 들어가는 유체의 운동 에너지를 증가시키고, 상기 스테이터 베인은, 증가된 유체의 운동 에너지를 확산을 통해 정적 압력으로 변환한다. 따라서, 두 세트의 에어포일은 유체의 압력을 증가시키는 데 있어서 중요한 역할은 한다.
로터 블레이드의 경우에, 에어포일의 링은 에어포일의 베이스에서 내부 샤프트에 연결되어 링을 형성한다. 많은 용례에서, 로터 블레이드의 일체형 링을 제조하는 것은 실용적이지 않다. 따라서, 링의 각 로터 블레이드는 독립적으로 생산될 수 있고, 대개 섕크와 더브테일 부분을 갖는 일체형 베이스 섹션을 포함한다. 이 경우, 로터 블레이드들은, 샤프트의 일부분을 형성하며 (축방향으로) 인접한 스테이지에 연결되는 디스크(로터 휠)의 상보적인 슬롯에, 더브테일 부분을 삽입함으로써, 완전한 링으로 조립될 수 있다.
인접 로터 블레이드들을 조립할 때, 결과적으로 얻어지는 어셈블리는 인접 블레이드들의 섕크들의 사이에 작은 간극을 포함할 수 있고, 이 작은 간극은 바람직하지 않은 유체 누설 경로를 제공할 수 있다. 일부 어셈블리에서는, 상기 누설 경로를 감소시키도록 사후 반경방향 시일이 인접 섕크들 사이에 실질적으로 축방향에 수직하게 설치되며, 누설을 더 제한하도록 되어 있는 댐퍼 핀이 실질적으로 축방향에 평행하게 설치된다. 인접 섕크들 사이에서의 누설을 제한하기 위한 다른 시일 형태가 또한 로터 블레이드 어셈블리를 생성하는 데 사용된다.
로터 블레이드 어셈블리는, 지상 기반의 가스 터빈, 제트 엔진, 고속 선반 엔진, 소규모 발전소 등을 포함하는 다양한 용례에 사용된다. 유사한 로터 블레이드 어셈블리는, 공기 분리 플랜트, 용광로 공기, 유체 분해 공기, 프로판 탈수소화, 또는 다른 산업 용례 등과 같은 다른 용례에 사용될 수 있다.
본원의 제1 양태는, 터보 기계의 에어포일 등과 같은 유로 요소를, 프론트 로드형 시일로 밀봉하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 시일 채널이, 제1 유로 요소의 흡입측 표면의 부분과 제2 유로 요소의 압력측 표면의 부분의 사이에 획정된다. 시일이 압력측 부분과 흡입측 부분에 의해 형성된 시일 채널 내에 유지되고, 시일 채널은 전방 개구를 획정하며, 설치 중에 상기 전방 개구를 통해 시일이 삽입된다.
본원의 제2 양태는, 제1 유로 요소, 제2 유로 요소 및 시일을 포함하는 시스템을 제공한다. 제1 유로 요소는 전방 표면, 후방 표면, 압력측 표면 및 흡입측 표면을 구비한다. 상기 제1 유로 요소의 압력측 표면은 시일 채널의 압력측 부분을 획정한다. 제2 유로 요소는 전방 표면, 후방 표면, 압력측 표면 및 흡입측 표면을 구비한다. 상기 제2 유로 요소의 흡입측 표면은 시일 채널의 흡입측 부분을 획정한다. 상기 시일은 상기 압력측 부분과 상기 흡입측 부분에 의해 형성된 시일 채널 내에 유지된다. 상기 시일 채널은 전방 개구를 획정하며, 설치 중에 상기 전방 개구를 통해 시일이 삽입된다.
본원의 제3 양태는, 프론트 로드형 시일을 설치하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 전방 표면, 후방 표면, 압력측 표면 및 흡입측 표면을 구비하는 제1 유로 요소를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 제1 유로 요소의 압력측 표면은 시일 채널의 압력측 부분을 획정한다. 상기 방법은, 전방 표면, 후방 표면, 압력측 표면 및 흡입측 표면을 구비하는 제2 유로 요소를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 제2 유로 요소의 흡입측 표면은 시일 채널의 흡입측 부분을 획정한다. 상기 방법은, 상기 제1 유로 요소의 전방 표면과 상기 제2 유로 요소의 전방 표면의 사이에 있고, 상기 시일 채널의 압력측 부분과 흡입측 부분에 의해 형성된 시일 채널에 의하여 획정되어 있는 전방 개구에, 시일을 삽입하는 단계를 포함한다.
