KR950006401B1 - 터어보머시인 로터의 인터블레이드시일 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

터어보머시인 로터의 인터블레이드시일

[도면의 간단한 설명]

제1도는 한쌍의 인접블레이드와 그것에 의해서 구획된 중간댐퍼실을 도시하는 로터디스크 외주연의 반경방향 단면도.

제2도는 제1도의 도시한 중간댐퍼실 및 로터디스크의 축방향 단면도.

[발명의 상세한 설명]

[발명이 분야]

본 발명은 터어보머시인등의 로터에 있어서, 인접한 블레이드 사이에 개재되는 시일에 관한 것이다.

[배경기술]

가스터어빈등과 같은 축류터어보머시인은 다수의 개별적인 블레이드를 가진 로터를 구비하고 있으며, 상기 다수의 블레이드는 로터의 외주연에 배치되어서 환상으로 흐르는 작동유체의 흐름과 상호작용하게 된다. 이러한 로터어셈블리에 있어서 인접한 블레이드의 기단부 사이에 축방향으로 연장형성된 간극에는 시일이 개재되어서 작동유체가 방사상 외향으로 흐르는 것을 방지한다. 이와 같은 인터블레이드 시일은, 인접한 블레이드 사이에 형성된 격실내에서, 로터디스크의 외주연과 블레이드 기단부의 저면 사이에 배치할 수도 있다. 상기 격실은 "댐퍼실"이라 불리우는 것으로, 일반적으로 로터외주연의 바람직하지 못한 진동을 감쇄시키기 위한 관성진동댐퍼를 수용하게 된다. 시일은 힐씨의 미합중국 특허 제4,505,642호에 개시된 바와 같이 박판금속으로 제조할 수도 있고, 브란틀리씨의 미합중국 특허 제4,183,720호에서와 같은 가요성 구조로 할 수도 있다.

헤스씨등의 미합중국 특허 제4,101,245호에는 시일과 진동댐퍼가 조합된 것이 개시되어 있다. 또한, 할링거씨의 미합중국 특허 제4,457,668호는 방사상 외향으로 흐르는 냉각공기의 흐름을 축방향 통로로 안내하여 로터어셈블리의 반대쪽면에 인접한 엔진구조물을 냉각시키는 홈통 모양의 댐퍼를 개시하고 있다.

이와 같은 공지의 시일은 작동유체의 방사상 내향 흐름이 블레이드의 기단부를 지나 댐퍼실로 유입되는 것을 방지하기에는 적합하다. 가스터어빈 엔진의 터어빈부에 있어서 통상의 작동유체는 가압된 고온의 연소 생성물이고, 또 댐퍼실은 최대의 응력을 받고 있는 회전터어빈디스크의 터어빈부에 인접해 있으므로, 상술한 시일링의 잇점은 널리 공지되어 설계자로 하여금 보다 효과적이고 저렴하며 조립하기 쉬운 시일링구조를 계속해서 추구하도록 하고 있다.

블레이드의 기단부에는, 작동유체를 인접한 터어빈 블레이드 사이에서 터어보머시인의 중심선을 향해 방사상으로 흐르게 하는 방사상의 차동압력 뿐만아니라, 일반적으로, 환상으로 흐르는 작동유체의 반복적인 압축 또는 팽창으로 인하여 축방향의 압력구배가 발생한다. 이러한 축방향 압력구배는 로터어셈블리의 고압측에서 작동유체를 댐퍼실로 압입하여 로터블레이드를 우회하도록 하고, 가스터어빈엔진의 터어빈 로터어셈블리에 대하여는, 터어빈디스크 외주연을 과열시켜서 그것을 단시일 내에 손상시킬 우려가 있다.

주로 작동유체의 방사상 흐름을 밀봉하도록 설계된 종래의 인터블레이드 시일은 그것의 축방향 흐름을 방지하는 데에는 부적합하다. 예를들면, 헤스씨등에게 허여된 상기 미합중국 특허의 댐퍼, 시일조합 구조체는 전방과 후방의 환상로터디스크 측판 사이에 설치되며, 상기 각각의 환상 로터디스크측판은 댐퍼실로 작동유체가 유입되는 것을 방지하는 바람지간 축방향 차폐판 역할을 하게 된다. 이러한 헤스씨의 댐퍼, 시일조합 구조체는 그 구조상 상술한 힐씨 및 브란틀리씨의 금속판 시일이나 리본시일보다 견고하고 무겁기 때문에 조합된 부재가 블레이드 기단부의 저면에 잘 밀착되지 않는 문제점은 발생하지만, 상기 로터디스크측판에 양호한 축방향 밀봉력을 인가할 수 있다.

