KR102230700B1

KR102230700B1 - 가스 터빈용 블레이드

Info

Publication number: KR102230700B1
Application number: KR1020170116377A
Authority: KR
Inventors: 방제성; 이정호; 임형수; 서정민; 김진섭; 강도원; 손정락; 이준식
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2021-03-23
Also published as: US20200277859A1; US11313234B2; WO2019054590A1; KR20190029839A

Abstract

본 발명은 가스 터빈용 블레이드에 관한 것으로서, 외측 구조물과, 내측 구조물과, 다수의 다공성 슬롯과, 냉각매체 채널을 포함한다. 외측 구조물은 내부가 빈 에어포일 형상으로 형성되고, 리딩 에지(leading edge)에서 트레일링 에지(trailing edge)를 향하는 코드(chord) 방향을 따라 이격되게 배치되는 다수의 안착홈을 구비한다. 내측 구조물은 외측 구조물의 내부에 수용되고, 외측 구조물의 내측면을 향해 돌출되어 외측 구조물의 내측면에 밀착되고 코드 방향을 따라 이격되게 배치되는 다수의 돌기부를 구비한다. 다공성 슬롯은 안착홈에 착탈 가능하게 결합되고, 코드 방향을 따라 외측 구조물에 이격되게 배치된다. 냉각매체 채널은 다공성 슬롯, 이웃하는 돌기부 및 내측 구조물의 외측면 사이에서 냉각매체가 유동되도록 형성된다.

Description

가스 터빈용 블레이드{Gas turbin blade}

본 발명은 가스 터빈용 블레이드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 재질을 통해 연소가스와 접촉하는 블레이드의 외측에 냉각매체를 배출하여 냉각막을 형성하는 가스 터빈용 블레이드에 관한 것이다.

가스 터빈은 고온·고압의 연소가스를 팽창시켜 터빈을 돌림으로써 회전력을 얻는 회전식 내연 기관으로, 대기에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기, 연소기에서 배출된 연소가스의 팽창력에 의해 회전되는 터빈을 포함하여 구성된다. 가스 터빈은 왕복식 내연 기관이나 증기 터빈에 비하여 구조가 간단하고 큰 마력을 얻을 수 있는 것이 장점으로서, 발전소, 기관차, 선박, 항공기 등에 이용된다. 이러한 가스 터빈은 제트 엔진으로 불리기도 한다.

가스 터빈의 효율은 공기의 압축비와 연소가스의 온도가 높을수록 좋아진다. 최근에는 블레이드의 내열 코팅 기술 및 냉각 기술이 더욱 발전되어 연소가스의 온도를 약 1,700℃까지 높여 가스 터빈의 성능을 극대화하고 있다.

연소가스의 온도가 상승함에 따라 가스 터빈의 내열성이 문제가 되고 있으며, 특히, 고온의 연소가스에 노출되는 가스 터빈의 부품 중 블레이드가 열에 취약한 부품 중 하나이다. 이러한 블레이드의 내열성을 높이기 위해 다양한 블레이드 냉각 방법들이 개발되어 왔다. 현재 사용되는 블레이드 냉각 방법은 크게, 내부 대류 냉각, 충돌 냉각, 막 냉각 및 발산 냉각으로 구분된다.

대류 냉각(convection cooling)은 블레이드의 내부에 형성된 다수의 공기통로에 냉각 공기를 지나가게 하여 뜨거운 공기와 찬 공기의 대류에 의해서 냉각되는 것으로, 초기에 많이 사용된 냉각 방법이다.

충돌 냉각(impingement cooling)은 대류 냉각의 한 형태로, 블레이드의 리딩 에지 측에 작은 원통 모양의 튜브를 설치하고, 튜브에 형성된 구멍에서 유출되는 냉각 공기를 블레이드의 리딩 에지에 집중적으로 충돌시켜 열을 흡수하는 냉각 방법이다.

막 냉각(air film cooling)은 블레이드의 표면에 경사지게 형성된 구멍 또는 슬릿을 통해 냉각 공기가 유출되도록 하여 그 냉각 공기가 블레이드의 표면에 얇은 공기막을 형성해 고온 가스의 직접적인 접촉을 막아주는 냉각 방법이다.

발산 냉각(transpiration cooling)은 블레이드의 벽체를 다공성 재질로 제작하여 냉각 공기를 유출함으로써, 블레이드의 표면에 얇은 공기막을 형성하는 냉각 방법이다.

도 1은 종래의 발산 냉각 방식으로 제안된 가스 터빈용 블레이드의 일례를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 발산 냉각 방식으로 제안된 가스 터빈용 블레이드(1)는, 에어포일 형상의 내부에 냉각 채널(6)이 형성되고 다공성 재질로 구성된 블레이드 몸체(2)와, 블레이드 몸체(2)의 외측면에 형성되는 다공성 열차단층(4)을 포함하여 구성되고, 주조로 제작된 블레이드 몸체(2)의 외측면에 다공성 열차단층(4)이 다층 구조로 전기 도금되어 일체로 만들어진다.

이러한 블레이드가 연소가스와의 마찰에 의한 블레이드 형상 변형, 열응력에 의한 내부 균열, 부식과 침착에 의한 공극 막힘 등 여러 원인에 의해 손상되면, 수시로 교체해줘야 한다. 그러나 종래의 발산 냉각 방식의 가스 터빈용 블레이드(1)는 주조와 도금을 통해 일체로 형성되어 있기 때문에, 블레이드가 손상된 경우 블레이드 전체를 교체해야 하므로, 블레이드를 유지보수하는데 드는 노력과 비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 블레이드의 내외측의 온도차로 인해 발생하는 열응력에 의해 블레이드의 내부에 균열이 발생되고, 이 균열이 진전되어 블레이드가 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 연소가스의 저항을 받는 블레이드에는 굽힘 응력과 비틀림 응력이 발생되는데, 일체로 제작된 블레이드가 변형되어 이를 모두 흡수함으로 인해, 블레이드가 피로에 의해 변형되거나 손상되는 문제점이 있었다. 특히, 최대 전단력이 발생되는 블레이드의 외측면이 피로에 가장 취약하였다.

