特開 2024-70215 エアフォイル、これを含むタービンブレードおよびガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070215

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】エアフォイル、これを含むタービンブレードおよびガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/18 20060101AFI20240515BHJP

【ＦＩ】

F01D5/18

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023143647

(22)【出願日】2023-09-05

(31)【優先権主張番号】10-2022-0149804

(32)【優先日】2022-11-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】507002918

【氏名又は名称】ドゥサン エナービリティー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム、キ ベク

(72)【発明者】

【氏名】キム、セオク ボム

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202CA02

3G202CB01

(57)【要約】

【課題】 エアフォイル、これを含むタービンブレードおよびガスタービンが開示される。
【解決手段】 開示されたエアフォイルは、リーディングエッジの下部から流入した第１冷却流体を圧力面側に形成された第１蛇行流路に流動させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第１冷却流路と、吸入面の下部から流入した第２冷却流体を吸入面側に形成された少なくとも２以上の第２蛇行流路に分割流動させ、分割流動した第２冷却流体を第２蛇行流路の下部で合流させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第２冷却流路と、を含む。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外側方に膨らんだ曲面をなして突出した吸入面と、
前記吸入面側に凹んで陥没した曲面をなす圧力面と、
前記吸入面と圧力面とを連結し先端に形成されるリーディングエッジと、
前記吸入面と圧力面とを連結し後端に形成されるトレーリングエッジと、
前記リーディングエッジの下部から流入した第１冷却流体を前記圧力面側に形成された第１蛇行流路に流動させた後、前記トレーリングエッジの後方に排出させる第１冷却流路と、
前記吸入面の下部から流入した第２冷却流体を前記吸入面側に形成された少なくとも２以上の第２蛇行流路に分割流動させ、分割流動した第２冷却流体を前記第２蛇行流路の下部で合流させた後、前記トレーリングエッジの後方に排出させる第２冷却流路と、
を含む、エアフォイル。

【請求項2】

前記第１冷却流路は、
前記リーディングエッジの下部から下方向に延長形成され、前記第１冷却流体が流入する第１流入口と、
前記第１流入口に流入した第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿１流動チャネルと、
前記第１＿１流動チャネルに隣接して形成され、前記第１冷却流体をルート部方向に流動させる第１＿２流動チャネルと、
前記第１＿２流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿３流動チャネルと、
前記第１＿１流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第１＿１転向チャネルと、
前記第１＿２流動チャネルの下端から前記トレーリングエッジ側に延びた第１＿２転向チャネルと
を含む、請求項１に記載のエアフォイル。

【請求項3】

前記第１＿３流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第１＿３転向チャネルと、
前記第１＿３流動チャネルを流動する前記第１冷却流体を外部に排出させる第１排出チャネルとを含み、
前記第１冷却流路の底面を基準として、前記第１冷却流路の上面までの高さを１００とする時、前記第１排出チャネルは、７０～１００未満の高さ範囲で形成される、請求項２に記載のエアフォイル。

【請求項4】

前記第２冷却流路は、
前記吸入面側から下方向に延長形成され、前記第２冷却流体が流入する第２＿１流入口および第２＿２流入口と、
前記第２＿１流入口および第２＿２流入口に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルと、
前記第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルに隣接形成され、前記第２冷却流体をルート部方向に流動させる第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルと
を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のエアフォイル。

【請求項5】

前記第２＿１流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、
前記第２＿３流動チャネルの上端から前記リーディングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルと
を含む、請求項４に記載のエアフォイル。

【請求項6】

前記第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルの下端部それぞれには、
リーディングエッジ側のキャビティと圧力面側のキャビティと吸入面側のキャビティとの間に形成された中央キャビティと連通する連通口が形成され、
前記第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルを通して流動する第２冷却流体は、前記連通口を通して前記中央キャビティ内で合流する、請求項４に記載のエアフォイル。

【請求項7】

前記中央キャビティ内の第２冷却流体を外部に排出させる第２排出チャネルを含み、前記中央キャビティのトレーリングエッジ側の側面には、前記第２排出チャネルと連通する連結口が形成される、請求項６に記載のエアフォイル。

【請求項8】

前記第２＿１流入口および第２＿２流入口は、互いに近接して形成され、
前記第２＿１流動チャネルの上端から前記リーディングエッジ側に延長形成された前記第２＿１転向チャネルと、
前記第２＿３流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルと
を含む、請求項５に記載のエアフォイル。

【請求項9】

タービンロータディスクに装着されて、高圧の燃焼ガスによって回転するタービンブレードであって、
下部側には、前記タービンロータディスクに結合されるルート部が形成され、前記ルート部の上部側には、空気圧力によって回転し、内部に冷却流路が形成されたエアフォイルを一体に結合し、
前記エアフォイルは、
外側方に膨らんだ曲面をなして突出した吸入面と、
前記吸入面側に凹んで陥没した曲面をなす圧力面と、
前記吸入面と圧力面とを連結し先端に形成されるリーディングエッジと、
前記吸入面と圧力面とを連結し後端に形成されるトレーリングエッジと、
前記リーディングエッジの下部から流入した第１冷却流体を前記圧力面側に形成された第１蛇行流路に流動させた後、前記トレーリングエッジの後方に排出させる第１冷却流路と、
前記吸入面の下部から流入した第２冷却流体を前記吸入面側に形成された少なくとも２以上の第２蛇行流路に分割流動させ、分割流動した第２冷却流体を前記第２蛇行流路の下部で合流させた後、前記トレーリングエッジの後方に排出させる第２冷却流路と、
を含む、タービンブレード。

【請求項10】

前記第１冷却流路は、
前記リーディングエッジの下部から下方向に延長形成され、前記第１冷却流体が流入する第１流入口と、
前記第１流入口に流入した第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿１流動チャネルと、
前記第１＿１流動チャネルに隣接して形成され、前記第１冷却流体をルート部方向に流動させる第１＿２流動チャネルと、
前記第１＿２流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿３流動チャネルと、
前記第１＿１流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第１＿１転向チャネルと、
前記第１＿２流動チャネルの下端から前記トレーリングエッジ側に延びた第１＿２転向チャネルと
を含む、請求項９に記載のタービンブレード。

【請求項11】

前記第１＿３流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第１＿３転向チャネルと、
前記第１＿３流動チャネルを流動する前記第１冷却流体を外部に排出させる第１排出チャネルとを含み、
前記第１冷却流路の底面を基準として、前記第１冷却流路の上面までの高さを１００とする時、前記第１排出チャネルは、７０～１００未満の高さ範囲で形成される、請求項１０に記載のタービンブレード。

【請求項12】

前記第２冷却流路は、
前記吸入面側から下方向に延長形成され、前記第２冷却流体が流入する第２＿１流入口および第２＿２流入口と、
前記第２＿１流入口および第２＿２流入口に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルと、
前記第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルに隣接形成され、前記第２冷却流体をルート部方向に流動させる第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルと
を含む、請求項９～１１のいずれか１項に記載のタービンブレード。

【請求項13】

前記第２＿１流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、
前記第２＿３流動チャネルの上端から前記リーディングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルと
を含む、請求項１２に記載のタービンブレード。

【請求項14】

前記第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルの下端部それぞれには、
リーディングエッジ側のキャビティと圧力面側のキャビティと吸入面側のキャビティとの間に形成された中央キャビティと連通する連通口が形成され、
前記第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルを通して流動する第２冷却流体は、前記連通口を通して前記中央キャビティ内で合流する、請求項１２に記載のタービンブレード。

【請求項15】

前記第２＿１流入口および第２＿２流入口は、互いに近接して形成され、
前記第２＿１流動チャネルの上端から前記リーディングエッジ側に延長形成された前記第２＿１転向チャネルと、
前記第２＿３流動チャネルの上端から前記トレーリングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルと
を含む、請求項１３に記載のタービンブレード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エアフォイル、これを含むタービンブレードおよびガスタービンに関する。

【背景技術】

【0002】

タービンとは、蒸気、ガスのような圧縮性流体の流れを利用して衝動力または反動力で回転力を得る機械装置であり、蒸気を用いる蒸気タービンおよび高温の燃焼ガスを用いるガスタービンなどがある。

【0003】

このうち、ガスタービンは、大きく、圧縮機と、燃焼器と、タービンとで構成される。前記圧縮機は、空気を導入する空気導入口が備えられ、圧縮機ケーシング内に複数の圧縮機ベーンと、圧縮機ブレードとが交互に配置されている。

【0004】

燃焼器は、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することにより、高温高圧の燃焼ガスが生成される。

【0005】

タービンは、タービンケーシング内に複数のタービンベーンと、タービンブレードとが交互に配置されている。また、圧縮機と燃焼器とタービンおよび排気室の中心部を貫通するようにロータが配置されている。

【0006】

ロータは、両端部がベアリングによって回転可能に支持される。そして、ロータに複数のディスクが固定されて、それぞれのブレードが連結されると同時に、排気室側の端部に発電機などの駆動軸が連結される。

【0007】

このようなガスタービンは、４行程機関のピストンのような往復運動機構がないため、ピストン－シリンダのような相互摩擦部分がなくて潤滑油の消費が極めて少なく、往復運動機械の特徴である振幅が大幅に減少し、高速運動が可能というメリットがある。

