KR20110108418A - 터빈 날개 및 가스 터빈 - Google Patents

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Abstract

핀휜 영역의 입구측의 냉각 유체의 유속을 개선하여, 터빈 날개의 후연측의 냉각 성능의 향상을 도모할 수 있는 터빈 날개 및 가스 터빈을 제공한다. 익형부 (11) 와, 그 익형부 (11) 의 내부를 스팬 방향으로 연장하여, 냉각 유체가 흐르는 공급 유로 (15) 와, 상기 공급 유로 (15) 로부터 상기 익형부 (11) 의 중심선 (CL) 을 따라 상기 익형부 (11) 의 후연 (TE) 을 향해 연장되고, 상기 후연 (TE) 에 있어서 상기 익형부 (11) 의 외부로 개구하는 핀휜 유로 (18) 와, 그 핀휜 유로 (18) 의 상기 공급 유로 (15) 측의 영역에 있어서의, 상기 핀휜 유로 (18) 를 구성하는 1 쌍의 대향하는 내벽으로부터 돌출함과 함께, 사이에 상기 스팬 방향으로 연장되는 간극을 형성하는 복수의 간헐 핀휜 (19) 과, 상기 핀휜 유로 (18) 의 상기 후연 (TE) 측의 영역에 있어서의 1 쌍의 대향하는 내벽을 연결하는 핀휜 (20) 과, 상기 간극에 배치되고, 상기 핀휜 유로 (18) 의 상기 공급 유로 (15) 측의 영역에 있어서의 상기 냉각 유체의 유로 면적을 줄이는 삽입부 (22) 가 형성되어 있다.

Description

터빈 날개 및 가스 터빈{TURBINE BLADE AND GAS TURBINE}
본 발명은, 터빈 날개 및 가스 터빈, 특히 터빈의 정익이나 동익에 사용하기에 바람직한 터빈 날개, 및 그 터빈 날개를 사용한 가스 터빈에 관한 것이다.
일반적으로, 가스 터빈에 사용되는 터빈 날개의 주위에는 고온의 작동 유체가 흐르기 때문에, 터빈 날개에 냉각 유체를 사용하여 강제적으로 냉각시키는 구성을 형성하여, 터빈 날개를 냉각시키는 기술이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).
특허문헌 1 에는, 터빈 날개에 있어서의 날개 본체의 내부에 형성된 공동 (空洞) 에 인서트 플레이트를 배치하여 임핀지먼트 냉각을 실시함과 함께, 상기 서술한 공동의 내벽으로부터 돌출되는 핀휜 (pin fin) 을 형성하여 핀휜 냉각을 실시하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2 에는, 필름 구멍이나 샤워 헤드로부터 냉각 유체를 분출하는 필름 냉각이나, 날개 후연 (後緣) 의 내부에 냉각 유체가 흐르는 유로를 형성하고, 당해 유로에 돌출되는 핀휜을 형성하여 핀휜 냉각을 실시하는 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평04-63901호 일본 공개특허공보 평08-260901호
최근, 가스 터빈의 고효율화를 도모하기 위해, 가스 터빈에 유입되는 작동 유체의 고온화나, 이것에 대응하여 터빈 날개의 냉각 효율의 향상이 검토되고 있다.
터빈 날개의 냉각, 예를 들어 핀휜 냉각에 있어서의 냉각 효율의 향상을 도모하는 방법으로는, 핀휜이 형성되어 있는 영역 (이하, 핀휜 영역이라고 부른다) 을 흐르는 냉각 유체의 유속을 빠르게 하여, 냉각 효율을 높이는 방법이 일반적으로 알려져 있다.
그러나, 핀휜 냉각에 의해 날개의 후연을 냉각시키는 경우에는, 냉각 유체가 흐르는 유로의 단면적을 좁게 하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
요컨대, 터빈 날개는 주조에 의해 형성되는 경우가 많고, 이러한 경우에 상기 서술한 유로는 중자 (中子) 에 의해 형성된다. 상기 서술한 바와 같이 유로의 단면적을 좁게 하기 위해서는, 중자의 단면적을 좁게 할 필요가 있고, 중자의 두께를 얇게 하면, 중자의 강도가 저하된다. 그러면, 중자의 파손 등에 의한 주조 불량이 발생하기 쉬워져, 터빈 날개의 제조성이 악화된다는 문제가 있었다.
그 결과, 유로 단면적을 좁게 하는 데에도 한계가 있어, 핀휜 영역의 입구부 에 있어서의 냉각 능력이 향상되지 않아, 핀휜 영역 전체의 냉각 효율이 저하된다.
특히, 핀휜 영역의 입구부는, 연소 가스로부터 받는 열부하가 큼에도 불구하고, 냉각 유체의 유속은 빠르게 할 수 없기 때문에, 입구부의 냉각 능력이 부족한 문제가 있었다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 핀휜 영역의 입구측의 냉각 유체의 유속을 개선하여, 터빈 날개의 후연측의 냉각 성능의 향상을 도모할 수 있는 터빈 날개 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 터빈 날개는, 익형부 (翼形部) 와, 그 익형부의 내부를 스팬 방향으로 연장하여, 냉각 유체가 흐르는 공급 유로와, 상기 공급 유로로부터 상기 익형부의 중심선을 따라 상기 익형부의 후연을 향해 연장되고, 상기 후연에 있어서 상기 익형부의 외부로 개구하는 핀휜 유로와, 그 핀휜 유로의 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의, 상기 핀휜 유로를 구성하는 1 쌍의 대향하는 내벽으로부터 돌출됨과 함께, 사이에 상기 스팬 방향으로 연장되는 간극을 형성하는 복수의 간헐 핀휜과, 상기 핀휜 유로의 상기 후연측의 영역에 있어서의 상기 1 쌍의 대향하는 내벽을 연결하는 핀휜과, 상기 간극에 배치되고, 상기 핀휜 유로의 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의 상기 냉각 유체의 유로 면적을 줄이는 삽입부가 형성되어 있다.
본 발명의 터빈 날개에 의하면, 간헐 핀휜의 사이에 형성되는 간극에 삽입부를 배치함으로써, 삽입부를 배치하지 않는 경우와 비교하여, 핀휜 유로의 공급 유로측에 있어서의 냉각 유체가 흐르는 유로 단면적이 감소되어, 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의 냉각 유체의 유속이 빨라진다.
상기 발명의 터빈 날개에 있어서는, 상기 삽입부의 단면적이, 상기 공급 유로로부터 상기 후연을 향함에 따라 감소되는 구성이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 예를 들어, 핀휜 유로 자체의 단면적이, 공급 유로로부터 후연을 향함에 따라 감소되는 경우, 삽입부의 단면적도 감소되기 때문에, 삽입부가 배치된 영역에 있어서의 냉각 유체의 유로 단면적의 변화가 억제된다.
상기 발명의 터빈 날개에 있어서는, 상기 간헐 핀휜의 선단과, 상기 삽입부가 접촉하는 구성이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 핀휜 유로의 내벽과 삽입부 사이를 흐르는 냉각 유체는, 간헐 핀휜의 사이를 흐른다. 그 때문에, 간헐 핀휜의 선단과 삽입부가 멀어져, 냉각 유체의 일부가 간헐 핀휜과 삽입부 사이를 흐르는 경우와 비교하여, 핀휜에 의한 냉각 성능이 높아진다.
본 발명의 가스 터빈은, 상기 본 발명의 터빈 날개가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가스 터빈에 의하면, 상기 본 발명의 터빈 날개를 구비함으로써, 터빈 날개의 냉각 성능의 향상을 도모함과 함께, 제조성 악화의 억제를 도모할 수 있다.
