KR102350151B1 - 터빈 블레이드 및 가스 터빈 - Google Patents

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Abstract

터빈 블레이드는 블레이드체와, 상기 블레이드체의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 각각 연장되는 동시에 서로 연통되며 사행 유로를 형성하는 복수의 냉각 통로를 구비하고, 상기 냉각 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 1 터뷸레이터와, 상기 복수의 냉각 통로 중, 상기 상류측 통로보다 하류측에 배치되는 하류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 2 터뷸레이터를 구비하고, 상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터가 이루는 제 1 각도보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터가 이루는 제 2 각도가 작은 것을 특징으로 한다.

Description

터빈 블레이드 및 가스 터빈
본 개시는 터빈 블레이드 및 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈 등의 터빈 블레이드에 있어서, 터빈 블레이드의 내부에 형성된 냉각 통로에 냉각 유체를 흘리는 것에 의해, 고온의 가스 흐름 등에 노출되는 터빈 블레이드를 냉각하는 것이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1 내지 3에는 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 복수의 냉각 통로에 의해 형성되는 사행 유로(서펜타인 유로)가 블레이드부의 내부에 마련된 터빈 블레이드가 개시되어 있다. 이들 터빈 블레이드의 냉각 통로의 내벽면에는 리브형상의 터뷸레이터가 마련되어 있다. 터뷸레이터는 냉각 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름의 혼란을 촉진시켜, 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율을 향상시키는 것을 목적으로 하여 마련되는 것이다.
또한, 특허문헌 3에는, 터뷸레이터(리브)와, 각 냉각 통로에 있어서의 냉각류의 방향 사이에 형성되는 경사각이 실질적으로 일정하게 되도록 터뷸레이터를 마련하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제 평11-229806 호 공보 일본 특허 공개 제 2004-137958 호 공보 일본 특허 공개 제 2015-214979 호 공보
그렇지만, 터빈 블레이드의 블레이드 형상이나 운전 상태에 따라서는, 열전달율이 높고 냉각 성능이 좋은 터뷸레이터의 선정이 오히려 터빈 블레이드의 성능에 악영향을 미치는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 적어도 일 실시형태는 적정한 터뷸레이터를 선정하는 것에 의해, 터빈의 효율적인 냉각이 가능한 터빈 블레이드 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는,
블레이드체와,
상기 블레이드체의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 각각 연장되는 동시에 서로 연통되며 사행 유로를 형성하는 복수의 냉각 통로를 구비하고,
상기 냉각 통로는,
상기 복수의 냉각 통로 중 상류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 1 터뷸레이터와,
상기 복수의 냉각 통로 중, 상기 상류측 통로보다 하류측에 배치되는 하류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 2 터뷸레이터를 구비하고,
상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터가 이루는 제 1 각도보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터가 이루는 제 2 각도가 작은 것을 특징으로 한다.
(1') 혹은, 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는,
블레이드체와,
상기 블레이드체의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 각각 연장되는 동시에 서로 연통되며 사행 유로를 형성하는 복수의 냉각 통로와,
상기 복수의 냉각 통로 중 상류측 통로의 내벽면에 마련되는 리브형상의 제 1 터뷸레이터와,
상기 복수의 냉각 통로 중, 상기 사행 유로에 있어서 상기 상류측 통로보다 하류측에 위치하는 하류측 통로의 내벽면에 마련되는 리브형상의 제 2 터뷸레이터를 구비하고,
상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터가 이루는 제 1 각도보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터가 이루는 제 2 각도가 작은 것을 특징으로 한다.
냉각 통로에 있어서, 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 터뷸레이터가 이루는 각(이하, "경사각"이라고도 함)이 90도 부근의 범위에서는, 상기 경사각이 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율이 큰 경향이 있다.
이 점, 상기 (1)의 구성에 의하면, 사행 유로의 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도)에 비해 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도)쪽이 작다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 하류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 커져 터빈 블레이드의 냉각이 촉진되기 때문에, 사행 유로의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(2) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1)의 구성에 있어서, 상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터의 높이와 피치로 규정되는 제 1 형상 계수보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터의 높이와 피치로 규정되는 제 2 형상 계수가 작다.
(3) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는 블레이드체와, 상기 블레이드체의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 각각 연장되는 동시에 서로 연통되며 사행 유로를 형성하는 복수의 냉각 통로를 구비하고, 상기 냉각 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 1 터뷸레이터와, 상기 복수의 냉각 통로 중, 상기 상류측 통로와 연통되며, 상기 상류측 통로보다 하류측에 위치하는 하류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 2 터뷸레이터를 구비하고, 상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터의 높이와 피치로 규정되는 제 1 형상 계수보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터의 높이와 피치로 규정되는 제 2 형상 계수가 작은 것을 특징으로 한다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 상류측 통로에 있어서의 제 1 형상 계수가 하류측 통로에 있어서의 제 2 형상 계수보다 작다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 하류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 커져 터빈 블레이드의 냉각이 촉진되기 때문에, 반환 유로의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 반환 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(4) 몇 가지 실시형태에서는 상기 (3)의 구성에 있어서, 상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터가 이루는 제 1 각도보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터가 이루는 제 2 각도가 작다.
냉각 통로에 있어서, 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 터뷸레이터가 이루는 각(이하, "경사각"이라고도 함)이 90도 부근의 범위에서는, 상기 경사각이 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율이 큰 경향이 있다.
이 점, 상기 (4)의 구성에 의하면, 반환 유로의 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도)에 비해 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도)쪽이 작다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 하류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 커져 터빈 블레이드의 냉각이 촉진되기 때문에, 반환 유로의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 반환 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 보다 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 보다 향상시킬 수 있다.
(5) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 또는 (2) 또는 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 상류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 1 터뷸레이터가 마련되어 있으며,
상기 하류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 2 터뷸레이터가 마련되어 있으며,
상기 복수의 상기 제 2 터뷸레이터의 제 2 각도의 평균은 상기 복수의 상기 제 1 터뷸레이터의 제 1 각도의 평균보다 작다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 사행 유로의 상류측 통로에 있어서의 복수의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도)의 평균에 비해 하류측 통로에 있어서의 복수의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도)의 평균쪽이 작다. 따라서, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 사행 유로의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(6) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 상류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 1 터뷸레이터가 마련되어 있으며, 상기 하류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 2 터뷸레이터가 마련되어 있으며, 상기 복수의 상기 제 2 터뷸레이터의 상기 제 2 형상 계수의 평균은, 상기 복수의 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수의 평균보다 작다.
(7) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (2) 내지 (4) 또는 (6)의 구성에 있어서,
일부의 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수가 동일 통로 내의 다른 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수의 평균보다 작다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 동일 통로 내의 블레이드 내벽에 핫 스팟이 생긴 경우라도, 상기 개소의 제 1 터뷸레이터의 제 1 형상 계수를 다른 제 1 터뷸레이터의 제 1 형상 계수보다 작게 하여, 국소적인 냉각 강화를 도모할 수 있다.
(8) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 터빈 블레이드는,
상기 상류측 통로에 마련되며, 상기 제 1 각도가 90도인 상기 제 1 터뷸레이터를 구비한다.
상술한 바와 같이, 냉각 통로에 있어서의 터뷸레이터의 경사각이 90도 부근의 범위에서는, 상기 경사각이 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율이 큰 경향이 있다. 이 점, 상기 (8)의 구성에 의하면, 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도)이 90도인 동시에, 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도)이 90도 미만이므로, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 사행 유로의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(9) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (2) 내지 (4), (6) 또는 (7) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 제 1 형상 계수는 상기 복수의 상기 제 1 터뷸레이터 중 인접하는 한쌍의 제 1 터뷸레이터의 피치(P1)와, 상기 상류측 통로의 내벽면을 기준으로 한 상기 한쌍의 제 1 터뷸레이터의 높이(e1)의 비(P1/e1)로 나타나며,
상기 제 2 형상 계수는 상기 복수의 상기 제 2 터뷸레이터 중 인접하는 한쌍의 제 2 터뷸레이터의 피치(P2)와, 상기 하류측 통로의 내벽면을 기준으로 한 상기 한쌍의 제 2 터뷸레이터의 높이(e2)의 비(P2/e2)로 나타난다.
냉각 통로에 마련된 복수의 터뷸레이터 중 인접하는 한쌍의 터뷸레이터의 피치(P)와, 상기 냉각 통로의 내벽면을 기준으로 한 이들 터뷸레이터의 평균 높이(e)의 비(P/e)를 형상 계수로 했을 때, 형상 계수(P/e)가 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율이 큰 경향이 있다.
이 점, 상기 (9)의 구성에 의하면, 상류측 통로에 있어서의 제 1 형상 계수(P1/e1)가 하류측 통로에 있어서의 제 2 형상 계수(P2/e2)보다 작다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 하류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 커져 터빈 블레이드의 냉각이 촉진되기 때문에, 사행 유로의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 보다 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 보다 향상시킬 수 있다.
(10) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 하류측 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상기 냉각 유체의 흐름방향의 최하류측에 위치하는 최하류 통로를 포함하며,
상기 상류측 통로는 상기 최하류 통로에 인접하여 배치된 상기 냉각 통로를 포함한다.
사행 유로를 형성하는 복수의 냉각 통로를 흐르는 냉각 유체는 냉각 대상인 터빈 블레이드와의 열교환에 의해, 하류를 향함에 따라서 온도가 상승하여, 냉각 유체의 흐름의 최하류측에 위치하는 최하류 통로에 있어서, 온도가 가장 높아진다.
이 점, 상기 (10)의 구성에 의하면, 최하류 통로를 포함하는 하류측 통로에 있어서, 상기 최하류 통로에 인접하여 배치된 상류측 통로보다 터뷸레이터의 경사각이 작다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 최하류 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 유지할 수 있는 동시에, 최하류 통로에 있어서 상술의 열전달율이 상대적으로 커져 터빈 블레이드의 냉각이 촉진되기 때문에, 최하류 통로에 있어서 터빈 블레이드의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 반환 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 효과적으로 삭감하여, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(11) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 복수의 냉각 통로는 3개 이상의 상기 냉각 통로를 포함하는 사행 유로이다.
