KR100531264B1 - 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체나 액체상태의 유체가 흐르는 운동으로 고출력으로 증대된 회전동력을 얻을 수 있으며 기계적으로 강하고 균형이 안정된 구성특성으로 만들어지는 원반통공 터빈휠의 축류형 다단터빈에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 최소 유체를 소비하면서 증대된 회전력을 얻을 수 있도록 원통형 휠의 다단터빈 회전자를 구성함에 있어서,

동심원의 외각에 다수개의 부채꼴사각통공을 겹쳐서 경사지게 뚫고 터빈휠을 제작하여 원반통공의 터빈휠 회전자를 결합시키는데,

상기 터빈휠을 동심원 회전자축에 끼워 맞춤으로 결합된 다단터빈휠 회전자; 상기 터빈휠회전자가 자유롭게 회전하도록 회전자축의 베어링으로 지지하며 축류형 터빈케이스의 축방향으로 유체입구와 유체출구측 연결부가 형성되어 직진운동을 하는 유체가 터빈휠 회전자의 외곽에 작용하여 동일 유압에서 동일 유량을 소모하면서 증대된 회전동력을 획득할 수 있는 첨단 유체기기로서 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈을 제공한다.

Description

유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈{omitted}

기체상태의 운동에너지인 바람을 이용하는 풍차나 물이 갖는 위치에너지를 이용하여 수차의 회전동력을 얻는 것이 유체기기를 작동하는 기본원리였다.고온 고압의 스팀을 발생시켜서 회전동력을 이용하고 대기 중에 방출하는 개방싸이클 기관의 스팀터빈기술로 산업혁명을 일으킨 이후 가솔린엔진이나 디젤엔진 등의 열기관장치만을 원동기라고 하여 유체기기와 분류해 버렸다. 풍차나 수차와 동일하게 유체기기원리를 기본으로 발명된 스팀터빈기술의 열기관장치가 보급되면서 자연과학 원천기술의 유체기기는 실종되고 있다.다국적기업들이 국제에너지시장을 장악하기 위하여 전략을 강화하는 기술로 유체의 운동으로 회전동력을 얻는 에너지변환장치는 구조적으로 복잡하고 효율이 낮은 왕복운동의 피스톤엔진이 대부분이었으나 비원리적인 제품으로 인식되어 원운동으로 작동하는 방겔엔진이 개발되었으나 실용화에 실패했다.참고로 유체기기 개발과정은 용적식의 피스톤형, 베인형. 스크롤형, 스크류형 그리고 비용적식의 원심형. 터보형 등으로 비효율적이고 복잡한 구조의 기기에서 에너지효율이 높고 단순한 구조의 기기로 개발되어 왔음을 알 수 있다.

선진국의 정책은 에너지자원을 확보하기 위하여 치열한 경쟁을 하고 있으며 한정된 에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 기술개발에 전력하고 있으나, 국내업체는 에너지변환장치의 기술의 핵심이라고 할 수 있는 스팀터빈이나 가스터빈의 원천기술의 불모지로 다국적기업의 하청업체역할만 하고 있으며, 에너지효율이 높은 터보형의 유체기기를 생산하지 못하고 있는 실정이다.

피스톤의 왕복운동을 크랑크축의 회전운동으로 전환하여 동력으로 이용하는 기존의 원동기 및 엔진은 부피가 크고 복잡한 구조로 만들어졌으며 고장이 많고 수명이 짧은 반면에 왕복운동으로 에너지 낭비가 많았던 것이다.고온 고압의 스팀이나 연소가스로 작동하는 스팀터빈이나 가스터빈과 같이 유체가 직진하여 흐르는 운동에너지를 이용하여 일률적인 각도로 질서 있게 배열된 터빈날개를 밀어서 회전하는 원형 운동의 원동기를 착안한 것이다.배관계통 내부에서 흐르는 질량(M)의 유체가 속도(V)로 이동할 때 획득하는 유체의 운동에너지(E)를 유용한 회전동력에너지로 이용할 수 있는 것이다.이때 획득할 수 있는 유용한 에너지(E = M × V² × 1/2)를 낭비하지 않고 배관계통에 흐르는 기체나 액체의 운동에너지를 경제적으로 이용할 수 있게 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈을 착안한 것이다.

본 발명의 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈은 이하의 상세한 설명을 통해서 보다 양호한 상태로 재현될 수 있을 것이다.

제 1도는 본 발명인 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈의 기계적인 조립상태를 인지하기 쉽게 표기한 정면절개 단면도이며,

