KR102207938B1 - Turbine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터빈을 개시한다. 본 발명은, 허브와, 상기 허브에 설치되는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 압력면과 팁부가 연결되는 부분이 라운드지게 형성된다. The present invention discloses a turbine. The present invention includes a hub and a blade installed on the hub, and the blade is formed such that a portion connected to the pressure surface and the tip portion is rounded.
Description
본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus, and more particularly, to a turbine.
일반적인 터빈은 유체의 흐름에 따라 유체가 블레이드와 충돌하여 블레이드를 회전시킴으로써 작동할 수 있다. 이러한 경우 블레이드의 압력면과 팁부 사이의 경계는 명확하게 구분되는 선 형태로 형성될 수 있다. 이때, 유체는 이동하면서 압력면과 팁부 사이의 경계에 충돌하여 유동박리가 형성되고, 이로 인하여 팁부의 후면에 소용돌이를 형성할 수 있다. A typical turbine can be operated by rotating the blade by the fluid colliding with the blade according to the flow of the fluid. In this case, the boundary between the pressure surface of the blade and the tip portion may be formed in a clearly distinguished line shape. At this time, while the fluid moves, it collides with the boundary between the pressure surface and the tip portion to form flow separation, thereby forming a vortex at the rear surface of the tip portion.
상기와 같은 소용돌이는 블레이드의 회전에 따라 형성되는 유체의 균일한 흐름을 방해할 수 있다. 특히 이러한 유체의 균일한 흐름에 힘을 가함으로써 불균일한 유체의 흐름을 생성할 수 있다. The vortex as described above may interfere with the uniform flow of fluid formed according to the rotation of the blade. In particular, it is possible to create a non-uniform flow of fluid by applying a force to the uniform flow of the fluid.
상기와 같은 불균일한 유체의 흐름이 발생하면 터빈의 작동 시 터빈에서 소음이 발생될 수 있다. 뿐만 아니라 유체의 흐름이 불균일해짐으로써 에너지 손실이 발생하고 이로 인하여 터빈의 작동 성능이 저하될 수 있다. When the above non-uniform fluid flow occurs, noise may be generated in the turbine during operation of the turbine. In addition, the flow of the fluid becomes non-uniform, resulting in energy loss, which may reduce the operating performance of the turbine.
상기와 같은 터빈은 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 특히 터빈은 산업용 엔진에 배치되어 사용될 수 있다. 이러한 경우 상기와 같이 터빈의 성능이 저하되는 경우 산업용 엔진 전체의 성능이 저하될 수 있다. 뿐만 아니라 터빈의 안정성이 확도되지 않는 경우 산업용 엔진 전체에 영향을 미침으로써 산업용 엔진 전체의 안정성을 저해하는 요인이 될 수 있다. Such a turbine can be used in various fields. In particular, the turbine can be used in an industrial engine. In this case, when the performance of the turbine is deteriorated as described above, the performance of the entire industrial engine may be deteriorated. In addition, if the stability of the turbine is not ascertained, it may affect the entire industrial engine, which may deteriorate the stability of the entire industrial engine.
이러한 터빈과 관련하여서 미국공개특허 제2013-0084191호(발명의 명칭: TRUBINE BLADE WITH IMPINGEMENT CAVITY COOLING INCLUDING PIN FINS, 출원인: Nan Jiang)에 구체적으로 개시되어 있다. In connection with such a turbine, US Patent Publication No. 2013-0084191 (name of the invention: TRUBINE BLADE WITH IMPINGEMENT CAVITY COOLING INCLUDING PIN FINS, Applicant: Nan Jiang) discloses in detail.
본 발명의 실시예들은 터빈을 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention are intended to provide a turbine.
본 발명의 일 측면은, 허브와, 상기 허브에 설치되는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 압력면과 팁부가 연결되는 부분이 라운드지게 형성된 터빈을 제공할 수 있다. An aspect of the present invention may provide a turbine including a hub and a blade installed on the hub, the blade having a portion connected to a pressure surface and a tip portion being rounded.
