KR20120092194A - 부하가 제어된 터빈 블레이드 댐핑 장치 - Google Patents

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KR20120092194A
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알렉산더 알. 벡
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 터보머신 로터(10)의 댐핑 구조체(24)이다. 상기 댐핑 구조체는 제 1 블레이드(14a)에 견고하게 부착되며 인접하는 제 2 블레이드(14b)를 향해 연장되는 제 1 스너버 단부(62) 및 상기 제 2 블레이드에 연관된 제 2 맞물림면(74)에 인접하여 위치된 제 1 맞물림면(72)을 규정하는 맞은 편의 제 2 스너버 단부(64)를 구비하는 세장형 스너버 요소(60)를 포함한다. 상기 스너버 요소는 상기 제 1 블레이드로부터 상기 제 2 블레이드를 향하는 방향으로 상기 제 1 및 제 2 스너버 단부 사이의 상기 스너버 요소의 적어도 일부분을 따라 방사상 내향으로 연장되는 중심선(34)을 갖는다. 상기 로터의 회전 운동은 상기 제 1 맞물림면과 상기 제 2 맞물림면 사이의 상대 운동을 초래하여 상기 스너버 요소상의 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 상기 제 1 맞물림면을 상기 제 2 맞물림면과 마찰식으로 맞물리게 위치시킨다.

Description

부하가 제어된 터빈 블레이드 댐핑 장치{TURBINE BLADE DAMPING DEVICE WITH CONTROLLED LOADING}
본원은, 그 전부가 본원에 참조로 포함되며, 발명의 명칭이 "TURBINE BLADE DAMPING DEVICE WITH CONTROLLED LOADING"이고, 대리인 관리번호가 2009P15834US인 출원과 동일자로 출원되었으며, 그것과 관련된다.
본 발명은 일반적으로 터보머신(turbomachine)에서의 터빈 블레이드의 진동 댐핑에 관한 것으로, 특히 제어된 댐핑력(damping force)을 제공하는 스너버(snubber)를 포함하는 댐핑 구조체에 관한 것이다.
스팀 또는 가스 터빈과 같은 터보머신은 환형 블레이드 배열을 형성하도록 로터의 외주를 따라 배열된 로터 블레이드들간을 흐르는 고온 동작 가스(hot working gas)에 의해 구동되고, 에너지는 고온 동작 가스로부터 로터 블레이드들을 통해 로터 샤프트에 전달된다. 전력 플랜트의 용량이 증가함에 따라, 산업용 터빈 엔진을 통과하는 유체의 용적이 점점 증가되고 있고, 작동 조건(예컨대, 작동 온도 및 압력)은 점점 더 엄격해지고 있다. 또한, 로터 블레이드는 동작 가스의 에너지를 효율 개선에 더 이용하기 위해 사이즈가 증가되고 있다. 그 결과로 로터 블레이드가 받는 응력(열, 진동, 굽힘, 원심, 접촉 및 비틀림 등)의 레벨이 증가되었다.
블레이드에서의 진동 응력을 제한하기 위해, 로터의 회전 중에 발생한 진동을 감쇠하도록 기능하는 협동 구조를 블레이드들간에 형성하기 위해 블레이드에는 다양한 구조가 제공될 수 있다. 예컨대, 원통형 스탠드오프(standoff; 격리 부재)와 같은 미드-스팬 스너버(mid-span snubber)들이 서로 맞물리도록 블레이드상의 미드-스팬 위치로부터 연장되어 제공될 수 있다. 각각의 접촉면이 마주보는 방향을 지향하고 있는 2개의 미드-스팬 스너버가 블레이드의 한쪽 측부상의 동일한 높이에 위치된다. 인접하는 블레이드들상의 스너버 접촉면들은 블레이드들이 정지 상태일 때에는 작은 갭에 의해 이격된다. 그러나, 블레이드들이 전부하(full load)로 회전하여 원심력의 영향하에서 풀리면(untwist), 인접하는 블레이드들상의 스너버 표면들은 서로 접촉하게 된다. 또한, 각각의 터빈 블레이드에는, 로터가 회전을 개시함에 따라 서로 접촉해가는 전방 및 후방 슈라우드 접촉면을 가지며 블레이드의 외측 에지에 위치되는 외측 슈라우드가 제공될 수 있다. 전방 및 후방 슈라우드 접촉면에서 및 스너버 접촉면들에서의 블레이드들간의 맞물림은 강한 원심력하에서 블레이드들의 강도를 향상시키게 되고, 또한 접촉하는 스너버 표면들에서의 마찰에 의한 진동을 감쇠하도록 작동한다. 스너버 댐핑의 단점은, 대직경의 블레이드상에서는 블레이드들의 원심력에 의한 풀림 때문에 종종 스너버들 사이에서 발생된 원하는 접촉력을 달성하기 어렵다는 점이다. 또한, 대직경 블레이드와 연관된 큰 기계 부하는 통상 스너버의 외향 굽힘을 방지하기 위하여 기계적인 안정성을 위해 보다 큰 스너버 구조체를 필요로 하여, 고속 유동 영역에 위치된 대형 스너버의 스팬내 영역(part-span area)을 통한 유동 규제에 기인한 증가된 공기역학적 손실 및 유동 비효율을 초래한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 터보머신 로터에서의 댐핑 구조체가 제공되고, 상기 터보머신은 로터 디스크 및 복수의 블레이드를 포함한다. 상기 댐핑 구조체는 제 1 블레이드에 견고하게 부착되며 인접하는 제 2 블레이드를 향해 연장되는 제 1 스너버 단부 및 상기 제 2 블레이드와 연관된 제 2 맞물림면에 인접하여 위치된 제 1 맞물림면을 규정하는 맞은 편의 제 2 스너버 단부를 구비하는 세장형 스너버 요소를 포함한다. 상기 스너버 요소는 상기 제 1 블레이드로부터 상기 제 2 블레이드를 향하는 방향으로 상기 제 1 및 제 2 스너버 단부 사이에서 상기 스너버 요소의 적어도 일부분을 따라 방사상 내향으로 연장되는 중심선을 갖는다. 상기 로터의 회전 운동은 상기 제 2 스너버 단부와 상기 제 2 맞물림면 사이의 상대 운동을 초래하여 상기 스너버 요소상의 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 상기 제 2 스너버 단부의 상기 제 1 맞물림면을 상기 제 2 맞물림면과 마찰식으로 맞물리게 위치시킨다.
상기 댐핑 구조체는 상기 블레이드의 블레이드 루트(root)와 블레이드 선단(tip) 사이의 미드-스팬(mid-span) 위치에 위치될 수 있다.
상기 제 2 블레이드의 측면에는 협동하는 표면이 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 스너버 요소의 중심선은 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 제 2 스너버 단부까지 연장하여 방사상 외향으로 대면하는 오목한 측부를 갖는 실질적으로 매끄러운 곡선을 포함할 수 있다.
상기 스너버 요소의 중심선은 제 1 및 제 2 선형 중심선 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이의 중간 지점에서 상기 중심선 세그먼트들 사이의 굴절 각도를 포함할 수 있고, 상기 제 1 중심선 세그먼트는 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 중간 지점까지 방사상 내향으로 각지고 상기 제 2 중심선 세그먼트는 상기 중간 지점으로부터 상기 제 2 스너버 단부까지 방사상 외향으로 각진다.
상기 스너버 요소는 제 1 스너버 요소를 포함할 수 있고, 상기 댐핑 구조체는 상기 제 2 블레이드에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부 및 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 2 단부에 인접하여 위치된 제 2 스너버 단부를 갖는 제 2 스너버 요소를 더 포함할 수 있으며, 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 스너버 단부는 상기 협동하는 표면을 규정한다. 또한, 상기 로터가 정지 상태일 때, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소 사이에는 스너버 갭이 규정될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소는 각각 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 스너버 갭을 향해 방사상 내향으로 각지는 제 1 및 제 2 중심선 세그먼트를 규정할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 단부들은 로터의 회전 중에 소정의 힘에 의해 방사상 외향으로 이동하여 서로 맞물린다.
상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이에 중간 지점이 규정되고, 상기 스너버 요소의 방사상 두께는 각각의 블레이드로부터 상기 중간 지점까지 연장하여 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 터보머신 로터에서의 미드-스팬 댐핑 구조체가 제공되고, 상기 터보머신은 로터 디스크 및 복수의 블레이드를 포함한다. 상기 미드-스팬 댐핑 구조체는 제 1 블레이드에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부와, 맞은 편의 제 2 스너버 단부를 구비하는 세장형의 제 1 스너버 요소를 포함하고, 상기 제 1 스너버 요소는 인접하는 제 2 블레이드를 향해 연장된다. 세장형의 제 2 스너버 요소는 상기 제 2 블레이드에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부와, 맞은 편의 제 2 스너버 단부를 구비하고, 상기 제 2 스너버 요소는 상기 제 1 블레이드를 향해 연장된다. 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 2 단부는 상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이의 중간 지점에서 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 단부에 인접하여 위치된다. 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소는 상기 제 1 블레이드로부터 상기 중간 지점을 향하는 방향으로 방사상 내향으로 연장되며 상기 제 2 블레이드로부터 상기 중간 지점을 향하는 방향으로 방사상 내향으로 연장되는 중심선을 규정한다. 상기 로터의 회전 운동은 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 스너버 단부들 사이의 상대 운동을 초래하여 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소상의 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 상기 제 2 스너버 단부들을 서로 마찰식으로 맞물리게 위치시킨다.
상기 제 1 및 제 2 스너버 요소에 의해 규정된 중심선은 제 1 및 제 2 선형 중심선 세그먼트를 포함할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 중심선 세그먼트는 각각 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부들 사이에서 연장되는 외주선으로부터 방사상 내향으로 약 6°의 각도로 연장되어 약 178°의 굴적 각도를 규정한다.
도 1은 회전 축선에 수직한 평면에서 취한 축류(axial flow) 방향에서 본, 본 발명의 일 실시예를 도시하는 로터의 부분 단면도.
도 2는 도 1의 실시예의 대체 구성을 도시하는 인접하는 한 쌍의 블레이드의 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 대체 실시예를 도시하는 인접하는 한 쌍의 블레이드의 부분 단면도.
본 명세서는 본 발명을 상세히 지시하며 명확히 청구하는 특허청구범위로 귀결되지만, 본 발명은 유사한 참조번호가 유사한 요소를 지칭하고 있는 첨부 도면과 함께 하기의 기재로부터 보다 잘 이해될 것으로 여겨진다.
바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명에 있어서, 발명이 실시될 수 있는 특정한 바람직한 실시예에 대하여, 그 일부를 형성하며, 설명을 위해 도시된 것이지, 제한하려는 것이 아닌 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함이 없이 다른 실시예들이 이용될 수 있으며 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1을 참조하면, 터보머신(도시되지 않음)에서 사용하기 위한, 예컨대 가스 또는 스팀 터빈에서 사용하기 위한 로터(10)의 일부분이 도시된다. 로터(10)는 로터 디스크(12)와, 본원에서는 제 1 블레이드(14a) 및 인접하는 제 2 블레이드(14b)로서 도시된 복수의 블레이드(14)를 포함한다. 블레이드(14)들은 로터 디스크(12)와 맞물린 블레이드 루트(16)로부터 블레이드 선단(18)까지 연장되는 방사상 세장형 구조체를 포함한다. 각각의 블레이드(14a, 14b)는 압력측 표면(20)과 흡입측 표면(22)을 구비한다. 로터(10)는, 제 1 및 제 2 블레이드(14a, 14b) 사이로 연장되며, 블레이드들(14a, 14b)의 블레이드 루트(16)와 블레이드 선단(18) 사이의 미드-스팬(mid-span)에 위치되는 댐핑 구조체(24)를 더 포함한다.
댐핑 구조체(24)는 제 1 블레이드(14a)로부터 인접하는 제 2 블레이드(14b)를 향해 연장되는 세장형의 제 1 스너버 요소(60)를 포함하는 세장형 스너버 구조체(26)를 구비한다. 제 1 스너버 요소(60)는 제 1 블레이드(14a)에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부(62)와, 중간 지점(38)까지 연장되는 맞은 편의 제 2 스너버 단부(64)를 구비한다. 세장형의 제 2 스너버 요소(66)는 제 2 블레이드(14b)로부터 제 1 블레이드(14a)를 향해 연장되고, 제 2 블레이드(14b)에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부(68)와, 중간 지점(38)까지 연장되는 맞은 편의 제 2 스너버 단부(70)를 구비한다.
제 1 스너버 요소(60)의 제 2 스너버 단부(64)는 제 1 및 제 2 블레이드(14a, 14b) 사이의 중간 지점(38)에서 제 2 스너버 요소(66)의 제 2 스너버 단부(70)상의 제 2 맞물림면(74)에 인접하여 위치된 제 1 맞물림면(72)을 규정한다. 로터(10)가 정지 상태일 때, 즉 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)에 원심력이 작용하지 않을 때, 인접하는 맞물림면(72, 74) 사이에는 스너버 갭(G)이 규정된다.
제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)는 제 1 블레이드(14a)로부터 중간 지점(38)을 향하는 방향으로 방사상 내향으로 연장되며 제 2 블레이드(14b)로부터 중간 지점(38)을 향하는 방향으로 방사상 내향으로 연장되는 중심선(34)을 규정한다. 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)에 의해 규정된 중심선(34)은 제 1 스너버 요소(60)의 제 1 스너버 단부(62) 및 제 2 스너버 요소(66)의 제 1 스너버 단부(68)의 방사상 외측 에지들 사이에서 연장되는 외주선(42)을 향해 방사상 외향으로 대면하는 오목한 측부를 갖는 실질적으로 매끄러운 곡선을 포함한다.
로터(10)의 회전 운동은 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)의 제 2 스너버 단부들(64, 70) 사이의 상대 운동을 초래하여, 스너버 갭(G)을 폐쇄하고, 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)에 작용하는 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 제 1 맞물림면(72)을 제 2 맞물림면(74)과 마찰식으로 맞물리게 위치시킨다. 특히, 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)에 작용하는 원심력은 스너버 요소(60, 66)의 방사상 외향 운동을 초래하여 상기 요소들이 서로를 향해 피벗되게 하는 한편 스너버 갭(G)이 폐쇄되게 한다. 또한, 스너버 요소(60, 66)의 제 2 단부들(64, 70)은 블레이드들(14a, 14b) 사이의 위치에서 스너버 갭(G)을 규정하도록 위치되고, 여기서 제 2 단부들(64, 70)은 로터의 회전에 따라 블레이드가 풀리는 동안에는, 즉 일반적으로 블레이드가 풀리는 동안 축방향 및 외주 방향에 평행한 평면에서는 스너버 요소들(60, 66)의 피벗 운동에 의해, 서로에 대하여 실질적으로 동일한 위치에 유지되게 된다는 점에 유의해야 한다. 그러므로, 로터 회전 중에 블레이드가 풀리는 것에 관계없이, 제 1 맞물림면(72)은 제 2 맞물림면(74)에 대면하는 관계로 유지되고, 터빈의 작동 중에 마찰식 맞물림을 로킹하는 상태로 위치되게 된다.
이 최소 댐핑력을 실질적으로 초과하지 않고 블레이드 진동을 제어하기 위해 제 1 및 제 2 맞물림면(72, 74) 사이의 계면에서 댐핑을 발생시키기에 충분한 댐핑력을 발생하도록 스너버 구조체(26)를 구성하는 것이 바람직하는 점에 유의해야 한다. 이 위치에서의 과잉의 힘은 제 1 및 제 2 맞물림면에 과도한 마모 및 응력을 초래할 수 있다.
중심선(34)에 의해 규정되는 바와 같이, 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)의 곡률에 의해 형성되는 내향 각도는 원심력에 의해 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)에 발생된 댐핑력을 실질적으로 변경시킨다. 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66)에 가해진 원심력은 스너버 요소(60, 66)를 외향으로 만곡시켜서 덜 오목해지게 하여 블레이드(14)들 사이에 댐핑력이 발생되게 한다. 중심선 곡률이 커지면, 스너버 요소(60, 66)에 더욱 큰 원심 부하가 발생하게 되고, 제 1 및 제 2 맞물림면(72, 76) 사이에는 더욱 큰 댐핑력이 가해지게 된다. 예컨대, 중심선(34)은 매달린 체인(hanging chain)의 형상에 대응할 수 있다. 상대적으로 얕은 곡선을 갖는 중심선(34)으로 구성된 스너버 구조체(26)는 스너버 구조체(26)에 적정한 원심력을 충분히 발생시킬 수 있으며, 가해진 힘의 레벨을 효율적으로 제어하면서, 필요한 댐핑력을 제공하여 블레이드 진동을 감소시킬 수 있을 것으로 여겨진다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 실시예의 변경을 포함하는 대체 구성이 도시된다. 도 1의 요소에 대응하는 도 2의 요소에는 100씩 증가된 동일 참조 번호가 붙여진다.
도 2에는, 댐핑 구조체(124)를 구비하는 로터(110)가 도시된다. 댐핑 구조체(124)는 제 1 블레이드(114a)로부터 인접하는 제 2 블레이드(114b)를 향해 연장되는 세장형의 제 1 스너버 요소(160)를 포함하는 스너버 요소(126)를 구비한다. 제 1 스너버 요소(160)는 제 1 블레이드(114a)에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부(162)와, 중간 지점(138)까지 연장되는 맞은 편의 제 2 스너버 단부(164)를 구비한다. 세장형의 제 2 스너버 요소(166)는 제 2 블레이드(114b)로부터 제 1 블레이드(114a)를 향해 연장되고, 제 2 블레이드(114b)에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부(168)와, 중간 지점(138)까지 연장되는 맞은 편의 제 2 스너버 단부(170)를 구비한다.
제 1 스너버 요소(160)의 제 2 스너버 단부(164)는 제 1 및 제 2 블레이드(114a, 114b) 사이의 중간 지점(138)에서 제 2 스너버 요소(166)의 제 2 스너버 단부(170)상의 상응하는 제 2 맞물림면(174)에 인접하여 위치된 맞물림면(172)을 규정한다. 로터(110)가 정지 상태일 때, 즉 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)에 원심력이 작용하지 않을 때, 인접하는 맞물림면(172, 174) 사이에는 스너버 갭(G)이 규정된다. 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)는 중심선(134)을 규정하고, 상기 중심선(134)은 각각 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)를 따라 연장되는 제 1 선형 중심선 세그먼트(134a) 및 제 2 선형 중심선 세그먼트(134b)를 포함한다. 중심선 세그먼트들(134a, 134b)은 제 1 및 제 2 블레이드(114a, 114b) 사이의 중간 지점(138)에서 굴절 각도(θ)로 만난다.
도 2의 구성은 제 1 스너버 요소(160)의 제 1 스너버 단부(162) 및 제 2 스너버 요소(166)의 제 1 스너버 단부(168)의 방사상 외측 에지들을 연결하는 외주선(142)으로부터 방사상 내향으로 연장되는 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)를 구비하는 삼각형 구성을 갖는 댐핑 구조체(124)를 제공한다. 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 중심선 세그먼트(134a 및 134b)는 각각 외주선(142)으로부터 내향으로 α의 각도로 각진다. 로터(110)가 고정 상태일 때, 상기 각도(α)는 약 3° 내지 약 20°의 범위 내일 수 있으며, 굴절 각도(θ)가 약 178°가 되도록, 약 6°인 것이 바람직하다. 댐핑 구조체(124)는 도 1의 댐핑 구조체(24)에 관하여 상술한 방식으로 작동하며, 여기서 로터(110)의 회전 운동은 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)에 원심력을 발생시켜서 스너버 요소(160, 166)를 방사상 외향으로 이동시킨다. 스너버 요소(160, 166)가 외향으로 이동함에 따라, 이들 요소는 서로를 향해 피벗하여 스너버 갭(G)을 폐쇄한다. 스너버 갭(G)이 폐쇄되면, 제 1 맞물림면(172)은 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)에 부하를 주는 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 제 2 맞물림면(174)과 마찰식으로 맞물리게 위치된다. 앞서 기술한 6°의 각도에 위치된 제 1 및 제 2 스너버 요소(160, 166)를 구비하는 댐핑 구조체(124)는 블레이드가 풀림에 따라 야기될 수 있는 바와 같은, 블레이드(114a, 114b)의 운동의 결과로서 발생할 수 있는 임의의 힘 이상의, 대략 500N의 힘을 스너버 갭(G)에서 발생할 수 있을 것으로 여겨진다.
도 1 및 도 2를 참조하여 기술한 본 발명의 실시예들에 있어서는, 제 1 및 제 2 스너버 요소(60, 66(160, 166))상의 관성 부하를 최소화 또는 감소시키기 위해, 이들 요소는 각각의 제 1 및 제 2 블레이드(14a, 14b(114a, 114b))로부터 중간 지점(38(138))에 있는 스너버 갭(G)을 향해 연장되면서 테이퍼질 수 있다. 즉, 방사상 두께는 스너버 단부(62, 68(162, 168))로부터 중간 지점(38(138))을 향해 점진적으로 감소할 수 있다. 또한, 테이퍼는 단면적이 감소된 스너버 요소(60, 66(160, 166))를 제공함으로써 블레이드들 사이에서 터빈을 통과하는 유동에 공기역학적 저항을 감소시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 대체 실시예가 도시된다. 도 1의 요소에 대응하는 도 3의 요소에는 200씩 증가된 동일 참조 번호가 붙여진다.
도 3에는, 세장형 스너버 요소(226)를 포함하는 댐핑 구조체(224)가 제공된다. 스너버 요소(226)는 제 1 블레이드(214a)에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부(262)와 제 1 맞물림면(272)을 규정하는 제 2 스너버 단부(264)를 구비한다. 제 1 스너버 단부(262)는 제 1 블레이드(214a)와 일체로 형성되거나, 또는 용접, 브레이즈 용접 등의 임의의 공지 수단에 의해 제 1 블레이드(214a)에 접착되는 별도의 부재로 될 수 있다.
스너버 요소(226)의 제 1 맞물림면(272)은 제 2 블레이드(214b)상의 협동하는 또는 제 2의 맞물림면(274)에 인접하여 위치된다. 스너버 요소(226)는 제 1 및 제 2의 일반적으로 선형인 부분(236, 240)으로 형성되고, 스너버 요소(226)의 중심선(234)은 제 1 선형 중심선 세그먼트(234a) 및 제 2 선형 중심선 세그먼트(234b)를 포함한다. 중심선 세그먼트들(234a, 234b)은 제 1 및 제 2 블레이드(214a, 214b) 사이의 중간 지점(238)에서 굴절 각도(θ)로 만난다. 제 1 중심선 세그먼트(234a)는 제 1 스너버 단부(228)로부터 중간 지점(238)까지 방사상 내향으로 각지고, 제 2 중심선 세그먼트(234b)는 중간 지점(238)으로부터 제 2 스너버 단부(230)까지 방사상 외향으로 각진다.
갭(G)은 제 1 및 제 2 맞물림면(272, 274) 사이에 규정될 수 있다. 블레이드들(214a, 214b)이 회전할 때, 스너버 요소(226)에 작용하는 원심력은 스너버 요소(226)의 제 2 단부(264)의 방사상 외향 운동을 초래하여, 갭(G)을 폐쇄하는 한편, 제 1 맞물림면(272)을 소정의 댐핑력으로 제 2 맞물림면(274)에 마찰식으로 맞물리게 한다. 제 2 맞물림면(274)은 방사상 외향 방향에 있어서 제 1 블레이드(214a)를 향해 외주 방향으로 각져서 제 1 맞물림면(272)의 유사하게 각진 부분과 협동하는 것이 바람직하다. 제 2 맞물림면(274)은, 블레이드들(214a, 214b) 및 스너버 요소(226)에 원심력 및/또는 굽힘력이 작용하는 동안, 제 1 맞물림면(272)과 제 2 접촉면(274)의 접촉 상태를 유지하기 위해, 제 1 맞물림면(272)을 수용하는 포켓 또는 소켓을 규정하는 것이 바람직하다.
스너버 요소(226)가 원심력의 부하하에서 굽혀지거나 만곡될 수 있는 한, 중간 지점(238)은 블레이드들(214a, 214b) 사이의 중심 또는 중간 위치에 위치될 필요가 없으며, 일측 또는 타측을 향해 오프셋될 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 중간 지점(238)의 이와 같은 오프셋은 갭(G)에 가해진 댐핑력을 조절하는데 사용될 수 있다.
대체 구성에 있어서, 스너버 요소(226)는 도 1을 참조로 기술된 바와 같은 곡선 등의 내향으로 연장되는 매끄러운 곡선의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 스너버 요소(226)는 경감된 무게 및 최소화된 공기역학적 항력 손실을 제공하도록 단부들(262, 264)로부터 중간 지점(238)까지 연장되는 감소된 또는 테이퍼지는 단면으로 형성될 수 있다.
상술한 각각의 실시예에 있어서, 맞물리는 표면들에서 소정의 외향으로 지향된 원심력 및 상응하여 외주 방향으로 지향된 댐핑력을 발생시키기 위해 방사상 내향으로 연장되는 구성을 사용하여, 스너버 요소와 그에 대응하는 표면 사이의 스너버 갭에서 댐핑력을 제어하기 위한 구조체가 제공된다는 점에 유의해야 한다.
본 발명은 특히, 산업용 가스 터빈에서 사용될 수 있는 등의 고온(즉, 850℃) 적용분야에 대하여 제작된 대직경의 냉각식 터빈 블레이드에 적용 가능하다. 본 발명은 증가된 공기역학적 진동을 받는 대직경 블레이드의 진동 댐핑에 필요할 수 있는 등의 미드-스팬 스너버 구조를 통해 제어된 댐핑력의 적용을 가능하게 하고, 상기 댐핑 구조체는 내향으로 각진 스너버 요소 또는 요소들에 작용하는 소정의 원심력을 이용함으로써, 스너버 갭에서, 필요에 따라, 보다 큰 또는 보다 적은 힘을 제공할 수 있다. 또한, 본원에 개시된 스너버 구조체에 의해 제공된 댐핑력은 블레이드들의 풀림에 의존하지 않기 때문에 작은 캠버 또는 적은 비틀림(twist)을 갖는 블레이드에 의해 실현될 수 있다는 점을 유의해야 한다.
본 발명의 특정한 실시예들이 도시 및 기술되었지만, 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함이 없이 다양한 다른 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게는 자명하다. 따라서, 본 발명의 범위 내에 있는 모든 변경 및 변형을, 첨부한 특허청구범위로 보호하고자 한다.

Claims (15)

  1. 로터 디스크 및 복수의 블레이드를 포함하는 터보머신 로터(turbomachine rotor)에서의 댐핑 구조체로서,
    제 1 블레이드에 견고하게 부착되며 인접하는 제 2 블레이드를 향해 연장되는 제 1 스너버 단부, 및 상기 제 2 블레이드와 연관된 제 2 맞물림면에 인접하여 위치된 제 1 맞물림면을 규정하는 맞은 편의 제 2 스너버 단부를 구비하는 세장형 스너버 요소(elongated snubber element)를 포함하고,
    상기 스너버 요소는 상기 제 1 블레이드로부터 상기 제 2 블레이드를 향하는 방향으로 상기 제 1 및 제 2 스너버 단부 사이에서 상기 스너버 요소의 적어도 일부분을 따라 방사상 내향으로 연장되는 중심선을 갖고,
    상기 로터의 회전 운동은 상기 제 2 스너버 단부와 상기 제 2 맞물림면 사이의 상대 운동을 초래하여 상기 스너버 요소상의 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 상기 제 2 스너버 단부의 상기 제 1 맞물림면을 상기 제 2 맞물림면과 마찰식으로 맞물리게 위치시키는,
    댐핑 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑 구조체는 상기 블레이드의 블레이드 루트(root)와 블레이드 선단(tip) 사이의 미드-스팬(mid-span) 위치에 위치되는,
    댐핑 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 맞물림면은 상기 제 2 블레이드의 측면에 적어도 부분적으로 형성되는,
    댐핑 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스너버 요소의 중심선은 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 제 2 스너버 단부까지 연장하여 방사상 외향으로 대면하는 오목한 측부를 갖는 실질적으로 매끄러운 곡선을 포함하는,
    댐핑 구조체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스너버 요소의 중심선은 제 1 및 제 2 선형 중심선 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이의 중간 지점에서 상기 중심선 세그먼트들 사이의 굴절 각도를 포함하고, 상기 제 1 중심선 세그먼트는 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 중간 지점까지 방사상 내향으로 각지고 상기 제 2 중심선 세그먼트는 상기 중간 지점으로부터 상기 제 2 스너버 단부까지 방사상 외향으로 각지는,
    댐핑 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스너버 요소는 제 1 스너버 요소를 포함하고, 상기 댐핑 구조체는 상기 제 2 블레이드에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부 및 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 2 단부에 인접하여 위치된 제 2 스너버 단부를 갖는 제 2 스너버 요소를 더 포함하며, 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 스너버 단부는 상기 제 2 맞물림면을 규정하는,
    댐핑 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 로터가 정지 상태일 때, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소 사이에는 스너버 갭이 규정되고, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소는 각각 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 스너버 갭을 향해 방사상 내향으로 각지는 제 1 및 제 2 중심선 세그먼트를 규정하며, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 단부들은 상기 로터의 회전 중에 소정의 힘에 의해 방사상 외향으로 이동하여 서로 맞물리는,
    댐핑 구조체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스너버 요소의 중심선은 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부까지 연장하여 방사상 외향으로 대면하는 오목한 측부를 갖는 실질적으로 매끄러운 곡선을 포함하는,
    댐핑 구조체.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 스너버 요소의 중심선은 제 1 및 제 2 선형 중심선 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이의 중간 지점에서 상기 중심선 세그먼트들 사이의 굴절 각도를 포함하고, 상기 제 1 중심선 세그먼트는 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 중간 지점까지 방사상 내향으로 각지고 상기 제 2 중심선 세그먼트는 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 중간 지점까지 방사상 내향으로 각지는,
    댐핑 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이에 중간 지점을 포함하고, 상기 스너버 요소의 방사상 두께는 각각의 상기 블레이드로부터 상기 중간 지점까지 연장하여 감소되는,
    댐핑 구조체.
  11. 로터 디스크 및 복수의 블레이드를 포함하는 터보머신 로터에서의 미드-스팬 댐핑 구조체로서,
    제 1 블레이드에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부와 맞은 편의 제 2 스너버 단부를 구비하며, 인접하는 제 2 블레이드를 향해 연장되는 세장형의 제 1 스너버 요소와,
    상기 제 2 블레이드에 견고하게 부착된 제 1 스너버 단부와 맞은 편의 제 2 스너버 단부를 구비하며, 상기 제 1 블레이드를 향해 연장되는 세장형의 제 2 스너버 요소를 포함하고,
    상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 2 단부는 상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이의 중간 지점에서 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 단부에 인접하여 위치되고,
    상기 제 1 및 제 2 스너버 요소는 상기 제 1 블레이드로부터 상기 중간 지점을 향하는 방향으로 방사상 내향으로 연장되며 상기 제 2 블레이드로부터 상기 중간 지점을 향하는 방향으로 방사상 내향으로 연장되는 중심선을 규정하며,
    상기 로터의 회전 운동은 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 스너버 단부들 사이의 상대 운동을 초래하여 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소상의 원심력에 의해 결정된 소정의 댐핑력으로 상기 제 2 스너버 단부들을 서로 마찰식으로 맞물리게 위치시키는,
    미드-스팬 댐핑 구조체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로터가 정지 상태일 때, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소 사이에는 스너버 갭이 규정되고, 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 2 단부들은 상기 로터의 회전 중에 소정의 힘에 의해 방사상 외향으로 이동하여 서로 맞물리는,
    미드-스팬 댐핑 구조체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스너버 요소에 의해 규정된 상기 중심선은 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부까지 연장하여 방사상 외향으로 대면하는 오목한 측부를 갖는 실질적으로 매끄러운 곡선을 포함하는,
    미드-스팬 댐핑 구조체.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스너버 요소에 의해 규정된 상기 중심선은 제 1 및 제 2 선형 중심선 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 블레이드 사이의 중간 지점에서 상기 중심선 세그먼트들 사이의 굴절 각도를 포함하고, 상기 제 1 중심선 세그먼트는 상기 제 1 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 중간 지점까지 방사상 내향으로 각지고 상기 제 2 중심선 세그먼트는 상기 제 2 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부로부터 상기 중간 지점까지 방사상 내향으로 각지는,
    미드-스팬 댐핑 구조체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중심선 세그먼트는 각각 상기 제 1 및 제 2 스너버 요소의 상기 제 1 스너버 단부들 사이에서 연장되는 외주선으로부터 방사상 내향으로 약 6°의 각도로 연장되어 약 178°의 굴절 각도를 규정하는,
    미드-스팬 댐핑 구조체.
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