KR20060043297A - 터빈 에어 포일용 미세 회로 냉각 - Google Patents

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제이. 쿤하 프랭크
산텔러 케이쓰
더블유. 개이맨 스콧
카우치 에릭
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

터빈 에어 포일은 가압 측벽 및 흡입 측벽 내에 내장되는 복수 개의 냉각 회로와, 제1 유로 및 제2 유로를 포함한다. 제1 유로는 냉각 유체를 가압 측벽 내에만 내장되는 냉각 회로로 공급하고 제2 유로는 냉각 유체를 흡입 측벽 내에만 내장되는 냉각 회로로 공급한다. 본 발명의 방법 실시예는 각 냉각 회로의 유입 개구 내로 냉각 유체의 섭취를 보장하도록 흡입 측벽과 가압 측벽의 싱크 압력의 차이를 최소화하기 위해 유로들 중 단지 하나와만 유체 연통하는 제1 측벽 내에 내장되는 냉각 회로의 유입 개구를 배치하는 단계와, 다른 유로들 중 적어도 하나와 유체 연통하는 제2 측벽 내에 내장되는 냉각 회로의 유입 개구를 배치하는 단계를 포함한다.
터빈 에어 포일, 냉각 회로, 냉각 유체, 유입 개구, 배출 개구

Description

터빈 에어 포일용 미세 회로 냉각{MICROCIRCUIT COOLING FOR A TURBINE AIRFOIL}
도1은 가스 터빈 엔진의 개략 단면도이다.
도2는 에어 포일의 벽에 배치되는 본 발명의 복수 개의 미세 회로를 도시하는 에어 포일을 포함하는 터빈 블레이드의 개략도이다.
도3은 본 발명의 미세 회로 냉각 구조의 일 실시예의 개략적 확대도이다.
도4는 본 발명의 미세 회로 냉각 구조의 다른 실시예의 개략적 확대도이다.
도5는 도2의 5-5를 따라 취한 도2의 에어 포일의 단면도이다.
도6은 에어 포일의 벽 내의 미세 회로에 공급하는 공급 장치(feed trip) 및 유입 개구를 도시하는 냉각 통로를 통한 공기 유동의 방향이 방사상 외향 하는 도5에 도시된 에어 포일 블레이드의 부분 단면도이다.
도7은 에어 포일의 벽 내의 미세 회로에 공급하는 공급 장치 및 유입 개구를 도시하는 냉각 통로를 통한 공기 유동의 방향이 방사상 내 향하는 도5에 도시된 에어 포일 블레이드의 부분 단면도이다.
도8은 유입 개구와 관련된 공급 장치를 도시하는 도6의 8-8을 따라 취한 도6의 냉각 통로의 부분 단면도이다.
도9는 공급 장치 및 유입 개구가 에어 포일의 흡입 측벽 상에 도시된 도6의 9-9를 따라 취한 도6의 냉각 통로의 부분 단면도이다.
도10은 유입 개구와 관련된 공급 장치를 도시하는 도7의 10-10을 따라 취한 도7의 냉각 통로의 부분 단면도이다.
도11은 공급 장치 및 유입 개구가 에어 포일의 흡입 측벽 상에 도시된 도7의 11-11을 따라 취한 도7의 냉각 통로의 부분 단면도이다.
도12는 도4에 도시된 바와 같은 본 발명의 에어 포일과 다음의 도13에 도시된 바와 같은 종래 방식의 냉각 에어 포일에서 냉각 효율과 요구 블레이드 냉각 유동의 관계를 도시한 도면이다.
도13은 종래 기술의 통상적인 냉각된 에어 포일을 도시한 도면이다.
도14는 도2의 에어 포일의 벽 내의 미세 회로에 공급하는 유입 개구를 도시한 본 발명의 변경 예의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
22: 미세 회로
24: 벽
26: 에어 포일
27: 터빈 블레이드
28: 가압 측벽
30: 흡입 측벽
32: 내부 공동
32a 내지 32e: 내부 통로(유로)
34: 선단 모서리
36: 후단 모서리
38: 루트
42: 팁
44: 전방 단부
45: 후방 단부
46: 제1 측면
48: 제2 측면
60, 62, 64, 66, 68: 받침대
50, 52, 54, 56: 열
61: 유입 개구
63: 배출 개구
[문헌1] US 10/637,448
미국 정부는 미국 공군 라이트 패터슨 공군 기지에 의해 부여된 계약 제F336615-97-C-2279호에 따라 본 발명에 대한 권리를 갖는다.
본 특허 출원은 2003년 8월 8일 출원된 발명의 명칭이 "터빈 블레이드용 미 세 회로 냉각(Microcircuit Cooling for A Turbine Blade)"인 쿤하(Cunha)의 미국 특허 출원 제10/637,448호의 부분 계속 출원이다.
본 발명은 일반적으로 가스 터빈 엔진과 개선된 에어 포일용 냉각 구조에 관한 것이다.
모든 가스 터빈 엔진을 설계함에 있어 주된 관심은 효율이다. 역사적으로, 효율을 증가시키기 위한 근본 기술 중 하나는 엔진 내의 가스 경로 온도를 증가시키는 것이었다. 고온 용량 합금으로 제조된 내부 냉각식 구성 요소를 사용함으로써 증가한 온도를 수용했다. 예컨대, 터빈 고정자 베인과 블레이드는 고압으로 작용하지만 여전히 블레이드나 베인을 지나는 중심 가스 유동의 온도보다 저온인 압축기 공기를 사용해서 통상적으로 냉각된다. 이런 냉각을 위한 압축기 배출 공기는 연소기에서의 연소를 유지하기 위해 불가피한 것으로 이해될 것이다. 고압은 구성 요소들을 통해 공기를 진행시키는 데 필수적인 에너지를 제공한다. 그러나, 압축기로부터 배출되는 공기에 부여되는 일의 상당 비율은 냉각 공정 동안 소실된다. 소실된 일은 엔진의 추진력에 더해지지 않으며 엔진의 전체적인 효율에 부정적으로 작용한다. 따라서, 당 업계의 당업자라면 터빈 구성 요소를 냉각시키기 위해 더 높은 중심 가스 통로 온도 및 부수적인 조건에서 획득되는 효율과 이런 냉각을 수행하기 위해 배출 공기로부터 소실되는 효율 사이에는 긴장 관계가 있음을 인식할 것이다. 따라서, 어떤 냉각 공기가 사용되더라도 냉각 공기의 냉각 효율을 최대화하는 것은 큰 가치가 있다. 따라서, 연소를 유지하기 위한 냉각 공기 유동의 사용 불능으로 인한 엔진 성능의 모든 희생을 최소화하기 위해, 블레이드와 베인을 냉각하기 위한 모든 구조는 압축기 배출 냉각 공기의 이용을 최적화해야만 한다.
도13에 도시된 바와 같은 종래 기술의 냉각 가능한 에어 포일은 통상적으로 냉각 공기가 공급되는 복수 개의 내부 공동을 포함한다. 냉각 공기는 에어 포일(또는 플랫폼)의 벽을 통과하고, 공정 중에 에어 포일로부터의 열 에너지를 전달한다. 냉각 공기가 에어 포일 벽을 통과하는 방식은 공정의 효율에 결정적인 영향을 미친다. 몇몇 경우, 냉각 공기는 대류식으로 벽을 냉각시키고 냉각 공기의 외막을 설정하기 위해 직선형 또는 확산형 냉각 개구를 거쳐 통과된다. 통상적으로, 에어 포일을 지나는 자유-스트림 고온 중심 가스로 즉시 소실되는 냉각 공기의 양을 최소화하기 위해서 최소의 압력 강하가 이들 냉각 개구를 가로질러 요구된다. 최소의 압력 강하는 일반적으로 복수 개의 계량공(metering hole)에 의해 연결되는 에어 포일 내의 복수 개의 공동을 거쳐 생성된다. 에어 포일을 가로지르는 압력 강하가 너무 작은 경우는 바람직하지 않은 고온 중심 가스가 유입되는 결과를 야기할 수 있다. 어떤 경우든, 냉각 개구의 크기뿐 아니라 냉각 개구에서의 최소 체류 시간은 이런 유형의 대류 냉각을 상대적으로 비효율적으로 만든다.
비효율적인 냉각의 한 요인은 냉각 공기막을 이용하여 벽을 냉각시키려는 용도에서의 불량한 막 특성에서 발견될 수 있다. 그러나, 많은 경우에 벽면을 따라 막이 냉각되도록 설정하는 것은 바람직하다. 벽의 표면을 따라 진행하는 냉각 공기의 막은 냉각의 균일성을 증가시키고 통과하는 고온 중심 가스로부터 벽을 절연시킨다. 그러나, 당 업계의 당업자라면 가스 터빈의 난류성 환경에서 막 냉각을 설정하고 유지하는 것이 어렵다는 것을 알 것이다. 대부분의 경우, 막 냉각을 위 한 공기는 벽을 통해 연장되는 냉각 개구로부터 배출된다. "배출(bled)"이라는 용어는 에어 포일의 내부 공동 밖으로 냉각 공기를 나오게 하는 작은 압력차를 반영한다. 냉각 공기막을 설정하기 위해 개구를 사용하는 것과 관련된 문제들 중 하나는 개구를 가로지르는 압력차에 대한 막의 민감도이다. 개구를 가로지르는 압력차가 너무 크면 냉각 공기의 막 형성에 도움이 되기보다 통과하는 중심 가스 내로 공기를 분출시킬 수 있다. 압력차가 너무 작으면 결과적으로 개구를 통과하는 냉각 공기 유동은 미미하게 되거나 고온 중심 가스의 유입을 악화시킬 것이다. 이들 두 경우 모두 막 냉각 효율에 부정적 영향을 주게 된다. 막 냉각을 설정하기 위해 개구를 사용하는 것과 관련된 다른 문제는 냉각 공기가 연속 라인을 따르는 것이 아니라 분리된 지점들로부터 분배된다는 것이다. 개구 사이의 간극 및 이들 간극 바로 하류의 면적은 개구 및 개구 바로 하류의 공간보다 냉각 공기에 덜 노출되며, 따라서 열 손상을 받기가 더 쉽다.
