KR100364183B1

KR100364183B1 - 냉각된플랫폼을구비한가스터빈블레이드

Info

Publication number: KR100364183B1
Application number: KR1019970702844A
Authority: KR
Inventors: 켄트 지 헐트그렌; 토마스 더블유 자가르; 윌리암 이 노스; 스티븐 에이치 로빈스; 그래햄 마크 업톤
Original assignee: 웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 2003-02-19
Also published as: DE69503798D1; IL115716A0; TW327200B; JP3824324B2; EP0789806A1; EP0789806B1; DE69503798T2; WO1996013653A1; KR970707364A; JPH10508077A; ES2118638T3; US6120249A

Abstract

터빈 블레이드는 블레이드 루트의 플랫폼 부분을 냉각시키는 쪽으로 특별히 배향된 냉각 공기 흐름 경로를 갖고 있다. 냉각 공기 통로는 블레이드 에어포일의 볼록한 표면에 대향한 플랫폼의 오버행 부분상에서 반경방향 외측으로 접한 표면의 바로 아래에서 블레이드 루트 플랫폼내에 형성된다. 이러한 통로의 각각은 냉각 공기의 흐름을 수용하고, 다음에 플랫폼을 통해 연장하는 입구로부터 반경방향 외측으로 연장한다. 공동부는 블레이드 에어포일의 오목한 표면에 대향한 플랫폼의 오버행 부분의 반경방향 내측으로 접한 표면내에 형성된다. 충격 플레이트는 이러한 공동부내로 냉각 공기를 제트로서 배향한다. 통로는 공동부에 결합되고, 오목한 표면에 대향한 플랫폼의 오버행 부분을 통해 이러한 냉각 공기를 배향한다.

Description

냉각된 플랫폼을 구비한 가스 터빈 블레이드{GAS TURBINE BLADE WITH A COOLED PLATFORM}

전형적으로, 가스 터빈은 압축된 공기를 생성하는 압축기 부분을 포함한다. 연료는 하나 또는 그 이상의 연소기내의 이러한 압축된 공기의 일부분과 혼합되어 연소되며, 이에 의해 고온의 압축된 가스를 생성한다. 다음에, 고온의 압축된 가스는 회전 축력(rotating shaft power)을 생성하도록 터빈 섹션내에서 팽창된다.

전형적으로, 터빈 섹션은 고정 베인과 회전 블레이드의 교대로 배열된 다수의 열을 이용한다. 회전 블레이드의 각각은 에어포일부와 루트 부분을 가지며, 상기 루트 부분에 의해 블레이드는 로터에 고정된다. 루트 부분은 플랫폼을 포함하며, 에어포일부는 상기 플랫폼으로부터 연장한다.

베인 및 블레이드는 연소기로부터 배출된 고온 가스에 노출되기 때문에, 이러한 부품을 냉각시키는 것이 가장 중요하다. 통상적으로, 이러한 냉각은 냉각되거나 냉각되지 않을 수도 있는 압축기로부터의 압축된 공기의 일부분을 추출하고, 이것을 터빈 섹션으로 지향시켜 연소기를 바이패스시킴으로써 이뤄질 수 있다. 냉각 공기는 터빈내로 도입된 후에, 베인 및 블레이드의 에어포일부내에 형성된 반경방향 통로를 통해 유동한다. 전형적으로, 하나 또는 그 이상의 반경방향 통로와 연결되는 다수의 작은 축방향 통로가 베인 및 블레이드 에어포일 내측에 형성되며, 냉각 공기는 상기 베인 및 블레이드 에어포일은 선단 및 후단 에지 또는 흡입 및 압축 표면과 같은 에어포일의 표면에 걸쳐 지향된다. 냉각 공기가 베인 또는 블레이드를 빠져나간 후, 냉각 공기는 터빈 섹션을 통해 유동하는 고온 가스내로 유입되어 그것에 혼합된다.

상술한 블레이드 냉각 방법은 블레이드의 에어포일부를 적당히 냉각시키지만, 블레이드 루트 플랫폼을 냉각시키는데 사용하기 위한 냉각 공기가 특별히 설계되지 않아서 블레이드 루트 플랫폼의 상부 표면은 연소기로부터의 고온 가스의 유동에 노출된다. 상류 베인으로부터 배출된 냉각 공기의 일부분이 블레이드 루트 플랫폼의 상부 표면상으로 유동되어 막 냉각 수단을 제공할지라도, 이러한 막 냉각은 플랫폼을 적당히 냉각시키기에는 불충분한 것으로 알려져 있다. 결과적으로, 산화 및 크랙킹이 플랫폼에서 발생할 수 있다.