본원의 제4 양태는, 이웃하는 유로 요소들 사이에 획정된 시일 채널에 따르는 가요성 부재를 포함하는 시일을 제공한다. 상기 가요성 부재는 축방향 부분, 반경방향 부분 및 전방 단부를 포함한다. 상기 축방향 부분은, 실질적으로 상기 이웃하는 유로 요소들의 전방 표면으로부터 상기 이웃하는 유로 요소들의 후방 표면까지 연장된다. 상기 반경방향 부분은, 상기 이웃하는 유로 요소들의 후방 표면의 부근에서 상기 이웃하는 유로 요소들의 높이를 따라, 그리고 상기 축방향 부분과 연속하여, 실질적으로 연장된다. 상기 전방 단부는, 상기 축방향 부분과 연속해 있고, 상기 이웃하는 유로 요소들의 전방 표면에 의해 획정된 시일 채널의 전방 개구의 부근에 있다.
본원의 예시적인 양태들은, 본원에 기술된 문제점들 및/또는 거론되지 않은 다른 문제점들을 해결하도록 마련되어 있다.
본원의 상기한 특징 및 그 밖의 특징은, 본원의 여러 실시형태를 도시하고 있는 첨부 도면과 함께, 본원의 여러 양태에 대한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 쉽게 이해될 것이다:
도 1은 프론트 로드형 시일을 갖는 예시적인 에어포일의 일부분의 측방 사시도이다.
도 2는 예시적인 프론트 로드형 시일의 상측 사시도이다.
도 3은 프론트 로드형 시일용의 예시적인 유지 특징부의 측방 사시도이다.
도 4는 이웃하는 에어포일 섕크들 사이에 있는 프론트 로드형 시일용의 도 3의 예시적인 유지 특징부의 전방 사시도이다.
도 5는 이웃하는 에어포일 섕크들 사이에 있는 프론트 로드형 시일용의 예시적인 유지 특징부의 전방 사시도이다.
도 6은 (이웃하는 에어포일 섕크 없이 도시된) 프론트 로드형 시일용의 도 5의 예시적인 유지 특징부의 측방 사시도이다.
도 7은 추가적인 특징부가 에어포일 섕크 상에 있는, 도 5~도 6의 프론트 로드형 시일과 유사한, 프론트 로드형 시일용의 예시적인 유지 특징부의 측방 사시도이다.
도 8은 이웃하는 에어포일 섕크들 사이에 있는 프론트 로드형 시일용의 예시적인 유지 특징부의 전방 사시도이다.
도 9는 (이웃하는 에어포일 섕크 없이 도시된) 프론트 로드형 시일용의 도 8의 예시적인 유지 특징부의 측방 사시도이다.
도 10은 (이웃하는 에어포일 섕크 없이 도시된) 프론트 로드형 시일용의 도 8~도 9의 예시적인 유지 특징부의 다른 측방 사시도이다.
도 11은 이웃하는 에어포일 섕크들 사이에 있는 프론트 로드형 시일용의 예시적인 유지 특징부의 전방 사시도이다.
도 12는 (이웃하는 에어포일 섕크 없이 도시된) 프론트 로드형 시일용의 도 11의 예시적인 유지 특징부의 측방 사시도이다.
도 13은 추가적인 특징부가 에어포일 섕크 상에 있는, 도 11~도 12의 프론트 로드형 시일과 유사한, 프론트 로드형 시일용의 예시적인 유지 특징부의 측방 사시도이다.
도 14는 프론트 로드형 시일을 설치하는 예시적인 방법의 흐름도를 보여준다.
본원의 도면들은 축척에 맞춰 도시되어 있지는 않다는 점을 주목해야 할 필요가 있다. 도면들은 단지 본원의 대표적인 양태를 보여주려는 것이므로, 본원의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 도면들에서, 유사한 도면부호들은 도면들 중에서 유사한 요소를 나타낸다.
터보 기계의 유로 또는 유사한 환경에 구성요소를 조립하는 것에 대한 한 가지 과제는, 이웃하는 유로 요소들 사이에 잠재적인 누설 경로를 밀봉하는 것이고, 조립을 효율적으로 그리고 신뢰 가능하게 만드는 방법으로 실시하는 것이다. 예를 들어, 에어포일 스테이지의 조립에서는, 복수의 에어포일이 링을 형성하도록 서로 인접하게 배치된다. 에어포일 블레이드는 스테이지를 통과하는 소기의 유로를 획정할 것으로 예상되지만, 에어포일의 인접 섕크 부분들에 의해 형성된 링이, 인접 에어포일 섕크들을 통과하는 또는 인접 에어포일 섕크들의 사이에 있는 누설 경로가 없는 중실형 링으로서의 역할을 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 터보 기계의 유로에 있는 다른 구성요소들은 인접 구성요소와 조립되어, 신뢰 가능한 시일이 없는 바람직하지 않은 누설 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 슈라우드, 커버 플레이트, 스페이서, NFPS(near flow path seals), 및 소기의 유로를 획정하며 일부 터보 기계에서 조각조각 조립되는 그 밖의 구성요소들에서는, 인접 구성요소들 사이에 밀봉을 필요로 하는 유사한 시임이 나타날 수 있다.
일부 에어포일 스테이지에서는, 각각의 인접 에어포일이 더브테일형 부착부를 이용하여 섕크의 밑에 있는 에어포일의 베이스에 설치된다. 에어포일들을 조립하여 링을 형성한다. (기술자가 시일 또는 시일이 설치되어 있는 다른 특징부에 접근하는 것을 허용하도록) 제2 구성요소가 그 최종 위치에 있기 전에, 시일의 일부 또는 전부가 인접하는 제1 구성요소와 제2 구성요소의 사이에 배치되는 것을 필요로 하는 몇몇 밀봉 기술이 개발되었지만, 인접하는 제1 구성요소와 제2 구성요소를 로터 부착을 통해 링에 배치한 이후에, 두 구성요소의 사이에 프론트 로드형 시일을 삽입할 수 있다. 세그먼트에 설치되어 있고 밀봉을 필요로 하는 시임이 남아 있는 다른 유로 구성요소들 사이에, 유사한 프로세스가 달성될 수 있다. 인접하는 유로 구성요소들 사이에 가요성 시일을 수용하는 전방 개구 채널을 획정하도록 인접하는 유로 구성요소들을 구성함으로써, 시일 설치의 용이성 및 효율성이 향상된다.
도 1에서는, 에어포일(100)의 일부분이 프론트 로드형 시일과 함께 도시되어 있다. 에어포일(100)은 터보 기계를 통과하는 소기의 유로를 획정하도록 수직 방향으로 연장되는 에어포일 블레이드(102)(일부분만이 도시)를 포함한다. 에어포일(100)은 또한, 로터에 대한 부착용의 더브테일(104)을 에어포일(100)의 베이스에 포함한다. 에어포일 블레이드(102)와 더브테일(104)의 사이에는 에어포일(100)의 섕크(110)가 있다. 섕크(110)는, 에어포일 블레이드(102)가 섕크(110)의 상단에 연결되는 곳과 더브테일(104)이 섕크(110)의 하단에 연결되는 곳에서 측정된 섕크 높이를 갖는다. 에어포일 블레이드(102), 섕크(110) 및 더브테일(104)은 (서로 다른 기계 가공, 처리 및 코팅 프로세스를 거칠 수 있지만) 대개 균일한 베이스 재료로 단일품으로서 제조된다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 섕크(110)는 전방 표면(112)(윤곽으로만 보일 수 있음), 후방 표면(114), 압력측 표면(116) 및 후방측 표면(윤곽으로만 보일 수 있음)을 구비한다. 전방 표면(112)은 유로의 앞부분에서, 터보 기계의 일반적인 유로에 수직하게 에어포일(100)을 면가공함으로써 형성될 수 있고, 에어포일(100)이 조립되는 에어포일 스테이지가 터보 기계에 설치될 때, 설치자에 면하는 방향을 향하고 있을 수 있다. 후방 표면(114)은 유로의 뒷부분에서, 유로에 수직하게 에어포일(100)을 면가공함으로써 형성될 수 있고, 에어포일(100)이 조립되는 에어포일 스테이지가 터보 기계에 설치될 때, 설치자에 등지는 방향을 향하고 있을 수 있다. 압력측 표면(116)은 에어포일(100)의 회전축에 수직하게 에어포일(100)을 면가공함으로써 형성될 수 있고, 인접 에어포일에 면하고 있으며, 에어포일(100)이 작동시 회전할 때 선두측에 있는 것이다. 흡입측 표면(118)은 에어포일(100)의 회전축에 수직하게 에어포일(100)을 면가공함으로써 형성될 수 있고, 인접 에어포일에 면하고 있으며, 에어포일(100)이 작동시 회전할 때 후미측에 있는 것이다. 섕크(110)는 일반적인 유로의 방향에서 전방 표면(112)의 최전방 특징부로부터 후방 표면(114)의 최후방 특징부까지 측정된 폭을 갖는다. 이 폭에는 섕크(110)의 본체 폭에 일부로 포함되는 것으로 고려될 수 없는 돌출 표면 특징부(120, 122, 124)가 포함된다는 것을 주목해야 할 필요가 있다. 본체 폭은, 에어포일(110)이 부착되는 샤프트의 회전축과 평행한 라인 상에서, [에어포일 블레이드(102)가 연장되기 시작하는 곳인 상부 표면(126)의 전방 에지로부터 더브테일(104)이 연장되기 시작하는 곳인 하부 표면(128)의 전방 에지까지 연장되는] 이론상 평면인 전방 표면의 최전방 부분으로부터, [에어포일 블레이드(102)가 연장되기 시작하는 곳인 상부 표면(126)의 후방 에지로부터 더브테일(104)이 연장되기 시작하는 곳인 하부 표면(128)의 후방 에지까지 연장되는] 이론상 평면인 후방 표면의 최후방 부분까지의 거리로서 정해질 수 있다.
도 1에서 섕크(110)는 이웃하는 섕크 없이 측면도로 도시되어 있는데, 이웃하는 섕크가 있다면 압력측 표면(116)의 특징부를 보기가 어려울 것이다. 댐퍼 핀(130), 시일 채널(150) 및 시일(170)은 설치 후에 나타나는 것처럼 도시되어 있다. 대부분의 구현예에서, 이웃하는 섕크는 시일(170)의 설치에 앞서 압력측 표면(116)에 대해 배치될 것이라는 점에 주목해야 할 필요가 있다.
댐퍼 핀(130)은, 에어포일(110)을 포함하는 터보 기계의 작동 중에 인접 섕크들 사이에서 마모를 감소시키고 진동을 완충시키도록, 인접 섕크들 사이에 설치되는 구성요소이다. 댐퍼 핀(130)은 전방 단부(134)와 후방 단부(136)를 갖는 원통형 본체(132)를 포함한다. 전방 단부(134)는 섕크(110)의 압력측에 있는 지지 특징부를 수용하기 위한 리세스(138)를 포함한다. 후방 단부(136)는 인접 섕크의 흡입측에 있는 지지 특징부(도시 생략)를 수용하기 위한 리세스(140)를 포함한다.
시일 채널(150)은 섕크(110)의 압력측 표면(116)에 있는 리세스에 의해 부분적으로 형성된다. 또한 시일 채널(150)은 압력측에 인접한 섕크(도시 생략)의 흡입측 표면에 있는 상보적인 리세스에 의해 형성된다. 이와 유사하게, 섕크(110)는 흡입측에 인접한 섕크와 함께 다른 시일 채널을 형성하도록 흡입측 표면(118)에 상보적인 리세스(도시 생략)를 구비할 것이다. 또한 시일 채널(150)은 전방 개구(152)와 말단 개구(154)에 의해 형성된다. 전방 개구(152)는 개구를 제공하며, 이 개구를 통해 시일(170)이 시일 채널(150)에 삽입된다. 말단 개구(154)는 단부를 획정하며, 상기 삽입된 시일(170)의 단부는 일단 완전히 삽입되면 상기 단부에서 종착될 것이다. 일부 실시형태에서, 말단 개구(154)는 섕크(110)의 하부 표면(128)에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 에어포일(110)이 부착되는 로터(도시 생략)의 표면과의 맞물림에 의해 밀봉될 것이다. 일부 실시형태들에서, 시일 채널(150)은 말단 개구를 포함하지 않고 막다른 단부에서 종단된다. 시일 채널(150)은 전방 개구(152)로부터 연결 부분(158)까지 연장되는 측방 부분(156)을 포함한다. 측방 부분(156)은 섕크(110)의 상부 표면(126) 및 하부 표면(128)의 2 이상의 에지에 의해 획정되는 두 평면 중의 어느 하나 또는 양자 모두에 실질적으로 평행하다. 이 문맥에서, 실질적으로 평행하다는 것은, 측방 부분(156)의 대부분이 적어도 하나의 기준면으로부터 15도 미만의 각도를 이루고 있다는 것을 의미한다. 시일 채널은 연결 부분(158)으로부터 말단 개구(154)까지 연장되는 수직 부분(160)을 포함한다. 수직 부분(160)은 [상부 표면(126)의 후방 에지로부터 하부 표면(128)의 후방 에지까지 연장되는] 이론상 평면인 후방 표면에 실질적으로 평행하다. 이 문맥에서, 실질적으로 평행하다는 것은, 수직 부분(160)의 대부분이 기준면으로부터 15도 미만의 각도를 이루고 있다는 것을 의미한다. 측방 부분(156)과 수직 부분(160)은 또한 서로에 대해 그리고 각각의 기준면에 대해 실질적으로 수직하다. 이 문맥에서, 실질적으로 수직하다는 것은, 측방 부분(156)의 대부분이 수직 부분(160)의 대부분 및/또는 후방 표면의 평면으로부터 75도~105도(90도 +/- 15도)의 각도를 이루고 있다는 것을 의미한다. 이와 유사하게, 실질적으로 수직하다는 것은, 수직 부분(160)이 측방 부분(156)의 대부분 및/또는 상부 혹은 하부 표면의 평면으로부터 75도~105도의 각도를 이루고 있다는 것을 의미한다.
