KR101030967B1 - Turbine apparatus having self-cooling function - Google Patents

Turbine apparatus having self-cooling function Download PDF

Info

Publication number
KR101030967B1
KR101030967B1 KR1020100134066A KR20100134066A KR101030967B1 KR 101030967 B1 KR101030967 B1 KR 101030967B1 KR 1020100134066 A KR1020100134066 A KR 1020100134066A KR 20100134066 A KR20100134066 A KR 20100134066A KR 101030967 B1 KR101030967 B1 KR 101030967B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
turbine
working fluid
unit
sleeve
expansion
Prior art date
Application number
KR1020100134066A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박준영
유일수
박무룡
서정민
윤의수
최범석
한상조
황순찬
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020100134066A priority Critical patent/KR101030967B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101030967B1 publication Critical patent/KR101030967B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F01D25/125—Cooling of bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PURPOSE: A device for turbine having self-cooling function is provided to minimize the heat transmission area by assembling a turbine impeller using a sleeve and protrusion of a rotation guiding part. CONSTITUTION: A device for turbine having self-cooling function comprises a turbine rotor(110), a compression part(120), a combustion part(130) and an expandable part(140). The compression part is connected to one end of the turbine rotor. The compression part inhales and compresses working fluid. The combustion part burns the working fluid compacted by the compression part. The expandable part comprises a turbine blade(142), a driving shaft(143), a turbine impeller(141), a sleeve(146) and a rotation guiding part(145). The turbine impeller is composed of the projection which is formed to be projected from the outer circumference of the driving shaft. The rotation guiding part is composed of an expandable part bearing which induces the smooth rotation of expandable part.

Description

자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치{TURBINE APPARATUS HAVING SELF-COOLING FUNCTION}Turbine unit with self cooling function {TURBINE APPARATUS HAVING SELF-COOLING FUNCTION}

본 발명은 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 냉각장치 없이 팽창부의 터빈 임펠러와 이를 지지하는 팽창부측 베어링을 냉각할 수 있는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치에 관한 것이다.The present invention relates to a turbine device having a self-cooling function, and more particularly, to a turbine device having a self-cooling function capable of cooling a turbine impeller of an expansion part and an expansion-side bearing supporting the same without a separate cooling device. will be.

일반적으로 터빈장치는 압축기에서 압축되고, 연소기에서 연소과정을 거쳐 생성된 고온 고압의 작동유체가 팽창되어 출력을 발생시킴으로써 열에너지를 회전에너지로 변환시켜 압축기를 구동하고, 압축기의 구동에 의하여 압축된 고압의 가스를 다시 연소기로 보내는 동작을 반복적으로 수행하는 브레이튼 사이클(Brayton Cycle)을 따라 구동된다.In general, a turbine device is compressed in a compressor, and a high temperature and high pressure working fluid generated through a combustion process in a combustor is expanded to generate an output, thereby converting thermal energy into rotational energy to drive a compressor. It is driven along a Brayton cycle that repeatedly performs the operation of sending the gas back to the combustor.

한편, 연소기를 거친 고온 고압의 작동유체는 터빈 임펠러를 고속 회전시키면서, 터빈 임펠러의 온도를 상승시킨다. On the other hand, the high temperature and high pressure working fluid through the combustor raises the temperature of the turbine impeller while rotating the turbine impeller at high speed.

한편, 이러한 열은 임펠러의 회전축 상에 체결되는 에어 포일 베어링에 전달되어 베어링의 성능과 수명이 단축되는 등 전체적인 터빈장치의 결함 발생 요인으로 작용한다.On the other hand, this heat is transmitted to the air foil bearing fastened on the rotating shaft of the impeller acts as a cause of defects in the overall turbine device, such as reducing the performance and life of the bearing.

