KR102432493B1 - 다중 벽 블레이드를 위한 플랫폼 코어 공급부 - Google Patents

다중 벽 블레이드를 위한 플랫폼 코어 공급부 Download PDF

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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

다중 벽 블레이드(6) 및 플랫폼(3)을 포함하는 터보기계 블레이드(2)용 냉각 시스템을 개시하며, 이 냉각 시스템은, 중앙 캐비티(26)와 복수의 외측 캐비티(18, 20, 22, 24)를 포함하는, 상기 다중 벽 블레이드(6)를 위한 냉각 회로(30)로서, 중앙 캐비티(26)는 냉각 회로(30)의 중간 통로를 포함하며, 냉각 공기(32)의 흐름이 복수의 외측 캐비티(12, 20, 22, 24) 중 제1 외측 캐비티를 통해 냉각 회로(30) 내로 공급되는 것인, 냉각 회로(30); 및 복수의 외측 캐비티(12, 20, 22, 24) 중 제2 외측 캐비티를 플랫폼(3)의 플랫폼 코어(54)에 유체 연통하게 연결하는 연결부(56)를 포함하며, 냉각 공기(32)의 흐름은 상기 연결부(56)를 통해 플랫폼(3)의 플랫폼 코어(54)로 보내진다.

Description

다중 벽 블레이드를 위한 플랫폼 코어 공급부{PLATFORM CORE FEED FOR A MULTI-WALL BLADE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 2016년 12월 21일자로 출원된 동시 출원 계속 중의 미국 특허 출원 14/977,078; 14/977,102; 14/977,124; 14/977,152; 14/977,175; 14/977,200; 14/977,228 14/977,247 및 14/977,270과, 2016년 8월 18일자로 출원된 동시 출원 계속 중의 미국 특허 출원 15/239,968; 15/239,985; 15/5239,940 및 15/239,930에 관한 것이다.
본 개시는 일반적으로는 터빈 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다중 벽 블레이드를 위한 플랫폼 코어 공급부에 관한 것이다.
가스 터빈은 발전 등의 분야에서 광범위하게 이용되고 있는 터보기계의 일례이다. 통상의 가스 터빈 시스템은 압축기 섹션, 연소기 섹션 및 터빈 섹션을 포함한다. 가스 터빈 시스템의 작동 시에, 터빈 블레이드 등의 그 시스템 내의 다양한 부품들은 고온의 흐름에 노출되고, 이는 그 부품들이 고장 나게 할 수 있다. 그러한 고온 흐름은 일반적으로 가스 터빈 시스템의 증가된 성능, 효율 및 파워 출력을 가져오기 때문에, 가스 터빈 시스템이 증가된 온도에서 작동할 수 있도록 고온 흐름에 노출되는 부품들을 냉각시키는 것이 유리하다.
터빈 블레이드는 통상 복잡한 미로 같은 내부 냉각 채널을 포함하고 있다. 예를 들면, 가스 터빈 시스템의 압축기에 의해 제공되는 냉각 공기가 내부 냉각 채널을 통과해 터빈 블레이드로 보내질 수 있다.
다중 벽 터빈 블레이드 냉각 시스템은 내부 벽 근접 냉각 회로를 포함할 수 있다. 그러한 벽 근접 냉각 회로는 예를 들면 다중 벽 블레이드의 외벽에 인접한 벽 근접 냉각 채널을 포함할 수 있다. 벽 근접 냉각 채널은 통상 작으며, 이에 따라 유효한 냉각이 이루어지기에 충분한 속도를 여전히 유지하면서 보다 적은 냉각 흐름을 필요로 한다. 다중 벽 블레이드에 있어서 통상 크고 냉각 효율이 낮은 나머지 중앙 채널들은 냉각 공기의 소스로서 이용될 수 있고, "소모된" 냉각 흐름을 포집하고 다시 안내하여 다중 벽 블레이드에 있어서의 열 부하가 낮은 영역으로 재분배하는 하나 이상의 재사용 회로에 이용될 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국 특허출원공개공보 US 6,019,579 A (2000.02.01.)에 개시되어 있다.
