KR20110084994A - 링 세그먼트를 위치시키는 부재 - Google Patents

링 세그먼트를 위치시키는 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 케이싱 내에서 축을 중심으로 회전하도록 장착된 터빈휠을 위한 링 세그먼트를 갖는 위치부재에 관한 것이다. 본 발명은, 상기 부재가, 케이싱에 체결하기 위한 체결부(20)와; 스프링을 형성하는 탄성부(24, 26, 28) 및; 링 세그먼트에 대하여 축방향으로 지지하도록 탄성부에 연결된 지지부(30, 32);를 갖추고서, 상기 부재가 장착될 때, 링 세그먼트가 위치부재에 의하여 케이싱의 한 부위에 대하여 축방향으로 가압하도록 되어 있다.

Description

링 세그먼트를 위치시키는 부재{A ring segment positioning member}
본 발명은 터보기계 터빈분야에 관한 것으로, 특히 가스 터빈에서의 터보기계 터빈에 관한 것이다.
본 발명은 보다 정확하게는, 케이싱 내부 축을 중심으로 회전하도록 장착된 터빈휠용 링 세그먼트(ring segment)를 위치시키는 부재를 갖는 터보기계에 관한 것이다.
전통적으로, 헬리콥터 가스터빈의 고압 터빈과 같은 터보기계 터빈의 휠들은, 터빈 휠을 중심으로 동심인 링에 의하여 포위된다. 터보기계의 고정자의 구성요소로서, 링은 터빈 단(stage)을 위한 외부 덮개(shroud)를 형성한다. 환언하면, 연소실을 떠나는 연소가스는, 터빈휠을 회전구동하도록 터빈휠의 허브와 링 사이로 흐른다.
일반적으로 링은, 하나 다음에 하나로 연속해서 위치된 링 섹터라고도 불리는 복수의 링 세그먼트에 의해 구성된다.
이러한 링 세그먼트들은 일반적으로, 연소가스에 의해 전달된 높은 온도의 결과로 축방향 및 반경방향으로 팽창하기 쉽기 때문에, 터보기계 케이싱에 고정되게 체결되어 있지않다.
링 세그먼트들은 하나 이상의 위치시키는 부재(positioning member: 이하 간단히 '위치부재'라 함)에 의해 케이싱 내부에 고정지지된다.
또한, 링 주위로 냉각유체가 흐르도록 함으로써 링 세그먼트들의 냉각을 제공하는 것이 통상적이고, 냉각유체는 터보기계의 압축기에 의하여 발생된 압축공기로부터 새어나올 수 있다.
그럼에도 불구하고, 그러한 구성은 누출영역을 생성하는 결점을 나타내고, 연소가스가 냉각회로 내부로 침입할 수 있거나, 또는 반대로 냉각유체가 터빈휠의 상류 또는 하류에 위치된 가스흐름 섹션 내부로 침입할 수 있는바, 이는 터보기계의 효율을 불리하게 하고, 이러한 불리함은 방출이 하류에서 일어날 때 더 악화된다.
누출을 피하기 위하여, 미국특허 제5,988,975호는, 링 세그먼트들이 케이싱에 대하여 반경방향으로 가압되도록 유지하는 링에 의하여 반경방향 밀봉을 제공하는 것으로 구성된 해결방안을 제시한다.
본 발명의 목적은, 가스흐름 섹션과 냉각회로 사이에 밀봉을 제공하는 역할을 하는 대체적인 위치부재를 포함하는 터보기계를 제공하는 것이다.
본 발명은, 케이싱에 체결하기 위한 체결부와; 스프링을 형성하는 탄성부; 및 탄성부에 연결되어 링 세그먼트에 대하여 축방향으로 지지하는 역할을 하는 지지부를 구비하는 위치부재로서, 이 위치부재가 장착되면 상기 링 세그먼트가 위치부재에 의하여 케이싱의 한 부위에 대하여 축방향으로 가압되도록 함으로써, 상기 목적을 달성한다.
본 발명의 의미에서, "축방향" 및 "반경방향"이란 용어는, 터빈휠의 축 및 반경에 대하여 고려되어야 하고, "하류"는 터빈을 매개하여 연소가스의 흐름방향에 대하여 이해되어져야 한다.
그리하여, 일단 각 링 세그먼트가, 위치부재의 지지부에 의해 가해진 축방향 힘에 의하여 회전축에 수직인 케이싱의 (상류 또는 하류)부위에 대하여 축방향으로 고정지지되면, 냉각유체 회로와 가스흐름 섹션 사이에 밀봉이 제공된다.