터빈 엔진 블레이드 설계자와 엔지니어는 에어 포일의 수명을 연장하고 엔진 작동 비용을 줄이기 위해 보다 효율적인 에어 포일 냉각 방식을 개발하고자 지속적으로 연구하고 있다. 이를 달성하기 위해 사용되는 냉각 공기는 전체 연비 면에 있어 고가이다. 터빈 에어 포일의 냉각을 수행함에 있어 사용 가능한 냉각 공기를 보다 효과적이고 효율적으로 사용하는 것은 터빈 블레이드 수명을 연장할 뿐만 아니라 엔진의 효율을 개선함으로써 다시 엔진 작동 비용을 낮추기 위해 바람직하다. 결국, 당 업계에서는, 특히 회전자 입구 온도를 증가시키거나 동일한 회전자 입구 온도에 요구되는 냉각 유동을 감소시키기 위해, 사용 가능한 냉각 공기를 보다 효 과적이고 효율적으로 사용하는 냉각 설계가 계속 요구되고 있다. 또한, 당 업계에서는 블레이드 밖으로 열을 전달하기 위해 요구되는 새롭고 개선된 냉각 공기의 냉각 설계로의 진입을 용이하게 하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 냉각이 요구되는 고온 환경에 노출되는 벽을 냉각하기 위해 새롭고 효과적인 방식을 이용하는 미세 회로 냉각 시스템을 제공하는 것이다. 예시적인 실시예에서, 냉각되는 벽은 가스 터빈 엔진 내에 있으며 더 상세하게는 그 벽은 에어 포일 벽이다. 특히, 본 발명은 벽 표면에서 동일한 금속 온도를 달성하기 위해 적은 양의 냉각 압축기 공기가 요구된다는 점에서 종래 기술의 냉각 구조를 넘어서는 장점을 제공한다. 압축기 배출 유동이 적을수록 터빈 효율이 증가하는 추가적인 장점을 제공한다.
터빈 에어 포일은 루트에서 팁까지의 스팬에서 길이 방향으로 연장되고 선단 모서리(leading edge) 및 후단 모서리(trailing edge) 사이의 익현(chord)에서 연장되는 가압 측벽 및 흡입 측벽을 포함한다. 이들 측벽은 그 내부를 통해 냉각제를 유동시키기 위한 제1 유로 및 제2 유로를 형성하도록 선단 모서리 및 후단 모서리 사이에서 측방으로 이격되며 루트와 팁 사이에서 길이 방향으로 연장되는 제1 구획부에 의해 서로 연결된다. 에어 포일은 가압 측벽 및 흡입 측벽 내에 내장된 복수 개의 냉각 회로를 포함한다. 각각의 냉각 회로는 제1 유로로부터 각각의 냉각 회로로의 냉각 유동 경로를 제공하는 적어도 하나의 유입 개구(inlet aperture)와, 각각의 냉각 회로로부터 블레이드의 외측 영역까지 냉각 유동 경로를 제공하는 적어도 하나의 배출 개구(exit aperture)를 갖는다. 제1 유로는 흡입 측벽 내에 내장된 냉각 회로와 유체 연통하지 않으며 제2 유로는 가압 측벽 내에 내장된 냉각 회로와 유체 연통하지 않는다. 이와 같이, 제1 유로는 가압 측벽 내에만 내장되는 냉각 회로로 냉각 유체를 공급하고, 제2 유로는 흡입 측벽 내에만 내장되는 냉각 회로로 냉각 유체를 공급한다.
본 발명의 냉각 가능한 베인 또는 블레이드는 에어 포일 실시예에 따르는 에어 포일을 포함한다.
냉각 가능한 가스 터빈 에어 포일의 제1 측벽 및 제2 측벽 내에 내장되는 냉각 회로의 유입 개구를 배치하는 본 발명의 방법 실시예도 제공된다. 제1 측벽 및 제2 측벽은 루트에서 팁까지의 스팬에서 길이 방향으로 연장되고 선단 모서리 및 후단 모서리 사이의 익현에서 연장된다. 측벽들은 적어도 두 개의 유로를 형성하도록 선단 모서리 및 후단 모서리 사이에서 측방으로 이격되며, 루트와 팁 사이에서 길이 방향으로 연장되는 적어도 하나의 구획부에 의해 서로 연결된다. 본 방법은 각 냉각 회로의 유입 개구 내로 냉각 유체의 유입을 보장하도록 흡입 측벽 및 가압 측벽의 싱크 압력의 차이를 최소화하기 위해 유로들 중 단지 하나와 유체 연통하는 제1 측벽 내에 내장된 냉각 회로의 유입 개구를 배치하는 단계와, 다른 유로들 중 적어도 하나와 유체 연통하는 제2 측벽 내에 내장된 냉각 회로의 유입 개구를 배치하는 단계를 포함한다.
이하 본 발명에 대하여 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명하기로 한다.
도1을 참조하면, 가스 터빈 엔진(10)은 팬(12)과, 압축기(14)와, 연소기(16)와, 터빈(18)과, 노즐(20)을 포함한다. 연소기(16)의 내부와 후방에서, 중심 가스에 노출되는 대부분의 구성 요소는 중심 가스의 과도하게 높은 온도때문에 냉각된다. 터빈(18) 내에서 초기 회전자 스테이지와 고정자 베인 스테이지는 터빈(18)을 통과하는 중심 가스보다 고압 저온의 압축기(14)에서 배출되는 냉각 공기를 이용하여 냉각된다. 터빈(18)은 회전 버킷(rotary bucket) 또는 블레이드(27)의 열(row)과 정적 베인 또는 노즐(29)이 교번하는 열을 포함한다. 도1의 시스템을 사용하는 것은 단지 예시를 위한 것이며, 전력 생성 및 항공기에 사용되는 가스 터빈에 이용될 수 있는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
도2를 참조하면, 에어 포일(26)의 벽(24)에 배치된 본 발명에 따르는 복수 개의 미세 회로(냉각 회로)(22)를 포함하는 에어 포일(26)을 갖는 터빈 블레이드(27)의 도면이 도시된다. 블레이드(27)는 에어 포일(26) 내에 위치되는 내부 공동(공동)(32)과 함께 주조된다. 에어 포일(26)은 전나무(fir tree)(31) 위에 방사상으로 배치되고, 가압 측벽(28) 및 흡입 측벽(30)을 갖는다. 이들 측벽(28, 30)은 축 방향으로 대향하는 선단 모서리 및 후단 모서리(34, 36)에서 각각 서로 연결되며 에어 포일(26)이 일체형 플랫폼(40)과 만나는 루트(38)로부터 에어 포일(26)을 에워싸는 팁(42)까지 길이 방향으로 또는 방사상으로 연장된다. 내부 공동(32)은 임의의 종래 형상[예컨대, 사문형(serpentine)의 방사 냉각 시스템]일 수 있으며, 통상적으로, 이를 통해 엔진(10)의 압축기(14)(도1)로부터 배출되는 공기의 일부인 냉각 공기와 같은 냉각 유체가 흐른다. 바람직하게는, 에어 포일(26)은 복수 개의 내부 통로(유로)(32a 내지 32e)를 갖는다. 통로(32a 내지 32e)는 인접 통로와 길이 방향으로 배치되어 냉각 시스템의 적어도 일부를 형성한다. 비록 이런 냉각 통로는 임의의 형상을 가질 수 있지만, 각각의 통로(32a 내지 32e)는 독특한 단면을 갖는다. 또한, 통로(32a 내지 32e)는 서로 연결될 수 있다.
이하, 도2에 도시된 터빈 블레이드(27)의 에어 포일(26)에서와 같이, 일 측 상에서 중심 가스 유동(G)에 노출되고 타측 상에서 냉각 가스에 노출된 벽(24) 내에 배치되는 본 발명의 미세 회로(22)를 하나의 상세한 예로서 설명하기로 한다. 이와 같이, 미세 회로(22)는 벽(24)에서 냉각 공기(공기)로 열 에너지를 전달한다. 그러나, 본 발명의 미세 회로(22)는 터빈 블레이드에 제한되지 않으며 냉각을 필요로 하는 고온 환경에 노출되는 그 밖의 벽(예컨대, 연소기 및 연소기 라이너, 증보기(augmentor) 라이너, 노즐, 플랫폼, 블레이드 시일, 베인, 회전자 블레이드 등)에 사용될 수 있다.
