KR20050019008A - 마이크로회로 에어포일 본체 - Google Patents

마이크로회로 에어포일 본체

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KR20050019008A
KR20050019008A KR1020040061871A KR20040061871A KR20050019008A KR 20050019008 A KR20050019008 A KR 20050019008A KR 1020040061871 A KR1020040061871 A KR 1020040061871A KR 20040061871 A KR20040061871 A KR 20040061871A KR 20050019008 A KR20050019008 A KR 20050019008A
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KR
South Korea
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pedestal
millimeters
inches
cooling air
pedestals
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KR1020040061871A
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Inventor
쿤하프랭크제이.
샌틀러케이스에이.
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

벽의 제1 벽 부분과 제2 벽 부분 사이에 배치되어 가스 터빈 엔진 내에 사용되는 냉각 회로를 제공한다. 냉각 회로는 제1 벽 부분 내에 배치되어 냉각 회로 내로 냉각 공기의 흐름 경로를 제공하는 복수의 입구 개구와, 제2 벽 부분 내에 배치되어 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제1 배출 슬롯과, 제1 벽 부분과 제2 벽 부분 사이에 연장되고 열로 배열된 복수의 페데스탈과, 제1 및 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되는 제1 긴 페데스탈을 포함한다. 제1 긴 페데스탈은 페데스탈들과 제1 배출 슬롯 사이에 위치한다.

Description

마이크로회로 에어포일 본체{MICROCIRCUIT AIRFOIL MAINBODY}
본 발명은 일반적으로 가스 터빈 엔진에 관한 것으로, 에어포일을 위한 개선된 냉각 방안에 관한 것이다.
임의의 가스 터빈 엔진을 설계하는 데 있어서, 효율이 주요 관심사이다. 역사적으로, 효율을 증가시키기 위한 원리 기법 중 하나는 엔진 내에서 가스 경로 온도를 증가시키는 것이었다. 고온 내열 합금(high temperature capacity alloys)으로 만들어진 내부적으로 냉각되는 구성요소를 사용함으로써, 증가된 온도을 수용하고 있다. 예를 들어, 터빈 고정자 베인 및 블레이드는 통상 보다 높은 압력이지만 블레이드 또는 베인를 지나는 코어 가스 흐름의 온도보다 낮은 온도에서 작용하는 압축 공기를 사용하여 냉각된다. 연소기에서 연소를 지원하기 위해 이러한 냉각을 위한 압축기 블리드 공기가 쓸모없다는 것이라는 것이 이해될 것이다. 보다 높은 압력은 구성요소를 통해 공기를 밀어내기 위해 필요한 에너지를 제공한다. 그러나, 압축기로부터 흘러든 공기에 부여된 일 중의 상당한 퍼센트가 냉각 공정 중에 손실된다. 손실된 일은 엔진의 추진력에 더해지지 않으며 엔진의 전반적인 효율에 부정적으로 영향을 미친다. 그러므로 당업계의 당업자라면 터빈 구성요소를 냉각하기 위해 높은 코어 가스 경로 온도 및 수반되는 요건으로부터 얻게되는 효율과 이러한 냉각을 수행하기 위해 블리딩 공기로부터 손실되는 효율 사이에 관계가 존재한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 어떤 냉각 공기를 사용하든지 냉각 효율을 최대화하는 최대값이 존재한다. 그러므로, 연소를 지원하기 위해 냉각 공기 흐름의 무용성 때문에 엔진 성능에서의 임의의 희생을 최소화하기 위해, 블레이드와 베인을 냉각하기 위한 모든 방안은 압축기 블리드 냉각 공기의 사용을 최적화해야한다.
종래의 냉각 가능한 에어포일은, 도13에 도시된 바와 같이, 냉각 공기로 채워지는 복수의 내부 공동을 통상 포함한다. 냉각 공기가 에어포일(또는 플랫폼)의 벽을 통해 지나가고, 그 공정에서 에어포일로부터 취해진 열에너지를 전달한다. 에어포일 벽을 통해 냉각 공기기 지나가는 방법은 공정의 효율에 아주 중요하다. 어떤 경우에는, 냉각 공기가 직선의 또는 확산된 냉각 개구를 통하여 지나가서 벽을 대류 냉각하고 냉각 공기의 외부적인 막을 형성한다. 에어포일을 지나가는 자유 스트림(free-stream)의 뜨거운 코어 가스에 직접 손실되는 냉각 공기의 양을 최소화하기 위해 최소한의 압력 강하가 이들 냉각 개구 사이에 통상 요구된다. 최소 압력 강하는 복수의 미터링(metering) 구멍에 의해 접속된 에어포일 내에서의 복수의 공동을 통하여 대개 생성된다. 에어포일 벽 간의 너무 작은 압력 강하는 바람직하지 않은 뜨거운 코어 가스 입력 흐름을 야기할 수 있다. 모든 경우에, 냉각 개구의 크기는 물론 냉각 개구의 최소 잔류 시간은 이러한 형태의 대류 냉각이 상대적으로 비효율적으로 만들게 된다.
벽을 냉각시키기 위해 냉각 공기 막을 사용하는 이들 응용예에서 비효율적인 냉각의 한 원인은 열등한 막 특성에서 발견될 수 있다. 그러나, 많은 경우, 벽 표면을 따라 막 냉각을 설정하는 것이 바람직하다. 벽의 표면을 따라 움직이는 냉각 공기 막은 냉각의 균일성을 증가시키면서 지나가는 뜨거운 코어 가스로부터 벽을 단열시킨다. 그러나, 당업계의 당업자라면, 가스 터빈의 난류 환경 내에서 막 냉각을 설정하고 유지하는 것이 어렵다는 것을 인식할 것이다. 대부분의 경우에 막 냉각을 위한 공기는 벽을 통해 연장되는 냉각 개구 바깥쪽으로 블리딩(bleeding)된다. 블리딩은 압력의 작은 차이가 냉각 공기를 에어포일의 내부 공동의 바깥쪽으로 움직이게 한다는 것을 반영한다. 냉각 공기 막을 설정하기 위해 개구를 사용하는 것과 관련된 문제중의 하나는 개구 양단의 압력 차이에 대한 막의 민감성이다. 개구 양단의 압력 차이가 지나치게 크면, 공기가 냉각 공기 막을 형성하는데 도움되기보다는 지나가는 코어 가스쪽으로 제트 분사되게 된다. 너무 작은 압력 차이는 개구를 통해 무시할만한 냉각 공기 흐름을 야기하거나, 심한 경우 뜨거운 코어 가스의 유입(in-flow) 야기한다. 두 경우 막 냉각 효율에 부정적으로 영향을 미친다. 막 냉각을 형성하기 위해 개구를 사용하는 것과 관련된 또다른 문제는 냉각 공기가 연속적인 라인을 따라 분배되기보다는 이산점으로부터 분배된다는 것이다. 개구 사이의 갭 및 이들 갭의 바로 하류측의 영역은 개구 및 개구의 바로 하류측의 공간보다 냉각 공기에 덜 노출되며, 따라서 열 열화(degradation)되기 쉽다.
터빈 엔진 블레이드 디자이너 및 엔지니어는 에어포일의 수명을 연장하고 엔진 동작 비용을 줄이기 위해 에어포일을 냉각하는 많은 효율적인 방법을 계속 개발하고 있다. 이를 위해 사용되는 냉각 공기는 전반적인 연료 소비에 비추어 비싸다. 그러므로, 터빈 에어포일의 냉각을 수행하기 위해 유용한 냉각 공기를 보다 효과적이고 효율적으로 사용하는 것은 터빈 블레이드 수명을 연장하면서 엔진 효율을 개선하며, 그렇게 함으로써 엔진 동작 비용을 줄일 수 있는 점에서 바람직하다. 결과적으로 유용한 냉각 공기를 보다 효율적이고 효과적으로 사용하는 냉각 설계에 대한 당업계의 계속적인 요구가 있었으며, 특히, 회전자 입구 온도를 증가시키고 동일한 회전자 입력 온도에 요구되는 냉각 흐름을 감소시키는 것이 필요했다.
본 발명은 냉각을 요구하는 고온 환경에 노출된 벽을 냉각하는 새롭고 효율적인 접근 방안을 사용하는 마이크로회로 냉각 시스템을 제공한다. 예시적인 실시예에서, 냉각된 벽은 가스 터빈 엔진 내에 있고, 특히 벽은 에어포일 벽이다. 특히, 벽에서 동일한 금속 온도를 달성하면서 더 작은 냉각 압축기 공기가 필요한 측면에서, 본 발명은 종래의 냉각 방안에 대한 장점을 제공한다. 더 작은 압축기 블리드 흐름은 터빈 효율을 증가시키는 추가적인 장점을 제공한다.
