KR20140127323A - 열적으로 큰 응력 구성요소에서 인접면 냉각 통로를 제조하기 위한 방법, 및 상기 통로를 갖는 구성요소 - Google Patents

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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

본 발명은 열적으로 큰 응력 구성요소(14)에서 인접면 냉각 통로(17)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은:
a) 고온 측부 상의 표면(18)을 갖는 구성요소(14)를 냉각될 영역에 제공하는 단계; b) 채널(19)을 상기 표면(18) 안으로 인가하는 단계; c) 냉각 튜브(20)를 상기 채널(19) 안으로 삽입하는 단계; d) 상기 삽입된 냉각 튜브(20)가 충전 재료(21) 안으로 끼워져서, 입구(17i) 및 출구(17o)를 벗어나지 않는 방식으로 상기 냉각 튜브(20)가 삽입된 상기 채널(19)을 내온도성 상기 충전 재료(21)로 충전하는 단계; 그리고 e) 상기 냉각 튜브(20)가 끼워진 상기 채널(19)을 항산화 온도 안정성 덮개층(22)으로 덮는 단계를 포함한다. 상기 방법은 냉각 매체를 절약하거나 또는 열 부하를 감소시키기 위하여 저비용이고 가장 다양한 상황에서 융통성 있는 방식으로 사용될 수 있다.

Description

열적으로 큰 응력 구성요소에서 인접면 냉각 통로를 제조하기 위한 방법, 및 상기 통로를 갖는 구성요소{METHOD FOR PRODUCING A NEAR-SURFACE COOLING PASSAGE IN A THERMALLY HIGHLY STRESSED COMPONENT, AND COMPONENT HAVING SUCH A PASSAGE}
본 발명은 열 기계(thermal machine)의 분야에 관한 것이다. 이는 제 1 항의 서두에 따른 열적으로 큰 응력 구성요소에서 인접면 냉각 통로를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이는 또한 상기 방법에 따라 제조된 구성요소에 관한 것이다.
열 기계에서, 전력 생산을 위하여 적용된 연료를 더욱 효과적으로 사용하기 위하여 가능한 큰 효율은 항상 목표가 되어 왔다. 가스 터빈의 경우에, 목표값은 예를 들어 63%의 효율이고, 이를 위하여 1850K의 영역에서 더욱 높은 연소 온도들이 요구되었다. 이를 달성하기 위하여, 기계의 열적으로 큰 부하의 구성요소들은 복잡한 냉각 장치 및 구성에 의해서 냉각되어야 한다. 복잡성의 증가로 인하여, 이러한 구성요소들의 제조 시의 문제점들은 증가하고 큰 폐품발생율(scrap rate)을 발생시킨다.
가스 터빈의 경우에, 연소 챔버 출구 온도의 불규칙한 프로파일로 인하여, 고온 가스 통로의 벽 요소들 또는 회전자 블레이드 또는 고정자 블레이드와 같이, 차후에 배열된 구성요소들에서 심각한 고온 영역이 발생하여 국부적 과열을 유발해서, 그러한 구성요소들에서 고온 가스 온도보다 높은 약 80 - 130K인 작용 온도는 장래에 고려되어야 한다.
이러한 이유로 인하여, 가스 터빈 및 비교가능한 열 기계의 경우에 열적으로 높은 부하의 구성요소들의 매우 효율적인 국부적 냉각이 요구된다.
그러한 효율적인 국부 냉각이 개발될 수 있는 하나의 가능한 방법은 도 1 및 도 2의 2개의 변형예들로 도시된 인접면 또는 인접벽의 냉각이다. 도 1로부터의 구성요소(10')(예에서 관형임)는 예를 들어 4mm인 두께(t)를 갖는 벽(11)을 가진다. 고온 가스는 외부(블록 화살표)로부터 구성요소(10')와 충돌한다. 주로 공기 또는 증기인 냉각 매체는 구성요소(10')의 내부 공간(12)을 통하여 유동해서 벽(11)으로부터 외부적으로 도입된 열을 적어도 부분적으로 분산시킨다.