본 발명의 터빈 날개 및 가스 터빈에 의하면, 간헐 핀휜의 사이에 형성되는 간극에 삽입부를 배치함으로써, 삽입부를 배치하지 않는 경우와 비교하여, 핀휜 유로의 공급 유로측에 있어서의 냉각 유체가 흐르는 유로 단면적이 감소되고, 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의 냉각 유체의 유속이 빨라진다. 그 때문에, 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의 냉각 능력이 향상되고, 핀휜 유로에 관련된 냉각 능력 나아가서는 터빈 날개의 냉각 성능의 향상을 도모할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 가스 터빈의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 2 는, 도 1 의 정익의 개략 구성을 설명하는 사시도이다.
도 3 은, 도 2 의 정익의 개략 구성을 설명하는 단면에서 본 도면이다.
도 4 는, 도 3 의 핀휜 유로의 근방에 있어서의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 5 는, 도 3 의 핀휜 유로의 근방에 있어서의 다른 구성을 설명하는 모식도이다.
도 6 은, 도 3 의 정익의 다른 개략 구성을 설명하는 단면에서 본 도면이다.
도 7 은, 도 6 의 후부 인서트에 있어서의 단부의 구성을 설명하는 부분 확대도이다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 가스 터빈에 대해, 도 1 내지 도 7 을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 본원 발명의 터빈 날개를 가스 터빈 (1) 의 터빈부 (4) 에 있어서의 1 단 정익이나 2 단 정익에 적용하여 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 가스 터빈의 구성을 설명하는 모식도이다.
가스 터빈 (1) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 압축부 (2) 와, 연소부 (3) 와, 터빈부 (4) 와, 회전축 (5) 이 형성되어 있다.
압축부 (2) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공기를 흡입하여 압축하고, 압축된 공기를 연소부 (3) 에 공급하는 것이다. 압축부 (2) 에는, 회전축 (5) 을 개재하여 터빈부 (4) 로부터 회전 구동력이 전달되어, 회전 구동됨으로써 압축부 (2) 는 공기를 흡입하여 압축한다.
또한, 압축부 (2) 로는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
연소부 (3) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 외부로부터 공급된 연료와 공급된 압축 공기와 혼합하고, 혼합기를 연소시켜 고온 가스를 생성하고, 생성된 고온 가스를 터빈부 (4) 에 공급하는 것이다.
또한, 연소부 (3) 로는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
터빈부 (4) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급된 고온 가스로부터 회전 구동력을 추출하여, 회전축 (5) 을 회전 구동하는 것이다.
터빈부 (4) 에는, 가스 터빈 (1) 의 케이싱 (도시 생략) 에 장착되는 정익(터빈 날개) (10) 과, 회전축 (5) 에 장착되어 회전축 (5) 과 함께 회전하는 동익이 둘레 방향으로 등간격으로 나란히 배치되어 있다.
정익 (10) 과 동익은, 연소부 (3) 측으로부터 고온 가스 흐름의 하류 방향을 향해, 정익 (10), 동익의 순서로 교대로 나란히 배치되어 있다. 1 쌍의 정익 (10) 및 동익의 세트를 단이라고 하고, 연소부 (3) 측으로부터 제 1 단, 제 2 단으로 센다.
회전축 (5) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 터빈부 (4) 로부터 압축부 (2) 에 회전 구동력을 전달하는 것이다. 회전축 (5) 에는 압축부 (2) 및 터빈부 (4) 가 형성되어 있다.
또한, 회전축 (5) 으로는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
여기서, 본 발명의 특징인 제 1 단 및 제 2 단에 형성된 정익 (10), 요컨대 제 1 단 정익 및 제 2 단 정익에 대해 설명한다.
도 2 는, 도 1 의 정익의 개략 구성을 설명하는 사시도이다. 도 3 은, 도 2 의 정익의 개략 구성을 설명하는 단면에서 본 도면이다.
정익 (10) 에는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 익형부 (11) 와, 전부 인서트 (12) 와, 후부 인서트 (13) 가 형성되어 있다.
익형부 (11) 는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 단면이 날개 형상으로 형성됨과 함께, 스팬 방향 (도 2 의 상하 방향) 으로 연장되는 것이다.
