KR970005865B1 - 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리 - Google Patents

브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리
제1도는 종래의 경사진 브레이드 폴랫폼.
제2도는 비틀렸을 때의 종래의 브레이드 플랫폼.
제3도는 가이드 레일을 구비한 종래의 브레이드.
제4도는 드럼식 콤프레서 로우터.
제5도는 디스크내에 설치되었을 때의 날개 및 플랫폼의 평면도.
제6도는 설치된 브레이드의 측면도.
제7도는 하부 플랫폼 시일의 상세도.
제8도는 브레이드의 평면도.
제9도는 제8도의 측면도.
제10도는 제8도의 정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 디스크 18 : 림(rim)
20 : 슬롯 22 : 브레이드(blade)
24 : 날개(airfoil) 26 : 브레이드 플랫폼
28 : 루우트 36 : 후방 엣지(trailing edge)
38 : 전방 엣지(leading edge) 40,42 : 단부
44 : 제1 주축방향 엣지부 46 : 제2 부축방향 엣지부
48 : 중간 엣지부 54,56,58 : 간극(clearance)
60 : 제1 원주방향 시일면 64 : 시일링(seal ring)
66 : 제2 원주방향 시일면 68 : 제2 원주방향 연장 시일면
본 발명은 축 방향 콤프레서에 관한 것으로, 특히 브레이드 어셈블리에 관한 것이다.
다단 축방향 콤프레서의 대부분의 콤프레서 브레이드는 전나무 형태의 브레이드 루으트에 의해 로우터 다스크에 고착된다. 루우트는 축방향으로 뻗은 도브테일 슬롯(dovetail slot)으로 미끄러진다. 이러한 구조는 가공용 슬롯영역 축이 용이하게 설정될 수 있는 경우에 실현가능하다.
드럼식 구조를 사용할 때 좀더 가벼운 로우터가 사용될 수 있지만, 이 경우에는 로우터를 슬롯에 결합하는 데 문제가 있다. 그러므로, 이와 다른 구조로 로우터 디스크내의 원주방향 슬롯을 사용해서 브레이드 루우트를 유지한다. 브레이드는 입구(entry) 슬롯을 통해 슬롯 내로 각각 삽입되어 브레이드의 전체 어레이가 설치될 때까지 원주 둘레로 미끄러진다.
직사각형 브레이드 플랫폼을 구비함으로써, 그러한 구조는 효과적일 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 콤프레서의 설계시 콤프레서 브레이드의 고 충밀성(high silidity)이 요구된다. 이것은 축방향으로 바라본 경우 브레이드가 중첩되었음을 의미한다. 따라서, 브레이드는 직사각형 플랫폼에 끼워지지않고, 제1도에서 브레이드(B)를 지지하는 플랫폼(A)으로 도시된 바와 같이 경사진 플랫폼이 사용되어야만 한다.
브레이드를 조립하는 동안, 플랫폼은 제2도에 도시된 바와같이 비틀리는 것이 좋다. 이와 같이 되면 원주 방향 치수 L가 L'로 감소되어 플랫폼이 느슨하게 된다. 따라서, 이것은 브레이드간의 간격을 불명확하게 만들어, 때로는 여분의 브레이드가 설치될 수 있을 정도까지 된다. 또한, 작동하고 있는 동안, 브레이드는 그렇게 비틀어지거나 느슨해지기 쉽게 된다.
이러한 문제를 치유하기 위한 하나의 시도로서, 레일(C)이 림(D)에 결합되는 것이 제3도에 도시되어 있다. 이러한 레일은 비틀림에 저항하고, 브레이드 플랫폼과 림 사이에 재순환하는 공기 누설(leakage)에 대항해서 밀봉되도록 거의 간극(clearance)없이 밀접하게 끼워져야 하며, 다른 한편으로는 조립을 위해 원주둘레로 미끄러질 수 있도록 넓은 간극을 가져야만 한다. 엄격하게 요구되는 공차(tolerance)로서 그렇게 설계하려면 제조 비용이 많이 든다.
브레이드 드럼식 축방향 콤프레서 어셈블리에 있어서, 복수의 디스크는 각기 원주방향의 브레이드 루우트 유지 슬롯을 갖는 림을 구비한다. 각기 날개(airfoil) 브레이드 플랫폼 및 루우트를 갖는 복수의 브레이드가 각각의 슬롯내에 설치된다. 루우트는 날개들이 서로 고 충밀성의 관계로 배치되면서 슬롯내에 유지된다. 각각의 브레이드 플랫폼은 두 개의 원주방향으로 배양된 단부를 구비하는데, 제1 단부에 있는 제1 주축 방향 엣지부는 제1 단부에 실질적으로 수직하고, 제2 단부에 있는 제2 부축(minor axis) 방향 엣지부는 제2 단부에 실질적으로 수직하다. 경사진 중간 엣지브가 제1 및 제2축방향부를 연결한다. 복수의 브레이드는 다른 부분들에 비해 주축방향 부분들 사이에서 최소의 간극으로 조립된다.
주축방향 부분에서의 간극이 최소화됨에 따라, 플랫폼은 직사각형 부분인 것처럼 작용하여 조립시 쌓이는 동안 비틀림에 저항한다. 다른 부분에서의 간극이 더 크기 때문에, 상기 주축방향 부분은 플랫폼 엣지를 제조하는데 높은 수준의 공차를 요구하지 않고서도 결정(determinant) 표면으로 설정된다. 또한, 상기 주축방향 부분은 작동하는 동안 비틀림에 저항하도록 작용한다. 브레이드 플랫폼의 엣지가 단부에 실질적으로 수직하므로, 유해한 진동을 받기 쉬운 브레이드 플랫폼의 예각 포인트는 없다.
제4도에 있어서, 중심선(12) 둘레를 회전하는 드럼식 콩프레서 로우터(10)는 복수의 디스크(14)로 형성된다. 이러한 디스크들은 연장부(16)에 의해 결합되어 드럼식 로우터를 형성한다.
각각의 디스크는 원주방향 브레이드 루우트 유지 슬롯(20)을 포함하는 림(18)을 구비한다. 복수의 브레이드(22)가 각각의 슬롯내에 설치된다.
각각의 브레이드(22)는 날개(24), 브레이드 플랫폼(26) 및 루우트(28)를 포함한다. 슬롯(20)과 결합되는 루우트(28)는, 루우트와 림이 소정의 Z평면(30)을 교차하여 방사상으로 위치 설정이 되도록 설계된다.
원주방향으로 뻗은 슬롯(20)은 브레이드가 원주방향의 내측 슬롯(20) 둘레로 미끄러져 방사상으로 설치될 수 있게 하는 방사상으로 배향된 로딩(loading) 슬롯을 원주방향의 한 지점에서 구비한다.
모든 브레이드가 설치된 후, 하나 이상의 록(lock,32)이 일련의 브레이드의 추가의 이동을 방지하도록 고착된다. 최종 브레이드가 설치된 경우, 최종 브레이드는 이미 설치된 브레이드들과 함께 브레이드 폭의 절반 이상 이동되고, 이에 따라 모든 브레이드는 로딩 슬롯으로부터 떨어져 있게 된다.
공기 흐름이 화살표(34)로 도시된 방향이고, 축방향에서 보았을 때에 전방 엣지(38)는 후방 엣지(36)와 중첩하므로, 상술한 바와 같은 고 충밀성 관계가 형성된다. 각각의 브레이드 플랫폼(26)은, 플랫폼의 전방 엣지에 위치하는 원주방향으로 뻗은 제1 단부(42)와, 플랫폼의 후방 엣지에 위치하는 원주방향으로 뻗은 제2 단부(40)를 가진다. 제1 주축방향 엣지부(44)는 단부(40)로부터 실질적으로 수직하게 뻗어있고, 플랫폼의 축방향 폭의 절반보다 더 큰 것이 바람직하다. 이 엣지가 현저한 정도로 수직으로부터 편향되면, 브레이드 플랫폼의 두개의 각중 하나가 예각을 형성하여, 진동을 받게 된다. 따라서, 이 엣지를 거의 수직위치로 유지하는 것이 바람직하다. 제2 부축방향 엣지부(46)는 플랫폼의 전방에 위치되고, 단부(42)에 실질적으로 수직한다. 중간 경사부(48)는 상기의 두 개의 축방향으로 뻗은 부분들을 연결한다.
