KR20160070076A - 동적 응력을 적응하여 조절하는 축방향 터빈의 로터 스테이지 - Google Patents

동적 응력을 적응하여 조절하는 축방향 터빈의 로터 스테이지 Download PDF

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시모네 비스톨피
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미켈레 페란테
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프랑코 토시 메카니카 에세.피.아.
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Abstract

축방향 터빈의 로터 스테이지는 연속하는 베인들의 각 쌍들 사이에 개재된 다수의 감쇠기와, 다수의 베인들 구비하며, 상기 감쇠기는 작동하는 동안에 원심력에 의해 야기되는 베인 형상의 회전을 방지하며 로터 베인 배열체의 경화를 달성한다.

Description

동적 응력을 적응하여 조절하는 축방향 터빈의 로터 스테이지 {ROTOR STAGE OF AXIAL TURBINE WITH AN ADAPTIVE REGULATION TO DYNAMIC STRESSES}
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 축방향 터빈, 로터 베인, 및 감쇠기(attenuator)의 로터 스테이지에 대한 것이다.
가스 터빈 또는 증기 터빈의 블레이드 형상의 로터 스테이지는 축에 대하여 회전하는 샤프트 주위에 배치된 일련의 베인으로 형성된다. 반경방향으로 이동하는 것이 억제되어 있는 베인 루트를 수용하도록 각각 구성된 다수의 하우징은 샤프트 상에 형성되어 원심력을 견딜 수 있도록 된다. 상기 베인은 블레이드의 상부에 형성된 블레이드 팁으로써 종료되는 블레이드 및 루트를 구비한다. 번갈아, 상기 블레이드는 상기 로터가 움직일 때 이어지는 로터 베인들 사이에서 형성되는 덕트를 통하여 통과하는 유체의 상대 유속을 고려하여 반경방향으로의 가능한 비틀림의 작용하에 오목부 또는 압력부 및 볼록부 또는 흡입부를 구비한다. 방향과 경로의 면에서 상기 블레이드에는 유체가 부딪히게 되며, 상기 베인 블레이드는 상기 베인이 작동 위치에 있는 샤프트 상에 놓여 있을 때 상기 터빈 축에 동축방향으로 된 원통형 표면 상에 놓인 섹션에 의해 거리가 결정되며 코드(chord)로 불리어지는 트레일링 에지와 리딩 에지를 구비한다. 작동 위치에서 상기 샤프트 상에 배치되는 베인 블레이드는 주로 반경방향으로 연장된다. 다양한 터빈 스테이지에서, 상기 블레이드는 하류 방향으로 더 커지게 되어 압력이 감소할 때 통과하는 유체의 유동량이 일정하게 되도록 한다. 베인 팁에서 연속되는 베인들 사이에 형성된 로터 덕트 외측에서 유체 유동을 제한하도록 의도된 스트랩이 배치된다.
반경방향으로 연장됨으로 인하여, 상기 로터 샤프트에 구동된 베인은 제어되지 않은 상태라면 베인 자체, 로터 및 터빈에 손상을 줄 수 있는 동적 자극을 받게 된다. 또한, 예를 들어 50 Hz 이 저주파 동적 자극은 예를 들어 250 Hz 에 달하는 고주파수 동적 자극에 비하여 보다 강렬하며 위험하다.
동적 자극에 의해 야기되는 변형을 제한하도록 하기 위하여 로터 베인의 진동을 감쇠하는 다양한 장치가 연구되었다.
FR 2 955 142 에서, 베인 팁에서 스트랩 상에 형성된 리쎄스에 배치되도록 되며 포인트 레스트를 가지도록 된 터빈 베인의 진동을 감쇠하도록 된 장치가 설명된다.
GB2467582에서, 두개의 연속되는 로터 베인의 스트랩에 형성된 대향하는 리쎄스에서 연결되도록 되며 예를 들어 형상 기억 소재이어서 온도 증가에 따라 팽창하도록 된 소재로 형성되는 로터 베인용 진동 감쇠기가 설명된다.
US7104758에서, 2개의 대향된 스트랩 사이에서 얻어지는 리쎄스에 배치된 댐퍼가 설명된다. 상기 댐퍼는 리쎄스보다 작은 크기로 원통형으로 형성되어서, 원심력에 의해 리쎄스 벽에 대하여 외측으로 밀려질 때에만 그 댐핑력을 가하고 그 내부에서 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 2011년 9월 7일에서 10일 사이에 팔러모에서 개최된 AIAS 총회에서, "Smorzatori sotto-pala per turbomacchine: un nuovo metodo basato sul calcolo simultano delle forze statiche e dinamiche di contatto" 라는 제목으로 주카, 피로네 이 골라의 명의로 발표된 연구자료(No. 132)에서, 2개의 연속되는 베인들 사이의 루트에 높이가 맞춰져서 배치된 삼각형 단면의 프리즘 형상 댐퍼가 도시된 바 있다.
US8066479에서, 베인 댐퍼 사의 다른 종류가 도시된 바 있다.
JP 56 14301A, JP 57 056606 A 및 JP 54 138910 에서, 두개의 연속되는 베인들 사이에서, JP 57 056606A 에서는 베인들 사이에서 배치되도록 된 다양한 종류의 감쇠기가 설명된 바 있으며, 감쇠기가 서로에 대하여 연결되지 않은 두개의 부분으로 구성되는 것으로 도시된 바 있다.
JP 50 144803A에서, 두개의 서로 연결된 부분으로 감쇠기가 형성된 것이 개시되었다.
다른 경우로서, 실질적으로 법선 방향으로 오목한 측에 하나, 볼록한 측에 또라나로된 각각의 블레이드로부터 돌출된 캔틸레버 형태로 된 연결 부재가 베인에 제공된다. 로터가 움직일 때, 원심력으로 인하여, 이러한 연결 부재는 외측으로 경사지게 되며, 베인은 연장되게 되어, 비틀림부를 변화시키게 된다. 회전 속력이 충분히 높다면, 블레이드의 볼록부측으로부터 돌출된 연결부재는 대응하는 연결 부재를 가압하게 되며, 여기서 대응하는 연결부재는 이어지는 베인의 볼록부측으로부터 돌출하게 된다. 이어지는 베인의 연결부재들 사이의 이러한 접촉은 진동을 감쇠하게 된다. 이러한 일예의 댐핑 장치는 US 2011/0142654에 설명된다. 이러한 문서에서, 구조적으로 캔틸레버에 유사한 인접한 베인들의 연결 및 안착 부재들은 원심력에 의해 야기되는 변형으로 인하여 서로 접촉하게 된다. 다수의 실시예에서, 연결부재들 중 하나는 단순한 단차 또는 안착 부재로 되는 매우 작은 크기로 된다.
캔틸레버 형상의 연결부재를 가지는 로터 베인 조립체의 문제점은 조립 단계에서 이어지는 베인들의 연결 부재가 로터 배열의 마지막 베인의 조립체에 대한 기계적 전개를 위하여 필요한 심각한 간섭을 일으킬 수 있다는 것이다.
또다른 문제점은 전술한 장치는 베인 조립체를 동적 작용에 대하여 덜 민감하도록 하게 하는 다른 방법을 사용하지 않고서는 진동을 감쇠하기만 한다는 것이다.
또다른 문제점은 현재의 방법에 의해 제공되는 감쇠에서의 열악한 효과가 일부 나타난다는 점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 극복할 수 있는 로터 베인 조립체를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 진동을 효과적으로 감쇠하는 것이며, 다른 목적은 베인의 조립을 용이하게 하는 것이며, 또다른 목적은 로터 베인 조립체가 동적 자극에 대하여 덜 민감하게 하는 것이다.
전술한 목적들은 그 특징들이 청구범위에 기재되어 있는 베인 및 진동 감쇠기에 의해 축방향 터빈의 로터 스테이지로 달성된다.
본 발명에 따르면 종래기술의 문제점을 극복한 로터 베인 조립체를 제공할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 의하면 베인의 조립을 용이하게 할 수 있게 되며 로터 베인 조립체가 동적 자극에 대하여 덜 민감하게 할 수 있게 된다.
본 발명은 첨부한 도면의 바람직한 두가지 실시예를 제한하지 않는 방식으로 예시적으로 제공된 아래의 상세한 설명으로부터 보다 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 사시도이다.
도 2는 반경방향(R)에 수직한 평면에서의 제 1 실시예의 단면도이다.
도 3은 진동 감쇠기의 제 1 실시예의 전개 사시도이다.
도 4는 진동 감쇠기의 제 1 실시예의 측면도이다.
