KR102732086B1 - 블레이드 팁 이젝터를 갖는 터빈 블레이드 - Google Patents

Abstract

가스 터빈 엔진용 터빈 블레이드가 제공된다. 터빈 블레이드는 팁 공동을 갖는 에어포일을 포함한다. 팁 공동은 벽으로 둘러싸인 바닥을 가진다. 터빈 블레이드의 트레일링 엣지에 근접한 벽에 포켓 개구가 형성된다. 통로는 내부 냉각 회로로부터 부분적으로는 바닥을 통해 그리고 부분적으로는 트레일링 엣지를 통해 형성된 냉각 구멍까지 냉각 매체를 전달한다.

Description

블레이드 팁 이젝터를 갖는 터빈 블레이드{TURBINE BLADE WITH BLADE TIP EJECTOR}

본 발명은 개괄적으로 가스 터빈 엔진용 터빈 블레이드에 관한 것이다.

발전 또는 추진을 위하여 사용되는 것과 같은 가스 터빈 엔진은 적어도 압축기 섹션, 연소기 섹션 및 터빈 섹션을 포함한다. 터빈 섹션은 하나 이상의 로터 디스크의 외주면으로부터 외측으로 연장되고 그 둘레에 반경 방향으로 이격된 복수의 블레이드를 포함한다. 고온 압축 가스가 연소기 섹션으로부터 터빈 섹션으로 통과되어 복수의 블레이드에 힘을 인가하는 것에 의해 로터 디스크를 구동시킨다.

따라서, 터빈 블레이드는 비효율 및 부분 열화를 일으키는 기계적/열 응력을 받는다. 터빈 블레이드에 대한 열 응력을 감소시켜 터빈 블레이드가 동작 환경에 더 잘 견디게 하는 것이 진행 중인 목표이다. 열 응력을 감소시키기 위한 하나의 방법은 터빈 블레이드를 냉각시키는 것이다. 터빈 블레이드를 냉각시키기 위한 하나의 방법은 공기와 같은 냉각 매체를 에어포일 내의 내부 냉각 회로를 통과시키는 것이다. 냉각 매체는 에어포일의 내부 회로를 통과하면서 대류를 통해 내부 회로 내에 노출된 표면을 냉각시킨다.

터빈 블레이드의 일부 부분은 매우 얇으며 내부 냉각 회로만으로는 효과적으로 냉각될 수 없다. 예를 들어, 에어포일의 트레일링 엣지에 근접한 터빈 블레이드의 부분은 내부 냉각 회로를 형성하기에는 너무 얇기 때문에 냉각 매체가 효과적으로 통과할 수 없다. 터빈 블레이드의 다른 부분도 터빈 블레이드와 로터 디스크의 움직임과 이에 따른 냉각 매체의 운동량 때문에 냉각하기가 어렵다. 예를 들어, 트레일링 엣지에 인접한 터빈 블레이드의 블레이드 팁 내로 배출되는 냉각 매체는 블레이드 팁의 양쪽 측벽을 냉각시키기 위해 블레이드 팁의 표면에 남아 있기보다는 블레이드 팁의 측벽 위로 유출되는 경향이 있다. 따라서, 이들 단점에 기인하여, 냉각이 어려운 이들 및 다른 터빈 블레이드의 부분에 대한 열 부하를 추가로 또는 더 효율적으로 감소시키도록 터빈 블레이드에 냉각 능력을 추가하는 것이 바람직할 것이다.

한국등록특허 제2290386호 (2021.08.10.)

본 요약은 본 개시 내용의 상세한 설명 섹션에서 아래에 추가로 설명되는 단순화된 형태의 다양한 개념을 도입하도록 의도된다. 본 요약은 청구된 주제의 핵심 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 단독으로 도움을 주기 위한 것도 아니다.