도 2에서는 구성요소(10)를 위한 개선된 다른 냉각 구성이 재생된다. 이 경우에, 냉각 유체가 통과하여 유동하고, 예를 들어 1mm의 내경(d1)을 갖는 평행한 냉각 통로(13)는 벽(11)에서 직접 연장되고 단지 벽(11)의 외면으로부터 예를 들어 0.5mm의 거리(d2)에 있다.
도 1의 구성으로부터, 도 2의 구성으로의 변이부는 냉각 매체와 고온 가스 사이의 감소된 거리로 인하여, 40 내지 55%만큼의 냉각 매체 질량 유동의 감소 또는 50 내지 125K만큼의 고온 가스 온도의 증가가 가능하게 한다.
이러한 구성은 다음과 같은 방식으로 삼출 냉각(effusion cooling)을 갖는 구성요소들에서 달성될 수 있다: 기초는 도 3에 따른 구성요소이고, 이 구성요소는 삼출-냉각된 구성요소 벽(14')(예를 들어, 2.0mm 내지 5.3mm의 두께를 갖는)을 가지며, 상기 삼출-냉각된 구성요소 벽의 관통 경사 냉각 구멍들(15)(예를 들어, 0.8mm의 내경을 갖는)은 상기 구성요소 벽(14')의 냉각 측부(CS)로부터 고온 측부(HS)로 연장되고, 냉각 매체(16)는 상기 냉각 구멍들을 통하여 유동하여 열적 부하 표면(18)에서 방출된다.
냉각 구멍(15) 대신에 비교가능한 벽(14)을 갖는 도 4에 따른 구성요소의 경우에 있어서, 냉각 통로(17)는 구성요소 벽(14)에 형성되고 예를 들어 1.0mm의 내경을 가지며 복수의 섹션들(17a,17b,17c)을 포함한다. 제 1 통로 섹션(17a)은 냉각 측부(CS) 상의 입구로부터 구성요소 벽(14)의 내부 안으로 연장된다. 제 2 통로 섹션(17b)은 제 1 통로 섹션(17a)에 인접하고 그리고 [도 2의 냉각 통로(13)의 방식에서] 필수적으로 (예를 들어, 0.6mm의 거리에서) 냉각될 표면(18)으로 평행하게 연장된다. 제 3 통로 섹션(17c)은 제 2 냉각 통로 섹션(17b)에 인접하고 고온 측부(HS) 상의 출구에서 종결된다. 제 1 통로 섹션(17a) 및 제 3 통로 섹션(17c)은 이 경우[도 3의 냉각 구멍(15)과 유사함]에 있어서 표면(18)에 경사지게 배향된다.
인접면 또는 인접벽 냉각과 같은, 도 4에 도시된 유형의 냉각 구성은 종래의 냉각 구성들과 비교되는 상당한 장점을 부여한다.
그러나, 이러한 냉각 구성은 제조 공학기술과 관련된 어려움들에 관한 문제점들을 부여하고, 이는 고비용 및 고폐품 발생율을 유발한다.
중공 코어 기술에서 사출 방법들에 의해서 그러한 냉각 구성을 실현하는 것을 임의로 예상할 수 있다. 이 경우에, 구성요소의 사출 이후에 내부 냉각 통로의 네트워크를 형성하는 코어가 제거된다.
잔여 캐비티들은 통로를 형성한다. 비록 이 방법은 제조 공학기술로서 실용적이지만, 복잡성으로 인하여 고비용이고 고폐품 발생율을 갖는 단점이 있다. 또한, 구성요소는 이 기술에 의해서 재가공되거나 차후에 변경될 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 열 기계, 특히 가스 터빈의 열 부하 구성요소들을 위한 인접면 냉각 통로를 제조하기 위한 방법을 개시하는 것이고, 상기 방법은 다른 구성요소들에 적용될 수 있고 이미 기존의 구성요소들에서 비록 소급력의 관점에서 비교적 저비용과 낮은 폐품 발생율로서 실행될 수 있고, 상당히 개선된 냉각 효과와 비례적으로 증가한 서비스 수명을 갖는 구성요소들을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 대응 구성요소를 개시하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은 제 1 항 및 제 13 항의 전체 형태들에 의해서 달성된다.
