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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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