KR102180395B1 - 에어포일, 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각 효율이 향상된 에어포일 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일은, 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일로서, 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디; 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 관통홀을 포함한다.

Description

에어포일, 이를 포함하는 가스 터빈 {Airfoil and gas turbine comprising it}

본 발명은 에어포일 및 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 연소가스를 이용하는 가스터빈 등이 있다.

이 중, 가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

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

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

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

이러한 가스터빈은 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.

가스터빈의 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 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0064754호 (명칭: 가스터빈의 냉각 블레이드)

본 발명은 냉각 효율이 향상된 에어포일 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일은, 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일로서, 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디; 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 관통홀을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 디스크 바디는, 냉각 유로의 입구측 내벽에 형성되어 냉각 유로로 유입되는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 관통홀은, 디스크 바디에 한 쌍으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 흡입면 측에 형성되고, 나머지 하나의 관통홀은 압력면 측에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 일방향으로 경사를 이루도록 형성되며, 나머지 하나의 관통홀은 타방향으로 경사를 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 관통홀은, 디스크 바디에 3개 이상의 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 냉각 유로는, 터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 방사 방향으로 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 냉각 유로는, 루트부에 형성되어 냉각 유체를 냉각 유로로 유입시키는 유입구와 연결 형성되며, 에어포일의 하단에서 상단으로 연장된 후, 상단에서 다시 하단으로 연장되는 구불구불한 구조를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 냉각 유로의 내벽에 돌출 형성된 냉각 리브를 더 포함하며, 냉각 리브는 디스크 바디를 통과한 냉각 유체에 추가적인 와류를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 관통홀은, 터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 관통홀은, 터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 기설정된 각도로 경사를 이루는 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 관통홀은, 하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 관통홀은, 하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태와, 하부가 좁고 상부가 넓은 역원뿔 형태의 조합으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 냉각 유로에는 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 동일할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 동일할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일에 있어서, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 유입되는 공기를 압축하는 압축기; 압축기로부터 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 연소기로부터 연소된 가스로 동력을 발생시키며, 연소 가스가 지나는 연소 가스 경로 상에서 연소 가스를 가이드하는 터빈 베인과, 연소 가스 경로 상에서 연소 가스에 의해 회전하는 터빈 블레이드를 구비하는 터빈;을 포함하고, 터빈 베인 또는 터빈 블레이드 중 적어도 어느 하나는 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일을 포함한다. 에어포일은, 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디; 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 관통홀을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 디스크 바디는, 냉각 유로의 입구측 내벽에 형성되어 냉각 유로로 유입되는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 관통홀은, 디스크 바디에 한 쌍으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 흡입면 측에 형성되고, 나머지 하나의 관통홀은 압력면 측에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 일방향으로 경사를 이루도록 형성되며, 나머지 하나의 관통홀은 타방향으로 경사를 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 관통홀은, 디스크 바디에 3개 이상의 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 냉각 유로는, 터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 방사 방향으로 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 냉각 유로는, 루트부에 형성되어 냉각 유체를 냉각 유로로 유입시키는 유입구와 연결 형성되며, 에어포일의 하단에서 상단으로 연장된 후, 상단에서 다시 하단으로 연장되는 구불구불한 구조를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 냉각 유로의 내벽에 돌출 형성된 냉각 리브를 더 포함하며, 냉각 리브는 디스크 바디를 통과한 냉각 유체에 추가적인 와류를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 관통홀은, 터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 관통홀은, 터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 기설정된 각도로 경사를 이루는 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 관통홀은, 하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 관통홀은, 하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태와, 하부가 좁고 상부가 넓은 역원뿔 형태의 조합으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 냉각 유로에는 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 동일할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 동일할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드는, 하부 측으로는 터빈 로터 디스크에 결합되는 루트부가 형성되고, 루트부의 상부 측으로는 공기 압력에 의해 회전되며, 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일을 일체로 결합한다. 에어포일은, 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디; 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 관통홀을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드에 있어서, 루트부는 에어포일로 냉각 유체가 유입되게 하는 유입구를 포함하며, 냉각 유로에는 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성되되, 디스크 바디 중 어느 하나는 유입구와 냉각 유로가 접하는 냉각 유로의 입구측 내벽에 형성되고, 나머지 디스크 바디는 냉각 유체의 유동 방향 후방에 기설정된 간격으로 형성되며, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인은, 외측 슈라우드와 내측 슈라우드 사이에 형성되며 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일을 포함한다. 에어포일은, 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디; 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 관통홀을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인에 있어서, 냉각 유로에는 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성되되, 디스크 바디 중 어느 하나는 유체 유입구와 냉각 유로가 접하는 냉각 유로의 입구측 내벽에 형성되고, 나머지 디스크 바디는 냉각 유체의 유동 방향 후방에 기설정된 간격으로 형성되며, 복수개의 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 에어포일 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 냉각 유로로 유입되는 냉각 유체에 와류를 형성함으로써 에어포일의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 터빈의 일부를 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드가 도시된 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드가 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드가 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 베인이 도시된 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 디스크 바디에 형성되는 다양한 형상의 관통홀이 도시된 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디스크 바디에 한 쌍의 관통홀이 형성된 것을 예시하는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 유로에 복수개의 디스크 바디가 형성된 것을 예시하는 단면도이다.
도 10 및 도 11은 종래 기술에 따른 에어포일에서의 냉각 유체에 의한 냉각 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 에어포일에서의 냉각 유체에 의한 냉각 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 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 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 단면을 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1)은 압축기(10), 연소기(20), 터빈(30)을 포함한다. 압축기(10)는 유입되는 공기를 고압으로 압축하는 역할을 하며, 압축된 공기를 연소기 측으로 전달한다. 압축기(10)는 방사상으로 설치된 다수의 압축기 블레이드를 구비하며, 터빈(30)의 회전으로부터 생성된 동력의 일부를 전달받아 압축기 블레이드가 회전하며, 블레이드의 회전에 의해 공기가 압축되면서 연소기(20) 측으로 이동한다. 블레이드의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다.

