KR20040087875A

KR20040087875A - 터빈 요소

Info

Publication number: KR20040087875A
Application number: KR1020040020682A
Authority: KR
Inventors: 쿤하프랭크제이.; 다머매튜티.
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2004-10-15
Also published as: CN1536200A; EP1467065B1; KR100573658B1; TWI278565B; EP1467065A2; US20070237639A1; IL161270A0; US20040202542A1; PL367008A1; SG116534A1; EP2388438A1; JP2004308659A; US7014424B2; US7686580B2; CA2463390A1; EP1467065A3; EP2388438B1; TW200424423A

Abstract

터빈 요소 에어포일은 후단 경로로부터 후단 에지를 향해 연장하는 슬롯을 갖는 냉각 경로 네트워크를 갖는다. 복수의 개별 포스트는 가압 및 흡입 측벽 부분 사이에서 슬롯을 연결한다.

Description

터빈 요소 {TURBINE ELEMENT}

본 발명은 가스 터빈 엔진에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각 터빈 요소(예컨대, 블레이드 및 베인)에 관한 것이다.

효율은 터빈 요소의 열성능에 의해 제한된다. 엔진 압축기로부터의 공기는 연소기를 우회하고 요소를 냉각시켜서, 요소의 합금 기판의 용융점을 넘는 온도에 잘 노출되도록 한다. 냉각 우회는 손실을 의미하므로 가능한 한 적은 공기를 사용하는 것이 바람직하다. 요소의 에어포일의 후단 에지 냉각은 특히 중요하다. 공기 역학적으로, 쇼크 손실을 최소화하기 위해 후단 에지부는 얇고 작은 웨지 각도를 갖는 것이 바람직하다.

하나의 통상적 제조 방법에 있어서, 요소의 에어포일 내의 냉각 네트워크의 주요 경로는 요소의 주조 공정 중에 희생 코어를 사용하여 형성된다. 에어포일 표면에는 네트워크와 연통하는 구멍이 제공될 수 있다. 이러한 구멍의 일부 또는 전부는 천공될 수 있다. 이러한 구멍들은 가압 및 흡입측 표면 상의 필름 구멍과, 후단 에지를 따른 또는 그 근방의 구멍을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 태양은 플랫폼과 에어포일을 구비한 터빈 요소이다. 에어포일은 플랫폼의 제1 단부로부터 제2 단부까지 길이를 따라 연장한다. 에어포일은 선단 에지 및 후단 에지와 가압 및 흡입측을 갖는다. 에어포일은 후단 경로와, 상기 후단 경로로부터 후단 에지로 연장하는 슬롯을 포함하는 냉각 경로 네트워크를 갖는다. 슬롯은 에어포일의 가압 및 흡입 측벽부를 국부적으로 분리하고 대향하는 제1 및 제2 슬롯 표면을 갖는다. 복수의 개별 포스트는 가압 및 흡입 측벽부 사이에서 슬롯을 연결한다.

다양한 구현예에서, 포스트는 슬롯을 따라 0.25 ㎝(0.10 인치)보다 크지 않은 치수를 갖는다. 제2 단부는 자유 팁일 수 있다. 포스트는, 포스트의 선단 그룹과, 선단 그룹을 따르는 포스트의 제1 계량 열과, 제1 계량 열을 따르는 포스트의 제2 계량 열과, 제1 계량 열과 제2 계량 열 사이에 적어도 하나의 개재 그룹을 포함할 수 있다. 제1 계량 열은 선단 그룹보다 큰 한정 인자를 가질 수 있다. 제2 계량 열은 선단 그룹보다 큰 한정 인자를 가질 수 있다. 개재 그룹은 제1 계량 열 및 제2 계량 열보다 작은 한정 인자를 가질 수 있다. 포스트는 슬롯의 출구 이전에 이격된 포스트의 후단 어레이를 포함할 수 있다. 블레이드는 본질적으로 니켈 합금으로 구성될 수 있다. 에어포일의 정밀 후단부는 슬롯의 출구를 따라 하강할 수 있다. 포스트는 본질적으로 복수의 원형 포스트 열의 선단 그룹과, 본질적으로 원형 포스트의 후단 열과, 관련된 열의 방향으로 길다란 섹션을 갖는 포스트의 개재 열과 함께 정렬될 수 있다. 포스트는 슬롯을 따라 0.25 ㎝(0.10 인치) 이하의 치수를 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양은 세라믹 요소와 불용성 금속 시트를 포함하는 터빈 요소 형성 코어 조립체이다. 세라믹 요소는 터빈 요소 내에서 도관 네트워크의 관련 레그를 적어도 부분적으로 한정하는 부분을 갖는다. 내화성 금속 시트는 부분의 후단의 후미에서 연장되어 위치된 세라믹 요소에 고정된다. 시트는 터빈 요소의 에어포일의 가압 및 흡입 측부 사이에 관련 포스트를 형성하기 위해 대향하는 제1 및 제2 표면 사이에서 연장하는 개구를 갖는다.

