KR20140056485A - 반작용식 터빈 시스템 - Google Patents

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KR20140056485A
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김정훈
장영일
김기태
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주식회사 에이치케이터빈
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Abstract

본 발명에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 작동유체의 분사시 발생되는 반작용에 의한 회전력은 제1발전 모듈을 통해 발전하고, 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 블레이드의 회전력은 제2발전 모듈을 통해 발전시킴으로써, 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 이용하여 추가로 발전함으로써 발전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명은, 하나의 발전 모듈이 발전기 회전축을 포함하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터 주변에 배치되고 블레이드와 일체로 회전하는 제2발전 로터를 포함하고, 상기 제1발전 로터와 제2발전 로터가 서로 반대방향으로 회전함으로써, 발전량이 증대되어 발전 효율이 향상될 수 있다.

Description

반작용식 터빈 시스템{Reaction type turbine system}
본 발명은 반작용식 터빈 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 유체의 토출로 인한 반작용에 의해 터빈 축을 회전시키면서 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있는 반작용식 터빈 시스템에 관한 것이다.
터빈은, 물, 스팀 등을 이용하여 전기를 생산하는 데 이용된다. 터빈 중에서 수차는 물이 이용하여 전기를 생산한다. 폐쇄형 수차로는 프란시스 수차, 프로펠러 수차가 있으며, 개방형 수차로는 펠톤 수차가 있다. 일반적인 펠톤 수차는 노즐에서 물을 버킷에 분사하여 그 반동으로 인하여 회전축이 회전한다. 하지만, 상기 버킷의 설계 및 제작이 어려워서 제작비가 높은 단점이 있다. 더욱이, 펠톤 수차는 물의 낙차가 작을 경우, 물의 분사 속도가 낮아서, 물의 속도 에너지가 버킷에 효율적으로 전달되기 어려운 단점이 있다. 상기와 같은 문제점으로 인하여, 기존의 펠톤 수차의 구조 대신에 새로운 구조를 가지는 수차의 개발이 필요하다.
공개특허 제2009-0037201호에는 스팀을 이용하는 반작용식 터빈이 개시되어 있다. 상기 반작용식 터빈은 분사회전부에 스팀이 분사될 때 발생하는 반발력을 이용하여 터빈축을 회전시킨다.
본 발명의 목적은, 발전 효율은 보다 향상시킬 수 있는 반작용식 터빈 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 반작용식 터빈은, 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과, 상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 상기 제1터빈 모듈과 별도로 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과, 상기 터빈 축에 연결되어, 상기 터빈 축의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제1발전 모듈과, 상기 제2터빈 모듈에 연결되어, 상기 블레이드들의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제2발전 모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반작용식 터빈은, 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과, 상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과, 상기 터빈 축에 연결되어 회전하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터와의 사이에 자기장을 형성하고 상기 제2터빈 모듈과 연결되어 상기 제1발전 로터와 반대방향으로 회전하는 제2발전 로터를 포함하는 발전 모듈을 포함한다.
본 발명에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 작동유체의 분사시 발생되는 반작용에 의한 회전력은 제1발전 모듈을 통해 발전하고, 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 블레이드의 회전력은 제2발전 모듈을 통해 발전시킴으로써, 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 이용하여 추가로 발전함으로써 발전 효율이 향상될 수 있다.
본 발명은, 하나의 발전 모듈이 발전기 회전축을 포함하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터 주변에 배치되고 블레이드와 일체로 회전하는 제2발전 로터를 포함하고, 상기 제1발전 로터와 제2발전 로터가 서로 반대방향으로 회전함으로써, 발전량이 증대되어 발전 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 개략도이다.
도 2는 도 1에서 A-A선 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 블레이드가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 블레이드가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 하우징(10), 제1터빈 모듈(30), 제2터빈 모듈(50), 제1발전 모듈(80), 제2발전 모듈(90)을 포함한다.
