KR20190100061A - 터보기계 수정 장치 및 방법 - Google Patents

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피오트르 크지슈토프 드지에시올
시몬 페르코브스키
피오트르 에드바르드 코베크
마테우즈 돌레키
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

터보기계 수정 장치(300)는 기계가공 디바이스(310)와, 이 기계가공 디바이스(310)에 부착되는 기계가공 디바이스 장착부(320)를 포함한다. 기계가공 디바이스 장착부(320)는 기계가공 디바이스(310)의 위치를 반경 방향 및 축방향으로 조정하도록 구성된다. 블레이드 장착부(330)는 하나 이상의 터보기계 블레이드(41)에 부착되도록 구성된다. 블레이드 장착부는 기계가공 디바이스 장착부에 부착된다.

Description

터보기계 수정 장치 및 방법{TURBOMACHINE MODIFICATION APPARATUS AND METHOD}
본 명세서에 설명된 장치는 일반적으로 터보기계 부분(part)의 수정에 관한 것이고, 특히, 원동력 디바이스(motive device)로서 로터를 사용하여 터보기계 내의 고정 시일(static seal)을 수정시키기 위한 장치에 관한 것이다.
레버린스 시일(labyrinth seal)에는 다양한 용도가 있으며, 하나의 이러한 용도는 가스터빈 엔진의 상이한 압력에서 플리넘 사이를 실링(sealing)하는 것이다. 이러한 시일은 일반적으로 2개의 주요 요소, 즉, 회전 시일 및 고정 시일 또는 슈라우드를 포함한다. 회전 시일은 엔진의 축방향 길이에 평행한 단면에서, 흔히, 비교적 두꺼운 베이스로부터 고정 시일 또는 슈라우드를 향해 반경 방향으로 연장되는 얇은 티스형 돌출부의 열을 갖는다. 고정 시일 또는 슈라우드는 보통 얇은 벌집 리본형(honeycomb ribbon) 구성으로 형성된다. 이러한 주요 요소는 일반적으로 엔진의 축방향 길이에 대해 원주 방향으로 위치되고, 회전 및 고정 구성요소의 조립을 허용하도록 주요 요소 사이에 작은 반경 방향 간극을 갖고 위치설정된다. 레버린스 시일 구성의 목적은 주 가스 경로로부터의 가스 경로 누출을 최소화하고, 상이한 온도 및 압력에 있는 압축기의 상이한 스테이지를 분리하는 것이다.
상당한 정도까지는, 엔진 효율은, 가스 스트림과 주 가스 경로 내의 구성요소 사이의 상호작용을 최대화하도록 가스 유동을 제어함으로써 회전 구성요소 주위의 가스 누출을 최소화하는 것에 의존한다. 터빈 엔진의 효과(effectiveness)는 회전 부재의 블레이드에 충돌하는 가스의 비율에 따라 직접적으로 변한다. 회전 및 고정 시일 사이의 허용 공차가 좁아질수록 효율이 높아진다. 반면에, 매우 좁은 공차는 진동/흔들림(flutter) 문제의 위험을 야기할 수 있다.
가스터빈 엔진이 작동될 때, 상승된 작동 온도는, 회전하는 레버린스 시일의 고정 및 회전 시일과 같은 대향하는 고정 및 회전 시일이 서로를 향해 반경 방향으로 팽창하게 한다. 회전하는 레버린스 시일은 반경 방향으로 팽창하여 슈라우드에 맞닿아서, 회전 시일의 얇은 돌출부와 슈라우드 사이에 마찰 접촉을 일으킨다. 작동 동안에, 열로 인해 팽창된 회전 부재의 이동은 시일 내로 커팅하여(cut into) 최소 간극을 생성한다. 이는 시일이 회전 부재보다 더 부드러운 재료로 제조된다는 사실 때문에 가능하다.
슈라우드의 얇은 벌집 리본형 구조는 블레이드 티스(teeth)가 맞닿는 표면적을 저감시키면서 구조체의 중량을 감소시키는데 사용되며, 회전하는 블레이드 티스로 전달되는 열을 최소화하면서 필요한 강도를 제공하는 것을 돕는다. 게다가, 블레이드 티스 팁(tip)은 지지하는 베이스 구조체로부터 이들을 열적으로 격리시키기 위해 얇게 구성된다. 그러나, 엔진 시동 동안 및 엔진 행정(engine excursion) 동안에 심한 마찰로부터의 (심지어 벌집 내로) 과도한 열은 시일을 손상시킬 수 있어서, 내구성과 엔진 효율에 악영향을 미치고 가스의 유동에 대한 누출 경로를 제공한다. 게다가, 시일 특성을 또한 저하시키는 재료 이동이 발생할 수 있다. 심지어 저밀도 벌집형 셀(cell)로 커팅하면 여전히 블레이드 티스 손상을 일으킬 수 있어서, 조기 부품 폐기로 이어진다.