익형부 (11) 에는, 전연 (前緣) (LE) 측에 스팬 방향으로 연장되어 형성된 공동인 전부 캐비티 (14) 와, 후연 (TE) 측에 스팬 방향으로 연장되어 형성된 공동인 후부 캐비티 (공급 유로) (15) 와, 전부 캐비티 (14) 와 연통하는 필름 냉각 구멍 (16) 이 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 익형부 (11) 의 내부에는, 스팬 방향으로 연장되는 공동이 형성되고, 당해 공동을 전부 캐비티 (14) 와 후부 캐비티 (15) 로 구분되는 격벽 (17) 이 당해 공동에 형성되어 있다.
전부 캐비티 (14) 및 후부 캐비티 (15) 는, 외부에서 정익 (10) 에 공급된 냉각 유체가 흐르는 공동이며, 전부 캐비티 (14) 및 후부 캐비티 (15) 등과 함께 익형부 (11) 를 냉각시키는 인핀지 냉각에 관련된 구조를 구성하는 것이다.
냉각 유체로는, 압축부 (2) 등으로부터 추기 (抽氣) 된 압축 공기를 예시할 수 있다.
전부 캐비티 (14) 에는, 전부 인서트 (12) 가, 전부 캐비티 (14) 의 내벽과 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 그 한편으로, 후부 캐비티 (15) 에는, 후부 인서트 (13) 가, 후부 캐비티 (15) 의 내벽과 소정 간격을 두고 배치되어 있다.
필름 냉각 구멍 (16) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 전부 캐비티 (14) 와 익형부 (11) 의 외부를 연결하는 관통 구멍으로서, 익형부 (11) 에 있어서의 볼록한 형상으로 돌출된 곡면인 부압면 (SS) 에, 스팬 방향으로 간격을 두고 나란히 형성된 관통 구멍이다.
또한, 필름 냉각 구멍 (16) 은, 전부 캐비티 (14) 로부터 외부를 향해, 전연 (LE) 으로부터 후연 (TE) 측으로 경사지는 비스듬한 구멍으로서 형성되어 있다.
후부 캐비티 (15) 에는, 추가로 후부 캐비티 (15) 로부터 익형부 (11) 의 중심선 (CL) 을 따라 후연 (TE) 을 향해 연장되는 공동으로서, 간헐 핀휜 (19) 과, 핀휜 (20) 이 형성된 영역인 핀휜 유로 (18) 가 형성되어 있다.
핀휜 유로 (18) 는, 후부 캐비티 (15) 에 있어서의 인핀지 냉각에 사용된 후의 냉각 유체가 흐르는 유로로서, 익형부 (11) 에 있어서의 후연 (TE) 근방을 냉각시키는 핀휜 냉각에 관련된 구조를 구성하는 것이다. 핀휜 유로 (18) 는, 후부 캐비티 (15) 로부터 익형부 (11) 의 후연 (TE) 까지 연장되는 유로이며, 후연 (TE) 에 있어서 외부로 개구하는 것이다.
핀휜 유로 (18) 에는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 간헐 핀휜 (19) 과 핀휜 (20) 이 형성되어 있다.
간헐 핀휜 (19) 은, 핀휜 유로 (18) 에 있어서의 후부 캐비티 (15) 측의 영역으로서, 핀휜 유로 (18) 를 구성하는 1 쌍의 내벽으로부터 돌출하여 형성된 복수의 대략 원주상의 부재이다. 간헐 핀휜 (19) 에 있어서의 상기 서술한 내벽으로부터의 돌출량은, 간헐 핀휜 (19) 의 사이에 후부 인서트 (13) 의 단부 (22) 가 삽입되는 간극이 형성될 정도로 설정되어 있다.