상기 하우징(10)은, 상판(11), 하판(12), 측판(13)을 포함한다. 상기 상판(11)의 중앙에는 터빈 축(31)이 통과하는 홀이 형성된다. 상기 하판(12)의 중앙에는 작동유체가 유입되는 유입구(2)가 결합되고, 상기 제1터빈 모듈(30)에서 토출된 작동 유체를 외부로 토출하는 토출구(12a)가 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 하우징(10)이 상기 상판(11), 하판(12), 측판(13)으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 하우징(10)과 상기 제1발전 모듈(80) 사이를 구획하는 상판(11)만이 구비되어 상기 제1터빈 모듈(30)에서 토출된 작동유체는 중력방향인 하방향으로 흘러내리도록 하는 것도 물론 가능하다.
상기 유입구(2)는 작동 유체가 외부로부터 유입되는 통로이고, 연직방향 또는 경사방향으로 길게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 유입구(2)는 연직방향으로 길게 배치되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 유입구(2)로 유입되는 작동 유체의 방향 중 일부만이 연직방향 성분을 가지고 있어도 된다.
상기 제1터빈 모듈(30)은, 터빈 축(31), 챔버(33), 분사부(40), 제1로터 플레이트(32)를 포함한다.
상기 터빈 축(31)은 상기 챔버(33)의 상측에 연직방향으로 결합된다. 상기 터빈 축(31)과 상기 하우징(10)의 상판(11)사이에는 반경방향으로 래이디얼 베어링(14)이 설치되고, 상기 터빈 축(31)의 단차부와 상기 상판(11)의 하면 사이에는 스러스트 베어링(15)이 설치될 수 있다.
상기 챔버(33)는 원기둥 구조를 가지는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 유입구(2)로부터 유입된 물이 일정시간 머물 수 있는 공간을 보유하면 어느 형상이나 가능하다. 상기 챔버(33)는 유입된 물을 일정 시간 머물게 하여, 상기 분사부들(40)을 공급되는 물의 압력들을 일정하게 한다. 상기 분사부들(40)로부터 물이 분사될 때, 상기 챔버(33)는 상기 물이 분사되는 방향과 반대 방향으로 반발력을 받게 되어, 상기 물 분사에 대한 반작용으로 회전한다. 이 때, 상기 분사부들(40)로 공급되는 물의 압력이 다를 경우, 상기 챔버(33)에 가해지는 반발력들의 크기가 일정하지 않아서, 진동이 발생되거나 효율적인 회전력을 얻기가 어렵다. 하지만, 본 실시예에서는 상기 챔버(33)에 의하여 상기 분사부들(40)로 유입되는 물의 압력이 동일하게 유지되므로, 진동 문제가 저감되고 효율적인 회전력을 얻을 수 있다.
상기 분사부들(40)은, 상기 챔버(33)로부터 유입되는 물을 상기 챔버(33)의 반경방향으로 복수개로 분기한 후 원주방향으로 전환하여 토출한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 물의 토출 속도 성분 중에서 원주방향의 속도 성분만 존재하면 된다.
상기 분사부들(40)은 상기 터빈 축(31)을 중심으로 방사형으로 배치된다. 상기 분사부들(40)은 상기 터빈 축(31)을 원 중심으로 하는 가상의 제1원에서 원주방향을 따라 복수개가 서로 이격되게 배치된다. 여기서, 상기 제1원은 상기 제1로터 플레이트(32)인 것으로 예를 들어 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 분사부들(40)은 4개의 분사관들(41)로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 분사관들(41)의 각 단부에는 노즐(42)이 설치된다. 상기 노즐(42)은 상기 분사관들(41)에 별도로 결합되는 것도 가능하고, 상기 분사관들(41)에 일체로 형성되는 것도 가능하다. 상기 분사관들(41)은 원형 파이프 형상으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하고, 후술하는 상기 제1로터 플레이트(32)에 고정 결합된다.
상기 제1로터 플레이트(32)는 중공의 원판 형상으로 이루어지고, 상기 챔버(33)에 외삽된다. 상기 제1로터 플레이트(32)는 상기 분사부들(40)이 하측에 배치되어, 상기 제1로터 플레이트(32)의 상면에 상기 분사부들(40)이 고정수단에 의해 고정 결합된다. 상기 고정수단은 다양한 종류가 선택될 수 있으며, 본 실시예에서는 U볼트(43)가 사용된 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2터빈 모듈(50)은, 복수의 블레이드들(70), 제2로터 플레이트(60)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 복수의 블레이드들(70)은, 상기 복수의 분사부들(40)의 토츨측으로부터 이격되게 배치된다. 상기 복수의 블레이드들(70)은 상기 분사부들(40)보다 개수가 많게 형성된다. 상기 4개의 분사부들(40)에서 분사되는 작동유체는 상기 복수의 블레이드들(70) 중 4개의 블레이드들(70)에 부딪히되, 상기 제2터빈 모듈(50)과 상기 제1터빈 모듈(30)은 서로 회전속도가 다르기 때문에 매번 서로 다른 블레이드들(70)에 부딪히게 된다.
상기 복수의 블레이드들(70)은 상기 터빈 축(31)을 중심으로 하고 상기 제1원과 상기 제1원보다 반지름이 큰 가상의 제2원 사이에서 원주방향을 따라 이격되게 배치된다. 여기서, 상기 제1원은 상기 제1로터 플레이트(32)이고, 상기 제2원은 제2로터 플레이트(60)인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 블레이드(70)는 상기 분사부(40)에서 분사되는 작동 유체가 부딪혀서 회전하는 충동 블레이드이다. 상기 블레이드(70)는 상기 터빈 축(31)을 중심으로 반경방향으로 배치된 직선 형상으로 이루어진다.
상기 제2로터 플레이트(60)는, 2개의 상,하 로터 플레이트(61)(62)가 상하방향으로 소정간격 이격되게 배치된다. 상기 2개의 상,하 로터 플레이트(61)(62)사이에 상기 복수의 블레이드들(70)이 배치된다.
상기 상측 로터 플레이트(61)는 중공의 원판 형상으로 이루어져, 상기 챔버(33)나 터빈 축(31)에 외삽된다. 상기 상측 로터 플레이트(61)는 상기 터빈 축(31)에 외삽되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 상측 로터 플레이트(61)와 상기 터빈 축(31) 사이에는 상대 회전을 가능토록 래이디얼 베어링이 설치된다. 또한, 상기 상측 로터 플레이트(61)와 상기 터빈 축(31) 사이에는 실링부재가 설치되는 것도 가능하다. 상기 상측 로터 플레이트(61)는 상기 분사부(40)에서 분사된 작동 유체가 후술하는 제2발전 모듈(90)측으로 튀는 것을 차단하는 역할도 한다. 상기 상측 로터 플레이트(61)와 상기 하우징(10)사이에는 후술하는 상기 제2발전 모듈(90)이 구비된다.
상기 하측 로터 플레이트(62)는 중공의 원판 형상으로 이루어지고, 상면에 상기 블레이드들(70)이 구비된다.
상기 제1발전 모듈(80)은, 발전기 회전축(83), 제1발전 로터(81), 제1발전 스테이터(82)를 포함한다.
상기 발전기 회전축(83)은 상기 터빈 축(31)과 동일 축선 상에 배치되어, 커플링(100)에 의해 결합된다. 상기 커플링(100)은, 상기 터빈 축(31)의 단부와 상기 발전기 회전축(83)의 단부를 슬리브에 끼워 넣어 키 등을 이용하여 고정하는 슬리브 커플링인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 터빈 축(31)과 상기 발전기 회전축(83)을 동일 축선 상에서 결합할 수 있는 커플링이라면 어느 것이나 적용 가능하다.
상기 제2발전 모듈(90)은, 제2발전 로터(91)와 제2발전 스테이터(92)를 포함한다.
상기 제2발전 모듈(90)은 상기 상,하측 로터 플레이트(61)(62) 중 어느 하나와 상기 하우징(10) 사이에 구비되어, 상기 블레이드들(70)의 회전력에 의해 전기를 생산한다. 본 실시예에서는, 상기 제2발전 로터(91)는 상기 상측 로터 플레이트(61)의 상면에 결합된 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2발전 로터(91)는 상기 블레이드들(70)의 회전력을 전달받아 회전한다.
상기 제2발전 스테이터(92)는 상기 제2발전 로터(91)에 대향되게 배치되고, 상기 하우징(10)의 상판(11)에 고정 설치된다. 상기 제2발전 스테이터(92)는 철심에 코일이 감긴 구조이고, 상기 제2발전 로터(91)의 회전시 상기 제2발전 로터(91)와의 사이에 발생된 전자기장에 의해 전기를 발생시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템의 작동에 대해 설명한다.
상기 유입구(2)를 통해 작동유체가 하측으로부터 상방향으로 유입되어, 상기 제1터빈 모듈(30)의 내측으로 유입된다. 상기 작동 유체의 유입방향은 연직방향과 반대방향인 상방향이 된다.
상기 제1터빈 모듈(30)의 챔버(33)내로 유입된 작동 유체는 상기 분사부들(40)을 통해 상기 연직방향과 수직인 수평 방향으로 분사된다. 분사된 작동 유체는 상기 하우징(10)의 내부 공간으로 분사되고, 중력에 의해 하방향으로 흘러 내리게 된다.
상기 분사부들(40)에서 분사된 작동 유체에 의한 반작용으로 상기 터빈 축(31)에 시계방향으로의 회전력이 발생된다.
상기 터빈 축(31)이 회전하면, 상기 커플링(100)으로 결합된 상기 발전기 회전축(83)이 함께 회전하게 되고 상기 제1발전 모듈(80)에서 전기가 발생된다. 상기 터빈 축(31)과 상기 발전기 회전축(83)이 동일 축선상에 놓이고 상기 커플링(100)으로 결합됨으로써, 별도의 풀리나 벨트 등의 동력 전달기구가 불필요 하므로, 구조가 간단하고 동력 전달 손실도 감소될 수 있다.
한편, 상기 분사부들(40)의 노즐(42)에서 분사된 작동 유체는 상기 블레이드(70)에 부딪히게 된다. 상기 블레이드들(70)은 상기 작동 유체에 의해 회전된다. 상기 블레이드들(70)과 상기 제2로터 플레이트(60)는 일체로 회전한다. 이 때, 상기 블레이드들(70)과 상기 제2로터 플레이트(60)는 상기 제1터빈 모듈(30)의 회전방향(A)과 반대방향인 반시계방향(B)으로 회전한다. 또한, 상기 제1터빈 모듈(30)의 제1로터 플레이트(32)와 상기 제2로터 플레이트(60)의 회전력은 서로 다르기 때문에, 회전 속도도 서로 다르다.
상기 제2로터 플레이트(60)가 회전하면, 상기 상측 로터 플레이트(61)에 결합된 상기 제2발전 로터(91)가 회전한다. 상기 제2발전 로터(91)가 회전하면서 상기 제2발전 스테이터(92)에 전자기장을 발생시켜, 상기 제2발전 모듈(90)에서 전기가 발생된다.
따라서, 상기 분사부(40)에서 분사시 발생되는 반작용에 의한 상기 터빈 축(31)의 회전력은 상기 제1발전 모듈(80)을 발전시키고, 상기 분사부(40)에서 분사된 작동유체에 의한 상기 블레이드들(70)의 회전력은 상기 제2발전 모듈(90)을 발전시킨다. 따라서, 상기 분사부(40)에서 분사되는 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 충분히 활용할 수 있기 때문에, 발전 효율이 향상될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 블레이드(123)는, 상기 분사부들(112)에서 토출되는 작동 유체가 부딪히는 부분이 오목한 원호 형상으로 이루어진 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 블레이드(123)는 상기 분사부들(112)에서 분사되는 작동 유체가 상기 터빈 축(31)의 회전방향과 반대방향 쪽에 부딪히도록 상기 터빈 축(31)의 반대방향 쪽이 오목한 원호 형상으로 이루어진다. 상기 블레이드(123)의 원호는, 일단은 상기 분사부(40)의 분사방향과 평행한 가상의 선(P)에 접하고, 타단은 상기 복수의 블레이드들(123)의 외곽을 연결한 가상의 원에 접하도록 형성된다. 상기 블레이드들(123)의 외곽을 연결한 가상의 원은 제2로터 플레이트(122)의 외주면(122a)에 대응되는 것으로 예를 들어 설명한다. 이에 한정되지 않고, 상기 블레이드들(123)은 상기 제2로터 플레이트(122)의 외주면(122a)에 대응되지 않고 길이가 보다 짧게 형성되는 것도 물론 가능하다.
상기 분사부들(112)은 제1로터 플레이트(110)에서 원주방향을 따라 4개가 이격되게 배치되고, 상기 블레이드들(123)은 제2로터 플레이트(122)에서 원주방향을 따라 복수개가 배치된다. 상기 블레이드들(123)의 개수는 상기 분사부들(112)의 개수보다 많게 형성된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 블레이드(220)는, 터빈 축(31)의 반경방향을 따라 다단으로 적층 배치되는 것이 상기 제2실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
본 실시예에서는 상기 블레이드(220)는 2단으로 적층 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 블레이드(220)는 분사부(213)의 토출측으로부터 이격되게 배치된 제1단 블레이드(221)와, 상기 제1단 블레이드(221)에 부딪혀 방향이 전환된 작동 유체가 부딪히는 제2단 블레이드(222)로 이루어진다.
상기 제1단 블레이드(221)와 제2단 블레이드(222)는 하나의 제2로터 플레이트(224)에 일체로 결합된다. 상기 제1단 블레이드(221)와 제2단 블레이드(222)는 모두 원호 형상인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 모두 직선 형상으로 이루어지거나 적어도 하나는 원호 형상이고 나머지는 직선 형상으로 이루어지는 것도 물론 가능하다.
도면부호 210은 제1터빈 모듈이며, 도면부호 211은 챔버이고, 도면부호 222는 상기 분사부(213)가 결합된 제1로터 플레이트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 제1터빈 모듈(30), 제2터빈 모듈(300), 제1발전 로터(331)와 제2발전 로터(332)를 포함하는 발전 모듈(330)을 포함하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상긱 제2터빈 모듈(300)은, 블레이드(314), 상측 로터 플레이트(310), 하측 로터 플레이트(313)를 포함한다.
상기 상측 로터 플레이트(310)는 터빈 축(31)이 관통하고 상기 복수의 블레이드들이 결합되는 패널부(312)와, 상기 패널부(312)에서 상방향으로 돌출 연장되어 상기 제2발전 로터(332)에 결합되는 보스부(311)로 이루어진다. 상기 보스부(311)는 상기 하우징(10)의 상판(11) 중앙에 형성된 홀(11a)을 관통하여 상기 제2발전 로터(332)에 결합된다.
상기 제1발전 로터(331)에는 발전기 회전축(333)이 결합되고, 상기 발전기 회전축(333)은 커플링(100)에 의해 상기 터빈 축(31)과 결합된다.
상기 제2발전 로터(332)는 상기 제1발전 로터(331)의 외주면에 배치되고, 철심에 코일이 권선된 구조로 이루어진다. 상기 제2발전 로터(332)에는 전선이 연결된다.
상기 제1발전 로터(331)와 상기 제2발전 로터(332)는 서로 반대방향으로 회전한다.
따라서, 상기 분사부(40)에서 분사시 발생되는 반작용에 의한 상기 터빈 축(31)의 회전력은 상기 제1발전 로터(331)를 회전시키고, 상기 분사부(40)에서 분사된 작동유체에 의한 상기 블레이드들(314)의 회전력은 상기 제2발전 로터(332)를 회전시킨다. 따라서, 상기 분사부(40)에서 분사되는 작동 유체가 갖고 있는 운동 에너지를 충분히 활용할 수 있기 때문에, 발전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 제1발전 로터(331)와 상기 제2발전 로터(332)는 서로 반대방향으로 회전하면서 발전량이 보다 증가할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 하우징 30: 제1터빈 모듈
31: 회전축 32: 제1로터 플레이트
33: 챔버 40: 분사부
50: 제2터빈 모듈 60: 제2로터 플레이트
61: 상측 로터 플레이트 62: 하측 로터 플레이트
70: 블레이드 80: 제1발전 모듈
81: 제1발전 로터 82: 제1발전 스테이터
90: 제2발전 모듈 91: 제2발전 로터
92: 제2발전 스테이터

Claims (15)

  1. 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과;
    상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 상기 제1터빈 모듈과 별도로 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과;
    상기 터빈 축에 연결되어, 상기 터빈 축의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제1발전 모듈과;
    상기 제2터빈 모듈에 연결되어, 상기 블레이드들의 회전력에 의해 전기를 생산하는 제2발전 모듈을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 축이 관통하는 하우징을 더 포함하고,
    상기 제2발전 모듈은, 상기 하우징에 고정된 제2발전 스테이터와, 상기 제2발전 스테이터에 대향되고 상기 블레이드들과 연결되어 일체로 회전하는 제2발전 로터를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2터빈 모듈은,
    상기 터빈 축에 상대 회전가능토록 외삽되고, 상기 복수의 블레이드들과 상기 제2발전 로터가 결합된 제2로터 플레이트를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1발전 모듈은,
    상기 터빈 축과 동일 축선 상에 배치되어 커플링에 의해 결합되는 발전기 회전축을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1터빈 모듈은,
    작동 유체가 유입되는 유입구를 형성하고 상기 터빈 축에 축방향으로 결합되는 챔버와, 상기 챔버에 외삽되고 상기 복수의 분사부들이 결합되는 제1로터 플레이트를 포함하는 반작용식 터빈.
  6. 터빈 축에 결합되고, 상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 분사부들을 포함하고, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여, 분사시 발생되는 반작용에 의해 상기 터빈 축을 회전시키는 제1터빈 모듈과;
    상기 복수의 분사부들의 토출측으로부터 이격되게 배치되고, 상기 분사부들에서 분사되는 작동 유체에 의해 회전하는 복수의 블레이드들을 포함하는 제2터빈 모듈과;
    상기 터빈 축에 연결되어 회전하는 제1발전 로터와, 상기 제1발전 로터와의 사이에 자기장을 형성하고 상기 제2터빈 모듈과 연결되어 상기 제1발전 로터와 반대방향으로 회전하는 제2발전 로터를 포함하는 발전 모듈을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2터빈 모듈은,
    상기 터빈 축이 관통하고 상기 복수의 블레이드들이 결합된 패널부와,
    상기 패널부에서 돌출 연장되어 상기 제2발전 로터에 결합되는 보스부를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  8. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 분사부에서 분사되는 작동 유체가 부딪혀서 회전하는 충동 블레이드를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 충동 블레이드는,
    상기 터빈 축을 중심으로 방사형으로 배치된 반작용식 터빈 시스템.
  10. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 블레이드들은, 상기 분사부들에서 분사되는 작동유체가 상기 터빈 축의 회전방향과 반대방향 쪽에 부딪히도록 상기 터빈 축의 회전방향과 반대방향 쪽이 오목한 원 호 형상으로 이루어진 반작용식 터빈 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 충동 블레이드의 원호는, 일단은 상기 분사부의 분사방향과 평행한 가상의 선에 접하고, 타단은 상기 복수의 충동 블레이드들의 외곽을 연결한 가상의 원에 접하도록 형성된 반작용식 터빈 시스템.
  12. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 분사부들은 상기 터빈 축을 중심으로 하는 가상의 제1원에서 원주방향을 따라 이격되게 배열되고,
    상기 복수의 블레이드들은 상기 터빈 축을 중심으로 하고 상기 제1원과 상기 제1원보다 반지름이 큰 가상의 제2원 사이에서 원주방향을 따라 이격되게 배열되는 반작용식 터빈 시스템.
  13. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 블레이드들의 개수는 상기 분사부들의 개수보다 많은 반작용식 터빈 시스템.
  14. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1터빈 모듈과 제2터빈 모듈은 서로 반대방향으로 회전하는 반작용식 터빈 시스템.
  15. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 블레이드들은,
    상기 터빈 축의 반경방향을 따라 다단으로 적층 배치되는 반작용식 터빈 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022032643A1 (zh) * 2020-08-14 2022-02-17 深圳广蓝电力有限公司 一种水轮机和水力发电机

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