이러한 고열의 터빈 임펠러로 인하여 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 냉각수를 별도의 유동로를 제작함으로써 순환시키는 방법에 의하였으나, 별도의 유동로를 설계하는 비용으로 인하여 전체 터빈장치의 생산단가가 상승하고, 유동로 형성에 의하여 터빈장치의 사이즈가 커지는 문제가 있었다.In order to solve the problems caused by the high temperature turbine impeller, conventionally, the cooling water is circulated by manufacturing a separate flow path, but the production cost of the entire turbine device is increased due to the cost of designing a separate flow path. There is a problem that the size of the turbine device increases due to the rise of the flow path.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 돌기부를 통하여 팽창부의 터빈 임펠러와 팽창부측 베어링에 의하여 지지되는 슬리브의 접촉면적을 최소화하고, 압축부로부터 압축된 작동유체의 일부를 터빈 임펠러와 회전유도부 사이의 이격공간 내로 유동시킴으로써 별도의 냉각장치 없이 팽창부측 베어링을 냉각할 수 있는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, by minimizing the contact area of the sleeve supported by the turbine impeller of the expansion portion and the bearing on the expansion portion through the projection, and part of the working fluid compressed from the compression portion The present invention provides a turbine apparatus having a self-cooling function capable of cooling an expansion-side bearing without a separate cooling device by flowing into a space between a turbine impeller and a rotating induction part.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 터빈로터; 상기 터빈로터의 일단부와 연결되고, 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축부; 상기 압축부로부터 압축된 상기 작동유체를 연소하는 연소부; 상기 터빈로터의 타단부와 연결되고, 상기 연소부로부터 연소된 작동유체를 공급받아 축일을 생성하여 상기 터빈로터를 통하여 상기 압축부에 전달하는 팽창부;를 포함하는 터빈장치에 있어서, 상기 팽창부는 상기 작동유체를 팽창시키기 위하여 형성되는 터빈 블레이드와, 상기 터빈로터와 축 연결되는 구동축과, 상기 구동축의 외주면으로부터 돌출되게 형성되는 돌기부로 구성되는 터빈 임펠러; 내면이 상기 돌기부의 단부에 접촉되게 체결됨으로써 상기 구동축으로부터 이격되는 슬리브와, 상기 슬리브를 지지하며 상기 팽창부의 원활한 회전을 유도하는 팽창부측 베어링으로 구성되는 회전유도부;를 포함하되, 상기 압축부에서 압축된 작동유체 중 일부가 상기 돌기부로 인하여 형성되는 상기 구동축의 외주면과 상기 슬리브의 내주면 사이의 이격공간 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a turbine rotor; A compression unit connected to one end of the turbine rotor and sucking and compressing a working fluid; A combustion unit combusting the working fluid compressed from the compression unit; And an expansion part connected to the other end of the turbine rotor and receiving a working fluid combusted from the combustion part to generate a shaft work and to deliver the shaft work to the compression part through the turbine rotor. A turbine impeller including a turbine blade formed to expand the working fluid, a drive shaft axially connected to the turbine rotor, and a protrusion formed to protrude from an outer circumferential surface of the drive shaft; Including the sleeve is spaced apart from the drive shaft by the inner surface is in contact with the end of the projection portion, and the rotation induction portion consisting of the bearing bearing on the expansion portion to support the sleeve and induce smooth rotation of the expansion portion; Part of the working fluid is achieved by a turbine device having a self-cooling function, characterized in that the flow into the space between the outer peripheral surface of the drive shaft formed by the projection and the inner peripheral surface of the sleeve.

또한, 상기 압축부에서 압축된 작동유체 중 일부는 상기 압축부의 압력과 상기 팽창부의 압력의 차이로 인하여 상기 구동축의 외주면과 상기 슬리브의 내주면 사이의 이격공간 내로 유입될 수 있다.In addition, some of the working fluid compressed by the compression unit may be introduced into the space between the outer peripheral surface of the drive shaft and the inner peripheral surface of the sleeve due to the difference between the pressure of the compression unit and the pressure of the expansion unit.

또한, 상기 돌기부는 길이방향을 따라 띠(stripe)형상의 종단면으로 돌출되게 형성되되, 복수개가 방사방향으로 이격되게 마련될 수 있다.In addition, the protrusion may be formed to protrude in a stripe-shaped longitudinal section along a longitudinal direction, and a plurality of protrusions may be provided to be spaced apart in a radial direction.

또한, 상기 슬리브는 상기 돌기부의 단부와 접촉하며 상기 구동축에 열박음될 수 있다.In addition, the sleeve may be in contact with the end portion of the protrusion and shrink fit to the drive shaft.

본 발명에 따르면, 터빈 임펠러가 회전유도부의 슬리브와 돌기부에 의하여 체결됨으로써, 열전달 면적을 최소화할 수 있는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치가 제공된다.According to the present invention, a turbine impeller is fastened by a sleeve and a protrusion of a rotation induction part, thereby providing a turbine device having a self cooling function capable of minimizing a heat transfer area.

또한, 돌기부에 의하여 형성되는 터빈 임펠러와 슬리브간의 이격공간을 유로로하여 압축된 작동유체 일부를 유동시킴으로써 팽창부측 베어링을 용이하게 냉각할 수 있다.In addition, it is possible to easily cool the expansion-side bearing by flowing a part of the compressed working fluid as a flow path between the turbine impeller formed by the projection and the sleeve as a flow path.

