KR102178956B1

KR102178956B1 - 터빈 베인 및 링세그먼트와 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR102178956B1
Application number: KR1020190022799A
Authority: KR
Inventors: 장윤창; 안드레이 세드로브; 토마스 코텍
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-11-16
Also published as: KR20200104489A; US11143043B2; US20200271004A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인은, 리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽; 상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및 상기 측벽의 내면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 베인의 내부에 구비되는 격벽의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 터빈 베인의 내면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.

Description

터빈 베인 및 링세그먼트와 이를 포함하는 가스 터빈{Turbine vane and ring segment and gas turbine comprising the same}

본 발명은 터빈 베인 및 링세그먼트와 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 하우징 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.

상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

가스 터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성하고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

미국 등록특허공보 제7497655호

본 발명은 터빈 베인의 내부에 구비되는 격벽의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 터빈 베인의 내면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있는 가이드 구조를 구비하는 터빈 베인을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 터빈 링세그먼트의 오목부에 구비되는 씬플레이트의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 오목부 바닥면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있는 가이드 구조를 구비하는 터빈 링세그먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인은, 리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽; 상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및 상기 측벽의 내면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 가이드는 상기 측벽의 내면에 음각 소용돌이 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 가이드는 상기 측벽의 내면에 양각 소용돌이 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 가이드의 출구는 상기 냉각 유체의 하류측을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 상기 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 점점 낮아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에서, 상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 높아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트는, 터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되고 터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트 몸체부; 상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부; 상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및 상기 오목부의 바닥면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 가이드는 상기 오목부의 바닥면에 음각 소용돌이 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 가이드는 상기 오목부의 바닥면에 양각 소용돌이 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 가이드의 출구는 상기 냉각 유체의 하류측을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 상기 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 점점 낮아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트에서, 상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 높아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하고, 상기 터빈 베인은, 리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽; 상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및 상기 측벽의 내면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈; 및 터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트를 포함하고, 상기 링세그먼트는, 상기 터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되는 링세그먼트 몸체부; 상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부; 상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및 상기 오목부의 바닥면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 베인의 내부에 구비되는 격벽의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 터빈 베인의 내면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 링세그먼트의 오목부에 구비되는 씬플레이트의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 오목부 바닥면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조를 나타내는 일부 단면도이다.
도 4는 도 2의 터빈 로터 디스크를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분을 확대한 것으로서 제1실시예에 따른 충돌 냉각을 보여주는 단면도이다.
도 7은 제1실시예에 따라 측벽에 형성된 가이드를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에서 B-B 선을 따라 자른 가이드의 산부의 여러 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 5의 A 부분을 확대한 것으로서 제2실시예에 따른 충돌 냉각을 보여주는 단면도이다.
도 10은 제2실시예에 따라 가이드를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10에서 B-B 선을 따라 자른 가이드의 산부의 여러 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 10에서 C-C 선을 따라 자른 가이드의 다른 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 링세그먼트를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조를 나타내는 일부 단면도이고, 도 4는 도 2의 터빈 로터 디스크를 나타내는 분해 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기 섹션(1100)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(1100)과 터빈 섹션(1300)의 사이에는 터빈 섹션(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(1100)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브 유닛(1500)이 배치되어 있다.

상기 압축기 섹션(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 상기 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.

상기 각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 상기 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 도브테일부(1112)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(1600)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 상기 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 상기 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 상기 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결된다.

상기 타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 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 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.

상기 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소 가스 온도를 높이게 된다.

가스 터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 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 연소 가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소 가스의 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 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소 가스는 상술한 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브(1500)를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1340)를 포함한다. 터빈 블레이드(1340) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(1320)의 블레이드(1340)의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인(100)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

상기 터빈 베인(100)의 내측 단부와 외측 단부에 결합된 엔드월(endwall, 170)에 의해, 터빈 베인(100)은 하우징 내에 고정적으로 장착된다. 반면에, 상기 하우징 내측에 회전하는 터빈 블레이드(1340)의 외측 단부와 마주보는 위치에는 링세그먼트(200)가 터빈 블레이드(1340)의 외측 단부와 소정의 간극을 형성하도록 장착된다.

