KR20070016928A - 낮은 버팀벽 응력을 위한 터빈 에어포일 플랫폼 플래티퍼스 - Google Patents

Abstract

가스 터빈 엔진에서 사용하기 위한 블레이드가 제공된다. 블레이드는 플랫폼과, 플랫폼의 제1 측면으로부터 방사상으로 연장되는 에어포일부와, 플랫폼의 제2 또는 밑면측으로부터 연장되는 부착부를 갖는다. 부착부는 플랫폼의 제2 측면에 접하는 버팀벽을 포함한다. 블레이드는 버팀벽으로부터 부하를 이격시켜 재분포시키기 위해 플랫폼의 제2 측면 상에 추가 재료를 구비한다.

블레이드 버팀벽, 부하 재분포, 플래티퍼스, 추가 재료, 두께 증가

Description

낮은 버팀벽 응력을 위한 터빈 에어포일 플랫폼 플래티퍼스{TURBINE AIRFOIL PLATFORM PLATYPUS FOR LOW BUTTRESS STRESS}

도1은 종래 기술의 터빈 블레이드의 부분의 측면도이다.

도2는 종래 기술의 터빈 블레이드에 사용된 버팀벽 및 플랫폼의 선단 에지부의 하부로부터의 사시도이다.

도3은 종래 기술의 터빈 블레이드 내의 부하 경로를 도시하는 도면이다.

도4는 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 하부로부터의 사시도이다.

도5 및 도6은 본 발명에 따른 터빈 블레이드의 측면도이다.

도7은 본 발명의 터빈 블레이드 내의 부하 경로 분포를 도시하는 도4 내지 도6의 터빈 블레이드의 저면도이다.

도8은 터빈 블레이드 내에서의 부하 경로를 분포시키기 위한 예시적인 시스템의 윤곽 지도(map)이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

터빈 블레이드 : 100

플랫폼 : 102

에어포일부 : 104

부착부 : 108

더브테일(dovetail)부 : 112

목부 : 114

버팀벽 : 116

선단 에지 : 120

중앙 종방향 축 : 126

추가 재료 : 140

본 발명은 터빈 블레이드의 버팀벽부로부터 부하를 이격시켜서 분포시킴에 의해 블레이드 상에 작용하는 응력을 감소시키기 위한 추가 재료를 구비하는 플랫폼을 갖는 터빈 블레이드에 관한 것이다.

지금부터 도1 내지 도3을 참조하면, 가스 터빈 엔진에서 사용되는 터빈 블레이드 구조가 도시된다. 터빈 블레이드(30)는 플랫폼(32)과, 플랫폼(32)으로부터 방사상으로 연장되는 (오직 일부만이 도시된) 에어포일부(34)와, 부착부(36)를 갖는다. 부착부는 블레이드(30)를 (미도시된) 회전 디스크에 연결하기 위한 더브테일(dovetail)부(38)와, 목부(40)와, 목부(40)와 플랫폼(32)의 후단 에지의 밑면(44) 사이에서 연장되는 버팀벽부(42)를 통상 포함한다. 임의의 블레이드에 의해 직면되는 낮은 속도 및 온도는 에어포일부가 톱니에 인접하는 버팀벽 및 짧은 루트 목(short root neck)을 갖도록 허용한다. 버팀벽부(42)는 제2 유동 누설을 최소화하는 역할을 한다. 더 높은 스트레스와 온도를 직면하는 블레이드는 버팀벽과 톱니 사이의 누설 구역을 차폐하도록 측면 플레이트를 사용하는 에어포일을 갖는다.

몇몇 터빈 블레이드는 블레이드와 베인 사이의 유동경로 누설을 최소화하는데 필수적인 비교적 큰 선단 에지 플랫폼을 갖는다. 플랫폼의 큰 돌출부, 높은 로터 속도, 짧은 루트 목, 그리고 비교적 높은 온도는 상부 톱니가 흡입 측면 및 압력 측면 버팀벽을 만나는 곳에서 응력 집중을 발생시킨다.

버팀벽 상의 응력을 감소시키기 위해서, 버팀벽으로부터 부하 경로를 이격시켜 재분포시키기 위한 방법이 요구된다.

본 발명의 터빈 블레이드는 터빈 블레이드의 버팀벽부로부터 부하 경로를 이격시켜 재분포시키기 위한 시스템을 구비한다.

