KR20160089874A - 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽 - Google Patents

가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽 Download PDF

Info

Publication number
KR20160089874A
KR20160089874A KR1020160006283A KR20160006283A KR20160089874A KR 20160089874 A KR20160089874 A KR 20160089874A KR 1020160006283 A KR1020160006283 A KR 1020160006283A KR 20160006283 A KR20160006283 A KR 20160006283A KR 20160089874 A KR20160089874 A KR 20160089874A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wall
rear side
cooling
attached
ribs
Prior art date
Application number
KR1020160006283A
Other languages
English (en)
Inventor
크리스토프 디디온
허베르트 브란들
마가리 코헷
레네 코엔케
Original Assignee
제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 filed Critical 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Publication of KR20160089874A publication Critical patent/KR20160089874A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/24—Heat or noise insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78—Other construction of jet pipes
    • F02K1/82—Jet pipe walls, e.g. liners
    • F02K1/822—Heat insulating structures or liners, cooling arrangements, e.g. post combustion liners; Infrared radiation suppressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/15—Heat shield
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05D2240/81—Cooled platforms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/212—Heat transfer, e.g. cooling by water injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03044—Impingement cooled combustion chamber walls or subassemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03045—Convection cooled combustion chamber walls provided with turbolators or means for creating turbulences to increase cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽(10)이 기술되고, 상기 벽(10)은 후방측(16), 전방측(14) 및 충돌 냉각 구멍들(30)을 포함하는 충돌 시트를 가지며, 상기 벽(10)은 상기 전방측(14)의 고온 유체에 노출되고 상기 벽은 상기 후방측(16)에 부착되고 상기 후방측(16)과 상기 충돌 시트(28) 사이에서 연장되는 핀들(18)의 어레이를 포함하고, 상기 벽(10)은 상기 후방측(16)에 부착된 복수의 리브들(20)로서, 각각의 리브가 상기 후방측(16) 상에서 셀들(22)의 어레이를 형성하기 위하여 2개의 핀들(18) 사이에서 연장되는, 상기 복수의 리브들(20), 및/또는 상기 후방측(16) 상의 칸막이들을 형성하기 위하여 상기 후방측(16)에 부착된 적어도 하나의 칸막이 벽(32)을 추가로 포함한다. 실시예들은 충돌 냉각 구멍들(30) 및 냉각 출구 구멍들(50)을 갖는 충돌 시트(28)를 포함한다. 상술한 벽(10)을 포함하는 가스 터빈과 상기 벽(10)의 사용 방법도 역시 기술된다.

Description

가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽{WALL FOR A HOT GAS CHANNEL IN A GAS TURBINE}
본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로서, 특히 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽들에 관한 것이다.
가스 터빈에서 여러 부품들은 고온에 종속되고 결과적으로 열화되거나 또는 분열되기 쉽다. 이러한 한 세트의 부품들은 내부 고온 가스 표면 또는 벽들이다. 이들 표면들은 수명을 개선하기 위하여 후방측(냉각측)으로부터 냉각될 수 있다. 그러나, 수명은 아직 제한적이고, 일단 고장(예를 들어, 크랙)이 발생되기 시작하면, 그때 상기 부품은 위험이 신속하게 확산되기 쉽기 때문에 바로 교체되어야 한다. 이는 특히 상당량의 냉각 공기가 구멍을 통해서 손실되어서, 냉각 효과를 감소시킬 만큼 임의의 크랙이 큰 경우이다. 예를 들어, 충돌 냉각식 후방측은 기능을 유지하기 위하여 그 면적에서 모든 충돌 구멍들의 총합의 최대 영역의 크랙 또는 개구를 허용한다.
따라서, 더욱 지속적이고 우수한 냉각 고온 가스 표면들을 제공하기 위하여 개선이 이루어질 수 있다는 것이 이해되었다.
본 발명은 참조되어야 할 첨부된 독립 청구항에 기재되어 있다. 본 발명의 유리한 형태들은 종속 청구항에 규정된다.
본 발명의 제 1 형태에 따라, 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽이 제공되고, 상기 벽은 후방측(냉각측), 전방측(고온측) 및 충돌 냉각 구멍들을 포함하는 충돌 시트를 가지며, 상기 벽은 상기 전방측의 고온 유체에 노출되고 상기 벽은 상기 후방측에 부착되고 상기 후방측과 상기 충돌 시트 사이에서 연장되는 핀들의 어레이를 포함하고, 상기 벽은 상기 후방측에 부착된 복수의 리브들로서, 각각의 리브가 상기 후방측 상에서 셀들의 어레이를 형성하기 위하여 2개의 핀들 사이에서 연장되는, 상기 복수의 리브들 및/또는 상기 후방측 상의 칸막이들을 형성하기 위하여 상기 후방측에 부착된 적어도 하나의 칸막이 벽을 추가로 포함한다.
이들 2개의 상이한 선택사항들, 첫째 셀들의 어레이를 형성하는 것과 둘째 칸막이들을 형성하는 것은 모두 다수의 유사한 문제들을 해결하고 다수의 유사한 장점들을 제공한다. 셀들을 제공하는 것은 크랙들을 제한하고 구멍 크기를 제한함으로써 고온 가스 표면에 대한 손상의 충격을 제한한다. 칸막이들은 또한 다시 충격을 국부적으로 유지함으로써 고온 가스 표면에 대한 충격 손상을 제한한다. 그러므로, 이들 선택사항들은 모두 부품 수명을 개선할 수 있다.
부품 수명은 결함 허용도(즉, 얼마나 많은 결함들이 허용될 수 있는가)와 부품들이 계속해서 사용될 수 있는가 또는 교체 또는 수리할 필요성이 있는가에 대한 증가된 용이한 평가로 인하여 개선된다. 허용될 수 있는 결함들의 수는 또한 증가할 수 있다. 고온 가스 표면에서 손상(크랙, 개구, 구멍들)에 대한 허용도는 증가한다. 긴급 수명 주기 동안의 벽 분열은 더욱 잘 제어될 수 있고 국부적이고 완화될 수 있다.
리브 및/또는 칸막이를 제공하는 것은 또한 벽 강도를 개선시킨다. 리브들은 특히 열 전달을 개선할 수 있고 따라서 냉각을 개선할 수 있다. 칸막이들은 특히 바이크랙(bycrack) 또는 구멍들에 의해서 생성된 냉각 파괴를 수용하여서, 냉각 효과는 단지 국부적으로 감소된다. 리브들은 특히 크랙 및/또는 구멍의 성장을 제한할 수 있다.
양호하게는, 각각의 셀들에 대해서, 개별 충돌 냉각 구멍들이 제공된다. 이는 균일한 냉각을 허용할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 벽은 냉각 출구 구멍을 추가로 포함한다. 이는 가열된 냉각 공기를 제거할 수 있다.
또다른 실시예에서, 상기 벽은 상기 벽에 부착되고 상기 벽에 실질적으로 직각인 제 2 벽을 추가로 포함한다. 이는 벽 강도를 개선할 수 있다.
또다른 실시예에서, 각각의 칸막이는 핀들의 어레이와 셀들의 어레이를 수용한다.
또다른 실시예에서, 상기 벽의 후방측, 상기 핀들 및 상기 리브들은 일체로 주조된다. 이는 부품 수명과 안정성을 개선할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태는 상술한 벽을 포함하는 가스 터빈을 포함한다.
본 발명의 제 3 형태는 상술한 고온 가스 채널을 위한 벽의 냉각 방법을 포함하고, 상기 방법은 상기 벽의 후방측 상의 냉각 유체와 충돌하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 벽은 냉각 출구 구멍들을 추가로 포함하고, 상기 방법은 상기 충돌 시트에 있는 상기 냉각 구멍들을 통해서 상기 벽의 후방측 상의 냉각 유체와 충돌하는 단계, 그리고 상기 냉각 출구 구멍들을 통해서 상기 벽으로부터 냉각 유체를 멀리 공급하는 단계를 포함한다. 양호하게는 상기 냉각 유체는 각각의 셀 안으로 충돌된다.
본 발명의 일 실시예는 단지 예를 통해서 그리고 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈을 위한 벽의 평면도를 도시한다.
도 1b 및 도 1c는 B-B 및 C-C 주위의 점선에 의해서 표시된 단면에서 도 1의 확대 부분을 도시한다.
도 2는 도 1의 B-B를 따른 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈을 위한 벽의 평면도이다.
도 3a는 A-A 주위의 점선으로 도시된 단면에서 도 3의 확대 부분들을 도시한다.
도 4는 도 3의 A-A를 따른 단면을 도시한다.
도 5는 도 1의 C-C에 따른 단면을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈을 위한 벽의 평면도를 도시한다.
도 1 및 도 2(도 1의 B-B에 따른 단면)는 가스 터빈을 위한 벽(10)을 도시하고, 상기 벽은 전방측(14) 상의 고온 배기 가스와 같은 고온 유체에 노출된다. 벽의 후방측(16)에는, 핀들(18)의 어레이가 부착된다. 리브들(20)은 핀들 사이에서 연장되고 핀들과 후방벽에 모두 부착된다. 리브들은 벽의 후방측 상의 셀들(22)을 형성한다.
선택적으로, 제 2 벽(24)은 벽의 후방측(16)에 부착되고 상기 후방측에 완전 직각으로 제공될 수 있다. 보강 리브(26)는 구조적 지지를 위해 벽과 제 2 벽에 부착될 수 있다.
도 2는 핀들에 인접하게 추가된 충돌 시트(28)를 추가로 도시한다. 충돌 냉각 구멍들(30)은 충돌 시트(28)에 제공될 수 있다. 충돌 냉각 구멍들은 셀들(22)의 중심부에 직각으로 제공될 수 있어서, 도 2에 도시된 충돌 냉각 구멍들은 실제로 도시된 다른 형태들 뒤에 세팅된다.
도 2에서, 점선들은 명확성을 위해 구성요소들의 경계를 나타내고 반드시 물리적 특징을 도시하는 것은 아니다.
도 3은 추가 칸막이 벽(32)이 제공되는, 도 1과 유사한 실시예를 도시한다. 이들은 복수의 셀들을 각각 포함하는 칸막이들 안으로 벽의 후방면을 분할한다.
도 4는 도 3에 있는 A-A를 따른 단면을 도시한다. 도 4에서, 충돌 시트(28)는 칸막이 벽(32)에 인접하게 제공된다. 대안으로, 충돌 시트는 각각의 칸막이를 위한 개별 충돌 시트와 함께 핀들에 인접하게 제공될 수 있다. 충돌 구멍들(미도시)은 또한 본 명세서에 기술된 충돌 시트에 제공될 수 있다.
도 5는 도 1의 C-C에 따른 단면을 도시한다. 도 1에서, 전방 에지(40)(선단 에지), 후방 에지(42)(후미 에지) 및 측면 에지들(44)이 도시되어서, 냉각 영역의 외부 에지를 형성한다. 하나 이상의 상기 측부들에서, 냉각 출구 구멍들(50)은 도 5에 도시된 것과 같이 배치될 수 있다. 도 5의 냉각 시스템은 또한 도 3의 실시예에서 사용될 수 있다.
도 6은 도 2와 유사한 실시예를 도시하지만, 단지 칸막이들이 제공되지만 셀들에는 제공되지 않는다.
사용중에, 냉각 공기와 같은 냉각 유체가 양호하게는 충돌 시트(28)에 있는 충돌 구멍들(30)을 통해서 제공된다. 냉각 유체는 그 다음 벽(10)의 후방측(16)에 충돌하여, 벽을 냉각시킨다. 냉각 유체는 그 다음 핀들(18) 주위에서 멀리 그리고 [전방 에지, 후방 에지, 측면 에지 및/또는 제 2 벽에 있는] 셀들(22)의 어레이의 에지로 여과되고, 여기서 냉각 출구 구멍들(50)을 통해서 나간다.
가스 터빈 검사 중에, 보스코프(borescope)는 본 발명의 벽의 전방측와 같은 가스 터빈 부품들을 검사하기 위해 사용될 수 있다. 가스 터빈 고온 가스 벽들은 전방측의 검사시에 열화되기 쉽고, 고온 가스 벽에 대한 손상을 예상할 수 있다.
