KR20220103799A - 고정식 가스 터빈용 터빈 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블레이드 에어포일(blade airfoil)(18)을 갖는 터빈 블레이드에 관한 것으로, 블레이드 에어포일(18) 내부에 제1 냉각수 스트림(M1)을 위한 제1 냉각 경로(30) 및 제2 냉각수 스트림(M2)을 위한 제2 냉각 경로(50)가 형성되고, 제1 냉각 경로(30)는 선단(24)의 사이클론 냉각을 위해 구성된 제1 냉각수 통로(32)와, 이 제1 냉각수 통로(32)에 이어지고 블레이드 팁(blade tip)(22) 하부에서 선단(leading edge)(24)으로부터 후단(trailing edge)(26)의 방향으로 연장되는 제2 냉각수 통로(34)를 포함하며, 제2 냉각 경로(50)는 블레이드 에어포일(18)의 중앙 영역(48)을 냉각하기 위한 사행(serpentine) 냉각수 통로(52) 및 후단 영역(59)을 부분 냉각하기 위한 제1 후단 냉각수 통로(54)를 포함한다.

Description

고정식 가스 터빈용 터빈 블레이드

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 터빈 블레이드에 관한 것이다.

가스 터빈의 터빈 블레이드는 작동 중에 가장 높은 열적 및 기계적 하중을 받기 때문에, 근래에는 복잡한 중공형 내부 기하구조를 이용하여 냉각될 수 있고 특히 강인하게 구성된다.

이와 관련하여, WO 1996/15358 A1호로부터 예를 들어 청구항 제1항의 전제부에 상응하는 가스 터빈 블레이드가 공지되어 있으며, 여기서는 선단(leading edge) 냉각 채널에 접선 방향으로 유입된 냉각 공기에 의해 선단이 추가 막 냉각 홀(film cooling hole)(영어로 showerhead hole이라고도 함) 없이도 냉각될 수 있다. 그러나 선단 냉각 채널을 흐르는 냉각 공기의 상당 부분은 선단 근처의 흡입측에 배치된 막 냉각 홀(영어로 gill hole이라고도 함)을 통해 터빈 블레이드로부터 배출되는 반면, 이 냉각 공기의 나머지 분량은 블레이드 팁(blade tip) 하부에서 후단(trailing edge) 쪽으로 안내된다. 그에 반해 블레이드 에어포일의 나머지 부분은 후단 분출부로 이어지는 사행(serpentine) 냉각 채널을 통해 냉각된다.

또한, WO 2017/039571 A1호로부터, 영어로 "multiwall-turbine blade"라고도 지칭되는 이른바 다층 터빈 블레이드가 공지되어 있다. 그 내부에는, 터빈 블레이드 내부를 흐르는 냉각 공기를 특히 외벽의 내표면 가까이로 밀어내는 2개의 변위체(displacement body)가 제공된다. 또한, EP 1 783 327 A2호는 다중벽 터빈 블레이드의 한 대안적 구성을 보여준다. 또한, US 2010/0239431 A1호는, 선단을 냉각하는 채널을 통해 -스팬(span)과 관련하여- 직렬로 연결된 2개의 인접한 곡류형 냉각 채널을 갖는 터빈 블레이드를 보여준다.

터빈의 효율을 더 높이기 위해 냉각 공기의 절약이 끊임없이 요구되는데, 그 이유는 절약된 냉각 공기를 화석 연료나 합성 연료의 산화를 위한 1차 공기로 사용하여 효율을 높일 수 있기 때문이다.

결과적으로, 본 발명의 과제는 냉각수 소비가 더 감소된, 내구성 있는 터빈 블레이드를 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항에 따른 터빈 블레이드를 통해 해결된다. 본 발명은, 특히 고정식 축류 가스 터빈을 위한, 특히 가스 터빈의 고압 터빈 단(high pressure turbine stage)을 위한, 내부에 냉각 시스템이 배치된 터빈 블레이드를 제안하며, 상기 냉각 시스템은 제1 냉각수 스트림을 위한 제1 냉각 경로 및 이 제1 냉각 경로와 실질적으로, 바람직하게는 완전히 분리된, 제2 냉각수 스트림을 위한 제2 냉각 경로를 포함하고, 제1 냉각 경로는 선단의 사이클론 냉각을 위해 구성된 제1 냉각수 통로와, 이 제1 냉각수 통로에 이어지고 블레이드 팁 하부에서 선단으로부터 후단의 방향으로 연장되는 제2 냉각수 통로를 포함하며, 제2 냉각 경로는, 현(chord) 방향으로 선단 영역 뒤에 배치된, 블레이드 에어포일의 중앙 영역을 냉각하기 위한 사행 냉각수 통로와, 현 방향(chordwise direction)으로 중앙 영역 뒤에 배치되고 후단까지 이르는, 블레이드 에어포일의 후단 영역을 적어도 부분 냉각하기 위한 제1 후단 냉각수 통로를 포함하며, 제1 후단 냉각수 통로는 후단에 배치된 다수의 제1 배출 홀에 유동 연결되고, 제1 냉각 경로는 배출 홀이 없는 경우의 냉각, 즉, 국소 폐쇄 냉각용으로 구성되고, 제1 냉각 경로는 추가로: 제2 냉각수 통로에 이어지며 주로 반경 방향 내측으로 연장되는 제3 냉각수 통로와, 이 제3 냉각수 통로에 이어지고 후단 영역의 블레이드 팁측 영역을 냉각하도록 구성되며, 후단에 배치된 다수의 제2 배출 홀과 유동 연결되는 제2 후단 냉각수 통로를 포함한다.

본 발명은, 블레이드 에어포일의 선단 및/또는 압력측 측벽 및/또는 흡입측 측벽에, 냉각수가 배출되어 그곳에서 터빈 블레이드 주위를 흐르는 고온 가스(hot gas)에 합류될 수 있게 하는 개구가 없는 경우에만 터빈 블레이드 냉각을 위한 냉각수의 유의미한 절약이 달성될 수 있다는 인식에 기초한다. 터빈 블레이드의 간단한 구성을 가능하게 하기 위해, 냉각수는 적어도 후단에서 그리고 필요한 경우 바깥쪽을 가리키는 블레이드 팁을 통해서도 빠져나간다. 이와 관련하여 블레이드 에어포일의 선단과, 압력측 및 흡입측의 대부분을 냉각하는 데 이용될 수 있는 통로 및 채널만 국소 폐쇄 냉각을 하도록 구성되어야 한다. 달리 말하면: 제1 냉각수 통로 및/또는 사행 냉각수 통로로부터 샤워헤드 홀, 아가미형 홀(gill hole), 또는 여타의 막 냉각 홀이 분기되지 않으며, 이들은 배출 홀이 없다. 배출 홀은 후단에만 제공되며, 필요 시 블레이드 팁에도 제공된다. 국소 폐쇄 냉각이, 블레이드 에어포일로부터 냉각수가 고온 가스로 전혀 빠져나갈 수 없음을 의미하지는 않는다.

