KR102270498B1 - 터보기계 로터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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자슈아 슈오브
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만 에너지 솔루션즈 에스이
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Abstract

본 발명은, 터보기계 로터(10)에 관한 것으로, 반경 방향 내측 허브 요소(11), 반경 방향 외측 슈라우드 요소(12) 및, 상기 허브 요소(11)와 상기 슈라우드 요소(12) 사이에서 연장되며 그리고 로터 블레이드 날개들(14)을 구비하는, 로터 블레이드들(13)을 포함하고, 상기 로터 블레이드들(13)은, 상기 허브 요소(11)의 일체형 구성요소이며 그리고 제1 대안예에 따라 상기 슈라우드 요소(12)에 접합되거나, 또는 상기 슈라우드 요소의 일체형 구성요소이며 그리고 제2 대안예에 따라 상기 허브 요소에 접합되는 것인, 터보기계 로터(10)에 관한 것이다. 상기 로터 블레이드들(13)은, 제1 대안예에 따라 상기 슈라우드 요소(12)에 인접한 또는 제2 대안예에 따라 상기 허브 요소에 인접한, 일체형 베이스(15)를 구비하며, 그리고 상기 로터 블레이드들(13)은, 상기 베이스를 통해, 제1 대안예에 따라 상기 슈라우드 요소(12)에 또는 제2 대안예에 따라 상기 허브 요소에 접합된다.

Description

터보기계 로터 및 그 제조 방법
본 발명은, 터보기계 로터에 관한 것이다. 본 발명은, 더불어, 그러한 터보기계 로터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
터빈들 또는 압축기들과 같은, 터보기계들은, 스테이터-측 조립체들 및 로터-측 조립체들을 포함한다. 터보기계의 로터-측 조립체들은, 반경 방향 내측 허브 요소, 허브 요소로부터 시작되어 반경 방향 외측으로 연장되는, 이동 블레이드들 및, 폐쇄된 실시예의 경우에서, 반경 방향 외측으로 이동 블레이드들에 인접하는, 슈라우드 요소를 포함하는, 소위 터보기계 로터를 포함한다. 이동 블레이드들의 블레이드 날개들은, 폐쇄된 터보기계 로터의 반경 방향 내측 허브 요소와 반경 방향 외측 슈라우드 요소 사이에서 연장된다.
공지의 폐쇄된 터보기계 로터들은, 제1 대안예에 따라, 이동 블레이드들이, 허브 요소의 일체형 부분이며 그리고 확고하게 접합되는 방식으로 슈라우드 요소에 연결되는, 또는 제2 대안예에 따라, 이동 블레이드들이, 슈라우드 요소의 일체형 부분이며 그리고 확고하게 접합되는 방식으로 허브 요소에 연결되는 방식으로, 구성된다.
특히, 이동 블레이드들이 허브 요소의 일체형 부분일 때, 이동 블레이드들과 허브 요소는, 단일체형 조립체를 형성한다. 특히, 대조적으로, 이동 블레이드들이 슈라우드 요소의 일체형 부분일 때, 이동 블레이드들과 슈라우드 요소는, 단일체형 조립체를 형성한다.
터보기계의 성능을 증가시키기 위해, 점증적으로 더 높은 회전 속도를 동반하는 가운데 개별적인 터보기계 로터를 작동시킬 필요성이 존재한다. 그러나, 실무적으로 공지되는 터보기계 로터들은, 이동 블레이드들과, 제1 대안예에 따른 슈라우드 요소 사이, 또는 제2 대안예에 따른 허브 요소 사이의, 확고하게 접합된 연결부, 특히 납땜된 연결부가, 점증적으로 더 높은 회전 속도에 의해 파손될 수 있기 때문에, 점증적으로 더 높은 회전 속도로 작동될 수 없다. 그에 따라, 더 높은 회전 속도를 동반하는 가운데 작동될 수 있는, 터보기계 로터에 대한 필요성이 존재한다.
이로부터 시작하여, 본 발명은, 새로운 유형의 터보기계 로터 및 그 제조 방법을 창출하는 목적에 기초하게 된다.
이러한 목적은, 청구항 1에 따른 터보기계 로터를 통해 해소된다.
본 발명에 따르면, 제1 대안예에 따른 이동 블레이드들은, 이동 블레이드들이 그를 통해, 확고하게 접합되는 방식으로, 제1 대안예에 따라 슈라우드 요소에 연결되며, 또는 제2 대안예에 따라 허브 요소에 연결되는 것인, 일체형 베이스를 포함한다.
이동 블레이드들 상에 일체형 베이스를 제공함에 의해 그리고 베이스와, 제1 대안예에 따라 슈라우드 요소 사이의, 또는 제2 대안예에 따라 허브 요소 사이의, 확고하게 접합된 연결부를 통해, 개별적인 확고하게 접합된 연결부가 개선될 수 있고, 특히 응력이, 동등한 구역에서 감소될 수 있으며, 따라서 궁극적으로 터보기계 로터가, 더 높은 회전 속도를 동반하는 가운데 작동될 수 있으며, 그리고 터보기계의 성능이 그에 따라 증가된다.
본 발명의 유리한 다른 개선예에 따르면, 이동 블레이드들은, 개별적인 이동 블레이드 날개와 개별적인 베이스 사이의 전이 구역에서, 터보기계 로터의 외경의 0.5% 내지 2.5% 사이, 특히 바람직하게 1.0% 내지 2.0% 사이인, 전이 반경(transition radius)을 갖는다. 이동 블레이드 날개와 베이스 사이의 그러한 전이 반경과 더불어, 개별적인 확고하게 접합된 연결부의 강도 및 그에 따라 터보기계 로터의 최대 회전 속도가, 특히 유리하게 증가될 수 있다.
우선적으로, 제1 대안예에 따라, 허브 요소, 이동 블레이드들 및 베이스는, 또는 제2 대안예에 따라, 슈라우드 요소, 이동 블레이드들 및 베이스는, 각각의 경우에, 밀링에 의해 일체형 조립체들로 그리고 그에 따라 단일체형 조립체들로 형성되고, 제1 대안예에 따른 이동 블레이드들 및 슈라우드 요소, 또는 제2 대안예에 따른 이동 블레이드들 및 허브 요소는, 납땜에 의해 이동 블레이드들의 베이스들에서 서로 연결된다. 이에 의해, 특히 높은 회전 속도를 동반하는 가운데 작동될 수 있는 터보기계 로터가, 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 터보기계 로터를 제조하는 방법이, 청구항 8에 한정된다.
본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 달성된다. 본 발명의 예시적인 실시예들이, 이에 제한되지 않는, 도면을 통해, 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 제1 터보기계 로터의 매우 도식화된 상세도이며; 그리고
도 2는 제2 터보기계 로터의 매우 도식화된 상세도이다.
본 발명은, 터보기계 로터에, 말하자면 소위 폐쇄된 터보기계 로터에, 특히 터빈의 또는 압축기의 폐쇄된 터보기계 로터에 관한 것이다. 폐쇄된 터보기계 로터들은, 슈라우드 요소를 포함한다.
도 1은, 반경 방향 내측 허브 요소(11), 반경 방향 외측 슈라우드 요소(12) 및, 반경 방향 내측 허브 요소(11)와 반경 방향 외측 슈라우드 요소(12) 사이에서 연장되며 그리고 각각 이동 블레이드 날개(14)를 포함하는, 이동 블레이드들(13)을 포함하는, 본 발명에 따른 제1 터보기계 로터(10)로부터의 매우 도식화된 발췌도를 도시한다. 반경 방향 내측 허브 요소(11)는 또한, 허브 디스크로도 지칭되며, 그리고 반경 방향 외측 슈라우드 요소(12)는 또한, 슈라우드 디스크로도 지칭된다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 이동 블레이드들(13)은, 허브 요소(11)의 일체형 부분이다. 이동 블레이드들(13) 및 허브 요소(11)는 따라서, 단일체형 조립체를 형성한다.
도 1에서, 이동 블레이드들(13)은, 특히 납땜에 의해, 확고하게 접합되는 방식으로 슈라우드 요소(12)에 연결된다.
본 발명에 따르면, 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 이동 블레이드들(13)은, 슈라우드 요소(12)에 인접하게, 즉 슈라우드 요소(12)를 바라보는 이동 블레이드들(13)의 단부에, 이동 블레이드들(13)이 그를 통해 확고하게 접합되는 방식으로 슈라우드 요소에 연결되는 것인, 일체형 그리고 그에 따라 단일체형 베이스(15)를 포함한다. 개별적인 이동 블레이드(13)의 베이스(15)와 슈라우드 요소(12) 사이에, 확고하게 접합된 연결부(17)가, 우선적으로 납땜된 연결부가, 그에 따라, 형성된다. 도 1은, 확고하게 접합된 연결부(17)의 구역에서의 반경을 도시한다.
허브 요소(11), 허브 요소(11)의 일체형 이동 블레이드들(13)들, 및 이동 블레이드들(13)의 일체형 베이스들(15)은, 우선적으로, 밀링에 의해 일체형 조립체로 구현된다. 허브 요소(11), 이동 블레이드들(13) 및 베이스들(15)은 그에 따라, 단일체형 조립체를 형성한다.
개별적인 이동 블레이드 날개(14)와 개별적인 베이스(15) 사이의 전이 구역(16)에서, 이동 블레이드들(13)은, 확고하게 접합된 연결부(17)의 구역에서의 반경보다 더 크며 그리고 터보기계 로터(10)의 외경의 0.5% 내지 2.5% 사이에 달하는, 규정된 전이 반경을 갖는다. 터보기계 로터(10)의 이러한 외경은, 슈라우드 요소(12)의 최대 직경에 의해 규정된다.
바람직하게, 전이 구역(16)에서의 전이 반경은, 터보기계 로터(10)의 이러한 외경의, 0.5% 내지 2% 사이에 또는 1.0% 내지 2.5% 사이에, 특히 바람직하게 1.0% 내지 2.0% 사이에 달한다.
도 2는, 반경 방향 내측 허브 요소(21), 반경 방향 외측 슈라우드 요소(22) 및, 반경 방향 내측 허브 요소(21)와 반경 방향 외측 슈라우드 요소(22) 사이에서 연장되며 그리고 이동 블레이드 날개들(24)을 포함하는, 이동 블레이드들(23)을 포함하는, 터보기계 로터(20)의 대안적인 예시적 실시예를 도시한다.
도 2의 버전에서, 이동 블레이드들(23)은, 슈라우드 요소(22)의 일체형 부분이며 그리고, 말하자면 개별적인 이동 블레이드(23)의 일체형 부분을 나타내는 베이스들(25)을 통해, 확고하게 접합되는 방식으로, 허브 요소(21)에 연결된다. 이동 블레이드들(23)은, 말하자면 그의 이동 블레이드 날개들(24)은, 허브 요소(21)에 인접하게 또는 허브 요소(21)에 대향하여 위치하게 되는 단부에, 이동 블레이드들(23)이 그를 통해 확고하게 접합되는 방식으로 허브 요소(21)에 연결되는 것인, 개별적인 베이스(25)를 포함한다.
도 2에서, 슈라우드 요소(22), 이동 블레이드들(23) 및 베이스들(25)은, 우선적으로 밀링에 의해 형성되는, 일체형 조립체를, 즉 단일체형 조립체를 형성한다. 이동 블레이드들(23)의 베이스들(25)에 의해, 이러한 단일체형 조립체는, 특히 납땜에 의해, 확고하게 접합되는 방식으로 허브 요소(21)에 연결된다. 도 2는, 확고하게 접합된 연결부(27)의 구역에서의 반경을 도시한다.
개별적인 이동 블레이드(23)의 개별적인 이동 블레이드 날개(24)와 개별적인 베이스(25) 사이의 전이 구역(26)에서, 확고하게 접합된 연결부(27)의 구역에서의 반경보다 더 크며 그리고 터보기계 로터(20)의 외경의, 0.5% 내지 2.5% 사이에, 바람직하게 0.5% 내지 2.0% 사이에 또는 1.5% 내지 2.5% 사이에, 특히 바람직하게 1.0% 내지 2.0% 사이에 달하는, 규정된 전이 반경이, 형성된다.
더불어, 본 명세서에 제시되는 본 발명은, 그러한 터보기계 로터(10, 20)를 제조하는 방법을 포함한다.
제1 대안예에 따라, 이동 블레이드들(13)과 일체형으로 형성되는 허브 요소(11), 또는 제2 대안예에 따라, 이동 블레이드들(23)과 일체형으로 형성되는 슈라우드 요소(22)가, 제1 단계에서 제공된다.
제1 대안예에 따라, 별개의 슈라우드 요소(12)가, 또는 제2 대안예에 따라, 별개의 허브 요소(21)가, 제2 단계에서 제공된다. 이러한 조립체들은 우선적으로, 각각 밀링 또는 부가적 제조에 의해 구현된 조립체들이다. 제1 대안예에 따라, 허브 요소(11), 이동 블레이드들(13) 및 베이스(15)가, 밀링에 의해 형성되는 일체형의 단일체형 조립체를 형성한다. 제2 대안예에 따라, 슈라우드 요소(22), 이동 블레이드들(23) 및 베이스들(25)이, 밀링에 의해 형성되는 일체형의 단일체형 조립체를 형성한다.
제3 단계에서, 허브 요소(11 또는 21)와 슈라우드 요소(12 또는 22)가, 우선적으로 납땜에 의해, 개별적으로 이동 블레이드들(13 및 23)의 개별적으로 베이스들(15 및 25)을 통해, 확고하게 접합되는 방식으로 서로에 연결된다.
우선적으로 밀링에 의해 형성되는 개별적인 전이 구역(16, 26)에서의 전이 반경이, 개별적인 확고하게 접합된 연결부(17, 27)의 구역에서의 반경보다 더 크다. 도 1의 버전에서, 베이스(15)와 이동 블레이드 날개(14) 사이의 전이 구역(16)에서의 전이 반경은, 그에 따라, 베이스(15)와 슈라우드 요소(12) 사이의 연결 구역에서의 반경보다 더 크다. 도 2의 버전에서, 베이스(25)와 이동 블레이드 날개(24) 사이의 전이 구역(26)에서의 전이 반경은, 베이스(25)와 허브 요소(21) 사이의 연결 구역에서의 반경보다 더 크다.
본 발명에 따른 터보기계 로터(10, 20)와 더불어, 응력은, 성형에 의해 감소될 수 있다. 더불어, 터보기계 로터(10, 20) 상에서의 회전 속도는, 증가될 수 있고, 그에 의해 궁극적으로 터보기계의 성능이 증가될 수 있다.