압축기(10)에서 압축된 공기는 연소기(20)로 이동하여 환형으로 배치된 복수의 연소 챔버와 연료 노즐 모듈(22)을 통해 연료와 혼합하여 연소된다. 연소로 인해 발생된 고온의 연소 가스는 터빈(30)으로 배출되며, 연소 가스에 의해 터빈이 회전하게 된다.

터빈(30)은 터빈 로터 디스크(300)를 축방향으로 결합하는 센터 타이로드(400)를 통해 다단으로 배열된다. 터빈 로터 디스크(300)는 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(100)를 포함한다. 터빈 블레이드(100)는 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(300)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 블레이드(100)의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인(200)이 구비되어, 터빈 블레이드(200)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 터빈(30)은 터빈 베인(200)과 터빈 블레이드(100)가 가스 터빈(1)의 축 방향을 따라 n개씩 교대로 배열될 수 있다. 고온의 연소가스는 축 방향을 따라 터빈 베인(200) 및 터빈 블레이드(100)를 통과하고 터빈 블레이드(100)를 회전시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일은 터빈 블레이드(100) 또는 터빈 베인(200)에 적용된 에어포일일 수 있다. 이하의 설명에서, 가스 터빈의 터빈 블레이드(100, 도 4 참조)에 적용된 에어포일을 예시로 설명하지만, 터빈 베인(200, 도 6 참조)에도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 기술적 사상은 가스 터빈에 한정되는 것은 아니고, 증기 터빈을 비롯하여 에어포일을 구비한 장치에 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드가 도시된 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드가 도시된 단면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드가 도시된 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일을 포함하는 터빈 베인이 도시된 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드(100)는, 루트부(110)와 에어포일(1000)을 포함한다.

터빈 블레이드(100)는 터빈 로터 디스크(300)에 장착되어 고압의 연소가스에 의해 터빈이 회전 작동되도록 하는 것으로서, 하부 측으로는 터빈 로터 디스크(300)에 결합되는 루트부(110)가 형성되고, 루트부(110)의 상부 측으로는 가스 압력에 의해 회전되는 에어포일(1000)을 일체로 결합하여 에어포일(1000)의 전후면의 압력차에 의해 터빈이 회전 작동되도록 한다.

