KR102389756B1 - 냉각식 터빈 구성요소들을 위한 열 전달 피처 내의 브레이즈드 - Google Patents

냉각식 터빈 구성요소들을 위한 열 전달 피처 내의 브레이즈드 Download PDF

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스티븐 에릭 홀랜드
베로니카 아로초 페티트
매튜 에이치. 랑
앤드류 미들라
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

터빈 엔진의 냉각식 터빈 구성요소가 제공된다. 냉각식 터빈 구성요소는 열 전달 피처 내의 브레이즈드를 포함하고, 열 전달 피처 내의 브레이즈드는 열 전달 피처를 포함하는 박막을 포함하며, 열 전달 피처는 막의 표면에 통합된다. 박막은 냉각식 터빈 구성요소의 표면을 따를 수 있으며, 브레이즈 재료를 통해 냉각식 터빈 구성요소의 표면에 부착된다. 또한, 터빈 엔진의 터빈 구성요소를 냉각시키기 위한 방법이 제공된다.

Description

냉각식 터빈 구성요소들을 위한 열 전달 피처 내의 브레이즈드
[0001] 본 출원은 일반적으로 가스 터빈(gas turbine)들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각식 터빈 구성요소들을 위한 열 전달 피처(feature) 내의 브레이즈드(brazed)에 관한 것이다.
[0002] 고온 가스 경로 구성요소들, 이를테면, 가스 터빈 엔진(engine)들의 블레이드(blade)들 및 베인(vane)들은 전형적으로, 가스 터빈 동작 동안 높은 열 부하들에 노출된다. 압축 공기와 연료의 혼합물이 가스 터빈의 연소기 섹션(section)에서 점화될 때 고온 가스의 흐름이 생성된다. 고온 가스는 블레이드들 및 베인들을 포함하는 터빈 섹션 안으로 흐른다. 고온 가스의 흐름으로 인해 블레이드들 및 베인들이 노출되는 온도들은 흐름 경로에서 450 ℃ 이상, 그리고 어쩌면 심지어 1400-1600 ℃만큼 높을 수 있다.
[0003] 가스 터빈 엔진에서 고온 가스 경로 구성요소들과 냉각 유체들 사이의 열 전달 레이트(rate) 및 냉각 효과는 가스 터빈의 전체 효율과 직접적으로 상관된다. 구성요소로부터 열이 제거되는 것이 효율적으로 이루어질수록, 달성될 수 있는 전체 효율이 높아진다.
[0004] 고온 가스 경로 구성요소들을 냉각시키기 위해 다양한 통상적인 방법들이 사용된다. 열 전달 피처(feature)들 내의 주조, 후면 고온 가스 경로 표면들의 충돌 냉각 및 다중-회로 냉각 통로들은 고온 구성요소 냉각을 개선시키는 데 사용되는 방법들 중 일부이다.
[0005] 가스 터빈 구성요소의, 자신으로부터 멀리 열을 전달하는 능력은 엔진의 높은 동작 온도들로 인해 특히 중요하다. 냉각 능력을 향상시키기 위한 하나의 방법은, 열 전달 피처들의 통합을 통해 구성요소의 표면적을 증가시키는 것이다. 고온 가스 경로 구성요소들 내의 열 전달 피처들의 통합은 전형적으로, 이용가능한 주조 기술들에 의해 제한된다. 부가적으로, 구성요소에 주조될 수 있는 피처들은 주조 프로세스(process)에 상당한 비용 및 복잡성을 부가한다.
[0006] 결과적으로, 현재의 주조 프로세스보다 더욱 다용도의 저렴한, 열 전달 피처 및 가스 터빈 고온 가스 구성요소들 상에 열 전달 피처들을 통합시키기 위한 방법이 원해진다.
본원 발명의 배경기술로는 US5,361,828 (1994.11.08.)이 있다.
[0007] 간략히 설명하면, 본 개시내용의 양상들은 터빈 엔진의 냉각식 터빈 구성요소에 관한 것이다.
[0008] 터빈 엔진의 냉각식 터빈 구성요소가 제공된다. 터빈 구성요소는, 적어도 터빈 엔진의 동작 동안 냉각을 필요로 하는 것이다. 냉각식 터빈 구성요소는 열 전달 피처 내의 브레이즈드를 포함하고, 열 전달 피처는 열 전달 피처를 포함하는 박막을 포함하며, 열 전달 피처는 박막의 표면에 통합된다. 박막은 냉각식 터빈 구성요소의 표면을 따를(conforming) 수 있다. 막은 브레이즈(braze) 재료를 통해 냉각식 터빈 구성요소의 표면에 부착된다.
