KR100254756B1 - 냉각식 로터 블레이드를 구비한 가스터빈 - Google Patents

Abstract

[냉각식 로터 블레이드를구비한 가스 터빈]

블레이드(1)를 구비하는 로터(36)를 가지며, 상기 블레이드(1)는 에어포일부(2) 및 루트부(3)를 가지며, 상기 에어포일부(2)는 선단부분(7)과, 중앙부분(39) 및 후단부분(6)과, 이들을 통해 연장되는 통로와, 상기 에어포일 통로에 냉각공기(29),(30)를 공급하는 수단을 갖는 가스터빈(36)에 있어서, 제1 반경방향 통로(11)는 상기 선단부분(7)내에 형성되어 상기 선단부분(7)내에 복수개의 제1구멍(43)과 유체 교통하며, 제2반경방향 구멍(8)은 상기 후단부분(6)내에 형성되며; 제3 반경방향 구멍(9),(10)은 상기 중앙부분(39)내에 형성되며, 추가로 제2반경방향 통로(17)는 상기 루트부(3)내에 형성되어, 상기 냉각 공기(30)의 제1 부분(18)을 상기 제1 통로(11)에 안내하며; 플레넘(16)은 상기 루트부(3)내에 형성되며, 상기 냉각 공기(30)의 제2 부분(19)을 상기 제2 반경방향 구멍(8) 및 상기 제3 반경방향 구멍(9),(10)전체에 걸쳐 분배하게 된다.

Description

냉각식 로터 블레이드를 구비한 가스터빈

제1도는 가스 터빈을 부분 절단한 사시도.

제2도는 제1 열 회전 블레이드에 인접한 터빈부의 일부분의 단면도.

제3도는 제2도의 III-III 선을 따라 취한 블레이드 에어포일부의 단면도.

제4도는 제3도의 IV-IV 선을 따라 취한 블레이드의 에어포일부의 단면도.

제5도는 제4도의 V-V 선을 따라 취한 블레이드의 루트부의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전 블레이드 2 : 에어포일부

3 : 루트부 6 : 후단부분

7 : 선단부분 8,9,10 : 반경방향 구멍

11,17 : 반경방향 통로 13 : 선단부

16 : 플리넘 27 : 로터 디스크

39 : 중앙부분 36 : 로터

40 : 후단부 44 : 리브

본 발명은 가스 터빈, 특히 가스 터빈용 회전 블레이드를 냉각시키기 위한 장치에 관한 것이다.

가스 터빈의 터빈부에 있어서, 로터는 일련의 디스크로 구성되며, 상기 디스크에는 블레이드가 부착된다. 연소부로부터의 고온 가스가 블레이드 전체에 걸쳐 유동되어, 로터축에 회전력을 전달한다. 가스 터빈은 최대의 출력을 내기 위해서 가능한 한 고온의 가스에서 작동될 것이 요구된다. 그러나, 고온의 가스에서 작동되려면 블레이드를 냉각시켜야 할 필요성이 있다. 이는 그 온도가 상승될 수록 블레이드를 구성하고 있는 재료의 강도를 약화시키기 때문이다. 일반적으로, 블레이드의 냉각은 압축기로부터 유출되어 블레이드를 통과하는 유동 공기에 의해 수행된다. 이런 냉각 공기는 결국 터빈부를 통해 유동되는 고온 가스내로 유입되지만, 연소기 부내에서 가열되지 않았기 때문에, 상기 냉각 공기로부터 얻어지는 유효 일은 거의 없다. 따라서, 고 효율을 달성하기 위해서는, 냉각 공기의 사용을 최소화 시키는 것이 중요하다.

종래 기술에 있어서, 냉각 공기를 블레이드를 통해 유동시킴으로써 터빈 블레이드를 냉각하는 것은 통상 두가지 블레이드 냉각 구조체중 하나를 사용함으로써 얻어진다. 제1 냉각 구조체로는 다수의 반경방향 냉각 구멍이 블레이드에 형성된다. 이들 냉각 구멍은 블레이드의 길이를 가로지르는 바, 블레이드 루트의 기부에서 시작되어 블레이드 에어포일의 팁(tip)에서 종결된다. 블레이드 루트의 기부에 공급되는 냉각 공기는 상기 구멍을 통해 유동되어 상기 블레이드를 냉각시키며, 그 팁(tip)에서 상기 블레이드를 지나 유동되는 고온 가스내로 방출된다.

