KR20160059731A - 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리 - Google Patents

초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리 Download PDF

Info

Publication number
KR20160059731A
KR20160059731A KR1020140161595A KR20140161595A KR20160059731A KR 20160059731 A KR20160059731 A KR 20160059731A KR 1020140161595 A KR1020140161595 A KR 1020140161595A KR 20140161595 A KR20140161595 A KR 20140161595A KR 20160059731 A KR20160059731 A KR 20160059731A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
impeller
working fluid
rear surface
housing
supercritical working
Prior art date
Application number
KR1020140161595A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101636756B1 (ko
Inventor
조준현
백영진
김민성
이길봉
나호상
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020140161595A priority Critical patent/KR101636756B1/ko
Publication of KR20160059731A publication Critical patent/KR20160059731A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101636756B1 publication Critical patent/KR101636756B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing
    • F04D29/0516—Axial thrust balancing balancing pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

본 발명은, 고밀도 고점성인 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에서 임펠러의 후면에 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부를 형성함으로써, 상기 수용홈부에서 수용된 초임계 작동유체가 상기 임펠러의 후면을 가압하기 때문에, 임펠러의 전,후면 압력차이로 인해 회전축에 가해지는 스러스트를 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은, 고밀도 고점성인 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에서 임펠러의 후면으로 초임계 작동유체를 유도하는 유도 가이드를 포함함으로써, 상기 유로 가이드에 의해 초임계 작동유체가 상기 임펠러의 후면을 가압하기 때문에, 임펠러의 전,후면 압력차이로 인해 회전축에 가해지는 스러스트를 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 고밀도 고점성인 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에서 쉬라우드형 임펠러에 래버린스 실을 구비함으로써, 임펠러의 전,후면 압력 균형이 유지되어 스러스트를 저감시킬 수 있다.

