KR102184779B1

KR102184779B1 - Turbine

Info

Publication number: KR102184779B1
Application number: KR1020160054680A
Authority: KR
Inventors: 조종재; 조연화
Original assignee: 한화에어로스페이스 주식회사
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2020-11-30
Also published as: KR20170124808A

Abstract

본 발명은 터빈을 개시한다. 본 발명은, 터빈 하우징, 터빈 하우징 내 배치되는 베인 플레이트, 상기 베인 플레이트에 회전 가능하도록 설치되는 로터 및 상기 베인 플레이트에 설치되어 상기 로터의 회전 시 유체의 이동 경로에 배치되어 유체의 이동양 조절하는 베인부를 포함하는 터빈에 있어서, 상기 베인부는 베인 바디부, 일부가 상기 베인 바디부 내부에 배치되며 상기 베인 바디부를 회전 운동시키는 회전 구동부, 및 상기 회전구동부의 내부에 배치되며 상기 베인 바디부와 접촉하여 상기 베인 바디부를 선형 운동시키는 선형 구동부를 포함하는 터빈에 대한 것이다.The present invention discloses a turbine. The present invention provides a turbine housing, a vane plate disposed in the turbine housing, a rotor rotatably installed on the vane plate, and disposed on the vane plate to adjust the amount of fluid movement by being disposed in the movement path of the fluid when the rotor rotates. In a turbine comprising a vane portion, the vane portion is a vane body portion, a portion of which is disposed inside the vane body portion, and a rotation driving portion that rotates the vane body portion, and is disposed inside the rotation driver portion and contacts the vane body portion Thus, it relates to a turbine including a linear drive unit for linearly moving the vane body unit.

Description

Turbine {Turbine}

본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus, and more particularly, to a turbine.

터빈은 외부로부터 유입된 유체에 의하여 회전 에너지를 다른 에너지로 변환시키는 장치이다. 터빈은 매우 높은 온도, 압력 및 속도로 유동하는 연소 가스로부터 일(work)을 추출하는 기계를 포함한다. 추출된 일은 발전을 위해 발전기를 구동시키거나, 압축 장치를 구동시키거나, 항공기에 대한 요구 추력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전형적인 가스 터빈 엔진은 대기가 고압으로 압축되는 다단계 압축기로 이루어져 있다. 압축 공기는 온도가 상승되는 연소실에서 특정의 연료/공기 비로 혼합된다. 고온 고압의 연소가스는 사용처에 따라서 요구 추력을 제공하거나 발전기를 구동시키기 위해 터빈을 통해 팽창되어 일을 추출한다. 상기 터빈은 각 단계가 일렬의 블레이드와 일렬의 베인으로 이루어진 적어도 하나의 단계를 포함하고 있다. 상기 블레이드는 각각의 블레이드의 높이가 고온의 가스 유동 경로를 덮는 상태로 회전하는 허브에 원주방향으로 배치되어 있다. 비회전 베인의 각 단계는 원주방향으로 배치되어 있고, 이것은 또한 고온의 가스 유동 경로를 가로질러서 뻗어 있다.Turbine is a device that converts rotational energy into other energy by fluid introduced from the outside. Turbines include machines that extract work from combustion gases flowing at very high temperatures, pressures and speeds. The extracted work can be used to drive a generator for power generation, to drive a compression device, or to provide the required thrust for an aircraft. A typical gas turbine engine consists of a multistage compressor in which the atmosphere is compressed to high pressure. Compressed air is mixed with a specific fuel/air ratio in the combustion chamber where the temperature rises. The high-temperature and high-pressure combustion gases are expanded through a turbine to extract work to provide the required thrust or drive a generator, depending on the application. The turbine includes at least one step, each step consisting of a row of blades and a row of vanes. The blades are circumferentially disposed on a rotating hub with the height of each blade covering the hot gas flow path. Each stage of the non-rotating vanes is arranged circumferentially, which also extends across the hot gas flow path.

터빈휠과 접촉되는 위험을 방지 및 효울적으로 터빈 휠로 입사되는 유체의 각도를 고려하여, 다수개의 베인은 제한된 각도 내에서 동일한 반경을 가지고 회동을 한다. 다수개의 베인의 제한된 회동 각도에 맞추어 압축시킬 수 있는 적절한 유량의 범위가 정해 질 수 있다. 유체의 유량이 설계시 예정된 영역을 벗어나는 경우, 터빈의 효율이 급격히 저하되는 문제가 있다.In consideration of the risk of contacting the turbine wheel and effectively taking into account the angle of fluid incident on the turbine wheel, the plurality of vanes rotate with the same radius within a limited angle. A range of suitable flow rates that can be compressed can be determined for the limited rotation angle of multiple vanes. When the flow rate of the fluid deviates from a predetermined area during design, there is a problem that the efficiency of the turbine is rapidly deteriorated.

한국공개 특2003-0076487Korea Publication Special 2003-0076487

본 발명의 실시예들은 베인들이 회동 운동하거나 선행 운동하는 터빈을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a turbine in which vanes rotate or move forward.