공냉 방식의 성능은 두개의 매개 변수, 즉 냉각 효율(efficiency) 및 냉각효과(effectiveness)를 특징으로 할 수 있다. 냉각 효율은 소정의 열량을 흡수하는 데 필요한 냉각 공기의 양을 나타낸다. 고 냉각 효율은 매 파운드의 냉각 공기가 흡수하는 열량을 최대화시킴으로써 얻어진다. 이와는 대조적으로, 냉각 효과는 사용되는 냉각 공기의 양과는 관계없이, 냉각 공기에 의해 흡수되는 전체 열량을 나타낸다.

전술된 반경방향 구멍 냉각 구조체는 대단히 효율적이다. 왜냐하면, 상기 반경방향 구멍의 직경이 작을수록, 상기 구멍에 걸친 큰 압력 강하와 함께, 상기 냉각 공기가 상기 구멍을 고속으로 통과하도록 하기 때문이다. 이런 고속 유동은 큰 열전달 계수를 유발시킨다. 따라서, 매 파운드의 냉각 공기는 상대적으로 큰 열량을 흡수한다. 불행히도, 이런 구조체의 냉각 효과는 상기 반경방향 구멍의 표면적이 작기 때문에 낮아지게 된다. 결과적으로, 반경방향 구멍의 냉각 구조체는 블레이드의 선단부에서 최적의 냉각 효과를 제공하기에는 적합하지 못하다. 상기 선단부는 상기 블레이드를 지나 유동되는 고온 가스와 관련된 가스의 온도 및 열전달 계수가 가장 높은 지점이다.

전형적으로, 제2 냉각 구조체로 하나 또는 그 이상의 꾸불꾸불한 대형 회로가 블레이드내에 형성된다. 블레이드 루트의 기부로 공급되는 냉각 공기는 상기 회로내로 유입되어 상기 냉각 공기가 블레이드 팁에 도달할 때까지 반경방향 외측으로 유동된 후, 반대 방향으로 돌아서 에어포일의 기부에 도달할 때까지 반경방향 내측으로 유동되며, 그 후, 다시 방향을 바꿔 반경방향 외측으로 유동되어, 결국 에어포일의 후단부 또는 팁부의 구멍을 통해 블레이드로부터 배출된다. 결과적으로, 회로의 표면적이 크고 블레이드를 통해 유동되는 냉각 공기의 양이 많아지므로, 이러한 냉각 구조의 냉각 효과는 크다. 게다가, 에어포일의 선단부의 열전달은 에어포일의 선단부를 통해 구멍이 대략 축방향으로 배향된 하나 또는 그 이상의 반경방향 연장 열(row)을 형성함으로써 향상되는 경우가 종종 있다. 이들 구멍은 꾸불꾸불한 회로 중 하나에 연결되어, 상기 회로로 유입되는 냉각 공기중 일부가 상기 블레이드의 선단부로부터 배출되도록 한다.

“샤워 헤드(shower head)” 배치라고 하는, 종래에 사용되던 종류의 선단부구멍 배치 중 하나는 구멍들을 각각의 반경방향 위치에 세개 또는 그 이상의 구멍의 그룹으로 배열하는 것을 포함한다. 중앙 구멍은 냉각 공기가 선단부의 정중앙을 향하도록 하며, 인접한 구멍들은 냉각 공기가 각각 선단부의 볼록면 및 오목면을 향하도록 한다. 선단부에서의 냉각 공기의 방출이 블레이드를 지나 유동되는 고온 가스의 경계층을 파괴하려는 경향이 있기 때문에, 블레이드 표면을 지나 유동되는 고온 가스와 관련된 열전달 계수가 증가된다는 사실이 관측되었다. 경계층에 대한 이러한 교란을 최소화시키기 위해, 선단부의 구멍을 반경방향에 대해 경사지도록 하는 경우도 가끔 있다.

