KR100379728B1 - 로터조립체용시라우드및로터조립체시라우드용블레이드외부공기시일 - Google Patents
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Abstract
로터 조립체용 시라우드는 장착 링, 후방 시일 링, 전방 시일 링 및 블레이드 외부 공기 시일을 포함하여 제공된다. 장착 링은 로터 조립체를 둘러싸는 케이싱내에 고정되며, 제 1 부착 장치를 포함한다. 블레이드 외부 공기 시일은 다수의 본체 세그먼트를 포함한다. 각 본체 세그먼트는 제 1 면, 제 2 면, 상기 면사이에 배치된 냉각 공기를 수납하기 위한 다수의 통로, 제 2 부착 장치 및 후방 시일 링과 접촉하는 각 본체 세그먼트를 바이어스시키기 위한 기둥을 포함한다. 제 1 및 제 2 부착 장치는 로터 조립체에 근접하에 블레이드 외부 시일 세그먼트를 현수시키도록 협동한다.
Description
본 발명은 일반적으로 터빈 엔진 로터 조립체에 관한 것이며, 특히 로터 조립체 시라우드(rotor assembly shrouds)에 관한 것이다.
전형적인 가스 터빈 엔진은 공동 종방향 축을 따라 배치된 팬, 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 팬 및 압축기 섹션은 엔진내로 공기를 빨아들여 공기의 압력 및 온도를 상승시킨다. 연료는 작동 공기에 부가되어 연소기내에서 연소된다. 이후에 코어 가스 유동체라고 하는 연소 생성물 및 비연소 공기는 터빈에 동력을 가하고 트러스트를 생성하는 엔진을 빠져나간다. 대부분의 경우에 터빈은 몇몇 스테이지를 포함하며, 각 스테이지는 로터 조립체 및 적어도 하나의 고정 베인 조립체를 구비한다. 코어 가스 유동체는 로터 조립체를 회전시켜서, 로터 조립체가 엔진내에서 작동할 수 있도록 한다. 로터 조립체의 전방 및/또는 후방에 의히된 고정 베인 조립체는 로터 조립체에 들어가고 및/또는 빠져나가는 코어 가스 유동체를 안내한다.
시라우드는 터빈 케이스와 로터 조립체 사이를 밀봉하기 위한 로터 조립체의 반경방향 외측에 위치된다. 시라우드는 로터 조립체의 원주 둘레에 나란히 배치된 다수의 세그먼트로부터 형성된 블레이드 외부 공기 시일을 포함한다. 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트는 로터 블레이드의 팁에 밀접하게 현수되어 있다.
터빈을 통해 통과하는 코어 가스 유동체의 극고온은 다수의 터빈 부품 내에서 냉각될 필요가 있다. 특히 이것은 블레이드 외부 공기 시일에서는 더욱 냉각시킬 필요가 있다. 시라우드 부품은 코어 가스 유동체의 온도보다 낮고 유동체의 압력보다 높은 압력으로 압축기를 빠져나간 공기에 의해 냉각된다. 그러나 작동 공기가 압축기를 이용하여 냉각 목적을 위해 선택 사용된다. 한편, 추출된 공기는 접근이 제공되게 냉각되어, 추출된 공기의 보다 높은 압력은 고온 코어 가스의 유해한 유동을 방지한다. 다른 한편, 압축기를 빠져나간 공기는 작동할 수 있는 만큼 작동하지 않으며, 그에 따라 엔진의 효율을 감소시킨다. 특히, 이것은 냉각 경로내에서의 바람직하지 못한 누설로 인해서 과잉 추출 공기가 냉각 목적을 위해 사용될 때 더욱 그러하다.
