KR20220099085A - 통합형 상호연결 밀봉부를 가진 링 세그먼트를 구비한 가스 터빈 링 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 가스 터빈 엔진의 로터의 원주 방향 배열 블레이드의 어레이의 반경 방향 외측에 배치되는 링 조립체를 제공한다. 링 조립체는 하나가 다른 하나에 인접하게 원주 방향으로 배치되고 서로에 대해 원주 방향으로 이격되는 제1 원주 방향 단부와 제2 원주 방향 단부를 구비하는 링 세그먼트를 포함한다. 상기 복수의 링 세그먼트 중에서 링 세그먼트의 제1 단부와 인접한 링 세그먼트의 제2 단부는 서로 마주보고 배열된다. 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 상기 제1 단부에 형성된다. 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 상기 제1 단부와 마주보는 상기 제2 단부에 형성된다. 상기 수용 밀봉부 파트는 상기 돌출 밀봉부 파트을 수용해서 상기 링 세그먼트 및 인접한 링 세그먼트 사이에 자웅 결합 연결부를 형성한다. 링 조립체를 포함한 가스 터빈 엔진이 제공된다. 게다가, 링 조립체의 링 세그먼트를 제조하는 방법도 제공된다.
Description
본 발명은 가스 터빈에 관한 것이고, 보다 구체적으로 가스 터빈의 링 조립체의 인접한 링 세그먼트를 밀봉하는 기술에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진은 가스 터빈 엔진의 축방향으로 번갈아 배열된 복수 스테이지의 블레이드(blade)와 베인(vane)을 포함한다. 종래, 링 조립체는, 슈라우드(shroud), 슈라우드 링, 환형 슈라우드, 또는 유동 경로 링으로도 불리며, 가스 터빈 엔진의 회전축을 중심으로 원주 방향으로, 그리고 회전하는 터빈 블레이드의 반경 방향 외측으로 배치되며, 즉 터빈 블레이드의 블레이드 팁(blade tip)과 이격되어 대향하고 있다. 도 4a는 링 조립체(1)를 개략적으로 도시하고 있다. 링 조립체(1)는 고정 부품이고, 고온 가스 유동 경로(5)의 반경 방향 외측 경계의 일부를 형성하고 있다. 링 조립체(1)는 연소 가스를 활용하여 가스 터빈의 로터를 최대 효율로 회전시키도록 가스 유동 경로(5)에 연소 가스를 구속한다.
링 조립체(1)는 가스 터빈 엔진(1)의 회전축(20)을 중심으로 원주 방향으로, 그리고 회전 터빈 블레이드(38)의 반경 방향 외측으로 조립되는 복수의 고정 링 세그먼트(stationary ring segment)(2)(슈라우드 세그먼트라고도 함)를 포함한다. 링 세그먼트(2)는 일반적으로 활 모양을 가지며, 원주 방향으로 서로 나란히 배열될 때 고온 가스 경로(5)의 외측 경계를 형성하는 완전한 링 조립체(1)를 형성한다.
도 4b는 가스 터빈 엔진의 회전축(20) 또는 중심축(20)에 대하여 원주 방향으로 배열된 2개의 인접한 종래의 링 세그먼트(2')의 일부를 개략적으로 도시하고 있다. 도 5a는 종래의 링 세그먼트(2')의 구조를 개략적으로 묘사하고 있다. 링 세그먼트(2')는 반경 방향 내측으로 마주보고 고온 가스 경로(5)를 형성하는 반경 방향 내측 표면(2x')을 구비하며, 이에 따라 내측 표면(2x') 또는 가스 경로 표면(2x'), 반경 방향 외측 표면(2e'), 서로에 대해 축방향으로 이격된 제1 및 제2 축방향 표면(2m', 2n'), 그리고 가스 터빈 엔진의 회전축(20)에 대해 서로에 대해 원주 방향으로 이격된 제1 단부(2a')와 제 2 단부(2b')라고도 불린다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 링 세그먼트(2')를 조립해서 링 조립체를 형성할 때, 링 조립체를 반경 방향 외측으로 가로질러 고온 가스 경로(5)로부터 고온 가스의 누설을 회피하기 위해 인접한 링 세그먼트(2') 사이의 접합부 또는 틈새(G)가 밀봉될 필요가 있다. 왜냐하면 고온 가스의 그러한 누설은 엔진 효율에 불리하고, 케이싱의 여러 부분과 링 조립체의 반경 방향 외측에 배치된 다른 구성요소를 가열함으로써 원하지 않는 효과도 야기할 수도 있기 때문이다.
게다가 링 세그먼트(2')의 적어도 가스 경로 표면(2x')이 고온 가스 경로(5)를 형성하거나 고온 가스 경로(5) 내에 배치되어 있기 때문에, 링 세그먼트(2)는 링 조립체의 반경 방향 외측 위치로부터 링 세그먼트(2')를 향해 냉각 공기를 공급함으로써 종종 냉각된다. 따라서, 링 세그먼트(2') 사이의 접합부 또는 틈새(G)를 밀봉하는 것도 고온 가스 유동 경로(5)로부터 냉각 공기의 의도하지 않은 누설을 회피하기 위해 필요할 수도 있다.
종래, 링 세그먼트(2') 사이의 접합부 또는 틈새(G)를 밀봉하기 위해, 그루브(groove, GR)가, 도 5a에 도시된 바와 같이, 원주 방향 단부(2a', 2b')의 각각에 형성되어 있고, 밀봉 요소(S')가, 도 4b에 도시된 바와 같이, 인접한 링 세그먼트(2')의 마주보는 원주 방향 단부(2a', 2b')의 두 그루브(GR)에 삽입된다. 밀봉 요소(S')는 일반적으로 밀봉판(S')으로서 형성되며, 이의 일단부가 링 세그먼트(2')의 그루브(GR)에 삽입되고, 타단부가 링 세그먼트(2')의 그루브(GR)에 삽입된다. 가스 터빈의 동작 중에 고온 가스 유동 경로(5) 내의 고압이 그루브(GR)를 형성하는 벽에 대해 밀봉 요소(S')를 가압하며, 이에 의해 틈새 또는 접합부(G)를 밀봉한다.
그러나, 전술한 종래의 밀봉 기술은 하나 이상의 단점을 겪는다. 종래의 밀봉 요소들은 별도로 제조 및 조립될 필요가 있는 추가의 요소들이기 때문에, 가스 터빈의 제조 및 조립을 위해 필요한 비용, 시간, 및 노력이 증가한다. 또한, 종래의 밀봉 요소들은 조립 중에 마주보는 그루브 중의 하나 또는 양자에 잘못 삽입될 수도 있거나 동작 중에 마주보는 그루브 중의 하나 또는 양자로부터 풀리거나 빠져나올 수 있으며, 이에 의해 밀봉을 저하시킨다. 또한 종래의 밀봉 요소들이 링 세그먼트와 별도로 제조되기 때문에, 치수에서 약간의 불일치도 불만족스러운 밀봉에 이를 수 있다. 약간의 불일치는 밀봉 요소와 링 세그먼트를 위한 별도의 제조 공정의 사용에 기인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 가스 터빈의 링 조립체의 인접한 링 세그먼트 사이의 틈새 또는 접합부를 효과적으로 밀봉하기 위한 기술을 제공하는 것이다.
상술한 목적은 본 개시에 첨부된 독립항에 따른 가스 터빈용 링 조립체에 의해 달성된다. 링 조립체를 포함한 가스 터빈도 제공된다. 본 기술의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제공된다. 독립 청구항의 특징은 독립 청구항에 종속된 청구항의 특징과 결합될 수 있고, 종속 청구항의 특징은 서로 결합될 수 있다.
본 기술의 제1 측면은 가스 터빈용 링 조립체이다. 링 조립체는 가스 터빈 엔진 로터의 원주 방향 배열 블레이드의 어레이의 반경 방향 외측에 배치된다. 링 조립체는 하나가 다른 하나에 인접하게 원주 방향으로 배치되고 서로에 대해 원주 방향으로 이격되는 제1 원주 방향 단부와 제2 원주 방향 단부를 구비한 링 세그먼트를 포함한다. 복수의 링 세그먼트 중에서 링 세그먼트의 제1 단부 및 인접한 링 세그먼트의 제2 단부는 서로 마주보고 배열된다. 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 제1 단부에 형성된다. 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 제1 단부와 마주보는 제2 단부에 형성된다. 수용 밀봉부 파트는 돌출 밀봉부 파트을 수용해서 링 세그먼트 및 인접한 링 세그먼트 사이에 자웅 결합 연결부 또는 맞물림 연결부를 형성한다.
다시 말해, 본 기술의 제1 측면은 가스 터빈 엔진의 로터의 원주 방향 배열 블레이드의 어레이를 둘러싸거나 포위하기 위해 어레이의 반경 방향 외측에 배치되는 링 조립체를 제공한다.
링 조립체는 하나가 다른 하나에 인접하게 원주 방향으로 배치되는 복수의 링 세그먼트를 포함한다. 각각의 링 세그먼트는 반경 방향 내측 가스 경로 표면과 상기 가스 경로 표면과 대향하는 반경 방향 외측 표면, 그리고 서로에 대해 원주 방향으로 이격되는 제1 단부와 제2 단부를 구비한다.
링 조립체에서 위치 조정될 때, 복수의 링 세그먼트 중에서 링 세그먼트의 제1 단부 및 인접한 링 세그먼트의 제2 단부는 서로 마주보고 배열된다. 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 상기 제1 단부에 형성된다. 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 상기 제1 단부와 마주보는 상기 제2 단부에 형성된다.
수용 밀봉부 파트는 돌출 밀봉부 파트을 수용해서 링 세그먼트 및 인접한 링 세그먼트 사이에 자웅 결합 연결부를 형성한다.
돌출 밀봉부 파트 및 수용 밀봉부 파트는 상호 대응할 수도 있거나 서로 대응할 수도 있다. 다시 말해, 돌출 밀봉부 파트 및 수용 밀봉부 파트의 형상 및/또는 크기 및/또는 치수 및/또는 배치 및/또는 위치는 서로 일치하거나 서로 대응할 수 있으며, 돌출 밀봉부 파트는 수용 밀봉부에 수용되며, 이때 하나의 링 세그먼트의 돌출 밀봉부 파트와 다른 하나의 링 세그먼트의 수용 밀봉부는 서로 인접하게 배치되고 서로를 향해, 바람직하게는 원주 방향으로 상대적으로 이동한다.
간단하게 말하면, 하나의 링 세그먼트의 돌출 밀봉부 파트는 다른 하나의 링 세그먼트의 수용 밀봉부 속으로, 바람직하게는 원주 방향을 따르는 상대적인 미끄럼 운동에 의해 미끄러질 수 있다.
