KR20170114950A

KR20170114950A - 정렬 피쳐를 구비하는 스팀 터빈 드럼 노즐, 관련 조립체, 스팀 터빈 및 저장 매체

Info

Publication number: KR20170114950A
Application number: KR1020170041510A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 세바스찬 부르드긱; 마크 리차드 델로렌조
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-10-16
Also published as: JP2017187028A; US20170292391A1; US10287903B2; EP3228825B1; KR102273504B1; JP6956500B2; CN107269322B; CN107269322A; EP3228825A1

Abstract

다양한 실시예는, 스팀 터빈 드럼 노즐(20, 120)과 함께 관련 조립체(60, 122) 및 스팀 터빈(2)을 포함한다. 특정 실시예는 에어포일(22); 에어포일(22)의 제1 단부(26)와 커플링되는 반경방향 내측벽(24); 및 에어포일의 제1 단부(26)와 반대되는 에어포일(22)의 제2 단부(30)와 커플링되는 반경방향 외측벽(28)을 갖는 노즐을 포함하고, 반경방향 외측벽(28)은 에어포일(22)의 반경방향 외측의 제1 섹션(32); 제1 섹션(32)과 커플링되는 얇은 섹션(34); 및 반경방향 외면(38)과 이 반경방향 외면(38)에 접하는 둘레방향을 향하는 측부(40)를 가지며, 에어포일(22)의 반경방향 외측에 있고 얇은 섹션(34)과 커플링되는 제2 섹션(36)을 포함하고, 제2 섹션(36)은 둘레방향 연장 슬롯(42)을 포함하고, 제2 섹션(36)은 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36)의 본체(32) 내로 연장되는 릴리프 슬롯(44)을 포함하는 것인 스팀 터빈.

Description

정렬 피쳐를 구비하는 스팀 터빈 드럼 노즐, 관련 조립체, 스팀 터빈 및 저장 매체{STEAM TURBINE DRUM NOZZLE HAVING ALIGNMENT FEATURE, RELATED ASSEMBLY, STEAM TURBINE AND STORAGE MEDIUM}

여기에 개시된 보호 대상은 스팀 터빈에 관한 것이다. 구체적으로, 여기에 개시된 보호 대상은 스팀 터빈에 있는 노즐에 관한 것이다.

스팀 터빈은, 작동 유체의 흐름을 회전 로터에 연결된 터빈 버킷으로 지향시키는 정적 노즐 조립체를 포함한다. 노즐 구성(복수 개의 노즐 또는 “에어포일”을 포함함)은 종종 “다이어프램” 또는 “노즐 조립체 단”으로 일컬어진다. 스팀 터빈 다이어프램은 2개의 절반부를 포함하며, 이들 절반부는 로터 둘레에 조립되어, 이들 2개의 절반부 사이에 수평방향 결합부를 형성한다. 각각의 터빈 다이어프램 단은 각각의 수평방향 결합부에서 다이어프램의 각 측부에 대해 지지 바, 지지 러그 또는 지지 스크루에 의해 수직방향으로 지지된다. 다이어프램의 수평방향 결합부는 또는, 스팀 터빈 다이어프램을 둘러싸는 터빈 케이싱의 수평방향 결합부에 상응한다.

스팀 터빈 드럼 노즐은 둘레방향 슬롯 또는 홈 내에서 다이어프램(드럼) 내로 적재된다. 이들 드럼 노즐은 종래 노즐 조립체와 유사하게 조립되지만, 이들 드럼 노즐은 통상적으로 (반경방향) 외측 다이어프램 링을 구비하는 도브테일/후크형 인터페이스와, 반대측 단부에 반경방향 내측 유로를 형성하는 커버를 포함한다. 이들 드럼 노즐 조립체는 통상적으로 반경방향 내측 커버가 유로를 형성하는 작용을 할 때에는 내측 다이어프램 링을 포함하지 않는다. 드럼을 다이어프램 링 내로 적재할 때, 수평방향 결합부들 중 어느 하나에 근접한 제1 노즐이 통상적으로 제위치에 유지되는 한편, 노즐을 적소에 유지하기 위해 노즐 뒤에 핀에 웨지 결합된다. 노즐 도브테일의 웨지 코너는 전형적으로 다이어프램 링의 수평방향 결합부와 함께 측정되고 정렬된다. 제1 노즐의 배치에 후속하여, 조립체의 반부 단(상부나 하부)이 완성될 때까지 추가의 노즐이 이어서 둘레방향 슬롯 내에 배치된다. 최종 노즐이 슬롯 내에 배치될 때, 슬롯의 타단 상에 있는 다이어프램 링의 수평방향 결합부와 정렬하도록 노즐 및/또는 인접한 노즐을 기계 가공(또는 다른 크기의 노즐로 교체)할 필요가 있는지 그리고 얼마나 많은 노즐 및/또는 인접한 노즐을 기계 가공(또는 다른 크기의 노즐로 교체)해야만 하는지 결정하기 위해 추가의 측정이 수행된다. 추가로, 노즐 조립체는 수평방향 결합부에 근접한 상부 절반부 노즐과, 하부 절반부 노즐 사이에 예정된 갭을 갖도록 구성된다. 이러한 갭은 수평방향 결합부에서 스로트 통과 영역, 고조파 성분/또는 수평방향 결합부에서의 링의 트위스팅을 제어하는 데 기여한다. 종래의 노즐 상의 에지로 인해 이러한 갭을 측정하고 증명하는 것이 어려울 수 있고, 또한 추가의 노즐이 둘레방향으로 강제로 적재되는 경우에 제1 노즐을 제위치에 유지하는 것이 어려울 수 있다.

다양한 실시예는, 스팀 터빈 드럼 노즐과 함께 관련 조립체 및 스팀 터빈을 포함한다. 특정 실시예는 에어포일; 에어포일의 제1 단부와 커플링되는 반경방향 내측벽; 및 에어포일의 제1 단부와 반대되는 에어포일의 제2 단부와 커플링되는 반경방향 외측벽을 갖는 노즐을 포함하고, 반경방향 외측벽은 에어포일의 반경방향 외측의 제1 섹션; 제1 섹션과 커플링되는 얇은 섹션; 및 반경방향 외면과 이 반경방향 외면에 접하는 둘레방향을 향하는 측부를 가지며, 에어포일의 반경방향 외측에 있고 얇은 섹션과 커플링되는 제2 섹션을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향 연장 슬롯을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향을 향하는 측부로부터 제2 섹션의 본체 내로 연장되는 릴리프 슬롯(relief slot)을 포함한다.

본 개시의 제1 양태는 에어포일; 에어포일의 제1 단부와 커플링되는 반경방향 내측벽; 및 에어포일의 제1 단부와 반대되는 에어포일의 제2 단부와 커플링되는 반경방향 외측벽을 갖는 노즐을 포함하고, 반경방향 외측벽은 에어포일의 반경방향 외측의 제1 섹션; 제1 섹션과 커플링되는 얇은 섹션; 및 반경방향 외면과 이 반경방향 외면에 접하는 둘레방향을 향하는 측부를 가지며, 에어포일의 반경방향 외측에 있고 얇은 섹션과 커플링되는 제2 섹션을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향 연장 슬롯을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향을 향하는 측부로부터 제2 섹션의 본체 내로 연장되는 릴리프 슬롯을 포함한다.

본 개시의 제2 양태는 내부에 둘레방향 연장 슬롯을 갖는 드럼 노즐 링; 및 둘레방향 연장 슬롯 내에 정렬되는 복수 개의 드럼 노즐로서, 복수 개의 드럼 노즐 중 적어도 하나는 에어포일; 에어포일의 제1 단부와 커플링되는 반경방향 내측벽; 및 에어포일의 제2 단부와 커플링되고, 에어포일의 제1 단부 반대측에 있는 에어포일의 제2 단부에 커플링되는 반경방향 외측벽을 갖는 것인 복수 개의 드럼 노즐을 갖는 스팀 터빈을 포함하고, 반경방향 외측벽은 에어포일의 반경방향 외측의 제1 섹션; 제1 섹션과 커플링되는 얇은 섹션; 및 반경방향 외면과 이 반경방향 외면에 접하는 둘레방향을 향하는 측부를 가지며, 에어포일의 반경방향 외측에 있고 얇은 섹션과 커플링되는 제2 섹션을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향 연장 슬롯을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향을 향하는 측부로부터 제2 섹션의 본체 내로 연장되는 릴리프 슬롯을 포함한다.

본 개시의 제3 양태는, 스팀 터빈 드럼 노즐을 나타내는 코드를 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하며, 스팀 터빈 드럼 노즐은 물리적으로 컴퓨터화된 적층 가공(additive manufaturing) 시스템에 의한 코드의 실행 시에 물리적으로 생성되며, 코드는 스팀 터빈 드럼 노즐을 나타내고, 스팀 터빈 드럼 노즐은 에어포일; 에어포일의 제1 단부와 커플링되는 반경방향 내측벽; 및 에어포일의 제1 단부 반대측의 에어포일의 제2 단부에 커플링되는 반경방향 외측벽을 포함하며, 반경방향 외측벽은 에어포일의 반경방향 외측의 제1 섹션; 제1 섹션과 커플링되는 얇은 섹션; 및 반경방향 외면과 이 반경방향 외면에 접하는 둘레방향을 향하는 측부를 가지며, 에어포일의 반경방향 외측에 있고 얇은 섹션과 커플링되는 제2 섹션을 포함하고, 제2 섹션은 둘레방향 연장 슬롯을 포함하고. 제2 섹션은 둘레방향을 향하는 측부로부터 제2 섹션의 본체 내로 연장되는 릴리프 슬롯을 포함한다.

