KR20010006106A - 터빈 블레이드의 냉각 방법 - Google Patents

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KR20010006106A
KR20010006106A KR1019997009184A KR19997009184A KR20010006106A KR 20010006106 A KR20010006106 A KR 20010006106A KR 1019997009184 A KR1019997009184 A KR 1019997009184A KR 19997009184 A KR19997009184 A KR 19997009184A KR 20010006106 A KR20010006106 A KR 20010006106A
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미하엘 핸들러
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칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 외벽(3)을 갖는 터빈 블레이드(1)에 관한 것으로, 이 경우 상기 외벽(3)에 열적으로 커플링되는 적어도 하나의 냉각 챔버(20)에는 냉각제(6)용 유입구(15) 및 배출구(16)가 제공된다. 냉각제 공급뷰(22) 및 냉각제 배출부(23)는 유동 기술적으로 냉각 챔버(20)와 결합된다.

Description

터빈 블레이드의 냉각 방법 {METHOD FOR COOLING A TURBINE BLADE}
냉각을 위해 냉각제를 가이드하는 가스 터빈의 가이드 블레이드는 US-PS 5,419,039호에 기술되어 있다. 이 가이드 블레이드는 하나의 캐스팅 부재로서 실현되거나 또는 2개의 캐스팅 부재로 구성된다. 터빈 블레이드는 관련 가스 터빈 장치의 압축기로부터 냉각제를 공급하기 위한 공급부를 그것의 내부면에 포함한다. 가스 터빈의 고온 가스 흐름에 노출되며 냉각 공기 공급부를 감싸는 벽 구조물내에는 한 측면이 개방된 주조된 냉각 주머니가 제공된다. 이 냉각 주머니는 벽 구조물의 외부 측면에서 고온 가스의 유동 방향으로 뿐만 아니라 고온 가스의 유동 방향에 대해 수직으로 터빈 블레이드의 주된 확장 방향을 따라 배치된다. 각각의 냉각 주머니 내부로는 냉각제 공급부로부터 벽 구조물내에 있는 다수의 홀을 통해 냉각 공기가 유입된다. 상기 냉각 주머니는 고온 가스의 흐름 방향으로 냉각 공기에 의해 관류된다. 냉각 공기는 이미 터빈 블레이드의 캐스팅에 의해 형성된 개구 영역에서 고온 가스의 흐름 내부로 배출된다. 그럼으로써 벽 구조물의 외부 표면에 있는 일정량이 필름 냉각에 도달된다. 냉각 주머니내에는, 자세하게 설명되지 않은 하나의 베이스 또는 자세하게 설명되지 않은 다수의 베이스가 열전달의 개선을 위해 제공될 수 있다.
GB 21 12 869호에는, 2개의 냉각 공기 공급 챔버 및 하나의 냉각 공기 배출 챔버를 포함하는, 블레이드 형태를 결정하는 벽 구조물을 포함하는 가스 터빈 블레이드가 기술되어 있다. 벽 구조물의 외부에는 유동 방향으로 냉각 채널이 배치되어 있다. 냉각 채널은 길이 방향으로 뻗은 홈의 형태로 된 공동부로서 벽 구조물내에 제공된다. 이 경우 냉각 채널은 한편으로는 유동 기술적으로 냉각제 공급 챔버와 결합되고 다른 한편으로는 냉각제 배출 챔버와 결합된다. 냉가 채널을 외부로 폐쇄하기 위해 터빈 블레이드를 완전히 감싸는 금속 시이트가 배치된다.
본 발명은 유입 영역 및 유출 영역, 및 그 사이에 서로 마주 보도록 배치된 압력측 및 흡인측 그리고 작동 유체에 의해 순환될 수 있는 벽 구조물을 포함하는 터빈 블레이드에 관한 것이다. 상기 벽 구조물은 냉각제를 가이드하기 위한 내부 챔버를 감싸는 외벽을 포함한다. 본 발명은 또한, 상기 방식의 터빈 블레이드의 사용 및 고온 작동 유체에 의해 순환되는 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 설명을 위해 사용되는 구성적인 장점 및 기능적인 장점들을 기술하면서 가스 터빈의 터빈 블레이드를 횡으로 절단하여 도시한 개략적인 횡단면도이다.