열적으로 큰 응력 구성요소에서 인접면 냉각 통로를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은:
a) 고온 측부 상의 표면을 갖는 구성요소를 냉각될 영역에 제공하는 단계;
b) 적어도 하나의 채널을 상기 표면 안으로 인가하는 단계;
c) 냉각 튜브를 상기 채널 안으로 삽입하는 단계;
d) 상기 삽입된 냉각 튜브가 충전 재료 안으로 끼워져서, 입구 및 출구를 벗어나지 않는 방식으로 상기 냉각 튜브가 삽입된 상기 채널을 내온도성 상기 충전 재료로 충전하는 단계; 그리고
e) 상기 냉각 튜브가 끼워진 상기 채널을 항산화 온도 안정성 덮개층으로 덮는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예는 상기 단계(b)에서, 상기 구성요소에 있는 상기 채널은 재료 제거 공정에 의해서 중공형성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 상기 채널은 EDM 전극에 의한 방전 가공(spark erosion)에 의해서 상기 구성요소에서 특히 중공형성될 수 있다.
상기 EDM 전극의 형상은 양호하게는 중공형성될 상기 채널과 대응한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 상기 구성요소가 고온 측부 및 대향 배치된 냉각 측부를 갖는 벽을 구비하는 것과, 상기 채널이 상기 냉각 측부로부터 상기 고온 측부를 향하여 상기 벽을 통과하여 연장되고 상기 냉각 측부 상의 입구와 상기 고온 측부 상의 출구를 구비하는 방식으로 상기 채널이 상기 구성요소 벽 안으로 도입되는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 상기 채널과, 또한 그에 따라 마무리된 상기 냉각 통로가 상기 냉각 측부 상의 입구로부터 상기 구성요소 벽의 내부로 연장되는 제 1 통로 섹션, 상기 제 1 통로 섹션과 인접하고 냉각될 상기 표면과 필수적으로 평행하게 연장되는 제 2 냉각 통로 섹션 및 상기 제 2 냉각 통로 섹션과 인접하고 상기 고온 측부 상의 출구에서 종결되는 제 3 통로 섹션을 포함하면 특히 유리하다.
상기 제 1 통로 및 상기 제 3 통로는 양호하게는 상기 표면과 경사지게 즉 예각으로 배향된다.
이 경우에, 상기 냉각 통로는 약 1mm의 내경을 갖고 상기 제 2 냉각 통로 섹션은 냉각될 상기 표면으로부터 1mm보다 작거나 또는 같은 거리에 있다. 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 상기 채널이 상기 입구 및 상기 출구로부터 이격된 상기 삽입된 냉각 튜브가 상기 표면 밑에 안착되는 깊이로 상기 구성요소 안으로 인가되거나 또는 그러한 깊이로 상기 구성요소 외부로 중공형성된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 상기 냉각 튜브가 삽입된 상기 채널이 충전 재료로서 고온 땜납으로 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 상기 항산화 온도 안정성 덮개층이 레이저 금속 형성 공정(LMF)에 의해서 증착 용접에 의해서 도포되는 것을 특징으로 한다. 이 경우에, 상기 덮개층은 양호하게는 복수의 중첩 덮개층 코팅들의 연속 도포에 의해서 형성된다.
열 분무는 대안 양호한 코팅 공정을 구성한다.
표면에 의해서 제한된 고온 측부와 적어도 하나의 인접면 냉각 통로를 구비하는, 본 발명에 따른 열적으로 큰 응력 구성요소는 상기 냉각 통로가 본 발명에 따른 방법에 의해서 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구성요소의 일 실시예는 상기 구성요소가 고온 측부 및 대향 배치된 냉각 측부를 갖는 벽을 구비하는 것과, 상기 냉각 통로가 상기 냉각 측부로부터 상기 고온 측부로 상기 구성요소 벽을 통과하여 연장되고 상기 냉각 측부 상의 입구와 상기 고온 측부 상의 출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구성요소의 다른 실시예는 상기 냉각 통로가 상기 냉각 측부 상의 입구로부터 상기 구성요소 벽의 내부로 연장되는 제 1 통로 섹션, 상기 제 1 통로 섹션과 인접하고 냉각될 상기 표면과 필수적으로 평행하게 연장되는 제 2 냉각 통로 섹션 및 상기 제 2 냉각 통로 섹션과 인접하고 상기 고온 측부 상의 출구에서 종결되는 제 3 통로 섹션을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 통로 섹션 및 상기 제 3 통로 섹션은 특히 상기 표면과 경사지게 배향되고, 양호하게는 표면 법선과 특히 15°내지 30°의 각도, 특히 양호하게는 약 18°의 각도를 포함한다.