루트부(110)의 외측면에는 외측방으로 돌출된 생크 및 플랫폼이 형성되도록 하여 견고한 고정이 이루어지도록 한다. 루트부(110)에는 에어포일(1000)로 냉각 유체(F)가 유입되는 유입구(1110)가 형성된다. 냉각 유체는 압축기(10)에서 압축된 압축 공기의 일부이거나 또는 외기를 압축해서 공급된 공기로, 압축기(10)에서 터빈 블레이드(100)의 루트부(110)로 공급되고, 유입구(1110)를 통해 에어포일(1000)로 유입되면서 터빈 블레이드(100)를 냉각시킨다. 또는 냉각 유체는 압축기(10)에서 터빈(30)으로 연결되는 내부 유로(미도시)를 통해 루트부(110)로 공급되고, 유입구(1110)를 통해 에어포일(1000)로 유입되면서 터빈 블레이드(100)를 냉각시킨다.

에어포일(1000)은 루트부(110)의 상측에 배치된다. 한편, 에어포일(1000)이 터빈 베인(200)에 형성된 경우, 에어포일(1000)은 외측 슈라우드(201)와 내측 슈라우드(202) 사이에 형성되고, 냉각 유체(F)는 내측 슈라우드 또는 외측 슈라우드 측에 형성된 유체 유입구(203)를 통해 유입될 수 있다. (도 6 참조)

에어포일(1000)은 연소 가스가 유입되는 전면으로는 외측방으로 볼록한 곡면을 이루며 돌출된 흡입면(suction side, 1100)이 형성되도록 하고, 후면으로는 흡입면(1100) 측으로 오목하게 함몰된 곡면을 이루는 압력면(pressure side, 1200)이 형성되도록 하여 에어포일(1000) 전후의 압력차가 극대화되면서 원활한 가스의 흐름이 이루어지도록 한다.

에어포일(1000)은 압력면(1200)과 흡입면(1100)이 접하는 양단부인 리딩 에지(121, leading edge)와 트레일링 에지(123, trailing edge)를 포함하며, 리딩 에지(121)는 에어포일(1000)에서 유동하는 유체를 맞이하는 앞 부분의 끝단을 의미하며, 트레일링 에지(123)는 에어포일(1000)의 뒷 부분의 끝단을 의미한다. 또한 루트부에서 에어포일 팁(tip)을 향하는 방향을 스팬(span) 방향이라 칭한다.

에어포일(1000)은 흡입면(1100) 또는 압력면(1200)을 관통하여 형성하는 복수개의 냉각홀(1210)을 포함할 수 있다. 냉각 유체는 냉각홀(1210)을 통해 분사되면서, 에어포일 외면에 에어 커튼과 같이 작용하면서 이른바 필름 냉각(film cooling) 방식으로 에어포일(1000) 외면을 냉각할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서, 리딩 에지(121) 측에 형성된 냉각 유로(1300)에는 냉각홀(1210)이 형성되지 않을 수 있다.

도 4를 참조하면, 에어포일(1000)은 내부에 냉각 유체가 유동하는 냉각 유로(1300)를 구비한다. 냉각 유체는 냉각 유로(1300)를 유동하면서 냉각 유로(1300)의 내벽과 충돌하여 에어포일(1000)의 열을 흡수하여 냉각시킨다.

냉각 유로(1300)는 터빈 로터 디스크(300)의 축방향을 중심으로 방사 방향으로 연장 형성된다. 냉각 유로(1300)는 유입구(1110)와 연결 형성되며, 에어포일(1000)의 하단에서 상단으로 연장된 후, 상단에서 다시 하단으로 연장되는 구불구불한 구조가 반복될 수 있다. 물론, 이는 예시일 뿐, 냉각 유로(1300)가 반드시 구불구불한 구조를 구비할 필요는 없으며, 에어포일(1000)의 하단에서 상단으로 연장되되, 상단에서 종단되는 구조일 수 있다. 이 경우, 냉각 유로(1300)를 유동하는 냉각 유체는 트레일링 에지(123) 측의 내벽에 형성된 유동홀(1320, 도 5 참조)을 통해 인접한 냉각 유로로 유동할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 냉각 유로(1300)의 소정 위치에는 디스크 바디(2100)가 형성되고, 디스크 바디(2100)에는 냉각 유체가 통과하는 관통홀(2200)이 형성될 수 있다.

