JP2018534478A - 反作用式スチームタービン - Google Patents

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Abstract

一側と他側にはそれぞれ蒸気流入管及び蒸気排出管がそれぞれ設けられ、内部には空間部が形成されたハウジングと、前記ハウジングの空間部を横切って設置され、周囲には複数のディスクブレードが設置されたタービン軸とを含んでなる反作用式スチームタービンであって、前記蒸気流入管の管路とディスクブレードとの間のタービン軸には、蒸気流入管を介してハウジングの空間部に流入した蒸気をディスクブレードへガイドするガイド翼が設けられることを特徴とする、反作用式スチームタービンを提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、反作用式スチームタービンに関し、さらに詳しくは、ハウジング内での蒸気渦現象を防止し、タービン軸の初期回転負荷を減らしてエネルギーの出力を極大化することができるようにした反作用式スチームタービンに関する。
反作用式スチームタービンは、排出されるスチームエネルギーの反作用によって回転エネルギーを得て、構造が簡単でありながらも高い熱効率を得ることができるため、中小容量の原動機に適したタービンである。
例えば、韓国公開特許第１０−２０１２−４７７０９号（公開日：２０１２年５月１４日）、韓国公開特許第１０−２０１３−４２２５０号（公開日：２０１３年４月２６日）及び韓国登録特許第１０−１２２９５７５号（登録日：２０１３年１月２９日）に開示されるタービン装置はいずれも、反作用式タービン装置に関する一実施形態である。
図１は従来技術による反作用式スチームタービンの一部を切開した斜視図であり、図２は反作用式スチームタービンの正断面図である。
図１及び図２に示すように、スチームタービンは、ハウジング１０と、ハウジング１０の内部でハウジング１０に回動可能に支持されるタービン軸２０と、ハウジング１０に内蔵されてタービン軸２０と一体に回転し、タービン軸２０の長さ方向に沿って複数個が並んで配置されるディスクブレード３０とから構成される。
このとき、ハウジング１０には蒸気注入管１１及び蒸気排出管１２がそれぞれ設けられ、蒸気注入管１１に注入される蒸気は、複数のディスクブレード３０をそれぞれ通過しながらディスクブレード３０を回転させてタービン軸２０を回転駆動させた後、蒸気排出管１２から排出される。
ここで、それぞれのディスクブレード３０には図２に示すようにノズル孔３１と流入孔３２が設けられ、流入孔３２に流入した蒸気がノズル孔３１から排出され、排出される蒸気の反作用によりディスクブレード３０が回転する。
このとき、一つのディスクブレード３０のノズル孔３１から排出される蒸気は、隣接する別のディスクブレード３０の流入孔３２に進入して同じ原理でディスクブレード３０を回転させることにより、すべてのディスクブレード３０が蒸気の反作用により回転し、これにより複数のディスクブレード３０に連結されたタービン軸２０を回転させて発電を行う。
一方、前述した従来の反作用式スチームタービンは、次の問題があった。
蒸気注入管１１を介して注入された蒸気は、タービン入口１３に流入した後、図面上の右側に方向を変えてディスクブレード３０の流入孔３２に向かわなければならないが、蒸気注入管１１を介して流入した蒸気は、タービン入口１３上でディスクブレード３０に向かわず、図３に示すように、前記タービン入口１３でのみ渦巻く蒸気渦現象が発生するという問題があった。
したがって、ディスクブレード３０内に蒸気の流入が円滑に行われないことにより、タービン軸２０の回転出力が極大化されないという問題があった。
また、蒸気渦現象により、摩擦損失エネルギーが大きいという問題があった。
韓国公開特許第１０−２０１２−４７７０９号公報
本発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、タービン入口上に位置したタービン軸にガイド翼を設置して、タービン注入口を介して流入した蒸気がディスクブレード側へ自動案内されるようにすることにより、蒸気渦現象を防止し、タービン軸の出力を極大化することができるようにした反作用式スチームタービンを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、一側と他側にはそれぞれ蒸気流入管及び蒸気排出管がそれぞれ設けられ、内部には空間部が形成されたハウジングと、前記ハウジングの空間部を横切って設置され、周囲には複数のディスクブレードが設置されたタービン軸とを含んでなる反作用式スチームタービンであって、前記蒸気流入管の管路とディスクブレードとの間のタービン軸には、蒸気流入管を介してハウジングの空間部に流入した蒸気をディスクブレードへガイドするガイド翼が設けられることを特徴とする、反作用式スチームタービンを提供する。