도 4를 참조하면, 상기 터빈 로터 디스크(1320)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯(1322)이 형성되어 있다. 상기 결합 슬롯(1322)은 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된다.

상기 결합 슬롯(1322)에 터빈 블레이드(1340)가 체결된다. 도 4에서, 상기 터빈 블레이드(1340)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부(1341)를 갖는다. 상기 플랫폼부(1341)는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부(1341)와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다.

상기 플랫폼부(1341)의 저면에는 루트부(1342)가 형성된다. 상기 루트부(1342)는 상술한 로터 디스크(1320)의 결합 슬롯(1322)에 상기 로터 디스크(1320)의 축방향을 따라서 삽입되는, 액셜 타입(axial-type)의 형태를 갖는다.

상기 루트부(1342)는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 상기 결합 슬롯에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 여기서, 상기 루트부의 결합구조는 반드시 전나무 형태를 가질 필요는 없고, 도브테일 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 플랫폼부(1341)의 상부면에는 블레이드부(1343)가 형성된다. 상기 블레이드부(1343)는 가스 터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 갖는다.

여기서, 상기 압축기의 블레이드와는 달리, 터빈의 블레이드는 고온고압의 연소 가스와 직접 접촉하게 된다. 상기 연소 가스의 온도는 1700℃℃에 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각 수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 상기 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 터빈측 블레이드로 공급하는 냉각 유로를 갖게 된다.

상기 냉각 유로는 상기 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 도 4에서, 상기 블레이드부의 표면에는 다수의 필름쿨링홀(1344)이 형성될 수 있는데, 이 필름쿨링홀(1344)들은 상기 블레이드부(1343)의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 상기 블레이드부(1343)의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 터빈의 블레이드부(1343)는 상기 하우징의 내부에서 연소 가스에 의해 회전하게 되며, 블레이드부가 원활하게 회전할 수 있도록 상기 블레이드부(1343)의 끝단과 상기 하우징의 내면 사이에는 간극이 존재하게 된다. 다만, 상술한 바와 같이 상기 간극을 통해 연소 가스가 누설될 수 있으므로, 이를 차단하기 위한 실링 수단을 필요로 하게 된다.

터빈 블레이드와 터빈 베인은 공히 에어포일 형태로서, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면으로 구성된다. 터빈 블레이드와 터빈 베인의 내부는 냉각 시스템을 형성하는 복잡한 미로 구조를 포함한다. 블레이드와 베인 내의 냉각 회로는 터빈 엔진의 압축기로부터의 냉각 유체, 예를 들어 공기를 수용하며, 블레이드와 베인 캐리어에 결합되도록 이루어진 블레이드와 베인의 단부를 통해 유체가 통과한다. 냉각 회로는 통상 비교적 균일한 온도에서 터빈 블레이드와 베인의 모든 면들을 유지할 수 있도록 설계된 다수의 유동 경로를 포함하며, 이들 냉각 회로를 통과하는 유체의 적어도 일부는 베인의 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면의 개구들을 통해 배출된다.

블레이드와 베인 내의 냉각 회로 중 충돌 냉각 회로는, 내부의 챔버에 측벽과 소정 간격으로 이격되는 인서트가 삽입되고, 이 인서트에 형성된 복수의 냉각홀을 통해 냉각 유체가 유입되어 측벽의 내면을 냉각시킨다. 이렇게 인서트를 통과하는 냉각 유체, 특히 냉각 공기를 충돌 제트(impingement jet)라고 하며, 충돌 제트가 측벽 내면을 냉각시키는 작용을 충돌 냉각(impingement cooling)이라고 한다.

