KR20120005011A - 댐핑 장치를 구비하고 언튠드 블레이드를 갖춘 터빈 휠 - Google Patents

댐핑 장치를 구비하고 언튠드 블레이드를 갖춘 터빈 휠 Download PDF

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터보메카
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Abstract

본 발명은, 복수의 제1 블레이드(20)와 복수의 제2 블레이드(22)를 포함하되, 적어도 하나의 제1 블레이드는 적어도 하나의 제2 블레이드에 인접하고; 회전축과 블레이드가 장착되도록 하는 외주를 제공하는 디스크(12)를 포함하되, 블레이드 각각은 디스크의 외주에 개방되어 형성된 하우징(16)에 결합되는 루트부와 일체로 형성되는 머리부를 포함하고, 블레이드 각각은 상기 블레이드의 머리부와 루트부 사이에 배치되는 각각의 쉘프로 구성되는 키잉 수단을 포함하며, 제1 블레이드(20)의 쉘프는 제2 블레이드(22)의 쉘프의 방위각 길이(L2)와 다른 방위각 길이(L1)를 제공하고; 적어도 상기 인접한 블레이드들 사이에 배치되는 댐퍼 장치(30)를 포함하되, 상기 댐퍼 장치는 블레이드(20, 22)의 쉘프와 디스크(12)의 외주 사이에 배치되는 터빈 휠을 제공한다.

Description

댐핑 장치를 구비하고 언튠드 블레이드를 갖춘 터빈 휠{TURBINE WHEEL WITH UNTUNED BLADES COMPRISING A DAMPING DEVICE}
본 발명은 특히 가스 터빈과 같이 터보 기계에서 발견되는 터빈 휠 분야에 관한 것으로서, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이러한 휠은 고압 터빈 또는 자유 터빈(free turbine)에서 발견될 수 있다.
본 발명은 특히 복수의 블레이드 및 외주에 장착되는 블레이드과 함께 회전축을 제공하는 디스크를 포함하는 터빈 휠에 관한 것으로서, 이때 블레이드 각각은 디스크의 외주에 개방되어 형성된 하우징에 결합되는 루트부와 일체로 형성되는 머리부를 포함한다.
터빈 휠은 작동시에, 특히 터빈 엔진 내부에서, 진동 기진력의 큰 변화에 종속된다는 것은 잘 알려져 있다.
어떤 환경하에서, 이러한 진동 기진은 해로운 진동을 높은 레벨로 증가시킬 수 있고 이것은 터빈 휠의 파손을 일으킬 수 있다. 진동 기진에 의해 터빈 휠이 공진 상태로 들어가게 된다면, 즉 진동 기진의 주파수가 터빈 휠의 공진주파수와 일치된다면, 그리고 터빈 휠의 공진에 따른 변형모드가 휠에 작용하는 진동 기진력에 의해 가진될 수 있다면, 그때 휠은 매우 큰 크기의 진동을 제공하여, 휠의 재료를 기계적 피로에 종속시키고, 결국에는 파괴에 이르게 될 것이다.
하나의 기술적 해결책은 터빈 휠의 기계적 강도를 보강하여 진동에 보다 잘 견딜 수 있도록 하는 것일 수 있다.
그럼에도 불구하고, 이러한 해결책은 받아들여지지 않고 있는데, 특히 터빈 휠이 터보 기계에 장착되기 위한 것일 때 그러하다.
터보 기계 설계에서, 성능, 연료소비 또는 터보 기계의 질량에 관한 매우 엄격한 목표, 가속을 충분하게 할 수 있는 회전자 관성 목표 및 신뢰성 요건 또는 규정에 따르는 목표는 모두 설계상에 복수의 제약을 부과하고, 종종 기계적 강도를 개선하는 측면에서 조치(maneuver)를 위한 공간을 감소시킨다.
