KR20170124810A

KR20170124810A - Turbine

Info

Publication number: KR20170124810A
Application number: KR1020160054682A
Authority: KR
Inventors: 조종재; 조연화
Original assignee: 한화파워시스템 주식회사
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2017-11-13
Also published as: KR102567540B1

Abstract

According to the present invention, disclosed is a turbine. The turbine of the present invention comprises: a turbine housing; a vane plate disposed in the turbine housing; a first vane adjustment ring rotationally mounted on the vane plate; a second vane adjustment ring spaced from the first vane adjustment ring and rotationally mounted on the vane plate; a first gear portion connected to the first vane adjustment ring and rotationally mounted on the vane plate; a second gear portion connected to the second vane adjustment ring and rotationally mounted on the vane plate; a plurality of first vanes connected to the first gear portion; and a plurality of second vanes connected to the second gear portion, thereby efficiently compressing the fluid even in a section where the flow of the fluid is less.

Description

Turbine {Turbine}

본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus, and more particularly to a turbine.

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.A turbine is a device that converts rotational energy to other energy by fluid introduced from the outside. Turbines include machines that extract work from flue gases flowing at very high temperatures, pressures and speeds. The extracted work can be used to drive a generator for power generation, to drive a compression device, or to provide a demanding thrust to an aircraft. A typical gas turbine engine consists of a multi-stage compressor in which the atmosphere is compressed to high pressure. Compressed air is mixed at a specific fuel / air ratio in a combustion chamber where the temperature is raised. The high-temperature, high-pressure combustion gas is expanded through the turbine to extract the work to provide the required thrust or drive the generator depending on the application. The turbine includes at least one step in which each step consists of a row of blades and a row of vanes. The blades are disposed circumferentially in a hub that rotates with the height of each blade covering the hot gas flow path. Each stage of the non-rotating vane is circumferentially disposed, which also extends across the hot gas flow path.

다수개의 베인의 회전 각도는 터빈휠과 접촉되는 위험을 방지하기 위해 일정 범위 내로 제한될 필요가 있고, 제한된 각도 내에서 동일한 반경을 가지고 회전을 한다. 다수개의 베인의 제한된 회전 각도에 맞추어 압축시킬 수 있는 적절한 유량의 범위가 정해 질 수 있다. 배기유체의 유량이 설계시 예정된 영역을 벗어나는 경우, 터빈의 효율이 급격히 저하되는 문제가 있다.The rotational angles of the plurality of vanes need to be limited within a certain range to avoid the risk of contact with the turbine wheel and rotate with the same radius within a limited angle. A range of suitable flow rates that can be compressed to a limited rotational angle of a plurality of vanes can be determined. If the flow rate of the exhaust fluid deviates from a predetermined range in design, there is a problem that the efficiency of the turbine drops sharply.

한국공개 특2003-0076487Korea Publication No. 2003-0076487

본 발명의 실시예들은 베인들이 서로 상이한 각도를 가질 수 있는 터빈을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention seek to provide a turbine in which the vanes can have different angles from each other.

본 발명의 일 측면에 따른 터빈은, 터빈 하우징, 상기 터빈 하우징 내에 배치되는 베인 플레이트, 회전 가능하게 상기 베인 플레이트에 설치된 제1 베인 조절링, 상기 제1 베인 조절링으로부터 이격되며 상기 베인 플레이트에 회전 가능하게 설치된 제2 베인 조절링, 상기 제1 베인 조절링에 연결되며 상기 베인 플레이트에 회전 가능하게 설치된 제1 기어부, 상기 제2 베인 조절링에 연결되며, 상기 베인 플레이트에 회전 가능하게 설치된 제2 기어부, 상기 제1 기어부와 연결되는 복수개의 제1 베인, 및 상기 제2 기어부와 연결되는 복수개의 제2 베인을 포함한다.A turbine according to one aspect of the present invention includes a turbine housing, a vane plate disposed in the turbine housing, a first vane control ring rotatably mounted on the vane plate, a second vane control ring spaced from the first vane control ring, A first gear portion connected to the first vane control ring and rotatably installed on the vane plate, a second gear control portion connected to the second vane control ring and rotatably mounted on the vane plate, A second gear portion, a plurality of first vanes connected to the first gear portion, and a plurality of second vanes connected to the second gear portion.

또한, 상기 제1 베인 조절링과 상기 제2 베인 조절링은 독립적으로 회전할 수 있다.In addition, the first vane control ring and the second vane control ring can rotate independently.

또한, 상기 복수개의 제1 베인 중 서로 인접하는 제1 베인들 사이에 제1 풍로가 형성되고, 서로 인접하는 상기 제1 베인과 상기 제2 베인 사이에 제2 풍로가 형성된다. In addition, a first air passage is formed between adjacent ones of the plurality of first vanes, and a second air passage is formed between the adjacent first and second vanes.

또한, 상기 베인 플레이트에 유입되는 유체의 압력이 기 설정된 압력 이상이면, 상기 제1 풍로와 상기 제2 풍로가 동일한 면적을 갖도록 상기 제1 베인 조절링과 상기 제2 베인 조절링은 동시에 회전한다. When the pressure of the fluid flowing into the vane plate is equal to or higher than a predetermined pressure, the first vane adjusting ring and the second vane adjusting ring simultaneously rotate so that the first air passage and the second air passage have the same area.

또한, 상기 제1 풍로를 통과한 유체의 압력이 기 설정된 압력 미만이면, 상기 제1 풍로의 면적과 상기 제2 풍로의 면적이 상이해 지도록 상기 제2 베인 조절링을 회전한다.When the pressure of the fluid passing through the first air passage is less than a preset pressure, the second vane control ring is rotated such that the area of the first air passage and the area of the second air passage are different.

또한, 상기 제2 풍로가 폐쇄되도록 상기 제2 베인조절링이 회전한다.Further, the second vane control ring is rotated so that the second air passage is closed.

본 발명의 실시예들은, 베인들이 서로 상이한 각도를 갖도록 하여, 유체의 유량이 적은 영역에서도 효율적으로 유체를 압축시킬 수 있다.Embodiments of the present invention allow the vanes to have different angles from each other, so that the fluid can be efficiently compressed even in a region where the flow rate of the fluid is small.

도 1은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 베인 플레이트의 단면도이다.
도 2은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 평면도이다.
도 3는 도 2의 A를 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 4은 도 2에 도시된 터빈의 작동 상태를 보여주는 평면도이다.
도 5는 터빈의 제어 블록도이다.
도 6은 터빈에 유입된 유체의 압력에 따른 제1 및 제2 풍로의 제어 순서도이다.1 is a cross-sectional view of a vane plate including a variable vane nozzle according to one embodiment.
2 is a plan view of the interior of a turbine including a variable vane nozzle according to one embodiment.
3 is an enlarged view showing an enlarged view of FIG. 2 A. FIG.
4 is a plan view showing the operating state of the turbine shown in Fig.
5 is a control block diagram of a turbine.
6 is a control flowchart of the first and second wind paths according to the pressures of the fluids introduced into the turbine.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

도 1은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 베인 플레이트의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a vane plate including a variable vane nozzle according to one embodiment.

도 1을 참조하면 터빈(10)은 터빈 하우징(40), 베인 플레이트(11), 제1 베인 조절링(120), 제2 베인 조절링(130), 제1 베인(100), 제2 베인(110), 터빈 블레이드(30) 및 회전축(20)을 포함한다.Referring to Figure 1, the turbine 10 includes a turbine housing 40, a vane plate 11, a first vane control ring 120, a second vane control ring 130, a first vane 100, (110), a turbine blade (30), and a rotating shaft (20).

터빈 하우징(40)은 회전축(20)에 결합된 터빈 블레이드(30)을 수용하는 중공부가 형성된다. 터빈 하우징(40)은 터빈(10)에 유체가 유입되는 흡기구(12)와 유체가 배기되어 터빈(10)의 베기 시스템으로 유도하기 위해 배기구(14)를 구비한다. 흡기구(12)로 유입된 유체는 복수의 베인(100, 110)을 통과하여 터빈 블레이드(30)로 이동한다. 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. 한편, 흡기부(12)와 터빈 블레이드(30) 사이에 베인 플레이트(11)가 설치될 수 있는 공간이 형성되어 있다.The turbine housing (40) has a hollow portion for receiving the turbine blade (30) coupled to the rotating shaft (20). The turbine housing 40 has an inlet port 12 through which the fluid flows into the turbine 10 and an exhaust port 14 through which the fluid is exhausted and directed to the turbine system of the turbine 10. The fluid introduced into the intake port 12 passes through the plurality of vanes 100 and 110 and moves to the turbine blades 30. The intake port 12 may further include a sensor (not shown) for sensing the flow rate of the introduced fluid. For example, a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid introduced into the inlet port 12 may be provided. A space in which the vane plate 11 can be installed is formed between the intake unit 12 and the turbine blade 30.

터빈 블레이드(30)는 외부에서 공급되어 상기 복수의 베인들(100,110)을 통과한 고온 고압의 유체에 의해 회전할 수 있도록 회전축(20)의 둘레를 따라 다수 결합되어 있고, 회전축(20)이 그 중심에 결합된 상태로 터빈 하우징(40)의 중공부 내에 수용된다. 터빈 블레이드(30)은 유체와 충돌하여 일정한 방향으로 회전을 하여 작동유체의 에너지를 회전 에너지로 전환해주고, 상기 전환된 에너지는 터빈 블레이드(30)이 고정된 회전축(20)에 전달된다.The turbine blades 30 are coupled to the turbine blades 30 along the circumference of the rotating shaft 20 so as to be rotated by the high-temperature and high-pressure fluid supplied from the outside and passed through the plurality of vanes 100 and 110, And is received in the hollow portion of the turbine housing 40 in a state of being coupled to the center. The turbine blade 30 collides with the fluid and rotates in a predetermined direction to convert the energy of the working fluid into rotational energy. The converted energy is transmitted to the rotating shaft 20 to which the turbine blade 30 is fixed.