또한, 라운드진 상기 블레이드 부분 중 상기 블레이드의 압력면과 상기 블레이드의 흡입면 사이의 거리가 가장 큰 부분이 다른 부분보다 길이가 길 수 있다.In addition, a portion of the rounded blade portion having the largest distance between the pressure surface of the blade and the suction surface of the blade may be longer than other portions.
또한, 라운드진 상기 블레이드 부분의 시작점으로부터 상기 팁부까지의 높이 또는 라운드진 상기 블레이드 부분의 시작점으로부터 상기 압력면까지의 폭은 상기 블레이드와 상기 허브가 만나는 부분으로부터 상기 팁부까지의 높이의 10%이하일 수 있다. In addition, the height from the start point of the rounded blade portion to the tip portion or the width from the start point of the rounded blade portion to the pressure surface may be 10% or less of the height from the portion where the blade and the hub meet to the tip portion. have.
본 발명의 실시예들은 터빈의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 터빈의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다. Embodiments of the present invention can improve the performance of the turbine. In addition, embodiments of the present invention can improve the operation stability of the turbine.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 블레이드를 보여주는 사시도이다.
도 4은 도 1에 도시된 블레이드의 다양한 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 터빈을 포함하는 산업용 엔진을 포함하는 개념도이다. 1 is a perspective view showing a part of a turbine according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing the blade shown in FIG. 1.
4 is a cross-sectional view showing various embodiments of the blade shown in FIG. 1.
4 is a conceptual diagram including an industrial engine including 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 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 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 일부를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 블레이드를 보여주는 사시도이다. 1 is a perspective view showing a part of a turbine according to an embodiment of the present invention. 2 is a perspective view showing the blade shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참고하면, 터빈(100)은 허브(110), 블레이드(120) 및 하우징(130)을 포함할 수 있다. 1 and 2, the
허브(110)는 회전축(T)에 연결될 수 있다. 이때, 회전축(T)은 유체의 흐름에 따른 블레이드(120)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 허브(110)는 복수개의 부품을 구비하여 서로 조립되는 형태로 형성될 수 있다. The
블레이드(120)는 허브(110)에 설치될 수 있다. 이때, 블레이드(120)는 허브(110)에 일부가 삽입되도록 설치될 수 있다. 이러한 경우 블레이드(120)는 유체의 흐름에 따라서 허브(110)를 회전시킬 수 있다. The
상기와 같은 블레이드(120)는 압력면(121), 흡입면(122) 및 팁부(123)를 포함할 수 있다. 이때, 압력면(121)은 유체의 흐름에 따라 유체와 충돌하는 면일 수 있다. 또한, 흡입면(122)은 압력면(121)과 대향하도록 형성되며, 압력면(121)과 연결되어 폐회로(Closed-loop)를 형성할 수 있다. 이러한 경우 압력면(121)은 유체의 흐름 방향에 대해서 상류측으로부터 하류측으로 인입되도록 형성될 수 있으며, 흡입면(122)은 상류측으로부터 하류측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 블레이드(120)의 길이 방향과 수직한 블레이드(120)의 단면은 압력면(121)과 흡입면(122)이 서로 연결되어 익형 형태로 형성될 수 있다. 팁부(123)는 블레이드(120)의 최상단일 수 있다. The
상기와 같은 팁부(123)와 압력면(121)이 연결되는 부분은 라운드지게 형성될 수 있다. 이때, 라운드진 부분(126)은 팁부(123)와 압력면(121)을 연결할 수 있으며, 블레이드(120)의 회전 시 발생하는 난류(Vortex)를 최소화할 수 있다. 이때, 라운드진 부분(126)은 팁부(123)를 향하여 볼록한 형태로 형성될 수 있다.A portion at which the
라운드진 부분(126)의 거리(W)는 일부분으로부터 리딩에지(124)까지 또는 일부분으로부터 트레일링에지(125)까지 상이하게 형성될 수 있다. 이때, 라운드진 부분(126)의 거리(W)는 곡선으로 형성되어 측정될 수 있다. 또한, 라운드진 부분(126)의 거리(W)는 압력면(121)과 팁부(123)에 각각 형성된 시작점(P1,P2) 사이의 거리일 수 있다. 이러한 경우 상기와 같은 라운드진 부분(126)은 압력면(121)과 팁부(123)에 각각 시작점(P1,P2)이 존재할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 압력면(121)에 배치된 시작점(P1,P2)을 제1 시작점(P1)으로 지칭하고, 팁부(123)에 배치된 시작점(P1,P2)을 제2 시작점(P2)으로 지칭하여 상세히 설명하기로 한다. 이러한 경우 라운드진 부분(126)의 거리(W)는 제1 시작점(P1)과 제2 시작점(P2)까지의 거리로 정의될 수 있다. 서로 대응되는 제1 시작점(P1)과 제2 시작점(P2)은 하기와 같이 결정될 수 있다. 구체적으로 팁부(123)에 가상의 원(C)을 가정하는 경우, 제2 시작점(P2)이 형성하는 곡선과 원(C)이 만나는 점과 흡입면(122)과 팁부(123)가 만나는 부분이 형성하는 곡선과 가상의 원(C)이 만나는 점을 결정할 수 있다. 이러한 경우 두 점을 통과하는 블레이드(120)의 단면을 가정하였을 때 제1 시작점(P1)이 형성하는 곡선과 블레이드(120)의 단면이 만나는 점을 제2 시작점(P2)과 대응되는 제1 시작점(P1)으로 형성할 수 있다. The distance W of the
상기와 같이 형성되는 제1 시작점(P1)과 제2 시작점(P2) 사이의 거리는 원(C)의 지름이 가장 큰 부분이 다른 부분보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 제1 시작점(P1)과 제2 시작점(P2) 사이의 거리는 원(C)의 지름이 가장 큰 부분을 중심으로 리딩에지(124)나 트레일링에지(125) 부분으로 갈수록 작아질 수 있다. As for the distance between the first starting point P1 and the second starting point P2 formed as described above, a portion having the largest diameter of the circle C may be formed larger than the other portion. In addition, the distance between the first starting point P1 and the second starting point P2 may decrease toward the leading
한편, 상기와 같은 터빈(100)의 작동을 살펴보면, 외루부터 유체가 공급되는 경우 블레이드(120)와 충돌하여 블레이드(120) 및 허브(110)를 회전시킬 수 있다. 이러한 경우 허브(110)의 회전에 따라 회전축(T)을 회전하고, 회전축(T)의 외부에 연결되어 있는 장치를 작동시킬 수 있다. On the other hand, looking at the operation of the
상기와 같은 경우 일반적인 터빈에서는 유체의 흐름에 따라 블레이드의 팁부에서 난류가 형성될 수 있다. 구체적으로 일반적인 터빈의 경우 팁부와 압력면이 만나는 부분은 상기와 같이 라운드지게 형성되지 않고, 경계를 만들 수 있다. 이러한 경우 팁부에는 유체가 팁부와 압력면 사이의 경계에 충돌하면서 팁부와 흡입면 뒤쪽에서 유체의 일부가 박리됨으로써 소용돌이가 형성될 수 있다. 이러한 경우 상기 소용돌이로 인하여 팁부의 후면에서는 난류를 형성하게 되고, 블레이드를 통과한 유체의 흐름을 불균일하게 만들 수 있다. 이러한 불균일한 유체의 흐름은 터빈의 운전 안정성을 저해할 뿐만 아니라 효율을 저하시키는 문제를 발생시킬 수 있다. In such a case, in a general turbine, turbulence may be formed at the tip of the blade according to the flow of the fluid. Specifically, in the case of a general turbine, the portion where the tip portion and the pressure surface meet is not formed to be rounded as described above, and a boundary can be made. In this case, a vortex may be formed in the tip portion by the fluid colliding with the boundary between the tip portion and the pressure surface and part of the fluid peeling off behind the tip portion and the suction surface. In this case, turbulence is formed at the rear of the tip portion due to the vortex, and the flow of fluid passing through the blade may be made non-uniform. Such a non-uniform flow of fluid may cause a problem of not only impairing the operational stability of the turbine, but also lowering the efficiency.
그러나 상기와 같이 압력면(121)과 팁부(123) 사이에 라운드진 부분(126)이 존재하는 경우 압력면(121)에 충돌한 유체가 라운드진 부분(126)을 따라서 팁부(123)로 이동함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 특히 라운드진 부분(126)이 존재하는 경우 유체의 유동박리를 최소화함으로써 상기와 같은 소용돌이의 생성을 저감시킬 수 있다. However, when there is a
따라서 터빈(100)은 블레이드(120)의 회전 시 발생하는 난류를 최소화함으로써 터빈(100)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 터빈(100)은 유동박리를 최소화함으로써 터빈(100)의 운전 시 발생하는 소음 및 진동을 최소화시킬 수 있다. Therefore, the
도 3은 도 1에 도시된 블레이드의 다양한 실시예를 보여주는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing various embodiments of the blade shown in FIG. 1.
도 3을 참고하면, 블레이드(120)는 제1 시작점(P1)에서 팁부(123)까지의 제1 거리(S1)와 제2 시작점(P2)에서 압력면(121)까지의 제2 거리(S2)가 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 거리(S1)와 제2 거리(S2)는 서로 상이하게 형성될 수 있다. 이러한 경우 제1 거리(S1)는 제2 거리(S2)보다 크게 형성되거나 제1 거리(S1)는 제2 거리(S2)보다 작게 형성될 수 있다. 다른 실시예로써 제1 거리(S1)와 제2 거리(S2)는 서로 동일하게 형성되는 것도 가능하다. Referring to FIG. 3, the
상기와 같은 경우 제1 거리(S1) 및 제2 거리(S2)는 모두 블레이드(120)의 높이(H)의 10%이내일 수 있다. 이때, 블레이드(120)의 높이(H)는 허브(110)의 외면으로부터 블레이드(120)의 팁부(123)까지의 거리로 정의될 수 있다. In the above case, both the first distance S1 and the second distance S2 may be within 10% of the height H of the
상기와 같이 제1 거리(S1) 및 제2 거리(S2)가 블레이드(120)의 높이(H)의 10%를 초과하는 경우 팁부(123)의 후면에서 기존보다 더 많은 소용돌이를 형성하거나 기존의 터빈과 동등한 성능을 나타낼 수 있다. As described above, when the first distance (S1) and the second distance (S2) exceed 10% of the height (H) of the
도 4는 도 1에 도시된 터빈을 포함하는 산업용 엔진을 포함하는 개념도이다.4 is a conceptual diagram including an industrial engine including the turbine shown in FIG. 1.
도 4를 참고하면, 산업용 엔진(10)은 압축기(12), 연소기(13) 및 제1 터빈(14)을 포함할 수 있다. 이때, 압축기(12)는 외부로부터 유입되는 유체를 압축할 수 있다. 이러한 경우 압축기(12)는 제1 터빈(14)과 연결되어 제1 터빈(14)의 회전 시 같이 회전할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
연소기(13)는 터빈(100)에서 압축된 유체와 함께 연료를 혼합하여 연소할 수 있다. 이때, 연소기(13)는 일반적인 산업용 연소기와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. The
제1 터빈(14)은 상기 도 1의 터빈(100)과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. The
한편, 산업용 엔진(10)은 상기의 구성 이외에도 압축기(12)에 기체를 공급하는 송풍팬(11)을 더 포함할 수 있다. 또한, 산업용 엔진(10)은 제1 터빈(14)으로부터 토출되는 유체를 통하여 작동하는 제2 터빈(15)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the
상기와 같은 경우 제1 터빈(14)은 고압터빈(High pressure turbine, HPT)일 수 있으며, 제2 터빈(15)은 저압터빈(Low pressure turbine, LPT)일 수 있다. In this case, the
이러한 경우 상기와 같은 블레이드(미도시)는 제1 터빈(14) 및 제2 터빈(15) 중 적어도 하나에 포함할 될 수 있다. 특히 상기와 같은 블레이드는 제1 터빈(14)에 구비될 수 있다. In this case, the blades (not shown) as described above may be included in at least one of the
상기와 같은 산업용 엔진(10)의 작동을 살펴보면, 압축기(12)는 송풍팬(11)으로부터 공급되는 유체를 압축하여 연소기(13)로 공급할 수 있다. 연소기(13)는 압축된 유체와 외부로부터 공급되는 연료를 혼합하여 연소한 후 이를 제1 터빈(14)에 공급할 수 있다. Looking at the operation of the
제1 터빈(14)은 연소기(13)에서 공급되는 유체를 통하여 작동할 수 있다. 이러한 경우 상기 블레이드는 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 형성됨으로써 제1 터빈(14)의 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 상기 블레이드를 통하여 제1 터빈(14)은 작동 안정성을 확보할 수 있다. The
상기와 같이 제1 터빈(14)을 거친 유체는 제2 터빈(15)을 통과하여 제2 터빈(15)을 작동시킨 후 외부로 배출될 수 있다. 이러한 경우 제1 터빈(14) 및 제2 터빈(15)은 외부의 장치에 연결될 수 있으며, 외부의 장치에 동력을 전달할 수 있다. The fluid passing through the
따라서 산업용 엔진(10)은 제1 터빈(14)의 성능을 향상시킴으로써 기존 산업용 엔진보다 높은 효율로 작동하는 것이 가능하다. 또한, 산업용 엔진(10)은 제1 터빈(14)의 운전 안정성 확보를 통하여 전체 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the
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: 산업용 엔진
11: 송풍팬
12: 압축기
13: 연소기
14: 제1 터빈
15: 제2 터빈
100: 터빈
110: 허브
120: 블레이드
130: 하우징10: industrial engine
11: Blowing fan
12: compressor
13: combustor
14: first turbine
15: second turbine
100: turbine
110: hub
120: blade
130: housing
Claims (3)
상기 허브에 설치되는 블레이드;를 포함하고,
상기 블레이드는 압력면과 팁부가 연결되는 부분이 볼록한 형태로 라운드지게 형성되며, 라운드진 상기 블레이드 부분의 시작점으로부터 상기 팁부까지의 높이 및 라운드진 상기 블레이드 부분의 시작점으로부터 상기 압력면까지의 폭은 상기 블레이드와 상기 허브가 만나는 부분으로부터 상기 팁부까지의 높이의 10%이하이며,
라운드진 상기 블레이드 부분 중 상기 블레이드의 압력면과 상기 블레이드의 흡입면 사이의 거리가 가장 큰 부분이 다른 부분보다 길이가 길며,
라운드진 상기 블레이드 부분의 길이는,
상기 블레이드의 압력면과 상기 블레이드의 흡입면 사이의 거리가 가장 큰 부분에서 상기 블레이드의 트레일링에지 또는 리딩에지 중 하나로 갈수록 작아지는 터빈. Herb; And
Including; blades installed on the hub,
The blade is formed to be rounded in a convex shape at a portion connecting the pressure surface and the tip portion, and the height from the start point of the rounded blade portion to the tip portion and the width from the start point of the rounded blade portion to the pressure surface are the 10% or less of the height from the portion where the blade and the hub meet to the tip portion,
Of the rounded blade portions, the portion having the largest distance between the pressure surface of the blade and the suction surface of the blade is longer than other portions,
The length of the rounded blade portion,
A turbine whose distance between the pressure surface of the blade and the suction surface of the blade decreases toward one of the trailing edge or leading edge of the blade at the largest portion.
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