본 발명의 목적은 냉각 가능한 벽 구조물을 갖는 터빈 블레이드를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은, 상기 방식의 터빈 블레이드의 사용 분야 및 고온 작동 유체에 노출된 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
터빈 블레이드와 관련된 상기 목적은 본 발명에 따라, 외벽에 열 기술적으로 커플링되는 적어도 하나의 냉각 챔버에는 냉각제용 유입구 및 배출구가 제공되고, 내부 챔버에는 적어도 하나의 냉각제 공급부 및 냉각제 배출부가 제공되도록 구성된, 청구항 1의 서문에 따른 터빈 블레이드에 의해 달성된다. 냉각 챔버는 유동 기술적으로 유입구를 통해서는 냉각제 공급부와 결합되고 배출구를 통해서는 냉각제 배출부와 결합된다. 필요한 냉각 성능에 따라 및 터빈 블레이드의 구조에 따라서는 냉각 챔버당 다수의 유입구 및 배출구가 제공될 수도 있다.
따라서 상기 방식의 터빈 블레이드는 완전히 터빈 블레이드의 내부면에서 가이드되는 냉각제에 의해 냉각될 수 있다. 그에 따라 터빈 블레이드내에서는 폐쇄된 냉각 순환계가 형성된다. 터빈 블레이드를 통해 흐르는 동시에 가열되는 냉각제는 추가의 터빈 블레이드에 제공되거나 또는 상기 터빈 블레이드에 속하는 터빈 장치의 하나의 소자, 예컨대 연소 챔버벽에 추가 냉각의 목적으로 제공될 수 있다. 상기 방식의 폐쇄 냉각 순환계에 의해, 터빈 블레이드를 순환하는 작동 유체 내부로 유입되어서는 안되는 냉각제, 예를 들어 증기가 사용될 수 있다. 교대로 축방향으로 뒤에 접속된 가이드 블레이드 및 무빙 블레이드를 갖는 터빈 장치에서는 냉각제에 의해 먼저 최고의 열부하를 받는 가이드 블레이드가 냉각될 수 있고, 그 다음에 축방향으로 가이드 블레이드 뒤에 배치된 무빙 블레이드가 냉각될 수 있다. 터빈 블레이드내에 있는 폐쇄 냉각 순환계에 의해서는 또한 터빈 블레이드를 순환하는 고온 작동 유체의 영향이 피해지고, 그럼으로써 공기 역학적인 효율이 상승된다.
냉각 챔버는 유동 방향으로 뿐만 아니라 그에 대해 수직으로도 (즉, 실제로는 터빈 블레이드의 주축 방향으로도) 뻗는데, 특히 유동 방향에 대해 수직 방향으로는 유동 방향과 동일한 크기로 또는 유동 방향보다 더 크게 확장될 수 있다. 이와 같은 냉각 챔버의 2차원적인 팽창에 의해서 균일한 냉각 성능이 얻어진다. 특별히, 특히 냉각 채널 사이에 필연적으로 존재하는 완전 재료로 이루어진 넓은 바아로 인해 개별 냉각 채널에서 나타날 수 있는 높은 온도 증감이 피해짐으로써, 터빈 블레이드의 수명을 연장시키는 균일한 온도 분배에 도달될 수 있다. 또한, 유입구 및 배출구의 형태, 위치, 크기 및 개수에 의해서 냉각제가 냉각 필요에 매칭되어 냉각 챔버 내부로 유입될 수 있다. 그럼으로써, 일정한 냉각 성능에 도달하기 위해서는 다수의 개별 냉각 채널을 사용하는 경우보다 훨씬 더 적은 냉각제가 필요하게 된다.
