KR101700332B1 - 반경류 터빈의 추력감소 장치 - Google Patents

반경류 터빈의 추력감소 장치 Download PDF

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Abstract

반경류 터빈의 추력감소 장치가 제시된다. 반경류 터빈의 추력감소 장치에 있어서, 내부에 축 방향으로 관통 홀이 형성된 회전축; 상기 회전축에 조립되며, 로터 허브와 상기 로터 허브의 외주면에 형성된 로터 깃으로 구성되는 로터; 상기 회전축과 상기 로터를 외부와 격리시키는 케이싱; 및 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에서 기밀을 유지시키는 축봉 장치를 포함할 수 있다.

Description

반경류 터빈의 추력감소 장치{Apparatus for Decreasing Thrust of Radial Inflow Turbine}
아래의 실시예들은 반경류 터빈의 추력을 감소시키는 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치에 관한 것이다.
반경류 터빈(radial flow turbine)은 증기 또는 가스 등 작동 유체가 회전축과 직각을 이루는 평면 내에서 반지름 방향으로 흘러 로터 깃(blade, 날개차)를 회전시키는 형식의 터빈이다. 이러한 반경류 터빈은 외향 반경류 터빈과 내향 반경류 터빈으로 구분할 수 있다. 외향 반경류 터빈은 증기 또는 가스 등이 중심으로 들어가서 반지름 방향으로 흐르고, 내향 반경류 터빈은 증기 또는 가스 등이 반지름 방향으로 바깥 둘레에서 안쪽을 향하여 흘러 터빈의 로터 깃을 구동시킬 수 있다.
한국공개특허 10-2004-0081075호는 이러한 반경류 터빈용 도관 장치에 관한 것으로, 블레이드(로터 깃)의 조정 시에 기능 교란이 대폭적으로 회피되도록 전제된 유형의 도관 장치를 형성하는 반경류 터빈용 도관 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
한편, 최근 에너지 부족의 문제로 증기 동력 사이클 및 유기 랭킨 사이클의 순수 출력을 높이기 위하여 터빈에 높은 압력비가 요구된다. 이에 따라 최근 반경류 터빈에는 높은 추력에 대한 내구성이 요구되고 있다.
일반적으로 반경류 터빈에 작용하는 추력을 제거하기 위해 추력 베어링을 설치한다. 그러나 추력 베어링은 비보존력에 의한 일을 발생시켜 반경류 터빈의 효율을 감소시킨다. 이와 같이 과도한 추력이 요구되는 반경류 터빈에 추력 베어링을 사용하지 않거나 추력 베어링의 규모를 줄일 수 있다면 반경류 터빈의 개발 비용 및 규모를 감소시키고 효율 증대를 도모할 수 있을 것이다.
실시예들은 반경류 터빈의 추력감소 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치에 관한 기술을 제공한다.
실시예들은 상대적으로 높은 압력에 노출되는 반경류 터빈의 로터의 배면(로터 배면)에 적어도 하나 이상의 링을 형성하고, 반경류 터빈의 회전축에 관통 홀을 형성함으로써, 로터 배면의 압력은 로터 입구에서 회전축으로 향할수록 점진적으로 줄어들고 이로 인해 추력을 감소시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치를 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 로터의 배면에 형성되는 링과 회전축에 형성되는 관통 홀에 의해 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시켜, 요구되는 축봉 장치의 성능을 만족시키고 비용을 경감시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치에 있어서,
내부에 축 방향으로 관통 홀이 형성된 회전축; 상기 회전축에 조립되며, 로터 허브와 상기 로터 허브의 외주면에 형성된 로터 깃으로 구성되는 로터; 상기 회전축과 상기 로터를 외부와 격리시키는 케이싱; 및 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에서 기밀을 유지시키는 축봉 장치를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 로터 허브의 배면(back face)부에는 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되며, 상기 로터 허브의 배면부와 마주보는 상기 케이싱의 내면부에는 상기 적어도 하나 이상의 돌출부가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부가 형성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 홈부는 상기 적어도 하나 이상의 돌출부가 안내되는 적어도 하나 이상의 링 형상의 홈으로 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 돌출부는 상기 회전축을 중심으로 형성되는 돌출된 형태의 적어도 하나 이상의 링(ring)으로 이루어지고, 상기 적어도 하나 이상의 홈부에 의해 상기 적어도 하나 이상의 링이 안내될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 링(ring)은 서로 다른 직경의 복수 개의 링으로 이루어지고, 상기 적어도 하나 이상의 홈부는 상기 복수 개의 링을 각각 안내하는 복수 개의 홈부로 이루어져 다중 링 구조가 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 로터 허브의 배면(back face)부에는 돌출된 형태의 제1 링(ring) 및 상기 제1 링보다 직경이 큰 돌출된 형태의 제2 링이 형성되며, 상기 로터 허브의 배면부와 마주보는 상기 케이싱의 내면부에는 상기 제1 링이 안내되는 링 형상의 제1 홈부 및 상기 제2 링이 안내되는 상기 제1 홈부보다 직경이 큰 상기 제2 홈부가 형성되어, 이중 링 구조가 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 로터 허브의 배면(back face)부에는 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되며, 상기 케이싱의 내면부에는 상기 로터 허브의 배면부와 마주보는 원판이 형성되고, 상기 원판의 전면부에 상기 적어도 하나 이상의 돌출부가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부가 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 관통 홀은 상기 로터가 배치되는 상기 회전축의 내부에 형성되며, 디퓨저의 전단까지 중공으로 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 링은 상기 로터 허브와 일체로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치에 있어서, 회전축; 상기 회전축의 외주면에 형성되어 작동 유체에 의해 회전하는 로터; 상기 회전축과 상기 로터를 외부와 격리시키는 케이싱; 및 상기 회전축과 상기 케이싱 사이에서 기밀을 유지시키는 축봉 장치를 포함하고, 상기 로터의 배면(back face)부에는 서로 다른 직경으로 이루어진 돌출된 형태의 복수 개의 링(ring)이 형성되며, 상기 로터의 배면부와 마주보는 상기 케이싱의 내면부에는 상기 복수 개의 링이 각각 안내되는 링 형상의 복수 개의 홈부가 형성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 회전축은 내부에 축 방향으로 디퓨저의 전단까지 관통 홀이 형성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수 개의 링은 상기 로터와 일체로 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면 상대적으로 높은 압력에 노출되는 반경류 터빈의 로터의배면에 적어도 하나 이상의 링을 형성하고, 반경류 터빈의 회전축에 관통 홀을 형성함으로써, 로터 배면의 압력은 로터 입구에서 회전축으로 향할수록 점진적으로 줄어들고 이로 인해 추력을 감소시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 로터의 배면에 형성되는 링과 회전축에 형성되는 관통 홀에 의해 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시킴으로써, 축봉 장치의 성능을 최대화시키고 비용을 경감시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 유동 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 정면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 배면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 도 5의 A-A'절단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 분해도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 반경류 터빈(radial flow turbine)의 추력(thrust force)을 감소시키는 기술에 관한 것으로, 더 구체적으로 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키는 반경류 터빈의 추력감소 장치에 관한 것이다.
이러한 반경류 터빈의 추력을 감소시킴으로써 추력 베어링이 필요하지 않거나 그 규모가 축소되어 반경류 터빈의 크기와 개발 비용을 감소시킬 수 있으며, 축봉 장치에 미치는 압력이 감소시켜 축봉 장치에 요구되는 성능지표가 완화될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 유동 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 반경류 터빈에서 작동 유체는 반경 방향으로 유입되어 축 방향으로 유출된다. 아래에서는 반경류 터빈 중 내향 반경류 터빈을 중심으로 유동방향을 설명하기로 한다.
반경류 터빈에서 작동 유체는 볼류트(11)에서 노즐(12)을 통해 반경 방향으로 유입되고, 인터페이스(13)를 거쳐 로터(14)로 유입되어 디퓨저(15)가 있는 축 방향으로 유출될 수 있다.
더 구체적으로, 증발기에서 가열된 고온, 고압의 작동 유체는 볼류트(11)를 거쳐 노즐(12)로 유도되고, 노즐(12)에서 작동 유체는 가속되어 인터스페이스(13)를 거치면서 유동이 정류될 수 있다. 이후, 로터(14)는 작동 유체의 에너지를 회수하며, 응축기에서 원활하게 작동 유체가 응축될 수 있도록 작동 유체의 압력은 디퓨저(15)를 통해 회복될 수 있다. 즉, 작동 유체의 에너지는 로터 허브(16) 상에 배열된 로터 깃에 의해 회전 에너지로 변환되고, 로터 깃은 에너지를 소모한 가스를 회전축 방향으로 배출시킬 수 있다.
상대적으로 고압인 볼류트(11) 혹은 노즐(12)의 작동 유체는 반경류 터빈에서 로터(14)의 배면(18, back face)에 작용하여, 축 방향의 추력을 발생시킨다. 이러한 추력의 크기는 로터의 배면(18)의 면적과 로터(14)의 출구 측 투영 면적의 차, 그리고 로터(14)의 입, 출구의 압력 차에 비례하므로 로터(14)의 입구 측 반경이 크거나 해당 반경류 터빈에 요구되는 압력비(P inlet /P exit )가 클 때 추력은 증가하게 된다.
한편, 최근 에너지 부족의 문제로 증기 동력 사이클 및 유기 랭킨 사이클의 순수 출력을 높이기 위하여 터빈에 높은 압력비가 요구된다. 이에 따라 최근 반경류 터빈에는 높은 추력에 대한 내구성이 요구되고 있다. 일반적으로 반경류 터빈에 작용하는 추력을 제거하기 위해 추력 베어링을 설치한다. 그러나 추력 베어링은 비보존력에 의한 일을 발생시켜 반경류 터빈의 효율을 감소시키므로 추력 베어링을 사용하지 않거나 추력 베어링의 규모를 줄이는 것이 좋다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 정면도이다. 그리고 도 4는 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 배면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 회전축(110), 로터(120), 케이싱(130), 및 축봉 장치(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 도시되지는 않았지만 케이싱(130)이 연장 형성되어 회전축(110) 및 로터(120)를 외부와 차단시킬 수 있다.
회전축(110)은 로터(120) 및 케이싱(130)의 내부에 형성되며, 작동 유체에 의해 로터 깃(123) 및 로터 허브(121)와 함께 회전할 수 있다. 이러한 회전축(110)의 내부에는 축 방향으로 관통 홀(111)이 형성되어 축 방향 추력을 감소시키고 축봉 장치(140)에 미치는 압력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 관통 홀(111)은 로터(120)가 배치되는 회전축(110)의 내부에 형성되며, 디퓨저의 전단까지 중공으로 형성될 수 있다.
로터(120)는 로터 허브(121) 및 로터 깃(123)을 포함하여 이루어질 수 있다.
로터(120)는 회전축(110)의 일측에 조립될 수 있고, 로터 허브(121)와 로터 허브(121)의 외주면에 형성된 로터 깃(123)으로 구성되어 회전축(110)을 중심으로 회전할 수 있다.
로터 허브(121)의 배면(back face)부에는, 예를 들어, 돌출된 형상의 이중 링 또는 다중 링이 형성될 수 있다. 이러한 이중 링 또는 다중 링은 케이싱(130)에 형성되는 링 형상의 홈부에 결합될 수 있다.
로터 깃(123)은 로터 허브(121)의 주위에 배열될 수 있으며, 더 구체적으로 로터 허브(121)의 외주면에 반경 방향으로 형성될 수 있다. 로터 깃(123)은 작동 유체에 의해 회전하게 되며, 로터 허브(121)와 부착 또는 결합되어 회전할 수 있다.
이러한 로터(120)는 작동 유체가 로터 깃(123)에 회전력을 가하여 로터 깃(123)이 회전축(110)을 중심으로 회전하게 되어 작동 유체의 에너지를 기계적 일로 변환시킬 수 있다.
케이싱(130)은 회전축(110)과 로터(120)를 외부로부터 격리시킬 수 있다. 케이싱(130)은 회전축(110)과 로터(120)의 외부에 형성되고, 케이싱(130)의 적어도 내부의 일부는 작동 유체에 의해 회전하는 로터(120)의 배면부와 소정 거리 이격되어 마주보게 형성될 수 있다. 예를 들어, 케이싱(130)의 내면부에는 링 형상의 홈부가 형성될 수 있고, 이러한 링 형상의 홈부는 로터 허브(121)에 형성되는 돌출된 형상의 이중 링 또는 다중 링과 대응되어 각각 결합될 수 있다.
축봉 장치(140)는 회전축(110)과 케이싱(130) 사이에 형성되어 기밀을 유지시킬 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 이중 링 또는 다중 링 구조와 회전축(110)의 내부에 관통 홀(111)이 형성됨으로써, 로터 허브(121)의 배면에 형성되는 압력은 로터 깃(123)의 입구에서 회전축(110) 방향으로 향할수록 점진적으로 줄어들어 축 방향 추력을 감소시킬 수 있다.
축 방향 추력이 발생하는 경우, 로터(120)는 한 쪽 방향으로 밀리는 현상이 발생되어 케이싱(130)과 로터(120) 등이 접촉하여 동력 소모가 증가되며 재료의 마모를 유발할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 반경류 터빈의 추력을 감소시킴으로써 추력 베어링이 필요하지 않거나 그 규모가 축소 가능하여 반경류 터빈의 크기와 개발 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 동력 소모 및 재료의 마모를 줄일 수 있어 높은 성능을 얻을 수 있다.
아래에서는 도 5 내지 도 6을 참조하여 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치에 대해 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 측면도이다. 그리고 도 6은 도 5의 A-A'절단면을 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 회전축(110), 로터(120), 케이싱(130), 및 축봉 장치(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 로터(120)는 로터 허브(121) 및 로터 깃(123)을 포함할 수 있다.
회전축(110)은 로터(120) 및 케이싱(130)의 내부에 형성되는 축으로, 상기 회전축(110)을 중심으로 작동 유체에 의해 로터 깃(123) 및 로터 허브(121)가 회전할 수 있다.
이러한 회전축(110)은 내부에 축 방향으로 관통 홀(111)이 형성될 수 있으며, 특히 로터(120)가 배치되는 회전축(110)의 내부가 축 방향의 관통 홀(111)에 의해 중공으로 형성되며, 관통 홀(111)의 끝단이 반경 방향으로 연결되어 로터 허브(121)의 배면(back face)부 및 축봉 장치(140)로 안내됨에 따라 축봉 장치(140)에 미치는 압력을 감소시킬 수 있다. 관통 홀(111)은 축 방향으로 연장되어 반경류 터빈의 유로 중 가장 저압부인 디퓨저의 전단까지 중공으로 형성될 수 있다.
로터(120)는 로터 허브(121) 및 로터 깃(123)을 포함하여 이루어질 수 있다.
로터 허브(121)는 회전축(110)의 일측에 조립되며, 로터 허브(121)의 외주면에는 로터 깃(123)이 형성될 수 있다. 그리고 로터 허브(121)의 배면(back face)부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되어, 로터 배면에 발생되는 압력을 감소시킬 수 있다.
이 때, 적어도 하나 이상의 돌출부(122)는 로터 허브(121)와 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그리고 적어도 하나 이상의 돌출부(122)는 회전축(110)을 중심으로 형성되는 돌출된 형상의 적어도 하나 이상의 링(ring, 122)으로 이루어질 수 있다. 적어도 하나 이상의 링(122)은 가공 등을 통해 로터 허브(121)와 일체로 형성되어 회전 등의 경우에도 일정 강도를 유지할 수 있다.
로터 깃(123)은 로터 허브(121)의 외주면에 반경 방향으로 형성되어, 작동 유체에 의해 회전축(110)을 중심으로 로터 허브(121)와 함께 회전할 수 있다.
한편, 로터 허브(121)는 로터 깃(123)과 일체로 형성되거나 별도로 형성되어 부착 및 결합될 수도 있다.
케이싱(130)은 회전축(110)과 로터(120)를 외부와 격리시킬 수 있다.
케이싱(130)은 회전축(110)과 로터(120)의 외부에 형성되고, 케이싱(130)의 적어도 내면의 일부는 작동 유체에 의해 회전하는 로터(120)의 배면부와 마주보도록 형성될 수 있다.
케이싱(130)의 내면부에는 가공 등에 의해 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수 있다.
상기의 적어도 하나 이상의 홈부(132)는 적어도 하나 이상의 돌출부(122) 또는 적어도 하나 이상의 링(122)이 안내되는 적어도 하나 이상의 링 형상의 홈으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 로터 허브(121)의 배면부에 형성되는 돌출된 형태의 링은 케이싱(130)에 형성되는 링 형상의 홈에 적어도 일부 삽입 또는 결합되고, 회전에 따라 가이드될 수 있다.
그리고, 케이싱(130)의 내면부에는 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 원판(131)이 일체 또는 별도로 형성될 수 있다. 원판(131)은 원형의 판으로 이루어지고 케이싱(130)과 일체로 형성되거나 별도로 형성되어 결합될 수 있다. 이러한 원판(131)의 전면부는 로터 허브(121)의 배면부와 마주보도록 형성되어, 원판(131)의 전면부에 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수 있다.
다시 말하면, 로터 허브(121)의 배면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되며, 케이싱(130)의 내면부에는 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 원판(131)이 형성되고, 상기의 원판(131)의 전면부에 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수 있다. 이에, 적어도 하나 이상의 홈부(132)에 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 끼움 결합되고, 로터 허브(121)의 회전에 따라 돌출부(122)가 홈부(132)를 따라 움직일 수 있다.
여기서, 적어도 하나 이상의 홈부(132)는 링 형상으로 이루어질 수 있으며, 로터 허브(121)의 배면부에 형성되는 적어도 하나 이상의 링(122)과 결합 및 안내될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 회전축(110), 로터 허브(121)와 로터 깃(123)을 포함하는 로터(120), 케이싱(130), 및 축봉 장치(140)를 포함하여 이루어지며, 로터 허브(121)에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되고 케이싱(130)에는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성되어, 돌출부(122)의 회전이 홈부(132)에 의해 안내될 수 있다.
일 예로, 로터 허브(121)의 배면(back face)부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되며, 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 케이싱(130)의 내면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수 있다. 이에 따라 로터 허브(121)의 회전에 따라 돌출부(122)가 홈부(132)에 적어도 일부 삽입되고 홈부(132)에 의해 가이드되어 움직일 수 있다.
다른 예로, 적어도 하나 이상의 홈부(132)는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 링 형상의 홈으로 이루어질 수 있다. 다시 말하면, 로터 허브(121)의 배면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되며, 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 케이싱(130)의 내면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 링 형상의 홈부(132)가 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 적어도 하나 이상의 돌출부(122)는 회전축(110)을 중심으로 형성되는 돌출된 형태의 적어도 하나 이상의 링(122)으로 이루어지고, 적어도 하나 이상의 링 형상의 홈부(132)에 의해 적어도 하나 이상의 링(122)이 안내될 수 있다.
이 때, 적어도 하나 이상의 링(122)은 서로 다른 직경의 복수 개의 링으로 이루어질 수 있다. 또한, 적어도 하나 이상의 홈부(132)는 복수 개의 링(122)을 각각 안내하는 복수 개의 홈부(132)로 이루어짐으로써, 복수 개의 홈부(132)에 복수 개의 링(122)이 각각 삽입되어 회전에 따라 안내되는 다중 링 구조가 형성될 수 있다.
아래에서는 도 6을 참조하여 반경류 터빈의 추력감소 장치의 이중 링 구조에 대해 하나의 예를 들어 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 로터 허브(121)의 배면부에는 돌출된 형태의 제1 링(122a) 및 제1 링(122a)보다 직경이 큰 돌출된 형태의 제2 링(122b)이 형성될 수 있다. 이에 대응되도록 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 케이싱(130)의 내면부에는 제1 링(122a)이 안내되는 링 형상의 제1 홈부(132a)가 형성되고, 제2 링(122b)이 안내되는 제1 홈부(132a)보다 직경이 큰 제2 홈부(132b)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 링(122a)은 제1 홈부(132a)에 적어도 일부 삽입되어 제1 링(122a)의 회전에 따라 안내되고, 제2 링(122b)은 제2 홈부(132b)에 적어도 일부 삽입되어 제2 링(122b)의 회전에 따라 안내되는 이중 링 구조가 형성될 수 있다.
로터 허브(121)의 배면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되며, 케이싱(130)의 내면부에는 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 원판(131)이 형성되고, 원판(131)의 전면부에 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수도 있다.
한편, 작동 유체에 의해 회전하는 로터 깃(123)과 로터 깃(123)과 결합 형성된 로터 허브(121) 및 회전축(110)이 회전 구동됨에 따라 케이싱(130)의 내부 측 회전축(110)도 회전될 수 있다.
기존 반경류 터빈의 구조에서 볼류트 혹은 노즐의 압력이 로터의 배면 전체에 비교적 일정하게 작용하는 것과는 달리, 실시예들에 따른 반경류 터빈의 추력 감소 장치는 다중으로 설치된 링(122)과 관통 홀(111)로 인하여 로터(120) 또는 로터 허브(121)의 배면의 압력은 로터 입구에서 회전축(110)으로 향할수록 점진적으로 줄어들게 되고, 이로 인해 추력을 감소시킬 수 있다.
더불어 다중으로 설치된 링(122)과 관통 홀(111)은 축봉 장치(140)에 미치는 압력을 감소시키므로, 요구되는 축봉 장치(140)의 성능을 만족시킬 수 있으며 비용을 경감시킬 수 있다. 특히, 로터(120)가 배치되는 회전축(110)의 내부가 축 방향의 관통 홀(111)에 의해 중공으로 형성되며, 상기 관통 홀(111)의 끝단이 반경 방향으로 연결되어 로터 허브(121)의 배면(back face)부 및 축봉 장치(140)로 안내됨에 따라 축봉 장치(140)에 미치는 압력을 감소시킬 수 있다.
축봉 장치(140)는 기밀을 유지시키거나 누설을 방지하는 장치로, 축봉 장치가 케이싱을 관통하는 부분에서 고압의 유체가 외부로 누출하거나 외부로부터 저압측으로 공기가 누입하는 것을 방지할 목적으로 사용될 수 있다. 이러한 축봉 장치(140)의 누설을 방지하기 위해 축봉 장치(140)에 미치는 압력을 최소화 하여야 한다.
도 7은 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치를 나타내는 분해도이다.
도 7을 참조하면, 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 회전축(110), 로터(120), 케이싱(130), 및 축봉 장치(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 도시되지는 않았지만 케이싱(130)이 연장 형성되어 회전축(110) 및 로터(120)를 외부와 차단시킬 수 있다.
여기서, 로터 허브(121)의 배면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되며, 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 케이싱(130)의 내면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 로터 허브(121)의 배면부에는 돌출된 형태의 제1 링(122a) 및 제2 링(122b)이 형성될 수 있다. 여기서 제2 링(122b)은 제1 링(122a)보다 직경이 큰 돌출된 형태의 제2 링(122b)이 형성될 수 있다.
그리고, 제1 링(122a)과 제2 링(122b)에 대응되도록 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 케이싱(130)의 내면부에는 제1 홈부(132a) 및 제2 홈부(132b)가 형성될 수 있다.
다시 말하면, 케이싱(130)의 내면부에는 제1 링(122a)이 결합 및 안내되는 링 형상의 제1 홈부(132a)가 형성되고, 제2 링(122b)이 결합 및 안내되는 제1 홈부(132a)보다 직경이 큰 제2 홈부(132b)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 링(122a)은 제1 홈부(132a)에 결합되고, 제2 링(122b)은 제2 홈부(132b)에 결합되어 이중 링 구조가 형성될 수 있다.
다른 예로, 로터 허브(121)의 배면부에는 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 형성되며, 케이싱(130)의 내면부에는 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 원판(131)이 형성되고, 원판(131)의 전면부에 적어도 하나 이상의 돌출부(122)가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부(132)가 형성될 수 있다.
다시 말하면, 로터 허브(121)의 배면부에는 돌출된 형태의 제1 링(122a) 및 제2 링(122b)이 형성될 수 있다. 여기서 제2 링(122b)은 제1 링(122a)보다 직경이 큰 돌출된 형태의 제2 링(122b)이 형성될 수 있다.
그리고, 제1 링(122a)과 제2 링(122b)에 대응되도록 로터 허브(121)의 배면부와 마주보는 원판(131)의 전면부에는 제1 링(122a)이 안내되는 링 형상의 제1 홈부(132a) 및 제2 링(122b)이 안내되는 제1 홈부(132a)보다 직경이 큰 제2 홈부(132b)가 형성됨으로써, 제1 링(122a)은 제1 홈부(132a)에 결합되고, 제2 링(122b)은 제2 홈부(132b)에 결합되는 이중 링 구조가 형성될 수 있다.
여기에서는 이중 링 구조를 예를 들어 설명하였으나, 이중 링 구조뿐만 아니라 하나의 링 구조와 다중 링 구조로 형성될 수도 있다.
아래에서는 다른 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치에 대해 설명하기로 한다.
다른 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)는 회전축(110), 로터(120), 케이싱(130), 및 축봉 장치(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이는 도 2 내지 도 7에서 설명한 일 실시예에 따른 반경류 터빈의 추력감소 장치(100)를 이용하여 구체적으로 설명할 수 있다.
로터(120)는 회전축(110)의 외주면에 형성되어 작동 유체에 의해 회전될 수 있다. 로터(120)는 반경 방향으로 로터 깃(123)이 형성될 수 있다.
여기서, 회전축(110)은 로터(120)가 배치되는 내부에 축 방향으로 관통 홀(111)이 형성될 수 있다. 이러한 관통 홀(111)은 내부에 축 방향으로 디퓨저의 전단까지 연장 형성될 수 있다.
그리고, 로터(120)의 배면부에는 서로 다른 직경으로 이루어진 돌출된 형태의 복수 개의 링(122)이 가공 등에 의해 형성될 수 있다. 이러한 복수 개의 링(122)은 로터(120)와 일체로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
케이싱(130)은 회전축(110)의 외부에 형성되며, 회전축(110)과 로터(120)를 외부와 격리시킬 수 있다.
그리고 케이싱(130)의 내면부에는 복수 개의 링(122)이 각각 안내되는 링 형상의 복수 개의 홈부(132)가 가공 등에 의해 형성될 수 있다.
다시 말하면, 로터(120)의 배면부에는 서로 다른 직경으로 이루어진 돌출된 형태의 복수 개의 링(122)이 형성되며, 로터(120)의 배면부와 마주보는 케이싱(130)의 내면부에는 복수 개의 링이 각각 안내되는 링 형상의 복수 개의 홈부(132)가 형성됨으로써, 복수 개의 링(122)과 복수 개의 홈부(132)가 각각 삽입 및 결합될 수 있다.
예를 들어, 반경류 터빈의 로터는 상대적으로 높은 압력에 노출되는 배면에 로터(120)와 일체로 가공된 이중의 링(122)을 가질 수 있다. 여기서, 링(122)은 경우에 따라서 반경 방향으로 여러 겹 형성되어 다중 링을 형성할 수 있으며, 반드시 로터(120)와 일체일 필요는 없다.
축봉 장치(140)는 회전축(110)과 케이싱(130) 사이에 배치되어 기밀을 유지시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 따르면, 반경류 터빈의 회전축(110)은 터빈 유로 중 가장 저압인 디퓨저의 전단까지 중공된 관통 홀(111)을 가질 수 있다. 기존 반경류 터빈의 구조에서는 볼류트 혹은 노즐의 압력이 로터의 배면 전체에 비교적 일정하게 작용하는 것과는 달리, 실시예에 따른 반경류 터빈은 다중으로 설치된 링과 관통 홀로 인하여 로터의 배면의 압력은 로터의 입구에서 회전축으로 향할수록 점진적으로 줄어들게 된다. 이에 따라 축 방향 추력을 감소시킬 수 있다.
더불어 다중으로 설치된 링(122)과 관통 홀(111)은 축봉 장치(140)에 미치는 압력을 감소시키므로, 요구되는 축봉 장치의 성능을 얻을 수 있으며 비용을 경감시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 반경류 터빈의 추력감소 장치
110: 회전축
120: 로터
130: 케이싱
140: 축봉 장치

Claims (12)

  1. 내부에 축 방향으로 관통 홀이 형성된 회전축;
    상기 회전축에 조립되며, 로터 허브와 상기 로터 허브의 외주면에 형성된 로터 깃으로 구성되는 로터;
    상기 회전축과 상기 로터를 외부와 격리시키는 케이싱; 및
    상기 회전축과 상기 케이싱 사이에서 기밀을 유지시키는 축봉 장치를 포함하고,
    상기 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키기 위해 상기 로터가 배치되는 상기 회전축의 내부가 축 방향의 상기 관통 홀에 의해 중공으로 형성되며 상기 관통 홀의 끝단이 반경 방향으로 연결되어 상기 로터 허브의 배면(back face)부 및 상기 축봉 장치로 안내됨에 따라 상기 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키고,
    상기 로터 허브의 배면(back face)부에는 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되며, 상기 로터 허브의 배면부와 마주보는 상기 케이싱의 내면부에는 상기 적어도 하나 이상의 돌출부가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부가 형성되어, 상기 로터의 배면부에 형성되는 압력이 로터 깃의 입구에서 상기 회전축의 방향으로 향할수록 줄어들어 축 방향의 추력을 감소시키는 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 홈부는,
    상기 적어도 하나 이상의 돌출부가 안내되는 적어도 하나 이상의 링 형상의 홈인 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 돌출부는,
    상기 회전축을 중심으로 형성되는 돌출된 형태의 적어도 하나 이상의 링(ring)으로 이루어지고,
    상기 적어도 하나 이상의 홈부에 의해 상기 적어도 하나 이상의 링이 안내되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 링(ring)은 서로 다른 직경의 복수 개의 링으로 이루어지고, 상기 적어도 하나 이상의 홈부는 상기 복수 개의 링을 각각 안내하는 복수 개의 홈부로 이루어져 다중 링 구조가 형성되는 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로터 허브의 배면(back face)부에는 돌출된 형태의 제1 링(ring) 및 상기 제1 링보다 직경이 큰 돌출된 형태의 제2 링이 형성되며,
    상기 로터 허브의 배면부와 마주보는 상기 케이싱의 내면부에는 상기 제1 링이 안내되는 링 형상의 제1 홈부 및 상기 제2 링이 안내되는 상기 제1 홈부보다 직경이 큰 제2 홈부가 형성되어, 이중 링 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터 허브의 배면(back face)부에는 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되며,
    상기 케이싱의 내면부에는 상기 로터 허브의 배면부와 마주보는 원판이 형성되고, 상기 원판의 전면부에 상기 적어도 하나 이상의 돌출부가 안내되는 적어도 하나 이상의 홈부가 형성되는 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  8. 삭제
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 링은 상기 로터 허브와 일체로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  10. 회전축;
    상기 회전축의 외주면에 형성되어 작동 유체에 의해 회전하는 로터;
    상기 회전축과 상기 로터를 외부와 격리시키는 케이싱; 및
    상기 회전축과 상기 케이싱 사이에서 기밀을 유지시키는 축봉 장치
    를 포함하고,
    상기 회전축은 상기 로터가 배치되는 상기 회전축의 내부에 축 방향으로 관통 홀이 형성되고, 상기 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키기 위해 상기 로터가 배치되는 상기 회전축의 내부가 축 방향의 상기 관통 홀에 의해 중공으로 형성되며 상기 관통 홀의 끝단이 반경 방향으로 연결되어 상기 로터의 배면(back face)부 및 상기 축봉 장치로 안내됨에 따라 상기 축봉 장치에 미치는 압력을 감소시키고,
    상기 로터의 배면(back face)부에는 서로 다른 직경으로 이루어진 돌출된 형태의 복수 개의 링(ring)이 형성되며,
    상기 로터의 배면부와 마주보는 상기 케이싱의 내면부에는 상기 복수 개의 링이 각각 안내되는 링 형상의 복수 개의 홈부가 형성되어, 상기 로터의 배면부에 형성되는 압력이 로터 깃의 입구에서 상기 회전축의 방향으로 향할수록 줄어들어 축 방향의 추력을 감소시키는 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 링은 상기 로터와 일체로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 반경류 터빈의 추력감소 장치.
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