본 발명의 냉각 회로 실시예는 가스 터빈 엔진에 사용 적절한 벽의 제1 벽부분 및 제2 벽부분 사이에 배치된다. 냉각 회로는 상기 제1 벽 부분 내에 배치되고 상기 냉각 회로 안쪽으로의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 복수의 입구 개구와, 상기 제2 벽 부분 내에 방사상으로 배치되고 상기 냉각 회로 바깥쪽으로의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제1 배출 슬롯과, 상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되면서 열로 배열된 복수의 페데스탈과, 상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되는 제1 긴 페데스탈을 포함한다. 상기 제1 긴 페데스탈은 상기 페데스탈과 상기 제1 배출 슬롯 사이에 위치한다.
본 발명의 에어포일 실시예는 서로 연결된 제1 벽 부분 및 제2 벽 부분을 갖는 외부 벽과, 냉각 공기가 상기 에어포일의 일단으로부터 유입 가능한 내부 공동을 포함하고, 냉각 회로 실시예에 따른 상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 배치된 냉각 회로를 추가로 포함한다.
도1을 참조하면, 가스 터빈 엔진(10)은 팬(12), 압축기(14), 연소기(16), 터빈(18) 및 노즐(20)을 포함한다. 연소기(16)의 내부 및 뒤쪽에서, 코어 가스의 상당히 높은 온도 때문에 코어 가스에 노출된 대부분의 구성요소는 냉각된다. 예를 들어, 터빈(18) 내에 있는 초기 회전자 스테이지 및 고정자 베인 스테이지는 터빈(18)을 통해 지나가는 코어 가스보다 낮은 온도와 높은 압력으로 압축기(14)로부터 블리딩된 냉각 공기를 사용하여 냉각된다. 도1에 따른 시스템의 사용은 단지 예시를 위한 것이고 발전 및 항공기에 사용되는 가스 터빈에 적용될 수 있는 본 발명을 한정하지는 않는다.
도2를 참조하면, 복수의 본 발명에 따른 마이크로회로(냉각 회로)(22)가 에어포일(26)의 벽(24) 내에 배치된 에어포일(26)을 갖는 개략적인 터빈 블레이드(27)가 도시되어 있다. 블레이드(27)는 내부 공동(32)이 에어포일(26) 내에 위치되면서 주조된다. 블레이드(27)는 피 트리(fir tree)(31) 상에 방사상으로 배치되고, 압력 측벽(28)과 흡인 측벽(30)을 갖는다. 측벽(28,30)은 각각 축방향으로 대향하는 리딩 에지 및 트레일링 에지(34,36)에서 상호 연결되고, 에어포일(26)이 일체형 플랫폼(40)에 연결되는 루트(38)로부터 에어포일(26)을 둘러싸는 팁(42)까지 종방향으로 또는 방사상으로 연장된다. 내부 공동(32)은, 통상 엔진(10)(도1)의 압축기(14)(도1)로부터 블리딩된 공기의 일부인 냉각 공기를 갖는 종래의 어떤 형태, 다중 패스의 꾸불꾸불한 채널일 수 있다. 바람직하게는, 에어포일(26)이 복수의 내부 통로(32a-32e)를 갖는다. 통로(32a-32e)는 인접한 통로와 상호 연결되어 종방향으로 배치되어, 꾸불꾸불한 냉각 회로의 적어도 일부를 한정한다. 비록 이러한 냉각 통로의 단면이 임의의 형상을 가질 수 있다 하더라도, 통로(32a-32e)는 각각 고유한 단면을 갖는다는 것을 주목할 수 있다.
상세한 예시를 위해서, 본 명세서에서는 본 발명에 따른 마이크로회로(22)가, 도2에 도시된 터빈 블레이드(27)의 에어포일(26)에서와 같이, 일측에서는 코어 가스 흐름 G에 다른 측에서는 냉각 공기에 노출된 벽(24) 내에 배치되어 있는 것으로 기술할 것이다. 이런 방식으로, 마이크로회로(22)는 벽(24)으로부터 냉각 공기(공기)로 열에너지를 전달한다. 그러나, 본 발명에 따른 마이크로회로(22)는 터빈 블레이드에 한정되지 않으며, 고온 환경에 노출되어 냉각을 필요로 하는 (예를 들어, 연소기 및 연소기 라이너, 증강기(augmentor) 라이너, 노즐, 플랫폼, 블레이드 시일, 베인, 회전자 블레이드 등의) 다른 벽에서 사용될 수 있다.
도2 및 도3을 다시 참조하여, 마이크로회로(22)를 추가로 설명한다. 도3은 본 발명에 따른 마이크로회로 냉각 방안의 일 예에 대한 확대도이다. 마이크로회로는 주문제작 가능한(tailorable) 높은 대류 효율의 냉각을 제공한다. 개선된 냉각 구조에 대해 높은 대류 효율과 함께 높은 막 효율이 요구된다. 도2는 에어포일(26)의 벽(24)에 내장된 본 발명에 따른 마이크로회로(22)를 도시한다. 마이크로회로는 기계가공될 수도 있고 또는 하나의 부품으로 달리 성형될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 마이크로회로는 난융금속 형태로 성형되고, 주조하기 전에 부분 성형(part mold)으로 캡슐화된다. 몰리브덴(Mo)과 텅스텐(W)을 포함하는 몇가지 난융금속은 니켈 기저 초합금의 통상적인 주조 온도를 초과하는 녹는점을 갖는다. 이들 난융금속은 가공된 얇은 시트 형태로 제조되거나 또는 터빈 및 연소기 냉각 설계에서 발견된 이러한 특성의 냉각 채널을 만들기 위해 필요한 크기로 성형될 수 있다. 구체적으로, 이러한 마이크로회로는 연소기 라이너, 터빈 베인, 터빈 블레이드, 터빈 보호덮개, 베인 단부벽(vane endwall) 및 에어포일 에지를 포함하는 부품으로 제조될 수 있지만, 그에 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 이러한 부품들이 일부분 또는 전체로서 니켈 기저 합금 또는 코발트 기저 합금으로 형성된다. 얇은 난융금속 시트와 포일들은 복잡한 형상으로 구부리거나 성형할 수 있을 만큼 충분한 연성을 갖는다. 연성으로 인해 왁싱(waxing)/쉘링(shelling) 사이클을 견뎌낼 수 있는 강건한 설계가 가능하다. 주조후에, 예를 들어 화학적 제거, 열적 흡착 또는 산화 방법을 통해 난융금속을 제거함으로써, 마이크로회로(22)를 형성하는 공동을 남길 수 있다(도3 및 도4). 본 발명에 따른 냉각 설계는 세라믹 코어를 갖는 인베스트먼트(investment) 주조법을 사용하여 제조될 수도 있다.
냉각 마이크로회로(22) 실시예는 64.516 제곱밀리미터(0.1 제곱인치) 만큼 넓은 벽 표면적을 차지할 수 있다. 그러나, 마이크로회로(22)가 38.71 제곱밀리미터(0.06 제곱인치)보다 작은 벽 표면적을 차지하는 것이 보다 일반적이고, 바람직한 실시예에서 벽 표면은 통상 32.258 제곱밀리미터(0.05 제곱인치)에 가까운 벽 표면적을 차지한다. 예시적인 실시예에서, 벽 안쪽으로 측정된 바와 같이, 마이크로회로(22)의 두께 t는 바람직하게는 약 0.3048 밀리미터(0.012 인치) 내지 약 0.635 밀리미터(0.025 인치)이고, 가장 바람직하게는 약 0.4318 밀리미터(0.017 인치)보다 작다.
마이크로회로(22)는 선단(44)과, 후단(45)과, 제1 측면(46)과, 제2 측면(48)과, 측벽(28,30) 중 어느 하나의 제1 벽 부분(65)(도5) 및 제2 벽 부분(67)(도5) 사이에서 연장된 포스트(post) 또는 페데스탈(pedestal)(60,62,64,66,68)로 된 복수의 열(50,52,54,56)을 각각 포함한다. 마이크로회로(22)는 그 선단(44)과 후단(45) 사이에서 폭 방향으로 연장되고, 그 제1 측면(46)과 제2 측면(48) 사이에서 길이 방향으로 또는 방사상으로 연장된다. 입구 개구(61)는 제1 벽 부분(65)를 통해 연장되고, 마이크로회로(22)의 후단(45)에 인접하여 위치되어, 에어포일(26)의 공동(32)으로부터 마이크로회로(22)까지의 냉각 기류 경로를 제공한다. 출구 개구(63)는 제2 벽 부분(67)을 통하여 전단(44)에 인접하도록 연장되어, 마이크로회로(22)로부터 코아 가스 경로 G 쪽으로 벽(24) 바깥쪽에 냉각 기류 경로를 제공한다. 마이크로회로(22)는 통상 코아 가스 흐름 G의 스트림라인을 따라 전단에서 후단으로 향하고 있지만, 그 방향은 응용예에 맞게 변할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 방사상으로 길이 방향으로 연장된 두 개의 레이스 트랙 형상의 입구 개구(61)가 있다. 예시적인 실시예에서, 출구 개구(63)는 방사상으로 길이 방향으로 연장된 슬롯이다. 입구 개구(61)의 예시적인 길이 Lin은 약 0.635 밀리미터(0.025 인치)인 반면 출구 개구(63)의 길이 Lout는 약 2.54 밀리미터(0.100 인치)이다.
