KR20140056485A - Reaction type turbine system - Google Patents

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KR20140056485A
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김정훈
장영일
김기태
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주식회사 에이치케이터빈
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Abstract

A reaction type turbine system according to the present invention improves generation efficiency by generating rotatory power caused by reaction to the injection of a working fluid using a first generation module; generating the rotatory power of a blade rotated by the injected working fluid using a second generation module; and additionally generating power using the kinetic energy of the working fluid. Also, the present invention comprises a first generation rotor including generation modules with individual generator rotary shafts; and a second generation rotor around the first generation rotor to be integrally rotated with the blade. The first and second generation rotors rotate in opposite directions to each other. Therefore, generation efficiency can be improved as a power generation rate increases.

Description

반작용식 터빈 시스템{Reaction type turbine system}[0001] Reaction type turbine system [0002]

본 발명은 반작용식 터빈 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 유체의 토출로 인한 반작용에 의해 터빈 축을 회전시키면서 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있는 반작용식 터빈 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reaction turbine system, and more particularly, to a reaction turbine system capable of further improving power generation efficiency by rotating a turbine shaft by reaction due to discharge of a working fluid.

터빈은, 물, 스팀 등을 이용하여 전기를 생산하는 데 이용된다. 터빈 중에서 수차는 물이 이용하여 전기를 생산한다. 폐쇄형 수차로는 프란시스 수차, 프로펠러 수차가 있으며, 개방형 수차로는 펠톤 수차가 있다. 일반적인 펠톤 수차는 노즐에서 물을 버킷에 분사하여 그 반동으로 인하여 회전축이 회전한다. 하지만, 상기 버킷의 설계 및 제작이 어려워서 제작비가 높은 단점이 있다. 더욱이, 펠톤 수차는 물의 낙차가 작을 경우, 물의 분사 속도가 낮아서, 물의 속도 에너지가 버킷에 효율적으로 전달되기 어려운 단점이 있다. 상기와 같은 문제점으로 인하여, 기존의 펠톤 수차의 구조 대신에 새로운 구조를 가지는 수차의 개발이 필요하다.Turbines are used to produce electricity using water, steam, and the like. Of the turbines, water turbines use electricity to produce electricity. There are Francis aberration and propeller aberration in the closed aqueduct, and Pelton aberration in the open aqueduct. In general, Pelton aberration sprays water from a nozzle onto a bucket and the rotation axis rotates due to the reaction. However, it is difficult to design and manufacture the bucket so that the production cost is high. Furthermore, when the drop of water is small, the Pelton aberration has a disadvantage that the jetting speed of water is low and the velocity energy of water is not efficiently transmitted to the bucket. Due to the above-described problems, it is necessary to develop aberration having a new structure instead of the existing Phelton aberration structure.

공개특허 제2009-0037201호에는 스팀을 이용하는 반작용식 터빈이 개시되어 있다. 상기 반작용식 터빈은 분사회전부에 스팀이 분사될 때 발생하는 반발력을 이용하여 터빈축을 회전시킨다. Patent Publication No. 2009-0037201 discloses a reaction type turbine using steam. The reaction-type turbine rotates the turbine shaft by using a repulsive force generated when steam is sprayed to all of the crushers.

본 발명의 목적은, 발전 효율은 보다 향상시킬 수 있는 반작용식 터빈 시스템을 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a reaction turbine system capable of further improving power generation efficiency.

본 발명에 따른 반작용식 터빈은, 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과, 상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 상기 제1터빈 모듈과 별도로 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과, 상기 터빈 축에 연결되어, 상기 터빈 축의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제1발전 모듈과, 상기 제2터빈 모듈에 연결되어, 상기 블레이드들의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제2발전 모듈을 포함한다.A reaction type turbine according to the present invention includes a plurality of injection portions coupled to a turbine shaft and radially disposed around the turbine shaft, wherein the axial flow fluid flows in a radial direction of the turbine shaft, A first turbine module for injecting the fuel into the combustion chamber so as to have a velocity in the direction of rotation of the turbine shaft and rotating the turbine shaft by a reaction generated at the time of injection, A second turbine module including a plurality of blades rotating separately from the first turbine module; a first power generation module connected to the turbine shaft for generating electricity by rotational force of the turbine shaft; And a second power generation module for generating electricity by the rotational force of the blades.

본 발명의 다른 측면에 따른 반작용식 터빈은, 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과, 상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과, 상기 터빈 축에 연결되어 회전하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터와의 사이에 자기장을 형성하고 상기 제2터빈 모듈과 연결되어 상기 제1발전 로터와 반대방향으로 회전하는 제2발전 로터를 포함하는 발전 모듈을 포함한다.A reaction type turbine according to another aspect of the present invention includes a plurality of injection portions coupled to a turbine shaft and disposed radially around the turbine shaft, and the working fluid introduced in the axial direction flows in a radial direction of the turbine shaft A first turbine module for injecting the fuel to be sprayed so as to have a circumferential velocity and rotating the turbine shaft by a reaction generated at the time of jetting and a second turbine module disposed apart from the discharge side of the plurality of jetting parts, A first turbine rotor connected to the turbine shaft and configured to rotate; a second turbine rotor configured to form a magnetic field between the first turbine rotor and the second turbine module, And a second power generation rotor rotating in a direction opposite to the first power generation rotor.