Description

초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리{Turbomachinery for supercritical high density working fluid}
본 발명은 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보머시너리의 스러스트를 저감시킬 수 있는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에 관한 것이다.
기존 에너지원의 활용성과 전력수급의 효율성을 향상시키기 위해 고효율 전력생산 기술의 향상에 대한 관심이 지속적으로 증대되고 있다. 고효율 전력생산 기술 향상을 위한 대안으로 초임계 이산화탄소 발전 기술에 대한 연구개발이 활성화되고 있다. 초임계 이산화탄소 발전 기술은, 임계 압력 이상의 초고압으로 압축된 이산화탄소를 고온으로 가열하여 터빈을 구동하는 브레이튼(Brayton)사이클 방식의 전력생산 기술이다. 초임계 이산화탄소 발전 기술은, 원자력, 화력, 태양열, 지열 등 다양한 열원에 적용가능하고, 효율이 높으면서도 크기를 소형화할 수 있는 장점이 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동유체인 초임계 이산화탄소를 최대 공정온도까지 가열하는 히터, 고온 고압의 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈, 저압의 초임계 이산화탄소의 온도를 낮추는 쿨러, 저온 저압의 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기를 포함한다.
그러나, 상기 초임계 이산화탄소 등의 초임계 작동유체는 고밀도 고점성의 특성을 갖기 때문에, 터빈이나 압축기 등의 터보머시너리(Turbomachinery)가 회전할 때 주위를 감싸고있는 작동유체에 의한 마찰력으로 인해 회전력 손실(Windage loss)이 발생한다. 이러한 마찰 손실을 해결하기 위해 압축기 후단과 터빈 후단사이의 축 부위의 압력을 인위적으로 낮추어 축 부위의 작동유체의 밀도를 낮추어 회전 마찰 손실을 줄여야 한다. 이 때 압축기의 임펠러, 터빈의 휠 후면의 압력이 낮아지면, 고압의 전면과의 압력차이로 인해 스러스트가 발생하는 문제점이 있다.
한국등록특허 10-1138223
본 발명의 목적은, 고밀도 고점성 작동유체의 사용시 임펠러의 전,후면 압력차이로 발생하는 스러스트를 저감시키는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리는, 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전가능하게 결합된 회전축과, 상기 회전축에 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개가 형성된 임펠러와, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 유도하여 상기 임펠러의 후면을 가압하여 스러스트(thrust)를 저감시키는 스러스트 저감수단을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리는, 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전가능하게 결합된 회전축과, 상기 회전축에 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개가 형성된 임펠러와, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 유도하여 상기 임펠러의 후면을 가압하여 스러스트(thrust)를 저감시키는 스러스트 저감수단을 포함하고, 상기 스러스트 저감수단은, 상기 임펠러의 후면에서 형성되어, 상기 임펠러의 후면을 가압하도록 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부이고, 상기 수용홈부는 상기 임펠러의 후면에서 반경방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 형성되고, 상기 복수의 수용홈부들은 반경방향으로 갈수록 크기가 크게 형성되고, 상기 각 수용홈부는 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리는, 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전가능하게 결합된 회전축과, 상기 회전축에 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개가 형성된 임펠러와, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 유도하여 상기 임펠러의 후면을 가압하여 스러스트(thrust)를 저감시키는 스러스트 저감수단을 포함하고, 상기 스러스트 저감수단은, 상기 임펠러의 후면에 형성되어 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부와, 상기 하우징에서 상기 임펠러의 후면을 향해 돌출 형성되어 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 수용홈부로 안내하는 유로 가이드를 포함하고, 상기 수용홈부는 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성되고, 상기 유로 가이드는 상기 수용홈부에 대향되는 위치에 형성되고, 상기 수용홈부와의 간격이 동일하도록 상기 수용홈부에 대응되는 형상으로 이루어진다.
본 발명은, 고밀도 고점성인 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에서 임펠러의 후면에 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부를 형성함으로써, 상기 수용홈부에서 수용된 초임계 작동유체가 상기 임펠러의 후면을 가압하기 때문에, 임펠러의 전,후면 압력차이로 인해 회전축에 가해지는 스러스트를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 고밀도 고점성인 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에서 임펠러의 후면으로 초임계 작동유체를 유도하는 유도 가이드를 포함함으로써, 상기 유로 가이드에 의해 초임계 작동유체가 상기 임펠러의 후면을 가압하기 때문에, 임펠러의 전,후면 압력차이로 인해 회전축에 가해지는 스러스트를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고밀도 고점성인 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리에서 쉬라우드형 임펠러에 래버린스 실을 구비함으로써, 임펠러의 전,후면 압력 균형이 유지되어 스러스트를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분이 확대도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 터보머시너리는, 초임계 이산화탄소 등과 같은 고밀도 고점성의 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하는 원심형 터보머시너리인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 터보머시너리는, 하우징(10)과, 회전축(20), 임펠러(30) 및 스러스트(Thrust) 저감수단을 포함한다.
상기 하우징(10)은, 상기 회전축(20)과 상기 임펠러(30)를 감싸도록 형성되며, 상기 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성한다.
상기 회전축(20)은, 상기 하우징(10)의 내부에 회전가능하게 배치되어 상기 임펠러(30)의 회전시 발생되는 회전력을 외부로 전달한다.
상기 임펠러(30)는, 상기 하우징(10)의 내부에서 상기 회전축(20)과 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개(31)가 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 임펠러(30)는 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 위치한 상기 복수의 날개(31)가 개방된 개방형 임펠러인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 스러스트 저감수단은, 상기 하우징(10)과 상기 임펠러(30)의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징(10)과 상기 임펠러(30)의 후면(30a) 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 가압하도록 유도하여, 상기 회전축(20)으로 전달되는 스러스트를 감소시키기 위한 수단이다. 본 실시예에서, 상기 스러스트 저감수단은, 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에 형성되어, 상기 하우징(10)과 상기 임펠러(30)의 후면(30a)사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부(40)이다.
상기 수용홈부(40)는, 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에서 반경방향으로 복수개가 서로 소정간격 이격되게 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 수용홈부(40)는 3개의 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)는 반경방향으로 갈수록 크기가 크게 형성된다. 즉, 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43) 중에서 상기 제1수용홈부(41)가 상기 임펠러(30)의 중심으로부터 반경방향으로 가장 멀리 떨어지게 위치하는 바, 상기 제1수용홈부(41)의 크기가 가장 크게 형성된다. 또한, 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43) 중에서 상기 제3수용홈부(43)가 상기 임펠러(30)의 중심에 가장 가깝게 위치하는 바, 상기 제3수용홈부(43)의 크기가 가장 작게 형성된다. 따라서, 상기 초임계 작동유체가 상기 임펠러(30)의 후면(30a)과 상기 하우징(10)사이로 유입되자마자 상기 제1수용홈부(41)에서 최대한 수용될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)는 각각 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에서 원주방향을 따라 복수개가 소정간격 이격되게 형성된다. 또한, 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)는 각각 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성된다. 여기서, 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)는 각 단면이 오메가(Ω) 형상으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 따라서, 상기 초임계 작동유체가 보다 용이하게 수용될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 초임계 작동유체가 상기 하우징(10)의 전방을 통해 축방향으로 유입되어 반경방향으로 토출시, 상기 초임계 작동유체 중 적어도 일부가 상기 임펠러(30)의 후면(30a)과 상기 하우징(10)사이로 유출된다.
상기 임펠러(30)의 후면(30a)과 상기 하우징(10)사이로 유출된 초임계 작동유체는 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)로 유입되어 수용된다. 따라서, 상기 초임계 작동유체가 상기 회전축(20)축으로 유출이 최소화될 수 있다.
또한, 상기 제1,2,3수용홈부(41)(42)(43)로 수용된 초임계 작동유체는 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 가압하게 된다. 상기 임펠러(30)의 후면(30a)과 상기 하우징(10)사이로 유출된 초임계 작동유체가 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 가압하면, 상기 임펠러(30)의 후면(30a) 압력이 증가됨에 따라 상기 회전축(20)으로 가해지는 스러스트가 감소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다. 도 3은 도 2의 A부분이 확대도시된 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단은, 상기 하우징(10)에서 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 향해 돌출 형성된 유로 가이드(50)인 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 구성은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하고 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 유로 가이드(50)는, 상기 하우징(10)에서 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에 대향되는 면에 형성되고, 상기 임펠러(30)의 중심으로부터 반경방향으로 소정거리 이상 이격된 위치에 형성된다. 상기 유로 가이드(50)는 상기 하우징(10)에서 원주방향을 따라 복수개가 서로 이격되게 형성되는 것도 가능하고, 상기 하우징(10)의 원주방향을 따라 링 형상으로 이루어진 한 개의 유로 가이드(50)로 구성되는 것도 물론 가능하다.
상기 유로 가이드(50)는, 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 향한 방향으로 크기가 작아지도록 형성된다. 즉, 상기 유로 가이드(50)는 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 향한 방향으로 갈수록 반경방향 폭(w)이 작아지도록 형성된다.
