KR20170124808A

KR20170124808A - 터빈

Info

Publication number: KR20170124808A
Application number: KR1020160054680A
Authority: KR
Inventors: 조종재; 조연화
Original assignee: 한화테크윈 주식회사
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2017-11-13
Also published as: KR102184779B1

Abstract

본 발명은 터빈을 개시한다. 본 발명은, 터빈 하우징, 터빈 하우징 내 배치되는 베인 플레이트, 상기 베인 플레이트에 회전 가능하도록 설치되는 로터 및 상기 베인 플레이트에 설치되어 상기 로터의 회전 시 유체의 이동 경로에 배치되어 유체의 이동양 조절하는 베인부를 포함하는 터빈에 있어서, 상기 베인부는 베인 바디부, 일부가 상기 베인 바디부 내부에 배치되며 상기 베인 바디부를 회전 운동시키는 회전 구동부, 및 상기 회전구동부의 내부에 배치되며 상기 베인 바디부와 접촉하여 상기 베인 바디부를 선형 운동시키는 선형 구동부를 포함하는 터빈에 대한 것이다.

Description

터빈{Turbine}

본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈에 관한 것이다.

터빈은 외부로부터 유입된 유체에 의하여 회전 에너지를 다른 에너지로 변환시키는 장치이다. 터빈은 매우 높은 온도, 압력 및 속도로 유동하는 연소 가스로부터 일(work)을 추출하는 기계를 포함한다. 추출된 일은 발전을 위해 발전기를 구동시키거나, 압축 장치를 구동시키거나, 항공기에 대한 요구 추력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전형적인 가스 터빈 엔진은 대기가 고압으로 압축되는 다단계 압축기로 이루어져 있다. 압축 공기는 온도가 상승되는 연소실에서 특정의 연료/공기 비로 혼합된다. 고온 고압의 연소가스는 사용처에 따라서 요구 추력을 제공하거나 발전기를 구동시키기 위해 터빈을 통해 팽창되어 일을 추출한다. 상기 터빈은 각 단계가 일렬의 블레이드와 일렬의 베인으로 이루어진 적어도 하나의 단계를 포함하고 있다. 상기 블레이드는 각각의 블레이드의 높이가 고온의 가스 유동 경로를 덮는 상태로 회전하는 허브에 원주방향으로 배치되어 있다. 비회전 베인의 각 단계는 원주방향으로 배치되어 있고, 이것은 또한 고온의 가스 유동 경로를 가로질러서 뻗어 있다.

터빈휠과 접촉되는 위험을 방지 및 효울적으로 터빈 휠로 입사되는 유체의 각도를 고려하여, 다수개의 베인은 제한된 각도 내에서 동일한 반경을 가지고 회동을 한다. 다수개의 베인의 제한된 회동 각도에 맞추어 압축시킬 수 있는 적절한 유량의 범위가 정해 질 수 있다. 유체의 유량이 설계시 예정된 영역을 벗어나는 경우, 터빈의 효율이 급격히 저하되는 문제가 있다.

한국공개 특2003-0076487

본 발명의 실시예들은 베인들이 회동 운동하거나 선행 운동하는 터빈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 터빈 하우징, 터빈 하우징 내 배치되는 베인 플레이트, 로터 및 상기 베인 플레이트에 설치되어 상기 로터의 회전 시 유체의 이동 경로에 배치되어 유체의 이동량 조절하는 베인부를 포함하는 터빈에 있어서, 상기 베인부는 베인 바디부, 일부가 상기 베인 바디부 내부에 배치되며 상기 베인 바디부를 회전 운동시키는 회전 구동부, 및 상기 회전구동부의 내부에 배치되며 상기 베인 바디부와 접촉하여 상기 베인 바디부를 선형 운동시키는 선형 구동부를 포함한다.

또한, 상기 회전 구동부는 상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 베인 바디부를 회전시키는 제1 바디부, 상기 제1 바디부와 연결되며, 상기 베인 플레이트를 관통하도록 설치되는 제1 회전축부, 및 상기 베인 플레이트에 회전 가능하도록 설치되며 상기 제1 회전축부를 회전시키는 제1 구동부를 포함한다.

또한, 상기 제1 바디부는 다각형 또는 타원형이다.

또한, 상기 선형 구동부는 상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 베인 바디부와 접촉하는 제1 기어, 상기 제1 기어와 연결되며, 상기 회전 구동부 내부에 배치되는 제2 회전축부, 상기 제2 회전축부와 연결되어 상기 제2 회전축부를 회전시키는 제2 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 베인 바디부는 상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 제1 기어의 치합하는 랙기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 베인부는 복수개 구비되며 상기 복수개의 베인부 중 서로 인접하는 상기 베인부 사이의 압력과 기 설정된 압력을 비교하여 상기 선형 운동부는 상기 베인 바디부를 선형 운동시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 베인들이 선행 운동도 가능하도록 하여, 유체의 유량이 적은 영역에서도 효율적으로 유체를 압축시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 베인부의 측면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 베인부의 상면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 평면도이다.
도 5는 도 4의 C를 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 터빈의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈(10)의 내부의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 터빈(10)은 터빈 하우징(30), 베인 플레이트(11), 로터(20), 베인부(100)를 포함한다. 베인부(100)는 회전 구동부(110), 선형 구동부(120), 베인 바디부(103)를 포함한다.

터빈 하우징(30)은 로터(20)를 수용하는 중공부가 형성되어 있다. 터빈(10)에 유체가 유입되는 흡기구(12)와 유체가 배기되어 터빈(10)의 배기 시스템으로 유도하기 위해 배기구(14)를 구비한다. 흡기구(12)로 유입된 유체는 베인부(100)를 통과하여 로터(20)로 이동한다. 한편, 흡기구(12)와 로터(30) 사이에 베인 플레이트(11)가 설치될 수 있는 공간이 형성되어 있다. 상기 흡기구(12)에는 유입된 유체의 유량 등을 감지하는 센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 예컨대, 흡기구(12)에 유입된 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 구비할 수 있다.

로터(20)는 외부에서 공급되어 베인부(100)를 통과한 고온 고압의 유체에 의해 회전할 수 있도록 터빈 블레이드가 그 둘레를 따라 다수 결합되어 있고, 회전축이 그 중심에 결합된 상태로 터빈하우징(30)의 중공부 내에 수용된다. 로터(20)는 유체와 충돌하여 일정한 방향으로 회전을 하여 작동유체의 에너지를 회전 에너지로 전환해주고, 상기 전환된 에너지는 상기 회전축을 통해 외부로 전달된다.

베인 플레이트(11)는 흡기부(12)와 로터(20) 사이에 설치되며, 회전축(21)에 결합된 로터(20)를 수용하는 중공부가 형성된다. 베인 플레이트(11)의 일측면에는 베인부(100)가 적어도 하나 이상의 베인부(100)가 설치되어 있으며, 상기 베인부(100)는 상기 베인 플레이트(11)에서 회전 가능하게 설치되어 있다. 베인 플레이트(11)는 중공부에 로터(20)를 수용하면서 터빈 하우징(40)에 삽입될 수 있다. 구체적으로 베인 플에이트(11)는 흡기부(12)에서 유입되는 유체가 로터(20)로 이동하는 경로에 삽입된다.

베인부(100)는 베인 바디부(103), 회전 구동부(110), 선형 구동부(120)를 포함한다. 베인 바디부(103)는 베인 플레이트(11)에 회전 및 선형 운동이 가능하도록 설치된다. 베인 바디부(103)는 대체로 부드러운 곡선을 이루는 외형을 가진 대칭형의 포일의 형태일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 비대칭 형상을 가지는 것도 가능하다. 터빈(10)은 복수개의 베인부(100)를 포함할 수 있다. 복수개의 베인부(100) 중 어느 한 베인부(100)와 이웃하는 베인부(100)들 사이에 유체가 유입되는 풍로가 형성된다. 상기 복수개의 베인부(100)는 터빈(10)으로 유입된 유체가 로터(20)에 고르게 분사될 수 있도록 회동 및 선형 운동된다. 복수개의 베인부(100)는 유체가 일정한 압력과 유량으로 로터(20)를 밀어낼 수 있도록 조절해주는 역할을 한다.

회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)를 회동 시킬 수 있고, 선행 구동부(120)는 베인 바디부(103)를 길이 방향으로 선형 운동시킬 수 있다. 베인 바디부(103), 회전 구동부(110), 선행 구동부(120)에 대한 구체적 내용은 후술한다.

