KR102653314B1 - 가스 터빈 베인의 내부 슈라우드 냉각 기술 - Google Patents

가스 터빈 베인의 내부 슈라우드 냉각 기술 Download PDF

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Abstract

가스 터빈 베인의 내부 슈라우드의 냉각 기술
본 기술은 가스 터빈을 위한 베인을 제시한다. 베인은 압력벽 측, 흡입벽 측, 리딩 엣지측 및 트레일링 엣지측을 갖는 내부 슈라우드를 포함한다. 밀봉 유닛은 내부 슈라우드의 하부 표면에 배치되고 내부 슈라우드의 하부 표면에서 제1 영역 및 제2 영역을 형성한다. 제1 충돌 유닛은 제1 영역에 배열되고, 제1 충돌 플레이트는 내부 슈라우드와 마주하여 그 사이에 제1 충돌 챔버를 형성하며, 제1 충돌 플레이트는 냉각 공기를 수용하고 제1 충돌 챔버 내로 충돌 제트를 배출한다. 제2 충돌 유닛은 제2 영역에 배열되고, 내부 슈라우드와 마주하여 그 사이에 제2 충돌 챔버를 형성하는 제2 충돌 플레이트를 포함한다. 적어도 하나의 커넥터 유동 채널은 제1 충돌 챔버로부터 제2 영역으로 냉각 공기를 안내한다. 제2 충돌 플레이트는 커넥터 유동 채널로부터 냉각 공기를 수용하고 제2 충돌 챔버 내로 유도되는 충돌 제트를 형성한다.

Description

가스 터빈 베인의 내부 슈라우드 냉각 기술{A TECHNIQUE FOR COOLING INNER SHROUD OF A GAS TURBINE VANE}
본 발명은 가스 터빈, 구체적으로, 가스 터빈 베인의 냉각, 더 구체적으로, 가스 터빈 베인의 내부 슈라우드(shroud)를 냉각시키는 기술에 관한 것이다.
노즐로도 지칭되는 가스 터빈 베인(vane)은 내부 플랫폼 및 외부 플랫폼으로도 지칭되는 내부 슈라우드와 외부 슈라우드 사이에서 반경 방향으로 연장되는 에어포일(airfoil)을 포함한다. 내부 슈라우드와 외부 슈라우드는 터빈 섹션을 통한 고온 가스 흐름 경로의 일부를 형성하고 터빈 작동 중에 고온 가스에 둘러싸인다. 따라서 슈라우드의 냉각이 필요하다.
도 2는 종래의 터빈 베인(44)의 내부 슈라우드(100)에 대한 종래의 냉각 방식을 개략적으로 도시한다. 터빈 베인(44)(이하, 베인(44)으로도 지칭됨)은 베인(44)의 내부 슈라우드(100) 및 외부 슈라우드(90)에 의해 부분적으로 형성되는 환형 고온 가스 경로(55)에서 가스 터빈의 연소기로부터 연장되는 트랜지션 덕트(transition duct)(17)의 하류에 위치된다. 슈라우드(90, 100) 사이에서 연장되는 베인(44)의 에어포일(60)은 고온 가스 경로(55)에 배치된다. 외부 슈라우드(90)는 스테이터(42)의 외부 케이싱 측으로 배치되고 고온 가스 경로(55)의 반경 방향 외부 표면(52)을 형성하는 반면, 내부 슈라우드(100)는 가스 터빈의 중심축, 즉 회전축을 향해 반경 방향 내측으로 배치되고 고온 가스 경로(55)의 반경 방향 내부 표면(54)을 형성한다.
고온 가스 또는 연소 생성물(34)은 연소기로부터 트랜지션 덕트(17)를 통해 고온 가스 경로(55)로 흐르며, 따라서 에어포일(60)은 물론 슈라우드(90, 100)의 표면, 예를 들어 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a)은 고온 가스(34)에 둘러싸인다. 베인(44)을 냉각하기 위해 압축기로부터 베인(44)으로 냉각 공기(5)가 공급된다.
도 2는 냉각 공기(5)의 일부(5a)가 내부 슈라우드(100), 특히 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 측으로 공급되는 제1 유동 채널(9a)을 개략적으로 도시한다. 축방향 밀봉부(70)로도 지칭되는 밀봉 유닛(70)이 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 배치되어 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에서 제2 영역(R2)의 축방향 상류에 위치된 제1 영역(R1)에서 냉각 공기(5)의 적절한 압력을 유지한다. 밀봉 유닛(70)은 가스 터빈의 중심축 주위로 연장하고 제2 영역(R2)을 향한 냉각 공기(5a)의 흐름을 밀봉하거나 정지하거나 제한하는 환형 플레이트로서 형성될 수 있다. 밀봉 유닛(70)은 축방향으로의 냉각 공기(5)의 흐름을 차단하도록 구성되어 있기 때문에 축방향 밀봉부로 지칭된다. 밀봉 유닛(70)은 베인(44)의 여러 다른 부분에 적절한 냉각 공기 흐름이 유지될 수 있도록 제1 영역(R1)에서 적절한 압력을 유지하는 것이 필요하다.
도 2는 또한 냉각 공기(5)의 일부(5b)가 블레이드 지지 디스크(36)를 통해 형성된 냉각 공기 채널(36c)을 통해 베인(44)의 하류에 위치된 터빈 블레이드(38)를 향해 전달되는 제2 유동 채널(9b)을 개략적으로 도시한다. 래비린스 시일(labyrinth seal)(80)과 같은 반경 방향 밀봉부로도 지칭되는 스테이지간 밀봉부(interstage seal)(80)는 베인(44)과 디스크(36) 사이에 배치되며, 베인(44)을 포함하는 베인 스테이지와 블레이드(38)와 블레이드 지지 디스크(36)를 포함하는 블레이드 스테이지 사이에서 반경 방향의 냉각 공기(5)의 흐름을 차단하도록 구성된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 영역(R2)의 내부 슈라우드(100)의 일부는 적절하게 냉각되지 않는다.
한국등록특허 제10-1875683호(2018.07.02)
따라서, 본 발명의 목적은 가스 터빈 베인의 내부 슈라우드를 효과적으로 냉각하기 위한 메커니즘 또는 기술을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 가스 터빈 베인의 내부 슈라우드를 냉각하는 기술은 이러한 냉각을 위해 압축기로부터 인출되는 냉각 공기의 양을 증가시키지 않으면서 냉각을 향상시키는 것이 바람직하다.
상기 목적 중 하나 이상의 목적은 본 개시 내용에 첨부된 독립 청구항에 따른 가스 터빈용 터빈 베인, 가스 터빈용 터빈 베인 어셈블리 또는 스테이지 및 가스 터빈에 의해 달성된다. 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, 가스 터빈용 터빈 베인이 제시된다. 터빈 베인은 내부 슈라우드, 밀봉 유닛, 제1 충돌 유닛, 제2 충돌 유닛 및 적어도 하나의 커넥터 유동 채널을 포함한다.
내부 슈라우드는 상부 표면과 하부 표면을 가진다. 터빈 베인은 상부 표면으로부터 연장되는 에어포일을 포함할 수 있다. 터빈 베인은 또한 외부 슈라우드를 포함할 수 있고, 에어포일은 내부 슈라우드와 외부 슈라우드 사이에서 반경 방향으로 연장될 수 있다.
본 개시 내용에서 사용되는 '반경' 방향은 가스 터빈의 회전축 또는 중심축에 대한 반경 방향으로 이해될 수 있다. 유사하게, '반경 방향 내부' 또는 '반경 방향 내측'과 같은 문구 및 본 개시 내용에서 사용되는 유사한 문구는 가스 터빈의 회전축 또는 중심축을 향한 반경 방향으로 이해될 수 있고; '반경 방향 외부' 또는 '반경 방향 외측'과 같은 문구 및 본 개시 내용에서 사용되는 유사한 문구는 가스 터빈의 회전축 또는 중심축으로부터 멀어지는 반경 방향으로 이해될 수 있다. 또한, 반경 방향 거리는 반경 방향을 따라 측정된 거리로 이해될 수 있다.
내부 슈라우드는 가스 터빈의 회전축에 대해 반경 방향 내부 슈라우드 또는 반경 방향 내부 플랫폼으로 이해되거나 단순히 내부 플랫폼 또는 하부 슈라우드 또는 하부 플랫폼으로 이해될 수 있다. 내부 슈라우드는 터빈의 환형 고온 가스 유동 경로의 반경 방향 내부 표면을 형성한다. 외부 슈라우드는 가스 터빈의 회전축에 대해 반경 방향 외부 슈라우드 또는 반경 방향 외부 플랫폼으로 이해되거나 단순히 외부 플랫폼 또는 상부 플랫폼 또는 상부 슈라우드로 이해될 수 있다. 외부 슈라우드는 터빈의 환형 고온 가스 유동 경로의 반경 방향 외부 표면을 형성한다. 내부 및 외부 슈라우드는 고온 가스 유동 경로, 즉 연소 생성물이 가스 터빈의 터빈 섹션에서 흐르는 가스 유동 경로의 환형 형상을 획정하거나 제한한다.
