KR20130035654A - 반작용식 터빈장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노즐이 회전부재로부터 분리되지 않도록 구조가 개선된 반작용식 터빈장치가 개시된다. 이를 위한, 반작용식 터빈장치는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기회전축을 회전시키는 적어도 하나의 회전부재와, 상기 회전축을 회전 가능하도록 지지하면서 상기 회전부재를 수용하도록 형성된 챔버부재를 포함하며, 상기 회전부재는 특정 두께의 판형으로 이루어진 제1몸체부와, 특정 두께의 판형으로 이루어져서 일면이 상기 제1몸체부의 일면과 결합되도록 형성된 제2몸체부와, 작동유체가 상기 회전부재의 원주 방향으로 분사될 수 있도록 상기 제1몸체부의상기 제2몸체부와 마주하는 면과, 상기 제2몸체부의 상기 제1몸체부와 마주하는 면 중 적어도 어느 하나에 상기 회전부재의 외부와 연통되도록 형성된 유로와, 상기 유로 도중에 착탈 가능하게 설치된 노즐을 포함한다.

Description

반작용식 터빈장치{Reaction type turbine}
본 발명은 반작용식 터빈장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스팀이나 가스 또는 압축공기를 이용하여 회전력을 발생시키는 반작용식 터빈장치에 관한 것이다.
스팀터빈은 스팀이 가진 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기 방식의 하나이다. 스팀터빈은 진동이 적고, 능률이 좋으며, 고속이면서 큰 마력을 얻을 수 있기 때문에 화력발전이나 선박의 주기관으로 널리 사용되고 있다.
한국등록특허 10-0905963 (공개일 2008.10.01)에는 반작용식 터빈이 기술되어 있다. 반작용식 터빈은 종래의 일반적인 터빈과 다르게 로터들로부터 작동유체가 외부로 분사되고, 이에 대한 반발력으로 로터가 회전하게 된다.
한편, 한국등록특허 10-0905963의 도 2에 도시된 바와 같이 분할축(21,22,23)의 둘레면에 분사관(31,32,33)이 결합되는데, 분사관에서 분사되는 작동유체의 반발력에 의해 분사관이 분할축을 기준으로 회전하면서 반작용식 터빈이 동작되는 과정에서 분사관이 원심력에 의하여 용접부위에 변형이 발생되거나, 용접부위가 파손될 수 있으므로 노즐의 교체가 용이하지 않을 수 있다. 또한, 분사관이 과도한 원심력에 의해 분할축으로부터 분리되는 경우, 하우징의 내벽면에 부딪혀서 하우징이 파손될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 노즐이 회전부재로부터 분리되지 않도록 구조가 개선된 반작용식 터빈장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반작용식 터빈장치는, 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기회전축을 회전시키는 적어도 하나의 회전부재와, 상기 회전축을 회전 가능하도록 지지하면서 상기 회전부재를 수용하도록 형성된 챔버부재를 포함하며, 상기 회전부재는 특정 두께의 판형으로 이루어진 제1몸체부와, 특정 두께의 판형으로 이루어져서 일면이 상기 제1몸체부의 일면과 결합되도록 형성된 제2몸체부와, 작동유체가 상기 회전부재의 원주 방향으로 분사될 수 있도록 상기 제1몸체부의상기 제2몸체부와 마주하는 면과, 상기 제2몸체부의 상기 제1몸체부와 마주하는 면 중 적어도 어느 하나에 상기 회전부재의 외부와 연통되도록 형성된 유로와, 상기 유로 도중에 착탈 가능하게 설치된 노즐을 포함한다.
본 발명에 따른 반작용식 터빈장치에서는, 노즐이 제1몸체부와 제2몸체부의 내부에 배치되어 있으므로, 반작용식 터빈장치가 동작되는 과정에서 원심력에 의해 노즐이 제1몸체부와 제2몸체부로부터 이탈되지 않고 초기 위치가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 반작용식 터빈장치의 동작과정에서 내부의 부품이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반작용식 터빈장치가 제조되는 과정에서 노즐을 제1몸체부와 제2몸체부에 체결하는 과정을 거치지 않아도 됨으로써, 조립이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치를 도시한 단면도.