10: 터보기계 로터 11: 허브 요소
12: 슈라우드 요소 13: 이동 블레이드
14: 이동 블레이드 날개 15: 베이스
16: 전이 구역 17: 확고하게 접합된 연결부
20: 터보기계 로터 21: 허브 요소
22: 슈라우드 요소 23: 이동 블레이드
24: 이동 블레이드 날개 25: 베이스
26: 전이 구역 27: 확고하게 접합된 연결부

Claims (11)

  1. 터보기계 로터(10, 20)로서,
    반경 방향 내측 허브 요소(11, 21),
    반경 방향 외측 슈라우드 요소(12, 22),
    상기 허브 요소(11, 21)와 상기 슈라우드 요소(12, 22) 사이에서 연장되는 이동 블레이드 날개들(14, 24)을 포함하는, 이동 블레이드들(13, 23)
    을 구비하고,
    상기 이동 블레이드들(13, 23)은 상기 허브 요소(11)의 일체형 부분이며 그리고 확고하게 접합되는 방식으로 상기 슈라우드 요소(12)에 연결되고, 또는 상기 슈라우드 요소(22)의 일체형 부분이며 그리고 확고하게 접합되는 방식으로 상기 허브 요소(21)에 연결되는 것인, 터보기계 로터(10, 20)에 있어서,
    상기 이동 블레이드들(13, 23)은 상기 슈라우드 요소(12)에 인접한, 또는 상기 허브 요소(21)에 인접한, 일체형 베이스(15, 25)를 포함하고, 이 일체형 베이스를 통해, 상기 이동 블레이드들은 상기 슈라우드 요소(12)에, 또는 상기 허브 요소(21)에, 확고하게 접합되는 방식으로 연결되며,
    상기 이동 블레이드 날개(14, 24)로부터 측방향으로 돌출된 상기 베이스(15, 25)의 일부의 전체 폭은 상기 이동 블레이드 날개(14, 24)의 폭보다 크고,
    상기 이동 블레이드들(13, 23)은, 개별적인 이동 블레이드 날개(14, 24)와 개별적인 베이스(15, 25) 사이의 전이 구역에서, 터보기계 로터의 외경의 0.5% 내지 2.5% 사이에 달하는, 전이 반경을 갖고,
    개별적인 전이 구역(16, 26)에서의 상기 전이 반경은, 개별적인 확고하게 접합된 연결부(17, 27)의 구역에서의 반경보다 더 큰 것이며,
    개별적인 확고하게 접합된 연결부(17, 27)의 구역에서의 반경은 상기 이동 블레이드 날개들(14, 24)로부터 측방향으로 돌출된 상기 베이스(15, 25)의 일부의 최소 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 터보기계 로터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전이 반경은, 터보기계 로터의 외경의 0.5% 내지 2.0% 사이에 달하는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전이 반경은, 터보기계 로터의 외경의 1.0% 내지 2.5% 사이에 달하는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 전이 반경은, 터보기계 로터의 외경의 1.0% 내지 2.0% 사이에 달하는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터.
  6. 삭제
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 요소(11), 상기 이동 블레이드들(13) 및 상기 베이스들(15)이, 또는 상기 슈라우드 요소(22), 상기 이동 블레이드들(23) 및 상기 베이스들(25)이, 각각 밀링에 의해 일체형 조립체들로 제조되는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터.
  8. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 블레이드들(13) 및 상기 슈라우드 요소(12)가, 또는 상기 이동 블레이드들(23) 및 상기 허브 요소(21)가, 납땜에 의해 확고하게 접합되는 방식으로 서로에 연결되는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터.
  9. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 터보기계 로터를 제조하는 방법으로서, 적어도,
    이동 블레이드들(13)과 일체형으로 형성되는 허브 요소(11)를, 또는 이동 블레이드들(23)과 일체형으로 형성되는 슈라우드 요소(22)를, 제공하는 단계,
    별개의 슈라우드 요소(12)를, 또는 별개의 허브 요소(21)를, 제공하는 단계,
    이동 블레이드들(13, 23)의 베이스들(15, 25)을 통해, 허브 요소(11, 21)와 슈라우드 요소(12, 22)를 확고하게 접합되는 방식으로 연결하는 단계
    를 포함하는 것인, 터보기계 로터 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 허브 요소(11), 상기 이동 블레이드들(13) 및 상기 베이스들(15)이, 또는 상기 슈라우드 요소(22), 상기 이동 블레이드들(23) 및 상기 베이스들(25)이, 각각 밀링에 의해 일체형 조립체들로 제공되는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 이동 블레이드들(13) 및 상기 슈라우드 요소(12)가, 또는 상기 이동 블레이드들(23) 및 상기 허브 요소(21)가, 상기 이동 블레이드들(13, 23)의 상기 베이스들(15, 25)의 구역에서 납땜에 의해 서로에 연결되는 것을 특징으로 하는 터보기계 로터 제조 방법.
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