이러한 본 발명의 피쳐 및 다른 피쳐는, 본 개시의 다양한 실시예를 묘사한 첨부도면과 함께, 본 발명의 다양한 양태에 관한 아래의 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 스팀 터빈의 개략적인 부분 단면도.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 드럼 로터 노즐의 개략적이 사시도.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 드럼 로터 노즐의 개략적인 부분 사시도.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 스팀 터빈 드럼 조립체 일부의 개략적인 사시도.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 드럼 로터 노즐의 개략적인 부분 사시도.
도 6는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 스팀 터빈 드럼 조립체 일부의 개략적인 사시도.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 템플릿을 나타내는 코드를 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 적층 가공 프로세스에 관한 블럭선도.
본 발명의 도면은 반드시 실척일 필요는 없다는 점에 주목하라. 도면은 단지 본 발명의 전형적인 양태를 묘사하도록 의도되는 것이고, 이에 따라 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 도면 간의 유사한 요소를 나타낸다.

본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 스팀 터빈 드럼 노즐은 노즐 도브테일 섹션의 둘레방향을 향하는 측부에 적어도 하나의 릴리프 슬롯을 포함한다. 다양한 실시예에서, 릴리프 슬롯은 도브테일 섹션의 반경방향 외면에서 둘레방향 연장 슬롯과 접한다. 몇몇 실시예에서, 릴리프 슬롯은 적어도 부분적으로 둘레방향 연장 슬롯을 둘러싼다. 몇몇 실시예에서, 릴리프 슬롯은 둘레방향 연장 슬롯으로부터 도브테일 섹션의 축방향을 향하는 측부로 연장된다. 몇몇 실시예에서, 릴리프 슬롯은 노즐 도브테일 섹션의 둘레방향을 향하는 측부로부터 대략 0도를 상회하고 5도 미만인 각도(몇몇 경우에, 1 내지 5도)로 도브테일 섹션 내로 연장될 수 있다. 다양한 실시예에서, 이러한 릴리프 슬롯은 드럼 노즐 링의 수평방향 결합부 표면과 거의 동일 평면이 되도록 둘레방향을 향하는 측부로부터 각도를 이루어 연장된다. 릴리프 슬롯(들)은, 종래의 노즐 및 조립체에 비해 스팀 터빈 드럼 노즐(들)의 개선된 정렬 및/또는 설치를 허용할 수 있다.

첨부도면에 표기된 “A”축(터빈 로터의 축을 따르고, 종종 터빈 중심선이라고 함)은 축방향 방위를 나타낸다. 여기에서 사용되는 용어 “축방향” 및/또는 “축방향으로”는 터보기계(특히, 로터 섹션)의 회전축과 거의 평행한 축 A를 따른 물체의 상대 위치/방향을 일컫는다. 여기에서 더욱 사용되는 용어 “반경방향” 및/또는 “반경방향으로”는 축 A와 거의 수직하고 단지 하나의 위치에서 축 A와 교차하는 축(r)을 따른 물체의 상대 위치/방향을 일컫는다. 추가로, 용어 “둘레방향” 및/또는 “둘레방향으로”는 축 A를 둘러싸지만 어느 위치에서도 축 A와 교차하지 않는 둘레방향(c)을 따른 물체의 상대 위치/방향을 일컫는다. 도면에서 동일한 도면부호가 표기된 요소들은 거의 유사한(예컨대, 동일한) 구성요소를 묘사한다.

이제 도 1로 돌아가면, 스팀 터빈(2)(예컨대, 고압/중간압 스팀 터빈)의 개략적인 부분 단면도가 도시되어 있다. 스팀 터빈(2)은, 예컨대 저압(LP) 섹션(4)과 고압(HP) 섹션(6)을 포함할 수 있다[저압(LP) 섹션(4)이나 고압(HP) 섹션(6) 중 어느 하나는 당업계에 알려진 바와 같이 중간압(IP) 섹션을 포함할 수 있음]. 저압(LP) 섹션(4)과 고압(HP) 섹션(6)은 적어도 부분적으로 케이싱(7)에 수납된다. 스팀은 케이싱(7)에 있는 하나 이상의 유입구(8)를 통해 저압(LP) 섹션(4)과 고압(HP) 섹션(6)에 진입할 수 있고, 유입구(들)(8)로부터 하류로 축방향으로 흐를 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고압(HP) 섹션(6)과 저압(LP) 섹션(4)은 베어링(12)과 접촉할 수 있는 공동 샤프트(10)에 의해 결합되어, 작동 유체(스팀)가 저압(LP) 섹션(4)과 고압(HP) 섹션(6) 내부에서의 블레이드의 회전을 강제할 때에 샤프트(10)의 회전을 허용한다. 저압(LP) 섹션(4)과 고압(HP) 섹션(6) 내에서 블레이드에 대한 기계적인 일을 수행한 후, 작동 유체(예컨대, 스팀)는 케이싱(7)에 있는 유출구(14)를 통해 빠져나갈 수 있다. 고압(HP) 섹션(6)과 저압(LP) 섹션(4)의 중심선(CL)(16)이 기준점으로서 도시되어 있다. 저압(LP) 섹션(4)과 고압(HP) 섹션(6) 모두는, 케이싱(7)의 세그먼트 내에 수용되는 다이어프램 조립체를 포함할 수 있다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 스팀 터빈 드럼 노즐(또는 간단히 드럼 노즐 또는 노즐)(20)의 개략적인 3차원도를 보여준다. 드럼 노즐(20)은 에어포일(22), 에어포일(22)의 제1 단부(26)와 커플링되는 반경방향 내측벽(24), 및 에어포일(22)의 제1 단부(26)와 반대되는 에어포일(22)의 제2 단부(30)와 커플링되는 반경방향 외측벽(28)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 반경방향 외측벽(28)은 에어포일(22)의 반경방향 외측에 있는 제1 섹션(32), 제1 섹션(32)에 커플링되는 얇은 섹션(34)[제1 섹션(32)에 비해 감소된 축방향 두께를 가짐] 및 얇은 섹션(34)과 커플링되고 에어포일(22)의 반경방향 외측에 위치하는 제2 섹션(36)[얇은 섹션(34)보다 축방향으로 더 두꺼움]을 포함한다. 제2 섹션(36)은 반경방향 외면(38)과 반경방향 외면(38)에 접하는 둘레방향을 향하는 측부(40)를 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제2 섹션(36)은 둘레방향 연장 슬롯(42)과, 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36) 내로[제2 섹션(36)의 본체(46) 내로] 연장되는 릴리프 슬롯(44)을 포함한다. 다양한 실시예에 따르면, 제1 섹션(32)은 제1 세트의 축방향 연장 돌출부(48)를 포함하고, 얇은 섹션(34)은 제1 섹션(32)의 반경방향 외측에 배치되며, 제2 섹션(36)은 얇은 섹션(34)의 반경방향 외측에 배치되는 제2 세트의 축방향 연장 돌출부(50)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 둘레방향 연장 슬롯(42)은 반경방향 외면(38)에서 (둘레방향으로) 제2 섹션(36)을 거의 완전히 통과하여 연장된다.

도 3은 다양한 실시예에 따른 드럼 노즐(20)의 일부의 확대 사시도를 보여준다. 몇몇 경우에, 드럼 노즐(20)은 둘레방향을 측부(40) 상의 대략적인 축방향 중간점(52)에서부터 제2 섹션(36)의 축방향을 향하는 측부(54)로 연장되는 릴리프 슬롯(44)을 포함한다. 여기에서 설명하는 바와 같이, 릴리프 슬롯(44)은 제2 섹션(36)의 본체(46) 내로 연장되어, 제2 섹션(36)의 축방향, 둘레방향 및 반경방향 프로파일 내에 맞춰진다. 또한 다양한 실시예에서, 릴리프 슬롯(44)은 반경방향으로 제2 섹션(36)을 지나 그리고 얇은 섹션(34) 내로 연장되어, 얇은 섹션(34)에 있는 반경방향을 향하는 벽(58)을 노출할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 릴리프 슬롯(44)은, 예컨대 둘레방향을 향하는 측부(40)에 근접한 둘레방향 연장 슬롯(42)에 접할 수 있다(예컨대, 접촉하거나 거의 접촉할 수 있음). 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36)[제2 섹션의 본체(46)]으로 대략 5도 미만(예컨대, 0도보다 크고 최대 대략 5도 그리고 몇몇 경우에 1 내지 5도)의 각도로 연장될 수 있다.

몇몇 경우에, 드럼 노즐(20)은 도 4에서 개략적인 사시도로 부분 도시된 드럼 노즐 조립체(60)에 배치되는 시작 또는 초기 드럼 노즐을 포함할 수 있다. 즉, 드럼 노즐(20)은, 내부에 둘레방향 연장 슬롯(64)을 갖는 드럼 노즐 링(62)에 있는 초기 노즐로서 배치될 수 있다. 도시한 바와 같이, 릴리프 슬롯(44)을 포함하는 드럼 노즐(20)은 드럼 노즐 링(62)의 수평방향 결합면(66)에 근접한 드럼 노즐 링(62) 내에 끼워질 수 있다. 당업계에 알려진 바와 같이, 수평방향 결합면(66)은 로터 주위에 드럼 노즐 링(62)을 형성하는 절반부들의 각각의 둘레방향 단부 상의 위치(또는 평면)이다. 각각의 수평방향 결합면(66)은 드럼 노즐 링(62)의 그 대응하는 다른 절반부 상의 대향 수평방향 결합면과 연결되도록 구성된다. 드럼 노즐(20)이 드럼 노즐 링(62) 내에 초기 노즐을 포함하는 경우, 드럼 노즐(20)은 핀(68)을 사용하여 슬롯(64) 내에 유지될 수 있으며, 핀은 슬롯(64)의 내벽과 둘레방향 연장 슬롯(42) 사이에 압입(예컨대, 웨지 결합되거나, 두드려 박히거나, 또는는 다른 방식으로 물리적으로 변위)될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 릴리프 슬롯(44)은 노즐(20)과 수평방향 결합면(66) 뿐만 아니라 드럼 노즐 링(62)의 상호 보완 절반부에 있는 대응 노즐(20) 간의 정렬 및 공간을 허용한다.

도 5는, 복수 개의 다른 노즐(220)을 포함하여, 드럼 노즐 조립체(122)(도 6) 내에 폐쇄부 또는 마지막 드럼 노즐을 포함할 수 있는 드럼 노즐(120)의 변형예를 보여준다. 도면들 간의 유사한 넘버링은 거의 유사한 구성요소를 나타내고, 기재의 명확성을 위해 중복 설명이 생략된다는 점이 이해된다. 이들 실시예에서, 드럼 노즐(120)은, 대략 축방향 중간점(52)에서부터 제2 섹션(36)의 축방향을 향하는 면(측부)(54)(이 도면에서는 차단됨)의 내부로 축방향으로 연장되는 릴리프 슬롯(44)을 포함한다. 몇몇 경우에, 릴리프 슬롯(44)은 (예컨대, 축방향 평면을 따라) 적어도 부분적으로 둘레방향 연장 슬롯(42)을 둘러싸고, 다양한 실시예에서 [드럼 노즐(20)에서와 같은] 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향 연장 슬롯(42)에 접한다. 릴리프 슬롯(44)은 몇몇 실시예에서 얇은 섹션(34) 내로 반경방향으로 연장될 수 있고, 다양한 경우에 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36)[제2 섹션(36)의 본체(46)]로 대략 5도 미만(예컨대, 0도보다 크고 최대 대략 5도 그리고 몇몇 경우에 1 내지 5도)의 각도로 연장될 수 있다. 몇몇 경우에, 도 6의 드럼 노즐 조립체(122)에 도시한 바와 같이, 드럼 노즐(120)은 키 부재(126)에 의해 둘레방향 연장 슬롯(64) 내에 적어도 부분적으로 유지될 수 있고, 키 부재(126)는 둘레방향 연장 슬롯(64) 내에서의 드럼 노즐(120)의 회전을 적어도 부분적으로 제한할 수 있다. 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)은 여러 방식으로 형성될 수 있다. 일실시예에서, 드럼 노즐(20, 120)은 주조, 단조, 용접 및/또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 일실시예에서는 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 6)을 제조하는 데 적층 가공이 특히 적합하다. 여기에서 이용되는 적층 가공(Additive Manufacturing; AM)은 종래의 프로세스의 경우의 재료 제거보다는 재료의 연속적인 적층을 통해 물체를 생성하는 임의의 프로세스를 포함할 수 있다. 적층 가공은 임의의 종류의 툴, 몰드 또는 고정구를 사용하지 않고 그리고 폐기물이 거의 또는 전혀 없이 복잡한 형상을 형성할 수 있다. 플라스틱 고체 빌릿(billet)으로부터 구성요소를 기계 가공 - 재료의 많은 양이 절단되거나 폐기됨 - 하는 대신에, 적층 가공에서 사용되는 유일한 재료는 부품을 성형하는 데 요구되는 것이다. 적층 가공 프로세스는 제한하는 것은 아니지만, 3D 프린팅, 래피드 프로토타이핑(Rapid Prototyping; RP), 직접 디지털 제조(Direct Digital Manufacturing; DDM), 선택적 레이저 용융(Selective Laser Melting; SLM) 및 직접 금속 레이저 용융(Direct Metal Laser Melting; DMLM)을 포함할 수 있다. 현 세팅에서는, DMLM이 유익한 것으로 확인되었다.

적층 가공 프로세스의 예를 예시하기 위해, 도 7은 물체(902)를 생성하기 위한 예시적인 컴퓨터화된 적층 가공 시스템(900)의 개략도/블럭도를 보여준다. 이 예에서, 시스템(900)은 DMLM을 위해 구성된다. 본 개시의 일반적인 교시는 적층 가공의 기타 형태에도 동일하게 적용 가능하다는 점이 이해된다. 물체(902)는 이중벽 터빈 요소로서 예시되지만, 적층 프로세스는 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)에도 손쉽게 맞춰질 수 있다는 점이 이해된다. AM 시스템(900)은 일반적으로 컴퓨터화된 적층 가공(AM) 제어 시스템(904)과 AM 프린터(906)를 포함한다. AM 시스템(900)은 설명하겠지만, AM 프린터(906)를 사용하여 물체를 물리적으로 생성하도록 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)을 형성하는 컴퓨터 실행 가능 명령 세트를 포함하는 코드(920)를 실행한다. 각각의 AM 프로세스는, 예컨대 미립자 분말, 액체(예컨대, 폴리머), 시트 등의 형태의 상이한 원료를 사용할 수 있으며, 원료 재고는 AM 프린터(906)의 챔버(910) 내에 수용될 수 있다. 이 경우, 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)은 플라스틱/폴리머 또는 유사 재료로 형성될 수 있다. 예시한 바와 같이, 도포기(910)가 블랭크 캔버스로서 펼쳐지는 얇은 원료층(914)을 형성할 수 있으며, 캔버스로부터 최종 물체의 각각의 연속적인 슬라이스가 형성될 것이다. 다른 경우, 도포기(10)는 코드(920)에 의해 규정된 바와 같이 이전 층 상에 다음 층을 직접 도포 또는 프린트할 수 있으며, 예컨대 이 경우에 재료는 폴리머이다. 도시한 예에서, 레이저 또는 전자 빔(916)은 코드(920)에 의해 규정된 바와 같이 각각의 슬라이스를 위한 입자를 융해하지만, 이것은 급속 경화 액체 플라스틱/폴리머가 채용되는 경우에 불필요할 수 있다. AM 프린터(906)의 다양한 부품이 각각의 새로운 층의 추가를 수용하도록 이동할 수 있으며, 예컨대 빌드 플랫폼(918)은 각각의 층 이후에 챔버(910) 및/또는 도포기(912)를 하강 및/또는 상승시킬 수 있다.

AM 제어 시스템(904)은 컴퓨터 프로그램 코드와 같이 컴퓨터(930)에서 구현된다. 이러한 정도로, 컴퓨터(930)는 메모리(932), 프로세서(934), 입출력(I/O) 인터페이스(936) 및 버스(938)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 더욱이, 컴퓨터(930)는 외부 I/O 디바이스/리소스(940) 및 저장 시스템(942)과 통신하는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 프로세서(934)는 여기에서 설명되는 드럼 노즐(20, 120)을 나타내는 코드(920)로부터 명령을 받아 메모리(932)에 저장된 AM 제어 시스템(904) 및/또는 저장 시스템(942)과 같은 컴퓨터 프로그램 코드를 실행한다. 컴퓨터 프로그램 코드를 실행하는 동안, 프로세서(934)는 메모리(932), 저장 시스템(942), I/O 디바이스(940) 및/또는 AM 프린터(906)에 대해 데이터를 판독 및/또는 기록할 수 있다. 버스(938)는 컴퓨터(930)에 있는 각각의 구성요소 간의 통신 링크를 제공하며, I/O 디바이스(940)는 사용자가 컴퓨터(930)와 상호 작용할 수 있게 하는 임의의 디바이스(예컨대, 키보드, 포인팅 디바이스, 디스플레이 등)를 포함할 수 있다. 컴퓨터(930)는 단지 하드웨어와 소프트웨어의 다양한 가능한 조합을 나타낼 뿐이다. 예컨대, 프로세서(934)는 단일 프로세싱 유닛을 포함할 수도 있고, 하나 이상의 위치에서, 예컨대 클라이언트와 서버 상에서 하나 이상의 프로세싱 유닛에 걸쳐 분포될 수도 있다. 이와 유사하게, 메모리(932) 및/또는 저장 시스템(942)은 하나 이상의 물리적 위치에 배치될 수 있다. 메모리(932) 및/또는 저장 시스템(942)은 자기 매체, 광 매체, 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory; RAM), 판독 전용 메모리(Read Only Memory; ROM) 등을 포함하는 다양한 타입의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터(930)는 네트워크 서버, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑, 휴대용 디바이스, 모바일 폰, 무선 호출기, 개인용 휴대 단말기 등과 같은 임의의 타입의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다.

적층 가공 프로세스는 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)을 나타내는 코드(920)를 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체[예컨대, 메모리(932), 저장 시스템(942) 등]로 시작한다. 언급한 바와 같이, 코드(920)는 시스템(900)에 의한 코드 실행 시에 물리적으로 팁을 생성하는 데 사용 가능한 외부 전극을 설정하는 컴퓨터 실행 가능 명령 세트를 포함한다. 예컨대, 코드(920)는 정확하게 설정된 외부 전극의 3D 모델을 포함할 수 있고, AutoCAD®, TurboCAD®, DesignCAD 3D Max와 같은 임의의 매우 다양한 잘 알려진 컴퓨터 원용 설계(CAD) 소프트웨어 시스템으로부터 생성될 수 있다. 이와 관련하여, 코드(920)는 임의의 알려져 있는 파일 포맷이나 향후 개발될 파일 포맷을 취할 수 있다. 예를 들어, 코드(920)는 3D Systems의 스테레오리소그래피 CAD 프로그램용으로 작성된 STL(Standard Tessellation Language) 또는 미국 기계 공학회(ASME) 표준인 적층 가공 파일(AMF) - 임의의 CAD 소프트웨어가 임의의 AM 프린터에서 가공될 임의의 3차원 객체의 형상과 구성을 기술할 수 있도록 설계된 XML (eXtensible Markup Language) 기반 형식임 - 에 속할 수 있다. 코드(920)는 상이한 포맷들 사이에서 변환되고, 데이터 신호들의 세트로 변환되어 송신될 수 있으며, 필요에 따라 데이터 신호들의 세트로서 수신되고, 코드로 변환되며, 저장될 수 있다. 코드(920)는 시스템 (900)에 대한 입력일 수 있으며, 부품 설계자, IP(Intellectual Property) 제공자, 설계 회사, 시스템(900)의 운영자 또는 소유자, 또는 다른 출처로부터 나올 수 있다. 어떤 경우에, AM 제어 시스템(904)은 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)을, AM 프린터(906)를 사용하여 액체, 분말, 시트 또는 다른 물질의 연속 층으로 조립하는 일련의 얇은 슬라이스로 분할하는 코드(920)를 실행한다. DMLM 예에서, 각각의 층은 코드(920)에 의해 설정되는 정확한 형상으로 용융되고, 선행 층에 융착된다. 후속하여, 드럼 노즐(20, 120)(도 2 내지 도 6)은 임의의 다양한 마감 프로세스, 예컨대 경면 기계 가공, 실링, 연마, 점화기 팁의 다른 부분에 대한 조립 등에 의해 노출될 수 있다.

다양한 실시예에서, 서로 “커플링된” 것으로 설명된 구성요소들은 하나 이상의 인터페이스를 따라 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 인터페이스는 별개의 구성요소 사이의 접합부를 포함할 수 있고, 다른 경우에 이들 인터페이스는 견고하게 및/또는 일체로 형성된 상호 접속부를 포함할 수 있다. 즉, 몇몇 경우에 서로 “커플링된” 구성요소들은 동시에 형성되어, 단일 연속 부재를 구성할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서는 이러한 커플링된 구성요소들이 별도의 부재로 형성되고, 이어서 기지의 프로세스(예컨대, 납땜, 체결, 초음파 용접, 접합)를 통해 결합될 수 있다. 다양한 실시예에서, “커플링되는” 것으로 설명된 전자부품들이 종래의 유선 및/또는 무선 수단을 통해 연결될 수 있으므로, 이들 전자부품들은 서로 통신할 수 있다.

여기에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 기술하기 위한 것이며, 제한하려는 의도는 없다. 여기에서 사용되는 단수 형태는, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 복수 형태도 또한 포함하는 것으로 의도될 수 있다. “구성하다”, “구성된”, “포함하는” 및 “갖는”이라는 용어는 포괄적인 것으로, 이에 따라 언급한 피쳐, 완전체, 단계, 공정, 요소 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 다른 피쳐, 완전체, 단계, 공정, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 불가능하게 하지는 않는다. 여기에서 설명한 방법 단계, 프로세스 및 공정은, 수행 순서로서 구체적으로 확인되지 않는 한, 설명하거나 예시한 특정 순서로 반드시 수행될 것이 요구되는 것으로 해석되지 않는다. 추가의 또는 대안의 단계들이 채용될 수 있다는 점도 또한 이해된다.

구성요소 또는 층은 다른 구성요소 또는 층 "상에” 있거나, 이들에 "체결되거나", 이들에 "연결되거나" 또는 "커플링된” 것으로 언급될 때, 다른 구성요소 또는 층 바로 위에 있거나, 이들에 직접 체결, 연결 또는 커플링될 수도 있고, 개재하는 요소 또는 층이 존재할 수도 있다. 이와 대조적으로, 요소가 다른 요소나 층 “바로 위에 있거나”, 다른 요소나 층에 “직접 맞물리거나”, 다른 요소나 층에 “직접 연결되거나”, 또는 다른 요소나 층에 “직접 커플링되는” 것으로 언급될 때, 개재하는 요소 또는 층이 존재할 수 없다. 요소들 간의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 단어들도 동일한 방식(예컨대, "사이” 대 "사이에 직접", "인접” 대 "바로 인접” 등)으로 해석되어야만 한다. 여기에서 사용되는 용어 “및/또는”은 관련하여 열거된 아이템 모두 또는 이들 아이템 중 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

“내측(inner)”, “외측(outer)”, “아래(beneath)”, “밑(below)”, “하부(lower)”, “위(above)”, “상부(upper)” 등과 같은 공간적 상대 용어는 여기에서는 도면에 예시된 바와 같은 하나의 요소 또는 피쳐의 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)에 대한 관계를 기술하는 설명의 편의성을 위해 사용될 수 있다. 공간적인 상대 용어는 도면에 도시한 방위뿐만 아니라 사용 시 또는 공정 시에 디바이스의 상이한 방위를 포괄하는 것으로 의도될 수 있다. 예컨대, 도면의 디바이스가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 피쳐의 "밑에” 또는 "아래에” 있는 것으로 기술된 요소는 다른 요소 또는 피쳐의 "위에” 배향될 것이다. 이에 따라, “밑에”라는 예시적인 용어는 위 그리고 밑의 방위 모두를 포괄할 수 있다. 상기 디바이스는 다른 방향으로 배치될 수 있고(90도 회전되거나 다른 방위로 있을 수 있음), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 그에 따라 해석될 수 있다.

이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 사용한다.　 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다.　 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.

2 : 스팀 터빈 4 : 저압(LP) 섹션
6 : 고압(HP) 섹션 7 : 케이싱
8 : 유입구 10 : 샤프트
12 : 베어링 14 : 유출구
16 : 중심선(CL) 20 : 드럼 노즐
22 : 에어포일 24 : 내측벽
26 : 제1 단부 28 : 외측벽
30 : 제2 단부 32 : 제1 섹션
34 : 얇은 섹션 36 : 제2 섹션
38 : 외면 40 : 둘레방향을 향하는 측부
42 : 둘레방향 연장 슬롯 44 : 릴리프 슬롯
46 : 본체 48 : 축방향 연장 돌출부
50 : 축방향 연장 돌출부 52 : 대략적인 축방향 중간점
54 : 축방향을 향하는 표면 측부 58 : 벽
60 : 드럼 노즐 조립체 62 : 드럼 노즐 링
64 : 슬롯 66 : 수평방향 결합면
68 : 핀 120 : 드럼 노즐
122 : 드럼 노즐 조립체 124 : 위치
126 : 키 부재 220 : 다른 노즐
900 : 시스템 902 : 물체
904 : 적층 가공(AM) 제어 시스템 906 : AM 프린터
910 : 챔버 912 : 도포기
914 : 원료 916 : 전자 빔
918 : 빌드 플랫폼 920 : 코드
930 : 컴퓨터 932 : 메모리
934 : 프로세서 936 : 입력/출력(I/O) 인터페이스
938 : 버스 940 : 컴퓨터
940 : 외부 I/O 디바이스/리소스 942 : 저장 시스템

Claims

스팀 터빈 드럼 노즐(20, 120)로서,
에어포일(22);
에어포일(22)의 제1 단부(26)와 커플링되는 반경방향 내측벽(24); 및
에어포일(22)의 제1 단부(26)와 반대되는 에어포일(22)의 제2 단부(30)와 커플링되는 반경방향 외측벽(28)을 포함하고, 반경방향 외측벽(28)은
에어포일(22)의 반경방향 외측의 제1 섹션(32);
제1 섹션(32)과 커플링되는 얇은 섹션(34); 및
에어포일(22)의 반경방향 외측에 위치하고, 얇은 섹션(34)과 커플링되며, 반경방향 외면(38)과 반경방향 외면(38)에 접하는 둘레방향을 향하는 측부(40)를 포함하는 제2 섹션(36)을 포함하고,
제2 섹션(36)은 둘레방향 연장 슬롯(42)을 포함하며, 제2 섹션(36)은 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36)의 본체(46) 내로 연장되는 릴리프 슬롯(relief slot)(44)을 포함하는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
제1항에 있어서, 제1 섹션(32)은 제1 세트의 축방향 연장 돌출부(48)를 포함하고, 얇은 섹션은 제1 세트의 축방향 연장 돌출부(48)의 반경방향 외측에 위치하며, 제2 섹션(36)은 얇은 섹션의 반경방향 외측에 위치하는 제2 세트의 축방향 연장 돌출부(50)를 포함하는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
제1항에 있어서, 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향을 향하는 측부(40) 상의 대략적인 축방향 중간점에서부터 제2 섹션(36)의 축방향을 향하는 측부(54)로 연장되는 것은 스팀 터빈 드럼 노즐.
제1항에 있어서, 둘레방향 연장 슬롯(42)은 반경방향 외면(38)에서 제2 섹션(36) 거의 전체를 통과하여 연장되는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
제1항에 있어서, 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향을 향하는 측부(40) 상의 대략적인 축방향 중간점으로부터 제2 섹션(36)의 축방향을 향하는 표면(54)의 축방향 내측에 있는 위치로 연장되는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
제5항에 있어서, 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향 연장 슬롯(42)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
제1항에 있어서, 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향 연장 슬롯(42)에 접하는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
제1항에 있어서, 릴리프 슬롯(44)은 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36)으로 대략 0도 내지 5도의 각도로 연장되는 것인 스팀 터빈 드럼 노즐.
스팀 터빈(2)으로서,
내부에 둘레방향 연장 슬롯(42)을 갖는 드럼 노즐 링(62); 및
둘레방향 연장 슬롯(42) 내에 정렬되는 복수 개의 드럼 노즐(20, 120)
을 포함하고, 복수 개의 드럼 노즐(20, 120) 중 적어도 하나는
에어포일(22);
에어포일(22)의 제1 단부(26)와 커플링되는 반경방향 내측벽(24); 및
에어포일(22)의 제1 단부(26)와 반대되는 에어포일(22)의 제2 단부(30)와 커플링되는 반경방향 외측벽(28)
을 포함하고, 반경방향 외측벽(28)은
에어포일(22)의 반경방향 외측의 제1 섹션;
제1 섹션(32)과 커플링되는 얇은 섹션(34); 및
에어포일(32)의 반경방향 외측에 위치하고, 얇은 섹션(34)과 커플링되며, 반경방향 외면(38)과 반경방향 외면(38)에 접하는 둘레방향을 향하는 측부(40)를 포함하는 제2 섹션(36)을 포함하고,
제2 섹션(36)은 둘레방향 연장 슬롯(42)을 포함하고, 제2 섹션(36)은 둘레방향을 향하는 측부(40)로부터 제2 섹션(36)의 본체(46) 내로 연장되는 릴리프 슬롯(44)을 포함하는 것인 스팀 터빈.
제9항에 있어서, 제1 섹션(32)은 제1 세트의 축방향 연장 돌출부(48)를 포함하고, 얇은 섹션은 제1 세트의 축방향 연장 돌출부(48)의 반경방향 외측에 위치하며, 제2 섹션(36)은 얇은 섹션의 반경방향 외측에 제2 세트의 축방향 연장 돌출부(50)를 포함하는 것인 스팀 터빈.