본 개시의 제1 양태는, 다중 벽 블레이드와 플랫폼을 포함하는 터보기계 블레이드용 냉각 시스템을 제공한다. 다중 벽 블레이드를 위한 냉각 회로는, 중앙 캐비티와 복수의 외측 캐비티로서, 그 중앙 캐비티는 냉각 회로의 중간 통로를 포함하며, 냉각 공기의 흐름이 복수의 외측 캐비티 중 제1 외측 캐비티를 통해 냉각 회로 내로 공급되는 것인, 중앙 캐비티와 복수의 외측 캐비티; 및 복수의 외측 캐비티 중 제2 외측 캐비티를 플랫폼의 플랫폼 코어에 유체 연통하게 연결하는 연결부를 포함하며, 냉각 공기의 흐름은 연결부를 통해 플랫폼의 플랫폼 코어로 보내진다.
본 개시의 제2 양태는 터보기계를 제공하며, 이 터보기계는, 압축기 요소, 연소기 요소 및 터빈 요소를 포함하는 가스 터빈 시스템으로서, 터빈 요소는 복수의 터보기계 블레이드를 포함하며, 터보기계 블레이드 중 적어도 하나는 다중 벽 블레이드와 플랫폼을 포함하는 것인, 가스 터빈 시스템; 및 다중 벽 블레이드 내에 배치되고 중앙 캐비티와 복수의 외측 캐비티를 포함하는 냉각 회로로서, 그 중앙 캐비티는 냉각 회로의 중간 통로를 포함하며, 냉각 공기의 흐름이 복수의 외측 캐비티 중 제1 외측 캐비티를 통해 냉각 회로 내로 공급되는 것인, 냉각 회로; 및 복수의 외측 캐비티 중 제2 외측 캐비티를 플랫폼의 플랫폼 코어에 유체 연통하게 연결하는 연결부를 포함하며, 냉각 공기의 흐름은 연결부를 통해 플랫폼의 플랫폼 코어로 보내진다.
본 개시의 제2 양태는 발전 시스템을 제공하며, 이 발전 시스템은, 압축기 요소, 연소기 요소 및 터빈 요소를 포함하는 가스 터빈 시스템으로서, 터빈 요소는 복수의 터보기계 블레이드를 포함하며, 터보기계 블레이드 중 적어도 하나는 다중 벽 블레이드와 플랫폼을 포함하는 것인, 가스 터빈 시스템; 가스 터빈 시스템에 의해 구동되는 샤프트; 샤프트에 결합되어 전기를 생성하는 발전기; 다중 벽 블레이드 내에 배치되고 중앙 캐비티와 복수의 외측 캐비티를 포함하는 냉각 회로로서, 그 중앙 캐비티는 냉각 회로의 중간 통로를 포함하며, 냉각 공기의 흐름이 복수의 외측 캐비티 중 제1 외측 캐비티를 통해 냉각 회로 내로 공급되는 것인, 냉각 회로; 및 복수의 외측 캐비티 중 제2 외측 캐비티를 플랫폼의 플랫폼 코어에 유체 연통하게 연결하는 연결부를 포함하며, 냉각 공기의 흐름은 연결부를 통해 플랫폼의 플랫폼 코어로 보내진다.
본 개시의 예시한 양태들은 본 명세서에서 기술한 문제점 및/또는 논의하지 않은 기타 문제점을 해결한다.
본 개시의 상기한 특징은 물론 기타 특징들은 본 개시의 다양한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 고려한 본 개시의 다양한 양태들의 후속한 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 실시예에 따른 다중 벽 블레이드를 포함한 터보기계 블레이드의 사시도를 도시한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른, 도 1의 라인 X-X를 따라 취한 도 1의 다중 벽 블레이드의 단면도이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른, 압력측 냉각 회로를 나타내는 도 2의 단면도의 일부분을 도시하다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 도 3의 압력측 냉각 회로의 사시도이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 압력측 냉각 회로의 측면도이다.
도 6은 다양한 실시예에 따른, 압력측 냉각 회로를 나타내는 도 2의 단면도의 일부분을 도시하다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 도 6의 압력측 냉각 회로의 사시도이다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 가스 터빈 시스템의 개략도이다.
본 개시의 도면은 축척대로 도시한 것은 아니란 점을 유념해야 한다. 도면은 단지 본 개시의 전형적인 양태를 도시하고자 하는 것으로, 본 개시의 범위를 한정하는 것으로서 고려되어서는 안 될 것이다. 도면에서, 동일 도면 부호는 도면들 간에 동일 요소를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 본 개시는 일반적으로는 터빈 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다중 벽 블레이드를 위한 플랫폼 코어 공급부에 관한 것이다.