도2에 도시된 예시적인 마이크로회로(22)을 냉각 설계 및 달성되는 장점에 관하여 추가로 기술할 것이다.
열(50)은 대체로 긴 수직 직사각형 실린더로서 형성된 페데스탈(60)을 갖는다. 페데스탈(60)은 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)의 (열에 평행하게 측정된) 길이 L1, 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)의 (열에 수직으로 측정된) 폭 W1 및 약 1.524 밀리미터(0.060 인치)의 피치 P1 및 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)의 간격 S1을 갖는다. 피치는 열 내의 각각의 페데스탈 사이의 중심(on-center) 방사상 스페이싱으로 정의된다. 스페이싱은 페데스탈의 피치 P의 길이에서 직경 D의 길이를 뺀 값으로 정의된다. 열에 대해 피치 P에 대한 열을 따르는 페데스탈 치수 L의 비율은 페데스탈에 의해 블로킹된 특정 열을 따르는 면적의 퍼센트를 정의하거나, 후술하는 바와 같이 한정 또는 블로킹 팩터(factor)로 정의한다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 67%이다.
다음 열(52)도 또한 대체로 긴 수직 직사각형 실린더로서 형성된 페데스탈(62)을 갖는다. 이 열의 페데스탈은 약 0.635 밀리미터(0.025 인치)의 길이 L2, 약 0.381 밀리미터(0.015 인치)의 폭 W2, 약 1.5621 밀리미터(0.0615 인치)의 피치 P2 및 약 0.9271 밀리미터(0.0365 인치)의 간격 S2을 갖는다. 예시적인 실시예에서, L2 및 W2 은 모두 실질적으로 L1 및 W1보다 작다. 그러나, 피치 P2는 실질적으로 P1과 동일하고, 스태거(stagger) 또한 완전히 상이 어긋나므로, 페데스탈(62)는 일반적으로 관련 갭(70) 뒤에 존재한다. 열(50, 52) 사이의 열 피치 R1는 약 0.9525 밀리미터(0.0375 인치)이다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 42%이다.
다음 열(54)도 또한 대체로 긴 수직 직사각형 실린더로 형성된 페데스탈(64)을 갖는다. 페데스탈(64)은 약 0.635 밀리미터(0.025 인치)의 길이 L3, 약 0.381 밀리미터(0.015 인치)의 폭 W3, 약 1.5621 밀리미터(0.0615 인치)의 피치 P3 및 약 0.4572 밀리미터(0.018 인치)의 스페이싱 S3을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 이들은 전술한 열(52)의 대응하는 치수와 실질적으로 동일하지만, 위상이 완전히 어긋나므로 각각의 페데스탈(64)은 갭(72) 바로 뒤에 존재한다. 전술한 열(52)과 열(54) 사이의 약 0.8382 밀리미터(0.033 인치)의 열 피치 R2는 R1과 같다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 42%이다
다음 열(56)은 약 0.508 밀리미터(0.0200 인치)의 직경 D4, 약 0.9652 밀리미터(0.038 인치)의 피치 P4 및 약 0.4572 밀리미터(0.018 인치)의 스페이싱 S4을 갖는 대체로 수직 원형 실린더로서 형성된 페데스탈(66)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, D4는 직사각형 페데스탈의 길이보다 작다. 또한, 피치 P4는 다른 열의 피치보다 작고, 간격 S4는 열(50)을 제외한 다른 열들의 간격보다 작다. 전술한 열(54) 및 열(56) 사이의 열 피치 R3는 R1 및 R2와 마찬가지로 약 0.3556 밀리미터(0.014 인치)이다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 53%이다.
다음 열(58)은 두 개의 페데스탈(68)을 갖고, 각 페데스탈은 페데스탈의 몸체를 관통하는 종축(71)을 가지며, 축(71)은 방사상으로 연장된다. 그러므로, 페데스탈(68)은 방사상 방향으로 그 형상이 연장되고, 도3에 도시된 바와 같이 출구 개구(63)와 정렬된다. 페데스탈(68)은, 마이크로회로(22)의 전단(44) 내의 출구 개구(63)와 중심이 정렬되는 갭(78)에 의해 분리된다. 방사상으로의 갭(78)의 길이 Lg는 바람직하게는 약 0.381 밀리미터(0.015 인치)보다 크지 않다. 페데스탈(68)은, 출구 개구(63)를 향하여 바깥쪽으로 연장되어 그와 정렬된 일반적으로 돌출부 또는 선단(76)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 방사상으로의 페데스탈(68)의 길이 L5는 약 2.0066 밀리미터(0.079 인치)이다.
그러므로, 열 (50,52,54,56 및 58)이 위와 같이 기술되었고, 도3의 마이크로회로(22)에 의해 달성되는 장점을 이하 기술할 것이다.
국부 속도를 제어하고 마이크로회로(22)를 통하여 흐르는 냉각 공기의 측면 분산을 촉진하는 패턴으로 페데스탈(60)의 제1 열(50)이 서로 떨어져 위치한다. 이러한 분산에 의해 냉각 회로(22) 내에 웨이크(wake)들이 형성되고 열 픽업(heat pick up)이 증가된다. 페데스탈(60)은 열(52)의 페데스탈(62)로부터 오프셋(offset)되거나 어긋나 있다. 마찬가지로, 열(54)의 페데스탈(64)은 열(52)의 페데스탈(62)으로부터 오프셋된다. 각각의 오프셋은 실질적으로 마이크로회로(22)를 관통하는 직선 통로가 존재하지 않을 만큼 충분하다. 공기가 페데스탈(62,64)를 관통하여 지나감에 따라, 더 균일한 흐름 분포를 위해 웨이크가 줄어든다. 열(50, 56)에 비해 열(52,54)의 한정 팩터가 상대적으로 작기 때문에, 이러한 결과가 달성된다. 그러므로, 열(52,54)은 트레일링 웨이크 터뷸런스(trailing wake turbulence)를 최소화하고 냉각 회로(22) 내에 웨이크/터뷸런스의 점진적인 전이를 제공한다. 공기가 다음 열(56)을 통하여 지나감에 따라, 공기가 미터링(metering)되어 그 속도가 증가되고 결국 열 전달을 증가시킨다. 열(50)이 열(52,54,56)보다 큰 한정 팩터를 갖는다는 것을 주목한다. 그러므로, 과도한 압력 강하없이 열 전달을 최대화하는 방향으로 마이크로회로(22) 내로의 공기 흐름이 분배된다.
공기가 열(50,52,54)를 통하여 지나감에 따라, 페데스탈(68)은 공기의 터뷸런스에 의해 생성되는 웨이크를 최소화한다. 웨이크 터뷸런스의 최소화로 인해 마이크로회로(22) 내에서 뜨거운(hot) 흐름 재순환을 피하면서 열 픽업을 촉진한다. 공기 흐름이 페데스탈(68) 주위로 향함에 따라, 공기 흐름이 출구 개구(63)를 통하여 균일하게 분배된다. 출구 개구(63)를 위해 슬롯을 사용하는 것이 지금 이해된다. 공기가 슬롯으로 배출됨에 따라, 벽(24)(도2)의, 더욱 구체적으로는 압력 및 흡입 측벽(28,30)(도2) 각각의 균일한 막 블랭킷이 달성된다. 그러므로, 페데스탈(68)은 출구 개구(63)를 통해 흐름 스트리킹(streaking) 또는 이산 제트를 방지한다. 대응하는 공기 제트가 출구 개구(63)를 통하여 배출될 때 금속의 균일한 커버리지를 제공하지 않아서 벽(24)의 핫 스폿(hot spot)을 야기할 수 있기 때문에 스트리킹은 유리하지 않다. 이는 출구 개구(63) 또는 슬롯이 동일선 상에 있지 않도록 마이크로회로(22)가 벽(24) 내에 배치된 에어포일(26)(도2)의 구조적 집적도(structural integrity)의 향상을 위해 바람직하다.
유리하게는, 전술한 바와 같이, 공기가 출구 개구(63)를 통하여 배출됨에 따라, 페데스탈(68)의 위치설정은 공기의 매우 훌륭한 미터링 제어를 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 냉각 공기가 갭(78)을 통하여 제1 및 제2 측면(46,48)에 인접한 페데스탈(68) 주위로 흐른다. 그러므로, 흐름이 열(56)을 통해 미터링됨에 따라, 흐름의 일부가 갭(78)을 통해 지나가는 반면, 공기의 나머지는 페데스탈(68) 주위로 지나갈 것이다. 또한, 이런 방식으로 도3의 스트림라인(0, 1, 1')에 의해 도시된 바와 같이, 출구 개구(63)를 통한 공기 흐름이 균일하게 분포된다. 중심 스트림라인(0)은, 스트림라인(1)이 교차하여 스트림라인(1')과 인터페이스되지 않도록 그리고 그 역으로 동작한다. 그러므로, 페데스탈(68)의 배향은 흐름 직선화를 가능하게 하면서 정확한 미터링 제어를 보장함으로써, 결과적으로 개선된 막 냉각과 효용성을 얻는다.
도4를 참조하면, 마이크로회로(22)의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 여러 도면에서 동일한 참조 부호와 지시어는 동일한 구성 요소를 나타난다. 또다른 실시예에서 마이크로회로(22)는 두 개의 출구 개구(63)와 세 개의 입구 개구(61)를 갖는다. 도4에 도시된 예시적인 실시예인 마이크로회로(22)를 냉각 설계 및 달성되는 장점에 대하여 추가적으로 후술할 것이다. 예시적인 또다른 실시예에서, 방사상으로 길이 방향으로 연장된 세 개의 레이스 트랙 형상의 입구 개구(61)와 또한 방사상으로 길이 방향으로 연장된 두 개의 출구 개구(63), 바람직하게는 슬롯이 있다. 입구 개구(61)의 예시적인 길이 Lin은 약 0.635 밀리미터(0.025 인치)인 반면, 출구 개구(63)의 길이 Lout은 약 2.54 밀리미터(0.100 인치)이다.
마이크로회로(22)는 각각 페데스탈 또는 포스트(90,92,94 및 96)로 된 열(80,82,84,86)을 갖는다. 평탄하면서 흐름 방향에 대체로 수직인 제1 측면(100)과 일반적으로 둥근 수렴(coverging) 측면(102)이 존재하므로, 열(80)은 실질적으로 둥근 유사 삼각형 형상의 실린더로 형성된 페데스탈(90)을 갖는다. 페데스탈(90)은 약 0.8382 밀리미터(0.033 인치)의 주축 길이 L1, 약 1.4732 밀리미터(0.058 인치)의 피치 P1 및 약 0.4572 밀리미터(0.018 인치)의 스페이싱 S1을 갖는다. 열(80)은 마이크로회로(22) 쪽으로 흐르는 냉각 공기의 측면 분산을 촉진한다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 52%이다.
다음 두 열(82,84)는 각각 대체로 둥근 수직 직사각형 실린더로서 형성된 페데스탈(92,94)를 갖는다. 페데스탈(92)는 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)의 직경 D2, 약 0.3759 밀리미터(0.0148 인치)의 스페이싱 S2 및 약 0.889 밀리미터(0.035 인치)의 피치 P2를 갖는다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 57%이다. 페데스탈(94)는 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)의 직경 D3, 약 0.3759 밀리미터(0.0148 인치)의 스페이싱 S3, 약 0.889 밀리미터(0.035 인치)의 피치 P3를 갖는다. 전술한 특정 치수에 대하여, 한정 또는 블로킹 팩터는 57%이다. 페데스탈(92,94)는 일반적으로 서로 오프셋되거나 엇갈리며, 그들 사이에 흐르는 공기 흐름을 미터링한다. 흐름은 열(82,84)에 의해 미터링되어, 유동 속도, 국부적인 레이놀드 수 및 대응하는 내부 열 전달 계수를 증가시킨다. 그러므로, 페데스탈(94)의 집중은 열(80) 내에 있는 페데스탈(90)보다 높은 한정 팩터를 야기한다.
마지막 열(86)은 두 개의 페데스탈(96)을 가지며, 각 페데스탈(96)은 두 개의 각 출구 개구(63) 중 어느 하나와 정렬된다. 페데스탈(96)은 방사상으로 연장되는 종축(99)를 갖는다. 그러므로, 페데스탈(96)은 방사상으로 그 형상이 길다. 각 페데스탈(96)은 일반적으로 각각의 출구 개구(63)를 향하여 바깥쪽으로 연장되는 돌출부 또는 정점(97)을 갖는다. 각각의 페데스탈(96)은 각각의 출구 개구(63)와 대체로 중심 정렬된다. 예시적인 실시예에서, 페데스탈(94)의 종방향 길이 L3는 약 2.54 밀리미터(0.100 인치)이다.
열(80,82,84,86)은 전술하였으며, 마이크로회로(22)에 의해 달성되는 장점을 이하 후술한다.
페데스탈(90)의 제1 열(80)은 서로 떨어져 위치하면서, 전술한 바와 같이 국부적인 속도를 제어하고 마이크로회로(22)를 통해 흐르는 냉각 공기의 측면 분산을 촉진하는 형상을 갖는다. 페데스탈(90)은 웨이크 터뷸런스를 최소화한다. 냉각 공기 흐름은 측면(100) 상에 충돌하고, 측면(102)에 의해 페데스탈(90) 주위로 강제됨으로써, 형성되는 웨이크를 감소시켜 페데스탈(90) 뒤에 핫 스폿을 회피하게 된다.
다음 두 열(82,84)의 페데스탈(92,94)는 서로 그리고 제1 열(80)의 페데스탈(90)에 대하여 어긋난다. 그러므로, 마이크로회로(22)를 통하는 직선 통로는 실질적으로 존재하지 않는다. 냉각 공기가 이들 열을 통하여 지나감에 따라, 웨이크가 감소되어 보다 균일한 흐름 분포가 된다.
유리하게는, 전술한 바와 같이, 냉각 공기가 각각의 출구 개구(63)를 통해 배출됨에 따라, 페데스탈(96)의 위치설정이 냉각 공기의 매우 훌륭한 미터링 제어를 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 열(82,84)를 통해 냉각 공기가 지나감에 따라, 공기가 페데스탈(96)에 충돌하고, 페데스탈 주위로 향하게 됨으로써 대응하는 출구 개구(63)를 통하여 배출된다. 또한, 이런 방식으로 스트림라인(0,1,1')에 의해 도시된 바와 같이, 주 스트림라인(0)은 출구 개구(63)를 통하여 균일한 배출 흐름 분포를 제공한다. 즉, 스트림라인(1)은 스트림라인(1')과 교차하지 않고, 그 역도 성립한다. 도3에 도시된 제1 실시예와 마찬가지로, 주 스트림라인(0)은 대응하는 출구 개구(63)의 중심과 대체로 정렬된다. 그러나, 또다른 실시예에서, 페데스탈(96)은 페데스탈(96)의 길이 L3의 대부분이 출구 개구(63)에 노출되도록 출구 개구(63)와 정렬된다. 따라서, 스트림라인들이 페데스탈을 포위함에 따라, 스트림라인은 출구 개구(63)를 통하여 자유롭게 배출된다. 그러므로, 페데스탈(96)의 배향은 흐름 직선화를 가능하게 하면서 정확한 미터링 제어를 보장함으로써, 결과적으로 개선된 막 냉각 및 효용성을 얻는다.
그러므로, 공기 흐름은 페데스탈(96) 주위로 향하게 되고, 공기 흐름이 출구 개구(63)를 통하여 균일하게 분배된다. 출구 개구(63)를 위한 슬롯의 사용을 이하 설명한다. 공기가 슬롯을 나오자마자, 벽(24)(도2)의 보다 구체적으로는 압력 및 흡입 측벽(28,30) 각각(도2)의 균일한 막 블랭킷이 각각 달성된다. 그러므로, 페데스탈(96)은 출구 개구(63)를 통하여 흐름 스트리킹 또는 이산 제트를 방지한다. 출구 개구(63)를 통하여 배출시 대응하는 공기 제트가 금속의 균일한 커버리지를 제공하지 않아서 벽(24)의 가능한 핫 스폿을 야기하기 때문에 스트리킹은 유리하지 않다. 출구 개구(63) 또는 슬롯이 일직선상에 없도록 마이크로회로(22)가 벽(24) 내에 배치되는 것은 에어포일(26)(도2)의 개선된 구조적인 집적도를 위해 바람직하다. 또한 공기가 열(80,82,84)를 통하여 지나감에 따라 페데스탈(96)은 공기의 터뷸런스에 의해 생성되는 웨이크를 최소화한다. 웨이크의 최소화는 마이크로회로(22) 내에 흐름 재순환을 회피하게 하고 열 픽업을 촉진한다.
이하 도5을 참조하여 블레이드(27)의 마이크로회로(22)(도3 및 4)의 추가적인 특징을 기술할 것이다. 도5는 다중 통로(32a-32e)를 갖는 도2의 블레이드(27)의 단면도를 도시한다. 통로(32a-32c)는 종 방향으로 연장된 파티션 벽 또는 리브(116)에 의해 분리되고, 각각의 통로는 압력 및 흡입 측벽을 따라 제1 및 제2 단(118,120)을 갖는다. 블레이드(27)는 회전축(98)에 대하여 회전한다. 통로(32a)는 기하학적 중심 C을 갖고, 기하학적 중심을 통하여 중심선 또는 코드방향(chordwise) 축(124)이 관통하며, 중심선(124)는 회전축(98)에 대하여 수직 또는 법선이다. 마찬가지로, 통로(32b)는 기하학적 중심 C을 갖고, 기하학적 중심을 통하여 중심선 또는 코드방향 축(126)이 관통하며, 중심선(126)는 회전축(98)에 대하여 수직 또는 법선이다. 통로(32a-32e), 특히 통로(32a-32b)의 형상이 예시를 위한 것이다. 또한, 중심선(124, 126)이 압력 및 흡입 측벽(28,30)을 통하여 연장된다는 것이, 이후 참조된다. 화살표 R은 회전 방향을 나타낸다. 도5가 압력 및 흡입 측벽(28,30) 내에 내장된 대표적인 마이크로회로(22) 및 추후에 상세하게 기술될 대응하는 입구 개구(61a-c)를 도시한다.