간략하고 높은 수준으로, 본 개시 내용은 블레이드 팁에 독특한 팁 공동을 갖는 에어포일을 구비한 터빈 블레이드를 기술한다. 팁 공동은 터빈 레이드가 로터 디스크에 결합될 때 에어포일의 반경방향 말단부에 위치된다. 또한, 팁 공동은 실질적으로 바닥을 둘러싸는 벽에 의해 정의된다. 트레일링 엣지에서 팁 공동의 벽에 포켓 개구가 형성된다. 또한, 냉각 구멍이 부분적으로는 팁 공동의 바닥을 관통하고 부분적으로는 에어포일의 트레일링 엣지를 통해 위치된다. 냉각 구멍은 통로를 통해 에어포일의 내부 냉각 회로와 연통한다. 냉각 매체는 통로를 통해 내부 냉각 회로로부터 냉각 구멍 외부로 그리고 포켓 개구를 통해 배출된다. 이러한 방식으로 냉각 매체를 배출하면 냉각 매체가 냉각 구멍으로부터 포켓 개구 밖으로 이동할 때 대류를 통해 냉각하기 어려운 것으로 악명 높은 에어포일의 부분인 에어포일의 모서리 끝단에 대한 냉각이 증가된다. 또한, 냉각 구멍으로부터 냉각 매체를 고속으로 배출하는 것은 (예를 들어, 차압을 생성함으로써) 팁 공동에 존재하는 냉각 매체를 포켓 개구를 측으로 그리고 이를 통해 끌어당긴다. 포켓 개구를 향해 그리고 이를 통해 냉각 매체를 끌어당기는 것은 팁 공동의 벽 뿐만 아니라 에어포일의 모서리 끝단을 추가로 냉각시켜 팁 공동의 벽 위로의 냉각 매체의 누출을 감소시킨다. 따라서, 이 독특한 팁 공동은 냉각이 어려운 부분에 대한 열 부하를 더 효과적으로 감소시켜 블레이드 팁에서의 공지된 핫스팟(hot spot)을 줄이거나 제거한다.

본 명세서에 개시된 실시예는 압축기 컴포넌트 에어포일 설계에 관한 것으로, 개시된 주제의 비한정적인 예를 예시하는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명되며, 여기서:
도 1은 본 개시 내용의 양태에 따른 가스 터빈 엔진의 개략도를 예시하며;
도 2는 본 개시 내용의 양태에 따른 터빈 블레이드의 사시도를 예시하며;
도 3은 본 개시 내용의 양태에 따른 터빈 블레이드의 일부의 사시도를 예시하며;
도 4는 본 개시 내용의 양태에 따른, 트레일링 엣지에 근접한 블레이드 팁의 일부를 예시하며;
도 5는 5-5 절단 라인을 따라 본 개시 내용의 양태에 따른 도 4의 블레이드 팁의 단면을 예시하며;
도 6은 본 개시 내용의 양태에 따른 팁 공동을 갖는 터빈 블레이드를 제조하는 방법을 예시한다.

본 개시 내용의 주제는 법적 요건을 충족시키기 위해 본 명세서에서 설명된다. 그러나, 이러한 설명은 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 오히려, 청구된 주제는 본 개시 내용에서 설명되는 것과 유사하게 그리고 다른 현재 또는 미래의 기술과 함께, 상이한 단계, 단계의 조합, 특징 및/또는 특징의 조합을 포함하도록 다른 방식으로 구체화될 수 있다.

간략하고 높은 수준으로, 본 개시 내용은 블레이드 팁에 독특한 팁 공동을 갖는 에어포일을 구비한 터빈 블레이드를 기술한다. 팁 공동은 터빈 레이드가 로터 디스크에 결합될 때 에어포일의 반경방향 말단부에 위치된다. 또한, 팁 공동은 실질적으로 바닥을 둘러싸는 벽에 의해 정의된다. 트레일링 엣지에서 팁 공동의 벽에 포켓 개구가 형성된다. 또한, 냉각 구멍이 부분적으로는 팁 공동의 바닥을 관통하고 부분적으로는 에어포일의 트레일링 엣지를 통해 위치된다. 냉각 구멍은 통로를 통해 에어포일의 내부 냉각 회로와 연통한다. 냉각 매체는 통로를 통해 내부 냉각 회로로부터 냉각 구멍 외부로 그리고 포켓 개구를 통해 배출된다. 이러한 방식으로 냉각 매체를 배출하면 냉각 매체가 냉각 구멍으로부터 포켓 개구 밖으로 이동할 때 대류를 통해 냉각하기 어려운 것으로 악명 높은 에어포일의 부분인 에어포일의 모서리 끝단에 대한 냉각이 증가된다. 또한, 냉각 구멍으로부터 냉각 매체를 고속으로 배출하는 것은 (예를 들어, 차압을 생성함으로써) 팁 공동에 존재하는 냉각 매체를 포켓 개구를 측으로 그리고 이를 통해 끌어당긴다. 포켓 개구를 향해 그리고 이를 통해 냉각 매체를 끌어당기는 것은 팁 공동의 벽 뿐만 아니라 에어포일의 모서리 끝단을 추가로 냉각시켜 팁 공동의 벽 위로의 냉각 매체의 누출을 감소시킨다. 따라서, 이 독특한 팁 공동은 냉각이 어려운 부분에 대한 열 부하를 더 효과적으로 감소시켜 블레이드 팁에서의 공지된 핫스팟(hot spot)을 줄이거나 제거한다.

이제 도 1을 참조하면, 가스 터빈 엔진(10)의 양태가 도시되어 있다. 가스 터빈 엔진(10)의 특정 컴포넌트가 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 가스 터빈 엔진(10)은 전형적으로 적어도 압축기 섹션(12)(도식적으로 표시됨), 연소기 섹션(14)(도식적으로 표시됨) 및 터빈 섹션(16)을 구비한다. 압축기 섹션(12)에서는 공기가 압축되어 연소기 섹션(14)으로 통과된다. 연소기 섹션(14)에서는 압축된 공기가 연료와 혼합된 후 점화되어 고온의 압축된 가스를 생성한다. 이 고온 가스는 터빈 섹션(16)의 고온 가스 유동 경로(화살표(60)로 표시됨)를 통해 유동하고 터빈 섹션(16)을 통해 팽창하며, 거기에서 에너지가 추출된다. 터빈 섹션(16)은 다수의 터빈 스테이지를 포함하며, 각각의 터빈 스테이지는 복수의 터빈 노즐(18) 및 복수의 터빈 블레이드(20)를 구비한다. 도 1에 도시된 터빈 섹션(16)은 3개의 터빈 스테이지를 포함하지만, 다른 양태는 더 많거나 더 적은 수의 스테이지를 포함할 수 있다. 터빈 섹션(16)의 제1 스테이지는 연소기 섹션(14)에 바로 후속하고, 터빈 섹션(16)을 통과하는 고온 가스의 최고 온도에 노출된다.

도 2를 참조하면, 터빈 블레이드(20A)가 도시되어 있다. 터빈 블레이드(20A)는 로터 디스크에 결합되도록 구성된 루트 부분(22)을 포함한다. 루트 부분(22)은 반경방향 근위 단부(로터 디스크에 결합될 때 로터 디스크에 대해)로부터 플랫폼(24)까지 연장된다. 여러 양태에서, 루트 부분(22)은 도브테일 및 생크부(shank)를 가진다. 예를 들어, 터빈 블레이드(20A)가 로터 디스크에 결합될 때, 도브테일은 로터 디스크의 슬롯 내에 수용될 수 있다. 여러 양태에서, 생크부는 도브테일의 상부로부터 플랫폼(24)까지 말단으로 연장될 수 있다. 플랫폼(24)으로부터 멀리 말단으로 연장되는 것은 에어포일(36)이다.

에어포일(36)은 압력 측벽(66) 및 흡입 측벽(64)을 포함한다. 압력 측벽(66) 및 흡입 측벽(64) 각각은 리딩 엣지(58)로부터 트레일링 엣지(62)까지 연장된다. 압력 측벽(66) 및 흡입 측벽(64)은 리딩 엣지(58)와 트레일링 엣지(62)에서 서로 결합된다. 일부 양태에서, 압력 측벽(66)과 흡입 측벽(64)은 서로 일체형이다. 에어포일(36)은 대체로 플랫폼(24)으로부터 터빈 블레이드(20A)의 말단부(로터 디스크에 결합될 때 로터 디스크에 대해)에 위치된 블레이드 팁(38)까지 연장된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 블레이드 팁(38)은 블레이드 팁(38) 아래로 오목한 바닥(82)과 바닥(82)을 둘러싸는 벽(83)을 가지는 팁 공동(100)을 포함한다. 일부 양태에서, 바닥(82)은 리딩 엣지(58)로부터 트레일링 엣지(62)까지 일정 깊이로 오목화될 수 있다. 다른 양태에서, 벽(83)은 압력 측벽(66), 흡입 측벽(64), 또는 양자 모두에 합체될 수 있다. 팁 공동(100)의 바닥(82)에는 하나 이상의 냉각 구멍이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 냉각 구멍(84) 및 냉각 구멍(86)이 바닥(82)에 형성된다. 냉각 구멍(86)은 바닥(82)과 내부 냉각 회로(도 5에서 가장 잘 볼 수 있음) 사이에 위치된 확산 영역(87)을 가질 수 있다. 다른 양태에서, 더 많은 냉각 구멍 또는 더 적은 냉각 구멍이 팁 공동(100)에 존재할 수 있다. 다른 양태에서, 에어포일(36)로부터 이물질을 배출하기 위해 팁 공동(100)의 바닥(82)에 먼지 구멍(85)도 형성될 수 있다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 벽(83)에 포켓 개구(110)(예를 들어, 간극)가 존재한다. 포켓 개구(110)는 트레일링 엣지(62)에 위치된다. 따라서, 팁 공동(100)에 존재하는 냉각 매체는 벽(83) 위로 흘리지 않고 포켓 개구(110)를 통해 팁 공동(100)을 빠져나갈 수 있다.

에어포일(36)에는 다수의 추가 냉각 구멍이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 구멍(68)은 리딩 엣지(58)에 인접하고 블레이드 팁(38)에 인접하게 형성될 수 있다. 또한, 냉각 구멍(105)은 트레일링 엣지(62)를 따라 에어포일(36)에 형성될 수 있다.

터빈 블레이드(20A)에는 내부 냉각 회로를 통해 냉각 매체가 공급될 수 있다. 냉각 매체는 압축 공기를 포함할 수 있다. 냉각 매체는 터빈 블레이드(20A)의 루트 부분(22)에서 내부 냉각 회로로 유입될 수 있다. 그러면, 냉각 회로는 터빈 블레이드(20A) 전체에 걸쳐 냉각 매체를 전달할 수 있다. 예를 들어, 냉각 회로는 루트 부분(22), 플랫폼(24), 및 에어포일(36)을 통해 연장될 수 있다. 궁극적으로, 냉각 회로는 냉각 매체를 본 명세서에서 식별되는 냉각 구멍에 전달한다. 냉각 회로는 단일 경로, 복수의 경로, 내부 공동, 또는 임의의 다른 유형의 챔버를 포함할 수 있다. 여기에서 식별되는 냉각 구멍은 그 사이에서 연장되는 통로를 통해 냉각 회로와 연통할 수 있다. 통로는 주조 공정, 주조 후 기계 가공 공정, 또는 임의의 다른 제조 공정 중에 형성될 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 터빈 블레이드(20A)의 단면도가 예시된다. 설명의 편의를 위해 일부 특징부는 생략되었다. 냉각 구멍(200)이 바닥(82)과 트레일링 엣지(62)의 교차점 근처에 존재한다. 일부 양태에서, 냉각 구멍(200)의 일부는 바닥(82)에 형성되고 냉각 구멍(200)의 제2 부분은 트레일링 엣지(62)에 형성된다. 냉각 구멍(200)은 통로(210)를 통해 내부 냉각 회로와 연통한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 통로(210)가 에어포일(36)의 내부 부분으로부터(예를 들어, 내부 냉각 회로로부터) 냉각 구멍(200)을 향하여 연장됨에 따라, 통로는 반경방향 외측(즉, 블레이드 팁(38)을 향하여) 및 하류(즉, 트레일링 엣지(62) 측) 모두로 연장된다. 다시 말해, 통로(210)는 내부 냉각 회로로부터 에어포일(36)의 코너까지 상향 각도를 이룬다. 일부 양태에서, 통로(210)는 길이를 따라 일정한 단면적을 가지므로 냉각 매체는 통로를 통해 일정한 통과 속도로 전달된다. 더 구체적으로, 이러한 양태에서 냉각 구멍(200)에 근접한 통로(210)의 후방 단부에는 디퓨저가 존재하지 않는다.

터빈 블레이드(20A)는 연소기 섹션(도 1)으로부터의 고온 및 고압 가스에 기인한 열 응력을 받기 때문에, 가능한 한 많이 그리고 가능한 한 효율적으로 에어포일을 냉각시키는 것이 바람직하다. 과거에는 트레일링 엣지(62)에 근접한 블레이드 팁(38) 부분을 냉각하는 것이 특히 어려웠다. 예를 들어, 터빈 블레이드(20A)의 이 부분의 형상은 매우 작고 내부 냉각 공동을 통해 냉각하는 것이 불가능하지는 않더라도 냉각이 어렵다. 또한, 팁 공동(100)에 공급된 냉각 매체는 리딩 엣지(58)로부터 트레일링 엣지(62)까지 팁 공동(100) 내에 잔류하지 않을 것이다. 오히려, 냉각 매체는 터빈 블레이드(20A)의 회전에 따라 팁 공동(100)의 벽(83) 위로 흘러넘칠 것이다.

냉각 구멍(200)과 통로(210)는 이들 2가지 문제를 모두 해결한다. 먼저, 통로(210)를 통해 전달되는 냉각 매체는 대류를 통해 통로(210)를 둘러싸는 에어포일(36)의 구조체를 직접 냉각시킨다. 둘째, 팁 공동(100)의 바닥(82)과 트레일링 엣지(62)의 교차점에 근접한 냉각 구멍(200)으로부터 냉각 매체를 배출하는 것은 팁 공동(100)에 존재하는 냉각 매체가 포켓 개구(110)에 도달하기 전에 벽(83)을 넘어 흘러내리지 않고 팁 공동(100)에 머물도록 유도한다. 이 유도는 포켓 개구(110)에 차압을 생성함으로써 발생한다. 냉각 구멍(200)으로부터 배출되는 냉각 매체는 팁 공동(100)에 존재하는 냉각 매체보다 더 높은 속도로 이동하므로, 팁 공동 내의 냉각 매체는 냉각 구멍(200) 및 포켓 개구(100)에 근접한 더 낮은 압력 영역 측으로 흡인된다.

이제 도 6을 참조하면, 흐름도(600)는 터빈 블레이드를 제조하는 방법을 포함한다. 여러 양태에서, 방법은 종래의 알루미나 또는 실리카-계 세라믹 코어를 둘러싸는 것으로 왁스로 터빈 블레이드의 에어포일을 성형하는 단계를 포함한다. 일부 양태에서, 방법은 지향성 응고 또는 단결정 제조 방법을 포함한다. 602에서, 방법은 코어 및 몰드를 형성하는 단계를 포함한다. 여러 실시예에서, 적용될 수 있는 주조 공정은 인베스트먼트(investment) 주조 공정(또는 로스트-왁스(lost-wax) 공정)을 포함한다. 몰드는 왁스 또는 유사한 임시 재료를 포함할 수 있다.

터빈 블레이드의 몰드는 압력 측벽 및 흡입 측벽을 갖는 에어포일을 포함한다. 압력 측벽은 리딩 엣지와 트레일링 엣지에서 흡입 측벽에 결합된다. 또한, 몰드는 에어포일의 말단부에 팁 공동을 포함한다. 다른 양태에서, 팁 공동은 터빈 블레이드를 주조한 후에 터빈 블레이드 내로 기계가공된다. 또 다른 양태에서, 팁 공동은 터빈 블레이드를 주조한 후 에어포일의 말단부에 부착될 수 있다. 또한, 일부 양태에서 몰드의 팁 공동은 말단부로부터 오목한 바닥을 둘러싸는 벽을 포함한다. 팁 공동의 벽은 에어포일의 트레일링 엣지에 포캣 개구를 포함한다. 여러 양태에서, 포켓 개구는 터빈 블레이드를 주조한 후에 블레이드 내로 기계가공된다.

604에서, 코어가 몰드에 삽입된다. 코어는 세라믹 재료를 포함하고 다공성 구조를 갖는다. 여러 양태에서, 코어는 입자와 결합제 형태의 내화 혼합물을 포함한다. 코어는 터빈 블레이드의 내부 구조를 정의하며, 내부 구조는 냉각 매체 입구와 연통하도록 구성된 내부 냉각 회로를 포함한다. 여러 양태에서, 팁 공동과 트레일링 엣지의 교차점까지 연장되는 통로가 코어를 통해 형성되며, 여기서 통로는 흡입 측벽과 압력 측벽 사이의 블레이드의 중공 부분으로부터 냉각 구멍까지 연장된다. 다른 양태에서, 이 통로는 터빈 블레이드를 주조한 후에 터빈 블레이드 내로 기계가공된다.

606에서, 방법은 쉘을 형성하기 위해 내열 재료로 왁스 블레이드를 코팅하는 단계를 포함한다. 내열 재료는 실리케이트를 포함할 수 있다. 여러 양태에서, 몰드는 쉘 몰드를 얻고 몰드의 왁스를 제거한 후에 세라믹 입자의 현탁액에 의해 형성된 주조 세라믹 덩어리에 반복적으로 담겨진다. 또한, 608에서, 터빈 블레이드는 코어 주위에 터빈 블레이드를 주조함으로써 얻어진다. 셸 몰드는 용융 금속으로 채워지고 용융 금속은 몰드의 쉘의 흡입 측벽 및 압력 측벽과 코어 사이의 중공 공간 내로 침투한다. 일부 양태에 따르면, 용융 금속은 니켈계 초합금, 크롬, 코발트, 및 레늄 중 일종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 610에서, 예를 들어 알칼리성 물질에 대한 노출에 의해 코어가 용해된다. 일부 양태에서, 코어는 퍼니스(furnace) 내의 고온을 통해 제거된다.

612에서, 방법은 터빈 블레이드를 기계가공하는 단계를 포함한다. 일부 양태에서, 방법은 몰드 및 용융 금속을 통해 팁 공동을 주조하는 대신에 터빈 블레이드 내로 팁 공동을 천공하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 하나 이상의 냉각 구멍이 터빈 블레이드 내로 기계가공될 수 있다.

소정 특징부들 및 하위 조합들은 유용하며 다른 특징부들 또는 하위 조합들을 참조하지 않고 채용될 수 있음이 이해될 것이다. 이것은 청구범위에 의해 고려되고 청구범위 내에 있다. 설명된 기술은 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 여기에 설명되거나 첨부 도면에 예시된 모든 사항은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 한다는 것을 이해해야 한다.

본 발명은 모든 측면에서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된 특정 실시예와 관련하여 설명되었다. 전술한 내용으로부터, 본 발명은 터빈 블레이드에 명백하고 고유한 다른 장점과 함께 전술한 모든 목표 및 목적을 달성하기에 매우 적합하다는 것을 알 수 있을 것이다. 소정 특징부들 및 하위 조합들은 유용하며 다른 특징부들 및 하위 조합들을 참조하지 않고 채용될 수 있음을 이해할 것이다. 이것은 청구범위에 의해 고려되고 청구범위 내에 있다.

본 개시 내용의 일부 양태는 도면에 제공된 예와 관련하여 설명되었다. 이제, 출원 시점에 본 출원의 하나 이상의 청구범위 또는 실시예에 포함된 관련 주제, 또는 하나 이상의 관련 응용일 수 있는 본 개시 내용의 추가의 양태가 설명될 것이지만, 청구범위 또는 실시예는 아래의 본 설명의 부분에 설명된 주제에만 제한되는 것은 아니다. 이러한 추가적인 양태는 도면에 의해 예시된 특징부, 도면에 의해 예시되지 않은 특징부 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 양태를 기술할 때, 예시를 위해 도면에 의해 예시된 요소를 참조할 수 있다.

본 명세서에서 그리고 이하에 열거된 청구범위와 관련하여 사용된 바와 같이, "실시예 중 임의의 것"이라는 표현 또는 해당 표현의 유사한 변형은 청구범위/실시예의 특징이 임의의 조합으로 결합될 수 있는 것으로 해석되도록 의도된다. 예를 들어, 예시적인 실시예 4는 실시예 1 내지 실시예 3 중 임의의 실시예의 방법/장치를 나타낼 수 있으며, 이는 실시예 1 및 실시예 4의 특징들이 결합될 수 있고, 실시예 2 및 실시예 4의 요소들이 결합될 수 있고, 실시예 3 및 4의 요소가 결합될 수 있고, 실시예 1, 2 및 4의 요소가 결합될 수 있고, 실시예 2, 3 및 4의 요소가 결합될 수 있고, 실시예 1, 2, 3 및 4의 요소가 결합될 수 있고, 및/또는 기타 변형이 있을 수 있는 것으로 해석되도록 의도된다..

다음 실시예들은 본 명세서에서 고려되는 양태들이다.

실시예 1. 터빈 블레이드로서: 리딩 엣지로부터 트레일링 엣지까지 연장되는 압력 측벽; 상기 리딩 엣지로부터 상기 트레일링 엣지까지 연장되고 상기 리딩 엣지와 상기 트레일링 엣지에서 상기 압력 측벽에 결합되는 흡입 측벽 - 상기 압력 측벽 및 흡입 측벽은 에어포일을 정의함 -; 상기 압력 측벽과 상기 흡입 측벽 사이의 내부 냉각 회로; 상기 에어포일의 반경방향 말단부에서 블레이드 팁에 형성된 팁 공동 - 상기 팁 공동은 바닥을 둘러싸는 벽에 의해 정의됨 -; 상기 트레일링 엣지에서 상기 팁 공동의 상기 벽에 형성된 포켓 개구; 부분적으로 상기 팁 공동의 상기 바닥을 통해 그리고 부분적으로 상기 트레일링 엣지를 통해 형성되는 냉각 구멍; 및 상기 포켓 개구에서 냉각 매체를 배출하도록 상기 내부 냉각 회로로부터 상기 냉각 구멍까지 연장되는 통로를 포함하는, 터빈 블레이드.

실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 압력 측벽과 상기 흡입 측벽은 서로 일체인, 터빈 블레이드.

실시예 3. 실시예 1 또는 2에 있어서, 상기 팁 공동을 정의하는 상기 벽은 상기 압력 측벽 및 상기 흡입 측벽에 합체되는, 터빈 블레이드.

실시예 4. 실시예 1 내지 3 중 어느 실시예에 있어서, 반경방향 근위 단부로부터 플랫폼까지 연장되는 루트 부분을 더 포함하고, 상기 에어포일은 상기 플랫폼으로부터 말단으로 연장되고, 상기 내부 냉각 회로는 상기 루트 부분, 상기 플랫폼 및 상기 에어포일을 통해 상기 터빈 블레이드 내에서 연장되는 복수의 냉각 챔버를 포함하는, 터빈 블레이드.

실시예 5. 실시예 1 내지 4 중 어느 실시예에 있어서, 상기 팁 공동의 상기 바닥에 형성되고 상기 내부 냉각 회로와 연통하는 팁 공동 냉각 구멍을 더 포함하는, 터빈 블레이드.

실시예 6. 실시예 1 내지 5 중 어느 실시예에 있어서, 상기 내부 냉각 회로와 상기 팁 공동 냉각 구멍 사이에 확산 영역이 존재하는, 터빈 블레이드.

실시예 7. 실시예 1 내지 6 중 어느 실시예에 있어서, 상기 팁 공동 냉각 구멍은 상기 트레일링 엣지보다 상기 리딩 엣지에 더 가까운, 터빈 블레이드.

실시예 8. 실시예 1 내지 7 중 어느 실시예에 있어서, 상기 통로는 확산 영역을 포함하지 않는, 터빈 블레이드.

실시예 9. 실시예 1 내지 8 중 어느 실시예에 있어서, 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지를 따라 반경방향으로 정렬된 복수의 냉각 구멍을 더 포함하고, 상기 복수의 냉각 구멍 각각은 상기 내부 냉각 회로와 연통하는, 터빈 블레이드.

실시예 10. 실시예 1 내지 9 중 어느 실시예에 있어서, 상기 통로는 상기 내부 냉각 회로로부터 상기 냉각 구멍까지 소정 각도로 연장되는, 터빈 블레이드.

실시예 11. 실시예 1 내지 10 중 어느 실시예에 있어서, 상기 팁 공동의 상기 바닥은 상기 리딩 엣지로부터 상기 트레일링 엣지지 상기 벽의 말단부로부터 일정한 깊이로 오목화된, 터빈 블레이드.

실시예 12. 실시예 1 내지 11 중 어느 실시예에 있어서, 상기 팁 공동의 상기 바닥에 형성된 먼지 구멍을 더 포함하는, 터빈 블레이드.

실시예 13. 터빈 블레이드를 제조하는 방법으로서: 상기 터빈 블레이드의 내부 구조를 정의하는 코어 주위에 상기 터빈 블레이드를 주조하는 단계를 포함하고, 상기 내부 구조는 냉각 매체 입구와 연통하는 내부 냉각 회로를 포함하고, 상기 터빈 블레이드는: 리딩 엣지, 트레일링 엣지, 압력 측벽 및 흡입 측벽을 갖는 에어포일 - 각각의 측벽은 상기 코어의 양측면 둘레에서 상기 리딩 엣지로부터 상기 트레일링 엣지까지 연장됨 -; 및 상기 에어포일의 말단부에 있는 팁 공동 - 상기 팁 공동은 상기 말단부로부터 오목한 바닥을 둘러싸는 벽을 포함하고, 상기 벽은 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지에 포켓 개구를 포함함 - 을 포함하고, 상기 에어포일의 트레일링 엣지와 상기 팁 공동의 상기 바닥의 교차점에서 상기 내부 냉각 회로로부터 냉각 구멍까지 통로가 연장되는, 방법.

실시예 14. 실시예 13에 있어서, 상기 터빈 블레이드는 상기 통로를 정의하는 상기 코어의 일부 주위에 주조되는, 방법.

실시예 15. 실시예 13 내지 14 중 어느 실시예에 있어서, 상기 냉각 구멍은 부분적으로 상기 팁 공동의 상기 바닥을 통해 그리고 부분적으로 상기 포켓 개구에서 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지를 통해 형성되는, 방법.

실시예 16. 실시예 13 내지 실시예 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 통로는 코어의 제거 후 기계가공 공정에 의해 에어포일에 형성되는 방법.

실시예 17. 실시예 13 내지 실시예 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 냉각 구멍은 부분적으로 팁 공동의 바닥을 관통하고 부분적으로는 상기 포켓 개구에서 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지를 통해 형성되는, 방법.

실시예 18. 실시예 13 내지 17 중 어느 실시예에 있어서, 상기 주조된 터빈 블레이드로부터 상기 코어를 제거하는 단계; 및 상기 코어가 제거된 후 상기 터빈 블레이드 내에 복수의 냉각 구멍을 기계 가공하는 단계를 포함하는, 방법.

실시예 19. 전술한 실시예 1-18 중 임의의 조합의 임의의 실시예.

본 개시 내용의 주제는 모든 면에서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된 특정 실시예와 관련하여 설명되었다. 대안적인 실시예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 주제가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 도시되지 않은 요소의 사용뿐만 아니라 요소들의 상이한 조합도 또한 가능하며 고려된다.

Claims (18)

1. 리딩 엣지로부터 트레일링 엣지까지 연장되는 압력 측벽;
   상기 리딩 엣지로부터 상기 트레일링 엣지까지 연장되고 상기 리딩 엣지와 상기 트레일링 엣지에서 상기 압력 측벽에 결합되는 흡입 측벽 - 상기 압력 측벽 및 흡입 측벽은 에어포일을 정의함 -;
   상기 압력 측벽과 상기 흡입 측벽 사이의 내부 냉각 회로;
   상기 에어포일의 반경방향 말단부에서 블레이드 팁에 형성된 팁 공동 - 상기 팁 공동은 바닥을 둘러싸는 벽에 의해 정의됨 -;
   상기 트레일링 엣지에서 상기 팁 공동의 상기 벽에 형성된 포켓 개구;
   부분적으로 상기 팁 공동의 상기 바닥을 통해 그리고 부분적으로 상기 트레일링 엣지를 통해 형성되는 냉각 구멍; 및
   상기 포켓 개구에서 냉각 매체를 배출하도록 상기 내부 냉각 회로로부터 상기 냉각 구멍까지 연장되는 통로
   를 포함하는, 터빈 블레이드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력 측벽과 상기 흡입 측벽은 서로 일체인, 터빈 블레이드.
3. 제2항에 있어서,
   상기 팁 공동을 정의하는 상기 벽은 상기 압력 측벽 및 상기 흡입 측벽에 합체되는, 터빈 블레이드.
4. 제1항에 있어서,
   반경방향 근위 단부로부터 플랫폼까지 연장되는 루트 부분을 더 포함하고, 상기 에어포일은 상기 플랫폼으로부터 말단으로 연장되고, 상기 내부 냉각 회로는 상기 루트 부분, 상기 플랫폼 및 상기 에어포일을 통해 상기 터빈 블레이드 내에서 연장되는 복수의 냉각 챔버를 포함하는, 터빈 블레이드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 팁 공동의 상기 바닥에 형성되고 상기 내부 냉각 회로와 연통하는 팁 공동 냉각 구멍을 더 포함하는, 터빈 블레이드.
6. 제5항에 있어서,
   상기 내부 냉각 회로와 상기 팁 공동 냉각 구멍 사이에 확산 영역이 존재하는, 터빈 블레이드.
7. 제5항에 있어서,
   상기 팁 공동 냉각 구멍은 상기 트레일링 엣지보다 상기 리딩 엣지에 더 가까운, 터빈 블레이드.
8. 제1항에 있어서,
   상기 통로는 확산 영역을 포함하지 않는, 터빈 블레이드.
9. 제1항에 있어서,
   상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지를 따라 반경방향으로 정렬된 복수의 냉각 구멍을 더 포함하고, 상기 복수의 냉각 구멍 각각은 상기 내부 냉각 회로와 연통하는, 터빈 블레이드.
10. 제1항에 있어서,
    상기 통로는 상기 내부 냉각 회로로부터 상기 냉각 구멍까지 소정 각도로 연장되는, 터빈 블레이드.
11. 제1항에 있어서,
    상기 팁 공동의 상기 바닥은 상기 리딩 엣지로부터 상기 트레일링 엣지까지 상기 벽의 말단부로부터 일정한 깊이로 오목화된, 터빈 블레이드.
12. 제1항에 있어서,
    상기 팁 공동의 상기 바닥에 형성된 먼지 구멍을 더 포함하는, 터빈 블레이드.
13. 터빈 블레이드의 내부 구조를 정의하는 코어 주위에 상기 터빈 블레이드를 주조하는 단계를 포함하고, 상기 내부 구조는 냉각 매체 입구와 연통하는 내부 냉각 회로를 포함하고, 상기 터빈 블레이드는:
    리딩 엣지, 트레일링 엣지, 압력 측벽 및 흡입 측벽을 갖는 에어포일 - 각각의 측벽은 상기 코어의 양측면 둘레에서 상기 리딩 엣지로부터 상기 트레일링 엣지까지 연장됨 -; 및
    상기 에어포일의 말단부에 있는 팁 공동 - 상기 팁 공동은 상기 말단부로부터 오목한 바닥을 둘러싸는 벽을 포함하고, 상기 벽은 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지에 포켓 개구를 포함함 -
    을 포함하고,
    상기 에어포일의 트레일링 엣지와 상기 팁 공동의 상기 바닥의 교차점에서 상기 내부 냉각 회로로부터 냉각 구멍까지 통로가 연장되는, 터빈 블레이드를 제조하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드는 상기 통로를 정의하는 상기 코어의 일부 주위에 주조되는, 터빈 블레이드를 제조하는 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 냉각 구멍은 부분적으로 상기 팁 공동의 상기 바닥을 통해 그리고 부분적으로 상기 포켓 개구에서 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지를 통해 형성되는, 터빈 블레이드를 제조하는 방법.
16. 제13항에 있어서,
    상기 통로는 코어의 제거 후 기계가공 공정에 의해 에어포일에 형성되, 터빈 블레이드를 제조하는 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 냉각 구멍은 부분적으로 팁 공동의 바닥을 관통하고 부분적으로는 상기 포켓 개구에서 상기 에어포일의 상기 트레일링 엣지를 통해 형성되는, 터빈 블레이드를 제조하는 방법.
18. 제13항에 있어서,
    상기 주조된 터빈 블레이드로부터 상기 코어를 제거하는 단계; 및
    상기 코어가 제거된 후 상기 터빈 블레이드 내에 복수의 냉각 구멍을 기계 가공하는 단계
    를 포함하는, 터빈 블레이드를 제조하는 방법.

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