도면(예를 들면, 도 8 참조)에서, "A" 축선은 축방향을 나타낸다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "축방향" 및/또는 "축방향으로"란 용어는 터보기계(특히, 로터 섹션)의 회전 축선에 대해 실질적으로 평행한 축선 A를 따른 물체의 상대적 위치/방향을 가리킨다. 또한 본 명세서에서 사용하는 바와 같은, "반경방향" 및/또는 "반경방향으로"란 용어는 축선 A에 실질적으로 수직하고 단지 하나의 위치에서만 축선 A와 교차하는 축선 "r"(예를 들면, 도 1 참조)을 따른 물체의 상대적 위치/방향을 가리킨다. 추가로, "둘레방향" 및/또는 "둘레방향으로"란 용어는 축선 A를 둘러싸지만 어떠한 위치에서도 축선 A와 교차하지 않는 둘레방향 (c)를 따른 물체의 상대적 위치/방향을 가리킨다.
도 1을 살펴보면, 터보기계 블레이드(2)의 사시도가 도시되어 있다. 터보기계 블레이드(2)는 생크(4) 및 이 생크(4)에 결합되고 그로부터 반경방향 외측으로 연장하는 다중 벽 블레이드(6)를 포함한다. 다중 벽 블레이드(6)는 압력측(8), 그 반대쪽의 흡입측(10) 및 팁 영역(38)을 포함한다. 다중 벽 블레이드(6)는 또한 압력측(8)과 흡입측(10) 사이의 선단 에지(14)와, 압력측(8)과 흡입측(10) 사이에서 선단 에지(14)와는 반대쪽의 후미 에지(16)를 포함한다. 다중 벽 블레이드(6)는 압력측 플랫폼(5)과 흡입측 플랫폼(7)을 포함한 플랫폼(3)으로부터 반경방향으로 멀어지게 연장한다. 플랫폼(3)은 다중 벽 블레이드(3)와 생크(4) 간의 교차부 또는 전이부에 배치된다.
생크(4)와 다중 벽 블레이드(6)는 각각 하나 이상의 금속(예를 들면, 강, 강 합금 등)으로 이루어질 수 있고 종래의 기법에 따라 형성될 수 있다(예를 들면, 주조, 단조 또는 기타 기계 가공에 의해). 생크(4)와 다중 벽 블레이드(6)는 일체적으로 형성되거나(예를 들면, 주조, 단조, 3차원 프린팅 등에 의해), 개별 부품으로서 형성되어 그 후에 결합될 수도 있다(예를 들면, 용접, 브레이징, 본딩, 또는 기타 결합 기구를 통해). 다중 벽 블레이드(6)는 고정 블레이드(노즐)이거나 회전 가능 블레이드일 수 있다.
도 2는 도 1의 라인 X-X를 따라 취한 다중 벽 블레이드(5)의 단면도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 다중 벽 블레이드(6)는 복수의 내부 캐비티를 포함할 수 있다. 실시예에서, 다중 벽 블레이드(6)는 선단 에지 캐비티(18), 복수의 압력측(외측) 캐비티(20A 내지 20E), 복수의 흡입측(외측) 캐비티(22A 내지 22F), 복수의 후미 에지 캐비티(24A 내지 24C), 및 복수의 중앙 캐비티(26A, 26B)를 포함한다. 물론, 다중 벽 블레이드(6) 내의 캐비티(18, 20, 22, 24, 26)의 개수는 예를 들면 다중 벽 블레이드(6)의 특정 구성, 사이즈, 의도한 용도 등에 따라 달리할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 개시하는 실시예에 도시한 캐비티(18, 20, 22, 24, 26)의 개수는 한정하고자 하는 것이 아니다. 실시예에 따르면, 다양한 냉각 회로가 캐비티(18, 20, 22, 24, 26)의 다양한 조합을 이용하여 제공될 수 있다.