그럼에도, 선단, 특히 극도로 높은 열하중을 받는 터빈 블레이드의 충분한 냉각을 달성하기 위해, 실제로 국소 폐쇄된, 즉, 배출 홀이 없는 선단의 냉각의 경우, 냉각수의 필요성이 높아진다. 그러나 본 발명에 의해 이제 선단 냉각에 사용된 제1 냉각수 스트림을 블레이드 에어포일의 후단 영역의 반경 방향 외측 부분을 냉각하기 위해서도 사용하는 것이 처음으로 제안된다. 선행 기술에서와 같이 아가미형 홀을 통해 그리고 후단에서 직접 냉각수를 배출하는 대신, 본 발명에 따라 순방향 유동(forward-flowing) 시스템으로부터 유래하는 냉각수를 다시 안쪽으로 편향시켜 최종적으로 추가 후단 냉각수 통로로 안내하는 후방 분리 리브(rear separating rib)가 시스템에 도입된다. 결과적으로, 제1 냉각수 스트림은 블레이드 팁 바로 아래에서 블레이드 에어포일의 후방 단부까지 연장되는 제2 냉각수 통로를 통해, 그리고 인접한 제3 냉각수 통로를 통해 바람직하게는 후단 높이의 대략 절반 지점으로 안내되고, 그런 다음 반경 방향 외측에 배치된 후단 냉각수 통로에서 유용하게 사용된다. 이러한 해법을 토대로 제2 유로를 위한 냉각 공기의 수요를 상당히 줄일 수 있다. 따라서 여기에 제안된 접근 방식은, 신규 유형의 분할에 기반하는, 그리고 비교적 높은 압축 압력비 또는 높은 터빈 입구 온도를 갖는 가스 터빈의 제1 및/또는 제2 터빈 블레이드 단의 터빈 블레이드에 있어서 지금까지 완전히 부적합한 것으로 간주되어 고려되지 않았던 냉각 개념, 요컨대 사이클론 냉각을 사용하는, 가용 냉각수의 최대 활용을 제공한다.

사이클론 냉각은, 냉각 채널 또는 냉각수 통로를 흐르는 냉각수의 상당 부분이 냉각수의 주 유입구로부터 주 배출구로 소용돌이 형태로 흐르는 냉각으로 이해되어야 한다. 소용돌이(swirl)란 냉각수의 상당 부분이 관련 채널이나 통로를 따라 나선형으로 흐른다는 것을 의미한다. 소용돌이 흐름(swirled flow)은 난류 흐름(turbulent flow)과 구별되어야 한다. 후자는 이른바 난류 촉진체(turbulator)에 의해 정기적으로 유발되고, 그 결과 공간적으로 매우 제한된 영역에서 발생하는데, 그 이유는 난류 촉진체에 의해서는 매우 작은 비율의 냉각수만 도달되고 조작되기 때문이다. 해당 영역을 벗어나면 난류도 다시 소멸된다. 따라서 주 소용돌이 유동은 국부적으로 매우 작은 영역에서 2차 난류 유동 성분도 가질 수 있지만, 그 반대의 경우는 불가능하다.

본 발명에 의해, 냉각수의 소비가 미리 예상하지 못할 정도로 감소할 수 있는 동시에 전체 블레이드 에어포일이 충분히 냉각될 수 있다. 세부적인 시뮬레이션에 따르면 이는, 고정식 가스 터빈의 2개의 터빈 전단(front turbine stage) 중 하나에서 ISO 정격 작동 시 터빈 입구 온도가 1300℃ 이상이거나 압축 압력비가 19:1 이상인 터빈 블레이드에도 적용된다. 이러한 터빈 블레이드의 경우에도, 선단에 냉각 홀이 배치된 종래의 터빈 블레이드에 비해 동일한 사용 수명의 달성 하에 냉각수 양을 약 30% 낮출 수 있었다.

본 발명의 특히 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 블레이드 팁에 제2 냉각수 통로와 유동 연결된 하나 이상의 냉각수용 배출 홀이 배치된다. 이 조치는 블레이드 팁에서 돌출되는 모든 마찰 에지(rubbing edge)의 피로 강도를 개선한다.

또 다른 한 바람직한 실시예에서, 제1 냉각 경로는 제1 냉각수 통로를 위한 공급 통로를 포함하고, 이 공급 통로는 제1 냉각수 통로 바로 옆에 배치되며 적어도 블레이드 에어포일의 스팬의 대부분에 걸쳐 연장되면서 다수의 관통 개구를 통해 제1 냉각수 통로와 유동 연결되고, 상기 관통 개구들은 제1 냉각수 통로를 흐르는 냉각수에 소용돌이를 가하거나 강화하기 위한 수단을 갖는다. 관통 개구들은 수단으로서 특정 방향을 갖는다. 예를 들어 관통 개구가 접선 방향으로, 즉, 제1 냉각수 통로에 편심되어 그리고 특히 흡입측 또는 압력측 측벽의 내표면과 정렬되어 연통되고, 그리고/또는 반경 방향으로 경사지면, 제1 냉각수 통로를 흐르는 냉각수에 사이클론 냉각에 필요한 소용돌이를 간단한 수단으로 가하거나 강화할 수 있다. 그럼으로써 선단의 효율적인 사이클론 냉각이 비교적 쉽게 제공될 수 있다.

또 다른 한 실시예에 따라, 블레이드 에어포일의 높이에 걸쳐 조정되거나 균일화된 선단의 사이클론 냉각은, 스팬 방향으로 결정될 수 있는 관통 개구의 밀도가 루트측(root-side) 단부에서 가장 크고 바람직하게는 블레이드 팁으로 갈수록 단계적으로 또는 연속으로 감소함으로써 달성될 수 있다. 이로써, 제1 냉각수 통로에서의 유속이 블레이드 에어포일의 스팬에 걸쳐 거의 일정하게 유지될 수 있으며, 이는 마찬가지로 블레이드 팁 쪽으로 가면서 단면이 좁아지는 제1 냉각수 통로에 의해 달성될 수 있다.

또 다른 한 바람직한 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 냉각수로의 열 전달을 국부적으로 더 증가시키고 그리고/또는 소용돌이를 촉진하기 위해, 하나 이상의 냉각수 통로의 하나 이상의 내표면에 바람직하게는 리브(rib) 형태의, 특히 경사지게 배치된 다수의 난류 촉진체를 배열한다.