핀휜 (20) 은, 핀휜 유로 (18) 에 있어서의 후연 (TE) 측의 영역으로서, 핀휜 유로 (18) 를 구성하는 1 쌍의 내벽을 연결하는 복수의 대략 원주상의 부재이다. 핀휜 (20) 의 형상이나 배치 방법 등은, 공지된 형상 등을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
전부 인서트 (12) 는, 전부 캐비티 (14) 와 함께, 익형부 (11) 의 전연 (LE) 측을 냉각시키는 인핀지 냉각에 관련된 구조를 구성하는 것이다. 전부 인서트 (12) 는, 전부 캐비티 (14) 의 단면 형상과 상사 (相似) 한 단면 형상을 갖는 대략 통형상의 부재이다. 또한 전부 인서트 (12) 에는, 내부를 흐르는 냉각 유체가 전부 캐비티 (14) 의 내벽을 향해 분출하는 복수의 분출 구멍 (21) 이 형성되어 있다.
후부 인서트 (13) 는, 전부 인서트 (12) 와 마찬가지로, 익형부 (11) 의 후연측를 냉각시키는 인핀지 냉각에 관련된 구조를 구성하는 것이다. 후부 인서트 (13) 는, 후부 캐비티 (15) 의 단면 형상과 대략 상사한 단면 형상을 갖는 대략 통형상의 부재이다. 또한 후부 인서트 (13) 에는, 내부를 흐르는 냉각 유체가 후부 캐비티 (15) 의 내벽을 향해 분출하는 복수의 분출 구멍 (21) 이 형성되어 있다.
도 4 는, 도 3 의 핀휜 유로의 근방에 있어서의 구성을 설명하는 모식도이다.
후부 인서트 (13) 에 있어서의 후연 (TE) 측의 단부 (삽입부) (22) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 간헐 핀휜 (19) 의 사이에 형성된 간극에 배치되고, 적어도 일부의 간헐 핀휜 (19) 의 선단과 후부 인서트 (13) 의 단부 (22) 는 접촉하고 있다. 바꾸어 말하면, 후부 인서트 (13) 와 대향하여 배치된 간헐 핀휜 (19) 의 선단과 후부 인서트 (13) 가 접촉하고 있는 것이 바람직하다.
또한 단부 (22) 는, 간헐 핀휜 (19) 의 간극을 매립하도록 배치되기 때문에, 소정의 길이를 갖도록 형성되어 있다.
또한, 단부 (22) 의 길이는 최장으로 핀휜 유로 (18) 의 전체 길이의 절반 정도로 되어 있다.
후부 인서트 (13) 는 1 장의 판 부재를 통형상으로 형성한 것으로, 당해 판 부재의 양 단부가 접촉하는 부분이 단부 (22) 로 되어 있다. 상기 서술한 접촉하는 부분은, 단부 (22) 보다 길고 간헐 핀휜 (19) 의 간극뿐만 아니라, 후부 캐비티 (15) 의 영역으로까지 연장되어 있다. 또한 상기 서술한 접촉하는 부분, 특히, 단부 (22) 의 부분은, 후부 캐비티 (15) 로부터 후연 (TE) 을 향해 동일한 두께로 형성되어 있다.
이와 같이 함으로써, 핀휜 유로 (18) 의 내벽과 단부 (22) 사이를 흐르는 냉각 유체는, 간헐 핀휜 (19) 의 사이를 흐른다. 그 때문에, 간헐 핀휜 (19) 의 선단과 단부 (22) 가 멀어져, 냉각 유체의 일부가 간헐 핀휜 (19) 과 단부 (22) 사이를 흐르는 경우와 비교하여, 핀휜 냉각의 냉각 성능이 높아진다.
또한, 후부 인서트 (13) 의 단부 (22) 는, 후연 (TE) 을 향함에 따라, 그 단면적이 좁아지도록 형성되어 있어도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 바꾸어 말하면, 핀휜 유로 (18) 자체의 단면적이, 후부 인서트 (13) 로부터 후연 (TE) 을 향함에 따라 감소되는 것에 맞추어, 단부 (22) 의 단면적도 감소하도록 형성되어 있어도 된다.
이와 같이 함으로써, 핀휜 유로 (18) 의 후부 캐비티 (15) 측의 영역에 있어서, 냉각 유체가 흐르는 유로 단면적의 변화가 억제된다.
도 5 는, 도 3 의 핀휜 유로의 근방에 있어서의 다른 구성을 설명하는 모식도이다.
또한, 후부 인서트 (13) 에 있어서의 후연 (TE) 측의 단부 (22) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 후부 캐비티 (15) 로부터 간헐 핀휜 (19) 의 사이를 향해, 후부 인서트 (13) 의 판 부재가 서서히 접근하고, 단부 (22) 에 있어서 판 부재가 밀착된 구성이어도 되고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 후부 캐비티 (15) 에 있어서 떨어져 있던 후부 인서트 (13) 의 판 부재가, 간헐 핀휜 (19) 의 사이에 들어가는 상태에서, 매끄럽게 접근하여 간헐 핀휜 (19) 의 간극에 있어서, 바꿔 말하면, 단부 (삽입부) (22A) 에 있어서 당해 판 부재가 밀착된 구성이어도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 후부 인서트 (13) 에 있어서의 분출 구멍 (21) 은, 후부 캐비티 (15) 에 있어서의 간헐 핀휜 (19) 이 형성되어 있지 않은 영역, 바꾸어 말하면, 후부 캐비티 (15) 에 있어서의 단부 (22) 가 아닌 부분에 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 후부 인서트 (13) 에 있어서의 간헐 핀휜 (19) 과 대향하는 단부 (22) 에는, 분출 구멍 (21) 이 형성되어 있지 않다.
다음으로, 상기의 구성으로 이루어지는 정익 (10) 에 있어서의 냉각 유체의 흐름에 대해 설명한다.
정익 (10) 을 냉각시키는 냉각 유체는, 정익 (10) 의 외부에서 전부 캐비티 (14) 및 후부 캐비티 (15) 에 공급된다. 예를 들어, 압축부 (2) 로부터 추기된 압축 공기를 냉각 유체로서 이용하는 경우에는, 추기된 압축 공기는, 정익 (10) 의 허브 (근원) 측으로부터 전부 캐비티 (14) 에 있어서의 전부 인서트 (12) 의 내부, 및, 후부 캐비티 (15) 에 있어서의 후부 인서트 (13) 의 내부에 공급된다.
전부 인서트 (12) 및 후부 인서트 (13) 의 내부에 공급된 냉각 유체는, 스팬 방향으로 흐름과 함께, 분출 구멍 (21) 을 개재하여 전부 캐비티 (14) 및 후부 캐비티 (15) 의 내벽을 향해 분출한다.
분출 구멍 (21) 으로부터 분출된 냉각 유체는, 전부 캐비티 (14) 및 후부 캐비티 (15) 의 내벽과 충돌하여, 당해 충돌한 내벽, 및 그 주위의 익형부 (11) 를 냉각시킨다 (인핀지 냉각).
전부 캐비티 (14) 에 있어서 인핀지 냉각을 실시한 냉각 유체는, 전부 캐비티 (14) 와 전부 인서트 (12) 사이의 공간을 흘러, 필름 냉각 구멍 (16) 에 유입된다. 필름 냉각 구멍 (16) 에 유입된 냉각 유체는, 익형부 (11) 의 부압면 (SS) 으로부터 외부, 요컨대 터빈부 (4) 를 흐르는 고온 가스 중에 유출되고, 부압면 (SS) 에 있어서의 필름 냉각 구멍 (16) 보다 하류측을 막 형상으로 덮는다.
이와 같이, 냉각 유체가 익형부 (11) 를 막 형상으로 덮음으로써, 터빈부 (4) 를 흐르는 고온 가스로부터 익형부 (11) 에 대한 열의 유입을 감소시킬 수 있다 (필름 냉각).
후부 캐비티 (15) 에 있어서 인핀지 냉각을 실시한 냉각 유체는, 후부 캐비티 (15) 와 후부 인서트 (13) 사이의 공간을 흘러, 핀휜 유로 (18) 에 유입된다. 핀휜 유로 (18) 에 유입된 냉각 유체는, 간헐 핀휜 (19) 의 사이를 흐른 후에, 핀휜 (20) 의 사이를 흘러 익형부 (11) 에 있어서의 후연 (TE) 및 그 주위를 냉각시킨다 (핀휜 냉각).