이에 대하여 상기 힐씨 및 브란틀리씨의 얇은 가요성 시일은 로터어셈블리의 회전에 따른 원심가속도에 의해서 블레이드 기단부의 저면에 용이하게 밀착시킬수는 있으나, 로터디스크측판과 계합하여 효과적이고 확실한 축방향 밀봉을 행하기에 충분한 축방향 강성을 구비하고 있지 않다. 할링거씨의 시일.댐퍼조합 구조체는 축방향의 가스흐름을 차단한다기 보다는 축방향으로 흐르는 냉각공기를 대응 댐퍼실로 유도하도록 되어 있다.

이상과 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 축방향 및 반경방향의 밀봉을 동시에 행할 수 있고 경량이며 밀착성이 양호한 시일부재로 된 시일링 수단이 필요하다.

[발명의 개요]

따라서, 본 발명의 목적은 축류터어보머시인의 로터어셈블리에 있어서, 2개의 인접한 블레이드의 기단부 사이에 형성된 간극의 밀봉하기 위한 수단을 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 터어보머시인의 작동유체가 환상의 작동유체 흐름 통로로부터 블레이드 기단부의 반경 방향 내측에서 인접한 중간블레이드의 원주 방향으로 형성된 댐퍼실을 향하여, 축방향 및 반경 방향으로 유동하는 것을 방지하기 위한 단일의 시일링 수단을 제공하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 댐퍼실과 시일링 수단의 방사상 외측 경계면을 상보적인 형상으로 하여 터어보머시인의 작동중 그들 사이의 밀봉력을 증가시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 댐퍼실 내에 설치된 관성진동댐퍼에 관계없이 댐퍼실의 방사상 외측경계면에 밀착될 수 있느 단순한 구조의 박판금속시일을 제공하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전방 및 후방의 환상로터면판과 계합하여 터어보머시인의 작동유체에 대한 기밀차단벽을 형성하기 위한 전방 및 후방의 축방향 연장단을 가지는 박판금속시일을 제공하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 원주면을 따라 박판금속시일과 일체로 연장되어 터어보머시인 로터의 조립시 상기 시일을 댐퍼실 내에 유지하기 위한 아암을 수용할 수 있도록, 방사상 외측경계면에 인접한 댐퍼실내에서 원주면을 향해 형성된 위치결정 슬롯을 제공하는데에 있다.

본 발명에 의하면, 로터어셈블리에 있어서, 디스크의 외주연에 고정된 2개의 인접한 블레이드의 기단부 사이에서 반경 방향 내측으로 형성된 댐퍼실 내에는 박판금속시일이 개재된다. 블레이드의 기단부는 원주방향으로 연장되어 있으며, 그 끝부분에는 박판금속시일에 의해 댐퍼실쪽이 폐색된 협소한 간극이 형성되어 있다.

인접한 블레이드 기단부의 반경 방향 내면은, 박판금속시일과 협동하여, 통상적으로 가압되어 있는 터어보머시인의 작동유체가 중간댐퍼실로 유입되는 것을 방지하는 환상의 기밀 경계면을 형성한다. 댐퍼실의 외측경계면은 그 축방향 단면이 로터의 회전에 따른 원심가속도를 이용하여 기단부간극의 전체 길이에 걸쳐 밀봉력을 인가할 수 있는 형상으로 되어 있다.

특히, 댐퍼실 외측경계는 그 축방향 단면 형상이 방사상 내향의 오목면으로 되어 있으며, 상기 댐퍼실 외측경계의 축방향 대향면간의 축방향변위는 반경의 감소에 따라 증가한다. 이와 같이 간격이 증가하면 박판금속제 시일링부재에 법선 방향으로 힘의 성분이 작용하여 당해 시일링부재를 대응현상을 가진 기단부의 저면으로 부세하게 되고, 그 결과 종래의 박판금속시일로서는 기대할 수 없었던 축방향 시일링 효과를 달성할 수 있다.