그러나, 꾸불꾸불한 회로 구성에 있어서, 모든 냉각 공기가 회로내로 유입되어 그것을 통해 흐르므로, 상기 회로의 유동 면적이 증가하여, 저속 유동 및 저 열전달 계수를 유발한다는 것을 주목해야만 한다. 꾸불구불한 회로내의 난류를 증가시켜 열전달 계수를 증가시키기 위해 축방향으로 배향된 리브(rib)가 때때로 설치되어 있기는 하지만, 꾸불꾸불한 회로 구성의 냉각 효율은 상대적으로 낮은 상태로 남아 있다. 결과적으로, 전체 가스 터빈의 효율을 희생시키더라도 과도한 양의 냉각 공기가 사용되어야만 한다.

따라서, 본 발명의 주 목적은 블레이드의 대부분에 효율적인 반경방향 구멍의 냉각 구조체를 사용하지만, 꾸불꾸불한 회로와 관련된 다량의 냉각 공기를 사용하지 않고도 블레이드의 임계 선단부내의 꾸불꾸불한 회로 구성의 냉각 효과와 대등한 냉각 효과를 나태낼 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적에 비추어 볼 때, 로터 디스크를 갖는 로터와, 상기 디스크의 외주면에 부착되는 다수의 블레이드로서, 상기 각각의 블레이드는 에어포일부 및 루트부를 가지며, 상기 각각의 에어포일부는 선단부분, 중앙부분 및 후단부분을 가지며, 또한 이들을 통해 연장되는 통로를 갖는 상기 블레이드와, 상기 에어포일 통로에 냉각 공기를 공급하는 수단을 포함하는 가스 터빈에 있어서, 제1 반경방향 통로가 상기 선단부분내에 형성되어 상기 선단부분내에 반경방향을 따라 분포된 다수의 제2 구멍과 연통하며, 다수의 제1 반경방향 구멍이 상기 후단부분에 형성되며, 다수의 제3 반경방향 구멍이 상기 중앙부분에 형성되며, 제2 반경방향 통로가 상기 루트부내에 형성되며, 상기 제2 반경방향 통로는 상기 냉각 공기(30)의 제1 부분을 상기 제1 통로로 지향시키며, 플리넘(plenum)이 상기 루트부내에 형성되며, 상기 플리넘은 상기 냉각 공기의 제2 부분을 상기 제1 반경방향 구멍과 상기 제3 반경방향 구멍 사이를 지나도록 분배한다.

냉각 공기는 각각의 블레이드 루트에 공급되어 두개의 부분으로 분할된다. 제1 부분은 블레이드 에어포일의 선단 부분내의 반경방향 통로를 통해 유동되어 선단부분을 냉각시킨다.

블레이드 루트로 공급되는 냉각공기의 제2 부분은 블레이드 루트내에 형성된 플리넘내로 유동된다. 플리넘은 공기를 블레이드의 중앙부분 및 후단부분을 통해 연장되는 작은 반경방향 구멍들로 분배시킨다. 냉각 공기는 반경방향 구멍들을 통해 유동되어 블레이드의 팁(tip)에서 배출된다.

이제, 첨부된 도면을 참조로, 이하에 기술된 바람직한 실시예에 대한 설명을 보게 되면 본 발명이 보다 명료하게 이해될 것이다.

제1도에는 가스 터빈이 도시되어 있다. 가스 터빈의 주요 구성요소로는 공기가 가스 터빈내로 유입되는 입구부(32)와, 유입공기가 압축되는 압축기부(33)와, 상기 압축기부로부터 나오는 압축 공기를 연소기(38)내에서 연료와 연소시킴으로써 가열시켜 고온 압축 가스(24)를 생성시키는 연소부(34)와, 상기 연소부로부터의 고온 압축 공기를 팽창시켜 축 회전력을 생성시키는 터빈부(35)와, 상기 팽창된 가스를 대기중으로 배출시키는 배기부(37)가 있다. 중앙에 배치된 로터(36)는 가스 터빈을 통해 연장된다.

