KR20180136896A - 터빈 쉬라우드 조립체 - Google Patents

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Abstract

터빈 구성 요소는 터빈 내에 배치되고 또한 대향한 연장 부분들을 포함한 외측 쉬라우드를 포함한다. 그 구성 요소는 또한 터빈의 작동 중에 터빈 내의 가스 경로로부터 외측 쉬라우드를 보호하는 내측 쉬라우드를 제공하며, 이 내측 쉬라우드는, 외측 쉬라우드로부터 내측 쉬라우드를 지지하도록 외측 쉬라우드의 해당 연장 부분과 직접 접촉하여 그 둘레에서 연장하는 대향한 아치형 부분을 포함한다. 그 구성 요소는 또한 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들 사이에서 적어도 부분적으로 연장하는 하중 경로 형성 영역을 제공한다. 터빈의 작동 중에, 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이에 직접 접촉하게 연장하여, 하중 경로 형성 영역에서 대체로 균일하게 분포된 반경방향 하중 힘을 갖는 하중 전달 구성을 형성한다.

Description

터빈 쉬라우드 조립체{TURBINE SHROUD ASSEMBLY}
본 발명은 터빈 쉬라우드 조립체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 터빈 작동 중에 내측 쉬라우드와 외측 쉬라우드 간에 대체로 균일하게 분포된 하중 힘(load force)을 갖는 터빈 쉬라우드 조립체에 관한 것이다.
서로 인접하게 배치되는 금속과 세라믹 매트릭스 복합재(ceramic matrix composite: CMC) 구성 요소들을 포함한 가스 터빈의 고온 가스 경로 구성 요소들은 작동 중에 높은 온도 및 가혹한 환경에 노출된다. 예를 들면, 터빈 쉬라우드는 고온 가스 경로에 면한 하위 구성 요소(sub-component)를 포함하고, 이 하위 구성 요소는 고온 가스 경로에 면하지 않는 하위 구성 요소에 완전히 고정되는 것이 아니라 그에 접촉해 있다. 이들 하위 구성 요소들은 터빈 쉬라우드에서의 큰 열 구배로 인해 열적 비틀림을 겪게 된다. 그러한 열적 비틀림은 그 하위 구성 요소들이 불균일하게 분포될 수 있는 상당한 기계적 응력 하에 놓이게 한다.
예시적인 실시예에서, 터빈 구성 요소는 터빈 내에 배치되고 또한 대향한 연장 부분들을 포함한 외측 쉬라우드를 포함한다. 그 구성 요소는 또한, 터빈의 작동 중에 터빈 내의 가스 경로로부터 외측 쉬라우드를 보호하는 내측 쉬라우드를 제공하며, 이 내측 쉬라우드는, 외측 쉬라우드로부터 내측 쉬라우드를 지지하도록 외측 쉬라우드의 해당 연장 부분과 직접 접촉하여 그 둘레에서 연장하는 대향한 아치형 부분을 포함한다. 그 구성 요소는 또한, 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들 사이에서 적어도 부분적으로 연장하는 하중 경로 형성 영역을 제공한다. 터빈의 작동 중에, 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이에 직접 접촉하게 연장하여, 하중 경로 형성 영역에서 대체로 균일하게 분포된 반경방향 하중 힘을 갖는 하중 전달 구성(loading arrangement)을 형성한다.
