KR20200104177A - 터빈 베인, 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인은, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일; 상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며, 상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고, 상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며, 한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된다.

Description

터빈 베인, 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈{Turbine vane and turbine blade and gas turbine comprising the same}

본 발명은 터빈 베인, 터빈 블레이드 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 하우징 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.

상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

가스 터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

미국 등록특허공보 제10060270호

본 발명은 터빈 베인과 터빈 블레이드의 에어포일의 트레일링 에지 쪽 내측면에 복수의 유동제어리브를 배열하여 트레일링 에지 냉각채널을 통과하는 냉각 공기가 복수의 유동제어리브에 충돌되며 안내되도록 함으로써 트레일링 에지 냉각채널의 냉각 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인은, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일; 상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며, 상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고, 상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며, 한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된다.

상기 복수의 유동제어리브 중 마지막 열의 유동제어리브는 유동 방향에 평행하게 배치되고, 나머지 열의 유동제어리브는 유동 방향에 대해 60~10도의 각도로 경사지게 배치될 수 있다.

상기 유동제어리브는 그 단면이 사각형의 양단에 반원이 일체로 형성된 형태로 이루어질 수 있다.

상기 유동제어리브는 그 길이가 폭의 1.5~4배로 형성될 수 있다.

상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 경사 각도가 점점 작아질 수 있다.

상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 그 길이가 점점 길어질 수 있다.

상기 복수의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 유동제어리브들 사이의 간격이 점점 작아질 수 있다.

상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 위에서 아래로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 상향 경사지게 배치될 수 있다.

상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 아래에서 위로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 하향 경사지게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드는, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일; 상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며, 상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고, 상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며, 한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치될 수 있다.

상기 복수의 유동제어리브 중 마지막 열의 유동제어리브는 유동 방향에 평행하게 배치되고, 나머지 열의 유동제어리브는 유동 방향에 대해 60~10도의 각도로 경사지게 배치될 수 있다.

상기 유동제어리브는 그 단면이 사각형의 양단에 반원이 일체로 형성된 형태로 이루어질 수 있다.

상기 유동제어리브는 그 길이가 폭의 1.5~4배로 형성될 수 있다.

상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 경사 각도가 점점 작아질 수 있다.

상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 그 길이가 점점 길어질 수 있다.

상기 복수의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 유동제어리브들 사이의 간격이 점점 작아질 수 있다.

상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 아래에서 위로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 하향 경사지게 배치될 수 있다.

상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 위래에서 아래로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 상향 경사지게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하고, 상기 터빈 베인은, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일; 상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며, 상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고, 상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며, 한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하고, 상기 터빈 블레이드는, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일; 상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며, 상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고, 상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며, 한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 베인과 터빈 블레이드의 에어포일의 트레일링 에지 쪽 내측면에 복수의 유동제어리브를 배열하여 트레일링 에지 냉각채널을 통과하는 냉각 공기가 복수의 유동제어리브에 충돌되며 안내되도록 함으로써 트레일링 에지 냉각채널의 냉각 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조를 나타내는 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드와 터빈 로터 디스크를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에서 A-A 선을 따라 자른 일부 사시도이다.
도 7은 도 6에서 B 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7과 다른 실시예에 따른 유동제어리브들을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래기술에 따른 핀-핀(pin-fin) 주변의 유동 속도(a)와 본 발명에 따른 유동제어리브 주변의 유동 속도(b)를 나타내는 그림이다.
도 10은 본 발명의 유동제어리브들에서 종래기술에 대비하여 각 열에서의 너셀수(Nusselt Number) 비를 나타내는 그래프이다.
도 11은 유동제어리브들에 냉각 공기가 위에서 유입되는 경우 유동제어리브들의 배열을 나타내는 도면이다.
도 12는 유동제어리브들에 냉각 공기가 아래에서 유입되는 경우 유동제어리브들의 배열을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부 구조를 나타내는 일부 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드와 터빈 로터 디스크를 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기 섹션(1100)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(1100)과 터빈 섹션(1300)의 사이에는 터빈 섹션(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(1100)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브 유닛(1500)이 배치되어 있다.

