KR20170001660A - 터보엔진 회전자 냉각 방법 및 터보엔진 회전자 - Google Patents

터보엔진 회전자 냉각 방법 및 터보엔진 회전자 Download PDF

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카를로스 시몬-델가도
토마스 지레르
울리히 로베르트 스타이거
스테판 스트루에켄
크리스토프 디디온
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안살도 에네르기아 아이피 유케이 리미티드
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Abstract

본 발명은 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 터보엔진 회전자는 회전자 샤프트(120) 및 적어도 하나의 블레이드 부재(110)를 포함하고, 상기 블레이드 부재는 플랫폼(111)을 포함하고, 상기 플랫폼은 고온 가스측 및 냉각재측, 상기 플랫폼 고온 가스측 상에 제공되는 에어포일(112) 및 상기 플랫폼 냉각재측 상에 제공되는 블레이드 풋 섹션을 포함하며, 상기 블레이드 풋 섹션은 블레이드 섕크(113) 및 블레이드 루트(114)를 포함하고, 상기 블레이드 섕크는 상기 플랫폼 냉각재측으로부터 연장하고 상기 블레이드 루트와 상기 플랫폼 냉각재측 사이에 삽입되며, 상기 블레이드 루트는 상기 블레이드 루트 상에 제공되며 또한 상기 회전자 샤프트의 고정 특징부에 의해 수용되는 루트 고정 특징부들을 포함하며, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 회전자 전방면(122)으로부터 연장하고 상기 회전자 샤프트 상에 형성되는 포스트들(123) 상에 제공되며, 상호연결 인터페이스가 상기 블레이드 루트 상에 제공되는 상기 고정 특징부들과 상기 회전자 샤프트 사이에 형성되며, 상기 회전자 전방면으로 연장하고 또한 상기 회전자 전방면 상에 인터페이스 시임을 형성하고, 추가로 블레이드 섕크 캐비티(330)가 상기 플랫폼 냉각재측에 인접하여 제공된다. 상기 방법은 상기 회전자 전방면을 따라 상기 블레이드 섕크 캐비티 내로 제 1 유체 유동(306)을 안내하는 단계를 포함하며, 제 2 유체 유동(305)이 상기 블레이드 섕크 캐비티로 진입할 수 있으며, 상기 방법은 상기 제 1 유체 유동이 상기 제 2 유체 유동보다 상대적으로 더욱 냉각되도록 상기 제 1 유체 유동의 소스(320)를 선택하는 단계, 및 결합된 섕크 캐비티 유체 유동을 형성하도록 상기 제 2 유체 유동을 상기 블레이드 섕크 캐비티 내의 상기 제 1 유체 유동과 혼합시키는 단계를 추가로 포함한다.

Description

터보엔진 회전자 냉각 방법 및 터보엔진 회전자{METHOD FOR COOLING A TURBOENGINE ROTOR, AND TURBOENGINE ROTOR}
본 발명은 청구항 1에 따른 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 추가의 독립항들에 설명된 바와 같은 터보엔진 회전자 및 상기 터보엔진 회전자용 커버 플레이트에 관한 것이다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 회전자 및/또는 커버 플레이트를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
예를 들면, 가스 터빈과 같은, 터보엔진의 회전자에 있어서, 일반적으로 블레이드 섕크(blade shank) 캐비티들이 제공되며, 예를 들면 2개의 원주 방향으로 이웃하는 블레이드들의 섕크들, 각각의 블레이드 루트(root)들, 각각의 블레이드 플랫폼(platform)들, 및 회전자 샤프트에 의해 구분된다. 이와 같은 블레이드 섕크 캐비티들은 또한 일반적으로 하중 지지 블레이드 샤프트 인터페이스(interface)에 인접 위치된다.
특히 가스 터빈 엔진에 있어서, 더우기 가스 터빈 엔진의 팽창 터빈의 제 1 스테이지에 있어서, 열적으로 심한 하중을 받는 블레이드 플랫폼을 냉각시키기 위해, 그리고 고온의 작업 가스로부터 상기 캐비티들을 퍼지(purge)시키기 위해서 상기 블레이드 섕크 캐비티 내에 냉각재가 요구될 수 있다. 냉각재 또는 퍼지류(purge flow)는 예를 들면 가스 터빈 압축기로부터의 압축 공기에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 상기 냉각재 또는 퍼지류는 유용한 작업을 제공하는 작업 유체의 소실을 통해 엔진 효율 상의 악영향을 초래하게 되므로 고비용을 요하게 된다.
US 2005/0201857은 블레이드 루트의 저부와 회전자 샤프트에 형성된 수용 홈의 저부 사이에 형성된 냉각 공기 플리넘으로부터 블레이드 섕크 캐비티 내로 냉각 공기를 안내하도록 제안하고 있으며, 따라서 상기 블레이드 섕크 캐비티는 압축되고 상기 플랫폼은 냉각된다. 상기 문헌은 또한 상기 플랫폼들을 따라 냉각재를 안내하는 에어 커튼을 형성하고 상류 공간으로부터 상대적으로 더운 미리 사용된 공기의 진입을 적어도 방지하기 위해 회전자 샤프트 포스트들의 전방면을 따라 그 공기를 안내하도록 제안하고 있다. 그러나, 본 문헌의 교시는 상기 블레이드 섕크 캐비티 내에 고비용의 신선한 냉각 공기의 필연적 사용을 유발한다.
그와는 반대로, US 2009/0175732는 고온 가스 흡입에 대항하여 블레이드 섕크 캐비티를 퍼지시키고 또한 플랫폼들을 냉각시키기 위해 림 퍼지류(rim purge flow)로 회복된 냉각 공기의 유동을 허용하도록 제안하고 있다. US 2009/0175732의 교시와 관련될 수 있는 하나의 쟁점은 그와 같은 공기가 블레이드 루트와 회전자 포스트들 사이의 인터페이스로 진입할 수 있다는 사실에서 볼 수 있다. 플랫폼, 섕크, 및 블레이드 루트를 포함하는, 블레이드 부재의 재료가 상승된 온도에 대한 용이한 내성을 가질 수 있는 반면, 회전자 샤프트는 더 낮은 고온 저항성을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 블레이드 루트와 회전자 샤프트 사이의 인터페이스 내로의 상승된 온도 유체의 누출은 회전자 샤프트측 상의 하중 지지 샤프트 블레이드 인터페이스의 수명 및 과속 여유를 손상시킬 수 있다.
US 2014/0193272는 블레이드 섕크 캐비티로 유동하는 2개의 상이한 냉각재의 제공을 제안하고 있으며, 여기서 2개의 냉각재는 상이한 온도를 나타낼 수 있다. 상기 냉각재 유동들 중 하나의 상대적으로 따뜻한 냉각재는 커버 플레이트에 형성된 구멍을 통해 안내 및 계량될 수 있다. 상기 냉각재 유동들 중 제 2의 상대적으로 차가운 냉각재는 블레이드 루트와 회전자 샤프트 포스트들 사이의 인터페이스에 형성된 갭을 따라 유동하고 상기 블레이드 루트의 하류 단부로 방출되도록 의도된다. 따라서, 고비용의 차가운 냉각 공기가 플랫폼들을 냉각시키는데 관여하지 않는다.
본 발명의 목적은 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 회전자 샤프트와 접촉시킴으로써 과도한 온도를 갖는 유체를 방지함에 있어서 기계적으로 높은 하중의 블레이드 샤프트 인터페이스의 무결성을 유지하는 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 다른 양태에 있어서, 본 발명의 목적은 냉각재의 사용을 개선하는 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 양태에 있어서, 본 발명의 목적은 냉각재 소모를 감소시키는 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 예를 들면, 블레이드 플랫폼과 같은, 상승된 온도에 대한 내성을 가질 수 있는 특정 요소들에 대한 과냉 및 반면 예를 들면, 샤프트와 같은, 상대적으로 낮은 고온 강도의 재료로 제조된 요소들에 대한 불충분한 냉각을 회피할 수 있는 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 주제에 대한 또 다른 목적은 매우 상이한 고온 강도로 제조된 요소들을 결합할 수 있게 한다는 사실을 들 수 있다.
이와 같은 과제는 청구항 1에 설명된 주제와 또한 종속 청구항들에 설명된 주제에 의해 성취된다.
