KR102364543B1 - 터빈 블레이드 및 가스 터빈 - Google Patents

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히로유키 오토모
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

터빈 블레이드는 블레이드부와, 상기 블레이드부의 내부에서 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와, 상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되도록 상기 블레이드부의 후연부에 형성되며, 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부에 있어서의 상기 블레이드부의 표면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하며, 상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 제 1 단과 제 2 단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고, 상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿up으로 하고, 상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿down으로 했을 때, d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족한다.

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 매체를 흘리는 것에 의해, 고온의 가스 흐름 등에 노출되는 터빈 블레이드를 냉각하는 것이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 가스 터빈의 연소 가스 유로에 배열되며, 내부에 냉각 매체가 흐르는 내부 유로가 마련된 터빈 동익이 개시되어 있다. 이 터빈 동익의 후연부에는 익근과 블레이드 선단을 연결하는 방향을 따라서 복수의 취출구가 배열되어 있으며, 이들 취출구는 후연단에 개구되도록 마련되어 있다. 터빈 동익의 익근부에 마련된 공급구로부터 내부 유로에 공급된 냉각 매체는 상기 내부 유로를 통과하면서, 그 일부가 후연부에 마련된 복수의 취출구로부터 취출되도록 되어 있다.
일본 특허 공개 제 2004-225690 호 공보
그런데, 본 발명자들의 검토에 의하면, 터빈 블레이드 내부에 형성된 냉각 통로 내에서 온도 분포 및/또는 압력 분포가 생길 수 있다. 이 때문에, 냉각 통로 내에 있어서의 온도 분포 및/또는 압력 분포에 따른 냉각을 실행하는 것에 의해, 보다 효과적으로 블레이드를 냉각 가능하다고 고려할 수 있다.
그렇지만, 특허문헌 1에는 냉각 통로 내에 있어서의 온도 분포 및/또는 압력 분포에 따른 터빈 블레이드의 냉각을 실행하는 것에 대해서, 구체적으로 개시되어 있지 않다.
상술의 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는 터빈 블레이드를 효과적으로 냉각 가능한 터빈 블레이드 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는,
블레이드부와,
상기 블레이드부의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되도록 상기 블레이드부의 후연부에 형성되며, 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부에 있어서의 상기 블레이드부의 표면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하며,
상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 제 1 단과 제 2 단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿up으로 일정한 상류측 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿down으로 일정한 하류측 영역을 포함하며,
d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족한다.
블레이드부의 내부에 형성된 냉각 통로 내에서는, 냉각 매체는 블레이드부를 냉각하면서 흐르기 때문에, 냉각 매체 흐름의 하류측일수록 고온이 되는 온도 분포가 생기는 경우가 있다. 이 점, 상기 (1)의 구성에서는 냉각 통로에 있어서의 냉각 매체 흐름의 하류측의 위치에서, 보다 상류측의 위치에 비해 냉각 구멍의 개구 밀도를 크게 했으므로, 냉각 매체 온도가 상대적으로 높아지는 하류측에서, 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로의 온도 분포에 따라서, 터빈 블레이드의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(2) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는,
블레이드부와,
상기 블레이드부의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되며 상기 블레이드부의 후연부를 대류 냉각하도록 상기 후연부에 형성되며, 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부를 관통하여 후연 단부면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 제 1 단과 제 2 단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿up으로 하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿down으로 했을 때,
d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 동시에,
상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 제 1 단과 제 2 단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 있어서 상기 형성 영역에 있어서의 상기 냉각 매체 흐름의 최상류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿up으로 일정한 최상류측 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 있어서 상기 형성 영역에 있어서의 상기 냉각 매체 흐름의 최하류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿down으로 일정한 최하류측 영역을 포함한다.
터빈 블레이드가 배치되는 연소 가스 유로를 유통하는 가스의 온도는 블레이드 높이방향에 있어서, 블레이드부의 양 단부(제 1 단 및 제 2 단)측의 영역에 비해, 중앙 영역에서 높아지는 경향이 있다. 한편, 블레이드부의 내부에 형성된 냉각 통로 내에서는, 냉각 매체는 블레이드부를 냉각하면서 흐르기 때문에, 냉각 매체 흐름의 하류측일수록 고온이 되는 온도 분포가 생기는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 후연부를 적절히 냉각하기 위해서는 블레이드 높이방향의 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍을 거친 냉각 매체 유량을 최대로 하고, 또한 냉각 통로의 냉각 매체 흐름의 하류측에 위치하는 영역의 쪽에 있어서 상류측에 위치하는 영역보다 냉각 구멍을 거친 냉각 매체 유량을 크게 하는 것이 바람직하다.
이 점, 상기 (2)의 구성에 의하면, 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍의 개구 밀도를 상기 중앙 영역보다 상류측에 위치하는 영역(상류측 영역) 및 하류측에 위치하는 영역(하류측 영역)에 있어서의 냉각 구멍의 개구 밀도보다 크게 했으므로, 연소 가스 유로를 유통하는 가스 온도가 상대적으로 높아지는 중앙 영역에 있어서, 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 또한, 상기 (2)의 구성에서는, 상술의 하류측 영역에 있어서, 상술의 상류측 영역에 비해 냉각 구멍의 개구 밀도를 크게 했으므로, 냉각 매체 온도가 상류측 영역보다 높아지는 하류측 영역에 있어서, 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 이렇게 하여, 냉각 통로의 온도 분포에 따라서, 터빈 블레이드의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(3) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는,
블레이드부와,
상기 블레이드부의 내부에 있으며 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되도록 상기 블레이드부의 후연부에 형성되며, 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부에 있어서의 상기 블레이드부의 표면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하는 터빈 블레이드로서,
상기 터빈 블레이드는 동익이며,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 선단과 기단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 선단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿tip으로 하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 기단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿root로 했을 때,
d＿tip＜d＿mid＜d＿root의 관계를 만족하는 동시에,
상기 개구 밀도를 나타내는 지표 d＿tip, d＿mid 및 d＿root는 상기 후연부를 관통하도록 마련되는 상기 냉각 구멍의 관통 구멍 직경(D)의 상기 블레이드 높이방향으로 인접하는 상기 냉각 공간의 피치(P)에 대한 비 D/P이며,
상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 선단과 기단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 선단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 선단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿tip으로 일정한 선단측 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 기단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 기단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿root로 일정한 기단측 영역을 포함한다.
터빈의 운전시, 동익의 블레이드부의 내부에 형성된 냉각 통로 내의 냉각 매체에는 원심력이 작용하기 때문에, 상기 냉각 통로 내에서 블레이드부의 선단측일수록 고압이 되는 압력 분포가 생기는 경우가 있다. 이 점, 상기 (3)의 구성에서는 블레이드부의 선단측의 위치에 있어서, 보다 기단측의 위치에 비해 냉각 구멍의 개구 밀도를 작게 했으므로, 상술의 압력 분포가 있는 경우라도 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량의 블레이드 높이방향에 있어서의 편차를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로의 압력 분포에 따라서, 터빈 블레이드의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(4) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드는,
블레이드부와,
상기 블레이드부의 내부에 있어서 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되며 상기 블레이드부의 후연부를 대류 냉각하도록 상기 후연부에 형성되며, 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부를 관통하여 후연 단부면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하는 터빈 블레이드로서,
상기 터빈 블레이드는 동익이며,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 선단과 기단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 선단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿tip으로 하고,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 기단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿root로 했을 때,
d＿tip＜d＿root＜d＿mid의 관계를 만족하며,
상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 선단과 기단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 선단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 선단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿tip으로 일정한 선단측 영역과,
상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 기단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 기단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿root로 일정한 기단측 영역을 포함한다.
동익(터빈 블레이드)이 배치되는 연소 가스 유로를 유통하는 가스의 온도는 블레이드 높이방향에 있어서, 블레이드부의 양 단부(선단 및 기단)측의 영역에 비해, 중앙 영역에서 높아지는 경향이 있다. 한편, 터빈의 운전시, 동익의 블레이드부의 내부에 형성된 냉각 통로 내의 냉각 매체에는 원심력이 작용하기 때문에, 상기 냉각 통로 내에서 블레이드부의 선단측일수록 고압이 되는 압력 분포가 생기는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 후연부를 적절히 냉각하기 위해서는, 블레이드 높이방향의 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍을 거친 냉각 매체 유량을 최대로 하고, 또한 블레이드 높이방향에 있어서의 선단측에 위치하는 영역과 기단측에 위치하는 영역에서, 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량의 편차를 작게 하는 것이 바람직하다.
이 점, 상기 (4)의 구성에 의하면, 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍의 개구 밀도를 상기 중앙 영역보다 선단측에 위치하는 영역(선단측 영역) 및 기단측에 위치하는 영역(기단측 영역)에 있어서의 냉각 구멍의 개구 밀도보다 크게 했으므로, 연소 가스 유로를 유통하는 가스 온도가 상대적으로 높아지는 중앙 영역에 있어서, 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 또한, 상기 (4)의 구성에서는 상술의 선단측 영역에 있어서, 상술의 기단측 영역에 비해 냉각 구멍의 개구 밀도를 작게 했으므로, 상술의 압력 분포가 있는 경우라도, 선단측 영역과 기단측 영역에서 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량의 편차를 작게 할 수 있다. 이렇게 하여, 냉각 통로의 압력 분포에 따라서, 터빈 블레이드의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(5) 어느 하나의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 중앙 영역은 동일 직경의 복수의 냉각 구멍을 포함하며,
상기 중앙 영역보다 상기 블레이드부의 선단측에 위치하는 선단측 영역 및 상기 중앙 영역보다 상기 블레이드부의 기단측에 위치하는 기단측 영역은 상기 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍과 동일 직경의 복수의 냉각 구멍을 포함한다.
(6) 어느 하나의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 블레이드부의 상기 표면이 상기 후연부의 단부면이다.
(7) 어느 하나의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 복수의 냉각 구멍은 상기 블레이드 높이방향에 직교하는 평면에 대하여 경사를 갖고서 형성되어 있다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 복수의 냉각 구멍이 블레이드 높이방향으로 직행하는 평면에 대하여 경사를 갖고서 형성되므로, 상기 냉각 구멍을 블레이드 높이방향에 직교하는 평면과 평행하게 형성하는 경우에 비해, 냉각 구멍을 길게 할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 후연부를 효과적으로 냉각할 수 있다.
(8) 어느 하나의 실시형태에서는. 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 복수의 냉각 구멍은 서로 평행하게 형성되어 있다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 복수의 냉각 구멍은 서로 평행하게 형성되므로, 복수의 냉각 구멍이 서로 평행이 아닌 경우에 비해, 보다 많은 냉각 구멍을 블레이드부에 형성할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드의 후연부를 효과적으로 냉각할 수 있다.
(9) 어느 하나의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 상기 냉각 통로는 상기 블레이드부의 내부에 형성된 서펜타인(serpentine) 유로 중 최종 패스이다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 서펜타인 유로의 최종 패스와 연통하는 복수의 냉각 구멍을 후연부에 있어서의 블레이드부의 표면에 개구시키는 것에 의해, 터빈 블레이드의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(10) 어느 하나의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 터빈 블레이드는 동익이며,
상기 블레이드부의 선단측에 상기 냉각 통로의 출구 개구가 형성되어 있다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 터빈 블레이드로서의 동익이 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 구성을 구비하므로, 터빈 블레이드로서의 동익의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(11) 어느 하나의 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 터빈 블레이드는 정익이며,
상기 블레이드부의 내측 슈라우드측에 상기 냉각 통로의 출구 개구가 형성되어 있다.
상기 (11)의 구성에 의하면, 터빈 블레이드로서의 정익이 상기 (1) 또는 (2)의 구성을 구비하므로, 터빈 블레이드로서의 정익의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
(12) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈은,
상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 터빈 블레이드와,
상기 터빈 블레이드가 마련되는 연소 가스 유로를 흐르는 연소 가스를 생성하기 위한 연소기를 구비한다.
상기 (12)의 구성에 의하면, 터빈 블레이드가 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 구성을 구비하므로, 터빈 블레이드의 후연부를 적절히 냉각할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 터빈 블레이드를 효과적으로 냉각 가능한 터빈 블레이드 및 가스 터빈이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드인 동익의 부분 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 동익(터빈 블레이드)의 Ⅲ-Ⅲ 단면이다.
도 4는 도 2에 도시하는 동익(터빈 블레이드)의 모식적인 단면도이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드인 정익의 모식적인 단면도이다.
도 6은 일 실시형태에 있어서의 동익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시형태에 있어서의 동익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일 실시형태에 있어서의 동익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 9는 블레이드 높이방향에 있어서의 연소 가스의 온도 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 10은 일 실시형태에 있어서의 정익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 11은 일 실시형태에 있어서의 정익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 12는 일 실시형태에 있어서의 정익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 13은 블레이드 높이방향에 있어서의 연소 가스의 온도 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 14는 일 실시형태에 있어서의 동익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 15는 일 실시형태에 있어서의 동익(터빈 블레이드)의 후연부의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 16은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드의 후연부에 있어서의 블레이드 높이방향을 따른 단면도이다.
도 17은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드의 후연부를 블레이드부의 후연으로부터 전연을 향하는 방향으로 본 도면이다.
도 18은 일 실시형태에 있어서의 터빈 동익의 냉각 통로의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 19는 일 실시형태에 있어서의 터뷸레이터의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 20a는 본 발명의 기본 구성을 설명하는 터빈 동익의 모식도이다.
도 20b는 종래 블레이드의 냉각 구멍의 개구 밀도 분포를 나타내는 도면이다.
도 20c는 본 발명의 기본 구성의 냉각 구멍의 개구 밀도 분포의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 20d는 본 발명의 기본 구성의 냉각 구멍의 개구 밀도 분포를 수정한 예를 나타내는 도면이다.
도 20e는 크리프 한계 곡선을 나타내는 도면이다.
도 20f는 본 발명의 기본 구성의 냉각 구멍의 개구 밀도 분포를 나타내는 다른 예이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 어느 하나의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아닌, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
본 발명의 기본적인 사고 방식에 대해서, 터빈 동익을 대표예로 이하에 설명한다.
가스 터빈의 동익(26)은 고속 회전하는 로터(8)에 고정되며(도 1 참조), 고온의 연소 가스 분위기 중에서 가동하기 때문에, 냉각 매체를 이용하여 블레이드부(42)를 냉각하고 있다. 도 20a에 도시하는 바와 같이, 동익(26)의 블레이드부(42)의 내부에는 냉각 통로(66)가 형성되고, 기단(50)측으로부터 공급된 냉각 매체는 냉각 통로(66) 내를 흘러 블레이드부(42)를 냉각하고, 후연(46)측의 최종 패스(60e)의 선단(48)으로부터 연소 가스 중으로 배출된다. 또한, 냉각 매체는 최종 패스(60e)를 흘러, 후연부(47)의 로터(8)의 축방향 하류측에 형성되며 후연(46)에 개구를 갖는 복수의 냉각 구멍(70)에 공급된다. 냉각 매체는 냉각 구멍(70)을 흘러 연소 가스 중으로 배출하는 과정에서 후연부(47)를 대류 냉각하고 있다. 또한, 특허문헌 1에 개시된 냉각 구멍은 도 20b에 나타내는 바와 같이, 후연부(47)의 블레이드 높이방향의 전체 길이에 걸쳐서, 동일 구멍 직경의 냉각 구멍(70)을 동일한 피치로 배치하여, 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 블레이드 높이방향으로 균일하게 하고 있다. 이 예가 종래의 냉각 구멍의 배치의 일 예이다.
냉각 매체는 최종 패스(60e)보다 상류측의 냉각 통로(66)를 흐르는 과정에서 블레이드부(42)로부터 가열되어, 후연(46)측의 최종 패스(60e)에 유입된다. 냉각 매체는 최종 패스(60e)의 흐름방향의 입구측의 기단(50)으로부터 출구측의 선단(48)까지 흐르는 과정에서 블레이드부(42)로부터 열을 받아 더욱 히트업된다. 따라서, 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 매체의 선단측 영역의 블레이드부(42)의 온도는 고온이 되어, 엄격한 사용 조건이 되는 경우가 있다. 동익(26)의 경우, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 외측(직경방향 외측)의 선단측 영역은 산화 감육(酸化減肉) 허용량에서 정하는 사용 한계 온도에 가까운 메탈 온도가 되고, 사용 한계 온도를 초과하지 않도록 블레이드부(42)를 냉각할 필요가 있다. 전술의 종래의 블레이드 구조의 경우, 냉각 매체의 히트업에 의해, 블레이드부(42)의 최종 패스(60e)의 선단측 영역이 가장 메탈 온도가 높아지고, 블레이드부(42)의 중앙 영역은 선단측 영역보다 낮으며, 기단측 영역은 중앙 영역보다 더욱 낮아진다. 따라서, 냉각 매체의 히트업에 의한 블레이드부(42)의 과열의 관점에서는 각 영역의 메탈 온도의 편차를 크게 하는 일이 없이, 균일한 메탈 온도의 분포가 되도록 블레이드 높이방향으로 배열된 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 선정하는 것이 바람직하다. 즉, 동익(26)의 블레이드 높이방향 외측의 선단측 영역에서, 냉각 매체의 흐름방향의 하류측 영역의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 가장 조밀한 분포로 하고, 중앙 영역의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 중간의 분포로 하고, 기단측 영역의 냉각 구멍(70)에서 가장 드문드문한 분포로 하는 것이 바람직하다. 상기의 사고 방식에 근거하여, 본 발명에 따른 일 실시태양으로서의 냉각 구멍의 모식도의 일 예를 도 20c에 나타낸다.
한편, 최종 패스(60e)의 중앙 영역 및 기단측 영역은 원심력에 의한 크리프 강도도 함께 고려할 필요가 있다. 동익(26)의 경우, 회전하는 로터(8)에 고정되어 일체로 고속 회전하기 때문에, 블레이드부(42)에는 원심력이 작용하여, 블레이드 벽의 블레이드 높이방향으로 인장 응력이 발생한다. 도 20e는 블레이드 재료의 크리프 한계 곡선의 일 예를 나타낸다. 종축은 허용 응력을 나타내고, 횡축은 메탈 온도를 나타낸다. 메탈 온도의 증가와 함께 허용 응력이 저하하는 하향의 곡선이 된다. 크리프 한계 곡선보다 하방의 응력이 작은 영역이면, 블레이드부(42)의 크리프 파단은 발생하지 않지만, 곡선보다 상방의 응력이 큰 영역이면, 크리프 파단에 의해 블레이드부(42)가 손상될 가능성이 있다. 블레이드부(42)의 선단측 영역은 작용하는 원심력이 작기 때문에, 크리프 파단은 생기지 않지만, 블레이드부(42)의 중앙 영역과 기단측 영역은 선단측 영역보다 메탈 온도가 낮아도 크리프 파단의 가능성을 고려할 필요가 있다.
도 20d 및 도 20e에 나타내는 예는 중앙 영역 및 기단측 영역의 크리프 강도가 크리티컬이 되는 경우의 일 예를 나타낸다. 도 20e에 있어서, 중앙 영역의 A1점과 기단측 영역의 B1점을 예로 들어 설명한다. 이 예는 A1점은 크리프 한계를 초과하고 있는 상태를 나타내며, B1점은 크리프 한계 내에 들어가 있는 상태를 나타낸다. 크리프 한계에 들어가는지의 여부는, 상기 부위에 있어서의 블레이드의 크기, 벽 두께, 메탈 온도 등에 좌우된다. 본 실시형태에 나타내는 예의 경우, 중앙 영역에 있는 A1점의 위치에서는, 크리프 한계를 초과하고 있기 때문에, 메탈 온도를 낮출 필요가 있다. 즉, 중앙 영역의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 더욱 조밀하게 해 냉각을 강화하여, A2점의 위치의 메탈 온도를 낮춘다. 한편, 중앙 영역의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 크게 하면, 중앙 영역의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 유량이 증가하고, 기단측 영역의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 유량이 저하될 가능성이 있다. 따라서, 중앙 영역의 냉각을 강화한 경우는 기단측 영역의 메탈 온도가 B2점으로 상승하지만, B2점의 위치가 도 20e에 나타내는 바와 같이 크리프 한계 내이면, 이 개구 밀도를 선정하면 좋다. 선단측 영역도 마찬가지로 조정할 수 있다. 즉, 선단측 영역의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 작게 하면, 선단측 영역의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 유량을 줄일 수 있다. 선단측 영역의 메탈 온도가 전술한 사용 한계 온도를 초과하지 않는 범위에서 냉각 매체의 유량을 줄이는 것에 의해, 중앙 영역의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 유량을 증가시켜, 중앙 영역의 냉각을 강화할 수 있다. 이와 같은 순서로, 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 수정한 예가 도 20d에 나타나 있다. 실선이 조정 후의 개구 밀도이며, 파선이 조정 전의 개구 밀도를 나타낸다. 각 영역의 모두가 사용 한계 온도 또는 크리프 한계 내에 있는 것을 확인하고, 각 영역의 냉각 구멍의 적절한 개구 밀도를 결정할 수 있다.