본 발명의 일 측면에 따른 터빈 하우징, 터빈 하우징 내 배치되는 베인 플레이트, 로터 및 상기 베인 플레이트에 설치되어 상기 로터의 회전 시 유체의 이동 경로에 배치되어 유체의 이동량 조절하는 베인부를 포함하는 터빈에 있어서, 상기 베인부는 베인 바디부, 일부가 상기 베인 바디부 내부에 배치되며 상기 베인 바디부를 회전 운동시키는 회전 구동부, 및 상기 회전구동부의 내부에 배치되며 상기 베인 바디부와 접촉하여 상기 베인 바디부를 선형 운동시키는 선형 구동부를 포함한다.In a turbine comprising a turbine housing according to an aspect of the present invention, a vane plate disposed in the turbine housing, a rotor, and a vane unit installed on the vane plate and disposed in a movement path of a fluid when the rotor rotates to adjust the amount of fluid movement. , The vane part is a vane body part, a part of which is disposed inside the vane body part, and a rotation driving part that rotates the vane body part, and a rotation driving part disposed inside the rotation drive part, and in contact with the vane body part to linearly move the vane body part It includes a linear drive unit.

또한, 상기 회전 구동부는 상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 베인 바디부를 회전시키는 제1 바디부, 상기 제1 바디부와 연결되며, 상기 베인 플레이트를 관통하도록 설치되는 제1 회전축부, 및 상기 베인 플레이트에 회전 가능하도록 설치되며 상기 제1 회전축부를 회전시키는 제1 구동부를 포함한다.In addition, the rotation driving part is disposed inside the vane body part to rotate the vane body part, the first body part connected to the first body part, the first rotation shaft part installed to penetrate the vane plate, and the vane It is installed to be rotatable on the plate and includes a first driving unit for rotating the first rotation shaft.

또한, 상기 제1 바디부는 다각형 또는 타원형이다.In addition, the first body portion has a polygonal shape or an elliptical shape.

또한, 상기 선형 구동부는 상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 베인 바디부와 접촉하는 제1 기어, 상기 제1 기어와 연결되며, 상기 회전 구동부 내부에 배치되는 제2 회전축부, 상기 제2 회전축부와 연결되어 상기 제2 회전축부를 회전시키는 제2 구동부를 포함할 수 있다.In addition, the linear driving part is a first gear disposed inside the vane body and in contact with the vane body, a second rotation shaft connected to the first gear and disposed inside the rotation driving part, and the second rotation shaft. It may include a second driving unit connected to the second rotation shaft to rotate.

또한, 상기 베인 바디부는 상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 제1 기어의 치합하는 랙기어를 포함할 수 있다. In addition, the vane body portion may include a rack gear disposed inside the vane body portion to engage the first gear.

또한, 상기 베인부는 복수개 구비되며 상기 복수개의 베인부 중 서로 인접하는 상기 베인부 사이의 압력과 기 설정된 압력을 비교하여 상기 선형 운동부는 상기 베인 바디부를 선형 운동시킬 수 있다.In addition, a plurality of the vane portions may be provided, and the linear motion portion may linearly move the vane body portion by comparing a pressure between the vane portions adjacent to each other among the plurality of vane portions with a preset pressure.

본 발명의 실시예들은, 베인들이 선행 운동도 가능하도록 하여, 유체의 유량이 적은 영역에서도 효율적으로 유체를 압축시킬 수 있다.Embodiments of the present invention enable the vanes to move forward, so that the fluid can be efficiently compressed even in an area where the flow rate of the fluid is low.

도 1은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 베인부의 측면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 베인부의 상면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 평면도이다.
도 5는 도 4의 C를 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 터빈의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다.1 is a cross-sectional view of an interior of a turbine including a variable vane nozzle according to an exemplary embodiment.
2 is a schematic cross-sectional view illustrating a side of a vane according to an exemplary embodiment.
3 is a schematic cross-sectional view of an upper surface of a vane according to an exemplary embodiment.
4 is a plan view of an interior of a turbine including a variable vane nozzle according to an exemplary embodiment.
5 is an enlarged view showing an enlarged C of FIG. 4.
6 is a block diagram showing a control flow of the turbine shown in FIG. 1.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, terms used in the present specification are for explaining embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, actions and/or elements, and/or elements, steps, actions and/or elements mentioned. Or does not exclude additions. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another component.

도 1은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈(10)의 내부의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an interior of a turbine 10 including a variable vane nozzle according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 터빈(10)은 터빈 하우징(30), 베인 플레이트(11), 로터(20), 베인부(100)를 포함한다. 베인부(100)는 회전 구동부(110), 선형 구동부(120), 베인 바디부(103)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the turbine 10 includes a turbine housing 30, a vane plate 11, a rotor 20, and a vane portion 100. The vane unit 100 includes a rotation driving unit 110, a linear driving unit 120, and a vane body unit 103.

터빈 하우징(30)은 로터(20)를 수용하는 중공부가 형성되어 있다. 터빈(10)에 유체가 유입되는 흡기구(12)와 유체가 배기되어 터빈(10)의 배기 시스템으로 유도하기 위해 배기구(14)를 구비한다. 흡기구(12)로 유입된 유체는 베인부(100)를 통과하여 로터(20)로 이동한다. 한편, 흡기구(12)와 로터(30) 사이에 베인 플레이트(11)가 설치될 수 있는 공간이 형성되어 있다. 상기 흡기구(12)에는 유입된 유체의 유량 등을 감지하는 센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 예컨대, 흡기구(12)에 유입된 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 구비할 수 있다.The turbine housing 30 has a hollow portion for accommodating the rotor 20. An intake port 12 through which the fluid flows into the turbine 10 and an exhaust port 14 are provided to guide the fluid to the exhaust system of the turbine 10 by exhausting the fluid. The fluid flowing into the intake port 12 passes through the vane portion 100 and moves to the rotor 20. Meanwhile, a space in which the vane plate 11 can be installed is formed between the intake port 12 and the rotor 30. The intake port 12 may further include a sensor (not shown) for detecting a flow rate of the introduced fluid. For example, a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid flowing into the intake port 12 may be provided.

로터(20)는 외부에서 공급되어 베인부(100)를 통과한 고온 고압의 유체에 의해 회전할 수 있도록 터빈 블레이드가 그 둘레를 따라 다수 결합되어 있고, 회전축이 그 중심에 결합된 상태로 터빈하우징(30)의 중공부 내에 수용된다. 로터(20)는 유체와 충돌하여 일정한 방향으로 회전을 하여 작동유체의 에너지를 회전 에너지로 전환해주고, 상기 전환된 에너지는 상기 회전축을 통해 외부로 전달된다.The rotor 20 has a plurality of turbine blades coupled along its periphery so that it can be rotated by the high-temperature and high-pressure fluid that has been supplied from the outside and passed through the vane unit 100, and the rotating shaft is coupled to the center thereof. It is accommodated in the hollow part of 30. The rotor 20 collides with the fluid and rotates in a certain direction to convert the energy of the working fluid into rotational energy, and the converted energy is transmitted to the outside through the rotational shaft.

베인 플레이트(11)는 흡기부(12)와 로터(20) 사이에 설치되며, 회전축(21)에 결합된 로터(20)를 수용하는 중공부가 형성된다. 베인 플레이트(11)의 일측면에는 베인부(100)가 적어도 하나 이상의 베인부(100)가 설치되어 있으며, 상기 베인부(100)는 상기 베인 플레이트(11)에서 회전 가능하게 설치되어 있다. 베인 플레이트(11)는 중공부에 로터(20)를 수용하면서 터빈 하우징(40)에 삽입될 수 있다. 구체적으로 베인 플에이트(11)는 흡기부(12)에서 유입되는 유체가 로터(20)로 이동하는 경로에 삽입된다.The vane plate 11 is installed between the intake portion 12 and the rotor 20, and a hollow portion for accommodating the rotor 20 coupled to the rotation shaft 21 is formed. At least one vane portion 100 is installed on one side of the vane plate 11, and the vane portion 100 is rotatably installed on the vane plate 11. The vane plate 11 may be inserted into the turbine housing 40 while accommodating the rotor 20 in the hollow portion. Specifically, the vane plate 11 is inserted into a path through which the fluid flowing from the intake part 12 moves to the rotor 20.

베인부(100)는 베인 바디부(103), 회전 구동부(110), 선형 구동부(120)를 포함한다. 베인 바디부(103)는 베인 플레이트(11)에 회전 및 선형 운동이 가능하도록 설치된다. 베인 바디부(103)는 대체로 부드러운 곡선을 이루는 외형을 가진 대칭형의 포일의 형태일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 비대칭 형상을 가지는 것도 가능하다. 터빈(10)은 복수개의 베인부(100)를 포함할 수 있다. 복수개의 베인부(100) 중 어느 한 베인부(100)와 이웃하는 베인부(100)들 사이에 유체가 유입되는 풍로가 형성된다. 상기 복수개의 베인부(100)는 터빈(10)으로 유입된 유체가 로터(20)에 고르게 분사될 수 있도록 회동 및 선형 운동된다. 복수개의 베인부(100)는 유체가 일정한 압력과 유량으로 로터(20)를 밀어낼 수 있도록 조절해주는 역할을 한다.The vane part 100 includes a vane body part 103, a rotation drive part 110, and a linear drive part 120. The vane body 103 is installed on the vane plate 11 to enable rotation and linear motion. The vane body 103 may be in the form of a symmetrical foil having a generally smooth curve, but is not limited thereto and may have an asymmetric shape. The turbine 10 may include a plurality of vane portions 100. An air passage through which a fluid flows is formed between one of the plurality of vane portions 100 and the adjacent vane portions 100. The plurality of vane portions 100 are rotated and linearly moved so that the fluid introduced into the turbine 10 is evenly sprayed to the rotor 20. The plurality of vanes 100 serves to adjust the fluid to push the rotor 20 at a constant pressure and flow rate.

회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)를 회동 시킬 수 있고, 선행 구동부(120)는 베인 바디부(103)를 길이 방향으로 선형 운동시킬 수 있다. 베인 바디부(103), 회전 구동부(110), 선행 구동부(120)에 대한 구체적 내용은 후술한다.The rotation driving unit 110 may rotate the vane body 103, and the preceding driving unit 120 may linearly move the vane body 103 in the longitudinal direction. Details of the vane body part 103, the rotation drive part 110, and the preceding drive part 120 will be described later.

도 2는 일 실시예에 따른 베인부의 측면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 베인부의 상면을 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a side surface of a vane according to an exemplary embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a top surface of a vane according to an exemplary embodiment.

도 2 및 도 3을 참조하면, 베인 바디부(103)는 베인 플레이트(11)와 접하는 부분에 베인 바디부(103)의 길이 방향으로 길게 홈(A)이 형성된다. 홈(A)은 양 끝단이 불록한 막대형상으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않고 다각형, 타원형 등으로 형성될 수 있다. 홈(A)에는 회전 구동부(110) 및 선형 구동부(120)가 수용된다. 회전 구동부(110)는 일부가 베인 플레이트(11)의 외면에 배치되면서 베인 플레이트(11)를 관통하며, 베인 바디부(103) 홈(A)으로 인입되어 베인 바디부(103)와 연결된다. 회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)의 홈(A)에 인입되어 있는 제1 바디부(111), 상기 제1 바디부(111)와 연결되며 베인 플레이트(11)를 관통하도록 설치된 제1 회전축부(113) 및 제1 구동부(210)를 포함한다. 선형 구동부(120)는 일부가 베인 플레이트(11)의 외면이나 외부에 배치되면서 베인 플레이트(11)를 관통하며, 베인 바디부(103)와 연결된다. 선형 구동부(120)는 제1 기어(121), 제2 회전축부(123) 및 제2 구동부(220)를 포함한다.Referring to FIGS. 2 and 3, the vane body portion 103 has a groove A formed in a portion in contact with the vane plate 11 in a lengthwise direction of the vane body portion 103. The groove (A) is illustrated in the shape of a rod having both ends convex, but is not limited thereto and may be formed in a polygonal shape or an elliptical shape. The rotation driving unit 110 and the linear driving unit 120 are accommodated in the groove A. The rotation driving unit 110 is partially disposed on the outer surface of the vane plate 11 and penetrates through the vane plate 11, and is inserted into the groove A of the vane body portion 103 to be connected to the vane body portion 103. The rotation driving unit 110 is connected to the first body portion 111 inserted into the groove (A) of the vane body portion 103, the first body portion 111 and is installed to penetrate the vane plate 11 It includes 1 rotation shaft part 113 and a first driving part 210. The linear driving unit 120 passes through the vane plate 11 while being partially disposed on the outer surface or outside of the vane plate 11 and is connected to the vane body portion 103. The linear drive unit 120 includes a first gear 121, a second rotation shaft part 123, and a second drive part 220.

제1 바디부(111)는 베인 바디부(103)의 홈(A)의 폭과는 상응한 폭을 가지며 양 끝면이 곡선 면인 다각형의 형상이거나 다각형으로 형성될 수 있다. 제1 바디부(111)의 길이는 베인 바디부(103)의 홈(A)의 길이보다 작다. 제1 바디부(111)는 베인 바디부(103)의 홈(A)을 통해 접해 있으므로, 제1 바디부(111)가 회동하면 베인 바디부(103)도 이에 종속되어 같은 방향으로 회동할 수 있다. 제1 바디부(111)는 선형 구동부(120)의 제1 기어(121)를 수용할 수 있는 중공부가 형성되어 있으며, 제1 바디부(111)의 일측면에 홀(B)이 형성되어 있다. 제1 기어(121)는 제1 바디부의 일측면에 형성된 홀(B)을 통해 베인 바디부(103)와 접촉한다. 한편, 제1 바디부(111)는 베인 바디부(103)가 암수 결합할 수 있는 형상이면 되고, 도 3에 도시된 바에 한정하지 않는다.The first body part 111 has a width corresponding to the width of the groove A of the vane body part 103 and may be formed in a polygonal shape or a polygonal shape of which both end surfaces are curved. The length of the first body part 111 is smaller than the length of the groove A of the vane body part 103. Since the first body part 111 is in contact with the groove A of the vane body part 103, when the first body part 111 rotates, the vane body part 103 is also dependent thereon and can rotate in the same direction. have. The first body part 111 has a hollow part that can accommodate the first gear 121 of the linear drive part 120, and a hole B is formed on one side of the first body part 111 . The first gear 121 contacts the vane body 103 through a hole B formed on one side of the first body. On the other hand, the first body portion 111 may have a shape in which the vane body portion 103 can be coupled to each other, and is not limited to the bar shown in FIG. 3.

제1 회전축부(113)는 내부에 제2 회전축부(123)를 수용할 수 있는 중공부가 형성된다. 제1 회전축부(113)의 일단은 제1 바디부(111)와 연결되고, 타단은 제1 구동부(210)와 연결된다. 제1 회전축부(113)의 일단에는 제1 바디부(111)가 연결되고 제1 회전축부(113)의 타단에는 제1 구동부(210)가 연결되어 있다. 제1 구동부(210)는 제1 회전축부(113)과 연결되어 제1 회전축부(113)를 회전시킬 수 있다. 이때, 제1 구동부(210)는 모터나 유압 또는 공압으로 구동하는 실린더를 구비할 수 있다. 제1 구동부(210)는 베인 플레이트(11) 외측에 설치될 수 있다.The first rotation shaft part 113 has a hollow part capable of accommodating the second rotation shaft part 123 therein. One end of the first rotation shaft part 113 is connected to the first body part 111 and the other end is connected to the first driving part 210. A first body part 111 is connected to one end of the first rotation shaft part 113, and a first driving part 210 is connected to the other end of the first rotation shaft part 113. The first driving part 210 may be connected to the first rotation shaft part 113 to rotate the first rotation shaft part 113. In this case, the first driving unit 210 may include a cylinder driven by a motor or hydraulically or pneumatically. The first driving unit 210 may be installed outside the vane plate 11.

일 실시예에 따르면, 회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)를 회동시켜 베인 바디부(103)의 길이 방향과 터빈의 중심 방향 사이에 시계방향으로 측정한 각도(이하, 베인각(θ))를 변경할 수 있다. 회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)의 베인각(θ)을 변경하여 베인 플레이트(11) 내에 유동하는 유체의 유동을 제어하게 된다.According to an embodiment, the rotation driving unit 110 rotates the vane body unit 103 to measure an angle measured in a clockwise direction between the longitudinal direction of the vane body unit 103 and the center direction of the turbine (hereinafter, the vane angle θ )) can be changed. The rotation driving unit 110 controls the flow of the fluid flowing in the vane plate 11 by changing the vane angle θ of the vane body unit 103.

제1 기어(121)는 베인 바디부(103) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 제1 바디부(111)의 홀(B)에 노출된 제1 기어부(121)의 일부분이 베인 바디부(103)와 접한다.The first gear 121 is rotatably disposed inside the vane body 103. A portion of the first gear portion 121 exposed to the hole B of the first body portion 111 contacts the vane body portion 103.

제2 회전축부(123)는 제1 회전축부(113) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 제2 회전축부(123)는 제1 회전축부(113)의 내부에서 제1 회전축부(113)와 이격되도록 배치될 수 있다. 제2 회전축부(123)의 길이는 제1 회전축부(113)의 길이보다 길다. 제2 회전축부(123)는 제1 회전축부(113)를 관통하여, 제2 회전축부(123)의 일단에 제1 기어(121)가 연결되고 타단에는 제2 구동부(220)가 연결된다.The second rotation shaft part 123 is rotatably disposed inside the first rotation shaft part 113. The second rotation shaft part 123 may be disposed inside the first rotation shaft part 113 to be spaced apart from the first rotation shaft part 113. The length of the second rotation shaft part 123 is longer than the length of the first rotation shaft part 113. The second rotation shaft part 123 passes through the first rotation shaft part 113, and the first gear 121 is connected to one end of the second rotation shaft part 123 and the second driving part 220 is connected to the other end.

제2 구동부(220)는 제2 회전축부(123)과 연결되어 제2 회전축부(123)를 회전시킬 수 있다. 이때, 제2 구동부(220)는 모터나 유압 또는 공압으로 구동하는 실린더를 구비할 수 있다. 제2 구동부(220)는 베인 플레이트(11) 외측에 설치될 수 있다.The second driving unit 220 may be connected to the second rotation shaft part 123 to rotate the second rotation shaft part 123. In this case, the second driving unit 220 may include a cylinder driven by a motor or hydraulically or pneumatically. The second driving unit 220 may be installed outside the vane plate 11.

일 실시예에 따르면, 베인 바디부(103)의 홀(B)의 일측면에 랙기어(105)가 형성되어 있고, 제1 기어(121)는 제1 바디부(111)의 홀(B)을 관통하여 랙기어(105)와 치합된다. 제1 기어(121)가 회동하면 베인 바디부(103)는 베인 바디부(103)의 길이 방향으로 선행 운동을 한다. 예컨대, 제1 기어(121)가 시계 방향으로 회전하면 베인 바디부(103)의 일부는 제1 기어(121)와 멀어지고, 제1 기어(121)가 반시계 방향으로 회전하면 제1 기어(121)와 베인 바디부(103)의 일부는 제1 기어와 가까워진다. 한편, 베인 바디부(103)의 일부는 로터(20)와 인접하는 끝단을 말한다. 이처럼, 베인 바디부(103)는 제1 기어(121)의 회전 방향에 따라 선행 운동의 방향이 결정될 수 있다.According to an embodiment, a rack gear 105 is formed on one side of the hole B of the vane body part 103, and the first gear 121 is a hole B of the first body part 111 It penetrates through and meshes with the rack gear 105. When the first gear 121 rotates, the vane body portion 103 performs a preceding movement in the longitudinal direction of the vane body portion 103. For example, when the first gear 121 rotates in a clockwise direction, a part of the vane body part 103 moves away from the first gear 121, and when the first gear 121 rotates in a counterclockwise direction, the first gear ( 121) and a part of the vane body 103 become close to the first gear. On the other hand, a part of the vane body 103 refers to an end adjacent to the rotor 20. As such, the vane body part 103 may determine the direction of the preceding movement according to the rotation direction of the first gear 121.

도 4는 일 실시예에 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 단면도이다. 도 5는 도 4의 C를 확대하여 보여주는 확대도이다. 도 6은 도 1에 도시된 터빈의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다.4 is a cross-sectional view of an interior of a turbine including a variable vane nozzle according to an exemplary embodiment. 5 is an enlarged view showing an enlarged C of FIG. 4. 6 is a block diagram showing a control flow of the turbine shown in FIG. 1.

도 4 및 도 5를 참조하면, 터빈(10)은 복수개의 베인부(100)를 포함한다. 제1 구동부(210)는 제1 베인 조절링(211)을 포함하고, 제2 구동부(220)는 제2 베인 조절링(221)을 포함한다. 복수개의 베인부(100)의 제1 회전축부(113) 각각은 제1 베인 조절링(211)과 연결되며, 복수개의 베인부(100)의 제2 회전축부(123) 각각은 제2 베인 조절링(221)과 연결된다.4 and 5, the turbine 10 includes a plurality of vane portions 100. The first driving unit 210 includes a first vane adjustment ring 211, and the second driving unit 220 includes a second vane adjustment ring 221. Each of the first rotation shaft portion 113 of the plurality of vanes 100 is connected to the first vane adjustment ring 211, and each of the second rotation shaft portions 123 of the plurality of vanes 100 adjusts a second vane It is connected to the ring 221.

제1 베인 조절링(211)은 베인 플레이트(11)에 일정한 각도 이상 회전 가능하게 고정된다. 제1 베인 조절링(211)은 베인 플레이트(11)에 배치된 상태로 로터(20)을 수용하는 중공부가 형성된다. 제1 베인 조절링(211)은 복수개의 제1 회전축부(113)와 연결된다. 제2 베인 조절링(221)은 베인 플레이트(11)에 일정한 각도 이상 회전 가능하게 고정될 수 있다. 제2 베인 조절링(221)은 베인 플레이트(11)에 배치된 상태로 로터(20)를 수용하는 중공부가 형성된다. 제2 베인 조절링(221)은 복수개의 제2 회전축부(123)와 연결된다.The first vane adjustment ring 211 is fixed to the vane plate 11 so as to be rotatable at a certain angle or more. The first vane adjustment ring 211 is disposed on the vane plate 11 and has a hollow portion for accommodating the rotor 20. The first vane adjustment ring 211 is connected to the plurality of first rotation shaft parts 113. The second vane adjustment ring 221 may be fixed to the vane plate 11 so as to be rotatable at a certain angle or more. The second vane adjustment ring 221 is disposed on the vane plate 11 and has a hollow portion for accommodating the rotor 20. The second vane adjustment ring 221 is connected to the plurality of second rotation shaft parts 123.

일 실시예에 따르면, 제1 베인 조절링(211)과 제1 회전축부(113)의 일면에 기어가 형성되어 있고, 제1 회전축부(113)는 제1 베인 조절링(211)과 치합하여 제1 베인 조절링(211)의 회전 운동에 종속된다. 제2 베인 조절링(221)과 제2 회전축부(123)의 일면에도 기어가 형성되어 있고, 제2 회전축부(123)는 제2 베인 조절링(221)과 치합하여 제2 베인 조절링(221)의 회전 운동에 종속된다.According to an embodiment, a gear is formed on one surface of the first vane adjusting ring 211 and the first rotating shaft part 113, and the first rotating shaft part 113 is engaged with the first vane adjusting ring 211 It is dependent on the rotational motion of the first vane adjustment ring 211. A gear is also formed on one surface of the second vane adjustment ring 221 and the second rotation shaft part 123, and the second rotation shaft part 123 meshes with the second vane adjustment ring 221 to form a second vane adjustment ring ( 221).

일 실시예에 따르면, 제1 베인 조절링(211)이 회전하면 복수개의 베인 바디부(103)의 상기 베인각이 달라진다. 제1 베인 조절링(211)의 회전 방향에 따라 상기 베인각이 커지거나 작아질 수 있다. 한편, 제1 베인 조절링이 일정 각도로 회전으로 복수의 베인부(100)가 회전한 경우, 복수개의 베인 바디부(100)들은 동일한 베인각을 갖는다. 한편, 베인 바디부(103)의 길이 방향과 터빈(10)의 중심 방향이 이루는 각도를 시계방향으로 측정한 값이 베인각(θ)이다. 이때, 상기와 같은 베인각(θ)은 반시계 방향으로 측정하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 베인각(θ)은 시계 방향으로 측정하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.According to an embodiment, when the first vane adjustment ring 211 rotates, the vane angles of the plurality of vane body portions 103 are different. The vane angle may increase or decrease according to the rotation direction of the first vane adjustment ring 211. On the other hand, when the plurality of vane parts 100 are rotated by rotating the first vane control ring at a predetermined angle, the plurality of vane body parts 100 have the same vane angle. Meanwhile, a value obtained by measuring the angle formed by the longitudinal direction of the vane body part 103 and the center direction of the turbine 10 in the clockwise direction is the vane angle θ. At this time, the vane angle θ as described above may be measured in a counterclockwise direction. However, in the following, for convenience of explanation, the vane angle θ will be described in detail focusing on the case of measuring clockwise.

일 실시예에 따르면, 제2 베인 조절링(221)이 회전하면 복수의 베인부(100)는 베인 바디부(103)의 길이 방향으로 선형운동을 한다. 복수의 베인부(100)가 제2 베인 조절링(220) 안쪽으로 전진하는 방향을 제1 방향이라 하고, 제2 베인 조절링 (220)바깥쪽으로 후진하는 방향을 제2 방향이라 하면, 제어부는 제1 베인 조절링(211)을 회전시켜 복수의 베인부(100)를 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 선형 운동시킬 수 있다. 한편, 이하에서는 베인 바디부(103)의 일단 중 로터(20)와 인접한 일단과 제1 회전축부(113)의 외면과 최단 거리를 제1 거리라 하며, 설명의 편의를 위하여 제2 베인 조절링(221)이 시계방향으로 회전하면 베인부(100)가 상기 제1 방향으로 선형 운동하고, 반시계 방향으로 회전하면 베인부(100)가 상기 제2 방향으로 선형 운동하는 것으로 상세히 설명한다.According to an embodiment, when the second vane adjustment ring 221 rotates, the plurality of vane portions 100 perform linear motion in the longitudinal direction of the vane body portion 103. Assuming that the direction in which the plurality of vane parts 100 advance inward of the second vane adjustment ring 220 is referred to as a first direction, and the direction in which the plurality of vane portions 100 advance toward the outside of the second vane adjustment ring 220 is referred to as a second direction, the controller By rotating the first vane adjustment ring 211, the plurality of vane portions 100 may be linearly moved in the first direction or the second direction. Meanwhile, hereinafter, the shortest distance from one end of the vane body part 103 to the outer surface of the first rotation shaft part 113 and one end adjacent to the rotor 20 is referred to as a first distance, and for convenience of explanation, a second vane adjustment ring It will be described in detail that when 221 rotates in a clockwise direction, the vane portion 100 linearly moves in the first direction, and when rotated in a counterclockwise direction, the vane portion 100 linearly moves in the second direction.

일 실시예에 따르면, 베인부(100)와 인접하는 베인부(100) 사이에 형성된 풍로는 상기 베인각(θ) 또는 베인부(100)의 선행 운동 방향에 따라 폭이 달라진다. 이 때, 상기 풍로의 폭은 베인 바디부(103)의 일부와 인접하는 베인 바디부(103)의 일부 사이의 제2 거리이다. 구체적으로, 상기 제2 거리는 상기 풍로의 토출구 부분에서의 베인 바디부(103)와 인접하는 베인 바디부(103) 사이의 최단 거리일 수 있다. 상기 베인각(θ)이 커지거나 베인부(100)가 상기 제1 방향으로 선형 운동하면 상기 풍로의 폭은 좁아지고, 상기 베인각(θ)이 작아지거나 베인부(100)가 상기 제2 방향으로 선형 운동하면 상기 풍로의 폭은 넓어진다.According to an embodiment, the width of the air passage formed between the vane portion 100 and the adjacent vane portion 100 varies in width depending on the vane angle θ or the preceding movement direction of the vane portion 100. In this case, the width of the air path is a second distance between a portion of the vane body portion 103 and a portion of the adjacent vane body portion 103. Specifically, the second distance may be the shortest distance between the vane body portion 103 and the adjacent vane body portion 103 at the outlet portion of the air passage. When the vane angle θ increases or the vane portion 100 moves linearly in the first direction, the width of the air path decreases, and the vane angle θ decreases, or the vane portion 100 moves in the second direction. When linear motion is made, the width of the air path becomes wider.

도 6을 참조하면, 터빈(10)은 유입되는 유체의 압력을 감지하는 압력 센서(310)와 제1 베인 조절링(211)과 제2 베인 조절링(221)의 회동시키는 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(300)는 별도의 구성으로 도시되어 있으나, 제1 구동부(213)와 제2 구동부(223) 내에 포함될 수도 있으며 도시된 바에 의해 한정되지 않는다.Referring to FIG. 6, the turbine 10 includes a pressure sensor 310 for sensing the pressure of an incoming fluid, and first and second rotations of the first vane control ring 211 and the second vane control ring 221. It may include a control unit 300 that controls the driving units 210 and 220. The control unit 300 is shown as a separate configuration, but may be included in the first driving unit 213 and the second driving unit 223, and is not limited thereto.

상기 제어부(300)는 베인부(100)가 기 설정된 베인각(θ) 및 상기 제1 거리(L)를 갖도록 제1 및 제2 구동부(210, 220) 제어할 수 있다. 제어부(300)는 흡기부의 압력에 따른 상기 기 설정된 베인각(θ) 및 제1 거리(L)에 대한 정보를 테이블 형태로 미리 저장하고 있다. 이때, 압력 센서(310)에서는 흡기부(12)의 압력을 측정하여 제어부(300)로 전송할 수 있다. 제어부(300)는 상기 측정된 흡기부(12)의 압력에 대응하는 베인각(θ) 및 제1 거리(L)를 테이블을 통해 획득하고, 베인부가 획득한 베인각(θ) 및 제1 거리(L)를 갖도록 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 제어한다.The control unit 300 may control the first and second driving units 210 and 220 so that the vane unit 100 has a preset vane angle θ and the first distance L. The controller 300 pre-stores information on the preset vane angle θ and the first distance L according to the pressure of the intake unit in the form of a table. In this case, the pressure sensor 310 may measure the pressure of the intake unit 12 and transmit the measured pressure to the controller 300. The control unit 300 acquires the vane angle θ and the first distance L corresponding to the measured pressure of the intake unit 12 through the table, and the vane angle θ and the first distance acquired by the vane unit The first and second driving units 210 and 220 are controlled to have (L).

한편, 상기 기 설정된 베인각(θ) 및 제1 거리(L)는 상기 풍로의 폭과 관계된다. 상기 풍로의 폭에 따라 상기 토출구의 유체의 유속이 달라진다. 즉, 상기 기 설정된 베인각(θ) 및 제1 거리(L)는 흡기부(12)의 압력과 상기 풍로의 폭의 관계를 고려하여 상기 토출구의 유체의 유속을 조절하기 위해 설정될 수 있다.Meanwhile, the preset vane angle θ and the first distance L are related to the width of the air path. The flow velocity of the fluid at the discharge port varies according to the width of the air path. That is, the preset vane angle θ and the first distance L may be set to adjust the flow velocity of the fluid at the discharge port in consideration of the relationship between the pressure of the intake part 12 and the width of the air path.

일 실시예에 따르면, 제어부(300)는 베인부(100)를 회전 운동시키거나 선형 운동시켜 베인부(100)의 베인각(θ) 및 제1 거리(L)가 변화시켜 상기 풍로의 폭이 변하도록 할 수 있다. 상기 풍로의 폭을 좁히기 위해 상기 베인각(θ)을 증가시키거나 베인부(100)를 상기 제2 방향으로 선행 운동시켜 상기 제1 거리(L)를 증가시킬 수 있다. 반대로 상기 풍로의 폭을 넓히기 위해 상기 베인각(θ)을 감소시키거나 베인부(100)를 상기 제1 방향으로 선행 운동시켜 상기 제1 거리(L)를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1 거리(L)를 조정시킨 만큼 상기 베인각(θ)의 변화를 줄일 수 있다. 따라서, 상기 기 설정된 베인각(θ)은 상기 제1 거리(L)에 따른 풍로의 폭의 변화를 고려하여 설정된다. 즉, 요구되는 상기 풍로의 폭으로 조정하는데 있어서 상기 베인각(θ)과 상기 제1 거리(L)를 동시에 고려하여 상기 기 설정된 베인각 및 제1 거리가 설정된다. 이 경우, 상기 풍로의 폭을 조정하는데 상기 제1 거리(L)의 변화도 고려되므로 베인각만 조절할 수 있는 경우보다 상기 베인각(θ)의 변화를 감소시킬 수 있다.According to an embodiment, the control unit 300 rotates or linearly moves the vane unit 100 to change the vane angle θ and the first distance L of the vane unit 100 so that the width of the air path is You can change it. In order to narrow the width of the air path, the first distance L may be increased by increasing the vane angle θ or moving the vane portion 100 forward in the second direction. Conversely, in order to widen the width of the air path, the first distance L may be decreased by reducing the vane angle θ or moving the vane portion 100 forward in the first direction. In this case, the variation of the vane angle θ may be reduced by adjusting the first distance L. Accordingly, the preset vane angle θ is set in consideration of a change in the width of the air path according to the first distance L. That is, in adjusting to the required width of the air path, the preset vane angle and the first distance are set by simultaneously considering the vane angle θ and the first distance L. In this case, since the change in the first distance L is also taken into account when adjusting the width of the air path, the change in the vane angle θ can be reduced compared to a case where only the vane angle can be adjusted.

한편, 베인각(θ)이 일정 각도(예를 들면, 80도)를 벗어나면 터빈(10)의 효율이 극격히 떨어진다. 베인각(θ)이 일정 각도 이상이 되면 상기 토출구에서 분사되는 유체가 로터(20)에 유동에너지를 제대로 전달할 수 없다. 특히, 흡기부(12)의 압력이 매우 적은 경우에 상기 풍로의 폭을 좁히기 위해 베인부(100)의 베인각(θ)이 상기 일정 각도를 벗어날 수 있다. 이런 점에서, 일 실시예에 따른 발명은 상기 제1 거이(L)에 따른 상기 풍로의 조절도 가능하므로 상기 베인각(θ)이 상기 일정 각도에 도달하는 것을 지연시킬 수 있다. 예컨대, 베인각만 조정할 때에 흡기부(12)의 압력이 1에서 베인각이 80도를 초과하는 경우라면, 일 실시예에 따른 제어부(300)는 베인부(100)가 상기 기 설정된 베인각 및 제1 거리를 갖도록 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 제어할 수 있는 바, 흡기부(12)의 압력이 1인 경우에도 상기 베인각(θ)을 80도 미만으로 설정할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 발명은 베인부(100)의 베인각(θ)만 조정하는 경우보다 더 넓은 흡기부(12)의 압력 범위에서 효율적으로 터빈(10)을 작동시킬 수 있다 On the other hand, when the vane angle θ deviates from a certain angle (for example, 80 degrees), the efficiency of the turbine 10 drops dramatically. When the vane angle θ is more than a certain angle, the fluid injected from the discharge port cannot properly transfer the flow energy to the rotor 20. In particular, when the pressure of the intake portion 12 is very small, the vane angle θ of the vane portion 100 may deviate from the predetermined angle in order to narrow the width of the air passage. In this regard, the invention according to an embodiment can delay the vane angle θ from reaching the predetermined angle since it is also possible to adjust the air path according to the first hook L. For example, when only the vane angle is adjusted, if the pressure of the intake unit 12 exceeds 80 degrees from 1, the control unit 300 according to an embodiment includes the vane unit 100 having the preset vane angle and Since the first and second driving units 210 and 220 can be controlled to have a first distance, even when the pressure of the intake unit 12 is 1, the vane angle θ can be set to less than 80 degrees. Accordingly, the invention according to an embodiment can efficiently operate the turbine 10 in a wider pressure range of the intake portion 12 than when only the vane angle θ of the vane portion 100 is adjusted.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended claims will include such modifications or variations as long as they fall within the gist of the present invention.

10: 터빈
11: 베인 플레이트
20: 로터
30: 터빈 하우징
100: 베인부
103: 베인 바디부
110: 회전 구동부
111: 제1 바디부
113: 제1 회전축부
120: 선형 구동부
121: 제1 기어
123: 제1 회전축부
210: 제1 구동부
211: 제1 베인 조절링
220: 제2 구동부
223: 제2 구동부
300: 제어부10: turbine
11: vane plate
20: rotor
30: turbine housing
100: vane
103: vane body
110: rotation drive
111: first body part
113: first rotation shaft portion
120: linear drive
121: first gear
123: first rotation shaft portion
210: first driving unit
211: first vane adjustment ring
220: second drive unit
223: second drive unit
300: control unit

Claims

A turbine comprising a turbine housing, a vane plate disposed in the turbine housing, a rotor, and a vane unit installed on the vane plate and disposed in a movement path of a fluid when the rotor rotates to adjust a movement amount of the fluid,
The vane portion,
Vane body;
A rotation drive part disposed inside the vane body part and rotating the vane body part; And
And a linear driving unit disposed inside the rotation driving unit and in contact with the vane body unit to linearly move the vane body unit,
The rotation driving part,
A first body portion disposed inside the vane body portion to rotate the vane body portion;
A first rotation shaft part connected to the first body part and installed to pass through the vane plate; And
A turbine installed to be rotatable on the vane plate and including a first driving unit for rotating the first rotation shaft.

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The method of claim 1,
The first body portion is a polygonal or elliptical turbine.

The method of claim 1,
The linear drive unit,
A first gear disposed inside the vane body and contacting the vane body;
A second rotation shaft part connected to the first gear and disposed inside the rotation drive part; And
Turbine comprising; a second driving unit connected to the second rotation shaft to rotate the second rotation shaft.

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