명시적으로 언급되었는지의 여부와는 상관없이, 설명되는 주제의 추가의 효과들 및 장점들은 이하에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
따라서, 본 발명은 터보엔진 회전자를 냉각시키기 위한 방법을 설명하고 있으며, 상기 회전자는 회전자 샤프트 및 적어도 하나의 블레이드 부재를 포함한다. 상기 블레이드 부재는 플랫폼(platform)을 포함하고, 상기 플랫폼은 고온 가스측 및 냉각재측을 포함한다. 상기 플랫폼 고온 가스측 상에는 에어포일이 제공되고 상기 플랫폼 냉각재측 상에는 블레이드 풋 섹션(blade foot section)이 제공되며, 상기 블레이드 풋 섹션은 블레이드 섕크(blade shank) 및 블레이드 루트(blade root)를 포함한다. 상기 블레이드 섕크는 상기 플랫폼 냉각재측으로부터 연장하고 상기 블레이드 루트와 상기 플랫폼 냉각재측 사이에 삽입되며, 상기 블레이드 루트는 상기 블레이드 루트 상에 제공되며 또한 상기 회전자 샤프트의 고정 특징부(fixation feature)에 의해 수용되는 루트 고정 특징부들을 포함한다. 상기 블레이드 루트와 상기 회전자 샤프트의 고정 특징부는 상기 블레이드 루트 및 상기 회전자 샤프트를 적어도 상기 회전자의 방사상 방향으로 상호 체결하는 특징부들로서 제공된다는 사실을 이해할 수 있다. 따라서, 상기 블레이드 루트 및 상기 회전자 샤프트의 고정 특징부들은 대응하는 정합 고정 특징부들을 형성한다. 상기 회전자 샤프트의 고정 특징부는 특히 암형 고정 특징부일 수 있으며, 상기 블레이드 루트의 고정 특징부는 상기 회전자 샤프트 상에 제공된 고정 특징부 내에 수용될 수 있다. 그 결과, 상기 블레이드 부재 및 상기 회전자 샤프트가 회전자로서 조립될 때, 상기 블레이드 루트는 그의 횡측들, 즉 원주 방향-그러나 반드시 배타적으로 원주 방향일 필요는 없음- 내로 향하는 측들 상에 루트 고정 특징부들을 포함한다. 상기 블레이드 루트 상의 고정 특징부들은 소위 퍼 트리 루트(fir tree root)를 형성하도록 성형될 수 있으며, 따라서 상기 회전자 샤프트에 제공된 고정 특징부는 소위 퍼 트리 홈일 수 있다는 사실 또한 이해될 수 있다. 퍼 트리 고정에 대하여는 당업계에서 널리 공지된 사실이다. 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 회전자 전방면으로부터 연장하고 상기 회전자 샤프트 상에 형성되는 포스트들 상에 제공된다. 그 결과, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 암형 고정 특징부가 되며, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 상기 회전자 샤프트 상에 형성된 포스트들 사이에 제공된다는 사실을 의미할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 회전자 샤프트 포스트에 의해 제공될 수 있다. 상기 회전자 전방면은 샤프트 코어 둘레에 배치되고, 상기 회전자 샤프트에 의해 제공되는 고정 특징부로의 축상 접근을 제공하는 환상 전방면일 수 있다는 사실로 또한 이해될 수 있다. 상기 포스트들은 상기 전방면으로부터 상기 회전자 샤프트의 축 방향으로 연장하며, 마찬가지로 중간에 제공된 홈들도 상기 샤프트의 축 방향으로 연장한다는 사실을 알 수 있다. 이와 같은 관점에서, 축 방향으로의 연장은 단순히 축 방향으로 제한되는 것이 아니며, 상기 배향은 각각 포스트들 또는 홈들의 크기를 포함하는 축상 성분을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 특히 축상으로 연장할 수 있는, 상호연결 인터페이스는 상기 블레이드 루트 상에 제공된 각각의 고정 특징부들과 상기 회전자 샤프트 사이에 형성되며, 상기 회전자 전방면으로 연장하고, 상기 회전자 전방면 상에 인터페이스 시임을 형성한다. 상기 블레이드 루트가 상기 회전자 샤프트의 암형 고정 특징부 내에 수용되는 경우, 횡측 인터페이스가 상기 블레이드 루트의 각각의 횡측들과 포스트 사이에 형성되며, 상기 회전자 전방면으로 연장하고, 상기 회전자 전방면 상에 인터페이스 시임을 형성한다. 또한, 블레이드 섕크 캐비티가 상기 플랫폼 냉각재측에 인접하여 제공된다. 상기 방법은 상기 회전자 전방면을 따라 상기 블레이드 섕크 캐비티 내로 제 1 유체 유동을 안내하는 단계를 포함하며, 제 2 유체 유동이 상기 블레이드 섕크 캐비티로 진입할 수 있다. 상기 방법은 각각 상기 제 1 유체 유동이 상대적으로 낮은 온도를 나타내거나 또는 상기 제 2 유체 유동보다 상대적으로 더욱 냉각되도록 상기 제 1 유체 유동의 소스를 선택하는 단계, 및 결합된 블레이드 섕크 캐비티 유체 유동을 형성하도록 상기 제 2 유체 유동을 상기 블레이드 섕크 캐비티 내의 상기 제 1 유체 유동과 혼합시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 제 2 유체 유동은 일부 실시예들에 있어서 의도적으로 상기 블레이드 섕크 캐비티에 제공될 수 있다는 사실을 알 수 있으며, 이에 대하여는 또한 다음에 더욱 상세히 설명된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제 2 유체 유동은 누출 유동일 수 있다. 이와 관련하여, 이는 본원에 설명된 주제의 장점일 수 있다는 사실을 인식할 수 있으며, 이와 같은 누출 유동은 상기 블레이드 섕크 캐비티로 유입될 수 있으며 당업계에서 가능했던 것보다 더 많은 누출 질량 유량을 수용하고, 따라서, 본원의 주제에 대한 특정 실시예에 있어서, 상기 누출 유동을 회피하거나 감소시키기 위해 밀봉부를 제공하기 위한 비용이 현저하게 감소될 수 있다.
복수의 블레이드들이 제공될 수 있으며, 각각의 블레이드 루트들은 상기 회전자 샤프트의 원주 둘레에 제공되는 대응하는 복수의 고정 특징부들에 고정된다는 사실을 또한 알 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 방법은 종래 기술 이상의 몇가지 장점들을 갖는다. 목적을 위해 요구되지 않는 낮은 온도 레벨에서의 고가의 냉각재를 절약하기 위한 가능성이 제공된다. 이는 목적을 위해 너무 더울 수 있는 따뜻한 냉각재 유동이 요구보다 차가운 냉각재 유도과 혼합됨으로써 성취된다. 따라서, 요구되는 냉각재 온도가 제 1 및 제 2 유체 유동의 질량 유량비를 능숙하게 조절함으로써 조절될 수 있다. 이는 고가의 저온 냉각제의 제 1 유체 질량 유량을 현저하게 감소시키도록 작용한다. 마찬가지로, 예를 들어 각각의 블레이드 열(row) 상류의 캐비티를 위해 예열된 퍼지 공기의 유동은 주요 작업 유체 유동, 즉 유용한 작업을 발생시키기 위해 상기 블레이드 에어포일들을 따라 안내되는 엔진의 유체 유동 내로 소모적으로 누출되는 대신에 적어도 부분적으로 재사용될 수 있다. 회피되지 않는다면, 혼합 손실 뿐만 아니라 작업 유체 온도의 감소로 인한 손실 및 상기 주요 작업 유동장 상의 악영향으로 인한 손실이 감소될 수 있다. 마찬가지로, 상승 온도에서 나타나는 다른 미리 사용된 냉각재가 더 차가운 냉각 유체와의 혼합시 블레이드 섕크 캐비티 내의 전체 냉각재 온도가 상기 미리 사용된 냉각재의 온도 미만의 수준으로 감소된다는 사실로 인해 재사용될 수 있다. 엔진의 전체 냉각재 질량 유량 요구에 대한 감소가 성취되어 성능 이득이 초래된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 방법의 적용시, 블레이드 섕크 캐비티 내로의 다량의 누출 유동이 허용될 수 있으며, 따라서 적절한 밀봉 시스템에 대한 비용이 감소되고 또한 고비용의 저온 냉각재를 절약할 수 있게 된다.
상기 냉각재는 특정 실시예들에 있어서 냉각 공기일 수 있다. 그것은 예를 들어 가스 터빈 압축기로부터 유출되고 냉각을 목적으로 가스 터빈 팽창 터빈으로 공급될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 상기 방법은 상기 제 1 유체 유동이 상기 블레이드 섕크 캐비티로 진입하기 전에 상기 회전자 전방면 상에 존재하는 상기 인터페이스 시임 위로 선택적으로 안내되는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 상술된 바와 같이, 상기 회전자 샤프트의 기계적으로 높은 하중을 받은 부품들은 상기 블레이드 부재들과 비교하여 낮은 고온 강도를 갖는 재료로 제조되며, 둘 모두 상기 제 1 유체 유동보다 비교적 높은 온도에 놓이는, 결합된 유체 유동 및/또는 제 2 유체 유동에 노출되는 것으로부터 보호된다. 결론적으로, 이들 부품들은 감소된 온도 레벨에서 유지되어, 수명이 연장될 뿐만 아니라 과속 여유가 개선되는 결과를 초래한다.
