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KR20240016880A - 충돌 냉각 통로를 갖는 터보기계 에어포일 - Google Patents

충돌 냉각 통로를 갖는 터보기계 에어포일 Download PDF

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KR20240016880A
KR20240016880A KR1020230086907A KR20230086907A KR20240016880A KR 20240016880 A KR20240016880 A KR 20240016880A KR 1020230086907 A KR1020230086907 A KR 1020230086907A KR 20230086907 A KR20230086907 A KR 20230086907A KR 20240016880 A KR20240016880 A KR 20240016880A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
airfoil
wall
side wall
impact
passages
Prior art date
Application number
KR1020230086907A
Other languages
English (en)
Inventor
존 엠. 매튜스
크리스토퍼 도날드 포터
매튜 트로이 하프너
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

에어포일(56, 106)은 리딩 에지(112), 트레일링 에지(114), 베이스(108), 및 팁(110)을 포함한다. 에어포일(56, 106)은, 리딩 에지(112), 트레일링 에지(114), 베이스(108), 및 팁(110) 사이에서 연장되는 압력측 벽(116) 및 흡입측 벽(118)을 추가로 포함한다. 에어포일(56, 106)은, 에어포일(56, 106) 내에 한정되고 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나에 있는 입구(124)로부터 각각 연장되는 복수의 통로(122)를 추가로 포함한다. 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 1차 충돌 벽(138) 및 중실형 측벽(140)에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 1차 충돌 벽(138)은 압력측 벽(116) 또는 흡입측 벽(118) 중 하나로부터 이격되어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭(142)이 한정되게 한다. 1차 충돌 벽(138)은 공기를 개별 제트로 1차 충돌 갭(142)을 가로질러 에어포일(56, 106)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부(146)를 한정한다.

Description

충돌 냉각 통로를 갖는 터보기계 에어포일{TURBOMACHINE AIRFOIL HAVING IMPINGEMENT COOLING PASSAGES}
본 발명은, 대체적으로, 터보기계 구성요소를 위한 냉각 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수의 냉각 통로를 갖는 에어포일(airfoil)에 관한 것이다.
터보기계는 에너지 전달 목적을 위해 다양한 산업 및 응용에 활용된다. 예를 들어, 가스 터빈 엔진은, 일반적으로, 압축기 섹션, 연소 섹션, 터빈 섹션, 및 배기 섹션을 포함한다. 압축기 섹션은 가스 터빈 엔진으로 들어가는 작동 유체의 압력을 점진적으로 증가시키고, 이러한 압축된 작동 유체를 연소 섹션에 공급한다. 압축된 작동 유체 및 연료(예를 들어, 천연 가스)는 연소 섹션 내에서 혼합되고 연소 챔버 내에서 연소되어 고압 및 고온 연소 가스를 생성한다. 연소 가스는 연소 섹션으로부터 터빈 섹션 내로 유동하여 거기서 팽창하여 일을 생성한다. 예를 들어, 터빈 섹션 내의 연소 가스의 팽창은, 예를 들어 전기를 생성하기 위해 발전기에 연결된 회전자 샤프트를 회전시킬 수 있다. 이어서, 연소 가스는 배기 섹션을 통해 배기 가스로서 가스 터빈을 빠져나간다.
터보기계 효율은, 적어도 부분적으로, 터빈 섹션을 통해 유동하는 연소 가스의 온도와 관련될 수 있다. 예를 들어, 연소 가스의 온도가 높을수록, 터빈의 전체 효율이 커진다. 연소 가스의 최대 온도는, 적어도 부분적으로, 터빈 고정자 베인(vane) 및 터빈 회전자 블레이드에 사용되는 에어포일과 같은 다양한 터빈 구성요소의 재료 특성에 의해 제한될 수 있다. 이와 같이, 터빈 섹션 내의 구성요소는 압축기 섹션으로부터의 압축 공기가 다양한 터빈 구성요소에 냉각을 제공하기 위해 순환하는 다양한 냉각 회로를 포함할 수 있다. 그러나, 압축기 섹션으로부터의 다량의 공기를 사용하여 다양한 터빈 구성요소를 냉각시키는 것은 터보기계 효율에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 압축기 섹션으로부터 냉각 회로에 공급되는 공기의 양을 최소화하면서 에어포일에 적절한 냉각을 제공하는 냉각 회로를 갖는 개선된 에어포일이 요구되고 당업계에서 높이 평가될 것이다.
본 발명에 따른 에어포일 및 고정자 베인의 태양 및 이점이 하기의 설명에 부분적으로 기재될 것이거나, 그 설명으로부터 명백할 수 있거나, 본 기술의 실시를 통해 학습될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 에어포일이 제공된다. 에어포일은 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스, 및 팁을 포함한다. 에어포일은, 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스, 및 팁 사이에서 연장되는 압력측 벽 및 흡입측 벽을 추가로 포함한다. 에어포일은, 에어포일 내에 한정되고 베이스 또는 팁 중 하나에 있는 입구로부터 연장되는 복수의 통로를 추가로 포함한다. 복수의 통로들 중 각각의 통로는 1차 충돌 벽 및 중실형(solid) 측벽에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 1차 충돌 벽은 압력측 벽 또는 흡입측 벽 중 하나로부터 이격되어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭이 한정되게 한다. 1차 충돌 벽은 공기를 개별 제트로 충돌 갭을 가로질러 에어포일의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부를 한정한다.
다른 실시예에 따르면, 고정자 베인이 제공된다. 고정자 베인은 내부 플랫폼, 외부 플랫폼, 및 내부 플랫폼에 결합된 베이스와 외부 플랫폼에 결합된 팁 사이에서 연장되는 에어포일을 포함한다. 에어포일은 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스, 및 팁을 포함한다. 에어포일은, 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스, 및 팁 사이에서 연장되는 압력측 벽 및 흡입측 벽을 추가로 포함한다. 에어포일은, 에어포일 내에 한정되고 베이스 또는 팁 중 하나에 있는 입구로부터 연장되는 복수의 통로를 추가로 포함한다. 복수의 통로들 중 각각의 통로는 1차 충돌 벽 및 중실형 측벽에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 1차 충돌 벽은 압력측 벽 또는 흡입측 벽 중 하나로부터 이격되어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭이 한정되게 한다. 1차 충돌 벽은 공기를 개별 제트로 충돌 갭을 가로질러 에어포일의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부를 한정한다.
본 에어포일 및 고정자 베인의 이들 및 다른 특징, 태양 및 이점은 하기의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되고 일부분을 구성하는 첨부 도면은 본 기술의 실시형태를 예시하며, 설명과 함께 본 기술의 원리를 설명하는 역할을 한다.