실시예에 따른 사행식 냉각 회로(30)가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 냉각 회로(30)는 선단 에지(14)와 후미 에지(16) 사이에서 다중 벽 블레이드(6)의 압력측(8)에 인접하여 위치한다. 냉각 회로(30)는 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E) 및 중앙 캐비티(26B)에 의해 형성된다. 본 명세서에서는 냉각 회로(30)가 홀수 개의 압력측 캐비티와 중앙 캐비티를 포함하는 것으로 설명하지만, 유사한 냉각 회로가 홀수 개의 흡입측 회로와 중앙 캐비티를 이용하여 형성될 수도 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1과 함께 도 3 및 도 4를 참조하면, 예를 들면, 가스 터빈 시스템(102)의 압축기(104)(도 8 참조)에 의해 생성된 압축 공기(32)의 흐름이 생크(4)를 통해 압력측 캐비티(20E)의 베이스(34)로 공급된다(예를 들면, 적어도 하나의 냉각 공기 공급부를 통해). 냉각 공기(32)의 흐름은 압력측 캐비티(20E)를 통해 다중 벽 블레이드(6)의 팁 영역(38)(도 1 참조)을 향해 반경방향 외측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 전환부(36)가 냉각 공기(32)의 흐름을 압력측 캐비티(20E)에서부터 압력측 캐비티(20D) 내로 방향 전환한다. 냉각 공기(32)의 흐름은 압력측 캐비티(20D)를 통해 압력측 캐비티(20D)의 베이스(39)를 향해 반경방향 내측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 전환부(40)가 냉각 공기(32)의 흐름을 압력측 캐비티(20D)의 베이스(39)에서부터 중앙 캐비티(26B)의 베이스(42) 내로 방향 전환한다. 냉각 공기(32)의 흐름은 중앙 캐비티(26B)를 통해 다중 벽 블레이드(6)의 팁 영역(38)을 향해 반경방향 외측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 전환부(44)가 냉각 공기(32)의 흐름을 중앙 캐비티(26B)에서부터 압력측 캐비티(20C) 내로 방향 전환한다. 냉각 공기(32)의 흐름은 압력측 캐비티(20C)를 통해 압력측 캐비티(20C)의 베이스(46)를 향해 반경방향 내측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 압력측 캐비티(20C)를 통해 반경방향 내측으로 흐르는 냉각 공기(32)의 흐름은 냉각을 목적으로 플랫폼(3) 내로 보내질 수 있다. 실시예에 따르면, 전환부(36, 40, 44)(아래에서 설명하는 다른 전환부들도)는 공기 또는 임의의 가스를 다중 벽 블레이드(6) 내의 한 곳에서 다른 곳으로 보낼 수 있는 도관, 튜브, 파이프, 채널 및/또는 임의의 적절한 기구를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4로부터, 중앙 캐비티(26B)는, 냉각 공기(32)의 흐름의 유동 방향을 변경하는 데에 이용되는 냉각 회로(30)에 있어서의 중간 통로이라는 점을 알 수 있다. 냉각 회로(30)에서, 냉각 공기(32)의 흐름은, 압력측 캐비티(20E)(외측으로)→압력측 캐비티(20D)(내측으로)→중앙 캐비티(26B)(외측으로)→압력측 캐비티(20C)(내측으로)와 같은 냉각 경로를 따라 이동하다. 도 3 및 도 4로부터, 홀수 개의 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E)가 냉각 회로(30)에 포함된다는 점을 알 수 있다. 홀수 개의 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E)(본 실시예에서는 3개지만, 다른 실시예에서는 3개보다 많이 이용될 수도 있음)와, 중간 통로로서의 중앙 캐비티(26B)를 이용함으로써, 냉각 공기(32)의 흐름은 냉각을 목적으로 다중 벽 블레이드(6)의 플랫폼(3)의 코어(54)를 향해 그 내로 보내질 수 있다.
냉각 회로(30)에서, 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E)의 순서는, 다중 벽 블레이드(6)의 구성, 냉각 공기 공급부의 위치 등의 인자에 의존하여 달리할 수도 있다. 예를 들면, 냉각 공기(32)의 흐름은, 압력측 캐비티(20C)(외측으로)→중앙 캐비티(26B)(내측으로)→압력측 캐비티(20D)(외측으로)→압력측 캐비티(20E)(내측으로); 압력측 캐비티(20C)(외측으로)→압력측 캐비티(20D)(내측으로)→중앙 캐비티(26B)(외측으로)→압력측 캐비티(20E)(내측으로); 압력측 캐비티(20E)(외측으로)→압력측 캐비티(20C)(내측으로)→중앙 캐비티(26B)(외측으로)→압력측 캐비티(20D)(내측으로) 등과 같이 흐를 수 있다. 냉각 회로(30)의 상기한 실시예 각각에서, 냉각 공기(32)의 흐름은, 해당 순서에서의 최종 압력측 캐비티에서부터, 보다 일반적으로 말해, 그 순서에 있어서의 냉각 공기(3)의 반경방향 내향 흐름을 갖는 압력측 캐비티로터 플랫폼(3) 내로 보내진다. 냉각 공기(32)의 흐름이 압력측 캐비티에서 시작 및 종료되고 그 사이의 임의의 곳에서 중앙 캐비티에 공급되는 한, 압력측 캐비티의 임의의 순서가 이용될 수도 있다.
사행식 냉각 회로(130)를 포함한 다른 실시예가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 냉각 회로(130)는 선단 에지(14)와 후미 에지(16) 사이에서 다중 벽 블레이드(6)의 압력측(8)에 인접하여 위치한다. 냉각 회로(130)는 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E) 및 중앙 캐비티(26B)에 의해 형성된다. 본 명세서에서는 냉각 회로(130)가 홀수 개의 압력측 캐비티와 중앙 캐비티를 포함하는 것으로 설명하지만, 유사한 냉각 회로가 홀수 개의 흡입측 회로와 중앙 캐비티를 이용하여 형성될 수도 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
냉각 회로(130)에 있어서, 도 1과 함께 도 5 및 도 6을 참조하면, 예를 들면, 가스 터빈 시스템(102)의 압축기(104)(도 8 참조)에 의해 생성된 압축 공기(32)의 흐름이 생크(4)를 통해 중앙 캐비티(26B)의 베이스(42)로 공급된다(예를 들면, 적어도 하나의 냉각 공기 공급부를 통해). 냉각 공기(32)의 흐름은 중앙 캐비티(26B)를 통해 다중 벽 블레이드(6)의 팁 영역(38)(도 1 참조)을 향해 반경방향 외측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 전환부(132)가 냉각 공기(32)의 흐름을 중앙 캐비티(26B)에서부터 압력측 캐비티(20E) 내로 방향 전환한다. 냉각 공기(32)의 흐름은 압력측 캐비티(20E)를 통해 압력측 캐비티(20E)의 베이스(34)를 향해 반경방향 내측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 전환부(134)가 냉각 공기(32)의 흐름을 압력측 캐비티(20E)의 베이스(34)에서부터 압력측 캐비티(20D)의 베이스(39) 내로 방향 전환한다. 냉각 공기(32)의 흐름은 압력측 캐비티(20D)를 통해 다중 벽 블레이드(6)의 팁 영역(38)을 향해 반경방향 외측으로 흘러, 대류식 냉각을 제공한다. 전환부(136)가 냉각 공기(32)의 흐름을 압력측 캐비티(20D)에서부터 압력측 캐비티(20C) 내로 방향 전환한다. 냉각 공기(32)의 흐름은 압력측 캐비티(20C)를 통해 압력측 캐비티(20C)의 베이스(46)를 향해 반경방향 내측으로 보내져, 대류식 냉각을 제공한다. 역시 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 압력측 캐비티(20C)를 통해 반경방향 내측으로 흐르는 냉각 공기(32)의 흐름은 냉각을 목적으로 다중 벽 블레이드(6)의 플랫폼(3)의 코어(54) 내로 보내질 수 있다.
도 5 및 도 6으로부터, 중앙 캐비티(26B)가 냉각 회로(130)에서 공급 통로로서 기능한다는 점을 확인할 수 있다. 냉각 회로(130)에서, 냉각 공기(32)의 흐름은, 중앙 캐비티(26B)(외측으로)→압력측 캐비티(20E)(내측으로)→압력측 캐비티(20D)(외측으로)→압력측 캐비티(20C)(내측으로)와 같은 냉각 경로를 따라 이동하다. 냉각 회로(30)에서와 같이, 홀수 개의 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E)가 냉각 회로(130)에 포함된다. 홀수 개의 압력측 캐비티(20C, 20D, 20E)(본 실시예에서는 3개지만, 다른 실시예에서는 3개보다 많이 이용될 수도 있음)와, 공급 통로로서의 중앙 캐비티(26B)를 이용함으로써, 냉각 공기(32)의 흐름은 냉각을 목적으로 다중 벽 블레이드(6)의 플랫폼(3)의 코어(54)를 향해 그 내로 보내질 수 있다. 전술한 바와 같이, 냉각 공기(32)의 흐름이 중앙 캐비티에서 시작하여 압력측 캐비티에서 종료되는 한, 압력측 캐비티의 임의의 순서가 이용될 수 있다. 다른 가능한 순서는, 중앙 캐비티(26B)(외측으로)→압력측 캐비티(20C)(내측으로)→압력측 캐비티(20D)(외측으로)→압력측 캐비티(20E)(내측으로); 중앙 캐비티(26B)(외측으로)→압력측 캐비티(20C)(내측으로)→압력측 캐비티(20E)(외측으로)→압력측 캐비티(20D)(내측으로) 등을 포함한다. 냉각 회로(130)의 상기한 실시예 각각에서, 냉각 공기(32)의 흐름은, 해당 순서에서의 최종 압력측 캐비티에서부터, 보다 일반적으로 말해, 그 순서에 있어서의 냉각 공기(3)의 반경방향 내향 흐름을 갖는 압력측 캐비티로터 플랫폼(3) 내로 보내진다. 냉각 공기(32)의 흐름이 중앙 캐비티 내로 공급되고 압력측 캐비티에서 종료되는 한, 압력측 캐비티의 임의의 순서가 이용될 수 있다.
냉각 회로(30, 130)는 다중 벽 블레이드(6)의 블레이드 중간 영역에 이용하는 것에 대해 설명하였다. 하지만, 냉각 회로(30, 130)는 다중 벽 블레이드(6)의 다른 위치에 이용될 수도 있다. 예를 들면, 냉각 회로(30, 130)는 다중 벽 블레이드의 선단 에지 영역(압력측 및/또는 흡입측), 다중 벽 블레이드의 후미 에지(압력측 및/또는 흡입측) 등에 이용될 수도 있다.
냉각 회로(30, 130)는 가스 터빈의 작동 중에 회전하는 터보기계 블레이드(2)의 다중 벽 블레이드(6)에 이용하는 것에 대해 설명하였다. 하지만, 냉각 회로(30, 130)는 가스 터빈의 고정형 터빈 노즐 내를 냉각하는 데에 이용될 수도 있다. 게다가, 냉각 회로(30, 130)는 작동 중에 냉각 공기의 내부 흐름을 필요로 하는 기타 구조를 냉각하는 데에도 이용될 수 있다.
이하, 도 1, 도 3 및 도 4와 함께 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 다양한 실시예에 따른 냉각 회로(30)의 측면도이다. 도시한 바와 같이, 냉각 공기(32)의 흐름은 구멍(52)을 통과해 압력측 캐비티(20C)로부터 플랫폼 코어(54) 내로 보내질 수 있다. 대안적으로, 냉각 공기(32)의 흐름은 통로(56)를 통과해 압력측 캐비티(20C)로부터 플랫폼 코어(54) 내로 보내질 수 있다. 플랫폼(3)은 압력측 플랫폼(5) 및/또는 흡입측 플랫폼(7)을 포함할 수 있다. 냉각 공기(32)의 흐름은 플랫폼(3)의 냉각 막(cooling film)을 제공하도록 적어도 하나의 막 개구(60)를 통해 플랫폼 코어(54)로부터 냉각 막(58)으로서 빠져나갈 수 있다. 냉각 공기(32)의 흐름을 플랫폼 코어(54)로 안내하는 다른 기법이 이용될 수도 있다. 상기한 실시예는 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 8은 본 발명에서 이용될 수 있는 바와 같인 가스 터보기계(103)의 개략도를 도시한다. 가스 터보기계(102)는 압축기(104)를 포함할 수 있다. 압축기(104)는 공기(106)의 유입 흐름을 압축한다. 압축기(104)는 압축 공기(108)의 흐름을 연소기(110)에 급송한다. 연소기(110)는 압축 공기(108)의 흐름과 가압 연료(112)의 흐름을 혼합하여, 그 혼합물을 점화함으로써 연소 가스(114)의 흐름을 생성한다. 단일 연소기(110)만이 도시되어 있지만, 가스 터보기계(102)는 임의의 개수의 연소기(110)를 포함할 수 있다. 연소 가스(114)의 흐름은 또한 복수의 터보기계 블레이드(2)(도 1 참조)를 포함하는 터빈(116)에 급송된다. 연소 가스(114)의 흐름은 터빈(116)을 구동하여 기계적 일을 생성한다. 터빈(116)에서 생성된 기계적 일은 샤프트(118)를 통해 압축기(104)를 구동하며, 발전기 등의 외부 부하(120)를 구동하는 데에 이용될 수 있다.
다양한 실시예에서, 서로 "결합되는" 것으로서 설명한 구성 요소들은 하나 이상의 인터페이스를 따라 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그 인터페이스들은 별개의 구성 요소들 간의 결합부를 포함할 수 있고, 다른 경우에는 그 인터페이스들은 확고하게(solidly) 및/또는 일체적으로 형성된 상호 연결부를 포함할 수 있다. 즉, 몇몇 경우에, 서로 "결합된" 구성 요소들은 단일의 연속한 부재를 형성하도록 동시에 형성될 수도 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 결합된 구성 요소들은 별개의 부재로서 형성되고, 그 후에, 공지의 프로세스(예를 들면, 파스닝, 초음파 용접, 본딩)를 통해 결합될 수 있다.
하나의 요소 또는 층이 다른 요소 "상에" 있거나, 그에 "맞물리거나", "연결되거나", 또는 "결합되는" 것으로 언급하는 경우, 그 요소는 다른 요소에 직접적으로 그 상에 있거나, 그에 맞물리거나, 연결되거나 결합될 수 있으며, 그 사이에 개재하는 요소가 존재할 수도 있다. 반면, 하나의 요소가 다른 하나의 요소에 "그 상에 바로" 있거나, "바로 맞물리거나", "바로 연결되거나", "바로 결합되는" 것으로서 언급한다면, 그 사이에 개재하는 요소 또는 층은 존재하지 않을 수 있다. 요소들 간의 관계를 기술하는 데에 이용되는 기타 용어도 동일한 식으로 해석되어야 한다(예를 들면, "사이"와 "사이에 바로", "인접"과 "바로 인접" 등). 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "및/또는"이란 용어는 나열된 관련 아이템들의 하나 이상의 임의의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 이용하는 용어들은 단지 특정 실시예를 설명하고자 하는 것이지, 본 개시를 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 이용하는 바와 같은 단수 형태 및 "상기"와 같은 표현은 문맥에서 달리 명확하게 나타내지 않는다면 복수의 형태도 포함하고자 한 것이다. 또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이란 용어는, 본 명세서에서 사용될 때에, 언급하는 특징, 정수, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재를 상술하는 것이지 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 공정, 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하진 않는다는 점을 이해할 것이다.
본 명세서에서 기술한 설명은 최상의 모드를 비롯한 발명을 개시함과 아울러, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여 어떠한 당업자라도 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 일례들을 이용하고 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해서 정해지고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적인 요소를 갖는 경우, 또는 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 별 차이가 없는 등가의 구조적인 요소를 포함하는 경우 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
2: 터보기계 블레이드 3: 플랫폼
4: 생크 5: 압력측 플랫폼
6: 다중 벽 블레이드 7: 흡입측 플랫폼
8: 압력측 10: 흡입측
14: 선단 에지 16: 후미 에지
18: 선단 에지 캐비티 20: 압력측 캐비티
22: 흡입측 캐비티 24: 후미 에지 캐비티
26: 중앙 캐비티 30: 냉각 회로
32: 냉각 공기 34: 베이스
36: 전환부 38: 팁 영역
39: 베이스 40: 전환부
42: 베이스 44: 전환부
46: 베이스 52: 구멍
54: 플랫폼 코어 56: 통로
58: 냉각 막 60: 막 개구
102: 가스 터보기계 104: 압축기
106: 공기 108: 압축 공기
110: 연소기 112: 연료
130: 냉각 회로 132: 전환부
134: 전환부
136: 전환부

Claims (15)

  1. 다중 벽 블레이드(6) 및 플랫폼(3)을 포함하는 터보기계 블레이드(2)용 냉각 시스템으로서:
    상기 다중 벽 블레이드(6)의 제1 측부에 인접하여 배치되는 제1 복수의 외측 캐비티와 상기 다중 벽 블레이드(6)의 제2 대향 측부에 인접하여 배치되는 제2 복수의 외측 캐비티 사이에 위치하는 중앙 캐비티(26)를 포함하는, 상기 다중 벽 블레이드(6)를 위한 냉각 회로(30)로서, 상기 다중 벽 블레이드(6)의 제1 측부와 제2 대향 측부는 다중 벽 블레이드(6)의 선단 에지(14) 및 후미 에지(16)로부터 연장되고, 상기 중앙 캐비티(26)는 상기 냉각 회로(30)의 중간 통로를 포함하며, 냉각 공기(32)의 흐름이 상기 제1 복수의 외측 캐비티 중 제1 외측 캐비티를 통해 상기 냉각 회로(30) 내로 공급되는 것인, 냉각 회로(30); 및
    상기 제1 복수의 외측 캐비티 중 제2 외측 캐비티를 상기 플랫폼(3)의 플랫폼 코어(54)에 유체 연통하게 연결하는 연결부(56)
    를 포함하며, 상기 냉각 공기(32)의 흐름은 상기 연결부(56)를 통해 상기 플랫폼(3)의 플랫폼 코어(54)로 보내지는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 외측 캐비티는 홀수 개의 외측 캐비티를 포함하는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중앙 캐비티(26)는 상기 냉각 공기(32)의 흐름의 유동 방향을 변경하도록 구성되는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유동 방향은 반경방향의 유동 방향을 포함하는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다중 벽 블레이드(6)의 제1 측부는 압력측(8)과 흡입측(10)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 냉각 회로(30)는 블레이드 중간 냉각 회로, 선단 에지 냉각 회로, 및 후미 에지 냉각 회로로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플랫폼 코어(54)로부터 상기 냉각 공기(32)를 냉각 막(cooling film)(58)으로서 배출하는 복수의 구멍을 더 포함하는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 냉각 공기(32)의 흐름은 상기 제1 복수의 외측 캐비티 중 제1 외측 캐비티를 통해 제1 반경방향으로 흐르며, 상기 냉각 공기(32)의 흐름은 상기 제1 복수의 외측 캐비티 중 제2 외측 캐비티를 통해 상기 제1 반경방향과는 반대인 제2 반경방향으로 흐르는 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 반경방향은 반경방향 외측 방향이며, 상기 제2 반경방향은 반경방향 내측 방향인 것인 터보기계 블레이드용 냉각 시스템.
  10. 터보기계로서:
    압축기 요소(104), 연소기 요소(110) 및 터빈 요소(116)를 포함하는 가스 터빈 시스템(102)으로서, 상기 터빈 요소(116)는 복수의 터보기계 블레이드(2)를 포함하며, 상기 터보기계 블레이드(2) 중 적어도 하나는 다중 벽 블레이드(6)와 플랫폼(3)을 포함하는 것인, 가스 터빈 시스템(102); 및
    상기 다중 벽 블레이드(6)의 제1 측부에 인접하여 배치되는 제1 복수의 외측 캐비티와 상기 다중 벽 블레이드(6)의 제2 대향 측부에 인접하여 배치되는 제2 복수의 외측 캐비티 사이에 위치하는 중앙 캐비티(26)를 포함하는, 상기 다중 벽 블레이드(6)를 위한 냉각 회로(30)로서, 상기 다중 벽 블레이드(6)의 제1 측부와 제2 대향 측부는 다중 벽 블레이드(6)의 선단 에지(14) 및 후미 에지(16)로부터 연장되고, 상기 중앙 캐비티(26)는 상기 냉각 회로(30)의 중간 통로를 포함하며, 냉각 공기(32)의 흐름이 상기 제1 복수의 외측 캐비티 중 제1 외측 캐비티를 통해 상기 냉각 회로(30) 내로 공급되는 것인, 냉각 회로(30); 및
    상기 제1 복수의 외측 캐비티 중 제2 외측 캐비티를 상기 플랫폼(3)의 플랫폼 코어(54)에 유체 연통하게 연결하는 연결부(56)
    를 포함하며, 상기 냉각 공기(32)의 흐름은 상기 연결부(56)를 통해 상기 플랫폼(3)의 플랫폼 코어(54)로 보내지는 것인 터보기계.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 복수의 외측 캐비티는 홀수 개의 외측 캐비티를 포함하는 것인 터보기계.
  12. 제10항에 있어서, 상기 중앙 캐비티(26)는 상기 냉각 공기(32)의 흐름의 유동 방향을 변경하도록 구성되는 것인 터보기계.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유동 방향은 반경방향의 유동 방향을 포함하는 것인 터보기계.
  14. 제10항에 있어서, 상기 다중 벽 블레이드의 제1 측부는 압력측(8)과 흡입측(10)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 터보기계.
  15. 제10항에 있어서, 상기 냉각 회로(30)는 블레이드 중간 냉각 회로, 선단 에지 냉각 회로, 및 후미 에지 냉각 회로로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 터보기계.
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