다양한 구현예에서, 적어도 하나의 원형 개구 열과 실질적으로 열의 방향으로 길다란 적어도 하나의 개구 열이 있을 수 있다. 복수개의 이러한 길다란 개구 열이 있을 수 있다. 길다란 개구는 실질적으로 직사각형일 수 있다. 열들은 아치형일 수 있다. 열들은 특성 폭 및 보다 큰 특성 분리를 갖는 개구를 구비한 제1 서브그룹 열과, 특성 폭 및 보다 작은 특성 분리를 갖는 제1 서브그룹을 따르는 제1 계량 열에 의해 정렬될 수 있다. 조립체는 몰드와 함께 결합될 수 있고, 상기 몰드와 시트의 가압 및 흡입 측부 교차 위치는 본질적으로 시트의 개구가 없는 부분을 따라서 하강한다.

본 발명의 다른 태양은 터빈 블레이드를 제조하는 것에 관한 것이다. 세라믹 코어와 개구된 내화성 금속 시트가 조립된다. 주형이 코어와 시트 주위에 형성된다. 주형은 블레이드 플랫폼과 플랫폼의 루트로부터 팁으로 연장하는 에어포일을 형성하는 표면 갖는다. 조립된 코어와 시트는 에어포일을 통해 냉각 경로 네트워크를 형성하기 위한 표면을 갖는다. 용융된 합금이 주형으로 도입되고 최초로 블레이드를 형성하도록 고화된다. 주형이 제거된다. 조립된 코어와 내화성 금속시트는 파괴식으로 제거된다. 그 다음, 냉각 경로 네트워크를 더 형성하기 위한 블레이드 내에 복수의 구멍이 천공될 수 있다. 코어와 조립하기 전에 시트 내에 구멍이 레이저 천공될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예의 세부 사항이 첨부 도면과 이하의 상세한 설명에 제시된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 명세서 및 도면, 그리고 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.

도1은 종래 기술의 블레이드의 평균 단면도.

도2는 도1의 블레이드의 에어포일의 단면도.

도3은 본 발명의 원리에 따른 블레이드의 평균 단면도.

도3a는 도3의 3A 부분의 확대도.

도4는 도1의 블레이드의 에어포일의 단면도.

도5는 도3의 블레이드를 형성하기 위한 삽입체의 (흡입 측) 평면도.

도5a는 도5의 5A 부분의 확대도.

도6은 제조 중의 도3의 블레이드의 단면도.

다양한 도면의 동일한 도면 부호 및 지시 부호는 동일한 요소를 지시한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 터빈 블레이드

22: 에어포일

24: 루트

28: 단부

30: 선단 에지

32: 후단 에지

34, 36: 표면

40: 냉각 경로 네트워크

42: 포트

도1은 내측 플랫폼(26)에서의 기단(proximal) 루트(24)로부터 블레이드 팁을 형성하는 말단(distal) 단부(28)로 일정 길이를 따라 연장하는 에어포일(22)을 갖는 종래 기술의 터빈 블레이드(20)를 도시한다. 이러한 많은 블레이드는 유동 경로의 내측 부분을 한정하는 내측 링을 형성하는 각각의 플랫폼에 의해 나란히 조립될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 블레이드는 금속 합금으로 단일하게 형성된다.