냉각 챔버가 바람직하게 벽 구조물내로 캐스트-인(cast-in)됨으로써, 확실하게 폐쇄된 냉각 시스템이 형성된다. 캐스팅-인된 냉각 챔버에 의해서, 높은 기계적 및 열적 부하로 인해 냉각 시스템을 함께 형성하는 커버가 분리될 위험이 확실하게 피해진다. 냉각 챔버는 또한 캐스팅에 의해 간단하고도 높은 정확도로써 하나의 작업 단계로 터빈 블레이드와 함께 형성될 수 있다.
터빈 블레이드는 주축을 따라 연장되며, 이 경우 배출구 및 유입구는, 특히 냉각 챔버내에서 냉각제의 유동이 실제로 주축에 대해 수직으로 형성될 수 있도록 배치된다. 이러한 내용은 주축을 따라 종방향으로 팽창되는 전체 터빈 블레이드에 대해서 적용되며, 이 경우 터빈 블레이드는 주축에 대해 구부러지거나 비틀어지거나 휘어질 수 있는데, 이러한 경우는 예를 들어 완전히 3차원적인 순환을 야기하는 터빈 블레이드에서와 같은 경우이다.
바람직하게는 터빈 블레이드의 압력측 및/또는 흡인측에 다수의 냉각 챔버가 제공됨으로써, 터빈 블레이드가 복잡하게 형성된 경우에도 외벽의 효과적인 냉각이 보장된다. 고정 가스 터빈의 하나의 가이드 블레이드는 흡인측에서 뿐만 아니라 압력측에서도 3 x 3개의 냉각 챔버 및 도달될 열전달에 따라서는 그 이상의 또는 그 이하의 냉각 챔버를 가질 수 있다. 냉각 챔버에는 바람직하게 적어도 2개의 냉각제 공급부로부터 냉각제가 공급되며, 이 냉각제는 마찬가지로 적어도 2개의 냉각제 배출부를 통해 재차 터빈 블레이드로부터 빼내질 수 있다. 냉각제 공급부 및 냉각제 배출부는 바람직하게 각각 서로 유동 기술적으로 평행하다. 냉각제 공급부 및 냉각제 배출부가 주축에 대해 수직 방향으로 교대로 앞·뒤로 배치됨으로써, 결과적으로 앞·뒤로 배치된 냉각 챔버에는 구성적으로 적은 비용으로 냉각제가 공급될 수 있다.
특히 효과적인 냉각은, 냉각될 외벽이 가급적 얇게 형성되면 달성된다. 바람직하게는 상기 외벽이 적어도 부분적으로 2.5mm 미만, 바람직하게는 약 1mm의 평균 벽두께를 갖는다. 또한 벽 구조물을 외벽 및 내벽으로 개념적으로 구분하는 것은 벽 구조물의 기능적인 특성을 분리하는 것을 허용하며, 이 경우 외벽에서는 내벽에서보다 기계적 안정성에 대한 요구가 더 적게 제기된다. 그에 따라 내벽은 외벽보다 더 큰 벽두께로 실현될 수 있는데, 그 이유는 내벽이 고온의 작동 유체, 특히 고온 가스의 흐름에 직접 노출되기 때문이다. 내벽은 실제로 터빈 블레이드를 위한 기계적인 지지 기능을 담당할 수 있다. 그와 달리 외벽은 더 적은 벽두께로 형성될 수 있고, 그럼으로써 외벽은 열전달 소자를 통해 특히 효과적으로 냉각될 수 있다.
각각의 냉각 챔버내에서 바람직하게 냉각제의 주흐름 방향으로는 상기 냉각제가 순환할 수 있는 열전달 소자가 연속으로 배치되며, 이 소자는 열 기술적으로 외벽과 결합된다. 그럼으로써 냉각 챔버 내부의 큰 간격에 걸쳐 냉각제의 효과적인 가열이 보장된다. 외벽과 열전달 소자의 열 기계적인 결합에 의해서 외벽으로부터 냉각제로의 효과적인 열전달이 이루어진다.
