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KR20190046118A - 터빈 블레이드 - Google Patents

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KR20190046118A
KR20190046118A KR1020170139308A KR20170139308A KR20190046118A KR 20190046118 A KR20190046118 A KR 20190046118A KR 1020170139308 A KR1020170139308 A KR 1020170139308A KR 20170139308 A KR20170139308 A KR 20170139308A KR 20190046118 A KR20190046118 A KR 20190046118A
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turbine blade
turbine
end wall
blade
blades
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Application number
KR1020170139308A
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Inventor
김진욱
Original Assignee
두산중공업 주식회사
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Publication date
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Priority to US16/122,885 priority patent/US20190120065A1/en
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Abstract

터빈 블레이드가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 터빈 블레이드는 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33); 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330); 및 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이를 연결하는 메인 앤드 월(200)을 포함하되, 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200)은 일체로 형성된다.

Description

터빈 블레이드{Turbine Blade}
본 발명은 가스 터빈에 구비된 구성품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 터빈 블레이드를 향해 이동된 고온의 핫 가스와 접촉되는 복수의 터빈 블레이드를 단일 셋트로 구성하여 조립 안정성을 향상시킨 터빈 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 가스 터빈은 압축기부에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에 분사시켜 회전시킴으로써 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종이다.
이러한 터빈을 구성하기 위해서 외주면에 복수의 터빈 블레이드가 배열되는 복수의 터빈 로터 디스크를 다단으로 구성하여 상기 고온, 고압의 연소 가스가 터빈 블레이드를 통과시키도록 하는 구성이 널리 사용되고 있다.
한편 터빈 블레이드는 작업자가 현장에서 조립할 때 제1 단 터빈 에서부터 마지막 단 터빈까지 다수개의 터빈 블레이드를 조립해야 하므로 많은 시간과 작업 후 조립 공차가 발생되었다. 또한 터빈 블레이드는 이웃하여 조립된 다른 터빈 블레이드 사이에서 단차 또는 간격이 불특정하게 유지되면서 핫 가스가 이동될 때 2차 볼텍스(secondary vortex)로 인한 분제점이 발생되었다.
핫 가스는 터빈 블레이드를 경유할 때 2차 볼텍스(secondary vortex)가 발생될 경우 흡입면 또는 압력면에서의 공력 손실이 발생된다.
이 경우 가스 터빈은 효율이 감소될 수 있어 핫 가스의 안정적인 이동을 위한 대응 방안이 필요하게 되었다.
대한민국공개특허 제10-2015-0008749호
본 발명의 실시 예들은 가스 터빈 블레이드에 구비된 막 냉각부의 내부에 돌기를 형성하고, 냉각 공기가 터빈 블레이드의 표면을 향하도록 내부 구조를 변경한 가스 터빈 블레이드를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 블레이드는 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33); 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330); 및 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이를 연결하는 메인 앤드 월(200)을 포함하되, 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200)은 일체로 형성된다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 경사진 경사부(210)가 형성된다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 유선형으로 굴곡진 라운드 부(220)가 형성된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이에서 곡률이 변화되며 라운드 진 것을 특징으로 한다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 리딩 엣지(34)와 이웃한 흡입면(33b)에서 핫 가스의 이동 방향을 따라 일정 구간에서 하측으로 라운드지게 연장된 후에, 상기 트레일링 엣지(35)를 향해 상향 경사지게 연장된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 흡입면(33b)과, 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 압력면(330a) 사이에서 핫 가스의 이동 방향을 기준으로 소정의 구간에서 상측으로 라운드지게 연장되었다가, 상기 제1 터빈 블레이드(33)에 형성된 트레일링 엣지(35)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)에 형성된 트레일링 엣지(305)로 갈수록 하측으로 라운드지게 연장된다.
상기 라운드 부(220)에는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이의 이격된 구간 중 핫 가스가 이동되는 경로에 돌출부(222)가 형성된다.
상기 돌출부(222)는 소정의 길이로 연장되고 외형이 라운드 진 바(bar) 형태 또는 돌기 형태 중의 어느 하나의 형태로 형성된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 리딩 엣지(34, 304)에서부터 트레일링 엣지(35, 305)에 이르는 구간 중 중간 구간에 형성된다.
본 실시 예는 메인 앤드 월(200)이 적용된 터빈 블레이드가 구비된 가스터빈을 제공한다.
상기 메인 앤드 월(200)은 제1 단 내지 제2 단 터빈 블레이드를 제외한 나머지 터빈 블레이드에 형성된다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 블레이드는 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33); 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330); 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)사이를 연결하는 메인 앤드 월(200); 및 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 압력면(33a)과 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 흡입면(330b)의 외측으로 수평하게 연장된 사이드 앤드 월(400)을 포함한다.
상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200) 및 사이드 앤드 월(400)은 일체로 형성된다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)를 향해 냉각 공기를 공급하기 위해 제1 분사부(230)가 형성되고, 상기 사이드 앤드 월(400)은 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 냉각 공기를 공급하기 위해 제2 분사부(430)가 형성된다.
상기 제1,2 분사부(230, 430)는 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 리딩 엣지(34, 304)를 향해 개구된다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 유선형으로 굴곡진 라운드 부(220)가 형성된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이에서 곡률이 변화되며 라운드 진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들은 출구부에 구비된 다수개의 돌기 통해 열 전달 성능을 향상시키고, 막 냉각부를 경유하여 터빈 블레이드의 표면으로 분사되는 냉각 공기의 이동 방향을 가이드 하여 냉각을 실시할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 터빈 블레이드의 표면에 대한 냉각 효율을 향상시켜 국부적인 온도 상승을 최소화 하고, 흡입면과 압력면의 특정 구간에서의 냉각 효율을 안정적으로 유지할 수 있고,
도 1은 본 발명에 의한 터빈 블레이드가 설치된 가스 터빈의 종 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 블레이드와 메인 앤드 월을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 블레이드 메인 앤드 월의 정면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 블레이드와 메인 앤드 월 및 사이드 앤드 월을 도시한 도면.
도 5는 는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 블레이드와 메인 앤드 월 및 사이드 앤드 월을 도시한 사시도.
도 6은 는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 블레이드를 서로 간에 조립한 조립 상태도.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 기본적인 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1을 참조하면, 가스 터빈은 외형을 이루는 케이싱(10)이 구비되고, 케이싱(10)의 후측(도 2 기준 우측)에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저가 구비된다.
그리고 상기 디퓨저의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(11)가 배치된다.
공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(10)의 전방에 압축기 섹션(12)이 위치하고, 후방에 터빈 섹션(30)이 구비된다.
상기 압축기 섹션(12)과 상기 터빈 섹션(30)의 사이에는 상기 터빈 섹션(30)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기 섹션(12)으로 전달하는 토크튜브(14)가 구비된다.
상기 압축기 섹션(12)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크들은 타이로드(15)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다.
상기 각각의 압축기 로터 디스크 중앙을 상기 타이로드(15)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 상기 압축기 로터 디스크의 외주부 부근에는 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.
상기 압축기 로터 디스크의 외주면에는 복수 개의 블레이드가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드는 도브 테일부를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크에 체결된다.
도브 테일부의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 도브 테일외의 다른 체결장치를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.
상기 타이로드(15)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브에 고정된다.
상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도면에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다.
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 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.
상기 연소기(11)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연소기는 연료 분사 노즐 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 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다.
상기 트랜지션피스는 연소가스의 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 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.
한편, 일반적으로 터빈에서는 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환한다.
터빈에서 얻은 기계적 에너지는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며 나머지는 발전기를 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.
상기 터빈에는 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다.
이를 위해, 상기 터빈 섹션(30)에는 복수의 터빈 로터 디스크가 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크는 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크와 유사한 형태를 갖는다.
상기 터빈 로터 디스크 역시 이웃한 터빈 로터 디스크와 결합되기 위한 구비한 플랜지를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 베인(33)(도 3 참조)를 포함한다. 상기 터빈 베인(33) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크에 결합될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 압축기 섹션(12)에서 압축되고, 연소기(11)에서 연소된 후, 터빈 섹션(30)으로 이동되어 터빈을 구동하고, 디퓨저를 통해 대기중으로 배출된다.
가스터빈의 효율을 증가시키기 위한 방법 중 대표적인 것은 터빈 섹션(30)으로 유입되는 가스의 온도를 높이는 것이나, 이 경우 상기 터빈 섹션(30)의 입구 온도가 증가하게 되는 현상이 발생된다.
또한 터빈 섹션(30)에 구비된 터빈 베인(33)에 문제가 발생하게 되고, 상기 터빈 베인(33)의 온도가 국부적으로 상승하면서 열응력(thermal Stress)이 발생 되며, 상기 열응력이 장시간 지속되면 크리프(creep) 현상으로 인해 터빈 베인(33)의 파괴까지 이어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 터빈 블레이드에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 블레이드는 고온의 핫 가스가 터빈 블레이드(33)의 외주면으로 공급될 때 상기 외주면에 대한 안정적인 냉각이 필요하게 된다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 터빈 블레이드는 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330) 및 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이를 연결하는 메인 앤드 월(200)을 포함하되, 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200)은 일체로 형성된다.
본 실시 예는 메인 앤드 월(200)이 적용된 터빈 블레이드가 구비된 가스터빈에 사용되나, 터보 정치 또는 다른 터빈 장치에 적용하는 것도 가능함을 밝혀둔다.
상기 메인 앤드 월(200)은 제1 단 내지 제2 단 터빈 블레이드를 제외한 나머지 터빈 블레이드에 형성된다. 상기 제1 단 또는 제2 단 터빈 블레이드는 레이 아웃상 허브(hub)에서 팁(tip)까지 연장된 스팬(span)의 길이가 짧아서 고온의 핫 가스와 접촉될 경우 상기 허브 또는 슈라우드 또는 상기 스팬의 대부분이 핫 가스에 영향을 받아 냉각 성능이 불리해 질 수 있다.
본 실시 예에 의한 메인 앤드 월(200)은 가스 터빈의 경우 마지막 단 터빈 블레이드에 설치될 경우 핫 가스에 의한 영향이 최소화 될 수 있어 유리할 수 있다.
제1,2 터빈 블레이드(33, 330)는 메인 앤드 월(200)을 매개로 일체로 형성되므로 작업자가 조립할 때 작업성이 향상되고 냉각 공기의 유동에 따른 공력 손실도 감소된다.
메인 앤드 월(200)은 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 일체로 형성되므로 냉각 공기가 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330) 사이로 이동하는 경우에도 조립을 위한 틈 또는 간격이 형성되지 않아 리딩 엣지(34, 304)에서부터 트레일링 엣지(35, 305)까지 냉각 공기의 안정적인 이동과 박리로 인한 2차 볼텍스(secondary vortex)의 발생이 최소화 된다.
특히 2차 볼텍스는 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 압력면(33a, 330a)과 흡입면(33b, 330b)을 따라 핫 가스가 이동할 때 최소한으로 발생되는 것이 유리한데, 본 실시 예는 상기 메인 앤드 월(200)이 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 일체로 형성되므로 핫 가스의 이동에 따른 불필요한 와류 발생이 감소되고, 패시지 볼텍스(passage vortex)에 의한 문제점도 최소화 할 수 있다.
또한 본 실시 예는 작업자가 터빈 블레이드를 조립할 때 복 수개로 이루어지므로 작업 속도 향상과 조립에 따른 단차 발생이 최소화 될 수 있다.
이와 같은 특징을 갖는 본 실시 예에 의한 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 경사진 경사부(210)가 형성된다.
상기 경사부(210) 도면에 도시된 경사각으로 한정하지 않고 증가 또는 감소 가능하며, 제2 터빈 블레이드(330)의 압력면(330a)을 따라 이동하는 핫 가스의 2차 볼텍스를 감소시켜 안정적인 이동을 도모한다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 유선형으로 굴곡진 라운드 부(220)가 형성된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이에서 곡률이 변화되며 라운드 진다.
본 실시 예에 의한 라운드 부(220)는 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 이격된 구간을 도면에 도시된 바와 같이 N개의 포인트로 구획하였다. 그리고 각각의 포인트 위치에 해당되는 X, Y, Z축 좌표를 설정하면 아래의 표 1과 같은 좌표 값으로 나타낼 수 있다.
참고로 각각의 포인트에 해당되는 위치는 설명의 편의를 위해 가로 및 세로 위치에서 특정 개수로 한정하였으나 정밀한 경로(Path)가 생성되도록 서로 간에 이격된 간격이 가깝게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
Figure pat00001
[표 1]
첨부된 표 1에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 포인트 별로 X, Y축 위치와 높이(Z축)를 확인해 볼 수 있다. 일 예로 P3C1 위치의 Z축 값은 182mm이고, P4C1 위치의 Z축 값은 539mm이며, P5C1위치의 Z축 값은 556mm로 나타난다.
상기 P3C1 위치에서 상기 P5C1 위치로 갈수록 Z축 값이 증가되고, 전술한 상기 P3C1 위치에서 상기 P5C1 위치로 갈수록 상측을 향해 유선형의 곡선으로 연장된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 리딩 엣지(34)와 이웃한 흡입면(33b)에서 핫 가스의 이동 방향을 따라 일정 구간에서 하측으로 라운드지게 연장된 후에, 상기 트레일링 엣지(35)를 향해 상향 경사지게 연장된다.
즉, 상기 P3C1위치에서 P2C2와 P2C3를 경유하여 P2C4와 P2C5로 갈수록 상향 경사지게 연장되다가 다시 하향 경사진다. 상기 P3C1 위치에서의 Z축 값은 182mm이고, P2C2 위치에서의 Z축 값은 534mm이며, P2C3 위치에서의 Z축 값은 534mm이고, P2C4 위치에서의 Z축 값은 530mm이며, P2C5 위치에서의, Z축 값은 522mm이다.
전술한 포인트의 Z축 위치 값을 서로 간에 연결하면 유선형의 곡률을 갖는 경로(Path)가 만들어 진다.
핫 가스는 도면의 S1으로 도시된 경로를 따라 이동하면서 이동 경로가 라운드 부(220)의 라운드 진 표면을 따라 이동되고, 2차 볼텍스(secondary vortex)에 의한 공력 손실이 감소된다.
본 실시 예에 의한 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 흡입면(33b)과, 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 압력면(330a) 사이에서 핫 가스의 이동 방향을 기준으로 소정의 구간에서 상측으로 라운드지게 연장된다. 그리고 상기 제1 터빈 블레이드(33)에 형성된 트레일링 엣지(35)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)에 형성된 트레일링 엣지(305)로 갈수록 하측으로 라운드지게 연장된다.
상기 구간은 도면의 S2로 도시된 경로에 해당되고, P4C1 위치에서의 Z축 값은 539mm이고, P3C2 위치에서의 Z축 값은 550mm이며, P3C3 위치에서의 Z축 값은 551mm이고, P3C4 위치에서의 Z축 값은 546mm이며, P3C5 위치에서의 Z축 값은 529mm이다.
이와 같은 좌표 값으로 형성될 경우 2차 볼텍스(secondary vortex)가 부분적으로 발생되는 경우에도 공력 손실이 최소화 될 수 있다.
상기 라운드 부(220)에는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이의 이격된 구간 중 핫 가스가 이동되는 경로에 돌출부(222)가 형성된다.
돌출부(222)는 핫 가스의 박리를 최소화 하기 위해 형성되며, 원형 또는 타원형 또는 다각형 중의 어느 한 형태로 구성될 수 있다.
상기 돌출부(222)는 소정의 길이로 연장되고 외형이 라운드 진 바(bar) 형태 또는 돌기 형태 중의 어느 하나의 형태로 형성되는 것도 가능할 수 있다.
돌출부(222)가 바 형태로 구성될 경우 핫 가스가 표면을 따라 이동이 안내되고, 상기 라운드 부(220)의 표면에서 박리되지 않고 안정적으로 이동된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 리딩 엣지(34, 304)에서부터 트레일링 엣지(35, 305)에 이르는 구간 중 중간 구간에 형성된다.
상기 중간 구간은 제1 터빈 블레이드(33)의 흡입면(33b)과 제2 터빈 블레이드(330)의 압력면(330a) 사이에 해당되는 구간 중 가운데 구간에 해당된다.
상기 중간 구간은 핫 가스가 이동시 2차 볼텍스로 인한 공력 손실이 증가되는 곳으로 안정적인 핫 가스의 이동을 위해 도면에 도시된 바와 같이 형성된다.
특히 제1,2 터빈 블레이드(33, 330) 사이는 핫 가스의 이동에 따른 손실을 줄일 경우 터빈 블레이드의 효율을 향상시킬 수 있고, 가스 터빈의 발전 효율도 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 터빈 블레이드에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예는 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330)와, 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)사이를 연결하는 메인 앤드 월(200); 및 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 압력면(33a)과, 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 흡입면(330b)의 외측으로 수평하게 연장된 사이드 앤드 월(400)을 포함한다.