당업자를 대상으로 한, 본 시스템 및 방법을 제조 및 사용하는 최선의 형태를 포함한, 본 에어포일 및 고정자 베인의 완전하고 가능하게 하는 개시내용이 첨부 도면을 참조하는 본 명세서에 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 터보기계의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 터보기계의 터빈 섹션의 부분 단면 측면도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 고정자 베인의 사시도를 예시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 반경 방향(R)을 따른 고정자 베인의 외부 플랫폼의 평면도를 예시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 반경 방향(R)을 따른 고정자 베인의 내부 플랫폼의 평면도를 예시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 선 6-6을 따른 도 3에 도시된 고정자 베인의 단면도를 예시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 도 6에 도시된 윤곽 상세사항의 확대도를 예시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 복수의 통로가 파선으로 도시된 에어포일의 사시도를 예시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 선 9-9를 따른 도 7에 도시된 에어포일의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 선 10-10을 따른 도 7에 도시된 에어포일의 단면도를 개략적으로 예시한다.
이제, 본 에어포일 및 고정자 베인의 실시예를 상세히 참조할 것이며, 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 예시되어 있다. 각 예시는 기술의 제한보다는 설명으로서 제공된다. 실제로, 청구된 기술의 범위 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 본 기술에서 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시형태의 부분으로서 예시되거나 설명된 특징은 다른 실시형태와 함께 사용되어 또 다른 실시형태를 산출할 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범위 내에 속하게 되는 그러한 변형 및 변경을 포괄하는 것으로 의도된다.
용어 "예시적인"은 본 명세서에서 "예시, 사례 또는 예시로서 역할을 하는"을 의미하기 위해 사용된다. "예시적인"으로서 본 명세서에 설명된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예에 대해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다. 추가적으로, 달리 구체적으로 확인되지 않는 한, 본 명세서에 설명된 모든 실시 형태는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
상세한 설명은 도면 내의 특징을 지칭하기 위해 숫자 및 문자 표시를 사용한다. 도면 및 설명 내의 동일한 또는 유사한 표시가 본 발명의 동일한 또는 유사한 부분을 지칭하는 데 사용되었다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호 교환가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 나타내려는 것은 아니다.
용어 "유체"는 기체 또는 액체일 수 있다. "유체 연통"이라는 용어는, 유체가 지정된 영역 사이를 연결할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "상류"(또는 "전방") 및 "하류"(또는 "후방")는 유체 경로 내의 유체 유동에 대한 상대적인 방향을 지칭한다. 예를 들어, "상류"는 유체가 그로부터 유동하는 방향을 지칭하고, "하류"는 유체가 그를 향해 유동하는 방향을 지칭한다. 용어 "반경방향으로"는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 실질적으로 수직인 상대적인 방향을 지칭하고, 용어 "축방향으로"는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 실질적으로 평행한 그리고/또는 동축으로 정렬된 상대적인 방향을 지칭하고, 용어 "원주방향으로"는 특정 구성요소의 축방향 중심선 둘레에서 연장되는 상대적인 방향을 지칭한다.
"약", "대략", "일반적으로" 및 "실질적으로"와 같은 근사화 용어는 명시된 정확한 값에 한정되지 않는다. 적어도 일부 사례에서, 근사화 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도, 또는 구성요소 및/또는 시스템을 구성하거나 제조하기 위한 방법 또는 기계의 정밀도에 대응할 수 있다. 적어도 일부 사례에서, 근사화 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도, 또는 구성요소 및/또는 시스템을 구성하거나 제조하기 위한 방법 또는 기계의 정밀도에 대응할 수 있다. 예를 들어, 근사화 표현은 개별 값, 값의 범위(들), 및/또는 값의 범위(들)를 한정하는 종점에 1, 2, 4, 5, 10, 15, 또는 20 퍼센트의 여유 내에 있음을 의미할 수 있다. 각도 또는 방향의 맥락에서 사용될 때, 그러한 용어는 언급된 각도 또는 방향보다 10도 내로 더 크거나 더 작은 것을 포함한다. 예를 들어, "일반적으로 수직"은 임의의 방향, 예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 수직의 10도 내의 방향을 포함한다.
용어 "결합된", "고정된", "부착된" 등은, 본 명세서에서 달리 명시되지 않는 한, 직접 결합, 고정, 또는 부착뿐만 아니라 하나 이상의 중간 구성요소 또는 특징을 통한 간접 결합, 고정 또는 부착을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함하는", "가지다", "가지는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 포괄하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 특징의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 그러한 특징으로만 제한되는 것이 아니라, 명시적으로 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 고유한 다른 특징을 포함할 수 있다. 또한, 명백하게 상반되게 언급되지 않는 한, "또는"은 포괄적인 또는을 지칭하며, 배타적인 또는을 지칭하지 않는다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는, A가 참(또는 존재함)이고 B가 거짓(또는 존재하지 않음)인 것; A가 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B가 참(또는 존재함)인 것; A 및 B 둘 모두가 참(또는 존재함)인 것 중 어느 하나에 의해 만족된다.
여기에서 그리고 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 범위 제한은 조합되고 상호교환된다. 그러한 범위는 식별되고, 문맥 또는 언어가 달리 나타내지 않는 한 본 명세서에 포함된 모든 하위 범위를 포함한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점을 포함하고, 종점은 서로 독립적으로 조합 가능하다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 예시된 실시예에서 가스 터빈 엔진(10)인 터보기계의 일 실시예의 개략도를 예시한다. 산업용 또는 지상용 가스 터빈이 본 명세서에 도시되고 설명되지만, 본 발명은 청구범위에 달리 명시되지 않는 한 산업용 또는 지상용 가스 터빈으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 본 발명은, 증기 터빈, 항공기용 가스 터빈, 또는 선박용 가스 터빈을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 유형의 터보기계에 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스 터빈 엔진(10)은 대체적으로 압축기 섹션(12)을 포함한다. 압축기 섹션(12)은 압축기(14)를 포함한다. 압축기는 가스 터빈 엔진(10)의 상류 단부에 배치되는 입구(16)를 포함한다. 가스 터빈 엔진(10)은 압축기 섹션(12)으로부터 하류에 배치된 하나 이상의 연소기(20)를 갖는 연소 섹션(18)을 추가로 포함한다. 가스 터빈 엔진(10)은 연소 섹션(18)으로부터 하류에 있는 터빈 섹션(22)을 추가로 포함한다. 샤프트(24)가 가스 터빈 엔진(10)을 통해 대체로 축방향으로 연장된다.
압축기 섹션(12)은, 대체적으로, 복수의 회전자 디스크(21), 및 각각의 회전자 디스크(21)로부터 반경방향 외향으로 연장되고 그에 연결되는 복수의 회전자 블레이드(23)를 포함할 수 있다. 이어서, 각각의 회전자 디스크(21)는 압축기 섹션(12)을 통해 연장되는 샤프트(24)의 일부분에 결합되거나 그를 형성할 수 있다. 압축기 섹션(12)의 회전자 블레이드(23)는 에어포일 형상을 획정하는(예: 리딩 에지, 트레일링 에지, 및 리딩 에지와 트레일링 에지 사이에서 연장되는 측벽을 갖는) 터보기계 에어포일을 포함할 수 있다.
터빈 섹션(22)은, 대체적으로, 복수의 회전자 디스크(27), 및 각각의 회전자 디스크(27)로부터 반경방향 외향으로 연장되고 그에 상호연결되는 복수의 회전자 블레이드(28)를 포함할 수 있다. 이어서, 각각의 회전자 디스크(27)는 터빈 섹션(22)을 통해 연장되는 샤프트(24)의 일부분에 결합되거나 그를 형성할 수 있다. 터빈 섹션(22)은, 샤프트(24) 및 회전자 블레이드(28)의 일부를 원주 방향으로 둘러싸는 외부 케이싱(32)을 더 포함한다. 터빈 섹션(22)은 외부 케이싱(32)으로부터 반경방향 내향으로 연장되는 고정자 베인 또는 고정 노즐(26)을 포함할 수 있다. 회전자 블레이드(28) 및 고정자 베인(26)은 가스 터빈(10)의 축방향 중심선(30)을 따라 교번 스테이지로 배열될 수 있다. 회전자 블레이드(28) 및 고정자 베인(26) 둘 모두는 에어포일 형상을 한정하는(예컨대, 리딩 에지, 트레일링 에지, 및 리딩 에지와 트레일링 에지 사이에서 연장되는 측벽을 갖는) 터보기계 에어포일을 포함할 수 있다.
작동 시, 주변 공기(36) 또는 다른 작동 유체는 압축기(14)의 입구(16)로 끌어당겨지고, 점진적으로 압축되어 연소 섹션(18)에 압축 공기(38)를 제공한다. 압축 공기(38)는 연소 섹션(18) 내로 유동하고, 연료와 혼합되어 가연성 혼합물을 형성한다. 가연성 혼합물은 연소기(20)의 연소 챔버(40) 내에서 연소되어, 연소 챔버(40)로부터 터빈 섹션(22) 내로 유동하는 연소 가스(42)를 생성한다. 에너지(동역학 및/또는 열)는 연소 가스(42)로부터 회전자 블레이드(28)에 전달되어, 샤프트(24)로 하여금 회전하게 하고 기계적 작업을 생성하게 한다. 사용된 연소 가스(42)("배기 가스")는 터빈 섹션(22)을 빠져나가고, 배기 디퓨저(34) 내에 배치된 복수의 스트럿 또는 주 에어포일(44)을 가로질러 배기 디퓨저(34)를 통해 유동한다.
가스 터빈 엔진(10)은 샤프트(24)와 일치하는 축방향 중심선(26)을 따라 연장되는 축 방향(A), 축방향 중심선(26)에 수직인 반경 방향(R), 및 축방향 중심선(26) 주위로 연장되는 원주 방향(C)을 갖는 원통 좌표계를 정의할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 가스 터빈 엔진(10)의 터빈 섹션(22)의 부분 단면 측면도이다. 터빈 섹션(22)은 샤프트(24)에 회전가능하게 부착될 수 있는 회전자 디스크(27)에 결합된 회전자 블레이드(28)의 세트를 각각 포함하는 하나 이상의 스테이지(50)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스테이지들(50) 중 각각의 스테이지는 고정자 베인(26)의 세트를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 고정자 베인(26)은 제1 스테이지, 제2 스테이지, 제3 스테이지, 또는 다른 것에 채용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "제1 스테이지"는 연소 섹션(18)의 바로 하류에 있는 스테이지를 지칭하여서, 연소 가스가 연소 섹션을 빠져나가는 즉시 제1 스테이지 고정자 베인과 맞물리게 한다. 예시적인 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 고정자 베인(26)은 제1 스테이지 고정자 베인일 수 있다.
각각의 고정자 베인(26)은 내부 플랫폼 또는 단부벽(52)과 외부 플랫폼 또는 단부벽(54) 사이에서 반경 방향(R)으로 연장되는 적어도 하나의 에어포일(56)을 포함할 수 있다. 각각의 고정자 베인(26)의 원주방향으로 인접한 외부 플랫폼(54)은 함께 결합되어, 각각의 고정자 베인(26)의 원주방향으로 인접한 내부 플랫폼(52)의 내부 환형 링 주위로 연장되는 외부 환형 링을 형성할 수 있다. 적어도 하나의 에어포일(56)은 플랫폼(52, 54)에 의해 형성된 2개의 환형 링들 사이에서 연장될 수 있다. 터빈 섹션(22)은, 또한, 고정자 베인(26)을 지나 회전자 블레이드(28)로 유동하는 연소 가스(42)를 지향시키기 위해 외부 플랫폼(54)의 하류에 배치될 수 있는 슈라우드(shroud) 세그먼트(58)를 포함할 수 있다.
연소 가스(42)의 유동 경로를 따라 배치된 구조물 또는 구성요소는 고온 가스 경로 구성요소로 지칭될 수 있다. 일례에서, 고온 가스 경로 구성요소는 고정자 베인(26) 및/또는 회전자 블레이드(28)일 수 있다. 일부 실시예에서, 고온 가스 경로 구성요소를 냉각시키기 위해, 파선(78)에 의해 나타낸 바와 같이, 충돌 슬리브, 냉각 채널, 냉각 구멍 등과 같은 냉각 특징부가 고온 가스 경로 구성요소 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 화살표(79)에 의해 나타낸 바와 같은 냉각 공기가 압축기 섹션(12) 또는 다른 곳으로부터 경로설정될 수 있고, 화살표(81)에 의해 나타낸 바와 같이 냉각 특징부를 통해 지향될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 가스 터빈 엔진(10)의 높은 효율을 유지하기 위해서는, 고온 가스 경로 구성요소(26, 28)를 냉각시키기 위해 압축기 섹션(12)으로부터 인출되는 냉각 공기(79)의 양을 최소화하는 것이 바람직하다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고정자 베인(100)(도 1 및 도 2의 26)의 사시도가 예시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 고정자 베인(100)은 제1 스테이지 고정자 베인일 수 있어서, 연소 가스(42)가 연소 섹션(18)을 빠져나간 직후에 고정자 베인(100)이 연소 가스와 맞물리게 한다. 도시된 바와 같이, 고정자 베인(100)은 외부 플랫폼(104)으로부터 이격되는(예컨대, 반경방향으로 이격되는) 내부 플랫폼(102)을 포함한다. 내부 플랫폼(102) 및 외부 플랫폼(104)은 연소 가스(42)에 대한 반경방향 내향/외향 유동 경계를 한정할 수 있다. 에어포일(106)이 내부 플랫폼(102)과 외부 플랫폼(104) 사이에서 연장될 수 있다. 특히, 에어포일(106)은 내부 플랫폼(102)에 결합된 베이스(108)와 외부 플랫폼(104)에 결합된 팁(110) 사이에서 반경방향으로 연장될 수 있다.