가스 터빈의 터빈부(35)는 고정 베인과 회전 블레이드가 교대식(alternating)열로 구성된다. 제2도에 도시된 바와 같이, 각각의 회전 블레이드(1)는 디스크(27)에 부착된다. 디스크(27)는 로터(36)의 일부를 구성하며, 상기 로터는 터빈부(35)내를 통해 연장된다. 각각의 블레이드는 에어포일부(2) 및 루트부(3)를 갖는다. 블레이드는 그 각각의 루트부를 디스크(27)의 외주부의 홈(52)내로 미끄럼 결합시킴으로써 상기 디스크에 고정된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 덕트(55)는 온도가 1100℃(2000℉)를 초과할수도 있는, 부(34)로 부터의 고온 가스(24)를 각각의 블레이드의 에어포일부(2)를 지나도록 안내하여 블레이드로의 열전달이 활발하게 이루어진다. 압축기부(33)로부터 추출된 냉각 공기(29)는 로터 구조물의 외부 셸(28)에 형성된 구멍(31)을 통해 로터(36)내로 유입된다. 디스크(27)내의 반경방향 통로(26)는 냉각 공기를 디스크 홈(52)으로 안내한다. 냉각 공기(30)는 상기 홈(52)을 따라 유동되어 블레이드 루트(3)의 기부(53)내로 유입된다.

제3도에 도시된 바와 같이, 블레이드의 에어포일부는 선단부(13)와 후단부(40)를 갖는다. 추가로, 에어포일부의 본체는 에어포일부의 대략 1/5 정도의 상류인 선단부분(7)과, 중앙 부분(39)과, 에어포일부의 대략 1/3 정도의 하류인 후단부분(6)을 포함하는 것을 볼 수 있다.

제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 블레이드 루트는 본질적으로 중공형이다. 반경방향 리브(44)는 루트의 내부를 반경방향 통로(17)와 플리넘(16)으로 분할한다. 블레이드 루트의 기부(53)에서, 냉각 공기(30)는 리브(44)에 의해 2부분(18, 19)으로 나뉜다. 냉각 공기의 일부분(18)은 블레이드 루트의 기부(53)에 부착된 오리피스판(14)의 구멍(15)을 통해 통로(17)로 유입된다. 구멍(15)으로부터의 냉각 공기(18)는 블레이드 루트내의 통로(17)를 통해 반경방향 외측으로 유동된다. 통로(17)는 냉각 공기를 에어포일내의 반경방향 통로(11)로 안내한다.

다수의 구멍(43)이 에어포일의 선단부(13)를 따라 반경방향으로 연장하는 열로 배열된다. 상기 구멍(43)은 반경방향 통로(11)를 터빈부를 통해 유동되는 고온 압축 가스(24)에 연결시켜, 냉각 공기(18)의 일부(23)가 에어포일의 선단부를 관통하여 흘러 상기 선단부를 냉각시키도록 한다. 전술된 바와 같이, 상기 구멍(43)은 반경방향(56)에 대해 예각(46)으로 경사를 이루어 에어포일을 지나 유동되는 고온가스의 경계층내로 냉각 공기를 유입함으로써 발생되는 해로운 교란을 최소화시킨다. 상기 구멍을 경사지게 하므로써, 그 길이 및 표면적이 증가되어 냉각 공기(23)에 대한 열전달율을 증가시킨다는 것을 또한 주목해야만 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 각도(46)는 대략 30° 정도이다.

전술한 바와 같이, 블레이드의 선단부의 구멍은 제3도에 도시된 “샤워헤드”배치로 배열되는 것이 바람직하다. 이런 배치에 있어서, 반경방향으로 연장되는 3열의 구멍들 즉, 구멍(43)에 의해 형성되는 중앙열과, 구멍(41)에 의해 형성되는 오목면측 열과, 구멍(42)에 의해 형성되는 볼록면측 열이 있다. 각각의 열의 구멍들은 원주방향을 따라 정렬되므로, 선단부(13)를 따른 각각의 반경방향 위치(54)에는, 각각의 반경방향 연장 열로부터 하나씩, 즉 3개의 구멍(41, 42, 43)이 있게 된다. 구멍(43)은 선단부의 정중앙을 향해 배향되는 반면, 구멍(41, 42)은 에어포일의 오목면(4) 및 블록면(5) 측을 향해 각각 경사져 잇다. 물론, 3개 이상의 구멍이 각각의 반경방향 위치에 마찬가지로 배열되어 사용될 수 있다.

전형적으로, 고온 가스(24)로부터 에어포일로의 열전달은 상기 에어포일의 내부(49)에서 보다 외부(48)에서 더 크다. 이런 현상은 연소부로부터 나오는 고온가스의 온도 분포가 종종 비대칭이어서 상기 가스의 온도가 외부에서 더 높기 때문에 나타난다. 또한, 외부에서 에어포일과 고온 가스 사이의 상대 속도가 더 클수록 열전달 계수가 보다 커진다. 따라서, 바람직한 실시예에 있어서, 반경방향으로 연장된 냉각 구멍(41, 42, 43)의 열은 내부(49) 및 외부(48)를 통해 연장되며, 냉각 구멍(41, 42, 43)의 반경방향 간격(50)은 내부(49)에서보다 외부(48)에서 더 작아서, 냉각 공기의 반경방향 분포가 선단부를 따르는 온도의 반경방향 분포와 조화되도록 한다.

구멍(41, 42, 43)을 통해 블레이드로부터 배출되지 못하는 냉각 공기는 반경방향 통로(11)를 통해 유동되어 에어포일의 선단부분(7)에 대한 추가적 냉각을 제공한다. 다수개의 축방향 배향 리브(12)가 통로를 따라 배치되어 통로 표면의 열전달 계수를 높여 준다. 반경방향 통로(11)는 에어포일의 팁(25)에서 종결되며, 상기 팁(25)은 에어포일의 반경방향 최외측 부분이다. 통로의 외측 단부(45)의 구멍(21)은 냉각 공기의 일부(47)가 블레이드 팁(25)으로부터 외부로 유동되도록 하여, 냉각 공기내에 비말동반되는 분진 입자들이 통로내에 쌓여 구멍(41,42, 43)을 차단하지 못하도록 한다.

제4도에 도시된 바와 같이, 반경방향 통로(11)의 유동 단면적(22)은 반경 방향 외측으로 가면서 연속적으로 감소된다. 이는 냉각 공기가 구멍(41, 42, 43)을 통해 빠져나감으로 인해 그 양이 감소되더라도, 냉각 공기의 속도가 그대로 유지되도록 보장한다. 바람직한 실시예에 있어서, 선단부(13)를 따르는 임의의 단면에서의 통로(11)의 유동 면적은 그 단면 내측의 구멍(41, 42, 43)의 수에 반비례한다. 즉, 단면적(22)의 감소량은 상기 통로가 반경방향 외측을 따라 연장될 때 지나가는 구멍(41, 42, 43)의 갯수에 반비례하므로, 단면적의 감소율은 구멍(41, 42, 43)의 반경방향 간격이 가장 작은 에어포일의 외부(48)에서 가장 크다. 따라서, 냉각 공기의 속도 및 그에 따른 큰 열전달 계수는 상기 냉각 공기가 통로(11)를 통해 유동되는 동안 계속 유지된다. 예를 들면, 바람직한 실시예에 있어서, 즉, 선단부에서 후단부까지의 거리가 대략 9cm(3.5인치)인 에어포일 폭을 갖는 블레이드에 있어서, 통로(11)의 입구측 유동 단면적(22)은 대략 10.3㎠(0.16제곱인치)인 반면, 상기 통로의 외측 단부(45)의 유동 단면적은 대략 0.26㎠(0.04제곱인치)이다. 물론, 또 다른 치수의 통로들이 블레이드의 치수 및 소망의 냉각 특성에 따라 사용될 수 있을 것이다.

오리피스판(14)이 반경방향 통로(17)에 인접한 블레이드 루트의 기부(53)에 부착된다. 상기 오리피스판의 구멍(15)의 크기를 조절함으로써, 반경방향 통로로 공급되는 냉각 공기의 양이 조절될 수 있다.

본 발명에 따라, (1) 반경방향 통로(11)의 상대적으로 큰 표면적과, (2) 상기 통로를 선단부의 표면과 연결시키는 다수의 구멍(41, 42, 43)(표면적을 증가시키며 경계층의 교란을 최소화하기 위해 경사져 있으며, 냉각이 가장 필요한 곳을 냉각할 수 있도록 이격되어 있음)과, (3) 통로가 테이퍼진 결과, 통로를 고속으로 통과하는 냉각 공기와, (4) 난류 발생을 촉진시키는 리브의 결합 효과로서, 에어포일의 선단부에 대해 우수한 냉각 효과가 얻어진다는 것을 알 수 있다.

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 에어포일의 중앙부분(39) 및 후단부분(6)은 블레이드 루트의 기부로 공급되는 냉각 공기의 제2 부분에 의해 냉각된다. 디스크(27)내의 홈(52)은 블레이드 루트(3)의 기부(53)를 따라 냉각 공기(19)를 개구(51)로 안내한다. 개구부(51)로부터의 냉각 공기(19)는 블레이드 루트내에 형성된 플리넘(16)으로 유입된다. 반경방향 구멍(8, 9, 10)은 플리넘(16)으로부터 에어포일의 팁(25)으로 연장된다. 플리넘의 적용을 배제하고 블레이드 루트의 기부로부터 에어포일의 팁으로의 반경방향 구멍을 연장시킴으로써, 또는 플리넘의 단지 중앙부의 반경방향 홈(9, 10)에만 연결되도록 그 크기를 감소시킴으로써 본 발명이 실행될 수 있다고 하더라도, 바람직한 실시예에 있어서, 플리넘은 에어포일의 중앙부분 및 후단부분 모두의 반경방향 구멍(8, 9, 10) 사이에 균일하게 냉각 공기를 분배하는 역할을 한다. 냉각 공기(19)는 반경방향 구멍(8, 9, 10)을 통해 유동된 후, 냉각 공기(20)가 팁(25)에서 에어포일을 지나 유동되는 고온 가스(24)내로 방출된다. 전술한 바와 같이, 반경방향 구멍(8, 9, 10)의 직경은 상대적으로 작으므로, 구멍을 통과하는 냉각 공기의 속도가 빠르다. 결과적으로, 열전달 계수가 향상되어 냉각 공기를 효율적으로 이용할 수 있게 된다.

제3도에 도시된 바와 같이, 단일 열(single row)의 반경방향 구멍(8)이 에어포일의 후단부분(6)에 형성된다. 상기 열은 에어포일의 표면(4, 5)에 평행하게 연장된다. 에어포일이 보다 두꺼운 중앙부분(39)에 2열의 구멍(9, 10)이 형성된다. 구멍(10)은 에어포일의 오목면(4)에 인접 배치되며, 구멍(9)은 블록면(5)에 인접 배치된다. 후단부분에서와 마찬가지로, 중앙부분의 구멍(9, 10)의 열은 에어포일 표면에 평행하게 연장된다. 제3도에 도시된 바와 같이, 후단부분내의 구멍(8)의 직경은 중앙부분의 구멍(9, 10)의 직경보다 크다. 이는 후단부분에 1열만의 구멍이 사용되기 때문이다. 더우기, 본 발명에 따르면, 에어포일의 표면 전체에 걸쳐 나타나는 고온 가스의 온도 및 열전달 계수의 변화에 대응하여, 냉각 공기용 구멍의 직경 및 그 밀집도는 상기 에어포일의 중앙부 및 후단부 전체에 걸쳐 변화될 수 있을 것이다. 예를 들면, 바람직한 실시예에 있어서, 즉 대략 9cm(3.5인치)의 에어포일 폭을 갖는 블레이드의 구멍(8, 9, 10)의 직경은 대략 0.12 내지 0.20cm(0.05 내지 0.08인치)정도의 범위를 가짐으로써, 냉각 공기가 상기 구멍을 고속으로 통과할 수 있도록 보장한다. 이와는 대조적으로, 통로(11)의 단면적은 구멍(8, 9, 10)의 단면적보다 대략 30 내지 80배 정도 더 크다. 물론, 다른 크기의 직경을 갖는 구멍이 블레이드의 크기 및 소망의 냉각 효과에 따라 사용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 종래 기술에서 사용된 바와 같은, 전체 에어포일에 다량의 냉각 공기를 공급하는 꾸불꾸불한 냉각 회로는 사용되지 않는다. 그 대신에, 다량의 냉각 공기 유동이 필요한 에어포일의 선단부분에만 다량의 냉각 공기를 공급함으로써, 그리고 상기 선단부분의 냉각 공기와 관련되는 표면적 및 열전달 계수를 최대화시켜 이러한 유동을 효율적으로 이용하도록 함으로써 냉각 공기를 최소의 양으로 사용하여, 에어포일 전체에 걸쳐 적절한 냉각을 성취할 수 있게 된다.

