KR102652736B1 - 가스 터빈 블레이드의 트레일링 엣지 팁 냉각 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 가스 터빈용 블레이드를 제시한다. 블레이드는 에어포일 팁과 압력측 및 흡입측을 가지는 에어포일을 포함하고, 압력측 및 흡입측은 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 만나고 그 내부에 에어포일 공동을 형성한다. 스퀄러 팁은 스퀄러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분에서 만나서 스퀄러 팁 포켓을 형성하는 흡입측 레일 및 압력측 레일을 포함한다. 스퀄러 팁 포켓은 에어포일 공동으로부터 스퀄러 팁 포켓으로 냉각 공기를 제공하는 팁 냉각 구멍을 포함한다. 스퀄러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분은 에어포일의 압력측을 향해 배치된 챔퍼부 및 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하기 위해 챔퍼부와 스퀄러 팁 포켓 사이에서 연장되는 홈을 포함한다.
Description
본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 터빈 블레이드의 트레일링 엣지 팁을 냉각시키는 기술에 관한 것이다.
도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 가스 터빈 블레이드(1')는 블레이드 플랫폼으로부터 가스 터빈의 회전축에 대해 반경 방향 외측으로 연장되는 에어포일(100)을 포함한다. 에어포일(100)은 에어포일(100)의 리딩 및 트레일링 엣지(leading and trailing edges)(106, 108) 사이에서 연장되는 압력측 및 흡입측(102, 104)을 포함한다. 에어포일(100)은 또한 에어포일(100)의 반경 방향 외측 단부에 배치되는 에어포일 팁(airfoil tip)(100a)을 포함한다. 에어포일 팁(100a)은 에어포일(100)의 반경 방향 외측으로 추가로 배치되고 대체로 가스 터빈을 통한 고온 가스 또는 연소 가스의 경로의 외부 표면을 형성하는 스테이터의 표면과 마주한다. 에어포일 팁(100a)이 마주하는 스테이터의 표면은 케이싱의 내부 표면 또는 터빈 슈라우드의 내부 표면 등일 수 있다.
에어포일 팁(100a)은 마주하는 스테이터 표면으로부터 이격되게, 즉 비접촉 방식으로 배치된다. 다시 말해, 가스 터빈이 작동시 에어포일(100)의 에어포일 팁(100a)과 그와 마주하는 스테이터 표면 사이의 충돌 또는 마찰의 기회를 없애기 위해 에어포일(100)의 에어포일 팁(100a)과 그와 마주하는 스테이터 표면 사이에 반경 방향 간극 또는 갭이 포함된다. 그러나, 고온 가스 경로를 통해 유동하는 고온 가스의 일부, 즉 연소 생성물은 터빈 블레이드 에어포일(100) 위로 흐르는 대신 반경 방향 간극을 통해 누출되어 효율 저하를 야기한다.
따라서, 에어포일(100)의 에어포일 팁(100a)과 그와 마주하는 스테이터 표면 사이의 반경 방향 간극은 고온 가스의 누출을 최소화하기 위해 가능한 작게 유지되는 것이 바람직하다.
반경 방향 간극을 작게 유지하고, 가스 터빈의 작동 중에 에어포일(100)의 에어포일 팁(100a)과 마주하는 스테이터 표면 사이의 우발적인 접촉시의 구조적 손상으로부터 에어포일 본체를 보호하기 위해, 에어포일(100)의 에어포일 팁(100a)에 배치되고 마주하는 스테이터 표면 측으로 반경 방향 외측으로 연장되는 스퀼러 팁 구조체(squealer tip structure)(60)(이하 스퀄러 팁으로도 지칭됨)를 채용한다는 것이 가스 터빈 분야에서 알려져 있다.
스퀄러 팁(60)은 일반적으로 에어포일 팁(100a)의 주변에 위치되고 이를 따라 연장되는 레일로서 형상화되며, 예를 들어 스퀄러 팁(60)은 에어포일 팁(100a)에서 흡입측(104)의 주변에 위치되고 이를 따라 연장되는 흡입측 레일(64) 및 에어포일 팁(100a)에서 압력측(102)의 주변에 위치되고 이를 따라 연장되는 압력측 레일(62)을 포함할 수 있다. 스퀄러 팁(60)의 흡입측 레일(64)과 압력측 레일(62)은 스퀄러 팁(60)의 트레일링 엣지 팁 부분(70)에서 만난다.
스퀄러 팁(60)은 고온 연소 생성물, 즉 고온 가스에 둘러싸여 있기 때문에, 특히 트레일링 엣지 팁 부분(70)에서 스퀄러 팁(60)의 냉각이 요구된다. 일반적으로, 트레일링 엣지 팁 부분(70) 근처의 에어포일(100)의 측면, 즉 에어포일(100)의 압력측(102) 및/또는 흡입측(104)에 냉각 구멍(102h)이 배치된다. 그러나, 종래 기술에 공지된 이러한 냉각 기술은 블레이드(1')의 스퀼러 팁(60)의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 충분한 냉각을 제공하지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 가스 터빈 블레이드의 스퀼러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분을 효과적으로 냉각시키는 기술을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 개시 내용에 첨부된 독립 청구항에 따른 가스 터빈용 블레이드에 의해 달성된다. 전술한 블레이드를 포함하는 가스 터빈용 블레이드 어셈블리 및 전술한 블레이드를 포함하는 가스 터빈도 제시된다. 본 기술의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제공된다. 독립 청구항의 특징은 독립 청구항에 종속된 청구항의 특징과 결합될 수 있고, 종속 청구항의 특징은 서로 결합될 수 있다.
본 기술의 제1 양태에서, 특히 가스 터빈의 터빈 섹션을 위한 가스 터빈용 블레이드가 제공된다. 블레이드(이하, 터빈 블레이드로도 지칭됨)는 에어포일을 포함한다. 에어포일은 에어포일 팁을 포함한다. 에어포일은 또한 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 만나 에어포일 팁과 함께 내부 공간을 형성하는 압력측과 흡입측을 포함한다. 에어포일의 내부 공간은 에어포일 공동이라고도 한다.
블레이드는 또한 플랫폼을 포함할 수 있다. 플랫폼으로부터 에어포일은 블레이드의 반경 방향 외측으로 발산할 수 있고 블레이드의 루트(root)는 반대 방향, 즉 블레이드의 반경 방향 내측으로 발산할 수 있다. 에어포일 팁은 에어포일의 리딩 엣지, 트레일링 엣지, 압력측, 및 흡입측 사이에서 연장되는 벽으로서 형성될 수 있다. 에어포일 팁은 에어포일 공동의 반경 방향 외측 경계를 형성할 수 있다. 에어포일 공동은 에어포일 팁 또는 벽과 블레이드의 플랫폼 사이에 존재할 수 있다.
에어포일의 스팬 방향(spanwise direction) 또는 반경 방향은 플랫폼과 에어포일 팁 사이에서 연장되는 방향으로 이해될 수 있다. 에어포일의 현(chord) 방향은 에어포일의 리딩 엣지와 트레일링 엣지 사이에서 연장되는 방향으로 이해될 수 있다.
블레이드에는 스퀼러 팁(squealer tip)도 포함한다. 스퀼러 팁은 에어포일 팁에, 즉 에어포일 팁의 반경 방향 외부 표면 상에 배열된다. 다시 말해, 스퀼러 팁은 에어포일 팁으로부터 에어포일의 반경방향 외측으로 발산한다. 스퀼러 팁은 에어포일 팁 상에 배치된다.
스퀼러 팁은 흡입측 레일 또는 림(rim) 또는 돌출부, 압력측 레일 또는 림 또는 돌출부 및 트레일링 엣지 팁 부분 또는 돌출부를 포함한다. 흡입측 레일은 에어포일의 흡입측에 대응하고, 즉 에어포일의 흡입측에 배치되거나 그를 따라 배치되거나 에어포일의 흡입측에 위치되거나 그를 따라 위치된다. 압력측 레일은 에어포일의 압력측에 대응하고, 즉 에어포일의 압력측에 배치되거나 그를 따라 배치되거나 에어포일의 압력측에 위치되거나 그를 따라 위치된다. 트레일링 엣지 팁 부분은 에어포일의 트레일링 엣지에 대응하고, 즉 에어포일의 트레일링 엣지에 배치되거나 그를 따라 배치되거나 에어포일의 트레일링 엣지에 위치되거나 그를 따라 위치된다.
압력측 레일과 흡입측 레일은 트레일링 엣지 팁 부분에서 만난다. 다시 말해, 압력측 레일과 흡입측 레일은 단일 레일 또는 부품으로 서로 융합되거나 합체되어 트레일링 엣지 팁 부분을 형성한다. 트레일링 엣지 팁 부분은 압력측 레일과 흡입측 레일이 일체로 형성되는 단일 레일 또는 부품으로 이해될 수 있다.
스퀼러 팁은 리딩 엣지 팁 부분을 더 포함할 수 있다. 압력측 레일 및 흡입측 레일은 에어포일의 리딩 엣지에 대응하여, 즉 에어포일의 리딩 엣지에 배치되거나 그를 따라 배치되거나 에어포일의 리딩 엣지에 위치되거나 그를 따라 위치되는 리딩 엣지 팁 부분에서 만날 수 있다. 간단히 말해서, 스퀼러 팁은 흡입측 레일, 압력측 레일, 트레일링 엣지 팁 부분 및 리딩 엣지 팁 부분을 포함할 수 있다. 흡입측 레일과 압력측 레일은 에어포일의 트레일링 엣지에 대응하는 트레일링 엣지 팁 부분에서 만나고, 에어포일의 리딩 엣지에 대응하는 리딩 엣지 팁 부분에서 만난다.
압력측 레일, 흡입측 레일, 트레일링 엣지 팁 부분 및 에어포일 팁은 함께 에어포일 팁의 위 또는 상측 또는 상부에, 즉 반경 방향 외측으로 배치된 스퀼러 팁 포켓을 형성한다.
