KR101176008B1

KR101176008B1 - 가변익 터빈 밸브

Info

Publication number: KR101176008B1
Application number: KR1020110052222A
Authority: KR
Inventors: 정원혁; 양설민; 서용권; 강상모
Original assignee: 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-08-21

Abstract

본 발명은 각도 가변이 가능한 다수의 블레이드를 이용하여 유로의 개도를 조절하여 유량을 제어할 수 있는 가변익 터빈 밸브에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가변익 터빈 밸브는 유체가 유동하는 관로의 중심부에 회전 가능하게 설치되는 허브와; 상기 허브에 반경방향으로 연장되게 설치되며, 허브의 외주면에 임의의 각도로 회전 가능하게 설치되어 관로를 개폐하는 복수개의 블레이드와; 상기 허브 내에 설치되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 상기 블레이드를 회전시켜 각도를 조정하는 블레이드 가변유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변익 터빈 밸브{Variable Wing Turbine Valve}

본 발명은 유체의 유동을 제어하는 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각도 가변이 가능한 다수의 날개를 이용하여 유로의 개도를 조절함과 더불어 유체의 유동에 의한 회전 운동에 의해 전력을 생산할 수 있는 가변익 터빈 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 밸브(valve)는 유체의 유량조절 및 흐름의 단속을 제어하기 위하여 배관이나 기기 및 장치 등에 설치하는 것으로서, 유로(流路)를 개폐할 수 있는 가동기구(可動機構)를 갖는 기기를 말한다.

그런데, 감압밸브의 경우 밸브 형상에 따른 교축 현상으로 인하여 고압에너지 손실이 발생하며, 밸브 제어에 따른 유량을 측정하기 위한 위한 별도의 유량계를 필요로 하므로 유량계 설치에 따른 비용이 증가하는 문제가 있다.

또한, 종래의 밸브는 유체의 유동을 제어하는 작용만 수행하며, 유체의 유동 에너지를 이용하지 못한다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 각도 가변이 가능한 다수의 블레이드를 이용하여 유로의 개도를 조절하여 유량을 제어함과 더불어 유체의 유동에 의한 회전 운동에 의해 전력을 생산하며, 유량을 측정할 수 있는 가변익 터빈 밸브를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유체가 유동하는 관로의 중심부에 회전 가능하게 설치되는 허브와; 상기 허브에 반경방향으로 연장되게 설치되며, 허브의 외주면에 임의의 각도로 회전 가능하게 설치되어 관로를 개폐하는 복수개의 블레이드와; 상기 허브 내에 설치되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 상기 블레이드를 회전시켜 각도를 조정하는 블레이드 가변유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 터빈 밸브를 제공한다.

본 발명에 따르면, 블레이드의 기울기 각도를 가변시켜 블레이드 사이 간격을 조정하고, 이를 통해 유량을 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 유체의 유동에 따른 블레이드와 허브의 회전력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

그리고, 허브 또는 블레이드의 회전수를 측정하여 유량을 측정할 수 있으므로 별도의 유량계를 설치할 필요가 없으며, 이에 따라 유량계 설치에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변익 터빈 밸브를 개략적으로 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 가변익 터빈 밸브의 정면도이다.
도 3은 도 1의 가변익 터빈 밸브의 단면도이다.
도 4는 도 1의 가변익 터빈 밸브의 일부분을 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 1의 가변익 터빈 밸브가 완전 개방된 상태를 나타낸 정면도이다.
도 6은 도 1의 가변익 터빈 밸브가 완전 폐쇄된 상태를 나타낸 정면도이다.
도 7은 도 1의 가변익 터빈 밸브가 완전 폐쇄된 상태를 나타낸 일부 절개 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변익 터빈 밸브의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변익 터빈 밸브는 유체가 유동하는 관로(1)의 중심부에 회전 가능하게 설치되는 허브(10)와, 상기 허브(10)에 반경방향으로 연장되게 설치되며 허브(10)의 외주면에 임의의 각도로 회전 가능하게 설치되어 관로(1)를 개폐하는 복수개의 블레이드(20)와, 상기 허브(10) 내에 설치되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 상기 블레이드(20)를 회전시켜 각도를 조정하는 블레이드 가변유닛(30)과, 상기 허브(10) 및 블레이드(20)의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 발전유닛(40)과, 상기 허브(10) 또는 블레이드(20)의 회전수를 검출하여 유량을 산출하는 유량검출유닛을 포함한다.

상기 허브(10)는 유체의 흐름에 대한 저항을 최소화하기 위하여 유선형으로 형성되며, 전방부와 후방부가 상기 관로(1) 내에 고정 설치되는 마운트프레임(2)에 회전이 자유롭게 설치된다. 도 3에서 미설명부호 3은 상기 마운트프레임(2)에 대해 허브(10)의 외주면을 회전 가능하게 지지하는 베어링이다.

상기 허브(10)는 내부가 빈 중공형으로 이루어져, 허브(10)의 내측에 상기 블레이드(20)들의 각도를 가변시키기 위한 블레이드 가변유닛(30)이 구성된다. 또한, 상기 허브(10)의 후단부는 상기 마운트프레임(2)의 후방에 밀폐되게 구성되는 기구부(41) 내의 발전유닛(40)과 연결되어 전력을 생산한다. 상기 발전유닛(40)은 공지의 발전기를 이용해 구성할 수 있다.

상기 유량검출유닛은 상기 관로(1) 외부에서 상기 블레이드(20)와 대응하는 위치에 설치되어 상기 블레이드(20)의 회전에 따른 블레이드(20) 통과 횟수를 측정하고 이를 전기적 펄스 신호로 변환시켜 유량을 산출하는 마그네틱 코일(50)을 포함하여 구성될 수 있다.

이 실시예에서 상기 블레이드 가변유닛(30)은 도 3 및 도 4에 도시한 것과 같이, 상기 허브(10) 내측에 설치되는 모터(31)와, 상기 모터(31)에 연결되어 회전하는 구동기어(32)와, 상기 블레이드(20)들 중 서로 대향되게 배치된 2개 블레이드(20)의 회전축(21)의 내측 단부에 설치되며 상기 구동기어(32)와 치합되어 회전하는 종동기어(33)와, 상기 블레이드(20)들을 서로 연결하는 링크부재(34)를 포함한 구성으로 이루어지나, 이외에도 다양한 공지의 블레이드 가변장치를 이용하여 구성할 수 있을 것이다.

상기 링크부재(34)는 일단부가 어느 한 블레이드(20)의 전면(前面)에 회전이 자유롭게 연결되고 타단부가 인접한 다른 블레이드(20)의 후면(後面)에 회전이 자유롭게 연결되어, 상기 종동기어(33)가 연결된 블레이드(20)가 구동기어(32)의 회전에 의해 어느 일 방향으로 회전시 상기 회전하는 블레이드(20)의 회전력을 인접하고 있는 다른 블레이드(20)에 전달하여 블레이드(20)들을 연쇄적으로 회전시키는 작용을 하게 된다.

상기 구동기어(32)와 종동기어(33)는 베벨기어를 이용하여 구성될 수 있으나 이에 한정하지는 않는다.

상기 블레이드(20)들은 상기 허브(10)의 외주면에 회전축(21)을 중심으로 임의의 각도로 회전하여 기울기 각도의 가변이 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 상기 블레이드(20)들의 앞전(leading edge) 또는 뒷전(tail edge) 부분에는 블레이드(20)들이 서로 완전히 겹쳐져 관로(1)를 폐쇄할 때 각각의 블레이드(20)의 면과 밀착되면서 유체가 누설되는 것을 방지하는 실링재(25)가 부착된다.

그리고, 상기 관로(1)의 내주면에는 상기 블레이드(20)들이 서로 완전히 겹쳐져 관로(1)를 폐쇄할 때 블레이드(20)의 외주연부와 관로(1)의 내주면 사이에 밀착되면서 유체의 누설을 방지하는 링형태의 실링용 림(60)과, 상기 실링용 림(60)을 수평하게 슬라이딩시키기 위한 림구동유닛이 설치된다. 상기 림구동유닛은 통상의 공압실린더 등을 이용하여 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 가변익 터빈 밸브는 다음과 같이 작동한다.

먼저, 도 5는 블레이드(20)를 허브(10)에 대해 대략 90도로 회전시켜 관로(1)를 완전한 개방한 상태로 이 상태에서는 관로(1)를 따라 유동하는 유체가 블레이드(20) 사이 공간을 통과하게 되고, 이 때의 유량은 최대가 된다.

이 상태에서 유량을 조절하고자 할 경우, 블레이드 가변유닛(30)의 모터(31)에 전원을 인가하여 모터(31)를 일방향으로 작동시키면, 모터(31)와 연결된 구동기어(32) 및 종동기어(33)의 회전에 의해 블레이드(20)가 일정 각도, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 대략 45도 각도로 회전하여 블레이드(20) 사이 공간이 일정 정도 축소되고, 유량이 줄어들게 된다.

이 때, 블레이드(20) 및 허브(10)는 유체의 유동에 의해 일방향으로 회전하게 된다. 상기 블레이드(20) 및 허브(10)가 회전함에 따라 발전유닛(40)을 통해 전기가 생산되고, 생산된 전기는 외부의 축전지에 모아지거나 다른 구성부를 직접 동작시키는데 사용된다.

