KR101852357B1 - 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101852357B1
KR101852357B1 KR1020160127523A KR20160127523A KR101852357B1 KR 101852357 B1 KR101852357 B1 KR 101852357B1 KR 1020160127523 A KR1020160127523 A KR 1020160127523A KR 20160127523 A KR20160127523 A KR 20160127523A KR 101852357 B1 KR101852357 B1 KR 101852357B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling
separator
section
temperature
turbine nozzle
Prior art date
Application number
KR1020160127523A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180037413A (ko
Inventor
허재성
Original Assignee
한국항공우주연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공우주연구원 filed Critical 한국항공우주연구원
Priority to KR1020160127523A priority Critical patent/KR101852357B1/ko
Publication of KR20180037413A publication Critical patent/KR20180037413A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101852357B1 publication Critical patent/KR101852357B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법이 개시되어 있다.
개시된 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치는 연소실에서 방출되는 고온공기에 의해 가열되는 터빈노즐의 전연부 내측을 냉각매체에 의해 냉각시키기 위한 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치로서, 상기 터빈노즐의 전연부 내측을 복수의 냉각구간으로 구획하는 복수의 분리자를 포함하되, 상기 복수의 분리자 중, 어느 한 분리자는 전연부의 온도 또는 전연부 내부의 온도 변화에 따라, 해당 분리자에 의해 구획되어 있는 두 냉각구간이 단절 또는 연통되도록 열변형되고, 상기 복수의 분리자 중, 다른 한 분리자는 전연부의 온도 또는 전연부 내부의 온도변화에 따라, 해당 분리자의 위쪽에 위치하는 냉각구간의 체적이 확장 또는 축소되는 방향으로 열변형되는 것을 더 포함하며, 상기 전연부의 냉각구간은 상기 연소실에서 방출되는 고온공기의 온도분포에 따라, 상대적 저온구간인 외측 냉각구간, 상대적 고온구간인 내측 냉각구간으로 구분되며, 상기 분리자는, 상기 외측 냉각구간과 내측 냉각구간을 구획하는 제1 분리자, 내측 냉각구간을 분리하는 제2 분리자로 구성됨을 더 포함하고, 상기 제1 분리자는 양단이 고정되며, 중간부위에 열변형에 의해 이격 또는 밀착되는 Z단면 형상의 중첩부가 형성되고, 상기 중첩부의 적어도 일면에는 상기 외측 냉각구간과 내측 냉각구간을 선택적으로 연통하기 위한 연통홀이 형성되며, 상기 연통홀은 중첩부가 밀착되면 차단되고, 중첩부가 이격되면 개방되는 것을 더 포함하며, 상기 제2 분리자는 전연부에 일단이 고정된 채, 상기 제1 분리자와의 사이에 형성되는 내측 냉각구간의 체적이 확장 또는 축소되도록 타단인 자유단이 후연부로 근접하거나 후연부로부터 멀어지는 방향으로 열변형되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법{leading edge cooling apparatus of gas turbine nozzle and cooling method}
본 발명은 가스터빈 고압/고온 부품 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다.
특히, 노즐 전연부 내측을 분리자에 의해 복수의 냉각구간으로 구획하되, 분리자를 열팽창에 의해 변형되는 소재로 구성하여, 전연부 또는 주변의 온도변화에 따른 분리자의 열변형에 의해 냉각구간의 크기 및 냉각 유량을 자율적으로 가변시킬 수 있음에 따라 전연부 또는 주변온도에 따른 자율적 맞춤 냉각이 가능한 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다.
가스 터빈(Gas Turbine)은 연소가스의 흐름으로부터 에너지를 추출하는 회전동력기관으로서, 압축기와 터빈 그리고 연소실로 구성되어 있고 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소함으로써 고온 고압의 기체가 팽창하고 이 힘을 이용하여 터빈을 구동한다. 에너지는 샤프트를 통해 토크(Torque)로 전달되거나 추력이나 압축 공기 형태로 얻는다. 이렇게 얻은 에너지로 항공기, 기차, 선박, 발전기, 전차(戰車) 등을 구동하는 데 쓰인다.