각각의 플랫폼은 엣지(44) 사이의 간극(54)이 엣지(46) 사이의 간극(56)과 엣지(48) 사이의 간극(58)보다 항상 작도록 제조된다. 이로써, 축적(stacking)시 다른 부분들에서는 어느 장도의 개방 상태를 유지하면서 밀접한 간극(54)에 의해서 접촉이 이루어지는 것이 보증된다. 따라서, 이러한 다른 부분들은 브레이드 어셈블리의 정밀한 축적을 간섭하지 않는다.
공기 압력은 콤프레서 브레이드(22)를 통과하면서 증가된다. 따라서, 브레이드 플랫폼 아래에서 누설(leakage)이 발생하여 압축된 공기가 재순환되어 효율이 저하될 가능성이 있다. 이와 같은 재순환을 피하거나 최소화 하는 것이 소망된다. 림(18)은 슬롯의 후방 엣지쪽에서 슬롯(20)에 인접해서 제1 원주방향 시일면(60)을 가진다. 각각의 브레이드 플랫폼은 플랫폼(26)의 아래쪽에 제1 주축방향 엣지부(44)와 합치하는 (coincident)제1 원주방향 연장 시일면(62)을 갖는다. 시일 링(64)으로 형성된 원주방향 시일은 림과 브레이드 플랫폼 양쪽의 시일면과 밀봉적으로 접하도록 위치된다.
플랫폼의 후방 엣지 측변상에서 플랫폼간의 간극은 최소로 된다. 이 위치에 설치된 시일 및 시일 링은 플랫폼 엣지간의 간극이 최소이므로 최대 시일 링을 달성하게 되고, 이에 따라 플랫폼간에서의 누설이 최소화된다.
또한 림(18)은 전방 엣지상에서 슬롯(20)에 인접해서 제2 원주방향 시일면(66)을 가진다. 또한 각각의 브레이드 플랫폼은, 각각의 플랫폼의 아래쪽에 제2 원주방향 연장시일면(68)을 가지고 원주방향 시일 링(70)은 두개의 시일면 사이에 위치된다. 이러한 시일 배열은 제2 부축방향 엣지부와 부합되게 위치된다.
제10도에는 실질적으로는 방사 방향으로 연장되지만, 정확한 방사 방향에서 소정 각도(72)만큼 벗어나 위치되는 엣지면(44)이 도시되어 있다. 엣지면(44)과 엣지면(46및 48)은 단일 패스(pass) 연삭으로 형성하는 것이 바람직하다. 날개(24)가 플랫폼의 엣지를 넘어서 가능한 돌출하여 있기 때문에, 엣지를 정확히 수직으로하는 경우 연삭휘일과 브레이드 사이에 간섭이 발생한다. 따라서, 엣지부(44)는 이면의 연장선(74)이 날개(24)의 어떤 부분과도 교차하지 않을 정도로 정확한 방사 방향으로부터 경사져 형성된다.
브레이드가 부착된 로우터 디스크의 조립시, 각각의 브레이드의 루우트는 방사 방향 입구 슬롯을 통해서 삽입되어, 루우트가 Z평면에서 원주방향 슬롯에 맞물린 상태로 디스크 둘레를 원주방향으로 미끄러진다. 이것은, 최종 브레이드를 제외한 모든 브레이드가 설치될 때까지 계속된다. 이때, 잔여 갭(gap)을 측정하여 남아 있는 브레이드의 폭과 비교한다. 브레이드 플랫폼이 0에서 0.02인치 사이의 최종 갭을 형성하도록 최종 브레이드를 적절히 선택한다. 그 다음 모든 브레이드는 다시 브레이드 폭의 절반정도 거리만큼 둘레로 미끄러져 적절한 위치에서 고정된다.