에어포일(106)은 트레일링 에지(114)로부터 이격되는 리딩 에지(112)를 추가로 포함할 수 있다. 추가적으로, 에어포일(106)은 리딩 에지(112)와 트레일링 에지(114) 사이에서 각각 연장되는 압력측 벽(116) 및 흡입측 벽(118)을 포함할 수 있다. 에어포일(106)은 대체로 공기역학적 윤곽을 가질 수 있어서, 연소 가스(42)가 리딩 에지(112)와 맞물리고 압력측 벽(116) 및 흡입측 벽(118)을 따라 트레일링 에지(114)로 안내되게 한다.
예시적인 실시예에서, 고정자 베인(100)은 내부 플랫폼(102), 외부 플랫폼(104), 및 에어포일(106) 내에서 연장되는 냉각 회로(120)를 한정하여, 가스 터빈(10)의 작동 동안 고정자 베인(100)에 대류 냉각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 냉각 회로(120)는 압축기 섹션(12)과 유체 연통할 수 있어서, 냉각 회로(120)가 압축기 섹션(12)으로부터 압축 냉각 공기의 유동을 수용하게 한다. 특히, 냉각 회로(120)는 에어포일(106) 및/또는 내부 플랫폼(102) 및 외부 플랫폼(104)을 통해 스팬방향으로(또는 반경방향으로) 연장되는 복수의 통로(122)를 포함할 수 있다.
복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 한정된 입구(124)로부터 (도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같은) 베이스(108) 또는 팁(110) 중 다른 하나에 있는 폐쇄 단부(126)까지 (예컨대, 대체로 반경방향으로) 연장될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 반경 방향(R)을 따른 고정자 베인(100)의 외부 플랫폼(104)의 평면도를 예시하고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 반경 방향(R)을 따른 내부 플랫폼(102)의 평면도를 예시한다. 특히, 도 4 및 도 5는 복수의 통로(122)의 입구(124)를 예시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 통로(122)는 에어포일(106)의 팁(110) 및/또는 고정자 베인(100)의 외부 플랫폼(104)을 통해 한정된 입구(124)를 갖는 외부 벽 통로(128)를 포함할 수 있다. 유사하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 통로(122)는 에어포일(106)의 베이스(108) 및/또는 고정자 베인(100)의 내부 플랫폼(102)을 통해 한정된 입구(124)를 갖는 내부 벽 통로(130)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 통로(122)는 리딩 에지 통로(132), 후방 통로(134), 및 리딩 에지 통로(132)와 후방 통로(134) 사이에 배치되는 하나 이상의 중간 통로(136)를 포함할 수 있다. 리딩 에지 통로(132)는 내부 벽 통로(130)일 수 있어서, 리딩 에지 통로의 입구(124)가 에어포일(106)의 베이스(108) 및/또는 고정자 베인(100)의 내부 플랫폼(102)을 통해 한정되게 한다. 대조적으로, 후방 통로(134)는 외부 벽 통로(128)일 수 있어서, 후방 통로(134)의 입구(124)가 에어포일(106)의 팁(110) 및/또는 고정자 베인(100)의 외부 플랫폼(104)을 통해 한정되게 한다.
예시적인 실시예에서, 도 4 및 도 5에 의해 집합적으로 도시된 바와 같이, 복수의 통로(122)의 입구(124)는 에어포일(106)의 리딩 에지(112)로부터 트레일링 에지(114)까지 연장되는 방향에 대해 교번 패턴으로 에어포일(106)의 베이스(108) 또는 팁(110)(및/또는 고정자 베인(100)의 내부 또는 외부 플랫폼(102, 104)) 중 하나 내에 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 에어포일의 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 한정된 입구를 가질 수 있고, 각각의 통로(122)는 에어포일(106)의 반대편 단부(예컨대, 이웃하는 통로(들)(122)에 비해 베이스(108) 또는 팁(110) 중 다른 하나) 내에 한정된 입구(124)를 갖는 다른 통로(122)에 이웃할 수 있다.
특히, 도 4 및 도 5에 예시된 에어포일(106)은 6개의 통로(122)를 포함할 수 있으며, 여기에서, 위에서 설명된 바와 같이, 교번 패턴으로 3개는 외부 벽 통로(128)이고 3개는 내부 벽 통로(132)이다. 그러나, 에어포일(106)은 임의의 적합한 수의 통로(122)를 포함할 수 있고, 청구범위에 구체적으로 언급되지 않는 한, 임의의 특정 수의 통로(122)(외부/내부 벽 통로들(128, 130)을 포함함) 또는 임의의 특정 패턴의 통로(122)로 제한되지 않아야 한다는 것이 인식되어야 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 도 3에 도시된 선 6-6을 따른 고정자 베인(100)의 단면도를 예시하고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 도 6에 도시된 윤곽 상세사항의 확대도를 예시한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 1차 충돌 벽(138) 및 중실형 측벽(140)에 의해 적어도 부분적으로 한정된다.
특히, 리딩 에지 통로(132)는 복수의 통로들 중 리딩 에지 통로(132) 및 이웃하는 통로(122) 둘 모두를 적어도 부분적으로 한정하는 공유 측벽(141)을 가질 수 있다. 공유 측벽(141)은 공유 측벽(141)이 부분적으로 한정하는 통로(122) 내로 연장되는 하나 이상의 돌출부(예를 들어, U자형 돌출부)를 포함할 수 있다. 복수의 통로들(122) 중 하나 이상의 통로(122)는 단면 형상이 대체로 직사각형일 수 있다. 다양한 실시예에서, 통로들(122) 중 하나 이상은 2개의 중실형 측벽(140), 1차 충돌 벽(138), 및 중실형 단부 벽(144)에 의해 집합적으로 한정될 수 있다. 중실형 단부 벽(144)은 1차 충돌 벽(138)으로부터 이격될 수 있고, 2개의 중실형 측벽(140)은 중실형 단부 벽(144)과 1차 충돌 벽(138) 사이에서 연장될 수 있다. 중실형 단부 벽(144)과 1차 충돌 벽(138)은 서로 대체로 평행할 수 있고, 2개의 중실형 측벽(140)은 서로 대체로 평행할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "중실형"은, 어떠한 개구부, 통로, 구멍 또는 다른 유체 허용 공극도 포함하지 않는 벽 또는 다른 구조물을 지칭할 수 있으며, 따라서 중실형 구조물은 유체가 그를 통해 통과하도록 허용하지 않는다.
예시적인 실시예에서, 1차 충돌 벽(138)은 압력측 벽(116) 또는 흡입측 벽(118) 중 하나로부터 이격될 수 있어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭(142)이 한정되게 할 수 있다. 특히, 1차 충돌 벽(138)은 압력측 벽(116)의 내부 표면으로부터 이격될 수 있어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭(142)이 한정되게 한다. 소정 실시예에서, 1차 충돌 벽(138)은, 대체적으로, 압력측 벽(116)에 대응하도록 윤곽형성될 수 있어서, 1차 충돌 갭(142)이 에어포일의 전체 반경방향 스팬을 따라(예컨대, 베이스(108)로부터 팁(110)까지) 그리고 에어포일의 압력측(116)의 대부분을 따라 균일한 거리를 한정할 수 있게 한다. 공유 측벽(141)의 일 단부는 1차 충돌 벽(138)을 넘어 압력측 벽(116)의 내부 표면까지 연장될 수 있고, 유사하게 후방 측벽(140)은 1차 충돌 벽(138)을 넘어 압력측 벽(116)의 내부 표면까지 연장될 수 있어서, 공유 측벽(141) 및 최후방 측벽(140)이 1차 충돌 갭(142)을 경계짓게 한다.
많은 실시예에서, 1차 충돌 벽(138)은 공기를 개별 제트로 충돌 갭을 가로질러 에어포일의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부(146)를 한정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 충돌 개구부(146)는 공기를 개별 제트로 압력측 벽(116)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키도록 크기설정되고 배향될 수 있다. 유체의 개별 제트는, (더 낮은 압력 및 상이한 배향에 있을, 필름 냉각에 사용되는 유체와는 대조적으로) 1차 충돌 갭(142)을 가로질러 이동하고 압력측 벽(116)의 내부 표면에 충돌하기에(또는 부딪치기에) 충분한 속도 및 압력을 가질 수 있다. 유체의 개별 제트는 내부 표면에 충돌하고(또는 부딪치고), 내부 표면에 걸쳐 유체의 얇은 경계층을 생성하며, 이는 압력측 벽(116)(또는 흡입측 벽(118))과 유체 사이의 최적의 열 전달을 허용한다.
예를 들어, 복수의 충돌 개구부(146)는 1차 충돌 벽(138)을 통해 대체로 수직으로 연장될 수 있어서, 복수의 충돌 개구부(146)가 충돌전 유체를 그가 부딪치는 표면, 예컨대 압력측 벽(116)의 내부 표면에 수직으로 배향시킬 수 있게 한다. 일단 유체가 내부 표면 상에 충돌하였으면, 그는 "충돌후 유체" 및/또는 "사용된 냉각 유체"로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 유체가 에너지 전달을 겪었고 그에 따라서 상이한 특성을 갖기 때문이다. 예를 들어, 사용된 냉각 유체는, 사용된 냉각 유체가 충돌 공정 동안 압력측 벽(116)으로부터 열을 제거하였기 때문에, 충돌전 유체보다 더 높은 온도 및 더 낮은 압력을 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 에어포일(106)의 리딩 에지(112)를 따라, 공유 측벽(141)의 일 단부는 1차 충돌 벽(138)을 넘어 압력측 벽(116)의 내부 표면까지 연장될 수 있고, 공유 측벽(141)의 타 단부는 1차 충돌 벽(138)을 넘어 연장될 수 있어서, 공유 측벽(141)이 리딩 에지(112)의 내부 표면과 1차 충돌 벽(138) 사이의 리딩 에지 충돌 갭(143)의 서로 반대편인 경계들을 한정하게 한다.
예시적인 실시예에서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 에어포일(106)은 수집 챔버 또는 플레넘(plenum)(152)을 부분적으로 한정하는 흡입측 2차 충돌 벽(148) 및 압력측 2차 충돌 벽(150)을 추가로 포함할 수 있다. 특히, 수집 챔버(152)는 공유 측벽(141), 중실형 단부 벽(144), 흡입측 2차 충돌 벽(148), 압력측 2차 충돌 벽(150), 및 하나 이상의 중실형 측벽(140)에 의해 집합적으로 한정될 수 있다. 수집 챔버(152)는, 1차 충돌 벽(138)을 빠져나가고 압력측 벽(116)의 내부 표면 상에 충돌한 충돌후 유체를 수집할 수 있다.
특정 실시예에서, 복수의 통로들(122) 중 이웃하는 통로(122)의 중실형 측벽(140)은 1차 충돌 갭(142)과 수집 챔버(152) 사이에서 연장되는 수집 통로(154)를 집합적으로 한정한다. 즉, 각각이 별개의 (그러나 이웃하는) 통로(122)를 부분적으로 한정하는 2개의 이웃하는 중실형 측벽(140)은, 1차 충돌 갭(142)과 수집 챔버(152) 사이에서 연장되고 1차 충돌 갭을 수집 챔버에 유동적으로 결합시키는 수집 통로(154)를 집합적으로 한정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통로들(122) 중 제1 통로의 중실형 측벽(140)과 복수의 통로들(122) 중 인접한 제2 통로의 중실형 측벽(140)은 1차 충돌 갭(142)과 수집 통로(152) 사이에서 연장되는 수집 통로(154)를 집합적으로 한정할 수 있다. 이러한 방식으로, 공기가 복수의 통로(122)의 입구(124)를 통해 에어포일(106)로 들어가고 복수의 충돌 개구부(146)를 통해 1차 충돌 갭(142) 내로 복수의 통로(122)를 빠져나갈 수 있다. 후속적으로, 충돌후 공기는 수집 통로(154)를 통해 수집 챔버(152) 내로 이동할 수 있다. 이어서, 수집 챔버(152)로부터, 공기는 흡입측 2차 충돌 벽(148) 및 압력측 2차 충돌 벽(150)을 통해 이동할 수 있다.
많은 실시예에서, 흡입측 2차 충돌 벽(148)은 복수의 통로들 중 리딩 에지 통로(132)의 중실형 측벽(140)으로부터 트레일링 에지(114)를 향해 또는 그까지 연장될 수 있다. 특히, 흡입측 2차 충돌 벽(148)은 공유 측벽(141)으로부터 트레일링 에지 부분(156)까지 연장될 수 있다. 압력측 벽(116), 흡입측 벽(118), 흡입측 2차 충돌 벽(148), 및 압력측 2차 충돌 벽(150)은 에어포일(106)의 트레일링 에지 부분(156)에서 함께 수렴할 수 있다. 추가적으로, 트레일링 에지 부분(156)은 에어포일(106)의 트레일링 에지(114)를 한정할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 흡입측 2차 충돌 벽(148)은 흡입측 벽(118)으로부터 이격될 수 있어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭(158)이 한정되게 할 수 있다. 추가적으로, 수집 챔버(152)로부터의 공기를 개별 제트로 2차 충돌 갭(158)을 가로질러 흡입측 벽(118)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부(160)가 흡입측 2차 충돌 벽(148) 내에 한정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 충돌 개구부(160)는 흡입측 2차 충돌 벽(148)을 통해 대체로 수직으로 연장될 수 있어서, 복수의 충돌 개구부(160)가 유체를 그가 부딪치는 표면, 예컨대 흡입측 벽(118)의 내부 표면에 수직으로 배향시킬 수 있게 한다. 많은 실시예에서, 흡입측 2차 충돌 벽(148)은 흡입측 벽(118)에 대응하도록 윤곽형성될 수 있어서, 2차 충돌 갭(158)이 에어포일의 전체 반경방향 스팬을 따라(예컨대, 베이스(108)로부터 팁(110)까지) 균일한 거리를 한정할 수 있게 한다.
