KR20240037001A - 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조 - Google Patents

가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조 Download PDF

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김병휘
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국립창원대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 고온 가스에 노출되는 가스터빈 블레이드 내부에 길이방향으로 연장되는 복수 개의 냉각유로들이 병렬로 설치되고, 상기 냉각유로들 중에서 가장자리 일측의 주 냉각유로에는 냉각유체가 공급되며, 상기 냉각유체가 주입되는 냉각유로 입구 측에는 선회류 발생기가 설치되며, 상기 냉각유로들은 냉각채널을 통해 유로가 병렬 연결되고, 상기 냉각채널은 냉각유로들의 접선방향에 연결되어 병렬 유로를 형성함으로써, 주 냉각유로를 통해서 유입된 냉각유체의 선회류 흐름이 병렬 배치된 다른 냉각유로들로 순차적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조가 제공될 수 있다.

Description

가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조{Cooling path structure for Gas turbine blade}
본 발명은 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조에 관한 것으로서, 가스터빈 블레이드의 냉각유로를 복수 개로 형성하여 냉각채널들로 유로가 병렬 연결되도록 하고, 주 냉각유로를 통해서 공급되는 선회류의 흐름을 갖는 냉각유체가 병렬 배치된 다른 냉각유로들로 순차적으로 공급되도록 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조에 관한 것이다.
일반적으로 가스터빈은 압축기로 공기를 흡입하고 연소기에서 연료와 혼합된 상태에서 연소를 통해 생성된 고압 고온 상태 작동 유체를 터빈에 공급하여 회전력을 얻는 기계장치로 주요 구성품은 압축기, 연소기, 터빈이 있으며 적용분야에 따라서는 항공 등의 수송기기를 포함하는 추진용, 발전을 포함하는 산업용으로 구분된다.
지구온난화로 광범위한 분야에서 온실가스 배출 저감이 요구되는 가운데 화석연료를 이용한 전력 생산과 항공운송의 핵심 장치에는 가스터빈이 주된 역할을 하고 있다.
이러한 가스터빈엔진의 성능 향상을 위하여 압력비 증가, 압축기와 터빈의 효율 향상, 터빈 입구 온도를 높이는 방안이 지속적으로 제안되어 왔다. 그러나 터빈 입구 온도를 상승시킬 경우, 터빈 블레이드의 열부하를 가중시키고 소재 허용 온도 범위를 벗어나면 수명을 단축시키는 문제점을 야기시킨다.
따라서, 이러한 열부하에 의한 터빈 블레이드 후단부의 손상을 줄이고 수명을 확보하기 위하여 블레이드 후단부를 효율적으로 냉각할 필요가 있다. 이러한 블레이드 후단부 냉각을 위해 이용되고 있는 것이 내부유로 구조이다.
도 1은 종래 기술에 따른 터빈 블레이드의 사시도이고, 도 2는 도 1의 터빈 블레이드 후단부의 측단면도이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 가스터빈 블레이드는 내부의 냉각유로에 의해 냉각이 되는데, 블레이드 냉각 성능과 구조적 강성 두 가지를 유지하기 위해 블레이드 후단부(11) 내부유로에는 여러 단의 막힘판(14)을 설치하고 그 막힘판(14)에 구멍(15)을 뚫어 냉매(화살표 참조)가 흐르도록 한다.
이와 같은 막힘판(14)의 구멍(15)은 막힘판(14)과 수직한 방향으로 뚫려 있어 공기가 구멍을 통과하며 맞은편 막힘판(14)에 부딪혀 와류를 발생시켜 열전달 효율을 높이고자 한 것이지만, 오히려 냉각 공기의 흐름이 원활하지 못하고 막힘판(14)에 부딪혀 정체되는 압력강하 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1464988호
본 발명의 목적은 가스터빈 블레이드의 냉각유로를 복수 개로 형성하여 냉각채널들로 유로가 병렬 연결되도록 하고, 주 냉각유로를 통해서 공급되는 선회류의 흐름을 갖는 냉각유체가 병렬 배치된 다른 냉각유로들로 순차적으로 공급되도록 하여 가스터빈 블레이드의 냉각면적을 확장하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉각채널을 냉각유로들의 접선방향에 연결되도록 함으로써, 주 냉각유로에서 공급되는 선회류의 흐름이 유지된 상태로 다른 냉각유로에도 전달되도록 하여 터빈 블레이드 전체 면적에 대한 냉각성능이 향상되도록 하는데 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 고온 가스에 노출되는 가스터빈 블레이드 내부에 길이방향으로 연장되는 복수 개의 냉각유로들이 병렬로 설치되고, 상기 냉각유로들 중에서 가장자리 일측의 주 냉각유로에는 냉각유체가 공급되며, 상기 냉각유체가 주입되는 냉각유로 입구 측에는 선회류 발생기가 설치되며, 상기 냉각유로들은 냉각채널을 통해 유로가 병렬 연결되고, 상기 냉각채널은 냉각유로들의 접선방향에 연결되어 병렬 유로를 형성함으로써, 주 냉각유로를 통해서 유입된 냉각유체의 선회류 흐름이 병렬 배치된 다른 냉각유로들로 순차적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 주 냉각유로의 직경이 나머지 냉각유로의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선회류 발생기는 냉각유체가 통과하는 유로 상에 냉각유체의 나선형 흐름을 안내하는 나선형 스트럿(strut) 구조체 또는 나선형의 관통홀 구조체 중 어느 하나가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각유로는 가스터빈 블레이드의 길이방향 단부까지 연장되어 유로를 형성하고, 상기 냉각유로의 단면 형상은 원형 또는 사각형 또는 원형과 사각형의 조합으로 이루어지는 형상으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각유로 상에는 적어도 1개소 이상의 위치에 냉각유체의 흐름을 간섭하여 선회류를 형성하도록 된 가이드 베인이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각유로의 내측 벽면에는 오목하게 패인 홈 형상의 딤플들이 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각채널은 서로 이웃하는 냉각유로 사이에 적어도 1개 이상 복수 개가 설치되고, 상기 냉각유로를 3개 이상 병렬 설치하는 경우에는 병렬 설치방향으로 배치되는 냉각채널들이 엇갈리도록 교번 배치시켜 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 가스터빈 블레이드의 냉각유로를 복수 개로 형성하여 냉각채널들로 유로가 병렬 연결되도록 하고, 주 냉각유로를 통해서 공급되는 선회류의 흐름을 갖는 냉각유체가 병렬 배치된 다른 냉각유로들로 순차적으로 공급되도록 함으로써, 가스터빈 블레이드의 냉각면적을 확장할 수 있고, 냉각채널을 냉각유로들의 접선방향에 연결되도록 함으로써, 주 냉각유로에서 공급되는 선회류의 흐름이 유지된 상태로 다른 냉각유로에도 전달되도록 하여 터빈 블레이드 전체 면적에 대한 냉각성능이 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 기존의 냉각유로 내부에 열전달 향상을 위한 돌출형 구조체(turbulator)가 적용된 U형태의 급격한 방향전환이 요구되는 냉각유로가 적용된 방식에 비해서 복잡한 형상의 벽면 구조체를 단순화할 수 있어 터빈 블레이드의 중량 감소 효과가 있고, 냉각유로의 단순구조에 따른 제작의 편의성에 의해 제조비용 절감의 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 터빈 블레이드의 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 터빈 블레이드 후단부의 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조를 도시한 부분확대 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조를 도시한 측단면도.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조를 도시한 부분확대 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조를 도시한 측단면도이다.
도 3내지 도 5를 참조하면, 본 발명은 고온 가스에 노출되는 가스터빈 블레이드(110)에 있어서, 냉각성능 향상을 위한 내부 냉각유로 구조를 제공하는 것으로서, 가스터빈 블레이드(110) 내부에 길이방향으로 연장되는 복수 개의 냉각유로(111)들이 병렬로 설치된다. 첨부도면의 도시를 통해서 3개의 냉각유로(111)가 형성되는 예를 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 보다 많은 수의 냉각유로(111)들이 병렬 설치될 수 있다.
이때, 상기 냉각유로(111)들 중에서 가장자리 일측의 냉각유로(111)는 냉각유체(공기)가 공급되는 주 냉각유로(111)로 형성된다. 상기 주 냉각유로(111)의 직경은 나머지 냉각유로(111)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 주 냉각유로(111)에는 압축된 냉각유체가 공급되며,
상기 냉각유체가 주입되는 냉각유로 입구 측에는 선회류 발생기(130)가 설치될 수 있다.
상기 선회류 발생기(130)는 공급되는 냉각유체의 흐름을 와류 즉 선회류의 흐름으로 전환시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 선회류 발생기(130)는 냉각유체가 통과하는 유로 상에 냉각유체의 나선형 흐름을 안내하는 나선형 스트럿(strut) 구조체가 설치되도록 하거나, 나선형의 관통홀 구조체가 형성되도록 할 수 있다.
그리고, 가스터빈 블레이드(110) 내부에 복수 개가 병렬 설치되는 각각의 냉각유로(111)는 가스터빈 블레이드(110)의 길이방향 단부까지 연장되어 유로를 형성하는 것으로서, 상기 냉각유로(111)의 단면 형상은 원형 또는 사각형 또는 원형과 사각형의 조합으로 이루어지는 형상으로 제작될 수 있다. 이때, 사각형상 단면의 경우에는 모서리부를 라운드로 형성할 수 있다.
이때, 상기 냉각유로(111)를 원형으로 형성하거나 모서리부를 라운드로 형성하는 것은 선회류의 흐름이 최대한 간섭 받지 않고 유지되도록 하기 위함이다.
이때, 상기 냉각유로(111)의 형상 및 직경은 냉각이 필요한 영역 즉, 가스터빈 블레이드의 형상과 면적에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다.
그리고, 가스터빈 블레이드(110)의 냉각유로(111)들은 일측의 첫번째 냉각유로(111)를 통해서 유입된 냉각유체(공기)가 병렬 배치된 다른 냉각유로(111)들로 순차적으로 공급되도록 냉각채널(115)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 냉각채널(115)는 도 4, 도 5에서 보는 바와 같이 냉각유로(111)들의 접선방향에 연결되어 병렬 유로를 형성할 수 있다.
이처럼, 냉각채널(115)을 냉각유로(111)들의 접선방향에 연결되도록 할 경우, 첫번째 냉각유로(111)에 선회류 발생기(130)를 거쳐 공급되는 선회류의 흐름이 접선방향을 따라 자연스럽게 연결되어 두번째, 세번째 냉각유로(111)들로도 차례로 전달된다.
그리고, 냉각유로(111) 상에는 적어도 1개소 이상의 위치에 가이드 베인(113)이 설치되도록 할 수 있다.
이때, 상기 가이드 베인(113)은 냉각 유체(공기)의 선회류(swirl) 성능을 강화하기 위해 설치되는 것으로서, 냉각유로(111)를 통과하는 냉각유체의 흐름을 간섭하여 나선형 선회류의 흐름을 갖도록 유도한다.
상기 가이드 베인(113)은 냉각 유체(공기)의 강한 선회류(swirl) 형성에 의한 냉각 성능을 향상시키는 역할을 하게 된다. 아울러 가이드 베인(113)은 단순화된 유로 형상에 의해 압력강하 현상이 발생되는 것을 최소화함으로써, 가스터빈의 냉각효율이 향상되도록 할 수 있다.
상기 가이드 베인(113)은 냉각유체가 공급되는 주 냉각유로(111)에만 형성되는 것이 바람직하고, 주 냉각유로(111)를 제외한 나머지 냉각유로(111) 상에도 가이드 베인(113)을 설치하여 선회류가 형성되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 냉각유로(111)의 내측 벽면에는 오목하게 패인 홈 형상의 딤플(112)들을 무수히 형성할 수 있다.
이와 같은 딤플(112)들은 기존 냉각유로(111)의 2차원 표면을 3차원 입체표면화 함으로써, 냉각유로(111)의 열전달 표면적(방열면적)을 확대시켜 열교환 냉각효율이 향상되도록 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 가스터빈 블레이드(110)를 냉각하기 위한 냉각유체로 사용되는 공기가 선회류(또는 와류)의 흐름을 갖도록 유도함으로써, 냉각효율을 향상할 수 있고, 냉각유로(111)를 단순화함으로써, 열전달 성능 향상 및 압력강하 개선효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 성능향상에 따른 가스터빈 블레이드가 작동하는 온도 상승에 기여하거나, 추기(抽氣)되는 냉각용 공기의 공급양을 감소시켜 가스터빈의 종합 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.
앞서 살펴본 바와 같은 발명은 상기한 바와 같이 가스터빈 효율향상을 위해 증가된 고온공기에서 작동하거나 압축기 후단의 추기되는 압축공기 양 조절을 위하여, 가스터빈 블레이드(110) 내부의 냉각유로(111) 입구에 강제적인 선회류 생성을 위한 선회류 발생기(130)를 설치할 수 있고, 상기 선회류 발생기(130)를 이용해서 발생된 선회류를 냉각채널(115)을 이용해서 냉각공기 유입 방향과 동일한 축방향 및 접선방향으로 분배되도록 할 수 있다.
그리고 냉각 유체의 선회류 유동이 가스터빈 블레이드(110)의 후단으로 점차 진행됨에 따라 선회류의 유동이 점차 약해지게 되는데, 냉각유로(111)의 선회류 유동이 약해진 지점에 가이드 베인(113)을 설치하고 이를 냉각유체가 통과하도록 함으로써 선회류가 재 생성되도록 할 수 있다.
이와 같은 가이드 베인(113)(guide vane)은 냉각유로(111) 중간에 설치되어 냉각유체의 나선형 흐름을 안내하는 나선형 스트럿(strut) 구조로 형성될 수 있다.
또한, 냉각유로(111) 내측 벽면에는 오목하게 패인 형상의 딤플(112) 구조를 형성함으로써, 내부 열전달 면적이 증가되도록 할 수 있다.
상기한 본 발명은 냉각공기를 유입하여 선회류를 생성하는 선회류 발생기(130), 및 냉각유로(111) 중간에 설치되어 선회류를 재 생성하는 가이드 베인(113), 냉각유로(111) 내측 벽면에 형성하여 열교환 면적을 확장하는 딤플(112) 구조에 의한 복합 작용에 의한 가스터빈 블레이드(110)의 냉각성능 향상이 이루어지게 된다.
또한, 본 발명은 냉각유로(111)의 설계를 단순화할 수 있고, 이로 인해 냉각유체의 압력 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명은 복수개의 냉각유로(111)를 가스터빈 블레이드(110)에 병렬 설치하고, 복수 개의 냉각유로(111)들 중에서 압축기로부터 냉각유체(냉각공기)를 직접 공급받는 첫 번째 냉각유로(111) 전단에 선회류 발생기(130)를 설치하여 유입되는 냉각유체가 선회류(와류)를 형성하게 된다.
이때 공급되는 냉각유체의 선회류 흐름은 병렬 설치되는 다른 냉각유로(111)들로 전달될 수 있다.
이를 위해서 냉각유로(111)와 냉각유로(111) 사이에 냉각채널(115)을 설치하여 냉각유체의 이동이 가능하도록 병렬 연결할 수 있다.
이때, 상기 냉각채널(115)은 서로 이웃하는 냉각유로(111) 사이에 적어도 1개 이상 복수 개가 설치될 수 있도록 하는데, 냉각채널(115)은 이웃하는 두 냉각유로(111)들의 접선을 연결하도록 설치된다.
또한, 상기 냉각유로(111)를 3개 이상 병렬 설치하는 경우에, 병렬 설치방향으로 배치되는 냉각채널(115)들이 엇갈리도록 교번 배치시켜 설치할 수 있다.
상기 냉각채널(115)의 설치 개수 및 크기는 냉각이 필요한 영역(가스터빈 블레이드의 면적)에 따라 결정될 수 있고, 냉각채널(115)의 단면 형상은 원통형 또는 사각형 및 원통형과 사각형의 조합으로 형성될 수 있다.
이와 같은 냉각채널(115)의 단면 형상 및 크기는 가스터빈 블레이드(110) 내부에 냉각이 필요한 공간의 크기에 따라 결정될 수 있다.
상기한 냉각채널(115)은 이웃하는 두 냉각유로(111)의 접선방향에 설치되는 것으로서, 선회류의 회전반경에 설치되어 이웃하는 냉각유로(111)의 선회류의 흐름을 다음 냉각유로(111)에도 그대로 전달하기 때문에 전체적인 냉각효율이 향상된다.
앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 냉각유로 형상의 세라믹 코어를 선 제작한 후, 블레이드 형상을 주조하던 기존 블레이드의 냉각유로 구조에 비해서 냉각유로의 구조가 단순하기 때문에 세라믹 코어를 적용하는 공정을 생략 또는 최소화할 수 있고, 이와 같은 본 발명은 제작의 간편성으로 인한 제조비 절감의 효과를 기대할 수 있게 된다.
특히, 본 발명은 단일 혹은 이종 소재의 금속 적층제조방법을 적용하면, 기존 제작방법인 정밀주조를 대체한 실시간 적층 제작이 가능한 특징을 기대할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 가스터빈 블레이드의 내부 냉각작용에 대해 설명한다.
먼저, 압축기 후단에서 추기된 냉각유체(공기)는 가스터빈 블레이드(110)에 유입된다. 이때, 가스터빈 블레이드(110) 전단에 선회류 발생기(130)가 설치되어 있어서, 이를 통과하는 냉각유체가 선회류의 흐름을 형성한다.
선회류의 흐름을 갖는 냉각유체는 블레이드 길이 방향의 냉각유로(111)에 공급되고 선회류에 의한 냉각효율이 향상된다.
이와 같은 선회류는 냉각유로(111)의 접선방향에 설치되는 냉각채널(115)을 통해 이웃하는 냉각유로(111)로 전달된다.
이와 같은 본 발명은 냉각이 필요한 공간의 면적이 협소할 경우, 단일 냉각유로(111)만을 형성할 수 있고, 냉각이 필요한 면적이 광범위할 경우, 여러 개의 냉각유로(111)를 병렬로 설치하고, 냉각유로(111)들 사이를 냉각채널(115)을 이용해 병렬 연결되도록 할 수 있다.
이때, 냉각유로(111)들을 연결하는 냉각채널(115)은 사각단면 형상의 채널로 제작될 수 있고, 요구되는 냉각 성능에 따라서 종횡비와 길이, 단면 형상은 변경될 수 있고, 설치 위치는 각 냉각유로(111)의 단면에서 접선부에 형성되도록 하여 선회류의 흐름이 끊기지 않고 연계되도록 할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 가스터빈 블레이드
111: 냉각유로
112: 딤플
113: 가이드 베인
115: 냉각채널
130: 선회류 발생기

Claims (7)

  1. 고온 가스에 노출되는 가스터빈 블레이드 내부에 길이방향으로 연장되는 복수 개의 냉각유로들이 병렬로 설치되고, 상기 냉각유로들 중에서 가장자리 일측의 주 냉각유로에는 냉각유체가 공급되며, 상기 냉각유체가 주입되는 냉각유로 입구 측에는 선회류 발생기가 설치되며, 상기 냉각유로들은 냉각채널을 통해 유로가 병렬 연결되고, 상기 냉각채널은 냉각유로들의 접선방향에 연결되어 병렬 유로를 형성함으로써, 주 냉각유로를 통해서 유입된 냉각유체의 선회류 흐름이 병렬 배치된 다른 냉각유로들로 순차적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주 냉각유로의 직경이 나머지 냉각유로의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선회류 발생기는 냉각유체가 통과하는 유로 상에 냉각유체의 나선형 흐름을 안내하는 나선형 스트럿(strut) 구조체 또는 나선형의 관통홀 구조체 중 어느 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유로는 가스터빈 블레이드의 길이방향 단부까지 연장되어 유로를 형성하고, 상기 냉각유로의 단면 형상은 원형 또는 사각형 또는 원형과 사각형의 조합으로 이루어지는 형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유로 상에는 적어도 1개소 이상의 위치에 냉각유체의 흐름을 간섭하여 선회류를 형성하도록 된 가이드 베인이 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유로의 내측 벽면에는 오목하게 패인 홈 형상의 딤플들이 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각채널은 서로 이웃하는 냉각유로 사이에 적어도 1개 이상 복수 개가 설치되고, 상기 냉각유로를 3개 이상 병렬 설치하는 경우에는 병렬 설치방향으로 배치되는 냉각채널들이 엇갈리도록 교번 배치시켜 설치하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 블레이드의 내부 냉각유로 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101464988B1 (ko) 2013-11-12 2014-11-26 연세대학교 산학협력단 냉각 성능 향상을 위한 내부유로 구조를 포함하는 가스터빈 블레이드

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