본 발명의 또 다른 개선예에 따르면, 각각의 후단 냉각수 통로 내에 하나의 패턴으로, 즉, 여러 열로 배열된 다수의 페데스탈(pedestal)이 제공된다. 이로써 블레이드 에어포일의 중앙 영역에 이어지고 블레이드 에어포일의 후단까지 연장되는, 블레이드 에어포일의 흡입측 및 압력측 후단 영역이 간단하고 효율적인 방식으로 배출 홀 없이, 즉, 국소 폐쇄 방식으로 냉각될 수 있다. 또한, 이를 통해 2개의 냉각 경로를 위한 냉각수의 분할 및 그 내부에서 발생하는 압력 손실도 효율적으로 설정될 수 있다.

또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 제2 냉각수 통로를 넓히는 2개의 냉각 채널 아암이 제공되며, 이들 냉각 채널 아암은 현 방향으로 연장되어감에 따라 반경 방향 내측으로 확장되고 제3 냉각수 통로로 연통된다. 이 조치는, 후단을 향해 점차 뾰족해지는, 블레이드 프로파일의 액적 형상으로 인해 나타나는 제2 냉각수 통로의 관류 단면적 감소를 줄이거나 보상한다. 결과적으로, 제2 냉각수 통로의 전체 길이에 대해 대략 일정한 단면적이 달성될 수 있고, 그로 인해 제1 냉각수 스트림이 일정한 속도로 제2 냉각수 통로를 통해 흐를 수 있다. 따라서 측벽의 국소 영역과 블레이드 팁의 균일한 냉각을 유지하면서 유동 박리(flow separation)를 피할 수 있다.

또한, 전술한 실시예의 한 개선예에 따르면, 제2 냉각수 통로와 사행 냉각수 통로 사이에 격벽이 배치되며, 이 격벽은 양 측벽을 서로 연결하고 현 방향으로 연장되며, 상기 격벽은 후단에 가까워짐에 따라 바람직하게 점차 뾰족해지는 변위 웨지(displacement wedge)를 형성하며, 이 변위 웨지는 양 측벽의 내표면과 함께 2개의 냉각 채널 아암을 측방향으로 한정한다.

본 발명의 특히 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 제3 냉각수 통로와 제2 후단 냉각수 통로 사이에 스팬 방향으로 연장되는 후방 분리 리브가 제공된다. 경우에 따라, 제2 후단 냉각수 통로에서의 국부적 정체수 영역(dead-water region)을 방지하기 위해, 후방 분리 리브에도 하나 이상의 홀이 존재할 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 제안에 따르면, 후단은 상기 후단의 루트측 단부에서 0%로 시작하여 블레이드 팁에서 100%로 끝나는 100%의 정규화된 높이를 가지며, 2개의 후단 냉각수 통로는 정규화된 높이의 45% 내지 75%의 높이에 배치되고 주로 현 방향으로 연장되는 분리 리브에 의해 적어도 실질적으로 서로 분리된다. 특히 이를 통해, 한편으로는 블레이드 에어포일이 균일하게 냉각될 수 있게 하고 다른 한편으로는 냉각수 소비 자체를 더욱 줄일 수 있게 하는, 가용 냉각수 총량의 특히 효율적인 분배가 달성될 수 있다. 터빈 블레이드를 주조하는 데 필요하며 차후에 2개의 후단 냉각수 통로를 남기는 주조 코어(casting core)를 더 잘 고정할 수 있도록 하고 코어 파손을 방지하기 위해서는, 이러한 주조 코어를 몇 개의 버팀대(strut)를 통해 서로 직접 연결하는 것이 도움이 될 수 있다. 완성된 터빈 블레이드 내 분리 리브에 버팀대가 2개의 후단 냉각 채널의 완전한 분리를 중단하는 개구부를 남기긴 하나, 상기 두 후단 냉각 채널은 계속 실질적으로 서로 분리되어 있다.

바람직하게는 본 발명의 또 다른 한 개선예에서, 사행 냉각수 통로는 스팬 방향으로 연장되는 적어도 2개의 채널 섹션 및 서로 교대하는 적어도 2개의 방향전환 섹션을 포함하고, 냉각수 스트림 내에서 더 하류에 놓인 방향전환 섹션은 제1 후단 냉각수 통로와 직접 유동 연결된다.

전술한 실시예의 개선예에서 특히 바람직하고 유리한 점은, 2개의 채널 섹션이 변위체 및 2개의 측벽을 이용하여 블레이드 에어포일의 단면도로 볼 때 실질적으로 각각 흡입측 채널 아암, 압력측 채널 아암 및 상기 두 채널 아암을 연결하는 연결 아암에 의해 C자 형태로 구성되고, 상기 2개의 채널 섹션은 이들이 변위체를 거의 완전히 둘러싸도록 서로에 대해 배치된다는 점이다. 이를 통해, 다중벽으로 구성된 터빈 블레이드가 제공될 수 있다. 다중벽으로 구성하면, 한 편으로는 자원을 적게 사용하여도 선단의 곡률이 상대적으로 작은 블레이드 에어포일을 생성할 수 있다. 물론 이러한 약간의 곡률이 제1 냉각수 통로에서 소용돌이의 발생을 크게 촉진한다. 한편, 다중벽 구성으로 인해 냉각 섹션은 비교적 작은 유동 단면적을 가질 수 있다. 작동 중에 제2 냉각수 스트림은 채널 섹션을 통해 또는 사행 냉각수 통로를 통해 충분히 빠른 속도로 유동하여 충분히 높은 열 전달을 형성한다. 이는 특히 선단과 후단 영역 사이의 블레이드 에어포일의 중앙 영역의 효율적인 냉각에 필요한 냉각수의 양을 감소시킨다. 이 조치의 도움으로 소비를 약 40% 더 줄일 수 있으며, 그 결과 터빈 블레이드의 열효율이 이론적인 최대값에 비교적 가까워질 수 있다.

이 경우, 변위체는 단면도로 볼 때 공동(cavity)을 둘러싸고 웨브를 통해 두 측벽에 지지되는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 터빈 로터 블레이드에서 작동 동안 제2 냉각수에 작용하는 코리올리 힘(Coriolis force)을 보상하기 위해, 압력측 벽을 흡입측 벽과 연결하며 루트측 단부로부터 블레이드 팁 쪽으로 연장되는 적어도 하나의, 바람직하게는 2개의 지지 리브에서, 상기 지지 리브상에 또는 연결 아암을 제한하는 변위체 내표면에 요소, 바람직하게는 난류 촉진체가 제공될 수 있다. 그로 인해, 흡입측 채널 아암으로부터 연결 아암을 통해 압력측 채널 아암으로 행해지는 냉각수의 횡방향 유동이 감소할 수 있다.