또한, 상기 유로 가이드(50)에서 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 향한 전면은, 상기 하우징(30)에서 상기 회전축(20)을 향한 방향으로 소정의 각도로 경사지고, 소정의 곡률을 갖는 오목한 형상의 곡면(50a)으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 초임계 작동유체가 상기 하우징(10)의 전방을 통해 축방향으로 유입되어 반경방향으로 토출시, 상기 초임계 작동유체 중 적어도 일부가 상기 임펠러(30)의 후면(30a)과 상기 하우징(10)사이로 유출된다.
상기 임펠러(30)의 후면(30a)과 상기 하우징(10)사이로 유출된 초임계 작동유체는 상기 유로 가이드(50)에 의해 상기 임펠러(30)의 후면(30a)으로 안내된다. 즉, 상기 초임계 작동유체는 상기 유로 가이드(50)의 곡면(50a)을 따라 상기 임펠러(30)의 후면(30a)으로 안내되어, 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 가압하게 된다. 상기 임펠러(30)의 후면(30a)을 가압하면, 상기 임펠러(30)의 후면(30a) 압력이 증가됨에 따라 상기 임펠러(30)의 전,후면 압력차에 의해 상기 회전축(20)으로 가해지는 스러스트가 감소될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 스러스트 저감수단(60)은, 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에 형성된 수용홈부(61)와, 상기 하우징(10)에서 상기 수용홈부(61)에 대향되게 형성된 유로 가이드(62)를 포함하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 구성은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하고 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 수용홈부(61)는 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에서 반경방향으로 복수개가 서로 소정간격 이격되게 형성되는 것도 가능하고, 하나 또는 복수의 수용홈부(61)가 원주방향을 따라 링 형상으로 형성되는 것도 물론 가능하다.
상기 수용홈부(61)는 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 이루어진다. 상기 수용홈부(61)는 단면이 오메가(Ω) 형상으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 따라서, 상기 초임계 작동유체가 보다 용이하게 수용될 수 있다.
상기 유로 가이드(62)는, 상기 하우징(10)에서 상기 임펠러(30)의 후면(30a)에 대향되는 면에서 상기 수용홈부(61)에 대향되는 위치에 형성된다. 상기 유로 가이드(62)는 상기 수용홈부(61)를 향해 돌출된 돌기 형상으로 이루어진다. 상기 유로 가이드(62)는 상기 하우징(10)에서 원주방향을 따라 복수개가 서로 이격되게 형성되는 것도 가능하고, 상기 하우징(10)의 원주방향을 따라 링 형상으로 이루어진 한 개 또는 복수의 유로 가이드(50)로 구성되는 것도 물론 가능하다. 상기 유로 가이드(62)와 상기 수용홈부(61)는 크기와 개수가 같게 형성된다.
상기 유로 가이드(61)는, 상기 수용홈부(61)와의 이격간격이 동일하도록 상기 수용홈부(61)에 대응되는 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 유로 가이드(61)는 상기 수용홈부(61)를 향한 돌출 방향으로 갈수록 폭이 점차 증가하다가 감소하는 형상으로 이루어진다. 여기서, 상기 유로 가이드(61)는 단면이 오메가(Ω) 형상으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 터보머시너리의 스러스트 저감수단이 도시된 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 터보머시너리는, 임펠러(70)가 쉬라우드형 임펠러(Shrouded impeller)이고, 스러스트 저감수단은 하우징(10)과 상기 임펠러(70)의 허브(73)(74) 중 어느 하나에서 다른 하나를 향해 돌출 형성되어 상기 허브(73)(74)와 상기 하우징(10) 사이를 실링하는 래버린스 실(Labyrinth seal)(80)인 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 구성은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하고 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 임펠러(70)는, 복수의 날개들(71)이 쉬라우드(72)에 의해 감싸지고, 초임계 작동유체가 축방향으로 유입된 후, 상기 날개들(71)과 상기 쉬라우드(72)에 의해 형성된 폐쇄 유로를 통해 반경방향으로 토출되도록 형성된다. 상기 임펠러(70)의 전방에는 상기 초임계 작동유체가 축방향으로 유입되는 유입구를 형성하는 전방 허브(73)가 형성되고, 후방에는 상기 회전축(20)과 결합되는 후방 허브(74)가 형성된다.
상기 래버린스 실(80)은, 상기 임펠러(70)의 전방 허브(73)의 외주면에서 상기 하우징(10)을 향해 돌출 형성된 복수의 돌기들을 포함하는 제1래버린스 실(81)과, 상기 임펠러(70)의 후방 허브(74)의 외주면에서 상기 하우징(10)을 향해 돌출 형성된 복수의 돌기들을 포함하는 제2래버린스 실(82)을 포함한다.
상기 제1,2래버린스 실(81)(82)은 각각 축방향으로 소정간격 이격되게 복수개로 이루어지고, 반경방향으로 갈수록 폭이 작아지도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제4실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 초임계 작동유체가 상기 하우징(10)의 전방을 통해 상기 임펠러(70)의 전방 허브(73)로 유입되어 반경방향으로 토출시, 상기 초임계 작동유체 중 적어도 일부가 상기 임펠러(70)의 전,후면(70a)(70b)과 상기 하우징(10)의 사이로 유출된다.
상기 임펠러(70)의 전,후면(70a)(70b)과 상기 하우징(10)의 사이로 유출된 초임계 작동유체는 상기 제1,2래버린스 실(81)(82)에 의해 상기 임펠러(70)의 전,후방 허브(73)(74)측으로 유입되는 것이 차단될 수 있다.
또한, 상기 임펠러(70)의 전면(70a)과 상기 하우징(10)사이로 유출된 초임계 작동유체는 상기 제1래버린스 실(81)에 의해 전방으로 유출되는 것이 차단됨과 아울러, 상기 임펠러(70)의 전면을 가압하게 된다. 상기 임펠러(70)의 후면(70b)과 상기 하우징(10)사이로 유출된 초임계 작동유체는 상기 제2래버린스 실(82)에 의해 후방으로 유출되는 것이 차단됨과 아울러, 상기 임펠러(70)의 후면을 가압하게 된다. 따라서, 상기 래버린스 실(80)에 의해 실링 효과뿐만 아니라 상기 임펠러(70)의 전,후방측 압력의 균형을 유지할 수 있으므로, 상기 임펠러(70)의 전,후면(70a)(70b)의 압력차에 의해 발생되는 스러스트를 감소시킬 수 있다.
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.
10: 하우징 20: 회전축
30, 70: 임펠러 40,61: 수용홈부
50,62: 유로 가이드 60: 스러스트 저감수단
80: 래버린스 실

Claims (17)

  1. 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성하는 하우징과;
    상기 하우징의 내부에 회전가능하게 결합된 회전축과;
    상기 회전축에 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개가 형성된 임펠러와;
    상기 하우징과 상기 임펠러의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 유도하여 상기 임펠러의 후면을 가압하여 스러스트(thrust)를 저감시키는 스러스트 저감수단을 포함하는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스러스트 저감수단은,
    상기 임펠러의 후면에 형성되어 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부를 포함하는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스러스트 저감수단은,
    상기 하우징에서 상기 임펠러의 후면을 향해 돌출 형성되어 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 안내하는 유로 가이드를 포함하는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스러스트 저감수단은,
    상기 임펠러의 후면에 형성되어 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부와,
    상기 하우징에서 상기 임펠러의 후면을 향해 돌출 형성되어 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 수용홈부로 안내하는 유로 가이드를 포함하는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  5. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 수용홈부는,
    상기 임펠러의 후면에서 반경방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  6. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 수용홈부는 복수개가 서로 소정간격 이격되게 형성되고,
    상기 복수의 수용홈부들은 상기 임펠러의 후면에서 반경방향으로 갈수록 크기가 크게 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  7. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 수용홈부는,
    상기 임펠러의 후면에서 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  8. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 유로 가이드는,
    상기 하우징에서 상기 임펠러의 후면을 향한 방향으로 갈수록 크기가 작아지도록 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 유로 가이드에서 상기 임펠러의 후면을 향한 면은,
    상기 하우징에서 상기 회전축을 향한 방향으로 소정의 각도로 경사지게 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 유로 가이드에서 상기 임펠러의 후면을 향한 면은,
    상기 하우징에서 상기 회전축을 향한 방향으로 소정의 각도로 경사지고 소정의 곡률을 갖는 오목한 곡면으로 이루어진 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 수용홈부와 상기 유로 가이드는 서로 대향되는 위치에 형성되는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 수용홈부와 상기 유로 가이드 사이의 간격이 동일하게 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 수용홈부는, 상기 임펠러의 후면에서 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성되고,
    상기 유로 가이드는, 상기 수용홈부의 형상에 대응되도록 상기 수용홈부를 향한 돌출방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 임펠러는 쉬라우드형 임펠러이고,
    상기 스러스트 저감수단은,
    상기 하우징과 상기 임펠러의 전,후방 허브 중 어느 하나에서 다른 하나를 향해 돌출 형성되어 상기 전,후방 허브와 상기 하우징 사이를 실링하는 래버린스 실(Labyrinth seal)을 포함하는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 래버린스 실은,
    상기 임펠러의 전방 허브에서 돌출 형성된 제1래버린스 실과, 상기 임펠러의 후방 허브에서 돌출 형성된 제2래버린스 실을 포함하는 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  16. 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성하는 하우징과;
    상기 하우징의 내부에 회전가능하게 결합된 회전축과;
    상기 회전축에 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개가 형성된 임펠러와;
    상기 하우징과 상기 임펠러의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 유도하여 상기 임펠러의 후면을 가압하여 스러스트(thrust)를 저감시키는 스러스트 저감수단을 포함하고,
    상기 스러스트 저감수단은, 상기 임펠러의 후면에서 형성되어, 상기 임펠러의 후면을 가압하도록 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부이고,
    상기 수용홈부는 상기 임펠러의 후면에서 반경방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 형성되고, 상기 복수의 수용홈부들은 반경방향으로 갈수록 크기가 크게 형성되고, 상기 각 수용홈부는 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성된 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
  17. 초임계 작동유체를 축방향으로 유입하여 반경방향으로 유출하도록 유로를 형성하는 하우징과;
    상기 하우징의 내부에 회전가능하게 결합된 회전축과;
    상기 회전축에 결합되고, 상기 초임계 작동유체가 유입되는 전방에 복수의 날개가 형성된 임펠러와;
    상기 하우징과 상기 임펠러의 후방 사이에 구비되어, 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 후면으로 유도하여 상기 임펠러의 후면을 가압하여 스러스트(thrust)를 저감시키는 스러스트 저감수단을 포함하고,
    상기 스러스트 저감수단은, 상기 임펠러의 후면에 형성되어 상기 하우징과 상기 임펠러의 후면 사이로 유출되는 상기 초임계 작동유체를 수용하는 수용홈부와, 상기 하우징에서 상기 임펠러의 후면을 향해 돌출 형성되어 상기 초임계 작동유체를 상기 임펠러의 수용홈부로 안내하는 유로 가이드를 포함하고,
    상기 수용홈부는 깊이방향으로 갈수록 폭이 증가하다가 감소하는 형상으로 형성되고,
    상기 유로 가이드는 상기 수용홈부에 대향되는 위치에 형성되고, 상기 수용홈부와의 간격이 동일하도록 상기 수용홈부에 대응되는 형상으로 이루어진 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리.
KR1020140161595A 2014-11-19 2014-11-19 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리 KR101636756B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140161595A KR101636756B1 (ko) 2014-11-19 2014-11-19 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140161595A KR101636756B1 (ko) 2014-11-19 2014-11-19 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160059731A true KR20160059731A (ko) 2016-05-27
KR101636756B1 KR101636756B1 (ko) 2016-07-06

Family

ID=56105947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140161595A KR101636756B1 (ko) 2014-11-19 2014-11-19 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101636756B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190136164A (ko) * 2018-05-30 2019-12-10 한화파워시스템 주식회사 일체형 가스 및 오일 씰링 구조를 포함하는 압축기
CN114876865A (zh) * 2022-06-07 2022-08-09 上海齐耀动力技术有限公司 一种超临界二氧化碳压缩机叶轮封严结构及压缩机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4472107A (en) * 1982-08-03 1984-09-18 Union Carbide Corporation Rotary fluid handling machine having reduced fluid leakage
JP2001234706A (ja) * 2000-02-25 2001-08-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速モータ駆動圧縮膨張装置
KR101138223B1 (ko) 2010-04-30 2012-04-24 한국과학기술원 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템
KR20130122832A (ko) * 2012-05-01 2013-11-11 현대중공업 주식회사 임펠러
KR20140096647A (ko) * 2013-01-28 2014-08-06 삼성테크윈 주식회사 회전 기계

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4472107A (en) * 1982-08-03 1984-09-18 Union Carbide Corporation Rotary fluid handling machine having reduced fluid leakage
JP2001234706A (ja) * 2000-02-25 2001-08-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速モータ駆動圧縮膨張装置
KR101138223B1 (ko) 2010-04-30 2012-04-24 한국과학기술원 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템
KR20130122832A (ko) * 2012-05-01 2013-11-11 현대중공업 주식회사 임펠러
KR20140096647A (ko) * 2013-01-28 2014-08-06 삼성테크윈 주식회사 회전 기계

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190136164A (ko) * 2018-05-30 2019-12-10 한화파워시스템 주식회사 일체형 가스 및 오일 씰링 구조를 포함하는 압축기
CN114876865A (zh) * 2022-06-07 2022-08-09 上海齐耀动力技术有限公司 一种超临界二氧化碳压缩机叶轮封严结构及压缩机

Also Published As

Publication number Publication date
KR101636756B1 (ko) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8152450B1 (en) Floating air seal for a turbine
US20160281732A1 (en) Impeller with offset splitter blades
JP4485729B2 (ja) ターボマシンで軸方向スラストを補償する装置
EP3152405B1 (en) Turbine, power generation system and method of assembling the turbine
KR20200045817A (ko) 링 세그먼트 및 이를 포함하는 가스 터빈
CN104903586A (zh) 离心压缩机及具备该离心压缩机的增压器以及离心压缩机的运行方法
JP5494248B2 (ja) 固定翼式ターボチャージャ
KR20140049543A (ko) 다단 원심식 터보기계
KR101636756B1 (ko) 초임계 작동유체를 사용하는 터보머시너리
CA2926814A1 (en) Sealing clearance control in turbomachines
KR102272728B1 (ko) 증기 터빈 및 증기 터빈 조립 방법
US20110052375A1 (en) Bearing system for rotor in rotating machines
KR101882108B1 (ko) 가스터빈
KR102509379B1 (ko) 회전 기계 및 시일 부재
RU2612309C1 (ru) Центростремительная турбина
US20170002825A1 (en) Balance piston with a sealing member
KR102256876B1 (ko) 축방향 지향 밀봉 시스템
EP3382154A1 (en) Rotating unit and steam turbine including the same
CN216767482U (zh) 设有气封部件的燃气轮机
EP3274588B1 (en) Heat shield for pressure casing
CN114320489A (zh) 设有气封部件的燃气轮机
CN211288087U (zh) 一种低泄漏量的罗茨鼓风机转子端面离心密封结构
US10876419B2 (en) Conjunction assembly and gas turbine comprising the same
KR20190108314A (ko) 임펠러
KR101955116B1 (ko) 터빈 베인, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190326

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 5