도2 및 도3을 참조하여 미세 회로(22)를 더 설명하기로 한다. 도3은 본 발명의 미세 회로 냉각 구조 중 하나의 확대도이다. 미세 회로는 조절 가능한(tailorable) 높은 대류 효율의 냉각을 제공한다. 개선된 냉각 구성을 위해서는 높은 대류 효율과 함께 높은 막 효율이 요구된다. 도2는 에어 포일(26)의 벽(24)에 내장되는 본 발명의 미세 회로(22)를 도시한다. 미세 회로는 기계 가공되거나 부품 내에서 성형된다. 바람직한 실시예에서, 미세 회로는 내화 금속으로 형성되고, 주조에 앞서 부품 주형 내에 봉함된다. 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)을 포함하는 여러 가지 내화 금속은 니켈계 초합금의 통상적인 주조 온도보다 높은 융점을 갖는다. 이들 내화 금속은 터빈 및 연소기 냉각 설계에서 발견되는 금속들의 냉각 채널 특성을 이루는데 필수적인 크기의 세공 박판이나 형상으로 제조될 수 있다. 상세하게는, 이런 미세 회로는 다음에 제한되지 않지만 연소기 라이너, 터빈 베인, 터빈 블레이드, 터빈 측판, 베인 단부벽 및 에어 포일 모서리를 포함하는 부품으로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 이런 부품들은 부분적으로 또는 전체적으로 니켈계 합금 또는 코발트계 합금으로 형성된다. 얇은 내화 금속 시트 또는 포일은 복잡한 형상으로 굽힘 가공되고 형성될 수 있는 충분한 연성(ductility)을 갖는다. 연성은 왁스 세정(waxing)/셸링(shelling) 사이클을 유지할 수 있는 견고한 설계를 가져온다. 주조 후, 화학적 제거, 열적 흡착 또는 산화 방법과 같은 것을 통해서 내화 금속이 제거됨으로써, 미세 회로(22)를 형성하는 공동을 남긴다(도3 및 도4). 본 발명의 냉각 설계는 세라믹 코어를 이용한 투입 주조 기술을 사용해서 제조될 수도 있다.
냉각 미세 회로(22) 실시예는 약 0.64 ㎠(0.1 in2) 크기의 벽의 표면적을 차지할 수 있다. 그러나, 미세 회로(22)가 약 0.38 ㎠(0.06 in2)보다 작은 벽의 표면적을 차지하는 것이 더 일반적이며, 바람직한 실시예의 벽 표면은 통상적으로 약 0.32 ㎠(0.05 in2)에 가까운 벽의 표면적을 차지한다. 예시적 실시예에서, 벽 내부로 측정했을 때 미세 회로(22)의 두께 t는 바람직하게는 대략 0.030 ㎝(0.012 in) 내지 대략 0.064 ㎝(0.025 in)이고, 가장 바람직하게는 대략 0.043 ㎝(0.017 in)보다 작다.
미세 회로(22)는 전방 단부(forward end)(44)와, 후방 단부(aft end)(45)와, 제1 측면(46)과, 제2 측면(48)과, 측벽(28, 30) 중 하나의 제1 벽부(내면)(65)(도5)와 제2 벽부(외면)(67)(도5) 사이에서 각각 연장되는 지주 또는 받침대(60, 62, 64, 66, 68)로 된 복수 개의 열(50, 52, 54, 56)을 포함한다. 미세 회로(22)는 그 전방 단부(44)와 후방 단부(45) 사이에서 폭 방향으로 연장되며, 그 제1 측면(46)과 제2 측면(48) 사이에서 길이 방향 또는 방사 방향으로 연장된다. 유입 개구(61)가 에어 포일(26)의 공동(32)에서 미세 회로(22)까지의 냉각 공기 유동 경로를 제공하기 위해 제1 벽부(65)를 통해 연장되어 미세 회로(22)의 후방 단부(45)에 근접하게 위치된다. 배출 개구(63)가 미세 회로(22)에서 벽(24) 외측의 중심 가스 경로 G 내로 제2 벽부(67)를 거쳐 냉각 공기 유동 경로를 제공하는 전방 벽부(44)연장된다. 배향이 곧바로 용도에 맞도록 변경될 수 있지만, 미세 회로(22)는 통상적으로 중심 가스 유동(G)의 유선을 따라 후방으로 향하게 배향된다. 예시적 실시예에는 방사 방향으로 길게 연장되는 두 개의 경주 트랙 형상의 유입 개구(61)가 있다. 예시적 실시예에서, 배출 개구(63)는 방사 방향으로 길게 연장되는 슬롯이다. 유입 개구(61)의 예시적인 길이 Lin은 약 0.064 ㎝(0.025 in)이고, 배출 개구(63)의 예시적인 길이 Lout은 약 0.254 ㎝(0.100 in)이다.
이하, 도2에 도시된 예시적인 미세 회로(22)를 냉각 설계 및 획득된 장점과 관련하여 설명하기로 한다.
열(50)은 사실상 긴 모양의 수직 직사각 원기둥 형상의 받침대(60)를 갖는다. 받침대(60)는 (열에 평행하게 측정된) 약 0.101 ㎝(0.040 in)의 길이 L1과, ( 열에 수직하게 측정된) 약 0.050 ㎝(0.020 in)의 폭 W1과, 약 0.152 cm (0.060 in)의 피치 P1과, 약 0.050 ㎝(0.020 in)의 간격 S1을 갖는다. 피치는 하나의 열 내에서 각각의 받침대 사이의 중심 방사 거리로 정의된다. 거리는 받침대의 직경 D의 길이를 뺀 피치 P의 길이로서 정의된다. 열에서 피치 P에 대한 열을 따르는 받침대 치수 L의 비율은 받침대에 의해 차단되거나, 이하 제한 또는 차단 인자로 지칭되는 특별한 열을 따르는 면적의 백분율을 정의한다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 67 %이다.
다음의 열(52)도 또한 사실상 긴 모양의 수직 직사각 원기둥 형상의 받침대(62)를 갖는다. 이 열의 받침대는 약 0.064 ㎝(0.025 in)의 길이 L2와, 약 0.038 ㎝(0.015 in)의 폭 W2와, 약 0.1562 cm (0.0615 in)의 피치 P2와, 약 0.0927 ㎝(0.0365 in)의 간격 S2를 갖는다. 예시적인 실시예에서, L2와 W2는 모두 L1 및 W1보다 사실상 작다. 그러나, 피치 P2는 P1과 사실상 동일하며 엇갈림 배치는 받침대(62)가 일반적으로 관련 간극(70)의 뒤에 있도록 완전히 위상을 달리한다. 열(50, 52) 사이의 열 피치(R1)는 약 0.0952 cm(0.0375 in)이다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 42 %이다.
다음의 열(54)도 또한 사실상 긴 모양의 수직 직사각 원기둥 형상의 받침대(64)를 갖는다. 받침대(64)는 약 0.064 ㎝(0.025 in)의 길이 L3과, 약 0.038 ㎝(0.015 in)의 폭 W3과, 약 0.1562 cm (0.0615 in)의 피치 P3과, 약 0.045 ㎝(0.018 in)의 간격 S3을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 이들은 그 앞의 열(52)의 대응하는 치수와 사실상 동일하지만, 각각의 받침대(64)가 간극(72)의 바로 뒤에 있도록 완전히 위상을 달리한다. R1과 마찬가지로, 열(52)과 그 앞의 열(54) 사이의 열 피치 R2는 약 0.076 cm(0.033 in)이다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 42 %이다.
다음의 열(56)은 약 0.0508 ㎝(0.0200 in)의 직경 D4와, 약 0.096 cm (0.038 in)의 피치 P4와, 약 0.045 ㎝(0.018 in)의 간격 S4를 갖는 사실상 수직 원형 원기둥 형상의 받침대(66)를 갖는다. 예시적인 실시예에서, D4는 직사각형 받침대 길이보다 작다. 또한, 피치 P4는 다른 열들의 피치보다 작으며 간격 S4는 열(50)을 제외한 열들의 간격보다 작다. R1 및 R2와 마찬가지로, 열(54)과 그 앞의 열(56) 사이의 열 피치 R3은 약 0.035 cm(0.014 in)이다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 53 %이다.
다음의 열(58)은 대략 축(71)이 방사 방향으로 연장되도록 받침대의 몸체를 통과하는 길이 방향 축(71)을 갖는 두 개의 받침대(68)를 갖는다. 따라서, 받침대(68)는 방사 방향으로 길게 연장된 형상이고 도3에 도시된 바와 같이 배출 개구(63)와 정렬된다. 받침대(68)는 미세 회로(22)의 전방 단부(44)에서 배출 개구(63)와 중심 정렬되는 간극(78)에 의해 분리된다. 방사 방향으로의 간극(78) 길이 Lg는 바람직하게는 약 0.038 ㎝(0.015 in)보다 크지 않다. 받침대(68)는 일반적으로 받침대가 정렬된 배출 개구(63)쪽으로 외향 연장되는 돌출부 또는 정점(76)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 방사 방향을 따르는 받침대(68)의 길이 L5는 약 0.200 cm(0.079 in)이다.
따라서, 상기에서는 열(50, 52, 54, 56, 58)에 대해 설명하였으며, 이하 도3 의 미세 회로(22)에 의해 달성되는 장점을 설명하기로 한다.
제1 열(50)의 받침대(60)들은 미세 회로(22)를 통해 유동하는 냉각 공기의 국부적 속도를 제어하고 측방 분산을 조장하는 패턴으로 서로 이격된다. 이런 분산은 결국 냉각 회로(22) 내에서 웨이크(wake)를 형성하고 열 픽업(heat pick up)을 증가시킨다. 받침대(60)는 열(52)의 받침대(62)와 오프셋되거나 이와 엇갈려 있다. 마찬가지로, 열(54)의 받침대(64)는 열(52)의 받침대(62)와 오프셋된다. 각각의 오프셋 정도는 미세 회로(22)를 통과하는 직선 통로가 사실상 없도록 충분하다. 공기가 받침대(62, 64)를 통과함에 따라, 웨이크는 보다 균일한 유동 분포를 위해 감소된다. 이런 결과는 열(50, 56)의 제한 인자에 비해 비교적 낮은 열(52, 54)의 제한 인자로 인해 달성된다. 따라서, 열(52, 54)은 후단 웨이크 난류를 최소화하는 역할을 하며 냉각 회로(22) 내에서 웨이크/난류의 점진적 전이를 제공한다. 공기가 다음의 열(56)을 통과할 때, 공기는 속도, 그리고 다시 열 전달을 증가시키는 것으로 측정된다. 열(50)은 열(52, 54, 56)보다 더 큰 제한 인자를 갖는다. 따라서, 미세 회로(22) 내로의 공기 유동은 과도한 압력 강하 없이 열 전달을 최대화하는 방식으로 분포된다.
받침대(68)는 공기가 열(50, 52, 54)을 통과하는 공기의 난류에 의해 형성되는 웨이크를 최소화한다. 웨이크 난류의 최소화는 미세 회로(22) 내에서 고온 유동 재순환을 억제하고 열 픽업을 용이하게 한다. 공기 유동이 받침대(68) 둘레로 향하게 됨에 따라, 공기 유동은 배출 개구(63)를 통해서 균일하게 분포된다. 이하, 배출 개구(63)로 사용되는 슬롯을 알아보기로 한다. 공기가 슬롯을 빠져나감 에 따라, 벽(24), 더 상세하게는 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30)(도2) 각각의 균일한 막 외피가 얻어진다. 따라서, 받침대(68)는 유동이 배출 개구(63)를 통해 줄무늬를 형성하거나 이산된 분사류가 되는 것을 방지한다. 줄무늬 형성(streaking)은 대응하는 공기 분사류가 배출 개구(63)를 거쳐 빠져나갈 때 금속에 균일하게 적용되지 않음으로써 벽(24)에 열점 현상을 가져올 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 에어 포일(26)(도2)의 개선된 구조적 완결성을 위해 미세 회로(22)는 배출 개구(63) 또는 슬롯이 동일 선상에 있지 않도록 벽(24) 내에 배치되는 것이 바람직하다.
유리하게는, 상술한 바와 같은 받침대(68)의 배치는 공기가 배출 개구(63)를 거쳐 빠져나갈 때 공기에 대한 아주 양호한 계량 제어를 가능하게 한다. 더 상세하게는, 냉각 공기는 간극(78)을 통해서 그리고 제1 측벽 및 제2 측벽(46, 48)에 근접하게 받침대(68) 둘레를 유동한다. 따라서, 공기 유동이 열(56)을 통해서 계량됨에 따라, 공기 유동의 일부는 간극(78)을 통과하게 되고 공기의 나머지 부분은 받침대(68) 둘레를 지나간다. 또한, 이와 같이, 도3의 유선(0, 1, 1')에 의해 도시된 바와 같이, 배출 개구(63)를 통과하는 공기 유동은 균일하게 분포된다. 중심 유선(0)은 유선(1)이 유선(1')을 넘어가서 충돌하지 못하도록 그리고 그 역으로도 작용한다. 따라서, 받침대(68)의 배향은 유동 직선화를 허용하면서도 결과적으로 개선된 막 냉각 및 효율을 가져오는 정밀한 계량 제어를 보장한다.
도4를 참조하면, 미세 회로(22)의 변경예가 도시되어 있다. 여러 도면에서 유사한 인용 부호와 지시 내용은 유사한 요소를 지시한다. 본 변경예의 미세 회로 (22)는 두 개의 배출 개구(63)와 세 개의 유입 개구(61)를 갖는다. 이하, 도4에 도시된 예시적인 실시예의 미세 회로(22)를 냉각 설계 및 획득된 장점과 관련하여 설명하기로 한다. 예시적인 변경예에는 방사 방향으로 길게 연장되는 세 개의 경주 트랙 형상의 유입 개구(61)와 또한 방사 방향으로 길게 연장되는 바람직하게는 슬롯인 배출 개구(63)가 있다. 유입 개구(61)의 예시적인 길이 Lin은 약 0.064 ㎝(0.025 in)이고, 배출 개구(63)의 예시적인 길이 Lout은 약 0.254 ㎝(0.100 in)이다.
미세 회로(22)는 지주 또는 받침대(90, 92, 94, 96)로 된 복수 개의 열(80, 82, 84, 86)을 갖는다. 열(80)은 편평하게 되고 일반적으로 유동 방향에 수직한 제1 측면(100)과 일반적으로 곡면으로 된 수렴 측면(102)이 있다는 점에서 사실상 곡면 삼각형 형상인 원기둥 형상의 받침대(90)를 갖는다. 받침대(90)는 약 0.076㎝(0.033 in)의 장축 길이 L1과, 약 0.147 cm (0.058 in)의 피치 P1과, 약 0.045 ㎝(0.018 in)의 간격 S1을 갖는다. 열(80)은 미세 회로(22) 내로 유동하는 냉각 공기의 측방 분산을 조장한다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 52 %이다.
다음 두 열(82, 84)은 사실상 곡면의 수직 직사각 원기둥 형상의 받침대(92, 94)를 각각 갖는다. 받침대(92)는 약 0.050 ㎝(0.020 in)의 직경 D2와, 약 0.03759 ㎝(0.0148 in)의 간격 S2와, 약 0.089 cm (0.035 in)의 피치 P2를 갖는다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 57 %이다. 받침대(94)는 약 0.050 ㎝(0.020 in)의 직경 D3과, 약 0.03759 ㎝(0.0148 in)의 간격 S3과, 약 0.089 cm (0.035 in)의 피치 P3을 갖는다. 상기에서 확인된 치수의 경우, 제한 또는 차단 인자는 57 %이다. 받침대(92, 94)는 서로에 대해 오프셋되거나 엇갈려 있으며 이들 사이를 통과하는 공기 유동을 계량하는 역할을 한다. 공기 유동은 유속과, 국부적 레이놀드 수(Reynolds Number)와, 대응하는 내부 열전달 계수를 증가시키도록 열(82, 84)에 의해 계량된다. 따라서, 받침대(94)의 집중도로 인해 그 제한 인자는 열(80)에서의 받침대(90)보다 높아진다.
마지막 열(86)은 각각의 받침대(96)가 두 개의 각각의 배출 개구(63) 중 하나와 정렬되는 두 개의 받침대(96)를 갖는다. 받침대(96)는 방사 방향으로 연장되는 길이 방향 축(99)을 갖는다. 따라서, 받침대(96)는 방사 방향으로 길게 연장된 형상이다. 각각의 받침대(96)는 일반적으로 각각의 배출 개구(63) 쪽으로 외향 연장되는 돌출부(protusion) 또는 정점(apex)(97)을 갖는다. 각각의 받침대(96)는 일반적으로 각각의 배출 개구(63)와 중심 정렬된다. 예시적인 실시예에서, 받침대(94)의 길이 방향 길이(L3)는 약 0.245 cm(0.100 in)이다.
따라서, 상기에서는 열(80, 82, 84, 86)에 대해 설명하였고, 도4의 미세 회로(22)에 의해 달성되는 장점을 이하에서 설명하기로 한다.
제1 열(80)의 받침대(90)들은 서로 이격되어 있으며 미세 회로(22)를 통해 유동하는 냉각 공기의 국부적 속도를 제어하고 측방 분산을 조장하는 상술한 바와 같은 형상을 갖는다. 또한, 받침대(90)는 웨이크 난류를 최소화한다. 냉각 공기 유동은 제1 측면(100)과 충돌해서 측면(102)에 의해 받침대(90) 둘레에서 가압됨으로써, 형성되는 웨이크를 감소시키고 받침대(90) 뒤에 열점이 형성되는 것을 방지 한다.
다음 두 열(82, 84)의 받침대(92, 94)는 서로에 대해 그리고 제1 열(80)의 받침대(90)에 대해 엇갈리게 배치된다. 따라서, 미세 회로(22)를 통과하는 직선 통로는 사실상 없다. 냉각 공기가 그 열들을 통과함에 따라, 웨이크는 보다 균일한 유동 분포를 위해 감소된다.
유리하게는, 상술한 바와 같은 받침대(96)의 배치는 공기가 각각의 배출 개구(63)를 거쳐 빠져나갈 때 공기에 대한 아주 양호한 계량 제어를 가능하게 한다. 더 상세하게는, 냉각 공기가 열(82, 84)을 통과할 때 공기는 받침대(96)에 충돌함으로써 대응하는 배출 개구(63)를 통해 빠져나가도록 받침대 둘레로 향하게 된다. 또한, 이와 같이, 도3의 유선(0, 1, 1')에 의해 도시된 바와 같이, 주 유선(0)은 배출 개구(63)를 통해 나오는 균일한 유동 분포를 제공한다. 즉, 유선(1)은 유선(1')과 교차하지 않으며 그 역도 마찬가지이다. 도3에 도시된 제1 실시예의 주 유선과 마찬가지로 주 유선(0)은 일반적으로 대응하는 배출 개구(63)의 중심과 정렬된다. 그러나, 변경예에서 받침대(96)는 받침대(96)의 많은 길이(L3)가 배출 개구(63)에 노출되도록 배출 개구(63)와 정렬된다. 이와 같이, 유선은 받침대를 우회함에 따라 배출 개구(63)를 통해 자유롭게 배출된다. 따라서, 받침대(96)의 배향은 유동 직선화를 허용하면서도 결과적으로 개선된 막 냉각 및 효율을 가져오는 정밀한 계량 제어를 보장한다.
따라서, 공기 유동이 받침대(96) 둘레로 향하게 됨으로써, 배출 개구(63)를 통해 균일하게 분포된다. 이하, 배출 개구(63)로 사용되는 슬롯을 알아보기로 한 다. 공기가 슬롯을 빠져나감에 따라, 벽(24), 더 상세하게는 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30)(도2) 각각은 균일한 막 외피를 얻는다. 따라서, 받침대(96)는 유동이 배출 개구(63)를 통해 줄무늬를 형성하거나 이산된 분사류가 되는 것을 방지한다. 줄무늬 형성은 대응하는 공기 분사류가 배출 개구(63)를 거쳐 빠져나갈 때 금속에 균일하게 적용되지 않음으로써 벽(24)의 열점 현상을 가져올 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 에어 포일(26)(도2)의 개선된 구조적 완결성을 위해 미세 회로(22)는 배출 개구(63) 또는 슬롯이 동일 선상에 있지 않도록 벽(24) 내에 배치되는 것이 바람직하다. 받침대(96)는 또한 공기가 열(80, 82, 84)을 통과하는 공기의 난류에 의해 형성되는 웨이크를 최소화하는 역할을 한다. 웨이크 난류의 최소화는 미세 회로(22) 내에서 고온 유동 재순환을 억제하고 열 픽업을 용이하게 한다.
도5를 참조하여, 블레이드(27)의 미세 회로(22)(도3, 도4)의 추가적인 특징에 대해 설명하기로 한다. 도5는 복수 개의 통로(32a 내지 32e)를 갖는 도2의 블레이드(27)의 단면도이다. 통로(32a 내지 32e)는 각각의 통로가 가압 측벽 및 흡입 측벽을 따라 제1 단부 및 제2 단부(118, 120)를 갖는 상태에서 길이 방향으로 연장되는 격벽 또는 리브(116)에 의해 분리된다. 블레이드(27)는 회전축(98)을 중심으로 회전한다. 통로(32a)는 중심선 또는 익현 방향 축(124)이 회전축(98)에 수직하도록 통과하는 기하학적 중심 C를 갖는다. 마찬가지로, 통로(32b)는 중심선 또는 익현 방향 축(126)이 회전축(98)에 수직으로 통과하는 기하학적 중심 C를 갖는다. 통로(32a 내지 32e)의 형상, 특히 통로(32a, 32b)의 형상은 예시를 위한 것이다. 또한, 그리고 다음의 설명에서 중심선(124, 126)은 가압 측벽 및 흡입 측벽 (28, 30)을 통해 연장된다. 화살표 R은 회전 방향을 지시한다. 또한, 도5는 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30) 내에 내장된 대표적인 미세 회로(22)와 후술하는 대응하는 유입 개구(61a 내지 61c)를 설명한다.
가스 터빈 엔진의 작동 동안, 통로(32a 내지 32e) 내측에서 유동하는 냉각 공기는 회전력을 받는다. 통로(32a 내지 32e)를 통과하는 방사상 유동과 회전 간의 상호 작용은 통로(32a 내지 32e)에서 내부 순환을 형성하는 소위 코리올리 힘(Coriolis force)을 발생시킨다. 기본적으로, 코리올리 힘은 통로를 통해 유동하는 냉각 유체의 속도 벡터와 회전 블레이드의 각속도 벡터의 벡터 곱에 비례한다. 부수적으로, 통로(32a 내지 32e)를 통과하는 냉각 공기 유동은 방사상 내향하거나 외향할 수 있다.
이하, 도6 및 도7을 참조하여 에어 포일(26)의 벽(24) 내에서 미세 회로(22), 더 상세하게는 도3 및 도4에 도시된 바와 같은 두 실시예의 유입 개구(61)의 배치에 대해 설명하기로 한다. 도6은 미세 회로에 공급하는 공급 장치(feed trip)[트립부(trip)](128)와 유입 개구(61a 내지 61c)를 도시하는 도2에 도시된 에어 포일(26)의 부분 단면도이다. 도7은 미세 회로에 공급하는 공급 장치(128)와 유입 개구(61a 내지 61c)를 도시하는 도2에 도시된 에어 포일(26)의 부분 단면도이다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 유동 순환의 방향은 방사상 유동의 방향(즉, 방사상 외향 또는 내향하는 방향)에 의존한다. 예시적인 목적으로서, 통로(32a)에서의 냉각 공기 유동은 중심선(124)에 대해 방사상 외향하는 [즉, 도2에서 팁(42)쪽] 방향인 반면, 통로(32b)를 통과하는 냉각 공기 유동은 중심선(126)에 대해 방사상 내향하는 [즉, 팁(42)에서 멀어지는] 방향이다. 도6은 순환을 완결시키기 위해 유체를 흡입 측벽(30)에서 가압 측벽(28)으로 이동시키고 복귀시키는 통로(32a) 내의 코리올리 힘에 의해 형성되는 한 쌍의 역회전 순환(104, 106)을 개략적으로 도시한다. 반대로, 도7은 순환을 완결시키기 위해 유체를 가압 측벽(28)에서 흡입 측벽(30)으로 이동시키고 복귀시키는 통로(32b) 내의 코리올리 힘에 의해 형성되는 한 쌍의 역회전 순환(108, 110)을 개략적으로 도시한다. 각각의 통로는 통로(32a 내지 32e)를 형성하도록 측벽(28, 30)들과 서로 연결되는 서로 대향하는 내벽(112, 114)도 포함한다. 내벽(112, 114)은 공동(32)(도2)을 구획하는 리브(116)의 일부이다.
예시적 실시예에서, 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30) 내에는 각각 복수 개의 미세 회로(22)(도5)가 배치된다. 또한, 각 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 각각의 통로(32a 및 32b)를 통해 유동하는 냉각 공기에 대한 코리올리 힘에 의해 야기되는 역회전 순환(와류 쌍)(104, 106;108, 110)에 대해 동일 배향되게 배치된다. 이와 같이, 역회전하는 순환(104, 106;108, 110)은 유입 개구(61)와 미세 회로(22) 내로의 냉각 공기 섭취를 돕기 위해 사용된다. 본 발명의 범위 내에서는 대략 0.25보다 큰 아주 높은 회전 수(Ro)에서, 회전하는 통로 내에 두 개의 와류 쌍이 있을 수 있다. 상술한 바와 같이 그리고 후술하는 바와 같이, 유입 개구는 상술한 것과 유사한 방식으로 배치되며 후술하는 바와 같이 측벽(28, 30)에 대한 코리올리 힘의 장점을 갖게 된다. 회전수는 당 업계에서 공지되어 있다. 가압 측벽 및 흡 입 측벽(28, 30)에 대한 유입 개구(61)의 배치는 각각의 유입 개구가 유체 연통하는 내부 통로 내에서 냉각 공기의 방향(즉, 방사상 내향 또는 외향하는 방향)에 의존한다. 이하, 본 발명의 이런 특성에 대해 설명하기로 한다.
냉각 유동이 방사상 외향하는 예시적 실시예에서, 냉각 통로(32a)(도6)에서 흡입 측벽(30) 상에서 각 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 리브(116)에 가장 근접 및 인접하고 통로(32a)의 중간부에서 벗어난 영역에 대응하도록 위치되고, 가압 측벽(28) 상에서 각 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 통로(32a)의 대략 중심선(124)에 가장 근접해서 위치된다. 따라서, 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30)에 대한 유입 개구(61)의 이들 위치는 내부의 코리올리 힘과 동일 배향될 것이다.
상술한 바와 유사한 방식으로 그리고 유사한 이유로 해서, 냉각 통로(32b)(도7)에서 제공되는 바와 같이 냉각 유동이 방사상 내향하는 예시적 실시예에서, 흡입 측벽(30) 상에서 각 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 통로(32b)의 대략 중심선(126)에 가장 근접해서 위치되고, 가압 측벽(28) 상에서 각 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 리브(116)에 가장 근접 및 인접하고 통로(32b)의 중간부에서 벗어난 영역에 대응하도록 위치된다. 따라서, 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30)에 대한 유입 개구(61)의 이들 위치는 내부의 코리올리 힘과 동일 배향될 것이다. 상술한 설명으로부터, 각각의 가압 측벽 및 흡입 측벽 내의 미세 회로(22)의 배향으로 인해, 도2에 도시된 바와 같이, 통로(32a, 32b)에 대한 각각의 유입 개구(61a 내지 61c)는 서로 다른 미세 회로의 부분이라는 사실에 주목해야 한다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 통로(32a, 32b)는 각각 길이 L 및 L1을 가 지며, 제1 단부(118)와 이에 대향하는 제2 단부(120) 사이에서 연장된다. 통로(32a) 내에 보이는 바와 같이, 냉각 유동이 방사상 외향할 때의 예시적 실시예에서, 통로(32a)에 공기를 공급하는 가압 측벽(28) 내의 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 가압 측벽(28)의 내면과 중심선(124)의 교차선의 양 측면 상에서 약 10 %의 가압 측벽(28)을 따라 스팬 거리 S1 내에 위치된다. 이는 길이 L의 약 20 %의 거리에 대응한다. 또한, 통로(32a)에 공급하는 흡입 측벽(30) 내의 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 각각의 미세 회로의 유입 개구(61)가 제1 단부(118)에서 약 40 %의 스팬 거리 S2 내에 그리고 제2 단부(120)에서 약 40 %의 스팬 거리 S2 내에 있도록 가압 측벽을 따라 위치된다. 각각의 단부(118, 120)로부터 측정된 가압 측벽(28)을 따르는 각각의 스팬은 길이 L의 약 40 %의 거리에 대응한다.
통로(32b) 내에 보이는 바와 같이 냉각 유동이 방사상 내향할 때의 예시적 실시예에서, 통로(32b)에 공급하는 흡입 측벽(30) 내의 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 흡입 측벽(30)의 내면과 중심선(126)의 교차선의 양 측면 상에서 약 10 %의 흡입 측벽(30)을 따라 스팬 거리 S1 내에 위치된다. 이는 길이 L1의 약 20 %의 거리에 대응한다. 또한, 통로(32b)에 공기를 공급하는 가압 측벽(28) 내의 미세 회로(22)의 유입 개구(61)는 각각의 미세 회로의 유입 개구(61)가 제1 단부(118)에서 약 40 %의 스팬 거리 S2 내에 그리고 제2 단부(120)에서 약 40 %의 스팬 거리 S2 내에 있도록 가압 측벽(28)을 따라 위치된다. 각각의 단부(118, 120)로부터 측정된 가압 측벽(28)을 따르는 각각의 스팬은 길이 L1의 약 40 %의 거리에 대응한다.
또한, 본 발명의 범위에서 통로(32a, 32b)의 각각의 중심선(124, 126)은 회 전하는 에어 포일 내의 임의의 형상의 내부 통로에 대해서도 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제공되고, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 중심선(124, 126)에 대한 상술한 바와 같은 유입 개구(61)의 배치는 공기와 같은 내부 유체가 그 사이에서 유동하고 회전하는 다양한 형상의 많은 다른 대안적인 내부 통로와 함께 구현되어 사용될 수 있다. 임의의 내부 통로에 대한 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30)과 중심선(124, 126)의 교차선은 통로의 형상 및 구성에 따라 다르게 된다는 사실에도 주목해야 한다.
도8 및 도9를 참조하면, 통로(32a, 32b) 내의 유입 개구(61)에 방사상으로 인접한 공급 장치 또는 터뷰레이터(turbulator)(128)가 각각 도시되어 있다. 도8은 유입 개구(61)에 관련된 공급 장치(128)를 도시하는 도6의 8-8을 따라 취한 통로(32a)의 부분 단면도이다. 도9는 공급 장치(128)와 유입 개구(61)가 흡입 측벽(30) 상에 도시된 도6의 9-9를 따라 취한 통로(32a)의 부분 단면도이다.
마찬가지로, 도10 및 도11에는 통로(32b) 내의 유입 개구(61)에 방사상으로 인접한 공급 장치 또는 터뷰레이터(128)가 각각 도시되어 있다. 도10은 유입 개구(61)에 관련된 공급 장치(128)를 도시하는 도7의 10-10을 따라 취한 도7의 통로(32b)의 부분 단면도이다. 도11은 공급 장치(128)와 유입 개구(61)가 흡입 측벽(30) 상에 있는 도7의 11-11을 따라 취한 도7의 통로(32b)의 부분 단면도이다.
공급 장치(128)는 통로(32a, 32b) 내의 냉각 유동의 방향과 관련하여 유입 개구(61)의 하류측에 위치된다. 이와 같이, 공급 장치(128)는 통로(32a, 32b) 내의 냉각 유동을 방해하고 미세 회로(22) 내로 냉각 공기의 진입을 용이하게 한다. 비록 도8, 도9, 도10 및 도11의 공급 장치는 직사각형 단면을 갖고 경사진 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 공급 장치는 이런 단면으로 제한되지 않으며 [예컨대, 반타원형 또는 반구형]이 후단 또는 선단 모서리 쪽으로 경사지거나 만곡되거나 직선일 수 있다.
미세 회로(22)가 상술한 바와 같이 흡입 측벽(30) 내에 위치될 때, 유입 개구(61)는 회전축(98)에 수직하게 되며, 이와 같이 코리올리 힘의 유동과 정렬될 것이다. 마찬가지로, 미세 회로(22)가 상술한 바와 같이 가압 측벽(28) 내에 위치될 때, 유입 개구(61)는 회전축(98)에 수직하게 되며, 이와 같이 코리올리 힘의 유동과 정렬될 것이다. 또한, 상술한 바와 같은 유입 개구(61)의 배치는 입구 및 출구를 갖고 냉각될 벽에 내장되는 다양한 미세 회로 냉각 설계에서 이용될 수 있다는 장점이 있다. 즉, 유입 개구(61)에 대한 본 발명의 배치는 도3 및 도4에 제공되는 것과 같은 미세 회로 냉각 설계에 제한되지 않는다. 또한, [그라스호프 수(Grashoff Number)/레이놀드 수의 제곱]으로 정의되는 부력이 코리올리 힘의 크기를 줄이기 위해 통로 내에서 작용하지만, 유입 개구(61)에 대한 상술한 배치는 통로에 대한 유입 개구(61)의 예시적인 위치를 제공한다. 회전 그래시오프 수와 레이놀드 수는 당 업계에서 공지되어 있다.
도2, 도12 및 도13을 참조하여, 본 명세서에서 예시되고 설명된 본 발명의 장점에 대해 설명하기로 한다. 도13은 종래의 냉각된 에어 포일을 도시한 도면이다. 도12는 상술한 본 발명의 냉각 구조와 도13에 도시된 종래 기술의 블레이드 구성에서 냉각 효율과 요구 블레이드 냉각 유동의 관계를 도시한 도면이다. 곡선 130은 도13에 도시된 종래 기술의 블레이드 구성에서의 냉각 효율을 일반적으로 도시한다. 곡선 132는 도4에 도시된 본 발명의 실시예에서의 냉각 효율을 일반적으로 도시한다. 곡선 132에 도시된 것과 유사한 냉각 효율 및 대응하는 장점은 도3의 실시예로도 얻어질 수 있다.
냉각 효율 비율은 상대적인 고온 연소 가스 및 냉각 유체(냉각 공기) 사이의 온도차에 대한 상대적인 고온 연소 가스 및 체적 금속 온도의 온도차의 비율로서 다음과 같이 정의된다.
Φ = [Tgas - Tmetal]/[Tgas - Tcoolant]
이때, Tgas는 에어 포일 외부로 유동하는 가스의 온도, Tcoolant는 냉각 공기의 온도, Tmetal는 에어 포일의 체적 금속의 온도이다.
바람직하게는, 터빈 엔지니어와 설계자들은 금속 온도가 낮을수록 블레이드(27)의 전체 내구성이 양호하기 때문에 최대의 냉각 효율 비율을 설계하고자 시도한다. 이는 본 발명에서 두 가지 방식으로 얻어진다. 첫 째는, 고온 연소 가스의 온도를 감소시키기 위해 막 냉각이 이용된다. 온도는 냉각 기체가 배출 개구(63)에서 고온 연소 가스 유동 내로 분사될 때 냉각 기체의 혼합으로 인해 감소된다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 압축기(14)(도1)로부터 더 많은 양의 냉각 공기가 취해질수록 더 적은 양의 압축기(14)(도1)의 일이 생성될 수 있기 때문에, 이 방법에 완전히 의존하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명은 원하는 냉각 효율 비율을 얻기 위해 벽(24)을 내부에서 대류식으로 냉각시키는 새로 운 방식을 이용한다. 에어 포일의 전통적인 막 냉각은 높고 신뢰성 있는 정도의 효율로 본 발명을 이용하지 않는다. 대류식 냉각 효율의 크기는 냉각 공기가 미세 회로(22) 내에서 진행할 때 냉각 공기의 열 픽업의 함수로서 아래와 같다.
ηc = [ Tcoolant ,out - Tcoolant ,in]/[Tmetal - Tcoolant ,in]
이때, Tcoolant ,out는 출구를 나오는 냉각 공기의 온도, Tcoolant ,in은 입구로 진입하는 냉각 공기의 온도, Tmetal는 에어 포일의 대형 금속의 온도이다.
상기 식에서, 터빈 엔지니어와 설계자들은 고열 픽업을 하는, 따라서 에어 포일(26)의 벽(24)을 냉각시키는 설계를 찾게 된다. 도12의 곡선 132에 도시된 바와 같이, 본 발명은 다양한 방식으로 이렇게 증가된 열 픽업을 달성한다. 첫째로, 도3에 도시된 바와 같은 받침대(60, 62, 64, 66)와 도4에 도시된 바와 같은 받침대(90, 92, 94)는 미세 회로(22) 내에서의 난류 촉진체이다. 둘째로, 받침대는 또한 표면적을 증가시킴으로써 대류식 열 전도 경로를 개선하는 역할을 한다. 셋째로, 받침대는 미세 회로(22)를 통과하는 유동을 분산시킨다. 넷째로, 도3 및 도4에 도시된 양 실시예에서 계량하는 열은 미세 회로(22) 내의 열 전달 픽업을 증가시키도록 유동을 계량한다.
받침대의 배열 구조와 그 형상 및 크기 모두는 주어진 에어 포일 설계에 원하는 열 전달 특성을 달성하기 위해 변경될 수 있음은 당 업계의 당업자라면 알 것이며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
일단 냉각 공기가 미세 회로(22)에서 배출되면 냉각 공기는 고온 연소 가스 (G)의 스트림 내로 부분적으로 혼합될 수 있으며, 그 자체의 운동량 때문에 측벽(28, 30) 위로 유동할 수 있다. 따라서, 배출된 냉각 공기막은 고온 연소 가스(G)로부터 블레이드(27)를 보호하는 막 커튼을 제공함으로써 벽(24), 더 상세하게는 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30)을 냉각시킨다.
도14를 참조하면, 미세 회로(22)(도2)의 유입 개구(61)의 배치를 위한 도5에 도시된 에어 포일(26)의 변경예가 도시되어 있으며, 이하 이를 설명하기로 한다. 도5와 도14 사이에서 유사한 인용 부호로 지시된 부분은 유사한 부분이며, 도5의 이런 부분에 대한 설명은 대부분 생략하기로 한다.
통상적으로, 가스 터빈 블레이드(27)의 2차 유동은, 1) 통로 내로의 유동원, 즉 블레이드(27)의 루트(38)(도2)를 거쳐 내부 통로(32e 내지 32i) 내로 공급되는 루트(38)에서 팁(42)(도2)까지 방사상으로 유동하는 압축기 공기와, 2) 통로 또는 싱크로부터의 유동 배출, 즉 가압 측과 흡입 측에서 고온 유선 가스 유동(G)의 정적 압력 사이의 압력차에 의해 구동된다. 미세 회로(22)는 2차 유동을 구동하는 매개 변수에 충격을 준다.
통로(32e 내지 32i)에 대한 3차원 운동량 힘 분석은 냉각제의 전체 관성에 대해 네 개의 주된 매개 변수 또는 기여자가 있음을 보여준다. 이들 기여자는 압력 구배와, 점성력과, 코리올리 힘과, 부력이다. 압력 항목은 일반적으로 블레이드(27)의 회전으로 인한 펌프 작용에 의해 특히 방사 방향으로 최대 크기를 갖는다. 점성력은 블레이드 내부 통로(32e 내지 32i)를 통한 유동에 저항한다. 배출 개구(63)와 같은 막 냉각 구멍이 존재할 때, 높은 유속이 각각의 통로(32)에 존재 하며, 코리올리 및 부력 효과는 압력과 점성 항목에 비할 때 2차적인 역할을 할 수 있다.
각각의 미세 회로(22)를 가로지르는 압력 강하는 미세 회로 내부의 특징으로 인해 각각의 배출 개구(63) 또는 막 냉각 구멍을 가로지르는 압력 강하보다 상당히 크다. 통로(32)에 존재하는 레이놀드 수는 작은 마하 수(Mach number)를 특징으로 한다. 낮은 레이놀드 수는 항공기 가스 터빈 엔진에서 발견된 예컨대 16,000 RPM의 고정된 회전 속도와 결합해서 큰 레이놀드 수를 야기함으로써 압력과 점성 항목은 더 이상 지배적이지 않다. 또한, 코리올리 힘은 익현 방향과 방사 방향으로 결합되어서, 와류 유동 패턴(도6 및 도7)을 야기한다. 방사 방향으로 증가된 부력 효과는 통로에서 레이놀드 수가 낮을수록 얻어지는 추가적인 결과이다. 통로(32e 내지 32i) 내의 일부 영역에서, 부력 항목은 부력이 압력을 초과해서 유동을 방사 방향으로 역전시킬 정도로 클 수 있다.
상술한 매개 변수의 잠재적 충격은 흡입 측 유입 개구(61)를 가로질러 더 높은 압력 강하를 발생시키고 가압 측 유입 개구(61)를 가로질러 상대적으로 낮은 압력 강하를 발생시키는 결과를 가져올 수 있다. 이런 낮은 압력 강하는 가압 측벽(28)에 내장된 각각의 미세 회로(22)에 모든 필수적인 냉각 공기를 적절히 제공하지 않을 수 있다.
따라서, 다른 유입 개구 배열은 특히 압력 구배와 점성력과 코리올리 힘과 부력이 미세 회로(22)를 이용한 에어 포일의 냉각 설계에 대해 가할 수 있는 상호 작용과 잠재적인 충격을 해결하게 된다.
변경예에서, 가압 측벽(28) 상에 위치되는 미세 회로(22)에 대한 유입 개구(61)는 통로(32f, 32h)와 유체 연통하지만, 흡입 측벽(30) 상에 위치되는 미세 회로(22)는 통로(32e, 32g)와 유체 연통한다. 이와 같이, 각각의 통로는 가압 측벽(28) 또는 대안으로서 흡입 측벽(30) 상의 미세 회로(22)에 공급하기 위해 미세 회로(22)의 측벽 위치와 관련하여 전용된다. 본 발명의 범위 내에서, 여기에서 설명되고 도14에 도시된 변경예는 도시된 것과 다른 수의 내부 통로 및 리브 배열 구조를 갖는 에어 포일에 적용될 수 있다. 또한, 어느 한 통로 내의 냉각제의 일부는 에어 포일의 팁에 위치된 플레넘(plenum)에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 팁 플레넘을 위한 하나의 이와 같은 설계는 발명의 명칭이 "터빈 블레이드 팁용 미세 회로 냉각(Microcircuit Cooling For A Turbine Blade Tip)"인 미국 특허 출원 제10/358,646호에 개시되어 있다. 또한, 상기 변경예는 가스 터빈 엔진에서 발견되는 것과 같은 고정식 베인(도1)에 이용될 수도 있다.
따라서, 유입 개구(61)의 배치를 위한 변경예는 에어 포일(26)의 냉각 요구 조건에 부정적인 영향을 줄 수 있는 코리올리 힘과 부력뿐만 아니라 가압 측벽 및 흡입 측벽(28, 30) 상의 싱크 압력의 차이에 기인하는 냉각 공기의 모든 불균일성을 분산시킨다. 이와 같이, 변경예는 각각의 미세 회로(22) 내로 냉각 공기가 적절하게 섭취될 수 있도록 보장한다. 또한, 변경예는 베인(29)(도1)뿐 아니라 블레이드(27)용 에어 포일 상에도 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 에어 포일에 막을 형성하고 대류식 냉각을 하는 신규한 방식을 이용하는 냉각 시스템을 제공한다. 특히, 이런 조합은 벽(24)에서 동일한 금속 온도를 달성하기 위해 벽(24)을 냉각시키는데 적은 냉각 압축기 공기가 요구된다는 점에서 종래 기술의 냉각 구조를 넘어서는 장점을 제공한다. 압축기 배출 유동이 적을수록 터빈 효율이 증가되는 추가적인 장점을 얻게 된다. 종래 기술에 비해서, 본 발명은 성능을 상승적으로 개선하고 블레이드 수명을 연장하는 새로운 미세 회로 냉각 설계를 제공한다. 본 발명의 미세 회로(22)는 에어 포일(26)을 막 냉각하기 위한 개선된 수단을 제공한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 냉각 설계를 이용하는 에어 포일은 보다 긴 사용 수명뿐 아니라 전체적인 터빈 효율을 개선할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직하고 예시적인 실시예로 여겨지는 것들에 대해 설명하였지만, 본 발명에 대한 다른 변경은 본 명세서에서 당 업계의 당업자에게 명백할 것이며, 따라서 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 모든 이런 변경은 첨부된 특허청구범위에서 확보될 것으로 기대된다.
