KR101465048B1 - 터빈용 블레이드 - Google Patents

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KR101465048B1
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두산중공업 주식회사
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Abstract

터빈용 블레이드에 관한 것으로, 골격을 형성하는 몸체 및 상기 몸체의 외부를 차폐하도록 몸체의 표면에 결합되는 열차단부를 포함하고, 상기 열차단부는 세라믹 재질의 재료를 이용해서 타일 형태로 제작되는 다수의 차폐부재를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 터빈용 블레이드를 이용하는 것에 의해, 세라믹 재질의 재료를 이용해서 제작된 다수의 차폐부재를 몸체의 표면에 결합하여 고온의 연소가스에 의한 블레이드의 열적 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

터빈용 블레이드{BLADE FOR TURBINE}
본 발명은 터빈용 블레이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈 운전시 고온의 연소기체에 노출되는 금속부품을 열적으로 보호하도록 열차폐 기능을 갖는 터빈용 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 전력 생산을 위한 발전 분야에서는 발전기를 구동하기 위한 가스터빈 시스템을 사용하고 있다.
가스터빈 시스템은 압축기와 연소기를 거쳐 발생한 고온 고압의 연소가스를 이용해서 터빈을 구동하는 시스템으로, 증기터빈 시스템에 비해 가동 시간 및 정지 시간이 짧고, 소형 경량이어서 제작이 용이하다는 장점이 있다.
이러한 가스터빈 시스템에서 가스터빈의 열효율 및 성능 향상을 위해 터빈 입구 온도(Turbine Inlet Temperature)를 상승시키고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이에 따라, 종래기술에 따른 가스터빈 시스템의 터빈 입구 온도는 약 1000℃ 이상의 고온을 유지하여 가스터빈의 열효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 터빈 입구 온도가 상승함에 따라 고온의 연소기체에 노출되는 금속부품, 특히 가스터빈의 블레이드의 열적 손상이 발생하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 가스터빈 내부 또는 가스터빈에 적용되는 블레이드 내부를 냉각하거나, 블레이드 전체를 내열성을 갖는 세라믹 재질의 재료로 제작하거나 또는 니켈베이스 초합금 재질의 재료로 제작된 블레이드의 표면에 열차단 코팅(Thermal Barrier Coating)을 수행하여 열차폐층을 형성하는 기술이 개발되고 있다.
이와 같이, 가스터빈용 블레이드의 열적 손상을 방지하기 위한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 연소실의 외주연에 냉각용 공기유로를 형성해서 냉각용 공기를 공급하여 연소기의 몸체부 및 회전축이 과열되는 것을 방지하고 연소가스유로로 유입되는 연소가스의 온도를 낮춰 블레이드의 손상을 방지하는 구성이 기재되어 있다.
그리고 특허문헌 2에는 이씨엠 스템(ECM STEM) 가공방법을 이용한 전해 가공법으로 가스터빈 블레이드에 냉각공을 형성하는 장치의 구성이 되어 있다.
또 특허문헌 3에는 가스터빈에 제작하기 위한 세라믹 매트릭스 복합체 재질의 절연성분에 대한 구성이 기재되어 있다.
이와 함께, 하기의 특허문헌 4 내지 특허문헌 6에는 블레이드의 표면에 형성되는 열차단 코팅층의 마모를 방지해서 수명을 연장하는 구성이 기재되어 있습니다.
즉, 종래기술에 따른 가스터빈용 블레이드는 연소가스에 의한 열적 손상을 방지하기 위해, 세라믹 매트릭스복합체와 같은 재질로 제작되거나 표면에 열차단 코팅층을 형성하여 제작되었다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0862374호(2008년 10월 13일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-0915953호(2009년 9월 10일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-0527685호(2005년 11월 25일 공고) 미국 특허번호 US 8075279호(2011년 12월 13일 공고) 일본 특허 공개번호 특개1994-212903호(1994년 8월 2일 공개) 일본 특허 등록번호 제3170135호(2001년 3월 16일 등록)
하지만, 종래기술에 따른 가스터빈용 블레이드는 전체를 세라믹 매트릭스 복합체 재질로 제작하는 경우, 제작비용이 상승하는 문제점이 있었다.
그리고 종래기술에 따른 가스터빈용 블레이드는 표면에 열차단 코팅층을 형성하는 경우, 코팅 단계 및 그에 따르는 전후 공정이 증가함에 따라 제작비용이 상승하고 제작에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또 블레이드 표면에 형성된 열차단 코팅층은 두께가 얇아 마모가 쉽게 일어나고, 약 50 내지 200℃ 정도로 매우 낮은 열 차폐 효과만을 얻을 수 있었다.
특히, 금속재질로 제작되는 블레이드 몸체와 블레이드 표면에 형성된 열차단 코팅층 사이의 열변형율이 서로 달라서, 블레이드를 장시간 사용하는 경우 코팅층이 박리되는 문제점이 있었다.
특허문헌 5에는 블레이드 몸체와 코팅층의 열팽창율을 거의 동일하게 구성하는 것으로 기재되어 있으나, 이는 열팽창율 조정을 위한 별도의 합금 기재와 결합 코팅 과정을 거쳐야 함에 따라, 블레이드 제작에 소요되는 비용 및 시간을 증가시키는 문제점이 있었다.
이에 따라, 종래기술에 따른 가스터빈용 블레이드는 코팅층을 재건하기 위한 오버홀(overhaul) 작업시 블레이드에 형성된 코팅층 전체를 제거한 후 새롭게 코팅층을 형성해야함에 따라 유지보수에 많은 시간, 인력 및 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블레이드에 형성되는 세라믹 코팅층의 두께를 증가시켜 연소가스에 의한 블레이드의 열적 손상을 방지할 수 있는 터빈용 블레이드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 블레이드 몸체에 세라믹 코팅층을 형성하는 작업을 용이하게 수행하고, 내부 유로를 통해 공기를 순환시켜 블레이드를 효과적으로 냉각할 수 있는 터빈용 블레이드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 블레이드의 코팅 재건 작업을 용이하게 수행할 수 있는 터빈용 블레이드를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터빈용 블레이드는 골격을 형성하는 몸체 및 상기 몸체의 외부를 차폐하도록 몸체의 표면에 결합되는 열차단부를 포함하고, 상기 열차단부는 세라믹 재질의 재료를 이용해서 타일 형태로 제작되는 다수의 차폐부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차폐부재 각각은 상기 몸체의 외면 형상에 대응되도록 형성되는 차폐부와 상기 몸체에 결합되도록 상기 차폐부에 형성되는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 몸체와 열차단부 사이에는 냉각용 공기가 이동하는 냉각용 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 열차단부에는 상기 냉각용 유로에 냉각용 공기를 공급하는 공급구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 차폐부재 사이에는 상기 냉각용 유로를 따라 이동하면서 열교환을 수행한 냉각용 공기를 외부로 배출하도록 틈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 차단부재 사이는 실링부가 형성되고, 상기 열차단부에는 상기 냉각용 유로를 따라 이동하면서 열교환을 수행한 공기를 외부로 배출하는 배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 차폐부재는 상기 몸체에 결합되는 위치에 따라 서로 다른 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈용 블레이드에 의하면, 세라믹 재질의 재료를 이용해서 제작된 다수의 차폐부재를 몸체의 표면에 결합하여 고온의 연소가스에 의한 블레이드의 열적 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 따른 터빈용 블레이드에 의하면, 몸체의 표면 형상에 대응되는 다수의 차폐부재를 결합하여 열차단부를 마련함에 따라, 블레이드의 표면에 열차단 코팅층을 형성하는 종래기술에 비해 블레이드 제작에 소요되는 시간 및 비용을 절감하고, 작업성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 터빈용 블레이드에 의하면, 몸체와 열차단부 사이에 차폐부재의 결합부 길이에 대응되는 높이를 갖는 냉각용 유로를 형성함에 따라, 블레이드 내부에 냉각용 공기를 공급해서 효과적으로 냉각할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한 본 발명에 따른 터빈용 블레이드에 의하면, 다수의 차폐부재 사이를 실링해서 연소가스가 블레이드 내부로 유입되는 것을 차단하고, 블레이드에 냉각용 공기를 공급 및 배출하는 공급구와 배출구를 형성해서 블레이드 내부를 효과적으로 냉각할 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 터빈용 블레이드를 가스터빈 시스템에 적용하여 실험한 결과에 따르면, 본 발명은 타일 형태의 차폐부재를 몸체 표면에 결합함에 따라 약 500℃ 이상의 열차폐 효과를 얻을 수 있었다.
이에 따라, 본 발명은 연소가스에 의한 블레이드의 열적 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 효과를 이용해서 본 발명은 종래기술에 따른 열차단 코팅층이 형성된 블레이드에 비해 약 3 내지 4 class 이상 성능 및 효율이 향상된 J-class의 가스터빈 엔진에 적용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한 본 발명에 따른 터빈용 블레이드는 다수의 차폐부재를 이용해서 열차단부에 마련함에 따라, 블레이드의 코팅 재건 작업시 손상된 차폐부재만을 교체해서 코팅 재건 작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 차폐부재의 확대도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드의 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 가스터빈용 블레이드를 이용해서 설명하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 가스터빈뿐만 아니라 증기터빈에도 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
그리고 본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 블레이드 선단부에 해당하는 블레이드 팁을 블레이드로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 금속재질의 재료로 제작되는 몸체(10) 및 몸체(10)의 외부를 차폐해서 연소가스로부터 몸체(10)에 전달되는 열을 차단하는 열차단부(20)를 포함한다.
몸체(10)는 연소가스에서 전달되는 고온에서도 일정 강도를 유지할 수 있도록 슈퍼 얼로이(super alloy)와 같이 내열성을 갖는 니켈 베이스 초합금 재질의 재료로 제작될 수 있다.
이러한 몸체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 단면이 유선 형상으로 형성되며, 전체 블레이드의 크기보다 작게 제작될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 종래기술에 따른 가스터빈용 블레이드의 몸체보다 작게 몸체부를 제작하여 블레이드 제작에 소요되는 재료를 감소시켜 제작비용을 절감할 수 있다.
열차단부(20)는 타일 형태로 제작되는 다수의 차폐부재(21)를 포함한다.
여기서, 열차단부(20)는 산화알루미늄(Al2O3) 등의 알루미나(alumina)나 질화티탄(TiN) 등의 티탄 합금과 같이 내화성(耐火性)을 갖는 세라믹 재질의 재료를 이용해서 제작될 수 있다.
도 3을 참조하여 차폐부재의 구성을 상세하게 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 차폐부재의 확대도이다.
차폐부재(21)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(10)의 외면 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 차폐부(22)와 몸체(10)의 표면에 결합되도록 차폐부(22)의 내측면에 형성되는 결합부(23)를 포함할 수 있다.
차폐부(22)는 도 3에 도시된 바와 같이, 연소가스가 몸체(10)에 직접 접촉하는 것을 차단하여 몸체(10)의 열적 손상을 방지해서 몸체(10)를 보호하는 역할을 한다.
이러한 차폐부(22)는 연소가스로부터 전달되는 열에 의해 블레이드의 각 부위가 서로 다른 온도를 가지므로, 몸체(10)에 결합되는 위치에 따라 서로 다른 두께로 제작될 수 있다.
예를 들어, 연소가스가 전달되면, 블레이드의 전단부는 후단부에 비해 더 많은 열을 전달받아 전단부의 온도가 후단부의 온도보다 더 높은 상태가 된다.
그리고 연소가스에 의해 회전력을 발생하도록 오목하게 형성되는 블레이드의 압력면(presure side)(24)은 블레이드의 반대측에 볼록하게 형성되는 흡입면(suction side)(25)보다 많은 열을 전달받아 흡입면(25)의 온도보다 높은 온도로 상승하게 된다.
이에 따라, 몸체(10)의 전단부에 결합되는 차단부재(21)는 후단부에 결합되는 차단부재(21)에 비해 두껍게 제작되고, 블레이드의 압력면(24)를 형성하는 차단부재(21)는 흡입면(25)에 결합되는 차단부재(21)에 비해 두껍게 제작되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 실시 예에서 차단부재(21)는 약 1 내지 10mm의 두께로 제작될 수 있다.
결합부(23)는 차폐부(22)의 일면에 수직 방향으로 형성되어 몸체(10)의 표면에 결합될 수 있다.
여기서, 결합부(23)는 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(10)의 표면에 형성된 홈에 억지끼움 결합되거나, 체결볼트나 브래킷과 같은 별도의 고정수단을 이용해 몸체의 표면에 결합되는 방법을 이용해서 기계적으로 결합될 수 있다.
한편, 몸체(10)와 열차단부(20)의 차폐부(22) 사이에는 결합부(23)의 길이에 대응되는 높이를 갖는 공간이 형성된다.
이와 같이, 몸체(10)와 차폐부(22) 사이의 공간은 블레이드 내부에서 공기를 이동시켜 블레이드 내부를 냉각하는 냉각용 유로(26)의 역할을 수행한다.
여기서, 열차단부(20)의 하단부에는 냉각용 공기가 공급되는 공급구(27)가 형성될 수 있다(도 4 참조).
즉, 종래기술에 따른 가스터빈용 블레이드는 고온의 연소가스로 인한 블레이드의 열적 손상을 방지하기 위해, 내부에 냉각용 유로를 형성하는 별도의 작업을 수행해야만 한다.
하지만, 본 발명은 차폐부재와 몸체 사이에 결합부의 길이에 대응되는 냉각용 유로를 자연스럽게 형성할 수 있다.
냉각용 공기는 공급구(27)를 통해 블레이드 내부로 공급되어 냉각용 유로(26)를 따라 이동하면서 열교환을 수행한 후, 다수의 차폐부재(21) 사이의 틈을 통해 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 몸체와 열차단부 사이에 형성된 냉각용 유로를 통해 냉각용 공기를 이동시켜 블레이드 내부를 냉각함으로써, 고온의 연소가스로 인한 블레이드의 열적 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 냉각용 유로를 형성하기 위한 별도의 공정을 수행할 필요가 없어 블레이드 제작에 소요되는 비용 및 작업시간을 절감할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 타일 형태로 형성된 다수의 차폐부재(21)를 몸체(10)에 결합하여 블레이드를 제작하고, 냉각용 유로(26)를 통해 블레이드 내부에 냉각용 공기를 공급하고 다수의 차폐부재(21) 사이의 틈을 통해 외부로 배출하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드는 상기의 실시 예에서 설명한 블레이드와 유사하게 구성되고, 다만 다수의 차폐부재(21) 사이의 틈을 커버하도록 실링하는 실링부(29)를 포함할 수 있다.
그리고 도 4에서 보았을 때, 블레이드의 하단부에는 냉각용 공기를 공급하는 공급구(27)가 형성되고, 블레이드의 상단부에는 블레이드 내부에서 열교환을 수행한 냉각용 공기를 외부로 배출하는 배출구(28)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 다수의 차단부재 사이의 틈을 실링하여 연소가스가 블레이드 내부로 유입되는 것을 차단하고, 블레이드에 냉각용 공기를 공급 및 배출하는 공급구와 배출구를 형성해서 블레이드 내부를 효과적으로 냉각할 수 있다.
또한 본 발명은 몸체 내부에도 냉각용 공기가 이동하는 유로를 형성해서 블레이드의 열적 손상을 방지하도록 변경될 수도 있다.
다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스터빈용 블레이드의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 몸체(10)는 블레이드의 골격을 형성하도록 유선 형상으로 제작되고, 다수의 차폐부재(21)는 세라믹 재질의 재료를 이용해서 몸체(10)의 형상에 대응되도록 타일 형태로 제작된다.
이와 같이 제작된 다수의 차폐부재(21)를 몸체(10)의 표면에 결합한다.
이때, 각 차폐부재(21)의 결합부(23)는 체결볼트나 브래킷과 같은 별도의 고정수단을 이용해서 몸체(10)의 표면에 기계적으로 결합될 수 있다.
이에 따라, 블레이드 내부에는 차폐부재(21)의 결합부(23) 길이에 대응되는 높이의 냉각용 유로(26)가 형성될 수 있다.
이어서, 블레이드의 하단부에 냉각용 공기를 공급하기 위한 공급구(27)를 형성한다.
이와 함께, 블레이드 내부로 연소가스가 유입되는 것을 방지하도록 도 4에 도시된 바와 같이, 각 차폐부재(22) 사이를 실링해서 실링부(29)를 형성하고, 블레이드 내부에서 열교환을 수행한 공기를 외부로 배출하는 배출구(28)를 형성할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 제작된 블레이드는 연소기(도면 미도시)를 통해 전달되는 연소가스의 압력에 의해 회전한다.
이때, 열차단부(20)는 고온의 연소가스가 몸체(10)에 직접 전달되는 것을 차단한다.
그리고 냉각용 유로(26)는 공급구(27)를 통해 블레이드 내부로 공급되는 냉각용 공기를 이동시키면서 열교환을 수행하게 한다.
이와 같이, 열교환을 수행한 냉각용 공기는 다수의 차폐부재(21) 사이의 틈을 통해 외부로 배출되거나, 다수의 차폐부재(21) 사이를 실링한 경우 배출구(28)를 통해 외부로 배출된다.
본 발명에 따른 터빈용 블레이드의 가스터빈 시스템에 적용하여 실험한 결과에 따르면, 본 발명은 타일 형태의 차폐부재를 몸체 표면에 결합함에 따라 열차단 성능을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래기술에 따라 블레이드 표면에 열차단 코팅층을 형성하는 경우, 코팅층은 약 1mm 이하로 형성되는 반면, 본 발명은 열차단부를 약 1 내지 10mm로 제작함에 따라 약 500℃ 이상의 열차폐 효과를 얻을 수 있었다.
이에 따라, 본 발명은 연소가스에 의한 블레이드의 열적 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 효과를 이용해서 본 발명은 종래기술에 따라 열차단 코팅층을 형성해서 제작된 가스터빈용 블레이드가 적용되는 F-class 가스터빈 엔진에 비해 약 3 내지 4 class 이상 성능 및 효율이 향상된 J-class의 가스터빈 엔진에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명은 다수의 차폐부재를 이용해서 열차단부를 마련함에 따라, 블레이드의 코팅 재건 작업시 손상된 차페부재만을 교체해서 코팅 재건 작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 세라믹 재질의 재료를 이용해서 제작된 다수의 차폐부재를 몸체의 표면에 결합하여 고온의 연소가스에 의한 블레이드의 열적 손상을 방지할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉, 상기의 실시 예들에서는 가스터빈용 블레이드를 이용해서 설명하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 가스터빈뿐만 아니라 증기터빈에도 적용되도록 변경될 수 있다.
본 발명은 고온의 연소가스에 의해 블레이드의 열적 손상을 방지하는 터빈용 블레이드 기술에 적용된다.
10: 몸체 20: 열차단부
21: 차폐부재 22: 차폐부
23: 결합부 24: 압력면
25: 흡입면 26: 냉각용 유로
27: 공급구 28: 배출구
29: 실링부

Claims (7)

  1. 골격을 형성하는 몸체 및
    상기 몸체의 외부를 차폐하도록 몸체의 표면에 결합되는 열차단부를 포함하고,
    상기 열차단부는 세라믹 재질의 재료를 이용해서 타일 형태로 제작되는 다수의 차폐부재를 포함하며,
    상기 다수의 차폐부재는 각각 상기 몸체에 개별적으로 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 터빈용 블레이드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부재 각각은 상기 몸체의 외면 형상에 대응되도록 형성되는 차폐부와
    상기 몸체에 결합되도록 상기 차폐부에 형성되는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈용 블레이드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체와 열차단부 사이에는 냉각용 공기가 이동하는 냉각용 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 블레이드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열차단부에는 상기 냉각용 유로에 냉각용 공기를 공급하는 공급구가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 블레이드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 차폐부재 사이에는 상기 냉각용 유로를 따라 이동하면서 열교환을 수행한 냉각용 공기를 외부로 배출하도록 틈이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈용 블레이드.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 차단부재 사이는 실링부가 형성되고,
    상기 열차단부에는 상기 냉각용 유로를 따라 이동하면서 열교환을 수행한 공기를 외부로 배출하는 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 차폐부재는 상기 몸체에 결합되는 위치에 따라 서로 다른 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07208104A (ja) * 1994-01-14 1995-08-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd トランスピレーション翼
JP2002539350A (ja) * 1999-03-09 2002-11-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト タービン翼およびその製造方法
US20060285975A1 (en) * 2005-05-05 2006-12-21 Landis Kenneth K Airfoil having porous metal filled cavities
JP2009162119A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 Ihi Corp タービン翼の冷却構造

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07208104A (ja) * 1994-01-14 1995-08-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd トランスピレーション翼
JP2002539350A (ja) * 1999-03-09 2002-11-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト タービン翼およびその製造方法
US20060285975A1 (en) * 2005-05-05 2006-12-21 Landis Kenneth K Airfoil having porous metal filled cavities
JP2009162119A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 Ihi Corp タービン翼の冷却構造

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