このとき、前記ガイド翼は、タービン軸の周囲に沿って複数設置され、蒸気注入管を介して流入した蒸気に対向する抗力面を持つように設置されることが好ましい。
このとき、前記ガイド翼の一端部は、蒸気の流れがディスクブレード側のみに向かうように、蒸気流入管を向いてラウンドされるように折曲形成されることが好ましい。
また、前記ハウジングの空間部は、蒸気流入管の管路に一直線に通じるタービン入口と、タービン入口の一側に設けられ、複数のディスクブレードが設置されたタービン軸が蒸気流入管に対して垂直に配置されたタービン空間とから構成され、前記ガイド翼は、タービン入口に位置した部位のタービン軸に設けられることが好ましい。
本発明に係る反作用式スチームタービンは、次のような効果がある。
第一に、ハウジング内のタービン入口側に、蒸気流入管から流入した蒸気をディスクブレードへ案内するガイド翼が設けられることにより、蒸気渦現象を防止することができる。
すなわち、蒸気流入管からタービン入口に流入した蒸気の進行方向は、ガイド翼によってディスクブレードに直ちに変換できるので、タービン入口上に留まる時間なくディスクブレードに向かって流入できるため、渦流による蒸気渦現象が防止できる。
したがって、蒸気渦現象による摩擦損失を防ぐことができるので、エネルギー効率を高めることができるのみならず、タービン軸の回転出力を極大化することができるという効果がある。
第二に、蒸気の流入によるディスクブレードを回転させるに先立ち、ガイド翼の回転によってタービン軸が１次に回転できることにより、タービン軸の初期駆動負荷を減らすことができるという効果がある。
すなわち、蒸気流入管からストレートに流入する初期の蒸気圧送力を用いてガイド翼に圧力を加えてタービン軸を１次に回転させることができるので、追ってのディスクブレードの回転によるタービン軸の本回転の負荷を減らすことができるという効果がある。
第三に、上述したように、蒸気圧送力を用いてガイド翼の回転によるタービン軸の回転力を追加することができるので、既存のディスクブレードの反作用力によるタービン軸の回転力を倍加させることができる。
これにより、タービンの出力を極大化することができるという効果がある。
第四に、ガイド翼が蒸気の流入方向に対して対抗する抗力面を形成することにより、タービン軸の回転出力を高めることができるという効果がある。
すなわち、ガイド翼が、蒸気の抗力を用いた回転がなされるように構成されることにより、タービン軸の回転出力を極大化することができるという効果がある。
従来技術による反作用式スチームタービンの内部を示す図である。 従来技術による反作用式スチームタービンのディスクブレードを介した蒸気の流れを示す部分断面図である。 従来技術による反作用式スチームタービンに蒸気渦現象が発生する状態を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施形態に係る反作用式スチームタービンの内部を示す図である。 本発明の好適な実施形態に係る反作用式スチームタービンのガイド翼を拡大して示す斜視図である。 本発明の好適な実施形態に係る反作用式スチームタービン内に蒸気が流入する状態を概略的に示す図である。
本明細書及び請求の範囲で使用される用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定解釈されず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。
以下、図４〜図６を参照して、本発明の好適な実施形態に係る反作用式スチームタービンについて説明する。
反作用式スチームタービンは、ストレートに流入する蒸気の方向をディスクブレード側に可変させることができるガイド翼をタービン軸に設置した技術的特徴がある。
反作用式スチームタービンは、図４に示すように、ハウジング１００と、タービン軸２００と、ディスクブレード３００と、ガイド翼４００とを含んで構成される。
ハウジング１００は、蒸気の反作用力によってディスクブレード３００の回転が行われる空間を提供し、一側と他側にはそれぞれ蒸気流入管１１０及び蒸気排出管１２０が設けられる。
蒸気流入管１１０は、ハウジング１００内に蒸気が流入する管路を形成し、蒸気排出管１２０は、ハウジング１００内に流入した蒸気がディスクブレード３００を介して抜け出す管路を形成する。
前記ハウジング１００の内部には、タービン軸２００及びディスクブレード３００が設置される空間部１３０が形成される。
前記空間部１３０はタービン入口１３１とタービン空間１３２から構成される。
タービン入口１３１は、蒸気流入管１１０を介して流入した蒸気がタービン空間１３２へ移動する前に経由する入口空間を構成するものであって、蒸気流入管１１０の管路に直線的に通じる空間を形成する。
タービン空間１３２は、ディスクブレード３００の設置およびディスクブレード３００の回転空間を提供し、タービン入口１３１の一側に形成される。
このとき、タービン入口１３１の一側とは、図４に示すように、蒸気流入管１１０の管路に対して垂直な方向の位置をいう。
前記タービン空間１３２は、蒸気排出管１２０の管路に通じるように形成される。
次に、タービン軸２００は、ディスクブレード３００及びガイド翼４００の回転力によって回転しながら発電出力を提供し、ハウジング１００の内部に設置される。
このとき、タービン軸２００は、図４に示すように、ハウジング１００のタービン入口１３１及びタービン空間１３２を横切って設置される。
次に、ディスクブレード３００は、タービン軸２００を回転させるための動力を提供し、蒸気流入管１１０を介して流入した蒸気がディスクブレード３００の内、外部を出入りしながら発生する反作用力によって回転することで、タービン軸２００を回転する動力を発生する。
ディスクブレード３００は、タービン軸２００の長さ方向に複数個設置され、ハウジング１００のタービン空間１３２に位置する。
このとき、ディスクブレード３００は、円形の形状をし、蒸気が流入する流入孔、及び蒸気が抜け出すノズル孔が形成されるが、このようなディスクブレード３００の構成は、前述した従来技術と同様である。
次に、ガイド翼４００は、蒸気流入管１１０を介して流入した蒸気の進行方向をタービン空間１３２へ可変させる役目をし、タービン入口１３１に位置する。
すなわち、ガイド翼４００は、蒸気流入管１１０を介してタービン入口１３１に直進する蒸気を干渉してタービン入口１３１の一側のタービン空間１３２へ送る役目をするのである。
ガイド翼４００は、図４に示すように、タービン入口１３１に位置したタービン軸２００に結合される。
次に、図５を参照して、ガイド翼４００の構成について詳細に考察する。
ガイド翼４００は、タービン軸２００に設けられる結合部４１０と、結合部４１０の周囲に沿って複数設置された抗力面４２０とから構成される。
結合部４１０は、タービン軸２００に設けられる構成であって、タービン軸２００の直径に対応する内径を有する円筒状に構成される。
また、抗力面４２０は、蒸気流入管１１０を介してタービン入口１３１に流入した蒸気に抗して対向し、前記蒸気をタービン空間１３２へ案内する役目をする。
すなわち、ガイド翼４００は、蒸気が進行する方向に対向する抗力面４２０を持つように形成されることにより、蒸気の圧力を用いてタービン軸２００を回転させることができる効果を極大化することができるだけでなく、ディスクブレード３００が位置したタービン空間１３２へ蒸気の方向を可変させる役目をするのである。
このとき、ガイド翼４００の回転は、蒸気の抗力によって行われることにより、タービン軸２００の回転出力を極大化することができる。
このとき、抗力面４２０は結合部４１０の周囲に沿って複数形成される。
このとき、抗力面４２０は、図５に示すように、折曲部４２１と直線部４２２から構成される。
折曲部４２１は、タービン入口１３１から流入した蒸気の方向を直線部４２２に転換させ、抗力面４２０の一側を構成する。
このとき、抗力面４２０の一側は、ディスクブレード３００が位置したタービン空間１３２の反対側をいい、折曲部４２１は、蒸気が流入する方向に折曲形成される。
上述のように抗力面４２０の一側が蒸気の流入方向に折り曲げられることにより、タービン入口１３１から流入した蒸気は折曲部４２１へガイドされて常にタービン空間１３２を向かう。
このとき、抗力面４２０の折曲部４２１はラウンドされるように形成されることが好ましい。
これは、タービン入口１３１にストレートに流入した蒸気の方向転換をスムーズにするためである。
前記直線部４２２は、折曲部４２１にガイドされた蒸気をそのままタービン空間１３２へ案内し、抗力面４２０の他側を構成する。
以下、上述した構成からなる反作用式スチームタービンの作用について説明する。
蒸気流入管１１０を介して蒸気が供給され、蒸気は蒸気流入管１１０の管路を介してストレートにタービン入口１３１へ圧送される。
このとき、蒸気は、ガイド翼４００の抗力面４２０にぶつかって折曲部４２１及び直線部４２２に沿って図面上（図４）の右（タービン空間側）へ案内される。
このとき、ガイド翼４００の抗力面４２０は、蒸気をタービン空間１３２へ案内して蒸気の方向を可変させるとともに、蒸気の圧力を受けて回転する。
すなわち、蒸気流入管１１０に流入した蒸気は、ガイド翼４００に圧力を加えてタービン軸２００を１次に回転させる作用も兼ねるのである。
このように、蒸気圧力を用いてタービン軸２００を１次に回転させることにより、タービン軸２００の本回転のための初期負荷を減らすことができるので、タービン軸２００の回転のためのエネルギー効率性を高めることができる。
その後、蒸気流入管１１０を介して流入した蒸気は、持続的にガイド翼４００の抗力面４２０に圧力を加えてタービン軸２００を回転させると同時に、タービン空間１３２に設置されたディスクブレード３００の流入孔に流入する。
その次に、蒸気は、複数のディスクブレード３００を出入りしながらディスクブレード３００を回転させることにより、タービン軸２００を２次に本回転させる作用を行う。
このような一連の過程によってタービン軸の出力が行われる。
これまでに説明したように、本発明に係る反作用式スチームタービンは、タービン入口１３１に位置したタービン軸２００にガイド翼４００を設けさせた技術的特徴がある。
これにより、ハウジング内にストレートに流入した蒸気は、ガイド翼４００にぶつかった後、ディスクブレード３００側へ自然に案内できるので、タービン入口１３１上で、渦流による蒸気渦現象を防止することができるため、エネルギー損失を低減することができる。
また、初期にハウジング内に流入する蒸気の圧力を用いてガイド翼の回転によってタービン軸を１次に回転させることができるので、ディスクブレードの回転によるタービン軸の本回転の際に負荷を減らしてタービン軸の回転のためのエネルギー効率性を高めることができる。
以上、本発明は、記載された実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形及び修正を加え得るのは当業者にとって明らかであり、それらの変形および修正も添付された請求の範囲に属するのは当たり前である。
１００ ハウジング
１１０ 蒸気流入管
１２０ 蒸気排出管
１３０ 空間部
１３１ タービン入口
１３２ タービン空間
２００ タービン軸
３００ ディスクブレード
４００ ガイド翼
４１０ 結合部
４２０ 抗力面
４２１ 折曲部
４２２ 直線部

Claims (4)

  1. 一側と他側にはそれぞれ蒸気流入管及び蒸気排出管がそれぞれ設けられ、内部には空間部が形成されたハウジングと、前記ハウジングの空間部を横切って設置され、周囲には複数のディスクブレードが設置されたタービン軸とを含んでなる反作用式スチームタービンであって、
    前記蒸気流入管の管路とディスクブレードとの間のタービン軸には、蒸気流入管を介してハウジングの空間部に流入した蒸気をディスクブレードへガイドするガイド翼が設けられることを特徴とする、反作用式スチームタービン。
  2. 前記ガイド翼は、タービン軸の周囲に沿って複数設置され、蒸気注入管を介して流入した蒸気に対向する抗力面を持つように設置されることを特徴とする、請求項１に記載の反作用式スチームタービン。
  3. 前記ガイド翼の一端部は、蒸気の流れがディスクブレード側のみに向かうように、蒸気流入管を向いてラウンドされるように折曲形成されることを特徴とする、請求項２に記載の反作用式スチームタービン。
  4. 前記ハウジングの空間部は、
    蒸気流入管の管路に一直線に通じるタービン入口と、タービン入口の一側に設けられ、複数のディスクブレードが設置されたタービン軸が蒸気流入管に対して垂直に配置されたタービン空間とから構成され、
    前記ガイド翼は、タービン入口に位置した部位のタービン軸に設けられることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の反作用式スチームタービン。
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