손상, 특히 크랙 또는 구멍들이 나타나는 경우에, 본 발명의 리브들은 손상을 제한하고 크랙 또는 구멍들이 단일 셀의 제한을 넘어서 팽창하는 것을 정지시킬 수 있다. 이는 손상을 수용하고 벽이 계속해서 리브들 없이 벽보다 장시간 동안 수리 또는 교체 없이 사용될 수 있으며, 크랙 또는 구멍들은 벽의 큰 영역을 가로질러 팽창할 수 있다는 것을 의미한다. 남아있는 긴급 수명(손상될 때에도 구성요소가 계속해서 사용될 수 있는 시간 즉, 크랙 또는 구멍 또는 다른 유형의 파손 이후의 시간)은 그에 따라서 증가하고 크랙 확산이 일반적으로 정지되기 때문에 더욱 우수한 결과가 예상된다.
칸막이들이 포함되는 실시예에서, 상기 칸막이는 냉각 공기 분리에 의해서 추가 손상 제어를 가능하게 한다. 냉각 유체 유동 비유효성에 의해서 제공된 냉각을 유지하기 위하여 칸막이에서 셀들 내에 충분한 크랙 또는 구멍들이 나타나는 경우에, 냉각 효과의 손실은 다른 칸막이에서의 냉각이 본질적으로 독립되기 때문에 단지 칸막이에만 제한된다. 이는 손상을 제한하고, 추가 긴급 수명 연장을 허용할 수 있다. 허용 제한은 부분 특정되고, 임의의 실시예에서, 비록 전체 칸막이를 포괄하는 벽에서의 개구가 허용될 수 있다.
벽(10)은 예를 들어 가스 터빈의 전방 스테이지 고정자 열 차폐물 또는 다른 냉각된 고정자 부품 또는 열 차폐물에서 사용될 수 있다. 상기 벽은 상기 벽이 일측(전방측) 상에 고온 유체를 갖는 가스 터빈의 여러 다른 부품들에서 사용될 수 있고 다른 측(후방측)에서 냉각 공기에 의해서 냉각될 수 있다. 임의의 경우에, 셀들 및/또는 칸막이들은 단지 벽의 부분에 걸쳐 연장될 수 있다.
상기 벽은 또한 벽 부품으로서 고려될 수 있고, 이는 상기 벽 부품에 부착된 다양한 돌출부(즉, 핀, 리브 및 선택적으로 칸막이 벽)를 갖는 실질적인 무특징 베이스 구조이다. 상기 핀 및 리브들과 함께 상기 벽 부품은 양호하게는 단일 구성요소로서 일체로 주조된다. 도 2 및 도 4에서, 점선들은 상기 일체 주조된 부품들을 한정하도록 도시된다.
전방측(14)은 내열층(열차단 코팅)으로 코팅될 수 있다.
도 4에서 핀(18)은 칸막이 벽보다 짧은 것으로 도시된다. 임의의 실시예에서, 상기 핀은 칸막이 벽과 동일 높이일 수 있다. 단지 칸막이 벽을 대신하는, 충돌 시트는 그 다음 [예를 들어, 후방측과 충돌 시트 사이의 거리의 최대 10%의 작은 분리 갭을 갖고 또는 갭 없이] 칸막이 벽과 핀들 모두에 인접할 수 있다. 개별 충돌 시트들은 각 칸막이에 대해서 제공될 수 있다.
양호하게는, 상기 리브들(20)은 벽의 후방측과 핀들 모두에 부착되지만, 임의의 실시예에서 상기 핀들은 벽의 후방측에만 부착될 수 있다. 상기 리브의 높이는 전방측과 후방측 사이의 벽 두께 (정도)와 유사할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 리브들의 높이는 후방측과 충돌 시트 사이의 거리의 50% 미만 그리고 양호하게는 30% 미만일 수 있다. 일반적으로, 가변 높이의 리브들도 사용될 수 있지만, 모든 리브들은 동일 높이일 수 있다. 일반적으로, 리브들은 칸막이 벽들과 대조적으로 냉각 유체 유동을 제한하도록 의도된 것이 아니다.
대부분의 셀들(22)은 도 1 및 도 3의 다이아몬드 형상으로서 도시되지만, 직사각형, 삼각형, 육각형 및 불규칙 형상을 포함하는 다양한 여러 형상도 역시 사용될 수 있다. 대부분의 셀들은 양호하게는 동일 형상이지만, 에지(전방 에지, 후방 에지, 칸막이 벽 또는 제 2 벽)에 인접한 셀들은 다른 형상일 수 있다. 이는 에지 주위에 매우 작은 다수의 셀들을 회피할 수 있으며; 작은 셀들은 냉각시키기에 더욱 어려울 수 있다.
셀은 후방측의 한정 영역이고 각각의 셀은 리브들에 의해서 직각으로 둘러싸이며, 리브들은 셀 주위에 연속 벽을 형성한다. 에지들(전방 에지, 후방 에지, 측면 에지 및/또는 제 2 벽)은 또한 셀의 부품을 형성할 수 있다. 이 방식에서, 크랙 확산은 기존의 해결 방법보다 더욱 제어되고 더욱 예측가능한 방식으로 제한되어서, 크랙이 검출될 때 최대 크랙 크기를 예측할 수 있게 한다.
제 2 벽(24)은 구조적 강도를 제공하고 또한 칸막이들을 형성할 수 있다. 제 2 벽에 인접한, 충돌 시트는 벽의 후방측으로부터 멀리 만곡될 수 있어서, 충돌 시트를 (벽에 직각인) 제 2 벽의 측면 방향을 향하여 경사지게 한다. 제 2 벽 인근의 충돌 구멍들은 그 다음 제 2 벽을 향하여 각도형성되고 제 2 벽 조인트에 대한 벽의 냉각을 보조한다. 제 2 벽 인근의 충돌 시트는 본원에서 참고로 전체적으로 합체된 EP2754857호로서 공보된 유럽 특허 출원 13150882.2호에 개시된 것과 같이 배열될 수 있고, 특히 도 1 및 도 4를 참조하는 관련 설명은 본 발명의 상세 설명에 있다. 제 2 벽은 양호하게는 벽의 부품으로서 일체로 주조된다. 보강 리브(26)는 또한 벽 또는 제 2 벽의 부품으로서 양호하게는 일체로 주조된다.
제 2 벽(24)을 갖는 실시예들에서, 제 2 벽의 양 측면의 2개의 영역들은 상이한 압력에서 냉각 공기를 가질 수 있다. 통상적으로, 제 2 벽과 평행한 방향으로, 압력은 상당히 변화되지 않는다.
충돌 시트(28)는 도 2에 도시된 바와 같이 핀들에 인접하거나 또는 대안으로 상대 열 팽창으로 인하여 이동과 같은 상대 이동을 허용하기 위하여 핀들과 충돌 시트 사이에 작은 갭이 있을 수 있다. 충돌 시트와 핀들은 양호하게는 서로에 대해서 자유롭게 이동하고 서로 직접 부착되지 않는다. 핀들은 양호하게는 후방측(16)에서 충돌 시트(28)까지의 거리의 적어도 90%로 연장된다.
충돌 냉각 구멍들(30)은 적어도 대부분의 셀들에 대해서 제공되고, 양호하게는 충돌 구멍은 각각의 셀들에 대해서 제공된다. 충돌 구멍은 양호하게는 각 셀의 중심부에 걸쳐 위치한다.
냉각 유체는 임의의 일측으로 여과되지만, 양호하게는 모든 측부로 여과되는데, 이는 일측으로 여과되는 것보다 더욱 균일한 냉각 효과를 제공하기 때문이다. 냉각 출구 구멍(50)은 전방 에지, 후방 에지, 측면 에지 및/또는 제 2 벽에 배치될 수 있다. 하나 이상의 냉각 출구 구멍들이 포함될 수 있다. 벽의 에지, 칸막이 벽 및/또는 제 2 벽에 인접한 각각의 셀들을 위한 하나의 냉각 출구 구멍이 제공될 수 있다. 냉각 출구 구멍들은 에지들을 대류적으로 냉각시키기 위하여 에지들(전방 에지, 후방 에지, 측면 에지)에 있는 냉각 채널들로 안내될 수 있다. 냉각 공기는 인접 패널들 사이의 갭을 비우기 위하여 예를 들어 도 2에 도시된 것과 같은 2개의 패널들(벽들)이 서로 인접하게 배치될 때 냉각 채널을 통해서 또는 직접 냉각 출구 구멍으로부터 [예를 들어, 냉각 공기 출구 방향으로] 빠져나올 수 있다. 냉각 출구 구멍은 도 5에 있는 단면이 원형으로 도시되지만, 다른 형상일 수 있다.
칸막이 벽들(32)은 적어도 부분적으로 복수의 셀들을 포함하는 칸막이들을 형성한다. 칸막이 벽들은 완전히 또는 대체로 냉각 유체 유동을 정지시키도록 의도되지 않은 리브들과 대조적으로 냉각 유체 유동을 제한한다. 따라서, 칸막이 벽들은 양호하게는 후방측에서 충돌 시트까지 거리의 적어도 80% 또는 90% 만큼 연장된다. 칸막이 벽들은 충돌 시트에 부착되거나 또는 대안으로 서로에 대해서 부착되지 않고 자유롭게 이동한다.
칸막이들은 여러 방식들로 형성될 수 있고; 도 3의 예에서 임의의 칸막이들은 칸막이 벽들에 의해서 2개의 측면들에서, 제 2 벽에 의해서 제 3 측면에서 그리고 전방 에지 또는 후방 에지에 의해서 제 4 측면에서 형성된다. 다른 칸막이들은 제 1 측면 상의 칸막이 벽에 의해서, 제 2 측면 상의 제 2 벽에 의해서, 제 3 측면 상의 전방 에지 또는 후방 에지에 의해서 그리고 제 4 측면 상의 측면 에지에 의해서 형성된다. 칸막이들은 또한 전체적으로 칸막이 벽들에 의해서 형성될 수 있다. 칸막이들의 크기 및 수에 따라서 그리고 하나 이상의 제 2 벽들이 제공되는지에 따라서 여러 다른 조합들이 가능하다.
전방 에지(40), 후방 에지(42) 및 측면 에지들(44)은 제 2 벽(24)과 같이 냉각 영역 또는 냉각 유체 유동을 형성한다. 벽의 기하학적 형상에 따라서, 파이프 벽들과 같은 측벽 형태부는 불필요할 수 있다. 측벽 형태부들은 충돌 시트를 지지할 수 있고 충돌 시트를 벽의 다른 형태부들에 연결하거나 또는 연결하는 것을 보조할 수 있다. 일반적으로, 상기 측벽 형태부들은 임의의 냉각 출구 구멍들을 제외한 상태에서 완벽하거나 또는 대체로 냉각 유동을 제한한다.
막 냉각을 위한 냉각 구멍들(미도시)은 벽을 통과하여 제공될 수 있고; 이들은 후방 측부에서 전방 측부로 연장된다.
하기 청구범위에 의해서 규정된 본 발명의 범주 내에서 당업자에게는 기술된 실시예들에 대한 다양한 수정이 가능하고 이룰 수 있다.
10: 벽
14: 전방측
16: 후방측
18: 핀
20: 리브
22: 셀
24: 제 2 벽
26: 보강 리브
28: 충돌 시트
30: 충돌 냉각 구멍
32: 칸막이 벽
40: 전방 에지
42: 후방 에지
44: 측면 에지
50: 냉각 출구 구멍
52: 냉각 공기 출구 방향

Claims (10)

  1. 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽(10)으로서, 상기 벽(10)은 후방측(16), 전방측(14) 및 충돌 냉각 구멍들(30)을 포함하는 충돌 시트를 가지며, 상기 벽(10)은 상기 전방측(14)의 고온 유체에 노출되고 상기 벽은 상기 후방측(16)에 부착되고 상기 후방측(16)과 상기 충돌 시트(28) 사이에서 연장되는 핀들(18)의 어레이를 포함하고, 상기 벽(10)은
    - 상기 후방측(16)에 부착된 복수의 리브들(20)로서, 각각의 리브가 상기 후방측(16) 상에서 셀들(22)의 어레이를 형성하기 위하여 2개의 핀들(18) 사이에서 연장되는, 상기 복수의 리브들(20), 및/또는
    - 상기 후방측(16) 상의 칸막이들을 형성하기 위하여 상기 후방측(16)에 부착된 적어도 하나의 칸막이 벽(32)을 추가로 포함하는 벽.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 셀들에 대해서, 개별 충돌 냉각 구멍들이 제공되는 벽.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전방 에지(40), 후방 에지(42) 및 측면 에지들(44) 중 하나에 있는 냉각 출구 구멍들(50)을 추가로 포함하고, 상기 전방 에지(40), 상기 후방 에지(42) 및 상기 측면 에지들(44)은 상기 벽(10)의 냉각 영역을 형성하는 벽.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 벽(10)에 부착되고 상기 벽에 실질적으로 직각인 제 2 벽(24)을 추가로 포함하는 벽.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 칸막이는 핀들(18)의 어레이와 셀들(22)의 어레이를 수용하는 벽.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽의 후방측(16), 상기 핀들(18) 및 상기 리브들(20)은 일체로 주조되는 벽.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항의 벽(10)을 포함하는 가스 터빈.
  8. 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽(10)의 냉각 방법으로서, 상기 벽(10)은 후방측(16), 전방측(14) 및 충돌 냉각 구멍들(30)을 포함하는 충돌 시트를 가지며, 상기 벽(10)은 상기 전방측(14)의 고온 유체에 노출되고 상기 벽은 상기 후방측(16)에 부착되고 상기 후방측(16)과 상기 충돌 시트(28) 사이에서 연장되는 핀들(18)의 어레이를 포함하고, 상기 벽(10)은 상기 후방측(16)에 부착된 복수의 리브들(20)로서, 각각의 리브가 상기 후방측(16) 상에서 셀들(22)의 어레이를 형성하기 위하여 2개의 핀들(18) 사이에서 연장되는, 상기 복수의 리브들(20), 및/또는 상기 후방측(16) 상에 칸막이들을 형성하기 위하여 상기 후방측(16)에 부착된 적어도 하나의 칸막이 벽(32)을 추가로 포함하고, 상기 방법은 상기 벽(10)의 후방측 상의 냉각 유체와 충돌하는 단계를 포함하는, 냉각 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 벽(10)은 냉각 출구 구멍들(50)을 추가로 포함하고, 상기 방법은
    - 상기 충돌 시트(28)에 있는 상기 냉각 구멍들(30)을 통해서 상기 벽의 후방측(16) 상의 냉각 유체와 충돌하는 단계, 그리고
    - 상기 냉각 출구 구멍들(50)을 통해서 상기 벽(10)으로부터 멀리 냉각 유체를 공급하는 단계를 포함하는, 냉각 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 각각의 셀(22) 안으로 충돌되는, 냉각 방법.
KR1020160006283A 2015-01-20 2016-01-19 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽 KR20160089874A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15151809.9A EP3048262A1 (en) 2015-01-20 2015-01-20 Wall for a hot gas channel in a gas turbine
EP15151809.9 2015-01-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160089874A true KR20160089874A (ko) 2016-07-28

Family

ID=52347260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160006283A KR20160089874A (ko) 2015-01-20 2016-01-19 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10087778B2 (ko)
EP (1) EP3048262A1 (ko)
JP (1) JP2016138556A (ko)
KR (1) KR20160089874A (ko)
CN (1) CN105804873A (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10662779B2 (en) * 2016-11-17 2020-05-26 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine component with degradation cooling scheme
US20190072276A1 (en) * 2017-09-06 2019-03-07 United Technologies Corporation Float wall combustor panels having heat transfer augmentation
US10550710B2 (en) * 2018-05-31 2020-02-04 General Electric Company Shroud for gas turbine engine
CN109538305A (zh) * 2018-11-23 2019-03-29 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种燃气轮机分割环冷却结构
GB201907545D0 (en) 2019-05-29 2019-07-10 Siemens Ag Heatshield for a gas turbine engine
US11131199B2 (en) * 2019-11-04 2021-09-28 Raytheon Technologies Corporation Impingement cooling with impingement cells on impinged surface
US11255264B2 (en) 2020-02-25 2022-02-22 General Electric Company Frame for a heat engine
US11560843B2 (en) 2020-02-25 2023-01-24 General Electric Company Frame for a heat engine
US11326519B2 (en) 2020-02-25 2022-05-10 General Electric Company Frame for a heat engine
US11643969B2 (en) 2021-04-16 2023-05-09 General Electric Company Split casings and methods of forming and cooling casings

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4407632A (en) * 1981-06-26 1983-10-04 United Technologies Corporation Airfoil pedestaled trailing edge region cooling configuration
US4573865A (en) * 1981-08-31 1986-03-04 General Electric Company Multiple-impingement cooled structure
JPS61187501A (ja) * 1985-02-15 1986-08-21 Hitachi Ltd 流体冷却構造
US5353865A (en) * 1992-03-30 1994-10-11 General Electric Company Enhanced impingement cooled components
US5782294A (en) * 1995-12-18 1998-07-21 United Technologies Corporation Cooled liner apparatus