상기 압축기 섹션(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 상기 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.

상기 각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 상기 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 도브테일부(1112)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(1600)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 상기 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 상기 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 상기 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결된다.

상기 타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 제시된 형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.

상기 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소 가스 온도를 높이게 된다.

가스 터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

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.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소 가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소 가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.

상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소 가스는 상술한 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1340)를 포함한다. 터빈 블레이드(1340) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(1320)의 블레이드(1340)의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인(1330)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

상기 터빈 베인(1330)의 내측 단부와 외측 단부에 결합된 엔드월(endwall)에 의해, 터빈 베인(1330)은 하우징 내에 고정적으로 장착된다. 반면에, 상기 하우징 내측에 회전하는 터빈 블레이드(1340)의 외측 단부와 마주보는 위치에는 링세그먼트가 터빈 블레이드(1340)의 외측 단부와 소정의 간극을 형성하도록 장착된다.

도 4를 참조하면, 상기 터빈 로터 디스크(1320)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯(1322)이 형성되어 있다. 상기 결합 슬롯(1322)은 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된다.

상기 결합 슬롯(1322)에 터빈 블레이드(1340)가 체결된다. 도 4에서, 상기 터빈 블레이드(1340)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부(1341)를 갖는다. 상기 플랫폼부(1341)는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부(1341)와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다.

상기 플랫폼부(1341)의 저면에는 루트부(1342)가 형성된다. 상기 루트부(1342)는 상술한 로터 디스크(1320)의 결합 슬롯(1322)에 상기 로터 디스크(1320)의 축방향을 따라서 삽입되는, 액셜 타입(axial-type)의 형태를 갖는다.

상기 루트부(1342)는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 상기 결합 슬롯에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 여기서, 상기 루트부의 결합구조는 반드시 전나무 형태를 가질 필요는 없고, 도브테일 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 플랫폼부(1341)의 상부면에는 블레이드부(1343)가 형성된다. 상기 블레이드부(1343)는 가스 터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 에지와 하류측에 배치되는 트레일링 에지를 갖는다.

여기서, 상기 압축기의 블레이드와는 달리, 터빈의 블레이드는 고온 고압의 연소 가스와 직접 접촉하게 된다. 상기 연소 가스의 온도는 1700℃℃에 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각 수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 상기 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 터빈측 블레이드로 공급하는 냉각 유로를 갖게 된다.

상기 냉각 유로는 상기 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 도 4에서, 상기 블레이드부의 표면에는 다수의 필름 쿨링홀(1344)이 형성되는데, 상기 필름 쿨링홀(1344)들은 상기 블레이드부(1343)의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 상기 블레이드부(1343)의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 터빈의 블레이드부(1343)는 상기 하우징의 내부에서 연소 가스에 의해 회전하게 되며, 블레이드부가 원활하게 회전할 수 있도록 상기 블레이드부(1343)의 끝단과 상기 하우징의 내면 사이에는 간극이 존재하게 된다. 다만, 상술한 바와 같이 상기 간극을 통해 연소 가스가 누설될 수 있으므로, 이를 차단하기 위한 실링 수단을 필요로 하게 된다.

터빈 블레이드와 터빈 베인은 공히 에어포일 형태로서, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면으로 구성된다. 터빈 블레이드와 터빈 베인의 내부는 냉각 시스템을 형성하는 복잡한 미로 구조를 포함한다. 블레이드와 베인 내의 냉각 회로는 터빈 엔진의 압축기로부터의 냉각 유체, 예를 들어 공기를 수용하며, 블레이드와 베인 캐리어에 결합되도록 이루어진 블레이드와 베인의 단부를 통해 유체가 통과한다. 냉각 회로는 통상 비교적 균일한 온도에서 터빈 블레이드와 베인의 모든 면들을 유지할 수 있도록 설계된 다수의 유동 경로를 포함하며, 이들 냉각 회로를 통과하는 유체의 적어도 일부는 베인의 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면의 개구들을 통해 배출된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5에서 A-A 선을 따라 자른 일부 사시도이며, 도 7은 도 6에서 B 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 베인(100)은, 리딩 에지(120), 트레일링 에지(130), 볼록한 흡입면(150), 오목한 압력면(140)을 포함하는 중공의 에어포일(110)과, 중공의 에어포일(110)의 내측면에 구비되는 냉각시스템(300)을 포함한다.

