KR102133491B1 - Generator using turbine and compressor using motor - Google Patents

Generator using turbine and compressor using motor Download PDF

Info

Publication number
KR102133491B1
KR102133491B1 KR1020190033866A KR20190033866A KR102133491B1 KR 102133491 B1 KR102133491 B1 KR 102133491B1 KR 1020190033866 A KR1020190033866 A KR 1020190033866A KR 20190033866 A KR20190033866 A KR 20190033866A KR 102133491 B1 KR102133491 B1 KR 102133491B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compressor
balancing
rotor
fluid
working fluid
Prior art date
Application number
KR1020190033866A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조종재
백영진
신형기
이길봉
조준현
이범준
노철우
최봉수
나호상
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020190033866A priority Critical patent/KR102133491B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102133491B1 publication Critical patent/KR102133491B1/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
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • 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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/06—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially radially
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/027—Arrangements for balancing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using kinetic energy
    • 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
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F16F15/161—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material characterised by the fluid damping devices, e.g. passages, orifices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

The present invention relates to a power generator. According to the present invention, the power generator includes: a compressor generating a high-pressure working fluid; a heater increasing the temperature of the working fluid discharged from the compressor; a turbine providing a rotation driving force to a rotary shaft by being rotated along the rotary shaft fixed by the working fluid discharged from the heater, while generating an axial load in one direction by the rotation along the rotary shaft; and a generator including a rotor, which is fixed to the rotary shaft on a position spaced apart from the turbine, and a stator corresponding to the rotor to generate power by rotating the rotor around the stator in accordance with the rotation of the rotary shaft, if the pressure of a balancing fluid is dropped as the balancing fluid flows into a balancing structure formed by the rotor and the stator, forming a balance load in the other direction opposite to the one direction by using the falling pressure, thereby offsetting the axial load of the turbine. According to the present invention, as the generator also functions as a balance piston, a shafting structure in the power generator can be simplified, and thus, the power generator can be miniaturized.

Description

터빈을 이용한 발전장치 및 모터를 이용한 압축장치{Generator using turbine and compressor using motor}Generator using turbine and compressor using motor {Generator using turbine and compressor using motor}

본 발명은 터빈을 이용한 발전장치 및 모터를 이용한 압축장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전장치 내 발전기의 로터와 스테이터를 밸런스 피스톤 구조로 형성하여 터빈에 형성되는 축방향 하중과 대응되는 밸런스 하중을 생성하는 발전장치와, 모터 내 로터와 스테이터를 밸런스 피스톤 구조로 형성하여 압축기에 형성되는 축방향 하중과 대응되는 밸런스 하중을 생성하는 압축장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation device using a turbine and a compression device using a motor, and more specifically, to form a balance piston structure of a rotor and a stator of a generator in a power generation device to generate a balance load corresponding to an axial load formed in the turbine. It relates to a generating device for generating, and a compression device for forming a rotor and a stator in a motor in a balance piston structure to generate a balance load corresponding to the axial load formed in the compressor.

일반적으로 가스 터빈을 이용한 발전장치는 가스 터빈 엔진 시스템의 축 상에 고속 발전기를 직결 장착한 구조를 가지며, 시스템에서 필요로 하는 전력을 공급하는 장치를 말한다.In general, a power generation device using a gas turbine has a structure in which a high-speed generator is directly mounted on an axis of a gas turbine engine system, and refers to a device that supplies power required by the system.

한편, 가스 터빈을 이용하는 발전장치에서 터보 기기에 의하여 발생되는 축방향 하중(axial force)은 터빈들을 서로 대칭되도록 설치하거나, 도 1에 도시된 바와 같이, 밸런스 피스톤(balance piston)을 기기 내에 적용하여 조절하는 것이 일반적이다. 그러나, 밸런스 피스톤이 적용된 터보 기기들은 축계의 구조가 복잡해지는 문제는 물론, 그 길이가 길어지는 단점을 가지고 있다.On the other hand, the axial force (axial force) generated by the turbo device in the power generation device using a gas turbine is to install the turbines to be symmetrical to each other, as shown in Figure 1, by applying a balance piston (balance piston) in the device It is common to adjust. However, the turbo devices to which the balance piston is applied have a problem that the structure of the shaft system is complicated, and the length thereof is long.

특허문헌 (0001) 『미국등록특허 제5,167,484호』Patent Literature (0001) 『US Registered Patent No. 5,167,484』