상기 방법은 다른 양태에 있어서 예를 들면 암형 고정 특징부와 같은 2개의 인접 회전자 포스트들 사이에 형성되는 홈의 기부와 상기 블레이드 루트 사이에 제공되는 냉각재 플리넘으로부터 상기 제 1 유체 유동을 추출하는 단계를 포함한다. 따라서, 용이하게 접근 가능한 냉각재 저장소가 사용된다. 이는 또한 상술된 인터페이스 시임들을 따른 상기 제 1 유체 유동의 안내를 용이하게 할 수 있다. 상기 냉각재 플리넘은, 예를 들어 상기 블레이드 푸트 섹션에 형성된 채널들을 통해, 특히 상기 블레이드 에어포일에 제공된 냉각 덕트들로 유체 연통할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 냉각재 플리넘은 또한 상기 에어포일을 위한 냉각재 공급부를 구성할 수 있으며, 블레이드 냉각재 공급 플리넘으로서 언급될 수 있다. 또한, 상기 제 1 유체 유동은, 상기 방사상 내부 블레이드 냉각재 공급부로부터 방사상 외부 블레이드 섕크 캐비티로 유동하는 동안, 방사상 펌핑 효과를 가짐으로써 회전자가 회전될 때 상기 유체의 전체 압력을 증가시킨다는 사실을 알 수 있다.
다른 양태에 있어서, 상기 방법은 상기 블레이드 섕크 캐비티의 방사상 내향 위치로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티 내로 상기 회전자 샤프트 포스트 및 상기 블레이드 루트 중 적어도 하나의 전방면을 따라 상기 제 2 유체 유동을 안내하는 단계를 포함한다. 상기 제 2 유체 유동의 유동 경로는 각각의 전방면으로 엄밀히 제한되며 인터페이스 시임과의 접촉을 허용하지 않는다는 사실을 이해할 필요가 있다. 상기 인터페이스 시임은 상기 인터페이스 시임들을 따라 안내되는 더욱 차가운 제 1 유체 유동에 의해 상기 더욱 따뜻한 제 2 유체 유동에 대항하여 보호된다. 따라서, 상기 회전자 샤프트 포스트들 및 상기 블레이드 루트들 사이에 형성되는, 상기 제 2 유체 유동으로부터 상기 하중 지지 인터페이스 내로 흡입되는 열은 회피된다. 엔진이 작동할 때 방사상 내부 위치로부터 방사상 외부 위치로 지향되는 동안 상기 제 2 유체 유동 상에 작용하는 원심력으로 인해, 상기 제 2 유체 유동은 상기 블레이드 루트의 전방면을 따라 유동하는 동안 방사형 압축기와 유사한 방식으로 압축된다. 상승된 온도의 상기 제 2 유체 유동은 상기 블레이드 루트의 전방면을 따라 선택적으로 안내되는 반면, 상기 회전자 샤프트와의 접촉은 회피된다. 따라서, 상승된 온도의 유체 유동은 - 상기 제 1 유체 유동과 혼합되어 냉각되기 전에 - 오직 충분한 기계적 고온 강도를 갖는 재료로 제조된 요소와 접촉한다.
추가의 방법 실시예에 있어서, 상기 제 2 유체 유동은 미리 사용된 냉각재의 유동이다. 따라서, 상기 미리 사용된 냉각재는, 상술된 바와 같이 상기 냉각재를 상기 엔진 주요 유동 내로 소모적으로 방출하는 대신에, 추가의 목적을 위해 사용된다. 이미 언급된 바와 같이, 상기 미리 사용된 냉각재의 재사용은 더 차가운 매체의 제 1 유체 유동과의 혼합이 가능하며, 따라서 플랫폼 냉각을 위한 적절한 온도를 갖는 혼합 냉각재 유동을 제공한다. 또한, 상기 제 2 유체 유동은 상기 회전자 전방면에 인접하여 제공된 캐비티, 특히 휠 캐비티로부터 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 특정 양태들에 따라서 상기 제 1 및 제 2 유체 유동은 서로로부터 분리되어 상기 캐비티로 진입한다는 사실을 알 수 있다. 혼합 블레이드 섕크 캐비티 유체를 형성하기 위한 유체 유동들의 혼합은 상기 블레이드 섕크 캐비티 내부에서 발생한다.
또한, 특히 상술된 방법을 수행하기에 적합한 터보엔진 회전자가 공개된다.
제 1 양태에 있어서, 터보엔진 회전자가 설명되며, 상기 회전자는 회전자 샤프트 및 적어도 하나의 블레이드 부재를 포함한다. 상기 블레이드 부재는 플랫폼을 포함하며, 상기 플랫폼은 고온 가스측 및 냉각재측, 상기 플랫폼 고온 가스측 상에 제공되는 에어포일 및 상기 플랫폼 냉각재측 상에 제공되는 블레이드 풋 섹션을 포함한다. 상기 블레이드 풋 섹션은 블레이드 섕크 및 블레이드 루트를 포함하고, 상기 블레이드 섕크는 상기 플랫폼 냉각재측으로부터 연장하고 상기 블레이드 루트와 상기 플랫폼 냉각재측 사이에 삽입된다. 상기 블레이드 루트는 상기 블레이드 루트 상에 제공되며 또한 상기 회전자 샤프트의 고정 특징부에 의해 수용되는 루트 고정 특징부들을 포함하며, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 회전자 전방면으로부터 연장하고 상기 회전자 샤프트 상에 형성되는 포스트들에 의해 제공된다. 상호연결 인터페이스가 상기 블레이드 루트에 의해 제공되는 상기 상호연결 특징부들과 상기 회전자 샤프트 사이에 형성되며, 상기 회전자 전방면으로 연장하고 또한 상기 회전자 전방면 상에 인터페이스 시임을 형성한다. 블레이드 섕크 캐비티가 상기 플랫폼 냉각재측에 인접하여 제공된다. 제 1 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트가 상기 회전자 전방면 상에 상기 인터페이스 시임을 따라 제공되며 상기 블레이드 섕크 캐비티와 유체 연통한다. 특히, 제 1 섕크 캐비티 공급 덕트가 상기 회전자 전방면 상에 형성되는 각각의 인터페이스 시임을 따라 상기 회전자 전방면 상에 제공된다. 상기 회전자 또는 상기 회전자의 부재들과 관련된 특징들에 대해 상술된 모든 언급과 설명은 완전히 개시된 터보엔진 회전자에 적용된다는 사실을 용이하게 인식할 수 있을 것이다.
상기 터보엔진 회전자의 특정 실시예에 있어서, 블레이드 냉각재 공급 플리넘은 상기 회전자 고정 특징부의 기부와 상기 블레이드 루트 사이에 제공되며, 특히 상기 에어포일의 냉각 덕트들과 유체 연통한다. 상기 제 1 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트는 하류 단부에서 상기 블레이드 섕크 캐비티와 유체 연통하며 상류 단부에서 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘과 유체 연통한다. 또한 특정 실시예에 있어서, 계량 오리피스가 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘과 상기 블레이드 섕크 캐비티 사이의, 특히 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘과 상기 제 1 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트 사이의 유체 경로에 제공된다. 상기 계량 오리피스는 러그가 상기 블레이드 루트의 기부로부터 연장하여 제공되며 상기 회전자의 전방면에서 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘을 부분적으로 체결하는 한편, 상기 계량 오리피스가 개방 상태에 있게 하도록 제공될 수 있다.
상기 터보엔진 회전자의 또 다른 추가의 실시예에 있어서, 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트가 제공되고 하류 단부에서 상기 블레이드 섕크 캐비티와 유체 연통한다. 상기 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트는 상기 블레이드 루트와 상기 회전자 샤프트 포스트 중 적어도 하나의 전방면을 따라 제공된다. 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트의 위치는 상기 인터페이스 시임에서가 아니고 각각의 전방면에 인접하여 배치되도록 엄격하게 제한된다는 사실을 이해할 필요가 있다. 상기 인터페이스 시임은 상기 제 1 섕크 캐비티 공급 덕트들에서 유동하는 차가운 유체에 의해 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트들 내로 유동하는 따뜻한 유체에 대항하여 보호된다. 따라서, 상기 회전자 샤프트 포스트들과 상기 블레이드 루트들 사이에 형성된, 상기 하중 지지 인터페이스들 내의 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트에서 유동하는 유체로부터의 열 흡입은 회피된다. 상기 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트의 상류 단부는 상기 하류 단부로부터 방사상 내향으로 제공된다. 이것은 상기 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트 내의 유체가 방사상 외향으로 지향되는 유동 방향을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 상기 회전자가 회전하는 동안, 상기 유체는 방사형 압축기와 유사한 방사상 펌핑 효과로 인해 압축될 것이며, 이때, 이미 상술된 바와 같이, 상기 덕트의 상류 단부로부터 상기 덕트의 하류 단부로 유동한다. 그러나, 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트는 상기 블레이드 루트의 하중 지지 구조체들, 및 그에 따른 상기 회전자 샤프트의 하중 지지 구조체들로부터 엄격히 분리되도록 제공된다는 사실에 주목한다. 따라서, 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트 내부에서 상기 블레이드 루트의 전방면을 따라 유동하는 유체는 적어도 상기 시임들에서가 아닌 상기 회전자 샤프트와 접촉하지 않는다. 따라서, 이와 같은 공급 덕트는 특히 상술된 제 2 유체 유동을 안내하도록 잘 적응되며, 특히 상기 제 1 유체 유동과 비교할 때 상승된 온도를 나타낸다.
또한 특정 실시예들에 있어서, 커버 플레이트가 제공되어 상기 회전자 전방면의 적어도 일부를 덮는다. 상기 제 1 및 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트들은 상기 회전자 전방면과 상기 커버 플레이트 사이에 제공된다. 각각의 덕트들은 예를 들어, 상기 회전자 전방면 상에서, 상기 회전자 전방면과 마주하는 상기 커버 플레이트의 면 상에 제공되는 플루트들에 의해 또는 그들의 조합에 의해 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트의 상류 단부가 상기 커버 플레이트에 구멍으로서 제공될 수 있다.
또한, 상기 커버 플레이트는 상기 블레이드 부재들 및 상기 회전자 샤프트를 축 방향으로 체결하기 위해 의도 및 사용될 수 있다. 상기 커버 플레이트는 상기 회전자 샤프트에 제공된 원주 방향으로 연장하는 홈에서 그리고/또는 상기 플랫폼의 내경에서 그의 방사상 내측 및/또는 외측에 수용시 상기 회전자에 체결될 수 있다.
상술된 종류의 터보엔진 회전자용 커버 플레이트가 추가로 제공되며, 상기 커버 플레이트는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하고 방사상 및 원주 방향 크기를 갖는다. 알다시피, 상기 커버 플레이트는 미리 규정된 위치와 배향을 갖고 상기 터보엔진 회전자 상에서 사용하도록 의도된다. 따라서, 상기 커버 플레이트의 방사상 및 원주 방향 크기는 그와 같은 커버 플레이트 때문에 양호하게 규정된다. 상기 제 1 면은 상기 회전자 전방면을 대면하게 장착되도록 구성 및 배열되고, 적어도 하나의 플루트가 상기 커버 플레이트의 상기 제 1 면 상에 제공된다. 상기 플루트는 상기 커버 플레이트가 상기 회전자 전방면 상에 장착될 때 섕크 캐비티 공급 덕트를 형성하도록 배열 및 구성된다. 적어도 하나의 플루트가 방사상 내부 위치로부터 방사상 외부 위치로 연장한다.
커버 플레이트의 일부 실시예들에 있어서, 상기 커버 플레이트는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하고 방사상 및 원주 방향 크기를 가지며, 상기 제 1 면은 회전자 전방면을 대면하게 장착되도록 구성 및 배열되고, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에는 구멍이 제공되고, 상기 구멍은 상기 커버 플레이트의 방사상 내측 반부 상에 제공된다. 또한, 특정 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 플루트가 상기 커버 플레이트의 상기 제 1 면 상에 제공되며, 상기 커버 플레이트가 상기 회전자 샤프트면 상에 장착될 때 상기 플루트는 섕크 캐비티 공급 덕트를 형성하도록 배열 및 구성되고, 상기 적어도 하나의 플루트는 상기 구멍으로부터 상기 구멍보다 큰 반경 상에 위치하는 위치로 연장한다. 당업자라면, 상기 구멍과 유체 연통하도록 상기 커버 플레이트 상에 제공된 플루트는 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트를 형성하도록 의도되며 또한 상기 제 2 유체 유동 또는 블레이드 섕크 캐비티 공급 유동을 안내하도록 의도된다는 사실을 인식할 수 있을 것이다.
본 발명의 추가의 양태들은 상술된 바와 같은 회전자 및/또는 커버 플레이트를 포함하는 터보엔진, 특히 가스 터빈 엔진을 개시하고 있다.
상술된 특징들 및 실시예들은 서로 결합될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 당업자들에게 분명하고 명백한 청구된 주제 및 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 추가의 실시예들이 인식될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 주제는 이제 첨부 도면들에 도시된 선택된 예시적 실시예들에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도면들에 있어서:
도 1은 예시적 팽장 터빈 스테이지를 나타내는 도면;
도 2는 도 1의 터빈 스테이지의 회전자에 대한 정면도;
도 3은 도 1 및 도 2의 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적 블레이드 부재의 풋 섹션에 대한 부분도;
도 4는 도 1 및 도 2의 실시예들에서 사용될 수 있는 커버 플레이트에 대한 예시적 실시예를 나타낸 도면;
도 5는 터빈 스테이지의 추가적인 예시적 실시예를 나타내는 도면;
도 6은 도 5의 실시예에서 사용될 수 있는 커버 플레이트의 예시적 실시예를 나타내는 도면;
도 7은 도 1의 실시예에서 사용될 수 있는 커버 플레이트의 예시적 실시예를 나타내는 도면.
상기 도면들은 매우 개략적이며 지시 목적을 위해 요구되지 않는 상세 사항들은 이해와 설명을 용이하게 하기 위해 생략될 수도 있다는 사실을 이해해야 할 것이다. 또한, 상기 도면들은 오직 선택된 예시적 실시예들만을 도시하고 있으며, 도시되지 않은 실시예들도 본원에 청구된 주제의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 포함되는 것으로서 이해해야 할 것이다.
본 발명에 따른 방법을 적용하고 장치를 내장하는 제 1 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 가스 터빈 엔진은 회전자(100) 및 고정자(200)를 포함한다. 도면은 팽찬 터빈의 제 1 스테이지를 나타내며 제 1 스테이지는 연소기 하류의 제 1 스테이지로서 이해될 것이다. 이와 같은 관점에서, 상기 제 1 스테이지는 또한 예를 들어 연속 연소 과정의 가스 터빈 엔진에 있어서 제 2 연소기 하류에 배열되는 터빈 스테이지일 수 있다. 작업 유체 주요 유동(50)은 상기 연소기로부터 고정 제 1 베인(210)으로 유동하고, 또한 각각 상기 제 1 열의 블레이드 부재(110)나 또는 에어포일(112)을 향해 추가로 유동하게 된다. 상기 회전자는 회전자 샤프트(120)를 포함한다. 블레이드 부재(110)는 공지된 기술에 따른 방식으로 상기 회전자 샤프트(120)의 고정 특징부들에 의해 수용되며, 예를 들면, 본 실시예의 경우, 퍼 트리 루트(fir tree root)가 상기 회전자 샤프트에 제공된 퍼 트리 홈에 수용될 수 있다. 상기 블레이드 부재(110)는 플랫폼(111)을 포함한다. 상기 플랫폼(111)은 상기 작업 유체 주요 유동 반대측의 고온 가스측을 포함하며, 그 위에 상기 블레이드 부재(110)의 에어포일(112)이 제공된다. 상기 플랫폼은 또한 상기 회전자의 중앙을 향해 지향되거나 또는 본 발명에 있어서 저부로 지향되는 냉각재측을 포함한다. 블레이드 풋 섹션은 플랫폼의 냉각재측 상에 배치되며, 퍼 트리 블레이드 루트(114) 및 상기 블레이드 루트와 상기 플랫폼 냉각재측 사이에 삽입된 섕크(113)를 포함한다. 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)는 상기 플랫폼의 냉각재측에 인접하여 형성된다. 상기 에어포일(112)의 팁은 고정자 세그먼트(220)의 반대편에 위치한다. 상기 회전자 상에는 상기 회전자 샤프트 크기의 리시버 홈들로부터 환상 림이 형성된다. 이로써, 커버 플레이트(130)에 의해 반드시 덮여지는 환상 회전자 전방면이 제공된다. 회전자의 열적으로 고하중의 구성요소들에 대한 냉각을 제공하기 위해, 냉각재 덕트(300)가 상기 회전자(100)와 상기 고정자(200) 사이에 제공된다. 회전자 주요 냉각재 유동(301)은 덕트(300)를 통해 안내된다. 주지하는 바와 같이, 상기 냉각재는 예를 들어 가스 터빈 압축기로부터 유출되는 압축 공기일 수 있다. 상기 주요 냉각재 유동의 제 1 부분(302)은 상기 덕트와 상기 회전자를 통해 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320) 내로 유동하며, 상기 플리넘은 상기 블레이드 및 반드시 상기 2개의 인접한 회전자 포스트들의 루트들 사이에 제공되는 고정 특징부 리시버 홈의 저부 사이에 제공되며, 상기 포스트들은 순차로 상기 블레이드 루트를 고정시키기 위한 회전자 샤프트 고정 특징부를 제공한다. 상기 회전자 주요 냉각재 유동의 제 2 부분(303)은 상기 회전자와 상기 림 캐비티(rim cavity; 310) 내의 고정자 사이에 형성된 라비린스 시일(labyrinth seal; 360)을 통해 안내되며, 상기 캐비티는 상기 환상 회전자 전방면 상류에 형성되고 상기 고정자(200)의 부품들에 의해 그의 상류측 상에서 구분된다. 상기 냉각재 유동(302, 303)은 또한, 압축기의 2개의 유출 지점들과 같은, 상이한 소스들로부터 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 냉각재 유동들은 상이한 압력 및 그에 따른 상이한 유체 온도를 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 압축기의 하나의 유출 지점에서 공통 유체 유동 추출시 및 열 교환기를 통한 일부 유동의 안내시, 상이한 온도를 갖는 냉각재 유체 유동들이 제공될 수 있다. 상기 림 캐비티 유동(303) 부분은 추가의 시일(350)을 통해 림 캐비티 퍼지류(304)로서 작업 유체 주요 유동 내로 유출된다. 림 캐비티 퍼지류(304)는 상기 작업 유체 유동(50)으로부터의 고온 가스들이 림 캐비티(310) 내로 진입하는 것을 방지한다. 상기 블레이드 플랫폼(111)에 대한 냉각을 방지하기 위해, 제 1 유체 유동(306)은 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티(330) 내로 안내된다. 또한, 제 2 유체 유동(305)은 상기 림 캐비티(310)로부터 블레이드 섕크 캐비티(330) 내로 유동하도록 허용된다. 주지하는 바와 같이, 상기 유체 유동(303)은 이미 상기 림 캐비티 내에서 크게 가열될 수 있다. 따라서, 상기 블레이드 섕크 캐비티로 제공되는 제 2 유체 유동(305)은 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)로 제공되는 제 1 유체 유동(306)보다 일반적으로 더 따뜻하다. 상기 블레이드 섕크 캐비티 내에서, 상기 유체 유동들(305 및 306)은 혼합 유체 유동(307)을 형성하기 위해 혼합되며, 상기 제 1 유체 유동과 상기 제 2 유체 유동 사이의 온도를 가지며, 상기 블레이드 플랫폼(111)을 냉각시키고 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)를 퍼지시키기 위해 제공된다. 혼합된 블레이드 섕크 캐비티 유체 유동은, 예를 들면 하류 커버 플레이트(140) 영역에서, 대략적으로 도면부호 307로 지시된 화살표가 지시하는 바와 같이, 상기 블레이드 섕크 캐비티로부터 연속적으로 방출될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 회전자의 환상 전방면(122) 또는 림에 대한 정면도를 나타낸다. 상기 회전자 전방면(122)은 회전자 샤프트 코어(121) 둘레에 환상으로 배열된다. 회전자 샤프트 포스트들(123)은 블레이드 부재들을 위한 고정 수단을 제공한다. 인접한 회전자 샤프트 포스트들(123) 사이에는, 상기 환상 회전자 전방면으로부터 연장하는, 퍼 트리 홈들 형상의 암형 고정 수단이 형성되고, 상기 블레이드 부재들의 퍼 트리 루트들(114)을 수용한다. 섕크 캐비티들(330)이 인접한 블레이드 섕크들, 플랫폼들 및 회전자 샤프트 포스트(123)의 외경 사이에 형성된다. 각각의 블레이드 부재에 대해, 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)이 상기 블레이드 루트(114)와 각각의 수용 퍼 트리 홈의 저부 사이에 형성된다. 상호연결 인터페이스들이 상기 블레이드 루트(114)의 정합 고정 특징부들과 회전자 포스트들(123) 사이에 형성된다. 상기 상호연결 인터페이스들은 상기 회전자 전방면(122)으로 연장하고 그 위에 인터페이스 시임들을 형성하며, 상기 회전자 샤프트 포스트와 상기 블레이드 루트 사이의 경계에 의해 도시된다. 도면의 좌측 부분에서는 커버 플레이트(130)가 없는 도면이 도시되어 있다. 제 1 유체 유동(306)은 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로부터 상기 인터페이스 시임들을 따라 블레이드 섕크 캐비티들(330) 내로 안내된다. 제 2 유체 유동(305)은, 반드시 상기 블레이드 섕크(113)와 상기 블레이드 루트(114)로 이루어지는, 상기 블레이드 부재 풋 섹션의 전방면을 따라 상기 블레이드 섕크 캐비티들 내로 선택적으로 안내된다. 상술된 바와 같이, 상기 블레이드 섕크 캐비티들 내에서는 상기 플랫폼들을 냉각시키고 상기 블레이드 섕크 캐비티들을 퍼지시키기 위한 혼합 블레이드 섕크 캐비티 유체 유동을 제공하기 위해 2개의 유동들이 혼합된다. 도면의 우측 부분에서는 상기 회전자 전방면에 첨가된 커버 플레이트(130)의 예시적 실시예가 도시되어 있다. 상기 커버 플레이트의 원주 크기를 상기 블레이드 부재 플랫폼의 크기와 동일하게 하는 구성은 의무적인 사항은 아니지만 예측 가능하다. 상기 커버 플레이트(130)에는 일점 쇄선으로 지시된 바와 같이 반경 상에 배열된 구멍(131)이 구비되고, 상기 구멍은 각각 블레이드 섕크 캐비티(330)의 내경 또는 회전자 샤프트 포스트(123)의 외경보다 작다. 구멍(131)은 상기 제 2 유체 유동(305)이 상기 블레이드 풋 섹션의 전방면과 상기 커버 플레이트(130) 사이에 형성된 덕트들로 진입하고, 상기 블레이드 섕크 캐비티(330) 내로 도입되도록 허용한다. 마찬가지로, 덕트들은 상기 인터페이스 시임들을 따라 상기 제 1 유체 유동(306)을 안내하기 위해 제공된다. 이들 덕트들은 각각 상기 회전자 포스트들 및/또는 상기 블레이드 루트 및 상기 블레이드 섕크 상에 제공될 수 있거나 또는 상기 제 2 회전자 전방면 반대편의 상기 커버 플레이트(130)의 표면 상에 또는 그들의 결합부 상에 제공될 수 있다. 명백하게도, 상기 상술된 바와 같은, 일반적으로 상기 제 1 유체 유동(306)보다 높은 온도에 존재하는 상기 제 2 유체 유동(305)만이 상기 블레이드 부재와 접촉한다. 상기 회전자 샤프트 포스트들(123)의 하중 지지 구조체들이 보다 더운 유체와 접촉하는 것으로부터 보호되도록, 상기 상대적으로 차가운 제 1 유체 유동(306)은 더욱 고온의 유체의 흡입에 대항하여 상기 인터페이스 시임들을 퍼지시킨다. 따라서, 상기 회전자 샤프트, 특히 상기 회전자 샤프트 포스트들의 하중 지지 특징부들은 상기 블레이드 부재의 구조체들보다 일반적으로 낮은 온도에서 유지된다. 또한, 상기 2개의 유체 유동들(305 및 306)이 상기 블레이드 섕크 캐비티에서 혼합됨에 따라, 상기 회전자 샤프트 포스트(123)의 상기 방사상 외부 경계도 또한 상승된 온도의 제 2 유체 유동(305)과의 직접적인 접촉에 대항하여 크게 보호된다. 당업자라면 또한 유체 유동들(305 및 306) 모두가 방사상 외향으로 안내된다는 사실을 인지할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 유체 유동들, 및 그에 따른 상기 블레이드 섕크 캐비티들(330)의 퍼징(purging)은 상기 회전자의 회전시에 상기 유체 유동들(305 및 306)에 작용하는 방사상 펌핑 효과로부터 이익을 얻는다. 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)의 전방측은 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘으로부터의 상기 유체 유동(306)을 상기 블레이드 섕크 캐비티로 제한하기 위해 계량 오리피스와 함께 제공될 수 있다. 그와 같은 계량 오리스피는 예를 들어 상기 블레이드 루트 상에 제공되는 러그에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 아래의 도 4와 관련하여 설명되는 플루트들(132, 133, 134)에 의해 조립된 상태로 형성된 바와 같은, 구멍(131) 또는 다른 덕드들은 상기 제 2 유체 유동을 위한 계량 디바이스를 제공하도록 크기 설정 및 형성될 수 있다.
도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예들과 관련시켜 사용될 수 있는 예시적 블레이드 부재의 블레이드 풋 섹션의 예시적 부분도가 도시되어 있다. 블레이드 플랫폼(111)의 냉각재측 상에는 블레이드 섕크(113) 및 블레이드 루트(114)가 제공된다. 상기 블레이드 풋 섹션의 전방면 상에는 V-형 리세스 섹션(115)이 제공되고, 그리고/또는 쐐기형 돌출부(116)가 각각 제공된다. 커버 플레이트가 상기 블레이드 풋 섹션의 전방면에 부착될 때, 그리고 돌출부(116) 상에 확고하게 안착될 때, 상기 블레이드 루트 아래로부터 추출되고 상기 블레이드 섕크 캐비티들로 안내되는, 상기 제 1 유체 유동을 위한 제 1 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트가 상기 리세스 섹션(115)과 상기 커버 플레이트 사이에 제공된다. 또한, 커버 플레이트 상에 제공된 정합 체결 특징부를 위한 체결 리세스(118)가 상기 블레이드 풋 섹션의 전방면 상에 배열된다. 즉시 확인 가능한 바 대로, 상기 제 1 유체 유동은 상기 회전자 샤프트 전방면 상에 형성된 인터페이스 시임을 따라 유동하고, 상기 하중 지지 구조체들의 온도를 낮게 유지시킨다. 유동 계량 러그(117)는 상기 블레이드 풋의 기부 및 그의 전방 단부에 배열되고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)을 부분적으로 차단하도록 작용하고, 따라서 각각 상기 제 1 섕크 캐비티 공급 유체 유동(305)의 질량 유량을 제한 또는 결정한다.
도 4에는 도 1 및 도 2에 도시된 터보엔진 회전자에서 도 3의 블레이드 부재와 연관시켜 사용될 수 있는 커버 플레이트(130)가 도시되어 있다. 상기 도면은 상기 회전자 전방면과 마주하도록 의도된 상기 커버 플레이트의 표면 상의 도면을 도시한다. 특히, 상기 커버 플레이트의 방사상 내부 반부에는 구멍(131)이 제공된다. 상기 구멍은 상기 커버 플레이트의 2 면들 사이에 유체 연결부를 제공하기 위해 상기 커버 플레이트(130)를 관통한다. 상기 커버 플레이트(132)의 표면 상에는 플루트(132)가 제공된다. 플루트(132)는 구멍(131)과 유체 연통한다. 비록 당업자에게 명백할지라도, 상기 플루트(132)는 상기 커버 플레이트를 관통하지 않는다는 사실을 주지하는 바이다. 플루트(132)는 구멍(131)으로부터 방사상 외향으로 연장하며 2개의 가지들(133 및 134)로 분기한다. 상기 회전자 전방면과 마주하는 도면에 도시된 면과 함께, 상기 커버 플레이트(130)가 회전자면 상에 장착될 때, 구멍(131)은 블레이드 루트의 방사상 영역에 배열될 수 있다. 플루트(132)의 방사상 연장 부분은 예를 들어 도 3에 도시되나 상기 블레이드 풋 섹션의 돌출면(116)에 의해 덮일 수 있다. 따라서, 덕트가 형성된다. 상기 분기들(133 및 134)은 상기 블레이드 풋 섹션의 전방면을 따라 진행되고 그의 가로 방향으로 지속되도록 배열되어, 구멍(131)과 상기 블레이드 섕크 캐비티 사이에 유체 연통을 제공한다. 따라서, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같은 블레이드 풋 섹션을 구비한 블레이드 및 도 4에 도시된 바와 같은 커버 플레이트를 포함하는, 회전자가 조립될 때, 2개의 분기들(133 및 134)을 구비한 플루트(132)가 구멍(131)에 제공된 상류 단부 및 각각의 블레이드 섕크 캐비티들에 제공되는 하류 단부를 구비한 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트를 제공한다. 커버 플레이트(130)는 또한 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 체결 리세스(118)와 정합시키도록 의도된 정합 체결 특징부(138)를 포함한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치를 적용하는 추가의 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 하류 터빈 스테이지의 블레이드(110)가 도시되어 있다. 주요 작업 유체 유동(50)은 상류 고정 터빈 안내 베인(215)으로부터 상기 블레이드 부재(110)의 에어포일(112)로 유동한다. 상기 회전자(100) 상에는, 회전자 열 차폐부(119)가 임의의 적절한 방식으로 부착되어 있으나, 어떠한 상세한 설명은 생략했다. 당업자라면 상승된 온도에서 미리 사용된 냉각재가 상기 회전자 샤프트(120) 및 상기 회전자 열 차폐부(119) 사이에 형성된 휠 캐비티(340), 및 블레이드 부재(110)의 상류에 존재한다는 사실을 알 수 있다. 블레이드 부재(110)는 또한 섕크(113)와 블레이드 루트(114), 및 상기 풋 섹션과 상기 에어포일(112) 사이에 삽입된 블레이드 플랫폼(111)을 포함하는 블레이드 풋 섹션을 추가로 포함한다. 상기 블레이드 풋(114) 상에 제공되는 고정 특징부들은 예를 들면 도 1 및 도 2와 연관시켜 설명된 방식으로 회전자 샤프트 포스트들에 의해 제공된 고정 특징부들에 의해 수용된다. 그 결과로, 상기 블레이드 루트(114)는 퍼 트리 루트일 수 있으며, 대응하는 퍼 트리 홈들은 상기 회전자 샤프트에 제공될 수 있으며 상기 회전자의 전방면을 향해 개방될 수 있다. 상기 회전자 전방면은 또한 회전자 샤프트 코어(121) 둘레에 배열된 환상 림일 수 있다. 상기 회전자 전방면은 휠 캐비티(340)와 마주한다. 도 1 및 도 2와 관련시켜 설명된 방식으로, 블레이드 섕크 캐비티(330)는 상기 블레이드 플랫폼(111) 아래에 형성되고, 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)은 상기 블레이드 루트(114) 및 회전자 샤프트 루트들 사이에 형성된 홈들의 저부 사이에 제공된다. 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)은 상기 회전자 샤프트에 제공된 블레이드 냉각재 공급 덕트(370)과 유체 연통한다. 상기 블레이드 냉각재 유동(307)은 블레이드 냉각재 공급 덕트(370)를 통해 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로 유동한다. 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)은 특히 상기 블레이드 풋 섹션에 형성된 덕트들을 통해 상기 블레이드 에어포일(112)에 제공된 냉각 덕트들과 유체 연통할 수 있다. 커버 플레이트(130)가 휠 캐비티(340)로부터 가열된 유체의 흡입에 대항하여 상기 캐비티들(320 및 330)을 밀봉시기고 또한 상기 블레이드를 상기 회전자 샤프트 상에 축 방향으로 고정시키도록 상기 환상 회전자 전방면 상에 제공된다. 커버 플레이트(130)는 상기 회전자 샤프트 상에 제공된 홈에 수용될 방사상 내부 측면 상, 및 상기 플렛폼에 의해 제공된 홈에 위치한 방사상 외부 측면에 제공될 수 있다. 체결 플레이트의 원주 방향 체결은 상기 회전자 전방면의 상대 체결 리세스에 수용될 수 있는 체결 특징부(138)를 통해 성취될 수 있다. 상기 상대 체결 리세스는 예를 들면, 도 3과 연관시켜 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 블레이드 풋 섹션의 전방면 상에 제공될 수 있다. 이 때, 예를 들면, 특정 동작이 다른 측면 상에 제공될 필요성이 요구될 수 있는 제조 공차, 시차 열 팽창 및 기타 영향을 미치는 매개변수들로 인해, 상기 체결 플레이트의 방사상 내부 및 외부 측면들 중 적어도 하나의 측면 상에 거의 누출이 없는 밀봉 효과를 성취할 수 있다. 예를 들어 상기 회전자 샤프트와의 적절한 밀봉이 방사상 내부 측면 상에 제공될 수 있는 반면, 또한 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320) 내의 압력에 의해, 일부 동작이 상기 플랫폼 홈 및 상기 체결 플레이트 사이에 제공되도록 요구될 수 있다. 결론적으로 휠 공간(340)으로부터 블레이드 섕크 캐비티(330) 내로의 특정 누출 유동(308)은 바람직하지 않을 수 있으며, 밀봉 효과의 어떠한 개선도 매우 고가로 수행될 수 있다. 본 발명에 따라서, 유체 유동(306)은 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로부터 블레이드 섕크 캐비티(330) 내로 안내되며, 여기서 결합된 플랫폼 냉각재 및/또는 캐비티 퍼지류를 형성하기 위해 상기 누출 유동(308)과 혼합된다. 주지하는 바와 같이, 결합된 플랫폼 냉각재 유동의 온도는 상기 누출 유동(308)의 온도보다 낮고, 휠 캐비티(340)에서의 미리 사용된 냉각재보다 더 차가운 유체가 상기 블레이드 냉각제 공급 플리넘(320)으로 공급된다. 상기 결합된 유체 유동이 상기 누출 유동(308)보다 더 차갑게 되는 양은 상기 누출 유동(308)과 상기 블레이드 섕크 캐비티 공급 유동(306)의 질량 유량비 사이의 온도차에 기초한다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로부터 발생되는 상기 제 1 블레이드 섕크 캐비티 공급 유동(306)은 상기 회전자 전방면 상에 형성된 회전자 샤프트와 상기 블레이드 루트 사이의 인터페이스 시임을 따라 안내된다. 따라서, 다시, 상기 하중 지지 회전자 샤프트 구조체는 상기 결합된 플랫폼 냉각재 유동 뿐만 아니라 상기 고온 누출 유동(308)으로부터 보호된다. 따라서, 상기 인터페이스 시임들은 그 위치에서 가장 차가운 이용 가능 유체 유동에 노출된다. 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)과 블레이드 섕크 캐비티(330) 사이에 유체 연통을 제공하는 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트들은, 상술된 바와 같이, 상기 회전자 전방면과 상기 커버 플레이트(130) 사이에 제공된다. 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트를 공급하기에 적합한 수단이 상기 회전자 전방면 상에, 상기 커버 플레이트 상에 또는 그들의 결합부 상에 제공될 수 있다. 유량 조절(Throttling) 및/또는 계량 수단이 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘으로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티로 유동하는 유체의 질량 유량을 한정 및/또는 결정하기 위해 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘과 상기 블레이드 섕크 캐비티 사이에 제공될 수 있다. 본원에 설명된 방법에 의해, 그리고 본원에 설명된 추가의 장치들에 의해, 특히 본 실시예에 있어서의 커버 플레이트의 방사상 외부 측부 상에서의 밀봉 비용을 크게 감소시킬 수 있게 되어, 상류 휠 공간으로부터의 다량의 누출 유량을 허용하고, 추가로 휠 공간(340)에서의 미리 사용된 냉각재의 일부를 회복하고 또한 전용 블레이드 섕크 캐비티 공급 유체를 절약한다.
도 5의 실시예와 연관시켜 사용될 수 있는 체결 플레이트에 대한 예시적 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 상기 회전자면과 마주하도록 의도된 커버 플레이트 표면 상의 도면의 도시되어 있다. U-형 플루트(135)는 커버 플레이트(130)를 관통하지 않는다; 커버 플레이트(130)는 그의 2 면들 사이에 어떠한 유체 연통도 제공하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 커버 플레이트(130)가 도 5에 도시된 바와 같이 상기 회전자 전방면 상에 장착될 때, 플루트(135)의 방사상 내부 부분은 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)을 향해 개방된다. 상기 플루트(135)의 방사상 분기들의 방사상 외부 단부는 상기 블레이드 섕크 캐비티를 향해 개방된다. 플루트(135)의 방사상 분기들은 상기 회전자 전방면 상에 형성된 인터페이스 시임들을 따라 연장한다. 상기 커버 플레이트(130)의 표면은 적어도 필수적으로 상기 회전자 전방면과 동일 평면을 이루어야 한다. 따라서, 플루트(135)는 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)과 블레이드 섕크 캐비티(330) 사이에 유체 연통을 제공하며, 이를 통해 유체 유동(306)이 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)으로부터 블레이드 섕크 캐비티(330)로 유동할 수 있는 반면, 상기 회전자 전방면 상의 상기 회전자 포스트들과 상기 블레이드 루트 사이에 형성된 인터페이스 시임은 퍼지된다. 또한, 커버 플레이트(130)를 상기 회전자 전방면에 체결시키고 또한 상기 커버 플레이트를 원주 방향으로 고정시키기 위한 체결 특징부(138)가 도시되어 있다.
또한, 도 1에 도시된 엔진 실시예와 연관시켜 사용될 수 있는 커버 플레이트 배열에 대한 추가의 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 커버 플레이트들(1310 및 1320)이 교대로 상기 회전자 전방면의 원주 둘레에 배열된다. 각각의 제 1 커버 플레이트(1310)는 그의 방사상 내부 에지들에 제공되는 리세스들(1311)을 포함한다. 상기 회전자 전방면 상에 장착될 때, 상기 제 2 커버 플레이트(1320)와 관련하여, 도 4의 구멍들(131)과 유사한 리세스형 구멍들이 플루트들(1312)과 유체 연통하고, 순차적으로 상기 회전자 전방면과 마주하도록 의도된 커버 플레이트(1310)의 전방면 상에 제공된다. 따라서, 상기 회전자 전방면 상에 장착될 때, 리세스들(1311) 및 플루트들(1312)은 도 1에 도시된 림 캐비티(310)로부터 리세스들(1311) 및 플루트들(1312)를 통해 상기 블레이드 섕크 캐비티 내로 유동하는 상기 제 2 유체 유동을 위한 덕트를 형성한다. 또한, 플루트들(1313)이 커버 플레이트(1310) 상에 제공되며, 블레이드 냉각재 공급 플리넘으로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티 내로 유동하는 상기 제 1 유체 유동을 위한 덕트로서 작용한다. 또한, 플루트들(1323)은 제 2 커버 플레이트들(1320) 상에 제공되며, 블레이드 냉각재 공급 플리넘으로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티들 내로 유동하는 제 1 유체 유동을 위한 덕트를 제공한다. 상기 커버 플레이트들(1310 및 1320)은 상기 플루트들(1312)이 상기 회전자 샤프트 포스트들의 전방면들과 직렬로 배열되도록 상기 원주 방향으로 배열될 수 있다. 추가의 가능한 실시예들에 있어서, 플루트들(1312)은, 도 4에 도시된 것들과 유사한, 원주 방향으로 연장하는 분기들과 함께 제공될 수 있으며, 다음에 상기 블레이드 루트들의 전방면들과 직렬로 배열될 수 있다. 그러나, 플루트들(1323 및 1313)이 상기 블레이드 루트들과 상기 회전자 샤프트 포스트들 사이에 형성된 인터페이스 시임들과 항상 직렬로 놓이도록, 상기 큰 하중을 받는 인터페이스 구조체들 위로 항상 더욱 냉각된 제 1 유체 유동을 제공하고, 따라서 플루트들(1312)에서 유동하는 비교적 따뜻한 유체로부터 상기 인터페이스 구조체들을 보호하도록, 상기 커버 플레이트들을 상기 원주 방향으로 배열하는 것은 필수적이다.
본 발명의 주제가 예시적 실시예들에 의해 설명되었으나, 이로 인해 청구된 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 어떠한 의도도 존재하지 않음을 주지한다. 청구항들은 본원에서 명료하게 도시되지 않거나 또는 설명되지 않은 실시예들을 커버하며, 또한 본 발명의 교시를 수행하는 예시적 모드들에서 설명되고 있는 것들로부터 벗어나는 실시예들도 청구항들에 의해 여전히 커버된다는 사실을 밝혀둔다.
50 작업 유체 주요 유동
100 회전자
110 블레이드 부재
111 플랫폼
112 에어포일
113 섕크
114 블레이드 루트
115 리세스 섹션
116 돌출부
117 유동 계량 러그
118 체결 리세스
119 회전자 열 차폐부
120 회전자 샤프트
121 회전자 샤프트 코어
122 회전자 전방면, 회전자 림
123 회전자 샤프트 포스트
130 커버 플레이트
131 구멍
132 플루트
133 플루트, 플루트의 분기
134 플루트, 플루트의 분기
135 플루트
138 체결 특징부
140 하류 커버 플레이트
200 고정자
210 고정 안내 베인
215 고정 안내 베인
220 고정자 세그먼트
300 냉각재 덕트
301 회전자 주요 냉각재 유동
302 냉각재 유동 부분
303 냉각재 유동 부분, 림 캐비티 유동
304 림 캐비티 퍼지류
305 제 2 유체 유동, 제 2 블레이드 섕크 캐비티 공급 유동
306 제 1 유체 유동, 제 1 블레이드 섕크 캐비티 공급 유동
307 결합된 블레이드 섕크 캐비티 유체 유동
308 누출 유동
310 림 캐비티
320 블레이드 냉각재 공급 플리넘
330 블레이드 섕크 캐비티, 섕크 캐비티
340 휠 캐비티
350 시일
360 라비린스 시일
370 블레이드 냉각재 공급 덕트
1310 제 1 커버 플레이트
1311 리세스, 구멍
1312 플루트
1313 플루트
1320 제 2 커버 플레이트
1323 플루트

Claims (14)

  1. 터보엔진 회전자(100) 냉각 방법으로서,
    상기 회전자는 회전자 샤프트(120) 및 적어도 하나의 블레이드 부재(110)를 포함하고, 상기 블레이드 부재(110)는 플랫폼(111)을 포함하고, 상기 플랫폼(111)은 고온 가스측 및 냉각재측, 상기 플랫폼 고온 가스측 상에 제공되는 에어포일(112) 및 상기 플랫폼 냉각재측 상에 제공되는 블레이드 풋 섹션을 포함하며, 상기 블레이드 풋 섹션은 블레이드 섕크(113) 및 블레이드 루트(114)를 포함하고, 상기 블레이드 섕크(113)는 상기 플랫폼 냉각재측으로부터 연장하고 상기 블레이드 루트(114)와 상기 플랫폼 냉각재측 사이에 삽입되며, 상기 블레이드 루트(114)는 상기 블레이드 루트(114) 상에 제공되며 또한 상기 회전자 샤프트(120)의 고정 특징부에 의해 수용되는 루트 고정 특징부들을 포함하며, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 회전자 전방면(122)으로부터 연장하고 상기 회전자 샤프트(120) 상에 형성되는 포스트들(123) 상에 제공되며, 상호연결 인터페이스가 상기 블레이드 루트(114) 상에 제공되는 상기 고정 특징부들과 상기 회전자 샤프트(120) 사이에 형성되며, 상기 회전자 전방면(122)으로 연장하고 또한 상기 회전자 전방면(122) 상에 인터페이스 시임을 형성하고, 추가로 블레이드 섕크 캐비티(330)가 상기 플랫폼 냉각재측에 인접하여 제공되며, 상기 방법은 상기 회전자 전방면을 따라 상기 블레이드 섕크 캐비티 내로 제 1 유체 유동(306)을 안내하는 단계를 포함하며, 제 2 유체 유동(305)이 상기 블레이드 섕크 캐비티로 진입할 수 있으며, 상기 방법은 상기 제 1 유체 유동이 상기 제 2 유체 유동보다 상대적으로 더욱 냉각되도록 상기 제 1 유체 유동의 소스(320)를 선택하는 단계, 및 결합된 섕크 캐비티 유체 유동(307)을 형성하도록 상기 제 2 유체 유동을 상기 블레이드 섕크 캐비티(330) 내의 상기 제 1 유체 유동과 혼합시키는 단계를 추가로 포함하는 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유체 유동(306)은 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)로 진입하기 전에 상기 회전자 전방면(122) 상에 존재하는 상기 인터페이스 시임 위로 선택적으로 안내되는 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 2개의 인접 회전자 포스트들(123) 사이에 제공되는 홈의 기부와 상기 블레이드 루트(114) 사이에 제공되는 냉각재 플리넘(320)으로부터 상기 제 1 유체 유동(306)을 추출하는 단계를 포함하는 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)의 방사상 내향 위치로부터 상기 블레이드 섕크 캐비티(330) 내로 상기 회전자 샤프트 포스트(123) 및 상기 블레이드 루트(114) 중 적어도 하나의 전방면을 따라 상기 제 2 유체 유동(305)을 안내하는 단계를 포함하는 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체 유동(305)은 미리 사용된 냉각재의 유동인 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체 유동(305)은 상기 회전자 전방면(122)에 인접 제공되는 캐비티(310, 340)로부터 유발되는 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유체 유동(306) 및 상기 제 2 유체 유동(305)은 서로 분리되어 상기 캐비티(310, 340)로 진입하는 터보엔진 회전자 냉각 방법.
  8. 회전자 샤프트(120) 및 적어도 하나의 블레이드 부재(110)를 포함하는 터보엔진 회전자(100)로서,
    상기 블레이드 부재(110)는 플랫폼(111)을 포함하며, 상기 플랫폼(111)은 고온 가스측 및 냉각재측, 상기 플랫폼 고온 가스측 상에 제공되는 에어포일(112) 및 상기 플랫폼 냉각재측 상에 제공되는 블레이드 풋 섹션을 포함하며, 상기 블레이드 풋 섹션은 블레이드 섕크(113) 및 블레이드 루트(114)를 포함하고, 상기 블레이드 섕크(113)는 상기 플랫폼 냉각재측으로부터 연장하고 상기 블레이드 루트(114)와 상기 플랫폼 냉각재측 사이에 삽입되며, 상기 블레이드 루트(114)는 상기 블레이드 루트(114) 상에 제공되며 또한 상기 회전자 샤프트(120)의 고정 특징부에 의해 수용되는 루트 고정 특징부들을 포함하며, 상기 회전자 샤프트 고정 특징부는 회전자 전방면(122)으로부터 연장하고 상기 회전자 샤프트(120) 상에 형성되는 포스트들(123) 상에 제공되며, 상호연결 인터페이스가 상기 블레이드 루트(114) 상에 제공되는 상기 고정 특징부들과 상기 회전자 샤프트(120) 사이에 형성되며, 상기 회전자 전방면(122)으로 연장하고 또한 상기 회전자 전방면(122) 상에 인터페이스 시임을 형성하고, 추가로 블레이드 섕크 캐비티(330)가 상기 플랫폼 냉각재측에 인접하여 제공되며, 제 1 섕크 캐비티 공급 덕트가 상기 회전자 전방면(122) 상에 상기 인터페이스 시임을 따라 제공되며 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)와 유체 연통하는 터보엔진 회전자(100).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)은 2개의 인접한 회전자 샤프트 포스트들(123) 사이에 형성된 홈의 기부와 상기 블레이드 루트(114) 사이에 제공되며 상기 에어포일(112)의 냉각 덕트들과 유체 연통하고, 상기 제 1 섕크 캐비티 공급 덕트는 하류 단부에서 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)와 유체 연통하며 상류 단부에서 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)과 유체 연통하고, 특히 계량 오리피스가 상기 블레이드 냉각재 공급 플리넘(320)과 상기 제 1 섕크 캐비티 공급 덕트 사이의 유체 경로에 제공되는 터보엔진 회전자(100).
  10. 제 8 항에 있어서, 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트가 제공되고 하류 단부에서 상기 블레이드 섕크 캐비티(330)와 유체 연통하며, 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트는 상기 블레이드 루트(114)와 상기 회전자 샤프트 포스트(123) 중 적어도 하나의 전방면을 따라 제공되고, 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트의 상류 단부가 상기 하류 단부로부터 방사상 내향으로 제공되는 터보엔진 회전자(100).
  11. 제 8 항에 있어서, 커버 플레이트(130, 1310, 1320)가 제공되어 상기 전방면(122)의 적어도 일부를 덮고, 상기 제 1 및 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트들은 상기 전방면(122)과 상기 커버 플레이트(130, 1310, 1320) 사이에 제공되는 터보엔진 회전자(100).
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 섕크 캐비티 공급 덕트의 상류 단부가 상기 커버 플레이트(130, 1310)에 구멍(131, 1311)으로서 제공되는 터보엔진 회전자(100).
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 따른 터보엔진 회전자(100)용 커버 플레이트(130; 1310, 1320)로서,
    상기 커버 플레이트(130, 1310, 1320)는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하고 방사상 및 원주 방향 크기를 가지며, 상기 제 1 면은 회전자 전방면(122)을 대면하게 장착되도록 구성 및 배열되고,
    적어도 하나의 플루트(132, 133, 134, 135, 1313, 1312, 1323)가 상기 커버 플레이트(130, 1310, 1320)의 상기 제 1 면 상에 제공되며, 상기 플루트는 상기 커버 플레이트(130, 1310, 1320)가 상기 회전자 전방면(122) 상에 장착될 때 블레이드 섕크 캐비티 공급 덕트를 형성하도록 배열 및 구성되고, 상기 적어도 하나의 플루트(132, 133, 134,135, 1313, 1312, 1323)가 방사상 내부 위치로부터 방사상 외부 위치로 연장하는 터보엔진 회전자용 커버 플레이트.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 따른 터보엔진 회전자(100)용 커버 플레이트(130; 1310, 1320)로서,
    상기 커버 플레이트(130, 1310, 1320)는 제 1 면 및 제 2 면을 포함하고 방사상 및 원주 방향 크기를 가지며, 상기 제 1 면은 회전자 전방면(122)을 대면하게 장착되도록 구성 및 배열되고, 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 연장하는 구멍(131, 1311)이 제공되고,
    상기 구멍(131, 1311)은 상기 커버 플레이트(130)의 방사상 내측 반부 상에 제공되며 특히 적어도 하나의 플루트(132, 133, 134, 1312)가 상기 커버 플레이트(130)의 상기 제 1 면 상에 제공되며, 상기 커버 플레이트(130)가 상기 회전자 전방면(122) 상에 장착될 때 상기 플루트(132, 133, 134, 1312)는 섕크 캐비티 공급 덕트를 형성하도록 배열 및 구성되고, 상기 적어도 하나의 플루트(132, 133, 134, 1312)는 상기 구멍(131, 1311)으로부터 상기 구멍(131)보다 큰 반경 상에 위치하는 위치로 연장하는 것을 특징으로 하는 터보엔진 회전자용 커버 플레이트.
KR1020160080122A 2015-06-26 2016-06-27 터보엔진 회전자 냉각 방법 및 터보엔진 회전자 KR20170001660A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3130750B1 (en) * 2015-08-14 2018-03-28 Ansaldo Energia Switzerland AG Gas turbine cooling system
CN110062838B (zh) * 2016-12-13 2021-09-14 三菱动力株式会社 燃气轮机的分解组装方法、密封板组装体以及燃气轮机转子
WO2018110584A1 (ja) 2016-12-13 2018-06-21 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービンの分解組立方法、ガスタービンロータ及びガスタービン
TWI696751B (zh) * 2016-12-13 2020-06-21 日商三菱日立電力系統股份有限公司 燃氣渦輪機的分解組裝方法、密封板組裝體、燃氣渦輪機輥、然氣渦輪機及燃氣渦輪機的製造方法
DE102017109952A1 (de) * 2017-05-09 2018-11-15 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Rotorvorrichtung einer Strömungsmaschine
US20220213802A1 (en) * 2021-01-06 2022-07-07 General Electric Company System for controlling blade clearances within a gas turbine engine
CN117307254B (zh) * 2023-11-28 2024-01-23 成都中科翼能科技有限公司 一种燃气轮机的涡轮转子结构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5630703A (en) * 1995-12-15 1997-05-20 General Electric Company Rotor disk post cooling system
FR2758855B1 (fr) * 1997-01-30 1999-02-26 Snecma Systeme de ventilation des plates-formes des aubes mobiles
DE19950109A1 (de) * 1999-10-18 2001-04-19 Asea Brown Boveri Rotor für eine Gasturbine
GB0405679D0 (en) 2004-03-13 2004-04-21 Rolls Royce Plc A mounting arrangement for turbine blades
US8152436B2 (en) 2008-01-08 2012-04-10 Pratt & Whitney Canada Corp. Blade under platform pocket cooling
GB201016597D0 (en) * 2010-10-04 2010-11-17 Rolls Royce Plc Turbine disc cooling arrangement
US20140193272A1 (en) 2013-01-08 2014-07-10 General Electric Company Gas Turbine Engine Cooling Systems and Methods Incorporating One or More Cover Plate Assemblies Having One or More Apertures Therein
EP2832952A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-04 ALSTOM Technology Ltd Turbine blade and turbine with improved sealing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210137623A (ko) 2020-05-11 2021-11-18 대우조선해양 주식회사 해수인양펌프 케이슨의 필터스크린 교체장치

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