KR20230005726A - 터보 기계용 블레이드, 블레이드 어셈블리, 및 터빈 - Google Patents

Abstract

터보 기계, 특히 터빈용 블레이드는 반경방향으로 연장되고 흡입측 표면 및 반경방향을 가로질러 연장되는 원주방향에 대해 흡입측 표면과 반대인 압력측 표면을 포함하는 에어포일 바디와, 스너버 구조체를 포함한다. 스너버 구조체는 에어포일 바디의 흡입측 표면으로부터 원주방향을 따라 돌출된 제1 스너버 요소와, 에어포일 바디의 압력측 표면으로부터 원주방향을 따라 돌출된 제2 스너버 요소를 포함하며, 제1 스너버는 요소는 제1 반경을 갖는 오목한 만곡형 제1 전이부에 의해 에어포일 바디의 흡입측 표면에 연결되고, 제2 스너버 요소는 제2 반경을 갖는 오목한 만곡형 제2 전이부에 의해 에어포일 바디의 압력측 표면에 연결된다. 공기역학적 손실을 줄이기 위해 제1 반경은 제2 반경보다 작다.

Description

터보 기계용 블레이드, 블레이드 어셈블리, 및 터빈{BLADE FOR A TURBO MACHINE, BLADE ASSEMBLY, AND TURBINE}

본 발명은 가스 터빈이나 증기 터빈과 같은 터보 기계용 블레이드, 블레이드어셈블리 및 터빈에 관한 것이다.

증기 또는 가스 터빈과 같은 터보 기계에서는, 일반적으로 복수의 블레이드가 로터 디스크에 결합된다. 블레이드는 공기 또는 증기와 같은 작동 유체에 노출되고 작동 유체와 협력한다. 작동 유체는 블레이드 사이를 흐르며 터보 기계의 터빈 부분에 있는 블레이드에 일을 인가하거나 터보 기계의 압축기 부분에 있는 블레이드로부터 일을 받는다. 따라서, 블레이드는 높은 기계적 하중을 견뎌야 한다.

진동 응력을 제한하기 위해, 블레이드에는 일반적으로 스너버 구조체(snubber structure)가 제공된다. 이러한 스너버 구조체는 일반적으로 동일한 반경 위치에서 각 블레이드의 흡입측 및 압력측으로부터 돌출된 스너버 요소를 포함한다. 이에 의해, 블레이드가 디스크와 함께 회전될 때, 스너버 요소의 인접 단부가 접촉하고 블레이드 사이에 진동 응력을 감소시키도록 구성된 협력 구조체를 형성한다.

US 8 540 488 B2는 복수의 블레이드와 인접한 블레이드 사이에서 연장되는 댐핑 구조체를 포함하는 터보 기계용 로터를 개시한다. 댐핑 구조체는 제1 블레이드의 흡입측으로부터 제2 블레이드를 향해 돌출하는 스너버 요소를 포함하고, 스너버 요소의 단부는 제2 블레이드의 압력측의 작은 돌출부에 제공된 협력 표면에 인접하게 위치된다.

US 8 523 525 B2는 블레이드의 대향하는 흡입측 및 압력측 표면으로부터 돌출된 제1 및 제2 스너버 요소를 포함하는 스너버 어셈블리를 포함하는 터빈 블레이드를 개시하며, 여기서 각각의 스너버 요소는 각각의 흡입측 및 압력측 표면과 일체로 형성된 필렛(filet)과 접한다.

스너버 구조체는 블레이드의 진동 응력을 줄이는 데 도움이 되지만, 압력측과 흡입측을 획정하는 블레이드의 공기역학적 표면으로부터 돌출되기 때문에 공기역학적 손실이 발생할 수 있다.

본 발명의 아이디어 중 하나는 특히 공기역학적 손실을 덜 유발하는 스너버 구조체를 제공하기 위해 터보 기계용 블레이드의 스너버 구조체에 대한 개선된 해법을 제공하는 것이다.

