KR20120138514A - 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공동이 형성된 하우징; 상기 하우징 상부의 내부로 삽입 고정되고, 외주면을 따라 다수개의 제1임펠러가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제1유로가 형성되는 고정휠; 상기 하우징 하부의 내부로 삽입되며, 외주면을 따라 다수개의 제2임펠러가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제2유로가 형성되는 회전휠; 및 상기 회전휠에 축방향으로 고정 결합되고, 상기 제1유로 및 제2유로를 따라 유입되는 유체에 의해 회전휠과 일체로 회전하여 생성되는 동력에너지를 외부로 전달하는 회전자축; 을 포함하고, 상기 제1임펠러는, 일정각도로 경사져서 상기 고정휠의 외주면에 결합되는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 고정휠과 회전휠에 결합된 임펠러를 역방향으로 경사지게 결합하여, 회전휠을 통해 배출되는 유체의 속도를 강화시키고 회전휠의 회전속도를 빠르게 하여 강한 동력에너지를 얻을 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공할 수 있다.

Description

다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈{Multiple Angles Impeller Combined Turbine Of Axial Type's}

본 발명은 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정휠과 회전휠에 결합된 임펠러를 역방향으로 경사지게 결합하여, 회전휠을 통해 배출되는 유체의 속도를 강화시키고 회전휠의 회전속도를 빠르게 하여 강한 동력에너지를 얻을 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈에 관한 것이다.

본 발명은 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈에 관한 것이다.

일반적으로 유체운동은 에너지를 보유, 전달하는 능력이 있으며, 이 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환시킬 수 있다. 이러한 유체의 특성을 매체로 하여 에너지의 형태를 변환시킬 수 있는 많은 유체 기계들이 알려져 있고, 가스터빈, 증기터빈 등이 있다.

이러한 종래의 가스터빈은 압축된 공기와 연료의 혼합 기체가 연소실에서 연속 점화가 지속되면서 공기가 팽창되고 팽창된 공기가 배출구로 나가면서 날개깃과 부딪치며 임펠러를 회전시켜 동력을 얻으며, 증기터빈은 물을 끓여서 발생한 고압증기를 날개깃에 분사하여 임펠러를 회전시켜 동력을 획득한다.

즉, 터빈은 유체를 날개깃에 분사하여 임펠러를 회전시킴으로써, 유체운동의 에너지가 터빈의 회전동력에너지로 변화되는 구조로 이루어져 있다. 또한, 날개깃의 형상, 각도, 배치간격 등에 따라 그 효율이 좌우된다.

그러나, 날개깃은 고온고압의 유체와 부딪치기 때문에 날개깃의 파손을 방지하기 위하여 초내열, 초경금속의 특수강의 재질을 사용하여 제작비용이 커지는 문제점이 있었다.

또한, 특수강의 재질을 이용하여 초정밀가공하고, 회전하는 임펠러의 휠바란싱을 유지할 수 있도록 제작하기 때문에 제작하는데 어려울 뿐만 아니라, 특수강의 재질을 이용하여 초소형으로 제작하기에 매우 어려움이 있었다.