유럽 등록특허공보 제01087037호 (2001. 03. 28. 등록공고, 발명의 명칭 : Porous element for the effusive cooling of machine components)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉각매체가 배출되는 다공성 슬롯을 별도로 분리하여 교체할 수 있도록 구성함으로써, 블레이드를 유지보수하는데 소요되는 비용과 노력을 줄일 수 있고, 열응력과 피로에 의한 균열 및 손상을 방지할 수 있는 가스 터빈용 블레이드를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 내부가 빈 에어포일 형상으로 형성되고, 리딩 에지(leading edge)에서 트레일링 에지(trailing edge)를 향하는 코드(chord) 방향을 따라 이격되게 배치되는 다수의 안착홈을 구비하는 외측 구조물; 상기 외측 구조물의 내부에 수용되고, 상기 외측 구조물의 내측면을 향해 돌출되어 상기 외측 구조물의 내측면에 밀착되고 상기 코드 방향을 따라 이격되게 배치되는 다수의 돌기부를 구비하는 내측 구조물; 상기 안착홈에 착탈 가능하게 결합되고, 상기 코드 방향을 따라 상기 외측 구조물에 이격되게 배치되는 다수의 다공성 슬롯; 및 상기 다공성 슬롯, 이웃하는 돌기부 및 상기 내측 구조물의 외측면 사이에서 냉각매체가 유동되도록 형성된 냉각매체 채널;을 포함하고, 상기 외측 구조물의 외측면에는 상기 코드 방향을 따라 상기 다공성 슬롯이 배치된 영역과 상기 다공성 슬롯이 배치되지 않은 영역이 교대로 배치되고, 상기 다공성 슬롯이 상기 안착홈의 내측으로 이탈되지 않도록 상기 돌기부는 상기 다공성 슬롯의 측부 및 상기 안착홈의 측부를 동시에 지지하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 안착홈은 상기 외측 구조물의 내측면에서 외측면으로 갈수록 좁아지게 형성되고, 상기 다공성 슬롯은 상기 안착홈에 삽입될 수 있도록 상기 안착홈의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.

삭제

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 다공성 슬롯의 열팽창 계수는 상기 외측 구조물의 열팽창 계수보다 크게 형성됨으로써, 외부의 연소가스의 열에 의해 상기 다공성 슬롯이 팽창되면서 상기 안착홈 내에 밀착될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 안착홈은 상기 코드 방향과 교차하는 스팬(span) 방향을 따라 단일의 직선 형태로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 안착홈은 상기 코드 방향과 교차하는 스팬(span) 방향을 따라 분할된 다수의 직선 형태로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 내측 구조물은, 상기 내측 구조물의 내부에서 상기 코드 방향을 따라 이격되게 형성되고, 외부에서 유입된 연소가스가 유동하는 다수의 연소가스 채널을 더 구비하고, 상기 연소가스 채널 내에서 외부의 연소가스가 유동됨으로써, 상기 외측 구조물과 상기 내측 구조물 사이의 온도 구배 및 압력 차이가 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 외측 구조물 및 상기 내측 구조물의 팁(tip) 부분에 결합되고, 상기 연소가스 채널에 외부의 연소가스가 유입될 수 있도록 상기 연소가스 채널과 연통되는 관통공이 형성된 커버부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 연소가스 채널의 내측면에는 상기 연소가스 채널 내부에서 유동하는 연소가스의 열을 차단하는 열차폐 코팅층이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 안착홈에 결합된 다공성 슬롯 상에 형성되고, 상기 다공성 슬롯의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가지는 다공성 코팅층;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 다공성 슬롯의 두께와 상기 다공성 코팅층의 두께의 합은 상기 안착홈의 깊이와 동일할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 다공성 코팅층의 공극률이 상기 다공성 슬롯의 공극률보다 낮을 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 다공성 슬롯의 공극률은 상기 내측 구조물과 가까운 내측면에서 연소가스가 유동하는 외부와 가까운 외측면으로 갈수록 낮아지거나, 상기 다공성 코팅층의 공극률은 상기 다공성 슬롯과 가까운 내측면에서 연소가스가 유동하는 외부와 가까운 외측면으로 갈수록 낮아질 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 리딩 에지에 배치되는 다공성 슬롯 또는 다공성 코팅층의 공극률은, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 미드 코드(mid-chord)에 배치되는 다공성 슬롯 또는 다공성 코팅층의 공극률보다 높을 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 리딩 에지에 배치되는 이웃하는 다공성 슬롯 사이의 간격은, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 미드 코드(mid-chord)에 배치되는 이웃하는 다공성 슬롯 사이의 간격보다 좁을 수 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드에 있어서, 상기 리딩 에지에 형성되는 안착홈의 폭은, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 미드 코드(mid-chord)에 형성되는 안착홈의 폭보다 넓을 수 있다.