짧게 말하면, 돌출 밀봉부 파트와 수용 밀봉부는 서로 상보적일 수 있으며, 그 결과 돌출 밀봉부 파트는 수용 밀봉부에 플러그식으로 끼워질 수 있으며, 바람직하게는 하나의 링 세그먼트의 반경 방향 내측 가스 경로 표면 및 다른 하나의 링 세그먼트의 반경 방향 내측 가스 경로 표면은 서로 인접하게 배치되며, 바람직하게는 서로 인접하며, 더욱 바람직하게는 서로 동일한 높이를 가진다.
돌출 밀봉부 파트 및 수용 밀봉부 파트는 제1 단부 및 제1 단부와 마주보는 제2 단부에 배치될 수 있으며, 그 결과 돌출 밀봉부 파트와 수용 밀봉부 파트는 서로 직접 마주보며, 이때 제1 단부 및 제1 단부와 마주보는 제2 단부는 원주 방향을 따라 서로 나란히 배치된다.
돌출 밀봉부 파트 및 대응 수용 밀봉부 파트는 종방향 형상을 가질 수 있고 축방향으로 연장할 수 있다. 돌출 밀봉부 파트 및 대응 수용 밀봉부 파트는 링 세그먼트의 축방향 길이를 따라 또는 가로질러 연장할 수 있으며, 바람직하게는 링 세그먼트의 축방향 전장을 가로질러 연장할 수 있다.
일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 하나의 링 세그먼트의 제1 단부에 형성될 수 있고, 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 인접한 링 세그먼트의 제2 단부에 형성될 수 있다.
링 조립체의 모든 링 세그먼트는 서로 동일할 수 있다.
일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 링 세그먼트 각각의 제1 단부에 형성될 수 있다.
일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 링 세그먼트 각각의 제2 단부에 형성될 수 있다.
제1 단부는 서로에 대해 축방향으로 이격되는 제1 축방향 엣지 및 제2 축방향 엣지를 포함할 수 있다.
돌출 밀봉부 파트 또는 돌출 밀봉부 파트의 적어도 제1 파트는 제1 단부의 제1 축방향 엣지로부터 제2 축방향 엣지로 연장하도록 형성될 수 있다.
제2 단부는 서로에 대해 축방향으로 이격되는 제1 축방향 엣지 및 제2 축방향 엣지를 포함할 수 있다.
수용 밀봉부 파트 또는 수용 밀봉부 파트의 적어도 제1 파트는 제2 단부의 제1 축방향 엣지로부터 제2 축방향 엣지로 연장할 수 있다. 수용 밀봉부 파트는 돌출 밀봉부 파트 또는 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트에 대응할 수 있다.
제1 단부는 서로에 대해 반경 방향으로 이격되는 제1 반경 방향 엣지 및 제2 반경 방향 엣지를 포함할 수 있다.
돌출 밀봉부 파트의 적어도 제2 파트는 제 1 단부의 제1 반경 방향 엣지 및/또는 제2 반경 방향 엣지를 향하여 연장할 수 있다.
제2 단부는 서로에 대해 반경 방향으로 이격되는 제1 반경 방향 엣지 및 제2 반경 방향 엣지를 포함할 수 있다.
수용 밀봉부 파트의 적어도 제2 파트는 제 2 단부의 제1 반경 방향 엣지 및/또는 제2 반경 방향 엣지를 향하여 연장할 수 있고, 돌출 밀봉부 파트의 제2 파트에 대응할 수 있다.
돌출 밀봉부 파트의 제1 및 제2 파트는 서로 교차하거나 결합될 수 있으며, 즉 제2 파트는 제1 파트로부터 연장할 수 있다.
유사하게, 수용 밀봉부 파트의 제1 및 제2 파트는 서로 교차하거나 결합될 수 있으며, 즉 제2 파트는 제1 파트로부터 연장할 수 있다. 수용 밀봉부 파트의 제1 및 제2 파트는 돌출 밀봉부 파트의 제1 및 제2 파트에 대응할 수 있다.
돌출 밀봉부 파트 및/또는 수용 밀봉부 파트는 링 세그먼트들이 배치되는 원주 방향을 따라 만곡될 수 있다.
돌출 밀봉부 파트의 두께는 돌출 밀봉부 파트가 형성되는 링 세그먼트의 제1 단부의 두께 보다 작을 수 있다.
수용 밀봉부 파트의 두께는 수용 밀봉부 파트가 형성되는 링 세그먼트의 제2 단부의 두께 보다 작을 수 있다.
이들 두께는 반경 방향을 따라 측정될 수 있다.
돌출 밀봉부 파트는 제1 단부의 원주 방향 측면으로부터 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 돌출 립 또는 레일을 포함하거나 그러한 것으로서 형성될 수 있다.
수용 밀봉부 파트는 제2 단부의 원주 방향 측면으로부터 내측으로 오목하게 되는 적어도 하나의 수용 그루브를 포함하거나 그러한 것으로서 형성될 수 있다.
적어도 하나의 수용 그루브는 돌출 밀봉부 파트의 적어도 하나의 돌출 립에 대응할 수 있으며, 그 결과 돌출 밀봉부 파트 및 수용 밀봉부 파트는 원주 방향으로 인접하게 배치되며, 돌출 립은 수용 그루부 속에 수용된다.
돌출 밀봉부 파트, 예컨대 돌출 립 또는 레일은 제1 단부, 바람직하게는 제1 단부에서 원주 방향 측면의 윤곽 또는 형태에 일치하도록 형성될 수 있다. 수용 밀봉부 파트, 예컨대 수용 그루브는 돌출 밀봉부 파트의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.
돌출 밀봉부 파트, 예컨대 돌출 립 또는 레일은 제1 단부, 바람직하게는 제1 단부에서 원주 방향 측면의 골격 또는 형상 구조에 대응하여 형성되고 이를 따라 배치될 수 있다. 수용 밀봉부 파트, 예컨대 수용 그루브는 돌출 밀봉부 파트의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.
돌출 밀봉부 파트, 예컨대 돌출 립 또는 레일은 제1 단부, 바람직하게는 제1 단부에서 원주 방향 측면의 골격 전체 또는 형상 구조 전체를 따라 연장할 수 있다. 수용 밀봉부 파트, 예컨대 수용 그루브는 돌출 밀봉부 파트의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.
돌출 밀봉부 파트의 골격 또는 형상 구조과 제1 단부, 바람직하게는 제1 단부에서 원주 방향 측면의 골격 또는 형상 구조는 중첩할 수 있다.
링 세그먼트는 링 세그먼트를 링 캐리어에 고정하기 위해 하나 이상의 고정부를 포함할 수 있다. 고정부는 원주 방향으로 연장할 수 있고, 제1 및 제2 단부에서 원주 방향 표면을 포함할 수 있다. 제1 단부에서 고정부의 원주 방향 표면은 제1 단부에서 연속적인 원주 방향 측면을 형성하기 위해 제1 단부에서 원주 방향 측면과 동일한 높이를 가질 수 있다. 유사하게, 제2 단부에서 고정부의 원주 방향 표면은 제2 단부에서 연속적인 원주 방향 측면을 형성하기 위해 제1 단부에서 원주 방향 측면과 동일한 높이를 가질 수 있다.
돌출 밀봉부 파트, 예컨대 돌출 립 또는 레일은 제1 단부, 바람직하게는 제1 단부에서 원주 방향 측면의 골격 또는 형상 구조에 대응하여 형성되고 이를 따라 배치될 수 있다. 수용 밀봉부 파트, 예컨대 수용 그루브는 돌출 밀봉부 파트의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.
돌출 밀봉부 파트, 예컨대 돌출 립 또는 레일은 제1 단부, 바람직하게는 제1 단부에서 원주 방향 측면의 골격 전체 또는 형상 구조 전체를 따라 연장할 수 있다. 수용 밀봉부 파트, 예컨대 수용 그루브는 돌출 밀봉부 파트의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같은 형상의 용어 '골격' 또는 '형상 구조'는 형상의 경계와 등거리에 있는 가는 버전(thin version) 또는 라인을 의미할 수 있다. '골격' 또는 '형상 구조'는 또한 중간축(medial axis)이라고도 할 수 있고, 형상 분석의 기술 분야에서 잘 알려져 있고, 따라서 간략함을 위해 여기에서 더 상세하게 설명되지 않는다.
돌출 밀봉부 파트는 제2 단부에서 원주 방향 측면으로부터 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 대향 돌출 립을 더 포함할 수 있다.
수용 밀봉부 파트는 제1 단부에서 원주 방향 측면으로부터 내측으로 오목하게 되는 적어도 하나의 대향 수용 그루브를 더 포함할 수 있고, 돌출 밀봉부 파트의 적어도 하나의 대향 돌출 립에 대응한다.
짧게 말하면, 하나의 링 세그먼트의 제1 단부는 적어도 하나의 돌출 밀봉부 파트 및 적어도 하나의 수용 밀봉부 파트를 포함할 수 있고, 인접한 링 세그먼트의 제2 단부도 또한 적어도 하나의 돌출 밀봉부 파트 및 적어도 하나의 수용 밀봉부 파트를 포함할 수 있다. 하나의 링 세그먼트의 적어도 하나의 돌출 밀봉부 파트 및 인접한 링 세그먼트의 적어도 하나의 수용 밀봉부 파트는 서로 대응할 수 있다. 유사하게, 인접한 링 세그먼트의 적어도 하나의 돌출 밀봉부 파트 및 하나의 링 세그먼트의 적어도 하나의 수용 밀봉부 파트는 서로 대응할 수 있다.
하나의 링 세그먼트의 적어도 하나의 돌출 밀봉부 파트 및 인접한 링 세그먼트의 적어도 하나의 수용 밀봉부 파트는 서로 대응할 수 있다. 유사하게, 인접한 링 세그먼트의 적어도 하나의 돌출 밀봉부 파트 및 하나의 링 세그먼트의 적어도 하나의 수용 밀봉부 파트는 서로 대응할 수 있다.
링 조립체에서, 하나 이상의 돌출 립 중에서 적어도 2개의 돌출 립의 부분은 병렬로 배치되고 서로에 대해 이격될 수 있다.
유사하게, 하나 이상의 수용 그루브 중에서 적어도 2개의 수용 그루브의 부분은 병렬로 배치되고 서로에 대해 이격될 수 있고, 적어도 2개의 돌출 립의 부분에 대응할 수 있다.
하나 이상의 돌출 립은 편평한 팁, 경사진 팁, 둥근 팁, 분기(furcated) 팁 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나 이상의 수용 그루브는 대응하게 형성될 수도 있거나 그렇지 않은 수 있다.
링 세그먼트들 중의 적어도 하나는 링 세그먼트를 가스 터빈 엔진의 스테이터의 링 캐리어에 고정하기 위해 링 세그먼트의 외측 표면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 하나 이상의 고정부를 포함할 수 있다.