본 실시 예는 전술한 제1 실시 예와 다르게 사이드 앤드 월(400)이 형성되어 이웃한 다른 블레이드 셋트와 조립시 단차 또는 간격이 최소화되게 조립될 수 있다.
터빈 블레이드는 샤프트(미도시)를 기준으로 원주 방향을 따라 링 형태로 조립되므로 서로 간에 단차가 발생되거나 불필요한 간격이 발생되는 것은 핫 가스의 이동 측면에서 불리해 질 수 있다.
본 실시 예는 이러한 문제점을 최소화 하기 위해 메인 앤드 월(200)과 함께 사이드 앤드 월(400)을 통해 터빈 블레이드의 조립 안정성을 높일 수 있다.
특히 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200) 및 사이드 앤드 월(400)은 일체로 형성된다. 예를 들어 작업자가 제1 단 터빈 블레이드를 조립할 때 2개의 터빈 블레이드가 한 세트로 구성되고 사이드 앤드 월(400)이 연장될 경우 위치에 상관 없이 조립 공차가 최소화되고 간격이 서로 간에 밀착되게 조립된다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)를 향해 냉각 공기를 공급하기 위해 제1 분사부(230)가 형성되고, 상기 사이드 앤드 월(400)은 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 냉각 공기를 공급하기 위해 제2 분사부(430)가 형성된다.
상기 제1,2 분사부(230, 430)는 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 리딩 엣지(34, 304)를 향해 개구된다.
상기 제1,2 분사부(230, 430)는 핫 가스가 리딩 엣지(34, 304)와 충돌 후 허브와 칩으로 이동할 때 이차 볼텍스의 발생이 최소화 되도록 방향을 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 압력면(33a, 330a)과 흡입면(33b, 330b)표면으로 전환시킨다.
이 경우 핫 가스는 불필요한 유동 박리가 발생되지 않고 이동 방향이 안정화 될 수 있어 공력 성능 측면에서 유리해 진다.
상기 제1,2 분사부(230, 430)는 메인 앤드 월(200)과 사이드 앤드 월(400)로 공급된 냉각 공기를 공급받아 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 압력면(33a, 330a)과 흡입면(33b, 330b)을 향해 분사한다.
제1,2 분사부(230, 430)는 분사 각도가 확산되도록 각기 서로 다른 방향으로 냉각 공기를 분사하며, 개수와 배치 상태는 도면에 도시된 상태로 한정하지 않는다.
제1,2 분사부(230, 430)는 홀 또는 소정의 길이로 연장된 슬롯 형태 중의 어느 하나의 형태로 구성되며 도면에 도시된 구성으로 한정하지 않는다.
상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 유선형으로 굴곡진 라운드 부(220)가 형성된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이에서 곡률이 변화되며 라운드 진다.
상기 라운든 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 리딩 엣지(34)와 이웃하여 하측으로 라운드 진후에 핫 가스의 이동 방향으로 연장되고, 트레일링 엣지(35)까지 상측으로 라운드 지게 연장된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 리딩 엣지(304)와 이웃하여 앤드 월(400)의 상측으로 라운드 진후에 핫 가스의 이동 방향으로 연장되다가, 트레일링 엣지(305)까지 앤드 월(400)의 내측으로 라운드 지게 연장된다.
상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 리딩 엣지(34, 304)에서부터 트레일링 엣지(35, 305)에 이르는 구간 중 중간 구간에 형성된다.
상기 중간 구간은 제1 터빈 블레이드(33)의 흡입면(33b)과 제2 터빈 블레이드(330)의 압력면(330a) 사이에 해당되는 구간 중 가운데 구간에 해당된다.
상기 중간 구간은 핫 가스가 이동시 2차 볼텍스로 인한 공력 손실이 증가되는 곳으로 안정적인 핫 가스의 이동을 위해 도면에 도시된 바와 같이 형성된다.
특히 제1,2 터빈 블레이드(33, 330) 사이는 핫 가스의 이동에 따른 손실을 줄일 경우 터빈 블레이드의 효율을 향상시킬 수 있고, 가스 터빈의 발전 효율도 향상시킬 수 있다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예는 작업자가 조립을 위해 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)를 서로 간에 밀착시킬 경우 사이드 앤드 월(400)이 밀착되게 조립될 수 있어 조립에 따른 오차 발생이 최소화 된다.
따라서 핫 가스가 메인 앤드 월(200) 또는 사이드 앤드 월(400)의 상면을 따라 이동할 때 2차 볼텍스로 인한 공력 손실이 최소화 될 수 있다.
33, 330: 제1 터빈 블레이드, 제2 터빈 블레이드
34 : 리딩 엣지
35 : 트레일링 엣지
200 : 메인 앤드 월
210 : 경사부
220 : 라운드 부
400 : 사이드 앤드 월

Claims (17)

  1. 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33);
    상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330); 및
    상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이를 연결하는 메인 앤드 월(200)을 포함하되,
    상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200)은 일체로 형성된 터빈 블레이드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 경사진 경사부(210)가 형성된 터빈 블레이드.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 유선형으로 굴곡진 라운드 부(220)가 형성된 터빈 블레이드.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이에서 곡률이 변화되며 라운드 진 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 리딩 엣지(34)와 이웃한 흡입면(33b)에서 핫 가스의 이동 방향을 따라 일정 구간에서 하측으로 라운드지게 연장된 후에, 상기 트레일링 엣지(35)를 향해 상향 경사지게 연장된 터빈 블레이드.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)의 흡입면(33b)과, 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 압력면(330a) 사이에서 핫 가스의 이동 방향을 기준으로 소정의 구간에서 상측으로 라운드지게 연장되었다가, 상기 제1 터빈 블레이드(33)에 형성된 트레일링 엣지(35)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)에 형성된 트레일링 엣지(305)로 갈수록 하측으로 라운드지게 연장된 터빈 블레이드.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 라운드 부(220)에는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이의 이격된 구간 중 핫 가스가 이동되는 경로에 돌출부(222)가 형성된 터빈 블레이드.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 돌출부(222)는 소정의 길이로 연장되고 외형이 라운드 진 바(bar) 형태 또는 돌기 형태 중의 어느 하나의 형태로 형성된 터빈 블레이드.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 리딩 엣지(34, 304)에서부터 트레일링 엣지(35, 305)에 이르는 구간 중 중간 구간에 형성된 터빈 블레이드.
  10. 제1 항에 따른 메인 앤드 월(200)이 적용된 터빈 블레이드가 구비된 가스터빈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 앤드 월(200)은 제1 단 내지 제2 단 터빈 블레이드를 제외한 나머지 터빈 블레이드에 형성된 가스터빈.
  12. 리딩 엣지(34)와 트레일링 엣지(35)가 형성된 제1 터빈 블레이드(33);
    상기 제1 터빈 블레이드(33)와 이웃하여 서로 마주보며 배치된 제2 터빈 블레이드(330);
    상기 제1 터빈 블레이드(33)와 상기 제2 터빈 블레이드(330)사이를 연결하는 메인 앤드 월(200); 및
    상기 제1 터빈 블레이드(33)의 압력면(33a)과 상기 제2 터빈 블레이드(330)의 흡입면(330b)의 외측으로 수평하게 연장된 사이드 앤드 월(400)을 포함하는 터빈 블레이드.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)와 상기 메인 앤드 월(200) 및 사이드 앤드 월(400)은 일체로 형성된 터빈 블레이드.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)를 향해 냉각 공기를 공급하기 위해 제1 분사부(230)가 형성되고,
    상기 사이드 앤드 월(400)은 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 냉각 공기를 공급하기 위해 제2 분사부(430)가 형성된 터빈 블레이드.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1,2 분사부(230, 430)는 상기 제1,2 터빈 블레이드(33, 330)의 리딩 엣지(34, 304)를 향해 개구된 터빈 블레이드.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 메인 앤드 월(200)은 상기 제1 터빈 블레이드(33)에서 상기 제2 터빈 블레이드(330)를 향해 유선형으로 굴곡진 라운드 부(220)가 형성된 터빈 블레이드.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 라운드 부(220)는 상기 제1 터빈 블레이드(33)와, 상기 제2 터빈 블레이드(330) 사이에서 곡률이 변화되며 라운드 진 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드.

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