박판금속시일의 양단을 환성로터측판의 선단 및 후단에 인접하게 축방향으로 배향하면, 전방 및 후방의 환상로터측판과의 계합력이 증대되고, 이에 따라 환성로터측판의 반경 방향 시일링면과 긴밀한 접촉이 이루어진다.

본 발명에 의한 시일의 또 다른 특징은 아암이 원주면 상에 일체형으로 연장 형성되어 있는 점이다. 상기 아암은 인접 블레이드 사이의 원주면사에 개구된 대응 슬롯에 수용되어서 로터어셈블리의 조립중 박판금속시일의 위치를 설정하고 또 그것을 파지한다.

이상과 같은 본 발명의 특징 및 목적은, 본 기술 분야에 숙련된 자라면 후술하는 실시예의 설명과 첨부된 특허청구의 범위 및 도면을 참조하므로써 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

[최선 실시예의 상세한 설명]

제1도는 가스터어빈엔진의 로터어셈블리(10)를 중심측에 대하여 수직하게 절단한 횡단면도이다. 로터어셈블리(10)는 복수의 축방향 연장 슬롯(14)을 가진 디스크(12)를 구비하고 있으며, 상기 축방향 연장 슬롯(14)의 디스크의 외주연에 배치되어서 복수의 개별적인 로터블레이드(16)(18)를 수용한다.

로터블레이드(16)(18)는 디스크 외주연의 슬롯(14)에 수용되는 뿌리부(20)(22)와, 환상의 작동유체 흐름통로(28)를 가로질러 반경 방향으로 연장된 에어포일부(24)(26)와, 원주면을 따라 축방향으로 연장되어 부분적으로는 환상흐름통로(28)의 내측벽에 형성하는 중간기단부(30)(32)로 구성된다.

인접한 로터블레이드(16)(18)의 기단부(30)(32)는 상호 근접되어서 그 사이에 대략 축방향으로 연장된 간극(34)을 형성한다. 또한 블레이드 기단부(30)(32)의 반경 방향 내측 및 인접한 블레이드(16)(18) 사이에는 관성진동댐퍼(38)를 수용하도록 된 댐퍼실(36)이 구획되고, 상기 관성진동댐퍼(38)는 블레이드(16)(18)에서 원주 방향으로 연장된 일체형 러그(40)에 의해 지지되어 있다.

상술한 바와 같이, 가스터어빈엔진의 터어빈부에 있어서, 환상통로(28)를 흐르는 작동유체는 통상적으로 고온의 연소생성물로 되어 있으며, 이러한 연소생성물은 강한 응력을 받고 있는 로터어셈블리의 외주연으로부터 격리시켜서 그것이 과열되는 것의 방지해야 한다. 로터어셈블리(10)에 있어서 작동유체의 반경 방향 및 축방향 압력분포를 보면, 당해 작동유체가 댐퍼실(36)내로 유입되기 쉽게 되어 있기 때문에, 인접한 로터블레이드(16)(18)간의 축방향 및 반경 방향 시일링은 엔진보수빈도 및 점검시간을 감축하는데 있어 극히 중요하다. 연속 터어빈 단계간의 작동유출의 누출을 감소시키면 엔진효율이 높아지고 전반적인 성능이 개선된다.

본 발명에 의하면, 박판금속시일(42)은 대응 블레이드기단부(30)(32)의 저면(44)(46)에 긴밀하게 당접하도록 되어 있다. 이러한 박판금속시일(42)은 로터디스크(12)의 전면과 후면 사이에서 축방향으로 연장됨과 동시에 기단부(30)(32)에 의해 형성된 간극(34)을 원주 방향으로 가로지르고 있다.

제2도는 제1도에 도시한 로터디스크(12) 및 축방향으로 인접한 로터어셈블리(48)의 축방향 단면도이다. 상기 축방향으로 인접한 로터어셈블리(48)는 디스크(50), 블레이드(52) 및 박판금속시일(54)로 구성된다. 제2도에 도시한 로터어셈블리(10)에 있어서, 박판금속시일(42)은 대응 블레이드 기단부(32)의저면(46)에 긴밀하게 당접하여 댐퍼실(36)의 방사상 외측기밀경계면을 형성한다. 블레이드 기단부의 저면(46)과 시일(42)은 제2도에 있어서와 같이 축방향 단면으로 보았을 때 반경 방향 내측으로 개구된 오목한 형상을 이루고 있으며, 그 축방향 치수는 반경의 감소에 따라 증가한다.

본 기술분야에 숙련된 자라면, 로터어셈블리의 고속회전중 시일(42) 및 대응 블레이드 기완부의 저면(44)(46)이 상호 협동하여 그들 사이에 반경 방향 및 축방향으로 기밀 시일링을 행하는 것을 알 수 있을 것이다. 로터어셈블리(10)의 회전에 따라 방사상 외향으로 가속도가 발생하면, 박판금속시일(42)은 블레이드 기단부의 저면(44)(46)쪽으로 밀려서 당해 기단부의 저면에 밀착되므로써 고압작동유체의 차단벽을 형성한다.

또한, 제2도는 본 발명에 의한 시일(42)의 축방향 시일링 특성을 도시하는 도면이다. 시일(42)과 기단부 저면(44)(46)은 모두 축방향으로 이격된 경사부(56)(58)와 로터 반경(60)에 대략 직교하는 중앙부(59)를 구비하고 있다. 이들 경사부(56)(58)와 중앙부(59)는 상술한 바와 같이 방사상 내향으로 개구된 오목한 형상의 댐퍼실 외측경계면을 형성한다. 로터어셈블리의 회전에 따라 발생하는 외향력은 경사부(56)(58)에 의해서 법선 방향 힘의 성분이 되고, 이 법선방향 힘의 성분은 경사부(56)(58)를 대응 기단부의 저면쪽으로 부세한다. 소정의 밀봉력을 얻는데에 필요한 경사도는 작동유체의 압력차, 시일(42)의 반경, 로터어셈블리(10)의 각속도등으로 인하여 로터어셈블리에 따라 달라질 수도 있지만, 통상의 가스터어빈에 적용할 경우에는 경사부(56)(58)와 디스크 반경(60)간의 각도를 15°로 하는 것이 효과적인 것으로 판명되었다.

또한, 제2도는 본 발명에 의한 시일(42)의 다른 특성, 즉 전방로터디스크측판(62)과 후방로터디스크측판(64)간의 시일링을 형성시키는 특성을 도시한다. 환상의 로터디스크측판(62)(64)은 방사상 내향으로 연장된 대응랜드부(66)(68)와 계합하여 블레이드(18)를 대응 디스크 슬롯(14) 내에서 축방향으로 계지시킨다. 상기 랜드부(66)(68)와 대응 시일의 단부(56)(58)는 축방향으로 연장 형성되어서 박판금속시일(42)의 선단(70) 및 후단(72)이 그에 대응하는 환상의 로터디스크측판(62)(64)과 직각 방향으로 접촉되도록 한다. 이와 같이 박판금속시일(42)의 단부를 직각 방향으로 배열하면 당해 박판금속시일이 로터디스크측판(62)(64) 사이에 긴밀하게 조립되어 단순하고 효과적인 시일링 인테페이스를 제공한다.

본 발명에 의한 시일링 수단의 나머지 하나의 특성은, 제1도에 도시한 바와같이 원주 방향으로 연장된 아암(74)이 역시 원주 방향으로 연장된 대응러그(76)내에 계지되어 로터디스크(12) 및 블레이드(16)(18)의 조립중 박판금속시일(42)의 위치를 설정해서 그것을 파지하게 되는 점이다. 박판금속시일(42)는 러그(76)와 이에 대응하는 블레이드 기단부(32)의 저면(46)에 의해 구획된 흠내로 압입되고, 블레이드(16)(18)가 다스크(12)에 축방향으로 미끄럼조립됨에 따라 절곡 아암(74)은 압축되는 한편, 박판금속시일(42)은 적절한 위치에 계지된다.

