KR20170132675A - 가스 터빈 시스템 로터 블레이드를 위한 냉각 통로 - Google Patents

가스 터빈 시스템 로터 블레이드를 위한 냉각 통로 Download PDF

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멜보우른 제임스 메이어스
슈장 제임스 장
스튜아르트 사무엘 콜린스
카밀로 안드레스 삼파요
조셉 블록
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Abstract

본 개시는, 가스 터빈 시스템(10)을 위한 로터 블레이드(100)에 관한 것이다. 로터 블레이드(100)는, 반경 방향 내측 표면(104) 및 반경 방향 외측 표면(106)을 구비하는, 플랫폼(102)을 포함한다. 섕크 부분(116)이, 플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터 반경 방향 내향으로 연장된다. 섕크 부분(116) 및 플랫폼(102)은, 집합적으로 섕크 포켓(120)을 한정한다. 에어 포일(126)이, 플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 외향으로 연장된다. 섕크 부분(116), 플랫폼(102), 및 에어 포일(126)은 집합적으로, 섕크 부분(116) 또는 플랫폼(102)에 의해 한정되며 그리고 플랫폼(102)을 통해 섕크 포켓(120)에 직접적으로 연결되는 냉각 통로 입구(150)로부터, 에어 포일(126)에 의해 한정되는 냉각 통로 출구(152)까지 연장되는, 냉각 통로(148)를 한정한다.

Description

가스 터빈 시스템 로터 블레이드를 위한 냉각 통로{COOLING PASSAGE FOR GAS TURBINE SYSTEM ROTOR BLADE}
본 개시는 개괄적으로 가스 터빈 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시는, 가스 터빈 시스템을 위한 로터 블레이드에 관한 것이다.
가스 터빈 시스템은 일반적으로, 압축기 섹션, 연소 섹션, 터빈 섹션, 및 배기 섹션을 포함한다. 압축기 섹션은, 가스 터빈 시스템에 진입하는 작동 유체의 압력을 점진적으로 증가시키며 그리고 이러한 압축된 작동 유체를 연소 섹션에 공급한다. 압축된 작동 유체와 연료(예를 들어, 천연 가스)가, 연소 섹션 내부에서 혼합되며, 그리고 고압 및 고온 연소 가스를 생성하기 위해 연소 챔버 내에서 연소된다. 연소 가스는, 연소 섹션으로부터, 연소 가스가 일을 생성하기 위해 팽창하는, 터빈 섹션 내로 유동한다. 예를 들어, 터빈 섹션에서의 연소 가스의 팽창은, 예를 들어 전기를 생성하기 위한 발전기에 연결되는, 로터 샤프트를 회전시킬 수 있을 것이다. 연소 가스는 이어서, 배기 섹션을 경유하여, 가스 터빈을 나간다.
터빈 섹션은, 자체를 통해 유동하는 연소 가스로부터 운동 에너지 및/또는 열 에너지를 추출하는, 복수의 로터 블레이드를 포함한다. 이러한 로터 블레이드들은 일반적으로, 극히 높은 온도 환경에서 작동한다. 적절한 수명을 달성하기 위해, 로터 블레이드들은 전형적으로, 내부 냉각 회로를 포함한다. 가스 터빈의 작동 도중에, 압축된 공기와 같은 냉각 매체가, 로터 블레이드를 냉각하기 위해 내부 냉각 회로를 통해 보내진다.
일부 구성에서, 냉각 매체는, 로터 블레이드의 트레일링 에지를 통해 연장되는 복수의 트레일링 에지 통로를 통해 유동한다. 복수의 트레일링 에지 통로를 통해 유동하는 냉각 매체는, 트레일링 에지 근처의 에어 포일의 부분들로부터 열을 흡수하며, 그로 인해 트레일링 에지를 냉각하도록 한다. 그럼에도 불구하고, 통상적인 트레일링 에지 통로 채비들은, 복수의 트레일링 에지 냉각 구멍으로부터 반경 방향 내향으로 배치되는, 에어 포일 트레일링 에지의 부분들을 냉각하지 못할 수 있을 것이다.
본 기술의 양태들 및 이점들이, 뒤따르는 설명에서 부분적으로 기술될 것이고, 또는 설명으로부터 명백해질 수 있으며, 또는 본 기술의 실행을 통해 습득될 수 있을 것이다.
일 양태에서, 본 개시는, 가스 터빈 시스템을 위한 로터 블레이드에 관한 것이다. 로터 블레이드는, 반경 방향 내측 표면 및 반경 방향 외측 표면을 구비하는, 플랫폼을 포함한다. 섕크 부분(shank portion)이, 플랫폼의 반경 방향 내측 표면으로부터 반경 방향 내향으로 연장된다. 섕크 부분 및 플랫폼은, 집합적으로 섕크 포켓(shank pocket)을 한정한다. 에어 포일이, 플랫폼의 반경 방향 외측 표면으로부터 반경 방향 외향으로 연장된다. 섕크 부분, 플랫폼, 및 에어 포일은 집합적으로, 섕크 부분 또는 플랫폼에 의해 한정되며 그리고 플랫폼을 통해 섕크 포켓에 직접적으로 연결되는 냉각 통로 입구로부터, 에어 포일에 의해 한정되는 냉각 통로 출구까지 연장되는, 냉각 통로를 한정한다.
본 개시의 다른 양태가, 압축기 섹션, 연소 섹션, 및 터빈 섹션을 구비하는, 가스 터빈 시스템에 관련된다. 터빈 섹션은 하나 이상의 로터 블레이드를 포함한다. 각 로터 블레이드는, 반경 방향 내측 표면 및 반경 방향 외측 표면을 구비하는, 플랫폼을 포함한다. 섕크 부분이, 플랫폼의 반경 방향 내측 표면으로부터 반경 방향 내향으로 연장된다. 섕크 부분 및 플랫폼은, 집합적으로 섕크 포켓을 한정한다. 에어 포일이, 플랫폼의 반경 방향 외측 표면으로부터 반경 방향 외향으로 연장된다. 섕크 부분, 플랫폼, 및 에어 포일은 집합적으로, 섕크 부분에 의해 한정되며 그리고 플랫폼을 통해 섕크 포켓에 직접적으로 연결되는 냉각 통로 입구로부터, 에어 포일에 의해 한정되는 냉각 통로 출구까지 연장되는, 냉각 통로를 한정한다.
본 기술의 이런 저런 특징적 구성들, 양태들 및 이점들이, 뒤따르는 설명 및 첨부 청구항들을 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 통합되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부되는 도면들은, 본 기술의 실시예들을 도시하며, 그리고, 상세한 설명과 함께, 본 기술의 원리를 표현하는 역할을 한다.
당업자에 해당되는, 자체의 최상의 모드를 포함하는 본 기술에 대한 완전하고 실시 가능한 개시가, 첨부 도면들에 대해 참조하는, 명세서에 기술된다:
도 1은, 여기에 개시되는 실시예들에 따른, 예시적인 가스 터빈의 개략도이고;
도 2는, 여기에 개시되는 실시예들에 따른, 도 1에 도시된 가스 터빈 내에 통합될 수 있는 예시적인 로터 블레이드의 사시도이며;
도 3은, 자체의 다양한 특징적 구성을 추가로 도시하는, 도 2에 도시된 예시적인 로터 블레이드의 평면도이고;
도 4는, 복수의 냉각 통로를 도시하는, 도 2 및 도 3에 도시된 로터 블레이드의 일부분에 대한 확대된 측면도이며;
도 5는, 복수의 냉각 통로 중의 하나를 추가로 도시하는, 도 2 및 도 3에 도시된 로터 블레이드의 일부분에 대한 확대된 사시도이며; 그리고
도 6은, 도 4에 도시된 복수의 냉각 통로에 대응하는 복수의 출구를 도시하는, 도 2 및 도 3에 도시된 로터 블레이드의 일부분에 대한 대안적인 사시도이다.
본 명세서 및 도면들에서의 참조 부호들의 반복적 사용은, 본 기술의 동일한 또는 유사한 특징적 구성들 또는 요소들을 나타내도록 의도된다.
지금부터, 그의 하나 이상의 예들이 첨부 도면에 도시되는, 본 기술의 실시예들을 제시하게 위해, 상세하게 참조될 것이다. 상세한 설명은, 도면 내의 특징적 구성들을 지시하기 위해 숫자 및 문자 부호들을 사용한다. 도면들 및 설명에서의 동일한 또는 유사한 부호들이, 본 기술의 동일한 또는 유사한 부분들을 지시하기 위해 사용되었다. 여기에서 사용되는 바와 같은, 용어들 "제1", "제2", 및 "제3"은, 하나의 구성요소를 다른 것과 구별하기 위해 교환 가능하게 사용되며 그리고 개별적인 구성요소들의 위치 또는 중요성을 의미하는 것으로 의도되지 않는다. 용어들 "상류" 및 "하류"는, 유동 경로 내에서 유체 유동에 대한 상대적인 방향을 지시한다. 예를 들어, "상류"는, 그로부터 유체가 유동하는 방향을 지시하며, 그리고 "하류"는, 그를 향해 유체가 유동하는 방향을 지시한다.
각각의 예는, 본 기술의 제한이 아닌, 본 기술의 설명으로서 제공된다. 사실, 수정들 및 변형들이 본 기술의 범위 또는 사상으로부터 벗어남 없이 본 기술 내에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징적 구성들은, 또 다른 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예에서 사용될 수 있을 것이다. 따라서, 본 기술은 첨부 청구항들 및 그들의 균등물의 범위 이내에 속하는 것으로서 그러한 수정들 및 변형들을 커버하는 것으로 의도된다. 비록 산업용 또는 육상-기반 가스 터빈이 여기에서 도시되고 설명되지만, 여기에서 도시되고 설명되는 바와 같은 본 기술은, 달리 청구항들에서 구체화되지 않는 한, 육상-기반 및/또는 산업용 가스 터빈에 국한되지 않는다. 예를 들어, 여기에서 설명되는 바와 같은 본 기술은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 항공용 가스 터빈들(예를 들어, 터보 팬들, 등), 증기 터빈들, 및 선박용 가스 터빈들을 포함하는, 임의의 유형의 터빈에서 사용될 수 있다.
지금부터, 동일한 참조 부호들이 도면들 전체에 걸쳐 동일한 요소들을 지시하는, 도면들을 참조하면, 도 1은, 가스 터빈 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 본 개시의 터빈 시스템(10)은 가스 터빈 시스템(10)일 필요는 없으며, 대신 증기 터빈 시스템 또는 다른 적당한 시스템과 같은, 임의의 적당한 터빈 시스템일 수 있을 것이다. 가스 터빈 시스템(10)은, 유입 섹션(12), 압축기 섹션(14), 연소 섹션(16), 터빈 섹션(18), 및 배기 섹션(20)을 포함할 수 있을 것이다. 압축기 섹션(14) 및 터빈 섹션(18)은, 샤프트(22)에 의해 연결될 수 있을 것이다. 샤프트(22)는, 단일 샤프트 또는, 샤프트(22)를 형성하기 위해 함께 연결되는 복수의 샤프트 세그먼트일 수 있을 것이다.
터빈 섹션(18)은 일반적으로, 복수의 로터 디스크(26)(그 중 하나가 도시됨)를 구비하는 로터 샤프트(24) 및, 로터 디스크(26)로부터 반경 방향 외향으로 연장되며 그리고 로터 디스크(26)에 상호 연결되는 복수의 로터 블레이드(28)를 포함할 수 있을 것이다. 각각의 로터 디스크(26)는 결과적으로, 터빈 섹션(18)을 통해 연장되는 로터 샤프트(24)의 일부분에 결합될 수 있을 것이다. 터빈 섹션(18)은, 로터 샤프트(24) 및 로터 블레이드들(28)을 원주 방향으로 둘러싸는, 그로 인해 적어도 부분적으로 터빈 섹션(18)을 통한 고온 가스 경로를 한정하는, 외부 케이스(30)를 더 포함한다.
작동 도중에, 공기와 같은 작동 유체는, 유입 섹션(12)을 통해 그리고, 공기가 연소 섹션(16) 내의 연소기들(미도시)에 가압 공기를 제공하기 위해 점진적으로 압축되는 곳인, 압축기 섹션(14) 내로 유동한다. 가압 공기는 연료와 혼합되며 그리고 연소 가스(34)를 생성하기 위해 각 연소기 내부에서 연소된다. 연소 가스(34)는, 고온 가스 경로(32)를 통해 연소 섹션(16)으로부터 터빈 섹션(18) 내로 유동하고, 여기서 (운동 및/또는 열) 에너지가 연소 가스(34)로부터 로터 블레이드들(28)로 전달되며, 그에 따라 로터 샤프트(24)가 회전하도록 야기한다. 기계적 회전 에너지는 이후, 압축기 섹션(14)에 동력을 제공하기 위해 및/또는 전력을 생성하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 터빈 섹션(18)에서 빠져 나오는 연소 가스(34)는 이후에, 배기 섹션(20)을 경유하여 가스 터빈 시스템(10)으로부터 배기될 수 있을 것이다.
도 2 및 도 3은, 여기에 개시되는 하나 이상의 실시예를 통합할 수 있는 그리고 도 1에 도시된 바와 같은 로터 블레이드(28) 대신에 가스 터빈 시스템(10)의 터빈 섹션(18) 내로 통합될 수 있는, 예시적인 로터 블레이드(100)에 대한 도면들이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는, 축 방향(A), 반경 방향(R), 및 원주 방향(C)을 정의한다. 반경 방향(R)은 일반적으로 축 방향(A)에 수직으로 연장되며, 그리고 원주 방향(C)은 일반적으로 축 방향(A)을 중심으로 동심으로 연장된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는, 일반적으로 터빈 섹션(18)(도 1)의 고온 가스 경로(32)를 통해 유동하는 연소 가스(34)에 대한 반경 방향 내측 유동 경계로서 역할을 하는, 플랫폼(102)을 포함한다. 더욱 구체적으로, 플랫폼(102)은, 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향으로 이격되는, 반경 방향 내측 표면(104)을 포함한다. 플랫폼(102)은 또한, 트레일링 에지 면(110)으로부터 축 방향으로 이격되는, 리딩 에지 면(108)을 포함한다. 리딩 에지 면(108)은 연소 가스(34)의 유동 내로 배치되며, 그리고 트레일링 에지 면(110)은 리딩 에지 면(108)으로부터 하류에 배치된다. 더불어, 플랫폼(102)은, 흡입 측 절단 면(114)으로부터 둘레 방향으로 이격되는, 압력 측 절단 면(112)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는, 플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터 반경 방향 내향으로 연장되는, 섕크 부분(116)을 포함한다. 하나 이상의 보조 날개(angel wing)(118)가, 섕크 부분(116)으로부터 축 방향 외향으로 연장될 수 있을 것이다. 섕크 부분(116) 및 플랫폼(102)은, 집합적으로 섕크 포켓(120)을 한정한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 섕크 포켓(120)은, 자체의 압력 측부(122)로부터 섕크 부분(116) 내로 원주 방향 내향으로 연장된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 섕크 포켓(120)은, 자체의 흡입 측부(미도시)로부터 섕크 부분(116) 내로 원주 방향 내향으로 연장될 수 있을 것이다.
로터 블레이드(100)는 또한, 섕크 부분(116)으로부터 반경 방향 내향으로 연장되는, 근원 부분(124)을 포함한다. 근원 부분(124)은, 로터 블레이드(100)를 로터 디스크(26)(도 1)에 상호 연결하거나 또는 고정할 수 있을 것이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 근원 부분(124)은, 전나무(fir tree) 형태를 구비한다. 그럼에도 불구하고, 근원 부분(124)은, 뿐만 아니라 임의의 적당한 형태(예를 들어, 도브테일 형태 등)를 구비할 수 있을 것이다.
로터 블레이드(100)는, 플랫폼(102)으로부터 에어 포일 팁(128)까지 반경 방향 외향으로 연장되는, 에어 포일(126)을 더 포함한다. 그에 따라, 에어 포일 팁(128)은 일반적으로, 로터 블레이드(100)의 반경 방향 가장 외측 부분을 한정한다. 에어 포일(126)은, 에어 포일 근원부(130)(즉, 에어 포일(126)과 플랫폼(102) 사이의 교차점)에서 플랫폼(102)에 결합된다. 일부 실시예에서, 에어 포일 근원부(130)는, 에어 포일(126)과 플랫폼(102) 사이에서 변이되는 만곡부(radius) 또는 필릿부(fillet)(132)를 포함할 수 있을 것이다. 이 점에 있어서, 에어 포일(126)은, 에어 포일 근원부(130)와 에어 포일 팁(128) 사이에서 연장되는, 에어 포일 길이(134)를 한정한다. 에어 포일(126)운 또한, 압력 측 벽(136) 및 반대편 흡입 측 벽(138)을 포함한다. 압력 측 벽(136)과 흡입 측 벽(138)은, 연소 가스(34)의 유동 내로 지향하게 되는 에어 포일(126)의 리딩 에지(140)에서, 함께 이어지거나 또는 상호 연결된다. 압력 측 벽(136)과 흡입 측 벽(138)은 또한, 리딩 에지(140)로부터 하류로 이격되는 에어 포일(126)의 트레일링 에지(142)에서, 함께 이어지거나 또는 상호 연결된다. 압력 측 벽(136) 및 흡입 측 벽(138)은, 리딩 에지(140) 및 트레일링 에지(142) 주변에서 연속적이다. 압력 측 벽(136)은 일반적으로 오목하며, 그리고 흡입 측 벽(138)은 일반적으로 볼록하다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 에어 포일(126)은, 내부 냉각 회로(146)와 유체 소통 상태에 놓이는 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)을 한정할 수 있을 것이다. 더욱 구체적으로, 내부 냉각 회로(146)는, 예를 들어 구불구불한 경로로 자체를 통해 냉각 공기를 보냄에 의해, 에어 포일(126)을 냉각시킨다. 일부 실시예에서, 내부 냉각 회로(146)는, 로터 블레이드(100)의 근원 부분(124)에 의해 한정되는 흡입 포트(미도시)를 통해 냉각 공기를 받아들일 수 있을 것이다. 내부 냉각 회로(146)는, 에어 포일(126)에 의해 한정되며 그리고 그의 트레일링 에지(142)를 따라 배치되는, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)을 통해 냉각 공기를 배출할 수 있을 것이다. 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144) 중의 반경 방향 가장 내측의 것은, 에어 포일 근원부(130)로부터 반경 방향 외향으로 배치된다. 그럼에도 불구하고, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144) 중의 반경 방향 가장 내측의 구멍(144)은, 뿐만 아니라 다른 실시예에서 에어 포일 근원부(130)에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 한정될 수 있을 것이다.
로터 블레이드(100)는, 그에 가깝게 배치되는 에어 포일 근원부(130) 및 플랫폼(102)의 부분들을 냉각시키는, 하나 이상의 냉각 통로(148)를 더 한정한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 로터 블레이드(100)는, 3개의 냉각 통로(148)를 한정한다. 그럼에도 불구하고, 로터 블레이드(100)는, 필요하거나 또는 요구됨에 따라, 더 많은 또는 더 적은 개수의 냉각 통로(148)를 한정할 수 있을 것이다. 실제로, 로터 블레이드(100)는, 로터 블레이드(100)가 적어도 하나의 냉각 통로(148)를 한정하는 한, 임의의 개수의 냉각 통로(148)를 한정할 수 있을 것이다.
하나 이상의 냉각 통로(148)는 각각, 대응하는 냉각 통로 입구(150)로부터 대응하는 냉각 통로 출구(152)까지 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 냉각 통로 입구(150)는, 섕크 포켓(120)에 직접적으로 연결되며 그리고 섕크 포켓(120)과 유체 소통 상태에 놓인다. 각각의 냉각 통로 출구(152)는, 고온 가스 경로(32)와 유체 소통 상태에 놓인다. 이 점에 있어서, 섕크 포켓(120)으로부터의 냉각 공기는, 하나 이상의 냉각 통로(148)를 통해 유동할 수 있으며 그리고 고온 가스 경로(32) 내로 빠져 나갈 수 있고, 그로 인해 에어 포일 근원부(130) 및 플랫폼(102)의 부분들을 냉각시킬 수 있도록 한다.
플랫폼(102), 에어 포일(126), 및/또는 섕크 부분(116)은 집합적으로, 하나 이상의 냉각 통로(148)를 한정한다. 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예들에서, 섕크 부분(116)은 냉각 통로 입구들(150)을 한정하며, 그리고 에어 포일(126)의 흡입 측 벽(138)은 냉각 통로 출구들(152)을 한정한다. 그에 따라, 냉각 통로들(148)은, 섕크 부분(116)의 압력 측부(122) 상에 배치되는 섕크 포켓(120)으로부터, 섕크 부분(116) 및 플랫폼(102)을 통해, 그리고 에어 포일(126)의 흡입 측 벽(138) 밖으로 연장된다. 대안적인 실시예에서, 섕크 포켓(120)의 반경 방향 외측 경계를 한정하는 플랫폼(102)의 부분이, 냉각 통로 입구들(150)을 한정할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 섕크 부분(116)은, 하나 이상의 냉각 통로(148)의 어떠한 부분도 한정하지 않을 수 있을 것이다. 부가적인 실시예에서, 플랫폼(102)이, 냉각 통로 출구들(152)을 한정할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 에어 포일(126)은, 하나 이상의 냉각 통로(148)의 어떠한 부분도 한정하지 않을 수 있을 것이다. 더불어, 이상에 언급된 바와 같이, 섕크 포켓(120)은, 섕크 부분(116)의 흡입 측부(미도시)에 의해 한정될 수 있을 것이다. 그러한 실시예에서, 에어 포일(126)의 압력 측 벽(136)이, 냉각 통로 출구들(152)을 한정할 수 있을 것이다. 이점에 있어서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 섕크 부분(116)의 흡입 측부에 의해 한정되는 섕크 포켓(120)으로부터, 섕크 부분(116) 및 플랫폼(102)을 통해, 그리고 에어 포일(126)의 압력 측 벽(136) 밖으로 연장된다.
도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)의 모두로부터 전체적으로 반경 방향 내향으로 배치된다. 말하자면, 냉각 통로 입구들(150) 및 냉각 통로 출구들(152)은, 반경 방향 가장 내측의 트레일링 에지 구멍(144)으로부터 반경 방향 내향으로 배치된다. 더욱 구체적으로, 냉각 통로 입구들(150)은 플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 내향으로 배치되며 그리고 냉각 통로 출구들(152)은 플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 외향으로 배치된다. 실제로, 냉각 통로 입구들(150)은, 도 4에 도시된 실시예에서, 또한 플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터도 반경 방향 내향으로 배치된다. 그럼에도 불구하고, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 다른 실시예에서, 반경 방향 가장 내측의 트레일링 에지 구멍(144)으로부터 단지 부분적으로 반경 방향 내향으로 배치될 수 있을 것이다. 말하자면, 냉각 통로 출구들(152)이, 그러한 실시예들에서, 반경 방향 가장 내측의 트레일링 에지 구멍(144)과 반경 방향으로 정렬되거나, 또는 반경 방향 가장 내측의 트레일링 에지 구멍(144)으로부터 반경 방향 외향으로 배치될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 냉각 통로 출구들(152)은, 부분적으로 에어 포일 근원부(130)에 의해 한정된다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예들에서, 예를 들어, 냉각 통로 출구들(152)이, 에어 포일 근원부(130)에 의해 부분적으로 한정되며 그리고 에어 포일(126)의 흡입 측 벽(138)에 의해 부분적으로 한정된다. 말하자면, 냉각 통로 출구들(152)의 일 부분은 에어 포일 근원부(130)를 통해 연장되며 그리고 냉각 통로 출구들(152)의 다른 부분은 흡입 측 벽(138)을 통해 연장된다. 대안적인 실시예에서, 냉각 통로 출구들(152)은, 에어 포일 근원부(130)에 의해 부분적으로 한정되며 그리고 플랫폼(102)에 의해 부분적으로 한정된다. 다른 실시예에서, 냉각 통로 출구들(152)은, 흡입 측 벽(138), 압력 측 벽(136), 에어 포일 근원부(130), 또는 플랫폼(102)에 의해, 전체적으로 한정될 수 있을 것이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)은, 축 방향으로 그리고 원주 방향으로, 하나 이상의 냉각 통로(148) 각각의 냉각 통로 입구들(150)과 냉각 통로 출구들(152) 사이에 배치된다. 각각의 냉각 통로(148)가 대응하는 냉각 통로 입구(150)로부터 대응하는 냉각 통로 출구(152)까지 연장되기 때문에, 하나 이상의 냉각 통로(148) 각각의 일부분이, 축 방향으로 그리고 원주 방향으로 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)의 모두와 정렬되며 그리고 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)의 모두로부터 반경 방향으로 이격된다. 이 점에 있어서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)으로부터 반경 방향 내향으로 위치하게 되는 플랫폼(102) 및 에어 포일(126)의 부분들을 통해, 냉각 공기를 유도한다. 대안적인 실시예에서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144) 아래에서 교차하지 않을 것이다.
도 4에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 냉각 통로(148) 각각의 냉각 통로 입구들(150)은, 반경 방향으로 정렬된다. 유사하게, 하나 이상의 냉각 통로(148) 각각의 냉각 통로 출구들(152) 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 반경 방향으로 정렬된다. 그럼에도 불구하고, 냉각 통로 입구들(150) 중 하나 이상이, 대안적인 실시예에서, 냉각 통로 입구들(150) 중 다른 것으로부터 반경 방향으로 이격될 수 있을 것이다. 더불어, 냉각 통로 출구들(152) 중 하나 이상이, 마찬가지로, 냉각 통로 출구들(152) 중 다른 것으로부터 반경 방향으로 이격될 수 있을 것이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는 원형 단면 형상을 구비한다. 그럼에도 불구하고, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 임의의 적당한 형상(예를 들어, 타원형, 계란형, 직사각형, 등)을 구비할 수 있을 것이다. 더불어, 냉각 통로들(148)은 모두, 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 동일한 단면 형상(즉, 원형)을 구비한다. 그러나, 다른 실시예에서, 냉각 통로들(148) 중 일부는, 다른 냉각 통로(148)와 상이한 단면 형상을 구비할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 확산형 윤곽을 구비할 수 있을 것이다. 더욱 구체적으로, 냉각 통로(148)의 단면적은, 냉각 통로(148)가 확산형 윤곽을 구비하는 실시예에서, 냉각 통로 입구(150)로부터 냉각 통로 출구(152)까지 증가한다. 그러나, 일부 실시예에서, 냉각 통로(148)는, 냉각 통로 입구(150)로부터 냉각 통로 출구(152)까지 감소할 수 있을 것이다. 더불어, 하나 이상의 냉각 통로는 또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일정한 단면적을 구비할 수 있을 것이다.
하나 이상의 냉각 통로(148) 각각은 선택적으로, 로터 블레이드(100)에 적용되는 코팅(예를 들어, 열 장벽 코팅)이 냉각 통로(148)를 차단하는 것을 방지하기 위한, 코팅 수집기(154)를 포함할 수 있을 것이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 코팅 수집기(154)는, 냉각 통로 출구(152) 둘레에 원주 방향으로 배치되는 (즉, 카운터 보어(counter-bore)와 유사한) 확대된 캐비티이다. 이 점에 있어서, 코팅 수집기들(154)은, 대응하는 냉각 통로 출구(152)에 진입하는, 임의의 과도한 코팅을 수집하여, 그로 인해 코팅이 냉각 통로(148)를 차단하는 것을 방지하도록 한다.
이상에 언급된 바와 같이, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 섕크 포켓(120)으로부터 고온 가스 경로(32)로 냉각 공기를 유도하며, 그로 인해 플랫폼(102) 및 에어 포일(126)의 부분들을 냉각시키도록 한다. 이상에 언급된 바와 같이, 플랫폼(102) 및 에어 포일(126)은, 그들의 온도를 증가시키는, 연소 가스(34)에 노출된다. 그러나, 섕크 포켓(120)은, 예를 들어 압축기 섹션(14)으로부터 토출된 냉각 공기를 수용할 수 있을 것이다. 이러한 냉각 공기는, 하나 이상의 냉각 통로 입구(150) 각각으로 진입하며 그리고 대응하는 냉각 통로(148)를 통해 유동한다. 냉각 통로들(148)을 통해 유동하는 동안에, 냉각 공기는, 플랫폼(102) 및 에어 포일(126)로부터 열을 흡수하며, 그로 인해 이들을 냉각시키도록 한다. 소비된 냉각 공기는 이후, 대응하는 냉각 통로 출구들(152)을 통해 하나 이상의 냉각 통로(148)를 빠져 나가며 그리고 고온 가스 경로(32) 내로 유동한다.
이상에 더 상세하게 논의된 바와 같이, 하나 이상의 냉각 통로(148)는 각각, 대응하는 냉각 통로 입구(150)로부터 대응하는 냉각 통로 출구(152)까지 연장된다. 냉각 통로 입구들(150)은 섕크 포켓(120)에 연결되며, 그리고 냉각 통로 출구들(152)은 에어 포일(126)에 의해 한정된다. 이 점에 있어서, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 섕크 포켓(120)으로부터, 플랫폼(102) 및 에어 포일(126)을 통해, 그리고 고온 가스 경로(32) 내로, 냉각 공기를 유도한다. 그에 따라, 하나 이상의 냉각 통로(148)는, 반경 방향 가장 내측의 트레일링 에지 구멍(144)으로부터 반경 방향 내향으로 배치되는, 트레일링 에지(142)에 가까운 플랫폼(102) 및 에어 포일(126)의 부분들을 냉각시킨다.
이러한 작성된 설명은, 최상의 모드를 포함하는 본 기술을 개시하기 위해, 그리고 또한 당해 기술 분야의 임의의 숙련자가, 임의의 장치들 또는 시스템들을 만들고 사용하는 것 및 임의의 통합된 방법들을 실행하는 것을 포함하는, 본 기술을 실행하는 것을 가능하게 하기 위해, 예들을 사용한다. 본 기술의 특허 가능한 범위는, 청구항들에 의해 한정되며, 그리고 당업자들에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 다른 예들은, 이들이 청구항들의 문자 그대로의 언어와 상이하지 않은 구조적 요소들을 포함하는 경우, 또는 이들이 청구항들의 문자 그대로의 언어와 실질적이지 않은 차이를 갖는 균등한 구조적 요소들을 포함하는 경우, 청구항들의 범위 이내에 속하는 것으로 의도된다.
10: 가스 터빈 시스템 12: 유입 섹션
14: 압축기 섹션 16: 연소 섹션
18: 터빈 섹션 20: 배기 섹션
22: 샤프트 24: 로터 샤프트
26: 로터 디스크 28: 로터 블레이드
30: 외부 케이스 32: 고온 가스 경로
34: 연소 가스 100: 로터 블레이드
102: 플랫폼 104: 플랫폼의 반경 방향 내측 표면
106: 플랫폼의 반경 방향 외측 표면 108: 플랫폼의 리딩 에지 면
110: 플랫폼의 트레일링 에지 면 112: 플랫폼의 압력 측 절단 면
114: 플랫폼의 흡입 측 절단 면 116: 섕크 부분
118: 보조 날개 120: 섕크 포켓
122: 섕크 부분의 압력 측부 124: 근원 부분
126: 에어 포일 128: 에어 포일 팁
130: 에어 포일 근원부 132: 만곡부
134: 에어 포일 길이 136: 에어 포일의 압력 측 벽
138: 에어 포일의 흡입 측 벽 140: 리딩 에지
142: 트레일링 에지 144: 트레일링 에지 구멍
146: 내부 냉각 회로 148: 냉각 통로
150: 냉각 통로 입구 152: 냉각 통로 출구
154: 코팅 수집기

Claims (15)

  1. 가스 터빈 시스템(10)을 위한 로터 블레이드(100)로서:
    반경 방향 내측 표면(104) 및 반경 방향 외측 표면(106)을 포함하는, 플랫폼(102);
    플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 섕크 부분(116)으로서, 섕크 부분(116)과 플랫폼(102)은 집합적으로 섕크 포켓(120)을 한정하는 것인, 섕크 부분(116); 및
    플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 외향으로 연장되는 에어 포일(126)
    을 포함하고,
    섕크 부분(116), 플랫폼(102), 및 에어 포일(126)은 집합적으로, 섕크 부분(116) 또는 플랫폼(102)에 의해 한정되며 그리고 플랫폼(102)을 통해 섕크 포켓(120)에 직접적으로 연결되는 냉각 통로 입구(150)로부터, 에어 포일(126)에 의해 한정되는 냉각 통로 출구(152)까지 연장되는, 냉각 통로(148)를 한정하는 것인, 로터 블레이드.
  2. 제 1항에 있어서,
    냉각 통로 출구(152)는, 플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 외향으로 배치되는 것인, 로터 블레이드.
  3. 제 1항에 있어서,
    냉각 통로 입구(150)는, 플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터 반경 방향 내향으로 배치되는 것인, 로터 블레이드.
  4. 제 1항에 있어서,
    에어 포일(126)은, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)을 한정하며, 그리고 냉각 통로 출구(152)는, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144) 모두로부터 전체적으로 반경 방향 내향으로 배치되는 것인, 로터 블레이드.
  5. 제 4항에 있어서,
    하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144) 중 하나는, 축 방향으로 그리고 원주 방향으로, 냉각 통로 입구(150)와 냉각 통로 출구(152) 사이에 배치되는 것인, 로터 블레이드.
  6. 제 1항에 있어서,
    에어 포일(126)의 흡입 측 벽(138)이, 냉각 통로 출구(152)를 한정하는 것인, 로터 블레이드.
  7. 제 1항에 있어서,
    섕크 포켓(120)은, 섕크 부분(116)의 압력 측부(122)에 의해 한정되는 것인, 로터 블레이드.
  8. 제 1항에 있어서,
    냉각 통로 출구(152)는, 적어도 부분적으로 에어 포일(126)의 근원부(130)에 의해 한정되는 것인, 로터 블레이드.
  9. 제 1항에 있어서,
    냉각 통로(148)는 코팅 수집기(154)를 포함하는 것인, 로터 블레이드.
  10. 제 1항에 있어서,
    섕크 부분(116), 플랫폼(102), 및 에어 포일(126)은 집합적으로, 복수의 냉각 통로(148)를 한정하는 것인, 로터 블레이드.
  11. 가스 터빈 시스템(10)으로서,
    압축기 섹션(14);
    연소 섹션(16);
    하나 이상의 로터 블레이드(100)를 포함하는 터빈 섹션(18)
    을 포함하고,
    각 로터 블레이드(100)는,
    반경 방향 내측 표면(104) 및 반경 방향 외측 표면(106)을 포함하는, 플랫폼(102);
    플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 섕크 부분(116)으로서, 섕크 부분(116)과 플랫폼(102)은 집합적으로 섕크 포켓(120)을 한정하는 것인, 섕크 부분(116); 및
    플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 외향으로 연장되는 에어 포일(126)
    을 포함하며,
    섕크 부분(116), 플랫폼(102), 및 에어 포일(126)은 집합적으로, 섕크 부분(116)에 의해 한정되며 그리고 플랫폼(102)을 통해 섕크 포켓(120)에 직접적으로 연결되는 냉각 통로 입구(150)로부터, 에어 포일(126)에 의해 한정되는 냉각 통로 출구(152)까지 연장되는, 냉각 통로(148)를 한정하는 것인, 가스 터빈 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    냉각 통로 출구(152)는, 플랫폼(102)의 반경 방향 외측 표면(106)으로부터 반경 방향 외향으로 배치되는 것인, 가스 터빈 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    냉각 통로 입구(150)는, 플랫폼(102)의 반경 방향 내측 표면(104)으로부터 반경 방향 내향으로 배치되는 것인, 가스 터빈 시스템.
  14. 제 11항에 있어서,
    에어 포일(126)은, 하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144)을 한정하며, 그리고 냉각 통로 출구(152)는, 모든 트레일링 에지 구멍(144)으로부터 반경 방향 내향으로 배치되는 것인, 가스 터빈 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    하나 이상의 트레일링 에지 구멍(144) 중 하나는, 축 방향으로 그리고 원주 방향으로, 냉각 통로 입구(150)와 냉각 통로 출구(152) 사이에 배치되는 것인, 가스 터빈 시스템.
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