시일 구성의 구조체를 개선하는데 많은 노력이 기울여 왔지만, 추후 필드 확인(after field validation)을 포함하여 시일 구조체에 대한 개선된 디자인이 지속적으로 필요하다. 실링 쌍이 필드 테스트 없이 어떻게 행동하는지 예측하는 것은 흔히 불가능하다.
본 발명의 일 관점에서, 터보기계 수정 장치는 기계가공 디바이스 및 이 기계가공 디바이스에 부착된 기계가공 디바이스 장착부를 포함한다. 기계가공 디바이스 장착부는 기계가공 디바이스의 위치를 반경 방향 및 축방향으로 조정하도록 구성된다. 블레이드 장착부는 하나 이상의 터보기계 블레이드에 부착되도록 구성된다. 블레이드 장착부는 기계가공 디바이스 장착부에 부착된다. 블레이드 장착부는 후방 플레이트(aft plate) 및 전방 플레이트를 포함한다. 후방 플레이트는 터보기계 블레이드의 후방측 상에 위치되도록 구성되고, 전방 플레이트는 터보기계 블레이드의 전방측 상에 위치되도록 구성된다. 후방 플레이트 및 전방 플레이트 각각은 터보기계 블레이드의 프로파일과 대체로 일치하는 다수의 홈을 포함한다. 후방 플레이트 및 전방 플레이트는 터보기계 블레이드에 설치될 때 실질적으로 서로 평행하다.
본 발명의 다른 관점에서, 터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드를 수정하는 방법이 제공된다. 본 방법은 하나 이상의 터보기계 블레이드에 블레이드 장착부를 부착하는 단계와, 블레이드 장착부에 기계가공 디바이스 장착부를 부착하는 단계와, 기계가공 디바이스 장착부에, 기계가공 비트를 포함하는 기계가공 디바이스를 부착하는 단계를 포함한다. 위치설정 단계는 고정 시일 또는 슈라우드에 대해 소정 위치에 기계가공 비트를 위치시키고, 활성화 단계는 기계가공 디바이스를 활성화시킨다. 제어 단계는 터보기계의 로터가 소정 속도로 회전하도록 로터를 제어한다. 로터의 회전은 고정 시일 또는 슈라우드를 따르는 아치형 원주 방향 경로로 기계가공 디바이스를 이동시키고, 이에 의해 고정 시일 또는 슈라우드를 기계가공한다.
본 발명의 또다른 관점에서, 터보기계의 벌집형 고정 슈라우드를 수정하는 방법이 제공된다. 본 방법은 하나 이상의 터보기계 블레이드에 블레이드 장착부를 부착하는 단계와, 블레이드 장착부에 기계가공 디바이스 장착부를 부착하는 단계와, 기계가공 디바이스 장착부에 기계가공 디바이스를 부착하는 단계를 포함한다. 기계가공 디바이스는 기계가공 비트를 포함하고, 기계가공 비트는 벌집형 슈라우드를 기계가공하도록 구성된다. 위치설정 단계는 벌집형 슈라우드에 대해 소정 위치에 기계가공 비트를 위치시킨다. 활성화 단계는 기계가공 디바이스를 활성화[또는 턴온(turn on)]시킨다. 제어 단계는 터보기계의 로터가 소정 속도로 회전하도록 로터를 제어한다. 로터의 회전은 벌집형 고정 시일 또는 슈라우드를 따르는 아치형 원주 방향 경로로 기계가공 디바이스를 이동시키고, 이에 의해 벌집형 고정 시일 또는 슈라우드를 기계가공한다.
도 1은 압축기, 연소기 및 터빈을 도시하는 가스터빈 엔진의 개략도,
도 2는 벌집형 슈라우드에 인접한 레버린스 시일의 티스를 도시하는 계단식 레버린스 시일 구성의 사시도,
도 3은 본 개시의 일 관점에 따른 터보기계 수정 장치의 사시도,
도 4는 본 개시의 일 관점에 따른 3개의 로터 블레이드 상에 설치된 장치의 상부 및 부분 단면도,
도 5는 본 개시의 일 관점에 따른 기계가공 디바이스 장착부의 제 1 플레이트의 정면도,
도 6은 기계가공 전에 벌집형 슈라우드의 부분 사시도,
도 7은 본 발명의 일 관점에 따른 기계가공 후의 벌집형 슈라우드의 부분 사시도,
도 8은 기계가공 전의 슈라우드의 개략적인 원주 방향 측면도,
도 9는 본 개시의 일 관점에 따른 기계가공 후의 슈라우드의 개략적인 원주 방향 측면도,
도 10은 본 개시의 일 관점에 따른 터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드를 수정하는 방법의 흐름도,
도 11은 본 개시의 일 관점에 따른 터빈의 로터를 회전시키는데 사용된 터닝 기어(turning gear)의 개략도.
