WO2010107146A1 - 반작용식 터빈 - Google Patents

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WO2010107146A1
WO2010107146A1 PCT/KR2009/001389 KR2009001389W WO2010107146A1 WO 2010107146 A1 WO2010107146 A1 WO 2010107146A1 KR 2009001389 W KR2009001389 W KR 2009001389W WO 2010107146 A1 WO2010107146 A1 WO 2010107146A1
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injection
chamber
turbine
housing
steam
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PCT/KR2009/001389
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English (en)
French (fr)
Inventor
김기태
Original Assignee
Kim Ki-Tae
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Publication date
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Priority to CN200980158196.4A priority patent/CN102356214B/zh
Priority to JP2012500700A priority patent/JP5592933B2/ja
Priority to EP09841930.2A priority patent/EP2410127A4/en
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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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/32—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with pressure velocity transformation exclusively in rotor, e.g. the rotor rotating under the influence of jets issuing from the rotor, e.g. Heron turbines
    • 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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/18—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means
    • F01D1/22—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means traversed by the working-fluid substantially radially
    • 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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/34—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by non-bladed rotor, e.g. with drilled holes
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a reaction turbine using steam, gas or compressed air.
  • the steam turbine is a type of prime mover that converts the thermal energy of steam into mechanical work.
  • the steam turbine is widely used as a main engine for thermal power generation and ships because of low vibration, good efficiency, and high speed and high horsepower.
  • the steam turbine ejects and expands the high temperature and high pressure steam generated by the boiler from a nozzle or a fixed blade to generate a high speed steam flow, and induces the high speed steam flow to a rotating turbine blade to form the turbine. It is designed to rotate the shaft by impulse or reaction that occurs when it strikes the wing.
  • the steam turbine includes a plurality of nozzles for converting thermal energy of steam into velocity energy, and a plurality of turbine blades arranged in parallel with the plurality of nozzles to convert velocity energy into mechanical work.
  • the high-pressure steam flows into the steam chamber from the boiler, expands, and rotates the turbine shaft coupled with the turbine blade while passing through each nozzle and the turbine blade of the steam chamber and moves to the exhaust chamber.
  • the steam moved to the exhaust chamber was introduced into the condenser, cooled, and then returned to the boiler by a feed pump or discharged to the atmosphere.
  • the force for rotating the turbine shaft is proportional to the momentum of steam incident on the turbine blades
  • the momentum of the steam is determined by various factors such as the number and surface area of the turbine blades, the angle of incidence of the steam.
  • the steam impinging on the blades of the turbine is different in both speed and direction, it is difficult to properly design the shape, angle, and the like in consideration of all of them, so there is a limit in producing a turbine having high efficiency.
  • the present invention solves the problems of the conventional steam turbine as described above, even if condensed water is generated in the steam can prevent damage to the components due to the collision with the condensate in advance, thereby facilitating the management of steam It is an object of the present invention to provide a reaction steam turbine that can be used as well as inexpensive materials and can simplify the assembly process to reduce the manufacturing cost.
  • an object of the present invention is to provide a reaction steam turbine that can simplify the determination of the momentum due to steam to easily manufacture a turbine of high efficiency.
  • an object of the present invention is to provide a reaction steam turbine that can reduce the pressure loss of steam to increase the thermal efficiency of the turbine.
  • the housing is provided with at least one injection chamber; At least one injection rotation unit installed in the housing and rotating in reaction to the injection of the steam while injecting steam in the circumferential direction; And a turbine shaft rotatably coupled to the housing or coupled to rotate together with the housing to rotate together with the injection rotation and transmit the rotational force to another device.
  • the reaction steam turbine of the present invention is configured to rotate the injection rotating part and the turbine shaft using the repulsive force generated when the steam is injected from the injection rotating part, so that the steam turbine is mixed even if condensed water is mixed. It can maintain the stability of and greatly reduce the manufacturing cost. In addition, it can significantly reduce the flow resistance of the steam or prevent pressure leakage and reduce the energy loss to obtain a low-cost and high efficiency turbine.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the reaction steam turbine of the present invention broken
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the steam turbine according to Figure 1,
  • FIG 3 is a perspective view showing another embodiment of the injection passage in the steam turbine according to Figure 1,
  • FIG 4 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the steam turbine according to Figure 1,
  • 5 and 6 are a perspective view showing a steam guide installed in the housing of the steam turbine according to FIG.
  • FIG. 7 and 8 are perspective views showing the injection flow path of the steam turbine according to Figure 1 broken;
  • FIGS. 7 and 8 are longitudinal cross-sectional views showing embodiments of the shape of the injection passages according to FIGS. 7 and 8;
  • FIGS. 12 and 13 are perspective views showing embodiments of the shape of the injection pipe according to FIGS. 10 and 11;
  • 14 to 18 are longitudinal cross-sectional views and perspective views showing other embodiments of the reaction steam turbine of the present invention.
  • the reaction steam turbine includes a housing 110 having at least one injection chamber 112 and an injection chamber 112 of the housing 110. At least one injection rotation part which is disposed to overlap at a predetermined interval from the inner side to the outer side and rotates in response to the injection of steam (for convenience, divided into the first, second and third injection rotation parts from the inside to the outside)
  • One turbine shaft 130 which rotates together with 120A, 120B and 120C and the respective injection rotation parts 120A, 120B and 120C and transmits the rotational force to an external device (not shown). It includes.
  • the housing 110 is formed in a cylindrical shape and the inlet 111 is supplied steam through a boiler (not shown), and the injection chamber 112 extending from the inlet 111 is formed in a cylindrical shape and
  • the guide part 113 extends to communicate with the injection chamber 112 and is formed in a substantially truncated cone shape, and the discharge part 114 extends to communicate with the guide part 113 and has a cylindrical shape.
  • the inlet 111 is formed on the same center line as the outlet 114, the outer peripheral surface is supported by a first bearing 141 to rotate the steam turbine.
  • the inlet 111 may be formed through one side of the injection chamber 112.
  • an extension part (not shown) extending from the first injection rotation part 120A may be supported by the first bearing 141 so as to be sealedly coupled through the inlet part 111.
  • the inner circumferential surface of the injection chamber 112 may be formed in a smooth tube shape, and the injection rotation parts 120A, 120B, and 120C to guide the movement of steam injected from the third injection rotation part 120C.
  • Steam guide portion may be formed in the forward direction with respect to the rotation direction of the.
  • the steam guide portion may be formed by grooves 112a at regular intervals in the circumferential direction as shown in FIG. 5, or may be formed by mounting the blades 112b at predetermined intervals in the circumferential direction as shown in FIG. 6. .
  • the guide part 113 has an inner circumferential surface of the guide part 113 so as to have a diameter smaller from the injection chamber 112 toward the discharge part 114 so that steam passing through the injection chamber 112 can be smoothly guided to the discharge part 114. It is formed to be inclined.
  • the guide portion 113 may be formed vertically so that a portion meeting the discharge portion 114 may be rounded or inclined.