상술한 내용으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면 성능을 상승적으로 개선하고 블레이드 수명을 연장하는 새로운 미세 회로 냉각 설계를 제공할 뿐만 아니라, 본 발명의 냉각 설계를 이용함으로써, 에어 포일의 사용 수명을 연장하고 전체적인 터빈 효율을 개선할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (24)

  1. 루트에서 팁까지의 스팬에서 길이 방향으로 연장되고 선단 모서리 및 후단 모서리 사이의 익현에서 연장되면서 그 내부를 통해 냉각 유체를 유동시키기 위한 제1 유로 및 제2 유로를 형성하기 위해 상기 선단 모서리 및 후단 모서리 사이에서 측방으로 이격되고 상기 루트와 상기 팁 사이에서 길이 방향으로 연장되는 제1 구획부에 의해 서로 연결되는 가압 측벽 및 흡입 측벽과,
    각각의 냉각 회로가 상기 제1 유로로부터 상기 각각의 냉각 회로 내로의 냉각 유동 경로를 제공하는 유입 개구, 및 상기 각각의 냉각 회로로부터 에어 포일 외측의 영역까지의 냉각 유동 경로를 제공하는 배출 개구를 포함하는 상기 가압 측벽 내에 내장되는 복수 개의 냉각 회로와,
    상기 흡입 측벽 내에 내장되는 각각의 냉각 회로가 상기 제2 유로로부터 상기 흡입 측벽 내에 내장된 상기 각각의 냉각 회로 내로의 냉각 유동 경로를 제공하는 유입 개구 및 상기 흡입 측벽 내에 내장된 상기 각각의 냉각 회로로부터 에어 포일 외측의 상기 영역까지의 냉각 유동 경로를 제공하는 배출 개구를 포함하는 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 복수 개의 냉각 회로를 포함하며,
    상기 제1 유로는 상기 제1 유로가 단지 상기 가압 측벽 내에만 내장되는 상기 냉각 회로로 냉각 유체를 공급하도록 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로와 유체 연통하지 않고 상기 제2 유로는 상기 제2 유로가 단지 상기 흡입 측벽 내에만 내장되는 상기 냉각 회로로 냉각 유체를 공급하도록 상기 가압 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로와 유체 연통하지 않는 터빈 에어 포일.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 구획부와 상기 후단 모서리 사이에 배치되고 그 내부를 통해 냉각 유체를 유동시키기 위한 제3 유로를 더 포함하며,
    상기 제3 유로는 상기 제3 유로가 상기 가압 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로의 일부로 냉각 유체를 공급하도록 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로와 유체 연통하지 않는 터빈 에어 포일.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡입 측벽 및 상기 가압 측벽 내에 내장되는 상기 각각의 냉각 회로의 상기 배출 개구는 막 냉각 슬롯이며, 상기 막 냉각 슬롯은 상기 측벽들을 통해 연장되고 상기 측벽들로부터 상기 냉각 유체를 배출하는 터빈 에어 포일.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡입 측벽의 상기 막 냉각 슬롯은 서로에 대해 방사상으로 엇갈려 있으며, 상기 가압 측벽의 상기 막 냉각 슬롯은 서로에 대해 방사상으로 엇갈려 있는 터빈 에어 포일.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가압 측벽 및 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 각각의 냉각 회로는 제2 유입 개구를 포함하며, 상기 각각의 냉각 회로의 상기 제1 유입 개구 및 제2 유입 개구는 방사상으로 이격되는 터빈 에어 포일.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가압 측벽 및 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 각각의 냉각 회로는 약 0.38 ㎠(0.06 in2)보다 크지 않은 벽의 표면적을 차지하는 터빈 에어 포일.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 유입 개구 및 제2 유입 개구는 방사 방향으로의 그 길이가 이 방향을 가로지르는 폭보다 큰 경주 트랙 형상인 터빈 에어 포일.
  8. 제1항에 있어서, 상기 냉각 유체는 공기를 포함하는 터빈 에어 포일.
  9. 제1항에 있어서, 길이 방향 축과 상기 제1 유로 및 제2 유로를 갖는 에어 포일은 상기 측벽들 사이에서 길이 방향으로 연장되는 터빈 에어 포일.
  10. 에어 포일을 포함하며, 상기 에어 포일은,
    루트에서 팁까지의 스팬에서 길이 방향으로 연장되고 선단 모서리 및 후단 모서리 사이의 익현에서 연장되면서 그 내부를 통해 냉각 유체를 유동시키기 위한 제1 유로 및 제2 유로를 형성하기 위해 상기 선단 모서리 및 후단 모서리 사이에서 측방으로 이격되고 상기 루트와 상기 팁 사이에서 길이 방향으로 연장되는 제1 구획부에 의해 서로 연결되는 가압 측벽 및 흡입 측벽과,
    각각의 냉각 회로가 상기 제1 유로로부터 상기 각각의 냉각 회로 내로의 냉각 유동 경로를 제공하는 유입 개구 및 상기 각각의 냉각 회로로부터 에어 포일 외측의 영역까지의 냉각 유동 경로를 제공하는 배출 개구를 포함하는 상기 가압 측벽 내에 내장되는 복수 개의 냉각 회로와,
    상기 흡입 측벽 내에 내장되는 각각의 냉각 회로가 상기 제2 유로로부터 상기 흡입 측벽 내에 내장된 상기 각각의 냉각 회로 내로의 냉각 유동 경로를 제공하는 유입 개구 및 상기 흡입 측벽 내에 내장된 상기 각각의 냉각 회로로부터 에어 포일 외측의 상기 영역까지의 냉각 유동 경로를 제공하는 배출 개구를 포함하는 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 복수 개의 냉각 회로를 포함하며,
    상기 제1 유로는 상기 제1 유로가 단지 상기 가압 측벽 내에만 내장되는 상기 냉각 회로로 냉각 유체를 공급하도록 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로와 유체 연통하지 않고 상기 제2 유로는 상기 제2 유로가 단지 상기 흡입 측벽 내에만 내장되는 상기 냉각 회로로 냉각 유체를 공급하도록 상기 가압 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로와 유체 연통하지 않는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 구획부와 상기 후단 모서리 사이에 배치되고 그 내부를 통해 냉각 유체를 유동시키기 위한 제3 유로를 더 포함하며,
    상기 제3 유로는 상기 제3 유로가 상기 가압 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로의 일부로 냉각 유체를 공급하도록 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로와 유체 연통하지 않는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  12. 제10항에 있어서, 상기 블레이드 또는 베인은 니켈계 합금 및 코발트계 합금으로 구성되는 그룹에서 선택된 금속으로 제조되는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  13. 제10항에 있어서, 상기 흡입 측벽 및 상기 가압 측벽 내에 내장되는 상기 각각의 냉각 회로의 상기 배출 개구는 막 냉각 슬롯이며, 상기 막 냉각 슬롯은 상기 측벽들을 통해 연장되고 상기 측벽들로부터 상기 냉각 유체를 배출하는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  14. 제13항에 있어서, 상기 흡입 측벽의 상기 막 냉각 슬롯은 서로에 대해 방사상으로 엇갈려 있으며, 상기 가압 측벽의 상기 막 냉각 슬롯은 서로에 대해 방사상으로 엇갈려 있는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  15. 제10항에 있어서, 상기 가압 측벽 및 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 각각의 냉각 회로는 제2 유입 개구를 포함하며, 상기 각각의 냉각 회로의 상기 제1 유입 개구 및 제2 유입 개구는 방사상으로 이격되는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  16. 제10항에 있어서, 상기 가압 측벽 및 상기 흡입 측벽 내에 내장되는 상기 각각의 냉각 회로는 약 0.38 ㎠(0.06 in2)보다 크지 않은 벽의 표면적을 차지하는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 유입 개구 및 제2 유입 개구는 방사 방향의 길이가 이 방향을 가로지르는 폭보다 큰 경주 트랙 형상인 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  18. 제10항에 있어서, 상기 냉각 유체는 공기인 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  19. 제10항에 있어서, 길이 방향 축과 상기 제1 유로 및 제2 유로를 갖는 에어 포일은 상기 측벽들 사이에서 길이 방향으로 연장되는 가스 터빈용 냉각 가능한 블레이드 또는 베인.
  20. 제1 측벽 및 제2 측벽이 루트에서 팁까지의 스팬에서 길이 방향으로 연장되고 선단 모서리 및 며단 모서리 사이의 익현에서 연장되면서 그 내부를 통해서 냉각 유체를 유동시키기 위한 적어도 두 개의 유로를 형성하기 위해 상기 선단 모서리 및 상기 후단 모서리 사이에서 측방으로 이격되고 상기 루트와 상기 팁 사이에 서 길이 방향으로 연장된 적어도 하나의 구획부에 의해 서로 연결되는 냉각 가능한 가스 터빈 에어 포일의 제1 측벽 및 제2 측벽 내에 내장되는 냉각 회로의 유입 개구를 배치하기 위한 방법이며,
    상기 각각의 냉각 회로의 상기 유입 개구 내로 냉각 유체의 섭취를 보장하도록 상기 흡입 측벽 및 상기 가압 측벽의 싱크 압력의 차이를 최소화하기 위해 상기 유로들 중 하나와 유체 연통하는 상기 제1 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로의 상기 유입 개구를 배치하는 단계와 상기 다른 유로들 중 적어도 하나와 유체 연통하는 상기 제2 측벽 내에 내장되는 상기 냉각 회로의 상기 유입 개구를 배치하는 단계를 포함하는 냉각 회로의 유입 개구 배치 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 측벽은 대략 오목한 가압 측벽이며, 상기 제2 측벽은 대략 볼록한 흡입 측벽인 냉각 회로의 유입 개구 배치 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 에어 포일은 니켈계 합금 및 코발트계 합금으로 구성되는 그룹에서 선택된 금속으로 제조되는 냉각 회로의 유입 개구 배치 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 각각의 냉각 회로는 약 0.38 ㎠(0.06 in2)보다 크지 않은 벽의 표면적을 차지하는 냉각 회로의 유입 개구 배치 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 유입 개구는 방사 방향으로의 길이가 이 방향을 가로지르는 폭보다 큰 경주 트랙 형상인 냉각 회로의 유입 개구 배치 방법.
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