KR20210103934A - 터보머신 구성요소용 충돌 인서트, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

터보머신 구성요소용 충돌 인서트, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

터보머신 구성요소의 에어포일용 충돌 인서트가 제공된다. 인서트는 각각 내면 및 외면을 갖는 제1 및 제2 바디부; 및 제1 및 제2 바디부의 외면에 제공되는 제1 및 제2 접촉부를 포함한다. 인서트는 바디부 사이에 가요성 기계적 밀봉부를 포함한다. 냉각 공기용 유동 채널은 밀봉부 및 바디부의 내면에 의해 형성된다. 바디부 중 하나 또는 양자는 충돌 홀을 포함한다. 인서트는 바디부에 연결된 탄성부를 갖는다. 탄성부가 변형에 영향을 받을 때, 탄성부는 제1 접촉부와 제2 접촉부 사이의 이격을 증가시키는 방향으로 제1 및/또는 제2 바디부에 힘을 가하도록 구성된다.

Description

터보머신 구성요소용 충돌 인서트, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈{IMPINGEMENT INSERT FOR A TURBOMACHINE COMPONENT, TURBOMACHINE COMPONENT AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}
본 발명은 터보머신 구성요소용 충돌 인서트, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 터빈의 에어포일의 충돌 냉각에 관한 것이다.
터보머신은 냉각으로 이득을 받는 다양한 터보머신 구성요소를 포함하여, 구성요소의 작동 수명의 증가를 가져온다. 터보머신 구성요소의 냉각을 통해, 터보머신의 효율성의 증가도 실현된다.
특정 터보머신 구성요소는 블레이드 또는 베인과 같은 에어포일을 구비한다. 에어포일은 내부 공간을 둘러싸고, 에어포일의 내부 공간을 통해 또는 에어포일의 내부 공간에 형성된 하나 이상의 냉각 채널을 통해 냉각 공기를 유동시킴으로써 내부적으로 또는 내부로부터 냉각된다.
터보머신 구성요소(이하, 블레이드 또는 베인으로도 지칭됨)는 일반적으로 플랫폼으로부터 돌출된 에어포일의 길이 방향을 따라 연장되는 에어포일(에어로포일로도 지칭됨)을 포함한다. 가스 터빈의 작동 중, 가스 터빈의 터빈 섹션의 블레이드 또는 베인의 에어포일은 고온 가스 경로에 위치되며 매우 높은 온도에 영향을 받는다. 에어포일은 에어포일의 리딩 및 트레일링 에지에서 만나고 내부 공간을 형성하는 압력 및 흡입측을 포함한다. 내부 공간은 냉각 채널로 역할을 한다. 대안적으로, 에어포일은 또한 압력측으로부터 흡입측으로 연장되어 압력측과 흡입측을 기계적으로 강화하는 하나 이상의 웹을 포함한다. 웹은, 웹의 수에 따라, 에어포일의 내부 공간을 에어포일의 길이 방향을 따라 연장되는 하나 이상의 냉각 채널로 분할한다. 냉각 공기는 일반적으로 에어포일에 유입된 후 이러한 냉각 채널에서 에어포일의 길이 방향을 따라 흐른다. 에어포일의 이러한 내부 냉각의 향상은 가스 터빈의 효율 및/또는 에어포일의 구조적 무결성에 유익한 영향을 미친다.
예를 들어 냉각 채널에서 충돌 인서트를 사용하여 에어포일의 내면에 충돌 냉각을 사용하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 충돌 인서트는 유동 채널을 형성하기 위해 길이 방향으로 연장되는 바디를 갖는다. 바디는 그 내부에 일반적으로 유동 채널의 연장 방향에 수직인 충돌 홀이 형성된다. 유동 채널은 에어포일의 길이 방향을 따라 냉각 공기의 유동을 안내하기 위한 것이고; 충돌 홀은 충돌 냉각을 위한 대상인 에어포일의 내면을 향하는 충돌 제트의 형태로 유동 채널로부터 공기를 분출한다. 효율적인 냉각을 위해, 충돌 제트가 대상 표면에 도달하는 것이 중요하다. 그러나, 가스 터빈이 작동될 때, 에어포일 벽은 매우 높은 온도에 영향을 받아 에어포일 벽에 변형 또는 팽출을 유발할 수 있어, 결과적으로 충돌 홀과 대상 표면 간의 거리를 증가시켜 충돌 냉각의 효율을 저하시킨다.
본 개시내용의 목적은 일반적으로 고온 및/또는 기계적 진동에 의해 야기될 수 있는 충돌 홀과 대상 표면 간의 거리 증가와 관련된 문제(들)를 해결하는 효율적인 충돌 냉각을 위한 기술을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 충돌 냉각을 통해 냉각시키는 터보머신 구성요소용 충돌 인서트, 터보머신 구성요소 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공한다.
위의 목적(들)은 독립 청구항의 특징에 의해, 특히 터보머신 구성요소용 충돌 인서트에 의해, 달성된다. 위의 목적(들)은 또한 에어포일을 갖는 터보머신 구성요소 및 터보머신 구성요소의 에어포일에 삽입된 충돌 인서트에 의해 달성된다. 본 기술의 유리한 실시예는 종속 청구항에서 제공된다.
에어포일을 포함하는 이러한 터보머신 구성요소는 아래에서 블레이드로 예시되지만, 그 설명은 달리 명시되지 않는 한 베인과 같은 에어포일을 포함하는 다른 터보머신 구성요소에도 적용 가능하다.
본 기술의 제1 양태에서, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트가 제공된다. 터보머신 구성요소는 에어포일을 포함하는 가스 터빈의 임의의 구성요소일 수 있고, 예를 들어 터보머신 구성요소는 블레이드 또는 베인일 수 있다. 충돌 인서트는 가스 터빈의 냉각 채널에 삽입되어 가스 터빈의 냉각 채널의 표면에 충돌 냉각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 충돌 인서트는 가스 터빈의 에어포일의 냉각 채널에 삽입되어 에어포일의 내면에 충돌 냉각을 제공할 수 있다.
충돌 인서트는 제1 바디부, 제1 접촉부, 제2 바디부, 및 제2 접촉부를 포함할 수 있다.
제1 바디부는 내면 및 외면을 갖는다. 유사하게, 제2 바디부는 내면 및 외면을 갖는다.
제1 접촉부는 제1 바디부의 외면에 있을 수 있다. 충돌 인서트가 가스 터빈의 냉각 채널에, 예를 들어 가스 터빈의 에어포일의 냉각 채널에, 삽입될 때, 제1 접촉부는 터보머신 구성요소의 표면과 접촉하도록, 즉 만나도록, 구성된다.
제2 접촉부는 제2 바디부의 외면에 있을 수 있다. 충돌 인서트가 가스 터빈의 냉각 채널에, 예를 들어 가스 터빈의 에어포일의 냉각 채널에, 삽입될 때, 제2 접촉부는 터보머신 구성요소의 표면과 접촉하도록, 즉 만나도록, 구성된다.
이하, 인서트로도 지칭되는 충돌 인서트는 제1 바디부와 제2 바디부 사이에 배치되거나 위치될 수 있는 가요성 기계적 밀봉부를 포함할 수 있다.
충돌 인서트에서, 냉각 공기용 유동 채널은 가요성 기계적 밀봉부 및 제1 및 제2 바디부의 내면에 의해 형성될 수 있다. 제1 및 제2 바디부 중 적어도 하나는 유동 채널로부터 터보머신 구성요소의 냉각 채널의 표면을 향해 냉각 공기의 충돌 제트를 분출하기 위한 하나 이상의 충돌 홀을 포함할 수 있다.
인서트는 제1 및 제2 바디부에 연결된 탄성부를 포함할 수도 있다. 탄성부가 예를 들어 터보머신 구성요소의 냉각 채널로 압착됨으로 인해 외력의 영향을 받아서 변형에 영향을 받는 경우, 탄성부는 제1 접촉부와 제2 접촉부 사이의 이격 또는 거리를 증가시키는 방향으로 제1 및/또는 제2 바디부에 힘을 가하도록 구성될 수 있다.
탄성부와 제1 및 제2 바디부는 일체로 형성될 수 있다.
탄성부는 굴곡 플레이트 형상을 가질 수 있고, 제1 및 제2 바디부 사이에 위치되어 밀봉부와 함께 유동 채널을 형성할 수 있다.
밀봉부는 탄성부의 변형 또는 탄성부에 의해 가해지는 힘에 의해 제1 접촉부와 제2 접촉부 간의 이격이 증가 또는 감소되는 동안 밀봉 상태를 유지시키도록 구성될 수 있다.
밀봉부는 제1 바디부로부터 연장되는 제1 밀봉 부재 및 제2 바디부로부터 연장되는 제2 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 제1 밀봉 부재 및 제2 밀봉 부재는 서로를 향해 연장될 수 있고 서로 상대적인 방향으로 향할 수 있어 제1 밀봉 부재의 적어도 일부 및 제2 밀봉 부재의 적어도 일부를 포함하는 중첩 영역을 형성한다. 밀봉부의 밀봉 상태는 중첩 영역으로 인해 발생할 수 있다.
제1 밀봉 부재와 제2 밀봉 부재는 중첩 영역에서 서로 접촉하여 밀봉부의 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
제1 밀봉 부재의 일부 및/또는 제2 밀봉 부재의 일부는 중첩 영역에서 서로 접촉을 유지하면서 왕복 방향으로 서로 상대적으로 슬라이딩하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 제1 밀봉 부재와 제2 밀봉 부재는 중첩 영역에서 서로 이격되어 그 사이에 우곡 채널을 형성해서 밀봉부의 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
제1 밀봉 부재 및/또는 제2 밀봉 부재는 우곡 채널을 유지하면서 서로에 대해 왕복 방향으로 이동하도록 구성된다.
제1 밀봉 부재 및 제2 밀봉 부재 중 적어도 하나는 적어도 하나의 홈을 갖는 코러게이션 형상을 가질 수 있다. 홈은 제1 밀봉 부재 및 제2 밀봉 부재 중 다른 하나의 일부를 수용하도록 구성 또는 성형되어, 결과적으로 중첩 영역에서 인터디지테이트형 배열을 형성해서 밀봉부의 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
제1 밀봉 부재는 제1 표면을 포함할 수 있고, 제2 밀봉 부재는 제2 표면을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 표면은 중첩 영역에서 서로 대향할 수 있다.
제1 밀봉 부재는 제1 표면으로부터 제2 표면을 향해 연장될 수 있는 하나 이상의 제1 돌출부를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 제2 밀봉 부재는 제2 표면으로부터 제1 표면을 향해 연장될 수 있는 하나 이상의 제2 돌출부를 포함할 수 있다.
본 기술의 제2 양태에서, 가스 터빈용 터보머신 구성요소가 제시된다. 터보머신 구성요소는 에어포일의 내부 공간을 형성하는 에어포일 벽을 갖는 에어포일; 에어포일의 내부 공간에 형성된 적어도 하나의 냉각 채널; 및 냉각 채널에 삽입된 충돌 인서트를 포함할 수 있다. 충돌 인서트는 전술한 본 기술의 제1 양태에 따른 것일 수 있다. 제1 및 제2 접촉부는 에어포일 벽과 접촉할 수 있고, 예를 들어 제1 및 제2 접촉부 중 하나는 에어포일의 압력측과 접촉할 수 있고 제1 및 제2 접촉부 중 다른 하나는 에어포일의 흡입측과 접촉할 수 있다.
충돌 인서트의 탄성부는 제1 및 제2 접촉부가 에어포일 벽과 접촉함으로 인해 변형 상태에 있을 수 있다. 다시 말해서, 삽입될 때의 탄성부는 에어포일 벽 사이에서 압착되도록 변형되어, 제1 및 제2 접촉부가 에어포일 벽과 접촉하면서 서로 더 가까워진다. 터빈이 작동되고 온도가 증가할 때 에어포일 벽이 팽출 또는 팽창을 겪어 접촉부로부터 멀어지는 경향이 있으면, 탄성부는 탄성부에 저장된 복원력으로 인해 접촉부를 에어포일 벽으로 미는 경향이 있어, 접촉부가 접촉되는 에어포일의 표면과 접촉부 사이의 거리 증가 또는 이격을 방지한다. 따라서, 에어포일 벽 간의 거리가 증가하는 경우에도 그리고 감소하는 경우에도 인서트는 제자리에 견고히 유지된다. 결과적으로, 충돌 홀을 포함하는 제1 및/또는 제2 바디부는 충돌 제트가 대상으로 하는 에어포일의 표면으로부터 원하는 거리에 유지될 수 있다. 충돌 제트가 대상으로 하는 에어포일의 표면 및 임의의 접촉부가 접촉되는 에어포일의 표면은 압력측 및/또는 흡입측 상의 에어포일의 내면과 같은 에어포일의 동일 표면일 수 있다.
본 기술의 제3 양태에서, 터보머신 조립체가 제시된다. 터보머신 조립체는 전술한 본 기술의 제2 양태에 따른 터보머신 구성요소를 포함할 수 있다.
본 기술의 제4 양태에서, 가스 터빈이 제시된다. 가스 터빈은 전술한 본 기술의 제2 양태에 따른 터보머신 구성요소를 포함한다. 대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 가스 터빈은 전술한 본 기술의 제3 양태에 따른 터보머신 조립체를 포함한다.
본 기술의 전술한 특성 및 다른 특징 및 이점 및 이를 달성하는 방식은 보다 명백해질 것이며, 본 기술 자체는 첨부된 도면과 함께 본 기술의 실시예의 다음 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 기술의 터보머신 구성요소의 예시적인 실시예가 통합될 수 있는 가스 터빈의 예시적인 실시예의 일부를 단면도로 나타내고 있고;
도 2a는 본 기술에 따른 블레이드로 예시된 본 기술에 따른 터보머신 구성요소의 예시적인 실시예를 갖는 터보머신 조립체의 예시적인 실시예를 나타낸 사시도이고;
도 2b는 도 2a의 라인 Y-Y에 따른 단면도이고;
도 3은 종래의 충돌 인서트를 갖는 종래의 에어포일의 일부의 단면도를 개략적으로 나타내고 있고;
도 4a는 본 기술에 따른 충돌 인서트의 예시적인 실시예를 갖는 에어포일의 일부의 단면도를 개략적으로 나타내고 있고;
도 4b는 본 기술에 따른 충돌 인서트의 예시적인 실시예의 사시도를 개략적으로 나타내고 있고;
도 5는 본 기술의 작동을 나타낸 본 기술의 충돌 인서트의 부분의 상이한 상태 또는 형태를 개략적으로 도시하고 있고;
도 6은 본 기술에 따른 충돌 인서트의 다양한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있고;
도 7a는 본 기술의 충돌 인서트의 밀봉부의 예시적인 실시예의 비밀봉 상태를 개략적으로 도시하고 있고;
도 7b는 도 7a의 충돌 인서트의 밀봉부의 밀봉 상태를 개략적으로 도시하고 있고;
도 8은 본 기술에 따른 충돌 인서트의 밀봉부의 다양한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있고;
도 9는 본 기술에 따른 충돌 인서트의 밀봉부의 예시적인 실시예의 작동을 개략적으로 도시하고 있고;
도 10은 본 기술의 양태에 따른 본 기술의 충돌 인서트의 밀봉부의 다양한 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
이하, 본 기술의 전술한 특징 및 다른 특징을 상세히 설명한다. 도면을 참조하여 다양한 실시예를 설명하고, 유사한 참조 부호는 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하는 데 사용된다. 다음의 서술에서, 설명의 목적으로, 하나 이상의 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제시된다. 예시된 실시예는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것임을 유념할 수 있다. 이러한 실시예는 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있음이 명백할 수 있다.
도 1은 가스 터빈(10)의 일 예를 단면도로 나타내고 있다. 가스 터빈(10)은, 유동 직렬로, 유입구(12), 압축기 또는 압축기 섹션(14), 연소기 섹션(16), 및 터빈 섹션(18)을 포함할 수 있는 데, 이들은 일반적으로 유동 직렬로 배열되고 일반적으로 종 축 또는 회전 축(20)을 중심으로 그리고 이의 방향으로 배열된다. 가스 터빈(10)은 회전 축(20)을 중심으로 회전 가능하고 가스 터빈(10)을 통해 길이 방향으로 연장되는 샤프트(22)를 더 포함할 수 있다. 샤프트(22)는 터빈 섹션(18)을 압축기 섹션(14)에 구동 가능하게 연결할 수 있다.
가스 터빈(10)의 작동에서, 공기 유입구(12)를 통해 유입된 공기(24)는 압축기 섹션(14)에 의해 압축되어 연소 섹션 또는 버너 섹션(16)으로 전달된다. 버너 섹션(16)은 버너 플리넘(26), 하나 이상의 연소 챔버(28), 및 각 연소 챔버(28)에 고정된 적어도 하나의 버너(30)를 포함할 수 있다. 연소 챔버(28) 및 버너(30)는 버너 플리넘(26) 내부에 위치될 수 있다. 압축기(14)를 통과한 압축 공기는 디퓨저(32)로 유입되어 디퓨저(32)로부터 버너 플리넘(26)으로 배출될 수 있고, 버너 플리넘(26)으로부터 공기의 일부는 버너(30)로 유입되어 가스 또는 액체 연료와 혼합된다. 그 후, 공기/연료 혼합물은 연소되고, 연소로부터의 연소 가스(34) 또는 작동 가스는 연소 챔버(28)를 통과해서 트랜지션 덕트(17)를 지나 터빈 섹션(18)으로 이송된다.
이러한 예시적인 가스 터빈(10)은 연소기 캔(19)의 환형 어레이에 의해 구성되는 캐뉼러 연소기 섹션 배열체(16)를 구비할 수 있고, 연소기 캔(19) 각각은 버너(30) 및 연소 챔버(28)를 가지며, 트랜지션 덕트(17)는 연소 챔버(28)와 인터페이스하는 일반적인 원형 유입구 및 환형 세그먼트의 형태로 이루어진 유출구를 갖는다. 트랜지션 덕트 유출구의 환형 어레이는 연소 가스를 터빈(18)으로 이송하기 위해 환형 공간을 형성할 수 있다.
터빈 섹션(18)은 다수의 블레이드 지지 디스크(36)를 포함할 수 있다. 디스크는 샤프트(22)에 의해 결속된다. 본 예시에서, 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이를 각각 지지하는 두 디스크(36)가 도시되어 있다. 그러나, 블레이드 지지 디스크의 수는 상이할 수 있는 데, 즉 오직 하나의 디스크 또는 2개보다 많은 디스크가 있을 수 있다. 또한, 가스 터빈(10)의 스테이터(42)에 고정된 안내 베인(40)은 터빈 블레이드(38)의 환형 어레이의 단 사이에 배치될 수 있다. 유입 안내 베인(44)은 연소 챔버(28)의 출구와 리딩 터빈 블레이드(38) 사이에 제공될 수 있고 작동 가스의 유동을 터빈 블레이드(38)로 전환시킬 수 있다.
연소 챔버(28)로부터의 연소 가스는 터빈 섹션(18)으로 유입되고, 결과적으로 샤프트(22)를 회전시키는 터빈 블레이드(38)를 구동한다. 안내 베인(40, 44)은 터빈 블레이드(38) 상의 연소 또는 작동 가스의 각도를 최적화하는 역할을 한다.
터빈 섹션(18)은 압축기 섹션(14)을 구동한다. 압축기 섹션(14)은 축 방향 일련의 베인 단(46) 및 로터 블레이드 단(48)을 포함한다. 로터 블레이드 단(48)은 블레이드의 환형 어레이를 지지하는 로터 디스크를 포함할 수 있다. 압축기 섹션(14)은 또한 로터 단을 둘러싸고 베인 단(48)을 지지하는 케이싱(50)을 포함할 수 있다. 가이드 베인 단은 케이싱(50)에 장착되는 방사상 연장 베인의 환형 어레이를 포함할 수 있다. 베인은 주어진 터빈 작동 지점에서 블레이드에 대해 최적의 각도로 가스 유동을 제시하기 위해 제공된다. 가이드 베인 단의 일부는 가변 베인을 가질 수 있으며, 베인의 각도는, 그 자신의 종 축을 중심으로, 서로 다른 가스 터빈 작동 조건에서 일어날 수 있는 기류 특성에 따라 각도에 맞게 조정될 수 있다. 케이싱(50)은 압축기(14)의 통로(56)의 방사상 외면(52)을 형성할 수 있다. 통로(56)의 방사상 내면(54)은 블레이드(48)의 환형 어레이에 의해 부분적으로 형성될 수 있는 로터의 로터 드럼(53)에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
단일, 다단 압축기 및 단일, 하나 이상 단의 터빈을 연결하는 단일 샤프트 또는 스풀을 갖는 전술한 예시적인 가스 터빈을 참조하여 본 기술을 설명한다. 그러나, 본 기술은 2개 또는 3개의 샤프트 가스 터빈에 동일하게 적용될 수 있으며 산업, 항공, 또는 해양 적용 분야에 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
상류 및 하류란 용어는 달리 언급되지 않는 한 가스 터빈을 통과하는 기류 및/또는 작동 가스 유동의 유동 방향을 지칭한다. 전방 및 후방이란 용어는 가스 터빈을 통과하는 가스의 일반적인 유동을 지칭한다. 축 방향, 반경 방향, 및 원주 방향이란 용어는, 달리 언급되지 않는 한, 가스 터빈의 회전 축(20)을 참조하여 이루어진다.
본 기술에서, 예를 들어 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 에어포일(100)을 포함하는 터보머신 구성요소(1)가 제시된다. 본 기술의 터보머신 구성요소(1)는, 달리 명시되지 않는 한, 전술한 가스 터빈(10)의 블레이드(38)일 수 있다. 본 기술의 터보머신 구성요소(1)는, 달리 명시되지 않는 한, 전술한 가스 터빈(10)의 베인(40, 44)일 수 있다. 이하, 단순성 및 간결성을 위해 달리 명시되지 않는 한 제한을 의도하지 않고, 터보머신 구성요소(1)가 가스 터빈의 블레이드로 예시되고 이로도 지칭되었으나, 본 기술에 따른 터보머신 구성요소(1)는 본 기술에 따른 에어포일을 포함하는 다른 터보머신 구성요소(1)일 수 있다.