본 발명은 터빈의 축방향 하중을 상쇄하면서도 축계의 구조가 간단한 발전장치 및 압축장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a power generation device and a compression device having a simple axial structure while canceling the axial load of the turbine.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고압의 작동 유체(working fluid)를 생성하는 압축기; 상기 압축기로부터 토출되는 상기 작동 유체의 온도를 상승시키는 가열장치; 상기 가열장치로부터 토출된 상기 작동유체에 의해 고정된 회전축을 따라 회전됨으로써 상기 회전축에 회전 구동력을 제공하되, 상기 회전에 의한 일 방향의 축방향 하중이 상기 회전축을 따라 발생되는 터빈; 및 상기 터빈으로부터 이격된 위치에서 상기 회전축에 고정된 로터와 상기 로터에 대응되는 스테이터가 각각 설치되어 상기 회전축의 회전에 따라 상기 로터가 상기 스테이터를 기준으로 회전함으로써 발전하며, 상기 로터와 상기 스테이터가 형성하는 밸런싱 구조로 밸런싱 유체가 유입되어 상기 밸런싱 유체의 압력이 강하되면, 상기 강하된 압력을 이용하여 상기 일 방향과 반대되는 타 방향의 밸런스 하중을 형성함으로써, 상기 터빈의 축방향 하중을 상쇄하는 발전기를 포함하는 발전장치를 제공한다.In order to achieve this object, the present invention is a compressor for generating a high pressure working fluid (working fluid); A heating device that raises the temperature of the working fluid discharged from the compressor; A turbine which rotates along a rotation axis fixed by the working fluid discharged from the heating device to provide rotational driving force to the rotation axis, wherein an axial load in one direction due to the rotation is generated along the rotation axis; And a rotor fixed to the rotating shaft at a position spaced apart from the turbine and a stator corresponding to the rotor are respectively installed to develop by rotating the rotor relative to the stator according to the rotation of the rotating shaft, and the rotor and the stator are When the balancing fluid is introduced into the balancing structure to be formed and the pressure of the balancing fluid is lowered, the balance pressure in the other direction opposite to the one direction is formed by using the dropped pressure, thereby canceling the axial load of the turbine It provides a power generation device including a generator.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 고압의 작동 유체(working fluid)를 생성하는 압축기; 상기 압축기로부터 토출되는 상기 작동 유체의 온도를 상승시키는 가열장치; 상기 가열장치로부터 토출된 상기 작동유체에 의해 고정된 회전축을 따라 회전됨으로써 상기 회전축에 회전 구동력을 제공하되, 상기 회전에 의한 일 방향의 축방향 하중이 상기 회전축을 따라 발생되는 터빈; 상기 터빈으로부터 이격된 위치에서 상기 회전축에 고정된 로터와 상기 로터를 둘러싸도록 스테이터가 각각 설치되어 상기 회전축의 회전에 따라 상기 로터가 상기 스테이터를 기준으로 회전함으로써 발전하며, 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 공간으로 상기 압축기의 토출측 또는 상기 압축기의 중간단으로부터 유입되는 상기 작동 유체가 유동함으로써 발생되는 강하된 압력을 이용하여, 상기 일 방향과 반대되는 타 방향의 밸런스 하중을 형성함으로써, 상기 터빈의 축방향 하중을 상쇄하는 발전기를 포함하는 발전장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention includes a compressor for generating a high-pressure working fluid; A heating device that raises the temperature of the working fluid discharged from the compressor; A turbine which rotates along a rotation axis fixed by the working fluid discharged from the heating device to provide rotational driving force to the rotation axis, wherein an axial load in one direction due to the rotation is generated along the rotation axis; A stator is installed to surround the rotor fixed to the rotating shaft and the rotor at a position spaced apart from the turbine, and the rotor rotates with respect to the stator in accordance with the rotation of the rotating shaft, thereby generating power between the rotor and the stator. By using the lowered pressure generated by the working fluid flowing from the discharge side of the compressor or the intermediate end of the compressor into the space, by forming a balance load in the other direction opposite to the one direction, the axial direction of the turbine It provides a power generation device including a generator that offsets the load.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 유입되는 작동 유체를 내부에서 축방향을 따라 고속으로 선회되도록 하여 압축시키되, 상기 선회에 의한 일 방향의 축방향 하중이 발생되는 압축기; 및 상기 압축기로부터 이격된 위치에서 상기 압축기와 연결된 로터와 상기 로터에 대응되는 스테이터가 각각 설치되어 상기 로터가 상기 스테이터를 기준으로 회전함으로써 상기 압축기의 구동 전원을 제공하며, 상기 로터와 상기 스테이터가 형성하는 밸런싱 구조로 밸런싱 유체가 유입되어 상기 밸런싱 유체의 압력이 강하되면, 상기 강하된 압력을 이용하여 상기 일 방향과 반대되는 타 방향의 밸런스 하중을 형성함으로써, 상기 압축기의 축방향 하중을 상쇄하는 모터를 포함하는 압축장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention is to compress the working fluid to be rotated at a high speed along the axial direction from the inside, but compresses the axial load in one direction due to the turning; And a rotor connected to the compressor at a position spaced apart from the compressor and a stator corresponding to the rotor are respectively installed to provide driving power of the compressor by rotating the rotor relative to the stator, and the rotor and the stator are formed. When a balancing fluid flows into the balancing structure to reduce the pressure of the balancing fluid, a balance load in the other direction opposite to the one direction is formed using the dropped pressure, thereby canceling the axial load of the compressor It provides a compression device comprising a.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 유입되는 작동 유체를 내부에서 축방향을 따라 고속으로 선회되도록 하여 압축시키되, 상기 선회에 의한 일 방향의 축방향 하중이 발생되는 압축기; 및 상기 압축기로부터 이격된 위치에서 상기 압축기와 연결된 로터와 상기 로터를 둘러싸도록 스테이터가 각각 설치되어 상기 로터가 상기 스테이터를 기준으로 회전함으로써 상기 압축기의 구동 전원을 제공하며, 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 공간으로 상기 압축기의 토출측 또는 상기 압축기의 중간단으로부터 유입되는 상기 작동 유체가 유동함으로써 발생되는 강하된 압력을 이용하여, 상기 일 방향과 반대되는 타 방향의 밸런스 하중을 형성함으로써, 상기 압축기의 축방향 하중을 상쇄하는 모터를 포함하는 압축장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention is to compress the working fluid to be rotated at a high speed along the axial direction from the inside, but compresses the axial load in one direction due to the turning; And a rotor connected to the compressor at a position spaced apart from the compressor and a stator to surround the rotor to provide driving power to the compressor by rotating the rotor relative to the stator, and between the rotor and the stator. By using the lowered pressure generated by the working fluid flowing from the discharge side of the compressor or the intermediate end of the compressor into the space, by forming a balance load in the other direction opposite to the one direction, the axial direction of the compressor It provides a compression device including a motor to offset the load.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention has the following effects.

첫째, 발전기가 밸런스 피스톤의 역할을 함께 수행함으로써, 발전장치 내 축계의 구조를 간단하게 구성할 수 있어 발전장치의 소형화를 도모할 수 있다.First, by performing the role of the balance piston together with the generator, the structure of the shaft system in the power generation device can be simply configured, thereby miniaturizing the power generation device.

둘째, 축계 내부 구조가 간단하게 구성됨으로써, 부품들의 마모, 멸실 및 작동 유체의 누수에 의한 장치의 내구수명 저하를 크게 경감할 수 있는 효과를 포함한다.Second, since the internal structure of the shaft system is simply configured, it includes the effect of significantly reducing the wear life of parts, loss of durability of the device due to leakage of the working fluid, and the like.

셋째, 발전기가 밸런스 피스톤 역할을 대체함으로써, 기존의 압축기, 가열장치, 터빈으로 이루어진 터보 기기들에 용이하게 호환될 수 있고, 축류 터빈(axial turbine)과 레이디얼 터빈(radial turbine)에도 각각 범용적으로 사용될 수 있는 효과가 있다.Third, as the generator replaces the balance piston role, it can be easily compatible with existing compressors, heaters, and turbines consisting of turbines, and is universal for axial turbines and radial turbines, respectively. There is an effect that can be used as.

넷째, 모터가 밸런스 피스톤의 역할을 함께 수행하도록 구성함으로써, 모터와 압축기로 구성되는 압축장치의 내부 구조를 간단하게 구성할 수 있는 효과를 포함한다.Fourth, by configuring the motor to perform the role of the balance piston together, it includes an effect that can simply configure the internal structure of the compression device consisting of a motor and a compressor.

도 1은 종래의 터빈의 축방향 하중을 상쇄하기 위해 밸런스 피스톤이 적용된 발전장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기가 밸런스 피스톤의 역할을 수행할 수 있는 발전장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 발전장치 내 작동 유체의 흐름에 따라 각 기기들에 가해지는 하중을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 발전장치가 가질 수 있는 밸런싱 구조의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 발전장치가 가질 수 있는 밸런싱 구조의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 발전장치가 가질 수 있는 밸런싱 구조의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 압축기에서 토출된 밸런싱 유체를 통해 발전기 내 밸런싱 하중을 제어하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 축류 터빈이 설치된 발전장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터가 밸런스 피스톤의 역할을 수행할 수 있는 압축장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a power generation device to which a balance piston is applied to cancel an axial load of a conventional turbine.
2 is a block diagram of a power generation device in which a generator according to an embodiment of the present invention can perform the role of a balance piston.
3 is a view showing the load applied to each device according to the flow of the working fluid in the power generation device of FIG.
FIG. 4 is a view showing a first embodiment of a balancing structure that the power generation device of FIG. 2 may have.
5 is a view showing a second embodiment of the balancing structure that the power generation device of FIG. 2 may have.
6 is a view showing a third embodiment of the balancing structure that the power generation device of FIG. 2 may have.
7 is a view showing a process of controlling the balancing load in the generator through the balancing fluid discharged from the compressor of Figure 2;
8 is a block diagram of a power generation device in which an axial turbine is installed according to another embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a compression device capable of performing a role of a balance piston in a motor according to another embodiment of the present invention.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치의 개략적인 구성이 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 발전장치 내 작동 유체의 흐름에 따라 각 기기들에 가해지는 하중들이 도시되어 있다.FIG. 2 shows a schematic configuration of a power generation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows loads applied to respective devices according to the flow of a working fluid in the power generation device of FIG. 2.

