KR101883564B1

KR101883564B1 - 가스터빈 블레이드

Info

Publication number: KR101883564B1
Application number: KR1020160145299A
Authority: KR
Inventors: 이재빈
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-07-30
Also published as: KR20180048123A

Abstract

가스터빈 블레이드가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드는 터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하여 안정적인 냉각을 도모하고자 한다.

Description

가스터빈 블레이드{Gas Turbine Blade}

본 발명은 가스터빈 블레이드의 냉각에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈 엔진의 성능 향상을 위하여 터빈 입구 온도를 높이는 방안이 지속적으로 제안되어 왔다. 그러나 이렇게 터빈 입구 온도를 상승시킬 경우, 터빈 블레이드의 열부하를 가중시키고 수명을 단축시키는 문제점을 야기시킨다.

특히 터빈 블레이드에서 구조적으로 발생하는 열부하로 인한 냉각을 실시하기 위해 냉각유체를 공급하여 상기 터빈 블레이드에 대한 강제 냉각을 실시하고 있다.

이러한 강제 냉각방법은 터빈의 압축기로부터 방출되는 냉각유체를 블레이드 내부에 있는 유로를 통해 주입하여 강제대류를 발생시켜 냉각시키는 방법이다. 강제대류 냉각에서는 냉각성능 향상을 위해서 요철을 사용한 냉각방법이 사용되고 있는데, 상기 요철은 유로 내의 유동을 교란시켜 열전달을 향상시키기 위해서 사용된다.

종래에는 냉각을 위해 바(Bar) 형태의 리브(Rib)를 경사진 상태로 다수개를 배치하여 냉각을 실시하고 있으나, 상기 리브의 경사 각도에 따라 냉각 성능의 확연한 차이가 발생되었고 터빈 블레이드 내부에서 특정 영역으로 냉각유체가 일정하게 공급되지 못하면서 열전도 측면에서 불리하게 적용되는 문제점이 발생되었다.

특히 블레이드의 트레일링 엣지 부위에 대한 냉각은 냉각을 위해 다양한 방식이 사용되고 있으나 만족할 만한 수준에 이르지 못하거나 냉각 공기의 배출 방향이 센터 디스차지 홀(Center discharge hole)로 배출되는 현상이 있어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국공개특허 제10-1998-024232호

본 발명의 실시 예들은 터빈 블레이드의 냉각 유로를 따라 이동하는 냉각 유체 중 일부를 트레일링 엣지로 충분히 공급하여 냉각을 실시하여 상기 트레일링 엣지 부분에 대한 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 가스터빈 블레이드를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드는 터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및 상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부를 포함하고, 상기 냉각 영역에는 상기 터빈 블레이드의 플랫폼부에서 팁부에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부에서 팁부에 이르는 냉각 영역을 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽; 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽; 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고,
상기 제1 격벽은 상기 트레일링 엣지의 높이 방향을 향해 직선 형태로 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제1 절곡부; 상기 제1 절곡부의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제1 라운드 부; 상기 제1 라운드 부의 라운드 진 단부에서 상기 제2 격벽을 향해 직선 형태로 연장된 제1 연장부를 포함하며,
상기 제2 격벽은 상기 제1 연장부의 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 내측 상부를 향해 경사지게 연장된 제1 경사부; 상기 제1 경사부의 경사진 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제2 절곡부; 상기 제2 절곡부의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제2 라운드 부; 상기 제2 라운드 부의 라운드 진 단부에서 상기 제3 격벽을 향해 직선 형태로 연장된 제2 연장부를 포함한다.
상기 제3 격벽은 상기 제2 연장부의 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 내측 상부를 향해 경사지게 연장된 제2 경사부; 상기 제2 경사부의 경사진 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제3 절곡부; 상기 제3 절곡부의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제3 라운드 부; 상기 제3 라운드 부의 라운드 진 단부에서 트레일링 엣지의 팁을 향해 직선 형태로 연장된 제3 연장부를 포함한다.
상기 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 트레일링 엣지의 냉각 영역을 향해 경사지게 개구된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드는 터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및 상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부를 포함하고, 상기 냉각 영역에는 상기 터빈 블레이드의 플랫폼부에서 팁부에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부에서 팁부에 이르는 냉각 영역을 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽; 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽; 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고, 상기 냉각 영역은 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 형성된 제1 냉각 영역; 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 형성된 제2 냉각 영역; 상기 제3 격벽과 팁 사이에 형성된 제3 냉각 영역을 포함하며, 상기 제3 냉각 영역은 상기 제1 내지 제2 냉각 영역에 비해 면적이 크게 형성된다.

