KR200458167Y1 - 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진 - Google Patents
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Abstract
본 고안의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진은 샤프트에 결합하는 회전체의 외각과 최 외각에 각각 제1 블레이드(충동 및 반동형 구조)와 제2 블레이드(충동형 구조)가 형성되고, 일차적으로 제트 분사 노즐 부에서 제2 블레이드에 압축 유체를 고압 분사한 후, 제2 블레이드를 통과한 잔류 압축 유체가 벨로시티 커브 다이어그램 부에 의해서 재차 제1 블레이드로 안내되고 고압 분사됨으로써, 회전체가 충동력은 물론 반동력에 의해 가속(加速)되어 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 고안은 추력 노즐 부(부스터)에서 압축 유체를 회전체의 제1 블레이드에 고압 분사하여 선택적으로 회전체를 더 가속시킬 수 있어 터빈의 출력을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 고안은 제어유닛이 컴퓨터프로그래밍에 의해서 작동하도록 설계되어 있어, 속도센서, 용량센서, 압력센서, 온도센서, 온도센서 등의 각종 센서를 통해서 작동 상황을 감지하고, 회전체의 회전속도를 실시간으로 감지하며 피드백하여, 제트 노즐 부와 상기 추력 노즐 부의 압축 유체 분사를 자동 제어하고, 터빈 샤프트의 출력을 전자동으로 제어함과 아울러, 이러한 일련의 작동 상황들을 인디게이터로 디스플레이함으로써, 작업자가 터빈 작동을 확인할 수 있도록 한다.
Description
본 고안은 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 터빈 샤프트에 결합하는 회전체(Rotor)의 외각에 충동 및 반동형 구조의 제1 블레이드(First blade)가 형성되고 최 외각에 충동형 구조의 제2 블레이드(Second blade)가 형성되어, 제1 블레이드와 제2 블레이드에 의해서 터빈 출력이 발생하고, 추력 노즐 부(부스터)에 의해서 터빈 출력을 선택적으로 더 높일 수 있음은 물론 컴퓨터프로그래밍에 의해서 전자동으로 터빈 출력이 제어될 수 있는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진에 관한 것이다.
일반적인 발전방법으로는 수력을 이용한 수력발전, 화석연료를 이용한 화력발전, 원자력을 이용한 원자력발전 등을 들 수 있으나, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비와 발전설비를 가동시키기 위한 막대한 양의 에너지원을 필요로 한다. 특히, 화력발전에 이용되는 에너지원으로써 석유나 석탄 등의 화석연료는 타연료에 비해 그 의존도가 매우 크기 때문에 자원의 고갈과 같은 문제를 일으킨다. 더욱이 석유나 석탄 등의 화석연료는 오존층을 파괴하여 지구 온난화를 일으키는 주요원인이라는 것은 잘 알려진 사실이다. 또한, 석유나 석탄 등의 화석연료는 환경오염을 유발시키는 가장 주요한 원인이기도 하다. 따라서, 석유나 석탄 등의 사용에 따른 자원의 고갈과 석유나 석탄 등을 연소시킴으로써 발생하는 지구온난화에 따른 각종 재해 및 각종 공해물질의 발생으로 인한 환경오염을 방지하기 위해서는 석유나 석탄등의 화석연료가 필요 없는 획기적인 발전 방법이 요구된다.
특허 공보 10-2004-7004016(풍력 전력기), 10-2005-0021863(풍력을 이용한 가정용 발전기), 그리고 10-2005-7020515(풍력 발전 장치용 로터 블레이드) 등이 개시되어 있다. 이와 같은 요구에 의해 최근에는 태양열, 조력, 파력 및 풍력 등의 자연에너지를 이용한 친환경적이며 영구적으로 에너지원을 활용할 수 있는 발전 방법들이 개발되어 현실에 적용되고 있다. 이 중, 태양열과 풍력을 이용한 발전 방법은 대규모 발전뿐만 아니라 일반 가정에도 적용할 수 있는 발전 방법으로서, 특히 풍력을 이용한 발전 방법은 자연의 바람으로 풍차(風車; 또는 프로펠라 함)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌려 전력을 생산하는 방식이다. 이러한 풍력 발전기를 구동시키기에 적합한 풍속으로는 3m/s이상 20m/s이하가 적합한 것으로 알려져 있다. 즉, 3m/s이하의 미풍에서는 풍력발전기의 가동이 불가하여 전력의 생산 자체가 불가능하며, 20m/s이상의 강풍은 설비 시설물을 소손시킬 수 있을 정도의 풍속이기 때문이다. 따라서 통상적으로 20m/s이상의 강풍에서는 발전기 자체가 동작을 하지 못하도록 설계되어 있다. 이로써 풍속이 3m/s ~ 20m/s의 범위 이외의 경우에는 풍력 발전기의 가동이 사실상 불가능 하다는 문제가 유발된다. 이로 인하여 종래의 풍력 발전기의 경우 이를 구동시키기에 부적합한 기후조건에서는 풍력 발전기의 구동 자체가 불가능하여 전력을 연속적으로 생산할 수 없는 문제가 발생되고, 이와 같이 적합한 풍속이 불 경우에만 장치가 작동하여 전기를 생산할 수 있기 때문에 설비 비용대비 기기의 활용도가 극히 낮아 효율성이 떨어진다는 문제를 안고 있다.
본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터빈 샤프트에 결합하는 회전체의 외각에 제1 블레이드(충동 및 반동형 구조)가 형성되고 최 외각에 제2 블레이드(충동형 구조)가 형성되어, 일차적으로 제트 분사 노즐 부에서 제2 블레이드에 압축 유체를 고압 분사한 후, 제2 블레이드를 통과한 잔류 압축 유체가 벨로시티 커브 다이어그램 부에 의해서 재차 제1 블레이드로 안내되고 고압 분사됨으로써, 회전체가 충동력은 물론 반동력에 의해 가속(加速)되어 에너지 손실을 줄일 수 있는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 고안은 제1 터빈 엔진 유닛과 제2 터빈 엔진 유닛이 병렬로 배치되고, 1 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제1기어가 설치되고, 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제2기어가 설치되며, 제1기어와 제2기어 사이에는 연결기어가 설치되고, 연결기어에는 메인 터빈 샤프트가 설치되어 1 터빈 엔진 유닛과 2 터빈 엔진 유닛의 출력이 합쳐져 메인 터빈 샤프트로 출력됨으로써, 터빈 출력을 배가(倍加)시킬 수 있는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 제공함에 있다.