본 발명의 하나 이상의 특정 관점/실시예가 이하에 설명될 것이다. 이러한 관점/실시예의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로, 실제 구현예의 모든 특징부가 본 명세서에 설명되지 않을 수도 있다. 임의의 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트에서와 같이, 임의의 이러한 실제 구현예 개발 시에 많은 구현예-특정 결정이, 구현예마다 달라질 수도 있는 기계 관련, 시스템 관련 및 비지니스 관련 제약 준수와 같은 개발자의 특정 목표를 달성하기 위해 이루어져야 한다는 것이 인식되어야 한다. 게다가, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시의 이점을 갖는 통상의 기술자를 위한 설계, 제조 및 제작의 일련 사업이 될 것이라는 것이 인식되어야 한다.
이제 도면을 참조하면, 유사한 도면부호는 여러 도면에 걸쳐서 유사한 요소를 지칭하며, 도 1은 여기에 사용될 수도 있는 터보기계(10)(예를 들면, 가스터빈 엔진)의 개략도를 도시한다. 터보기계(10)는 공기(20)의 유입 유동(incoming flow)을 압축하는 압축기(15)를 포함할 수도 있다. 압축기(15)는 공기(20)의 압축된 유동을 연소기(25)로 전달한다. 연소기(25)는 공기(20)의 압축된 유동을 가압된 연료(30)의 유동과 혼합하고, 혼합물을 점화시켜서 연소 가스(35)의 유동을 생성한다. 단 하나의 연소기(25)가 도시되었지만, 가스터빈 엔진(10)은 임의의 수의 연소기(25)를 포함할 수도 있다. 연소 가스(35)의 유동이 터빈(40)으로 전달된다. 연소 가스(35)의 유동은 기계적인 일을 생성하기 위해 터빈(40)을 구동한다. 터빈(40)에서 생성된 기계적 일은 발전기 등과 같은 외부 부하(50) 및 샤프트/로터(45)를 통해 압축기(15)를 구동한다.
터보기계(10)는 천연 가스, 다양한 유형의 합성 가스 및/또는 다른 유형의 연료를 사용할 수도 있다. 터보기계(10)는, 7 또는 9 시리즈의 산업용(heavy duty) 가스터빈 엔진 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 뉴욕 주 스키넥터디(Schenectady)의 제너럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company)에 의해 제공되는 다수의 상이한 가스터빈 엔진 중 임의의 하나일 수도 있다. 터보기계(10)는 상이한 구성을 가질 수도 있으며 상이한 유형의 구성요소를 사용할 수도 있다. 다른 유형의 터보기계 또는 가스터빈 엔진이 또한 여기서 사용될 수도 있다. 다수의 가스터빈 엔진, 다른 유형의 터빈 및 다른 유형의 발전 설비가 또한 여기서 함께 사용될 수도 있다.
터빈(40)은 회전 로터(도시되지 않음)와, 이 로터에 대해 배치된 고정 베인 및 슈라우드를 포함하는 고정 케이싱(도시되지 않음)을 포함한다. 로터는 이 로터를 중심으로 원주 방향으로 배치된 다수 열의 블레이드(도시되지 않음)를 구비한다. 연소 가스(35)는 블레이드 상에 작용하여 로터가 회전하도록 강제한다. 고정 케이싱은 계단식 또는 2단 구성으로 형성된 고정 벌집형 슈라우드(또는 시일)(60)와 같은 시일 및 슈라우드를 포함할 수도 있다. 슈라우드(60)는 로터를 중심으로 원주 방향으로 연장된다. 고정 슈라우드(60)는 회전하는 블레이드 상의 티스와 협동하여, 로터 블레이드의 반경 방향 외측의 연소 가스의 누출 유동을 최소화하는 시일로서 기능한다.
도 2는 벌집형 슈라우드에 인접한 레버린스 시일의 티스를 도시하는 계단식 레버린스 시일 구성의 사시도를 도시한다. 계단식 레버린스 시일의 받침쇠(backing strip)(80)에 결합된 벌집형 슈라우드(또는 시일)(60)에 대해 지지하는 회전하는 레버린스 시일(70)의 티스(72)가 도시된다. 다른 엔진 구조체는 명확성을 위해 제거되었다. 티스(72)의 회전 방향은 베인으로부터 블레이드 티스를 통해 그려진(draw) 선에 수직, 즉, 블레이드 티스의 돌출부에, 또는 도면의 평면 내로 실질적으로 화살표 방향으로 수직이다. 알 수 있는 바와 같이, 슈라우드(60)로부터의 재료는 용융에 의해서보다는 소형의 깨지기 쉬운 입자의 형태로 제거되는 것이 바람직하며, 이는 제거를 위해 더욱 많은 에너지를 필요로 하므로 티스(72)를 가열한다.
