KR20140140497A - 터빈의 블레이드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어포일, 플랫폼 및 회전자 디스크의 슬롯들을 설치할 때 활주가능하게 수용되도록 구성된 루트 부분을 포함하는, 터빈의 블레이드에 관한 것이다.
상기 블레이드는 상기 회전자 디스크에 대한 상기 블레이드의 축방향 고정을 위하여 상기 루트 부분 상에 배치되고 상기 회전자 디스크와 결합되는 로킹 부재를 추가로 포함한다. 본 발명의 기술적 해결방안에 의해서, 본 발명은 회전자 디스크에 대한 블레이드의 축방향 고정을 위하여 단순하고 비용효과적인 축방향 로킹 시스템을 갖는 블레이드를 제공하고, 또한 조립 공정 중에 이중안전 해결방안(fail safe solution)을 제공한다.

Description

터빈의 블레이드{BLADE OF A TURBINE}
본 발명은 터빈, 특히 터빈의 블레이드, 더욱 구체적으로 회전자 디스크에 대한 블레이드의 축방향 고정을 위한 로킹 부재를 갖는 블레이드에 관한 것이다.
가스 터빈은 일반적으로 회전자 디스크에 부착된 블레이드를 포함하는 회전자 조립체를 구비한다. 각각의 블레이드는 루트(root), 플랫폼 및 에어포일을 포함한다. 각 블레이드의 루트는 디스크의 주변부에 확고하게 부착될 수 있게 하고 열 팽창을 위한 여유공간(room)을 가질 수 있게 하기 위하여 대체로 소위 "전나무형(fir tree)" 구성을 갖는다. 회전자 디스크에 대한 블레이드의 "전나무형" 부착은 반경방향의 원심력에 대항하여 회전자 디스크에 대한 블레이드들의 반경방향 및 원주방향 이동을 억제하기에 효과적이다. 그러나, 고속, 가스 터빈 엔진의 고온 작동 중에, 회전자 조립체를 통한 공기 또는 가스의 축방향 유동은 회전자 디스크의 주변부 내의 "전나무형" 슬롯들에 대하여 블레이드 루트들을 편향시키기 위하여 블레이드 상에 일정한 축방향 힘을 작용시킨다. 블레이드를 축방향 힘에 대해서 억제하기 위하여, 다양한 유지 시스템(retention system)을 사용하는 것이 일반적이다.
종래의 해결방안은 회전자 디스크 내의 슬롯에 대해서 블레이드 루트를 고정하기 위하여 탭 와셔(tab washer)를 적용하는 것이다. 그러나, 탭 와셔는 조립체에서 휘어질 필요가 있고, 이는 조립 공정에서 복잡성을 증가시키고 에러를 유발할 수 있다.
US 4,349,318호는 연속 와이어 타입의 리테이너, 일반적인 원통형 보유 플레이트 및 분할 리테이너 링을 포함하는 블레이드 보유 조립체를 개시하고 있다. 개별 보유 요소들을 수용하기 위하여 회전자 디스크 및 블레이드의 루트들에서 홈 또는 리세스가 가공되어 있다.
EP 0,761,930A1은 반경방향 내부 및 외부 슬롯들 내에서 유지되어서 그 슬롯들 내에서의 블레이드 루트들의 축방향 이동을 방지하는 보유 플레이트를 개시하고 있다. 로킹 부재가 인접 쌍의 보유 플레이트들 사이에 개재되어서 회전자 디스크에 대한 원주방향 이동을 방지한다. 로킹 부재는 디스크와 교대로 상호작용하여서 자체적으로 디스크에 고정된다.
상술한 설명에서 종래의 축방향 보유 시스템은 조립 공정 동안 추가적인 작업을 필요로 하거나 또는 복잡한 구조를 가지며, 이는 제조 비용을 높히고 고장 가능성을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 회전자 디스크에 대한 블레이드의 축방향 고정을 위하여 단순한 로킹 부재를 갖는 터빈 블레이드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 로킹 부재의 조립 공정 중에 이중안전 해결방안(fail safe solution)을 제공하는 것이다.
상기 목적은 에어포일, 플랫폼 및 회전자 디스크의 슬롯들을 설치할 때 활주가능하게 수용되도록 구성된 루트 부분을 포함하는 터빈의 블레이드에 의해서 달성된다. 상기 블레이드는 상기 회전자 디스크에 대한 상기 블레이드의 축방향 고정을 위하여 상기 루트 부분 상에 배치되고 상기 회전자 디스크와 결합되는 로킹 부재를 추가로 포함한다.
본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따라서, 상기 로킹 부재는 상기 루트 부분 및 상기 회전자 디스크 사이에 배치된 로킹 핀이고, 상기 로킹 핀은 상기 루트 부분 내의 제 1 홈과 결합되는 제 1 돌출부 및 상기 회전자 디스크 내의 제 2 홈과 결합되는 제 2 돌출부를 포함한다.
본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따라서, 상기 제 1 및 제 2 돌출부들은 상기 제 1 및 제 2 홈들에 의해서 각각 수용되도록 상기 로킹 핀의 일 단부에 배열된다.
본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따라서, 상기 로킹 핀은 상기 회전자의 축방향으로 상기 블레이드에 이웃하게 배열된 구성요소 상에 접하도록 다른 단부에 있는 제 3 돌출부를 포함한다.
본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따라서, 상기 구성요소는 상기 로킹 핀의 제 3 돌출부와 결합하는 회전방지 부재를 갖는 열 차폐물을 포함한다.
본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따라서, 상기 로킹 핀의 상기 제 1 및 제 2 돌출부들이 상기 제 1 및 제 2 홈들과 각각 결합될 때 상기 회전방지 부재가 상기 로킹 핀의 제 3 돌출부와 결합되도록, 상기 회전방지 부재가 크기설정되고 배치된다.
본 발명의 하나의 가능한 실시예에 따라서, 상기 로킹 부재 또는 상기 로킹 핀은 상기 루트 부분의 양 측부들에 배치된다.
본 발명의 기술적 해결방안에 의해서, 본 발명은 회전자 디스크에 대한 블레이드의 축방향 고정을 위하여 단순하고 비용효과적인 축방향 로킹 시스템을 갖는 블레이드를 제공하고, 또한 조립 공정 중에 이중안전 해결방안을 제공한다.
본 발명은 도면을 참조하는 상이한 실시예들에 의해서 하기에 더욱 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로킹 핀을 갖는 터빈의 블레이드 조립체의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 블레이드 조립체의 전면도.
도 3은 블레이드 조립체의 측단면도.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터빈의 블레이드 조립체의 개략도를 도시한다. 블레이드(100)는 에어포일(111), 플랫폼(112) 및 루트 부분(101)을 포함한다. "전나무" 유형의 루트 부분은 회전자 디스크(102)의 설치 슬롯들을 수용하도록 구성된다. 완성된 루트 부분(101)을 나타내기 위하여, 회전자 디스크(102)는 도 1에서 생략되었지만, 루트 부분(101) 및 회전자 디스크(102)의 조립체의 단면도를 도시하는 도 3에는 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 블레이드(100)는 또한 루트 부분(101)에 배치되고 회전자 디스크(102)와 결합된 로킹 부재를 포함하여, 블레이드를 회전자 디스크(102)에 대해서 축방향으로 고정한다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 로킹 부재는 도 1에 도시된 로킹 핀(106)으로서 구현된다. 로킹 핀(106)은 루트 부분(101) 및 회전자 디스크(102) 사이에 배치되고, 이에 대해서는 도 3의 단면도에 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조할 때, 제 1 돌출부(107) 및 제 2 돌출부(108)는 반경방향으로 로킹 핀(106) 상에 각각 배치된다. 제 1 홈(104)은 제 1 돌출부(107)를 수용하도록 루트 부분(101) 상에 배열되고; 제 2 홈(105)은 제 2 돌출부(108)를 수용하도록 회전자 디스크(102) 상에 배열된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 제 1 돌출부(107) 및 제 2 돌출부(108)는 반경방향으로 로킹 핀(106)의 일 단부에 배열된다. 제 1 홈(104) 및 제 2 홈(105)은 제 1 돌출부(107) 및 제 2 돌출부(108)를 수용하기 위하여 대응 위치에서 루트 부분(101) 및 회전자 디스크(102) 상에 각각 형성된다. 그러나, 당업자는 2개의 돌출부들이 로킹 핀(106)의 동일 단부에 배열될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 돌출부들(107,108)은 또한 이들이 대응하는 홈들에 각각 수용된다면 로킹 핀(106)의 축방향을 따라 엇갈리게 배열될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 제 3 돌출부(109)는 상기 돌출부들(107,108)이 배치되는 일 단부에 대향하는 로킹 핀(106)의 다른 단부에 배열된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열 차폐물(103)이 축방향으로 블레이드의 루트 부분(101)에 이웃하게 배열된다. 열 차폐물(103)은 회전방지 부재(110)를 포함한다. 회전방지 부재(110)는 로킹 핀(106)의 제 1 돌출부(107) 및 제 2 돌출부(108)가 제 1 홈(104) 및 제 2 홈(105)과 각각 결합할 때 로킹 핀(106)의 제 3 돌출부(109)와 결합하도록 크기설정되고 배치된다.
