KR20200140451A - Steam turbine - Google Patents

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KR20200140451A
KR20200140451A KR1020190067039A KR20190067039A KR20200140451A KR 20200140451 A KR20200140451 A KR 20200140451A KR 1020190067039 A KR1020190067039 A KR 1020190067039A KR 20190067039 A KR20190067039 A KR 20190067039A KR 20200140451 A KR20200140451 A KR 20200140451A
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    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/04—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

The present invention relates to a steam turbine device having an improved steam injection structure, which comprises: a rotating body having a blade around an outer circumferential surface thereof; a case having the rotating body to be embedded to be rotated; and a steam distribution port formed on the outside of the rotating body to uniformly inject steam to the blade. The steam distribution port has a pair of rings, a plurality of induction blades having a streamlined cross section to be spaced apart at regular intervals between the rings, and a steam injection port having a wide upper portion and a narrow lower portion by the induction blades. Also, a direction of the steam injection port is formed to be inclined so as to be perpendicular to a surface of the blade of the rotating body. According to the present invention, the steam supplied into the case is uniformly distributed by the steam distribution port to be injected to the blade of the rotating body through the steam injection port, and the induction blades are formed in a streamlined shape not to interfere with the flow of the steam. Also, the steam injection port formed by the adjacent induction blades has a wide upper portion and a narrow lower portion, thereby further increasing the injection pressure of the steam. In addition, an inclination angle of the steam injection port and the surface of the blade of the rotating body are perpendicular to each other, such that the injection pressure of the steam passing through the steam injection port is completely transmitted to the blade, thereby improving efficiency.

Description

개선된 증기분사구조를 갖는 증기터빈장치{STEAM TURBINE}Steam turbine system with improved steam injection structure {STEAM TURBINE}

본 발명은 개선된 증기분사구조를 갖는 증기터빈장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐에 의해 회전체에 증기를 분사하는 구조가 아니라 증기분배구에 의해 케이스 내부로 유입되는 증기를 회전체의 블레이드에 분배함으로써 보다 효율적인 증기터빈을 제공할 수 있는 개선된 증기분사구조를 갖는 증기터빈장치에 관한 것이다. The present invention relates to a steam turbine apparatus having an improved steam injection structure, and more particularly, not a structure in which steam is injected into a rotating body by a nozzle, but a steam flowing into the case through a steam distribution port is transferred to the blade of the rotating body. It relates to a steam turbine apparatus having an improved steam injection structure capable of providing a more efficient steam turbine by distributing to it.

일반적으로 터빈(turbine)장치는 물 또는 기름, 공기, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계로, 회전운동을 하는 것이 특징이다. 보통 도 1에 도시한 바와 같이 회전체의 원주에 여러 개의 블레이드(blade) 또는 날개를 형성하고 거기에 유체를 내뿜어 회전축을 고속 회전시키는 터보형의 기계를 말한다. In general, a turbine device is a machine that converts energy of a fluid such as water, oil, air, steam, etc. into useful mechanical work, and is characterized by rotating motion. As shown in FIG. 1, it refers to a turbo-type machine that forms several blades or blades on the circumference of a rotating body and sprays fluid thereto to rotate a rotating shaft at high speed.

특히 화력발전소를 비롯하여 원자력발전소, 선박 등에서 많이 사용되는 증기터빈장치는 고압의 증기를 노즐을 통해 분출시키고 이를 날개에 부딪치게 하여 발생하는 충격력만을 이용한 충동식 회전축과, 분류 외에 날개 사이의 단면적을 바꿔서 생긴 반동력을 이용한 반동식 회전축과, 회전체 자체에서의 증기 분사에 의한 반작용을 이용한 반작용식 회전축이 사용되고 있다.In particular, steam turbine devices, which are widely used in thermal power plants, nuclear power plants, ships, etc., are produced by changing the cross-sectional area between the blades in addition to the classification and the impulsive rotating shaft using only the impact force generated by ejecting high-pressure steam through a nozzle and hitting it against the blades. A reaction-type rotary shaft using reaction force and a reaction-type rotary shaft using reaction by steam injection from the rotor itself are used.

