KR20100080451A

KR20100080451A - 로터 블레이드

Info

Publication number: KR20100080451A
Application number: KR1020090133235A
Authority: KR
Inventors: 브래들리 티 보이어
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-07-08
Also published as: EP2204542A2; EP2204542A3; US20100166561A1; CN101793168A

Abstract

본 발명은 터빈 엔진에 사용하기 위한 로터 블레이드(120, 126)에 관한 것으로, 이 터빈 블레이드(120, 126)는 루트(138)와, 이 루트(138)로부터 반경방향으로 연장하는 에어포일(136)을 포함하며, 루트(138)는 경사져 있는 적어도 하나의 루트 정렬 표면(178)을 구비한다. 상기 경사는 비-반경방향 배향을 포함할 수도 있다. 이 루트 정렬 표면(178)은 이웃하는 로터 블레이드(120, 126)의 루트(138)의 루트 정렬 표면(178)과 정렬 및 비교적 밀접하게 이격되어 있거나 또는 접촉하고 있도록 구성된 루트(138)를 따른 표면을 포함한다. 상기 로터 블레이드(120, 126)는 적어도 2개의 루트 정렬 표면(178)을 포함하고, 그중 하나는 로터 블레이드(120, 126)의 압력측 상에 있고, 다른 하나는 로터 블레이드(120, 126)의 흡입측(143) 상에 있다. 상기 루트 정렬 표면(178)은 경사져 있을 수도 있다.

Description

로터 블레이드{TURBINE BLADE ROOT CONFIGURATIONS}

본 발명은 개선된 터빈 블레이드 루트 구성에 관한 장치, 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다. 특히, 제한의 목적은 아니지만, 본 발명은 축방향 진입 선형 도브테일을 만곡형 플랫폼과 조합하는 터빈 블레이드에 속하는 장치, 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다.

대형의 루트 익현(root chord) 및 캠버(camber)를 갖는 터빈 블레이드의 종래의 구성 및 설계에 따르면, 블레이드의 에어포일들은 "안착된다(nested)". 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, "안착되는"이란 용어는 이웃하는 에어포일의 곡률이 중첩(overlap)되는 상태를 나타내는 통상적인 용어이다. 이 중첩은 종래의 터빈 엔진의 로터 휠 내에 설치될 때 정렬되는 경우 안착된 에어포일 사이의 간섭으로 인하여 블레이드 중 하나가 축방향 또는 선형 이동함으로써 터빈 블레이드가 분리될 수 없다는 것을 의미한다. 즉 에어포일들이 이러한 방식으로 접촉하여 분리를 방해한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래의 터빈 블레이드는 종종 만곡형 플랫 폼 및 도브테일을 갖도록 설계된다. 이것은 이웃하는 터빈 블레이드의 에어포일들이 분리되도록 안착되게 하는데, 그 이유는 분리중 터빈 블레이드가 곡선형 루트를 추종하여 이웃한 에어포일을 피하기 때문이다. 그러나, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 만곡형의 플랫폼 및 도브테일을 갖는 터빈 블레이드는 예를 들면 증가된 제조의 곤란성 및 복잡성과 같은 그 자신의 작업상의 문제를 갖는다. 게다가, 당업자라면 이해하겠지만, 만곡형의 플랫폼 및 도브테일을 갖는 터빈 블레이드에 있어서는, 이웃하는 블레이드의 만곡형 플랫폼과 루트의 사이에서 반드시 발생하는 간섭으로 인해서 이웃하는 블레이드 세트들을 터빈 휠로부터 동시에 제거하는 것이 곤란 또는 불가능하다.

결과적으로, 개선된 터빈 블레이드, 특히 보다 효율적인 제조, 조립 및/또는 작업을 허용하는 터빈 블레이드의 루트(즉, 도브테일, 생크 및/또는 플랫폼 구성요소)의 개선된 설계가 필요하다. 아울러, 많은 상이한 루트 기하가 주어지더라도, 인접한 터빈 로터 블레이드의 루트 사이의 정렬 표면이 효율적인 구성을 갖도록 할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은 터빈 엔진에 사용하기 위한 로터 블레이드에 관한 것으로, 이 터빈 블레이드는 루트와, 이 일 루트로부터 반경방향으로 연장하는 에어포일을 포함하며, 루트는 경사져 있는 적어도 하나의 루트 정렬 표면을 구비한다. 상기 경사는 비-반경방향 배향을 포함할 수도 있다. 이 루트 정렬 표면은 이웃하는 로터 블레이드의 루트의 루트 정렬 표면과 정렬 및 비교적 밀접하게 이격되어 있거나 또는 접촉하고 있도록 구성된 루트를 따른 표면을 포함한다. 상기 로터 블레이드는 적어도 2개의 루트 정렬 표면을 포함하고, 그중 하나는 로터 블레이드의 압력측 상에 있고, 다른 하나는 로터 블레이드의 흡입측 상에 있다. 상기 루트 정렬 표면은 경사져 있을 수도 있다.