본 발명에 따른 구성요소의 다른 실시예는 상기 냉각 통로가 상기 표면 안으로 인가된 채널에 놓여지고 내온도성 충전 재료, 특히 고온 땜납 안으로 끼워지는 냉각 튜브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 튜브가 약 1mm의 내경과 약 1.5mm의 외경을 구비하고, 상기 제 2 냉각 통로 섹션이 냉각될 상기 표면으로부터 1mm보다 작거나 또는 같은 거리에 있다.
본 발명에 따른 구성요소의 다른 실시예는 상기 냉각 통로가 약 20mm의 길이를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구성요소의 다른 실시예는 복수의 통로들이 상기 구성요소에서 병렬로 그리고/또는 직렬로 그리고 서로로부터 거리를 두고 배열되는 것을 특징으로 한다. 이 경우에, 냉각 매체는 동일 방향 또는 반대 방향으로 복수의 냉각 통로들을 통하여 유동할 수 있다.
상기 구성요소의 냉각 요구조건에 최적으로 적합한 다르게 배향된 또는 치수설정된 냉각 통로들을 갖는 다른 냉각 장치도 역시 예상할 수 있다.
본 발명은 도면과 연계해서 예시적인 실시예에 기초하여 하기에 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 열 부하 벽이 튜브 내에서 유동하는 냉각 매체에 의해서 냉각되는 관형 구성요소의 단면을 도시한다.
도 2는 열 부하 벽이 벽 내부에서 연장되는 냉각 통로에 의해서 표면에 인접하게 냉각되는 관형 구성요소의 단면 및 확대 상세사항을 도시한다.
도 3은 종래 삼출 냉각을 위한 냉각 통로를 갖는 구성요소 벽에 따른 단면을 도시한다.
도 4는 삼출 냉각 이외에 인접면 냉각 통로를 갖는 구성요소 벽을 도시하는 것으로서, 도 3과 비교가능한 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 인접벽 냉각 통로를 갖는 구성요소 벽을 도시하는 것으로서 도 4와 비교가능한 도면이다.
도 6은 평면 Ⅵ-Ⅵ에서 도 5로부터의 냉각 통로에 따른 단면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라서, 플레이트형 구성요소에 있는 인접면 냉각 통로들을 제조하기 위한 여러 단계들을 나타내는 사진이다.
도 9는 본 발명에서 사용될 수 있는 EDM 전극의 예의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, 구성요소에서 중공형성된 채널들 안으로 대응하게 휘어진 튜브들의 삽입을 도시한다.
도 11은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, 증착 용접(LMF)에 의해서 덮개층의 제조 중의 복수의 단계들을 도시하며, 도 6과 비교가능한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 블레이드 날개의 선단 에지 안으로 도입된 냉각 통로들을 갖는 고정자 블레이드 형태의, 본 발명에 따른 구성요소를 위한 예시적인 실시예를 도시한다.
본 발명은 인접면 냉각 구성들에 대해 이미 공지된 제조 방법들에 대한 신규 대안 방법을 개시한다. 기본 재료에서 대응 냉각 통로들을 형성하거나 또는 2개 이상의 부분들의 조합에 의해서 냉각 통로를 형성하려는 시도 대신에, 인접면 또는 인접벽 냉각 통로들을 제조하기 위해 차후에 설명된 해결 방안은 구성요소의 표면 안으로 완전한 통로들을 끼워 넣는 것에 기초한다.
본 방법을 위한 일련의 제조 단계들은 다음 단계들을 포함한다: 제 1 단계에서, 기본 재료는 차후에 표면 안으로 인가되는 튜브를 수용하기 위하여 특히 채널을 중공형성함으로써 적당한 방식으로 준비된다. 이러한 채널의 구성은 직선형이고, 구불구불한 구성(meander configuration)과 같은 다른 구성도 역시 적용 경우에 따라서 특정 방식으로 냉각 효과를 최적화하기 위하여 예상될 수 있다.
채널들은 대체로 고온 가스측 또는 고온 측부로부터 구성요소 안으로 또는 벽 안으로 도입된다(도 7a 참조). 그러나, 또한 이 위치가 사용되는 기계에 대해서 접근가능하다면 다른 측부로부터 채널들을 도입하는 것도 예상할 수 있다. 채널(들)의 도입과 평행하게, 폐쇄 몸체들의 형태, 양호하게는 약 1mm의 내경과 1.5mm 내지 2.5mm의 외경을 갖는 튜브들 형태의 통로 삽입체들이 사전 제작된다. 둥근 단면 형상은 크랙 전개를 최소화하는 것을 보조한다.
튜브들은 그때 냉각될 구성요소 또는 구성요소 벽에 있는 채널 안으로 도입된다(도 7b와 도 10 참조). 튜브들과 같은 폐쇄 형태의 도입은 덮개층의 차후 증착 용접 중에 용융 풀의 안정화를 보장한다.
채널에서 튜브들의 고정을 위하여 그리고 최적의 열 전달을 달성하기 위하여, 튜브들은 충전 재료, 특히 고온 땜납 형태 안으로 끼워지고 표면은 연마에 의해서 매끄럽게 된다(도 7c 참조)
마지막으로, 항산화 덮개층은 레이저 금속 형성(LMF)에 의해서 또는 다른 코팅 공정에 의해서 도포된다(도 7d 및 도 11 참조). 마지막 열적 절연을 위하여, 열적 차단 코팅부(TBC)도 역시 그 상단에 도포될 수 있다.
삽입된 튜브들의 단부들은 관통 유동 냉각 공기를 위한 입구 및 출구를 형성한다. 따라서, 상기 개구들이 고온 땜납으로 끼워지는 동안 폐쇄되거나 또는 제한되지 않는 것이 매우 중요하다.
도 4와 비교가능한 도면에서, 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 인접면 냉각 공기 통로를 갖는 구성요소 벽을 도시한다. 도 6은 평면 VI - VI에 따른 도 5의 냉각 통로의 단면을 도시한다. 복수의 섹션들(17a,17b,17c)을 포함하는 냉각 통로(17)는 도 5의 구성요소 벽(14)을 통과하여 연장되고, 냉각 매체 예를 들어 냉각 공기(16)는 작동 중에 냉각 측부 상의 입구(17i)로부터 고온 측부 상의 출구(17o)로 냉각 통로를 통하여 유동하고 열적 부하 표면(18) 상에서 배출된다.
냉각 통로(17)는 구성요소 벽(14) 안으로 도입되고 고온 땜납으로 구성되는 충전 재료(21) 안으로 끼워지는 채널(19) 안으로 삽입된 특히 냉각 튜브(20)에 의해서 형성된다. 항산화 재료로 구성되는 덮개층(22)은 LMF에 의해서 충전 재료(21)의 (매끄러운) 층의 상단에 도포된다. 장치의 단면은 도 6에서 재생된다. 튜브(20)의 둥근 단면이 기하학적 형태는 크랙 전개에 덜 민감하다.