디스크 바디(2100)는 냉각 유로(1300)의 유동 단면적을 감소시켜서 냉각 유체의 유동 압력을 증가시킨다. 이를 위해 디스크 바디(2100)는 냉각 유로(1300)의 내벽에 냉각 유로(1300)를 밀폐하는 형태로 형성된다. 여기서, "밀폐"는 냉각 유체의 유동을 완전히 차단하는 것이 아니라, 관통홀(2200)을 통해 냉각 유체의 일부가 유동하는 것을 포함하는 의미이다.

디스크 바디(2100)는 냉각 유로(1300)의 여러 위치에 형성될 수 있다. 한편, 냉각 유로(1300)의 입구(1301)는 루트부(110)의 유입구(1110)와 연결 형성된다. 냉각 유로(1300)의 입구(1301)는 압축기(10)에서 공급된 압축공기(냉각 유체)의 압력 손실이 적은 부분이므로, 디스크 바디(2100)는 냉각 유로(1300)의 입구(1301) 측 내벽에 형성되는 것이 바람직하다.

관통홀(2200)은 디스크 바디(2100)를 관통하여 형성된다. 관통홀(2200)은 디스크 바디(2100)를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 한다. 냉각 유로(1300)를 밀폐하는 디스크 바디(2100)에 의해 유동 압력이 증가된 냉각 유체는 관통홀(2200)을 통과하면서 유동 압력이 낮아지게 되어 냉각 유로(1300)의 내벽 측으로 확산됨과 동시에 소용돌이 형상으로 유동하게 된다. 냉각 유체는 냉각 유로(1300)의 내벽 측으로 소용돌이 형상으로 확산되면서 내벽을 충돌하여 에어포일(1000)을 냉각시킨다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 디스크 바디에 형성되는 다양한 형상의 관통홀이 도시된 단면도이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 관통홀(2200a)은 터빈 로터 디스크(300)의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향(radial direction)과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 관통홀(2200b)은 터빈 로터 디스크(300)의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 기설정된 각도(O)로 경사를 이루는 방향으로 형성될 수 있다. 관통홀(2200b)이 경사 방향으로 형성되면, 냉각 유체가 관통홀(2200b)을 통과할 때 미리 일정 각도를 가지면서 통과하므로, 냉각 유체의 와류 형성이 보다 용이하게 된다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 관통홀(2200c)은 하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 관통홀(2200c)의 하부가 넓으므로 도 7a 및 도 7b의 관통홀 보다는 냉각 유체가 원활하게 관통홀(2200c)로 유입될 수 있게 되어, 디스크 바디(2100)에 냉각 유체의 유동 적체를 해소할 수 있게 된다.

도 7d에 도시된 바와 같이, 관통홀(2200d)의 하부에서 중간지점까지는 하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태로 형성되고, 중간지점에서 상부까지는 하부가 좁고 상부가 넓은 역원뿔 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 도 7c의 장점을 구비하면서, 냉각 유체가 관통홀(2200d)을 통과하는 도중에, 확산될 수 있도록 하여 냉각 유체의 와류 형성을 보다 용이하게 할 수 있게 된다.

한편, 관통홀(2200)의 크기 및 경사각은 냉각 유로(1300) 단면적의 크기, 냉각 유로(1300)의 위치, 에어포일(1000)의 종류 등 여러 설계 조건에 따른 실험 데이터에 의해 선택되어 설계될 수 있는 것이므로, 특별히 한정되지 않는다. 디스크 바디(2100)에 단일의 관통홀(2200)이 형성되는 경우에도, 관통홀(2200)을 통과한 냉각 유체는 와류가 형성되므로, 관통홀(2200)의 개수도 특별히 한정되지는 않는다.

다시, 도 4를 참조하면, 냉각 유로(1300)의 내벽에는 냉각 리브(1310)가 형성될 수 있다. 냉각 리브(1310)는 냉각 유로(1300)의 내벽에서 돌출 형성되는 돌기일 수 있다. 냉각 리브(1310)는 냉각 유로(1300)를 유동하는 냉각 유체에 추가적인 와류(또는 난류라고도 함)를 발생시키고, 그 결과, 냉각 유체가 냉각 유로(1300)의 내벽에 충돌하는 횟수를 증가시켜서 냉각 효율을 향상시킨다.