에어포일은 선단 에지(30)로부터 후단 에지(32)로 연장한다. 선단 에지 및 후단 에지는 가압 및 흡입 측 또는 표면(34, 36)을 분리한다(도2). 에어포일을 냉각시키기 위해, 에어포일에는 플랫폼 내의 포트(42)에 연결된 냉각 경로 네트워크(40)(도1)가 제공된다. 예시적인 경로 네트워크는 에어포일을 따라 대체로 길이방향으로 연장하는 일련의 공동을 포함한다. 가장 후미의 공동은 후단 에지(32)에 대체로 평행하게 연장하는 후단 에지 공동(44)으로서 간주된다. 후미로부터 두 번째 공동(46)은 후단 에지 공동(32) 전방에 위치된다. 도시된 실시예에서, 공동(44, 46)은 충돌 공동이다. 후미로부터 두 번째 공동(46)은 공동과 개구를 분리하는 벽(54) 내의 개구(52)의 어레이를 통해 공급 공동(50)의 트렁크 부분(48)으로부터 공기를 수용한다. 공급 공동(50)은 플랫폼 내의 포트의 후단 그룹으로부터 공기를 수용한다. 유사하게, 후단 에지 공동(44)은 공동과 개구 사이의 벽(58) 내의 개구(56)를 경유하여 후미로부터 두 번째 공동(46)으로부터 공기를 수용한다. 트렁크(48)의 하류에서, 공급 공동은 일련의 꾸불꾸불한 레그(60, 61, 62, 63)를 갖는다. 최종 레그(63)는 개구(65)에 의해 팁 또는 포켓(64)으로 배기되는 말단 단부를 갖는다. 예시적인 블레이드는 플랫폼 내의 포트의 선단 그룹으로부터 공기를 수용하는 전방 공급 공동(66)을 더 포함한다. 예시적인 전방 공급 공동(66)은, 플랫폼으로부터 팁 쪽으로 연장하고 개구(70)에 의해 팁 포켓(64)으로 배기되는 말단 단부 부분을 갖는 트렁크(68)만을 갖는다. 선단 에지 공동(72)은 선단 에지의 내측으로 단부 대 단부로 연장하고 벽(74)에 의해 서로 분리된 3개의 격리된 세그멘트를 갖는다. 선단 에지 공동(72)은 트렁크와 개구를 분리하는 벽(77) 내의 개구(76)의 어레이를 통해 트렁크(68)로부터 공기를 수용한다.

블레이드는 높은 외측 온도로부터 표면을 더욱 냉각시키고 단열하기 위해 경로 네트워크(40)로부터 가압 및 흡입 표면(34, 36)으로 연장하는 구멍(80A 내지 80P)(도2)을 더 포함할 수 있다. 이들 구멍 중에서, 후단 에지 구멍(80P)의 어레이는 후단 에지에 근접한 위치와 후단 에지 충돌 공동(44)의 후미측 말단 사이에서 연장한다. 도시된 구멍(80P)은 후단 에지(32) 약간 전방의 가압 측 표면을 따라 출구(82)를 갖는다. 도시된 구멍(80P)은 고립부(island)(84)(도1)에 의해 분리된 슬롯으로서 형성된다.

예시적인 블레이드에서, 공기는 벽(54, 58) 상에 연속적으로 충돌함으로써 트렁크(48)로부터 공동(46, 44)을 통과한다. 그러므로, 공동(46, 44)은 충돌 공동으로서 정의된다. 이러한 공기는 슬롯(80P)을 거쳐 공동(44)을 빠져 나온다. 부가적인 공기는, 트렁크(48)의 말단부로부터 제공되고 벽(92)에 의해 공동(46, 44)으로부터 분리된 후단 에지 팁 슬롯(90)(도1)을 통해 배기된다.

블레이드는 희생 코어와 함께 주조됨으로써 제조될 수도 있다. 예시적인 공정에서, 코어는 세라믹 부분 또는 공동, 팁 포켓, 필름 구멍(80A 내지 80O)을 제외한 다양한 연결 개구 및 구멍(80P)을 포함하는 냉각 경로 네트 워크의 양극(positive)을 형성하는 부분의 조합을 포함한다. 코어는 블레이드의 기본 형상을 갖는 영구 주형 내에 위치될 수도 있고 왁스 또는 다른 희생 물질은 블레이드의 플러그를 형성하도록 안내될 수 있다. 상기 주형은 제거되고 세라믹 코팅이 플러그의 외부에 도포된다. 세라믹 코팅은 희생 주형을 형성한다. 용융된 금속은 왁스를 대신하도록 안내될 수도 있다. 냉각 후, 희생 주형 및 코어는 (예를 들면, 화학적 여과에 의해) 제거될 수도 있다. 또한, 기계 가공 또는 마무리 단계는 구멍(80A 내지 80O)의 천공을 포함할 수도 있다. 베인(vane)(예를 들면, 에어포일의 양 단부에서 플랫폼을 가짐)이 유사하게 형성될 수도 있다.