본 발명의 제3 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드는 터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및 상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부를 포함하고, 상기 냉각 영역에는 상기 터빈 블레이드의 플랫폼부에서 팁부에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부에서 팁부에 이르는 냉각 영역을 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽; 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽; 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고, 상기 냉각 영역은 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 형성된 제1 냉각 영역; 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 형성된 제2 냉각 영역; 상기 제3 격벽과 팁 사이에 형성된 제3 냉각 영역을 포함하며,
상기 제1 내지 제3 냉각 영역에 개구된 임핀지먼트 홀 중 상기 제2 내지 제3 격벽 하측에 위치된 임핀지먼트 홀은 개구된 방향이 상기 제1,2 냉각 영역에서 상기 냉각 유로를 향해 상향 경사지게 개구되고, 상기 제3 냉각 영역의 팁 하측에 위치된 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 제3 냉각 영역을 향해 상향 경사지게 개구된 것을 특징으로 한다.
상기 제3 냉각 영역에 형성된 임핀지먼트 홀은 상기 제1 냉각 영역에 형성된 임핀지먼트 홀에 비해 직경이 크게 개구된다.
상기 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 냉각 영역을 향해 직경이 축소된 것을 특징으로 한다.
상기 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 영역을 향해 복수개가 개구된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드는 터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및 상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부가 구비되고, 상기 가이드 리브 중 상기 냉각 영역을 향해 배치된 단위 가이드 리브는 상기 냉각 유체가 상기 냉각 영역이 형성된 방향으로 가이드 되도록 상기 안내부를 향해 경사지게 배치되며, 상기 냉각 영역에는 격벽이 형성되고, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽과, 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽과, 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고,
상기 단위 가이드 리브는 상기 냉각 영역을 향해 다수개가 배치되되, 상기 제1 내지 제3 격벽에 이르는 구간에 각각 배치된 간격과 개수가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 단위 가이드 리브는 연장된 단부가 상기 안내부와 이격 되고, 상기 단위 가이드 리브의 연장된 단부가 상기 임핀지먼트 홀을 바라보며 연장된 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 실시 예들은 가스 터빈 블레이드의 트레일링 엣지에서의 냉각을 안정적으로 실시할 수 있어 냉각 효율을 향상 시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 가스 터빈 블레이드의 트레일링 엣지로 공급되는 냉각 공기의 이동을 안정적으로 유도하여 가스 터빈 블레이드의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 실시 예에 의한 가스 터빈 블레이드를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스 터빈 블레이드의 종 단면도.
도 3은 본 발명의 안내부를 도시한 가스 터빈 블레이드의 횡 단면도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 가스 터빈 블레이드의 종 단면도.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈 블레이드는 트레일링 엣지에서의 냉각 성능을 극대화 하여 터빈 블레이드의 전체적인 냉각 성능을 향상시키고자 한다.

상기 터빈 블레이드(1)는 도면을 기준으로 플랫폼부(20)의 횡 방향은 길이 방향(L)으로 정의하고, 반경 방향은 높이 방향(H)으로 정의 한다.

터빈 블레이드(1)는 내부 구조가 다양할 수 있으나 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 형태로 한정하고 내부 유로의 경로 또한 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 형태로 한정하나 다른 형태로 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.

터빈 블레이드(1)는 내부에 형성된 냉각 유로(10)를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각 유로(10)를 따라 배치된 가이드 리브(100)가 구비된다.

상기 가이드 리브(100)는 냉각 유로(10)를 따라 소정의 간격으로 다수개가 배치되는데, 냉각 유체의 이동 경로와 방향을 가이드 하여 상기 터빈 블레이드(1)의 전체적인 열 교환을 도모한다.

터빈 블레이드(1)는 전술한 냉각 유로(10)를 높이 방향(H)으로 다수개의 분할된 영역으로 구획하는 분할판(3)이 형성되므로 상기 냉각 유체는 상기 분할판(3)에 의해 구획된 냉각 유로(10)를 따라 안정적으로 이동하면서 터빈 블레이드(1)에 대한 냉각을 실시할 수 있다.

가이드 리브(100)는 터빈 블레이드(1)의 리딩 엣지(2a)에서 트레일링 엣지(2b)에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로(10)를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 다수개가 서로 간에 이격된다. 가이드 리브(100)의 배치 간격과 형태는 도면에 도시된 간격과 형태로 한정하나 이 또한 변경될 수 있다.

또한 상기 가이드 리브(100)는 면적에 따라 냉각유체와 열교환을 통해 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며 이를 통해 터빈 블레이드(1)에서 발생되는 고온의 열을 저감시킬 수 있다.

본 실시 예는 터빈 블레이드(1)의 트레일링 엣지(2b)에 대한 효율적인 냉각을 위해 상기 냉각 유로(10) 중 트레일링 엣지(2b)에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역(S)이 서로 각각 구획되고 상기 구획된 각각의 냉각 영역(S)을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀(210)이 형성된 안내부(200)가 형성된다.

상기 임핀지먼트 홀(210)은 상기 냉각 유로(10)에서 상기 냉각 영역(S)을 향해 직경이 일정하게 유지되거나, 직경이 축소될 수 있다. 본 실시 예는 임핀지먼트 홀(210)의 직경이 일정한 실시 예와 직경이 축소된 형태의 두 가지를 제시하였으나 다른 형태로의 변경도 가능할 수 있다.

임핀지먼트 홀(210)은 상기 냉각 영역(S)을 향해 복수개가 개구될 수 있으며 개수는 냉각 영역(S)에 대한 안정적인 냉각을 위해 실험을 통해 최적화된 개수가 설정된다.

안내부(200)는 터빈 블레이드(1)를 길이 방향으로 절단해서 위에서 바라볼 때 냉각유체가 임핀지먼트 홀(210)을 향해 용이하게 유입되도록 전면과 후면에 상기 임핀지먼트 홀(210)을 향해 라운드 진 냉각유체 가이드 부(211)가 형성된다.

냉각유체 가이드 부(211)는 냉각유체가 안내부(200)에서 임핀지먼트 홀(210)을 통해 냉각 영역(S)으로 이동할 때 상기 임핀지먼트 홀(210)로 냉각유체의 이동을 가이드 하여 다량의 냉각유체를 상기 냉각 영역(S)으로 용이하게 공급할 수 있다.

상기 임핀지먼트 홀(210)은 상기 냉각 유로(10)에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 냉각 영역(S)을 향해 경사지게 개구될 수 있다. 예를 들면 냉각 영역(S)의 특정 위치의 온도가 국부적으로 고온 상태가 유지되는 것으로 판단될 경우 상기 영역에 대한 냉각을 위해 특정 각도로 경사지게 개구된다.

따라서 터빈 블레이드(1)의 트레일링 엣지(2b)에 대한 냉각 중 특정 위치에서 온도가 상승되지않고 냉각이 일정하게 이루어질 수 있어 냉각 효율이 향상된다.

본 실시 예에 의한 냉각 영역(S)은 상기 터빈 블레이드(1)의 플랫폼부(20)에서 팁부(2c)에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부(20)에서 팁부(2c)에 이르는 냉각 영역(S)을 구획하는 격벽(300)이 형성된다.

참고로 냉각 영역(S)은 트레일링 엣지(2b)에 해당되는 영역을 한정하며 냉각 유로(10)가 형성된 영역과는 상이함을 밝혀 둔다. 상기 냉각 영역(S)에 대한 상세한 설명은 격벽(300)을 먼저 설명한 후에 하기로 한다.

격벽(300)은 제1 내지 제3 격벽(310, 320, 330)을 포함하여 구성되고, 제1 내지 제3 격벽(310, 320, 330)은 도면을 기준으로 트레일링 엣지(2b)의 우측 내벽을 따라 위치된다.

상기 격벽(300)은 상기 트레일링 엣지(2b)의 내측벽이 형성된 플랫폼부(20)에서 높이 방향(H)과 길이 방향(L)에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽(310)과, 상기 제1 격벽(310)에서부터 상기 트레일링 엣지(2b)의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽(320)과, 상기 트레일링 엣지(2b)의 팁(2c)과 상기 제2 격벽(320) 사이에 위치된 제3 격벽(330)을 포함한다.

상기 격벽(300)은 전술한 제1 내지 제3 격벽(310, 320, 330)으로 한정하지 않고 개수가 증가될 수 있으며 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 개수로 한정하여 설명한다.

플랫폼부(20)의 하측에서 냉각유체가 입구부(4)를 통해 상기 냉각 유로(10)로 공급될 경우 트레일링 엣지(2b)에 다량의 냉각유체가 상기 임핀지먼트 홀(210)을 통해 제1 내지 제3 냉각 영역(S1, S2, S3)으로 공급된다.

본 실시 예에 의한 제1 격벽(310)은 상기 트레일링 엣지(2b)의 높이 방향을 향해 직선 형태로 연장된 단부에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제1 절곡부(312)와, 상기 제1 절곡부(312)의 절곡돤 단부에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제1 라운드 부(314)와, 상기 제1 라운드 부(314)의 라운드 진 단부에서 상기 제2 격벽(320)을 향해 직선 형태로 연장된 제1 연장부(316)를 포함한다.

제1 절곡부(312)는 제1 냉각 영역(S1)을 향해 상측으로 경사지게 절곡 되므로 냉각유체가 화살표로 도시된 방향을 향해 공급될 수 있다. 임핀지먼트 홀(210)은 상기 제1 냉각 영역(S1)을 향해 경사지게 개구될 수 있으며 이 경우 냉각유체의 이동 방향은 A위치에서 B위치를 향해 공급된다.

예를 들어 냉각유체가 다수개의 임핀지먼트 홀(210)을 통해 제1 냉각 영역(S1)으로 이동될 경우 터빈 블레이드(1)의 반경 방향에 해당되는 높이 방향(H)을 향해 이동된다.

제1 라운드 부(314)는 임핀지먼트 홀(210)을 경유한 냉각유체 중의 일부가 냉각 유로(10) 방향으로 이동하여 역류하지 않도록 공간을 제공한다. 상기 제1 라운드 부(314)는 라운드 진 반경 또는 형태 및 위치가 다양하게 변경될 수 있으며 도면에 도시된 형태 및 반경으로 반드시 한정하지 않는다.

제1 연장부(316)는 제1 냉각 영역(S1)으로 이동된 냉각유체를 높이 방향(H)으로 이동시켜 트레일링 엣지(2b)에서의 안정적인 냉각을 도모할 수 있다.

첨부된 도 4를 참조하면, 제1 냉각 영역(S1)은 냉각유체의 신속한 이동을 도모하기 위해 임핀지먼트 홀(210)의 개구된 직경을 서로 상이하게 형성시켜 상기 냉각유체가 상기 제1 냉각 영역(S1)으로 유입되는 속도를 변화시킬 수 있다. 예를 들면 터빈 블레이드(1)의 높이 방향(H)으로 갈수록 임핀지먼트 홀(210)의 개구된 직경이 증가될 수 있다.

이 경우 냉각 공기는 직경이 작은 임핀지 먼트 홀(210)을 통해 제1 냉각 영역(S1)으로 분사되고 이동 속도(v1)가 직경이 상대적으로 크게 형성된 임핀지먼트 홀을 통해 이동된 냉각 공기의 이동 속도(v2)에 비해 증가되므로 높이 방향(H)으로 보다 신속하게 냉각유체를 이동시킬 수 있다.

따라서 냉각유체가 정체되지 않고 신속히 이동될 수 있고, 지속적으로 다량의 냉각유체가 계속 유입되면서 터빈 블레이드(1)의 트레일링 엣지(2b)에 대한 냉각을 효율적으로 실시할 수 있어 냉각 효율이 향상된다.

본 실시 예에 의한 제2 격벽(320)은 상기 제1 연장부(316)의 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 내측 상부를 향해 경사지게 연장된 제1 경사부(321)와, 상기 제1 경사부(321)의 경사진 단부에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제2 절곡부(322)와, 상기 제2 절곡부(322)의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제2 라운드 부(324)와, 상기 제2 라운드 부(324)의 라운드 진 단부에서 상기 제3 격벽(330)을 향해 직선 형태로 연장된 제2 연장부(326)를 포함한다.

제1 경사부(321)는 제1 연장부(316)를 통해 이동된 냉각유체의 이동 방향을 가이드 리브(100)가 위치된 냉각 유로(10)로 전환시킨다. 상기 냉각유체는 전술한 B의 위치에서 제1 경사부(321)로 이동된 후에 C의 위치로 이동되는데, 상기 C의 위치는 냉각 유로(10)를 따라 이동하는 냉각유체가 이동하는 통로로서 상기 제1 냉각 영역(S1)을 경유하면서 열교환된 유체의 온도보다 낮은 온도가 유지된다.

제2 냉각 영역(S2)은 제1 냉각 영역(S1)의 상측에 위치되고, 제1 냉각 영역(S1)과 동일 면적으로 구성되거나, 작은 면적으로 구성될 수 있으며 도면에 도시된 면적으로 반드시 한정하지 않는다.

제2 절곡부(322)는 제2 냉각 영역(S2)을 향해 상측으로 경사지게 절곡 되어 있어 냉각유체가 화살표로 도시된 방향을 향해 공급될 수 있다. 임핀지먼트 홀(210)은 상기 제2 냉각 영역(S2)을 향해 경사지게 개구될 수 있으며 이 경우 냉각유체의 이동 방향은 D위치를 향해 이동된다.

제2 라운드 부(324)는 임핀지먼트 홀(210)을 경유한 냉각유체 중의 일부가 임핀지먼트 홀(210)을 통해 냉각 유로(10) 방향으로 이동하여 역류하지 않도록 공간을 제공한다. 제2 라운드 부(324)는 전술한 제1 라운드 부(314)와 동일한 형태 또는 다른 형태로 변형 가능하며 도면에 도시된 형태로 한정하지 않는다.

제1 연장부(316)는 제2 냉각 영역(S1)으로 이동된 냉각유체를 높이 방향(H)으로 이동시킨다. 바람직 하게는 냉각유체가 E위치를 향해 안정적으로 이동되도록 방향을 가이드 한다.

임핀지먼트 홀(210)은 위치에 따라 개구된 직경이 상이하게 개구될 수 있으며 이 경우 상기 제2 연장부(326)로 이동되는 냉각유체의 이동 속도가 증가될 수 있다.

특히 임핀지먼트 홀(210)은 직경이 작게 개구될수록 분사속도가 증가되므로 속도 증가에 따른 트레일링 엣지(2b)의 내측벽과의 충돌을 통해 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

예를 들면 터빈 블레이드(1)의 높이 방향(H)에서 특정 위치의 온도가 높은 것으로 측정되면 상기 위치에 다량의 냉각유체가 공급되도록 임핀지먼트 홀(210)의 직경과 위치 및 개수를 변경시켜 안정적인 냉각을 도모할 수 있다.

따라서 터빈 블레이드(1)는 트레일링 엣지(2b)에서 온도가 국부적으로 상승되지 않고 특정 온도로 일정하게 유지시킬 수 있어 냉각 효율이 향상될 수 있다.

본 실시 예에 의한 제3 격벽(330)은 상기 제2 연장부(326)의 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 내측 상부를 향해 경사지게 연장된 제2 경사부(331)와, 상기 제2 경사부(331)의 경사진 단부에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제3 절곡부(332)와, 상기 제3 절곡부(332)의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지(2b)의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제3 라운드 부(334)와, 상기 제3 라운드 부(334)의 라운드 진 단부에서 트레일링 엣지(2b)의 팁(2c)을 향해 직선 형태로 연장된 제3 연장부(336)를 포함한다.

냉각유체는 제2 경사부(331)를 따라 E위치에 해당되는 냉각유로(10)로 이동되고, 상기 E위치에서 임핀지먼트 홀(210)을 통해 F위치로 이동된다.

냉각유체는 F위치에서 제3 연장부(336)를 따라 화살표 방향으로 이동된 후에 터빈 블레이드(1)의 원주 방향 외측인 G위치로 배출되므로 냉각 유로(10)로 역류되지 현상이 발생되지 않는다. 상기 냉각유체가 최종적으로 배출되는 방향은 터빈 블레이드(1)의 반경 방향이므로 터빈의 성능에 별다른 영향을 유발하지 않으므로 장기간 터빈이 작동되는 경우에도 효율이 일정하게 유지될 수 있다.

또한 다량의 냉각유체가 터빈 블레이드(1)의 높이 방향을 따라 이동하면서 냉각을 안정적으로 실시할 수 있어 트레일링 엣지(2b)에 대한 냉각을 효율적으로 실시할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시 예는 터빈 블레이드(1)의 리딩 엣지(2a)에서 트레일링 엣지(2b)에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로(10)를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브(100) 및 상기 냉각 유로(10) 중 트레일링 엣지(2b)에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역(S)이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역(S)을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀(210)이 형성된 안내부(200)가 구비된다.
그리고 전술한 제1 실시 예의 제1 내지 제3 격벽(310, 320, 330)과 제1 내지 제3 냉각 영역(S1, S2, S3)의 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시 예는 제1 실시 예와 다르게 상기 제3 냉각 영역(S3)이 상기 제1 내지 제2 냉각 영역(S1, S2)에 비해 면적이 크게 형성된다.

본 발명의 제3 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 3 또는 도 5를 참조하면, 본 실시 예는 터빈 블레이드(1)의 리딩 엣지(2a)에서 트레일링 엣지(2b)에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로(10)를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브(100)와, 상기 냉각 유로(10) 중 트레일링 엣지(2b)에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역(S)이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀(210)이 형성된 안내부(200)가 구비된다.
또한 전술한 제1 실시 예에 개시된 제1 내지 제3 격벽(310, 320, 330)과, 제1 내지 제3 냉각 영역(S1, S2, S3)은 전술한 제1 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 상기 제1 내지 제3 냉각 영역(S1, S2, S3)에 개구된 임핀지먼트 홀(210) 중 상기 제2 내지 제3 격벽(320, 330) 하측에 위치된 임핀지먼트 홀은 개구된 방향이 상기 제1,2 냉각 영역(S1, S2)에서 냉각 유로(10)를 향해 상향 경사지게 개구되고, 상기 제3 냉각 영역(S3)의 팁 하측에 위치된 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 제3 냉각 영역(S3)을 향해 상향 경사지게 개구된다.
상기 가이드 리브(100) 중 상기 냉각 영역(S1, S2, S3)을 향해 배치된 단위 가이드 리브(102)는 상기 냉각 유체가 상기 냉각 영역(S1, S2, S3)이 형성된 방향으로 가이드 되도록 상기 안내부(200)를 향해 경사지게 배치된다.

삭제

특히 상기 단위 가이드 리브(102)는 연장된 단부가 상기 안내부(200)와 이격 되고, 상기 단위 가이드 리브(102)의 연장된 단부가 상기 임핀지먼트 홀(210)을 바라보며 연장된다.

예를 들면 단위 가이드 리브(102)는 연장된 단부 길이가 도면에 도시된 바와 같은 길이로 연장되거나 임핀지먼트 홀(210)의 개구된 중앙을 향해 연장될 수 있다.

단위 가이드 리브(102)는 연장 길이가 임핀지먼트 홀(210)과 근접된 위치까지 연장 가능하며 이 경우 상기 단위 가이드 리브(102)의 경사각(α1)과 상기 임핀지먼트 홀(210)의 경사각(α2)이 일치하도록 구성될 수 있다.

따라서 다량의 냉각유체는 전체 유량 중의 일부에 해당되는 유량의 이동 방향이 임핀지먼트 홀(210)을 향해 이동될 수 있어 복수개의 냉각 영역(S1, S2, S3)을 향해 안정적으로 냉각 유체를 공급할 수 있다.

본 발명의 제4 실시 예에 의한 가스터빈 블레이드는 도 5에 도시된 구성과 유사하므로 상기 도 5를 참조하여 설명한다.
본 실시 예는 터빈 블레이드(1)의 리딩 엣지(2a)에서 트레일링 엣지(2b)에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로(10)를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브(100) 및 상기 냉각 유로(10) 중 트레일링 엣지(2b)에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역(S)이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역(S)을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀(210)이 형성된 안내부(200)가 구비된다.
그리고 상기 가이드 리브 중 상기 냉각 영역(S)을 향해 배치된 단위 가이드 리브(102)는 상기 냉각 유체가 상기 냉각 영역(S)이 형성된 방향으로 가이드 되도록 상기 안내부(200)를 향해 경사지게 배치된다.
단위 가이드 리브(102)는 냉각 유로(10)를 따라 다수개가 배치되고, 일 예로 제1 내지 제3 격벽(310, 320, 330)에 이르는 구간에 각각 배치된 간격과 개수가 서로 상이하게 구성될 수 있다.

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단위 가이드 리브(102)는 터빈 블레이드(1)에서 트레일링 엣지(2b)의 온도 분포 상태에 따라 개수가 증가 또는 감소될 수 있으며, 이 경우 어느 쪽이 유리할지 실험을 통해 최적의 개수가 설정된다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 :터빈 블레이드
2a : 리딩엣지
2b : 트레일링 엣지
20 : 플랫폼부
2C : 팁
10 : 냉각 유로
100 : 가이드 리브
102 : 단위 가이드 리브
S : 냉각 영역
S1 : 제1 냉각 영역
S2 : 제2 냉각 영역
S3 : 제3 냉각 영역
200 : 안내부
210 : 임핀지먼트 홀
300 : 격벽
310 : 제1 격벽
320 : 제2 격벽
330 : 제3 격벽
312 : 제1 절곡부
314 :제1 라운드 부
316 : 제1 연장부
321 : 제1 경사부
322 : 제2 절곡부
324 : 제2 라운드 부
326 : 제2 연장부
331 : 제2 경사부
332 : 제3 절곡부
334 : 제3 라운드 부
336 : 제3 연장부

Claims

터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및
상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부를 포함하고,
상기 냉각 영역에는 상기 터빈 블레이드의 플랫폼부에서 팁부에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부에서 팁부에 이르는 냉각 영역을 구획하는 격벽이 형성되며,
상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽; 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽; 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고,
상기 제1 격벽은 상기 트레일링 엣지의 높이 방향을 향해 직선 형태로 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제1 절곡부; 상기 제1 절곡부의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제1 라운드 부; 상기 제1 라운드 부의 라운드 진 단부에서 상기 제2 격벽을 향해 직선 형태로 연장된 제1 연장부를 포함하는 가스터빈 블레이드.
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제1 항에 있어서,
상기 제2 격벽은 상기 제1 연장부의 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 내측 상부를 향해 경사지게 연장된 제1 경사부;
상기 제1 경사부의 경사진 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제2 절곡부;
상기 제2 절곡부의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제2 라운드 부;
상기 제2 라운드 부의 라운드 진 단부에서 상기 제3 격벽을 향해 직선 형태로 연장된 제2 연장부를 포함하는 가스터빈 블레이드.
제5 항에 있어서,
상기 제3 격벽은 상기 제2 연장부의 연장된 단부에서부터 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 내측 상부를 향해 경사지게 연장된 제2 경사부;
상기 제2 경사부의 경사진 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 절곡된 제3 절곡부;
상기 제3 절곡부의 절곡된 단부에서 상기 트레일링 엣지의 길이 방향 외측을 향해 소정의 폭으로 라운드진 제3 라운드 부;
상기 제3 라운드 부의 라운드 진 단부에서 트레일링 엣지의 팁을 향해 직선 형태로 연장된 제3 연장부를 포함하는 가스터빈 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 트레일링 엣지의 냉각 영역을 향해 경사지게 개구된 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및
상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부를 포함하고,
상기 냉각 영역에는 상기 터빈 블레이드의 플랫폼부에서 팁부에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부에서 팁부에 이르는 냉각 영역을 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽; 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽; 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고,
상기 냉각 영역은 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 형성된 제1 냉각 영역; 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 형성된 제2 냉각 영역; 상기 제3 격벽과 팁 사이에 형성된 제3 냉각 영역을 포함하며, 상기 제3 냉각 영역은 상기 제1 내지 제2 냉각 영역에 비해 면적이 크게 형성된 가스터빈 블레이드.
삭제
터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및
상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부를 포함하고,
상기 냉각 영역에는 상기 터빈 블레이드의 플랫폼부에서 팁부에 이르는 구간에 형성되고 상기 플랫폼부에서 팁부에 이르는 냉각 영역을 구획하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽; 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽; 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고,
상기 냉각 영역은 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 형성된 제1 냉각 영역; 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 형성된 제2 냉각 영역; 상기 제3 격벽과 팁 사이에 형성된 제3 냉각 영역을 포함하며,
상기 제1 내지 제3 냉각 영역에 개구된 임핀지먼트 홀 중 상기 제2 내지 제3 격벽 하측에 위치된 임핀지먼트 홀은 개구된 방향이 상기 제1,2 냉각 영역에서 상기 냉각 유로를 향해 상향 경사지게 개구되고, 상기 제3 냉각 영역의 팁 하측에 위치된 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 제3 냉각 영역을 향해 상향 경사지게 개구된 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
제10 항에 있어서,
상기 제3 냉각 영역에 형성된 임핀지먼트 홀은 상기 제1 냉각 영역에 형성된 임핀지먼트 홀에 비해 직경이 크게 개구된 가스터빈 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 유로에서 상기 냉각 영역을 향해 직경이 축소된 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
제1 항에 있어서,
상기 임핀지먼트 홀은 상기 냉각 영역을 향해 복수개가 개구된 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
터빈 블레이드의 리딩 엣지에서 트레일링 엣지에 이르는 내부에 형성된 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각유체의 이동을 가이드 하기 위해 상기 냉각유체의 이동 방향을 따라 서로 이격된 복수의 가이드 리브; 및
상기 냉각 유로 중 트레일링 엣지에 형성된 내측벽의 높이 방향을 따라 복수개의 냉각 영역이 서로 각각 구획되고, 상기 구획된 냉각 영역을 향해 개구된 다수개의 임핀지먼트 홀이 형성된 안내부가 구비되고,
상기 가이드 리브 중 상기 냉각 영역을 향해 배치된 단위 가이드 리브는 상기 냉각 유체가 상기 냉각 영역이 형성된 방향으로 가이드 되도록 상기 안내부를 향해 경사지게 배치되며,
상기 냉각 영역에는 격벽이 형성되고, 상기 격벽은 상기 트레일링 엣지의 내측벽이 형성된 플랫폼부에서 높이 방향과 길이 방향에서 소정의 높이와 길이로 형성된 제1 격벽과, 상기 제1 격벽에서부터 상기 트레일링 엣지의 높이 방향에서 소정의 간격으로 이격된 위치에 형성된 제2 격벽과, 상기 트레일링 엣지의 팁과 상기 제2 격벽 사이에 위치된 제3 격벽을 포함하고,
상기 단위 가이드 리브는 상기 냉각 영역을 향해 다수개가 배치되되, 상기 제1 내지 제3 격벽에 이르는 구간에 각각 배치된 간격과 개수가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
제14 항에 있어서,
상기 단위 가이드 리브는 연장된 단부가 상기 안내부와 이격 되고, 상기 단위 가이드 리브의 연장된 단부가 상기 임핀지먼트 홀을 바라보며 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
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