KR20060094899A - 터빈 버킷 및 토크 특성 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

섕크부(16)와, 반경방향 내측으로 인접한 도브테일 장착부(12)와, 반경방향 내측으로 인접한 에어포일부(22)를 포함하며, 이러한 섕크부에 인접한 상기 에어포일부의 반경방향 내측에서의 플랫폼(20)과, 에어포일부의 반경방향 외측 상단에서의 일체식 커버(24)를 갖는 터빈 버킷(10)에 있어서, 이러한 섕크부는 삽입물이 터빈 휠상의 도브테일 홈으로 삽입될 때, 일체식 커버(24)와 일련의 유사한 버킷내의 인접한 커버사이에서 소망의 접촉 압력이 발생하도록, 버킷에 대한 소망의 토크 특성을 수립하는 토크 영역(30)을 제공하도록 형성된다.

Description

터빈 버킷 및 토크 특성 분리 방법{TORQUE-TUNED, INTEGRALLY-COVERED BUCKET AND RELATED METHOD}
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 실시예에 따른 증기 터빈 버킷의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 버킷의 상단 평면도,
도 3은 도 1의 3-3선을 따라 취한 단순화된 단면 영역을 나타낸 도면,
도 4 내지 도 12는 도 1의 3-3선 영역과 동일한 평면에 위치된 선 영역에서 본 변형적인 단면 형상을 나타낸 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12 : 도브테일 장착부 16 : 섕크부
22 : 에어포일부 24 : 일체식 상단 커버
본 발명은 대체로 스팀 터빈 기술, 특히, 도브테일(dovetail) 장착부와 버킷의 에어포일부 사이의 반경방향 중실 섕크(shank) 영역내에 토크 영역을 갖는 일체 식으로 커버된 버킷 블레이드에 관한 것이다.
터빈 블레이드(종종 버킷으로 지칭됨)에는 엔진 효율과 부품 수명에 영향을 미치는 진동 응력이 인가된다. 이러한 응력을 감소시키기 위한, 댐핑 또는 버킷 진동을 제한하는 여러 방법이 고안되었다. 한 가지 방법은 커버된 또는 상단-슈라우드된 버킷의 상단부를 상호체결(interlocking)함으로써 진동의 일정한 모드를 마찰 댐핑하는 것이다. 진동 자극을 댐핑하고 자연 주파수를 제어하기 위해, 일체식 커버 또는 버킷의 슈라우드는 환형 열(annular row)내에서 버킷에서 버킷으로의 접촉을 유지해야 한다. 필수 연동을 형성하기 위해, 에어포일 또는 블레이드 부분은 조립시 비틀어진다. 이러한 예비-비틀림은 각각의 버킷의 종축을 따라 볼 수 있듯이 원주방향이 된다. 작동시, 원심력은 버킷 블레이드부의 반경방향 성장 및 비틀림을 초래하여, 블레이드 상단 커버사이의 원주방향 갭(gap)을 개방하게 된다. 따라서, 커버는 작동시 원심력의 영향에도 불구하고 잔류력(residual force)을 제공하도록 각각의 인접한 버킷사이에서 충분한 압축 접촉력으로 조립되어야 한다. 보다 큰 간섭이 요구될수록, 소망의 회전각은 더 커진다.
또한, 일체식으로 커버된 버킷을 조립하는 현재의 방법은 상단 커버(또는 간단히, "커버")의 피치가 감소하도록 버킷 각각의 에어포일 부분을 비틀어, 버킷의 전체 열이 로터상에 위치되도록 한다. 그런 후, 에어포일 부분의 본래의 토크는 커버의 비틀림이 해제되도록 하여, 작동시 버킷 열의 결합을 유지시키는 잔류 간섭을 발생시킨다.
그러나, 에어포일 부분의 토크 특성이 일체식 버킷 상단 커버에서 소망의 결 합면 압력을 제공하지 않을 경우, 버킷의 에어포일 부분의 토크 특성은 일체식 상단 커버의 사용에서 배제될 수도 있다.