【0008】

ガスタービンの作動について簡略に説明すれば、圧縮機で圧縮された空気が燃料と混合されて燃焼されることにより、高温の燃焼ガスが作られ、このように作られた燃焼ガスはタービン側に噴射される。噴射された燃焼ガスが前記タービンベーンおよびタービンブレードを通過しながら回転力を生成させ、これによって前記ロータが回転する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】大韓民国公開特許第１０－２０１０－００６４７５４号（名称：ガスタービンの冷却ブレード）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、冷却効率が向上したエアフォイル、これを含むタービンブレードおよびガスタービンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルは、
外側方に膨らんだ曲面をなして突出した吸入面と、吸入面側に凹んで陥没した曲面をなす圧力面と、吸入面と圧力面とを連結し先端に形成されるリーディングエッジと、吸入面と圧力面とを連結し後端に形成されるトレーリングエッジと、リーディングエッジの下部から流入した第１冷却流体を圧力面側に形成された第１蛇行流路に流動させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第１冷却流路と、吸入面の下部から流入した第２冷却流体を吸入面側に形成された少なくとも２以上の第２蛇行流路に分割流動させ、分割流動した第２冷却流体を第２蛇行流路の下部で合流させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第２冷却流路と、を含む。

【0012】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第１冷却流路は、リーディングエッジの下部から下方向に延長形成され、第１冷却流体が流入する第１流入口と、第１流入口に流入した第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿１流動チャネルと、第１＿１流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をルート部方向に流動させる第１＿２流動チャネルと、第１＿２流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿３流動チャネルとを含むことができる。

【0013】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第１＿１流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第１＿１転向チャネルと、第１＿２流動チャネルの下端からトレーリングエッジ側に延びた第１＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0014】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第１＿３流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第１＿３転向チャネルと、第１＿３流動チャネルを流動する第１冷却流体を外部に排出させる第１排出チャネルとを含むことができる。

【0015】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第１冷却流路の底面を基準として、第１冷却流路の上面までの高さを１００とする時、第１排出チャネルは、７０～１００未満の高さ範囲で形成される。

【0016】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第２冷却流路は、吸入面側から下方向に延長形成され、第２冷却流体が流入する第２＿１流入口および第２＿２流入口と、第２＿１流入口および第２＿２流入口に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルと、第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルに隣接形成され、第２冷却流体をルート部方向に流動させる第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルとを含むことができる。

【0017】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第２＿１流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、第２＿３流動チャネルの上端からリーディングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0018】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルの下端部それぞれには、リーディングエッジ側のキャビティと圧力面側のキャビティと吸入面側のキャビティとの間に形成された中央キャビティと連通する連通口が形成され、第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルを通して流動する第２冷却流体は、連通口を通して中央キャビティ内で合流することができる。

【0019】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、中央キャビティ内の第２冷却流体を外部に排出させる第２排出チャネルを含み、中央キャビティのトレーリングエッジ側の側面には、第２排出チャネルと連通する連結口が形成される。

【0020】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルにおいて、第２＿１流入口および第２＿２流入口は、互いに近接して形成され、第２＿１流動チャネルの上端からリーディングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、第２＿３流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0021】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードは、
タービンロータディスクに装着されて、高圧の燃焼ガスによって回転するタービンブレードであって、下部側には、前記タービンロータディスクに結合されるルート部が形成され、前記ルート部の上部側には、空気圧力によって回転し、内部に冷却流路が形成されたエアフォイルを一体に結合する。ここで、エアフォイルは、外側方に膨らんだ曲面をなして突出した吸入面と、吸入面側に凹んで陥没した曲面をなす圧力面と、吸入面と圧力面とを連結し先端に形成されるリーディングエッジと、吸入面と圧力面とを連結し後端に形成されるトレーリングエッジと、リーディングエッジの下部から流入した第１冷却流体を圧力面側に形成された第１蛇行流路に流動させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第１冷却流路と、吸入面の下部から流入した第２冷却流体を吸入面側に形成された少なくとも２以上の第２蛇行流路に分割流動させ、分割流動した第２冷却流体を第２蛇行流路の下部で合流させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第２冷却流路と、を含む。

【0022】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第１冷却流路は、リーディングエッジの下部から下方向に延長形成され、第１冷却流体が流入する第１流入口と、第１流入口に流入した第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿１流動チャネルと、第１＿１流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をルート部方向に流動させる第１＿２流動チャネルと、第１＿２流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿３流動チャネルとを含むことができる。

【0023】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第１＿１流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第１＿１転向チャネルと、第１＿２流動チャネルの下端からトレーリングエッジ側に延びた第１＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0024】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第１＿３流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第１＿３転向チャネルと、第１＿３流動チャネルを流動する第１冷却流体を外部に排出させる第１排出チャネルとを含むことができる。

【0025】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第１冷却流路の底面を基準として、第１冷却流路の上面までの高さを１００とする時、第１排出チャネルは、７０～１００未満の高さ範囲で形成される。

【0026】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第２冷却流路は、吸入面側から下方向に延長形成され、第２冷却流体が流入する第２＿１流入口および第２＿２流入口と、第２＿１流入口および第２＿２流入口に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルと、第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルに隣接形成され、第２冷却流体をルート部方向に流動させる第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルとを含むことができる。

【0027】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第２＿１流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、第２＿３流動チャネルの上端からリーディングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0028】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルの下端部それぞれには、リーディングエッジ側のキャビティと圧力面側のキャビティと吸入面側のキャビティとの間に形成された中央キャビティと連通する連通口が形成され、第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルを通して流動する第２冷却流体は、連通口を通して中央キャビティ内で合流することができる。

【0029】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、中央キャビティ内の第２冷却流体を外部に排出させる第２排出チャネルを含み、中央キャビティのトレーリングエッジ側の側面には、第２排出チャネルと連通する連結口が形成される。

【0030】

本発明の一実施形態に係るタービンブレードにおいて、第２＿１流入口および第２＿２流入口は、互いに近接して形成され、第２＿１流動チャネルの上端からリーディングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、第２＿３流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0031】

本発明の一実施形態に係るガスタービンは、
流入する空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から圧縮された空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から燃焼されたガスで動力を発生させ、前記燃焼ガスが通る燃焼ガス経路上で前記燃焼ガスをガイドするタービンベーンと、前記燃焼ガス経路上で前記燃焼ガスによって回転するタービンブレードとを備えるタービンと、を含む。ここで、タービンブレードは、タービンロータディスクに装着されて、高圧の燃焼ガスによって回転するタービンブレードであって、下部側には、前記タービンロータディスクに結合されるルート部が形成され、前記ルート部の上部側には、空気圧力によって回転し、内部に冷却流路が形成されたエアフォイルを一体に結合する。ここで、エアフォイルは、外側方に膨らんだ曲面をなして突出した吸入面と、吸入面側に凹んで陥没した曲面をなす圧力面と、吸入面と圧力面とを連結し先端に形成されるリーディングエッジと、吸入面と圧力面とを連結し後端に形成されるトレーリングエッジと、リーディングエッジの下部から流入した第１冷却流体を圧力面側に形成された第１蛇行流路に流動させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第１冷却流路と、吸入面の下部から流入した第２冷却流体を吸入面側に形成された少なくとも２以上の第２蛇行流路に分割流動させ、分割流動した第２冷却流体を第２蛇行流路の下部で合流させた後、トレーリングエッジの後方に排出させる第２冷却流路と、を含む。

【0032】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第１冷却流路は、リーディングエッジの下部から下方向に延長形成され、第１冷却流体が流入する第１流入口と、第１流入口に流入した第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿１流動チャネルと、第１＿１流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をルート部方向に流動させる第１＿２流動チャネルと、第１＿２流動チャネルに隣接して形成され、第１冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第１＿３流動チャネルとを含むことができる。

【0033】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第１＿１流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第１＿１転向チャネルと、第１＿２流動チャネルの下端からトレーリングエッジ側に延びた第１＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0034】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第１＿３流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第１＿３転向チャネルと、第１＿３流動チャネルを流動する第１冷却流体を外部に排出させる第１排出チャネルとを含むことができる。

【0035】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第１冷却流路の底面を基準として、第１冷却流路の上面までの高さを１００とする時、第１排出チャネルは、７０～１００未満の高さ範囲で形成される。

【0036】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第２冷却流路は、吸入面側から下方向に延長形成され、第２冷却流体が流入する第２＿１流入口および第２＿２流入口と、第２＿１流入口および第２＿２流入口に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ方向に流動させる第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルと、第２＿１流動チャネルおよび第２＿３流動チャネルに隣接形成され、第２冷却流体をルート部方向に流動させる第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルとを含むことができる。

【0037】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第２＿１流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、第２＿３流動チャネルの上端からリーディングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルとを含むことができる。

【0038】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルの下端部それぞれには、リーディングエッジ側のキャビティと圧力面側のキャビティと吸入面側のキャビティとの間に形成された中央キャビティと連通する連通口が形成され、第２＿２流動チャネルおよび第２＿４流動チャネルを通して流動する第２冷却流体は、連通口を通して中央キャビティ内で合流することができる。

【0039】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、中央キャビティ内の第２冷却流体を外部に排出させる第２排出チャネルを含み、中央キャビティのトレーリングエッジ側の側面には、第２排出チャネルと連通する連結口が形成される。

【0040】

本発明の一実施形態に係るガスタービンにおいて、第２＿１流入口および第２＿２流入口は、互いに近接して形成され、第２＿１流動チャネルの上端からリーディングエッジ側に延長形成された第２＿１転向チャネルと、第２＿３流動チャネルの上端からトレーリングエッジ側に延長形成された第２＿２転向チャネルとを含むことができる。

【発明の効果】

【0041】

本発明の実施形態に係るエアフォイル、これを含むタービンブレードおよびガスタービンによれば、リーディングエッジと圧力面を冷却させる第１冷却流路と、トレーリングエッジと吸入面を冷却させる第２冷却流路とを備えることにより、冷却効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本発明の一実施形態に係るガスタービンの内部が示される図である。

【図2】図１のガスタービンの一部の切断断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るエアフォイルを含むタービンブレードが示される斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部を圧力面側から眺めた斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部を吸入面側から眺めた斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第１冷却流路が示される斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第１冷却流路が示される斜視図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第２冷却流路が示される斜視図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第２冷却流路が示される斜視図である。

【図10】図３のＡ－Ａラインから下を眺めた断面図である。

【図11】本発明の他の実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第２冷却流路が示される斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

以下、図面を参照しながら、本発明に係るタービンブレードおよびこれを含むガスタービンに関して具体的に説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現され、単に本実施例は本発明の開示が完全となるようにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。

【0044】

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。なお、明細書全体において、「～上に」とは、対象部分の上または下に位置することを意味するものであり、必ずしも重力方向を基準として上側に位置することを意味するものではない。

【0045】

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。この時、添付した図面において、同一の構成要素はできる限り同一の符号で表していることに留意する。また、本発明の要旨をあいまいにしうる公知の機能および構成に関する詳細な説明は省略する。同様の理由により、添付図面において、一部の構成要素は誇張または省略したり概略的に示されている。

【0046】

図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービンの内部が示される図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るガスタービンの断面を概念的に示す図である。

【0047】

図１および図２に示されるように、本発明の一実施形態に係るガスタービン１は、圧縮機１０と、燃焼器２０と、タービン３０とを含む。圧縮機１０は、流入する空気を高圧に圧縮する役割を果たし、圧縮された空気を燃焼器側に伝達する。圧縮機１０は、放射状に設けられた複数の圧縮機ブレードを備え、タービン３０の回転から生成された動力の一部を受けて圧縮機ブレードが回転し、ブレードの回転によって空気が圧縮されながら燃焼器２０側に移動する。ブレードの大きさおよび取付角度は、取付位置によって異なる。

【0048】

圧縮機１０で圧縮された空気は、燃焼器２０に移動して、環状に配置された複数の燃焼チャンバと燃料ノズルモジュールを介して燃料と混合して燃焼される。燃焼によって発生した高温の燃焼ガスはタービン３０に排出され、燃焼ガスによってタービンが回転する。

【0049】

タービン３０は、タービンロータディスク３００を軸方向に結合するセンタータイロッド４００を介して多段に配列される。タービンロータディスク３００は、放射状に配置される複数のタービンブレード１００を含む。タービンブレード１００は、ダブテールなどの方式でタービンロータディスク３００に結合可能である。これと共に、タービンブレード１００の間にもハウジングに固定されるタービンベーン２００が備えられて、タービンブレード1００を通過した燃焼ガスの流れ方向をガイドする。

【0050】

図２に示されるように、タービン３０は、タービンベーン２００とタービンブレード１００とがガスタービン１の軸方向に沿ってｎ個ずつ交互に配列される。高温の燃焼ガスは、軸方向に沿ってタービンベーン２００およびタービンブレード１００を通過し、タービンブレード１００を回転させる。

【0051】

本発明の一実施形態に係るエアフォイルは、タービンブレード１００に適用されたエアフォイルであってもよい。また、本明細書に記載された技術的思想は、ガスタービンに限定されるものではなく、蒸気タービンをはじめとしてエアフォイルを備えた装置に適用可能である。

【0052】

図３は、本発明の一実施形態に係るエアフォイルを含むタービンブレードが示される斜視図である。

【0053】

図３を参照すれば、本発明の一実施形態に係るタービンブレード１００は、ルート部１１０と、エアフォイル１０００とを含む。

【0054】

タービンブレード１００は、タービンロータディスク３００に装着されて、高圧の燃焼ガスによってタービンが回転作動するようにするものであって、下部側には、タービンロータディスク３００に結合されるルート部１１０が形成され、ルート部１１０の上部側には、ガス圧力によって回転するエアフォイル１０００を一体に結合して、エアフォイル１０００の前後面の圧力差によってタービンが回転作動するようにする。

【0055】

ルート部１１０の外側面には、外側方に突出したシャンクおよびプラットフォームが形成されるようにして強固な固定が行われるようにする。ルート部１１０には、エアフォイル１０００に冷却流体が流入する流入口１１１が形成される。冷却流体は、圧縮機１０で圧縮された圧縮空気の一部であるか、または外気を圧縮して供給された空気で、圧縮機１０からタービンブレード１００のルート部１１０に供給され、流入口１１１を通してエアフォイル１０００に流入しながらタービンブレード１００を冷却させる。あるいは、冷却流体は、圧縮機１０からタービン３０に連結される内部流路（図示せず）を通してルート部１１０に供給され、流入口１１１を通してエアフォイル１０００に流入しながらタービンブレード１００を冷却させる。