본 발명에 따라, 플랫폼과, 플랫폼의 제1 측면으로부터 방사상으로 연장되는 에어포일부와, 플랫폼의 제2 측면으로부터 연장되는 부착부를 대개 포함하는 블레이드가 제공된다. 부착부는 플랫폼의 제2 측면에 접하는 버팀벽을 포함한다. 블레이드는 버팀벽으로부터 부하를 이격시켜 재분포시키기 위한 수단을 구비한다.

그 밖의 다른 목적 및 장점뿐만 아니라, 낮은 버팀벽 응력을 위한 터빈 에어포일 플랫폼 플래티퍼스(platypus)의 다른 상세한 점이 이하의 상세한 설명 및 동일한 부호가 동일한 부품을 도시하는 첨부하는 도면에 기재된다.

지금 도4 내지 도8을 참조하면, 본 발명에 따른 터빈 블레이드(100)의 부분이 도시된다. 터빈 블레이드(100)는 플랫폼(102)과, 플랫폼(102)의 제1 측면(106)으로부터 방사상으로 연장되는 에어포일부(104)와, 플랫폼(102)의 밑면 또는 제2 측면(110)으로부터 연장되는 부착부(108)를 갖는다. 부착부(108)는 터빈 블레이드(100)를 디스크와 같은 (미도시된) 로터 내의 (미도시된) 슬롯 내에 고정하기 위한 더브테일부(112)를 포함한다. 부착부(108)는 더브테일부(112)와 플랫폼(102)의 제2 측면(110) 사이에 목부(114)를 더 포함한다. 또한, 부착부(108)는 플랫폼(102)의 제2 측면(110)과 목부(114)의 선단부 사이에 버팀벽(116)을 갖는다. 작동 중에, 전술한 바와 같이 버팀벽(116)은 응력을 받게 된다.

플랫폼(102)은 선단 에지(120), 흡입 측면(122), 선단 에지 루트면(123) 및 압력 측면(124)를 갖는다. 플랫폼 선단 에지(120)는 두께 T1을 갖는다. 흡입 측면(122)과 압력 측면(124)는 각각 두께 T2를 갖는다. 플랫폼은 중앙 종방향 축(126)을 더 갖는다.

본 발명에 따라, 플랫폼(102)의 선단 에지는 추가 재료(140)를 구비하여 버팀벽(116)으로부터 선단 에지 루트면(123)의 중앙을 향해 부하를 이격시켜 재분포시킨다. 이러한 추가 재료(140)는 플랫폼(102)과 터빈 블레이드(100)를 형성하기 위해 사용된 것과 양호하게는 동일한 재료이다. 추가 재료(140)는 터빈 블레이드(100)를 주조하는 동안에 형성될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 추가 재료(140)는 플래티퍼스(platypus) 부리와 유사한 형상을 갖는다.

지금부터 도8을 특히 참조하면, 버팀벽(116)으로부터 부하를 이격시켜 재분 산시키기 위한 시스템을 포함하는 예시적인 추가 재료 형성의 윤곽 지도가 도시된다. 도8에 도시된 여러 지점들(1-24)에 대한 추가 재료(140)의 두께는 표1에 리스트된다. 두께는 가장 두꺼운 지점 5에서 최대 두께를 100%로 한 상태에서 정규화된 백분율로서 주어진다.

표 Ｉ

두께(1-24)는 전방 루트면(121)과 선단 에지(120) 사이의 구역 내에서 세 개의 선 A, B, C를 따라 취해진다. 선 A는 전방 루트면(121)으로부터 약 13.51%의 정규화된 거리에 버팀벽(116)에 가장 가깝게 위치된다. 선 B는 전방 루트면(121)로부터 47.30%의 정규화된 거리에 위치되며, 선 C는 전방 루트면(121)로부터 88.59%의 정규화된 거리에 위치된다.

도8로부터 도시되는 바와 같이, 제2 측면(110) 상의 추가 재료(140)의 두께는 흡입 측면(122)과 압력 측면(124) 모두로부터 최대 지점[(선 A 상의) 5, (선 B 상의) 13, 그리고 (선 C 상의) 21] 쪽으로 점진적으로 증가하며, 최대 지점은 중앙 종방향 축(126)으로부터 양호하게는 오프셋된다. 도8로부터 역시 도시되는 바와 같이, 제2 측면(110) 상의 플랫폼(102)의 두께는 선단 에지(120)에 가장 근접하는 선C를 따르는 지점들로부터 지점 5까지 점진적으로 증가한다.

추가 재료(140)는 부하인, 응력과 변형 모두를 버팀벽(116)으로부터 선단 에지 루트면(123)의 중앙을 향해 이격시켜 분산한다는 점에서 장점이 있다. 이것은 부하가 중간으로 집중되고 플랫폼의 선단 에지의 전체 너비를 따라 분산되는 종래의 블레이드와는 상이하다.

본 발명은 터빈 블레이드의 버팀벽부로부터 부하를 이격시켜서 분포시킴에 의하여 블레이드 상에 작용하는 응력을 감소시키기 위한 추가 재료를 구비하는 플랫폼을 갖는 터빈 블레이드에 관한 것이고, 추가 재료는 부하인, 응력 및 변형 모두를 버팀벽으로부터 선단 에지 루트면의 중앙을 향해 이격시켜 분산하는 효과가 있다.

Claims (16)

1. 플랫폼과,

   플랫폼의 제1 측면으로부터 방사상으로 연장되는 에어포일부와,

   플랫폼의 제2 측면으로부터 연장되며, 플랫폼의 제2 측면에 접하는 버팀벽을 포함하는 부착부와,

   버팀벽으로부터 부하를 이격시켜 재분포시키기 위한 수단을 포함하는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
2. 제1항에 있어서, 플랫폼은 흡입 측면과 압력 측면을 가지며, 부하 재분포 수단은 선단 에지 루트면의 중앙을 향해 외향으로 부하를 유도하기 위한 수단을 포함하는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
3. 제1항에 있어서, 플랫폼은 두께를 갖는 선단 에지를 갖고, 부하 재분포 수단은 선단 에지에서의 두께보다 큰 제1 두께를 갖는 제1 구역과, 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 제2 구역을 포함하는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
4. 제3항에 있어서, 플랫폼은 중앙 종방향 축을 가지며, 제1 및 제2 구역은 중앙 종방향 축으로부터 오프셋되는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
5. 제4항에 있어서, 제1 구역은 플랫폼의 선단 에지에 근접하며, 제2 구역은 버팀벽에 접하는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
6. 제1항에 있어서, 플랫폼은 두께를 갖는 흡입 측면을 갖고, 부하를 재분포시키기 위한 수단은 버팀벽의 중앙 지점으로부터 오프셋되는 제3 구역을 포함하며, 제3 구역의 두께는 흡입 측면에서의 두께보다 큰 가스 터빈 엔진용 블레이드.
7. 제6항에 있어서, 플랫폼은 흡입 측면으로부터 제3 구역까지 증가하는 두께를 갖는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
8. 제6항에 있어서, 플랫폼은 두께를 갖는 압력 측면을 가지며, 제3 구역에서의 두께는 압력 측면에서의 두께보다 큰 가스 터빈 엔진용 블레이드.
9. 제8항에 있어서, 플랫폼의 두께는 압력 측면으로부터 제3 구역까지 증가하는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
10. 제1항에 있어서, 부하 재분포 수단은 플랫폼의 제2 측면 상에 위치되는 추가 재료를 포함하는 가스 터빈 엔진용 블레이드.
11. 제1항에 있어서, 제2 측면은 플랫폼의 밑면인 가스 터빈 엔진용 블레이드.
12. 제1 측면, 제2 측면, 압력 측면, 흡입 측면 및 선단 에지를 갖는 플랫폼과,

    플랫폼의 제1 측면으로부터 방사상으로 연장되는 에어포일부와,

    플랫폼의 제2 측면으로부터 연장되는 목부를 포함하는 부착부와,

    목부와 제2측면의 교차점에 인접하게 위치된 버팀벽과,

    버팀벽으로부터 부하를 이격시켜 분포하기 위한 시스템을 포함하는 터빈 블레이드이며,

    상기 분포 시스템은 플랫폼의 제2 측면 상에 형성된 추가 재료를 포함하는 터빈 블레이드.
13. 제12항에 있어서,

    추가 재료는 선단 에지에 근접한 제1 지점에서 시작하고 버팀벽에 접하는 제2 지점까지 두께가 증가하며,

    추가 재료는 흡입 측면에 인접한 제3 지점에서 시작하고 제3 지점으로부터 제2 지점까지 두께가 증가하며,

    추가 재료는 압력 측면에 인접한 제4 지점에서 시작하고 제4 지점으로부터 제2 지점까지 두께가 증가하는 터빈 블레이드.
14. 제13항에 있어서, 플랫폼은 중앙 종방향 축을 갖고, 제2 지점은 중앙 종방향 축으로부터 오프셋되는 터빈 블레이드.
15. 제14항에 있어서, 제1 지점은 중앙 종방향 축으로부터 오프셋되는 터빈 블레이드.
16. 제12항에 있어서, 에어포일부는 돌출된 에어포일부인 터빈 블레이드.

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