터빈 부분은 연소실 후방에 위치하고 있으며, 기본적으로 스테이터와 로터로 구성되어 있다.
이중, 터빈 스테이터는 터빈 노즐 베인, 터빈 노즐 가이드 베인 등 여러 명칭으로 불리운다. 이러한 터빈 스테이터는 에어포일 형상을 한 터빈 베인을 일정한 각도로 원형으로 늘려놓은 것으로 구성되어 있다. 이 터빈 스테이터의 주 기능은 연소가스가 특정한 각도를 가지고 터빈 로터의 회전방향에 부딪치도록 하게 하는 것이다. 이를 통해 터빈은 열 및 압력에너지를 가지는 연소가스가 블레이드를 지나면서 효율적으로 기계적 에너지로 변환시킬 수 있는 속도 에너지로 바꾸어주는 역할을 한다.
고온의 연소가스로부터 가스터빈 노즐을 보호하기 위해서 노즐의 내부에 압축기 브리드 공기를 유입시켜 냉각시킨다. 노즐의 냉각방식은 대류 냉각, 충돌냉각, 공기막 냉각 및 침출 냉각이 있다.
대류 냉각은 노즐 내부의 다수의 공기통로에 냉각공기를 지나가게 하여 뜨거운 공기와 찬 공기의 대류에 의해서 냉각하는 방법이다. 충돌 냉각은 노즐의 전연부의 냉각에 사용되는 방법으로
도 2에서와 같이, 터빈노즐(20) 내부에 전연부(21) 쪽으로 구멍이 뚫려 있는 작은 원통모양의 인서트(i)를 설치해서 인서트 구멍을 통해 유출되는 냉각공기를 노즐 전연부에 집중적으로 충돌시켜 냉각시킨다. 공기막 냉각은 노즐 표면에 작은 구멍에서 냉각공기가 유출되도록 하여 노즐 표면에 열차단막을 형성해 고온가스의 직접적인 접촉을 막아주는 냉각방식이다. 침출냉각은 노즐 전체를 다공성 재료로 제작해 노즐 표면 전체에서 냉각공기가 토출되도록 하는 방식이다.
한편, 도 1에 도시된 가스터빈을 보면, 연소실(1)의 고온의 연소가스가 터빈부(2)를 거쳐서 배출되므로 터빈부(2)에 구성된 터빈노즐은 연소실의 온도에 직접적으로 영향을 받게 된다. 따라서, 연소실(1)에서 방출되는 고온공기의 온도 분포에 따라 노즐의 부위별 냉각온도를 차별화해야 한다.
이를 구현하기 위한 선행기술로서, 본 출원인에 의해 제안된 공개특허공보 제10-2015-0140923호(이하 '선행특허'라 함)가 개시된 바 있다.
상기한 선행특허는 도 3에 도시된 바와 같이, 터빈노즐(20) 전연부(21)의 내측을 연소기 출구의 온도 분포에 따라 체적이 다른 복수개의 냉각유로(30)가 형성되도록 구획하고, 각 구획된 냉각유로(30) 별로 냉각매체가 공급되도록 함에 따라, 터빈노즐(20) 전연부(21)가 연소기 출구 온도에 준하는 차별 냉각이 가능토록 한 것을 특징으로 하고 있다.
그러나, 상기한 선행특허는 터빈노즐(20) 전연부(21)의 냉각구조를 개선했음에도 불구하고, 각 냉각유로(30)를 구획하고 있는 분리자(40)가 고정된 구조이므로 각 유로로 유입되는 냉각매체가 항상 일정하게 된다. 이러한 구조 때문에, 예컨대, 고온 조건에서 제2 유로(31)로 적은 양의 냉각 공기가 유입되는 경우, B구간의 온도가 상승할 수밖에 없으므로 연소기 출구 온도분포 뿐만 아니라 상황별 조건에 따라 유로의 크기를 가변시킬 수 있는 구조가 요구되고 있다.