에어포일(110)은 내측의 제1단부(112)가 내부 엔드월(inner endwall, 170)에 연결되고, 외측의 제2단부(114)가 외부 엔드월(outer endwall, 180)에 연결된다.

터빈 베인(100)의 내부에는 냉각 유체가 유동하는 냉각 회로를 구성하는 냉각시스템(300)이 마련된다. 터빈 베인(100)의 내부로는 내부 엔드월(170) 또는 외부 엔드월(180)을 통해 냉각 유체가 유입될 수 있다.

냉각시스템(300)은 에어포일(110)의 트레일링 에지(130) 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널(310)을 포함한다. 트레일링 에지 냉각채널(310)은 에어포일(110)의 내측면 중 트레일링 에지(130)에 가까운 후반부에 마련된다.

트레일링 에지 냉각채널(310)은 에어포일(110)의 트레일링 에지(130) 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브(320)를 포함한다. 이 복수의 유동제어리브(320)는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내한다. 즉, 복수의 유동제어리브(320)는 복수의 행과 열을 이루고 냉각 유체의 유동 방향에 대해 경사지게 배열되되, 한 열의 유동제어리브(320)에 대해 다음 열의 유동제어리브(320)가 상하 방향으로 서로 다른 높이로 배열될 수 있다.

한 열의 유동제어리브(320)의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브(320)의 측면을 지나도록 배치될 수 있다. 그래서, 한 열의 유동제어리브(320)의 측면을 지난 냉각 유체는 다음 열의 유동제어리브(320)의 측면에 충돌하면서 와류(vortex) 또는 웨이크존(wake zone)을 만들기 때문에 열전달 성능이 향상될 수 있다.

복수의 유동제어리브(320) 중 마지막 열의 유동제어리브(320)는 유동 방향에 평행하게 배치되고, 나머지 열의 유동제어리브(320)는 유동 방향에 대해 60~10도의 각도로 경사지게 배치될 수 있다.

트레일링 에지(130)에는 냉각 유체가 배출되는 슬롯이 마련되고, 트레일링 에지 냉각채널(310)을 통과하는 냉각 유체는 상기 슬롯을 통해 도 6을 기준으로 우측 방향으로 배출된다. 그래서, 복수의 유동제어리브(320) 중 트레일링 에지(130)에 가장 가까운 마지막 열의 유동제어리브(320)는 유동 방향에 평행하게 배치됨으로써, 냉각 유체가 슬롯을 통해 빠져나갈 때 도 6을 기준으로 수평 방향으로 배출될 수 있다.

마지막 열 이외의 열들의 유동제어리브(320)는 냉각 유체의 전체적인 유동 방향인 수평 방향에 대해 60~10도의 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 도 6 및 도 7에서 마지막 열 이외의 열들의 유동제어리브(320)들은 유동 방향에 대해 45도의 경사 각도(θ)로 경사지게 배치되어 있다.

유동제어리브(320)의 경사 각도(θ)가 커질수록 냉각 유체가 유동할 때 충돌하면서 와류가 생성되는 비율이 높아져서 열전달량이 더 많아질 수 있는 반면, 유동제어리브(320)가 냉각 유체에 저항으로 작용하여 유동 속도가 작아지고 압력이 높아질 수 있다.

유동제어리브(320)는 그 단면이 사각형의 양단에 반원이 일체로 형성된 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 유동제어리브(320)는 그 단면이 정사각형의 마주보는 양변에 정사각형의 변의 길이와 일치하는 지름을 가진 반원이 일체로 형성된 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 유동제어리브(320)는 그 길이가 폭의 1.5~4배로 형성될 수 있다. 도 7에서는 유동제어리브(320)의 길이가 폭의 2배인 것이 도시되어 있다.