내벽과 외벽 사이에 있는 냉각 영역의 횡단면은 바람직하게 냉각제의 높은 속도를 형성하기 위해 작게 형성되며, 특히 외벽의 벽두께 범위내에 있다. 냉각 챔버의 관류되는 횡단면이 더 작게 형성되고 그에 따라 냉각제의 속도가 높게 형성됨으로써 높은 열전달 계수에 도달될 수 있다. 냉각 챔버내에서의 주흐름 방향은 바람직하게 터빈 블레이드를 순환하는 작동 유체의 유동 방향과 일치하거나, 또는 상기 방향과 반대이다. 열전달 소자는 바람직하게 칼럼 형태 또는 플랫폼 형태로 형성되고, 외벽으로부터 내벽까지 이른다. 열전달 소자는 또한 내벽과 견고하게 결합될 수도 있다. 열전달 소자의 횡단면은 각각 열전달 기술적인 요구 및 유동 기술적인 요구에 매칭될 수 있으며, 예를 들어 원형, 사각형 또는 유동 프로필 방식으로 형성된다.
외벽과 내벽 사이에 배치된 적어도 하나의 냉각 챔버를 포함하는 벽 구조물을 갖는 터빈 블레이드는 전체로서 캐스팅에 의해 하나의 작업 단계로 제조될 수 있다. 물론 터빈 블레이드는 캐스팅 후에 적합한 방법(접합 방법)으로 서로 견고하게 결합되는 2개 이상의 캐스팅 부분을 포함할 수도 있다. 바람직하게는 배출구 및 유입구가 캐스팅에 의해 제조된다. 터빈 블레이드는 바람직하게 그것의 주축을 따라서 뿐만 아니라 주축에 대해 수직으로 한 평면에서 다수의 냉각 챔버를 포함한다.
유입구가 바람직하게 외벽에 대해 대략 수직으로 실현됨으로써 결과적으로 유입되는 냉각제가 외벽상에 충돌되고, 그럼으로써 외벽의 추가 수직 냉각이 적어도 유입구 영역에서는 달성될 수 있다.
바람직하게 유입 영역 및/또는 유출 영역에는 추가 냉각제-공급부가 제공되는데, 이 공급부는 외벽의 외부 표면에 있는 적어도 하나의 배출구로 통한다. 추가 냉각제-공급부 그리고 냉각제 공급부 및 냉각제 배출부는 실제로 터빈 블레이드의 주축에 대해 평행하게 정렬된다. 특히 유입 영역에서는 터빈 블레이드가 예를 들어 보어로서 실현될 수 있는 다수의 배출구를 포함한다. 배출구를 통해 터빈 블레이드의 외부 표면에 이르는 냉각제는 상기 외부 표면상에서의 냉각제 필름의 형성을 가능하게 한다. 그럼으로써 열적으로 높은 부하를 받는 유입 영역은 터빈 블레이드 내부로부터의 열전달로 인한 냉각에 추가적으로 소위 필름 냉각 원칙에 따라 외부로부터 냉각될 수도 있다. 유입 영역 및 배출 영역은 분리된 냉각제-공급 장치로 인해 흡인측 및 압력측 영역에 있는 외벽과 다른 냉각제로 냉각될 수 있다. 특히 가스 터빈에 할당된 압축기에 의해 공급될 수 있는 냉각 공기는 가스 터빈용 터빈 블레이드에서 배출 영역 및 유입 영역을 냉각하기에 특히 적합하다. 냉각 챔버를 냉각하기 위해서는 냉각 가스, 특히 가스 터빈 장치의 압축기로부터 나오는 냉각 공기 외에 공기에 비해 더 높은 열전달 비율을 갖는 수증기도 적합하다.
바람직하게 터빈 블레이드는 가스 터빈내에 사용하기에 적합하며, 이 경우 상기 터빈 블레이드는 고온 가스에 의해 순환된다. 터빈 블레이드 기본 재료의 용융 온도 아래에 있는 고온 가스의 온도에서는 냉각에 의한 터빈 블레이드의 고장이 피해진다. 외벽에서의 온도는 폐쇄 냉각 순환계에 의한 냉각을 통해 비임계 온도 레벨로 하강될 수 있다. 내부 챔버로부터 나오는 냉각제는 대류 방식 변환 및 외벽을 통한 열전달을 야기하고, 그럼으로써 외벽의 표면이 충분히 냉각될 수 있다. 터빈 블레이드는 각각 적합한 고정 장치, 예를 들어 블레이드 푸트를 통해 터빈의 하우징 또는 터빈의 회전자와 결합되는 무빙 블레이드일 수도 있고 가이드 블레이드일 수도 있다.
그래서 터빈 블레이드는 본 발명에 따라 가스 터빈 장치, 특히 터빈 블레이디를 순환하는 고온 가스의 온도가 명백하게 1000℃ 이상으로 나타나는 가스 터빈내에서 무빙 블레이드 또는 가이드 블레이드로서 사용하기에 특히 적합하다.
터빈 블레이드를 냉각하는 방법과 관련된 목적은, 고온의 작동 유체가 순환하는 벽 구조물을 갖는 터빈 블레이드에서 상기 벽 구조물이 내부 챔버를 감싸는 외벽을 포함하며, 제 1 냉각제가 냉각제 공급부를 통해 내부 챔버 내부로 가이드되어 그곳으로부터 외벽에 열 기술적으로 커플링되는 냉각 챔버 내부로 유입되고, 내부 챔버내에 있는 냉각제 배출부를 통해 터빈 블레이드로부터 재차 배출됨으로써 달성된다.
상기 방식의 냉각에 의해서는, 냉각제가 고온 작동 유체의 흐름에 도달됨에 따라 작동 유체의 흐름이 효율을 감소시키는 방식으로 영향을 미치는 것이 피해진다. 그래서 효율의 상승이 달성될 수 있다. 또한 폐쇄 냉각 프로세스에 의해 고온 작동 유체와 상이한 냉각제가 사용될 수도 있다. 특히 작동 유체가 고온 가스인 가스 터빈에서는 냉각제로서 증기가 사용될 수 있다. 이 증기는 예를 들어 조합된 가스 터빈 장치 및 증기 터빈 장치에서 가스 터빈 뒤에 접속된 증기 터빈으로부터 간단하게 빼낼 수 있다.
바람직하게는 추가의 냉각제가 터빈 블레이드의 유입 영역 및/또는 배출 영역에 제공되어 벽 구조물을 통해 작동 유체 내부로 리드된다. 그럼으로써, 유입 영역 및/또는 배출 영역의 냉각 외에 내부로부터 터빈 블레이드의 외부 표면에서의 필름 냉각이 보장된다. 추가 냉각제-공급부에 제공되는 냉각제 뿐만 아니라 유입 영역 및/또는 배출 영역에 제공되는 냉각제도 또한 내부 챔버내에서는 바람직하게 터빈 블레이드의 주축에 대해 평행하게 흐르며, 이 때 각각의 부분 흐름은 냉각 챔버 내부로 또는 유입 영역 및 배출 영역에 있는 배출구를 통해 고온 작동 유체에 제공된다.
본 발명에 따른 터빈 블레이드 및 터빈 블레이드의 냉각 방법은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.
도 1에는 주축(19)을 따라 뻗는 가스 터빈의 터빈 블레이드(1)가 도시되어 있다. 터빈 블레이드(1)가 주축(19)을 따라 구부러지거나 비틀어지거나 휘어질 수 있음으로써, 도면에 도시된 터빈 블레이드(1)의 횡단면은 주축(19)에 걸쳐 변동될 수 있다. 터빈 블레이드(1)는 도시되지 않은 한 단부에 고정을 위한 블레이드 푸트를 포함한다. 터빈 블레이드(1)는 서로 마주보도록 배치된 유입 영역(8), 유출 영역(9) 및 압력측(10) 및 흡인측(11)을 갖는 벽 구조물(2)을 갖는다. 벽 구조물(2)은 또한 내부 챔버(21)를 감싸는 외벽(3)을 포함한다. 상기 내부 챔버(21)내에는 유동 기술적으로 서로 분리되고 평행하게 배치된 냉각제 공급부(22, 22a), 냉각제 배출부(23, 23a) 및 각각 주축(19)에 대해 실제로 평행하게 정렬된 추가 냉각제 공급부(25, 25a)가 제공된다. 언급된 냉각제 공급부(22, 22a, 25, 25a) 및 냉각제 배출부(23, 23a)는 도시되지 않은 블레이드 푸트로부터 터빈 블레이드(1)의 제 1 단부에 마주 놓인 도시되지 않은 제 2 단부까지 뻗으며, 상기 제 2 단부에서 공급부 및 배출부가 폐쇄된다. 터빈 블레이드(1)를 고온 가스(작동 유체)(18)가 순환함으로써, 외벽(3)의 외부 표면(14)에 고온 가스(18)가 제공될 수 있다. 고온 가스(18)는 터빈 블레이드(1)의 유입 영역(8)에서 유입되어 터빈 블레이드(1)를 따라 유출 영역(9)까지 흐른다. 고온 가스(18)의 유동 방향으로 볼 때 내부 챔버(21)내에는 유입 영역(8)의 냉각제 공급부(25), 냉각제 배출부(23), 냉각제 공급부(22), 냉각제 배출부(23a), 냉각제 공급부(22a) 및 유출 영역(9)의 냉각제 공급부(25a)가 연속으로 배치된다. 흡인측(10) 및 압력측(1)에서 벽 구조물(2)은 앞·뒤로 연속으로 배치된 다수의 냉각 챔버(20)를 포함한다. 도시되지 않은 추가의 냉각 챔버들(20)은 흡인측(10) 및 압력측(11)에서 주축(19)의 방향으로 제공된다. 냉각 챔버(20)는 내부 챔버(21)를 향한 내벽(4)과 외벽(3) 사이에 배치된다. 각각의 냉각 챔버(20)는 냉각제(6)를 위한 개별 유입구(15)를 포함하며, 상기 유입구는 각각 관련 냉각제 공급부(22, 22a)와 연결된다. 개별 냉각 챔버(20)의 유입구(15)는 실제로 외벽(3)상에 수직으로 서있는 유입축(24)을 따라 뻗는다. 그럼으로써 냉각제(6)가 냉각 챔버(20) 내부로 유입될 때 외벽(3)의 추가의 수직 냉각이 이루어질 수 있다. 각각의 냉각 챔버(20)는 또한, 냉각 챔버(20)와 관련 냉각제 배출부(23, 23a) 사이에서 유동 기술적인 결합을 만들어주는 배출구(16)를 포함한다. 냉각제(6)는 고온 가스(18)의 유동 방향으로 또는 고온 가스의 유동 방향과 반대로 각각의 냉각 챔버(20)를 통해 흐를 수 있다. 냉각제(6)의 유동 방향으로 볼 때 각각의 냉각 챔버(20)내에는 서로 나란히 배치된 다수의 열전달 소자(7)가 배치된다. 냉각 챔버내에서 축(19)을 따라 배치된 추가의 열전달 소자(7)는 도시하지 않았다. 상기 추가의 열전달 소자는 도시된 열전달 소자(7)에 대해 유동 방향으로 변위될 수 있고, 그럼으로써 냉각 챔버(20)내에서 높은 열전달이 달성될 수 있다. 유입 영역(8)에 있는 추가 냉각제 공급부(25)는 다수의 배출구(16)를 포함하며, 상기 배출구를 통해 냉각제(6a)가 터빈 블레이드(1)의 외부 표면(14)에 이르게 된다. 그럼으로써 터빈 블레이드(1)의 추가의 필름 냉각이 냉각제(6a)에 의해서 보장된다. 배출 영역(9)의 추가 냉각제-공급부(25a)도 마찬가지로 냉각제(6a)의 배출을 위한 배출구(16a)를 가지며, 이 경우 흡인측(11)의 외벽과 압력측(10)의 외벽 사이에는 열전달 소자(7)가 배치되어 있다.