1. 공개특허공보 제10-2015-0140923호(터빈 노즐 전연부의 내부 냉각유로)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소실에서 방출되는 고온공기에 의해 가열되는 터빈노즐의 전연부 내측을 냉각매체에 의해 냉각시키기 위한 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치로서, 상기 터빈노즐의 전연부 내측을 복수의 냉각구간으로 구획하는 복수의 분리자를 포함하되, 상기 복수의 분리자 중, 어느 한 분리자는 전연부의 온도 또는 전연부 내부의 온도 변화에 따라, 해당 분리자에 의해 구획되어 있는 두 냉각구간이 단절 또는 연통되도록 열변형되고, 상기 복수의 분리자 중, 다른 한 분리자는 전연부의 온도 또는 전연부 내부의 온도변화에 따라, 해당 분리자의 위쪽에 위치하는 냉각구간의 체적이 확장 또는 축소되는 방향으로 열변형되는 것을 더 포함하며, 상기 전연부의 냉각구간은 상기 연소실에서 방출되는 고온공기의 온도분포에 따라, 상대적 저온구간인 외측 냉각구간, 상대적 고온구간인 내측 냉각구간으로 구분되며, 상기 분리자는, 상기 외측 냉각구간과 내측 냉각구간을 구획하는 제1 분리자, 내측 냉각구간을 분리하는 제2 분리자로 구성됨을 더 포함하고, 상기 제1 분리자는 양단이 고정되며, 중간부위에 열변형에 의해 이격 또는 밀착되는 Z단면 형상의 중첩부가 형성되고, 상기 중첩부의 적어도 일면에는 상기 외측 냉각구간과 내측 냉각구간을 선택적으로 연통하기 위한 연통홀이 형성되며, 상기 연통홀은 중첩부가 밀착되면 차단되고, 중첩부가 이격되면 개방되는 것을 더 포함하며, 상기 제2 분리자는 전연부에 일단이 고정된 채, 상기 제1 분리자와의 사이에 형성되는 내측 냉각구간의 체적이 확장 또는 축소되도록 타단인 자유단이 후연부로 근접하거나 후연부로부터 멀어지는 방향으로 열변형되는 것을 더 포함하는 가스터빈노즐의 전연부 냉각장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연소실에서 방출되는 고온의 공기에 의해 가열되는 터빈노즐의 전연부 내측을 냉각매체에 의해 효율적으로 냉각시키기 위하여, 상기 청구항 1에 기재된 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치를 이용하는 냉각방법으로, 상기 전연부의 내측을 열변형이 가능한 분리자에 의해 상대적 고온구간과 상대적 저온구간으로 구획하고, 상대적 고온구간은 해당 분리자의 열변형에 의해 확장 또는 축소되면서 냉각매체의 양을 조절하며, 상기 상대적 고온구간의 온도가 상승하면 상기 상대적 저온구간과의 경계에 위치하는 분리자가 열변형에 의해 밀폐되어 상대적 고온구간으로 냉각매체가 집중공급 되도록 하고, 상기 상대적 고온구간의 온도가 하강하면 상기 상대적 저온구간과의 경계에 위치하는 분리자가 열변형에 의해 일부 개방되어 상대적 고온구간의 냉각매체가 상기 상대적 저온구간으로 누출되도록 하는 가스터빈 노즐의 전연부 냉각방법이 제공된다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
기술된 본 발명의 과제 해결수단에 따르면, 터빈노즐 전연부 내측을 분리자에 의해 복수의 냉각구간으로 구획하되, 분리자를 열팽창에 의해 변형되는 소재로 구성하여, 터빈노즐 전연부 또는 주변의 온도변화에 따른 분리자의 열변형에 의해 냉각구간의 크기 및 냉각유량을 자율적으로 가변시킬 수 있음에 따라 터빈노즐 전연부 또는 주변온도에 따른 자율적 맞춤 냉각이 가능하므로, 노즐 전연부의 냉각효율을 배가시킬 수 있다.
도 1은 가스터빈기관의 개략도
도 2는 가스터빈 노즐의 일 예시도
도 3은 종래 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치의 구성도로서, 도 2의 A-A선 단면도
도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치의 제1 분리자 작동상태도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석 되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
첨부된 도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치의 구성도로서, 도 4에 따르면, 본 발명에 따른 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치(100)는 터빈노즐(20)의 전연부(21) 내측을 복수의 냉각구간으로 구획하는 복수의 분리자(110)로 구성될 수 있다.
먼저, 상기 전연부(21)의 내측을 복수의 냉각구간으로 구획설계함에 있어, 구획설계의 기준은 기 설명된 바 있는 연소실(1)에서 방출되는 고온공기의 온도 분포에 따라 상대적 저온구간인 외측 냉각구간(22)과 상대적 고온구간인 내측 냉각구간(23)으로 구분한다.
그리고, 상기 외측 냉각구간(22)과 내측 냉각구간(23) 사이에 양단이 고정된 제1 분리자(111)를 설치하여 두 구간을 구분하고, 또한, 상기 내측 냉각구간(23)을 둘로 구분하는 제2 분리자(112)를 설치하여 구분한다.
따라서, 외측 냉각구간(22), 내측 냉각구간(23)은 앞서 설명한 바와 같이, 연소실(1)에서 방출되는 고온공기의 온도분포에 따라 전연부(21)를 향하는 냉각매체의 양을 적절히 배분하여 전연부(21)로 송출할 수 있으므로 기본적인 냉각설계를 갖추게 된다.
이로부터, 상기 내측 냉각구간(23)으로 고온의 공기가 부적절하게 유입되었을 때, 이를 외측 냉각구간(22)으로 방출할 수 있도록 하기 위해, 상기 제1 분리자(111)를 개선하게 되었다.
구체적으로 보면, 연소실의 고온 연소가스에 의해 내측 냉각구간(22)에 해당하는 전연부가 과도하게 가열되게 되면, 이의 해소방법 중 하나로, 내측 냉각구간(23)으로 유입되는 냉각공기의 일부가 외측 냉각구간으로 유입되는 것을 차단하여 내측 냉각구간을 추가로 냉각하는 방법을 채택할 수 있을 것이다.
이를 위해, 상기 제1 분리자(111)를 열에 의해 변형되는 금속체로 구성하고, 그 직선구간에 중첩부(111a)를 구성한다. 여기서, 중첩부(111a)는 도 5에서와 같이, 3개의 면이 중첩되도록 되도록 하여 그 단면 형상이 Z형상을 이루고 있다. 그리고, 중첩부(111a)의 적어도 일면에는 상기 외측 냉각구간(22)과 내측 냉각구간(23)을 선택적으로 연통하기 위한 연통홀(111b)이 형성된다.
따라서, 앞서 설명한 바 있듯이, 상기 전연부(21)의 온도 또는 전연부 내부의 온도 변화에 따라 제1 분리자(111)가 열변형되면서 상기 중첩부(111a)는 펼쳐지거나 또는 밀착되는 변형을 일으키면서 상기 연통홀(111b)을 개폐할 수 있으므로 외측 냉각구간(22)과 내측 냉각구간(23)을 선택적으로 연통되게 할 수 있다.
부연하면, 고온 연소가스에 의해 내측 냉각구간에 해당하는 전연부가 가열되면, 그 온도의 영향으로 상기 제1 분리자(111)가 열팽창되므로 상기 중첩부(111a)는 서로 밀착되며, 이로 인해 중첩부(111a)에 형성되어 있는 연통홀(111b)이 차단된다. 이로써, 내측 냉각구간(23)으로 유입되는 냉각공기가 연통홀(111b)을 통해 외측 냉각구간(22)으로 배출됨을 방지하게 되어 내측 냉각구간(23)이 추가로 냉각할 수 있게 된다.
반대로, 내측 냉각구간에 해당하는 전연부의 금속 온도가 내려가면, 이 영향으로 상기 제1 분리자(111)가 열수축되므로 상기 중첩부(111a)는 서로 이격되며, 이로 인해 중첩부(111a)에 형성되어 있는 연통홀(111b)이 개방되어 내측 냉각구간으로 유입되는 냉각공기의 일부가 연통홀(111b)을 통해 외측 냉각구간(22)으로 유출되므로 결과적으로 내측 냉각구간(23)으로 유입되는 냉각매체의 양이 감축된다.
