KR20190036205A - Gas Turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 터빈에 구비된 터빈 베인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 터빈 베인의 막 냉각이 불리한 리딩 엣지에서 효율적인 냉각을 위한 가스 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a turbine vane provided in a gas turbine, and more particularly, to a gas turbine for efficient cooling at a leading edge where film cooling of the turbine vane is unfavorable.
일반적으로 가스 터빈은 압축기부에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에 분사시켜 회전시킴으로써 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종이다.BACKGROUND ART Generally, a gas turbine is a type of internal combustion engine that converts thermal energy into mechanical energy by injecting high-temperature and high-pressure combustion gases produced by mixing fuel into compressed air at a high pressure in a compressor, and rotating the turbine.
이러한 터빈을 구성하기 위해서 외주면에 복수의 터빈 블레이드가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크를 다단으로 구성하여 상기 고온, 고압의 연소 가스가 터빈 블레이드를 통과시키도록 하는 구성이 널리 사용되고 있다.In order to construct such a turbine, a plurality of turbine rotor disks in which a plurality of turbine blades are arranged on the outer circumferential surface are configured in a multi-stage so that the high-temperature and high-pressure combustion gases are allowed to pass through the turbine blades.
이와 같이 사용되는 가스터빈의 터빈 베인은 표면에 대한 냉각을 위한 막 냉각법이 일반적으로 사용하고 있으며 이에 대해 도면을 참조하여 설명한다.A membrane cooling method for cooling the surface of a turbine vane of a gas turbine used in this way is generally used and will be described with reference to the drawings.
첨부된 도 1을 참조하면, 터빈 베인은 표면으로 공급되는 핫 가스가 도면에로부터 도시된 바와 같이 이동된다.Referring to FIG. 1 of the accompanying drawings, a turbine vane is moved as shown in FIG.
핫 가스는 터빈 베인(3)으로 이동하여 리딩 엣지(3a)에서 화살표로 도시된 바와 같이 이차 볼텍스(secondary vortex)의 이동 흐름이 발생된다. 상기 이차 볼텍스(secondary vortex) 흐름은 압력면(3d)과 흡입면(3b)에서 도면의 화살표로 도시된 바와 같은 와류 형태의 이동 흐름이 앤드월(3c)을 따라 발생된다.The hot gas moves to the
일 예로 압력면(3d)에서는 터빈 베인(3)의 표면에서 외측으로 이격된 이동 흐름이 유발되는데, 이와 같은 이동 흐름은 막 냉각 효율에 불리하게 작용한다.For example, in the
터빈 베인(3)은 표면의 막 냉각 성능이 일정하게 유지되는 것이 유리하나, 전술한 바와 같은 이동 흐름이 발생될 경우 터빈 베인(3)의 표면으로 분사된 냉각 공기가 박리되면서 상기 터빈 베인(3)의 표면 온도가 상승하고, 이로 인해 열응력이 집중되거나 열피로 인한 변형이 발생될 수 있다.It is advantageous that the cooling performance of the surface of the
따라서 터빈 베인(3)이 구비된 가스 터빈의 효율 향상을 위해 핫 가스의 이동을 안정화 시킬 수 있는 기술 개발을 요구하고 있는 실정이다.Therefore, in order to improve the efficiency of the gas turbine equipped with the
본 발명의 실시 예들은 터빈 베인에서 발생하는 이차 볼텍스(secondary vortex)의 이동 흐름을 최소화 시켜 막 냉각 성능을 향상시킨 가스 터빈을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a gas turbine that minimizes the flow of secondary vortex generated in the turbine vane to improve the film cooling performance.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은 가스 터빈에 구비된 터빈 베인(33); 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)에 연결된 앤드 월(38); 및 상기 앤드 월(38)에 형성되고 상기 리딩 엣지(34)를 향해 냉각 공기를 분사 시켜 2차 유동(secondary flow)을 방지하는 분사부(300)를 포함한다.A gas turbine according to a first embodiment of the present invention includes a turbine vane (33) provided in a gas turbine; An end wall (38) connected to the hub (31) and the tip (32) of the turbine vane (33); And a
상기 분사부(300)는 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)에서 연장된 라운드 부(37)를 바라보며 위치된다.The
상기 분사부(300)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면 중 상기 라운드 부(37) 또는 상기 라운드 부(37)와 인접한 리딩 엣지(34)를 향해 개구된 제1 분사부(310); 상기 리딩 엣지(34)의 일측면을 향해 개구된 제2 분사부(320); 상기 리딩 엣지(34)의 타측면을 향해 개구된 제3 분사부(330)를 포함한다.The
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면을 기준으로 좌우 대칭으로 배치된다.The second and
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면을 기준으로 좌측과 우측으로 직교 되는 위치까지 소정의 간격으로 배치된다.The second and
상기 제1 분사부(310)는 상기 리딩 엣지(34)의 전방을 향해 서로 어긋나게 배치된다.The first ejecting
상기 제2 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 전방과 이웃한 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 서로 어긋나게 배치된다.The second to
상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)를 향해 상기 앤드 월(38)의 내측에서 서로 다른 경사각으로 경사지게 배치된다.The first to
상기 경사각은 5도 ~ 50도 중에 선택되는 임의 의 경사각 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.And the inclination angle is any one of an arbitrary inclination angle selected from 5 degrees to 50 degrees.
상기 제1 분사부(310)는 상기 허브(31) 및 팁(32)과 인접한 리딩 엣지(34)의 서로 다른 위치를 향해 냉각 공기를 분사하는 것을 특징으로 한다.The first spraying
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 허브(31) 및 팁(32)과 인접한 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)의 서로 다른 위치를 향해 냉각 공기를 분사하는 것을 특징으로 한다.The second and
상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)를 향해 직경이 감소되는 노즐 형태로 이루어진다.The first to
상기 분사부(300)는 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 냉각 공기를 분사하기 위해 앤드 월(38)에 구비된 보조 분사부(350)를 포함한다.The
상기 보조 분사부(350)는 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 경사지게 위치된다.The
상기 보조 분사부(350)는 상기 리딩 엣지(34)에서 상기 트레일링 엣지(35)에 이르는 구간을 삼등분 했을 때, 상기 리딩 엣지(34)를 기준으로 2S/3위치에 해당되는 구간에 위치된다.The
본 발명의 실시 예들은 터빈 베인에서 발생되는 이차 볼텍스(secondary vortex)의 이동 흐름을 약화시켜 핫 가스의 안정적인 이동 흐름을 유도할 수 있다.Embodiments of the present invention may weaken the flow of secondary vortex generated in a turbine vane to induce a stable flow of hot gas.
본 발명의 실시 예들은 리딩 엣지와 흡입면과 압력면에서의 냉각 성능을 안정하여 유지시키고, 터빈 베인의 공력 성능을 향상시킬 수 있다.Embodiments of the present invention can stably maintain cooling performance on the leading edge, suction surface and pressure surface and improve aerodynamic performance of the turbine vane.
도 1은 종래의 터빈 베인을 따라 이동하는 핫 가스의 이동 흐름을 도시한 사시도.
도 2는 본 실시 예에 의한 터빈 베인이 설치된 가스 터빈의 종 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인의 리딩 엣지와 분사부를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인에 구비된 제1 분사부의 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인에 구비된 보조 분사부를 도시한 사시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a flow of a hot gas moving along a conventional turbine vane; FIG.
2 is a longitudinal sectional view of a gas turbine equipped with a turbine vane according to the present embodiment.
3 is a perspective view showing a turbine vane according to a first embodiment of the present invention;
4 is a view showing a leading edge and a jetting portion of a turbine vane according to a first embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view of a first jet portion provided in a turbine vane according to a first embodiment of the present invention;
6 is a perspective view illustrating an auxiliary injection unit provided in the turbine vane according to the first embodiment of the present invention;
본 발명에 대한 설명에 앞서 가스터빈의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.Before describing the present invention, the configuration of a gas turbine will be described with reference to the drawings.
첨부된 도 2를 참조하면, 가스 터빈은 외형을 이루는 케이싱(10)이 구비되고, 케이싱(10)의 후측(도 2 기준 우측)에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저가 구비된다.Referring to FIG. 2, the gas turbine is provided with a
그리고 상기 디퓨저의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(11)가 배치된다.And a combustor 11 for supplying compressed air to the front side of the diffuser and burning the air.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(10)의 전방에 압축기 섹션(12)이 위치하고, 후방에 터빈 섹션(30)이 구비된다. Referring to the flow direction of the air, the
상기 압축기 섹션(12)과 상기 터빈 섹션(30)의 사이에는 상기 터빈 섹션(30)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션(12)으로 전달하는 토크튜브(14)가 구비된다. A
상기 압축기 섹션(12)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크들은 타이로드(15)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다.The
상기 각각의 압축기 로터 디스크 중앙을 상기 타이로드(15)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 상기 압축기 로터 디스크의 외주부 부근에는 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.And the centers of the respective compressor rotor discs are aligned along the axial direction with the tie rods (15) passing through them. A flange coupled to the adjacent rotor disk such that relative rotation is not possible, is formed in the vicinity of the outer periphery of the compressor rotor disk so as to protrude in the axial direction.
상기 압축기 로터 디스크의 외주면에는 복수 개의 블레이드가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드는 도브 테일부를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크에 체결된다.A plurality of blades are radially coupled to the outer peripheral surface of the compressor rotor disk. Each of the blades has a dovetail portion and is fastened to the compressor rotor disk.
도브 테일부의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 도브 테일외의 다른 체결장치를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.The dovetail part has a tangential type and an axial type. This can be selected according to the required structure of the commercial gas turbine. In some cases, the blade may be fastened to the rotor disk by using a fastening device other than the dovetail.
상기 타이로드(15)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브에 고정된다. The
상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도면에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. The shape of the tie rods may be variously configured depending on the gas turbine, and therefore, the shape of the tie rods is not necessarily limited to the shapes shown in the drawings.
하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.One tie rod may pass through the central portion of the rotor disk, or a plurality of tie rods may be arranged in a circumferential direction, or a combination thereof may be used.
도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.Although not shown, the compressor of the gas turbine may be provided with a vane serving as a guide pin at the next position of the diffuser to increase the flow pressure of the fluid entering the combustor inlet to the design flow angle after increasing the pressure of the fluid And is called a desworler.
상기 연소기(11)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.The combustor 11 mixes and combusts the introduced compressed air with the fuel to produce a high-temperature high-temperature and high-pressure combustion gas, and the combustion gas temperature is increased to the heat resistance limit at which the combustor and the turbine component can withstand .
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연소기는 연료 분사 노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다. A plurality of combustors constituting the combustion system of the gas turbine may be arranged in a casing formed in a cell shape. The combustor includes a burner including a fuel injection nozzle and the like, a combustor liner forming a combustion chamber, And a transition piece as a connection part between the combustor and the turbine.
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.Specifically, the liner provides a combustion space in which the fuel injected by the fuel nozzle is mixed with the compressed air of the compressor and burned. Such a liner may include a flame passage providing a combustion space in which fuel mixed with air is combusted, and a flow sleeve forming an annular space surrounding the flame tube. A fuel nozzle is coupled to the front end of the liner, and a spark plug is coupled to the side wall.
한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. On the other hand, a transition piece is connected to the rear end of the liner so that the combustion gas burned by the spark plug can be sent to the turbine side.
상기 트랜지션피스는 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.The transition piece is cooled by the compressed air supplied from the compressor to the outer wall portion so as to prevent breakage by the high temperature of the combustion gas.
이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.To this end, the transition piece is provided with cooling holes for blowing air inward, and the compressed air flows to the liner side after cooling the body inside the holes through the holes.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.The cooling air cooled by the transition piece flows through the annular space of the liner. Compressed air is supplied to the outer wall of the liner from the outside of the flow sleeve through the cooling holes provided in the flow slip part, .
한편, 일반적으로 터빈에서는 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환한다.In general, in a turbine, high-temperature and high-pressure combustion gases from a combustor expand and convert impulsive and repulsive forces into rotational energy of a turbine to mechanical energy.
터빈에서 얻은 기계적 에너지는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며 나머지는 발전기를 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.The mechanical energy obtained from the turbine is supplied to the compressor as the energy required to compress the air and the remainder is used to drive the generator to produce power.
상기 터빈에는 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다. In the turbine, a plurality of stator blades and rotor blades are alternately arranged and formed in the vehicle room, and the rotor is driven by the combustion gas to rotate the output shaft to which the generator is connected.
이를 위해, 상기 터빈 섹션(30)에는 복수의 터빈 로터 디스크가 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크는 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크와 유사한 형태를 갖는다. To this end, the
상기 터빈 로터 디스크 역시 이웃한 터빈 로터 디스크와 결합되기 위한 구비한 플랜지를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 베인(33)을 포함한다. 상기 터빈 베인(33) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크에 결합될 수 있다.The turbine rotor disk also includes a plurality of turbine vanes 33 disposed radially and having flanges for engaging adjacent turbine rotor disks. The turbine vane 33 may also be coupled to the turbine rotor disk in a dovetail fashion.
상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 압축기 섹션(12)에서 압축되고, 연소기(11)에서 연소된 후, 터빈 섹션(30)으로 이동되어 터빈을 구동하고, 디퓨저를 통해 대기중으로 배출된다.In the gas turbine having such a structure, the introduced air is compressed in the
가스터빈의 효율을 증가시키기 위한 방법 중 대표적인 것은 터빈 섹션(30)으로 유입되는 가스의 온도를 높이는 것이나, 이 경우 상기 터빈 섹션(30)의 입구 온도가 증가하게 되는 현상이 발생된다.A typical method for increasing the efficiency of the gas turbine is to increase the temperature of the gas flowing into the
또한 터빈 섹션(30)에 구비된 터빈 베인(33)에 문제가 발생하게 되고, 상기 터빈 베인(33)의 온도가 국부적으로 상승하면서 열응력(thermal Stress)이 발생 되며, 상기 열응력이 장시간 지속되면 크리프(creep) 현상으로 인해 터빈 베인(33)의 파괴까지 이어질 수 있다.In addition, a problem arises in the turbine vane 33 provided in the
본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 첨부된 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 베인의 리딩 엣지와 분사부를 도시한 도면이다.A gas turbine according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a perspective view illustrating a turbine vane according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view illustrating a leading edge and a jetting section of a turbine vane according to the first embodiment of the present invention.
첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은 고온의 핫 가스가 터빈 베인(33)의 외주면으로 공급될 때 상기 외주면에 대한 안정적인 냉각이 필요하게 된다. 3 to 4, the gas turbine according to the first embodiment of the present invention requires stable cooling of the outer circumferential surface when hot gas is supplied to the outer circumferential surface of the turbine vane 33.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈은 가스 터빈에 구비된 터빈 베인(33과, 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)에 연결된 앤드 월(38) 및 상기 앤드 월(38)에 형성되고 상기 리딩 엣지(34)를 향해 냉각 공기를 분사 시켜 2차 유동(secondary flow)을 방지하는 분사부(300)를 포함한다.The gas turbine according to the first embodiment of the present invention includes a turbine vane 33 provided in the gas turbine and an
본 실시 예는 터빈 베인(33)으로 공급된 핫 가스가 리딩 엣지(34)와 충돌 후 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 따라 이차 볼텍스(secondary vortex)의 이동 흐름이 유발되고, 제1,2 앤드 월(38a, 38b)에서 패시지 볼텍스(passage vortex)로 인한 공력 성능의 손실을 최소화 하기 위해 분사부(300)가 형성된다.
In this embodiment, the flow of the secondary vortex is induced along the
상기 분사부(300)는 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)에서 연장된 라운드 부(37)를 바라보며 위치된다.
The jetting
터빈 베인(33)은 핫 가스가 유입되는 선단부를 바라보는 리딩 엣지(34)와, 상기 리딩 엣지(34)에서 후단부를 향해 각각 연장된 흡입면(33b)과 압력면(33a)과, 상기 연장된 흡입면(33b)과 압력면(33a)의 단부에 형성된 트레일링 엣지(35)를 포함한다.
The turbine vane 33 includes a
또한 상기 앤드 월(38)은 상기 허브(31)와 연결된 제1 앤드 월(38a)과, 상기 팁(32)과 연결된 제2 앤드월(38b)을 포함한다. 상기 앤드 월(38)은 내부에 냉각 공기가 유입되므로 상기 분사부(300)를 통해 냉각 공기를 리딩 엣지(34)로 공급할 수 있다.
The
상기 리딩 엣지(34)는 핫 가스가 터빈 베인(33)으로 공급될 경우 고온의 온도가 지속적으로 유지되는 곳으로, 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)으로 이동하는 핫 가스의 이동 경로에 영향을 미친다.
The leading
예를 들어 핫 가스가 리딩 엣지(34)를 경유한 후에 터빈 베인(33)의 흡입면(33b)과 압력면(33a)으로 밀착되는 이동 경로가 유지되고, 상기 터빈 베인(33)에 구비된 막 냉각부(100)의 막 냉각으로 냉각될 경우 상기 터빈 베인(33)은 핫 가스의 안정적인 이동 흐름과 냉각 효율이 동시에 향상될 수 있다.
For example, after the hot gas passes through the leading
본 실시 예는 이를 위해 분사부(300)를 구비하여 핫 가스가 리딩 엣지(34)에서 분기되면서 발생되는 이차 볼텍스(secondary vortex)의 문제점이 최소화되도록 상기 리딩 엣지(34)의 정면 중 라운드 부(37) 또는 상기 라운드 부(37)와 인접한 리딩 엣지(34)를 향해 개구된 제1 분사부(310)와, 상기 리딩 엣지(34)의 일측면을 향해 개구된 제2 분사부(320)와, 상기 리딩 엣지(34)의 타측면을 향해 개구된 제3 분사부(330)를 포함한다.
The present embodiment is provided with a
상기 제1 분사부(310)는 제1,2 앤드 월(38a, 38b)의 내측과 연통된 복수개의 통로로 구성된다. 핫 가스는 리딩 엣지(34)와 접촉된 후에 각각 제1 앤드 월(38a)와 제2 앤드 월(38b)을 향해 화살표로 도시된 방향으로 이동된다.
The
핫 가스는 리딩 엣지(34)와 충돌 직후 이동 흐름이 나선 형태로 변형되어 흡입면(33b)과는 밀착되고, 압력면(33a)과는 멀어지는 방향으로 이동되므로, 상기 분사부(300)에서 분사된 냉각 공기를 이용하여 나선 형태의 볼텍스 흐름을 약화시키고, 상기 제1,2 앤드 월(38a, 38b)의 표면 또는 라운드 부(37)를 따라 이동하는 이동 흐름으로 유도한다.
The hot gas is deformed into a spiral shape immediately after the collision with the leading
이를 위해 상기 제1 분사부(310)는 상기 리딩 엣지(34)의 전방을 향해 서로 어긋나게 배치된다. 제1 분사부(310)는 다양한 배치 상태가 가능한데 일 예로 냉각 공기가 서로 중첩되지 않도록 개구된 위치가 서로 다르게 개구된다. For this purpose, the
핫 가스는 리딩 엣지(34)와 접촉 후 허브(31)를 향해 하강되는 이동 흐름(a 방향)과 상기 팁(32)을 향해 상승하는 이동 흐름(b 방향)으로 변화되어 상기 허브(31)를 향해 제1 앤드 월(38a) 방향으로 하강되는 이동 흐름과, 상기 팁(32)을 향해 제2 앤드 월(38b) 방향으로 이동하는 이동 흐름으로 각각 변경된다.The hot gas is changed in a moving flow (a direction) descending toward the
본 실시 예는 제1 앤드 월(38a)로 이동된 핫 가스를 향해 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)에서 분사된 냉각 공기에 의해 하강되는 기류 흐름을 약화시켜 압력면(33a)을 따라 a1과 a2의 이동 궤적이 발생되는 흐름으로 변경시킨다.The present embodiment weakens the flow of air flowing down by the cooling air jetted from the first to
그리고 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)에서 분사된 냉각 공기에 의해 제2 앤드 월(38b)로 이동된 핫 가스에 의해 상승되는 기류 흐름을 약화시켜 압력면(33a)을 따라 a3과 a4의 이동 궤적이 발생되는 흐름으로 변경시킨다.The cooling air injected from the first, second, third, and
핫 가스는 리딩 엣지(34)로 도달되기 이전과 상기 분사부(300)에 의해 이동 방향과 흐름이 변경된 이후에 상기 흡입면(33b)과, 압력면(33a)에 밀착된 이동 흐름으로 변경되므로 터빈 베인(33)의 막 냉각 효과가 상승되고, 제1,2 앤드 월(38a, 38b)에서 패시지 볼텍스(passage vortex)로 인한 공력 성능의 손실이 최소화된다.The hot gas is changed to the moving flow adhered to the
본 실시 예에 의한 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면을 기준으로 좌우 대칭으로 배치된다. 상기 제2 분사부(320)는 리딩 엣지(34)와 이웃한 흡입면(33b))을 향해 경사지게 배치되고, 제3 분사부(330)는 리딩 엣지(34)와 이웃한 압력면(33a)를 향해 경사지게 배치된다.The second and
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면을 기준으로 좌측과 우측으로 직교 되는 위치까지 소정의 간격으로 배치된다. 핫 가스는 리딩 엣지(34)와 충돌 후 a위치에서 a1과 a3 위치로 각각 분기되어 이동하므로 상기 위치에 냉각 공기를 분사시켜 핫 가스의 이동 방향을 흡입면(33b)과 압력면(33a)의 표면으로 전환시켜 불필요한 2차 유동 흐름을 최소화 하는 것이 바람직하다.The second and
상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 전방 및 상기 리딩 엣지(34)의 전방과 이웃한 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 서로 어긋나게 배치된다. 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 분사 방향이 서로 간에 중첩되기 보다는 서로 다른 방향을 향해 개구되어 있어 핫 가스의 흐름을 변경시키는데 유리할 수 있다.The first to
이 경우 냉각 공기는 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)에서 분사된 후에 화살표 방향으로 각각 분사되므로 다양한 방향에서 핫 가스의 이동 흐름을 변경시켜 전술한 효과를 유도할 수 있다.In this case, since the cooling air is injected in the arrow direction after being sprayed by the first to
상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)를 향해 상기 앤드 월(38)의 내측에서 서로 다른 경사각으로 경사지게 배치된다. 일 예로 상기 경사각은 5도 ~ 50도 중에 선택되는 임의 의 경사각 중의 어느 하나일 수 있다.The first to
경사각은 분사 위치에 따라 5도 또는 최대 50도까지 변화 가능하며 핫 가스의 이동 방향에 따라 변화 될 수 있다.The inclination angle can be changed to 5 degrees or 50 degrees depending on the injection position and can be changed according to the moving direction of the hot gas.
일 예로 제1 분사부(310)는 제1 경사각으로 경사지고, 상기 제2,3 분사부(320, 330)는 제2 경사각으로 경사질 수 있다.For example, the
상기 제1 분사부(310)는 상기 허브(31) 및 팁(32)과 인접한 리딩 엣지(34)의 서로 다른 위치를 향해 냉각 공기를 분사하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 분사부(310)는 복수개의 단위 분사부로 구성되며 각각의 위치를 서로 다르게 구성하여 핫 가스의 이동 기류를 약하게 유도할 수 있다.
The
또한 상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 허브(31) 및 팁(32)과 인접한 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)의 서로 다른 위치를 향해 냉각 공기를 분사할 수 있다.
The second and
핫 가스는 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 따라 이동할 때 서로 다른 이동 흐름이 유발되므로 최적의 이동 흐름을 유도하기 위해 전술한 바와 같이 각기 서로 다른 위치로 냉각 공기가 분사되도록 구성할 경우 2차 볼텍스의 이동 흐름을 약화 시켜 터빈 베인(33)의 막 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.When the hot gas is caused to move in different directions when moving along the
첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)를 향해 직경이 감소되는 노즐 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우 냉각 공기는 리딩 엣지(34)를 향해 분사 속도가 증가되므로 핫 가스의 2차 볼텍스에 의한 기류 흐름을 약화시키는데 유리해 진다.Referring to FIG. 5, the first to
제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 모드 직경이 감소되거나, 특정 위치에 위치된 단위 분사부만 직경이 감소되도록 구성될 수 있다.The first to
첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 분사부(300)는 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 냉각 공기를 분사하기 위해 앤드 월(38)에 구비된 보조 분사부(350)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the jetting
상기 보조 분사부(350)는 전수한 분사부(300)의 구성과 유사한데, 리딩 엣지(34)에서 1차로 이동 흐름이 변경된 핫 가스가 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 따라 이동될 때 2차로 냉각 공기를 분사하여 패시지 볼텍스(passage vortex)로 인한 공력 성능의 손실을 최소화 할 수 있다.The
특히 터빈 베인(33)은 압력면(33a)에서 핫 가스의 이동 흐름이 불안정해지므로 상기 보조 분사부(350)를 이용하여 냉각 공기를 추가로 분사할 경우 상기 압력면(33a)에 밀착된 이상적인 이동 흐름을 유도할 수 있다. Particularly, since the flow of the hot gas in the turbine vane 33 becomes unstable on the
상기 보조 분사부(350)는 흡입면(33b)에 서도 압력면(33a)과 동일한 작용 효과가 야기 되므로 2차 볼텍스의 이동 흐름을 약화 시켜 터빈 베인(33)의 막 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.Since the
상기 보조 분사부(350)는 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 경사지게 위치될 수 있다. 보조 분사부(350)의 경사각은 특별히 한정하지 않으나 라운드 부(37)를 향해 경사질 수 있다.The
상기 보조 분사부(350)는 상기 리딩 엣지(34)에서 상기 트레일링 엣지(35)에 이르는 구간을 삼등분 했을 때, 상기 리딩 엣지(34)를 기준으로 2S/3위치에 해당되는 구간에 위치된다.The
일 예로 굴곡구간(S)은 상기 리딩 엣지(34)에서 상기 트레일링 엣지(35)에 이르는 구간을 삼등분 했을 때, 상기 리딩 엣지(34)를 기준으로 S/3위치에 해당되는 제1 굴곡구간(S1)과, 상기 제1 굴곡구간(S2)의 단부에서부터 상기 굴곡구간(S)의 2S/3위치에 해당되는 제2 굴곡구간(S2)과 상기 제2 굴곡구간(S2)의 단부에서부터 상기 트레일링 엣지(35)에 이르는 나머지 구간에 해당되는 제3 굴곡구간(S3)을 포함한다.For example, when the section from the leading
상기 제2 굴곡구간(S2)은 흡입면(33b)과 압력면(33a)에 해당되는 곳인데, 이 중에서 상기 압력면(33a)은 터빈 베인(33)의 내측을 향해 유선형으로 라운드진 구간에 해당된다. 상기 제2 굴곡구간(S2)은 막 냉각부(100)에 의한 막 냉각 효과가 상대적으로 낮아 보조 분사부(350)가 구비되어 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.The second bending section S2 corresponds to the
특히 상기 위치는 핫 가스가 압력면(33a)의 표면을 따라 이동될 때 상기 압력면(33a)의 표면에 밀착되지 못하는 이동 흐름이 발생되는 구간으로 상기 위치에 보조 분사부(350)가 위치되어 냉각 오기를 추가로 분사할 경우 안정적인 막 냉각을 유도할 수 있어 터빈 베인(33)의 냉각 효율 향상을 유도할 수 있다.Particularly, the position is a section in which a moving flow which can not be adhered to the surface of the
33 : 터빈 블레이드
34 : 리딩 엣지
35 : 트레일링 엣지
38 : 앤드 월
38a : 제1 앤드 월
38b : 제2 앤드 월
100 : 막 냉각부
300 : 분사부
310, 320, 330 : 제1,2,3 분사부
S : 굴곡구간
S1, S2, S3 : 제1 ~ 제3 굴곡구간33: turbine blade
34: Reading Edge
35: Trailing Edge
38: And the month
38a: 1st and 2nd month
38b: 2nd and 3rd month
100: film cooling unit
300:
310, 320, 330: 1st, 2nd,
S: bending section
S1, S2, S3: First to third bending sections
Claims (15)
상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)에 연결된 앤드 월(38); 및
상기 앤드 월(38)에 형성되고 상기 리딩 엣지(34)를 향해 냉각 공기를 분사 시켜 2차 유동(secondary flow)을 방지하는 분사부(300)를 포함하는 가스 터빈.A turbine vane (33) provided in the gas turbine;
An end wall (38) connected to the hub (31) and the tip (32) of the turbine vane (33); And
And a jetting portion (300) formed in the end wall (38) and spraying cooling air toward the leading edge (34) to prevent secondary flow.
상기 분사부(300)는 상기 터빈 베인(33)의 허브(31)와 팁(32)에서 연장된 라운드 부(37)를 바라보며 위치된 가스 터빈.The method according to claim 1,
The jetting section 300 is positioned facing the hub 31 of the turbine vane 33 and the rounded portion 37 extending from the tip 32.
상기 분사부(300)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면 중 상기 라운드 부(37) 또는 상기 라운드 부(37)와 인접한 리딩 엣지(34)를 향해 개구된 제1 분사부(310);
상기 리딩 엣지(34)의 일측면을 향해 개구된 제2 분사부(320);
상기 리딩 엣지(34)의 타측면을 향해 개구된 제3 분사부(330)를 포함하는 가스 터빈.3. The method of claim 2,
The jetting unit 300 includes a first jetting unit 310 which is opened toward the leading edge 34 adjacent to the rounding unit 37 or the rounding unit 37 in the front surface of the leading edge 34;
A second jetting portion 320 opened toward one side of the leading edge 34;
And a third jetting portion (330) opening toward the other side of the leading edge (34).
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면을 기준으로 좌우 대칭으로 배치된 가스 터빈.The method of claim 3,
And the second and third jetting portions (320, 330) are arranged symmetrically with respect to the front of the leading edge (34).
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 정면을 기준으로 좌측과 우측으로 직교 되는 위치까지 소정의 간격으로 배치된 가스 터빈.The method of claim 3,
And the second and third spray units (320, 330) are disposed at predetermined intervals from the front of the leading edge (34) to a position orthogonal to the left and right sides.
상기 제1 분사부(310)는 상기 리딩 엣지(34)의 전방을 향해 서로 어긋나게 배치된 가스 터빈.The method of claim 3,
Wherein the first jetting portion (310) is disposed to be offset from the front of the leading edge (34).
상기 제2 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)의 전방과 이웃한 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 서로 어긋나게 배치된 가스 터빈.The method of claim 3,
The second to third jetting portions 310, 320, and 330 are disposed to be offset from each other toward the suction surface 33b and the pressure surface 33a adjacent to the front of the leading edge 34. [
상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)를 향해 상기 앤드 월(38)의 내측에서 서로 다른 경사각으로 경사지게 배치된 가스 터빈.The method of claim 3,
Wherein the first to third jetting portions (310, 320, 330) are disposed at an inclination angle different from each other inside the end wall (38) toward the leading edge (34).
상기 경사각은 5도 ~ 50도 중에 선택되는 임의 의 경사각 중의 어느 하나인 가스 터빈.9. The method of claim 8,
Wherein the inclination angle is any one of an arbitrary inclination angle selected from 5 degrees to 50 degrees.
상기 제1 분사부(310)는 상기 허브(31) 및 팁(32)과 인접한 리딩 엣지(34)의 서로 다른 위치를 향해 냉각 공기를 분사하는 가스 터빈.The method of claim 3,
The first jetting portion (310) ejects cooling air toward different positions of the leading edge (34) adjacent to the hub (31) and tip (32).
상기 제2,3 분사부(320, 330)는 상기 허브(31) 및 팁(32)과 인접한 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)의 서로 다른 위치를 향해 냉각 공기를 분사하는 가스 터빈.The method of claim 3,
The second and third jet generators 320 and 330 are connected to the hub 31 and the tip 32 and to the suction surface 33b and the pressure surface 33a, .
상기 제1 내지 제3 분사부(310, 320, 330)는 상기 리딩 엣지(34)를 향해 직경이 감소되는 노즐 형태로 이루어진 가스 터빈.The method of claim 3,
Wherein the first to third jetting portions (310, 320, 330) are in the form of a nozzle whose diameter is reduced toward the leading edge (34).
상기 분사부(300)는 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 냉각 공기를 분사하기 위해 앤드 월(38)에 구비된 보조 분사부(350)를 포함하는 가스 터빈.The method of claim 3,
The jetting section 300 includes an auxiliary jetting section 350 provided in the end wall 38 to jet the cooling air toward the suction surface 33b and the pressure surface 33a.
상기 보조 분사부(350)는 상기 흡입면(33b)과 압력면(33a)을 향해 경사지게 위치된 가스 터빈.The method of claim 3,
The auxiliary jetting section 350 is positioned obliquely toward the suction surface 33b and the pressure surface 33a.
상기 보조 분사부(350)는 상기 리딩 엣지(34)에서 상기 트레일링 엣지(35)에 이르는 구간을 삼등분 했을 때, 상기 리딩 엣지(34)를 기준으로 2S/3위치에 해당되는 구간에 위치된 가스 터빈.
14. The method of claim 13,
The auxiliary spraying unit 350 is disposed at a position corresponding to the 2S / 3 position with respect to the leading edge 34 when the interval from the leading edge 34 to the trailing edge 35 is tripled Gas turbine.
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US20170114798A1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-04-27 | United Technologies Corporation | Cooling hole patterned surfaces |
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2017
- 2017-09-27 KR KR1020170125158A patent/KR101974738B1/en active IP Right Grant
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