에어포일은 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 만나는 압력벽과 흡입벽을 가진다. 내부 슈라우드는 압력벽측, 흡입벽측, 리딩 엣지측 및 트레일링 엣지측을 포함할 수 있다.
내부 슈라우드의 압력벽측, 흡입벽측, 리딩 엣지측 및 트레일링 엣지측은 에어포일의 압력벽, 흡입벽, 리딩 엣지 및 트레일링 엣지에 대응할 수 있다.
밀봉 유닛은 내부 슈라우드의 하부 표면에 배치되고 터빈 베인의 하부 표면에 제1 및 제2 영역을 형성한다. 밀봉 유닛은 제2 영역으로부터 제1 영역을 밀봉하며, 즉, 제1 영역으로부터 제2 영역으로의 냉각 공기의 흐름을 차단 또는 제한 또는 정지시킨다.
밀봉 유닛은 축방향 밀봉부일 수 있으며, 가스 터빈의 축방향으로 제1 영역으로부터 제2 영역으로의 냉각 공기의 흐름을 밀봉, 차단, 제한 또는 정지시킬 수 있다. 제1 영역은 제2 영역의 축방향 상류일 수 있고, 제1 및 제2 영역은 밀봉 유닛에 의해 서로 분리될 수 있다.
밀봉 유닛은 가스 터빈의 중심축을 중심으로 원주 방향으로 연장될 수 있다.
밀봉 유닛은 리딩 엣지측과 트레일링 엣지측 사이에 배치될 수 있고, 즉, 리딩 엣지측과 트레일링 엣지측으로부터 이격되어 내부 슈라우드의 압력벽측으로부터 흡입벽측까지 연장될 수 있다. 따라서, 밀봉 유닛은 내부 슈라우드의 하부 표면에서 리딩 엣지측과 밀봉 유닛 사이의 제1 영역 및 밀봉 유닛과 트레일링 엣지측 사이의 제2 영역을 형성한다.
제1 충돌 유닛은 제1 영역에 배치되며, 내부 슈라우드의 하부 표면과 마주하는 제1 충돌 플레이트를 포함한다. 제1 충돌 플레이트는 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 반경 방향으로 이격되어 내부 슈라우드의 하부 표면과 제1 충돌 플레이트 사이에 제1 충돌 챔버를 형성된다. 제1 충돌 유닛은 내부 슈라우드의 제1 부분과 반경 방향으로 정렬되도록 배열될 수 있다. 제1 충돌 유닛은 내부 슈라우드의 제1 부분의 하부 표면과 마주하고 그로부터 반경 방향으로 이격될 수 있다.
제1 충돌 플레이트는 충돌 제트를 생성하기 위한 복수의 충돌 구멍 또는 제1 충돌 구멍, 즉 관통 구멍을 포함할 수 있다. 제1 충돌 플레이트는 바람직하게는 압축기로부터 냉각 공기를 수용하고, 냉각 공기가 충돌 구멍을 통과하여 제1 충돌 챔버로 유도되는 것에 따라 후속으로 충돌 제트를 형성한다.
제2 충돌 유닛은 제2 영역에 배치되며, 내부 슈라우드의 하부 표면과 마주하는 제2 충돌 플레이트를 포함한다. 제2 충돌 플레이트는 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 반경 방향으로 이격되어 내부 슈라우드의 하부 표면과 제2 충돌 플레이트 사이에 제2 충돌 챔버를 형성한다. 제2 충돌 유닛은 내부 슈라우드의 제2 부분과 반경 방향으로 정렬되도록 배열될 수 있다. 제2 충돌 유닛은 내부 슈라우드의 제2 부분의 하부 표면과 마주하고 그로부터 반경 방향으로 이격될 수 있다.
내부 슈라우드의 제1 부분 및 제2 부분은 반경 방향으로 볼 때 밀봉 유닛에 의해 분할되거나 경계가 지정되거나 제한되거나 한정되는 내부 슈라우드의 일부 또는 부분으로 이해될 수 있다. 다시 말해, 밀봉 유닛이 가상으로 반경 방향으로 연장된다면, 그러한 가상 연장은 내부 슈라우드를 제1 부분과 제2 부분으로 분할할 것이다. 제1 부분은 고온 가스 유동 통로에 대해 제2 부분의 상류에 배치된다.
제1 충돌 플레이트와 내부 슈라우드의 하부 표면, 즉 목표 냉각 표면 사이의 거리는 1 mm 내지 4 mm 일 수 있다.
제2 충돌 플레이트와 내부 슈라우드의 하부 표면, 즉 목표 냉각 표면 사이의 거리는 1 mm 내지 4 mm 일 수 있다.
제1 및 제2 충돌 유닛은 서로 이격되거나 밀봉 유닛에 의해 이격될 수 있다.
적어도 하나의 커넥터 유동 채널은 제1 충돌 챔버로부터 냉각 공기를 수용하기 위해 제1 충돌 챔버에 위치된 유입구 및 제1 충돌 챔버로부터 제2 영역으로 냉각 공기를 유도하기 위해 제2 영역에 위치된 유출구를 가질 수 있다.
커넥터 유동 채널은 관형 구조체 또는 배관 또는 중공 파이프 또는 관 또는 관통 구멍으로 형성될 수 있다.
제2 충돌 플레이트는 복수의 충돌 구멍 또는 제2 충돌 구멍, 즉 충돌 제트를 발생시키기 위한 관통 구멍을 포함할 수 있다. 제2 충돌 플레이트는 커넥터 유동 채널로부터 냉각 공기 즉, 제1 영역 또는 제1 충돌 챔버에서 커넥터 유동 채널의 유입구로 유입되고 제2 영역에서 커넥터 유동 채널의 유출구로부터 유출되는 냉각 공기를 수용한다. 제2 충돌 플레이트는 냉각 공기가 충돌 구멍을 통과하여 제2 충돌 챔버로 유도되는 충돌 제트를 후속으로 형성한다.
따라서, 제1 영역에서 내부 슈라우드의 하부 표면에 충돌하도록 사용되는 냉각 공기는 후속으로 제2 영역으로 유도된 다음, 제2 충돌 플레이트를 통해 제2 충돌 챔버로 충돌 제트의 형태로 흐른다. 따라서, 동일한 냉각 공기가 충돌 냉각을 2번 수행하는 데 사용되어, 먼저 제1 영역에서 내부 슈라우드의 하부 표면에서 충돌 냉각을 수행하여, 즉 내부 슈라우드의 제1 부분을 냉각한 다음, 제2 영역에서 내부 슈라우드의 하부 표면에서 충돌 냉각을 수행하여, 즉 내부 슈라우드의 제2 부분을 냉각하게 된다.
추가로 설명하면, 냉각 공기는 연속적으로 다음과 같이; 제1 충돌 플레이트 측으로 흐르고, 제1 충돌 구멍을 통과하여 결과적으로 내부 슈라우드 측으로 제1 충돌 챔버 내로 충돌 제트를 생성한 다음, 제1 충돌 챔버로부터 커넥터 유동 채널을 통해 제2 영역으로 흐른 다음, 제2 충돌 플레이트 측으로 흐르고, 이어서 제2 충돌 구멍을 통과하여 결과적으로 내부 슈라우드 측으로 제2 충돌 챔버 내로 충돌 제트를 생성한다.
내부 슈라우드의 하부 표면은 제1 영역에서 반경 방향으로 함몰될 수 있고, 따라서 제1 충돌 공동을 포함할 수 있고, 제1 충돌 챔버는 제1 충돌 공동을 포함할 수 있다.
제1 충돌 플레이트는 제1 충돌 공동에 또는 그 내부에 위치될 수 있어서 배치를 콤팩트하게 할 수 있다.
내부 슈라우드의 하부 표면은 제2 영역에서 반경 방향으로 함몰될 수 있고, 따라서 제2 충돌 공동을 포함할 수 있고, 제2 충돌 챔버는 제2 충돌 공동을 포함할 수 있다.
제2 충돌 플레이트는 제2 충돌 공동에 또는 그 내부에 위치될 수 있어서 배치를 콤팩트하게 할 수 있다.
제1 충돌 공동과 제2 충돌 공동은 내부 슈라우드의 중간 섹션 또는 중간 벽에 의해 분리될 수 있다. 내부 슈라우드의 중간 섹션 또는 중간 벽은 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 반경 방향 내측으로 연장될 수 있다. 커넥터 유동 채널은 내부 슈라우드의 중간 섹션을 통해 연장된다. 즉, 커넥터 유동 채널은 내부 슈라우드의 중간 섹션 또는 중간 벽에 관통 구멍으로 형성될 수 있다.
제2 충돌 플레이트는 제2 충돌 공동의 개구와 동일 높이가 되도록 배치될 수 있다. 이것은 배치를 더 컴팩트하게 한다.
제2 충돌 플레이트는 제2 충돌 공동 내에 배치될 수 있다. 이것은 배치를 더욱 컴팩트하게 한다.
커넥터 유동 채널은 밀봉 유닛을 통해 연장될 수 있다.
밀봉 유닛은 밀봉 지지 러그(lug) 또는 부재, 및 밀봉 플레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
밀봉 지지 러그는 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 반경 방향 내측으로 연장될 수 있다. 밀봉 지지 러그는 제1 영역 및 제2 영역을 형성할 수 있다. 커넥터 유동 채널은 밀봉 지지 러그를 통해 연장될 수 있다. 밀봉 플레이트는 밀봉 지지 러그에 지지되거나 부착될 수 있다. 커넥터 유동 채널은 밀봉 지지 러그를 관통하는 관통 구멍으로 형성될 수 있거나, 밀봉 지지 러그에 형성된 관통 구멍을 통해 삽입되는 별도의 관형 구조체 또는 관으로 형성될 수 있다.
밀봉 플레이트는 이를 관통하여 형성되는 어떤 커넥터 유동 채널도 없을 수 있다. 대안적으로 그리고 선택적으로, 추가의 커넥터 유동 채널이 밀봉 플레이트를 통해 연장될 수 있다.
밀봉 플레이트는 내부 슈라우드의 하부 표면 또는 밀봉 지지 러그로부터 반경 방향 내측으로 연장되도록 배치될 수 있다. 밀봉 플레이트는 제1 영역 및 제2 영역을 형성할 수 있다. 커넥터 유동 채널은 밀봉 플레이트를 통해 연장될 수 있다. 밀봉 플레이트는 내부 슈라우드의 하부 표면 또는 밀봉 지지 러그에 지지되거나 부착될 수 있다. 커넥터 유동 채널은 밀봉 플레이트를 관통하는 관통 구멍으로 형성되거나, 밀봉 플레이트에 형성된 관통 구멍을 통해 삽입되는 별도의 관형 구조체 또는 관으로 형성될 수 있다.
밀봉 지지 러그는 이를 관통하여 형성되는 어떤 커넥터 유동 채널도 없을 수 있다. 대안적으로 그리고 선택적으로, 추가의 커넥터 유동 채널이 밀봉 지지 러그를 통해 연장될 수 있다.
커넥터 유동 채널의 폭은 내부 슈라우드의 원주 방향을 따라 측정된 밀봉 지지 러그 또는 밀봉 플레이트의 폭의 2-40%, 바람직하게는 5-15% 이다.
본 개시 내용에 사용되는 '원주' 방향은 가스 터빈의 회전축 또는 중심축에 대한 원주 방향으로 이해될 수 있다.
제2 충돌 유닛은 제2 충돌 플레이트의 반경 방향 내측으로 배치되고 제2 충돌 플레이트와 마주하는 커버 플레이트를 포함할 수 있으며, 즉, 커버 플레이트는 제2 충돌 플레이트와 가스 터빈의 회전축 또는 중심축 사이에 배치될 수 있다. 커버 플레이트는 제2 충돌 플레이트로부터 반경 방향에 대해 이격될 수 있고, 따라서 냉각 공기 수용 챔버가 그 사이, 즉 제2 충돌 플레이트와 커버 플레이트 사이에 형성될 수 있다.
커넥터 유동 채널의 유출구는 냉각 공기 수용 챔버에 위치될 수 있다.
제1 영역에서 내부 슈라우드의 하부 표면은 에어포일의 베이스 개구를 포함할 수 있다. 베이스 개구는 에어포일의 내부 공간 또는 공동의 개구 또는 에어포일의 내부 공간 또는 공동과 유체 연통하는 개구로서 이해될 수 있다. 제1 충돌 챔버와 에어포일의 베이스 개구는 서로에 대해 중첩되지 않거나 불연속적이거나 유체 연통되지 않는다. 다시 말해, 제1 충돌 챔버와 에어포일의 베이스 개구는 서로 유체 연통되지 않아서 제1 충돌 챔버와 에어포일의 베이스 개구 사이에서 흐름이 이루어지지 않는다.
내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 제2 충돌 플레이트의 반경 방향 거리는 상기 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 제1 충돌 플레이트의 반경 방향 거리 이하일 수 있다.
제2 충돌 플레이트의 충돌 구멍의 직경은 제1 충돌 플레이트의 충돌 구멍의 직경보다 작을 수 있다.
내부 슈라우드는 제2 충돌 챔버에 위치된 유입구 및 내부 슈라우드의 상부 표면 또는 내부 슈라우드의 측면에 위치된 유출구를 갖는 적어도 하나의 슈라우드 냉각 구멍 또는 채널을 포함할 수 있다.
본 기술의 제2 양태에서, 터빈 베인을 포함하는 가스 터빈이 제시된다. 터빈 베인은 위에서 제시된 바와 같은 본 기술의 제1 측면에 따른 것일 수 있다.
가스 터빈은 고온 가스 유동 방향에 대해 터빈 베인의 하류에 터빈 블레이드를 포함할 수 있다. 가스 터빈은 또한 터빈 블레이드와 터빈 베인 사이에서 연장되는 스테이지간 밀봉부를 포함할 수 있다. 스테이지간 밀봉부는 터빈 블레이드와 터빈 베인 사이에서 연장되는 밀봉부, 예를 들어, 래비린스 시일(labyrinth seal)로서 이해될 수 있다.
제2 충돌 유닛은 터빈 베인의 내부 슈라우드, 밀봉 유닛 및 스테이지간 밀봉부에 의해 형성된 공간 내에 위치될 수 있다. 스테이지간 밀봉부는 공간의 반경 방향 내측에서 공간을 밀봉하도록 구성된다.
제1 충돌 플레이트는 압축기의 마지막 스테이지 또는 최종 스테이지로부터 냉각 공기를 공급받도록 구성될 수 있다.
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 베인의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부의 단면도를 예시하며;
도 2는 종래의 터빈 베인의 내부 슈라우드를 위한 종래의 냉각 방식을 개략적으로 예시하며;
도 3은 본 기술의 터빈 베인의 내부 슈라우드에 대한 냉각 방식을 개략적으로 예시하며;
도 4는 본 기술의 터빈 베인의 예시적인 실시예의 저면도를 개략적으로 예시하며;
도 5는 도 4의 터빈 베인의 I-I 라인에서의 단면도를 예시하며;
도 6a-6c는 본 기술의 터빈 베인의 다른 예시적인 실시예의 단면도를 개략적으로 예시하며;
도 7은 본 기술의 터빈 베인의 내부 슈라우드 내의 냉각 공기 흐름의 예시적인 실시예를 개략적으로 예시하며;
도 8은 제1 및 제2 충돌 유닛의 예시적인 구성을 보여주는 본 기술의 터빈 베인의 또 다른 예시적인 실시예의 단면도를 개략적으로 예시하며;
도 9a-9b는 슈라우드 냉각 구멍을 보여주는 본 기술의 터빈 베인의 예시적인 실시예의 단면도를 개략적으로 예시하며;
도 10은 본 기술의 터빈 베인의 제1 및 제2 충돌 챔버와 터빈 베인의 에어포일의 베이스 개구의 상대적인 위치를 나타낸 본 기술의 터빈 베인의 예시적인 실시예의 저면 단면도를 개략적으로 예시하며;
도 11a-11c는 본 기술의 터빈 베인의 다른 예시적인 실시예의 단면도를 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 지지 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 반경 방향 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 가스 터빈을 통한 기류 및/또는 작동 가스 흐름의 흐름 방향을 지칭한다. 전방 및 후방이라는 용어는 가스 터빈을 통한 고온 가스의 전반적인 흐름을 나타낸다. 축방향, 반경 방향 및 원주 방향이라는 용어는 달리 언급되지 않는 한, 가스 터빈의 회전축(20) 또는 중심축(20)을 기준으로 참조하여 제시된다.
본 기술에서, 내부 슈라우드(100) 및 외부 슈라우드(90)를 포함하고 이들 사이에서 에어포일(60)이 연장되는 터빈 베인(1)이 제공된다(예, 도 3, 4 및 6a-6c에 도시됨). 본 기술의 터빈 베인(1)은 전술한 가스 터빈(10)의 베인(40, 44)일 수 있다.
도 3은 본 기술의 터빈 베인(1)의 내부 슈라우드를 위한 냉각 방식을 개략적으로 도시한 것으로, 도 2와의 비교를 통해 알 수 있다. 도 2에 대한 설명은 도 3에도 적용 가능하다.
도 3은 도 4, 도 6a, 도 6b 및 도 6c와 조합하여 터빈 베인(1)의 내부 슈라우드(100) 및 본 기술의 냉각 메커니즘 또는 방식을 개략적으로 도시한다. 도 6a, 도 6b 및 도 6c 그리고 또한 도 8, 도 9a 및 도 9b와 같은 다른 도면은 냉각 메커니즘의 개략적인 표현과 묘사이며, 예컨대 충돌 유닛의 치수 및 충돌 유닛과 충돌 냉각의 대상 표면 사이의 거리(들)는 이해의 편의를 위해 베인의 다른 부분에 비해 과장되었음에 유의하여야 한다.
이하에서 베인(1) 또는 노즐(1) 또는 가이드 베인(1) 또는 유입 노즐(1) 또는 유입 가이드 베인(1)이라고도 하는 터빈 베인(1)은 내부 슈라우드(100), 밀봉 유닛(70), 제1 충돌 유닛(110), 제2 충돌 유닛(120) 및 적어도 하나의 커넥터 유동 채널(130)을 포함한다.
내부 슈라우드(100)는 상부 표면(100a)과 하부 표면(100b)을 갖는다. 터빈 베인(1)은 상부 표면(100a)으로부터 연장되는 에어포일(60)을 포함할 수 있다. 터빈 베인은 또한 외부 슈라우드(90)를 포함할 수 있고, 에어포일(60)은 내부 및 외부 슈라우드(100) 사이에서 반경 방향으로 연장될 수 있다.
내부 슈라우드(100)는 가스 터빈(10)의 회전축(20)에 대해 반경 방향 내측 슈라우드(100)로 이해될 수 있다. 외부 슈라우드(90)는 가스 터빈(10)의 회전축(20)에 대해 반경 방향 외부 슈라우드(90)로 이해될 수 있다. 외부 슈라우드는 터빈(10)의 환형 고온 가스 유동 경로(55)의 반경 방향 외부 표면(54)을 형성한다. 내부 및 외부 슈라우드(100, 90)는 고온 가스 유동 경로(55), 즉 연소 생성물(34)이 가스 터빈(10)의 터빈 섹션(18)에서 흐르는 가스 유동 경로의 환형 형상을 한정하거나 제한한다.
내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a)은 고온 가스 경로(55)와 마주하고, 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)은 가스 터빈(10)의 회전축(20)과 마주한다. 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a)과 하부 표면(100b)은 반경 방향으로 이격되고 반대 방향을 향한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 에어포일(60)은 리딩 엣지(66)와 트레일링 엣지(68)에서 만나는 압력벽(62)과 흡입벽(64)을 갖는다. 내부 슈라우드(100)는 압력벽 측(102), 흡입벽 측(104), 리딩 엣지측(106) 및 트레일링 엣지측(108)을 포함할 수 있다.
내부 슈라우드(100)의 압력벽 측(102), 흡입벽 측(104), 리딩 엣지측(106) 및 트레일링 엣지측(108)은 에어포일(60)의 압력벽(62), 흡입벽(64), 리딩 엣지(66) 및 트레일링 엣지(68)에 대응할 수 있다.
밀봉 유닛(70)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 배치되고 터빈 베인(1)의 하부 표면(100b)에서 제1 및 제2 영역(R1, R2)을 형성한다. 밀봉 유닛(70)은 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)으로의 냉각 공기(5)의 흐름에 대해 제2 영역(R2)으로부터 제1 영역(R1)을 밀봉한다.
터빈 베인(1) 및 밀봉 유닛(70)은 터빈 베인 구성으로 지칭될 수 있다. 터빈 베인 구성은 또한 후술되는 스테이지간 밀봉부(interstage seal)를 포함할 수 있다.
밀봉 유닛(70)은 리딩 엣지측(106)과 트레일링 엣지측(108) 사이에 배치될 수 있고, 즉 리딩 엣지측(106)과 트레일링 엣지측(108)으로부터 이격되고 내부 슈라우드(100)의 압력벽 측(102)으로부터 흡입벽 측(104)까지 연장될 수 있다. 따라서, 밀봉 유닛(70)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에서 리딩 엣지측(106)과 밀봉 유닛(70) 사이의 제1 영역(R1)과 밀봉 유닛(70)과 트레일링 엣지측(108) 사이의 제2 영역(R2)을 형성한다..
보다 구체적으로, 밀봉 유닛(70)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에서 리딩 엣지측(106), 압력벽 측(102), 흡입벽 측(104) 및 밀봉 유닛(70) 사이의 제1 영역(R1); 및 밀봉 유닛(70), 트레일링 엣지측(108), 압력벽 측(102) 및 흡입벽 측(104) 사이의 제2 영역(R2)을 형성한다.
제1 및 제2 영역(R1, R2)의 상부 표면 또는 한계는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 의해 형성될 수 있다.
도 6a-6c로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 충돌 유닛(110)은 제1 영역(R1)에 배치되고 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 마주하는 제1 충돌 플레이트(112)를 포함한다. 제1 충돌 플레이트(112)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로부터 반경 방향으로 이격된다. 제1 영역(R1)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제1 충돌 플레이트(112) 사이에 제1 충돌 챔버(110c)가 형성된다.
제1 충돌 플레이트(112)는 복수의 충돌 구멍(112h) 또는 제1 충돌 구멍(112h), 즉 충돌 제트를 생성하기 위한 관통 구멍을 포함할 수 있다. 제1 충돌 플레이트(112)는 바람직하게는 압축기 섹션(14)으로부터 냉각 공기(5)를 수용하고, 이어서 냉각 공기(5)가 제1 충돌 구멍(112h)을 통과함으로써 충돌 제트를 형성한다. 그렇게 형성된 충돌 제트는 제1 충돌 챔버(110c) 내로 배출, 방출 또는 유도된다. 충돌 제트는 내부 슈라우드(100)의 표면, 바람직하게는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 충돌하여 내부 슈라우드(100). 즉, 내부 슈라우드(100)의 제1 부분을 냉각시키며, 여기서 제1 부분은 제1 영역(R1)에 대응한다.
제2 충돌 유닛(120)은 제2 영역(R2)에 배치되며, 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 마주하는 제2 충돌 플레이트(122)를 포함한다. 제2 충돌 플레이트(122)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로부터 반경 방향으로 이격된다. 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제2 충돌 플레이트(122) 사이에 제2 충돌 챔버(120c)가 형성된다.
제1 및 제2 충돌 유닛(110, 120)은 밀봉 유닛(70) 및/또는 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101)에 의해 서로 분리되거나 이격될 수 있다.
적어도 하나의 커넥터 유동 채널(130)은 제1 충돌 챔버(100c)로부터 냉각 공기(5)를 수용하기 위해 제1 충돌 챔버(100c)에 위치된 유입구(132)(도 7에 도시됨) 및 제1 충돌 챔버(100c)로부터 제2 영역(R2)으로 냉각 공기(5)를 유도하기 위해 제2 영역(R2)에 위치된 유출구(134)(도 7에 도시됨)를 가질 수 있다.
커넥터 유동 채널(130)은 관형 구조체 또는 관 또는 관통 구멍 또는 중공 배관, 즉 파이프로 형성될 수 있다.
제2 충돌 플레이트(122)는 복수의 충돌 구멍(122h) 또는 제2 충돌 구멍(122h), 즉 충돌 제트를 생성하기 위한 관통 구멍을 포함할 수 있다. 제2 충돌 플레이트(122)는 제1 충돌 챔버(110c)로부터 커넥터 유동 채널(130)을 통해 냉각 공기(5)를 수용한다. 제2 충돌 플레이트(122)는 냉각 공기(5)가 제2 충돌 구멍(122h)을 통과함으로써 충돌 제트를 후속으로 형성한다. 이렇게 형성된 충돌 제트는 제2 충돌 챔버(120c) 내로 배출, 방출 또는 유도된다. 충돌 제트는 내부 슈라우드(100)의 표면, 바람직하게는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 충돌하여 내부 슈라우드(100), 즉 내부 슈라우드(100)의 제2 부분을 냉각시키고, 여기서 제2 부분은 제2 영역(R2)에 대응한다.
도 7에 도시된 바와 같이 추가로 설명하면, 냉각 공기(5)는 연속으로 다음과 같이: 제1 충돌 플레이트(112) 측으로 흐른 다음, 제1 충돌 구멍(112h)을 통과하여 결과적으로 내부 슈라우드(100) 측으로 제1 충돌 챔버(110c) 내로 배출되는 충돌 제트를 생성하고, 그 다음 커넥터 유동 채널(130)의 유입구(132) 내로 그리고 커넥터 유동 채널(130)을 통해 제1 충돌 챔버(110c)로부터 제2 영역(R2)으로 흐른 다음, 제2 영역(R2)에서 커넥터 유동 채널(130)의 유출구(134) 밖으로 흐른 다음, 제2 충돌 플레이트(122)를 향해 흐르고, 제2 충돌 구멍(122h)을 통과하여 결과적으로 내부 슈라우드(100)를 향해 제2 충돌 챔버(120c) 내로 배출되는 충돌 제트를 생성한다.
따라서, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 냉각 공기(5)의 일부(5a)는 제1 영역(R1)의 제1 충돌 챔버(110c)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로 충돌하는 데 사용되며 이어서, 비록 반드시 밀봉 유닛(70)을 통과할 필요는 없지만 밀봉 유닛(70)을 가로질러 커넥터 유동 채널(130)을 통해 제2 영역(R2) 내로 유도된 다음, 제2 충돌 플레이트(120)를 통해 제2 충돌 챔버(120c) 내로 충돌 제트의 형태로 흐른다. 따라서, 동일한 냉각 공기가 2번 충돌 냉각을 수행하는 데 사용되어, 먼저 제1 영역(R1)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 충돌 냉각을 수행하여, 즉 내부 슈라우드(100)의 제1 부분을 냉각한 다음, 제2 영역(R2)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 충돌 냉각을 수행하여, 즉 내부 슈라우드(100)의 제2 부분을 냉각시킨다.
내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)은 충돌 냉각에 의해 제1 및 제2 영역(R1, R2) 모두에서 냉각되기 때문에 냉각 효율이 향상된다. 또한, 냉각 공기의 동일한 부분 또는 부피가 제1 및 제2 영역(R1, R2) 모두에서 충돌 냉각에 사용되므로 제2 영역(R2)에 대응하는 내부 슈라우드의 부분을 별도로 냉각하기 위해 추가의 냉각 공기가 압축기로부터 인출될 필요가 없다.
도 3은 또한 냉각 공기(5)의 일부(5b)가 블레이드 지지 디스크(36)를 통해 형성된 냉각 공기 채널(36c)을 통해 베인(1)의 하류에 위치된 터빈 블레이드(38)를 향해 전달되는 제2 유동 채널(9b)을 개략적으로 도시한다. 래비린스 시일(80)과 같은 반경 방향 밀봉부로도 지칭되는 스테이지간 밀봉부(80)가 베인(1)과 블레이드(38) 사이에 배치되며, 베인(1)을 포함하는 베인 스테이지와 블레이드(38) 및 블레이드 지지 디스크(36)를 포함하는 블레이드 스테이지 사이의 반경 방향으로 냉각 공기(5)의 흐름을 차단하도록 구성된다.
스테이지간 밀봉부(80)는 터빈 블레이드 지지 디스크(36)와 터빈 베인(1) 사이에서 연장되는 밀봉부, 예를 들어 래비린스 시일(80)로 이해될 수 있다.
제2 충돌 유닛(120)은 터빈 베인(1)의 내부 슈라우드(100), 밀봉 유닛(70) 및 스테이지간 밀봉부(80), 그리고 블레이드(38) 및 디스크(36)의 플랫폼에 의해 형성되는 공간(82) 내에 위치될 수 있다.
이하, 도 5, 도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하여 베인(1)의 다른 실시예를 설명한다.
도 5, 도 6a-6c에 도시된 바와 같이, 제1 충돌 유닛(110)은 제1 충돌 챔버(110c)(간단히 제1 챔버(110c)로도 지칭됨)가 제1 충돌 구멍(112h)을 통한, 바람직하게는 제1 충돌 구멍(112h)만을 통한 냉각 공기용 유입구를 갖도록 - 즉 제1 충돌 챔버(110c)에는 제1 충돌 구멍(112h) 외에 냉각 공기를 수용하기 위한 다른 유입구가 없음 - 형성될 수 있다. 그러나, 본 기술은 전술한 구성에 한정되지 않고, 제1 충돌 챔버(110c)는 제1 충돌 구멍(112h) 이외의 유입구를 가질 수 있다.
제1 충돌 유닛(110)은 제1 충돌 챔버(110c)가 커넥터 유동 채널(130h)을 통한, 바람직하게는 커넥터 유동 채널(130)의 유입구(132)만을 통한 냉각 공기용 유출구를 갖도록 - 즉 제1 충돌 챔버(110c)에는 커넥터 유동 채널(130) 외에 제1 챔버(110c) 밖으로 냉각 공기를 배출하기 위한 다른 유출구가 없음 - 형성될 수 있다. 그러나, 본 기술은 전술한 구성에 한정되지 않고, 제1 충돌 챔버(110c)는 커넥터 유동 채널(130)의 유입구(132)가 아닌 유출구, 예를 들어, 제1 충돌 챔버(110c)로부터 고온 가스 경로(55)로 연장되는 냉각 구멍(미도시)을 가질 수 있다.
도 5, 도 6a-6c에 도시된 바와 같이, 제2 충돌 유닛(120)은 간단히 제2 챔버(120c)로도 지칭되는 제2 충돌 챔버(120c)가 제2 충돌 구멍(122h)을 통한, 바람직하게는 제2 충돌 구멍(122h)만을 통한 냉각 공기를 위한 유입구를 갖도록 - 즉 제2 충돌 챔버(120c)에는 제2 충돌 구멍(122h) 외에 냉각 공기를 수용하기 위한 다른 유입구가 없음 - 형성될 수 있다. 그러나, 본 기술은 전술한 구성에 한정되지 않고, 제2 충돌 챔버(120c)는 제2 충돌 구멍(122h) 이외의 유입구를 가질 수 있다.
도 5, 도 6a-6c에 도시된 바와 같이, 제2 충돌 유닛(120)은 제2 충돌 플레이트(122)의 반경 방향 내측으로 배열되고 제2 충돌 플레이트(122)를 향하는 커버 플레이트(124)를 포함할 수 있으며, 즉, 커버 플레이트(124)는 제2 충돌 플레이트(122)와 가스 터빈(10)의 회전축(20) 또는 중심축(20) 사이에 배치될 수 있다. 커버 플레이트(124)는 제2 충돌 플레이트(122)로부터 반경 방향에 대해 이격될 수 있으며, 따라서, 냉각 공기 수용 챔버(124c)가 그 사이, 즉 제2 충돌 플레이트(122)와 커버 플레이트(124) 사이에 형성될 수 있다.
제2 충돌 챔버(120c)는 냉각 공기 수용 챔버(124c)의 반경 방향 외측에 배치되고 냉각 공기 수용 챔버와 반경 방향으로 정렬될 수 있다. 제2 충돌 챔버(120c)와 냉각 공기 수용 챔버(124c)는 제2 충돌 구멍(122h)에 의해서만 서로 유체 연통될 수 있다.
냉각 공기 수용 챔버(124c)는 냉각 공기 수용 챔버(124c)가 커넥터 유로(130)를 통해, 바람직하게는 커넥터 유로(130)를 통해서만 냉각 공기를 위한 유입구를 갖도록 - 즉 냉각 공기 수용 챔버(124c)에는 커넥터 유동 채널(130), 특히 커넥터 유동 채널(130)의 유출구(134) 이외의 냉각 공기를 수용하기 위한 다른 유입구가 없음 - 형성될 수 있다. 그러나, 본 기술은 전술한 구성에 제한되지 않고 냉각 공기 수용 챔버(124c)는 커넥터 유동 채널(130)의 유출구(134) 이외의 유입구를 가질 수 있다.
냉각 공기 수용 챔버(124c)는 냉각 공기 수용 챔버(124c)가 제2 충돌 구멍(122h)을 통해, 바람직하게는 제2 충돌 구멍(122h)을 통해서만 냉각 공기를 위한 유출구를 갖도록 - 즉, 냉각 공기 수용 챔버(124c)에는 제2 충돌 구멍(122h) 이외의 냉각 공기를 배출하기 위한 다른 유출구가 없음 - 형성될 수 있다. 그러나, 본 기술은 전술한 구성에 한정되지 않고, 냉각 공기 수용 챔버(124c)는 제2 충돌 구멍(122h) 이외의 유출구를 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 커넥터 유동 채널(130)의 유입구(132)는 제1 충돌 챔버(110c)에 위치되고, 커넥터 유동 채널(130)의 유출구(134)는 냉각 공기 수용 챔버(124c)에 위치될 수 있다. .
도 6b 및 도 6c 및 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 영역(R1)의 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)은 제1 충돌 공동(C1)을 포함할 수 있다. 제1 충돌 챔버(110c)는 제1 충돌 공동(C1)을 포함할 수 있다.
제1 충돌 플레이트(112)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11)에 위치될 수 있다. 다시 말해, 제1 충돌 플레이트(112)는 평면 시트 또는 플레이트형 또는 평면형으로 형성될 수 있으며, 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11)와 동일한 높이일 수 있고, 즉 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11)를 완전히 덮거나 닫거나 캐핑할 수 있다. 제1 충돌 플레이트(112)는 제1 충돌 구멍(112h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11)를 완전히 밀봉할 수 있다. 대안적으로, 제1 충돌 플레이트(112)는 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 충돌 공동(C1) 외부에 위치될 수 있고, 즉 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11)로부터 반경 방향으로 이격될 수 있다. 제1 충돌 유닛(110)은 제1 충돌 챔버(110c)와 함께 제1 충돌 공동(C1)을 둘러싸는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제1 충돌 플레이트(112) 사이에서 반경 방향으로 연장되는 측면 플레이트 부재(112s) 또는 측판 부재(112s)를 포함할 수 있다. 제1 충돌 플레이트(112)와 측판 부재(112s)는 제1 충돌 구멍(112h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11)를 완전히 밀봉할 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서, 제1 충돌 플레이트(112)는 제1 충돌 공동(C1) 내에 또는 내부에 즉, 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제1 충돌 공동(C1)의 개구(C11) 사이에 반경 방향으로 위치될 수 있다. 제1 충돌 플레이트(112)는 제1 충돌 구멍(112h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제1 충돌 플레이트(112)와 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 사이에 배치된 제1 충돌 공동(C1)의 일부 또는 부피 또는 공간을 완전히 밀봉할 수 있다.
도 6b 및 도 6c 및 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제2 영역(R2)의 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)은 제2 충돌 공동(C2)을 포함할 수 있다. 제2 충돌 챔버(120c)는 제2 충돌 공동(C2)을 포함할 수 있다.
제2 충돌 플레이트(122)는 제2 충돌 공동(C2), 그 내부 또는 그 외부에 위치될 수 있다.
제2 충돌 플레이트(122)는 도 6c에 도시된 바와 같이 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)에 위치될 수 있다. 다시 말해, 제2 충돌 플레이트(122)는 평면 시트 또는 플레이트형 또는 평면형으로 형성될 수 있고, 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)와 동일한 높이일 수 있고, 즉 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)를 완전히 덮거나 닫거나 캐핑할 수 있다. 제2 충돌 플레이트(122)는 제2 충돌 구멍(122h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)를 완전히 밀봉할 수 있다.
대안적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 충돌 플레이트(122)는 제2 충돌 공동(C2)의 외부에 위치될 수 있고, 즉 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)로부터 반경 방향으로 이격될 수 있다. 제2 충돌 유닛(120)은 제2 충돌 챔버(120c)와 함께 제2 충돌 공동(C2)을 둘러싸는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제2 충돌 플레이트(122) 사이에서 반경 방향으로 연장되는 측면 플레이트 부재(122s) 또는 측판 부재(122s)를 포함할 수 있다. 제2 충돌 플레이트(122)와 측판 부재(122s)는 제2 충돌 구멍(122h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)를 완전히 밀봉할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 제2 충돌 플레이트(122)는 제2 충돌 공동(C2) 내에 또는 내부에 위치될 수 있고, 즉, 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21) 사이에 반경 방향으로 위치될 수 있다. 제2 충돌 플레이트(122)는 제2 충돌 구멍(122h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제2 충돌 플레이트(122)와 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 사이에 배치된 제2 충돌 공동(C2)의 일부 또는 공간을 완전히 밀봉할 수 있다.
커버 플레이트(124)는 도 7에 도시된 바와 같이 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)에 위치될 수 있다. 다시 말해, 커버 플레이트(124)는 평면 시트, 플레이트형 또는 평면형으로 형성될 수 있고, 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)와 동일한 높이일 수 있으며, 즉 제2 충돌 공동(C2)의 개구(C21)를 완전히 덮거나 닫거나 캐핑할 수 있다.
커버 플레이트(124)는 제2 충돌 구멍(122h)을 통해 흐르는 냉각 공기를 제외하고 제2 충돌 플레이트(122)와 내부 슈라우드(100)의 커버 플레이트(124) 사이에 배치된 제2 충돌 공동(C2)의 일부 또는 부피 또는 공간을 완전히 밀봉할 수 있다.
도 4 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 커넥터 유동 채널(130)은 밀봉 유닛(70)을 통해 바람직하게는 축방향으로 연장될 수 있다.
밀봉 유닛(70)은 밀봉 지지 러그(lug) 또는 부재 또는 벽(72)과 밀봉 플레이트(74) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
밀봉 지지 러그(72)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로부터 반경 방향 내측으로 연장될 수 있다. 밀봉 지지 러그(72)는 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 형성할 수 있다. 커넥터 유동 채널(130)은 밀봉 지지 러그(72)를 통해 연장될 수 있다. 밀봉 플레이트(74)는 밀봉 지지 러그(72)에, 바람직하게는 밀봉 플레이트(74)의 반경 방향 외측 단부 또는 측면에 지지되거나 부착될 수 있다. 밀봉 플레이트(74)의 반경 방향 내측 단부 또는 측면(미도시)은 밀봉 하우징(미도시)에 의해 유지되거나 지지될 수 있다. 커넥터 유동 채널(130)은 밀봉 지지 러그(72)를 관통하는 관통 구멍으로 형성되거나, 밀봉 지지 러그(72)에 형성된 관통 구멍을 통해 삽입되는 별도의 관형 구조체 또는 관으로 형성될 수 있다.
밀봉 플레이트(74)에는 이를 관통하는 어떤 커넥터 유동 채널도 없을 수 있다. 대안적으로 및 선택적으로, 추가의 커넥터 유동 채널(미도시)이 밀봉 플레이트(74)를 통해 연장될 수 있다.
밀봉 플레이트(74)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 또는 밀봉 지지 러그(72)로부터 반경 방향 내측으로 연장되도록 배치될 수 있다. 밀봉 플레이트(74)는 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 형성할 수 있다. 커넥터 유동 채널(130)은 밀봉 플레이트(74)를 통해 연장될 수 있다. 밀봉 플레이트(74)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 또는 밀봉 지지 러그(72)에, 바람직하게는 밀봉 플레이트(74)의 반경 방향 외측 단부 또는 측면에 지지되거나 부착될 수 있다. 밀봉 플레이트(74)의 반경 방향 내측 단부 또는 측면(미도시)은 밀봉 하우징(미도시)에 의해 유지되거나 지지될 수 있다. 커넥터 유동 채널(130)은 밀봉 플레이트(74)를 관통하는 관통 구멍으로 형성되거나, 밀봉 플레이트(74)에 형성된 관통 구멍을 통해 삽입되는 별도의 관형 구조체 또는 관으로 형성될 수 있다.
밀봉 지지 러그(72)는 이를 관통하여 형성되는 어떤 커넥터 유동 채널도 없을 수 있다. 대안적으로 그리고 선택적으로, 추가의 커넥터 유동 채널(미도시)이 밀봉 지지 러그(72)를 통해 연장될 수 있다.
도 5 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 충돌 공동(C1)과 제2 충돌 공동(C2)은 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101) 또는 중간 벽(101)에 의해 분리될 수 있다. 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101) 또는 중간 벽(101)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로부터 반경 방향 내측으로 연장될 수 있다. 커넥터 유동 채널(130)은 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101)을 통해 바람직하게는 축방향으로 연장될 수 있다. 즉, 커넥터 유동 채널(130)은 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101) 또는 중간 벽(101)에 관통 구멍으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 커넥터 유동 채널(130)은 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101) 또는 중간 벽(101)에 형성된 관통 구멍을 통해 삽입되는 별도의 관형 구조체 또는 관으로 형성될 수 있다.
밀봉 유닛(70), 바람직하게는 밀봉 지지 러그(72) 및 밀봉 플레이트(74) 중 적어도 하나, 더욱 바람직하게는 양자 모두는 반경 방향으로 내부 슈라우드(100)의 중간 섹션(101) 또는 중간 벽(101)과 정렬될 수 있다.
도 4를 참조하면, 밀봉 지지 러그에 대한 또는 밀봉 플레이트의 커넥터 유동 채널(130)의 예시적인 치수 또는 압력벽 측(102)과 흡입벽 측(104) 사이의 분리 거리가 예시되어 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 커넥터 유동 채널(130)의 폭(W1)은 내부 슈라우드(100)의 원주 방향을 따라 측정된 밀봉 지지 러그(72) 또는 밀봉 플레이트(74)의 폭(W2) 또는 내부 슈라우드(100)의 원주 방향을 따라 하부 표면(100b)에서 측정된 내부 슈라우드(100)의 압력벽 측(102)과 흡입벽 측(104) 사이의 분리 거리(W2)의 2% 내지 40%, 바람직하게는 5% 내지 15% 이다.
모든 도면은 하나의 커넥터 유동 채널(130)만을 도시하지만, 베인(1)은 내부 슈라우드(100)의 원주 방향으로 서로 이격되는, 바람직하게는 축방향으로 연장되는 복수의 커넥터 유동 채널(130)을 포함할 수 있음(미도시)을 알아야 한다. 따라서, 냉각 공기(5)는 제2 영역(R2) 또는 냉각 공기 수용 챔버(124c)에 분산 방식으로 수용되어, 제2 충돌 플레이트(122)에 의해 보다 균일한 충돌 제트 형성을 달성한다.
도 8을 참조하면, 본 기술의 베인(1)의 다른 실시예가 설명된다.
도 8의 예에 도시된 바와 같이, 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로부터 제2 충돌 플레이트(122)의 반경 방향 거리(H2)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)으로부터 제1 충돌 플레이트(112)의 반경 방향 거리(H1) 이하일 수 있다. 따라서, 제2 영역(R2)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)에 충돌하도록 증가된 힘을 갖는 충돌 제트가 형성될 수 있다.
제2 충돌 플레이트(122)의 제2 충돌 구멍(122h)의 직경은 제1 충돌 플레이트(112)의 제1 충돌 구멍(112h)의 직경보다 작을 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 내부 슈라우드(100)는 제2 충돌 챔버(120c)에 위치된 유입구(100ha)와 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a) 또는 내부 슈라우드(100)의 측면(100s)에 위치된 유출구(100hb)를 갖는 적어도 하나의 슈라우드 냉각 구멍(100h)을 포함할 수 있다.
슈라우드 냉각 구멍(100h)으로부터의 냉각 공기는 고온 가스 경로(55)로 배출될 수 있다. 슈라우드 냉각 구멍(100h)의 유출구(100hb)는 고온 가스 경로(55)에 위치될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 내부 슈라우드(100)는 복수의 슈라우드 냉각 구멍(100h)을 포함할 수 있다. 슈라우드 냉각 구멍(100h) 중 적어도 하나의 유입구(100ha)는 제2 충돌 챔버(120c)에 위치되고, 유출구(100hb)는 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a)에 위치될 수 있다. 슈라우드 냉각 구멍(100h) 중 적어도 하나의 유입구(100ha)는 제2 충돌 챔버(120c)에 위치될 수 있고, 유출구(100hb)는 내부 슈라우드(100)의 측면(100s)에 위치될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 및 상부 표면(100a)에 대해 직선형의 관통 구멍일 수 있으며. 즉, 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 반경 방향으로 정렬되거나 반경 방향으로 연장될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 및 측면(100s)에 대하 직선형의 관통 구멍일 수 있으며, 즉, 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 축방향으로 정렬되거나 축방향으로 연장될 수 있다. .
도 9b에 도시된 바와 같이, 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 및 상부 표면(100a)에 대해 경사진 관통 구멍일 수 있으며, 즉 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 반경 방향에 대해 경사질 수 있다.
상기 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b) 및 측면(100s)에 대해 경사진 관통 구멍일 수 있으며, 즉 슈라우드 냉각 구멍(100h)은 반경 방향에 대해 경사질 수 있다.
도 10을 참조하면, 베인(1)은 제1 영역(R1)의 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)이 에어포일(60)의 베이스 개구(61)를 포함하도록 형성될 수 있다. 베이스 개구(61)는 에어포일(60)의 내부 공간 또는 내부 공동의 개구로 이해될 수 있다. 에어포일(60)의 내부 공동은 에어포일 형상에 의해 둘러싸인 공동 또는 공간, 즉 에어포일(60)의 압력벽(62), 흡입벽(64), 리딩 엣지(66) 및 트레일링 엣지(68)에 의해 형성된 공간 또는 공동이다.
제1 충돌 챔버(110c)와 에어포일(60)의 베이스 개구(61)는 서로에 대해 중첩되지 않거나 불연속적일 수 있다. 다시 말해, 제1 충돌 챔버(110c)와 에어포일(60)의 베이스 개구(61)는 유체 연통되지 않으며, 즉, 제1 챔버(110c)로 유입된 냉각 공기(5)는 에어포일(60)의 베이스 개구(61)로 유입되지 않는다.
전술한 가스 터빈 베인(1)은 가스 터빈(10), 예를 들어 도 1의 가스 터빈(10)에 포함될 수 있다.
베인(1)은 유입 가이드 베인(44) 또는 터빈 섹션(18)의 제1 베인 스테이지의 베인(1)일 수 있다. 베인(1)은 트랜지션 덕트(17)의 바로 하류일 수 있다.
제1 충돌 플레이트(112)는 압축기 섹션(14)의 마지막 스테이지 또는 최종 스테이지로부터 냉각 공기(5)를 수용하도록 구성될 수 있다.
도 11a-11c는 본 기술의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 11a, 도 11b 및 도 11c에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 충돌 플레이트(112)와 제2 충돌 플레이트(122)는 제1 영역(R1)의 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제2 영역(R2)의 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 각각 마주하도록 배치된다. 제2 충돌 유닛의 커버 플레이트(124)도 역시 제2 충돌 플레이트(122)와 마주하는 제2 영역(R2)에 배열된다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 제1 충돌 플레이트(112)와 커버 플레이트(124)는 서로 동일한 높이를 가질 수 있다.
즉, 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a)과 제1 충돌 플레이트(112) 사이의 거리는 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a)과 커버 플레이트(124) 사이의 거리와 동일할 수 있다.
제2 충돌 플레이트(122)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 커버 플레이트(124) 사이에 배치될 수 있다.
제2 영역(R2)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 커버 플레이트(124) 사이의 거리는 제1 영역(R1)에서 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 제1 충돌 플레이트(112) 사이의 거리보다 클 수 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 제1 충돌 플레이트(112)와 커버 플레이트(124)는 서로 동일한 높이가 아닐 수 있다. 그러나, 선택적으로, 제1 충돌 플레이트(112)와 제2 충돌 플레이트(122)는 서로 동일한 높이일 수 있다.
즉, 제1 영역(R1)에서 제1 충돌 플레이트(112)와 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a) 및/또는 하부 표면(100b) 사이의 거리는 제2 영역(R2)에서 내부 슈라우드(100)의 상부 표면(100a) 및/또는 하부 표면(100b)과 제2 충돌 플레이트(122) 사이의 거리와 동일할 수 있다.
제2 충돌 플레이트(122)는 내부 슈라우드(100)의 하부 표면(100b)과 커버 플레이트(124) 사이에 배치될 수 있다.
커넥터 유동 채널(130)은 경사지게 형성될 수 있고, 즉, 유입구(132)로부터 유출구(134)로 가스 터빈의 회전축을 향하여 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 제1 영역(R1)의 반경 방향 외측 위치로부터 제2 영역(R2)의 반경 방향 내측 위치 측으로 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 커넥터 유동 채널(130)은 유입구(132)가 제1 영역(R1)에서 반경 방향 외측 위치에 배치되는 반면, 유출구(134)가 제2 영역(R2)에서 반경 방향 내측 위치에 배치되도록 경사지게 형성될 수 있다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 제1 충돌 플레이트(112)는 계단식으로 형성될 수 있으며, 즉, 커넥터 유동 채널(130)의 유입구(132)에 인접하게 배치된 제1 충돌 플레이트(112)의 제1 부분이 커넥터 유동 채널(130)의 유입구(132)로부터 멀리 배치된 제1 충돌 플레이트(112)의 제2 부분보다 반경 방향 내측 위치에 배치되도록 형성될 수 있다. 제1 부분은 제2 부분과 커넥터 유동 채널 사이에 배치될 수 있다.
제1 충돌 플레이트(112)의 제1 부분은 커버 플레이트(124)와 동일한 높이일 수 있다.
제1 충돌 플레이트(112)의 제2 부분은 제2 충돌 플레이트(122)와 동일한 높이일 수 있다.
1 터빈 베인
5 냉각 공기
5a 냉각 공기의 제1 부분
5b 냉각 공기의 제2 부분
9a 제1 유동 채널
9b 제2 유동 채널
10 가스 터빈
12 유입구
14 압축기 섹션
16 연소기 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
36c 냉각 공기 채널
38 터빈 블레이드
40 안내 베인
42 스테이터
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
55 고온 가스 경로
56 통로
60 에어포일
61 에어포일의 베이스 개구
62 압력벽
64 흡입벽
66 리딩 엣지
68 트레일링 엣지
70 밀봉 유닛
72 밀봉 지지 러그
74 밀봉 플레이트
80 스테이지간 밀봉부
82 공간
90 외부 슈라우드
92 베인 고정 수단
100 내부 슈라우드
100a 상부 표면
100b 하부 표면
100h 슈라우드 냉각 구멍
100ha 슈라우드 냉각 구멍의 유입구
100hb 슈라우드 냉각 구멍의 유출구
100s 내부 슈라우드의 측면
101 내부 슈라우드의 중간 섹션
102 압력벽 측
104 흡입벽 측
106 리딩 엣지측
108 트레일링 엣지측
110 제1 충돌 유닛
110c 제1 충돌 챔버
112 제1 충돌 플레이트
112h 제1 충돌 냉각 구멍
112s 측면 플레이트
120 제2 충돌 유닛
120c 제2 충돌 챔버
122 제2 충돌 플레이트
122h 제2 충돌 냉각 구멍
122s 측면 플레이트
124 커버 플레이트
124c 냉각 공기 수용 챔버
130 커넥터 유동 채널
132 유입구
134 유출구
C1 제1 충돌 공동
C11 제1 충돌 공동의 개구
C2 제2 충돌 공동
C21 제2 충돌 공동의 개구
H2 내부 슈라우드로부터 제2 충돌 플레이트까지의 거리
H1 내부 슈라우드로부터 제1 충돌 플레이트까지의 거리
R1 제1 영역
R2 제2 영역
W1 커넥터 유동 채널의 폭
W2 밀봉 지지 러그 또는 밀봉 플레이트의 폭

Claims (20)

  1. 가스 터빈용 터빈 베인으로서, 터빈 베인은:
    - 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 내부 슈라우드;
    - 내부 슈라우드의 하부 표면에 배치되고 내부 슈라우드의 하부 표면에서 제1 영역 및 제2 영역을 형성하는 밀봉 유닛;
    - 제1 영역에 배열되고 제1 충돌 플레이트를 포함하는 제1 충돌 유닛 - 제1 충돌 플레이트는 내부 슈라우드와 마주하여 내부 슈라우드와의 사이에 제1 충돌 챔버를 형성하고, 제1 충돌 플레이트는 냉각 공기를 수용하고 제1 충돌 챔버 내로 유도되는 충돌 제트를 형성하도록 구성됨 -;
    - 제2 영역에 배열되고 제2 충돌 플레이트를 포함하는 제2 충돌 유닛 - 제2 충돌 플레이트는 내부 슈라우드와 마주하여 내부 슈라우드와의 사이에 제2 충돌 챔버를 형성함 -; 및
    - 냉각 공기를 상기 제1 충돌 챔버로부터 상기 제2 영역으로 유도하도록 구성된 적어도 하나의 커넥터 유동 채널
    을 포함하고,
    상기 제2 충돌 플레이트는 상기 커넥터 유동 채널로부터 냉각 공기를 수용하고 상기 제2 충돌 챔버로 유도되는 충돌 제트를 형성하도록 구성되고,
    상기 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 상기 제2 충돌 플레이트의 반경 방향 거리는 상기 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 상기 제1 충돌 플레이트의 반경 방향 거리 이하이고; 및
    상기 제2 충돌 플레이트의 제2 충돌 구멍의 직경은 상기 제1 충돌 플레이트의 제1 충돌 구멍의 직경보다 작은, 터빈 베인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 슈라우드는 상기 제1 영역에서 상기 내부 슈라우드의 하부 표면에 제1 충돌 공동을 포함하고, 상기 제1 충돌 챔버는 제1 충돌 공동을 포함하고,
    상기 내부 슈라우드는 상기 제2 영역에서 상기 내부 슈라우드의 하부 표면에 제2 충돌 공동을 포함하고, 상기 제2 충돌 챔버는 제2 충돌 공동을 포함하는, 터빈 베인.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 충돌 공동 및 상기 제2 충돌 공동은 상기 내부 슈라우드의 중간 섹션에 의해 분리되고, 상기 커넥터 유동 채널은 상기 내부 슈라우드의 중간 섹션을 통해 연장되는, 터빈 베인.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 충돌 플레이트는 상기 제2 충돌 공동의 개구와 동일 높이로 배열되거나, 또는 상기 제2 충돌 플레이트는 상기 제2 충돌 공동 내에 배열되는, 터빈 베인.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 유동 채널은 상기 밀봉 유닛을 통해 연장되는, 터빈 베인.
  7. 제1항에 있어서,
    밀봉 유닛은:
    - 상기 내부 슈라우드의 하부 표면으로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 밀봉 지지 러그; 및
    - 상기 내부 슈라우드에 지지되고 내부 슈라우드로부터 반경 방향 내측으로 배열된 밀봉 플레이트 - 상기 커넥터 유동 채널은 밀봉 지지 러그와 밀봉 플레이트 중 적어도 하나를 통해 연장됨 -
    중 적어도 하나를 포함하는, 터빈 베인.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커넥터 유동 채널의 폭은 상기 내부 슈라우드의 원주 방향을 따라 측정된 밀봉 지지 러그 또는 밀봉 플레이트의 폭의 5% 내지 15%인, 터빈 베인.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 충돌 유닛은 커버 플레이트를 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 제2 충돌 플레이트의 반경 방향 내측으로 배치되고 상기 제2 충돌 플레이트와 마주하고 상기 제2 충돌 플레이트와의 사이에 냉각 공기 수용 챔버를 형성하고, 상기 커넥터 유동 채널의 유출구는 냉각 공기 수용 챔버에 위치되는, 터빈 베인.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역에서 상기 내부 슈라우드의 하부 표면은 에어포일의 베이스 개구를 포함하고, 상기 제1 충돌 챔버와 에어포일의 베이스 개구는 중첩되지 않는, 터빈 베인.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 내부 슈라우드는 상기 제2 충돌 챔버에 위치된 유입구 및 상기 내부 슈라우드의 상부 표면 또는 상기 내부 슈라우드의 측면에 위치된 유출구를 갖는 적어도 하나의 슈라우드 냉각 구멍을 포함하는, 터빈 베인.
  13. 제1항에 따른 터빈 베인을 포함하는, 가스 터빈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 내부 슈라우드는 상기 제1 영역에서 상기 내부 슈라우드의 하부 표면에 제1 충돌 공동을 포함하고, 제1 충돌 챔버는 제1 충돌 공동을 포함하고,
    상기 내부 슈라우드는 상기 제2 영역에서 상기 내부 슈라우드의 하부 표면에 제2 충돌 공동을 포함하고, 제2 충돌 챔버는 제2 충돌 공동을 포함하는, 가스 터빈.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 충돌 공동 및 상기 제2 충돌 공동은 상기 내부 슈라우드의 중간 섹션에 의해 분리되고, 상기 커넥터 유동 채널은 내부 슈라우드의 중간 섹션을 통해 연장되는, 가스 터빈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 충돌 플레이트는 상기 제2 충돌 공동의 개구와 동일 높이로 배열되거나, 또는 제2 충돌 플레이트는 제2 충돌 공동 내에 배열되는, 가스 터빈.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 커넥터 유동 채널은 밀봉 유닛을 통해 연장되는, 가스 터빈.
  19. 제13항에 있어서,
    - 터빈 베인의 하류에 있고 블레이드 지지 디스크 상에 장착된 터빈 블레이드; 및
    - 상기 블레이드 지지 디스크와 터빈 베인 사이에 축방향으로 배치된 스테이지간 밀봉부 - 제2 충돌 유닛은 터빈 베인의 내부 슈라우드, 밀봉 유닛 및 스테이지간 밀봉부에 의해 형성된 공간 내에 위치되고 스테이지간 밀봉부는 공간의 반경 방향 내측에서 공간을 밀봉하도록 구성됨 -
    를 포함하는, 가스 터빈.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제1 충돌 플레이트는 압축기의 최종 스테이지로부터 냉각 공기를 수용하도록 구성된, 가스 터빈.
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