냉각 유체는 관통홀(2200)을 통과하면서 1차적인 와류가 형성되고, 이 와류는 다시 냉각 리브(1310)와 충돌하면서 추가적인 와류가 형성되어 전체적으로 냉각 유체의 냉각 효율을 향상시킨다. 이러한 냉각 리브(1310)는 리딩 에지(121) 측의 냉각 유로에 형성되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 냉각 유로(1300)는 제1 유입구(1111)와 연결 형성되며, 에어포일(1000)의 하단에서 상단으로 연장되되 상단에서 종단되는 구조(1300A)와, 제2 유입구(1112)와 연결 형성되며 에어포일(1000)의 하단에서 상단으로 연장된 후, 상단에서 다시 하단으로 연장되는 구불구불한 구조(1300B)가 결합된 형태일 수 있다.

한편, 도 6은 상기한 냉각 유로(1300)를 가진 에어포일(1000)을 구비한 터빈 베인(200)을 예시하고 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디스크 바디에 한 쌍의 관통홀이 형성된 것을 예시하는 평면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 관통홀(2200)은 한 쌍으로 형성될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고, 관통홀(2200)은 3개 이상으로 형성될 수도 있다. 또한, 각각의 관통홀(2200)은 도 7a 내지 도 7d에 도시된 형상의 관통홀(2200a ~ 2200d), 및 이들의 조합으로 형성될 수 있다.

도 8에서는 압력면(1200)과 흡입면(1100)이 접하는 양단부인 리딩 에지(121) 측의 냉각 유로(1300)에 디스크 바디(2100)가 형성되는 것을 예시한 것으로, 대체적으로 삼각형 형상으로 형성된다. 만약, 도 5에서와 같이 리딩 에지(121) 측 냉각 유로(1300A)와 인접한 냉각 유로(1300B)에 디스크 바디(2100)가 형성되는 경우, 인접 냉각 유로(1300)의 형상에 따라 사각형 형상으로 형성될 수 있다.

한 쌍의 관통홀(2200) 배치 위치는 특별이 한정되지는 않지만, 에어포일(1000)의 흡입면(1100)과 압력면(1200)의 냉각을 촉진시키기 위해, 한 쌍의 관통홀(2200) 중에서 어느 하나의 관통홀은 흡입면(1100) 측에 형성되고, 나머지 하나의 관통홀은 압력면(1200) 측에 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 유로에 복수개의 디스크 바디가 형성된 것을 예시하는 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 관통홀(2200)이 형성된 디스크 바디(2100 : 2101, 2102)는 냉각 유로(1300)에 복수개로 설치될 수 있다. 도 9에서는 2개의 디스크 바디를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명에서, 설명의 편의를 위해 "디스크 바디(2100 : 2101, 2102)"는 관통홀을 포함하는 것으로 한다.

복수개의 디스크 바디(2100 : 2101, 2102)는 냉각 유로(1300)를 유동하는 냉각 유체의 압력 손실을 고려하여 적절한 위치에 배치된다. 냉각 유로(1300)의 입구(1301)는 압축기(10)에서 공급된 압축공기(냉각 유체)의 압력 손실이 적은 부분이므로, 제1 디스크 바디(2101)는 냉각 유로(1300)의 입구(1301) 측 내벽에 형성되는 것이 바람직하다. 제1 디스크 바디(2101)를 통과한 냉각 유체의 압력이 손실되어 충돌에 의한 냉각 효과가 감소되는 지점에 제2 디스크 바디(2102)를 설치하여 냉각 유체의 유동 압력을 증가시킨다. 이러한 제2 디스크 바디(2102)의 설치 위치는 냉각 유로(1300) 단면적의 크기, 냉각 유로(1300)의 위치, 에어포일(1000)의 종류 등 여러 설계 조건에 따른 실험 데이터에 의해 선택되어 설계될 수 있는 것이므로, 특별히 한정되지 않는다.

