KR101682639B1 - Gas Turbine Vane and Blade Having Cooling Passage Added on Outermost Surface - Google Patents

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Abstract

최외곽 유로를 포함하는 가스터빈 베인 및 블레이드가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드(100)는, 가스터빈에 적용되는 베인 및 블레이드(100)로서, 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로(110)가 형성되어 있고, 상기 유동로 내부면에는 측단면상 소정각도로 기울어진 형태의 미세유동로(122)가 다수 형성되어 있으며, 상기 유동로(110)로 냉각유체가 유입된 후 미세유동로(122)를 통해 외부로 배출되는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명의 가스터빈 베인 및 블레이드에 따르면, 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로를 내부에 형성시키고, 유동로 내부면에 미세유동로를 형성시키며, 유동로와 미세유동로에 초임계유체를 냉각유체로 사용함으로써, 가스터빈의 베인 및 블레이드의 냉각효율을 향상시키고, 결과적으로 발전시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 가스터빈 베인 및 블레이드에 따르면, 초임계유체를 냉각유체로서 사용함으로써, 가스터빈 시스템의 냉각효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
A gas turbine vane and a blade including an outermost flow path are disclosed. The gas turbine vane and the blade 100 according to the embodiment of the present invention are a vane and a blade 100 applied to a gas turbine, and a flow path 110 through which a cooling fluid can flow can be formed inside the vane and the blade 100, A plurality of micro flow paths 122 are formed on the inner surface of the flow path at a predetermined angle on a side surface thereof. After the cooling fluid flows into the flow path 110, the micro flow paths 122 are discharged to the outside through the micro flow path 122. To be the point of composition.
According to the gas turbine vane and the blade of the present invention, a flow path in which a cooling fluid can flow can be formed inside, a microfluidic path can be formed on the inner surface of the flowpath, and the supercritical fluid can be cooled By using it as a fluid, it is possible to improve the cooling efficiency of the vanes and blades of the gas turbine, and consequently to improve the energy efficiency of the power generation system. Further, according to the gas turbine vane and the blade of the present invention, by using the supercritical fluid as the cooling fluid, the cooling efficiency of the gas turbine system can be remarkably improved.

Description

다공성 미세구조를 가지는 최외곽 유로를 포함하는 가스터빈 베인 및 블레이드 {Gas Turbine Vane and Blade Having Cooling Passage Added on Outermost Surface}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gas turbine vane and a blade including an outermost channel having a porous microstructure,

본 발명은 가스터빈 베인 및 블레이드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최외곽 유로를 포함하는 가스터빈 베인 및 블레이드에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine vane and a blade, and more particularly, to a gas turbine vane and a blade including an outermost flow passage.

발전시스템에서 사용되는 가스터빈은 연소기, 터빈을 기본 구성으로 하여 이루어져 있다. 구체적으로, 가스터빈은 압축기로 공기를 압축하여 압축된 공기를 연소실로 공급하고, 연소실에 연료를 분사하여 연소시킨다. 이때 생긴 고온, 고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 터빈을 회전시킨다.The gas turbine used in the power generation system is composed of a combustor and a turbine. Specifically, the gas turbine compresses air with a compressor to supply compressed air to the combustion chamber, and injects fuel into the combustion chamber to burn. The high-temperature, high-pressure gas generated at this time is blown into the turbine while expanding to rotate the turbine.

일반적으로, 압축기와 터빈은 직접 또는 간접적으로 1개의 축으로 연결되어 있는데, 압축기를 가동시키는 동력은 터빈에서 발생하는 출력의 25 내지 30 %를 사용한다.Generally, the compressor and the turbine are directly or indirectly connected in one axis, and the power for operating the compressor uses 25 to 30% of the output generated by the turbine.

따라서, 가스터빈으로 발전기, 프로펠러 등을 회전시키는 출력은 터빈에서 발생하는 출력에서 압축기를 가동시키는 데 소요되는 출력을 뺀 것이 된다.Therefore, the output for rotating the generator, the propeller, and the like with the gas turbine is obtained by subtracting the output required for operating the compressor from the output generated from the turbine.

도 1에는 종래 기술(한국공개특허공보 제10-1990-0011968호, 1990년 08월 02일 공개)에 따른 가스터빈 발전시스템에서 연소기 및 터빈을 냉각하는 방식을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic view showing a method of cooling a combustor and a turbine in a gas turbine power generation system according to the prior art (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1990-0011968, published on Aug. 02, 1990).

도 1을 참조하면, 종래의 가스터빈 발전시스템(10)은 고온부품(연소실, 베인, 블레이드, 케이싱 등)의 냉각을 위해 압축공기를 사용하게 되는데, 이때 압축기(11)에 의하여 압축된 압축공기를 이용하였다.Referring to FIG. 1, a conventional gas turbine power generation system 10 uses compressed air for cooling high temperature components (combustion chamber, vane, blade, casing, etc.) Respectively.

그러나, 압축된 냉각유체의 일부를 연소기(13) 및 터빈(12)으로 보내 냉각에 이용하게 되므로 전체 가스터빈 발전시스템의 효율을 저하시키는 문제가 발생하였다.However, since a part of the compressed cooling fluid is sent to the combustor 13 and the turbine 12 for cooling, there has been a problem of lowering the efficiency of the entire gas turbine power generation system.

한편, 가스터빈에서 베인 및 블레이드에는 열부하가 가해지며, 이를 효율적으로 냉각시켜야만 가스터빈의 운용효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, thermal load is applied to the vane and the blade in the gas turbine, and the efficiency of operation of the gas turbine can be improved only by efficiently cooling the vane and the blade.

종래 기술에 따른 가스터빈의 베인 및 블레이드 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 냉매유로가 형성되어 있으며, 냉매유로를 통해 냉각유체가 유동하며 베인 및 블레이드를 냉각시킬 수 있다.The vane and the blade of the gas turbine according to the related art are provided with a coolant passage through which the cooling fluid can flow, and the cooling fluid can flow through the coolant passage to cool the vane and the blade.

그러나, 종래 기술에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드에 형성된 냉매유로는, 냉각 효율을 더 이상 향상시키기에는 기술적 한계가 수반되는 문제점을 가지고 있다.However, the refrigerant flow path formed in the gas turbine vane and the blade according to the prior art has a technical limitation to further improve the cooling efficiency.

본 발명의 목적은, 발전시스템에 사용되는 가스터빈의 베인 및 블레이드의 냉각효율을 향상시키고, 결과적으로 발전시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 가스터빈 베인 및 블레이드를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a gas turbine vane and a blade that can improve the cooling efficiency of vanes and blades of a gas turbine used in a power generation system and consequently improve the energy efficiency of the power generation system.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드는: 가스터빈에 적용되는 베인 및 블레이드로서, 내부에는 초임계유체가 유동할 수 있는 유동로가 형성되어 있고, 상기 유동로의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다공성 미세구조가 형성되어 있으며, 상기 유동로가 리딩 엣지(leading edge) 방향과 트레일링 엣지(trailing edge)방향으로 다수의 유동로를 가지도록 격벽을 통해 구획되고, 상기 베인 및 블레이드 표면을 따라 상기 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 잇는 면을 윗면과 아랫면이라 할 때, 격벽을 통해 구획된 상기 유동로에는 상기 두께부를 관통하여, 서로 대향하는 윗면과 아랫면을 연결하는 다수의 지지부재가 설치되고, 구획된 유동로마다 지지부재가 형성되며, 상기 유동로로 초임계유체가 유입된 후 다공성 미세구조를 통해 외부로 배출되거나, 상기 다공성 미세구조로 초임계유체가 유입된 후 유동로를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 베인 및 블레이드일 수 있다. According to one aspect of the present invention, there is provided a gas turbine vane and a blade, comprising: a vane and a blade to be applied to a gas turbine, in which a flow path is formed through which supercritical fluid can flow, The shape of the vane and the blade is a shape in which the outer shape of the vane and the blade is reduced to a predetermined ratio and a porous microstructure is formed in the thickness portion formed by the vane and the blade surface and the inner wall of the flow path, And the trailing edge is defined by a partition wall having a plurality of flow paths in a leading edge direction and a trailing edge direction and a surface connecting the leading edge and the trailing edge along the surface of the vane and the blade, , The flow path partitioned through the partition wall is provided with a plurality of support members which penetrate the thickness portion and connect the upper surface and the lower surface opposite to each other, Wherein the supercritical fluid is introduced into the flow path and then discharged to the outside through the porous microstructure or the supercritical fluid flows into the porous microstructure after the supercritical fluid is introduced into the flow path, And the gas turbine vane and the blade may be a gas turbine vane and a blade.

이 경우, 상기 유동로 및 미세유동로 내부를 유동하는 초임계유체는, 가스터빈 베인 및 블레이드로부터 열을 흡수하여 가열된 후, 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 가스터빈 베인 및 블레이드는, 외부로 배출되는 초임계유체를 이용하여 구동되는 초임계유체 터빈 및 초임계유체 터빈을 통과한 초임계유체를 압축하는 초임계유체 압축기를 포함하는 초임계유체터빈 시스템에 적용될 수 있다.In this case, the supercritical fluid flowing in the flow path and the microfluidic passage may be heated by absorbing heat from the gas turbine vane and the blade, and then being discharged to the outside. The gas turbine vanes and blades may also include a supercritical fluid turbine driven using an externally vented supercritical fluid and a supercritical fluid compressor including a supercritical fluid compressor compressing a supercritical fluid through the supercritical fluid turbine. Turbine systems.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다수의 층으로 구성된 미세구조가 형성되어 있고, 상기 미세구조 각각의 내부에 미세유동로가 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a microstructure composed of a plurality of layers is formed in the vane, the blade surface, and the thickness portion formed by the inner wall of the flow path, and each of the microstructures has a micro- .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다수의 층으로 구성된 미세구조가 형성되어 있고, 상기 미세구조 내부에는 측단면상 소정각도로 기울어져 연장된 형태의 미세요철구조가 형성되어 있으며, 상기 미세구조에 형성된 미세요철구조가 서로 맞닿아 미세유동로를 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a microstructure composed of a plurality of layers is formed in the vane and the thickness portion formed by the inner wall of the flow path and the blade surface, and the microstructure is inclined at a predetermined angle on the side surface And the minute concavo-convex structures formed in the microstructure are in contact with each other to form a microfluidic channel.

이때, 상기 미세구조의 각 층에 형성된 미세유동로는, 서로 소정각도를 이루며 교차하도록 형성될 수 있다.At this time, the microfluidic channels formed in each layer of the microstructure may be formed to intersect with each other at a predetermined angle.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드는: 가스터빈에 적용되는 베인 및 블레이드로서, 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로가 형성되어 있고, 상기 유동로의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 유동로의 형성방향과 평행한 방향 또는 수직 방향으로 미세유동로가 다수 형성되어 있고, 상기 미세유동로는 하나의 유동로를 형성하도록 서로 연통되어 있으며, 상기 유동로로 냉각유체가 유입된 후 미세유동로를 통해 외부로 배출되거나, 상기 미세유동로로 초임계유체가 유입된 후 유동로를 통해 외부로 배출되는 구조일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gas turbine vane and a blade, comprising: a vane and a blade to be applied to a gas turbine, in which a flow path is formed through which a cooling fluid can flow, A plurality of microfluidic channels are formed in a direction parallel to the direction of formation of the flow path or in a direction perpendicular to the direction of formation of the flow path in the thickness portion formed by the inner surface of the flow path and the vane and the blade surface. The microfluidic channel is in communication with one another to form one flow path. After the cooling fluid flows into the flow path, the microfluidic channel is discharged to the outside through the microfluidic channel, or the supercritical fluid flows into the microfluidic channel And then discharged to the outside through a flow path.

이 경우, 상기 유동로 및 미세유동로 내부를 유동하는 초임계유체는, 가스터빈 베인 및 블레이드로부터 열을 흡수하여 가열된 후, 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 가스터빈 베인 및 블레이드는, 외부로 배출되는 초임계유체를 이용하여 구동되는 초임계유체 터빈 및 초임계유체 터빈을 통과한 초임계유체를 압축하는 초임계유체 압축기를 포함하는 초임계유체터빈 시스템에 적용될 수 있다.In this case, the supercritical fluid flowing in the flow path and the microfluidic passage may be heated by absorbing heat from the gas turbine vane and the blade, and then being discharged to the outside. The gas turbine vanes and blades may also include a supercritical fluid turbine driven using an externally vented supercritical fluid and a supercritical fluid compressor including a supercritical fluid compressor compressing a supercritical fluid through the supercritical fluid turbine. Turbine systems.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 하나의 층으로 구성된 미세구조가 형성되어 있고, 상기 미세구조의 내부에 미세유동로가 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a microstructure composed of one layer is formed in the vane and the thickness portion formed by the inner surface of the blade and the inner wall of the flow path, and a fine flow path is formed inside the microstructure .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동로는 리딩엣지(leading edge) 방향과 트레일링 엣지(trailing edge)방향의 두 개로 구획될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the flow path may be divided into two sections, a leading edge direction and a trailing edge direction.

이 경우, 상기 리딩엣지 방향에 구획된 유동로의 내부면에 형성된 미세유동로에는 충돌제트 홀이 더 형성될 수 있다.In this case, an impinging jet hole may be further formed in the microfluidic channel formed on the inner surface of the flow path partitioned in the leading edge direction.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드는: 가스터빈에 적용되는 베인 및 블레이드로서, 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로가 형성되어 있고, 상기 유동로의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다공성 미세구조가 형성되어 있으며, 상기 유동로로 초임계유체가 유입된 후 다공성 미세구조를 통해 외부로 배출되거나, 상기 다공성 미세구조로 초임계유체가 유입된 후 유동로를 통해 외부로 배출되는 구조일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gas turbine vane and a blade, comprising: a vane and a blade to be applied to a gas turbine, in which a flow path is formed through which a cooling fluid can flow, The outer shape of the blade is reduced to a predetermined ratio, and a porous microstructure is formed in the thickness portion formed by the vane and the blade surface and the inner wall of the flow path. After the supercritical fluid flows into the flow path Or may be discharged to the outside through the porous microstructure, or may be a structure in which the supercritical fluid is introduced into the porous microstructure and then discharged to the outside through the flow path.

이 경우, 상기 유동로 및 다공성 미세구조 내부를 유동하는 초임계유체는, 가스터빈 베인 및 블레이드로부터 열을 흡수하여 가열된 후, 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 가스터빈 베인 및 블레이드는, 외부로 배출되는 초임계유체를 이용하여 구동되는 초임계유체 터빈 및 초임계유체 터빈을 통과한 초임계유체를 압축하는 초임계유체 압축기를 포함하는 초임계유체터빈 시스템에 적용될 수 있다.In this case, the supercritical fluid flowing in the flow path and the porous microstructure can be heated by absorbing heat from the gas turbine vane and the blade, and then being discharged to the outside. The gas turbine vanes and blades may also include a supercritical fluid turbine driven using an externally vented supercritical fluid and a supercritical fluid compressor including a supercritical fluid compressor compressing a supercritical fluid through the supercritical fluid turbine. Turbine systems.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동로는 리딩엣지(leading edge) 방향과 트레일링 엣지(trailing edge)방향으로 다수의 유동로로 구획될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the flow path may be divided into a plurality of flow paths in a leading edge direction and a trailing edge direction.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동로에는 서로 대향하는 내부면의 이격거리를 유지하는 다수의 지지부재가 설치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flow path may be provided with a plurality of support members that maintain a distance between the inner surfaces facing each other.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각유체는 초임계유체일 수 있다. 이때, 상기 초임계유체는 이산화탄소일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cooling fluid may be a supercritical fluid. At this time, the supercritical fluid may be carbon dioxide.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유동로의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 50 내지 95 %의 비율로 축소된 형상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the shape of the flow path may be a shape in which the outer shape of the vane and the blade is reduced by 50 to 95%.

또한, 상기 미세유동로는 관상형으로 형성된 마이크로 채널(micro channel)로서, 미세유동로의 내경은 200 내지 3,000 마이크로미터일 수 있다.Also, the microchannel may be a tubular microchannel, and the inner diameter of the microchannel may be 200 to 3,000 micrometers.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 가스터빈 베인 및 블레이드에 따르면, 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로를 내부에 형성시키고, 유동로 내부면에 미세유동로를 형성시키며, 유동로와 미세유동로에 초임계유체를 냉각유체로 사용함으로써, 가스터빈의 베인 및 블레이드의 냉각효율을 향상시키고, 결과적으로 발전시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the gas turbine vane and the blade of the present invention, a flow path in which a cooling fluid can flow can be formed inside, a micro flow path can be formed on the inner surface of the flow path, By using supercritical fluid as the cooling fluid, it is possible to improve the cooling efficiency of the vanes and blades of the gas turbine, and consequently to improve the energy efficiency of the power generation system.

또한, 본 발명의 가스터빈 베인 및 블레이드에 따르면, 초임계 영역의 밀도와 비열이 압축공기 보다 높으며 초임계 영역에서의 상변화가 없는 물리적 특성을 가지고 있는 초임계 이상화탄소를 냉각유체로 사용함으로써, 압축공기와 비교하여 더 높은 냉각효과를 얻을 수 있으며, 결과적으로 고부하 부품에 적용되는 막냉각(film cooling)방법 적용 없이 충분한 냉각효과를 얻을 수 있다.Further, according to the gas turbine vane and the blade of the present invention, supercritical carbon dioxide having a density and a specific heat of the supercritical region higher than that of the compressed air and having no physical phase change in the supercritical region is used as a cooling fluid, A higher cooling effect can be obtained as compared with compressed air, and as a result, a sufficient cooling effect can be obtained without applying a film cooling method applied to a high-load part.

또한, 본 발명의 가스터빈 베인 및 블레이드에 따르면, 초임계유체를 냉각유체로서 사용함으로써, 가스터빈 시스템의 냉각효율을 현저히 향상시킬 수 있다.Further, according to the gas turbine vane and the blade of the present invention, by using the supercritical fluid as the cooling fluid, the cooling efficiency of the gas turbine system can be remarkably improved.

도 1은 종래 기술에 따른 가스터빈 발전시스템에서 연소기 및 터빈을 냉각하는 방식을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 가스터빈 베인 및 블레이드를 일부 분해한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 가스터빈 베인 및 블레이드를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 미세유동로를 더욱 상세히 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 8의 가스터빈 베인 및 블레이드를 나타내는 정면 단면도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for cooling a combustor and a turbine in a gas turbine power generation system according to the prior art; FIG.
2 is a configuration diagram illustrating a cooling system for cooling a gas turbine vane and a blade in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a structure of a gas turbine vane and a blade according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a perspective view showing the gas turbine vane and the blade of Fig. 3 partially exploded. Fig.
5 is a perspective view showing a structure of a gas turbine vane and a blade according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a top view of the gas turbine vane and blade of Figure 5;
7 is a front view showing the microfluidic channel shown in FIG. 5 in more detail.
8 is a plan view showing a structure of a gas turbine vane and a blade according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a front cross-sectional view of the gas turbine vane and blade of Figure 8;

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to the description, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical concept of the present invention.

본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes the case where there is another member between the two members as well as when the member is in contact with the other member.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각시스템을 나타내는 구성도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a cooling system for cooling a gas turbine vane and a blade in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드를 냉각시키기 위한 냉각시스템(10)은, 주발전시스템(11)과 초임계유체터빈 시스템(15)을 포함하는 구성일 수 있다.2, a cooling system 10 for cooling a gas turbine vane and a blade according to the present embodiment may be a configuration including a main power generation system 11 and a supercritical fluid turbine system 15. [

구체적으로, 주발전시스템(11)은 공기를 압축하는 압축기(12), 압축기(12)로부터 배출된 공기와 연료가 연소되는 연소기(13) 및 연소기(13)로부터 배출되는 연소 가스로 구동되는 터빈(14)을 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 주발전시스템(11)은, 압축공기와 초임계유체를 냉각유체로서 유동시켜 가스터빈의 베인과 가스터빈의 블레이드를 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 초임계유체를 냉각유체로서 사용할 수 있다.Specifically, the main power generation system 11 includes a compressor 12 for compressing air, a combustor 13 for burning fuel and air exhausted from the compressor 12, and a turbine driven by a combustion gas discharged from the combustor 13 (14). At this time, the main power generation system 11 can cool the vanes of the gas turbine and the blades of the gas turbine by flowing the compressed air and the supercritical fluid as the cooling fluid. In this case, a supercritical fluid can be used as the cooling fluid.

한편, 초임계유체터빈 시스템(15)은, 연소기(13)와 터빈(14)에 설치된 냉각유로(18)를 통해 초임계유체를 냉각유체로서 유동시키고, 냉각유로(18)를 유동하며 가열된 초임계유체를 이용하여 구동되는 초임계유체 터빈(16) 및 초임계유체 터빈(16)을 통과한 초임계유체를 압축하는 초임계유체 압축기(17)를 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 상기 언급한 초임계유체는 이산화탄소일 수 있다.On the other hand, the supercritical fluid turbine system 15 flows supercritical fluid as a cooling fluid through the cooling passage 18 provided in the combustor 13 and the turbine 14, flows through the cooling passage 18, A supercritical fluid turbine 16 driven using a supercritical fluid and a supercritical fluid compressor 17 compressing a supercritical fluid through the supercritical fluid turbine 16. At this time, the above supercritical fluid may be carbon dioxide.

일반적으로 가스터빈 베인과 블레이드 냉각유체로 사용되는 압축공기는 약 섭씨 400 도(압축기에서 추출한 압축공기일 경우의 온도임)이다. 이산화탄소의 임계점 온도는 섭씨 31 도 이상이며, 초임계 터빈의 작동 온도는 초임계 유체 터빈 시스템 용량에 따라 다양하게 조절가능 하므로, 초임계 이산화탄소는 기존 가스터빈 베인과 블레이드 냉각유체로 적용 가능하다. 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드 냉각시스템은, 기존 가스터빈 냉각에 필요한 냉각유체 일부를 초임계 시스템으로부터 얻어(전체 유량의 15 내지 25 % 기존의 종래기술의 시스템 효율이 저하되는 원인) 가스터빈 시스템 효율 감소를 줄일 수 있다.Generally, the compressed air used as a gas turbine vane and blade cooling fluid is about 400 degrees Celsius (the temperature in the case of compressed air extracted from a compressor). Supercritical carbon dioxide can be applied to existing gas turbine vanes and blade cooling fluids because the critical point temperature of carbon dioxide is above 31 degrees Celsius and the operating temperature of the supercritical turbine can be varied depending on the supercritical fluid turbine system capacity. The gas turbine vane and blade cooling system according to the present embodiment is a system in which a portion of the cooling fluid required for existing gas turbine cooling is obtained from a supercritical system (15-25% of the total flow rate) The turbine system efficiency reduction can be reduced.

초임계유체는 일정한 고온과 고압의 한계를 넘어선 상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 가리키는 것으로, 분자의 밀도는 액체에 가깝지만, 점성도는 낮아 기체에 가까운 성질을 가진다.Supercritical fluid refers to a fluid at a point where it can not distinguish a liquid from a gas by reaching a state exceeding a certain high temperature and a high pressure limit. The density of the molecule is close to the liquid, but the viscosity is low.

보통 온도 및 압력에서는 기체와 액체가 되는 물질도 임계점(critical point)이라고 불리는 일정한 고온 및 고압의 한계를 넘으면 증발 과정이 일어나지 않아서 기체와 액체의 구별을 할 수 없는 상태, 즉 임계상태가 되는데, 이 상태에 있는 물질을 초임계유체라고 하는 것이다. 이러한 성질을 갖는 초임계유체 중 인계온도가 상온에 비교적 가까운 것이 이산화탄소여서 본 발명에서는 초임계유체의 한 실시형태로서, 이산화탄소를 이용한다.At normal temperature and pressure, the gas and the liquid become a state where the vapor and the liquid can not be distinguished from each other because the evaporation process does not occur when the gas and the liquid become beyond a certain high temperature and high pressure limit called a critical point. The state of matter is called supercritical fluid. Among the supercritical fluids having such properties, carbon dioxide is relatively close to the room temperature, and in the present invention, carbon dioxide is used as an embodiment of the supercritical fluid.

이에 따라, 도 1에 나타난 종래 가스터빈과 달리 본 발명의 실시예에서는 냉각이 필요한 연소기(13) 및 터빈(14) 등에 냉각유로(18)를 설치하여 압축기(12)에 의하여 압축된 공기가 아닌 별도의 초임계유체를 이용하여 냉각하므로 발전 효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.1, in the embodiment of the present invention, the cooling passage 18 is provided in the combustor 13 and the turbine 14 that require cooling, so that the compressed air is not compressed by the compressor 12 It is possible to increase the power generation efficiency by cooling by using a separate supercritical fluid.

경우에 따라서, 본 실시예에 따른 발전시스템(10)은, 터빈(14)을 구동시킨 후 배출되는 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부를 더 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 이산화탄소 포집부로 포집된 이산화탄소는 초임계유체로서 회수되어 재활용될 수 있다.In some cases, the power generation system 10 according to the present embodiment may further include a carbon dioxide collecting unit for collecting carbon dioxide from the exhaust gas discharged after driving the turbine 14. [ At this time, the carbon dioxide captured by the carbon dioxide capture unit can be recovered as a supercritical fluid and recycled.

따라서, 본 발명의 발전시스템에 따르면, 발전시스템에서 연소가스로 방출되는 이산화탄소를 포집하여 초임계유체로 재활용할 수 있어, 이산화탄소 배기가스로 인해 발생될 수 있는 환경문제를 미연에 방지할 수 있다.Therefore, according to the power generation system of the present invention, the carbon dioxide emitted from the combustion gas in the power generation system can be collected and recycled as a supercritical fluid, thereby preventing an environmental problem that may be generated due to the carbon dioxide exhaust gas.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조를 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 가스터빈 베인 및 블레이드를 일부 분해한 모습을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.FIG. 3 is a perspective view showing a structure of a gas turbine vane and a blade according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing a gas turbine vane and a blade of FIG. 3 partially exploded.

도 3 및 도 4에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조가 도시되어 있다.3 and 4 show the structure of a gas turbine vane and a blade according to a first embodiment of the present invention.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드(100)의 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로(110)가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이때, 유동로(110)의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며, 바람직하게는 50 내지 95 %의 비율로 축소된 형상일 수 있다. 축소 비율이 50 % 미만일 경우, 유동로(110)의 크기가 작아 냉각유체가 충분히 유동될 수 없고, 축소 비율이 95 % 초과일 경우, 베인 및 블레이드의 외곽의 강성이 현저히 저하되어 바람직하지 않다.Referring to these drawings, the gas turbine vane and the blade 100 according to the present embodiment may have a structure in which a flow path 110 through which a cooling fluid can flow is formed. At this time, the shape of the flow path 110 is a shape in which the outer shape of the vane and the blade is reduced to a predetermined ratio, and may be a shape reduced preferably at a ratio of 50 to 95%. When the reduction ratio is less than 50%, the size of the flow path 110 is small and the cooling fluid can not flow sufficiently, and when the reduction ratio exceeds 95%, the stiffness of the vane and the outer periphery of the blade is remarkably decreased.

또한, 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 측단면상 소정각도로 기울어진 형태의 미세유동로(122)가 다수 형성되어 있으며, 유동로(110)로 냉각유체가 유입된 후 미세유동로(122)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때, 상기 언급한 미세유동로(122)는 관상형으로 형성된 마이크로 채널(channel)을 의미하는 것으로서, 내부 직경 또는 내부 폭이 200 내지 3,000 마이크로미터 범위 내에 있는 유동로를 의미한다. 미세유동로(122)의 내경 또는 내부 폭이 200 마이크로미터 미만일 경우, 미세유동로(122)의 크기가 작아 냉각유체가 충분히 유동될 수 없고, 미세유동로(122)의 내경 또는 내부 폭이 3,000 마이크로미터를 초과할 경우 냉각유체에 의한 충분한 냉각효과를 달성할 수 없어 바람직하지 않다.In addition, in the thickness portion formed by the inner surface of the vane and the blade and the inner surface of the flow path 110, a number of microfluidic paths 122 inclined at a predetermined angle on the side surface are formed. And may be discharged to the outside through the microfluidic channel 122 after the fluid is introduced. Here, the microfluidic channel 122 refers to a microchannel formed in a tubular shape, and means a flow channel having an inner diameter or an inner width within a range of 200 to 3,000 micrometers. When the inner diameter or inner width of the microfluidic passage 122 is less than 200 micrometers, the size of the microfluidic passage 122 is small and the cooling fluid can not sufficiently flow. When the inner diameter or inner width of the microfluidic passage 122 is 3,000 If it exceeds micrometer, a sufficient cooling effect by the cooling fluid can not be achieved, which is undesirable.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다수의 층으로 구성된 미세구조(120)가 형성되어 있고, 미세구조(120) 각각의 내부에 미세유동로(122)가 형성될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 3, a microstructure 120 composed of a plurality of layers is formed in the thickness portion of the vane and blade surface and the inner wall of the flow path 110, and the microstructure 120 A microfluidic channel 122 may be formed inside each of the microfluidic channels 122.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다수의 층으로 구성된 미세구조(120)가 형성되어 있고, 미세구조(120) 내부에는 측단면상 소정각도로 기울어져 연장된 형태의 미세요철구조(121)가 형성될 수 있다. 이때, 미세구조(120)에 형성된 미세요철구조(121)가 서로 맞닿아 미세유동로(122)를 형성할 수 있다. 또한, 미세구조(120)의 각 층에 형성된 미세유동로(122)는, 서로 소정각도를 이루며 교차하도록 형성될 수 있다.4, the microstructure 120 formed of a plurality of layers is formed in the thickness of the vane and the blade surface and the inner wall of the flow path 110, The micro concavo-convex structure 121 may be formed by being inclined at a predetermined angle on the side surface. At this time, the micro concavo-convex structures 121 formed on the microstructure 120 are in contact with each other to form the microfluidic channel 122. In addition, the microfluidic channels 122 formed in the respective layers of the microstructure 120 may be formed to intersect with each other at a predetermined angle.

이러한 구조를 포함하는 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드는, 냉각유체가 미세유동로(122)를 통해 유동되며 강제대류효과를 통해 높은 열부하에 노출된 베인과 블레이드 표면을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.The gas turbine vanes and blades according to this embodiment including this structure can effectively cool the vanes and blade surfaces exposed to high thermal loads through the forced convection effect through which the cooling fluid flows through the microfluidic path 122 .

또한, 사선으로 기울어진 미세유동로의 형상(swirer 형상)에 의해 냉각유체의 유동이 가속되는 효과와 사선 방향으로 형성된 유로에 의해 발생하는 냉각유체간의 마찰(friction)에 의해 높은 냉각효과를 얻을 수 있다.In addition, a high cooling effect can be obtained by the friction between the cooling fluid generated by the flow path formed in the diagonal direction and the effect of accelerating the flow of the cooling fluid due to the shape of the sloped micro flow path (swirler shape) have.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조를 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 가스터빈 베인 및 블레이드를 나타내는 평면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5에 도시된 미세유동로를 더욱 상세히 나타낸 정면도가 도시되어 있다.FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a gas turbine vane and a blade according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing the gas turbine vane and the blade of FIG. 5, There is shown a front view showing in more detail the microfluidic channel shown in Fig.

도 5 내지 도 7에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조가 도시되어 있다.5 to 7 show a structure of a gas turbine vane and a blade according to a second embodiment of the present invention.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드(100)의 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로(110)가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이때, 유동로(110)의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며, 바람직하게는 50 내지 95 %의 비율로 축소된 형상일 수 있다. 축소 비율이 50 % 미만일 경우, 유동로(110)의 크기가 작아 냉각유체가 충분히 유동될 수 없고, 축소 비율이 95 % 초과일 경우, 베인 및 블레이드의 외곽의 강성이 현저히 저하되어 바람직하지 않다.Referring to these drawings, the gas turbine vane and the blade 100 according to the present embodiment may have a structure in which a flow path 110 through which a cooling fluid can flow is formed. At this time, the shape of the flow path 110 is a shape in which the outer shape of the vane and the blade is reduced to a predetermined ratio, and may be a shape reduced preferably at a ratio of 50 to 95%. When the reduction ratio is less than 50%, the size of the flow path 110 is small and the cooling fluid can not flow sufficiently, and when the reduction ratio exceeds 95%, the stiffness of the vane and the outer periphery of the blade is remarkably decreased.

또한, 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 유동로(110)의 형성방향과 평행한 방향으로 미세유동로(132)가 다수 형성되어 있고, 미세유동로는 하나의 유동로를 형성하도록 서로 연통된 구조일 수 있다. 이때, 유동로로 냉각유체가 유입된 후 미세유동로를 통해 외부로 배출될 수 있다.In addition, in the thickness portion formed by the vane and the blade surface and the inner wall of the flow path 110, a number of micro flow paths 132 are formed in a direction parallel to the forming direction of the flow path 110, May be a structure communicating with each other to form one flow path. At this time, the cooling fluid may flow into the flow path and then be discharged to the outside through the fine flow path.