환언하면, 체결부(fastener portion)에 의하여 케이싱에 체결된 위치부재로써, 탄성부에 의해 발생된 축방향 힘이 지지부 및 그 다음 링 세그먼트로 전달된다. 위치부재가 없이, 링 세그먼트는 케이싱에 대하여 축방향으로 약간 이동하기에 적합하고, 그리하여 지지부가 링 세그먼트를 케이싱 부위에 대하여 밀어줌으로써, 이를 상기 케이싱 부위에 대하여 가압하는 것이 쉽게 이해될 수 있다. 바람직하기에는, 지지부는 하류인 케이싱의 부위에 대하여 링 세그먼트를 가압한다.
다른 변형예에서, 체결부는 또한 링 세그먼트에 대하여 지지된다.
바람직 하기에는, 탄성부는 체결부와 지지부 사이에 위치된다.
바람직하기에는, 링 세그먼트가 가압되는 케이싱 부위는 터빈휠의 회전축에 수직이다.
유리하게, 위치부재는 체결부를 수반하는 적어도 제1 아암을 포함한다.
바람직하기에는, 이 제1 아암은 축방향으로 연장하도록 설계된다.
제1 변형예에서, 체결부는, 제1 아암이 연장하는 평면에 대하여 수직으로 연장하는 탭(tab)형태이다.
그리하여, 위치부재가 장착되면, 탭이 반경방향으로 연장한다. 특히, 이는 케이싱의 2개 구성부위들 사이에 클램프되는 역할을 한다.
다른 변형예에서, 체결부는, 제1 아암이 연장하는 평면에 대하여 수직으로 연장하는 축의 구멍을 포함한다. 이러한 변형예에서, 예로써 그리고 반드시 그렇지는 않지만, 케이싱은 너트-볼트 시스템에 의하여 체결되어, 위치부재의 제1 아암이 케이싱에 대하여 축방향으로 이동하는 것이 방지된다.
유리하게, 탄성부는 주름진 설편(tongue)에 의해 구성되고, 이 설편은 미세한 금속 플레이트, 예컨대 가요성 시이트이고, 복수의 연속적인 주름들을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 다른 타입의 탄성부를 설계하는 것이 가능하다.
나아가서, 주름들은 바람직하기에는, 체결부와 지지부 사이에 위치된다.
제1 실시예에서, 위치부재는, 수직인 탭을 제공하는 체결부를 구성하는 제1 단부와, 굴곡진 지지부를 구성하는 제2 단부를 갖는 설편 형태이고, 제1 및 제2단부들 사이에 위치된 중간부위가 탄성부를 구성하기 위하여 주름져 있다.
다른 실시예에서, 위치부재는, 탄성부를 포함하는 적어도 제2 아암과 함께, 체결부를 수반하는 적어도 제1 아암을 포함하고, 탄성부는 바람직하기에는 주름들에 의하여 구성된다.
본 발명의 유리한 관점에서, 제1 및 제2 아암들은 평행하고 또 플레이트로부터 연장하며, 체결부는 플레이트로부터 멀리 떨어진 제1 아암의 한쪽 단부에 위치되는 한편, 지지부는 플레이트로부터 멀리 떨어진 제2 아암의 단부에 위치된다.
지지부에 근접한(특히, 위치부재가 지지부에 인접한 케이싱에 체결된 지점) 체결부의 이점은, 지지부와 체결부 사이에서 케이싱의, 세그먼트들의 또는 위치시스템의 변형(온도효과에서)의 효과를 제한한다. 이는 또한, 세그먼트들에 적용된 힘을 제한하고 또 결과적으로 링 세그먼트들의 거동을 향상시킨다.
바람직하기에는, 위치부재는 플레이트로부터 연장하면서 제2 아암과 유사한 제3 아암을 포함하고, 제1 아암은 제2 및 제3 아암들 사이로 연장한다. 그리하여, 위치부재는, 3개의 브랜치(branch)들이 제1, 제2 및 제3 브랜치들로 구성된 E자 형상이다. 보다 정확하게는, 이들 3개의 브랜치들은, 위치부재가 링 세그먼트와 장착될 때 축방향으로 연장한다.