또한, 상기 블레이드(20)와 허브(10)가 회전할 때, 상기 블레이드(20) 외측에 설치된 유량검출유닛의 마그네틱 코일(50)은 상기 블레이드(20)의 회전에 따른 블레이드(20) 통과 횟수를 측정하고 이를 전기적 펄스 신호로 변환시켜 유량을 산출한다. 만약, 산출된 유량이 원하는 유량보다 많을 경우에는 블레이드(20) 간의 간격을 더욱 좁혀 유량을 줄이고, 산출된 유량이 원하는 유량보다 적을 경우에는 블레이드(20) 간의 간격을 넓히도록 상기 블레이드 가변유닛(30)을 제어한다.

그리고, 관로(1)를 통한 유체의 흐름을 완전히 막고자 할 경우에는 상기 블레이드 가변유닛(30)을 작동시켜 도 6에 도시한 것처럼 블레이드(20)들을 서로 완전히 겹쳐지게 회전시킨다. 이 때, 상기 블레이드(20)들의 앞전 및 뒷전에 부착된 실링재(25)가 다른 블레이드(20)들의 면에 밀착되어 유체의 누설을 방지한다. 그리고, 도 7에 도시된 것과 같이 실링용 림(60)이 림구동유닛의 작동에 의해 블레이드(20)들 쪽으로 수평 이동하여 블레이드(20)의 팁(tip)과 관로(1)의 내주면 사이의 공간을 완전히 밀폐시켜 이를 통한 유체의 누설을 막는다.

이와 같이 본 발명의 가변익 터빈 밸브는 블레이드(20)의 기울기 각도를 가변시켜 블레이드(20) 사이 간격을 조정하고, 이를 통해 유량을 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 유체의 유동에 따른 블레이드(20)와 허브(10)의 회전에 의해 전력을 생산할 수 있다.

또한, 허브(10) 또는 블레이드(20)의 회전에 의해 유량을 측정할 수 있으므로 별도의 유량계를 설치할 필요가 없으며, 이에 따라 유량계 설치에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

전술한 본 발명에 따른 가변익 터빈 밸브의 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제시된 것으로 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.

1 : 관로 2 : 마운트프레임
3 : 베어링 10 : 허브
20 : 블레이드 21 : 회전축
25 : 실링재 30 : 블레이드 가변유닛
31 : 모터 32 : 구동기어
33 : 종동기어 34 : 링크부재
40 : 발전유닛 50 : 마그네틱 코일
60 : 실링용 림

Claims

유체가 유동하는 관로(1)의 중심부에 회전 가능하게 설치되는 허브(10)와;
상기 허브(10)에 반경방향으로 연장되게 설치되며, 허브(10)의 외주면에 임의의 각도로 회전 가능하게 설치되어 관로(1)를 개폐하는 복수개의 블레이드(20)와;
상기 허브(10) 내에 설치되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 상기 블레이드(20)를 회전시켜 각도를 조정하는 블레이드 가변유닛(30)을 포함하며;
상기 블레이드 가변유닛(30)은 상기 허브(10) 내측에 설치되는 모터(31)와, 상기 모터(31)에 연결되어 회전하는 구동기어(32)와, 상기 블레이드(20)들 중 적어도 어느 하나의 블레이드(20)의 회전축(21)의 내측 단부에 설치되며 상기 구동기어(32)와 치합되어 회전하는 종동기어(33)와, 상기 블레이드(20)들을 서로 연결하는 링크부재(34)를 포함하고;
상기 블레이드(20)의 앞전(leading edge) 또는 뒷전(tail edge) 부분에는 블레이드(20)들이 서로 완전히 겹쳐져 관로(1)를 폐쇄할 때 각각의 블레이드(20)의 면과 밀착되면서 유체의 누설을 방지하는 실링재(25)가 부착된 것을 특징으로 하는 가변익 터빈 밸브.
제1항에 있어서, 상기 허브(10) 및 블레이드(20)의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 발전유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 터빈 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 허브(10) 또는 블레이드(20)의 회전수를 검출하여 유량을 산출하는 유량검출유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 터빈 밸브.
제3항에 있어서, 상기 유량검출유닛은 상기 관로(1) 내부 또는 관로(1) 외부에 설치되어 상기 블레이드(20)의 통과 횟수를 측정하고 이를 전기적 펄스 신호로 변환시켜 유량을 산출하는 마그네틱 코일(50)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변익 터빈 밸브.
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제1항에 있어서, 상기 관로(1)의 내주면에 수평 이동 가능하게 설치되어 상기 블레이드(20)들이 서로 완전히 겹쳐져 관로(1)를 폐쇄할 때 블레이드(20)의 외주연부와 관로(1)의 내주면 사이에 밀착되면서 유체의 누설을 방지하는 링형태의 실링용 림(60)과, 상기 실링용 림(60)을 수평 이동시키기 위한 림구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변익 터빈 밸브.