도3은 본 발명에 따른 블레이드(120)를 도시한다. 설명을 위해, 블레이드는 도1의 블레이드(20)의 상대적으로 최소한의 가공된 예시적인 변형예로서 도시된다. 이러한 가공에서, 블레이드의 외부 치수는 일반적으로 동일하게 유지된다. 부가적으로, 후단 공급 공동(124)의 트렁크(122) 전방의 블레이드의 내부 특성은 동일하고 동일한 도면 부호로 나타낸다. 전술하였지만, 다른 가공은 추가의 변경을 행할 수도 있다. 개재 벽이 없고 트렁크(122)의 후방 말단(126)의 후미에는 다수의 포스트 또는 받침대 열(130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146)이 있다. 예시적인 실시예에서, 열은 후단 에지(32)의 아크에 상응하는 거의 아치형이다. 예시적인 실시예에서, 열들은 약간 아치형이고 후단부(32)가 아치형에 상응된다. 예시적인 실시예에서, 선단 열(130)은 에어포일의 길이의 말단부(예를 들면, 약 1/2)를 따라서만 연장한다. 남은 열은 루트로부터 근접 팁까지 대체로 모두 연장한다. 예시적인 실시예에서, 5개의 열(130 내지 138)의 선단 그룹은, 실질적으로 직원형 실린더로서 형성되고 산재된 갭(161)을 갖는 받침대(160)를 갖는다. 받침대(160)는 제1 직경(D₁)을 갖고 제1 중앙 간격 또는 피치(P₁) 및 제1 틈(S₁)을 갖고, S₁= P₁-D₁·D₁는 관련 열의 중심선을 따르고 이에 대해 횡방향인 받침대(160)의 특성 치수이다. 열 피치 또는 중심선 대 중심선의 간격(R₁)은 P₁보다 약간 작고 S₁보다는 약간 크다. 열은 약간 스태거된(staggered) 그 위상을 갖는다. 약간의 스태거는 원심 작동의 영향을 반영하는 대략 전체 유동 방향(510)을 따라 보았을 때 근접 받침대가 대략 위상이 다르도록 제공된다.

다음 열(140)은 실질적으로 원형의 우직사각형 실린더로서 형성된 받침대(162)를 갖는다. 받침대(162)는 길이(L₂)(열에 평행하게 측정됨), 폭(W₂)(열에 수직하게 측정됨), 피치(P₂) 및 틈(S₂)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 피치는실질적으로 P₁과 동일하고 받침대(162)는 선단 그룹의 최종 열(138)의 받침대(160)와 정확히 위상이 다르다. 이는 받침대(162) 사이의 갭(163)의 바로 전방에 선단 그룹 최종 열 받침대를 위치시킨다. 열(140)과 열(138)사이의 열 피치(R₂)는 R₁보다 약간 작다. 다음 열(142)은 실질적으로 원형의 우직사각형 실린더로도 형성된 받침대(162)를 갖는다. 이러한 열의 받침대는 길이, 폭, 피치 및 틈(L₃, W₃, P₃및 S₃)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, L₃및 W₃는 모두 L₂및 W₂보다 실질적으로 작다. 그러나, 피치(P₃)는 실질적으로 P₁과 동일하고, 또한 받침대(164)가 관련 갭(163) 바로 뒤에 있고 받침대(164) 사이의 갭(165)이 관련 받침대(162) 바로 뒤에 있도록 스태거는 완전히 위상이 다르다. 열(142)과 그 전방의 열(140) 사이의 열 피치(R₃)는 R₂와 R₁보다 다소 작다. 다음 열(144)은 실질적으로 원형의 우직사각형 실린더로도 형성된 받침대(166)를 갖는다. 받침대(166)는 길이, 폭, 피치 및 간격(L₄, W₄, P₄및 S₄)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 이들은 그 전방의 열(142)의 상응하는 치수와 실질적으로 동일하지만, 각각의 받침대(166)가 갭(165) 바로 뒤에 있고 각각의 갭(167)이 받침대(164)의 바로 뒤에 있도록 완전히 위상이 다르다. 열(144)과 그 전방의 열(142) 사이의 열 피치(R₄)는 R₃와 같이, 실질적으로 R₂와 R₁보다 작다. 예시적인 실시예에서, 후단 열(146)은 직경(D₅), 피치(P₅), 그 사이 갭(169)의 간격(S₅)을 갖는 실질적으로 직원 원통형으로 형성된 받침대(168)를갖는다. 예시적인 실시예에서, D₅는 D₁및 직사각형 받침대 길이 보다 작다. 또한, 피치(P₅)는 다른 열의 피치보다 작고, 틈(S₅)은 열(140)이 아닌 다른 열의 틈 보다 작다. 그 전방의 열(146)과 열(144) 사이의 열 피치(R₅)는 R₃및 R₄와 같이 실질적으로 R₁및 R₂보다 작다. 예시적인 실시예에서, 열(146)의 중심선은 후단 에지(32)의 충분히 전방에 있어, 각각의 받침대(168)의 최후단과 후단 에지(32) 사이에는 갭(180)이 있다. 예시적인 갭은 직경(D₅)의 대략 100 내지 200%의 두께(T)를 갖는다.

