KR20010007041A - 터빈 베인 세그먼트 - Google Patents

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KR20010007041A
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cooling
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cavities
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KR1020000023861A
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이첼개리마이클
유유펭필립
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제이 엘. 차스킨
제너럴 일렉트릭 캄파니
버나드 스나이더
아더엠. 킹
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

터빈 베인 세그먼트(10)는 내측 및 외측 벽(14, 16)을 포함하며, 베인(12)은 상기 내측 및 외측 벽 사이로 연장되어 있다. 베인은 전연 및 후연 캐비티(22, 36)와, 중간 캐비티(24, 26, 28, 30, 32, 34)를 포함한다. 충돌포집 플레이트(50)는 외측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위해서 외측 벽으로부터 이격되어 있다. 후-충돌포집 냉각 공기는 외측 벽내의 구멍(60)을 통해 유동하여 외측 벽을 따라서 얇은 공기 냉각 필름을 형성한다. 냉각 공기는 전연을 충돌포집 냉각시키기 위해서 전연 캐비티내의 개구부(64)와 인서트 슬리브(62)에 공급된다. 전연을 관통하는 구멍(66)은 전연 둘레를 얇은 필름 냉각을 제공한다. 냉각 공기는 후연 캐비티(36)에 공급되며, 후연을 얇은 필름 냉각시키기 위해 베인의 측벽내의 구멍(68)을 통해 통과한다. 증기는 측벽을 충돌포집 냉각시키기 위해서 한쌍의 중간 캐비티(32, 34)를 통해 유동한다. 후-충돌포집 증기는 내측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위해 내측 벽으로 유동하고, 다른 중간 캐비티(24, 26, 28, 30)내의 인서트(90, 92, 94, 96)를 통해 후-충돌포집 냉각 증기를 리턴시켜서 베인의 측벽을 충돌포집 냉각시킨다.

Description

터빈 베인 세그먼트{COOLING CIRCUIT FOR STEAM AND AIR-COOLED TURBINE NOZZLE STAGE}
본 발명은 예를 들면 발전소용의 육상 또는 산업 가스 터빈에 관한 것이며, 특히 가스 터빈의 노즐 스테이지용 냉각 회로에 관한 것이다.
종래에 배출 공기는 터빈 블레이드 및 노즐을 냉각시키기 위해서 터빈의 압축기로부터 추출된다. 가스 터빈의 고온 가스 경로 부품은 냉각 증기를 유동시켜 냉각시킬 표면과 열교환시킴으로써 냉각될 수 있는 것으로 알려져 있다. 가스 터빈내의 노즐의 조합된 증기 및 공기 냉각식은 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 5,634,766 호에 개시되어 있다. 상기 미국 특허 제 5,634,766 호에 있어서, 증기는, 외측 벽의 외측 벽 표면을 향해 충돌포집 플레이트 개구부를 통해 증기를 유동시켜서 외측 벽을 냉각시키기 위한 개구부를 구비하는 충돌포집 플레이트를 포함하는 외측 벽내의 플리넘으로 공급된다. 다음에, 증기는 베인내의 한쌍의 캐비티내로, 특히 베인의 주변 외측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위한 구멍을 가진 캐비티내의 인서트를 통해 유동한다. 사용한 충돌포집 증기는 다른 충돌포집 플레이트내의 개구부를 통해서 유동하여 내측 벽을 충돌포집 냉각시키도록 내측 벽내의 플리넘내로 유동한다. 리턴 증기는 베인의 인접한 벽을 충돌포집 냉각시키기 위한 개구부를 구비하는 인서트 슬리브를 포함하는 캐비티를 통해 유동한다. 냉각 공기는 후연내의 개구부를 통해서 고온 가스 증기내로 유동하도록 후연 캐비티로 공급된다.
