KR101623303B1 - 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트 - Google Patents

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KR101623303B1
KR101623303B1 KR1020150034977A KR20150034977A KR101623303B1 KR 101623303 B1 KR101623303 B1 KR 101623303B1 KR 1020150034977 A KR1020150034977 A KR 1020150034977A KR 20150034977 A KR20150034977 A KR 20150034977A KR 101623303 B1 KR101623303 B1 KR 101623303B1
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cooling
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장병문
윤병관
오형섭
박정환
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한국남부발전 주식회사
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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Abstract

가스터빈용 블레이드 링 세그먼트가 개시된다. 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트는, 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내를 실링하는 플레이트 형상의 차폐부; 상기 케이스의 내벽과 마주보는 상기 차폐부의 제1 면으로부터 돌출되어 상기 케이스와 결합하는 결합부를 포함하는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트로서, 상기 차폐부는, 상기 차폐부 내부의 제1 영역에 형성되고 상기 케이스 내에서 이동하는 고온의 연소가스가 이동하는 방향에 수직한 제1 단부로부터 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 향해 연장되어 상기 고온의 연소가스가 이동하는 방향과 평행한 복수의 제1 냉각유로; 상기 제1 영역과 인접한 상기 차폐부 내부의 제2 영역에 형성되고 상기 제1 단부 및 제2 단부에 수직한 제3 단부로부터 상기 제3 단부에 대향하는 제4 단부까지 연장되어 상기 고온의 연소가스가 이동하는 방향과 수직한 복수의 제2 냉각유로; 및 상기 제1 면으로부터 상기 각각의 제1 냉각유로 및 상기 각각의 제2 냉각유로와 연결되도록 형성되고, 상기 각각의 제1 냉각유로 및 제2 냉각유로 내측으로 냉각공기를 공급하는 복수의 제1 공기공급구멍을 포함한다.

Description

가스터빈용 블레이드 링 세그먼트{BLADE RING SEGMENT FOR GAS TURBINE}
본 발명은 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블레이드 링 세그먼트 전체의 냉각 효율이 증대된 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트에 관한 것이다.
발전용 가스터빈에 있어서 가스터빈의 각 단에 설치된 로터 블레이드(Rotor Blade)에 충돌하는 고온 고압의 연소가스가 로터에 모멘텀(Momentum)을 유발함으로서 회전이 발생하게 되는데, 이때 로터 블레이드를 통과하는 고온 고압 연소가스의 유량이 많고 유속이 높을수록 가스터빈의 블레이드의 회전력이 크고 회전속도가 빨라지게 된다.
따라서 발전용 가스터빈에 있어서 고온 고압의 연소가스의 누설을 방지하고 결과적으로 가스터빈의 효율이 증대되도록 압축 및 터빈단에 적절한 블레이드 링 세그먼트(Blade Ring Segment)를 부가하고 있다.
블레이드 링 세그먼트는 블레이드를 수용하는 가스터빈의 케이스 내에 설치되어 회전하는 블레이드의 외곽을 둘러싸도록 위치하고, 이때 상기 케이스의 내부공간에 대향하는 블레이드 링 세그먼트의 일면은 고온 고압의 연소가스에 노출되어 높은 열부하가 발생될 수 있고, 열부하에 의해 블레이드 링 세그먼트의 파손이 발생할 수 있다. 이러한 블레이드 링 세그먼트는 열부하에 의한 파손을 방지하기 위해 복수의 냉각유로가 내부에 형성된다.
도 1은 종래의 브레이드 링 세그먼트를 예시한다.
도 1을 참조하면, 종래의 블레이드 링 세그먼트(10)는 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내를 실링하며, 소정의 두께를 갖는 플레이트 형상의 차폐부(11); 상기 차폐부의 제1 면에 형성되고 상기 케이스와 결합하는 결합부(12); 및 상기 체폐부의 제2 면에 형성되고 상기 케이스 내의 열로부터 상기 차폐부를 보호하기 위한 코팅층(13)을 포함할 수 있다.
이러한 블레이드 링 세그먼트(10)의 차폐부(11)는 플레이트 형태이고, 차폐부(11)에는 복수의 냉각유로(11a) 및 복수의 냉각유로(11a)로 냉각공기를 공급하기 위한 공기공급구멍(11b)이 형성된다. 냉각유로(11a)는 차폐부(110)의 길이방향을 소정의 길이로 형성되어 있고, 공기공급구멍(11b)은 냉각유로(11a)의 말단측에 위치하여 있다.