도4는 설명을 위해 각각의 열(132 내지 146)의 받침대를 통해 절단한 단면으로 블레이드를 도시하고 있다. 이러한 받침대는 트렁크(122)의 최후방(126)의 입구(183)에서 후단 에지(32)의 출구(184)로 연장되는 슬롯(182) 내에 형성되어 도시되고 있다. 슬롯은 높이(H)와, 입구 대 출구 길이(L)를 갖는다. 슬롯은 각각 대향되는 평행한 내부 기내 표면(193, 194)을 갖는 에어포일의 가압 및 흡입측을 따라 벽부(190, 192)를 국부적으로 분리한다. 슬롯은 플랫폼(26)의 기내 단부(195)(도3 참조)로부터 팁부(28)에 인접하는 기외 단부(196)로 연장된다.

바람직한 제작 방법에 따르면, 받침대는 세라믹 코어에 조립된 얇은 희생 요소 위로 블레이드를 주조함으로써 형성된다. 예시적인 희생 요소는 코어의 정합 특징부 내로 부분적으로 삽입되는 금속 부재(삽입체)이다. 삽입체는 처음에 내화성 금속(예를 들어, 몰리브덴) 시트로 형성되어, 그후 세라믹 코어와 조립될 수 있다. 도5는 전구체 시트를 (예를 들어, 레이저 절단/천공을 통해) 기계 가공하여 형성된 삽입체(200)를 도시하고 있다. 삽입체는 그 자체의 선단 에지(202) 및 후단 에지(204)와 기내 단부(206) 및 기외 단부(207)를 갖는다. 기내 단부(206) 및 기외 단부(207)의 중앙부는 슬롯 기내 단부(206) 및 기외 단부(207)에 대응하여 기내 단부 및 기외 단부를 한정한다. 삽입체는 받침대(160 내지 168)의 열(130 내지 146)에 대응하여 이들을 한정하는 구멍(230, 232, 234, 236, 238)의 열(210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226)을 갖는다. 도5는 후단 에지(204)로부터 연장되는 한 쌍의 조작 탭(240)을 갖는 삽입체(200)를 더 도시하고 있다. 선단부(252)는 세라믹 코어 내의 상보적인 슬롯 내로 삽입되어 위치된다. 참고로, 이러한 부분의 후단 경계를 정하기 위해 라인(254)이 첨부되었다. 마찬가지로, 라인(256)은 마지막 블레이드의 후단 에지의 위치를 도시하고 있다. 도6은 중간 제작 단계의 블레이드를 도시하고 있다. 블레이드의 전구체는 삽입체(200)와 세라믹 코어(302)의 조립체 주위의 희생 세라믹 주형(300)에서 주조되는 것으로 도시되고 있다. 삽입체의 선단부(252)는 후미의 공급 공동(48)을 형성하는 코어의 후단부(306)의 슬롯(304) 내에 매립된다. 코어의 추가적인 부분(308, 310, 312, 314, 316, 318)들은 레그(60 내지 63), 전방 공급 공동(66), 선단 에지 충돌 공동(72)을 형성한다. (도시되지 않은) 다른 부분은 도3의 블레이드의 추가적인 내부 특징부와 팁 포켓을 형성한다. 삽입체의 가압 및 흡입측 표면(208, 209)의 중앙부는 슬롯의 가압 및 흡입측 표면(193, 194)과 경계 벽부(190, 192)와 대응하여 이들을 한정한다. 주조 후, 주형, 코어 및 삽입체는 화학적 침출(leaching)과 같은 것을 통해 파괴적으로제거된다. 그후, 블레이드는 (레이저, 전기 방전, 또는 다른 수단을 통한 필름 구멍의 천공과 마무리 가공을 포함하는) 다른 기계가공 및/또는 (예를 들어, 열 처리, 표면 처리, 코팅 등의) 처리를 받을 수 있다.

삽입체의 사용은 단일편의 세라믹 코어만으로는 경제적이며 신뢰적인 그리고/또는 달리 용이하게 달성되기 힘든 받침대 크기, 형상 및 위치에 대한 제어를 제공할 수 있다. 예시적 스트립 두께와 관련 슬롯 높이(H)는 0.305mm(0.012인치)이다. 받침대의 예시적 조합 및 배열의 예시적 치수에서, 직경(D₁)은 0.635mm(0.025인치)이고 피치(P₁)는 1.524mm(0.060인치)이며 0.889mm(0.035인치)의 공간(S₁)을 갖는다. 피치에 대한 열(D₁)을 따른 받침대 치수의 비율은 받침대에 의해 차단되는 열을 따른 영역의 백분율을 형성한다. 확인된 치수에 대한 차단 인자는 열들의 선단 그룹에서 각 열에 대해 41.7%이다. 열 피치(R₁)는 1.524mm(0.06인치)이다. 직경(D₅)은 0.508mm(0.02인치)이고 피치(P₅)는 0.965mm(0.038인치)이며 0.457mm(0.018인치)의 공간(S₅)과 52.6%의 차단 인자를 갖는다. 열 피치(R₅)는 0.787mm(0.031인치)이다. 예시적인 원형 직사각형 받침대들은 0.127mm(0.005인치)의 모서리 반경을 갖는다. 길이(L₂)는 1.016mm(0.040인치)이고 폭(W₂)은 0.508mm(0.020인치)이고 피치(P₂)는 1.600mm(0.063인치)이고 63.5%의 차단 인자에 대해 0.584(0.023인치)의 간격(S₂)을 갖는다. 열 피치(R₂)는 1.397mm(0.055인치)이다. 길이(L₃)는 0.635mm(0.025인치)이고, 폭(W₃)은 0.381mm(0.015인치)이고 피치(P₃)는 1.600mm(0.063인치)이며 39.7%의 차단 인자에 대해 0.965mm(0.038인치)의 간격(S₃)을 갖는다. 열 피치(R₃)는 1.016mm(0.040인치)이다. 길이(L₄)는 0.635mm(0.025인치)이고 폭(W₄)은 0.381mm(0.015인치)이고 피치(P₄)는 1.600mm(0.063인치)이며 39.7%의 차단 인자에 대해 0.965mm(0.038인치)의 공간(S₄)을 갖는다. 열 피치(R₄)는 0.838mm(0.033인치)이다.

받침대의 형상, 치수 및 배열은 열 교환을 포함하는 소정의 열 유동 특성을 달성하도록 형성될 수 있다. 전방 영역에 걸친 받침대의 상대적으로 낮은 차단 배열과 계량 영역의 후미에서 후단 에지에 인접한 계량 영역의 상대적으로 높은 차단의 조합은 두 계량 열 근처에서 상대적으로 더 높은 열 전달을 달성하기에 유용할 수 있다. 이러한 집중은 충돌 공동과 연관되는 것보다 상응하도록 낮은 압력 강하에 의해 발생될 수 있으며, 이는 더 낮은 열/기계적 응력 및 관련 피로를 초래한다. (유사한 전체 차단 인자를 생성하는 더 많은 수의 더 작은 받침대들에 비해) 제1 계량 열에 대한 길다란 받침대의 사용은 국부적 유동 속도를 제어한다. 후단 계량 열의 상대적으로 많은 수의 비-길다란 받침대의 사용은 후단 후난류를 최소화하는데 사용된다. 중간 신장성을 갖는 두 계량 열 사이에 받침대가 존재하는 것은 두 계량 열 사이의 후류(wake)/난류에서 점진적인 천이를 제공하도록 작용한다. 또한, 후단 계량 열과 연관된 높은 차단 인자들과 작은 간격은 슬롯 출구를 빠져나가는 유동과 가압 및 흡입측에 걸친 유동 사이에서 마하수의 유리한 조화를 위해 유동을 가속하도록 사용될 수 있다. 이는 특히 예시적 실시예에서와 같이, 정후단 에지는 정후단 에지로부터의 압력 측에 웰 업(well up)된 출구를 갖기 보다는 슬롯 출구와 정렬될 때 특히 유리하다. 유리한 균형은 가압 및 흡입측 상의 마하수의 적어도 50%인 슬롯 후단 에지 마하수를 포함한다(즉, 가압 및 흡입측 마하수가 0.8일 때 슬롯 후단 에지 마하수는 0.45 내지 0.55이다). 받침대들의 후단 열 후미의 갭 (180)은 슬롯 출구 앞의 후류의 발산을 더 허용하도록 사용된다. 이는 후류 내에 포획되는 연소 가스와 관련된 산화의 기회를 감소시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해, 갭은 적어도 후단 받침대(D5)의 열을 따른 치수인 것이 유리하다. 더 넓은 범위는 이 치수의 1.5배를 초과하며 특정 범위는 이 치수의 1.5 내지 2.0배이다.

선단 그룹에 대한 상대적으로 더 작은 수의 상대적으로 더 큰 직경의 원형 받침대를 사용함으로써, 열 전달이 크게 요구되지 않는 이러한 선단 섹션에 걸쳐 더 적은 열 전달이 초래된다. 소정의 밀도에서의 상대적으로 큰 직경의 받침대를 사용하는 것은 더 큰 구조적 완전함을 제공한다.

본 발명의 하나 이상의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형들이 본 발명의 기술적 사상과 범주를 벗어나지 않고 이루어 질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 터빈 요소 외부 형상 및 환경의 상세는 냉각 요구 및 본 발명의 임의의 특정한 실행에 영향을 미칠 수 있다. 기존 요소의 재설계 또는 리가공으로 적용될 때, 기존의 요소들의 특성이 실행의 특성을 제한하거나 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 다른 실시예들도 후속하는 청구항의 범주 내에 있다.

본 발명에 따르면, 후단 경로로부터 후단 에지를 향해 연장하는 슬롯을 갖는 냉각 경로 네트워크를 갖는 터빈 요소 에어포일이 제공된다.

Claims

플랫폼과,

플랫폼의 제1 단부로부터 제2 단부까지 길이를 따라 연장하고, 선단부와 후단부 및 가압 측면과 흡입 측면을 가지며, 냉각 경로 네트워크를 갖는 에어포일을 포함하며,

상기 냉각 경로 네트워크는 후단 경로와, 후단 경로로부터 후단부를 향하여 연장하고 에어포일의 가압 및 흡입 측벽부를 국부적으로 분리시키며 대향하는 제1 및 제2 슬롯 표면을 갖는 슬롯과, 가압 측벽부와 흡입 측벽부 사이의 슬롯을 연결하는 복수의 개별 포스트를 포함하는 터빈 요소.
제1항에 있어서, 포스트는 슬롯을 따라 0.25 ㎝(0.10 인치) 이하의 치수를 갖는 터빈 요소.
제1항에 있어서, 제2 단부는 자유 팁인 터빈 요소.
제1항에 있어서, 복수의 포스트는 포스트의 선단 그룹과, 선단 그룹을 따르고 선단 그룹의 한정 인자보다 더 큰 한정 인자를 갖는 포스트의 제1 계량 열과, 제1 계량 열을 따르고 선단 그룹의 한정 인자보다 더 큰 한정 인자를 갖는 포스트의 제2 계량 열과, 제1 및 제2 계량 열의 한정 인자 미만의 한정 인자를 갖는 제1계량 열과 제2 계량 열 사이의 적어도 하나의 개재 그룹을 포함하는 터빈 요소.
제1항에 있어서, 복수의 포스트는 슬롯의 출구 이전에 이격된 포스트의 후단 어레이를 포함하는 터빈 요소.
제1항에 있어서, 블레이드는 본질적으로 니켈 합금으로 구성된 터빈 요소.
제1항에 있어서, 에어포일의 정밀 후단부는 슬롯의 출구를 따라 하강하는 터빈 요소.
제1항에 있어서, 복수의 포스트는 본질적으로 원형 섹션을 갖는 포스트의 복수의 열의 선단 그룹과, 본질적으로 원형 섹션을 갖는 포스트의 후단 열과, 관련된 열의 방향으로 길다란 섹션을 갖는 포스트의 복수의 개재 열을 포함하는 터빈 요소.
플랫폼과, 플랫폼의 제1 단부로부터 제2 단부까지 길이를 따라 연장하고, 선단부와 후단부 및 가압 측면과 흡입 측면을 가지며, 냉각 경로 네트워크를 갖는 에어포일을 포함하며,

상기 냉각 경로 네트워크는 후단 경로와, 후단 경로로부터 후단부를 향하여 연장하고 에어포일의 가압 및 흡입 측벽을 국부적으로 분리시키며 대향하는 제1 및제2 슬롯 표면을 갖는 슬롯과, 제1 영역에 걸쳐 일반적으로 점진적으로 후방으로 증가하는 열전달 계수와, 상기 제1 영역 후미의 제1 위치에서의 제1 피크 열전달 계수와, 상기 제1 위치 후미의 제2 위치에서 제1 피크 열전달 계수 미만인 제2 피크 열전달 계수와, 상기 제1 위치와 제2 위치 사이의 열전달 계수인 국부적 홈을 제공하기 위한 슬롯 내의 수단을 포함하는 터빈 요소.
제9항에 있어서, 상기 수단은 슬롯을 따라 0.25 ㎝(0.10 인치) 이하의 치수를 갖는 복수의 포스트를 포함하는 터빈 요소.
터빈 요소 내에 도관 네트워크의 관련 레그를 적어도 부분적으로 한정하는 복수의 부분을 갖는 적어도 하나의 세라믹 요소와,

복수개의 부분 중 후단 부분의 후미에서 연장되어 위치된 적어도 하나의 세라믹 요소에 고정되고, 대향하는 제1 및 제2 표면과, 터빈 요소의 에어 포일의 가압 및 흡입 측부 사이에 관련 포스트를 형성하기 위해 제1 표면과 제2 표면 사이에서 연장하는 복수의 개구를 포함하는 적어도 하나의 내화성 금속 시트를 포함하는 터빈 요소-형성 코어 조립체.
제11항에 있어서, 복수의 개구는 적어도 하나의 원형 개구 열과, 열 방향으로 실질적으로 길다란 적어도 하나의 길다란 개구 열을 포함하는 코어 조립체.
제11항에 있어서, 복수의 개구는 복수의 원형 개구 열과, 열 방향으로 실질적으로 길다란 복수의 길다란 개구 열을 포함하는 코어 조립체.
제13항에 있어서, 적어도 몇몇의 길다란 개구는 실질적으로 직사각형인 코어 조립체.
제11항에 있어서, 복수의 개구는 복수의 아치형 상기 개구 열을 포함하는 코어 조립체.
제11항에 있어서, 복수의 개구는 복수의 열로 배열되며, 복수의 열의 제1 서브 그룹에서, 각 열의 개구는 본질적으로 특성 폭 및 보다 큰 특성 분리부를 갖고, 제1 서브 그룹을 따르는 복수의 열 중 적어도 제1 계량 열에서, 각 열의 개구는 본질적으로 특성 폭 및 보다 작은 특성 분리부를 갖는 코어 조립체.
제11항에 있어서, 주형과 결합되며, 주형과 내화성 금속 시트의 가압 및 흡입 측부 선단 교차 위치는 상기 시트의 본질적으로 개구가 형성되지 않은 부분을 따라 하강하는 코어 조립체.
적어도 하나의 세라믹 코어와 개구 형성된 내화성 금속 시트를 조립하는 단계와,

내화성 금속 시트와 세라믹 코어 주위에 주형을 형성하는 단계와,

용융 합금을 주형으로 도입하는 단계와,

블레이드를 초기에 형성하도록 합금이 고화되도록 하는 단계와,

주형을 제거하는 단계와,

조립된 세라믹 코어와 내화성 금속 시트를 파괴적으로 제거하는 단계를 포함하며,

상기 주형은 실질적으로 블레이드 플랫폼과, 플랫폼의 루트로부터 팁으로 길이를 따라 연장하고 가압 및 흡입 측부를 분리하는 선단 및 후단 에지를 갖는 에어 포일을 한정하는 표면을 가지며,

상기 조립된 세라믹 코어와 내화성 금속 시트는 에어 포일을 통해 냉각 경로 네트워크를 형성하기 위한 표면을 갖는 터빈 블레이드 제조 방법.
제18항에 있어서, 냉각 경로 네트워크를 더 형성하기 위해 블레이드내에 복수의 구멍을 천공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 내화성 금속 시트를 세라믹 코어와 조립하기 전에 내화성 금속 시트 내에 복수의 구멍을 레이저 천공하는 단계를 더 포함하는 방법.