KR100905963B1

KR100905963B1 - 반작용식 스팀 터빈

Info

Publication number: KR100905963B1
Application number: KR1020070029858A
Authority: KR
Inventors: 김기태
Original assignee: 김기태
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2009-07-06
Also published as: KR20080087512A

Abstract

본 발명의 반작용식 스팀 터빈은, 하우징의 내부가 복수 개로 구획되고, 그 하우징에 지지되는 터빈축의 내부에 스팀통로가 상기 하우징과 교번되게 연통되도록 구비되며, 그 스팀통로에 연통되도록 상기 터빈축의 외주면으로 분사관 또는 분사구가 형성됨으로써, 상기 스팀통로로 스팀이 공급됨에 따라 스팀의 압력 누설을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 스팀이 스팀통로로 공급되어 분사관 또는 분사구를 통해 분사되면서 회전력을 발생시키게 되므로 제작이 용이하여 생산비용을 크게 낮출 수 있고 저렴하면서도 고효율의 터빈을 제작할 수 있다.

Description

반작용식 스팀 터빈{REACTION TYPE STEM TURBINE}

도 1은 본 발명 반작용식 스팀 터빈의 일실시예를 파단하여 보인 사시도,

도 2는 본 발명 반작용식 스팀 터빈의 일실시예를 보인 종단면도,

도 3은 본 발명 반작용식 스팀 터빈에서 터빈축의 일부를 파단하여 보인 정면도,

도 4는 도 2의 "Ｉ-Ｉ"선 단면도,

도 5a 내지 도 5d는 본 발명 반작용식 스팀 터빈에서 분사부의 실시예를 보인 단면도,

도 6 및 도 7은 본 발명 반작용식 스팀 터빈에서 분사부의 또 다른 실시예들을 파단하여 보인 사시도,

도 8은 본 발명 반작용식 스팀 터빈에서 분사부의 또 다른 실시예를 보인 단면도,

도 9a 및 도 9b는 도 8에서 각 분사부의 실시예들을 보인 정면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 하우징 11,12,13 : 제1,제2,제3 분사실

16 : 볼베어링 17 : 배출구

20 : 터빈축 21,22,23 : 분할축

21a,22a,23a : 제1,제2,제3 스팀통로 22b,23b : 제1,제2 반입구

21c,22c : 암나사부 22d,23d : 수나사부

30 : 분사부 31,32,33 : 제1,제2,제3 분사관

31a,32a,33a : 제1,제2,제3 분사공 35,36,37 : 분사구

본 발명은 반작용식 스팀 터빈에 관한 것이다.

일반적으로 스팀 터빈은 증기가 가진 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기 형식의 하나이다. 상기 스팀 터빈은 보일러에서 발생시킨 고온고압의 증기를 노즐 또는 고정된 날개로부터 분출,팽창시켜 나온 고속의 증기류(蒸氣流)를 회전하는 터빈 날개에 부딪쳐서 그 충동작용 또는 반동작용에 의하여 축을 회전시키는 것이다. 따라서 스팀 터빈은 증기가 가지는 열에너지를 속도에너지로 바꾸기 위한 노즐과 속도에너지를 기계적 일로 바꾸기 위한 터빈 날개를 바탕으로 하여 구성되어 있다.

그리고 상기 스팀 터빈은 노즐과 터빈 날개가 여러 개 나란히 배열되어 있다. 보일러로부터 보내오는 고압증기는 조절밸브를 지나 증기실로 들어가고 여기서부터 팽창하면서 각 노즐과 터빈 날개를 통과하여 배기실로 나간다. 그리고 회전부는 터빈축 임펠러와 터빈 날개로 되어 있다. 임펠러는 터빈축에 장치되어 차실(車室)에 수용되고 축은 차실 밖의 베어링에 지지된다. 터빈축이 차실을 관통하는 곳 에는 증기의 누설을 방지하기 위하여 래버린스 패킹과 같은 밀봉패킹이 있다. 차실을 나온 증기는 복수기(復水器)로 들어가 여기서 냉각되었다가 다시 급수펌프로 보일러에 되돌려지거나 대기 중으로 배출된다.

