KR102492725B1 - 에어포일에서 충돌 공기를 재사용하기 위한 충돌 인서트, 충돌 인서트를 포함하는 에어포일, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

가스 터빈의 블레이드/베인의 에어포일용 충돌 인서트가 제공된다. 충돌 인서트는, 내벽의 내면에서의 내부 채널, 외벽의 외면에서의 외부 채널 및 외벽과 내벽 사이의 중간 채널을 형성하는, 외벽 및 내벽을 갖는 이중 벽형 섹션을 포함한다. 충돌 냉각 홀은 중간 채널의 냉각 공기를 사용하여 충돌 제트를 외부 채널로 분출하는 외벽에 제공된다. 충돌 인서트는, 충돌 후 외부 채널로부터 내부 채널로 냉각 공기를 유동시키기 위해, 중간 채널을 가로질러 외벽과 내벽 사이에서 연장되고, 외부 채널에서의 유입구 및 내부 채널에서의 유출구를 갖는 적어도 하나의 추출 덕트를 포함한다.

Description

에어포일에서 충돌 공기를 재사용하기 위한 충돌 인서트, 충돌 인서트를 포함하는 에어포일, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈{Impingement insert for re-using impingement air in an airfoil, airfoil comprising an Impingement insert, turbomachine component and a gas turbine having the same}

본 발명은 에어포일에서 충돌 공기를 재사용하기 위한 충돌 인서트, 충돌 인서트를 포함하는 에어포일, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이러한 충돌 인서트를 포함하는 터보머신 구성요소 또는 에어포일의 냉각에 관한 것이다.

터보머신은 냉각으로 이득을 받는 다양한 터보머신 구성요소를 포함하여, 구성요소의 작동 수명의 증가를 가져온다. 터보머신 구성요소를 냉각하면 착화 온도가 상승하여 전체 엔진 성능을 향상시킨다.

특정 터보머신 구성요소는 블레이드 또는 베인과 같은 에어포일을 구비한다. 에어포일은 내부 공간을 둘러싸고, 에어포일의 내부 공간을 통해 또는 에어포일의 내부 공간에 형성된 하나 이상의 냉각 채널을 통해 냉각 공기를 유동시킴으로써 내부적으로 또는 내부로부터 냉각된다.

터보머신 구성요소(이하, 블레이드 또는 베인으로도 지칭됨)는 일반적으로 에어포일 벽 및 에어포일 벽에 의해 형성되는 내부 공간을 갖는 에어포일(에어로포일로도 지칭됨)로 구성된다. 가스 터빈의 작동 중, 가스 터빈의 터빈 섹션의 에어포일은 고온 가스 경로에 위치되며 매우 높은 온도에 영향을 받는다. 그러므로, 에어포일에 냉각을 제공하기 위해, 하나 이상의 냉각 채널이 에어포일의 내부 공간에 형성된다. 에어포일의 전체 내부 공간은 일반적으로 에어포일의 길이 방향으로 연장되는 냉각 채널을 형성할 수 있다.

대안적으로, 에어포일은 그 내부에 에어포일의 압력측으로부터 흡입측으로 연장되어 기계적으로 에어포일을 강화하는 하나 이상의 웹을 포함할 수 있다. 웹은, 웹의 수에 따라, 에어포일의 내부 공간을 에어포일의 길이 방향을 따라 연장되는 하나 이상의 냉각 채널로 분할한다.

냉각 공기는 일반적으로 에어포일에 유입된 후 이러한 냉각 채널에서 에어포일의 길이 방향을 따라 흐른다. 에어포일의 이러한 내부 냉각의 향상은 가스 터빈의 효율 및/또는 에어포일의 구조적 무결성에 유익한 영향을 미칠 것이다.

예를 들어 냉각 채널에서 충돌 인서트를 사용하여 에어포일의 내면에 충돌 냉각을 사용하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 도 10은 종래의 충돌 인서트(80')를 도시하고 있다. 충돌 인서트(80')의 벽은 냉각 공기(5)가 흐르는 유동 채널을 형성한다. 충돌 인서트(80')의 벽은 에어포일 벽(101)의 내면과 대향하는 복수의 충돌 냉각 홀(85)을 포함한다. 유동 채널로부터의 냉각 공기는 충돌 냉각 제트(86)의 형태로 충돌 냉각 홀(85)로부터 외부로 향하여 에어포일 벽(101)의 내면에 충돌한다. 그 후, 충돌된 공기는 충돌 인서트(80')와 에어포일 벽(101) 사이의 공간에서 흐른다. 이는 충돌 인서트(80')와 에어포일 벽(101) 사이의 공간에서 흐르는 충돌된 공기의 유동 방향으로 하류에 있는 충돌 제트(86)에 대한 교차 흐름(5x)을 생성한다. 이는 에어포일 벽(101)의 이러한 하류 부분 또는 영역에서 냉각 효율을 감소시킨다. 그러므로, 이러한 교차 흐름을 줄이는 것이 바람직하다.

더 나아가, 가스 터빈의 구성요소의 냉각을 위해, 가스 터빈의 압축기 섹션으로부터의 공기의 일부는 추출되고 가스 터빈의 상이한 부분으로 안내되어 냉각 공기로 사용된다. 더 많은 냉각은 유익할 수 있으며 압축기로부터 더 많은 공기를 추출함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 냉각을 위해 압축기로부터 추출되는 공기의 양이 증가하면 연소에 이용 가능한 공기의 양이 의도치 않게 감소되어, 이는 가스 터빈의 효율에 악영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 예를 들어 제1 표면의 충돌 냉각을 위해 한 번 사용된 냉각 공기가 다른 표면을, 즉 제2 표면을, 냉각하기 위해, 예를 들어 제2 표면에 충돌할 수 있는 충돌 제트를 형성하기 위해 제1 표면에 사용된 후 재사용되기 위해 회수되거나 추출됨으로써, 재사용되는 경우에 유익할 것이다.

그러므로, 에어포일의 내부 냉각을 향상시키는 것이 유리하다.

한국공개특허 2019-0143625　(2019.12.31)

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 충돌 공기를 재사용하기 위한 충돌 인서트, 충돌 인서트를 포함하는 에어포일, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공한다.

위의 목적은 독립 청구항의 기술 요지에 의해, 특히 가스 터빈용 터보머신 구성요소용 인서트에 의해, 달성된다. 유리한 실시예는 종속 청구항에서 제공된다.

에어포일을 포함하는 이러한 터보머신 구성요소는 아래에서 블레이드로 예시되지만, 그 설명은 달리 명시되지 않는 한 베인과 같은 에어포일을 포함하는 다른 터보머신 구성요소에도 적용 가능하다.

본 기술의 제1 양태에서, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트가 제시된다.

터보머신 구성요소는 터빈의 블레이드 또는 베인과 같은 에어포일을 갖는 구성요소일 수 있다. 하나 이상의 냉각 채널은 터보머신 구성요소의 에어포일에 형성될 수 있다. 충돌 인서트는 냉각 채널의 내면에, 즉 에어포일 벽의 내면에, 충돌 제트를 제공하기 위해 이러한 냉각 채널에 삽입되거나 설치될 수 있다. 따라서, 본 기술은 또한 전술한 터보머신 구성요소를 구상한다.

이하, 인서트로도 지칭되는 충돌 인서트는 외벽 및 내벽을 갖는 이중 벽형 구조 또는 섹션을 포함한다.

이중 벽형 섹션의 내벽 및 외벽은 3개의 공간 분할부(내벽의 내면에 형성된 내부 채널, 외벽의 외면에 형성된 외부 채널, 및 외벽의 내면과 내벽의 외면 사이에 형성된 중간 채널)를 형성할 수 있다.

내부 채널은 충돌 인서트의 반대측에서의 벽에 의해 구속될 수 있다. 다시 말해서, 이중 벽형 섹션이 압력측에 존재하면, 반대측은 흡입측이 될 것이고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 충돌 인서트의 반대측에서의 벽은 또한 본 기술의 양태와 유사한 이중 벽형 섹션을 가질 수 있다. 대안적으로, 충돌 인서트의 반대측에서의 벽은 단지 단일 벽일 수 있다.

충돌 인서트는 외벽에 형성되고 충돌 제트를 외부 채널로 분출시키도록 구성된 복수의 충돌 냉각 홀을 포함한다. 충돌 제트는 중간 채널의 냉각 공기로 형성되거나 그로부터 형성된다. 다시 말해서, 중간 채널의 냉각 공기는 충돌 냉각 홀을 통해 외부 채널 내로 충돌 제트로서 분출된다.

충돌 인서트는 적어도 하나의 추출 덕트를 포함할 수 있다. 추출 덕트는 중간 채널을 가로질러 외벽과 내벽 사이에서 연장된다. 따라서, 적어도 하나의 추출 덕트는 중간 채널을 통해 공기를 안내한다. 따라서, 중간 채널로부터 충돌 냉각 홀에 유입되는 냉각 공기는 혼합되지 않거나 적어도 하나의 추출 덕트에 의해 안내되는 공기로부터 격리된다.

추출 덕트는 외벽에, 바람직하게는 외벽의 외면에 배치된, 유입구를 가질 수 있고, 인서트의 내벽에, 바람직하게는 내벽의 내면에 배치된, 유출구를 가질 수 있어, 냉각 공기는 추출 덕트를 통해 외부 채널로부터 내부 채널로 흐를 수 있다. 따라서, 추출 덕트는 외부 채널로부터 내부 채널로 냉각 공기를 추출하도록 기능한다.

따라서, 본 기술에 따르면, 에어포일에 제공된 냉각 공기는 충돌 인서트에, 특히 충돌 인서트의 이중 벽형 섹션에, 유입되어 중간 채널 내로 흐른 후, 충돌 냉각을 제공하기 위해 에어포일의 내면 상으로 충돌 제트로서 외부 채널로 분출된 다음, 외부 채널로부터 내부 채널로 추출 덕트에 의해 추출된다.

추출된 냉각 공기는 외부 채널과 대향하는, 또는 외벽의 외면에 인접하거나 이와 대향하는, 에어포일 벽의 내면을 냉각시키기 위해 외부 채널에서 한 번 사용되었을 수 있다.

바람직하게는, 그 후 이러한 추출된 냉각 공기는 에어포일 벽의 내면의 다른 부분 또는 섹션에 충돌 냉각을 제공하는 것과 같은 일부 추가 프로세스에 사용될 수 있다.

본 기술에 따르면, 추출 덕트의 유입구의 크기 및/또는 유출구의 크기는 충돌 냉각 홀의 크기보다 클 수 있다. 따라서, 추출 덕트를 통해 냉각 공기의 용이한 유동을 제공하면 추출 프로세스가 용이하게 된다.

인서트의 외벽은 코러게이션 형상을 가질 수 있다.

코러게이션 형상은 내벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 리세스 또는 트로프, 및 리세스 또는 트로프를, 즉 교대로, 개재하는 하나 이상의 돌출부 또는 리지를 포함할 수 있다. 충돌 냉각 홀 중 하나 이상은 리세스 또는 트로프 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 모든 리세스 또는 트로프에는 충돌 냉각 홀 중 하나 이상이 제공된다.

추출 덕트의 유출구는 하나 이상의 리지 또는 돌출부에 위치될 수 있다.

이중 벽형 섹션은 냉각 공기를 위한 적어도 하나의 주 유입구를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 주 유입구는 중간 채널의 유입구일 수 있다.

이중 벽형 섹션은 주 유입구를 통해 중간 채널로 수용된 냉각 공기가 충돌 냉각 홀을 통해 충돌 제트로서 분출된 후 추출 덕트를 통해 외부 채널로부터 내부 채널로 추출되도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 제1 양태의 제1 하위 양태에서, 주 유입구는 중간 채널의 상단측 및/또는 하단측에 배치될 수 있다. 상단측 및/또는 하단측은 충돌 인서트의 길이 방향을 따라 이격된 중간 채널의 측면 또는 영역으로 이해될 수 있다. 냉각 공기는 길이 방향을 따라 중간 채널에 유입될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 제1 양태의 제2 하위 양태에서, 적어도 하나의 주 유입구는 중간 채널의 측방향 측면에 배치될 수 있다. 측방향 측면은 충돌 인서트의 길이 방향에 평행하게 연장되는 것으로 이해될 수 있다. 냉각 공기는 길이 방향에 수직하게 중간 채널에 유입될 수 있다.

추가 예시적인 실시예에 따르면, 충돌 인서트는 제1 섹션 및 제2 섹션을 가질 수 있다. 제1 섹션은 전술한 제1 양태의 제1 하위 양태에 따른 것일 수 있고, 제2 섹션은 전술한 제1 양태의 제2 하위 양태에 따른 것일 수 있다.

제1 섹션의 주 유출구는 제2 섹션의 주 유입구에 유동적으로 연결될 수 있다.

제1 섹션의 주 유출구는 내부 채널의 유출구일 수 있다.

냉각 공기는 추출 덕트의 외면을 가로질러 흐르거나 통과할 수 있고, 이에 따라 추출 덕트는 길이 방향을 따라 또는 길이 방향에 수직하게 중간 채널에 유입되는 냉각 공기의 유동 방향에 대해 공기 역학적으로 성형될 수 있다. 단면은 원형, 난형, 및 타원형 중 하나를 가질 수 있다.

본 기술의 제2 양태에서, 가스 터빈용 터보머신 구성요소가 제공된다.

터보머신 구성요소는 에어포일의 내부 공간을 형성하는 에어포일 벽을 갖는 에어포일을 포함할 수 있다. 에어포일의 내부 공간에 적어도 하나의 냉각 채널이 형성될 수 있다. 충돌 인서트는 냉각 채널에 삽입될 수 있다. 충돌 인서트는 전술한 본 기술의 제1 양태에 따른 것일 수 있다. 외부 채널은 외벽의 외면과 에어포일 벽의 내면 사이에 형성될 수 있다.

터보머신 구성요소에서, 이중 벽형 섹션은 중간 채널에 형성된 주 유입구 및 내부 채널에 형성된 주 유출구를 포함할 수 있다.

외부 채널은 외벽의 충돌 냉각 홀과 추출 덕트의 유입구, 및 선택적으로 에어포일 벽에 존재할 수 있는 하나 이상의 필름 냉각 홀과 다른, 즉 이들 이외의, 폐쇄된 챔버일 수 있다. 다시 말해서, 외부 채널은 냉각 공기가 충돌 냉각 홀에 의해서만 유입될 수 있고, 즉 외부 채널로의 다른 공기 유입구가 존재하지 않고, 냉각 공기가 추출 덕트의 유입구를 통해서만 또는 선택적으로 존재할 수 있는 하나 이상의 필름 냉각 홀을 통해 유출될 수 있는, 즉 외부 채널로부터의 다른 공기 유출구가 존재하지 않는, 밀폐된 공간일 수 있다.

중간 채널은 외벽의 충돌 냉각 홀 및 이중 벽형 섹션의 주 유입구와 다른, 즉 이들 이외의, 폐쇄된 챔버일 수 있다. 다시 말해서, 중간 채널은 냉각 공기가 이중 벽형 섹션의 주 유입구를 통해서만 유입될 수 있고, 즉 중간 채널로의 다른 공기 유입구가 존재하지 않고, 냉각 공기가 충돌 냉각 홀을 통해서만 유출될 수 있는, 즉 중간 채널로부터의 다른 공기 유출구가 존재하지 않는, 밀폐된 공간일 수 있다.

내부 채널은 추출 덕트의 유출구 및 이중 벽형 섹션의 주 유출구와 다른, 즉 이들 이외의, 폐쇄된 챔버일 수 있다. 다시 말해서, 내부 채널은 냉각 공기가 추출 덕트의 유출구에 의해서만 유입될 수 있고, 즉 내부 채널로의 다른 공기 유입구가 존재하지 않고, 냉각 공기가 이중 벽형 섹션의 주 유출구를 통해서만 유출될 수 있는, 즉 내부 채널로부터의 다른 공기 유출구가 존재하지 않는, 밀폐된 공간일 수 있다.

에어포일 벽의 내면은 에어포일 벽의 내면으로부터 외벽의 외면을 향해 돌출된 추출 가이드를 포함할 수 있다. 에어포일 벽의 내면에 충돌한 후의 냉각 공기는 추출 가이드에 의해 추출 덕트의 유입구를 향해 안내된다.

본 기술의 제3 양태에 따르면, 가스 터빈이 제시된다. 가스 터빈은 본 기술의 제2 양태에 따른 터보머신 구성요소를 포함한다.

본 기술의 전술한 특성 및 다른 특징 및 이점 및 이를 달성하는 방식은 보다 명백해질 것이며, 본 기술 자체는 첨부된 도면과 함께 본 기술의 실시예의 다음 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 기술의 터보머신 구성요소가 통합된 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부를 단면도로 나타내고 있고;
도 2는 본 기술에 따른 블레이드로 예시된 본 기술에 따른 터보머신 구성요소의 예시적인 실시예를 포함하는 터보머신 조립체의 예시적인 실시예를 나타낸 사시도이고;
도 3은 본 기술의 충돌 인서트의 예시적인 위치를 개략적으로 나타낸 도 2의 라인 Y-Y에 따른 단면도이고;
도 4는 본 기술에 따른 충돌 인서트의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있고;
도 5는 도 4의 충돌 인서트의 M 부분(도 4에 도시됨)을 개략적으로 도시하고 있고;
도 6은 도 4의 충돌 인서트의 다른 N 부분(도 4에 도시됨)을 개략적으로 도시하고 있고;
도 7은 본 기술에 따른 충돌 인서트의 다른 예시적인 실시예의 섹션을 개략적으로 도시하고 있고;
도 8은 도 7의 섹션을 포함하는 본 기술에 따른 충돌 인서트의 예시적인 실시예의 더 큰 섹션을 개략적으로 도시하고 있고;
도 9는 본 기술의 추출 덕트의 유입구 및 충돌 홀의 상대적인 크기 및/또는 배향 및/또는 분포를 개략적으로 도시하고 있고;
도 10은 본 기술의 충돌 인서트의 비교 이해를 위해 종래의 충돌 인서트를 도시하고 있다.

이하, 본 기술의 전술한 특징 및 다른 특징을 상세히 설명한다. 도면을 참조하여 다양한 실시예를 설명하고, 유사한 참조 부호는 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하는 데 사용된다. 다음의 서술에서, 설명의 목적으로, 하나 이상의 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제시된다. 예시된 실시예는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것임을 유념할 수 있다. 이러한 실시예는 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있음이 명백할 수 있다.

도 1은 가스 터빈(10)의 일 예를 단면도로 나타내고 있다. 가스 터빈(10)은, 유동 직렬로, 유입구(12), 압축기 또는 압축기 섹션(14), 연소기 섹션(16), 및 터빈 섹션(18)을 포함할 수 있는 데, 이들은 일반적으로 유동 직렬로 배열되고 일반적으로 종 축 또는 회전 축(20)을 중심으로 그리고 이의 방향으로 배열된다. 가스 터빈(10)은 회전 축(20)을 중심으로 회전 가능하고 가스 터빈(10)을 통해 길이 방향으로 연장되는 샤프트(22)를 더 포함할 수 있다. 샤프트(22)는 터빈 섹션(18)을 압축기 섹션(14)에 구동 가능하게 연결할 수 있다.

가스 터빈(10)의 작동에서, 공기 유입구(12)를 통해 유입된 공기(24)는 압축기 섹션(14)에 의해 압축되어 연소 섹션 또는 버너 섹션(16)으로 전달된다. 버너 섹션(16)은 버너 플리넘(26), 하나 이상의 연소 챔버(28), 및 각 연소 챔버(28)에 고정된 적어도 하나의 버너(30)를 포함할 수 있다. 연소 챔버(28) 및 버너(30)는 버너 플리넘(26) 내부에 위치될 수 있다. 압축기(14)를 통과한 압축 공기는 디퓨저(32)로 유입되어 디퓨저(32)로부터 버너 플리넘(26)으로 배출될 수 있고, 버너 플리넘(26)으로부터 공기의 일부는 버너(30)로 유입되어 가스 또는 액체 연료와 혼합된다. 그 후, 공기/연료 혼합물은 연소되고, 연소로부터의 연소 가스(34) 또는 작동 가스는 연소 챔버(28)를 통과해서 트랜지션 덕트(17)를 지나 터빈 섹션(18)으로 이송된다.

이러한 예시적인 가스 터빈(10)은 연소기 캔(19)의 환형 어레이에 의해 구성되는 캐뉼러 연소기 섹션 배열체(16)를 구비할 수 있고, 연소기 캔(19) 각각은 버너(30) 및 연소 챔버(28)를 가지며, 트랜지션 덕트(17)는 연소 챔버(28)와 인터페이스하는 일반적인 원형 유입구 및 환형 세그먼트의 형태로 이루어진 유출구를 갖는다. 트랜지션 덕트 유출구의 환형 어레이는 연소 가스를 터빈(18)으로 이송하기 위해 환형 공간을 형성할 수 있다.

터빈 섹션(18)은 샤프트(22)에 부착된 다수의 블레이드 지지 디스크(36)를 포함할 수 있다. 본 예시에서, 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이를 각각 지지하는 두 디스크(36)가 도시되어 있다. 그러나, 블레이드 지지 디스크의 수는 상이할 수 있는 데, 즉 오직 하나의 디스크 또는 2개보다 많은 디스크가 있을 수 있다. 또한, 가스 터빈(10)의 스테이터(42)에 고정된 안내 베인(40)은 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이의 단 사이에 배치될 수 있다. 유입 안내 베인(44)은 연소 챔버(28)의 출구와 리딩 터빈 블레이드(38) 사이에 제공될 수 있고 작동 가스의 유동을 터빈 블레이드(38)로 전환시킬 수 있다.

연소 챔버(28)로부터의 연소 가스는 터빈 섹션(18)으로 유입되고, 결과적으로 샤프트(22)를 회전시키는 터빈 블레이드(38)를 구동한다. 안내 베인(40, 44)은 터빈 블레이드(38) 상의 연소 또는 작동 가스의 각도를 최적화하는 역할을 한다.

터빈 섹션(18)은 압축기 섹션(14)을 구동한다. 압축기 섹션(14)은 축 방향 일련의 베인 단(46) 및 로터 블레이드 단(48)을 포함한다. 로터 블레이드 단(48)은 블레이드의 환형 어레이를 지지하는 로터 디스크를 포함할 수 있다. 압축기 섹션(14)은 또한 로터 단을 둘러싸고 베인 단(48)을 지지하는 케이싱(50)을 포함할 수 있다. 가이드 베인 단은 케이싱(50)에 장착되는 방사상 연장 베인의 환형 어레이를 포함할 수 있다. 베인은 주어진 가스 터빈 작동 지점에서 블레이드에 대해 최적의 각도로 가스 유동을 제시하기 위해 제공된다. 가이드 베인 단의 일부는 가변 베인을 가질 수 있으며, 베인의 각도는, 그 자신의 종 축을 중심으로, 서로 다른 가스 터빈 작동 조건에서 일어날 수 있는 기류 특성에 따라 각도에 맞게 조정될 수 있다. 케이싱(50)은 압축기(14)의 통로(56)의 방사상 외면(52)을 형성할 수 있다. 통로(56)의 방사상 내면(54)은 블레이드(48)의 환형 어레이에 의해 부분적으로 형성될 수 있는 로터의 로터 드럼(53)에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.

단일, 다단 압축기 및 단일, 하나 이상 단의 터빈을 연결하는 단일 샤프트 또는 스풀을 갖는 전술한 예시적인 가스 터빈을 참조하여 본 기술을 설명한다. 그러나, 본 기술은 2개 또는 3개의 샤프트 가스 터빈에 동일하게 적용될 수 있으며 산업, 항공, 또는 해양 적용 분야에 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

상류 및 하류란 용어는 달리 언급되지 않는 한 가스 터빈을 통과하는 기류 및/또는 작동 가스 유동의 유동 방향을 지칭한다. 전방 및 후방이란 용어는 달리 언급되지 않는 한 가스 터빈을 통과하는 가스의 일반적인 유동을 지칭한다. 축 방향, 반경 방향, 및 원주 방향이란 용어는, 달리 언급되지 않는 한, 가스 터빈의 회전 축(20)을 참조하여 이루어진다.

본 기술에서, 예를 들어 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 에어포일(100)을 포함하는 터보머신 구성요소가 제시된다. 본 기술의 터보머신 구성요소는, 달리 명시되지 않는 한, 전술한 가스 터빈(10)의 블레이드(38)일 수 있다. 본 기술의 터보머신 구성요소는, 달리 명시되지 않는 한, 전술한 가스 터빈(10)의 베인(40, 44)일 수 있다. 이하, 단순성 및 간결성을 위해 달리 명시되지 않는 한 제한되지 않도록 터보머신 구성요소가 예시되고 가스 터빈의 블레이드로도 지칭되었으나, 본 기술에 따른 터보머신 구성요소는 본 기술에 따른 에어포일을 포함하는 다른 터보머신 구성요소일 수 있다.

도 2 및 3은 가스 터빈(10)의 블레이드(38)로 예시된 터보머신 구성요소의 일 예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 2는 터보머신 조립체의 일 예를 개략적으로 도시하고 있다. 조립체는 로터 디스크(36)에 배열된 터보머신 구성요소로서 터빈 블레이드(38)를 포함할 수 있다. 터빈 블레이드(38)는 플랫폼(200), 에어포일(100), 및 선택적으로 루트(300)를 포함할 수 있다. 블레이드(38)는 루트(300)를 통해 디스크(36)에 고정 또는 장착될 수 있다.

터보머신 구성요소에서, 에어포일(100)은 플랫폼(200)으로부터 연장된다. 플랫폼(200)은 상면(201) 및 하면(210)을 포함할 수 있다. 에어포일(100)은 플랫폼(200)의 상면(201)으로부터 연장될 수 있다. 상면(201)은 원주 방향으로 연장될 수 있다. 유사하게, 하면(210)은 원주 방향으로 연장될 수 있다. 에어포일(100)은 플랫폼(200)의 상면(201)으로부터 반경 방향 외측으로 연장된다. 루트(300)는 플랫폼(200)의 하면(210)으로부터, 에어포일의 연장 방향의 반대 방향으로, 반경 방향 하류로 연장될 수 있다.

에어포일(100)은 에어포일(100)의 내부 공간(100s)을 둘러싸는 에어포일 벽(101)을 포함한다. 에어포일 벽(101)은 압력측(102)(압력면 또는 오목면/측으로도 지칭됨) 및 흡입측(104)(흡입면 또는 볼록면/측으로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 압력측(102) 및 흡입측(104)은 에어포일(100)의 리딩 에지(106) 및 트레일링 에지(108)에서 서로 만난다.

에어포일(100)은 플랫폼(200)에 인접하는 베이스부(100b) 및 에어포일(100)의 길이 방향(A)을 따라 베이스부(100b)로부터 이격된 팁부(100a)를 가질 수 있다.

에어포일(100)의 내부 공간(100s)은 에어포일 벽(101)에 의해 구속되는 냉각 채널(70)을 형성할 수 있다.

대안적으로, 에어포일(100)의 내부 공간(100s) 내에 적어도 하나의 웹(60)이 배치될 수 있다. 웹(60)은 압력측(102)과 흡입측(104) 사이에서 연장될 수 있다. 보다 정확하게는, 각 웹(60)은 에어포일(100)의 압력측(102)에서 에어포일(100)의 에어포일 벽(101)의 내면(101a)과 에어포일(100)의 흡입측(104)에서 에어포일(100)의 에어포일 벽(101)의 내면(101a) 사이에서 연장될 수 있다. 도 3의 예는 예시적인 목적으로 2개의 이러한 웹(60)을 도시하고 있지만, 에어포일(100)은 1개 또는 3개 이상의 웹(60)을 가질 수 있음을 유념할 수 있다. 웹(60)의 각각은 압력측(102) 및 흡입측(104)에 연결된다. 보다 정확하게는, 웹(60)의 각각은 압력측(102)에서 에어포일 벽(101)의 내면(101a) 및 흡입측(104)에서 에어포일 벽(101)의 내면(101s)에 연결될 수 있다.

압력측(102) 및 흡입측(104)을 포함하고 리딩 에지(106) 및 트레일링 에지(108)를 형성하는 에어포일(100)의 벽은, 즉 에어포일 벽(101)은, 에어포일 벽(101)으로 지칭되는 것 외에, 에어포일(100)의 외벽 또는 에어포일(100)의 1차 벽으로 지칭될 수도 있다. 에어포일 벽(101)은 에어포일(100)의 외관을 이루거나, 또는 다시 말해서 에어포일 형상을 이룬다.

웹(60)의 각각은 또한 에어포일(100)에서 벽에 의해 형성되는 것으로 이해될 수 있지만, 웹(60)을 형성하는 벽은 에어포일 벽(101)과 다르며 에어포일(100)의 내벽 또는 2차 벽으로 지칭될 수 있다.

도 3의 예에 도시된 바와 같이, 에어포일(100)의 내부 공간(100s)은 냉각 공기(5)의 유동을 위한 적어도 하나의 냉각 채널(70)을 포함할 수 있다. 냉각 채널(70)은 전체 내부 공간(100s)으로 또는 웹(60)에 의해 생성된 에어포일(100)의 내부 공간(100s)의 세부 부분으로 이해될 수 있다. 도 3의 예는 예시적인 목적으로 3개의 이러한 냉각 채널(70)을 도시하고 있지만, 에어포일(100)은 1개 또는 2개 또는 4개 이상의 냉각 채널(70)을 가질 수 있음을 유념할 수 있다.

냉각 공기(5)는, 예를 들어 블레이드(1)의 루트(300)에 형성된 냉각 공기 유로(미도시)에 의해, 에어포일(100)의 외부로부터 냉각 채널(70)로 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 냉각 공기(5)는 에어포일(100)의 다른, 바람직하게 인접한, 냉각 채널(70)로부터 냉각 채널(70)로 제공될 수 있고, 냉각 공기는 에어포일의 팁부(100a) 또는 베이스부(100b)에서 유턴을 하여 제1 냉각 채널(70)로부터 유출된 후 냉각 채널의 A 방향에 대해 상단 또는 하단측으로부터 제2 냉각 채널(70) 내로 흐르도록 이루어진다.

냉각 채널(70)은 도 2 및 3의 예에 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 길이 방향(A)을 따라 연장될 수 있다. 도 3의 예에 도시된 바와 같이, 에어포일의 각 냉각 채널(70)은 웹(60) 및 압력측(102) 및 흡입측(104) 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있다. 도 3의 예는 웹(60) 중 하나, 압력측(102)의 일부, 흡입측(104)의 일부, 및 리딩 에지(106)에 의해 형성된 제1 냉각 채널(70)을 도시하고 있다. 도 3의 예는 또한 웹(60) 중 하나, 압력측(102)의 일부, 흡입측(104)의 일부, 및 트레일링 에지(108)에 의해 형성된 제2 냉각 채널(70)을 도시하고 있다. 더 나아가, 도 3의 예는 서로 대향하는 2개의 인접한 웹(60), 압력측(102)의 일부, 및 흡입측(104)의 일부에 의해 형성된 제3 냉각 채널(70)을 도시하고 있다. 제3 냉각 채널은 제1 냉각 채널과 제2 냉각 채널 사이의 냉각 채널로 이해될 수 있으며, 복수개로 존재할 수도 있다.

도 3은 또한 냉각 채널(70)에 삽입되거나 위치되거나 형성된 본 기술에 따른 하나 이상의 충돌 인서트(80)의 개략도를 나타내고 있다. 이하, 본 기술에 따른 충돌 인서트(80)를 도 4 내지 9를 참조하여 설명한다. 비교 이해를 위해 종래의 충돌 인서트(80')가 도 10에 도시되어 있다.

충돌 인서트(80)(이하, 인서트(80)로도 지칭됨)는 일반적으로 에어포일(100)의 내면(101a)(이하, 대상 표면으로도 지칭됨)에 충돌하여 대상 표면의 냉각을 제공할 목적으로 에어포일 벽(101)의 내면(101a)을 향해, 바람직하게는 에어포일(100)의 압력측(102) 및/또는 흡입측(104)을 향해 및/또는 에어포일(100)의 리딩 에지(106)를 향해 및/또는 에어포일(100)의 트레일링 에지(108)를 향해, 냉각 공기의 충돌 제트(86)를 분출하기 위한 하나 이상의 충돌 홀(85)을 포함하고 냉각 채널(70)에 삽입된 구성요소로서 또는 예를 들어 적층 제조에 의해 냉각 채널(70)에 형성된 구성요소로서 이해될 수 있다.

충돌 인서트(80)는 가스 터빈(10)의 블레이드(38) 또는 베인(40, 44)일 수 있는 터보머신 구성요소의 냉각 채널(70)에 삽입되어, 가스 터빈(10)의 터보머신 구성요소의 에어포일(100)에 냉각 채널(70)을 형성하는 에어포일 벽(101)의 내면(101a)에 충돌 냉각을 제공할 수 있다.

이하, 도 4와 함께 도 5 및 6을 참조하여 본 기술의 충돌 인서트(80)의 예시적인 실시예를 설명한다.

이하, 인서트(80)로도 지칭되는 충돌 인서트(80)는 이중 벽형 구조 또는 섹션(1, 2)을 포함한다. 도 4에서, 섹션(1) 및 섹션(2) 양자는 이러한 이중 벽형 섹션의 예시적인 실시예를 제시한다.

일반적으로, '이중 벽형' 섹션 또는 구조라는 문구는 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 2개의 벽을 갖는 섹션으로 이해될 수 있다.

더 설명하기 위해, 에어포일(100) 내에 위치될 때, 충돌 인서트(80)의 측면 또는 일부 또는 영역은 도 3에 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 압력측(102)에 인접하게 배치될 수 있으며, 충돌 인서트(80)의 압력측으로 지칭될 수 있다. 다시 말해서, 충돌 인서트(80)의 압력측은 에어포일(100)의 압력측(102)을 향해 충돌 제트(86)를 제공하기 위한 충돌 인서트(80)의 측면으로 이해될 수도 있다.

유사하게, 에어포일(100) 내에 위치될 때, 충돌 인서트(80)의 압력측과 다른 충돌 인서트(80)의 측면 또는 일부 또는 영역은 도 3에 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 흡입측(104)에 인접하게 배치될 수 있으며, 충돌 인서트(80)의 흡입측으로 지칭될 수 있다. 다시 말해서, 충돌 인서트(80)의 흡입측은 에어포일(100)의 흡입측(104)을 향해 충돌 제트(86)를 제공하기 위한 충돌 인서트(80)의 측면으로 이해될 수도 있다.

충돌 인서트(80)에서, '이중 벽형'이란 용어는, 도 4에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)의 흡입측 및/또는 압력측이 각각 2개의 벽을, 즉 외벽(82) 및 내벽(81)을, 갖는 것을 포함한다. 간단히 말해서, 본 기술에 따른 충돌 인서트(80)의 흡입측만에, 또는 압력측만에, 또는 흡입측 및 압력측 양자에는 2개의 벽(내벽(81) 및 외벽(82))이 있다. 본 기술에서 사용된 바와 같은 '이중 벽형' 섹션은 흡입측에 단 하나의 벽이 있고 압력측에 단 하나의 벽이 있는 도 10에 도시된 종래의 충돌 인서트(80')의 섹션과 같은 섹션을 포함하지 않을 수 있다.

더 설명하기 위해, 충돌 인서트(80)의 압력측은 2개의 벽(압력측의 내벽(81) 및 압력측의 외벽(82))을 포함하여 이중 벽형 섹션의 예를 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 충돌 인서트(80)의 흡입측은 2개의 벽(흡입측의 내벽(81) 및 흡입측의 외벽(82))을 포함하여 이중 벽형 섹션의 예를 형성할 수 있다. 요약하자면, 충돌 인서트의 압력측 및 흡입측 중 적어도 하나는 이중 벽형 섹션을 포함하고, 충돌 인서트의 압력측 및 흡입측 중 다른 하나는 단일 벽을 포함할 수 있거나 이중 벽형 섹션을 포함할 수도 있다.

충돌 인서트의 압력측 및 흡입측 양자가 이중 벽형 섹션을 포함할 때, 2개의 이중 벽형 섹션은 에어포일의 캠버에 대해 대칭일 수 있다. 충돌 인서트의 압력측 및 흡입측 양자가 이중 벽형 섹션을 포함할 때, 2개의 이중 벽형 섹션은 에어포일의 캠버에 대해 서로의 미러 이미지일 수 있다.

본 기술의 이중 벽형 섹션에서, 외벽(82)은 충돌 인서트(80)의 외관을 이루기 때문에 '외부'로 지칭된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 내벽(81)은 충돌 인서트(80)의 중심(미도시)에 대해 또는 에어포일(100)에 형성된 냉각 채널(70)의 중심(미도시) 또는 중심 축(미도시)에 대해 외벽(82)의 내측으로 위치되기 때문에 '내부'로 지칭된다.

대안적으로, '내부' 및 '외부'라는 용어는 다음과 같이 이해될 수 있다 - 충돌 인서트(80)의 외벽(82)은, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100) 내에 위치될 때, 에어포일 벽(101)을 향해, 즉 에어포일(100)의 압력측(102) 또는 흡입측(104) 근처에, 배치되기 때문에 '외부'로 지칭된다. 외벽(82)은 에어포일 벽(101)의 내면(101a)과 이중 벽형 섹션의 내벽(81) 사이에 위치된다.

간단히 말해서, 충돌 인서트(80)의 외측으로부터 충돌 인서트(80)의 측방향 측면에서 충돌 인서트(80) 내로 이동할 때, 먼저 충돌 인서트(80)의 외벽(82)이 나타난 후에 충돌 인서트(80)의 내벽(81)이 나타난다. 유사하게, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100)에 위치되는 경우, 에어포일(100)의 외측으로부터 에어포일(100)의 측방향 측면(예를 들어, 에어포일의 압력측 또는 흡입측)에서 에어포일(100) 내로 이동할 때, 먼저 에어포일 벽(101)이 나타난 후에, 충돌 인서트(80)의 외벽(82)이 나타난 다음 충돌 인서트(80)의 내벽(81)이 나타난다.

도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 내벽(81)은 내면(81a) 및 외면(81b)을 갖고, 외벽(82)은 내면(82a) 및 외면(82b)을 갖는다. 외벽(82)의 내면(82a)은 내벽(81)의 외면(81b)과 대향한다. 내벽과 외벽(81, 82) 사이의 공간은 중간 채널(502)로 지칭된다. 중간 채널(502)은 외벽(82)의 내면(82a)과 내벽(81)의 외면(81b) 사이에 형성되거나 존재한다.

외벽(82)의 외면(82b)은, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100) 내에 위치될 때, 에어포일 벽(100)의 내면(101a)과 대향하도록 구성된다.

도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)에서, 이중 벽형 섹션의 내벽(81) 및 외벽(82)은 3개의 공간 분할부(내벽(81)의 내면(81a)에 형성된 내부 채널(501), 외벽(82)의 외면(82b)에 형성된 외부 채널(503), 및 외벽(82)의 내면(82a)과 내벽(81)의 외면(81b) 사이에 형성된 중간 채널(502))를 형성한다.

간단히 말해서, 중간 채널(502)은 외벽과 내벽(81, 82) 사이에 형성되고, 내부 채널(501)은 중간 채널(502)의 내벽측에 있고, 외부 채널(503)은 중간 채널(502)의 외벽측에 있다. 중간 채널(502)은 내부 및 외부 채널(501, 502) 사이에 배치될 수 있다.

도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100) 내에 위치될 때, 에어포일 벽(101)과 외벽(82) 사이의 공간은 외부 채널(503)로 지칭될 수 있다. 보다 정확하게는, 에어포일 벽(101)과 외벽(82)의 외면(82b) 사이의 공간은 외부 채널(503)로 지칭될 수 있다. 보다 더 구체적으로, 에어포일 벽(101)의 내면(101a)과 외벽(82)의 외면(82b) 사이의 공간은 외부 채널(503)로 지칭될 수 있다.

더 설명하기 위해, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)의 중심(미도시)으로부터 충돌 인서트(80)의 외측을 향해 이동할 때, 먼저 내부 채널(501)이 나타난 후에, 이중 벽형 섹션의 내벽(81)의 내면(81a)이 나타난 다음, 이중 벽형 섹션의 내벽(81)의 외면(81b)이 나타나고, 그 후 중간 채널(502)이 나타난 후, 이중 벽형 섹션의 외벽(82)의 내면(82a)이 나타난 다음, 이중 벽형 섹션의 외벽(82)의 외면(82b)이 나타난다. 더 계속해서, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100) 내에 위치되거나 배치된 경우, 최종적으로 에어포일 벽(100)의 내면(101a)이 나타날 것이다.

도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)는 외벽(82)에 관통 홀로서 형성되고 충돌 제트(86)를 외부 채널(503)로 분출시키도록 구성된 복수의 충돌 냉각 홀(85)을 포함한다. 충돌 제트(86)는 중간 채널(502)의 냉각 공기(5)로 형성되거나 그로부터 형성된다. 다시 말해서, 중간 채널(502)의 냉각 공기(5)는 충돌 냉각 홀(85)을 통해 외부 채널(503) 내로 충돌 제트(86)로서 분출된다. 충돌 인서트(80)가 에어포일(100) 내에 위치되거나 배치된 경우, 냉각 공기(5)는 충돌 제트(86)의 형태로 충돌 냉각 홀(85)을 통해 에어포일 벽(100)의 내면(101a)을 향해 분출된다.

도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)는 적어도 하나의 추출 덕트(9)를 포함한다. 추출 덕트(9)는 중간 채널(502)을 가로질러 외벽(82)과 내벽(81) 사이에서, 즉 중간 채널(502)을 가로질러 외벽(82)으로부터 내벽(81)으로, 연장되는 파이프 또는 튜브로 이해될 수 있다. 추출 덕트(9)의 단면은 원형, 또는 난형, 또는 다각형일 수 있다. 추출 덕트(9)의 단면은 공기 역학적으로 성형되어 이에 따라 추출 덕트(9)를 가로질러 또는 지나서 발생하는 냉각 공기(5)의 임의의 유동에 대해 맞춰질 수 있으며, 이는 도 9를 참조하여 후술한다.

도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 추출 덕트(9)는 외벽(82)의 외면(82b)에 배치될 수 있는 유입구(9a)를 갖는다. 추출 덕트(9)는 내벽(81)의 내면(81a)에 배치될 수 있는 유출구(9b)를 갖는다. 다시 말해서, 추출 덕트(9)는 외부 채널(503)과 내부 채널(501)을 유동적으로 연결하여 냉각 공기(5)는 외부 채널(503)로부터 추출 덕트(9)를 통해 내부 채널(501)로 흐를 수 있다. 냉각 공기(5)는 개재된 중간 채널(502)을 통해 추출 덕트(9)에 국한된 제한된 방식으로 유동함으로써 외부 채널(503)로부터 내부 채널(501)로 통과한다.

따라서, 추출 덕트(9)는 외부 채널(503)로부터 내부 채널(501)로 냉각 공기(5)를 추출하도록 기능한다.

본 기술에서 '유입구' 및 '유출구' 용어 및 유사 용어는 냉각 공기와 관련하여 사용된다는 점을 유념할 수 있다. 다시 말해서, '유입구'는 달리 언급되지 않는 한 '냉각 공기용 유입구'를 의미할 수 있고, 유사하게 '유출구'는 '냉각 공기용 유출구'를 의미할 수 있다.

추출 덕트(9)의 유입구(9a)는 외벽(82)의 외면(82b)과 같은 높이일 수 있다.

유사하게, 추출 덕트(9)의 유출구(9b)는 내벽(81)의 내면(81a)과 같은 높이일 수 있다.

따라서, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 기술에서, 이중 벽형 섹션(1, 2)은 중간 채널(502)로부터의 냉각 공기(5)가 에어포일 벽(100)의 내면(101a)에 충돌하기 위해 충돌 냉각 홀(85)을 통해 외부 채널(503)로 충돌 제트(86)로서 분출된 후, 추출 덕트(9)를 통해 외부 채널(503)로부터 내부 채널(501)로 추출되는 유동 방식을 구조적으로 구현한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이중 벽형 섹션(1, 2)은 냉각 공기(5)를 위한 주 유입구(5a)를 포함할 수 있다. 주 유입구(5a)는 중간 채널(502)의 유입구일 수 있다. 주 유입구(5a)는 이중 벽형 섹션(1, 2)의 유일한 유입구일 수 있다.

이중 벽형 섹션(1, 2)을 순환하는 냉각 공기(5)는 주 유입구(5a)를 통해 이중 벽형 섹션(1, 2)에 유입될 수 있다. 다시 말해서, 이중 벽형 섹션(1, 2)을 순환하는 냉각 공기(5)는 먼저 주 유입구(5a)를 통해 중간 채널(502)에 유입된 후 충돌 냉각 홀(85)을 통해 외부 채널(503)로 흐르고, 이후 추출 덕트(9)를 통해 내부 채널(501)로 흐를 수 있다.

이제 도 5에 도시된 M 부분 및 도 6에 도시된 N 부분을 참조하여, 본 기술의 충돌 인서트(80)의 두 대안적인 실시예를, 즉 제1 실시예 및 제2 실시예를, 아래에서 설명한다.

도 4의 섹션(1) 및 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 예시적인 실시예에, 즉 제1 실시예에, 따르면, 주 유입구(5a)는 중간 채널(502)의 상단측 또는 하단측에 배치될 수 있다. 중간 채널(502)의 하단과 상단 양자에 주 유입구를 가질 수 있다. 상단측 및 하단측은 충돌 인서트(80)의 길이 방향(A)(또한 도 2 및 3에 도시됨)을 따라 이격된 중간 채널(502)의 측면 또는 영역으로 이해될 수 있다. 중간 채널(502)의 상단측 및 하단측은 도 2에 도시된 에어포일(100)의 팁부(100a) 및 베이스부(100b)에 대응하거나 그와 일치할 수 있다. 충돌 인서트(80)의 상단측 및 하단측은 충돌 인서트(80)의 길이 방향과 동일한 것으로 이해될 수 있는 길이 방향(A)을 따라 이격될 수 있다. 냉각 공기(5)는 길이 방향(A)을 따라 중간 채널(502)에 유입될 수 있다.

길이 방향(A)은 가스 터빈의 회전 축에 대한 반경 방향으로 이해될 수도 있다.

대안적으로, 도 4의 섹션(2) 및 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 다른 예시적인 실시예에, 즉 제2 실시예에, 따르면, 주 유입구(5a)는 중간 채널(502)의 측방향 측면에 배치될 수 있다. 측방향 측면은 충돌 인서트(80)의 길이 방향(A)에 평행하게 연장되는 것으로 이해될 수 있다. 냉각 공기(5)는 길이 방향(A)에 수직하게 중간 채널(502)에 유입될 수 있다.

본 기술의 양태에 따르면, 도시되지는 않았지만, 충돌 인서트(80)의 전체 구조는 예를 들어 도 4의 섹션(1) 및 또한 도 5에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 대해 설명된 바와 같을 수 있다. 대안적으로, 본 기술의 양태에 따르면, 도시되지는 않았지만, 충돌 인서트(80)의 전체 구조는 예를 들어 도 4의 섹션(2) 및 또한 도 6에 도시된 바와 같이 제2 실시예에 대해 설명된 바와 같을 수 있다. 더 나아가, 본 기술의 양태에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)의 전체 구조는 다수의 섹션을 가질 수 있는 데, 섹션 중 하나는, 즉 제1 섹션(1)은, 제1 실시예에 대해 전술되고 도 4의 섹션(1)에 도시된 바와 같을 수 있고, 섹션 중 다른 하나는, 즉 제2 섹션(2)은, 제2 실시예에 대해 전술되고 도 4의 섹션(2)에 도시된 바와 같을 수 있다.

요약하자면, 예시적인 실시예에서, 충돌 인서트(80)는, 동일한 충돌 인서트(80)의 일부로서, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 섹션(1) 및 제2 섹션(2)을 가질 수 있다.

도 4에 더 도시된 바와 같이, '1'과 '2'로 표시된 섹션 사이의 점선에서, 제1 섹션(1)의 주 유출구(5b)는 제2 섹션(2)의 주 유입구(5a)에 유동적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 섹션(1)의 주 유출구(5b)는 제1 섹션(1)의 내부 채널(501)의 유출구일 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 공기(5)는 먼저 제1 섹션(1)에 유입된 후 제1 섹션(1)으로부터 제2 섹션(2)으로 흐를 수 있다.

보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 공기(5)는 먼저 주 유입구(5a)를 통해 제1 섹션(1)의 중간 채널(502)에 유입된 후, 제1 섹션(1)에 인접한 에어포일 벽(100)의 내면(101a)에 충돌하기 위해 제1 섹션(1)의 외벽(82)의 충돌 냉각 홀(85)을 통해 제1 섹션(1)의 외부 채널(503)로 충돌 제트(86)로서 분출된 후, 제1 섹션(1)의 추출 덕트(9)를 통해 제1 섹션(1)의 외부 채널(503)로부터 제1 섹션(1)의 내부 채널(501)로 추출될 수 있다. 그 후, 추출된 냉각 공기(5)는 단순히 제1 섹션(1)의 중간 채널(502)의 유출구일 수 있는 제1 섹션(1)의 주 유출구(5b)로부터 유출된다.

그 후, 유출된 추출 냉각 공기(5)는 제2 섹션(2)의 주 유입구(5a)를 통해 제2 섹션(2)에 유입된다. 냉각 공기(5)는 주 유입구(5a)를 통해 제2 섹션(2)의 중간 채널(502)에 유입된 후, 제2 섹션(2)에 인접한 에어포일 벽(100)의 내면(101a)에 충돌하기 위해 제2 섹션(2)의 외벽(82)의 충돌 냉각 홀(85)을 통해 제2 섹션(2)의 외부 채널(503)로 충돌 제트(86)로서 분출된 후, 제2 섹션(2)의 추출 덕트(9)를 통해 제2 섹션(2)의 외부 채널(503)로부터 제2 섹션(2)의 내부 채널(501)로 추출될 수 있다. 그 후, 추출된 냉각 공기(5)는 단순히 제2 섹션(2)의 중간 채널(502)의 유출구일 수 있는 제2 섹션(2)의 주 유출구(5b)로부터 유출될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)는 또한 이중 벽형 섹션이 아닐 수 있는 제3 섹션(3)을 가질 수 있지만, 제3 섹션(3)의 하나 이상의 벽은 그 내부에 형성된 충돌 냉각 홀(85)을 가질 수 있고, 제3 섹션(3)에 인접하게 위치된 에어포일 벽(101)의 내면(101a)을 향해 분출되는 충돌 제트(86)를 형성할 수 있다. 충돌 제트(86)는 제2 섹션(2)의 주 유출구(5b)로부터 제3 섹션(3)으로 흐르는 냉각 공기(5)를 포함한다.

이하, 도 7 및 8과 관련해서 본 기술의 추가 양태를 논의한다.

도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 외벽(82)은 코러게이션 형상을 가질 수 있다. 이는 도 4의 섹션(1 및 2) 중 어느 하나에서 벽일 수 있다. 코러게이션 형상은 내벽(81)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 트로프(82t) 또는 오목 영역(82t)을 포함한다. 하나 이상의 리지(82r) 또는 돌출 영역(82r)은, 즉 교대로, 트로프(82t)를 개재할 수 있다. 충돌 냉각 홀(85) 중 하나 이상은 트로프(82t) 중 적어도 하나에 설치되거나, 형성되거나, 위치되거나, 배치되거나, 제공될 수 있다. 바람직하게는, 모든 트로프(82t)에는 충돌 냉각 홀(85) 중 하나 이상이 제공된다.

도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 추출 덕트(9)의 유출구(9b)는 하나 이상의 리지(82r)에 위치될 수 있다.

더 나아가, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100)에 위치될 때, 에어포일 벽(101)의 내면(101a)은 에어포일 벽(101)의 내면(101a)으로부터 외벽(82)의 외면(82b)을 향해 돌출된 추출 가이드(99)를 포함할 수 있다. 추출 가이드(99)는, 예를 들어 경사면을 가짐으로써, 냉각 공기(5)를 외부 채널(503)로부터 추출 덕트(9)의 유입구(9a)를 향해 또는 추출 덕트(9)의 유입구(9a)로 안내하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 성형되고 및/또는 크기로 이루어질 수 있다.

이하, 도 9와 관련해서 본 기술의 추가 양태를 논의한다.

본 기술에 따르면, 추출 덕트(9)의 유입구(9a) 및/또는 유출구(9b)의 크기는 충돌 냉각 홀(85)의 크기보다 클 수 있다. 여기서, '크기'는 단면적으로 이해될 수 있다. 따라서, 추출 덕트(9)를 통해 냉각 공기의 용이한 유동을 제공하면 추출 프로세스가 용이하게 된다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 기술에서, 냉각 공기(5)는 중간 채널(502) 내로 흐르고, 추출 덕트(9)가 중간 채널(502)을 가로질러 위치되기 때문에, 냉각 공기(5)는 추출 덕트(9)의 외면을 가로질러 또는 지나서 흐른다. 따라서, 추출 덕트(9)는, 도 5 또는 도 4의 섹션(1)에 도시된 바와 같이 길이 방향(A)을 따르든(즉, 유동 방향은 A 방향과 일치함) 또는 도 6 또는 도 4의 섹션(2)에 도시된 바와 같이 길이 방향(A)에 수직하든(즉, 유동 방향은 A 방향에 대해 측방향 또는 수직임) 관계없이, 중간 채널(502)로 진입할 때 및/또는 중간 채널(502)을 통해 흐르는 동안 냉각 공기(5)의 방향에 대해 공기 역학적으로 성형될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 추출 덕트(9)의 단면은 그 형상이 난형 또는 타원형일 수 있다. 바람직하게는, 중간 채널(502)을 통해 흐르는 동안 그 형상의 장축 또는 더 긴 장축은 냉각 공기의 유동 방향과 정렬되거나 평행하다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 추출 덕트(9)가 있을 수 있고, 추출 덕트(9)는 외벽(82) 상의 충돌 냉각 홀(85)의 분포에 대해 바람직하게는 균일하게 분포될 수 있다. 다시 말해서, 추출 덕트(9)의 유입구(9a)는 외벽(82)의 충돌 냉각 홀(85) 사이에서 바람직하게는 균일하게 외벽(82)의 외면(82b)에 분포될 수 있다. 도 9의 예에 도시된 바와 같이, 추출 덕트(9)의 각 유입구(9a)는 복수의 충돌 냉각 홀(85)에 의해 둘러싸일 수 있고, 예를 들어 4개의 충돌 냉각 홀(85)이 도 9에 도시되어 있다.

본 기술은 특정 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 기술은 이러한 정확한 실시예에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명을 실행하기 위한 예시적인 모드를 설명하는 본 개시내용을 고려해서, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 많은 수정 및 변형이 제시될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 다음의 청구범위에 의해 나타난다. 청구범위의 동등성의 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변경, 수정, 및 변형은 그 범위 내에서 고려될 것이다.

10: 가스 터빈
14: 압축기 섹션
16: 버너 섹션
28: 연소 챔버
30: 버너
100: 에어 포일
200: 플랫폼

Claims (15)

1. 터보머신 구성요소용 충돌 인서트로서,
   내벽 및 상기 내벽의 내면에 형성된 내부 채널을 형성하는 외벽을 갖는 이중 벽형 섹션으로서, 상기 이중 벽형 섹션은 상기 외벽의 외면에 형성된 외부 채널 및 상기 외벽의 내면과 상기 내벽의 외면 사이에 형성된 중간 채널을 갖는, 이중 벽형 섹션;
   상기 외벽에 형성되고 상기 외부 채널로 충돌 제트를 분출시키도록 구성된 복수의 충돌 냉각 홀로서, 상기 충돌 제트는 상기 중간 채널의 냉각 공기로 형성되는, 복수의 충돌 냉각 홀; 및
   상기 외부 채널로부터 상기 내부 채널로 냉각 공기를 추출하기 위해, 상기 중간 채널을 가로질러 상기 외벽과 상기 내벽 사이에서 연장되고, 상기 외부 채널에서의 유입구 및 상기 내부 채널에서의 유출구를 포함하는 적어도 하나의 추출 덕트를 포함하고,
   상기 이중 벽형 섹션은 상기 냉각 공기를 위한 적어도 하나의 주 유입구를 포함하고, 상기 적어도 하나의 주 유입구는 상기 중간 채널의 유입구이고,
   상기 이중 벽형 섹션은 리딩 에지에서 트레일링 에지로 향하는 방향을 따라 각각 순서대로 배열되는제1 이중 벽형 섹션 및 제2 이중 벽형 섹션을 포함하고,
   상기 제1 이중 벽형 섹션은 상기 중간 채널의 상단측 및/또는 하단측에 주 유입구를 갖고, 상기 제2 이중 벽형 섹션은 상기 중간 채널의 측방향 측면에 주 유입구를 갖거나, 또는 그 반대의 경우도 마찬가지인, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 추출 덕트의 유입구 및/또는 유출구의 크기는 상기 충돌 냉각 홀의 크기보다 큰, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외벽은 상기 내벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 복수의 리세스 및 상기 리세스를 개재하는 하나 이상의 돌출부를 포함하는 코러게이션 형상을 갖고;
   상기 충돌 냉각 홀 중 하나 이상은 트로프 중 적어도 하나에 제공되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
4. 제3항에 있어서,
   상기 추출 덕트의 유입구는 하나 이상의 리지 중 하나에 위치되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이중 벽형 섹션은 상기 냉각 공기를 위한 주 유출구를 포함하고, 상기 주 유출구는 상기 내부 채널의 유출구인, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 이중 벽형 섹션은 상기 적어도 하나의 주 유입구를 통해 상기 중간 채널로 수용된 상기 냉각 공기가 상기 충돌 냉각 홀을 통해 충돌 제트로서 분출된 후 상기 추출 덕트를 통해 상기 외부 채널로부터 상기 내부 채널로 추출되도록 구성되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
8. 제1항에 있어서,
   상기 주 유입구는 상기 중간 채널의 상단측 및/또는 하단측에 배치되고, 상기 상단측 및 상기 하단측은 상기 충돌 인서트의 길이 방향을 따라 이격되어 상기 냉각 공기는 상기 길이 방향을 따라 상기 중간 채널을 통해 흐르는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
9. 제1항에 있어서,
   상기 주 유입구는 상기 중간 채널의 측방향 측면에 배치되고, 상기 측방향 측면은 상기 충돌 인서트의 길이 방향에 평행하게 연장되어 상기 냉각 공기는 상기 길이 방향에 수직하게 상기 중간 채널을 통해 흐르는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
10. 제1항에 있어서,
    상기 추출 덕트는 상기 중간 채널을 통해 흐르는 상기 냉각 공기의 유동에 대해 공기 역학적으로 성형되고;
    상기 추출 덕트의 단면은 라운드형, 난형, 및 타원형 중 어느 하나를 갖는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이중 벽형 섹션은 상기 제2 이중 벽형 섹션에 유동적으로 연결되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
13. 가스 터빈용 터보머신 구성요소로서,
    에어포일 벽 및 상기 에어포일 벽에 의해 형성되는 내부 공간을 갖는 에어포일;
    상기 에어포일의 내부 공간에 형성된 적어도 하나의 냉각 채널; 및
    상기 냉각 채널에 삽입된 충돌 인서트를 포함하고, 상기 충돌 인서트는 청구항 1에 따른 것이고, 상기 외부 채널은 상기 외벽의 외면과 상기 에어포일 벽의 내면 사이에 형성되는, 가스 터빈용 터보머신 구성요소.
14. 가스 터빈용 터보머신 구성요소로서,
    에어포일 벽 및 상기 에어포일 벽에 의해 형성되는 내부 공간을 갖는 에어포일;
    상기 에어포일의 내부 공간에 형성된 적어도 하나의 냉각 채널; 및
    상기 냉각 채널에 삽입된 충돌 인서트를 포함하고, 외부 채널은 외벽의 외면과 상기 에어포일 벽의 내면 사이에 형성되며,
    상기 터보머신 구성요소용 충돌 인서트는,
    내벽 및 상기 내벽의 내면에 형성된 내부 채널을 형성하는 외벽을 갖는 이중 벽형 섹션으로서, 상기 이중 벽형 섹션은 상기 외벽의 외면에 형성된 외부 채널 및 상기 외벽의 내면과 상기 내벽의 외면 사이에 형성된 중간 채널을 갖는, 이중 벽형 섹션;
    상기 외벽에 형성되고 상기 외부 채널로 충돌 제트를 분출시키도록 구성된 복수의 충돌 냉각 홀로서, 상기 충돌 제트는 상기 중간 채널의 냉각 공기로 형성되는, 복수의 충돌 냉각 홀; 및
    상기 외부 채널로부터 상기 내부 채널로 냉각 공기를 추출하기 위해, 상기 중간 채널을 가로질러 상기 외벽과 상기 내벽 사이에서 연장되고, 상기 외부 채널에서의 유입구 및 상기 내부 채널에서의 유출구를 포함하는 적어도 하나의 추출 덕트를 포함하고,
    상기 에어포일 벽의 내면은 상기 에어포일 벽의 내면으로부터 상기 외벽의 외면을 향해 돌출되고 상기 내면에 충돌한 후의 냉각 공기를 상기 추출 덕트의 유입구를 향해 안내하도록 구성된 추출 가이드를 포함하는, 가스 터빈용 터보머신 구성요소.
15. 터보머신 구성요소를 포함하는 가스 터빈으로서, 상기 터보머신 구성요소는 제13항에 따른 것인, 가스 터빈.

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