이때, 상기 언급한 미세유동로(132)는 관상형으로 형성된 마이크로 채널(channel)을 의미하는 것으로서, 내부 직경 또는 내부 폭이 200 내지 3,000 마이크로미터 범위 내에 있는 유동로를 의미한다. 미세유동로(132)의 내경 또는 내부 폭이 200 마이크로미터 미만일 경우, 미세유동로(132)의 크기가 작아 냉각유체가 충분히 유동될 수 없고, 미세유동로(132)의 내경 또는 내부 폭이 3,000 마이크로미터를 초과할 경우 냉각유체에 의한 충분한 냉각효과를 달성할 수 없어 바람직하지 않다.Here, the microfluidic channel 132 refers to a microchannel formed in a tubular shape, and means a flow channel having an inner diameter or an inner width within a range of 200 to 3,000 micrometers. When the inner diameter or inner width of the microfluidic channel 132 is less than 200 micrometers, the size of the microfluidic channel 132 is so small that the cooling fluid can not sufficiently flow and the inner diameter or inner width of the microfluidic channel 132 is 3,000 If it exceeds micrometer, a sufficient cooling effect by the cooling fluid can not be achieved, which is undesirable.

구체적으로, 상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 하나의 층으로 구성된 미세구조(130)가 형성되어 있고, 미세구조(130)의 내부에 미세유동로(131)가 형성될 수 있다.Specifically, a microstructure 130 composed of one layer is formed in the thickness of the vane and blade surface and the thickness of the inner wall of the flow path 110, and the microstructure 130 has a micro- (131) may be formed.

이때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 유동로(110)는 리딩엣지(leading edge) 방향과 트레일링 엣지(trailing edge)방향의 두 개로 구획(111, 112)될 수 있다.5 and 6, the flow path 110 may be divided into two sections 111 and 112 in the leading edge direction and the trailing edge direction.

냉각유체는 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드에 형성된 두 개의 유동로(111, 112)를 통해 베인 및 블레이드 내부로 유입된 후, 미세유동로(131)의 유로를 따라 유동하여 외부로 배출될 수 있다. 이대, 미세유동로(131)를 통해 유동하는 냉각유체에 의해 베인 및 블레이드는 효과적으로 냉각될 수 있다.The cooling fluid flows into the vanes and the blades through the two flow paths 111 and 112 formed in the gas turbine vane and the blade according to the present embodiment, flows along the flow path of the micro flow path 131, . The vanes and the blades can be effectively cooled by the cooling fluid flowing through the microfluidic passage 131. [

경우에 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 리딩엣지 방향에 구획된 유동로(111)의 내부면에 형성된 미세유동로(131)에 충돌제트 홀(132)을 더 형성시켜, 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있다.7, the impinging jet holes 132 may be further formed in the microfluidic channel 131 formed on the inner surface of the flow path 111 defined in the leading edge direction, Can be improved.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조를 나타내는 평면도가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 가스터빈 베인 및 블레이드를 나타내는 정면 단면도가 도시되어 있다.FIG. 8 is a plan view showing the structure of a gas turbine vane and a blade according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a front sectional view showing the gas turbine vane and the blade of FIG.

도 8 및 도 9에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드의 구조가 도시되어 있다.8 and 9 show the structure of a gas turbine vane and a blade according to a first embodiment of the present invention.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스터빈 베인 및 블레이드(100)의 내부에는 냉각유체가 유동할 수 있는 유동로(110)가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이때, 유동로(110)의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며, 바람직하게는 50 내지 95 %의 비율로 축소된 형상일 수 있다. 축소비율이 50 % 미만일 경우, 유동로(110)의 크기가 작아 냉각유체가 충분히 유동될 수 없고, 축소 비율이 95 % 초과일 경우, 베인 및 블레이드의 외곽의 강성이 현저히 저하되어 바람직하지 않다.Referring to these drawings, the gas turbine vane and the blade 100 according to the present embodiment may have a structure in which a flow path 110 through which a cooling fluid can flow is formed. At this time, the shape of the flow path 110 is a shape in which the outer shape of the vane and the blade is reduced to a predetermined ratio, and may be a shape reduced preferably at a ratio of 50 to 95%. When the reduction ratio is less than 50%, the size of the flow path 110 is small and the cooling fluid can not flow sufficiently, and when the reduction ratio exceeds 95%, the stiffness of the vane and the outer periphery of the blade is remarkably decreased.

또한, 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다공성 미세구조(140)가 형성되어 있으며, 유동로로(110) 냉각유체가 유입된 후 다공성 미세구조(140)를 통해 외부로 배출될 수 있다.The porous microstructure 140 is formed in the thickness of the vane and the blade surface and the inner wall of the flow path 110. After the cooling fluid flows into the flow path 110, ). ≪ / RTI >

구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 유동로(110)는 리딩엣지(leading edge) 방향과 트레일링 엣지(trailing edge)방향으로 다수의 유동로(113)로 구획될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 8, the flow path 110 can be partitioned into a plurality of flow paths 113 in the leading edge direction and the trailing edge direction.

냉각유체는 베인 및 블레이드 끝단(tip 부분)에서 베인 및 블레이드 표면 쪽 유로로 유동하여 강제대류 효과를 일으키고, 이러한 효과를 이용하여 베인과 블레이드 표면을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.The cooling fluid flows from the vane and the blade tip to the vane and to the surface of the blade surface to create a forced convection effect, which can effectively cool the vane and blade surface.

베인 및 블레이드 표면쪽 유로 형상을 다공층(porous layer)으로 적용하여, 냉각유체의 침투성과 확산성을 높일 수 있고, 이에 따라서 냉각효율 또한 향상시킬 수 있다.It is possible to increase permeability and diffusibility of the cooling fluid by applying the vane and the flow path-shaped flow path to the porous layer as a porous layer, thereby improving the cooling efficiency.

경우에 따라서, 유동로(110)에는 서로 대향하는 내부면의 이격거리를 유지하는 다수의 지지부재(150)가 설치될 수 있다.In some cases, the flow path 110 may be provided with a plurality of support members 150 for maintaining a distance between the inner surfaces facing each other.

구체적으로, 구조적 강도 향상을 위해, 냉각유체가 공급되는 유동로(110)에 핀형휜 또는 가이드를 설치하여 구조적 강도를 향상시킬 수 있고, 열전도에 의한 추가적인 냉각 효과도 얻을 수 있다.Specifically, in order to improve the structural strength, a fin-shaped fin or a guide may be provided in the flow path 110 to which the cooling fluid is supplied, thereby improving the structural strength and obtaining an additional cooling effect by heat conduction.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the above description of the present invention, only specific embodiments thereof are described. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .

즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.That is, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment and description, and various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. And such variations are within the scope of protection of the present invention.

1: 종래 기술에 따른 가스터빈 발전시스템
2: 압축기
3: 터빈
4: 연소기
10: 가스터빈 베인 및 블레이드 냉각시스템
11: 주발전시스템
12: 압축기
13: 연소기
14: 터빈
15: 초임계유체터빈 시스템
16: 초임계유체 터빈
17: 초임계유체 압축기
18: 내부유로
100: 베인 및 블레이드
110: 유동로
111: 리딩엣지 방향의 유동로
112: 트레일링 엣지 방향의 유동로
113: 다수 구획된 유동로
120: 미세구조
121: 미세요철구조
122: 미세유동로
130: 미세구조
131: 미세유동로
132: 충돌제트홀
140: 다공성 미세구조
150: 지지부재
1: Conventional gas turbine power generation system
2: Compressor
3: Turbine
4: Combustor
10: Gas Turbine Vane and Blade Cooling System
11: Main power generation system
12: Compressor
13: Combustor
14: Turbine
15: Supercritical Fluid Turbine System
16: supercritical fluid turbine
17: Supercritical fluid compressor
18:
100: Vane and blade
110:
111: flow path in the leading edge direction
112: flow path in the direction of the trailing edge
113: a plurality of partitioned flow paths
120: microstructure
121: fine concave and convex structure
122:
130: microstructure
131: microfluidic channel
132: Impinging jet hole
140: Porous microstructure
150: Support member

Claims (5)

가스터빈에 적용되는 베인 및 블레이드(100)로서,
내부에는 초임계유체가 유동할 수 있는 유동로(110)가 형성되어 있고,
상기 유동로(110)의 형상은, 베인 및 블레이드의 외곽모양이 소정 비율로 축소된 형상이며,
상기 베인 및 블레이드 표면과 유동로(110)의 내측벽이 형성하는 두께부 내에는 다공성 미세구조(140)가 형성되어 있으며,
상기 유동로(110)가 리딩엣지(leading edge) 방향과 트레일링 엣지(trailing edge)방향으로 다수의 유동로(113)를 가지도록 격벽을 통해 구획되고,
상기 베인 및 블레이드 표면을 따라 상기 리딩엣지와 트레일링 엣지를 잇는 면을 윗면과 아랫면이라 할 때,
격벽을 통해 구획된 상기 유동로(110)에는 상기 두께부를 관통하여, 서로 대향하는 윗면과 아랫면을 연결하는 다수의 지지부재(150)가 설치되고, 구획된 유동로(110)마다 지지부재(150)가 형성되며,
상기 유동로(110)로 초임계유체가 유입된 후 다공성 미세구조(140)를 통해 외부로 배출되거나, 상기 다공성 미세구조(140)로 초임계유체가 유입된 후 유동로(110)를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 베인 및 블레이드.
A vane and blade (100) for use in a gas turbine,
A flow path 110 through which a supercritical fluid can flow is formed inside,
The shape of the flow path 110 is a shape in which the outer shape of the vane and the blade is reduced to a predetermined ratio,
A porous microstructure 140 is formed in the thickness of the vane and blade surface and the inner wall of the flow path 110,
The flow path 110 is divided through the partition so as to have a plurality of flow paths 113 in the leading edge direction and the trailing edge direction,
When a surface connecting the leading edge and the trailing edge along the vane and blade surface is referred to as an upper surface and a lower surface,
A plurality of support members 150 are provided in the flow path 110 partitioned through the partition walls to connect the upper surface and the lower surface of the flow path 110 to each other through the thick portion. ),
The supercritical fluid is introduced into the flow path 110 and then discharged to the outside through the porous microstructure 140 or the supercritical fluid is introduced into the porous microstructure 140, And the gas turbine vanes and blades are discharged to the outside.
제 1 항에 있어서,
상기 유동로(110) 및 다공성 미세구조(140) 내부를 유동하는 초임계유체는, 가스터빈 베인 및 블레이드로부터 열을 흡수하여 가열된 후, 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 베인 및 블레이드.
The method according to claim 1,
Wherein the supercritical fluid flowing in the flow path (110) and the porous microstructure (140) is heated by being absorbed heat from the gas turbine vane and the blade, and then discharged to the outside.
제 2 항에 있어서,
상기 가스터빈 베인 및 블레이드는, 외부로 배출되는 초임계유체를 이용하여 구동되는 초임계유체 터빈(16) 및 초임계유체 터빈(16)을 통과한 초임계유체를 압축하는 초임계유체 압축기(17)를 포함하는 초임계유체터빈 시스템(15)에 적용되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 베인 및 블레이드.
3. The method of claim 2,
The gas turbine vane and blade include a supercritical fluid turbine 16 driven using an externally vented supercritical fluid and a supercritical fluid compressor 17 compressing a supercritical fluid through the supercritical fluid turbine 16 Wherein the gas turbine vanes and blades are applied to a supercritical fluid turbine system (15) including a gas turbine (10).
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