냉각 통로(17)는 임의의 언더컷을 갖지 않는다. 냉각 튜브(20)의 내경은 예를 들어 1.0mm이고 외경은 1.5mm이다. 중심 통로 섹션(17b)은 표면(18)에 평행하게 연장되고, 통로 섹션들(17a,17c)은 표면 법선에 대해서 약 18°의 비스듬하게 배향된다. 냉각 통로(17)의 길이는 약 20mm이다. 중심 통로 섹션(17b)에서 채널(19)의 깊이는 약 1.6mm이다. 튜브(20)는 적어도 도 5에 도시된 중심 통로 섹션(17b) 및 통로 섹션(17c) 위로 연장된다. 그러나, 또한 냉각 측부 상의 통로 섹션(17a)의 일부 또는 전체 위로 연장될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라서 플레이트 형태 구성요소에서 인접면 냉각 통로를 제조하기 위한 여러 단계들(a) 내지 (e)를 도시하는 사진을 도시한다. 도 7a는 EDM에 의해서 구성요소(23 또는 28) 안으로 도입된 채널들(24 또는 29)을 도시한다. 대응하게 형성된 냉각 튜브들(25 또는 30)은 그때 도 7b에 따른 상기 채널들(24,29) 안으로 도입(삽입)된다. 삽입된 튜브들은 그때 도 7c에 따른 고온 땜납 안으로 끼워지고 충전 채널의 영역에 있는 표면은 매끄럽게 연마된다. 냉각 통로들의 잔여 출구들(26 또는 31)은 명확하게 볼 수 있다. 마지막으로, 적당한 재료로 구성되는 항산화 덮개층(27 또는 32)은 도 7d에 따라 LMF에 의해서 중첩 폭들에 도포된다.
구성요소의 표면 안으로 채널들(도 5, 도 6의 19)을 도입하기 위하여, 차후 통로 섹션들(17a 내지 17c)에 대응하는 복수의 전극 섹션들(33a 내지 33c)을 갖는, 도 9에 따른 EDM 전극(33)을 사용한다. 이러한 전극에 의해서, 채널들은 카운터싱크 부식(countersink erosion)에 의해서 중공형성된다. 구성요소(34)에서 3개의 섹션들을 포함하는 채널들(35)의 구성과 순응하는, 삽입될 냉각 튜브(36)는 또한 도 10에 따른 3개의 섹션들(36a 내지 36c)로 분할된다.
LMF에 의한 덮개층(22)의 도포는 도 11에 따라서, 양호하게는 덮개층 코팅부(1-R 내지3-C)의 중첩 연속 도포에 의해서 실행된다. 제 1 단계(도 11a)에서, 제 1 우측 덮개층 코팅부(1-R)가 도포된다. 제 2 단계(도 11b)에서, 제 1 좌측 덮개층 코팅부(1-L)는 중첩 방식으로 도포된다. 추가 단계(도 11c)에서, 추가 우측 및 좌측 덮개층 코팅부(2-RR 및 2-LL)와 제 3 중심 덮개층 코팅부(3-C)가 그후 도포된다.
본 발명에 따른 구성요소의 예시적인 실시예로서, 도 12는 마지막으로 고정자 블레이드가 하부 플랫폼(39)과 상부 플랫폼(40) 사이에 냉각 플레이드 날개부(38)를 갖는 가스 터빈의 고정자 블레이드(43)를 도시하며, 상기 블레이드 날개부는 후미 에지(41)와 선단 에지(42)를 가진다. 선단 에지(42)에서, 삼출 냉각 구멍들 대신에, 복수의 횡열들에서 서로에 대해서 편향된 병렬 냉각 통로들(44)은 본 발명에 따라 배열된다. 냉각 매체의 유동 방향에 대해서, 이 경우 인접 횡열들의 냉각 통로들(44), 또한 횡열 자체는 특정 개별 경우의 요구조건에 따라 다르게 배향될 수 있다. 이 결과로서, 블레이드를 통하여 흐르는 냉각 매체의 일부는 항상 일정하게 잔류하는 냉각 매체에 의해서 절약될 수 있다.
전체적으로, 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써, 임의의 형상의 인접면 또는 인접벽 냉각 통로는 냉각 효과를 개선하고 냉각 매체를 절약하기 위하여 임의의 관습적인 대류 냉각 고온 가스 표면 상에 배열될 수 있다. 필요하다면, 큰 표면들이 또한 그러한 냉각 통로들과 함께 설비될 수 있다. 구성요소가 재조정되어야 하거나 또는 기존의 구성요소가 개선되거나 또는 교체되어야 한다면, 상술한 기술이 또한 적용될 수 있다.
본 발명의 다수의 장점들을 가진다:
● 인접벽 냉각 시스템은 고온 영역들에 국부적으로 사용될 수 있다;
● 이는 고온 외측부로부터 도입될 수 있다;
● 이미 설치된 구성요소는 재가공(재작업)될 수 있다;
● 제조 방법은 사용된 구성요소들의 재조정을 가능하게 한다;
● 큰 냉각 효과는 냉각 매체의 소비를 감소시킨다;
● 임의의 조건들 하에서, 기계에서의 고온 가스 온도는 증가할 수 있다;
● 본 방법은 이중벽 주조에 대한 양호한 대안 방법이다; 그리고
● 도입된 냉각 통로의 형상은 크랙 전개의 위험성을 최소화한다.
10, 10'. 구성요소(예를 들어, 튜브)
11. 벽
12. 내부 공간
13 냉각 통로(인접면)
14, 14'. 구성요소
15. 냉각 구멍
16. 냉각 매체, 예를 들어 공기
17. 냉각 통로(인접면)
17a-c. 냉각 섹션
17i. 입구
17o. 출구
18. 표면
19. 채널
20. 냉각 튜브
21. 충전 재료(예를 들어, 고온 땜납)
22. 덮개층(예를 들어 용접 증착물)
23, 28, 34. 구성요소
24, 29, 35. 채널
25, 30, 36. 냉각 튜브
26, 31. 출구
27, 32. 덮개층
33. EDM 전극
33a-c. 전극 섹션
36a-c. 튜브 섹션
37. LMF 디바이스
38. 블레이드 날개부
39, 40. 플랫폼
41. 후미 에지
42. 선단 에지
43. 고정자 블레이드(예를 들어, 가스 터빈)
44. 냉각 통로
d1. 내경
d2. 거리
HS. 고온 측부
CS. 냉각 측부
t. 벽 두께
1-R, 1-L. 덮개층 코팅부
2-RR, 2-LL. 덮개층 코팅부
3-C. 덮개층 코팅부

Claims (20)

  1. 열적으로 큰 응력 구성요소(14,23,28,34)에서 인접면 냉각 통로(17,44)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    a) 고온 측부(HS) 상의 표면(18)을 갖는 구성요소(14,23,28,34)를 냉각될 영역에 제공하는 단계;
    b) 채널(19,24,29,35)을 상기 표면(18) 안으로 인가하는 단계;
    c) 냉각 튜브(20,25,30,36)를 상기 채널(19,24,29,35) 안으로 삽입하는 단계;
    d) 상기 삽입된 냉각 튜브(20,25,30,36)가 충전 재료(21) 안으로 끼워져서, 입구(17i) 및 출구(17o,26,31)를 벗어나지 않는 방식으로 상기 냉각 튜브(20,25,30,36)가 삽입된 상기 채널(19,24,29,35)을 내온도성 상기 충전 재료(21)로 충전하는 단계; 그리고
    e) 상기 냉각 튜브(20,25,30,36)가 끼워진 상기 채널(19,24,29,35)을 항산화 온도 안정성 덮개층(22,27,32)으로 덮는 단계를 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 구성요소(14,23,28,34)에 있는 상기 채널(19,24,29,35)은 재료 제거 공정에 의해서 중공형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널(19,24,29,35)은 EDM 전극(33)에 의한 방전 가공(spark erosion)에 의해서 상기 구성요소(14,23,28,34)에서 중공형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 EDM 전극(33)의 형상은 중공형성될 상기 채널(19,24,29,35)과 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구성요소(14,23,28,34)는 고온 측부(HS) 및 대향 배치된 냉각 측부(CS)를 갖는 벽(14)을 구비하는 것과, 상기 채널(19,24,29,35)은 상기 냉각 측부(CS)로부터 상기 고온 측부(HS)로 상기 벽(14)을 통과하여 연장되고 상기 냉각 측부(CS) 상의 입구(17i)와 상기 고온 측부(HS) 상의 출구(17o)를 구비하는 방식으로 상기 구성요소 벽(14) 안으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널(19,24,29,35)과, 또한 그에 따라 마무리된 상기 냉각 통로(17,44)는 상기 냉각 측부(CS) 상의 입구(17i)로부터 상기 구성요소 벽(14)의 내부로 연장되는 제 1 통로 섹션(17a), 상기 제 1 통로 섹션(17a)과 인접하고 냉각될 상기 표면(18)과 필수적으로 평행하게 연장되는 제 2 냉각 통로 섹션(17b) 및 상기 제 2 냉각 통로 섹션(17b)과 인접하고 상기 고온 측부(HS) 상의 출구(17o)에서 종결되는 제 3 통로 섹션(17c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 통로 섹션(17a) 및 상기 제 3 통로 섹션(17c)은 상기 표면(18)과 경사지게 즉 예각으로 배향되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 통로(17,44)는 약 1mm의 내경을 갖고 상기 제 2 냉각 통로 섹션(17b)은 냉각될 상기 표면(18)으로부터 1mm보다 작거나 또는 같은 거리(d2)에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널(19,24,29,35)은 상기 입구(17i) 및 상기 출구(17o)로부터 이격된 상기 삽입된 냉각 튜브(20,25,30,36)가 상기 표면(18) 밑에 안착되는 깊이로 상기 구성요소(14,23,28,34) 안으로 인가되거나 또는 그러한 깊이로 상기 구성요소(14,23,28,34) 외부로 중공형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 튜브(20,25,30,36)가 삽입된 상기 채널(19,24,29,35)은 충전 재료(21)로서 고온 땜납으로 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 항산화 온도 안정성 덮개층(22)은 레이저 금속 형성 공정(LMF)에 의해서 증착 용접에 의해서 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 덮개층(22)은 복수의 중첩 덮개층 코팅들(1-R,1-L,2-RR,2-LL,3-C)의 연속 도포에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 표면(18)에 의해서 제한된 고온 측부와 적어도 하나의 인접면 냉각 통로(17,44)를 갖는 열적으로 큰 응력 구성요소(14,23,28,34)에 있어서,
    상기 냉각 통로(17,44)는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라서 제조되는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 구성요소(14,23,28,34)는 고온 측부(HS) 및 대향 배치된 냉각 측부(CS)를 갖는 벽(14)을 구비하는 것과, 상기 냉각 통로(17,44)는 상기 냉각 측부(CS)로부터 상기 고온 측부(HS)로 상기 구성요소 벽(14)을 통과하여 연장되고 상기 냉각 측부(CS) 상의 입구(17i)와 상기 고온 측부(HS) 상의 출구(17o)를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 냉각 통로(17,44)는 상기 냉각 측부(CS) 상의 입구(17i)로부터 상기 구성요소 벽(14)의 내부로 연장되는 제 1 통로 섹션(17a), 상기 제 1 통로 섹션(17a)과 인접하고 냉각될 상기 표면(18)과 필수적으로 평행하게 연장되는 제 2 통로 섹션(17b) 및 상기 제 2 통로 섹션(17b)과 인접하고 상기 고온 측부(HS) 상의 출구(17o)에서 종결되는 제 3 통로 섹션(17c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 통로 섹션(17a) 및 상기 제 3 통로 섹션(17c)은 상기 표면(18)과 경사지게 즉 예각으로 배향되고, 특히 표면 벗선과 15°내지 30°의 각도, 양호하게는 약 18°의 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  17. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 통로(17,44)는 상기 표면(18) 안으로 인가된 채널(19,24,29,35)에 놓여지고 내온도성 충전 재료(21), 특히 고온 땜납 안으로 끼워지는 냉각 튜브(20,25,30,36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 냉각 튜브는 약 1mm의 내경과 약 1.5mm의 외경을 구비하는 것과, 상기 제 2 통로 섹션(17b)은 냉각될 상기 표면(18)으로부터 1mm보다 작거나 또는 같은 거리(d2)에 있는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 통로(17,44)는 약 20mm의 길이를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 통로들(44)이 상기 구성요소(43)에 병렬로 그리고/또는 직렬로 그리고 서로로부터 거리를 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 구성요소.
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