KR100289828B1

KR100289828B1 - 터보기계 및 그것을 위한 외측 흐름 가이드

Info

Publication number: KR100289828B1
Application number: KR1019930011957A
Authority: KR
Inventors: 그레이 루이스; 마리 크론 수잔; 칼 호퍼 더글러스; 찰스 윈 로버트
Original assignee: 드폴 루이스 에이; 웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 2001-06-01
Also published as: US5257906A; CA2099710C; ES2109118A1; TW227030B; JPH0666157A; ES2109118B1; CA2099710A1; KR940000730A

Abstract

축방향 흐름 터보머신용 배기장치는 작업유체의 흐름을 터빈 출구로부터 바닥에 구멍을 갖는 배기 하우징까지 배향하는 디퓨저를 제공받으며, 그것에 의해서 흐름을 축방향으로부터 반경 방향으로 90° 각도로 회전시킨다. 배기 하우징에 있어서, 디퓨저의 상측에서 방출하는 흐름을 수직 상측 방향에서 하측 방향으로 180° 각도로 회전한다. 이 회전 결과로서 배기 하우징에 형성된 와류의 세기는 상기 디퓨저의 외측 배기 흐름 가이드부의 출구를 배향시키므로써 최소화되도록 배기하우징은 각도가 상기 터빈 축선에 수직한 각도의 평면에 놓인다. 그 결과로서, 상기 외측 흐름 가이드의 최소 축방향 길이가 배기 하우징 출구로부터 먼 위치에 있고 최대 축방향 길이가 구멍에 가까운 위치에 있으며, 그것에 의해서 배기 하우징의 반경 방향으로 연장하는 배플에 대하여 와류가 집중된다.

Description

터보기계 및 그것을 위한 외측 흐름 가이드

제1도는 본 발명에 따른 배기장치를 내장하는 저압 증기 터어빈의 일부 종단면도.

제2도는 제1도에 도시한 배기장치를 나타내는 등각 사시도.

제3도는 제1도에 도시한 배기장치의 III-III선 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 외측 흐름 가이드의 바람직한 형상을 나타내는 종단면도.

제5도는 터빈 축선에 수직인 평면 상으로 투영된 본 발명의 다른 실시예에 따른 외측 흐름 가이드의 출구의 형상을 도시하는 제3도의 유사도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 외측 실린더 3 : 내측 실린더

4 : 로터 5 : 고정 베인

6 : 에어포일부 7 : 배기 하우징

8 : 내측 흐름 가이드 9 : 외측 흐름 가이드

11 : 체임버 28 : 배플

본 발명은 증기 터빈이나 가스 터빈 등과 같은 터보기계용 배기장치에 관한 것으로, 특히 흐름내에 발생하는 유해한 와류의 세기를 최소화시키는 축방향 흐름 터보기계용 배기장치에 관한 것이다.

일반적으로, 증기 터빈의 성능은 터빈의 최종 블레이드 열이 받는 배압(back pressure)을 낮춤으로써 대체로 개선시킬 수 있다. 그에 따라서 터빈이 증기를 대기압 이하로 유지되는 응축기로 방출하는 경우가 많다. 블레이드의 최종 열로부터 축방향으로 방출된 배기 증기는 흐름을 축방향으로부터 수직 하방으로 90° 전환시킴에 의해서 터빈 아래에 장착된 응축기로 배향된다. 이러한 흐름 전환은 배기 하우징과 흐름 연통 상태에 있는 디퓨저를 구비하는 배기장치에 의해서 달성된다.

디퓨저는 속도 수두를 감소시킴으로써 정압을 증가시키는 역할을 하는 내측 및 외측 흐름 가이드로 이루어지는 것이 일반적이다. 전형적으로, 상기 외측 흐름 가이드의 단면 형상은 단순한 원호형이다(그 예는 미국 특허 제 3,945,760 호; 제 4,863,341 호; 제 3,058,720 호; 제 3,697,191 호; 제 3,690,786 호에 개시되어 있다). 그러나, 원추형 디퓨저가 이용된 적도 있다(예를 들면 미국 특허 제 4,391,566 호에 개시되어 있다). 외측 흐름 가이드는 대체로 균일한 축방향 길이를 갖지만, 증기 터어빈 제조업자중 적어도 하나는 디퓨저의 바닥에서 최대이고 정상부에서 최소가 되도록 원주를 따라 변화하는 축방향 길이를 갖는 외측 흐름 가이드를 바닥 배기장치에 이용하였다.

배기 하우징은 디퓨저로부터 증기를 수용하여 상기 하우징의 바닥 출구 구멍을 통해 응축기로 배향한다. 최대 성능을 얻으려면, 증기 흐름 내에 와류가 생성됨으로써 야기되는 손실을 최소화하도록 배기장치를 제작하여야 한다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 이 제작의 어려움은 증기가 응축기로 배향될 때 거쳐야만 하는 약간 비틀린 경로에 의해서 심화된다.

상기 디퓨저에서 나온 증기는 360°의 각도에 걸쳐서 배기 하우징 내로 유입된다. 그러나, 증기는 바닥의 출구 구멍만을 통해서 상기 배기 하우징으로부터 상기 응축기로 방출된다. 이것은 디퓨저의 바닥 부분에서 흐르는 증기와 관련하여서는 문제가 없는데, 그 이유는 상기 디퓨저가 그러한 증기를 반경방향으로 전환시킴으로써 증기를 하측 출구 구멍쪽으로 직접 전환시키기 때문이다. 그러나, 상기 디퓨저의 정상부에서 방출된 증기는 축방향으로부터 수직 상방으로 90° 전환하는 것 외에, 수직 상방으로부터 수직 하방으로 180° 전환하는 것도 하여야만 한다. 결과적으로 상기 디퓨저 출구의 정상부 근방에 있는 배기 하우징 내에는 증기 흐름에 손실을 야기시키는 와류가 형성되는데, 그것에 의해서 배기장치의 효율이 저하되어 터빈의 성능이 저하된다.

그러한 손실을 감소시키기 위해서 종래에 이용되던 하나의 접근법으로는, 단일의 큰 흐름 통로를 사용하지 않고, 미국 특허 제 3,149,470 호(헤르조그)에 개시된 바와 같이 증기가 여러개의 작은 집중 흐름 통로를 통하여 확장해서 반경방향으로 전환되도록 하는 흐름 분할기를 배기 디퓨저에 채용하는 것이 있다. 가스 터빈 배기장치용으로 제안된 또다른 접근법으로는, 미국 특허 제 4,391,566 호(타카무라)에 개시된 바와 같이 와류의 생성을 방지하도록 흐름을 출구 구멍쪽으로 안내하기 위하여 디퓨저의 외측 직경에 형성된 흐름 안정화 리브(flow stabilizing rib)를 이용하는 것이 있다. 그러나, 그러한 접근법은 완전히 성공적이지는 않았으며 디퓨저의 제조비용을 상당히 증가시켰다.

따라서, 와류의 생성과 다른 손실 메카니즘이 최소화되도록 터빈으로부터 방출되는 축방향 흐름을 수직 하향과 같은 반경방향으로 전환시킬 수 있는 터보기계용 배기장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한 그런 배기장치에 있어서 디퓨저의 형상을 제조가 용이한 것으로 하여, 디퓨저의 비용을 최소화시키는 것도 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 와류의 생성과 다른 손실 메카니즘이 최소화되도록 터빈으로부터 방출되는 축방향 흐름을 수직 하향과 같은 축방향에 수직한 방향으로 전환시킬 수 있는 터보기계용 배기장치를 제공하는 것이다.

요컨대, 본 발명의 이런 목적과 다른 목적은, a) 작동유의 흐름 경로를 형성하는 터빈 실린더와; b) 상기 작동유를 상기 터빈 실린더로부터 멀어지게 배향시키기 위한 배기 도관과; c) 상기 작동유의 흐름을 상기 터빈 실린더로부터 상기 배기 도관으로 배향시키기 위한 배기 디퓨저를 포함하는 터보기계에 의하여 달성된다.

본 발명에 따르면, 배기 디퓨저는, (i) 내측 흐름 가이드와, (ii) 축방향 길이를 규정하는 출구를 가지며, 이 축방향 길이는 외주를 따라 변화하되 상기 외주 상의 소정 위치에서 최소가 되도록 된 외측 흐름 가이드와; (iii) 상기 소정의 위치에서 상기 출구로부터 축방향으로 소정 거리 이격된 곳에 배치된 거의 반경방향으로 연장하는 부재를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 터빈 실린더는 작동유를 거의 축방향으로 방출하며, 상기 배기 도관에 의해서 형성된 흐름 가이드는 축방향에 거의 수직한 방향으로 작동유를 방출한다. 배기 디퓨저가 작동유의 흐름 방향을 대략 90° 전환시킨다. 상기 배기 도관은 내부에 외측 흐름 가이드의 출구가 배치되어 있는 입구와 그의 외주의 일부분에만 형성되어 있는 출구를 포함하고, 그럼으로써 상기 외측 흐름 가이드의 제 1 부분에서 그의 출구가 배기 도관 출구에 인접하게 되고 상기 외측 흐름 가이드의 제 2 부분에서 그의 출구가 배기 도관 출구로부터 멀리 떨어지게 된다. 상기 외측 흐름 가이드의 축방향 길이는 그의 외주를 따라 변화하는데, 외측 흐름 가이드의 축방향 길이는 그것의 제 1 부분에서 최대값을 갖고 그것의 제 2 부분에서 최소값을 갖는다.

제1도에는 하향 배기를 갖는 저압 증기 터빈의 우측 절반의 종단면도가 도시되어 있다. 이 저압 중기 터빈의 주요 구성 요소는 외측 실린더(2)와, 이 외측 실린더로 둘러싸여 있는 내측 실린더(3)와, 이 내측 실린더와 배기장치(10)로 둘러싸여 있는 중앙 배치형 로터(4)이다. 내측 실린더(3)와 로터(4)는 그 사이에 환상 증기 흐름 경로를 형성하고, 내측 실린더는 상기 흐름 경로의 외주연을 형성한다. 에어포일부를 각기 갖는 복수의 고정 베인(5)과 회전 블레이드는 교호 열로 배열되고 증기 흐름 통로 내로 연장된다. 고정 베인(5)은 내측 실린더(3)에 부착되고 회전 블레이드는 로터(4)의 외주에 부착된다.

제1도와 제2도에 도시한 바와 같이, 배기장치(10)는 편자형 림(horseshoe-shaped rim)(31)을 말단 벽(29)에 연결시킴으로써 형성된 배기 하우징(7)으로 이루어진다. 배기 하우징(7)의 바닥에는 출구(32)가 형성되는데, 이 출구는 응축기(도시하지 않음)에 연결된다. 배기 하우징(7) 내에는 배기 디퓨처가 배치된다. 배기 디퓨저는 흐름 가이드라 불리는 대략 절두원추형상의 내측 부재(8) 및 외측 부재(9)에 의해서 형성된다. 상기 내측 흐름 가이드(8) 및 외측 흐름 가이드(9)는 그 사이에 거의 환상의 확산 통로를 형성한다. 블레이드의 최종 열, 즉 가장 하류의 열에 있는 블레이드의 에어포일부(6)는 외측 흐름 가이드(9)의 바로 상류에 배치된다. 외측 흐름 가이드(9)는 플랜지(18)를 통해서 내측 실린더(3)에 부착된다.

제3도에 도시한 바와 같이, 배기 하우징(7)은 대략 편자형의 체임버(11)에 대하여 외측 경계를 형성한다. 체임버(11)의 내측 경계는 외측 흐름 가이드(9)로 형성된다.

제1도에 도시한 바와 같이, 증기(20)는 외측 실린더 내의 환상 체임버(34)로부터 증기 터빈(1) 내로 유입된다. 그 다음에 이 증기 흐름은 2개의 스트림으로 분할되는데, 이들은 증기 터빈의 중앙으로부터 전술한 증기 흐름 경로를 통하여 축 방향 외측으로 각각 흘러서, 회전 블레이드에 에너지를 전달한다. 증기(21)는 블레이드(6)의 최종 열로부터 축방향으로 방출되어 배기 디퓨저 내로 들어간다. 이 배기 디퓨저는 360°의 각도에 걸쳐서 증기(21)를 배기 하우징(7) 내로 안내한다. 내측 표면의 곡률로 인해서, 배기 디퓨저는 증기(21)를 거의 반경방향 흐름의 증기(22)가 되도록 대략 90° 전환시켜서 체임버(11) 내로 유입되게 한다. 이 체임버(11)는 증기(22)를 배기 하우징 출구(32)로 배향시킨다.

제3도에 도시한 바와 같이, 체임버(11)의 바닥에서 배기 디퓨저로부터 방출된 반경방향 흐름 증기(22)는 출구(32)를 통과한 후 계속해서 반경방향 하향으로만 흐른다. 그러나, 체임버(11)의 정상부에서, 즉 편자형상부의 정점에서 증기(22)는 배기 디퓨저에 의해서 수직 상향으로 방출된 후에, 편자형상부의 둘레를 추가로 180° 회전함에 의해서, 구멍(32)을 통해 수직 하향으로 흐르는 것을 허용한다. 이렇게 증기 흐름 방향이 크고 비교적 갑작스럽게 변화한 결과, 외측 흐름 가이드(9)의 출구(12)의 바로 위에 있는 체임버 내의 증기 흐름에 와류(30)가 형성된다. 제3도에 도시된 바와 같이, 와류(30)는 체임버(11)의 둘레를 따라 편자형으로 펼쳐지며 상기 배기장치(10)의 공력적 손실을 증가시켜서 터빈의 성능을 저하시킨다.

본 발명에 따르면, 와류의 세기와 그에 따라서 손실에 영향을 미치는 와류의 힘은 본 발명의 신규한 배기장치에 의해서 최소화된다 특히, 제4도에 도시한 바와 같이, 상기 흐름 가이드 입구(13)는 터빈의 축선(33)에 대하여 수직하게 배향된 평면 내에 놓이지만, 출구(12)는 터빈 축선에 수직한 평면에 대하여 각도(A)로 배향된 평면 내에 놓인다. 바람직한 실시예에 있어서, 각도(A)는 약 3°이다. 상기 흐름 가이드 출구(12)가 놓여 있는 평면은 제1도에서 볼 때 수평 축선을 중심으로 수직선으로부터 반시계방향으로 회전하여서 상기 출구의 정상부가 출구 바닥의 상류에 배치되도록 한다. 그 결과로, 제1도에 도시된 외측 흐름 가이드(9)의 축방향 길이(X)는 그의 원주를 따라 선형으로 변화하여, 배기 하우징 출구(32)로부터 멀리 떨어진 흐름 가이드의 정상부에서 최소값을 갖고 배기 하우징 출구(32)에 인접한 흐름 가이드의 바닥에서 최대값을 갖는다.

제1도는 도시한 바와 같이, 하우징(7)의 정상부에 부착된 배플(28)은 그의 정점에서 체임버(11) 내부를 향하여 반경방향 내향으로 연장된다. 본 발명에 따르면, 외측 흐름 가이드(9) 축방향 길이의 전술한 변화는 상기 배플(28)과 함께 작용하여 와류(30)의 영향을 개선한다. 특히, 외측 흐름 가이드(9)의 정상부에서 그의 길이가 짧기 때문에, 증기 흐름(21)은 제1도에 도시된 바와 같이 다른 부분보다 배플(28)에 더 가까운 디퓨저의 정상부로부터 방출된다. 그 결과로, 와류(30)는 배플(28)에 약간 “집중”된다. 와류(30)의 이 “집중”은 와류의 세기를 감소시키는 유익한 효과를 갖는다. 와류의 충분한 “집중”을 보장하기 위한, 외측 흐름 가이드(9)의 출구(12)로부터 디퓨저의 정상부에 있는 배플(28)까지의 제1도에 도시된 소망 거리(Y)는 최종의 회전 블레이드 열에 있는 블레이드의 에어포일부(6)의 길이의 함수이다. 바람직한 실시예에 있어서, 외측 흐름 가이드(9)의 출구(12)로부터 디퓨저의 정상부에 있는, 즉 배기 하우징 출구(32)로부터 180°의 위치에 있는 배플(28)까지의 축방향 거리(Y)는 제1도에 도시된 바와 같이 에어포일부(6) 길이의 대략 절반이다. 제1도에 도시된 실시예에 있어서, 최종 블레이드 열의 에어포일부(6)의 길이는 대략 119cm(47in)이다. 외측 흐름 가이드(9)의 형상과 배플(28)은 외측 흐름 가이드의 과도한 단축 없이도 와류의 집중을 허용한다.

전술한 본 발명의 실시예에 있어서, 외측 흐름 가이드(9)의 최소 축방향 길이는 상사점에 있고 최대 축방향 길이는 하사점에 있다. 따라서, 외측 흐름 가이드 출구(12)는 수직 축선에 대하여 대칭을 유지하도록 평축을 중심으로 회전한다고 여겨질 수 있다. 즉, 원형의 출구(12)를 예를 들면 제3도에서 볼 때 수직 평면상으로 투영한 경우에는 투영된 원형의 출구가 수평방향의 장축과 수직방향의 단축을 갖는 타원으로 보인다. 그러나, 어떤 터빈 설계구조에 있어서, 최종 열의 터빈 블레이드로부터 방출되는 증기 흐름(21) 내의 소용돌이 양은 최소와 최대의 축 방향의 길이가 상사점과 하사점으로부터 회전하도록 출구(12)를 경사시키는데에 유익하게 도움을 줄 것이다. 그 결과 흐름 가이드 출구(12')는 더 이상 수직 축선에 대하여 대칭이 아닐 것이며, 수직 평면에 투영될 때 장축과 단축은 제5도에 도시된 바와 같이 수평 방향과 수직 방향에 대하여 각도(B)로 회전할 것이다.

본 발명의 중요한 실시예에 따르면, 외측 흐름 가이드(9)는 출구 에지(14)에 인접한 흐름 안내 내측 표면을 제4도에 도시된 바와 같이 거의 반경 방향으로 배향시키는 형상을 지닌다. 그 결과, 흐름 가이드는 증기 흐름을 반경방향으로 완전히 전환시킨다. 흐름 가이드를 이용하여 증기 흐름을 축방향으로부터 반경방향으로 완전히 전환시키면 디퓨저에서 공력적 손실을 감소시키는데 유익한 효과가 나타난다.

불행하게도, 이러한 완전한 반경방향 전환 특성을 전술한 가변 축방향 길이 특성과 조합시키는 것은 현재까지 당해기술분야에 사용되어 온 단순한 완호형 단면 형태가 유지되는 경우에도 외측 흐름 가이드의 제조를 상당히 복잡하게 한다. 이것은, 단순한 원호형 단면으로 인하여 외측 흐름 가이드의 단면 곡률 반경이 출구 에지(14)에 인접한 내부 표면의 방향을 외측 흐름 가이드 출구(12)의 완전한 360°의 각도에 걸쳐서 반경방향으로 유지시키기 위하여 그것의 원주를 따라 계속해서 변화해야 할 것이기 때문이다. 만일 이 내부표면이 반경 방향으로 유지되지 않는다면, 외측 흐름 가이드를 사용하여 흐름을 완전히 전환시키는 전술한 잇점은 감소될 것이다. 그러나, 출구 에지(14) 근방에서 내부 표면을 반경방향으로 유지시키기 위하여 원주를 따라 곡률 반경을 변화시키려면 단순한 원호형 단면이 사용되는 경우에는 흐름 가이드를 형성하기 위한 복잡하고 값비싼 다이를 필요할 것이다.

본 발명에 따르면, 이 제조 방법의 문제점은 제4도에 도시된 신규한 외측 흐름 가이드 형태를 이용하는 것에 의해서 성능의 회생 없이 극복될 수 있다. 특히, 외측 흐름 가이드(9)의 형태는 복합적 절두원추형/원호형상을 특징으로 하는데, 즉 입구와 출구의 원호형 섹션(15, 16)을 연결하기 위하여 직선의 원추형 섹션(16)이 각각 이용된다.

제4도에 도시한 바와 같이, 입구의 원호형 섹션(15)이 터빈 축선(33)에 대하여 대칭이므로 그것의 곡률 반경(R)은 외측 흐름 가이드(9)의 원주를 따라 일정하게 유지된다. 출구의 원호형 섹션(17)은 그것의 대칭 축선이 전술한 각도(A)로 경사지는 것을 제외하고는 역시 대칭이다. 게다가, 그것의 곡률 반경(R')도 외측 흐름 가이드의 원주를 따라 일정하다. 바람직한 실시예에 있어서, 곡률 반경(R)은 곡률반경(R')과 거의 동일하다. 외측 흐름 가이드의 출구(12)는 원추형 섹션(16)의 길이(L)를 변화시킴에 의해서 각도(A)로 배향되었다.

제4도에 도시된 흐름 가이드의 신규한 형상은 제조하기가 비교적 간단한데, 그 이유는 외측 흐름 가이드의 축방향 길이가 그것의 원주를 따라 일정하게 변화하고 출구 에지(14)에 인접한 내부 표면의 방향이 전체 원주에 걸쳐서 거의 반경방향으로 유지되기는 하지만, 외측 흐름 가이드를 형성하는 3개 섹션(15, 16, 17)의 곡률 반경은 각기 하나의 일정한 곡률 반경을 갖기 때문이다. 따라서, 복잡한 형태의 다이가 필요치 않다. 게다가, 입구 섹션(15)과 출구 섹션(17)의 양자가 동일한 곡률 반경을 갖기 때문에, 단 하나의 다이만 필요하다.

출구 에지(14)의 반경방향 배향에 덧붙여, 제4도에 도시된 외측 흐름 가이드(9)의 특정 형상을 디퓨저에 최적의 성능을 제공하도록 선택하였다. 본 발명에 따르면, 입구의 원호형 섹션(15)과 출구의 원호형 섹션(17)의 최적의 곡률 반경(R, R')과, 직선형 섹션(16)의 최적의 길이(L)는 터빈의 최종 열에서 블레이드 에어포일부(6)의 길이의 함수이다. 특히, 블레이드 에어포일 길이에 대한 곡률 반경의 비(R, R')는 대략 0.25 내지 0.4의 범위 내에 있어야 하고, 대략 0.32인 것이 최적이다. 또한, 에어포일부의 길이에 대한 상사점에서의 직선형 섹션(16)의 길이(L)의 비는 대략 0.075 내지 0.095의 범위 내에 있어야 하고, 대략 0.085인 것이 최적이다. 직선형 섹션의 길이는 상사점으로부터 하사점까지 균일하게 증가하므로, 하사점에서 직선형 섹션의 길이의 비는 대략 0.34 내지 0.42의 범위 내에 있어야 하고, 대략 0.38인 것이 최적이다.

본 발명을 바닥 배기형 저압 증기 터빈에 관련하여 설명하였으나, 본 발명을 외측 디퓨저 출구(12)의 평면을 경사지게 함으로써 측면 또는 정상부 배기 증기 터빈에도 동일하게 적용하여서, 외측 흐름 가이드의 축방향 길이가 배기 출구로부터 멀리 떨어진 외측 흐름 가이드의 부분에서 최소값을 갖고 배기 출구에 근접한 부분에서 최대값을 갖게 할 수도 있다. 게다가, 본 발명을 가스 터빈, 팬, 컴프레서와 같은 다른 축방향 흐름 장치에 동일하게 적용하는 것도 가능하다.

Claims

a) 작동유(20)의 흐름 경로를 형성하는 터빈 실린더(2)와; b) 상기 작동유를 상기 터빈 실린더로부터 멀어지게 배향시키기 위한 배기 도관(7)과; c) 상기 작동유의 흐름을 상기 터빈 실린더로부터 상기 배기 도관으로 배향시키기 위한 배기 디퓨저를 포함하고, 이 배기 디퓨저는, (i) 내측 흐름 가이드(8)와, (ii) 축방향 길이를 규정하는 출구(12)를 가지며, 이 축방향 길이는 외주를 따라 변화하되 상기 외주 상의 소정 위치에서 최소가 되도록 된 외측 흐름 가이드(9)와; (iii) 상기 소정의 위치에서 상기 출구로부터 축방향으로 소정 거리 이격된 곳에 배치된 거의 반경방향으로 연장하는 배플(28)을 갖는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제1항에 있어서, 외측 흐름 가이드(9)가 거의 원추형의 섹션(16)으로 연결된 대략 원호형의 입구 섹션(15)과 출구 섹션(17)으로 이루어진 혼합의 원추/원호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제1항에 있어서, 상기 터빈 실린더(2)에 의해서 형성된 흐름 경로가 상기 작동유(21)를 대략 축방향으로 방출하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제3항에 있어서, a) 상기 배기 도관(7)에 의해서 형성된 흐름 경로가 상기 작동유(22)를 배기 도관 출구(32)를 통해서 축방향에 거의 수직한 방향으로 방출하고, b) 상기 배기 디퓨처는 상기 작동유(21)의 흐름 방향을 대략 90° 전환시키기 위한 수단을 가지며, 상기 외측 흐름 가이드(9)의 외주상의 상기 소정의 위치는 상기 배기 도관 출구로부터 대략 180°로 배향되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제4항에 있어서, 블레이드 열에서, 상기 블레이드의 각각이 소정 길이의 에어포일부(6)를 가지며, 상기 소정 거리는 상기 블레이드 에어포일부 길이의 대략 절반인 것을 특징으로 하는 터보기계.
제3항에 있어서, a) 상기 배기 도관에 의해서 형성된 흐름 경로가 상기 작동유(21)를 배기 도관 출구(32)를 통해서 축방향에 거의 수직한 방향으로 방출하고; b) 상기 배기 디퓨저가 상기 작동유의 흐름 방향을 대략 90° 전환시키기 위한 수단을 가지며; c) 상기 외측 흐름 가이드(9)는 상기 축방향에 거의 수직한 평면 내에 놓인 입구와 상기 축방향에 수직한 평면에 대하여 예각으로 배치된 평면 내에 놓인 출구를 갖는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제6항에 있어서, 상기 예각이 대략 3°인 것을 특징으로 하는 터보기계.
제6항에 있어서, 상기 외측 흐름 가이드(9)가 입구와 상기 작동유를 배향하기 위해서 상기 입구와 상기 출구 사이에서 연장된 내부 표면을 갖고, 상기 입구 근방의 내부 표면은 거의 축방향으로 배향되고 상기 출구 근방의 내부 표면은 거의 반경방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제3항에 있어서, 상기 배기 도관(7)이: a) 중심부 및 외주부와; b) 상기 중심부에 형성되고, 내부에 상기 외측 흐름 가이드 출구가 배치되어 있는 입구와, c) 상기 외주부의 일부분에만 형성된 출구(32)를 구비하고, 그럼으로써 상기 외측 흐름 가이드 출구(12)의 제 1 부분은 상기 배기 도관 출구에 근접하게 되고 상기 외측 흐름 가이드 출구의 제 2 부분은 상기 배기 도관 출구로부터 멀리 떨어지게 되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제9항에 있어서, 상기 외측 흐름 가이드(9)의 축방향 길이가 상기 제 1 부분에서 최대값을 갖고 상기 제 2 부분에서 최소값을 갖는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제9항에 있어서, 상기 터보기계가 상기 작동유에 소용돌이를 야기시키기에 적합한 블레이드열을 구비하고, 상기 외측 흐름 가이드(9)의 축방향 길이는 상기 외측 흐름 가이드의 제 1 부분으로부터 원주방향으로 제 1 각도로 배치된 위치에 최소값을 갖는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제10항에 있어서, 상기 축방향 길이가 상기 최소값과 최대값 사이에서 계속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
제9항에 있어서, 상기 배기 도관(7)이 상기 제 2 부분에서 상기 외측 흐름 가이드 출구(12)로 부터 방출된 상기 작동유(22)의 일부를 대략 180°로 전환시키기 위한 수단을 갖고, 그것에 의해서 상기 배기 도관에 와류가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
a) 작동유를 축방향으로 배향하기 위한 흐름 경로를 형성하는 터빈 실린더와; b) 정점을 갖는 거의 편자형의 체임버의 적어도 일부분을 형성하며, 상기 체임버는 상기 작동유의 적어도 일부를 대략 180° 전환시킨 후 상기 작동유를 축방향에 수직한 방향으로 상기 터빈 실린더로부터 멀어지게 배향시키기 위하여 상기 정점의 반대편에 형성된 출구를 갖고, 그럼으로써 상기 체임버 내에는 상기 작동유에 의해서 그 둘레를 따라 적어도 부분적으로 연장하는 와류가 형성되고, 상기 체임버내의 정점에는 거의 반경방향으로 연장하는 배플이 배치되는 배기 도관과; c)(i) 상기 터빈 실린더로부터 상기 작동유를 수용하기 위한 입구와; (ii) 상기 작동유를 상기 배기 도관으로 배향시키기 위한 출구와, (iii) 상기 와류를 상기 배플을 향하여 축방향으로 이동시켜서 상기 와류의 세기를 최소로 하는 와류 이동 수단을 갖는 배기 디퓨저를 포함하는 터보기계.
제14항에 있어서, 상기 배기 디퓨저가 내측 흐름 가이드와 외측 흐름 가이드를 갖고, 상기 외측 흐름 가이드는 상기 체임버의 내부 경계중 적어도 일부분을 형성하며, 상기 와류 이동 수단은, 상기 체임버의 정점에서 최소값을 갖고 상기 체임버의 출구에서 최대값을 갖도록 외주를 따라 변화하는 상기 외측 흐름 가이드의 축방향 길이를 포함하는 터보기계.
제15항에 있어서, 상기 흐름 가이드가 거의 원추형의 부분으로 서로 연결된 제 1 원호형과 제 2 원호형 부분으로 형성되는 종단면을 갖는 터보기계.
제16항에 있어서, 터보기계가 회전 블레이드 열을 더 포함하고, 상기 블레이드의 각각이 소정의 길이를 갖는 에어포일부를 갖고, 상기 블레이드의 에어포일 길이에 대한 상기 외측 흐름 가이드의 제 1 및 제 2 원호형 부분의 곡률 반경의 비는 대략 0.25 내지 0.4의 범위 내에 있는 터보기계.
제16항에 있어서, 상기 외측 흐름 가이드의 제 1 및 제 2 원호형 부분의 곡률 반경이 상기 외측 흐름 가이드의 원주를 따라 거의 일정한 터보기계.
(i) 증기를 축방향으로 배향시키기 위한 흐름 경로를 형성하는 터빈 실린더와, (ii) 상기 터빈 실린더에 연결되고 상기 증기의 축방향 흐름을 수용하기에 적합한 입구와, 상기 증기를 반경방향으로 360°의 각도에 걸쳐서 방출하기에 적합한 출구를 갖는 배기 디퓨저와, (iii) 360° 각도의 증기를 수용하도록 상기 디퓨저 출구를 둘러싸며, 상기 증기를 상기 배기 디퓨저로부터 수직방향으로 멀어지도록 배향시키기 위한 배기 하우징 출구를 갖는 배기 하우징을 포함하는 증기 터빈에서, 대략 절두원추형상의 부재를 포함하는 상기 배기 디퓨저용 외측 흐름 가이드에 있어서, a) 상기 축방향에 거의 수직하게 배향된 평면 내에 놓인 대략 원형의 입구와; b) 상기 배기 하우징 출구에 가장 가까운 상기 외측 흐름 가이드 출구의 부분인 제 1 부분과, 상기 배기 하우징 출구로부터 가장 멀리 떨어진 상기 외측 흐름 가이드의 부분인 제 2 부분을 가지며, 상기 외측 흐름 가이드의 축방향 길이가 상기 제 2 부분에서 최소값을 갖고 상기 제 1 부분에서 최대값을 갖도록 상기 축방향에 수직한 평면에 대하여 소정 각도로 배향된 평면 내에 놓이는 대략 원형의 출구와, c) 상기 출구에 인접해서 그의 상류에 놓이고, 상기 출구가 원주를 따라 거의 반경방향으로 배향되도록 반경방향 외측으로 편향되는 평활한 윤곽을 갖는 내부 표면을 갖는 외측 흐름 가이드.
제19항에 있어서, 상기 입구는 제 1 원호형 섹션에 의해서 형성되고 상기 출구는 제 2 원호형 섹션에 의해서 형성되며, 상기 외측 흐름 가이드는 상기 제 1 원호형 섹션과 제 2 원호형 섹션을 연결하는 원추형 섹션을 더 포함하는 외측 흐름 가이드.