또한, 본 고안은 추력 노즐 부(부스터)에서 압축 유체를 회전체의 제1 블레이드에 고압 분사하여 선택적으로 회전체를 더 가속(加速)시킬 수 있어 터빈의 출력을 높일 수 있는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 고안은 제어유닛(제어부)의 컴퓨터프로그래밍에 의해서 전자동으로 터빈 출력을 자유롭게 제어할 수 있는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진은 차세대 녹색 혁명을 리드해나갈 신동력 엔진 기술로서, 제1 터빈 엔진 유닛과 제2 터빈 엔진 유닛이 병렬로 배치되고, 상기 1 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제1기어가 설치되고, 상기 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제2기어가 설치되며, 상기 제1기어와 상기 제2기어 사이에는 연결기어가 설치되고, 상기 연결기어에는 메인 터빈 샤프트가 설치되어 상기 1 터빈 엔진 유닛과 상기 2 터빈 엔진 유닛의 출력이 합쳐져 상기 메인 터빈 샤프트로 출력되는 구조로 구성된다.
우선, 상기 제1 터빈 엔진 유닛은 터빈 케이싱 내부에 회전 가능하게 설치되는 터빈 샤프트; 상기 터빈 샤프트에 고정되며, 외각에 다수의 제1 블레이드(충동 및 반동형 구조)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(충동형 구조)가 형성되는 적어도 하나 이상의 회전체(Rotor); 압축 유체(스팀, 가스 등)를 상기 제2 블레이드에 고압 분사하기 위하여 상기 터빈 케이싱 내부에 설치되는 제트 노즐 부; 상기 제2 블레이드들을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 터빈 케이싱 내부에 균등 간격을 두고 형성되는 벨로시티 커브 다이어그램 부; 상기 터빈 케이싱의 양측에 고정되어 상기 터빈 샤프트를 회전 가능하게 지지하며, 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부에 의해서 상기 제1 블레이드들을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부가 형성되는 고정 체; 상기 제1 블레이드에 압축 유체를 분사하여 상기 회전체를 가속시킬 수 있도록 상기 터빈 케이싱에 설치되는 다수의 추력 노즐 부(Booster); 상기 터빈 샤프트의 출력을 제어할 수 있도록 상기 회전체의 회전속도를 감지하고, 상기 제트 노즐 부와 상기 추력 노즐 부의 압축 유체 분사를 자동 제어하는 제어유닛; 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부에 인접 설치되는 벨로시티 가이드 플레이트;를 구비한다.
그리고, 상기 제2 터빈 엔진 유닛은 터빈 케이싱 내부에 회전 가능하게 설치되는 터빈 샤프트; 상기 터빈 샤프트에 고정되며, 외각에 다수의 제1 블레이드(충동 및 반동형 구조)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(충동형 구조)가 형성되는 적어도 하나 이상의 회전체(Rotor); 압축 유체(스팀, 가스 등)를 상기 제2 블레이드에 고압 분사하기 위하여 상기 터빈 케이싱 내부에 설치되는 제트 노즐 부; 상기 제2 블레이드들을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 터빈 케이싱 내부에 균등 간격을 두고 형성되는 벨로시티 커브 다이어그램 부; 상기 터빈 케이싱의 양측에 고정되어 상기 터빈 샤프트를 회전 가능하게 지지하며, 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부에 의해서 상기 제1 블레이드들을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부가 형성되는 고정 체; 상기 제1 블레이드에 압축 유체를 분사하여 상기 회전체를 가속시킬 수 있도록 상기 터빈 케이싱에 설치되는 다수의 추력 노즐 부(Booster); 상기 터빈 샤프트의 출력을 제어할 수 있도록 상기 회전체의 회전속도를 감지하고, 상기 제트 노즐 부와 상기 추력 노즐 부의 압축 유체 분사를 자동 제어하는 제어유닛; 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부에 인접 설치되는 벨로시티 가이드 플레이트;를 구비한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 터빈 샤프트에 결합하는 회전체의 외각에 제1 블레이드(충동 및 반동형 구조)가 형성되고 최 외각에 제2 블레이드(충동형 구조)가 형성되어, 일차적으로 제트 분사 노즐 부에서 제2 블레이드에 압축 유체를 고압 분사한 후, 제2 블레이드를 통과한 잔류 압축 유체가 벨로시티 커브 다이어그램 부에 의해서 재차(再次) 제1 블레이드로 안내되고 고압 분사됨으로써, 회전체가 충동력은 물론 반동력에 의해 가속(加速)되어 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 또한, 본 고안은 제1 터빈 엔진 유닛과 제2 터빈 엔진 유닛이 병렬로 배치되고, 1 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제1기어가 설치되고, 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제2기어가 설치되며, 제1기어와 제2기어 사이에는 연결기어가 설치되고, 연결기어에는 메인 터빈 샤프트가 설치되어 1 터빈 엔진 유닛과 2 터빈 엔진 유닛의 출력이 합쳐져 메인 터빈 샤프트로 출력되는 구조로 구성됨으로써, 터빈 출력을 두 배로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 고안은 추력 노즐 부(부스터)에서 압축 유체를 회전체의 제1 블레이드에 고압 분사하여 선택적으로 회전체를 더 가속시킬 수 있어 터빈의 출력을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 제어유닛이 컴퓨터프로그래밍에 의해서 작동하도록 설계되어 있어, 속도센서, 용량센서, 압력센서, 온도센서 등의 각종 센서를 통해서 작동 상황을 감지하고, 회전체의 회전속도를 실시간으로 감지하며 피드백하여, 제트 노즐 부와 상기 추력 노즐 부의 압축 유체 분사를 자동 제어하고, 터빈 샤프트의 출력을 전자동으로 제어함과 아울러, 이러한 일련의 작동 상황들을 인디게이터로 디스플레이함으로써, 작업자가 터빈 작동을 확인할 수 있도록 한다.
