KR20180026204A - 터빈 - Google Patents

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KR20180026204A
KR20180026204A KR1020160113263A KR20160113263A KR20180026204A KR 20180026204 A KR20180026204 A KR 20180026204A KR 1020160113263 A KR1020160113263 A KR 1020160113263A KR 20160113263 A KR20160113263 A KR 20160113263A KR 20180026204 A KR20180026204 A KR 20180026204A
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KR1020160113263A
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윤용상
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한화파워시스템 주식회사
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    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • 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
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
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    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축과, 회전축에 설치되어 유체에 회전력을 제공하는 복수개의 블레이드를 구비하는 로터와, 로터를 수용하는 스크롤 및 쉬라우드로 구성되어 회전축을 회전 가능하도록 지지하는 하우징과, 하우징에 회전 가능하도록 설치되되, 유체가 유입되는 로터 측의 유입로에 배치되는 가이드 노즐을 포함하고, 가이드 노즐의 높이는 유입로의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 터빈을 제공한다.

Description

터빈{Turbine}
본 발명의 실시예들은 터빈에 관한 것이다.
일반적으로 터빈은 외부로부터 유체를 공급받아 작동하여 에너지를 생성하는 장치이다. 터빈은 외부로부터 유입되는 유체에 의해 로터가 회전하고, 로터는 발전기 또는 외부 장치 등에 연결될 수 있다. 이때, 로터의 회전에 따라서 발전기는 전기를 생산할 수 있으며, 로터의 회전 에너지를 외부 장치의 동력원으로 사용하는 것이 가능하다.
이러한 터빈은 유입로로부터 유입되는 유체의 압력 등에 따라서 가이드 노즐의 자세를 조절함으로써 로터로 유입되는 유체의 양을 제어할 수 있다. 이때, 가이드 노즐의 조절되는 정도는 유입로에 유입되는 유체의 압력 등에 따라서 제어부 등에 기 설정된 상태일 수 있다.
상기와 같은 터빈의 경우, 유체가 서로 인접하는 가이드 노즐들 사이의 유로로 진입할 때, 가이드 노즐의 자세에 따라 가이드 노즐의 일단과 유체가 접촉하는 각도가 상이해질 수 있다. 이러한 경우 가이드 노즐의 일단에서는 유체가 박리됨으로써 불규칙한 유동이 발생할 수 있다. 특히 이러한 불규칙한 유체의 유동은 가이드 노즐의 제어를 어렵게 할 수 있다.
상기와 같은 터빈은 한국공개특허 제2003-0076487호에 구체적으로 개시되어 있다.
한국공개특허 제2003-0076487호
본 발명의 실시예들은 유동의 손실을 최소화할 수 있는 터빈을 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축과, 회전축에 설치되어 유체에 회전력을 제공하는 복수개의 블레이드를 구비하는 로터와, 로터를 수용하는 스크롤 및 쉬라우드로 구성되어 회전축을 회전 가능하도록 지지하는 하우징과, 하우징에 회전 가능하도록 설치되되, 유체가 유입되는 로터 측의 유입로에 배치되는 가이드 노즐을 포함하고, 가이드 노즐의 높이는 유입로의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 터빈을 제공한다.
여기서, 유입로의 스크롤 측 및 유입로의 쉬라우드 측 중 하나 이상의 면은 곡면으로 형성될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들은 유동 손실을 최소화하여 터빈의 성능을 향상시킬 수 있는 터빈을 제공한다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A를 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.
도 3은 도 2의 다른 실시예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 4는 도 2의 또 다른 실시예를 나타낸 확대 단면도이다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 A를 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 터빈(100)은 회전축(110)과, 로터(120)과, 하우징(130) 및 가이드 노즐(140)을 포함할 수 있다.
회전축(110)은 모터 및 기어박스와 같은 구동부(미도시)로부터 회전력을 제공받아, 로터(120)를 회전시킬 수 있다. 회전축(110)은 메카니컬 씰(미도시) 등에 의해 스크롤(131)에 결합될 수 있으며, 이러한 구성을 통해 회전축(110)은 스크롤(131)에 대해 회전 가능하면서도 그 결합 부분으로 유체가 외부로 새어나가지 않도록 할 수 있다.
로터(120)는 축류형(axial)으로 형성될 수 있다. 로터(120)는 외부로부터 유체가 유입됨에 따라 회전할 수 있다. 또한, 로터(120)는 회전축(110)을 중심으로 외부의 발전기 또는 외부의 구동부에 연결되어 회전력을 전달할 수 있다.
로터(120)는 허브(121)와 허브(121)를 중심으로 원주 방향을 따라 방사 상으로 형성되는 복수개의 블레이드(122)를 포함할 수 있다. 블레이드(122)들은 로터(120)의 회전에 따라 함께 회전하여, 하우징(130)의 유입로(IL)를 따라 유입되는 유체를 배출구(132a)로 인도할 수 있다.
하우징(130)은 로터(120)를 수용하는 스크롤(131) 및 스크롤(131)으로부터 연장되도록 형성되어 유체를 외부로 배출시키는 쉬라우드(132)를 포함할 수 있다. 스크롤(131)은 외부로부터 유체가 유입되는 유입구(131a)를 포함할 수 있으며, 스크롤(131)과 쉬라우드(132) 사이에는 유입구(131a)로 유입된 유체를 로터(120) 측으로 안내하는 유입로(IL)가 형성될 수 있다. 또한, 쉬라우드(132)에는 로터(120)에서 팽창된 유체를 외부로 배출하는 통로인 배출구(132a)가 형성될 수 있다.
상세히, 스크롤(131)은 로터(130)의 외주면을 감싸도록 설치되며, 외부로부터 유입되는 유체를 로터(130)로 안내할 수 있다. 또한, 스크롤(131)는 쉬라우드(132)와 함께 가이드 노즐(140)을 사이에 두도록 배치될 수 있다.
쉬라우드(132)는 스크롤(131)과 연결되어 로터(120)의 외주면을 감싸도록 설치될 수 있다. 쉬라우드(132)는 스크롤(131)과 일체로 형성되거나 분리되도록 형성되어 스크롤(131)과 결합되는 것도 가능하다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 쉬라우드(132)가 스크롤(131)과 일체로 형성되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
가이드 노즐(140)은 하우징(130)에 회전 가능하도록 설치되며, 구체적으로는 유체가 유입되는 로터(120) 측의 유입로(IL)에 인접하도록 설치될 수 있다. 가이드 노즐(140)은 로터(120)를 중심으로 방사상으로 복수개가 구비될 수 있으며, 복수개의 가이드 노즐(140)은 스크롤(131) 상에 서로 이격되어 고정될 수 있다. 또한, 가이드 노즐(140)은 서로 인접하는 다른 가이드 노즐(140)과의 사이에 형성된 공간으로 유체를 안내할 수 있다.
여기서, 가이드 노즐(140)의 높이(d2-t)는 유입로(IL)의 폭(d1)보다 길게 형성될 수 있다. 이러한 구성과 함께, 유입로(IL)의 스크롤(131) 측과 쉬라우드(132) 측의 형상은 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이 다양하게 형성될 수 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 유입로(IL)의 스크롤(131) 측의 일면(131r)과, 유입로(IL)의 쉬라우드(132) 측의 타면(132r)은 각각 곡면으로 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 다른 실시예를 나타낸 확대 단면도이고, 도 4는 도 2의 또 다른 실시예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유입로(IL)의 스크롤(231) 측의 일면(231r)은 유입로(IL)가 형성된 방향을 따라 평면으로 형성될 수 있으나, 반면 유입로(IL)의 쉬라우드(232) 측의 타면(232r)은 도 2에 나타난 바와 같이 곡면으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 도 3과는 반대로 유입로(IL)의 스크롤(331) 측의 일면(331r)은 곡면으로 형성될 수 있으며, 유입로(IL)의 쉬라우드(332) 측의 타면(332r)이 유입로(IL)가 형성된 방향을 따라 평면으로 형성될 수도 있다.
일반적으로, 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 가이드 노즐(140)(240)(340)이 스크롤(131)(231)(331)에 설치되는 경우, 가이드 노즐(140)(240)(340)과 쉬라우드(132)(232)(332) 사이에는 소정 간격의 간극(t)이 형성된다. 한편, 도면에 나타나지는 않았으나 가이드 노즐(미도시)이 쉬라우드(미도시)에 설치될 경우에는, 이러한 간극(t)은 가이드 노즐과 스크롤 사이에 형성될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 가이드 노즐(140)(240)(340)이 스크롤(131)(231)(331)에 설치된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