이러한 위치부재의 이점은, 2개의 연속적인 링 세그먼트들을 방위각 방향으로 보유지지하는 것을 가능하게 해준다는 것이다. 이를 위해, 링 세그먼트들의 각각은 세그먼트의 한쪽 단부에 위치된 제1 위치부재의 제1 아암과 세그먼트의 다른 쪽 단부에 위치된 제2 위치부재의 제1 아암 사이에서 방위각 방향으로 고정된다.
또한, 제1 1아암은 또한 바람직하기에는, 플레이트와 체결부 사이에 위치된 제2 탄성부를 포함함으로써, 위치부재의 탄성을 더 향상시킨다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 아암은, 2개의 인접한 링 세그먼트들 사이에 형성된 틈새(gap)를 갖는 접합부를 덮기 위한 플레이트를 형성한다. 이러한 환경에서, 덮개 플레이트(covering plate)의 한쪽 단부는 바람직하기에는, 위치부재를 케이싱에 체결하기 위한 상기 언급된 탭을 포함한다. 그리하여, 덮개 플레이트는, 2개의 인접한 세그먼트들의 2개의 단부들 사이에 존재할 수 있는 틈새를 덮어줌으로써 밀봉을 향상시킨다.
다른 실시예에서, 탄성부는 플레이트로부터 연장하는 V자 형상의 한 쌍의 아암으로 구성된다. 이러한 환경에서, 탄성부는 한 쌍의 탄성 아암으로 구성되고, 이 쌍은 변형된 후 그 초기 형태로 복귀하기에 적합하다.
본 실시예에서, 지지부는 유리하게, 상기 아암들의 단부들로 구성되고, 이 단부들은, 링 세그먼트를 회전축에 수직으로 연장하는 케이싱의 부위(하류 또는 상류)에대하여 가압하기 위하여 링 세그먼트에 대하여 축방향으로 지지하도록 되어 있다.
본 발명은 예컨대 그러나 반드시 헬리콥터를 위한 것은 아니지만, 터보기계를 제공하는바, 이 터보기계는, 케이싱과, 케이싱 내부에서 축을 중심으로 회전하도록 장착된 터빈휠 및, 터빈휠 주위로 동심상으로 배열된 링을 포함하고서, 상기 링이 적어도 제1 및 제2 링 세그먼트들로 구성되고, 상기 터보기계가 상기에서 기재된 적어도 하나의 위치부재를 더 포함하며, 이 위치부재가 케이싱에 체결되어 링 세그먼트들 중의 적어도 하나에 축방향 추력(thrust)을 가하여 상기 링 세그먼트를 케이싱의 부위에 대하여 축방향으로 가압한다.
바람직한 방식에서, 위치부재는 케이싱에 체결하기 위한 체결부를 제공하고, 이 체결부는 링 세그먼트들의 축방향 팽창에 의하여 영향을 받지 않도록 하기 위하여 상기 케이싱 부위에 인접하여 위치된다.
상기 부위는 바람직하기에는 케이싱의 하류 부위이다.
유리하게, 위치부재는, 케이싱에 체결된 제1 아암과, 제1 링 세그먼트에 축방향 추력을 가하는 탄성적인 제2 아암, 제2 링 세그먼트에 축방향 추력을 가하는 탄성적인 제3 아암을 포함하고서, 링 세그먼트를 케이싱의 한 부위에 대하여 축방향으로 가압한다. 바람직하기에는, 제1 및 제2 링 세그먼트들은 인접한다.
바람직한 방식에서, 본 발명의 터보기계는, 인접한 제1 및 제2 링 세그먼트들 사이의 접합부를 덮는 적어도 하나의 플레이트를 더 포함하고, 이 덮개 플레이트는 위치부재에 의하여 세그먼트들에 대하여 반경방향으로 고정지지된다.
바람직하기에는, 위치부재는, 주름들을 제공하는 설편으로 구성된 탄성부를 포함하고, 이 설편은 덮개 플레이트를 제1 및 제2 링 세그먼트들의 인접한 단부들에 대하여 반경방향으로 고정지지 하기 위하여 덮개 플레이트에 대하여 반경방향으로 지지한다.
바람직하기에는, 주름들은 덮개 플레이트의 진동을 흡수하기 위하여 반경방향 유연성을 갖는다. 또한, 이러한 반경방향 유연성은, 케이싱 내부에서 가스흐름 섹션과 캐비티들 사이에 존재할 수 있는 어떠한 압력차가 있더라도 세그먼트들의 단부들에 대하여 덮개 플레이트를 반경방향으로 고정지지하는 역할을 한다.
위치부재의 다른 이점은, 세그먼트들의 진동을 흡수하는 역할을 하는 것이다.