그리고 증기 터빈은 터빈 날개를 충동력만으로 구동하는 것과 충동력과 반동력의 양쪽에 의하여 구동하는 것이 있다. 전자를 충동식 터빈이라 하고, 후자를 반동식 터빈이라고 한다.

상기 충동식 터빈은 노즐 내에서 증기를 팽창시켜 운동량의 변화에 의해서 생기는 충동작용을 이용한 것인데 임펠러 내에서는 증기의 압력이 일정하다. 즉, 증기가 노즐을 나와서 날개 사이를 지나는 동안에 속도에너지를 잃고 속도는 감소되는 반면 이 사이의 압력은 일정하게 유지된다.

상기 반동식 터빈은 충동식 터빈과 달리 회전날개 속에서도 압력이 내려가는 것으로, 증기가 날개를 나올 때의 반동을 이용한 터빈이다. 증기가 축 방향으로 흐르는 것이 많아 이것을 축류(軸流) 터빈이라고 한다. 이 방식은 많은 고정날개와 회전날개를 축 방향으로 번갈아 배치한 구조를 하고 있으며 고정노즐은 없다. 그리고 증기가 반지름 방향으로 흐르는 것도 있는데 이것을 반경류 터빈이라고 한다.

상기와 같은 스팀 터빈은 회전운동만으로 회전속도를 빠르게 하여 출력당 중량을 작게 할 수 있고 장시간의 연속운전이 가능하다. 따라서 왕복형의 증기기관, 내연기관 등에 대신하여 화력발전소, 선박, 공장 등의 대출력 원동기로서 널리 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 스팀 터빈은, 날개가 하우징으로 감싸져 날개의 끝부분과 하우징의 내주면 사이에는 날개의 열팽창 등을 고려하여 일정 간격을 두어야 하므로 스팀의 압력손실이 증가하여 터빈의 열효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 종래의 스팀 터빈은, 입사되는 스팀으로부터 날개를 회전시키는 힘의 발생은 스팀이 날개에 전달한 운동량에 의존하게 되는데, 이 운동량은 상기 날개의 수, 입사되는 스팀에 대한 각도, 면적 등 여러 요소에 의해 결정된다. 그런데, 상기 날개에 부딪친 스팀은 속도와 방향 모두가 달라지므로 이를 모두 고려하여 상기 날개의 형상, 각도 등을 적절하게 설계하기가 대단히 어려워 고효율의 터빈을 제작하는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스팀 터빈이 가지는 문제점을 해결한 것으로, 스팀의 압력손실을 줄여 터빈의 열효율을 높일 수 있는 반작용식 스팀 터빈을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 스팀에 의한 운동량의 결정 요소를 간소화하여 고효율의 터빈을 용이하게 제작할 수 있는 반작용식 스팀 터빈을 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 축방향으로 복수 개의 분사실로 구획되는 하우징; 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되고 그 내부에 축방향으로 스팀통로가 형성되는 터빈축; 및 상기 터빈축의 스팀통로로 유입된 스팀을 상기 하우징의 각 분사실에 분사하여 상기 터빈축이 회전하도록 하는 분사부;를 포함한 반작용식 스팀 터빈이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 반작용식 스팀 터빈을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 반작용식 스팀 터빈의 일실시예를 파단하여 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명 반작용식 스팀 터빈의 일실시예를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반작용식 스팀 터빈은, 밀폐된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)에 회전 가능하게 결합되고 그 내부에 축방향으로 스팀통로(이하, '제1 스팀통로(21a)','제2 스팀통로(22a)','제3 스팀통로(23a)'로 구분한다)가 형성되는 터빈축(20)과, 상기 터빈축(20)의 스팀통로(21a)(22a)(23a)에 연통되도록 축방향을 따라 구비되어 그 스팀통로(21a)(22a)(23a)로 유입되는 스팀을 상기 터빈축(20)의 회전방향으로 분사시켜 그 터빈축(20)이 회전하도록 하는 분사부(30)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 그 밀폐된 내부공간이 복수 개의 분사실(이하, '제1 분사실(11)', '제2 분사실(12)', '제3 분사실(13)'로 구분한다)로 구획되고, 상기 복수 개의 분사실(11)(12)(13)은 그 내경이 상기 터빈축(20)의 축방향을 따라 서로 상이하게 형성된다. 예컨대, 도 2에서와 같이 스팀의 유동방향을 기준으로 가장 상류에 해당하는 쪽의 분사실(이하, '제1 분사실')(11)은 내경이 가장 크고, 점차 하류로 해당하는 쪽의 분사실들(이하, '제2, 제3 분사실')(12)(13)로 갈수록 그 내경이 점차 작아지도록 형성된다.