도 2는, 도 1에 도시된 반작용식 터빈장치에서 A-A라인을 따라 취한 단면도.
도 3은, 도 1에 도시된 반작용식 터빈장치에서 회전부재의 다른 구조의 일예를 도시한 단면도.
도 4는, 도 1에 도시된 반작용식 터빈장치에서 노즐을 발췌하여 도시한 사시도.
도 5는, 도 1에 도시된 반작용식 터빈장치에서 회전부재의 또 다른 구조의 일예를 도시한 단면도.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치(100)는 회전축(110)과, 회전부재(120)와, 챔버부재(130)를 포함한다.
회전축(110)은 특정 길이로 형성된다. 본 발명의 반작용식 터빈장치(100)가 발전기에 적용되는 경우, 회전축(110)에는 발전기에 포함된 전자석이 결합되어 전기를 생산할 수 있다. 또한, 반작용식 터빈장치(100)가 동력장치에 적용되는 경우, 회전축(110)에 벨트 또는 기어를 결합시키는 것도 가능하다.
회전부재(120)들은 상기 회전축(110)에 고정 결합된다. 회전부재(120)가 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기 회전축(110)을 회전시킨다. 회전부재(120)에는 중공(128)이 형성된다. 회전축(110)은 상기 중공(128)에 결합된다. 회전부재(120)에는 적어도 하나의 개구부(127)가 형성될 수 있다. 개구부(127)는 회전부재(120)에서 회전축(110)에 인접한 부분의 적어도 일부에 개구되게 형성된 부분이다. 개구부(127)를 통하여 작동유체가 유입될 수 있다. 그리고, 회전부재(120)의 내부에는 작동유체가 이동될 수 있도록 유로(123)가 형성될 수 있다.
챔버부재(130)는 상기 회전축(110)을 회전가능하도록 지지한다. 챔버부재(130)는 회전축(110)에 회전 가능하게 결합된다. 챔버부재(130)는 상기 회전부재(120)를 수용하도록 형성된다. 챔버부재(130)의 내부에는 복수개의 단위공간들이 형성된다. 하나의 단위공간에는 하나의 회전부재(120)가 수용될 수 있다. 챔버부재(130)의 단위공간들은 격벽들에 의해 형성될 수 있다. 격벽들은 챔버부재(130) 내부에 일정간격을 이루어 배치된다. 그리고, 격벽의 자유단과 회전부재(120)가 인접한 공간에는 씰링부재(150)가 배치될 수 있다. 씰링부재(150)는 작동유체가 유실되지 않고 회전부재(120)의 개구된 부분으로 안정적으로 유입될 수 있게 한다. 챔버부재(130)와 회전축(110)이 접촉되는 부분에는 베어링(140)이 설치될 수 있다. 챔버부재(130)의 일측에는 작동유체가 유입되는 유입부(131)가 형성될 수 있다. 챔버부재(130)의 타측에는 작동유체가 배출되는 배출부(132)가 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치(100)에서 상기 회전부재(120)는 제1몸체부(121)와, 제2몸체부(122)와, 유로(123)와, 노즐(124)을 포함한다.
제1몸체부(121)는 특정 두께의 판형으로 이루어진다.
제2몸체부(122)는 특정 두께의 판형으로 이루어져서 일면이 상기 제1몸체부(121)의 일면과 결합되도록 형성된다. 즉, 회전부재(120)는 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)로 분할되도록 이루어진다. 제1몸체부(120)와 제2몸체부(122)에서 서로 결합되는 면의 형상은 서로 대응되도록 이루어진다. 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)는 체결부재에 의해 서로 착탈가능하도록 체결될 수 있다. 체결부재의 일예로 볼트와 너트일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
유로(123)는 작동유체가 상기 회전부재(120)의 원주면으로 분사될 수 있게 한다. 유로(123)는 상기 제1몸체부(121)의 상기 제2몸체부(122)와 마주하는 면과, 상기 제2몸체부(122)의 상기 제1몸체부(121)와 마주하는 면 중 적어도 어느 하나에 상기 회전부재(120)의 외부와 연통되도록 형성된다. 즉, 유로(123)의 일단은 회전부재(120)에서 회전축(110)에 인접한 위치에 개구된 부분과 연통되고, 유로(123)의 타단은 회전부재(120)의 둘레면에 형성될 수 있다. 이러한 유로(123)를 통하여 작동유체가 이동되고, 작동유체가 회전부재(120)의 둘레면으로 분사되면서 반발력에 의해 회전부재(120)가 회전축(110)을 회전시킨다.
노즐(124, 도 3 참조)은 상기 유로(123) 도중에 착탈 가능하게 설치된다. 더욱 상세하게 설명하면, 노즐(124, 도 3 참조)은 상기 유로(123)의 내부에 수용가능한 크기로 형성된다. 노즐(124)의 외형의 형상의 일예로, 원기둥, 다각기둥 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 노즐(124)에는 중공이 형성되고, 상기 중공을 통하여 작동유체가 분사된다. 이러한 노즐(124)은 상기 유로(123)에서 상기 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)의 둘레면에 인접한 위치에 설치된다. 상기 노즐(124)에 의해 작동유체의 분사 방향이 용이하게 설정될 수 있다. 이러한 노즐(124, 도 2참조)의 중공은 단면적이 일정하게 이루어진 것일 수 있다. 노즐(124)의 형상의 다른 일례로, 노즐(124, 도 4참조)의 중공은 양단의 단면적이 중간부분의 단면적보다 크게 이루어질 수 있다.
한편, 상기 회전부재(120)의 구조를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 유로(123)에서 상기 회전부재(120)의 둘레면에 인접한 부분의 적어도 일부분(123a)은 상기 노즐(124)의 단면적보다 단면적이 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 볼트와 같은 별도의 체결부재로 노즐(124)을 제1몸체부(121) 또는 제2몸체부(122)에 고정시키지 않더라도, 노즐(124)의 초기 위치가 유지될 수 있다.
한편, 전술한 구조와 다르게, 노즐(124)이 유로(123)의 내부에 설치되지 않고 회전부재(120)의 둘레면에 인접한 위치이면서 유로(123)와 연통되는 위치에 볼트로 체결되는 경우, 반작용식 터빈장치(100)가 동작되는 과정에서 회전부재(120)의 빠른 회전에 따른 원심력과 동작시 발생되는 미세한 진동에 의해 볼트의 체결이 해제되어 노즐(124)이 회전부재(120)로부터 분리될 가능성이 있다. 이 경우, 노즐(124)이 챔버부재(130)의 내벽면과 부딪히게 되어 챔버부재(130)가 파손되거나, 회전하는 부품들과 부딪히면서 부품들이 파손되는 문제점이 발생될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 반작용식 터빈장치(100)에서는 노즐(124)이 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)의 내부에 배치되어 있으므로, 반작용식 터빈장치(100)가 동작되는 과정에서 원심력에 의해 노즐(124)이 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)로부터 이탈되지 않고 초기 위치가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 반작용식 터빈장치(100)의 동작과정에서 내부의 부품이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반작용식 터빈장치(100)가 제조되는 과정에서 노즐(124)을 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)에 체결하는 과정을 거치지 않아도 됨으로써, 조립이 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치에서, 상기 회전부재(220)는 걸림부(126)를 더 포함할 수 있다. 걸림부(126)는 상기 노즐(124)의 양단에서 작동유체가 분사되는 반대 측에 위치한 단부를 지지하도록 배치된다. 걸림부의 형상의 다른 일예로, 상기 회전축(110) 방향으로부터 상기 유로에 삽입되는, 중앙에 통로가 형성된 부재일 수 있다. 이러한 걸림부(126)는 노즐(124)이 회전축(110)으로 이동되는 것을 방지하여, 노즐(124)로부터 작동유체가 회전부재(120) 외부로 분사될 수 있게 한다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치에서, 상기 회전부재(320)는 돌출부(125)를 더 포함할 수 있다. 돌출부(125)는 노즐(124)과 일체로 형성된 것이다. 돌출부(125)는 상기 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122) 중 선택된 어느 하나의 적어도 일부분을 관통하도록 배치되면서 상기 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122) 중 나머지 하나에 고정결합된다. 돌출부(125)는 볼트와 같이 특정 부재들을 서로 착탈가능하게 하는 체결부재에 의해 체결될 수 있다.
한편, 도 5에서는 돌출부(125)가 제2몸체부(122)를 관통하도록 형성된 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 이에 한정하지는 않는다. 돌출부(125)가 제2몸체부(122)를 관통하도록 형성되고, 돌출부(125)가 제1몸체부(121)에 결합되도록 이루어진 경우, 제2몸체부(122)에는 상기 돌출부(125)가 수용될 수 있는 크기로 관통된 수용부(122a)가 형성될 수 있다.
이러한 구조에 의해 회전부재(320)에 포함된 노즐(124)의 교체가 필요한 경우, 제1몸체부(121)와 제2몸체부(122)를 분리하지 않은 상태에서 노즐(124)과 일체로 형성된 돌출부(125)에 체결된 볼트를 해제하여 노즐(124)을 교체할 수 있으므로, 교체시간이 감소될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반작용식 터빈장치 110: 회전축
120, 220, 320: 회전부재 121: 제1몸체부
122: 제2몸체부 123: 유로
124: 노즐 125: 돌출부
126: 걸림부 130: 챔버부재

Claims (7)

  1. 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기회전축을 회전시키는 적어도 하나의 회전부재와, 상기 회전축을 회전 가능하도록 지지하면서 상기 회전부재를 수용하도록 형성된 챔버부재를 포함하는 반작용식 터빈장치에 있어서,
    상기 회전부재는:
    특정 두께의 판형으로 이루어진 제1몸체부;
    특정 두께의 판형으로 이루어져서 일면이 상기 제1몸체부의 일면과 결합되도록 형성된 제2몸체부;
    작동유체가 상기 회전부재의 원주 방향으로 분사될 수 있도록 상기 제1몸체부의상기 제2몸체부와 마주하는 면과, 상기 제2몸체부의 상기 제1몸체부와 마주하는 면 중 적어도 어느 하나에 상기 회전부재의 외부와 연통되도록 형성된 유로; 및
    상기 유로 도중에 착탈 가능하게 설치된 노즐;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은,
    상기 유로의 내부에 수용 가능한 크리로 형성되어 중공이 형성된 것으로, 상기 유로에서 상기 제1몸체부와 제2몸체부의 둘레면에 인접한 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전부재는.
    상기 노즐과 일체로 형성된 것으로, 상기 제1몸체부와 제2몸체부 중 선택된 어느 하나의 적어도 일부분을 관통하도록 배치되면서 상기 제1몸체부와 제2몸체부 중 나머지 하나에 고정결합되는 돌출부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유로에서 상기 회전부재의 둘레면에 인접한 부분의 적어도 일부분은 상기 노즐의 단면적보다 단면적이 작게 형성된 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회전부재는,
    상기 노즐의 양단에서 작동유체가 분사되는 반대 측에 위치한 단부를 지지하도록 배치된 걸림부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 걸림부는,
    상기 회전축 방향으로부터 상기 유로에 삽입되는, 중앙에 통로가 형성된 부재인 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐의 중공은 양단의 단면적이 중간부분의 단면적보다 크게 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
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