제1 디스크 바디(2101)에 형성된 제1 관통홀(2201)과 제2 디스크 바디(2102)에 형성된 제2 관통홀(2202)은 다른 크기 또는 다른 개수로 형성될 수 있다. 제1 관통홀(2201)과 제2 관통홀(2202)은, 예를 들어 도 7a 내지 도 7d에 도시된 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

제2 디스크 바디(2102)에는 냉각 유로(1300)의 내벽과 충돌하여 압력이 손실된 냉각 유체가 도달한다. 따라서, 제2 관통홀(2202)을 제1 관통홀(2201)과 동일하게 제조할 경우, 제2 관통홀(2202)을 통과한 냉각 유체의 유동 압력은 낮아져서 냉각 유로 영역 별로 차등 냉각이 발생할 우려가 있다. 이에, 제2 관통홀(2202)을 제1 관통홀(2201) 보다 유동 압력이 더 증가하도록 제조하여, 냉각 유로 전체적으로 균등하게 냉각할 수 있다.

예를 들어, 제1 관통홀(2201)과 제2 관통홀(2202)의 크기는 동일하게 제조하되, 제2 관통홀(2202)의 개수가 제1 관통홀(2201)의 개수 보다 작도록 제조하면, 제2 관통홀(2202)이 형성된 제2 디스크 바디(2102)에서의 유동 압력 증가량은 제1 디스크 바디(2101)에서의 유동 압력 증가량 보다 크게 되어, 손실된 압력을 보충할 수 있게 된다.

또한, 예를 들어, 제1 관통홀(2201)과 제2 관통홀(2202)의 개수는 동일하게 제조하되 제2 관통홀(2202)의 크기가 제1 관통홀(2201)의 크기 보다 작도록 제조하면, 제2 디스크 바디(2102)에서의 유동 압력 증가량은 제1 디스크 바디(2101)에서의 유동 압력 증가량 보다 크게 되어, 손실된 압력을 보충할 수 있게 된다.

전체적으로 '관통홀의 개수' X '관통홀의 크기'를 '관통 면적'이라 할때, 제2 관통홀(2202)의 관통 면적이 제1 관통홀(2201)의 관통 면적 보다 작도록 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 에어포일과 종래 기술에 따른 에어포일의 냉각 성능을 정성적으로 비교 설명한다.

도 10 및 도 11은 종래 기술에 따른 에어포일에서의 냉각 유체에 의한 냉각 과정을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 에어포일에서의 냉각 유체에 의한 냉각 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같은 종래 기술에서는 냉각 유로(13a)로 유입되는 냉각 유체는 유입 방향을 유지하면서 냉각 유로(13a)를 따라 유동한다. 유동하는 중에 냉각 유체의 일부는 냉각 유로(13a)의 내벽과 충돌하여 에어포일을 냉각시키는 데, 내벽과 충돌하는 냉각 유체가 상대적으로 적어서 냉각 성능을 떨어진다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같은 종래 기술에서는 냉각 유로(13b)에 냉각 유체가 배출되는 쿨링홀(13bb)이 구비된다. 유동하는 중에 냉각 유체의 일부는 냉각 유로(13b)의 내벽과 충돌하여 에어포일을 냉각시키고, 냉각 유체의 일부는 쿨링홀(13bb)을 통해 에어포일 외부로 배출되는 과정에서 쿨링홀(13bb) 및 냉각 유로(13b)의 내벽과 충돌하여 도 10에 비해 냉각 성능은 향상된다. 그러나, 쿨링홀(13bb)을 통해 에어포일 외부를 유동하는 고온의 연소 가스가 냉각 유로(13b)로 유입될 수 있으며, 이 고온의 연소 가스에 의해 냉각 성능이 떨어지게 되는 문제가 있다.

한편, 도 12에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 루트부(110)의 유입구(1110)를 통해 냉각 유로(1300)로 유입되는 냉각 유체는 디스크 바디(2100)에 의해 유동이 일시적으로 차단되면서 유동 압력이 증가하게 된다. 유동 압력이 증가된 냉각 유체는 관통홀(2200)을 통해 디스크 바디(2100)를 통과하면서 유동 압력이 낮아지게 되어 냉각 유로(1300)의 내벽 측으로 확산됨과 동시에 소용돌이 형상으로 유동하게 된다. 냉각 유체는 냉각 유로(1300)의 내벽 측으로 소용돌이 형상으로 확산되면서 내벽을 충돌하여 에어포일을 냉각시키므로 냉각 성능이 향상된다. 또한, 도 11과 같은 쿨링홀(13bb)을 형성하지 않고도 냉각 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

1 : 가스 터빈 10 : 압축기
20 : 연소기 30 : 터빈
100 : 터빈 블레이드 200 : 터빈 베인
300 : 터빈 로터 디스크 400 : 센터 타이로드
1000 : 에어포일 1100 : 흡입면
1200 : 압력면 1300 : 냉각 유로
2100 : 디스크 바디 2200 : 관통홀

Claims (38)

1. 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일에 있어서,
   상기 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 상기 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 상기 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디;
   상기 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 상기 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 복수개의 관통홀을 포함하며,
   상기 냉각 유로에는 상기 복수개의 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성되며,
   상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수는, 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수와 다르게 형성되되,
   상기 복수개의 디스크 바디 각각에 형성된 복수개의 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작은 것
   을 특징으로 하는 에어포일.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 크기가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수 보다 작은 에어포일.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 개수가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 보다 작은 에어포일.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디는,
   상기 냉각 유로의 입구측 내벽에 형성되어 상기 냉각 유로로 유입되는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 에어포일.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수개의 관통홀은 상기 복수개의 디스크 바디 각각에 한 쌍으로 형성되고,
   상기 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 흡입면 측에 형성되고 나머지 하나의 관통홀은 압력면 측에 형성되며,
   상기 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 일방향으로 경사를 이루도록 형성되며, 나머지 하나의 관통홀은 타방향으로 경사를 이루도록 형성되는 에어포일.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각 유로는,
   터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 방사 방향으로 연장 형성되는 에어포일.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각 유로는,
   루트부에 형성되어 냉각 유체를 상기 냉각 유로로 유입시키는 유입구와 연결 형성되며, 에어포일의 하단에서 상단으로 연장된 후, 상단에서 다시 하단으로 연장되는 구불구불한 구조를 포함하는 에어포일.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 유로의 내벽에 돌출 형성된 냉각 리브를 더 포함하며,
   상기 냉각 리브는 상기 디스크 바디를 통과한 냉각 유체에 추가적인 와류를 발생시키는 에어포일.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
   터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 평행한 방향으로 형성되는 에어포일.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 기설정된 각도로 경사를 이루는 방향으로 형성되는 에어포일.
    
11. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태로 형성되는 에어포일.
    
12. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태와, 하부가 좁고 상부가 넓은 역원뿔 형태의 조합으로 형성되는 에어포일.
    
13. 유입되는 공기를 압축하는 압축기;
    상기 압축기로부터 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 연소된 가스로 동력을 발생시키며, 상기 연소된 가스가 지나는 연소 가스 경로 상에서 상기 연소 가스를 가이드하는 터빈 베인과, 상기 연소 가스 경로 상에서 상기 연소 가스에 의해 회전하는 터빈 블레이드를 구비하는 터빈;을 포함하고,
    상기 터빈 베인 또는 상기 터빈 블레이드 중 적어도 어느 하나는 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일을 포함하며, 상기 에어포일은,
    상기 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 상기 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 상기 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디;
    상기 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 상기 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 복수개의 관통홀을 포함하며,
    상기 냉각 유로에는 상기 복수개의 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성되며,
    상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수는, 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수와 다르게 형성되되,
    상기 복수개의 디스크 바디 각각에 형성된 복수개의 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작은 것
    을 특징으로 하는 가스 터빈.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 크기가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수 보다 작은 가스 터빈.
    
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 개수가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 보다 작은 가스 터빈.
    
16. 청구항 13에 있어서, 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디는,
    상기 냉각 유로의 입구측 내벽에 형성되어 상기 냉각 유로로 유입되는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 가스 터빈.
    
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수개의 관통홀은 상기 복수개의 디스크 바디 각각에 한 쌍으로 형성되고,
    상기 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 흡입면 측에 형성되고 나머지 하나의 관통홀은 압력면 측에 형성되며,
    상기 한 쌍의 관통홀 중 어느 하나의 관통홀은 일방향으로 경사를 이루도록 형성되며, 나머지 하나의 관통홀은 타방향으로 경사를 이루도록 형성되는 가스 터빈.
    