본 발명은 청구항 1에 따른 터보 기계용 블레이드, 청구항 8에 따른 블레이드 조립체, 및 청구항 9에 따른 터빈을 제공한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 터보 기계용, 특히 터빈용 블레이드는 반경 방향으로 연장되고 흡입측 표면 및 반경 방향에 가로질러 연장되는 원주 방향에 대해 흡입측 표면과 반대인 압력측 표면을 포함하는 에어포일 바디와, 스너버 구조체를 포함한다. 스너버 구조체는 에어포일 바디의 흡입측 표면으로부터 원주 방향을 따라 돌출된 제1 스너버 요소와, 에어포일 바디의 압력측 표면으로부터 원주 방향을 따라 돌출된 제2 스너버 요소를 포함한다. 제1 스너버 요소는 제1 반경을 갖는 오목한 만곡형 제1 전이 부분에 의해 에어포일 바디의 흡입측 표면에 연결되고, 제2 스너버 요소는 제1 반경을 갖는 오목한 만곡형 제2 전이 부분에 의해 에어포일 바디의 압력측 표면에 연결되며, 여기서 제1 반경은 제2 반경보다 더 작다. 제1 및 제2 스너버 요소는 반경 방향과 관련하여 동일하거나 실질적으로 동일한 위치에 배열될 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 터보 기계용 블레이드 어셈블리는 본 발명의 제1 양태에 따른 복수의 블레이드, 및 상기 복수의 터빈 블레이드가 결합되는 로터 디스크를 포함하고, 여기서 각 블레이드의 제1 스너버 요소는 흡입측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 접촉 표면을 포함하고, 각 블레이드의 제2 스버너 요소는 압력측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제2 접촉 표면을 포함하고, 각각의 제1 접촉 표면은 하나의 제2 접촉 표면과 마주한다. 따라서, 원주 방향으로 서로 인접한 블레이드의 제1 및 제2 스너버 요소의 접촉 표면들은 서로 마주한다. 로터 디스크가 고정되어 있을 때, 즉 회전하지 않을 때, 제1 접촉 표면과 제2 접촉 표면 사이에 갭 또는 간극이 존재할 수 있다. 로터 디스크가 회전될 때, 제1 접촉 표면과 제2 접촉 표면은 서로 접촉할 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 제2 양태에 따른 터빈 블레이드 어셈블리를 포함하는 터빈, 예를 들어 증기 또는 가스 터빈이 제공된다.

전반적으로, 압력측 표면과 흡입측 표면은 에어포일 바디의 단면을 획정하고, 유체가 에어포일 바디의 전방 단부 또는 리딩 엣지로부터 후방 단부 또는 트레일링 엣지 측으로 압력측 표면 및 흡입측 표면을 따라 흐를 때, 압력측 표면으로부터 흡입측 표면 측으로 유도되는 양력을 발생시키도록 구성된 공기역학적 프로파일을 획정한다. 전반적으로, 에어포일 바디는 종방향 바디로서 반경 방향으로 연장되고, 상기 전방 단부와 상기 후방 단부 사이에서 반경 방향에 대해 횡단하는 축 방향으로 추가로 연장된다.

스너버 요소는 일반적으로 반경방향 및 축방향에 대해 횡단하는 원주 방향을 따라 각각의 흡입측 및 압력측 표면으로부터 돌출된 핀(fin)으로서 실현될 수 있다. 또한, 스너버 요소는 축방향을 따라 특정 확장부 또는 폭을 가질 수 있으며, 여기서 축방향을 따른 폭은 전방 단부와 후방 단부 사이의 에어포일 바디의 폭보다 작다. 스너버 요소는 원주방향을 따라 연장되고, 따라서 반경방향에 실질적으로 수직으로 연장된다. 압력측 및 흡입측 표면과 각각의 스버너 요소 사이의 날카로운 엣지 또는 코너를 피하기 위해, 각각의 압력측 또는 흡입측 표면과 각각의 스버너 요소를 연결하고 미리 정해진 반경을 획정하는 매끄럽고 오목한 만곡형 전이 부분 또는 표면이 제공된다.

본 발명의 기반이 되는 아이디어 중 하나는 블레이드의 에어포일 바디의 흡입측 및 압력측 표면의 스너버 요소가 서로 다른 치수로 실현된다는 것이다. 특히, 흡입측 표면으로부터 제1 스버너 요소로의 전이는 압력측 표면으로부터 제2 스버너 요소로의 전이보다 더 작은 반경 또는 더 날카로운 엣지로 실현된다.

본 발명의 장점 중 하나는 흡입측 표면과 제1 스버너 요소를 연결하는 제1 전이 부분 또는 표면의 제1 반경이 압력측 표면과 제2 스너버 요소를 연결하는 제2 전이 부분 또는 표면의 제2 반경보다 작기 때문에, 공기역학적 손실이 감소된다는 것이다. 복수의 블레이드가 원주방향을 따라 인접하게 배치되는 경우, 인접 블레이드의 제1 및 제2 스너버 요소는 서로 인접하게 배치된다. 제1 전이 부분의 감소된 반경으로 인해, 분리된 흐름이 하나의 블레이드의 압력측 표면으로부터 스너버 요소를 따라 인접한 블레이드의 흡입측 표면 측으로 유동하여 흡입측 표면과 각각의 제1 스너버 요소 사이의 제1 전이 부분 또는 영역에 전단층을 갖는 와류를 발생시키는 손실 메커니즘이 현저히 감소된다.

본 개시 내용의 유리한 실시예는 도면을 참조하여 종속항 및 하기 설명에서 제공된다.

일부 실시예에 따르면, 제1 스너버 요소는 흡입측 표면으로부터 제1 길이만큼 돌출하고, 제2 스너버 요소는 압력측 표면으로부터 제2 길이만큼 돌출하며, 여기서 제1 길이는 제2 길이보다 더 작다. 따라서, 제1 및 제2 스너버 요소는 원주 방향에 대해 비대칭이다. 이는 위에서 설명한 손실 메커니즘의 영향을 줄이는 데 더 도움이 된다. 또한, 기계적 응력 수준은 제1 반경을 제2 반경보다 작게 만드는 것 외에도 제1 또는 흡입측 스너버 요소의 길이를 줄임으로써 더 균일하게 분포될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 제1 스너버 요소는 흡입측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하고 반경방향 및 원주방향에 대해 횡단하는 축방향을 따라 연장되는 제1 접촉 표면을 포함하고, 제2 스너버 요소는 압력측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하고 축방향을 따라 연장되는 제2 접촉 표면을 포함하고, 상기 제1 길이 및 제2 길이는 축방향에 대해 제1 접촉 표면의 중심 위치와 축방향에 대해 제2 접촉 표면의 중심 위치를 연결하는 연결선을 따라 측정된다. 중심 위치는 각각의 접촉 표면의 길이의 절반 위치에 있을 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 제1 접촉 표면 및 제2 접촉 표면은 각각 축방향에 대해 적어도 부분적으로 경사지게 연장된다. 이것은 블레이드의 조립을 확실히 용이하게 한다. 예를 들어, 접촉 표면 각각은 축방향에 대해 경사지게 연장되는 섹션을 가질 수 있다. 선택적으로, 접촉 표면은 축방향을 따라 또는 축방향에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 부분을 추가로 가질 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 제1 길이 대 제2 길이의 비는 0.7-0.9의 범위 내에 있다. 따라서, 흡입측 표면에 제공된 제1 스너버 요소는 비교적 작은 양만큼만 더 짧다. 이로써, 기계적 응력이 스너버 요소 사이에 비교적 균일하게 분포될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 제1 반경 대 제2 반경의 비는 0.2-0.8의 범위 내에 있을 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 스너버 구조체 및 에어포일 바디는 일체로 형성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 스너버 요소와 에어포일 바디는 주조 공정 또는 적층 제조 공정, 예를 들어 선택적 레이저 용융과 같은 3D 프린팅에서 하나의 단일 부품으로 형성될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 블레이드 어셈블리는 터빈의 터빈 섹션의 일부를 형성한다.

방향 및 축과 관련하여, 특히 물리적 구조의 연장 또는 확장에 관한 방향 및 축과 관련하여, 본 개시 내용의 범위 내에서, 다른 축, 방향 또는 구조를 "따른" 축, 방향 또는 구조의 크기는 특히, 상기 축, 방향 또는 구조, 특히 각 구조의 특정 부위에서 발생하는 접선이 45도 미만, 바람직하게는 30도 미만인 각도를 둘러싸고 특히 바람직하게는 서로 평행하게 연장되는 것을 포함한다.

방향 및 축과 관련하여, 특히 물리적 구조의 연장 또는 확장에 관한 방향 및 축과 관련하여, 본 발명의 범위 내에서, 다른 축, 방향, 또는 구조에 대해 "횡으로의", "가로지른", "교차하는", 또는 "횡단하는" 축, 방향 또는 구조의 크기는 특히, 상기 축, 방향 또는 구조, 특히 각 구조의 특정 부위에서 발생하는 접선이 45도 이상, 바람직하게는 60도 이상인 각도를 둘러싸고 특히 바람직하게는 서로 평행하게 연장되는 것을 포함한다.

본 개시 내용의 범위 내에서, 하나 이상의 구성요소와 관련하여 "일체로 형성된" 또는 "일체형"이라는 용어는 특히 이러한 구성요소가 재료 또는 물질의 단일체 형태의 단일 피스로서 실현되고, 특히 구성요소 중 하나는 재료의 단일성을 제거하지 않고 하나 이상의 다른 구성요소로부터 분리될 수 없는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 대해 본 명세서에 설명된 특징은 또한 본 발명의 다른 양태에 대해 개시되며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

본 발명 및 그 장점에 대한 더욱 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면과 함께 취해지는 다음 설명을 참조한다. 본 발명은 도면의 개략도에 특정된 예시적인 실시예를 사용하여 아래에서 더욱 상세히 설명되며, 여기서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 어셈블리의 개략적인 부분 단면도를 도시하며;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 기계용 블레이드의 평면도를 도시하며;
도 4는 도 3의 블레이트를 도 3에 도시된 A-A 선을 따른 단면도로 도시하며;
도 5는 비교예의 블레이드 어셈블리에 대한 유동 시뮬레이션의 결과를 평면도로 도시하며;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 어셈블리에 대한 유동 시뮬레이션의 결과를 평면도로 도시한다.
도면에서, 유사한 참조 부호는 달리 명시되지 않는 한 유사한 요소를 나타낸다.

도 1은 터보 기계에 대한 일례로서 가스 터빈(300)을 개략적으로 도시한다. 가스 터빈(300)은 회전축을 중심으로 회전하여 작동 유체를 압축하도록 구성된 압축기 섹션(310)과, 작동 유체를 팽창시켜 회전축을 중심으로 회전되도록 구성된 터빈 섹션(320)과, 연료를 작동 유체와 함께 연소시키는 연소 챔버(330)를 포함한다. 터빈 섹션(320)은 압축기 섹션(310)을 회전시키기 위해 압축기 섹션(310)에 운동학적으로 결합된다. 압축기 섹션(310) 및 터빈 섹션(320)은 각각 공통 중심 샤프트(340)에 장착될 수 있는 복수의 블레이드 어셈블리(200)를 포함한다. 각각의 블레이드 어셈블리(200)는 반경 방향(R)으로 연장되고 공기역학적 표면을 포함하는 복수의 블레이드(100)를 포함한다. 가스 터빈(300)의 작동 원리는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있고, 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서 생략될 것이다.

도 2는 예를 들어 가스 터빈(200)인 터보 기계를 위한 블레이드 어셈블리(200)를 예시적으로 도시한다. 블레이드 어셈블리(200)는 복수의 블레이드(100) 및 상기 복수의 터빈 블레이드(100)가 결합되는 로터(rotor) 디스크(210)를 포함한다. 디스크(210)는 블레이드(100)를 위한 캐리어로서 기능하며 터빈(300)의 중심 샤프트(340)에 고정될 수 있다. 각각의 블레이드(100)는 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같은 전나무 형태의 루트(root) 형상의 커플링 인터페이스(110)를 포함할 수 있으며, 이에 따라 각 블레이드는 디스크(210)에 결합 또는 고정된다. 예를 들어, 루트는 디스크(210)에 디스크(210) 내의 상보적인 형상의 리세스에 삽입될 수 있다. 도 2에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 블레이드(100)는 원주 방향(C1)으로 서로 인접하게 배열된다. 블레이드 어셈블리(200)는 터빈(300)의 터빈 섹션(320)의 일부를 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 2는 블레이드(100)를 단순한 개략도로 도시한다. 도 3은 블레이드(100)에 대한 보다 상세한 평면도를 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각 블레이드(100)는 에어포일 바디(1) 및 스너버 구조체(2)를 포함한다. 에어포일 바디(1)는 대체로 루트 단부(11)와 팁 단부(12) 사이에서 반경방향(R1)을 따라 연장된다. 또한, 에어포일 바디(1)는 축방향(A1)과 관련하여 전방 또는 리딩(leading end)(13)와 후방 또는 트레일링 단부(trailing end)(14) 사이에서 연장된다. 축방향(A1)은 반경방향(R1)을 가로질러 연장된다. 원주방향(C1)은 축방향(A1) 및 반경방향(R1)을 가로질러 연장된다. 또한, 각 블레이드(100)는 흡입측 표면(1s) 및 흡입측 표면(1s)에 반대로 놓여진 압력측 표면(1p)을 포함한다. 흡입측 표면(1s) 및 압력측 표면(1p)은 각각 에어포일 바디(1)의 전방 단부(13)와 후방 단부(14) 사이에서 연장되고, 이와 함께 에어포일 바디(1)의 단면을 획정한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 블레이드(100)의 스너버 구조체(2)는 제1 스너버 요소(21) 및 제2 스너버 요소(22)를 포함한다. 도 4는 도 3의 블레이트(100)를 도 4에 도시된 바와 같이 A-A 선을 따라 취한 단면도로 예시한다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스너버 요소(21)는 원주방향(C1)에 대해 에어포일 바디(1)의 흡입측 표면(1s)으로부터 돌출된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스너버 요소(21)는 종방향 핀(fin) 형태로 구현될 수 있다. 대체로, 제1 스너버 요소(21)는 내부 단부가 에어포일 바디(1)의 흡입측 표면(1c)에 결합되고, 반대쪽 외부 단부는 에어포일 바디(1)의 흡입측 표면(1c)에서 멀어지는 방향을 향한다. 제1 스너버 요소(21)의 외부 단부에는, 선택적으로, 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 축방향(A1)에 대해 경사지게 연장될 수 있는 제1 접촉 표면(21c)이 제공될 수 있다. 대체로, 제1 접촉 표면(21c)은 흡입측 표면(1s)으로부터 멀어지는 방향을 향하고 적어도 부분적으로는 축방향(A1)을 따라 연장된다. 예를 들어, 제1 접촉 표면(21c)은 미리 정해진 길이(y21)의 축방향(A1)에 대해 경사지게 연장되는 중간 부분을 포함할 수 있으며, 여기서 중간 부분은 인접한 블레이트(100)의 제2 스너버 요소(22)의 제2 접촉 표면(22c)의 중간 부분과 접촉하도록 제공된다. 또한, 접촉 표면은 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 중간 부분의 양단부에 축방향을 따라 또는 축방향에 실질적으로 평행하게 연장되는 단부 부분을 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 단부 영역에서 제1 스너버 요소(21)는 제1 전이부(transition portion)(23)에 의해 에어포일 바디(1)의 흡입측 표면(1s)에 연결된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전이부(23)는 오목한 곡면을 형성한다. 전이부(23)는 흡입측 표면(1s)과 제1 스너버 요소(21)의 표면 사이에 연속적인 연결부를 형성한다. 특히, 흡입측 표면(1s)과 제1 스너버 요소(21)의 상부 표면(21a) 사이에 오목한 곡선 연결부를 형성하는 상부 제1 전이부(23A)가 제공될 수 있으며, 여기서 제1 스너버 요소(21)의 상부 표면(21a)은 반경방향(R1)에 대해 에어포일 바디(1)의 팁 단부(12) 측을 향한다. 또한, 흡입측 표면(1s)과 제1 스너버 요소(21)의 하부 표면(21b) 사이에 오목한 곡선 연결부를 형성하는 하부 제1 전이부(23B)가 제공될 수 있으며, 여기서 제1 스너버 요소(21)의 하부 표면(21b)은 반경방향(R1)에 대해 에어포일 바디(1)의 루트 단부(11) 측을 향한다. 각각의 제1 전이부(23A, 23B) 또는 일반적으로, 제1 전이부(23)는 제1 반경(r23)을 갖거나 이를 정의할 수 있다. 상부 및 하부 제1 전이부(23A, 23B)의 제1 반경(r23)은 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

제1 스너버 요소(21) 및 에어포일 바디(1)는 바람직하게는 하나의 단일 피스로서 일체로 형성된다.