다음에, 선단(48)측의 메탈 온도가 사용 한계 온도보다 낮고, 선단(48)측의 메탈 온도에 비교적 여유가 있는 동익(26)의 경우, 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 매체에 작용하는 원심력이 냉각 구멍(70)의 배치에 영향을 미치는 경우가 있다. 그 일 예를 이하에 설명한다. 도 20a에 도시하는 바와 같이, 블레이드부(42)의 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 매체에는 냉각 매체의 흐름방향과 동일한 방향으로 원심력이 작용한다. 즉, 원심력의 작용에 의해, 냉각 매체에는 기단(50)측으로부터 선단(48)측을 향하여 압력이 상승하는 압력 구배가 발생한다. 따라서, 도 20b에 나타내는 균일한 개구 밀도를 갖는 냉각 구멍의 배치에서는 블레이드부(42)의 선단(48)의 출구 개구(64) 또는 선단측 영역의 냉각 구멍(70)으로부터 연소 가스 중으로 배출되는 냉각 매체의 유량이 집중적으로 증가하고, 중앙 영역 및 기단측 영역의 냉각 구멍(70)에 공급되는 냉각 매체의 유량이 감소하여, 중앙 영역 및 기단측 영역이 냉각 부족이 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우는 기단측 영역으로부터 선단측 영역을 향하여 계단형상으로 개구 밀도를 작게 하여, 선단(48)측의 출구 개구(64) 또는 선단측 영역의 냉각 구멍(70)으로부터 연소 가스 중으로 배출되는 냉각 매체의 유량을 줄이고, 중앙 영역 및 기단측 영역의 냉각 구멍(70)에 공급되는 냉각 매체량을 증가시킬 필요가 있다. 이와 같은 적절한 냉각 구멍의 개구 밀도의 선정에 의해, 각 영역의 메탈 온도를 균일하게 할 수 있다. 도 20f는 원심력의 영향을 고려한 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 분포의 일 예를 나타낸다.
상기의 사고 방식에 근거하여 각 영역의 개구 밀도를 결정하는 것에 의해, 후연부의 산화 감육 및 크리프 파단 등에 수반하는 블레이드의 손상이 회피되어, 블레이드의 신뢰성이 향상된다. 또한, 상기의 설명은 터빈 동익을 예로 들어 설명했지만, 원심력의 작용이 없는 점을 제외하고, 터빈 정익에도 적용할 수 있다. 다음에, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해서 설명한다.
우선, 어느 하나의 실시형태에 따른 터빈 블레이드가 적용되는 가스 터빈에 대해서 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 의해서 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 대해서 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설(植設)된 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)에서 연료가 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.
어느 하나의 실시형태에 있어서, 터빈(6)의 동익(26) 또는 정익(24) 중 적어도 하나는 이하에 설명하는 터빈 블레이드(40)이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)인 동익(26)의 부분 단면도이다. 또한, 도 2에는 동익(26) 중, 블레이드부(42)의 부분의 단면이 도시되어 있다. 도 3은 도 2에 도시하는 터빈 블레이드(40)의 Ⅲ-Ⅲ 단면이다. 도 4는 도 2에 도시하는 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 모식적인 단면도이다. 또한, 도 5는 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)인 정익(24)의 모식적인 단면도이다. 또한, 도 4 및 도 5에 있어서는 터빈 블레이드(40)의 일부의 구성에 대해서 도시를 생략하고 있다. 또한, 도면 중의 화살표는 냉각 매체의 흐름의 방향을 나타낸다.
도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 따른 동익(26)인 터빈 블레이드(40)는 블레이드부(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. 블레이드부(42)는 로터(8)의 직경방향(이하, 간단히 "직경방향"이라 하는 경우가 있음)을 따라서 연장되도록 마련되어 있으며, 플랫폼(80)에 고정되는 기단(50)과, 직경방향에 있어서 기단(50)과는 반대측에 위치하는 선단(48)을 갖는다.
어느 하나의 실시형태에서는 터빈 블레이드(40)는 정익(24)이어도 좋다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 정익(24)인 터빈 블레이드(40)는 블레이드부(42)와, 블레이드부(42)에 대해서 직경방향 내측에 위치하는 내측 슈라우드(86)와, 블레이드부(42)에 대해서 직경방향 외측에 위치하는 외측 슈라우드(88)를 구비하고 있다. 외측 슈라우드(88)는 터빈 차실(22)에 지지되며, 정익(24)은 외측 슈라우드(88)를 거쳐서 터빈 차실(22)에 지지된다. 블레이드부(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.
도 2 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 터빈 블레이드(40)의 블레이드부(42)는 동익(26)의 경우는 기단(50)으로부터 선단(48)에 걸쳐서(도 2 내지 도 4 참조), 정익(24)의 경우는 외측단(52)으로부터 내측단(54)에 걸쳐서(도 5 참조), 전연(44) 및 후연(46)을 갖는다. 또한, 블레이드부(42)의 익면은 동익(26)의 경우는 기단(50)과 선단(48) 사이에 있어서, 정익(24)의 경우는 외측단(52)과 내측단(54) 사이에 있어서, 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 압력면(복면)(56)과 부압면(배면)(58)(도 3 참조)에 의해서 형성된다.
블레이드부(42)의 내부에는 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로(66)가 형성되어 있다. 냉각 통로(66)는 터빈 블레이드(40)를 냉각하기 위한 냉각 매체(예를 들면 공기 등)를 흐르게 하기 위한 유로이다.
도 2 내지 도 5에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 냉각 통로(66)는 블레이드부(42)의 내부에 마련된 서펜타인 유로(60)의 일부를 형성하고 있다.
도 2 내지 도 5에 도시하는 서펜타인 유로(60)는 각각 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 복수의 패스(60a 내지 60e)를 포함하며, 전연(44)측으로부터 후연(46)측을 향하여 이 순서로 배열되어 있다. 이들 복수의 패스(60a 내지 60e) 중 서로 인접하는 패스(예를 들면 패스(60a)와 패스(60b))는 선단(48)측 또는 기단(50)측에서 서로 접속되며, 이 접속부에 있어서, 냉각 매체 흐름의 방향이 블레이드 높이방향에 있어서 역방향으로 되돌아가는 리턴 유로와 같이 되어 있으며, 서펜타인 유로(60) 전체적으로 사행하는 형상을 갖고 있다.
도 2 내지 도 5에 도시하는 예시적인 실시형태에서는 냉각 통로(66)는 서펜타인 유로(60) 중 최종 패스(60e)이다. 전형적으로는, 최종 패스(60e)는 서펜타인 유로(60)를 구성하는 복수의 패스(60a 내지 60e) 중 냉각 매체 흐름방향의 가장 하류측의 후연(46)측에 마련된다.
터빈 블레이드(40)가 동익(26)인 경우, 냉각 매체는 예를 들면 익근부(82)의 내부에 형성된 내부 유로(84) 및 블레이드부(42)의 기단(50)측에 마련된 입구 개구(62)(도 2 및 도 4 참조)를 거쳐서 서펜타인 유로(60)에 도입되고, 복수의 패스(60a 내지 60e)를 순서대로 흐른다. 그리고, 복수의 패스(60a 내지 60e) 중, 냉각 매체 흐름방향의 가장 하류측의 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 매체는 블레이드부(42)의 선단(48)측에 마련된 출구 개구(64)를 거쳐서 터빈 블레이드(40)의 외부의 연소 가스 유로(28)로 유출되도록 되어 있다.
터빈 블레이드(40)가 정익(24)인 경우, 냉각 매체는 예를 들면 외측 슈라우드(88)의 내부에 형성된 내부 유로(도시하지 않음) 및 블레이드부(42)의 외측단(52)측에 마련된 입구 개구(62)(도 5 참조)를 거쳐서 서펜타인 유로(60)에 도입되고, 복수의 패스(60a 내지 60e)를 순서대로 흐른다. 그리고, 복수의 패스(60a 내지 60e) 중, 냉각 매체 흐름방향의 가장 하류측의 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 매체는 블레이드부(42)의 내측단(54)측(내측 슈라우드(86)측)에 마련된 출구 개구(64)를 거쳐서 터빈 블레이드(40)의 외부의 연소 가스 유로(28)로 유출되도록 되어 있다.
터빈 블레이드(40)를 냉각하기 위한 냉각 매체로서, 예를 들면, 압축기(2)(도 1 참조)에서 압축된 압축 공기의 일부가 냉각 통로(66)로 인도되도록 되어 있어도 좋다. 압축기(2)로부터의 압축 공기는 냉열원과의 열교환에 의해 냉각된 후, 냉각 통로(66)에 공급되도록 되어 있어도 좋다.
또한, 서펜타인 유로(60)의 형상은 도 2 및 도 3에 도시하는 형상으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 1개의 터빈 블레이드(40)의 블레이드부(42)의 내부에 복수의 서펜타인 유로가 형성되어 있어도 좋다. 또는, 서펜타인 유로(60)는 상기 서펜타인 유로(60) 위의 분기점에서 복수의 유로로 분기되어 있어도 좋다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 블레이드부(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 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66)(도시하는 예에 있어서는 서펜타인 유로(60)의 최종 패스(60e))와 연통하는 동시에, 블레이드부(42)의 후연부(47)에 있어서의 블레이드부(42)의 표면에 개구되어 있다.
냉각 통로(66)를 흐르는 냉각 매체의 일부는 냉각 구멍(70)을 통과하고, 블레이드부(42)의 후연부(47)의 개구로부터 터빈 블레이드(40)의 외부의 연소 가스 유로(28)로 유출된다. 이와 같이 하여 냉각 매체가 냉각 구멍(70)을 통과하는 것에 의해, 블레이드부(42)의 후연부(47)가 대류 냉각된다.
또한, 블레이드부(42)의 후연부(47)의 표면은 블레이드부(42)의 후연(46)을 포함하는 표면이어도 좋으며, 또는, 후연(46) 근방의 익면의 표면이어도 좋으며, 후연 단부면(49)의 표면이어도 좋다. 블레이드부(42)의 후연부(47)에 있어서의 블레이드부(42)의 표면은 전연(44)과 후연(46)을 연결하는 코드방향(도 3 참조)에 있어서, 블레이드부(42) 중, 후연(46)을 포함하는 후연(46)측 10%의 부분에 있어서의 블레이드부(42)의 표면이어도 좋다. 후연 단부면(49)이란, 정압면(복측)(56)과 부압면(배측)이 로터(8)의 축방향 하류측의 후연(46)의 말단에서 만나며, 로터(8)의 축방향 하류측을 향하는 단부면을 말한다.
복수의 냉각 구멍(70)은 블레이드 높이방향에 있어서 일정하지 않은 불균일한 개구 밀도의 분포를 갖는다.
이하, 어느 하나의 실시형태에 따른 복수의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포에 대해서 설명한다.
도 6 내지 도 8, 도 14 및 도 15는 각각 일 실시형태에 있어서의 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)의 블레이드 높이방향에 있어서의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 9 및 도 13은 각각 블레이드 높이방향에 있어서의 연소 가스의 온도 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 10 내지 도 12는 각각 일 실시형태에 있어서의 정익(24)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)의 블레이드 높이방향에 있어서의 개구 밀도의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 16은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)의 후연부(47)에 있어서의 블레이드 높이방향을 따른 단면도이며, 도 17은 일 실시형태에 따른 터빈 블레이드(40)의 후연부(47)를 블레이드부의 후연으로부터 전연을 향하는 방향으로 본 도면이다.
이하의 설명에 있어서, "상류측" 및 "하류측"이란, 각각, "냉각 통로(66) 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측" 및 "냉각 통로(66) 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측"이다.
어느 하나의 실시형태에서는, 블레이드 높이방향에 있어서의 블레이드부(42)의 양단인 제 1 단과 제 2 단의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 나타내는 지표(이하, 개구 밀도 지표라고도 칭함) d＿mid와, 중앙 영역보다 상류측에 위치하는 상류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up과, 중앙 영역(Rm)보다 하류측에 위치하는 하류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down이 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족한다.
또한, 어느 하나의 실시형태에서는, 상술의 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 상술의 상류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up과, 상술의 하류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down이 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족한다.
이들 실시형태에 대해서, 터빈 블레이드(40)가 동익(26)인 경우와, 터빈 블레이드(40)가 정익(24)인 경우의 각각에 대해서 설명한다.
우선, 상술의 실시형태 중, 터빈 블레이드(40)가 동익(26)인 어느 하나의 실시형태에 대해서 도 4 및 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
터빈 블레이드(40)가 동익(26)인 경우, 냉각 매체는 냉각 통로(66)(서펜타인 유로(60)의 최종 패스(60e))를 기단(50)측으로부터 선단(48)측을 향하여 흐르므로(도 2 및 도 4 참조), 냉각 통로(66) 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 "상류측" 및 "하류측"은 각각 냉각 통로(66)에 있어서의 블레이드부(42)의 기단(50)측 및 선단(48)측에 상당한다. 또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 블레이드부(42)의 양단인 제 1 단 및 제 2 단은 각각 선단(48) 및 기단(50)에 상당한다.
어느 하나의 실시형태에서는, 예를 들면 도 6 및 도 7의 그래프에 나타내는 바와 같이, 블레이드 높이방향에 있어서의 블레이드부(42)의 선단(48)과 기단(50)의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 중앙 영역(Rm)보다 상류측(기단(50)측)에 위치하는 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up과, 중앙 영역(Rm)보다 하류측(선단(48)측)에 위치하는 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down이 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족한다.
도 6의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 영역이 중앙 영역(Rm)과, 기단(50)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 기단(50)측에 위치하는 상류측 영역(Rup)과, 선단(48)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 선단(48)측에 위치하는 하류측 영역(Rdown)을 포함하는 3개의 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 3개의 각 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 균일하고 일정하며, 개구 밀도는 블레이드 높이방향에 있어서 계단형상으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)로 일정하며, 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up은 중간 위치(Pm)보다 기단(50)측의 위치(Pr)에 있어서의 개구 밀도 지표(dr)(단 dr＜dm)로 일정하며, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down은 중간 위치(Pm)보다 선단(48)측의 위치(Pt)에 있어서의 개구 밀도 지표(dt)(단 dm＜dt)로 일정하다.
또한, 도 6에 있어서, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 동일하고 일정하게 하며, 각 영역에 있어서의 직경방향의 영역 중간 위치에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 각각 d＿up 및 d＿mid 및 d＿down으로 하고, d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하는 것도 좋다. 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치는 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각에 대해서, Pdm, Pcm, Pum으로 표시된다. 여기에서, Pdm, Pcm 및 Pum은 각 영역에 있어서의 직경방향의 가장 외측에 배치된 냉각 구멍(70)의 위치와 직경방향의 가장 내측에 배치된 냉각 구멍(70)의 위치 사이의 직경방향 길이의 중간 위치라도 좋다. 또한, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍의 직경방향으로 배열된 냉각 구멍 수의 중간에 상당하는 위치에 배치된 냉각 구멍의 위치라도 좋다. 또한, 냉각 구멍(70)의 구멍 직경(D)은 선단(48)측으로부터 기단(50)측까지 동일 구멍 직경(D)이어도 좋으며, 상이한 구멍 직경(D)의 냉각 구멍(70)의 조합이어도 좋다. 또한, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 개구 밀도가 상이한 냉각 구멍(70)이 포함되어 있는 경우, 각각의 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표가 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 여기에서 각 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표란, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 평균값을 나타내는 지표를 의미한다.
또한, 상류측 영역(Rup)의 영역 중간 위치(Pum)는 블레이드 높이방향의 선단(48)으로부터 기단(50) 사이의 전체 길이(L)에 대해서, 기단(50)으로부터 1/4L까지 길이의 위치를 포함하며, 기단(50)측에 인접한 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 중앙 영역(Rm)의 영역 중간 위치(Pcm)는 기단(50)으로부터 1/4L의 길이의 위치로부터 3/4L의 길이의 위치까지의 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 하류측 영역(Rdown)의 영역 중간 위치(Pdm)는 기단(50)으로부터 3/4L의 길이의 위치를 포함하며, 선단(48)까지의 사이의 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
도 7의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서, 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 기단(50)측으로부터 선단(48)측을 향함에 따라서 커지도록 연속적으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)를 포함하는 범위의 값이며, 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up은 기단(50)측의 위치(Pr)에 있어서의 개구 밀도 지표(dr) 이상 또한 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm) 미만의 값이며, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down은 선단(48)측의 위치(Pt)에 있어서의 개구 밀도 지표(dt) 이하 또한 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)보다 큰 값이다.
동익(26)(터빈 블레이드(40))의 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66) 내에서는, 냉각 매체는 블레이드부(42)를 냉각하면서 흐르기 때문에, 냉각 매체 흐름의 하류측(선단(48)측)일수록 고온이 되는 온도 분포, 즉 전술한 히트업이 생기는 경우가 있다. 이 점, 상술의 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))과 같이, 냉각 통로(66)에 있어서의 냉각 매체 흐름의 하류측(선단(48)측)의 위치에 있어서, 보다 상류측(기단(50)측)의 위치에 비해 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 크게 하는 것에 의해, 냉각 매체의 온도가 상대적으로 높아지는 하류측(선단(48)측)에서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로(66)의 온도 분포에 따라서, 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)를 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서의 일부의 영역에 있어서, 다른 영역보다 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 작게 하는 것에 의해, 블레이드부(42) 전체로서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 비교적 작게 할 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로(66)의 압력을 높게 유지하기 쉬우므로, 냉각 통로(66)와, 터빈 블레이드(40) 외부(예를 들면, 가스 터빈(1)의 연소 가스 유로(28))의 압력의 차압을 적절히 유지하여, 냉각 매체를 효과적으로 냉각 구멍(70)에 공급하기 쉬워진다.
또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포는 상술의 개구 밀도 지표 d＿mid, d＿up 및 d＿down이 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하는 것이면 좋으며, 도 6 또는 도 7의 그래프에 나타내는 것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역을 3개보다 많은 영역으로 분할하고, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 기단(50)측으로부터 선단(48)측을 향함에 따라서 서서히 커지도록 계단형상으로 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역에 있어서, 일부의 영역에서는 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 연속적으로 변화하는 동시에, 다른 일부의 영역에서는 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하여도 좋다.
어느 하나의 실시형태에서는, 예를 들면 도 8의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 중앙 영역보다 상류측(기단(50)측)에 위치하는 상류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up과, 중앙 영역보다 하류측(선단(48)측)에 위치하는 하류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down이 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족한다.
도 8의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 영역이 중앙 영역(Rm)과, 기단(50)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 기단(50)측에 위치하는 상류측 영역(Rup)과, 선단(48)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 선단(48)측에 위치하는 하류측 영역(Rdown)을 포함하는 3개의 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 3개의 각 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하며, 개구 밀도는 블레이드 높이방향에 있어서 계단형상으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 dm으로 일정하며, 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up은 중간 위치(Pm)보다 기단(50)측의 위치(Pr)에 있어서의 개구 밀도 지표(dr)(단 dr＜dm)로 일정하며, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down은 중간 위치(Pm)보다 선단(48)측의 위치(Pt)에 있어서의 개구 밀도 지표(dt)(단 dr＜dt＜dm)로 일정하다.
동익(26)(터빈 블레이드(40))이 배치되는 연소 가스 유로(28)(도 1 참조)를 유통하는 가스의 온도는 예를 들면 도 9의 그래프에 나타내는 분포로 되어 있으며, 블레이드 높이방향에 있어서, 블레이드부(42)의 선단(48)측의 영역 및 기단(50)측의 영역에 비해, 선단(48)과 기단(50)의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역에서 높아지는 경향이 있다.
한편, 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66) 내에서는, 냉각 매체는 블레이드부(42)를 냉각하면서 흐르기 때문에, 냉각 매체 흐름의 하류측(선단(48)측)일수록 고온이 되는 온도 분포가 생기는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 후연부(47)를 적절히 냉각하기 위해서는 블레이드 높이방향의 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체 유량을 최대로 하고, 또한 상술의 하류측 영역(Rdown)쪽에 있어서 상류측 영역(Rup)보다 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체 유량이 커지도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 바와 같이, 냉각 매체가 최종 패스(60e) 내를 흐르는 과정에서 히트업되어, 최종 패스(60e)의 선단(48) 또는 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 메탈 온도가 가장 높아진다. 그러나, 메탈 온도가 산화 감육 허용량에서 정하는 사용 한계 온도를 초과하지 않는 범위 내로 억제되는 블레이드의 경우는 도 20c 및 도 6에 나타내는 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 분포를 선정하는 것에 의해 블레이드의 손상을 억제할 수 있다. 한편, 도 9에 나타내는 연소 가스 온도 분포를 나타내는 연소 가스의 분위기로 가동하는 블레이드의 경우, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 블레이드부(42)가 연소 가스로부터 받는 입열이 커서, 도 20c 및 도 6에 나타내는 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표에서는 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하는 경우가 있다. 이와 같은 경우는 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 더욱 크게 하여, 냉각을 강화할 필요가 있다. 즉, 하류측 영역(Rdown)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 작게, 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 크게 하여, 하류측 영역(Rdown)의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 공급 유량을 줄이는 것에 의해, 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 공급 유량을 증가시킬 수 있다. 메탈 온도에 따라서는, 또한 상류측 영역(Rup)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 작게 하여, 최종 패스(60e)의 선단(48) 및 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 메탈 온도 및 중앙 영역(Rm)에 있어서의 메탈 온도가 사용 한계 온도 내에 들어가는 개구 밀도 분포를 선정하여도 좋다. 또한, 동시에, 중앙 영역(Rm) 및 상류측 영역(Rup)에 있어서의 전술한 크리프 강도가 크리프 한계 내에 들어가는 것을 확인하고, 본 실시형태에 있어서의 각 영역의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 분포를 선정하여도 좋다.
상술의 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))과 같이, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid를 상술의 상류측 영역(Rup) 및 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up, d＿down보다 크게 하는 것에 의해, 연소 가스 유로(28)를 유통하는 가스 온도가 상대적으로 높아지는 중앙 영역(Rm)에 있어서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 또한, 상술의 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))과 같이 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down을 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up에 비해 크게 하는 것에 의해, 냉각 매체 온도가 상류측 영역(Rup)보다 높아지는 하류측 영역(Rdown)에 있어서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 이렇게 하여, 냉각 통로(66)의 온도 분포에 따라서, 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)를 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 도 8에 있어서, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 동일하고 일정하게 하며, 각 영역에 있어서의 직경방향의 영역 중간 위치에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 각각 d＿up 및 d＿mid 및 d＿down으로 하고, d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 것도 좋다. 또한, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 개구 밀도가 상이한 냉각 구멍(70)이 포함되어 있는 경우, 각각의 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표가 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 것도 좋다. 여기에서 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치 및 평균 개구 밀도 지표의 사고 방식은 상술한 바와 같다. 또한, 냉각 구멍(70)의 구멍 직경(D)은 선단(48)측으로부터 기단(50)측까지 동일 구멍 직경(D)이어도 좋으며, 상이한 구멍 직경(D)의 냉각 구멍(70)의 조합이어도 좋다.
또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포는 상술의 개구 밀도 지표 d＿mid, d＿up 및 d＿down이 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이면 좋으며, 도 8의 그래프에 나타내는 것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역을 3개보다 많은 영역으로 분할하여, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 상술의 관계를 만족하도록 계단형상으로 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역에 있어서, 적어도 일부의 영역에서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 연속적으로 변화되어 있어도 좋다. 이 경우, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서의 다른 일부의 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하여도 좋다.
다음에, 상술의 실시형태 중, 터빈 블레이드(40)가 정익(24)인 어느 하나의 실시형태에 대해서 도 5 및 도 10 내지 도 13을 참조하여 설명한다.
터빈 블레이드(40)가 정익(24)인 경우, 냉각 매체는 냉각 통로(66)(서펜타인 유로(60)의 최종 패스(60e))를 외측단(52)측으로부터 내측단(54)측을 향하여 흐르므로(도 5 참조), 냉각 통로(66) 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 "상류측" 및 "하류측"은 각각 냉각 통로(66) 내에 있어서의 블레이드부(42)의 외측단(52)측 및 내측단(54)측에 상당한다. 또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 블레이드부(42)의 양단인 제 1 단 및 제 2 단은 각각 외측단(52) 및 내측단(54)에 상당한다.
어느 하나의 실시형태에서는, 예를 들면 도 10 및 도 11의 그래프에 나타내는 바와 같이, 블레이드 높이방향에 있어서의 블레이드부(42)의 외측단(52)과 내측단(54)의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 중앙 영역보다 상류측(외측단(52)측)에 위치하는 상류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up과, 중앙 영역보다 하류측(내측단(54)측)에 위치하는 하류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down이 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족한다.
도 10의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 영역이 중앙 영역(Rm)과, 외측단(52)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 외측단(52)측에 위치하는 상류측 영역(Rup)과, 내측단(54)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 내측단(54)측에 위치하는 하류측 영역(Rdown)을 포함하는 3개의 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 3개의 각 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하며, 개구 밀도는 블레이드 높이방향에 있어서 계단형상으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)로 일정하며, 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up은 중간 위치(Pm)보다 외측단(52)측의 위치(Po)에 있어서의 개구 밀도 지표(do)(단 do＜dm)로 일정하며, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down은 중간 위치(Pm)보다 내측단(54)측의 위치(Pi)에 있어서의 개구 밀도 지표(di)(단 dm＜di)로 일정하다.
도 11의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서, 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 외측단(52)측으로부터 내측단(54)측을 향함에 따라서 커지도록 연속적으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)를 포함하는 범위의 값이며, 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up은 외측단(52)측의 위치(Po)에 있어서의 개구 밀도 지표(do) 이상 또한 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm) 미만의 값이며, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down은 내측단(54)측의 위치(Pi)에 있어서의 개구 밀도 지표(di) 이하 또한 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)보다 큰 값이다.
정익(24)(터빈 블레이드(40))의 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66) 내에서는, 냉각 매체는 블레이드부(42)를 냉각하면서 흐르기 때문에, 냉각 매체 흐름의 하류측(내측단(54)측)일수록 고온이 되는 온도 분포, 즉 전술한 히트업이 생기는 경우가 있다. 이 점, 상술의 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))과 같이, 냉각 통로(66)에 있어서의 냉각 매체 흐름방향의 하류측(내측단(54)측)의 위치에 있어서, 보다 상류측(외측단(52)측)의 위치에 비해 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 크게 하는 것에 의해, 냉각 매체의 온도가 상대적으로 높아지는 하류측(내측단(54)측)에 있어서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로(66)의 온도 분포에 따라서, 정익(24)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)를 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 도 10에 있어서, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 동일하고 일정하게 하며, 각 영역에 있어서의 직경방향의 영역 중간 위치에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 각각 d＿up 및 d＿mid 및 d＿down으로 하여, d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 또한, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 개구 밀도가 상이한 냉각 구멍(70)이 포함되어 있는 경우, 각각의 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표가 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 여기에서 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치 및 평균 개구 밀도 지표의 사고 방식은 상술한 바와 같다. 또한, 냉각 구멍(70)의 구멍 직경(D)은 선단(48)측으로부터 기단(50)측까지 동일 구멍 직경(D)이어도 좋으며, 상이한 구멍 직경(D)의 냉각 구멍(70)의 조합이어도 좋다.
또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포는 상술의 개구 밀도 지표 d＿mid, d＿up 및 d＿down이 d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하는 것이면 좋으며, 도 10 또는 도 11의 그래프에 나타내는 것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역을 3개보다 많은 영역으로 분할하고, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 내측단(54)측으로부터 외측단(52)측을 향함에 따라서 서서히 커지도록 계단형상으로 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역에 있어서, 일부의 영역에서는 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 연속적으로 변화하는 동시에, 다른 일부의 영역에서는 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하여도 좋다.
어느 하나의 실시형태에서는, 예를 들면 도 12의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 중앙 영역보다 상류측(외측단(52)측)에 위치하는 상류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up과, 중앙 영역보다 하류측(내측단(54)측)에 위치하는 하류측 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down이 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족한다.
도 12의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 영역이 중앙 영역(Rm)과, 외측단(52)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 외측단(52)측에 위치하는 상류측 영역(Rup)과, 내측단(54)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 내측단(54)측에 위치하는 하류측 영역(Rdown)을 포함하는 3개의 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 3개의 각 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하며, 개구 밀도는 블레이드 높이방향에 있어서 계단형상으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 dm으로 일정하며, 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up은 중간 위치(Pm)보다 외측단(52)측의 위치(Po)에 있어서의 개구 밀도 지표(do)(단 do＜dm)로 일정하며, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down은 중간 위치(Pm)보다 내측단(54)측의 위치(Pi)에 있어서의 개구 밀도 지표(di)(단 do＜di＜dm)로 일정하다.
정익(24)(터빈 블레이드(40))이 배치되는 연소 가스 유로(28)(도 1 참조)를 유통하는 가스의 온도는 예를 들면 도 13의 그래프에 나타내는 분포로 되어 있으며, 블레이드 높이방향에 있어서, 블레이드부(42)의 외측단(52)측의 영역 및 내측단(54)측의 영역에 비해, 외측단(52)과 내측단(54)의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역에서 높아지는 경향이 있다.
한편, 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66) 내에서는, 냉각 매체는 블레이드부(42)를 냉각하면서 흐르기 때문에, 냉각 매체 흐름의 하류측(내측단(54)측)일수록 고온이 되는 온도 분포가 생기는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 후연부(47)를 적절히 냉각하기 위해서는 블레이드 높이방향의 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체 유량을 최대로 하고, 또한 상술의 하류측 영역(Rdown)쪽에서 상류측 영역(Rup)보다 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체 유량이 커지도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 바와 같이, 냉각 매체가 최종 패스(60e) 내를 흐르는 과정에서 히트업되어, 최종 패스(60e)의 내측단(54) 또는 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 메탈 온도가 가장 높아진다. 그러나, 산화 감육 허용량에서 정하는 사용 한계 온도를 초과하지 않는 범위 내로 억제되는 블레이드의 경우는 도 10에 나타내는 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 분포를 선정하는 것에 의해 블레이드의 손상을 억제할 수 있다. 한편, 도 13에 나타내는 연소 가스 온도 분포를 나타내는 연소 가스의 분위기로 가동하는 블레이드의 경우, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 블레이드부(42)가 연소 가스로부터 받는 입열이 커서, 도 10에 나타내는 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표에서는 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하는 경우가 있다. 이와 같은 경우는 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 더욱 크게 하여, 냉각을 강화한다. 즉, 하류측 영역(Rdown)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 작게, 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 크게 하여, 하류측 영역(Rdown)의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 공급 유량을 줄이는 것에 의해, 중앙 영역(Rm)의 냉각 구멍(70)을 흐르는 냉각 매체의 공급 유량을 증가시킬 수 있다. 메탈 온도에 따라서는, 또한 상류측 영역(Rup)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 작게 하여, 최종 패스(60e)의 내측단(54) 및 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 메탈 온도 및 중앙 영역(Rm)에 있어서의 메탈 온도가 사용 한계 온도 내에 들어가는 개구 밀도 분포를 선정하여도 좋다.
상술의 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))과 같이, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid를 상술의 상류측 영역(Rup) 및 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up, d＿down보다 크게 하는 것에 의해, 연소 가스 유로(28)를 유통하는 가스 온도가 상대적으로 높아지는 중앙 영역(Rm)에 있어서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 또한, 상술의 실시형태에 따른 정익(24)(터빈 블레이드(40))과 같이, 하류측 영역(Rdown)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿down을 상류측 영역(Rup)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿up에 비해 크게 하는 것에 의해, 냉각 매체 온도가 상류측 영역(Rup)보다 높아지는 하류측 영역(Rdown)에 있어서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 이렇게 하여, 냉각 통로(66)의 온도 분포에 따라서, 정익(24)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)를 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 도 12에 있어서, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 동일하고 일정하게 하며, 각 영역에 있어서의 직경방향의 영역 중간 위치에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 각각 d＿up 및 d＿mid 및 d＿down으로 하고, d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 또한, 상류측 영역(Rup) 및 중앙 영역(Rm) 및 하류측 영역(Rdown)의 각각의 영역에 대해서, 개구 밀도가 상이한 냉각 구멍(70)이 포함되어 있는 경우, 각각의 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표가 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 여기에서 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치 및 평균 개구 밀도 지표의 사고 방식은 상술한 바와 같다. 또한, 냉각 구멍(70)의 구멍 직경(D)은 선단(48)측으로부터 기단(50)측까지 동일 구멍 직경(D)이어도 좋으며, 상이한 구멍 직경(D)의 냉각 구멍(70)의 조합이어도 좋다.
또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포는 상술의 개구 밀도 지표 d＿mid, d＿up 및 d＿down이 d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이면 좋으며, 도 13의 그래프에 나타내는 것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역을 3개보다 많은 영역으로 분할하고, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 상술의 관계를 만족하도록 계단형상으로 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 예를 들면 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역에 있어서, 적어도 일부의 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 연속적으로 변화되어 있어도 좋다. 이 경우, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서의 다른 일부의 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하여도 좋다.
다음에, 다른 어느 하나의 실시형태에 대해서 도 4, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다. 이들 실시형태에 있어서, 터빈 블레이드(40)는 동익(26)(도 4 참조)이다.
어느 하나의 실시형태에서는, 예를 들면 도 14의 그래프에 나타내는 바와 같이, 블레이드 높이방향에 있어서의 블레이드부(42)의 선단(48)과 기단(50)의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 중앙 영역보다 선단(48)측에 위치하는 선단측 영역에 있어서의 개구 밀도 지표 d＿tip과, 중앙 영역보다 기단(50)측에 위치하는 기단측 영역에 있어서의 개구 밀도 지표 d＿root가 d＿tip＜d＿mid＜d＿root의 관계를 만족한다.
도 14의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 영역이 중앙 영역(Rm)과, 선단(48)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 선단(48)측에 위치하는 선단측 영역(Rtip)과, 기단(50)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 기단(50)측에 위치하는 기단측 영역(Rroot)을 포함하는 3개의 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 3개의 각 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하며, 개구 밀도는 블레이드 높이방향에 있어서 계단형상으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)로 일정하며, 선단측 영역(Rtip)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿tip은 중간 위치(Pm)보다 선단(48)측의 위치(Pt)에 있어서의 개구 밀도 지표(dt)(단 dt＜dm)로 일정하며, 기단측 영역(Rroot)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿root는 중간 위치(Pm)보다 기단(50)측의 위치(Pr)에 있어서의 개구 밀도 지표(dr)(단 dm＜dr)로 일정하다.
가스 터빈(1)의 운전시, 동익(26)의 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66) 내의 냉각 매체에는 원심력이 작용하기 때문에, 상기 냉각 통로(66) 내에서 블레이드부(42)의 선단(48)측일수록 고압이 되는 압력 분포가 생기는 경우가 있다. 이 점, 상술의 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))과 같이, 블레이드부(42)의 선단(48)측의 위치에 있어서, 보다 기단(50)측의 위치에 비해 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 작게 하는 것에 의해, 상술의 압력 분포가 있는 경우라도, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량의 블레이드 높이방향에 있어서의 편차를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 냉각 통로(66)의 압력 분포에 따라서, 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)를 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 도 14에 있어서, 기단측 영역(Rroot) 및 중앙 영역(Rm) 및 선단측 영역(Rtip)의 각각의 영역에 대해서, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 동일하고 일정하게 하며, 각 영역에 있어서의 직경방향의 영역 중간 위치에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 각각 d＿root 및 d＿mid 및 d＿tip으로 하고, d＿tip＜d＿mid＜d＿root의 관계를 만족하는 것도 좋다. 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치는 기단측 영역(Rroot) 및 중앙 영역(Rm) 및 선단측 영역(Rtip)의 각각에 대해서, Prm, Pcm, Ptm으로 표시된다. 또한, 기단측 영역(Rroot) 및 중앙 영역(Rm) 및 선단측 영역(Rtip)의 각각의 영역에 대해서, 개구 밀도가 상이한 냉각 구멍(70)이 포함되어 있는 경우, 각각의 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표가 d＿tip＜d＿mid＜d＿root의 관계를 만족하는 것도 좋다. 여기에서 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치 및 평균 개구 밀도 지표의 사고 방식은 전술하는 바와 같다. 또한, 냉각 구멍(70)의 구멍 직경(D)은 선단(48)측으로부터 기단(50)측까지 동일 구멍 직경(D)이어도 좋으며, 상이한 구멍 직경(D)의 냉각 구멍(70)의 조합이어도 좋다.
또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포는 상술의 개구 밀도 지표 d＿mid, d＿tip 및 d＿root가 d＿tip＜d＿mid＜d＿root의 관계를 만족하는 것이면 좋으며, 도 14의 그래프에 나타내는 것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역을 3개보다 많은 영역으로 분할하고, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 상술의 관계를 만족하도록 계단형상으로 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역에 있어서, 적어도 일부의 영역에서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 연속적으로 변화되어 있어도 좋다. 이 경우, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서의 다른 일부의 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하여도 좋다.
또한, 어느 하나의 실시형태에서는, 예를 들면 도 15의 그래프에 나타내는 바와 같이, 상술의 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid와, 중앙 영역보다 선단(48)측에 위치하는 선단측 영역에 있어서의 개구 밀도 지표 d＿tip과, 중앙 영역보다 기단(50)측에 위치하는 기단측 영역에 있어서의 개구 밀도 지표 d＿root가 d＿tip＜d＿root＜d＿mid의 관계를 만족한다.
도 15의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향 영역이 중앙 영역(Rm)과, 선단(48)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 선단(48)측에 위치하는 선단측 영역(Rtip)과, 기단(50)을 포함하며 중앙 영역(Rm)보다 기단(50)측에 위치하는 기단측 영역(Rroot)을 포함하는 3개의 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 3개의 각 영역에 있어서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하며, 개구 밀도는 블레이드 높이방향에 있어서 계단형상으로 변화되어 있다.
즉, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid는 중간 위치(Pm)에 있어서의 개구 밀도 지표(dm)로 일정하며, 선단측 영역(Rtip)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿tip은 중간 위치(Pm)보다 선단(48)측의 위치(Pt)에 있어서의 개구 밀도 지표(dt)(단 dt＜dm)로 일정하며, 기단측 영역(Rroot)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿root는 중간 위치(Pm)보다 기단(50)측의 위치(Pr)에 있어서의 개구 밀도 지표(dr)(단 dt＜dr＜dm)로 일정하다.
동익(26)(터빈 블레이드(40))이 배치되는 연소 가스 유로(28)(도 1 참조)를 유통하는 가스의 온도는 예를 들면 도 9의 그래프에 나타내는 분포로 되어 있으며, 블레이드 높이방향에 있어서 블레이드부(42)의 선단(48)측의 영역 및 기단(50)측의 영역에 비해, 선단(48)과 기단(50)의 중간 위치(Pm)를 포함하는 중앙 영역에서 높아지는 경향이 있다.
한편, 가스 터빈(1)의 운전시, 동익(26)의 블레이드부(42)의 내부에 형성된 냉각 통로(66) 내의 냉각 매체에는 원심력이 작용하기 때문에, 상기 냉각 통로(66) 내에서 블레이드부(42)의 선단(48)측일수록 고압이 되는 압력 분포가 생기는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 후연부(47)를 적절히 냉각하기 위해서는, 블레이드 높이방향의 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체 유량을 최대로 하고, 또한 블레이드 높이방향에 있어서의 선단(48)측에 위치하는 영역과 기단(50)측에 위치하는 영역에서 냉각 구멍을 거친 냉각 매체의 공급 유량의 편차를 작게 하는 것이 바람직하다.
이 점, 상술의 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))과 같이, 중앙 영역(Rm)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿mid를 상술의 선단측 영역(Rtip) 및 기단측 영역(Rroot)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿tip, d＿root보다 크게 하는 것에 의해, 연소 가스 유로(28)를 유통하는 가스 온도가 상대적으로 높아지는 중앙 영역(Rm)에 있어서, 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량을 늘릴 수 있다. 또한, 상술의 실시형태에 따른 동익(26)(터빈 블레이드(40))과 같이, 선단측 영역(Rtip)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿tip를 기단측 영역(Rroot)에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표 d＿root에 비해 작게 하는 것에 의해, 상술의 압력 분포가 있는 경우라도, 선단측 영역(Rtip)과 기단측 영역(Rroot)에서 냉각 구멍(70)을 거친 냉각 매체의 공급 유량의 편차를 작게 할 수 있다. 이렇게 하여, 냉각 통로(66)의 압력 분포에 따라서, 동익(26)(터빈 블레이드(40))의 후연부(47)를 적절히 냉각할 수 있다.
또한, 도 15에 있어서, 기단측 영역(Rroot) 및 중앙 영역(Rm) 및 선단측 영역(Rtip)의 각각의 영역에 대해서, 각 영역에 있어서의 전체 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 동일하고 일정하게 하며, 각 영역에 있어서의 직경방향의 영역 중간 위치에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도 지표를 각각 d＿root 및 d＿mid 및 d＿tip으로 하고, d＿tip＜d＿root＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치는 기단측 영역(Rroot) 및 중앙 영역(Rm) 및 선단측 영역(Rtip)의 각각에 대해서, Prm, Pcm, Ptm으로 표시된다. 또한, 기단측 영역(Rroot) 및 중앙 영역(Rm) 및 선단측 영역(Rtip)의 각각의 영역에 대해서, 개구 밀도가 상이한 냉각 구멍(70)이 포함되어 있는 경우, 각각의 영역에 있어서의 평균 개구 밀도 지표가 d＿tip＜d＿root＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이어도 좋다. 여기에서 각 영역에 있어서의 영역 중간 위치 및 평균 개구 밀도 지표의 사고 방식은 전술한 바와 같다. 또한, 냉각 구멍(70)의 구멍 직경(D)은 선단(48)측으로부터 기단(50)측까지 동일 구멍 직경(D)이어도 좋으며, 상이한 구멍 직경(D)의 냉각 구멍(70)의 조합이어도 좋다.
또한, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 분포는 상술의 개구 밀도 지표 d＿mid, d＿tip 및 d＿root가 d＿tip＜d＿root＜d＿mid의 관계를 만족하는 것이면 좋으며, 도 15의 그래프에 나타내는 것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역을 3개보다 많은 영역으로 분할하여, 각 영역에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 상술의 관계를 만족하도록 계단형상으로 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 예를 들면, 블레이드부(42)에 있어서의 블레이드 높이방향의 영역에 있어서, 적어도 일부의 영역에서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 연속적으로 변화되어 있어도 좋다. 이 경우, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서의 다른 일부의 영역에서 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 일정하여도 좋다.
또한, 예를 들면 상술한 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14 및 도 15의 그래프에 따른 실시형태에서는, 블레이드부(42)의 블레이드 높이방향에 있어서의 각 영역(중앙 영역(Rm), 상류측 영역(Rup) 및 하류측 영역(Rdown), 또는 선단측 영역(Rtip) 및 기단측 영역(Rroot))에 있어서의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도가 각각 일정하므로 각 영역에 있어서의 냉각 구멍의 가공이 쉬워진다.
상술한 터빈 블레이드(40)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 지표로서, 예를 들면, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 피치(P)(도 16 참조)와, 냉각 구멍(70)의 직경(D)(도 16 참조)의 비 P/D를 채용하여도 좋다. 또한, 냉각 구멍(70)의 직경(D)으로서, 냉각 구멍(70)의 최대 직경, 최소 직경 또는 평균 직경을 이용하여도 좋다.
또는, 상술의 개구 밀도 지표로서, 냉각 구멍(70)의 블레이드부(42)의 표면으로의 개구 단부(72)(도 17 참조)에 있어서의 습윤 가장자리 길이(S)(즉, 블레이드부(42) 표면에 있어서의 개구 단부(72)의 둘레 길이)와, 블레이드 높이방향에 있어서의 냉각 구멍(70)의 피치(P)(도 17 참조)의 비 S/P를 채용하여도 좋다.
또는, 상술의 개구 밀도 지표로서, 블레이드부(42)의 후연부(47)에 있어서의 블레이드부(42)의 표면의 단위 면적 당(또는 단위 길이 당)의 냉각 구멍(70)의 개수를 채용하여도 좋다.
터빈 블레이드(40)의 블레이드부(42)의 후연부(47)에 형성되는 냉각 구멍(70)은 이하와 같은 특징을 갖고 있어도 좋다.
어느 하나의 실시형태에서는, 냉각 구멍(70)은 블레이드 높이방향에 직교하는 평면에 대해서 경사를 갖고서 형성되어 있어도 좋다.
이와 같이, 냉각 구멍(70)이 블레이드 높이방향으로 직행하는 평면에 대해서 경사를 갖고서 형성되는 것에 의해, 상기 냉각 구멍(70)을 블레이드 높이방향에 직교하는 평면과 평행하게 형성하는 경우에 비해, 냉각 구멍(70)을 길게 할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 후연부를 효과적으로 냉각할 수 있다.
어느 하나의 실시형태에서는, 냉각 구멍(70)이 연장되는 방향과, 블레이드 높이방향으로 직교하는 평면이 이루는 각도(A)(도 16 참조)가 15° 이상 45° 이하, 또는 20° 이상 40° 이하라도 좋다. 상기 각도(A)가 상술의 범위이면, 냉각 구멍(70)의 가공의 용이함을 유지하면서, 또는 블레이드부(42)의 후연부(47)의 강도를 유지하면서, 비교적 긴 냉각 구멍(70)을 형성할 수 있다.
또한, 어느 하나의 실시형태에서는, 냉각 구멍(70)은 서로 평행하게 형성되어 있어도 좋다.
이와 같이, 복수의 냉각 구멍(70)이 서로 평행하게 형성되는 것에 의해, 복수의 냉각 구멍(70)이 서로 평행이 아닌 경우에 비해, 보다 많은 냉각 구멍(70)을 블레이드부(42)의 후연부(47)에 형성할 수 있다. 이에 의해, 터빈 블레이드(40)의 후연부(47)를 효과적으로 냉각할 수 있다.
다음에, 최종 패스(60e)와 후연부(47)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도의 관계에 대해서, 이하에 설명한다. 일반적으로, 서펜타인 유로(60)의 블레이드 내면에는 냉각 매체와의 사이의 열 전달을 촉진하기 위해, 터뷸레이터(90)가 마련되어 있다. 도 18에는 후연부(47) 근방에 형성된 냉각 구멍(70)의 배치와, 후연부(47)에 인접하여 냉각 매체의 흐름방향의 상류측에 배치된 냉각 통로(66)의 최종 패스(60e)의 구성이 나타나 있다. 최종 패스(60e)에는 기단(50)으로부터 선단(48)까지 블레이드부(42)의 압력면(복측)(56)과 부압면(배측)(58)의 각 내벽면(68)에 난류 촉진재로서의 터뷸레이터(90)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 최종 패스(60e)보다 냉각 매체의 흐름방향의 상류측의 서펜타인 유로(60)에도 터뷸레이터(미도시)가 배치되어 있다.
서펜타인 유로(60)에 배치되는 터뷸레이터(90)는 도 19에 도시하는 바와 같이 각 패스(60a 내지 60e) 중 적어도 1개의 패스의 압력면(복측)(56)과 부압면(배측)(58)의 내벽면(68)에 마련되어 있으며, 터뷸레이터(90)의 내벽면(68)을 기준으로 높이(e)에 형성되어 있다. 또한, 각 패스(60a 내지 60e)의 배복방향(背腹方向)의 통로 폭은 H로 형성되며, 각각의 유로에 있어서, 직경방향으로 인접하여 배치된 복수의 터뷸레이터(90)는 피치(PP)의 간격으로 마련되어 있다. 터뷸레이터(90)는 터뷸레이터(90)의 피치(PP)와 높이(e)의 비(PP/e) 및 터뷸레이터(90)의 높이(e)와 배복방향의 통로 폭(H)의 비(e/H) 및 냉각 매체의 흐름방향에 대한 터뷸레이터(90)의 경사각이 기단(50)으로부터 선단(48)까지 대략 일정하게 되도록 형성되어, 냉각 매체와의 사이에서 최적의 열 전달을 얻을 수 있도록 배치되어 있다.
그러나, 최종 패스(60e)에 있어서는 최종 패스(60e)의 통로 폭(H)이 최종 패스(60e) 이외의 다른 패스(60a 내지 60d)보다 좁아진다. 그 때문에, 전술의 적정한 열 전달을 얻는 냉각 통로(66)의 터뷸레이터(90)의 높이(e)와 통로 폭(H)의 적정한 비(e/H)로 대응시킨 터뷸레이터 높이(e)를 선정하는 것이 곤란한 경우가 있다. 즉, 최종 패스(60e)의 경우, 다른 패스(60a 내지 60d)와 비교하여, 터뷸레이터(90)의 높이(e)와 통로 폭(H)의 적정한 비(e/H)를 유지하기 위해서는 터뷸레이터(90)의 높이(e)가 너무 작아져, 터뷸레이터(90)의 가공이 곤란하게 되는 경우가 있다. 특히, 기단(50)측과 비교하여 선단(48)측의 쪽이 보다 통로 폭(H)이 좁아지기 때문에, 터뷸레이터(90)의 적정한 높이(e)의 선정이 보다 곤란하게 되는 경우가 있다.
또한, 서펜타인 유로(60)의 최종 패스(60e)에 유입되는 냉각 매체는 최종 패스(60e)보다 상류측의 각 패스(60a 내지 60d)를 유하하는 과정에서 블레이드부(42)의 내벽면(68)으로부터 가열되고, 최종 패스(60e)에 공급된다. 따라서, 최종 패스(60e)의 메탈 온도는 고온화되기 쉬우며, 특히 최종 패스(60e)의 선단(48)측 근방은 고온화되기 쉽다. 그 때문에, 최종 패스(60e)의 메탈 온도가 사용 한계 온도를 초과하지 않는 수단이 채용된다. 예를 들면, 최종 패스(60e)의 블레이드 높이방향의 중간 위치로부터 선단(48)의 출구 개구(64)를 향하여 통로 폭(H)을 서서히 좁혀, 통로 단면적을 감소시켜, 냉각 매체의 유속을 높이는 통로 구조를 선정하는 경우가 있다. 최종 패스(60e)의 통로 단면적을 출구 개구(64)를 향하여 감소시켜, 냉각 매체의 유속을 빠르게 최종 패스(60e)와의 사이의 열 전달을 촉진시켜, 최종 패스(60e)의 메탈 온도를 사용 한계 온도 이하로 억제하는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 구조를 적용하는 경우, 최종 패스(60e)의 선단(48) 근방의 통로 폭(H)은 더욱 좁아지는 방향이다.
그래서, 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 유체의 압력 손실이 허용되는 범위에서, 통로 폭(H)에 대한 터뷸레이터(90)의 적정한 높이(e)에 대해서, 상대적으로 높이(e)가 큰 터뷸레이터(90)를 선정하는 경우가 있다. 즉, 최종 패스(60e)에 형성되는 터뷸레이터(90)는 최종 패스(60e) 이외의 다른 패스(60a 내지 60d)의 터뷸레이터(90)보다 높이(e)가 작아지지만, 터뷸레이터(90)의 높이(e)를 기단(50)으로부터 선단(48)까지 변경하는 일이 없이 일정한 동일한 높이(e)를 선정하는 경우가 있다. 그 결과, 최종 패스(60e)의 터뷸레이터(90)의 높이(e)와 통로 폭(H)의 비(e/H)는 다른 패스(60a 내지 60d)에 적용되는 높이(e)와 통로 폭(H)의 비(e/H)보다 커진다. 이와 같이, 최종 패스(60e)에 있어서, 적정값보다 상대적으로 높이(e)가 큰 터뷸레이터(90)를 선정하는 것에 의해, 최종 패스(60e)의 냉각 매체의 난류의 발생이 촉진되어, 다른 패스(60a 내지 60d)와 비교하여 최종 패스(60e)에 있어서의 냉각 매체와의 사이의 열 전달이 더욱 촉진된다. 그 결과, 최종 패스(60e)의 메탈 온도가 사용 한계 온도 이하로 억제된다.