그런데 냉각유로(11a)는 차폐부(11)의 제1 단부로부터 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 향해 연장되는데, 그 연장된 길이는 제2 단부까지 연장되지 않는 길이이고, 공기공급구멍(11b)은 냉각유로(11a)가 연장된 길이가 끝나는 말단에 위치하게 된다. 따라서, 종래의 블레이드 링 세그먼트(10)는 냉각유로(11a)가 연장된 길이만큼만 냉각이 이루어질 수 있다. 즉, 냉각유로(11a)가 위치하는 영역만 냉각이 이루어지고, 냉각유로(11a)가 위치하지 않는 차폐부(110)의 제2 단부측은 높은 열에 의한 열부하가 계속된다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 블레이드 링 세그먼트의 차폐부의 온도 분포를 측정한 결과를 도시한다.
도 2와 같이 종래의 블레이드 링 세그먼트(10)는 냉각유로(11a)가 위치하는 영역에서는 냉각이 이루어지지만, 냉각유로(11a)가 위치하지 않는 영역(붉은색 영역)에서는 열부하가 계속되고 있는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트 전체의 냉각 효율이 증대되도록 한 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트를 제공하는데 있다.
본 발명은, 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내를 실링하며, 플레이트 형상의 차폐부; 상기 케이스의 내벽과 마주보는 상기 차폐부의 제1 면으로부터 돌출되어 상기 케이스와 결합하는 결합부를 포함하는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트로서, 상기 차폐부는, 상기 차폐부 내부의 제1 영역에 형성되고 상기 케이스 내에서 이동하는 고온 고압의 연소가스가 이동하는 방향에 수직한 제1 단부로부터 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 향해 연장되어 상기 고온의 연소가스가 이동하는 방향과 평행한 복수의 제1 냉각유로; 상기 제1 영역과 인접한 상기 차폐부 내부의 제2 영역에 형성되고 상기 제1 단부 및 제2 단부에 수직한 제3 단부로부터 상기 제3 단부에 대향하는 제4 단부까지 연장되어 상기 고온 고압의 연소가스가 이동하는 방향과 수직한 복수의 제2 냉각유로; 및 제1 면으로부터 상기 각각의 제1 냉각유로 및 제2 냉각유로와 연결되도록 형성되고, 상기 각각의 제1 냉각유로 및 제2 냉각유로 내측으로 냉각공기를 공급하는 복수의 제1 공기공급구멍을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 차폐부는, 상기 제1 영역에 위치하고 상기 제2 냉각유로와 평행하고, 상기 제1 냉각유로 중 일부와 연결된 복수의 제3 냉각유로를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 차폐부는, 상기 제1 영역에 위치하고 상기 제1 냉각유로와 평행하고 상기 복수의 제3 냉각유로 중 일부와 연결된 복수의 제4 냉각유로를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 차폐부는, 상기 복수의 제3 냉각유로 및 상기 복수의 제4 냉각유로가 교차하는 지점에서 상기 제1 면으로부터 상기 복수의 제3 냉각유로 및 상기 복수의 제4 냉각유로와 연결된 복수의 제2 공기공급구멍을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트는 국부적인 냉각 성능의 저하 없이 블레이드 링 세그먼트 전체의 냉각 효율이 향상되고, 고온으로 인한 열부하 현상에 의한 손상을 방지하여 제품의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 블레이드 링 세그먼트를 예시한다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 블레이드 링 세그먼트의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 종래의 블레이드 링 세그먼트의 차폐부의 온도 분포를 측정한 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 차폐부의 온도 분포를 측정한 결과를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 차폐부의 온도 분포를 측정한 결과를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
제1 실시예
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트는 차폐부(110), 결합부(120) 및 코팅층(130)을 포함할 수 있다.
차폐부(110)는 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스(미도시) 내에 설치되어 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스가 누설되지 않도록 케이스 내를 실링한다. 차폐부(110)는 케이스의 내면에 밀착할 수 있는 형상을 갖는다. 예를 들면, 케이스가 원형인 경우, 차폐부(110)는 호형의 플레이트 형상일 수 있다. 호형의 플레이트는 제1 단부, 제1 단부에 대향하는 제2 단부, 제1 단부 및 제2 단부에 수직한 제3 단부 및 제3 단부에 대향하는 제4 단부를 포함할 수 있다. 제1 단부 및 제2 단부는 차폐부(110)가 케이스 내에 설치될 때 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스의 진행 방향에 수직하도록 위치할 수 있다.