또한, 충돌 제트는 인서트를 통해 인서트와 측벽 사이의 갭으로 흘러들어가서 베인을 냉각시키고 컷백을 향해 유동하는 갭 유동 및 측벽의 필름 홀을 통해 베인을 빠져나가면서 측벽을 냉각시키는 유동으로 나뉘고, 이러한 유동에 의한 냉각을 필름 냉각(film cooling)이라고 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 A 부분을 확대한 것으로서 제1실시예에 따른 충돌 냉각을 보여주는 단면도이며, 도 7은 제1실시예에 따라 측벽에 형성된 가이드를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7에서 B-B 선을 따라 자른 가이드의 산부의 여러 실시예들을 나타내는 단면도이다.

터빈 베인(100)은, 리딩 에지(101)와 트레일링 에지(103)를 포함하는 에어포일(airfoil)의 형태를 형성하는 측벽(120), 유입되는 냉각 유체가 흐르는 경로를 구획하는 파티션(130), 측벽(120) 내에 측벽의 내면(122)과 간격을 두고 설치되설치되며 복수의 냉각홀(151)이 형성된 인서트(150), 측벽(120)의 내면에 복수의 냉각홀(151)과 마주보는 위치에 각각 형성되어 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드(300)를 포함한다.

도 5의 실시예에서는 측벽(120)의 내측에 인서트(150)가 삽입되어 그 사이에 갭이 형성되는 것을 도시하였으나, 인서트(150) 대신에 측벽(120)의 내부에 측벽(120)의 내면과 갭을 형성하도록 격벽이 일체로 구비되고 이 격벽에 복수의 냉각홀이 형성될 수도 있다. 이하에서는 측벽(120)의 내부에 격벽을 형성하는 인서트(150)가 설치되는 경우에 대하여 설명한다.

측벽(120)에는 복수의 필름 홀(121)이 하류 쪽으로 약간 기울어져서 관통 형성된다. 측벽(120)이 형성하는 에어포일의 트레일링 에지(103)에는 컷백(140, cut-back)이 형성된다.

파티션(130)과 측벽(120)에 의해 둘러싸이는 공간은 리딩 에지(101)에 가까운 제1 유입 챔버(102)와 트레일링 에지(103)에 가까운 제2 유입 챔버(104)로 구획된다.

인서트(150)에는 복수의 냉각홀(151)이 마주보는 측벽(120)의 내면에 수직하게 관통 형성된다.

유입 챔버(102, 104)를 통해 유입된 냉각 유체, 즉 냉각 공기는 냉각홀(151)을 통해 측벽(120)과 인서트(150) 사이의 갭(G)에 유입되면서 측벽(120)을 냉각한다.

또한, 갭(G)에 유입된 냉각 공기는 필름 홀(121)들을 통과하면서 직접 측벽(20) 외면을 냉각한다. 이러한 유동에 의한 냉각을 필름 냉각(film cooling)이라고 한다.

복수의 필름 홀(121)은 측벽(120)의 리딩 에지(101)와 압력면 및 흡입면의 상류측에 형성될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 순서대로 제1 필름 냉각 유동(111), 제2 필름 냉각 유동(112), 제3 필름 냉각 유동(113)을 형성한다.

상기 복수의 냉각홀(151) 사이의 간격은 블레이드 또는 베인(100)의 부위별로 냉각의 필요도가 다르므로, 부위마다 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 제1 필름 냉각 유동(111)이 가장 많이 통과하는 것으로 표시된 리딩 에지 부위는 가장 고온의 공기와 접촉하므로, 냉각의 필요성이 가장 높은바, 필름 홀(121)들 간의 간격이 가장 좁은 것이 바람직하다.

마찬가지로, 각 유체를 1차적으로 통과시키는 인서트(50)의 냉각홀(151)도 리딩 에지 부위에 더 많이 분포될 수 있다.

상기 인서트(50)와 측벽(120) 사이의 갭(G)에 흐르는 갭 유동(115) 중 일부는 필름 냉각 유동(111, 112, 113)으로 빠져나가고, 나머지는 컷백(140)으로 빠져나가 배출된다.

갭 유동(115)은 리딩 에지(101)에서 트레일링 에지(103) 쪽으로 냉각 유체가 흐르는데, 리딩 에지(101)에 가까운 부위부터 복수의 냉각홀(151)이 서로 소정 간격으로 이격되도록 배치된다.

도 6은 충돌 제트(114) 및 갭 유동(115)의 흐름 및 방향을 보여준다. 충돌 제트(114)는 냉각홀(151)들을 통해 갭(G)으로 유입된다. 냉각홀(151)을 통해 유입된 충돌 제트(114)는 측벽(120)의 내면에 형성된 가이드(300)에 충돌했다가 갭 유동(115)과 같이 측벽(120)의 내면에 평행한 방향으로 유동 방향이 바뀌게 된다.

가이드(300)는 측벽(120)의 내면에 복수의 냉각홀(151)과 마주보는 위치에 각각 형성되어, 냉각홀(151)을 통해 유입되는 냉각 유체가 측벽(120)의 내면에 충돌하여 유동하는 동안 측벽(120)의 내면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내한다.

가이드(300)는 측벽(120)의 내면에 음각 또는 양각의 소용돌이 형태로 이루어질 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 음각 소용돌이 형태의 가이드(300)가 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가이드(300)는 소용돌이 형태의 산부(320)와 그 사이에 형성되는 골부(330)로 이루어질 수 있다. 산부(320)의 상단은 도 6의 단면도를 기준으로, 측벽(120)의 내면과 같은 높이로 형성되거나 그보다 낮게 형성될 수 있다. 골부(330)는 산부(320)와 마주보는 산부(320) 사이에 측벽(120)의 내면보다 낮은 평면 형태로 형성될 수 있다.

가이드(300)의 중심부(310) 부근에는 산부(320)의 시작점(322)이 배치될 수 있다. 산부(320)의 끝점(324)은 가이드(300)의 중심부(310)에서 가장 멀리 배치되고, 안쪽 산부(320)와의 사이에 골부(350)가 끝나는 출구부(350)가 형성될 수 있다.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 산부(321)의 단면 형태가 전체적으로 삼각형 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 산부(321)의 단면 형태는 이등변 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다. 다만, 산부(321) 중 최외각에 배치되는 부분들의 외측면은 측벽(120)의 내면과 같은 높이로 연결될 수 있다.

또한, 상기 산부(321)의 삼각형에서 상단 꼭지점과 측벽(120)과 일체로 연결되는 하단 양측은 꺽이지 않고 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다. 응력이 집중되는 것을 방지하여 강도와 내구성을 향상시키기 위함이다.

도 8(b)에 도시된 바와 같이, 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 산부(322)의 단면 형태가 전체적으로 사각형 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 산부(322)의 단면 형태는 상단이 하단보다 좁은 사다리꼴 모양으로 이루어질 수 있다. 다만, 산부(322) 중 최외각에 배치되는 부분들의 외측면은 측벽(120)의 내면과 같은 높이로 연결될 수 있다.

또한, 상기 산부(322)의 사다리꼴에서 상단 꼭지점과 측벽(120)과 일체로 연결되는 하단 양측은 꺽이지 않고 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.

도 8(c)에 도시된 바와 같이, 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 산부(323)의 단면 형태가 전체적으로 반원 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 산부(323)의 단면 형태는 상하로 긴 반타원 모양으로 이루어질 수 있다. 다만, 산부(323) 중 최외각에 배치되는 부분들의 외측면은 측벽(120)의 내면과 같은 높이로 연결될 수 있다.

또한, 상기 산부(323)의 반원형 단면에서 측벽(120)과 일체로 연결되는 하단 양측은 꺽이지 않고 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.

도 9는 도 5의 A 부분을 확대한 것으로서 제2실시예에 따른 충돌 냉각을 보여주는 단면도이고, 도 10은 제2실시예에 따라 가이드를 나타내는 사시도이며, 도 11은 도 10에서 B-B 선을 따라 자른 가이드의 산부의 여러 실시예들을 나타내는 단면도이고, 도 12는 도 10에서 C-C 선을 따라 자른 가이드의 다른 실시예들을 나타내는 단면도이다.

도 9는 충돌 제트(114) 및 갭 유동(115)의 흐름 및 방향을 보여준다. 충돌 제트(114)는 냉각홀(151)들을 통해 갭(G)으로 유입된다. 냉각홀(151)을 통해 유입된 충돌 제트(114)는 측벽(120)의 내면에 형성된 가이드(300)에 충돌했다가 갭 유동(115)과 같이 측벽(120)의 내면에 평행한 방향으로 유동 방향이 바뀌게 된다.

제2실시예에 따른 가이드(300)는 측벽(120)의 내면보다 돌출되어 양각의 소용돌이 형태로 이루어진다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가이드(300)는 소용돌이 형태의 산부(320)와 그 사이에 형성되는 골부(330)로 이루어질 수 있다. 산부(320)의 상단은 도 9의 단면도를 기준으로, 측벽(120)의 내면보다 높게 형성될 수 있다. 골부(330)는 산부(320)와 마주보는 산부(320) 사이에 측벽(120)의 내면과 같은 높이로 형성되거나 그보다 낮은 평면 형태로 형성될 수 있다.

도 11(a)에 도시된 바와 같이, 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 산부(321)의 단면 형태가 전체적으로 삼각형 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 산부(321)의 단면 형태는 이등변 삼각형 모양으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 산부(321)의 삼각형에서 상단 꼭지점과 측벽(120)의 내면과 일체로 연결되는 하단 양측은 꺽이지 않고 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다. 응력이 집중되는 것을 방지하여 강도와 내구성을 향상시키기 위함이다.

도 11(b)에 도시된 바와 같이, 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 산부(322)의 단면 형태가 전체적으로 사각형 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 산부(322)의 단면 형태는 상단이 하단보다 좁은 사다리꼴 모양으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 산부(322)의 사다리꼴에서 상단 꼭지점과 측벽(120)의 내면과 일체로 연결되는 하단 양측은 꺽이지 않고 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.

도 11(c)에 도시된 바와 같이, 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 산부(323)의 단면 형태가 전체적으로 반원 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 산부(323)의 단면 형태는 상하로 긴 반타원 모양으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 산부(323)의 반원형 단면에서 측벽(120)의 내면과 일체로 연결되는 하단 양측은 꺽이지 않고 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 12(a)에 도시된 바와 같이, 상기 소용돌이를 형성하는 산부(320)의 높이는 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 점점 낮아지도록 형성될 수 있다.

냉각홀(151)을 통과한 냉각 공기, 즉 충돌 제트(114)는 가이드(300)에 충돌한 후 360도 모든 방향으로 퍼지게 된다. 이때, 대부분의 냉각 공기는 가이드(300)의 중심부(310)에 충돌한 후 산부(320)에 의해 골부(330)를 따라 유동하도록 안내된다.

냉각 공기 중 일부는 산부(320)를 넘어서 유동할 수도 있다. 도 12(a)에서 가이드(300)의 출구부(350)가 오른쪽으로 향해 있을 때, 냉각 공기는 최종적으로 오른쪽으로 유동하도록 안내된다. 그래서, 산부(320)들의 정점을 지나는 가상의 평면은 오른쪽으로 하향 경사지게 형성됨으로써, 갭 유동(115)이 오른쪽으로 원활하게 유동하도록 할 수 있다.

또한, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 상기 소용돌이를 형성하는 산부(320)의 높이는 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 높아지도록 형성될 수도 있다.

충돌 제트(114)는 가이드(300)의 중심부(310)에 충돌한 후 대부분이 그 주변의 산부(320)에 의해 소용돌이 형태로 유동되도록 안내되고, 충돌 제트(114)의 일부는 중심부(310) 주변의 산부(320)를 넘어서 유동할 수도 있다.

이때, 가이드(300)의 최외곽에 있는 산부(320)의 높이가 높기 때문에 충돌 제트(114)는 최외곽의 산부(320)를 거의 넘어가지 않고, 대부분의 냉각 공기가 출구부(350)를 통해 유동하도록 안내될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 링세그먼트를 나타내는 단면도이다.

링세그먼트(200)는 터빈 하우징 내측에 회전하는 터빈 블레이드(1340)의 외측 단부와 마주보는 위치에 고정적으로 장착된다.

링세그먼트(200) 몸체부(210)는 복수의 터빈 블레이드를 둘러싸도록 복수개가 분할가능하되 원주방향으로 연속적으로 배치되고 터빈 케이싱 내주면에 장착된다.

링세그먼트(200) 몸체부(210)의 터빈 블레이드 반대쪽에는 오목부(220)가 형성된다.

이 오목부(220)에는 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀(240)이 형성된 씬플레이트(230)가 구비된다. 이 씬플레이트(230)는 오목부(220)의 양측면에 용접되어 결합될 수 있다.

오목부(220)에는 그 바닥면에 형성되어 갭을 통한 냉각 유체의 유동을 소용돌이 형태로 안내하는 복수의 가이드(300)가 구비된다. 상기 냉각홀(240)을 통해 유입되는 공기는 오목부(220)의 바닥면에 충돌한 다음 오목부(220)의 바닥면에 평행한 방향으로 유동하면서 링세그먼트(200)를 냉각할 수 있다.

상기 가이드(300)는 오목부(220)의 바닥면에 복수의 냉각홀(240)과 마주보는 위치에 각각 소용돌이 형태로 형성된다. 가이드(300)는 오목부(220)의 바닥면에 양각 또는 음각의 소용돌이 형태로 형성될 수 있다.

상기 터빈 베인(100)의 내부에 삽입되는 인서트(150)와 측벽(120) 사이의 충돌 냉각 유동을 안내하는 가이드(300)의 배열과 형태 등에 관하여 상술한 실시예들은 링세그먼트(200)의 가이드(300)에도 그대로 적용될 수 있다. 그래서, 가이드(300)를 포함하는 링세그먼트(200)의 다양한 실시예들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 터빈 베인에 따르면, 터빈 베인의 내부에 구비되는 인서트의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 터빈 베인의 내면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.

본 발명의 터빈 링세그먼트에 따르면, 터빈 링세그먼트의 오목부에 구비되는 씬플레이트의 냉각홀을 통해 유입되는 충돌 냉각 유체가 오목부 바닥면에 비교적 오랫동안 접촉하며 유동하도록 안내하여 냉각 성능을 향상할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 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.

1000: 가스터빈 1010: 하우징
1100: 압축기 1110: 압축기 블레이드
1112: 도브테일부 1120: 압축기 로터 디스크 유닛
1130: 압축기 냉각공기 공급유로 1200: 연소기
1300: 터빈 1320: 터빈 로터 디스크
1340: 터빈 블레이드
1400: 디퓨져 1450: 고정너트
1500: 토크튜브 유닛 1600: 타이로드
100: 터빈 베인 101: 리딩 에지
103: 트레일링 에지
102, 104: 유입 챔버 111, 112, 113: 필름 냉각 유동
114: 충돌 제트 115: 갭 유동
120: 측벽 121: 필름 홀
122: 내면 130: 파티션
140: 컷백 150: 인서트
151: 냉각홀 170: 엔드월
200: 터빈 링세그먼트
210: 몸체부 220: 오목부
230: 씬플레이트 240: 냉각홀
300: 가이드 310: 중심부
320: 산부 322: 시작점
324: 끝점
330: 골부 350: 출구부