압력측 레일, 흡입측 레일, 트레일링 엣지 팁 부분 및 에어포일 팁은 함께 에어포일 팁의 위 또는 상측 또는 상부에 배치된 스퀼러 팁 포켓을 형성할 수 있다.
간단히 말해, 스퀄러 팁은 스퀄러 팁 포켓을 둘러싸거나 에워싼다.
스퀄러 팁 포켓 또는 그 내부에는 적어도 하나의 팁 냉각 구멍이 배치되고, 에어포일 공동으로부터 스퀄러 팁 포켓으로 냉각 공기를 제공하도록 구성되고, 즉, 적어도 하나의 팁 냉각 구멍은 에어포일 공동과 유체 연통 상태에 있다. 적어도 하나의 팁 냉각 구멍의 유입구는 에어포일 공동으로부터 냉각 공기를 수용하도록 에어포일 공동에 위치될 수 있고, 적어도 하나의 팁 냉각 구멍의 유출구는 스퀄러 팁 포켓 내로 냉각 공기를 공급 또는 방출 또는 제공하도록 에어포일 팁에 위치될 수 있다. 다시 말해, 냉각 공기는 에어포일 공동으로부터 적어도 하나의 팁 냉각 구멍을 통해 스퀼러 팁 포켓 내로 흐를 수 있다.
스퀄러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분은 챔퍼부(chamfer)와 홈(groove)을 포함한다. 챔퍼부는 에어포일의 압력측으로 배치된다. 홈은 트레일링 엣지 팁 부분 내에 형성된다. 챔퍼부는 표면이다.
홈은 챔퍼부와 스퀄러 팁 포켓 사이에서 연장되며, 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부 내로 냉각 공기를 제공하도록 구성된다. 즉, 홈은 스퀼러 팁 포켓과 챔퍼부를 유체 연통되게 연결한다. 냉각 공기는 스퀼러 팁 포켓으로부터 홈을 통해 챔퍼부로 유동될 수 있다.
홈의 유입구는 스퀼러 팁 포켓에 위치되고, 홈의 유출구는 챔퍼부에 위치될 수 있다. 홈을 통해 흐르는 냉각 공기는 트레일링 엣지 팁 부분의 대류 냉각 및/또는 필름 냉각을 제공한다.
홈은 스퀼러 팁 포켓으로부터 챔퍼부까지 냉각 공기를 위한 유동 채널로 이해될 수 있다. 홈은 트레일링 엣지 팁 부분에 형성된, 특히 스퀄러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분의 반경 방향 외부 표면에서 에어포일의 반경 방향 내측으로 형성된 함몰부 또는 공동 또는 리세스 또는 노치로서 형성될 수 있다.
따라서, 본 기술의 블레이드에서, 에어포일 공동으로부터의 냉각 공기는 적어도 하나의 팁 냉각 구멍을 통해 스퀼러 팁 포켓 내로 유동하며, 그 다음, 스퀼러 팁 포켓으로부터의 냉각 공기의 적어도 일부가 스퀼러 팁 포켓으로부터 홈을 통해 챔퍼부로 유동한다. 챔퍼부는 챔퍼부 위의 냉각 공기의 유량을 감소시켜 트레일링 엣지에서 블레이드의 반경 방향 외측 부분의 냉각을 향상시킨다. 즉, 채널 위 또는 상부에 형성되는 냉각 공기 필름 또는 층이 보다 안정되어 효율적인 냉각이 이루어진다.
상기 트레일링 엣지 팁 부분은 상기 에어포일의 흡입측에 대응하는 흡입측 표면 및 상기 에어포일의 압력측에 대응하는 압력측 표면 및 상부 표면 또는 반경 방향 외측 표면을 포함할 수 있다.
흡입측 표면과 압력측 표면은 에어포일의 반경 방향을 따라 배치된다. 반경 방향 외측 표면 또는 상부 표면은 에어포일의 반경 방향에 수직하게 배치된다. 트레일링 엣지 팁 부분의 흡입측 표면은 에어포일의 흡입측에 인접하거나 근접한다. 트레일링 엣지 팁 부분의 압력측 표면은 에어포일의 압력측에 인접하거나 근접한다. 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 또는 반경 방향 외측 표면은 트레일링 엣지 팁 부분의 압력측 표면과 트레일링 엣지 팁 부분의 흡입측 표면 사이에서 연장된다. 상부 표면 또는 반경 방향 외부 표면은 블레이드의 스퀼러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분의 반경 방향 최외측 표면일 수 있다.
상기 챔퍼부는 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면과 압력측 표면 사이 또는 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면과 에어포일의 압력측 사이에서 연장된다. 즉, 챔퍼부는 에어포일의 반경 방향으로 에어포일의 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면과 압력측 표면 사이에 배치된다. 간단히 말해, 챔퍼부는 에어포일의 압력측 표면과 동일한 방향을 마주한다.
챔퍼부는 경사부 또는 경사진 엣지일 수 있으며, 즉, 챔퍼부는 에어포일의 압력측의 반경 방향 외부 엣지로부터 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면, 즉 최상부 표면까지 연장될 수 있다. 경사진 엣지로 형성시, 챔퍼부는 더 넓은 표면적을 제공한다.
홈은 에어포일의 캠버 라인(camber line)을 따라 종방향으로 연장될 수 있다. 홈의 형상 또는 종방향 형상은 에어포일의 캠버 라인에 대응할 수 있다. 홈의 형상은 에어포일의 캠버 라인에 대해 또는 이를 중심으로 대칭이거나 규칙적일 수 있다. 캠버 라인은 압력측 및 흡입측 표면으로부터 등거리에 있는 에어포일의 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 연결하는, 중간 라인 및 중간 캠버 라인으로도 알려진 라인으로 이해될 수 있다.
챔퍼부는 에어포일의 캠버 라인을 따라 종방향으로 연장될 수 있다. 챔퍼부의 형상 또는 종 형상은 에어포일의 캠버 라인에 대응할 수 있다.
홈은 에어포일의 현 방향을 따라 스퀼러 팁 포켓과 챔퍼부 사이에 배치될 수 있다. 홈은 에어포일의 캠버 라인을 따라 스퀼러 팁 포켓과 챔퍼부 사이에 배치될 수 있다.
에어포일의 트레일링 엣지에 인접하게 배치되거나 이에 대응하는, 즉 에어포일의 트레일링 엣지에 반경 방향으로 대응하거나 에어포일의 트레일링 엣지에 반경 방향으로 대응하는 제1 위치에 배치된 챔퍼부의 단부 또는 부분, 예를 들어 제1 단부 또는 제1 부분은 챔퍼부의 트레일링 엣지측으로 지칭될 수 있다. 홈에 인접하게 배치되거나 홈, 즉 홈의 유출구에 대응하는 챔퍼부의 다른 단부 또는 부분, 예컨대, 제2 단부 또는 제2 부분은 챔퍼부의 홈측으로 지칭될 수 있다. 챔퍼부의 홈측은 에어포일의 현 방향으로 챔퍼부의 트레일링 엣지측과 반대이다.
챔퍼부는 챔퍼부의 홈측에서 오목하게 형성될 수 있다. 다시 말해, 챔퍼부는 에어포일의 반경 방향에 대해 내측으로 만곡된 윤곽 또는 표면을 가질 수 있다. 간단히 말해, 챔퍼부의 홈측은 반경 방향 내측으로 만곡된 형태로 형성될 수 있다. 챔퍼부 전체가 오목한 형상일 수도 있거나, 챔퍼부의 일부만 오목한 형상일 수 있다.
챔퍼부는 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 평면형 또는 볼록형일 수 있다. 즉, 챔퍼부는 평면 또는 평탄면으로 형성되거나 에어포일의 반경 방향에 대해 외측으로 만곡되는 윤곽 또는 표면을 가질 수 있다. 간단히 말해, 챔퍼부의 트레일링 엣지측은 평탄하거나 평평한 표면으로 형성되거나 반경 방향 외측으로 만곡되게 형성될 수 있다. 전체 챔퍼부가 평면 또는 볼록 형상일 수 있거나 챔퍼부의 일부만이 평면 또는 볼록 형상일 수 있다.
일 실시예에서, 챔퍼부는 챔퍼부의 홈측에서 오목한 형상일 수 있고, 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 평면형 또는 볼록형일 수 있다. 챔퍼부의 형상은 챔퍼부의 홈측에서의 오목한 형상으로부터 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서의 평면 또는 볼록형으로 점진적으로 변천되는 것으로 형성될 수 있다. 즉, 챔퍼부의 홈 측에서 챔퍼부는 형상은 오목할 수 있고 챔퍼부의 트레일링 엣지에서 챔퍼부의 형상은 볼록하거나 평면일 수 있다. 챔퍼부의 형상은 챔퍼부의 홈측에서의 오목한 형상으로부터 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서의 볼록형 또는 평면형으로 점진적으로 변경되거나 변천될 수 있다.
홈측에서의 오목한 형상에서 트레일링 엣지측에서의 평면형 또는 볼록형으로 변천되는 전술한 챔퍼부의 형상은 예컨대, 챔퍼부에서 냉각 공기의 유지 시간의 증가에 대해 전술한 형상(즉, 챔퍼부가 홈측에서의 오목한 형상에서 트레일링 엣지측에서의 평면형 또는 볼록형으로 변천되는 경우) 또는 임의의 다른 형상의 경우를 제외하고 전체 챔퍼부가 홈측에서의 오목한 형상에서 트레일링 엣지측에서의 평면형 또는 볼록형으로 변천되는 볼록형 또는 평면형 또는 오목형의 다른 형상으로 변천되는 다른 형상에 비해 특히 유리하다. 간단히 말해, 챔퍼부가 전술한 바와 같은 형상일 때(즉, 챔퍼부가 홈측에서의 오목한 형상에서 트레일링 엣지측에서의 평면형 또는 볼록형으로 변천되는 경우), 홈으로부터 챔퍼부로 및/또는 적어도 하나의 챔퍼-냉각 구멍(후술됨)으로부터 유동되는 냉각 공기는 챔퍼부 표면 위에 유지되거나 이에 부착되게 유지되며, 즉, 챔퍼부에 더 안정적인 필름이 형성되어 효율적인 냉각을 달성할 수 있다.
트레일링 엣지 팁 부분은 챔퍼부에 배치되고 에어포일 공동으로부터 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 챔퍼-냉각 구멍을 포함할 수 있다. 다시 말해, 적어도 챔퍼부-냉각 구멍은 에어포일 공동과 유체 연통한다. 적어도 하나의 챔퍼부-냉각 구멍의 유입구는 에어포일 공동으로부터 냉각 공기를 수용하도록 에어포일 공동에 위치될 수 있고, 적어도 하나의 챔퍼부-냉각 구멍의 유출구는 챔퍼부로 냉각 공기를 공급 또는 배출 또는 제공하도록 챔퍼부에 또는 챔퍼부 내에 위치될 수 있다. 다시 말해, 냉각 공기는 에어포일 공동으로부터 적어도 하나의 챔퍼부-냉각 구멍을 통해 챔퍼부로 유동할 수 있다. 챔퍼부-냉각 구멍은 필름-냉각 구멍으로 형성될 수 있다. 챔퍼부-냉각 구멍은 챔퍼부 상에 냉각 공기층을 보충할 수 있다.
트레일링 엣지 팁 부분은 서로 이격된 복수의 챔퍼부-냉각 구멍을 포함할 수 있다. 따라서, 더 균일한 냉각 공기의 분포가 얻어지거나 유지된다.
챔퍼부-냉각 구멍은 에어포일의 현 방향 또는 에어포일의 캠버 라인을 따라 규칙적인 간격으로 배치될 수 있다. 따라서, 에어포일의 현 방향 또는 에어포일의 캠버 라인을 따라 더 균일한 냉각 공기의 분포가 얻어지거나 유지된다.
홈의 유출구는 에어포일의 스팬 방향 또는 반경 방향, 즉 반경 방향 외측을 따라 챔퍼부로부터 이격될 수 있다. 따라서, 챔퍼부 위 또는 상부에 형성된 냉각 공기 필름 또는 층은 홈의 유출구로부터의 냉각 공기의 유출에 의해 최소한으로 교란된다. 즉, 홈으로부터의 유출은 챔퍼부 상의 냉각 필름에 악영향을 미치지 않으면서 챔퍼부의 냉각 필름에 기여한다.
적어도 하나의 팁 냉각 구멍은 홈의 유입구에 인접하게 배치된 제1 팁 냉각 구멍, 즉 홈의 유입구에 인접하게 배치된 제1 팁 냉각 구멍의 유출구를 포함할 수 있다. 제1 냉각 구멍, 즉 제1 냉각 구멍의 유출구는 홈의 유입구로부터 현 방향을 따라 측정된 홈의 길이와 동일한 홈의 유입구로부터의 거리 내에 위치 또는 배치될 수 있다. 바람직하게는, 제1 냉각 구멍, 즉 제1 냉각 구멍의 유출구는 홈의 유입구로부터 현 방향을 따라 측정된 홈의 길이의 절반과 동일한 홈의 유입구로부터의 거리 내에 위치 또는 배치될 수 있다. 따라서, 홈과 종국적으로 얻어지는 챔퍼부에 냉각 공기가 쉽게 공급된다.
챔퍼부의 길이는 에어포일 현 길이의 0.01배 이상, 에어포일 현 길이의 0.2배 이하일 수 있으며, 바람직하게는 에어포일 현 길이의 0.02배 이상이고 에어포일 현 길이의 0.15배 이하일 수 있다. 이것은 스퀄러 팁의 기계적 강도나 무결성을 불리하게 손상시키지 않으면서 적절한 치수의 챔퍼부를 제공한다.
현(chord)은 에어포일의 리딩 엣지와 트레일링 엣지를 연결하는 가상의 직선으로 이해될 수 있다. 현 길이는 에어포일의 현을 따라 측정된 리딩 엣지와 트레일링 엣지 사이의 거리로 이해될 수 있다. 현 길이는 또한 트레일링 엣지와 현이 리딩 엣지와 교차하는 지점 사이의 거리로 이해될 수 있다. 현을 정의하는 데 사용되는 리딩 엣지 상의 지점은 최소 반경의 표면 지점 또는 현 길이를 최대화하는 표면 지점일 수 있다.
간단히 말해, 현 길이는 에어포일의 리딩 엣지로부터 트레일링 엣지까지의 직선 거리이다.
챔퍼부는 스퀄러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분의 제1 위치와 트레일링 엣지 팁 부분의 제2 위치 사이에 한정될 수 있다. 제1 위치는 에어포일의 트레일링 엣지와 대응할 수 있고, 즉 에어포일의 반경 방향으로 에어포일의 트레일링 엣지와 정렬될 수 있다. 제2 위치는 에어포일의 현을 따라 측정된 제1 위치로부터의 에어포일의 현 길이의 0.2배 이하의 거리에 대응할 수 있다. 이것은 스퀄러 팁의 기계적 강도 또는 무결성을 부정적으로 손상시키지 않으면서 적절하게 배치된 챔퍼부를 제공한다.
챔퍼부는 제1 위치와 인접하게 형성될 수 있으며. 즉, 챔퍼부의 트레일링 엣지측은 에어포일의 트레일링 엣지와 반경 방향으로 중첩될 수 있거나 반경 방향으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 챔퍼부의 트레일링 엣지측은 에어포일의 리딩 엣지 측의 방향으로 에어포일의 트레일링 엣지와 이격될 수 있다.
홈은 홈의 폭이 에어포일의 스팬 방향을 따라, 즉 에어포일의 반경 방향 내측 방향으로 감소하도록 형성될 수 있다. 이것은 스퀼러 팁 포켓으로부터 챔퍼부로 냉각 공기의 흐름을 더욱 용이하게 한다.
홈은 상기 홈의 바닥이 에어포일의 압력측으로 하향 경사지도록 형성될 수 있다. 따라서 더 많은 양의 공기가 압력측에 형성되는 챔퍼부를 향하여 유동되는 것을 용이하게 한다.
홈의 길이는 에어포일의 현 길이의 0.01배 이상이고 에어포일의 현 길이의 0.20배 이하일 수 있다. 바람직하게는, 홈의 길이는 에어포일의 현 길이의 0.02배 이상이고 에어포일의 현 길이의 0.15배 이하일 수 있다. 전술한 치수는 냉각 공기의 흐름에 더 많은 저항을 제공하여 챔퍼부에 불충분한 양의 냉각 공기를 제공할 수 있는 더 긴 길이의 홈 또는 더 강한 냉각 공기 흐름을 제공하여 챔퍼부 위의 냉각 공기 층 또는 필름을 교란할 수 있는 더 짧은 길이의 홈에 비해 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부로 적절하거나 적합한 냉각 공기 흐름을 보장한다.
챔퍼부는 트레일링 엣지 팁 부분 내에서 제한되거나 한정될 수 있으며, 즉, 챔퍼부는 스퀼러 팁의 흡입측 레일 및/또는 압력측 레일 내로 연장되지 않을 수 있다. 다시 말해, 스퀼러 팁의 흡입측 레일 및/또는 압력측 레일은 챔퍼부가 없을 수 있다.
홈의 길이는 현 방향으로 측정된 챔퍼부의 길이보다 작을 수 있다.
본 기술의 제2 양태는 터빈 블레이드 어셈블리를 제공한다. 터빈 블레이드 어셈블리는 적어도 하나의 블레이드와 로터 디스크를 포함한다. 적어도 하나의 블레이드는 로터 디스크에 결합된다. 적어도 하나의 블레이드는 본 기술의 제1 양태에 따른 것이다.
본 기술의 제3 양태는 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 가스 터빈을 제공한다. 적어도 하나의 블레이드는 본 기술의 제1 양태에 따른 것이다.
본 기술의 전술한 속성 및 기타 특징 및 이점, 그리고 이들을 달성하는 방식은 더 분명해질 것이며, 본 기술 자체는 첨부 도면과 관련하여 취한 본 기술의 실시예에 대한 다음의 설명을 참조하는 것을 통해 더 잘 이해될 것이다. 도면에서:
도 1은 본 기술의 터빈 블레이드의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부의 단면도를 예시하며;
도 2는 본 기술의 터빈 블레이드의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 터빈 블레이트 어셈블리의 예시적인 실시예를 개략적으로 예시하며;
도 3은 터빈 블레이드의 예시적인 실시예를 나타낸 수직 단면도이고;
도 4는 종래의 스퀼러 팁을 갖는 종래의 에어포일의 일부를 개략적으로 도시한 사시도이고;
도 5는 본 기술에 따른 블레이드의 예시적인 실시예의 에어포일의 일부를 도시한 사시도이고;
도 6은 도 5의 N 부분의 사시도이고;
도 7은 도 4의 종래의 스퀼러 팁을 갖는 종래의 에어포일의 일부를 개략적으로 도시한 다른 사시도이고;
도 8은 본 기술에 따른 도 5의 블레이드의 에어포일의 일부를 도시한 다른 사시도이고;
도 9a는 본 기술에 따른 블레이드의 예시적인 실시예의 트레일링 엣지 팁 부분의 챔퍼부의 예시적인 치수 및 예시적인 위치를 개략적으로 도시하며;
도 9b는 도 9a의 C 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 챔퍼부를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 9c는 도 9a의 V 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 챔퍼부를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 10은 본 기술에 따른 블레이드의 예시적인 실시예의 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 예시적인 치수 및 예시적인 위치를 개략적으로 도시하며;
도 11a는 도 10의 G-G' 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 11b는 도 10의 G-G' 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 12a는 도 10의 G-G' 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 또 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 12b는 도 12a의 홈의 예시적인 치수를 개략적으로 예시한다.
도 1은 본 기술의 터빈 블레이드의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부의 단면도를 예시하며;
도 2는 본 기술의 터빈 블레이드의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 터빈 블레이트 어셈블리의 예시적인 실시예를 개략적으로 예시하며;
도 3은 터빈 블레이드의 예시적인 실시예를 나타낸 수직 단면도이고;
도 4는 종래의 스퀼러 팁을 갖는 종래의 에어포일의 일부를 개략적으로 도시한 사시도이고;
도 5는 본 기술에 따른 블레이드의 예시적인 실시예의 에어포일의 일부를 도시한 사시도이고;
도 6은 도 5의 N 부분의 사시도이고;
도 7은 도 4의 종래의 스퀼러 팁을 갖는 종래의 에어포일의 일부를 개략적으로 도시한 다른 사시도이고;
도 8은 본 기술에 따른 도 5의 블레이드의 에어포일의 일부를 도시한 다른 사시도이고;
도 9a는 본 기술에 따른 블레이드의 예시적인 실시예의 트레일링 엣지 팁 부분의 챔퍼부의 예시적인 치수 및 예시적인 위치를 개략적으로 도시하며;
도 9b는 도 9a의 C 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 챔퍼부를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 9c는 도 9a의 V 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 챔퍼부를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 10은 본 기술에 따른 블레이드의 예시적인 실시예의 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 예시적인 치수 및 예시적인 위치를 개략적으로 도시하며;
도 11a는 도 10의 G-G' 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 11b는 도 10의 G-G' 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 12a는 도 10의 G-G' 라인을 따른 트레일링 엣지 팁 부분의 홈의 또 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 12b는 도 12a의 홈의 예시적인 치수를 개략적으로 예시한다.
이하, 전술한 본 기술의 특징 및 기타 특징을 상세히 설명한다. 다양한 실시예가 도면을 참조하여 설명되며, 도면에서 동일한 참조 번호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타내는 데 사용된다. 이어지는 설명에서, 설명의 목적으로, 하나 이상의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세가 언급된다. 예시된 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 알아야 한다. 이러한 실시예는 이러한 특정 상세가 없이 실시될 수 있음이 분명할 수 있다.
도 1은 가스 터빈 또는 가스 터빈 엔진(10)의 예를 단면도로 도시한다. 가스 터빈 엔진(10)은 일반적으로 흐름 계열로 그리고 일반적으로 종축 또는 회전축(20)을 중심으로 해당 방향으로 배열되는, 흐름 계열로, 유입구(12), 압축기 또는 압축기 섹션(14), 연소기 섹션(16) 및 터빈 섹션(18)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)은 회전축(20)을 중심으로 회전 가능하고 가스 터빈 엔진(10)을 통해 종방향으로 연장되는 샤프트(22)를 더 포함할 수 있다. 샤프트(22)는 터빈 섹션(18)을 압축기 섹션(14)에 구동식으로 연결할 수 있다.
가스 터빈 엔진(10)의 작동 중, 공기 유입구(12)를 통해 흡입된 공기(24)는 압축기 섹션(14)에 의해 압축되어 연소 섹션 또는 버너(burner) 섹션(16)으로 전달된다. 버너 섹션(16)은 버너 플레넘(plenum)(26), 하나 이상의 연소 챔버(28) 및 각 연소 챔버(28)에 고정된 적어도 하나의 버너(30)를 포함한다. 연소 챔버(28) 및 버너(30)는 버너 플레넘(26) 내부에 위치될 수 있다. 압축기(14)를 통과하는 압축 공기는 디퓨저(32)로 들어가서 디퓨저(32)로부터 버너 플레넘(26)으로 배출될 수 있으며, 버너 플레넘으로부터 공기의 일부가 버너(30)로 들어가서 기체 또는 액체 연료와 혼합된다. 그 다음, 공기/연료 혼합물이 연소되고 연소 가스(34) 또는 연소로부터의 작동 가스가 연소 챔버(28)를 통해 트랜지션 덕트(17)를 경유하여 터빈 섹션(18)으로 전달된다.
이러한 예시적인 가스 터빈 엔진(10)은 각각 버너(30) 및 연소 챔버(28)를 갖는 연소기 캔(can)(19)의 환형 어레이로 구성되는 캐뉼러(cannular) 연소기 섹션 구성(16)을 가질 수 있고, 트랜지션 덕트(17)는 연소 챔버(28)와 인터페이스 연결되는 대체로 원형의 유입구와 환형 세그먼트 형태의 유출구를 가진다. 트랜지션 덕트 유출구의 환형 어레이는 연소 가스를 터빈(18)으로 보내기 위한 환형부를 형성할 수 있다.
터빈 섹션(18)은 샤프트(22)에 부착된 다수의 블레이드 지지 디스크(36)를 포함할 수 있다. 본 예에서, 2개의 디스크(36) 각각은 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이를 보유하는 것으로 예시되어 있다. 그러나, 블레이드 보유 디스크의 수는 상이하여, 즉 오직 하나의 디스크 또는 3개 이상의 디스크일 수 있다. 또한, 가스 터빈 엔진(10)의 스테이터(42)에 고정된 안내 베인(40)이 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이의 여러 스테이지 사이에 배치될 수 있다. 연소 챔버(28)의 유출구와 리딩 터빈 블레이드(38) 유입구 사이에 안내 베인(44)이 제공되어 터빈 블레이드(38) 상으로 작동 가스의 흐름을 전환할 수 있다.
연소 챔버(28)로부터의 연소 가스는 터빈 섹션(18)으로 들어가서 터빈 블레이드(38)를 구동하고, 터빈 블레이드는 다시 샤프트(22)를 회전시킨다. 안내 베인(40, 44)은 터빈 블레이드(38)에 대한 연소 가스 또는 작동 가스의 각도를 최적화하는 역할을 한다.
터빈 섹션(18)은 압축기 섹션(14)을 구동시킨다. 압축기 섹션(14)은 축방향의 일련의 베인 스테이지(46) 및 로터 블레이드 스테이지(48)를 포함할 수 있다. 로터 블레이드 스테이지(48)는 블레이드의 환형 어레이를 지지하는 로터 디스크를 포함할 수 있다. 압축기 섹션(14)은 또한 로터 스테이지를 둘러싸고 베인 스테이지(48)를 지지하는 케이싱(50)을 포함할 수 있다. 안내 베인 스테이지는 케이싱(50)에 장착되는 반경 방향으로 연장되는 베인의 환형 어레이를 포함할 수 있다. 베인은 주어진 엔진 작동 지점에서 블레이드에 대한 최적의 각도로 가스 흐름을 제공하도록 배치된다. 안내 베인 스테이지 중 일부는 가변 베인을 가질 수 있으며, 그 종축을 중심으로 한 베인의 각도는 서로 다른 엔진 작동 조건에서 발생할 수 있는 공기 흐름 특성에 따라 각도를 조정될 수 있다. 케이싱(50)은 압축기(14)의 통로(56)의 반경방향 외부면(52)을 형성할 수 있다. 통로(56)의 반경방향 내부면(54)이 블레이드(48)의 환형 어레이에 의해 부분적으로 형성될 수 있는 로터의 로터 드럼(53)에 의해 적어도 부분적으로 획정될 수 있다.
본 기술은 단일, 다단 압축기 및 단일, 하나 이상의 스테이지 터빈을 연결하는 단일 샤프트 또는 스풀을 갖는 상기 예시적인 가스 터빈을 참조로 설명된다. 그러나, 본 기술은 2개 또는 3개의 샤프트 엔진에 동일하게 적용할 수 있고 산업, 항공 또는 해양 응용 분야에 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
상류 및 하류라는 용어는 달리 명시되지 않는 한 엔진을 통한 기류 및/또는 작동 가스 흐름의 흐름 방향을 지칭한다. 전방 및 후방이라는 용어는 엔진을 통한 고온 가스의 전반적인 흐름을 나타낸다. 축방향, 반경 방향 및 원주 방향이라는 용어는 가스 터빈(10)의 회전축(20)을 기준으로 참조하여 제시된다.
본 기술에서, 에어포일(100)을 포함하는 터빈 블레이드(1)가 제시된다(예를 들어, 도 5, 6, 8-12b에 도시된 바와 같음). 본 기술의 터빈 블레이드(1)는 위에서 설명된 가스 터빈(10)의 블레이드(38)일 수 있다.
도 2는 터빈 블레이드 어셈블리의 예를 개략적으로 예시한다. 어셈블리는 로터 디스크(36) 상에 배열되고 이에 결합된, 본 기술의 블레이드(1)로도 지칭되는, 터빈 블레이드(38)를 포함할 수 있다. 도 3에 역시 예시된 바와 같이, 터빈 블레이드(1)는 플랫폼(200), 에어포일(100) 및 선택적으로 루트(root)(300)를 포함할 수 있다. 블레이드(1)는 루트(300)를 통해 디스크(36)에 고정되거나 장착될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 터빈 블레이드(1)는 플랫폼(200) 및 플랫폼(200)으로부터 연장되는 에어포일(100)을 포함할 수 있다. 플랫폼(200)은 원주 방향으로 연장될 수 있다. 에어포일(100)은 플랫폼(200)으로부터 반경 방향 외측으로 연장된다. 루트(300)는 플랫폼(200)으로부터 반경 방향 내측으로 연장된다.
도 2, 3, 5, 6, 8에 예시된 바와 같이, 본 기술에 따르면, 에어포일(100)은 압력측(102)(압력면 또는 오목면/오목측이라고도 함) 및 흡입측(104)(흡입면 또는 볼록면/볼록측이라고도 함)을 포함한다. 압력측(102)과 흡입측(104)은 에어포일(100)의 리딩 엣지(106)과 트레일링 엣지(108)에서 서로 만난다.
에어포일(100)은 플랫폼(200)에 인접하는 베이스부(100b)와 베이스부(100b)로부터 에어포일(100)의 종방향 또는 반경 방향(9r)을 따라 이격된, 에어포일 팁 부분 또는 간단히 에어포일 팁이라고도 하는, 팁(100a)을 포함할 수 있다.
압력측(102), 흡입측(104), 리딩 엣지(106) 및 트레일링 엣지(108)는 에어포일(100)의 내부 공간 또는 에어포일 공동(100s)을 형성한다. 에어포일(100)의 에어포일 공동(100s)은 에어포일 팁(100a), 즉 에어포일(100)의 반경 방향 최외측 단부에 배치된 에어포일 팁(100a)의 벽에 의해 한정될 수 있다.
에어포일 팁(100a)은 외부 표면 또는 반경 방향 상부 표면(101a)과 내부 표면 또는 반경 방향 내부 표면(101b)을 갖는 벽으로 형성될 수 있다.
블레이드(1)는 스퀄러 팁(60)을 포함한다. 스퀄러 팁(60)은 에어포일 팁(100a)에 또는 그 상부에 배치되어 특히 에어포일 팁(100a)의 외부 표면(101a)으로부터 반경 방향 외측으로 발산될 수 있다.
이하, 도 5, 6, 8-12b에 도시된 실시예를 참조하여 본 기술에 따른 블레이드(1)를 설명하였다. 도 4 및 도 7은 본 기술에 대한 비교 이해를 위해 종래 기술에 따른 블레이드를 나타낸다.
도 5, 6, 8에 도시된 바와 같이, 스퀄러 팁(60)은 에어포일 팁(100a)의 주변을 따라 연속적으로 또는 간헐적으로(미도시) 둘러싸는 대체로 레일 형태일 수 있다.
스퀼러 팁(60)은 흡입측 레일(64)을 포함한다. 흡입측 레일(64)은 에어포일 팁(100a)에서 흡입측(104)의 주변에 위치되고 이를 따라 연장될 수 있다.
스퀼러 팁(60)은 압력측 레일(62)을 포함한다. 압력측 레일(62)은 에어포일 팁(100a)에서 압력측(102)의 주변에 위치되고 이를 따라 연장될 수 있다.
스퀄러 팁(60)은 또한 트레일링 엣지 팁 부분(70)을 포함한다. 트레일링 엣지 팁 부분(70)은 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)에 또는 그를 따라 배치되거나 위치된다.
압력측 레일(62)과 흡입측 레일(64)은 트레일링 엣지 팁 부분(70)에서 만난다. 트레일링 엣지 팁 부분(70)은 압력측(102), 흡입측(104) 및 트레일링 엣지(108) 사이에 걸쳐 있거나 그 사이에서 연장되는 단일 레일 또는 부품 또는 구조체로 형성될 수 있다. 트레일링 엣지 팁 부분(70)은 에어포일의 리딩 엣지(106)까지 연장되지 않는다.
압력측 레일(62), 흡입측 레일(64), 트레일링 엣지 팁 부분(70) 및 에어포일 팁(100a)은 함께 에어포일 팁(100a)에 또는 그 위에 또는 그 상부에, 즉 반경 방향 외측으로 배치된 스퀼러 팁 포켓(60s)을 형성한다.
스퀼러 팁 포켓(60s)에는 복수의 에어포일 팁 냉각 구멍(65a, 65b)이 배치될 수 있다. 간단히 팁 냉각 구멍(65a, 65b)으로도 지칭되는 에어포일 팁 냉각 구멍(65a, 65b)은 에어포일 공동(100s)(도 3에 도시됨)으로부터 냉각 공기의 흐름을 스퀼러 팁 포켓(60s)으로 안내하기 위해 에어포일 팁(100a)에 형성된 냉각 공기 유동 채널 또는 관통 구멍으로 이해될 수 있다.
팁 냉각 구멍(65a, 65b)의 유출구는 스퀼러 팁 포켓(60s) 내의 에어포일 팁(100a)에 위치될 수 있고, 팁 냉각 구멍(65a, 65b)의 유입구는 에어포일 공동(100s)에 위치될 수 있다.
예를 들어 도 5, 6 및 8에 도시된 바와 같이, 스퀄러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분(70)은 챔퍼부(90) 및 홈(80)을 포함한다. 챔퍼부(90)는 에어포일(100)의 압력측(102)을 향해 배치된다.
홈(80)은 챔퍼부(90)와 스퀼러 팁 포켓(60s) 사이에서 연장된다. 스퀼러 팁 포켓(60s)으로부터의 냉각 공기의 적어도 일부는 홈(80)을 통해 챔퍼부(90)로 흐른다.
홈(80)의 유입구(82)는 스퀼러 팁 포켓(60s)에 위치되어 스퀄러 팁 포켓(60s)으로부터 냉각 공기를 수용할 수 있다. 홈(80)의 유출구(84)는 해당 유출구(84)로부터 나오는 냉각 공기가 챔퍼부(90) 상에서 또는 위에서 흐를 수 있도록 챔퍼부(90)에 또는 그에 인접되게 위치될 수 있다.
트레일링 엣지 팁 부분(70)은 에어포일(100)의 압력측(102)에 대응하는 압력측(72), 에어포일(100)의 흡입측(104)에 대응하는 흡입측(74), 스퀼러 팁 포켓(60s)과 마주하고 압력측 레일(62)과 흡입측 레일(64) 사이에서 연장되는 측면 및 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 반경 방향 외측 표면인 상부 표면(76)을 포함할 수 있다.
도 5, 6 및 8에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 상부 표면(76)과 압력측 표면(72) 사이 또는 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 상부 표면(72)과 에어포일(100)의 압력측(102) 사이에 배치된다.
홈(84)은 스퀄러 팁 포켓(60s)으로부터 챔퍼부(90)까지 냉각 공기를 위한 유동 채널로서, 예를 들어 바람직하게는, 스퀄러 팁(70)의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 반경 방향 외부 표면(76) 또는 상부 표면(76)에서 에어포일(100)의 반경 방향 내측 방향으로 형성된, 도 5에 도시된 축(9r)에 대해 형성된 트레일링 엣지 팁 부분(70)에 형성된 함몰부 또는 공동 또는 리세스 또는 노치로서 형성된다.
홈(80)은 에어포일(100)의 캠버 라인을 따라 종방향으로 연장될 수 있으며, 즉 홈(80)의 형상은 에어포일(100)의 캠버 라인과 정렬되거나 대응하도록 형성될 수 있다. 챔퍼부(90)는 또한 에어포일(100)의 캠버 라인을 따라 종방향으로 연장될 수 있으며, 즉 홈(80)의 형상은 에어포일(100)의 캠버 라인과 정렬되더나 대응하도록 형성될 수 있다. 그러나, 본 기술은 전술한 홈 또는 챔퍼부의 형상에 한정되지 않는다.
일반적으로, 홈(80)은 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 현 방향(9c)을 따라 스퀼러 팁 포켓(60s)과 챔퍼부(90) 사이에 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)에 인접하거나 이에 대응하여 배치된 제1 부분 또는 제1 단부를 포함할 수 있다. 제1 부분은 챔퍼부(90)가 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)에서 또는 그에 인접하여 시작하는 챔퍼부(90)의 위치 또는 단부 또는 일부 또는 부분일 수 있다. 제1 부분은 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)으로 지칭될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 에어포일(100)의 홈(80)에 인접하거나 대응하여 배치된 제2 부분 또는 제2 단부를 포함할 수 있다. 제2 부분은 챔퍼부(90)가 에어포일(100)의 홈(80)에서 또는 그에 인접하여 시작하는 챔퍼부(90)의 위치 또는 단부 또는 일부 또는 부분일 수 있다. 제2 부분은 챔퍼부(90)의 홈측(92)으로 지칭될 수 있다. 챔퍼부(90)의 홈측(92)은 에어포일(100)의 현 방향(9c)으로 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)과 반대이다.
에어포일(100)의 현 방향(9c)을 따라 에어포일(100)의 리딩 엣지(106)에서 트레일링 엣지(108)로 이동할 때, 스퀼러 팁 포켓(60s), 홈(80) 및 챔퍼부(90)는 직렬 또는 순차적으로 배열될 수 있다.
이하에서는 도 8 및 도 9a-9c를 참조로 챔퍼부(90)의 형상에 따른 실시예를 설명한다.
도 9b는 에어포일(100)의 리딩 엣지(106)로부터 트레일링 엣지(108) 측으로 현 방향(9c)에서 볼 때 홈측(92), 즉 도 9a의 C 라인에서의 단면도를 도시한다.
도 8 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 챔퍼부(90)의 홈측(92)에서 오목하게 형성될 수 있다. 일 실시예(미도시)에서, 전체 챔퍼부(90), 즉 홈측(92)으로부터 트레일링 엣지측(91)까지의 전체 챔퍼부는 오목한 형상일 수 있다.
도 9c는 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)로부터 리딩 엣지(106) 측으로 현 방향(9c)으로 볼 때 트레일링 엣지측(91), 즉 도 9a의 V 라인에서의 단면도를 도시한다.
도 8 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서 볼록한 형상일 수 있다. 일 실시예(미도시)에서, 전체 챔퍼부(90), 즉 홈측(92)으로부터 트레일링 엣지측(91)까지의 전체 챔퍼부는 볼록한 형상일 수 있다.
대안적으로, 챔퍼부는 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서 평면 형상일 수 있다. 일 실시예(미도시)에서, 전체 챔퍼부(90), 즉, 홈측(92)으로부터 트레일링 엣지측(91)까지의 전체 챔퍼부는 평면 형상일 수 있다.
일 실시예에서, 도 8 및 도 9a-9c에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 챔퍼부(90)의 홈측(92)에서 오목한 형상일 수 있고, 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서 평면형 또는 볼록형일 수 있다. 챔퍼부(90)의 형상은 홈측(92)에서의 오목한 형상에서 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서의 평면형 또는 볼록형으로 점진적으로 변천되게 형성될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)의 길이(L)는 에어포일(100) 현 길이의 0.01배 이상이고 에어포일(100) 현 길이의 0.2배 이하일 수 있다. 바람직하게는, 챔퍼부(90)의 길이(L)는 에어포일(100)의 현 길이의 0.02배 이상이고 에어포일(100)의 현 길이의 0.15배 이하일 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 스퀼러 팁(60)의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 제1 위치와 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 제2 위치 사이에 한정될 수 있다.