도 2는 일 실시예에 따른 베인부의 측면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 베인부의 상면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 베인 바디부(103)는 베인 플레이트(11)와 접하는 부분에 베인 바디부(103)의 길이 방향으로 길게 홈(A)이 형성된다. 홈(A)은 양 끝단이 불록한 막대형상으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않고 다각형, 타원형 등으로 형성될 수 있다. 홈(A)에는 회전 구동부(110) 및 선형 구동부(120)가 수용된다. 회전 구동부(110)는 일부가 베인 플레이트(11)의 외면에 배치되면서 베인 플레이트(11)를 관통하며, 베인 바디부(103) 홈(A)으로 인입되어 베인 바디부(103)와 연결된다. 회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)의 홈(A)에 인입되어 있는 제1 바디부(111), 상기 제1 바디부(111)와 연결되며 베인 플레이트(11)를 관통하도록 설치된 제1 회전축부(113) 및 제1 구동부(210)를 포함한다. 선형 구동부(120)는 일부가 베인 플레이트(11)의 외면이나 외부에 배치되면서 베인 플레이트(11)를 관통하며, 베인 바디부(103)와 연결된다. 선형 구동부(120)는 제1 기어(121), 제2 회전축부(123) 및 제2 구동부(220)를 포함한다.

제1 바디부(111)는 베인 바디부(103)의 홈(A)의 폭과는 상응한 폭을 가지며 양 끝면이 곡선 면인 다각형의 형상이거나 다각형으로 형성될 수 있다. 제1 바디부(111)의 길이는 베인 바디부(103)의 홈(A)의 길이보다 작다. 제1 바디부(111)는 베인 바디부(103)의 홈(A)을 통해 접해 있으므로, 제1 바디부(111)가 회동하면 베인 바디부(103)도 이에 종속되어 같은 방향으로 회동할 수 있다. 제1 바디부(111)는 선형 구동부(120)의 제1 기어(121)를 수용할 수 있는 중공부가 형성되어 있으며, 제1 바디부(111)의 일측면에 홀(B)이 형성되어 있다. 제1 기어(121)는 제1 바디부의 일측면에 형성된 홀(B)을 통해 베인 바디부(103)와 접촉한다. 한편, 제1 바디부(111)는 베인 바디부(103)가 암수 결합할 수 있는 형상이면 되고, 도 3에 도시된 바에 한정하지 않는다.

제1 회전축부(113)는 내부에 제2 회전축부(123)를 수용할 수 있는 중공부가 형성된다. 제1 회전축부(113)의 일단은 제1 바디부(111)와 연결되고, 타단은 제1 구동부(210)와 연결된다. 제1 회전축부(113)의 일단에는 제1 바디부(111)가 연결되고 제1 회전축부(113)의 타단에는 제1 구동부(210)가 연결되어 있다. 제1 구동부(210)는 제1 회전축부(113)과 연결되어 제1 회전축부(113)를 회전시킬 수 있다. 이때, 제1 구동부(210)는 모터나 유압 또는 공압으로 구동하는 실린더를 구비할 수 있다. 제1 구동부(210)는 베인 플레이트(11) 외측에 설치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)를 회동시켜 베인 바디부(103)의 길이 방향과 터빈의 중심 방향 사이에 시계방향으로 측정한 각도(이하, 베인각(θ))를 변경할 수 있다. 회전 구동부(110)는 베인 바디부(103)의 베인각(θ)을 변경하여 베인 플레이트(11) 내에 유동하는 유체의 유동을 제어하게 된다.

제1 기어(121)는 베인 바디부(103) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 제1 바디부(111)의 홀(B)에 노출된 제1 기어부(121)의 일부분이 베인 바디부(103)와 접한다.

제2 회전축부(123)는 제1 회전축부(113) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 제2 회전축부(123)는 제1 회전축부(113)의 내부에서 제1 회전축부(113)와 이격되도록 배치될 수 있다. 제2 회전축부(123)의 길이는 제1 회전축부(113)의 길이보다 길다. 제2 회전축부(123)는 제1 회전축부(113)를 관통하여, 제2 회전축부(123)의 일단에 제1 기어(121)가 연결되고 타단에는 제2 구동부(220)가 연결된다.