그리고, 상기 하우징(10)은 그 중앙에 상기 터빈축(20)이 회전 가능하게 결 합되도록 축수구멍(15)이 형성되고, 그 축수구멍(15)에는 상기 터빈축(20)을 회전 가능하게 지지하는 동시에 상기 각 분사실(11)(12)(13) 사이를 차단할 수 있도록 볼 베어링(16)이 설치된다. 여기서, 상기 볼 베어링(16) 외에도 터빈축(20)을 회전 가능하게 지지하는 동시에 각 분사실(11)(12)(13)을 차단할 수 있는 부재이면 가능하다.

그리고, 상기 하우징(10)은 각 분사실(11)(12)(13) 중에서 최종 분사실(도면에서는, 제3 분사실)(13)의 측면에 축방향 또는 반경방향으로 적어도 한 개 이상의 배출구(17)가 형성된다. 상기 배출구(17)는 개방형 시스템에 적용되는 경우에는 대기 중으로 스팀을 배출할 수 있도록 형성되는 반면 폐쇄형 시스템에 적용되는 경우에는 스팀을 모아 보일러로 되돌리는 복수기(미도시) 등에 연결되도록 형성된다.

상기 터빈축(20)은 도 3에서와 같이 복수 개의 분할축(21)(22)(23)이 서로 체결되어 연결되는 것으로, 각 분할축(21)(22)(23)에는 그 내부의 스팀통로(21a)(22a)(23a)와 연통되어 상기 각 분사실(11)(12)(13)로 분사된 스팀이 상기 스팀통로(21a)(22a)(23a)로 재유입되도록 제1, 제2 반입구(22b)(23b)가 축방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된다. 여기서, 상기 각각의 반입구(22b)(23b)는 도 2에서와 같이 각 분사실(11)(12)(13)의 후류측에 위치하고 상기 스팀통로(21a)(22a(23a)로 반입되는 스팀이 그 스팀통로(21a)(22a)(23a)를 통해 역류하는 것을 방지할 수 있도록 축방향을 따라 서로 독립되어 형성된다.

이를 위해, 도 3에서와 같이 상기 각 분할축(21)(22)(23)은 그 일단은 개구되는 반면 타단은 막힌 속빈 구조로 형성되고, 그 개구된 일단의 내주면에는 암나 사부(21c)(22c)가 형성되는 반면 그 막힌 타단의 외주면에는 상기 암나사부(21c)(22c)에 나사 체결되도록 수나사부(22d)(23d)가 형성된다. 여기서, 상기 암나사부(21c)(22c)와 수나사부(22d)(23d)는 상기 분할축(21)(22)(23)이 동일한 회전속도로 회전할 수 있도록 설계되기 때문에 그 감긴 방향을 굳이 한정할 필요는 없으나, 초기 기동 등을 고려할 때 상기 터빈축(20)이 회전하는 과정에서 더욱 견고하게 체결될 수 있도록 가급적 상기 터빈축(20)의 회전방향에 대해 반대방향으로 감겨지게 형성될 수 있다.

또, 상기 터빈축(20)은 각 분사실(11)(12)(13)의 내경에 따라 그 외경을 달리 형성할 수도 있다. 예컨대, 도 2에서와 같이 상기 제1 분사실(11)의 내경이 제2 분사실(12)이나 특히 제3 분사실(13)에 비해 상당히 큰 경우에는 상기 분사부(30)의 길이가 지나치게 길게 형성될 수 있으므로 이 경우 상기 분사부(30)가 스팀의 압력이나 원심력에 의해 손상될 우려가 있으므로 상기 제1 분사실(11)에 위치하는 터빈축(20)의 외경을 상대적으로 크게 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 그리고 이 경우, 상기 스팀통로(21a)(22a)(23a)는 전체 터빈축(20)에 걸쳐 동일하게 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 상기 스팀통로(21a)(22a)(23a) 중에서 제1 분사실(11)에 속하는 부위의 스팀통로(21a)를 다른 스팀통로(22a)(23a)보다 크게 형성할 수도 있다.