조립 공정 동안, 블레이드(100) 및 회전자 디스크(102)의 설치 후에, 로킹 핀(106)은 루트 부분(101) 및 회전자 디스크(102) 사이에 삽입될 것이다. 삽입 후에, 로킹 핀(106)은 제 1 돌출부(107) 및 제 2 돌출부(108)가 대응하는 홈들(104,105)에 각각 로킹될 수 있도록 임의의 정도 만큼 회전할 필요가 있다. 그러나, 돌출부들(107,108) 및 홈들(104,105)은 로킹 핀(106)의 삽입 후에는 볼 수 없기 때문에, 핀이 제위치에 설치되어 있는지를 평가하는 것이 어렵다. 이 문제는 상술한 바와 같이 회전방지 부재(110)의 배열체 및 로킹 핀(106)의 제 3 돌출부(109)와의 결합에 의해서 해결되고, 이 경우에 회전방지 부재(110)는 또한 로킹 핀(106)을 위한 위치 요소로서 작용할 수도 있다. 특히, 로킹 핀이 설치된 후에, 열 차폐물(103)은 루트 부분(101)에 이웃한 축방향으로 조립될 것이다. 그러나, 로킹 핀(106)이 제위치에 없다면, 회전방지 부재(110)는 제 3 돌출부(109)에 고착될 것이다. 그때, 열 차폐물(103)은 제위치에 조립될 수 없다. 단지 로킹 핀(106)이 로킹 위치로 회전될 때에만, 열 차폐물(103)은 제 3 돌출부(109)와 결합되는 회전방지 부재(110)와 정확하게 설치될 수 있다. 따라서, 로킹 핀을 조립하기 위한 이중안전 특징이 달성된다.
당업자는 회전방지 부재는 또한 로킹 핀을 조립하기 위한 이중안전 특징이 달성되는 한 열 차폐물 이외의 다른 구성요소들에 배열될 수 있다.
도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 로킹 핀(106)은 각각의 루트 부분(101)의 양 측부들에 배치될 것이다.
본 발명은 단지 제한된 수의 실시예들과 연계하여 상세하게 기술되었지만, 본 발명은 그러한 개시된 실시예들에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 본원에 기술되지 않았지만, 본 발명의 정신 및 범주 내에 있는, 임의의 변형, 변경, 대체 또는 동등 장치들을 합체하도록 변형될 수 있다. 추가로, 본 발명의 여러 실시예들이 기술되었지만, 본 발명의 형태들은 기술된 실시예들의 단지 일부만을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상술한 설명에 의해서 제한되지 않고, 첨부된 청구범위의 범주에 의해서 제한되어야 한다.
100. 블레이드
101. 루트 부분
102. 회전자 디스크
103. 열 차폐물
104. 제 1 홈
105. 제 2 홈
106. 로킹 핀
107. 제 1 돌출부
108. 제 2 돌출부
109. 제 3 돌출부
110. 회전방지 부재
111. 에어포일
112. 플랫폼

Claims (8)

  1. 에어포일, 플랫폼 및 회전자 디스크의 슬롯들을 설치할 때 활주가능하게 수용되도록 구성된 루트 부분을 포함하는 터빈의 블레이드에 있어서,
    상기 블레이드는 상기 회전자 디스크에 대한 상기 블레이드의 축방향 고정을 위하여 상기 루트 부분 상에 배치되고 상기 회전자 디스크와 결합되는 로킹 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로킹 부재는 상기 루트 부분 및 상기 회전자 디스크 사이에 배치된 로킹 핀이고, 상기 로킹 핀은 상기 루트 부분 내의 제 1 홈과 결합되는 제 1 돌출부 및 상기 회전자 디스크 내의 제 2 홈과 결합되는 제 2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 돌출부들은 상기 제 1 및 제 2 홈들에 의해서 각각 수용되도록 상기 로킹 핀의 일 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 로킹 핀은 상기 회전자의 축방향으로 상기 블레이드에 이웃하게 배열된 구성요소 상에 접하도록 다른 단부에 있는 제 3 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구성요소는 상기 로킹 핀의 제 3 돌출부와 결합하는 회전방지 부재를 갖는 열 차폐물을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 로킹 핀의 상기 제 1 및 제 2 돌출부들이 상기 제 1 및 제 2 홈들과 각각 결합될 때 상기 회전방지 부재가 상기 로킹 핀의 제 3 돌출부와 결합되도록, 상기 회전방지 부재가 크기설정되고 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로킹 부재는 상기 루트 부분의 양 측부들에 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 로킹 핀은 상기 루트 부분의 양 측부들에 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈의 블레이드.
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