본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 다공성 슬롯만 부분적으로 교체하여 블레이드의 유지보수에 소요되는 노력과 비용을 크게 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 발산 냉각이 가지는 냉각 효율의 우수성 및 블레이드의 강성 및 내구성을 동시에 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 외측 구조물과 내측 구조물 중 하나만 별도로 교체할 수 있어 블레이드의 유지보수에 소요되는 노력과 비용을 크게 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 블레이드에 발생되는 전단력을 흡수하여 블레이드의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 블레이드 전면을 고르게 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 다공성 슬롯이 안착홈에 견고하게 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 열응력 및 압축력으로 인한 블레이드의 피로 손상을 최소화할 수 있고, 이에 따라 블레이드의 수명이 연장될 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 블레이드의 내부에 형성된 내압에 의해 내측 구조물과 외측 구조물 사이가 더욱 견고하게 밀착될 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 열차폐 코팅층을 통해 내측 구조물이 연소가스의 열에 의해 변형, 부식, 마모되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 고온의 외부 유동에 대한 열차폐 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 다공성 코팅층의 외측면 또는 다공성 슬롯의 외측면이 외부의 이물질에 의해 막히게 되는 위험성을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드에 따르면, 열부하의 차이에 따라 효과적인 냉각을 수행함과 동시에, 한정된 냉각매체의 유량을 효율적으로 활용할 수 있다.

도 1은 종래의 발산 냉각 방식으로 제안된 가스 터빈용 블레이드의 일례를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈용 블레이드의 분해사시도이고,
도 3은 도 2의 가스 터빈용 블레이드의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 종단면도이고,
도 4는 도 3의 가스 터빈용 블레이드의 "A" 부분을 확대한 부분확대도이고,
도 5는 본 발명의 가스 터빈용 블레이드의 다공성 슬롯의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 가스 터빈용 블레이드의 냉각 과정을 개략적으로 나타낸 개념도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈용 블레이드의 다공성 슬롯 및 다공성 코팅층 부분을 확대한 도면이고,
도 8은 도 7의 가스 터빈용 블레이드의 다공성 슬롯 및 다공성 코팅층의 공극률을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 도 2 또는 도 7의 가스 터빈용 블레이드에 있어서 리딩 에지에 배치되는 다공성 슬롯의 공극률과 미드 코드에 배치되는 다공성 슬롯의 공극률을 비교 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 도 2 또는 도 7의 가스 터빈용 블레이드에 있어서 리딩 에지에 배치되는 다공성 슬롯 사이의 간격과 미드 코드에 배치되는 다공성 슬롯 사이의 간격을 비교 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 도 2 또는 도 7의 가스 터빈용 블레이드에 있어서 리딩 에지에 형성되는 안착홈의 폭과 미드 코드에 형성되는 안착홈의 폭을 비교 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 가스 터빈용 블레이드의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈용 블레이드의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 가스 터빈용 블레이드의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 종단면도이고, 도 4는 도 3의 가스 터빈용 블레이드의 "A" 부분을 확대한 부분확대도이고, 도 5는 본 발명의 가스 터빈용 블레이드의 다공성 슬롯의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 가스 터빈용 블레이드의 냉각 과정을 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 터빈용 블레이드는 연소가스(G)와 접촉하는 블레이드(100)의 외측에 냉각매체(M, 구체적으로는 냉각 공기)를 배출하여 냉각막(L)을 형성하고, 냉각매체(M)가 배출되는 다공성 슬롯(130)만 별도로 분리하여 교체할 수 있는 것으로서, 외측 구조물(110)과, 내측 구조물(120)과, 다공성 슬롯(130)을 포함한다.

상기 외측 구조물(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 내부가 빈 에어포일 형상으로 형성되고, 리딩 에지(LE)에서 트레일링 에지(TE)를 향하는 코드 방향(C)을 따라 서로 이격되게 배치되는 다수의 안착홈(111)이 구비된다.

외측 구조물(110)은 고온의 연소가스(G)와 접촉함으로써 회전력을 발생시키는 역할을 수행하는 부분으로, 니켈 합금, 알루미늄 합금, 티타늄 합금 등 다양한 내열성 금속 합금으로 제작될 수 있다.

안착홈(111)에는 후술되는 다공성 슬롯(130)이 결합되는데, 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이 다공성 슬롯(130)에서 배출되는 냉각매체(M)가 블레이드(100)의 루트(R) 부분에서 팁(T) 부분까지 고르게 배출될 수 있도록, 안착홈(111)은 스팬 방향(S)을 따라 단일의 직선 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 안착홈(111)의 양측에 형성되는 프레임 부재(112)의 휨 강도가 보강되도록, 안착홈(111)의 중간부가 연결부재(112a)로 연결됨으로써, 안착홈(111)은 스팬 방향(S)을 따라 분할된 다수의 직선 형태로 형성될 수도 있다. 참고로, 안착홈(111)은 도시된 바와 같이 블레이드(100)의 어느 한 측면에서 바라보았을 때, 직선 형태로 보일 수 있으나, 실제는 안착홈(111)이 블레이드(100)의 스팬 방향을 따라 곡선 형태를 이루고 있다. 다공성 슬롯(130)의 코드(chord) 방향 간격을 결정하는 프레임부재(112)의 가로 폭은, 냉각 유효도(effectiveness), 즉 터빈 입출구의 온도차 및 이에 따라 요구되는 냉각 성능을 기준으로 조절할 수 있다.

상기 내측 구조물(120)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 외측 구조물(110)의 내부에 수용되고, 내측 구조물(120)의 외측면에는 다수의 돌기부(121)가 외측 구조물(110)의 내측면을 향해 돌출되어 외측 구조물(110)의 내측면에 밀착되며, 돌기부(121)는 후술되는 냉각매체 채널(122)을 형성하기 위해 코드 방향(C)을 따라 이격되게 배치된다.

내측 구조물(120)은 외측 구조물(110)과 마찬가지로 다양한 내열성 금속 합금으로 제작될 수 있으며, 외측 구조물(110)보다 열팽창 계수가 조금 큰 재질을 적용하여 서로 더욱 견고하게 결합될 수도 있다.

기존의 일체형으로 제작된 블레이드와 달리 본 발명은 외측 구조물(110)과 내측 구조물(120)이 조립된 구조로서, 고온, 고압의 조건에 노출되는 외측 구조물(110)과 내측 구조물(120) 중 하나가 손상된 경우, 그 부분만 별도로 분리하여 교체할 수 있기 때문에 유지보수에 드는 노력과 비용을 크게 절감할 수 있다.

또한, 이러한 외측 구조물(110)과 내측 구조물(120)의 조립 구조는 블레이드(100)의 피로 변형 혹은 피로 파괴를 최소화시킬 수 있다. 왜냐하면, 블레이드(100)가 연소가스(G)의 압력에 의해 일정 수준 이상으로 굽어지거나 비틀리면, 외측 구조물과 내측 구조물(구체적으로는 외측 구조물과 돌기부 사이의 접촉면)이 상호 슬라이딩되면서 블레이드(100) 내에 발생되는 전단력을 흡수하기 때문이다. 이를 통해 블레이드(100)의 수명, 특히, 블레이드(100)의 중립면으로부터 가장 먼 거리에 있는 외측 구조물(110)의 수명을 연장할 수 있게 된다.

상기 다공성 슬롯(130)은 외측 구조물(110)에 형성된 안착홈(111)에 착탈 가능하게 결합되고, 코드 방향(C)을 따라 외측 구조물(110)에 이격되게 다수 개가 배치된다. 다공성 슬롯(130)은 다공성 세라믹 혹은 다공성 특수합금으로 제작되나, 고열과 산화에 저항성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다.

다수의 다공성 슬롯(130)이 외측 구조물(110)에 이격되게 배치됨으로써, 외측 구조물(110)의 외측면은 코드 방향(C)을 따라 다공성 슬롯(130)이 배치된 영역과 다공성 슬롯이 배치되지 않은 영역(즉, 외측 구조물(110)의 재질로 이루어진 영역)이 교대로 배치된다.

따라서, 다공성 슬롯(130)과 다공성 슬롯(130) 사이에 외측 구조물(110)이 남겨져 있어 외측 구조물(110)이 전체적으로 응력의 대부분을 감당하는 구조가 되므로, 외측 구조물(110)에 의해 블레이드의 강성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

다공성 슬롯(130)이 안착홈(111)에 결합됨에 따라 다공성 슬롯(130)과, 이에 이웃하는 돌기부(121) 및 내측 구조물(120)의 외측면 사이에 냉각매체(M)가 유동될 수 있는 냉각매체 채널(122)이 형성된다. 냉각매체 채널(122)은 터빈의 고정부나 로터부에 형성된 냉각유로(미도시)와 연통되고, 상기 냉각유로에서 공급된 냉각매체(M)가 냉각매체 채널(122)을 거쳐 다공성 슬롯(130)을 통해 외부로 배출되면서 외측 구조물(110)의 외측면에 냉각막(L)이 형성된다.

이러한 다공성 슬롯(130)의 착탈 구조는 기존의 가스 터빈용 블레이드와는 대별되는 점이다. 블레이드가 연료 중의 나트륨, 황, 바나듐 등의 부식 성분에 의해 심하게 부식된다든지, 다공성 슬롯(130)의 공극(131)에 상기 부식 성분들을 주성분으로 하는 탄화물이 부착됨에 의해 냉각 효율이 낮아지는 경우, 기존의 가스 터빈용 블레이드는 블레이드 전체가 다공성 재질로 구성되었기 때문에 블레이드의 부분적인 유지보수가 어려웠던 반면, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는 다공성 슬롯(130)만 별도로 분리하여 새것으로 교체할 수 있다. 이를 통해 기존보다 블레이드(100)의 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있게 된다.

특히, 이와 같은 다공성 슬롯(130)의 착탈 구조는 기존의 막냉각 방식과 발산 냉각 방식이 조합된 새로운 냉각 방식을 구현한다.

막냉각 방식의 경우, 한정된 분사홀의 개수로 인해 블레이드 전면에 걸쳐 고르게 냉각되지 않는다는 문제점이 있었고, 발산 냉각 방식의 경우, 연소가스(G)의 탄화물 등에 의해 공극(131)이 막혀 냉각 효율이 떨어지게 되면, 수시로 블레이드를 교체해야 하기 때문에, 이에 대한 유지보수 부담이 크다는 문제점이 있었다. 반면, 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는 다공성 슬롯(130)이 블레이드(100)의 스팬 방향(S) 전체에 걸쳐 배치됨으로써, 블레이드(100) 전면을 고르게 냉각시킬 수 있고, 다공성 슬롯(130)의 공극이 막혀 냉각 효율이 떨어질 경우 다공성 슬롯(130)만 부분적으로 교체할 수 있기 때문에, 기존의 냉각 방식들이 갖는 문제점을 해소할 수 있는 것이다.

착탈 구조를 갖는 다공성 슬롯(130)이 가스 터빈의 가동 중에 외측 구조물(110)에서 이탈되지 않도록 도 4에 도시된 바와 같이 안착홈(111)은 외측 구조물(110)의 내측면에서 외측면으로 갈수록 좁게 형성되고, 다공성 슬롯(130)은 안착홈(111)에 삽입될 수 있도록 안착홈(111)의 형상에 대응되게 형성된다. 이는 다공성 슬롯(130)이 안착홈(111)의 경사면(111a)에 막혀 외측으로 이탈될 수 없도록 하기 위함이다.

또한, 다공성 슬롯(130)의 열팽창 계수를 외측 구조물(110)의 열팽창 계수보다 크게 형성함으로써, 다공성 슬롯(130)이 외부의 연소가스(G)의 열에 의해 팽창되어 안착홈(111) 내에 견고하게 결합되게 하는 것이 바람직하다. 더불어 다공성 슬롯(130)이 안착홈(111)의 내측으로도 이탈되지 않도록 돌기부(121)는 다공성 슬롯(130)의 측부 및 안착홈(111)의 측부를 동시에 지지하도록 상호 이격되어 배치되고, 블레이드(100)의 중량을 줄이고, 추가적인 열변형을 최대한 억제하기 위해 돌기부(121)의 중간부에는 요홈(121a)이 형성된다.

블레이드 표면 전반적으로 냉각 유효도를 높이기 위해 다공성 슬롯(130)의 공극률을 다르게 적용할 수도 있다. 예를 들어 냉각매체(M)의 속도가 빠른 부분보다 냉각매체(M)의 속도가 느린 부분에 더 높은 공극률을 적용할 수도 있고, 연소가스(G)가 정체되는 블레이드(100)의 리딩 에지(LE) 부분에 더 높은 공극률을 적용할 수도 있다.

한편, 블레이드(100)의 외부는 1,700℃에 이르는 고온의 연소가스(G)에 노출되고, 블레이드(100)의 내부에는 저온의 냉각매체(M), 구체적으로는 압축기 출구 쪽의 상대적으로 낮은 온도의 냉각매체(M)가 냉각매체 채널(122)의 내부로 공급됨에 따라, 블레이드(100)의 내외측으로 극심한 온도 차이(통상 1,000℃ ~ 1,100℃)가 발생된다. 이러한 온도차로 인해 블레이드(100) 내부에는 온도 구배에 의한 열응력이 발생된다.

또한, 블레이드(100)의 외부는 14 ~ 15bar에 달하는 고압이 형성되나, 내측 구조물(120)의 내부에는 압력 형성을 위한 별도의 채널이 존재하지 않기 때문에 블레이드(100)의 내외측으로 큰 압력 차이가 발생된다. 이러한 압력 차이 및 온도 구배로 인해 블레이드(100)는 내측으로 강한 압축력을 받게 되고, 특히, 블레이드(100)의 각 부분 중 압력면(pressure side)과 흡입면(suction side) 사이에 더욱 강한 압축력 및 열응력이 발생하게 된다.

상기와 같은 열응력과 압축력으로 인해 블레이드(100)의 내부에 피로 균열이 발생되고, 이 균열이 진전되어 블레이드(100)가 파손될 수 있으므로, 도 6에 도시된 바와 같이 외부에서 유입된 연소가스(G)가 내측 구조물(120)의 내부에 유동될 수 있도록, 내측 구조물(120)의 내부에는 다수의 연소가스 채널(123)이 코드 방향(C)을 따라 이격되게 형성된다.

연소가스 채널(123)로 유입되는 고온의 연소가스(G)에 의해 블레이드(100)의 내외측의 온도차가 줄게 되고, 블레이드(100)의 내측에는 외측과 대등한 내압이 형성된다. 이로써, 블레이드(100)의 내외측의 온도 및 압력 차이가 줄어 블레이드(100)에 가해지는 열응력 및 압축력의 크기가 작아지게 되므로, 블레이드(100)의 피로 손상을 최소화할 수 있고, 블레이드(100)의 수명도 길어지는 효과를 얻게 된다. 또한, 내압에 의해 내측 구조물(120)과 외측 구조물(110) 사이가 더욱 견고하게 밀착되는 추가적인 효과를 얻게 된다.

외측 구조물(110) 및 내측 구조물(120)의 팁(T, 도 2 참조) 부분에는 외부의 연소가스(G)가 연소가스 채널(123)에 유입될 수 있도록 커버부재(140)가 결합된다. 커버부재(140)에는 연소가스 채널(123)과 연통되는 관통공(141)이 형성되며, 연소가스 채널(123)간의 압력이 평형을 이룰 수 있도록 채널 격벽(124)에 연통공(124a)이 형성될 수 있다.

고온의 연소가스(G)가 유입되는 연소가스 채널(123)의 내측면에는 열차폐 코팅층(125)이 형성될 수 있다. 이는 내측 구조물(120)이 연소가스(G)에 의해 변형, 부식, 마모되는 것을 방지하기 위함으로, 유리, 알루미나, 크롬, 산화질코늄 같은 내열 내식용 물질을 용융 상태로 연소가스 채널(123)의 내측면에 분사하여 응고, 퇴적시켜 내열성 피막을 형성할 수도 있고, 니켈, 코발트 등이 혼합된 내열 합금을 진공 중에 가열 증착하여 연소가스의 내측면에 응결시킴으로써, 내열성 피막을 형성시킬 수도 있으며, 이외 다양한 공지기술들이 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈용 블레이드의 다공성 슬롯 및 다공성 코팅층 부분을 확대한 도면이고, 도 8은 도 7의 가스 터빈용 블레이드의 다공성 슬롯 및 다공성 코팅층의 공극률을 설명하기 위한 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 가스 터빈용 블레이드는 외측 구조물(110)과, 내측 구조물(120)과, 다공성 슬롯(130)과, 커버부재(140)와, 다공성 코팅층(150)을 포함한다.

본 실시예의 가스 터빈용 블레이드의 외측 구조물(110), 내측 구조물(120), 다공성 슬롯(130), 커버부재(140)는 도 2 내지 도 6에 도시된 실시예의 가스 터빈용 블레이드의 외측 구조물(110), 내측 구조물(120), 다공성 슬롯(130), 커버부재(140)와 실질적으로 동일하므로, 반복되는 설명은 생략한다.

상기 다공성 코팅층(150)은 안착홈(111)에 결합된 다공성 슬롯(130) 상에 형성되고, 다공성 슬롯(130)의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가진다.

상술한 바와 같이, 가스 터빈용 블레이드의 외부는 1,700℃에 이르는 고온의 연소가스(G)에 노출되는데, 발산 냉각을 수행하면서도 고온의 연소가스에 대한 열차폐 효과를 향상시키기 위하여 다공성 슬롯(130)의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가지는 다공성 코팅층(150)을 다공성 슬롯(130) 상에 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 다공성 슬롯(130)은 공극률이 있지만 어느 정도의 강도를 유지해야 하므로 인코넬(inconel) 등과 같은 고온 부품용 다공성 합금 재질로 제작될 수 있으며, 다공성 코팅층(150)은 고온의 외부 유동에 대한 열차폐 효과를 얻기 위하여 다공성 슬롯(130)의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가지는 다공성 세라믹 재질로 제작될 수 있다.

도 7을 참조하면, 다공성 슬롯(130)의 두께(t2)와 다공성 코팅층(150)의 두께(t3)의 합은 안착홈(111)의 깊이(t1)와 실질적으로 동일하는 것이 바람직하다.

다공성 슬롯(130)의 두께(t2)와 다공성 코팅층(150)의 두께(t3)의 합은 안착홈(111)의 깊이(t1)와 동일하지 않을 경우, 외측 구조물(110)의 안착홈(111) 부분이 외측 구조물(110)의 표면보다 돌출되거나 함몰되는 구조가 생성될 수 있는데, 이러한 돌출 또는 함몰된 구조는 외부의 연소가스(G)의 유동을 방해하는 문제를 초래할 수 있다.

도 8의 (a)를 참조하면, 다공성 코팅층(150)의 공극률이 다공성 슬롯(130)의 공극률보다 낮은 것이 바람직하다.

외측 구조물(110)의 외부에 유동하는 연소가스(G) 중에서 탄화물 등과 같은 성분들이 다공성 코팅층(150)에 부착될 경우 다공성 코팅층(150)이 막히면서 터빈 블레이드의 냉각 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 다공성 코팅층(150)의 공극률을 다공성 슬롯(130)의 공극률보다 낮게 형성함으로써, 다공성 슬롯(130)의 외측에 배치된 다공성 코팅층(150)이 외부의 이물질에 의해 막히게 되는 위험성을 줄일 수 있다.

예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 다공성 코팅층(150)의 공극(p2)의 크기가 다공성 슬롯(130)의 공극(p1)의 크기보다 작아서 다공성 코팅층(150)의 공극률이 다공성 슬롯(130)의 공극률보다 낮게 형성될 수도 있으며, 이외에도 다공성 코팅층(150)의 공극(p2)의 크기와 다공성 슬롯(130)의 공극(p1)의 크기가 동일하나 다공성 코팅층(150)의 공극 밀도가 낮아 다공성 코팅층(150)의 공극률이 상대적으로 낮게 형성될 수도 있다.

한편, 도 8의 (b)를 참조하면, 다공성 슬롯(130)의 공극률은 내측 구조물(120)과 가까운 내측면(132)에서 연소가스(G)가 유동하는 외부와 가까운 외측면(133)으로 갈수록 낮아지는 것이 바람직하다.

다공성 슬롯(130)의 외측에 다공성 코팅층(150)이 형성되지 않을 경우, 위에서 설명한 바와 같이, 외부에 노출되는 다공성 슬롯(130)의 외측면(133)의 공극률을 상대적으로 낮게 형성함으로써, 다공성 슬롯(130)의 외측면(133)이 외부의 이물질에 의해 막히게 되는 위험성을 줄일 수 있다.

또한, 다공성 코팅층(150)의 공극률은 다공성 슬롯(130)과 가까운 내측면(152)에서 연소가스(G)가 유동하는 외부와 가까운 외측면(153)으로 갈수록 낮아질 수 있다. 마찬가지로, 외부에 노출되는 다공성 코팅층(150)의 외측면(153)의 공극률을 상대적으로 낮게 형성함으로써, 다공성 코팅층(150)의 외측면(153)이 외부의 이물질에 의해 막히게 되는 위험성을 줄일 수 있다.

도 9는 도 2 또는 도 7의 가스 터빈용 블레이드에 있어서 리딩 에지에 배치되는 다공성 슬롯의 공극률과 미드 코드에 배치되는 다공성 슬롯의 공극률을 비교 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 2 또는 도 7의 가스 터빈용 블레이드에 있어서 리딩 에지에 배치되는 다공성 슬롯 사이의 간격과 미드 코드에 배치되는 다공성 슬롯 사이의 간격을 비교 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 2 또는 도 7의 가스 터빈용 블레이드에 있어서 리딩 에지에 형성되는 안착홈의 폭과 미드 코드에 형성되는 안착홈의 폭을 비교 설명하기 위한 도면이다.

다공성 재질을 이용한 발산 냉각의 경우 분사비(blowing ratio)가 클수록 냉각 유효도는 증가하나 가스 터빈용 블레이드 전체적으로 공급받는 냉각매체(M)의 유량이 한정되어 있기 때문에 각 위치에 설치된 다공성 슬롯(130)이 최적의 냉각 유효도를 낼 수 있어야 한다.

이를 위하여 리딩 에지(LE)부터 트레일링 에지(TE)까지 블레이드의 압력면(pressure surface)과 흡입면(suction surface)의 각 위치마다 다공성 슬롯(130)과 다공성 코팅층(150)의 공극률, 배치방법, 형상 등을 조절하여 각각의 분사비(blowing ratio)를 조절할 수 있다.

정체점(Stagnation point)을 포함한 리딩 에지(LE) 부분은 외부의 연소가스(G) 유동의 속도가 낮은 반면 온도가 높은 영역이고, 리딩 에지(LE)와 트레일링 에지(TE) 사이의 미드 코드(mid-chord, MC) 영역은 외부의 연소가스(G) 유동의 속도가 높은 반면 온도가 상대적으로 낮은 영역이다.

따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 리딩 에지(LE)에 배치되는 다공성 슬롯(130a) 또는 다공성 코팅층(150)의 공극률을, 리딩 에지(LE)와 트레일링 에지(TE) 사이의 미드 코드(MC)에 배치되는 다공성 슬롯(130b) 또는 다공성 코팅층(150)의 공극률보다 높게 형성할 수 있다.

정체점(stagnation point)을 포함한 리딩 에지(LE) 부분은 냉각 유효도가 충분하지 않기 때문에 리딩 에지(LE) 영역에 설치하는 다공성 슬롯(130a)이나 다공성 코팅층(150)은 공극률을 상대적으로 크게 하여 냉각매체(M)의 유량을 상대적으로 증가시키고, 미드 코드(MC) 영역에 설치하는 다공성 슬롯(130b)이나 다공성 코팅층(150)은 공극률을 상대적으로 작게 하여 냉각매체(M)의 유량을 상대적으로 감소시킴으로써, 열부하의 차이에 따라 효과적인 냉각을 수행함과 동시에, 한정된 냉각매체(M)의 유량을 효율적으로 활용할 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 리딩 에지(LE)에 배치되는 이웃하는 다공성 슬롯(130c) 사이의 간격(d1)을, 미드 코드(MC)에 배치되는 이웃하는 다공성 슬롯(130d) 사이의 간격(d2)보다 좁게 형성할 수 있다.

마찬가지로, 리딩 에지(LE) 부분은 냉각 유효도가 충분하지 않기 때문에 리딩 에지(LE) 영역에 설치하는 다공성 슬롯(130c)의 배치 간격을 줄여서 다공성 슬롯(130c)에서 분사되는 냉각매체(M)의 유량을 상대적으로 증가시키고, 미드 코드(MC) 영역에 설치하는 다공성 슬롯(130d)의 배치 간격을 늘려서 다공성 슬롯(130d)에서 분사되는 냉각매체(M)의 유량을 상대적으로 감소시킴으로써, 열부하의 차이에 따라 효과적인 냉각을 수행함과 동시에, 한정된 냉각매체(M)의 유량을 효율적으로 활용할 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 리딩 에지(LE)에 형성되는 안착홈(111b)의 폭(w1)을, 미드 코드(MC)에 형성되는 안착홈(111c)의 폭(w2)보다 넓게 형성할 수 있다.

마찬가지로, 리딩 에지(LE) 부분은 냉각 유효도가 충분하지 않기 때문에 리딩 에지(LE) 영역에 형성되는 안착홈(111b)의 폭(w1)을 넓혀서 리딩 에지(LE)에 배치되는 다공성 슬롯(130e)에서 분사되는 냉각매체(M)의 유량을 상대적으로 증가시키고, 미드 코드(MC) 영역에 형성되는 안착홈(111c)의 폭(w2)을 좁혀서 미드 코드(MC) 영역에 배치되는 다공성 슬롯(130f)에서 분사되는 냉각매체(M)의 유량을 상대적으로 감소시킴으로써, 열부하의 차이에 따라 효과적인 냉각을 수행함과 동시에, 한정된 냉각매체(M)의 유량을 효율적으로 활용할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 다공성 슬롯이 손상되거나 공극이 막혀 냉각효율이 떨어지면, 다공성 슬롯만 별도로 분리하여 새것으로 교체할 수 있으므로, 블레이드의 유지보수에 소요되는 노력과 비용을 크게 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 다공성 슬롯이 블레이드의 코드 방향을 따라 외측 구조물에 이격되게 배치됨으로써, 발산 냉각이 가지는 냉각 효율의 우수성 및 블레이드의 강성 및 내구성을 동시에 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 외측 구조물과 내측 구조물이 조립된 구조로서, 둘 중 하나가 손상된 경우, 그 부분만 별도로 분리하여 교체할 수 있기 때문에 블레이드의 유지보수에 소요되는 노력과 비용을 크게 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 연소가스의 저항을 받는 블레이드가 일정 수준 이상으로 굽어지거나 비틀리면, 외측 구조물과 내측 구조물이 상호 슬라이딩되면서 블레이드에 발생되는 전단력을 흡수함으로써, 블레이드의 수명이 연장되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 다공성 슬롯이 블레이드의 스팬 방향 전체에 걸쳐 배치됨으로써, 블레이드 전면을 고르게 냉각시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 안착홈을 외측 구조물의 내측면에서 외측면으로 갈수록 좁게 형성하고, 다공성 슬롯의 열팽창 계수를 외측 구조물의 열팽창 계수보다 크게 형성함으로써, 다공성 슬롯이 안착홈에 견고하게 결합될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 연소가스 채널에 연소가스가 유입되어 블레이드의 내외측의 온도 및 압력 차이가 감소함으로써, 열응력 및 압축력으로 인한 블레이드의 피로 손상을 최소화할 수 있고, 블레이드의 수명도 길어지는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 연소가스 채널에 연소가스가 유입되어 블레이드의 내부에 내압이 형성됨으로써, 내측 구조물과 외측 구조물 사이가 더욱 견고하게 밀착되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 연소가스 채널의 내측면에 형성된 열차폐 코팅층을 통해 내측 구조물이 연소가스의 열에 의해 변형, 부식, 마모되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 다공성 슬롯의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가지는 다공성 코팅층을 다공성 슬롯 상에 형성함으로써, 고온의 외부 유동에 대한 열차폐 효과를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 다공성 코팅층의 공극률 또는 다공성 슬롯의 공극률을 조절함으로써, 다공성 코팅층의 외측면 또는 다공성 슬롯의 외측면이 외부의 이물질에 의해 막히게 되는 위험성을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 가스 터빈용 블레이드는, 블레이드 표면의 각 위치마다 다공성 슬롯 또는 다공성 코팅층의 공극률, 배치방법, 형상 등을 조절함으로써, 열부하의 차이에 따라 효과적인 냉각을 수행함과 동시에, 한정된 냉각매체의 유량을 효율적으로 활용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

G : 연소가스
M : 냉각매체
C : 코드 방향
S : 스팬 방향
100 : 블레이드
110 : 외측 구조물
120 : 내측 구조물
130 : 다공성 슬롯
140 : 커버부재

Claims

내부가 빈 에어포일 형상으로 형성되고, 리딩 에지(leading edge)에서 트레일링 에지(trailing edge)를 향하는 코드(chord) 방향을 따라 이격되게 배치되는 다수의 안착홈을 구비하는 외측 구조물;
상기 외측 구조물의 내부에 수용되고, 상기 외측 구조물의 내측면을 향해 돌출되어 상기 외측 구조물의 내측면에 밀착되고 상기 코드 방향을 따라 이격되게 배치되는 다수의 돌기부를 구비하는 내측 구조물;
상기 안착홈에 착탈 가능하게 결합되고, 상기 코드 방향을 따라 상기 외측 구조물에 이격되게 배치되는 다수의 다공성 슬롯; 및
상기 다공성 슬롯, 이웃하는 돌기부 및 상기 내측 구조물의 외측면 사이에서 냉각매체가 유동되도록 형성된 냉각매체 채널;을 포함하고,
상기 외측 구조물의 외측면에는 상기 코드 방향을 따라 상기 다공성 슬롯이 배치된 영역과 상기 다공성 슬롯이 배치되지 않은 영역이 교대로 배치되고,
상기 다공성 슬롯이 상기 안착홈의 내측으로 이탈되지 않도록 상기 돌기부는 상기 다공성 슬롯의 측부 및 상기 안착홈의 측부를 동시에 지지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 안착홈은 상기 외측 구조물의 내측면에서 외측면으로 갈수록 좁아지게 형성되고,
상기 다공성 슬롯은 상기 안착홈에 삽입될 수 있도록 상기 안착홈의 형상에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
삭제
제1항에 있어서,
상기 다공성 슬롯의 열팽창 계수는 상기 외측 구조물의 열팽창 계수보다 크게 형성됨으로써, 외부의 연소가스의 열에 의해 상기 다공성 슬롯이 팽창되면서 상기 안착홈 내에 밀착되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 안착홈은 상기 코드 방향과 교차하는 스팬(span) 방향을 따라 단일의 직선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 안착홈은 상기 코드 방향과 교차하는 스팬(span) 방향을 따라 분할된 다수의 직선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 내측 구조물은, 상기 내측 구조물의 내부에서 상기 코드 방향을 따라 이격되게 형성되고, 외부에서 유입된 연소가스가 유동하는 다수의 연소가스 채널을 더 구비하고,
상기 연소가스 채널 내에서 외부의 연소가스가 유동됨으로써, 상기 외측 구조물과 상기 내측 구조물 사이의 온도 구배 및 압력 차이가 감소되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제7항에 있어서,
상기 외측 구조물 및 상기 내측 구조물의 팁(tip) 부분에 결합되고, 상기 연소가스 채널에 외부의 연소가스가 유입될 수 있도록 상기 연소가스 채널과 연통되는 관통공이 형성된 커버부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제7항에 있어서,
상기 연소가스 채널의 내측면에는 상기 연소가스 채널 내부에서 유동하는 연소가스의 열을 차단하는 열차폐 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 안착홈에 결합된 다공성 슬롯 상에 형성되고, 상기 다공성 슬롯의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가지는 다공성 코팅층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제10항에 있어서,
상기 다공성 슬롯의 두께와 상기 다공성 코팅층의 두께의 합은 상기 안착홈의 깊이와 동일한 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제10항에 있어서,
상기 다공성 코팅층의 공극률이 상기 다공성 슬롯의 공극률보다 낮은 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제10항에 있어서,
상기 다공성 슬롯의 공극률은 상기 내측 구조물과 가까운 내측면에서 연소가스가 유동하는 외부와 가까운 외측면으로 갈수록 낮아지거나,
상기 다공성 코팅층의 공극률은 상기 다공성 슬롯과 가까운 내측면에서 연소가스가 유동하는 외부와 가까운 외측면으로 갈수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제10항에 있어서,
상기 리딩 에지에 배치되는 다공성 슬롯 또는 다공성 코팅층의 공극률은, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 미드 코드(mid-chord)에 배치되는 다공성 슬롯 또는 다공성 코팅층의 공극률보다 높은 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 리딩 에지에 배치되는 이웃하는 다공성 슬롯 사이의 간격은, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 미드 코드(mid-chord)에 배치되는 이웃하는 다공성 슬롯 사이의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.
제1항에 있어서,
상기 리딩 에지에 형성되는 안착홈의 폭은, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 미드 코드(mid-chord)에 형성되는 안착홈의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 블레이드.