도 3은 본 개시의 일 관점에 따른 터보기계 수정 장치(300)의 사시도를 도시 한다. 본 장치(300)는 기계가공 디바이스(310)와, 기계가공 디바이스(310)에 부착되도록 구성된 기계가공 디바이스 장착부(320)와, 하나 이상(또는 도시된 바와 같이 다수)의 터보기계 또는 로터 블레이드에 부착되도록 구성된 블레이드 장착부(330)로 구성된다. 기계가공 디바이스(310)는 그 말단부에 부착된 기계가공 비트(312)를 구비하는 드릴 또는 그라인더(grinder)일 수도 있다. 기계가공 비트는 연마적(abrasive)이고 회전 가능하며, 회전할 때 슈라우드로부터 재료를 갈아낸다.
기계가공 디바이스 장착부(320)는 제 1 플레이트(322)와, 이 제 1 플레이트(322)에 부착되거나 일체로 형성된 제 2 플레이트(324)를 포함한다. 제 1 플레이트(322)는 블레이드 장착부(330)에 부착되도록 구성되고, 파스너(323)가 관통할 수도 있는 복수의 슬롯(321)(도 3에 도시되지 않음)을 포함한다. 슬롯(321)은 장착부(320) 및 기계가공 디바이스(310)의 [터보기계(10)에 대한] 반경 방향 조정을 허용하도록 길어진다. 제 1 플레이트(322)는 블레이드 장착부(330)를 통해 다수의 로터 블레이드에 부착될 때, 도 3에서 상하로 이동될 수 있고, 이는 터보기계[예를 들면, 터빈(40)]에 대한 반경 방향 이동으로 변환된다. 제 1 플레이트(322)의 소정 위치가 얻어진 후에, 파스너(323)(4개의 파스너가 도시됨)가 조여질 수 있다. 파스너(323)는 플레이트(320)의 제 1 측면에 대해 지지하는 확대 헤드(enlarged head) 또는 와셔를 포함하고, 파스너(323)의 나사형 대향 단부는 블레이드 장착부(330)의 나사형 리세스 내로 나사 결합(screw)될 수도 있거나, 또는 대향 단부(도시되지 않음) 상의 너트 및 와셔를 사용할 수도 있다. 제 2 플레이트(324)는 (예를 들어, 기계적인 파스너 또는 용접에 의해) 플레이트(322)에 기계적으로 체결될 수도 있고, 기계가공 디바이스(310)에 부착되도록 구성된다. 제 2 플레이트(324)는 일반적으로 서로 평행한 슬롯(325)을 포함한다. 슬롯은 기계가공 디바이스(310)의 [터보기계(10) 또는 터빈(40)에 대한] 축방향 조정을 허용한다. 예를 들어, [기계가공 디바이스(310)에 부착되는] 파스너(326)는 슬롯(325)을 따라 축방향 전방 또는 후방으로 슬라이딩될 수도 있다. 기계가공 디바이스의 소정 위치가 얻어지면, 파스너(326)가 조여질 수도 있다.
블레이드 장착부(330)는 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트(332)를 포함한다. 후방 플레이트(331)는 로터 블레이드의 후방(또는 하류)측에 위치되고, 전방 플레이트(332)는 로터 블레이드의 전방(또는 상류)측에 위치된다. 로터 블레이드의 선단 및 후단 에지의 부분은 블레이드 쿠션 또는 커버(333 및 334)에 끼워맞춰진다. 커버(333)는 전방 또는 상류 커버이고, 커버(334)는 후단 또는 하류 커버이다. 각 로터 블레이드는 전방 커버(333) 및 후방 커버(334)와 짝을 이루며, 모든 커버는 일반적으로 로터 블레이드의 프로파일과 일치하는 홈(336)을 포함한다. 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트(332)는 로터 블레이드에 설치될 때, 실질적으로 서로 평행할 수도 있다. 나타낸 예에 있어서, 블레이드 장착부(330)는 3개의 쌍의 후방 및 전방 블레이드 커버(333, 334)가 있기 때문에, 3개의 로터 블레이드에 부착된다. 복수의 파스너(335)는 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트를 로터 블레이드 상에 클램핑하는데 사용된다.
