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KR102699389B1 - 터보 기계의 로터 블레이드 - Google Patents

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KR102699389B1
KR102699389B1 KR1020180064720A KR20180064720A KR102699389B1 KR 102699389 B1 KR102699389 B1 KR 102699389B1 KR 1020180064720 A KR1020180064720 A KR 1020180064720A KR 20180064720 A KR20180064720 A KR 20180064720A KR 102699389 B1 KR102699389 B1 KR 102699389B1
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rotor blade
outlet
outlets
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airfoil
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마크 앤드류 존스
브래들리 테일러 보이어
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제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

로터 블레이드(100)는, 적어도 하나의 냉각 통로(142)와, 리딩 에지(124)로부터 트레일링 에지(126)까지 연장되는 캠버 라인(136)을 획정하는 에어포일(114)을 포함한다. 로터 블레이드(28, 100)는 또한, 상기 에어포일(114)에 연결된 팁 슈라우드(116)로서, 팁 슈라우드(116)와 상기 에어포일(114)은 적어도 하나의 냉각 통로(142)에 유동 관계로 연결된 코어(162)를 획정하고, 상기 코어(162)는 복수의 유출구(160)를 포함하고, 상기 복수의 유출구(160) 각각은 팁 슈라우드(116)의 외부면에 획정된 개구(161)를 포함하는 것인 팁 슈라우드(116)를 더 포함한다. 제1 유출구(160')는, 상기 트레일링 에지(126)에서 상기 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 15도 범위 내에 있는 방향(182)으로 제1 유출구의 개구(161')를 통해 냉각 유체(180)를 배출하도록 배향되어 있다. 제2 유출구(160")는, 상기 트레일링 에지(126)에서 상기 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 15도보다 큰 범위의 방향(192)으로 제2 유출구의 개구(161")를 통해 냉각 유체(180)를 배출하도록 배향되어 있다.

Description

터보 기계의 로터 블레이드{TURBOMACHINE ROTOR BLADE}
본원은 일반적으로 터보 기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원은 터보 기계용 로터 블레이드에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진은 일반적으로 압축기 섹션, 연소 섹션, 터빈 섹션 및 배기 섹션을 포함한다. 상기 압축기 섹션은, 가스 터빈 엔진에 들어가는 작동 유체의 압력을 점진적으로 증가시키고, 이렇게 압축된 작동 유체를 연소 섹션에 공급한다. 압축된 작동 유체와 연료(예컨대, 천연 가스)가 상기 연소 섹션 내에서 혼합되고 연소실에서 연소되어, 고압 및 고온의 연소 가스가 생성된다. 연소 가스는 연소 섹션으로부터 터빈 섹션으로 흘러 들어가고, 이 터빈 섹션에서 팽창되어 일을 생성한다. 예를 들어, 터빈 섹션에서의 연소 가스의 팽창을 통해, 예컨대 전기를 발생시키는 발전기 등에 연결된 로터 샤프트가 회전될 수 있다. 그 후에, 연소 가스는 배기 섹션을 통해 가스 터빈에서 나간다.
터빈 섹션은 일반적으로 복수의 로터 블레이드를 포함한다. 각각의 로터 블레이드는 연소 가스의 흐름 내에 배치된 에어포일을 포함한다. 이러한 점에서, 로터 블레이드는 터빈 시스템을 통과하는 연소 가스로부터 운동 에너지 및/또는 열 에너지를 추출한다. 특정 로터 블레이드는 에어포일의 반경방향 외측 단부에 연결된 팁 슈라우드를 포함할 수 있다. 팁 슈라우드는 로터 블레이드를 지나 새어나가는 연소 가스의 양을 줄인다. 필렛은 에어포일과 팁 슈라우드 사이에서 전이될 수 있다.
로터 블레이드는 일반적으로 극고온 환경에서 작동된다. 이에 따라, 로터 블레이드의 에어포일과 팁 슈라우드에는, 다양한 통로, 캐비티 및 구멍이 획정될 수 있고, 냉각 유체가 이를 통과할 수 있다. 그렇지만, 상기 다양한 통로, 캐비티 및 구멍의 종래의 구성은, 로터 블레이드의 사용 수명을 제한할 수 있으며, 많은 비용이 들고 많은 시간이 걸리는 제조 프로세스를 필요로 할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는, 상기한 종래의 구성은, 공기 역학적 성능의 저하를 야기하는 고온 가스 흐름의 교란을 초래할 수 있다.