상기 분사부(30)는 상기 스팀통로로 공급되는 스팀이 상기 터빈축(20)의 회전방향과 반대방향으로 분사될 수 있도록 각각 분사공(噴射孔)(31a)(32a)(33a)이 구비되는 분사관(噴射管)(이하, '제1 분사관(31), 제2 분사관(32)', 제3 분사관(33)'으로 구분한다)으로 이루어져 상기 터빈축(20)의 원주방향을 따라 복수 개가 연결되고 길이방향을 따라서도 복수 개가 연결될 수 있다.

예컨대, 도 5a에서와 같이 상기 분사관(31)(32)(33)은 상기 터빈축(20)의 확장된 스팀통로(21a)(22a)(23a)에 원주방향을 따라 등간격으로 연결할 수도 있고, 도 5b에서와 같이 상기 터빈축(20)의 확장부(20a)를 관통하는 연통구(20b)의 출구단에 삽입되어 결합될 수도 있으며, 도 5c에서와 같이 상기 터빈축(20)의 외주면에 결합되는 통체(24)를 관통하여 상기 터빈축(20)의 스팀통로(21a)(22a)(23a)에 연결되도록 할 수도 있다. 또, 상기 분사관(31)(32)(33)은 도 5a 내지 도 5c에서와 같이 상기 터빈축(20)이 분사되는 스팀에 의해 회전할 수 있도록 원주방향으로 라운드지게 형성될 수도 있으나, 5d에서와 같이 상기 분사관(31)(32)(33)은 상기 터빈축(20)의 확장된 스팀통로(21a)(22a)(23a)에 원주방향을 따라 경사지게 연결될 수도 있다.

그리고, 상기 분사관(31)(32)(33)은 각 분사실(11)(12)(13)에서 분사되는 스팀에 의한 회전력이 동일할 수 있도록 동일한 길이와 동일한 개수로 형성될 수도 있으나, 도 1 및 도 2에서와 같이 하류측 분사실(12)(13)로 갈수록 상기 분사관(32)(33)의 길이를 상류측 분사실(11)의 분사관(31)보다 짧게 형성하는 대신 개수를 증가시킬 수 있다. 물론, 상기 분사관(31)(32)(33)은 그 분사공(31a)(32a)(33a)의 단면적을 다르게 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 분사관(31)(32)(33)은 도 6에서와 같이 상기 터빈축(20)의 축방향을 따라 길게 형성하고, 그 각각의 분사관(31)(32)(33)에는 축방향으로 길게 장공 형상으로 한 개의 분사공(31a)(32a)(33a)이 상기 스팀통로(21a)(22a)(23a)와 연통되도록 관통되어 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 분사관(31)(32)(33)은 각 분사실(11)(12)(13)에서의 분사공(31a)(32a)(33a)의 축방향 길이를 동일하게 하고 대신 상기 분사공(31a)(32a)(33a)의 단면적을 하류측 분사실로 갈수록 크게 형성할 수도 있으나, 각 분사실(11)(12)(13)에서의 터빈축 회전력이 균일하게 하기 위해서는 하류측 분사실로 갈수록 상기 분사공(31a)(32a)(33a)의 단면적은 각 분사실(11)(12)(13)마다 동일하게 형성하되 축방향 길이는 하류측 분사실로 갈수록 길게 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 분사관(31)(32)(33)은 상기 터빈축(20)의 축 중심에서 상기 분사관(31)(32)(33)의 출구까지의 수직거리(r)가 하류의 분사실로 갈수록 점차로 줄어들게 형성될 수 있다.

또, 상기 분사관(31)(32)(33)에는 도 7에서와 같이 축방향을 따라 복수 개씩의 분사공(31a)(32a)(33a)이 상기 스팀통로(21a)(22a)(23a)와 연통되도록 관통되어 형성되도록 할 수도 있다. 이 경우에도, 상기 분사관(31)(32)(33)은 각 분사실(11)(12)(13)에서의 분사공(31a)(32a)(33a)의 축방향 개수는 동일하게 하고 대신 상기 분사공(31a)(32a)(33a)의 단면적을 하류측 분사실로 갈수록 크게 형성할 수도 있으나, 각 분사실(11)(12)(13)에서의 터빈축 회전력이 균일하게 하기 위해서는 하류측 분사실로 갈수록 상기 분사공(31a)(32a)(33a)의 단면적은 각 분사실(11)(12)(13)마다 동일하게 형성하되 축방향 개수는 하류측 분사실로 갈수록 많게 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 분사관(31)(32)(33)은 상기 터빈축(20)의 축 중심에서 상기 분사관(31)(32)(33)의 출구까지의 수직거리(r)가 하류의 분사실로 갈수록 점차로 줄어들게 형성될 수 있다.

한편, 상기 분사부(30)는 도 5a 내지 도 7에서와 같이 분사관(31)(32)(33)으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 8에서와 같이, 상기 터빈축(20)의 벽을 관통하여 원주방향으로 경사지거나 라운드지게 된 분사구(噴射口)(35)(36)(37)로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 분사구(35)(36)(37)는 도 9a에서와 같이 축방향 길이가 길게 형성될 수도 있고, 도 9b에서와 같이 축방향을 따라 복수 개가 구비되어 원주방향을 따라 등간격으로 형성될 수도 있다. 또 도 9a의 경우에 상기 분사구(35)(36)(37)의 축방향 길이가 하류측 분사실로 갈수록 길어지게 형성될 수 있고, 도 9b의 경우 상기 분사구(35)(36)(37)의 개수가 하류측 분사실로 갈수록 많아지게 형성될 수 있다. 또, 도 9a와 도 9b 모두 상기 분사구(35)(36)(37)는 상기 터빈축(20)의 축 중심에서 상기 분사구(35)(36)(37)의 출구까지의 수직거리(r)가 하류측 분사실로 갈수록 점차로 줄어들게 형성될 수 있다.

또 한편, 도면으도 도시하지는 않았으나 상기 각각의 분사부(30)는 대략 동일한 직경을 가지도록 형성될 수도 있고, 또 출구쪽으로 갈수록 그 직경이 작아지도록 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 분사부(30)의 축 반경과 크기는 에너지 변환효율과 깊은 관련이 있다. 예컨대, 상기 보일러에서 유입되는 스팀의 압력이 일정하다고 가정할 때 최고의 에너지 변환효율을 얻기 위해서는 상기 터빈축(20)의 축중심에서 분사부(30)의 출구단까지 수직거리(r), 즉 축 반경을 정하고 상기 분사부(30)의 크기를 조정하여 그에 상응하는 분사 속도를 가지게 함으로써 최고의 에너지 변환효율을 얻을 수 있다. 만약, 이러한 조정으로 각 분사실의 입구측 압력과 출구측 압력의 차이가 동일하다면 각 분사실에 설치되는 분사부의 축 반경, 분사부의 수와 크기를 같게 하여 최고의 에너지 변환효율을 얻을 수 있다. 반면, 각 분사실의 압력차가 점차 떨어지도록 설계된 경우에는 상기 분사관의 직경은 동일하게 하되 축 반경을 점차 작게 형성하여 역시 최고의 에너지 변환효율을 얻을 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 반작용식 스팀 터빈은 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 보일러에서 생성되는 스팀이 배관을 통해 상기 터빈축(20)의 스팀통로(21a)(22a)(23a) 입구로 공급되면, 그 스팀은 상기 제1 스팀통로(21a)로 유입되어 타단으로 이동하고, 그 스팀은 상기 제1 스팀통로(21a)의 중간에 마련된 상기 제1 분사관(31)의 분사공(31a)을 통해 상기 제1 분사실(11)로 분사된다.

이후, 상기 제1 분사실(11)로 분사된 스팀은 제1 분사실(11)과 제2 분사실(12) 사이의 압력차에 의해 상기 터빈축(20)의 제1 반입구(22b)를 거쳐 상기 제2 스팀통로(22a)로 재유입되고, 그 스팀은 다시 상기 터빈축(20)의 제2 분사관(32)을 통해 상기 제2 분사실(12)로 분사된다. 그리고, 상기 제2 분사실(12)로 분사된 스팀은 제2 반입구(23b)를 통해 상기 제3 스팀통로(23a)로 재유입되었다가 상기 제3 분사관(33)을 통해 상기 제3 분사실(13)로 분사된다. 그리고 상기 제3 분사실(13)로 분사된 스팀은 상기 하우징(10)의 배출구(17)를 통해 대기 중으로 배출되거나 또는 복수기(미도시)로 회수되었다가 보일러로 반송되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

상기와 같이, 상기 터빈축(20)의 각 스팀통로(21a)(22a)(23a)로 유입되는 스 팀이 상기 제1, 제2, 제3 분사관(31)(32)(33)에서 각 분사실(11)(12)(13)로 분사되면서 일종의 추진력을 발생시켜 상기 터빈축(20)이 회전을 하게 되는 것이다.

이렇게 하여, 본 발명에 의한 반작용식 스팀 터빈은 뉴턴의 운동의 제3 법칙인 작용과 반작용을 이용한 것으로 종래의 임펠라식 터빈(또는, 운동량 전달식 터빈)에 비해 높은 효율을 얻을 수 있다. 그리고 종래의 임펠라식 터빈은 수백 내지 수천 개에 이르는 임펠라의 설계 제작과 조립시 많은 고급 인력과 정밀도가 요구되는데 비해 본 발명은 임펠라 등의 부품 설계나 제작 조립에 요구되는 정밀도가 월등히 낮으면서도 고효율 터빈을 제공할 수 있어 현재의 임펠라식 터빈에 비해 상당히 낮은 가격으로 제작이 가능한 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 반작용식 터빈에서는 보일러에서 나오는 스팀의 압력이 일정하다고 할 때, 분사공에서 분사되는 스팀의 속도가 그 분사공의 회전에 의한 원주 속도와 같을 때, 스팀은 터빈 본체에 대해서는 정지해 있고 분사공만 스팀의 분사 속도와 같은 속도로 접선의 반대 방향으로 움직이고 있기 때문에 스팀이 가졌던 전 운동량(역시, 전 운동 에너지)이 분사공으로 전달된 것(스팀의 터빈 본체에 대한 상대 속도는 zero 즉 운동량 zero)이므로 이론상의 에너지 전달 효율은 100% 이다. 이것은 어떤 임펠라식 터빈에서 이론상으로도 달성할 수 없는 높은 효율인 것이다.

또, 종래의 임펠라식 터빈에서는 보일러로부터 입사하는 스팀의 진로가 일정하다고 하더라도 일단 한 임펠라에 부딪치면 스팀의 속도와 방향 모두가 변할 뿐만 아니라 일부는 임펠라와 충돌한 반작용에 의해 앞줄에 있는 임펠라의 뒤쪽으로 반 사되어 임펠라의 회전 속도와 방향과 이 반사된 스팀의 방향과 속도의 차이로 인해 터빈이 감속될 수도 있다. 이러한 현상을 최소화하기 위한 것이 설계나 임펠라의 위치 등을 결정하는 기술적인 문제이며 수 백 수천이나 되는 임펠라의 수를 고려하면 그러한 문제의 해결이 이론상으로나 실험상으로 대단히 어려운 것임을 알 수 있다. 이러한 문제를 설계를 통해서 줄일 수는 있으나 완전히 제거한다는 것은 불가능함으로 실제의 에너지 변환 효율이 어느 정도 저하하는 것을 막을 수 없다. 이런 관점에서 보더라도 본 발명의 반작용식 스팀 터빈의 이점을 분명하게 알 수 있다.

본 발명에 의한 반작용식 스팀 터빈에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 상기 각 분사관의 내경이 각각 동일하게 형성되는 것이나, 본 실시예는 입구측에 출구측으로 갈수록 그 내경이 각각 축소되도록 형성될 수도 있다. 이 경우 상기 분사관의 간격만큼 압력이 낮아질 수 있으므로 이를 감안하여 상기 분사실에서의 분사관에 대한 축 반경 역시 점차 작게 형성될 수 있다. 물론, 각 분사관의 축반경은 동일하게 형성하고 대신 상기 분사관의 직경을 출구측으로 갈수록 좁게 형성할 수도 있다. 이에 따른 구성과 작용효과는 전술한 일실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 반작용식 스팀 터빈은, 상기 스팀통로로 스팀이 공급됨에 따라 스팀의 압력 누설을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 스팀이 스팀통로로 공급되어 분사관 또는 분사구를 통해 분사되면서 회전력을 발생시키게 되므로 제작이 용이하여 생산비용을 크게 낮출 수 있고 저렴하면서도 고효율의 터빈을 제작할 수 있다.

Claims

축방향으로 복수 개의 분사실로 구획되는 하우징;

상기 하우징에 회전 가능하게 결합되고 그 내부에 축방향으로 스팀통로가 형성되는 터빈축; 및

상기 터빈축의 스팀통로로 유입된 스팀을 상기 하우징의 각 분사실에 분사하여 상기 터빈축이 회전하도록 하는 분사부;를 포함하고,

상기 터빈축에는 최종 분사실을 제외한 각 분사실로 분사된 스팀이 상기 스팀통로로 재유입되도록 반입구가 형성되고, 상기 반입구는 상기 분사부와 분리되어 각 분사실에 연통되도록 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
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제1항에 있어서,

상기 반입구는 터빈축의 원주 방향을 따라 복수 개가 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제1항에 있어서,

상기 터빈축은 양단 중에서 적어도 어느 한 쪽이 막힌 속빈 형상으로 형성되어 상기 스팀통로가 각 분사실마다 분리되도록 복수 개가 길이방향으로 결합되는 반작용식 스팀 터빈.
제4항에 있어서,

상기 터빈축은 연결되는 양단에 각각 수나사부와 암나사부가 형성되어 체결되는 반작용식 스팀 터빈.
제1항에 있어서,

상기 하우징의 최종 분사실에는 상기 터빈축의 스팀 통로에서 분사되는 스팀이 배출되도록 배출구가 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제1항에 있어서,

상기 분사부는 상기 터빈축의 원주방향을 따라 복수 개가 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제7항에 있어서,

상기 분사부는 상기 터빈축의 벽을 경사지게 관통하는 분사구(噴射口)로 이루어지는 반작용식 스팀 터빈.
제8항에 있어서,

상기 분사구는 상기 터빈축의 축방향을 따라 길게 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제9항에 있어서,

상기 분사구는 하류의 분사실로 갈수록 길이가 길어지는 반작용식 스팀 터빈.
제8항에 있어서,

상기 분사구는 상기 터빈축의 축방향을 따라 복수 개가 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제11항에 있어서,

상기 분사구는 하류의 분사실로 갈수록 축방향 개수가 많아지는 반작용식 스팀 터빈.
제7항에 있어서,

상기 분사부는 상기 터빈축과 연통되도록 그 터빈축에 결합되는 분사관(噴射管)으로 이루어지는 반작용식 스팀 터빈.
제13항에 있어서,

상기 분사관은 회전방향으로 경사지거나 라운드지게 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제14항에 있어서,

상기 분사관의 단면 형상은 축방향으로 길게 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제15항에 있어서,

상기 분사관은 하류의 분사실로 갈수록 축방향 길이가 길어지는 반작용식 스팀 터빈.
제14항에 있어서,

상기 분사관은 상기 터빈축의 축방향을 따라 복수 개가 형성되는 반작용식 스팀 터빈.
제17항에 있어서,

상기 분사관은 하류의 분사실로 갈수록 축방향 개수가 많아지는 반작용식 스팀터빈.
제1항 및 제3항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 터빈축의 축 중심에서 상기 분사부의 출구까지의 수직거리(r)가 하류의 분사실로 갈수록 점차로 줄어드는 반작용식 스팀 터빈.
제19항에 있어서,

상기 분사실의 내경이 상기 축방향을 따라 점차 줄어들게 형성되는 반작용식 스팀 터빈.