KR101303342B1 - 반작용식 터빈장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전부들의 무게가 감소될 수 있게 한 반작용식 터빈장치가 개시된다. 이를 위한, 반작용식 터빈장치는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기회전축을 회전시키는 적어도 하나의 회전부들과, 상기 회전부를 수용하도록 형성된 챔버부를 포함하며, 상기 회전부는 특정 강도를 갖는 제1 소재로 이루어져서 상기 회전축에 결합된 제1 몸체부와, 상기 제1 소재와 다른 제2 소재로 이루어져서 상기 제1 몸체부의 일측에 결합된 제2 몸체부와, 제3 소재로 이루어져서 상기 제2 몸체부의 일측에 결합되어 작동유체를 외부로 분사시키도록 형성된 노즐을 포함한다.

Description

반작용식 터빈장치{Reaction type turbine}

본 발명은 반작용식 터빈장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스팀이나 가스 또는 압축공기를 이용하여 회전력을 발생시키는 반작용식 터빈장치에 관한 것이다.

스팀터빈은 스팀이 가진 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기 방식의 하나이다. 스팀터빈은 진동이 적고, 능률이 좋으며, 고속이면서 큰 마력을 얻을 수 있기 때문에 화력발전이나 선박의 주기관으로 널리 사용되고 있다.

한국등록특허 10-1052253 (공개일 2009.04.15)에는 반작용식 터빈이 기술되어 있다. 반작용식 터빈은 종래의 일반적인 터빈과 다르게 분사회전부들로부터 작동유체가 외부로 분사되고, 이에 대한 반발력으로 터빈축이 회전하게 된다. 한국등록특허 10-1052253의 도 17에 도시된 바와 같이 복수개의 분사회전부들(120A, 120B, 120C)이 터빈축(130)에 순차적으로 결합되어 있다. 그리고, 분사실은 각각의 분사회전부들을 감싸도록 배치된다.

한편, 분사회전부들의 자중에 의해 초기 기동시 토크가 크고, 터빈축에 다량의 하중이 발생되므로 이러한 하중을 지지하기 위해서는 터빈축 직경이 두꺼워져야 한다. 그러나, 터빈축 직경이 두꺼워 지게 되는 경우, 베어링의 선속도가 증가하게 되고, 베어링에 작용하는 하중이 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 회전부들의 무게가 감소될 수 있게 한 반작용식 터빈장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반작용식 터빈장치는, 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기회전축을 회전시키는 적어도 하나의 회전부들과, 상기 회전부를 수용하도록 형성된 챔버부를 포함하며, 상기 회전부는 특정 강도를 갖는 제1 소재로 이루어져서 상기 회전축에 결합된 제1 몸체부와, 상기 제1 소재와 다른 제2 소재로 이루어져서 상기 제1 몸체부의 일측에 결합된 제2 몸체부와, 제3 소재로 이루어져서 상기 제2 몸체부의 일측에 결합되어 작동유체를 외부로 분사시키도록 형성된 노즐을 포함한다.

본 발명에 따른 반작용식 터빈장치는 종래의 반작용식 터빈장치보다 회전부의 자중이 감소될 수 있으므로, 회전축의 직경을 증가시키지 않아도 됨으로써, 베어링의 신뢰성이 증가할 수 있다. 그리고, 회전축의 직경이 증가되지 않게 되면서 회전부의 직경도 증가될 필요가 없으므로, 씰링부재와 회전부의 접촉면적도 증가되지 않게 되어 씰링부재와 회전부가 접촉되는 부분을 통하여 작동유체가 누설되는 것을 방지함으로써 동작 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 반작용식 터빈장치 전체의 중량을 감소시킴으로써, 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있게 한다.

도 1은, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치를 도시한 단면도.
도 2는, 도 1에 도시된 반작용식 터빈장치에서 회전부를 발췌하여 도시한 도면.
도 3은, 도 2에 도시된 반작용식 터빈장치에서 A-A라인을 따라 취한 제1몸체부의 단면도.
도 4는, 도 2에 도시된 반작용식 터빈장치에서 A-A라인을 따라 취한 제2몸체부의 단면도.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치(100)는 회전축(110)과, 회전부(120)와, 챔버부(130)를 포함한다.

회전축(110)은 특정 길이로 형성된다. 반작용식 터빈장치(100)가 발전기에 적용되는 경우, 회전축(110)에는 발전기에 포함된 전자석이 결합되어 전기를 생산할 수 있다. 또한, 반작용식 터빈장치(100)가 동력장치에 적용되는 경우, 회전축(110)에 벨트 또는 기어를 결합시키는 것도 가능하다.

회전부(120)들은 상기 회전축(110)에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기 회전축(110)을 회전시킨다. 회전부(120)의 형상의 일예로 원판형상으로 이루어질 수 있으며, 작동유체가 유입될 수 있도록 회전부(120)에서 회전축(110)에 인접한 부분의 적어도 일부를 관통하는 관통부(121a)가 형성될 수 있다.

챔버부(130)는 상기 회전축(110)에 결합된다. 챔버부(130)는 상기 회전부(120)를 수용하도록 형성된다. 챔버부(130)의 내부에는 복수개의 단위공간들이 형성된다. 하나의 단위공간에는 하나의 회전부(120)가 수용될 수 있다. 챔버부(130)의 단위공간들은 격벽(133)들에 의해 형성될 수 있다. 격벽(133)들은 챔버부(130) 내부에 일정간격을 이루어 배치된다. 그리고, 격벽(133)의 자유단과 회전부(120)가 인접한 공간에는 씰링부재(140)가 배치될 수 있다. 씰링부재(140)는 작동유체가 유실되지 않고 회전부(120)로 안정적으로 유입될 수 있게 한다. 챔버부(130)와 회전축(110)이 접촉되는 부분에는 베어링(150)이 설치될 수 있다. 챔버부(130)의 일측에는 작동유체가 유입되는 유입부(131)가 형성될 수 있다. 챔버부(130)의 타측에는 작동유체가 배출되는 배출부(132)가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 반작용식 터빈장치(100)에서 상기 회전부(120)는 제1 몸체부(121)와, 제2 몸체부(122)와, 노즐(123)을 포함한다.

제1 몸체부(121)는 특정 강도를 갖는 제1 소재로 이루어져서 상기 회전축(110)에 결합된다. 제2 몸체부(122)는 상기 제1 소재와 다른 제2 소재로 이루어져서 상기 제1 몸체부(121)의 일측에 결합된다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제2 몸체부(122)에는 작동유체가 상기 회전부의 외측 방향으로 유동하는 내부 유로(124)가 형성된다. 그리고, 상기 제1 몸체부(121)는 상기 내부 유로(124)의 적어도 일부를 덮도록 축방향에서 결합된다. 노즐(123)은 제3 소재로 이루어져서 상기 제2 몸체부(122)의 일측에 결합되어 작동유체를 외부로 분사시키도록 형성된다. 노즐(123)은 상기 내부 유로(124)와 연통되도록 형성될 수 있다.

도 2로 되돌아가서, 도면 상에서는 제1 몸체부(121)와 제2 몸체부(122)가 별개의 구성 요소인 것으로 도시되어 있지만 이것은 단지 예시적인 것이다. 예를 들어, 제1 몸체부(121)와 제2 몸체부(122)는 일체로 구현되거나 그 물리적은 특성이 허용되는 한 하나로 구현이 될 수도 있다.

한편, 상기 제2 소재는 상기 제1 소재보다 비중이 작은 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 각각의 소재들의 일예를 설명하면, 전술한 제1 몸체부(121)를 구성하는 제1 소재의 일예로 강철일 수 있다. 그리고, 상기 제2 몸체부(122)를 구성하는 제2 소재는 알루미늄, 마그네슘 및 강화 플라스틱 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이와 같이 회전부(120)의 제1 몸체부(121)가 강철로 이루어지고, 제2 몸체부(122)는 강철보다 상대적으로 강도는 낮으면서 무게가 가벼운 알루미늄이나 플라스틱 등으로 이루어짐으로써, 회전부(120)의 자중이 감소될 수 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반작용식 터빈장치(100)는 종래의 반작용식 터빈장치보다 회전부(120)의 자중이 감소될 수 있으므로, 회전축(110)의 변형을 방지하기 위하여 회전축(110)의 직경을 증가시키지 않아도 됨으로써, 베어링(150)의 동작 신뢰성이 증가될 수 있다. 그리고, 회전축(110)의 직경이 증가되지 않게 되면서 회전부(120)의 직경도 증가될 필요가 없으므로, 씰링부재(140)와 회전부(120)의 접촉면적도 증가되지 않게 되어 씰링부재(140)와 회전부(120)가 접촉되는 부분을 통하여 작동유체가 누설되는 것을 방지함으로써 동작 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 반작용식 터빈장치(100) 전체의 중량을 감소시킴으로써, 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있게 한다.

한편, 상기 제3 소재는 상기 제2 소재보다 비중이 큰 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 노즐(123)을 구성하는 제3 소재의 일예로 강철일 수 있다. 이러한노즐(123)은 제2 몸체부(122)와 일체로 형성되는 것도 가능하나, 노즐(123)은 제2 몸체부(122)와 별도로 제조되어 서로 결합시키는 것도 가능하다. 이 경우, 작동유체에 의해 노즐(123)이 제2 몸체부(122)에 결합된 상태에서 미세하게 진동하거나 움직이게 될 수 있는데, 상기와 같이 노즐(123)이 강철로 이루어짐으로써 마모되지 않을 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 반작용식 터빈장치 110: 회전축
120: 회전부 121: 제1 몸체부
122: 제2 몸체부 123: 노즐
130: 챔버부 140: 씰링부재
150: 베어링

Claims (4)

1. 회전축(110)과, 상기 회전축에 결합되어 외부로 작동유체를 분사시킴에 따라 상기 회전축을 회전시키는 적어도 하나의 회전부(120)들과, 상기 회전부를 수용하도록 형성된 챔버부(130)를 포함하는 반작용식 터빈장치에 있어서,
   상기 회전부는:
   제1 소재로 이루어져서 상기 회전축에 결합된 제1 몸체부(121);
   상기 제1 소재와 다른 제2 소재로 이루어져서 상기 제1 몸체부의 일측에 결합된 제2 몸체부(122); 및
   제3 소재로 이루어져서 상기 제2 몸체부의 일측에 결합되어 작동유체를 외부로 분사시키도록 형성된 노즐(123);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 소재는 상기 제1 소재보다 비중이 작은 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제3 소재는 상기 제2 소재보다 비중이 큰 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 몸체부에는, 작동유체가 상기 회전부의 외측 방향으로 유동하는 내부 유로가 형성되고,
   상기 제1 몸체부는 상기 내부 유로의 적어도 일부를 덮도록 축방향에서 결합된 것을 특징으로 하는 반작용식 터빈장치.

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