또한, 본 고안은 터보 차저에 의해서 배기가스를 활용하여 연료 효율을 높이고 배기가스 배출에 의한 대기 오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진 외관을 보인 사시도
도 2는 도 1의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진에서 기어박스를 제거한 사시도
도 3은 도 1의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 보인 정면도
도 4는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 평면 구성도
도 5는 제1 터빈 엔진 유닛 내부를 보인 단면도
도 6은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱과 그 터빈 케이싱에 설치된 회전체를 보인 사시도
도 7은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱을 보인 정면도
도 8은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 내부를 보인 정면도
도 9는 제1 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 사시도
도 10은 제1 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 정면도 및 회전체의 제1 블레이드와 제2 블레이드를 설명하기 위한 도면
도 11은 제1 터빈 엔진 유닛의 제1 블레이드를 보인 사시도 및 제1 블레이드의 상단과 하단의 비틀림 각도를 설명하는 도면
도 12는 제1 터빈 엔진 유닛의 회전체 회전원리를 설명하는 도면
도 13은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 양측에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 14는 도 13의 단면도
도 15는 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱의 중간에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 16은 도 15의 단면도
도 17은 제2 터빈 엔진 유닛 내부를 보인 단면도
도 18은 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱과 그 터빈 케이싱에 설치된 회전체를 보인 사시도
도 19는 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱을 보인 정면도
도 20은 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 내부를 보인 정면도
도 21는 제2 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 사시도
도 22는 제2 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 정면도 및 회전체의 제1 블레이드와 제2 블레이드를 설명하기 위한 도면
도 23은 제2 터빈 엔진 유닛의 제1 블레이드를 보인 사시도 및 제1 블레이드의 상단과 하단의 비틀림 각도를 설명하는 도면
도 24는 제2 터빈 엔진 유닛의 회전체 회전원리를 설명하는 도면
도 25는 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 양측에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 26은 도 25의 단면도
도 27은 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱의 중간에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 28은 도 27의 단면도
도 2는 도 1의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진에서 기어박스를 제거한 사시도
도 3은 도 1의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 보인 정면도
도 4는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 평면 구성도
도 5는 제1 터빈 엔진 유닛 내부를 보인 단면도
도 6은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱과 그 터빈 케이싱에 설치된 회전체를 보인 사시도
도 7은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱을 보인 정면도
도 8은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 내부를 보인 정면도
도 9는 제1 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 사시도
도 10은 제1 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 정면도 및 회전체의 제1 블레이드와 제2 블레이드를 설명하기 위한 도면
도 11은 제1 터빈 엔진 유닛의 제1 블레이드를 보인 사시도 및 제1 블레이드의 상단과 하단의 비틀림 각도를 설명하는 도면
도 12는 제1 터빈 엔진 유닛의 회전체 회전원리를 설명하는 도면
도 13은 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 양측에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 14는 도 13의 단면도
도 15는 제1 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱의 중간에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 16은 도 15의 단면도
도 17은 제2 터빈 엔진 유닛 내부를 보인 단면도
도 18은 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱과 그 터빈 케이싱에 설치된 회전체를 보인 사시도
도 19는 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱을 보인 정면도
도 20은 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 내부를 보인 정면도
도 21는 제2 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 사시도
도 22는 제2 터빈 엔진 유닛의 회전체를 보인 정면도 및 회전체의 제1 블레이드와 제2 블레이드를 설명하기 위한 도면
도 23은 제2 터빈 엔진 유닛의 제1 블레이드를 보인 사시도 및 제1 블레이드의 상단과 하단의 비틀림 각도를 설명하는 도면
도 24는 제2 터빈 엔진 유닛의 회전체 회전원리를 설명하는 도면
도 25는 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱 양측에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 26은 도 25의 단면도
도 27은 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 케이싱의 중간에 위치한 고정체를 보인 정면도
도 28은 도 27의 단면도
이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진 및 그 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진 자동 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진 외관을 보인 사시도, 도 2는 도 1의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진에서 기어박스를 제거한 사시도, 도 3은 도 1의 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 보인 정면도, 및 도 4는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진을 평면 구성도이다.
위 도면을 참조하면, 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진(1)은 제1 터빈 엔진 유닛(10)과 제2 터빈 엔진 유닛(20)이 병렬로 배치되고, 상기 1 터빈 엔진 유닛(10)의 터빈 샤프트(120)에는 제1기어(121)가 설치되고, 상기 제2 터빈 엔진 유닛(20)의 터빈 샤프트(220)에는 제2기어(221)가 설치되며, 상기 제1기어(121)와 상기 제2기어(221) 사이에는 연결기어(30)가 설치되고, 상기 연결기어(30)에는 메인 터빈 샤프트(31)가 설치되어 상기 1 터빈 엔진 유닛(10)과 상기 2 터빈 엔진 유닛(20)의 출력이 합쳐져 상기 메인 터빈 샤프트(31)로 출력되는 구조로 구성된다.
그리고 상기 제1기어(121), 상기 제2기어(221), 상기 연결기어(30)에는 기어박스(40)가 커버링되고, 베어링 캡(50)이 설치된다. 상기 기어박스(40) 안에는 윤활유가 있어 기어들 간의 마모를 방지하는 역할을 한다. 상기 터빈 샤프트(120)(220)에는 오일 시일러(S)가 설치된다(도 4 참조).
우선, 도 5 내지 도 16을 참조하면, 상기 제1 터빈 엔진 유닛(10)은 터빈 케이싱(110); 상기 터빈 케이싱(110) 내부에 회전 가능하게 설치되는 터빈 샤프트(120); 상기 터빈 샤프트(120)에 고정되며, 외각에 다수의 제1 블레이드(131)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(133)가 형성되는 적어도 하나 이상의 회전체(130); 압축 유체를 상기 제2 블레이드(133)에 고압 분사하기 위하여 상기 터빈 케이싱(110) 내부에 설치되는 제트 노즐 부(140); 상기 제2 블레이드들(133)을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(131) 방향으로 가이드 하고 분사(Injection)하도록 상기 터빈 케이싱(110) 내부에 균등 간격을 두고 형성되는 벨로시티 커브 다이어그램 부(150); 상기 터빈 케이싱(110)에 고정되어 상기 터빈 샤프트(120)를 회전 가능하게 지지하며, 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 의해서 상기 제1 블레이드들(131)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(161)(161')가 형성되는 고정 체(160)(160'); 상기 제1 블레이드(131)에 압축 유체를 분사하여 상기 회전체(130)를 가속시킬 수 있도록 상기 터빈 케이싱(110)에 설치되는 다수의 추력 노즐 부(170); 및 상기 터빈 샤프트(120)의 출력을 제어할 수 있도록 상기 회전체(130)의 회전속도를 실시간으로 감지하고, 상기 제트 노즐 부(140)와 상기 추력 노즐 부(170)의 압축 유체 분사를 자동 제어하는 제어유닛(제어부)(C)을 구비한다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진(1)에 있어서, 상기 제1 터빈 엔진 유닛(10)의 구성을 좀더 구체적으로 살펴본다.
우선, 상기 복수 개의 터빈 케이싱(110)이 원통 형상으로 형성되며, 수평으로 위치되고, 베이스 지지 브래킷(BS)에 의해 지지되고 베이스 플레이트(BP)에 고정된다(도 1 및 도 2 참조). 상기 복수 개의 터빈 케이싱(110)은 통상의 체결수단, 예를 들어 관통 볼트(B) 등으로 체결되는바, 상기 터빈 케이싱(110) 외각에는 관통 볼트(B)가 결합하는 볼트 홀(H)(도 6 참조)이 일정 간격을 두고 다수 형성된다.
상기 터빈 케이싱(110) 내부 적소(適所)에는 제트 노즐 부(140)가 형성된다. 상기 제트 노즐 부(140)는 압축 유체(스팀, 가스 등)를 상기 제2 블레이드(133)에 고압 분사하는 역할을 한다(도 1 및 도 5 참조).
상기 제트 노즐 부(140)에는 압축 유체의 유량을 조절하는 압축 유체 조절밸브(117)가 설치되고, 상기 각 압축 유체 조절밸브(117)에는 압력계(P)가 설치된다(도 1 및 도 5 참조).