도 4는 3개의 로터 블레이드 상에 설치된 장치(300)의 상부 및 부분 단면도를 도시한다. 현 위치 로터 블레이드(41)(점선으로 도시됨)는 전방 플레이트(332)와 후방 플레이트(331) 사이에 클램핑되고, 로터 블레이드의 선단 및 후단 에지의 부분은 블레이드 커버(333 및 334)의 홈 내에 있다. 파스너(335)가 조여질 때, 블레이드 장착부(330)는 로터 블레이드(41)에 단단하고 견고하게 부착된다. 블레이드 장착부는 기계가공 디바이스 장착부(320) 및 기계가공 디바이스(310)를 위한 고정 베이스(secure base)로서의 역할을 한다. 기계가공 디바이스(310)는 로터가 [장치(300)와 함께] 회전하는 동안 벌집형 슈라우드 또는 시일을 기계가공하거나 그라인딩(grind)하는데 사용되는 기계가공 비트(312)를 포함한다. 기계가공 디바이스는 클램프(411) 및 플레이트(412)로 구성된 브래킷 장착부(410)에 부착된다. 클램프(411)는 [디바이스(310)의 일부분이 관통하는] 원형 개구 및 슬롯(414)을 갖는 플레이트로 구성되고, 이 슬롯(414)은 개구로부터 플레이트의 측면으로 연장된다. 슬롯이 폐쇄되고 개구는 파스너(413)에 의해 디바이스(310) 주위에 조여진다. 이러한 방식으로, 디바이스(310)는 장착부(320) 및 블레이드 장착부(330)에 단단하고 견고하게 장착된다.
도 5는 기계가공 디바이스 장착부의 제 1 플레이트(322)의 정면도를 도시한다. 슬롯(321)은 수직 또는 반경 방향으로 길어져서, 플레이트(322)의 위치의 반경 방향 조정을 허용한다. 제 2 플레이트(324)는 구멍(501 및 502)을 통해 제 1 플레이트(322)에 부착될 수도 있다. 구멍(501)은 플레이트(324)(가상으로 도시됨) 내로 나사 결합되는 파스너(도 5에 도시되지 않음)와 함께 사용될 수도 있다. 구멍(502)은 이 구멍(502) 내로 돌출하는 플레이트(324)로부터의 다월(dowel) 또는 돌출부를 수용하는데 사용될 수도 있다.
도 6은 기계가공 전의 벌집형 슈라우드의 부분 사시도를 도시한다. 도 7은 기계가공 후의 벌집형 슈라우드의 부분 사시도를 도시한다. 도 6에서, 슈라우드(60)는 도 2에 도시된 슈라우드(60)와 동일한 구성이고, 이는 계단식 또는 2단 구성을 구비한다. 이러한 2단 프로파일은 과거에는 매우 흔히 사용되었지만 일부 작동 조건 하에서는 로터 블레이드가 흔들리게 할 수도 있다. 터빈 로터 블레이드가 경험한 과도한 흔들림은 로터 블레이드 손상 또는 기계 비효율로 이어질 수 있다. 도 6에서의 "단차부(step)"는 벌집형 시일의 반경 방향 외부 랜드(601)로부터 벌집형 슈라우드의 반경 방향 내부 랜드(602)까지의 곡선형 전이부(603)로 기계가공된다.
도 8은 기계가공 전의 슈라우드(60)의 개략적인 원주 방향 측면도를 도시한다. 도 9는 기계가공 후의 슈라우드(60)의 개략적인 원주 방향 측면도를 도시한다. 곡선형 전이부(603)는 기계가공 비트(312)의 다수의 패스[회전(revolution)] 후에 슈라우드 부분(602)으로 기계가공된다. 이러한 곡선형 전이부는 특정한 터빈 작동 조건 동안에 로터 블레이드 흔들림을 방지, 저감 또는 최소화한다.
도 10은 터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드를 수정하는 방법(1000)의 흐름도이다. 단계(1010)에서, 블레이드 장착부(330)는 다수의 터보기계 블레이드(41)에 부착된다. 예를 들어, 터빈(40)에 있어서, 블레이드 장착부는 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트(332)를 분리함으로써 다수의 터빈 블레이드(41)에 부착된다. 전방 플레이트(332)는 (기술자의 관점에서) 터빈 블레이드(41)의 뒤쪽으로 슬라이딩된다. 그 다음에, 후방 플레이트는 터빈 블레이드의 대향측 상에 위치되고 파스너(335)가 2개의 플레이트(331 및 332)를 함께 조이는데 사용되어서, 터빈 블레이드(41)에 블레이드 장착부(330)를 클램핑한다.
단계(1020)에서, 기계가공 디바이스 장착부(320)는 블레이드 장착부(330)에 부착된다. 파스너(323)가 후방 플레이트(331)에 제 1 플레이트(322)를 볼트 결합 시키는데 사용된다. 단계(1030)에서, 기계가공 디바이스(310)는 기계가공 디바이스 장착부(320)에 부착된다. 기계가공 디바이스(310)는 일단부에 배치된 기계가공 비트(312)를 갖는 드릴 또는 라우터(router)(또는 유사한 디바이스)일 수도 있다. 브래킷 장착부(410)는 기계가공 디바이스(310) 상에 클램핑하는데 사용되고, 브래킷 장착부(410)는 플레이트(412, 324, 322)에 견고하게 연결된다. 단계(1030)가 단계(1020) 이전에 수행될 수도 있거나, 그 반대일 수도 있다는 점에서, 단계(1020 및 1030)의 순서는 교체될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
단계(1040)에서, 기계가공 비트(312)는 슈라우드(60)에 대해 소정 위치에 위치설정된다. 파스너(323)는 플레이트(320)가 (터보기계에 대해) 반경 방향으로 위로 또는 아래로 이동되게 하도록 느슨해질 수도 있고, 이는 슈라우드(60)에 대한 기계가공 비트(312)의 높이를 대응적으로 상승 또는 하강시킨다. 소정 높이 또는 수직 위치가 얻어지면, 파스너(323)는 다시 조여질 수 있다. (터보기계에 대한) 축방향 위치는, 기계가공 비트(312)의 소정 축방향 위치가 얻어질 때까지, 파스너(326)를 느슨하게 하고, 플레이트(324)를 따라 앞뒤로(즉, 전방 및 후방으로) [기계가공 디바이스(310)뿐만 아니라] 플레이트(412)를 슬라이딩시킴으로써 조정된다. 예를 들어, 기계가공 비트(312)에 대한 소정 위치는 2개의 슈라우드 섹션 사이에 위치된 슬롯(610)에 있을 수도 있다(도 6 참조). 슬롯(610) 내에 정확하게 위치될 때, 기계가공 비트(312)는 활성화되어 슈라우드의 섹션(602)과 접촉하는 일 없이 속도를 올릴 수 있다. 대안적으로, 소정 축방향 깊이가 달성될 때까지 기계가공 비트(312)가 섹션(602)의 재료를 기계가공하기 때문에, 비트(312)는 먼저 활성화된 후에 섹션(602)의 비-슬롯 위치로 축방향으로 슬라이딩될 수도 있다.
단계(1050)에서, 기계가공 디바이스(310)는 턴온됨으로써 활성화되어, 기계가공 비트(312)가 회전되게 한다. 예를 들어, 기계가공 디바이스(310)가 라우터 또는 드릴인 경우, 그 다음에 온(ON) 스위치가 장치 상에서 활성화된다. 단계(1060)에서, 터빈(40)의 로터는 소정 속도로 회전하도록 제어된다. 도 11은 터빈(40)의 로터(42)를 회전시키는데 사용되는 터닝 기어(44)의 개략도를 도시한다. 터닝 기어(44)는 전형적으로 로터(42)의 저속 회전에 사용되고 터빈(40)의 시동 동안에 흔히 사용된다. 시동 동안에 터닝 기어(및/또는 터닝 기어 모터)(44)에 의해 회전되는 로터의 통상 분당 회전수(RPM)는 약 4RPM일 수도 있고, 이 속도는 슈라우드(60)를 가공하기에는 너무 빠르다. 단계(1060)에서, 로터(42)는 소정 속도로 회전하도록 제어된다. 전기 또는 유압 드릴(1100)이 터닝 기어/모터(44)에 부착되고, 드릴(1100)은 약 2의 시간당 회전수(RPH) 내지 약 5의 시간당 회전수의 로터 회전 속도를 얻도록, 제어된 속도로 터닝 기어를 회전시킨다. 드릴(1100)은 4RPM에서 2 내지 5RPH(즉, 0.03RPM 내지 0.08RPM)로 터닝 기어의 일반적인 로터 속도를 줄인다. 터닝 기어(44)는 로터 기어(43)에 연결된다.
단계(1070)에서, 슈라우드(60)는 기계가공 비트(312)에 의해 기계가공된다. (2 내지 5RPH로) 천천히 움직이는 로터는 기계가공 비트(312)가 기계가공 디바이스(310)의 성능 내의 속도로 슈라우드(60)를 기계가공하게 한다. 기계가공 디바이스(310)는 장착부(320 및 330)를 통해 로터에 결합된다. 로터(42)[및 블레이드(41)]가 이동/회전하면 기계가공 디바이스(310)가 뒤따른다. 로터(42)의 느린 회전은 기계가공 디바이스(310) 및 비트(312)를, 슈라우드(60)를 따르는 아치형의 원주 방향 경로로 이동시키고, 비트(312)가 이 경로를 따를 때 슈라우드(60)가 기계가공된다. 로터(42)의 1회의 풀 회전(full revolution) 후에, 슈라우드(60)의 기계가공이 완료될 때까지 단계(1040 내지 1070)가 소정 횟수만큼 반복될 수도 있다. 단지 하나의 예로서, 기계가공 비트(312)의 제 1 패스(예를 들면, 로터의 풀 회전)는 슈라우드(60)의 25%의 소정 양을 기계가공할 수 있어서, 이러한 제 1 패스의 완료 시에 로터는 정지되고 기계가공 비트는 재배치된다. 드릴(1100)은 터닝 기어를 다시 활성화시켜서 제 2 패스가 완료되고, 이러한 제 2 패스는 슈라우드(60)에 대한 50%의 소정 기계가공을 얻는다. 따라서, 단계(1040 내지 1070)를 통한 2회 이상의 패스 또는 사이클이 슈라우드(60)의 100%의 소정 기계가공을 얻는데 요구된다. 4회의 패스 각각에서 점점 더 많은 슈라우드(60)가 제거되고, 이러한 사이클은 소정의 슈라우드 프로파일이 달성될 때까지 계속된다. 그러나, 슈라우드(60)의 소정의 기계가공된 프로파일을 얻기 위해서는 로터(42)의 하나 이상의 풀 회전이 요구될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소를 소개할 때, 용어 "부정관사(a, an)" 및 "정관사(the)"는 하나 이상의 요소가 있음을 의미하는 것으로 의도된다. 용어 "포함한다", "포함하는" 및 "갖는다"는 포괄적인 것으로 의도되고, 나열된 요소 이외의 추가적인 요소가 있을 수 있음을 의미하도록 의도된다. 작동 파라미터 및/또는 환경 조건의 임의의 예는 개시된 실시예의 다른 파라미터/조건을 배제하지 않는다. 게다가, 본 발명의 "일 실시예", "일 관점" 또는 "실시예" 또는 "관점"에 대한 언급은, 개시된 특징부를 또한 포함하는 추가적인 실시예 또는 관점의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않음을 이해해야 한다.
본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐서 여기에 사용되는 근사적인 표현(language)은 그것이 관련된 기본 기능의 변화를 초래하는 일 없이 허용적으로 달라질 수 있는 임의의 양적 표현을 변경하는데 적용될 수도 있다. 따라서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들로 변경된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않아야 한다. 적어도 일부의 경우, 근사적인 표현은 값을 측정하는 도구(instrument)의 정밀도와 일치(correspond)할 수도 있다. 여기서, 그리고 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐서, 범위 제한이 조합 및/또는 교체될 수도 있으며, 이러한 범위는 내용 또는 표현이 다른 것을 나타내지 않는 한, 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 식별하고 포함한다. 범위의 특정 값에 적용되는 용어 "약" 및 "대략"은 2개의 값 모두에 적용되며, 값을 측정하는 기구의 정밀도에 달리 의존하지 않는 한, 명시된 값(들)의 +/- 10%를 나타낼 수도 있다.
이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 임의의 장치 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하는 예시를 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에게 발생하는 다른 예시를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예시는 이들이 청구범위의 문자상의 표현과 상이하지 않은 구조적인 요소를 갖는 경우, 또는 청구범위의 문자상의 표현과 약간(insubstantial)의 차이를 갖는 동등한 구조적인 요소를 포함하는 경우에 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
10 : 터보기계 15 : 압축기
20 : 공기 25 : 연소기
30 : 연료 35 : 연소 가스
40 : 터빈 41 : 로터 블레이드
45 : 샤프트/로터 50 : 부하
60 : 슈라우드 70 : 시일
72 : 티스 80 : 받침쇠
300 : 터보기계 수정 장치 310 : 기계가공 디바이스
312 : 기계가공 비트
320 : 기계가공 디바이스 장착부 321 : 슬롯
322 : 제 1 플레이트 323 : 파스너
324 : 제 2 플레이트 325 : 슬롯
326 : 파스너 330 : 블레이드 장착부
331 : 후방 플레이트 332 : 전방 플레이트
333 : 커버 334 : 커버
335 : 파스너 336 : 홈
410 : 브래킷 장착부 441 : 클램프
412 : 플레이트 413 : 파스너
414 : 슬롯 501 : 구멍
502 : 구멍 601 : 외부 랜드
602 : 내부 랜드 603 : 곡선형 전이부
1000 : 방법 1010 : 단계
1020 : 단계 1030 : 단계
1040 : 단계 1050 : 단계
1060 : 단계 1070 : 단계
1100 : 드릴

Claims (15)

  1. 터보기계 수정 장치(300)에 있어서,
    기계가공 디바이스(310)와,
    상기 기계가공 디바이스에 부착되고, 상기 기계가공 디바이스의 위치를 반경 방향 및 축방향으로 조정하도록 구성되는 기계가공 디바이스 장착부(320)와,
    하나 이상의 터보기계 블레이드(41)에 부착되도록 구성되고, 상기 기계가공 디바이스 장착부에 부착되는 블레이드 장착부(330)를 포함하는
    터보기계 수정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드 장착부는 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트(332)를 더 포함하며, 상기 후방 플레이트는 상기 터보기계 블레이드의 후방측 상에 위치되도록 구성되고, 상기 전방 플레이트는 상기 터보기계 블레이드의 전방측 상에 위치되도록 구성되고,
    상기 후방 플레이트 및 전방 플레이트 각각은 상기 터보기계 블레이드의 프로파일에 대체로 일치하는 홈(336)을 포함하는
    터보기계 수정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트(332)는 상기 터보기계 블레이드에 설치될 때 실질적으로 서로 평행한
    터보기계 수정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 블레이드 장착부는 상기 터보기계 블레이드 상에 상기 후방 플레이트 및 전방 플레이트를 클램핑하도록 구성되고, 상기 후방 플레이트를 통해 그리고 상기 전방 플레이트 내로 통과하는 복수의 파스너(335)를 더 포함하는
    터보기계 수정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 기계가공 디바이스는 고정 벌집형 시일을 기계가공하도록 구성된 기계가공 비트(312)를 더 포함하는
    터보기계 수정 장치.
  6. 터보기계(10)의 고정 시일 또는 슈라우드(60)를 수정하는 방법(1000)에 있어서,
    하나 이상의 터보기계 블레이드(41)에 블레이드 장착부(330)를 부착하는 것(1010)과,
    상기 블레이드 장착부에 기계가공 디바이스 장착부(320)를 부착하는 것(1020)과,
    상기 기계가공 디바이스 장착부에, 기계가공 비트(312)를 포함하는 기계가공 디바이스(310)를 부착하는 것(1030)과,
    상기 고정 시일 또는 슈라우드에 대해 소정 위치에 상기 기계가공 비트를 위치설정하는 것(1040)과,
    상기 기계가공 디바이스를 활성화시키는 것(1050)과,
    상기 터보기계의 로터(45)가 소정 속도로 회전하도록 상기 로터를 제어하는 것(1060)을 포함하고,
    상기 로터의 회전이 상기 고정 시일 또는 슈라우드를 따르는 아치형의 원주 방향 경로로 상기 기계가공 디바이스를 이동시키고, 이에 의해 상기 고정 시일 또는 슈라우드를 기계가공하는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어하는 것의 단계는 약 2 내지 약 5의 시간당 회전수(RPH)의 속도로 회전하도록 상기 로터(42)를 제어하는 것을 더 포함하는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    약 2RPH 내지 약 5RPH의 로터 속도를 얻기 위해 상기 로터의 터닝 기어 모터(44)에 드릴(1100)이 부착되는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 위치설정하는 것, 활성화시키는 것, 제어하는 것 및 상기 고정 시일 또는 슈라우드를 기계가공하는 것의 단계는 소정 레벨의 기계가공이 얻어질 때까지 복수 회 수행되는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 위치설정하는 것의 단계는 인접한 시일 또는 슈라우드 섹션 사이의 간극(610)에 상기 기계가공 비트를 위치설정하는 것을 더 포함하는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 기계가공 디바이스 장착부는 상기 기계가공 디바이스의 위치를 반경 방향 및 축방향으로 조정하도록 구성되는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 위치설정하는 것의 단계는 상기 기계가공 디바이스의 위치를 상기 터보기계에 대해 반경 방향 및 축방향으로 조정하는 것을 포함하는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 블레이드 장착부는 후방 플레이트(331) 및 전방 플레이트(332)를 더 포함하며, 상기 후방 플레이트는 상기 터보기계 블레이드의 후방측 상에 위치되도록 구성되고, 상기 전방 플레이트는 상기 터보기계 블레이드의 전방측 상에 위치되도록 구성되며,
    상기 후방 플레이트 및 전방 플레이트 각각은 상기 터보기계 블레이드의 프로파일에 대체로 일치하는 홈을 포함하는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 후방 플레이트 및 전방 플레이트는 상기 하나 이상의 터보기계 블레이드에 설치될 때 실질적으로 서로 평행한
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 고정 시일 또는 슈라우드를 기계가공하는 것의 단계는 고정 벌집형 시일 상에 수행되는
    터보기계의 고정 시일 또는 슈라우드 수정 방법.
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