WO2016104915A1 - 축력 특성이 개선된 스팀 터빈 - Google Patents

축력 특성이 개선된 스팀 터빈 Download PDF

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turbine shaft
steam turbine
turbine
working fluid
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이재준
이상훈
오성근
이상명
임주창
김기태
장영일
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포스코에너지 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine, and more particularly, to a steam turbine capable of reducing a load of a bearing element supporting a turbine shaft which transmits rotational driving force of a plurality of nozzle rotating bodies connected in multiple stages.
  • FIG. 1 is a block diagram of a steam turbine according to the prior art.
  • the first turbine 1 and the second turbine 2 are configured in two stages so that the torque acting on each turbine is equal to each other so that the turbine shaft 3 is provided.
  • the load acting on the bearing is reduced by canceling the axial load acting on the bearing 4 supporting the bearing.
  • Patent Publication No. 10-2012-47709 (published date: May 14, 2012), Patent Publication No. 10-2013-42250 (published date: April 26, 2013) and Patent No. 10-1229575 (registration date) (January 29, 2013) shows a reaction turbine system.
  • FIG. 1 is a block diagram of a part of a reaction steam turbine according to the prior art.
  • the steam turbine rotatably supports the rotor 20 and the rotor 20 having a plurality of nozzle rotors 21 in which the working fluid is injected in a tangential direction together with the turbine shaft 10. And a housing 30 which provides a flow path of the working fluid to rotationally drive the rotor 20 by the working fluid.
  • the rotor 20 is composed of a plurality of nozzle rotors 21 are spaced apart from each other along the turbine shaft 10, each nozzle rotor 21 is composed of a pair of disks and operate in one axial direction The inflow hole into which the fluid flows and a plurality of nozzle holes so that the injection of the working fluid in the tangential direction along the exhaust flow path formed in the pair of disks.
  • the housing 30 has a substantially cylindrical body portion 31, an inlet portion 32 provided on one side of the body portion 31 to allow the working fluid to flow therein, and an inlet portion 32 on the other side thereof to exhaust the working fluid.
  • Exhaust portion 33 provided in the body portion 31 to be made, and the inner wall of the body portion 31 has a partition portion 34 which is located between each nozzle rotating body (21).
  • the housing 30 is provided with a bearing 35 for pivotally supporting the turbine shaft 10.
  • FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a steam turbine according to the related art, in which a working fluid (steam) introduced to the right flows into the center of each nozzle rotating body 21 and is formed in a tangential direction of the outer circumferential surface of the nozzle rotating body 21. After the discharge through the ball flows into the nozzle rotating body of the next stage to rotate the nozzle rotating body 21 of each stage.
  • a working fluid steam
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a main part of a steam turbine according to the related art, in which an axial force is acted upon by a flow of a working fluid formed along the axial direction of the turbine shaft 10 in each nozzle rotating body 21, and thus, overall view.
  • the axial force F3 acts on the bearing 35 in the left direction of the image and the reaction force F4 acts on the bearing 35 to support it.
  • the steam turbine of the prior art shortens the life of the bearing by the axial force acting by the axial working fluid flow structure, and a special bearing (tiling pad bearing, etc.) capable of supporting the axial load is provided. It is a factor which raises a turbine manufacturing cost.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art, to provide a steam turbine that can reduce the load on the bearing element that supports the turbine shaft to transmit the rotational driving force of the plurality of nozzle rotors connected in multiple stages. .
  • the housing A turbine shaft rotatably supported by the bearing 121 in the housing; And a plurality of disk-shaped nozzle rotors which are integrally coupled with the turbine shaft and formed with at least one nozzle hole therein so as to rotate while the working fluid is injected, and stacked along the axial direction of the turbine shaft.
  • the ball has an inclination in the axial direction c of the turbine shaft with respect to the normal direction n of the outer circumferential surface of the nozzle rotating body.
  • the nozzle hole is characterized in that a plurality of rotational symmetry is provided with respect to the rotation axis of the nozzle rotating body.
  • the nozzle hole is characterized in that it has a slope in the flow direction of the working fluid.
  • the inclination angles of the nozzle holes of the nozzle rotating bodies are different from each other.
  • the steam turbine according to the present invention is provided so that the nozzle holes of a plurality of nozzle rotating bodies having a plurality of stages have a predetermined inclination, and thus the shafts of the total axial reaction force generated by the steam discharged from the nozzle holes and the partial output discharged from the nozzle holes.
  • the force of the directions cancel each other to reduce the axial load of the turbine shaft, thereby minimizing vibration / fatigue problems caused by stress generation, and reducing the bearing life.
  • FIG. 1 is a block diagram of a steam turbine according to the prior art
  • FIG. 2 is a configuration diagram in which a part of a steam turbine is cut according to another conventional technology
  • FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a conventional steam turbine
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a steam turbine according to the present invention.
  • first and / or second in the present invention may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms.
  • the above terms are for the purpose of distinguishing one component from other components only, for example, within the scope not departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first component may be called a second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a steam turbine according to the present invention, and for the sake of understanding, the working fluid is introduced from the right side and is exhausted to the left side after passing through each nozzle rotor, and n is the outer peripheral surface of the nozzle rotor.
  • the normal direction is shown, and t represents the tangential direction to the axial direction (c) of a turbine shaft in the outer peripheral surface of a nozzle rotating body.
  • the steam turbine of the present invention includes a housing 110; A turbine shaft 120 rotatably supported by the bearing 121 in the housing 110; A plurality of disk-shaped nozzles are integrally coupled with the turbine shaft 120, and at least one nozzle hole 131 is formed therein to be rotated while the working fluid is sprayed and stacked along the axial direction of the turbine shaft 120.
  • Rotor 130; and the nozzle hole 131 is characterized by having an inclination in the axial direction (c) of the turbine shaft 120 with respect to the outer peripheral surface normal direction n of the nozzle rotation body (130). .
  • the housing 110 includes a body portion 111 constituting the exterior of the turbine, and a partition portion 112 which is integrally extended inward from the body portion 111 to partition each nozzle rotation body 130.
  • the working fluid discharged from each nozzle rotating body 130 induces a flow of the working fluid along the partition wall 112 toward the center of the nozzle rotating body of the next stage.
  • the nozzle rotating body 130 has a nozzle hole 131 is formed on the outer peripheral surface, wherein the nozzle hole 131 is constant in the axial direction (c) of the turbine shaft 120 with respect to the outer peripheral surface normal direction (n) It has an inclination of angle ⁇ (0 ⁇ ⁇ 90 °).
  • the inclination direction of the nozzle hole 131 is inclined in the flow direction of the working fluid.
  • the working fluid As the working fluid is discharged from the nozzle hole 131 having the inclination as described above, a predetermined power output f1 is generated.
  • the ejected working fluid has a reaction force f2 acted by the power output f1 in the housing. do.
  • the tangential component f2_t of the reaction force f2 acts in a direction opposite to the axial force caused by the flow of the working fluid to cancel the axial force caused by the working fluid.
  • the total force due to the tangential component f2_t by the nozzle hole 131 having the inclination can be expressed by the following equation.
  • the turbine shaft 120 by making the total axial reaction force F6 generated by the steam discharged from the inclined nozzle hole equal to the axial force F5 of the partial output f1 discharged from the nozzle hole. It is possible to reduce the axial load of the shaft to minimize vibration / fatigue problems caused by stress generation and to prevent bearing life from being reduced.
  • the normal direction component f2_n of the split output f1 discharged from the nozzle hole may be offset by providing a plurality of nozzle holes of the nozzle rotating body 130 with respect to the rotation axis.
  • the two nozzle holes are disposed on the outer circumferential surface of the nozzle rotating body 130 with 180 ° angles to each other, and thus the normal components f2_n of the split power f1 extracted from the nozzle holes may be canceled with each other.
  • the split power f1 of each nozzle rotating body is described as being the same, but the split power of the working fluid of the nozzle rotating body of each stage is substantially different, and reflects this.
  • the inclination angle of the nozzle hole of the nozzle rotating body By optimizing the inclination angle of the nozzle hole of the nozzle rotating body, the inclination angle of the nozzle hole in each nozzle rotating body may be different.
  • the nozzle rotator adjacent to the inlet of the working fluid has a greater axial axial force of the working fluid than the nozzle rotator adjacent to the exhaust, so that the nozzle rotator adjacent to the inlet is
  • the angle of inclination may be made larger.

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Abstract

본 발명은 다단으로 연결되는 복수의 노즐회전체의 회전 구동력을 전달하게 되는 터빈축을 지지하게 되는 베어링요소의 부하를 저감할 수 있는 스팀 터빈에 관한 것으로, 하우징(110)과; 상기 하우징 내에서 베어링(121)에 의해 회동 가능하게 지지되는 터빈축(120)과; 상기 터빈축(120)과 일체로 결합되어, 작동유체가 분사되면서 회전하도록 적어도 한 개 이상의 노즐공(131)이 내부에 형성되고 상기 터빈축(120)의 축방향을 따라서 적층되는 복수 개의 디스크 형상의 노즐회전체(130);를 포함하며, 상기 노즐공(131)은 상기 노즐회전체(130)의 외주면 법선 방향(n)에 대해 터빈축(120)의 축 방향(c)으로 경사(θ)를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

축력 특성이 개선된 스팀 터빈
본 발명은 스팀 터빈에 관한 것으로, 다단으로 연결되는 복수의 노즐회전체의 회전 구동력을 전달하게 되는 터빈축을 지지하게 되는 베어링요소의 부하를 저감할 수 있는 스팀 터빈에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 스팀 터빈의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 종래기술로써 스팀 터빈 시스템은 제1터빈(1)과 제2터빈(2)이 2 스테이지(stage)로 구성되어 각 터빈에서 작용하는 토크가 서로 같게 하여 터빈축(3)을 지지하게 되는 베어링(4)에 작용하는 축방향 하중을 상쇄시킴으로써 베어링에 작용하는 하중을 저감하고 있다.
그러나 이러한 종래기술의 스팀 터빈 시스템은 터빈을 2 스테이지로 구성함에 따른 비용 상승이 발생되며, 전체적인 터빈 사이즈가 커지는 단점이 있다.
다른 종래기술로써 스팀 분사에 의한 반작용을 이용한 스팀 터빈이 다수 제안되어 있으며, 이러한 스팀 터빈은 배출되는 스팀 에너지의 반작용에 의해 회전 에너지를 얻게 되어 구조가 간단하면서도 높은 열효율을 얻을 수 있어서 중소 용량의 원동기로 적합하다.
예를 들어, 공개특허 제10-2012-47709호(공개일자: 2012.05.14), 공개특허 제10-2013-42250호(공개일자: 2013.04.26) 및 등록특허 제10-1229575호(등록일자: 2013.01.29)에서는 반작용식 터빈장치를 보여주고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 반작용식 스팀 터빈의 일부를 절개한 구성도이다.
도 1을 참고하면, 스팀 터빈은 터빈축(10)과 함께 접선방향으로 작동유체의 분사가 이루어지는 다수의 노즐회전체(21)를 갖는 로터(20)와, 로터(20)를 회동 가능하게 지지하고 작동유체에 의해 로터(20)를 회전 구동하도록 작동유체의 유로를 제공하게 되는 하우징(30)으로 구성된다.
로터(20)는 다수의 노즐회전체(21)가 터빈축(10)을 따라서 서로 이격되어 다단으로 구성되며, 각각의 노즐회전체(21)는 한 쌍의 디스크로 구성되고 일측 축방향에 작동유체가 유입되는 유입공과, 한 쌍의 디스크 내부에 형성된 배기유로를 따라서 접선방향으로 작동유체의 분사가 이루어지도록 다수의 노즐공을 갖는다.
하우징(30)은 대략 원통 형상의 몸체부(31)와, 작동유체가 유입되도록 몸체부(31) 일측에 마련되는 유입부(32)와, 유입부(32) 타측에 위치하여 작동유체의 배기가 이루어지도록 몸체부(31)에 마련되는 배기부(33)와, 몸체부(31) 내주면에는 각각의 노즐회전체(21) 사이에 위치하게 되는 격벽부(34)를 갖는다.
하우징(30)은 터빈축(10)을 회동 지지하게 되는 베어링(35)이 마련된다.
도 3은 종래기술의 스팀 터빈의 단면 구성도로써, 우측으로 유입된 작동유체(스팀)는 각 노즐회전체(21)의 중앙으로 유입되어 노즐회전체(21)의 외주면의 접선 방향으로 형성된 노즐공을 통해 토출된 후에 다음 단의 노즐회전체로 유입되어 각 단의 노즐회전체(21)를 회전시키게 된다.
도 4는 종래기술의 스팀 터빈의 요부 구성도로써, 각 노즐회전체(21)에서 터빈축(10)의 축방향을 따라서 이루어지는 작동유체의 흐름에 의해 축방향 힘이 작용하게 되며, 따라서 전체적으로 도면 상의 좌측 방향으로 베어링(35)에 축력(F3)이 작용하게 되고 베어링(35)은 이를 지지하도록 반력(F4)이 작용하게 된다.
이와 같이 종래기술의 스팀 터빈은 축방향의 작동유체 흐름 구조에 의해 작용하는 축방향 힘에 의해 베어링의 수명을 단축시키게 되며, 축방향의 하중을 지지할 수 있는 특수한 베어링(tiling pad bearing 등)이 요구되어 터빈 제작비를 상승시키는 요인이 된다.
[선행기술문헌]
1. 공개특허공보 제10-2012-0047709호(공개일자: 2012.05.14)
2. 공개특허공보 제10-2013-0042250호(공개일자: 2013.04.26)
3. 등록특허공보 제10-1229575호(등록일자: 2013.01.29)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다단으로 연결되는 복수의 노즐회전체의 회전 구동력을 전달하게 되는 터빈축을 지지하게 되는 베어링요소의 부하를 저감할 수 있는 스팀 터빈을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스팀 터빈은, 하우징과; 상기 하우징 내에서 베어링(121)에 의해 회동 가능하게 지지되는 터빈축과; 상기 터빈축과 일체로 결합되어, 작동유체가 분사되면서 회전하도록 적어도 한 개 이상의 노즐공이 내부에 형성되고 상기 터빈축의 축방향을 따라서 적층되는 복수 개의 디스크 형상의 노즐회전체;를 포함하며, 상기 노즐공은 상기 노즐회전체의 외주면 법선 방향(n)에 대해 터빈축의 축 방향(c)으로 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 노즐공은 상기 노즐회전체의 회전축에 대해 복수 개가 회전 대칭되도록 마련됨을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 노즐공은 작동유체의 흐름 방향으로 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 각 노즐회전체의 노즐공의 경사각도는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스팀 터빈은, 다단으로 구성된 복수의 노즐회전체의 노즐공이 일정한 경사를 갖도록 마련됨으로써, 노즐공에서 토출되는 스팀에 의해 발생되는 전체 축방향 반력과 노즐공에서 토출된 분출력의 축방향의 합력이 서로 상쇄되도록 하여 터빈축의 축방향 부하를 경감시켜 응력 발생에 의한 진동/피로 문제를 최소화하며, 베어링 수명이 단축되는 것을 경감할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래기술에 따른 스팀 터빈의 구성도,
도 2는 다른 종래기술로써 스팀 터빈의 일부를 절개한 구성도,
도 3은 종래기술의 스팀 터빈의 단면 구성도,
도 4는 종래기술의 스팀 터빈의 요부 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 스팀 터빈이 구성도.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 스팀 터빈의 구성도이며, 이해를 돕기 위하여 작동유체는 우측에서 유입되어 각 노즐회전체를 경유한 후에 좌측으로 배기되는 것으로 설명하며, n은 노즐회전체의 외주면에서의 법선 방향을 나타내며, t는 노즐회전체의 외주면에서의 터빈축의 축 방향(c)으로의 접선 방향을 나타낸다.
도 5에 예시된 것과 같이, 본 발명의 스팀 터빈은, 하우징(110)과; 하우징(110) 내에서 베어링(121)에 의해 회동 가능하게 지지되는 터빈축(120)과; 터빈축(120)과 일체로 결합되어, 작동유체가 분사되면서 회전하도록 적어도 한 개 이상의 노즐공(131)이 내부에 형성되고 터빈축(120)의 축방향을 따라서 적층되는 복수 개의 디스크 형상의 노즐회전체(130);를 포함하며, 노즐공(131)은 노즐회전체(130)의 외주면 법선 방향(n)에 대해 터빈축(120)의 축 방향(c)으로 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.
하우징(110)은 터빈의 외관을 구성하게 되는 몸체부(111)와, 몸체부(111)에서 일체로 내측으로 확장되어 각 노즐회전체(130)를 구획하게 되는 격벽부(112)를 포함하여, 각 노즐회전체(130)에서 토출된 작동유체는 격벽부(112)를 따라서 다음 단의 노즐회전체 중앙으로 작동유체의 흐름을 유도하게 된다.
특히 본 발명에서 노즐회전체(130)는 외주면에 노즐공(131)이 형성되며, 이때 노즐공(131)은 외주면 법선 방향(n)에 대해 터빈축(120)의 축 방향(c)으로 일정한 각도(θ)의 경사(0<θ<90°)를 갖는다.
바람직하게는, 노즐공(131)의 경사 방향은 작동유체의 흐름 방향으로 경사를 갖는다.
이와 같이 경사를 갖는 노즐공(131)에서 작동유체가 토출되면서 소정의 분출력(f1)이 발생되며, 이때 토출된 작동유체는 하우징 내에서 분출력(f1)에 의해 반력(f2)이 작용한게 된다.
한편 반력(f2)의 접선방향 성분(f2_t)은 작동유체의 흐름에 의한 축력과 반대 방향으로 작용하여 작동유체에 의한 축력을 상쇄시키게 된다.
경사를 갖는 노즐공(131)에 의한 접선방향 성분(f2_t)에 의한 전체 힘은 다음의 수학식과 표현될 수 있다.
[수학식]
F6 = 3×f2·sinθ
= -3×f1·sinθ
= -(r1 + r2 + r3)
= -R5
이와 같이, 경사를 갖는 노즐공에서 토출되는 스팀에 의해 발생되는 전체 축방향 반력(F6)은 노즐공에서 토출된 분출력(f1)의 축방향의 합력(F5)과 같게 함으로써 터빈축(120)의 축방향 부하를 경감시켜 응력 발생에 의한 진동/피로 문제를 최소화하며, 베어링 수명이 경감되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 노즐공에서 토출된 분출력(f1)의 법선 방향 성분(f2_n)은 노즐회전체(130)의 노즐공을 회전축에 대해 복수 개가 회전 대칭되도록 마련됨으로써 서로 상쇄될 수 있다.
예를 들어, 노즐회전체(130)의 외주면에 두 개의 노즐공이 서로 180°의 사잇각을 갖고 배치됨으로써 노즐공에서 조출된 분출력(f1)의 법선 방향 성분(f2_n)은 서로 상쇄될 수 있다.
본 실시예에서는 이해를 돕기 위하여 각 노즐회전체의 분출력(f1)이 동일한 것으로 설명하였으나, 실질적으로 각 단의 노즐회전체의 작동유체의 분출력은 차이가 발생되며, 이를 반영하여 각 단의 노즐회전체의 노즐공의 경사 각도를 최적화하여 각 노즐회전체에서의 노즐공 경사각도는 서로 다를 수가 있다.
예를 들어, 작동유체의 유입부와 인접한 노즐회전체는 배기부와 인접한 노즐회전체와 비교하여 상대적으로 작동유체의 축방향 축력이 크게 발생되며, 따라서 유입부와 인접한 노즐회전체는 노즐공의 경사각이 더 크게 제작될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
[부호의 설명]
110 : 하우징 120 : 터빈축
121 : 베어링 130 : 노즐회전체
131 : 노즐공

Claims (4)

  1. 하우징과;
    상기 하우징 내에서 베어링에 의해 회동 가능하게 지지되는 터빈축과;
    상기 터빈축과 일체로 결합되어, 작동유체가 분사되면서 회전하도록 적어도 한 개 이상의 노즐공이 내부에 형성되고 상기 터빈축의 축방향을 따라서 적층되는 복수 개의 디스크 형상의 노즐회전체;를 포함하며,
    상기 노즐공은 상기 노즐회전체의 외주면 법선 방향(n)에 대해 터빈축의 축 방향(c)으로 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 스팀 터빈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노즐공은 상기 노즐회전체의 회전축에 대해 복수 개가 회전 대칭되도록 마련됨을 특징으로 하는 스팀 터빈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노즐공은 작동유체의 흐름 방향으로 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 스팀 터빈.
  4. 제1항에 있어서, 각 노즐회전체의 노즐공의 경사각도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 스팀 터빈.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112627913B (zh) * 2020-12-01 2022-08-19 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 径流透平轴向力自适应调控系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354800B1 (en) * 2000-03-31 2002-03-12 Lance G. Hays Dual pressure Euler turbine
WO2005066461A1 (en) * 2004-01-09 2005-07-21 Joseph Augustus Powell Steam driven engine
KR20090037201A (ko) * 2007-10-11 2009-04-15 김기태 반작용식 터빈
KR100988582B1 (ko) * 2008-01-07 2010-10-18 더블유비엠과학기술 주식회사 스팀 터빈
KR20120047709A (ko) * 2010-11-04 2012-05-14 주식회사 에이치케이터빈 반작용식 터빈

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3758223A (en) * 1971-09-30 1973-09-11 M Eskeli Reaction rotor turbine
US3879949A (en) * 1972-11-29 1975-04-29 Biphase Engines Inc Two-phase engine
US4258551A (en) * 1979-03-05 1981-03-31 Biphase Energy Systems Multi-stage, wet steam turbine
US4441322A (en) * 1979-03-05 1984-04-10 Transamerica Delaval Inc. Multi-stage, wet steam turbine
NL1022803C2 (nl) * 2003-02-28 2004-08-31 Micro Turbine Technology B V Micro reactie turbine met geïntegreerde verbrandingskamer en rotor.
US9523277B2 (en) * 2004-12-07 2016-12-20 ReCoGen, LLC Turbine engine
JP5592933B2 (ja) * 2009-03-18 2014-09-17 エイチケー タービン カンパニー,リミテッド 反作用式タービン
DE102010012583A1 (de) * 2010-03-23 2011-09-29 Alstom Technology Ltd. Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine mit einem Impulsrotor sowie Dampfturbine zur Durchführung des Verfahrens
KR101184877B1 (ko) * 2011-04-05 2012-09-26 최혁선 축류형 터빈의 개량구조
CN103857879B (zh) * 2011-10-04 2016-08-24 磪焃善 轴流式涡轮机
KR101229575B1 (ko) 2011-10-05 2013-02-05 주식회사 에이치케이터빈 반작용식 터빈장치 및 이의 제조방법
KR101392495B1 (ko) 2011-10-18 2014-05-12 주식회사 에이치케이터빈 반작용식 터빈장치
US9617855B2 (en) * 2011-10-18 2017-04-11 Hk Turbine Co., Ltd. Reaction-type turbine
KR101418345B1 (ko) * 2013-09-27 2014-07-10 최혁선 축류형 다단 터빈의 구조

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354800B1 (en) * 2000-03-31 2002-03-12 Lance G. Hays Dual pressure Euler turbine
WO2005066461A1 (en) * 2004-01-09 2005-07-21 Joseph Augustus Powell Steam driven engine
KR20090037201A (ko) * 2007-10-11 2009-04-15 김기태 반작용식 터빈
KR100988582B1 (ko) * 2008-01-07 2010-10-18 더블유비엠과학기술 주식회사 스팀 터빈
KR20120047709A (ko) * 2010-11-04 2012-05-14 주식회사 에이치케이터빈 반작용식 터빈

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3241986A4 *

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