도 2 내지 도 4에 추가로 도시된 바와 같이, 제2 스너버 요소(22)는 원주방향(C1)에 대해 에어포일 바디(1)의 압력측 표면(1p)으로부터 돌출된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 스너버 요소(22)는 종방향 핀(fin) 형태로 구현될 수 있다. 대체로, 제2 스너버 요소(22)는 내부 단부가 에어포일 바디(1)의 압력측 표면(1p)에 결합되고, 반대쪽 외부 단부는 에어포일 바디(1)의 압력측 표면(1p)에서 멀어지는 방향을 향한다. 제2 스너버 요소(22)의 외부 단부에는, 선택적으로, 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 축방향(A1)에 대해 경사지게 연장될 수 있는 제2 접촉 표면(22c)이 제공될 수 있다. 대체로, 제2 접촉 표면(22c)은 압력측 표면(1p)으로부터 멀어지는 방향을 향하고 적어도 부분적으로는 축방향(A1)을 따라 연장된다. 예를 들어, 제2 접촉 표면(22c)은 축방향(A1)에 대해 경사지게 연장되는 미리 정해진 길이(y22)의 중간 부분을 포함할 수 있으며, 여기서 중간 부분은 인접한 블레이트(100)의 제1 스너버 요소(21)의 제1 접촉 표면(21c)의 중간 부분과 접촉하도록 제공된다. 또한, 제2 접촉 표면(22c)은 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 중간 부분의 양단부에 축방향을 따라 또는 축방향에 실질적으로 평행하게 연장되는 단부 부분을 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 원주방향(C1)으로 인접하게 배치된 블레이드(100)의 제1 및 제2 스너버 요소(21, 22)의 접촉 표면(21c, 22c)은 서로 마주한다. 블레이드(100)가 디스크(210)와 함께 회전하지 않은 상태, 즉 정지된 상태에서, 대향하는 제1 및 제2 접촉 표면(21c, 22c) 사이에는 작은 간극이 형성된다. 블레이드(100)가 디스크(210)와 함께 회전되면, 대향하는 제1 및 제2 접촉 표면(21c, 22c), 특히 제1 및 제2 접촉 표면(21c, 22c)의 중간 부분은 서로 접촉하게 된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 단부 영역에서 제2 스너버 요소(22)는 제2 전이부(24)에 의해 에어포일 바디(1)의 압력측 표면(1p)에 연결된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전이부(24)는 오목한 곡면을 형성한다. 전이부(24)는 d압력측 표면(1p)과 제2 스너버 요소(22)의 표면 사이에 연속적인 연결부를 형성한다. 특히, 압력측 표면(1p)과 제2 스너버 요소(22)의 상부 표면(22a) 사이에 오목한 곡선 연결부를 형성하는 상부 제2 전이부(24A)가 제공될 수 있으며, 여기서 제2 스너버 요소(22)의 상부 표면(22a)은 반경방향(R1)에 대해 에어포일 바디(1)의 팁 단부(12) 측을 향한다. 또한, 압력측 표면(1p)과 제2 스너버 요소(22)의 하부 표면(22b) 사이에 오목한 곡선 연결부를 형성하는 하부 제2 전이부(24B)가 제공될 수 있으며, 여기서 제2 스너버 요소(22)의 하부 표면(22b)은 반경방향(R1)에 대해 에어포일 바디(1)의 루트 단부(11) 측을 향한다. 각각의 제2 전이부(24A, 24B) 또는 일반적으로, 제2 전이부(24)는 제2 반경(r24)을 갖거나 이를 정의할 수 있다. 상부 및 하부 제1 전이부(24A, 24B)의 제2 반경(r24)은 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

제2 스너버 요소(22) 및 에어포일 바디(1)는 바람직하게는 하나의 단일 피스로서 일체로 형성된다.

도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 전이부(23)의 제1 반경(r23)은 제2 전이부(24)의 제2 반경(r24)보다 작거나, 반대로 말하면, 제2 반경(r24)은 제1 반경(r23)보다 크다. 따라서, 흡입측 표면(1s)에서, 압력측 표면(1p)과 제2 스너버 요소(22) 사이의 전이 또는 연결에 비해 흡입측 표면(1s)과 제1 스너버 요소(21)의 표면 사이의 더 날카로운 전이 또는 연결이 실현된다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 이에 따라 제1 스너버 요소(21)의 내부 단부 또는 전이부(23)는 제2 스너버 요소(22)의 내부 단부 또는 전이부(24)에서 보다 반경방향(R1)으로 더 작은 폭을 갖는다. 예를 들어, 제1 반경(r23) 대 제2 반경(r24)의 비율, 즉 비율(r23/r24)은 0.2-0.8의 범위 내에 있을 수 있다.

도 5 및 도 6은 각각 원주방향(C1)으로 서로 인접하게 배열된 2개의 블레이드(100)를 평면도로 도시한 유동 시뮬레이션의 결과를 나타내고, 여기서 블레이드(100)는 주요 유동 방향(F)으로 흐르는 유체 유동의 대상이 된다. 주요 유동 방향(F)은 축방향(A1)과 거의 평행하므로 유체는 에어포일 바디(1)의 전방 단부(13)로부터 후방 단부(14)까지 압력측 표면(1p) 및 흡입측 표면(1s)을 따라 흐른다. 유동 건은 도 5 및 도 6에서 동일하다.

도 5에서, 블레이드(100)의 스너버 요소(21, 22)는 흡입측 표면(1s) 및 압력측 표면(1p) 모두에서 동일한 반경(r23, r24)을 갖는 전이부(23, 24)에 의해 각각의 에어포일 바디(1)에 연결된다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 분리된 유체의 현저한 흐름(S1)은 하나의 블레이드(100)의 압력측 표면(1p)으로부터 인접한 블레이드(1p)의 흡입측 표면(1s)을 향하여 스너버 요소(21, 22)를 따라 발생한다. 이 횡 흐름(S1)은 인접한 블레이드(100)의 흡입측 표면(1s) 상의 전이부(23)로부터 기인하는 전단층(shear layer)과 함께 손실을 야기하는 와류를 형성한다.

도 5에 도시된 블레이드(100)의 구성과 대조적으로, 도 6에 도시된 블레이드(100)는 도 2-4를 참조로 설명된 바와 같이 구현되며, 여기서 제1 스너버 요소(21)는 제1 반경(r23)을 갖는 오목한 만곡형 제1 전이부(23)에 의해 에어포일 바디(1)의 흡입측 표면(1s)에 연결되고, 제2 스너버 요소(22)는 제1 반경(r23)보다 큰 제2 반경(r24)을 가지는 오목한 만곡형 제2 전이부(24)에 의해 에어포일 바디(1)의 압력측 표면(1p)에 연결된다. 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 하나의 블레이드(100)의 압력측 표면(1p)으로부터 인접한 블레이드(100)의 흡입측 표면(1s)을 향하는 스너버 요소(21, 22)를 따른 횡 흐름이 현저히 감소된다. 따라서, 와류의 발생과 그에 따른 손실도 전반적으로 감소된다.

도 2는 제1 스너버 요소(21)가 흡입측 표면(1s)으로부터 돌출되는 것보다 제2 스너버 요소(22)가 압력측 표면(1p)으로부터 더 돌출될 수 있음을 개략적으로 도시한다. 이 선택적인 구성은 도 3 및 도 4에 더 상세히 예시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스버너 요소(21)는 흡입측 표면(1s)으로부터 제1 길이(l21)만큼 돌출될 수 있고, 제2 스버너 요소는 압력측 표면(1p)으로부터 제2 길이(l22)만큼 돌출될 수 있다. 제1 길이(l21)는 제2 길이(l22)보다 작다. 제1 길이(l21) 및 제2 길이(l22)는 대체적으로 원주방향(C1)에 대한 각각의 스너버 요소(21, 22)의 확장으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 길이(l21) 및 제2 길이(l22)는 도 3에 도시된 X2 선을 따라 측정될 수 있다. 상기 선 또는 연결 라인 X2는 축방향(A1)에 대한 제1 접촉 표면(21c)의 중심 위치(x21)와 축방향(A1)에 대한 제2 접촉 표면(22c)의 중심 위치(x22)를 연결한다. 예를 들어, 제1 접촉 표면(21c)의 중심 위치는 제1 접촉 표면(21c)의 중간 부분의 길이(y21)의 절반 또는 중간 부분의 중심으로 정의될 수 있다. 마찬가지로, 제2 접촉 표면(22c)의 중심 위치는 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제2 접촉 표면(22c)의 중간 부분의 길이(y22)의 절반 또는 중간 부분의 중심으로 정의될 수 있다. 제1 길이(l21) 대 제2 길이(l21)의 비율, 즉 비율(l21/l22)은 0.7-0.9의 범위에 있을 수 있다. 제1 스너버 요소(21)는 그 내측 단부 또는 그 전이부(23)가 제2 스버너 요소(22)의 내측 단부 또는 전이부(24)보다 반경방향(R1)으로 더 작은 폭을 가지므로, 제1 스너버 요소(21)의 길이(l21)의 감소를 통해 제1 전이부(23)의 응력 수준이 유리하게 감소된다.

특히 도 2를 참조하면, 인접한 블레이드의 스너버 요소(21, 22)가 원주방향(C1)으로 서로를 향해 연장되고, 여기서 각각의 제1 접촉 표면(21c)은 하나의 제2 접촉 표면(22c)을 향하는 것을 볼 수 있다. 위에서 설명되고 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 블레이드 어셈블리(200)의 정지 상태에서 제1 및 제2 접촉 표면(21c, 22c) 사이에 작은 간극이 존재한다. 따라서, 제1 및 제2 스버너 요소(21, 22) 및 미리 정해진 폭을 갖는 접촉 표면(21c, 22c) 사이의 간극은 함께 원주방향에 대해 인접한 블레이드(100) 사이의 거리에 해당한다. 따라서, 대칭 구성에 비해, 제1 스너버 요소(21)의 길이(l21)가 감소되는 양은 제2 스너버 요소(22)의 길이(l22)가 증가되는 양에 대응한다.

특정 실시예가 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 다양한 대안적이고 그리고/또는 균등한 구현이 존재한다는 것이 적어도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식될 것이다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일뿐이며, 어떠한 방식으로도 범위, 적용 가능성 또는 구성을 제한하려고 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 전술한 발명의 내용 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 통상의 기술자에게 적어도 하나의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 로드맵을 제공할 것이며, 첨부된 청구범위 및 이의 법적 균등물에서 명시된 범위를 벗어나지 않으면서 예시적인 실시예에서 설명된 요소의 기능 및 배열에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로, 본 출원은 본 명세서에서 논의된 특정 실시예의 임의의 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다.

1 에어포일 바디
1p 압력측 표면
1s 흡입측 표면
2 스너버 구조체
11 루트 단부
12 팁 단부
13 전방 또는 리딩 단부
14 후방 또는 트레일링 단부
21 제1 스너버 요소
21a 제1 스너버 요소의 상부 표면
21b 제1 스너버 요소의 하부 표면
21c 제1 접촉 표면
22 제2 스너버 요소
22a 제2 스버너 요소의 상부 표면
22b 제2 스버너 요소의 하부 표면
22c 제2 접촉 표면
23 제1 전이부
23A 상부 제1 전이부
23B 하부 제1 전이부
24 제2 전이부\
24A 상부 제2 전이부
24B 하부 제2 전이부
100 블레이드
110 커플링 계면
200 블레이드 어셈블리
210 로터 디스크
300 터빈
310 압축기 섹션
320 터빈 섹션
330 연소 챔버
340 중심 샤프트
A1 축방향
C1 원주방향
l21 제1 길이
l22 제2 길이
R1 반경방향
r23 제1 반경
r24 제2 반경
S1 횡 흐름
X2 연결 라인
x21 제1 접촉 표면의 중심 위치
x22 제2 접촉 표면의 중심 위치
y21 미리 정해진 길이
y22 미리 정해진 길이

Claims (10)

1. 터보 기계, 특히 터빈용 블레이드로서:
   반경방향으로 연장되고, 흡입측 표면 및 상기 반경방향을 가로질러 연장되는 원주방향에 대해 상기 흡입측 표면에 반대인 압력측 표면을 포함하는 에어포일 바디; 및
   상기 에어포일 바디의 상기 흡입측 표면으로부터 상기 원주방향을 따라 돌출된 제1 스너버 요소와, 상기 에어포일 바디의 상기 압력측 표면으로부터 상기 원주방향을 따라 돌출된 제2 스너버 요소를 포함하는 스너버 구조체
   를 포함하고,
   상기 제1 스너버 요소는 제1 반경을 갖는 오목한 만곡형 제1 전이부에 의해 상기 에어포일 바디의 흡입측 표면에 연결되고, 상기 제2 스너버 요소는 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 갖는 오목한 만곡형 제2 전이부에 의해 상기 에어포일 바디의 상기 압력측 표면에 연결되는, 블레이드.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스너버 요소는 상기 흡입측 표면으로부터 제1 길이만큼 돌출하고, 상기 제2 스너버 요소는 상기 압력측 표면으로부터 제2 길이만큼 돌출하고, 상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작은, 블레이드.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 스너버 요소는 상기 흡입측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하고 축방향을 따라 연장되는 제1 접촉 표면을 포함하고, 상기 축방향은 상기 반경방향 및 상기 원주방향을 가로질러 이어지며, 상기 제2 스너버 요소는 상기 압력측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하고 상기 축방향을 따라 연장되는 제2 접촉 표면을 포함하고, 상기 제1 길이 및 상기 제2 길이는 상기 축방향에 대한 상기 제1 접촉 표면의 중심 위치와 상기 축방향에 대한 상기 제2 접촉 표면의 중심 위치를 연결하는 연결 라인을 따라 측정되는, 블레이드.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 접촉 표면 및 상기 제2 접촉 표면 각각은 상기 축방향에 대해 적어도 부분적으로 경사지게 연장되는, 블레이드.
   
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 길이 대 상기 제2 길이의 비는 0.7-0.9의 범위 내에 있는, 블레이드.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 반경 대 상기 제2 반경의 비는 0.2-0.8의 범위 내에 있는, 블레이드.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 스너버 구조체와 상기 에어포일 바디는 일체로 형성되는, 블레이드.
   
8. 블레이드 어셈블리로서:
   제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 복수의 블레이드; 및
   상기 복수의 터빈 블레이드가 결합되는 로터 디스크
   를 포함하고,
   각 블레이드의 상기 제1 스너버 요소는 상기 흡입측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 접촉 표면을 포함하고;
   각 블레이드의 상기 제2 스너버 요소는 상기 압력측 표면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 접촉 표면을 포함하고;
   각각의 제1 접촉 표면은 하나의 제2 접촉 표면과 마주하는, 블레이드 어셈블리.
   
9. 제8항에 따른 터빈 블레이드 어셈블리를 포함하는, 터빈.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 블레이드 어셈블리는 상기 터빈(300)의 터빈 섹션의 일부를 형성하고, 상기 터빈은 가스 터빈인, 터빈.

Images