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KR101338722B1 - 댐핑 장치 - Google Patents

댐핑 장치 Download PDF

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KR101338722B1
KR101338722B1 KR1020070057258A KR20070057258A KR101338722B1 KR 101338722 B1 KR101338722 B1 KR 101338722B1 KR 1020070057258 A KR1020070057258 A KR 1020070057258A KR 20070057258 A KR20070057258 A KR 20070057258A KR 101338722 B1 KR101338722 B1 KR 101338722B1
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제임스 윌리암 베어
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Abstract

본 발명은 터빈 버킷(105)용의 개선된 댐핑 장치(100)에 관한 것이다. 상기 댐핑 장치(100)는 댐퍼 포켓(200) 및 오프셋된 무게 중심(235)이 상기 댐퍼 포켓(230) 내에 위치되는 댐퍼 핀(230)을 포함한다.
터빈, 댐핑, 완충, 가스, 버킷

Description

댐핑 장치{ENHANCED BUCKET VIBRATION SYSTEM}
도 1은 본 발명에서 기술된 바와 같은 버킷 진동 댐핑 장치의 개략도,
도 2는 도 1의 버킷 진동 댐핑 장치에서 사용되는 댐핑 핀의 측단면도,
도 3은 도 1의 버킷 진동 댐핑 장치에서 사용되는 댐핑 핀의 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 댐핑 장치 105 : 터빈 버킷
110 : 에어포일 120 : 플랫폼
150 : 볼록한 측면 155 : 오목한 측면
200 : 댐퍼 포켓 230 : 댐퍼 핀
240 : 선단 보스 250 : 후단 보스
본 발명은 일반적으로 가스 터빈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 버킷(bucket) 진동을 최소화하기 위한 버킷 댐핑 장치를 갖는 터빈 버킷에 관한 것이 다.
가스 터빈은 일반적으로 복수의 원주 방향으로 이격된 버킷을 구비한 로터를 포함한다. 버킷은 일반적으로 에어포일(airfoil), 플랫폼(platform), 생크(shank), 도브테일(dovetail) 및 다른 부재들을 포함한다. 상기 도브테일은 로터 둘레에 위치되어 그 내부에 고정된다. 상기 에어포일은 가스의 운동 에너지를 회전 역학 에너지로 전환하도록 가스 통로(path)내로 돌출되어 있다. 엔진이 작동하는 동안, 진동이 터빈 버킷에 도입될 수 있으며, 이러한 진동은 적절히 분산되지 않는다면, 버킷의 손상을 초래하게 된다.
복수의 다른 유형의 진동 댐퍼가 공지되어 있다. 하나의 실시예로는, 발명의 명칭이 "터빈 버킷용 진동 댐퍼 조립체(Vibration Damper Assembly For The Bucket Of A Turbine)"인 미국 특허 제 6,851,932 호를 들 수 있다. 여기에 도시된 댐퍼는 미국 뉴욕주 쉐넥터디 소재의 제너럴 일렉트릭 캠퍼니에 의해 제공되는 6C-스테이지 2 버킷(6C-stage 2)이 사용될 수 있다. 상기 6C-스테이지 2 버킷은 예를 들어, 순간적인 조작을 하는 동안 상대적으로 높은 진동 응력을 받을 수 있다.
이와 같이 공지된 댐퍼들은 전형적인 조작을 하는 동안에는 충분한 기능을 수행할 수 있지만, 공지된 설계는 때때로 마찰력이 기대된 것 이상으로 더 큰 것에서 기인하는 록업(lock-up)을 발생시킨다. 또한 공지된 설계는 접촉 표면의 제조상의 변위와 관련하여 기능적으로 허용할 수 없는 것으로 인해서 버킷의 예리한 에지 상에서 바인딩되는 것으로 여겨졌다. 이와 관련하여, 전체 댐퍼 효율을 개선시키고, 인접한 버킷 접촉 표면의 반경방향의 오정렬의 공차를 제공하고, 마찰 록업에 대한 낮은 감수율(susceptibility)을 제공하고, 적절한 버킷 접촉을 보장하고, 시동 및 정지하는 동안 댐퍼의 회전을 방지하고, 그리고 댐퍼의 적절한 설치를 보장할 필요성이 제기된다. 이러한 목적은 바람직하게는 전체적인 장치의 효율의 손실 없이도 달성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위한 터빈 버킷용 댐핑 장치를 제공하는 것이다. 댐핑 장치는 댐퍼 포켓(pocket) 및 오프셋된 중력 중심이 댐퍼 포켓 내에 위치된 댐퍼 핀을 포함한다.
상기 버킷은 볼록 측면을 구비하고 상기 댐퍼 버킷이 볼록 측면상에 위치된다. 또한 버킷은 하부 절단부(undercut)를 가진 오목 측면을 포함한다. 하부 절단부는 경사 표면을 포함한다. 상기 댐퍼 핀은 원심력을 받을 때 댐퍼 포켓과 하부 절단부 양측에 접촉하게 된다.
상기 댐퍼 핀은 선단 보스(leading boss) 및 후단 보스(trailing boss)를 포함할 수 있다. 선단 보스는 접촉 프롱(prong) 및 라운드진 크라운(crown)을 포함할 수 있다. 후단 보스는 경사 표면 및 돌출부를 포함할 수 있다. 댐퍼 포켓은 보스 경사 표면 둘레에 위치된 포켓 경사 표면을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 추가로 터빈 버킷용 댐핑 장치를 기술한다. 댐핑 장치는 댐퍼 포켓 및 상기 댐퍼 포켓내에 위치된 댐퍼 핀을 포함한다. 상기 댐퍼 핀은 원형 크라운을 갖는 선단 보스 및 후단 보스를 포함한다.
상기 댐퍼 핀은 오프셋된 무게 중심을 포함할 수 있다. 상기 버킷은 상기 댐퍼 포켓이 그 상부에 위치된 볼록 측면을 포함한다. 또한 상기 버킷은 하부 절단부를 구비한 오목 측면을 포함한다. 상기 하부 절단부는 경사 표면을 포함할 수 있다. 상기 댐퍼 핀은 원심력 하에 있을 때 댐퍼 포켓과 하부 절단부 양측에 접촉하게 된다. 상기 후단 보스는 보스 경사 표면 및 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 댐퍼는 보스 경사 표면 둘레에 위치된 포켓 경사 표면을 포함할 수 있다. 상기 댐퍼 핀은 평평한 표면 및 라운드진 표면을 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 특징은 당해 기술 분야의 숙련자들에 의해 첨부된 도면과 청구항들을 참조로 하여 다음의 상세한 설명을 숙지함으로써 보다 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도면을 참조하면, 상기 도면에서는 전체적으로 동일 부재에 대해서는 동일 부호를 적용하였으며, 도 1은 본 발명에서 기술된 바와 같은 버킷 댐핑 장치(100)를 도시한 것이다. 상기 버킷 댐핑 장치(100)는 복수의 버킷(105)을 포함할 수 있다. 상기 버킷(105)은 버킷 에어포일(110), 플랫폼(120), 생크(shank)(130), 도브테일(140) 및 다른 부재를 포함할 수 있다. 도시된 버킷(105)은 터빈의 로터 주변에 고정된 복수의 원주방향으로 이격된 버킷(105) 중 하나인 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 일반적으로, 터빈은 버킷(105)의 도브테일(140)을 수용할 수 있는 축방향 또는 축에서 약간 떨어져 있는 도브테일형 개구를 갖춘 복수의 로터 휠을 구비한다. 또한, 에어포일(110)은 로터의 회전에 의해 스트림의 운동 에너지를 역학적 에너지로 전환하도록 하기 위해 가스 스트림내로 돌출되어 있다.
상기 에어포일(110)은 볼록 측면(150) 및 오목 측면(155)을 포함한다. 또한, 에어포일 플랫폼(120)은 상기 볼록 측면(150)과 오목 측면(155) 사이에서 연장되는 후단 에지(165) 및 선단 에지(160)를 포함한다. 일반적으로 축방향으로 이격된 한 쌍의 지지 가로대(170)가 버킷(105)의 볼록 측면(150) 상에 위치될 수 있다. 또한, 하부 절단부(180)가 버킷 플랫폼(120)내에서 선단 에지(160)로부터 후단 에지(165)로 볼록 측면(150)을 따라 타 단부 상에서 위치될 수 있다. 상기 하부 절단부(180)는 상기 버킷(105)의 전체 축방향 길이로 연장될 수 있는 경사 표면(190)을 포함한다.
또한, 도 1은 본 발명에서 기술된 바와 같이, 댐퍼 포켓(200)을 도시한 것이다. 상기 댐퍼 포켓(200)은 볼록 측면(150)상에서 상기 지지 가로대(170) 바로 위에 위치될 수 있다. 댐퍼 포켓(200)은 버킷(105)을 전체적으로 수용할 수 있도록 하기 위해서 편리한 소정의 크기 및 형태를 취할 수 있다. 또한 상기 포켓(200)은 일 단부 상에서 경사 표면(210)을 구비할 수 있다. 상기 경사 표면(210)은 이후 보다 상세하게 기술되는 바와 같이 댐퍼 핀의 적절한 설치를 보장하도록 한다. 도 2는 인접한 버킷(220)의 하부 절단부(180)가 댐퍼 버킷(200)을 완성하도록 하기 위해서 인접한 버킷(220)과 버킷(105)을 사용하는 것을 도시한 것이다. 상기 댐퍼 포켓(200)은 상기 플랫폼(120) 내에서 기계가공되거나 또는 주조되어 형성될 수 있다. 다른 타입의 제조 기술이 본 발명에서 사용될 수 있다.
댐퍼 핀(230)이 상기 댐퍼 포켓(200) 내에 위치될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 댐퍼 핀(230)은 기다랗게 형성되고, 일반적으로 삼각형 형태의 부재로 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 댐퍼 핀(230)은 한 측면은 라운드진 표면(rounded surface)(236)을 가지며, 다른 측면상에는 평평한 표면(237)을 갖는 오프셋된 무게 중심(235)을 가질 수 있다. 오프셋된 무게 중심(235)은 일 측면상에서는 평평한 표면(237)과 하부 절단부(180)의 경사 표면(190)과 면 대 면 접촉을 유지하고, 다른 단부상에서는 라운드진 표면(236)과 상기 댐퍼 포켓(200)의 상부 표면과 라인 접촉을 유지하도록 하는데 조력한다.
또한 댐퍼 핀(230)은 어느 한 단부에서 한 쌍의 축방향으로 이격된 보스(240, 250)를 갖추고 있다. 선단 보스(240)는 접촉 프롱(260)을 포함할 수 있다. 상기 접촉 프롱(260)은 이들의 한 측면상에서 라운드진 크라운(rounded crown)(270)을 포함한다. 본 발명에서는 다른 형태가 사용될 수 있다. 접촉 프롱(260)을 사용하여 댐퍼 핀(230)이 원심력으로 인해서 전방으로 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 라운드진 크라운(270)은 임의의 날카로운 에지 걸림을 방지하고 반경방향으로 자유로이 미끄러질 수 있게 한다. 상기 후단 보스(250)는 짧은 돌출부(290)를 갖는 경사 표면(280)을 포함할 수 있다. 경사 표면(280)은 댐퍼 핀(230)의 적절한 설치를 보장하기 위해서 댐퍼 포켓(200)의 경사 표면(210)에 부합한다.
댐퍼 핀(230)은 상기 댐퍼 포켓(200) 및 하부 절단부(180) 내에서 일부 유격 또는 공간을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 댐퍼 핀(230)은 원심력에 의해 댐퍼 포켓(200)의 상부 표면과 하부 절단부(180)와 결합하여 버킷(105, 220)이 충분한 속도에 있을 때, 양측 버킷(105, 220)이 결합되도록 한다. 이러한 접촉은 오프셋된 무게 중심(235)에 의해 조력을 받는다. 이에 따라, 댐퍼 핀(230)과 버킷(105, 220) 사이의 마찰력은 버킷(105, 220)으로부터의 진동 에너지를 분산시킨다. 댐퍼 핀(230)과 버킷(105, 220) 사이의 접촉이 후단 에지(165)로부터 선단 에지(160)로의 경사부에 있기 때문에, 댐퍼 핀(230)은 전방으로 미끄러지려는 경향을 갖는다. 이에 따라 선단 보스(240)의 접촉 프롱(260)은 댐퍼 핀(230)이 적절한 축방향 위치에 있도록 제한한다.
따라서, 댐퍼 포켓(200)은 댐퍼 핀(230)이 이것의 적절한 위치에 있도록 반경방향 및 축방향으로 제한한다. 또한, 지지 가로대(170)는, 상기 버킷(105)이 원심력 하에서 회전되지 않을 때 댐퍼 핀(230)을 지지한다. 또한 댐퍼 포켓(200)의 경사 표면(210)이, 댐퍼 핀(230)의 경사 표면(280)과 결합을 취할 때 댐퍼 핀(230)이 적절하게 설치되는 것을 보장하도록 한다. 이에 따라, 댐핑 장치(100)는 댐핑 효율을 개선시키고, 마찰력으로 인한 록업의 발생을 최소화시키고, 인접 버킷과의 간섭을 피할 수 있으며, 그리고 시동 및 정지하는 동안 댐퍼 핀(230)의 회전을 방지한다.
전술한 것은 단지 본 발명의 바람직한 실시예 중 하나이며, 다음의 청구범위 및 이와 대등한 것에 의해 규정된 본 발명의 일반적인 정신 및 범위에서 벗어나지 않고서도 당해업자에 의해 복수의 변형 및 변경이 가해질 수 있음이 자명하다 할 것이다.
본 발명에 의하면, 댐핑 장치는 댐핑 효율을 개선시키고, 마찰력으로 인한 록업의 발생을 최소화시키고, 인접 버킷과의 간섭을 피할 수 있으며, 그리고 시동 및 정지하는 동안 댐퍼 핀의 회전을 방지한다.

Claims (9)

  1. 터빈 버킷용 댐핑 장치(100)에 있어서,
    댐퍼 포켓(200)과,
    상기 댐퍼 포켓(200) 내에 위치된 댐퍼 핀(230)을 포함하고,
    상기 댐퍼 핀(230)은 길이방향 축, 오프셋된 무게 중심(235), 선단 보스(240) 및 후단 보스(250)를 포함하고, 상기 후단 보스는 상기 길이방향 축을 가로지르는 보스 경사 표면(280)을 포함하며, 상기 댐퍼 포켓은 상기 보스 경사 표면 둘레에 배치된 포켓 경사 표면(210)을 포함하는
    댐핑 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    버킷(105)이 볼록한 측면(150)을 포함하고, 그리고 상기 댐퍼 포켓(200)이 상기 볼록한 측면(150)상에 배치되는
    댐핑 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    버킷(105)이 오목한 측면(155)을 포함하고, 상기 버킷(105)이 상기 오목한 측면(155)상에 하부 절단부(180)를 포함하는
    댐핑 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 절단부(180)가 경사 표면(190)을 포함하는
    댐핑 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 댐퍼 핀(230)이 원심력을 받을 때 상기 댐퍼 포켓(200)과 하부 절단부(180) 양측에 접촉하는
    댐핑 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선단 보스(240)가 접촉 프롱(260)을 포함하는
    댐핑 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 선단 보스(240)가 라운드진 크라운(rounded crown)(270)을 포함하는
    댐핑 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 후단 보스(250)가 돌출부(290)를 포함하는
    댐핑 장치.
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