또한, 상기 제1 분리자(111)는 그 양단이 고정되어 있어서 상부 냉각구간(22)을 확장하거나 축소하는 기능은 없으나 이러한 제약조건을 통해 분리자의 열변형에 의한 연통홀을 개폐를 가능하게 하여 냉각공기의 양을 가변적으로 조절할 수 있게 한다.
상기 제2 분리자(112)는 상기 제1 분리자(111)와의 사이에 형성되는 내측 냉각구간(23)의 체적이 확장 또는 축소되도록 그 자유단이 후연부(50)로 근접하거나 후연부로부터 멀어지는 방향으로 열변형된다.
즉, 상기 내측 냉각구간(23)은 외측 냉각구간(22)에 비해 금속온도가 높으므로 경우에 따라 구간을 확장하여 냉각할 필요가 있는데, 내측 냉각구간(23)의 온도가 높게 되면, 그 온도의 영향으로 제2 분리자(112)가 후연부(50)를 향해 열팽창되면서 제2 분리자(112)의 입구부가 확장됨에 따라 냉각매체의 유입량을 늘릴 수 있으므로 내측 냉각구간(23)의 냉각효과를 증대시킬 수 있게 된다.
반면, 중부 냉각구간(23)의 온도가 내려가면 제2 분리자(112)는 그 온도의 영향으로 열수축되면서 원래의 위치로 복원된다.
이러한 제2 분리자(112)의 열변형에 의해 내측 냉각구간(23)을 상황에 따라 냉각강도를 조절할 수 있으므로 효율적 냉각이 가능하게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상을 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
20 : 터빈노즐 21 : 전연부
22 : 외측 냉각구간 23 : 내측 냉각구간
100 : 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치
110 : 분리자 111 : 제1 분리자
111a : 중첩부 111b : 연통홀
112 : 제2 분리자 200 : 인서트

Claims (6)

  1. 연소실에서 방출되는 고온공기에 의해 가열되는 터빈노즐의 전연부 내측을 냉각매체에 의해 냉각시키기 위한 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치로서,
    상기 터빈노즐의 전연부 내측을 복수의 냉각구간으로 구획하는 복수의 분리자를 포함하되,
    상기 복수의 분리자 중, 어느 한 분리자는 전연부의 온도 또는 전연부 내부의 온도 변화에 따라, 해당 분리자에 의해 구획되어 있는 두 냉각구간이 단절 또는 연통되도록 열변형되고,
    상기 복수의 분리자 중, 다른 한 분리자는 전연부의 온도 또는 전연부 내부의 온도변화에 따라, 해당 분리자의 위쪽에 위치하는 냉각구간의 체적이 확장 또는 축소되는 방향으로 열변형되는 것을 더 포함하며,
    상기 전연부의 냉각구간은 상기 연소실에서 방출되는 고온공기의 온도분포에 따라, 상대적 저온구간인 외측 냉각구간, 상대적 고온구간인 내측 냉각구간으로 구분되며,
    상기 분리자는, 상기 외측 냉각구간과 내측 냉각구간을 구획하는 제1 분리자, 내측 냉각구간을 분리하는 제2 분리자로 구성됨을 더 포함하고,
    상기 제1 분리자는 양단이 고정되며, 중간부위에 열변형에 의해 이격 또는 밀착되는 Z단면 형상의 중첩부가 형성되고, 상기 중첩부의 적어도 일면에는 상기 외측 냉각구간과 내측 냉각구간을 선택적으로 연통하기 위한 연통홀이 형성되며, 상기 연통홀은 중첩부가 밀착되면 차단되고, 중첩부가 이격되면 개방되는 것을 더 포함하며,
    상기 제2 분리자는 전연부에 일단이 고정된 채, 상기 제1 분리자와의 사이에 형성되는 내측 냉각구간의 체적이 확장 또는 축소되도록 타단인 자유단이 후연부로 근접하거나 후연부로부터 멀어지는 방향으로 열변형되는 것을 더 포함하는 가스터빈노즐의 전연부 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 연소실에서 방출되는 고온의 공기에 의해 가열되는 터빈노즐의 전연부 내측을 냉각매체에 의해 효율적으로 냉각시키기 위하여, 상기 청구항 1에 기재된 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치를 이용하는 냉각방법으로,
    상기 전연부의 내측을 열변형이 가능한 분리자에 의해 상대적 고온구간과 상대적 저온구간으로 구획하고, 상대적 고온구간은 해당 분리자의 열변형에 의해 확장 또는 축소되면서 냉각매체의 양을 조절하며,
    상기 상대적 고온구간의 온도가 상승하면 상기 상대적 저온구간과의 경계에 위치하는 분리자가 열변형에 의해 밀폐되어 상대적 고온구간으로 냉각매체가 집중공급 되도록 하고, 상기 상대적 고온구간의 온도가 하강하면 상기 상대적 저온구간과의 경계에 위치하는 분리자가 열변형에 의해 일부 개방되어 상대적 고온구간의 냉각매체가 상기 상대적 저온구간으로 누출되도록 하는 가스터빈 노즐의 전연부 냉각방법.
KR1020160127523A 2016-10-04 2016-10-04 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법 KR101852357B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160127523A KR101852357B1 (ko) 2016-10-04 2016-10-04 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160127523A KR101852357B1 (ko) 2016-10-04 2016-10-04 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180037413A KR20180037413A (ko) 2018-04-12
KR101852357B1 true KR101852357B1 (ko) 2018-04-26

Family

ID=61969248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160127523A KR101852357B1 (ko) 2016-10-04 2016-10-04 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101852357B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4087058B2 (ja) * 1997-12-11 2008-05-14 プラット アンド ホイットニー カナダ コーポレイション 先端部クリアランス制御を改善するためのタービン熱作動受動バルブ
KR101541425B1 (ko) * 2013-02-26 2015-08-03 두산중공업 주식회사 가스터빈용 연소기 라이너의 냉각 구조

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4087058B2 (ja) * 1997-12-11 2008-05-14 プラット アンド ホイットニー カナダ コーポレイション 先端部クリアランス制御を改善するためのタービン熱作動受動バルブ
KR101541425B1 (ko) * 2013-02-26 2015-08-03 두산중공업 주식회사 가스터빈용 연소기 라이너의 냉각 구조

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180037413A (ko) 2018-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2944767B1 (en) Fluid system
CN107849980B (zh) 具有防冰阀总成的涡轮发动机、放气阀和操作方法
EP3095990B1 (en) Gas turbine engine and method of operating the same
EP2644847B1 (en) Turbine engine heat recuperator system
EP3396107B1 (en) Turn cap and corresponding vane
US10480407B2 (en) Heat exchanger assembly for engine bleed air
WO2012043073A1 (ja) 回収式空気冷却ガスタービン燃焼器冷却構造
US10370978B2 (en) Turbine blade
EP2963246B1 (en) Turbine case cooling system
US10760493B2 (en) Heat exchanger flow control assembly
US10443398B2 (en) Turbine blade
US10815806B2 (en) Engine component with insert
JP2017075602A (ja) タービンブレード
JP2007192213A (ja) タービンエアフォイルおよびタービンエアフォイルアッセンブリを冷却する方法
CN110173307A (zh) 具有冷却孔的发动机构件
US10208605B2 (en) Turbine blade
JP2017078414A (ja) タービンブレード
US20170058678A1 (en) Integrated circuit cooled turbine blade
US20170328208A1 (en) Airfoil with cooling circuit
EP2852734B1 (en) Passive thermostatic valve
US7056084B2 (en) Steam turbine
EP3246519B1 (en) Actively cooled component
KR101852357B1 (ko) 가스터빈 노즐의 전연부 냉각장치 및 냉각방법
WO2015162795A1 (ja) ガスタービン燃焼器及び該燃焼器を備えたガスタービン
US9638045B2 (en) Cooling structure for stationary blade

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant