KR20180105616A - 가스터빈 블레이드 팁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스터빈 블레이드 팁의 냉각 성능을 향상시켜, 파손 방지 및 신뢰성을 확보하고자 하는 것을 목적으로 하는 발명이다. 특히, 가스터빈 블레이드 팁에서 림부분의 유동 흐름을 제어하기 위한 최적의 유로 구조를 개시하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 익형의 블레이드 하우징과, 상기 블레이드 하우징의 가장자리로부터 연장형성된 스퀼러팁과, 상기 스퀼러팁의 림에 냉각유체를 배출하는 스퀼러팁의 길이방향으로 소정의 길이를 가지는 슬롯형태의 막냉각홀을 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 막냉각홀과 동일한 측면의 림에 형성되며, 상기 스퀼러팁의 림으로부터 상기 블레이드의 팁 표면 방향으로 돌출되어 막냉각홀에서 배출되는 냉각유체를 가이드하는 복수 개의 가이드월이 형성되고, 상기 복수 개의 가이드월 중 일부 또는 전부는 일 측면의 림에서 반대 측면의 림까지 연장형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드를 제공한다.

Description

가스터빈 블레이드 팁{BLADE TIP FOR GAS TURBINE}

본 발명은 가스터빈 블레이드 팁의 냉각 성능을 향상시켜, 파손 방지 및 신뢰성을 확보하고자 하는 것을 목적으로 하는 발명이다. 특히, 가스터빈 블레이드 팁에서 림부분의 유동 흐름을 제어하기 위한 최적의 유로 구조를 개시하고자 한다.

가스터빈은 고온·고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로서 일반적으로 압축기, 연소기 및 터빈을 포함하여 구성된다. 가스터빈은 압축기로 공기를 압축하고 압축된 공기를 연소실로 이끌어, 여기서 연료를 분산해서 연소시킨다. 이때 생긴 고온, 고압의 연소가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 터빈을 회전시킨다.

가스터빈은 압축기와, 상기 압축기의 압축공기가 유입되는 연소기와, 상기 연소기의 연소가스가 유입되는 터빈을 구비한다.

고온의 연소가스로부터 가스터빈을 보호하기 위해 통상적으로 냉각유체를 흘려보내는데, 구체적인 냉각방법으로는 압축기로부터 압축된 고온의 연소가스로부터 노즐 엔드월 표면을 보호하기 위해 연소기와 터빈 접합부에 생긴 틈에 냉각유체를 흘려보내는 방식과, 블레이드 내부로부터 블레이드 표면에 냉각유체를 흘려보내는 방식이 주로 사용된다.

특히, 가스터빈 블레이드에서 팁부분은 고온의 연소가스와 직접적으로 접촉하는 부분이므로 파손이 가장 빈번하게 발생한다. 이는 고온의 가스가 슈라우드 케이싱과 블레이드와의 간극 사이로 지나가 블레이드 팁의 표면 부분에서 높은 열부하가 발생하기 때문이다.

도 1은 종래기술의 가스터빈 블레이드를 나타내는 사시도와, 블레이드 팁 부분을 확대한 도면이다. 도 2는 종래기술의 가스터빈 블레이드에서 막냉각홀의 분사모습을 나타내는 단면도이다.

종래의 가스터빈 블레이드(100)에는 상기와 같은 블레이드 팁부분의 열부하를 방지하기 위해, 스퀼러팁(110)을 적용하여 레버런스씰과 같이 유동저항을 증가시킨다. 하지만, 스퀼러팁(110)을 구비하였을 때에도, 블레이드 팁표면(101)과 스퀼러팁(110)부분에 재부착 및 스월유동이 형성되어 블레이드 팁의 표면 부분에서 여전히 높은 열부하가 발생한다.

이에, 도 1과 같이 블레이드(100)의 팁표면(101)에 막냉각홀(102)을 형성하고 이곳에 블레이드 내부를 관통하는 내부냉각유체를 분사하여 블레이드 표면에 냉각유체 막을 형성하는 냉각기법(Film cooling)이 개발되었다. 막냉각홀을 통하여 냉각유체를 분사함으로써 팁누설유동을 줄이고 팁과 스퀼러팁에서 팁누설유동의 재부착 및 스월유동을 막게 된다.

도 2를 통해 기존기술의 막냉각홀은 원형홀을 적용하여 팁누설유동의 재부착과 스월유동의 형성을 막는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 홀에서 분사되는 냉각 유체가 블레이드의 림(rim)과 팁(tip)안에 고르게 분사되지 않아 팁누설유동의 재부착과 스월유동을 막기에는 역부족이다.

상기한 문제를 해결하기 위한 일 예로써 블레이드 팁부분에 복수 개의 막냉각홀을 배열하는 기술 또는 막냉각홀의 분사각도를 조절하는 기술 등이 소개되었으나, 이러한 종래의 개선안에 따르면 막냉각효율의 개선효과에 비해 구조가 상당히 복잡해져 가공에 있어서 많은 노력과 비용이 수반되는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 선행기술과 달리 블레이드 팁부분에서의 변경된 막냉각홀의 형상을 적용하여 냉각유체를 분사하고, 개선된 블레이드 팁 구조를 적용하여 배출된 냉각유체를 가이드함으로써, 팁누설유동을 줄이고 팁에서의 유동 재부착과 스월유동을 막아 높은 열부하를 줄이는 발명을 제공하고자 한다.

본 발명은 가스터빈 블레이드의 냉각 성능을 향상시켜, 파손 방지 -및 신뢰성을 확보하고자 하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 기존기술인 원형 막냉각홀을 이용한 냉각기술이 블레이드 팁(tip)과 림(rim) 부분에서 높은 막냉각성능을 가져오지 못하는 단점을 보완하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스터빈 블레이드에 있어서, 익형의 블레이드 하우징과,상기 블레이드 하우징의 가장자리로부터 연장형성된 스퀼러팁과, 상기 스퀼러팁의 림에 냉각유체를 배출하는 스퀼러팁의 길이방향으로 소정의 길이를 가지는 슬롯형태의 막냉각홀을 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 막냉각홀과 동일한 측면의 림에 형성되며, 상기 스퀼러팁의 림으로부터 상기 블레이드의 팁 표면 방향으로 돌출되어 막냉각홀에서 배출되는 냉각유체를 가이드하는 복수 개의 가이드월이 형성되고, 상기 복수 개의 가이드월 중 일부 또는 전부는 일 측면의 림에서 반대 측면의 림까지 연장형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드를 제공한다.

여기서, 상기 막냉각홀은 블레이드 하우징의 내부로부터 상기 스퀼러 팁의 흡입면측 림 또는 압력면측 림을 연통하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 가이드월과 막냉각홀은 스퀼러팁의 길이방향을 따라 교번적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래기술의 원형 막냉각홀과는 달리 슬롯형태의 막냉각홀을 이용하여 블레이드 팁 표면에 고르게 분사되는 냉각유체로 인해, 고온가스로 인한 높은 열부하를 저감시킬 수 있게 된다.

본 발명은 슬롯형태의 막냉각홀을 단락시켜 구조적으로 보완이 가능하며, 분사각도 및 슬롯 크기를 조절하여 막냉각성능을 최적화할 수 있다.

본 발명은 종래기술에서 적용했던 원형 막냉각홀보다 높은 막냉각성능을 통해 블레이드 팁에서의 파손을 예방하고 수명을 증가시킬 수 있다.

나아가, 본 발명에서는 슬롯형태의 막냉각홀과 함께 블레이드 팁의 림부분에서 돌출 형성된 가이드 월을 적용하여 막냉각효율을 종래에 비해 현저히 증가시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래기술의 가스터빈 블레이드를 나타내는 사시도와, 블레이드 팁 부분을 확대한 도면이다.
도 2는 종래기술의 막냉각홀에 대한 사시도와 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 막냉각홀과 가이드 팁을 나타내는 사시도와 단면도이다.
도 4는 블레이드 팁 부근에서의 스월유동을 나타내는 도면으로서, 도 4(a)는 종래기술에 따른 스퀼러팁과 캠버라인 측에 원형의 막냉각홀이 복수 개 구비되었을 때의 유동을, 도 4(b)는 스퀼러팁과 슬롯형태의 막냉각홀이 구비되었을 때의 유동을, 도 4(c)는 본 발명의 스퀼러팁과 슬롯형태의 막냉각홀 및 가이드 월이 구비되었을 때의 유동을 나타내는 도면이다.
도 5는 가스터빈 블레이드 팁에서의 막냉각효율 분포를 나타내는 도면으로서, 도 5(a)는 단락 슬롯형태의 막냉각홀이 구비된 종래기술을 나타내고, 도 5(b)는 단락 슬롯형태의 막냉각홀과 가이드 월이 구비된 본 발명을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 가이드 월을 나타내는 도면이다.
도 7은 종래기술에 따른 가스터빈 블레이드 팁에서의 막냉각효율 분포와, 본 발명의 가스터빈 블레이드 팁에서의 막냉각효율 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 가이드 월을 나타낸 도면이다.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 블레이드 팁의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 막냉각홀과 가이드 팁을 나타내는 사시도와 단면도이다.

본 발명의 가스터빈 블레이드는 익형의 블레이드 하우징(100)과, 상기 블레이드 하우징(100)으로부터 각각 연장형성된 스퀼러팁(110)을 포함하고, 상기 스퀼러팁(110)의 림(rim)에 냉각유체를 배출하는 복수 개의 막냉각홀(112)과, 상기 스퀼러팁의 림으로부터 상기 블레이드의 팁 표면 방향으로 돌출되어 막냉각홀에서 배출되는 냉각유체를 가이드하는 복수 개의 가이드월(120)이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

참고로 본 발명에서의 림(rim)은 스퀼러팁(110)의 내부면을 의미할 수 있다.

본 발명의 블레이드 형상은 도면에 도시된 바에 국한되는 것은 아니다. 다만, 블레이드의 익형의 단면에서, 날개 아랫면(lower surface)이 시위선(chord line)보다 평균 캠버라인(mean camber line)보다 가깝게 형성됨이 바람직하다. 이는 가스터빈 블레이드에 대한 최적의 블레이드 형태를 실험적으로 얻은 결과이다.

블레이드 팁(110)은 블레이드 하우징(100)의 날개 단면의 윗면(upper surface)과 아랫면(lower surface)으로부터 돌출형성되되, 날개의 길이방향(앞전과 뒷전으로부터 수직한 방향)과 평행한 방향으로 소정의 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명은 블레이드 형상에서, 고온의 가스가 인접하여 지나칠 때 블레이드 팁 내부에 스월유동이 발생하는 것을 방지하기 위해 슬롯 형태(slot-type)의 막냉각홀을 구비한다는 점에 특징이 있다. 그리고 무엇보다 막냉각홀에서 배출된 냉각유체를 효과적으로 가이드하는 가이드월을 구비하는 것에 특징이 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 막냉각홀은 스퀼러팁(110)의 길이방향으로 소정의 길이를 가지는 슬롯형태로 형성된다. 여기서 스퀼러팁(110)의 길이방향이란 블레이드 하우징(100)의 앞전(leading edge)과 뒷전(trailing edge)을 잇는 선의 길이방향을 의미한다. 전술한 바와 같이 스퀼러팁(110)의 내부면은 림(rim)을 의미할 수 있으며 림(rim)은 도 3에 도시된 바와 같이 블레이드 하우징(100)의 단면에서 보아 스퀼러팁(110)의 팁표면(101)과 직교하여 형성된다. 한편, 도 3(a)의 하단과 도 3(b)의 하단에 표시된 도면은 블레이드 하우징(100)의 단면을 나타낸 것으로서, 이는 막냉각홀(112)이 하우징(100)에 어떻게 형성되는지 도시한 개념도일 뿐, 반드시 이와 같은 구조에 한정되는 것은 아니다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 기술적 특징은 팁표면(101)에 원형홀 막냉각홀이 형성되는 것과 달리, 슬롯형태의 막냉각홀이 림(111, 113) 부위에 형성되는 것에 있다. 여기서 상기 슬롯(112)은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 블레이드 하우징(100)의 내부에서 상기 스퀼러팁(110)의 흡입면(suction side)측을 연통하여 형성되거나, 경우에 따라서는 도 3(b)에 도시된 바와 같이 상기 블레이드 하우징의 내부에서 상기 스퀼러팁의 압력면(pressure side)측을 연통하는 슬롯(114)을 더 포함할 수 있다.

즉, 기본적으로는 흡입면(suction side)측에 형성되고, 경우에 따라 압력면(pressure side)측에 슬롯을 더 형성할 수 있다. 본 발명 가스터빈의 블레이드 형상의 특성상, 흡입면(suction side)측에 연소가스의 유동이 재부착 또는 스월유동되기 쉽기 때문에, 압력면보다는 흡입면 측에 슬롯을 형성함이 막냉각 측면에서 더욱 효과적으로 작용한다.

그러나 가스터빈 블레이드의 형상이 변경되는 경우이거나 더 높은 막냉각효율을 얻기 위해, 흡입면(suction side)과 압력면(pressure side) 모두에 슬롯을 형성할 수도 있다. 다만, 흡입면과 압력면 모두에 슬롯을 형성하여 냉각유체를 배출할 때는 냉각유체 배출유로를 부가함에 따른 추가적인 압력손실이 발생하고 냉각유체의 배출속도도 줄어들 수 있다는 점에서, 막냉각효율의 저하문제도 발생할 수 있으므로 이를 충분히 고려해 설계하여야 한다.

도 4는 블레이드 팁 부근에서의 스월유동을 나타내는 도면으로서, 도 4(a)는 종래기술에 따른 스퀼러팁과 캠버라인 측에 원형의 막냉각홀이 복수 개 구비되었을 때의 유동을, 도 4(b)는 스퀼러팁과 슬롯형태의 막냉각홀이 구비되었을 때의 유동을, 도 4(c)는 본 발명의 스퀼러팁과 슬롯형태의 막냉각홀 및 가이드 월이 구비되었을 때의 유동을 나타내는 도면이다. 물론, 팁누설유동&스월유동의 유동량과 블레이드 내부에서 배출되는 냉각유체의 량은 비교 실시예 모두 동일하며, 막냉각홀의 형상과 가이드월의 형상 및 위치를 제외한 다른 모든 조건을 동일하게 한 상태에서의 유동을 살펴보았다.

도 4(a)와 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 원형의 막냉각홀을 팁표면(101) 상에 구비하였을 때보다 슬롯형태의 막냉각홀을 스퀼러팁(110)의 내부면(또는 림)에 구비하였을 때, 스월유동이 급격히 저하됨을 알 수 있다. 이때 푸른색 유동은 냉각유체를 의미하며, 블레이드의 팁표면에 넓게 퍼지는지를 주목하여야 한다.

구체적으로 도 4(a)처럼 캠버라인 상에 원형의 막냉각홀이 형성된 경우에는 고온의 외부 유동이 재부착 및 스월유동이 발생하는 부위(팁표면의 가장자리 영역) 에 분사되지 않고, 외부 유동의 영향에 의해 분사되는 영역이 흡입면쪽으로 쏠리고, 이곳에 잠시 머무르다가 흘러가는 유동형태를 가진다. 이와 달리 도 4(b)처럼 슬롯형태의 막냉각홀이 스퀼러팁의 림에 형성된 경우는 도 4(a)보다 더 넓은 범위의 스퀼러 팁표면에 냉각유체가 분사되는 것을 확인할 수 있다.

나아가 도 4(c)를 참조하면, 슬롯형태의 막냉각홀로부터 분사된 냉각유체가 가이드월에 의해 외부 유동의 재부착 및 스월유동이 발생하는 부위, 즉 블레이드 팁표면의 가장자리 영역에 고르게 퍼져 있는 형태를 확인할 수 있다. 전술한 도 4(b)와 도 4(c)를 함께 참조하면, 슬롯형태의 막냉각홀만을 구비하는 경우보다 가이드월을 함께 구비하는 것이 스월유동을 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 5는 가스터빈 블레이드 팁에서의 막냉각효율 분포를 나타내는 도면으로서, 도 5(a)는 단락 슬롯형태의 막냉각홀이 구비된 종래기술을 나타내고, 도 5(b)는 단락 슬롯형태의 막냉각홀과 가이드월이 구비된 본 발명을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 팁표면(101)에 구비된 단락 슬롯형태의 막냉각홀에 비해 스퀼러팁(110)의 림으로부터 돌출되는 가이드월을 구비하였을 때에 블레이드 팁 표면(101)에서 냉각유체가 더욱 고른 분포를 보이며, 블레이드 팁 표면(101)의 열부하도 작아지는 것을 확인할 수 있다.

원형의 막냉각홀에서 분사되는 냉각유체는 팁표면(101)의 법선방향으로 배출되므로 블레이드 팁안에서 고르게 분사되지 않아 팁누설유동의 재부착과 스월유동을 크게 막지 못한다. 이와 달리 본 발명에서는 첫째로 팁의 림부분에서 냉각유체가 배출되기 때문에 팁 표면(101) 상에 냉각유체가 보다 잘 깔리게 되어 블레이드 팁 표면(101)의 냉각효율을 높일 수 있게 된다.

나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드월(120)은 상기 막냉각홀과 동일한 측면의 림에 형성되므로, 냉각유체는 분사 직후 가이드월(120)에 의해 대략 캠버라인까지 도달하기 전까지는 그 확산되는 방향이 제한되는 효과가 발생한다. 이에 따라 냉각유체의 유동은 적어도 블레이드 팁 표면의 중앙부분까지는 집중될 수 있게 되고, 이로써 냉각유체가 분사된 림부분에서 반대편에 대향하는 림부분까지 냉각유체가 커버하는 범위가 종래에 비해 현저히 넓어지게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 막냉각홀(112)과 가이드월(120)은 스퀼러팁(110)의 길이방향을 따라 교번적으로 형성된다. 이때 냉각유체가 복수 개의 단락 슬롯에서 나누어져 배출되면 각 단락 슬롯에서 배출된 냉각유체는 각각 복수 개의 가이드월에 의해 안내되어 캠버라인까지 도달하게 된다.

아울러, 종래기술에서는 막냉각홀로서 원형의 냉각홀을 사용하게 되는데, 이는 상당한 압력의 팁누설유동의 재부착과 스월유동을 막기에 역부족이었다. 막냉각홀을 원형홀로 형성하고 이곳에 냉각유체를 배출하는 종래기술에 따른 실시예에서는 원형의 막냉각홀로부터 배출된 후 자유롭게 확산된 차가운 유체가 고온의 연소가스와 혼합되어 팁누설유동 및 스월유동의 온도를 저하시켜 막냉각효율을 높이게 되는 측면이 강하다. 이와 달리 본 발명의 실시예에서는 슬롯형태의 막냉각홀을 형성할 수 있고, 이 경우 유체간 혼합을 통해 막냉각효율을 증가시키는 측면보다는 냉각유체가 팁누설유동 및 스월유동의 압력을 이겨내고 밀어냄으로써 막냉각을 시키는 효과를 얻을 수 있다. 원형의 막냉각홀의 경우에는 냉각유체가 점(spot)유동으로서 형성되고, 슬롯형태의 막냉각홀의 경우는 냉각유체가 선(line)유동으로서 형성된다고 표현할 수 있는데 선(line)유동이 점(spot)유동에 비해 스월유동의 압력을 이겨내는 힘이 더 크기 때문에 막냉각효율 향상 측면에서 더 유리하다고 볼 수 있다.

다음으로, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 가스터빈 블레이드에 대한 변형례와 함께, 종래기술에 비해 본 발명의 실시예의 가스터빈 블레이드 구조에서 막냉각 성능이 어느정도 향상되는지에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 가이드 월을 나타내는 도면이다. 도 7은 종래기술에 따른 가스터빈 블레이드 팁에서의 막냉각효율 분포와, 본 발명의 가스터빈 블레이드 팁에서의 막냉각효율 분포를 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스터빈 블레이드의 가이드 월을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 복수 개의 가이드월 중 일부 또는 전부는 일 측면의 림에서 반대 측면의 림까지 연장형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 6의 경우 복수 개의 가이드월 전부가 일 측면의 림에서 반대 측면의 림까지 연장형성된 것을 나타낸다. 앞선 실시예의 가이드월(120)이 일 측면의 림에서 돌출되어 반대 측면의 림에 도달하기 전에 단속된 형태였다면, 본 실시예의 가이드월(121)은 일 측면의 림에서 돌출되어 반대 측면의 림에 도달하기까지 연속된 형태이다. 본 실시예에 따르면 막냉각홀에서 배출된 냉각유체가 블레이드 팁표면을 지나 반대 측면의 림까지 유동방향이 제한된 상태로 도달한다.

도 7을 참조하면, 단락 슬롯의 막냉각홀만이 형성된 경우와, 단락 슬롯의 막냉각홀과 함께 가이드월이 형성된 실시예와, 단락 슬롯의 막냉각홀과 함께 도 6의 가이드월에 대한 변형된 실시예에서 블레이드 팁에서의 면적평균 냉각효율이 도시된다. 그래프에서 볼 수 있듯이 팁면에서 단락 슬롯과 가이드월이 형성된 실시예에 따른 막냉각효율이 단락 슬롯만이 형성되었을 때의 막냉각효율보다 70% 가량 증가했다. 또한, 변형 가이드월을 적용한 경우는 단락 슬롯만이 형성되었을 때의 막냉각효율보다 47% 가량 증가함을 확인할 수 있다.

마지막으로 도 8을 참조하면, 전술한 실시예와 또 다른 형태의 변형된 가이드월 구조가 도시된다. 여기서는 복수 개의 가이드월 중 일부는 단속된 형태, 가이드월의 또 다른 일부는 연속된 형태를 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따라 가이드월의 일부는 단속된 형태, 또 다른 일부는 연속된 형태를 가질 때는, 가급적 도 8에 도시된 것처럼 리딩 엣지(leading edge)부근의 가이드월은 단속된 형태를 가지고 트레일링 엣지(trailing edge)부근은 연속된 형태를 가지는 것이 바람직하다.

리딩 엣지 부근은 팁누설유동의 재부착과 스월유동이 집중되는 부분으로서 가이드월이 단속된 형태를 가질 때, 막냉각효율이 유리하며, 트레일링 엣지 부근은 팁누설유동의 재부착과 스월유동이 상대적으로 약한 부분으로서 가이드월이 연속된 형태를 가질 때 막냉각효율이 향상된 결과가 도출된다.

이와 같이 가이드월의 각도, 길이 및 위치는 다양하게 조정될 수 있는데, 특히 블레이드 형태에 따라 높은 막냉각효율을 얻기 위해 최적화된 형태로 설계될 수 있다.

상기한 내용을 종합하면 본 발명은 종래기술의 원형 막냉각홀과는 달리 슬롯형태의 막냉각홀을 이용하여 블레이드 팁 표면에 고르게 분사되는 냉각유체로 인해, 고온가스로 인한 높은 열부하를 저감시킬 수 있는 이점을 갖는다. 또한 본 발명은 슬롯형태의 막냉각홀을 단락시켜 구조적으로 보완이 가능하며, 분사각도 및 슬롯 크기를 조절하여 막냉각성능을 최적화할 수 있다. 그리고 본 발명은 종래기술에서 적용했던 원형 막냉각홀보다 높은 막냉각성능을 통해 블레이드 팁에서의 파손을 예방하고 수명을 증가시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 슬롯형태의 막냉각홀과 함께 블레이드 팁의 림부분에서 돌출 형성된 가이드 월을 적용하여 막냉각효율을 종래에 비해 현저히 증가시킬 수 있게 되는 이점이 있다.

본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 블레이드 하우징
101 : 블레이드 팁표면
102 : 종래기술의 원형 막냉각홀
110 : 스퀼러팁
111, 113 : 스퀼러팁 림(또는 내부면)
112 : 114 : 슬롯형태의 막냉각홀
112' : 단락된 슬롯
120, 121 : 가이드월

Claims (3)

1. 가스터빈 블레이드에 있어서,
   익형의 블레이드 하우징과,
   상기 블레이드 하우징의 가장자리로부터 연장형성된 스퀼러팁과,
   상기 스퀼러팁의 림에 냉각유체를 배출하는 스퀼러팁의 길이방향으로 소정의 길이를 가지는 슬롯형태의 막냉각홀을 적어도 하나 이상 포함하며,
   상기 막냉각홀과 동일한 측면의 림에 형성되며, 상기 스퀼러팁의 림으로부터 상기 블레이드의 팁 표면 방향으로 돌출되어 막냉각홀에서 배출되는 냉각유체를 가이드하는 복수 개의 가이드월이 형성되고,
   상기 복수 개의 가이드월 중 일부 또는 전부는 일 측면의 림에서 반대 측면의 림까지 연장형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 막냉각홀은 블레이드 하우징의 내부로부터 상기 스퀼러팁의 흡입면측 림 또는 압력면측 림을 연통하여 형성되는 가스터빈 블레이드.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드월과 막냉각홀은 스퀼러팁의 길이방향을 따라 교번적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드.

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