또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 공동은 냉각수에 의해 관류될 수 없는데, 그 이유는 공동에 냉각수용 배출 개구가 없기 때문이다. 이는 제2 냉각수 스트림의 원치 않는 방해를 방지하지만, 사용된 주조 코어가 특히 간단하고 안정적인 방식으로 주조 장치의 다른 구성요소에 고정될 수 있는 특히 간단한 주조 장치의 사용을 가능케 한다. 그에 상응하게, 본 발명에 따른 터빈 블레이드가 바람직하게 주조되며, 터빈 블레이드가 주조된 후 블레이드 루트에 존재하고 공동과 바로, 즉, 직접 연결된 개구가 별도로 제조된 덮개판에 의해 폐쇄된다. 이는, 터빈 블레이드가 주조된 후 블레이드 루트에 존재하며 제1 후단 냉각수 통로와 바로, 즉, 직접 연결된 개구에 유사하게 적용된다. 별도로 제조된 커버 플레이트가 관련 개구를 완전히 덮도록 블레이드 루트에 고정됨으로써 상기 개구가 폐쇄되는 것도 바람직하다.

편리하게는, 각각의 냉각 경로에 대해, 제1 냉각수 통로 또는 공급 통로 또는 사행 냉각수 통로 또는 그의 채널 섹션 중 하나와 직접 유동 연결된 하나 이상의 유입구가 제공된다.

바람직하게, 터빈 블레이드는 루트측 단부에서 측정될 현 길이(chord length)에 대한 후단 스팬의 3.0 이하의 종횡비를 갖는데, 이는 2개의, 바람직하게는 서로 분리된 냉각수 스트림으로의 가용 냉각수의 제안된 분할 및 이와 동시에 특히 상기 유형의 터빈 블레이드를 위한 후단 영역의 냉각의 제안된 분할이 냉각수 양의 상당한 절약을 가능케 한다는 것이 밝혀졌기 때문이다.

원칙적으로 전술한 터빈 블레이드는 로터에 부착된 로터 블레이드로서도 또는 고정식 캐리어에 부착된 가이드 베인으로서도 사용될 수 있다.

놀랍게도, 전술한 터빈 블레이드는, ISO 정격 작동 시 터빈 입구 온도가 1300℃ 이상이고 그리고/또는 ISO 정격 작동 시 발생하는 압축비가 19:1 이상인 고정식 가스 터빈의 제1 또는 제2 터빈 단에서도 사용될 수 있다. 본 출원의 범주에서, 이른바 항공기술 유도형(aeroderivative)은 고정식 가스 터빈의 정의에 속하지 않는다. 결과적으로, 본 발명은 터빈 입구에서의 고온 가스 온도가 오늘날의 표준에 따라 비교적 낮은 것으로 간주되는 고정식 가스 터빈에만 적합한 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 전술한 설명은, 개별 종속항에서 경우에 따라 하나의 유닛으로 결합되도록 재현되어 있는 수많은 특징을 포함한다. 그러나 이들 특징은 바람직하게는 개별적으로도 고려될 수 있고, 추가의 조합으로 결합될 수도 있다. 특히, 상기 특징들은 개별적으로 그리고 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치와 임의의 적합한 조합으로 각각 결합될 수 있다. 즉, 예를 들어 구체적으로 작성된 방법 특징은 상응하는 장치 유닛의 특성으로도 간주되어야 하며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

명세서 및 특허청구범위에서 일부 용어가 각각 단수로 또는 숫자와 함께 사용되더라도, 본 발명의 범위가 상기 용어에 대해 단수 또는 각각의 숫자로 제한되어서는 안 된다. 또한, "하나의("a" 및 "an")"라는 단어는 수사가 아니라 부정관사로 이해되어야 한다. 마찬가지로 "제1", "제2", "제3" 등의 수사는 근본적으로 유사한 성질을 갖는 특징들 간의 구별하는 역할만 한다.

본 발명의 전술한 특성, 특징 및 장점 그리고 이들이 달성되는 방식은 도면에 기초한 이하의 실시예의 설명과 관련하여 이해하기 쉽게 더욱 상세히 논의될 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 터빈 로터 블레이드의 측면도이다.
도 2는 도 1에 따른 터빈 로터 블레이드의 냉각 개요도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 터빈 로터 블레이드의 종단면도이다.
도 4는 도 3에 따른 터빈 로터 블레이드를 절단선(A-A)을 따라 잘라낸 횡단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 3에 따른 터빈 로터 블레이드를 절단선(B-B, C-C 및 D-D)을 따라 잘라낸 종단면도이다.
도 8은 도 1에 따른 터빈 로터 블레이드를 절단선(E-E)을 따라 잘라낸 횡단면도이다.
도 9는 고정식 가스 터빈의 개략도이다.

도면들에서 동일한 도면 부호가 부여된 모든 기술적 특징은 동일한 기술적 효과를 갖는다.

하기에서 본 발명은 터빈 로터 블레이드로서 구성된 터빈 블레이드(10)에 기초하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 터빈 가이드 베인과도 관련될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예로서, 도 1은 터빈 블레이드(10)의 측면도를 보여준다. 바람직하게 정밀 주조 공정에서 제조되는 터빈 블레이드(10)는 일부만 도시된 블레이드 루트(12)를 포함한다. 블레이드 루트(12)는 공지된 방식으로 도브테일 형상 또는 전나무 형상으로 구성될 수 있다. 여기에, 스팬 방향(R)으로 블레이드 에어포일(18)이 루트측 단부(20)로부터 블레이드 팁(22)까지 연장되기 시작하는 플랫폼(13)이 이어진다. 터빈 로터 블레이드(10)가 축류 가스 터빈에 설치되는 경우, 가스 터빈의 스팬 방향과 반경 방향이 일치한다. 스팬 방향(R)을 가로질러 배향된 현 방향(S)으로, 블레이드 에어포일(18)이 선단(24)으로부터 후단(26)으로 연장된다. 후단(26)에서는 배출 홀(46, 56)이 스팬 방향을 따라 분포된다. 본 실시예에 따르면, 루트측 단부에서 측정될 현 길이(SL)에 대한 후단 스팬(HSP)의 종횡비(HSP/SL)는 1.9이고, 바람직하게는 1.5 내지 3의 범위이다.

플랫폼(13)의 일 측면으로 배출 개구(28)도 연통된다. 배출 홀(46, 56) 및 배출 개구(28)는 터빈 로터 블레이드(10)의 내부 냉각 시스템과 유동 연결되어 있다.