또한, 유체가 날개깃과 부딪치면서 팽창되어 캐비테이션 현상이 발생하여 속도와 방향이 모두 달라져 분산되기 때문에 유체 에너지가 손실되어 에너지 효율이 현저하게 낮고, 진동과 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 고정휠과 회전휠에 결합된 다수개의 임펠러들은 각각 이격되어 유체(流體)가 지나가는 유로가 형성되게 결합하되 고정휠과 회전휠에 결합된 임펠러를 역방향으로 경사지게 결합하여, 회전휠을 통해 배출되는 유체의 속도를 강화시키고 회전휠의 회전속도를 빠르게 하여 강한 동력에너지를 얻을 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 고정휠에 결합된 임펠러를 경사지게 형성하여 유입되는 유체에 고속 토네이도를 발생시켜 회전휠로 이동시키고, 회전휠에 결합된 임펠러는 회전기능을 하는 직선날개와 축방향의 유체속도를 강화시키는 압축기능을 하는 경사날개가 절곡되게 결합된 2중각도로 되어 있어 회전휠의 회전력을 증가시키고, 회전휠과 일체로 회전하는 회전축에 설치된 발전기의 효율을 높일 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 하우징을 일체로 제작하여 하우징 내부에 고정휠과 회전휠을 삽입함으로써 고정휠과 회전휠 사이로 발생되는 유체 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 고정휠과 회전휠에 형성되는 유로의 간격을 동일하게 하여 고정휠에서 회전휠로 이동하는 유체의 압력저하가 거의 발생하지 않고, 유체의 운동속도를 높이는 직진운동으로 터빈의 강한 회전동력을 얻을 수 있으며 휠의 원운동에 따른 관성작용과 휠발란싱을 맞추기 용이하며 진동 및 소음 없이 안전하게 운전될 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 원통과 원통 사이에 임펠러를 결합하는 구조로 제작됨으로써 날개가 외부로 드러나지 않아 날개손상의 우려가 없어 수명이 반영구적으로 사용이 가능한 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 공동이 형성된 하우징; 상기 하우징 상부의 내부로 삽입 고정되고, 외주면을 따라 다수개의 제1임펠러가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제1유로가 형성되는 고정휠; 상기 하우징 하부의 내부로 삽입되며, 외주면을 따라 다수개의 제2임펠러가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제2유로가 형성되는 회전휠; 및 상기 회전휠에 축방향으로 고정 결합되고, 상기 제1유로 및 제2유로를 따라 유입되는 유체에 의해 회전휠과 일체로 회전하여 생성되는 동력에너지를 외부로 전달하는 회전자축; 을 포함하고, 상기 제1임펠러는, 일정각도로 경사져서 상기 고정휠의 외주면에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2임펠러는, 축방향으로 구비된 직선날개와 일정각도로 경사져서 구비된 경사날개가 절곡되게 결합되어 상기 회전휠의 외주면에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경사날개는, 제1임펠러 경사방향의 역방향으로 경사져서 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정휠은, 하단 중심부에 베어링이 체결되고, 상기 회전자축은 상기 회전휠의 중심부를 관통하여 고정 결합되며, 회전휠의 상단면 위로 돌출되는 회전자축의 상부는 상기 베어링에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 고정휠과 회전휠에 결합된 다수개의 임펠러들은 각각 이격되어 유체(流體)가 지나가는 유로가 형성되게 결합하되 고정휠과 회전휠에 결합된 임펠러를 역방향으로 경사지게 결합하여, 회전휠을 통해 배출되는 유체의 속도를 강화시키고 회전휠의 회전속도를 빠르게 하여 강한 동력에너지를 얻을 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 고정휠에 결합된 임펠러를 경사지게 형성하여 유입되는 유체에 고속 토네이도를 발생시켜 회전휠로 이동시키고, 회전휠에 결합된 임펠러는 회전기능을 하는 직선날개와 축방향의 유체속도를 강화시키는 압축기능을 하는 경사날개가 절곡되게 결합된 2중각도로 되어 있어 회전휠의 회전력을 증가시키고, 회전휠과 일체로 회전하는 회전축에 설치된 발전기의 효율을 높일 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 하우징을 일체로 제작하여 하우징 내부에 고정휠과 회전휠을 삽입함으로써 고정휠과 회전휠 사이로 발생되는 유체 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 고정휠과 회전휠에 형성되는 유로의 간격을 동일하게 하여 고정휠에서 회전휠로 이동하는 유체의 압력저하가 거의 발생하지 않고, 유체의 운동속도를 높이는 직진운동으로 터빈의 강한 회전동력을 얻을 수 있으며 휠의 원운동에 따른 관성작용과 휠발란싱을 맞추기 용이하며 진동 및 소음 없이 안전하게 운전될 수 있는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 원통과 원통 사이에 임펠러를 결합하는 구조로 제작됨으로써 날개가 외부로 드러나지 않아 날개손상의 우려가 없어 수명이 반영구적으로 사용이 가능한 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 나타낸 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 나타낸 단면도이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈을 나타낸 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈은 하우징(100), 고정휠(200), 회전휠(300), 회전자축(400)을 포함한다.

하우징(100)은 공동(空洞)이 형성된다.

이때, 상기 하우징(100)의 하부에는 후술할 회전휠(300)이 삽입되어 외부로 이탈되지 않도록 받침부(미도시)가 형성될 수도 있다.

고정휠(200)은 상기 하우징(100) 상부의 내부로 삽입 고정되고, 외주면을 따라 다수개의 제1임펠러(210)가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제1유로(220)가 형성된다.

따라서, 고정휠(200) 상부로 유입되는 유체가 상기 제1유로(220)를 따라 회전휠(300)로 이동하게 되는 것이다.

이때, 상기 제1임펠러(210)는, 일정각도로 경사져서 상기 고정휠(200)의 외주면에 결합되는 것이 바람직하다.

즉, 제1임펠러(210)는 유체가 일정각도로 경사지게 유입되어 제1유로(220)를 따라 회전휠(300)로 이동될 수 있도록 경사지게 형성되어 후술할 회전휠(300)의 제2임펠러(310)와 부딪히며 회전휠(300)을 회전시키는 것이다.

또한, 상기 고정휠(200)로 유입되는 유체가 상기 회전휠(300)로 이동될 때 분산되는 유체 에너지의 손실을 최소화 하기 위하여 하우징(100)을 일체형으로 제작하여, 고정휠(200)과 회전휠(300)이 하우징(100) 내부로 구비되는 것이 바람직하다.

다시말해, 유체의 이동시 유체가 분산되면 유체 에너지가 감소하여 회전휠(300)의 회전력이 감소할 수 있는데 하우징(100) 내부로 고정휠(200)과 회전휠(300)을 삽입하여 고정휠(200)과 회전휠(300) 외측의 틈새을 줄임으로써 외부로 손실되는 유체를 차단하는 것이다.

또한, 상기 제1임펠러(210)의 일측 끝단은 상기 하우징(100)의 내벽에 결합하여 고정휠(200)이 하우징(100)에 고정되게 할 수도 있다.

회전휠(300)은 상기 하우징(100) 하부의 내부로 삽입되며, 외주면을 따라 다수개의 제2임펠러(310)가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제2유로(320)가 형성된다.

이때, 상기 제2임펠러(310)는, 축방향으로 구비된 직선날개(311)와 일정각도로 경사져서 구비된 경사날개(312)가 절곡되게 결합되어 상기 회전휠(300)의 외주면에 결합된다.

즉, 직선날개(311)는 직선형으로 형성되고, 경사날개(312)는 일정각도로 경사져서 상기 고정휠(200)의 외주면에 결합되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 경사날개(312)는, 제1임펠러(210) 경사방향의 역방향으로 경사져서 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1유로(220) 및 제2유로(320)는 일정간격으로 형성됨으로써, 고정휠(200)에서 회전휠(300)로 이동하는 유체의 압력저하가 거의 발생하지 않는 것이다. 또한, 유체의 직진운동으로 터빈의 회전동력을 얻으며 휠의 원운동에 따른 관성작용으로 진동 및 소음 없이 안전하게 동작이 가능한 것이다.

회전자축(400)은 상기 회전휠(300)에 축방향으로 고정 결합되고, 상기 제1유로(220) 및 제2유로(320)를 따라 유입되는 유체에 의해 회전휠(300)과 일체로 회전하여 생성되는 동력에너지를 외부로 전달한다.

이때, 상기 고정휠(200)은, 도 2에서와 같이, 하단 중심부에 베어링(230)이 체결되고, 상기 회전자축(400)은 상기 회전휠(300)의 중심부(330)를 관통하여 고정 결합되며, 회전휠(300)의 상단면 위로 돌출되는 회전자축(400)의 상부는 상기 베어링(230)에 삽입되는 것이다.

도 3을 참조하면, 고압의 유체를 분사노즐(미도시)을 이용하여 고정휠(200) 상부로 분사하면, 유체가 일정각도로 기울어진 제1유로(220)을 따라 이동하여 회전휠(300)로 유입된다.

이때, 유체는 제1임펠러(210)가 하우징(100) 내벽에 결합된 구조로 손실없이 회전휠(300)로 유입되고, 유입된 유체는 축방향으로 형성된 제2임펠러(310)의 직선날개(311)의 내벽과 부딪히게 되면서 회전휠(300)이 회전하게 되고 제2유로(320)를 따라 외부로 배출되게 된다. 이때, 유체는 경사진 경사날개(312)에 의해 기울어진 제2유로(320)를 따라 배출되는 것이다.

즉, 경사날개(312)가 회전휠(300)의 회전방향과 역방향으로 경사지게 형성되어 유체가 배출되기 때문에 유체를 외부로 밀어내는 힘이 가해지며 신속하게 배출됨으로써 회전휠(300)의 회전속도가 증가하게 되는 것이다.

유체는 직진성을 유지한 상태로 고정휠(200)과 회전휠(300)을 통과하는 것이다.

이와 같이, 유체가 다각의 임펠러에 의해 형성되는 유로를 통과하며 회전휠(300)을 회전시키고, 회전휠(300)과 일체로 회전하는 회전축(400)에 의해 외부의 기기로 동력에너지가 전달되어 발전이 이루어지는 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 하우징 200 : 고정휠
210 : 제1임펠러 220 : 제1유로
230 : 베어링 300 : 회전휠
310 : 제2임펠러 311 : 직선날개
312 : 경사날개 320 : 제2유로
330 : 중심부 400 : 회전자축

Claims (4)

1. 공동이 형성된 하우징;
   상기 하우징 상부의 내부로 삽입 고정되고, 외주면을 따라 다수개의 제1임펠러가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제1유로가 형성되는 고정휠;
   상기 하우징 하부의 내부로 삽입되며, 외주면을 따라 다수개의 제2임펠러가 각각 이격되게 결합되어 상기 이격으로 제2유로가 형성되는 회전휠; 및
   상기 회전휠에 축방향으로 고정 결합되고, 상기 제1유로 및 제2유로를 따라 유입되는 유체에 의해 회전휠과 일체로 회전하여 생성되는 동력에너지를 외부로 전달하는 회전자축; 을 포함하고,
   상기 제1임펠러는, 일정각도로 경사져서 상기 고정휠의 외주면에 결합되는 것을 특징으로 하는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2임펠러는,
   축방향으로 구비된 직선날개와 일정각도로 경사져서 구비된 경사날개가 절곡되게 결합되어 상기 회전휠의 외주면에 결합되는 것을 특징으로 하는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 경사날개는,
   제1임펠러 경사방향의 역방향으로 경사져서 구비되는 것을 특징으로 하는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 고정휠은, 하단 중심부에 베어링이 체결되고,
   상기 회전자축은 상기 회전휠의 중심부를 관통하여 고정 결합되며, 회전휠의 상단면 위로 돌출되는 회전자축의 상부는 상기 베어링에 삽입되는 것을 특징으로 하는 다각의 임펠러가 결합된 축류형터빈.

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