냉각제(6), 특히 냉각 공기 또는 수증기는 도시되지 않은 제 1 단부에서 터빈 블레이드(1) 내부로 유입되어 마찬가지로 도시되지 않은 제 2 단부까지 터빈 블레이드(1)를 통해 흐른다. 냉각제(6)에 의해서 각각의 부분 흐름이 축방향으로 위·아래로 배치된 냉각 챔버(20) 내부로 배출된다. 각각의 부분 흐름이 냉각 챔버(20)를 관류하고 외벽(3) 및 열전달 소자(7)와의 열교환을 통해서 열을 흡수함으로써 외벽(3)이 냉각된다. 냉각 챔버(20)를 관류한 후에는 각각의 부분 흐름이 냉각제-배출부(23, 23a) 내부로 유입된다. 냉각제 배출부(23, 23a)내에서 합쳐진 냉각제 흐름은 도시되지 않은 제 1 단부를 통해 재차 터빈 블레이드(1)로부터 빼내진다. 그럼으로써 냉각제(6)는 가스 터빈의 다른 소자들을 냉각시키기 위해 재차 사용될 수 있다. 예를 들어, 최고 온도에서 고온 가스에 노출되는 제 1 열의 터빈 가이드 블레이드는 외부에서 냉각된 냉각 공기에 의해 관류될 수 있으며, 그 내부에서 가열된 상기 제 1 열의 가이드 블레이드의 냉각 공기는 바로 뒤에 접속된 제 1 열의 터빈 무빙 블레이드에 제공될 수 있다. 추가 냉각제 공급부(25, 25a)를 통해 동일한 냉각제(6) 또는 다른 냉각제(6a)가 유입 영역(8) 및/또는 유출 영역(9)에 제공될 수 있다. 상기 냉각제(6a)는 배출구(16a)를 통해 고온 가스(18)의 유동부 내부에 이르게 되고, 그럼으로써 유입 영역(8) 또는 유출 영역(9)의 필름 냉각이 가능해진다.
도 2에는 냉각제(6)용의 폐쇄 냉각 순환계를 갖는 터빈 블레이드(1)가 도 1과 유사하게 도시되어 있다. 도 2에 따른 터빈 블레이드(1)는 도 1에 따른 터빈 블레이드(1)와 유사하게 구성된다. 도 2에 따른 터빈 블레이드에서는 특히 냉각 챔버(20)가 유입 영역(8) 내부까지 뿐만 아니라 유출 영역(9) 내부까지 연장됨으로써, 상기 영역(8, 9)도 또한 폐쇄 냉각 순환계내에 있는 냉각제(6)를 통해 냉각될 수 있다. 냉각제의 가이드, 냉각 챔버(20), 냉각제 배출부(23, 23a) 및 냉각제 공급부(22, 22a)와 관련하여 도 1에서 설명된 부분은 도 2에 따른 터빈 블레이드에도 상응하게 적용된다. 도 2에 있는 도면 부호의 의미는 도 1의 도면 부호의 의미와 일치한다.
본 발명은, 흡인측 및 압력측에 있는 터빈 블레이드의 외벽이 폐쇄 냉각 순환계에 의해서 냉각될 수 있는 것을 특징으로 한다. 냉각제 공급부를 통해서는 냉각 챔버에 냉각제, 특히 냉각 공기 또는 수증기가 제공된다. 냉각 챔버를 관류하는 냉각제는 터빈 블레이드 내부에 있는 냉각제 배출부를 통해 재차 터빈 블레이드로부터 빼내지며, 이 때 상기 냉각제는 터빈 블레이드를 순환하는 고온의 작동 유체의 흐름부 내부에는 이르지 않는다. 추가로, 터빈 블레이드의 유입 영역 및 유출 영역은 개방된 냉각 장치에 의해서 냉각될 수 있으며, 이 경우에는 폐쇄 냉각 순환계에서와 다른 냉각제가 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 유입 영역(8) 및 유출 영역(9), 및 그 사이에 서로 마주 보도록 배치된 압력측(10) 및 흡인측(11) 그리고 작동 유체(18)에 의해 순환될 수 있는 벽 구조물(2)을 포함하며, 상기 벽 구조물(2)이 냉각제(6)를 가이드하기 위한 내부 챔버(21)를 감싸는 외벽(3)를 포함하도록 구성된 터빈 블레이드에 있어서,
    상기 외벽(3)에 열 기술적으로 커플링되는 적어도 하나의 냉각 챔버(20)에는 냉각제(6)용 유입구(15) 및 배출구(16)가 제공되고, 내부 챔버(21)에는 적어도 하나의 냉각제 공급부(22) 및 냉각제 배출부(23)가 제공되며, 상기 냉각제 공급부(22)는 유입구(15)를 통해서 및 상기 냉각제 배출부(23)는 배출구(16)를 통해서 유동 기술적으로 냉각 챔버(20)와 연결되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  2. 제 1항에 있어서,
    냉각 챔버(20)내에서의 냉각제(6) 흐름이 실제로 주축(19)에 대해 수직으로 형성될 수 있도록, 상기 배출구(16) 및 유입구(15)가 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    압력측(10) 및/또는 흡인측(11)에 다수의 냉각 챔버(20)가 제공되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  4. 제 3항에 있어서,
    유동 기술적으로 서로 평행한 적어도 2개의 냉각제 공급부(22, 22a) 및 냉각제 배출부(23, 23a)가 제공되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외벽(3)이 적어도 부분적으로는 2,5mm 미만의 평균 벽두께, 특히 약 1mm의 벽두께를 갖는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 챔버(20)내에서 냉각제(6)에 의해 주흐름 방향(12)으로 순환할 수 있는 열전달 소자(7)가 연속으로 배치되며, 상기 소자는 외벽(3)과 열 기술적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    외벽(3), 내벽(4) 및 냉각 챔버(20) 그리고 경우에 따라 열전달 소자(7)는 캐스팅에 의해서, 특히 하나의 작업 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입구(15)는 외벽(3)에 대해 특히 약 90°의 각도만큼 기울어진 유입구축(24)을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입 영역(8) 또는 배출 영역(9)에 할당된 추가 냉각제 공급부(25, 25a)가 제공되며, 상기 공급부는 외벽(3)의 외부 표면(26)에 있는 적어도 하나의 배출구(16a)로 통하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 터빈용 무빙 블레이드 또는 가이드 블레이드인 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 터빈 블레이드(1)를 가스 터빈 장치에 사용하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 사용.
  12. 고온의 작동 유체에 의해 순환되는 벽 구조물(2)을 포함하며, 상기 벽 구조물(2)이 내부 챔버(2)를 감싸는 외벽(3)을 포함하도록 구성된 터빈 블레이드(1)의 냉각 방법에 있어서,
    제 1 냉각제를 냉각제 공급부(22)를 통해 내부 챔버(21) 내부로 가이드하고 그곳으로부터 외벽(3)에 열 기술적으로 커플링되는 냉각 챔버(20) 내부로 유입시키며, 내부 챔버(21)내에 있는 냉각제 배출부(23)를 통해 터빈 블레이드(1)로부터 재차 배출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    개방 순환계내에서 외벽(3)을 통해 터빈 블레이드(1)로부터 작동 유체(18) 내부로 배출되는 제 2 냉각제(6a)를 터빈 블레이드(1)의 유입 영역(8) 및/또는 유출 영역(9)내에서 가이드하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    제 1 냉각제(6)는 냉각 공기 또는 수증기이며, 제 2 냉각제(6a)는 냉각 공기인 것을 특징으로 하는 방법.
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