본 발명에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 작동유체의 분사시 발생되는 반작용에 의한 회전력은 제1발전 모듈을 통해 발전하고, 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 블레이드의 회전력은 제2발전 모듈을 통해 발전시킴으로써, 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 이용하여 추가로 발전함으로써 발전 효율이 향상될 수 있다. In the reaction type turbine system according to the present invention, the rotational force generated by the reaction generated when the working fluid is injected is generated through the first power generation module, and the rotational force of the rotating blade is transmitted to the second power generation module The power generation efficiency can be improved by further developing using the kinetic energy possessed by the working fluid.

본 발명은, 하나의 발전 모듈이 발전기 회전축을 포함하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터 주변에 배치되고 블레이드와 일체로 회전하는 제2발전 로터를 포함하고, 상기 제1발전 로터와 제2발전 로터가 서로 반대방향으로 회전함으로써, 발전량이 증대되어 발전 효율이 향상될 수 있다.The present invention relates to a power generation system in which one power generation module includes a first power generation rotor including a generator rotation axis and a second power generation rotor disposed around the first power generation rotor and rotating integrally with the blade, 2 generator rotates in opposite directions, the power generation amount can be increased and the power generation efficiency can be improved.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 개략도이다.
도 2는 도 1에서 A-A선 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 블레이드가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 블레이드가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a reaction turbine system according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a sectional view taken along the line AA in Fig. 1. Fig.
3 is a view showing a blade according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view showing a blade according to a third embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram illustrating a reaction turbine system according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 하우징(10), 제1터빈 모듈(30), 제2터빈 모듈(50), 제1발전 모듈(80), 제2발전 모듈(90)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a reaction turbine system according to a first embodiment of the present invention includes a housing 10, a first turbine module 30, a second turbine module 50, a first power generation module 80, And a second power generation module (90).

상기 하우징(10)은, 상판(11), 하판(12), 측판(13)을 포함한다. 상기 상판(11)의 중앙에는 터빈 축(31)이 통과하는 홀이 형성된다. 상기 하판(12)의 중앙에는 작동유체가 유입되는 유입구(2)가 결합되고, 상기 제1터빈 모듈(30)에서 토출된 작동 유체를 외부로 토출하는 토출구(12a)가 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 하우징(10)이 상기 상판(11), 하판(12), 측판(13)으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 하우징(10)과 상기 제1발전 모듈(80) 사이를 구획하는 상판(11)만이 구비되어 상기 제1터빈 모듈(30)에서 토출된 작동유체는 중력방향인 하방향으로 흘러내리도록 하는 것도 물론 가능하다. The housing (10) includes an upper plate (11), a lower plate (12), and a side plate (13). A hole through which the turbine shaft (31) passes is formed at the center of the upper plate (11). An inlet port 2 through which the working fluid flows is connected to the center of the lower plate 12 and a discharge port 12a through which the working fluid discharged from the first turbine module 30 is discharged to the outside is formed. In the present embodiment, the housing 10 is composed of the upper plate 11, the lower plate 12 and the side plate 13. However, the present invention is not limited thereto, It is also possible to provide only the upper plate 11 for partitioning between the modules 80 so that the working fluid discharged from the first turbine module 30 flows downward in the gravity direction.

상기 유입구(2)는 작동 유체가 외부로부터 유입되는 통로이고, 연직방향 또는 경사방향으로 길게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 유입구(2)는 연직방향으로 길게 배치되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 유입구(2)로 유입되는 작동 유체의 방향 중 일부만이 연직방향 성분을 가지고 있어도 된다.  The inlet (2) is a passage through which the working fluid flows from the outside, and is arranged long in the vertical direction or the oblique direction. In the present embodiment, the inlet 2 is arranged long in the vertical direction, for example. However, the present invention is not limited to this, and only a part of the direction of the working fluid flowing into the inlet 2 may have a vertical direction component.

상기 제1터빈 모듈(30)은, 터빈 축(31), 챔버(33), 분사부(40), 제1로터 플레이트(32)를 포함한다.The first turbine module 30 includes a turbine shaft 31, a chamber 33, a jetting section 40, and a first rotor plate 32.

상기 터빈 축(31)은 상기 챔버(33)의 상측에 연직방향으로 결합된다. 상기 터빈 축(31)과 상기 하우징(10)의 상판(11)사이에는 반경방향으로 래이디얼 베어링(14)이 설치되고, 상기 터빈 축(31)의 단차부와 상기 상판(11)의 하면 사이에는 스러스트 베어링(15)이 설치될 수 있다. The turbine shaft 31 is vertically coupled to the upper side of the chamber 33. A radial bearing 14 is installed between the turbine shaft 31 and the upper plate 11 of the housing 10 and a radial bearing 14 is provided between the lower portion of the turbine shaft 31 and the lower surface of the upper plate 11. [ A thrust bearing 15 may be installed.