그라하여, 본 발명에 의한 박판금속시일(42)은 가볍고, 조립이 용이하며, 작동유체가 축방향 및 반경 방향으로 유동하여 댐퍼실(36)내로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 시일링 벽을 제공한다.

이상에서는 특정한 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였으나, 특허청구의 범위에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서는 그 형상 및 구조를 다르게 할 수도 있다.

Claims (5)

1. 회전축을 중심으로 회전운동하는 터어보머시인 로터어셈블리의 외주연에 고정된 제1 및 제2의 인접로터블레이드 사이에 형성된 댐퍼실을 시일링 하기 위한 수단에 있어서, 각각의 로터블레이드는, 로터디스크에 조립되는 반경 방향 내측의 뿌리부와, 축방향으로 흐르는 환상의 작동유체흐름과 동적으로 접촉하는 반경 방향외측의 에어포일부와, 각 측면이 로터디스크를 지나 축방향으로 연장되고 바로 인접한 블레이드로부터 연장된 대응 기단부를 향해 원주 방향으로 연장되어 그것과의 사이에 축방향 간극을 형성하는 반경 방향 중간의 기단부를 구비하고, 상기 블레이드의 기단부는 로터 및 인접블레이드의 뿌리부와 협동하여 그 반경 방향 내측에 상기 댐퍼실을 구획하도록 되어 있고, 상기 댐퍼실은 로터디스크의 축방향 깊이로 연장되어 있으며, 그 축방향 단면에 있어 상기 인접한 블레이드 기단부의 저면에 의해 구획된 대략 오목한 반경방향 외측경계면을 가지고, 상기 시일링 수단은, 상기 댐퍼실 내에 배치되어 그 댐퍼실의 반경 방향 외측경계면에 긴밀하게 당접하는 박판금속시일로 구성되고, 상기 박판금속시일은 상기 간극을 가로질러 원주 방향으로 연장되어 인접한 블레이드 기단부의 저면에 겹쳐지고, 상기 박판금속시일 및 블레이드 기단부는 오목한 형상으로 된 댐퍼실의 반경 방향 외측경계면을 구획하도록 되어 있고, 댐퍼실 내부의 축방향 치수는 반경 방향 내측으로 갈수록 증가하도록 된 것을 특징으로 하는 시일링 수단.
2. 제1항에 있어서, 댐퍼실의 반경 방향 외측경계면은, 로터반경을 가로지르는 평면상에 위치하여 축방향으로 배치된 중앙부와, 상기 중앙부로부터 반경방향 내측으로 연장되고 축방향으로 이격된 선단부 및 후단부로 이루어지며, 각각의 선단부 및 후단부는 로터 반경에 대하여 약 15°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 시일링 수단.
3. 제1항에 있어서, 박판금속시일과 별도로 댐퍼실 내에 수용된 관성진동댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시일링 수단.
4. 축류터어보머시인에서 환상으로 흐르는 가압된 작동유체와, 상기 축류터어보머시인의 로터어셈블리에 있어 원주 방향으로 인접한 한쌍의 블레이드 사이에 구획된 댐퍼실과의 사이에서 기밀경계면을 형성하는 박판금속시일에 있어서, 대략 오목한 댐퍼실의 반경 방향 외측경계면을 포함하고, 상기 외측경계면의 축방향 내부치수는 반경의 감소에 따라 증가하고, 상기 박판금속시일은 댐퍼실 외측경계면의 전면에 걸쳐 축방향으로 연장되어 그것에 긴밀하게 결합됨으로써, 상기 박판금속시일이 로터어셈블리의 회전에 따라 발생하는 원심가속도에 의해 댐퍼실 외측경계면을 향하여 반경 방향 외측 및 축방향으로 부세되도록 한 것을 특징으로 하는 박판금속시일.
5. 제4항에 있어서, 박판금속시일과 일체로 원주 방향으로 연장된 아암을 더 포함하고, 상기 아암은 인접블레이드중 하나에 원주 방향으로 연장 형성된 대응 홈내에 수용되어 적어도 상기 하나의 블레이드와 상기 디스크가 최초로 결합되는 동안에는 박판금속시일을 상기 하나의 블레이드의 기단부 저면에 계지시키는 것을 특징으로 하는 박판금속시일.

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