도 2를 참조하면, 상기 발전장치(100)는 압축기(110), 가열장치(120), 터빈(130) 및 발전기(140)를 포함한다.2, the power generation device 100 includes a compressor 110, a heating device 120, a turbine 130 and a generator 140.

압축기(110)는 터빈(130) 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달 받아 작동 유체(working fluid)에 압축 일을 가하여 고압의 작동 유체(WF)를 생성하며, 상기 생성된 작동 유체(WF)를 가열장치(120)로 토출한다. 이때, 압축기(110)는 후술될 발전기(140)의 밸런싱 구조(BS)에 고압의 밸런싱 유체(BF)를 분기 또는 추출하여 공급하기 위해, 유량 조절 밸브가 각각 설치된 토출측의 분기라인(111) 및 중간단의 추출라인(113)을 포함할 수 있다. The compressor 110 receives power from a power generator such as the turbine 130 and applies compression work to a working fluid to generate a high-pressure working fluid WF, and generates the generated working fluid WF. Discharge to the heating device 120. At this time, the compressor 110 to branch or extract the high-pressure balancing fluid (BF) to the balancing structure (BS) of the generator 140 to be described later, to supply the branch line 111 of the discharge side, each of which is provided with a flow control valve and It may include an extraction line 113 of the middle stage.

여기서, 압축기(110)로부터 발전기(140)에 공급되는 밸런싱 유체(BF)의 관련 내용은 도 7에서 다시 상세히 설명하기로 한다.Here, the relevant contents of the balancing fluid (BF) supplied from the compressor 110 to the generator 140 will be described in detail again with reference to FIG. 7.

가열장치(120)는 압축기(110)로부터 토출된 고압의 작동 유체(WF)를 열교환 또는 연소과정을 통해 고온의 작동 유체(WF)로 생성하며, 압축기(110)와 가열장치(120)를 거쳐 고압 및 고온 상태로 변환된 작동 유체(WF)를 터빈(130)으로 토출한다. 이러한 가열장치(120)는 열교환기(Heat Exchanger) 또는 가스 터빈에 적용되는 연소기(Combustor)일 수 있다.The heating device 120 generates high-pressure working fluid WF discharged from the compressor 110 as a high-temperature working fluid WF through heat exchange or combustion, and passes through the compressor 110 and the heating device 120. The working fluid WF converted to a high pressure and a high temperature state is discharged to the turbine 130. The heating device 120 may be a heat exchanger or a combustor applied to a gas turbine.

터빈(130)은 유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내는 회전 기관으로서, 상기 가열장치(120)로부터 토출된 고온/고압의 작동 유체(WF)가 회전축(131)에 고정된 터빈(130) 내에서 팽창하여 회전함으로써 터빈(130)을 회전시킨다. 이때, 터빈(130)은 작동 유체(WF)의 유동에 의한 회전 구동력을 생성하게 되나, 회전축(131)을 따라 이에 상응하는 일측 방향의 축방향 하중 또한 받게 된다.The turbine 130 is a rotating engine that extracts energy from a flow of fluid, and the hot/high pressure working fluid (WF) discharged from the heating device 120 expands in the turbine 130 fixed to the rotating shaft 131 And rotates the turbine 130. At this time, the turbine 130 generates a rotational driving force by the flow of the working fluid WF, but also receives an axial load corresponding to one direction corresponding to the rotation axis 131.

이러한 터빈(130)의 기본 원리는 고온고압의 기체를 축에 연결된 수많은 회전날개에 부딪쳐 그 회전날개들이 축을 기준으로 회전되게 함으로써, 유체의 열에너지를 운동에너지로 전환시키는 것으로, 이러한 과정을 통해 변환된 운동에너지는 회전축(131)을 통해 발전기(140)에 전달되어 사용된다.The basic principle of the turbine 130 is to convert the thermal energy of the fluid into kinetic energy by hitting a high-temperature and high-pressure gas against a large number of rotating blades connected to the shaft, and rotating the rotating blades based on the shaft. Kinetic energy is transmitted to the generator 140 through the rotating shaft 131 for use.

발전기(140)는 회전자로서 상기 터빈(130)과 이격된 위치에서 회전축(131)에 결합되어 회전하는 로터(141)와, 고정자로서 로터(141)의 위치에 대응되는 위치에서 로터(141)를 감싸는 구조로 배치되는 스테이터(142)를 포함하며, 터빈(130)의 회전에 의해 생성된 회전축(131)의 회전 구동력을 제공받아 로터(141)가 스테이터(142) 내에서 스테이터(142)를 기준으로 회전함으로써 발전한다.The generator 140 is a rotor 141 that is coupled to the rotating shaft 131 at a position spaced apart from the turbine 130 as a rotor and rotates, and a rotor 141 at a position corresponding to the position of the rotor 141 as a stator. It includes a stator 142 disposed in a structure surrounding the, receiving the rotational driving force of the rotating shaft 131 generated by the rotation of the turbine 130, the rotor 141, the stator 142 in the stator 142 It develops by rotating by reference.

한편, 발전기(140)는 압축기(110)로부터 고압의 밸런싱 유체(BF)를 상기 일측 방향(터빈 내 작동 유체의 흐름 방향)과 반대되는 타측 방향으로 유입받아 터빈(130)에 발생하는 스러스트(thrust)를 균형 있게 조절한다. 이때, 밸런싱 유체(BF)는 발전기(140)의 로터(141)와 스테이터(142) 사이에 형성된 간극인 밸런싱 구조(BS)에 유입되는 것이 바람직하다.On the other hand, the generator 140 receives the high pressure balancing fluid (BF) from the compressor 110 in the other direction opposite to the one direction (flow direction of the working fluid in the turbine) thrust generated in the turbine 130 ) To balance. At this time, the balancing fluid (BF) is preferably introduced into the balancing structure (BS) that is the gap formed between the rotor 141 and the stator 142 of the generator 140.

도 3을 참조하면, 이러한 본 발명의 발전기(140)는 로터(141)와 스테이터(142) 사이에 형성된 간극을 기존 밸런스 피스톤의 밸런싱 구조(BS)로 사용하여 압축기(110)에서 토출되는 고압의 밸런싱 유체(BF)가 발전기(140) 내로 유입되도록 한다. 이때, 유입된 밸런싱 유체(BF)는 밸런싱 구조(BS)에 의해 압력이 강하되며, 강하된 압력에 비례하여 상기 회전축(131)을 따라 터빈(130)에 발생되는 일 방향의 축방향 하중과 대칭되는 타방향의 밸런싱 하중이 발전기(140)에 생성되게 한다. 발전기(140)는 이러한 밸런싱 하중을 통해 터빈(130) 측에 발생하는 축방향 하중을 상쇄시킨다. Referring to FIG. 3, the generator 140 of the present invention uses a gap formed between the rotor 141 and the stator 142 as a balancing structure (BS) of the existing balance piston, and the high pressure discharged from the compressor 110 The balancing fluid (BF) is introduced into the generator 140. At this time, the introduced balancing fluid (BF) pressure is lowered by the balancing structure (BS), in proportion to the axial load and the axial load generated in the turbine 130 along the rotation axis 131 in proportion to the dropped pressure The balancing load in the other direction is generated in the generator 140. The generator 140 cancels the axial load generated on the turbine 130 side through the balancing load.

여기서, 상술한 밸런싱 구조(BS)에는 유입되는 밸런싱 유체(BF)의 압력 강하를 위한 다양한 구조가 포함될 수 있다.Here, the above-described balancing structure (BS) may include various structures for pressure drop of the inflowing balancing fluid (BF).

아래에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 밸런싱 구조와 그에 따른 작용효과를 설명한다.Below, with reference to Figs. 4 to 6, the balancing structure and its effect will be described.

밸런싱 구조(BS)는 외부로 누설되는 유체가 좁은 틈을 여러 번 거치게 될 때마다 발생하는 유동 압력의 손실분을 이용하여 상술한 밸런싱 하중을 생성한다.The balancing structure (BS) generates the above-mentioned balancing load by using the loss of the flow pressure generated whenever the fluid leaking to the outside passes through the narrow gap several times.

도 4를 참조하면, 로터(141)의 외주면 또는 스테이터(142)의 내주면에는 회전축(131)방향을 따라 복수개의 돌출부(143)들이 각각 형성되어, 로터(141)와 스테이터(142)의 간극으로 유입되는 밸런싱 유체(BF)의 압력 강하가 보다 크게 나타나도록 할 수 있다.Referring to FIG. 4, a plurality of protrusions 143 are respectively formed along the direction of the rotation axis 131 on the outer circumferential surface of the rotor 141 or the inner circumferential surface of the stator 142, to the clearance between the rotor 141 and the stator 142. The pressure drop of the incoming balancing fluid (BF) can be made to appear larger.

이는 평평한 구조의 간극에 볼록부와 오목부의 요철을 형성하여 장애물을 통한 압력의 강하를 기대하는 구성이며, 상기 돌출부(143)들은 로터(141)의 외주면 또는 스테이터(142)의 내주면을 따라 각각 환형으로 형성되는 것이 바람직하다.This is a configuration that expects a drop in pressure through an obstacle by forming irregularities in the convex and concave portions in the gap of the flat structure, and the protrusions 143 are annular along the outer circumferential surface of the rotor 141 or the inner circumferential surface of the stator 142, respectively. It is preferably formed.

또한, 도 5를 참조하면, 상술한 로터(141)의 외주면 또는 스테이터(142)의 내주면에 형성되는 환형의 돌출부(143)들은 회전축(131)을 따라 각각 나선형으로 연장되어 형성될 수 있다. 이는 밸런싱 유체(BF)의 유동이 볼록부와 오목부에 의해 압력이 강하될 때, 유선이 보다 부드럽게 형성되도록 하여, 유동 경로의 사각지대를 경감함은 물론 고압으로 진입하는 유체 유동에 의한 발전기(140)의 마모 또는 멸실을 경감할 수 있다.In addition, referring to FIG. 5, the annular protrusions 143 formed on the outer circumferential surface of the rotor 141 or the inner circumferential surface of the stator 142 may be formed to extend spirally along the rotation axis 131, respectively. This allows the flow of the balancing fluid (BF) to be formed more smoothly when the pressure is lowered by the convex and concave portions, thereby reducing the blind spot of the flow path, as well as the generator by fluid flow entering at high pressure ( 140) can be reduced.

나아가, 도 6을 참조하면, 로터(141)의 외주면과 스테이터(142)의 내주면에 상술한 환형의 돌출부(143)들이 각각 형성되되, 회전축을 따라 서로 엇갈리는 구조로 형성되도록 하여 밸런싱 구조(BS)로 진입한 밸런싱 유체(BF)의 유동을 크게 굴절시키는 것은 물론 그 경로를 연장되게 함으로써, 유동되는 유체의 압력이 크게 강하되도록 할 수 있다.Further, referring to FIG. 6, the above-described annular protrusions 143 are formed on the outer circumferential surface of the rotor 141 and the inner circumferential surface of the stator 142, respectively, so that they are formed in a structure staggered with each other along the rotation axis (BS) By refracting the flow of the balancing fluid (BF) entering the furnace as well as extending its path, the pressure of the fluid to be flowed can be significantly reduced.

이하에서는 도 7을 참조하여 압축기에서 토출되는 밸런싱 유체의 압축량과 유량을 제어함으로써, 발전기에 형성되는 밸런싱 하중을 제어하는 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, a process of controlling the balancing load formed in the generator by controlling the compression amount and flow rate of the balancing fluid discharged from the compressor will be described with reference to FIG. 7.

앞서 설명한 바와 같이, 발전기(140)의 밸런싱 유체(BF)는 압축기(110)에서 토출되는 작동 유체(WF)이거나, 별도의 압축기인 밸런싱 압축기(미도시)에서 토출되는 밸런싱 유체(BF)일 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 압축기(110)는 작동 유체(WF)와 밸런싱 유체(BF)를 모두 공급할 수 있도록 구성될 수도 있고, 복수 개로 마련되어 일부의 압축기(110)에서는 작동 유체(WF)만을, 나머지 일부의 압축기인 밸런싱 압축기(미도시)에서는 밸런싱 유체(BF)만을 토출하도록 구성할 수 있다. 아울러, 상술한 작동 유체(WF)와 밸런싱 유체(BF)를 함께 토출하는 압축기(110)와 밸런싱 압축기(미도시)가 병행되어 사용될 수 있음은 물론이다.As described above, the balancing fluid (BF) of the generator 140 may be a working fluid (WF) discharged from the compressor 110 or a balancing fluid (BF) discharged from a separate compressor, a balancing compressor (not shown). have. In other words, the compressor 110 of the present invention may be configured to supply both the working fluid WF and the balancing fluid BF, and a plurality of compressors 110 are provided so that only some of the working fluid WF is provided. In some compressors, the balancing compressor (not shown) may be configured to discharge only the balancing fluid BF. In addition, the compressor 110 for discharging the above-described working fluid WF and the balancing fluid BF together and the balancing compressor (not shown) may be used in parallel.

도 7을 참조하면, 이러한 구성으로 마련될 수 있는 압축기(110)는 토출측으로부터 밸런싱 구조(BS)로 연결되는 분기라인(111)과, 압축기(110)의 중간단으로부터 밸런싱 구조(BS)로 연결되는 추출라인(113)이 각각 형성되어, 상기 밸런싱 구조(BS)에 압축기(110)의 토출측 작동 유체(WF)를 밸런싱 유체(BF)로 하여 밸런싱 구조(BS)유입되게 하거나, 압축기(110)의 중간단의 밸런싱 유체(BF)를 밸런싱 구조(BS)로 유입되게 할 수 있다.Referring to FIG. 7, the compressor 110 that can be provided in such a configuration is connected to the branching line 111 connected to the balancing structure BS from the discharge side, and to the balancing structure BS from the middle end of the compressor 110. Extraction line 113 is formed, respectively, to the discharge structure (BF) of the discharge-side working fluid (WF) of the compressor 110 in the balancing structure (BS) to be introduced into the balancing structure (BS), or the compressor (110) Balancing fluid (BF) of the middle end of the can be introduced into the balancing structure (BS).

압축기(110)의 토출측과 중간단은 압축량이 서로 다른 밸런싱 유체(BS)를 토출할 수 있어, 밸런싱 구조(BS)에 나타나는 밸런싱 하중이 각각 다르게 형성되도록 할 수 있다. 이는, 고압의 밸런싱 유체(BF)의 압축량에 따른 팽창력에 의한 축방향 하중의 제어를 가능하게 하며, 이를 위해, 중간단의 분기라인(111)과 토출측의 추출라인(113)들이 각각 형성되어, 발전기(140)에 형성되는 밸런싱 하중을 작동 유체(WF)의 압축량을 기반으로 제어할 수 있다.The discharge side and the middle end of the compressor 110 can discharge the balancing fluid BS having different compression amounts, so that the balancing loads appearing on the balancing structure BS can be formed differently. This makes it possible to control the axial load by the expansion force according to the compression amount of the high-pressure balancing fluid (BF), and for this purpose, the intermediate stage branch line 111 and the discharge side extraction lines 113 are formed, respectively. , It is possible to control the balancing load formed on the generator 140 based on the compression amount of the working fluid (WF).

구체적으로, 상기 터빈(130)의 축방향 하중이 설정 값 이상으로 증가하면, 밸런싱 유체(BF)는 압력이 상대적으로 높은 상태인 압축기 분기라인(111)으로부터 유입되고, 상기 터빈(130)의 축방향 하중이 설정 값 이하로 떨어지면, 밸런싱 유체(BF)는 압력이 상대적으로 낮은 상태인 상기 압축기 추출라인(113)으로부터 유입되도록 하여, 밸런싱 유체(BF)에 의한 밸런싱 하중을 보다 세밀하게 조절할 수 있다.Specifically, when the axial load of the turbine 130 increases above a set value, the balancing fluid (BF) flows from the compressor branch line 111 in which the pressure is relatively high, and the shaft of the turbine 130 When the directional load falls below a set value, the balancing fluid BF allows the pressure to flow from the compressor extraction line 113 in a relatively low state, so that the balancing load by the balancing fluid BF can be more precisely adjusted. .

한편, 상술한 분기라인(111)과 추출라인(113)들에는 분기밸브(112)와 추출밸브(114)들이 각각 구비되어 압축량이 다른 밸런싱 유체(BF)들의 유량을 상기 밸브(112, 114)의 개폐를 통해 제어함으로써, 생성되는 밸런스 하중의 크기를 제어할 수 있다.Meanwhile, the branching lines 111 and the extraction lines 113 are provided with branching valves 112 and extraction valves 114, respectively, so that the flow rates of the balancing fluids BF having different compression amounts are applied to the valves 112 and 114. By controlling through the opening and closing of, it is possible to control the size of the generated balance load.

다시 말해, 본 발명의 발전장치(100)는 압축기(110)와 발전기(140) 사이에 분기라인(111)과 추출라인(113)을 두어 압축량이 서로 다른 밸런싱 유체(BF)를 선택적으로 사용하여 밸런싱 하중을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 각 라인별(111, 113)로 밸브(112, 114)의 개폐량을 통해 밸런싱 구조(BS)로 공급되는 밸런싱 유체(BF)의 유량을 각기 제어하여 상기 밸런싱 하중을 제어할 수 있어, 이를 통해 축방향 하중을 보다 세밀하게 조절할 수 있다.In other words, the power generation device 100 of the present invention, by placing the branch line 111 and the extraction line 113 between the compressor 110 and the generator 140, selectively using a balancing fluid (BF) having a different compression amount In addition to controlling the balancing load, the flow rate of the balancing fluid (BF) supplied to the balancing structure (BS) through the opening and closing amounts of the valves (112, 114) for each line (111, 113) is controlled, respectively. Since the balancing load can be controlled, it is possible to more precisely adjust the axial load.

예를 들면, 터빈(130)의 하중이 증가하면 각 라인별(111, 113) 밸브(112, 114)가 개방되어 밸런싱 유체(BF)의 유량도 함께 증가되도록 하고, 하중이 감소하면 밸브(112, 1114)들이 폐쇄되어 밸런싱 유체(BF)의 유량도 함께 감소되도록 함으로써, 밸런싱 유체(BF)에 의한 밸런싱 하중을 보다 세밀하게 조절할 수 있다.For example, when the load of the turbine 130 increases, the valves 112 and 114 of each line (111, 113) are opened to increase the flow rate of the balancing fluid BF, and when the load decreases, the valve 112 , 1114) is closed so that the flow rate of the balancing fluid (BF) is also reduced, so that the balancing load by the balancing fluid (BF) can be more precisely adjusted.

한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서의 발전 장치는 레이디얼 터빈(130)이 아닌 축류 터빈(230)이 사용될 수 있다. 본 발명은 밸런스 피스톤과 발전기(140)가 결합된 형태의 축계 레이아웃을 제시함으로써, 압축기(110), 가열장치(120), 터빈(130) 등의 구성들은 구성의 곤란성 없이 기존의 구성을 그대로 차용하여 사용할 수 있다. 따라서, 도 2의 레이디얼 터빈(130) 뿐만 아니라 축류 터빈(230)이 사용될 수 있음은 물론이며, 가열장치(120)로 열교환기 또는 연소기가 사용됨으로써, 가스 터빈(130) 뿐만 아니라 스팀 터빈(130)에 본 발명의 밸런스 피스톤이 결합된 발전장치(100)가 사용되어도 무방함은 물론이다.On the other hand, referring to Figure 8, the power generation device in another embodiment of the present invention may be used in the axial turbine 230 rather than the radial turbine 130. The present invention presents a shaft system layout in which the balance piston and the generator 140 are combined, so that the components such as the compressor 110, the heating device 120, and the turbine 130 borrow the existing components without difficulty of configuration. Can be used. Thus, of course, the radial turbine 130 of FIG. 2 can be used as well as the axial turbine 230, and a heat exchanger or a combustor is used as the heating device 120, so that the gas turbine 130 as well as the steam turbine ( Of course, even if the power generation device 100 in which the balance piston of the present invention is coupled to 130) is used.

아래에서는, 도 9를 참조하여 모터와 압축기에 본 발명의 기술적 사상이 적용되어 사용되는 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, a structure in which the technical idea of the present invention is applied to a motor and a compressor will be described with reference to FIG. 9.

도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서의 압축장치(300)는 압축기(310) 및 모터(320)를 포함한다.Referring to FIG. 9, the compression device 300 according to another embodiment of the present invention includes a compressor 310 and a motor 320.

압축기(310)는 외부로부터 작동 유체(WF)를 유입받아 작동 유체(WF)가 축방향을 따라 고속으로 회전되도록 함으로써 고압의 작동 유체(WF)를 생성하며, 동시에 상기 축방향을 따라 형성되는 선회에 의해 일측 방향의 축방향 하중을 받게 된다.The compressor 310 receives the working fluid WF from the outside to generate a high-pressure working fluid WF by allowing the working fluid WF to rotate at a high speed along the axial direction, and at the same time, the pivot formed along the axial direction In this way, an axial load in one direction is applied.

모터(320)는 압축기(310)의 회전을 위한 구동 전원을 제공하는 것으로, 전술한 발전기(140)와 유사하게 회전축(321)과 축결합된 로터(322)와 스테이터(323)가 상기 압축기(310)로부터 이격된 위치에 설치되며, 로터(322)가 스테이터(323)를 기준으로 회전함으로써 구동력을 생성하여 압축기에 제공한다.Motor 320 is to provide a driving power for the rotation of the compressor 310, similar to the generator 140 described above, the rotor 322 and the stator 323 coupled to the rotating shaft 321 and the stator 323 are the compressor ( It is installed at a position spaced from 310, and the rotor 322 rotates relative to the stator 323 to generate driving force and provide it to the compressor.

한편, 모터(320)는 압축기(310)에서 토출되는 고압의 작동 유체(WF)가 상기 일측 방향과 대칭되는 타측 방향으로 유입됨으로써, 밸런스 피스톤으로서 압축기(310)의 일 방향의 축방향 하중을 상쇄하는 밸런싱 하중을 생성한다. 이때, 모터(320)의 회전축(321)은 압축기(310)의 축방향의 연장선에 위치하여 전달되는 하중을 그대로 상쇄하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the motor 320 offsets the axial load in one direction of the compressor 310 as a balance piston by introducing a high-pressure working fluid WF discharged from the compressor 310 in the other direction symmetrical to the one direction. To create a balancing load. At this time, the rotating shaft 321 of the motor 320 is located on the extension line in the axial direction of the compressor 310, it is preferable to cancel the load transmitted as it is.

여기서, 모터(320)는 상술한 발전기(140)의 밸런싱 구조(BS)와 마찬가지로 로터(322)와 스테이터(323) 사이에 형성된 간극을 기존 밸런스 피스톤의 밸런싱 구조(BS)로 사용하여 압축기(310)에서 토출되는 고압의 밸런싱 유체(BF)를 유입시킨다. 역시 유입된 밸런싱 유체(BF)는 밸런싱 구조(BS)에 의해 압력이 강하되며, 강하된 압력에 비례하여 압축기(310)의 축중심을 기준으로 발생되는 일 방향의 축방향 하중과 대칭되는 타 방향의 밸런싱 하중이 모터(320)에 생성되게 한다. 모터(320)는 이러한 밸런싱 하중을 통해 압축기(310) 측에 발생하는 축방향 하중을 상쇄시킨다.Here, the motor 320 uses the gap formed between the rotor 322 and the stator 323 as the balancing structure (BS) of the generator 140 described above as the balancing structure (BS) of the existing balance piston, and the compressor 310 ) Flows the high-pressure balancing fluid (BF) discharged from. The balancing fluid (BF), which is also introduced, has a pressure drop by the balancing structure (BS), and the other direction is symmetric to the axial load in one direction generated based on the axis center of the compressor (310) in proportion to the dropped pressure. The balancing load is generated in the motor 320. The motor 320 cancels the axial load generated on the compressor 310 side through the balancing load.

여기서, 모터(320)의 밸런싱 구조(BS)에는 앞서 설명한, 발전장치(100)에 사용되는 구성들이 적용될 수 있다.Here, the components used in the power generation device 100 described above may be applied to the balancing structure BS of the motor 320.

구체적으로, 도 4의 밸런싱 유체의 압력 강하를 위한 다양한 구조 모터(320)의 밸런싱 구조(BS)에 적용될 수 있다. 또한, 압축기(310)의 구성 역시 고압의 밸런싱 유체(BF)를 분기 또는 추출하여 공급하기 위해, 유량 조절 밸브(312, 314)가 각각 설치된 토출측의 분기라인(311) 및 중간단의 추출라인(310)을 각각 포함할 수 있으며, 밸런싱 유체(BF)는 압축기(310)에서 토출되는 작동 유체(WF)이거나, 별도의 압축기(미도시)에서 토출되는 밸런싱 유체(BF)일 수 있어, 본 발명의 압축장치(300)에는 작동 유체(WF)의 토출 없이 밸런싱 유체(BF)만을 토출하는 밸런싱 압축기(미도시)가 포함될 수 있음은 물론이다.Specifically, it can be applied to the balancing structure (BS) of various structural motors 320 for pressure drop of the balancing fluid of FIG. 4. In addition, the configuration of the compressor 310 is also to branch or extract the high-pressure balancing fluid (BF), to supply the flow control valves 312 and 314, respectively, the discharge line branch line 311 and the intermediate stage extraction line ( 310), and the balancing fluid (BF) may be a working fluid (WF) discharged from the compressor 310 or a balancing fluid (BF) discharged from a separate compressor (not shown). Of course, the compression device 300 may include a balancing compressor (not shown) that discharges only the balancing fluid BF without discharging the working fluid WF.

나아가, 본 발명의 기술적 사상은 로터와 스테이터를 기존의 밸런스 피스톤의 밸런싱 구조로 이용함으로써, 기존 두 기능을 수행하기 위해 각각 마련되었던 두 가지의 필수 구성들을 상기 두 기능을 함께 수행할 수 있는 하나의 필수 구성으로 간소화하여, 축방향 하중을 받는 회전기기의 축계 구성을 간단하게 하는 효과를 제공한다. 따라서, 이러한 기술적 사상은 축방향 하중을 받는 회전기기와 로터와 스테이터로 구성되는 발전/구동기기가 함께 사용되는 다양한 장치에 적용되어 사용될 수 있음은 자명하다 할 수 있다.Furthermore, the technical idea of the present invention is to use a rotor and a stator as a balancing structure of an existing balance piston, so that two essential components respectively provided for performing the two existing functions can perform the two functions together. Simplified to the essential configuration, and provides an effect of simplifying the configuration of the shaft system of a rotating device subjected to an axial load. Therefore, it can be said that this technical idea can be applied to and used in various devices in which a power generating/driving device composed of a rotor and a stator and a rotating device subjected to an axial load are used together.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100 : 발전장치
110 : 압축기 111 : 분기라인
112 : 분기밸브 113 : 추출라인
114 : 추출밸브 120 : 가열장치
130 : (레이디얼) 터빈 131 : 회전축
140 : 발전기 141 : 로터
142 : 스테이터 143 : 돌출부
200 : 발전장치 230 : 축류 터빈
300 : 압축장치
310 : 압축기 311 : 분기라인
312 : 분기밸브 313 : 추출라인
314 : 추출밸브 320 : 모터
321 : 회전축 322 : 로터
323 : 스테이터
WF : 작동 유체
BS : 밸런싱 구조 BF : 밸런싱 유체100: power generation device
110: compressor 111: branch line
112: branch valve 113: extraction line
114: extraction valve 120: heating device
130: (radial) turbine 131: rotating shaft
140: generator 141: rotor
142: stator 143: protrusion
200: power generation device 230: axial turbine
300: compression device
310: compressor 311: branch line
312: branch valve 313: extraction line
314: extraction valve 320: motor
321: rotating shaft 322: rotor
323: stator
WF: Working fluid
BS: Balancing structure BF: Balancing fluid

Claims (20)

고압의 작동 유체(working fluid)를 생성하는 압축기;
상기 압축기로부터 토출되는 상기 작동 유체의 온도를 상승시키는 가열장치;
상기 가열장치로부터 토출된 상기 고온 및 고압의 작동 유체가 회전축을 따라 일 방향으로 유입됨으로써, 상기 작동 유체에 의해 상기 회전축을 중심으로 회전하여 상기 회전축에 회전 구동력을 제공하되, 상기 회전에 의한 일 방향의 축방향 하중을 상기 회전축을 따라 발생시키는 터빈; 및
상기 터빈과 이격된 위치의 상기 회전축에 로터와 상기 로터에 대응되는 스테이터가 각각 설치되어, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 로터가 상기 스테이터를 기준으로 회전함으로써 발전하며, 상기 압축기로부터 토출되는 상기 고압의 작동 유체의 일부가 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 간극인 밸런싱 구조에 고압의 밸런싱 유체로서 유입되되, 상기 밸런싱 유체가 상기 일 방향과 대칭된 반대 방향인 타 방향으로 유입되면, 상기 유입된 밸런싱 유체의 강하된 압력에 따라 상기 일 방향과 반대되는 타 방향의 밸런스 하중을 형성함으로써, 상기 터빈의 일 방향의 축방향 하중을 상쇄하는 발전기를 포함하며,
상기 밸런싱 구조는,
상기 로터의 외주면 또는 상기 스테이터의 내주면에 형성되어 상기 회전축의 길이방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 복수 개의 환형의 돌출부들, 상기 로터의 외주면과 상기 스테이터의 내주면에 각각 형성되되, 상기 회전축의 길이방향을 따라 서로 엇갈린 상태로 이격되어 배치되는 복수 개의 환형의 돌출부들, 및 상기 로터의 외주면 또는 상기 스테이터의 내주면에 형성되어 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되는 나선형의 돌출부 중 어느 하나를 포함하여, 상기 밸런싱 유체의 유동 경로를 경로의 진행방향으로 굴절 및 연장되게 함으로써, 상기 밸런싱 구조에 유입된 상기 밸런싱 유체의 압력을 강하시키는 발전장치.A compressor that produces a high pressure working fluid;
A heating device that raises the temperature of the working fluid discharged from the compressor;
The high-temperature and high-pressure working fluid discharged from the heating device flows in one direction along the rotating shaft, and rotates around the rotating shaft by the working fluid to provide a rotational driving force to the rotating shaft, but in one direction by the rotation Turbine for generating the axial load of the along the axis of rotation; And
A rotor and a stator corresponding to the rotor are respectively installed on the rotating shaft at a position spaced apart from the turbine, and the rotor generates power by rotating based on the stator according to the rotation of the rotating shaft, and the high pressure discharged from the compressor When a portion of the working fluid flows as a high-pressure balancing fluid into the balancing structure, which is a gap between the rotor and the stator, when the balancing fluid flows in the other direction opposite to the one direction, the flow of the introduced balancing fluid And a generator that cancels the axial load in one direction of the turbine by forming a balance load in the other direction opposite to the one direction according to the dropped pressure,
The balancing structure,
A plurality of annular protrusions formed on the outer circumferential surface of the rotor or the inner circumferential surface of the stator and spaced apart from each other along the longitudinal direction of the rotating shaft, respectively formed on the outer circumferential surface of the rotor and the inner circumferential surface of the stator, the longitudinal direction of the rotating shaft A plurality of annular projections spaced apart from each other in a staggered state along, and any one of a spiral projection formed on the outer circumferential surface of the rotor or the inner circumferential surface of the stator and extending helically along the longitudinal direction of the rotating shaft, , Power generation device for reducing the pressure of the balancing fluid flowing into the balancing structure by allowing the flow path of the balancing fluid to be refracted and extended in the direction of the path. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기의 토출측에서 분기되는 상기 작동 유체인 발전장치.The method according to claim 1,
The balancing fluid is the working fluid that is branched from the discharge side of the compressor. 청구항 1에 있어서,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기의 중간단에서 추출되는 상기 작동 유체인 발전장치.The method according to claim 1,
The balancing fluid is a power generation device that is the working fluid extracted from the intermediate stage of the compressor. 청구항 1에 있어서,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기와 이격된 위치에 설치된 밸런싱 압축기에서 토출되는 작동 유체인 발전장치.The method according to claim 1,
The balancing fluid is a working fluid discharged from a balancing compressor installed at a position spaced apart from the compressor. 청구항 1에 있어서,
상기 압축기의 토출측으로부터 분기되어 상기 밸런싱 구조로 유입되는 압축기 분기라인; 및
상기 압축기의 중간단으로부터 추출되어 상기 밸런싱 구조로 유입되는 압축기 추출라인을 더 포함하고,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기 분기라인과 상기 압축기 추출라인으로부터 선택적으로 유입되는 상기 작동 유체인 발전장치.The method according to claim 1,
A compressor branch line branched from the discharge side of the compressor and introduced into the balancing structure; And
Further comprising a compressor extraction line extracted from the middle end of the compressor and introduced into the balancing structure,
The balancing fluid is the working fluid that is selectively introduced from the compressor branch line and the compressor extraction line. 청구항 8에 있어서,
상기 터빈의 축방향 하중이 증가하면, 상기 밸런싱 유체의 유량도 증가시키는 발전장치.The method according to claim 8,
When the axial load of the turbine increases, the power generation device also increases the flow rate of the balancing fluid. 청구항 8에 있어서,
상기 터빈의 축방향 하중이 설정 값 이상이면, 상기 밸런싱 유체는 상기 압축기 분기라인으로부터 유입되고,
상기 터빈의 축방향 하중이 설정 값 미만이면, 상기 밸런싱 유체는 상기 압축기 추출라인으로부터 유입되는 발전장치.The method according to claim 8,
If the axial load of the turbine is greater than or equal to the set value, the balancing fluid flows from the compressor branch line,
If the axial load of the turbine is less than the set value, the balancing fluid is a power generation device flowing from the compressor extraction line. 삭제delete 유입되는 작동 유체를 내부에서 회전축을 따라 일 방향으로 고속 선회시켜 압축시키며, 상기 선회에 따른 일 방향의 축방향 하중을 발생시키는 압축기; 및
상기 압축기와 이격된 위치에서 상기 압축기의 회전축과 연결된 로터와 사이 로터에 대응되는 스테이터가 각각 설치되어 상기 로터가 상기 스테이터를 기준으로 회전함으로써 상기 압축기의 구동 전원을 제공하며, 상기 압축기로부터 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 간극인 밸런싱 구조에 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 고압의 밸런싱 유체가 유입되면, 상기 유입된 밸런싱 유체의 강하된 압력에 따라 상기 일 방향과 반대되는 타 방향의 밸런스 하중을 형성함으로써, 상기 압축기의 일 방향의 축방향 하중을 상쇄하는 모터를 포함하며,
상기 밸런싱 구조는,
상기 로터의 외주면 또는 상기 스테이터의 내주면에 형성되어 상기 회전축의 길이방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 복수 개의 환형의 돌출부들, 상기 로터의 외주면과 상기 스테이터의 내주면에 각각 형성되되, 상기 회전축의 길이방향을 따라 서로 엇갈린 상태로 이격되어 배치되는 복수 개의 환형의 돌출부들, 및 상기 로터의 외주면 또는 상기 스테이터의 내주면에 형성되어 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되는 나선형의 돌출부 중 어느 하나를 포함하여, 상기 밸런싱 유체의 유동 경로를 경로의 진행방향으로 굴절 및 연장되게 함으로써, 상기 밸런싱 구조에 유입된 상기 밸런싱 유체의 압력을 강하시키는 압축장치.A compressor that compresses the inflowing working fluid by rotating it at high speed in one direction along a rotation axis therein, and generates an axial load in one direction according to the turning; And
A stator corresponding to a rotor and a rotor connected to a rotating shaft of the compressor at a position spaced apart from the compressor is respectively installed to provide driving power of the compressor by rotating the rotor relative to the stator, and from the compressor to the rotor When a high-pressure balancing fluid flows in the other direction opposite to the one direction to the balancing structure, which is a gap between the stators, the balance load in the other direction opposite to the one direction is applied according to the dropped pressure of the introduced balancing fluid. By forming, comprising a motor that offsets the axial load in one direction of the compressor,
The balancing structure,
A plurality of annular protrusions formed on the outer circumferential surface of the rotor or the inner circumferential surface of the stator and spaced apart from each other along the longitudinal direction of the rotating shaft, respectively formed on the outer circumferential surface of the rotor and the inner circumferential surface of the stator, the longitudinal direction of the rotating shaft A plurality of annular projections spaced apart from each other in a staggered state along, and any one of a spiral projection formed on the outer circumferential surface of the rotor or the inner circumferential surface of the stator and extending helically along the longitudinal direction of the rotating shaft, , By compressing and extending the flow path of the balancing fluid in the traveling direction of the path, the compression device to drop the pressure of the balancing fluid flowing into the balancing structure. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 12에 있어서,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기의 토출측에서 분기되는 상기 작동 유체인 압축장치.The method according to claim 12,
The balancing fluid is a compression device that is the working fluid that branches off from the discharge side of the compressor. 청구항 12에 있어서,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기의 중간단에서 추출되는 상기 작동 유체인 압축장치.The method according to claim 12,
The balancing fluid is a compression device that is the working fluid extracted from the middle end of the compressor. 청구항 12에 있어서,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기와 이격된 위치에 설치된 밸런싱 압축기에서 토출되는 작동 유체인 압축장치.The method according to claim 12,
The balancing fluid is a compression device that is a working fluid discharged from the balancing compressor installed at a position spaced from the compressor. 청구항 12에 있어서,
상기 압축기의 토출측으로부터 분기되어 상기 밸런싱 구조로 유입되는 압축기 분기라인; 및
상기 압축기의 중간단으로부터 추출되어 상기 밸런싱 구조로 유입되는 압축기 추출라인을 더 포함하고,
상기 밸런싱 유체는 상기 압축기 분기라인과 상기 압축기 추출라인으로부터 선택적으로 유입되는 상기 작동 유체인 압축장치.The method according to claim 12,
A compressor branch line branched from the discharge side of the compressor and introduced into the balancing structure; And
Further comprising a compressor extraction line extracted from the middle end of the compressor and introduced into the balancing structure,
The balancing fluid is a compression device that is the working fluid selectively introduced from the compressor branch line and the compressor extraction line. 삭제delete
KR1020190033866A 2019-03-25 2019-03-25 Generator using turbine and compressor using motor KR102133491B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190033866A KR102133491B1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Generator using turbine and compressor using motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190033866A KR102133491B1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Generator using turbine and compressor using motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102133491B1 true KR102133491B1 (en) 2020-07-13