미국 특허공보 US 8,348,612호
본 기술의 양태들과 이점들은 아래의 설명에서 부분적으로 제시될 것이거나, 아래의 설명으로부터 분명해질 수 있거나, 또는 본 기술의 실시를 통해 알게 될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 터보 기계용 로터 블레이드가 제공된다. 로터 블레이드는 적어도 하나의 냉각 통로를 획정하는 에어포일을 포함하고, 에어포일은 또한 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 연장되는 캠버 라인을 획정한다. 로터 블레이드는 에어포일에 연결된 팁 슈라우드를 더 포함하고, 상기 팁 슈라우드와 상기 에어포일은 적어도 하나의 냉각 통로에 유동 관계로 연결된 코어를 획정하며, 상기 코어는 복수의 유출구를 포함하고, 상기 복수의 유출구 각각은 상기 팁 슈라우드의 외부면에 획정된 개구를 포함한다. 상기 복수의 유출구의 제1 유출구는, 상기 트레일링 에지에서 상기 캠버 라인에 평행한 방향에 대해 15도 범위 내에 있는 방향으로 상기 제1 유출구의 개구를 통해 냉각 유체를 배출하도록 배향되어 있다. 상기 복수의 유출구의 제2 유출구는, 상기 트레일링 에지에서 상기 캠버 라인에 평행한 방향에 대해 15도보다 큰 범위의 방향으로 상기 제2 유출구의 개구를 통해 냉각 유체를 배출하도록 배향되어 있다.
다른 실시형태에 따르면, 터보 기계용 로터 블레이드가 제공된다. 로터 블레이드는 적어도 하나의 냉각 통로를 획정하는 에어포일을 포함하고, 에어포일은 또한 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 연장되는 캠버 라인을 획정한다. 로터 블레이드는 에어포일에 연결된 팁 슈라우드를 더 포함하며, 상기 팁 슈라우드는 압력측 면, 흡입측 면, 리딩 에지 면 및 트레일링 에지 면을 포함하고, 상기 팁 슈라우드와 상기 에어포일은 적어도 하나의 냉각 통로에 유동 관계로 연결된 코어를 획정하며, 상기 코어는 복수의 유출구를 포함하고, 상기 복수의 유출구 각각은 상기 팁 슈라우드의 외부면에 획정된 개구를 포함한다. 상기 복수의 유출구의 제1 유출구의 개구는 트레일링 에지 면에 획정되고, 상기 복수의 유출구의 제2 유출구의 개구는 압력측 면, 흡입측 면, 또는 리딩 에지 면 중의 하나에 획정된다. 상기 제1 유출구는, 상기 트레일링 에지에서 상기 캠버 라인에 평행한 방향에 대해 15도 범위 내에 있는 방향으로 상기 제1 유출구의 개구를 통해 냉각 유체를 배출하도록 배향되어 있다. 상기 제2 유출구는, 상기 트레일링 에지에서 상기 캠버 라인에 평행한 방향에 대해 15도보다 큰 범위의 방향으로 상기 제2 유출구의 개구를 통해 냉각 유체를 배출하도록 배향되어 있다.
전술한 본 기술의 특징, 양태 및 이점과 그 밖의 특징, 양태 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위를 참조로 하면 보다 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 있고 본 명세서의 일부분을 구성하는 첨부 도면은, 본 기술의 실시형태들을 보여주며, 상세한 설명과 함께 본 기술의 원리를 설명하는 역할을 한다.
당업자에 대한 최적의 모드를 포함하는 본 기술의 완전하고 실시 가능한 개시는, 첨부 도면들을 참조로 하는, 명세서에서 제시된다:
도 1은 본원의 실시형태들에 따른 예시적인 가스 터빈 엔진의 개략도이고;
도 2는 본원의 실시형태들에 따른 예시적인 로터 블레이드의 정면도이며;
도 3은 본원의 실시형태들에 따른 예시적인 에어포일의 단면도이고;
도 4는 본원의 실시형태들에 따른 도 3에 도시된 에어포일의 다른 단면도이며;
도 5는 본원의 실시형태들에 따른 로터 블레이드의 평면도이고;
도 6은 본원의 실시형태들에 따른 로터 블레이드의 단면도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 부호를 반복 사용하는 것은, 본 기술에 있어서 동일하거나 유사한 특징부들 또는 요소들을 나타내려는 의도가 있다.