돌출 밀봉부 파트 및 수용 밀봉부 파트는 하나 이상의 고정부의 표면을 따라 연장하도록 형성될 수 있다.
본 기술의 제2 측면은 적어도 하나의 링 조립체를 포함한 가스 터빈을 제공한다. 적어도 하나의 링 조립체는 본 기술의 제1 측면에 따른 것이다.
본 기술의 제3 측면은 링 조립체를 제조하는 방법을 제공한다. 링 조립체는 본 기술의 제1 측면에 따른 것이다. 이 방법은 링 조립체의 링 세그먼트들 중의 적어도 하나를 추가로 제조하는 것을 포함한다.
추가의 제조 단계에서, 링 세그먼트의 돌출 밀봉부 파트 및 수용 밀봉부 파트는 링 세그먼트의 나머지 부분을 제조하는 것과 함께 제조될 수 있다.
선택적으로, 추가의 제조 단계에서, 돌출 밀봉부 파트는 링 세그먼트의 수용 밀봉부 파트를 제외하고 링 세그먼트의 나머지 부분을 제조하는 것과 함께 제조될 수 있다. 링 세그먼트의 수용 밀봉부 파트는 기계 가공과 같은 다른 제조 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
더 선택적으로, 링 세그먼트의 일부는 캐스팅과 같은 공지의 제조 기술 또는 추가의 제조 기술에 의해 형성될 수 있고, 그 부분이 형성된 후에 후속해서 본 기술의 방법의 추가의 제조 단계에서, 돌출 밀봉부 파트가 제조될 수 있다. 링 세그먼트의 수용 밀봉부 파트는 본 기술의 방법의 추가의 제조 단계를 수행한 후에 또는 전에 기계 가공과 같은 다른 제조 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
본 기술의 전술한 속성 및 기타 특징 및 이점, 그리고 이들을 달성하는 방식은 더 분명해질 것이며, 본 기술 자체는 첨부 도면과 관련하여 취한 본 기술의 실시예에 대한 다음의 설명을 참조하는 것을 통해 더 잘 이해될 것이다. 도면에서:
도 1은 본 기술의 링 조립체의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부의 단면도를 도시하고 있으며;
도 2a는 링 조립체를 구성하는 링 세그먼트의 위치를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 2b는 도 2a의 A 부분을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 3은 링 조립체를 형성하기 위해 원주 방향으로 배열된 복수의 링 세그먼트를 포함하는 링 조립체의 사시도를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 4a는 링 조립체를 형성하기 위해 원주 방향으로 배열된 복수의 링 세그먼트를 포함하는 링 조립체의 횡단면도를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 4b는 도 4a의 B 부분을 도시하고 있고, 종래 알려진 2개의 인접한 링 세그먼트 사이의 종래 밀봉을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 4c는 도 4a의 B 부분을 도시하고 있고, 본 기술의 2개의 인접한 링 세그먼트 사이의 밀봉을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 5a는 도 4b에 도시된 종래 알려진 링 세그먼트의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 5b는 도 4c에 도시된 본 기술의 링 세그먼트의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며, 링 세그먼트의 제1 단부에 돌출 밀봉부를 나타내고, 링 세그먼트의 제2 단부에 수용 밀봉부를 나타내며,
도 5c는 본 기술의 돌출 밀봉부의 다양한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 5d는 본 기술의 수용 밀봉부의 다양한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 6a는 본 기술의 링 세그먼트의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 6b는 도 6a에 도시된 바와 같이 본 기술의 2개의 링 세그먼트가 서로 조립되어 있는 링 조립체의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 7a는 도 6a의 링 세그먼트의 제1 단부에서 돌출 밀봉부의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 7b는 도 6a의 링 세그먼트의 제2 단부에서 수용 밀봉부의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 8a 내지 도 8d는 본 기술에 따른 링 세그먼트와 링 세그먼트에 의해 형성된 링 조립체의 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시하고 있으며,
도 9a 내지 도 9d는 본 기술에 따른 링 세그먼트와 링 세그먼트에 의해 형성된 링 조립체의 다른 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시하고 있으며,
도 10a 내지 도 10d는 본 기술에 따른 링 세그먼트와 링 세그먼트에 의해 형성된 링 조립체의 또 다른 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시하고 있으며,
도 11a 및 도 11b는 본 기술에 따른 돌출 밀봉부와 수용 밀봉부의 상이한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 12는 본 기술에 따른 돌출 밀봉부와 수용 밀봉부의 상이한 형상을 나타낸 상이한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1은 본 기술의 링 조립체의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부의 단면도를 도시하고 있으며;
도 2a는 링 조립체를 구성하는 링 세그먼트의 위치를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 2b는 도 2a의 A 부분을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 3은 링 조립체를 형성하기 위해 원주 방향으로 배열된 복수의 링 세그먼트를 포함하는 링 조립체의 사시도를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 4a는 링 조립체를 형성하기 위해 원주 방향으로 배열된 복수의 링 세그먼트를 포함하는 링 조립체의 횡단면도를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 4b는 도 4a의 B 부분을 도시하고 있고, 종래 알려진 2개의 인접한 링 세그먼트 사이의 종래 밀봉을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 4c는 도 4a의 B 부분을 도시하고 있고, 본 기술의 2개의 인접한 링 세그먼트 사이의 밀봉을 개략적으로 도시하고 있으며,
도 5a는 도 4b에 도시된 종래 알려진 링 세그먼트의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 5b는 도 4c에 도시된 본 기술의 링 세그먼트의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며, 링 세그먼트의 제1 단부에 돌출 밀봉부를 나타내고, 링 세그먼트의 제2 단부에 수용 밀봉부를 나타내며,
도 5c는 본 기술의 돌출 밀봉부의 다양한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 5d는 본 기술의 수용 밀봉부의 다양한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 6a는 본 기술의 링 세그먼트의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 6b는 도 6a에 도시된 바와 같이 본 기술의 2개의 링 세그먼트가 서로 조립되어 있는 링 조립체의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 7a는 도 6a의 링 세그먼트의 제1 단부에서 돌출 밀봉부의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 7b는 도 6a의 링 세그먼트의 제2 단부에서 수용 밀봉부의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있으며,
도 8a 내지 도 8d는 본 기술에 따른 링 세그먼트와 링 세그먼트에 의해 형성된 링 조립체의 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시하고 있으며,
도 9a 내지 도 9d는 본 기술에 따른 링 세그먼트와 링 세그먼트에 의해 형성된 링 조립체의 다른 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시하고 있으며,
도 10a 내지 도 10d는 본 기술에 따른 링 세그먼트와 링 세그먼트에 의해 형성된 링 조립체의 또 다른 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시하고 있으며,
도 11a 및 도 11b는 본 기술에 따른 돌출 밀봉부와 수용 밀봉부의 상이한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있으며,
도 12는 본 기술에 따른 돌출 밀봉부와 수용 밀봉부의 상이한 형상을 나타낸 상이한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
이하, 전술한 본 기술의 특징 및 기타 특징을 상세히 설명한다. 다양한 실시예가 도면을 참조하여 설명되며, 도면에서 동일한 참조 번호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타내는 데 사용된다. 이어지는 설명에서, 설명의 목적으로, 하나 이상의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세가 언급된다. 예시된 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 알아야 한다. 이러한 실시예는 이러한 특정 상세가 없이 실시될 수 있음이 분명할 수 있다.
도 1은 가스 터빈 또는 가스 터빈 엔진(10)의 예를 단면도로 도시하고 있으며, 이것은 도 2 내지 도 4a의 예시적인 묘사를 위해 추가로 설명된다.
도 1은 가스 터빈 또는 가스 터빈 엔진(10)의 예를 단면도로 도시한다. 가스 터빈 엔진(10)은 일반적으로 흐름 계열로 그리고 일반적으로 종축 또는 회전축(20)을 중심으로 해당 방향으로 배열되는, 흐름 계열로, 유입구(12), 압축기 또는 압축기 섹션(14), 연소기 섹션(16) 및 터빈 섹션(18)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)은 회전축(20)을 중심으로 회전 가능하고 가스 터빈 엔진(10)을 통해 종방향으로 연장되는 샤프트(22)를 더 포함할 수 있다. 샤프트(22)는 터빈 섹션(18)을 압축기 섹션(14)에 구동식으로 연결할 수 있다.
가스 터빈 엔진(10)의 작동 중, 공기 유입구(12)를 통해 흡입된 공기(24)는 압축기 섹션(14)에 의해 압축되어 연소 섹션 또는 버너(burner) 섹션(16)으로 전달된다. 버너 섹션(16)은 버너 플레넘(plenum)(26), 하나 이상의 연소 챔버(28) 및 각 연소 챔버(28)에 고정된 적어도 하나의 버너(30)를 포함한다. 압축기(14)를 통과하는 압축 공기는 디퓨저(32)로 들어가서 디퓨저(32)로부터 버너 플레넘(26)으로 배출될 수 있으며, 버너 플레넘으로부터 공기의 일부가 버너(30)로 들어가서 기체 또는 액체 연료와 혼합된다. 그 다음, 공기/연료 혼합물이 연소되고 연소 가스(34) 또는 연소로부터의 작동 가스가 연소 챔버(28)를 통해 트랜지션 덕트(17)를 경유하여 터빈 섹션(18)으로 전달된다.
이러한 예시적인 가스 터빈 엔진(10)은 각각 버너(30) 및 연소 챔버(28)를 갖는 연소기 캔(can)(19)의 환형 어레이로 구성되는 캐뉼러(cannular) 연소기 섹션 구성(16)을 가질 수 있고, 트랜지션 덕트(17)는 연소 챔버(28)와 인터페이스 연결되는 대체로 원형의 유입구와 환형 세그먼트 형태의 유출구를 가진다. 트랜지션 덕트 유출구의 환형 어레이는 연소 가스를 터빈(18)으로 보내기 위한 환형부를 형성할 수 있다.
터빈 섹션(18)은 샤프트(22)에 부착된 다수의 블레이드 지지 디스크(36)를 포함할 수 있다. 본 예에서, 2개의 디스크(36) 각각은 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이를 보유하는 것으로 예시되어 있다. 그러나, 블레이드 보유 디스크의 수는 상이하여, 즉 오직 하나의 디스크 또는 3개 이상의 디스크일 수 있다. 도 4a는 디스크(36) 상에 원주 방향으로 배열된 터빈 블레이드(38)의 어레이(터빈 블레이드(38)의 스테이지(stage) 또는 터빈 블레이드 스테이지(38)라고도 함)를 예시적으로 도시하고 있다. 또한, 가스 터빈 엔진(10)의 스테이터(42)에 고정된 가이드 베인(40)이 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이의 여러 스테이지 사이에 배치될 수 있다. 연소 챔버(28)의 유출구와 리딩 터빈 블레이드(38) 유입구 사이에 가이드 베인(44)이 제공되어 터빈 블레이드(38) 상으로 작동 가스의 흐름을 전환할 수 있다.