이러한 냉각 시스템이 만족스럽지만, 베인의 후연상의 단열 코팅이 부식되는 경향이 나타나는 것을 경험하였다. 따라서, 노즐 전연이 전연을 따라서 외부 차단을 하지 않고 배면으로부터 냉각되는 경우에 매우 높은 열 구배가 발생한다. 결과적인 열 응력은 낮은 사이클 피로 수명을 감소시키게 된다. 또한, 전연의 부식된 영역에서의 높은 열 구배로 인해서, 노즐은 벽 두께 편차에 있어서 정확한 허용오차를 가진 전연 금속 두께가 요구된다. 이것은 제조 비용을 상당히 증가시키고, 높은 스크랩 비율이 나타난다. 더욱이, 미국 특허 제 5,634,766 호의 냉각 시스템의 내측 및 외측 벽은 노즐로 공급된 증기용 매니폴드와 같이 부분적으로 작동하는 커버가 필요하다. 커버는 밴드에 용접되고, 용접 조인트는 증기 온도로 작동하는 커버와 노즐 밴드의 온도와 비교할 때 온도의 차이로 인해서 높은 열 응력이 발생되는 것을 경험하였다. 따라서, 상술한 문제점과 터빈 노즐을 냉각시키는 것과 관련된 문제점을 해결하는 터빈 노즐 냉각 시스템이 필요하게 되었다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 노즐의 조합된 증기 및 공기 냉각식이 제공되며, 냉각 공기는 부분적으로 고온 가스 경로내의 필름 냉각에 의해 제공된다. 이것을 성취하기 위해서, 각 노즐 베인은 베인의 전연과 후연 사이에서 베인의 길이로 연장되는 다수의 캐비티로 구성된다. 압축기 배출 공기는 외측 벽의 외측 벽 표면에 대해 충돌포집시켜 외측 벽을 냉각시키기 위해서 충돌포집 플레이트를 통해 배향된다. 다음에, 후-충돌포집 공기는, 베인 둘레의 외측 벽에 형성되고, 외측 벽의 반경방향 내측 벽 표면상에 냉각 공기의 층 또는 필름을 형성하는, 즉 고온 가스 유동 경로내의 외측 밴드 벽을 따라 필름을 형성하는 냉각 구멍을 통해 유동한다. 또한, 냉각 공기는 베인의 전연내에서 길이방향으로 연장되는 인서트 슬리브를 통해 배향된다. 인서트 슬리브는 전연을 충돌포집 냉각시키기 위한 개구부를 구비한다. 후-충돌포집 냉각 공기는 전연내의 구멍을 통해 외측으로 유동하여 고온 가스 경로내의 베인의 전연 둘레에 필름 유동을 형성한다. 또한, 공기는 후연의 측벽내의 개구부를 통해 유동시키도록 후연 캐비티에서 유동하여 후연의 측벽을 따라서 냉각 필름 유동을 형성한다. 또한, 캐비티내의 공기는 고온 가스 경로내로 외측으로 바로 유동시키기 위해서 후연 에지 팁내의 구멍을 통해 통과한다.
전연 캐비티와 후연 캐비티 중간의 캐비티는 내측 벽과 외측 벽 사이에서 베인의 측면 표면을 냉각시키기 위한 증기가 공급된다. 특히, 증기 입구는 베인의 측벽을 충돌포집 냉각시키기 위한 개구부를 구비하는 인서트 슬리브를 통해 증기를 공급한다. 후-충돌포집 증기는 충돌포집 플레이트를 통해 유동시켜서 내측 벽을 냉각시키도록 내측 밴드내의 플리넘내로 유동한다. 다음에, 냉각 공기는 베인의 측면 표면을 충돌포집 냉각시키도록 개구부를 통해 유동하도록 베인의 나머지 중간 캐비티내의 인서트 슬리브를 통해 외측으로 유동한다. 이들 나머지 캐비티용의 출구는 사용한 냉각 증기를 수반한다. 따라서, 얇은 필름 냉각은 노즐의 증기 냉각과 조합하여 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, ① 서로 이격된 내측 및 외측 벽과, ② 상기 내측 벽과 외측 벽 사이로 연장되고 전연 및 후연을 구비하는 베인으로서, 상기 베인은 상기 전연과 후연 사이에 다수의 개별 캐비티를 포함하며, 냉매를 유동시키기 위해 상기 베인의 길이방향으로 연장되는, 상기 베인과, ③ 개구부를 구비하며, 상기 외측 벽의 외측으로 이격되어 외측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위해서 충돌포집 플레이트를 통과하는 냉각 공기를 수납하도록 상기 외측 벽과 함께 챔버를 규정하는 충돌포집 플레이트를 포함하며, 상기 외측 벽이 상기 챔버 구멍으로부터의 후-충돌포집 공기를 유동시켜서 터빈의 고온 가스 경로를 따라 외측 벽을 필름-냉각시키는 하는 다수의 구멍을 구비하며, 상기 한쌍의 캐비티는 냉각 공기를 유동시켜 각 전연 및 후연을 냉각시키기 위해 상기 전연 및 상기 후연에 각기 인접한 캐비티를 포함하며, 상기 적어도 2개의 다수의 캐비티는 상기 전연 캐비티와 후연 캐비티 사이에 배치되며 그내에 인서트 슬리브를 구비하며, 상기 슬리브는 상기 내측 벽과 상기 외측 벽 사이로 실질적으로 연장되고 이를 관통하는 개구부를 구비하며, 상기 내측 벽은 플리넘을 포함하며, 상기 2개의 캐비티는 상기 플리넘을 통해 서로 연통하도록 놓여 있으며, 상기 외측 벽은 증기를 상기 2개의 캐비티중 하나내로 유동시키기 위한 입구와, 사용한 냉각 증기를 상기 2개의 캐비티중 다른 하나내로 유동시키기 위한 출구를 구비하며, 상기 2개의 캐비티내의 증기는 상기 인서트 슬리브내의 상기 개구부를 통해 유동하여 상기 베인의 측벽을 충돌포집 냉각시키는 터빈 베인 세그먼트가 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 있어서, ① 서로 이격된 내측 및 외측 벽과, ② 상기 내측 벽과 외측 벽 사이로 연장되고 전연 및 후연을 구비하는 베인으로서, 상기 베인은 상기 전연과 후연 사이에 다수의 개별 캐비티를 포함하며, 냉매를 유동시키기 위해 상기 베인의 길이방향으로 연장되는, 상기 베인을 포함하며, 상기 한쌍의 캐비티는 냉각 공기를 유동시켜 각 전연 및 후연을 냉각시키기 위해 상기 전연 및 상기 후연에 각기 인접한 캐비티를 포함하며, 상기 적어도 2개의 다수의 캐비티는 상기 전연 캐비티와 후연 캐비티 사이에 배치되며 그내에 인서트 슬리브를 구비하며, 상기 슬리브는 상기 내측 벽과 상기 외측 벽 사이로 실질적으로 연장되고 이를 관통하는 개구부를 구비하며, 상기 내측 벽은 플리넘을 포함하며, 상기 2개의 캐비티는 상기 플리넘을 통해 서로 연통하도록 놓여 있으며, 상기 외측 벽은 증기를 상기 2개의 캐비티중 하나내로 유동시키기 위한 입구와, 사용한 냉각 증기를 상기 2개의 캐비티중 다른 하나내로 유동시키기 위한 출구를 구비하며, 상기 2개의 캐비티내의 증기는 상기 인서트 슬리브내의 상기 개구부를 통해 유동하여 상기 베인의 측벽을 충돌포집 냉각시키며, 상기 전연 캐비티는 공기 입구를 포함하며, 상기 전연은 상기 전연 캐비티로부터 상기 구멍을 통해 냉각 공기를 유동시켜서 상기 베인의 전연의 외부 표면을 필름 냉각시키는 다수의 구멍을 구비하는 터빈 베인 세그먼트가 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 터빈용 냉각 회로를 도시하는 노즐 베인의 부분 단면도,
도 2는 베인의 전연 캐비티 및 인접 캐비티를 도시하는 확대된 부분 단면도,
도 3은 베인의 후연 캐비티 및 인접 캐비티를 도시하는 확대된 부분 단면도,
도 4는 외측 벽의 공기-필름 냉각을 제공하는 벽을 관통하는 구멍을 도시하는 외측 벽의 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 것으로 도 1과 유사한 단면도,
도 6은 도 5의 실시예에 있어서 내측 벽을 공기-필름 냉각시키기 위해 이를 관통하는 구멍을 도시하는 내측 벽의 사시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 터빈 베인 세그먼트 12 : 베인
14 : 내측 벽 16 : 외측 벽
18 : 전연 20 : 후연
22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 : 캐비티
42 : 입구 44 : 출구
46 : 공기 입구 50 : 충돌포집 플레이트
52 : 챔버 54 : 개구부
82 : 개구부 84 : 제 1 챔버
86 : 제 2 챔버 90, 98 : 인서트 슬리브
114 : 챔버 116 : 충돌포집 플레이트
120 : 구멍
도 1을 참조하면, 원주방향으로 이격된 어레이로 배열된 다수의 노즐 세그먼트중 하나를 형성하며, 터빈 스테이지를 형성하는 노즐 세그먼트[일괄적으로, 참조부호(10)로 표시함]의 단면도가 도시되어 있다. 각 세그먼트(10)는 베인(12)과, 각기 반경방향으로 이격된 외측 및 내측 벽(14, 16)을 포함한다. 외측 및 내측 벽은 베인(12)과 함께 터빈 스테이지의 노즐을 관통하는 환형 고온 가스 경로를 규정하는 원주방향으로 연장되는 밴드를 형성한다. 노즐 세그먼트(10)의 특정 배열에 있어서, 외측 벽(14)은 터빈의 쉘에 의해 지지되며, 상기 쉘은 베인 및 내측 벽을 구조적으로 지지하며, 상기 세그먼트(10)는 노즐 스테이지 둘레에서 하나가 다른 하나에 밀봉되어 있다. 베인(12)은 각 외측 및 내측 벽(14, 16) 사이의 베인의 길이를 따라서 연장되는 다수의 캐비티를 포함하며, 상기 캐비티는 전연(18)으로부터 후연(20)까지 하나가 다른 하나 뒤에서 순차적으로 이격되어 있다. 전연에서부터 후연까지에서, 캐비티는 전연 캐비티(22), 4개의 연속적인 중간 캐비티(24, 26, 28, 30), 한쌍의 중간 캐비티(32, 34) 및 후연 캐비티(36)를 포함한다. 단면으로 도시된 캐비티를 규정하는 벽은 베인(12)의 정압측 벽과 부압측 벽 사이로 연장되며, 벽(38)은 도 2에 도시된 전연 캐비티(22)와 다음 인접한 캐비티(24) 사이로 연장된다. 후연 캐비티(36)와 다음 전방 캐비티(34) 사이의 벽(40)은 도 3에 도시되어 있다. 증기 입구(42)는 냉각 증기를 중간 쌍의 캐비티(32, 34)로 공급하기 위해 외측 벽(14)을 통해 연장된다. 증기 출구(44)는 중간 캐비티(24, 26, 28, 30)로부터의 사용한 냉각 증기를 수납하기 위해 외측 벽(14)을 통해 제공된다. 전연 캐비티(22) 및 후연 캐비티(36) 각각은 개별 공기 입구(46, 48)를 각기 구비한다.
충돌포집 플레이트(50)는 이와 이격된 관계로 외측 벽(14)과 중첩되어 충돌포집 플레이트(50)와 외측 벽(14) 사이에 챔버를 규정한다. 압축기 배출 공기는 외측 벽(14)을 충돌포집 냉각시키기 위해 개구부(54)를 통해 유동하도록 충돌포집 플레이트(50)의 외측 측면을 따라 제공된다. 즉, 개구부(54)를 통해 유동하는 공기는 외측 벽(14)의 외측 표면을 향해 유동하고, 외측 벽을 냉각시킨다. 다음에, 사용한 공기는 베인(12) 둘레의 위치에서 외측 벽(14)을 통해 형성된 다수의 구멍(60)을 통해 통과된다. 구멍(60)은 도 4에 도시된 바와 같이 외측 벽(14)을 통해 패턴으로 형성된다. 따라서, 사용한 충돌포집 냉각 공기 흐름은 구멍(60)을 통해 통과되어 외측 벽(14)의 내측 표면을 따라 공기의 얇은 필름을 형성하고, 베인 및 외측 벽(14)을 지나 유동하는 고온 가스로부터 외측 벽(14)을 차폐한다. 또한, 충돌포집 플레이트(50)로 공급된 압축기 배출 공기는 전연 및 후연 캐비티(22, 36) 각각을 위해 공기 입구(46, 48)로 공급된다. 바람직한 실시예에 있어서, 캐비티(22, 36)의 내측 단부는 내측 벽(16)에 의해 폐쇄되어 있다.
다수의 횡단 개구부(64)를 구비하는 인서트 슬리브(62)는 전연 캐비티(22)에 제공되며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내측 벽으로부터 이격되어 있다. 입구(46)를 통해 유동하는 공기는 전연(18)의 충돌포집 냉각을 위해 슬리브(62)내로 그리고 개구부(64)를 통해 횡방향 외측으로 유동한다. 후-충돌포집 냉각 공기는 전연(18)의 길이를 따라서 하나가 다른 하나를 이격된 구멍(66)을 통해 외측으로 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 하나가 다른 하나까지 횡방향으로 유동한다. 그 결과, 구멍(66)을 통해 유동하는 후-충돌포집 냉각 공기는 전연 둘레로 유동하는 공기의 얇은 필름을 형성하여, 터빈의 고온 가스 경로내에서 베인을 따라 통과하는 고온 연소 가스로부터 전연을 차폐한다.
후연 캐비티(36)(도 1 및 도 3)는 베인의 대향 측벽을 통해 그리고 베인의 길이를 따라 횡방향으로 개구된 다수의 구멍(68)을 구비한다. 또한, 구멍(70)은 후연을 냉각시키기 위해 후연 팁(71)을 통해 바로 통과된다. 캐비티내의 공기에 난류를 제공하고 그에 따라 냉각 효율을 증가시키기 위해서 후연 캐비티(36)에는 터블레이터(72)(turbulator)가 제공된다. 터블레이터는 베인의 대향 측벽으로부터 캐비티내로 횡방향 내측으로 연장되는 핀의 형태를 취할 수 있다. 터블레이터는 횡방향으로 돌출하는 바아 또는 리브와 같이 핀이 아닌 형태를 취할 수 있다. 따라서, 충돌포집 플레이트(50)를 통해 그리고 챔버(52)를 통해 통과하는 냉각 공기는 공기 입구(48)를 통해 후연 캐비티(36)내로 통과한다. 캐비티의 측벽을 효율적으로 냉각시키기 위해서 터블레이터(72)에 의해 후연 캐비티에서 난류가 발생된다. 또한, 공기는 후연의 측벽 둘레에서 그리고 고온 가스 경로에서 외부 공기를 차단하는 얇은 필름을 형성하는 횡방향 구멍(68)을 통해 통과한다. 부가적으로, 구멍(70)은 캐비티(36)로부터 고온 가스 경로내로 바로 통과하여, 공기가 구멍(70)을 통과할 때 후연을 냉각시킨다.
내측 벽(16)은 충돌포집 플레이트(82)에 의해 제 1 챔버(84) 및 제 2 챔버(86)로 분할된 플리넘(80)을 포함한다. 충돌포집 플레이트(50)와 유사하게 충돌포집 플레이트(82)는 다수의 개구부(88)를 구비한다. 플레이트(50)와 달리 충돌포집 플레이트(82)는 냉매로서 증기를 이용하는 내측 벽(16)의 충돌포집 냉각을 위해 제 1 챔버(84)로부터 제 2 챔버(86)까지 증기를 전달한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 캐비티(24, 26, 28, 30, 32, 34) 각각은 인서트 슬리브(90, 92, 94, 96, 98, 100)를 각기 구비하며, 각 슬리브는 도시된 바와 같이 다수의 개구부를 구비한다. 슬리브는 캐비티내에 적절히 고정되어 있고, 캐비티의 벽으로부터 이격되어 있다. 냉각 증기는 증기 입구(42)에 유입되어 한쌍의 캐비티(32, 34)내의 인서트 슬리브(98, 100)를 통해 각기 내측으로 유동한다. 증기는 인서트 슬리브(98, 100)의 횡방향 개구부를 통해 유동하고, 베인의 측벽을 향해 충돌하여 이들 벽을 냉각시킨다. 후-충돌포집 냉각 증기는 내측 벽의 플리넘(80)내에서 챔버(84)내로 바로 유동한다. 다음에, 후-충돌포집 냉각 증기는 내측 벽과 외측 벽 사이의 베인(10)의 측벽을 충돌포집 냉각시키기 위해서 각기 캐비티(24, 26, 28, 30)의 슬리브(90, 92, 94, 96)를 통해 그리고 이들 슬리브내의 개구부를 통해 외측으로 유동한다. 사용한 냉각 증기는 증기 출구(44)를 통해 슬리브의 외측 단부로부터 증기 공급원까지 또는 조합된 사이클 시스템내의구동 터빈에서 사용하기 위해서 유동한다.
이제, 본 발명의 다른 형태를 도시한 도 5를 참조하며, 도 5에서 도 1 내지 도 4의 실시예에서와 유사한 참조부호는 구성요소의 참조부호에 "a"를 추가하였다. 이러한 실시예에 있어서, 노즐의 외측 부분은 도 1의 노즐과 유사하다. 그러나, 이러한 실시예에 있어서, 내측 벽(16a)은 증기 냉각식이 아닌 공기 냉각식이며, 내측 벽을 따라서 필름 냉각이 이뤄진다. 본 발명의 이러한 형태에 있어서, 증기 냉각 회로는 한쌍의 캐비티(32a, 34a)와 증기 리턴 캐비티(24a, 26a, 28a, 30a) 사이에 직접 통로를 구비한다. 특히, 직접 통로는 캐비티(32a, 34a)와 출구를 그리고 캐비티(24a, 26a, 28a, 30a)와 입구를 연통시키는 챔버를 규정하는 바닥 벽(110)을 포함한다. 따라서, 냉각 증기는 내측 벽을 냉각시키지 않고 베인을 통해 바로 리턴되도록 내측 벽 플리넘(80a), 특히 챔버(112)내로 유동한다.
내측 벽을 냉각시키기 위해서, 전연 캐비티(22a)에 제공된 냉각 공기는 충돌포집 플레이트(116)의 개구부를 통한 통로용의 내측 벽(16a)의 플리넘(80a)에서 제 1 챔버(114)내로 유동한다. 플레이트(116)는 플리넘(80a)을 내측 챔버(114)와 외측 챔버(118)로 분할한다. 따라서, 공기는 내측 벽(16a)을 충돌포집 냉각시키는 작용을 한다. 또한, 후-충돌포집 냉각 공기는 고온 가스 경로에 노출된 내측 벽 표면을 따라 얇은 필름 냉각이 이뤄지게 하는 내측 벽에 형성된 구멍(120)(도 6)을 통해 유동한다.
가장 실제적이고 바람직한 실시예로 고려되는 것과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 본 실시예에 의해 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위의 정신 및 영역내에 포함된 다양한 변경 및 이와 동등한 배열을 커버한다.
본 발명에 따르면, 후-충돌포집 증기는 충돌포집 플레이트를 통해 유동시켜서 내측 벽을 냉각시키도록 내측 밴드내의 플리넘내로 유동하고, 다음에 냉각 공기는 베인의 측면 표면을 충돌포집 냉각시키도록 개구부를 통해 유동하도록 베인의 나머지 중간 캐비티내의 인서트 슬리브를 통해 외측으로 유동한다. 이들 나머지 캐비티용의 출구는 사용한 냉각 증기를 수반한다. 그에 따라서, 얇은 필름 냉각은 노즐의 증기 냉각과 조합하여 제공되며, 이에 의해서 부품 사이의 온도 차이로 인한 열 구배로 야기되는 열 응력의 발생을 억제하고, 이러한 열 응력으로 인한 수명이 단축되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 터빈 베인 세그먼트(10)에 있어서,
    ① 서로 이격된 내측 및 외측 벽(14, 16)과,
    ② 상기 내측 벽과 외측 벽 사이로 연장되고 전연 및 후연(18, 20)을 구비하는 베인(12)으로서, 상기 베인은 상기 전연과 후연 사이에 다수의 개별 캐비티(22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36)를 포함하며, 냉매를 유동시키기 위해 상기 베인의 길이방향으로 연장되는, 상기 베인(12)과,
    ③ 개구부(54)를 구비하며, 상기 외측 벽의 외측으로 이격되어 외측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위해서 충돌포집 플레이트를 통과하는 냉각 공기를 수납하도록 상기 외측 벽과 함께 챔버(52)를 규정하는 충돌포집 플레이트(50)를 포함하며;
    상기 외측 벽이 상기 챔버 구멍으로부터의 후-충돌포집 공기를 유동시켜서 터빈의 고온 가스 경로를 따라 외측 벽을 필름-냉각시키는 하는 다수의 구멍(60)을 구비하며,
    상기 한쌍의 캐비티(22, 36)는 냉각 공기를 유동시켜 각 전연 및 후연을 냉각시키기 위해 상기 전연 및 상기 후연에 각기 인접한 캐비티를 포함하며,
    상기 적어도 2개의 다수의 캐비티(32, 34)는 상기 전연 캐비티와 후연 캐비티 사이에 배치되며 그내에 인서트 슬리브(98, 90)를 구비하며, 상기 슬리브는 상기 내측 벽과 상기 외측 벽 사이로 실질적으로 연장되고 이를 관통하는 개구부를 구비하며, 상기 내측 벽은 플리넘(80)을 포함하며, 상기 2개의 캐비티는 상기 플리넘을 통해 서로 연통하도록 놓여 있으며,
    상기 외측 벽은 증기를 상기 2개의 캐비티중 하나(32)내로 유동시키기 위한 입구(42)와, 사용한 냉각 증기를 상기 2개의 캐비티중 다른 하나(24)내로 유동시키기 위한 출구(44)를 구비하며, 상기 2개의 캐비티내의 증기는 상기 인서트 슬리브내의 상기 개구부를 통해 유동하여 상기 베인의 측벽을 충돌포집 냉각시키는
    터빈 베인 세그먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전연 캐비티는 공기 입구(46)를 포함하며, 상기 전연은 상기 전연 캐비티로부터 상기 구멍을 통해 냉각 공기를 유동시켜서 상기 베인의 전연의 외부 표면을 필름 냉각시키는 다수의 구멍(66)을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구멍이 상기 베인의 길이부에 대해서 비스듬하게 형성된
    터빈 베인 세그먼트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전연의 내측 벽 표면으로부터 이격된 상기 전연내에 있으며 상기 공기 입구와 연통하는 인서트 슬리브를 포함하며, 상기 인서트 슬리브는 상기 슬리브 개구부를 통해 상기 전연 캐비티 입구로부터 상기 슬리브와 상기 내측 벽 표면 사이의 공간내로 수납된 공기를 유동시켜서 상기 전연의 구멍을 통해 냉각 공기가 유동하기 전에 상기 전연의 상기 내측 벽 표면을 충돌포집 냉각시켜 베인의 전연의 외부 표면을 필름 냉각시키는 다수의 관통 개구부를 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    냉각 공기를 상기 후연 캐비티내로 유동시키기 위해 상기 후연 캐비티로 보내는 공기 입구(48)를 포함하며, 상기 후연은 상기 후연 캐비티와 연통시에 후연의 길이부를 따라 서로 이격되어 베인의 외측 후연 표면을 필름 냉각시키는 다수의 구멍(68)을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전연이 상기 베인의 길이부를 따르는 팁(71)과, 상기 후연 팁을 냉각시키고 터빈의 고온 가스 경로내로 바로 유동하도록 상기 후연 캐비티내의 공기와 연통시에 상기 팁을 따라 하나가 다른 하나로부터 이격된 다수의 구멍(70)을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 벽내의 상기 플리넘이 그내의 충돌포집 플레이트의 대향 측면상에 제 1 및 제 2 챔버(84, 86)를 포함하며, 이를 관통하는 다수의 개구부(82)를 구비하며, 상기 하나의 캐비티는 상기 내측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위해 상기 충돌포집 플레이트를 통과하는 증기를 상기 제 2 챔버내로 유동시키도록 상기 제 1 챔버와 연통되게 놓여 있고, 상기 다른 캐비티는 사용한 충돌포집 냉각 증기를 상기 다른 캐비티를 통해 상기 출구로 리턴시키기 위해서 상기 제 2 챔버와 연통되게 놓여 있는
    터빈 베인 세그먼트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플리넘(80a)이 상기 전연 캐비티로부터의 공기를 수납하기 위한 챔버(114)와, 상기 개구부를 통해서 상기 챔버로 공급된 냉각 공기를 유동시켜서 상기 내측 벽을 충돌포집 냉각시키도록 상기 플리넘내에서 관통하는 개구부를 구비하는 충돌포집 플레이트(116)를 포함하는
    터빈 베인 세그먼트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내측 벽이 상기 구멍을 통해 상기 플리넘으로부터의 후-충돌포집 냉각 공기를 유동시켜서 상기 고온 가스 경로를 따라 상기 내측 벽을 필름-냉각시키도록 관통하는 다수의 구멍(120)을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전연 캐비티가 공기 입구(46)와, 냉각 공기를 상기 후연 캐비티내로 유동시키기 위한 상기 후연 캐비티로의 공기 입구(48)를 구비하며, 상기 전연이 상기 베인의 전연의 상기 구멍을 통해 상기 전연 캐비티로부터의 냉각 공기를 유동시켜서 외부 표면을 필름-냉각시키는 다수의 구멍(66)을 구비하며, 상기 후연이 상기 베인의 외측 후연을 냉각시키기 위해 상기 후연 캐비티내의 공기와 연통하는 후연의 길이부를 따라서 서로 이격된 다수의 구멍(68)을 구비하며, 상기 후연 캐비티가 상기 후연 캐비티내에 난류를 도입시키기 위해 터블레이터(72)를 포함하는
    터빈 베인 세그먼트.
  11. 터빈 베인 세그먼트에 있어서,
    ① 서로 이격된 내측 및 외측 벽(14, 16)과,
    ② 상기 내측 벽과 외측 벽 사이로 연장되고 전연 및 후연(18, 20)을 구비하는 베인(12)으로서, 상기 베인은 상기 전연과 후연 사이에 다수의 개별 캐비티(22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36)를 포함하며, 냉매를 유동시키기 위해 상기 베인의 길이방향으로 연장되는, 상기 베인(12)을 포함하며;
    상기 한쌍의 캐비티(22, 36)는 냉각 공기를 유동시켜 각 전연 및 후연을 냉각시키기 위해 상기 전연 및 상기 후연에 각기 인접한 캐비티를 포함하며,
    상기 적어도 2개의 다수의 캐비티(32, 34)는 상기 전연 캐비티와 후연 캐비티 사이에 배치되며 그내에 인서트 슬리브(98, 90)를 구비하며, 상기 슬리브는 상기 내측 벽과 상기 외측 벽 사이로 실질적으로 연장되고 이를 관통하는 개구부를 구비하며, 상기 내측 벽은 플리넘(80)을 포함하며, 상기 2개의 캐비티는 상기 플리넘을 통해 서로 연통하도록 놓여 있으며,
    상기 외측 벽은 증기를 상기 2개의 캐비티중 하나(32)내로 유동시키기 위한 입구(42)와, 사용한 냉각 증기를 상기 2개의 캐비티중 다른 하나(24)내로 유동시키기 위한 출구(44)를 구비하며, 상기 2개의 캐비티내의 증기는 상기 인서트 슬리브내의 상기 개구부를 통해 유동하여 상기 베인의 측벽을 충돌포집 냉각시키며,
    상기 전연 캐비티는 공기 입구(46)를 포함하며, 상기 전연은 상기 전연 캐비티로부터 상기 구멍을 통해 냉각 공기를 유동시켜서 상기 베인의 전연의 외부 표면을 필름 냉각시키는 다수의 구멍(66)을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구멍이 상기 베인의 길이부에 대해서 비스듬하게 형성된
    터빈 베인 세그먼트.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 전연의 내측 벽 표면으로부터 이격된 상기 전연내에 있으며 상기 공기 입구와 연통하는 인서트 슬리브(64)를 포함하며, 상기 인서트 슬리브는 상기 슬리브 개구부를 통해 상기 전연 캐비티 입구로부터 상기 슬리브와 상기 내측 벽 표면 사이의 공간내로 수납된 공기를 유동시켜서 상기 전연의 구멍을 통해 냉각 공기가 유동하기 전에 상기 전연의 상기 내측 벽 표면을 충돌포집 냉각시켜 베인의 전연의 외부 표면을 필름 냉각시키는 다수의 관통 개구부를 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  14. 제 11 항에 있어서,
    냉각 공기를 상기 후연 캐비티내로 유동시키기 위해 상기 후연 캐비티로 보내는 공기 입구(48)를 포함하며, 상기 후연은 상기 후연 캐비티와 연통시에 후연의 길이부를 따라 서로 이격되어 베인의 외측 후연 표면을 필름 냉각시키는 다수의 구멍(68)을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전연이 상기 베인의 길이부를 따르는 팁과, 상기 후연 팁을 냉각시키고 터빈의 고온 가스 경로내로 바로 유동하도록 상기 후연 캐비티내의 공기와 연통시에 상기 팁을 따라 하나가 다른 하나로부터 이격된 다수의 구멍을 구비하는
    터빈 베인 세그먼트.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 내측 벽내의 상기 플리넘이 그내의 충돌포집 플레이트의 대향 측면상에 제 1 및 제 2 챔버(84, 86)를 포함하며, 이를 관통하는 다수의 개구부(82)를 구비하며, 상기 하나의 캐비티는 상기 내측 벽을 충돌포집 냉각시키기 위해 상기 충돌포집 플레이트를 통과하는 증기를 상기 제 2 챔버내로 유동시키도록 상기 제 1 챔버와 연통되게 놓여 있고, 상기 다른 캐비티는 사용한 충돌포집 냉각 증기를 상기 다른 캐비티를 통해 상기 출구로 리턴시키기 위해서 상기 제 2 챔버와 연통되게 놓여 있는
    터빈 베인 세그먼트.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 플리넘(80a)이 상기 전연 캐비티로부터의 공기를 수납하기 위한 챔버(114)와, 상기 개구부를 통해서 상기 챔버로 공급된 냉각 공기를 유동시켜서 상기 내측 벽을 충돌포집 냉각시키도록 상기 플리넘내에서 관통하는 개구부를 구비하는 충돌포집 플레이트(116)를 포함하는
    터빈 베인 세그먼트.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 내측 벽이 상기 구멍을 통해 상기 플리넘으로부터의 후-충돌포집 냉각 공기를 유동시켜서 상기 고온 가스 경로를 따라 상기 내측 벽을 필름-냉각시키도록 관통하는 다수의 구멍(120)을 구비하는
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10217388A1 (de) * 2002-04-18 2003-10-30 Siemens Ag Luft- und dampfgekühlte Plattform einer Turbinenschaufel
US6742984B1 (en) 2003-05-19 2004-06-01 General Electric Company Divided insert for steam cooled nozzles and method for supporting and separating divided insert
US6843637B1 (en) 2003-08-04 2005-01-18 General Electric Company Cooling circuit within a turbine nozzle and method of cooling a turbine nozzle
JP5210722B2 (ja) * 2008-06-18 2013-06-12 株式会社日立製作所 ガスタービン静翼の冷却構造および冷媒供給構造
JP5222057B2 (ja) * 2008-08-08 2013-06-26 三菱重工業株式会社 ガスタービン高温部の冷却装置
US8439628B2 (en) * 2010-01-06 2013-05-14 General Electric Company Heat transfer enhancement in internal cavities of turbine engine airfoils
US8851845B2 (en) * 2010-11-17 2014-10-07 General Electric Company Turbomachine vane and method of cooling a turbomachine vane
US8979477B2 (en) * 2011-03-09 2015-03-17 General Electric Company System for cooling and purging exhaust section of gas turbine engine
CN102312684A (zh) * 2011-09-05 2012-01-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种蒸汽、空气混合冷却透平导向叶片
PL220729B1 (pl) 2011-10-03 2015-12-31 Gen Electric Układ turbiny gazowej
US20130283814A1 (en) * 2012-04-25 2013-10-31 General Electric Company Turbine cooling system
US9500099B2 (en) * 2012-07-02 2016-11-22 United Techologies Corporation Cover plate for a component of a gas turbine engine
US9670797B2 (en) 2012-09-28 2017-06-06 United Technologies Corporation Modulated turbine vane cooling
WO2015012918A2 (en) * 2013-06-04 2015-01-29 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoil trailing edge suction side cooling
US9334803B2 (en) 2013-08-20 2016-05-10 General Electric Company Method of recovering energy in a steam-cooled gas turbine
US20170234218A1 (en) * 2016-02-16 2017-08-17 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine Stator Vane with Multiple Outer Diameter Pressure Feeds
US10260356B2 (en) * 2016-06-02 2019-04-16 General Electric Company Nozzle cooling system for a gas turbine engine
US20180149085A1 (en) * 2016-11-28 2018-05-31 General Electric Company Exhaust frame cooling via cooling flow reversal
US10428660B2 (en) * 2017-01-31 2019-10-01 United Technologies Corporation Hybrid airfoil cooling
US11242760B2 (en) * 2020-01-22 2022-02-08 General Electric Company Turbine rotor blade with integral impingement sleeve by additive manufacture
CN111691926B (zh) * 2020-06-24 2021-09-14 中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司 一种带空气流道的动力涡轮导叶组

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3142850B2 (ja) * 1989-03-13 2001-03-07 株式会社東芝 タービンの冷却翼および複合発電プラント
US5634766A (en) 1994-08-23 1997-06-03 General Electric Co. Turbine stator vane segments having combined air and steam cooling circuits
JPH1037704A (ja) * 1996-07-19 1998-02-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの静翼
JP3316405B2 (ja) * 1997-02-04 2002-08-19 三菱重工業株式会社 ガスタービン冷却静翼
US5827043A (en) * 1997-06-27 1998-10-27 United Technologies Corporation Coolable airfoil

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US20020037217A1 (en) 2002-03-28
JP2000337102A (ja) 2000-12-05
DE60030030T2 (de) 2007-03-08
US6406254B1 (en) 2002-06-18
EP1052374A2 (en) 2000-11-15
DE60030030D1 (de) 2006-09-28

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