이제, 본 기술의 실시형태들에 관하여 상세하게 언급이 이루어질 것인데, 이들 실시형태의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 상세한 설명에서는, 도면의 특징부들을 언급하기 위해 숫자 및 문자 부호를 이용한다. 도면들과 설명에서 유사하거나 비슷한 부호는 본 기술의 유사하거나 비슷한 부분을 나타내기 위해 사용되었다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "제1", "제2" 및 "제3"은 개개의 구성요소의 위치 또는 중요도를 나타내려는 것이 아니라, 어느 한 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 교환 가능하게 사용될 수 있다. 용어 "상류" 및 "하류"는 유체 경로에서의 유체 흐름에 대하여 상대적인 방향을 나타낸다. 예를 들어, "상류"는 유체가 흘러나오는 방향을 나타내고, "하류"는 유체가 흘러가는 방향을 나타낸다.
각 예는 본 기술을 한정하려는 것이 아니라 본 기술을 설명하려는 것으로 제공된다. 실제로, 본 기술의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고서도 본 기술에 수정 및 변형이 실시될 수 있다는 것이, 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시형태의 일부분으로서 예시되거나 기술된 특징부들은, 또 다른 실시형태를 만들어내기 위해 다른 실시형태들에 사용될 수 있다. 따라서, 본 기술은 첨부된 청구범위의 범위 안에 있는 이러한 수정 및 변형과 그 균등물을 커버하는 것으로 되어 있다.
산업용 또는 지상 기반 가스 터빈이 본원에 도시되고 기술되지만, 본원에 도시되고 기술된 바와 같이 본 기술은, 청구범위에 달리 특정되어 있지 않은 한, 지상 기반 및/또는 산업용 가스 터빈에 국한되지 않는다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 본 기술은, 항공용 가스 터빈(예컨대, 터보팬 등), 증기 터빈 및 선박용 가스 터빈을 비롯한 (그러나 이에 국한되는 것은 아님) 임의의 타입의 터보 기계에 사용될 수 있다.
동일한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 동일한 요소들을 나타내고 있는 도면들을 이제 참조해 보면, 도 1은 가스 터빈 엔진(10)을 개략적으로 보여준다. 본원의 가스 터빈 엔진(10)은 가스 터빈 엔진일 필요는 없으며, 오히려 증기 터빈 엔진 또는 다른 적절한 엔진 등과 같은 임의의 적절한 터보 기계일 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 가스 터빈 엔진(10)은 입구 섹션(12), 압축기 섹션(14), 연소 섹션(16), 터빈 섹션(18) 및 배기 섹션(20)을 포함할 수 있다. 압축기 섹션(14)과 터빈 섹션(18)은 샤프트(22)에 의해 연결될 수 있다. 샤프트(22)는 단일 샤프트이거나 또는 샤프트(22)를 형성하도록 함께 연결된 복수의 샤프트 세그먼트일 수 있다.
터빈 섹션(18)은 일반적으로, 복수의 로터 디스크(26)(이들 중 하나가 도시) 및 상기 로터 디스크(26)로부터 반경방향 외측으로 연장되고 상기 로터 리스크에 상호 연결된 복수의 로터 블레이드(28)를 갖는 로터 샤프트(24)를 포함할 수 있다. 이어서, 각 로터 디스크(26)는, 터빈 섹션(18)을 통해 연장되는 로터 샤프트의 일부분에 연결될 수 있다. 터빈 섹션(18)은, 로터 샤프트(24) 및 로터 블레이드(28)를 둘레 방향으로 둘러싸고 이에 따라 터빈 섹션(18)을 통과하는 고온 가스 경로(32)를 적어도 부분적으로 획정하는 외부 케이싱(30)을 더 포함한다.
