KR20070025984A - 블레이드 외측 공기 시일용의 제조 및 검사가능한 냉각마이크로회로 - Google Patents

Abstract

블레이드 외측 공기 시일(BOAS; Blade-Outer-Air-Seal) 내에 냉각 마이크로회로를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 제1 노출 내벽을 갖는 블레이드 외측 공기 시일의 제1 섹션을 형성하는 단계와, 제2 노출 내벽을 갖는 블레이드 외측 공기 시일의 제2 섹션을 형성하는 단계와, 제1 및 제2 노출 내벽 중 적어도 하나 위에 적어도 하나의 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계를 포함한다.

마이크로회로, 블레이드 외측 공기 시일, 액상 접합, 내부 형상부, 노출 내벽

Description

블레이드 외측 공기 시일용의 제조 및 검사가능한 냉각 마이크로회로 {MANUFACTURABLE AND INSPECTABLE COOLING MICROCIRCUITS FOR BLADE-OUTER-AIR-SEALS}

도1은 블레이드 외측 공기 시일의 위치를 도시하는 단면도이다.

도2는 냉각 통로용 마이크로회로 코어를 도시한다.

도3은 본 발명에 따른 분할선 구성을 갖는 마이크로회로 제조방법을 도시한다.

도4는 블레이드 외측 공기 시일의 섹션들을 함께 결합시키기 위한 과도 액상 접합 기술(transient liquid phase bonding technique)을 도시한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가스 터빈 엔진

12 : 블레이드 외측 공기 시일

50 : 마이크로회로

64 : 내부 형상부

74, 76 : 내벽

78 : 분할선

80 : 덮개판

70, 72 : 섹션

본 발명은 블레이드 외측 공기 시일(BOAS; Blade-Outer-Air-Seal)을 제조하기 위한 방법 및 그에 의해 제조된 블레이드 외측 공기 시일(BOAS)에 관한 것이다.

오늘날에는, 냉각 마이크로회로를 가능하게 하는 기술은 이중 벽 설계의 내화 금속 코어(refractory metal core)에 의존하며, 이에 의해 실시된다. 내화 금속 코어는 높은 용융점을 갖기 때문에, 용출되어 블레이드 벽 내에 복잡한 마이크로회로 통로(따라서 이중 벽 설계라는 용어를 사용함)를 형성하기 전에, 정밀 주조(investment casting) 동안에 처리하기에 바람직하다.

이러한 방식으로 냉각 마이크로회로를 형성하는데 있어서의 하나의 문제점은 검사를 위해 마이크로회로에 접근하기가 용이하지 않다는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 형성된 냉각 마이크로회로의 검사를 용이하게 하는, 블레이드 외측 공기 시일 내에 냉각 마이크로회로를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 블레이드 외측 공기 시일 내에 냉각 마이크로회로를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 제1 노출 내벽을 갖는 블레이드 외측 공기 시일의 제1 섹션을 형성하는 단계와, 제2 노출 내벽을 갖는 블레이드 외측 공기 시 일의 제2 섹션을 형성하는 단계와, 제1 및 제2 노출 내벽 중 적어도 하나에 적어도 하나의 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계를 대체로 포함한다.

또한, 본 발명에 따라, 블레이드 외측 공기 시일이 제공된다. 블레이드 외측 공기 시일은 제1 주조 섹션과, 제2 주조 섹션과, 상기 제1 및 상기 제2 섹션 중간에 있는 적어도 하나의 냉각 마이크로회로와, 상기 제1 및 상기 제2 섹션 사이의 정합면 중간층을 대체로 포함한다.

블레이드 외측 공기 시일용의 제조 및 검사가능한 냉각 마이크로회로의 다른 상세한 설명과 그에 수반하는 다른 목적 및 장점이 도면 및 이하의 상세한 설명에 개시되며, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 지시한다.

도면을 참조하면, 도1은 블레이드 외측 공기 시일(12)의 위치를 나타내는 가스 터빈 엔진(10)의 일 부분을 도시한다.

