KR102226333B1 - 유기 진동 보강재를 갖는 압축기 블레이드 - Google Patents

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Abstract

가스 터빈의 압축기 블레이드는: 루트 부재; 상기 루트 부재 상에 배치되고, 그 사이에 중공 공간을 형성하는 제1 내부벽 및 제2 내부벽을 포함하는 에어포일; 및 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나에 형성된 유기 진동 보강재(OVS)를 포함한다. 상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 표면에 대해 수행되는 3D 프린팅에 의해 형성되고, 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 형성된 요철면을 포함한다. 상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부로부터 돌출된 돌출부 또는 적어도 일부에 오목화된 리세스부를 포함할 수 있다.

Description

유기 진동 보강재를 갖는 압축기 블레이드{COMPRESSOR BLADE HAVING ORGANIC VIBRATION STIFFENER}
본 개시 내용의 예시적인 실시예는 압축기 블레이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어포일이 그 내부면 상에 유기 진동 보강재(Organic Vibration Stiffener: OVS)를 포함하는 중공 압축기 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로, 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 공기를 압축한 다음, 연소기로 전달한다. 압축기에 의해 압축된 공기는 고압 및 고온 상태가 된다. 연소기는 압축기에서 공급된 압축 공기와 연료를 혼합하여 혼합물을 연소시킨다. 연소에 의해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 터빈에 제공된 터빈 블레이드는 연소 가스에 의해 회전되어 동력을 발생한다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치 구동 등에 사용될 수 있다.
터빈에 의해 발생된 동력의 일부는 압축기의 회전을 구동시키기 위해 되먹임되며, 압축기는 마찬가지로 외주면 주위에 배열되고 공기를 흡입하여 연속적으로 압축하기 위해 여러 단계로 제공되는 압축기 블레이드(에어포일)를 구비한다. 가스 터빈의 바람직한 운전을 달성하기 위해, 에어포일은 모든 압축기 블레이드에 대한 특정 설계 요건, 즉 공기역학적 성능을 충족시키도록 제조된다. 즉, 초기 에어포일 형상은 공기역학적 분석에 의해 결정된다. 그러나, 운전 중에 압축기 블레이드는 구동 회전 및 공기 압축의 힘으로 인해 응력을 받는다. 응력은 에어포일 형상과 구조의 무결성을 손상시킴으로써 압축기 블레이드의 고장을 야기할 수 있다.
따라서, 블레이드의 고장을 방지하기 위해, 압축기 에어포일의 제조 공정은 기계적 진동 응답을 결정하는 분석 단계 및 분석에 기초한 조정 단계를 포함한다. 초기에 제조된 에어포일 형상의 고유 진동수가 여기 주파수에 충분히 근접하면, 에어포일의 형상은 고유 진동수에 영향을 미치도록 변경되어야 한다. 현대의 압축기 블레이드의 제조 공정에 따르면, 형상 변경은 에어포일의 외부 형상에 대해 수행된다. 그러나, 에어포일의 외형에 대한 조정은 공기역학적 성능을 희생시킬 수 있다.
한편, 현대의 압축기 블레이드는 대향하는 에어포일 패널에 의해 패널 사이에 중공 공간이 형성된 구조를 가진다. 패널은 시트 금속으로 형성될 수 있으며, 중공 공간을 가로질러 패널에 접합하는 스파(spar)가 추가될 수 있다. 다른 공지된 제조 방법도 역시 구조적 무결성을 제공하기 위해 접합된 금속을 중공 블레이드 내부에 포함한다. 이러한 접합 기술은 선형 마찰 용접(Linear Friction Welding: LFW) 또는 천이 액상 접합(transient liquid phase bonding)을 포함할 수 있다. 어느 경우이든, 접합은 별도의 구조적 요소를 추가하기 위해 수행되며, 이는 공정을 복잡하게 하고 블레이드를 불필요하게 무겁게 할 수 있다.
에어포일의 외형에 영향을 미치지 않고, 그리고 별도로 제공되는 구조적 요소를 예컨대 접합 기술을 이용하여 중공 압축기 블레이드 내에 설치하지 않고도, 압축기 블레이드를 조화롭게 조정할 수 있는 개선된 중공 압축기 블레이드 및 중공 압축기 블레이드 제조 방법이 필요하다.
한국등록특허 제10-1619753호 (2016.05.03 등록)
본 개시 내용의 목적은 압축기 공기역학을 희생하지 않고 압축기 블레이드를 조정할 수 있도록 유기 진동 보강재를 가지는 압축기 블레이드를 제공하는 것이다.
본 개시 내용의 다른 목적 및 장점은 다음의 설명에 의해 이해될 수 있고, 본 개시 내용의 실시예를 참조로 명백해질 수 있다. 또한, 본 개시 내용의 목적 및 장점은 청구된 바와 같은 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다는 것은 본 개시 내용에 속하는 분야의 당업자에게 분명할 것이다.
본 개시 내용의 일 양태에 따르면, 가스 터빈의 압축기 블레이드가 제공된다. 압축기 블레이드는 루트 부재; 상기 루트 부재 상에 배치되고, 그 사이에 중공 공간을 형성하는 제1 내부벽 및 제2 내부벽을 포함하는 에어포일; 및 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나에 형성된 유기 진동 보강재(OVS)를 포함한다.
상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 표면에 대해 수행되는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 형성된 요철면을 포함할 수 있다.
상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부로부터 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부에 오목화된 리세스부를 포함할 수 있다.
상기 OVS는, 상기 압축기 블레이드의 진동 주파수를 이동시키기 위해 상기 OVS가 필요한, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 상의 중공 공간 내의 지점에 위치시키기 위해 수행되는 유기 진동 보강 공정에 따라 배열될 수 있다.
상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 대응하는 내부벽에 미리 정해진 형상을 생성하도록 최적화된 두께를 갖는 유기 토폴로지를 포함할 수 있으며, 상기 유기 토폴로지는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다.
상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽을 서로 연결하는 거싯(gusset)과 웨빙(webbing) 중 하나를 포함하는 OVS 연결부을 포함할 수 있으며, 상기 OVS 연결부는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다.
상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 에어포일의 강성을 조정하는 구조적 리브를 포함할 수 있고, 상기 구조적 리브는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다.
상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 미리 정해진 높이에 따라 상기 에어포일의 중량을 조절하고 상기 에어포일의 균형을 유지하도록 구성된 인쇄 패터닝을 포함할 수 있고, 상기 인쇄 패터닝은 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다.
상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나 상에 댐퍼를 포함할 수 있고, 상기 댐퍼는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다. 압축기 블레이드가 비틀어지지 않은 상태에 있는 중에, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 사이에 마찰 접촉이 생기도록 하나의 내부벽의 상기 댐퍼는 다른 내부벽의 표면에 맞물릴 수 있다.
본 개시 내용의 다른 양태에 따르면, 가스 터빈의 압축기 블레이드가 제공되며, 여기서 압축기 블레이드는, 루트 부재; 상기 루트 부재 상에 배치되고, 상기 압축기 블레이드의 선단 엣지로부터 상기 압축기 블레이드의 후단 엣지까지 연장되는 제1 내부벽; 및 상기 루트 부재 상에 배치되고, 상기 압축기 블레이드의 상기 선단 엣지로부터 상기 압축기 블레이드의 상기 후단 엣지까지 연장되는 제2 내부벽을 포함한다. 여기서, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽은 상기 선단 엣지와 상기 후단 엣지에서 서로 접합되는 것에 의해 중공 공간을 형성할 수 있으며, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 벽의 내부면의 적어도 일부에 형성된 유기 진동 보강재(OVS)를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 다른 양태에 따르면, 가스 터빈은, 압축기 블레이드를 포함하고 외부로부터 도입되는 공기를 압축하는 압축기; 연료와 상기 압축 공기의 혼합물을 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기; 및 상기 연소 가스를 이용하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 압축기 블레이드는 전술한 압축기 블레이드와 일치할 수 있다.