본 발명의 이러한 특징 및 기타 특징은 도면을 참조한 바렴직한 실시예에 대한 하기의 상세한 설명과 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 가스 터빈 엔진(100)의 개략도를 도시한다. 일반적으로는 연료의 연소에 의해서 압축 공기의 스트림 내에 생성된 고온 가스의 압축 흐름으로부터 에너지를 추출함으로써 가스 터빈 엔진이 작동된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 가스 터빈 엔진(100)은 하류의 터빈 섹션 또는 터빈(110)에 공통의 샤프트에 의해서 기계적으로 연결된 축류 압축기(106), 및 압축기(106)와 터빈(110)의 사이에 위치된 연소기(112)를 구비하도록 구성될 수도 있다. 하기의 발명이 예를 들면 가스 터빈 엔진, 증기 터빈 엔진 및 항공기 엔진과 같은 임의 유형의 터빈 엔진에 이용될 수도 있다. 이하에서는 가스 터빈 엔진과 관련하여 본 발명을 기술한 것이지만, 이러한 설명은 단순히 예시적인 것이며, 어떠한 방식으로든 한정할 의도는 아니다.

도 2는 가스 터빈 엔진 내에 사용될 수도 있는 예시적인 다단 축류 압축기(118)의 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 축류 압축기(118)는 복수의 단을 구비할 수도 있다. 각 단은 일련의 압축기 로터 블레이드(120) 및 이것에 이어지는 일련의 압축기 스테이터 블레이드(122)를 구비할 수도 있다. 따라서 제 1 단은 중앙 샤프트를 중심으로 회전하는 일련의 압축기 로터 블레이드(120)와, 이것과 이어지며 작동중 정지상태로 유지되는 일련의 압축기 스테이터 블레이드(122)를 구비할 수도 있다. 이 압축기 스테이터 블레이드(122)들은 서로 원주방향으로 이격되며, 회전축 주변에 고정된다. 압축기 로터 블레이드(120)는 원주방향으로 이격되며, 작동 중 샤프트가 회전할 때 압축기 로터 블레이드(120)가 샤프트를 중심으로 회전하도록 샤프트에 부착된다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 압축기 로터 블레이드(120)는 샤프트를 중심으로 스핀할 때 압축기(118)를 통하여 흐르는 공기 또는 작동유에 운동 에너지(kinetic energy)를 부여하도록 구성된다. 압축기(118)는 도 2에 도시되어 있는 단을 지나서 많은 다른 단을 가질 수도 있다. 복수의 원주방향으로 이격된 압축기 로터 블레이드(120)와, 이것에 이어지는 복수의 원주방향으로 이격된 압축기 스테이터 블레이드(122)를 구비할 수도 있다.

도 3은 가스 터빈 엔진 내에 사용될 수도 있는 예시적인 터빈 섹션 또는 터빈(124)의 부분도를 도시한다. 터빈(124)은 복수의 단을 구비할 수도 있다. 3개의 예시적인 단이 도시되는데, 이보다 더 많은 단 또는 더 적은 단이 터빈(124) 내에 존재할 수도 있다. 각 단은 작동중 샤프트를 중심으로 회전하는 복수의 터빈 버킷 또는 터빈 로터 블레이드(126)와, 작동중 정지상태로 유지되는 복수의 노즐 또는 터빈 스테이터 블레이드(128)를 구비할 수도 있다. 터빈 스테이터 블레이드(128)는 대체로 서로 원주방향으로 이격되며, 회전축 주위에 고정된다. 터빈 로터 블레이드(126)는 샤프트(도시하지 않음)를 중심으로 회전하기 위해서 터빈 휠(도시하지 않음) 상에 장착될 수도 있다. 고온 가스 경로를 통한 고온 가스의 유동 방향을 화살표로 표시한다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 터빈(124)은 도 3에 도시된 단을 지나서 많은 다른 단을 가질 수도 있다. 각각의 축가 단은 일련의 터빈 로터 블레이드(126)에 이어지는 일련의 터빈 스테이터 블레이드(128)를 구비할 수도 있다.

본 명세서에 사용하는 바와 같이, "로터 블레이드"는 압축기(118)나 터 빈(124)중 하나의 회전형 블레이드를 지칭하는 것으로서, 압축기 로터 블레이드(120)일 수도 있고 터빈 로터 블레이드(126)일 수도 있는데, 이러한 기재는 참조용으로서, 특별히 한정할 의도는 아니다. 또한 "스테이터 블레이드"는 압축기(118)나 터빈(124) 중 하나의 고정형 블레이드를 지칭하는 것으로서, 압축기 스테이터 블레이드(122)일 수도 있고 터빈 스테이터 블레이드(128)일 수도 있는데, 이러한 기재는 참조용으로서, 특별히 한정할 의도는 아니다. 따라서 "블레이드"는 압축기 로터 블레이드(120), 압축기 스테이터 블레이드(122), 터빈 로터 블레이드(126) 및 터빈 스테이터 블레이드(128)를 비롯한 모든 유형의 터빈 엔진 블레이드를 포괄하는 용어이다.

사용시, 축류 압축기(118) 내에서의 압축기 로터 블레이드(120)의 회전은 공기의 유동을 압축할 수도 있다. 연소기(112)에서는, 압축된 공기가 연료와 혼합되어 점화될 때 에너지가 방출될 수도 있다. 그 때 연소기로부터의 고온 가스의 결과적인 유동이 터빈 로터 블레이드 위로 도입될 수도 있는데, 이것은 샤프트를 중심으로 하는 터빈 로터 블레이드(126)의 회전을 유도하여 가스의 고온 유동 에너지를 회전 블레이드의 기계적 에너지로 변환시키고, 샤프트 내의 회전 블레이드 사이의 접속으로 인하여 샤프트를 회전시킨다. 그 때 압축기 로터 블레이드(120)의 회전을 구동하기 위하여 샤프트의 기계적 에너지가 사용되어서, 압축 공기의 필요한 공급을 생산하고, 또한 예를 들면 제너레이터가 전기를 생산하게 하는 것이 가능할 수도 있다.

도 4는 가스 터빈 엔진(100)의 터빈 조립체의 일부를 도시한다. 터빈 조립 체(130)는 연소기로부터 고온 연소 가스(131)를 수용하기 위하여 연소기(도 4에 도시하지 않음)의 하류에 장착될 수도 있다. 이 터빈 조립체(130)는 일반적으로 복수의 터빈 로터 블레이드(126)가 고정 부착되어 있는 디스크(132)를 포함한다. 전형적으로, 터빈 로터 블레이드(126)는 대체로 일체형으로 만들어져서 루트(138)로부터 반경방향으로 연장하는 에어포일(136)을 포함한다. 에어포일(136)의 베이스에 플랫폼(140)이 배치되며 이들은 대체로 일체형이다. 터빈 조립체(130)는 축방향 중앙축(141)에 대해서 대체로 비대칭이다. 환상 슈라우드(142)가 블레이드(126)를 둘러싸며, 고정 스테이터 케이싱(도시하지 않음)에 적절히 이어진다. 슈라우드(142)는 그것과 로터 블레이드(126)의 사이에 비교적 작은 간극 또는 갭을 제공하는데, 이 간극 또는 갭은 작동중 블레이드 위로의 연소 가스(131)의 누설을 제한한다.

에어포일(136)은 오목한 압력 측벽(concave pressure sidewall) 또는 압력측(pressure side)(143)과 원주방향으로 또는 측방향으로 대향하는 볼록 흡입 측벽 또는 흡입측(144)을 구비한다. 이 압력 측벽(143) 및 흡입 측벽(144)은 선단 에지(146)와 후단 에지(148)의 사이에서 축방향으로 연장한다. 추가로 압력 측벽(143)과 흡입 측벽(144)은 반경방향 외측 블레이드 팁(150)과 플랫폼(140)의 반경방향 내측 루트(138)의 사이에서 반경방향으로 연장한다.

당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 루트(138)는 일반적으로 생크(152) 및 도브테일(154)을 구비한다. 상기 생크(152)의 외측 반경방향 섹션은 플랫폼(140)이다. 도브테일(154)은 루트(138)의 내측 반경방향 섹션(154)이지만, 생크(152)는 도브테일(154)을 에어포일(136)에 연결하는 섹션이다. 도시한 바와 같이, 일반적으로 도브테일(154)은 루트(138)에 톱니형(serrated)의 단면을 제공하는 복수의 탱(tang)을 구비하는 측부 진입형 구성을 갖는다. 생크(152)는 도브테일(154)의 외측 반경방향 부분으로부터 생크(152)의 외측 반경방향 표면 - 전술한 바와 같이 플랫폼(140)임 - 까지 연장한다. 에어포일(136)과 유사하게, 루트(138)는 후단 에지 또는 후단면(158) 및 선단 에지 또는 선단면(160)을 갖는 것으로 도시될 수도 있는데, 도시한 바와 같이, 루트(138)는 후단면(158)으로부터 선단면(16)까지 선형 방향으로 연장할 수도 있다. 추가로, 루트(138)는 압력면(162) 및 흡입면(164)을 구비하는 것으로서 기술될 수도 있는데, 이들은 에어포일(136)의 압력면(143) 및 흡입면(144)에 각기 대응한다.

디스크(132)는 그것의 원주 둘레에 형성된 복수의 도브테일 홈(166)을 구비할 수도 있다. 도브테일 홈(166)의 각각은 로터 블레이드(126)의 도브테일(154)의 배우자로서 형성되어서, 도브테일(154)의 각각이 도브테일 홈(162) 내로 축방향으로 삽입될 수 있게 한다. 도브테일(154)/도브테일 홈(166)의 구성은 로터 블레이드(126)를 디스크(132)에 연결하고 작동중 로터 블레이드(126)의 반경방향 변위를 방지한다. 도시한 바와 같이, 도브테일(154)은 선형, 즉 후단면(158)으로부터 선단면(160)까지 선형 배향을 가질 수도 있으며, 도브테일 홈(162)은 물론 선형으로 배향될 수도 있다. 이러한 방식으로, 로터 블레이드(126)가 도브테일 홈(162)내로 선형 방식으로 축방향으로 삽입될 수도 있다. 이하에 더욱 상세히 기술하는 바와 같이, 루트를 위한 곡선 구성이 또한 가능하다.

이제 본 발명을 터빈 로터 블레이드에 사용하는 것과 관련하여 기술하기로 한다. 기술한 바와 같이 터빈 로터 블레이드는 터빈 엔진의 터빈 섹션 내의 회전형 블레이드이다. 이 기술은 단지 예시일 뿐이며, 본 원에 기술한 발명의 실시예가 터빈 로터 블레이드와 함께 사용하는 것으로만 한정되지는 않는다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 압축기 로터 블레이드- 일반적으로는 터빈 엔진의 압축기 섹션 내의 회전형 블레이드임 - 에 적용될 수도 있다. 따라서 본 명세서에 사용하는 "로터 블레이드"라는 용어는 터빈 로터 블레이드 및 압축기 로터 블레이드의 양자를 포괄하는 의미로 사용되지만 이것에 한정할 의도는 아니다. 그리고, 예를 들면 터빈 로터 블레이드에 적용되는 실시예가, 본 발명을 압축기 로터 블레이드에 이용하는 것을 배제하는 것을 의미하지는 않는다.

도 4에 도시한 것과 유사하게, 도 5는 종래의 선형 루트(138)를 갖는 로터 블레이드를 도시한다. 선형 루트(138)는 루트(138)의 후단면(158)으로부터 선단면(160)까지 선형 배향을 갖는 플랫폼(140) 및 도브테일(154)를 구비한다. 특히, 루트(138)의 압력면(162)과 흡입면(164)은 만곡되지 않으며, 후단면(158)으로부터 선단면(160)까지 직선으로 대체로 연장한다. 선형 배향 플랫폼(140)은 대체로 대략 직선의 형상이다. 플랫폼의 각 에지(160)는 후단면(158), 선단면(160), 압력면(162) 및 흡입면(164)로 그들의 관계를 나타낼 수도 있다. 따라서 플랫폼(140)은 후단에지(170), 선단에지(172), 압력 에지(174), 흡입 에지(176)를 구비하는 것으로서 기술될 수도 있다. 종래의 선형 설계에 의거하여, 압력 에지(174)는 대체로 선형 또는 직선이다. 유사하게, 흡입 에지(176)는 대체로 선형 또는 직선이다. 기술한 바와 같이, 도브테일(154)은 대체로 선형의 방식으로 후단면(158)으로부터 선단면(160)까지 연장될 수도 있다. 생크(152)의 다른 부분도 마찬가지로 선형일 수도 있다. 기술한 바와 같이, 에이포일 설계의 성능 기준은 조립된 구성으로 위치될 때 에어포일이 "안착(nested)되는 것을 요구할 수도 있다. 이러한 경우에, 블레이드를 선형으로 제거하는 것(이것은 도 5와 유사한 선형 구성에 있어서도 마찬가지일 것임)은 불가능해진다.

도 6은 종래의 곡선형 루트(138)를 갖는 로터 블레이드를 도시한다. 곡선형 루트는 만곡형 플랫폼(140) 및 만곡형 도브테일(154)을 구비할 수도 있다. 이 경우에, 루트(138)의 압력면(162)과 흡입면(164)은 곡선형이다. 플랫폼(140)의 압력 에지(174)는 오목한 곡선(curve)을 형성할 수도 있다. 플랫폼(140)의 흡입 에지(176)가 유사한 곡선일 수도 있고, 볼록한 곡선일 수도 있다. 기술한 바와 같이, 도브테일(154)이 유사한 곡선을 형성할 수도 있다. 생크(152)의 다른 부분이 유사한 곡선을 형성할 수도 있다. 이들 모든 구성요소의 곡률은 유사할 수도 있는데, 일반적으로는 호형(arc) 또는 원형(circle)이다.

도 7은 만곡형 플랫폼(140) 및 선형 도브테일(154)을 갖는 로터 블레이드를 도시한다. 도시한 바와 같이, 도브테일(154)은 도 5의 도브테일(154)과 실질적으로 유사할 수도 있다. 즉, 도브테일(154)은 실질적으로 선형일 수도 있으며, 실질적으로 선형의 도브테일 홈(166)과 정합하도록 구성된다. 어떤 경우에는, 선형 도브테일(154) 및 도브테일 홈(166)이 설치시 각각이 중앙 축(141)과 평행하게 놓이도록 정렬될 수도 있다. 다른 경우에는, 선형 도브테일(154)과 도브테일 홈(166) 이 중앙 축(141)의 방향에 대하여 경사질 수도 있다. 도브테일(154)은 선형이지만, 플랫폼(140)은 도 6의 플랫폼(140) 구성과 실질적으로 유사하게 만곡형일 수도 있다. 특히 도시한 바와 같이, 플랫폼(140)의 압력 에지(174)는 곡선을 형성할 수도 있다. 상기 곡선은 오목한 곡선일 수 있다. 마찬가지로, 상기 플랫폼의 흡입 에지(176)는 유사한 곡선을 형성할 수도 있고, 볼록한 곡선을 형성할 수도 있다. 흡입 에지(176)와 압력 에지(174)의 곡률은 실질적으로 동일할 수도 있고, 플랫폼(140)의 폭만큼 오프셋될 수도 있다. 이러한 방식으로 하나의 블레이드의 압력 에지(174)가 이웃하는 블레이드의 흡입 에지(176)와 결합하여 이웃하는 블레이드의 플랫폼(140)이 실질적으로 연속적인 평활한 표면을 형성하게 할 수도 있다.

도시한 바와 같이, 플랫폼(140)의 후단 에지(170) 및 선단 에지(172)는 선형으로 유지될 수도 있지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다. 플랫폼 아래의 생크(152) 부분은 만곡형 플랫폼(140)과 선형 도브테일(154) 사이에 전이부를 형성할 수도 있다. 도시한 바와 같이, 어떤 경우에, 압력 에지(174)와 흡입 에지(176)의 곡률은 대략 동일할 수도 있다. 추가로, 압력 에지(174)와 흡입 에지(176)의 곡선이 대략 원호를 형성할 수도 있다. 당압자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명과 일치하는 루트 구성이 도 5에 도시한 것과 같이 선형 루트 구성과 관련된 이점을 제공할 수도 있고, 도 6에 도시한 것과 같이 곡선형 루트 구성과 관련된 이점을 제공할 수도 있다.

이제 도 8 내지 도 10을 참조하면, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 설치 위치에서 전형적으로 로터 휠 상에 구성되는 인접한 로터 블레이드들은 인접해 있 는 또는 비교적 짧은 거리만큼 이격되어 있는 정렬 표면을 갖는다. 간략함을 위하여 본 명세서에 루트 정렬 표면 또는 "정렬 표면(178)"이라 언급되는 이 표면은 서로 접촉하여 놓여 있는 것처럼 보일 정도로 밀접하게 이격된다. 그러나 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 일반적으로 이들 표면은 매우 좁은 공간을 두고 분리되며, 서로 접촉하지 않는다. 그러나 어떤 응용예에서는 이들 표면 사이의 접촉이 가능하다. 따라서 본 명세서에 사용하는 바와 같은 "루트 정렬 표면" 또는 "정렬 표면"이라는 용어는 로터 블레이드의 루트를 따른 임의의 표면이 이웃하는 로터 블레이드의 루트의 정렬 표면과 정렬해서 밀접하게 이격되어 있는 것, 그 표면과 접촉하고 있는 것을 나타낸다. 좁은 갭을 사이에 두고, 대향해 있는 대체로 편평한 측면을 가로질러 명백한 이음이 행해져서, 단면으로 볼 때 실질적으로 선형인 명백한 이음선(junction line)(181)을 형성하도록, 정렬 표면(178)이 구성되는 것을 이해할 것이다. 종래의 설계에 의거하여, 대향하는 루트 정렬 표면(178)의 대체로 편평한 표면 사이에 형성된 이음선(181)은 실질적으로 반경방향으로 배향된 선, 다시 말해서 터빈의 축을 따라 반경방향으로 연장하는 선과 대략 0°의 각도를 형성하는 (즉 터빈의 축에 대하여 수직인) 선이다.

이러한 유형의 종래 구성을 도 8에 도시한다. 도시한 바와 같이, 인접한 로터 블레이드(126)는 그들의 루트부(138)를 따라 여러 개의 정렬 표면(178)을 갖는다. 예를 들면, 루트 정렬 표면(178)이 제 2 (및 이웃하는) 로터 블레이드(126)의 대향하는 흡입 에지(176)와 정렬되고 인접하는 제 1 로터 블레이드(126)의 압력 에지(174) 뿐만 아니라, 제 3 (및 이웃하는) 로터 블레이드(126)의 압력 에지(174)와 정렬되고 인접하는 제 1 로터 블레이드(126)의 흡입 에지(174)를 구비할 수도 있다. 아울러, 루트 정렬 표면(178)은 도 8에 추가로 도시된 바와 같이 인접한 로러 블레이드(126) 상에 형성될 수도 있는 커버 플레이트(180)의 대향 측부를 구비할 수도 있다. 이하에 더욱 상세히 기술하는 바와 같이, 생크(152)의 후단면(158) 및 선단면(160)은 실질적으로 커버링되는데, 비교적 얇은 직사각형 판재를 일반적으로 포함하는 커버 플레이트(180)로 둘러싸일 수도 있다. 종래의 설계에 있어서, 임의의 이들 예시적인 루트 정렬 표면(178)들(뿐만 아니라 종래의 터빈 블레이드 설계에 존재할 수도 있는 임의의 다른 정렬 표면) 사이에 형성된 이음선(181)은 실질적으로 반경방향으로 배향되고 터빈의 축과 수직인데, 다시 말해서 이음선(181)이 연장되는 경우 터빈의 축과 실질적으로 교차하고 그것과 대략 수직일 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예와 일치하여, 대향하는 루트 정렬 표면(178)은 이음선(181)이 경사지도록, 즉 반경방향으로 배향되지 않도록 구성될 수도 있다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 이음선(181)은 반경방향 배향선(183)과 소정의 각도를 형성하는데, 이러한 경사가 소정의 동작적인 이점을 제공할 수도 있다. 예를 들면, 도 9는 에어포일(136) 및 루트(138)를 각기 구비하는 설치된 여러개의 터빈 루트 블레이드(126)를 도시하는데, 루트(138)의 구성은 본 발명과 일치한다. 본 명세서의 다른 설명과 유사하게, 도 9의 루트(138)는 외측 반경방향 플랫폼(140)과 도브테일(154)를 갖는 생크(152)를 구비한다. 생크(152)의 후단면(158)과 선단면(160)은 실질적으로 커버링되는데, 커버 플레이트(180)로 둘러싸인다(또는 도 10에 도시된 바와 같이, 생크(152)의 후단면(158) 및/또는 선단면(160)이 "비커버 링(uncover)"될 수도 있다). 커버 플레이트의 사용은 여러개의 동작 기준에 의해 구동되며, 본 명세서에 기재된 발명은 커버 플레이트가 생크의 설계에 포함되든 포함되지 않든 본 명세서에 기재된 발명을 적용할 수 있다. 추가로, 커버 플레이트는 생크와 일체형일 수도 있고, 그것에 부착될 수도 있는데, 이중 어느 것도 본 발명의 용도 또는 적용성에 악영향을 미치지 않을 것이다.

도 9에 있어서, 도시된 바와 같이 인접한 로터 블레이드(126)의 루트 정렬 표면(178)은 압력 에지(174)와 흡입 에지(176) 사이의 정렬 및 인접 표면과 커버 플레이트(180)의 측부를 구비한다. 본 발명과 일치해서, 루트 정렬 표면(178)은 이들 사이의 이음선(181)이 반경방향 배향선(183)과 각도(θ)를 형성하도록 구성된다. 즉, 각도(θ)는 1) 대향하는 루트 정렬 표면(178) 사이에 형성된 인접한 근사 이음선(approximate junction line)(181)과, 2) 반경방향 배향 선(183)(즉, 터빈 엔진의 축과 대략 교차하고 수직인 선) 사이의 근사 각도이다. 어떤 실시예에 있어서, 각도(θ)는 대략 0°내지 60°이다. 바람직하게는 각도(θ)가 대략 15° 내지 45°이다. 더욱 바람직하게는 각도(θ)가 대략 25° 내지 35°이다. 이상적으로는 이 각도(θ)가 대략 30°이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 커버 플레이트(180)가 없다면, 루트 정렬 표면(178)이 커버 플레이트의 측면을 더 이상 구비하지 않으며, 따라서 인접한 로터 블레이드의 대향 압력면(162)과 흡입면(164) 사이의 정렬 및 인접 표면들로 주로 구성된다. 예를 들면 제 1 로터 블레이드(126)의 압력면(162)이 제 1 로터 블레이드(126)에 인접한 제 2 로터 블레이드(126)의 흡입면(164)과 정렬될 수도 있으며, 제 1 로터 블레이드(126)의 흡입면(164)은 제 1 로터 블레이드(126)에 인접한 제 3 로터 블레이드(126)의 압력면(162)과 정렬될 수도 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 종래의 로터 블레이드 생크 설계의 기하 및 구성으로 인해서, 압력면(162) 및 흡입면(164)에 따른 루트 정렬 표면(178)이 압력 에지(174) 및 흡입 에지(176)에 따른 표면 영역으로 한정되는 것이 일반적이다. 경우가 어떻든 간에(즉 인접한 로터 블레이드의 루트(138) 사이의 정렬 표면(178)이 어떻게 취해지던지 간에), 루트 정렬 표면(178)은 그 사이에 형성된 이음선(181)이 전술한 방식으로 반경방향 배향선(183)과 각도(θ)를 형성하도록 구성될 수도 있다.

사용시, 본 명세서에 기재된 발명에 따른 경사진 루트 정렬 표면을 형성함으로써 동작적인 이점이 발견될 수도 있다. 예를 들면 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 유형의 기하가 소정의 터빈 블레이드 부착 기하, 특히 높은 익현(high chord), 짧은 생크를 갖는 높은 캠버 에어포일(high camber airfoil) 및 경사진 축방향 진입 도브테일에 유익하다. 이러한 설계의 이점은 블레이드 기하가 생크 영역의 전방 및/또는 후미의 수직면 상에 연속적인 회전 표면을 만드는 일체형 커버 플레이트를 가질 수 있게 한다는 것이다. 비-반경방향 각도(즉 각도(θ))가 크게 만들어질수록 시일 핀과 로터 블레이드 사이에 보다 균일한 정렬 표면이 만들어져서 다른 이점 중에서도 특히 누설을 감소시키고 그에 따라 효율을 개선한다. 추가로 본 발명은 도 1 내지 도 7과 관련하여 기술한 것과 같이 균일한 플랫폼 및 직선형 또는 선형 도브테일 구성을 갖는 터빈 블레이드에 적용가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 설명과 관련하여, 개선예, 변경예 및 변형예를 상상할 수 있을 것이다. 그러한 개선예, 변경예 및 변형예는 첨부된 특허청구범위에 의해서 커버된다. 전술한 것은 본 출원의 실시예에 관련된 것으로, 첨부된 특허청구범위 및 그의 균등물에 규정된 바와 같은 본 출원의 정신 및 범주로부터 벗어남이 없이 각종 변경예 및 변형예가 만들어질 수도 있다.

도 1은 본 발명의 특정 실시예가 이용될 수도 있는 예시적인 터빈 엔진의 개략도,

도 2는 도 1의 가스 터빈 엔진의 압축기 섹션의 단면도,

도 3은 도 1의 가스 터빈 엔진의 터빈 섹션의 단면도,

도 4는 본 발명의 특정 실시예가 이용될 수도 있는 가스 터빈 엔진의 터빈 조립체의 사시도,

도 5는 본 발명의 실시예가 이용될 수도 있는 종래 설계에 따른 도브테일 및 플랫폼 구조를 갖는 터빈 블레이드의 도면,

도 6은 본 발명의 실시예가 이용될 수도 있는 다른 종래 설계에 따른 도브테일 및 플랫폼 구조를 갖는 터빈 블레이드의 도면,

도 7은 본 발명의 실시예가 이용될 수도 있는 도브테일 및 플랫폼 구조를 갖는 터빈 블레이드의 도면,

도 8은 종래 설계에 따른 인접한 블레이드 사이의 정렬 표면의 도면,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 인접한 블레이드 사이의 정렬 표면의 도면,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인접한 블레이드 사이의 정렬 표면의 도면.

Claims

터빈 엔진에 사용하기 위한 로터 블레이드(120, 126)에 있어서,

루트(138), 및 상기 루트(138)로부터 반경방향으로 연장하는 에어포일(136)을 포함하고, 상기 루트(138)는 경사져 있는 적어도 하나의 루트 정렬 표면(178)을 구비하는

로터 블레이드.
제 1 항에 있어서,

상기 루트 정렬 표면(178)은 이웃하는 로터 블레이드(120, 126)의 루트(138)의 루트 정렬 표면(178)과 정렬 및 비교적 밀접하게 이격되어 있거나 또는 접촉하고 있도록 구성된 루트(138)를 따른 표면을 포함하며,

상기 로터 블레이드(120, 126)는 적어도 2개의 루트 정렬 표면(178)을 포함하고, 그중 하나는 로터 블레이드(120, 126)의 압력측 상에 있고, 다른 하나는 로터 블레이드(120, 126)의 흡입측(143) 상에 있으며,

모든 루트 정렬 표면(178)은 경사져 있고,

경사는 비-반경방향 배향을 포함하는

로터 블레이드.
제 2 항에 있어서,

상기 루트(138)는 생크(152) 및 도브테일(154)을 포함하고, 상기 생크(152)는 상기 도브테일(154)로부터 연장하고 반경방향 외측 표면에 플랫폼(140)을 포함하며,

상기 플랫폼(140)은 상기 터빈을 통한 유동 경로의 반경방향 최내측 경계를 적어도 일부 규정하는 축방향 및 원주방향 배향 표면을 포함하며,

상기 에어포일(136)은 상기 플랫폼(140)으로부터 반경방향 외향으로 연장하는

로터 블레이드.
제 2 항에 있어서,

상기 터빈 엔진 내의 로터 블레이드(120, 126)의 적절한 설치시, 상기 로터 블레이드(120, 126)의 압력측(143)에 있는 루트 정렬 표면(178)과 상기 로터 블레이드(120, 126)의 흡입측(144)에 있는 루트 정렬 표면(178)은 동일 기하의 로터 블레이드(120, 126)가 터빈 엔진 내에서 각 측에 적절히 설치되어 로터 블레이드(120, 126)에 인접한 경우 서로 정렬 및 비교적 밀접하게 이격되어 있거나 또는 접촉하고 있도록 구성된

로터 블레이드.
제 1 항에 있어서,

상기 루트 정렬 표면(178)은 상기 터빈 엔진 내의 상기 로터 블레이드(120, 126)의 적절한 설치시 이웃하는 로터 블레이드(120, 126)의 루트 정렬 표면(178)과 대향, 정렬 및 비교적 밀접하게 이격되어 있거나 또는 접촉하고 있도록 구성된 대체로 편평한 측면을 포함하는

로터 블레이드.
제 5 항에 있어서,

상기 루트 정렬 표면(178)은 대향하는 루트 정렬 표면(178)과 대체로 선형의 이음선(181)을 형성하며, 상기 터빈 엔진 내의 상기 로터 블레이드(120, 126)의 적절한 설치시 상기 이음선(181)이 반경방향 배향 기준 표면과 각도(θ)를 형성하도록 배향된 구성을 포함하고,

상기 각도(θ)는 대략 0° 내지 60°의 값을 포함하는

로터 블레이드.
제 6 항에 있어서,

상기 각도(θ)는 대략 25° 내지 35°의 각도를 포함하는

로터 블레이드.
제 3 항에 있어서,

상기 생크(152)는 적어도 하나의 커버 플레이트(180)를 구비하고, 상기 커버 플레이트(180)는 상기 생크(152)의 선단면(160) 또는 상기 생크(152)의 후단 면(158)을 실질적으로 커버하는 대체로 얇은 직사각형 판재를 포함하고,

상기 루트 정렬 표면(178)은 상기 커버 플레이드(180)의 측부중 적어도 하나를 구비하는

로터 블레이드.
제 3 항에 있어서,

상기 루트 정렬 표면(178)은 상기 생크(138)의 압력면(162)을 따른 생크(152)의 부분과, 상기 생크(138)의 흡입면(164)을 따른 생크(152)의 부분을 포함하며,

상기 루트 정렬 표면(178)은 상기 루트(138)의 압력면(162) 상의 상기 플랫폼(140)의 압력 에지(174)와, 상기 루트(138)의 흡입면(164) 상의 상기 플랫폼(140)의 흡입 에지(176)를 포함하는

로터 블레이드.
제 3 항에 있어서,

상기 도브테일(154)은 실질적으로 선형이고 상기 플랫폼(140)은 만곡형인

로터 블레이드.