도2는 블레이드 외측 공기 시일(12) 내에서 사용될 수 있는 통상의 냉각 마이크로회로(50)를 도시한다. 이러한 마이크로회로는 단지 예시적이며, 다른 형태의 마이크로회로가 블레이드 외측 공기 시일(12) 내에서 사용될 수도 있다. 마이크로회로(50)는 선단 마이크로회로(52), 후단 마이크로회로(54), 및 측면 마이크로회로(56 및 58)를 갖는다. 각각의 마이크로회로(52)는 하나 이상의 냉각 유체 입구(60), 복수의 내부 형상부(64)에 의해 형성된 복수의 통로(62), 복수의 유체 출구(66)를 갖는다. 내부 형상부(64)는 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 내부 형상부(64)는 원통 형상의 페데스탈(pedestal) 또는 타원 형상의 페데 스탈일 수 있다. 특정 마이크로회로 내의 최적 냉각을 위해 상이한 형상의 내부 형상부(64)가 냉각 통로(62)를 형성하도록 사용될 수 있다.

도3은 본 발명에 따라 냉각 마이크로회로(50)가 블레이드 외측 공기 시일(12) 내에 형성되는 방법을 도시한다. 첫째로, 블레이드 외측 공기 시일(12)이 두 개의 섹션(70 및 72)에 의해 형성된다. 섹션(70, 72)들은 니켈계 합금, 코발트계 합금, 철계 합금 또는 티타늄계 합금과 같은 임의의 적합한 재료로부터 형성될 수 있으며, 바람직하게는 공지된 임의의 적합한 기술을 사용하여 각각의 내벽(74 및 76)을 노출시키는 방식으로 주조된다. 도3으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 두 개의 섹션(70, 72)들은 분할선(78)을 따라 분리될 수 있다. 분할선(78)은 마이크로회로(50)의 중심을 통과하도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 마이크로회로(50)의 일 부분은 각각의 내벽(74, 76)에 형성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 분할선(78)은 마이크로회로(50)의 바로 위를 지난다. 분할선(78)의 위치는 접합 면을 가로질러 작용하는 응력에 의해 결정된다. 바람직하게는, 분할선(78)은 이러한 응력이 최소화되는 곳에 위치된다.

마이크로회로(50)의 내부 형상부(64)는 공지된 임의의 적합한 기술을 사용하여 내벽(74, 76)들 중 하나 또는 모두에 형성될 수 있다. 예컨대, 내부 형상부(64)는 표면 마무리 제어를 수반하는 합금전 분말에 의해 형성된 플라즈마 분무 두께(plasma spraying thickness)를 사용하여 금속 매트릭스 합성물로부터 제조될 수 있다. 다르게는, 내부 형상부(64)는 최종 두께에 대한 화학적 밀링(chemical milling), 표면 연삭(surface grinding), 및 열간 가공(hot-working)의 조합에 의 해 제조될 수 있다. 내벽들(74, 76)이 완전히 노출되었다는 사실은 내구성 및 제조의 견지에서 최적 냉각 배열의 조사를 허용한다. 이것은 마이크로회로(50)가 단일 벽 제품 내에 실시되는 것을 또한 허용한다.

마이크로회로가 벽들(74, 76) 중 오직 하나에만 형성되는 경우에는, 덮개판(80)이 마이크로회로 위에 위치된다. 덮개판(80)은 블레이드 외측 공기 시일과 동일한 재료 또는 내부 형상부(64)와 동일한 재료로부터, 또는 공지된 임의의 다른 적합한 재료로부터 형성될 수 있다. 덮개판(80)은 공지의 임의의 적절한 접합 기술을 사용하여 정위치에 접합될 수 있다. 바람직하게는, 덮개판(80)을 내부 형상부(64)에 결합시키도록 고체상 확산 접합 방법(solid state diffusion bonding process)이 사용될 수 있다.

지금부터 도4를 참조하면, 최종 단계에서, 블레이드 외측 공기 시일(10)은 공지된 임의의 적절한 접합 방법을 사용하여 섹션들(70, 72)을 함께 결합시킴에 의해 분할선(78)을 따라 조립된다. 바람직한 실시예에서, 섹션들(70, 72)을 함께 결합시키기 위해 사용되는 접합 방법은, 용융점 억제제와 함께 모금속(parent metal)의 조성에 가까운 조성을 갖는 합금 금속의 중간층의 박막을 적층하는 포일(84)을 사용하여 정합면 중간층(82)을 생성하는 과도 액상 접합 방법(transient liquid phase bonding process)이다. 이러한 모블레이드편(parent blade pieces)을 갖는 얇은 중간층(82)은 동시에 접합되고 가열되어 액체 중간층을 생성한다. 열이 있는 동안, 빠른 확산이 발생한다. 중간층 조성에 있어서의 최종 변화는, 열이 있는 동안에 접합의 등온 응고(isothermal solidification)를 일으킨다. 접합 후 열처리 는, 더욱 추가적인 확산을 허용하여 모금속 기저에 대해 미세 구조적으로 화학적으로 모두 이상적으로 등가가 되는 결합을 일으킨다. 접합선의 재용융 온도는 기저 블레이드 재료의 용융점에 필적한다. 효율적으로, 결합 영역의 기계적 특성은 기저 블레이드 재료의 기계적 특성에 근접한다. 초래되는 특성들이 분할선(78)에서 감소되기 때문에, 분할선의 위치는 사용 응력이 최소화되는 곳에 위치된다. 전술한 바와 같이, 블레이드 외측 공기 시일의 분할선은 접합면을 가로지르는 응력이 또한 최소화되는 영역에 위치되는 것이 바람직하다.

도3에 도시되는 바와 같이, 섹션(70, 72)의 주조 동안에 존재하는 세라믹 코어(90)가 있다. 세라믹 코어는 섹션(70, 72)이 결합된 후에 바람직하게는 화학적 기술에 의해 제거될 수 있다.

오직 하나의 분할선(78)이 도시되었지만, 필요한 경우 블레이드 외측 공기 시일 섹션은 복수의 분할선에 의해 분리될 수 있다.

본 발명의 방법의 주요 장점 중 하나는 블레이드 외측 공기 시일 및 그 내부의 냉각 마이크로회로의 제조가 용이하다는 것이다. 다른 주요 장점은 블레이드 외측 공기 시일을 조립하기 전에 내부 냉각 마이크로회로를 제조하고 검사할 수 있다는 것이다.

Claims (17)

1. 블레이드 외측 공기 시일 내에 냉각 마이크로회로를 제조하는 방법이며,

   제1 노출 내벽을 갖는 블레이드 외측 공기 시일의 제1 섹션을 형성하는 단계와,

   제2 노출 내벽을 갖는 블레이드 외측 공기 시일의 제2 섹션을 형성하는 단계와,

   제1 및 제2 노출 내벽 중 적어도 하나에 적어도 하나의 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계를 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 제1 섹션 및 제2 섹션은 주조에 의해 형성되는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 각각의 제1 및 제2 노출 내벽에 적어도 하나의 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계를 더 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계는, 표면 마무리 제어를 수반하는 합금전 분말에 의한 갖는 플라즈마 분무 두께(plasma spraying thickness)를 사용하여 금속 매트릭스 합성물로부터 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로의 내부 형상부를 형성하는 단계를 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계는, 최종 두께에 대한 화학적 밀링, 표면 연삭, 및 열간 가공에 의해 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로의 내부 형상부를 형성하는 단계를 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로 위에 덮개를 위치시키고 상기 덮개를 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로의 내부 형상부에 접합시키는 단계를 더 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 덮개 접합 단계는 고체상 확산 접합 방법을 사용하여 상기 덮개를 상기 내부 형상부에 접합하는 단계를 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로의 형성 후에 상기 제1 섹션을 상기 제2 섹션에 결합하는 단계를 더 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 결합 단계는 과도 액상 접합 기술을 사용하여 적어도 하나의 분할선을 따라 상기 제1 섹션을 상기 제2 섹션에 결합시키는 단계를 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 추가적인 확산을 야기하기 위해 상기 블레이드 외측 공기 시일을 접합후 열처리하는 단계를 더 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마이크로회로 형성 단계는 선단 냉각 마이크로회로 및 후단 냉각 마이크로회로를 갖는 마이크로회로를 형성하는 단계를 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마이크로회로 형성 단계는 적어도 하나의 측단 냉각 마이크로회로를 형성하는 단계를 더 포함하는 냉각 마이크로회로 제조 방법.
13. 제1 주조 섹션과,

    제2 주조 섹션과,

    상기 제1 및 제2 섹션의 중간에 있는 적어도 하나의 냉각 마이크로회로와,

    상기 제1 및 제2 섹션 사이의 정합면 중간층을 포함하는 블레이드 외측 공기 시일.
14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로는 선단 마이크로회로 및 후단 마이크로회로를 갖는 블레이드 외측 공기 시일.
15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로는 적어도 하나의 측면 마이크로회로를 갖는 블레이드 외측 공기 시일.
16. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로 위의 덮개판을 더 포함하는 블레이드 외측 공기 시일.
17. 제16항에 있어서, 상기 덮개판은 상기 적어도 하나의 냉각 마이크로회로에 고체상 확산 접합되는 블레이드 외측 공기 시일.

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