EP1136651A1 (de) * 2000-03-22 2001-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Kühlsystem für eine Turbinenschaufel
JP4698847B2 (ja) * 2001-01-19 2011-06-08 三菱重工業株式会社 ガスタービン分割環
US6974308B2 (en) * 2001-11-14 2005-12-13 Honeywell International, Inc. High effectiveness cooled turbine vane or blade
US6779597B2 (en) * 2002-01-16 2004-08-24 General Electric Company Multiple impingement cooled structure
US7186084B2 (en) * 2003-11-19 2007-03-06 General Electric Company Hot gas path component with mesh and dimpled cooling
ITMI20041779A1 (it) * 2004-09-17 2004-12-17 Nuovo Pignone Spa Dispositivo di protezione di uno statore di una turbina
US7775053B2 (en) * 2004-09-20 2010-08-17 United Technologies Corporation Heat transfer augmentation in a compact heat exchanger pedestal array
US7306424B2 (en) * 2004-12-29 2007-12-11 United Technologies Corporation Blade outer seal with micro axial flow cooling system
US7581385B2 (en) 2005-11-03 2009-09-01 United Technologies Corporation Metering sheet and iso-grid arrangement for a non axi-symmetric shaped cooling liner within a gas turbine engine exhaust duct
US8137056B2 (en) 2006-03-02 2012-03-20 Ihi Corporation Impingement cooled structure
EP2754857A1 (en) 2013-01-10 2014-07-16 Alstom Technology Ltd Cooling configuration, corresponding stator heat shield, blade, and vane for a gas turbine
CN103075202A (zh) * 2013-01-15 2013-05-01 上海交通大学 涡轮叶片内部带有栅格扰流的冲击冷却结构

Also Published As

Publication number Publication date
EP3048262A1 (en) 2016-07-27
US10087778B2 (en) 2018-10-02
CN105804873A (zh) 2016-07-27
JP2016138556A (ja) 2016-08-04
US20160208649A1 (en) 2016-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160089874A (ko) 가스 터빈에서 고온 가스 채널을 위한 벽
CN101535602B (zh) 涡轮叶片
CN107013252B (zh) 物件和冷却物件的方法
US10550701B2 (en) Blade for a turbo engine
EP1275819B1 (en) Gas turbine stationary blade
US6290462B1 (en) Gas turbine cooled blade
US7780414B1 (en) Turbine blade with multiple metering trailing edge cooling holes
JP2018105306A (ja) 物品、翼形部構成要素、及び物品の形成方法
EP3124745B1 (en) Turbo-engine component with film cooled wall
US20150110612A1 (en) Arrangement for cooling a component in the hot gas path of a gas turbine
US20080101961A1 (en) Turbine airfoil cooling system with spanwise equalizer rib
KR20090127913A (ko) 가스 터빈 엔진의 안내 날개 어셈블리에 대한 안내 날개 덕트 요소
US10323520B2 (en) Platform cooling arrangement in a turbine rotor blade
KR101834714B1 (ko) 필름-냉각식 가스 터빈 구성요소
US11384644B2 (en) Cooling structure for turbine airfoil
US11203937B2 (en) Blade for a turbine blade
US20200018236A1 (en) Cooling structure for turbine airfoil
KR100733383B1 (ko) 터빈 블레이드 플랫폼의 냉각유로 구조
US11028701B2 (en) Structure for cooling turbine blade
EP2538025B1 (en) Hot gas path component and corresponding method of forming a component
JP6038620B2 (ja) ガスタービン冷却翼およびガスタービン冷却翼の補修方法
US9771816B2 (en) Blade cooling circuit feed duct, exhaust duct, and related cooling structure
US10801332B2 (en) Core for casting turbine blade, method of manufacturing the core, and turbine blade manufactured using the core
KR20230027211A (ko) 터빈 블레이드 및 그 가공 방법

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant