KR20170020008A

KR20170020008A - 가스터빈 블레이드

Info

Publication number: KR20170020008A
Application number: KR1020150114631A
Authority: KR
Inventors: 박종훈
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-02-22
Also published as: US11015452B2; EP3133243A1; US20170044905A1; WO2017026875A1; EP3133243B1; KR101839656B1

Abstract

본 발명은 날개부를 냉각하기 위한 필름 냉각유닛의 트렌치부를 필름 냉각홀부의 선단에 형성함에 따라, 다량의 냉각 공기의 유입시에도 날개부를 충분히 냉각하여 냉각 효율을 향상시키고, 트렌치부의 폭을 최소로 형성함에 따라 핫 가스에 의한 블레이드가 손상되는 것을 최소화하여 블레이드의 내구성을 증가시키며, 박막효율 개선에 따라 가스터빈 효율을 향상시킬 수 있는 가스터빈 블레이드에 관한 것이다.

Description

가스터빈 블레이드{Blade for turbine}

본 발명은 가스터빈 블레이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 날개부를 냉각하기 위한 필름 냉각유닛의 트렌치부가 필름 냉각홀부의 선단에 형성됨에 따라, 날개부의 냉각 효율을 향상하고, 블레이드의 내구성을 증가시킬 수 있는 가스터빈 블레이드에 관한 것이다.

일반적으로 발전소 등에서 발전기를 회전시키기 위한 동력원 중의 하나로 가스터빈이 많이 사용되고 있다.

이러한 가스터빈은 압축기, 연소기, 및 터빈을 구비한다.

가스터빈은 축으로 연결되어 터빈에 의해 구동되는 압축기를 구비한다.

공기유입구로부터 유입된 공기가 압축기 내부에서 압축된다.

압축기에서 압축되는 압축공기가 연소시스템으로 유입되는데, 이러한 연소시스템은 1개 또는 다수의 연소기와 연소기 내부에 연료를 분사하는 연료노즐을 구비한다.

연소기에서 연료노즐을 통해 유입되는 연료와 압축공기가 함께 연소되고, 이에 따라 고온의 압축가스가 생성된다.

연소기에서 만들어지는 고온의 압축가스는 터빈으로 유입된다.

일반적으로 가스터빈에는 고안 고압의 가스가 방출될 때의 압력을 이용하여 터빈을 회전시키도록 다수의 가스터빈 블레이드가 결합된다.

터빈으로 유입된 고온의 압축가스가 팽창하면서 터빈의 블레이드를 회전시켜, 블레이드와 연결된 로터를 회전시켜 발전하게 되고, 터빈에서 생성되는 팽창가스는 외부로 방출되거나 열병합 발전시설을 거쳐 외부로 배출되게 된다.

일반적으로 가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱내에 다수가 배열된다.

가스터빈은 연소실에서 압축공기와 연료가 연소 될 때 발생하는 고온 고압의 연소가스를 이용하여 터빈을 회전시킴으로써 발전기의 구동에 필요한 회전력을 발생시킨다.

일반적으로 고온의 연소가스에 의해 구동되는 가스터빈의 블레이드를 냉각하기 위한 막냉각과 같은 다양한 냉각기법들이 개발되고 있다.

종래 가스터빈 블레이드는 막냉각(film cooling)은 블레이드의 표면에 홀을 형성하고, 블레이드의 내부에 유입된 냉각공기로 블레이드 표면에 막을 형성하여 고온의 핫가스로부터 블레이드를 보호하였다.

그러나, 종래 가스터빈 블레이드는 블레이드의 신속한 냉각을 위해 다량으로 유입되는 냉각공기가 상승하면서 홀의 전면을 채우지 못하게 됨에 따라 냉각효과가 감소되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 가스터빈 블레이드는 냉각효과 감소에 의해 블레이드가 손상되어 내구성 및 안정성이 저하되는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 가스터빈 블레이드는 손상된 블레이드의 교체에 따른 비용과 시간이 증가하는 문제점이 있었다.

게다가, 종래 가스터빈 블레이드는 블레이드 냉각의 효율 저하로 인해 가스터빈의 효율이 저감되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-2014-0124799호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 날개부를 냉각하기 위한 필름 냉각유닛의 트렌치부를 필름 냉각홀부의 선단에 형성함에 따라, 다량의 냉각 공기의 유입시에도 날개부를 충분히 냉각하여 냉각 효율을 향상시키고, 트렌치부의 폭을 최소로 형성함에 따라 핫 가스에 의한 블레이드가 손상되는 것을 최소화하여 블레이드의 내구성을 증가시키며, 박막효율 개선에 따라 가스터빈 효율을 향상시킬 수 있는 가스터빈 블레이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 날개부; 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 로터에 결합되는 루트부; 및 상기 날개부를 냉각하기 위해 상기 날개부에 형성되는 필름 냉각유닛;을 포함하되, 필름 냉각유닛은 상기 날개부의 표면을 냉각하기 위해 상기 날개부의 표면에 형성되는 필름 냉각홀부; 및 상기 필름 냉각홀부의 선단에 각각 형성되는 트렌치부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 필름 냉각홀부는 각각 상기 날개부의 표면을 냉각하기 위한 냉각공기가 유입되는 냉각홈부; 상기 냉각공기를 상기 날개부의 표면으로 유동시키기 위해 상기 냉각홈부와 연통되도록 형성되는 유동부; 및 상기 유동부의 선단에서 상기 날개부의 표면 방향으로 단면적이 증가하도록 형성되는 확관부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 트렌치부의 높이는 상기 날개부의 코팅층의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 트렌치부의 폭은 상기 트렌치부의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 트렌치부는 상기 트렌치부의 폭이 상기 확관부와 인접한 상기 트렌치부의 중앙부에서 상기 트렌치부의 양단부 방향으로 상기 트렌치부의 폭이 작아지도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 트렌치부는 상기 트렌치부의 높이와 폭의 비가 1:1~2가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 날개부는 유체가 유입되는 측을 바라보는 리딩엣지; 유체가 배출되는 측을 바라보는 트레일링엣지; 및 상기 리딩엣지와 상기 트레일링엣지 사이를 연결하는 제1 면과 제2 면;을 포함하되, 상기 필름 냉각유닛은 상기 제1 면상에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛은 상기 제1 면상에서 상기 날개부의 반경방향을 따라 소정 간격 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 상기 필름 냉각홀부는 필름 코팅에 의해 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 트렌치부는 마스킹에 의해 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛의 트렌치부의 중앙부는 필렛 가공에 의해 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드의 루트부는 상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되는 플랫폼부; 및 상기 플랫폼부의 반경방향 내측 단부에 형성되어 상기 로터에 결합되는 결합부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 압축기의 다른 실시예에서, 가스터빈 블레이드는 플랫폼부의 표면을 냉각하기 위해 상기 플랫폼부의 일부에 원주방향을 따라 필름 냉각유닛이 더 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 날개부를 냉각하기 위한 필름 냉각유닛의 트렌치부를 필름 냉각홀부의 선단에 형성함에 따라, 다량의 냉각 공기의 유입시에도 날개부를 충분히 냉각하여 냉각 효율을 향상시키고, 트렌치부의 폭을 최소로 형성함에 따라 핫 가스에 의한 블레이드가 손상되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 냉각 효율 증가에 따라 연소기의 출구에서 배출되는 핫 가스 온도를 상승시켜 가스터빈의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 블레이드 손상 방지에 따라 가스터빈의 유지비용 및 보수비용을 저감할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 가스터빈의 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 A부분의 상세도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 A부분의 측단면도를 나타낸다.
도 4는 도2의 B부분의 상세도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 사시도를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 사시도를 나타낸다. 도 2는 도 1의 A부분의 상세도를 나타내고, 도 3은 도 1의 A부분의 측단면도를 나타내며, 도 4는 도2의 B부분의 상세도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 사시도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "축방향"이라 함은 가스터빈의 로터와 같은 회전축의 길이방향을 의미하고, "반경방향"이라 함은 회전축의 중심에서 회전축의 외주면으로 향하는 방향 및 그 역방향을 의미한다. 또한, "원주방향"이란 회전축의 외측 둘레면 방향을 의미한다.

가스터빈의 블레이드는 케이싱에 회전 가능하게 설치되는 로터 또는 로터 휠에 원주방향을 따라 소정 간격 이격되게 설치된다.

로터는 케이싱에 회전가능하게 설치된다. 이러한 케이싱(도면에 미도시)은 상부케이싱과 하부케이싱으로 분리 및 조립가능하게 결합되어 내부에 로터와 버켓 조립체를 수용하고, 외부의 충격요소나 이물질로부터 내부 구성요소를 차단하거나 보호하는 기능을 수행한다. 로터는 회전축 역할을 하고, 로터의 양단부가 베어링에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다.

또한, 가스터빈의 블레이드는 로터 또는 로터 휠에 회전축 방향으로 소정 간격 이격되도록 다단으로 설치된다.

후술하는 루트부(200)의 결합부(220)가 수용되는 수용부(도브테일, dovetail)이 로터의 외주면을 따라 로터의 접선방향으로 균일하게 이격되도록 형성된다. 즉, 수용부는 로터의 반경방향 외측 단부에 로터의 축방향을 따라 일정한 깊이로 형성된다.

도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드가 설치되는 가스터빈은 휠 앤 다이어프램형(wheel & diaphragm type)으로 형성될 수도 있다.

로터 휠은 로터의 외주면으로부터 반경방향 외측으로 돌출되어 있는 디스크 또는 플랜지 형태로 형성될 수 있다.

로터 휠은 원형 혹은 원판 형태로 이루어질 수 있고, 로터 휠의 중심부에 중공홀이 형성되어 로터가 중공홀을 통해 관통결합됨에 따라 로터와 로터 휠이 일체로 회전될 수 있다.

휠 앤 다이어프램형에서 수용부는 로터 휠의 외주면을 따라 로터 휠의 접선방향으로 균일하게 이격되도록 형성된다. 즉, 수용부는 로터 휠의 반경방향 외측 단부에 로터 휠의 축방향을 따라 일정한 깊이로 형성된다.

수용부의 내측면은 후술하는 루트부(200)의 결합부(220)의 외측면과 대응되는 형상을 갖도록 형성되어, 루트부(200)의 결합부(220)와 서로 맞물리도록 체결된다.

일례로, 수용부의 내측면은 전나무(fir tree) 형상의 갖는 곡면의 맞물림부가 가상의 로터의 반경방향 중심선을 기준으로 대칭되게 형성되고, 이와 동일하게 루트부(200)의 결합부(220)의 외측면도 전나무 형상을 갖는 곡면의 맞물림부가 가상의 로터의 반경방향 중심선을 기준으로 대칭되게 형성된다.

즉, 루트부의 결합부의 외측면에 형성된 맞물림부와 수용부의 내측면에 형성된 맞물림부와 대응되도록 블레이드를 수용부에 축방향으로 삽입하게 되면, 결합부를 매개로 블레이드가 로터의 원주방향을 따라 축방향으로 체결된다. 따라서, 블레이드가 로터의 반경방향과 접선방향으로 구속되게 된다.

본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 루트부(200)의 결합방식에 따라 탄젠셜 엔트리형(tangential entry type), 엑시얼 엔트리형(axial entry type), 핀드 핑거형(pinned finger type) 등 다양한 방식이 채용될 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드를 설명한다. 도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드는 날개부(100), 루트부(200), 및 필름 냉각유닛(300)으로 이루어진다.

상술한 바와 같이 복수개의 블레이드가 로터 또는 로터 휠의 외주면을 따라 로터에 장착된다.

날개부(100)는 보일러에서 발생된 증기를 받아 증기의 유체에너지, 즉 열에너지와 속도에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 기능을 수행한다.

날개부(100)는 날개부(100)의 표면을 고온의 핫 가스로부터 보하기 위한 코팅층(170)을 포함한다.

코팅층(170)은 금속재료로 형성되는 날개부의 표면에 결합층(bonding layer)과 결합층의 상부에 형성되는 세라믹층(ceramic layer)으로 형성된다.

도면에 도시되지는 않았지만, 날개부(100)의 내부에는 냉각공기(cooling air)가 공급되는 유로가 형성된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 날개부(100)은 초승달, 에어포일 등의 단면 형상으로 이루어지고, 핫 가스(hot gas)가 날개부(100)을 통과할 때 양력 등을 발생시켜 유체의 속도에너지를 증가시킴으로써 회전력을 증가시킬 수 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 날개부(100)는 제 1면(130), 제2 면(140), 리딩엣지(leading edge, 150), 및 트레일링엣지(trailing edge, 160)를 포함한다. 도 1 및 도 5에서 도면부호 110은 날개부의 반경방향 내측 단부이고, 도면부호 120은 날개부의 반경방향 외측 단부이다.

제1 면(130)은 증기(steam)나 핫 가스(hot gas)와 같은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하거나 볼록한 곡면 형상으로 형성된다.

제2 면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 제1 면(130)과 반대되는 형상을 갖도록 형성된다.

즉, 제1 면(130)이 핫 가스가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성되면, 제2면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 볼록하게 형성된다.

이와 반대로, 제1 면(130)이 핫 가스가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성되면, 제2 면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성된다.

도 1 및 도 5에서는 제1 면(130)이 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 오목하게 형성되고, 제2 면(140)은 유체가 유입되는 로터의 축방향으로 외측면이 볼록하게 형성된 상태로 도시되어 있다.

날개부의 리딩엣지(150)는 유체가 유입되는 측을 바라보도록 형성된다. 즉, 리딩엣지(150)는 제1 면(130)과 제2 면(140)이 접촉하는 전방측 모서리에 형성된다.

날개부의 트레일링엣지(160)는 유체가 배출되는 측을 바라보도록 형성된다. 즉, 트레일링엣지(160)는 제1 면(130)과 제2 면(140)이 접촉하는 후방측 모서리에 형성된다.

루트부(200)는 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성된다. 루트부(200)에 의해 블레이드가 로터에 결합된다.

루트부(200)도 루트부(100)를 고온의 핫 가스로부터 보하기 위한 코팅층을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따르면 가스터빈 블레이드의 루트부(200)는 플랫폼부(platform part, 210) 및 결합부(dovetail, 220)를 포함한다.

플랫폼부(210)는 날개부(100)의 반경방향 내측 단부에 플레이트 구조로 형성된다.

결합부(220)는 플랫폼부(210)의 반경방향 내측 단부(211)에 형성된다.

결합부(220)는 블레이드의 회전시에 원심응력에 잘 견디도록 설계되는 것이 바람직하며, 상술한 바와 같이 암도브테일의 외측면이 잔나무(fir tree) 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

필름 냉각유닛(film cooling unit, 300)이 날개부(100)를 냉각하기 위해 날개부에 형성된다.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 필름 냉각유닛(300)은 날개부(100)를 전체적으로 냉각하기 위해 날개부(100)의 내측 단부(110)에서 외측 단부(120) 방향으로 동일한 수직선상에 위치하도록 복수개로 형성되고, 축방향으로 복수열로 형성될 수 도 있다.

또한, 도 1 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)은 제1 면(130)상에 형성된다.

필요에 따라 필름 냉각유닛(300)은 제1 면(130) 상에서 날개부(100)의 반경방향을 따라 소정 간격 이격되도록 복수개 형성되고, 회전축 방향을 따라 소정 간격 이격되도록 복수열로 형성될 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)은 날개부(100)뿐만 아니라 플랫폼부(210)의 표면을 냉각하기 위해 플랫폼부의 일부에 원주방향을 따라 추가로 형성될 수 있다.

즉, 필름 냉각유닛(300)이 플랫폼부(210)의 반경방향 외측 단부(212)에 원주방향을 따라 소정 간격 이격되도록 복수개가 형성될 수 있다.

이에 따라, 날개부(100)와 플랫폼부(210)를 냉각하여 가스터빈 블레이드가 고온의 핫 가스에 의해 손상되는 것을 방지하여, 가스터빈 블레이드의 수명 증대 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)은 필름 냉각홀부(310)와 트렌치부(trench part, 320)를 포함한다.

필름 냉각홀부(310)가 냉각공기로 날개부의 표면을 냉각하기 위해 날개부의 표면에 형성된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 필름 냉각홀부(310)는 날개부(100)의 표면에 필름 코팅에 의해 형성될 수 있다.

트렌치부(320)가 필름 냉각홀부의 선단에 형성된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 트렌치부(320)는 마스킹(masking)을 통해 형성될 수 있다.

또한, 필요에 따라 트렌치부(320)는 연삭 등과 같은 기계가공을 통해 형성될 수 도 있다.

즉, 트렌치부(320)는 핫 가스가 유입되는 맞은편인 필름 냉각홀부(310)의 선단에 형성된다.

날개부(100)를 냉각하기 위한 필름 냉각유닛(300)의 트렌치부(320)를 필름 냉각홀부(310)의 선단에 형성함에 따라, 다량의 냉각 공기의 유입시에도 날개부(100)를 충분히 냉각하여 냉각 효율을 향상시키고, 트렌치부(320)의 폭(L)이 최소가 되도록 형성함에 따라 핫 가스에 의한 블레이드가 손상되는 것을 최소화할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)의 필름 냉각홀부(310)는 냉각홈부(311), 유동부(312), 및 확관부(313)를 포함한다.

냉각홈부(311)는 날개부(100)의 표면을 냉각하기 위한 냉각공기가 유입된다. 즉, 냉각홈부(311)는 날개부(100)의 내부에 형성된 냉각유로와 연통되도록 형성된다.

유동부(312)는 냉각공기를 날개부(100)의 표면으로 유동시키기 위해 냉각홈부(311)와 연통되도록 형성된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 유동부(312)는 대략 원통 형상으로 소정의 직경과 길이 및 소정의 경사각(α)을 갖도록 형성된다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 냉각홈부(311)와 유동부(312)는 동일한 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 냉각홈부(311)와 유동부(312)의 직경은 블레이드의 폭보다 작게 형성된다. 이에 따라 냉각홈부(311)를 통해 유동부(312)로 유입되는 냉각공기의 유속이 증가하게 된다.

확관부(313)는 유동부(312)의 선단에서 날개부(100)의 표면 방향으로 단면적이 증가하도록 형성된다.

또한, 확관부(313)는 소정의 경사각(θ)을 갖도록 형성된다.

이처럼, 확관부(313)의 단면적이 날개부(100)의 표면 방향으로 증가하도록 형성됨에 따라, 냉각공기가 넓게 퍼지면서 트렌치부(320)를 완전히 덮으면서 공기막을 형성하여 냉각효율을 증가시킬 수 있다.

도 4에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)의 트렌치부(320)는 트렌치부의 높이(H)가 날개부(100)의 코팅층(170)의 두께와 동일하게 형성된다.

이에 따라, 트렌치부(320)를 형성할 때에 마스킹 등을 통해 형성하여, 가스터빈 블레이드의 제조비용과 제조시간을 절감할 수 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)의 트렌치부(320)는 트렌치부의 폭(L)이 트렌치부의 높이와 동일하게 형성된다.

이에 따라, 트렌치부의 폭을 최소가 되게 형성함에 따라 냉각공기가 날개부의 펴면 전체를 완전하게 덮어서 냉각공기막을 형성할 수 있어 냉각효율이 증가된다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 필름 냉각유닛(300)의 트렌치부(320)는 트렌치부의 폭(L)이 확관부(313)와 인접한 트렌치부의 중앙부(321)에서 트렌치부의 양단부(322) 방향으로 트렌치부의 폭(L)이 작아지도록 형성된다.

이처럼, 트렌치부의 폭(L)이 양단부쪽으로 좁아지도록 형성됨에 따라, 확관부(313)를 통해 유출된 냉각공기가 트렌치부(320)의 양단부까지 이동하여 트렌치부(320) 전체를 커버하여 냉각막을 형성함에 따라 트렌치의 폭을 감소시키면서도 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치부(320)는 트렌치부의 높이(H)와 프렌치부의 폭(W)의 비가 1: 1~2가 되도록 형성된다.(H:L=1:1~2)

트렌치부(320)는 트렌치부의 높이(H)와 프렌치부의 폭(W)의 비가 1:1 미만인 경우에는 냉각공기가 유입되지 않아 블레이드를 냉각할 수 없고, 1:2 초과인 경우에는 핫 가스가 유입되어 냉각효율이 급감소되기 때문이다.

따라서, 본 발명에 의한 가스터빈 블레이드는 박막 효율(film effectiveness)를 30%이상 개선함에 따라, 연소기의 출구에서 배출되는 핫 가스 온도를 100도 정도 상승시켜 가스터빈의 전체적인 효율을 증가시키고, 가스터빈 유지보수 비용을 절감하고, 가스터빈 블레이드의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.

100 : 날개부, 110 : 반경방향 내측 단부,
120 : 반경방향 외측 단부, 130 : 제1면,
140 : 제2 면, 150 : 리딩엣지,
160 : 트레일링엣지, 170 : 코팅층,
200 : 루트부,
210 : 플랫폼부, 211 : 반경방향 내측 단부,
212 : 반경방향 외측 단부, 220 : 결합부,
300 : 필름 냉각유닛, 310 : 필름 냉각홀부,
311 : 냉각홈부, 312 : 유동부,
313 : 확관부, 320 : 트렌치부,
321 : 중앙부, 322 : 양단부,
H : 트렌치부의 높이, L : 트렌치부의 폭.

Claims

날개부;
상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되고, 로터에 결합되는 루트부; 및
상기 날개부를 냉각하기 위해 상기 날개부에 형성되는 필름 냉각유닛;을 포함하되,
상기 필름 냉각유닛은,
상기 날개부의 표면을 냉각하기 위해 상기 날개부의 표면에 형성되는 필름 냉각홀부; 및
상기 필름 냉각홀부의 선단에 각각 형성되는 트렌치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 필름 냉각홀부는 각각,
상기 날개부의 표면을 냉각하기 위한 냉각공기가 유입되는 냉각홈부;
상기 냉각공기를 상기 날개부의 표면으로 유동시키기 위해 상기 냉각홈부와 연통되도록 형성되는 유동부; 및
상기 유동부의 선단에서 상기 날개부의 표면 방향으로 단면적이 증가하도록 형성되는 확관부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
제2항에 있어서,
상기 트렌치부의 높이는 상기 날개부의 코팅층의 두께와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제3항에 있어서,
상기 트렌치부의 폭은 상기 트렌치부의 높이와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제4항에 있어서,
상기 트렌치부는 상기 트렌치부의 폭이 상기 확관부와 인접한 상기 트렌치부의 중앙부에서 상기 트렌치부의 양단부 방향으로 상기 트렌치부의 폭이 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제5항에 있어서,
상기 트렌치부는 상기 트렌치부의 높이와 폭의 비가 1:1~2가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제6항에 있어서,
상기 날개부는,
유체가 유입되는 측을 바라보는 리딩엣지;
유체가 배출되는 측을 바라보는 트레일링엣지; 및
상기 리딩엣지와 상기 트레일링엣지 사이를 연결하는 제1 면과 제2 면;을 포함하되,
상기 필름 냉각유닛은 상기 제1 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제7항에 있어서,
상기 필름 냉각유닛은 상기 제1 면상에서 상기 날개부의 반경방향을 따라 소정 간격 이격되도록 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제8항에 있어서,
상기 필름 냉각유닛의 상기 필름 냉각홀부는 필름 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제9항에 있어서,
상기 트렌치부는 마스킹에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제10항에 있어서,
상기 트렌치부의 중앙부는 필렛 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제6항에 있어서,
상기 루트부는,
상기 날개부의 반경방향 내측 단부에 형성되는 플랫폼부; 및
상기 플랫폼부의 반경방향 내측 단부에 형성되어 상기 로터에 결합되는 결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
제12항에 있어서,
상기 플랫폼부의 표면을 냉각하기 위해 상기 플랫폼부의 일부에 원주방향을 따라 필름 냉각유닛이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.