KR100234467B1

KR100234467B1 - 가스터빈날개

Info

Publication number: KR100234467B1
Application number: KR1019970704951A
Authority: KR
Inventors: 쿠니아키 아오야마; 마사오 테라자키
Original assignee: 마스다 노부유키; 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1999-12-15
Also published as: KR19980701560A; JP3477296B2; DE69628818T2; EP0805263A4; JPH09144503A; CN1076782C; EP0805263B1; EP0805263A1; CA2209851C; DE69628818D1; US5897294A; WO1997019257A1; CA2209851A1; CN1169175A

Abstract

가스터빈날개의 필름냉가중, 샤워헤드냉각에서는, 냉각구멍이 팁쪽으로부터 허브쪽에 걸쳐서 직선상에 배열되어 있기 때문에, 스월에 의한 선회흐름과의 관계로, 각각의 냉각구멍위치에 있어서의 압력이 각각 다르고, 필름냉각을 균일하게 행할 수 없다는 불편이 있다.

본 발명은 이와 같은 불편을 해소하고, 샤워헤드냉각구멍위치의 모두에 걸쳐서 압력을 균일하게해서, 균일한 필름냉각을 행할 수 있는 것을 제공하는 것을 과제로 한다.

날개(2)선단부에 천공되는 복수의 샤워헤드냉각구멍(1)을, 연소기의 스월선회방향이 우선회의 경우와 그 반대의 좌선회의 경우의 각각에 대응시키고, 전자의 경우에는 날개(2)의 상류쪽으로부터 보아서 좌측으로 치우친 팁쪽(TS)으로부터 날개(2)의 상류쪽으로부터 보아서 우측으로 치우친 허브쪽(HS)에 이르는 선상에 배치하고, 후자의 경우에는 그 반대의 선상에 배치해서 스월선회흐름에 의한 영향으로부터 탈각하여, 각 냉각구멍(1)위치에서 압력을 일정하게 해서 균일한 냉각을 달성하였다.

Description

가스터빈날개

필름냉각은, 고온가스터빈의 공랭(空冷)날개에 있어서는, 바야흐로 없어서 안될 기술로 되어 있다. 도 3 및 도 4에 의해, 종래의 이런종류의 기술을 설명한다. 도 3은 공랭날개의 단면도, 도 4는 샤워헤드냉각구멍의 배열을 표시한 사시도이다.

일반적으로 고온가스터빈의 날개에는 도 3에 표시한 바와 같이 그 선단부가장자리에 샤워헤드냉각구멍(SC)이, 날개배면(背面)의 상류쪽과 날개복면(腹面 )의 하류쪽에는 필름냉각구멍(FC)이, 또, 날개의 후단부가장자리에는 핀휜 냉각구멍(PC)이 형성되어 있다.

이들중 샤워헤드냉각구멍(SC)은, 도 4에 표시한 바와 같이, 날개(2)의 선단부가장자리에서 팁쪽(TS)으로부터 허브쪽(HS)에 걸쳐서 직선적으로 배열되고, 기하학적으로 가스의 흐름방향을 향해서 천공(穿孔)되어 있다.

샤워헤드냉각이나 필름냉각은, 가스유통면에 냉각공기를 분출해서 날개면을 덮으므로써 냉각효율을 향상시키는 방법이다.

그러나 냉각공기를 너무 세게분출하면, 냉각공기가 날개면으로부터 박리해서 주류가스와 혼합해버려, 필름냉각본래의 효과를 발휘할 수 없으며, 분출이 약하면 냉각공기량의 부족 때문에, 이 경우도 냉각효과를 발휘할 수 없다. 따라서 날개면을 필름이 최적하게 덮도록 고려하지 않으면 안되는 것이다.

본 발명은 샤워헤드냉각기구를 구비한 가스터빈날개에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 실시의 일형태에 관한 가스터빈날개의 샤워헤드냉각구멍을 표시한 사시도.

제2도는 제1도의 샤워헤드냉각구멍의 압력상황을 종래의 것에 있어서의 압력상황과 비교해서 표시한 설명도.

제3도는 종래의 가스터빈날개의 공랭구조를 표시한 단면도.

제4도는 종래의 가스터빈날개의 샤워헤드냉각구멍을 표시한 사시도.

(발명의 개시)

상기한 바와 같이 샤워헤드냉각구멍(SC)을 기하학적으로 흐름방향을 향해서 위치시키면, 연소기의 스월(swirl)선회방향에 따라서 날개의 팁쪽(TS)과 허브쪽(HS)에서는 서로 틀린 압력분포가 발생한다.

한편 필름냉각공기압은 일정하게 공급되기 때문에 차압(差押)이 약간밖에 취할 수 없는 부위(팁과 허브와의 중간부위)가 발생한다. 이 때문에 냉각구멍으로부터 분출하는 냉각공기유속이 저하하여 냉각효과가 손상된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이 문제점을 해소하고, 냉각구멍의 위치에 관계없이 압력을 일정하게해서, 균일한 냉각을 행하도록 한 것을 제공하는 거울 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 날개선단부에 천공된 복수의 샤워헤드냉각구멍을, 연소기의 스월선회방향을 따라서, 팁쪽으로부터 허브쪽에 이름에 따라서 상류로부터 보아서 좌우 어느 한쪽편으로 치우치게해서 일선상에 배치한 것을 특징으로 하는 가스터빈날개를 제공하고, 이와 같이 상류에 배치된 연소기의 스월선회방향을 고려해서, 샤워헤드냉각구멍의 배열을 팁쪽의 것으로부터 허브쪽의 것에 이름에 따라서 상류로부터 보아서 좌측 또는 우측으로 치우치는 선상에 배열하므로써, 각 냉각구멍위치에서의 압력이 날개길이방향에서 일정하게 되고, 또 냉각공기압력과의 차압도 마찬가지로 일정하게 되어, 균일한 냉각을 달성할 수 있도록 한 것이다.

또 본 발명은, 상기 복수의 샤워헤드냉각구멍은, 연소기의 스월선회방향이 우선회의 경우에는 팁쪽의 것은 허브쪽의 것보다 상류쪽으로부터 보아서 좌측으로 치우쳐서 일선상에 배치한 가스터빈날개를 제공하고, 상기 상류에 배치된 연소기의 스월선회방향이 우선회의 경우에는, 샤워헤드냉각구멍의 배열을 팁쪽의 것으로부터 허브쪽의 것에 이름에 따라서 상류로부터 보아서 좌측으로 치우치는 선상에 배열하므로써, 각 냉각구멍위치에서의 압력이 날개길이방향에서 일정하게되고, 또 냉각공기압력과의 차압도 마찬가지로 일정하게 되어, 균일한 냉각을 달성할 수 있도록 한 것이다.

또 본 발명은, 상기 복수의 샤워헤드냉각구멍은, 연소기의 스월선회방향이 좌선회의 경우에는 팁쪽의 것은 허브쪽의 것보다 상류쪽으로부터 보아서 우측으로 치우쳐서 일선상에 배치한 가스터빈날개를 제공하고, 상기 상류에 배치된 연소기의 스월선회방향이 좌선회의 경우에는, 샤워헤드냉각구멍의 배열을 팁쪽의 것으로부터 허브쪽의 것에 이름에 따라서 상류쪽으로부터 보아서 우측으로 치우치는 선상에 배열하므로써, 각 냉각구멍위치에서의 압력이 날개길이방향에서 일정하게 되고, 또 냉각공기압력과의 차압도 마찬가지로 일정하게 되어, 균일한 냉각을 달성할 수 있도록 한 것이다.

또 본 발명은, 상기 복수의 샤워헤드냉각구멍으로부터, 냉각공기를 분출해서 날개표면을 냉각하는 가스터빈날개를 제공하고, 샤워헤드냉각구멍으로부터 분출해서 날개표면을 냉각하는 냉각매체로서 냉각공기를 채용하므로써, 확실하고 또한 정확하게 소기의 냉각을 달성할 수 있도록 한 것이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

본 발명의 일실시형태를 도 1 및 도 2에 의거해서 설명한다. 도 1은 가스터빈공랭날개의 사시도, 도 2는 본 실시형태에 있어서의 냉각구멍의 천공위치를 종래의 것과 대비한 비교도이다.

(1)은 샤워헤드냉각구멍으로서, 날개(2)의선단부가장자리에서 팁쪽(TS)으로부터 허브쪽(HS)에 걸쳐서 일선상에 열로되어서 복수개천공되어 있다. 그리고 이 샤워헤드냉각구멍(1)은, 도면중 화살표C로 표시한 바와 같은 연소기의 스월선회방향에 맞추어서 천공위치가 어긋나있다.

즉, 상기 화살표(C)와 같이 스월선회방향이 우선회의 경우에는, 팁쪽(TS)의 샤워헤드냉각구멍(1)위치를 날개의 상류쪽으로부터 보아서 좌측(본 실시형태에서는 날개의 배면쪽)A에 치우쳐있고, 허브쪽(HS)으로 옴에 따라서 샤워헤드냉각구멍(1)은 날개의 상류쪽으로부터 보아서 우측(본 실시형태에서는 날개의 복면쪽)B에 치우쳐져 있다. 또한, 특별히 도시하지 않으나, 연소기스월선회방향이 좌선회의 경우에는, 이것과 반대로 치우쳐서 천공한다.

본 실시형태는, 상기한 바와 같이 샤워헤드냉각구멍(1)을 스월선회방향에 대응시켜서 어긋나게하고 있다. 이 경우의 공기의 흐름과 압력변화의 상황을 종래장치와 같이 냉각구멍을 직선형상으로 배열한 것과 대비해 보면 도 2와 같이 된다.

즉, 도 2의 좌측에서 X의 위치에 표시한 바와 같이, 종래장치에서 팁쪽(TS)으로부터 허브쪽(HS)에 걸쳐서 직선형상으로 천공된 냉각구멍의 경우에는, 가스흐름의 압력분포(P₁)의 변화에 대해서 냉각공기압(P_₂)은 일정하고 또한 정위치에 있으므로, 그 차암(△P)은 날개(2)의 높이방향에서 다른위치(H_₁),(H_₂),(H_₃)에 있어서 각각 다른 차이를 발생하고, 흐름의 성상이 각각 서로 틀려서 균일한 냉각효과를 얻을 수 없고, 특히 날개위치(H_₂)부에서는 냉각공기유속의 저하에 의해 냉각효과가 손상되는 것이다.

이에 대해서 스월선회방향을 고려해서 본 실시의 형태와 같이 천공된 샤워헤드냉각구멍(1)은, 천공의 위치가 압력분포에 대응해서 어긋나게되어 있으므로, 도면중 중앙부의 Y의 위치에 표시한 바와 같이 높이방향의 각 위치 (H_₁),(H_₂),(H_₃)에 있어서, 냉각공기압(P_₂)에 대해서 일정한 차암(△P)을 얻고 있다. 따라서 어느위치에서도 흐름의 성상은 일정하며 균일한 냉각을 할 수 있고, 냉각효율은 한층더 향상된다.

이상, 본 발명을 도시한 실시형태에 대해서 설명했으나, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위내에서 그 구체적구조에 여러 가지의 변경을 가해도 되는 것을 말할것도 없다.

이상, 본 발명에 의하면, 고온의 가스터빈날개에 있어서, 샤워헤드냉각구멍으로부터 냉각공기를 분출해서 필름냉각을 행하는데 있어서, 날개의 팁으로부터 허브에 이르기까지 냉각구멍의 위치에 있어서의 압력이 일정하게 되므로, 이 위치에서의 유체의 흐름의 성상은 모두 동일하게 되고, 균일한 필름냉각이 행하여지게 된다.

따라서, 높은 필름냉각효율을 얻을 수 있고, 날개의 신뢰성을 한층더 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims

날개선단부에 천공된 복수의 샤워헤드냉각구멍을, 연소기의 스월선회방향에 따라서, 팁쪽으로부터 허브쪽으로 이름에 따라서 상류쪽으로부터 보아서 좌우 어느 한쪽편에 치우쳐서 일선상에 배치한 것을 특징으로 하는 가스터빈날개.
제1항에 있어서, 상기 복수의 샤워헤드냉각구멍은, 연소기의 스월선회방향이 우선회의 경우에는 팁쪽의 것은 허브쪽의 것보다 상류쪽으로부터 보아서 좌측으로 치우쳐서 일선상에 배치한 것을 특징으로 하는 가스터빈날개.
제1항에 있어서, 상기 복수의 샤워헤드냉각구멍은, 연소기의 스월선회방향이 좌선회의 경우에는 팁쪽의 것은 허브쪽의 것보다 상류쪽으로부터 보아서 우측으로 치우쳐서 일선상에 배치한 것을 특징으로 하는 가스터빈날개.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 샤워헤드냉각구멍으로부터, 냉각공기를 분출해서 날개표면을 냉각하도록 한 것을 특징으로 하는 가스터빈날개.