핀휜 냉각을 실시한 후의 냉각 유체는, 핀휜 유로 (18) 에 있어서의 후연 (TE) 측의 개구로부터 외부, 요컨대 터빈부 (4) 를 흐르는 고온 연소 가스 중에 유출된다.
상기의 구성에 의하면, 간헐 핀휜 (19) 의 사이에 형성되는 간극에 단부 (22) 를 배치함으로써, 단부 (22) 를 배치하지 않는 경우와 비교하여, 핀휜 유로 (18) 의 후부 캐비티 (15) 측에 있어서의 냉각 유체가 흐르는 유로 단면적이 감소되어, 후부 캐비티 (15) 측의 영역에 있어서의 냉각 유체의 유속이 빨라진다. 그 때문에, 후부 캐비티 (15) 측의 영역에 있어서의 냉각 능력이 향상되고, 핀휜 유로 (18) 의 냉각 능력 나아가서는 터빈 날개의 냉각 성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 6 은, 도 3 의 정익의 다른 개략 구성을 설명하는 단면에서 본 도면이다. 도 7 은, 도 6 의 후부 인서트에 있어서의 단부의 구성을 설명하는 부분 확대도이다.
또한, 상기 서술한 실시형태와 같이, 후부 인서트 (13) 및 단부 (22) 를 구성하는 판 부재의 단부가, 도 3 에 나타내는 바와 같이 일치하고 있어도 되고, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 판 부재의 단부가 어긋남, 일방의 판 부재만으로 단부 (22B) 가 형성되어 있어도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 후연 (TE) 측으로 연장될 뿐의 판 부재는, 타방의 판 부재로부터 연장된 부분의 판 두께가, 다른 부분의 판 두께보다 두꺼워져 있다. 그리고, 당해 판 두께가 두꺼워져 있는 부분은, 후연 (TE) 측을 향해 두께가 얇아져 있다.
이와 같이 구성함으로써, 핀휜 영역의 입구부에 있어서의 냉각 유체가 흐르는 유로 단면적을 거의 일정하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 추가할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시형태에 있어서는, 본 발명의 터빈 날개를 터빈부 (4) 의 제 1 단, 제 2 단의 정익 (10) 에 적용하여 설명했는데, 정익 (10) 에 한정되지 않고, 동익에 사용해도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
1 : 가스 터빈
10 : 정익 (터빈 날개)
11 : 익형부
15 : 후부 캐비티 (공급 유로)
18 : 핀휜 유로
19 : 간헐 핀휜
20 : 핀휜
22, 22A, 22B : 단부 (삽입부)
CL : 중심선
TE : 후연

Claims (4)

  1. 익형부 (翼形部) 와,
    그 익형부의 내부를 스팬 방향으로 연장하여, 냉각 유체가 흐르는 공급 유로와,
    상기 공급 유로로부터 상기 익형부의 중심선을 따라 상기 익형부의 후연을 향해 연장되고, 상기 후연에 있어서 상기 익형부의 외부로 개구하는 핀휜 유로와,
    그 핀휜 유로의 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의, 상기 핀휜 유로를 구성하는 1 쌍의 대향하는 내벽으로부터 돌출됨과 함께, 사이에 상기 스팬 방향으로 연장되는 간극을 형성하는 복수의 간헐 핀휜과,
    상기 핀휜 유로의 상기 후연측의 영역에 있어서의 상기 1 쌍의 대향하는 내벽을 연결하는 핀휜과,
    상기 간극에 배치되고, 상기 핀휜 유로의 상기 공급 유로측의 영역에 있어서의 상기 냉각 유체의 유로 면적을 줄이는 삽입부가 형성되어 있는 터빈 날개.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삽입부의 단면적이, 상기 공급 유로로부터 상기 후연을 향함에 따라 감소되는 터빈 날개.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 간헐 핀휜의 선단과 상기 삽입부가 접촉하는 터빈 날개.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 터빈 날개가 형성되어 있는 가스 터빈.
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