KR20020004969A - 터보기계의 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 댐핑 요소를 수용하는 보강된 홀을 구비하는 터보기계 블레이드에 있어서, 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 그러한 목적으로, 블레이드 본체(4)의 홀(10)을 중심으로 보강된 여유부(11)의 돌출된 선단면(12, 13)은, 블레이드 본체(4)의 전연(5) 방향으로 개방된 예각(α) 및/또는 블레이드 상단부(9) 방향으로 개방된 예각(β)을 갖고 형성된다.

Description

터보기계의 블레이드{TURBOMACHINE BLADE}

터보기계의 블레이드에 발생되는 유해한 진동을 방지하기 위해, 댐퍼선(damper wire) 또는 다른 댐핑 요소들이 그 블레이드의 대응하는 홀(hole)에 흔히 수용된다. 그러나, 고속회전의 결과로 인하여 응력 증가가 유발되는데, 이는 특히 그러한 홀의 가장자리에서 심하다.

블레이드 소재의 조기 피로를 방지하기 위하여, 그 블레이드의 홀 부위를 적절히 보강해 준다고 알려져 있다. 터보기계의 작동시 댐퍼선과 댐퍼선 홀의 접촉부는 그러한 보강이 이루어진 경계 면간의 거리에 의해 규정된다. 이 경우에 있어서, 상기 거리, 또는 접촉부의 길이는, 정적 강도와 동적 강도가 모두 확보되도록 설정된다.

프랑스 특허 FR-2 381,905호는, 예컨대, 소재의 피로를 상쇄시키는 보강 방법으로서, 흡입측에서 홀을 감싸는 비드와 압력측에서 홀을 감싸는 비드를 개시한다. 각각의 비드는, 홀안으로 둥그렇게 처리된 환형의 면을 갖고 있다. 상기 양(兩) 환형의 면은, 기계 가공이 용이하도록 서로 평행하게 정렬되는 것이 바람직하며, 아니면 상기 특허 FR-2 381,905호의 도 2에 도시된 방식으로, 블레이드의 흡입측의 표면 또는 압력측의 표면에 평행하게 정렬되는 것이 바람직하다.

그러나, 홀 부위를 상기의 방식으로 보강하는 것의 문제점은, 보강이 이루어지면 댐퍼선의 영역에 난류가 발생되고, 따라서 블레이드의 효율이 저하된다는 점이다. 또한, 보강을 많이 할수록 그러한 효율의 저하가 크다.

본 발명은, 본 원의 청구항 1의 공지부에 따른 댐퍼선 홀(damper-wire hole)을 구비한 터보기계의 블레이드에 관한 것이다.

과급기(turbocharger)의 배기 가스 터빈의 회전 블레이드에 대한 본 발명의 실시예를 도면에 도시하였는 바,

도 1은, 회전 블레이드의 흡입측을 보여주는 측면도이고,

도 2는, 상기 회전 블레이드에 있어서, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절취한 단면도이며,

도 3은, 상기 회전 블레이드에 있어서, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 절취한 단면도이다.

상기 도면에는, 본 발명의 이해에 있어서 꼭 필요한 요소들만 도시되었다. 도면에 도시되지 않은 요소로는, 예컨대, 블레이드 휠(wheel)을 포함하는 배기 가스 터빈의 다른 부품들이 있다.

도면상의 부호가 나타내는 것은 하기와 같다.

1. 터보기계의 블레이드, 회전 블레이드

2. 블레이드 하부(下部)

3. 블레이드 대(帶)

4. 블레이드 본체(本體)

5. 전연(前緣)

6. 후연(後緣)

7. 흡입측

8. 압력측

9. 블레이드 상단부(上端部)

10. 홀(hole)

11. 여유부(餘裕部)

12. 선단 면

13. 선단 면

14. 주(主) 흐름 방향

본 발명의 목적은, 전술한 단점을 극복함에 있어서, 댐핑 요소를 수용하는 홀이 보강된 터보 기계의 블레이드에 대하여 효율을 높이는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기의 목적은, 청구항 1의 공지부를 따르는 장치에서, 블레이드 본체에서 홀을 중심으로 보강된 여유부(餘裕部)의 돌출된 양(兩) 선단 표면은, 블레이드 본체의 전연(前緣) 방향으로 개방된 예각 α 및/또는 블레이드 상단부(上端部) 방향으로 개방된 예각 β를 갖고 형성된다.

따라서, 상기 보강된 여유부의 양(兩) 선단 면은 블레이드의 후연 방향과 블레이드 하부(下部) 방향으로 수렴하게 되므로, 보강된 여유부의 두께가 작동 유체의 주(主) 흐름 방향으로 감소한다. 그 결과, 홀 부위가 공기역학적으로 유리한 형상을 갖고 효율이 높은 터보기계 블레이드가 얻어진다.

