KR101232609B1 - 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 프리 스월 노즐 구멍(Pre-swirl Nozzle Hole)이 형성된 노즐 베인 조립체(Nozzle Vane Assembly)의 후방에 로터 디스크(Rotor Disk)가 설치되고, 로터 디스크의 외주에 냉각채널을 갖는 다수의 로터 블레이드(Rotor Blade)가 접속되며, 상기 노즐 베인 조립체의 프리 스월 노즐 구멍을 통과하면서 선회되는 냉각공기가 상기 로터 디스크의 전방에 마련된 냉각챔버로 공급되고, 로터 디스크에 마련된 다수의 유도구멍을 통해 냉각챔버의 냉각공기가 각 로터 블레이드의 냉각채널로 공급되는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치를 구성함에 있어서, 상기 노즐 베인 조립체의 각 프리 스월 노즐 구멍을 냉각공기가 로터 디스크의 각 유도구멍으로 직접 분사되는 유동각으로 경사지게 형성한 것이다.
Description
본 발명은 가스터빈 엔진에 적용되는 로터 블레이드 프리 스월(Pre-swirl) 냉각 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 노즐 베인 조립체의 프리 스월 노즐 구멍을 통해 로터 디스크 전방의 냉각챔버로 공급되는 냉각공기가 로터 디스크의 회전 마찰에 의해 온도 상승되는 것을 방지할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.
일반적으로 가스터빈 시스템은 주로 압축기, 연소기, 터빈으로 구성되는 바, 본 발명은 터빈의 로터 블레이드(Rotor Blade)를 냉각하기 위한 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 관계하는 것이다.
상기 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치는 노즐 베인 조립체(Nozzle Vane Assembly)의 프리 스월 노즐 구멍을 통과하면서 선회되는 냉각공기를 로터 디스크(Rotor Disk)의 전방에 마련된 냉각챔버로 공급하고, 로터 디스크에 마련된 유도구멍을 통해 냉각챔버의 냉각공기를 각 로터 블레이드의 냉각채널로 공급하는 형태를 갖는 것이 주로 사용되고 있다.
그런데 종래의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서는 노즐 베인 조립체의 프리 스월 노즐 구멍을 통과하여 냉각챔버로 공급되는 냉각공기가 회전하는 로터 디스크의 전방 벽에 부딪히게 되고, 냉각챔버에서 일정시간 동안 정체된 후 로터 디스크의 유도구멍을 통해 로터 블레이드로 공급되므로 냉각챔버 내에서 로터 디스크와의 회전 마찰로 인하여 냉각공기의 온도가 상승하게 되고, 그에 따라 로터 블레이드의 냉각 효율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 노즐 베인 조립체의 프리 스월 노즐 구멍을 통해 로터 디스크 전방의 냉각챔버로 공급되는 냉각공기가 로터 디스크와의 회전 마찰로 인하여 온도 상승되는 것을 방지할 수 있도록 하여 로터 블레이드의 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치는 노즐 베인 조립체의 프리 스월 노즐 구멍을 냉각공기가 로터 디스크의 유도구멍으로 직접 분사되는 유동각으로 경사지게 형성하는 것 등을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 다수의 프리 스월 노즐 구멍(Pre-swirl Nozzle Hole)이 형성된 노즐 베인 조립체(Nozzle Vane Assembly)의 후방에 로터 디스크(Rotor Disk)가 설치되고, 로터 디스크의 외주에 냉각채널을 갖는 다수의 로터 블레이드(Rotor Blade)가 방사상으로 접속되며, 상기 노즐 베인 조립체의 프리 스월 노즐 구멍을 통과하면서 선회되는 냉각공기가 상기 로터 디스크의 전방에 마련된 냉각챔버로 공급되고, 로터 디스크에 마련된 다수의 유도구멍을 통해 냉각챔버의 냉각공기가 각 로터 블레이드의 냉각채널로 공급되는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치를 구성함에 있어서, 상기 노즐 베인 조립체의 각 프리 스월 노즐 구멍을 냉각공기가 로터 디스크의 각 유도구멍으로 직접 분사되는 유동각으로 경사지게 형성한 것이다.
본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서 노즐 베인 조립체는 원통형 케이싱과 원통형 케이싱의 외부 둘레에 설치되는 노즐 베인을 포함하며, 원통형 케이싱 외주의 압축기 쪽에 제1챔버가 마련되고, 원통형 케이싱 외주의 로터 디스크 쪽에 상기 제1챔버와 연결되는 제2챔버가 마련되며, 노즐 베인의 로터 디스크 측 내주면에 상기 제2챔버와 연결되는 다수의 프리 스월 노즐 구멍이 마련된 형태로 구성될 수 있다.
그리고 로터 디스크는 상기 노즐 베인 조립체 쪽에 냉각챔버가 마련되고, 각 로터 블레이드의 접속부 양측과 냉각챔버 사이에 유도구멍이 형성된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서는 프리 스월 노즐 구멍을 통과한 냉각공기가 로터 디스크의 전방 벽면에 부딪히지 않고 냉각챔버에서 직접 유도구멍으로 진입하여 로터 블레이드의 냉각채널에 작용하게 되므로 로터 블레이드를 보다 효율적으로 냉각할 수 있게 되며, 그에 따라 로터 블레이드의 내구성을 크게 향상시킬 수 있게 됨은 물론 터빈의 효율을 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예의 요부 종단면도
도 2는 동 실시예의 노즐 베인의 요부 사시도
도 3은 동 실시예의 로터 디스크의 요부 사시도
도 4는 동 실시예의 프리 스월 노즐 구멍의 유동각 예시도
도 2는 동 실시예의 노즐 베인의 요부 사시도
도 3은 동 실시예의 로터 디스크의 요부 사시도
도 4는 동 실시예의 프리 스월 노즐 구멍의 유동각 예시도
이하 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 기술 내용을 첨부도면에 의거하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명의 한 실시예의 요부 종단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 실시예의 노즐 베인의 요부 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 동 실시예의 로터 디스크의 요부 사시도가 도시되어 있다.
본 발명은 다수의 프리 스월 노즐 구멍(102; Pre-swirl Nozzle Hole)이 형성된 노즐 베인 조립체(100; Nozzle Vane Assembly)의 후방에 로터 디스크(200; Rotor Disk)가 설치되고, 로터 디스크(200)의 외주에 냉각채널(310)을 갖는 다수의 로터 블레이드(300; Rotor Blade)가 방사상으로 접속되며, 상기 노즐 베인 조립체(100)의 프리 스월 노즐 구멍(102)을 통과하면서 선회되는 냉각공기가 상기 로터 디스크(200)의 전방에 마련된 냉각챔버(430)로 공급되고, 로터 디스크(200)에 마련된 다수의 유도구멍(203)을 통해 냉각챔버(430)의 냉각공기가 각 로터 블레이드(300)의 냉각채널(310)로 공급되는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치를 구성함에 있어서, 상기 노즐 베인 조립체(100)의 각 프리 스월 노즐 구멍(102)을 냉각공기가 로터 디스크(200)의 각 유도구멍(203)으로 직접 분사되는 유동각으로 경사지게 형성한 것이다.
도시된 실시예에 있어서 노즐 베인 조립체(100)는 원통형 케이싱(110)과 원통형 케이싱(110)의 외부 둘레에 설치되는 노즐 베인(120)을 포함하며, 원통형 케이싱(110) 외주의 압축기 쪽에 제1챔버(410)가 마련되고, 원통형 케이싱(110) 외주의 로터 디스크 쪽에 상기 제1챔버(410)와 연결되는 제2챔버(420)가 마련되며, 노즐 베인(120)의 로터 디스크 측 내주면에 상기 제2챔버(420)와 연결되는 다수의 프리 스월 노즐 구멍(102)이 마련되는 형태로 구성되어 있다.
아울러 도시된 실시예에 있어서 로터 디스크(200)는 상기 노즐 베인 조립체 쪽에 냉각챔버(430)가 마련되고, 각 로터 블레이드(300)의 접속부 양측과 냉각챔버(430) 사이에 원통형의 유도구멍(203)이 형성된 형태로 구성되어 있다.
한편 도시된 실시예에서 프리 스월 노즐 구멍(102)은 사각 단면 형태로 형성되어 있는 바, 본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서 프리 스월 노즐 구멍(102)의 형태는 도시된 형태에 국한되지 않고 예측 가능한 다른 형태로도 변형 실시될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서는 노즐 베인 조립체(100)의 제1챔버(410)의 냉각공기가 제2챔버(420)로 공급되고, 제2챔버(420)의 냉각공기가 다수의 프리 스월 노즐 구멍(102)을 통해 냉각챔버(430)로 공급되며, 냉각챔버(430)의 냉각공기가 로터 디스크(200)의 각 유도구멍(203)을 통해 각 로터 블레이드(300)의 냉각채널(310)로 하단 양측으로 분사되어 로터 블레이드(300)를 냉각하게 된다.
한편 본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서는 노즐 베인 조립체(100)의 각 프리 스월 노즐 구멍(102)이 냉각챔버(430)로 진입한 냉각공기를 로터 디스크(200)의 각 유도구멍(203)으로 직접 분사되도록 하는 유동각으로 경사지게 형성되어 있기 때문에 각 프리 스월 노즐 구멍(102)을 통해 냉각챔버(430)로 진입한 냉각공기가 회전하는 로터 디스크(200)의 전방 벽면에 부딪히거나 냉각챔버(430)에서 일정 시간 정체되지 않고 각 유도구멍(203)으로 원활하게 유도될 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서는 냉각챔버(430)의 냉각공기가 로터 디스크(200)와 회전 마찰을 일으킴으로써 온도 상승되는 일이 없게 되고, 프리 스월 노즐 구멍(102)을 통과한 냉각공기가 온도 상승 없이 유도구멍(203)으로 진입하여 로터 블레이드(300)에 작용하게 되므로 로터 블레이드(300)를 보다 효율적으로 냉각할 수 있게 된다.
본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서는 프리 스월 노즐 구멍(102)의 유동각(A)이 작아질수록 제2챔버(420)와 냉각챔버(430)의 압력차가 커지게 되므로 출구 유동 속도가 커지게 되고, 냉각챔버(430)의 온도가 낮아지게 되어 더욱 효율적으로 로터 블레이드(300)를 냉각할 수 있게 된다.
본 발명의 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치에 있어서 프리 스월 노즐 구멍(102)의 유동각(A)은 제2챔버(420)에 모여진 냉각공기가 로터 디스크(200)의 유도구멍(203)으로 직접 분사되는 각도이며, 이 유동각(A)은 프리 스월 노즐 구멍(102)의 출구 유동 속도(C)와 로터 디스크(200)의 회전속도(U)를 이용한 속도 삼각형을 통해 정해진다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 노즐 베인 조립체
102: 프리 스월 노즐 구멍
110: 원통형 케이싱
120: 노즐 베인
200: 로터 디스크
203: 유도구멍
300: 로터 블레이드
310: 냉각채널
410: 제1챔버
420: 제2챔버
430: 냉각챔버
102: 프리 스월 노즐 구멍
110: 원통형 케이싱
120: 노즐 베인
200: 로터 디스크
203: 유도구멍
300: 로터 블레이드
310: 냉각채널
410: 제1챔버
420: 제2챔버
430: 냉각챔버
Claims (3)
- 다수의 프리 스월 노즐 구멍(102; Pre-swirl Nozzle Hole)이 형성된 노즐 베인 조립체(100; Nozzle Vane Assembly)의 후방에 로터 디스크(200; Rotor Disk)가 설치되고, 로터 디스크(200)의 외주에 냉각채널(310)을 갖는 다수의 로터 블레이드(300; Rotor Blade)가 접속되며, 상기 노즐 베인 조립체(100)의 프리 스월 노즐 구멍(111)을 통과하면서 선회되는 냉각공기가 상기 로터 디스크(200)의 전방에 마련된 냉각챔버(430)로 공급되고, 로터 디스크(200)에 마련된 다수의 유도구멍(203)을 통해 냉각챔버(430)의 냉각공기가 각 로터 블레이드(300)의 냉각채널(310)로 공급되는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치를 구성함에 있어서,
상기 노즐 베인 조립체(100)의 각 프리 스월 노즐 구멍(102)을 냉각공기가 로터 디스크(200)의 각 유도구멍(203)으로 직접 분사되는 유동각으로 경사지게 형성되고,
상기 노즐 베인 조립체(100)는 원통형 케이싱(110)과 원통형 케이싱(110)의 외부 둘레에 설치되는 노즐 베인(120)을 포함하며, 원통형 케이싱(110) 외주의 압축기 쪽에 제1챔버(410)가 마련되고, 원통형 케이싱(110) 외주의 로터 디스크 쪽에 상기 제1챔버(410)와 연결되는 제2챔버(420)가 마련되며, 노즐 베인(120)의 로터 디스크 측 내주면에 상기 제2챔버(420)와 연결되는 다수의 프리 스월 노즐 구멍(102)이 마련된 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서, 로터 디스크(200)는 상기 노즐 베인 조립체 쪽에 냉각챔버(430)가 마련되고, 각 로터 블레이드(300)의 접속부 양측과 냉각챔버(430) 사이에 유도구멍(203)이 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 로터 블레이드 프리 스월 냉각 장치.
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