KR20210002709A

KR20210002709A - 터빈 블레이드용 에어포일

Info

Publication number: KR20210002709A
Application number: KR1020207034682A
Authority: KR
Inventors: 파티 아마드; 다니엘라 코흐; 마르코 쉴러
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2021-01-08
Also published as: JP2021522444A; WO2019211427A1; JP7124122B2; US11326458B2; US20210156263A1; CN112074652B; EP3762587A1; EP3762587B1; CN112074652A; EP3564483A1; KR102505046B1

Abstract

본 발명은 터빈 블레이드용 에어포일(16)에 관한 것으로서, 상기 에어포일은, 고온 가스(S)가 그에 대해 유동하는 것이 가능하고 흡입측 벽(17)과 압력측 벽(19)이 그로부터 에어포일(16)의 후단 에지(20)까지 연장되는 선단 에지(18)를 포함하고, 에어포일(16)은 그에 대해 횡방향에서, 0%의 에어포일 높이를 갖는 루트측 단부(21)로부터 100%의 에어포일 높이를 갖는 팁측 단부(23)까지 연장되고, 상기 에어포일은, 선단 에지를 따라 배열된 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)을 갖고, 냉각 구멍들은 선단 에지에 수직으로 측정될 수 있는 제1 간격(A)에 있다. 본 발명에 따르면, 다양한 동작 조건들에서 선단 에지(18)의 부가의 신뢰적인 냉각이, 감소된 냉각 복잡성을 갖고 사용될 수 있는 터빈 블레이드를 제공하기 위해, 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)이 선단 에지(18)를 따라 파형 라인에 적어도 부분적으로 배열된다.

Description

터빈 블레이드용 에어포일

본 발명은 터빈 블레이드용 에어포일(airfoil)에 관한 것으로서, 이러한 에어포일은, 고온 가스가 그에 대해 유동하는 것이 가능하고 흡입측 벽과 압력측 벽이 그로부터 에어포일의 후단 에지(trailing edge)까지 연장되는 선단 에지(leading edge)를 포함하고, 에어포일은 그에 대해 횡방향에서, 0%의 에어포일 높이에 있는 루트측 단부로부터 100%의 에어포일 높이에 있는 팁측 단부까지 연장되고, 상기 에어포일은, 서로에 대해 선단 에지에 수직으로 측정되는 제1 간격을 갖는, 선단 에지를 따라 배열된 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들을 갖는다.

상기 유형의 터빈 블레이드는 예를 들어 EP 2 154 333 A2호로부터 알려져 있다. 선단 에지에 배열된 냉각 구멍들은, 그와 함께 제공된 가스 터빈의 동작 중에, 유입 고온 가스 유동을 상쇄하기 위해 선단 에지 위에 냉각 보호막을 생성하는 역할을 한다. 따라서, 냉각 구멍들은 막 냉각 구멍들이라고도 칭하고, 이는 그 밀접한 배열로 인해, 더욱이 또한 "샤워헤드 막 냉각 구멍들(Shower Head Film Cooling Holes)"이라고도 칭한다. 동시에, 선단 에지에서, 에어포일은 유입 고온 가스 유동을 2개의 부분 스트림들로 분할하는데, 그 중 하나의 부분 스트림은 에어포일의 흡입측을 따라 유동하고 다른 부분은 압력측을 따라 유동한다. 블레이드 프로파일에서 유동 분할의 장소는, 이상화된 개념에서, 어떠한 횡단 유동도 거기서 발생하지 않기 때문에, 여기서 정체점(stagnation point)이라고 칭한다. 이 이유로, 종래 기술에서, 거기에 충돌하는 고온 가스 유동이 구성요소 벽과 과도하게 밀접 접촉하게 되는 것을 허용하지 않기 위해, 선단 에지의 양측에, 또는 미리 결정된 정체 라인의 양측에 막 냉각 구멍들이 배열된다.

그러나, 단점은 블레이드 프로파일의 정체점 또는 에어포일의 정체 라인이 상이한 영향 인자들에 의존할 수 있고, 따라서 터빈 블레이드와 그 에어포일 및 또한 그 선단 에지 냉각 수단이 상이한 동작 조건들에 가능한 한 최선으로 적응되어야 할 필요가 존재한다.

이와 관련하여, US 2016/0010463 A1호는 정체 라인의 변위의 경우, 회전자 블레이드의 압력측에서 에어포일의 반경방향 외부 절반에 부가의 절반의 열의 막 냉각 구멍들을 배열하는 것을 교시하고 있다. 그러나, 부가의 막 냉각 구멍들은 냉각 공기의 소비를 증가시키고, 이는 그와 함께 제공된 터빈의 효율에 악영향을 미친다.

EP 3 043 026 A2호에 따르면, 미리 결정된 정체 라인의 변위 시에, 위치가 아니라 단지 몇몇 선단 에지 막 냉각 구멍들의 경사만이, 예상된 국부 고온 가스 유동과 관련하여, 상기 구멍이 반대 방향이 아니라 동일 방향으로 냉각 공기를 송출(blow out)하도록 선택된다는 점에서 적응된 냉각이 또한 달성될 수도 있다.

전술된 종래 기술로부터 시작하여, 본 발명은 특히 사용된 냉각 매체의 허용 가능한 양에서, 에어포일의 가능한 최장의 사용 수명을 갖는 충분한 냉각을 달성하기 위해, 가스 터빈의 상이한 동작 조건들을 위한 최선의 가능한 디자인을 갖는 터빈 블레이드용 에어포일을 제공하는 목적에 기초한다.

상기 목적은 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들이 선단 에지를 따라 파형 라인 상에 적어도 부분적으로 배열되는 점에서 서두에 언급된 유형의 에어포일에 의해 달성된다.

본 발명은, 실제 고온 가스 유동 방향이 한편으로는 가스 터빈의 상이한 동작 모드들로 인해, 에어포일의 디자인을 위해 고려되는 유동 방향과는 상이할 수 있다는 발견에 기초한다. 정격 부하에 관련하여 변경되는 부하 출력으로 인해 차이가 발생할 수 있다. 다른 한편으로는, 특히 회전자 블레이드에 있어서, 선단 에지 영역에서 블레이드 프로파일의 정체점이, 회전자 블레이드의 상류에 배열된 가이드 블레이드에 의해 유도되는 유동 효과로 인해 진동할 수 있다는 것이 판명되었다. 블레이드 프로파일의 정체점의 진동은 에어포일의 국부적으로 증가된 표면 온도를 야기하며, 이는 본 발명에 의해 효과적인 방식으로 대응될 수 있다.

양 효과 모두를 상쇄하기 위해, 만곡된 파형 라인 상에 적어도 부분적으로 배열된 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들을 선단 에지의 영역에 제공하는 것이 이제 본 발명에 의해 제안된다. 냉각 구멍들은 각각의 블레이드 프로파일의 진동 정체점에 대해, 압력측 또는 흡입측으로 변위된다. 설계 단계 중에, 정체점이 발생할 수 있는 영역이 각각의 블레이드 프로파일에 대해 결정된다. 이들 영역의 각각은 2개의 단부점들에 의해 형성되고, 그로부터 중앙 정체점이 이어서 결정되는 것이 가능하다. 이후에, 2개의 냉각 구멍들은 최선의 가능한 냉각이 달성되는 이러한 방식으로 위치된다. 이 방식으로, 냉각 효과가 국부적으로 최적화될 수 있다. 일반적으로, 3개 이상의 완전한 냉각 열들 대신에 2개의 냉각 열들만의 사용은, 더욱이 냉각을 위해 요구된 냉각 매체의 양이 감소되게 한다. 냉각 매체의 감소된 소비는 가스 터빈의 동작 중에, 가스 터빈의 효율 향상에 기여한다.

다른 유리한 수단은 종속 청구항에 열거되어 있고, 임의의 원하는 방식으로 서로 조합될 수도 있다. 이 방식으로, 추가의 장점이 얻어질 수 있다.

본 발명의 제1 유리한 구성에 따르면, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들은 0% 내지 100% 에어포일 높이 사이의 선단 에지의 전체 범위를 따라, 다수의 파동 골(wave troughs)과 파동 피크(wave peaks)를 갖는 파형 라인 상에 배열된다. 결과적으로, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들은 다른 에어포일 높이에 있는 냉각 구멍들과 비교하여 압력측으로 국부적으로 약간 반복적으로 변위된다.

대안적인 구성에 따르면, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들은 선단 에지를 따라 파형 라인 상에 단지 부분적으로 배열되어, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들은, 0% 내지 대략 40% 에어포일 높이에 배열된 제1 영역에서, 실질적으로 평행 방식으로 선단 에지의 양측에 배열되고, 상기 제1 영역에 바로 인접하고 대략 40% 내지 대략 75% 에어포일 높이 이상으로 연장하는 제2 영역에서, 압력측으로 시프트되도록 배열되게 되고, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들은, 제2 영역에 바로 인접하고 100% 에어포일 높이에서 종료하는 제3 영역에서, 에어포일 높이 증가에 따라 선단 에지를 향해 다시 뒤로 시프트되도록 배열된다.

이 구성은 에어포일의 반경방향 내부 영역에서 블레이드 프로파일의 정체점의 변위가 좁은 범위에서 더 많고, 반면 대략 40%의 에어포일 높이로부터, 변위가 증가하고 더욱이 압력측에서 더 많다는 발견에 기초한다. 이에 따라, 40% 내지 100%의 영역에서 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들은 압력측으로 변위되고, 바람직하게는, 대략 75% 에어포일 높이에서, 최대 압력측 변위가 배열된다. 에어포일의 코드(chord) 길이와 관련하여, 압력측의 최대 변위의 값은 블레이드 프로파일 코드 길이의 5% 이하이지만, 바람직하게는 최소값으로서 적어도 2%이다.

이와 관련하여, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들에 대한 결과는 0% 내지 40% 에어포일 높이의 영역에서 더 직선형 구성, 및 40% 내지 100% 에어포일 높이의 섹션에 대해 압력측으로 만곡된 열들의 윤곽이다. 특히, 상이한 동작점들, 예를 들어 낮은 부분 부하에 있어서, 정체 라인의 이러한 변위가 발생하고, 따라서 특히 유연하게 동작되는 가스 터빈을 위해 제공되는 블레이드는 이러한 구성을 갖는다.

전술된 구성에 추가하여, 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들 사이의 제1 간격이 선단 에지를 따라 변하여, 제1 간격이 몇몇 에어포일 높이에 대해 상이한 크기를 갖게 되면 특히 유리하다. 이 수단에 의해, 선단 에지의 영역에서 터빈 블레이드의 국부 냉각 용량을 개별 온도 부하에 국부적으로 적응시키는 것이 가능하다.

블레이드 프로파일은 단면도에 의해, 각각의 에어포일 높이에 대해 결정되는 것이 가능한 것은 말할 필요가 없고, 이 블레이드 프로파일은 만곡된 액적의 형상을 갖는 것으로 알려져 있다. 결과적으로 각각의 블레이드 프로파일은 선단 에지의 영역에서 노즈 반경을 갖고, 냉각 구멍들의 높이에서, 블레이드 프로파일은 그 크기가 연관 노즈 반경의 0.4 내지 0.7배 범위에 있는 제1 간격을 적어도 2개의 열들 사이에 갖는다. 철저한 연구는, 냉각의 효용성이, 상이한 열들의 냉각 구멍들의 간격 및 선단 에지의 곡률, 소위 노즈 반경 및 캠버 라인의 길이, 및 블레이드의 수 및 블레이드 프로파일의 회전에 의존한다는 것을 판명하였다. 동일한 에어포일 높이에 위치된 상이한 열들의 냉각 구멍들 사이의 제1 간격이 청구된 간격에 있을 때 선단 에지 영역의 특히 효율적인 냉각이 달성될 수 있다는 것이 이후에 확립되었다.

다른 유리한 구성에 따르면, 제1 간격은 에어포일 중간 높이에서 최소값에 있고, 2개의 단부들을 향해 증가한다. 증가는 특히 적당하다.

요구에 따라, 상이한 에어포일 높이들에 대한 선단 에지의 냉각을 더 적응시키기 위해, 각각의 냉각 구멍은 냉각 매체 관통 유동을 설정하는 스로틀 단면을 갖고, 몇몇 냉각 구멍들의 스로틀 단면들은 상이한 크기를 갖는 것이 바람직하게 성립한다. 특히 바람직하게는, 에어포일 중간 높이의 영역에서 냉각 구멍들의 스로틀 단면들은 에어포일 중간 높이로부터 더 멀리 이격되어 있는 영역에서 냉각 구멍들의 스로틀 단면보다 크다.

본 실시예는 에어포일 중간 높이 및 에어포일에 바로 인접하는 영역에서, 에어포일 중간 높이로부터 더 멀리 이격하여 위치되어 있는 선단 에지의 이들 영역보다 약간 더 높은 냉각 요구가 우세하다는 발견에 기초한다.

특히 바람직한 것은 적어도 2개의 열들의 냉각 구멍들이 유입 고온 가스 유동의 중앙 정체점 라인의 양측에 배열되어 있는 구성이다. 이 위치에서, 고온 가스 유동은, 분할 방식으로 양측으로 전환되도록 압력측으로 유동하는 분율과 흡입측으로 유동하는 분율로 분할되어, 양측에서의 냉각 구멍들의 배열로 인해, 그 아래에 위치된 구성요소 벽이 고온 가스의 고온으로부터 특히 효율적으로 보호되게 된다.

다른 유리한 구성에 따르면, 에어포일의 루트측 단부 부근과 팁측 단부 부근에서, 적어도 2개의 열들 각각의 냉각 구멍들은 에어포일 중간 높이에 있는 대응 열의 냉각 구멍들보다 흡입측에 대해 더 멀리 배열된다. 파형 라인은 이어서 단지 약간만 만곡되도록 그 곡률의 부호의 변화 없이 이들 점들 사이에서 연장된다. 철저한 연구는, 이들 블레이드에 있어서, 정체점 변위가 그 중심에서보다 에어포일의 단부에서 그리고 더욱이 흡입측으로 훨씬 더 많이 발생하기 때문에, 이 변형예가 특히 가이드 블레이드에 대해 더 적당한 냉각 구성을 표현하는 것을 나타내고 있다. 에어포일의 단부에 가까운 각각의 냉각 구멍들의 최대 변위는 이어서 에어포일 중간 높이에서, 즉 에어포일 높이의 50%에서 동일한 열의 냉각 구멍들의 위치와 비교하여, 흡입측으로 단지 수 밀리미터, 특히 2 mm이다.

구성에 따라, 선단 에지의 국부 열 과부하를 회피하기 위해, 전술된 구성에서 적어도 2개의 열들 이외에, 비록 짧지만 추가의 열의 실질적으로 균일하게 이격된 냉각 구멍들이 압력측에 제공되고, 추가의 열의 길이는 에어포일 높이의 50% 내지 60%이고, 추가의 열의 냉각 구멍들은 에어포일의 2개의 단부들 사이에 실질적으로 중앙에 배열되면 또한 도움이 될 수도 있다. 본 출원의 맥락에서, 추가의 열은 이것이 그 더 짧은 부분이 추가의 열의 길이의 1/3보다 짧지 않은 2개의 부분들로 에어포일 중간 높이만큼 분할되는 한, 실질적으로 중앙에 배열된다. 추가의 열의 냉각 구멍들의 길이는 에어포일 높이와 동일한 방향에서 측정된다.

에어포일은 바람직하게는 터빈 블레이드, 특히 고정식 가스 터빈용 터빈 블레이드의 부분이다.

본 발명이 이제 도면에 도시되어 있는 실시예에 기초하여 이하에 더 상세히 설명되고 논의될 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 에어포일을 갖는 터빈 회전자 블레이드를 사시도로 도시하고 있다.
도 2는 제2 실시예에 따른 본 발명에 따른 에어포일을 갖는 터빈 회전자 블레이드를 사시도로 도시하고 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 에어포일의 블레이드 프로파일을 도시하고 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 본 발명에 따른 에어포일을 갖는 터빈 가이드 블레이드를 사시도로 도시하고 있다.

실시예 및 도면에서, 동일한 특징부 또는 동일한 효과를 갖는 특징부는 각각 동일한 참조 번호로 나타낼 수 있다. 도시되어 있는 특징부 및 서로에 대한 그 크기는 기본적으로 실제 축척인 것으로 간주되는 것은 아니고, 더 양호한 도시 및/또는 더 양호한 이해를 위해, 개별 요소가 비교적 더 큰 치수로 도시될 수 있다.

도 1은 터빈 회전자 블레이드(10)를 사시도로 도시하고 있다. 터빈 블레이드(10)는, 단부벽으로서 고온 가스 플랫폼(14)에 인접하는 실질적으로 전나무형 블레이드 루트(12)를 연속적으로 포함한다. 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 에어포일(16)은 고온 가스(S)를 향하는 상기 고온 가스 플랫폼의 표면 상에 배열된다. 에어포일(16)은 흡입측 벽(17)과 압력측 벽(19)이 그 사이에서 연장되는 선단 에지(18) 및 후단 에지(20)를 포함하는 것으로 알려져 있다. 그에 대해 횡방향으로, 에어포일(16)은 0% 에어포일 높이에 있는 루트측 단부(21)로부터 100% 에어포일 높이에 있는 팁측 단부(23)까지 연장된다. 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)이 선단 에지(18)를 따라 배열된다. 2개의 열들(R₁, R₂)은 다수의 파동 골과 파동 피크를 갖는 파형 라인을 따라 연장되고, 중앙 정체점 라인(24)의 양측에 동시에 배열된다.

본 발명의 제2 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)의 전체적인 파형 배열 대신에, 직선 영역에 이어서 팽창 섹션이 존재한다. 구체적으로, 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 제1 반경방향 내부 영역에서, 선단 에지의 양측에서 선단 에지(18)에 평행하게 배열되도록 배열된다. 이 제1 영역(B₁)은 0% 내지 대략 40% 에어포일 높이로 연장된다. 상기 제1 영역에 반경방향 외향으로 인접하여 제2 영역(B₂)이 제공된다. 이는 대략 75%의 에어포일 높이에서 종료한다. 이 영역에서, 양 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은, 대략 75% 에어포일 높이에서, 이들이 선단 에지(18)로부터 이격하여 최대 변위에 도달할 때까지 높이 증가에 따라 압력측의 방향으로 더 변위된다. 상기 제2 영역에 인접한 제3 영역(B₃)에서, 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 다시 선단 에지(18)의 방향으로 뒤로 시프트된다.

2개의 도시되어 있는 실시예들의 도움으로, 냉각 매체의 적절한 사용 시에, 여전히 충분한 선단 에지(18)의 냉각을 달성하면서 상이한 유입 유동 조건들 및 상이한 동작 모드들에 대해 터빈 블레이드(10)의 선단 에지(18)를 적응시키는 것이 가능하다. 특히, 3개의 열들 대신에 단지 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)의 사용을 통해, 터빈 블레이드(10)에 대한 제조 비용이 상당히 감소될 수 있다. 이와 동시에, 더 적은 수의 냉각 구멍들(22)은 균열의 발생의 위험이 낮아지는 것을 의미한다. 더욱이, 냉각 매체, 예를 들어 냉각 공기의 양이 감소되는데, 이는 터빈 효율의 증가에 기여한다.

양 도면들에서, 냉각 구멍들(22)은 단순히 원으로서 개략적으로 도시되어 있고, 이들의 스로틀 단면들은 상이한 크기의 원으로 개략적으로 도시되어 있다. 냉각 구멍들(22)은 확산기형 개구를 갖는 막 냉각 구멍들일 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다. 그 확산기는 심지어 프로파일형 형태일 수도 있다. 에어포일(16)의 표면에서 횡방향으로 측정되는, 냉각 구멍들(22) 사이의 간격(A)이, 상이한 에어포일 높이들에서 상이한 크기를 갖게 되는 것이 또한 가능하다.

도 3은 더욱이 블레이드 프로파일(28)로서, 도 1에 따른 제1 실시예의 에어포일(16)을 통한 단면을 도시하고 있다. 블레이드 프로파일 중간선 또는 캠버 라인으로도 공지된 가상의 라인은 흡입측 벽(17)과 압력측 벽(19) 사이의 중앙으로 연장된다. 블레이드 프로파일 중간선은 참조 번호 "30"으로 나타낸다. 맨 전방에 배열되어 있는 블레이드 프로파일 중간선(30)의 지점은 선단 에지(18)를 규정한다. 블레이드 프로파일(28) 상의 실제 유입 유동 또는 부정확한 유입 유동에 따라, 정체점(25)은 선단 에지(18)로부터 압력 측면(19) 또는 흡입 측면(17)으로 약간 변위될 수도 있다. 임의의 에어포일 높이들에서 결정되는 것이 가능한 각각의 블레이드 프로파일 섹션의 (중앙) 정체점들(25)은 함께 정체점 라인(24)을 형성한다. 노즈 반경은 "R"로 나타낸다.

본 발명의 제3 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이 도면은 가이드 블레이드 형태의 터빈 블레이드의 사시도를 도시하고 있고, 블레이드 루트(12)는 블레이드를 블레이드 캐리어(더 도시되어 있지 않음)에 체결하기 위한 2개의 후크형 레일들을 포함한다. 도 1에 도시되어 있는 회전자 블레이드에 대조적으로, 유로를 제한하기 위한 플랫폼(14)이 에어포일의 루트측 단부(21)뿐만 아니라 팁측 단부(23)에도 제공된다. 에어포일(16)은 그 에어포일 높이를 따라 그들 사이에서 연장된다. 상세한 연구가 나타내고 있는 바와 같이, 이러한 가이드 블레이드에 있어서, 정체점 라인(24)은 에어포일(16)의 단부(21, 23)를 향해 흡입측의 방향으로 현저하게 변위된다. 이에 따라, 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(18)이 유사하게 배열되는데, 에어포일 중간 높이에 있는 냉각 구멍들로 시작하여, 각각의 열(R₁, R₂) 내에서, 더 작아지는 플랫폼(14)에 대한 간격을 갖고 배열된 냉각 구멍들이 흡입측으로 더 멀리 배열되는 것이 또한 성립한다. 정체점 라인(24)은 그 곡률의 부호의 변화 없이 약간 만곡되어 있다. 더욱이, 비록 짧지만, 추가의 열의 실질적으로 균일하게 이격된 냉각 구멍들(18)이 압력측에서 2개의 열들(R₁, R₂) 옆에 제공된다. 본 실시예에 따르면, 이 추가의 열(R₃)은 2개의 플랫폼들(14) 또는 2개의 단부들(21, 23) 사이에 중앙에 배열되고, 에어포일 높이의 단지 55%의 길이에 걸쳐 연장된다. 이는 따라서 2개의 열들(R₁, R₂)보다 짧다. 요구되면, 선단 에지에 가까운 추가의 격리된 냉각 구멍들이 국부적으로 제공될 수도 있다.

전체적으로, 본 발명은 터빈 블레이드(10)용 에어포일(16)에 관한 것으로서, 이러한 에어포일은, 고온 가스(S)가 그에 대해 유동하는 것이 가능하고 흡입측 벽(17)과 압력측 벽(19)이 그로부터 에어포일(16)의 후단 에지(20)까지 연장되는 선단 에지(18)를 포함하고, 그에 대해 횡방향으로, 에어포일(16)은 0%의 에어포일 높이에 있는 루트측 단부(21)로부터 100%의 에어포일 높이에 있는 팁측 단부(23)까지 연장되고, 상기 에어포일은, 서로에 대해 선단 에지(18)에 수직으로 측정되는 제1 간격(A)을 갖는, 선단 에지를 따라 배열된 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)을 갖는다. 냉각 비용의 견지에서 감소된 비용에 의해, 상이한 동작 조건들에 대해, 여전히 신뢰적인 선단 에지(18)의 냉각을 위해 사용되는 것이 가능한 터빈 블레이드를 제공하기 위해, 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 선단 에지(18)를 따라 파형 라인 상에 적어도 부분적으로 배열되는 것이 제안된다.

Claims

터빈 블레이드용 중공 에어포일(16)이며, 상기 에어포일은,
고온 가스(S)가 그에 대해 유동하는 것이 가능하고 흡입측 벽(17)과 압력측 벽(19)이 그로부터 에어포일(16)의 후단 에지(20)까지 연장되는 선단 에지를 포함하고, 에어포일(16)은 그에 대해 횡방향에서, 0%의 에어포일 높이에 있는 루트측 단부로부터 100%의 에어포일 높이에 있는 팁측 단부(23)까지 연장되고,
상기 에어포일은, 서로에 대해 선단 에지(18)에 수직으로 측정되는 제1 간격(A)을 갖는, 선단 에지(18)를 따라 배열된 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)을 갖는, 에어포일에 있어서,
적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 선단 에지(18)를 따라 파형 라인 상에 적어도 부분적으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 에어포일.
제1항에 있어서,
적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 0% 내지 100% 에어포일 높이의 선단 에지(18)의 전체 범위를 따라 파형 라인 상에 배열되는, 에어포일.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 선단 에지(18)를 따라 파형 라인 상에 단지 부분적으로 배열되어, 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은, 0% 내지 대략 40% 에어포일 높이에 배열된 제1 영역에서, 실질적으로 평행 방식으로 선단 에지(18)의 양측에 배열되고, 상기 제1 영역에 바로 인접하고 대략 40% 내지 대략 75% 에어포일 높이로 연장하는 제2 영역에서, 압력측으로 시프트되도록 배열되게 되고, 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은, 제2 영역에 바로 인접하고 100% 에어포일 높이에서 종료하는 제3 영역에서, 에어포일 높이 증가에 따라 선단 에지(18)를 향해 더 뒤로 시프트되도록 배열되는, 에어포일.
제3항에 있어서,
40%의 에어포일 높이로부터, 적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 압력측으로 변위되어, 압력측의 최대 변위 지점이 대략 75% 에어포일 높이 이상에 배열되게 되는, 에어포일.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
압력측의 최대 변위는, 최대 변위의 에어포일 높이에서 측정된, 선단 에지(18)와 후단 에지(20) 사이의 축방향 간격에 대응하는 블레이드 코드 길이의 2% 내지 10%인, 에어포일.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 열들(R₁, R₂) 사이의 제1 간격(A)은 선단 에지(18)를 따라 변하는, 에어포일.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
블레이드 프로파일(28)이 각각의 에어포일 높이에 대해 결정되는 것이 가능하고, 블레이드 프로파일(28)은 선단 에지(18)의 영역에서 노즈 반경(R)을 가지며, 냉각 구멍들(22)의 높이에서, 블레이드 프로파일은 그 크기가 연관 노즈 반경의 0.4 내지 0.7배 범위에 있는 제1 간격(A)을 적어도 2개의 열들(R₁, R₂) 사이에 갖는, 에어포일.
제7항에 있어서,
제1 간격(A)은 에어포일 중간 높이에서 그 최소값에 있고, 2개의 단부들을 향해 증가하는, 에어포일.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 냉각 구멍은 냉각 매체 관통 유동을 설정하는 스로틀 단면을 갖고, 몇몇 냉각 구멍들(22)의 스로틀 단면들은 상이한 크기를 갖는, 에어포일.
제7항에 있어서,
에어포일 중간 높이의 영역에서 냉각 구멍들(22)의 스로틀 단면들은 에어포일 중간 높이로부터 더 멀리 이격되어 있는 영역에서 냉각 구멍들(22)의 스로틀 단면보다 큰, 에어포일.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 열들(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(22)은 유입 고온 가스 유동의 정체점 라인(24)의 양측에 배열되는, 에어포일.
제1항, 제2항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
그 곡률의 부호의 변화 없이, 파형 라인(24)은, 에어포일의 루트측 단부(21) 및 팁측 단부(23) 모두에서 적어도 2개의 열들(R₁, R₂) 각각의 냉각 구멍들(18)이, 에어포일 중간 높이에 있는 대응 열(R₁, R₂)의 냉각 구멍들(18)보다 흡입측에 대해 더 멀리 배열되는 이러한 방식으로 약간 만곡되는, 에어포일.
제12항에 있어서,
적어도 2개의 열들(R₁, R₂) 이외에, 추가의 열(R₃)의 냉각 구멍들(18)이 압력측에 인접하게 제공되고, 추가의 열(R₃)의 길이는 에어포일 높이의 50% 내지 60%이고, 추가의 열(R₃)은 에어포일(16)의 2개의 단부들(21, 23) 사이에 실질적으로 중앙에 배열되는, 에어포일.
바람직하게는 터빈 가이드 블레이드의 형태의 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 에어포일(16)을 포함하는 고정식 가스 터빈용 터빈 블레이드(10).