상기 터빈 케이싱(110)의 내부에는 상기 제트 노즐 부(140)에서 분사된 압축 유체의 역류를 방지하는 토글 브래킷(115)이 일정 간격을 두고 다수 설치된다(도 7 참조).
상기 터빈 케이싱(110) 내부, 즉 내주 면을 따라 균등 간격을 두고 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)가 형성된다(도 5 및 도 12 참조).
상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)는 상기 제2 블레이드들(133)을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(131) 방향으로 가이드 하고 분사되도록 하는 역할을 하는 것으로, 압축 유체의 흐름에 장애가 되지 않도록 원만한 커브형상을 갖는다.
상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)와 인접하는 위치에는 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(131) 방향으로 가이드 하고 분사하도록 하는 벨로시티 가이드 플레이트(190)가 터빈 케이싱(110) 내부에 고정 설치된다(도 5 참조).
상기 벨로시티 가이드 플레이트(190)의 가이드 블레이드들(191) 사이에는 가이드 홀(192)이 형성된다(도 12 참조).
상기 벨로시티 가이드 플레이트(190)는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 가이드 되는 잔류 압축 유체에 의해서 반동력을 발생할 뿐만 아니라 추력 노즐 부(170)에서 분사되는 압축 유체에 의해서 충동력을 발생할 수 있는 구조로 구성되는바, 가이드 블레이드들(191)은 입구부분이 두껍고 출구부분으로 갈수록 얇게 형성되며, 가이드 홀(192)은 입구부분보다 출구부분이 좁게 형성된다(도 12 참조).
상기 터빈 샤프트(120)는 상기 터빈 케이싱(110) 센터에 수평으로 위치되고 회전 가능하게 설치된다. 4 개의 회전체(130)가 서로 일정 간격을 두고 상기 터빈 샤프트(120)에 고정 설치된다(도 5 참조). 여기서 회전체(130)의 갯 수는 설계조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 회전체(130)는 그 외각에 다수의 제1 블레이드(internal blade)(131)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(external blade)(133)가 형성된다(도 9 참조).
상기 제1 블레이드(131)는 충동형 및 반동형 블레이드 구조이고, 상기 제2 블레이드(133)는 충동형 블레이드 구조로 형성된다.
도 5에 보인 바와 같이, 상기 회전체(130)는 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형이 한 조로 구성되는바, 상기 제1 블레이드(131)의 경우에는 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형과 동일하게 배치되지만, 상기 제2 블레이드(133)의 경우에는 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형이 서로 대향 위치된다.
이와 같이 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형은 대향 위치될 뿐 서로 동일한 형상을 가지므로, 이하에서는 설명의 중복을 피하기 위하여 레프트 블레이드 형에 대해서만 도면에 도시하고 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제2 블레이드(133)는 좌우 대칭형상을 가지며, 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지하도록 형성된다(도 5 및 도 10 참조).
상기 제2 블레이드(133)에 있어서, 제트 노즐 부(140)에서 분사되는 압축 유체가 상기 제2 블레이드(133)에 30°로 입사되고 20°로 출력되며, 이때 발생하는 충동력에 의해서 회전체(130)의 회전력을 발생한다.
그리고, 상기 제1 블레이드(131)는 좌우 비대칭형상을 가지며, 상단(131a)에서 하단(131b)으로 내려갈수록 트위스트 되고 두께가 점차 두꺼워지는 형상을 가지며, 상단(131a) 각도가 50°로 비틀림 되고 하단(131b) 각도가 20°로 비틀림 되는 구조로(도 11 참조) 형성된다.
상기 제1 블레이드(131)에 있어서, 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 안내되는 압축 유체가 벨로시티 가이드 플레이트(190)의 가이드 홀(192)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되며, 이때 발생하는 반동력에 의해서 회전체(130)의 회전력을 발생한다.
또한, 상기 추력 노즐 부(부스터)(170)의 압축 유체가 벨로시티 가이드 플레이트(190)의 가이드 홀(192)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되며, 이때 발생하는 충동력에 의해서 회전체(130)의 회전력을 발생한다(도 10 참조).
상기 제2 블레이드(133)는 좌우 대칭형상을 가지며, 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지하도록 형성된다(도 2 및 도 7 참조).
부연하면, 충동형 구조에서는 제2 블레이드(133) 입구와 출구에서 압축 유체의 상대속도가 일정하여 압축 유체의 분사 압력에 의해서만 회전체(130)의 회전력이 발생한다. 하지만, 반동형 구조에서는 제1 블레이드(131) 입구와 출구에서 압축 유체의 상대 속도가 증가하여 압축 유체의 분사 압력과 압축 유체의 팽창 압이 더해져 회전체(130)의 회전력이 발생한다. 여기서 상기 제1 블레이드(131)는 반동형의 회전력뿐만 아니라 상기 추력 노즐 부(부스터)(170)의 압축 유체 분사에 의해서 충동형의 회전력이 발생한다.
상기 고정 체(160)는 상기 터빈 케이싱(110)의 양측에 통상의 체결수단, 예를 들어 볼트(B)로 고정되며, 상기 고정 체(160)의 센터에는 상기 터빈 샤프트(120)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 부(164)가 설치된다. 상기 베어링 부(164)에는 베어링 커버(165)가 볼트(B') 고정된다.
상기 고정 체(160)는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 의해서 상기 제1 블레이드들(131)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(161)를 구비한다.
상기 고정 체(160)의 상기 배출 부(161)에는 상기 제2 블레이드들(133) 사이를 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위한 배출 홀(162)이 형성되고, 상기 배출 홀(162) 입구에는 경사의 고정 블레이드(163)가 형성된다(도 13 및 도 14 참조).
상기 고정 체(160')는 상기 터빈 케이싱(110)의 중간에 고정되며, 상기 고정 체(160')의 센터에는 상기 터빈 샤프트(120)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 부(164')가 설치된다. 상기 고정 체(160')는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 의해서 상기 제1 블레이드들(131)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(161')를 구비한다.
상기 고정 체(160')의 상기 배출 부(161')에는 상기 제2 블레이드들(133) 사이를 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위한 배출 홀(162')이 형성되고, 상기 배출 홀(162') 입구에는 경사의 고정 블레이드(163')가 형성된다(도 15 및 도 16 참조).
상기 배출 부(161)(161')에는 배기관(119)이 연결되며, 상기 배기관(119)에는 터보차저(turbocharger, turbo-supercharger)(T)(도 1 참조)가 설치될 수도 있다. 상기 터보차저(T)는 배기가스를 이용해 터빈 엔진의 출력을 높이는 역할을 한다.
상기 추력 노즐 부(170)는 상기 터빈 케이싱(110) 내부 적소(適所)에 설치되어 상기 제1 블레이드(131)에 압축 유체를 더 분사하여 상기 회전체(130)를 더 가속(加速) 시키는 역할을 하는 것으로, 상기 제1 블레이드(131)에 압축 유체를 일정각도로 경사지게 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다(도 1 및 도 2 참조).