18. 청구항 13에 있어서, 상기 냉각 유로는,
    터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 방사 방향으로 연장 형성되는 가스 터빈.
    
19. 청구항 13에 있어서, 상기 냉각 유로는,
    루트부에 형성되어 냉각 유체를 상기 냉각 유로로 유입시키는 유입구와 연결 형성되며, 에어포일의 하단에서 상단으로 연장된 후, 상단에서 다시 하단으로 연장되는 구불구불한 구조를 포함하는 가스 터빈.
    
20. 청구항 13에 있어서,
    상기 냉각 유로의 내벽에 돌출 형성된 냉각 리브를 더 포함하며,
    상기 냉각 리브는 상기 디스크 바디를 통과한 냉각 유체에 추가적인 와류를 발생시키는 가스 터빈.
    
21. 청구항 13에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 평행한 방향으로 형성되는 가스 터빈.
    
22. 청구항 13에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    터빈 로터 디스크의 축방향을 중심으로 하는 방사 방향과 기설정된 각도로 경사를 이루는 방향으로 형성되는 가스 터빈.
    
23. 청구항 13에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태로 형성되는 가스 터빈.
    
24. 청구항 13에 있어서, 상기 복수개의 관통홀은,
    하부가 넓고 상부가 좁은 원뿔 형태와, 하부가 좁고 상부가 넓은 역원뿔 형태의 조합으로 형성되는 가스 터빈.
    
25. 터빈 로터 디스크에 장착되어 고압의 연소가스에 의해 회전하는 터빈 블레이드로서,
    하부 측으로는 상기 터빈 로터 디스크에 결합되는 루트부가 형성되고, 상기 루트부의 상부 측으로는 공기 압력에 의해 회전되며, 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일을 일체로 결합하며,
    상기 에어포일은,
    상기 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 상기 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 상기 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디;
    상기 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 상기 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 복수개의 관통홀을 포함하며,
    상기 냉각 유로에는 상기 복수개의 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성되며,
    상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수는, 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수와 다르게 형성되되,
    상기 복수개의 디스크 바디 각각에 형성된 복수개의 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작은 것
    을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
    
26. 청구항 25에 있어서,
    상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 크기가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수 보다 작은 터빈 블레이드.
    
27. 청구항 25에 있어서,
    상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 개수가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 보다 작은 터빈 블레이드.
    
28. 외측 슈라우드와 내측 슈라우드 사이에 형성되며 내부에 냉각 유로가 형성된 에어포일을 포함하는 터빈 베인으로서,
    냉각 유체는 상기 내측 슈라우드 및 상기 외측 슈라우드 측에 형성된 적어도 어느 하나의 유체 유입구를 통해 유입되고,
    상기 에어포일은,
    상기 냉각 유로의 내벽에 형성되며, 상기 냉각 유로의 유동 단면적을 감소시켜서 상기 냉각 유로를 유동하는 냉각 유체의 유동 압력을 증가시키는 디스크 바디;
    상기 디스크 바디를 관통하여 형성되며, 상기 디스크 바디를 통과한 냉각 유체가 와류를 형성하도록 하는 복수개의 관통홀을 포함하며,
    상기 냉각 유로에는 상기 복수개의 관통홀이 형성된 디스크 바디가 복수개로 형성되며,
    상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수는, 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 또는 개수와 다르게 형성되되,
    상기 복수개의 디스크 바디 각각에 형성된 복수개의 관통홀의 개수와 관통홀의 크기를 곱한 값을 관통 면적으로 할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적이 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디의 관통 면적 보다 작은 것
    을 특징으로 하는 터빈 베인.
    
29. 청구항 28에 있어서,
    상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 크기가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 개수 보다 작은 터빈 베인.
    
30. 청구항 28에 있어서,
    상기 복수개의 디스크 바디에 형성된 복수개의 관통홀의 개수가 동일할 때, 상기 냉각 유체의 유동 방향 후방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기가 상기 냉각 유체의 유동 방향 전방에 형성되는 디스크 바디에 형성된 관통홀의 크기 보다 작은 터빈 베인.
    
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