도 5는 감쇠기가 하나의 부재로 된 진동 감쇠기를 가진 로터 베인의 제 2 실시예의 사시도이다.
도 6은 반경방향(R)에 수직한 평면에서의 제 2 실시예의 단면도이다.
도 1 내지 도 5에는 작동 위치에 있는 샤프트 상에 배치된 베인에 대한 축방향(A), 반경방향(R), 법선방향(T)이 도시되고 있다. 축(A)은 로터 스테이지의 회전축에 일치하며 보통 상류에서 하류방향으로 표시되며, 터빈 내부에서 유체가 유동하는 방향과 실질적으로 동일하다. 반경방향(R)은 축(A)에 수직한 평면에 놓여 있으며, 동일한 축(A)으로부터 외측으로 진행된다. 법선방향(T)은 동일한 이동 방향을 나타내며, 상기 축에 대하여 회전하는 로터 스테이지 상의 일지점의 방향이며 이러한 지점을 통과하는 축(A) 및 반경방향(R)을 포함하는 평면에 수직하게 된다. 이러한 기준 프레임이 아래에서 사용될 것이며, 베인과 감쇠기 및 이들을 구성하는 다양한 구성요소들이 로터 스테이지의 작동 위치에 배치되는 것을 한정하는 청구범위에서 사용될 것이다.
본 발명은 축(A)에 대하여 회전하도록 된 샤프트를 포함하는 축방향 터빈의 로터 스테이지에 대한 것이다. 상기 로터 스테이지는 샤프트에 구속되도록 된 다수의 로터 베인(50)을 포함하되, 각각의 베인은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따르면 루트(1), 블레이드 팁(2) 및 블레이드(3)을 구비하며, 상기 블레이드(3)는 상기 루트(1)의 상부로부터 상기 블레이드 팁(2)까지 실질적으로 반경방향(R)으로 돌출된다. 상기 블레이드(3)는 유체를 직접 수용하도록 된 오목형상의 압력 측면(4: pressure side)과, 리딩 에지(2) 및 트레일링 에지(21)에 의해 반경방향으로 형성된 볼록한 흡입 측면(5: suction side)를 구비한다. 로터 베인상에서 유체 유동하는 유체는 우선 리딩 에지(20)에서 부딪히게 되며, 상기 트레일링 에지(21)로부터 베인을 떠나게 되어, 베인 압측 측면에 대하여 주로 압력을 가하게 된다. 상기 로터 베인은 단순화를 위하여 도면에는 도시되지 않은 제 1 실시예의 수정례에서, 블레이드(3) 또는 블레이드 팁(2) 상에 실질적으로 법선 방향(T)으로 블레이드(3)의 압력 측면(4)으로부터 돌출되는 제 1 안착 부재(6) 및 실질적으로 법선 방향(T)으로 상기 흡입 측면(5)으로부터 돌출되는 제 2 안착 부재(7)를 구비한다. 본 발명에 따른 로터 스테이지는 이어지는 각각의 베인의 쌍들 사이에서 배치되는 다수의 진동 감쇠기를 추가로 포함한다 상기 감쇠기들은 로터 베인에 의해 서로 분리되어 있으며, 소정의 질량을 가진다. 상기 감쇠기(10)는 로터 스테이지의 2개의 연속되는 베인 각각의 제 1 및 제 2 안착 부재(6, 7)에 속하는 제 1 반작용 표면(8: first reaction surface) 및 제 2 반작용 표면(9)에 접촉하도록 된 제 1 작용 표면(11:first action surface) 및 제 2 작용 표면(12)를 구비한다. 상기 작용 표면(11, 12)들 및 대응하는 반작용 표면(8. 9)은 상보적인 형상을 가져서, 작동 위치에서 서로 접촉될 때, 확장된 접촉력을 형성하도록 된다. 예를 들어, 작용 표면이 오목하다면, 대응하는 반작용 표면은 볼록하다. 만약 작용 표면이 평평하다면, 대응하는 반작용 표면도 평평하다. 상기 제 1 작용 표면 및 제 2 작용 표면은 2개의 연속하는 베인들 각각의 제 1 안착 부재와 제 2 안착 부재 각각에 접촉하는 감쇠기 표면들이 된다. 상기 안착 부재들의 접촉 표면들은 반작용 표면들로 호칭된다.
상기 작용 표면 및 대응하는 반작용 표면은 하나의 각도를 형성하기 위하여 2개의 인접부 또는 2개의 부분을 포함한다. 예를 들어, 도 2에서, 제 2 작용 표면(12)은 도브텡릴 내부에 배치되며, 제 2 반작용 표면(9', 9")에 접촉하도록 된 표면(12', 12")과, 상기 제 1 안착 부재의 표면(9")에 접촉하도록 된 표면(12"')을 구비한다. 이 경우, 상기 작용 표면(12)은 도면번호 12"'로 표시되는 연장부를 구비하되, 그 수직 버소(normal versor: N12) 역시 축(A)에 대하여 동일한 방향성과 경로를 가진다. 반작용 표면(9)은 연장부(9'")을 가지되 그 수직 버소(N9)는 축(A)과 동일한 방향성을 가지되 반대 경로를 가진다.
작동 위치에 있어서, 상기 작용 표면(11, 12) 및 대응하는 반작용 표면(8. 9)은 표면으로부터 나가는 수직 버소에 의해 국부적으로 정의되는 그 방향이 상기 표면의 적어도 연장부에 대하여 0이 아닌(not null) 축 요소를 가지도록 되는 형상을 가진다. 상기 제 2 작용 표면(12) 및 상기 제 1 작용 표면(8)로부터 나가는 수직 버소의 축방향 성분은 축(A)과 동일한 경로를 가지며, 상기 제 1 작용 표면(11) 및 상기 제 2 작용 표면(9)으로부터 나가는 수직 버소의 축방향 성분은 축(A)에 대하여 반대의 경로(way)를 가져서 상류 방향으로 배향된다. 경계선의 경우, 도 2에 도시된 것에 대응하여, 상기 작용 표면들은 로터 스테이지의 축(A)과 동일한 방향성을 가지는 수직 버소를 가진다.
상기 감쇠기(10)는 금지되는 두개의 연이은 베인들 사이의 상호 접촉을 형성하거나 상기 베인들의 원심 연장부에 의해 야기되는 베인 형상의 회전을 일으킨다. 베인 형상은 로터 스테이지의 축(A)에 일치하는 축을 가지는 원형 준선이 있는 원통형 표면에 의해 얻어지는 베인의 원주 방향 섹션의 형상을 의미한다. 이러한 형상은 반경방향(R)에 수직한 평면으로써 섹션을 형성하여 얻어지는 평상에 매우 유사하다.
본 발명의 감쇠기에서, 배치되는 2개의 안착 부재에 견고하게 구속되지 않기 때문에, 작용 표면 및 반작용 표면 사이에 형성되는 연장된 접촉 표면으로 보다 효과적인 감쇠를 가능하게 한다.
따라서, 상기 감쇠기는 튜너로서도 기능하고 댐퍼로서도 기능한다.
도 1 내지 도 4에서, 제 1 실시예에서, 상기 감쇠기(10)는 로터 스테이지의 축(A)으로부터 나가는 반경방향(R)으로, 스크류, 볼트 또는 리벳과 같은 해제 가능한 구속 수단이나 그밖의 해제불가능한 구속수단을 이용하여 상호간에 서로 구속되는 상부 연결 부재(13) 및 하부 연결 부재(14)를 포함한다.
감쇠기 조립체는 상부 연결 부재 및 하부 연결 부재를 제공함으로써 쉽게 제조되는데, 그 이유는 로터 스테이지 상에서 조립되는 베인은 그렇지 않다면 조립 과정에서 다이버터(diverter)를 필요로 하는 간섭을 일으키지 않기 때문이다.
상부 연결 부재는 로터가 움직이지 않고 있을 때 로터 스테이지의 축(A)을 향하여 감쇠기의 중력에 의해 낙하하는 것을 방지하는 정지부를 형성하는 반면에, 하부 연결 부재는 원심력에 의해 야기되는 감쇠기 이탈을 방지하며 작용 표면(11, 12)을 구비한다. 상기 로터 스테이지는 고속으로 움직이게 되며, 상기 하부 연결 부재는 튜너로서 기능하며 안착 부재들에 압력을 가하는 댐퍼로서 기능하게 된다.
상기 감쇠기(10)의 단부에는, 상기 제 1 안착 부재(6)의 적어도 일부를 수용하도록 되는 제 1 개방 리쎄스(15)와, 상기 제 2 안착 부재(7)의 적어도 일부분을 수용하게 되는 제 2 개방 리쎄스(16)가 형성되며, 상기 안착 부재들은 로터 스테이지에 연속적으로 배치된 2개의 다른 베인에 속한다.
도 4에서, 서로 구속되어 있으며 감쇠기(10)에 제 1 리쎄스 및 제 2 리쎄스를 형성하며, 축(A)에 수직한 평면으로 실질적으로 도브 테일(dovetail) 형상의 단면을 가지는 제 1 연결 부재(13) 및 제 2 연결부재(14)가 도시된다.
도브테일은 연결되는 두개의 표면에 의해 형성되는 리쎄스를 가리키는데, 이러한 표면들은 평평하거나, 오목하거나, 볼록하며, 서로 다른 길이를 가진다. 도브레일 섹션은 V 형상 단면으로 형성되거나, 직선 형태로 형성되거나, 오목하거나, 볼록한 브랜치 형성이거나, U 형상이거나 C 형상이며, 서로 다른 길이의 브랜치를 가질수도 있으며, 도 5의 리쎄스(115, 116) 와 같은 비대칭적 형상일 수 있다.
상기 감쇠기(10)는 공기역학적으로 평평하게 되어서, 베인들 간에 유동 운동을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상호 접촉되는 두개의 연결 부재의 표면들 상에서, 그루브 또는 작은 돌출부 및 상보적인 홈이 제공되어 하나의 연결 부재를 다른 연결 부재에 정확하게 위치시키게 된다.
도 1 내지 도 4에서, 작용 표면(11, 12) 및 반작용 표면(8, 9)는 반경방향(R)으로 0 이 아닌 성분, 법선 방향(T)으로 0이 아닌 성분을 가지는 표면으로부터 나가는 수직 버소를 가지도록 배향된다. 작용 표면(11, 12)의 반경방향(R)으로의 성분은 축(A)으로부터 멀어지는 경로를 가지는 반면에, 반작용 표면(8, 9)의 반경방향 성분은 축(A)을 가리키는 경로를 가진다.
따라서, 작용 표면 및 반작용 표면의 영향으로 인하여, 두개의 연이은 베인의 두개의 안착 부재는 서로를 향하여 돌출하며 반경방향을 따라 축(A)으로부터 멀어지도록 테이퍼진 개구를 형성하는 반면에, 감쇠기는 적어도 하나의 쐐기부를 형성한다.
이 경우, 상기 로터 스테이지가 회전할 때, 원심력은 감쇠기(10)를 외측으로 밀어주게 되고, 그 작용 표면은 두개의 연이은 베인의 대응하는 반작용 표면을 가압하게 되어 그들을 분리시키게 되며, 따라서 로터 베인 조립체 전체를 강화시키게 된다.
도 3 및 도 4에서, 두개의 오프셋부를 가지는 평평한 형상으로 감쇠기(10)가 형성된다. 반경방향(R)에 수직한 평면 상의 감쇠기(10)의 돌출은 반경방향(R)에서 외측에서 볼때 실질적으로 "S" 형상을 주는 두개의 오프셋부에 의해 형성된다.
이 경우, 상기 오프셋 형상은 안착 부재의 표면(8"')에 대하여 안착되도록 되며 제 1 작용 표면에 포함되며, 제 1 작용 반작용 표면에 포함되며, 베인 형상이 회전하고 축방향으로 슬라이드되는 것을 방지하는, 표면(11"')에 나타나게 된다.
상기 감쇠기는 다수의 치형 형상부로써 형성될 수도 있다.
상기 베인이 도 2의 것에 대향하는 방향으로 로터 스테이지를 회전시키도록 제공된다면, 상기 감쇠기는 반경방향(R)에 따라 외측에서 볼 때 "Z" 형상으로 된다.
상기 감쇠기는 제 1 또는 제 2 안착 부재에 연결되거나 핀에 의해 양자에 연결된다.
상기 감쇠기는 베인에 대하여 서로 다른 소재로 형성되는 것이 바람직한데, 예를 들어 진동을 소산시키고 흡수하도록 적어도 부분적으로 플라스틱으로 형성될 수도 있다. 이러한 방안은 온도가 높지 않은 저압 로터 스테이지에 특히 적합하다. 용어"플라스틱 소재"는 플라스틱 매트릭스를 함유한 섬유유리 또는 탄소 섬유 복합체와 같은 복합 소재를 포함한다.
두개의 연결 부재 사이에 중간 부재가 개재될 수 있는데, 상기 중간 부재는 두개의 연결 부재의 소재 또는 베인의 소재와 다른 소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어 진동 흡수를 위하여 특히 고무나 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 두개의 연결 부재는 댐핑 성능을 향상시키기 위하여 서로 다른 소재로 형성될 수 있으며, 각각의 연결 부재는 댐핑 효과를 형상시키기 위하여 플라스틱 소재 및 세라믹 소재와 같은 다수의 소재로 형성될 수 있다.
제 1 실시예에 대한 수정례에서, 명확화를 위하여 도시되고 있지는 않지만, 제 1 및 제 2 안착 부재는 스트랩을 형성하기 위하여 베인 블레이드 팁으로부터 실질적으로 법선 방향으로 돌출된다.
도 5 및 도 6에 도시된 제 2 실시예에서, 두개의 연이은 베인의 제 1 안착 부재(106) 및 제 2 안착 부재(107)는 서로를 향하여 돌출되어 서로를 향하는 두개의 리쎄스를 형성하게 된다. 하나의 부재로 형성된 감쇠기(110)는 반경방향(R)에 수직한 평면상에서 실질적으로 마름모꼴로 돌출되도록 형성된다.
도 6에서, 0이 아닌 축방향 성분, 동일한 축(A)의 동일한 방향성을 가지는 제 2 작용 표면(112) 및 제 1 반작용 표면(108)으로부터 나가는 수직 버소(N112, N108)의 축방향 성분, 축(A)에 반대편의 경로를 가지는 제 1 작용 표면(111) 및 제 2 반작용 표면(109)으로부터 나가는 수직 버소(N112, N108)의 축방향 성분을 가지는 작용 표면 및 반작용 표면으로부터 나가는 수직 버소가 도시된다.
화살표(C1, C2)는 원심력에 의해 베인 형상이 회전하게 되는 것을 도시한다. 마름모 형상은 동일한 회전방향으로 경사지게 되며, 두개의 연이은 베인의 제 1 안착 부재 및 제 2 안착 부재의 두개의 반작용 표면들 사이에 개재되며 가압되어 마름모 형상은 평평하게 된다.
제 1 실시예의 경우처럼, 작용 표면(111, 112)으로부터 나가는 수직 버소는 0이 아닌 반경방향 성분 및 법선 방향 성분을 가진다. 이러한 구성으로 인하여 감쇠기(110)는 적어도 부분적으로 쐐기 형상으로 되어, 원심력에 의해 안착 부재들 사이에서 쐐기 지지된다.
본 발명의 목적은 제 1 및 제 2 안착 부재와 하나의 감쇠기가 제공된 단일 베인 및 축방향 터빈의 로터 스테이지를 보호하는 것이다.
상기 로터 스테이지 조립체는 임의의 다이버터(divertor)의 필요 없이도 이어지는 베인의 각 쌍들 사이에서 감쇠기를 이어서 조립할 수 있게 함으로써 샤프트 상의 베인의 조립을 조기에 할 수 있게 되어 특히 쉽게 조립될 수 있다.
작동시에, 상기 로터 스테이지는 높은 원심력을 발생시키는 높은 회전 속력을 가지게 된다.
이러한 원심력으로 인하여, 각각의 베인 형상은 도 6의 화살표(C1, C2)로 도시된 바와 같이 반경방향(R) 주위에서 회전하게 된다.
작용 표면 및 반작용 표면의 특정 방향성은 감쇠기가 베인 형상의 회전에 반작용하도록 한다. 로터 스테이지의 고속 회전 및 형상 회전에 반작용하는 감쇠기로 인하여, 로터 베인 조립체 내부에서 상기 안착 부재 및 감쇠기는 전체 베인 조립체를 경화시키도록 가압이 되고 고유진동수를 상승시키는 링을 형성하여, 상기 로터 베인 조립체는 더욱 위험한 저주파 동적 작용에 민감하지 않게 된다. 베인 조립체의 고유 진동수를 변경시키는 성능은 튜닝으로 지칭된다.
다른 경화(stiffening) 효과는 감쇠기의 작용 표면이 경사지게 되고 그 반경방향 성분 및 법전방향 성분이 0 이 아닐 때 두개의 연이은 베인의 안착 부재들 사이에서 쐐기 작용되는 감쇠기에 의해 제공된다.
확장된 접촉 포면은 댐핑 성능을 향상시킨다.
로터 베인 배열체 상의 감쇠기의 경화 작용은 고유진동수의 증가를 가져오지만, 감쇠기의 큰 질량은 고유진동수가 낮아지게 하거나 덜 증가하게 한다.
제 1 실시예에서, 상기 감쇠기는 용이한 조립성을 나타내게 되는 서로 연결되는 두개의 부품에 의해 형성된다.
제 2 실시예에서, 상기 감쇠기는 특히 간단하며 견고하다.
따라서, 본 발명에 따른 로터 스테이지는 감쇠기가 진동을 흡수하고 로터 스테이지의 고유 진동수를 추가로 조절하거나 안전 주파수로 로터 스테이지를 튜닝하므로 동적 작용에 대한 적응성 조절을 할 수 있게 된다.
1: 루트 2: 블레이드 팁
3: 블레이드 4: 압력 측면
5: 흡입 측면 6: 제 1 안착 부재
7: 제 2 안착 부재 8: 제 1 반작용 표면
9: 제 2 반작용 표면 10: 감쇠기

Claims (9)

  1. 축방향 터빈의 로터 스테이지로서, 상기 로터 스테이지는 상기 터빈 내에서 실질적으로 유체가 유동하는 상류로부터 하류로의 경로를 가지는 축(A)에 대하여 회전하게 되는 샤프트, 및 루트(1), 블레이드 팁(2) 및 블레이드(3)를 각각 구비하는 다수의 로터 베인(50)을 포함하며,
    상기 블레이드(3)는 실질적으로 반경방향(R)으로 상기 루트(1)의 상부에서 블레이드 팁(2)으로 돌출되며,
    상기 블레이드(3)는 압력 측면(4) 및 흡입 측면(5)을 구비하며,
    상기 로터 베인(50)은 상기 블레이드(3) 또는 상기 블레이드 팁(2) 상에, 상기 축(A) 및 상기 반경방향(R)을 포함하는 평면에 수직한 실질적인 법선 방향(T)으로 압력 측면(4)의 측면으로부터 돌출되는 제 1 안착 부재를 포함하며,
    상기 로터 베인(50)은 상기 블레이드(3) 또는 상기 블레이드 팁(2) 상에, 실질적으로 법선방향(T)으로 상기 흡입 측면(5)의 측면으로부터 돌출되는 제 2 안착 부재(7)를 포함하며,
    두개의 연속되는 베인의 제 1 안착 부재와 상기 제 2 안착 부재는 서로를 향하여 돌출되며,
    상기 로터 스테이지는 두개의 연속되는 베인의 제 1 안착 부재와 제 2 안착 부재에 각각 삽입되어 접촉하는 다수의 감쇠기를 구비하며,
    상기 감쇠기(10)는 제 1 작용 표면(11) 및 제 2 작용 표면(12) 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제 1 안착 부재(6) 및 제 2 안착 부재(7) 중 적어도 하나는 제 1 반작용 표면(8) 및 제 2 반작용 표면(9)을 각각 포함하며,
    상기 제 1 작용 표면(11)은 상기 제 1 반작용 표면(9)에 상보적이며, 상기 제 2 작용 표면(12)은 상기 제 2 반작용 표면(9)에 상보적이며,
    작용 표면들 및 대응하는 반작용 표면들은 작동 위치에서 서로 접촉할 때 연장된 접촉 표면을 형성하며,
    작용 표면(11, 12) 및 반작용 표면(8, 9)들은 표면들로부터 나오는 수직 버소(N8, N9, N11, N12)에 의해 국부적으로 형성되는 방향성을 가진 형상을 각각 구비하되, 표면들의 연장된 적어도 하나의 부분을 위하여 0 이 아닌 축방향 성분을 가지되, 상기 축방향 성분은 축(A)에 동일한 경로를 가지는 제 1 반작용 표면(9) 및 제 2 작용 표면(12)에 대한 것이면서 축(A)에 대향하는 경로를 가지는 제 2 반작용 표면(9) 및 제 1 작용 표면(11)에 대한 것이며,
    상기 감쇠기(10)는, 감쇠기가 작동 위치에 놓였을 때 상기 로터 스테이지의 축(A)으로부터 나오는 반경방향(R)에 대하여,상호 구속되는 상부 연결 부재(13) 및 하부 연결 부재(14)를 구비하며,
    상기 작용 표면(11, 12)들 및 대응하는 반작용 표면(8. 9)들 중 적어도 하나는 상기 표면들로부터 나오는 수직 버소(normal versor)가 적어도 하나의 연장된 표면 부분에서 반경방향(R)으로 0 이 아닌 성분을 가지고 법선 방향(T)으로 0 이 아닌 성분을 가지도록 배향되며,
    반경방향(R)에서의 성분의 경로를 가진 작용 표면(11, 12)은 축(A)으로부터 벗어나며, 반경방향(R)에서의 성분의 경로를 가진 반작용 표면(8, 9)은 축(A)을 향하게 되는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감쇠기(10)는 제 1 작용 표면(11) 및 제 2 작용 표면(12)을 구비하되, 상기 제 1 안착 부재(6)는 제 1 반작용 표면(8)을 구비하며, 상기 제 2 안착 부재(7)는 제 2 반작용 표면(9)을 구비하며, 상기 제 1 작용 표면(11)은 제 1 베인의 상기 제 1 반작용 표면(8)에 접촉하며, 상기 제 2 작용 표면(12)은 상기 감쇠기(10)가 작동 위치에서 제 1 베인과 제2 베인 사이에 배치될 때 제 2 베인의 제 2 반작용 표면(9)에 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감쇠기(10)는 제 1 안착 부재와 제 2 안착 부재 사이에서 적어도 하나의 부분을 수용하도록 되는 개방 리쎄스(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  4. 이전 항에 있어서,
    상기 리쎄스(15)는 상기 제 1 안착 부재(6)의 적어도 일부분을 수용하도록 된 제 1 리쎄스이며, 상기 감쇠기(10)는 상기 제 2 안착 부재(7)의 적어도 일부분을 수용하도록 된 제 2 개방 리쎄스(16)를 포함하되, 상기 안착 부재는 상기 로터 스테이지에서 연속적으로 배치된 두개의 서로 다른 베인에 속하는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 리쎄스(15) 및 제 2 리쎄스(16)는 실질적으로 도브테일(dovetail) 형상으로 되어 축(A)에 수직한 평면에 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감쇠기(10)의 반경방향(R)에 수직한 평면 상의 돌출부는 마름모 형상이거나, 실질적으로 "S" 또는 "Z" 를 형성하는 적어도 두개의 오프셋부로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감쇠기는 진동이 소산 및 댐핑을 증가시키도록 된 플라스틱 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 스테이지.
  8. 축(A)에 대하여 회전하도록 된 제 1 항에 따른 로터 스테이지의 두개의 로터 베인(50) 들 사이에서 장착되는 감쇠기(10)로서,
    상기 감쇠기는 표면들로부터 나가는 수직 버소에 의해 국부적으로 형성되는 방향이 적어도 하나의 연장된 표면 부분에 대하여 0 이 아닌 축방향 성분을 가지는 형상으로 된 제 1 작용 표면(11) 및 제 2 작용 표면(12)을 구비하되, 상기 제 1 작용 표면의 축방향 성분은 상기 제 2 작용 표면의 축방향 성분에 대향하는 경로를 가지며, 상기 작용 표면들은 제 1 항에 따른 두개의 베인의 안착 부재의 반작용 표면들에 상보적이어서,
    상기 작용 표면들이 작동 위치에서 상기 반작용 표면들에 접촉할 때 연장된 접촉 표면을 형성하며,
    상기 감쇠기는 상기 감쇠기가 작동 위치에 있을 때 로터 스테이지의 축(A)으로부터 나오는 반경방향(R)에 대하여, 서로 구속되는 상부 연결 부재(13) 및 하부 연결 부재(14)를 구비하며, 상기 감쇠기는 두개의 반대 단부에서, 실질적으로 도브테일 형상으로 된, 축(A)에 수직한 평면에 단면을 나타내는 제 1 리쎄스(15) 및 제 2 레쎄스(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 감쇠기.
  9. 이전 항에 있어서,
    상기 감쇠기(10)의 반경방향(R)에 수직한 평면상의 돌출부는 마름모 형상이거나, 실질적으로 "S" 또는 "Z" 를 형성하는 적어도 두개의 오프셋부로 형성되는 것을 특징으로 하는 감쇠기.
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