예를 들면, 기술적 사양은 매우 빠르게 회전하는 터빈 휠의 경우에 디스크가 파손되기 전에 블레이드가 파손되어야 한다는 설계상 제약을 포함하는데, 이는 남는 에너지를 제한하고, 회전자에 브레이크를 걸며, 그리고 구동렬(drive train)의 다른 구성요소들을 보호하기 위한 것이다. 이러한 상황은 예를 들어 터보 기계 제동의 구동렬 부품에서 발생하여 구동렬에 연결된 터빈 휠이 반대의 회전 토크에 더이상 종속되지 않게 될 수 있다. 이러한 상황하에서, 터빈 휠이 매우 높은 속도로 회전할 수 있는 것을 알 수 있는데, 이때 터빈이 "과속(overspeed)"에 종속된다고 한다. 터빈 휠이 파열하거나 훨씬 빠르게 회전하여 터보 기계를 심각하게 손상시키는 것을 방지하기 위하여, 그리고 회전 구동 토크를 제거하기 위하여, 블레이드는 터빈 휠이 파손되는 속도보다 느린 주어진 회전속도에서 파손토록 형성된다(dimension).
따라서, 터빈 휠의 설계는 모순되는 목표들을 만족시켜야 하고 타협점을 찾을 필요가 있다는 것을 이해할 수 있다.
예를 들면, 진동 공진 문제에 대응하기 위하여, 블레이드들 사이 또는 블레이드와 디스크 사이에 배치된 댐퍼를 사용하는 것이 이미 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 효과가 엔진상에 테스트를 수행함으로써 설계 과정의 말미에서 확인될 수 있으므로, 댐퍼 사용에 매우 많은 비용이 필요할 수 있다. 댐퍼가 공진을 진동 기진이 안좋게 작용하는 작동 범위 밖으로 이동(shift)시킬 수 없다면, 또는 댐퍼가 진동 진폭을 충분히 감소시킬 수 없다면, 진동 공진 문제는 줄어들지 않은 채 남아있다. 또한, 블레이드 또는 다른 댐퍼 시스템의 외부 플랫폼은 인접한 블레이드들 사이에 형성되는(establish) 접촉에 의해서 동등한 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 목적은 진동 기진에 대해 우수한 저항력을 제공하면서 추가적인 어려움없이 블레이드가 파손되기 전에 파손되도록 형성되어야 한다는 제약을 포함하여 모든 설계상의 제약을 따르는 터빈 휠을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따른 터빈 휠이 다음과 같은 구성을 포함한다는 사실에 의해 달성된다:
· 복수의 제1 블레이드와 복수의 제2 블레이드를 포함하되, 적어도 하나의 제1 블레이드는 적어도 하나의 제2 블레이드에 인접하고;
· 회전축과 블레이드가 장착되도록 하는 외주를 제공하는 디스크를 포함하되, 블레이드 각각은 디스크의 외주에 개방되어 형성된 하우징에 결합되는 루트부와 일체로 형성되는 머리부를 포함하고, 블레이드 각각은 상기 블레이드의 머리부와 루트부 사이에 배치되는 각각의 쉘프(shelf)로 구성되는 키잉 수단(keying means)을 포함하며, 제1 블레이드의 쉘프는 제2 블레이드의 쉘프의 방위각 길이와 다른 방위각 길이를 제공하고;
· 적어도 상기 인접한 블레이드들 사이에 배치되는 댐퍼 장치를 포함하되, 상기 댐퍼 장치는 블레이드의 쉘프와 디스크의 외주 사이에 배치되는 터빈 휠로서,
이러한 터빈 휠에서, 제2 블레이드는 제1 블레이드의 질량보다 작은 질량을 제공하고, 제2 블레이드의 루트부의 질량은 제1 블레이드의 루트부의 질량보다 작되, 제1 및 제2 블레이드의 머리부의 프로파일은 동일하여, 제1 블레이드의 공진주파수가 제2 블레이드의 공진주파수와 다르고; 그리고
제1 및 제2 블레이드는 터빈 휠의 무게중심이 디스크의 회전축 상에 위치되도록 디스크의 외주를 따라 각도상으로 분포되어 배치되고, 제2 블레이드는 그 루트부가 국부적으로 제1 블레이드의 루트부의 방위각 폭보다 작은 방위각 폭를 제공한다는 점에서 제1 블레이드와 다르며, 제1 및 제2 블레이드의 루트부 각각은 탱(tang)과 부착부재를 제공하고, 머리부는 탱으로부터 반경방향으로 연장되어 형성되되 부착부재는 하우징에 장착되도록 설계되며, 제2 블레이드의 탱의 방위각 폭은 제1 블레이드의 탱의 방위각 폭보다 작아, 제2 블레이드는 매우 큰 속도로 회전하는 터빈 휠의 경우에 제1 블레이드에 앞서 부서지도록 형성된다.
발명자는 전혀 다른 공진주파수를 갖는 적어도 두 종류의 블레이드를 사용하는 것이 가장 바람직하게 댐퍼 장치의 효과를 강화시키는 데에 도움이 되는 것을 보아왔다. 제1 블레이드가 제2 블레이드의 공진주파수와 다른 공진주파수를 제공하는 한, 공진이 인접한 블레이드들 사이에 매우 다른 진폭을 제공하는 동안 터빈 휠의 공진은 진동에 의한 변형과 함께 수정된다. 이러한 효과는 디튜닝(de-tuning)이라고 한다.
또한, 발명자는 인접한 블레이드들 사이에 삽입되어 블레이드 진동의 진폭이 감소되게 하는 댐퍼 장치가 인접한 블레이드들 사이에서 상대적 이동이 클 때 점점 더 효과적이게 되는 것을 보아왔다. 이러한 효과의 향상이 커질수록, 진동 진폭이 더 감소되거나 또는 공진주파수가 다른 주파수로 더 많이 시프트(shift)되어 터빈의 다른 작동 속도로 시프트된다. 최적 환경하에서, 이러한 오프셋은 휠의 공진주파수를 휠의 안좋은 진동 기진을 일으키는 주파수 밴드 밖으로 시프트함으로써 터빈 휠이 공진 상태로 들어가는 위험이 감소되도록 한다. 따라서, 본 발명은 터빈 휠이 첫째 공진 상태로 들어가려는 경향을 감소시키고 둘째 더 작고 휠의 재료에 의해 받아들여질 수 있는 진동 진폭을 갖도록 할 수 있되, 이때 휠의 재료는 진동에 의해 심각하게 마모되거나 피로 손상되지 않는다.
또한, 다른 질량 분포를 갖는 블레이드들을 선택하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 댐퍼 장치는 마찰 유형일 수 있다. 예를 들어, 그것은 인접한 블레이드들의 쉘프 아래에 삽입되는 복수의 금속 플레이트로 구성될 수 있다. 또한, 그것은 다른 형태를 가질 수도 있고 블레이드들 사이 등에 위치될 수도 있다. 댐핑 강도는 복수의 플레이트에 작용함으로써 조정될 수 있다. 또한, 두 개의 인접한 블레이드들 사이의 댐퍼 장치는 다른 부품들, 예를 들어 알려진 바와 같이 댐퍼 장치로서 작용할 수 있는 블레이드의 외부 플랫폼을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제1 블레이드의 공진주파수는 제2 블레이드의 공진주파수보다 적어도 10% 더 크다.
바람직한 방법으로, 제2 블레이드의 루트부는 제1 블레이드의 루트부보다 약하다.
동일한 프로필을 갖을 때의 이점은 안정적인 유체 유동을 갖고, 또한 부품을 얻기 위해 간단하면서 비용이 많이 들지 않는 공정을 갖는 것이다.
용어 "방위각(azimuth)"은 축방향 및 반경방향과 함께 기준이 되는 직교 프레임을 형성하는 방향을 의미하는 것으로 사용되고, 이때 축방향과 반경방향은 디스크의 회전축에 대한 것으로 이해된다.
제1 및 제2 블레이드의 루트부 각각은 쉘프, 탱 및 부착부재를 제공하고, 헤드부는 탱으로부터 반경방향으로 연장형성되되, 부착부재는 하우징에 장착되도록 설계되고 탱은 부착부재로부터 쉘프까지 연장형성되는데, 이때 제2 블레이드의 탱은 제1 블레이드의 탱의 방위각 폭보다 작은 방위각 폭을 제공한다. 따라서, 탱은 바람직하게는 블레이드를 디스크에 고정시키는 데에 기여하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
바람직하게는, 제2 블레이드는 제1 블레이드의 방위각 폭을 줄이는 방법으로 제1 블레이드의 탱을 가공함으로써 제1 블레이드로부터 얻어진다.
블레이드를 디스크에 고정시키기 위하여, 부착부재는 바람직하게는 크리스마스 트리 모양으로 제공되는데, 반드시 그러한 것은 아니다.
또한 바람직하게는, 제1 블레이드의 부착부재가 제2 블레이드의 부착부재와 동일하게 형성되어, 디스크에 하우징을 가공하는 것을 용이하게 한다.
블레이드 각각은 키잉 수단을 포함하여, 블레이드가 디스크에 잘못 장착되는 것을 방지한다. 블레이드가 디스크에 올바로 장착되지 않는다면, 터빈 휠의 무게중심이 디스크의 회전축 상에 위치되지 않는 위험이 있고, 이것은 휠의 불균형을 일으켜 이에 따라 회전할 때 나타나는 불균형적인 진동을 발생시키는 것으로 이해될 수 있다.
키잉 수단은 블레이드를 디스크에 장착하는 조작자가 실수하지 않도록 할 수 있다.
키잉 수단은 해당 블레이드의 머리부와 탱 사이에 배치되는 쉘프 형태로 제공되고, 제1 블레이드의 쉘프는 제2 블레이드의 쉘프의 방위각 방향 길이와 다른 방위각 방향 길이를 제공한다.
일반적으로, 이러한 쉘프는 터빈 블레이드 상에 존재한다. 따라서, 본 발명에서 바람직하게는 쉘프를 위한 모양 예를 들어 방위각 방향 거리를 적절히 선택함으로써 쉘프가 키잉 수단으로서 사용된다는 것이 이해될 수 있다.
쉘프의 다른 이점은, 제1 블레이드의 쉘프의 질량이 제2 블레이드의 쉘프의 질량과 다른 한, 쉘프가 디튜닝을 제공하는 데에 도움이 될 수 있다는 것이다.
바람직하게는, 제2 쉘프의 방위각 방향 길이는 제1 쉘프의 방위각 방향 길이보다 크되, 반드시 그러한 것은 아니다.
또한, 블레이드의 강도는 제1 블레이드 또는 제2 블레이드가 디스크에 앞서 부서지도록 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명에 의하면, 의도적이고 프로그램된 파손이 블레이드의 일부, 바람직하게는 제2 블레이드에서 발생하여, 과속하는 경우에 터빈 휠을 파열시키고 제동하는 것으로부터 디스크를 보호토록 한다.
바람직하게는, 제1 및 제2 블레이드는 디스크의 외주를 따라 교대로 배치된다.
예를 들면, 제1 블레이드, 다음 제2 블레이드, 다음 제1 블레이드 등과 같이 교대로 배치되는 것이 가능하다. 다른 변형례로서, 중심 대칭이 제2 블레이드 세트에 대해 유지된다면, 세번째 블레이드마다 제2 블레이드일 수 있다. 또한, 휠의 무게중심이 디스크의 중심과 실질적으로 일치한다면 다른 조합도 가능하다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면, 또한 블레이드 종류의 개수는 둘 이상으로 제공되는 것도 가능하다.
마지막으로, 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 터빈 휠을 포함하는 터보 기계를 제공한다.