터빈 로터 블레이드(10) 및 특히 블레이드 에어포일(18)의 냉각 시스템은 냉각 개요도로서 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 터빈 로터 블레이드(10)에 제1 냉각수 스트림(M1)과 제2 냉각수 스트림(M2)이 각기 개별적으로 공급될 수 있다. 제1 냉각수 스트림(M1)은 복수의 냉각수 통로(31, 32, 33, 34, 36a, 36b, 38, 40, 44)로 구성된 제1 냉각 경로(30)를 통해 흐른다. 냉각수 스트림(M1)을 위한 (도 2에 도시되지 않은) 유입구의 하류에, 다수의 관통 개구(33)를 통해 제1 냉각수 통로(32)와 유동 연결된 공급 통로(31)가 뒤따른다. 제1 냉각수 통로(32)는 블레이드 에어포일(18)의 선단(24) 및 이에 바로 인접한 선단 영역(39)의 사이클론 냉각에 이용된다. 블레이드 팁(22)의 영역에서, 제1 냉각수 통로(32)는, 블레이드 팁(22)의 냉각을 위해 선단(24)으로부터 블레이드 팁(22)의 비교적 긴 현 길이에 걸쳐 후단(26)의 방향으로 연장되는 제2 냉각수 통로(34)로 이어진다. 블레이드 팁에는 후술되는 마찰 에지의 냉각을 위해 제3 배출 홀(67)이 배치될 수 있다. 또한, 제2 냉각수 통로(34)는, 제2 냉각수 통로(34)의 후반부에서 비로소 시작되어 제2 냉각수 통로(34)의 하류측 단부와 마찬가지로 제3 냉각수 통로(38)와 연결되는 2개의 냉각 채널 아암(36a, 36)을 포함한다. 후자는 방향전환 섹션(40)을 통해 제2 후단 냉각수 통로(44)에 유동 연결된다. 이 경우, 제1 냉각 경로(30)를 통해 흐르는 냉각수 스트림(M1)은 다수의 제2 배출 홀(46)을 통해 터빈 로터 블레이드(10)의 후단(26)에서 빠져나갈 수 있다. 제1 냉각 경로(30)에 대해 평행하게 그리고 유동 기술적으로 바람직하게 상기 제1 냉각 경로와 완전히 분리되어 제2 냉각 경로(50)가 배치되고, 이 제2 냉각 경로는 도 2에 상세히 도시되지 않은 유입구의 하류에 사행 냉각수 통로(52)를 갖는다. 사행 냉각수 통로(52)는 본 실시예에 따른 중앙 영역(48)(도 1)을 냉각하기 위해 스팬 방향으로 연장되는 2개의 채널 섹션(55a, 55b)을 포함하며, 이들은 이들 사이에 배치된 방향전환 섹션(57a)을 통해 서로 연결된다. 제2 채널 섹션(55b)의 하류 단부에는 제2 채널 섹션(55b)을 제1 후단 냉각수 통로(54)와 유동 연결하는 제2 방향전환 섹션(57b)이 이어진다. 이 경우, 제2 냉각 경로(50)를 통해 흐르는 냉각수 스트림(M2)은 다수의 제1 배출 홀(46)을 통해 터빈 로터 블레이드(10)의 후단(26)에서 빠져나갈 수 있다. 상기 두 후단 냉각수 통로(44, 54)는 후단 영역(59)(도 1)을 냉각하는 역할을 한다.

도 3은 도 2에 따른 냉각 개요도에 부합하도록 구성된, 도 1에 따른 터빈 로터 블레이드(10)의 내부 구조의 종단면도를 보여준다. 이를 위해, 터빈 로터 블레이드(10)는 개별 냉각 경로와 냉각수 통로를 서로 분리하는, 상이하게 배열된 일련의 벽과 리브를 포함한다. 블레이드 루트(12)에는 2개의 냉각수 흐름(M1, M2) 또는 2개의 냉각 경로(30, 50)를 위한 2개의 유입구(80)가 제공된다. 상기 두 유입구(80) 사이에는, 2개의 측벽(14, 16)을 서로 연결하고 제1 섹션에 대해 제1 냉각 경로(30)를 제2 냉각 경로(50)로부터 분리하는 전방 지지 리브(66v)가 배치된다. 또한, 전방 분리 리브(49v)가 공급 통로(31)를 제1 냉각수 통로(32)로부터 분리하며, 전방 분리 리브(49v)에는 다수의 관통 개구(33)(도 4의 세부도 참조)가 배열된다. 그러나 도 3에는 이들 중 관통 개구의 입구만 도시되어 있다. 도 3에서 알 수 있듯이, 팁 근처 영역에서보다 플랫폼 근처 영역에서 관통 개구(33)의 밀집도가 더 크다. 전방 분리 리브(49v)에서의 관통 개구(33)의 위치와 배향은 제1 냉각수 통로(32)에서 비교적 강하게 소용돌이치는 냉각수 스트림이 발생할 수 있도록 선택된다. 소용돌이치는 냉각수 스트림이란 루트측 단부(20)에서 블레이드 팁(22)까지 사이클론 방식으로 또는 나선형 선 또는 나선과 유사하게 형성될 수 있는 냉각수 스트림을 의미한다. 따라서 상기 관통 개구는 전방 분리 리브(49v)에 편심 배치되고, 특히 흡입측 벽(16)(또는 압력측 벽)의 내벽과 같은 높이로, 경우에 따라서는 심지어 블레이드 팁(22) 쪽으로 경사지게 배열되며, 그 결과 제1 냉각수 통로(32)의 관류 시 소용돌이의 약화가 적어도 부분적으로 보상된다.

제1 냉각수 통로(32)의 외측 단부에 블레이드 팁(22)의 바닥부(37)를 냉각하기 위한 제2 냉각수 통로(34)가 이어지고, 제2 냉각수 통로(34)는 격벽(60)에 의해 사행 냉각수 통로(52)와 분리된다. 제2 냉각수 통로(34)의 후단 근처 단부에는 블레이드 팁(22)으로부터 루트측 단부(22) 방향으로 연장되되 대략 블레이드 에어포일(18) 높이의 절반까지만 연장되는 제3 냉각수 통로(38)가 이어지며, 상기 블레이드 에어포일(18)의 높이는 후단(26)에서 측정해야 한다. 여기에, 제1 냉각수 스트림(M1)이 제2 후단 냉각수 통로(44)에 공급될 수 있게 하는 추가 방향전환 섹션(40)이 이어진다. 제3 냉각수 통로(38)는 상응하게 구성된 후방 분리 리브(49h)에 의해 제2 후단 냉각수 통로(54)로부터 대부분 분리된다.

제2 후단 냉각수 통로(44) 내에는 냉각수(M1)가 흐를 수 있는 페데스탈(53)이 여러 열로 연이어 배열된다. 도시된 실시예에서, 페데스탈은 가능한 한 가장 높은 압력 손실을 유발하기 위해 비교적 좁은 통로를 가진 경주 트랙(racetrack) 형태로 구성되어 있다. 제1 냉각 경로(30)는 후단(26)에 제공된 제2 배출 홀(46)에서 끝나며, 관련 유입구(80)를 통해 공급된 냉각수 스트림(M1)의 적어도 대부분이 상기 배출 홀을 통해 터빈 로터 블레이드(10)로부터 방출될 수 있다.

제2 냉각수 스트림(M2)을 안내하기 위한 제2 냉각 경로(50)는 실질적으로 사행 냉각수 통로(52)와 제1 후단 냉각수 통로(44)를 포함한다. 전자는 4개의 연속 섹션으로 분할될 수 있고, 그 중 첫 번째 섹션을 제1 채널 섹션(55a)이라고 한다. 그 다음으로 제1 방향전환 섹션(57a), 제2 채널 섹션(55b) 및 제2 방향전환 섹션(57b)이 뒤따른다. 후자는 사행 냉각수 통로(52)를 제2 후단 냉각수 통로(54)와 연결하고, 상기 제2 후단 냉각수 통로는 여러 열로 배열된 경주 트랙 형태의 페데스탈(53)을 갖는 제1 후단 냉각수 통로(44)와 유사하게 구성된다.

사행 냉각수 통로(52)의 2개의 채널 섹션(55a, 55b)은 스팬 방향(R)을 따라 블레이드 에어포일(18)의 대부분에 걸쳐 연장된다. 제1 채널 섹션(55a)과 제2 채널 섹션(55b) 모두, 도 4에 추가로 도시된 바와 같이, 실질적으로 U자형이고, 각각 흡입측에 배치된 채널 아암(55as, 55bs), 압력측에 배치된 채널 아암(55ad, 55bd) 및 관련 채널 아암을 연결하는 연결 아암(55av, 55bv)을 포함한다. 따라서, 제1 채널 섹션(55a)은 - 도 4에 따른 횡단면으로 볼 때 - 압력측 측벽(14), 전방 지지 리브(66v), 흡입측 측벽(16) 및 내부에 배치된 변위체(70)에 의해 둘러싸인다. 제2 채널 섹션(55b)은 압력측 측벽(14), 후방 지지 리브(66h), 흡입측 측벽(16) 및 내부에 배치된 변위체(70)에 의해 둘러싸인다. 변위체(70) 자체는 공동(72)을 둘러싸며, 압력측 측벽(14) 또는 흡입측 측벽(16)상의 웨브(71)를 통해 지지된다. 웨브(71)는 거의 블레이드 에어포일(18)의 전체 높이에 걸쳐 연장되고, 한편으로는 터빈 로터 블레이드(10)에서 변위체(70)의 일체식(monolithic) 고정을 위해 그리고 다른 한편으로는 2개의 채널 섹션(55, 57)의 분리를 위해 이용된다. 도 2를 참조하면, 변위체(72)의 반경 방향 외측 단부가 후단측에서 절두(truncated)되어 있음을 알 수 있다. 이 조치는 터빈 로터 블레이드(10)의 기계적 무결성 및 특히 그 진동 저항을 개선한다.

2개의 후단 냉각수 통로(44, 54)는 주로 현 방향(S)으로 연장되는 분리 리브(64)에 의해 완전히는 아니지만 적어도 대부분 서로 분리된다. 실시예에 따르면, 분리 리브(64)는 후단(24)의 정규화된 블레이드 에어포일 높이의 55% 높이에서 끝난다. 바람직하게 분리 리브(64)는 정규화된 높이의 45% 내지 75% 사이의 높이에 배치된다.

도 5 내지 도 7은 터빈 로터 블레이드(10)의 팁을 도 3에 따른 절단선(B-B, C-C 및 D-D)을 따라 잘라낸 종단면도이다. 블레이드 팁(72)의 외측 단부에서는 흡입측과 압력측 모두에 마찰 에지(78)가 제공된다. 또한, 변위체(70)는 반경 방향 외측 단부에서 폐쇄되지 않고 제1 방향전환 섹션(57a) 쪽으로 개방되어 있음을 알 수 있다. 따라서 제2 냉각수 스트림(M2)의 유입이 가능할 것이다. 그러나 공동(72) 또는 변위체(70)를 생성하는 데 필요한, 블레이드 루트(12)상의 개구(74a)는 주조 후에 거기에 부착된 덮개판(76a)(도 1)에 의해 폐쇄되기 때문에, 공동(72)에는 배출 개구가 없다. 그 결과, 상기 공동은 관류될 수 없고, 정체수 공간으로서 구성된다. 결과적으로, 모드 조정(modal adaptation)이 필요한 경우, 설계 단계에서 미리 리브, 스트럿 등과 같은 추가 구조물을 제공하여 내부 형상을 변경하는 것이 편리하다. 특별한 이점은, 공기역학이나 열 교환과 같은 여타의 특성에 영향을 미치지 않으면서 터빈 블레이드의 고유 진동수만 조정될 수 있다는 것이다.

나아가 도 5 내지 도 7에는, 격벽(60)이 후단(24)에 가까워짐에 따라 점차 뾰족해지는 변위 웨지(62)를 어떻게 형성하는지가 도시되어 있으며, 상기 변위 웨지는 양 측벽(14, 16)의 내표면과 함께 2개의 냉각 채널 아암(36a 및 36b)을 각각 측방향으로 한정한다. 점차 뾰족해지는 변위 웨지(62)에 의해 변위체(70)의 절두(truncation)가 보상될 수 있음으로써, 절두된 영역에서 냉각수 스트림(M2)이 계속 측벽에 가깝게 안내될 수 있고, 그에 따라 그의 충분한 냉각이 효율적으로 가능하다. 변위체의 절두가 반드시 필요하지는 않다면, 변위 웨지의 크기를 줄일 수 있다. 심지어, 경우에 따라서는 완전히 생략할 수도 있다.

도 8은 블레이드 팁(22)을 향한, 즉, 외측을 향한 도면에서, 도 3의 절단선(E-E)을 따라 잘라낸 블레이드 팁(22)의 하류 절반부의 단면을 보여준다.

더 상세히 도시되지 않은 제2 실시예에 따르면, 공급 통로(31) 대신에 또는 이에 추가로, 블레이드 루트(12)의 밑면까지 제1 냉각수 통로(32)의 연장을 구현할 수 있는 블레이드 루트측 채널 섹션이 제공될 수 있다. 이러한 블레이드 루트측 채널 섹션에는 이에 상응하게, 냉각수 스트림(M1)을 블레이드 루트측 채널 섹션의 관류 시 사이클론 방식으로 소용돌이치게 하는 적합한 소용돌이 발생기, 예를 들어 나선형 리브가 제공될 수 있다. 이 경우, 제1 냉각수 통로(32)가 전방 지지 리브(66v)에 의해 연결 채널(55av)과 분리됨에 따라, 전방 지지 리브(66v)에 배치된 관통 개구(33)가 소용돌이 운동량(swirl momentum)의 재활성화 또는 강화를 촉진할 수 있다. 이와 관련하여, 경우에 따라서는, 매우 소수의 지점에서 바람직하게는 작은 직경을 갖는 개별 홀이, 다른 경우라면 유동적으로 분리될 2개의 냉각 경로를 서로 연결함으로써, 터빈 블레이드(10)를 통해 2개의 냉각수 스트림(M1 및 M2)을 서로 완전히 분리하여 안내하지 않고 아주 적은 정도만 교환을 허용하는 것이 오히려 유용할 수 있다.

도 9에는 압축기(110), 연소 챔버(120) 및 터빈 유닛(130)을 구비한 가스 터빈(100)이 개략적으로만 도시되어 있다. 본 실시예에 따르면, 가스 터빈의 로터(140)에 전력 발생용 제너레이터(150)가 결합된다. 압축기(110)는, ISO 표준 조건하에서 작동될 때 압축된 주변 공기(VL) 대 흡입된 주변 공기(L)의 압력비가 19:1 이상이 되는 방식으로 구성된다. 연소 챔버(120)에서는 압축 공기(VL)가 연료(F)와 혼합되고 연소되어 고온 가스(HG)를 생성한다. 연소 챔버(120) 및 터빈 유닛(130)은, 연소 챔버(120)의 출구 또는 터빈 유닛(130)의 입구에서 흐르는 고온 가스(HG)가 ISO 표준 조건하에서 적어도 1300℃의 온도를 갖도록 구성되며, 이 경우, 제1 터빈 단 또는 제2 터빈 단의 로터 블레이드 및 가이드 베인은 여기에 설명된 방식으로 구성된다. 터빈 유닛(130)에서 팽창된 고온 가스(HG)는 연도 가스(RG)로서 상기 터빈 유닛을 빠져나간다.

전체적으로 본 발명은 블레이드 루트(12) 및 블레이드 에어포일(18)을 갖는 터빈 블레이드(10)를 제안하며, 블레이드 에어포일은 스팬 방향(R)을 따라 루트측 단부(20)로부터 블레이드 팁(22)까지 그리고 스팬 방향(R)에 횡방향으로 배치된 현 방향(S)을 따라 선단(24)에서 후단(26)까지 연장되며, 블레이드 에어포일(18) 내부에 제1 냉각수 스트림(M1)을 위한 제1 냉각 경로(30) 및 제2 냉각수 스트림(M2)을 위한 제2 냉각 경로(50)가 형성되고, 제1 냉각 경로(30)는 선단(24)의 사이클론 냉각을 위해 구성된 제1 냉각수 통로(32)와, 이 제1 냉각수 통로(32)에 이어지고 블레이드 팁(22) 하부에서 선단(24)으로부터 후단(26) 방향으로 연장되는 제2 냉각수 통로(34)를 포함하며, 제2 냉각 경로(50)는, 현 방향으로 선단 영역(39) 뒤에 배치된, 블레이드 에어포일(18)의 중앙 영역(48)을 냉각하기 위한 사행 냉각수 통로(52)와, 현 방향으로 중앙 영역(48) 뒤에 배치되고 후단까지 이르는, 블레이드 에어포일(18)의 후단 영역(59)을 적어도 부분 냉각하기 위한 제1 후단 냉각수 통로(54)를 포함하며, 제1 후단 냉각수 통로(54)는 후단(26)에 배치된 다수의 제1 배출 홀(56)과 유동 연결되고, 냉각수 소비가 더욱 감소된 터빈 블레이드를 제공하기 위해, 제1 냉각수 통로(32) 및/또는 사행 냉각수 통로(52)가 국소 폐쇄 냉각을 위해 구성되며, 제1 냉각 경로(30)는, 제2 냉각수 통로(34)에 이어지고 주로 반경 방향 내측으로 연장되는 제3 냉각수 통로(38); 및 상기 제3 냉각수 통로(38)에 이어지고 후단 영역(59)의 블레이드 팁측 영역을 냉각하도록 구성되며 후단(26)에 배치된 다수의 제2 배출 홀(46)과 유동 연결되는 제2 후단 냉각수 통로(44);를 포함한다.

Claims (20)

