KR101974737B1

KR101974737B1 - 가스 터빈

Info

Publication number: KR101974737B1
Application number: KR1020170125157A
Authority: KR
Inventors: 방명환
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-09-05
Also published as: KR20190036204A

Abstract

가스 터빈이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스 터빈은, 가스 터빈에 구비되며, 선단부에 리딩 엣지(34)가 형성된 터빈 베인(33); 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)과 연결되고, 후크부(36)가 형성된 앤드 월(38); 상기 앤드 월(38)에 형성되고, 상기 후크부(36)에 대한 냉각을 위해 냉각 공기가 유입되는 앤드 월 냉각부(300); 및 상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기를 상기 리딩 엣지(34)로 공급하기 위해, 상기 앤드 월(38)에 개구된 앤드 월 막 냉각부(400)를 포함하고, 상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측 하부에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310); 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320)를 포함하고, 상기 앤드 월 냉각채널(310)은 내부로 공급되는 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제1 가이드 부(312)를 포함하고, 상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향에서 내측벽에 근접 설치되고, 상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향 중앙에서부터 상기 앤드 월 출구부(320)까지 연장되고, 일측 단부는 직선형으로 형성되고 타측 단부에서 내측벽을 향해 유선형으로 라운드 진 제1 라운드 부(312a)가 형성되며, 상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)을 경유한 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제2 가이드 부(322)를 포함하고, 상기 제2 가이드 부(322)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 내측 가장자리가 라운드지게 형성되고, 상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기 중의 일부는 상기 앤드 월(38)의 후크부(36)를 냉각하고, 나머지 냉각 공기는 상기 앤드 월 막 냉각부(400)를 통해 상기 터빈 베인(33)의 리딩 엣지(34)로 공급되어 막 냉각을 실시하되, 상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 상측에서 상기 리딩 엣지(34)를 바라보는 방향으로 개구된다.

Description

가스 터빈 {Gas Turbine}

본 발명은 가스 터빈에 구비된 터빈 베인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 터빈 베인의 막 냉각이 불리한 위치에 대한 효율적인 냉각을 위한 가스 터빈에 관한 것이다.

일반적으로 가스 터빈은 압축기부에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에 분사시켜 회전시킴으로써 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종이다.

이러한 터빈을 구성하기 위해서 외주면에 복수의 터빈 블레이드가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크를 다단으로 구성하여 상기 고온, 고압의 연소 가스가 터빈 블레이드를 통과시키도록 하는 구성이 널리 사용되고 있다.

이와 같이 사용되는 가스터빈의 터빈 베인은 표면에 대한 냉각을 위한 막 냉각법이 일반적으로 사용하고 있으며 이에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 터빈 베인은 표면으로 공급되는 핫 가스가 도면에로부터 도시된 바와 같이 이동된다.

핫 가스는 터빈 베인(3)으로 이동하여 리딩 엣지(3a)를 경유하여 표면을 따라 이동하고, 앤드 월(3b)과도 접촉된다.

상기 앤드 월(3b)은 고온의 핫 가스와 지속적으로 접촉될 경우 후크부(3c)의 온도가 고온으로 유지된다. 상기 후크부(3c)는 냉각을 위한 별도의 냉각 공기가 공급되지 않거나 거리가 멀어서 냉각이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 발생된다.

특히 후크부(3c)는 고온의 핫 가스에 지속적으로 노출될 경우 표면 온도가 상승하여 열 응력이 집중되거나 핫 스팟(hot spot)으로 인한 변형이 발생될 수 있다.

따라서 터빈 베인(3)은 앤드 월(3b)의 안정적인 냉각을 위한 기술 개발을 요구하고 있는 실정이다.

대한민국공개특허 제10-2015-0008749호

본 발명의 실시 예들은 터빈 베인을 구성하는 앤드 월의 후크부에 대한 냉각을 안정적으로 실시할 수 있는 가스 터빈을 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은, 가스 터빈에 구비되며, 선단부에 리딩 엣지(34)가 형성된 터빈 베인(33); 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)과 연결되고, 후크부(36)가 형성된 앤드 월(38); 상기 앤드 월(38)에 형성되고, 상기 후크부(36)에 대한 냉각을 위해 냉각 공기가 유입되는 앤드 월 냉각부(300); 및 상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기를 상기 리딩 엣지(34)로 공급하기 위해, 상기 앤드 월(38)에 개구된 앤드 월 막 냉각부(400)를 포함하고, 상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측 하부에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310); 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320)를 포함하고, 상기 앤드 월 냉각채널(310)은 내부로 공급되는 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제1 가이드 부(312)를 포함하고, 상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향에서 내측벽에 근접 설치되고, 상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향 중앙에서부터 상기 앤드 월 출구부(320)까지 연장되고, 일측 단부는 직선형으로 형성되고 타측 단부에서 내측벽을 향해 유선형으로 라운드 진 제1 라운드 부(312a)가 형성되며, 상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)을 경유한 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제2 가이드 부(322)를 포함하고, 상기 제2 가이드 부(322)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 내측 가장자리가 라운드지게 형성되고, 상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기 중의 일부는 상기 앤드 월(38)의 후크부(36)를 냉각하고, 나머지 냉각 공기는 상기 앤드 월 막 냉각부(400)를 통해 상기 터빈 베인(33)의 리딩 엣지(34)로 공급되어 막 냉각을 실시하되, 상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 상측에서 상기 리딩 엣지(34)를 바라보는 방향으로 개구된다.

삭제

상기 앤드 월(38)은 상기 허브(31)와 연결된 제1 앤드 월(38a)과, 상기 팁(32)과 연결된 제2 앤드월(38b)을 포함하고, 상기 제1,2 앤드 월(38a, 38b)에 동시에 냉각 공기가 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 경사지게 연장된다.

상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 복수개로 이루어져 서로 이격된다.

상기 상기 터빈 베인(33)은 선단부에 형성된 리딩엣지(34)를 정면에서 바라볼 때 상기 앤드 월(38)의 횡 방향을 폭(W)으로 정의하고, 종 방향을 높이(H)라 가정할 때, 상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월(38)의 높이(H) 보다 폭(W) 방향에서 길게 연장된다.

삭제

상기 터빈 베인(33)은 선단부에 형성된 리딩엣지(34)를 정면에서 바라볼 때 상기 앤드 월(38)의 횡 방향을 폭(W)으로 정의하고, 종 방향을 높이(H)라 가정할 때, 상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월(38)의 높이(H) 보다 폭(W) 방향에서 길게 연장된다.

삭제

상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)과 수직으로 연결되거나, 경사지게 연결된 어느 하나의 연결 상태가 유지된다.

삭제

상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310); 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320))를 포함한다.

상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 폭 방향에 다수개가 서로 간에 이격된 것을 특징으로 한다.

상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)에 일단이 연통되고 상기 앤드 월(38)의 상면을 향해 연장된 앤드 월 막 냉각채널(410); 상기 막 냉각채널(410)의 연장된 단부와 연통되고 상기 리딩 엣지(34)를 향해 개구된 앤드 월 막 출구부(420)를 포함한다.

상기 앤드 월 막 출구부(420)는 외측을 향해 소정의 확산각이 유지되는 것을 특징으로 한다.

상기 앤드 월 막 냉각부(300)는 상단이 상기 앤드 월(38)의 표면을 향해 경사진 경사부(302)가 형성된다.

상기 경사부(302)는 상기 앤드 월(38)의 표면을 향해 유선형의 곡률로 라운드 진다.

본 발명의 실시 예들은 터빈 베인의 후크부의 핫 스팟을 방지하고 안정적인 냉각을 도모할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 후크부에 대한 냉각과 리딩 엣지에 대한 막 냉각을 동시에 실시할 수 있다.

도 1은 종래의 터빈 베인을 따라 이동하는 핫 가스의 이동 흐름을 도시한 사시도.
도 2는 본 실시 예에 의한 터빈 베인이 설치된 가스 터빈의 종 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 앤드 월 냉각부를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 앤드 월 냉각부의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 베인을 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 앤드 월 냉각부를 도시한 사시도.

본 발명에 대한 설명에 앞서 가스터빈의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2를 참조하면, 가스 터빈은 외형을 이루는 케이싱(10)이 구비되고, 케이싱(10)의 후측(도 2 기준 우측)에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저가 구비된다.

그리고 상기 디퓨저의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(11)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(10)의 전방에 압축기 섹션(12)이 위치하고, 후방에 터빈 섹션(30)이 구비된다.

상기 압축기 섹션(12)과 상기 터빈 섹션(30)의 사이에는 상기 터빈 섹션(30)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션(12)으로 전달하는 토크튜브(14)가 구비된다.

상기 압축기 섹션(12)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크들은 타이로드(15)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다.

상기 각각의 압축기 로터 디스크 중앙을 상기 타이로드(15)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 상기 압축기 로터 디스크의 외주부 부근에는 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.

상기 압축기 로터 디스크의 외주면에는 복수 개의 블레이드가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드는 도브 테일부를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크에 체결된다.

도브 테일부의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 도브 테일외의 다른 체결장치를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(15)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브에 고정된다.

상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도면에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다.

하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.

상기 연소기(11)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연소기는 연료 분사 노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다.

상기 트랜지션피스는 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.

상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 일반적으로 터빈에서는 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환한다.

터빈에서 얻은 기계적 에너지는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며 나머지는 발전기를 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.

상기 터빈에는 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다.

이를 위해, 상기 터빈 섹션(30)에는 복수의 터빈 로터 디스크가 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크는 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크와 유사한 형태를 갖는다.

상기 터빈 로터 디스크 역시 이웃한 터빈 로터 디스크와 결합되기 위한 구비한 플랜지를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 베인(33)(도 3 참조)를 포함한다. 상기 터빈 베인(33) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크에 결합될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 압축기 섹션(12)에서 압축되고, 연소기(11)에서 연소된 후, 터빈 섹션(30)으로 이동되어 터빈을 구동하고, 디퓨저를 통해 대기중으로 배출된다.

가스터빈의 효율을 증가시키기 위한 방법 중 대표적인 것은 터빈 섹션(30)으로 유입되는 가스의 온도를 높이는 것이나, 이 경우 상기 터빈 섹션(30)의 입구 온도가 증가하게 되는 현상이 발생된다.

또한 터빈 섹션(30)에 구비된 터빈 베인(33)에 문제가 발생하게 되고, 상기 터빈 베인(33)의 온도가 국부적으로 상승하면서 열응력(thermal Stress)이 발생 되며, 상기 열응력이 장시간 지속되면 크리프(creep) 현상으로 인해 터빈 베인(33)의 파괴까지 이어질 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 첨부된 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 앤드 월 냉각부를 도시한 사시도 이다.

첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은 고온의 핫 가스가 터빈 베인(33)의 외주면으로 공급될 때 상기 외주면에 대한 안정적인 냉각과 함께 앤드 월(38)의 특정 위치에 대한 냉각을 동시에 실시하여 핫 스팟(hot spot)으로 인한 열 응력이 집중되는 현상을 예방하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은 가스 터빈에 구비된 터빈 베인(33)과, 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)과 연결되고, 후크부(36)가 형성된 앤드 월(38) 및 상기 앤드 월(38)에 형성되고, 상기 후크부(36)에 대한 냉각을 위해 냉각 공기가 유입되는 앤드 월 냉각부(300)를 포함한다.

상기 앤드 월(38)은 상기 허브(31)와 연결된 제1 앤드 월(38a)과, 상기 팁(32)과 연결된 제2 앤드월(38b)을 포함하고, 상기 제1,2 앤드 월(38a, 38b)에 동시에 냉각 공기가 공급되어 후크부(36)에 대한 냉각을 안정적으로 실시할 수 있다.

상기 후크부(36)는 터빈 베인(33)으로 공급되는 핫 가스로 인해 고온의 온도가 유지되는 위치로 장기간 고온에 노출될 경우 핫 스팟(hot spot)이 형성될 수 있으므로 냉각 공기를 이용하여 냉각을 실시하는 것이 바람직 할 수 있다.

본 실시 예는 이를 위해 앤드 월 냉각부(300)가 형성되며, 상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310) 상기 과, 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320))를 포함한다.

상기 앤드 월 냉각부(300)는 터빈 베인(33)의 냉각을 위해 냉각 공기가 공급되는 캐비티(S)로부터 터빈 베인(33)의 냉각을 위해 공급된 냉각 공기 중의 일부를 공급받아 냉각을 실시한다.

상기 후크부(36)는 앤드 월(38)의 선단부에 위치해 있으며 터빈 베인(33)과 같이 표면을 냉각 하기 보다는 내부로 냉각 공기를 공급하여 냉각을 실시한다.

상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 경사지게 연장된다. 앤드 월 냉각채널(310)은 직사각형 형태로 구성되나 다른 형태로 변경 가능하며 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 경사지게 연장되므로 냉각 공기가 내측 경사면을 따라 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 안정적으로 이동된다.

앤드 월 냉각채널(310)은 횡 길이가 일정하게 유지되게 구성되거나, 상기 냉드 월 출구부(320)로 갈수록 감소되게 구성될 수 있으며 냉각 공기의 압력 손실이 최소화 되는 다른 형태로의 변경도 가능할 수 있다.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 복수개로 이루어져 서로 이격된다.

앤드 월 냉각채널(310)이 복수개로 구성될 경우 단일 구성에 비해 냉각 공기의 박리(separation)로 인한 손실 발생이 감소될 수 있다.

앤드 월 냉각채널(310)은 폭 방향 길이가 길게 연장되므로 내측면을 따라 냉각 공기의 이동이 안정적으로 이루어질 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 앤드 월 냉각채널(310)은 내부로 공급되는 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제1 가이드 부(312)를 포함한다. 상기 제1 가이드 부(312)는 냉각 공기가 내측을 따라 이동할 때 안정적인 이동을 가이드 하는데, 플레이트 형태로 구성된다.

냉각 공기는 앤드 월 냉각채널(310)을 따라 이동할 때 내측면에서 박리가 발생될 수 있다. 본 실시 예는 냉각 공기의 이동 안정성이 향상되도록 상기 제1 가이드 부(312)가 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향에서 내측벽에 근접 설치된다.

제1 가이드 부(312)는 앤드 월 냉각채널(310)의 내측 바닥면에 하면이 고정되고, 내측 상면에 상면이 고정되므로 내부를 별도의 독립된 공간으로 구획할 수 있다.

이 경우 냉각 공기는 앤드 월 냉각채널(310)을 따라 이동할 때 내측면을 따라 이동되므로 특정 위치에서 박리로 인한 문제점이 발생되지 않고 앤드 월 출구부(320)를 향해 안정적으로 이동될 수 있다.

상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 입구부와 마주보는 상대면이 유선형으로 형성되므로 냉각 공기와 접촉될 때 불필요한 와류 발생이 최소화 된다.

상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향 중앙에서부터 상기 앤드 월 출구부(320)까지 연장되고 단부가 내측벽 중 좌측벽과 우측벽을 향해 유선형으로 라운드 진 제1 라운드 부(312a)가 형성된다.

상기 제1 라운드 부(312a)는 냉각 공기의 이동 방향을 상기 앤드 월 출구부(320)의 a와 b위치로 각각 가이드 하여 냉각 공기를 특정 위치로 집중되지 않고 확산시키는 역할을 한다.

따라서 앤드 월 출구부(320)는 냉각 공기가 골고루 확산될 수 있어 후크부(36)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 앤드 월 출구부(320)은 폭 방향 길이가 길게 연장되므로 내측면을 따라 냉각 공기의 이동이 안정적으로 이루어질 수 있다.

앤드 월 출구부(320)는 냉각 공기의 유입과 확산이 동시에 이루어지는 영역으로 후크부(36)로 공급된 핫 가스와 열교환을 통해 냉각이 이루어진다.

상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)을 경유한 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제2 가이드 부(322)를 포함한다. 상기 제2 가이드 부(322)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)과 마주보는 위치 중 상기 앤드 월 출구부(320)의 가장자리에 위치된다.

상기 가장자리는 냉각 공기가 유입된 후에 불특정 위치로 순환 및 소용돌이흐름이 불필요하게 유발되므로, 상기 위치에 제2 가이드 부(322)를 설치하여 냉각 공기의 안정적인 이동을 도모할 수 있다.

상기 제2 가이드 부(322)는 가장 자리 위치에 아크 형태 또는 반원 형태의 플레이트로 구성되고, 냉각 공기를 앤드 월 출구부(320)의 내측에서 순환 이동시키는 역할을 한다.

이 경우 냉각 공기는 상기 앤드 월 출구부(320)의 내측 중 특정 위치에 집중되지 않고 전체 영역에서 일정하게 이동되는 이동 궤적을 갖고 순환되므로 후크부(36)의 냉각 성능을 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 제2 가이드 부(322)는 앤드 월 출구부(320)의 내측 좌우 상단에 위치되거나, 하단에도 함꼐 설치 가능할 수 있다.

상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)과 수직으로 연결되거나, 경사지게 연결된 어느 하나의 연결 상태가 유지된다. 앤드 월 출구부(320)는 후크부(36)의 내측 레이 아웃에 따라 다양한 각도로 경사지게 설치 가능하며 앤드 월 냉각채널(310)을 통해 유입된 냉각 공기의 이동에 유리한 최적의 각도로 경사질 수 있다.

본 실시 예에 의한 앤드 월 출구부(320)는 다른 실시 예로 원통 형태로 형성될 수 있으며 이 경우 냉각 공기의 이동 궤적을 고려하여 원통 또는 타원 형태 중의 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 터빈에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스 터빈은 터빈 베인(33)과, 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)과 연결되고, 후크부(36)가 형성된 앤드 월(38)과, 상기 앤드 월(38)에 형성되고, 상기 후크부(36)에 대한 냉각을 위한 앤드 월 냉각부(300) 및 상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기를 리딩 엣지(34)로 공급하기 위해 상기 앤드 월(38)에 개구된 앤드 월 막 냉각부(400)를 포함한다.

본 실시 예는 전술한 실시 예와 다르게 앤드 월(38)의 후크부(36)에 대한 냉각과 동시에 터빈 베인(33)의 리딩 엣지(34)로 냉각 공기를 동시에 공급하여 막 냉각을 실시하고자 한다.

상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310)과, 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320))를 포함하고, 상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 상측에 개구된다.

상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 리딩 엣지(34)에 대한 막 냉각을 위해 도면에 도시된 바와 같이 다수개로 개구되어 냉각 공기를 상기 리딩 엣지(34)로 공급한다.

상기 리딩 엣지(34)는 핫 가스와 최초 접촉되므로 고온의 온도가 유지되므로 냉각 공기를 공급할 경우 막 냉각 효과에 의한 표면 냉각을 실시할 수 있다.

특히 본 발명은 후크부(36)에 대한 냉각을 위해 사용되는 냉각 공기 중의 일부를 리딩 엣지(34)로 공급할 수 있어 부족한 냉각 성능을 보완하여 내구성 향상에 도움이 된다.

상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 폭 방향에 다수개가 서로 간에 이격되며 배치 상태는 도면에 도시된 이격 간격 또는 배치 상태와 상이하게 구성될 수 있다.

상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)에 일단이 연통되고 상기 앤드 월(38)의 상면을 향해 연장된 앤드 월 막 냉각채널(410)과, 상기 막 냉각채널(410)의 연장된 단부와 연통되고 상기 리딩 엣지(34)를 향해 개구된 앤드 월 막 출구부(420)를 포함한다.

상기 앤드 월 막 냉각채널(410)은 원통 또는 다각 형태의 통로로서 냉각 공기를 앤드 월 막 출구부(420)로 유도한다. 상기 앤드 월 막 냉각채널(410)은 소정의 직경과 길이로 연장되고 상기 앤드 월 출구부(320)의 폭 방향 중 중간과 양끝단부에서 직경과 길이 및 경사 각도가 상이하게 구성되는 것도 가능할 수 있다.

상기 앤드 월 막 출구부(420)는 외측을 향해 소정의 확산각이 유지되는데, 상기 확산각은 15도 이상 유지될 수 있다. 상기 확산각 각도는 냉각 공기의 안정적인 이동을 위해 일 예로 제시한 것으로 5도 이내의 오차 범위에서 변동 될 수 있다.

상기 앤드 월 막 출구부(420)는 원형 형태 또는 타원 형태 또는 다각 형태 중의 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다.

첨부된 도 7을 참조하면, 앤드 월 냉각부(300)는 상단이 상기 앤드 월(38)의 표면을 향해 경사진 경사부(302)가 형성된다. 상기 경사부(302)는 앤드 월 막 냉각부(400)로 공급되는 냉각 공기의 안정적인 이동을 위해 도면에 도시된 바와 같이 경사지므로 냉각 공기가 대부분 앤드 월 막 냉각채널(410)을 향해 안정적으로 이동될 수 있다.

이 경우 냉각 공기는 앤드 월 막 출구부(420)를 경유하여 리딩 엣지(34)를 향해 안정적으로 분사될 수 있다.

일 예로 상기 경사부(302)는 상기 앤드 월(38)의 표면을 향해 유선형의 곡률로 라운드 지므로 냉각 공기의 불필요한 순환과 이동이 최소화된 상태로 이동될 수 있으므로 박리로 인한 손실이 최소화 될 수 있다.

33 : 터빈 블레이드
34 : 리딩 엣지
35 : 트레일링 엣지
38 : 앤드 월
38a : 제1 앤드 월
38b : 제2 앤드 월
300 : 앤드 월 냉각부
310 : 앤드 월 냉각채널
320 : 앤드 월 출구부
400 : 앤드 월 막 냉각부
410 : 앤드 월 막 냉각채널
420 : 앤드 월 막 출구부

Claims

가스 터빈에 구비되며, 선단부에 리딩 엣지(34)가 형성된 터빈 베인(33);
상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)과 연결되고, 후크부(36)가 형성된 앤드 월(38);
상기 앤드 월(38)에 형성되고, 상기 후크부(36)에 대한 냉각을 위해 냉각 공기가 유입되는 앤드 월 냉각부(300); 및
상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기를 상기 리딩 엣지(34)로 공급하기 위해, 상기 앤드 월(38)에 개구된 앤드 월 막 냉각부(400)를 포함하고,
상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측 하부에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310);
상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320)를 포함하고,
상기 앤드 월 냉각채널(310)은 내부로 공급되는 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제1 가이드 부(312)를 포함하고,
상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향에서 내측벽에 근접 설치되고,
상기 제1 가이드 부(312)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)의 길이 방향 중앙에서부터 상기 앤드 월 출구부(320)까지 연장되고, 일측 단부는 직선형으로 형성되고 타측 단부에서 내측벽을 향해 유선형으로 라운드 진 제1 라운드 부(312a)가 형성되며,
상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)을 경유한 냉각 공기의 이동을 가이드 하는 제2 가이드 부(322)를 포함하고,
상기 제2 가이드 부(322)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 내측 가장자리가 라운드지게 형성되고,
상기 앤드 월 냉각부(300)로 공급된 냉각 공기 중의 일부는 상기 앤드 월(38)의 후크부(36)를 냉각하고, 나머지 냉각 공기는 상기 앤드 월 막 냉각부(400)를 통해 상기 터빈 베인(33)의 리딩 엣지(34)로 공급되어 막 냉각을 실시하되,
상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 상측에서 상기 리딩 엣지(34)를 바라보는 방향으로 개구된 가스 터빈.
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제1 항에 있어서,
상기 앤드 월(38)은 상기 허브(31)와 연결된 제1 앤드 월(38a)과, 상기 팁(32)과 연결된 제2 앤드월(38b)을 포함하고,
상기 제1,2 앤드 월(38a, 38b)에 동시에 냉각 공기가 공급되는 가스 터빈.
제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 경사지게 연장된 가스 터빈.
제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월 출구부(320)를 향해 복수개로 이루어져 서로 이격된 가스 터빈.
제1 항에 있어서,
상기 터빈 베인(33)은 선단부에 형성된 리딩엣지(34)를 정면에서 바라볼 때 상기 앤드 월(38)의 횡 방향을 폭(W)으로 정의하고, 종 방향을 높이(H)라 가정할 때,
상기 앤드 월 냉각채널(310)은 상기 앤드 월(38)의 높이(H) 보다 폭(W) 방향에서 길게 연장된 가스 터빈.
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제1 항에 있어서,
상기 터빈 베인(33)은 선단부에 형성된 리딩엣지(34)를 정면에서 바라볼 때 상기 앤드 월(38)의 횡 방향을 폭(W)으로 정의하고, 종 방향을 높이(H)라 가정할 때,
상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월(38)의 높이(H) 보다 폭(W) 방향에서 길게 연장된 가스 터빈.
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제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 출구부(320)는 상기 앤드 월 냉각채널(310)과 수직으로 연결되거나, 경사지게 연결된 어느 하나의 연결 상태가 유지되는 가스 터빈.
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제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 냉각부(300)는 상기 앤드 월(38)의 내측에 일단이 연통된 앤드 월 냉각채널(310);
상기 앤드 월 냉각채널(310)의 연장된 단부에서 상기 앤드 월(38)의 폭 방향으로 연장된 앤드 월 출구부(320)를 포함하고,
상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 상측에 개구된 가스 터빈.
제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)의 폭 방향에 다수개가 서로 간에 이격된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 막 냉각부(400)는 상기 앤드 월 출구부(320)에 일단이 연통되고 상기 앤드 월(38)의 상면을 향해 연장된 앤드 월 막 냉각채널(410);
상기 막 냉각채널(410)의 연장된 단부와 연통되고 상기 리딩 엣지(34)를 향해 개구된 앤드 월 막 출구부(420)를 포함하는 가스 터빈.
제18 항에 있어서,
상기 앤드 월 막 출구부(420)는 외측을 향해 소정의 확산각이 유지되는 가스 터빈.
제1 항에 있어서,
상기 앤드 월 냉각부(300)는 상단이 상기 앤드 월(38)의 표면을 향해 경사진 경사부(302)가 형성된 가스 터빈.
제20 항에 있어서,
상기 경사부(302)는 상기 앤드 월(38)의 표면을 향해 유선형의 곡률로 라운드 진 가스 터빈.