그러나 상기한 증기터빈장치들은 열효율이 낮고 연료소비가 크며, 회전체의 구조가 복잡하고 대형이고 축방향으로 넓은 공간이 필요하므로 설치가 용이하지 못하다는 단점때문에 하나의 블레이드를 이용하는 소형회전축장치 개발되어 다양한 분야에 사용되고 있다.However, the aforementioned steam turbine devices have low thermal efficiency and high fuel consumption, and the structure of the rotor is complex, large, and requires a large space in the axial direction, so installation is not easy, so a small rotary shaft device using one blade was developed. It is used in various fields.

그러나 거의 모든 소형 증기터빈은 고압의 증기 분사압력에 의해 회전체가 회전하면서 회전력을 얻게 된다.However, almost all small steam turbines gain rotational force as the rotor rotates by the high-pressure steam injection pressure.

이처럼 얻어진 회전력은 기계를 작동하거나 발전기를 돌려 발전하는 등의 용도로 활용된다.The torque obtained in this way is utilized for purposes such as operating a machine or rotating a generator to generate power.

그런데 종래의 증기터빈장치들은 회전축이 내장된 케이스 내부로 증기를 분사함에 있어 한개 또는 두개 정도의 분사노즐을 활용하여 회전축의 블레이드에 증기를 분사하도록 하고 있다. 따라서 이와 같은 분사노즐방식은 노즐을 통해 분사된 증기가 하나의 블레이드를 밀고 다시 다음 블레이드를 순차적으로 밀어 회전축이 회전되도록 하는 구조이다. However, in the conventional steam turbine devices, when injecting steam into a case in which a rotating shaft is embedded, one or two injection nozzles are used to inject the steam onto the blades of the rotating shaft. Therefore, in such an injection nozzle method, the steam injected through the nozzle pushes one blade and then sequentially pushes the next blade to rotate the rotating shaft.

이와 같은 구조의 증기터빈장치는 노즐과 마주하는 블레이드에 증기압력을 집중시킬 수 있는 장점을 가지나 결국 증기압이 하나 또는 두개의 블레이드에만 작용한다는 단점을 갖는다.The steam turbine apparatus having such a structure has the advantage of concentrating the steam pressure on the blade facing the nozzle, but has a disadvantage in that the steam pressure acts only on one or two blades.

따라서 보다 효율적인 구조의 증기터빈장치의 개발이 그 어느때보다 시급한 실정이다.Therefore, it is more urgent than ever to develop a steam turbine device with a more efficient structure.

[선행기술문헌][Prior technical literature]

1. 대한민국 등록특허 제10-1597538호1. Korean Patent Registration No. 10-1597538

본 발명의 목적은, 케이스 내부로 유입되는 증기가 회전체의 거의 모든 블레이드에 거의 동시에 골고루 증기압력을 제공할 수 있도록 함으로써 회전축에 엄청난 회전압력을 가할 수 있도록 하여 회전속도와 회전압력이 기존의 증기터빈장치에 비해 효율이 우수한 증기터빈장치를 제공할 수 있도록 함에 있다.An object of the present invention is to allow the steam flowing into the case to provide the steam pressure almost evenly to almost all blades of the rotating body at the same time, so that a tremendous rotational pressure can be applied to the rotating shaft, so that the rotational speed and the rotational pressure are It is to provide a steam turbine device that is more efficient than a turbine device.

상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른, 증기터빈장치는, 외주면에 빙둘러서 블레이드를 구비하는 회전체와, 상기 회전체가 회전가능토록 내장되는 케이스와, 상기 회전체의 외측에 형성되어 증기를 균일하게 블레이드에 분사하기 위한 증기분배구로 이루어지되, 상기 증기분배구는 한쌍의 링과 상기 링 사이에는 단면이 유선형인 다수개의 유도날개가 일정간격 이격되도록 배치되고 상기 유도날개에 의해 상부는 넓고 하부는 좁아지는 증기분사구가 형성되도록 하며, 상기 증기분사구의 방향은 회전체의 블레이드의 면과 직각이 되도록 경사지게 형성됨을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a steam turbine device includes a rotating body having blades around an outer circumferential surface, a case in which the rotating body is rotatable, and the rotating body It is formed on the outside and consists of a steam distribution port for uniformly injecting steam to the blades, the steam distribution port is arranged between a pair of rings and a plurality of guide blades having a streamlined cross-section so as to be spaced apart at regular intervals By this, the upper part is wide and the lower part is narrowed to form a steam injection port, and the direction of the steam injection port is formed to be inclined to be perpendicular to the surface of the blade of the rotating body.

상기와 같은 본 발명의 효과로는 케이스 내부에 공급되는 증기가 증기분배구에 의해 균일하게 분배되어 증기분사구를 통해 회전체의 블레이드에 분사되도록 하되, 상기 유도날개는 유선형으로 이루어져 증기의 흐름을 방해하지 않도록 하고, 또 서로 인접하는 유도날개에 의해 형성되는 증기분사구는 상부는 넓고 하부는 좁게 형성함으로써 증기의 분사압력을 더욱 높일 수 있도록 하며, 증기분사구의 경사각과 회전체의 블레이드의 면이 직각을 이루도록 함으로써 증기분사구를 통과한 증기의 분사압력이 온전히 블레이드에 전해지도록 함으로써 효율이 향상된 증기터빈을 제공할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다. According to the effect of the present invention as described above, the steam supplied inside the case is uniformly distributed by the steam distribution port and sprayed to the blades of the rotating body through the steam injection port, but the guide blades are streamlined to prevent the flow of steam. In addition, the steam injection port formed by the guide blades adjacent to each other has a wide upper portion and a narrow lower portion to further increase the injection pressure of the steam, and the inclination angle of the steam injection port and the face of the blade of the rotating body are at a right angle. It is a very useful invention that can provide a steam turbine with improved efficiency by allowing the injection pressure of the steam passing through the steam injection port to be completely transmitted to the blade.

도 1은 종래 회전축장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 증기분사구조를 갖는 증기터빈장치를 보인 분리사시도.
도 3은 도 2의 결합사시도.
도 4는 본 발명에 있어서 증기분배구의 사시도.
도 5는 본 발명에 있어서 회전축의 사시도.
도 6은 본 발명에 있어서 증기분배구와 회전축의 단면도.
도 7은 본 발명에 있어서 증기의 공급상태를 보이기 위한 참고단면도.
도 8은 본 발명에 있어서 증기의 배출상태를 보이기 위한 참고단면도.1 is a schematic configuration diagram of a conventional rotary shaft device.
Figure 2 is an exploded perspective view showing a steam turbine apparatus having an improved steam injection structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a combined perspective view of Figure 2;
Figure 4 is a perspective view of a steam distribution port in the present invention.
5 is a perspective view of a rotation shaft in the present invention.
6 is a cross-sectional view of a steam distribution port and a rotating shaft in the present invention.
Figure 7 is a reference cross-sectional view for showing the supply state of steam in the present invention.
Figure 8 is a reference cross-sectional view for showing the discharge state of the steam in the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다. 다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. The terminology used herein is for reference only to specific embodiments and is not intended to limit the invention. In addition, the singular forms used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising" as used in the specification specifies a specific characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, action, element, component and/or group It does not exclude the existence or addition of Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in a commonly used dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or official meaning unless defined.

사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예들은 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 예를 들면, 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나/거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다. 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드질 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.Embodiments of the present invention described with reference to a perspective view specifically represent ideal embodiments of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected, for example variations in manufacturing methods and/or specifications. Accordingly, the embodiments are not limited to a specific shape of the illustrated area, and include, for example, a modification of the shape by manufacturing. For example, an area depicted or described as being flat may have characteristics that are generally rough/rough and non-linear. Also, portions shown as having sharp angles can be rounded. Accordingly, the areas shown in the drawings are originally only approximate, and their shapes are not intended to show the exact shape of the area, and are not intended to narrow the scope of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예들에 대해 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 증기분사구조를 갖는 증기터빈장치를 보인 분리사시도이고, 도 3은 도 2의 결합사시도이며, 도 4는 본 발명에 있어서 증기분배구의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 있어서 회전축의 사시도이며, 도 6은 본 발명에 있어서 증기분배구와 회전축의 단면도이고, 도 7은 본 발명에 있어서 증기의 공급상태를 보이기 위한 참고단면도이며, 도 8은 본 발명에 있어서 증기의 배출상태를 보이기 위한 참고단면도이다.Figure 2 is an exploded perspective view showing a steam turbine device having an improved steam injection structure according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a combined perspective view of Figure 2, Figure 4 is a perspective view of the steam distribution port in the present invention, Figure 5 is a perspective view of the rotation shaft in the present invention, Figure 6 is a cross-sectional view of the steam distribution port and the rotation shaft in the present invention, Figure 7 is a reference cross-sectional view for showing the supply state of the steam in the present invention, Figure 8 is the present It is a reference cross-sectional view for showing the discharge state of steam in the invention.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.First, it should be noted that in the drawings, the same components or parts are indicated by the same reference numerals as possible. In addition, in describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.

본 발명 증기터빈장치(100)는 크게 외주면에 빙둘러서 블레이드(101b)를 구비하는 회전체(101)와, 상기 회전체(101)가 회전가능토록 내장되는 케이스(110)와, 상기 케이스(110) 일측과 타측에는 각각 고압의 증기를 공급하기 위한 증기공급관(130)과 공급된 증기를 배출하기 위한 증기배출관(140)으로 구성된다.The steam turbine apparatus 100 of the present invention comprises a rotating body 101 having a blade 101b around its outer circumference, a case 110 in which the rotating body 101 is rotatably embedded, and the case 110 ) One side and the other side are each composed of a steam supply pipe 130 for supplying high-pressure steam and a steam discharge pipe 140 for discharging the supplied steam.

상기 회전체(101)의 외측에는 증기를 균일하게 회전체(101)의 블레이드(101b)에 분사하기 위한 증기분배구(180)가 구비되되 상기 증기분배구(180)는 한쌍의 링과 상기 링 사이에는 단면이 유선형인 다수개의 유도날개(181)가 일정간격 이격되도록 배치된다.The outer side of the rotating body 101 is provided with a steam distribution port 180 for uniformly spraying the steam to the blade 101b of the rotating body 101, the steam distribution port 180 is a pair of rings and the ring A plurality of guide blades 181 having a streamlined cross section are disposed to be spaced apart at a predetermined interval between them.

이때 상기 증기분배구(180)는 케이스(110)에 일측이 체결구 또는 용접 등에 의해 결합된다.At this time, one side of the steam distribution port 180 is coupled to the case 110 by a fastener or welding.

상기 유도날개(181)가 유선형인 이유는 케이스 내부로 유입되는 증기의 흐름을 방해하지 않기 위한 것으로, 인접한 유도날개(181)에 의해 각각의 유도날개(181) 사이에는 상부는 넓고 하부는 좁아지는 증기분사구(180a)가 형성되도록 한다.The reason why the guide blades 181 are streamlined is to not interfere with the flow of steam flowing into the case, and the upper part is wide and the lower part is narrowed between each of the guide blades 181 by the adjacent guide blades 181. The steam injection port 180a is formed.

이때 상기 증기분사구(180a)의 방향은 회전체(101)의 블레이드(101b)의 면과 직각이 되도록 경사지게 형성됨이 바람직하다. 이는 증기의 압력이 온전히 회전체(101)의 블레이드(101b)에 작용하도록 하기 위해 필요한 구성이다.At this time, the direction of the steam injection port 180a is preferably formed to be inclined to be perpendicular to the surface of the blade 101b of the rotating body 101. This is a configuration necessary to make the pressure of the steam fully act on the blades 101b of the rotating body 101.