제2 구동부(220)는 제2 회전축부(123)과 연결되어 제2 회전축부(123)를 회전시킬 수 있다. 이때, 제2 구동부(220)는 모터나 유압 또는 공압으로 구동하는 실린더를 구비할 수 있다. 제2 구동부(220)는 베인 플레이트(11) 외측에 설치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 베인 바디부(103)의 홀(B)의 일측면에 랙기어(105)가 형성되어 있고, 제1 기어(121)는 제1 바디부(111)의 홀(B)을 관통하여 랙기어(105)와 치합된다. 제1 기어(121)가 회동하면 베인 바디부(103)는 베인 바디부(103)의 길이 방향으로 선행 운동을 한다. 예컨대, 제1 기어(121)가 시계 방향으로 회전하면 베인 바디부(103)의 일부는 제1 기어(121)와 멀어지고, 제1 기어(121)가 반시계 방향으로 회전하면 제1 기어(121)와 베인 바디부(103)의 일부는 제1 기어와 가까워진다. 한편, 베인 바디부(103)의 일부는 로터(20)와 인접하는 끝단을 말한다. 이처럼, 베인 바디부(103)는 제1 기어(121)의 회전 방향에 따라 선행 운동의 방향이 결정될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 단면도이다. 도 5는 도 4의 C를 확대하여 보여주는 확대도이다. 도 6은 도 1에 도시된 터빈의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 터빈(10)은 복수개의 베인부(100)를 포함한다. 제1 구동부(210)는 제1 베인 조절링(211)을 포함하고, 제2 구동부(220)는 제2 베인 조절링(221)을 포함한다. 복수개의 베인부(100)의 제1 회전축부(113) 각각은 제1 베인 조절링(211)과 연결되며, 복수개의 베인부(100)의 제2 회전축부(123) 각각은 제2 베인 조절링(221)과 연결된다.

제1 베인 조절링(211)은 베인 플레이트(11)에 일정한 각도 이상 회전 가능하게 고정된다. 제1 베인 조절링(211)은 베인 플레이트(11)에 배치된 상태로 로터(20)을 수용하는 중공부가 형성된다. 제1 베인 조절링(211)은 복수개의 제1 회전축부(113)와 연결된다. 제2 베인 조절링(221)은 베인 플레이트(11)에 일정한 각도 이상 회전 가능하게 고정될 수 있다. 제2 베인 조절링(221)은 베인 플레이트(11)에 배치된 상태로 로터(20)를 수용하는 중공부가 형성된다. 제2 베인 조절링(221)은 복수개의 제2 회전축부(123)와 연결된다.

일 실시예에 따르면, 제1 베인 조절링(211)과 제1 회전축부(113)의 일면에 기어가 형성되어 있고, 제1 회전축부(113)는 제1 베인 조절링(211)과 치합하여 제1 베인 조절링(211)의 회전 운동에 종속된다. 제2 베인 조절링(221)과 제2 회전축부(123)의 일면에도 기어가 형성되어 있고, 제2 회전축부(123)는 제2 베인 조절링(221)과 치합하여 제2 베인 조절링(221)의 회전 운동에 종속된다.

일 실시예에 따르면, 제1 베인 조절링(211)이 회전하면 복수개의 베인 바디부(103)의 상기 베인각이 달라진다. 제1 베인 조절링(211)의 회전 방향에 따라 상기 베인각이 커지거나 작아질 수 있다. 한편, 제1 베인 조절링이 일정 각도로 회전으로 복수의 베인부(100)가 회전한 경우, 복수개의 베인 바디부(100)들은 동일한 베인각을 갖는다. 한편, 베인 바디부(103)의 길이 방향과 터빈(10)의 중심 방향이 이루는 각도를 시계방향으로 측정한 값이 베인각(θ)이다. 이때, 상기와 같은 베인각(θ)은 반시계 방향으로 측정하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 베인각(θ)은 시계 방향으로 측정하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 제2 베인 조절링(221)이 회전하면 복수의 베인부(100)는 베인 바디부(103)의 길이 방향으로 선형운동을 한다. 복수의 베인부(100)가 제2 베인 조절링(220) 안쪽으로 전진하는 방향을 제1 방향이라 하고, 제2 베인 조절링 (220)바깥쪽으로 후진하는 방향을 제2 방향이라 하면, 제어부는 제1 베인 조절링(211)을 회전시켜 복수의 베인부(100)를 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 선형 운동시킬 수 있다. 한편, 이하에서는 베인 바디부(103)의 일단 중 로터(20)와 인접한 일단과 제1 회전축부(113)의 외면과 최단 거리를 제1 거리라 하며, 설명의 편의를 위하여 제2 베인 조절링(221)이 시계방향으로 회전하면 베인부(100)가 상기 제1 방향으로 선형 운동하고, 반시계 방향으로 회전하면 베인부(100)가 상기 제2 방향으로 선형 운동하는 것으로 상세히 설명한다.

일 실시예에 따르면, 베인부(100)와 인접하는 베인부(100) 사이에 형성된 풍로는 상기 베인각(θ) 또는 베인부(100)의 선행 운동 방향에 따라 폭이 달라진다. 이 때, 상기 풍로의 폭은 베인 바디부(103)의 일부와 인접하는 베인 바디부(103)의 일부 사이의 제2 거리이다. 구체적으로, 상기 제2 거리는 상기 풍로의 토출구 부분에서의 베인 바디부(103)와 인접하는 베인 바디부(103) 사이의 최단 거리일 수 있다. 상기 베인각(θ)이 커지거나 베인부(100)가 상기 제1 방향으로 선형 운동하면 상기 풍로의 폭은 좁아지고, 상기 베인각(θ)이 작아지거나 베인부(100)가 상기 제2 방향으로 선형 운동하면 상기 풍로의 폭은 넓어진다.

도 6을 참조하면, 터빈(10)은 유입되는 유체의 압력을 감지하는 압력 센서(310)와 제1 베인 조절링(211)과 제2 베인 조절링(221)의 회동시키는 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(300)는 별도의 구성으로 도시되어 있으나, 제1 구동부(213)와 제2 구동부(223) 내에 포함될 수도 있으며 도시된 바에 의해 한정되지 않는다.

상기 제어부(300)는 베인부(100)가 기 설정된 베인각(θ) 및 상기 제1 거리(L)를 갖도록 제1 및 제2 구동부(210, 220) 제어할 수 있다. 제어부(300)는 흡기부의 압력에 따른 상기 기 설정된 베인각(θ) 및 제1 거리(L)에 대한 정보를 테이블 형태로 미리 저장하고 있다. 이때, 압력 센서(310)에서는 흡기부(12)의 압력을 측정하여 제어부(300)로 전송할 수 있다. 제어부(300)는 상기 측정된 흡기부(12)의 압력에 대응하는 베인각(θ) 및 제1 거리(L)를 테이블을 통해 획득하고, 베인부가 획득한 베인각(θ) 및 제1 거리(L)를 갖도록 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 제어한다.

한편, 상기 기 설정된 베인각(θ) 및 제1 거리(L)는 상기 풍로의 폭과 관계된다. 상기 풍로의 폭에 따라 상기 토출구의 유체의 유속이 달라진다. 즉, 상기 기 설정된 베인각(θ) 및 제1 거리(L)는 흡기부(12)의 압력과 상기 풍로의 폭의 관계를 고려하여 상기 토출구의 유체의 유속을 조절하기 위해 설정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제어부(300)는 베인부(100)를 회전 운동시키거나 선형 운동시켜 베인부(100)의 베인각(θ) 및 제1 거리(L)가 변화시켜 상기 풍로의 폭이 변하도록 할 수 있다. 상기 풍로의 폭을 좁히기 위해 상기 베인각(θ)을 증가시키거나 베인부(100)를 상기 제2 방향으로 선행 운동시켜 상기 제1 거리(L)를 증가시킬 수 있다. 반대로 상기 풍로의 폭을 넓히기 위해 상기 베인각(θ)을 감소시키거나 베인부(100)를 상기 제1 방향으로 선행 운동시켜 상기 제1 거리(L)를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1 거리(L)를 조정시킨 만큼 상기 베인각(θ)의 변화를 줄일 수 있다. 따라서, 상기 기 설정된 베인각(θ)은 상기 제1 거리(L)에 따른 풍로의 폭의 변화를 고려하여 설정된다. 즉, 요구되는 상기 풍로의 폭으로 조정하는데 있어서 상기 베인각(θ)과 상기 제1 거리(L)를 동시에 고려하여 상기 기 설정된 베인각 및 제1 거리가 설정된다. 이 경우, 상기 풍로의 폭을 조정하는데 상기 제1 거리(L)의 변화도 고려되므로 베인각만 조절할 수 있는 경우보다 상기 베인각(θ)의 변화를 감소시킬 수 있다.