  • the discharge portion 114 may be formed in a cylindrical shape as shown in Figure 2, in some cases may be formed through the end of the guide portion 113.
  • the injection rotating parts 120A, 120B, and 120C are formed in hollow cylinders whose both ends in the axial direction are sealed, and are arranged to radially expand (first, second, first, and second, for convenience.
  • the chambers 121, 122, and 123 are formed along the circumferential direction on the outer circumferential surfaces of the chambers 121, 122, and 123.
  • the chambers 121, 122, and 123 have the same volume of the inner spaces S1, S2, and S3, and have an inner circumferential surface in the shape of a smooth tube.
  • One side of the chambers 121, 122, and 123 may be sealed to one inner wall of the housing 110 while the other side of the chambers 121, 122, 123 may be welded to seal the turbine shaft 130.
  • Plates 127a and 127b are formed.
  • the flow blocking plates 127a and 127b may be formed to extend from the outer side of the inner chamber to the inner side of the outer chamber so that steam is injected from the inner chamber and guided smoothly to the injection passages 125 and 126 of the outer chamber. have.
  • the chambers 121, 122, and 123 may be formed to have different volumes of the internal spaces S1, S2, and S3.
  • the inner spaces S1, S2, and S3 of the chambers 121, 122, and 123 may be proportional to the total cross-sectional area of the corresponding injection passages 124, 125, and 126. You can increase or decrease the size.
  • Each of the injection passages 124, 125, and 126 may be formed in a plurality of circles at regular intervals along the axial direction as shown in FIG. 7, and one or more along the axial direction as shown in FIG. 8. It may be formed one by one in the shape of a long hole.
  • the injection passages 124, 125, and 126 may be formed at regular intervals along the circumferential direction as shown in FIGS. 2 and 9 to 11.
  • the injection passages 124, 125, 126 in the chambers 121, 122, 123 may have the same cross-sectional area in the axial direction, and in some cases, the axial direction. It may be formed differently along.
  • the injection flow paths 124, 125, and 126 are respectively formed from the inner chamber to the outer chamber so that the pressure of steam can be lowered through the chambers 121, 122, 123 as shown in FIG. 2.
  • the cross-sectional area can be formed wide.
  • the volume of each of the chambers 121, 122, 123 may be the same from the inner side to the outer side, or may be gradually widened.
  • the volume of each of the chambers 121, 122, 123 may be gradually reduced from the inner side to the outer side in consideration of the overall cross-sectional area of the injection passages 124, 125, 126.
  • the total injection flow path cross-sectional area of each of the chambers 121, 122, and 123 may be adjusted to have different cross-sectional areas of each injection flow path, but the number of injection flow paths of each of the chambers 121, 122, and 123 may be adjusted. Can be adjusted to be different from each other. For example, as shown in FIG. 2, the number of the injection passages 124, 125, 126 is gradually increased from the inner chamber to the outer chamber so that the entirety of each of the chambers 121, 122, 123 is increased.
  • the injection oil can enlarge the cross-sectional area.
  • the injection passages 124, 125, and 126 may be shaped in various ways.
  • the injection passages 124, 125, and 126 are circumferentially formed on the outer circumferential wall surfaces of the chambers 121, 122, and 123 as shown in FIGS. 1, 2, and 7 to 9. It may be formed to be obliquely simple through, and as shown in Figs. 3, 10 and 11, the injection holes 124a, 125a, 126a radially on the outer circumferential wall surface of the chambers 121, 122, 123.
  • the injection passages 124, 125, 126 may be formed to be rotated in a rotational direction with respect to the normal direction of the injection rotation parts.
  • the injection holes 124a, 125a and 126a are formed to be distorted in the rotational direction.
  • the injection holes 124a, 125a and 126a are radial.
  • the outlet end of the injection pipe 124b, 125b, 126b is bent or inclined in the rotational direction.
  • the injection holes 124a, 125a, 126a and the injection pipes 124b, 125b, 126b may be formed separately, respectively, as shown in FIGS. 12 and 13.
  • 124a, 125a and 126a and the injection pipes 124b and 125b and 126b may be elongated in the axial direction.
  • the internal flow paths 124c and 125c of the injection pipes 124b, 125b and 126b as shown in FIG. 126c may be formed in one long hole shape, or may be formed of a plurality of multi-holes as shown in FIG. 13.
  • the turbine shaft 130 penetrates the center of the housing 110 and the center of each of the injection rotating parts 120A, 120B, and 120C, and part of the turbine shaft 130 is each of the injection rotating parts 120A, 120B ( Welding to the chambers 121, 122, 123 of 120C.
  • One end of the turbine shaft 130 may be rotatably supported by the second bearing 142 so that the entire steam turbine including the turbine shaft 130 may rotate.
  • the diameter of the turbine shaft 130 is formed smaller than the diameter of the inlet 111 or outlet 114 of the housing 110 so that steam can flow to the outside of the turbine shaft 130.
  • reaction steam turbine according to the present invention as described above is operated as follows.
  • the steam generated in the boiler is supplied to the inlet 111 of the housing 110 through the pipe, the steam is introduced into the first chamber 121 of the first injection rotation unit 120A, The steam of the first chamber 121 is injected circumferentially through the first injection passages 124 and flows into the second chamber 122 of the second injection rotating part 120B.
  • the steam is injected in the circumferential direction through the second injection passages 125 of the second injection rotation unit 120B to the third chamber 123 of the third injection rotation unit 120C, and the 3 is injected in the circumferential direction through the third injection passages 126 of the rotary injection unit 120C is injected into the injection chamber 112 of the housing 110, the steam is guide portion ( 113 and the discharge unit 114 is discharged to the atmosphere or is returned to the condenser (not shown) is repeated a series of processes to be returned to the boiler.
  • the turbine shaft 130 passes through the housing 110 so that one side of the turbine shaft 130 is supported by the first bearing 141 and one side of the housing 110 is second. Although it was supported by the bearing 142, in this embodiment, as shown in FIG. 14, the turbine shaft 130 penetrates through the housing 110, and both sides of the turbine shaft 130 are respectively the first bearing 141. And is supported by the second bearing 142.
  • one side of the turbine shaft 130 may be supported by the first bearing 141 outside the discharge portion 114 of the housing, and in some cases between the discharge portion 114 of the housing 110. May be supported by the first bearing 141.
  • the discharge part 114 is formed in a cylindrical shape, but the first bearing 141 is disposed between the discharge part 114 and the discharge part 114.
  • the other side of the turbine shaft 130 may be supported by the second bearing 142 outside the inlet 111 of the housing 110, and in some cases with the inlet 111 of the housing 110.
  • the second bearing 142 may be supported by the second bearing 142 in between.
  • the inlet 111 is formed in a cylindrical shape, but the second bearing 142 is between the inlet 111.
  • the second bearing 142 When disposed in the ribs 111a may be formed radially on the inlet 111 so that steam may smoothly flow into the first injection rotation unit 120A.
  • the steam turbine of the present embodiment may be configured such that the housing 110 and the injection rotating parts 120A, 120B, 120C are in sliding contact with each other, as shown in FIG. 14, so that the housing 110 does not rotate. Only the injection rotation parts 120A, 120B, 120C and the turbine shaft 130 can rotate, so that more power can be transmitted to an external device, thereby increasing energy efficiency.
  • the turbine shaft 130 is supported by a bearing through the housing 110, but this embodiment has one side of the turbine shaft 130 as shown in FIG. 15.
  • the inside of the housing 110 is coupled to the injection rotating parts (120A, 120B, 120C) and only the other side is rotatably supported by the first bearing (141).
  • the inlet 111 is protruded from the other side of the housing 110 so that the inlet 111 is rotatably supported by the second bearing 142.
  • the turbine shaft 130 is provided separately from the housing 110 to be penetrated and coupled thereto.
  • the housing 110 and the turbine shaft 130 are as shown in FIG. 16. ) Is integrally formed.
  • the inlet part 111 and the outlet part 114 of the housing 110 are formed long, and the outlet part 114 of the housing 110 is coupled to an external device, and the injection rotation parts 120A, 120B, and 120C are connected to the external device.
  • the propulsion force generated from) is transmitted to the external device through the housing 110. That is, the housing 110 is to play the role of the turbine shaft 130 together.
  • the injection rotation parts are arranged to radially overlap one housing, but in this embodiment, the plurality of housings and the injection rotation parts are arranged at intervals in the axial direction. .
  • the steam turbine of the present embodiment includes a plurality of housings (first, second and third housings 210 for convenience, from the current side to the downstream side, as shown in FIGS. 17 and 18) to be spaced apart by a predetermined interval in the axial direction.
  • 220 and 230 are disposed, and the injection rotation parts 240 and 250 and 260 in the injection chambers 212, 222 and 232 of the housings 210, 220 and 230, respectively.
  • the plurality of injection rotating parts 240, 250, and 260 are welded to one turbine shaft 280 penetrating through the center thereof, and one side of the turbine shaft 280 is the third housing 230. ) Is rotatably supported by the fourth bearing 274, or rotatably supported by the fourth bearing 274 between the third housing 230 as shown in FIGS. 17 and 18.
  • the first to third housings 210, 220 and 230 have an inner circumferential surface of the downstream side injection rotation parts 250 and 260 on one side of the respective injection chambers 212,222 and 232.
  • the guides 213, 223, and 233 inclined toward the chambers 251 and 261 and the discharge part 234 to be described later are formed.
  • These guides 213, 223, 233 are chambers 251 of the downstream injection rotary parts 250, 260 in which steam is injected into the respective injection chambers 212, 222, 232. 261) or to be guided to the outside smoothly.
  • the inner wall surfaces of the first to third housings 210, 220, 230 may be formed in a smooth tube shape, but the steam injected from the respective injection rotation parts 240, 250, 260 may be formed.
  • An additional may be formed.
  • Each of the chambers 241, 251, 261 of the first to third injection rotation parts 240, 250, 260 may be formed in the same volume or in different volumes.
  • the volume of each of the chambers 241, 251, 261 is determined according to the ratio of the total cross-sectional area of the injection passages 242, 252, 262 provided in the chambers 241, 251, 261. Can be done.
  • the total cross-sectional area of each of the injection passages 242, 252, 262 is the current side, the downstream side, that is, It may be preferable that the pressure of the steam may be lowered step by step from the first injection rotation part 240 to the third injection rotation part 260.
  • each of the injection flow paths 240, 250, and 260 may be adjusted to have different cross-sectional areas of each of the injection flow paths, or may be adjusted by varying the number of the injection flow paths. For example, in FIGS. 17 and 18, the number of injection passages 242, 252, and 262 increases from the first injection rotation unit 240 to the third injection rotation unit 260.
  • the reaction steam turbine according to the present invention is to obtain the propulsion force by the reaction force while the steam delivered from the boiler is injected through the injection passage in each injection rotation part, even if condensed water is mixed in the steam delivered from the boiler There is no risk of damage to the steam turbine components due to condensate.
  • the stability of the steam turbine is not only greatly improved, there is no fear of damage to the steam turbine, and thus a relatively inexpensive material can be used and the assembly process can be simplified, thereby significantly reducing manufacturing costs.
  • conventional impeller turbines require precise design, fabrication and complex assembly of hundreds to thousands of impellers, and thus require a lot of advanced manpower and precision, whereas the present invention provides precision required for the design or fabrication of parts such as impellers. Highly low and highly efficient turbines can be obtained, which can be manufactured at significantly lower cost than current impeller turbines.
  • the steam turbine according to the present invention can not only reduce the size of the entire steam turbine as a plurality of injection rotational portions for radial stability, but also flow for steam between the injection rotational portions of the steam turbine. Since no resistance is generated, the efficiency of the steam turbine or the relative efficiency of the boiler can be greatly improved. It is possible to reduce the flow resistance of steam as the inclined guide portion is formed in the housing even when the injection rotation part is disposed in the axial direction, thereby improving the efficiency of the steam turbine and the relative efficiency of the boiler.
  • the steam turbine of the present invention utilizes the action and reaction, which is the third law of Newton's motion, and can reduce energy consumed to generate propulsion in the turbine as in the case of an impeller turbine (or a momentum transfer turbine).
  • the high efficiency steam turbine can be obtained.
  • the steam turbine of the present invention when the pressure of steam from the boiler is constant and the speed of steam injected from the injection rotating part is equal to the circumferential speed caused by the rotation of the injection rotating part, the steam is applied to the injection rotating part. At rest, only the injection rotor moves at the same speed as the steam's injection speed and moves in the opposite direction of the tangential, resulting in a theoretical energy transfer efficiency of 100% of the total momentum or total kinetic energy the steam had. Therefore, the steam turbine of the present invention can obtain a high efficiency that can not be reached theoretically in any impeller turbine.
  • reaction turbine according to the present invention can be similarly applied to an engine using a gas turbine, compressed air, or the like as well as the steam turbine described above.

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Abstract

본 발명은 반작용식 터빈에 관한 것이다. 본 발명의 반작용식 터빈은 스팀을 분사회전부에서 분사할 때 발생되는 반발력을 이용하여 상기 분사회전부와 터빈축을 회전시켜 추진력을 발생할 수 있도록 구성됨에 따라 스팀에 응축수가 섞이더라도 스팀터빈의 안정성을 유지할 수 있고 제조비용을 크게 절감할 수 있다. 또, 스팀의 유동저항을 현저하게 줄이거나 압력누설을 방지하며 에너지 손실을 줄여 저렴하면서도 고효율의 터빈을 얻을 수 있다.

Description

반작용식 터빈
본 발명은 스팀이나 가스 또는 압축공기를 이용하는 반작용식 터빈에 관한 것이다.
일반적으로 스팀터빈은 증기가 가진 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기 방식의 하나이다. 상기 스팀터빈은 진동이 적고, 능률이 좋으며, 고속ㆍ큰 마력을 얻을 수 있기 때문에 화력발전, 선박의 주기관으로 널리 사용되고 있다.
