KR20130102038A - 터빈 케이싱 상에 쉴드를 장착하기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한 장착 조립체 - Google Patents

터빈 케이싱 상에 쉴드를 장착하기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한 장착 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 구조물의 일부의 기계적 거동에 영향을 미치는, 예컨대, 쉴드와 같은 중실 부분의 열 관성을 제거하는 것과 관련된다. 특히 본 발명은 터빈 블레이드가 파열되는 경우에 엔진 구조물에 전달된 힘을 감소시키는 동시에 이의 기계적 강도 및 적합한 진동 위치설정을 보장하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 쉴드를 위한 가요성 체결구를 제공하며, 이에 따라 융합가능한 섹션이 제조될 수 있다. 본 발명에 따라 터빈(10)의 엔진 구조물(30)의 케이싱(20) 상으로 쉴드(15)를 장착하기 위한 예시적인 구조물은 케이싱(20) 및 쉴드(15)에 부착하기 위한 연결 러그(70) 및 지점(82, 92)을 포함한다. 부착 지점은 케이(20)싱 및 쉴드(15)의 곡률에 따라 충분히 이격되고 이에 따라 케이싱(20) 또는 쉴드(15)와 러그 사이의 연결부뿐만 아니라 부착 지점(92, 82)의 연결부는 실질적으로 접선방향이다. 러그(70)는 열-기계 하중 하에서 충분한 기계적 강도 및 진동 위치설정을 제공할 수 있도록 충분한 유연성을 갖는다.

Description

터빈 케이싱 상에 쉴드를 장착하기 위한 방법 및 이를 수행하기 위한 장착 조립체{METHOD FOR MOUNTING SHIELDING ON A TURBINE CASING, AND MOUNTING ASSEMBLY FOR IMPLEMENTING SAME}
본 발명은 엔진 구조물의 터빈 엔진 상에 쉴드를 장착하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이러한 방법을 실시하기 위한 장착 조립체 및 육상 산업용 터빈 또는 항공기 상에 장착된 터빈에 관한 것이다.
본 발명의 분야는 더욱 구체적으로는 엔진, 특히 항공기의 터보-엔진과 같은 파워 엔진을 보호하는 데 있다. 엔진 구조물은 케이싱 또는 엔진 구조물로부터 임의의 부분 또는 요소가 파괴되는 것을 제한하기 위한 보호 쉴드의 존재를 필요로 한다. 특히, 프리 터빈의 쉴드는 과속의 경우에 "블레이드-쉐딩" 유형 시에 모든 프리 터빈 블레이드의 보유 기능을 제공한다. 게다가, 블레이드는 주어진 임계점 하에서 엔진의 작동 용량을 보장하고 이러한 임계점을 넘어 디스크의 일체성을 보장하기 위하여 주어진 속도 범위 내에서 파열된다.
이러한 쉴드는 일반적으로 엔진 케이싱의 구조물 및 인접한 부분 내로 매립된다. 이는 중실 부분으로 제한될 수 있다. 쉴드는 다수의 조립 플랜지 또는 균등물을 통하여 케이싱에 체결된다.
그러나, 이러한 쉴드 플랜지의 수명은 매우 한정될 수 있다. 특히, 플랜지와 인접한 부분들 간의 열 관성 및 강성의 차이는 전이 상태에서, 특히 동력 상승 또는 하강 시에 부분들의 거동에 영향을 미친다.
또 다른 구조물에 따라서, 가온 공기 중에 작동하는 내부 쉴드는 두 케이싱 사이에 장착된다. 그러나, 이러한 환성은 그 뒤에 결과적으로 더 두꺼운 두께를 요하는 쉴드 보유 용량을 제한할 수 있다. 게다가, 외부 케이싱의 존재는 상당한 초과 중량을 야기한다.
이러한 구조물 내에서, 전달력(effort)은 엔진 구조물에 직접 전달된다. 이러한 전달은 체결구로부터의 점진적인 파열을 야기할 수 있으며, 쉴드 진동은 비행 안전의 불이익을 야기한다.
게다가, 나사를 향하는 페그를 이용한 센터링에 의해 높은 지점에 배열된 나사에 의해 체결된 쉴드가 제공된다. 이러한 장착은 수행하기에 정밀하고 주의를요하는 조절을 요한다. 게다가, 페그의 수명은 진동 전이 및 그 외의 다른 형상: "프레팅(fertting)", 전단, 등에 관해 무작위이다.
본 발명의 목적은 전술된 기술의 단점을 극복하는 데 있으며, 특히 엔진 구조물의 일부의 기계적 거동에 작용하는 쉴드의 열 관성을 제거하는 데 있다. 또한 본 발명의 목적은 쉴드 중량을 최소화하는 동시에 쉴드의 강성을 저하하지 않고 장착을 단순화하는 데 있다.
이를 구현하기 위하여, 본 발명은 엔진 구조물에 전달된 작동력을 제한하는 융합된 섹션을 이용할 수 있는 가요성 쉴드 체결구를 제공한다.
더 구체적으로는, 본 발명의 목적은 터빈의 엔진 구조물의 케이싱 상에서 보유를 위한 쉴드 장착 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 열-기계 하중 하에서 충분한 기계적 강도 및 진동 위치설정을 제공할 수 있도록 지점들 사이에서 유연한 결합을 이용하기 위하여 상기 지점들 사이에서 케이싱 및 쉴드의 곡률에 따라 케이싱이 충분히 이격되고, 쉴드의 지점들 간의 주변방향으로 배향된 접선방향 연결부를 통해 카터 상에 쉴드를 결합하는 단계로 구성된다. 항공기 터빈의 경우에, 그 뒤에 진동 위치설정 및 기계적 강도는 항공기의 조종 시에 마스터링된다(master). 외부 쉴드는 상당히 더 얇은 두께로 부분들이 유지되도록 보장하기 위하여 충분히 낮은 온도로 유지된다.
따라서, 이러한 구조물은 열-기계 피로에 노출될 수 있는, 케이싱 아래의 엔진 구조물의 부분에 관하여 쉴드의 열 및 기계 단열이 가능하다. 게다가, 쉴드외 케이싱 사이에 조절 장치가 없도록 유연성이 생성된다.
특정 실시 형태에 따라서,
-진동 감쇠 단계는 케이싱과 쉴드 사이의 결합 단계와 함께 제공되고,
-연결부의 크기는 연결부에 가해지는 열-기계 하중에 따라 결정되며,
-연결부의 개수가 결정되고 연결부는 열-기계 전이로부터 야기되는 전달력을 최소화하도록 분포되며, 이에 따라 특히 저 여기 주파수 범위에서 쉴드와 케이싱 조립체의 진동 위치설정 및 엔진에 가해지는 하중에 관한 마운팅의 수명이 최적화된다.
전술된 방법을 실시하기 위하여, 본 발명은 터빈의 엔진 구조물의 쉴드 및 케이싱 조립체에 관한 것으로, 상기 조립체는 쉴드 및 케이싱을 위한 체결 지점을 포함하는 쉴드와 케이싱 사이의 연결 러그를 포함한다. 이러한 조립체 내에서, 체결 지점은 케이싱과 쉴드의 곡률에 따라 충분히 이격되어 연결부는 일 측면에서 러그와 그 외의 다른 측면에서 쉴드 또는 케이싱 사이에서 체결 지점에 대해 실질적으로 접선방향이고, 러그는 소정의 유연성이 제공된다.
특정 실시 형태에 따라서,
-진동을 감쇠하기 위한 스프링 블레이드는 케이싱과 쉴드 사이에서 링 구조로 제공되며,
-케이싱 상의 하나 이상의 체결 지점과 쉴드 상의 하나 이상의 체결 지점은 러그 마다 제공되고,
-케이싱에 대한 러그의 체결은 케이싱의 스킨에 용접된 보스 내의 나사에 의해 수행되고, 나사는 쉴드 내에 형성된 개구 내에서 이동되는 헤드가 제공되며,
-쉴드에 대한 러그의 체결은 쉴드를 가로지르는 리벳에 의해 수행되고,
-장착 조립체는 크기에 적합한 개수의 연결부를 포함하고, 러그는 규칙적으로 분포되며, 쉴드와 케이싱 사이의 링 구조이며, 각각의 러그는 쉴드에 리벳 및 케이싱에 나사에 의해 체결된다.
본 발명의 그 외의 다른 특징과 이점은 첨부 도면에 따라 하기의 예시적인 실시 형태의 상세한 설명을 읽음으로써 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 장착 조립체가 제공된 프리 터빈의 종방향 축을 따른 부분 절반-단면도.
도 2는 본 발명에 따르는 장착 조립체의 위치를 강조하는, 도 1의 면 II-II을 따른 부분도.
도 3은 본 발명에 따르는 장착 러그가 제공된 쉴드의 부분 사시도.
도 1의 부분 단면도를 참조하면, 자유 터빈(free turbine)은 특히 공기 베인 형성 요소들이 연결되고 엔진의 주 구조물을 형성하는 케이싱(casing, 20) 및 외부 쉴드(external shield, 15)를 포함하고, 터빈 분배기(22, 26), 터빈 링(24, 26b) 및 지지 구조물(도시되지 않음)을 통한 터빈 휠(25, 30)을 포함한다. 각각의 블레이드 시스템은 노즐(도시되지 않음)에 대한 접근부를 수득하기 위한 출구 베인(outlet vein, 40) 및 이동식 블레이드 또는 휠 시스템에 의해 공기 유동의 방향으로 따르는 고정식 베인 시스템(stationary vane system) 또는 공기 플럭스 "분배기" 스테이터로 구성된다. 쉴드(15)에 대해 케이싱(20)에 인접한 상이한 부분들 사이의 조인트(50, 52, 54) 또는 플랜지에 의해 상이한 밀봉부가 제공된다.
게다가, 금속 시트로 제조된 2개의 스프링 블레이드(60, 62)는 예를 들어, 열-기계 전이 시에 진동을 감쇠시키기 위하여 케이싱(20)과 쉴드(15) 사이에 제공된다. 이러한 블레이드는 립(rib, 60a, 62a)에 의해 경계가 형성된 하우징 내에 배열된다. 선택적으로, 이러한 블레이드는 예를 들어, 도시된 플랜지(50) 또는 나사(53)와 같은 플랜지 또는 연결부에 체결될 수 있다.
스프링 블레이드는 이들 사이에 커플링 러그에 대하여 쉴드와 케이싱 사이의 진동을 감쇠시킨다. 바람직하게는, 이러한 블레이드는 진동 시에 조립체의 견고성을 향상시키고 열 에너지를 효과적으로 분산시키기 위하여 축방향으로 분할될 수 있다.
접선방향 러그(tangential lug, 70)는 나사(82)와 나사 헤드(80) 사이에서 도 1의 단면 II-II이 도 2에 보다 정밀하게 도시된다. 나사는 케이싱(20)의 스킨(91)에 용접된 나사산 보스(threaded boss, 90) 내로 삽입된다. 선택적으로, 나사산 보스(90)는 너트로 교체될 수 있다. 나사 헤드(80)는 쉴드(15) 내에 형성된 개구(84) 내에 배열된다. 따라서, 헤드(80)는 진동 시에 개구 내에서 자유롭게 진동할 수 있다.
러그(70)는 우선적으로 나사(82)의 비 나사산 부분에서 그리고 다른 한편으로는 쉴드(15)와 교차하는 리벳(92) 상에서 이의 단부(71a)들 중 하나의 단부에 형성된 홀(73)을 통하여 장착된다. 나사(82)는 그 뒤 플롯(90) 내에 완벽히 삽입되고, 나사(92)는 뭉게진다(crush). 이러한 조건에서, 러그(70)는 쉴드(15) 및 케이싱(20)에 대해 실질적으로 접선 방향으로 장착된다. 이를 위해, 러그(70)는 영역(72)에서 다소 만곡되며, 이에 따라 리벳에 근접하게 그 외의 다른 단부(71b)는 쉴드(15)의 내부 면(15a)과 만난다.
러그(70)가 파열되는 경우에, 쉴드(15)는 쉴드의 개구(84) 내에 서로 인접하게 나사 헤드(80)를 배치시킴으로써 제 위치에 유지된다. 이러한 근접한 위치설정은 또한 예비 부분의 이동을 제한한다. 게다가, 스프링 블레이드(60, 62)(도 1)는 쉴드가 연결 러그의 파열의 경우에 쉴드가 반경방향으로 배치되는 것을 보장한다.
러그(70)의 길이, 이에 따라 리벳(92)과 나사(82) 사이의 거리는 접선방향 연결부를 형성하기 위하여 리벳과 나사 사이의 케이싱 및 쉴드의 유사한 곡률에 따른다. 러그의 크기는 이에 가해지는 열-기계 하중의 산출에 적합해지도록 폭, 길이 및 두께가 조절되어 케이싱, 이에 따라 엔진 구조물에 대한 전달을 제한한다.
절반-쉘(15)의 부분 사시도에서, 연결 러그(70)는 쉴드(15)에 이러한 러그를 체결하기 위한 리벳(92)뿐만 아니라 쉴드(15)의 내부 면(15a)에 규칙적으로 분포된 것으로 보여진다. 나사(82)(도 2) 상의 러그(70)를 위한 장착 홀(73)도 또한 가시가능하다. 이러한 예에서, 6개의 러그가 전체 쉴드에 대해 제공된다.
본 발명은 전술되고 도시된 예시적인 실시 형태에 제한되지 않는다. 게다가, 러그의 개수는 비행 연습(flight maneuver) 시에 부하 저항 강도를 보장하고 및/또는 조립체의 진동 모드에 적합해지도록 하는 것이 더 중요할 수 있다. 특히, 육지 산업용 터빈의 경우, 러그의 개수는 이 유형의 터빈의 큰 직경으로 인해 수십개일 수 있다.
게다가, 리벳의 단면은 블레이드의 파열 시에 엔진 구조물에 전달되는 전달력이 제한되도록 크기가 형성될 수 있어야 한다. 러그는 각각 케이싱 상의 하나 또는 두 개의 체결 나사에 리벳을 체결하는 둘 또는 세 개의 쉴드를 연결하도록 일반적으로 V-형상 또는 W-형상을 가질 수 있다.

Claims (10)

  1. 터빈(10)의 엔진 구조물(30)의 케이싱(20) 상에서 보유를 위한 쉴드(15) 장착 방법으로서,
    열-기계 하중 하에서 충분한 기계적 강도 및 진동 위치설정을 제공할 수 있도록 지점(82, 92)들 사이에서 유연한 결합을 이용하기 위하여 상기 지점들 사이에서 케이싱 및 쉴드의 곡률에 따라 케이싱(10)이 충분히 이격되고, 쉴드(15)의 지점(82, 92)들 간의 주변방향으로 배향된 접선방향 연결부를 통해 카터(20) 상에 쉴드(15)를 결합하는 단계로 구성되는 장착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 진동 감쇠 단계는 케이싱(20)과 쉴드(15) 사이의 결합 단계와 함께 제공되는 장착 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연결부(70)의 크기는 연결부에 가해지는 열-기계 하중에 따라 결정되는 장착 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결부(70)의 개수가 결정되고 연결부는 열-기계 전이로부터 야기되는 전달력을 최소화하도록 분포되는 장착 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실시하기 위한, 터빈(10)의 엔진 구조물(30)의 쉴드(15) 및 케이싱(20) 조립체로서,
    쉴드(15) 및 케이싱(20)을 위한 체결 지점(82, 92)을 포함하는 쉴드와 케이싱 사이의 연결 러그(70)를 포함하고, 체결 지점은 케이싱(20)과 쉴드(15)의 곡률에 따라 충분히 이격되어 연결부는 일 측면에서 러그(70)와 그 외의 다른 측면에서 쉴드(15) 또는 케이싱(20) 사이에서 체결 지점(92, 82)에 대해 실질적으로 접선방향이고, 러그(70)는 소정의 유연성이 제공되는 조립체.
  6. 제2항에 따르는 방법을 실시하기 위한 전항에 따른 조립체로서, 진동을 감쇠하기 위한 스프링 블레이드(60, 62)는 케이싱(20)과 쉴드(15) 사이에서 링 구조로 제공되는 조립체.
  7. 전항에 있어서, 스프링 블레이드(60, 62)는 축방향으로 분할되는 조립체.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 케이싱(20) 상의 하나 이상의 체결 지점(82)과 쉴드(15) 상의 하나 이상의 체결 지점(92)은 러그(70) 마다 제공되는 조립체.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 케이싱(20)에 대한 러그(70)의 체결은 케이싱(20)의 스킨(91)에 용접된 보스 내의 나사(82)에 의해 수행되고, 나사(82)는 쉴드(15) 내에 형성된 개구(84) 내에서 이동되는 헤드(80)가 제공되는 조립체.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 쉴드(15)에 대한 러그(70)의 체결은 쉴드(15)를 가로지르는 리벳(92)에 의해 수행되는 조립체.
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