복수의 베인들(100, 110)은 회전축(20)을 중심으로 원주방향으로 터빈 블레이드(30)과 이격되어 배치된다. 복수의 베인들(100, 110)은 대체로 부드러운 곡선을 이루는 외형을 가진 대칭형의 포일의 형태일 수 있지만, 상기 복수의 베인들(100, 110)의 형상은 이에 한정되지 않고 비대칭 형상을 가지는 것도 가능하다. 복수의 베인들(100,110) 중 어느 한 베인과 이웃하는 베인들 사이에 배기유체가 유입되는 풍로가 형성된다. 복수의 베인(100, 110)은 배기유체가 터빈 블레이드(30)에 고르게 분사될 수 있도록 조절된다. 복수의 베인들(100, 110)은 유체가 일정 압력과 유량으로 터빈 블레이드(30)을 밀어낼 수 있도록 조절해주는 역할을 한다.The plurality of vanes 100 and 110 are spaced apart from the turbine blade 30 in a circumferential direction around the rotating shaft 20. The plurality of vanes 100 and 110 may be in the form of a symmetrical foil having a generally smooth curvilinear shape but the shape of the plurality of vanes 100 and 110 may be asymmetrical Do. An air passage through which the exhaust fluid flows is formed between one of the plurality of vanes 100 and 110 and the neighboring vanes. The plurality of vanes 100, 110 are adjusted so that exhaust fluid can be evenly injected into the turbine blades 30. The plurality of vanes 100 and 110 serve to control the fluid to push the turbine blade 30 at a constant pressure and flow rate.

제1 베인 조절링(120)은 베인 플레이트(11)에 일정 각도 이상 회전 가능하게 베인 플레이트(11)에 배치된다. 제1 베인 조절링(120)은 회전을 하여 제1 베인(100)을 시계 방향으로 회전하거나 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.The first vane control ring 120 is disposed on the vane plate 11 so as to be rotatable over the vane plate 11 by a predetermined angle or more. The first vane control ring 120 may rotate to rotate the first vane 100 clockwise or counterclockwise.

제2 베인 조절링(130)은 베인 플레이트(11)에 일정 각도 이상 회전 가능하게 베인 플레이트(11)에 배치된다. 제2 베인 조절링(130)은 회전을 하여 제2 베인(110)을 시계 방향으로 회전하거나 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.The second vane control ring 130 is disposed on the vane plate 11 so as to be rotatable by a predetermined angle or more. The second vane control ring 130 may rotate to rotate the second vane 110 clockwise or counterclockwise.

제1 기어부(103)는 중앙에 위치하는 터빈 블레이드(30)의 둘레방향을 따라 베인 플레이(11)에 회전 가능하게 배치된다. 제1 기어부(103)는 제1 베인(100)과 결합된다. 제1 기어부(103)는 제1 베인 조절링(120)과 연결되어 있으며, 제1 베인 조절링(120)의 회전 운동에 종속하여 회전 운동을 한다. 제1 기어부(103)는 제2 베인 조절링(130)과 분리되어 제2 베인 조절링(130)의 회전 운동에 영향을 받지 않는다.The first gear portion 103 is rotatably disposed on the vane play 11 along the circumferential direction of the turbine blade 30 located at the center. The first gear portion 103 is engaged with the first vane 100. The first gear portion 103 is connected to the first vane adjusting ring 120 and rotates depending on the rotational motion of the first vane adjusting ring 120. The first gear portion 103 is separated from the second vane adjusting ring 130 and is not affected by the rotational motion of the second vane adjusting ring 130.

제2 기어부(113)는 터빈 블레이드(30)의 둘레 방향을 따라 베인 플레이트(11)에 회전 가능하게 배치된다. 제2 기어부(113)는 제2 베인(110)과 결합될 수 있다. 제2 기어부(113)는 제2 베인 조절링(130)과 연결되어 있으며, 제2 베인 조절링(130)의 회전 운동에 종속하여 회전 운동을 한다. 제2 기어부(113)는 제1 베인 조절링(120)과 분리되어 제1 베인 조절링(120)의 회전 운동에 영향을 받지 않는다.The second gear portion 113 is rotatably disposed on the vane plate 11 along the circumferential direction of the turbine blade 30. The second gear portion 113 can be engaged with the second vane 110. The second gear portion 113 is connected to the second vane control ring 130 and rotates depending on the rotational motion of the second vane control ring 130. The second gear portion 113 is separated from the first vane adjusting ring 120 and is not affected by the rotational motion of the first vane adjusting ring 120.

한편, 도 1에 도시된 바에 따르면, 제1 베인 조절링(120)이 제2 베인 조절링(130)을 둘러쌓도록 배치된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않으며, 제2 베인 조절링(130)은 제1 베인(100)과 독립하여 제2 베인(110)을 회전시킬 수 있는 위치라면 어느 위치라도 배치될 수 있다. 예들 들면, 제1 베인 조절링(120)과 제2 베인 조절링(130)은 서로 적층되도록 배치되는 것도 가능하다.1, a first vane control ring 120 is shown disposed to surround the second vane control ring 130, but is not so limited, and a second vane control ring 130 May be disposed at any position as long as the second vane 110 can rotate independently of the first vane 100. [ For example, the first vane control ring 120 and the second vane control ring 130 may be arranged to be stacked on each other.

도 2은 일 실시예 따른 가변 베인 노즐을 포함하는 터빈의 내부의 단면도이고, 도 3는 도 1의 A를 확대하여 보여주는 확대도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the interior of a turbine including a variable vane nozzle according to one embodiment, and FIG. 3 is an enlarged view of an enlarged view of FIG.

도 2 및 3를 참조하면, 터빈(10)은 베인 플레이트(11), 제1 베인 조절링(120), 제2 베인 조절링(130), 제1 베인(100), 제2 베인(110), 터빈 블레이드(30), 제1 기어부(103), 제2 기어부(113), 제1 구동부(300), 제2 구동부(200) 및 회전축(20)을 포함한다.2 and 3, the turbine 10 includes a vane plate 11, a first vane control ring 120, a second vane control ring 130, a first vane 100, a second vane 110, A turbine blade 30, a first gear portion 103, a second gear portion 113, a first driving portion 300, a second driving portion 200, and a rotating shaft 20.

제1 구동부(300)는 제1 베인 조절링(120)과 연결된다. 이때, 제1 구동부(300)는 모터나 유압 또는 공압으로 구동하는 실린더를 구비할 수 있으며, 제1 구동부(300)는 제1 베인 조절링(120)을 회전시킬 수 있다. 제1 구동부(300)는 베인 플레이트(11) 외측에 설치될 수 있다. 예컨대, 제1 구동부(300)는 회전 각도와 회전 방향의 제어가 용이한 모터를 포함할 수 있으며, 제1 구동부(300)는 링크 프레임 등을 통해 제1 베인 조절링(120)과 연결되어 제1 베인 조절링(120)을 회전시킬 수 있다.The first driving part 300 is connected to the first vane adjusting ring 120. At this time, the first driving part 300 may include a motor, a cylinder driven by hydraulic or pneumatic pressure, and the first driving part 300 may rotate the first vane adjusting ring 120. The first driving unit 300 may be installed outside the vane plate 11. For example, the first driving unit 300 may include a motor that can easily control the rotational angle and the rotational direction. The first driving unit 300 may be connected to the first vane adjusting ring 120 through a link frame, 1 vane adjustment ring 120 can be rotated.

제2 구동부(200)는 제2 베인 조절링(130)과 연결된다. 이때, 제2 구동부(200)는 모터나 유압 또는 공압으로 구동하는 실린더를 구비할 수 있으며, 제2 구동부(200)는 제2 베인 조절링(130)을 회전시킬 수 있다. 제2 구동부(200)는 베인 플레이트(11) 외측에 설치될 수 있으며 링크 프레임 등으로 제2 베인 조절링(130)을 회전시킬 수 있다.The second drive unit 200 is connected to the second vane control ring 130. At this time, the second driving unit 200 may include a motor, a hydraulic or pneumatic cylinder, and the second driving unit 200 may rotate the second vane adjusting ring 130. The second driving part 200 may be installed outside the vane plate 11 and may rotate the second vane adjusting ring 130 with a link frame or the like.

제1 베인 조절링(120)은 제1 구동부(300)의 구동력에 따라 베인 플레이트(11)에 일정 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 제1 베인 조절링(120)은 제1 기어부(103)와 연결되고 제2 기어부(113)와는 분리되도록 배치될 수 있다. 제1 베인 조절링(120)은 회전하여 제1 기어부(103)들을 동일한 방향으로 회전시킬 수 있다. 제1 베인 조절링(120)은 제1 구동부(300)의 구동력에 따라 시계방향으로 회전하거나 반시계 방향으로 회전할 수 있고, 이에 따라 제1 기어부(103)들의 회전방향도 결정될 수 있다.The first vane adjusting ring 120 can rotate within a predetermined angle range on the vane plate 11 according to the driving force of the first driving unit 300. The first vane control ring 120 may be disposed so as to be connected to the first gear portion 103 and separate from the second gear portion 113. The first vane adjustment ring 120 can rotate and rotate the first gear portions 103 in the same direction. The first vane control ring 120 can be rotated clockwise or counterclockwise according to the driving force of the first driving unit 300 so that the rotational direction of the first gear units 103 can also be determined.

제2 베인 조절링(130)은 제2 구동부(200)의 구동력에 따라 베인 플레이트(11)에 일정 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 제2 베인 조절링(130)은 제2 기어부(113)와 연결되고 제1 기어부(103)와는 분리되도록 배치될 수 있다. 제2 베인 조절링(130)은 회전하여 제2 기어부(113)들을 동일한 방향으로 회전시킬 수 있다. 제2 베인 조절링(130)은 제2 구동부(200)의 구동력에 따라 시계방향으로 회전하거나 반시계 방향으로 회전할 수 있고, 이에 따라, 제2 기어부(113)들의 회전방향도 결정될 수 있다.The second vane control ring 130 can rotate within a predetermined angle range on the vane plate 11 according to the driving force of the second driving unit 200. The second vane control ring 130 may be disposed so as to be connected to the second gear portion 113 and separate from the first gear portion 103. The second vane control ring 130 rotates to rotate the second gear portions 113 in the same direction. The second vane control ring 130 can be rotated clockwise or counterclockwise according to the driving force of the second driving unit 200 so that the rotational direction of the second gear unit 113 can also be determined .

일 실시예에 따르면, 서로 인접하는 제2 기어부(113) 사이에 등간격으로 배열된 3개의 제1 기어부(103)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 바에 한정하지 않는다. 예컨대, 제2 기어부(113)들 사이에 등간격으로 배열된 적어도 2개 이상의 제1 기어부(103)를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first gear portion 103 may include three gear portions 103 arranged at equal intervals between adjacent second gear portions 113. However, the present invention is not limited to those shown in Fig. For example, the first gear portion 103 may include at least two first gear portions 103 arranged at equal intervals between the second gear portions 113.

제1 베인(100)은 제1 기어부(103)와 연결되고, 제2 베인(110)은 제2 기어부(113)와 연결된다. 제1 베인(100)은 제1 기어부(103)가 회전하면 동일한 방향으로 회전할 수 있으나, 제2 기어부(113)의 회전 운동에는 영향을 받지 않는다. 제2 베인(110)은 제2 기어부(113)가 회전하면 동일한 방향으로 회전할 수 있으나, 제1 기어부(103)의 회전 운동에는 영향을 받지 않는다. 따라서, 제1 베인(100)과 제2 베인(110)은 독립적으로 회전할 수 있다. 제1 베인(100)의 길이방향과 터빈(10)의 중심을 향하는 방향이 이루는 각을 시계 방향으로 측정한 각도가 제1 베인각(θ1)이고, 제2 베인(110)의 길이방향과 터빈(10)의 중심을 향하는 방향과 이루는 각을 시계 방향으로 측정한 각도가 제2 베인각(θ2)이다. 이때, 상기와 같은 베인각은 반시계 방향으로 측정하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 베인각은 시계 방향으로 측정하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. The first vane 100 is connected to the first gear portion 103 and the second vane 110 is connected to the second gear portion 113. The first vane 100 can rotate in the same direction when the first gear portion 103 rotates, but is not affected by the rotational movement of the second gear portion 113. The second vane 110 can rotate in the same direction when the second gear portion 113 rotates, but is not affected by the rotational motion of the first gear portion 103. Accordingly, the first vane 100 and the second vane 110 can independently rotate. The angle formed by the longitudinal direction of the first vane 100 and the direction toward the center of the turbine 10 is measured in the clockwise direction is the first vane angle 1 and the angle between the longitudinal direction of the second vane 110 and the direction of the turbine 10, And the angle formed between the direction of the center of the first vane 10 and the direction of the center of the vane 10 is the second vane angle? 2. At this time, it is also possible to measure the vane angle in the counterclockwise direction. Hereinafter, for convenience of explanation, the vane angle will be described in detail about a case of measuring in the clockwise direction.

일 실시예에 따르면, 제1 베인 조절링(120)은 제1 기어부(103)와 접하고 있는 외면 또는 내면에 기어가 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 베인 조절링(120)의 내면에 기어가 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 제1 기어부(103)도 외면에 기어가 형성된다. 제1 베인 조절링(120)의 기어와 제1 기어부(103)의 기어가 맞물려 연결된다. 제1 베인 조절링(120)이 시계방향으로 회전하면 제1 기어부(103)는 반시계 방향으로 회전한다. 제1 베인 조절링(120)이 반시계 방향으로 회전하면 제1 베인(100)은 시계방향으로 회전한다. 마찬가지로, 제2 베인 조절링(130)은 제2 기어부(113)와 접하고 있는 외면 또는 내면에 기어가 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제2 베인 조절링(130)의 외면에 기어가 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 제2 기어부(113)도 외면에 기어가 형성된다. 다만, 도 3에 도시된 바에 한정하지 않으며, 제1 베인 조절링(120)이 제1 기어부(103)에 구동력을 전달할 수 있는 구조이면 된다.According to one embodiment, the first vane adjustment ring 120 may be formed with gears on an outer surface or an inner surface in contact with the first gear portion 103. Hereinafter, a detailed description will be made mainly on the case where a gear is formed on the inner surface of the first vane adjusting ring 120 for convenience of explanation. A gear is also formed on the outer surface of the first gear portion 103. The gears of the first vane control ring 120 and the gears of the first gear portion 103 are engaged and connected. When the first vane adjusting ring 120 rotates clockwise, the first gear portion 103 rotates counterclockwise. When the first vane adjusting ring 120 rotates counterclockwise, the first vane 100 rotates clockwise. Similarly, the second vane control ring 130 may be formed with gears on the outer surface or the inner surface thereof in contact with the second gear portion 113. Hereinafter, for convenience of description, a description will be made in detail about a case where a gear is formed on the outer surface of the second vane adjusting ring 130. A gear is also formed on the outer surface of the second gear portion 113. However, the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 3, and it is sufficient that the first vane adjusting ring 120 can transmit the driving force to the first gear portion 103.

일 실시예에 따르면, 제1 베인 조절링(120)에 복수개의 제1 기어부(103)들이 접해있으며, 제1 베인 조절링(120)이 회전하면 상기 복수개의 제1 기어부(103)들은 동시에 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 회전할 수 있다. 제2 베인 조절링(130)에도 복수개의 제2 기어부(113)들이 접해있으며, 제2 베인 조절링(130)이 회전하면 상기 복수개의 제2 기어부(113)들은 동시에 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 회전할 수 있다.According to one embodiment, the first vane adjusting ring 120 is in contact with a plurality of first gear portions 103, and when the first vane adjusting ring 120 rotates, the plurality of first gear portions 103 And can rotate at the same angle in the same direction at the same time. A plurality of second gear portions 113 are also in contact with the second vane adjusting ring 130. When the second vane adjusting ring 130 rotates, the plurality of second gear portions 113 simultaneously move in the same direction .

도 4은 도 1에 도시된 터빈의 작동 상태를 보여주는 평면도이다. 도 5는 도 1에 도시된 터빈의 제어 흐름을 보여주는 블록도이다. 도 6은 도 1에 도시된 터빈의 제어 순서를 보여주는 순서도이다.4 is a plan view showing the operating state of the turbine shown in Fig. 5 is a block diagram showing the control flow of the turbine shown in Fig. 6 is a flow chart showing the control sequence of the turbine shown in Fig.

도 4 및 도 5를 참고하면, 터빈(10)이 작동을 시작하는 경우 제어부(400)는 제1 베인(100)과 제2 베인(110)이 기 설정된 제1 베인각(θ1) 및 제2 베인각(θ2)을 갖도록 제1 베인 조절링(120) 및 제2 베인 조절링(130)을 회전시키도록 제1 구동부(200) 및 제2 구동부(300)를 제어할 수 있다. 이때, 상기 제1 베인각(θ1) 및 상기 제2 베인각(θ2)은 흡기부(12)의 압력에 따라서 제어부(400)에 테이블 형태로 저장된 상태일 수 있다. 4 and 5, when the turbine 10 starts to operate, the control unit 400 controls the first vane 100 and the second vane 110 such that the first vane angle? 1 and the second vane angle? The first driving unit 200 and the second driving unit 300 may be controlled to rotate the first vane adjusting ring 120 and the second vane adjusting ring 130 to have the vane angle? 2. In this case, the first vane angle? 1 and the second vane angle? 2 may be stored in the form of a table in the controller 400 according to the pressure of the intake unit 12.

이때, 압력 센서(410)에서는 흡기부(12)의 압력을 측정하여 제어부(400)로 전송할 수 있다. 제어부(400)는 압력 센서(410)에서 측정된 흡기부(12)의 압력과 기 설정된 압력을 비교할 수 있다. At this time, the pressure sensor 410 can measure the pressure of the intake unit 12 and transmit it to the control unit 400. The control unit 400 may compare the pressure of the intake unit 12 measured by the pressure sensor 410 with a predetermined pressure.

흡기부(12)의 압력이 기 설정된 압력 이상인 경우, 제어부(400)는 압력에 대응되는 제1 베인각(θ1) 및 제2 베인각(θ2)을 갖도록 제1 구동부(200) 및 제2 구동부(300)를 제어할 수 있다. 이러한 경우 제어부(400)는 제1 구동부(200) 및 제2 구동부(300)를 동시에 작동시킴으로써 제1 베인(100) 및 제2 베인(110)이 동일한 베인각을 갖도록 할 수 있다. When the pressure of the intake unit 12 is equal to or higher than a predetermined pressure, the controller 400 controls the first and second driving units 200 and 200 to have a first vane angle? 1 and a second vane angle? (300). In this case, the controller 400 may simultaneously operate the first driving unit 200 and the second driving unit 300 so that the first vane 100 and the second vane 110 have the same vane angle.

흡기부(12)의 압력이 기 설정된 압력 미만인 경우, 제어부(400)는 흡기부(12)의 압력에 대응되도록 제1 베인(100) 및 제2 베인(110)이 제1 베인각(θ1) 및 제2 베인각(θ2)을 갖도록 제1 구동부(200) 및 제2 구동부(300)를 제어할 수 있다. 한편, 상기 기 설정된 압력은 터빈(10) 설계시에 터빈(10)에 유입되는 유체의 최소 유량일 때 압력으로, 제1 베인(100)과 제2 베인(110)이 동일한 베인각을 가질 때를 예정하여 설계된 압력이다. 이 때, 상기 기 설정된 압력으로 터빈(10)에 유체가 유입되면 터빈(10)의 효율이 급격히 감소한다. 이는 터빈 블레이드(30)로 분사되는 유체의 각도가 일정 각도(예를 들면, 80도 이상) 이상이 되면, 유체는 터빈 블레이드(30)에 힘을 제대로 전달할 수 없어 터빈(10)의 효율이 급격히 감소하게 되는 등의 이유에 의한다.When the pressure of the intake unit 12 is less than a predetermined pressure, the controller 400 controls the first vane 100 and the second vane 110 such that the first vane 100 and the second vane 110 correspond to the pressure of the intake unit 12, The second driving unit 200 and the second driving unit 300 can be controlled to have the second vane angle? 2. The predetermined pressure is a pressure when the turbine 10 is designed to have a minimum flow rate of the fluid flowing into the turbine 10. When the first vane 100 and the second vane 110 have the same vane angle The pressure is designed to be designed. At this time, when the fluid flows into the turbine 10 at the predetermined pressure, the efficiency of the turbine 10 is drastically reduced. This is because if the angle of the fluid injected by the turbine blades 30 exceeds a predetermined angle (for example, 80 degrees or more), the fluid can not transfer the force to the turbine blades 30 properly and the efficiency of the turbine 10 sharply increases And the like.

제어부(400)는 상기와 같은 경우 정해진 제1 베인각(θ1) 및 제2 베인각(θ2)을 형성하는 동안 또는 형상한 후 제2 베인(110)의 제2 베인각(θ2)이 더 커지도록 할 수 있다. 이러한 경우 제1 베인(100)의 일부와 제2 베인(110)의 일부 사이의 거리는 가변할 수 있다. 구체적으로 상기와 같이 흡기부(12)에서 측정된 압력이 기 설정된 압력 미만인 경우 설정된 제2 베인각(θ2)이 될 때 제1 베인(100)의 일부와 제2 베인(110)의 일부 사이의 거리는 제1 거리일 수 있다. 이때, 제1 거리는 제1 베인(100)과 제2 베인(110)이 형성하는 제2 풍로(160)에서 유체의 흐름 방향에 대해서 하류측, 즉 제2 풍로(160)의 토출구 부분에서의 제1 베인(100)과 제2 베인(110) 사이의 거리일 수 있다. 특히 제1 베인(100)과 제2 베인(110) 사이의 거리는 최단거리일 수 있다. The controller 400 determines that the second vane angle? 2 of the second vane 110 is larger or larger during or after the predetermined first vane angle? 1 and the second vane angle? . In this case, the distance between a portion of the first vane 100 and a portion of the second vane 110 may vary. Specifically, when the pressure measured at the intake unit 12 is less than a predetermined pressure, the pressure difference between a portion of the first vane 100 and a portion of the second vane 110 becomes the predetermined second vane angle? The distance may be the first distance. At this time, the first distance is a distance from the second air passage 160 formed by the first vane 100 and the second vane 110 to the downstream side in the fluid flow direction, that is, 1 may be the distance between the first vane 100 and the second vane 110. In particular, the distance between the first vane 100 and the second vane 110 may be the shortest distance.

제어부(400)는 상기 제2 베인각(θ2)이 커지도록 제2 구동부(300)를 작동시킬 수 있다. 이때, 제2 베인(110)의 일부는 제1 베인(100)과 가까이 가도록 움직이거나 제2 베인(110)의 일부는 제1 베인(100)에 접촉할 수 있다. 이러한 경우 제2 풍로(160)의 토출구 부분은 기존보다 작아지거나 완전히 폐쇄될 수 있다. 이 경우, 제1 베인의 제1 베인각(θ1)이 상기 유체의 압력에 대응되는 기 설정된 제1 베인각(θ1)의 값보다 작은 값을 갖더라도 상기 기 설정된 제1 베인각(θ1)에 대응한 유체의 유속과 상응한 유속을 가질 수 있다.The controller 400 may operate the second driver 300 such that the second vane angle? 2 is increased. At this time, a portion of the second vane 110 may move to approach the first vane 100, or a portion of the second vane 110 may contact the first vane 100. In this case, the discharge port portion of the second air passage 160 can be made smaller or completely closed. In this case, even though the first vane angle [theta] 1 of the first vane has a value smaller than a predetermined value of the first vane angle [theta] 1 corresponding to the pressure of the fluid, the predetermined first vane angle [ And can have a flow rate corresponding to the flow rate of the corresponding fluid.

다른 실시예에 따르면, 제2 베인(110) 사이에 등간격으로 배열되는 제1 베인(100)의 개수를 달리하여 터빈(10)에 유입되는 유체가 상기 제1 풍로(150)에 집중되는 양을 달리할 수 있다. 즉, 제2 베인(110) 사이에 등각격으로 배열되는 제1 베인(100)의 수가 증가하면 폐쇄되는 풍로의 비율이 감소하고, 제2 베인(110) 사이에 등간격으로 배열되는 제1 베인(100) 수가 감소하면 폐쇄되는 풍로의 비율이 증가한다. 예를 들면, 제2 베인(110) 사이에 2개의 제1 베인(100)을 포함하면, 상기 제1 및 제2 베인(110)을 통해 형성된 풍로 중 절반을 폐쇄시킬 수 있고, 제2 베인(110) 사이에 4개의 제1 베인(100)을 포함하면, 상기 제1 및 제2 베인(100, 100)을 통해 형성된 풍로 중 40%를 폐쇄시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the number of first vanes 100 arranged at even intervals between the second vanes 110 may be varied so that the amount of fluid flowing into the turbine 10 is concentrated in the first air passage 150 . That is, when the number of the first vanes 100 arranged at equal angular intervals between the second vanes 110 increases, the ratio of the closed air passages decreases and the number of the first vanes 110, (100), the proportion of the airway that is closed increases. For example, if two first vanes 100 are included between the second vanes 110, half of the air path formed through the first and second vanes 110 can be closed, The first vane 100 and the second vane 100 can close 40% of the air passage formed through the first and second vanes 100 and 100. [

일 실시예에 따르면, 제1 베인(100)과 제2 베인(110)을 상이하게 회전시켜, 제2 풍로(160)만을 폐쇄시켜 제1 베인(100)의 제1 베인각(θ1)을 크게 하지 않아도 유체의 유속을 증가실 수 있다. 즉, 제1 베인(100)의 베인각(θ1)을 터빈 블레이드(30)을 효율적으로 구동시킬 수 있는 각도 범위를 유지시키면서 제2 풍로(160)만 폐쇄하여 유체의 유속을 증가시킬 수 있다. 특히, 터빈(10)으로 유입되는 유체의 유량이 극저량인 경우, 제1 베인(100) 및 제2 베인(110)의 각도를 상이하게 제어하는 경우가 제1 베인(100) 및 제2 베인(110)의 각도를 동일하게 제어하는 경우보다 터빈(10)의 효율적으로 작동시킬 수 있다.According to one embodiment, the first vane 100 and the second vane 110 are rotated differently to close only the second air passage 160 to increase the first vane angle? 1 of the first vane 100 The flow rate of the fluid can be increased. That is, the vane angle [theta] 1 of the first vane 100 can be increased by increasing the flow rate of the fluid by closing only the second air passage 160 while maintaining the angular range in which the turbine blades 30 can be efficiently driven. Particularly, when the flow rate of the fluid flowing into the turbine 10 is extremely low, the first vane 100 and the second vane 110 are controlled to have different angles by controlling the angles of the first vane 100 and the second vane 110, The turbine 10 can be operated more efficiently than when the angle of the turbine 110 is controlled to be the same.

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.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

10: 터빈
11: 베인 플레이트
20: 회전축
30: 터빈 블레이드
40: 터빈 하우징
100: 제1 베인
103: 제1 기어부
110: 제2 베인
113: 제2 기어부
120: 제1 베인 조절링
130: 제2 베인 조절링
150: 제1 풍로
160: 제2 풍로
200: 제2 구동부
300: 제1 구동부
400: 제어부10: Turbine
11: Vane plate
20:
30: turbine blade
40: Turbine housing
100: 1st vane
103: first gear portion
110: Second vane
113: second gear portion
120: first vane adjusting ring
130: second vane adjusting ring
150: First air passage
160: Second air passage
200: second driving section
300:
400:

Claims

Turbine housing;
A vane plate disposed within the turbine housing;
A first vane adjustment ring rotatably mounted on the vane plate;
A second vane control ring spaced from the first vane control ring and rotatably mounted on the vane plate;
A first gear portion connected to the first vane control ring and rotatably mounted on the vane plate;
A second gear portion connected to the second vane control ring and rotatably installed on the vane plate;
A plurality of first vanes connected to the first gear portion; And
A plurality of second vanes connected to the second gear portion; / RTI >

The method according to claim 1,
Wherein the first vane control ring and the second vane control ring rotate independently.

The method according to claim 1,
A first air passage is formed between adjacent ones of the plurality of first vanes,
And a second air passage is formed between the first vane and the second vane adjacent to each other.

The method of claim 3,
Wherein the first vane adjusting ring and the second vane adjusting ring simultaneously rotate so that the first air passage and the second air passage have the same area when the pressure of the fluid flowing into the turbine is equal to or higher than a predetermined pressure.

The method of claim 3,
And the second vane control ring is rotated such that the area of the first air passage and the area of the second air passage are different when the pressure of the fluid passing through the first air passage is less than a predetermined pressure.

6. The method of claim 5,
And the second vane control ring is rotated so that the second air passage is closed.