【0056】

エアフォイル１０００は、燃焼ガスが流入する前面には、外側方に膨らんだ曲面をなして突出した吸入面（ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｉｄｅ、１００２）が形成されるようにし、後面には、吸入面１００２側に凹んで陥没した曲面をなす圧力面（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｄｅ、１００１）が形成されるようにして、エアフォイル１０００の前後の圧力差が極大化されながら円滑なガスの流れが行われるようにする。

【0057】

エアフォイル１０００は、圧力面１００１と吸入面１００２が接する両端部であるリーディングエッジ（１００３、ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）およびトレーリングエッジ（１００４、ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）を含み、リーディングエッジ１００３は、エアフォイル１０００で流動する流体を迎える先端を意味し、トレーリングエッジ１００４は、エアフォイル１０００の後端を意味する。また、ルート部からエアフォイルチップ（１００６、ｔｉｐ）に向かう方向をスパン（ｓｐａｎ）方向と称する。

【0058】

エアフォイル１０００は、吸入面１００２または圧力面１００１を貫通して形成する複数の冷却ホール１００５を含むことができる。冷却流体は、冷却ホール１００５を通して噴射されながら、エアフォイルの外面にエアカーテンのように作用しながら、いわゆるフィルム冷却（ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ）方式でエアフォイル１０００の外面を冷却することができる。一方、リーディングエッジ１００３側には冷却ホール１００５が形成されなくてもよい。

【0059】

図４は、本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部を圧力面側から眺めた斜視図であり、図５は、本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部を吸入面側から眺めた斜視図である。

【0060】

図４および図５を参照すれば、エアフォイル１０００は、内部に冷却流体が流動する第１冷却流路１１００および第２冷却流路１２００を含む。冷却流体は、第１および第２冷却流路１１００、１２００を流動しながら第１および第２冷却流路１１００、１２００の内壁と衝突してエアフォイル１０００の熱を吸収して冷却させる。

【0061】

第１冷却流路１１００は、リーディングエッジ１００３の下部から流入した冷却流体を圧力面１００１側に形成された蛇行流路１１２０～１１８０に流動させた後、トレーリングエッジ１００４の後方に排出させる。

【0062】

第２冷却流路１２００は、吸入面１００２の下部から流入した冷却流体を吸入面１００２側に形成された複数の蛇行流路１２２１～１２５１、１２２２～１２５２に分割流動させ、分割流動した冷却流体を蛇行流路の下部で合流させた後、トレーリングエッジ１００４の後方に排出させる。

【0063】

以下の説明において、第１冷却流路１１００を形成する圧力面１００１側の蛇行流路１１２０～１１８０を第１蛇行流路とし、第１蛇行流路に流入する冷却流体を第１冷却流体とする。同様に、第２冷却流路１２００を形成する吸入面１００２側の蛇行流路１２２１～１２５１、１２２２～１２５２を第２蛇行流路とし、第２蛇行流路に流入する冷却流体を第２冷却流体とする。そして、蛇行流路（Ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ）は、くねくねした形状に形成されて流体が下部から上部に流動した後、隣接流路に移動して再び上部から下部に流動することを繰り返す流動チャネルを意味することができる。

【0064】

図６および図７は、本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第１冷却流路１１００が示される斜視図であって、図６は、圧力面１００１側から眺めた第１冷却流路であり、図７は、吸入面１００２側から眺めた第１冷却流路である。

【0065】

図６および図７を参照すれば、第１冷却流路１１００は、第１流入口１１１０と、第１＿１流動チャネル１１２０と、第１＿１転向チャネル１１３０と、第１＿２流動チャネル１１４０と、第１＿２転向チャネル１１５０と、第１＿３流動チャネル１１６０と、第１＿３転向チャネル１１７０と、第１排出チャネル１１８０とを含むことができる。もちろん、流動チャネルおよび転向チャネルの数は例示であり、チャネルの数はこれに限定されない。

【0066】

第１流入口１１１０は、リーディングエッジ１００３の下部から下方向に所定の長さ延長形成される。具体的には、リーディングエッジ１００３側のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）に連結されて、下方向に延長形成される。リーディングエッジ１００３側のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）は、実質的に第１＿１流動チャネル（１１２０、図１０参照）であってもよい。ルート部１１０に形成された流入口１１１に流入した冷却流体の少なくとも一部は、第１流入口１１１０に流入することができる。第１流入口１１１０に流入する冷却流体は、第１冷却流体である。

【0067】

第１＿１流動チャネル１１２０は、第１流入口１１１０と連通し、第１流入口１１１０に流入した第１冷却流体をエアフォイルチップ１００６方向に流動させる。第１＿１流動チャネル１１２０は、実質的にリーディングエッジ１００３側のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）であってもよい。

【0068】

第１＿１流動チャネル１１２０の上端には、トレーリングエッジ１００４側に延びた第１＿１転向チャネル１１３０が形成され、第１＿１転向チャネル１１３０は、第１＿１流動チャネル１１２０を流動する第１冷却流体を第１＿２流動チャネル１１４０に移動させる。第１＿２流動チャネル１１４０は、第１冷却流体をルート部１１０方向に流動させる。

【0069】

第１＿２流動チャネル１１４０の下端には、トレーリングエッジ１００４側に延びた第１＿２転向チャネル１１５０が形成され、第１＿２転向チャネル１１５０は、第１＿２流動チャネル１１４０を流動する第１冷却流体を第１＿３流動チャネル１１６０に移動させる。第１＿３流動チャネル１１６０は、第１冷却流体をルート部１１０のエアフォイルチップ１００６方向に流動させる。

【0070】

第１＿３流動チャネル１１６０の上端には、トレーリングエッジ１００４側に延びた第１＿３転向チャネル１１７０が形成され、第１＿３転向チャネル１１７０は、第１＿３流動チャネル１１６０を流動する第１冷却流体を第１排出チャネル１１８０に移動させる。第１冷却流体は、第１排出チャネル１１８０を通してエアフォイル１０００の外部に排出される。第１排出チャネル１１８０には、第１冷却流体を排出させるための排出孔（図示せず）が複数個形成される。

【0071】

一方、第１冷却流路１１００の底面（第１＿２転向チャネル１１５０の底面と実質的に同一である）を基準（０とする）として、第１冷却流路１１００の上面までの高さを１００とする時、第１排出チャネル１１８０は、７０～１００未満の高さ範囲で形成されることが好ましい。なぜなら、第１排出チャネル１１８０と後述する第２排出チャネル１２６０を通して排出される冷却流体の比率が約４：６となるようにすることが好ましいが、第１排出チャネル１１８０を７０～１００未満の高さ範囲で形成する場合、このような比率の調節が容易になるからである。あるいは、第１排出チャネル１１８０の大きさを１とする時、第１排出チャネル１１８０と第２排出チャネル１２６０の大きさの比率は、１：（７／３～５）であることが好ましい。

【0072】

第１＿１流動チャネル１１２０は、リーディングエッジ１００３側に形成され、第１＿１流動チャネル１１２０と直間接的に連結されたチャネル１１３０～１１８０は、圧力面１００１側に形成される。前記チャネル１１２０～１１８０は、１つの第１蛇行流路を形成することで第１冷却流体の流動時間を増加させて冷却効率を向上させることができる。特に、第１冷却流路１１００を流動する第１冷却流体は、リーディングエッジ１００３と圧力面１００１と圧力面側のエアフォイルチップを効果的に冷却させることができる。

【0073】

図８および図９は、本発明の一実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第２冷却流路１２００が示される斜視図であって、図８は、圧力面１００１側から眺めた第２冷却流路であり、図９は、吸入面１００２側から眺めた第２冷却流路である。

【0074】

図８および図９を参照すれば、第２冷却流路１２００は、第２＿１流入口１２１１と、第２＿１流動チャネル１２２１と、第２＿１転向チャネル１２３１と、第２＿２流動チャネル１２４１と、第２＿２流入口１２１２と、第２＿３流動チャネル１２２２と、第２＿２転向チャネル１２３２と、第２＿４流動チャネル１２４２と、第２排出チャネル１２６０とを含むことができる。

【0075】

第２＿１流入口１２１１、第２＿１流動チャネル１２２１、第２＿１転向チャネル１２３１、および第２＿２流動チャネル１２４１は、第２＿１蛇行流路を形成し、第２＿２流入口１２１２、第２＿３流動チャネル１２２２、第２＿２転向チャネル１２３２、および第２＿４流動チャネル１２４２は、第２＿２蛇行流路を形成することができる。もちろん、流動チャネル、転向チャネル、蛇行流路の数は例示であり、チャネルおよび蛇行流路の数はこれに限定されない。

【0076】

第２＿１流入口１２１１と第２＿２流入口１２１２は、吸入面１００２側から下方向に所定の長さ延長形成される。第２＿１流入口１２１１は、リーディングエッジ１００３側に形成され、第２＿２流入口１２１２は、トレーリングエッジ１００４側に形成される。

【0077】

ルート部１１０に形成された流入口１１１に流入した冷却流体の少なくとも一部は、第２＿１流入口１２１１に流入し、また、少なくとも一部は、第２＿２流入口１２１２に流入することができる。第２流入口１２１１、１２１２に流入する冷却流体は、第２冷却流体である。

【0078】

第２＿１流動チャネル１２２１は、第２＿１流入口１２１１と連通し、第２＿１流入口１２１１に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ１００６方向に流動させる。

【0079】

第２＿１流動チャネル１２２１の上端には、トレーリングエッジ１００４側に延びた第２＿１転向チャネル１２３１が形成され、第２＿１転向チャネル１２３１は、第２＿１流動チャネル１２２１を流動する第２冷却流体を第２＿２流動チャネル１２４１に移動させる。第２＿２流動チャネル１２４１は、第２冷却流体をルート部１１０方向に流動させる。

【0080】

第２＿３流動チャネル１２２２は、第２＿２流入口１２１２と連通し、第２＿２流入口１２１２に流入した第２冷却流体をエアフォイルチップ１００６方向に流動させる。

【0081】

第２＿３流動チャネル１２２２の上端には、リーディングエッジ１００３側に延びた第２＿２転向チャネル１２３２が形成され、第２＿２転向チャネル１２３２は、第２＿３流動チャネル１２２２を流動する第２冷却流体を第２＿４流動チャネル１２４２に移動させる。第２＿４流動チャネル１２４２は、第２冷却流体をルート部１１０方向に流動させる。

【0082】

第２＿２流動チャネル１２４１と第２＿４流動チャネル１２４２の下端部それぞれの側面には、中央キャビティ（１３００、図１０参照）と連通する連通口１２５１、１２５２が形成される。連通口１２５１、１２５２は、中央キャビティ１３００側の側面に形成される。もちろん、連通口１２５１、１２５２が必ずしも側面に形成される必要はない。

【0083】

中央キャビティ１３００は、リーディングエッジ側のキャビティ１１２０と圧力面側のキャビティ１１４０、１１６０と吸入面側のキャビティ１２２１、１２４１、１２４２、１２２２との間に形成された流動空間である。第２＿２流動チャネル１２４１と第２＿４流動チャネル１２４２を通して流動する第２冷却流体は、連通口１２５１、１２５２を通して中央キャビティ１３００内で合流する。

【0084】

第２排出チャネル１２６０は、中央キャビティ１３００の高さと実質的に同一の高さに延長形成され、中央キャビティ１３００のトレーリングエッジ側の側面に形成された連結口（１３０１、図５参照）と連通するように形成される。そして、第２排出チャネル１２６０のトレーリングエッジ側の所定の領域には、第２冷却流体を排出させるための複数の排出孔１２６１がマトリクス状に形成される。

【0085】

第２＿１流動チャネル１２２１、第２＿２流動チャネル１２４１、第２＿３流動チャネル１２２２および第２＿４流動チャネル１２４２が吸入面１００２側に少なくとも２つ以上の蛇行流路を形成することで第２冷却流体の流動時間を増加させて冷却効率を向上させることができる。特に、第２冷却流路１２００を流動する第２冷却流体は、トレーリングエッジ１００４と吸入面１００２と吸入面側のエアフォイルチップを効果的に冷却させることができる。

【0086】

次に、図１１を参照して、本発明の他の実施形態に係るエアフォイルを説明する。図１１は、本発明の他の実施形態に係るエアフォイルの内部に形成される第２冷却流路が示される斜視図である。

【0087】

本発明の他の実施形態に係るエアフォイルは、第１冷却流路１１００と、第２冷却流路１２００とを含み、上述した一実施形態に比べて第２冷却流路１２００の一部の構成が異なるだけで、残りの構成は実質的に同一であるので、繰り返しの説明は省略し、説明の便宜上、同一の構成には同一の符号を付して説明する。

【0088】

図１１を参照すれば、第２冷却流路１２００は、上述した一実施形態とは異なり、第２＿１流入口１２１１と第２＿２流入口１２１２とが互いに近接して形成される。これによって、第２＿１流動チャネル１２２１と第２＿３流動チャネル１２２２も互いに近接して形成され、第２＿１転向チャネル１２３１は、第２＿１流動チャネル１２２１の上端からリーディングエッジ１００３側に延び、第２＿２転向チャネル１２３２は、第２＿３流動チャネル１２２２の上端からトレーリングエッジ１００４側に延びて形成される。

【0089】

上述した一実施形態では、ルート部１１０に形成された流入口１１１に流入した冷却流体は、第１流入口１１１０、第２＿１流入口１２１１、および第２＿２流入口１２１２に分岐して流入するが、第２＿１流入口１２１１と第２＿２流入口１２１２とは相対的に遠く離隔し、第１流入口１１１０と第２＿１流入口１２１１とが互いに隣接した状態であるので、第１流入口１１１０側に冷却流体がさらに流入することも可能である。

【0090】

一方、本実施形態では、第２＿１流入口１２１１と第２＿２流入口１２１２とを互いに近接して形成することにより、第２流入口１２１１、１２１２側に流入すべき第２冷却流体が第１流入口１１１０側に流入することを一部防止することができる。

【0091】

以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想を逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などによって本発明を多様に修正および変更させることができ、これも本発明の権利範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0092】

１：ガスタービン
１０：圧縮機
２０：燃焼器
３０：タービン
１００：タービンブレード
１１０：ルート部
１０００：エアフォイル
１００１：圧力面
１００２：吸入面
１００３：リーディングエッジ
１００４：トレーリングエッジ
１１００：第１冷却流路
１２００：第２冷却流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】