이러한 간극(t)으로 인해, 가이드 노즐(140)(240)(340)의 출구 측에서는 유체가 박리됨으로써 불규칙한 유동이 발생할 수 있다. 상세히, 가이드 노즐(140)(240)(340)의 높이(d2-t)에 대한 간극(t)의 비율(t/(d2-t))이 클수록 유체의 박리에 의한 불규칙한 유동이 발생할 가능성이 높아진다. 예를 들어, 종래에는 가이드 노즐(d2-t)의 높이가 유입로(IL)의 폭(d1)과 동일하게 형성되어 본 발명의 실시예들에 따른 터빈(100)(200)(300)의 경우보다 상대적으로 가이드 노즐(140)(240)(340)의 높이(d2-t)에 대한 간극(t)의 비율(t/(d2-t))이 컸다.
따라서, 종래의 터빈에 의하면 가이드 노즐의 출구 측에서 유체가 박리되는 정도가 더 심하며, 이로 인해 불규칙한 유동이 발생한다. 이렇게 가이드 노즐의 출구 측에서 유체의 유동이 규칙적이지 못한 경우에는 유동의 손실이 일어나며, 이는 터빈의 가동 전력 증가나 효율의 저하를 불러올 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예들에 따른 터빈(100)(200)(300)에 의하면, 가이드 노즐(140)(240)(340)의 높이(d2-t)에 대한 간극(t)의 비율(t/(d2-t))이 종래보다 상대적으로 작게 형성되므로, 가이드 노즐(140)(240)(340)의 출구 측에서 발생하는 유체의 박리현상을 방지할 수 있다.
또한, 가이드 노즐(140)(240)(340)의 높이(d2-t)와 유입로(IL)의 폭(d1)이 상이하게 형성되므로, 유입로(IL)의 스크롤(131) 측의 일면(131r)과 유입로(IL)의 쉬라우드(132) 측의 타면(132r)에 유체가 부딪혀 유동 손실이 발생할 수 있으며, 또한 소음이 발생할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 터빈(100)(200)(300)은 유입로(IL)의 스크롤(131) 측의 일면(131r)과 유입로(IL)의 쉬라우드(132) 측의 타면(132r) 중 하나 이상의 면을 곡면으로 형성함으로써, 가이드 노즐(140)(240)(340)을 통과하여 로터(120)(220)(320) 측으로 유입되는 유체가 스크롤(131)이나 쉬라우드(132)에 충돌하여 유동이 손실되거나 소음이 발생하는 현상을 최소화할 수 있다.
즉, 도 3에 나타난 바와 같이 스크롤(131) 측의 유입로(IL)의 일면(131r)은 평면으로 형성되고, 쉬라우드(132) 측의 유입로(IL)의 타면(132r)은 곡면으로 형성될 수 있다. 또한, 도 4에 나타난 바와 같이 스크롤(131) 측의 유입로(IL)의 일면(131r)은 곡면으로 형성되고, 쉬라우드(132) 측의 유입로(IL)의 타면(132r)은 평면으로 형성될 수도 있다.
이는, 가이드 노즐(140)을 통과한 유체가 로터(120) 측으로 유입되는 과정에서, 유체가 스크롤(131) 및 쉬라우드(132)에 충돌하여 발생하는 마찰력에 의해 소음이 발생할 수 있으며, 또한 유동에 손실이 발생할 위험성이 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 터빈(100)(200)(300)의 구조를 적용하면, 가이드 노즐(140)(240)(340)과 스크롤(131)(231)(331) 또는 쉬라우드(132)(232)(332) 사이에 형성된 간극(t)에서 발생하는 유동 손실을 최소화할 수 있으며, 가이드 노즐(140)(240)(340)에서 로터(120)(220)(320) 측으로 유입되는 유체에 의해 발생하는 소음과 유동 손실 또한 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 측면들은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 터빈 130: 하우징
110: 회전축 131: 스크롤
120: 로터 132: 쉬라우드
121: 허브 140: 가이드 노즐
122: 블레이드

Claims (2)

  1. 회전축;
    상기 회전축에 설치되어 유체에 회전력을 제공하는 복수개의 블레이드를 구비하는 로터;
    상기 로터를 수용하는 스크롤 및 쉬라우드로 구성되어 상기 회전축을 회전 가능하도록 지지하는 하우징; 및
    상기 하우징에 회전 가능하도록 설치되되, 유체가 유입되는 상기 로터 측의 유입로에 배치되는 가이드 노즐;을 포함하고,
    상기 가이드 노즐의 높이는 상기 유입로의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는, 터빈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유입로의 상기 스크롤 측 및 상기 유입로의 상기 쉬라우드 측 중 하나 이상의 면은 곡면으로 형성되는, 터빈.
KR1020160113263A 2016-09-02 2016-09-02 터빈 KR20180026204A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200001041A (ko) * 2018-06-26 2020-01-06 한국생산기술연구원 다단 배치되는 터빈 일체형 회전자가 구비된 발전기 및 이를 포함하는 발전 사이클 시스템
KR20200001039A (ko) * 2018-06-26 2020-01-06 한국생산기술연구원 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기 및 이를 포함하는 발전 사이클 시스템

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