상기 스팀터빈은 보일러에서 발생시킨 고온고압의 증기를 노즐 또는 고정된 날개로부터 분출,팽창시켜 고속의 증기류를 발생시키고, 이 고속의 증기류(蒸氣流)를 회전하는 터빈날개로 유도하여 그 터빈날개에 부딪칠 때 발생되는 충동작용 또는 반동작용에 의하여 축을 회전시키도록 이루어져 있다.
따라서 상기 스팀터빈은 증기가 가지는 열에너지를 속도에너지로 바꾸는 복수 개의 노즐과, 상기 복수 개의 노즐과 나란하게 배치되어 속도에너지를 기계적 일로 바꾸는 복수 개의 터빈날개를 포함하고 있다.
상기와 같은 종래의 스팀터빈은, 고압증기가 보일러에서 증기실로 유입되어 팽창되고, 상기 증기실의 각 노즐과 터빈날개를 통과하면서 그 터빈날개와 결합되는 터빈축을 회전시킨 후 배기실로 이동하게 된다. 상기 배기실로 이동된 증기는 복수기로 유입되어 냉각되었다가 다시 급수펌프에 의해 보일러에 되돌려지거나 또는 대기 중으로 배출되는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 스팀터빈은, 그 특성상 고속의 증기류가 고속으로 회전하는 터빈날개에 부딪히게 회전력을 발생하게 되므로 스팀에 응축수가 섞이는 경우 상기 터빈날개가 손상될 수 있다. 그러므로 상기 터빈날개로 유입되는 스팀에 응축수가 생기지 않도록 관리하여야 하는 것은 물론, 상기 터빈날개를 고가의 재질로 제작하여야 하고 조립공정이 복잡하게 되어 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.
또, 상기 터빈축을 회전시키는 힘은 상기 터빈날개에 입사되는 스팀의 운동량에 비례하고, 이 스팀의 운동량은 상기 터빈날개의 개수 및 표면적, 스팀의 입사각도 등 여러 요소에 의해 결정된다. 하지만 상기 터빈날개에 부딪친 스팀은 속도와 방향 모두가 달라지므로 이를 모두 고려하여 상기 날개의 형상, 각도 등을 적절하게 설계하기가 상당히 난해하므로 고효율의 터빈을 제작하는데 한계가 있었다.
또, 다수 개의 터빈날개가 하우징으로 감싸져 회전하게 되므로 그 터빈날개의 끝부분과 상기 하우징의 내주면 사이에는 상기 터빈날개의 열팽창 등을 고려한 여유간격을 두어야 한다. 하지만, 상기 여유간격으로 스팀이 누설되어 압력손실이 증가하게 되고 이로 인해 터빈의 열효율이 저하되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 스팀터빈이 가지는 문제점을 해결한 것으로, 스팀속에 응축수가 발생되더라도 그 응축수와의 충돌로 인한 부품의 손상을 미연에 방지할 수 있고, 이를 통해 스팀의 관리를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 저렴한 재료를 사용할 수 있으며 조립공정을 간소화할 수 있어 제조비용을 저감할 수 있는 반작용식 스팀터빈을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
또, 스팀에 의한 운동량의 결정 요소를 간소화하여 고효율의 터빈을 용이하게 제작할 수 있는 반작용식 스팀터빈을 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.
또, 스팀의 압력손실을 줄여 터빈의 열효율을 높일 수 있는 반작용식 스팀터빈을 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 적어도 한 개 이상의 분사실이 구비되는 하우징; 상기 하우징에 설치되어 스팀을 원주방향으로 분사하면서 그 스팀의 분사에 대한 반작용으로 회전을 하는 적어도 한 개 이상의 분사회전부; 및 상기 하우징에 대해 회전 가능하게 결합되거나 또는 상기 하우징과 함께 회전하도록 결합되어 상기 분사회전부와 함께 회전하면서 그 회전력을 다른 장치로 전달하는 터빈축;을 포함한 반작용식 스팀터빈이 제공된다.
본 발명의 반작용식 스팀터빈은, 상기 스팀을 분사회전부에서 분사할 때 발생되는 반발력을 이용하여 상기 분사회전부와 터빈축을 회전시켜 추진력을 발생할 수 있도록 구성됨에 따라 스팀에 응축수가 섞이더라도 스팀터빈의 안정성을 유지할 수 있고 제조비용을 크게 절감할 수 있다. 또, 스팀의 유동저항을 현저하게 줄이거나 압력누설을 방지하며 에너지 손실을 줄여 저렴하면서도 고효율의 터빈을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명 반작용식 스팀터빈의 일실시예를 파단하여 보인 사시도,
도 2는 도 1에 따른 스팀터빈의 일실시예를 보인 종단면도,
도 3은 도 1에 따른 스팀터빈에서 분사유로에 대한 다른 실시예를 보인 사시도,
도 4는 도 1에 따른 스팀터빈의 다른 실시예를 보인 종단면도,
도 5 및 도 6은 도 1에 따른 스팀터빈의 하우징에 설치된 스팀안내부를 보인 사시도,
도 7 및 도 8은 도 1에 따른 스팀터빈의 분사유로들을 파단하여 보인 사시도,
도 9 내지 도 11은 도 7 및 도 8에 따른 분사유로들의 형상에 대한 실시예들을 보인 종단면도,
도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11에 따른 분사관의 형상에 대한 실시예들을 보인 사시도,
도 14 내지 도 18은 본 발명 반작용식 스팀터빈에 대한 다른 실시예들을 보인 종단면도 및 사시도.
이하, 본 발명에 의한 반작용식 스팀터빈을 첨부도면에 도시된 실시예들에 의거하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시예]
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반작용식 스팀터빈은, 적어도 한 개 이상의 분사실(112)이 구비되는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 분사실(112)에서 내측에서 외측으로 소정 간격을 두고 겹치게 배치되어 스팀의 분사에 대한 반작용으로 회전하는 적어도 한 개 이상의 분사회전부들(편의상, 내측에서 외측으로 제1,제2,제3 분사회전부로 구분함)(120A)(120B)(120C)과, 상기 각 분사회전부들(120A)(120B)(120C)과 함께 회전하면서 그 회전력을 외부의 장치(미도시)에 전달하는 한 개의 터빈축(130)을 포함한다.
상기 하우징(110)은 원통모양으로 형성되어 보일러(미도시)를 통해 스팀이 공급되는 유입부(111)와, 상기 유입부(111)에서 연장되어 원통모양으로 확장 형성되는 분사실(112)과, 상기 분사실(112)에 연통되도록 연장되어 대략 절두원추모양으로 형성되는 안내부(113)와, 상기 안내부(113)에 연통되도록 연장되어 원통모양으로 형성되는 배출부(114)로 이루어진다.
상기 유입부(111)는 배출부(114)와 동일 중심선상에 형성되고, 그 외주면에는 상기 스팀터빈이 회전할 수 있도록 제1 베어링(141)으로 지지된다. 상기 유입부(111)는 상기 분사실(112)의 일측면에 관통 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 유입부(111)를 관통하여 밀봉 결합되도록 상기 제1 분사회전부(120A)에서 연장되는 연장부(미도시)가 상기 제1 베어링(141)으로 지지될 수도 있다.
상기 분사실(112)의 내주면은 평활관 모양으로 형성될 수도 있고, 상기 제3 분사회전부(120C)에서 분사되는 스팀의 이동을 안내하도록 상기 분사회전부들(120A)(120B)(120C)의 회전방향에 대해 순방향으로 스팀안내부가 형성될 수도 있다. 상기 스팀안내부는 도 5에서와 같이 원주방향을 따라 일정간격을 두고 그루브(112a)로 형성되어 이루어지거나 또는 도 6에서와 같이 원주방향을 따라 일정간격을 두고 블레이드(112b)가 장착되어 이루어질 수 있다.
상기 안내부(113)는 상기 분사실(112)을 통과한 스팀이 상기 배출부(114)로 원활하게 안내될 수 있도록 상기 분사실(112)에서 배출부(114)쪽으로 직경이 작아지도록 그 내주면이 경사지게 형성된다. 상기 안내부(113)는 수직하게 형성되어 상기 배출부(114)와 만나는 부위가 라운드지거나 경사지게 형성될 수도 있다.
상기 배출부(114)는 도 2에서와 같이 원통모양으로 형성될 수도 있고, 경우에 따라서는 상기 안내부(113)의 끝단에 관통 형성될 수도 있다.
상기 분사회전부들(120A)(120B)(120C)은 각각 축방향 양단이 밀폐되는 속빈 원통모양으로 형성되어 방사상으로 확장되도록 배치되는 챔버들(편의상, 내측에서 외측으로 제1,제2,제3 챔버로 구분함)(121)(122)(123)과, 상기 챔버들(121)(122)(123)의 외주면에 원주방향을 따라 형성되어 그 챔버들(121)(122)(123)의 내부공간(S1)(S2)(S3)에서 외부 챔버들(122)(123)의 내부공간(S2)(S3)과 상기 하우징(110)의 분사실(112)로 스팀이 연이어 원주방향으로 분사되도록 원주방향을 향해 형성되는 복수 개씩의 분사유로들(편의상, 내측에서 외측으로 제1,제2,제3 분사유로로 구분함)(124)(125)(126)로 이루어진다.
상기 챔버들(121)(122)(123)은 도 2에서와 같이 그 내부공간(S1)(S2)(S3)의 부피가 동일하게 형성되고, 그 내주면은 평활관 모양으로 형성된다. 그리고 상기 챔버들(121)(122)(123)의 일측면은 상기 하우징(110)의 일측 내벽면에 밀봉 결합되는 반면 그 타측면은 상기 터빈축(130)이 관통되어 밀봉되도록 용접 결합될 수 있다. 그리고 도 4에서와 같이 상기 챔버들의 일측면 사이, 즉 상기 제1 챔버(121)와 제2 챔버(122)의 일측면 사이 또는 상기 제2 챔버(122)와 제3 챔버(123)의 일측면 사이에는 그 내측 챔버에서 외측 챔버로 분사되는 스팀이 상기 챔버들(121)(122)(123)의 일측면쪽으로 흘러 잔류되는 것을 방지하여 스팀이 내측 챔버에서 외측 챔버로 원활하게 안내되도록 하는 유동차단판(127a,127b)이 형성된다. 상기 유동차단판(127a,127b)은 스팀이 내측 챔버에서 분사되어 외측 챔버의 분사유로(125)(126)로 원활하게 안내되도록 상기 내측 챔버의 외측면에서 외측 챔버의 내측면으로 확장 형성될 수 있다.
상기 챔버들(121)(122)(123)은 그 내부공간들(S1)(S2)(S3)의 부피가 상이하게 형성될 수도 있다. 예컨대, 상기 챔버들(121)(122)(123)의 내부공간들(S1)(S2)(S3)은 해당하는 상기 분사유로들(124)(125)(126)의 전체 단면적과 비례하여 그 크기를 증감할 수 있다.
상기 분사유로들(124)(125)(126)은 각각 도 7에서와 같이 축방향을 따라 일정 간격으로 원형으로 복수 개씩 형성될 수도 있고, 도 8에서와 같이 축방향을 따라 한 개 또는 그 이상의 장공 형상으로 한 개씩 형성될 수도 있다. 그리고 상기 분사유로들(124)(125)(126)은 도 2 및 도 9 내지 도 11에서와 같이 원주방향을 따라서도 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 여기서, 상기 각 챔버들(121)(122)(123)에서의 분사유로들(124)(125)(126)은 그 단면적이 축방향을 따라 동일하게 형성될 수도 있고, 경우에 따라서는 축방향을 따라 상이하게 형성될 수도 있다.
상기 분사유로들(124)(125)(126)은 도 2에서와 같이 스팀의 압력이 각 챔버들(121)(122)(123)을 거치면서 낮아질 수 있도록 내측 챔버에서 외측 챔버로 각각의 전체 단면적을 넓게 형성할 수 있다. 이 경우 상기 각 챔버들(121)(122)(123)의 부피는 내측에서 외측까지 동일하게 형성될 수도 있고 점차 넓게 형성될 수도 있다. 상기 각 챔버들(121)(122)(123)의 부피는 상기 분사유로들(124)(125)(126)의 전체 단면적을 고려하여 내측에서 외측으로 갈수록 점차 작게 형성될 수도 있다.
그리고 상기 각 챔버들(121)(122)(123)의 전체 분사유로 단면적은 각각의 분사유로 단면적을 상이하게 하여 조절할 수 있으나, 상기 각 챔버들(121)(122)(123)의 분사유로 개수를 서로 상이하게 하여 조절할 수도 있다. 예컨대, 도 2에서와 같이 내부측 챔버에서 외부측 챔버로 갈수록 상기 분사유로들(124)(125)(126)의 개수를 점차 증가시켜 상기 각 챔버들(121)(122)(123)의 전체 분사유로 단면적을 확대시킬 수 있다.
상기 분사유로들(124)(125)(126)은 그 형상도 다양하게 형상화할 수 있다. 예컨대, 상기 분사유로들(124)(125)(126)은 도 1 및 도 2 및 도 7 내지 도 9에서와 같이 상기 각 챔버들(121)(122)(123)의 외주벽면에 원주방향으로 경사지게 단순 관통하여 형성될 수도 있고, 도 3 및 도 10 및 도 11에서와 같이 상기 챔버들(121)(122)(123)의 외주벽면에 방사상으로 분사구멍들(124a)(125a)(126a)이 형성되고 그 분사구멍들(124a)(125a)(126a)의 출구에 각각의 분사관들(124b)(125b)(126b)이 원주방향으로 절곡되거나 경사지게 연통되도록 결합되어 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 분사유로들(124)(125)(126)은 상기 분사회전부들의 법선방향에 대해 회전방향으로 틀어져 형성될 수 있다. 이를 위해, 도 9에서는 상기 분사구멍들(124a)(125a)(126a)이 회전방향으로 틀어지게 형성되는 것이고, 도 10 내지 도 13에서는 상기 분사구멍들(124a)(125a)(126a)은 방사상으로 형성되나 상기 분사관(124b)(125b)(126b)의 출구단이 회전방향으로 절곡되거나 경사지게 형성되는 것이다. 그리고 상기 분사구멍들(124a)(125a)(126a)과 분사관들(124b)(125b)(126b)이 각각 낱개씩 형성될 수도 있고, 도 12 및 도 13에서와 같이 상기 각 분사구멍들(124a)(125a)(126a)과 분사관들(124b)(125b)(126b)이 축방향으로 길게 형성될 수도 있다. 그리고 상기 분사관들(124b)(125b)(126b)이 축방향으로 길게 형성되는 경우에는 도 12에서와 같이 그 분사관들(124b)(125b)(126b)의 내부유로(124c)(125c)(126c)가 한 개의 장공모양으로 형성될 수도 있고, 도 13에서와 같이 복수 개의 멀티공으로 형성될 수도 있다.
상기 터빈축(130)은 상기 하우징(110)의 중심과 각 분사회전부들(120A)(120B)(120C)의 중심을 관통하여 그 일부가 상기 각 분사회전부들(120A)(120B)(120C)의 챔버들(121)(122)(123)과 용접 결합된다. 그리고 상기 터빈축(130)의 일단부는 그 터빈축(130)을 포함한 스팀터빈 전체가 회전할 수 있도록 제2 베어링(142)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 여기서, 상기 터빈축(130)의 직경은 그 터빈축(130)의 바깥쪽으로 스팀이 유동할 수 있도록 상기 하우징(110)의 유입부(111)나 배출부(114)의 직경보다 작게 형성된다.
상기와 같은 본 발명에 의한 반작용식 스팀터빈은 다음과 같이 동작된다.
즉, 상기 보일러에서 생성되는 스팀이 배관을 통해 상기 하우징(110)의 유입부(111)로 공급되면, 그 스팀은 상기 제1 분사회전부(120A)의 제1 챔버(121)로 유입되고, 그 제1 챔버(121)의 스팀은 상기 제1 분사유로들(124)을 통해 원주방향으로 분사되어 상기 제2 분사회전부(120B)의 제2 챔버(122)로 유입된다. 그리고, 상기 스팀은 제2 분사회전부(120B)의 제2 분사유로들(125)을 통해 원주방향으로 분사되어 상기 제3 분사회전부(120C)의 제3 챔버(123)로, 그리고 상기 제3 분사회전부(120C)의 제3 분사유로들(126)을 통해 원주방향으로 분사되어 상기 하우징(110)의 분사실(112)로 분사되고, 이 스팀은 상기 하우징(110)의 안내부(113)와 배출부(114)를 통해 대기 중으로 배출되거나 또는 복수기(미도시)로 회수되었다가 보일러로 반송되는 일련의 과정을 반복하게 된다. 이때, 상기 각 분사회전부들(120A)(120B)(120C)의 각 분사유로들(124)(125)(126)을 통과하는 과정에서 스팀의 압력은 단계적으로 낮아지게 되고 이로 인해 상기 스팀터빈은 효율적인 분사속도를 얻을 수 있게 된다.
이렇게, 상기 스팀이 각 분사회전부의 분사유로를 통해 원주방향으로 분사될 때 발생되는 반작용에 의해 상기 분사회전부가 일종의 추진력을 얻어 회전하게 되고, 이 분사회전부에 결합되는 터빈축이 회전력을 얻어 회전하면서 외부 장치에 회전력을 전달하게 되는 것이다.
[제2 실시예]
전술한 제1 실시예에서는 상기 터빈축(130)이 상기 하우징(110)을 관통하여 그 터빈축(130)의 일측이 제1 베어링(141)으로 지지되고 상기 하우징(110)의 일측이 제2 베어링(142)으로 지지되는 것이었으나, 본 실시예는 도 14에서와 같이 상기 터빈축(130)이 상기 하우징(110)을 관통하여 그 터빈축(130)의 양측이 각각 제1 베어링(141)과 제2 베어링(142)에 지지되는 것이다.
이 경우, 상기 터빈축(130)의 일측은 상기 하우징의 배출부(114) 외곽에서 제1 베어링(141)으로 지지될 수도 있고 경우에 따라서는 상기 하우징(110)의 배출부(114)와의 사이에서 제1 베어링(141)으로 지지될 수도 있다. 여기서, 상기 제1 베어링(141)이 배출부(114)의 외곽에 배치될 경우에는 상기 배출부(114)가 원통모양으로 형성되나, 상기 제1 베어링(141)이 배출부(114)와의 사이에 배치될 경우에는 스팀이 원활하게 배출될 수 있도록 상기 배출부(114)에 방사상으로 복수 개의 리브(114a)가 형성될 수 있다. 그리고 상기 터빈축(130)의 타측은 상기 하우징(110)의 유입부(111) 외곽에서 제2 베어링(142)으로 지지될 수도 있고 경우에 따라서는 상기 하우징(110)의 유입부(111)와의 사이에서 제2 베어링(142)으로 지지될 수도 있다. 여기서, 상기 제2 베어링(142)이 유입부(111)의 외곽에 배치될 경우에는 상기 유입부(111)가 원통모양으로 형성되나, 상기 제2 베어링(142)이 유입부(111)와의 사이에 배치될 경우에는 스팀이 상기 제1 분사회전부(120A)로 원활하게 유입될 수 있도록 상기 유입부(111)에 방사상으로 리브(111a)가 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 실시예에 따른 다른 구성과 작용 효과는 전술한 제1 실시예와 거의 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예의 스팀터빈은 도 14에서와 같이 상기 하우징(110)과 분사회전부(120A)(120B)(120C)들이 서로 미끄럼 접촉되도록 구성할 수 있어 상기 하우징(110)은 회전하지 않고 상기 분사회전부들(120A)(120B)(120C)과 터빈축(130)만 회전할 수 있어 외부 장치로 보다 많은 동력을 전달할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다.
[제3 실시예]
전술한 제1 실시예와 제2 실시예에서는 상기 터빈축(130)이 하우징(110)을 관통하여 베어링으로 지지되는 것이었으나, 본 실시예는 도 15에서와 같이 상기 터빈축(130)의 일측이 상기 하우징(110)의 내부에서 상기 분사회전부들(120A)(120B)(120C)에 결합되고 다른 한 쪽만 제1 베어링(141)으로 회전 가능하게 지지되는 것이다. 이 경우, 상기 하우징(110)의 타측에는 유입부(111)가 돌출 형성되어 그 유입부(111)가 제2 베어링(142)으로 회전 가능하게 지지된다.
상기와 같은 본 실시예에 따른 다른 구성과 작용 효과는 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예와 거의 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예의 스팀터빈은 도 15에서와 같이 상기 터빈축(130)이 제3 분사회전부(120C)에만 용접 결합되므로 다른 분사회전부와도 용접 결합하는 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에 비해 조립공수를 줄일 수 있어 그만큼 제조비용을 절감할 수 있다.
[제4 실시예]
전술한 제1 내지 제3 실시예에서는 상기 터빈축(130)이 하우징(110)과 별개로 구비되어 관통 결합되는 것이나, 본 실시예는 도 16에서와 같이 상기 하우징(110)과 터빈축(130)이 일체로 형성되는 것이다. 예컨대, 상기 하우징(110)의 유입부(111)와 배출부(114)를 길게 형성하여 그 중 상기 배출부(114)를 외부 장치에 결합하여 상기 분사회전부들(120A)(120B)(120C)에서 발생되는 추진력을 상기 하우징(110)을 통해 상기 외부 장치로 전달하게 된다. 즉, 상기 하우징(110)이 터빈축(130)의 역할을 함께 하게 되는 것이다.
본 실시예에 따른 다른 구성과 작용 효과는 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예와 거의 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예의 스팀터빈은 도 16에서와 같이 별도의 터빈축이 필요하지 않아 상기 제1 내지 제3 실시예에 비해 그만큼 재료비용과 조립공수를 줄일 수 있어 제조비용을 더욱 절감할 수 있다.
[제5 실시예]
전술한 제1 내지 제4 실시예에서는 상기 분사회전부들이 한 개의 하우징에 방사상으로 겹치도록 배치되는 것이나, 본 실시예는 복수 개씩의 하우징들과 분사회전부들이 축방향으로 간격을 두고 배치되는 것이다.
예컨대, 본 실시예의 스팀터빈은 도 17 및 도 18에서와 같이, 축방향으로 일정 간격만큼 이격되도록 복수 개의 하우징들(편의상, 전류측에서 후류측으로 제1,제2,제3 하우징)(210)(220)(230)이 배치되고, 상기 각 하우징(210)(220)(230)들의 각 분사실들(212)(222)(232)에 상기 분사회전부들(240)(250)(260)이 일정 간격만큼 서로 이격되도록 배치되어 제1 내지 제3 베어링(271)(272)(273)으로 회전 가능하게 지지된다. 그리고 상기 복수 개의 분사회전부들(240)(250)(260)은 그 중심을 관통하는 한 개의 터빈축(280)으로 용접 결합되고, 상기 터빈축(280)의 일측은 상기 제3 하우징(230)의 외곽에서 제4 베어링(274)으로 회전 가능하게 지지되거나 도 17 및 도 18에서와 같이 상기 제3 하우징(230)과의 사이에서 제4 베어링(274)으로 회전 가능하게 지지된다.
여기서, 상기 제1 내지 제3 하우징들(210)(220)(230)은 그 각 분사실들(212)(222)(232)의 일측에 내주면이 후류측 분사회전부들(250)(260)의 챔버들(251)(261)과 후술할 배출부(234)쪽으로 경사진 안내부들(213)(223)(233)이 형성된다. 이 안내부들(213)(223)(233)은 각 분사실(212)(222)(232)들로 분사되는 스팀이 후류측 분사회전부들(250)(260)의 챔버들(251)(261) 또는 외부로 원활하게 안내될 수 있도록 한다. 그리고 상기 제1 내지 제3 하우징들(210)(220)(230)의 내벽면은 평활관 모양으로 형성될 수도 있으나, 상기 각 분사회전부(240)(250)(260)에서 분사되는 스팀의 이동을 원활하게 하도록 상기 분사회전부들(240)(250)(260)의 회전방향에 대해 순방향으로 그루브(215)(225)235) 또는 블레이드(216)(226)(236)로 된 스팀안내부가 형성될 수도 있다.
상기 제1 내지 제3 분사회전부들(240)(250)(260)의 각 챔버들(241)(251)(261)은 서로 동일한 부피로 형성될 수도 있고 서로 다른 부피로 형성될 수도 있으나, 각 챔버들(241)(251)(261)의 부피는 그 각 챔버들(241)(251)(261)에 구비된 분사유로들(242)(252)(262)의 전체 단면적 비율에 따라 정해질 수 있다. 예컨대, 도 18에서와 같이 상기 각 챔버들(241)(251)(261)의 부피가 동일한 경우 상기 각 분사유로들(242)(252)(262)의 전체 단면적은 전류측에서 후류측, 즉 제1 분사회전부(240)에서 제3 분사회전부(260)로 갈수록 단계적으로 넓게 형성되는 것이 스팀의 압력을 단계적으로 낮출 수 있어 바람직할 수 있다.
그리고 상기 각 분사회전부들(240)(250)(260)의 전체 분사유로 단면적은 각 분사유로들의 단면적을 상이하게 하여 조절할 수도 있으나, 상기 분사유로들의 개수를 상이하게 하여 조절할 수도 있다. 예컨대, 도 17 및 도 18에서는 제1 분사회전부(240)에서 제3 분사회전부(260)로 갈수록 각 분사유로들(242)(252)(262)의 개수가 증가되는 것을 도시하고 있다.
상기와 같은 본 실시예에 따른 다른 구성과 작용 효과는 전술한 제1 내지 제4 실시예와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
이렇게 하여, 본 발명에 의한 반작용식 스팀터빈은, 상기 보일러에서 전달되는 스팀이 각 분사회전부에서 분사유로를 통해 분사되면서 그 반동력으로 추진력을 얻는 것이므로 상기 보일러에서 전달되는 스팀속에 응축수가 섞여있더라도 그 응축수에 의해 스팀터빈의 부품이 파손될 우려가 없다. 이로 인해 상기 스팀터빈의 안정성이 크게 향상될 뿐만 아니라 상기 스팀터빈의 파손에 대한 우려가 없어 상대적으로 저렴한 재질을 이용할 수 있고 조립공정을 간소화할 수 있어 제조비용이 현저하게 절감되는 효과가 있다. 예컨대, 종래의 임펠라식 터빈은 수백 내지 수천 개에 이르는 임펠라의 정밀한 설계와 제작 그리고 복잡한 조립이 필요하여 많은 고급 인력과 정밀도가 요구되는데 비해 본 발명은 임펠라 등의 부품 설계나 제작 조립에 요구되는 정밀도가 월등히 낮으면서도 고효율 터빈을 얻을 수 있어 현재의 임펠라식 터빈에 비해 상당히 낮은 가격으로 제작할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 스팀터빈은 그 안정성을 위한 복수 개의 분사회전부가 방사상으로 배치됨에 따라 전체 스팀터빈의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 스팀터빈의 분사회전부 사이에서의 스팀에 대한 유동저항이 발생되지 않아 스팀터빈의 효율 또는 보일러의 상대적 효율이 크게 향상될 수 있다. 이는 상기 분사회전부가 축방향으로 배치되는 경우에도 그 하우징에 경사진 안내부가 형성됨에 따라 스팀의 유동저항을 줄일 수 있어 스팀터빈의 효율과 보일러의 상대적 효율을 높일 수 있다.
또, 본 발명의 스팀터빈은 뉴턴의 운동의 제3 법칙인 작용과 반작용을 이용한 것으로 임펠라식 터빈(또는, 운동량 전달식 터빈)의 경우와 같이 터빈내에서 추진력을 발생시키기 위해 소모되는 에너지를 줄일 수 있어 고효율의 스팀터빈을 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 스팀터빈은, 보일러에서 나오는 스팀의 압력이 일정하고 분사회전부에서 분사되는 스팀의 속도가 그 분사회전부의 회전에 의한 원주 속도와 같다고 할 때, 스팀은 분사회전부에 대해 정지해 있고 분사회전부만 스팀의 분사 속도와 같은 속도를 가지고 접선의 반대 방향으로 움직이게 되어 스팀이 가졌던 전체 운동량 또는 전체 운동에너지의 이론적 에너지 전달 효율은 100%가 된다. 따라서 본 발명의 스팀터빈은 어떤 임펠라식 터빈에서 이론상으로도 도달할 수 없는 높은 효율을 얻을 수 있다.
본 발명에 의한 반작용식 터빈은, 앞서 설명한 스팀터빈은 물론 가스터빈이나 압축공기 등을 이용한 엔진에도 동일하게 적용할 수 있다.

Claims (32)

  1. 적어도 한 개 이상의 분사실이 구비되는 하우징;
    상기 하우징에 설치되어 유체를 원주방향으로 분사하면서 그 유체의 분사에 대한 반작용으로 회전을 하는 적어도 한 개 이상의 분사회전부; 및
    상기 하우징에 대해 회전 가능하게 결합되거나 또는 상기 하우징과 함께 회전하도록 결합되어 상기 분사회전부와 함께 회전하면서 그 회전력을 다른 장치로 전달하는 터빈축;을 포함한 반작용식 터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사회전부가 적어도 2개 이상의 복수 개가 구비되고, 그 복수 개의 분사회전부들이 내측에서 외측으로 소정 간격을 두고 배치되는 반작용식 터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분사회전부들의 사이에는 그 분사회전부들의 사이를 부분적으로 차단하여 유체가 내측 분사회전부에서 외측 분사회전부로 안내되도록 하는 유동차단부가 형성되는 반작용식 터빈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 유체의 유동방향을 기준으로 후류측으로 갈수록 직경이 좁아지도록 경사면이 형성되는 반작용식 터빈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 터빈축은 그 양단이 상기 하우징을 관통하여 그 하우징을 중심으로 적어도 어느 한 쪽이 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터빈축의 양단 중에서 한 쪽이 베어링 지지되고, 상기 하우징을 사이에 두고 상기 분사회전부들의 한 쪽이 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 터빈축은 그 양단이 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 터빈축의 양단 중에서 적어도 한 쪽은 상기 하우징과의 사이에 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 터빈축은 그 일측은 상기 하우징을 관통하여 베어링 지지되는 반면 그 타측은 상기 분사회전부들에 결합되어 지지되는 반작용식 터빈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 일측 또는 상기 분사회전부들의 타측이 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 터빈축과 하우징이 일체로 형성되는 반작용식 터빈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 터빈축과 일체로 형성되는 하우징의 양측이 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 분사회전부들은 내부공간을 가지는 챔버와, 상기 챔버에 원주방향으로 형성되어 그 내부공간에서 외부로 유체를 분사하는 적어도 한 개 이상씩의 분사유로들을 포함하고,
    상기 각 분사회전부들의 분사유로들의 전체 단면적은 내측 챔버보다 외측 챔버가 더 넓게 형성되는 반작용식 터빈.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 분사회전부들은 내부공간을 가지는 챔버와, 상기 챔버에 원주방향으로 형성되어 그 내부에서 외부로 유체를 분사하는 적어도 한 개 이상씩의 분사유로들을 포함하고,
    상기 각 분사회전부들의 분사유로들의 전체 개수는 내측 챔버보다 외측 챔버가 더 많게 형성되는 반작용식 터빈.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버들의 벽을 원주방향으로 경사지게 관통하는 구멍 형상으로 형성되는 반작용식 터빈.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버들의 벽에 관통하도록 구멍이 형성되고, 그 구멍의 출구에 관이 연통되어 이루어지는 반작용식 터빈.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버의 축방향을 따라 길게 형성되는 반작용식 터빈.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버의 축방향을 따라 복수 개가 형성되는 반작용식 터빈.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 분사회전부들은 적어도 2개 이상 구비되어 축방향을 따라 간격을 두고 형성되며, 상기 분사회전부들을 감싸는 복수 개의 하우징이 축방향을 따라 간격을 두고 형성되는 반작용식 터빈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수 개의 분사회전부들은 각각의 중심이 동일 축선 상에 위치하는 반작용식 터빈.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 각 하우징은 유체의 유동방향을 기준으로 후류측으로 갈수록 직경이 좁아지도록 경사면이 형성되는 반작용식 터빈.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 터빈축은 그 양단이 상기 각 하우징을 관통하여 그 각각의 하우징을 중심으로 적어도 어느 한 쪽이 상기 각 하우징에 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 터빈축은 각각의 분사회전부들에 결합되고, 상기 분사회전부들 중에서 적어도 한 개는 상기 각 하우징에 베어링 지지되는 반작용식 터빈.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 분사회전부들은 각 하우징의 분사실과 연통되도록 내부공간이 형성되는 챔버와, 상기 챔버에 원주방향으로 형성되어 그 챔버의 내부공간에서 상기 하우징의 분사실로 유체를 분사하는 적어도 한 개 이상씩의 분사유로들을 포함하고,
    상기 분사유로들의 전체 단면적은 전류측 챔버보다 후류측 챔버가 더 넓게 형성되는 반작용식 터빈.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 분사회전부들은 각 하우징의 분사실과 연통되도록 내부공간이 각각 형성되는 챔버와, 상기 챔버에 원주방향으로 형성되어 그 내부공간에서 상기 하우징의 분사실로 유체를 분사하는 적어도 한 개 이상씩의 분사유로를 포함하고,
    상기 분사유로들의 전체 개수는 전류측 챔버보다 후류측 챔버가 더 많게 형성되는 반작용식 터빈.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버의 벽을 원주방향으로 경사지게 관통하는 구멍 형상으로 형성되는 반작용식 터빈.
  27. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버의 벽에 관통하도록 구멍이 각각 형성되고, 그 각 구멍의 출구에 관이 각각 연통되어 이루어지는 반작용식 터빈.
  28. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버의 축방향을 따라 길게 형성되는 반작용식 터빈.
  29. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 분사유로들은 상기 각 챔버의 축방향을 따라 복수 개가 형성되는 반작용식 터빈.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 분사실의 내주면은 평활관모양으로 형성되는 반작용식 터빈.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 분사실의 내주면에는 유체의 이동을 안내하는 유동안내부가 형성되는 반작용식 터빈.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 유동안내부는 상기 분사회전부의 회전방향에 순방향으로 그루브가 형성되거나 또는 블레이드가 장착되어 이루어지는 반작용식 터빈.
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