중앙부분 및 후단부분에 있어서, 많은 수의 소형 반경방향 구멍을 사용하여 냉각공기의 사용을 최소화함으로써, 큰 열전달 계수를 얻고 냉각 공기를 효율적으로 사용한다.

Claims (7)

1. 가스 터빈에 있어서, a) 고온 압축 가스를 생성하는 수단을 갖는 연소부와, b) 상기 연소부로부터의 상기 고온 압축 가스가 통과하여 흐르는 터빈부와, c) 상기 터빈부내에 배치된 복수개의 회전 블레이드(1)로서, 각각의 회전 블레이드(1)는 루트부(3)와 에어포일부(2)를 가지며, 상기 각각의 에어포일부(2)는 선단부분(7)과, 각각 반경방향으로 배향되도록 형성된 복수개의 제1 구멍(8, 9, 10)과, 제1 반경방향 통로(11)와, 상기 선단부분 각각에 형성된 복수개의 제2 구멍(43)을 가지며, 상기 제2 구멍(43)은 상기 선단부분(7)을 따라 반경방향으로 분포되어 각각 상기 제1 반경방향 통로를 고온 압축 가스가 상기 터빈부를 통과하여 흐르는 선단부분(7)의 외측과 연결시키며, 상기 제1 반경방향 통로(11)가 반경방향 외측으로 연장함에 따라 상기 제1 반경방향 통로(11)의 단면적이 감소되어 상기 단면적이 상기 단면 내측으로 상기 제1 반경방향 통로(11)와 연결된 제2 구멍(43)의 수에 반비례하는, 상기 복수개의 회전 블레이드(1)를 포함하는 가스 터빈.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 반경방향 통로(11)는 제1단부(45)를 가지며, 반경방향 구멍(21)이 상기 블레이드의 팁부(25)를 관통하여 상기 제1 반경방향 통로(11)의 단부(45)로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 구멍(43)은 각각 반경방향에 대하여 예각으로 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
4. 제1항에 있어서, 제2 반경방향 통로(17)가 상기 루트부(3)내에 형성되며, 상기 제2 반경방향 통로(17)는 각각 상기 제1 반경방향 통로(11)로 냉각 공기의 일부를 이송하며, 제1 및 제2 단부를 가지며 상기 제2 반경방향 통로(17)의 제1 단부는 상기 제1 반경방향 통로(11)의 제2 단부에 결합되며, 오리피스(18)가 상기 제2 반경방향 통로(17)의 제2 단부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
5. 제1항에 있어서, 상기 각각의 제1 반경 방향 통로(11)내부에 다수의 축방향 배향 리브(12)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 제1 반경방향 통로(11)의 단면적은 상기 각각의 제1 구멍의 단면적 보다 30 내지 내지 80배 더 큰 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
7. 제6항에 있어서, 상기 각각의 제1 구멍의 직경 범위는 0.12 내지 0.20cm(0.05내지 0.08인치)인 것을 특징으로 하는 가스 터빈.