다른 예시적인 실시예에서서, 터빈 쉬라우드 조립체는 터빈 내에 배치되는 외측 쉬라우드을 포함하고, 이 외측 쉬라우드는 둘레 길이를 따라 각각 연장하는 상류측 에지 및 이에 대향한 하류측 에지를 포함한다. 터빈 쉬라우드 조립체는 또한 둘레 길이를 따라 각각 연장하는 상류측 부분 및 이에 대향한 하류측 부분을 포함한 내측 쉬라우드를 제공하며, 그 상하류측 부분들은 각각, 외측 쉬라우드로부터 내측 쉬라우드를 지지하고 또한 터빈 내의 가스 경로로부터 외측 쉬라우드를 보호하도록 외측 쉬라우드의 상류측 에지 및 하류측 에지를 각각 수용하여 그와 직접 접촉하는 상류측 슬롯 및 하류측 슬롯을 획정하는 아치 형상을 갖는다. 터빈 쉬라우드 조립체는 또한 상류측 슬롯과 상류측 에지의 서로 대면한 표면들 사이에 그리고 하류측 슬롯과 하류측 에지의 서로 대면한 표면들 사이에서 적어도 부분적으로 연장하는 하중 경로 형성 영역을 제공한다. 터빈의 작동 중에, 하중 경로 형성 영역은 상류측 슬롯과 상류측 에지의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이 및 하류측 슬롯과 하류측 에지의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이에 직접 접촉하게 연장하여, 하중 경로 형성 영역에서 대체로 균일하게 분포된 반경방향 하중 힘을 갖는 하중 전달 구성을 형성한다.
본 발명의 기타 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 고려한 이하의 바람직한 실시예의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 그 첨부 도면은 본 발명의 원리를 예를 들어 도시하고 있다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 쉬라우드 조립체의 입면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 도 2의 영역 2로부터 취한 쉬라우드 조립체의 확대 부분 입면도이다.
도 3은 본 개시에 따른 도 2의 내측 쉬라우드의 확대 부분 입면도이다.
도 4는 본 개시에 따른 도 2의 외측 쉬라우드의 확대 부분 입면도이다.
도 5는 본 개시에 따른 도 3의 라인 5-5를 따라 취한 내측 쉬라우드의 단부도이다.
도 6는 본 개시에 따른 도 4의 외측 쉬라우드의 예시적인 하중 경로 형성 영역의 확대 부분 입면도이다.
도 7은 본 개시에 따른 하중 경로 형성 영역을 갖는 예시적인 시임(shim)의 입면도이다.
도 8은 본 개시에 따른 내측 쉬라우드와 하중 경로 형성 영역 간의 예시적인 기계적 결합 구조의 입면도이다.
가능하다면 동일한 도면 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일 부품을 나타내는 데에 이용될 것이다.
내측 쉬라우드, 외측 쉬라우드 및 터빈 쉬라우드 조립체 등의 예시적인 터빈 구성 요소를 제공한다. 본 개시의 실시예는, 본 명세서에서 개시하는 하나 이상의 특징을 이용하지 않는 물품과 비교해, 터빈의 작동 중에 내측 및 외측 쉬라우드의 대향한 단부들(즉, 전후 단부들) 사이에 대체로 균일하게 분포된 반경방향 하중 힘을 가져, 비용 감소, 구성 요소의 수명 증가, 유지보수 요건 감소 또는 그 조합을 가져온다.
도 1을 참조하면, 가스 터빈(10)은 가스 터빈 내에 배치된 외측 쉬라우드(14)을 갖는 터빈 조립체 또는 쉬라우드 조립체(12)를 포함한다. 외측 쉬라우드(14)는 둘레 길이를 따라 연장하는 대향한 연장 부분(16, 18), 즉 상류측 에지 또는 부분(16)과 이에 대향한 하류측 에지 또는 부분(18)을 포함한다. 내측 쉬라우드(22)는 외측 쉬라우드(14)에 인접하여 둘레 길이를 따라 연장하고, 가스 터빈의 작동 중에 가스 터빈(10) 내의 고온 가스 경로를 따라 흐르는 고온 가스(24)로부터 외측 쉬라우드를 보호한다. 내측 쉬라우드(22)는, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)를 수용하여 그와 직접 접촉하는 상류측 슬롯(30)을 획정하는 아치형 부분 또는 아치형 상류측 부분(26)과, 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)을 수용하여 그와 직접 접촉하는 하류측 슬롯(32)를 획정하는 아치형 부분 또는 아치형 하류측 부분(28)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 단일 외측 쉬라우드(14)가 복수의 내측 쉬라우드(22)를 수용할 수도 있다. 하중 경로 형성 영역(34)이 내측 쉬라우드(22)와 외측 쉬라우드(14) 사이에 배치되고, 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 아치형 부분(26, 28)들 사이에서 연장한다.
예를 들면 도 1에 도시한 바와 같은 하나의 실시예에서, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26)은 중앙 평면(20)에 대해 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28)의 거울상을 형성한다. 간략화를 위해, 단지 한쪽만을 상세하게 설명할 것이지만, 그 상세한 설명은 상류측과 하류측 쉬라우드 부분 모두에 적용된다는 점을 이해해야 할 것이다.
도 1의 영역 2로부터 취한 쉬라우드 조립체의 확대 부분 입면도인 도 2는, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)(도 1 참조)과 아치형 상류측 부분(26)의 서로 대면한 표면들 사이에서 연장하는 하중 경로 형성 영역(24)를 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 하중 경로 형성 영역(34)은 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26)의 서로 대면한 표면들 사이에 직접 접촉하게 연장한다. 하나의 실시예에서, 하중 경로 형성 영역(34)의 적어도 일부분이 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26)의 서로 대면한 표면들 사이에 직접 접촉하게 연장한다. 하나의 실시예에서, 하중 경로 형성 영역(34) 중 어느 것도 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26)의 서로 대면한 표면들 사이에 직접 접촉하게 연장하지 않을 수도 있다. 하중 전달 구성(36)이 터빈의 작동 중에 형성되어, 하중 경로 형성 영역(34)에 하중 힘이 대체로 균일하게 분포되게 한다. 즉, 하중 경로 형성 영역(34)의 이용의 결과로, 터빈의 작동 중에 쉬라우드 조립체에 대한 열 코드(thermal chord)의 효과가 최소화되고, 이는 CMC 내측 쉬라우드(22)에서의 응력을 최소화한다(도 1 참조). 열 코드는 내측 쉬라우드(22)의 상류측 에지 또는 부분(26)을 따른 둘레 패턴과 비교할 때에 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16) 중 적어도 하나를 따른 둘레 패턴(즉, 플래트닝(flattening)) 사이의 차이로서, 외측 쉬라우드(14)가 내측 쉬라우드(22)보다 낮은 온도를 겪지만, 내측 및 외측 쉬라우드(22, 14)가 얼마나 상이한 열팽창 계수를 갖느냐에 따라 터빈의 작동 중에 내측 및 외측 쉬라우드(22, 14)의 가열의 결과로서 발생한다. 몇몇 작동 조건에서, 내측 쉬라우드(22)가 고온 가스 경로에 보다 근접함으로 인한 외측 쉬라우드(14)의 온도에 비해 더 높은 내측 쉬라우드의 온도로 인해 내측 쉬라우드(22)는 외측 쉬라우드(14)보다 코드(chord)화 또는 평평해진다. 하나의 실시예에서, 터빈의 작동의 결과로서, 하중 경로 형성 영역(34)은 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 내측 쉬라우드(22)의 아치형 상류측 부분(26)의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이에 직접 접촉하게 연장한다. 내측 쉬라우드(22)에서의 응력을 최소화하도록 터빈의 작동 중에 미리 정해진 위치의 하중 경로 형성 영역(34)에 대체로 균일하게 분포된 하중 힘을 갖는 하중 전달 구성(36)을 형성함으로써, 적어도 내측 쉬라우드의 재료 두께가 감소될 수 있고, 그 결과 비용 절감을 가져올 수 있다.
이를 위해, 본 명세서에서 "하중 경로 형성 영역" 등에 있어서의 "하중 경로 형성(load path forming)"이란 용어는, 내측과 외측 쉬라우드들의 대응 표면들 사이 등의 구성 요소들의 대응 표면들의 미리 정해진 부분들 사이에 추가적 재료가 제공됨을 의미한다. 대응 구성 요소의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이의 상대적 거리를 변화시키는(즉, 감소시키는), 구성 요소들의 온도 증가 등의 구성 요소들의 조건의 변화에 응답하여, 추가적 재료는 대응하는 구성 요소의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분과 직접 접촉하게 연장한다. 추가적 재료와 대응 구성 요소들의 서로 대면한 표면들의 직접 접촉은, 그 추가적 재료와 접촉하는 대응 구성 요소들의 서로 대면한 표면들의 부분에서 대체로 균일하게 분포된 힘을 갖는 하중 전달 구성의 형성을 초래한다. 이러한 균일하게 분포된 힘은 반드시 그럴지는 아니더라도 구성 요소 표면의 미리 정해진 부분을 따라 생성된 힘 전체의 적어도 상당 부분에 해당한다.
이를 위해 본 명세서에 있어서 "추가적 재료"는 대응 구성 요소 표면들 중 적어도 하나의 고정된 재료는 물론, 시임 등의 대응 구성 요소 표면들 사이에 삽입된 재료를 포함한다.
외측 쉬라우드(14)를 제거한 도 2에 본질적으로 상응하는 도 3은 내측 쉬라우드(22)의 상류측 부분(26)에 고정 또는 부착된 하중 경로 형성 영역(34)을 도시하고 있다. 내측 쉬라우드(22)를 제거한 도 2에 본질적으로 상응하는 도 4는 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)에 고정된 하중 경로 형성 영역(34)을 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 하중 경로 형성 영역(34)는, 용접, 브레이징, 본딩, 기계적 연결(예를 들면, 조립 중에 하중 경로 형성 영역(34)을 유지하고 이어서 내측 및 외측 쉬라우드(22, 14)에 의해 제위치에 갇히는 구속(entrapped) 함몰부(depression)의 T-슬롯(60)(도 8 참조) 등), 또는 그 조합에 의해 부착된다.
도 3의 라인 5-5를 따라 취한 내측 쉬라우드(22)의 단부도인 도 5는 길이(L) 및 대향한 단부(38, 40)들을 갖는 상류측 부분(26)의 예시적 구성을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 하중 경로 형성 영역(34)은, 하중 경로 형성 영역(34)의 길이(46)를 포함하지 않는 단부(38)로부터의 거리(42)와, 하중 경로 형성 영역(34)의 길이(48)를 포함하는 단부(40)로부터의 거리(44) 사이에 배치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 6인치의 길이를 갖는 예시적인 상류측 부분(26)의 경우, 거리(42)는 0.6인치일 수 있고, 거리(44)는 2.4인치일 수 있다. 달리 말하면, 하중 경로 형성 영역(34)은 해당 내측 및 외측 쉬라우드(14, 22)(도 1 참조)의 길이의 각 단부로부터 10%와 40% 사이에 배치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 하중 경로 형성 영역이 연속할 수 있다(즉, 단일체 또는 원피스 구조). 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 하중 경로 형성 영역이 불연속적, 즉 다중 피스 구조를 가질 수 있다. 도 5에 또한 도시한 바와 같이, 하중 경로 형성 영역(34)은 해당 내측 및 외측 쉬라우드(14, 22)의 길이의 5%와 20% 사이의 해당 길이(46, 48)을 갖는다. 내측 및 외측 쉬라우드(14, 22)의 대향한 단부들이 각각 도 5에 도시한 바와 같은 한 쌍의 하중 경로 형성 영역(34)을 갖는 것으로 묘사되는 하나의 실시예에서는 4점 하중 전달 구성이 얻어질 것이다. 다른 실시예에서, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26) 및 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28) 중 적어도 하나에 대한 하중 경로 형성 영역(34)의 개수는 2개가 아닐 수도 있고(즉, 쌍을 이루지 않을 수도 있고), 이에 따라 4점 하중 전달 구성과는 다른 하중 전달 구성을 형성할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26) 및 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28)에 대한 하중 경로 형성 영역(34)의 개수는 서로 상이할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26) 및 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28)에 대한 하중 경로 형성 영역(34)의 위치는 서로 상이할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26) 및 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28)에 대한 하중 경로 형성 영역(34)의 사이즈(높이, 길이 및 폭을 포함)는 서로 상이할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26) 및 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28)에 대한 하중 경로 형성 영역(34)의 사이즈, 위치, 높이(도 4 참조) 간의 차이의 유무, 크라운(crown)(52)(도 6 참조)의 포함 유무, 및 그 개수의 임의의 조합이 설계 고려 사항 또는 기타 이유에 따라 이용될 수 있다.
도 4의 외측 쉬라우드(14)의 예시적인 하중 경로 형성 영역(34)의 확대 부분 입면도인 도 6은, 0.01인치 내지 0.1인치의 전체 높이(50)을 갖는다. 도 6에 또한 도시한 바와 같이, 하중 경로 형성 영역(34)은 0과 0.01인치 사이의 높이(54)을 갖는 크라운(52)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 하중 경로 형성 영역의 높이는 동일할 수 있다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 하중 경로 형성 영역의 높이는 상이할 수 있다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 하중 경로 형성 영역은 크라운을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 적어도 하나의 하중 경로 형성 영역은 다른 크라운과 높이가 상이한 크라운을 포함할 수 있다.
도 7은 2개의 하중 경로 형성 영역(34)을 갖는 예시적인 시임(56)의 입면도이다. 하나의 실시예에서, 시임(56)은 2개 이외의 개수의 하중 경로 형성 영역(34)를 구비할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시임(56)은, 외측 쉬라우드(14)의 상류측 에지 또는 부분(16)과 아치형 상류측 부분(26) 사이 및 외측 쉬라우드(14)의 하류측 에지 또는 부분(18)과 아치형 하류측 부분(28) 사이 각각으로부터 선택적으로 제거 가능할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시임(56)의 하중 경로 형성 영역(34)은 내측 쉬라우드(22)의 대면한 표면을 향해 연장할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시임(56)의 하중 경로 형성 영역(34)은 외측 쉬라우드(14)의 대면한 표면을 향해 연장할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시임은 단일체(원피스) 구조일 수 있다. 하나의 실시예에서, 시임은 다중 피스 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
내측 쉬라우드(22)는 CMC, 알루미늄 산화물 섬유 보강 알루미늄 산화물(Ox/Ox), 탄소 섬유 보강 규소 탄화물(C/SiC), 규소 탄화물 섬유 보강 규소 탄화물(SiC/SiC), 탄소 섬유 보강 규소 질화물(C/Si3N4), 규소 탄화물 섬유 보강 규소 질화물(SiC/Si3N4) 또는 그 조합 등의 이들에 한정되지 않는 CMC 재료를 비롯하여 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 재료 조성을 포함할 수 있다.
외측 쉬라우드(14)는 철 합금, 강, 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 초합금, 니켈계 초합금, INCONEL 738, 코발트계 초합금 또는 그 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 재료 조성을 포함할 수 있다.
하중 경로 형성 영역(34)는, 알루미늄 산화물 섬유 보강 알루미늄 산화물(Ox/Ox), 탄소 섬유 보강 규소 탄화물(C/SiC), 규소 탄화물 섬유 보강 규소 탄화물(SiC/SiC), 탄소 섬유 보강 규소 질화물(C/Si3N4) 또는 규소 탄화물 섬유 보강 규소 질화물(SiC/Si3N4) 등의 이에 한정되지 않는 CMC 재료; 또는 철 합금, 강, 스테인리스강, 탄소상, 니켈 합금 또는 CrMo 강; 또는 니켈계 초합금, 코발트계 초합금, CRUCIBLE 422, HAYNES 188, INCONEL 718, INCONEL 738, INCONEL X-750, 코발트계 초합금, 또는 코발트 L-605 등의 이에 한정되지 않는 초합금 재료 또는 그 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 재료 조성을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "코발 L-605"는 약 20중량%의 크롬, 약 10중량%의 니켈, 약 15중량%의 텅스텐, 약 0.1중량%의 탄소, 약 1.5중량%의 망간 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다. 코발트 L-605는 미국 웨스트 버지니아주 25720 헌팅톤 리버사이드 드라이브 3200에 소재한 Special Metals Corporation로부터 입수 가능하다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "CrMo 강"은 적어도 크롬 및 몰리브덴과 합금된 강을 가리킨다. 하나의 실시예에서, CrMo 강은 미국 자동차 기술회(the Society of Automotive Engineers)에서 규정한 바와 같은 4140 등의 41xx 계열 강이다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "CRUCIBLE 422"는 약 11.5중량%의 크롬, 약 1중량%의 몰리브덴, 약 0.23중량%의 탄소, 약 0.75중량%의 망간, 약 0.35중량%의 규소, 약 0.8중량%의 니켈, 약 0.25중량%의 바나듐 및 잔부로서 철의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다. CRUCIBLE 422는 미국 뉴욕주 13209 솔베이 스테이트 페어 불바르드 575에 소재한 Crucible Industries LLC로부터 입수 가능하다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "HAYNES 188"는 약 22중량%의 크롬, 약 22중량%의 니켈, 약 0.1중량%의 탄소, 약 3중량%의 철, 약 1.25중량%의 망간, 약 0.35중량%의 규소, 약 14중량%의 텅스텐, 약 0.03중량%의 란타늄 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 718"은 약 19중량%의 크롬, 약 18.5중량%의 철, 약 3중량%의 몰리브덴, 약 3.6중량%의 니오븀과 탄탈룸, 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다. INCONEL 718은 미국 웨스트 버지니아주 25720 헌팅톤 리버사이드 드라이브 3200에 소재한 Special Metals Corporation로부터 입수 가능하다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 738"는 약 0.17중량%의 탄소, 약 16중량%의 크롬, 약 8.5중량%의 코발트, 약 1.75중량%의 몰리브덴, 약 2.6중량%의 텅스텐, 약 3.4중량%의 티타늄, 약 3.4중량%의 알루미늄, 약 0.1중량%의 지르코늄, 약 2중량%의 니오븀 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL X-750"은 약 15.5중량%의 크롬, 약 7중량%의 철, 약 2.5중량%의 티타늄, 약 0.7중량%의 알루미늄, 약 0.5중량%의 니오븀과 탄탈룸, 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다. INCONEL X-750은 미국 웨스트 버지니아주 25720 헌팅톤 리버사이드 드라이브 3200에 소재한 Special Metals Corporation로부터 입수 가능하다.
본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어 질 수 있고, 등가물이 그 구성 요소들을 대체할 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 게다가, 본 발명의 근본적인 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 맞추도록 수많은 수정이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명을 실시하는 데에 있어 고려되는 최선의 형태로서 개시한 특정 실시예에 본 발명이 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 보호 범위 내에 포함되는 모든 실시예를 포함하도록 한 것이다.

Claims (20)

  1. 터빈 구성 요소로서:
    터빈 내에 배치되고 또한 대향한 연장 부분들을 포함한 외측 쉬라우드(outer shroud); 및
    상기 터빈의 작동 중에 상기 터빈 내의 가스 경로로부터 상기 외측 쉬라우드를 보호하는 내측 쉬라우드로서, 상기 외측 쉬라우드로부터 내측 쉬라우드를 지지하도록 상기 외측 쉬라우드의 해당 연장 부분과 직접 접촉하여 그 둘레에서 연장하는 대향한 아치형 부분들을 포함하는 내측 쉬라우드
    를 포함하고, 하중 경로 형성 영역이 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들 사이에서 적어도 부분적으로 연장하며,
    상기 터빈의 작동 중에, 상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이에 직접 접촉하게 연장하여, 상기 하중 경로 형성 영역에서 대체로 균일하게 분포된 반경방향 하중 힘을 갖는 하중 전달 구성(loading arrangement)을 형성하는 것인 터빈 구성 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들 사이로부터 선택적으로 제거 가능한 것인 터빈 구성 요소.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 시임(shim)인 것인 터빈 구성 요소.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은, 용접, 브레이징, 본딩, 기계적 연결 또는 그 조합에 의해 각 아치형 부분 및 해당 연장 부분 중 적어도 하나에 부착되는 것인 터빈 구성 요소.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분 및 해당 연장 부분의 길이의 각 단부로부터 10%와 40% 사이에 배치 가능한 것인 터빈 구성 요소.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분 및 해당 연장 부분 중 적어도 하나의 길이의 5% 내지 20%인 것인 터빈 구성 요소.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 하중 경로 형성 영역이 크라운(crown)을 구비하는 것인 터빈 구성 요소.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 크라운은 0과 0.01인치 사이의 높이를 갖는 것인 터빈 구성 요소.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 0.01인치 내지 0.1인치의 높이를 갖는 것인 터빈 구성 요소.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은, 알루미늄 산화물 섬유 보강 알루미늄 산화물(Ox/Ox), 탄소 섬유 보강 규소 탄화물(C/SiC), 규소 탄화물 섬유 보강 규소 탄화물(SiC/SiC), 탄소 섬유 보강 규소 질화물(C/Si3N4), 규소 탄화물 섬유 보강 규소 질화물(SiC/Si3N4), 철 합금, 강, 스테인리스강, 탄소상, 니켈 합금, CrMo 강, 니켈계 초합금, 코발트계 초합금, CRUCIBLE 422, HAYNES 188, INCONEL 718, INCONEL 738, INCONEL X-750, 코발트계 초합금, 코발트 L-605 또는 그 조합으로 이루어진 군으로부터의 조성을 갖는 것인 터빈 구성 요소.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하중 전달 구성은 4점 하중 전달 구성인 것인 터빈 구성 요소.
  12. 터빈 쉬라우드 조립체로서:
    터빈 내에 배치되는 외측 쉬라우드로서, 둘레 길이를 따라 각각 연장하는 상류측 에지 및 이에 대향한 하류측 에지를 포함하는 외측 쉬라우드; 및
    둘레 길이를 따라 각각 연장하는 상류측 부분 및 이에 대향한 하류측 부분을 포함한 내측 쉬라우드로서, 상기 상하류측 부분들은 각각, 상기 외측 쉬라우드로부터 내측 쉬라우드를 지지하고 또한 상기 터빈 내의 가스 경로로부터 상기 외측 쉬라우드를 보호하도록 상기 외측 쉬라우드의 상류측 에지 및 하류측 에지를 각각 수용하여 그와 직접 접촉하는 상류측 슬롯 및 하류측 슬롯을 획정하는 아치 형상을 갖는 것인 내측 쉬라우드
    를 포함하며, 하중 경로 형성 영역이 상기 상류측 슬롯과 상류측 에지의 서로 대면한 표면들 사이에 그리고 하류측 슬롯과 하류측 에지의 서로 대면한 표면들 사이에서 적어도 부분적으로 연장하며,
    상기 터빈의 작동 중에, 상기 하중 경로 형성 영역은 상기 상류측 슬롯과 상류측 에지의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이 및 상기 하류측 슬롯과 하류측 에지의 서로 대면한 표면들의 적어도 일부분 사이에 직접 접촉하게 연장하여, 상기 하중 경로 형성 영역에서 대체로 균일하게 분포된 반경방향 하중 힘을 갖는 하중 전달 구성을 형성하는 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분과 해당 연장 부분의 서로 대면한 표면들 사이로부터 선택적으로 제거 가능한 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 시임인 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은, 용접, 브레이징, 본딩, 기계적 연결 또는 그 조합에 의해 각 아치형 부분 및 해당 연장 부분 중 적어도 하나에 부착되는 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분 및 해당 연장 부분 중 적어도 하나의 길이의 단부로부터 10% 내지 40%인 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 각 아치형 부분 및 해당 연장 부분 중 적어도 하나의 길이의 5% 내지 20%인 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  18. 제12항에 있어서,
    적어도 하나의 하중 경로 형성 영역이 0과 0.01인치 사이의 높이를 갖는 크라운을 구비하는 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 하중 경로 형성 영역은 0.01인치 내지 0.1인치의 높이를 갖는 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 하중 전달 구성은 4점 하중 전달 구성인 것인 터빈 쉬라우드 조립체.
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