[0009] 냉각식 터빈 베인 조립체가 제공된다. 냉각식 터빈 베인 조립체는, 신장형 중공 에어포일(airfoil)을 포함하는, 터빈 엔진의 터빈 베인 ―에어포일은 적어도 터빈 엔진의 동작 동안 냉각을 필요로 하는 내벽 및 외벽을 포함함―, 및 에어포일의 중공 포켓(pocket) 안으로 삽입되고 내벽에 고정된 베인 인서트(insert)를 포함한다. 막의 표면에 통합되는 열 전달 피처를 포함하는 박막은, 브레이즈 재료를 통해 터빈 베인의 표면에 부착되고, 박막은 터빈 베인의 표면을 따른다. 열 전달 피처는 터빈 베인으로부터의 열 전달을 개선시키기 위하여 공기의 흐름을 터빈 베인의 외부로 지향시킨다.
[0010] 터빈 엔진의 터빈 구성요소를 냉각시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 구성요소 표면을 갖는 터빈 구성요소를 제공하는 단계, 및 그런 다음, 브레이즈 재료를 통해, 열 전달 피처를 포함하는 박막을 구성요소 표면 상에 브레이징(brazing)하는 단계를 포함한다. 열 전달 피처는, 터빈 구성요소가 고온 가스 흐름에 노출될 때 터빈 동작 동안 생성된 열을 포획하여서, 터빈 구성요소를 냉각시킨다.
[0011] 도 1은 열 전달 피처들을 포함하는 박막의 실시예를 예시하고,
[0012] 도 2는 베인 인서트를 포함하는 베인 조립체의 사시도를 예시하며, 그리고
[0013] 도 3은 열 전달 피처들을 포함하는 박막의 실시예를 포함하는, 베인의 단면을 예시한다.
[0014] 본 개시내용의 실시예들, 원리들 및 특징들의 이해를 가능하게 하기 위해, 이들은 예시적인 실시예들에서의 구현을 참조하여 이하에 설명된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들은 설명된 시스템(system)들 또는 방법들에서의 사용으로 제한되지 않는다.
[0015] 다양한 실시예들을 구성하는 것으로서 이하에 설명된 구성요소들 및 재료들은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적이지 않은 것으로 의도된다. 본원에서 설명된 재료들과 동일한 또는 유사한 기능을 수행할 많은 적절한 구성요소들 및 재료들은 본 개시내용의 실시예들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
[0016] 브레이징(brazing)은, 충전제 재료의 존재 시에 둘 이상의 재료들을 일정 온도까지 가열함으로써 이러한 둘 이상의 재료들의 유착을 초래하는 프로세스로서 정의될 수 있으며, 충전제 재료는 접합될 재료들보다 더 낮은 용융점을 갖는다. 따라서, 충전제는 접합될 재료들보다 더 낮은 온도에서 액체화되어서, 영구 결합을 형성하기 위하여 상기 재료들의 정합 표면들을 적절히 덮는다. 용접과는 대조적으로, 브레이징은, 비금속을 용융시키지 않고 다른 재료의 표면과의 결합을 가능하게 한다. 최근 몇 년간 고온 구성요소들 상에 브레이징할 능력이 크게 개선되어서, 브레이징이 냉각식 터빈 구성요소 상에 열 전달 피처들을 통합시키기 위한 더욱 이상적인 방법이 되었다. 예컨대, 충전제 재료들을 갖는 개선된 분말 조성물(composition)들과 같이, 당업자가 브레이징할 수 있는 재료들이 증가하였다. 충전제 재료의 용융점이 고온 구성요소의 용융점보다 훨씬 더 낮을 수 있기 때문에, 브레이징은 고온 구성요소들에 대해 잘 수행되며, 초합금 재료들과 같은 고온 구성요소들의 경우, 고온 구성요소의 비금속의 무결성이 유지되도록, 구성요소를 용융시키지 않는 것이 유리할 수 있다.
[0017] 이제, 제시(showing)들이 본원의 발명의 요지의 실시예들을 예시하는 목적들만을 위한 것이고, 이러한 본원의 발명의 요지의 실시예들을 제한하기 위한 것이 아닌 도면들을 참조하면, 도 1은 복수의 열 전달 피처들(20)이 통합된 박막(10) 또는 시트(sheet)의 실시예를 예시한다. 열 전달 피처들(20)을 포함하는 박막(10)은 구성요소의 냉각에 활용될 수 있다. 구성요소는 예컨대, 터빈 동작 동안 고온 가스들의 흐름에 노출되는 가스 터빈 구성요소일 수 있다. 실시예에서, 막(10)은 구성요소의 표면을 따를 수 있다. 박막(10)을 구성요소의 표면에 부착하는 것은 브레이즈 프로세스를 통해 달성될 수 있다.
[0018] 막을 박막으로서 구별하는 막의 두께(t)는, 박막이 부착되어 있는 표면을 따르기에 충분히 이 박막이 유연할 수 있게 하는 두께이다. 막 두께(t)는 구성요소의 표면 재료의 강성, 결합에 필요한 최소 브레이즈 두께, 및 막이 결합되어 있는 표면의 기하학적 구조에 따라 변할 것이다. 열 전달 피처들의 베이스(base)로부터 구성요소의 표면까지 측정되는 막 두께(t)는 0.1-5 mm의 범위에 있을 수 있다. 이들 두께들은 예시적인 목적들만을 위한 것이며, 제한적인 것으로 여겨지지 않는다.
[0019] 예시된 실시예에서, 복수의 열 전달 피처(들)(20)는 핀-형상(pin-shape)을 포함하고, 막(10)의 표면 상에 어레이(array)로 형성된다. 그러나, 열 전달 피처들(20)은 막(10)이 부착될 수 있는 구성요소의 냉각 요건들에 따라 다양한 형상들일 수 있다. 예컨대, 열 전달 피처(들)의 형상은 핀(pin)들, 물결들, 셰브런(chevron)들, 스파이크(spike)들, 리브(rib)들 및 지느러미(fin)들을 포함할 수 있다. 이들 열거된 형상들은 예시적인 목적들만을 위한 것이며, 제한적인 것으로 여겨지지 않는다.
[0020] 열 전달 피처(20)를 포함하는 막(10)이 별개의 구성요소이고, 구성요소 안으로 주조되는 것이 아니라, 구성요소에 부착되기 때문에, 열 전달 피처(20)는, 자신이 부착될 특정 구성요소 및 이 구성요소의 냉각 요건들에 대해 맞춤화될 수 있다. 부가적으로, 예컨대, 터빈 구성요소로부터 박막(10)을 간단히 제거함으로써, 열 전달 피처를 갖는 브레이징된(brazed) 막을 교환하는 것이 비교적 쉽다. 이 능력을 가지면, 열 전달 피처(20)는 터빈 구성요소의 설계 및 터빈 구성요소가 노출되는 동작 환경에 대해 최적화될 수 있다.
[0021] 열 전달 피처(20)의 최적화는 다양한 수단을 사용하여 달성될 수 있으며, 다양한 수단 중 몇몇만이 여기서 논의될 것이다. 실시예에서, 최적화는 열 전달 피처(20)의 형상 및/또는 크기를 변화시키는 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 단일 열 전달 피처(20) 또는 복수의 열 전달 피처들(20)이 박막(10) 상에 통합될 수 있다. 열 전달 피처(20)의 형상은 다양한 형상들로부터 선택될 수 있다. 위에서 논의된 형상들에 부가하여, 당업자는 열 전달 피처의 최적화를 위해 다수의 다른 형상들 및 크기들이 이용가능할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 실시예에서, 복수의 열 전달 피처들(20) 사이의 간격은 변화될 수 있다. 추가 실시예에서, 박막(10)의 재료는 박막(10)이 부착될 구성요소의 설계 요건들에 따라 변화될 수 있다. 추가 실시예에서, 박막(10) 상에서의 열 전달 피처의 위치는 터빈 구성요소의 열 전달을 최적화하도록 변화될 수 있다.
[0022] 실시예에서, 냉각식 터빈 구성요소는 블레이드, 베인 또는 베인 인서트와 같은 터빈 구성요소일 수 있다. 그러나, 냉각식 터빈 구성요소는 또한, 링 세그먼트(ring segment), 연소 바스켓(basket), 연소 전이부 등과 같은 다른 터빈 구성요소들일 수 있다. 베인의 냉각을 가능하게 하기 위하여, 베인 인서트들이 중공 베인 에어포일의 내부 표면에 고정될 수 있다.
[0023] 도 2를 참조하면, 가스 터빈 엔진을 위한 터빈 구성요소가 고정식 터빈 베인(30)의 형태로 도시된다. 베인(30)은 외벽(34) 및 내벽(33)을 갖는 바디(body)(35)를 가지는 신장형 에어포일을 포함한다(도 3). 베인(30)은 또한, 베인(30)의 제1 단부에 외부 슈라우드(shroud)(39), 및 베인(30)의 제2 단부에, 플랫폼(platform)으로서 또한 알려진 내부 슈라우드(38)를 포함할 수 있다. 베인(30)은 가스 터빈 엔진에 사용되도록 구성될 수 있다. 베인의 바디(35)는, 베인(30)의 냉각을 위해 냉각 유체가 흐를 수 있게 하는 하나 이상의 중공 포켓들(37)을 형성할 수 있다. 실시예에 따르면, 예시된 베인(30)은 베인 인서트(40)를 포함한다. 설명의 용이함을 위해, '인서트'란 단수의 용어가 사용되지만, '인서트'란 용어가 하나 이상의 인서트들을 지칭할 수 있다는 것이 인식된다. 예시된 바와 같이, 인서트(40)는 베인(30)의 내부에 있는 중공 포켓(37) 안으로 삽입될 수 있다. 도 2에서 도시된 실시예에서, 박막(10)은 베인(30)의 내벽(33)에 부착될 것이다. 대안적인 실시예에서, 얇은 시트(10)는 베인의 내벽(33)의 맞은편 베인 인서트(40)의 외부 표면에 브레이즈를 통해 부착될 수 있다.
[0024] 도 3은 도 2에서 도시된 베인의 에어포일(35)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 에어포일(35)의 바디는 외벽(34) 및 내벽(33)을 포함한다. 리브(41)에 의해 분리된 베인의 내부에 2 개의 중공 포켓들(37)이 도시된다. 베인 인서트들(40)은, 도시된 바와 같이, 이들 중공 포켓들(37) 안으로 삽입될 수 있다. 도 3은 또한, 베인(30)과 인서트(40) 사이의, 베인(30)의 내벽(33)의 표면에 부착된 박막(10)을 도시한다. 박막(10)은 브레이즈 재료를 통해 내벽(33)에 부착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 박막(10)은 베인의 만곡된 내벽(33)의 표면을 따른다. 박막(10)에 통합된 열 전달 피처(20)는 박막(10)의 표면으로부터 중공 포켓(37)의 내부로 연장되는, 다양한 높이들의 스파이크들로서 도시된다. 터빈 동작 동안, 베인(30)의 열 전달을 개선시키기 위하여, 중공 포켓들(37)을 통해 흐르는 공기는 열 전달 피처들(20)에 의해 베인(30)의 외부 부분으로 지향된다. 실시예에서, 베인 인서트(40)는 복수의 홀(hole)들(42)을 포함하고, 이러한 복수의 홀들(42)은 공기의 흐름을 박막(10)의 열 전달 피처들(20)을 가로질러 지향시킨다.
[0025] 실시예에서, 박막(10)은 시트로 형성될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 다른 실시예에서, 박막(10)은 터빈 블레이드 또는 베인과 같은 냉각식 터빈 구성요소의 재료와 동일한 재료 또는 유사한 재료인 재료일 수 있다. 냉각식 터빈 구성요소들은 초합금 또는 니켈-기반 합금, 이를테면, CM 247, IN939, IN617, IN735, IN718, IN625, Haynes282, Haynes 230, Hast-X 및 Hast-W로 형성될 수 있다. 더욱 일반적으로, 브레이징될 수 있는 임의의 재료가 냉각식 터빈 구성요소에 사용될 수 있다. 따라서, 냉각될 터빈 구성요소(30, 40) 상에 열 전달 피처들(20)을 브레이징함으로써, 열 전달 피처(20)에 사용되는 재료의 유형은 열 전달 피처(20)의 열 전도성에 따라 변화될 수 있다.
[0026] 실시예에서, 접합될 모재 및 충전제 재료 둘 모두를 포함하는 브레이즈 혼합물은 고융점 모재 대 저융점 구성성분들의 비(ratio)들을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 일부 저융점 구성성분들은 Amdry™775, Co22, Co33, Bf4B 및 BRB이다. 고융점 내지 저융점의 값들은 10/90(wt.%) 혼합물들부터 90/10(wt.%) 혼합물들까지(이러한 90/10(wt.%) 혼합물들을 포함함) 변할 수 있다. 고융점 내지 저융점의 값들은 10/90(wt.%) 혼합물들부터 90/10(wt.%) 혼합물들까지(이러한 90/10(wt.%) 혼합물들을 포함함) 변할 수 있다.
[0027] 실시예에서, 박막(10)은, 재료의 시트 상에 열 전달 피처들(20)을 용접하는 것, 적층식 제조, 압연, 스탬핑(stamping), 기계가공, 워터 제팅(water jetting), 레이저(laser) 기계가공, 통상 기계가공 및 통상적이지 않은 기계가공(전기 방전 기계가공(EDM; Electrical Discharge Machining), 전기-화학 기계가공(ECM; Electro-Chemical Machining)), 및 통합된 피처들을 갖는 박막(10)을 주조하는 것을 포함하는 다양한 프로세스들에 의해 형성될 수 있다.
[0028] 도 1-도 3을 참조하면, 터빈 구성요소(30, 40)를 냉각시키기 위한 방법이 또한 제공된다. 방법은, 위에서 설명된 바와 같은, 구성요소 표면을 갖는 터빈 구성요소(30, 40)를 제공하는 단계들을 포함한다. 브레이즈 프로세스를 통해, 열 전달 피처(20)를 포함하는 박막(10)이 터빈 구성요소 표면 상에 브레이징된다. 열 전달 피처(20)는, 터빈 구성요소(30, 40)가 고온 가스의 흐름에 노출될 때 가스 터빈 동작 동안 생성된 열을 포획하여서, 터빈 구성요소(30, 40)를 냉각시킨다.
[0029] 위에서 설명된 바와 같은, 열 전달 피처(20)를 포함하는 박막(10)을 최적화하기 위한 제안된 수단에 부가하여, 열 전달 피처(20)는 터빈 구성요소(30, 40) 주위의 고온 가스 흐름의 온도 및 고온 가스 흐름의 속도에 따라 최적화될 수 있다.
[0030] 실시예에서, 제안된 방법은 기존의 설치된 터빈 구성요소(30, 40)를 개장(retrofit)하기 위해 활용될 수 있다. 예컨대, 가스 터빈에 이미 설치된 터빈 구성요소(30, 40)에 열 전달 피처들(20)을 부가하기 위하여, 구성요소(30, 40)는 단지, 제거되며, 그리고 특정 터빈 구성요소 및 이 터빈 구성요소가 터빈 동작 동안 노출될 특정 동작 조건들에 대해 최적화된 열 전달 피처들을 부가함으로써 터빈 구성요소를 향상시키기 위하여 터빈 구성요소에 대해 이 방법이 수행될 필요가 있을 수 있다.
[0031] 추가 실시예에서, 제안된 방법은 터빈 구성요소(30, 40) 상의 현재의 브레이징된 얇은 시트(10)를, 현재의 열 전달 피처들과는 상이한 열 전달 피처들(20)을 갖는 다른 얇은 시트와 교환하기 위해 사용될 수 있다. 교환은, 현재의 브레이징된 얇은 시트(10)를 먼저 제거함으로써 달성될 수 있다. 현재의 브레이징된 얇은 시트(10)를 제거하는 것은 브레이징된 얇은 시트(10)를 열 처리하는 것 ―여기서, 브레이즈는 용융되지만, 얇은 시트 재료는 용융되지 않음― 을 수반할 수 있다. 선정된 열 처리는, 사용된 특정 충전제 재료 및 구성요소 재료에 기반할 것이다. 열 처리를 위한 온도는 원래의 브레이징 온도를 초과할 것이다. 그런 다음, 얇은 시트(10)는 터빈 구성요소(30, 40)로부터 제거될 수 있다. 그런 다음, 상이한 열 전달 피처들(20)을 갖는 다른 브레이징된 얇은 시트(10)가, 제안된 방법에 따라 터빈 구성요소(30, 40) 상에 브레이징될 수 있다.
[0032] 제안된 구성요소 및 방법은 특정 터빈 구성요소의 냉각 요건들에 대해 열 전달 피처들을 최적화하는 능력에 의해 구성요소의 개선된 열 전달 능력의 장점을 제공한다. 열 전달 피처들이 구성요소에 영구적으로 주조되지 않기 때문에, 예컨대 냉각 요건들이 변경됨에 따라, 열 전달 피처들은 변경될 수 있다. 부가적으로, 수리 동안, 기존의 구성요소들이 브레이징된 막으로 개장될 수 있다. 또한, 주조 대신에 터빈 구성요소 상에 열 전달 피처들을 브레이징하는 것은 터빈 구성요소 상으로의 열 전달 피처들의 통합을 위한 더욱 저렴한 옵션(option)이다.
[0033] 본 개시내용의 실시예들이 예시적인 형태들로 개시되었지만, 다음의 청구항들에서 제시된, 본 발명의 사상 및 범위 그리고 그 등가물들로부터 벗어나지 않고, 많은 수정들, 부가들 및 삭제들이 본 개시내용의 실시예들에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 터빈 엔진(turbine engine)의 냉각식 터빈 베인(vane)(30)으로서,
    신장형 중공 에어포일(airfoil)(35)을 포함하는 터빈 베인(30) ―상기 에어포일(35)은 내벽(33) 및 외벽(34)을 포함하고, 상기 터빈 베인(30)은 적어도 상기 터빈 엔진의 동작 동안 냉각을 필요로 함―;
    상기 에어포일(35)의 중공 포켓(pocket)(37) 안으로 삽입되고, 상기 터빈 베인(30)의 플랫폼(platform)(38)에 부착된 베인 인서트(insert)(40); 및
    열 전달 피처(feature)(20) 내의 브레이즈드(brazed)
    를 포함하고,
    상기 브레이즈드는 열 전달 피처(20)를 포함하는 박막(10)을 포함하고, 상기 열 전달 피처(20)는 상기 박막(10)의 표면에 통합되고, 상기 박막(10)은 상기 냉각식 터빈 베인(30)의 상기 내벽(33)의 표면을 따를(conforming) 수 있으며,
    상기 박막(10)이 상기 터빈 베인(30)과 상기 베인 인서트(40) 사이에 있도록, 상기 박막(10)은 브레이즈(braze) 재료를 통해 상기 내벽(33)의 표면에 부착되며,
    상기 베인 인서트(40)는 공기의 흐름을 상기 박막(10)의 상기 열 전달 피처(20)를 가로질러 지향시키는 복수의 홀(hole)들을 포함하는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전달 피처(20)는 상기 냉각식 터빈 베인(30)의 설계 및 상기 냉각식 터빈 베인(30)의 특정 냉각 요건들에 대해 최적화되는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  3. 제2 항에 있어서,
    복수의 열 전달 피처들(20)
    을 더 포함하는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 열 전달 피처(20)는,
    상기 열 전달 피처(20)의 형상을 변화시키는 것,
    상기 열 전달 피처(20)의 크기를 변화시키는 것,
    상기 복수의 열 전달 피처들(20) 사이의 간격을 변화시키는 것,
    상기 열 전달 피처(20)에 사용되는 재료의 유형을 변화시키는 것,
    냉각식 터빈 구성요소의 표면 상에서의 상기 열 전달 피처(20)의 위치를 변화시키는 것, 및
    이들의 조합들
    로 구성된 그룹(group)으로부터 선택되는 방법들에 의해 최적화되는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 열 전달 피처(20)의 형상은 핀(pin)들, 물결들, 셰브런(chevron)들, 스파이크(spike)들, 리브(rib)들 및 지느러미(fin)들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전달 피처(20)를 포함하는 상기 박막(10)은 적층식 제조, 용접, 주조, 압연, 스탬핑(stamping), 기계가공, 워터 제팅(water jetting), 및 통상적인 기계가공, 통상적이지 않은 기계가공 및 레이저(laser) 기계가공으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 프로세스(process)에 의해 형성되는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 박막(10)의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm의 범위에 있는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 열 전달 피처들(20)은 상기 박막(10)의 상기 표면 상에 어레이(array)로 형성되는,
    터빈 엔진의 냉각식 터빈 베인(30).
  9. 냉각식 터빈 베인 조립체로서,
    신장형 중공 에어포일(airfoil)(35)을 포함하는, 터빈 엔진의 터빈 베인(30) ―상기 에어포일(35)은 적어도 상기 터빈 엔진의 동작 동안 냉각을 필요로 하는 내벽(33) 및 외벽(34)을 포함함―;
    상기 에어포일(35)의 중공 포켓(37) 안으로 삽입되고, 상기 내벽(33)에 고정되며, 그리고 상기 터빈 베인(30)의 플랫폼에 부착된 베인 인서트(40); 및
    열 전달 피처(20)를 포함하는 박막(10)
    을 포함하고,
    상기 열 전달 피처(20)는 상기 박막(10)의 표면에 통합되고, 상기 박막(10)은 상기 터빈 베인(30)의 표면을 따르며,
    상기 박막(10)이 상기 터빈 베인과 상기 베인 인서트(40) 사이에 있도록, 상기 박막(10)은 브레이즈 재료를 통해 상기 냉각식 터빈 베인의 상기 내벽의 표면에 부착되며,
    상기 열 전달 피처(20)는 상기 터빈 베인(30)으로부터의 열 전달을 개선시키기 위하여 공기의 흐름을 상기 터빈 베인(30)의 외부로 지향시키며,
    상기 베인 인서트는 상기 공기의 흐름을 상기 박막(10)의 상기 열 전달 피처를 가로질러 지향시키기 위한 복수의 홀들을 포함하는,
    냉각식 터빈 베인 조립체.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 열 전달 피처(20)는 상기 터빈 베인(30)의 설계 및 상기 터빈 베인(30)의 특정 냉각 요건들에 대해 최적화되는,
    냉각식 터빈 베인 조립체.
  11. 터빈 엔진의 터빈 구성요소(30)를 냉각시키기 위한 방법으로서,
    상기 터빈 엔진에 터빈 베인(30)을 배치하는 단계 ―상기 터빈 베인(30)은 신장형 중공 에어포일(35)을 포함하고, 상기 에어포일(35)은 적어도 상기 터빈 엔진의 동작 동안 냉각을 필요로 하는 내벽(33) 및 외벽(34)을 포함함―;
    상기 에어포일(35)의 중공 포켓(37) 안으로 베인 인서트(40)를 삽입하는 단계 ―상기 베인 인서트(40)는, 상기 내벽(33)에 고정되고 상기 터빈 베인(30)의 플랫폼(38)에 부착됨―;
    브레이즈 재료를 통해, 열 전달 피처(20)를 포함하는 박막(10)을 상기 내벽(33)의 표면 상에 브레이징(brazing)하는 단계; 및
    상기 베인 인서트(40)에 포함된 복수의 홀들에 의해, 공기의 흐름을 상기 박막(10)의 상기 열 전달 피처(20)를 가로질러 지향시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 열 전달 피처(20)는, 상기 터빈 베인(30)이 고온 가스(hot gas) 흐름에 노출될 때 터빈 동작 동안 생성된 열을 포획하여서, 상기 터빈 베인(30)을 냉각시키는,
    터빈 엔진의 터빈 구성요소(30)를 냉각시키기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 터빈 구성요소(30)의 설계 및 상기 터빈 구성요소(30)의 특정 설계 요건들에 대해 상기 열 전달 피처(20)를 최적화하는 단계
    를 더 포함하는,
    터빈 엔진의 터빈 구성요소(30)를 냉각시키기 위한 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 열 전달 피처(20)는 상기 터빈 베인(30) 주위의 상기 고온 가스 흐름의 온도 및 상기 고온 가스 흐름의 속도에 따라 최적화되는,
    터빈 엔진의 터빈 구성요소(30)를 냉각시키기 위한 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 방법은 설치된 터빈 베인(30) 상에 상기 박막(10)을 개장(retrofit)하도록 수행되는,
    터빈 엔진의 터빈 구성요소(30)를 냉각시키기 위한 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    기존의 브레이징된(brazed) 막(10)을 열 처리함으로써, 브레이징된 막(10)을 상기 터빈 베인(30)으로부터 제거하는 단계, 및
    브레이징(brazing)을 통해, 상기 제거된 브레이징된 막(10)을 추가 박막(10)으로 대체하는 단계
    를 더 포함하는,
    터빈 엔진의 터빈 구성요소(30)를 냉각시키기 위한 방법.
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