한편, 베인각(θ)이 일정 각도(예를 들면, 80도)를 벗어나면 터빈(10)의 효율이 극격히 떨어진다. 베인각(θ)이 일정 각도 이상이 되면 상기 토출구에서 분사되는 유체가 로터(20)에 유동에너지를 제대로 전달할 수 없다. 특히, 흡기부(12)의 압력이 매우 적은 경우에 상기 풍로의 폭을 좁히기 위해 베인부(100)의 베인각(θ)이 상기 일정 각도를 벗어날 수 있다. 이런 점에서, 일 실시예에 따른 발명은 상기 제1 거이(L)에 따른 상기 풍로의 조절도 가능하므로 상기 베인각(θ)이 상기 일정 각도에 도달하는 것을 지연시킬 수 있다. 예컨대, 베인각만 조정할 때에 흡기부(12)의 압력이 1에서 베인각이 80도를 초과하는 경우라면, 일 실시예에 따른 제어부(300)는 베인부(100)가 상기 기 설정된 베인각 및 제1 거리를 갖도록 제1 및 제2 구동부(210, 220)를 제어할 수 있는 바, 흡기부(12)의 압력이 1인 경우에도 상기 베인각(θ)을 80도 미만으로 설정할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 발명은 베인부(100)의 베인각(θ)만 조정하는 경우보다 더 넓은 흡기부(12)의 압력 범위에서 효율적으로 터빈(10)을 작동시킬 수 있다

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10: 터빈
11: 베인 플레이트
20: 로터
30: 터빈 하우징
100: 베인부
103: 베인 바디부
110: 회전 구동부
111: 제1 바디부
113: 제1 회전축부
120: 선형 구동부
121: 제1 기어
123: 제1 회전축부
210: 제1 구동부
211: 제1 베인 조절링
220: 제2 구동부
223: 제2 구동부
300: 제어부

Claims

터빈 하우징, 터빈 하우징 내 배치되는 베인 플레이트, 로터 및 상기 베인 플레이트에 설치되어 상기 로터의 회전 시 유체의 이동 경로에 배치되어 유체의 이동량 조절하는 베인부를 포함하는 터빈에 있어서,
상기 베인부는,
베인 바디부;
일부가 상기 베인 바디부 내부에 배치되며, 상기 베인 바디부를 회전 운동시키는 회전 구동부; 및
상기 회전구동부의 내부에 배치되며, 상기 베인 바디부와 접촉하여 상기 베인 바디부를 선형 운동시키는 선형 구동부;를 포함하는 터빈.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 구동부는,
상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 베인 바디부를 회전시키는 제1 바디부;
상기 제1 바디부와 연결되며, 상기 베인 플레이트를 관통하도록 설치되는 제1 회전축부;
상기 베인 플레이트에 회전 가능하도록 설치되며, 상기 제1 회전축부를 회전시키는 제1 구동부;를 포함하는 터빈.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 바디부는 다각형 또는 타원형인 터빈.
제 1 항에 있어서,
상기 선형 구동부는,
상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 베인 바디부와 접촉하는 제1 기어;
상기 제1 기어와 연결되며, 상기 회전 구동부 내부에 배치되는 제2 회전축부; 및
상기 제2 회전축부와 연결되어 상기 제2 회전축부를 회전시키는 제2 구동부;를 포함하는 터빈.
제 4 항에 있어서,
상기 베인 바디부는,
상기 베인 바디부의 내부에 배치되어 상기 제1 기어의 치합하는 랙기어;를 포함하는 터빈.
제 1 항에 있어서,
상기 베인부는 복수개 구비되며,
상기 복수개의 베인부 중 서로 인접하는 상기 베인부 사이의 압력과 기 설정된 압력을 비교하여 상기 선형 운동부는 상기 베인 바디부를 선형 운동시키는 터빈.