한편, 상술한 바와 같이 최종 패스(60e)에 있어서의 열 전달이 촉진된 경우, 최종 패스(60e)의 메탈 온도는 저하되지만, 최종 패스(60e)를 흐르는 냉각 매체의 온도는 더욱 상승한다. 온도 상승을 수반한 냉각 매체가 후연부(47)에 배치된 냉각 구멍(70)에 공급되기 때문에, 후연부(47)의 개구 밀도의 분포에 영향을 미치는 경우가 있다. 즉, 최종 패스(60e)에 있어서의 통로 폭(H)을 선단(48)측을 향하여 감소시키거나, 최종 패스(60e)의 터뷸레이터(90)의 높이(e)를 다른 패스(60a 내지 60d)보다 상대적으로 크게 하는 것 등에 의해, 최종 패스(60e)의 냉각이 강화되어, 열 응력의 발생 등이 개선된다. 한편, 후연부(47)에 공급되는 냉각 매체의 온도 상승에 대해서는, 최종 패스(60e)의 블레이드 높이방향의 중간 위치로부터 선단(48)의 출구 개구(64)까지의 후연부(47)의 냉각 구멍(70)의 개구 밀도를 크게 해, 유입되는 냉각 매체의 온도 상승을 흡수하고, 후연부(47)의 메탈 온도의 상승을 억제하여, 최종 패스(60e)를 포함한 후연부(47)의 적정한 냉각이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태로 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.
본 명세서에 있어서, "어느 방향으로", "어느 방향을 따라서", "평행", "직교", "중심", "동심" 또는 "동축" 등의 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은 엄밀하게 그와 같은 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능을 얻을 수 있을 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, "동일", "동일함" 및 "균질" 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일한 기능을 얻을 수 있을 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 40: 터빈 블레이드
42: 블레이드부 44: 전연
46: 후연 47: 후연부
48: 선단 49: 후연 단부면
50: 기단 52: 외측단
54: 내측단 56: 압력면
58: 부압면 60: 서펜타인 유로
60a 내지 60e: 패스 60e: 최종 패스
62: 입구 개구 64: 출구 개구
66: 냉각 통로 68: 내벽면
70: 냉각 구멍 72: 개구 단부
80: 플랫폼 82: 익근부
84: 내부 유로 86: 내측 슈라우드
88: 외측 슈라우드 90: 터뷸레이터
Pm: 중간 위치 Pcm: 중앙 영역 중간 위치
Pum: 상류측 영역 중간 위치 Pdm: 하류측 영역 중간 위치
Ptm: 선단측 영역 중간 위치 Prm: 기단측 영역 중간 위치
Rtip: 선단측 영역 Rm: 중앙 영역
Rroot: 기단측 영역 Rup: 상류측 영역
Rdown: 하류측 영역

Claims (12)

  1. 블레이드부와,
    상기 블레이드부의 내부에 형성된 서펜타인 유로인 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
    상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되도록 상기 블레이드부의 후연부에 형성되며, 상기 서펜타인 유로의 최종 패스인 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부에 있어서의 상기 블레이드부의 후연 단부면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하는 터빈 블레이드에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 동익이고,
    상기 냉각 통로는, 높이(e)와 통로 폭(H)의 비(e/H)로 정해지는 터뷸레이터를 내벽면에 구비하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 상기 냉각 통로의 패스는, 상기 블레이드부의 제 1 단으로부터 제 2 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스는, 상기 블레이드부의 상기 제 2 단으로부터 상기 제 1 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 최종 패스의 상기 터뷸레이터는, 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 패스의 상기 터뷸레이터보다 상기 비가 크고,
    상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿up으로 일정한 상류측 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿down으로 일정한 하류측 영역을 포함하며,
    d＿up＜d＿mid＜d＿down의 관계를 만족하고,
    상기 중앙 영역, 상기 상류측 영역 및 상기 하류측 영역의 각각의 허용 응력이 상기 블레이드부의 온도에 대한 크리프 한계 곡선을 초과하지 않는
    터빈 블레이드.
  2. 블레이드부와,
    상기 블레이드부의 내부에 형성된 서펜타인 유로인 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
    상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되며 상기 블레이드부의 후연부를 대류 냉각하도록 상기 후연부에 형성되며, 상기 서펜타인 유로의 최종 패스인 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부를 관통하여 후연 단부면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하는 터빈 블레이드에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 동익이고,
    상기 냉각 통로는, 높이(e)와 통로 폭(H)의 비(e/H)로 정해지는 터뷸레이터를 내벽면에 구비하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 상기 냉각 통로의 패스는, 상기 블레이드부의 제 1 단으로부터 제 2 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스는, 상기 블레이드부의 상기 제 2 단으로부터 상기 제 1 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 최종 패스의 상기 터뷸레이터는, 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 패스의 상기 터뷸레이터보다 상기 비가 크고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿up으로 하고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿down으로 했을 때,
    d＿up＜d＿down＜d＿mid의 관계를 만족하는 동시에,
    상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 통로 내에 있어서의 냉각 매체 흐름의 상류측에 있으며 상기 형성 영역에 있어서의 상기 냉각 매체 흐름의 최상류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿up으로 일정한 최상류측 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 냉각 매체 흐름의 하류측에 있어서 상기 형성 영역에서의 상기 냉각 매체 흐름의 최하류측에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿down으로 일정한 최하류측 영역을 포함하는
    터빈 블레이드.
  3. 블레이드부와,
    상기 블레이드부의 내부에 형성된 서펜타인 유로인 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
    상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되도록 상기 블레이드부의 후연부에 형성되며, 상기 서펜타인 유로의 최종 패스인 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부에 있어서의 상기 블레이드부의 후연 단부면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하는 터빈 블레이드에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 동익이며,
    상기 냉각 통로는, 높이(e)와 통로 폭(H)의 비(e/H)로 정해지는 터뷸레이터를 내벽면에 구비하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 상기 냉각 통로의 패스는, 상기 블레이드부의 제 1 단으로부터 제 2 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스는, 상기 블레이드부의 상기 제 2 단으로부터 상기 제 1 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 최종 패스의 상기 터뷸레이터는, 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 패스의 상기 터뷸레이터보다 상기 비가 크고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 1 단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿tip으로 하고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 2 단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿root로 했을 때,
    d＿tip＜d＿mid＜d＿root의 관계를 만족하는 동시에,
    상기 개구 밀도를 나타내는 지표 d＿tip, d＿mid 및 d＿root는 상기 후연부를 관통하도록 마련되는 상기 냉각 구멍의 관통 구멍 직경(D)의 상기 블레이드 높이방향으로 인접하는 상기 냉각 구멍 사이의 피치(P)에 대한 비 D/P이며,
    상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 1 단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 제 1 단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿tip으로 일정한 선단측 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 2 단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 제 2 단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿root로 일정한 기단측 영역을 포함하는
    터빈 블레이드.
  4. 블레이드부와,
    상기 블레이드부의 내부에 형성된 서펜타인 유로인 블레이드 높이방향을 따라서 연장되는 냉각 통로와,
    상기 블레이드 높이방향을 따라서 배열되며 상기 블레이드부의 후연부를 대류 냉각하도록 상기 후연부에 형성되며, 상기 서펜타인 유로의 최종 패스인 상기 냉각 통로와 연통하는 동시에 상기 후연부를 관통하여 후연 단부면에 개구되는 복수의 냉각 구멍을 구비하는 터빈 블레이드에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 동익이며,
    상기 냉각 통로는, 높이(e)와 통로 폭(H)의 비(e/H)로 정해지는 터뷸레이터를 내벽면에 구비하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 상기 냉각 통로의 패스는, 상기 블레이드부의 제 1 단으로부터 제 2 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 냉각 통로의 상기 최종 패스는, 상기 블레이드부의 상기 제 2 단으로부터 상기 제 1 단을 향해 통로 면적이 감소하고,
    상기 최종 패스의 상기 터뷸레이터는, 상기 최종 패스의 상류측에 인접하는 패스의 상기 터뷸레이터보다 상기 비가 크고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하는 중앙 영역에 있어서의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표를 d＿mid로 하고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서, 상기 중앙 영역보다 상기 제 1 단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿tip으로 하고,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 2 단측에 위치하는 영역에 있어서의 상기 지표를 d＿root로 했을 때,
    d＿tip＜d＿root＜d＿mid의 관계를 만족하며,
    상기 후연부에 있어서의 상기 복수의 냉각 구멍의 형성 영역은,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서의 상기 블레이드부의 상기 제 1 단과 상기 제 2 단의 중간 위치를 포함하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿mid로 일정한 중앙 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 1 단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 제 1 단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿tip으로 일정한 선단측 영역과,
    상기 블레이드 높이방향에 있어서 상기 중앙 영역보다 상기 제 2 단측에 있으며 상기 형성 영역 중 가장 상기 제 2 단 부근에 위치하며, 또한 복수의 상기 냉각 구멍의 개구 밀도를 나타내는 지표가 d＿root로 일정한 기단측 영역을 포함하는
    터빈 블레이드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 영역은 동일 직경의 복수의 냉각 구멍을 포함하며,
    상기 중앙 영역보다 상기 블레이드부의 선단측에 위치하는 선단측 영역 및 상기 중앙 영역보다 상기 블레이드부의 기단측에 위치하는 기단측 영역은 상기 중앙 영역에 있어서의 냉각 구멍과 동일 직경의 복수의 냉각 구멍을 포함하는
    터빈 블레이드.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 구멍은 상기 블레이드 높이방향에 직교하는 평면에 대해서 경사를 갖고서 형성된
    터빈 블레이드.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 구멍은 서로 평행하게 형성된
    터빈 블레이드.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드부의 선단측에 상기 냉각 통로의 출구 개구가 형성되어 있는
    터빈 블레이드.
  10. 삭제
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 터빈 블레이드와,
    상기 터빈 블레이드가 마련되는 연로 가스 유로를 흐르는 연소 가스를 생성하기 위한 연소기를 구비하는
    가스 터빈.
  12. 삭제
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