Family

ID=71571011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190033866A KR102133491B1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Generator using turbine and compressor using motor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102133491B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112696254A (en) * 2020-12-28 2021-04-23 杭州致至科技有限公司 Waste heat recycling device of automobile engine and working principle thereof
KR20230075694A (en) 2021-11-23 2023-05-31 한국생산기술연구원 Turbine Housing and Generator comprising the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5167484A (en) 1990-10-01 1992-12-01 General Electric Company Method for thrust balancing and frame heating
KR101354670B1 (en) * 2012-08-31 2014-02-03 한국과학기술원 Generator
US20180045074A1 (en) * 2016-02-24 2018-02-15 General Electric Company Turbine engine ejector throat control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5167484A (en) 1990-10-01 1992-12-01 General Electric Company Method for thrust balancing and frame heating
KR101354670B1 (en) * 2012-08-31 2014-02-03 한국과학기술원 Generator
US20180045074A1 (en) * 2016-02-24 2018-02-15 General Electric Company Turbine engine ejector throat control

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112696254A (en) * 2020-12-28 2021-04-23 杭州致至科技有限公司 Waste heat recycling device of automobile engine and working principle thereof
KR20230075694A (en) 2021-11-23 2023-05-31 한국생산기술연구원 Turbine Housing and Generator comprising the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104884767B (en) Stator frame temperature control system in gas turbine
EP3260718B1 (en) Squeeze film damper for a rolling bearing of a gas turbine engine with a check-valve in the supply passage
US4651532A (en) Method of warming up a reheat turbine
CN100575671C (en) Steam turbine and steam turbine operation method
JP5334990B2 (en) Gas turbine engine
CN104727862B (en) Sealing system for gas turbine
US20090160135A1 (en) Labyrinth seal with reduced leakage flow by grooves and teeth synergistic action
JP5367592B2 (en) Compressor clearance control system using waste heat of bearing oil
US9963994B2 (en) Method and apparatus for clearance control utilizing fuel heating
CN107429567B (en) Turbine, organic rankine cycle or kalina cycle or steam cycle apparatus
US10731555B2 (en) Micro-CHP gas fired boiler with gas turbine assembly
CN101135247A (en) Axial turbine
KR102133491B1 (en) Generator using turbine and compressor using motor
US6463729B2 (en) Combined cycle plant with gas turbine rotor clearance control
US20190078455A1 (en) Sealing structure for blade tip and gas turbine having the same
US5269648A (en) Arrangement for controlling the flow cross section of a turbomachine
JP2010169091A (en) System, method, and apparatus for controlling gas leakage in turbine
CN105917082B (en) Seal assembly for gap between the exit portion of transition duct adjacent in gas-turbine unit
US11162378B2 (en) Turbine apparatus
EP1767746A1 (en) Turbine blade/vane and turbine section comprising a plurality of such turbine blades/vanes
EP2873804A1 (en) Steam turbine equipment
CN107100677A (en) A kind of nozzle ring assemblies of fixed blade and adjustable vane combination
JP6496534B2 (en) Steam turbine and method for assembling the same
JP7187464B2 (en) Turbine tip balance slit
EP2613006A1 (en) Turbine assembly and method for reducing fluid flow between turbine components

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant