KR200178126Y1

KR200178126Y1 - 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드

Info

Publication number: KR200178126Y1
Application number: KR2019970034104U
Authority: KR
Inventors: 손정욱
Original assignee: 유무성; 삼성항공산업주식회사
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 2000-06-01
Also published as: KR19990020615U

Abstract

냉각구조가 개선된 터빈 블레이드가 개시된다. 개시된 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드는, 리딩에지부와, 트레일링에지부를 가지는 유선형의 본체와, 상기 본체의 내부에 형성된 고압의 냉각공기가 흐르는 제2통로와, 상기 리딩에지부를 냉각시키기 위한 제1통로를 구획하고, 상기 제1통로와 상기 제2통로를 연통시키며 상기 본체의 상방향으로 소정 각도 경사지게 형성된 복수개의 분사공을 구비한 격벽부를 포함한다.

Description

냉각구조가 개선된 터빈 블레이드{Turbine blade having improved cooling structure}

본 고안은 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드에 관한 것으로서, 상세하게는 가스터빈엔진과 같이 고온의 가스가 이용되는 장치에 이용되며, 냉각부위에 고압의냉각공기를 분사하여 냉각시키는 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드에 관한 것이다.

가스터빈엔진은 통상적으로 고온에서 높은 효율을 가진다. 따라서, 가스 터빈엔진에 이용되는 터빈 블레이드는 일반적으로 허용 온도를 초과하는 고온의 연소가스에 노출되게 됨에 따라 터빈 블레이드 외주면의 온도를 낮추기 위한 냉각구조를 필요로 한다. 통상적으로 가스터빈엔진과 같이 고온의 가스가 적용되는 터빈 블레이드의 냉각을 위해서는 고압으로 압축된 공기를 냉각부위에 분사하여 충돌시키는 방법이 이용된다. 이러한 방법은 터빈 블레이드의 리딩에지부와 같이 국부적으로 집중적인 냉각이 필요한 곳에 효과적으로 이용된다. 도 1 및 도 2는 상술한 바와 같이, 압축된 냉각공기를 이용하는 통상적인 터빈 블레이드를 도시한 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 터빈 블레이드(11)의 내부에 고압으로 압축된 냉각공기가 공급되는 별도의 튜브(12)를 삽입한 후 압축된 공기를 터빈 블레이드의 리딩에지부(13)를 향하여 분사시키거나, 도 2에 도시된 바와 같이 터빈 블레이드(21)의 내부에 압축된 냉각공기가 공급되는 중공부(22)를 형성한 후 이 중공부(22)를 흐르는 압축된 냉각공기를 터빈 블레이드의 리딩에지부(23)로 분사시키는 형태가 이용된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 통상적인 터빈 블레이드의 일 예를 도시한 부분 절제사시도로서, 이를 참조하여 터빈 블레이드의 냉각구조를 살펴보기로 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 터빈 블레이드의 본체(31)는 외주면을 따라 원활한 공기의 흐름이 이루어질 수 있도록 형성된다. 이러한 터빈 블레이드(30)가 예컨대, 고온의 가스가 이용되는 가스터빈엔진과 같은 장치에 이용될 때, 본체(31)의 리딩에지부(32)에 가장 큰 열전달이 이루어지게 된다. 따라서, 통상적으로 터빈 블레이드(30)에 이용되는 냉각구조는 본체(31)의 리딩에지부(32)를 냉각시키기 위한 것이다. 이를 위하여 본체(31)에는 리딩에지부(32)의 내주면을 따라 냉각공기가 흐르는 제1통로(33) 및 외부로부터 공급되는 고압으로 압축된 냉각공기가 흐르는 제2통로(34)가 형성되며, 제1통로(33) 및 제2통로(34)를 구분하며 제2통로(34)를 흐르는 냉각공기가 제1통로(33)로 공급되어 리딩에지부(32)의 내주면에 분사되어 충돌할 수 있도록 복수개의 분사공(35)이 형성된 격벽부(36)가 형성된다.

하지만, 종래의 기술에서는 격벽부(36)에 복수개의 분사공(35)을 형성할 때 제2통로(34)를 흐르는 냉각공기가 가지는 진행방향으로 속도를 무시하고 분사공(35)을 일정한 크기와 간격으로 격벽부(36)에 형성함으로써, 제2통로(34)를 흐르는 냉각공기가 리딩에지부(32)의 내주면에 분사될 때 본래의 설계시 의도한 분사영역에 분사되지 않는다는 문제점이 있었다. 이를 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도로서, 제2통로(34)에는 압축된 냉각공기가 흐르며, 일부의 냉각공기는 격벽부(36)에 형성된 분사공(36)을 통하여 리딩에지부(32)의 내주면에 분사된 후 제1통로(33)를 흐르게 된다. 이때, 제2통로(35)를 흐르는 냉각공기는 화살표 A방향으로 소정 속도를 가지며 이동하게 된다. 따라서, 분사공(36)을 통과한 냉각공기는 화살표 A방향으로 진행하는 속도의 영향에 의해 화살표 B방향으로 분사되어 리딩에지부(32)의 내주면에 충돌하게 된다. 따라서, 실제로 냉각공기가 분사되어 냉각이 이루어지는 영역(42)은 화살표 C방향으로 냉각공기가 분사되리라는 가정하에 분사공(35)을 설계하여 의도한 냉각영역(41)과 차이를 보이게 된다. 따라서, 실제로 냉각이 필요한 영역(41)에는 냉각공기가 분사되지 않게 되어 냉각이 이루어지지 않게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 제2통로(34)에 공급되는 냉각공기의 양을 증가시켜서 충분한 양의 냉각공기를 분사시켜야 하나 설계상 제한이 있으며, 최소한의 냉각공기를 이용하여 최대한의 냉각 효과를 달성하여야 장치의 효율성을 높일 수 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 최소한의 냉각공기를 이용하여 최대의 냉각효과를 달성하도록 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 압축된 냉각공기를 이용하는 통상적인 터빈 블레이드를 도시한 단면도,

도 3은 통상적인 터빈 블레이드를 도시한 부분 절제사시도,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도,

그리고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드의 실시예를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31.본체 32.리딩에지부

33,52,62,72.제1통로 34,51,61,71.제2통로

35,55,65,75.분사공 36,54,64,74.격벽부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안인 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드는, 리딩에지부와, 트레일링에지부를 가지는 유선형의 본체와, 상기 본체의 내부에 형성된 고압의 냉각공기가 흐르는 제2통로와, 상기 리딩에지부를 냉각시키기 위한 제1통로를 구획하고, 상기 제1통로와 상기 제2통로를 연통시키며 상기 본체의 상방향으로 소정 각도 경사지게 형성된 복수개의 분사공을 구비한 격벽부를 포함한다.

또한 본 고안인 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드는, 리딩에지부와, 트레일링에지부를 가지는 유선형의 본체와, 상기 본체의 내부에 형성된 고압의 냉각공기가 흐르는 제2통로와, 상기 리딩에지부를 냉각시키기 위한 제1통로를 구획하고, 상기 제1통로와 상기 제2통로를 연통시키기 위한 복수개의 분사공이 형성되며, 상기 분사공을 통과하여 분사되는 냉각공기가 상기 제2통로를 흐르는 냉각공기의 유동방향에 대해 법선방향으로 분사될 수 있는 두께를 가지는 격벽부를 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드의 일 실시예를 도시한 단면도로서, 본 발명에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드에서 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선과 동일한 부위를 도시한 것이다.

우선, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드리딩에지부(32)와, 트레일링에지부를 가지는 유선형의 본체(31)를 구비하며, 이 본체(31)의 내부에는 고압의 냉각공기가 흐르는 제2통로(34)와, 리딩에지부(32)를 냉각시키기 위한 제1통로(33)를 구획하는 격벽부(36)가 형성된다. 그리고, 본 발명의 특징에 따른 것으로, 격벽부(36)에는 제1통로(33)와 제2통로(34)를 연통시키는 복수개의 분사공(35)이 형성되는데, 이 분사공은 본체(31)의 상방향으로 소정 각도 경사지게 형성된다. 이를 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 제2통로(51)에는 압축된 냉각공기가 흐르며, 일부의 냉각공기는 격벽부(54)에 소정 각도로 형성된 분사공(55)을 통하여 리딩에지부(53)의 내주면에 분사된 후 제1통로(52)를 흐르게 된다. 이때, 화살표 A방향으로 소정 속도를 가지며 제2통로(51)를 흐르는 냉각공기의 일부가 소정 각도로 경사져서 형성된 분사공(55)을 통과할 때, 화살표 A방향으로의 속도성분을 가지지 않고 화살표 B방향으로만 속도성분만 가지도록 제2통로(51)를 흐르는 냉각공기의 유동방향에 대하여 적절한 각도로 분사공(55)을 형성시킴이 바람직하다. 따라서, 제2통로(51)를 흐르는 냉각공기가 분사공(55)을 통하여 리딩에지부(53)의 내주면에 분사될 때, 최초 의도한 냉각영역(56)에 정확하게 분사되어 적절한 냉각이 이루어지게 된다. 그리고, 격벽부(55)에는 복수개의 분사공(55)이 제2통로(51)를 흐르는 냉각공기의 유동방향에 따라 조밀도를 달리하여 배열시킬 수 있다. 즉, 제2통로(51)를 흐르는 냉각공기의 속도가 느린부위에는 속도가 빠른 부위보다 더 조밀하게 분사공(55)을 배열함이 바람직하다.

그리고, 도 6은 본 발명에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 이 터빈 블레이드는 고압의 냉각공기가 흐르는 제2통로(61)와, 리딩에지부(63)를 냉각시키기 위한 제1통로(62)를 구획하는 격벽부(64)에는 제1통로(62)와 제2통로(61)를 연통시키기 위한 복수개의 분사공(65)이 형성된다. 이때, 격벽부(64)의 두께는 분사공(65)을 통과하여 분사되는 냉각공기가 제2통로(61)를 흐르는 냉각공기의 유동방향 A에 대해 법선방향인 B방향으로 분사될 수 있는 두께로 형성된다. 즉, 화살표 A방향으로 소정 속도를 가지며 제2통로(61)를 흐르는 냉각공기의 일부가 분사공(65)을 통과할 때, 화살표 A방향으로의 속도성분을 가지지 않고 화살표 B방향으로만 속도성분을 가지도록 격벽부(64)의 두께를 적절하게 설정함이 바람직하다. 따라서, 제2통로(61)를 흐르는 냉각공기가 분사공(65)을 통하여 리딩에지부(63)의 내주면에 분사될 때, 최초 의도한 냉각영역(66)에 정확하게 분사되어 적절한 냉각이 이루어지게 된다.

또한, 본 발명에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드는 도 7에 도시된 바와 같은 구조로 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 이 터빈 블레이드는 고압의 냉각공기가 흐르는 제2통로(71)와, 리딩에지부(73)를 냉각시키기 위한 제1통로(72)를 구획하는 격벽부(74)에는 제1통로(72)와 제2통로(71)를 연통시키기 위한 복수개의 분사공(75)이 형성된다. 이때, 격벽부(74)에 형성되는 분사공(75)의 위치는 제2통로(71)를 흐르는 냉각공기가 분사공(75)을 통과할 때, 냉각공기가 A방향으로 가지는 속도성분에 의해 B방향으로 바뀌는 정도를 고려하여 최초 설정된 냉각영역(76)과 일치하도록 설정함이 바람직하다.

본 고안에 따른 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드는 제2통로를 흐르는 고압의 냉각공기가 분사공을 통과하여 리딩에지부의 내주면으로 분사될 때, 최초 설정된 냉각영역으로 분사될 수 있도록 분사공의 형상 및 분사공이 형성되는 격벽부의 두께를 조절함으로써, 최소의 냉각공기를 이용하여 최대의 냉각효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Claims

리딩 에지부와, 트레일링 에지부를 가지는 유선형의 본체;

상기 본체의 내부에 형성된 고압의 냉각공기가 흐르는 제 2 통로와, 상기 리딩 에지부를 냉각시키기 위한 제 1 통로를 구획하고, 상기 제 1 통로와 상기 제 2통로를 연통시키는 복수개의 분사공을 구비한 격벽부를 포함하여 이루어지며, 여기서 상기 분사공은 상기 본체의 상방향으로 소정 각도 경사지게 형성되며 또한 상기 제 2 통로를 흐르는 냉각공기의 유동속도에 따라 조밀도를 달리하여 배열되어, 상기 제 2 통로를 흐르는 냉각공기가 상기 분사공을 통과하여 상기 제 1 통로로 전달되면서 그 제 2 통로방향의 속도성분이 약화되어 의도되는 냉각영역에 분사됨을 특징으로 하는 냉각구조가 개선된 터빈 블레이드.