상기 주름진 부위들에 의하여, 위치부재는 링 섹터 또는 밀봉 설편에 대하여 그리고 케이싱의 일부 또는 링 지지대에 대하여 반경방향으로 또한 지지할 수 있다. 이들 2개 부위들에 대한 접촉은, 링 섹터들 사이의 임의의 반경방향의 오프셋 또는 틈새를 감소 또는 심지어 제거하는 역할을 함으로써, 이들 섹터들의 제어된 반경방향의 위치선정을 확실히 해준다: 이는 터빈에서 틈새에 대한 제어, 그리하여 그 성능에 대한 제어를 확실히 하기 위하여 특히 유리하다.
본 발명은, 제한하지않는 예들로 주어진 실시예들의 이하의 기재를 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있고, 또 그 이점이 더 잘 드러날 수 있다. 기재는 첨부 도면을 참조한다.
도 1은, 본 발명 터보기계의 위치부재의 제1 실시예를 도시한 사시도이다;
도 2는, 도 1의 위치부재에 의하여 함께 고정지지된 2개의 링 세그먼트들을 도시하는, 터빈 링의 부분 사시도이다;
도 3은, 도 1의 위치부재가 장착된 것을 도시하는 터보기계의 축방향 부분 단면도이다;
도 4는, 본 발명 위치부재의 제2실시예를 도시한 사시도이다;
도 5는, 도 4의 위치부재가 그 내부에 장착된 것을 도시하는 터보기계의 축방향 부분 단면도이다;
도 6은, 본 발명 터보기계의 위치부재의 제3 실시예를 도시한 사시도이다;
도 7은, 도 6의 위치부재가 그 내부에 장착된 것을 도시하는 터보기계의 축방향 부분 단면도이다;
도 8은, 본 발명 터보기계의 위치부재의 제4 실시예를 도시한 사시도이다;
도 9는, 도 8의 위치부재가 그 내부에 장착된 것을 도시하는 터보기계의 축방향 부분 단면도이다.
도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예를 설명한다.
본 발명에서, 위치부재(10)는, 터빈이 회전가능하게 장착된 터보기계의 케이싱에 대하여 터빈 링 세그먼트를 위치시키는 역할을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 위치부재(10)는 일반적으로 "E"자 형태이다. 위치부재(10)는 플레이트(12)를 포함하고, 그로부터 참조부호 16과 18로 표기된 제2 및 제3 아암들과 함께 중앙의 제1 아암(14)이 직각으로 연장하고, 이 아암들은 "E"자의 3개의 브랜치(branch)들을 구성한다. 상기 아암들은 서로 실질적으로 평행하다.
또한, 위치부재(10)는 그의 다른 치수들과 비교하여 작은 두께를 갖는다. 보다 정확하게, 각각의 아암은 주름진 설편(tongue) 형태이다.
본 발명에 따르면, 위치부재(10)는, 본 실시예에서, 제1 아암(14)의 자유단(14a), 즉 플레이트(12)로부터 멀리 떨어진 그 단부에, 형성된 구멍(22)으로 구성된 체결부(20)를 갖는다. 같은 방식으로, 제2 및 제3 아암(16, 18)들의 자유단 들은 참조부호 16a와 18a로 표기된다.
이러한 체결부(20)는, 위치부재(10)를 터보기계의 케이싱에 체결하기 위하여, 터보기계의 케이싱(62)에 체결하기 위한 것이다. 이러한 관점은 후술된다. 제1, 제2 및 제3 아암(14, 16, 18)의 각각은, 또한 스프링을 형성하는 탄성부(24, 26, 28)들을 포함한다.
이러한 탄성부(24, 26, 28)들의 각각은 주름 형태이다. 환언하면, 아암(14, 16, 18)들의 각각은 주름들을 형성하기 위하여 연속적인 주름을 갖고, 주름축들은 상기 아암에 대하여 가로질러 연장하도록 특정된다.
이러한 주름(24, 26, 28)들은 아암(14, 16, 18)들의 길이방향으로 변형될 수 있지만, 이들은 그들의 원래 형태로 복귀하는 경향을 갖는다. 제2 및 제3 아암들의 주름(26, 28)들은, 만일 자유단을 플레이트 쪽으로 움직이기위한 시도가 있으면, 이러한 방식으로 변형된 주름들이 압축력으로 불리는 반대방향 힘을 생성한다는 의미에서, 압축(compression) 스프링들을 구성한다. 이에 반하여, 주름(24)은 수축(traction) 스프링을 구성한다. 이러한 구성의 이점은 후술된다.
또한, 위치부재(10)는 제2 및 제3 아암(16, 18)들의 자유단(16a, 18a)들로 구성된 2개의 지지부(30, 32)를 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 자유단(16a, 18a)들은 후크와 같은 형상을 형성하도록 굴곡져 있다.
또한, 그리고 바람직하기에는, 제2 및 제3 아암(16, 18)들은 제1 아암(14)보다 약간 길다.
도 2와 3을 참조하여, 어떻게 위치부재(10)가 장착되는지 설명한다.
전통적으로, 터빈의 링은 단부-단부로 인접하게 위치된 복수의 링 세그먼트들로 이루어진다. 도 2는, 그들 각각의 단부(50a, 50'a)를 매개로 맞닿아 위치된 제1 및 제2 링 세그먼트(50, 50')들을 도시한다.
링의 형상은, 축방향, 반경방향 및 방위각(azimuth) 방향을 형성하도록 되고, 이들 3개 방향들은 상호 수직이다. 상기에서 언급된 바와 같이, 링은 터보기계의 터빈휠 주위에 위치되도록 설계된다.
위치부재(10)의 제1 이점은, 링 세그먼트(50, 50')들이 터빈휠의 축을 중심으로 회전하는 것을 방지하기 위하여 단부(50a, 50'a)들을 고정지지한다는 것이다. 이를 위하여, 링 세그먼트(50, 50')들의 각각은 반경방향으로 또한 돌출하면서 링 세그먼트에 대하여 가로지르는 방향으로 연장하는 스플라인(52, 52')을 갖추고서, 위치부재(10)가 장착되면 플레이트(12)가 링 세그먼트(50, 50')들의 방위각 방향을 따라 연장하도록 되고, 제1 및 제2 아암(14, 16)들이 한쪽 링 세그먼트(50')들의 스플라인(52')의 어느 쪽 위에 안착되는 한편, 위치부재(10)의 제3 및 제4 아암(14, 18)들이 다른 쪽 링 세그먼트(50)들의 스플라인(52')의 어느 쪽 위에 안착된다. 따라서, 위치부재(10)는 링 세그먼트(50, 50')들의 각각의 단부(50a, 50'a)들이 방위각 방향으로 이동하는 것을 방지하는 것을 이해할 수 있다. 바람직하기에는, 각 링 세그먼트(50, 50')는 2개의 별도의 위치부재(10)에 의하여 그 방위 단부의 각각에서 고정지지된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위치부재(10)의 지지부(30, 32), 즉 본 예에서, 제2 및 제3 아암(16, 18)들의 자유단(16a, 18a)들은 제1 및 제2 링 세그먼트(50, 50')들의 각각의 원주방향 에지(51, 51')에 대하여 축방향으로 지지되게된다. 이러한 구성의 이점은 후술된다.
본 발명의 다른 이점은, 링 세그먼트(50, 50')와 위치부재(10)가 터보기계(60)의 케이싱(62)내에 어떻게 장착되는 지의 상세를 나타내는 도 3을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
상기에서 언급된 바와 같이, 링 세그먼트(50, 50')들은 터빈의 블레이드(64)를 덮기 위하여 고압터빈의 휠 주위에 위치된다. 화살표 F는 고압터빈의 상류에 위치된 연소실을 떠나는 연소가스의 흐름방향을 나타낸다.
도 3으로부터 이해될 수 있듯이, 링 세그먼트(50)의 축방향 단부(50b, 50c)들은 케이싱(62)의 상류 및 하류부위(62a, 62b)에 의해 수반되는 돌출부들과 협동하도록 축방향 팽윤부(swelling: 66)를 제공하여, 링 세그먼트(50)가 케이싱(62)내에서 반경방향으로 고정지지된다. 그럼에도 불구하고, 링 세그먼트(50)는 소량의 축방향 틈새를 갖고 케이싱(62)내에 장착된다.
또한, 케이싱(62)과 링 세그먼트(50, 50')들은, 냉각유체가 링 주위로 흐르는 것을 허용하는 환상통로(P)를 형성하도록 배열된다. 냉각유체가 링 세그먼트들과 접촉하여 이들을 냉각시키도록 케이싱(62)에 오리피스(70)들이 형성된다.
본 발명에 따라, 위치부재(10)는, 예컨대 너트(72)와 볼트 또는 펙(peg) 타입의 잠금부재를 사용함으로써, 체결부(20)에 의해 케이싱(62)에 체결된다.
위치부재(10)가 장착된 위치에 있을 때, 그 아암(14, 16, 18)들은 터빈휠의 축방향으로 연장하는 한편, 플레이트(12)는 링 세그먼트의 상류 팽윤부(66)와 케이싱(62)사이에 수납된다.
또한, 위치부재(10)는, 케이싱(62)의 하류 돌출부(62b)에 대하여, 본 예에서는 너트(72)에 체결되어, 위치부재(10)의 주름(24, 26, 28)들이 그 길이방향으로 연속적으로 축방향으로 압축되고, 그리하여 제2 및 제3 아암(16, 18)들의 자유단(16a, 18a)들이 링 세그먼트(50, 50')들의 원주방향 에지(51, 51')에 대하여 하류로 지향된 축방향 추력을 작용하도록 한다. 그 결과, 링 세그먼트(50, 50')들은 케이싱의 하류부위에 대하여 축방향으로 가압되고, 이 부위는 본 예에서 상기 언급된 하류 돌출부(62b)로 구성된다. 참조부호 C로 표기된 접촉영역을 매개하여 접촉이 발생하는, 링 세그먼트(50, 50')들과 케이싱의 하류 부위(62b) 사이의 접촉은, 환상통로(P)와 하류 흐름섹션(V)사이 밀봉을 제공함으로써, 환상통로를 흐르는 냉각유체가 하류 흐름섹션(V)으로 유입되는 것을 방지한다.
다른 이점은, 환상통로를 흐르는 냉각유체는 또한, 가열되도록 된 주름(30, 32)들을 냉각시킨다. 이는 그들의 작동온도를 최적화함으로써 주름들의 수명을 제어가능하게 한다.
끝으로, 도 3에서, 위치부재(10), 그리고 더 정확하게는 제1 아암(14)의 주름(24)들은, 플레이트(54)가 제1 및 제2 링 세그먼트(50, 50')들의 인접한 단부들에 대하여 반경방향으로 유지되게하는 역할을 한다. 이 플레이트(54)는, 2개의 링 세그먼트들의 단부(50a, 50a')사이에 형성된 접합부(56)를 덮어주어, 터빈휠의 블레이드(64)들이 움직이는 환상통로와 흐름섹션 사이의 밀봉을 향상시킨다.
위치부재(10)의 다른 이점은, 링 세그먼트를 그 축방향 단부들의 각각에서 방위각 방향으로 가압함으로써, 링 세그먼트(50)와 케이싱(62)의 하류 부위(62b)사이의 접촉을 향상시키고, 그리하여 밀봉을 향상시킨다. 링 세그먼트(50, 50')들의 각각의 단부들에서 지지부의 위치선정은 또한, 케이싱(62)의 홈들 내에서 세그먼트들의 임의의 끼임(jamming) 위험성을 감소시키는 역할을 한다.
도 4와 5를 참조하여, 본 발명에 따른 위치부재(110)의 제2 실시예를 설명한다. 본 실시예에서, 제1 실시예의 구성요소들과 동일한 구성요소는 100자리를 더하여 동일한 참조번호가 부여된다.
위치부재(110)는 설편(tongue)으로 구성된 하나의 아암(114) 형태이다. 제1 실시예와 같이, 설편 또는 아암(114)은 압축스프링을 형성하는 탄성부(124)를 갖고, 이 탄성부는 주름들로 구성되며, 이 주름들은 설편(114)을 여러 번 접어줌으로써 만들어진다.
또한, 위치부재(110)는, 제1 아암(114)이 연장하는 평면에 대하여 수직으로 연장하는 탭으로 구성된 체결부(120)를 갖는다. 이 탭(120)은, 예컨대 설편(114)를 접어서 만들어질 수 있다.
제1 실시예와 일치시키기 위하여, 위치부재(110)는 탭(120)과 주름(124)들 사이에 위치된 플레이트(112)를 구비한다.
끝으로, 설편(114)은, 탭(120)으로부터 멀리 떨어진 설편의 단부로 구성된 지지부(130)를 갖고, 그 단부는 굴곡져 있다.
도 5는 터보기계(60)에 장착된 위치부재(110)를 도시한다.
위치부재(110)는 탭(120)에 의하여 케이싱(62)에 체결된다. 이를 위해, 탭은 링 세그먼트(50)와 케이싱(62)사이에 반경방향으로 수용된다.
설편(114)은 축방향으로 연장하여, 그 자유단(130)이 링 세그먼트(50)의 에지(51)에 대하여 지지된다.
또한, 링 세그먼트가 케이싱의 하류 부위(62b)에 대하여 축방향으로 위치될 때, 위치부재(110)의 주름들이 축방향으로 압축되도록 설편(114)의 길이가 선택된다. 설편의 단부(130)는 링 세그먼트(50)의 원주방향 에지(51)에 대하여 축방향 추력을 가함으로써, 링 세그먼트가 케이싱(62)의 하류 부위(62b)에 대하여 축방향으로 가압되도록 하고, 또 특히 접촉영역(C)에 대하여 가압되게 된다.
따라서, 위치부재(110)가 케이싱(62)의 하류 부위(62b)에 대하여 축방향 접촉을 유리하게 유지한다.
나아가서, 위치부재(110)의 주름(124)들은 플레이트(54)가 링 세그먼트들의 단부들에 대하여 반경방향으로 고정지지되도록 한다.
도 6과 7을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
본 실시예에서, 제1 실시예의 구성요소들과 동일한 구성요소는 200자리를 더하여 동일한 참조번호가 부여된다.
제3 실시예에서 위치부재(210)는 대체로 E자 형상이다. 이러한 관점에서, 위치부재(210)는, 링 세그먼트들의 2개의 단부들 사이의 접합부를 덮기 위하여 직선상(주름이 없이)인 플레이트를 형성하는 중앙의 제1 아암(214)을 갖는다. 환언하면, 위치부재는 유리하게 상기에서 기재된 접합부-덮개 플레이트를 생략할 수 있게 하는바, 왜냐하면 제1 아암(214)이 상기 접합부-덮개 플레이트의 역할을 특별히 수행하기 때문이다.
제1 아암(214)의 단부들 중의 하나에 형성된 것은, 제2 실시예의 것과 유사한 탭으로 구성된 체결부(220)를 수반하는 플레이트(212)이다.
플레이트(212)는, 제1 실시예의 제2 및 제3 아암들과 유사하게, 그로부터 돌출하는 제2 및 제3 아암(216, 218)들을 갖는다. 즉, 이들 아암들은 주름들을 형성하는 각각의 제1 및 제2 탄성부(226, 228)들을 포함한다.
또한, 자유단(216a, 218a)들은 제1 실시예의 것과 유사한 지지부(230, 232)들을 구성한다.
도 7은 케이싱(62)에 장착된 위치부재(200)를 도시한다. 탭(220)은 케이싱(62)의 상류 부위(62a)에 대하여 축방향으로 지지되는 한편, 제2 및 제3 아암들의 자유단(216a, 218a)들은 링 세그먼트(50)의 원주방향 에지(51)에 대하여 지지되어 이를 케이싱(62)의 하류 부위(62b)에 대하여 축방향으로 가압한다. 이를 위하여, 제2 및 제3 아암(216, 218)들은, 주름(226, 228)들이 압축되도록 케이싱(62)의 상류 부위(62a)와 에지(51)사이의 거리보다 약간 더 길다. 제1 실시예에서와 같이, 이러한 주름들의 압축은 자유단(216a, 218a)들로부터 하류인 인접한 링 세그먼트들의 에지(51)에 축방향 추력을 생성하여, 링 세그먼트(50, 50')들이 하류 부위(62b)에 대하여 축방향으로 가압된다.
도 8과 9를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 위치부재(310)는, 케이싱(62)에 체결하기위한 체결부를 구성하는 구멍(314)을 구비한 플레이트(312)를 갖는다.
V자 형상을 갖는 한 쌍의 아암(318, 320)들이 플레이트(312)의 굴곡부(316)에서 연장한다. 위치부재(310)는 소정의 강성을 갖는 재료로 만들어져서, 아암(318, 320)들의 각각이 압축 스프링을 형성하는 탄성부를 구성한다. 아암들을 서로 벌어지게 하려는 어떤 시도가 있다면, 이들은 아암들을 최초의 안착위치로 되돌리려고 하는 복원력을 가한다. 다시 말하면, 아암(318, 320)들은 스프링 블레이드들과 같이 작용한다.
위치부재(310)가 도 9에 도시된 방식으로 장착되면, 제1 실시예의 것과 유사한 너트(322)에 의하여 케이싱(62)에 체결된다.
각 아암은, 그 단부(318a, 320a)들에 후크 형상인 지지부를 구비한다.
본 실시예에서, 아암(318, 320)들의 단부(318a, 320a)들은, 링 세그먼트(50, 50')들을 케이싱(62)의 하류 부위(62b)에 대하여 가압하는 방식으로 원주방향 에지(51)에 대하여 지지하는 역할을 한다. 이 위치에서, 아암(318, 320)들은 링 세그먼트(50)에 대하여 축 방향 압력을 유지하기 위하여 약간 변형된다. 체결 지점, 즉 너트(322) 또는 펙의 위치, 또는 아암(318, 320)들의 길이는 이러한 효과를 얻기 위하여 선택되어야 한다.

Claims (14)

  1. 케이싱(62)과, 이 케이싱 내부에서 축을 중심으로 회전가능하게 장착된 터빈휠 및, 터빈휠 주위로 동심상으로 장착된 링을 포함하고서, 상기 링이 적어도 제1 및 제2 링 세그먼트((50, 50')들로 구성된 터보기계로서, 상기 터보기계가,
    케이싱(62)에 체결하기 위한 체결부(20, 120, 220, 314)와;
    스프링을 형성하는 탄성부(24, 26, 28, 124, 226, 228, 318, 320) 및;
    링 세그먼트에 대하여 축방향으로 지지하도록 탄성부에 연결된 지지부(30, 32, 130, 230, 232, 318a, 320a); 을 갖춘 적어도 하나의 위치부재(10, 110, 210, 310)을 더 포함하고서,
    상기 위치부재가, 링 세그먼트를 케이싱의 한 부위에 대하여 축방향으로 가압하도록 링 세그먼트들의 적어도 하나에 축방향 추력을 가하면서 케이싱에 체결된 것을 특징으로 하는 터보기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치부재는, 체결부(20, 120, 220, 314)를 수반하는 적어도 제1 아암(14, 114, 214, 312)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 체결부(320)는, 제1 아암이 연장하는 평면에 대하여 수직으로 연장하는 탭 형태인 것을 특징으로 하는 터보기계.
  4. 제2항에 있어서, 상기 체결부(20, 314)는, 그 축이 제1 아암(14, 312)이 연장하는 평면에 대하여 수직으로 연장하는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성부(24, 26, 28, 124, 226, 228)는, 주름진 설편으로 구성된 것을 특징으로 하는 터보기계.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치부재는, 상기 탄성부를 포함하는 적어도 제2 아암(16, 216)과 함께 체결부를 수반하는 적어도 제1 아암(14, 214)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 아암(14, 214; 16, 216)들은 평행하고 또 플레이트(12, 212)로부터 연장하며, 상기 체결부(20, 220)는 플레이트로부터 멀리 떨어진 제1 아암의 한쪽 단부에 위치되고, 지지부는 플레이트로부터 멀리 떨어진 제2 아암의 단부에 위치된 것을 특징으로 하는 터보기계.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 위치부재는, 플레이트(12, 212)로부터 연장하는 제2 아암(16, 216)에 유사한 제3 아암(18, 218)을 더 포함하고, 상기 제1아암은 제2 및 제3 아암 사이로 연장하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1아암(14)은, 플레이트(12)와 체결부(20) 사이에 위치된 제2 탄성부(24)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1아암(214)은, 2개의 인접한 링 세그먼트(50, 50')들 사이의 접합부를 덮기 위한 플레이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성부(318, 320)는, 플레이트(312)로부터 연장하는 V자 형상인 한 쌍의 아암들로 구성된 것을 특징으로 하는 터보기계.
  12. 제11항에 있어서, 상기 지지부는, 상기 아암들의 단부(318a, 320a)들로 구성된 것을 특징으로 하는 터보기계.
  13. 제1항에 있어서, 상기 위치부재는, 케이싱에 체결된 부위(20, 120, 220, 314)와, 제1 링 세그먼트(50)상에 축방향 추력을 가하는 탄성적인 제2 아암(16, 216, 318) 및, 제2 링 세그먼트(50')상에 축방향 추력을 가하는 탄성적인 제3 아암(18, 218, 310)을 포함하고서, 링 세그먼트(50, 50')들을 케이싱(62)의 부위(62b)에 대하여 축방향으로 가압하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 링 세그먼트(50, 50')들 사이의 접합부를 덮는 적어도 하나의 플레이트(54, 214)를 더 포함하고, 상기 플레이트는 위치부재(10, 110, 210)에 의하여 링 세그먼트들에 대하여 반경방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
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