KR20070025992A - 터빈 베인 구성 - Google Patents

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KR20070025992A
KR20070025992A KR1020060071833A KR20060071833A KR20070025992A KR 20070025992 A KR20070025992 A KR 20070025992A KR 1020060071833 A KR1020060071833 A KR 1020060071833A KR 20060071833 A KR20060071833 A KR 20060071833A KR 20070025992 A KR20070025992 A KR 20070025992A
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에드워드 에프. 피에트라스즈키에빅즈
옴 파카쉬 샤마
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

본 발명에 따르면, 터빈 베인 구성과 같은 가스 터빈 엔진에서 사용하기 위한 부품을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 대체로 선단 에지와 후단 에지를 갖는 제1 플랫폼과, 에어포일 흡입측 구조를 구비하는 에지를 갖는 제1 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와; 선단 에지와 후단 에지를 갖는 제2 플랫폼과, 에어포일 압력측 구조를 구비하는 제1 에지를 갖는 제2 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와; 에어포일을 형성하기 위해 상기 에어포일 흡입측 구조를 상기 에어포일 압력측 구조와 정합하도록 2개의 구조체를 서로 연결시키는 단계를 포함한다.
터빈 베인, 가스 터빈 엔진, 에어포일 흡입측 구조, 에어포일 압력측 구조, 플랫폼

Description

터빈 베인 구성 {TURBINE VANE CONSTRUCTION}
도1은 현재 사용되는 터빈 베인 구성을 도시하는 도면.
도2 및 도3은 본 발명에 따른 터빈 베인 구성을 도시하는 도면.
도4 및 도5는 선택적인 후단 에지 및 선단 에지 삽입체를 도시하는 도면.
도6은 본 발명의 터빈 베인 구성에서 천공된 복수의 구멍을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 구조체
102 : 플랫폼부
104 : 선단 에지
106 : 후단 에지
110, 114 : 베인 반부
120 : 에어포일
126, 128 : 개구
130 : 선단 에지 삽입체
142 : 후단 에지 삽입체
148 : 홈
본 발명은 터빈 베인을 형성하는 방법 및 본 발명의 방법으로 형성된 터빈 베인에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진은 복수의 베인을 갖는 하나 이상의 터빈 스테이지를 갖는다. 터빈 베인(10)은 일반적으로 도1에 도시된 바와 같이 에어포일(12) 및 플랫폼(14)을 갖는 주형 구조체이다. 어레이로 조립될 때, 터빈 베인(10)은 플랫폼 에지(16, 18)를 따라 정합된다. 조립 동안, 플랫폼 에지(16, 18)의 인접하는 것들 사이에는 플랫폼 분리 간극(20)이 형성될 수 있다. 이러한 간극은 바람직하지 않고, 종종 원하지 않는 누설을 방지하기 위해 밀봉을 필요로 한다.
이러한 플랫폼 분리 간극을 제거하는 기술은 매우 선호된다.
따라서, 본 발명은 플랫폼 분리 간극을 제거하는 터빈 베인의 어레이와 같은 가스 터빈 엔진 부품의 어레이를 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 독특한 구성을 갖는 터빈 블레이드와 같은 터빈 엔진 부품을 제공한다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 엔진에서 사용하기 위한 부품을 형성하는 방법은 대체로 선단 에지와 후단 에지를 갖는 제1 플랫폼과, 에어포일 흡입측 구조를 구비하는 에지를 갖는 제1 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와; 선단 에지와 후단 에지를 갖는 제2 플랫폼과, 에어포일 압력측 구조를 구비하는 제1 에지를 갖는 제2 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와; 에어포일을 형성하기 위해 에어포일 흡입측 구조를 에어포일 압력측 구조와 정합하도록 2개의 구조체를 서로 연결시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 엔진에서 사용하기 위한 구조체가 제공된다. 상기 구조체는 대체로 선단 에지, 후단 에지, 압력측 구조 및 흡입측 구조를 갖는 에어포일을 포함하고, 상기 에어포일은 선단 에지에서 후단 에지로 연장되는 분리선을 갖도록 형성되어, 압력측 구조는 분리선의 일측 상에 있고, 흡입측 구조는 분리선의 대향측 상에 있게 된다.
본 발명에 따르면, 터빈 엔진 부품의 어레이를 형성하는데 사용하기 위한 구조체가 제공된다. 상기 구조체는 대체로 선단 에지와 후단 에지를 갖는 플랫폼과, 플랫폼의 제1 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 압력측 구조와, 플랫폼의 제2 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 흡입측 구조를 포함한다.
또란, 본 발명에 따르면 서로 연결된 복수의 구조체에 의해 형성된 터빈 엔진 부품의 어레이가 제공된다. 각각의 구조체는 대체로 선단 에지와 후단 에지를 갖는 플랫폼과, 플랫폼의 제1 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 압력측 구조와, 플랫폼의 제2 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 흡입측 구조를 포함한다.
본 발명의 터빈 베인 구성의 다른 세부사항과 다른 이점 및 목적들은 이하의 상세한 설명과, 유사한 도면부호는 유사한 요소를 나타내는 첨부된 도면에서 설명된다.
이제 도면을 참조하면, 도2 및 도3은 터빈 엔진 부품의 어레이가 형성되는 복수의 구조체(100)를 도시한다. 본 발명이 터빈 베인 어레이를 형성하는 것에 대해 기술되지만, 본 발명은 터빈 및 압축기 블레이드의 어레이와, 다른 가스 터빈 엔진 부품을 형성하는데 사용될 수 있다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 각각의 구조체(100)는 선단 에지(104)와 후단 에지(106)를 갖는 플랫폼부(102)를 갖는다. 플랫폼부(102)의 제1 에지(108)를 따라, 에어포일 압력측 구조 형태의 제1 베인 반부(110)가 있다. 플랫폼부(102)의 제2 에지(112)를 따라, 에어포일 흡입측 구조 형태의 제2 베인 반부(114)가 있다. 제1 베인 반부(110)의 노출된 표면(116)은, 2개의 구조체(100)가 서로 인접하여 그리고/또는 서로 연결되어 위치될 때 내부 표면이 된다. 마찬가지로, 제2 베인 반부(114)의 노출된 표면(118)은, 2개의 구조체(100)가 서로 인접하여 그리고/또는 서로 연결되어 위치될 때 내부 표면이 된다. 각각의 구조체(100)는 플랫폼부(102)의 하부측 상에 형성되는 (도시되지 않은) 부착부를 가질 수 있다.
각각의 구조체(100)는 바람직하게는 주형 구조이고, 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 주조 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 구조체(100)가 바람직하게는 주형 구조체이지만, 구조체는 또한 필요할 경우 기계가공된 구조체일 수 있다.
구조체(100)의 인접하는 것들이 함께 또는 서로 연결되어 위치될 때, 에어포일(120)이 형성된다. 구조체(100)는 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 기술을 사용하여 함께 연결될 수 있다. 유체 통로(122)는 에어포일(120)의 인접하는 것들 사이에서 연장된다.
필수적인 것은 아니지만, 필요한 경우, 제1 베인 반부(110)와 제2 베인 반부(114) 사이의 분리선(124)이 에어포일(120)의 중간 캠버(camber) 선을 따를 수 있다.
이제 도4 및 도5를 참조하면, 베인 반부(110, 114)가 위치되거나 또는 서로 연결될 때, 에어포일(120)의 선단 에지에는 개구(126)가 일반적으로 존재하고, 에어포일(120)의 후단 에지에는 개구(128)가 일반적으로 존재한다. 완전히 공기역학적인 에어포일을 제공하기 위해, 선단 에지 삽입체(130)가 개구(126)를 폐쇄하도록 사용될 수 있다. 선단 에지 삽입체(130)는 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 금속 또는 비금속 재료로 형성될 수 있다. 필요한 경우, 선단 에지 삽입체(130)는 베인 반부(110, 114)를 형성하는 재료와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 선단 에지 삽입체(130)는 베인 반부(110) 상의 탭부(134)와 베인 반부(114) 상의 탭부(136)를 수용하기 위한 한 쌍의 홈(132)을 가질 수 있다. 필요한 경우, 홈(132)들은 내부 표면(116 또는 118) 상의 견부(140)와 접촉하는 후방 벽(138)을 각각 가질 수 있다. 또한, 필요한 경우 탭부(134, 136)는 각각 접착제, 용접 등에 의해 각각의 홈(132)의 일부에 물리적으로 연결될 수 있다.
후단 에지 삽입체(142)가 개구(128)를 폐쇄하도록 사용될 수 있다. 후단 에지 삽입체(142)는 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 금속 또는 비금속 재료로 형성될 수 있다. 필요한 경우, 후단 에지 삽입체(142)는 에어포일(120)과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 후단 에지 삽입체(142)는 설부(tongue) 및 홈 구조를 통해 각각 베인 반부(110, 114)에 연결될 수 있다. 삽입체(142)는 정합 에지(146)에 한 쌍의 설부(144)를 가질 수 있다. 각각의 베인 반부(110, 114)는 설부(144) 중의 하나가 위치되는 홈(148)을 가질 수 있다. 필요한 경우, 각각의 설부(144)는 접착제, 용접 등에 의해 각각의 홈(148) 일부에 물리적으로 연결될 수 있다.
선단 에지 및 후단 에지 삽입체(130, 142)는 유사한 재료이거나 또는 세라믹과 같이 비유사한 재료이거나, 또는 별도의 세부 형상 주물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 터빈 베인과 같이 가스 터빈 엔진에서 사용하기 위한 부품을 형성하는 방법은 선단 에지(104)와 후단 에지(106)를 갖는 제1 플랫폼부(102)를 갖고 에어포일 흡입측 구조(114)를 구비하는 에지(112)를 갖는 제1 공기역학적 구조체(100)를 형성하는 단계와, 선단 에지(104)와 후단 에지(106)를 갖는 제2 플랫폼부(102)를 갖고 에어포일 압력측 구조(110)를 구비하는 에지(112)를 갖는 제2 공기역학적 구조체(100)를 형성하는 단계와, 에어포일(120)을 형성하기 위해 에어포일 흡입측 구조(114)가 에어포일 압력측 구조(110)와 정합하도록 2개의 구조체(100)를 서로 연결하는 단계를 포함한다. 구조체(110, 114)는 기술 분야에 알려진 임의의 적절할 기술을 사용하여 서로 연결될 수 있고, 에어포일(120)의 중간 캠버 선을 따라 연결될 수 있다. 선단 및 후단 에지 삽입체(130, 142)는 바람직하게는 연결 단계 후에 부가된다.
본 발명의 방법의 한 가지 이점은 플랫폼 분리 간극을 제거한다는 것이다. 다른 이점은 더 나은 공기역학적 성능 및 필요한 종류의 밀봉으로 있을 수 있는 누설의 주된 요인의 제거를 위한 단차없는 플랫폼부(102)를 포함한다는 것이다.
다른 이점은, 대부분에 있어서 정합 면이 에어포일(120)의 선단 및 후단 에 지로 이동된다는 것이다. 간극 또는 개구(126, 128)는 자연 누설 통로이고, 이는 온도 감소를 위해 냉각 공기가 필요한 경우에 그러하다. 선단 에지 정합은 또한 바람직한 트렌치(trench) 또는 개구(126)를 생성한다.
도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은 또한 성형 반부(110, 114)가 위치되거나 또는 서로 연결되기 전에 필름 구멍(160)이 노출된 베인 반부(110 또는 114)의 내측으로부터 천공되는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 구멍들이 내측으로부터 천공되므로 필름 구멍 천공이 더욱 쉬워지게 된다. 그 결과, 천공 및 결과적인 냉각 유동은 동일한 방향으로 될 수 있다. 내측으로부터의 구멍 천공은 구멍의 내부 시작점과 외부 출구 사이의 더 나은 상호관계를 통해 냉각 유동을 최적화하는 능력을 제공한다. 이러한 방법은 또한 냉각 구멍을 냉각 통로의 임의의 내부 트립 스트립(trip strip) 사이에 정확하게 위치시키는 능력을 제공하여, 국부적인 유동 분배 및 최종 필름 효율성을 개선시킨다. 구멍 천공을 위한 기준점이 에어포일의 내부 벽 상의 주형 위에 직접 포함될 수 있다.
다른 이점으로서, 배플이 전체적으로 제거되고, 하나 이상의 내부 벽(116, 118)에 부착된 적합한 커버로 대체된다는 것이다.
본 발명에 따르면, 플랫폼 분리 간극을 제거하는 터빈 베인의 어레이와 같은 가스 터빈 엔진 부품의 어레이를 형성하는 방법 및 이러한 방법으로 형성된 터빈 베인 어레이를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 가스 터빈 엔진에서 사용하기 위한 부품을 형성하는 방법이며,
    선단 에지와 후단 에지를 갖는 제1 플랫폼과, 에어포일 흡입측 구조를 구갖는 에지를 구비한 제1 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와,
    선단 에지와 후단 에지를 갖는 제2 플랫폼과, 에어포일 압력측 구조를 갖는 제1 에지를 구비한 제2 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와,
    에어포일을 형성하기 위해 상기 에어포일 흡입측 구조를 상기 에어포일 압력측 구조와 정합하도록 상기 2개의 구조체를 서로 연결시키는 단계를 포함하는 부품 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결 단계는 상기 에어포일 흡입측 구조를 상기 에어포일의 중간 캠버 선을 따라 상기 에어포일 압력측 구조와 연결시키는 단계를 포함하는 부품 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형성하는 단계들은 에어포일 압력측 구조를 갖는 대향 에지를 구비하는 상기 제1 공기역학적 구조체를 형성하는 단계와,
    에어포일 흡입측 구조를 갖는 대향 에지를 구비하는 상기 제2 공기역학적 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 부품 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 형성 단계의 각각은 상기 에어포일 압력측 구조와 상기 에어포일 흡입측 구조를 위한 노출된 내부 표면을 갖는 상기 각각의 구조체를 주조하는 단계를 포함하는 부품 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연결 단계 전에 상기 에어포일 압력측 구조와 상기 에어포일 흡입측 구조에 냉각 구멍을 천공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 천공 단계는 상기 에어포일 압력측 구조의 내부면으로부터 외부면으로 그리고 상기 에어포일 흡입측 구조의 내부면으로부터 외부면으로 상기 냉각 구멍을 천공하는 단계를 포함하는 부품 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 천공 단계는 의도된 냉각 유동과 동일한 방향으로 상기 냉각 구멍을 천공하는 단계를 포함하는 부품 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연결 단계 후에 선단 에지 삽입체 및 후단 에지 삽입체를 부가하는 단계를 더 포함하는 부품 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 형성 단계 및 연결 단계는 터빈 베인 부품을 형성하는 부품 형성 방법.
  9. 가스 터빈 엔진에 사용하기 위한 구조체이며,
    선단 에지, 후단 에지, 압력측 구조 및 흡입측 구조를 갖는 에어포일을 포함하고,
    상기 에어포일은 상기 선단 에지에서 상기 후단 에지로 연장되는 분리선을 갖도록 형성되어, 상기 압력측 구조는 상기 분리선의 일측 상에 있고, 상기 흡입측 구조는 상기 분리선의 대향측 상에 있는 구조체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 에어포일의 상기 압력측 구조에 연결된 제1 플랫폼 구조체와, 상기 에어포일의 상기 흡입측 구조에 연결된 제2 플랫폼 구조체를 더 포함하고,
    상기 분리선은 상기 제1 및 제2 플랫폼 구조체의 정합 에지를 따라 연장되는 구조체.
  11. 제10항에 있어서, 내부적으로 서로 연결되는 상기 압력측 구조와 상기 흡입측 구조를 더 포함하는 구조체.
  12. 제9항에 있어서, 상기 에어포일의 내부면으로부터 상기 에어포일의 외부면으로 외측으로 연장되는 복수의 천공된 구멍을 더 포함하는 구조체.
  13. 제9항에 있어서, 상기 압력측 구조의 선단 에지부 및 상기 흡입측 구조의 선단 에지부에 연결된 선단 에지 삽입체와, 상기 압력측 구조의 후단 에지부 및 상기 흡입측 구조의 후단 에지부에 연결된 후단 에지 삽입체를 더 포함하는 구조체.
  14. 제9항에 있어서, 상기 구조체는 터빈 베인인 구조체.
  15. 터빈 엔진 부품의 어레이를 형성하는데 사용하기 위한 구조체이며,
    선단 에지와 후단 에지를 갖는 플랫폼과,
    상기 플랫폼의 제1 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 압력측 구조와,
    상기 플랫폼의 제2 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 흡입측 구조를 포함하는 구조체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 에어포일 압력측 구조와 상기 에어포일 흡입측 구조의 내부면들은 외부로 향하는 구조체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 에어포일 압력측 구조와 상기 에어포일 흡입측 구조에 천공된 복수의 구멍을 더 포함하고,
    상기 구멍들은 상기 내부면으로부터 외부면으로 천공되는 구조체.
  18. 서로 연결된 복수의 구조체에 의해 형성된 터빈 엔진 부품의 어레이이며,
    각각의 상기 구조체는,
    선단 에지와 후단 에지를 갖는 플랫폼과,
    상기 플랫폼의 제1 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 압력측 구조와,
    상기 플랫폼의 제2 측부 에지를 따라 형성된 에어포일 흡입측 구조를 포함하는 터빈 엔진 부품의 어레이.
  19. 제18항에 있어서, 상기 에어포일의 중간 캠버 선을 따라 연결되는, 상기 에어포일 압력측 구조와 상기 에어포일 흡입측 구조의 상기 인접하는 것들을 더 포함하는 터빈 엔진 부품의 어레이.
  20. 제18항에 있어서, 상기 어레이는 터빈 블레이드 어레이인 터빈 엔진 부품의 어레이.
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