또한, 슬리브가 터빈 임펠러에 열박음 됨으로써 체결력을 강화할 수 있다.In addition, by tightening the sleeve to the turbine impeller can tighten the tightening force.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 사시도 이고,
도 2는 도 1의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 II - II' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 것이고,
도 3은 도 1의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 III - III' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 것이고,
도 4는 도 1의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 IV - IV' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 것이고,1 is a perspective view of a turbine apparatus having a self cooling function according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of the turbine apparatus with the self-cooling function of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of the turbine apparatus with self-cooling function of FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of the turbine apparatus with self-cooling function of FIG.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, in the various embodiments, components having the same configuration will be representatively described in the first embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, different configurations from the first embodiment will be described. do.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a turbine apparatus 100 having a self cooling function according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 사시도 이고, 도 2는 도 1의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 II - II' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 것이고, 도 3은 도 1의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 III - III' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 것이다.1 is a perspective view of a turbine device having a self-cooling function according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of the turbine device having a self-cooling function of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III 'of the turbine apparatus with self-cooling function of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치(100)는 터빈로터(110)와 압축부(120)와 연소부(130)와 팽창부(140)와 스테이터부(150)를 포함한다.1 to 3, a turbine apparatus 100 having a self cooling function according to a first embodiment of the present invention includes a turbine rotor 110, a compression unit 120, a combustion unit 130, and an expansion unit. 140 and the stator unit 150.

상기 터빈로터(110)는 양단부에 각각 압축부(120)와 팽창부(140)가 물리적으로 축 체결됨으로써 팽창부(140)에서 생성되는 축일을 압축부(120)에 전달하기 위한 것으로서, 긴 축의 형태로 마련된다.The turbine rotor 110 is to deliver the shaft work generated in the expansion unit 140 to the compression unit 120 by physically coupling the compression unit 120 and the expansion unit 140 at both ends, the long shaft of It is prepared in the form.

상기 압축부(120)는 후술하는 팽창부(140)로부터 생성된 축일을 터빈로터(110)로부터 제공받아 회전함으로써 작동유체를 흡입하여 압축하기 위한 것으로서, 일반적인 압축 임펠러의 형태로 마련된다.The compression unit 120 is provided for the suction and compression of the working fluid by rotating the shaft work generated from the expansion unit 140 to be described later from the turbine rotor 110, is provided in the form of a general compression impeller.

압축부측 베어링(121)이 압축부(120)의 회전축을 지지하며, 압축부측 베어링(121)으로는 에어 포일 베어링이 이용된다.The compression part side bearing 121 supports the rotating shaft of the compression part 120, and an air foil bearing is used as the compression part side bearing 121.

한편, 레이디얼 방향을 지지하기 위한 압축부측 베어링(121)외에 터빈로터(110)에 의하여 발생하는 축추력(thrust force)을 지지하기 위한 스러스트 베어링(미도시)이 터빈로터(110) 상의 일영역에 구비되는 것이 바람직하다. On the other hand, in addition to the compression-side bearing 121 for supporting the radial direction, a thrust bearing (not shown) for supporting the axial thrust force generated by the turbine rotor 110 is illustrated in one region on the turbine rotor 110. It is preferable to be provided in.

상기 연소부(130)는 일단부가 압축부(120)와 연결되고 타단부는 팽창부(140)와 연결되어, 압축부(120)로부터 고압으로 압축된 작동유체를 고온으로 가열하기 위한 부재이다.The combustion unit 130 has one end connected to the compression unit 120 and the other end connected to the expansion unit 140, and is a member for heating the working fluid compressed at high pressure from the compression unit 120 to a high temperature.

상기 팽창부(140)는 연소부(130)로부터 고온 고압의 작동유체를 제공받아 회전함으로써 축일을 생성하여 압축부(120)를 강제 회전시키기 위한 것으로서, 터빈 임펠러(141)와 회전유도부(145)를 포함한다.The expansion unit 140 is for receiving the operating fluid of the high temperature and high pressure from the combustion unit 130 to generate a shaft work to force the compression unit 120, the turbine impeller 141 and the rotation induction unit 145 It includes.

상기 터빈 임펠러(141)는 고온 고압의 작동유체에 의하여 회전하는 터빈 블레이드(142)가 부착되고, 반대편 단부에는 구동축(143)이 형성됨으로써 구동로터의 단부와 물리적으로 체결된다. The turbine impeller 141 is attached to the turbine blade 142 that is rotated by the operating fluid of a high temperature and high pressure, the drive shaft 143 is formed on the opposite end is physically coupled to the end of the drive rotor.