이러한 차폐부(110)는 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스에 의해 발열된다. 발열된 차폐부(110)의 온도를 감소시키기 위해 차폐부(110)는 복수의 제1 냉각유로(111), 복수의 제1 공기공급구멍(112) 및 복수의 제2 냉각유로(113)를 포함할 수 있다.
복수의 제1 냉각유로(111)는 발열된 차폐부(110)의 온도를 감소시키기 위한 냉각공기가 이동하는 통로이다. 복수의 제1 냉각유로(111)는 차폐부(110)의 제1 단부 및 제2 단부 중 어느 하나의 단부로부터 나머지 단부를 향해 연장될 수 있다. 예를 들면, 제1 단부로부터 제2 단부를 향해 연장될 수 있다. 이러한 경우, 각각의 제1 냉각유로(111)는 제1 단부의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 각각의 제1 냉각유로(111)의 연장된 길이는 제2 단부를 관통하지 않는 길이이다. 이러한 복수의 제1 냉각유로(111)는 차폐부의 제1 영역(110a)에 위치한다.
복수의 제1 공기공급구멍(112)은 복수의 제1 냉각유로(111) 내부로 냉각공기를 공급한다. 복수의 제1 공기공급구멍(112)은 결합부(120)가 위치한 차폐부(110)의 제1 면으로부터 각각의 제1 냉각유로(111)에 연결되어 각각의 제1 냉각유로(111) 내측으로 냉각공기를 공급할 수 있다. 복수의 제1 공기공급구멍(112)의 개수는 복수의 제1 냉각유로(111)의 개수와 동일할 수 있고, 각각의 제1 냉각유로(111)의 말단에 연결될 수 있다. 따라서 복수의 제1 공기공급구멍(112)을 통해 유입된 냉각공기는 복수의 제1 공기공급구멍(112)으로부터 차폐부(110)의 제1 단부를 향해 진행할 수 있다.
복수의 제2 냉각유로(113)는 발열된 차폐부(110)의 온도를 감소시키기 위한 냉각공기가 이동하는 통로이다. 복수의 제2 냉각유로(113)는 차폐부(110)의 제1 단부 및 제2 단부에 수직한 제3 단부로부터 제3 단부에 대향하는 제4 단부를 향해 연장될 수 있다. 이러한 복수의 제2 냉각유로(113)는 복수의 제1 냉각유로(111)와 수직하게 위치할 수 있고, 복수의 제1 냉각유로(111)가 위치한 제1 영역(110a) 아래의 제2 영역(110b)에 위치할 수 있다. 즉, 복수의 제2 냉각유로(113)는 복수의 제1 냉각유로(111)의 말단측에 위치할 수 있다. 이때, 복수의 제2 냉각유로(113) 중 복수의 제1 냉각유로(111)의 말단측에 근접한 어느 하나의 제2 냉각유로(113)는 복수의 제1 냉각유로(111)의 말단과 유체 소통 가능하게 연결될 수 있고, 나머지의 제2 냉각유로(113)들은 연결통로(113a)를 통해 서로 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
결합부(120)는 케이스와 결합하는 부분이다. 결합부(120)는 차폐부(110)의 제1 면으로부터 돌출될 수 있고, 케이스에 형성된 본 발명의 블레이드 링 세그먼트(100)의 결합을 위한 홈들(미도시)에 결합될 수 있다.
코팅층(130)은 차폐부(110)의 제1 면의 반대면인 제2 면에 형성되고, 결합부(120)를 통해 케이스에 결합된 상태에서 케이스의 내부공간과 대향되어 케이스 내의 열로부터 차폐부(110)를 보호할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 냉각과정에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(100)는 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내에 설치되는데, 이때 결합부(120)를 통해 케이스에 결합되며, 복수의 제1 냉각유로(111)의 길이방향은 케이스 내부를 통과하는 고온의 증기 및 연소가스의 진행방향과 평행하게 위치할 수 있다. 또한 복수의 제2 냉각유로(113)의 길이방향은 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스의 진행방향과 수직하게 위치할 수 있다. 코팅층(130)은 케이스의 내부공간에 대향하게 위치한다.
이와 같이 설치된 상태에서 차폐부(110)는 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스가 케이스 외부로 누출되지 않도록 케이스 내부공간을 실링한다. 이러한 차폐부(110)는 케이스의 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스에 의한 열에 의해 발열되며, 발열되는 차폐부(110)의 온도를 감소시키도록 복수의 제1 냉각유로(111) 및 복수의 제2 냉각유로(113)에는 냉각공기가 공급된다. 여기서, 냉각공기는 케이스의 외부에 위치한 별도의 냉각공기 공급기를 통해 공급될 수 있다.
냉각공기는 복수의 제1 공기공급구멍(112)을 통해 복수의 제1 냉각유로(111) 내로 공급되고, 복수의 제1 공기공급구멍(112)의 길이방향을 따라 이동한다. 이때, 복수의 제1 냉각유로(111)를 이동하는 냉각공기의 이동방향은 차폐부(110)의 길이방향(종방향)이고, 고온 고압의 연소가스의 이동방향과 평행하다. 이 과정을 통해 냉각공기는 차폐부(110)의 길이방향의 일부 영역, 즉 복수의 제1 냉각유로(111)가 위치한 제1 영역(110a)을 냉각한다.
또한 복수의 제1 공기공급구멍(112)을 통해 복수의 제1 냉각유로(111) 내로 공급된 냉각공기는 복수의 제2 공기공급구멍(216) 내에도 공급된다. 즉, 복수의 제2 냉각유로(113) 중 복수의 제1 냉각유로(111)의 말단에 연결된 제2 냉각유로(113) 내로 냉각공기가 유입되고, 이후 냉각공기는 나머지 제2 냉각유로(113)들에 연결통로(113a)를 통해 전달되어 복수의 제2 냉각유로(113) 전체에 냉각공기가 공급된다. 공급된 냉각공기는 복수의 제2 냉각유로(113)의 길이방향을 따라 이동한다. 이때, 복수의 제2 냉각유로(113)를 이동하는 냉각공기의 이동방향은 차폐부(110)의 폭방향(횡방향)이고, 고온 고압의 연소가스의 이동방향에 수직한다. 이 과정을 통해 냉각공기는 복수의 제2 냉각유로(113)가 위치한 차폐부(110)의 제2 영역(110b)을 냉각한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 차폐부의 온도 분포를 측정한 결과를 도시한다.
도 6을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 복수의 제1 냉각유로(111) 및 복수의 제2 냉각유로(113)를 통해 차폐부(110)에 냉각공기가 공급 및 순환됨에 따라 차폐부(110)의 종방향 및 횡방향으로 온도가 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 6에서는 도 2에 표시된 붉은색 영역이 제거된 것을 확인할 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(100)를 이용하면 차폐부(110)의 종방향으로 형성된 복수의 제1 냉각유로(111)와 함께 차폐부(110)의 제2 단부에서 횡방향으로 형성된 복수의 제2 냉각유로(113)를 설치함에 따라 종래의 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트에서 냉각이 이루어지지 않았던 차폐부의 일측 단부측의 원활한 냉각이 이루어질 수 있다. 즉, 블레이드 링 세그먼트(100)의 차폐부(110)의 종방향 및 횡방향으로 냉각공기가 공급됨에 따라 차폐부(110)의 냉각 효율이 증대되는 이점이 있다.
제2 실시예
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 평면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(200)는 차폐부(210), 결합부(220) 및 코팅층(230)을 포함할 수 있다.
차폐부(210)는 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내에 설치되어 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스가 누설되지 않도록 케이스 내를 실링한다. 차폐부(210)는 케이스의 내면에 밀착할 수 있는 형상을 갖는다. 예를 들면, 케이스가 원형인 경우, 차폐부(210)는 호형의 플레이트 형상일 수 있다. 호형의 플레이트는 제1 단부, 제1 단부에 대향하는 제2 단부, 제1 단부 및 제2 단부에 수직한 제3 단부 및 제3 단부에 대향하는 제4 단부를 포함할 수 있다. 제1 단부 및 제2 단부는 차폐부(210)가 케이스 내에 설치될 때 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스의 진행 방향에 수직하게 위치할 수 있다.
이러한 차폐부(210)는 케이스 내부를 통과하는 고온 고압의 연소가스에 의해 발열된다. 발열된 차폐부(210)의 온도를 감소시키기 위해 차폐부(210)는 복수의 제1 냉각유로(211), 복수의 제1 공기공급구멍(212), 복수의 제2 냉각유로(213), 복수의 제3 냉각유로(214), 복수의 제4 냉각유로(215) 및 복수의 제2 공기공급구멍(216)을 포함할 수 있다.
차폐부(210) 내부의 제1 영역(210a)에 형성되는 복수의 제1 냉각유로(211), 차폐부(210) 내부의 제2 영역(210b)에 형성되는 복수의 제2 냉각유로(213) 및 복수의 제2 공기공급구멍(216)은 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(100)의 복수의 제1 냉각유로(111), 복수의 제2 냉각유로(113) 및 복수의 제1 공기공급구멍(112)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
복수의 제3 냉각유로(214)는 발열된 차폐부(210)의 온도를 감소시키기 위한 냉각공기가 이동하는 통로이다. 복수의 제3 냉각유로(214)는 차폐부(210)의 가운데 영역에 위치할 수 있다. 즉, 차폐부(210)의 제1 영역(210a)에 위치할 수 있다. 이때, 복수의 제3 냉각유로(214)는 제1 냉각유로(211)에 교차될 수 있다. 즉, 각각의 제3 냉각유로(214)는 서로 일정 간격으로 이웃하는 각각의 제1 냉각유로(211)의 사이에서 각각의 제1 냉각유로(211)의 길이방향에 수직한 방향으로 연장될 수 있고, 각각의 제3 냉각유로(214)는 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향을 따라 배열될 수 있다. 일 예로, 제3 냉각유로(214)는 모두 9개일 수 있고, 9개의 제3 냉각유로(214)는 차폐부(210)의 종방향으로 3열 및 차폐부(210)의 횡방향으로 3열로 배열될 수 있다. 이때, 각각의 제3 냉각유로(214)는 모두 복수의 제1 냉각유로(211)의 길이방향에 수직할 수 있다.
복수의 제4 냉각유로(215)는 발열된 차폐부(210)의 온도를 감소시키기 위한 냉각공기가 이동하는 통로이다. 복수의 제4 냉각유로(215)는 차폐부(210)의 가운데 영역에 위치할 수 있다. 즉, 차폐부(210)의 제1 영역(210a)에 위치할 수 있다. 이때, 복수의 제4 냉각유로(215)는 복수의 제3 냉각유로(214)에 교차될 수 있다. 즉, 각각의 제4 냉각유로(215)는 서로 일정 간격으로 이웃하는 각각의 제3 냉각유로(214)의 사이에서 각각의 제3 냉각유로(214)의 길이방향에 수직한 방향으로 연장될 수 있고, 각각의 제4 냉각유로(215)는 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향을 따라 배열될 수 있다. 일 예로, 제4 냉각유로(215)는 모두 6개일 수 있고, 6개의 제4 냉각유로(215)는 차폐부(210)의 종방향으로 3열 및 차폐부(210)의 횡방향으로 2열로 배열될 수 있다. 이때, 각각의 제4 냉각유로(215)는 모두 복수의 제1 냉각유로(211)의 길이방향에 평행할 수 있다.
이러한 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)의 배치형태를 전체로 보면, 격자 형태로 배열된 구조로 이루어질 수 있다.
복수의 제2 공기공급구멍(216)은 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)의 내측으로 냉각공기를 공급한다. 이를 위해, 복수의 제2 공기공급구멍(216)은 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)가 교차하는 지점에서 차폐부(210)의 제1 면으로부터 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)에 연결될 수 있다.
결합부(220) 및 코팅층(230)은 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(100)의 결합부(120) 및 코팅층(130)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(200)의 냉각과정에 대해 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(200)는 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내에 설치된 상태에서 복수의 제1 냉각유로(211) 및 복수의 제2 냉각유로(213), 복수의 제1 공기공급구멍(212)을 통해 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향을 따라 냉각공기가 공급되고, 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215), 복수의 제2 공기공급구멍(216)을 통해 차폐부(210)의 제1 영역(210a)에 냉각공기가 공급될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(200)가 케이스 내에 설치되는 구조와, 복수의 제1 냉각유로(211) 및 복수의 제2 냉각유로(213), 복수의 제1 공기공급구멍(212)을 통해 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향을 따라 냉각공기가 공급 및 순환하는 구조는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(100)의 결합구조와, 복수의 제1 냉각유로(111)와 복수의 제2 냉각유로(113)로 냉각공기가 공급 및 순환되는 구조와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
차폐부(210)의 제3 냉각유로(214) 및 제4 냉각유로(215)를 통해 제1 영역(210a)의 가운데 지점에 냉각공기가 공급되는 과정은, 제2 공기공급구멍(216)을 통해 냉각공기가 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215) 내측으로 공급되고, 공급된 냉각공기는 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)의 내측으로 분산되어 공급된다. 이때, 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)는 격자상으로 서로 교차하고 있으므로 분산되어 공급되는 냉각공기는 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)를 지나면서 충돌이 발생하게 되고, 충돌에 의한 난류성 기류를 형성할 수 있고 그 난류성 기류는 불규칙적으로 복수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)의 내면에 부딪히면서 이동하고, 이어서 제3 냉각유로(214)와 연결된 제1 냉각유로(211)를 따라 이동하여 차폐부(210)의 외부로 배출될 수 있다. 이러한 과정을 통해 차폐부(210)의 제1 영역(210a)의 가운데 지점은 냉각될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트의 차폐부의 온도 분포를 측정한 결과를 도시한다.
도 9를 참조하면, 복수의 제1 냉각유로(211) 및 복수의 제2 냉각유로(213)를 통해 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향으로 냉각공기가 공급 및 순환됨에 따라 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향으로 온도가 현저히 저하되고, 보수의 제3 냉각유로(214) 및 복수의 제4 냉각유로(215)를 통해 차폐부(210)의 제1 영역(210a)의 가운데 지점에 냉각공기가 공급 및 순환됨에 따라 차폐부(210)의 제1 영역(210a)의 가운데 지점의 온도가 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 9에서 제1 영역(210a)의 가운데 지점에 열부하가 발생하는 붉은색 영역이 존재하지 않는다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트(200)를 이용하면 차폐부(210)의 종방향 및 횡방향으로 냉각공기가 공급되어 냉각되고, 차폐부(210)의 제1 영역(210a)의 가운데 지점에도 냉각공기가 공급되어 냉각될 수 있다. 따라서 차폐부(210)의 전체 영역에 냉각공기가 공급됨에 따라 차폐부(210) 전체를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 가스터빈의 블레이드를 수용하는 케이스 내를 실링하는 플레이트 형상의 차폐부; 상기 케이스의 내벽과 마주보는 상기 차폐부의 제1 면으로부터 돌출되어 상기 케이스와 결합하는 결합부를 포함하는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트로서,
    상기 차폐부는,
    상기 차폐부 내부의 제1 영역에 형성되고 상기 케이스 내에서 이동하는 고온고압의 연소가스가 이동하는 방향에 수직한 제1 단부로부터 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 향해 연장되어 상기 고온 고압의 연소가스가 이동하는 방향과 평행한 복수의 제1 냉각유로;
    상기 제1 영역과 인접한 상기 차폐부 내부의 제2 영역에 형성되고 상기 제1 단부 및 제2 단부에 수직한 제3 단부로부터 상기 제3 단부에 대향하는 제4 단부까지 연장되어 상기 고온 고압의 연소가스가 이동하는 방향과 수직한 복수의 제2 냉각유로;
    상기 제1 면으로부터 상기 각각의 제1 냉각유로 및 상기 각각의 제2 냉각유로와 연결되도록 형성되고, 상기 각각의 제1 냉각유로 및 제2 냉각유로 내측으로 냉각공기를 공급하는 복수의 제1 공기공급구멍; 및
    상기 제1 영역에 위치하고 상기 제2 냉각유로와 평행하고, 상기 제1 냉각유로 중 일부와 연결된 복수의 제3 냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부는,
    상기 제1 영역에 위치하고 상기 제1 냉각유로와 평행하고 상기 복수의 제3 냉각유로 중 일부와 연결된 복수의 제4 냉각유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차폐부는,
    상기 복수의 제3 냉각유로 및 상기 복수의 제4 냉각유로가 교차하는 지점에서 상기 제1 면으로부터 상기 복수의 제3 냉각유로 및 상기 복수의 제4 냉각유로와 연결된 복수의 제2 공기공급구멍을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드 링 세그먼트.
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