본 개시 내용의 유리한 특징은 상기 압축기 블레이드가 해당 압축기 블레이드의 중공부 내부에 유기 진동 보강(OVS) 특징부를 포함함으로써 압축기 블레이드의 공기역학적 성능을 저하시키지 않으면서 진동 주파수를 이동시킨다는 것이다. 상기 OVS 특징부는 3D 프린팅 기술을 이용하여 벽(예, 홈 및/또는 돌출부)의 두께를 변경하거나 내부벽에 구조적 리브 또는 패턴을 구성하는 것으로 제조될 수 있다.
본 개시 내용의 전술한 개요의 설명 및 하기의 상세한 설명은 예시적이고 설명을 위한 것으로, 청구된 바와 같이 본 개시 내용을 추가로 설명하고자 의도된 것으로 이해되어야 한다.
본 개시 내용의 상기 및 다른 목적, 특징 및 다른 장점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 것이다. 도면에서:
도 1은 본 개시 내용에 따른 압축기 블레이드가 적용될 수 있는 가스 터빈의 절개 사시도이고;
도 2는 도 1의 가스 터빈의 단면도이고;
도 3은 도 1의 가스 터빈의 압축기의 절개 사시도이고;
도 4a는 중공부 내부에 형성된 OVS 특징부가 유기 토폴로지를 포함하는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드의 사시도이고;
도 4b는 중공부 내부에 형성된 OVS 특징부가 OVS 연결부를 포함하는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드의 사시도이고;
도 4c는 중공부 내부에 형성된 OVS 특징부가 구조적 리브를 포함하는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드의 사시도이고;
도 4d는 중공부 내부에 형성된 OVS 특징부가 인쇄 패터닝을 포함하는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드의 사시도이고;
도 4e는 중공부 내부에 형성된 OVS 특징부가 댐핑부를 포함하는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 압축기 블레이드의 사시도이다.
본 개시 내용은 다양한 형태로 변형될 수 있고, 다양한 실시예를 가질 수 있으므로, 바람직한 실시예가 첨부 도면에 예시되고 도면을 참조로 상세히 설명될 것이다. 그러나, 이는 본 개시 내용을 특정한 실시 방식으로 제한하려는 것이 아니며, 본 개시 내용의 사상 및 기술적 범위를 벗어나지 않는 모든 변경, 균등물 및 대체물은 본 발명에 포함된다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 오직 특정 실시예을 설명하기 위한 것으로, 제한하려는 것이 아니다. 본 개시 내용에서, 단수형 표현은 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "포함하다", "구비하다", "가지다" 등의 용어는 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 조합의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 이해할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 개시 내용의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타내기 위해 상이한 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용되는 도면을 참조한다. 널리 공지된 구성 및 기능의 세부 사항은 본 개시 내용의 요지를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 생략될 수 있다. 동일한 이유로, 첨부 도면에서, 일부 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 표현될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)의 내부 구조를 예시하며, 도 3은 가스 터빈의 압축기(1100)를 예시한다.
도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 압축기(1100)는 외부 공기를 흡입하여 해당 공기를 압축할 수 있다. 연소기(1200)는 압축기(1100)에 의해 압축된 공기와 연료를 혼합하고 해당 혼합물을 연소시킬 수 있다. 터빈(1300)은 연소기(1200)로부터 배출된 연소 가스에 의해 회전 가능하게 설치되는 복수의 터빈 블레이드(1310)를 포함한다. 이하, 본 개시 내용의 중요한 부분인 압축기(1100)를 상세히 설명할 것인 데, 연소기(1200) 및 터빈(1300)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
가스 터빈(1000)의 주요 부품 중의 압축기(1100)는 복수의 로터 디스크(1110), 중심 타이 로드(1120), 복수의 블레이드(1130), 압축기 케이싱(1150), 흡기구(1160) 및 디퓨저(1170)를 포함한다.
블레이드(1130)는 각각의 로터 디스크(1110)에 장착된다. 중심 타이로드(1120)는 로터 디스크(1110)를 통과하도록 제공된다. 각각의 로터 디스크(1110)는 중심 타이 로드(1120)의 회전에 의해 회전될 수 있어서 블레이드(1130)를 회전시킬 수 있다. 로터 디스크(1110)는 다단 구조로 배열된 14개의 이러한 로터 디스크를 포함할 수 있다.
복수의 로터 디스크(1110)는 로터 디스크(1110)가 축방향으로 서로 이격되지 않도록 중심 타이 로드(1120)에 의해 결합된다. 중심 타이 로드(1120)가 통과하는 각각의 로터 디스크(1110)는 축방향을 따라 배열된다. 각 로터 디스크(1110)의 외주부에는 복수의 돌기(미도시)가 제공될 수 있고, 플랜지(1111)가 상기 외주부에 제공되되, 해당 플랜지(111)가 인접한 로터 디스크(1110)와 결합되어 로터 디스크(1110)가 함께 회전하도록 제공된다.
공기 유동 통로(1112)가 복수의 로터 디스크(1110) 중 어느 하나 이상에 형성될 수 있다. 압축기(1100)의 블레이드(1130)에 의해 압축된 공기는 공기 유동 통로(1112)를 통해 터빈(1300)으로 이동하여 터빈 블레이드(1310)를 냉각시킬 수 있다.
중심 타이 로드(1120)는 로터 디스크(1110)를 정렬하도록 로터 디스크(1110)를 통과하도록 배치된다. 중심 타이 로드(1120)는 터빈(1300)으로부터 발생된 토크를 받아서 로터 디스크(1110)를 회전시킬 수 있다. 이를 위해, 압축기(1100)와 터빈(1300) 사이에는 터빈(1300)에서 발생된 회전 토크를 압축기(1100)로 전달하는 토크 전달 부재로서 기능하는 토크 튜브(1400)가 배치될 수 있다.
중심 타이 로드(1120)의 일단은 가장 먼 상류 로터 디스크에 결합되고, 타단은 압축 너트(1121)를 사용하여 토크 튜브(1400)에 삽입 및 결합된다. 압축 너트(1121)는 토크 튜브(1400)를 로터 디스크(1110) 측으로 압축함으로써 각각의 로터 디스크(1110)는 서로 밀착된다.
복수의 블레이드(1130)는 각각의 로터 디스크(1110)의 외주면에 방사상으로 결합된다. 각각의 블레이드(1130)는 루트 부재(1131)를 포함할 수 있고, 이 루트 부재를 통해 블레이드(1130)가 로터 디스크(1110)에 결합된다. 로터 디스크(1110)는 루트 부재(1131)가 삽입되는 슬롯(1113)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 블레이드(1130)는 슬롯 방식으로 로터 디스크(1110)에 결합되지만, 본 개시 내용은 이 결합 방법에 제한되지 않는다. 즉, 블레이드(1130)와 로터 디스크(1110)를 결합하는 데 다양한 방법이 적용될 수 있다.
블레이드(1130)는 로터 디스크(1110)의 회전에 의해 회전되어 흡입 공기를 압축하고 압축된 공기를 후속 스테이지로 이동시킨다. 공기는 다단 구조를 연속적으로 형성하는 블레이드(1130)를 통과하면서 점차적으로 더 높은 압력으로 압축된다.
압축기 케이싱(1150)은 압축기(1100)의 외형을 형성하고, 로터 디스크(1110), 중심 타이 로드(1120), 블레이드(1130) 등을 수용한다. 압축기 케이싱(1150)은 연결관을 가질 수 있으며, 연결관을 통해 다단 압축기 블레이드(1130)에 의해 다단계 방식으로 압축된 공기가 터빈(1300)으로 유동되어 터빈 블레이드를 냉각시킨다.
흡기구(1160)는 압축기(1100)의 입구에 배치된다. 흡기구(1160)는 압축기(1100) 내로 외부 공기를 흡입한다. 압축 공기를 확산 및 이동시키기 위한 디퓨저(1170)는 압축기(1100)의 출구에 배치된다. 디퓨저(1170)는 압축 공기가 연소기(1200)에 공급되기 전에 압축기(1100)에 의해 압축된 공기를 조절할 수 있고, 압축 공기의 운동 에너지의 일부를 정압 에너지로 변환할 수 있다. 디퓨저(1170)를 통과한 압축 공기는 연소기(1200)로 유도된다.
도 4a 내지 도 4e는 각각 본 개시 내용에 따른 압축기 블레이드(1130)의 실시예를 예시한다. 본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 루트 부재(1131) 및 루트 부재(1131) 상에 배치된 압축기 블레이드 에어포일(1132)을 포함할 수 있다. 에어포일(1132)은 대향 패널을 포함하고, 해당 대향 패널의 내부면 사이에는 중공 공간(1133)이 형성된다. 대향 패널은 각각 내부면을 가지는 제1 내부벽(1132a) 및 제1 내부벽(1132a)의 내부면과 마주한 내부면을 가지는 제2 내부벽(1132b)에 의해 형성될 수 있다.
본 개시 내용에 따르면, 제1 내부벽(1132a) 및 제2 내부벽(1132b) 중 적어도 하나는 요철 표면 또는 OVS 특징부(1135)를 포함한다. 제1 및 제2 내부벽(1132a, 1132b)의 요철 표면은 바람직하게는 적층적 제조(Additive Manufacturing: AM) 공정을 통해 형성되는 것이 바람직한 데, 적층적 제조 공정은 3D 프린팅, 급속 프로토타이핑(Rapid Prototyping: RP), 직접적 디지털 제조(Direct Digital Manufacturing: DDM), 적층 제조 및 추가적 제조 중 임의의 것을 포함하며, 상기 AM 공정은 3D 프린팅을 포함한다.
OVS 특징부(1135)는 진동 주파수에 영향을 미치는 하나의 목적을 위해 추가된 특징부이다. OVS 특징부(1135)는 제1 및 제2 내부벽(1132a 및 1132b) 중 적어도 하나의 두께가 변화되어 제1 및 제2 내부벽(1132a, 1132b) 중 적어도 하나의 적어도 일부 위에 형성된 홈(리세스), 돌출부 또는 양자 모두의 배열을 형성하는 구조를 가질 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 본 개시 내용에 따른 OVS 특징부(1135)의 구조는 중공 공간(1133)의 내부로 돌출되도록 제1 및 제2 내부벽(1132a 및 1132b) 중 하나 또는 양자 모두에 구성되는 구조적 리브 또는 패턴 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
어떤 경우든, OVS 특징부(1135)는 압축기 블레이드(1130)의 진동 주파수를 이동시키기 위해 OVS 특징부(1135)가 필요한 제1 내부벽(1132a)과 제2 내부벽(1132b) 상의 중공 공간(1133) 내의 지점을 위치시키도록 수행되는 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다.
압축기 블레이드(1130)는 루트 부재(1131)와 제1 및 제2 내부벽(1132a, 1132b)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 내부벽 및 제2 내부벽 중 적어도 하나는 제1 내부벽 및 제2 내부벽 중 적어도 하나의 내부면의 적어도 일부 상에 형성되는 유기 진동 보강재(OVS) 특징부(1135)를 포함한다. 이 구성에서, 제1 내부벽(1132a)은 루트 부재(1131) 상에 배치되고, 압축기 블레이드(1130)의 선단 엣지로부터 압축기 블레이드(1130)의 후단 엣지까지 연장되고, 제2 내부벽(1132b)은 루트 부재(1131) 상에 배치되고, 압축기 블레이드(1130)의 선단 엣지로부터 압축기 블레이드(1130)의 후단 엣지까지 연장됨으로써, 제1 내부벽과 제2 내부벽은 선단 엣지와 후단 엣지에서 서로 접합됨으로써 중공 공간(1133)을 형성한다.
도 4a를 참조하면, 중공 공간(1133) 내부에 OVS 특징부(1135)가 형성된 본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 대응하는 내부벽 상에 원하는 형상을 형성하기 위해 최적화된 두께를 갖는 유기 토폴로지(1135a)를 포함한다. 유기 토폴로지(1135a)는 압축기 블레이드(1130)의 진동 주파수를 이동시키기 위해 OVS 특징부(1135)가 필요한 제1 내부벽(1132a)과 제2 내부벽(1132b) 상의 중공 공간(1133) 내에 위치되는 지점에 대응하여 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다. 유기 토폴로지(1135a)는 바람직하게는 3D 프린팅에 의해 형성된다.
도 4b를 참조하면, 중공 공간(1133) 내부에 OVS 특징부(1135)가 형성된 본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 제1 및 제2 내부벽(1132a, 1132b) 중 하나를 다른 하나에 연결하는 거싯(gusset) 또는 웨빙(webbing) 중 하나를 포함하는 OVS 연결부(1135b)를 포함한다. OVS 연결부(1135b)는 압축기 블레이드(1130)의 진동 주파수를 이동시키기 위해 OVS 특징부(1135)가 필요한 제1 내부벽(1132a)과 제2 내부벽(1132b) 상의 중공 공간(1133) 내에 위치되는 지점에 대응하여 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다. OVS 연결부(1135b)는 바람직하게는 3D 프린팅에 의해 형성된다.
도 4c를 참조하면, 중공 공간(1133) 내부에 OVS 특징부(1135)가 형성된 본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 에어포일(1132)의 강성을 조정하는 구조적 리브(1135c)를 포함한다. 구조적 리브(1135c)는 압축기 블레이드(1130)의 진동 주파수를 이동시키기 위해 OVS 특징부(1135)가 필요한 제1 내부벽(1132a)과 제2 내부벽(1132b) 상의 중공 공간(1133) 내에 위치되는 지점에 대응하여 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다. 구조적 리브(1135c)는 바람직하게는 3D 프린팅에 의해 형성된다.
도 4d를 참조하면, 중공 공간(1133) 내부에 OVS 특징부(1135)가 형성된 본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 원하는 레벨에 따라 에어포일(1132)의 중량을 조절하고 에어포일(1132)의 균형을 유지하는 인쇄 패터닝(1135d)을 포함한다. 인쇄 패터닝(1135d)은 압축기 블레이드(1130)의 진동 주파수를 이동시키기 위해 OVS 특징부(1135)가 필요한 제1 내부벽(1132a)과 제2 내부벽(1132b) 상의 중공 공간(1133) 내에 위치되는 지점에 대응하여 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다. 인쇄 패터닝(1135d)은 바람직하게는 3D 프린팅에 의해 형성된다.
도 4e를 참조하면, 중공 공간(1133) 내부에 OVS 특징부(1135)가 형성된 본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 제1 및 제2 내부벽(1132a, 1132b) 중 하나 또는 양자 모두 상에 댐핑부(1135e)를 포함할 수 있고, 블레이드가 비틀어지지 않은 상태에 있는 도중에, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 사이에 마찰 접촉이 생기도록 하나의 내부벽의 상기 댐핑부와 다른 내부벽 또는 다른 내부벽 상에 형성된 댐핑부(1135e)가 맞물릴 수 있다. 상기 댐핑부(1135e)는 상기 중공 공간(1133) 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된다. 상기 댐핑부(1135e)는 바람직하게는 3D 프린팅에 의해 형성된다.
본 개시 내용의 압축기 블레이드(1130)는 도 4a 내지 도 4e의 상기 실시예 중 임의의 하나 또는 임의의 조합에 따른 OVS 특징부(1135)를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 개시 내용은 분석에 기초하여 에어포일 형상 조정 단계를 수행하기 전에, 제조된 에어포일의 기계적 진동 응답을 결정하는 분석과 관련하여 OVS 기술을 활용한다. OVS 기술은 에어포일의 진동 주파수를 이동시키는 데 필요한 경우에만 OVS 기능을 적용하기 위해 중공의 압축기 블레이드 내부에 강성 및/또는 질량을 제공한다. OVS 특징부는 중공 블레이드의 내부 특징부이며, 제1 내부벽 및 제2 내부벽 중 적어도 하나의 표면에 대한 3D 프린팅에 의해 형성된다.
본 개시 내용에 따르면, 압축기 블레이드는 3D 프린팅을 포함하는 적층적 제조(AM)에 의해 전술한 OVS 특징부 중 임의의 것을 중공 블레이드의 내부에 추가함으로써, 에어포일의 외형에 영향을 미치지 않으면서 조화롭게 조정될 수 있다.
본 개시 내용의 중공의 압축기 블레이드는 구조적 무결성을 제공하기 위해 종래의 접합 방법을 사용하지 않고 제조될 수 있다.
따라서, 압축기 블레이드의 중공부 내부에 유기 진동 보강(OVS) 특징부를 포함하는 본 개시 내용의 압축기 블레이드는 압축기 블레이드의 공기역학적 성능을 저하시키지 않으면서 진동 주파수의 이동을 가능하게 한다.
본 개시 내용은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 다음의 청구범위에 정의된 바와 같이 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 분명할 것이다.

Claims (16)

  1. 가스 터빈의 압축기 블레이드로서,
    루트 부재;
    상기 루트 부재 상에 배치되고, 그 사이에 중공 공간을 형성하는 제1 내부벽 및 제2 내부벽을 포함하는 에어포일; 및
    상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나에 형성된 유기 진동 보강재(OVS);를 포함하고,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 표면에 대해 수행되는 적층적 제조 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 형성된 요철면을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부로부터 돌출된 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부에 오목화된 리세스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 OVS는, 상기 압축기 블레이드의 진동 주파수를 이동시키기 위해 상기 OVS가 필요한, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 상의 중공 공간 내의 지점에 위치시키기 위해 수행되는 유기 진동 보강 공정에 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 대응하는 내부벽에 미리 정해진 형상을 생성하도록 최적화된 두께를 갖는 유기 토폴로지를 포함하고, 상기 유기 토폴로지는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽을 서로 연결하는 거싯(gusset)과 웨빙(webbing) 중 하나를 포함하는 OVS 연결부을 포함하고, 상기 OVS 연결부는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 에어포일의 강성을 조정하는 구조적 리브를 포함하고, 상기 구조적 리브는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 미리 정해진 높이에 따라 상기 에어포일의 중량을 조절하고 상기 에어포일의 균형을 유지하도록 구성된 인쇄 패터닝을 포함하고, 상기 인쇄 패터닝은 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열된 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 중공 공간 내부에 형성된 상기 OVS는 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나 상에 형성된 댐퍼를 포함하고, 상기 댐퍼는 상기 중공 공간 내에 위치된 지점에 대응하여 상기 유기 진동 보강 공정에 따라 배열되며,
    상기 압축기 블레이드가 비틀어지지 않은 상태에 있는 중에, 상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 사이에 마찰 접촉이 생기도록 하나의 내부벽의 상기 댐퍼가 다른 내부벽의 표면에 맞물리는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  12. 가스 터빈의 압축기 블레이드로서,
    루트 부재;
    상기 루트 부재 상에 배치되고, 상기 압축기 블레이드의 선단 엣지로부터 상기 압축기 블레이드의 후단 엣지까지 연장되는 제1 내부벽; 및
    상기 루트 부재 상에 배치되고, 상기 압축기 블레이드의 상기 선단 엣지로부터 상기 압축기 블레이드의 상기 후단 엣지까지 연장되는 제2 내부벽;
    을 포함하고,
    상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽은 상기 선단 엣지와 상기 후단 엣지에서 서로 접합되는 것에 의해 중공 공간을 형성하며,
    상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 벽의 내부면의 적어도 일부에 형성된 유기 진동 보강재(OVS)를 포함하고,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 표면에 대해 수행되는 적층적 제조 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부 상에 형성된 요철면을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부로부터 돌출된 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 적어도 일부에 오목화된 리세스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 블레이드.
  16. 가스 터빈으로서,
    압축기 블레이드를 포함하고, 외부로부터 도입되는 공기를 압축하는 압축기;
    연료와 상기 압축 공기의 혼합물을 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소 가스를 이용하여 동력을 발생시키는 터빈;
    을 포함하고,
    상기 압축기 블레이드는,
    루트 부재;
    상기 루트 부재 상에 배치되고, 그 사이에 중공 공간을 형성하는 제1 내부벽 및 제2 내부벽을 포함하는 에어포일; 및
    상기 제1 내부벽과 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나에 형성된 유기 진동 보강재(OVS);를 포함하고,
    상기 OVS는 상기 제1 내부벽 및 상기 제2 내부벽 중 적어도 하나의 표면에 대해 수행되는 적층적 제조 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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