바람직하게는, 터보 기계는 헬리콥터 가스 터빈이고 터빈 휠은 고압 터빈 휠 및/또는 자유 터빈의 터빈 휠에 해당되되, 반드시 그러한 것은 아니다.
이와 같은 본 발명에 따른 디튠된 블레이드를 구비하면서 댐퍼 장치를 포함하는 터빈 휠에 의하면, 진동 기진에 대해 우수한 저항력을 제공하면서 추가적인 어려움없이 블레이드가 파손되기 전에 파손되도록 형성되어야 한다는 제약을 포함하여 모든 설계상의 제약을 따르는 터빈 휠을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터빈 휠이 제1 및 제2 블레이드를 구비하는 것을 나타낸다;
도 2는 탱의 방위각 폭이 제1 블레이드 탱의 방위각 폭보다 좁은 두 개의 제2 블레이드 사이에 배치되는 제1 블레이드를 포함하는 도 1의 상세를 나타내는 도면이다;
도 3a 및 3b는 진동 주파수에 대한 함수로서 터빈 휠의 진동 진폭을 감소시키는 효과를 나타내는 그래프 및 터빈 휠의 진동 진폭을 디튠하는 효과를 나타내는 그래프이다; 그리고
도 4는 본 발명에 따른 터빈 휠을 포함하는 터보 기계를 나타낸다.
본 발명은 제한되지 않는 예로서 제공되는 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 수 있고 장점이 보다 잘 나타난다. 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
도 1의 실시예는 보통 헬리콥터의 가스 터빈(100)과 같은 터보 기계에서 발견되는 터빈 휠(10)을 나타낸다. 통상적으로, 도 4에 도시된 바와 같은 가스 터빈은 연소 챔버(104)로부터 나오는 뜨거운 가스 스트림에 의해 구동되어 회전하는 고압 터빈(102)을 포함한다. 고압 터빈(102)은 압축기(106)를 구동하여 회전시킴으로써, 신선한 공기를 압축시켜 가스 터빈(100) 내부에 들어가게 하고 연소를 위해 연료와 섞이는 연소 챔버(104) 내부로 공기가 들어가게 한다.
고압 터빈(102)을 나가는 뜨거운 가스 스트림의 초과분은 자유 터빈을 구동하여 회전시키는 데에 사용된다. 이러한 터빈은 특히 헬리콥터의 주회전자에 연결되어 주회전자를 구동하여 회전시킨다.
본 발명에 따른 터빈 휠(10)은 바람직하게도 고압 터빈(102) 또는 자유 터빈(108)에서 실제로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 터빈 휠(10)이 센터(O)와 둘레부(14)를 갖는 디스크(12)로 이루어져 있는 것을 알 수 있다. 디스크(12)는 센터(O)를 통과하는 회전축에 대하여 회전토록 설계된다.
이하, 용어 "축의(axial)", "반경의(radial)" 및 "방위각(azimuth)"은 디스크의 회전축에 대하여 사용된다. 명확하게 하기 위하여, 도 1에서 블레이드(20)의 반경 및 방위각 방향을 R 및 Az로 나타낸다.
또한, 디스크(12)에 형성된 복수의 하우징(16)을 볼 수 있다. 더 정확하게는, 하우징(16)은 둘레부(14) 안쪽에 반경방향으로 개방되어 형성되고 디스크(12)의 대향하는(opposite) 두 면 사이에서 축방향으로 연장되어 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 인접한 하우징은 투쓰(tooth)(18)를 형성한다.
또한, 터빈 휠(10)은 복수의 블레이드(20, 22)를 포함하는데, 이 실시예에서는 30개를 포함하며, 이러한 블레이드들은 하우징(16)에 장착된다.
통상적으로, 블레이드(20, 22)는 하우징(16) 안에 축방향으로 삽입되고, 여기서 도시되지 않은 축방향 유지 장치에 의해 축방향으로 고정된다.
블레이드(20, 22) 각각은 하우징(16)에 결합하는 루트부(20b, 22b)와 일체로 형성되는 머리부(20a, 22b)를 포함한다.
머리부(20a, 22a) 각각은 알려져 있고 단순히 개략적인 형태로 보여지는 공기역학적 프로파일(profile)을 제공한다.
본 발명에 따르면, 머리부(20a, 22a)의 프로파일은 바락직하게는 동일하게 형성되되, 반드시 그러한 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 루트부(20b, 22b) 각각이 결합되는 하우징(16)의 엣지와 협력토록 크리스마스 트리 모양으로 형성된 부착부재(20c, 22c)를 제공하는 것을 알 수 있다. 이러한 특별한 모양은, 이미 알려져 있는 것으로서, 블레이드(20, 22)가 디스크(12)에서 반경방향으로 이동하는 것을 억제토록 한다. 바람직하게는, 제1 블레이드(20)의 부착부재(20c)는 제2 블레이드(22)의 부착부재(22c)와 동일하다.
또한, 루트부(20b, 22b) 각각은 부착부재(20c, 22c)와 머리부(20a, 22a) 사이에 위치된 뿌리(root) 부분에 해당하는 탱(20d, 22d)을 제공한다. 보다 정확하게는, 이 실시예에서, 탱(20d, 22d)은 블레이드(20, 22)를 하우징(16)에 구속하는 데에 기여하지 않는 뿌리 부분이다.
또한, 여기서 도시된 실시예에서, 블레이드(20, 22) 각각은 머리부(20a, 22a)와 루트부(20b, 22b) 사이에 더 정확하게는 머리부(20a, 22a)와 탱(20d, 22d) 사이에 위치되는 쉘프(shelf)(20e, 22e)를 포함한다.
쉘프(20e, 22e)는 반경방향(R)에 대해 수직한 곡면으로 연장되어 얇은(fine) 플레이트 형태로 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모든 블레이드의 병치된(juxtaposed) 쉘프(20e, 22e)는 함께 디스크(12)와 중심이 같은 각도상 면(angular surface)(S)을 형성하되, 상기 각도상 면(S)은 가스 유동을 위한 내측 벽을 구성한다.
본 발명에 따르면, 블레이드(20, 22)는 복수의 제1 블레이드(20) 및 제1 블레이드와 다르게 형성된 복수의 제2 블레이드(22)를 포함한다.
특히, 제1 블레이드(20) 및 제2 블레이드(22)는 디스크의 외주(14)를 따라 교대로 배치된다. 즉, 이 실시예에서, 열다섯개의 제1 블레이드(20)와 동일한 개수의 제2 블레이드(22)가 있다.
또한, 본 발명에 일 측면에 따르면, 제2 블레이드(22)는 제1 블레이드(20)의 질량보다 작은 질량을 갖는다. 즉, 모든 제1 블레이드(20)는 동일한 질량을 제공하되 이러한 질량은 제2 블레이드(22)의 질량보다 크므로, 제1 블레이드의 공진주파수는 제2 블레이드의 공진주파수와 다르다.
제1 및 제2 블레이드는 디스크 둘레에 교대로 배치되기 때문에, 제1 블레이드(20) 세트와 제2 블레이드(22) 세트의 무게중심은 모두 디스크(12)의 회전축 상에 놓이게 되어, 휠(10)의 무게중심(G)도 또한 디스크의 회전축 상에 위치하게 되고, 이에 따라 터빈 휠(10)이 작동시에 어떠한 불균형도 제공하지 않는 것이 이해될 수 있다.
바람직하게는, 제2 블레이드(22)의 루트부(22b)는 제1 블레이드(20)의 루트부(20b) 질량보다 작은 질량을 갖고, 반면 제1 및 제2 블레이드(20, 22)의 머리부(20a, 22a) 프로파일은 동일하게 형성된다.
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 블레이드(22)는 그 루트부(22b)가 국부적으로 제1 블레이드(20)의 루트부(20b)의 방위각 폭보다 작은 방위각 폭(E2)를 제공한다는 점에서 제1 블레이드(20)와 다르다. 더 정확하게는, 제2 블레이드(22)의 탱(22d)은 제1 블레이드(20)의 탱(20d)의 방위각 폭(E1)보다 작은 방위각 폭(E2)를 제공한다.
따라서, 제2 블레이드(22)를 얻기 위하여, 제1 블레이드(20)로 시작하여 표면처리(resurfacing) 커터와 같은 기계 도구를 사용하여 탱(20d)의 방위각 폭을 감소시키는 것이 가능하다. 즉, 제2 블레이드(22)는 현재의 생산 수단을 이용하여 산업적으로 생산하는 것이 용이하다.
본 발명에 따르면, 공진하게 되는 위험과 공진에 수반하는 효과는 쉘프(20e, 22e)와 디스크(12) 사이에 댐퍼 장치(30)를 추가함으로써 더 감소된다.
바람직하게는, 댐퍼 장치(30)는 마찰형으로 형성된다. 예들 들면, 그것은 쉘프들 바로 아래에 연속적으로 배치되는 금속 플레이트(32) 형태이되, 또한 두 개의 인접한 블레이드(20, 22) 사이에서 연장형성된다.
상기한 바와 같이, 다른 질량과 다른 강성을 가진 두 종류의 블레이드를 포함하는 것의 이점은 다른 공진주파수를 갖는 블레이드들을 얻고 블레이드를 디튠하는 데 도움이 된다는 것이고, 한편 댐퍼 시스템은 터빈 휠의 공진주파수를 오프셋하여 터빈 휠(10)이 작동하는 동안 공진 상태가 되는 것을 방지하는 데에 도움이 된다.
블레이드(20, 22)가 디스크(12) 상에 잘못 장착되어, 휠(10)의 무게중심을 반경방향으로 오프셋하고 이에 따라 터빈 휠(10)에 안좋은 불균형을 일으키게 되는 것을 방지하기 위하여, 블레이드(20, 22) 각각은 바람직하게는 키잉 수단(60, 62)을 포함한다.
키잉 수단(60, 62)은 그 형상이 블레이드를 잘못 장착하는 것을 기계적으로 불가능하게 만들거나 또는 적어도 잘못 장착시 쉽게 감지되도록 배치된다.
올바로 장착된 경우, 두 개의 인접한 블레이드의 쉘프(20e, 22e)의 방위각 단부는 동일 평면(flush)으로 형성되어 필요한 기능적인 간격 외에는 두 개의 인접한 쉘프 사이에 방위각 갭을 형성하지 않는다.
상기한 바와 같이, 이 실시예에서, 블레이드(20, 22)는 바람직하게는 교대로 배열된다. 즉, 키잉 수단은 두 개의 제1 블레이드(20)(또는 두 개의 제2 블레이드(22))가 서로 옆에 배치되는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
이를 위해, 이 실시예에서 키잉 수단(60, 62)은 블레이드(20, 22)의 쉘프(20e, 22e)로 구성된다. 더 정확하게는, 제1 블레이드(20)의 쉘프(20e)는 제2 블레이드(22)의 쉘프(22e)의 방위각 길이(L2)와 다른(여기서는 더 작은) 방위각 길이(L1)를 제공한다.
따라서, 제2 블레이드 중 하나의 쉘프가 다른 하나의 제2 블레이드가 축방향으로 삽입되는 것을 방지한다는 점에서, 두 개의 제2 블레이드가 서로 옆에 배치되는 것이 가능하지 않다는 것을 알 수 있다. 유사하게, 조작자가 두 개의 제1 블레이드를 서로 옆에 삽입한다면, 두 개의 인접한 쉘프 사이에 큰 방위각 갭이 형성되므로 에러를 즉각적으로 발견할 수 있다.