한편, 구동축(143)의 외주면에는 길이방향을 따라서 형성되는 띠(stripe)형상의 돌기부(144)가 돌출 형성되며, 이러한 돌기부(144)는 구동축(143)의 외주면을 따라서 방사방향으로 소정 간격 이격되어 복수개가 마련된다.Meanwhile, a stripe shaped protrusion 144 is formed on the outer circumferential surface of the drive shaft 143 along the longitudinal direction, and the protrusion 144 is spaced apart at a predetermined interval in the radial direction along the outer circumferential surface of the drive shaft 143. A plurality is provided.

돌기부(144)의 외면이 후술하는 회전유도부(145)의 슬리브(146)의 내주면과 밀착하며 결합되어야 하는 것이므로, 구동축(143)의 회전방향으로 따라서 이격 형성되는 복수개 돌기부의 외면을 연속적으로 연결하는 가상의 면이 실린더 형상을 나타내는 것이 바람직하다.Since the outer surface of the protrusion 144 is to be in close contact with the inner circumferential surface of the sleeve 146 of the rotary induction part 145 which will be described later, to continuously connect the outer surface of the plurality of protrusions formed along the rotational direction of the drive shaft 143 It is preferable that the imaginary surface exhibits a cylindrical shape.

상기 회전유도부(145)는 터빈로터(110)를 포함한 팽창부(140)의 월활한 회전을 유도하기 위한 부재로서, 슬리브(146)과 팽창부측 베어링(147)을 포함한다.The rotation induction part 145 is a member for inducing a smooth rotation of the expansion part 140 including the turbine rotor 110, and includes a sleeve 146 and an expansion part side bearing 147.

상기 슬리브(146)는 소정의 두께를 가지고 내주면에 공간이 형성됨으로써 종단면이 링 형상인 실린더 형의 부재로서, 상술한 구동축(143) 상에 장착된다. The sleeve 146 has a predetermined thickness and a space is formed on the inner circumferential surface thereof, and thus the sleeve 146 is a cylindrical member having a ring-shaped longitudinal section and mounted on the driving shaft 143 described above.

슬리브(146)를 구동축(143) 상에 장착하는 방법을 설명하면, 슬리브(146)를 가열하여 팽창시킴으로써 상온에서보다 내경의 크기가 커지도록 한다. 내경이 커진 슬리브(146)를 구동축(143)의 외주면 상에 형성되는 돌기부(144)의 외면과 접촉하도록 배치하고, 슬리브(146)를 냉각하면 내경이 원상태로 회복된다. When the sleeve 146 is mounted on the drive shaft 143, the inner diameter of the sleeve 146 is increased by heating and expanding the sleeve 146. The inner diameter of the sleeve 146 having a larger inner diameter is disposed to contact the outer surface of the protrusion 144 formed on the outer circumferential surface of the drive shaft 143. When the sleeve 146 is cooled, the inner diameter is restored to its original state.

따라서, 이에 의하면 슬리브(146)는 구동축(143) 상의 돌기부(144)와 밀착하며 열박음 됨으로써, 구동축(143)의 외주면과 열교환 하는 면적을 최소화하는 동시에 열박음을 통하여 체결력을 향상시킬 수 있다.Therefore, the sleeve 146 is in close contact with the protrusion 144 on the drive shaft 143 and shrinked, thereby minimizing the area of heat exchange with the outer circumferential surface of the drive shaft 143 and at the same time improving the tightening force.

상기 팽창부측 베어링(147)은 터빈 임펠러(141)의 고속 회전시에 마찰력을 저감시키고, 구동축(143)을 지지하여 일정한 위치에서 고정되도록 함으로써 원활한 회전을 유도하기 위한 부재이다. 본 실시예에서의 팽창부측 베어링(147)으로는 고속의 회전에 적합한 에어 포일 베어링(air foil bearing)이 이용될 수 있다.The expansion-side bearing 147 is a member for reducing the friction force during the high speed rotation of the turbine impeller 141, to support the drive shaft 143 to be fixed at a fixed position to induce smooth rotation. As the expansion-side bearing 147 in this embodiment, an air foil bearing suitable for high speed rotation may be used.

팽창부측 베어링(147)의 내부에는 다수의 포일(148)이 슬리브(146)의 외면을 지지하는 형태로 구성되며, 터빈로터(110)의 회전시에는 팽창부측 베어링(147)의 포일(148)은 슬리브(146)의 면으로부터 미세하게 이격됨으로써 공간이 형성되고, 2차유동하는 작동유체의 유동로로 이용된다.A plurality of foils 148 are configured to support the outer surface of the sleeve 146 in the expansion-side bearing 147, the foil 148 of the expansion-side bearing 147 when the turbine rotor 110 is rotated. The space is formed by finely spaced from the surface of the sleeve 146, and is used as the flow path of the secondary fluid working fluid.