이때 상기 케이스(110)는 일측 또는 양측이 개방된 구조로써, 일측 개방구는 회전축(101a)의 일단을 지지하기 위한 덮개(120)가 결합되어 커버되어진다.At this time, the case 110 has a structure in which one or both sides are open, and a cover 120 for supporting one end of the rotating shaft 101a is coupled to the one opening and is covered.

이때 증기가 부딪치는 회전체(101)의 블레이드(101b) 일측면은 단면으로 보아 만곡형상을 갖도록 함이 바람직하다.At this time, it is preferable that one side of the blade 101b of the rotor 101 against which the steam strikes has a curved shape when viewed in cross section.

이처럼 케이스(110) 내부로 유입된 증기는 유도날개(181)에 의해 유도되어 증기분사구(180a)를 통해 분사되어 회전체(101)의 블레이드(101b)에 부딪치게 된다.In this way, the steam introduced into the case 110 is guided by the guide blades 181 and injected through the steam injection port 180a to hit the blades 101b of the rotating body 101.

따라서 본 발명 증기터빈장치는 한두개의 노즐에 의해 블레이드(101b)를 불어서 회전축(101a)을 회전하는 구조가 아니라, 증기분배구(180)에 의해 다수개의 증기분사구(180a)에서 증기가 분사됨으로써 거의 모든 회전체(101)의 블레이드(101b)에 거의 동시에 증기압이 작용하게 되어 엄청난 회전력과 회전속도를 얻을 수 있는 것이다. Therefore, the steam turbine apparatus of the present invention does not have a structure in which the blade 101b is blown by one or two nozzles to rotate the rotating shaft 101a, but the steam is injected from the plurality of steam injection ports 180a by the steam distribution port 180. Vapor pressure is applied to the blades 101b of all the rotors 101 at about the same time, so that a tremendous rotational force and rotational speed can be obtained.

상술 한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments, the present invention is not limited thereto, and the technical idea and the following description of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be said that various modifications and variations are possible within the equivalent range of the claims to be made.

100: 본 발명 증기터빈장치 101: 회전체
110: 케이스 120: 커버
130: 증기공급관 140: 증기배출관
150: 증기배출구 180: 증기분배구
181: 유도날개100: steam turbine apparatus of the present invention 101: rotating body
110: case 120: cover
130: steam supply pipe 140: steam discharge pipe
150: steam outlet 180: steam distribution port
181: guide wing

Claims (1)

외주면에 빙둘러서 블레이드를 구비하는 회전체와, 상기 회전체가 회전가능토록 내장되는 케이스와, 상기 회전체의 외측에 형성되어 증기를 균일하게 블레이드에 분사하기 위한 증기분배구로 이루어지되, 상기 증기분배구는 한쌍의 링과 상기 링 사이에는 단면이 유선형인 다수개의 유도날개가 일정간격 이격되도록 배치되고 상기 유도날개에 의해 상부는 넓고 하부는 좁아지는 증기분사구가 형성되도록 하며, 상기 증기분사구의 방향은 회전체의 블레이드의 면과 직각이 되도록 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 개선된 증기분사구조를 갖는 증기터빈장치.
Consisting of a rotating body having a blade circumferentially on the outer circumference, a case in which the rotating body is rotatably embedded, and a steam distribution port formed on the outside of the rotating body to uniformly inject steam to the blades, the steam distribution In the sphere, a plurality of guide blades having a streamlined cross section are arranged to be spaced apart at regular intervals between a pair of rings and the guide blades form a steam injection port with a wide upper part and a narrow lower part, and the direction of the steam injection port is rotated. Steam turbine apparatus having an improved steam injection structure, characterized in that it is formed inclined to be perpendicular to the surface of the entire blade.
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