Claims

리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽;
상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및
상기 측벽의 내면에서 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 상기 측벽의 내면에 수직하게 형성되어, 상기 냉각홀을 통과하여 충돌하는 냉각 유체를 상기 측벽의 내면에 평행한 방향으로 소용돌이치도록 안내하는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하는 터빈 베인.
제1항에 있어서,
상기 가이드는 상기 측벽의 내면에 음각 소용돌이 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제2항에 있어서,
상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제2항에 있어서,
상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제2항에 있어서,
상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제1항에 있어서,
상기 가이드는 상기 측벽의 내면에 양각 소용돌이 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제6항에 있어서,
상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제6항에 있어서,
상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
제6항에 있어서,
상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽;
상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및
상기 측벽의 내면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하고,
상기 가이드의 출구는 상기 냉각 유체의 하류측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽;
상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및
상기 측벽의 내면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하고,
상기 가이드는 상기 측벽의 내면에 양각 소용돌이 형태로 이루어지며,
상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 상기 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 점점 낮아지는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽;
상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및
상기 측벽의 내면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하고,
상기 가이드는 상기 측벽의 내면에 양각 소용돌이 형태로 이루어지며,
상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 높아지는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되고 터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트 몸체부;
상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부;
상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및
상기 오목부의 바닥면에서 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 상기 바닥면에 수직하게 형성되어 상기 냉각홀을 통과하여 충돌하는 냉각 유체를 상기 바닥면에 평행한 방향으로 소용돌이치도록 안내하는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하는 링세그먼트.
제13항에 있어서,
상기 가이드는 상기 오목부의 바닥면에 음각 소용돌이 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제14항에 있어서,
상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제14항에 있어서,
상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제14항에 있어서,
상기 음각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제13항에 있어서,
상기 가이드는 상기 오목부의 바닥면에 양각 소용돌이 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제18항에 있어서,
상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 삼각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제18항에 있어서,
상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 사각형 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
제18항에 있어서,
상기 양각 소용돌이의 산을 형성하는 단면은 반원 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되고 터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트 몸체부;
상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부;
상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및
상기 오목부의 바닥면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하고,
상기 가이드의 출구는 상기 냉각 유체의 하류측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되고 터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트 몸체부;
상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부;
상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및
상기 오목부의 바닥면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하고,
상기 가이드는 상기 오목부의 바닥면에 양각 소용돌이 형태로 이루어지며,
상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 상기 냉각 유체의 유동 방향을 기준으로 상류측에서 하류측으로 갈수록 점점 낮아지는 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되고 터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트 몸체부;
상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부;
상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및
상기 오목부의 바닥면에 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 형성되어 상기 냉각홀을 통과한 냉각 유체가 충돌하여 안내되는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하고,
상기 가이드는 상기 오목부의 바닥면에 양각 소용돌이 형태로 이루어지며,
상기 소용돌이를 형성하는 산의 높이는 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 높아지는 것을 특징으로 하는 링세그먼트.
외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하고,
상기 터빈 베인은,
리딩 에지와 트레일링 에지를 포함하는 에어포일을 형성하는 측벽;
상기 측벽의 내면과 갭을 형성하도록 상기 측벽의 내부에 구비되고 복수의 냉각홀이 형성된 격벽; 및
상기 측벽의 내면에서 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 상기 측벽의 내면에 수직하게 형성되어, 상기 냉각홀을 통과하여 충돌하는 냉각 유체를 상기 측벽의 내면에 평행한 방향으로 소용돌이치도록 안내하는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기;
내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈; 및
터빈 케이싱 내주면에 장착되는 링세그먼트를 포함하고,
상기 링세그먼트는,
상기 터빈 블레이드를 둘러싸도록 배치되는 링세그먼트 몸체부;
상기 링세그먼트 몸체부의 터빈 블레이드 반대쪽에 형성된 오목부;
상기 오목부에 바닥면으로부터 갭을 형성하도록 결합되고 복수의 냉각홀이 형성된 씬플레이트; 및
상기 오목부의 바닥면에서 상기 복수의 냉각홀과 마주보는 위치에 각각 상기 바닥면에 수직하게 형성되어 상기 냉각홀을 통과하여 충돌하는 냉각 유체를 상기 바닥면에 평행한 방향으로 소용돌이치도록 안내하는 소용돌이 형태의 복수의 가이드를 포함하는 가스 터빈.