이러한 것을 해결하는 하나의 해결책은 상류 베인으로부터 배출된 냉각 공기의 양을 증가시킴으로써 막 냉각을 증가시키는 것이다. 그러나, 이러한 냉각 공기가 터빈 섹션을 통해 유동하는 고온 가스에 도입될지라도, 연소 섹션내에서 냉각공기가 가열되기 쉽지 않기 때문에 냉각 공기로부터 얻어지는 유효일은 거의 없다. 따라서, 고효율을 성취하기 위해서, 냉각 공기의 사용을 최소로 유지하는 것이 중요하다.

미국 특허 제 4,012,167 호에는 냉각제 공동부가 그 내에 제공된 냉각 플랫폼을 가지며, 플랫폼내로 다수의 냉각 유체 충돌 제트가 사출되어 플랫폼 벽에 대해 충돌하고 그 뒤 냉각을 위한 충돌후 플랫폼 벽을 따라 유동하며, 결국 플랫폼 표면을 따라 냉각 공동부로부터 배출되는, 베인 또는 블레이드가 기술되어 있다. 댑 부재는 충돌 제트에 인접하게 냉각 공동부내로 연장되어 충돌 제트를 충돌 후의 냉각 공동부를 통해 유동하는 냉각 유체로부터 고립시킨다. 플랫폼은 4개의 개별 및 독립적인 냉각 구조체에 의해 4개의 상이한 영역에서 상이한 방법으로 냉각된다.

따라서, 냉각 공기를 최소로 사용하면서 가스 터빈내의 회전 블레이드의 플랫폼 부분을 냉각시키기 위한 설계가 필요하다.

발명의요약

따라서, 본 발명의 주 목적은 냉각 공기를 최소로 사용하면서 가스 터빈내의 회전 블레이드의 플랫폼 부분을 냉각시키기 위한 설계를 제공하는 것이다.

요약해서 말하면, 이러한 목적 뿐만아니라 본 발명의 다른 목적은, i) 압축된 가스를 생성하기 위한 압축기 섹션과, ii) 상기 압축된 공기의 제 1 부분을 가열하여 고온의 압축된 가스를 생성하기 위한 연소 섹션과, iii) 상기 고온의 압축된 가스를 팽창시키기 위한 터빈 섹션으로서, 상기 터빈 섹션은 그 내에 배치된 로터를 가지며, 상기 로터는 이에 부착된 다수의 블레이드를 가지며, 상기 블레이드 각각은 에어포일부 및 루트 부분을 가지며, 상기 루트 부분은 플랫폼을 가지며, 상기 에어포일부는 상기 플랫폼으로부터 연장되며, 상기 플랫폼은 상기 고온의 압축된 가스에 노출된 제 1 표면과, 이 제 1 표면에 대향하여 배치된 제 2 표면을 가진, 상기 터빈 섹션과, iv) 상기 플랫폼의 상기 제 2 표면에 대하여 충돌하도록 냉각 유체를 지향시키기 위한 수단을 갖는 상기 블레이드 루트 플랫폼을 냉각시키기 위한 수단을 포함하는 가스 터빈에 의해 성취된다.

바람직한 실시예에 있어서, 블레이드 루트 플랫폼 냉각 수단은 제 2 표면으로부터 이격되어, 그 내에 형성된 다수의 냉각 공기 구멍을 갖는 부재를 포함하며, 압축된 공기의 제 2 부분은 상기 구멍을 통해 유동한다. 또한, 압축된 공기의 제 2 부분을 수집하기 위해 상기 부재와 제 2 표면 사이에는 공동부가 형성되어 있다. 에어포일은 볼록한 표면 및 오목한 표면을 가지며, 플랫폼의 제 1 부분은 오목한 에어포일 표면에 대향하여 배치되며, 플랫폼의 제 2 부분은 볼록한 표면에 대향하여 배치된다. 공동부는 플랫폼의 제 1 부분내에 배치된다. 이러한 실시예에서, 블레이드 루트 플랫폼 냉각 수단은 플랫폼의 제 1 부분을 통해 연장되는 제 1 통로와, 플랫폼의 제 2 부분을 통해 연장되는 제 2 통로를 더 포함하며, 공동부와 유체 연통하는 입구를 구비한다.

본 발명은 가스 터빈의 회전 블레이드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가스 터빈 블레이드의 플랫폼 부분을 냉각시키기 위한 설계에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈의 일부분을 따라 취한 부분적인 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 것으로 제 1 열 블레이드 근처의 터빈 섹션 일부분의 상세도,

도 3은 흐름 방향의 반대에서 본 것으로 도 2에 도시된 제 1 열 블레이드의 개략도,

도 4는 블레이드의 플랫폼 단면을 도시한 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도로서, 에어포일부는, 단면이 취해진 위치상에서만 실제로 연장될지만, 관찰자를 향하도록 도면에서는 에어포일이 가상선으로 도시된 도면,

도 5는 에어포일의 볼록측의 반대 플랫폼 부분을 도시하는 것으로, 도 4의 V-V 선을 따라 취한 단면도,

도 6은 에어포일의 오목측의 반대 플랫폼 부분을 도시하는 것으로, 도 4의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도,

도 7은 두 개의 인접한 블레이드를 도시하는 것으로, 도 4에 도시된 VII-VII 선을 따라 취한 단면도,

도 8은 플랫폼의 하부측을 도시하는 것으로, 도 6에 도시된 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도

도 9는 충돌 플레이트의 사시도,

도 10은 도 7에서 원(X)으로 표시된 부분의 상세도.

도면을 참조하면, 가스 터빈의 일부분의 단면도가 도 1에 도시되어 있다.가스 터빈의 주 부품으로는 압축기 섹션(1), 연소 섹션(2) 및 터빈 섹션(3)이 있다. 도시한 바와 같이, 로터(4)는 중심부에 배치되며 세 개의 섹션을 통해 연장된다. 압축기 섹션(1)은 교대로 배열된 고정 베인(12) 및 회전 블레이드(13)의 열을 둘러싸는 실린더(7, 8)로 구성된다. 고정 베인(12)은 실린더(8)에 고정되며, 회전 블레이드(13)는 로터(4)에 부착된 디스크에 고정된다.

연소기 섹션(2)은 실린더(8)의 후단부와 함께 챔버(14)를 형성하는 대략 원통형 쉘(9)과, 로터(4)의 일부분을 둘러싸는 하우징(22)으로 구성된다. 다수의 연소기(15) 및 덕트(16)는 챔버(14)내에 보유된다. 덕트(16)는 터빈 섹션(3)에 연소기(15)를 결합한다. 추출유 또는 천연 가스와 같은 액체 또는 가스 형태일 수도 있는 연료(35)가 연료 노즐(34)을 통해 각각의 연소기(15)에 유입되어 고온의 압축 가스(30)를 형성하도록 그 내에서 연소된다.

터빈 섹션(3)은 내부 실린더(11)를 둘러싸는 외부 실린더(10)로 구성된다. 내부 실린더(11)는 고정 베인(17)의 열과, 회전 블레이드(18)의 열을 둘러싼다. 고정 베인(17)은 내부 실린더(11)에 고정되고, 회전 블레이드(18)는 로터(4)의 터빈 섹션의 일부분을 형성하는 디스크에 고정된다.

작동시에, 압축기 섹션(1)은 주위 공기를 도입하여 이 공기를 압축한다. 압축기 섹션(1)으로부터 압축된 공기(20)는 챔버(14)로 유입된 후, 각각의 연소기(15)로 분배된다. 압축기(15)에서, 연료(35)는 압축된 공기와 혼합되어 연소되며, 이에 의해 고온의 압축된 가스(30)를 형성한다. 고온의 압축된 가스(30)는 덕트(16)와, 터빈 섹션(3)내의 고정 베인(17) 및 회전 블레이드(18)의 열을 통해 차례로 유동하며, 이때 가스는 팽창되어 로터(4)를 구동하는 힘이 발생된다. 다음에, 팽창된 가스(31)는 터빈(3)으로부터 배출된다.

압축기(1)로부터의 압축된 공기(20)의 일부분인 공기(19)는 쉘(9)에 결합된 파이프(39)에 의해 챔버(14)로부터 배기된다. 결과적으로, 압축된 공기(19)는 연소기(15)를 바이패스하고 로터(4)용 냉각 공기를 형성한다. 필요하다면, 냉각 공기(19)는 외부 냉각기(36)에 의해 냉각될 수 있다. 냉각기(36)로부터 냉각된 냉각 공기(70)는 파이프(41)에 의해 터빈 섹션(3)으로 지향된다. 파이프(41)는 냉각 공기(37)를 하우징(22)내에 형성된 개구부(37)로 지향하여, 냉각 공기가 로터(4)를 둘러싸는 냉각 공기 매니폴드(24)에 유입되게 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 터빈 섹션(3)에서, 연소 섹션(2)으로부터의 고온 압축된 가스(30)는 우선 제 1 스테이지 베인(17)의 에어포일부상으로 유동한다. 압축기(1)로부터 압축된 공기의 일부분(20＇)은 제 1 스테이지 베인 에어포일을 통해 유동하여 그것을 유동시킨다. 제 1 스테이지 베인 에어포일내의 다수의 구멍(도시하지 않음)은 냉각 공기(20＇)를 다수의 작은 스트림(45)으로 방출한 후, 고온 가스(30)내로 혼합되게 한다. 다음에, 냉각 공기(45) 및 고온 가스(30)의 혼합물은 블레이드(18)의 제 1 열의 에어포일부상으로 유동한다.

상술한 바와 같이, 제 1 스테이지 베인(17)으로부터의 냉각 공기의 스트림(45)의 반경방향으로 최내측부는 일 열의 블레이드 플랫폼(46)을 냉각하는 소정량의 막을 제공하는 것을 예상할 수 있으며, 이러한 냉각 수단은 경험상 불충분한 것으로 알려져 있다. 결과적으로, 본 발명은 플랫폼(46)을 더 냉각시키기 위한 설계에 관한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 로터 냉각 공기(70)는 하우징(22)내의 원주방향 슬롯(38)을 거쳐 공동부(24)를 빠져 나가고, 그 결과 공기(70)는 하우징(22)과 전형적으로 ＂공기 분리기(air separator)＂라고 지칭되는 로터(4)의 부분(26) 사이에 형성되는 환형 통로(65)에 유입된다. 환형 통로(65)로부터의 냉각 공기(70)의 대부분(40)은 구멍(63)을 거쳐 공기 분리기(26)에 들어가고, 결국 로터 디스크(20) 및 다양한 열의 블레이드로 유동하는 냉각 공기를 형성한다,

냉각 공기(70)의 소량 부분(32)은 많은 미로 시일(64)을 거쳐 통로(65)를 통해 하류로 유동한다. 통로(65)로부터의 냉각 공기(32)는 그 뒤 반경방향 외측으로 유동한다. 벌집형 시일(66)이 일 열의 블레이드(18)의 전방 연장 립과 하우징(22)사이에 형성된다. 시일(66)은 냉각 공기(32)가 고온 가스 유동 경로내로 직접 빠져 나가는 것을 방지한다. 대신에, 본 발명에 따르면, 냉각 공기(32)는 후술하는 바와 같이 각각 일 열의 블레이드(18)의 플랫폼(46)에 형성된 통로를 통해 유동하여 플랫폼을 냉각시키고, 과잉 온도로 인한 열화를 방지한다. 플랫폼 냉각 공기 통로로부터 배기된 후에, 사용된 냉각 공기(33)는 터빈 섹션(3)을 통해 팽창되는 고온 가스(30)에 유입된다.

도 3, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 각각의 열의 터빈 블레이드(18)는 에어포일부(42) 및 루트 부분(44)으로 구성된다. 에어포일부(42)는 선단 에지(56) 및 후단 에지(57)를 갖는다. 오목한 가압 표면(54) 및 볼록한 흡입 표면(55)은 에어포일(42)의 대향 측면상에서 선단 에지(56) 및 후단 에지(57) 사이에서 연장된다. 블레이드 루트(44)는 그 하부를 따라 연장되는 다수의 세레이션(59)를 갖고 있어서 루트 디스크(20)에 형성된 홈(47)내의 결합 세레이션과 결합하여, 도 7에 도시한 바와 같이 블레이드를 디스크에 고정한다.

플랫폼부(46)는 블레이드 루트(44)의 상부에 형성되어 있다. 에어포일(42)은 플랫폼(46)에 결합되어 있고, 플랫폼(46)으로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 반경방향으로 연장된 생크부(58)는 블레이드 루트(44)의 하부 세레이션부를 플랫폼(46)과 결합한다. 플랫폼(46)은 각기 반경방향으로 연장된 상류 및 하류면(60, 61)을 갖고 있다. 또한, 플랫폼(46)의 일부분(48)은 에어포일(42)의 오목한 표면(54)의 반대에 생크(58)를 현수시키도록 에어포일로부터 횡방향으로 연장된다. 현수 부분(48)은 측방향으로 연장된 에지(50)에서 종료한다. 플랫폼(46)의 다른 부분(49)은 에어포일(42)의 볼록한 표면(55)과 대향하여 생크(58)를 현수시키도록 에어포일로부터 가로로 연장된다. 현수 부분(48)은 측방향으로 연장되는 에지(51)에서 종료한다.

도 4, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 세 개의 공동부(96, 97, 98)는 플랫폼(46)의 현수 부분(48)에 형성되어 있다. 공동부(96, 97, 98)는 지지 리브(94, 95)에 의해 분리되어 있다. 각각의 리브(94, 95)에 구멍(75, 76)이 형성되어, 공동부(96, 97, 98)가 유체 연통한다.

도 4, 도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이, 냉각 공기 통로(70, 71)는 각기 플랫폼(46)의 현수 부분(48, 49)내에 형성되어 있다. 냉각 공기 구멍(70, 71)은 고온 가스(30)에 노출된 반경방향 외측을 향한 플랫폼의 표면이 바로 아래에 위치되며 상기 표면에 거의 평행하게 연장하는 종방향으로 연장된 부분을 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 공기 통로(70)는 공동부(96)에 형성된 입구(80)를 갖는다. 통로(70)는 입구(80)로부터 플랫폼(46)의 측방향 에지(50)를 향해 횡방향으로 연장된 후 90°로 구브러져, 도 4에서 L로 표시한 바와 같이 측방향 에지(50)의 바로 내측에서 플랫폼(46)의 길이의 대부분에 걸쳐 종방향으로 연장된다. 본원에서 사용한 용어 ＂종방향으로(longitudinally)＂는 플랫폼(46)의 측방향 에지(50, 51)에 거의 평행한 방향을 말한다. 결국, 통로(70)는 플랫폼(46)의 하류면(61)내에 출구(88)를 형성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 통로(70)는 플랫폼(46)의 길이의 적어도 90%에 걸쳐 연장된다.

제 2 냉각 공기 통로(71)는 도 5에 도시한 바와 같이 반경방향 외측을 향하는 표면(67)에 대향되게 배치된 플랫폼(46)의 반경방향 내측을 향하는 표면(68)내에 형성된 입구(81)를 갖고 있다. 통로(71)는 입구(81)로부터 플랫폼(46)의 반경방향 외측을 향하는 표면(67)을 향해 반경방향 외측으로 연장된 후 90°로 구브러져, 플랫폼(46)의 상류면(60)를 향해 종방향으로 연장된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 통로(71)는 플랫폼의 측방향 에지(51)를 향해 약 80°회전하고, 끝으로 90°회전하여 측방향 에지(50)의 바로 내측에서 플랫폼(46) 길이의 대부분에 걸쳐 종방향으로 연장된다. 결국, 통로(71)는 플랫폼(46)의 하류면(61)에 출구(89)를 형성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 통로(71)는 플랫폼(46)의 길이(L)의 적어도 90%에 걸쳐 연장된다.

측방향 에지(50, 51)에 대해 대각선으로 연장된 세 개의 냉각 공기 통로(72,73, 74)가 플랫폼(46)내에 또한 형성된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 통로(72, 73, 74)는 플랫폼(46)의 현수 부분(49)의 반경방향 내측으로 접한 표면(68)내에 각기 형성된 입구(82, 83, 84)를 각기 구비하고 있다. 통로(72, 73, 74)는 입구(82, 83, 84)로부터 플랫폼(46)의 반경방향 외측을 향한 표면(67)을 향해 반경방향 외측으로 연장된 후 약 90°로 회전하고, 도 4에 도시한 바와 같이 오목한 에어포일 표면(55)의 하류에서 플랫폼(46)의 일부분을 통해 대각선으로 연장한다. 통로(72, 73, 74)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 플랫폼(46)의 하류면(61)에서 각기 출구(90, 91, 92)를 형성한다.

바람직하게, 종방향으로 및 대각선으로 연장된 냉각 공기 통로(70 내지 74)의 부분은 플랫폼(46)의 반경방향 외측을 향한 표면(67) 아래로 1.3㎝(0.5인치)만큼 떨어져 위치되며, 보다 바람직하게는 약 0.7㎝(0.25인치) 이하만큼 떨어져 위치된다.

도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 대체로 장방형인 충돌 플레이트(99)는 플랫폼(46)의 현수 부분(48)의 하측에 부착되어 공동부(96 내지 98)를 커버한다. 바람직하게, 충돌 플레이트(99)는 공동부(96 내지 98)를 둘러싸는 반경방향 내측을 향한 표면(68)의 부분에 대하여 그 4개의 에지를 따라 지지되며, 용접에 의해 그에 부착된다. 또한, 리브(94, 95)는 원심력으로 인한 충돌 플레이트(99)의 과잉 편향을 방지하는 중간 지지체를 제공한다. 충돌 플레이트(99)는 그 표면에 걸쳐 분산된 다수의 작은 구멍(100)을 갖고 있다. 바람직하게, 공동부(96 내지 98)의 반경방향 깊이 대 구멍(100) 직경의 비율은 적어도 약 3:1 이다. 이에 의해플레이트(99)가 충돌 플레이트에 대향하는 공동부의 단부를 형성하는 표면(68)의 부분으로부터 반경방향으로 충분히 이격되어, 구멍(100)이 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이 표면(68)상에 충돌하는 냉각 공기(32＂)의 제트를 형성하게 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 공동부(96 내지 98)의 반경방향 깊이는 약 0.12㎝(0.45인치)이며, 구멍(100)의 직경은 약 0.4㎝(0.15인치)이다.

작동시, 로터(4)로부터의 냉각 공기(32)는 도 7에 도시한 바와 같이 각 쌍의 인접한 블레이드의 생크(58) 사이에 형성된 공간(101)에 유입된다. 공간(101)으로부터 냉각 공기(32)의 부분(32＇)은 도 5에 도시한 바와 같이 오목한 에어포일 표면(55)에 대향한 플랫폼(46)의 현수 부분(49)에 형성된 통로(71 내지 74)의 입구(81 내지 84)에 유입된다. 다음에, 냉각 공기(32＇)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 현수 부분(49)의 통로(71 내지 74)를 통해 플랫폼(46)의 하류면(61)에 형성된 출구(89, 90)로 유동하여, 플랫폼 일부분의 대류 냉각을 제공한다. 사용한 냉각 공기(33＇)는 상술한 바와 같이 터빈 섹션(3)을 통해 유동하는 고온 가스(30)와 혼합된다.

냉각 공기(32)의 다른 부분(32＂)은 오목한 에어포일 표면(54)에 대향한 플랫폼(46)의 현수 부분(48)상의 충돌 플레이트(99)의 구멍(100)을 통해 공간(101)으로부터 공동부(96 내지 98)로 유동한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 충돌 플레이트(99)는 냉각 공기(32＂)가 고속 제트를 형성하게 하며, 상기 고속 제트는 플랫폼(46)의 현수 부분(48)의 표면(68)상에 충돌하여 충돌 냉각을 제공한다. 냉각 공기의 제트가 표면(68)상에 충돌한 후에, 공동부(96 내지 98)는 냉각 공기(32＂)의 제트를 수집한다. 냉각 공기(32＂)는 지지 리브(94, 95)내의 구멍(75, 76)을 거쳐 공동부(96 내지 98)를 통해 통로(70)의 입구(80)로 유동한다. 입구(80)로부터 냉각 공기(32＂)는 플랫폼(46)의 현수 부분(48)내의 통로(70)를 통해 플랫폼 하류면(61)에 형성된 출구(88)로 유동하여 대류 냉각을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 냉각 공기(32＂)는 플랫폼(46)의 충돌 및 대류 냉각을 제공한다. 마지막으로, 사용한 냉각 공기(33＂)는 터빈 섹션(3)을 통해 유동하는 고온 가스(30)와 혼합된다.

알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각 설계는 증가된 냉각이 일 열의 베인(17)으로부터 배출된 냉각 공기(45)의 최내측 스트림의 유동비를 증가시킴으로써 막 냉각을 증가시키고자 하는 경우와 같이 많은 양의 냉각 공기를 사용함이 없이 블레이드 루트 플랫폼(46)의 활발한 냉각을 제공한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 기술 분야에 공지된 형태의 열적 불투과성 피복재(102)가 고온 가스(30)의 유동에 노출되는 플랫폼(46)의 반경방향 외측을 향한 표면(67)에 도포되어 플랫폼으로의 열전달을 저지할 수도 있다.

본 발명은 제 1 열의 블레이드를 기준으로 설명하였지만, 본 발명은 다른 블레이드 열에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 정신 또는 다른 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 실시할 수 있으며, 그에 따라 본 발명의 영역을 나타내는 상기 설명보다는 첨부된 특허청구범위만을 기준으로 한다.

Claims

가스 터빈에 있어서,

a) 압축된 공기(20)를 생성하기 위한 압축기 섹션(1)과,

b) 상기 압축된 공기의 제 1 부분을 가열하여 고온의 압축된 가스(30)를 생성하기 위한 연소 섹션(2)과,

c) 상기 고온의 압축된 가스를 팽창시키기 위한 터빈 섹션(3)으로서, 상기 터빈 섹션은 그 내에 배치된 로터(4)를 가지며, 상기 로터는 이에 부착된 다수의 블레이드(18)를 가지며, 상기 블레이드의 각각은 에어포일부(42) 및 루트 부분(44)을 가지며, 상기 루트 부분은 길이를 갖는 플랫폼을 가지며 상기 에어포일부는 상기 플랫폼으로부터 연장되며, 상기 플랫폼은 상류 및 하류면을 가지며, 또한 상기 고온의 압축된 가스에 노출된 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 대향하여 배치된 제 2 표면을 가지는, 상기 터빈 섹션을 포함하며;

d) 상기 블레이드는 상기 플랫폼의 제 2 표면에 대하여 충돌하도록 냉각 유체를 지향시키기 위한 수단을 구비하는 상기 블레이드 루트 플랫폼 냉각 수단을 포함하며, 상기 블레이드 루트 플랫폼 냉각 수단은 상기 제 2 표면으로부터 이격되고 이들 사이에 공동부(96 내지 98)을 형성하는 부재(99)를 포함하며, 상기 부재는 그 내에 형성된 다수의 냉각 유체 구멍(100)을 가지며, 상기 냉각 유체(32")는 상기 구멍을 통해 상기 공동부내로 유동하며, 통로(70)가 상기 플랫폼(길이)의 대부분에 걸쳐 연장되고, 상기 공동부와 유체 연통하는 입구(80)와, 상기 고온의 압축된 가스와 유체 연통하는 상기 하류면내에 형성된 출구를 가지며, 이에 의해 상기 통로는 상기 공동부로부터 상기 고온의 압축된 가스까지 상기 냉각 유체를 지향시키는 가스 터빈.
제 1 항에 있어서,

상기 부재는 플레이트(99)인 가스 터빈.
제 1 항에 있어서,

상기 에어포일(42)은 볼록한 표면(54) 및 오목한 표면(55)을 가지며, 상기 플랫폼(46)의 제 1 부분(48)은 상기 오목한 에어포일 표면에 대향하여 배치되며, 상기 공동부(96 내지 98)는 상기 플랫폼의 상기 제 1 부분내에 배치되는 가스 터빈.
제 3 항에 있어서,

상기 플랫폼(46)의 제 2 부분(49)은 상기 볼록한 표면(55)에 대향하여 배치되며, 상기 블레이드 루트 플랫폼 냉각 수단은 상기 플랫폼의 상기 제 2 부분을 통해 연장되는 제 1 통로(71)를 더 포함하는 가스 터빈.
제 4 항에 있어서,

상기 블레이드 루트 플랫폼 냉각 수단은 상기 플랫폼(46)의 제 1 부분(48)을 통해 연장되고 상기 공동부(96 내지 98)와 유체 연통하는 입구(80)를 갖는 제 2 통로(70)를 포함하는 가스 터빈.
제 5 항에 있어서,

상기 블레이드 루트(44)는 상기 플랫폼(46)에 결합된 반경방향으로 연장된 생크부(58)를 가지며, 상기 플랫폼의 제 1 부분(48) 및 제 2 부분(49)은 상기 생크부를 지나 횡방향으로 연장되는 가스 터빈.
제 1 항에 있어서,

상기 블레이드 루트 냉각 수단은 상기 플랫폼(46)은 통해 대각선으로 연장되는 제 1 냉각 유체 통로(72)를 더 포함하는 가스 터빈.
제 7 항에 있어서,

상기 블레이드 루트 냉각 수단은 상기 플랫폼(46)을 통해 종방향으로 연장되는 제 2 냉각 유체 통로(70)를 더 포함하는 가스 터빈.