KR820000756B1 - 로우터블레이드 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로우터블레이드

제1도는 로우터 블레이드 조립체의 일부의 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 형상을 가진 제1도의 블레이드의 근부 부착구조의 일부를 보인 확대도.

제3도는 종래 기술의 근부 부착구조의 제2도와 유사한 확대도.

제4도는 본 발명의 이중 곡률반경을 보인 “톱니뿌리형”부착구조의 일부를 보인 확대도.

본 발명은 회전기계류, 특히 가스터어빈 엔진의 터어빈 휘일 조립체의 로우터 블레이드에 관한 것이다.

근래 가스터어빈엔진은 본 발명의 개념이 적용되는 제1급의 회전기계류를 포함한다. 가스터어빈 엔진에서, 구동 매개가스는 엔진이 압축실에서 압축되고, 연료가 구동매개 가스에 혼합되고 연소되어 유통 매개체에 에너지를 부여하는 연소실로 흐른다. 그리하여 높은 에너지 매개체가 터어빈실로 흐르고 여기에서 그 에너지의 일부가 추출되어 엔진 압축기를 구동시키도록 공급된다.

터어빈은 다수의 교대적인 열들의 로우터 블레이드 및 고정 베인(vane)으로 구성고되, 고정 베인의 각열은 로우터 블레이드의 하류측열에 선택된 유입각도로 구동 매개 가스를 직접 향하게 하고, 다시 로우터 블레이드는 그 매개가스로부터 엔진 압축기를 구동시키기 위한 에너지를 추출한다. 각 열의 로우터 블레이드는 원형 원반체의외 주면에 착설되어 있다. 로우터 블레이드와 지지원반체의 조합체는 휘일조립체로 알려져 있다. 가스터어빈 엔진이 작동하는 동안 터어빈 휘일의 회전속도는 7500rpm 이상인 것이 보통이다.

터어빈 휘일 조립체의 각 블레이드는, 원반체의 동일형상의 부작용 슬로트(slot)와 계합하는 근부(root section)가 형성되어 있다. 복잡한 근부의 가하학적인 구조는 원반체로 부터 각 블레이드로의 구심력억제 하중을 전달할 수 있도록 창안되어 있다. 광범위하게 사용되는 하나의 그러한 기하학적인 구조로서 “토비 뿌리형”(fir tree)부착 구조가 있다. 이러한 부착구조가 제1도에 도시되어 있으며, 본 발명은 이러한 형태에 관한 것으로 설명된다.

로우터블레이드와 원반체의 수명을 제한하는 하나의 요인은 각 부품이 제조되는 재료의 낮은 주기 피로 수명(low cycle fatigue life)이다. 각 작동주기는 각 부품에 일정한 수준의 영향을 가하며, 이러한 것이 반복된 후는 최종적으로는 그 부품들이 약화되어 파열될 것이다. 매우 낮은 응력수준에서, 파열이 일어나기 전의 싸이클수는 거의 무한하다., 그러나, 매우 높은 응력 수준에서는 싸이클수가 매우 엄격히 제한된다.

각 부품의 피로수명은 그의 LCF수명으로 불린다.

가장 최근의 엔진에서 실시되고 있는 블레이드 부착기술의 현재수준은 “톱니뿌리형”부착구조의 일부를 나타낸 제3도(종래기술)에서 보인 바와 같다. 블레이드 근부의 치(齒)는 원반체 부착의 슬로트에 형성된 상응하는 홈에 계합하도록 연장되어 있다. 원반체의 각 홈은 단일 반경으로 형성되어 있으며, 유사하게 원반체슬로트의 치도 블레이드 근부의 상응하는 홈들에 계합하도록 연장되어 있다. 근부의 각 홈도 단일반경으로 형성되어 있다. 본 발명의 개념은 이후 설명되는 바와 같은 종래기술의 개념과는 상이하다.

본 발명의 주 목적은, 터어빈 블레이드 근부와 그들의 상응하는 원반체 부착 슬로트에 적절한 낮은 주기 피로수명을 제공하기 위한 것이다. 부수적인 목적은 각 근부와 그의 상응하는 부착슬로트의 길이를 최소화하는데 있다. 또한 조합된 굽힘응력과 전단응력의 수준이 감소되었으며, 특별한 목적은 굽힘하중 및 전단하중에 의해 외주면 재질에 장력이 부여되는 지역에서 윤곽의 반경을 증가시킬 수 있게 하는데 있다.

본 발명에 따라, 로우터 블레이드의 근부는 지지원반체의 부착슬로트에 형성된 홈들에 계합하도록 연장한 다수의 치를 가지고 있으며, 각 홈은 반경방향의 측지역의제 반1경부와 반경방향 제2반경부를 가지는 형상으로 형성되고, 제1 반경부가 제2반경부보다 크게되어 있다.

유사하게, 로우터 원반체의 부착 슬로트는 로우터 블레이드의 근부에 형성된 홈들과 계합하도록 연장한 수개의 치를 가지며, 여기에서 각홈은 반경방향 내측 지역의 제1 반경부와 반경방향 외측지역의 제2 반경부를 가지는 형상으로 형성되고, 그 제1 반경부가 제2 반경부보다 크게 되어 있다.

본 발명의 주 특징은 원반체 홈들과 로우터 블레이드의 홈들의 복합적인 형상구조이다. 각 홈은 제1 반경부와 제2반경부를 갖는 형상으로 형성되고, 그 제1 반경부가 제3 반경부보다 크며, 굽힘하중과 전단하중에 의해 블레이드가 큰 장력하게 있게 하도록 작용하는 홈의 지역에 형성되어 있다. 제2 반경부는 굽힘하중과 전단하중이 반대로 작용하는 근부의 지역에 형성된다.

이러한 본 발명의 한 실시형태의 주요잇점은 동일한 근부 깊이에 낮은주기 피로수명(LCF)을 부여하는 것이다.

본 발명에 따른 제1 반경부를 증가시키고 제2 반경부를 감소시킴에 의해, 그에 다른 근부깊이의 증가없이 최대응력을 줄일수 있게 된다. 다른 실시 형태에서, 원반체 하중이 낮은 주기 피로수명이 감소없이도 감소될 수 있고, 근부깊이의 감소에 의해 원반체 림(rin)의 재료의 양이 감소된다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

터어빈 휘일조립체(10)의 일부분이 제1도에 도시되었다. 이 터어빈휘일 조립체는 로우터 원반체(12)와 이로부터 반경방향 외측으로 연장한 다수의 로우터 블레이드(14)로 구성되며, 각 블레이드는 근부(16)와 에어포일 부분(19)로 구성되고, 각 근부는 “톱니뿌리형”으로 되어 있다. 각 블레이드의 근부는 원반체의 외주면에 형성되고 근부와 같은 형태의 슬로트(20)에 계합하여, 각원반체의 슬로트는 블레이드와 원반체사이에 근부공동부(cavity)(22)를 형성하도록 블레이드 근부의 하측으로 연장되어 있다. 그리고 적어도 하나의 측판914)이 블레이드를 원반체슬로트내에 고정시키기 위하여 원반체에 부착되어 있고, 근부공동부를 관통하는 다수의 리벳트(26)가 각 측판을 원반체에 고정한다.

“톱니뿌리형”부착구조가 제2도 및 제4도에 보다 상세히 도시되어 있다. 블레이드이 근부(16)에는 원반체와 계합하기 위하여 연장한 다수의 치(28)가 형성되어 있고, 이와 유사하게 원반체의 부착슬르트에도 블레이드의 근부와 계합하기 위하여 연장한 수개의 치(30)가 형성되어 있다. 즉 각 블레이드의 치는 원반체 슬로트에 형성된 홈(32)에 수용되고, 각 원반체의 치는 블레이드에 형성된 홈(34)에 수용된다. 각원반체 홈은 그의 상측부, 즉 반경방향 외측지역(36)에는 제1반경부(R₁)이, 그리고 하측부, 즉 반경방향 내측지역(30)에는 제2반경부(R₂)이 형성된 형상으로 되어있다. 또한 각 블레이드 홈은 그의 하측부, 즉 반경 방향내측지역(40)에 제1반경부(R₁)이 그리고 상측부, 즉 반경방향 외측지역(42)에 제2 반경부(R₂)가 형성된 형상으로 되어 있다. 여기에서, 반경 R₁은 반경 R₂보다 크다. 제4도는 원반체 홈과 블레이드 홈의 형상을 형성하는 반경 R₁과 R₂의 관계를 나타낸다.

터어빈휘일 조립체의 회전중, 원심력이 블레이드를 원반체로부터 반경 방향의 측으로 향하게 하고 구심억제력은 원반체의 “톱니뿌리형”부착구조를 통하여 각 블레이드에 부여된다. 따라서 블레이드의 치와 원반체의 치에 전단응력과 굽힘응력이 조합되어 부여된다. 원반체 홈(32)의 상측지역(36)과 블레이드 홈(34)의 하측지역(40)에서 전단 및 굽힘응력이 부가된다. 원반체 홈의 하측지역(38)과 블레이드 홈의 상측지역(42)에서는 전단응력과 굽힘응력이 서로 반대로 된다. 따라서, 조합된 최대응력은 지역(38)(40)에서, 특히휘이 S에까이에서 일어나가게 되는 것이다.

본 발명의 “톱니뿌리형”부착구조가 제2도 및 제3도에서 종래기술의 “톱니뿌리형”부착구조와 비교하여 도시되어 있다. 블레이드의 외주와 원반체의 외주에서의 최대응력은 가장 응력이 집중되는 지역 S에서 거의 동일하게 나타난다. 그러므로, 본 발명의 실시형태에서는 근부깊이(D)의 감소가 가능하게 된다. 근부의 깊이의 감소는 원반체 홈(32)와 블레이드홈(34)를 형성하는 복합적인 반경을 이용함으로서 가능하게 될수 있다. 그 홈들은 놓은 응력이 집중적으로 가하여지는 지역 S에 큰 반경부(R₁)이 형성되고 응력을 적게받는 지역에 작은 반경부(R₂)가 형성되었다.

원반체의 림(rin)의 응력을 받지않는 부분의 재료의 양은 근부의 깊이(D)에직접적으로 비례한다. 따라서 근부깊이의 감소에 의해 가벼운 원반체 구성이 가능하게 되고, 부수적으로 근부깊이의 감소에 의해, 비교적 직경이 작은 원반체상에 다수의 블레이드를 필요로하는 예에서 원반치에 많은 수의 블레이드를 설치할 수 있게된다. 블레이드를 원반체의 외주면에 적절한 재료를 유지하면서 보다 근접되게 착설할 수도 있다.

다른 실시형태에서, 본 발명은 동등한 블레이드 깊이(D)에서의 최대 응력을 줄일 수도 있다. 이러한 실싱형태에서는, 반경 R₁이 제2도에서 보인것보다 더 크게되고, 반면에 반경 R₂는 일정하게 유지된다.

Claims (1)

1. 블레이드 고정부재와 계합되는 수개의 홈들이 형성된 근부를 가진 타입의 로우터 블레이드에 있어서, 각 홈이 하부지역의 제1 곡률반경(R₁)과 각 홈의 상부지역의 제2 곡률반경(R₂)을 가지며, 그 제1곡률반경이 제2곡률반경보다 크게된 것을 특징으로 하는 로우터블레이드.

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