가스 터빈 엔진이 동작하는 동안, 통로(32a-32e) 내로 흐르는 냉각 공기는 회전력을 받게 된다. 통로(32a-32e)를 통한 방사상 흐름과 이러한 회전의 상호 작용에 의해 통로(32a-32e) 내에 내부 흐름 순환을 생성하는 코리올리 힘이라고 알려진 것이 생성된다. 기본적으로, 코리올리 힘은 통로를 통해 흐르는 냉매의 속도 벡터와 회전하는 블레이드의 각속도 벡터의 벡터 외적에 비례한다. 부연하면, 통로(32a-32e)를 통한 냉각 공기 흐름은 방사상으로 안쪽이거나 바깥쪽일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도6 및 도7을 참조하여, 에어포일(도2)의 벽(24) 내에서의 마이크로회로(22)의 보다 구체적으로는 도3 및 도4에 도시된 두 실시예에서의 입구 개구(61)의 배치를 설명할 것이다. 도6은 도2에 도시된 에어포일(26)의 부분 단면도로서, 피드 트립(feed trip)(128)과 마이크로회로의 입력부인 입구 개구(61a-c)를 도시하고 있다. 도7은 도2에 도시된 에어포일(26)의 부분 단면도로서, 피드 트립(128)과 마이크로회로의 입력부인 입구 개구(61a-c)를 도시하고 있다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 흐름 순환의 방향은 방사상 흐름의 방향(즉, 방사상 바깥쪽인지 안쪽인지)에 의존한다. 예시적인 목적을 위해, 통로(32a) 내에서 냉각 공기 흐름은 중심선(124)에 대하여 방사상 바깥쪽 방향(즉, 도2에서 팁(42)으로 향하는 쪽)이며, 통로(32b)를 통한 냉각 공기 흐름은 중심선(126)에 대하여 방사상 안쪽 방향(즉, 팁(42)로부터 멀어지는 쪽)이다. 도6은 흡입 측벽(30)으로부터 압력 측벽(28)로 유체를 움직이고 그 반대 방향으로 움직여 순환을 완성하게 하는 통로(32a) 내의 코리올리 힘에 의해 생성된 한 쌍의 엇회전(counter-rotating) 순환(104,106)을 개략적으로 도시한다. 이와는 반대로, 도7은 유체를 압력 측벽(28)로부터 흡입 측벽(30)으로 움직이고 그 반대 방향으로 움직여 순환을 완성하게 하는 통로(32b) 내의 코리올리 힘에 의해 생성된 한 쌍의 엇회전 순환(108,110)을 개략적으로 도시한다. 각 통로는 또한 통로(32a-32e)를 형성하도록 측벽(28,30)에 함께 결합하는 대향하는 내부벽(112,114)을 포함한다. 내부벽(112,114)은 공동(32)을 분할하는 리브(116)의 일부분이다(도2).
예시적인 실시예에서, 각각 압력 및 흡입 측벽(28,30) 내에 배치된 복수의 마이크로회로(22)(도5)가 존재할 것이다. 또한, 각각의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)는 각각의 통로(32a-32b)를 통해 흐르는 냉각 공기에 대한 코리올리 힘에 의해 생성된 엇회전 순환(104,106,108,110)에 대하여 동일한 방향으로(codirectionally) 배치된다. 이런 방식으로, 입구 개구(61) 쪽으로 및 마이크로회로(22) 쪽으로 냉각 공기의 흡입에 도움이 되도록 엇회전 순환(104,106,108,110)이 적용될 것이다. 압력 및 흡입 측벽(28,30)에 대한 입구 개구(61)의 배치는 각각의 입구 개구와 흐름 소통 상태에 있는 내부 통로 내에서의 냉각 공기의 방향(즉, 방사상 안쪽 방향 또는 바깥쪽 방향)에 따라 달라질 것이다. 본 발명의 이러한 특질은 후술될 것이다.
냉각 흐름이 방사상 바깥쪽인 예시적인 실시예에서, 냉각 통로(32a)(도6) 내에 제공된 바와 같이, 흡입 측벽(30)에 대한 각 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)가 리브(116)에 가깝게 인접하면서 통로(32a)의 중간 부분으로부터 멀어지는 영역에 대응하도록 위치하는 반면, 압력 측벽(28)에 대하여 각각의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)가 통로(32a)의 대략의 중심선(124)에 가깝게 위치하게 된다. 그러므로 본 명세서에서는 압력 및 흡입 측벽(28,30)에 대한 입구 개구(61)의 이들 위치가 코리올리 힘과 동일한 방향이 될 것이다.
전술한 것과 동일한 방법 및 유사한 이유로 인해, 냉각 통로(32b)(도7) 내에 제공된 바와 같이 냉각 흐름이 방사상 안쪽인 예시적인 실시예에서, 흡입 측벽(30)에 대한 각 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)가 통로(32b)의 대략의 중심선(126)에 가깝게 위치하는 반면, 압력 측벽(28)에 대하여 각각의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)는 리브(116)에 가깝게 인접하면서 통로(32b)의 중간 부분으로부터 멀어지는 영역에 대응하도록 위치한다. 그러므로, 압력 및 흡입 측벽(28,30)에 대한 입구 개구(61)의 이들 위치는 본 명세서에서 코리올리 힘과 동일한 방향이 될 것이다. 전술한 바에 따라, 도2에 도시된 바와 같이, 각각의 압력 및 흡입 측벽 내에서 마이크로회로(22)의 배향에 의하여, 통로(32a 및 32b)에 대한 입구 개구(61a-c)는 각각 다른 마이크로회로의 일부라는 사실에 주목해야 한다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 통로(32a-32b)는 각각 길이 L 및 L1을 갖고, 제1 단(118) 및 대향하는 제2 단(120) 사이에 연장된다. 통로(32a) 내에 도시된 바와 같이 냉각 흐름이 방사상 바깥쪽인 예시적인 실시예에서, 통로(32a)의 입력부인 압력 측벽(28) 내의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)는 압력 측벽(28)의 내부 표면 및 중심선(124)의 교차 중의 어느 일측에 대해 약 10%의 압력 측벽(28)을 따라 스팬 S1 내에 위치된다. 이러한 것은 길이 L의 약 20%의 거리에 대응한다. 또한, 각 마이크로회로의 입구 개구(61)가 제1 단(118)으로부터 약 40%의 스팬 S2 내에 그리고 제2 단(120)의 약 40%의 스팬 S2 내에 있도록, 통로(32a)의 입력부인 흡입 측벽(30) 내의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)가 압력 측벽(28)을 따라 위치된다. 단(118,120) 각각으로부터 측정된 바와 같이, 압력 측벽(28)을 따르는 각각의 스팬은 길이 L의 약 40%의 거리에 대응한다.
또한, 통로(32b)에 도시된 바와 같이, 냉각 흐름이 방사상 안쪽인 예시적인 실시예에서, 통로(32b)의 입력부인 흡입 측벽(30) 내의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)는 흡입 측벽(30)의 내부 표면 및 중심선(126)의 교차 중의 어느 한 측에 대해 약 10%의 흡입 측벽(30)을 따라 스팬 S1내에 위치된다. 이러한 것은 길이 L1의 약 20%의 거리에 대응한다. 또한, 각 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)가 제1 단(118)으로부터 약 40%의 스팬(S2) 내에 그리고 제2 단(120)으로부터 약 40%의 스팬(S2) 내에 있도록, 통로(32b)의 입력부인 압력 측벽(28) 내의 마이크로회로(22)의 입구 개구(61)가 압력 측벽(28)을 따라 위치된다. 각각의 단(118,120)으로부터 측정된 바와 같이, 압력 측벽(28)을 따르는 각각의 스팬은 길이 L1의 약 40%의 거리에 대응한다.
본 발명의 범위 내에서, 통로(32a-32b)의 중심선(124,126)이 각각 회전하는 에어포일 내에서 임의 형상의 내부 통로에 대하여 정의 가능하다. 그러므로, 회전하면서 동시에 그들 사이를 흐르는 공기와 같은 내부 유체를 갖고 있는 변화하는 형상의 많은 대안적인 내부 통로 구조와 관련하여, 도6 및 도7에 도시되고 본 발명 내에서 제공된 바와 같이, 중심선(124,126)에 대하여 전술하여 인용한 바와 같이, 입구 개구(61)의 위치가 구현되고 사용될 있다는 것이 당연하다. 중심선(124,126)과 임의의 내부 통로에 대한 압력 및 흡입 측벽(28,30)과의 교차점이 통로의 형상 및 구조에 따라 달라질 것이라는 사실도 또한 주목된다.
이하 도8 및 도9를 참조하면, 피드 트립 또는 난류발생기(turbulator)(128)가 각각 통로(32a,32b) 내에 입구 개구(61)에 인접하여 방사상으로 도시되어 있다. 도8은 입구 개구(61)와 관련하여 피드 트립(128)을 도시하고 있는 도6의 8-8을 따라 취해진 통로(32a)의 부분 단면도이다. 도9는 피드 트립(128)과 입구 개구(61)가 흡입 측벽(30) 상에 도시되어 있는 도6의 9-9를 따라 취해진 통로(32a)의 부분 단면도이다.
이와 유사하게, 도10 및 도11 내에서, 피드 트립 또는 난류발생기(128)은 통로(32b) 내에 내부 구경(61)에 인접하여 방사상으로 도시되어 있다. 도10은 입구 개구(61)와 관련된 피드 트립(128)을 도시하고 있는 도7의 10-10을 따라 취해진 도7 내의 통로(32b)의 부분 단면도다. 도11은 피드 트립(128)과 입구 개구(61)가 흡입 측벽(30) 상에 도시되어 있는 도7의 11-11을 따라 취해진의 통로(32b)의 부분 단면도이다.
트립(128)은 통로(32a-32b) 내의 냉각 흐름의 방향에 대하여 입구 개구(61)의 하류에 위치한다. 이런 방식으로, 트립(128)은 통로(32a-32b) 내에서 냉각 흐름을 방해하고 마이크로회로 안쪽으로 냉각 공기의 유입을 촉진한다. 비록 도8, 도9, 도10 내에서 트립이 직사각형 단면을 갖고 기울어진 것으로 도시되어 있지만, (예를 들어, 반타원체 또는 반구인) 이러한 단면이 리딩 에지 또는 트레일링 에지를 향하여 기울어질 수 있고 휘어지거나 직선일 수 있다는 것에 본 발명의 트립이 한정되지는 않는다.
마이크로회로(22)가 전술한 바와 같이 흡입 측벽(30) 내에 위치되는 경우, 입구 개구(61)가 회전축(98)에 수직일 것이며, 그렇기 때문에 코리올리 힘의 흐름에 정렬될 것이다. 유사하게는, 전술한 바와 같이, 마이크로회로(22)가 압력 측벽(28) 내에 위치되는 경우, 입구 개구(61)가 회전축(98)에 수직일 것이며, 그렇기 때문에 코리올리 힘의 흐름에 정렬될 것이다.
이하 도2, 도12 및 도13을 참조하여, 본 명세서에서 설명하고 기술한 본 발명의 장점을 상술할 것이다. 도13은 종래의 통상적으로 냉각되는 에어포일이다. 도12는 도13에 도시된 종래의 통상적인 블레이드 구조 및 전술한 본 발명의 냉각 방안에 대한 요구되는 블레이드 냉각 흐름 및 냉각 효율의 관계를 도시하고 있다. 곡선 130은 도13에 도시된 종래의 블레이드 구조에 대한 냉각 효율을 나타낸다. 곡선 132는 도4 및 본 명세서에서 개시된 본 발명의 실시예에 대한 냉각 효율을 나타낸다. 곡선 132내에 도시된 것과 같이, 유사한 냉각 효율과 이에 대응되는 장점은 도3 내에서의 실시예에서 달성될 것이다.
냉각 효율비는 상대적인 뜨거운 연소 가스 및 벌크 금속 온도의 온도 차이와 상대적인 뜨거운 연소 가스 및 냉매(냉각 공기)의 온도 차이의 비율로서 정의된다.
T가스는 에어포일의 바깥쪽에 흐르는 가스의 온도, T냉매는 냉각 공기의 온도, T금속은 에어포일의 벌크 금속 온도이다.
바람직하게는, 금속 온도가 낮을수록 블레이드(27)의 전반적인 내구성이 향상되므로, 터빈 엔지니어와 디자이너들은 약 70%를 넘는 냉각 효율비를 설계하려고 노력하고 있다. 이러한 것은 본 발명에서 두 가지 방법으로 달성된다. 먼저, 막 냉각(film cooling)을 적용하여 뜨거운 연소 가스의 온도를 낮춘다. 냉각 공기가 출구 개구(63)로부터 뜨거운 연소 가스 흐름으로 분출됨에 따라 냉각 기체의 혼합에 의해 온도가 낮아진다. 그러나, 전술한 바와 같이 압축기(14)(도1)로부터 냉각 공기가 많이 취해질수록 압축기(14)(도1)가 일을 적게 생성하므로, 이 방법에 완전히 의존하는 것은 바람직하지 않다. 그래서, 전술한 바와 같이, 본 발명은 벽(24)을 내부적으로 대류 냉각하는 새로운 접근 방안을 사용하여 바람직한 냉각 효율비를 얻는 것이다. 에어포일의 전통적인 막 냉각은 크고 바람직한 정도의 효율을 얻기 위해 이러한 방법을 적용하지 않았다. 대류 냉각 효율의 측정은 냉각 공기가 마이크로회로(22) 내에서 움직이는 경우 냉각 공기의 열 픽업의 함수이다.
T냉매,출력는 출구로 배출되는 냉각 공기의 온도, T냉매,입력는 입구로 들어오는 냉각 공기의 온도, T금속는 에어포일의 벌크 금속 온도이다.
전술한 수학식에서, 터빈 엔지니어 및 디지이너는 높은 열 픽업으로 에어포일(26)의 벽(24)를 냉각하는 설계를 구하고 있다. 도12의 곡선(132)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 많은 방법으로 이러한 증가된 열 픽업을 달성한다. 먼저, 도3 및 도4에 도시된 페데스탈(60,62,64,66,90,92,94)는 마이크로회로(22) 내에서 난류발생(turbulence) 촉진제이다. 둘째, 페데스탈은 또한 표면적을 증가시킴으로써 도전성 열 전달 경로를 개선한다. 세째, 페데스탈은 마이크로회로(22)를 통해 흐름을 분산한다. 네째, 도3 및 도4에 도시된 두 실시예에서 미터링 열은 흐름을 미터링하여 마이크로회로(22) 내에서 열 전달 픽업을 증가시킨다.
주어진 에어포일 설계에 대한 바람직한 열 전달 특성을 달성하기 위해, 페데스탈의 배열 및 페데스탈의 형상과 크기는 모두 변화될 수 있다는 것을 본 발명의 범위 내에서 당업계의 당업자라면 이해할 것이다.
일단 냉각 공기가 마이크로회로(22)로부터 분출되면, 냉각 공기가 뜨거운 연소 가스 G의 스트림 속으로 부분적으로 혼합될 수 있으며, 그 고유한 운동량때문에 냉각 공기가 측벽(28,30) 위로 흐를 수 있다. 그러므로, 뜨거운 연소 가스 G로부터 블레이드(27)을 보호하는 막 커튼을 제공함으로써, 분출된 냉각 공기 막이 벽(24)을 보다 구체적으로는 압력 및 흡입 측벽(28,30)을 냉각시킨다.
본 발명의 바람직하면서 예시적인 실시예라고 고려되는 것을 본 명세서에서 기술하고 있지만, 본 명세서에 기재된 사항으로부터 본 발명의 다른 수정은 당업계의 당업자에게 명백할 것이며, 그러므로 본 발명의 진정한 사상과 범위 내에 속하는 한 이러한 모든 수정을 첨부된 청구항 내에 보호하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 에어포일을 막 냉각 및 대류 냉각하는 새로운 접근 방안을 적용하는 냉각 시스템을 제공한다. 특히, 벽(24)에서 동일한 금속 온도를 달성하기 위해서는 덜 차가운 압축기 공기가 벽(24)을 냉각하기 위해 필요하다는 측면에서 이러한 연소가 종래의 냉각 방안에 극복하는 장점을 제공한다. 작은 압축기 블리드 흐름은 터빈 효율을 증가시키는 추가적인 장점을 제공한다. 종래 기술에 비해, 본 발명은 상승적으로 성능을 개선하고 블레이드 수명을 연장시키기 위한 새로운 마이크로회로 냉각 설계를 제공한다. 본 발명의 마이크로회로(22)는 에어포일(26)을 막 냉각하기 위한 개선된 수단을 제공한다. 그러므로, 본 발명의 장점을 갖는 냉각 설계를 적용하는 블레이드(27)은 보다 긴 서비스 수명을 가지면서 전반적으로 터빈 효율을 개선한다.
도1은 가스 터빈 엔진의 간략화된 단면도.
도2는 에어포일의 벽 내에 배치된 본 발명의 복수의 마이크로회로를 도시하는, 에어포일을 포함하는 터빈 블레이드의 도면.
도3은 본 발명의 마이크로회로 냉각 방안의 일 실시예에 대한 확대 도면.
도4는 본 발명의 마이크로회로 냉각 방안의 또다른 실시예에 대한 확대 도면.
도5는 도2의 5-5를 따라 취해진 도2의 에어포일의 단면도.
도6은 도5에 도시된 에어포일 블레이드의 부분 단면도로서, 냉각 통로를 통한 공기 흐름의 방향이 방사상 바깥쪽이고 에어포일의 벽 내에 마이크로회로의 입력부인 입구 개구 및 피드 트립(feed trip)을 도시하고 있는 부분 단면도.
도7은 도5에 도시된 에어포일 블레이드의 부분 단면도로서, 냉각 통로를 통한 공기 흐름의 방향이 방사상 안쪽이고 에어포일의 벽 내에 마이크로회로의 입력부인 입구 개구 및 피드 트립을 도시하고 있는 부분 단면도.
도8은 입구 개구 및 관련된 피드 트립을 도시하면서 도6의 8-8을 따라 취해진 도6 내의 냉각 통로의 부분 단면도.
도9는 입구 개구 및 피드 트립이 에어포일의 흡입 측벽 상에 도시되어 있는 도6의 9-9를 따라 취해진 도6 내의 냉각 통로의 부분 단면도.
도10은 입구 개구 및 관련된 피드 트립을 도시하고 있는 도7의 10-10을 따라 취해진 도7의 냉각 통로의 부분 단면도.
도11은 입구 개구 및 피드 트립이 에어포일의 흡입 측벽 상에 도시되어 있는 도7의 11-11을 따라 취해진 도7의 냉각 통로의 부분 단면도.
도12는 도13에 도시된 통상적으로 냉각되는 에어포일 및 도4에 도시된 본 발명의 에어포일에 대해 냉각 효율 및 요구된 블레이트 냉각 흐름과의 관계를 나타낸 도면.
도13은 종래의 통상적으로 냉각된 에어포일을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
22 : 마이크로회로(냉각 회로)
24 : 벽
26 : 에어포일
28 : 압력 측벽
30 : 흡인 측벽
32a - 32e : 내부 통로
34: 리딩 에지
36 : 트레일링 에지
38 : 루트
40 : 플랫폼
42 : 팁
50,52,54,56 : 열
60,62,64,66 : 페데스탈
61 : 입구 개구
63 : 출구 개구
65 : 제1 벽 부분
67 : 제2 벽 부분
68 : 긴 페데스탈

Claims (49)

  1. 벽의 제1 벽 부분과 제2 벽 부분 사이에 배치되어, 가스 터빈 엔진 내에 사용하기에 적절한 냉각 회로이며,
    상기 제1 벽 부분 내에 배치되고, 상기 냉각 회로 내로 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 복수의 입구 개구와,
    상기 제2 벽 부분 내에 방사상으로 배치되고, 상기 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제1 배출 슬롯과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고, 서로 오프셋된 열로 배열되어 사이를 지나는 상기 냉각 공기를 가속하고 난류화하는 복수의 페데스탈과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되며, 상기 페데스탈들과 상기 제1 배출 슬롯 사이에 위치하며, 상기 제1 배출 슬롯을 통해 상기 냉각 공기를 균일하게 분포시키는 제1 긴 페데스탈을 포함하는 냉각 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되며, 상기 페데스탈들과 상기 제1 배출 슬롯 사이에 위치하며, 상기 제1 긴 페데스탈과 일정 갭 만큼 떨어져 있는 제2 긴 페데스탈을 추가로 구비하고,
    상기 냉각 공기의 일부분은 상기 제1 및 상기 제2 긴 페데스탈 주위로 지나가고 나머지 부분은 상기 갭을 통해 지나감으로써, 상기 제1 배출 슬롯을 통해 균일한 흐름 패턴으로 배출되는 냉각 회로.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 갭은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하여 실질적으로 중심을 두고 있는 냉각 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 긴 페데스탈은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하는 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 갭에 형성된 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제1 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 제2 긴 페데스탈은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하는 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제2 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 제1 및 상기 제2 긴 페데스탈의 상기 냉각 공기의 스트림라인들이 상기 제1 배출 슬롯을 빠져나가면서 서로 교차하지 않는 냉각 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 긴 페데스탈은, 상기 돌출부들이 상기 제1 배출 슬롯에 바로 인접하면서, 수직 삼각형 형상을 하는 냉각 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 벽 부분 내에 방사상으로 배치되고, 상기 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제2 배출 슬롯과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되며, 상기 페데스탈들과 상기 제2 배출 슬롯 사이에 위치하며, 상기 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제2 긴 페데스탈을 추가로 포함하는 냉각 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 긴 페데스탈은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하는 제1 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 제1 돌출부에 형성된 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제1 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 스트림라인이 상기 제1 긴 페데스탈을 횡단하면서 서로 교차하지 않고,
    상기 제2 긴 페데스탈은 상기 제2 배출 슬롯에 인접하는 제2 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 제2 돌출부에 형성된 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제2 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 제2 긴 페데스탈의 상기 스트림라인이 상기 제2 긴 페데스탈을 횡단하면서 서로 교차하지 않는 냉각 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 돌출부는 상기 제1 배출 슬롯에 인접하여 실질적으로 중심을 두고 있고, 상기 제2 돌출부는 상기 제2 배출 슬롯에 인접하여 실질적으로 중심을 두고 있는 냉각 회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 페데스탈은,
    상기 냉각 공기가 상기 냉각 회로 내로 들어가면 상기 냉각 공기를 분산시키는 제1 페데스탈 그룹과,
    상기 제1 페데스탈 그룹보다 작은 한정 팩터를 갖고, 균일한 흐름 분포를 제공하며, 상기 냉각 공기의 난류를 감소시키는 제1 페데스탈 열과,
    상기 제1 페데스탈 열 및 상기 제1 페데스탈 그룹보다 큰 한정 팩터를 갖는 제1 미터링 페데스탈 열을 포함하는 냉각 회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 페데스탈은,
    상기 제1 페데스탈 열, 상기 제1 미터링 페데스탈 열 및 상기 제1 페데스탈 그룹 사이에 위치하고, 상기 제1 페데스탈 그룹보다 작은 한정 팩터를 가지며, 균일한 흐름 분포를 제공하고, 상기 냉각 공기의 난류를 줄이는 제2 페데스탈 열을 포함하는 냉각 회로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹과 상기 제1 페데스탈 열은 기본적으로 긴 수직 실린더 형상의 단면을 갖고, 상기 제1 미터링 페데스탈 열은 기본적으로 원형 단면을 갖는 냉각 회로.
  12. 제1항에 있어서, 상기 페데스탈은,
    상기 냉각 공기가 상기 냉각 회로로 진입하면 상기 냉각 공기를 분산시키는 제1 페데스탈 그룹과,
    상기 제1 페데스탈 그룹에 대한 한정 팩터보다 큰 한정 팩터를 갖는 제1 미터링 페데스탈 열과,
    상기 제1 페데스탈 그룹에 대한 상기 한정 팩터보다 큰 한정 팩터를 갖는 상기 제2 미터링 페데스탈 열을 포함하는 냉각 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹은 각각 기본적으로 평평한 측면 및 인접한 둥근 측면을 갖고, 상기 냉각 공기가 상기 냉각 회로로 진입하면 상기 냉각 공기가 상기 평평한 측면 상에 부딪히고 상기 둥근 측면의 상기 윤곽선에 의해 상기 제1 페데스탈 그룹 각각의 주위로 방향전환되는 냉각 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 미터링 페데스탈 열은 기본적으로 둥근 단면을 갖는 냉각 회로.
  15. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 배출 슬롯은 약 2.54밀리미터(0.10 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 냉각 회로.
  16. 제1항에 있어서, 상기 입력 개구는 레이스 트랙 형상을 갖는 냉각 회로.
  17. 제1항에 있어서, 상기 입력 개구는 약 0.762 밀리미터(0.030 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 냉각 회로.
  18. 제10항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹은 약 0.508 밀리미터(0.02 인치) 내지 약 1.016 밀리미터(0.04 인치) 범위의 길이 및 폭을 갖고, 상기 제1 및 상기 제2 페데스탈 열은 약 0.381 밀리미터(0.015 인치) 내지 약 0.635 밀리미터(0.025 인치) 범위의 길이 및 폭을 가지며, 상기 제1 미터링 페데스탈 열은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 냉각 회로.
  19. 제10항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹, 상기 제1 페데스탈 열 및 상기 제2 페데스탈 열 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.5621 밀리미터(0.0615 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 미터링 페데스탈 열 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)보다 크지 않은 냉각 회로.
  20. 제10항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)보다 크지 않으며, 상기 제2 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 미터링 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않은 냉각 회로.
  21. 제12항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹은 약 0.762 밀리미터(0.030 인치)보다 크지 않은 치수를 갖고, 상기 제1 및 상기 제2 페데스탈의 미터링 열은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 냉각 회로.
  22. 제12항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.524 밀리미터(0.060 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 및 상기 제2 미터링 페데스탈 열 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)보다 크지 않는 냉각 회로.
  23. 제12항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 및 상기 제2 미터링 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.381 밀리미터(0.015 인치)보다 크지 않는 냉각 회로.
  24. 중공 에어포일이며,
    서로 연결된 제1 벽 부분 및 제2 벽 부분을 갖는 벽과,
    냉각 공기가 상기 에어포일의 일단으로부터 유입 가능한 내부 공동과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 배치된 냉각 회로를 포함하며,
    상기 냉각 회로는,
    상기 제1 벽 부분 내에 배치되고, 상기 내부 공동으로부터 상기 냉각 회로 내로의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 복수의 입구 개구와,
    상기 제2 벽 부분 내에 방사상으로 배치되고, 상기 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제1 배출 슬롯과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고, 서로 오프셋된 열로 배열되어 사이를 지나는 상기 냉각 공기를 가속하고 난류화하는 복수의 페데스탈과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되며, 상기 페데스탈들과 상기 제1 배출 슬롯 사이에 위치하며, 상기 제1 배출 슬롯을 통해 상기 냉각 공기를 균일하게 분포시키는 제1 긴 페데스탈을 포함하는 중공 에어포일.
  25. 제24항에 있어서, 상기 에어포일은 니켈 기저 합금 및 코발트 기저 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속으로부터 제조된 에어포일.
  26. 제24항에 있어서, 상기 냉각 회로는 약 38.71 제곱밀리미터(0.06 제곱인치)보다 크지 않는 벽 표면적을 차지하는 에어포일.
  27. 제24항에 있어서, 상기 냉각 회로는 약 0.635 밀리미터(0.025 인치)보다 크지 않는 상기 벽 안쪽으로의 두께를 갖는 에어포일.
  28. 제24항에 있어서, 상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되며, 상기 페데스탈과 상기 제1 배출 슬롯 사이에 위치하며, 상기 제1 긴 페데스탈과 일정 갭 만큼 떨어져 있는 제2 긴 페데스탈을 추가로 구비하고,
    상기 냉각 공기의 일부분은 상기 제1 및 상기 제2 긴 페데스탈 주위로 지나가고 나머지 부분은 상기 갭을 통해 지나감으로써, 상기 제1 배출 슬롯을 통해 균일한 흐름 패턴으로 배출되는 에어포일.
  29. 제28항에 있어서, 상기 갭은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하여 실질적으로 중심을 두고 있는 에어포일.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1 긴 페데스탈은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하는 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 갭에 형성된 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제1 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 제2 긴 페데스탈은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하는 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제2 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 제1 및 상기 제2 긴 페데스탈의 상기 냉각 공기의 스트림라인들이 상기 제1 배출 슬롯을 빠져나가면서 서로 교차하지 않는 에어포일.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 긴 페데스탈은, 상기 돌출부들이 상기 제1 배출 슬롯에 바로 인접하면서, 수직 삼각형 형상을 하는 에어포일.
  32. 제24항에 있어서, 상기 제2 벽 부분 내에 방사상으로 배치되고, 상기 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제2 배출 슬롯과,
    상기 제1 벽 부분과 상기 제2 벽 부분 사이에 연장되고 방사상으로 배치되며, 상기 페데스탈들과 상기 제2 배출 슬롯 사이에 위치하며, 상기 냉각 회로로부터의 냉각 공기 흐름 경로를 제공하는 제2 긴 페데스탈을 추가로 포함하는 에어포일.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제1 긴 페데스탈은 상기 제1 배출 슬롯에 인접하는 제1 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 제1 돌출부에 형성된 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제1 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 스트림라인이 상기 제1 긴 페데스탈을 횡단하면서 서로 교차하지 않고,
    상기 제2 긴 페데스탈은 상기 제2 배출 슬롯에 인접하는 제2 돌출부를 포함하여 상기 냉각 공기의 스트림라인을 상기 제2 돌출부에 형성된 주 스트림라인에 대해 변화하는 각으로 상기 제2 긴 페데스탈 주위로 흐르게 하며, 상기 제2 긴 페데스탈의 상기 스트림라인이 상기 제2 긴 페데스탈을 횡단하면서 서로 교차하지 않는 에어포일.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1 돌출부는 상기 제1 배출 슬롯에 인접하여 실질적으로 중심을 두고 있고, 상기 제2 돌출부는 상기 제2 배출 슬롯에 인접하여 실질적으로 중심을 두고 있는 에어포일.
  35. 제24항에 있어서, 상기 페데스탈은,
    상기 냉각 공기가 상기 냉각 회로 내로 들어가면 상기 냉각 공기를 분산시키는 제1 페데스탈 그룹과,
    상기 제1 페데스탈 그룹보다 작은 한정 팩터를 갖고, 균일한 흐름 분포를 제공하며, 상기 냉각 공기의 난류를 감소시키는 제1 페데스탈 열과,
    상기 제1 페데스탈 열 및 상기 제1 페데스탈 그룹보다 큰 한정 팩터를 갖는 제1 미터링 페데스탈 열을 포함하는 에어포일.
  36. 제35항에 있어서, 상기 페데스탈은,
    상기 제1 페데스탈 열, 상기 제1 미터링 페데스탈 열 및 상기 제1 페데스탈 그룹 사이에 위치하고, 상기 제1 페데스탈 그룹보다 작은 한정 팩터를 가지며, 균일한 흐름 분포를 제공하고, 상기 냉각 공기의 난류를 줄이는 제2 페데스탈 열을 포함하는 에어포일.
  37. 제36항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹과 상기 제1 페데스탈 열은 기본적으로 긴 수직 실린더 형상의 단면을 갖고, 상기 제1 미터링 페데스탈 열은 기본적으로 원형 단면을 갖는 에어포일.
  38. 제24항에 있어서, 상기 페데스탈은,
    상기 냉각 공기가 상기 냉각 회로로 진입하면 상기 냉각 공기를 분산시키는 제1 페데스탈 그룹과,
    상기 제1 페데스탈 그룹에 대한 한정 팩터보다 큰 한정 팩터를 갖는 제1 미터링 페데스탈 열과,
    상기 제1 페데스탈 그룹에 대한 상기 한정 팩터보다 큰 한정 팩터를 갖는 상기 제2 미터링 페데스탈 열을 포함하는 에어포일.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹은 각각 기본적으로 평평한 측면 및 인접한 둥근 측면을 갖고, 상기 냉각 공기가 상기 냉각 회로로 진입하면 상기 냉각 공기가 상기 평평한 측면 상에 부딪히고 상기 둥근 측면의 상기 윤곽선에 의해 상기 제1 페데스탈 그룹 각각의 주위로 방향전환되는 에어포일.
  40. 제39항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 미터링 페데스탈 열은 기본적으로 둥근 단면을 갖는 에어포일.
  41. 제32항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 배출 슬롯은 약 2.54밀리미터(0.10 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 에어포일.
  42. 제24항에 있어서, 상기 입력 개구는 레이스 트랙 형상을 갖는 에어포일.
  43. 제24항에 있어서, 상기 입력 개구는 약 0.762 밀리미터(0.030 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 에어포일.
  44. 제36항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹은 약 0.508 밀리미터(0.02 인치) 내지 약 1.016 밀리미터(0.04 인치) 범위의 길이 및 폭을 갖고, 상기 제1 및 상기 제2 페데스탈 열은 약 0.381 밀리미터(0.015 인치) 내지 약 0.635 밀리미터(0.025 인치) 범위의 길이 및 폭을 가지며, 상기 제1 미터링 페데스탈 열은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 에어포일.
  45. 제36항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹, 상기 제1 페데스탈 열 및 상기 제2 페데스탈 열 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.5621 밀리미터(0.0615 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 미터링 페데스탈 열 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)보다 크지 않은 에어포일.
  46. 제36항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)보다 크지 않으며, 상기 제2 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 미터링 페데스탈 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않은 에어포일.
  47. 제38항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹은 약 0.762 밀리미터(0.030 인치)보다 크지 않은 치수를 갖고, 상기 제1 및 상기 제2 페데스탈의 미터링 열은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는 에어포일.
  48. 제38항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.524 밀리미터(0.060 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 및 상기 제2 미터링 페데스탈 열 내의 상기 페데스탈 사이의 상기 피치는 약 1.016 밀리미터(0.040 인치)보다 크지 않는 에어포일.
  49. 제38항에 있어서, 상기 제1 페데스탈 그룹 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.508 밀리미터(0.020 인치)보다 크지 않고, 상기 제1 및 상기 제2제2스탈 미터링 열 내의 인접한 상기 페데스탈 사이의 상기 방사상 스페이싱은 약 0.381 밀리미터(0.015 인치)보다 크지 않는 에어포일.
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