유사하게, 다양한 실시예에서, 압력측 2차 충돌 벽(150)은 복수의 통로들 중 후방 통로(134)의 중실형 측벽(140)으로부터 트레일링 에지(114)를 향해 또는 그까지 연장될 수 있다. 특히, 압력측 2차 충돌 벽(150)은 후방 통로(134)의 중실형 측벽(140)으로부터 트레일링 에지 부분(156)까지 연장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 압력측 2차 충돌 벽(150)은 압력측 벽(116)으로부터 이격될 수 있어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭(162)이 한정되게 할 수 있다. 추가적으로, 수집 챔버(152)로부터의 공기를 개별 제트로 2차 충돌 갭(162)을 가로질러 통로들(122) 중 후방 통로의 압력측 벽(122)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부(164)가 압력측 2차 충돌 벽(150) 내에 한정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 충돌 개구부(164)는 압력측 2차 충돌 벽(150)을 통해 대체로 수직으로 연장될 수 있어서, 복수의 충돌 개구부(164)가 유체를 그가 부딪치는 표면, 예컨대 압력측 벽(116)의 내부 표면에 수직으로 배향시킬 수 있게 한다. 많은 실시예에서, 압력측 2차 충돌 벽(150)은 압력측 벽(116)의 후방 부분에 대응하도록 윤곽형성될 수 있어서, 2차 충돌 갭(162)이 에어포일의 전체 반경방향 스팬을 따라(예컨대, 베이스(108)로부터 팁(110)까지) 균일한 거리를 한정할 수 있게 한다.
많은 실시예에서, 트레일링 에지 부분(156)은 2차 충돌 갭(158)(예컨대, 흡입측 2차 충돌 갭) 및 2차 충돌 갭(162)(예컨대, 압력측 2차 충돌 갭)에 유동적으로 결합되는 트레일링 에지 냉각 회로(166)를 한정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 트레일링 에지 냉각 회로(166)는 2차 충돌 갭(158) 및 2차 충돌 갭(162)으로부터 에어포일(106)의 트레일링 에지(114)에 있는 출구(168)까지 연장될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 에어포일(106)은 압력측 벽(116) 및/또는 흡입측 벽(118)을 통해 한정되는 하나 이상의 필름 냉각 구멍(176)을 추가로 포함할 수 있다. 필름 냉각 구멍들(176) 각각은 1차 충돌 갭(142), 리딩 에지 충돌 갭(143), 또는 2차 충돌 갭들 중 어느 하나의 2차 충돌 갭(160 또는 162) 중 하나와 유체 연통할 수 있다. 필름 냉각 구멍(176)은, 유리하게는, 압력측 벽(116), 리딩 에지(112), 및/또는 흡입측 벽(118)의 외측 표면에 걸쳐 공기의 얇은 보호 층을 제공할 수 있다. 필름 냉각 구멍(176)은 필름 냉각 구멍(176)이 한정되는 벽의 표면에 대해 비스듬히 연장될 수 있다. 예를 들어, 압력측 벽(116)을 통해 한정된 필름 냉각 구멍(176)이 압력측 벽(116)의 내부 표면 및/또는 외부 표면에 대해 비스듬히(즉, 수직이 아닌 각도로) 연장될 것이다.
도 8은 복수의 통로(122)가 파선으로 도시된, 에어포일(106)의 사시도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 복수의 통로(122)의 입구(124)는 에어포일(106)의 리딩 에지(112)로부터 트레일링 에지(114)까지 연장되는 방향에 대해 교번 패턴으로 에어포일(106)의 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 에어포일의 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 한정된 입구를 가질 수 있고, 각각의 이웃하는 통로(122)는 에어포일(106)의 반대편 단부(예컨대, 이웃하는 통로(들)(122) 이외의 베이스(108) 또는 팁(110) 중 다른 하나) 내에 한정된 입구(124)를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 도 7에 도시된 선 9-9를 따른 에어포일(106)의 단면도를 개략적으로 예시하고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 도 7에 도시된 선 10-10을 따른 에어포일(106)의 단면도를 개략적으로 예시한다. 특히, 도 9는 복수의 통로들(122) 중 제1 통로(172)를 예시할 수 있고, 도 10은 복수의 통로들 중 제2 통로(174)를 예시할 수 있다. 제1 통로(172)와 제2 통로(174)는 에어포일(106) 내에서 서로 이웃할 수 있다(도 7). 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)(제1 및 제2 통로들(172, 174)을 포함함)는 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 한정된 입구(124)로부터 베이스(108) 또는 팁(110) 중 다른 하나에 있는 또는 그에 근접한 폐쇄 단부(126)까지 (예컨대, 대체로 반경방향으로) 연장될 수 있다. 추가적으로, 복수의 통로(122)의 입구(124)는 에어포일(106)의 리딩 에지(112)로부터 트레일링 에지(114)까지 연장되는 방향에 대해 교번 패턴으로 에어포일(106)의 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 팁(110)에 한정된 입구(124)를 갖는 각각의 통로(122)는 베이스(108)에 한정된 입구를 갖는 하나 이상의 통로(122)에 이웃할 수 있다. 예를 들어, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 통로(172)는 팁(110)에 있는 입구(124)로부터 베이스(108)에 있는 또는 그에 근접한 폐쇄 단부(126)까지 연장될 수 있다. 대조적으로, 제2 통로(174)(이는 제1 통로(172)에 이웃함)는 베이스(108)에 있는 입구(124)로부터 팁(110)에 있는 또는 그에 근접한 폐쇄 단부(126)까지 연장될 수 있다.
추가적으로, 도 7 내지 도 10에 집합적으로 도시된 바와 같이, 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 통로(122)가 입구(124)로부터 폐쇄 단부(126)까지 연장됨에 따라 단면적이 수렴할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각각의 통로(122)는 통로(122)가 입구(124)로부터 폐쇄 단부(126)까지 연장됨에 따라 단면적이 연속적으로 수렴할 수 있다. 이는, 유리하게는, 공기가 (에어포일(106)의 임의의 스팬방향 또는 반경방향 위치에서) 1차 충돌 갭(142)을 가로지르기에 충분한 속도 및 압력으로 충돌 개구부(146)를 통해 복수의 통로(122)를 빠져나가는 것을 보장한다. 특히, 중실형 단부 벽(144)은 통로(122)의 입구(124)로부터 폐쇄 단부(126)까지 1차 충돌 벽(138)을 향해 수렴할 수 있다.
많은 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 에어포일(106)은 단일 구성요소로서 일체로 형성될 수 있다. 즉, 하위 구성요소들 각각, 예컨대 1차 충돌 벽(138), 중실형 측벽(140), 중실형 단부 벽(144), 및/또는 다른 하위 구성요소는 단일체로서 함께 제조될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이는 직접 금속 레이저 소결(direct metal laser sintering, DMLS), 직접 금속 레이저 용융(direct metal laser melting, DMLM), 또는 다른 적합한 적층 제조 기법과 같은 적층 제조 시스템 및 방법을 이용함으로써 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 적층 제조 방법을 이용함으로써, 에어포일(106)은 연속 금속의 단일 피스로서 일체로 형성될 수 있으며, 그에 따라서 이전의 설계에 비해 더 적은 하위 구성요소 및/또는 조인트를 포함할 수 있다. 적층 제조를 통한 에어포일(106)의 일체형 형성은, 유리하게는, 전체 조립 공정을 개선할 수 있다. 예를 들어, 일체형 형성은 조립되어야 하는 별개의 부품의 수를 감소시켜, 그에 따라서 연관된 시간 및 전체 조립 비용을 감소시킨다. 추가적으로, 예를 들어 누설, 별개의 부품들 사이의 조인트 품질, 및 전체 성능에 대한 기존 문제가 유리하게는 감소될 수 있다. 추가로, 에어포일(106)의 일체형 형성은, 유리하게는, 다른 제조 방법에 비해 에어포일(106)의 중량을 감소시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 주조 또는 다른 적합한 기법과 같은 다른 제조 기법이 사용될 수 있다.
이 기술된 설명서는 최선의 형태를 포함하여 본 발명을 개시하기 위하여, 그리고 또한 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하는 것 및 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 모든 당업자가 실시하는 것을 가능하게 하기 위하여, 예시를 사용한다. 본 발명의 특허가능 범위는 청구범위에 의해서 한정되고, 당업자에게 발생하는 다른 예시를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예시는 청구범위의 문헌적 표현과 상이하지 않은 구조적 요소를 포함한다면, 또는 그들이 청구범위의 문헌적 표현과 사소한 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면, 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
본 발명의 추가적인 양태들은 다음의 조항들의 주제에 의해 제공된다:
제1 태양에 따르면, 에어포일은, 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스 및 팁; 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스, 및 팁 사이에서 연장되는 압력측 벽 및 흡입측 벽; 및 에어포일 내에 한정되고 베이스 또는 팁 중 하나에 있는 입구로부터 연장되는 복수의 통로를 포함하며, 여기에서 복수의 통로들 중 각각의 통로는 1차 충돌 벽 및 중실형 측벽에 의해 적어도 부분적으로 한정되고, 1차 충돌 벽은 압력측 벽 또는 흡입측 벽 중 하나로부터 이격되어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭이 한정되게 하며, 1차 충돌 벽은 공기를 개별 제트로 충돌 갭을 가로질러 에어포일의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부를 한정한다.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로들 중 각각의 통로는 베이스 또는 팁 중 하나에 있는 입구로부터 베이스 또는 팁 중 다른 하나에 있는 폐쇄 단부까지 연장되는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로들 중 각각의 통로는 통로가 입구와 폐쇄 단부 사이에서 연장됨에 따라 단면적이 수렴하는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로의 입구는 에어포일의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 연장되는 방향에 대해 에어포일의 베이스 또는 팁 중 하나 내에 교번 패턴으로 한정되는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 에어포일은 수집 챔버를 부분적으로 한정하는 흡입측 2차 충돌 벽 및 압력측 2차 충돌 벽을 추가로 포함하는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로들 중 제1 통로의 중실형 측벽과 복수의 통로들 중 인접한 제2 통로의 중실형 측벽은 1차 충돌 갭과 수집 챔버 사이에서 연장되는 수집 통로를 집합적으로 한정하는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 흡입측 2차 충돌 벽은 복수의 통로들 중 리딩 에지 통로의 중실형 측벽으로부터 트레일링 에지를 향해 연장되고, 흡입측 2차 충돌 벽은 흡입측 벽으로부터 이격되어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭이 한정되게 하며, 복수의 충돌 개구부가 흡입측 2차 충돌 벽 내에 한정되어, 수집 챔버로부터의 공기를 개별 제트로 2차 충돌 갭을 가로질러 흡입측 벽의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 압력측 2차 충돌 벽은 복수의 통로들 중 후방 통로의 중실형 측벽으로부터 트레일링 에지를 향해 연장되고, 압력측 2차 충돌 벽은 압력측 벽으로부터 이격되어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭이 한정되게 하며, 복수의 충돌 개구부가 압력측 2차 충돌 벽 내에 한정되어, 수집 챔버로부터의 공기를 개별 제트로 2차 충돌 갭을 가로질러 압력측 벽의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 1차 충돌 벽은 압력측 벽에 대응하도록 윤곽형성되는, 에어포일.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 에어포일은 일체로 형성되는, 에어포일.
고정자 베인으로서, 내부 플랫폼; 외부 플랫폼; 및 내부 플랫폼에 결합된 베이스와 외부 플랫폼에 결합된 팁 사이에서 연장되는 에어포일을 포함하고, 에어포일은, 리딩 에지 및 트레일링 에지; 리딩 에지, 트레일링 에지, 베이스, 및 팁 사이에서 연장되는 압력측 벽 및 흡입측 벽; 및 에어포일 내에 한정되고 베이스 또는 팁 중 하나에 있는 입구로부터 연장되는 복수의 통로를 포함하고, 복수의 통로들 중 각각의 통로는 1차 충돌 벽 및 중실형 측벽에 의해 적어도 부분적으로 한정되며, 1차 충돌 벽은 압력측 벽 또는 흡입측 벽 중 하나로부터 이격되어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭이 한정되게 하고, 1차 충돌 벽은 공기를 개별 제트로 충돌 갭을 가로질러 에어포일의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부를 한정하는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로들 중 각각의 통로는 베이스 또는 팁 중 하나에 있는 입구로부터 베이스 또는 팁 중 다른 하나에 있는 폐쇄 단부까지 연장되는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로들 중 각각의 통로는 통로가 입구로부터 폐쇄 단부까지 연장됨에 따라 단면적이 수렴하는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로의 입구는 에어포일의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 연장되는 방향에 대해 에어포일의 베이스 또는 팁 중 하나 내에 교번 패턴으로 한정되는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 에어포일은 수집 챔버를 부분적으로 한정하는 흡입측 2차 충돌 벽 및 압력측 2차 충돌 벽을 추가로 포함하는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 복수의 통로들 중 제1 통로의 측벽과 복수의 통로들 중 제2 통로의 중실형 측벽은 1차 충돌 갭과 수집 통로 사이에서 연장되는 수집 통로를 집합적으로 한정하는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 흡입측 2차 충돌 벽은 복수의 통로들 중 리딩 에지 통로의 중실형 측벽으로부터 트레일링 에지를 향해 연장되고, 흡입측 2차 충돌 벽은 흡입측 벽으로부터 이격되어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭이 한정되게 하며, 복수의 충돌 개구부가 흡입측 2차 충돌 벽 내에 한정되어, 수집 챔버로부터의 공기를 개별 제트로 2차 충돌 갭을 가로질러 흡입측 벽의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 압력측 2차 충돌 벽은 복수의 통로들 중 후방 통로의 중실형 측벽으로부터 트레일링 에지를 향해 연장되고, 압력측 2차 충돌 벽은 압력측 벽으로부터 이격되어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭이 한정되게 하며, 복수의 충돌 개구부가 압력측 2차 충돌 벽 내에 한정되어, 수집 챔버로부터의 공기를 개별 제트로 2차 충돌 갭을 가로질러 압력측 벽의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 1차 충돌 벽은 압력측 벽에 대응하도록 윤곽형성되는, 고정자 베인.
선행하는 항목들 중 어느 한 항목에 있어서, 에어포일은 일체로 형성되는, 고정자 베인.

Claims (14)

  1. 에어포일(airfoil)(56, 106)로서,
    리딩 에지(112), 트레일링 에지(114), 베이스(108), 및 팁(110);
    상기 리딩 에지(112), 상기 트레일링 에지(114), 상기 베이스(108), 및 상기 팁(110) 사이에서 연장되는 압력측 벽(116) 및 흡입측 벽(118); 및
    상기 에어포일(56, 106) 내에 한정되고 상기 베이스(108) 또는 상기 팁(110) 중 하나에 있는 입구(124)로부터 연장되는 복수의 통로(122)를 포함하고, 상기 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 1차 충돌 벽(138) 및 중실형(solid) 측벽(140)에 의해 적어도 부분적으로 한정되고, 상기 1차 충돌 벽(138)은 상기 압력측 벽(116) 또는 상기 흡입측 벽(118) 중 하나로부터 이격되어서, 그들 사이에 1차 충돌 갭(142)이 한정되게 하며, 상기 1차 충돌 벽(138)은 공기를 개별 제트로 상기 1차 충돌 갭(142)을 가로질러 상기 에어포일(56, 106)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는 복수의 충돌 개구부(146)를 한정하는, 에어포일(56, 106).
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 상기 베이스(108) 또는 상기 팁(110) 중 하나에 있는 상기 입구(124)로부터 상기 베이스(108) 또는 상기 팁(110) 중 다른 하나에 있는 폐쇄 단부(126)까지 연장되는, 에어포일(56, 106).
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 통로들(122) 중 각각의 통로(122)는 상기 통로(122)가 상기 입구(124)와 상기 폐쇄 단부(126) 사이에서 연장됨에 따라 단면적이 수렴하는, 에어포일(56, 106).
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 통로(122)의 입구(124)는 상기 에어포일(56, 106)의 리딩 에지(112)로부터 트레일링 에지(114)까지 연장되는 방향에 대해 상기 에어포일(56, 106)의 베이스(108) 또는 팁(110) 중 하나 내에 교번 패턴으로 한정되는, 에어포일(56, 106).
  5. 제1항에 있어서, 상기 에어포일(56, 106)은 수집 챔버(152)를 부분적으로 한정하는 흡입측 2차 충돌 벽(148) 및 압력측 2차 충돌 벽(150)을 추가로 포함하는, 에어포일(56, 106).
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 통로들(122) 중 제1 통로(122)의 중실형 측벽(140)과 상기 복수의 통로들(122) 중 인접한 제2 통로(122)의 중실형 측벽(140)은 상기 1차 충돌 갭(142)과 상기 수집 챔버(152) 사이에서 연장되는 수집 통로(154)를 집합적으로 한정하는, 에어포일(56, 106).
  7. 제5항에 있어서, 상기 흡입측 2차 충돌 벽(148)은 상기 복수의 통로들(122) 중 리딩 에지 통로(132)의 중실형 측벽(140)으로부터 상기 트레일링 에지(114)를 향해 연장되고, 상기 흡입측 2차 충돌 벽(148)은 상기 흡입측 벽(118)으로부터 이격되어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭(158)이 한정되게 하며, 복수의 충돌 개구부(160)가 상기 흡입측 2차 충돌 벽(148) 내에 한정되어, 상기 수집 챔버(152)로부터의 공기를 개별 제트로 상기 2차 충돌 갭(158)을 가로질러 상기 흡입측 벽(118)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는, 에어포일(56, 106).
  8. 제5항에 있어서, 상기 압력측 2차 충돌 벽(150)은 상기 복수의 통로들(122) 중 후방 통로(134)의 중실형 측벽(140)으로부터 상기 트레일링 에지(114)를 향해 연장되고, 상기 압력측 2차 충돌 벽(150)은 상기 압력측 벽(116)으로부터 이격되어서, 그들 사이에 2차 충돌 갭(162)이 한정되게 하며, 복수의 충돌 개구부(164)가 상기 압력측 2차 충돌 벽(150) 내에 한정되어, 상기 수집 챔버(152)로부터의 공기를 개별 제트로 상기 2차 충돌 갭(162)을 가로질러 상기 압력측 벽(116)의 내부 표면 상에 충돌하게 지향시키는, 에어포일(56, 106).
  9. 제8항에 있어서, 트레일링 에지 냉각 회로(166)가 상기 에어포일(56, 106)의 트레일링 에지 부분(156) 내에 배치되고, 상기 트레일링 에지 냉각 회로(166)는 상기 2차 충돌 갭(162)에 유동적으로 결합되고 상기 2차 충돌 갭(162)으로부터 상기 에어포일(56, 106)의 트레일링 에지(114)에 있는 출구(168)까지 연장되는, 에어포일(56, 106).
  10. 제8항에 있어서, 하나 이상의 필름 냉각 구멍(176)이 상기 압력측 벽(116) 또는 상기 흡입측 벽(118)을 통해 한정되고, 상기 하나 이상의 필름 냉각 구멍(176)은 상기 1차 충돌 갭(142) 및 상기 2차 충돌 갭(162) 중 하나와 유체 연통하는, 에어포일(56, 106).
  11. 제1항에 있어서, 상기 1차 충돌 벽(138)은 상기 압력측 벽(116)에 대응하도록 윤곽형성되는, 에어포일(56, 106).
  12. 제1항에 있어서, 상기 에어포일(56, 106)은 일체로 형성되는, 에어포일(56, 106).
  13. 고정자 베인(vane)(26, 100)으로서,
    내부 플랫폼(52, 102);
    외부 플랫폼(54, 104); 및
    상기 내부 플랫폼(52, 102)에 결합된 베이스(108)와 상기 외부 플랫폼(54, 104)에 결합된 팁(110) 사이에서 연장되고, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따라 한정되는 에어포일(56, 106)을 포함하는, 고정자 베인(26, 100).
  14. 제13항에 있어서, 상기 고정자 베인(26, 100)은 가스 터빈 엔진(10)의 터빈 섹션(22)의 제1 스테이지에 설치하도록 구성되는, 고정자 베인(26, 100).
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