제 2도는 제 1도의 12단으로 조립되는 원통형터빈휠 회전자의 중요부품으로 원통외곽에 16개의 날개가 있는 1단 원통형터빈휠의 구성도 인데,일률적인 경사각으로 기울어진 16개의 날개가 있는 1단 원통형 터빈휠(101) 12개를 먼저 연삭 가공하여 회전자축에 끼워 맞춤으로 결합시킨다.제 3도는 제 1도에서 12단으로 조립된 원통형 다단터빈휠 회전자의 측면도이며, 제 4도는 제 1도에서 원통형 다단터빈에 휠을 조립하지 않는 회전자의 측면도로서 회전자축에 원통형 터빈휠을 조립하는 작업순서를 표기하였다.제 5도는 기존의 날개형 터빈으로 1단터빈과 다단터빈의 사시도로서 각각의 날개가 독립적으로 외부에 돌출되어있음으로 기계적인 구조가 불안정하여 파손되기 쉽고, 불균형 때문에 날개형터빈회전자의 회전특성을 나쁘게 하며, 독립된 날개의 외곽으로 흐르는 유체가 낭비되는 구성특성임을 알 수 있다.본 발명은 도시된 바와 같이 금속재 환봉을 연삭가공한 회전자축에 원통형 터빈(101)을 차례대로 끼워서 결합된 다단터빈(102)으로 회전자를 구성하며 본딩 처리하여 일체식으로 결합된 다단터빈(102)의 회전차축 양쪽에 규격품의 베어링(109)으로 터빈결합회전자(100)를 조립한다.원통형 케이스(103)에 2개의 베어링으로 지지되는 터빈결합 회전자(100)를 조립하여 유체의 직진성으로 원통형의 터빈결합회전자(100)가 원통형 케이스(103) 내에서 자유롭게 회전할 수 있게 하고,유체안내관 베어링케이스(106)와 유체출구관 베어링케이스(107)를 원통형 케이스(100)의 동심원에 맞도록 나선으로 고정시키고 입구측 케이스(104)와 출구측 케이스(105)의 나선을 맞추어 결합함으로서 조립을 완료한다.

본 제품으로 압축공기를 사용하는 에어모터처럼 회전동력을 얻고자 할 때는 압축공기 배관에 흡입측 유체연결배관 립블(108)을 연결하여 사용하며, 압축공기, 냉매가스, 물 등의 기체나 액체 등의 유체가 흐르는 배관에 쉽게 연결하여 유체운동을 회전동력으로 얻어서 유용한 에너지로 이용할 수 있다.

본 발명은 유체의 직진성을 유지하면서 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈을 제작하는 신기술로서,

유체의 용적이 결정된 피스톤이 상사점과 하사점을 반복하는 직선운동에 비하여, 유체의 용적이 고정되지 않고 흐르는 비용적식의 유체기기로서 유체의 직진성 운동에너지에 의해서 원운동을 하기 때문에 에너지효율이 높으며,

다른 동력발생 장치에 비하여 소형으로 가벼우며 장치 수명이 길고 고장이 없으며 일반적인 온도와 압력의 유체에 범용적으로 사용할 수 있도록 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈을 제작한 것이다.

생명체가 살아가는 근본은 에너지의 전달과 변환 그리고 활용과정인 것이며, 산업사회에서 국가 경쟁력은 에너지의 활용기술이라고 할 수 있을 것이다. 현대문명의 바탕이 되는 전기를 발전하는 실용적인 기술은 열과 유체역학의 유체기기 즉 원동기장치(풍차, 수차, 스팀터빈, 가스터빈, 엔진 등)인 것이다.

본 발명은 항공기 엔진에 응용하고 있는 축류형의 다단터빈의 첨단기술로서, 에너지이용 효율이 높으며 초소형, 초경량이며 작동 특성이 우수한 범용적인 유체기기로 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈을 제공한다.

제 1도는 본 발명인 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈의 기계적인 조립상태를 인지하기 쉽게 표기한 정면절개 단면도.

제 2도는 제 1도의 12단으로 조립되는 원통형터빈휠 회전자의 중요부품으로 원통외곽에 16개의 날개가 있는 1단 원통형터빈휠의 구성도.

제 3도는 제 1도에서 12단으로 조립된 원통형 다단터빈휠 회전자의 측면도.

제 4도는 제 1도에서 원통형 다단터빈휠을 조립하지 않는 회전자의 측면도.

제 5도는 기존의 날개형 터빈으로 1단터빈과 다단터빈의 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 회전자 축 101 : 1단 원통형 터빈휠

102 : 12개로 결합된 다단터빈휠 103 : 원통형 케이스

104 : 입구측 케이스 105 : 출구측 케이스

106 : 유체입구관과 베어링케이스 107 : 유체출구관과 베어링케이스

108 : 흡입측유체연결배관 립블 109 : 베어링

Claims (1)

1. 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈에 있어서 사용유체가 진입하여 직진성을 유지하면서 원통형터빈휠(101)을 회전시키고 배출되어 강한 회전동력을 얻을 수 있게 마련된 원통형 케이스(103);

   일률적인 각도로 기울어진 16개의 통공 날개를 가진 1단 원통형터빈(101)을 다수개(본 발명제품은 12개로 구성)를 결합시켜 구성하는 축류형 다단터빈;

   금속재료의 환봉을 연삭가공하며 구성하는 장축의 회전자축에 원통형터빈(101)을 차례대로 끼워서 결합된 다단터빈(102)을 본딩 처리로 고정시키고,

   원통형케이스(103)에 터빈결합 회전자(100)를 삽입하여 베어링(109)에 의해 자유롭게 회전하게 베어링(109)을 지지하는 유체입구안내관의 베어링케이스(106)와 유체출구관의 베어링케이스(107)가 조립된 원통형 케이스(100);

   상기 원통형 케이스(100) 내부에 조립된 회전자축과 직진성이 유지되도록 유체입구측(104)과 유체출구측(105)에 배관연결용 립블을 연결할 수 있는 구성을 특징으로 하는 유체운동을 회전동력으로 전환하는 축류형 다단터빈