작동 중에, 공기 또는 다른 작동 유체가 입구 섹션(12)을 통과하여 압축기 섹션(14)에 흘러 들어가고, 압축기 섹션에서 공기는 연소 섹션(16)의 연소기(도시 생략)에 가압 공기를 제공하도록 점진적으로 압축된다. 가압 공기는 각 연소기 내에서 연료와 혼합되고 연소되어 연소 가스(34)를 생성한다. 연소 가스(34)는 고온 가스 경로(32)를 따라 연소 섹션(16)으로부터 터빈 섹션(18)으로 유동한다. 터빈 섹션에서, 로터 블레이드(28)는 연소 가스(34)로부터 운동 에너지 및/또는 열 에너지를 추출하고, 이에 의해 로터 샤프트(24)가 회전하게 된다. 그 후에, 로터 샤프트(24)의 기계적인 회전 에너지는 압축기 섹션(14)에 동력을 공급하거나 및/또는 전기를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 그 후에, 터빈 섹션(18)에서 나오는 연소 가스(34)는, 배기 섹션(20)을 통해 가스 터빈 엔진(10)으로부터 배출될 수 있다.
도 2는 가스 터빈 엔진(10)의 터빈 섹션(18)에 로터 블레이드(28)를 대신하여 포함될 수 있는 예시적인 로터 블레이드(100)의 도면이다. 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는 축방향(A), 반경방향(R) 및 둘레방향(C)을 획정한다. 일반적으로, 축방향(A)은 로터 샤프트(24)(도 1)의 축 중심선(102)에 평행하게 연장되고, 반경방향(R)은 축 중심선(102)에 전반적으로 직교하게 연장되며, 둘레방향(C)은 축 중심선(102)의 둘레에 전반적으로 동심 관계로 연장된다. 로터 블레이드(100)는 또한 가스 터빈 엔진(10)의 터빈 섹션(14)(도 1)에 포함될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(100)는 더브테일(104), 섕크부(106) 및 플랫폼(108)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 더브테일(104)은 로터 블레이드(100)를 로터 디스크(26)(도 1)에 고정한다. 섕크부(106)는 더브테일(104)에 연결되고 더브테일(104)로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 플랫폼(108)은 섕크부(106)에 연결되고 섕크부(104)로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 플랫폼(108)은, 전반적으로 터빈 섹션(18)의 고온 가스 경로(32)(도 1)를 통과하는 연소 가스(34)에 대해 반경방향 내측 흐름 경계의 역할을 하는 반경방향 외부면(110)을 포함한다. 더브테일(104), 섕크부(106) 및 플랫폼(108)은, 냉각 유체[예컨대, 압축기 섹션(14)으로부터의 블리드 에어(bleed air)]가 로터 블레이드(100)에 들어가는 것을 허용하는, 흡기 포트(112)를 획정할 수 있다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 더브테일(104)은 축류 유입식 전나무형 더브테일이다. 대안적으로, 더브테일(104)은 임의의 적절한 타입의 더브테일일 수 있다. 실제로, 더브테일(104), 섕크부(106) 및/또는 플랫폼(108)은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다.
이제 도 2~도 4를 참조해 보면, 로터 블레이드(100)는 에어포일(114)을 더 포함한다. 특히, 에어포일(114)은 플랫폼(108)의 반경방향 외부면(110)으로부터 팁 슈라우드(116)까지 반경방향 외측으로 연장된다. 이러한 점에서, 에어포일(114)은 루트(118)[즉, 에어포일(114)과 플랫폼(108) 사이의 교차부]에서 플랫폼(108)에 연결된다. 에어포일(114)은 압력측 표면(120)과 반대편의 흡입측 표면(122)을 포함한다(도 3). 압력측 표면(120)과 흡입측 표면(122)은, 연소 가스(34)(도 1)의 흐름을 향해 배향된, 에어포일(114)의 리딩 에지(124)에서 결합되거나 또는 상호 연결된다. 압력측 표면(120)과 흡입측 표면(122)은 또한, 리딩 에지(124)로부터 하류측에 간격을 두고 배치된 에어포일(114)의 트레일링 에지(126)에서 결합되거나 또는 상호 연결된다. 압력측 표면(120)과 흡입측 표면(122)은, 리딩 에지(124)와 트레일링 에지(126) 근방에서 계속 이어진다. 압력측 표면(120)은 전반적으로 오목하고, 흡입측 표면(122)은 전반적으로 볼록하다.
특히 도 2를 참조해 보면, 에어포일(114)은 루트(118)로부터 팁 슈라우드(116)까지 연장되는 스팬(128)을 획정한다. 특히, 루트(118)는 스팬(128)의 0 퍼센트에 배치되고, 팁 슈라우드(116)는 스팬(128)의 100 퍼센트에 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스팬(128)의 0 퍼센트는 도면부호 130에 의해 식별되고, 스팬(128)의 100 퍼센트는 도면부호 132에 의해 식별된다. 또한, 스팬(128)의 90 퍼센트는 도면부호 134에 의해 식별된다. 스팬(128)을 따라서의 다른 위치도 또한 획정될 수 있다.
이제 도 3을 참조해 보면, 에어포일(114)은 캠버 라인(136)을 획정한다. 보다 구체적으로, 캠버 라인(136)은 리딩 에지(124)로부터 트레일링 에지(126)까지 연장된다. 캠버 라인(136)은 또한 압력측 표면(120)과 흡입측 표면(122)의 사이에 그리고 이들 표면으로부터 같은 거리를 두고 배치된다. 도시된 바와 같이, 에어포일(114)과, 보다 일반적으로 로터 블레이드(100)는, 캠버 라인(136)의 일측에 배치된 압력측(138)과, 캠버 라인(136)의 타측에 배치된 흡입측(140)을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 에어포일(114)에는 이를 통하여 연장되는 복수의 냉각 통로(142)가 부분적으로 획정될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 에어포일(114)에는 5개의 냉각 통로(142)가 부분적으로 획정된다. 그러나, 에어포일(114)에는 보다 많거나 보다 적은 수의 냉각 통로(142)가 획정될 수 있다. 냉각 통로(142)는 흡기 포트(112)로부터 에어포일(114)을 통과하여 팁 슈라우드(116)까지 반경방향 외측으로 연장된다. 이러한 점에서, 냉각 유체는 냉각 통로(142)를 통해 흡기 포트(112)로부터 팁 슈라우드(116)까지 유동할 수 있다.
전술한 바와 같이, 로터 블레이드(100)는 팁 슈라우드(116)를 포함한다. 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이, 팁 슈라우드(116)는 에어포일(114)의 반경방향 외측 단부에 연결되며, 일반적으로 로터 블레이드(100)의 반경방향 최외측 부분을 획정한다. 이러한 점에서, 팁 슈라우드(117)는 로터 블레이드(100)를 지나 빠져나가는 연소 가스(34)(도 1)의 양을 줄인다. 팁 슈라우드(116)는, 본원에 설명된 바와 같이 팁 슈라우드(116)의 하나 이상의 비(非)방사형 면을 포함하는 측면(144)을 포함한다. 팁 슈라우드(116)는, 반경방향 외부면(146)과 반경방향 내부면(148)(도 6)을 더 포함한다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 슈라우드(116)는 반경방향 외부면(146)으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 밀봉 레일(152)을 포함한다. 그러나, 대안적인 실시형태는, 보다 많은 밀봉 레일(152)[예를 들어, 2개의 밀봉 레일(152), 3개의 밀봉 레일(152) 등]을 포함하거나 밀봉 레일(152)이 전혀 없을 수 있다.
언급된 바와 같이, 측면(144)은 팁 슈라우드(116)의 하나 이상의 비방사형 면을 포함한다. 이들 비방사형 면은, 예를 들어 리딩 에지 면(170), 트레일링 에지 면(172), 압력측 면(174), 및/또는 흡입측 면(176)을 포함할 수 있다. 리딩 에지 면(170)은 일반적으로 고온 가스 경로(32)에 대면하고, 이에 따라 블레이드(100)를 지나 이동하는 연소 가스(34)에 의해 영향을 받는다. 트레일링 에지 면(172)은 일반적으로 축방향(A)을 따라서 리딩 에지 면(170)의 반대편에 있다. 압력측 면(174)과 흡입측 면(176)은 일반적으로 둘레방향(C)을 따라서 서로 마주 보고 있다. 또한, 소정 단(段)의 블레이드들(100)의 둘레방향 어레이에서, 압력측 면(174)은 이웃하는 블레이드(100)의 흡입측 면(176)에 대면할 수 있고, 흡입측 면(176)은 이웃하는 블레이드(100)의 압력측 면(174)에 대면할 수 있다.
특히 도 5 내지 도 6을 참조해 보면, 팁 슈라우드(116)에는 그 냉각을 가능하게 하는 여러 통로, 챔버 및 구멍이 획정된다. 도 2에 도시된 밀봉 레일(152)은 명료한 도시를 위해 도 5에서 생략된다. 도시된 바와 같이, 팁 슈라우드(116)에는 중앙 플레넘(153)이 획정된다. 도시된 실시형태에서, 중앙 플레넘(154)은 냉각 통로(142)에 유동 관계로 연결된다. 팁 슈라우드(116)에는 또한 본체 캐비티(156)가 획정된다. 팁 슈라우드(116)에 의해 획정된 하나 이상의 교차형 구멍(158)은 중앙 플레넘(154)을 본체 캐비티(156)에 유동 관계로 연결할 수 있다. 또한, 팁 슈라우드(116)에는, 본체 캐비티(156)를 고온 가스 경로(32)(도 1)에 유동 관계로 연결하는 하나 이상의 유출구(160)가 획정된다. 팁 슈라우드(116)에는 임의의 적절한 구성의 통로, 챔버, 및/또는 구멍이 획정될 수 있다. 중앙 플레넘(154), 본체 캐비티(156), 교차형 구멍(158) 및 유출구(160)를 총괄하여 코어(162)라 지칭할 수 있다.
가스 터빈 엔진(10)(도 1)의 작동 중에, 냉각 유체는 팁 슈라우드(116)를 냉각하기 위해 전술한 통로, 캐비티 및 구멍을 통과한다. 보다 구체적으로, 냉각 유체[예컨대, 압축기 섹션(14)으로부터의 블리드 에어]가 흡기 포트(112)(도 2)를 통해 로터 블레이드(100)에 들어간다. 이러한 냉각 유체의 적어도 일부분이 냉각 통로(142)를 통하여 팁 슈라우드(116)의 중앙 플레넘(154)에 흘러 들어간다. 그 후에, 상기 냉각 유체는 중앙 플레넘(154)에서부터 교차형 구멍(158)을 통과하여 본체 캐비티(156)에 흘러 들어간다. 상기 냉각 유체는, 본체 캐비티(156)를 통과하는 동안, 팁 슈라우드(116)의 여러 벽을 대류식으로 냉각한다. 그 후에, 상기 냉각 유체는 유출구(160)를 통해 본체 캐비티(156)에서 빠져나와 고온 가스 경로(32)(도 1)에 흘러 들어간다.
도 5 내지 도 6을 계속 참조해 보면, 그리고 예시된 바와 같이, 팁 슈라우드(116)에는 복수의 유출구(160)가 획정될 수 있다. 각 유출구(160)는 본체 캐비티(156)를 고온 가스 경로(32)에 유동 관계로 연결할 수 있고, 이에 따라 본체 캐비티(156) 및 고온 가스 경로(32)와 유체 연통 관계이고 본체 캐비티와 고온 가스 경로의 사이에 있다. 보다 구체적으로, 냉각 유체는 본체 캐비티(156)에서부터 각 유출구(160)를 통과하게 유동할 수 있고, 각 유출구(160)에서부터 고온 가스 경로(32)로 배출될 수 있다. 각 유출구(160)는, 예를 들어 팁 슈라우드(116)의 외부면에 획정된 유출구(160)의 개구(161)와 본체 캐비티(156)의 사이에서 연장될 수 있다. 상기한 외부면은 상기 측면(144), 상기 반경방향 외부면, 또는 상기 반경방향 내부면(148)의 비방사형 면일 수 있다. 따라서, 본체 캐비티(156) 내의 냉각 유체는, 본체 캐비티(156)에서부터 각 유출구(160) 안으로 그리고 각 유출구를 통과하게 유동할 수 있고, 유출구(160)에서부터 이 유출구의 개구(161)를 지나 고온 가스 경로(32)로 배출될 수 있다.
본원에 설명된 바와 같이, 제1 유출구(160')라 지칭되는 하나 이상의 유출구(160)는, 터보 기계(10)의 성능 향상을 가능하게 하는 매우 유익한 위치 설정을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 유출구(160')의 개구(161')를 통해 배출된 냉각 유체는 고온 가스 경로(32)의 흐름 방향으로 배향될 수 있다. 이에 따라, 이러한 냉각 유체는 추가적인 추력을 공급할 수 있다. 추가적으로, 이러한 배향은 고온 가스 경로(32)에서 교란을 줄일 수 있는 데, 그 이유는 상기한 바와 같이 배출된 냉각 유체가 연소 가스(34)와, 예를 들어 다양한 횡단 각도 등을 갖고서, 상호 작용하기 때문이다. 따라서, 공기 역학적 성능의 향상이 가능해진다.
도시된 바와 같이, 상기한 하나 이상의 제1 유출구(160') 각각은, 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 15도 내에 있는 [즉, 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 -15도 이상 15도 이하이고 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한] 방향(182)으로, 냉각 유체(180)를 유출구의 개구(161')를 통해 배출하도록 배향될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 상기한 하나 이상의 제1 유출구(160') 각각은, 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 10도 내에 있는 방향(182), 예를 들어 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 5도 내에 있는 방향, 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향 등으로, 냉각 유체(180)를 유출구의 개구(161')를 통해 배출하도록 배향될 수 있다. 이러한 방향(182)은 축방향(A)에 의해 부분적으로 획정된 평면도 평면에 그리고 도 5에 예시된 바와 같이 획정될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 각도 184는 캠버 라인(136)에 대한 상기 배향의 방향(182)을 정할 수 있다.
설명된 바와 같이, 상기한 개구(161')는 팁 슈라우드(116)의 외부면에 획정될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 제1 유출구(160')의 상기한 외부면은 비방사형 면일 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시형태에서, 상기한 비방사형 면은 트레일링 에지 면(172)일 수 있다. 그러나, 대안적으로, 상기한 개구(161')는 다른 비방사형 면, 즉 예를 들어 반경방향 외부면(146) 또는 반경방향 내부면(148) 등에 획정될 수 있다.
따라서, 예시적인 실시형태에서, 제1 유출구(160')로부터 그 개구(161')를 통하여 배출되는 냉각 유체(180)는, 연소 가스(34)가 트레일링 에지(126)를 지나 유동할 때, 고온 가스 경로(32) 방향으로 배향된다.
또한 그러나, 추가적인 냉각 유체(180)가 제1 유출구(160')와 상이한 다른 유출구(160)의 개구(161)를 통해 배출될 수 있다. 예를 들어, 복수의 유출구(160)는 하나 이상의 제2 유출구(160")를 더 포함할 수 있고, 냉각 유체(180)는 제2 유출구의 개구(161")를 통해 배출될 수 있다. 유익하게는, 이에 따라 냉각 유체(180)의 일부분만이 전술한 제1 유출구(160')로부터 배출되는 반면에, 제2 유출구(160")로부터 배출되는 냉각 유체(180)의 다른 부분은 다른 용도에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 유출구(160")로부터 배출되는 냉각 유체(180)의 일부가, 팁 슈라우드(116)의 추가 냉각에 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 유출구(160")로부터 배출되는 냉각 유체(180)의 일부가, 전술한 바와 같이 이웃하는 블레이드(100)의 면을 충돌 냉각하는 데 이용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기한 하나 이상의 제2 유출구(160") 각각은, 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 15도보다 큰 범위의 방향(192)으로, 냉각 유체(180)를 제2 유출구의 개구(161")를 통해 배출하도록 배향될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 제2 유출구(160")는, 트레일링 에지(126)에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 30도보다 큰 범위의 방향(192), 예를 들어 트레일링 에지에서 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 50도보다 큰 범위의 방향 등으로, 냉각 유체(180)를 제2 유출구의 개구(161")를 통해 배출하도록 배향될 수 있다. 이러한 방향(192)은 축방향(A)에 의해 부분적으로 획정된 평면도 평면에 그리고 도 5에 예시된 바와 같이 획정될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 각도 184는 캠버 라인(136)에 대한 상기 배향의 방향(192)을 정할 수 있다.
설명된 바와 같이, 상기한 개구(161")는 팁 슈라우드(116)의 외부면에 획정될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 제2 유출구(160")의 상기한 외부면은 비방사형 면일 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 제2 유출구(160")에 대한 상기 비방사형 면은 리딩 에지 면(170)일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 제2 유출구(160")에 대한 상기 비방사형 면은 압력측 면(174) 및/또는 흡입측 면(176)일 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 제2 유출구(160")에 대한 상기 개구(161')는 다른 비방사형 면, 즉 예를 들어 반경방향 외부면(146) 또는 반경방향 내부면(148) 등에 획정될 수 있다.
본 명세서는, 본 기술을 가장 바람직한 유형을 포함해 개시하고, 임의의 당업자가 개시된 본 기술을 실시할 수 있게 하기 위해, 실시예를 사용하고 있는데, 상기 실시예에는 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작하고 사용하는 것과, 임의의 수반되는 방법을 행하는 것 등이 있다. 본 기술의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정해지며, 당업자에게 떠오르는 다른 실시예들도 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예들은, 청구범위의 문자 그대로의 표현과 다르지 않은 구조 요소를 포함한다면, 또는 청구범위의 문자 그대로의 표현과 실질적으로 차이가 없는 등가의 구조 요소를 갖는다면, 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 되어 있다.

Claims (10)

  1. 터보 기계(10)용 로터 블레이드(100)로서:
    적어도 하나의 냉각 통로(142)를 획정하는 에어포일(114)로서, 리딩 에지(124)로부터 트레일링 에지(126)까지 연장되는 캠버 라인(136)을 추가적으로 획정하는 것인 에어포일(114); 및
    상기 에어포일(114)에 연결된 팁 슈라우드(116)로서, 팁 슈라우드(116)와 상기 에어포일(114)은 적어도 하나의 냉각 통로(142)에 유동 관계로 연결된 코어(162)를 획정하며, 상기 코어(162)는 복수의 유출구(160)를 포함하고, 상기 복수의 유출구(160) 각각은 팁 슈라우드(116)의 외부면에 획정된 개구(161)를 포함하는 것인 팁 슈라우드(116)
    를 포함하고,
    상기 복수의 유출구(160)의 제1 유출구(160')는, 상기 트레일링 에지(126)에서 상기 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 15도 이내에 있는 방향(182)으로 상기 제1 유출구(160')의 개구(161')를 통해 냉각 유체(180)를 배출하도록 배향되어 있으며, 상기 복수의 유출구(160)의 제2 유출구(160")는, 상기 트레일링 에지(126)에서 상기 캠버 라인(136)에 평행한 방향으로부터 15도보다 더 큰 방향(192)으로 상기 제2 유출구(160")의 개구(161")를 통해 냉각 유체(180)를 배출하도록 배향되어 있고, 이에 따라 상기 제1 유출구(160')의 개구(161')를 통해 배출된 냉각 유체(180)에 의한 고온 가스 경로(32)에서의 교란이 줄어들어 공기 역학적 성능이 향상되는 것인 로터 블레이드(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유출구(160')는 복수의 제1 유출구(160')인 것인 로터 블레이드(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 유출구(160')의 개구(161')는 상기 팁 슈라우드(116)의 비(非)방사형 면에 획정되는 것인 로터 블레이드(100).
  4. 제3항에 있어서, 상기 비방사형 면은 트레일링 에지 면(172)인 것인 로터 블레이드(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어(162)는 본체 캐비티(156)를 포함하고, 상기 복수의 유출구(160) 각각은 상기 본체 캐비티(156)와 유체 연통하는 것인 로터 블레이드(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 유출구(160')는, 상기 트레일링 에지(126)에서 상기 캠버 라인(136)에 평행한 방향에 대해 5도 이내에 있는 방향(182)으로 상기 제1 유출구(160')의 개구(161')를 통해 냉각 유체(180)를 배출하도록 배향되어 있는 것인 로터 블레이드(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 유출구(160")는 복수의 제2 유출구(160")인 것인 로터 블레이드(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 유출구(160")의 개구(161")는 상기 팁 슈라우드(116)의 비방사형 면에 획정되는 것인 로터 블레이드(100).
  9. 제8항에 있어서, 상기 비방사형 면은 리딩 에지 면(170)인 것인 로터 블레이드(100).
  10. 제8항에 있어서, 상기 비방사형 면은 압력측 면(174) 또는 흡입측 면(176) 중의 어느 하나인 것인 로터 블레이드(100).
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