복수의 유동제어리브(320)는 에어포일(110)의 유동 방향 하류측 하반부의 내측면, 즉 트레일링 에지 냉각채널(310)에 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 유동제어리브(320)의 돌출 높이는 유동제어리브(320)의 폭과 유사하게 형성될 수 있다.

트레일링 에지 냉각채널(310)은 트레일링 에지(130) 쪽으로 갈수록 그 간격이 좁아지는바, 트레일링 에지(130) 가까이에는 양측면의 유동제어리브(320)가 서로 연결되어 기둥 형태로 이루어질 수도 있다.

도 6 및 도 7에는 복수의 유동제어리브(320)가 총 7열로 배열된 것이 도시되어 있다. 제1열의 유동제어리브(320-1)와 제2열의 유동제어리브(320-2)는 서로 세로 방향으로 엇갈리게 배치될 수 있다. 즉, 제2열의 유동제어리브(320-2)는 세로 방향으로 제1열의 유동제어리브(320-1) 2개의 사이에 각각 배치될 수 있다. 또한, 제1열의 유동제어리브(320-1)와 제2열의 유동제어리브(320-2)의 경사 방향은 서로 반대로 배열되어 지그재그로 배열될 수 있다.

이어서, 제3열의 유동제어리브(320-3) 및 제4열의 유동제어리브(320-4), 제5열의 유동제어리브(320-5) 및 제6열의 유동제어리브(320-6)는 제1열의 유동제어리브(320-1) 및 제2열의 유동제어리브(320-2)와 마찬가지로 배열될 수 있다.

상기한 바와 같이, 마지막에 있는 제7열의 유동제어리브(320-7)들은 유동 방향에 평행하게, 즉 경사 각도 0도로 배열되어 있다.

복수의 유동제어리브(320)의 열과 행의 개수는 유동제어리브(320)의 크기 및 간격과, 트레일링 에지 냉각채널(310)의 크기에 따라 도시된 것과 달리 형성될 수도 있다.

도 8은 도 7과 다른 실시예에 따른 유동제어리브들을 나타내는 도면이다. 도 7의 경우 유동제어리브들의 경사 각도(θ)가 동일하게 배치되었으나, 도 8의 실시예는 유동제어리브들의 경사 각도(θ1~θ6)가 하류측으로 갈수록 점점 작아지도록 배치된다.

구체적으로, 도 8에서 제1열의 유동제어리브(320-1) 및 제2열의 유동제어리브(320-2)는 각 경사 각도(θ1, θ2)가 45도로 배치되고, 제3열의 유동제어리브(320-3) 및 제4열의 유동제어리브(320-4)는 각 경사 각도(θ3, θ4)가 40도로 배치되며, 제5열의 유동제어리브(320-5) 및 제6열의 유동제어리브(320-6)는 각 경사 각도(θ5, θ6)가 35도로 배치되어 있다.

이와 달리, 제1열부터 제6열까지 순차적으로 각 유동제어리브(320)의 경사 각도(θ1~θ6)가 점점 작아지도록 배치될 수도 있다.

각 열의 유동제어리브(320)의 경사 각도가 점점 작아지면, 하류측으로 갈수록 냉각 유체가 유동제어리브(320)에 충돌하는 비율이 낮아지게 된다. 그러면, 냉각 유체의 접촉에 의한 열전달은 다소 줄어들 수 있으나, 냉각 유체의 유동 속도는 더 커지게 되어 전체적으로 열전달 효율이 더 높아질 수 있다.

도 9는 종래기술에 따른 핀-핀(pin-fin) 주변의 유동 속도(a)와 본 발명에 따른 유동제어리브 주변의 유동 속도(b)를 나타내는 그림이고, 도 10은 본 발명의 유동제어리브들에서 종래기술에 대비하여 각 열에서의 너셀수(Nusselt Number) 비를 나타내는 그래프이다.

도 9(a)에 도시된 핀(pin) 형태의 핀(fin)은 원기둥 형태로 이루어져 있다. 종래기술에 따른 복수의 핀-핀(pin-fin)도 복수의 행과 열로 서로 엇갈리게 배열되어 있다.

도 9와 도 10은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 유동제어리브를 구비하는 냉각 채널에 유체를 유동시켜서 그 유체의 유동 속도를 실험한 결과를 비교하여 나타낸다.

종래기술의 경우, 직사각형 모양의 파이프 내부에 높이 2mm의 채널을 형성하고, 도 9(a)에 도시된 바와 같이 복수의 핀을 10열로 배열하였다. 핀의 지름은 2mm이고, 핀의 높이도 채널의 높이와 같이 2mm로 형성하였으며, 핀과 핀 사이의 거리는 4mm로 배열하였다.

본 발명의 경우, 직사각형 모양의 파이프 내부에 높이 2mm의 채널을 형성하고, 도 9(b)에 도시된 바와 같이 복수의 리브를 10열로 배열하였다. 리브의 높이는 2mm이고, 리브의 높이도 채널의 높이와 같이 2mm로 형성하였으며, 리브의 폭은 2mm이고 리브의 길이는 4mm로 형성하였다.

종래기술과 본 발명에서 공통적으로, 유체의 입구 유동 조건은 압력 150kPa, 온도 300K이고, 출구 유동 조건은 유량 0.001kg/s로 하였다.

도 9(a)에서와 같이, 종래기술의 경우 제1열의 핀 주위의 유체의 속도는 제10열의 핀 주위의 유체의 속도와 거의 동일한 것을 알 수 있다.

반면에 도 9(b)에서와 같이, 본 발명의 경우 제1열의 리브 주위의 속도에 비해 제10열의 리브 주위로 갈수록 유체의 속도가 더 커지는 것을 알 수 있다.

너셀 넘버(Nusselt Number)란 물체의 표면에서 전도 열전달의 크기에 대한 대류 열전달의 크기의 비율을 나타내는 무차원수이다. 너셀 넘버가 클수록 물체의 표면에서 대류에 의한 열전달의 효과가 그만큼 크다는 것을 의미한다.

도 10에는 열 번호 1~10에서 종래기술의 너셀 넘버에 대한 본 발명의 너셀 넘버를 각각 나타내는 막대 그래프가 도시되어 있다.

제1열의 경우 본 발명의 너셀 넘버는 종래기술의 너셀 넘버와 동일하지만, 제2열부터 제10열까지에서 본 발명의 너셀 넘버는 종래기술보다 1.2~1.7배 가까이까지 더 큰 것을 알 수 있다. 본 발명의 너셀 넘버는 모든 열에서 종래기술보다 평균 44.5% 더 큰 값을 나타내고, 이에 따라 냉각 성능도 44.5% 증가함을 확인할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 복수의 유동제어리브(320) 중 마지막 열을 제외한 나머지 열의 유동제어리브(320)들은 하류측으로 갈수록 그 길이가 점점 길어지도록 배치될 수 있다. 즉, 제1열의 유동제어리브(320-1)로부터 제6열의 유동제어리브(320-6)로 갈수록 그 길이가 점점 길어질 수 있다. 이때, 제1열부터 제6열의 유동제어리브(320)의 길이는 그 폭의 1.5~4배의 범위에서 점점 길어질 수 있다.

유동제어리브(320)의 길이가 길어지면 냉각 유체가 유동제어리브(320)에 충돌하여 접촉하는 길이와 시간이 늘어나서 열전달량이 늘어나게 된다. 따라서, 트레일링 에지 냉각채널(310)의 냉각 효율이 높아질 수 있다.

그리고, 복수의 유동제어리브(320) 중 마지막 열을 제외한 나머지 열의 유동제어리브(320)들은 하류측으로 갈수록 유동제어리브들 사이의 간격이 점점 작아지도록 배치될 수 있다. 즉, 제1열의 유동제어리브(320-1)로부터 제6열의 유동제어리브(320-6)로 갈수록 유동제어리브들 사이의 간격이 점점 작아지게 배열될 수 있다.

유동제어리브(320)들 사이의 간격이 작아지면 그만큼 유동제어리브(320)들의 개수가 더 많아질 수도 있다.

유동제어리브(320)들 사이의 간격이 작아지면 냉각 유체가 유동제어리브(320)에 충돌하여 와류를 생성하는 비율이 높이지므로, 열전달량이 늘어나서 트레일링 에지 냉각채널(310)의 냉각 효율이 높아질 수 있다.

다음으로, 도 11은 유동제어리브들에 냉각 공기가 위에서 유입되는 경우 유동제어리브들의 배열을 나타내는 도면이고, 도 12는 유동제어리브들에 냉각 공기가 아래에서 유입되는 경우 유동제어리브들의 배열을 나타내는 도면이다.

상기한 바와 같이, 터빈 베인(100)의 에어포일(110)의 냉각시스템(300)에는 냉각 공기가 압축기(1100)로부터 위(반경방향 외측)에서 아래(반경방향 내측)로 공급되거나 아래에서 위로 공급될 수 있다.

도 11의 경우, 냉각 공기가 중공의 에어포일(110)의 내부 캐비티로 위에서 아래 방향으로 공급되는 경우를 나타낸다. 이 경우, 제1열의 유동제어리브(320-1)는 상류측으로 상향 경사지게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 위에서 아래 방향으로 공급되는 냉각 공기가 제1열의 유동제어리브(320-1)에 의해 그 유동 방향이 우측으로 바뀌도록 안내될 수 있다.

도 12의 경우, 냉각 공기가 중공의 에어포일(110)의 내부 캐비티로 아래에서 위 방향으로 공급되는 경우를 나타낸다. 이 경우, 제1열의 유동제어리브(320-1)는 상류측으로 하향 경사지게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 아래에서 위 방향으로 공급되는 냉각 공기가 제1열의 유동제어리브(320-1)에 의해 그 유동 방향이 우측으로 바뀌도록 안내될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드를 나타내는 사시도이다.

터빈 블레이드(200)는 리딩 에지(220), 트레일링 에지(230), 볼록한 흡입면(250), 오목한 압력면(240)을 포함하는 중공의 에어포일(210)과, 중공의 에어포일(210)의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함한다.

에어포일(210)은 외측(상단)의 제1단부(212)에 스퀼러 팁이 형성되고, 내측(하단)의 제2단부(114)는 루트부(260)에 일체로 연결된다.

터빈 베인(100)의 내부에는 냉각 유체가 유동하는 냉각 회로를 구성하는 냉각시스템이 마련된다. 터빈 베인(100)의 내부로는 루트부(260)를 통해 냉각 유체가 유입될 수 있다.

냉각시스템은 에어포일(210)의 트레일링 에지(230) 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널(310, 도 6 참조)을 포함한다. 트레일링 에지 냉각채널(310)은 에어포일(210)의 내측면 중 트레일링 에지(230)에 가까운 후반부에 마련된다.

트레일링 에지 냉각채널(310)은 에어포일(210)의 트레일링 에지(230) 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브(320)를 포함한다. 이 복수의 유동제어리브(320)는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내한다. 이를 위해, 한 열의 유동제어리브(320)의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브(320)의 측면을 지나도록 배치될 수 있다.

터빈 블레이드(200)의 복수의 유동제어리브(320)의 형태 및 배열은 터빈 베인(100)에 관하여 상술한 실시예들이 그대로 적용될 수 있다. 그래서, 복수의 유동제어리브(320)의 여러 실시예들에 대하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만, 터빈 블레이드(200)의 에어포일(210)의 내부 캐비티로 유입되는 냉각 유체는 루트부(260)를 통해 아래에서 위로 유동하므로, 제1열의 유동제어리브(320-1)들은 도 12에 도시된 바와 같이, 상류측으로 하향 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 터빈 베인과 터빈 블레이드의 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 복수의 유동제어리브를 배열하여 트레일링 에지 냉각채널을 통과하는 냉각 공기가 복수의 유동제어리브에 충돌되며 안내되도록 함으로써 트레일링 에지 냉각채널의 냉각 효율을 높일 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 가스터빈 1010: 하우징
1100: 압축기 1110: 압축기 블레이드
1112: 도브테일부 1120: 압축기 로터 디스크 유닛
1130: 압축기 냉각공기 공급유로 1200: 연소기
1300: 터빈 1320: 터빈 로터 디스크
1330: 터빈 베인 1340: 터빈 블레이드
1400: 디퓨져 1450: 고정너트
1500: 토크튜브 유닛 1600: 타이로드
100: 터빈 베인 110: 에어포일
112: 제1단부 114: 제2단부
120: 리딩 에지 130: 트레일링 에지
140: 압력면 150: 흡입면
170: 내부 엔드월 180: 외부 엔드월
200: 터빈 블레이드 210: 에어포일
212: 제1단부 214: 제2단부
220: 리딩 에지 230: 트레일링 에지
240: 압력면 250: 흡입면
260: 루트부
300: 냉각시스템
310: 트레일링 에지 냉각채널
320: 유동제어리브

Claims (20)

1. 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일;
   상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고,
   상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며,
   상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고,
   상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며,
   한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 유동제어리브 중 마지막 열의 유동제어리브는 유동 방향에 평행하게 배치되고,
   나머지 열의 유동제어리브는 유동 방향에 대해 60~10도의 각도로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
3. 제2항에 있어서,
   상기 유동제어리브는 그 단면이 사각형의 양단에 반원이 일체로 형성된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
4. 제3항에 있어서,
   상기 유동제어리브는 그 길이가 폭의 1.5~4배로 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 경사 각도가 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 그 길이가 점점 길어지는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 유동제어리브들 사이의 간격이 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 위에서 아래로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 상향 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 아래에서 위로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 하향 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 베인.
10. 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일;
    상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고,
    상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며,
    상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고,
    상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며,
    한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 유동제어리브 중 마지막 열의 유동제어리브는 유동 방향에 평행하게 배치되고,
    나머지 열의 유동제어리브는 유동 방향에 대해 60~10도의 각도로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
12. 제11항에 있어서,
    상기 유동제어리브는 그 단면이 사각형의 양단에 반원이 일체로 형성된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
13. 제11항에 있어서,
    상기 유동제어리브는 그 길이가 폭의 1.5~4배로 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 경사 각도가 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
15. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나머지 열의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 그 길이가 점점 길어지는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
16. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유동제어리브는 하류측으로 갈수록 유동제어리브들 사이의 간격이 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
17. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 아래에서 위로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 하향 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
18. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트레일링 에지 냉각채널로 유입되는 냉각 유체가 중공의 에어포일에 위래에서 아래로 유입되는 경우, 첫번째 열의 유동제어리브는 상류측으로 상향 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
19. 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하고,
    상기 터빈 베인은,
    리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일;
    상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고,
    상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며,
    상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고,
    상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며,
    한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
20. 외부 공기를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    내부에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 장착되며, 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스에 의해 상기 터빈 블레이드가 회전하는 터빈을 포함하고,
    상기 터빈 블레이드는,
    리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면을 포함하는 중공의 에어포일;
    상기 중공의 에어포일의 내측면에 구비되는 냉각시스템을 포함하고,
    상기 냉각시스템은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 구비되는 트레일링 에지 냉각채널을 포함하며,
    상기 트레일링 에지 냉각채널은 상기 에어포일의 트레일링 에지 내측면에 돌출되고 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 복수의 유동제어리브를 포함하고,
    상기 복수의 유동제어리브는 한 열의 유동제어리브를 지난 냉각 유체가 다음 열의 유동제어리브에 충돌한 후 지그재그로 유동하도록 안내하며,
    한 열의 유동제어리브의 중심을 지나는 연장선은 다음 열의 유동제어리브의 측면을 지나도록 배치된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.

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