또한, 제2 블레이드(22)의 탱은 제1 블레이드(20)의 탱에 비하여 가늘기(fine) 때문에, 제2 블레이드(22)는 바람직하게는 매우 큰 속도로 회전하는 터빈 휠의 경우에 제1 블레이드(20)에 앞서 부서지도록 형성된다.
10 ... 터빈 휠 12 ... 디스크
14 ... 외주 16 ... 하우징
18 ... 투쓰 20, 22 ... 제1, 제2 블레이드
20a, 22a ... 머리부 20b, 22b ... 루트부
20c, 22c ... 부착부재 20d, 22d ... 탱
20e, 22e ... 쉘프 30 ... 댐퍼 장치
60, 62 ... 키잉 수단 100 ... 터보 기계

Claims (5)

  1. 복수의 제1 블레이드(20)와 복수의 제2 블레이드(22)를 포함하되, 적어도 하나의 제1 블레이드는 적어도 하나의 제2 블레이드에 인접하고;
    회전축과 블레이드가 장착되는 외주(14)를 제공하는 디스크(12)를 포함하되, 블레이드 각각은 디스크의 외주(14)에 개방되어 형성된 하우징(16)에 결합되는 루트부(20b, 22b)와 일체로 형성되는 머리부(20a, 22b)를 포함하고, 블레이드 각각은 상기 블레이드의 머리부와 루트부 사이에 배치되는 각각의 쉘프(shelf)(20e, 22e)로 구성되는 키잉 수단(60, 62)을 포함하며, 제1 블레이드(20)의 쉘프(20e)는 제2 블레이드(22)의 쉘프(22e)의 방위각 길이(L2)와 다른 방위각 길이(L1)를 제공하고;
    적어도 상기 인접한 블레이드들 사이에 배치되는 댐퍼 장치(30)를 포함하되, 상기 댐퍼 장치는 블레이드(20, 22)의 쉘프(20e, 22e)와 디스크(12)의 외주 사이에 배치되는 터빈 휠로서,
    제2 블레이드는 제1 블레이드의 질량보다 작은 질량을 제공하고, 제2 블레이드(22)의 루트부(22b)의 질량은 제1 블레이드(20)의 루트부(20b)의 질량보다 작되, 제1 및 제2 블레이드의 머리부(20a, 22a)의 프로파일은 동일하여, 제1 블레이드의 공진주파수가 제2 블레이드의 공진주파수와 다르고; 그리고
    제1 및 제2 블레이드는 터빈 휠(10)의 무게중심(G)이 디스크의 회전축 상에 위치되도록 디스크의 외주(14)를 따라 각도상(angularly)으로 분포되어 배치되고, 제2 블레이드(22)는 그 루트부(22b)가 국부적으로 제1 블레이드(20)의 루트부(20b)의 방위각 폭(E1)보다 작은 방위각 폭(E2)를 제공한다는 점에서 제1 블레이드(20)와 다르며, 제1 및 제2 블레이드의 루트부 각각은 탱(20d, 22d)과 부착부재(20c, 22c)를 제공하고, 머리부는 탱으로부터 반경방향으로 연장되어 형성되되 부착부재는 하우징(16)에 장착되도록 설계되며, 제2 블레이드(22)의 탱(22d)의 방위각 폭(E2)은 제1 블레이드의 탱의 방위각 폭(E1)보다 작아, 제2 블레이드(22)는 매우 큰 속도로 회전하는 터빈 휠의 경우에 제1 블레이드(20)에 앞서 부서지도록 형성되는 터빈 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부착부재(20c, 22c)는 크리스마스 트리 모양인 것을 특징으로 하는 터빈 휠.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 블레이드(20)의 상기 부착부재(20c)는 상기 제2 블레이드(22)의 상기 부착부재(22c)와 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 휠.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 블레이드(20, 22)는 상기 디스크(12)의 외주(14)를 따라 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 휠.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 적어도 하나의 터빈 휠(10)을 포함하는 터보 기계(100).
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