블레이드 외부 공기 시일 세그먼트는 블레이드 외부 공기 시일과 시일에 인접한 어떤 하드웨어 사이를 적당히 밀봉하는 것을 보장하도록 그리고 유해한 진동을 방지하도록 시라우드 내에서 바이어스될 수 있다. 진동은 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트를 조기에 마모시킬 수 있다. 몇몇 종래 기술의 시라우드는 시라우드의 원주면 둘레의 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트를 전체적으로 바이어스시키는 링을 사용한다. 이러한 방법이 어려움은 세그먼트가 그 허용오차 범위내에서 사이즈가 변한다는 것이다. 시라우드의 조립체에서, 몇몇 "두꺼운(full)" 세그먼트가 "얇은(thin)" 세그먼트에 인접하여 위치된다면, 링의 바이어싱력은 두꺼운 세그먼트에 가해지는 것과 같이 완전히 얇은 세그먼트에 가해지지 않을 수 있다. 결과적으로, 얇은 세그먼트와 링 사이의 공간은 추출 공기용의 바람직하지 못한 누설 경로를 제공할 수 있다. 게다가 얇은 세그먼트는 보다 쉽게 여기될 수 있으며, 따라서 진동하기 쉽다.
세그먼트 폭의 허용오차 범위에 의해 발생된 누설 및 진동 문제는 단일 가공 표면을 형성하도록 모든 세그먼트를 조립체로서 함께 가공함으로서 해결될 수 있다. 그러나 조립체로서 블레이드 외부 공기 시일을 가공하는 것은 어렵고 비용이 비싸다. 또한, "가공된" 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트중 하나 또는 그 이상을 이후에 교체해야 한다면, 맞춰서 가공해 교체해야 한다.
따라서, 최소의 추출 공기를 이용하는 로터 조립체 시라우드에 필요한 것은 유지보수가 용이하며, 쉽게 교체가능한 부품을 이용하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 적당한 냉각 수단을 포함한 로터 조립체 시라우드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 시라우드로부터의 추출 공기의 누설을 최소화하는 로터 조립체 시라우드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 필요하다면 약간이라도 진동하지 않는 블레이드 외부 공기 시일을 구비한 로터 조립체 시라우드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 최적의 열전달과, 그에 따라 냉각 공기가 최소로 필요한 로터 조립체 시라우드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 쉽게 제조하여 조립되는 로터 조립체 시라우드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 쉽게 교체할 수 있는 블레이드 외부 공기 시일을 구비한 로터 조립체 시라우드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 장착 링, 후방 시일 링, 전방 시일 링 및 블레이드 외부공기 시일을 포함한 로터 조립체용 시라우드가 제공된다. 장착 링은 로터 조립체를 둘러싸는 케이싱내에 고정되며 제 1 부착 수단을 포함한다. 블레이드 외부 공기 시일은 다수의 본체 세그먼트를 포함한다. 각 본체 세그먼트는 제 1 면, 제 2 면, 상기 면 사이에 배치된 냉각 공기를 수납하기 위한 다수의 통로, 제 2 부착 수단, 및 후방 시일 링과 접촉하는 각 본체 세그먼트를 바이어싱시키기 위한 기둥을 포함한다. 제 1 및 제 2 부착 수단은 로터 조립체에 근접하게 블레이드 외부 시일 세그먼트를 현수시키도록 협동한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통로내에서의 열전달을 최대화시키기 위한 수단이 통로내에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트의 대향 에지는 결합 십랩 반부(mating shiplap halves)를 형성한다. 냉각 통로는 열손상을 방지하도록 결합 십랩 반부내에 배치된다.
본 발명의 장점은 블레이드 외부 시일 세그먼트의 추출 공기 누설 및 진동이 최소화된다는 것이다. 각 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트로부터 연장하는 기둥은 후방 시일 링에 대해 개별적으로 각 세그먼트를 바이어스시킨다. 따라서, 세그먼트와 후방 시일 링 사이에 존재할 수 있는 진동 및 어떤 갭은 최소화된다.
본 발명의 다른 장점은 인접한 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트 사이에 형성된 냉각된 십랩 조인트에 의해 기계적인 보호성 및 내열성이 증가된다. 쌍으로 된 십랩은 로터 블레이드와 블레이드 외부 공기 시일 사이에 접촉하는 경우에 블레이드 외부 공기 시일의 일체성을 유지한다. 또한, 쌍으로된 십랩은 인접한 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트 사이로 연장하는 깃털형 시일을 보호한다. 각 본체 세그먼트내의 냉각 통로는 쌍으로된 십랩으로부터의 열을 전달하도록 각 십랩 쌍의 내외부 반부내로 연장한다.
본 발명의 또다른 장점은 시라우드 전체에 냉각 공기가 필요하고, 특히 블레이드 외부 공기 시일이 최소화된다는 것이다. 각 세그먼트의 통로 내에 배치된 열 전달을 최대화시키기 위한 수단은 통로내의 열전달 속도를 증가시킨다. 따라서, 필요한 열전달 양을 제공하는데 냉각 공기가 덜 필요하다.
본 발명의 또다른 장점은 시라우드가 보다 쉽게 제조, 조립 및 유지된다는 것이다. 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트를 바이이싱시키는 것은 일괄적으로 세그먼트를 가공할 필요성을 제거하며, 각 개별 세그먼트의 폭에 대해 보다 큰 허용 오차 범위로 구성할 수 있게 한다. 또한, 낡은 세그먼트는 특정 세그먼트를 소비자가 끼워맞출 필요없이 교체될 수 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 최상의 모드의 상세한 설명으로부터 보다 명료해진다.
도 1은 케이싱내에 배치된 시라우드의 개략적인 단면도.
도 2는 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트의 개략적인 평면도.
도 3은 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트의 개략적인 단면도.
도 4는 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트내의 통로의 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 시라우드12 : 로터 조립체
14 : 케이싱16 : 블레이드
18 : 팁22, 24 : 지지체
42 : 본체 세그먼트52, 54 : 원주방향 에지
72 : 기둥
도 1을 참조하면, 시라우드(10)는 로터 조립체(12)와, 가스 터빈 엔진(도시 되지 않음)의 터빈내의 로터 조립체(12)를 둘러싸는 케이싱(14) 사이에 배치된다. 로터 조립체(12)는 디스크(도시되지 않음) 둘레이서 원주방향으로 배치된 다수의 블레이드(16)를 포함한다. 각 블레이드의 외부 반경방향 표면은 팁(18)이라고 할수 있다.
시라우두(10)는 케이싱(14)과 로터 조립체(12)의 블레이드 팁(18) 사이에서 반경방향으로, 그리고 전방 외부 베인 지지체(22)와 후방 외부 베인 지지체(24) 사이에서 축방향으로 원환체(20)내에 배치된다. 시라우드(10)는 장착 링(26), 블레이드 외부 공기 시일(28), 후방 시일 링(30), 및 전방 시일 링(32)을 포함한다. 장착 링(26)은 외부 반경방향 표면(34) 및 내주 반경방향 표면(36)을 포함한다. 외부 반경방향 표면(34)과 케이싱(14) 사이의 강제끼워맞춤부는 케이싱(14)내에 장착 링(26)을 고정한다. 장착 링(26)은 또한 내부 반경방향 표면(36)으로부터 연장하는 다수의 L자형 플랜지(40)를 포함한 제 1 부착 수단(38)을 포함한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 블레이드 외부 공기 시일(28)은 로터 조립체(12)의 외주연 둘레에서 장착 링(26)(도 1 참조)에 의해 현수된 링을 집합적으로 형성하는 것으로 서로 접속된 다수의 본체 세그먼트(42)로부터 형성된다. 각 본체 세그먼트(42)는 제 1 면(44), 제 2 면(46), 전방 에지(48), 후방 에지(50), 제 1 원주방향 에지(52), 제 2 원주방향 에지(54), 및 다수의 통로(56)를 포함한다. 제 1 실시예에서, 통로(56)는 제 2 면(46)내에 배치된 채널로부터 형성되며, 하나 또는 그 이사의 플레이트(60)는 채너를 통로(56)에 근접시키도록 제 2 면(46)에 고정 되어 있다. 제 2 실시예에서, 통로(56)는 제 1 면(44)과 제 2 면(46) 사이의 본체 세그먼트(42) 내부에 형성된다. 제 1 원주방향 에지(52) 및 제 2 원주방향 에지(54)는 각기 결합 십랩 조인트 반부(mating shiplap joint halves)로서 형성된다(도 3 참조). 통로(56)는 십랩 반부(52, 54)내로 연장하고, 구멍(55)을포함하여, 십랩 반부(52, 54)를 통해 본체 세그먼트(42)의 외측으로 냉각 공기가 통과하게 한다. 각 십랩 반부(52, 54)는 십랩 조인트(51)를 형성하도록 인접한 본체 세그먼트(42)로부터 반부와 결합한다. 깃털형 시일(53)은 본체 세그먼트(42) 사이에서의 누설을 방지하기 위해서 인접한 본체 세그먼트(42) 사이로 연장한다.
도 1을 참조하면, 각 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트(42)는 각 세그먼트(42)의 제 2 면(46)으로부터 외측으로 연장하는 다수의 반전된 L자형 플랜지(68)를 구비한 제 2 부착 수단(66)을 포함한다. 세그먼트(42)로부터 외측으로 연장하는 플랜지(68)는 세그먼트(42)를 현수시키기 위해 장착 링(26)로부터 외측으로 연장하는 플랜지(40)와 협동한다.
각 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트(42)는 시라우드(10)내의 각 세그먼트(42)를 바이어스시키기 위한 기둥(72)을 더 포함한다. 상기 기둥(72)은 세그먼트(42)의 제 2 면(46)으로부터 외측으로 연장하고, 세그먼트(42)의 후방 에지(50)에 인접하여 있다. 기둥(72)의 높이는 시라우드(10)가 일단 조립되면 기둥(72)이 장착 링(26)에 결합하도록 되어 있다. 기둥(72)은 소정의 편향량에 대해 한정된 스프링력을 제공한다.
도 4를 참조하면, 통로(56)내의 열전달을 증대시키기 위한 수단(74)이 통로(56)내에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 증대시키기 위한 수단(74)은 통로(56)내로 연장하는 다수의 셰브론(chevron)형 핀(76)을 포함한다. 셰브론형 핀(76)의 크라운(78) 또는 포인트는 도 4에서 화살표 방향으로 도시한 바와 같이 통로(56)내의 추출된 공기의 유동 경로에 반대로 배향된다.
도 1을 참조하면, 전방 시일 링(32) 및 후방 시일 링(30)은 블레이드 외부 공기 시일(28)과 전후방 외부 베인 지지체(22, 24) 사이를 밀봉하도록 각기 위치된 브러시 시일이다. 전방 시일 링(32)은 블레이드 외부 공기 시일(28), 장착 링(26) 및 전방 외부 베인 지지체(22) 사이에 위치된다. 후방 시일 링(30)은 블레이드 외부 공기 시일(28)과 후방 외부 베인 지지체(24) 사이에 위치된다. 후방 외부 베인 지지체(24)는 블레이드 외부 공기 시일(28)에 대해 후방 시일 링(30)을 바이어스시켜서, 장착 링(26)의 제 1 부착 수단(38)내의 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트(42)의 제 2 부착 수단(66)을 전체적으로 바이어스시킨다. 각 세그먼트(42)의 제 2 면(46)으로부터 외측으로 연장하는 기둥(72)은 후방 시일 링(30)에 대해 각 개별 세그먼트(42)를 바이어스시킨다.
엔진의 작동 동안에, 코어 가스 유동체는 엔진을 통해, 특히 터빈내의 로터 조립체(12)를 지나 통과한다. 코어 가스 유동체는 로터 조립체(12)를 구동시키고, 다음에 로터 조립체는 압축기(도시되지 않음)을 구동시킨다. 코어 가스 유동체의 온도보다 낮은 온도 및 유동체의 압력보다 높은 압력에서의 터빈의 압축기 상류의 추출된 공기는 케이싱(14) 및 시라우드(10)를 냉각시키도록 케이싱(14)을 통해 통과한다.
도 3을 참조하면, 압축기에 의해 공기에 부여된 작동의 대부분이 냉각 목적으로 이용될 때 낭비되기 때문에, 냉각 목적을 위해 필요한 추출 공기의 양을 최소화시키는 것이 상당히 유리하다. 추출 공기의 사용을 최소화시키기 위한 제 1 방법은 추출 공기를 효율적으로 이용하는 것이다. 십랩 반부(52, 54)내로 연장하는냉각 통로(56)는 추출 공기의 최소 양으로 십랩을 보호하는데 도움을 준다. 통로(56)내에 배치된 셰브론형 핀(76)은 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트(42)와 통로(56)를 통해 통과하는 추출 공기 사이에서의 열전달을 최적화시키는데 유사한 도움을 준다.
도 1을 참조하면, 추출 공기 누설을 방지하는 제 2 방법은 각 블레이드 외부 시일 세그먼트(42)의 제 2 면(46)으로부터 외부로 연장하는 기둥(72)에 의해 성취된다. 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트(42)는 후방 시일 링(30)에 대해 작동하는 후방 외부 베인 지지체(24)에 의해 장착 링(26)에 대해 전체적으로 바이어스된다. 세그먼트(42)로부터 외측으로 연장하고 후방 에지(50)에 인접한 기둥(72)이 후방 외부 베인 지지체(24)의 로딩을 방해하며, 후방 시일 링(30)에 대해 각 개별 세그먼트(42)를 바이어스시킨다. "얇은(thin)" 폭의 세그먼트(42)가 하나 또는 그 이상의 "두꺼운(full)" 세그먼트(42)에 위치되는 경우, 기둥(72)에 의해 제공된 개별 바이어싱은 "얇은" 세그먼트(42)가 후방 시일 링(30)에 대해 바이어스되게 한다. 결과적으로, 개별 세그먼트(42)와 후방 시일 링(30) 사이에서 허용오차로 인해 발생할 수 있는 누설은 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 어떠한 유해한 진동도 최소화된다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명했지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 본 발명의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 본 발명의 다양한 변경 및 수정이 이뤄질 수 있다. 예를 들면, 최상의 모드에서, 후방 시일 링이 블레이드 외부 시일 링을 바이어스시키는 것이 기재되어 있다. 다른 실시예에서, 외부표면은 블레이드 외부 공기 시일을 바이어스시키도록 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 블레이드 외부 시일 세그먼트의 추출 공기 누설 및 진동은 최소화되며, 세그먼트와 후방 시일 링 사이에 존재할 수 있는 진동 및 어떤 갭은 최소화되며, 인접한 블레이드 외부 공기 시일 세그먼트 사이에 형성된 냉각된 십랩 조인트에 의해 기계적인 보호성 및 내열성이 증가되는 효과가 있다.
Claims (10)
- 로터 조립체용 시라우드에 있어서,케이싱에 고정되고 제 1 부착 수단을 구비한 장착 링과;후방 시일 링과;제 1 면, 제 2 면, 및 상기 면들 사이에 배치된 냉각 공기를 수납하기 위한 다수의 통로를 각기 구비한 다수의 본체 세그먼트와, 상기 각 세그먼트의 상기 제 2 면으로부터 외측으로 연장하는 제 2 부착 수단과, 상기 후방 시일 링과 접촉하는 상기 각 본체 세그먼트를 바이어스시키고 상기 각 세그먼트의 상기 제 2 면으로부터 외측으로 연장하는 기둥을 포함한 블레이드 외부 공기 시일을 구비하며;상기 제 1 및 제 2 부착 수단이 상기 장착 링으로부터 상기 블레이드 외부 공기 시일을 현수시키기 위해 협동하는로터 조립체용 시라우드.
- 제 1 항에 있어서,상기 통로내의 열전달을 최대화시키기 위한 상기 수단을 더 포함하는로터 조립체용 시라우드.
- 제 2 항에 있어서,상기 통로내의 열전달을 최대화시키기 위한 상기 수단이 상기 통로내에 배치된 다수의 셰브론형 핀을 포함하는로터 조립체용 시리우드.
- 제 3 항에 있어서,상기 각 본체 세그먼트가,쌍으로된 결합 십랩의 제 1 반부로서 형성된 제 1 에지,쌍으로된 결합 십랩의 제 2 반부로서 형성되고 상기 제 1 에지에 대향된 제 2 에지를 더 포함하며,제 1 본체 세그먼트의 상기 제 1 에지는 상기 본체 세그먼트를 결합하도록 제 2 본체 세그먼트의 상기 제 2 에지와 결합하는로터 조립체용 시라우드.
- 제 4 항에 있어서,상기 각 본체 세그먼트가 상기 쌍으로된 결합 십랩의 반부내로 연장하는 통로를 더 포함하며, 상기 통로는 상기 결합 십랩 반부내로의 냉각 공기를 통과시키는로터 조립체용 시라우드.
- 로터 조립체 시라우드용 블레이드 외부 공기 시일에 있어서,제 1 면, 제 2 면 및 상기 면들 사이에 배치된 냉각 공기를 수납하기 위한 다수의 통로를 각기 구비한 다수의 본체 세그먼트와,상기 각 세그먼트를 시라우드내에 현수시키고, 상기 각 세그먼트의 상기 제 2 면으로부터 외측으로 연장하게 현수시키기 위한 수단과,상기 각 본체 세그먼트 시라우드내에 바이어스시키고, 상기 각 세그먼트의 상기 제 2 면으로부터 외측으로 연장하게 바이어스시키기 위한 수단과,상기 통로내의 열전달을 최대화시키기 위한 수단을 포함하는로터 조립체 시라우드용 블레이드 외부 공기 시일.
- 제 6 항에 있어서,상기 각 본체 세그먼트가,쌍으로된 결합 십랩의 제 1 반부로서 형성된 제 1 에지,쌍으로된 결합 십랩의 제 2 반부로서 형성되고 상기 제 1 에지에 대향된 제 2 에지를 더 포함하며,상기 제 1 본체 세그먼트의 상기 제 1 에지는 상기 본체 세그먼트를 결합하도록 제 2 본체 세그먼트의 상기 제 2 에지와 결합하는로터 조립체 시라우드용 블레이드 외부 공기 시일.
- 제 7 항에 있어서,상기 시라우드내의 상기 각 본체 세그먼트를 바이어스시키기 위한 수단이 상기 시라우드내에서의 결합을 위해 상기 본체 세그먼트의 제 2 면으로부터 외측으로 연장하는 기둥을 포함하며,상기 시라우드내의 상기 블레이드 외부 공기 시일의 조립체가 상기 기둥을 편향시켜서, 상기 시라우드내의 상기 본체 세그먼트를 바이어싱시키는로터 조립체 시라우드용 블레이드 외부 공기 시일.
- 제 8 항에 있어서,상기 통로내의 열전달을 최대화시키기 위한 상기 수단이 상기 통로내로 연장하는 다수의 셰브론형 핀을 포함하는로터 조립체 시라우드용 블레이드 외부 공기 시일.
- 제 9 항에 있어서,상기 블레이드 외부 공기 시일을 현수시키기 위한 상기 수단이,상기 제 2 면 측면으로부터 외측으로 연장하는 다수의 제 1 플랜지,상기 제 2 면 측면으로부터 외측으로 연장하는 다수의 제 2 플랜지를 포함하며;상기 플랜지는 이들이 상기 제 2 면 측면과 비스듬한 U자 형상을 형성하도록 구성된로터 조립체 시라우드용 블레이드 외부 공기 시일.
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