시일(170)이 전방 개구(152)를 통해 삽입되고, 측방 부분(156)을 통과하며, 연결 부분(158)에 의해 안내되어, 수직 부분(160) 안으로 그리고 말단 개구(154)에까지 안내될 수 있도록, 연결 부분(158)은 측방 부분(156)과 수직 부분(160)의 사이에서 연장되며 상기 두 부분을 연결한다. 도시된 실시형태에서, 연결 부분(158)은 측방 부분(156)과 수직 부분(160)의 사이에 있는 아치형 채널이다. 섕크(110) 내의 시일 채널(150)은, 시일이 섕크(110)와 인접 섕크의 사이에 설치될 때, 시일(170)을 안내하고 위치시키는 전체 시일 채널의 일부분만을 획정한다. 인접 섕크에 있는 유사하고 상보적인 시일 채널이 시일 채널을 완성할 것이다. 따라서, 시일 채널(150)은 압력측 표면(116)에 개방되어 있다. 밀봉 채널(150)은 압력측 표면(116)의 평면에서 그 전체 길이를 따라 완전히 둘러싸여 있거나 깊이가 균일할 필요가 없다. 예를 들어, 도시된 실시예에서는, 설치 후에 시일(170)의 대부분이 노출될 수 있는 후방 개구(162)가 있다. 예시적인 실시형태에 도시된 바와 같이, 시일 채널(150)은 섕크(110)의 섕크 높이와 본체 폭 양자 모두를 따라 실질적으로 연장된다. 이 문맥에서, 따라 실질적으로 연장된다는 것은, 시일 채널(150)이 본체 폭의 대부분과 섕크 높이의 대부분을 가로지른다는 것을 의미한다. 일 실시형태에서, 시일 채널(150)은 본체 폭의 적어도 85%와 섕크 높이의 적어도 85%를 따라 연장된다.
시일(170)은 설치된 형태로 도시되어 있다. 일 실시형태에서, 시일은, 전방 개구(152)를 통해 삽입되고, 측방 부분(156)을 통과하며, 연결 부분(158)에 의해 안내되어, 수직 부분(160) 안으로 그리고 말단 개구(154)에까지 안내되는 판 스프링으로 구성된다. 시일(170)의 추가적인 세부 사항은 도 2와 관련하여 이하에 제공된다.
도 2는 도 1의 시일(170) 등과 같은 예시적인 프론트 로드형 시일(200)을 설치 이전의 이완된 상태로 보여준다. 일 실시형태에서, 시일(200)은 하나 이상의 스프링 재료의 층으로 구성된 적층형 스플라인 또는 심(shim) 시일일 수 있다. 예를 들어, 시일(200)은, 소기의 폭, 길이 및 두께를 갖는 (성형성과, 온도 저항성, 그리고 마모 및 부식에 대한 저항성을 위한) 코발트계 합금 등과 같은 가요성 재료의 직사각형 본체로 각각 구성되는, 제1 층(210)과 제2 층(212)을 포함할 수 있다. 다른 재료들도 가능하며, 스프링 특성, 온도 저항성, 및 밀봉하는 유로의 환경과 양립 가능한 다른 물리적 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 판 스프링 시일에 사용되는 재료는, 삽입 시에, 도 1의 시일 채널(150) 등과 같은, 만곡된 시일 채널의 경로를 따르도록 변형 가능할 수 있다. 도시된 예에서, 제1 층(210)의 길이는 제2 층(212)의 길이보다 크다. 이들 층은 또한, 두께 또는 재료가 동일하지 않을 수 있거나, 또는 적층, 삽입, 유지, 스프링 특성, 혹은 밀봉 특성을 도모하도록 다른 차이점을 포함할 수 있다. 상기 두 층(210, 212)은 용접부(220)에 의해, 도시된 예에서는 3점 용접부에 의해 연결된다. 상기 시일(200)은 삽입 단부(230)와 유지 단부(232)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 용접부(220)는 삽입 단부(230)에 가까운 곳에 형성된다. 또한, 그 밖의 형상과, 형태와, 층들 사이의 부착과, 층의 수, 그리고 일단부 또는 양단부의 형상 설정이, 특정 실시형태 및 유지 특징부에 바람직할 수 있다.
도 3~도 4는 인접 유로 요소(310, 320)의 사이에 있는 프론트 로드형 시일(370)용의 예시적인 유지 특징부(300)를 보여준다. 예를 들어, 유지 특징부(300)는 시일(170)과 같은 프론트 로드형 시일과, 이웃하는 에어포일들 사이의 시일 채널의 전방 개구, 예를 들어 에어포일(100)과 인접 에어포일에 있는 섕크(110)의 시일 채널(150)의 전방 개구에 포함될 수 있다. 도 3에서는, 시일(370)과 시일 채널(350)의 전방 부분, 그리고 유로 요소(310)의 인접 전방 표면을 보다 잘 보여주도록, 단 하나의 유로 요소(310)만이 도시되어 있다. 도 4에서는, 두 유로 요소(310, 320)가 모두 도시되어 있다. 유지 특징부(300)는 전방 개구(352)에 인접한 립(312)을 포함한다. 시일(370)은 립(312)에 대해 상보적인 형태의 결합 단부(372)를 포함한다. 시일 채널(350)은 상부 벽(354)을 포함하고, 이 상부 벽으로부터 립(312)이 돌출되어 잇다. 설치된 시일(370)의 스프링력에 의해, 결합 단부(372)가 상부 벽(354)에 대하여 상방으로 그리고 립(312)의 내부면(314)에 대하여 전방으로 밀어붙여진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시일 채널(350) 자체와 유사하게, 유지 특징부(300)는 인접 유로 요소(310, 320) 상에 상보적인 부분을 포함한다. 제2 유로 요소(320)는 또한, 시일(370)의 결합 단부(372)와 맞물리는 립(322)을 포함한다. 채널 깊이(360, 362)와, 그리고 이에 따라 각각의 유로 요소(310, 320)의 전방 개구(352)에 있는 부분은 동일하지 않을 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 따라서, 도시된 실시형태에서, 제2 유로 요소(320)에 있는 립(322)은 제1 유로 요소(310)에 있는 립(312)보다 좁다. 다른 실시형태에서, 이러한 특징부들은 보다 크거나 작은 비대칭도를 가질 수 있고, 경우에 따라서는 유로 요소에 포함된 립 또는 유지 특징부의 다른 부분은 두 유로 요소 중 하나에만 존재할 수 있다.
도 5~도 7은 인접 유로 요소(510, 520)의 사이에 있는 프론트 로드형 시일(570)용의 다른 유지 특징부(500)를 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 유지 특징부(500)는 두 유로 요소(510, 520) 중의 하나 또는 양자 모두의 면에 후크 특징부를 선택적으로 포함할 수 있다. 프론트 로드 시일(570)은 시일 채널(550)의 전방 개구(552)를 통과해 돌출되는 연장부(572)를 포함한다. 연장부(572)는 시일(570)에 추가적인 유지력을 제공하기 위한 후크 부분(574)을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 후크 부분(574)은 전방 개구(552)를 향해 뒤로 만곡되어 있는 제1 만곡부(576)와, 유로 요소(510, 520)의 하부 립(512, 522)과 맞물리도록 아래로 만곡되어 있는 제2 만곡부(578)를 갖는 s-후크를 포함한다. 제2 만곡부(578)의 단부와 맞물려 유지하는 상보적인 후크(514)의 추가를 통해, 시일(570)을 확고하게 유지하기 위한 추가적인 유지력이 제공될 수 있다.
도 8~도 10은 인접 유로 요소(810, 820)의 사이에 있는 프론트 로드형 시일(870)용의 다른 유지 특징부(800)를 보여준다. 유지 특징부(800)는, 시일(870)의 결합 단부(872)에 포함된 탭(874)을 수용하기 위한, 시일 채널(850)의 전방 개구(852)로부터 약간 우묵 들어간 홈(854)을 포함한다. 홈(854)은, 시일(870)의 스프링력의 영향 하에서 탭(874)의 단부 표면(876), 전방 표면(878) 및 후방 표면(880)을 수용하고 맞물리도록, 상방 표면(856), 전방 표면(858) 및 후방 표면(860)에 획정되어 있다. 상향 탭(874)은 시일(870)의 스프링력에 의해 상부 홈(854) 내에 유지된다.
도 11~도 13은 인접 유로 요소(1110, 1120)의 사이에 있는 프론트 로드형 시일(1170)용의 다른 유지 특징부(1100)를 보여준다. 도 13에 도시된 바와 같이, 유지 특징부(100)는 두 유로 요소(1110, 1120) 중의 하나 또는 양자 모두의 면에 후크 특징부를 선택적으로 포함할 수 있다. 시일(1170)은 시일 채널(1150)의 전방 개구(1152)를 통과해 돌출되는 연장부(1172)를 포함한다. 연장부(1172)는 시일(1170)에 추가적인 유지력을 제공하기 위한 탭(1174)을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 탭(1174)은 단부 표면(1176), 전방 표면(1178) 및 후방 표면(1180)을 갖는 하향 탭이며, 유로 요소(1110, 1120)의 하부 립(1112, 1122)을 지나 연장되어 있다. 탭(1174)의 단부와 맞물려 유지하는 상보적인 후크(1114)의 추가를 통해, 시일(1170)을 확고하게 유지하기 위한 추가적인 유지력이 제공될 수 있다.
도 14는 에어포일 및 전술한 도면들에 있는 다른 예들 등과 같은, 인접 유로 요소들 사이에 프론트 로드형 시일을 설치하는 방법(1400)을 보여준다. 단계 1410에서는, 더브테일 연결부를 이용하여 로터에 고정된 에어포일 등과 같은, 제1 구성요소가 배치된다. 단계 1420에서는, 링에 있어서 다음 에어포일 등과 같은, 인접 구성요소가 배치된다. 전술한 바와 같이, 각각의 구성요소가 서로에 대해 인접하게 배치될 때, 두 구성요소의 사이에 전방 개구를 갖는 시일 채널이 형성되도록, 각각의 구성요소에는 시일 채널의 일부분이 포함된다. 단계 1430에서는, 시일 채널이 인접 구성요소들의 전방 표면으로부터 시작되는 경우에, 획정된 전방 개구에 시일이 삽입된다. 단계 1440에서는, 시일의 삽입된 단부가 시일 채널의 말단부에 도달하여 시일이 인접 구성요소들 사이에 있을 수 있는 유로를 실질적으로 밀봉하기 까지, 시일이 채널을 통해 안내된다. 실질적으로 밀봉됨으로써, 인접 구성요소들 사이에 있을 수 있는 모든 유로가, 시일이 없는 경우에 인접 구성요소들 사이에 있는 유로에 비해, 적어도 85% 감소된다. 실질적으로 완전히 섕크를 밀봉함으로써, 인접 에어포일들의 섕크 부분들 사이에 있는 유로가 적어도 99% 감소된다. 단계 1450에서는, 시일과 인접 구성요소들 사이에 있는 유지 특징부가 맞물려서, 구성요소들이 설치된 터보 기계의 작동 중에 시일을 제위치에 확고하게 유지한다. 예를 들어, 시일의 결합 단부는, 립의 뒤에 안착될 수 있거나, 또는 두 구성요소 중의 하나 또는 양자 모두 안에 또는 상에 있는 립, 홈, 또는 후크와 맞물리는 후크 또는 탭을 포함할 수 있다.
상기한 도면들은 본원의 여러 실시형태들에 따른 관련 작동 처리의 일부를 보여준다. 일부 대안적인 구현예에서는, 기술된 동작들은, 기술된 순서에서 벗어나 일어날 수 있거나, 또는 실제로는, 수반되는 동작에 따라, 실질적으로 동시에 또는 반대의 순서로 실행될 수 있다.
본원에 사용된 용어는, 단지 특정 실시형태를 기술하기 위한 것이며, 본원을 제한하려는 의도는 없다. 본원에 사용되고 있는 바와 같이, 단수 형태의 부정 관사 및 정관사는, 별도로 문맥에서 명확히 지시하고 있지 않으면, 복수 형태도 또한 포함하는 것으로 의도되어 있다. 또한, 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은, 본원에서 사용될 때, 명시된 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는 것으로 이해될 것이다.
이하의 청구범위에 있는 모든 수단 또는 방법뿐만 아니라 기능 요소에 대응하는 구조, 재료, 동작 및 등가물은, 구체적으로 청구되어 있는 다른 청구 요소와 함께 기능을 수행하기 위한, 임의의 구조, 재료, 또는 동작을 포함하도록 의도되어 있다. 본원에 대한 설명은, 예시 및 설명을 목적으로 주어진 것이지만, 철저한 것으로 또는 본원에 개시된 형태로 제한되는 것으로 의도되어 있지 않다. 본원의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 여러 수정 및 변형이 당업자에게는 자명할 것이다. 본원의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자들이 여러 수정을 갖는 여러 실시형태에 관한 내용을 고려되는 특정 사용에 적합한 것으로 이해할 수 있게 하기 위해, 실시형태가 선택 및 기술되어 있다.
100 : 에어포일 102 : 에어포일 블레이드
104 : 더브테일 110 : 섕크
110 : 에어포일 112 : 전방 표면
114 : 후방 표면 116 : 압력측 표면
118 : 흡입측 표면 120, 122, 124 : 표면 특징부
126 : 상부 표면 128 : 하부 표면
130 : 댐퍼 핀 132 : 원통형 본체
134 : 전방 단부
136 : 후방 단부 138, 140 : 리세스
150 : 시일 채널 152 : 전방 개구
154 : 말단 개구 156 : 측방 부분
158 : 연결 부분 160 : 수직 부분
162 : 후방 개구 170 : 시일
200 : 시일 210 : 제1 층
212 : 제2 층 220 : 용접부
230 : 삽입 단부 232 : 유지 단부
300 : 유지 특징부 310 : 유로 요소
312, 322 : 립 314 : 내부면
320 : 제2 유로 요소 350 : 시일 채널
352 : 개구 354 : 상부 벽
360, 362 : 채널 깊이 370 : 프론트 로드형 시일
372 : 결합 단부 500 : 유지 특징부
510 : 유로 요소 512, 522 : 립
514 : 상보적인 후크 520 : 유로 요소
550 : 시일 채널 552 : 개구
570 : 프론트 로드형 시일 572 : 연장부
574 : 후크부 576 : 제1 만곡부
578 : 제2 만곡부 800 : 유지 특징부
810, 820 : 이웃하는 유로 요소 850 : 시일 채널
852 : 개구 854 : 상부 홈
856 : 상방 표면 858 : 전방 표면
860 : 후방 표면 870 : 시일
872 : 결합 단부 874 : 탭
876 : 단부면 878 : 전방 표면
880 : 후방 표면 1100 : 유지 특징부
1110, 1120 : 유로 요소 1112, 1122 : 립
1114 : 상보적인 후크 1150 : 시일 채널
1152 : 개구 1170 : 프론트 로드형 시일
1172 : 연장부 1174 : 탭
1180 : 후방 표면 1400 : 방법
1410, 1420, 1430, 1440, 1450 : 단계

Claims (12)

  1. 시스템으로서,
    전방 표면(112, 858, 878), 후방 표면(114, 860, 880, 1180), 압력측 표면(116) 및 흡입측 표면(118)을 구비하는 제1 유로 요소(310)로서, 제1 유로 요소(310)의 압력측 표면(116)은 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널의 압력측 부분을 획정하는 것인 제1 유로 요소;
    전방 표면(112, 858, 878), 후방 표면(114, 860, 880, 1180), 압력측 표면(116) 및 흡입측 표면(118)을 구비하는 제2 유로 요소(320)로서, 제2 유로 요소는 상기 제1 유로 요소에 인접하게 배치되고, 제2 유로 요소(320)의 흡입측 표면(118)은 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널의 흡입측 부분을 획정하는 것인 제2 유로 요소; 및
    상기 압력측 부분 및 상기 흡입측 부분에 의해 형성된 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널 내에 유지되는 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)