한편, 돌기부(144)에 의하여 회전유도부(145)와 구동축(143)의 사이에는 이격공간(160)이 형성됨으로써 압축된 작동유체가 유입되는 냉각로의 역할을 할 수 있다.On the other hand, the spaced portion 160 is formed between the rotation induction portion 145 and the drive shaft 143 by the protrusion 144 may serve as a cooling path into which the compressed working fluid is introduced.

상기 스테이터부(150)는 상기 터빈로터(110)를 둘러싸며 고정되어 외장의 역할을 수행한다. 스테이터부(150)는 내면이 터빈로터(110)의 외주면과 소정간격 이격되도록 배치되며, 이격간격은 압축부(120)로부터 압축된 작동유체의 이동경로로서 이용된다.
The stator unit 150 is fixed to surround the turbine rotor 110 to serve as an exterior. The stator unit 150 is disposed such that an inner surface thereof is spaced apart from the outer circumferential surface of the turbine rotor 110 by a predetermined distance, and the spacing interval is used as a movement path of the working fluid compressed from the compression unit 120.

지금부터는 상술한 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치(100)의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.The operation of the first embodiment of the turbine apparatus 100 having the self cooling function described above will now be described.

도 4는 도 1의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치의 IV - IV' 선을 따라 절단한 단면을 도시한 것이다.4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of the turbine apparatus with self-cooling function of FIG.

도 4를 참조하면, 압축부(120)가 회전함으로써 발생하는 흡입력에 의하여 작동유체가 흡입되고, 작동유체는 압축부(120)의 임펠러 블레이드를 따라서 연소부(130) 측으로 유입된다. 이때, 압축부(120)에 의하면 작동유체는 고압으로 압축된다.Referring to FIG. 4, the working fluid is sucked by the suction force generated by the rotation of the compression unit 120, and the working fluid flows into the combustion unit 130 along the impeller blade of the compression unit 120. At this time, according to the compression unit 120, the working fluid is compressed at a high pressure.

압축부(120)에 의하여 압축된 작동유체는 대부분이 연소부(130)로 유입되고, 작동유체는 소정의 연료와 함께 연소되며, 연소열을 공급받는 작동유체는 가열되어 온도가 올라가게 된다.Most of the working fluid compressed by the compression unit 120 is introduced into the combustion unit 130, the working fluid is combusted with a predetermined fuel, the working fluid supplied with the combustion heat is heated to increase the temperature.

연소부(130)로부터 배출되는 고온의 작동유체는 상기 팽창부(140)로 제공되며, 고온의 작동유체는 구동축(143)을 중심으로 터빈 블레이드(142)를 회전시키며 팽창한다. 또한, 구동축을 중심으로 외주면에 배치되는 팽창부측 베어링(147)은 팽창부(140)의 고속 회전을 원활하게 한다.The high temperature working fluid discharged from the combustion unit 130 is provided to the expansion unit 140, and the high temperature working fluid expands while rotating the turbine blade 142 about the driving shaft 143. In addition, the expansion-side bearing 147 disposed on the outer circumferential surface of the driving shaft smoothly rotates the expansion unit 140 at high speed.

이러한 작동유체에 의하여 팽창부(140)는 축일을 발생시킨다. 팽창부(140)에서 발생되는 축일은 터빈로터(110)와 물리적으로 연결되는 압축부(120)에 제공되고, 이러한 축일은 압축부(120)의 지속적인 회전력을 제공한다.
The expansion unit 140 generates a shaft work by such a working fluid. The shaft work generated in the expansion part 140 is provided to the compression part 120 which is physically connected to the turbine rotor 110, and this shaft work provides a continuous rotational force of the compression part 120.

한편, 터빈 블레이드(142)는 연소부(130)에서 연소열에 의하여 가열된 고온의 작동유체와의 열전달을 통하여 온도가 상승하며, 터빈 블레이드(142)와 열전달이 일어나도록 배치되는 회전유도부(145)의 온도도 급격히 상승하게 된다. On the other hand, the turbine blade 142, the temperature rises through the heat transfer to the high temperature working fluid heated by the combustion heat in the combustion unit 130, the rotation induction unit 145 is disposed so that heat transfer occurs with the turbine blade 142. The temperature of is also rising rapidly.

특히, 본 실시예에서 공기 포일 베어링으로 구성되는 팽창부측 베어링(147)의 온도 상승은 팽창부측 베어링(147) 성능 저하의 주요한 요소가 되는 바, 본 실시예에서 이러한 팽창부측 베어링(147)의 온도를 적정수준 이하로 낮추는 방법에 대하여 설명한다.In particular, in this embodiment, the temperature rise of the expansion-side bearing 147 constituted by the air foil bearing is a major factor of the performance of the expansion-side bearing 147 deterioration, so in this embodiment, the temperature of the expansion-side bearing 147 How to lower the to below the appropriate level.

압축부(120)에서 압축되는 작동유체의 대부분은 연소부(130)로 전달되지만, 압축된 작동유체 중 일부는 연소부(130)에 제공되는 것이 아니라 압축부(120)와 팽창부(140)간의 압력차로 인하여 회전유도부(145)를 냉각하는데 이용된다.Most of the working fluid compressed in the compression unit 120 is transmitted to the combustion unit 130, but some of the compressed working fluid is not provided to the combustion unit 130, but the compression unit 120 and the expansion unit 140. Due to the pressure difference in the liver is used to cool the rotation induction portion 145.

상술한 바와 같이 압축부(120)로부터 연소부(130)로 제공되어 팽창부(140)에서 팽창되는 작동유체의 정상적인 유동을 본 유동(primary flow)라고 하고, 압축부(120)와 스테이터부(150)의 사이로 유입되는 작동유체의 유동을 2차유동(secondary flow)라고 하며, 2차유동이 회전유도부(145)의 냉각에 이용된다.As described above, the normal flow of the working fluid provided from the compression unit 120 to the combustion unit 130 and expanded in the expansion unit 140 is called a primary flow, and the compression unit 120 and the stator unit ( The flow of the working fluid introduced between 150 is called secondary flow, and the secondary flow is used to cool the rotary induction part 145.

다시 말하면, 압축부(120)에서 압축된 작동유체는 고압의 상태이고, 팽창부(140)에서 터빈 임펠러(141)를 회전시키면서 팽창되는 작동유체의 압력은 상기 압축부(120)를 지난 작동유체에 비하여 상대적으로 저압에 해당된다. In other words, the working fluid compressed in the compression unit 120 is in a high pressure state, and the pressure of the working fluid expanded while rotating the turbine impeller 141 in the expansion unit 140 is the working fluid passing through the compression unit 120. It is a relatively low pressure.

이러한 압축부(120)와 팽창부(140)의 압력차에 의하여, 압축부(120)에서 압축된 미소량의 작동유체가 스테이터부(150)와 압축부(120)의 후면 사이의 미세한 간극을 통하여 유동하게 된다. Due to the pressure difference between the compression unit 120 and the expansion unit 140, a small amount of the working fluid compressed by the compression unit 120 may form a minute gap between the stator unit 150 and the rear surface of the compression unit 120. It flows through.

이때, 압축부(120)가 구동되어 터빈로터(110)가 회전하는 경우에 압축부측 베어링(121)을 구성하는 포일은 상기 압축부(120)의 회전축의 외주면과 이격되어 작동하므로, 압축부측 베어링(121)과 압축부(120)의 회전축 사이에 소정의 공간이 형성된다. In this case, when the compression unit 120 is driven to rotate the turbine rotor 110, the foil constituting the compression unit side bearing 121 is spaced apart from the outer circumferential surface of the rotation shaft of the compression unit 120. A predetermined space is formed between the 121 and the rotation shaft of the compression unit 120.

2차 유동하는 작동유체는 압축부측 베어링(121)의 포일과 압축부(120)의 회전축 사이의 이격공간으로 유동하고, 터빈로터(110)와 스테이터부(150) 사이의 공간으로 유입된다.The second working fluid flows into the space between the foil of the compression-side bearing 121 and the rotating shaft of the compression unit 120 and flows into the space between the turbine rotor 110 and the stator unit 150.

터빈로터(110)의 외주면과 스테이터부(150) 사이의 공간을 유로로 하여 유입되는 고압 저온의 유체는 돌기부(144)에 의하여 형성되는 구동축(143)과 회전유도부(145) 사이의 이격공간(160) 내부로 유입된다. 따라서, 압축부(120)로부터 유입되는 저온의 작동유체는 회전유도부(145) 및 구동축(143)과 접촉하여 열전달을 함으로써 회전유도부(145)와 구동축(143)을 냉각시킨다.The high pressure low temperature fluid introduced into the space between the outer circumferential surface of the turbine rotor 110 and the stator unit 150 as a flow path is spaced apart between the driving shaft 143 and the rotation induction unit 145 formed by the protrusion 144 ( 160) flows into the interior. Therefore, the low temperature working fluid flowing from the compression unit 120 cools the rotation induction unit 145 and the drive shaft 143 by contacting the rotation induction unit 145 and the drive shaft 143 to perform heat transfer.

또한, 도 3을 참조하면, 터빈로터(110)의 회전시에는 팽창부측 베어링(147)의 포일(148)은 슬리브(146)와 이격되어 작동하므로 2차유동하는 작동유체는 팽창부측 베어링(147)의 포일(148)과 슬리브(146)의 사이 공간으로도 유동하며 회전유도부(145)을 냉각하는데 이용된다.3, when the turbine rotor 110 rotates, the foil 148 of the expansion-side bearing 147 is spaced apart from the sleeve 146, so that the working fluid that is secondary flows is expanded-side bearing 147. Also flows into the space between the foil 148 and the sleeve 146 of the) and is used to cool the rotation induction portion 145.

또한, 회전유도부(145)의 슬리브(146)와 고온의 구동축(143)은 돌기부(144) 단부에 의하여만 접촉하고 있어, 전체적으로 열전달되는 면적이 작아지므로, 구동축(143)으로부터 회전유도부(145)로의 열전달이 최소화될 수 있다.
In addition, the sleeve 146 of the rotation guide portion 145 and the high temperature drive shaft 143 are in contact only by the end of the protrusion 144, so that the overall heat transfer area is reduced, the rotation guide portion 145 from the drive shaft 143. Heat transfer to the furnace can be minimized.

따라서, 종래의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치에 의하면 별도의 냉각장치를 이용하여 팽창부측 베어링을 냉각하였으나, 본 실시예의 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치 의하면 구동축(143)과 회전유도부(145) 사이에 이격공간(160)을 마련하여 압축부(120)에서 압축된 작동유체가 유입되도록 함으로써 별도의 냉각장치 없이 회전유도부(145) 및 터빈 임펠러(141)을 용이하게 냉각할 수 있다.
Therefore, according to the conventional turbine apparatus having a self-cooling function, the expansion-side bearing is cooled by using a separate cooling apparatus, but according to the turbine apparatus having the self-cooling function of the present embodiment, the drive shaft 143 and the rotation guide unit 145 are provided. By providing a separation space 160 therebetween so that the working fluid compressed in the compression unit 120 is introduced, it is possible to easily cool the rotation induction unit 145 and the turbine impeller 141 without a separate cooling device.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described herein to various extents that can be modified.

100 : 본 발명의 제1실시예에 따른 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치
110 : 터빈로터 140 : 팽창부
120 : 압축부 150 : 스테이터부
130 : 연소부100: turbine device having a self cooling function according to the first embodiment of the present invention
110: turbine rotor 140: expansion portion
120: compression section 150: stator section
130: combustion unit

Claims (4)

터빈로터; 상기 터빈로터의 일단부와 연결되고, 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축부; 상기 압축부로부터 압축된 상기 작동유체를 연소하는 연소부; 상기 터빈로터의 타단부와 연결되고, 상기 연소부로부터 연소된 작동유체를 공급받아 축일을 생성하여 상기 터빈로터를 통하여 상기 압축부에 전달하는 팽창부;를 포함하는 터빈장치에 있어서,
상기 팽창부는 상기 작동유체를 팽창시키기 위하여 형성되는 터빈 블레이드와, 상기 터빈로터와 축 연결되는 구동축과, 상기 구동축의 외주면으로부터 돌출되게 형성되는 돌기부로 구성되는 터빈 임펠러; 내면이 상기 돌기부의 단부에 접촉되게 체결됨으로써 상기 구동축으로부터 이격되는 슬리브와, 상기 슬리브를 지지하며 상기 팽창부의 원활한 회전을 유도하는 팽창부측 베어링으로 구성되는 회전유도부;를 포함하되,
상기 압축부에서 압축된 작동유체 중 일부가 상기 돌기부로 인하여 형성되는 상기 구동축의 외주면과 상기 슬리브의 내주면 사이의 이격공간 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치.Turbine rotor; A compression unit connected to one end of the turbine rotor and sucking and compressing a working fluid; A combustion unit combusting the working fluid compressed from the compression unit; And an expansion unit connected to the other end of the turbine rotor and receiving a working fluid combusted from the combustion unit to generate a shaft work and to deliver the shaft work to the compression unit through the turbine rotor.
The expansion unit includes a turbine impeller consisting of a turbine blade formed to expand the working fluid, a drive shaft axially connected to the turbine rotor, and a protrusion formed to protrude from an outer circumferential surface of the drive shaft; And a rotation induction part including an inner side of the sleeve spaced apart from the driving shaft by being fastened to be in contact with the end of the protrusion, and an expansion part side bearing supporting the sleeve and inducing smooth rotation of the expansion part.
And a portion of the working fluid compressed by the compression unit is introduced into a space between the outer circumferential surface of the drive shaft formed by the protrusion and the inner circumferential surface of the sleeve. 제1항에 있어서,
상기 압축부에서 압축된 작동유체 중 일부는 상기 압축부의 압력과 상기 팽창부의 압력의 차이로 인하여 상기 구동축의 외주면과 상기 슬리브의 내주면 사이의 이격공간 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치.The method of claim 1,
Some of the working fluid compressed by the compression unit is introduced into the space between the outer peripheral surface of the drive shaft and the inner peripheral surface of the sleeve due to the difference between the pressure of the compression unit and the pressure of the expansion unit having a self-cooling function Turbine device. 제2항에 있어서,
상기 돌기부는 길이방향을 따라 띠(stripe)형상의 종단면으로 돌출되게 형성되되, 복수개가 방사방향으로 이격되게 마련되는 것을 특징으로 하는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치.The method of claim 2,
The protrusion has a self-cooling function, characterized in that formed in the longitudinal direction of the strip (stripe) along the longitudinal direction, the plurality is provided radially spaced apart. 제3항에 있어서,
상기 슬리브는 상기 돌기부의 단부와 접촉하며 상기 구동축에 열박음되는 것을 특징으로 하는 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치.The method of claim 3,
And the sleeve is in contact with an end of the protrusion and is shrinked in the drive shaft.
KR1020100134066A 2010-12-23 2010-12-23 Turbine apparatus having self-cooling function KR101030967B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100134066A KR101030967B1 (en) 2010-12-23 2010-12-23 Turbine apparatus having self-cooling function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100134066A KR101030967B1 (en) 2010-12-23 2010-12-23 Turbine apparatus having self-cooling function

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101030967B1 true KR101030967B1 (en) 2011-04-28

Family

ID=44050527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100134066A KR101030967B1 (en) 2010-12-23 2010-12-23 Turbine apparatus having self-cooling function

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101030967B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327266B1 (en) 2012-10-04 2013-11-20 한국에너지기술연구원 Power-generating equipment and method based on symmetrical vapor turbine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02303340A (en) * 1989-05-15 1990-12-17 Toshiba Corp Claw-pole type synchronous generator
KR19990053038A (en) * 1997-12-23 1999-07-15 유무성 Compressor with improved bearing housing cooling
JP2000192803A (en) 1998-12-22 2000-07-11 General Electric Co <Ge> Cooling system for bearing of turbine rotor
KR20010001174A (en) * 1999-06-02 2001-01-05 구자홍 Structure for cooling gasbearing of turbo compressor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02303340A (en) * 1989-05-15 1990-12-17 Toshiba Corp Claw-pole type synchronous generator
KR19990053038A (en) * 1997-12-23 1999-07-15 유무성 Compressor with improved bearing housing cooling
JP2000192803A (en) 1998-12-22 2000-07-11 General Electric Co <Ge> Cooling system for bearing of turbine rotor
KR20010001174A (en) * 1999-06-02 2001-01-05 구자홍 Structure for cooling gasbearing of turbo compressor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327266B1 (en) 2012-10-04 2013-11-20 한국에너지기술연구원 Power-generating equipment and method based on symmetrical vapor turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101720476B1 (en) Gas turbine
KR101754546B1 (en) Gas turbine
WO2016031393A1 (en) Gas turbine exhaust member, and exhaust chamber maintenance method
EP2148065B1 (en) Gas turbine engine
JP2010159755A (en) Stator casing having improved running clearance under thermal load
KR20190032846A (en) Structure for supporting turbine, turbine and gas turbine using the same
JP2009203871A (en) Connecting structure for exhaust chamber and gas turbine
KR20190057969A (en) Casing support assembly and gas turbine including the same
JP2009191655A (en) Axial flow compressor and gas turbine using the same
KR101030967B1 (en) Turbine apparatus having self-cooling function
US20200095872A1 (en) Damping device for turbine blade assembly and turbine blade assembly having the same
US10502078B2 (en) Gas turbine
JP4746499B2 (en) Atmospheric pressure combustion turbine system with improved shaft cooling structure
JP2005076637A (en) Method and device for sealing between rotary turbine shafts
JP6088643B2 (en) Refrigerant bridge piping for gas turbines that can be inserted into hollow cooled turbine blades
KR101484879B1 (en) A device for sealing in a Turbo machine
JP2004150325A (en) Turbine blade ring structure
KR101634875B1 (en) Micro gas turbine with bearing cooling part
KR101410391B1 (en) Steam Turbine Power Plant for Thermal Power Generation
US10662790B2 (en) Vane assembly and gas turbine including the same
KR20180073248A (en) Gas turbine
KR102120097B1 (en) Stationary vane nozzle of gas turbine
KR101964873B1 (en) Compressor Having Absorbing Thermal Expansion, And Gas Turbine Having The Same
KR101967062B1 (en) Apparatus for preheating compressor and gas turbine comprising the same
KR20220119504A (en) Recuperators for gas turbine engines

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140310

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160308

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee