KR20190000306A - 터보 기계의 로터 블레이드 - Google Patents

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KR20190000306A
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로버트 알렌 브리팅햄
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

본원은 터보 기계(10)용 로터 블레이드(100)에 관한 것이다. 로터 블레이드(100)는 에어포일(114)과 상기 에어포일(114)에 연결된 팁 슈라우드(116)를 포함한다. 상기 팁 슈라우드(116)는 측면(158)을 포함한다. 상기 에어포일(114)과 상기 팁 슈라우드(116)는 제1 냉각 통로(130)를 획정한다. 상기 팁 슈라우드(116)는 또한 상기 제1 냉각 통로(130)와 유체 연통 관계인 제2 냉각 통로(170, 172)를 획정한다. 상기 제2 냉각 통로(170, 172)는 상기 제1 냉각 통로(130)로부터 상기 측면(158)에 의해 획정된 제1 출구(174, 176)까지 연장된다. 상기 제1 출구(174, 176)는 제1 인접 로터 블레이드(100)의 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168)으로 냉각제(180)의 흐름을 안내하도록 구성되어 있다.

Description

터보 기계의 로터 블레이드{TURBOMACHINE ROTOR BLADE}
본원은 일반적으로 터보 기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원은 터보 기계용 로터 블레이드에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진은 일반적으로 압축기 섹션, 연소 섹션 및 터빈 섹션을 포함한다. 상기 압축기 섹션은, 가스 터빈 엔진에 들어가는 공기의 압력을 점진적으로 증가시키고, 이렇게 압축된 공기를 연소 섹션에 공급한다. 압축된 공기와 연료(예컨대, 천연 가스)가 연소 섹션 내에서 혼합되고 하나 이상의 연소실 내에서 연소되어, 고압 및 고온의 연소 가스가 생성된다. 연소 가스는 연소 섹션으로부터 터빈 섹션으로 흘러 들어가고, 이 터빈 섹션에서 팽창되어 일을 생성한다. 예를 들어, 터빈 섹션에서의 연소 가스의 팽창을 통해, 전기를 발생시키는 발전기에 연결된 로터 샤프트가 회전될 수 있다.
터빈 섹션은 일반적으로 복수의 로터 블레이드를 포함한다. 각각의 로터 블레이드는 연소 가스의 흐름 내에 배치된 에어포일을 포함한다. 이러한 점에서, 로터 블레이드는 터빈 시스템을 통과하는 연소 가스로부터 운동 에너지 및/또는 열 에너지를 추출한다. 일부 로터 블레이드는 에어포일의 반경방향 외측 단부에 연결된 팁 슈라우드를 포함할 수 있다. 팁 슈라우드는 로터 블레이드를 지나 새어나가는 연소 가스의 양을 줄인다.
로터 블레이드는 일반적으로 극고온 환경에서 작동된다. 이에 따라, 각 로터 블레이드의 팁 슈라우드에는, 여러 냉각 통로가 획정될 수 있고, 이들 냉각 통로를 통해 냉각제가 유동할 수 있다. 그렇지만, 상기 냉각 통로는, 팁 슈라우드의 특정 부분, 예를 들어 여러 필렛 등에 대해서만 제한된 냉각을 제공할 수 있다. 이는, 로터 블레이드의 작동 온도 및/또는 로터 블레이드의 사용 수명을 제한할 수 있다.
본 기술의 양태들과 이점들은 아래의 설명에서 부분적으로 제시될 것이거나, 아래의 설명으로부터 분명해질 수 있거나, 또는 본 기술의 실시를 통해 알게 될 수 있다.
일 양태에서, 본원은 터보 기계용 로터 블레이드에 관한 것이다. 로터 블레이드는 에어포일과 상기 에어포일에 연결된 팁 슈라우드를 포함한다. 상기 팁 슈라우드는 측면을 포함한다. 상기 에어포일과 상기 팁 슈라우드는 제1 냉각 통로를 획정한다. 상기 팁 슈라우드는 또한 상기 제1 냉각 통로와 유체 연통 관계인 제2 냉각 통로를 획정한다. 상기 제2 냉각 통로는 상기 제1 냉각 통로로부터 상기 측면에 의해 획정된 제1 출구까지 연장된다. 상기 제1 출구는 제1 인접 로터 블레이드의 팁 슈라우드 필렛으로 냉각제의 흐름을 안내하도록 구성되어 있다.
다른 양태에서, 본원은 복수 개의 로터 블레이드를 구비한 터빈 섹션을 포함하는 터보 기계에 관한 것이다. 상기 복수 개의 로터 블레이드 중의 제1 로터 블레이드가 에어포일과 상기 에어포일에 연결된 팁 슈라우드를 포함한다. 상기 팁 슈라우드는 측면을 포함한다. 상기 에어포일과 상기 팁 슈라우드는 제1 냉각 통로를 획정한다. 상기 팁 슈라우드는 또한 상기 제1 냉각 통로와 유체 연통 관계인 제2 냉각 통로를 획정한다. 상기 제2 냉각 통로는 상기 제1 냉각 통로로부터 상기 측면에 의해 획정된 제1 출구까지 연장된다. 상기 제1 출구는 상기 복수 개의 로터 블레이드 중의 제2 로터 블레이드의 팁 슈라우드 필렛으로 냉각제의 흐름을 안내하도록 구성되어 있다.
전술한 본 기술의 특징, 양태 및 이점과 그 밖의 특징, 양태 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위를 참조로 하면 보다 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 있고 본 명세서의 일부분을 구성하는 첨부 도면은, 본 기술의 실시형태들을 보여주며, 상세한 설명과 함께 본 기술의 원리를 설명하는 역할을 한다.
당업자에 대한 최적의 모드를 포함하는 본 기술의 완전하고 실시 가능한 개시는, 첨부 도면들을 참조로 하는, 명세서에서 제시된다:
도 1은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 예시적인 가스 터빈 엔진의 개략도이고;
도 2는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 예시적인 로터 블레이드의 측면도이며;
도 3은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 예시적인 에어포일의 단면도이고;
도 4는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 팁 슈라우드의 평면도이며;
도 5는 본원에 개시된 실시형태들에 따른 플러그를 보여주는, 도 4에 도시된 팁 슈라우드의 일부분의 단면도이고;
도 6은 본원에 개시된 실시형태들에 따른 복수의 인접 로터 블레이드의 평면도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 부호를 반복 사용하는 것은, 본 기술에 있어서 동일하거나 유사한 특징부들 또는 요소들을 나타내려는 의도가 있다.
이제, 본 기술의 실시형태들에 관하여 상세하게 언급이 이루어질 것인데, 이들 실시형태의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 상세한 설명에서는, 도면의 특징부들을 언급하기 위해 숫자 및 문자 부호를 이용한다. 도면들과 설명에서 유사하거나 비슷한 부호는 본 기술의 유사하거나 비슷한 부분을 나타내기 위해 사용되었다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "제1", "제2" 및 "제3"은 개개의 구성요소의 위치 또는 중요도를 나타내려는 것이 아니라, 어느 한 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 교환 가능하게 사용될 수 있다. 용어 "상류" 및 "하류"는 유체 경로에서의 유체 흐름에 대하여 상대적인 방향을 나타낸다. 예를 들어, "상류"는 유체가 흘러나오는 방향을 나타내고, "하류"는 유체가 흘러가는 방향을 나타낸다.
각 예는 본 기술을 한정하려는 것이 아니라 본 기술을 설명하려는 것으로 제공된다. 실제로, 본 기술의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고서도 본 기술에 수정 및 변형이 실시될 수 있다는 것이, 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시형태의 일부분으로서 예시되거나 기술된 특징부들은, 또 다른 실시형태를 만들어내기 위해 다른 실시형태들에 사용될 수 있다. 따라서, 본 기술은 첨부된 청구범위의 범위 안에 있는 이러한 수정 및 변형과 그 균등물을 커버하는 것으로 되어 있다.
산업용 또는 지상 기반 가스 터빈이 본원에 도시되고 기술되지만, 본원에 도시되고 기술된 바와 같이 본 기술은, 청구범위에 달리 특정되어 있지 않은 한, 지상 기반 및/또는 산업용 가스 터빈에 국한되지 않는다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 본 기술은, 항공용 가스 터빈(예컨대, 터보팬 등), 증기 터빈 및 선박용 가스 터빈을 비롯한 (그러나 이에 국한되는 것은 아님) 임의의 타입의 터보 기계에 사용될 수 있다.
동일한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 동일한 요소들을 나타내고 있는 도면들을 이제 참조해 보면, 도 1은 가스 터빈 엔진(10)을 개략적으로 보여준다. 도시된 바와 같이, 가스 터빈 엔진(10)은 입구 섹션(12), 압축기 섹션(14), 연소 섹션(16), 터빈 섹션(18) 및 배기 섹션(20)을 포함할 수 있다. 압축기 섹션(14)과 터빈 섹션(18)은 샤프트(22)에 의해 연결될 수 있다. 샤프트(22)는 단일 샤프트이거나 또는 샤프트(22)를 형성하도록 함께 연결된 복수의 샤프트 세그먼트일 수 있다.
터빈 섹션(18)은 복수의 로터 디스크(26)(이들 중 하나가 도시) 및 복수의 로터 블레이드(28)를 갖는 로터 샤프트(24)를 포함할 수 있다. 각 로터 블레이드(28)는 상기 복수의 로터 디스크(26) 중의 어느 하나로부터 반경방향 외측으로 연장되고 해당 로터 리스크에 상호 연결된다. 이어서, 각 로터 디스크(26)는, 터빈 섹션(18)을 통해 연장되는 로터 샤프트의 일부분에 연결될 수 있다. 터빈 섹션(18)은, 로터 샤프트(24) 및 로터 블레이드(28)를 둘레 방향으로 둘러싸고 이에 따라 터빈 섹션(18)을 통과하는 고온 가스 경로(32)를 적어도 부분적으로 획정하는 외부 케이싱(30)을 더 포함한다.
작동 중에, 가스 터빈 엔진(10)은, 예를 들어 전기를 발생시키는 데 사용될 수 있는, 기계적인 회전 에너지를 발생시킨다. 보다 구체적으로, 공기는 가스 터빈 엔진(10)의 입구 섹션(12)에 들어간다. 공기는 입구 섹션(12)으로부터 압축기(14)로 흘러 들어가고, 압축기에서 점진적으로 압축되어, 연소 섹션(16)에 압축 공기를 제공한다. 상기 연소 섹션(16)의 상기 압축 공기는 연료와 혼합되어 연료-공기 혼합물을 형성하고, 이 연료-공기 혼합물이 연소하여 고온 및 고압의 연소 가스(34)를 생성한다. 그 후에, 상기 연소 가스(34)는 터빈(18)을 통과하고, 터빈은 상기 연소 가스(34)로부터 운동 에너지 및/또는 열 에너지를 추출한다. 이러한 에너지 추출을 통해 로터 샤프트(24)가 회전되고, 이에 따라 압축기 섹션(14)에 동력을 공급하거나 및/또는 전기를 발생시키는 기계적 회전 에너지가 생성된다. 연소 가스(34)는 배기 섹션(20)을 통해 가스 터빈 엔진(10)에서 나간다.
도 2는 가스 터빈 엔진(10)의 터빈 섹션(18)에 로터 블레이드(28)를 대신하여 포함될 수 있는 예시적인 로터 블레이드(100)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는 축방향(A), 반경방향(R) 및 둘레방향(C)을 획정한다. 일반적으로, 축방향(A)은 로터 샤프트(24)(도 1)의 축 중심선(102)에 평행하게 연장되고, 반경방향(R)은 축 중심선(102)에 전반적으로 직교하게 연장되며, 둘레방향(C)은 축 중심선(102)의 둘레에 전반적으로 동심 관계로 연장된다. 로터 블레이드(100)는 또한 가스 터빈 엔진(10)의 압축기 섹션(14)(도 1)에 포함될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는 더브테일(104), 섕크부(106) 및 플랫폼(108)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 더브테일(104)은 로터 블레이드(100)를 로터 디스크(26)(도 1)에 고정한다. 섕크부(106)는 더브테일(104)에 연결되고 더브테일(104)로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 플랫폼(108)은 섕크부(106)에 연결되고 섕크부(104)로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 플랫폼(108)은, 전반적으로 터빈 섹션(18)의 고온 가스 경로(32)(도 1)를 통과하는 연소 가스(34)에 대해 반경방향 내측 흐름 경계의 역할을 하는 반경방향 외부면(110)을 포함한다. 더브테일(104), 섕크부(106) 및 플랫폼(108)은, 냉각제[예컨대, 압축기 섹션(14)으로부터의 블리드 에어(bleed air)]가 로터 블레이드(100)에 들어가는 것을 허용하는, 흡기 포트(112)를 획정할 수 있다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 더브테일(104)은 축류 유입식 전나무형 더브테일이다. 대안적으로, 더브테일(104)은 임의의 적절한 타입의 더브테일일 수 있다. 실제로, 더브테일(104), 섕크부(106) 및/또는 플랫폼(108)은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다.
이제 도 2와 도 3을 참조해 보면, 로터 블레이드(100)는 또한 에어포일(114)을 포함한다. 특히, 에어포일(114)은 플랫폼(108)의 반경방향 외부면(110)으로부터 팁 슈라우드(116)까지 반경방향 외측으로 연장된다. 에어포일(114)은 루트(118)[즉, 에어포일(114)과 플랫폼(108) 사이의 교차부]에서 플랫폼(116)에 연결된다. 이러한 점에서, 에어포일(118)은 루트(118)와 팁 슈라우드(116)의 사이에서 연장되는 에어포일 스팬(120)을 획정한다. 에어포일(114)은 또한 압력측 표면(122)과 반대편의 흡입측 표면(124)을 포함한다(도 3). 압력측 표면(122)과 흡입측 표면(124)은, 에어포일(114)의 리딩 에지(126)와 에어포일(114)의 트레일링 에지(128)에서 결합되거나 또는 상호 연결된다. 도시된 바와 같이, 리딩 에지(126)는 연소 가스(34)의 흐름을 향해 배향되어 있는 반면에, 트레일링 에지(128)는 리딩 에지(126)의 하류측에 간격을 두고 배치되어 있다. 압력측 표면(122)과 흡입측 표면(124)은, 리딩 에지(126)와 트레일링 에지(128) 근방에서 계속 이어진다. 또한, 압력측 표면(122)은 전반적으로 오목하고, 흡입측 표면(124)은 전반적으로 볼록하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 로터 블레이드(100), 그리고 보다 구체적으로 상기 에어포일(114) 및 상기 팁 슈라우드(116)에는, 이를 통하여 연장되는 하나 이상의 반경방향-연장 냉각 통로(130)가 획정될 수 있다. 보다 구체적으로, 반경방향-연장 냉각 통로(130)는, 흡기 포트(112)로부터 에어포일(114)을 통과하여 팁 슈라우드(116)까지 연장될 수 있다. 이러한 점에서, 냉각제는 반경방향-연장 냉각 통로(130)를 통해 흡기 포트(112)로부터 팁 슈라우드(116)까지 유동할 수 있다. 도 3에 도시된 실시형태에서, 예를 들어 에어포일(114)은 7개의 반경방향-연장 냉각 통로(130)를 획정한다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 에어포일(114)에는 보다 많거나 보다 적은 수의 반경방향-연장 냉각 통로(130)가 획정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 로터 블레이드(100)는 팁 슈라우드(116)를 포함한다. 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이, 팁 슈라우드(116)는 에어포일(114)의 반경방향 외측 단부에 연결되며, 일반적으로 로터 블레이드(100)의 반경방향 최외측 부분을 획정한다. 이러한 점에서, 팁 슈라우드(116)는 로터 블레이드(100)를 지나 빠져나가는 연소 가스(34)(도 1)의 양을 줄인다. 도시된 바와 같이, 팁 슈라우드(116)는 밀봉 레일(132)을 포함할 수 있다. 그러나, 대안적인 실시형태는, 보다 많은 밀봉 레일(132)[예를 들어, 2개의 밀봉 레일(132), 3개의 밀봉 레일(132) 등]을 포함하거나 밀봉 레일(132)이 없을 수 있다.
이제 도 4를 참조해 보면, 팁 슈라우드(116)는 여러 표면을 포함한다. 예를 들어, 팁 슈라우드(116)는 팁 슈라우드(116)의 전방 단부(136)에 배치된 전방측 표면(134)과 팁 슈라우드(116)의 후방 단부(140)에 배치된 후방측 표면(138)을 포함할 수 있다. 팁 슈라우드(116)는 또한 팁 슈라우드(116)의 압력측(148)에 배치된 제1 압력측 표면(142), 제2 압력측 표면(144) 및 제3 압력측 표면(146)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 팁 슈라우드(116)는 또한 팁 슈라우드(116)의 흡입측(156)에 배치된 제1 흡입측 표면(150), 제2 흡입측 표면(152) 및 제3 흡입측 표면(154)을 포함할 수 있다. 이들 표면(134, 138, 142, 144, 146, 150, 152, 154)을 총괄하여 측면(158)이라 지칭할 수 있다. 게다가, 팁 슈라우드(116)는 또한 반경방향 외부면(160)을 포함하는데, 이 반경방향 외부면으로부터 밀봉 레일(132)이 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 밀봉 레일(132)은 제2 압력측 표면(144)과 제2 흡입측 표면(152) 사이에서 연장될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 팁 슈라우드(116)는 임의의 적절한 조합 및/또는 형태의 표면들을 구비할 수 있다.
도 4에 도시된 실시형태에서, 팁 슈라우드(116)는 Z-노치 형태를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 제1, 제2 및 제3 압력측 벽(142, 144, 146)이 Z-형상을 획정한다. 이러한 점에서, 압력측 볼록형 필렛(162)에서 제1 압력측 벽(142)과 제2 압력측 벽(144) 사이의 전환이 이루어지는 반면에, 압력측 오목형 필렛(164)에서 제2 압력측 벽(144)과 제3 압력측 벽(146) 사이의 전환이 이루어진다. 제1, 제2 및 제3 흡입측 벽(150, 152, 154)은, 압력측 벽(142, 144, 146)의 Z자 형상에 대해 상보적인 Z자 형상을 획정한다. 이에 따라, 흡입측 오목형 필렛(166)에서 제1 흡입측 벽(150)과 제2 흡입측 벽(152) 사이의 전환이 이루어지는 반면에, 흡입측 볼록형 필렛(168)에서 제2 흡입측 벽(152)과 제3 흡입측 벽(154) 사이의 전환이 이루어진다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 팁 슈라우드(116)는 임의의 적절한 형상 및/또는 형태를 가질 수 있다.
팁 슈라우드(116)는 압력측 냉각 통로(170)와 흡입측 냉각 통로(172)를 획정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 냉각 통로들(170, 172)은, 서로 다른 반경방향-연장 냉각 통로(130)로부터 상기 측면(158)에 의해 획정된 압력측 출구(174)와 흡입측 출구(176)까지 각각 연장된다. 예를 들어, 압력측 냉각 통로(170)는 상기 반경방향-연장 냉각 통로들(130) 중의 어느 하나에 대해, 예를 들어 상기 반경방향-연장 냉각 통로들(130) 중 밀봉 레일(132)의 전방에 배치된 것에 대해 유동 관계로 연결되어 있다. 이에 따라, 압력측 냉각 통로(170)는 팁 슈라우드(116)를 통과하여 압력측 출구(174)까지 연장된다. 도시된 바와 같이, 몇몇 실시형태에서 압력측 냉각 통로(170)는 밀봉 레일(132)의 전방에 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 흡입측 냉각 통로(172)는 상기 반경방향-연장 냉각 통로들(130) 중의 다른 하나에 대해, 예를 들어 상기 반경방향-연장 냉각 통로들(130) 중 밀봉 레일(132)의 후방에 배치된 것에 대해 유동 관계로 연결되어 있다. 이러한 점에서, 흡입측 냉각 통로(172)는 팁 슈라우드(116)를 통과하여 흡입측 출구(176)까지 연장된다. 도시된 바와 같이, 몇몇 실시형태에서 냉각 통로(170)는 밀봉 레일(132)의 후방에 배치될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 압력측 냉각 통로(170) 및 출구(174)는 밀봉 레일(132)의 후방에 배치될 수 있고, 흡입측 냉각 통로(172) 및 출구(176)는 밀봉 레일(132)의 전방에 배치될 수 있다. 압력측 냉각 통로(170)와 흡입측 냉각 통로(172)는 서로 반대 방향에서 측면(158)을 향해 연장되고, 도 4에 도시된 바와 같이 전반적으로 서로에 대해 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있다. 특정 실시형태에서, 냉각 통로들(170, 172)은 밀봉 레일(132)을 따라, 예를 들어 밀봉 레일(132)에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 그렇지만, 다른 실시형태에서는 냉각 통로들(170, 172)의 배치가 밀봉 레일(132)과는 무관할 수 있다. 팁 슈라우드(116)는 전적으로 냉각 통로들(170, 172)을 획정할 수 있다. 대안적으로, 냉각 통로들(170, 172)은 임의의 적절한 방식으로 팁 슈라우드(116)를 통해 연장될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 팁 슈라우드(116)는 압력측 냉각 통로(170) 또는 흡입측 냉각 통로(172) 중 어느 하나만을 획정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 압력측 냉각 통로(170)와 흡입측 냉각 통로(172)는 측면(158)에 의해 획정된 압력측 출구(174) 및 흡입측 출구(176)를 각각 구비한다. 도 4에 도시된 실시형태에서, 압력측 볼록형 필렛(162)은 압력측 출구(174)를 획정하고, 흡입측 볼록형 필렛(168)은 흡입측 출구(176)를 획정한다. 이러한 점에서, 그리고 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 출구들(174, 176)은 인접 로터 블레이드의 오목형 필렛(164, 166)으로 냉각제의 흐름을 안내하도록 구성되어 있다. 일부 실시형태에서는, 상기 출구(174, 176)와 인접 로터 블레이드의 대응하는 오목형 필렛(164, 166) 사이의 간극(182)(도 6)을 가로지르기에 충분한 속도로 냉각제를 배출하여, 냉각제가 인접 로터 블레이드의 대응하는 오목형 필렛(164, 166)에 충돌하도록, 상기 출구(174, 176)가 구성될 수 있다. 이러한 점에서, 상기 출구(174, 176)는 일부 실시형태에서 상기 대응하는 냉각 통로(170, 172)와 동일한 직경을 가질 수 있다. 그러나, 대안적인 실시형태에서는, 출구(174, 176)가 인접 로터 블레이드의 적절한 팁 슈라우드 필렛으로 냉각제의 흐름을 안내하도록 구성될 수 있다면, 측면(158)의 임의의 적절한 부분이 출구(174, 176)를 획정할 수 있다.
이제 도 5를 참조해 보면, 팁 슈라우드(116)는 반경방향-연장 냉각 통로(130)의 반경방향 외측 부분 내에 배치된 플러그(178)로서 압력측 냉각 통로(170) 및/또는 흡입측 냉각 통로(172)가 유동 관계로 연결되는 플러그(178)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 플러그(178)는 냉각 통로(130)를 통과하는 냉각제(180)를 대응하는 냉각 통로(170, 172) 내로 안내할 수 있다. 특정 실시형태에서, 플러그(178)는 냉각 통로(130)를 통과하는 냉각제(180) 전부를 대응하는 냉각 통로(170, 172) 내로 안내할 수 있다. 플러그(178)는 용접부이거나 또는 대응하는 냉각 통로(130)의 반경방향 외측 부분을 막는 다른 적절한 구조일 수 있다.
도 6은 복수의 인접 로터 블레이드(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 로터 블레이드(100A, 100B, 100C)는 축방향으로 정렬되어 있고 둘레방향으로 간격을 두고 있다. 이러한 점에서, 제1 로터 블레이드(100A)의 압력측 출구(174)는 제2 로터 블레이드(100B)의 흡입측 오목형 필렛(166)과 축방향으로 정렬되어 있다. 이와 유사하게, 제2 로터 블레이드(100B)의 압력측 출구(174)는 제3 로터 블레이드(100C)의 흡입측 오목형 필렛(166)과 축방향으로 정렬되어 있다. 또한, 제2 로터 블레이드(100B)의 흡입측 출구(176)는 제1 로터 블레이드(100A)의 압력측 오목형 필렛(164)과 축방향으로 정렬되어 있다. 이와 유사하게, 제3 로터 블레이드(100C)의 흡입측 출구(176)는 제2 로터 블레이드(100B)의 압력측 오목형 필렛(164)과 축방향으로 정렬되어 있다. 대안적인 실시형태에서, 로터 블레이드(100A-100C)의 출구(174, 176)는 대응하는 인접 로터 블레이드의 임의의 적절한 팁 슈라우드와 정렬될 수 있다.
가스 터빈 엔진(10)의 작동 중에, 냉각제(180)는 압력측 냉각 통로(170)와 흡입측 냉각 통로(172)를 통과하여 대응하는 인접 로터 블레이드(100A-100C)의 압력측 오목형 필렛(164)과 흡입측 오목형 필렛(166)을 각각 냉각한다. 보다 구체적으로, 냉각제(180)[예컨대, 압축기 섹션(14)으로부터의 블리드 에어]가 흡기 포트(112)(도 2)를 통해 로터 블레이드(100)에 들어간다. 상기 냉각제(180)의 적어도 일부분이 에어포일(114)의 냉각 통로(130)를 통과하여 압력측 및/또는 흡입측 냉각 통로(170, 172)에 흘러 들어간다. 냉각제(180)는 출구(174, 176)를 통해 냉각 통로(170, 172)에서 각각 빠져나와 인접 오목형 필렛(164, 166)에 충돌하여, 오목형 필렛(164, 166)을 냉각한다. 특히, 제1 로터 블레이드(100A)의 출구(174)에서 빠져나온 냉각제(180)는 제2 로터 블레이드(100B)의 오목형 필렛(166)에 충돌한다. 이와 유사하게, 제2 로터 블레이드(100B)의 출구(174)에서 빠져나온 냉각제(180)는 제3 로터 블레이드(100C)의 오목형 필렛(166)에 충돌한다. 또한, 제2 로터 블레이드의 출구(176)에서 빠져나온 냉각제(180)는 제1 로터 블레이드(100A)의 오목형 필렛(164)에 충돌한다. 이와 유사하게, 제3 로터 블레이드(100C)의 출구(176)에서 빠져나온 냉각제(180)는 제2 로터 블레이드(100B)의 오목형 필렛(164)에 충돌한다. 이러한 점에서, 출구(174, 176)는 출구(174, 176)와 대응하는 오목형 필렛(164, 166) 사이의 간극(182)을 가로지르기에 충분한 속도로 냉각제를 배출하여 상기한 충돌 냉각을 가능하게 한다.
위에서 더 상세히 기술한 바와 같이, 로터 블레이드(100)는, 냉각제(180)를 인접 로터 블레이드의 필렛(164, 166)으로 안내하는 압력측 및/또는 흡입측 냉각 통로(170, 172)를 획정하는 팁 슈라우드(116)를 포함한다. 이러한 점에서, 상기 로터 블레이드(100)는 종래의 로터 블레이드보다 팁 슈라우드(116)의 필렛(164, 166)에 대한 냉각을 더 제공한다. 이에 따라, 로터 블레이드(100)는 종래의 로터 블레이드보다 더 높은 작동 온도를 견딜 수 있거나 및/또는 더 긴 사용 수명을 가질 수 있다.
본 명세서는, 본 기술을 가장 바람직한 유형을 포함해 개시하고, 임의의 당업자가 개시된 본 기술을 실시할 수 있게 하기 위해, 실시예를 사용하고 있는데, 상기 실시예에는 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작하고 사용하는 것과, 임의의 수반되는 방법을 행하는 것 등이 있다. 본 기술의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정해지며, 당업자에게 떠오르는 다른 실시예들도 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예들은, 청구범위의 문자 그대로의 표현과 다르지 않은 구조 요소를 포함한다면, 또는 청구범위의 문자 그대로의 표현과 실질적으로 차이가 없는 등가의 구조 요소를 갖는다면, 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 되어 있다.

Claims (15)

  1. 터보 기계(10)용 로터 블레이드(100)로서:
    에어포일(114); 및
    상기 에어포일(114)에 연결된 팁 슈라우드(116)
    를 포함하며, 상기 팁 슈라우드(116)는 측면(158)을 포함하고, 상기 에어포일(114) 및 상기 팁 슈라우드(116)는 제1 냉각 통로(130)를 획정하며, 상기 팁 슈라우드(116)는 상기 제1 냉각 통로(130)와 유체 연통 관계인 제2 냉각 통로(170, 172)를 또한 획정하고, 상기 제2 냉각 통로(170, 172)는 상기 제1 냉각 통로(130)로부터 상기 측면(158)에 의해 획정된 제1 출구(174, 176)까지 연장되며, 상기 제1 출구(174, 176)는 제1 인접 로터 블레이드(100)의 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168)으로 냉각제(180)를 안내하도록 구성되어 있는 것인 로터 블레이드(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 출구(174, 176)와 상기 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168) 사이의 간극(182)을 가로지르기에 충분한 속도로 냉각제(180)를 배출하여, 냉각제(180)가 상기 제1 인접 로터 블레이드(100)의 상기 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168)에 충돌하도록, 상기 제1 출구(174, 176)가 구성되어 있는 것인 로터 블레이드(100).
  3. 제1항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는 전적으로 상기 제2 냉각 통로(170, 172)를 획정하는 것인 로터 블레이드(100).
  4. 제1항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는 팁 슈라우드(116)의 반경방향 외부면(160)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 밀봉 레일(132)을 포함하고, 상기 제2 냉각 통로(170, 172)는 상기 밀봉 레일(132)을 따라 연장되는 것인 로터 블레이드(100).
  5. 제1항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는, 상기 제1 냉각 통로(130)를 통과하는 냉각제(180)를 상기 제2 냉각 통로(170, 172) 내로 안내하도록 상기 제1 냉각 통로(130)의 반경방향 외측 단부에 배치된 플러그(178)를 포함하는 것인 로터 블레이드(100).
  6. 제4항에 있어서, 상기 플러그(178)는, 상기 제1 냉각 통로(130)를 통과하는 냉각제(180) 전부를 상기 제2 냉각 통로(170, 172) 내로 안내하는 것인 로터 블레이드(100).
  7. 제1항에 있어서, 상기 에어포일(114) 및 상기 팁 슈라우드(116)는 또한 제3 냉각 통로(130)를 획정하며, 상기 팁 슈라우드(116)는 상기 제3 냉각 통로(130)와 유체 연통 관계인 제4 냉각 통로(170, 172)를 또한 획정하고, 상기 제4 냉각 통로(170, 172)는 상기 제3 냉각 통로(130)로부터 상기 측면(158)에 의해 획정된 제2 출구(174, 176)까지 연장되며, 상기 제2 출구(174, 176)는 제2 인접 로터 블레이드(100)의 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168)으로 냉각제(180)를 안내하도록 구성되어 있는 것인 로터 블레이드(100).
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 출구(174, 176)는 상기 팁 슈라우드(116)의 압력측(148)에 배치되고 상기 제2 출구(174, 176)는 상기 팁 슈라우드(116)의 흡입측(156)에 배치되는 것인 로터 블레이드(100).
  9. 제7항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는 팁 슈라우드(116)의 반경방향 외부면(160)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 밀봉 레일(132)을 포함하고, 상기 제2 냉각 통로(170, 172)는 상기 밀봉 레일(132)의 앞에 배치되며, 상기 제4 냉각 통로(170, 172)는 상기 밀봉 레일(132)의 뒤에 배치되는 것인 로터 블레이드(100).
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 냉각 통로(170, 172)와 상기 제4 냉각 통로(170, 172)는 실질적으로 평행한 것인 로터 블레이드(100).
  11. 터보 기계(10)로서:
    복수 개의 로터 블레이드(100)를 포함하는 터빈 섹션(18)을 포함하고, 상기 복수 개의 로터 블레이드(100) 중의 제1 로터 블레이드(100)는:
    에어포일(114); 및
    상기 에어포일(114)에 연결된 팁 슈라우드(116)를 포함하며,
    상기 팁 슈라우드(116)는 측면(158)을 포함하고, 상기 에어포일(114) 및 상기 팁 슈라우드(116)는 제1 냉각 통로(130)를 획정하며, 상기 팁 슈라우드(116)는 상기 제1 냉각 통로(130)와 유체 연통 관계인 제2 냉각 통로(170, 172)를 또한 획정하고, 상기 제2 냉각 통로(170, 172)는 상기 제1 냉각 통로(130)로부터 상기 측면(158)에 의해 획정된 제1 출구(174, 176)까지 연장되며, 상기 제1 출구(174, 176)는 상기 복수 개의 로터 블레이드(100) 중의 제2 로터 블레이드(100)의 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168)으로 냉각제(180)를 안내하도록 구성되어 있는 것인 터보 기계(10).
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 출구와 상기 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168) 사이의 간극(182)을 가로지르기에 충분한 속도로 냉각제(180)를 배출하여, 냉각제(180)가 상기 제1 인접 로터 블레이드(100)의 상기 팁 슈라우드 필렛(162, 164, 166, 168)에 충돌하도록, 상기 제1 출구(174, 176)가 구성되어 있는 것인 터보 기계(10).
  13. 제11항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는 전적으로 상기 제2 냉각 통로(170, 172)를 획정하는 것인 터보 기계(10).
  14. 제11항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는 팁 슈라우드(116)의 반경방향 외부면(160)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 밀봉 레일(132)을 포함하고, 상기 제2 냉각 통로(170, 172)는 상기 밀봉 레일(132)을 따라 연장되는 것인 터보 기계(10).
  15. 제11항에 있어서, 상기 팁 슈라우드(116)는, 상기 제1 냉각 통로(130)를 통과하는 냉각제(180)를 상기 제2 냉각 통로(170, 172) 내로 안내하도록 상기 제1 냉각 통로(130)의 반경방향 외측 단부에 배치된 플러그(178)를 포함하는 것인 터보 기계(10).
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