1. 특히 축류형 가스 터빈을 위한, 특히 그의 고압 터빈 단을 위한 터빈 블레이드(10)이며, 이 터빈 블레이드는,
   블레이드 루트(12)와, 압력측 측벽(14) 및 흡입측 측벽(16)을 포함하는 블레이드 에어포일(18)을 구비하고, 상기 측벽(14, 16)은 스팬 방향(R)을 따라 루트측 단부(20)로부터 블레이드 팁(22)까지 그리고 스팬 방향(R)에 횡방향으로 배치된 현 방향(chordwise direction)(S)을 따라 선단(24)에서 후단(26)까지 연장되며,
   블레이드 에어포일(18) 내부에 제1 냉각수 스트림(M1)을 위한 제1 냉각 경로(30) 및 이 제1 냉각 경로(30)와 실질적으로 분리된, 제2 냉각수 스트림(M2)을 위한 제2 냉각 경로(50)가 형성되며,
   제1 냉각 경로(30)는
   - 선단(24)의 사이클론 냉각을 위해 구성된 제1 냉각수 통로(32) 및
   - 상기 제1 냉각수 통로(32)에 이어지고 블레이드 팁(22) 하부에서 선단(24)으로부터 후단(26)의 방향으로 연장되는 제2 냉각수 통로(34)를 포함하며,
   제2 냉각 경로(50)는
   - 현(chord) 방향으로 선단 영역(39) 뒤에 배치된, 블레이드 에어포일(18)의 중앙 영역(48)을 냉각하기 위한 사행 냉각수 통로(52) 및
   - 현 방향으로 중앙 영역(48) 뒤에 배치되고 후단까지 이르는, 블레이드 에어포일(18)의 후단 영역(59)을 적어도 부분 냉각하기 위한 제1 후단 냉각수 통로(54)를 포함하며,
   제1 후단 냉각수 통로(54)는 후단(26)에 배치된 다수의 제1 배출 홀(56)과 유동 연결되는, 터빈 블레이드에 있어서,
   제1 냉각수 통로(32) 및/또는 사행 냉각수 통로(52)는 배출 홀이 없으며,
   제1 냉각 경로(30)는
   - 제2 냉각수 통로(34)에 이어지며 주로 반경 방향 내측으로 연장되는 제3 냉각수 통로(38)와,
   - 상기 제3 냉각수 통로(38)에 이어지고 후단 영역(59)의 블레이드 팁측 영역을 냉각하도록 구성되며, 후단(26)에 배치된 다수의 제2 배출 홀(46)과 유동 연결되는 제2 후단 냉각수 통로(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈 블레이드(10).
2. 제1항에 있어서, 블레이드 팁(22)에 제2 냉각수 통로(34)와 유동 연결된 하나 이상의 냉각수용 배출 홀(67)이 배치되는, 터빈 블레이드(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 냉각 경로(30)가 제1 냉각수 통로(32)를 위한 공급 통로(31)를 포함하며, 상기 공급 통로는
   - 제1 냉각수 통로(32) 바로 옆에 배치되고,
   - 적어도 블레이드 에어포일(18)의 스팬의 대부분에 걸쳐 연장되면서,
   - 다수의 관통 개구(33)를 통해 제1 냉각수 통로(32)와 유동 연결되며, 상기 관통 개구(33)는 제1 냉각수 통로(32)를 흐르는 냉각수(M1)에 소용돌이를 가하기 위한 수단을 갖는, 터빈 블레이드(10).
4. 제3항에 있어서, 스팬 방향(R)으로 결정될 수 있는 관통 개구(33)의 밀집도가 루트측 단부(20)에서 가장 크고, 바람직하게는 블레이드 팁(22)으로 갈수록 단계적으로 또는 연속으로 감소하는, 터빈 블레이드(10).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 후단 냉각수 통로(44, 54) 내에 하나의 패턴으로 배열된 다수의 페데스탈(53)이 제공되는, 터빈 블레이드(10).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 냉각수 통로(34)를 넓히는 2개의 냉각 채널 아암(36a, 36b)이 제공되며, 이들 냉각 채널 아암은 현 방향으로 연장되어감에 따라 반경 방향 내측으로 확장되고 제3 냉각수 통로(38)로 연통되는, 터빈 블레이드(10).
7. 제6항에 있어서, 제2 냉각수 통로(34)와 사행 냉각수 통로(52) 사이에 격벽(60)이 배치되고, 이 격벽은 양 측벽(14, 16)을 서로 연결하고 현 방향(S)으로 연장되며, 상기 격벽(60)은 후단(26)에 가까워짐에 따라 바람직하게 점차 뾰족해지는 변위 웨지(62)를 형성하고, 이 변위 웨지는 양 측벽(14, 16)의 내표면과 함께 2개의 냉각 채널 아암(36a 및 36b)을 측방향으로 한정하는, 터빈 블레이드(10).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 냉각수 통로(38)와 제2 후단 냉각수 통로(44) 사이에 스팬 방향(S)으로 연장되는 후방 분리 리브(49h)가 제공되는, 터빈 블레이드(10).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 후단(26)은 상기 후단의 루트측 단부(20)에서 0%로 시작하여 블레이드 팁(22)에서 100%로 끝나는 100%의 정규화된 높이를 가지며, 2개의 후단 냉각수 통로(44, 54)는 정규화된 높이의 45% 내지 75%의 높이에 배치되고 주로 현 방향(S)으로 연장되는 분리 리브(64)에 의해 서로 분리되는, 터빈 블레이드(10).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 사행 냉각수 통로(52)는 스팬 방향으로 연장되는 적어도 2개의 채널 섹션(55a, 55b) 및 서로 교대하는 적어도 2개의 방향전환 섹션(57a, 57b)을 포함하며, 냉각수 스트림 내에서 더 하류에 놓인 방향전환 섹션(57b)은 제1 후단 냉각수 통로(54)와 직접 유동 연결되는, 터빈 블레이드(10).
11. 제10항에 있어서, 2개의 채널 섹션(55a, 55b)은 변위체(70) 및 2개의 측벽(14, 16)을 이용하여 블레이드 에어포일(18)의 단면도로 볼 때 실질적으로 각각 흡입측 채널 아암(55as, 55bs), 압력측 채널 아암(55ad, 55bd) 및 상기 두 채널 아암을 연결하는 연결 아암(55av, 55bv)에 의해 C자 형태로 구성되며, 상기 2개의 채널 섹션은 이들이 변위체(70)를 거의 완전히 둘러싸도록 서로에 대해 배치되는, 터빈 블레이드(10).
12. 제11항에 있어서, 변위체(70)는 단면도로 볼 때 공동(72)을 둘러싸고 웨브(71)를 통해 양 측벽(14, 16)에 지지되는, 터빈 블레이드(10).
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 사행 냉각수 통로(52)는 압력측 측벽(14)을 흡입측 측벽(16)과 연결하며 루트측 단부로부터 블레이드 팁 쪽으로 연장되는 적어도 하나의, 바람직하게는 2개의 지지 리브(66h, 66v)에 의해 한정되며, 바람직하게는 상기 지지 리브(66v, 66h)상에 또는 연결 아암(55av, 55bv)을 제한하는 변위체(70) 내표면에 요소, 바람직하게는 난류 촉진체가 제공되며, 이 난류 촉진체는 흡입측 채널 아암(55as, 55bs)으로부터 연결 아암(55av, 55bv)을 통해 압력측 채널 아암(55ad, 55bd)으로 행해지는 냉각수의 횡방향 유동을 감소시키는, 터빈 블레이드(10).
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 공동(72)은 냉각수(M)에 의해 관류될 수 없으며 특히 냉각수(M)용 배출 개구를 갖지 않는(정체수 공동), 터빈 블레이드(10).
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 블레이드는 주조되며, 터빈 블레이드가 주조된 후 블레이드 루트(12)에 존재하고 공동(72)과 직접 연결된 개구(74a)가 별도로 제조된 덮개판(76a)에 의해 폐쇄되는, 터빈 블레이드(10).
16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른, 주조된 터빈 블레이드.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 터빈 블레이드가 주조된 후 블레이드 루트(12)에 존재하고 제1 후단 냉각수 통로(54)와 직접 연결된 개구(74b)가 별도로 제조된 덮개판(76b)에 의해 폐쇄되는, 터빈 블레이드(10).
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 냉각 경로(30, 50)에 대해, 제1 냉각수 통로(32) 또는 공급 통로(31) 또는 사행 냉각수 통로(52) 또는 그의 채널 섹션 중 하나(55a)와 직접 유동 연결된 하나 이상의 유입구(80)가 제공되는, 터빈 블레이드(10).
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 루트측 단부에서 측정될 현 길이(SL)에 대한 후단 스팬(HSP)의 블레이드 에어포일 종횡비(HSP/SL)가 3.0 이하인, 터빈 블레이드(10).
20. ISO 정격 작동 시 발생하는 터빈 입구 온도가 1300℃ 이상이고 그리고/또는 ISO 정격 작동 시 발생하는 압축비가 19:1 이상인 고정식 가스 터빈의 제1 또는 제2 터빈 단에서의, 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 터빈 블레이드(10)의 사용.

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