도 9a의 V 라인에서의 위치는 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 제1 위치를 개략적으로 도시한다. 일 실시예(도 9a에는 도시되지 않았지만 도 8에는 도시됨)에서, 제1 위치는 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)와 반경 방향으로 중첩될 수 있다. 대안적으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 제1 위치는 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)로부터 현 방향으로 거리(Lv)만큼 이격될 수 있다. 도 9c의 묘사는 양측의 실시예, 즉 제1 위치가 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)와 반경 방향으로 중첩되는 실시예 및 제1 위치가 트레일링 엣지(108)로부터 현 방향으로 거리(Lv)만큼 이격되는 실시예 모두에 적용 가능하다. 거리(Lv)는 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)로부터 현 방향을 따라 측정된 챔퍼부(90)의 길이(L)의 0.1배 이하일 수 있다. 제1 위치에 배치된 챔퍼부(90)의 일부 또는 부분 또는 단부는 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)이다.
도 9a의 C 라인에서의 위치는 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 제2 위치를 개략적으로 도시한다. 제2 위치는 에어포일(100)의 현을 따라 측정된, 제1 위치로부터 에어포일(100)의 현 길이의 0.2배 이하의 거리에 대응할 수 있다. 제2 위치에 배치된 챔퍼부(90)의 일부 또는 부분 또는 단부는 챔퍼부(90)의 홈측(92)이다.
도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 챔퍼부(90)는 제1 평면 부분 또는 평면부(901), 제2 평면 부분 또는 평면부(902) 및 제1 및 제2 평면부(901, 902) 사이의 중간 필렛부(fillet portion)(903), 즉 제1 및 제2 평면부(901, 902)를 연결하는 호형부(arc shaped portion)를 포함할 수 있다. 제1 평면부(901), 필렛부(903) 및 제2 평면부(902)는 에어포일(100)의 반경 방향(9r)을 따라 배열될 수 있다. 다시 말해, 필렛부(903)는 제1 평면부(901)의 방향(9r)(도 5에 도시됨)에 대해 반경 방향 외측에 배치될 수 있고, 제2 평면부(902)는 필렛부(903)의 방향(9r)(도 5에 도시됨)에 대해 반경 방향 외측에 배치될 수 있다. 제1 평면부(901), 필렛부(903) 및 제2 평면부(902)를 포함하는 이러한 형상은 정밀하게 제조하기 쉽다.
도 9b 및 도 9c는 각각 챔퍼부(90)의 홈측(92) 및 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서의 챔퍼부(90)의 예시적인 치수를 나타낸다. 도 9b 및 도 9c에서, 참조부호 'A'는 챔퍼부(90)의 최대 폭을 나타내고, 참조부호 'B'는 챔퍼부(90)의 최대 높이/깊이를 나타내고, 참조부호 'Q'는 흠측(92)에서 트레일링 엣지 팁의 최대 폭을 나타낸다. 폭(A, Q)은 에어포일(100)의 두께 방향을 따라, 즉 에어포일(100)의 압력측(102)과 흡입측(104) 사이에서 수직으로 연장되는 방향으로 또는 다른 말로, 도 5에 도시된 방향(9r, 9c)에 상호 수직인 방향으로 측정된다. 높이 또는 깊이(B)는 에어포일(100)의 반경 방향(9r)을 따라 측정된다.
홈측(92)에서의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 폭(Q)은 현 길이의 0.02배 이상이고 현 길이의 0.1배 이하일 수 있다.
일반적으로, 챔퍼부(90)의 폭(A), 즉 홈측(92) 또는 트레일링 엣지측 또는 챔퍼부(90)의 홈측(92)과 트레일링 엣지측(91) 사이의 챔퍼부(90)의 임의의 위치 또는 부분에서의 폭은 홈측(92)에서의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 폭(Q)의 0.2배 이상일 수 있다.
일반적으로, 홈측(92) 또는 트레일링 엣지측 또는 챔퍼부(90)의 홈측(92)과 트레일링 엣지측(91) 사이의 챔퍼부(90)의 임의의 위치 또는 부분에서의 챔퍼부(90)의 높이(B) 또는 깊이(B)와 폭(A)의 비율(즉, 비율 B/A)은 0.5 이상이고 2 이하일 수 있다.
챔퍼부(90)의 폭(A) 및/또는 높이(B) 또는 깊이(B)는 일정할 수 있으며, 즉 챔퍼부(90)의 홈측(92)으로부터 트레일링 엣지측(91)까지와 동일할 수 있다.
예시적인 실시예에서, B/A(높이 대 폭) 비율은 홈측으로부터 트레일링 엣지측까지 일정할 수 있다. 추가로 설명하면, 폭(W)과 높이(B) 중 하나 또는 양자 모두는 동일하게 유지되거나 변할 수 있지만, 비율 B/A(높이 대 폭) 비율은 홈측으로부터 트레일링 엣지측까지 일정할 수 있다.
도 9b에서, 참조부호 'rC'는 챔퍼부(90)의 홈측(92)에서 필렛부(903)의 최대 반경을 나타내고, 도 9c에서, 참조부호 'rV'는 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서 필렛부(903)의 최대 반경을 나타낸다.
일반적으로, 챔퍼부(90)의 필렛부(903)의 반경, 즉 홈측(92)에서의 반경(rC) 또는 트레일링 엣지측에서의 반경(rV) 또는 챔퍼부(90)의 홈측(92)과 트레일링 엣지측(91) 사이의 챔퍼부(90)의 임의의 위치 또는 부분에서의 반경은 에어포일(100)의 현 길이의 0.005배 이상일 수 있고, 바람직하게는 에어포일(100)의 현 길이의 0.01배 이상일 수 있다.
도 9b에서, 참조부호 'αC'는 챔퍼부(90), 즉, 특히 챔퍼부(90)의 제1 평면(901)과 챔퍼부(90)의 홈측(91)에서의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 압력측 표면(72) 및/또는 에어포일 압력측(102) 사이의 각도를 나타낸다. 도 9b에서, 참조부호 'βC'는 챔퍼부(90), 즉 특히 챔퍼부(90)의 제2 평면(902)과 챔퍼부(90)의 홈측(91)에서의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 상부 표면(76) 사이의 각도를 나타낸다.
일반적으로, 각도(αC, βC)는 10ㅀ(10도) 이상이고 85ㅀ(85도) 이하일 수 있다. 바람직하게는, 각도(αC, βC)는 45ㅀ(45도) 이상이고 85ㅀ(85도) 이하일 수 있다.
도 9c에서, 참조 부호 'αV'는 챔퍼부(90), 즉, 특히 챔퍼부(90)의 제1 평면(901)과 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 압력측 표면(72) 및/또는 에어포일 압력측(102) 사이의 각도를 나타낸다. 도 9b에서, 참조부호 'βV'는 챔퍼부(90), 즉 특히 챔퍼부(90)의 제2 평면(902)과 챔퍼부(90)의 트레일링 엣지측(91)에서의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 상부 표면(76) 사이의 각도를 나타낸다.
일반적으로, 각도(αV, βV)는 5ㅀ(5도) 이상이고 85ㅀ(85도) 이하일 수 있다. 바람직하게는, 각도(αV, βV)는 10ㅀ(10도) 이상이고 60ㅀ(60도) 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 각도(αV, βV)는 10ㅀ( 10도) 이상이고 45ㅀ(45도) 이하일 수 있다.
일반적으로, 홈측(92)과 트레일링 엣지측(91) 사이의 챔퍼부(90)의 임의의 위치에서의 각도(α, β)는 에어포일(100)의 홈측(92)에서의 각도(αC, βC) 이하이고 에어포일(100)의 트레일링 엣지측(91)에서의 각도(αV, βV) 이상일 수 있다.
도 5, 6 및 8에 도시된 바와 같이, 트레일링 엣지 팁 부분(70)은 챔퍼부(90)에 배치된 적어도 하나의 챔퍼-냉각 구멍(95)을 포함할 수 있다. 도면에서는 단지 예로서 3개의 챔퍼-냉각 구멍(95)을 예시하고 있지만, 챔퍼부(90)에는 임의의 챔퍼-냉각 구멍(95)이 없을 수 있거나, 1개, 2개 또는 4개 이상의 챔퍼-냉각 구멍(95)이 있을 수 있음을 알아야 한다.
챔퍼-냉각 구멍(95)은 에어포일 공동(100s, 도 3 참조)으로부터 챔퍼부(90)로 냉각 공기를 제공한다.
트레일링 엣지 팁 부분(90)은 서로 이격되는 복수의 챔퍼-냉각 구멍(95)을 포함할 수 있다. 챔퍼-냉각 구멍(95)은 에어포일(100)의 현 방향(9c)을 따라 또는 에어포일(100)의 캠버 라인을 따라 규칙적인 간격으로 배치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 홈(80)의 유출구(84)는 스팬 방향 또는 반경 방향(9r)을 따라 챔퍼부(90)로부터 이격될 수 있으며, 즉 바닥(88)(도 11a-12b에 도시됨)이 챔퍼부(90)의 반경 방향 외측으로 배치될 수 있다.
이하, 도 10-12b를 참조로 홈(80)의 형상에 관한 다양한 실시예를 설명한다.
도 11a-도 12b는 에어포일(100)의 트레일링 엣지(108)로부터 리딩 엣지(106) 측으로 현 방향(9c)으로 볼 때 도 10의 G-G' 라인에서의 홈(80)의 단면도를 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 팁 냉각 구멍(65a, 65b)은 홈(80)의 유입구(82)에 인접하게 배치된 제1 팁 냉각 구멍(65a)을 포함할 수 있다. 제1 냉각 구멍(65a)은 홈(80)의 유입구(82)로부터 현 방향(9c)을 따라 측정된, 홈(80)의 길이(LG)와 동일한 홈(84)의 유입구(82)로부터의 거리 내에 위치 또는 배치될 수 있다. 바람직하게, 제1 냉각 구멍(65a)은 홈(80)의 길이(LG)의 절반과 동일한 홈(84)의 유입구(82)로부터 일정 거리 내에 위치 또는 배치될 수 있다.
도 11a, 도 11b 및 도 12a는 홈(80)의 예시적인 상이한 실시예를 도시한다. 그러나, 홈(80)의 형상은 도 11a-12a에 도시된 형상에 한정되지 않음을 알아야 하며, 즉 홈(80)은 도 11a, 도 11b 및 도 12a의 예시된 형상과 상이한 단면 형상을 가질 수 있다.
일반적으로, 홈(80)은 서로 마주하는 측벽과 홈(80)의 베이스 표면 또는 하부 표면을 형성하는 바닥(88)을 포함할 수 있다. 바닥(80)은 도 11a 및 도 12a에 도시된 바와 같이 평면형일 수 있거나, 도 11b에 도시된 바와 같이 만곡형 또는 라운드형일 수 있다. 평면형 바닥(88)은 수평으로, 즉 도 11a에 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 두께 방향을 따라 수평으로 배치될 수 있거나, 도 12b에 도시된 바와 같이 압력측(102) 또는 압력측 표면(72)에 대해 경사질 수 있다. 바람직하게는, 평면형 바닥(88)은 도 12b에 도시된 바와 같이 압력측(102) 또는 압력측 표면(72) 측으로 하향 경사질 수 있다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 홈(80)은 홈(80)의 폭(W), 즉 서로 마주하는 측벽 사이의 이격 거리가 에어포일(100)의 스팬 방향을 따라, 즉 에어포일(100)의 반경 방향 내측 방향(9r)을 따라 일정하거나 변하지 않고 유지될 수 있도록 형성될 수 있다. 이것은 챔퍼부(90)로 흐르는 냉각 공기의 부피 또는 양을 증가시키는 것을 보장한다.
대안적으로, 도 11b, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 홈(80)은 홈(80)의 폭(W), 즉 서로 대향하는 측벽 사이의 이격 거리가 에어포일(100)의 스팬 방향을 따라, 즉 에어포일(100)의 반경 방향 내측 방향(9r)을 따라 감소할 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(76)에 형성된 홈(80)의 개구에서의 폭(W1)은 홈의 바닥(88)에서의 폭(W2)보다 클 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 홈(80)의 길이(LG)는 에어포일(100) 현 길이의 0.01배 이상이고 에어포일(100) 현 길이의 0.20배 이하일 수 있다. 바람직하게, 홈(80)의 길이(LG)는 에어포일(100)의 현 길이의 0.02배 이상이고 에어포일(100)의 현 길이의 0.15배 이하일 수 있다.
도 12b에서, 참조부호 'H'는 스퀄러 팁(60)의 트레일링 엣지 팁 부분(70)의 상부 표면(76)으로부터 에어포일의 반경 방향(9r)을 따라 측정된 홈(80)의 높이 또는 깊이를 나타낸다.
홈(80)의 최대 폭(W1), 즉 상부 표면(76)에 형성된 홈(80)의 개구에서의 폭(W1)은 챔퍼부(90)의 최대 폭(A) 이하일 수 있다.
홈(80)의 최대 폭(W1)은 0.5 mm 이상일 수 있다.
홈(80)의 최대 폭(W1)은 0.5 mm 이상이고 챔퍼부(90)의 최대 폭(A) 이하일 수 있다.
홈(80)의 최대 깊이(H) 또는 높이(H)는 챔퍼부(90)의 최대 깊이 또는 높이(B) 이하일 수 있다.
홈(80)의 최대 깊이(H) 또는 높이(H)는 0.5 mm 이상일 수 있다.
홈(80)의 최대 깊이(H) 또는 높이(H)는 0.5 mm 이상이고 챔퍼부(90)의 최대 깊이(B) 또는 높이(B) 이하일 수 있다.
홈(80)의 깊이(H) 또는 높이(H)는 홈(80)의 유입구(82)로부터 유출구(84)까지 일정할 수 있다. 바닥(88)이 경사지거나 바닥(88)이 비평면형 또는 만곡형인 경우, 홈(80)의 깊이(H) 또는 높이(H)는 홈(80)의 평균 깊이(H) 또는 높이(H)일 수 있다.
도 12b에서 참조부호 'γ'는 에어포일(100)의 두께 방향에 대한 홈(80)의 바닥(88)의 경사각을 나타낸다.
각도(γ)는 0ㅀ(0도) 이상이고 75ㅀ(75도) 이하일 수 있다.
홈(80)의 바닥(88)의 각도(γ)는 홈(80)의 유입구(82)로부터 유출구(84)까지 일정할 수 있다.
홈(80)의 측벽과 바닥(88)은 필렛화될 수 있으며((filleted) 즉, 도 12b에서 점선(Fr)에 의해 도시된 바와 같이 호형의 엣지에 의해 연결될 수 있다.
홈(80)의 바닥(88)과 측벽 사이의 필렛화된 부분의 반경은 0.1 mm 이상일 수 있고, W2, 즉 홈(80)의 최소 폭(W2) 또는 홈(80)의 바닥(88)에서의 폭(W2)의 절반 이하일 수 있다.
본 기술은 특정 실시예를 참조로 상세히 설명되었지만, 본 기술은 이러한 정확한 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명을 실시하기 위한 예시적인 모드를 설명하는 본 개시 내용의 관점에서, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 많은 수정 및 변형이 당업자에게 제공될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 하기의 청구범위에 의해 제시된다. 청구범위의 등가물의 의미 및 범위 내에서 유도되는 모든 변경, 수정 및 변형은 해당 범위 내에서 고려되어야 한다.
1 블레이드
9 챔퍼면
9r 에어포일의 반경 방향
9c 에어포일의 현 방향
10 가스 터빈
12 유입구
14 압축기 섹션
16 연소기 섹션 또는 버너 섹션
17 트랜지션 덕트
18 터빈 섹션
19 연소기 캔
20 종축 또는 회전축
22 샤프트
24 공기
26 버너 플레넘
28 연소 챔버
30 버너
32 디퓨저
34 연소 가스 또는 작동 가스
36 블레이드 지지 디스크
38 터빈 블레이드
40 안내 베인
42 스테이터
42a 스테이터의 내부면
44 유입 안내 베인
46 베인 스테이지
48 로터 블레이드 스테이지
50 케이싱
52 반경 방향 외부 표면
53 로터 드럼
54 반경 방향 내부 표면
56 통로
60 스퀼러 팁
60s 스퀼러 팁 포켓
62 압력측 레일
64 흡입측 레일
65a, 65b 팁 냉각 구멍
70 트레일링 엣지 팁 부분
72 트레일링 엣지 팁 부분의 압력측 표면
74 트레일링 엣지 팁 부분의 흡입측 표면
76 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면
80 홈
82 홈의 유입구
84 홈의 유출구
85 홈의 축
88 홈의 바닥
90 챔퍼부
901 제1 평면부
902 제2 평면부
903 제1 평면부와 제2 평면부 사이의 필렛부
91 챔퍼부의 트레일링 엣지측
92 챔퍼부의 홈측
95 챔퍼-냉각 구멍
100 에어포일
100a 에어포일 팁
100b 에어포일 베이스
100s 에어포일 공동
102 압력면/측
102h 압력측 냉각 구멍
104 흡입면/측
106 리딩 에지
108 트레일링 엣지
A 챔퍼부의 폭
B 챔퍼부의 높이/깊이
C 트레일링 엣지 팁 부분의 제2 위치
H 홈의 높이/깊이
Q 홈측에서의 트레일링 엣지 팁 부분의 폭
L 챔퍼부의 길이
LG 홈의 길이
Lv 트레일링 엣지로부터 제1 위치의 거리
rC 챔퍼부의 홈측에서의 필렛부의 반경
rV 트레일링 엣지에서의 필렛부의 반경
V 트레일링 엣지 팁 부분의 제1 위치
W, W1, W2 홈의 폭
αC 챔퍼부의 홈측에서 챔퍼부와 에어포일 압력측 사이의 각도
βC 챔퍼부의 홈측에서 챔퍼부와 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면 사이의 각도
αV 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 챔퍼부와 에어포일 압력측 사이의 각도
βV 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 챔퍼부와 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면 사이의 각도
γ 홈 바닥의 경사각
9 챔퍼면
9r 에어포일의 반경 방향
9c 에어포일의 현 방향
10 가스 터빈
12 유입구
14 압축기 섹션
16 연소기 섹션 또는 버너 섹션
17 트랜지션 덕트
18 터빈 섹션
19 연소기 캔
20 종축 또는 회전축
22 샤프트
24 공기
26 버너 플레넘
28 연소 챔버
30 버너
32 디퓨저
34 연소 가스 또는 작동 가스
36 블레이드 지지 디스크
38 터빈 블레이드
40 안내 베인
42 스테이터
42a 스테이터의 내부면
44 유입 안내 베인
46 베인 스테이지
48 로터 블레이드 스테이지
50 케이싱
52 반경 방향 외부 표면
53 로터 드럼
54 반경 방향 내부 표면
56 통로
60 스퀼러 팁
60s 스퀼러 팁 포켓
62 압력측 레일
64 흡입측 레일
65a, 65b 팁 냉각 구멍
70 트레일링 엣지 팁 부분
72 트레일링 엣지 팁 부분의 압력측 표면
74 트레일링 엣지 팁 부분의 흡입측 표면
76 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면
80 홈
82 홈의 유입구
84 홈의 유출구
85 홈의 축
88 홈의 바닥
90 챔퍼부
901 제1 평면부
902 제2 평면부
903 제1 평면부와 제2 평면부 사이의 필렛부
91 챔퍼부의 트레일링 엣지측
92 챔퍼부의 홈측
95 챔퍼-냉각 구멍
100 에어포일
100a 에어포일 팁
100b 에어포일 베이스
100s 에어포일 공동
102 압력면/측
102h 압력측 냉각 구멍
104 흡입면/측
106 리딩 에지
108 트레일링 엣지
A 챔퍼부의 폭
B 챔퍼부의 높이/깊이
C 트레일링 엣지 팁 부분의 제2 위치
H 홈의 높이/깊이
Q 홈측에서의 트레일링 엣지 팁 부분의 폭
L 챔퍼부의 길이
LG 홈의 길이
Lv 트레일링 엣지로부터 제1 위치의 거리
rC 챔퍼부의 홈측에서의 필렛부의 반경
rV 트레일링 엣지에서의 필렛부의 반경
V 트레일링 엣지 팁 부분의 제1 위치
W, W1, W2 홈의 폭
αC 챔퍼부의 홈측에서 챔퍼부와 에어포일 압력측 사이의 각도
βC 챔퍼부의 홈측에서 챔퍼부와 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면 사이의 각도
αV 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 챔퍼부와 에어포일 압력측 사이의 각도
βV 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 챔퍼부와 트레일링 엣지 팁 부분의 상부 표면 사이의 각도
γ 홈 바닥의 경사각
Claims (20)
- 가스 터빈용 블레이드로서, 상기 블레이드는:
- 에어포일 팁과 압력측 및 흡입측을 가지는 에어포일 - 압력측 및 흡입측은 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 만나고 그 내부에 에어포일 공동을 형성함 - ;
- 에어포일 팁에 배열된 스퀄러 팁 - 상기 스퀄러 팁은 에어포일의 트레일링 엣지에 배치된 트레일링 엣지 팁 부분과 트레일링 엣지 팁 부분에서 만나고 에어포일 팁에서 스퀼러 팁 포켓을 형성하는 압력측 레일 및 흡입측 레일을 포함함 -; 및
- 스퀼러 팁 포켓에 배치되고 에어포일 공동으로부터 스퀼러 팁 포켓으로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 팁 냉각 구멍
을 포함하고, 상기 스퀼러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분은:
- 에어포일의 압력측을 향해 배치된 챔퍼부; 및
- 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부까지 연장되고 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 홈
을 포함하고,
챔퍼부는 해당 챔퍼부의 홈측에서 오목형이고,
챔퍼부는 해당 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서 평면형 또는 볼록형인,
가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 홈 및/또는 챔퍼부는 상기 에어포일의 캠버 라인을 따라 종방향으로 연장되는, 가스 터빈용 블레이드. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 챔퍼부의 형상은 상기 챔퍼부의 홈측에서의 오목형으로부터 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서의 평면형 또는 볼록형으로 점진적으로 변화하는, 가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 트레일링 엣지 팁 부분은 상기 챔퍼부에 배치되고 상기 에어포일 공동으로부터 상기 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 챔퍼-냉각 구멍을 포함하는, 가스 터빈용 블레이드. - 제5항에 있어서,
상기 트레일링 엣지 팁 부분은 서로 이격된 복수의 챔퍼-냉각 구멍을 포함하고; 및/또는
상기 트레일링 엣지 팁 부분은 규칙적인 간격으로 배열된 복수의 챔퍼-냉각 구멍을 포함하는, 가스 터빈용 블레이드. - 가스 터빈용 블레이드로서, 상기 블레이드는:
- 에어포일 팁과 압력측 및 흡입측을 가지는 에어포일 - 압력측 및 흡입측은 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 만나고 그 내부에 에어포일 공동을 형성함 - ;
- 에어포일 팁에 배열된 스퀄러 팁 - 상기 스퀄러 팁은 에어포일의 트레일링 엣지에 배치된 트레일링 엣지 팁 부분과 트레일링 엣지 팁 부분에서 만나고 에어포일 팁에서 스퀼러 팁 포켓을 형성하는 압력측 레일 및 흡입측 레일을 포함함 -; 및
- 스퀼러 팁 포켓에 배치되고 에어포일 공동으로부터 스퀼러 팁 포켓으로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 팁 냉각 구멍
을 포함하고, 상기 스퀼러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분은:
- 에어포일의 압력측을 향해 배치된 챔퍼부; 및
- 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부까지 연장되고 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 홈을 포함하고,
상기 홈의 유출구는 상기 에어포일의 반경 방향 외측 방향을 따라 상기 챔퍼부로부터 이격된, 가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
적어도 하나의 팁 냉각 구멍은 상기 홈의 유입구에 인접하게 배치된 제1 팁 냉각 구멍을 포함하는, 가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 챔퍼부의 길이는 상기 에어포일의 현 길이의 0.01배 이상이고, 상기 에어포일의 현 길이의 0.2배 이하인, 가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 챔퍼부는 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지에 대응하는 상기 트레일링 엣지 팁 부분의 제1 위치와 상기 제1 위치로부터 상기 에어포일의 현을 따라 측정된, 에어포일 현 길이의 0.2배 이하의 거리에 있는 트레일링 엣지 팁 부분의 제2 위치 사이에 한정되는, 가스 터빈용 블레이드. - 가스 터빈용 블레이드로서, 상기 블레이드는:
- 에어포일 팁과 압력측 및 흡입측을 가지는 에어포일 - 압력측 및 흡입측은 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 만나고 그 내부에 에어포일 공동을 형성함 - ;
- 에어포일 팁에 배열된 스퀄러 팁 - 상기 스퀄러 팁은 에어포일의 트레일링 엣지에 배치된 트레일링 엣지 팁 부분과 트레일링 엣지 팁 부분에서 만나고 에어포일 팁에서 스퀼러 팁 포켓을 형성하는 압력측 레일 및 흡입측 레일을 포함함 -; 및
- 스퀼러 팁 포켓에 배치되고 에어포일 공동으로부터 스퀼러 팁 포켓으로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 팁 냉각 구멍
을 포함하고, 상기 스퀼러 팁의 트레일링 엣지 팁 부분은:
- 에어포일의 압력측을 향해 배치된 챔퍼부; 및
- 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부까지 연장되고 스퀄러 팁 포켓으로부터 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 홈을 포함하고,
상기 홈의 폭은 상기 에어포일의 반경 방향 내측 방향을 따라 감소하고,
상기 홈의 바닥은 상기 에어포일의 압력측을 향하여 하향 경사진, 가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 홈의 길이는 상기 에어포일의 현 길이의 0.01배 이상이고 상기 에어포일의 현 길이의 0.2배 이하인, 가스 터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 홈의 길이는 상기 챔퍼부의 길이보다 작은, 가스 터빈용 블레이드. - 터빈 블레이드 어셈블리로서:
- 제1항에 따른 적어도 하나의 가스 터빈용 블레이드; 및
- 적어도 하나의 가스 터빈용 블레이드가 결합되는 로터 디스크
를 포함하는, 터빈 블레이드 어셈블리. - 제14항에 있어서,
홈 및/또는 챔퍼부는 에어포일의 캠버 라인을 따라 종방향으로 연장되는, 터빈 블레이드 어셈블리. - 삭제
- 제14항에 있어서,
챔퍼부의 형상은 상기 챔퍼부의 홈측에서의 오목형으로부터 챔퍼부의 트레일링 엣지측에서의 평면형 또는 볼록형으로 점진적으로 변화하는, 터빈 블레이드 어셈블리. - 제14항에 있어서,
트레일링 엣지 팁 부분은 챔퍼부에 배치되고 에어포일 공동으로부터 챔퍼부로 냉각 공기를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 챔퍼-냉각 구멍을 포함하는, 터빈 블레이드 어셈블리. - 제18항에 있어서,
트레일링 엣지 팁 부분은 서로 이격된 복수의 챔퍼-냉각 구멍을 포함하고; 및/또는
트레일링 엣지 팁 부분은 규칙적인 간격으로 배열된 복수의 챔퍼-냉각 구멍을 포함하는, 터빈 블레이드 어셈블리. - 제14항 에 따른 터빈 블레이드 어셈블리를 포함하는, 가스 터빈.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20207341.7 | 2020-11-13 | ||
| EP20207341.7A EP4001591A1 (en) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Trailing edge tip cooling of blade of a gas turbine blade |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220065663A KR20220065663A (ko) | 2022-05-20 |
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Family
ID=73448802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210125717A KR102652736B1 (ko) | 2020-11-13 | 2021-09-23 | 가스 터빈 블레이드의 트레일링 엣지 팁 냉각 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP4001591A1 (ko) |
| KR (1) | KR102652736B1 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| EP4311914A1 (en) * | 2022-07-26 | 2024-01-31 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Turbine blade |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20140047842A1 (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Wieslaw A. Chlus | Suction side turbine blade tip cooling |
Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
| US6652235B1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-11-25 | General Electric Company | Method and apparatus for reducing turbine blade tip region temperatures |
| US6824359B2 (en) * | 2003-01-31 | 2004-11-30 | United Technologies Corporation | Turbine blade |
| KR101790672B1 (ko) | 2015-08-24 | 2017-10-26 | 주식회사 엘지화학 | 전이 금속 화합물, 이를 포함하는 촉매 조성물 및 이를 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법 |
| US10370982B2 (en) * | 2017-02-03 | 2019-08-06 | DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD | Double shelf squealer tip with impingement cooling of serpentine cooled turbine blades |
| US20180347374A1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | General Electric Company | Airfoil with tip rail cooling |
| US20190368359A1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-12-05 | United Technologies Corporation | Squealer shelf airfoil tip |
-
2020
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-
2021
- 2021-09-17 CN CN202111093507.2A patent/CN114483200A/zh active Pending
- 2021-09-23 KR KR1020210125717A patent/KR102652736B1/ko active IP Right Grant
- 2021-11-02 US US17/517,653 patent/US11643934B2/en active Active
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|---|---|---|---|---|
| US20140047842A1 (en) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Wieslaw A. Chlus | Suction side turbine blade tip cooling |
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|---|---|
| KR20220065663A (ko) | 2022-05-20 |
| CN114483200A (zh) | 2022-05-13 |
| US20220170374A1 (en) | 2022-06-02 |
| US11643934B2 (en) | 2023-05-09 |
| EP4001591A1 (en) | 2022-05-25 |
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