예각 α와 β는 5。 내지 30。의 범위내로 형성되는 것이 바람직하다. 그러한 형상은 댐핑 요소의 영역에서 난류를 거의 발생시키지 않는다는 사실이 발견되었다.

회전 블레이드(1)로 설계된, 도 1에 도시된 터보기계 블레이드는 블레이드 하부(2), 블레이드 대(3), 블레이드 본체(4)로 이루어진다. 터빈 휠(turbine wheel)의 인접한 터빈 블레이드에 있어서, 블레이드 대(帶)는 직접적으로 서로를 지지하며 따라서 흐름관(flow duct)의 내부 경계를 형성하는 바, 이 흐름관은 블레이드 측판(shroud)에 의해서 외부가 밀폐된다(도시 생략). 상기 블레이드 본체(4)는 전연(前緣)(5), 후연(後緣)(6), 흡입측(7), 압력측(8) 및 블레이드 상단부(9)를 갖는다.

블레이드 본체(4)에는 홀(10)이 형성되는 바, 이 홀은, 흡입측(7)에서 압력측(8)까지 관통되며, 작동시에 발생되는 블레이드의 진동을 저감시키는 댐퍼선(도시 생략)을 수용하기 위한 것이다. 또한, 블레이드 본체에는 홀(10)을 중심으로 보강된 여유부(11)가 형성되어 있는데, 이 여유부(11)는, 흡입측(7)과 압력측(8)의 양측에서, 블레이드 본체(4)에 비해 돌출된 선단면(12, 13)을 가지고 있다. 이 양(兩) 선단면(12, 13)은, 블레이드 본체의 전연(5) 방향으로 개방된 약 10。의 예각 α와 블레이드 상단부(9) 방향으로 개방된 약 20。의 예각 β를 갖고 형성된다(도 2, 도 3).

따라서, 상기 보강된 여유부(11)의 양(兩) 선단면(12, 13)은, 여유부(11)의 후연측 보강부와 블레이드 하부측 보강부가, 여유부(11)의 전연측 보강부와 블레이드 상단부측 보강부보다 확연히 얇아지도록, 블레이드 본체의 후연 방향과 블레이드 하부(2)의 방향으로 수렴한다.

홀(10) 부위에 있어서 블레이드 본체(4)의 형상을 상기와 같이 하면, 과급기나 배기가스 터빈의 작동시에 흐름이 더 잘 안내된다. 특히, 양 선단면(12, 13)이 상기와 같이 예각을 이루도록 형성됨으로써, 블레이드 본체(4)를 따라 주 흐름 방향(14)으로 흐르는 작동 매체가, 종래기술에 따른 블레이드에 있어서보다 현저히 흐름에 대한 교란을 적게 받는다. 터빈 휠의 영역에서 흐름의 안내가 향상되므로, 과급기의 효율이 더 높고, 따라서 궁극적으로는 그 과급기와 결합된 내연기관의 효율도 높게 된다.

블레이드 본체(4)의 설계와 과급기의 사용 조건에 따라, 보강된 여유부(11)의 양(兩) 선단면(12, 13)간의 각도인 α와 β가, 각각의 경우에 있어서 5 내지 30。의 범위내로 유리하게 형성된다는 사실이 발견되었다.

또한, 양 선단면(12, 13)이, 상기 예각 α와 β중의 하나만을 가질수도 있으며(도시 생략), 그렇게 되면 제조는 확실히 단순화되지만 효율의 저하가 초래된다.

또한, 댐퍼선을 수용하는 홀의 여유부에 대한 전술한 바와 같은 보강은, 예컨대, 와이어나 볼트 등으로 체결하는 경우, 또는 소위 지그재그(zigzag) 체결의 경우에 있어서, 모든 종류의 댐핑 요소에 대하여 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 전연(前緣)(5), 후연(後緣)(6), 흡입측(7), 압력측(8) 및 블레이드 상단부(9)를 가지면서, 블레이드의 진동에 대한 댐핑 요소를 수용하는 관통홀(10)을 구비하는 블레이드 본체를 가지며,

   상기 블레이드 본체(4)에는 상기 홀(10)을 중심으로 보강된 여유부(11)가 형성되어 있고,

   상기 여유부(11)는 흡입측(7)과 압력측(8)의 양측에 돌출된 선단면(12, 13)을 갖는 터보기계의 블레이드로서,

   상기 선단면(12, 13)이, 상기 블레이드 본체(4)의 전연(5) 방향으로 개방된 예각(α) 및/또는 블레이드 상단부(9) 방향으로 개방된 예각(β)을 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 α가 5。≤α≤30。의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 β가 5。≤β≤30。의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드.