상기 (11)의 구성에 의하면, 사행 유로를 형성하는 3개 이상의 냉각 통로 중 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도)에 비해, 이들 3개 이상의 냉각 통로 중 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도)쪽을 작게 할 수 있다. 따라서, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈 등을 포함하는 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(12) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (11)의 구성에 있어서,
상기 복수의 냉각 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상기 냉각 유체의 흐름방향의 최상류측에 위치하는 최상류 통로를 포함하며,
상기 최상류 통로의 내벽면은 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면에 의해 형성된다.
냉각 통로의 내벽면이 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면에 의해 형성되는 경우, 냉각 통로의 내벽면에 터뷸레이터가 마련되는 경우에 비해, 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율은 작다.
이 점, 상기 (12)의 구성에 의하면, 복수의 냉각 통로 중 최상류측에 위치하는 최상류 통로의 내벽면은 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면에 의해 형성되어 있으므로, 상기 최상류 통로에 있어서의 상술의 열전달율은 상류측 통로에 있어서의 상술의 열전달율보다 작다. 즉, 사행 유로를 형성하는 최상류 통로, 상류측 통로 및 하류측 통로에 있어서의 상술의 열전달율은 이 순서대로 커진다. 따라서, 사행 유로에 있어서 열전달율을 단계적으로 변화시키기 쉬워져, 각각의 냉각 통로에 있어서의 냉각 성능의 조절을 하기 쉬워진다.
(13) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 하류측 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상기 냉각 유체의 흐름의 최하류측에 위치하는 최하류 통로를 포함하며,
상기 최하류 통로는 상기 냉각 유체의 흐름의 하류측을 향하여 유로 면적이 작아지도록 형성된다.
상기 (13)의 구성에 의하면, 최하류 통로는 냉각 유체의 흐름의 하류측을 향하여 유로 면적이 작아지도록 형성되어 있으므로, 상기 최하류 통로에서는 하류측을 향함에 따라서 냉각 유체의 유속이 증가된다. 이에 의해, 냉각 유체가 비교적 고온으로 되어 있는 최하류 통로에 있어서의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
(14) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 하류측 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상기 냉각 유체의 흐름의 최하류측에 위치하는 최하류 통로를 포함하며,
상기 터빈 블레이드는,
상기 최하류 통로의 상류부와 연통되도록 마련되며, 외부로부터의 냉각 유체를 상기 상류측 통로를 거치지 않고 상기 최하류 통로에 공급하도록 구성된 냉각 유체 공급로를 추가로 구비한다.
상기 (14)의 구성에 의하면, 최하류 통로에는, 상류측 통로로부터의 냉각 유체가 유입되는 것에 부가하여, 이것과는 별도로 냉각 유체 공급로를 거쳐서, 외부로부터의 냉각 유체가 공급된다. 따라서, 상류측 통로로부터의 냉각 유체가 비교적 고온으로 되어 있는 최하류 통로에 있어서의 냉각을 더욱 강화할 수 있다.
(15) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 터빈 블레이드는 가스 터빈의 동익이다.
상기 (15)의 구성에 의하면, 터빈 블레이드로서의 가스 터빈의 동익이 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 구성을 가지므로, 동익의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(16) 몇 가지의 실시형태에서는 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 터빈 블레이드는 가스 터빈의 정익이다.
상기 (16)의 구성에 의하면, 터빈 블레이드로서의 가스 터빈의 정익이 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 구성을 가지므로, 정익의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
(17) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈은,
상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 기재된 터빈 블레이드와,
상기 터빈 블레이드가 마련되는 연소 가스 유로를 흐르는 연소 가스를 생성하기 위한 연소기를 구비한다.
상기 (17)의 구성에 의하면, 터빈 블레이드가 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 구성을 가지므로, 터빈 블레이드의 냉각을 위해 사행 유로에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 터빈의 효율적인 냉각이 가능한 터빈 블레이드 및 가스 터빈이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2a는 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 블레이드 높이방향을 따른 부분 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 ⅡB-ⅡB 단면을 도시하는 도면이다.
도 3a는 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 블레이드 높이방향을 따른 부분 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 ⅢB-ⅢB 단면을 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 터뷸레이터의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 터뷸레이터의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 9는 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 10은 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 11은 일 실시형태에 따른 정익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 12는 일 실시형태에 따른 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 13은 열전달율비(α)와 터뷸레이터의 경사각(θ)의 상관 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 14는 열전달율비(α)와 터뷸레이터의 형상 계수(P/e)의 상관 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
우선, 몇 가지의 실시형태에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈에 대하여 설명한다.
후술하는 몇 가지의 실시형태에 공통되는 본 발명의 기본적인 사고 방식에 대해서, 이하에 설명한다.
대표적인 터빈 블레이드는 고온의 연소 가스 분위기 중에 배치되기 때문에, 블레이드체의 연소 가스로부터의 열손상을 방지하기 위해, 블레이드체 내부는 냉각 유체로 냉각되어 있다. 블레이드체는 블레이드체 내에 형성된 사행 유로(서펜타인 유로) 내에 냉각 유체를 흘리는 것에 의해 냉각되고 있다. 또한, 블레이드체의 냉각 유체에 의한 냉각 성능을 더욱 높이기 위해, 냉각 유체가 흐르는 통로의 블레이드 내벽에 난류 촉진 부재(터뷸레이터)를 배치하고 있다. 즉, 최적인 터뷸레이터를 선택해서, 냉각 유체와 블레이드 내벽 사이의 열전달율을 극히 높여, 최적인 블레이드체의 냉각 구조를 실현하고 있다.
그렇지만, 가스 터빈의 열효율을 더욱 향상시키기 위해, 냉각 유체의 유량의 저감이 한층 더 필요하게 되는 경우가 있다. 냉각 유체의 유량의 저감은 냉각 유체의 유속의 저하를 초래하여, 블레이드체의 냉각 성능이 저하하고, 블레이드체의 메탈 온도의 상승을 초래한다. 그 때문에, 통로 단면적을 축소하여 유속을 높이는 등의 대응책이 필요하게 된다.
그러나, 통로 단면적을 축소하고, 가장 열전달율이 좋은 터뷸레이터를 적용한 냉각 구조가 그 블레이드에 있어서 적정한 냉각 구조는 되지 않는 경우가 있어, 그 블레이드의 블레이드 형상이나 운전 조건에 맞는 냉각 구조를 선정할 필요가 있다. 예를 들면, 블레이드 길이(코드방향 길이)에 대하여, 상대적으로 블레이드 높이(스팬방향)가 높은 블레이드 형상을 구비한 블레이드나 열부하에 대하여 상대적으로 냉각 유체의 유량을 억제하고, 가스 터빈의 열효율의 향상을 목적으로 한 블레이드에 대하여 냉각 성능이 좋은 냉각 구조를 적용한 경우, 냉각 유체가 서펜타인 유로를 흐르는 과정에서 과열(히트 업)되어 최종 통로(최하류 통로)의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하는 경우가 있다. 이와 같은 블레이드에 대해서는, 히트 업을 억제하는 동시에, 최종 통로의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하지 않는 적정한 냉각 구조를 선정하는 것이 필요하다.
구체적으로는, 최종 통로보다 상류측의 상류측 통로의 터뷸레이터는 냉각 유체의 흐름과 블레이드 면 사이의 열전달율을 낮게 억제한 터뷸레이터를 선정하고, 최종 통로는 가장 열전달율이 좋은 터뷸레이터를 선정하는 것이 바람직하다. 이 선정에 의해, 상류측 통로를 흐르는 냉각 유체의 히트 업이 억제되어, 히트 업이 억제된 냉각 유체가 최종 통로를 흐르는 과정에서, 열전달율이 큰 터뷸레이터의 적용에 의해 냉각 유체에 의한 블레이드체에 대한 냉각 성능이 향상된다. 그 결과, 최종 통로의 메탈 온도를 사용 한계 온도 이하로 억제할 수 있다. 또한, 전술과 같이, 열전달율을 낮게 억제하는 것은 냉각 유체의 압력 손실을 저감하는 효과가 있다. 따라서, 냉각 유체의 히트 업 억제 효과와 압력 손실의 저감 효과의 중첩적인 효과에 의해, 최종 통로에 있어서의 냉각 성능이 최대한으로 발휘된다.
상세한 설명은 후술하지만, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 터뷸레이터는 냉각 유로를 형성하는 블레이드 내벽에 마련된 돌기형상의 리브에 의해 형성된다. 리브는 냉각 유체의 흐름방향으로 소정 간격으로 배치된다. 냉각 유체가 리브를 타고 넘을 때, 흐름방향의 하류측에 와류를 발생시켜, 블레이드 내벽과 냉각 유체의 흐름 사이의 열전달을 촉진시킨다. 따라서, 리브가 없는 평활면의 블레이드 내벽과 리브를 구비한 블레이드 내벽에서는 열전달율에 큰 차이가 있다.
터뷸레이터의 성능 및 사양을 정하는 요소는 터뷸레이터의 경사각과 형상 계수이다.
상세한 것은 후술하지만, 도 13은 냉각 유체와 블레이드 내벽 사이의 열전달율과 터뷸레이터의 경사각의 관계를 나타내며, 도 14는 냉각 유체와 블레이드 내벽 사이의 열전달율과 터뷸레이터의 형상 계수의 관계를 나타낸다. 경사각이 최적각(최적값)이며, 형상 계수도 최적 계수(최적값)의 터뷸레이터이면 가장 열전달율이 높고, 냉각 성능이 가장 좋아진다. 그 결과, 블레이드 내벽면의 냉각이 촉진되어, 냉각 유로의 메탈 온도를 저하시킬 수 있다. 한편, 경사각이 최적값보다 큰 각도의 중간각(중간값)이며, 형상 계수도 최적값보다 큰 값의 중간 계수(중간값)의 터뷸레이터를 선정한 경우, 경사각 및 형상 계수의 최적값을 적용한 경우와 비교하면 열전달율이 낮아져, 냉각 성능이 억제된다.
전술한 바와 같이, 블레이드 형상이나 운전 조건에 따라서는 가장 열전달율이 높고, 냉각 성능이 좋은 터뷸레이터를 선정하는 것보다는, 상류측 통로에서는 냉각 성능을 억제하고, 최종 통로에서는 냉각 성능을 최대한으로 높인 냉각 구조를 구비하는 블레이드 구조로 하는 편이 블레이드 전체의 냉각 구조로서 적정한 경우가 있다. 이 사고 방식을 따른 구체적인 블레이드 구성을 후술하는 각 실시형태의 블레이드 구성을 인용하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각 실시형태의 냉각 구조에서는 상류측 통로의 터뷸레이터 사양은 각 실시형태에 의해 상이한 구성이지만, 최종 통로의 터뷸레이터의 경사각 및 형상 계수는 모두 최적값을 선정하고 있는 점에서, 각 실시형태에 공통된 구성이다.
도 6에 도시하는 실시형태는 터뷸레이터의 경사각이 전체 통로에 대하여 최적값인 경사각을 선정하고 있다. 형상 계수는 최종 통로는 최적값을 선택하고, 최종 통로보다 상류측의 상류측 통로는 중간값을 선정하고 있다. 이와 같은 냉각 구조이면, 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 히트 업이 억제된다. 한편, 냉각 성능이 좋은 최종 통로를 냉각 유체가 흐르는 과정에서는, 블레이드체가 충분히 냉각되므로 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승이 억제되어, 사용 한계 온도를 초과하는 일이 없다.
도 7에 도시하는 실시형태는 도 6의 냉각 구조에 대하여, 상류측 통로의 냉각 성능을 더욱 억제한 예이다. 즉, 도 6의 냉각 구조와 비교하여, 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각을 최적각(최적값)보다 각도가 큰 중간각(중간값)을 선정한 예이다. 도 6의 냉각 구조보다 더욱 상류측 통로의 열전달율을 억제하여도, 상류측 통로의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하지 않는 경우는, 최종 통로의 냉각 능력에 여유가 생기므로, 최종 통로의 냉각 능력의 면에서 도 6의 냉각 구조보다 더욱 유리하게 된다. 즉, 도 7에 도시하는 냉각 구조에서는 최종 통로보다 상류측의 전체 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각이 최종 통로의 터뷸레이터의 경사각(최적값)보다 큰 각도인 중간값이 선정되어 있다. 단, 각 통로의 경사각은 상이한 중간값이 선정되어 있다. 상류측 통로 내의 최상류 통로의 터뷸레이터의 경사각은 90도보다 작고, 최종 통로에 가까워지는 동시에, 각 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각이 서서히 작아지도록 선정되어 있다. 또한, 터뷸레이터의 형상 계수는 도 6의 냉각 구조와 동일한 구성으로서, 상류측 통로에서 동일한 중간값을 선정하고, 최종 통로에서 최적값을 선정하고 있다. 이와 같은 냉각 구조이면, 도 6에 도시하는 냉각 구조와 비교하여, 상류측 통로에서의 냉각이 억제되고, 냉각 유체의 온도가 도 6에 도시하는 구조보다 저하되어, 최종 통로에서의 냉각 능력에 여유가 발생한다. 따라서, 상류측 통로에서의 냉각 유체의 히트 업을 억제하면서, 서서히 냉각 성능을 높일 수 있으므로, 최종 통로에서의 냉각 능력 부족을 보충할 수 있다.
도 8에 도시하는 실시형태는 도 7의 냉각 구조에 대하여, 상류측 통로의 냉각 성능을 더욱 억제한 예이다. 즉, 도 8에 도시하는 냉각 구조라도, 상류측 통로의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하지 않는 경우는, 최종 통로의 냉각 능력에 더욱 여유가 생긴다. 즉, 도 8에 도시하는 냉각 구조는 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각을 90도로 일률로 하고, 최종 통로의 터뷸레이터의 경사각만을 최적값으로 하고 있다. 또한, 터뷸레이터의 형상 계수는 도 6의 냉각 구조와 동일한 구성으로 하고, 상류측 통로에서 중간값을 선정하여, 최종 통로에서 최적값을 선정하고 있다. 이와 같은 냉각 구조이면, 도 7에 도시하는 냉각 구조와 비교하여, 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 히트 업이 더욱 억제된다. 따라서, 최종 통로에 공급되는 냉각 유체의 유입 온도는 도 7에 도시하는 구조보다 더욱 낮아진다. 냉각 유체가 최종 통로를 흐르는 과정에서는 도 7의 구조와 비교하여, 최종 통로의 냉각이 더욱 용이하게 되고, 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승이 억제되어 최종 통로의 메탈 온도를 사용 한계 온도 내로 억제할 수 있다.
도 9에 도시하는 실시형태는 도 8의 냉각 구조에 대하여, 상류측 통로의 냉각 성능을 더욱 억제한 실시형태이다. 즉, 본 실시형태에 도시하는 블레이드 구성은 상류측 통로 중의 최상류 통로에는 터뷸레이터를 배치하지 않으며, 유로 내벽은 평활면으로 형성되어 있다. 최상류 통로의 메탈 온도가 터뷸레이터가 없는 평활면이어도, 사용 한계 온도보다 낮은 메탈 온도가 되는 것이면, 냉각 유체의 히트 업이 더욱 억제되어, 최종 통로의 냉각 능력에 더욱 여유가 생긴다. 즉, 도 9에 도시하는 구조에서는 최상류 통로를 평활면으로 하고, 최상류 통로를 제외한 다른 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각은 중간값을 선정하고, 터뷸레이터의 형상 계수는 도 8과 동일한 구성의 중간값을 선정하고 있다. 최종 통로의 터뷸레이터의 경사각 및 형상 계수는 도 6의 구성과 동일하다. 이와 같은 냉각 구조이면, 도 8에 도시하는 냉각 구조보다 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 히트 업을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 최종 통로에서는 냉각 유체의 냉각 능력에 여유가 생겨, 최종 통로의 냉각이 더욱 용이하게 된다.
도 10에 도시하는 실시형태는 도 9의 냉각 구조에 대하여, 상류측 통로의 냉각 성능을 더욱 억제한 실시형태이다. 최상류 통로가 평활면으로 형성되며, 터뷸레이터를 구비하지 않는 점에서는 도 9의 실시형태와 공통된다. 그러나, 최상류 통로에 이어지는 인접하는 2개의 다른 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각은 90도인 점이 도 9에 도시하는 냉각 구조와는 상이하다. 또한, 최종 통로에 인접하는 상류측 통로의 터뷸레이터의 경사각은 도 9에 도시하는 구조와 동일하다. 또한, 최종 통로의 터뷸레이터의 경사각 및 형상 계수는 도 6에 도시하는 구성과 동일하다. 이와 같은 냉각 구조라도, 상류측 통로의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하지 않는 경우에는, 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 히트 업을 억제할 수 있어서, 최종 통로의 냉각 능력에 더욱 여유가 생긴다. 도 10에 도시하는 냉각 구조이면, 최종 통로의 냉각이 더욱 용이하게 되고, 최종 통로의 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승이 억제되어, 메탈 온도를 사용 한계 온도 내로 억제할 수 있다.
도 11에 도시하는 실시형태는 본 발명의 기본적인 생각을 정익에 적용한 예이다. 정익의 경우, 서펜타인 유로에 공급되는 냉각 유체의 입구가 블레이드체의 직경방향 외측에 있으며, 최종 통로를 흐르는 냉각 유체의 직경방향의 흐름방향이 동익과는 역방향이다. 그러나, 터뷸레이터의 경사각 및 형상 계수는 도 6과 구성과 마찬가지이다. 이와 같은 냉각 구조라도 터뷸레이터의 경사각 및 형상 계수로서 최적값을 선정한 블레이드 구성과 비교하면, 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 히트 업이 억제되고, 냉각 유체가 최종 통로를 흐르는 과정에서는 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승이 억제되어, 메탈 온도를 사용 한계 온도 내로 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 블레이드 형상 및 운전 조건에 맞는 적정한 터뷸레이터 사양을 선정하는 것에 의해, 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 히트 업이 억제되어, 최종 통로의 블레이드체의 메탈 온도의 상승을 억제하는 동시에 가스 터빈의 효율적인 냉각이 가능하게 된다. 이하에서는, 각 실시형태의 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈의 개략 구성도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(1)은 압축 공기를 생성하기 위한 압축기(2)와, 압축 공기 및 연료를 이용하여 연소 가스를 발생시키기 위한 연소기(4)와, 연소 가스에 의해 회전 구동되도록 구성된 터빈(6)을 구비한다. 발전용의 가스 터빈(1)의 경우, 터빈(6)에는 도시하지 않은 발전기가 연결된다.
압축기(2)는 압축기 차실(10)측에 고정된 복수의 정익(16)과, 정익(16)에 대하여 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설된 복수의 동익(18)을 포함한다.
압축기(2)에는 공기 취입구(12)로부터 취입된 공기가 이송되도록 되어 있으며, 이 공기는 복수의 정익(16) 및 복수의 동익(18)을 통과하여 압축되는 것에 의해 고온 고압의 압축 공기가 된다.
연소기(4)에는 연료와, 압축기(2)에서 생성된 압축 공기가 공급되도록 되어 있으며, 상기 연소기(4)에 있어서 연료와 압축 공기가 혼합되고, 연소되어 터빈(6)의 작동 유체인 연소 가스가 생성된다. 연소기(4)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 케이싱(20) 내에 로터를 중심으로 하여 둘레방향을 따라서 복수 배치되어 있어도 좋다.
터빈(6)은 터빈 차실(22) 내에 형성되는 연소 가스 유로(28)를 가지며, 상기 연소 가스 유로(28)에 마련되는 복수의 정익(24) 및 동익(26)을 포함한다.
정익(24)은 터빈 차실(22)측에 고정되어 있으며, 로터(8)의 둘레방향을 따라서 배열되는 복수의 정익(24)이 정익열을 구성하고 있다. 또한, 동익(26)은 로터(8)에 식설되어 있으며, 로터(8)의 둘레방향을 따라서 배열되는 복수의 동익(26)이 동익열을 구성하고 있다. 정익열과 동익열은 로터(8)의 축방향에 있어서 교대로 배열되어 있다.
터빈(6)에서는 연소 가스 유로(28)에 유입된 연소기(4)로부터의 연소 가스가 복수의 정익(24) 및 복수의 동익(26)을 통과하는 것에 의해 로터(8)가 회전 구동되며, 이에 의해, 로터(8)에 연결된 발전기가 구동되어 전력이 생성되도록 되어 있다. 터빈(6)을 구동한 후의 연소 가스는 배기실(30)을 거쳐서 외부로 배출된다.
몇 가지의 실시형태에 있어서, 터빈(6)의 동익(26) 또는 정익(24) 중 적어도 하나는, 이하에 설명하는 터빈 블레이드(40)이다.
이하에 있어서는, 주로 터빈 블레이드(40)로서의 동익(26)의 도면을 참조하면서 설명하지만, 터빈 블레이드(40)로서의 정익(24)에 대해서도, 기본적으로는 마찬가지의 설명을 적용할 수 있다.
도 2a 및 도 3a는 각각, 일 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 블레이드 높이방향을 따른 부분 단면도이며, 도 2b 및 도 3b는 각각, 도 2a의 ⅢA-ⅢA 단면 및 ⅢB-ⅢB 단면을 도시하는 도면이다. 또한 도면 중의 화살표는 냉각 유체의 흐름의 방향을 나타낸다.
도 2a 내지 도 3b에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)인 동익(26)은 블레이드체(42)와, 플랫폼(80)과, 익근부(82)를 구비하고 있다. 익근부(82)는 로터(8)(도 1 참조)에 매설되며, 동익(26)은 로터(8)와 함께 회전한다. 플랫폼(80)은 익근부(82)와 일체적으로 구성되어 있다.
블레이드체(42)는 로터(8)의 직경방향(이하, 간략히 "직경방향" 또는 "스팬방향"이라 하는 경우가 있음)을 따라서 연장되도록 마련되어 있으며, 플랫폼(80)에 고정되는 기단(50)(단부 1)과, 블레이드 높이방향(로터(8)의 직경방향)에 있어서 기단(50)은 반대측(직경방향 외측)에 위치하며, 블레이드체(42)의 정상부를 형성하는 천장판(49)으로 이루어지는 선단(48)(단부 2)을 갖는다.
또한, 동익(26)의 블레이드체(42)는 기단(50) 내지 선단(48)에 걸쳐서 전연(44) 및 후연(46)을 가지며, 상기 블레이드체(42)의 블레이드 면은 기단(50)과 선단(48) 사이에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 압력면(복면)(56)과 부압면(배면)(58)을 포함한다.
블레이드체(42)의 내부에는 터빈 블레이드(40)를 냉각하기 위한 냉각 유체(예를 들면 공기)를 흘리기 위한 냉각 유로가 마련되어 있다. 도 2a 내지 도 3b에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 블레이드체(42)에는 냉각 유로로서, 사행 유로(61)와, 사행 유로(61)보다 전연(44)측에 위치하는 전연측 유로(36)가 형성되어 있다. 반환 유로(61) 및 전연측 유로(36)에는 내부 유로(84, 35)를 각각 거쳐서 외부로부터의 냉각 유체가 공급되도록 되어 있다.
이와 같이, 사행 유로(61)나 전연측 유로(36) 등의 냉각 유로에 냉각 유체를 공급하는 것에 의해, 터빈(6)의 연소 가스 유로(28)에 마련되며 고온의 연소 가스에 노출되는 블레이드체(42)를 냉각하도록 되어 있다.
터빈 블레이드(40)에 있어서, 사행 유로(61)는 블레이드 높이방향을 따라서 각각 연장되는 복수의 냉각 통로(60a, 60b, 60c …)(이하, 통틀어 "냉각 통로(60)"라고도 함)를 포함한다. 터빈 블레이드(40)의 블레이드체(42)의 내부에는 블레이드 높이방향을 따라서 복수의 리브(32)가 마련되어 있으며, 각각의 리브(32)에 의해서, 인접하는 냉각 통로(60)가 구획되어 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 사행 유로(61)는 3개의 냉각 통로(60a 내지 60c)를 포함하며, 냉각 통로(60a 내지 60c)는 전연(44)측으로부터 후연(46)측을 향하며 이 순서로 배열되어 있다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 반환 유로(61)는 5개의 냉각 통로(60a 내지 60e)를 포함하며, 냉각 통로(60a 내지 60e)는 전연(44)측으로부터 후연(46)측을 향하며 이 순서로 배열되어 있다.
사행 유로(61)를 형성하는 복수의 냉각 통로(60) 중 서로 인접하는 냉각 통로(예를 들면 냉각 통로(60a)와 냉각 통로(60b))는 선단(48)측 또는 기단(50)측에 있어서 서로 접속되며, 이 접속부에 있어서, 냉각 유체의 흐름의 방향이 블레이드 높이방향에 있어서 역방향으로 되돌아오는 리턴 유로가 형성되며, 사행 유로(61) 전체적으로 직경방향으로 사행된 형상을 갖고 있다. 즉, 복수의 냉각 통로(60)는 서로 연통되며 사행 유로(서펜타인 유로)(61)를 형성하고 있다.
사행 유로(61)를 형성하는 복수의 냉각 통로(60)는 이들 복수의 냉각 통로(60) 중 최상류측에 위치하는 최상류 통로와, 최하류측에 위치하는 최하류 통로를 포함한다. 도 2a 내지 도 3b에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 복수의 냉각 통로(60) 중 가장 전연(44)측에 위치하는 냉각 통로(60a)가 최상류 통로(65)이며, 가장 후연(46)측에 위치하는 냉각 통로(60c)(도 2a 내지 도 2b) 또는 냉각 통로(60e)(도 3a 내지 도 3b)가 최하류 통로(66)이다.
상술한 사행 유로(61)를 갖는 터빈 블레이드(40)에서는, 냉각 유체는 예를 들면 익근부(82)의 내부에 형성된 내부 유로(84) 및 블레이드체(42)의 기단(50)측에 마련된 입구 개구(62)(도 2a 및 도 3a 참조)를 거쳐서 사행 유로(61)의 최상류 통로(65)에 도입되고, 복수의 냉각 통로(60)를 하류측을 향하여 순서대로 흐른다. 그리고, 복수의 냉각 통로(60) 중, 냉각 유체 흐름방향의 가장 하류측의 최하류 통로(66)를 흐르는 냉각 유체는, 블레이드체(42)의 선단(48)측에 마련된 출구 개구(64)를 거쳐서 터빈 블레이드(40)의 외부의 연소 가스 유로(28)에 유출되도록 되어 있다. 출구 개구(64)는 천장판(49)에 형성되는 개구이며, 최하류 통로(66)를 흐르는 냉각 유체의 일부가 출구 개구(64)로부터 배출된다. 출구 개구(64)를 마련하는 것에 의해, 최하류 통로(66)의 천장판(49) 부근의 공간에 냉각 유체의 정체 공간이 발생하여, 천장판(49)의 내벽면(63)이 과열되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 반환 유로(61)의 형상은 도 2a 내지 도 3b에 도시하는 형상으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 1개의 터빈 블레이드(40)의 블레이드체(42)의 내부에 복수의 반환 유로가 형성되어 있어도 좋다. 혹은 사행 유로(61)는 상기 사행 유로(61) 상의 분기점에 있어서 복수의 유로로 분기되어 있어도 좋다.
몇 가지의 실시형태에서는 도 2a 및 도 3a에 도시하는 바와 같이, 블레이드체(42)의 후연부(47)(후연(46)을 포함하는 부분)에는, 블레이드 높이방향을 따라서 배열하도록 복수의 냉각 구멍(70)이 형성되어 있다. 복수의 냉각 구멍(70)은 블레이드체(42)의 내부에 형성된 냉각 유로(도시하는 예에 있어서는 사행 유로(61)의 최하류 통로(66))와 연통되는 동시에, 블레이드체(42)의 후연부(47)에 있어서의 표면에 개구되어 있다.
냉각 유로(도시하는 예에 있어서는 사행 유로(61)의 최하류 통로(66))를 흐르는 냉각 유체의 일부는 냉각 구멍(70)을 통과하고, 블레이드체(42)의 후연부(47)의 개구로부터 터빈 블레이드(40)의 외부의 연소 가스 유로(28)로 유출된다. 이와 같이 하여 냉각 유체가 냉각 구멍(70)을 통과하는 것에 의해, 블레이드체(42)의 후연부(47)가 대류 냉각되도록 되어 있다.
복수의 냉각 통로(60) 중 적어도 몇 개의 내벽면(63)에는 리브형상의 터뷸레이터(34)가 마련되어 있다. 도 2a 내지 도 3b에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 복수의 냉각 통로(60)의 각각의 내벽면(63)에 복수의 터뷸레이터(34)가 마련되어 있다.
여기에서, 도 4 및 도 5는 각각 일 실시형태에 따른 터뷸레이터(34)의 구성을 설명하기 위한 모식도로서, 도 4는 도 2a 내지 도 3b에 도시하는 터빈 블레이드(40)의 블레이드 높이방향 및 블레이드 두께방향(로터(8)의 둘레방향)을 포함하는 평면을 따른 부분적인 단면의 모식도이며, 도 4는 도 2a 내지 도 3b에 도시하는 터빈 블레이드(40)의 블레이드 높이방향 및 블레이드 폭방향(로터(8)의 축방향)을 포함하는 평면을 따른 부분적인 단면의 모식도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 각 터뷸레이터(34)는 냉각 통로(60)의 내벽면(63)에 마련되어 있으며 상기 터뷸레이터(34)의 상기 내벽면(63)을 기준으로 한 높이는 e이다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 냉각 통로(60)에 있어서, 복수의 터뷸레이터(34)는 피치(P)의 간격으로 마련되어 있다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향(도 5의 화살표(LF))과, 각 터뷸레이터(34) 사이의 예각을 이루는 각도(이하, "경사각"이라고도 함)는 경사각(θ)이다.
냉각 통로(60)에 상술의 터뷸레이터(34)가 마련되어 있으면, 냉각 유체가 냉각 통로(60)를 흐를 때에, 터뷸레이터(34) 근방에서 소용돌이의 발생 등의 흐름의 혼란이 촉진된다. 즉, 터뷸레이터(34)를 타고 넘은 냉각 유체는 하류측에 배치된 인접하는 터뷸레이터(34) 사이에 와류를 형성한다. 이에 의해, 냉각 유체의 흐름방향에 있어서 인접하는 터뷸레이터(34)끼리의 중간 위치 부근에서는, 냉각 유체의 와류가 냉각 통로(60)의 내벽면(63)에 부착되어 냉각 유체와, 블레이드체(42) 사이의 열전달율을 증대시킬 수 있어서, 터빈 블레이드(40)를 효과적으로 냉각할 수 있다. 그러나, 터뷸레이터(34)의 경사각에 의해 냉각 유체의 와류의 발생 상태가 변화하여, 블레이드 내벽과의 사이의 열전달율에 영향을 미친다. 또한, 터뷸레이터의 피치와 비교하여, 터뷸레이터의 높이가 너무 높은 경우, 와류가 내벽면(63)에 부착되지 않는 경우가 있다. 따라서, 열전달율과 터뷸레이터의 경사각 및 열전달율과 피치와 높이의 비율 사이에는 후술과 같이 적정한 범위가 존재한다. 또한, 터뷸레이터의 높이가 너무 높으면, 냉각 유체의 압력 손실을 증대시키는 원인이 된다.
도 6 내지 도 10 및 도 12는 각각, 일 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 모식적인 단면도이다. 또한, 도 11은 일 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))의 모식적인 단면도이다. 도면 중의 화살표는 냉각 유체의 흐름의 방향을 나타낸다.
또한, 도 6 내지 도 10 및 도 12에 도시하는 동익(26)은 상술한 동익(26)과 마찬가지의 구성을 갖는다.
또한, 도 6 내지 도 12에 도시하는 터빈 블레이드(40)에 형성된 사행 유로(61)는 각각, 5개의 냉각 통로(60a 내지 60e)에 의해 형성되어 있으며, 이 중, 가장 전연(44) 측에 위치하는 냉각 통로(60a)가 최상류 통로(65)이며, 가장 후연(46)측에 위치하는 냉각 통로(60e)가 최하류 통로(66)이다.
이하, 도 2a 내지 도 3b 및, 도 6 내지 도 12를 참조하여 몇 가지의 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 특징에 대하여 설명하지만, 그 전에 도 11을 참조하여, 일 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))의 구성에 대하여 설명한다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))은 블레이드체(42)와, 블레이드체(42)에 대하여 직경방향 내측에 위치하는 내측 슈라우드(86)와, 블레이드체(42)에 대하여 직경방향 외측에 위치하는 외측 슈라우드(88)를 구비하고 있다. 외측 슈라우드(88)는 터빈 차실(22)(도 1 참조)에 지지되며, 정익(24)은 외측 슈라우드(88)를 거쳐서 터빈 차실(22)에 지지된다. 블레이드체(42)는 외측 슈라우드(88)측(즉 직경방향 외측)에 위치하는 외측단(52)과, 내측 슈라우드(86)측(즉 직경방향 내측)에 위치하는 내측단(54)을 갖는다.
정익(24)의 블레이드체(42)는 외측단(52)으로부터 내측단(54)에 걸쳐서 전연(44) 및 후연(46)을 가지며, 블레이드체(42)의 블레이드 면은 외측단(52)과 내측단(54) 사이에 있으며, 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 압력면(복면)(56)과 부압면(배면)(58)을 포함한다.
정익(24)의 블레이드체(42)의 내부에는, 복수의 냉각 통로(60)에 의해 형성되는 사행 유로(61)가 형성되며, 상기 사행 유로(61)는 상술한 동익(26)에 있어서의 사행 유로(61)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 도 11에 도시하는 상기 실시형태에서는 5개의 냉각 통로(60a 내지 60e)에 의해 사행 유로(61)가 형성되어 있다.
도 11에 도시하는 정익(24)(터빈 블레이드(40))에서는, 냉각 유체는 외측 슈라우드(88)의 내부에 형성된 내부 유로(도시하지 않음) 및 블레이드체(42)의 외측단(52)측에 마련된 입구 개구(62)를 거쳐서 사행 유로(61)에 도입되고, 복수의 냉각 통로(60)를 하류측을 향하여 순서대로 흐른다. 그리고, 복수의 냉각 통로(60) 중, 냉각 유체의 흐름방향의 가장 하류측의 최하류 통로(66)를 흐르는 냉각 유체는 블레이드체(42)의 내측단(54)측(내측 슈라우드(86)측)에 마련된 출구 개구(64)를 거쳐서 정익(24)(터빈 블레이드(40))의 외부의 연소 가스 유로(28)에 유출되거나 또는 후술하는 후연부(47)의 냉각 구멍(70)으로부터 연소 가스 중으로 배출되도록 되어 있다.
정익(24)에 있어서, 복수의 냉각 통로(60) 중 적어도 몇 개의 내벽면에는 상술한 터뷸레이터(34)가 마련되어 있다. 도 11에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 복수의 냉각 통로(60)의 각각의 내벽면에 복수의 터뷸레이터(34)가 마련되어 있다.
정익(24)에 있어서, 블레이드체(42)의 후연부(47)에는 블레이드 높이방향을 따라서 배열하도록 복수의 냉각 구멍(70)이 형성되어 있어도 좋다.
다음에, 도 2a 내지 도 3b 및 도 6 내지 도 12를 참조하여 몇 가지의 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 특징에 대하여 설명한다.
여기에서, 도 6 내지 도 12에 도시하는 터빈 블레이드(40)에 있어서, 냉각 통로(60a 내지 60e)의 각각에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각을 각각 θa, θb,θc, θd, θe로 하고, 냉각 통로(60a 내지 60e)의 각 통로에 있어서의 인접하는 터뷸레이터(34)의 피치를 각각 Pa, Pb, Pc, Pd, Pe로 하고, 각 통로에 있어서의 상기 인접하는 터뷸레이터(34)의 높이(또는 평균 높이를) 각각 ea, eb, ec, ed, ee로 한다.
도 6에 도시하는 동익(26)에서는 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θa=θb=θc=θd=θe(＜90도)인 동시에 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 피치는 Pa=Pb=Pc=Pd＞Pe이다.
도 7에 도시하는 동익(26)에서는 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θa(=90도)＞θb＞θc＞θd＞θe인 동시에, 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 피치는 Pa=Pb=Pc=Pd＞Pe이다.
도 8에 도시하는 동익(26) 및 도 11에 도시하는 정익(24)에서는, 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θa=θb=θc=θd(=90도)＞θe인 동시에, 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 피치는 Pa=Pb=Pc=Pd＞Pe이다.
도 9에 도시하는 동익(26)에서는 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은, (90도＞)θb=θc＞θd＞θe인 동시에, 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 피치는 Pb=Pc=Pd＞Pe이다.
도 10에 도시하는 동익(26)에서는 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θb=θc(=90도)＞θd=θe인 동시에, 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 피치는 Pb=Pc=Pd＞Pe이다.
도 12에 도시하는 동익(26)에서는, 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θa=θb=θc=θd=θe(＜90도)이다. 도 12에 도시하는 동익(26)의 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 피치에 대해서는 후술한다.
또한, 도 9 내지 도 10에 도시하는 동익(26)의 냉각 통로(60a)에는, 터뷸레이터(34)는 마련되어 있지 않으며, 냉각 통로(60a)의 내벽면은 평활면에 의해 형성되어 있다.
몇 가지의 실시형태에서는 복수의 냉각 통로(60) 중 상류측 통로의 내벽면에 마련되는 리브형상의 제 1 터뷸레이터(터뷸레이터(34))와, 복수의 냉각 통로(60) 중, 사행 유로(61)에 있어서 상류측 통로보다 하류측에 위치하는 하류측 통로의 내벽면에 마련되는 리브형상의 제 2 터뷸레이터(터뷸레이터(34))를 구비한다. 그리고, 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 제 1 터뷸레이터가 이루는 제 1 각도(θ1)(경사각)보다 하류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 제 2 터뷸레이터가 이루는 제 2 각도(θ2)(경사각)가 작다.
즉, 복수의 냉각 통로(60)는 경사각이 제 1 각도(θ1)인 제 1 터뷸레이터가 마련된 상류측 통로와, 경사각이 제 1 각도(θ1)보다 작은 제 2 각도(θ2)인 제 2 터뷸레이터가 마련된 하류측 통로를 포함한다.
도 7 내지 도 8 및 도 9 내지 도 11에 도시하는 터빈 블레이드(40)(동익(26) 또는 정익(24))는 각각 본 실시형태에 따른 터빈 블레이드이다.
예를 들면, 도 8에 도시하는 동익(26) 및 도 11에 도시하는 정익(24)에서는 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θa=θb=θc=θd＞θe로 되어 있다. 따라서, 터뷸레이터(34)의 경사각이 θa 내지 θd(제 1 각도(θ1))인 냉각 통로(60a 내지 60d)는 상술의 상류측 통로이며, 터뷸레이터(34)의 경사각이, 제 1 각도(θ1)보다 작은 θe(제 2 각도(θ2))인 냉각 통로(60e)(즉 최하류 통로(66))는 상술의 하류측 통로이다.
또한, 예를 들면 도 9에 도시하는 동익(26)에서는 냉각 통로(60a 내지 60e)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각은 θb=θc＞θd＞θe로 되어 있다. 따라서, 터뷸레이터(34)의 경사각이 θb(제 1 각도(θ1))인 냉각 통로(60b)는 상술의 상류측 통로이며, 터뷸레이터(34)의 경사각이 제 1 각도(θ1)보다 작은 θd 내지 θe(제 2 각도(θ2))인 냉각 통로(60d 내지 60e)는 상술의 하류측 통로이다. 마찬가지로, 냉각 통로(60c)를 경사각이 제 1 각도(θ1)(θc)인 상류측 통로로 하면, 냉각 통로(60d 내지 60e)는 경사각이 제 2 각도(θ2)(＜θ1)인 하류측 통로이다. 또한, 마찬가지로, 냉각 통로(60d)를 경사각이 제 1 각도(θ1)(θd)인 상류측 통로로 하면, 냉각 통로(60e)는 경사각이 제 2 각도(θ2)(＜θ1)인 하류측 통로이다.
이와 같이, "상류측 통로" 및 "하류측 통로"는 복수의 냉각 통로(60) 중 2개의 냉각 통로(60)의 상대적인 위치 관계를 나타내는 것이다.
여기에서, 도 13은 열전달율비(α)와, 터뷸레이터의 경사각(θ)의 상관 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다. 단, 열전달율비(α)는 냉각 통로의 내벽면에 터뷸레이터가 마련되어 있는 경우의 상기 냉각 통로에 있어서의 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율(h)과, 냉각 통로에 터뷸레이터가 마련되어 있지 않으며, 냉각 통로의 내벽면이 평활면으로 형성되어 있는 경우의 상기 냉각 통로에 있어서의 냉각 유체와 터빈 블레이드 사이의 열전달율(h0)의 비 h/h0이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 냉각 통로(60)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각(θ)이 90도 미만의 범위에서는, 상기 경사각(θ)이 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율비(α)가 큰 경향이 있다. 또한, 냉각 통로의 내벽면이 평활면일 때의 열전달율(h0)은 터뷸레이터(34)의 경사각에는 좌우되지 않으며, 일정한 정수이다. 따라서, 열전달율비(α)(=h/h0)가 큰 것은, 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율(h)이 큰 것을 의미한다. 즉, 냉각 통로(60)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각(θ)이 90도 미만의 범위에서는 상기 경사각(θ)이 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율(h)은 큰 경향이 있다. 한편, 터뷸레이터(34)의 경사각(θ)이 커지면, 통로를 흐르는 냉각 유체의 압력 손실은 작아진다. 따라서, 경사각(θ)을 작게 하는 것에 의한 열전달율의 증가와 압력 손실의 증가의 밸런스를 취하면서 터뷸레이터(34)의 경사각(θ)을 선정하는 것이 중요하다. 또한, 도 13에 나타내는 바와 같이, 경사각(θ)은 가장 열전달율비(α)가 높아지는 최적인 각도가 존재한다. 편의상, 이 경사각(θ)을 최적각(최적값)이라 한다. 최적각의 일 예는 60도이다. 또한, 최적각보다 크고 90도보다 작은 경사각으로 최적각에 있어서의 열전달율비(α)보다 열전달율이 작아지는 경사각을 중간각(중간값)이라 한다.
이 점, 상술의 실시형태에서는 사행 유로(61)의 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도(θ1))에 비해 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도(θ2))쪽이 작다. 이 경우, 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도(θ2))은 최적각(최적값)이 선정되고, 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도(θ1))은 중간각(중간값)이 선정되어 있다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드(40)의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있다. 한편, 하류측 통로에 있어서 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 상대적으로 커져 터빈 블레이드(40)의 냉각이 촉진되기 때문에, 사행 유로(61)의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드(40)의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 위해 사행 유로(61)에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 터빈(6)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는 복수의 제 2 터뷸레이터(터뷸레이터(34))의 제 2 각도(θ2)의 평균은 복수의 제 1 터뷸레이터(터뷸레이터(34))의 제 1 각도(θ1)의 평균보다 작다.
이 경우도, 상술과 마찬가지의 이유에 의해, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 사행 유로(61)의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드(40)의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 위해 사행 유로(61)에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 터빈(6)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는 예를 들면, 도 7, 도 8, 도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 터빈 블레이드(40)는 상류측 통로에 마련되며, 제 1 각도(θ1)가 90도인 제 1 터뷸레이터(터뷸레이터(34))를 구비한다.
즉, 도 7에 있어서의 냉각 통로(60a), 도 8에 있어서의 냉각 통로(60a 내지 60d) 중 어느 하나, 도 10에 있어서의 냉각 통로(60b 또는 60c) 또는, 도 11에 있어서의 냉각 통로(60a 내지 60d) 중 어느 하나는 제 1 각도(θ1)가 90도인 제 1 터뷸레이터(터뷸레이터(34))를 구비한 상류측 통로라도 좋으며, 상류측 통로의 각각의 하류측에 위치하는 적어도 1개의 냉각 통로(60)가 하류측 통로라도 좋다.
상술한 바와 같이, 냉각 통로(60)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 경사각(θ)이 90도 또는 90도 미만의 범위에서는, 상기 경사각(θ)이 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 큰 경향이 있다. 이 점, 상술의 실시형태에서는 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도(θ1))이 90도인 동시에, 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도(θ2))이 90도 미만이다. 따라서, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있는 동시에, 사행 유로(61)의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드(40)의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 위해 사행 유로(61)에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈(1)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
여기에서, 냉각 통로(60)에 있어서, 인접하는 한쌍의 터뷸레이터(34)의 피치(P)(도 4 및 도 5 참조)와, 냉각 통로(60)의 내벽면(63)을 기준으로 한 터뷸레이터(34)의 높이(e)(또는, 한쌍의 터뷸레이터(34)의 평균 높이(e))의 비(P/e)를 형상 계수로 정의한다.
몇 가지의 실시형태에서는 상류측 통로에 마련된 복수의 제 1 터뷸레이터(터뷸레이터(34))의 제 1 형상 계수(P1/e1)보다 하류측 통로에 마련된 복수의 제 2 터뷸레이터(터뷸레이터(34))의 제 2 형상 계수(P2/e2)쪽이 작다.
단, 제 1 형상 계수(P1/e1)는 복수의 제 1 터뷸레이터(터뷸레이터(34)) 중 인접하는 한쌍의 제 1 터뷸레이터의 피치(P1)와, 상기 제 1 터뷸레이터의 높이(e1)(또는 한쌍의 제 1 터뷸레이터의 평균 높이(e1))의 비(P1/e1)이다. 또한, 제 2 형상 계수(P2/e2)는 복수의 제 2 터뷸레이터(터뷸레이터(34)) 중 인접하는 한쌍의 제 2 터뷸레이터의 피치(P2)와, 상기 제 2 터뷸레이터의 높이(e2)(또는, 한쌍의 제 2 터뷸레이터의 평균 높이(e2)의 비(P2/e2)이다.
도 6 내지 도 12에 도시하는 터빈 블레이드(40)(동익(26) 또는 정익(24))는 각각 본 실시형태에 따른 터빈 블레이드이다.
예를 들면, 도 6 내지 도 8 및 도 11에 도시하는 동익(26) 또는 정익(24)에서는 냉각 통로(60e)에 있어서의 형상 계수(Pe/ee)는 냉각 통로(60e)보다 상류측에 위치하는 냉각 통로(60a 내지 60d)에 있어서의 형상 계수((Pa/ea 내지 Pd/ed))보다 작다.
혹은, 도 9 내지 도 10에 도시하는 동익(26)에서는 냉각 통로(60e)에 있어서의 형상 계수(Pe/ee)는 냉각 통로(60e)보다 상류측에 위치하는 냉각 통로(60b 내지 60d)에 있어서의 형상 계수((Pb/eb 내지 Pd/ed))보다 작다.
즉, 냉각 통로(60e)는 터뷸레이터(34)의 형상 계수가 작은 제 2 형상 계수(P2/e2)(Pe/ee)인 하류측 통로인 동시에, 상기 하류측 통로(냉각 통로(60e))보다 상류측에 위치하며, 터뷸레이터(34)의 형상 계수가 제 2 형상 계수(P1/e2)보다 큰 제 1 형상 계수(P1/e1)((Pa/ea 내지 Pd/ed, 또는, Pb/eb 내지 Pd/ed))인 냉각 통로(60a 내지 60d) 또는 냉각 통로(60b 내지 60d)가 상류측 통로이다.
여기에서, 도 14는 열전달율비(α)와, 터뷸레이터의 형상 계수(P/e)의 상관 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다. 단, 열전달율비(α)는 상술한 열전달율(h)과 열전달율(h0)의 비(h/h0)이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 냉각 통로(60)에 있어서의 터뷸레이터(34)의 형상 계수(P/e)가 작을수록 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율비(α)가 크고, 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율(h)이 큰 경향이 있다. 한편, 터뷸레이터(34)의 형상 계수(P/e)를 작게 하면, 통로를 흐르는 냉각 유체의 압력 손실은 커지는 경향이 있다. 예를 들면, 터뷸레이터의 높이(e)는 변경하지 않고, 피치(P)를 작게 하면, 형상 계수(P/e)는 작아지지만, 냉각 유체의 압력 손실은 커진다. 따라서, 형상 계수(P/e)를 작게 하는 것에 의한 열전달율의 증가와 압력 손실의 증가의 밸런스를 취하면서, 터뷸레이터(34)의 형상 계수(P/e)를 선정하는 것이 중요하다. 단, 도 14에 나타내는 바와 같이 형상 계수(P/e)를 작게 하여도, 열전달율비(α)의 증가에는 한계가 있다. 가장 열전달율비(α)가 높아지는 최적인 형상 계수를 편의상, 최적 계수(최적값)라 한다. 또한, 형상 계수(P/e)가 최적 계수보다 크고, 열전달율비(α)가 최적 계수의 형상 계수(P/e)보다 작아지는 형상 계수(P/e)를 중간 계수(중간값)라 한다.
이 점, 상술의 실시형태에서는 상류측 통로에 있어서의 제 1 형상 계수(P1/e1)가 하류측 통로에 있어서의 제 2 형상 계수(P2/e2)보다 크다. 이 경우, 제 2 터뷸레이터의 형상 계수(제 2 형상 계수)는 최적 계수가 선정되고, 제 1 터뷸레이터의 형상 계수(제 1 형상 계수)는 중간 계수가 선정되어 있다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드(40)의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 하류측 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있다. 한편, 하류측 통로에 있어서 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 상대적으로 커져 터빈 블레이드(40)의 냉각이 촉진되기 때문에, 사행 유로(61)의 하류측 영역에 있어서 터빈 블레이드(40)의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 위해 사행 유로(61)에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈(1)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
전술과 같이, 터뷸레이터(34)의 형상 계수(P/e)는 인접하는 한쌍의 터뷸레이터(34)의 피치(P)와, 터뷸레이터(34)의 높이(e)의 비(P/e)로 나타난다. 또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 형상 계수(P/e)를 변화시키면 열전달율(h)(열전달율비(α))이 변화한다. 예를 들면, 터뷸레이터(34)의 높이(e) 또는 피치(P)를 변경하는 것에 의해, 형상 계수(P/e)를 변경하여, 목표로 하는 열전달율(h)을 선정할 수 있다. 또한, 터뷸레이터의 높이(e)는 형상 계수(P/e)에 관계하는 동시에, 통로의 배복방향 폭(D)(도 4 참조)과도 관계한다. 즉, 배복방향 폭(D)에 대하여, 터뷸레이터(34)의 높이(e)를 너무 크게 하면, 통로를 흐르는 냉각 유체의 압력 손실을 크게 한다. 특히, 최종 통로(최하류 통로(66))는 배복방향 폭(D)이 작아지기 때문에, 터뷸레이터(34)의 높이(e)는 상류측 통로에 있어서의 터뷸레이터(34)의 높이(e)보다 작게(낮게) 하는 것이 바람직하다. 적정한 터뷸레이터(34)의 높이(e)를 선정하는 것에 의해, 열전달율(h)을 유지하면서, 냉각 유체의 압력 손실을 저감할 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는 하류측 통로는 복수의 냉각 통로(60) 중 냉각 유체의 흐름의 최하류측에 위치하는 최하류 통로(66)를 포함하며, 상류측 통로는 최하류 통로(66)에 인접하여 배치된 냉각 통로(60)를 포함한다.
예를 들면, 도 6 내지 도 10에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 복수의 냉각 통로(60) 중 최하류측에 위치하는 냉각 통로(60e)(최하류 통로(66))는 하류측 통로이며, 상류측 통로는 냉각 통로(60e)(최하류 통로(66))에 인접하여 배치된 냉각 통로(60d)를 포함한다.
사행 유로(61)를 형성하는 복수의 냉각 통로(60)를 흐르는 냉각 유체는, 냉각 대상인 터빈 블레이드(40)와의 열교환에 의해 히트 업되고, 하류를 향함에 따라서 온도가 상승하여, 냉각 유체의 흐름방향의 최하류측에 위치하는 최하류 통로(66)에 있어서, 온도가 가장 높아진다.
이 점, 상술의 실시형태에서는 최하류 통로(66)를 포함하는 하류측 통로에 있어서, 상류측 통로보다 터뷸레이터(34)의 경사각이 작거나, 또는, 상류측 통로보다 터뷸레이터(34)의 형상 계수(P/e)가 작다. 따라서, 상류측 통로에 있어서 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 상대적으로 작아져 터빈 블레이드(40)의 냉각이 억제되기 때문에, 상류측 통로로부터 최하류 통로를 향하는 냉각 유체의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있다. 한편, 최하류 통로에 있어서 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))이 상대적으로 커져 터빈 블레이드(40)의 냉각이 촉진되기 때문에, 최하류 통로에 있어서 터빈 블레이드(40)의 냉각을 강화할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 위해 사행 유로(61)에 공급하는 냉각 유체의 양을 효과적으로 삭감하여, 가스 터빈(1)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들면 도 2a 내지 도 3b 및 도 6 내지 도 12에 도시하는 바와 같이, 복수의 냉각 통로(60)는 3개 이상의 냉각 통로(60)를 포함하고 있어도 좋다.
혹은, 예를 들면 도 3a 내지 도 3b 및 도 6 내지 도 12에 도시하는 바와 같이, 복수의 냉각 통로(60)는 5개 이상의 냉각 통로(60)를 포함하고 있어도 좋다.
이 경우, 사행 유로(61)를 형성하는 3 또는 5패스 이상의 냉각 통로(60) 중 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 경사각(제 1 각도(θ1))에 비해, 이들 3 또는 5패스 이상의 냉각 통로(60) 중 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 경사각(제 2 각도(θ2))쪽을 작게 할 수 있다. 혹은, 상류측 통로에 있어서의 제 1 터뷸레이터의 형상 계수(P1/e1)에 비해, 이들 3 또는 5패스 이상의 냉각 통로(60) 중 하류측 통로에 있어서의 제 2 터뷸레이터의 형상 계수(P2/e2)쪽을 작게 할 수 있다.
따라서, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 위해 사행 유로(61)에 공급하는 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 가스 터빈(1)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 사행 유로(61)를 형성하는 냉각 통로(60)가 3 또는 5패스 이상으로 하여, 냉각 통로(60)의 수를 증가시키는 것에 의해, 각 냉각 통로(60)의 통로 단면적이 감소하고, 이에 의해, 냉각 유체의 유속을 증가시킬 수 있어서, 터빈 블레이드(40)의 냉각을 촉진할 수 있다.
또한, 사행 유로(61)를 형성하는 냉각 통로(60)가 3 또는 5패스 이상으로 하여, 냉각 통로(60)의 수를 증가시키면, 인접하는 냉각 통로(60) 사이에 마련되는 리브(32)의 수도 증가하므로, 터빈 블레이드(40) 중 냉각 유체에 접하는 표면적이 증가한다. 따라서, 터빈 블레이드(40)의 단면 평균 온도를 효과적으로 저하시킬 수 있는 동시에, 단면 평균 크리프 강도의 여유도가 커지기 때문에, 냉각 유체의 양을 삭감할 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는 예를 들면 도 9 내지 도 10에 도시하는 바와 같이, 복수의 냉각 통로(60) 중 냉각 유체의 흐름방향의 최상류측에 위치하는 최상류 통로(65)의 내벽면은 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면(67)에 의해 형성된다.
냉각 통로(60)의 내벽면이 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면(67)에 의해 형성되는 경우, 냉각 통로(60)의 내벽면에 터뷸레이터가 마련되는 경우에 비해, 냉각 유체와 터빈 블레이드(40) 사이의 열전달율 h=h0(또는 열전달율비 α=1)는 작다.
이 점, 상술의 실시형태에서는 최상류 통로(65)의 내벽면은 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면(67)에 의해 형성되어 있으므로, 최상류 통로(65)에 있어서의 상술의 열전달율 h=h0(또는 열전달율비 α=1)는 상류측 통로에 있어서의 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))보다 작다. 즉, 사행 유로(61)를 형성하는 최상류 통로(65), 상류측 통로 및 하류측 통로에 있어서의 상술의 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))은 이 순서대로 커진다. 따라서, 사행 유로(61)에 있어서 열전달율(h)(또는 열전달율비(α))을 단계적으로 변화시키기 쉬워져, 각각의 냉각 통로(60)에 있어서의 냉각 성능의 조절을 하기 쉬워진다
몇 가지의 실시형태에서는 하류측 통로는 복수의 냉각 통로(60) 중 냉각 유체의 흐름방향의 최하류측에 위치하는 최하류 통로(66)를 포함하며, 상기 최하류 통로(66)는 냉각 유체의 흐름방향의 하류측을 향하여 유로 단면적이 작아지도록 형성된다.
예를 들면 도 2a 및 도 3a에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 최하류 통로(66)는 상기 최하류 통로(66)보다 상류측에 위치하는 냉각 통로(60)에 비해, 터뷸레이터(34)의 경사각(θ) 또는 형상 계수(P/e)가 작은 하류측 통로이다. 그리고, 최하류 통로(66)는 상기 최하류 통로(66)에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향의 상류측(블레이드체(42)의 기단(50)측(단부 1))으로부터 하류측(블레이드체(42)의 선단(48)측(단부 2))을 향하여, 유로 단면적이 작아지도록 형성되어 있다. 또한, 최하류 통로(66)에 인접하며, 최하류 통로(66)와 연통되는 상류측 통로인 냉각 통로(60d)는 냉각 유체의 흐름방향의 상류측(블레이드체(42)의 선단(48)측)으로부터 하류측(블레이드체(42)의 기단(50)측)을 향하여, 유로 단면적이 작아지도록 형성되어 있다.
이 경우, 최하류 통로(66)는 냉각 유체의 흐름방향의 하류측을 향하여 유로 단면적이 작아지도록 형성되어 있으므로, 상기 최하류 통로(66)에서는 하류측을 향함에 따라서 냉각 유체의 유속이 증가된다. 또한, 냉각 통로(60d)는 최하류 통로(66)와 마찬가지로, 냉각 유체의 흐름방향의 하류측을 향하여 유로 단면적이 작아지도록 형성되어 있으므로, 냉각 통로(60d)에서는 하류측을 향함에 따라서 냉각 유체의 유속이 증가된다. 이에 의해, 냉각 통로(66d)의 하류측인 기단(50)측의 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 최하류 통로(66)의 유로 단면적이 냉각 유체의 흐름방향의 하류측인 선단(48)측을 향하여 작아지도록 형성되어 있으므로, 냉각 유체의 유속이 증가하여, 블레이드 내벽을 효율적으로 냉각할 수 있다. 그 결과, 최하류 통로(66)의 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승이 억제되어, 냉각 유체가 비교적 고온으로 되어 있는 최하류 통로(66)에 있어서의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 상기의 설명은 도 3a의 블레이드 구성의 경우이지만, 도 2a에 도시하는 블레이드 구성에 있어서의 최하류 통로(66)와 냉각 통로(60b)에 있어서의 유로 단면적의 변화도 마찬가지로 설명할 수 있다. 또한, 도 11의 모식도에 도시하는 정익(26)의 경우라도, 최하류 통로(66)의 외측단(52)(단부(1))으로부터 냉각 유체의 흐름방향의 하류측의 내측단(54)(단부(2))을 향하여 유로 단면적이 작아지도록 형성되어 있어도 좋다. 그 결과, 냉각 유체의 유속이 증가하여, 최하류 통로(66)의 블레이드 내벽의 메탈 온도의 상승을 억제할 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는 하류측 통로는 복수의 냉각 통로(60) 중 냉각 유체의 흐름방향의 최하류측에 위치하는 최하류 통로(66)를 포함하는 동시에, 터빈 블레이드(40)는 최하류 통로(66)의 상류부와 연통되도록 마련되며, 외부로부터의 냉각 유체가 상류측 통로를 거치지 않고 최하류 통로(66)(하류측 통로)에 공급하도록 구성된 냉각 유체 공급로(92)를 추가로 구비한다.
예를 들면, 도 2a 및 도 3a에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 하류측 통로인 최하류 통로(66)의 상류부(블레이드체(42)의 기단(50)측)와 연통되도록 익근부(82)의 내부에 냉각 유체 공급로(92)가 마련되어 있다. 그리고, 외부로부터의 냉각 유체가 최하류 통로(66)보다 상류측에 위치하는 상류측 통로(냉각 통로(60a 내지 60d) 중 적어도 하나)를 거치지 않고, 상기 냉각 유체 공급로(92)를 거쳐서 최하류 통로(66)에 공급 가능하게 되어 있다.
이 경우, 최하류 통로(66)에는 사행 유로(61)의 상류측 통로로부터의 냉각 유체가 유입되는 것에 부가하여, 이와는 별도로 냉각 유체 공급로(92)를 거쳐서, 외부로부터의 냉각 유체가 공급되어, 최하류 통로를 흐르는 냉각 유체의 유속이 증가한다. 따라서, 사행 유로(61)의 상류측 통로로부터의 냉각 유체가 비교적 고온으로 되어 있는 최하류 통로(66)에 있어서의 냉각을 더욱 강화시킬 수 있다.
또한, 도 11에 도시하는 정익(24)(터빈 블레이드(40))은 도 8에 도시하는 동익(26)(터빈 블레이드(40))에 대응하는 터뷸레이터(34)의 구성(각 냉각 통로(60)에 있어서의 경사각(θ) 또는 형상 계수(P/e)의 대소 관계 등)을 갖는 것이지만, 몇 가지의 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))은 도 6, 도 7, 도 9, 도 10 및 도 12에 도시하는 동익(26)(터빈 블레이드(40)) 중 어느 하나에 대응하는 구성을 갖고 있어도 좋다.
몇 가지의 실시형태에서는 제 1 터뷸레이터를 구비한 상류측 통로에 있어서, 일부의 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수가 동일 통로 내의 다른 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수의 평균보다 작다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 상류측 통로 내의 가장 하류측의 냉각 통로(60d)에 마련된 제 1 터뷸레이터의 제 1 형상 계수가 동일 통로에 있어서의 다른 제 1 터뷸레이터의 제 1 형상 계수 또는 복수의 다른 제 1 터뷸레이터의 제 1 형상 계수의 평균값보다 작은 계수가 선정되어 있다. 예를 들면, 가장 하류측의 냉각 통로(60d)의 동일 통로 내의 일부에 핫 스팟이 발생하여 블레이드 내벽의 메탈 온도가 다른 블레이드 내벽보다 국소적으로 고온이 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 예를 들면, 해당하는 내벽의 터뷸레이터(34a)의 높이(e)는 변경하지 않고, 피치(P)를 작게 하여, 터뷸레이터(34)의 제 1 형상 계수(P/e)를 작게 하고 있다. 즉, 핫 스팟이 발생한 통로 내벽의 제 1 터뷸레이터의 제 1 형상 계수를 다른 개소보다 작게 하여 열전달율(h)을 높이고, 부분적으로 냉각의 강화를 도모할 수 있다. 도 12에 도시하는 예는 냉각 통로(66d)의 예를 도시했지만, 이 실시형태로 한정되지 않으며, 다른 상류측 통로에서도 적용 가능하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.
본 명세서에 있어서, "어느 방향으로", "어느 방향을 따라서", " 평행", "직교", "중심", "동심" 혹은 "동축" 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있을 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, "동일", "동일하다" 및 "균질" 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 하나의 구성 요소를 "구비한다", "포함한다" 또는, "갖는다"라는 표현은 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
1: 가스 터빈 2: 압축기
4: 연소기 6: 터빈
8: 로터 10: 압축기 차실
12: 공기 취입구 16: 정익
18: 동익 20: 케이싱
22: 터빈 차실 24: 정익
26: 동익 28: 연소 가스 유로
30: 배기실 32: 리브
34: 터뷸레이터 35: 내부 유로
36: 전연측 유로 40: 터빈 블레이드
42: 블레이드체 44: 전연
46: 후연 47: 후연부
48: 선단 49: 천장판
50: 기단 52: 외측단
54: 내측단 60, 60a 내지 60e: 냉각 통로
61: 사행 유로 62: 입구 개구
63: 내벽면 64: 출구 개구
65: 최상류 통로 66: 최하류 통로(최종 통로)
67: 평활면 70: 냉각 구멍
80: 플랫폼 82: 익근부
84: 내부 유로 86: 내측 슈라우드
88: 외측 슈라우드 92: 냉각 유체 공급로
P: 피치 e: 높이
θ: 경사각

Claims (17)

  1. 블레이드체와,
    상기 블레이드체의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 각각 연장되는 동시에 서로 연통되며 사행 유로를 형성하는 복수의 냉각 통로를 구비하고,
    상기 냉각 통로는,
    상기 복수의 냉각 통로 중 모든 상류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 1 터뷸레이터와,
    상기 복수의 냉각 통로 중, 상기 상류측 통로보다 하류측에 배치되는 하류측 통로의 내벽면에 마련되는 제 2 터뷸레이터를 구비하고,
    상기 하류측 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 냉각 유체의 흐름의 최하류측에 위치하는 최하류 통로이며,
    상기 최하류 통로는, 상기 블레이드체의 후연부에 배치되고 상기 후연부의 표면에 개구되는 냉각 구멍에 연통하고,
    상기 최하류 통로는 상기 블레이드체의 선단에 출구 개구를 구비하고, 상기 냉각 유체의 흐름의 하류측을 향하여 유로 면적이 작아지도록 형성되며,
    상기 최하류 통로의 옆에 배치된 상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터가 이루는 제 1 각도보다 상기 최하류 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터가 이루는 제 2 각도가 작고,
    상기 제 1 터뷸레이터는, 상기 냉각 유체의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 배치되고,
    상기 최하류 통로의 옆에 배치된 상기 상류측 통로와, 상기 최하류 통로는, 상기 블레이드 높이 방향에 있어서의 선단측 또는 기단측에서 서로 접속되는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최하류 통로에 인접하고, 상기 최하류 통로와 연통되는 상류측 통로인 상기 냉각 통로는, 냉각 유체의 흐름방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 유로 면적이 작아지는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상류측 통로에 있어서의 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 1 터뷸레이터의 높이와 피치로 규정되는 제 1 형상 계수보다 상기 하류측 통로에 있어서의 상기 냉각 유체의 흐름방향에 대하여 상기 제 2 터뷸레이터의 높이와 피치로 규정되는 제 2 형상 계수가 작은 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 1 터뷸레이터가 마련되어 있으며,
    상기 하류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 2 터뷸레이터가 마련되어 있으며,
    상기 복수의 상기 제 2 터뷸레이터의 제 2 각도의 평균은 상기 복수의 상기 제 1 터뷸레이터의 제 1 각도의 평균보다 작은 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 상류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 1 터뷸레이터가 마련되어 있으며,
    상기 하류측 통로에는, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열된 복수의 상기 제 2 터뷸레이터가 마련되어 있으며,
    상기 복수의 상기 제 2 터뷸레이터의 상기 제 2 형상 계수의 평균은 상기 복수의 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수의 평균보다 작은 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  6. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
    일부의 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수가 동일 통로 내의 다른 상기 제 1 터뷸레이터의 상기 제 1 형상 계수의 평균보다 작은 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상류측 통로에 마련되며, 상기 제 1 각도가 90도인 상기 제 1 터뷸레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  8. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 형상 계수는 상기 복수의 상기 제 1 터뷸레이터 중 인접하는 한쌍의 제 1 터뷸레이터의 피치(P1)와, 상기 상류측 통로의 내벽면을 기준으로 한 상기 한쌍의 제 1 터뷸레이터의 높이(e1)의 비(P1/e1)로 나타나며,
    상기 제 2 형상 계수는 상기 복수의 상기 제 2 터뷸레이터 중 인접하는 한쌍의 제 2 터뷸레이터의 피치(P2)와, 상기 하류측 통로의 내벽면을 기준으로 한 상기 한쌍의 제 2 터뷸레이터의 높이(e2)의 비(P2/e2)로 나타나는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상류측 통로는 상기 최하류 통로에 인접하여 배치된 상기 냉각 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 통로는 3개 이상의 상기 냉각 통로를 포함하는 사행 통로인 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상기 냉각 유체의 흐름방향의 최상류측에 위치하는 최상류 통로를 포함하며,
    상기 최상류 통로의 내벽면은 터뷸레이터가 마련되어 있지 않은 평활면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하류측 통로는 상기 복수의 냉각 통로 중 상기 냉각 유체의 흐름의 최하류측에 위치하는 최하류 통로를 포함하며,
    상기 최하류 통로의 상류부와 연통되도록 마련되며, 외부로부터의 냉각 유체를 상기 상류측 통로를 거치지 않고 상기 최하류 통로에 공급하도록 구성된 냉각 유체 공급로를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 가스 터빈의 동익인 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 가스 터빈의 정익인 것을 특징으로 하는
    터빈 블레이드.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 터빈 블레이드와,
    상기 터빈 블레이드가 마련되는 연소 가스 유로를 흐르는 연소 가스를 생성하기 위한 연소기를 구비하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
  16. 삭제
  17. 삭제
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