브레이드 플랫폼들은 주축방향 엣지부에서 상호 접촉하여 맞물리는 구성을 가지므로, 축적되는 동안 비틀리지 않고, 이에 따라 정밀한 공차가 유지된다. 상기의 축방향 엣지부는 작동하는 동안 인접하는 엣지부와 상호 작용하여 비틀림을 최소화한다.
플랫폼의 단부가 인접하는 단부와 상호 수직으로 교차하게 구성됨으로써, 진동을 받기 쉬운 돌기를 형성하는 예각 부분이 없게 된다.

Claims (6)

  1. 원주방향 브레이드 루우트 유지 슬롯(20)을 속에 구비한 림(18)을 각각 가지는 복수의 디스크(14)와, 각각의 슬롯내에 설치되고, 날개와 상기 날개를 지지하는 브레이드 플랫폼(26)과, 상기 브레이드 플랫폼을 지지하는 루우트를 각각 가지는 복수의 브레이드(22)를 구비하되, 상기 날개들이 축방향에서 볼 때 중첩되도록 상기 브레이드 루우트들이 상기 슬롯들내에 유지되고, 각각의 브레이드 플랫폼이 원주방향으로 배향된 두개의 단부(40,42)와, 제1 단부에 인접하며 상기 제1 단부에 수직하는 제1 주축방향 엣지부(44)를 가지는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리에 있어서, 제2 부축방향 엣지부(46)는 제2 단부에 인접하고, 상기 제2 단부에 수직하며, 경사진 중간 엣지부(48)는 상기 제1및 제2축방향 엣지부의 중간에 있으며, 상기 복수의 브레이드는 상기 제2 부축방향 엣지부(46)와 상기 경사진 중간 엣지부(48)에 비해, 상기 제1 주축방향엣지부(44) 사이에 발생하는 인접한 플랫폼 사이의 간극이 최소가 되도록 조립되는 것을 특징으로 하는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 주축방향 엣지부(44)는 상기 플랫폼의 축방향 크기의 절반보다 더 큰 것을 특징으로 하는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 주축방향 엣지부(44)는 상기 브레이드 플랫폼의 후방 엣지(40)에서 위치되는 것을 특징으로 하는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 림은 상기 슬롯의 후방 엣지족에 상기 슬롯에 인접한 제1 원주방향 시일면(60)을 가지고, 상기 브레이드 플랫폼은 상기 제1 주축방향 엣지부와 합치하는 축방향 위치에서 상기 플랫폼의 아래면에 제1 원주방향 연장 시일면(62)을 각각 가지고, 상기 림의 상기 제1 원주방향 시일면과 상기 각각의 브레이드 플랫폼의 상기 제1 원주방향 연장면 사이에 원주방향 시일(64)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 림은 상기 슬롯의 전방 엣지쪽에 상기 슬롯에 인접한 제2 원주방향 시일면(66)을 가지고, 상기 브레이드 플랫폼은 상기 제2 부축방향 엣지부와 합치하는 축방향 위치(46)에서 상기 플랫폼의 아래면에 제2 원주방향 연장 시일면(68)을 각각 가지고, 상기 림의 상기 제2 원주방향 시일면과 각각의 브레이드 플랫폼의 상기 제2 원주방향 연장면 사이에 원주방향 시일(70)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 플랫폼의 상기 축방향 엣지부(44,46) 및 상기 중간 엣지부(48)의 엣지면들은 그 연장선이 상기 날개의 어떤 부분과도 교차하지 않도록 소정 각도(72)만큼 정확한 방사 방향으로부터 경사져서 연장하는 것을 특징으로 하는 브레이드 드럼식 콤프레서 어셈블리.
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