상기 제어유닛(C)은 컴퓨터프로그래밍에 의해서 작동하도록 설계되어 있어, 상기 터빈 케이싱(110)에 설치된 속도센서, 용량센서, 압력센서, 온도센서, 온도센서 등의 각종 센서(미도시)를 통해서 작동 상황을 감지하고, 상기 회전체(130)의 회전속도를 실시간으로 감지하며, 상기 제트 노즐 부(140)와 상기 추력 노즐 부(170)의 압축 유체 분사를 자동 제어하고, 상기 터빈 샤프트(120)의 출력을 전자동으로 제어함과 아울러, 이러한 일련의 작동 상황들을 인디게이터(미도시)로 디스플레이함으로써, 작업자가 터빈 작동을 확인할 수 있도록 한다(도 5 참조).
한편, 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진(100)에 있어서, 상기 제2 터빈 엔진 유닛(20)의 구성을 좀더 구체적으로 살펴본다.
우선, 상기 복수 개의 터빈 케이싱(210)이 원통 형상으로 형성되며, 수평으로 위치되고, 베이스 지지 브래킷(BS)에 의해 지지되고 베이스 플레이트(BP)에 고정된다(도 1 및 도 2 참조). 상기 복수 개의 터빈 케이싱(210)은 통상의 체결수단, 예를 들어 관통 볼트(B) 등으로 체결되는바, 상기 터빈 케이싱(210) 외각에는 관통 볼트(B)가 결합하는 볼트 홀(H)(도 12 참조)이 일정 간격을 두고 다수 형성된다.
상기 터빈 케이싱(210) 내부 적소(適所)에는 제트 노즐 부(240)가 형성된다. 상기 제트 노즐 부(240)는 압축 유체(스팀, 가스 등)를 상기 제2 블레이드(233)에 고압 분사하는 역할을 한다(도 1 및 도 17 참조).
상기 제트 노즐 부(240)에는 압축 유체의 유량을 조절하는 압축 유체 조절밸브(217)가 설치되고, 상기 각 압축 유체 조절밸브(217)에는 압력계(P)가 설치된다(도 1 및 도 17 참조).
상기 터빈 케이싱(210)의 내부에는 상기 제트 노즐 부(240)에서 분사된 압축 유체의 역류를 방지하는 토글 브래킷(215)이 일정 간격을 두고 다수 설치된다(도 19 참조).
상기 터빈 케이싱(210) 내부, 즉 내주 면을 따라 균등 간격을 두고 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)가 형성된다(도 17 및 도 24 참조).
상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(2150)는 상기 제2 블레이드들(233)을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(231) 방향으로 가이드 하고 분사되도록 하는 역할을 하는 것으로, 압축 유체의 흐름에 장애가 되지 않도록 원만한 커브형상을 갖는다.
상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)와 인접하는 위치에는 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(231) 방향으로 가이드 하고 분사하도록 하는 벨로시티 가이드 플레이트(290)가 터빈 케이싱(210) 내부에 고정 설치된다(도 17 참조).
상기 벨로시티 가이드 플레이트(290)의 가이드 블레이드들(291) 사이에는 가이드 홀(292)이 형성된다(도 24 참조).
상기 벨로시티 가이드 플레이트(290)는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 가이드 되는 잔류 압축 유체에 의해서 반동력을 발생할 뿐만 아니라 추력 노즐 부(270)에서 분사되는 압축 유체에 의해서 충동력을 발생할 수 있는 구조로 구성되는바, 가이드 블레이드들(291)은 입구부분이 두껍고 출구부분으로 갈수록 얇게 형성되며, 가이드 홀(292)은 입구부분보다 출구부분이 좁게 형성된다(도 24 참조).
상기 터빈 샤프트(220)는 상기 터빈 케이싱(210) 센터에 수평으로 위치되고 회전 가능하게 설치된다. 4 개의 회전체(230)가 서로 일정 간격을 두고 상기 터빈 샤프트(220)에 고정 설치된다(도 17 참조). 여기서 회전체(230)의 갯 수는 설계조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 회전체(230)는 그 외각에 다수의 제1 블레이드(internal blade)(231)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(external blade)(233)가 형성된다(도 21 참조).
상기 제1 블레이드(231)는 충동형 및 반동형 블레이드 구조이고, 상기 제2 블레이드(233)는 충동형 블레이드 구조로 형성된다.
도 17에 보인 바와 같이, 상기 회전체(230)는 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형이 한 조로 구성되는바, 상기 제1 블레이드(231)의 경우에는 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형과 동일하게 배치되지만, 상기 제2 블레이드(233)의 경우에는 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형이 서로 대향 위치된다.
이와 같이 레프트 블레이드 형과 라이트 블레이드 형은 대향 위치될 뿐 서로 동일한 형상을 가지므로, 이하에서는 설명의 중복을 피하기 위하여 레프트 블레이드 형에 대해서만 도면에 도시하고 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제2 블레이드(233)는 좌우 대칭형상을 가지며, 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지하도록 형성된다(도 17 및 도 22 참조).
상기 제2 블레이드(233)에 있어서, 제트 노즐 부(240)에서 분사되는 압축 유체가 상기 제2 블레이드(233)에 30°로 입사되고 20°로 출력되며, 이때 발생하는 충동력에 의해서 회전체(230)의 회전력을 발생한다.
그리고, 상기 제1 블레이드(231)는 좌우 비대칭형상을 가지며, 상단(231a)에서 하단(231b)으로 내려갈수록 트위스트 되고 두께가 점차 두꺼워지는 형상을 가지며, 상단(231a) 각도가 50°로 비틀림 되고 하단(231b) 각도가 20°로 비틀림 되는 구조로(도 23 참조) 형성된다.
상기 제1 블레이드(231)에 있어서, 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 안내되는 압축 유체가 벨로시티 가이드 플레이트(290)의 가이드 홀(292)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되며, 이때 발생하는 반동력에 의해서 회전체(230)의 회전력을 발생한다.
또한, 상기 추력 노즐 부(부스터)(270)의 압축 유체가 벨로시티 가이드 플레이트(290)의 가이드 홀(292)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되며, 이때 발생하는 충동력에 의해서 회전체(230)의 회전력을 발생한다(도 10 참조).
상기 제2 블레이드(233)는 좌우 대칭형상을 가지며, 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지하도록 형성된다(도 14 및 도 19 참조).
부연하면, 충동형 구조에서는 제2 블레이드(233) 입구와 출구에서 압축 유체의 상대속도가 일정하여 압축 유체의 분사 압력에 의해서만 회전체(230)의 회전력이 발생한다. 하지만, 반동형 구조에서는 제1 블레이드(231) 입구와 출구에서 압축 유체의 상대 속도가 증가하여 압축 유체의 분사 압력과 압축 유체의 팽창 압이 더해져 회전체(230)의 회전력이 발생한다. 여기서 상기 제1 블레이드(231)는 반동형의 회전력뿐만 아니라 상기 추력 노즐 부(부스터)(270)의 압축 유체 분사에 의해서 충동형의 회전력이 발생한다.
상기 고정 체(260)는 상기 터빈 케이싱(210)의 양측에 통상의 체결수단, 예를 들어 볼트(B)로 고정되며, 상기 고정 체(260)의 센터에는 상기 터빈 샤프트(220)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 부(264)가 설치된다. 상기 베어링 부(264)에는 베어링 커버(265)가 볼트(B') 고정된다.
상기 고정 체(260)는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 의해서 상기 제1 블레이드들(231)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(210) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(261)를 구비한다.
상기 고정 체(260)의 상기 배출 부(261)에는 상기 제2 블레이드들(233) 사이를 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(210) 외부로 배출하기 위한 배출 홀(262)이 형성되고, 상기 배출 홀(262) 입구에는 경사의 고정 블레이드(263)가 형성된다(도 25 및 도 26 참조).
상기 고정 체(260')는 상기 터빈 케이싱(210)의 중간에 고정되며, 상기 고정 체(260')의 센터에는 상기 터빈 샤프트(220)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 부(264')가 설치된다. 상기 고정 체(260')는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 의해서 상기 제1 블레이드들(231)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(210) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(261')를 구비한다.
상기 고정 체(260')의 상기 배출 부(261')에는 상기 제2 블레이드들(233) 사이를 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(210) 외부로 배출하기 위한 배출 홀(262')이 형성되고, 상기 배출 홀(262') 입구에는 경사의 고정 블레이드(263')가 형성된다(도 27 및 도 28 참조).
상기 배출 부(261)(261')에는 배기관(219)이 연결되며, 상기 배기관(219)에는 터보차저(turbocharger, turbo-supercharger)(T)(도 1 참조)가 설치될 수도 있다. 상기 터보차저(T)는 배기가스를 이용해 터빈 엔진의 출력을 높이는 역할을 한다.
상기 추력 노즐 부(270)는 상기 터빈 케이싱(210) 내부 적소(適所)에 설치되어 상기 제1 블레이드(231)에 압축 유체를 더 분사하여 상기 회전체(230)를 더 가속(加速) 시키는 역할을 하는 것으로, 상기 제1 블레이드(231)에 압축 유체를 일정각도로 경사지게 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다(도 1 및 도 2 참조).
상기 제어유닛(C')은 컴퓨터프로그래밍에 의해서 작동하도록 설계되어 있어, 상기 터빈 케이싱(210)에 설치된 속도센서, 용량센서, 압력센서, 온도센서, 온도센서 등의 각종 센서(미도시)를 통해서 작동 상황을 감지하고, 상기 회전체(230)의 회전속도를 실시간으로 감지하며, 상기 제트 노즐 부(240)와 상기 추력 노즐 부(270)의 압축 유체 분사를 자동 제어하고, 상기 터빈 샤프트(220)의 출력을 전자동으로 제어함과 아울러, 이러한 일련의 작동 상황들을 인디게이터(미도시)로 디스플레이함으로써, 작업자가 터빈 작동을 확인할 수 있도록 한다(도 17 참조).
이와 같이 구성된 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진 자동 제어방법에 대하여 좀더 구체적으로 설명한다.
제어 유닛(C)(C')에서는 제트 노즐 부(140)(240)가 압축 유체를 회전체(130)(230)의 제2 블레이드(133)(233)를 향하여 고압 분사하도록 한다. 상기 제트 노즐 부(140)(240)의 고압 분사에 의하여 충동력이 발생하여 회전체(130)(230가 일차적으로 회전하는 힘을 받는다.
이때 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지함으로써, 상기 제2 블레이드들(133)(233)을 통과한 잔류 압축 유체는 터빈 케이싱(110)(210)의 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)(250)로 가이드 되고, 벨로시티 가이드 플레이트(190)(290)의 가이드 블레이드(191)(291)에 의해서 상기 회전체(130)(230)의 제1 블레이드(131)(231)로 분사되어 반동력이 발생하여 상기 회전체(130)(230)를 재차 가속시킨다.
제1 블레이드(131)(231) 입구와 출구에서 압축 유체의 상대속도가 증가하여 압축 유체의 분사 압력과 압축 유체의 팽창압이 더해져 회전체(130)(230)의 회전력이 발생하는 것이다.
제어 유닛(C)(C')에서는 압축 유체 조절밸브(117)(217)가 유체의 양을 조절하여 상기 제트 노즐 부(140)(240)의 압축 유체 유량을 조절하도록 하여, 회전체(130)(230)의 회전을 제어할 수 있다.
터빈 출력을 더 높이고자 하는 경우(추력 하고자 하는 경우), 제어 유닛(C)(C')은 상기 추력 노즐 부(170)(270)가 압축 유체를 벨로시티 가이드 플레이트(190)(290)의 가이드 홀(192)(292) 안으로 고압 분사하도록 하고, 상기 가이드 홀(192)(292) 안으로 고압 분사된 압축 유체가 상기 회전체(130)(230)의 제1 블레이드(131)(231)를 향하여 고압 분사되도록 함으로써 충동력을 발생하여 상기 회전체(130)(230)를 더 가속(加速)시킬 수 있다.
상기 제어유닛(C)(C')은 터빈 케이싱(110)(210) 내부에 설치된 통상의 속도계(미도시)를 통해서 상기 회전체(130)(230)의 회전속도를 실시간으로 감지함은 물론 용량센서, 압력센서, 온도센서, 온도센서 등의 각종 센서(미도시)를 통해서 작동 상황을 감지하고 피드백하며, 상기 압축 유체 조절밸브(117)(217)를 조절하여 상기 제트 노즐 부(140)(240)를 제어함으로써, 상기 회전체(130)(230)의 속도를 제어함과 아울러, 상기 추력 노즐 부(170)(270)의 압축 유체 분사를 제어하여 터빈 출력을 전자동으로 제어할 수 있다.
본 고안에서는 제1 터빈 엔진 유닛(10)과 제2 터빈 엔진 유닛(20)이 병렬로 배치되는 것을 일례로 설명하고 있으나, 도시하지 않은 제3 및 제4 엔진 유닛이 추가로 배치될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 터빈 샤프트에 결합하는 회전체의 외각에 제1 블레이드(충동 및 반동형 구조)가 형성되고 최 외각에 제2 블레이드(충동형 구조)가 형성되어, 일차적으로 제트 분사 노즐 부에서 제2 블레이드에 압축 유체를 고압 분사한 후, 제2 블레이드를 통과한 잔류 압축 유체가 벨로시티 커브 다이어그램 부에 의해서 재차(再次) 제1 블레이드로 안내되고 고압 분사됨으로써, 회전체가 충동력은 물론 반동력에 의해 가속(加速)되어 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 제1 터빈 엔진 유닛과 제2 터빈 엔진 유닛이 병렬로 배치되고, 1 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제1기어가 설치되고, 제2 터빈 엔진 유닛의 터빈 샤프트에는 제2기어가 설치되며, 제1기어와 제2기어 사이에는 연결기어가 설치되고, 연결기어에는 메인 터빈 샤프트가 설치되어 1 터빈 엔진 유닛과 2 터빈 엔진 유닛의 출력이 합쳐져 메인 터빈 샤프트로 출력되는 구조로 구성됨으로써, 터빈 출력을 배로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 고안은 추력 노즐 부(부스터)에서 압축 유체를 회전체의 제1 블레이드에 고압 분사하여 선택적으로 회전체를 더 가속시킬 수 있어 터빈의 출력을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 제어유닛이 컴퓨터프로그래밍에 의해서 작동하도록 설계되어 있어, 속도센서, 용량센서, 압력센서, 온도센서, 온도센서 등의 각종 센서를 통해서 작동 상황을 감지하고, 회전체의 회전속도를 실시간으로 감지하며 피드백하여, 제트 노즐 부와 상기 추력 노즐 부의 압축 유체 분사를 자동 제어하고, 터빈 샤프트의 출력을 전자동으로 제어함과 아울러, 이러한 일련의 작동 상황들을 인디게이터로 디스플레이함으로써, 작업자가 터빈 작동을 확인할 수 있도록 한다.
또한, 본 고안은 터보 차저에 의해서 배기가스를 활용하여 연료 효율을 높이고 배기가스 배출에 의한 대기 오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 고안의 권리는 상기 설명된 실시 예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 제1 터빈 엔진 유닛
20: 제2 터빈 엔진 유닛
30: 연결기어
31: 메인 터빈 샤프트
100,200: 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진
110,210: 터빈 케이싱
115,215: 토글 브래킷
117,217: 압축 유체 공급조절밸브
119,219: 배기관
120,220: 터빈 샤프트
130,230: 회전체
131,231: 제1 블레이드
133,233: 제2 블레이드
140,240: 제트 노즐 부
150,250: 벨로시티 커브 다이어그램 부
160,260: 고정 체
161,161',261,261': 배출 부
162,162',262,262': 배출 홀
163,163',263,263': 경사의 고정 블레이드
164,164',264,264': 베어링 부
170,270: 추력 노즐 부
C,C': 제어유닛
190,290: 벨로시티 가이드 플레이트
191,291: 가이드 블레이드
192,292: 가이드 홀
20: 제2 터빈 엔진 유닛
30: 연결기어
31: 메인 터빈 샤프트
100,200: 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진
110,210: 터빈 케이싱
115,215: 토글 브래킷
117,217: 압축 유체 공급조절밸브
119,219: 배기관
120,220: 터빈 샤프트
130,230: 회전체
131,231: 제1 블레이드
133,233: 제2 블레이드
140,240: 제트 노즐 부
150,250: 벨로시티 커브 다이어그램 부
160,260: 고정 체
161,161',261,261': 배출 부
162,162',262,262': 배출 홀
163,163',263,263': 경사의 고정 블레이드
164,164',264,264': 베어링 부
170,270: 추력 노즐 부
C,C': 제어유닛
190,290: 벨로시티 가이드 플레이트
191,291: 가이드 블레이드
192,292: 가이드 홀
Claims (13)
- 제1 터빈 엔진 유닛(10)과 제2 터빈 엔진 유닛(20)이 병렬로 배치되고, 상기 1 터빈 엔진 유닛(10)의 터빈 샤프트(120)에는 제1기어(121)가 설치되고, 상기 제2 터빈 엔진 유닛(20)의 터빈 샤프트(220)에는 제2기어(221)가 설치되며, 상기 제1기어(121)와 상기 제2기어(221) 사이에는 연결기어(30)가 설치되고, 상기 연결기어(30)에는 메인 터빈 샤프트(31)가 설치되어 상기 1 터빈 엔진 유닛(10)과 상기 2 터빈 엔진 유닛(20)의 출력이 합쳐져 상기 메인 터빈 샤프트(31)로 출력되는 구조로 구성되며,
상기 제1기어(121), 상기 제2기어(221), 상기 연결기어(30)에는 기어박스(40)가 커버링되고, 베어링 캡(50)이 설치되고,
상기 1 터빈 엔진 유닛(10)은, 원통 형상으로 형성되고, 수평으로 위치되는 복수 개의 터빈 케이싱(110); 상기 터빈 케이싱(110) 내부에 수평으로 위치하고, 회전 가능하게 설치되는 터빈 샤프트(120); 상기 터빈 샤프트(120)에 고정되며, 외각에 다수의 제1 블레이드(131)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(133)가 형성되는 적어도 하나 이상의 회전체(130); 압축 유체를 상기 제2 블레이드(133)에 고압 분사하기 위하여 상기 터빈 케이싱(110) 내부에 설치되는 제트 노즐 부(140); 상기 제2 블레이드들(133)을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(131) 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 터빈 케이싱(110) 내부에 균등 간격을 두고 형성되는 벨로시티 커브 다이어그램 부(150); 상기 터빈 케이싱(110)에 고정되어 상기 터빈 샤프트(120)를 회전 가능하게 지지하며, 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 의해서 상기 제1 블레이드들(131)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(161)(161')가 형성되는 고정 체(160)(160'); 상기 제1 블레이드(131)에 압축 유체를 분사하여 상기 회전체(130)를 가속시킬 수 있도록 상기 터빈 케이싱(110)에 설치되는 다수의 추력 노즐 부(170); 상기 터빈 샤프트(120)의 출력을 제어할 수 있도록 상기 회전체(130)의 회전속도를 감지하고, 상기 제트 노즐 부(140)와 상기 추력 노즐 부(170)의 압축 유체 분사를 자동 제어하는 제어유닛(C); 및 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(131) 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)와 인접하는 위치에 고정 설치되는 벨로시티 가이드 플레이트(190)를 포함하며,
상기 고정 체(160)(160')의 상기 배출 부(161)(161')에는 상기 제2 블레이드들(133) 사이를 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(110) 외부로 배출하기 위한 배출 홀(162)(162')이 형성되고, 상기 배출 홀(162)(162') 입구에는 경사의 고정 블레이드(163)(163')가 형성되고,
상기 터빈 케이싱(110)의 내부에는 상기 제트 노즐 부(140)에서 분사된 압축 유체의 역류를 방지하는 토글 브래킷(115)이 설치되며,
상기 추력 노즐 부(170)는 상기 제1 블레이드(131)에 압축 유체를 일정각도로 경사지게 분사하도록 상기 터빈 케이싱(110)에 설치되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제1항에 있어서,
상기 고정 체(160)(160')의 센터에는 상기 터빈 샤프트(120)를 지지하는 베어링 부(164)(164')가 설치되고,
상기 제트 노즐 부(170)에는 압축 유체의 공급 양을 조절하는 압축 유체 조절밸브(117)가 설치되며,
상기 제1 블레이드(131)와 상기 제2 블레이드(133)는 서로 일정 간격을 두고 상기 회전체(130)에 형성되고,
상기 벨로시티 가이드 플레이트(190)는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 가이드 되는 잔류 압축 유체에 의해서 반동력을 발생할 뿐만 아니라 추력 노즐 부(170)에서 분사되는 압축 유체에 의해서 충동력을 발생할 수 있는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제 2항에 있어서,
상기 벨로시티 가이드 플레이트(190)의 가이드 블레이드들(191)은 입구부분이 두껍고 출구부분으로 갈수록 얇게 형성되며, 가이드 홀(192)은 입구부분보다 출구부분이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제2항에 있어서,
상기 제1 블레이드(131)의 경우, 벨로시티 커브 다이어그램 부(150)에 안내되는 압축 유체가 벨로시티 가이드 플레이트(190)의 가이드 홀(192)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제3항에 있어서,
상기 추력 노즐 부(부스터)(170)에서 분사되는 압축 유체는 벨로시티 가이드 플레이트(190)의 가이드 홀(192)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되는 것을 특징으로 하는 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제3항에 있어서,
상기 제2 블레이드(133)는 좌우 대칭형상을 가지며, 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제1항에 있어서,
상기 배출 부(161)(161')에는 배기관(119)이 연결되며, 상기 배기관(119)에는 터보차저(turbocharger, turbo-supercharger)(T)가 설치되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제1항에 있어서,
상기 2 터빈 엔진 유닛(20)은
원통 형상으로 형성되고, 수평으로 위치되는 복수 개의 터빈 케이싱(210);
상기 터빈 케이싱(210) 내부에 수평으로 위치하고, 회전 가능하게 설치되는 터빈 샤프트(220);
상기 터빈 샤프트(220)에 고정되며, 외각에 다수의 제1 블레이드(231)가 형성되고, 최 외각에 다수의 제2 블레이드(233)가 형성되는 적어도 하나 이상의 회전체(230);
압축 유체를 상기 제2 블레이드(233)에 고압 분사하기 위하여 상기 터빈 케이싱(210) 내부에 설치되는 제트 노즐 부(240);
상기 제2 블레이드들(233)을 통과한 잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(231) 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 터빈 케이싱(210) 내부에 균등 간격을 두고 형성되는 벨로시티 커브 다이어그램 부(250);
상기 터빈 케이싱(210)에 고정되어 상기 터빈 샤프트(220)를 회전 가능하게 지지하며, 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 의해서 상기 제1 블레이드들(231)을 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(210) 외부로 배출하기 위하여 내측에 배출 부(261)(261')가 형성되는 고정 체(260)(260');
상기 제1 블레이드(231)에 압축 유체를 분사하여 상기 회전체(230)를 가속시킬 수 있도록 상기 터빈 케이싱(210)에 설치되는 다수의 추력 노즐 부(270);
상기 터빈 샤프트(220)의 출력을 제어할 수 있도록 상기 회전체(230)의 회전속도를 감지하고, 상기 제트 노즐 부(240)와 상기 추력 노즐 부(270)의 압축 유체 분사를 자동 제어하는 제어유닛(C');
잔류 압축 유체를 상기 제1 블레이드(231) 방향으로 가이드 하고 분사하도록 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)와 인접하는 위치에 고정 설치되는 벨로시티 가이드 플레이트(290);를 더 포함하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제8항에 있어서,
상기 고정 체(260)(260')의 상기 배출 부(261)(261')에는 상기 제2 블레이드들(233) 사이를 통과한 압축 유체를 상기 터빈 케이싱(210) 외부로 배출하기 위한 배출 홀(262)(262')이 형성되고, 상기 배출 홀(262)(262') 입구에는 경사의 고정 블레이드(263)(263')가 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제8항에 있어서,
상기 터빈 케이싱(210)의 내부에는 상기 제트 노즐 부(240)에서 분사된 압축 유체의 역류를 방지하는 토글 브래킷(215)이 설치되고,
상기 추력 노즐 부(270)는 상기 제1 블레이드(231)에 압축 유체를 일정각도로 경사지게 분사하도록 상기 터빈 케이싱(210)에 설치되며,
상기 고정 체(260)(260')의 센터에는 상기 터빈 샤프트(220)를 지지하는 베어링 부(264)(264')가 설치되고,
상기 제트 노즐 부(270)에는 압축 유체의 공급 양을 조절하는 압축 유체 조절밸브(217)가 설치되며,
상기 제1 블레이드(231)와 상기 제2 블레이드(233)는 서로 일정 간격을 두고 상기 회전체(230)에 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제8항에 있어서,
상기 벨로시티 가이드 플레이트(290)는 상기 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 가이드 되는 잔류 압축 유체에 의해서 반동력을 발생할 뿐만 아니라 추력 노즐 부(270)에서 분사되는 압축 유체에 의해서 충동력을 발생할 수 있는 구조로 구성되며,
상기 벨로시티 가이드 플레이트(290)의 가이드 블레이드들(291)은 입구부분이 두껍고 출구부분으로 갈수록 얇게 형성되며, 가이드 홀(292)은 입구부분보다 출구부분이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제8항에 있어서,
상기 제1 블레이드(231)는 좌우 비대칭형상을 가지며, 상단(231a)에서 하단(231b)으로 내려갈수록 트위스트 되고 두께가 점차 두꺼워지는 형상을 가지며, 상단(231a) 각도가 50°로 비틀림 되고 하단(231b) 각도가 20°로 비틀림 되는 구조로 형성되며,
상기 제1 블레이드(231)의 경우, 벨로시티 커브 다이어그램 부(250)에 안내되는 압축 유체가 벨로시티 가이드 플레이트(290)의 가이드 홀(292)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진. - 제8항에 있어서,
상기 추력 노즐 부(부스터)(270)에서 분사되는 압축 유체는 벨로시티 가이드 플레이트(290)의 가이드 홀(292)을 통해서 30°로 입사되고 20°로 출력되며,
상기 제2 블레이드(233)는 좌우 대칭형상을 가지며, 압축 유체의 입사각과 투사각이 각각 30°로 동일 각도를 유지하도록 형성되며,
상기 배출 부(261)(261')에는 배기관(219)이 연결되며, 상기 배기관(219)에는 터보차저(turbocharger, turbo-supercharger)(T)가 설치되는 것을 특징으로 하는 병렬식 수평형 초 동력 고효율 복합 터빈 엔진.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR950019070A (ko) * | 1993-12-28 | 1995-07-22 | 전성원 | 쌍열 내연기관 |
| KR20090083264A (ko) * | 2008-01-29 | 2009-08-03 | 황기호 | 기류발전장치 |
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2011
- 2011-08-31 KR KR2020110007892U patent/KR200458167Y1/ko not_active IP Right Cessation
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