본 발명은 버킷의 에어포일 부분의 토크 특성을 충분한 버킷 커버 결합의 결정으로부터 분리하는 것이다. 이것은 예시적인 실시예에서, 특정 단면 형상을 갖는 버킷의 섕크 영역을 형성함으로써 이루질 수 있으며, 이러한 특정 단면 형상으로 커버 결합 외장에서 소망의 접촉 압력을 얻기 위한, 버킷 전체에 대한 소망의 토크 특성을 얻을 수 있다. 다시 말해, 소망의 상단 커버 간섭을 달성하기 위해 요구되는 예비-비틀림의 정도는 에어포일의 적당한 부분보다는 에어포일부에서 이격된 토크 영역에 적용된다. 소망의 단부 형상을 얻는 데 사용될 수 있는 다양한 적합한 기하학적 단면은 버킷의 도브테일 장착부 상방의 중실 섕크 영역으로부터 이격된 재료를 기계가공함으로써 얻을 수 있다.
예를 들어, 토크 영역은 원형의 축소 단면 영역이 될 수 있다. 본 원에 개시된 다른 단면 형상은 대체로 N-형상; H-형상; 버킷 플랫폼 에지의 전후에 평행하게, 일정 각도로, 또는 수직하게 배치된 신장된 장방형 형상; 및 본 원에서 추가적으로 설명된 또다른 보다 복잡한 형상을 포함한다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형상에 국한되는 것이 아니며, 버킷의 에어포일부에 대한 별도의 예비-비틀림 없이, 상단 커버 결합에 대한 소망의 예비-비틀림이 토크 영역내로 인가되도록 토크 영역을 형성하는 다른 축소된 단면 형상을 포함할 수도 있다.
따라서, 일 실시예에서, 본 발명은 섕크부와, 반경방향 내측으로 인접한 도브테일 장착부와, 반경방향 내측으로 인접한 에어포일부를 포함하며, 상기 섕크부에 인접한 상기 에어포일부의 반경방향 내측에서의 플랫폼과, 상기 에어포일부의 반경방향 외측 상단에서의 일체식 커버를 구비하는 터빈 버킷에 있어서, 상기 섕크부는 삽입물이 터빈 휠상의 도브테일 홈으로 삽입될 때, 상기 일체식 커버와 일련의 유사한 버컷내의 인접한 커버사이에서 소망의 접촉 압력이 발생하도록, 버킷에 대한 소망의 토크 특성을 수립하는 토크 영역을 제공하도록 형성된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 인접한 일체식 버킷 상단 커버의 결합면에서의 접촉 압력으로부터 터빈 버킷의 에어포일부의 토크 특성을 분리하는 방법에 있어서, ⓐ 인접한 버킷의 상단 커버의 결합면에서의 접촉 압력의 소망의 정도를 결정하는 단계와, ⓑ 각각의 버킷의 중실 섕크부내에서, 버킷 도브테일 장착부와 상기 에어포일부에 인접한 버킷 플랫폼사이에서 반경방향으로 배치된, 축소된 단면의 토크 영역을 형성하는 단계와, ⓒ 로터 휠상에서 복수의 상기 터빈 버킷의 조립시, 상기 상단 커버의 결합면에서 소망의 접촉 압력을 얻기 위해, 상기 토크 영역내로만 토크를 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명은 하기에서 도면을 참조하여 설명될 것이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 증기 터빈 버킷(10)은 종래의 도브테일 슬롯 또는 홈(14)을 포함하는 하부 도브테일 장착부(12)로 형성된다. 도브테일 장착부(12)(반경방향 외측 방향)에 인접한 중실 섕크부(16)는 도브테일부(12)와 버킷 플랫폼(20)사이에서 반경방향으로 배치된 토크 영역(18)을 제공하도록 본 발명에 따라 기계가공된다. 에어포일부(22)는 버킷 플랫폼으로부터 멀리 반경방향으로 연장되며, 일체식 상단 커버(24)로 형성된다. 제 1 실시예에서, 섕크부(16)는 도 3에 도시된 바와 같은 축소된 원형 단면 형상을 갖는 토크 영역(18)을 형성하도록 기계가공된다. 섕크부로부터 이격되어 기계가공된 재료의 양은 버킷(10)의 소망의 토크 특성에 의해 결정된다. 토크 특성은 결합면 즉, 일체식 커버(24)의 표면(26, 28)(도 2)이 인접한 버킷의 유사한 커버면에 결합되는 곳에서의 소망의 접촉 압력을 얻기 위해 차례로 선택된다.
다양한 다른 기하학적 단면이 토크 영역에 적용될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 예를 들어, 도 4는 도브테일부와 플랫폼(32)사이에 반경방향으로 배치되고, 대체로 N-형상 단면을 갖는 토크 영역(30)을 도시한다. 보다 상세하게, 변형된 섕크부는 플랫폼(36) 및 대각선 웨브(38)의 단부 에지에 평행한 측부(32, 34)를 포함한다.
도 5에서, 토크 영역(40)은 도브테일 장착부와 플랫폼(42)사이에서 반경방향으로 배치되고, 대각선부 또는 웨브(52)에 의해 연결된 플랫폼(42)의 압축 및 흡입측(48, 50)상의 부분(44, 46)을 포함한다.
도 6에서, 섕크부(16)는 단면이 대체로 장방형 형상의 토크 영역(54)을 형성하도록 기계가공되어, 플랫폼(58)의 한 코너(56)로부터 그 대향 코너(60)로 사선으로 연장된다.
도 7에서, 대체로 사선 방향의 토크 영역(62)은 대면하는 곡면(64, 66)에 의해 규정되며, 이러한 각각의 곡면은 단부(68, 70)와 플랫폼(76)의 각각의 인접측(72, 74)사이에서 연장된다.
도 8에서, 토크 영역(78)은 섕크부의 흡입측(84)상과 플랫폼(86)의 하방의 2개의 코너 영역(80, 82)으로부터 이격된 부분과, 섕크부의 대향 압력측(90)으로부터 이격된 반경 중심부(88)를 기계가공함으로써 형성된다. 보다 자세하게, 토크 영역(78)은 코너 영역(80, 82)을 규정하는 대각선 에지(92, 94)와 양쪽 단부에서 플랫폼측 에지와 교차하는 곡선 에지(96)에 의해 형성된다.
도 9에서, 토크 영역(100)은 대향하는 흡입측 에지(104) 및 플랫폼(108)의 압력측 에지(106)에 대체 수직하게 연장되는 대체로 장방형인 웨브(102)로서 형성된다.
도 10에서, 토크 영역(110)은 대향 단부(120, 122)사이의 플랫폼(118)의 압력 및 흡입측 에지(114, 116) 각각에 대체로 평행하게 연장하는 대체로 장방형인 웨브에 의해 형성된다.
도 11에는 대체로 H-형상 단면을 갖는 토크 영역(124)이 도시되며, 이러한 토크 영역(124)은 플랫폼(136)의 압력 및 흡입측 에지(132, 134)에 평행하게 연장되는 중앙 횡단-웨브(130)에 연결된 단부 영역(126, 128)을 포함한다.
도 12에서, 토크 영역(138)은 인접 플랫폼(140)의 대응 횡단 영역과 유사한 횡단 영역을 갖지만, 토크 영역으로부터 이격되어 기계가공된 반대편 아치형(arcuate) 표면(144, 146)에 의해 형성된 좁은 목 영역(142)을 가지며, 플랫폼 (140)의 흡입 및 압력측 에지(148, 150) 각각을 향해 개방된다.
상술한 바와 같이, 전체적으로 버킷의 토크 특성이 토크를 각각의 에어포일부에 인가할 필요없이 인접한 일체식 상단 커버의 소망의 결합을 제공하는 한, 버킷 섕크부내의 토크 영역에 대한 다른 단면 형상도 본 발명에서 고려될 수 있다.
본 발명은 가장 실제적이고 바람직한 실시예를 고려하여 기술되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 청구항의 사상 및 범위내에 포함된 다양한 변형물 및 동등한 구성을 포괄하는 것으로 의도된다.
본 발명은 특정 단면 형상으로 커버 결합 외장에서 소망의 접촉 압력을 얻기 위한, 버킷 전체에 대한 소망의 토크 특성을 얻을 수 있다

Claims (10)

  1. 섕크부(16)와, 반경방향 내측으로 인접한 도브테일 장착부(12)와, 반경방향 내측으로 인접한 에어포일부(22)를 포함하며, 상기 섕크부에 인접한 상기 에어포일부의 반경방향 내측 단부에서의 플랫폼(20)과, 상기 에어포일부의 반경방향 외측 상단에서의 일체식 커버(24)를 갖는 터빈 버킷(10)에 있어서,
    상기 섕크부는 삽입물이 터빈 휠상의 도브테일 홈으로 삽입될 때, 상기 일체식 커버(24)와 일련의 유사한 버컷내의 인접한 커버사이에서 소망의 접촉 압력이 발생하도록, 상기 버킷에 대한 소망의 토크 특성을 수립하는 토크 영역(30)을 제공하도록 형성되는
    터빈 버킷.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섕크부(16)의 토크 영역(30)은 상기 토크 영역의 양 측면상의 상기 플랫폼(22) 및 상기 도브테일 장착부(12)보다 작은 단면 영역을 갖는
    터빈 버킷.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 영역(30)은 원형 단면인
    터빈 버킷.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 영역(110)은 상기 플랫폼의 대향 흡입측 및 압력측(114, 116)에 대체로 평행하게 연장하는 장방형 단면인
    터빈 버킷.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 영역(100)은 상기 플랫폼의 대향 흡입측 및 압력측(104, 106)에 대체로 수직으로 연장하는 장방형 단면인
    터빈 버킷.
  6. 인접한 일체식 버킷 상단 커버의 결합면에서의 접촉 압력으로부터 터빈 버킷(10)의 에어포일부(22)의 토크 특성을 분리하는 방법에 있어서,
    ⓐ 인접한 버킷의 상단 커버(24)의 결합면에서의 접촉 압력의 소망의 정도를 결정하는 단계와,
    ⓑ 각각의 버킷의 중실 섕크부(16)내에서, 버킷 도브테일 장착부(12)와 상기 에어포일부에 인접한 버킷 플랫폼(20)사이에서 반경방향으로 배치된, 축소된 단면의 토크 영역(30)을 형성하는 단계와,
    ⓒ 로터 휠상에서 복수의 상기 터빈 버킷의 조립시, 상기 상단 커버의 결합면에서 소망의 접촉 압력을 얻기 위해, 상기 토크 영역(30)내로만 토크를 인가하는 단계를 포함하는
    토크 특성 분리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 섕크부(16)의 토크 영역(30)은 상기 토크 영역의 양 측면상의 상기 플랫폼(22) 및 상기 도브테일 장착부(12)보다 작은 단면 영역을 갖는
    토크 특성 분리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 토크 영역(30)은 원형 단면인
    토크 특성 분리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 토크 영역(124)은 상기 플랫폼의 대향 흡입측 및 압력측(114, 116)에 대체로 평행하게 연장하는 장방형 단면인
    토크 특성 분리 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 토크 영역(100)은 상기 플랫폼의 대향 흡입측 및 압력측(104, 106)에 대체로 수직으로 연장하는 장방형 단면인
    토크 특성 분리 방법.
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