    을 포함하고, 상기 제2 유로 요소는, 상기 시일이 설치되기 전에 상기 제1 유로 요소에 인접하게 배치되며, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널은 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152)를 획정하며, 설치 중에 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)의 후방 단부가 상기 전방 개구를 통해 삽입되고, 상기 시일의 후방 단부는 상기 시일 채널을 통해 후방 위치로 안내되어, 상기 시일의 전방 단부가 상기 전방 개구에 배치되는 것인 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로 요소(310)는 전방 표면(112, 858, 878)으로부터 후방 표면(114, 860, 880, 1180)까지의 본체 폭과, 상기 본체 폭에 수직한 섕크(110) 높이를 갖고, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널은 상기 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152)로부터 연장되며 상기 본체 폭을 따라 그리고 상기 섕크(110) 높이를 따라 연장되는 것인 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)은, 상기 제1 유로 요소(310)와 상기 제2 유로 요소(320)의 사이에 형성된 적어도 하나의 누설 경로를 밀봉하도록, 상기 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152)로부터 상기 본체 폭을 따라 그리고 상기 섕크(110) 높이를 따라 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널을 통과해 연속적으로 연장되는 것인 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로 요소(310)와 상기 제2 유로 요소(320)의 사이에 있고 인접 누설 경로를 적어도 부분적으로 획정하는 댐퍼 핀(130)을 더 포함하며, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)은 상기 댐퍼 핀(130)의 인접 누설 경로를 밀봉하는 것인 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로 요소(310)는, 설치 후에 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)을 제위치에 유지하는 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)를 상기 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152)의 부근에 획정하는 것인 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)는 립(312, 322), 슬롯 및 후크로부터 선택되는 것인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)은, 설치 후에 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)을 제위치에 유지하는 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)를, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)의 전방 부분에서 상기 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152)의 부근에 획정하는 것인 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)는 탭(874, 1174) 및 후크로부터 선택되고, 상기 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)는 제1 유로 요소(310) 상에서 상기 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152)의 부근에 획정된 상보적인 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)와 호환 가능한 것인 시스템.
  9. 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)로서:
    이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120) 사이에 획정된 시일 채널(150, 350, 550, 850)에 따르는 가요성 부재로서;
    상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120)의 전방 표면(112, 858, 878)으로부터 상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120)의 후방 표면(114, 860, 880, 1180)까지 연장되는 축방향 부분;
    상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120)의 후방 표면(114, 860, 880, 1180)의 부근에서 상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120)의 높이를 따라, 그리고 상기 축방향 부분과 연속하여, 연장되는 반경방향 부분;
    상기 축방향 부분과 연속해 있고 상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120)의 전방 표면(112, 858, 878)에 의해 획정된 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170) 채널의 전방 개구(152, 352, 552, 852, 1152) 부근에 있는 전방 단부; 및
    상기 반경방향 부분과 연속해 있는 후방 단부로서, 상기 후방 단부는 상기 시일 채널의 전방 개구를 통해 삽입되고, 상기 시일 채널을 통해 후방 위치로 안내되어, 상기 시일의 전방 단부가 상기 전방 개구에 배치되는 것인 후방 단부를 포함하는 것인 가요성 부재
    를 포함하는 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170).
  10. 제9항에 있어서, 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)은 이웃하는 에어포일들(100)의 섕크들(110) 사이에 획정된 적어도 하나의 누설 경로를 밀봉하는 것인 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170).
  11. 제9항에 있어서, 상기 전방 단부는, 상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120)과 결합하고 상기 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170)을 제위치에 유지하기 위한 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1120)를 포함하는 것인 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170).
  12. 제11항에 있어서, 상기 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)는 탭(874, 1174) 및 후크로부터 선택되고, 상기 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)는 상기 이웃하는 유로 요소들(310, 320, 510, 520, 810, 820, 1110, 1120) 상에 획정된 상보적인 유지 특징부(100, 300, 500, 800, 1100)와 호환 가능한 것인 시일(170, 200, 370, 570, 870, 1170).
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