도 2a 및 2b는 가스 터빈(10)의 블레이드(38)로 예시된 터보머신 구성요소(1)의 일 예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 2a는 터보머신 조립체의 일 예를 개략적으로 도시하고 있다. 조립체는 로터 디스크(36)에 배열된 터보머신 구성요소(1)로서 터빈 블레이드(38)를 포함할 수 있다. 터빈 블레이드(38)는 플랫폼(200), 에어포일(100), 및 선택적으로 루트(300)를 포함할 수 있다. 블레이드(38)는 루트(300)를 통해 디스크(36)에 고정 또는 장착될 수 있다.
터보머신 구성요소(1)는 플랫폼(200) 및 플랫폼(200)으로부터 연장되는 에어포일(100)을 포함한다. 플랫폼(200)은 상면(201) 및 하면(210)을 포함할 수 있다. 에어포일(100)은 플랫폼(200)의 상면(201)으로부터 연장될 수 있다. 상면(201)은 원주 방향으로 연장될 수 있다. 유사하게, 하면(210)은 원주 방향으로 연장될 수 있다. 에어포일(100)은 플랫폼(200)의 상면(201)으로부터 반경 방향 외측으로 연장된다.
에어포일(100)은 에어포일(100)의 내부 공간(100s)을 둘러싸는 에어포일 벽(101)을 포함한다. 에어포일 벽(101)은 압력측(102)(압력면 또는 오목면/측으로도 지칭됨) 및 흡입측(104)(흡입면 또는 볼록면/측으로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 압력측(102) 및 흡입측(104)은 에어포일(100)의 리딩 에지(106) 및 트레일링 에지(108)에서 서로 만난다.
에어포일(100)은 플랫폼(200)에 인접하는 베이스부(100b) 및 에어포일(100)의 길이 방향(A)을 따라 베이스부(100b)로부터 이격된 팁부(100a)를 가질 수 있다.
압력측(102), 흡입측(104), 리딩 에지(106), 및 트레일링 에지(108)는 에어포일(100)의 내부 공간(100s)을 형성한다. 에어포일(100)의 내부 공간(100s)은 에어포일(100)의 팁부(100a) 및 베이스부(100b)에 의해 제한될 수 있다.
에어포일(100)의 내부 공간(100s)은 에어포일 벽(101)에 의해 구속되는 냉각 채널(70)을 형성할 수 있다.
대안적으로, 에어포일(100)의 내부 공간(100s) 내에 적어도 하나의 웹(60)이 배치될 수 있다. 웹(60)은 압력측(102)과 흡입측(104) 사이에서 연장될 수 있다. 보다 정확하게는, 각 웹(60)은 에어포일(100)의 압력측(102)에서 에어포일(100)의 벽의 내면과 에어포일(100)의 흡입측(104)에서 에어포일(100)의 벽의 내면 사이에서 연장될 수 있다. 도 2b의 예는 예시적인 목적으로 2개의 이러한 웹(60)을 도시하고 있지만, 에어포일(100)은 1개 또는 3개 이상의 웹(60)을 가질 수 있음을 유념할 수 있다. 웹(60)의 각각은 압력측(102) 및 흡입측(104)에 연결된다. 보다 정확하게는, 웹(60)의 각각은 압력측 벽의 내면 및 흡입측 벽의 내면에 연결될 수 있다.
압력측(102) 및 흡입측(104)을 포함하고 리딩 에지(106) 및 트레일링 에지(108)를 형성하는 에어포일(100)의 벽은, 에어포일 벽(101)으로 지칭되는 것 외에, 에어포일(100)의 외벽 또는 에어포일(100)의 1차 벽으로 지칭될 수도 있다. 에어포일 벽(101)은 에어포일(100)의 외관을 이루거나, 또는 다시 말해서 에어포일 형상을 이룬다.
웹(60)의 각각은 또한 에어포일(100)에서 벽에 의해 형성되는 것으로 이해될 수 있지만, 웹(60)을 형성하는 벽은 에어포일 벽(101)과 다르며 에어포일(100)의 내벽 또는 2차 벽으로 지칭될 수 있다.
도 2b의 예에 도시된 바와 같이, 에어포일(100)의 내부 공간(100s)은 냉각 공기(5)의 유동을 위한 적어도 하나의 냉각 채널(70)을 포함할 수 있다. 냉각 채널(70)은 전체 내부 공간(100s)으로 또는 웹(60)에 의해 생성된 에어포일(100)의 내부 공간(100s)의 세부 부분으로 이해될 수 있다. 도 2b의 예는 예시적인 목적으로 3개의 이러한 냉각 채널(70)을 도시하고 있지만, 에어포일(100)은 1개 또는 2개 또는 4개 이상의 냉각 채널(70)을 가질 수 있음을 유념할 수 있다.
냉각 공기(5)는, 예를 들어 블레이드(1)의 루트(300)에 형성된 냉각 공기 유로(미도시)에 의해, 에어포일(100)의 외부로부터 냉각 채널(70)로 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 냉각 공기(5)는 에어포일(100)의 다른, 바람직하게 인접한, 냉각 채널(70)로부터 냉각 채널(70)로 제공될 수 있고, 냉각 공기는 에어포일의 팁부(100a) 또는 베이스부(100b)에서 유턴을 하여 제1 냉각 채널(70)로부터 유출된 후 냉각 채널의 A 방향에 대해 상단 또는 하단측으로부터 제2 냉각 채널(70) 내로 흐르도록 이루어진다.
냉각 채널(70)은 도 2a 및 2b의 예에 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 길이 방향(A)을 따라 연장될 수 있다. 도 2b의 예에 도시된 바와 같이, 에어포일의 각 냉각 채널(70)은 웹(60) 및 압력측(102) 및 흡입측(104) 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있다. 도 2b의 예는 웹(60) 중 하나, 압력측(102)의 일부, 흡입측(104)의 일부, 및 리딩 에지(106)에 의해 형성된 제1 냉각 채널(70)을 도시하고 있다. 도 2b의 예는 또한 웹(60) 중 하나, 압력측(102)의 일부, 흡입측(104)의 일부, 및 트레일링 에지(108)에 의해 형성된 제2 냉각 채널(70)을 도시하고 있다. 더 나아가, 도 2b의 예는 서로 대향하는 2개의 인접한 웹(60), 압력측(102)의 일부, 및 흡입측(104)의 일부에 의해 형성된 제3 냉각 채널(70)을 도시하고 있다. 제3 냉각 채널은 제1 냉각 채널과 제2 냉각 채널 사이의 냉각 채널로 이해될 수 있으며, 복수개로 존재할 수도 있다.
도 2b는 또한 냉각 채널(70)에 삽입되거나 위치된 본 기술에 따른 하나 이상의 충돌 인서트(80)의 개략도를 나타내고 있다. 이하, 본 기술에 따른 충돌 인서트(80)를 도 4a 및 4b를 참조하여 설명한다. 비교 이해를 위해 종래의 충돌 인서트(80')가 도 3에 도시되어 있다.
충돌 인서트(80)(이하, 인서트(80)로도 지칭됨)는 일반적으로 에어포일(100)의 내면(이하, 대상 표면으로도 지칭됨)에 충돌하여 대상 표면의 냉각을 제공할 목적으로 에어포일 벽의 내면을 향해, 바람직하게는 에어포일(100)의 압력측(102) 및/또는 흡입측(104)을 향해 및/또는 에어포일(100)의 리딩 에지(106)를 향해 및/또는 에어포일(100)의 트레일링 에지(108)를 향해, 냉각 공기의 충돌 제트(86)를 분출하기 위한 하나 이상의 충돌 홀(85)을 포함하는 냉각 채널(70)에 삽입된 구성요소로 이해될 수 있다.
충돌 인서트(80)는 가스 터빈(10)의 블레이드(38) 또는 베인(40, 44)일 수 있는 터보머신 구성요소(1)의 냉각 채널(70)에 삽입되어, 가스 터빈(10)의 터보머신 구성요소(1)의 에어포일(100)에 냉각 채널(70)을 형성하는 에어포일 벽(101)의 내면에 충돌 냉각을 제공할 수 있다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)는 제1 바디부(81), 제1 접촉부(91), 제2 바디부(82), 및 제2 접촉부(92)를 포함할 수 있다.
제1 및/또는 제2 바디부(81, 82)는 플레이트 형상일 수 있거나, 또는 금속 시트 또는 금속 플레이트와 같은 시트로 형성될 수 있다.
제1 바디부(81)는 내면(81a) 및 외면(81b)을 갖는다. 유사하게, 제2 바디부(82)는 내면(82a) 및 외면(82b)을 갖는다.
제1 및 제2 바디부(81, 82)의 내면(81a, 82a)은 서로 대향할 수 있는 반면, 제1 및 제2 바디부(81, 82)의 외면(81b, 82b)은 서로 반대 쪽을 향할 수 있다.
제1 및 제2 바디부(81, 82) 중 적어도 하나는 충돌 제트(86)를 분출시키기 위한 하나 이상의 충돌 홀(85)을 포함할 수 있다.
제1 접촉부(91)는 제1 바디부(81)의 외면(81b)에 있을 수 있고, 다시 말해서 제1 접촉부(91)는 제1 바디부(81)의 외면(81b)에 배치될 수 있다. 제1 접촉부(91)는 제1 바디부(81)의 외면(81b)에 돌출부로 형성될 수 있다. 제1 접촉부(91)는 제1 바디부(81)의 외면(81b)으로부터 외측 방향으로, 예를 들어 에어포일 벽(101)의 내면을 향해, 돌출될 수 있다. 제1 접촉부(91)는 제1 바디부(81)의 외면(81b)에 형성된 종방향 연장 돌출부로, 즉 도 4b 및 또한 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 A 방향으로 연장되는 돌출부로, 형성될 수 있다.
제1 접촉부(91)는 충돌 인서트(80)가 가스 터빈(10)의 냉각 채널(70)에 삽입될 때 표면과, 즉 터보머신 구성요소(1)의 에어포일의 내면과, 접촉하도록 기능한다.
제2 접촉부(92)는 제2 바디부(82)의 외면(82b)에 있을 수 있고, 다시 말해서 제2 접촉부(92)는 제2 바디부(82)의 외면(82b)에 배치될 수 있다. 제2 접촉부(92)는 제2 바디부(82)의 외면(82b)에 돌출부로 형성될 수 있다. 제2 접촉부(92)는 제2 바디부(82)의 외면(82b)으로부터 외측 방향으로, 예를 들어 에어포일 벽(101)의 내면을 향해, 돌출될 수 있다. 제2 접촉부(92)는 제2 바디부(82)의 외면(82b)에 형성된 종방향 연장 돌출부로, 즉 도 4b 및 또한 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 A 방향으로 연장되는 돌출부로, 형성될 수 있다.
제2 접촉부(92)는 충돌 인서트(80)가 가스 터빈(10)의 냉각 채널(70)에 삽입될 때 표면과, 즉 터보머신 구성요소(1)의 에어포일의 내면과, 접촉하도록 기능한다.
제1 및 제2 접촉부(91, 92)는 서로 반대 쪽을 향할 수 있다.
충돌 인서트(80)가 에어포일(100)의 냉각 채널(70)에 삽입될 때, 제1 및 제2 접촉부(91, 92)는 에어포일 벽(101)의 내면과 접촉하여 충돌 인서트(80)는 냉각 채널(70) 내의 제자리/위치에 유지되고, 또는 다시 말해서 충돌 인서트(80)는 냉각 채널(70)의 표면에 의해 지지된다.
제1 및/또는 제2 접촉부(91, 92)는 에어포일 벽(101)의 내면과 바디부(81, 82)의 외면(81b, 82b) 사이에, 결과적으로 에어포일 벽(101)의 내면과 바디부(81, 82) 사이에, 이에 따라 충돌 제트의 대상 표면인 에어포일 벽(101)의 내면과 바디부(81, 82)를 통해 형성된 충돌 홀(85) 사이에, 이격을 유지하도록 기능할 수도 있다.
그러므로, 충돌 홀(85)로부터 분출된 충돌 제트(86)는 충돌 냉각의 대상인 에어포일 벽(101)의 내면으로부터 필요한 이격을 갖는다.
충돌 인서트(80)는 제1 바디부(81)와 제2 바디부(82) 사이에 배치되거나 위치될 수 있는 가요성 기계적 밀봉부(84)를 포함할 수도 있다.
충돌 인서트(80)에서, 냉각 공기용 유동 채널(5)은 가요성 기계적 밀봉부(84) 및 제1 및 제2 바디부(81, 82)의 내면(81a, 82a)에 의해 형성될 수 있다. 냉각 공기는 충돌 인서트(80)의 상측 또는 기저측으로부터 도 4b에서 참조 부호 3으로 표시된 화살표로 나타낸 바와 같은 방향으로 유동 채널(5) 내로 흐른다. 유동 채널(5)에서 흐를 때 냉각 공기는 충돌 홀(85)과 만나서 충돌 홀(85)을 통해 충돌 제트(86)로서 유동 채널(5)로부터 분출된다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 충돌 인서트(80)는 제1 및 제2 바디부(81, 82)에 연결된 탄성부(88)를 포함할 수도 있다.
탄성부(88)가 변형에 영향을 받는 경우, 예를 들어 충돌 인서트(80)가 압착되어 압착된 상태로 냉각 채널(70)에 삽입될 때와 같이 외력의 영향을 받는 경우, 탄성부(88)는 제1 접촉부(91)와 제2 접촉부(92) 사이의 이격을 증가시키는 방향으로 제1 및/또는 제2 바디부(81, 82)에 힘(F)을 가하도록 구성될 수 있다.
다시 말해서, 탄성부(88)는 외부 변형력에 의해 하중을 받고, 결과적으로 복원 탄성력이 탄성부(88)에 저장되어 충돌 인서트(80)를 초기 형태로, 예를 들어 압착되지 않은 형태 또는 디폴트 형태로, 되돌리는 경향이 있다.
다시 말해서, 냉각 공기용 유동 채널(5)은 적어도 제1 및 제2 바디부(81, 82)의 내면(81a, 82a)에 의해 형성될 수 있고, 선택적으로 도 4a 및 4b 도시된 바와 같이 탄성부(88)에 의해 형성될 수도 있다. 유동 채널(5)은, 충돌 인서트(80)가 에어포일(100)에 삽입된 위치에 있을 때, 길이 방향으로, 즉 A 방향을 따라, 연장될 수 있다. 제1 및 제2 바디부(81, 82)의 내면(81a, 82a) 및 선택적으로 탄성부(88)는 유동 채널(5)의 측방향 표면의 일부를 형성할 수 있다. 가요성 기계적 밀봉부(84)는 유동 채널의 측방향 표면의 일부를 형성할 수도 있고, 인서트의 유동 채널(5)의 측방향 측면으로부터 의도하지 않은 공기의 누출을, 예를 들어 충돌 제트(86)로서 분출되는 냉각 공기 이외의, 유동 채널(5)의 측방향 측면에서, 냉각 공기의 임의의 누출을, 봉쇄하고 방지하도록 기능할 수 있다.
간단히 말해서, 유동 채널(5)의 측방향 벽 또는 측면은 탄성부(88)와 밀봉부(84)에 의해 상호 연결되는 제1 및 제2 바디부(81, 82)의 내면(81a, 82a)에 의해 형성될 수 있다. 제1 및 제2 바디부(81, 82)의 내면(81a, 82a)은 서로 대향할 수 있다. 유사하게, 탄성부(88)와 밀봉부(84)는 서로 대향할 수 있다. 제1 및 제2 바디부(81, 82), 탄성부(88), 및 밀봉부(84) 중 하나 이상 또는 전부는 플레이트 또는 시트, 바람직하게는 금속 시트로 구현될 수 있다. 탄성부를 형성하는 시트는 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 굴곡 구조를 형성하기 위해 A 방향에 평행하게 그의 종축을 따라 굴곡될 수 있다.
밀봉부(84)는 기계식으로 지칭되는 데, 이는 밀봉부(84)가 밀봉 상태를, 즉 유동 채널(5)의 측방향 측면으로부터 냉각 공기의 의도하지 않은 누출을 부분적으로 또는 완전히 방지하는 상태를, 형성하기 위해 서로에 대해 치합하거나 상대적인 방향으로 향하는 기계적 부재를 포함하기 때문이다. 도 7a는 비밀봉 상태를 도시하고 있고, 도 7b는 밀봉 상태의 예시적인 실시예를 도시하고 있다.
밀봉부(84)는 가요성으로 지칭되는 데, 이는 예를 들어 탄성부(88)가 변형되거나 이완될 때 밀봉 상태를 형성하기 위해 서로에 대해 치합하거나 상대적인 방향으로 향하는 기계적 부재가 서로에 대해 이동 가능하기 때문이다. 밀봉부(84)의 기계적 부재는 기계적 부재의 이러한 이동이 발생하는 동안, 즉 이동 중 및 이동이 중단된 후에도, 밀봉 상태를 유지시키도록 구성된다.
간단히 말해서, 삽입된 상태에서, 즉 에어포일(100)의 냉각 채널(70)에 삽입되는 경우, 접촉부(91, 92)가 서로 멀어지는 경우에도, 밀봉부(84)는 접촉부(91, 92)의 이러한 이동이 발생하는 동안 및 이동이 중단된 후에도 밀봉 상태를 유지시킨다. 또한, 삽입된 상태에서, 접촉부(91, 92)가 서로 가까워지는 경우에도, 밀봉부(84)는 접촉부(91, 92)의 이러한 이동이 발생하는 동안 및 이동이 중단된 후에도 밀봉 상태를 유지시킨다.
다시 말해서, 삽입된 상태에서, 즉 충돌 인서트(80)가 냉각 채널(70)에 삽입된 위치에 있는 상태에서, 다음의 3가지 가능성이 있을 수 있다 - 첫째, 접촉부(91, 92)가 제1 이격 거리에 있는 가능성; 둘째, 접촉부(91, 92)가 제1 거리와 다른 제2 이격 거리에 있는 가능성; 및 셋째, 접촉부(91, 92) 중 하나 또는 양자의 이동에 의해 야기되는 접촉부(91, 92)의 상대적 이동이 계속 진행되어 접촉부(91, 92)가 제1 이격 거리로부터 제2 이격 거리로 및/또는 그 반대로 이동하는(왕복 이동) 가능성. 밀봉부(84)는 전술한 3가지 가능성 모두 동안 밀봉 상태를 유지시키도록 구성된다. 밀봉 상태를 유지함으로써, 충돌 인서트(80)의 유동 채널(5) 내의 냉각 공기의 압력이 유지되어, 결과적으로 원하는 강도로 충돌 제트(86)의 형성을 보장한다.
탄성부(88)는 탄성 재료로, 예를 들어 플레이트에 탄성을 부여하는 두께를 갖는 성형 또는 굴곡 금속 플레이트로, 형성될 수 있다. 탄성부(88)는 적절한 (응력 또는 압착과 같은 변형 외력)이 충돌 인서트(80)에 가해질 때 변형되도록 구성되어, 충돌 인서트(80)의 전체적인 형태를 변화시키고, 예를 들어 2개의 바디부(81, 82)가 서로 더 가까워져 결과적으로 2개의 접촉부(91, 92)가 서로 더 가까워진다. 그러나, 탄성부(88)는 충돌 인서트(80)에 대한 외부 변형력이 제거되거나 감소될 때 초기 형태(변형 외력에 영향을 받기 전의 형태)로 완전히 또는 부분적으로 복귀되는 경향이 있어 및/또는 복귀되어, 두 바디부(81, 82) 간의 이격 거리를 복원하는 경향이 있거나 또는 복원하여 결과적으로 두 접촉부(91, 92) 간의 이격을 증가시킨다.
탄성부(88)와 제1 및 제2 바디부(81, 82)는 일체로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 탄성부(88)와 제1 및 제2 바디부(81, 82)는 모두 하나의 시트로, 예를 들어 접힌 금속 시트로, 형성될 수 있다.
탄성부(88)는 굴곡 플레이트 형상을 가질 수 있고, 제1 및 제2 바디부(81, 82) 사이에 위치되어 밀봉부(84)와 함께 유동 채널(5)을 형성할 수 있다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 밀봉부(84)와 탄성부(88)는 바디부(81, 82)에 의해 서로 연결될 수 있고, 바람직하게는 바디부(81, 82)의 대향 단부 또는 에지에 있도록 이격될 수 있다. 접촉부(91, 92)는 밀봉부(84)와 탄성부(88) 사이에 위치될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 충돌 인서트(80)의 작동을 설명한다. 도 5는 3개의 예시적인 시간 인스턴스를 도시하고 있다.
첫 번째는 충돌 인서트(80)가 냉각 채널(70)에 삽입되지 않은 때의 시간 인스턴스 'T1'으로서, 시간 인스턴스(T1) 동안 인서트(80)의 상태는 디폴트 상태로 지칭될 수도 있다. 디폴트 상태는 충돌 인서트(80)에 외부 변형력이 작용하지 않는 상태로 이해될 수도 있다.
두 번째는 충돌 인서트(80)가 냉각 채널(70)에 삽입되었지만 터빈이 작동하지 않거나 저온 또는 저속으로 작동하여 에어포일 벽(101)에 팽출 및/또는 높은 진동이 없는 때의 시간 인스턴스 'T2'이다. 시간 인스턴스(T2)에서 충돌 인서트(80)의 상태는 변형 상태로 지칭될 수 있다. 변형 상태는 충돌 인서트(80)에 변형력이 작용하는 상태로 이해될 수도 있다.
세 번째는 충돌 인서트(80)가 냉각 채널(70)에 삽입된 후 및 터빈이 고온 및/또는 고속으로 작동하여 에어포일 벽(101)에서 팽출 및/또는 높은 진동을 겪는 때의 시간 인스턴스 'T3'이다. 시간 인스턴스(T3)에서 충돌 인서트(80)의 상태는 복원 상태로 지칭될 수 있다. 복원 상태는 충돌 인서트(80)에 작용하는 변형력이 부분적으로 또는 완전히 제거된 상태로 이해될 수도 있다.
도 5에서, 'SP'는 상이한 시간 인스턴스(T1, T2, T3)에서 밀봉부(84)의 상태를 나타내고, 'EP'는 상이한 시간 인스턴스(T1, T2, T3)에서 탄성부(88)의 상태를 나타낸다. 라인 I-I' 내지 III-III' 및 라인 IV-IV' 내지 VI-VI'는 충돌 인서트(80)의 부분 사이의 이격 및/또는 충돌 인서트(80)의 부분의 형태를 이해하기 위한 가상의 기준 프레임을 제시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시간 인스턴스(T1) 동안, 충돌 인서트(80)는 디폴트 상태에, 예를 들어 제조된 때의 상태, 즉 사용 전의 상태에, 있다.
그 후, 탄성부(88)가 변형된 변형 상태를 나타내는 시간 인스턴스(T2)에 대해 도시된 바와 같이 에어포일(100)의 압력측(102) 및 흡입측(104)과 같은 대향측에서, 충돌 인서트(80)는 압착되어 접촉부(91, 92)가 더 가까워진 후 에어포일(100)에 삽입되어 에어포일 벽(101)에 접한다. 삽입된 상태에서, 즉 변형된 상태에서, 충돌 인서트(80)는 압착된 상태에 있고, 즉 탄성부(88)가 변형되어 그 내부에 복원력을 저장해서, 접촉부(91, 92) 중 하나 또는 양자에서 에어포일 벽(101)을 향해 누름력을 연속적으로 또는 지속적으로 유지하여 접촉부(91, 92) 간의 이격 거리를 증가시키는 경향이 있다. 그러나, 에어포일 벽(101)은 접촉부(91, 92)를 압착된 상태로 유지시키거나, 또는 다시 말해서 탄성부(88)를 변형된 상태로 지속시키거나 유지시키기 때문에, 시간 인스턴스(T2)에서 이격 거리의 증가는 일어나지 않는다.
그러나, 시간 인스턴스(T2) 이후에, 열적 또는 기계적 응력으로 인해 대향하는 에어포일 벽(101) 간의 이격이, 즉 에어포일 벽(101)의 압력측 부분과 에어포일 벽(101)의 흡입측 부분 간의 이격이, 변경 예를 들어 증가되는 시간 인스턴스(T3)에 도달하면, 탄성부(88)의 복원력에 의해 접촉부(91, 92)는 더 멀리 밀려서 접촉부(91, 92)와 에어포일 벽(101)의 내면 사이의 접촉이 유지된다.
또한, 시간 인스턴스(T2) 이후 또는 시간 인스턴스(T3) 이후에, 대향하는 에어포일 벽(101) 간의 이격이, 즉 에어포일 벽(101)의 압력측 부분과 에어포일 벽(101)의 흡입측 부분 간의 이격이, 감소되면, 탄성부(88) 및 가요성 기계적 밀봉부(84)의 탄성 특성은 접촉부(91, 92)가 인서트(80)의 일부에서 원하지 않는 변형을 야기하지 않고, 예를 들어 충돌 인서트(80)의 일부를 파쇄하지 않고, 서로를 향해 함께 밀리게 한다는 것을 유념할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 밀봉부(84)는 탄성부(88)의 변형 또는 탄성부(88)에 의해 가해지는 힘에 의해 제1 접촉부(91)와 제2 접촉부(92) 간의 이격이 증가 또는 감소되는 동안 밀봉 상태를 유지시키도록 구성될 수 있다.
이하, 도 6 내지 10을 참조하여 충돌 인서트(80)의 다양한 실시예를 설명한다.
도 6 및 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 밀봉부(84)는 제1 바디부(81)로부터 연장되는 제1 밀봉 부재(841) 및 제2 바디부(82)로부터 연장되는 제2 밀봉 부재(842)를 포함할 수 있다.
제1 밀봉 부재(841) 및 제2 밀봉 부재(842)는 서로를 향해 연장될 수 있고 서로 상대적인 방향으로 향할 수 있어 제1 밀봉 부재(841)의 적어도 일부 및 제2 밀봉 부재(842)의 적어도 일부를 포함하는 중첩 영역(99)을 형성한다. 밀봉부(84)의 밀봉 상태는 중첩 영역(99)으로 인해 발생할 수 있다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 각 밀봉 부재(841, 842)는 각각 복수의 디지트를 갖는 디지테이트형 구조를 포함한다. 밀봉 부재(841, 842)의 디지트는 중첩 영역(99)에서 인터디지테이트형 인터록킹을 갖도록 성형되어 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
대안적으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(841, 842) 중 하나만이 복수의 디지트를 갖는 디지테이트형 구조를 포함하고, 밀봉 부재(841, 842) 중 다른 하나는 단일 디지트를 포함한다. 복수의 디지트를 갖는 밀봉 부재(841, 842)는 밀봉 부재(841, 842)의 단일 디지트를 수용하도록 성형되어 중첩 영역(99)에 인터디지테이트형 인터록킹을 형성해서 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
대안적으로, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(841, 842)의 각각은 밀봉 상태를 형성하기 위해 중첩 영역(99)에서 중첩될 수 있는 단일 디지트 구조를 포함한다.
디지트 구조는 플레이트형 요소(디지트로 지칭됨)와 같은 하나 이상의 요소가 다른 요소의 표면(지지면으로 지칭됨)으로부터 외부로 돌출되는 구조로 이해될 수 있다. 다수의 디지트가 존재하는 경우, 디지트는 나란히 배치된다.
단일 디지트 구조의, 즉 하나의 디지트 및 디지트가 돌출되는 지지면의, 단면은 'T'자 형상과 유사할 수 있고, 'T'의 상단 바는 지지면을 나타내고 'T'의 하단부는 돌출 디지트를 나타낸다.
다수의 디지트를 갖는 디지트 구조의, 즉 다수의 디지트 및 다수의 디지트가 돌출되는 지지면의, 단면은 손바닥의 가장자리로부터 뻗은 손가락과 유사할 수 있고, 손바닥의 가장자리는 디지트가 돌출되는 지지면을 나타내고 손가락은 돌출 디지트를 나타낸다.
디지트(들)는 실질적으로 수직하게 또는 30도와 90도 사이의 각도와 같은 각도로 표면으로부터 외부로 돌출될 수 있다. 디지트는 서로 평행할 수 있다.
중첩 영역(99)은 밀봉 부재(841, 842) 간의 접촉 관계에 의해, 즉 디지트가 서로 닿을 때에, 또는 밀봉 부재(841, 842) 간의 비접촉 또는 이격된 관계에 의해, 즉 디지트가 서로 닿지 않을 때에, 형성될 수 있다.
도 8은 (c1), (c2), 및 (c3)로 나타낸 도 6(c)의 다양한 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 도 8의 (c1) 및 (c2) 부분은 밀봉 부재(841, 842) 양자가 단일 디지트 구조를 가질 때 중첩부(99)에서 밀봉 부재(841, 842) 간의 비접촉 또는 이격된 관계를 나타낸다. 도 6의 (c3) 부분은 밀봉 부재(841, 842) 양자가 단일 디지트 구조를 가질 때 중첩부(99)에서 밀봉 부재(841, 842) 간의 접촉 관계를 나타낸다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 부재(841)의 일부 및/또는 제2 밀봉 부재(842)의 일부는 중첩 영역(99)에서 서로 접촉을 유지하면서 왕복 방향(D)으로 서로 상대적으로 슬라이딩하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 도 6(a) 및 (b) 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 부재(841) 및 제2 밀봉 부재(842)는 중첩 영역(99)에서 서로 이격되어 그 사이에 우곡 채널(99x)을 형성해서 밀봉부(84)의 밀봉 상태를 형성할 수 있다. 우곡 채널(99x)은 밀봉 부재(841, 842) 사이의 간격이며, 보다 구체적으로 밀봉 부재(841, 842) 중 하나의 밀봉 부재의 디지트(들)와 밀봉 부재(841, 842) 중 다른 밀봉 부재의 디지트(들) 사이의 간격이며, 예를 들어 래버린스 씰에서와 같이 밀봉 상태를 형성하기 위해 도 7b에서 화살표(99x)로 나타낸 바와 같은 꼬인 형상을 갖는다. 꼬인 형상은 우곡 채널(99x)을 통해 유동 채널(5)로부터 냉각 공기의 흐름을 억제하고, 즉 냉각 공기의 원하지 않는 측방향 흐름을 억제한다.
도 6(a) 및 10의 표현과 조합하여 도 5에 도시된 시간 인스턴스(T2 및 T3)에서 SP(밀봉부)의 표현을 비교함으로써 이해될 수 있는 바와 같이, 제1 밀봉 부재(841) 및/또는 제2 밀봉 부재(842)는 도 7b에 도시된 바와 같이 우곡 채널(99x)을 유지하면서 서로에 대해 왕복 방향(D)으로 이동하도록 구성된다.
도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 부재(841) 및 제2 밀봉 부재(842) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 홈(G)을 갖는 코러게이션 형상을 가질 수 있다. 홈(G)은 제1 밀봉 부재(841) 및 제2 밀봉 부재(842) 중 다른 하나의 일부를 수용하도록 구성되어, 결과적으로 중첩 영역(99)에 도 7b에 도시된 바와 같이 인터디지테이트형 배열을 형성해서 밀봉부(84)의 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
도 7a, 7b, 8(c2), 및 10(a2)에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 부재(841)는 제1 표면(841s)을 포함할 수 있고 제2 밀봉 부재(842)는 제2 표면(842s)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 표면(841s, 842s)은 중첩 영역(99)에서 서로 대향할 수 있다.
제1 밀봉 부재(841)는 제1 표면(841s)으로부터 제2 표면(842s)을 향해 연장될 수 있는 하나 이상의 제1 돌출부(841p)를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 제2 밀봉 부재(842)는 제2 표면(842s)으로부터 제1 표면(841s)을 향해 연장될 수 있는 하나 이상의 제2 돌출부(842p)를 포함할 수 있다.
도 10(a2)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌출부(841p)는 제1 밀봉 부재(841)로부터, 예를 들어 제1 밀봉 부재(841)의 대향 표면으로부터, 반대 방향으로 연장될 수 있다.
대안적으로 또는 전술한 바에 추가하여, 하나 이상의 돌출부(842p)는 제2 밀봉 부재(842)로부터, 예를 들어 제2 밀봉 부재(842)의 대향 표면으로부터, 반대 방향으로 연장될 수 있다.
도 8(c1) 및 (c2), 및 도 10(a1)에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 부재(841) 및/또는 제2 밀봉 부재(842)의 제1 표면(841s) 및/또는 제2 표면(842s)에는 돌출부(841p, 842p)를 갖지 않을 수 있고, 즉 중첩 영역(99)에서 평면 표면일 수 있다.
본 기술은 특정 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 기술은 이러한 정확한 실시예에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명을 실행하기 위한 예시적인 모드를 설명하는 본 개시내용을 고려해서, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 많은 수정 및 변형이 제시될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 다음의 청구범위에 의해 나타난다. 청구범위의 동등성의 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변경, 수정, 및 변형은 그 범위 내에서 고려될 것이다.
10: 가스 터빈
14: 압축기 세션
18: 터빈 세션
22: 샤프트
30; 버너

Claims (15)

  1. 터보머신 구성요소용 충돌 인서트로서,
    내면 및 외면을 갖는 제1 바디부;
    상기 제1 바디부의 외면에 있으며 상기 터보머신 구성요소와 접촉하도록 구성된 제1 접촉부;
    내면 및 외면을 갖는 제2 바디부;
    상기 제2 바디부의 외면에 있으며 상기 터보머신 구성요소와 접촉하도록 구성된 제2 접촉부;
    상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부 사이의 가요성 기계적 밀봉부;
    상기 가요성 기계적 밀봉부 및 상기 제1 및 제2 바디부의 내면에 의해 형성된 냉각 공기용 유동 채널로서, 상기 제1 및 제2 바디부 중 적어도 하나는 상기 유동 채널로부터 냉각 공기의 충돌 제트를 분출하기 위한 하나 이상의 충돌 홀을 포함하는, 냉각 공기용 유동 채널; 및
    상기 제1 및 제2 바디부에 연결되며, 변형될 때, 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부 사이의 이격을 증가시키는 방향으로 상기 제1 및/또는 제2 바디부에 힘을 가하도록 구성되는 탄성부를 포함하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부와 상기 제1 및 제2 바디부는 일체로 형성되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는 굴곡 플레이트 형상을 가지며, 상기 제1 및 제2 바디부 사이에 위치되어 상기 밀봉부와 함께 상기 유동 채널을 형성하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 탄성부의 변형 또는 상기 탄성부에 의해 가해지는 힘에 의해 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부 간의 이격이 증가 또는 감소되는 동안 밀봉 상태를 유지시키도록 구성되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부는,
    상기 제1 바디부로부터 연장되는 제1 밀봉 부재; 및
    상기 제2 바디부로부터 연장되는 제2 밀봉 부재를 포함하고,
    상기 제1 밀봉 부재 및 상기 제2 밀봉 부재는 서로를 향해 연장되어 중첩 영역을 형성해서 상기 밀봉부의 밀봉 상태를 형성하고, 상기 중첩 영역은 상기 제1 밀봉 부재의 적어도 일부 및 상기 제2 밀봉 부재의 적어도 일부를 포함하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 부재와 상기 제2 밀봉 부재는 상기 중첩 영역에서 서로 접촉하여 상기 밀봉부의 밀봉 상태를 형성하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 부재의 일부 및/또는 상기 제2 밀봉 부재의 일부는 상기 중첩 영역에서 서로 접촉을 유지하면서 왕복 방향으로 서로 상대적으로 슬라이딩하도록 구성되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 부재와 상기 제2 밀봉 부재는 상기 중첩 영역에서 서로 이격되어 그 사이에 우곡 채널을 형성해서 상기 밀봉부의 밀봉 상태를 형성하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 부재 및/또는 상기 제2 밀봉 부재는 상기 우곡 채널을 유지하면서 서로에 대해 왕복 방향으로 이동하도록 구성되는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 부재 및 상기 제2 밀봉 부재 중 적어도 하나는 적어도 하나의 홈을 갖는 코러게이션 형상을 가지며 상기 제1 밀봉 부재 및 상기 제2 밀봉 부재 중 다른 하나의 일부를 수용하도록 구성되어, 상기 중첩 영역에 인터디지테이트형 배열을 형성해서 상기 밀봉부의 밀봉 상태를 형성하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 부재는 제1 표면을 포함하고, 상기 제2 밀봉 부재는 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 및 제2 표면은 상기 중첩 영역에서 서로 대향하고;
    상기 제1 밀봉 부재는 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면을 향해 연장되는 하나 이상의 제1 돌출부(841p)를 포함하고; 및/또는
    상기 제2 밀봉 부재는 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 향해 연장되는 하나 이상의 제2 돌출부(842p)를 포함하는, 터보머신 구성요소용 충돌 인서트.
  12. 가스 터빈용 터보머신 구성요소로서,
    에어포일 벽 및 상기 에어포일 벽에 의해 형성되는 내부 공간을 갖는 에어포일;
    상기 에어포일의 내부 공간에 형성된 적어도 하나의 냉각 채널; 및
    상기 냉각 채널에 삽입된 충돌 인서트를 포함하고, 상기 충돌 인서트는 제1항에 따른 것이고, 상기 제1 및 제2 접촉부는 상기 에어포일 벽과 접촉하는, 가스 터빈용 터보머신 구성요소.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 충돌 인서트의 탄성부는 상기 제1 및 제2 접촉부가 상기 에어포일 벽과 접촉함으로 인해 변형 상태에 있는, 가스 터빈용 터보머신 구성요소.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 터보머신 구성요소는 가스 터빈의 블레이드 또는 베인인, 가스 터빈용 터보머신 구성요소.
  15. 터보머신 구성요소를 포함하는 가스 터빈으로서, 상기 터보머신 구성요소는 제12항에 따른 것인, 가스 터빈.
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