상기 챔버(33)는 원기둥 구조를 가지는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 유입구(2)로부터 유입된 물이 일정시간 머물 수 있는 공간을 보유하면 어느 형상이나 가능하다. 상기 챔버(33)는 유입된 물을 일정 시간 머물게 하여, 상기 분사부들(40)을 공급되는 물의 압력들을 일정하게 한다. 상기 분사부들(40)로부터 물이 분사될 때, 상기 챔버(33)는 상기 물이 분사되는 방향과 반대 방향으로 반발력을 받게 되어, 상기 물 분사에 대한 반작용으로 회전한다. 이 때, 상기 분사부들(40)로 공급되는 물의 압력이 다를 경우, 상기 챔버(33)에 가해지는 반발력들의 크기가 일정하지 않아서, 진동이 발생되거나 효율적인 회전력을 얻기가 어렵다. 하지만, 본 실시예에서는 상기 챔버(33)에 의하여 상기 분사부들(40)로 유입되는 물의 압력이 동일하게 유지되므로, 진동 문제가 저감되고 효율적인 회전력을 얻을 수 있다. The chamber 33 has a cylindrical structure. However, the present invention is not limited thereto. Any shape can be used as long as the water introduced from the inlet 2 has a space for a certain period of time. The chamber 33 allows the inflow of water to stay for a certain period of time so that the injections 40 maintain the pressures of the supplied water constant. When the water is injected from the injection units 40, the chamber 33 receives a repulsive force in a direction opposite to the direction in which the water is injected, and rotates in reaction to the water injection. At this time, when the pressure of the water supplied to the injecting parts 40 is different, the magnitude of the repulsive force applied to the chamber 33 is not constant, and it is difficult to generate vibration or to obtain an efficient rotational force. However, in this embodiment, since the pressure of the water flowing into the jetting portions 40 is kept equal by the chamber 33, the vibration problem is reduced and an efficient turning force can be obtained.

상기 분사부들(40)은, 상기 챔버(33)로부터 유입되는 물을 상기 챔버(33)의 반경방향으로 복수개로 분기한 후 원주방향으로 전환하여 토출한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 물의 토출 속도 성분 중에서 원주방향의 속도 성분만 존재하면 된다.The jetting portions 40 divide a plurality of water in the radial direction of the chamber 33 into water in the chamber 33, and then discharge the water in the circumferential direction. However, the present invention is not limited to this, and only the velocity component in the circumferential direction may be present among the discharge velocity components of the water.

상기 분사부들(40)은 상기 터빈 축(31)을 중심으로 방사형으로 배치된다. 상기 분사부들(40)은 상기 터빈 축(31)을 원 중심으로 하는 가상의 제1원에서 원주방향을 따라 복수개가 서로 이격되게 배치된다. 여기서, 상기 제1원은 상기 제1로터 플레이트(32)인 것으로 예를 들어 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 분사부들(40)은 4개의 분사관들(41)로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 분사관들(41)의 각 단부에는 노즐(42)이 설치된다. 상기 노즐(42)은 상기 분사관들(41)에 별도로 결합되는 것도 가능하고, 상기 분사관들(41)에 일체로 형성되는 것도 가능하다. 상기 분사관들(41)은 원형 파이프 형상으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하고, 후술하는 상기 제1로터 플레이트(32)에 고정 결합된다. The injectors 40 are radially disposed about the turbine shaft 31. A plurality of the jetting portions 40 are arranged in a circumferential direction in a virtual first circle having the turbine shaft 31 as a center of the circle. Here, the first circle is the first rotor plate 32, for example. Further, in the present embodiment, the injection portions 40 are made up of four injection pipes 41, for example. A nozzle 42 is installed at each end of the spray tubes 41. The nozzle 42 may be separately coupled to the spray tubes 41, or may be integrally formed with the spray tubes 41. The injection pipes 41 are formed in the shape of a circular pipe and are fixedly coupled to the first rotor plate 32, which will be described later.

상기 제1로터 플레이트(32)는 중공의 원판 형상으로 이루어지고, 상기 챔버(33)에 외삽된다. 상기 제1로터 플레이트(32)는 상기 분사부들(40)이 하측에 배치되어, 상기 제1로터 플레이트(32)의 상면에 상기 분사부들(40)이 고정수단에 의해 고정 결합된다. 상기 고정수단은 다양한 종류가 선택될 수 있으며, 본 실시예에서는 U볼트(43)가 사용된 것으로 예를 들어 설명한다. The first rotor plate 32 has a hollow disc shape and is extruded into the chamber 33. The first rotor plate 32 is disposed below the jetting units 40 and the jetting units 40 are fixedly coupled to the upper surface of the first rotor plate 32 by fixing means. Various types of fixing means can be selected, and U bolts 43 are used in this embodiment, for example.

상기 제2터빈 모듈(50)은, 복수의 블레이드들(70), 제2로터 플레이트(60)를 포함한다.The second turbine module (50) includes a plurality of blades (70) and a second rotor plate (60).

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 복수의 블레이드들(70)은, 상기 복수의 분사부들(40)의 토츨측으로부터 이격되게 배치된다. 상기 복수의 블레이드들(70)은 상기 분사부들(40)보다 개수가 많게 형성된다. 상기 4개의 분사부들(40)에서 분사되는 작동유체는 상기 복수의 블레이드들(70) 중 4개의 블레이드들(70)에 부딪히되, 상기 제2터빈 모듈(50)과 상기 제1터빈 모듈(30)은 서로 회전속도가 다르기 때문에 매번 서로 다른 블레이드들(70)에 부딪히게 된다. Referring to FIGS. 1 and 2, the plurality of blades 70 are disposed to be spaced apart from the bottom side of the plurality of jetting portions 40. The plurality of blades (70) are formed in a larger number than the jetting portions (40). The working fluid injected from the four injectors 40 strikes the four blades 70 of the plurality of blades 70 while the second turbine module 50 and the first turbine module 30 Are struck by different blades 70 each time because they have different rotational speeds.

상기 복수의 블레이드들(70)은 상기 터빈 축(31)을 중심으로 하고 상기 제1원과 상기 제1원보다 반지름이 큰 가상의 제2원 사이에서 원주방향을 따라 이격되게 배치된다. 여기서, 상기 제1원은 상기 제1로터 플레이트(32)이고, 상기 제2원은 제2로터 플레이트(60)인 것으로 예를 들어 설명한다. The plurality of blades 70 are disposed around the turbine shaft 31 and spaced apart from each other in the circumferential direction between the first circle and a virtual second circle having a larger radius than the first circle. Here, the first circle is the first rotor plate 32 and the second circle is the second rotor plate 60, for example.

상기 블레이드(70)는 상기 분사부(40)에서 분사되는 작동 유체가 부딪혀서 회전하는 충동 블레이드이다. 상기 블레이드(70)는 상기 터빈 축(31)을 중심으로 반경방향으로 배치된 직선 형상으로 이루어진다. The blade (70) is an impulse blade that rotates when a working fluid injected from the jetting section (40) collides. The blade 70 is formed in a linear shape arranged in the radial direction around the turbine shaft 31.

상기 제2로터 플레이트(60)는, 2개의 상,하 로터 플레이트(61)(62)가 상하방향으로 소정간격 이격되게 배치된다. 상기 2개의 상,하 로터 플레이트(61)(62)사이에 상기 복수의 블레이드들(70)이 배치된다. In the second rotor plate 60, the two upper and lower rotor plates 61 and 62 are vertically spaced apart from each other by a predetermined distance. The plurality of blades 70 are disposed between the two upper and lower plates 61, 62.

상기 상측 로터 플레이트(61)는 중공의 원판 형상으로 이루어져, 상기 챔버(33)나 터빈 축(31)에 외삽된다. 상기 상측 로터 플레이트(61)는 상기 터빈 축(31)에 외삽되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 상측 로터 플레이트(61)와 상기 터빈 축(31) 사이에는 상대 회전을 가능토록 래이디얼 베어링이 설치된다. 또한, 상기 상측 로터 플레이트(61)와 상기 터빈 축(31) 사이에는 실링부재가 설치되는 것도 가능하다. 상기 상측 로터 플레이트(61)는 상기 분사부(40)에서 분사된 작동 유체가 후술하는 제2발전 모듈(90)측으로 튀는 것을 차단하는 역할도 한다. 상기 상측 로터 플레이트(61)와 상기 하우징(10)사이에는 후술하는 상기 제2발전 모듈(90)이 구비된다. The upper rotor plate 61 has a hollow disc shape and is extruded into the chamber 33 or the turbine shaft 31. The upper rotor plate 61 is extrapolated to the turbine shaft 31, for example. A radial bearing is provided between the upper rotor plate 61 and the turbine shaft 31 to allow relative rotation between the upper rotor plate 61 and the turbine shaft 31. It is also possible to provide a sealing member between the upper rotor plate 61 and the turbine shaft 31. The upper rotor plate 61 also serves to prevent the working fluid injected from the jetting section 40 from splashing toward the second power generation module 90, which will be described later. The second power generation module 90, which will be described later, is provided between the upper rotor plate 61 and the housing 10.

상기 하측 로터 플레이트(62)는 중공의 원판 형상으로 이루어지고, 상면에 상기 블레이드들(70)이 구비된다. The lower rotor plate 62 has a hollow disk shape, and the blades 70 are provided on the upper surface thereof.

상기 제1발전 모듈(80)은, 발전기 회전축(83), 제1발전 로터(81), 제1발전 스테이터(82)를 포함한다. The first power generation module 80 includes a generator rotation shaft 83, a first power generation rotor 81, and a first power generation stator 82.

상기 발전기 회전축(83)은 상기 터빈 축(31)과 동일 축선 상에 배치되어, 커플링(100)에 의해 결합된다. 상기 커플링(100)은, 상기 터빈 축(31)의 단부와 상기 발전기 회전축(83)의 단부를 슬리브에 끼워 넣어 키 등을 이용하여 고정하는 슬리브 커플링인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 터빈 축(31)과 상기 발전기 회전축(83)을 동일 축선 상에서 결합할 수 있는 커플링이라면 어느 것이나 적용 가능하다. The generator rotary shaft 83 is disposed on the same axis as the turbine shaft 31 and is coupled by the coupling 100. The coupling 100 is a sleeve coupling in which an end of the turbine shaft 31 and an end of the generator rotation shaft 83 are inserted into a sleeve and fixed using a key or the like. However, the present invention is not limited to this, and any coupling may be applied as long as the coupling can couple the turbine shaft 31 and the generator rotation shaft 83 on the same axis.

상기 제2발전 모듈(90)은, 제2발전 로터(91)와 제2발전 스테이터(92)를 포함한다.The second power generation module 90 includes a second power generation rotor 91 and a second power generation stator 92.

상기 제2발전 모듈(90)은 상기 상,하측 로터 플레이트(61)(62) 중 어느 하나와 상기 하우징(10) 사이에 구비되어, 상기 블레이드들(70)의 회전력에 의해 전기를 생산한다. 본 실시예에서는, 상기 제2발전 로터(91)는 상기 상측 로터 플레이트(61)의 상면에 결합된 것으로 예를 들어 설명한다. The second power generation module 90 is provided between any one of the upper and lower rotor plates 61 and 62 and the housing 10 to generate electricity by the rotational force of the blades 70. In the present embodiment, the second generating rotor 91 is coupled to the upper surface of the upper rotor plate 61, for example.

상기 제2발전 로터(91)는 상기 블레이드들(70)의 회전력을 전달받아 회전한다.The second generating rotor 91 receives the rotational force of the blades 70 and rotates.

상기 제2발전 스테이터(92)는 상기 제2발전 로터(91)에 대향되게 배치되고, 상기 하우징(10)의 상판(11)에 고정 설치된다. 상기 제2발전 스테이터(92)는 철심에 코일이 감긴 구조이고, 상기 제2발전 로터(91)의 회전시 상기 제2발전 로터(91)와의 사이에 발생된 전자기장에 의해 전기를 발생시킨다. The second generating stator 92 is disposed opposite to the second generating rotor 91 and fixed to the upper plate 11 of the housing 10. The second generating stator 92 has a structure in which a coil is wound around an iron core and generates electricity by an electromagnetic field generated between the second generating rotor 91 and the second generating rotor 91 when the second generating rotor 91 rotates.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템의 작동에 대해 설명한다. The operation of the reaction turbine system according to the first embodiment of the present invention will be described.

상기 유입구(2)를 통해 작동유체가 하측으로부터 상방향으로 유입되어, 상기 제1터빈 모듈(30)의 내측으로 유입된다. 상기 작동 유체의 유입방향은 연직방향과 반대방향인 상방향이 된다.The working fluid flows upward from the lower side through the inlet 2 and flows into the first turbine module 30. The inflow direction of the working fluid is an upward direction opposite to the vertical direction.

상기 제1터빈 모듈(30)의 챔버(33)내로 유입된 작동 유체는 상기 분사부들(40)을 통해 상기 연직방향과 수직인 수평 방향으로 분사된다. 분사된 작동 유체는 상기 하우징(10)의 내부 공간으로 분사되고, 중력에 의해 하방향으로 흘러 내리게 된다. The working fluid introduced into the chamber 33 of the first turbine module 30 is injected in the horizontal direction perpendicular to the vertical direction through the injection portions 40. The injected working fluid is injected into the inner space of the housing 10 and flows downward by gravity.

상기 분사부들(40)에서 분사된 작동 유체에 의한 반작용으로 상기 터빈 축(31)에 시계방향으로의 회전력이 발생된다. A rotating force in the clockwise direction is generated on the turbine shaft 31 by the reaction by the working fluid jetted from the jetting portions 40. [

상기 터빈 축(31)이 회전하면, 상기 커플링(100)으로 결합된 상기 발전기 회전축(83)이 함께 회전하게 되고 상기 제1발전 모듈(80)에서 전기가 발생된다. 상기 터빈 축(31)과 상기 발전기 회전축(83)이 동일 축선상에 놓이고 상기 커플링(100)으로 결합됨으로써, 별도의 풀리나 벨트 등의 동력 전달기구가 불필요 하므로, 구조가 간단하고 동력 전달 손실도 감소될 수 있다. When the turbine shaft 31 rotates, the generator rotation shaft 83 coupled with the coupling 100 rotates together and electricity is generated in the first power generation module 80. Since the turbine shaft 31 and the generator rotation shaft 83 are placed on the same axial line and coupled by the coupling 100, a power transmission mechanism such as a separate pulley or belt is not required, Can also be reduced.

한편, 상기 분사부들(40)의 노즐(42)에서 분사된 작동 유체는 상기 블레이드(70)에 부딪히게 된다. 상기 블레이드들(70)은 상기 작동 유체에 의해 회전된다. 상기 블레이드들(70)과 상기 제2로터 플레이트(60)는 일체로 회전한다. 이 때, 상기 블레이드들(70)과 상기 제2로터 플레이트(60)는 상기 제1터빈 모듈(30)의 회전방향(A)과 반대방향인 반시계방향(B)으로 회전한다. 또한, 상기 제1터빈 모듈(30)의 제1로터 플레이트(32)와 상기 제2로터 플레이트(60)의 회전력은 서로 다르기 때문에, 회전 속도도 서로 다르다. On the other hand, the working fluid injected from the nozzles 42 of the jetting portions 40 strikes the blades 70. The blades 70 are rotated by the working fluid. The blades 70 and the second rotor plate 60 rotate integrally. At this time, the blades 70 and the second rotor plate 60 rotate in a counterclockwise direction B opposite to the rotating direction A of the first turbine module 30. Since the rotational force of the first rotor plate 32 of the first turbine module 30 and the rotational force of the second rotor plate 60 are different from each other, the rotational speeds are also different from each other.

상기 제2로터 플레이트(60)가 회전하면, 상기 상측 로터 플레이트(61)에 결합된 상기 제2발전 로터(91)가 회전한다. 상기 제2발전 로터(91)가 회전하면서 상기 제2발전 스테이터(92)에 전자기장을 발생시켜, 상기 제2발전 모듈(90)에서 전기가 발생된다.When the second rotor plate 60 rotates, the second generating rotor 91 coupled to the upper rotor plate 61 rotates. The second generating rotor 91 generates an electromagnetic field in the second generating stator 92 while the second generating rotor 91 rotates to generate electricity in the second generating module 90.

따라서, 상기 분사부(40)에서 분사시 발생되는 반작용에 의한 상기 터빈 축(31)의 회전력은 상기 제1발전 모듈(80)을 발전시키고, 상기 분사부(40)에서 분사된 작동유체에 의한 상기 블레이드들(70)의 회전력은 상기 제2발전 모듈(90)을 발전시킨다. 따라서, 상기 분사부(40)에서 분사되는 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 충분히 활용할 수 있기 때문에, 발전 효율이 향상될 수 있다.
Therefore, the rotational force of the turbine shaft 31 due to the reaction generated during the jetting operation of the jetting unit 40 causes the first power generation module 80 to generate electricity, and by the action of the working fluid jetted from the jetting unit 40 The rotational force of the blades 70 generates the second power generation module 90. Therefore, since the kinetic energy of the working fluid injected from the jetting section 40 can be fully utilized, the power generation efficiency can be improved.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 블레이드(123)는, 상기 분사부들(112)에서 토출되는 작동 유체가 부딪히는 부분이 오목한 원호 형상으로 이루어진 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.Referring to FIG. 3, the blade 123 according to the second embodiment of the present invention is different from that of the first embodiment in that the portion of the blade 123, against which the working fluid discharged from the jetting portions 112, , Will be described in detail mainly on different points.

상기 블레이드(123)는 상기 분사부들(112)에서 분사되는 작동 유체가 상기 터빈 축(31)의 회전방향과 반대방향 쪽에 부딪히도록 상기 터빈 축(31)의 반대방향 쪽이 오목한 원호 형상으로 이루어진다. 상기 블레이드(123)의 원호는, 일단은 상기 분사부(40)의 분사방향과 평행한 가상의 선(P)에 접하고, 타단은 상기 복수의 블레이드들(123)의 외곽을 연결한 가상의 원에 접하도록 형성된다. 상기 블레이드들(123)의 외곽을 연결한 가상의 원은 제2로터 플레이트(122)의 외주면(122a)에 대응되는 것으로 예를 들어 설명한다. 이에 한정되지 않고, 상기 블레이드들(123)은 상기 제2로터 플레이트(122)의 외주면(122a)에 대응되지 않고 길이가 보다 짧게 형성되는 것도 물론 가능하다.The blade 123 is formed in a concave circular arc shape in the direction opposite to the turbine shaft 31 so that the working fluid injected from the jetting portions 112 hits the direction opposite to the rotating direction of the turbine shaft 31 . The arc of the blade 123 is in contact with an imaginary line P parallel to the ejecting direction of the jetting section 40 and the other end is connected to a virtual circle connecting the outer edges of the plurality of blades 123 As shown in FIG. The virtual circle connecting the outer edges of the blades 123 corresponds to the outer peripheral surface 122a of the second rotor plate 122, for example. The present invention is not limited to this, and it is of course possible that the blades 123 do not correspond to the outer peripheral surface 122a of the second rotor plate 122 but have a shorter length.

상기 분사부들(112)은 제1로터 플레이트(110)에서 원주방향을 따라 4개가 이격되게 배치되고, 상기 블레이드들(123)은 제2로터 플레이트(122)에서 원주방향을 따라 복수개가 배치된다. 상기 블레이드들(123)의 개수는 상기 분사부들(112)의 개수보다 많게 형성된다.
The injection portions 112 are disposed at four positions along the circumferential direction in the first rotor plate 110 and the plurality of blades 123 are disposed along the circumferential direction at the second rotor plate 122. The number of the blades 123 is greater than the number of the jetting portions 112.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 블레이드(220)는, 터빈 축(31)의 반경방향을 따라 다단으로 적층 배치되는 것이 상기 제2실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.Referring to FIG. 4, in the third embodiment of the present invention, the blades 220 are different from the second embodiment in that they are stacked in multiple stages along the radial direction of the turbine shaft 31, Will be described in detail.

본 실시예에서는 상기 블레이드(220)는 2단으로 적층 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 블레이드(220)는 분사부(213)의 토출측으로부터 이격되게 배치된 제1단 블레이드(221)와, 상기 제1단 블레이드(221)에 부딪혀 방향이 전환된 작동 유체가 부딪히는 제2단 블레이드(222)로 이루어진다.In the present embodiment, the blades 220 are stacked in two stages and are described by way of example. The blade 220 includes a first stage blade 221 disposed to be spaced apart from the discharge side of the jetting section 213 and a second stage blade 222).

상기 제1단 블레이드(221)와 제2단 블레이드(222)는 하나의 제2로터 플레이트(224)에 일체로 결합된다. 상기 제1단 블레이드(221)와 제2단 블레이드(222)는 모두 원호 형상인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 모두 직선 형상으로 이루어지거나 적어도 하나는 원호 형상이고 나머지는 직선 형상으로 이루어지는 것도 물론 가능하다.The first stage blade 221 and the second stage blade 222 are integrally coupled to one second rotor plate 224. The first stage blade 221 and the second stage blade 222 are both circular arc shapes. However, the first stage blade 221 and the second stage blade 222 are both circular arc shapes or at least one circular arc shape and the other is a linear shape Of course it is possible.

도면부호 210은 제1터빈 모듈이며, 도면부호 211은 챔버이고, 도면부호 222는 상기 분사부(213)가 결합된 제1로터 플레이트이다.
Reference numeral 210 denotes a first turbine module, reference numeral 211 denotes a chamber, and reference numeral 222 denotes a first rotor plate to which the jetting section 213 is coupled.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 제1터빈 모듈(30), 제2터빈 모듈(300), 제1발전 로터(331)와 제2발전 로터(332)를 포함하는 발전 모듈(330)을 포함하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. 5, a reaction turbine system according to a fourth embodiment of the present invention includes a first turbine module 30, a second turbine module 300, a first generator rotor 331, 332 are different from those of the first embodiment and will be described in detail mainly on different points.

상긱 제2터빈 모듈(300)은, 블레이드(314), 상측 로터 플레이트(310), 하측 로터 플레이트(313)를 포함한다.The second turbine module 300 includes a blade 314, an upper rotor plate 310, and a lower rotor plate 313.

상기 상측 로터 플레이트(310)는 터빈 축(31)이 관통하고 상기 복수의 블레이드들이 결합되는 패널부(312)와, 상기 패널부(312)에서 상방향으로 돌출 연장되어 상기 제2발전 로터(332)에 결합되는 보스부(311)로 이루어진다. 상기 보스부(311)는 상기 하우징(10)의 상판(11) 중앙에 형성된 홀(11a)을 관통하여 상기 제2발전 로터(332)에 결합된다.The upper rotor plate 310 includes a panel portion 312 through which the turbine shaft 31 penetrates and to which the plurality of blades are coupled and a second panel portion 312 protruding upward from the panel portion 312, And a boss 311 coupled to the boss 311. The boss 311 is coupled to the second generating rotor 332 through a hole 11a formed at the center of the upper plate 11 of the housing 10.

상기 제1발전 로터(331)에는 발전기 회전축(333)이 결합되고, 상기 발전기 회전축(333)은 커플링(100)에 의해 상기 터빈 축(31)과 결합된다.The generator rotation shaft 333 is coupled to the first generator rotor 331 and the generator rotation shaft 333 is coupled to the turbine shaft 31 by a coupling 100.

상기 제2발전 로터(332)는 상기 제1발전 로터(331)의 외주면에 배치되고, 철심에 코일이 권선된 구조로 이루어진다. 상기 제2발전 로터(332)에는 전선이 연결된다.The second generating rotor 332 is disposed on the outer circumferential surface of the first generating rotor 331 and has a coil wound around the iron core. And electric wires are connected to the second generating rotor 332.

상기 제1발전 로터(331)와 상기 제2발전 로터(332)는 서로 반대방향으로 회전한다.The first generating rotor 331 and the second generating rotor 332 rotate in opposite directions to each other.

따라서, 상기 분사부(40)에서 분사시 발생되는 반작용에 의한 상기 터빈 축(31)의 회전력은 상기 제1발전 로터(331)를 회전시키고, 상기 분사부(40)에서 분사된 작동유체에 의한 상기 블레이드들(314)의 회전력은 상기 제2발전 로터(332)를 회전시킨다. 따라서, 상기 분사부(40)에서 분사되는 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 충분히 활용할 수 있기 때문에, 발전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 제1발전 로터(331)와 상기 제2발전 로터(332)는 서로 반대방향으로 회전하면서 발전량이 보다 증가할 수 있다.
Therefore, the rotational force of the turbine shaft 31 due to the reaction generated when the jetting unit 40 is jetted rotates the first generating rotor 331 and the rotational force of the turbine shaft 31 due to the action of the working fluid jetted from the jetting unit 40 The rotational force of the blades 314 rotates the second generating rotor 332. Therefore, since the kinetic energy of the working fluid injected from the jetting section 40 can be fully utilized, the power generation efficiency can be improved. In addition, the amount of generated electricity can be further increased by rotating the first generating rotor 331 and the second generating rotor 332 in opposite directions.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 하우징 30: 제1터빈 모듈
31: 회전축 32: 제1로터 플레이트
33: 챔버 40: 분사부
50: 제2터빈 모듈 60: 제2로터 플레이트
61: 상측 로터 플레이트 62: 하측 로터 플레이트
70: 블레이드 80: 제1발전 모듈
81: 제1발전 로터 82: 제1발전 스테이터
90: 제2발전 모듈 91: 제2발전 로터
92: 제2발전 스테이터 10: housing 30: first turbine module
31: rotating shaft 32: first rotor plate
33: chamber 40:
50: second turbine module 60: second rotor plate
61: upper rotor plate 62: lower rotor plate
70: blade 80: first power generation module
81: first generating rotor 82: first generating stator
90: second power generation module 91: second power generation rotor
92: second generation stator

Claims (15)

터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과;
상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 상기 제1터빈 모듈과 별도로 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과;
상기 터빈 축에 연결되어, 상기 터빈 축의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제1발전 모듈과;
상기 제2터빈 모듈에 연결되어, 상기 블레이드들의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제2발전 모듈을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.And a plurality of injectors radially arranged around the turbine shaft, the working fluid flowing in the axial direction flows in a radial direction of the turbine shaft and is then injected so as to have a velocity in a circumferential direction, A first turbine module for rotating the turbine shaft by a reaction generated when the turbine shaft rotates;
A second turbine module disposed apart from the discharge side of the plurality of injection parts and including a plurality of blades rotated separately from the first turbine module by a working fluid injected from the injection parts;
A first power generation module connected to the turbine shaft and generating electricity by rotational force of the turbine shaft;
And a second power generation module coupled to the second turbine module to produce electricity by the rotational force of the blades. 청구항 1에 있어서,
상기 터빈 축이 관통하는 하우징을 더 포함하고,
상기 제2발전 모듈은, 상기 하우징에 고정된 제2발전 스테이터와, 상기 제2발전 스테이터에 대향되고 상기 블레이드들과 연결되어 일체로 회전하는 제2발전 로터를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a housing through which the turbine shaft passes,
The second power generation module includes a second power generation stator fixed to the housing and a second power generation rotor opposed to the second power generation stator and connected to the blades to rotate integrally therewith. 청구항 2에 있어서,
상기 제2터빈 모듈은,
상기 터빈 축에 상대 회전가능토록 외삽되고, 상기 복수의 블레이드들과 상기 제2발전 로터가 결합된 제2로터 플레이트를 포함하는 반작용식 터빈 시스템. The method of claim 2,
The second turbine module includes:
And a second rotor plate extruded relative to the turbine shaft and coupled to the plurality of blades and the second generator rotor. 청구항 1에 있어서,
상기 제1발전 모듈은,
상기 터빈 축과 동일 축선 상에 배치되어 커플링에 의해 결합되는 발전기 회전축을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.The method according to claim 1,
The first power generation module includes:
And a generator rotation axis disposed coaxially with and joined to the turbine shaft by a coupling. 청구항 1에 있어서,
상기 제1터빈 모듈은,
작동 유체가 유입되는 유입구를 형성하고 상기 터빈 축에 축방향으로 결합되는 챔버와, 상기 챔버에 외삽되고 상기 복수의 분사부들이 결합되는 제1로터 플레이트를 포함하는 반작용식 터빈. The method according to claim 1,
The first turbine module includes:
A chamber forming an inlet through which the working fluid enters and axially coupled to the turbine shaft; and a first rotor plate extruded into the chamber and coupled with the plurality of injectors. 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과;
상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과;
상기 터빈 축에 연결되어 회전하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터와의 사이에 자기장을 형성하고 상기 제2터빈 모듈과 연결되어 상기 제1발전 로터와 반대방향으로 회전하는 제2발전 로터를 포함하는 발전 모듈을 포함하는 반작용식 터빈 시스템. And a plurality of injectors radially arranged around the turbine shaft, the working fluid flowing in the axial direction flows in a radial direction of the turbine shaft, and thereafter is jetted so as to have a velocity in a circumferential direction, A first turbine module for rotating the turbine shaft by a reaction generated when the turbine shaft rotates;
A second turbine module arranged to be spaced apart from the discharge side of the plurality of jetting portions and including a plurality of blades rotated by a working fluid jetted from the jetting portions;
A second power generating rotor connected to the second turbine module and rotating in a direction opposite to the first power generating rotor, a second power generating rotor connected to the turbine shaft and rotating, And a power generation module including the power generation module. 청구항 6에 있어서,
상기 제2터빈 모듈은,
상기 터빈 축이 관통하고 상기 복수의 블레이드들이 결합된 패널부와,
상기 패널부에서 돌출 연장되어 상기 제2발전 로터에 결합되는 보스부를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.The method of claim 6,
The second turbine module includes:
A panel portion through which the turbine shaft passes and to which the plurality of blades are coupled,
And a boss portion protruding from the panel portion and coupled to the second generation rotor. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 블레이드는,
상기 분사부에서 분사되는 작동 유체가 부딪혀서 회전하는 충동 블레이드를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.The method according to claim 1 or 6,
The blade
And an impulse blade that rotates with a working fluid injected from the jetting section. 청구항 8에 있어서,
상기 충동 블레이드는,
상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 반작용식 터빈 시스템.The method of claim 8,
Wherein the impulse blade
Wherein the turbine shaft is radially disposed about the turbine shaft. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 블레이드들은, 상기 분사부들에서 분사되는 작동유체가 상기 터빈 축의 회전방향과 반대방향 쪽에 부딪히도록 상기 터빈 축의 회전방향과 반대방향 쪽이 오목한 원 호 형상으로 이루어진 반작용식 터빈 시스템. The method according to claim 1 or 6,
Wherein the blades have a concave circular arc shape opposite to a rotating direction of the turbine shaft so that a working fluid ejected from the ejection portions hits a direction opposite to a rotation direction of the turbine shaft. 청구항 10에 있어서,
상기 충동 블레이드의 원호는, 일단은 상기 분사부의 분사방향과 평행한 가상의 선에 접하고, 타단은 상기 복수의 충동 블레이드들의 외곽을 연결한 가상의 원에 접하도록 형성된 반작용식 터빈 시스템.The method of claim 10,
Wherein the arc of the impulse blade is formed so that one end of the arc of the impulse blade is in contact with an imaginary line parallel to the ejecting direction of the ejecting portion and the other end of the arc is in contact with a virtual circle connecting the peripheries of the plurality of impulse blades. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 복수의 분사부들은 상기 터빈 축을 중심으로 하는 가상의 제1원에서 원주방향을 따라 이격되게 배열되고,
상기 복수의 블레이드들은 상기 터빈 축을 중심으로 하고 상기 제1원과 상기 제1원보다 반지름이 큰 가상의 제2원 사이에서 원주방향을 따라 이격되게 배열되는 반작용식 터빈 시스템. The method according to claim 1 or 6,
Wherein the plurality of jetting portions are arranged in a circumferential direction at a virtual first circle around the turbine axis,
Wherein said plurality of blades are arranged circumferentially spaced about said turbine axis and between said first circle and a second imaginary circle having a larger radius than said first circle. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 블레이드들의 개수는 상기 분사부들의 개수보다 많은 반작용식 터빈 시스템.The method according to claim 1 or 6,
Wherein the number of blades is greater than the number of blasters. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 제1터빈 모듈과 제2터빈 모듈은 서로 반대방향으로 회전하는 반작용식 터빈 시스템.The method according to claim 1 or 6,
Wherein the first turbine module and the second turbine module rotate in opposite directions to each other. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 복수의 블레이드들은,
상기 터빈 축의 반경방향을 따라 다단으로 적층 배치되는 반작용식 터빈 시스템. The method according to claim 1 or 6,
Wherein the plurality of blades
Wherein the turbine shaft is stacked in multiple stages along the radial direction of the turbine shaft.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022032643A1 (en) * 2020-08-14 2022-02-17 深圳广蓝电力有限公司 Water turbine and hydroelectric generator

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