연소실(28)로부터의 연소 가스가 터빈 섹션(18)으로 유입하고, 고온 가스 경로(5) 내에서 유동한다. 고온 가스, 연소 생성물, 또는 작동 가스라고도 불리는 연소 가스는 샤프트(22)를 차례대로 회전시키는 터빈 블레이드(38)를 구동시킨다. 가이드 베인(40, 44)은 터빈 블레이드(38) 상에 연소 또는 작동 가스의 각도를 최적화하는 역할을 한다.
터빈 섹션(18)은 압축기 섹션(14)을 구동시킨다. 압축기 섹션(14)은 베인 스테이지(46)와 로터 블레이드 스테이지(48)의 축방향 시리즈(axial series)를 포함할 수도 있다. 로터 블레이드 스테이지(48)는 블레이드의 환형 어레이를 지지하는 로터 디스크를 포함할 수도 있다.
가스 터빈 엔진(10)은 또한 로터(R)를 둘러싸고 스테이터 스테이지를 지지하는 케이싱(50)을 포함할 수도 있다. 도 2a 및 도 3은 그러한 케이싱(50)을 예시적으로 묘사하고 있다. 케이싱(50)은 가스 터빈 엔진의 외측 케이싱일 수도 있다.
도 3 및 도 4a에 예시적으로 도시된 바와 같이, 가스 터빈 엔진(10)은 슈라우드(shroud), 슈라우드 링, 환형 슈라우드, 또는 유동 경로 링으로도 불리며, 가스 터빈 엔진(10)의 회전축(20)을 중심으로 원주 방향으로, 그리고 회전 터빈 블레이드(38)의 반경 방향 외측으로 배치되며, 즉 터빈 블레이드(38)의 블레이드 팁(blade tip)(38a)과 이격되어 대향하고 있는 링 조립체(1)를 포함한다. 터빈 블레이드(38)는 단순함을 위해 도 3에는 묘사되어 있지 않다는 것에 유의하라.
링 조립체(1)는 고정 부품이다. 링 조립체(1)는 고온 가스 유동 경로(5)의 반경 방향 외측 경계의 일부를 형성할 수도 있다. 링 조립체(1)는 가스 유동 경로(5)에 대해 연소 가스를 구속할 수도 있으며, 그 결과 연소 가스는 최대 효율로 활용되어 가스 터빈 엔진(10)의 로터(R)를 회전시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(50)은 링 조립체(1)의 반경 방향 외측에 배치될 수도 있다. 링 조립체(1)는 케이싱(50) 내에 수용될 수도 있으며, 이들 사이에 공간(50s)이 형성되며, 이하 외측 공간(50s)이라고도 한다. 외측 공간(50s)은 일반적으로 공기 유동을 냉각하기 위해 사용되어, 예컨대 가스 터빈의 압축기 섹션(14)(도 1에 도시된 바와 같이)으로부터 링 조립체(1)로 냉각 공기를 공급한다.
본 기술은 단일의 다단 압축기와 단일의 하나 이상 스테이지 터빈을 연결하는 단일 샤프트 또는 스풀(spool)을 구비한 상술한 예시적인 가스 터빈에 관하여 설명된다. 그러나 본 기술은 2개 또는 3개 샤프트 엔진에 동일하게 적용가능하고 산업, 항공, 또는 해양 애플리케이션에 사용될 수 있다는 것도 인식해야 한다.
상류와 하류, 그리고 축방향 상류와 하류와 같은 용어는 엔진을 통과하는 공기 유동 및/또는 동작 가스 유동의 유동 방향에 관한 것이거나, 일반적으로 압축기 섹션(14)으로부터 터빈 섹션(18)을 향하여 연장하고 달리 언급되지 않는 경우 엔진을 통과하는 방향에 관한 것이다. 축방향, 반경 방향, 그리고 원주 방향과 같은 용어는 가스 터빈(10)의 회전축(20)에 관한 것이다. 다시 말해, 달리 언급되지 않는 경우 본 설명 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이 '축방향으로', '반경 방향으로', 그리고 '원주 방향으로'의 용어는 축방향(20a), 반경 방향(20r), 그리고 원주 방향(20c)에 관하여, 도 3의 예에 그리고 적용가능한 경우 기타 도면의 예들에 도시된 바와 같이 가스 터빈(10)의 회전축(20)에 관하여 정해졌다. 축방향으로 '내측' 및 '내향으로'와 같은 용어 및 유사 용어는 회전축(20)을 향하는 것으로 이해될 수도 있고, 축방향으로 '외측' 및 '외향으로'와 같은 용어 및 유사 용어는 회전축(20)으로부터 멀어지는 것으로 이해될 수도 있다.
이하, 본 기술의 링 조립체(1)는 도 3, 도 4a, 도 4c, 및 도 5b 내지 도 12의 예시적인 묘사에 관하여 추가로 설명된다.
도 4a에 예시적으로 도시된 바와 같이, 링 조립체(1)는 가스 터빈 엔진(1)의 회전축(20)을 중심으로 원주 방향으로, 즉 원주 방향(20c)을 따라 조립되고 회전 터빈 블레이드(38)의 반경 방향 외향으로, 즉 반경 방향(20r)을 따라 외향으로 조립되는 복수의 고정 링 세그먼트(2)(슈라우드 세그먼트라고도 함)를 포함한다.
링 세그먼트(2)는 일반적으로 아치형 형상을 가지며, 서로 나란히 원주 방향으로 배열될 때 고온 가스 경로(5)의 외측 경계의 적어도 일부를 형성하는 완전한 링 조립체(1)를 형성한다.
도 3 및 도 4a에 묘사된 링 세그먼트(2)의 개수는 예시적인 목적만을 위한 것에 유의하고, 링 조립체(1)는 2개 이상의 링 세그먼트(2)를 포함할 수도 있고, 도 3 및 도 4a에 묘사된 링 세그먼트(2)의 개수와 상이하다.
도 4c는 본 기술에 따른 인접하게 배치된 2개의 링 세그먼트(201, 202)의 일부를 개략적으로 도시하고 있다. 도 4a 및 도 4c에 예시적으로 도시된 바와 같이, 링 세그먼트(2)는 가스 터빈 엔진(10)의 회전축(20) 또는 중심축(20)에 대해 원주 방향으로 배열된다. 도 5b는 링 세그먼트(2)의 예시적인 구조를 묘사하고 있다.
도 5b에 예시적으로 묘사된 바와 같이, 각각의 링 세그먼트(2)는 반경 방향 내측으로 마주보고 고온 가스 경로(5)를 형성하는 반경 방향 내측 표면(2x)을 구비하며, 이에 따라 내측 표면(2x) 또는 가스 경로 표면(2x), 내측 표면(2x)으로부터 반경 방향으로 이격하고 예컨대 케이싱(50)을 향하여 반경 방향 외측으로 마주보는 반경 방향 외측 표면(2e), 가스 터빈의 축방향(20a)으로 서로에 대해 이격된 제1 및 제2 축방향 표면(2m, 2n), 그리고 제1 원주 방향 측면(2a) 또는 제1 원주 방향 단부(2a)와 제2 원주 방향 단부(2b) 또는 제2 원주 방향 단부(2b)라고도 불린다. 제1 단부(2a)와 제2 단부(2b)는 가스 터빈 엔진(10)의 회전축(20)에 대해 원주 방향(2c)을 따라 서로에 대해 이격하고 있다.
링 조립체(1)를 조립하기 위해, 링 세그먼트들(2) 중의 하나, 예컨대 도 4a 및 도 4c에 도시된 제1 링 세그먼트(201)의 제1 단부(2a)는 제2 링 세그먼트(202)의 제2 단부(2b)에 인접하고/하거나 마주보고 원주 방향으로 배열된다. 제2 링 세그먼트(202)는 제1 링 세그먼트(201)와 나란히 또는 반경 방향으로 인접하게 배치된 다른 링 세그먼트(2)이다.
다시 말해, 링 조립체(1)에서 각각의 링 세그먼트(201)의 제1 단부(2a)는 인접한 링 세그먼트(202)의 제2 단부(2b)에 마주보고 배열된다.
조립된 후의 복수의 링 세그먼트(2)는 블레이드 어레이를 둘러싼다. 다시 말해, 조립된 링 세그먼트(2)는 블레이드 어레이를 둘러싸거나 포위하는 링 조립체(1)를 형성한다.
도 2b로부터 이해될 수 있듯이, 각각의 링 세그먼트(2)의 제1 및 제2 축방향 표면(2m, 2n)은 스테이터 베인(40, 44)에 마주보고 배열될 수도 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 2개의 고정부(71, 72), 예컨대 고정 훅(fixing hook)은 외측 표면(2e)로부터 돌출할 수도 있고, 각각의 링 세그먼트(2)는 링 캐리어(ring carrier)(3)와 협동하여 배열될 수도 있으며, 이에 의해 가스 터빈 엔진(10)의 스테이터, 예컨대 케이싱(50)에 고정된다. 고정부(71, 72)는 링 캐리어(3)의 대응 훅(3a, 3b)과 맞물리거나 걸릴 수도 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 링 조립체(1)의 원주 방향으로 배열된 인접한 링 세그먼트(2) 사이의 접합부 또는 틈새(G)는 밀봉부 또는 밀봉 장치(S)에 의해 밀봉된다. 밀봉부(S)은 고온 가스 경로 내로 유입하고 성능을 저하시키고 심지어 부품의 무결성, 즉 누설부를 둘러싸는 부품의 무결성을 손상시킬 수도 있는 제어되지 않는 가스 스트릭(uncontrolled gas streak)을 가진 저온 이차 유동(cold secondary flow)으로부터 누설을 방지한다.
밀봉 장치(S)는 원주 방향 밀봉부가다. 본 기술에 따른 밀봉 장치(S)는 돌출 밀봉부 파트(projecting seal part)(92)와 수용 밀봉부 파트(94)를 포함한다. 돌출 밀봉부 파트(92) 및/또는 수용 밀봉부 파트(94)는 링 세그먼트(2)와 일체로 형성되며, 이 링 세그먼트(2)에는 돌출 밀봉부 파트(92) 및/또는 수용 밀봉부 파트(94)가 포함된다. 다시 말해, 밀봉부(S)은 링 세그먼트(2)와 더불어 원주 방향 밀봉부의 실체(entity)를 형성한다. 밀봉부(S) 자체는 분할면(splitting face)의 커넥터 또는 고정 기구이다. 간단하게 말하면, 밀봉부(S)은 인접한 링 세그먼트(2)의 커넥터 또는 고정 기구일 뿐만 아니라 그렇게 연결된 인접한 링 세그먼트(2) 사이의 틈새를 위한 밀봉부이다. 따라서 인접한 링 세그먼트(2)는 밀봉부(S)에 의해서만 서로 연결 또는 고정될 수도 있고, 즉 인접한 링 세그먼트(2)를 위한 다른 연결 또는 구조를 가질 수 없다. 도 5b 내지 도 7b는 돌출 밀봉부 파트(92) 및 수용 밀봉부 파트(94)의 예를 개략적으로 도시하고 있다.
다시 말해, 제1 링 세그먼트(201)의 제1 단부(2a)는 제1 링 세그먼트(201)와 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트(92)를 포함하고, 제2 링 세그먼트(202)의 제2 단부(2b)는 제2 링 세그먼트(202)와 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트(94)를 포함한다.
본 개시에 사용되는 바와 같이 '일체로 형성된' 어구 또는 유사 단어들은 원파트(one-part) 또는 원피스(one-piece)로서, 하나의 유니트 또는 하나의 구조 실체로서, 또는 하나의 요소로서 형성된다는 것, 함께 형성된다는 것, 또는 하나의 구조 유니트 또는 하나의 연속적인 구조 유니트로서 형성된다는 것을 의미한다. '일체로 형성된' 어구는 링 조립체(1)로 조립되기 전에 미리 제조된다는 것을 의미할 수도 있다. 돌출 밀봉부 파트(92) 및 수용 밀봉부 파트(94)가 일체로 형성되기 때문에, 밀봉 장치(S)는 일체형 밀봉부(S)로 불리거나 일체형 밀봉부(S)로서 이해될 수도 있다.
예를 들면, 돌출 밀봉부 파트(92)는 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)으로부터 외측으로 돌출하는 하나 이상의 돌출 립(protruding lip)(92L)으로 형성될 수 있고, 수용 밀봉부 파트(94)는 제2 단부(2b)에서 원주 방향 측면(C2)으로부터 내측으로 오목한 하나 이상의 수용 그루브(94G)로서 형성될 수도 있으며, 돌출 밀봉부 파트(92)의 하나 이상의 돌출 립(92L)에 대응한다.
돌출 밀봉부 파트(92)의 두께는 돌출 밀봉부 파트(92)가 형성되어 있는 링 세그먼트(2)의 제1 단부(2a)의 두께보다 미만일 수도 있다. 이들 두께는 반경 방향(20r)을 따라 측정된다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 돌출 밀봉부 파트(92), 또는 돌출 밀봉부 파트(92)가 그렇게 형성되었을 때의 돌출 립 또는 레일(rail)은 복수의 링 세그먼트(2)가 배치되어 있는 원주 방향(20c)을 따라 만곡될 수도 있다. 유사하게, 수용 밀봉부 파트(94), 또는 수용 밀봉부 파트(94)가 그렇게 형성되었을 때의 수용 그루브 또는 리세스(recess)는 복수의 링 세그먼트(2)가 배치되어 있는 원주 방향(20c)을 따라 만곡될 수도 있다.
제2 링 세그먼트(202)의 수용 밀봉부 파트(94)는 제1 링 세그먼트(201)의 돌출 밀봉부 파트(92)를 수용해서 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 링 세그먼트(201)와 제2 세그먼트(202) 사이의 자웅 결합 접속부(mating connection)를 형성하며, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 링 세그먼트(201)의 돌출 밀봉부 파트(92)는 제2 세그먼트(202)의 수용 밀봉부 파트(94)와 조립되거나 삽입된다. 예를 들면, 돌출 밀봉부 파트(92)는 수용 밀봉부 파트(94)에 삽입될 때 수용 밀봉부 파트(94) 내에 수용되거나 안착되도록 돌출 밀봉부 파트(92)는 수용 밀봉부 파트(94)에 삽입가능할 수도 있다.
돌출 밀봉부 파트(92)와 수용 밀봉부 파트(94)는 상보적인 형상을 가질 수도 있지만, 본 기술은 이에 한정되지 않는다.
수용 밀봉부 파트(94) 내로 수용될 때의 돌출 밀봉부 파트(92)는 상호 표면 대 표면 접촉(surface-to-surface contact)을 가질 수도 있다. 그러나 돌출 밀봉부 파트(92)와 수용 밀봉부 파트(94)의 일부 사이에는 공기 틈새가 존재할 수도 있다. 수용 밀봉부 파트(94) 내로 수용될 때의 돌출 밀봉부 파트(92)는 상로 마찰 끼워맞춰질 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 다른 예에서, 돌출 밀봉부 파트(92)의 형상 및 치수는 돌출 밀봉부 파트(92)가 수용 밀봉부 파트(94)에 수용된 상태일 때와 가스 터빈 엔진(10)이 동작 중일 때, 고온 가스 경로(5)로 통과하는 고온 가스의 압력이 수용 밀봉부 파트(94)를 향하여 돌출 밀봉부 파트(92)를 가압하며, 예컨대 가스 터빈 엔진(10)의 회전축(20)에 대해 수용 밀봉부 파트(94)를 형성하는 벽 또는 표면을 향하여 돌출 밀봉부 파트(92)를 반경 방향 외측 방향으로 가압하도록 되어 있다. 가압의 결과, 돌출 밀봉부 파트(92)와 수용 밀봉부 파트(94) 사이의 공기 틈새가 최소로 될 수도 있고/있거나, 돌출 밀봉부 파트(92)와 수용 밀봉부 파트(94)가 상호 표면 대 표면 접촉 상태를 취할 수도 있다.
따라서, 제1 링 세그먼트(201)의 돌출 밀봉부 파트(92)가 제2 링 세그먼트(202)의 수용 밀봉부 파트(94)에 수용된 결과, 또는 제1 링 세그먼트(201)의 돌출 밀봉부 파트(92)와 제2 링 세그먼트(202)의 수용 밀봉부 파트(94) 사이의 자웅결합(mating)의 결과, 밀봉 장치(S)는 실현되고, 제1 링 세그먼트(201)와 제2 링 세그먼트(202) 사이의 결합부 또는 틈새(G)는 밀봉된다. 여기에서 밀봉 장치는 고온 가스 경로 내의 압력 손실을 적어도 부분적으로 제거하거나, 다시 말해 고온 가스의 누설을 적어도 부분적으로 제거하여 인접하게 배치된 링 세그먼트(2) 사이의 결합부 또는 틈새(G)를 반경 방향 외측으로 가로질러 외측 공간(50c)과 같은 공간으로 고온 가스 경로(5)를 형성하는 장치를 의미할 수도 있다.
밀봉 장치(S)의 밀봉 기능은 돌출 밀봉부 파트(92)가 누설을 방지하는 것을 돕도록 수용 밀봉부 파트(94)에 수용된 상태에 있을 때에 돌출 밀봉부 파트(92)와 수용 밀봉부 파트(94) 사이의 상호 표면 대 표면 접촉에 의해 실현될 수도 있고/있거나, 누설을 방지하는 것을 돕도록 래비린스 밀봉부(labyrinth seal)로서, 즉 구불구불한 경로를 제공함으로써 실현될 수도 있다.
요약하면, 도 6b에 묘사된 바와 같이, 링 조립체(1)에서, 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트(92)는 하나의 링 세그먼트(2)의 제1 단부(2a)에 형성되거나 제공되고, 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트(94)는 인접한 링 세그먼트(2)의 제2 단부(2a)에 형성되거나 제공된다. 하나의 링 세그먼트(2)의 돌출 밀봉부 파트(92)는 인접한 링 세그먼트(2)의 수용 밀봉부 파트(94)와 자웅결합하거나 맞물려 고온 가스 경로(5)로부터 고온 가스 경로(5)의 반경 방향 외측까지 고온 가스의 누설을 방지한다.
도 6b에 묘사된 바와 같은 링 조립체(1)의 예시적인 실시예에서, 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트(92)는 링 세그먼트(2) 각각의 제1 단부(2a)에 형성될 수도 있고, 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트(94)는 링 세그먼트(2) 각각의 제2 단부(2b)에 형성될 수도 있다. 다시 말해, 링 조립체(1)의 링 세그먼트(2) 각각은 도 5b 및 도 6a에 예시적으로 도시된 바와 같이 형성될 수도 있다.
그러나, 링 조립체(1)의 다른 예시적인 실시예에서, 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트(92)는 링 세그먼트(2) 중의 하나, 즉 제1 제외 링 세그먼트(exception ring segment)(도시 생략)를 제외하고 도 5b 및 도 6a에 예시적으로 도시된 바와 같이 링 세그먼트(2) 각각의 제1 단부(2a)에 형성될 수도 있다. 유사하게 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트(94)는 링 세그먼트(2) 중의 하나, 즉 제1 제외 링 세그먼트와 동일하거나 상이할 수도 있는 제2 제외 링 세그먼트(도시 생략)를 제외하고 도 5b 및 도 6a에 예시적으로 도시된 바와 같이 링 세그먼트(2) 각각의 제2 단부(2b)에 형성될 수도 있다.
예를 들면, 링 조립체(1)의 링 세그먼트(2) 각각은 링 조립체(1)의 하나의 링 세그먼트, 즉 제외 링 세그먼트를 제외하고 5B 및 도 6a에 예시적으로 도시된 바와 같을 수 있다. 제외 링 세그먼트는 도 5a에 예시적으로 도시된 바와 같이 제1 및 제2 단부(2a, 2b)에 형성된 그루부(GR)를 포함할 수도 있고, 링 조립체(1)의 조립 공정 중에 폐쇄 피스(closure piece), 폐쇄 세그먼트, 또는 링 조립체(1)의 마지막 링 세그먼트(2)로서 사용될 수도 있다.
제외 링 세그먼트(2')는 상기에 이미 설명된 바와 같이 종래 알려진 밀봉 요소(S')에 의해 본 기술의 인접하게 배치된 링 세그먼트(2)에 결합될 수도 있다.
이하, 도 5b 내지 도 5d와 관련하여 돌출 밀봉부 파트(92) 및 수용 밀봉부 파트(94)의 상이한 배열, 구조, 또는 배치가 설명된다.
도 5b와 조합하여 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 단부(2a)는 서로에 대해 축방향으로, 즉 축방향(20a)을 따라 이격된 제1 축방향 엣지(2a1) 및 제2 축방향 엣지(2a2)를 구비할 수도 있다. 제1 단부(2a)는 또한 서로에 대해 반경 방향으로, 즉 반경 방향(20r)을 따라 이격된 반경 방향 엣지(2a3) 및 제2 반경 방향 엣지(2a4)를 구비할 수도 있다.
축방향 엣지(2a1 및 2a2)는 제1 단부(2a)의 축방향 경계를 형성할 수도 있다. 반경 방향 엣지(2a3 및 2a4)는 제1 단부(2a)의 반경 방향 경계를 형성할 수도 있다.
예를 들면, 축방향 엣지(2a1 및 2a2)는 제1 단부(2a), 바람직하게는 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)이 링 세그먼트(2)의 축방향 표면(2m, 2n)과 만나는 엣지 또는 코너일 수도 있다. 유사하게, 예를 들면, 반경 방향 엣지(2a3 및 2a4)는 제1 단부(2a), 바람직하게는 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)이 링 세그먼트(2)의 반경 방향 표면(2x, 2e)과 만나는 엣지 또는 코너일 수도 있다.
간단하게 표현하면, 엣지(2a1, 2a2, 2a3, 및 2a4)는 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)의 엣지, 코너, 또는 외연(periphery), 즉 제1 단부(2a)의 엣지(2a1, 2a2, 2a3, 및 2a4)가 링 세그먼트(2)의 축방향 표면(2m, 2n) 및 반경 방향 표면(2x, 2e)과 만나는 엣지, 코너, 또는 외연일 수도 있다.
돌출 밀봉부 파트(92)는 돌출 립 또는 레일로서 형성될 수도 있거나, 돌출 립 또는 레일로서 형성될 수도 있는 적어도 제1 파트(9212)를 포함할 수도 있다.
돌출 밀봉부 파트(92)는 도 5b에 예로서 도시된 바와 같이 제1 단부(2a)의 제1 축방향 엣지(2a1)로부터 제2 축방향 엣지(2a2)까지 연장하도록 배열될 수도 있다.
돌출 밀봉부 파트(92)의 제1 파트(9212)는 도 5c의 (a) 및 (b)에 예로서 도시된 바와 같이 제1 단부(2a)의 제1 축방향 엣지(2a1)로부터 제2 축방향 엣지(2a2)까지 연장하도록 배열될 수도 있다.
유사하게, 도 5b와 조합하여 도 5d에 도시된 바와 같이, 제2 단부(2b)는 서로에 대해 축방향으로, 즉 축방향(20a)을 따라 이격된 제1 축방향 엣지(2b1)와 제2 축방향 엣지(2b2)를 구비할 수도 있다. 제2 단부(2b)는 또한 서로에 대해 반경 방향으로, 즉 반경 방향(20r)을 따라 이격된 반경 방향 엣지(2b3)와 제2 반경 방향 엣지(2b4)를 구비할 수도 있다.
축방향 엣지(2b1 및 2b2)는 제2 단부(2b)의 축방향 경계를 형성할 수도 있다. 반경 방향 엣지(2b3 및 2b4)는 제2 단부(2b)의 반경 방향 경계를 형성할 수도 있다.
예를 들면, 축방향 엣지(2b1 및 2b2)는 제2 단부(2b), 바람직하게는 제2 단부(2b)에서 원주 방향 측면(C2)이 링 세그먼트(2)의 축방향 표면(2m, 2n)과 만나는 엣지 또는 코너일 수도 있다. 유사하게, 예를 들면, 반경 방향 엣지(2b3 및 2b4)는 제2 단부(2b), 바람직하게는 제2 단부(2b)에서 원주 방향 측면(C2)이 링 세그먼트(2)의 반경 방향 표면(2x, 2e)과 만나는 엣지 또는 코너일 수도 있다.
간단하게 표현하면, 엣지(2b1, 2b2, 2b3, 및 2b4)는 제2 단부(2b)에서 원주 방향 측면(C2)의 엣지, 코너, 또는 외연, 즉 제2 단부(2b)의 엣지(2b1, 2b2, 2b3, 및 2b4)가 링 세그먼트(2)의 축방향 표면(2m, 2n) 및 반경 방향 표면(2x, 2e)과 만나는 엣지, 코너, 또는 외연일 수도 있다.
수용 밀봉부 파트(94)는 수용 그루브 로서 형성될 수도 있거나, 수용 그루브 (리세스 또는 노치)로서 형성될 수도 있는 적어도 제1 파트(9412)를 포함할 수도 있다.
수용 밀봉부 파트(94)는 도 5b에 예로서 도시된 바와 같이 제2 단부(2b)의 제1 축방향 엣지(2b1)로부터 제2 축방향 엣지(2b2)까지 연장하도록 배열될 수도 있다.
수용 밀봉부 파트(94)의 제1 파트(9412)는 도 5d의 (a) 및 (b)에 예로서 도시된 바와 같이 제2 단부(2b)의 제1 축방향 엣지(2b1)로부터 제2 축방향 엣지(2b2)까지 연장하도록 배열될 수도 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 돌출 밀봉부 파트(92)는 제1 단부(2a)의 제1 반경 방향 엣지(2a3) 및/또는 제2 반경 방향 엣지(2a4)를 향하여 연장하는 제2 파트(9234)를 포함할 수도 있다.
유사하게, 도 5d에 도시된 바와 같이, 수용 밀봉부 파트(94)는 제2 단부(2a)의 제1 반경 방향 엣지(2b3) 및/또는 제2 반경 방향 엣지(2b4)를 향하여 연장하는 제2 파트(9434)를 포함할 수도 있다.
돌출 밀봉부 파트(92)의 제1 파트(9212) 및 제2 파트(9234)는 도 5c의 (a)의 예에 도시된 바와 같이 서로 교차할 수도 있거나, 도 5c의 (b)의 예에 도시된 바와 같이 서로 합류할 수도 있다.
유사하게, 수용 밀봉부 파트(94)의 제1 파트(9412) 및 제2 파트(9434)는 도 5d의 (a)의 예에 도시된 바와 같이 서로 교차할 수도 있거나, 도 5d의 (b)의 예에 도시된 바와 같이 서로 합류할 수도 있다.
도 5c 및 도 5d의 묘사는 도 5b에 도시된 바와 같이 동일한 링 세그먼트(2)의 제1 단부(2a) 및 제2 단부(2b)를 나타내는 것으로 이해될 수 있다는 것에 유의해라. 그러나 도 5c 및 도 5d의 묘사는 하나의 링 세그먼트(2)의 제1 단부(2a)와 하나의 링 세그먼트(2)에 인접하게 배치된 다른 링 세그먼트(2)의 제2 단부(2b)를 나타내고, 이에 따라 도 5c에 도시된 제1 단부(2a)는 도 5d에 도시된 제2 단부(2b)와 마주보고 있는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 도 8a 내지 도 8d 그리고 도 9a 내지 9d와 관련하여, 본 기술의 상이한 예시적인 실시예가 설명된다.
도 8a는 제1 원주 방향 단부(2a)를 묘사하는 본 기술의 링 세그먼트(2)의 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있고, 도 8b는 동일한 링 세그먼트 및/또는 인접하게 배치된 다른 링 세그먼트의 제2 원주 방향 단부(2b)의 사시도를 도시하고 있다. 도 8c는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 구조를 가진 2개의 링 세그먼트(201, 202)가 서로 조립되어 있는 링 조립체(1)의 단면도를 도시하고 있다. 도 8d는 도 8c의 밀봉 장치(S)의 확대도를 도시하고 있다.
유사하게, 도 9a는 제1 원주 방향 단부(2a)를 묘사하는 본 기술의 링 세그먼트(2)의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 도시하고 있고, 도 9b는 동일한 링 세그먼트 및/또는 인접하게 배치된 다른 링 세그먼트의 제2 원주 방향 단부(2b)의 사시도를 도시하고 있다. 도 9c는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은 구조를 가진 2개의 링 세그먼트(201, 202)가 서로 조립되어 있는 링 조립체(1)의 단면도를 도시하고 있다. 도 9d는 도 9c의 밀봉 장치(S)의 확대도를 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 9d를 참조하면, 전술한 바와 같이, 돌출 밀봉부 파트(92)는 돌출 립 또는 레일로서 실현될 수도 있다. 레일(92)은 제1 단부(2a)의 외형에 대응하는 구조를 가질 수도 있고, 즉 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)의 골격에 대응하는 외형, 형상, 또는 배치를 가질 수도 있다. 레일(92)은 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)의 외형에 대응하는 구조를 가질 수도 있다.
돌출 립 또는 레일(92)은 제1 단부(2a), 바람직하게는 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)의 윤곽 또는 형태에 일치하도록 분기될 수도 있다.
유사하게, 전술한 바와 같이, 수용 밀봉부 파트(94)는 수용 그루브 또는 리세스로서 실현될 수도 있다. 수용 그루브(94)는 돌출 밀봉부 파트(92)에 대응하는 구조를 가질 수도 있고, 선택적으로 제2 단부(2b)의 외형 또는 제2 단부(2b)의 형상 구조(topological skeleton)에 대응할 수도 있다. 다시 말해, 수용 그루브(94)는 제2 단부(2b)에서 원주 방향 측면(C2)의 형상 구조에 대응하는 구조를 가질 수도 있다.
수용 밀봉부 파트 또는 그루브(94)는 돌출 밀봉부 파트(92) 의 윤곽 또는 형태에 일치하도록 분기될 수도 있다.
원주 방향 측면(C1 및 C2)은 링 세그먼트(2)의 반경 방향 외측 및 내측 표면(2x 및 2e) 사이의 편평한 표면을 포함하고, 선택적으로 하나 이상의 고정 파트(72, 74)의 원주 방향 측면을 포함할 수도 있는데, 이때 하나 이상의 고정 파트(72, 74)의 원주 방향 측면은 반경 방향 외측 및 내측 표면(2x 및 2e) 사이의 편평한 표면과 같은 높이로 형성된다.
이에 따라 틈새(G)의 더욱 효과적인 밀봉이 실현될 수도 있다.
이하, 도 10a 내지 도 10d 및 도 11a와 관련하여, 본 기술의 또 다른 예시적인 실시예가 설명된다.
도 10a는 제1 원주 방향 단부(2a)를 묘사하는 본 기술의 링 세그먼트(2)의 사시도를 도시하고 있고, 도 10b는 동일한 링 세그먼트 및/또는 인접하게 배치된 다른 링 세그먼트의 제2 원주 방향 단부(2b)의 사시도를 도시하고 있다. 도 10c는 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같은 구조를 가진 2개의 링 세그먼트(201, 202)가 서로 조립되어 있는 링 조립체(1)의 단면도를 도시하고 있다. 도 10d는 도 10c의 밀봉 장치(S)의 확대도를 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 9d의 묘사와 대조적으로, 도 10a 내지 도 10d의 실시예는 다중 레일 또는 다중 립 구조를 가지고 있다. 짧게 말하면, 도 8a 내지 도 9d의 레일(92)은 다른 유사한 레일(92)과 나란히 배치되고, 2개의 레일 또는 돌출 립은 소정 거리만큼 오프셋된다.
다시 말해, 돌출 밀봉부 파트(92)는 나란하게 배열되는 복수의 돌출 립(921, 922)을 포함한다. 유사하게, 수용 밀봉부 파트(94)는 복수의 대응 수용 그루브(941, 942)를 포함한다.
돌출 립 또는 레일(921, 922)의 각각에 대한 설명과 수용 그루브(941, 942)의 각각에 대한 설명은 도 8a 내지 도 9d와 관하여 전술한 바와 같이 돌출 립 또는 레일(92)과 수용 그루브(94)와 동일할 수 있고, 따라서 동일한 것은 간략함을 위해 여기에서는 다시 상세하게 설명되지 않는다.
그러나, 대응 수용 그루브(941, 942)를 구비한 다중 레일 또는 다중 립 구조(921, 922)는 더 구불구불한 래비린스 밀봉부 구조를 획득할 때 또는 밀봉 구조에 여분(redundancy)을 도입할 때 특히 유리하다.
특히 유리한 전술한 밀봉 구조는 도 10 내지 도 11a의 전술한 배열과 비교할 때 도 11b에 도시된 바와 같이 상이하게 실현될 수도 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 돌출 밀봉부 파트(92)는 도 8a 내지 도 10d와 관하여 설명된 바와 유사하게 제1 단부(2a)에서 하나 이상의 돌출 립 또는 레일(921)과 제2 단부(2a)에서 하나 이상의 수용 그루브(941)를 포함할 수도 있고, 제1 단부(2a)와 마주보는 제2 단부(2b)에서 적어도 하나의 대향 돌출 립(922)과 제2 단부(2b)와 마주보는 제1 단부(2a)에서 대응하는 적어도 하나의 대향 수용 그루브(942)를 포함할 수도 있다.
대향 돌출 립(922)은 제2 단부(2b)에서 원주 방향 측면(C2)에 일체로 형성되고 이로부터 외측으로 돌출할 수도 있다.
유사하게, 대향 수용 그루브(942)는 제1 단부(2a)에서 원주 방향 측면(C1)에 일체로 형성되고 이로부터 외측으로 돌출할 수도 있다.
짧게 말하면, 도 11a 및 도 11b의 예로써 설명된 바와 같이 대응 수용 그루브(941, 942)를 구비한 다중 레일 또는 다중 립 구조(921, 922)는 서로 병렬로 배치되고 서로에 대해 이격될 적어도 2개의 돌출 립(921, 922)의 부분을 구비함으로써, 그리고 서로 병렬로 배치되고 서로에 대해 이격될 적어도 2개의 수용 그루브의 대응 부분을 구비함으로써 실현될 수 있다.
이하, 도 12와 관련하여, 돌출 립 또는 레일(92)과 대응 수용 그루브(94)의 상이한 형상이 도시되어 있다.
도 12(a)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌출 립(92)은 편평한 팁(flat tip)을 구비할 수도 있다. 수용 그루브(94)는 상보적으로 또는 유사하게 형성될 수 있다.
도 12(b)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌출 립(92)은 둥근 팁을 구비할 수도 있다. 수용 그루브(94)는 상보적으로 또는 유사하게 형성될 수 있다.
도 12(c)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌출 립(92)은 경사 팁(tapered tip)을 구비할 수도 있다. 수용 그루브(94)는 상보적으로 또는 유사하게 형성될 수 있다.
도 12(d) 및 도 12(e)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌출 립(92)은 갈래진 팁 또는 분기 팁(furcated or branched tip)을 구비할 수도 있다. 수용 그루브(94)는 도 12(e)에 도시된 바와 같이 상보적으로 또는 유사하게 형성될 수 있거나, 도 12(d) 에 도시된 바와 같이 상이하거나 비상보적으로 형성될 수 있다. 도 12(e)의 실시예는 밀봉 장치에 만곡부(turn)를 증가시키고, 이에 의해 더 구불구불한 래비린스 밀봉부 구조를 획득한다. 도 12(d)의 실시예는 냉각 공기 또는 고온 가스로 채워질 수 있는 포켓 또는 틈새를 형성하고, 밀봉 장치(S)를 가로지르는 유동을 차단한다.
도 2b 및 도 6a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이, 링 조립체(1)에서 적어도 하나의 링 세그먼트(2)는 링 세그먼트(2)를 가스 터빈 엔진(10)의 스테이터의 링 캐리어(3)에 고정하기 위해 링 세그먼트(2)의 외측 표면(2e)으로부터 반경 방향으로 외측으로 연장하는 하나 이상의 고정부(71, 72)를 포함할 수도 있다. 돌출 밀봉부 파트(92) 및 수용 밀봉부 파트(94)는 하나 이상의 고정부(71, 72)의 표면을 따라 연장하도록 형성될 수도 있다. 도 2b는 단순함을 위해 돌출 밀봉부 파트(92) 또는 수용 밀봉부 파트(94)의 일부를 묘사하지 않았다는 것에 유의하라.
링 세그먼트(2)는 150-200 ㎜ 내지 150-200 ㎜ 의 크기 CC 내지 AA (도 6a에 도시됨), 그리고 30-60 ㎜ 의 높이 H (도 7a에 도시)를 가진 직사각형 또는 정사각형 외형을 가질 수도 있다.
일체형 돌출 밀봉부 파트(92), 예컨대 돌출 립(92)은 표면(C1)으로부터 약 5-10 ㎜의 높이, 즉 돌출 길이 h1 (도 7a에 도시)을 가진다. 수용 밀봉부 파트(94), 예컨대 반작용 밀봉부 그루브 또는 수용 그루브(94)는 맞물림 설계(interlocking design)를 실현하기 위해 유사한 치구를 가질 수도 있다. 용이한 조립을 위해, 수용 밀봉부 파트(94), 예컨대 수용 그루브(94)는 돌출 립(92)보다 약간 크게 형성될 수 있고, 예컨대 표면(C2)으로부터 리세스 깊이 h2 (도 7b에 도시) 는 약 6-11 ㎜이다.
돌출 밀봉부 파트(92), 즉 돌출 립(92)의 두께 t1 (도 7a에 도시)는 약 0.8 ㎜ 내지 10 ㎜ (반경 방향으로 측정)이다. 수용 밀봉부 파트(94), 예컨대 수용 그루브(94)의 두께 t2 (도 7b에 도시)는 약 1 ㎜ 내지 10.2 ㎜ (반경 방향으로 측정)이다.
스테이지-1 링 조립체(1)의 직경 D (도 4a에 도시)은 500 ㎜ 내지 1300 ㎜이고, 즉 하나의 링 세그먼트(2)의 내측 표면(2x)과 하나의 링 세그먼트(2)에 직경으로 대향하여 위치 조정된 다른 링 세그먼트(2)의 내측 표면(2x) 사이의 거리이다.
상기에 제공된 바와 같은 치수는 예시적인 치수이며, 본 기술은 이에 한정되지 않는다. 게다가 여기에 제공된 바와 같은 예시적인 치수는 대형 산업 가스 터빈용이다. 소형 가스 터빈, 예컨대 항공 엔진(제트 엔진), 소형 산업 가스 터빈, 또는 헬리콥터 엔진은 훨씬 적은 터빈 치수를 가지지만, 동일한 설계 원리는 그러한 엔진에도 적용될 수 있다.
본 기술의 링 세그먼트(2)는 추가로 제조될 수도 있다.
1
링 조립체
1' 종래 공지의 링 조립체
2 링 세그먼트
2' 종래 공지의 링 세그먼트
2a 링 세그먼트(2)의 제1 단부
2a' 링 세그먼트(2')의 제1 단부
2b 링 세그먼트(2)의 제2 단부
2b' 링 세그먼트(2')의 제2 단부
2e 링 세그먼트(2)의 반경 방향 외측 표면
2e' 링 세그먼트(2')의 반경 방향 외측 표면
2m 링 세그먼트(2)의 제1 축방향 표면
2m' 링 세그먼트(2')의 제1 축방향 표면
2n 링 세그먼트(2)의 제2 축방향 표면
2n' 링 세그먼트(2')의 제2 축방향 표면
2x 링 세그먼트(2)의 반경 방향 내측 표면
2x' 링 세그먼트(2')의 반경 방향 내측 표면
3 링 캐리어
3a, 3b 링 캐리어의 훅
5 환형 고온 가스 경로
10 가스 터빈
12 유입구
14 압축기 섹션
16 연소기 섹션 또는 버너 섹션
17 트랜지션 덕트
18 터빈 섹션
19 연소기 캔
20 종방향 또는 회전축
20a 축방향
20c 원주 방향
20r 반경 방향
22 샤프트
24 공기
26 버너 플레넘
28 연소실
30 버너
32 디퓨저
34 연소 가스 또는 동작 가스
36 블레이드 지지 디스크
38 터빈 블레이드
38a 터빈 블레이드의 팁
40 가이드 베인
42 스테이터
42a 스테이터의 내측 표면
44 유입구 가이드 베인
46 베인 스테이지
48 로터 블레이드 스테이지
50 케이싱
50s 외측 공간
71 링 세그먼트(2)의 제1 고정부
72 링 세그먼트(2)의 제2 고정부
92 돌출 밀봉부 파트
92L 돌출 립
94 수용 밀봉부 파트
94G 수용 그루브
201 제1 링 세그먼트
202 제2 링 세그먼트
921 제1 돌출 밀봉부 파트 또는 립
922 제2 돌출 밀봉부 파트 또는 립
941 제1 수용 밀봉부 파트 또는 그루브
942 제2 수용 밀봉부 파트 또는 그루브
G 링 세그먼트(2, 2') 사이의 접합부 또는 틈새
GR 그루브
R 로터
S 링 세그먼트(2)의 통합형 밀봉부
S' 링 세그먼트(2') 사이의 종래 공지의 밀봉부
1' 종래 공지의 링 조립체
2 링 세그먼트
2' 종래 공지의 링 세그먼트
2a 링 세그먼트(2)의 제1 단부
2a' 링 세그먼트(2')의 제1 단부
2b 링 세그먼트(2)의 제2 단부
2b' 링 세그먼트(2')의 제2 단부
2e 링 세그먼트(2)의 반경 방향 외측 표면
2e' 링 세그먼트(2')의 반경 방향 외측 표면
2m 링 세그먼트(2)의 제1 축방향 표면
2m' 링 세그먼트(2')의 제1 축방향 표면
2n 링 세그먼트(2)의 제2 축방향 표면
2n' 링 세그먼트(2')의 제2 축방향 표면
2x 링 세그먼트(2)의 반경 방향 내측 표면
2x' 링 세그먼트(2')의 반경 방향 내측 표면
3 링 캐리어
3a, 3b 링 캐리어의 훅
5 환형 고온 가스 경로
10 가스 터빈
12 유입구
14 압축기 섹션
16 연소기 섹션 또는 버너 섹션
17 트랜지션 덕트
18 터빈 섹션
19 연소기 캔
20 종방향 또는 회전축
20a 축방향
20c 원주 방향
20r 반경 방향
22 샤프트
24 공기
26 버너 플레넘
28 연소실
30 버너
32 디퓨저
34 연소 가스 또는 동작 가스
36 블레이드 지지 디스크
38 터빈 블레이드
38a 터빈 블레이드의 팁
40 가이드 베인
42 스테이터
42a 스테이터의 내측 표면
44 유입구 가이드 베인
46 베인 스테이지
48 로터 블레이드 스테이지
50 케이싱
50s 외측 공간
71 링 세그먼트(2)의 제1 고정부
72 링 세그먼트(2)의 제2 고정부
92 돌출 밀봉부 파트
92L 돌출 립
94 수용 밀봉부 파트
94G 수용 그루브
201 제1 링 세그먼트
202 제2 링 세그먼트
921 제1 돌출 밀봉부 파트 또는 립
922 제2 돌출 밀봉부 파트 또는 립
941 제1 수용 밀봉부 파트 또는 그루브
942 제2 수용 밀봉부 파트 또는 그루브
G 링 세그먼트(2, 2') 사이의 접합부 또는 틈새
GR 그루브
R 로터
S 링 세그먼트(2)의 통합형 밀봉부
S' 링 세그먼트(2') 사이의 종래 공지의 밀봉부
Claims (20)
- 가스 터빈 엔진의 로터의 원주 방향 배열 블레이드의 어레이의 반경 방향 외측에 배치되는 링 조립체로서,
하나가 다른 하나에 인접하게 원주 방향으로 배치되는 복수의 링 세그먼트를 포함하며, 각각의 링 세그먼트는 반경 방향 내측 가스 경로 표면과 가스 경로 표면과 대향하는 반경 방향 외측 표면, 그리고 서로에 대해 원주 방향으로 이격되는 제1 단부와 제2 단부를 구비하며,
상기 복수의 링 세그먼트 중에서 링 세그먼트의 제1 단부와 인접한 링 세그먼트의 제2 단부는 서로 마주보고 배열하도록 구성되며,
일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 상기 제1 단부에 형성되며,
일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 상기 제1 단부와 마주보는 상기 제2 단부에 형성되며,
상기 수용 밀봉부 파트는 상기 돌출 밀봉부 파트을 수용해서 상기 링 세그먼트 및 인접한 링 세그먼트 사이에 자웅 결합 연결부를 형성하는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 하나의 링 세그먼트의 제1 단부에 형성되며,
상기 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 인접한 링 세그먼트의 제2 단부에 형성되는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 상기 링 세그먼트 각각의 제1 단부에 형성되며,
상기 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 상기 링 세그먼트 각각의 제2 단부에 형성되는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단부는 서로에 대해 축방향으로 이격되는 제1 축방향 엣지 및 제2 축방향 엣지를 포함하며, 상기 돌출 밀봉부 파트의 적어도 제1 파트는 상기 제1 단부의 제1 축방향 엣지로부터 제2 축방향 엣지로 연장하며,
상기 제2 단부는 서로에 대해 축방향으로 이격되는 제1 축방향 엣지 및 제2 축방향 엣지를 포함하며, 상기 수용 밀봉부 파트의 적어도 제1 파트는 상기 제2 단부의 제1 축방향 엣지로부터 제2 축방향 엣지로 연장하고, 상기 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트에 대응하는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단부는 서로에 대해 반경 방향으로 이격되는 제1 반경 방향 엣지 및 제2 반경 방향 엣지를 포함하며, 상기 돌출 밀봉부 파트의 적어도 제2 파트는 상기 제1 단부의 제1 반경 방향 엣지 및/또는 제2 반경 방향 엣지를 향하여 연장하며,
상기 제2 단부는 서로에 대해 반경 방향으로 이격되는 제1 반경 방향 엣지 및 제2 반경 방향 엣지를 포함하며, 상기 수용 밀봉부 파트의 적어도 제2 파트는 상기 제2 단부의 제1 반경 방향 엣지 및/또는 제2 반경 방향 엣지를 향하여 연장하고, 상기 돌출 밀봉부 파트의 제2 파트에 대응하는, 링 조립체. - 제4항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트와 제2 파트는 서로 교차하거나 결합하며,
상기 수용 밀봉부 파트의 제1 파트와 제2 파트는 서로 교차하거나 결합하며, 상기 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트와 제2 파트에 대응하는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트 및 상기 수용 밀봉부 파트는 상기 복수의 링 세그먼트가 배치되는 원주 방향을 따라 만곡되는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트는 제1 단부의 형상 구조에 대응하여 형성되고, 상기 수용 밀봉부 파트는 상기 돌출 밀봉부 파트의 형상에 대응하여 형성되는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트는 상기 제1 단부에서 원주 방향 측면으로부터 외측으로 돌출하는 하나 이상의 돌출 립을 포함하고, 및/또는,
상기 수용 밀봉부 파트는 상기 제2 단부에서 원주 방향 측면으로부터 내측으로 오목하게 되는 하나 이상의 수용 그루브를 포함하고, 상기 돌출 밀봉부 파트의 하나 이상의 돌출 립에 대응하는, 링 조립체. - 제9항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트는 상기 제2 단부에서 상기 원주 방향 측면으로부터 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 대향 돌출 립을 더 포함하고, 및/또는
상기 수용 밀봉부 파트는 상기 제1 단부에서 상기 원주 방향 측면으로부터 내측으로 오목하게 되는 적어도 하나의 대향 수용 그루브를 더 포함하고, 상기 돌출 밀봉부 파트의 적어도 하나의 대향 돌출 립에 대응하는, 링 조립체. - 제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 돌출 립 중에 적어도 2개의 돌출 립의 부분은 병렬로 배치되고 서로에 대해 이격되며,
상기 하나 이상의 수용 그루브 중에 적어도 2개의 수용 그루브의 부분은 병렬로 배치되고 서로에 대해 이격되고, 상기 적어도 2개의 돌출 립에 대응하는, 링 조립체. - 제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 돌출 립은 편평한 팁, 경사진 팁, 둥근 팁, 그리고 갈래진 팁 중의 적어도 하나를 포함하고, 및/또는
상기 하나 이상의 수용 그루브는 대응하여 형성되는, 링 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 링 세그먼트들의 적어도 하나는 상기 링 세그먼트를 상기 가스 터빈 엔진 의 스테이터의 링 캐리어에 고정하기 위해 상기 링 세그먼트의 외측 표면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 하나 이상의 고정부를 포함하며,
상기 돌출 밀봉부 파트 및 상기 수용 밀봉부 파트는 상기 하나 이상의 고정부의 표면을 따라 연장하도록 형성되는, 링 조립체. - 링 조립체를 포함한 가스 터빈 엔진으로서,
가스 터빈 엔진의 로터의 원주 방향 배열 블레이드의 어레이의 반경 방향 외측에 배치되는 링 조립체는,
하나가 다른 하나에 인접하게 원주 방향으로 배치되는 복수의 링 세그먼트를 포함하며, 각각의 링 세그먼트는 반경 방향 내측 가스 경로 표면과 상기 가스 경로 표면과 대향하는 반경 방향 외측 표면, 그리고 서로에 대해 원주 방향으로 이격되는 제1 단부와 제2 단부를 구비하며,
상기 복수의 링 세그먼트 중에서 링 세그먼트의 제1 단부와 인접한 링 세그먼트의 제2 단부는 서로 마주보고 배열하도록 구성되며,
일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 상기 제1 단부에 형성되며,
일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 상기 제1 단부와 마주보는 상기 제2 단부에 형성되며,
상기 수용 밀봉부 파트는 상기 돌출 밀봉부 파트을 수용해서 상기 링 세그먼트 및 인접한 링 세그먼트 사이에 자웅 결합 연결부를 형성하는, 가스 터빈 엔진. - 제14항에 있어서,
상기 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 하나의 링 세그먼트의 제1 단부에 형성되며,
상기 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 인접한 링 세그먼트의 제2 단부에 형성되는, 가스 터빈 엔진. - 제14항에 있어서,
상기 일체로 형성된 돌출 밀봉부 파트는 상기 링 세그먼트 각각의 제1 단부에 형성되며,
상기 일체로 형성된 수용 밀봉부 파트는 상기 링 세그먼트 각각의 제2 단부에 형성되는, 가스 터빈 엔진. - 제14항에 있어서,
상기 제1 단부는 서로에 대해 축방향으로 이격되는 제1 축방향 엣지 및 제2 축방향 엣지를 포함하며, 상기 돌출 밀봉부 파트의 적어도 제1 파트는 상기 제1 단부의 제1 축방향 엣지로부터 제2 축방향 엣지로 연장하며,
상기 제2 단부는 서로에 대해 축방향으로 이격되는 제1 축방향 엣지 및 제2 축방향 엣지를 포함하며, 상기 수용 밀봉부 파트의 적어도 제1 파트는 상기 제2 단부의 제1 축방향 엣지로부터 제2 축방향 엣지로 연장하고, 상기 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트에 대응하는, 가스 터빈 엔진. - 제14항에 있어서,
상기 제1 단부는 서로에 대해 반경 방향으로 이격되는 제1 반경 방향 엣지 및 제2 반경 방향 엣지를 포함하며, 상기 돌출 밀봉부 파트의 적어도 제2 파트는 상기 제1 단부의 제1 반경 방향 엣지 및/또는 제2 반경 방향 엣지를 향하여 연장하며,
상기 제2 단부는 서로에 대해 반경 방향으로 이격되는 제1 반경 방향 엣지 및 제2 반경 방향 엣지를 포함하며, 상기 수용 밀봉부 파트의 적어도 제2 파트는 상기 제2 단부의 제1 반경 방향 엣지 및/또는 제2 반경 방향 엣지를 향하여 연장하고, 상기 돌출 밀봉부 파트의 제2 파트에 대응하는, 가스 터빈 엔진. - 제17항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트와 제2 파트는 서로 교차하거나 결합하며,
상기 수용 밀봉부 파트의 제1 파트와 제2 파트는 서로 교차하거나 결합하며, 상기 돌출 밀봉부 파트의 제1 파트와 제2 파트에 대응하는, 가스 터빈 엔진. - 제14항에 있어서,
상기 돌출 밀봉부 파트 및 상기 수용 밀봉부 파트는 상기 복수의 링 세그먼트가 배치되는 원주 방향을 따라 만곡되는, 가스 터빈 엔진.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021100071.8 | 2021-01-05 | ||
| DE102021100071.8A DE102021100071A1 (de) | 2021-01-05 | 2021-01-05 | Gasturbine-Ringanordnung, die Ringsegmente mit integrierter Verbindungsdichtung umfasst |
Publications (2)
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