WO2013168865A1 - 반작용식 터빈 시스템 - Google Patents

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WO2013168865A1
WO2013168865A1 PCT/KR2012/009292 KR2012009292W WO2013168865A1 WO 2013168865 A1 WO2013168865 A1 WO 2013168865A1 KR 2012009292 W KR2012009292 W KR 2012009292W WO 2013168865 A1 WO2013168865 A1 WO 2013168865A1
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turbine
housing
turbine shaft
working fluid
module
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PCT/KR2012/009292
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장영일
김기태
하용식
김철규
원희연
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HK TURBINE CO Ltd
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HK TURBINE CO Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/08—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with pressure-velocity transformation exclusively in rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to a reaction turbine system, and more particularly to a reaction turbine system for rotating the turbine shaft by reaction due to the discharge of the working fluid in the liquid phase.
  • the turbine is used to generate electricity using water, steam, and the like.
  • aberrations are used by water to generate electricity. Closed aberrations include Francis aberrations and propeller aberrations. Open aberrations are peltons. In general, Pelton's aberration injects water from the nozzle into the bucket and the rotating shaft rotates due to the reaction. However, it is difficult to design and manufacture the bucket, which has a disadvantage of high manufacturing cost. Moreover, when the water drop is small, the Pelton aberration has a disadvantage in that the injection speed of the water is low, so that the velocity energy of the water cannot be efficiently transmitted to the bucket. Due to the above problems, it is necessary to develop aberration having a new structure instead of the existing structure of pelton aberration.
  • Patent Publication No. 2009-0037201 discloses a reaction turbine using steam.
  • the reaction turbine rotates the turbine shaft by using a reaction force generated when steam is injected into the injection rotation unit.
  • a reaction turbine has a structure that injects high-pressure steam in multiple stages, so that it is difficult to apply directly to a working fluid of a liquid such as water, and the structure is rather complicated.
  • the reaction turbine system according to the present invention includes a turbine module which is generated by injecting a working fluid introduced in an axial direction from a working fluid introduced in the axial direction, and then injecting the working fluid in a circumferential speed after the radial flow, And a turbine shaft coupled to the turbine module in the axial direction and rotating by the rotational force of the turbine module.
  • the reaction turbine system according to the present invention has a simple structure and can reduce manufacturing costs.
  • the rotating components such as the turbine shaft are arranged in a coaxial structure and arranged in the vertical direction, the vibration is small.
  • the power transmission unit and the power generation module are installed in a position not in contact with the working fluid, there is an advantage that the working fluid is difficult to prevent the rotational force of the turbine shaft is transmitted to the power transmission unit and the power generation module.
  • the diverter tubes can be stably fixed so that the vibration can be reduced.
  • a shock absorbing member is provided between the turning pipes and the fixing part, so that noise and damage due to vibration can be reduced.
  • the turbine shaft is provided in the horizontal direction, and it is possible to arrange the turbine shaft and the rotational axis of the generator on the same axis, and by this coupling the turbine shaft and the rotational axis of the generator by a coupling, so as to separate the pulley, belt, etc.
  • the efficiency can be improved and the structure can be simplified, thereby reducing the manufacturing cost.
  • the structure of the thrust bearing may be reduced or the thrust bearing may not be installed, thereby simplifying the structure and reducing the manufacturing cost.
  • the radial bearing and the thrust bearing can be installed in the outside air from the outside of the housing without contacting the working fluid, a wide range of inexpensive bearing selections can be made and frictional losses can be reduced.
  • the turbine shaft is disposed in the vertical direction and the working fluid flows upward from the lower side, the thrust acting on the turbine shaft acts in the upward direction opposite to the gravity direction, and the thrust acting in the gravity direction. Compared to this, there is an advantage in that a small size thrust bearing can be applied.
  • FIG. 1 shows a reaction turbine system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the direction II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the turbine module shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a reaction turbine system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a reaction turbine system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken from the VI-VI direction of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken from the VII-VII direction of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken from the VIII-VIII direction of FIG. 5.
  • FIG. 9 is a view showing a modification of the turbine module shown in FIG.
  • FIG. 10 shows a reaction turbine system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows a reaction turbine system according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a reaction turbine system according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a reaction turbine system according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram of a reaction turbine system according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view of a reaction turbine system according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken from the VI-VI VI direction of FIG. 15.
  • 17 is a diagram illustrating a reaction turbine system according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a longitudinal cross-sectional view of the turbine module shown in FIG. 17.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating modifications of the turbine module illustrated in FIG. 18.
  • 21 shows a reaction turbine system according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the reaction turbine system shown in FIG. 21.
  • FIG. 23 shows a reaction turbine system according to a thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a sectional view of the turbine module shown in FIG. 24.
  • 26 shows a reaction turbine system according to a fifteenth embodiment of the present invention.
  • the reaction turbine system 100 includes a housing 110, a turbine shaft 121, 122, a turbine module 130, and a power generation module ( 140) and power transmission.
  • the housing 110 has a cylindrical structure and an inner space (housing) is formed.
  • the housing 110 includes an upper housing 111, a lower housing 112, and a side housing 113.
  • a circular inlet 111a is formed at an upper center portion of the upper housing 111. Liquid working fluid flows in the axial direction through the inlet 111a.
  • Various working fluids may be used as the working fluid, and in this embodiment, water is used as an example.
  • the upper housing 111 is coupled to the inlet pipe 10 through which the working fluid flows from the outside.
  • the inflow pipe 10 is installed in the inlet 111a in the vertical direction and is fixed to the upper housing 111 by using the flange 11, the bolt 12, and the like.
  • the portion in which the bolts 12 are inserted in the upper housing 111 is formed thicker than the peripheral portion.
  • the upper housing 111 is composed of a boss portion 111c and a plate portion 111d.
  • the boss portion 111c protrudes upward from the plate portion 111d and forms the inlet 111a.
  • the plate portion 111d is disposed in a horizontal direction and has a circular plate shape.
  • the lower housing 112 is disposed spaced downward from the upper housing 111.
  • the lower housing 112 has a circular plate structure and has a diameter substantially the same as that of the upper housing 111.
  • the lower housing 112 has an outlet 112a through which the working fluid injected from the turbine module 130 is discharged.
  • the side housing 113 connects the upper housing 111 and the lower housing 112. The gap between the upper housing 111 and the lower housing 112 is maintained by the side housing 113.
  • the turbine shafts 121 and 122 are inserted in the vertical direction to the inlet 111a and are rotatably coupled to each other.
  • the turbine shafts 121 and 122 are composed of a first turbine shaft 121 and a second turbine shaft 122.
  • the first turbine shaft 121 is coupled to the inlet 111a and the turbine module 130.
  • An internal flow path 125 is formed in the first turbine shaft 121.
  • a first radial bearing 171 is installed between the first turbine shaft 121 and the boss portion 111c.
  • the first turbine shaft 121 has a straight pipe structure in which an internal flow path 125 is formed.
  • the inner flow path 125 communicates with the inflow pipe 10 so that water introduced into the inflow port 111a passes through the inner flow path 125.
  • the inner flow path 125 is formed in the vertical direction to minimize the pressure loss of the water.
  • the upper end of the first turbine shaft 121 is disposed to be spaced apart from the inlet pipe 10 by a predetermined interval in the axial direction.
  • a gasket may be installed between the first turbine shaft 121 and the inlet pipe 10 to prevent the water flowing into the inlet 111a from leaking to portions other than the inner passage 125.
  • the second turbine shaft 122 is coupled between the lower surface of the chamber 131 and the lower housing 112.
  • the upper end of the second turbine shaft 122 is fixed to the lower surface of the chamber 131 to rotate integrally, the lower end is inserted into the lower coupling portion 112c protruding from the center of the lower housing 112 to rotate relatively. Possibly combined.
  • a second radial bearing 172 is installed between the outer circumferential surface of the second turbine shaft 122 and the inner circumferential surface of the lower coupling portion 112c.
  • a thrust bearing 180 for supporting an axial load is installed between the lower surface of the second turbine shaft 122 and the lower coupling portion 112c.
  • the turbine module 130 is disposed long in the vertical or inclined direction to the vertical direction which is the inflow direction of the working fluid. In the present embodiment, the turbine module 130 is described in an example of being disposed in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction.
  • the turbine module 130 is fixed to the lower portion of the first turbine shaft 121.
  • the turbine module 130 is integrally coupled to the first turbine shaft 121 and rotates integrally.
  • the turbine module 130 includes a chamber 131, diverter tubes 132, and a nozzle 133.
  • the chamber 131 has a tubular structure communicating with an internal flow path 125 of the first turbine shaft 121 and is coupled to the first turbine shaft 121.
  • the chamber 131 will be described as an example having a rectangular parallelepiped structure.
  • the present invention is not limited thereto, and the chamber 131 may be formed in various shapes as long as the chamber 131 has a space for staying for a predetermined time.
  • the chamber 131 keeps the incoming water to a certain degree, thereby making the pressures of the water flowing into the direction change tubes 132 constant.
  • the chamber 131 When water is sprayed from the nozzles 133, the chamber 131 is subjected to a repulsive force in a direction opposite to the direction in which the water is sprayed, and rotates in response to the water spray. At this time, when the pressure of the water flowing into the direction change pipes 132 is different, the magnitude of the repulsive forces applied to the chamber 131 is not constant, it is difficult to generate vibration or to obtain an effective rotational force. However, in this embodiment, since the pressure of the water flowing into the direction change pipes 132 by the chamber 131 is maintained the same, vibration problems can be reduced and efficient rotational force can be obtained.
  • the chamber 131 is described as being coupled to the first turbine shaft 121, but is not limited thereto, and the chamber 131 may be formed integrally with the first turbine shaft 121. .
  • the upper and lower surfaces of the chamber 131 are formed in a circle and a regular polygonal shape each formed in the same shape, so that the chamber 131 is cylindrical or It is preferable to have a regular polygonal column shape.
  • the direction change pipes 132 are formed in plural, and the working fluid in the chamber 131 flows in the radial direction of the chamber 131 and then sprays to have a circumferential speed.
  • the plurality of direction change tubes 132 have the same shape and are spaced apart from each other along the circumferential direction of the chamber 131. In the present embodiment, for example, but described as consisting of four direction switching tubes 132, but is not limited to this can be made in a variety of numbers.
  • the direction change pipes 132 may include a first curved pipe part 132a and a second curved pipe part 132b. The first curved portion 132a guides the working fluid in the chamber 131 in the radial direction of the first turbine shaft 121.
  • the second bent portion 132b extends from the first bent portion 132a and induces the flow direction of the working fluid to be switched from the radial direction to the circumferential direction.
  • the direction of the working fluid discharged from the second curved portion 132b is a tangential direction of a virtual circle having the center C-C of the first turbine shaft 121 as the circle center.
  • the present invention is not limited thereto, and a part of the direction of the working fluid discharged from the second curved portion 132b may have a tangential component with respect to the imaginary circle.
  • the rotational force of the first turbine shaft 121 is the highest.
  • the nozzle 135 is provided at an end portion of the second bent portion 132b.
  • the nozzle 135 may be coupled to an end of the second curved portion 132b or may be integrally formed with the second curved portion 132b.
  • the scattering prevention plate 150 is disposed above the direction change tubes 132.
  • the scattering prevention plate 150 has a disc shape.
  • the shatterproof plate 150 is extrapolated to the chamber 131 to be fixed.
  • the shatterproof plate 150 rotates integrally when the first turbine shaft 121 rotates.
  • the scattering prevention plate 150 prevents the working fluid sprayed from the nozzle 135 from colliding with the inner surface of the housing 110 and scattering upward.
  • the internal space 125 of the housing 110 must maintain atmospheric pressure to efficiently absorb energy of the working fluid flowing into the turbine module 130. If the working fluid injected from the nozzle 135 is not quickly discharged to the outlet 112a, the working fluid is filled inside the housing 110, so that the nozzle 135 is submerged in the working fluid. .
  • the scattering prevention plate 150 is a phenomenon that the water sprayed from the nozzle 135 hits the inside of the housing 110 and is scattered upward without being discharged to the outside, or bounces back to the nozzle 135. prevent. Therefore, the working fluid injected from the nozzle 135 can be quickly discharged to the outside.
  • the scattering prevention plate 150 may partition the turbine module 130 and a power transmission unit to be described later to prevent a phenomenon in which working fluid splashes into the power transmission unit.
  • the fixing part will be described with an example of the support plate 160 of the disc structure.
  • the support plate 160 has a disc structure smaller than the diameter of the housing 110.
  • the support plate 160 is extrapolated and fixed to the chamber 131.
  • the support plate 160 also rotates integrally with the first turbine shaft 121.
  • the support plate 160 performs a function of supporting the direction change pipes 132 so as to be horizontal. Water is discharged downward into the space between the outer circumferential surface of the support plate 160 and the side housing 113.
  • the first turbine shaft 121, the first turbine rotation shaft 122, the turbine module 130, the scattering prevention plate 150, and the support plate 160 are virtual rotation center axes (CC). Rotate integrally about).
  • the power generation module 140 is a generator that receives the rotational force from the first turbine shaft 121 to produce electricity.
  • the power generation module 140 is connected to the first turbine shaft 121 by a power transmission unit.
  • the power generation module 140 includes a generator 145 and a generator rotation shaft 144.
  • the power transmission unit includes a first pulley 185, a conveyor belt 143, and a second pulley 142.
  • the first pulley 185 is extrapolated to the first turbine shaft 121 and integrally rotates.
  • the second pulley 142 is extrapolated to the generator rotating shaft 144 and integrally rotates.
  • the conveyor belt 143 connects the first pulley 185 and the second pulley 142 to transfer the rotational force of the first pulley 185 to the second pulley 142.
  • the present invention is not limited thereto, and the power generation module 140 may receive the rotational force of the first turbine shaft 121 by various conveyor mechanisms, chain mechanisms, gear mechanisms, and the like.
  • reaction turbine system 100 The operation of the reaction turbine system 100 according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail.
  • the working fluid is described as an example of being water.
  • Water flowing from the inflow pipe 10 flows into the chamber 131 in the vertical direction through the internal flow path 125 of the first turbine shaft 121.
  • the water in the chamber 131 branches to the plurality of diverter tubes 132, and the flow direction of the water is primarily radially and secondarily in the circumferential direction through the diverter tubes 132.
  • the nozzle 135 is sprayed into the inner space 125 of the housing 110.
  • the manufacturing cost can be greatly reduced. Furthermore, the size of the reaction turbine 100 may be reduced, and power generation may be performed even if the pressure of the water flowing into the inlet pipe 10 is low or the flow rate is low. It is delivered to the second pulley 142 through. The rotational force transmitted to the second pulley 142 rotates the generator rotating shaft 144 of the generator 145, so that the flow of water in the reaction turbine 100 is simple as described above. In addition, since no pressure loss occurs except for the internal flow pressure loss of water, the efficiency of the reaction turbine 100 can be maintained at a very high level. The manufacturing cost can be greatly reduced because of the simpleness of the reaction turbine Furthermore, the size of the reaction turbine 100 can be reduced, even if the pressure of the water flowing into the inlet pipe 10 is low or the flow rate is low. You can make progress.
  • the turbine module 130 ′ includes a chamber 131 ′, diverter tubes 132 ′, and nozzles 135 ′, and the turbine module 130 ′ has a cylindrical shape, and the turbine
  • the chamber 131 ′, the direction switches 132 ′, and the nozzles 135 ′ formed in the module 130 ′ have an internal flow path structure, which is different from the first embodiment.
  • the chamber 131 ′ is a rectangular parallelepiped cavity formed in the turbine module 130 ′, and the direction change pipes 131 ′ are respectively formed as internal flow paths from four side surfaces of the chamber 131 ′.
  • the nozzles 135 ' are gradually reduced in flow path area from the direction change pipes 132'.
  • Water is injected from the nozzle 135 ⁇ in a tangential direction to the outer circumferential surface of the turbine module 130 ⁇ . Since the structure of the turbine module 130 'is very compact and has an overall integrated structure, the rigidity is excellent. That is, since the direction change pipes 132 'are less likely to sag downwards, there is no need to install a separate support plate. In particular, since there is no possibility of being damaged at the portion where the chamber 131 'and the direction change tube 132' are coupled, maintenance performance is greatly improved.
  • the reaction cigar turbine system 200 includes a housing 210, a turbine shaft 221, a turbine module 230, a power generation module 240, and a power transmission unit. It is included in the turbine shaft 221 is made of one and coupled only to the upper portion of the turbine module 230 is different from the first embodiment, and will be described in detail with respect to different points.
  • the housing 210 includes an upper housing 211, a lower housing 212 and a side housing 213, an inlet 211a and an outlet 212a.
  • An inflow pipe 20 through which water is introduced is fixed to the upper housing 211 by using the flange 21 and the bolts 22.
  • the housing 210 has a cylindrical structure as a whole, and an inner space 215 is formed.
  • the upper housing 211 includes a boss portion 211c and a plate portion 211d. Stepped 211b is formed on the inner circumferential surface of the boss portion 211c.
  • the turbine shaft 221 is inserted in the vertical direction to the inlet 211 is coupled to be relatively rotatable.
  • a flange portion 221 protruding in a radial direction is formed at the upper end of the turbine shaft 221 to be seated on the step 211b.
  • the flange portion 221 is caught by the step 211b to prevent the turbine shaft 221 from moving downward or away.
  • a thrust bearing 280 for supporting an axial load is installed between the flange portion 221 and the stepped 211b.
  • a radial bearing 270 is provided between the boss portion 211c and the outer circumferential surface of the turbine shaft 221.
  • An internal flow path 225 is formed inside the turbine shaft 221, and water flowing into the inlet 211a flows into the internal flow path 225.
  • the turbine module 230 is fixedly coupled to the lower portion of the turbine shaft 221 and rotates integrally with the turbine shaft 221.
  • the turbine module 230 is disposed in a horizontal direction.
  • the turbine module 230 includes a chamber 231, diverter tubes 232 and nozzles 235, a shatterproof plate 250, and a support plate 260. Since the structure and operation of the turbine module 230 are similar to those of the first embodiment described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the power generation module 240 includes a generator 245 and a generator rotation shaft 244, and its structure and operation are similar to those of the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the power transmission unit includes a first pulley 285, a second pulley 242, and a conveyor belt 243, and its structure and operation are similar to those of the first embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the turbine shaft includes the first turbine shaft 121 and the second turbine shaft 122, but in this embodiment, only one turbine shaft 221 is provided, and the turbine shaft 221 ) Has a structure that the upper end of the upper housing 211 is caught by the step 211b, the axial load is supported by the thrust bearing 270 and the step 211b. Therefore, since a separate second turbine shaft for supporting the lower portion of the turbine module 230 is unnecessary, there is an advantage that the structure is simple and the manufacturing cost is reduced.
  • the reaction turbine system 300 includes a housing 310, a turbine shaft 321, a turbine module 330, a power generation module 340, and It includes a power transmission unit, the turbine module 330 includes a main pipe 331, the diverter pipes 332 and the nozzles 335, the working fluid is branched through the main pipe 331 to the Flowing to the diverter tubes 332 is different from the second embodiment and will be described in detail with respect to different points.
  • the housing 310 includes an upper housing 311, a lower housing 312 and a side housing 313, an inlet 311a and an outlet 312a.
  • An inflow pipe 30 through which water is introduced is fixed to the upper housing 311 by using the flange 31 and the bolts 32.
  • the housing 310 has a cylindrical structure as a whole, and an inner space 315 is formed.
  • the upper housing 311 includes a boss portion 311c and a plate portion 311d.
  • a step 311b is formed on the inner circumferential surface of the boss 311c.
  • the turbine shaft 321 is inserted into the inlet 311 in the vertical direction is coupled to the relative rotation.
  • the upper end of the turbine shaft 321 is formed with a flange portion 321 protruding in the radial direction to be seated on the step 311b.
  • the flange portion 321 is caught by the step 311b to prevent the turbine shaft 321 from moving downward or away.
  • a thrust bearing 380 for supporting an axial load is installed between the flange portion 321 and the step 311b.
  • a radial bearing 370 is provided between the boss portion 311c and the outer circumferential surface of the turbine shaft 321.
  • the main tube 331 is disposed in communication with the inner passage 325.
  • the main tube 331 may be integrally formed with the turbine shaft 321, or may be coupled to the turbine shaft 321 in the axial direction. Water introduced through the inner passage 325 flows in the vertical direction through the main pipe 331.
  • a cross-shaped partition plate 338 is formed inside the main pipe 331 to guide the working fluid to the diverter pipes 332.
  • the partition plate 338 is defined according to the number of the direction change pipes 332, in the present embodiment will be described as an example of the four direction change pipes 332, the four directions
  • the partition plate 338 has a cross shape so as to correspond to the switching tubes 332.
  • the partition plate 338 divides the flow rate of the working fluid into four parts and guides the flow rate into the same flow rate for each of the diversion pipes 332, the amount of the working fluid discharged from the diversion pipes 332 can be equalized. have.
  • the diverter tubes 332 are integrally formed at the end of the main tube 331.
  • the diverter tubes 332 branch the working fluid flowing from the main tube 331 along the circumferential direction of the turbine shaft 321, and branch the working fluid into the radial direction of the turbine shaft 321. After the flow, the flow direction is changed and sprayed to have a circumferential velocity component.
  • the nozzles 335 are installed at ends of the diverter tubes 332.
  • the main pipe 331, the direction change pipes 332, and the nozzles 334 communicate with each other to form one direction change flow path.
  • the power generation module 340 includes a generator 345 and a generator rotation shaft 344, and its structure and operation are similar to those of the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the power transmission unit includes a first pulley 385, a second pulley 342, and a conveyor belt 3243, and its structure and operation are similar to those of the first embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the scattering prevention plate 150 and the support plate 160 of Figure 1 is not installed, but may be additionally installed as necessary.
  • a turbine module 330 ' accordinging to a modification of the third embodiment of the present invention.
  • the turbine module 330 ' includes a main pipe 331', a direction change pipe 332 ', and a nozzle 335', and the direction change pipes 332 'are formed to be inclined downward with respect to the horizontal direction.
  • This is different from the third embodiment, and will be described in detail mainly on different points.
  • the same reference numerals as those in the third embodiment denote the same members.
  • the diverter tubes 332 ′ have a sum of the direction of the working fluid injected from the nozzle 335 ′ in the circumferential direction (circumferential speed vector) and the vertical direction (vertical direction vector) of the turbine shaft 321. It is formed to discharge in the direction.
  • the direction change pipes 332 ' are guided in the radial direction of the turbine shaft 321 while gradually decreasing the vertical degree of water flowing in the vertical direction from the main pipe 331', and then inclined downward from the horizontal direction. Induce. That is, the working fluid is discharged in the circumferential direction, but is discharged inclined downward from the horizontal.
  • the structure of the diverter tubes 332 ' is applicable to the turbine module 130 of the first embodiment as well as the third embodiment.
  • the reaction turbine system 400 includes a housing 410, a turbine shaft 421, a turbine module 430, a power generation module 440, and a power transmission unit. It includes, the housing 410 is made of one circular plate structure is opened in the lower side is different from the third embodiment, and will be described in detail with respect to different points.
  • the housing 410 has a structure without the lower housing 312 or the side housing 313 of the third embodiment.
  • the housing 410 has a circular plate shape, and a circular inlet 410a is formed at the center thereof.
  • the inlet pipe 30 is fixed to the t part of the housing 410 by using the flange 31 and the bolt 32.
  • the housing 410 is composed of a boss portion 410c and a plate portion 410d.
  • a step 410b is formed on the inner circumferential surface of the boss 410c.
  • the housing 410 according to the present embodiment has been described as an example instead of the housing 310 of the third embodiment. However, the present invention is not limited thereto and may be applied instead of the housing 210 of the second embodiment. Do.
  • the reaction turbine system 100 ′ includes a housing 110 ′, a first turbine shaft 121, a second turbine shaft 122, and a turbine module ( 130). It includes a power generation module 140 and the power transmission unit, the side housing 113 'of the housing 110' is formed to be inclined downward, the power transmission unit is disposed outside the housing 110 'is the first turbine Connecting the shaft 121 and the power generation module 140 is different from the first embodiment, and will be described in detail based on different points.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same members.
  • the housing 110 ' includes an upper housing 111', a lower housing 112 'and a side housing 113', an inlet 111a 'and an outlet 112a'.
  • An inflow pipe 10 through which water is introduced is fixed to the upper housing 111 by using the flanges 11 and the bolts 12.
  • the housing 110 ′ has a cylindrical structure as a whole, and an inner space (housing) is formed.
  • the upper housing 111 ′ includes a boss portion 111c ′ and a plate portion 111d ′.
  • the boss portion 111c ' is provided with a cutout portion 111e such that the insertion groove 111f and the conveyor belt 143 described below pass through the insertion groove 111f to insert the first pulley 185' of the power transmission unit described later.
  • the side housing 113 ′ is formed to be inclined downward.
  • the side housing 113 ′ is formed such that a surface facing the working fluid spreads downward so that the working fluid injected from the turbine module 130 flows downward. That is, the side housing 113 'has a conical shape with an upper portion cut off.
  • the inclined structure of the side housing 113 ' improves drainage performance in the inner space (housing).
  • the lower housing 112 ' has a circular plate structure, and an outlet 112a' is formed to discharge the working fluid to the outside.
  • the power transmission unit includes a first pulley 185, a second pulley 142, and a conveyor belt 143.
  • the first pulley 185 is seated in the insertion groove 111f.
  • the conveyor belt 143 is connected to the second pulley 142 through the cutout 111e.
  • the first pulley 185 is disposed below the first radial bearing 171 in the boss portion 111c '.
  • the present invention is not limited thereto, and the first pulley 185 may be located above the first radial bearing 171 within the boss portion 111c ′.
  • the working fluid of the internal space (housing) is the boss portion 111c'.
  • the structure of the first to be blocked to flow into the boss portion (111c ') it can be secondly prevented from flowing into the first pulley 185 by the second radial bearing 171. .
  • the reaction turbine system configured as described above operates by preventing the working fluid from coming into contact with the power transmission unit because the power transmission unit is not located in the inner space (housing) and is located outside the housing 110 '. Increased power transmission loss or contamination due to the fluid can be prevented.
  • the first radial bearing 171 is installed in the boss portion 111c ', for example, but the vibration of the conveyor belt 143 is stably absorbed and the conveyor In order to evenly distribute the load by the belt 143, it is also possible to further install a radial bearing on the lower side of the first pulley 185.
  • the side housing 113 ′ since the side housing 113 ′ guides the water injected from the nozzle 135 downward, the water thus induced may be smoothly discharged through the outlet 112a.
  • the side housing 113 ' is described as having an inclined structure, for example, but at least a part of the inclined structure may also be formed.
  • the reaction turbine system 200 ′ includes a housing 210 ′, a turbine shaft 221 ′, a turbine module 230, a power generation module 240, and And a power transmission part, and the side housing 213 'of the housing 210' is inclined downward, and the power transmission part is disposed outside the housing 210 'so that the turbine shaft 221 and the power generation module are provided.
  • Connecting the 240 is different from that of the second embodiment, and will be described in detail based on different points.
  • the same reference numerals as those in the second embodiment denote the same members.
  • the housing 210 includes an upper housing 211', a lower housing 212 'and a side housing 213', an inlet 211a 'and an outlet 212a'.
  • An inflow pipe 20 through which water is introduced is fixed to the upper housing 211 by using the flange 21 and the bolts 22.
  • the housing 210 has a cylindrical structure as a whole, and an inner space 215 is formed.
  • the upper housing 211 ' includes a boss portion 211c' and a plate portion 211e '.
  • An incision 211f ', a stepped portion 211b', and an insertion groove 211f ' are formed on the inner circumferential surface of the boss portion 211c'.
  • the conveyor belt 143 described later passes through the cutout 211e '.
  • the stepped portion 211b ' is engaged with the flange portion 221a' of the turbine shaft 221 'which will be described later.
  • the first pulley 285 to be described later is inserted into the insertion groove portion 211f '.
  • the side housing 213 ' is formed to be inclined downward.
  • the side housing 213 ′ is formed such that a surface facing the working fluid spreads downward to guide the working fluid injected from the turbine module 230 downward. That is, the side housing 213 ′ has a conical shape with an upper portion cut off.
  • the inclined structure of the side housing 213 ′ improves drainage performance of the internal space 215.
  • the lower housing 212 ′ has a circular plate structure, and an outlet 212a ′ is formed to discharge the working fluid to the outside.
  • the turbine shaft 221 ′ is inserted into the inlet 211 e ′ in the vertical direction and is rotatably coupled to the turbine shaft 221 ′.
  • the upper end of the turbine shaft 221a ' is formed with a flange portion 221a' protruding radially so as to be seated on the stepped 211b '.
  • the flange portion 221a ' is caught by the step 211b', and the turbine shaft 221 'is prevented from moving downward or away.
  • a thrust bearing 280 'for supporting an axial load is installed between the flange portion 221a' and the stepped portion 211b '.
  • First and second radial bearings 271 ′ and 272 ′ are disposed between the boss portion 211 c ′ and the outer circumferential surface of the turbine shaft 221 ′.
  • the first radial bearing 271 ′ is disposed above the insertion groove portion 211f ′, and the second radial bearing 272 ′ is disposed below the insertion groove portion 211f ′. Therefore, the power transmission unit described later is stably supported by the first and second radial bearings 271 'and 272', and the working fluid in the internal space 215 is prevented from flowing into the power transmission unit.
  • the two radial bearings are installed as an example, but the present invention is not limited thereto and only one may be installed.
  • a thrust bearing 280 ' is provided between the flange portion 221a' and the stepped portion 211b 'to support the axial load of the turbine shaft 221'.
  • the power transmission unit includes a first pulley 285, a second pulley 242, and a conveyor belt 243.
  • the first pulley 285 is seated in the insertion groove portion 211f '.
  • the conveyor belt 243 is connected to the second pulley 242 through the cutout 211e ′.
  • the first pulley 285 is disposed between the first radial bearing 271 and the second radial bearing 272.
  • the reaction turbine system 200 ′ configured as described above includes only one turbine shaft 221 ′ such that an upper end of the turbine shaft 221 ′ is caught by the step 211 b ′ of the upper housing 211 ′. Because of the structure, there is no need for a separate second turbine shaft for supporting the lower portion of the turbine module 230 has the advantage of simplifying the structure and reduced manufacturing cost.
  • the power transmission unit since the power transmission unit is not located in the internal space 215 and is located outside the housing 210 ', it prevents the working fluid from contacting the power transmission unit, thereby increasing power transmission loss due to the working fluid. Contamination or the like can be prevented.
  • the side housing 213 ' is inclined downward to induce water injected from the nozzle 235 downward, the water thus induced can be smoothly discharged through the outlet 212a'.
  • the side housing 213 ' is described as having an inclined structure, for example, but at least a part of the side housing 213' may be formed in an inclined structure.
  • the reaction turbine system 300 ′ includes a housing 310 ′, a turbine shaft 321 ′, a turbine module 330, a power generation module 340, and It includes a power transmission unit, the side housing 313 'of the housing 310' is formed to be inclined downward, the power transmission unit is disposed outside the housing 310 'is different from the third embodiment, It demonstrates in detail centering on a different point.
  • the same reference numerals as those in the third embodiment denote the same members.
  • the housing 310 ' includes an upper housing 311', a lower housing 312 'and a side housing 313', an inlet 311a 'and an outlet 312a'.
  • the upper housing 311 ′ includes a boss portion 311c ′ and a plate portion 311d ′.
  • An inner circumferential surface of the boss portion 311c ' is formed with a cutout portion 311e', a stepped portion 311b ', and an insertion groove portion 311f'.
  • the conveyor belt 343 to be described later passes through the cutout 311e '.
  • the stepped portion 311b ' is engaged with the flange portion 321a' of the turbine shaft 321 'which will be described later.
  • the first pulley 385 to be described later is inserted into the insertion groove 311f '.
  • the side housing 313 ' is formed to be inclined downward.
  • the side housing 313 ′ is formed such that a surface facing the working fluid spreads downward to guide the working fluid injected from the turbine module 330 downward. That is, the side housing 313 'has a conical shape with an upper portion cut off.
  • the inclined structure of the side housing 313 ' improves drainage performance in the interior space 315.
  • the lower housing 312 ' has a circular plate structure, and an outlet 312a' is formed to discharge the working fluid to the outside.
  • the turbine shaft 321 ′ is inserted into the inlet 311e ′ in the vertical direction and is coupled to be relatively rotatable.
  • the upper end of the turbine shaft 321a ' is formed with a flange portion 321a' protruding in a radial direction to be seated on the step 311b '.
  • the flange portion 321a ' is caught by the step 311b', and the turbine shaft 321 'is prevented from moving downward or away.
  • a thrust bearing 380 'for supporting an axial load is installed between the flange portion 321a' and the step 311b '.
  • First and second radial bearings 371 ′ and 372 ′ are disposed between the boss 311 c ′ and the outer circumferential surface of the turbine shaft 321 ′.
  • the first radial bearing 371 ′ is disposed above the insertion groove 311 f ′
  • the second radial bearing 372 ′ is disposed below the insertion groove 311 f ′. Therefore, the power transmission unit described later is stably supported by the first and second radial bearings 371 ′ and 372 ′, and the working fluid in the internal space 315 is prevented from entering the power transmission unit.
  • the two radial bearings are installed as an example, but the present invention is not limited thereto and only one may be installed.
  • a thrust bearing 380 ' is provided between the flange portion 321a' and the step 311b 'to support an axial load of the turbine shaft 321'.
  • the power transmission unit includes a first pulley 385, a second pulley 342, and a conveyor belt 343.
  • the first pulley 385 is seated in the insertion groove 311f '.
  • the conveyor belt 343 is connected to the second pulley 342 through the cutout 311e '.
  • the first pulley 385 is disposed between the first radial bearing 371 and the second radial bearing 372.
  • the reaction turbine system 300 ′ configured as described above includes only one turbine shaft 321 ′ such that an upper end of the turbine shaft 321 ′ is caught by the step 311 b ′ of the upper housing 311 ′. Because of the structure, there is no need for a separate second turbine shaft for supporting the lower portion of the turbine module 330 has the advantage of simplified structure and reduced manufacturing cost.
  • the power transmission unit is not located in the internal space 315 and is located outside the housing 310 ′, the working fluid is prevented from contacting the power transmission unit, thereby increasing power transmission loss due to the working fluid. Contamination or the like can be prevented.
  • the side housing 313 ′ is formed to be inclined downward and guides the water injected from the nozzle 335 downward, the water thus induced can be smoothly discharged through the outlet 312a'.
  • the side housing 313 ′ has been described as having an inclined structure, but at least a portion of the side housing 313 ′ may be formed as an inclined structure.
  • the shape of the side housing 313 ′ and the structure of the power transmission unit are also applicable to the reaction turbine system 300 of FIG. 9.
  • the reaction turbine system 400 ′ includes a housing 410 ′, a turbine shaft 321, a turbine module 330, a power generation module 340, and a power source. It is different from the seventh embodiment that the housing 410 ′ has a circular plate structure and is open at the lower side, which will be described in detail with respect to different points.
  • the housing 410 ' has a structure in which the lower housing 312' and the side housing 313 'shown in FIG. 13 are removed.
  • a circular inlet 410a ' is formed at the center of the housing 410'.
  • the housing 410 ' includes a boss portion 410c' and a plate portion 410d '.
  • An inner circumferential surface of the boss portion 410c ' is formed with a cutout portion 410e', a stepped portion 410b ', and an insertion groove portion 410f'.
  • the conveyor belt 343 passes through the cutout 410e '.
  • the stepped portion 410b ' is engaged with the flange portion 321a' of the turbine shaft 321 'which will be described later.
  • the first pulley 385 of the power transmission unit is inserted into the insertion groove 410f '.
  • the housing 410 ' according to the present embodiment has been described as an example instead of the housing 310' of the seventh embodiment, but the present invention is not limited thereto. Instead, the housing 410 'is applied to the housing 210' of the sixth embodiment. Of course it is possible.
  • a plurality of direction change tubes 132 are fixed to the support plate 190 by fixing means. And will be described in detail with respect to different points.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same members.
  • the U bolt 195 is used as an example.
  • the U bolt 195 has an advantage of low cost, as well as a simple structure and small weight.
  • the diverter pipes 132 each have a circular pipe structure, and are supported by the U bolt 195 and then fixed by a nut 196.
  • a long washer 198 is inserted between the nuts 196 and the support plate 190.
  • Two U bolts 195 are coupled to the inlet portion and the outlet portion of each of the turning pipes 132.
  • the arrangement of the diverter tubes 132 has a symmetrical structure with respect to the virtual center axis of rotation CC, and the fastening structure of the U bolts 195 also has a symmetrical structure, so that the first and second turbine shafts ( 121) 122 may rotate without eccentricity.
  • the support plate 190 has a circular plate shape, and a plurality of cutouts 190a are formed.
  • the cutouts 190a reduce the weight of the support plate 190.
  • the cutouts 190a should also be formed to have a symmetrical structure on the virtual rotation axis C-C to reduce the eccentricity of the first and second turbine shafts 121 and 122.
  • the support plate 190 prevents the working fluid injected from the nozzle 135 from hitting the inner surface of the housing and scattering upward. That is, the support plate 190 serves as a shatterproof plate.
  • the buffer members 197 are inserted between the lower surface of the support plate 190 and the upper surface of the direction change tubes 132.
  • the buffer members 197 are fixed to the support plate 190 by bolts 199.
  • the shock absorbing members 197 are formed of an elastic material to reduce the possibility of noise and damage caused by vibration generated from the support plate 190 and the direction change tubes 132.
  • the turbine module according to the present embodiment has been described as an example instead of the turbine module of the first embodiment, the present invention is not limited thereto, and it is of course possible to apply the turbine module instead of the turbine modules of the second, fifth, and sixth embodiments. Do.
  • the reaction turbine system 500 includes a housing 510, a turbine shaft 520, a turbine module 530, a coupling 55, and a power generation module ( 560, wherein the turbine shaft 520 is disposed in a horizontal direction, and the turbine module 530 is elongated in a vertical direction perpendicular to the turbine shaft 530.
  • the housing 510 includes a first housing part 511, a second housing part 512, and a third housing part 513.
  • a circular inlet 511a is formed at the center of the left side of the first housing 511. Liquid working fluid flows through the inlet 511a. Various working fluids may be used as the working fluid, and in this embodiment, water is used as an example.
  • the first housing 511 has a circular plate structure, and has a structure in which the inlet 511a protrudes from the left side.
  • the second housing part 512 is disposed to be spaced apart from the first housing part 511 by a predetermined interval in a right direction, and has a circular plate structure.
  • the third housing portion 513 connects the first housing portion 511 and the second housing portion 512.
  • the discharge port 514 is formed in the third housing part 513. Liquid working fluid is discharged through the discharge port 514.
  • the third housing part 513 has a structure in which the discharge port 514 protrudes downward from the lower side of the circular ring structure.
  • the discharge port 514 is described as being integrally formed in the third housing part 513, but the present invention is not limited thereto, and a separate discharge port 514 is lower than the third housing part 513. It is also possible to be coupled to.
  • the housing 510 has a cylindrical shape forming an inner space by the first housing part 511, the second housing part 512, and the third housing part 513.
  • the turbine shaft 520 is disposed in the housing 510 in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the horizontal direction or the horizontal direction. In the present embodiment, the turbine shaft 520 is disposed in the horizontal direction, for example.
  • the turbine shaft 520 is rotatably coupled to the housing 510.
  • the turbine shaft 520 is composed of first and second turbine shafts 521 and 522 disposed at the left and right sides of the turbine module 530.
  • the first turbine shaft 521 is coupled between the first housing 511 and the turbine module 530.
  • the second turbine shaft 522 is coupled between the turbine module 530 and the second housing 512.
  • the first turbine shaft 521 has a hollow shape.
  • the first turbine shaft 521 is formed with an inner flow passage 521a for flowing water introduced from the outside in the longitudinal direction thereof.
  • the inner passage 521a communicates with a chamber 531 which will be described later.
  • the first turbine shaft 521 penetrates through the inlet 511a.
  • a first radial bearing 571 is provided between the outer circumferential surface of the first turbine shaft 521 and the inlet 511a.
  • the second turbine shaft 522 is disposed coaxially with the first turbine shaft 521.
  • the second turbine shaft 522 is coupled between the chamber 531 and the second housing 512.
  • the left end of the second turbine shaft 522 is inserted into and coupled to the chamber 531, and the right side of the second turbine shaft 522 passes through the through hole 512a formed in the second housing 512.
  • a second radial bearing 572 is provided between the outer circumferential surface of the second turbine shaft 522 and the through hole 512a.
  • a stepped portion 522a is formed on the second turbine shaft 522, and a thrust bearing 573 is provided between the right side surface of the stepped portion 522a and the inner side surface of the second housing 512.
  • the axial load in the right direction acts by the pressure of the water passing through the internal flow passage 520a of the turbine shaft 520, and the thrust bearing 573 supports the axial load, thereby supporting the second turbine.
  • the shaft 522 remains rotatable.
  • the turbine module 530 is disposed perpendicular to the turbine shaft 520.
  • the turbine module 530 is coupled between the first turbine shaft 521 and the second turbine shaft 522 to rotate integrally with the first turbine shaft 521 and the second turbine shaft 522. do.
  • the turbine module 530 includes a chamber 531, diverter tubes 534 and nozzles 536.
  • the chamber 531 has a cylindrical structure, and the left side is coupled to the first turbine shaft 521 to communicate with the internal flow path 521a.
  • the present invention is not limited thereto, and the chamber 531 may be formed in various shapes, as long as the chamber 531 has a space in which the inflowing water can stay.
  • the chamber 531 is described as being coupled to the first turbine shaft 521, but is not limited thereto, and the chamber 531 may be formed integrally with the first turbine shaft 521. Do.
  • the chamber 531 keeps the incoming water to a certain degree, thereby making the pressures of the water flowing into the diverter tubes 534 constant.
  • the chamber 531 When water is sprayed from the nozzles 536, the chamber 531 is subjected to a repulsive force in a direction opposite to the direction in which the water is sprayed, thereby rotating in reaction to the water spray. At this time, when the pressure of the water flowing into the direction change pipes 534 is different, the magnitude of the repulsive forces applied to the chamber 531 is not constant, it is difficult to generate vibration or to obtain an effective rotational force. However, in this embodiment, since the pressure of the water flowing into the direction change pipes 534 by the chamber 531 is maintained the same, vibration problems can be reduced and efficient rotational force can be obtained.
  • the plurality of direction change tubes 534 branch the water flowing from the chamber 531 into a plurality of radial directions of the chamber 531, and then divert and discharge the water in the circumferential direction.
  • the direction of water discharged from the diverter tubes 534 is a tangential direction of a virtual circle around the turbine shaft 520. Not limited to this, a part of the direction of the water discharged may have a tangential component with respect to the imaginary circle. When the direction of the discharged water has a tangential direction with respect to the imaginary circle, the rotational force of the turbine shaft 520 is the highest.
  • the plurality of diverter tubes 534 have the same shape and are spaced apart from each other along the circumferential direction of the chamber 531. In the present embodiment, for example, but described as consisting of four direction switching tubes 534, but is not limited to this may be made in various numbers. Nozzles 536 are installed at each end of the diverter tubes 534.
  • the turbine module 530 further includes a fixing part 532 which is extrapolated to the chamber 531.
  • the fixing part 532 has a disc structure and is disposed on the left side of the direction change tubes 534.
  • the turning pipes 534 is fixed to the fixing part 532 by a fixing means.
  • Various kinds of fixing means may be selected.
  • the U bolts 537 and 538 are used.
  • the diverter pipes 534 have a circular pipe structure and are fixed to the fixing part 532 by a nut 539 while being supported by the U bolts 537 and 538.
  • a plurality of cutouts 532a are formed in the fixing part 532. The cutouts 532a serve to reduce the weight of the fixing part 532.
  • the power generation module 560 is a generator that receives the rotational force from the turbine shaft 520 to produce electricity.
  • the power generation module 560 includes a generator rotating shaft 561 disposed on the same axis as the turbine shaft 520 and coupled to the coupling 550.
  • the coupling 550 is a sleeve coupling that fixes the end of the second turbine shaft 522 and the end of the generator rotation shaft 561 by using a key or the like to fit the sleeve.
  • the second turbine shaft 522 and the generator rotation shaft 561 is applicable to any coupling that can be coupled on the same axis.
  • the housing 510 includes a plurality of guide vanes 540 for guiding water injected upward from the direction change tubes 534 in a direction toward the inner surface of the housing 510 and then discharging downward. do.
  • the plurality of guide vanes 540 are coupled between the first housing 511 and the second housing 512. 17 and 18, the plurality of guide vanes 540 are spaced apart from each other along the radial direction between the turbine module 530 and the third housing 513.
  • the plurality of guide vanes 540 includes three first, second and third guide vanes 541, 542 and 543. The number, length and arrangement position of the guide vanes 540 depend on the number of the diverter tubes 534 or the discharge direction of water from the diverter tubes 534 and the position of the outlet 514.
  • the first, second, and third guide vanes 541, 542, 543 form an arc shape for an imaginary circle having different radii with respect to the center of the turbine shaft 520. That is, the first, second and third guide vanes 541 and 542 and 543 have an arc shape having different radii.
  • the first, second, and third guide vanes 541, 542, 543 have an arc shape and guide the discharged working fluid in a direction toward the inner side of the housing 510, where the outlet 514 is located. Guide it to flow downward.
  • first guide flow path 541b is formed between the first guide vane 541 and the third housing 513.
  • a second guide flow path 542b is formed between the second guide vane 542 and the first guide vane 541.
  • a third guide flow path 543b is formed between the third guide vane 543 and the second guide vane 542.
  • the first guide flow path 541b mainly flows water sprayed while passing through the right side while the direction change pipes 534 rotate.
  • the water sprayed while passing through the upper right side flows in while the turning pipes 534 rotate.
  • the third guide channel 543b mainly, the water spraying while passing through the upper left side is introduced while the direction change pipes 534 rotate. Since the injected water flows into the first, second and third guide flow paths 541b, 542b and 543b and exits the discharge port 514, the injected water falls toward the turbine module 530 and the turbine module The phenomenon which prevents rotation of 530 is prevented. Water flowing into the first, second, and third guide passages 541b, 542b, and 543b is guided downward by the first, second, and third guide vanes 541, 542, 543, and then the outlet port. 514 may smoothly exit.
  • 19A to 19C show a modification of the guide vane shown in FIG. 18.
  • the guide vanes 540 'shown in FIG. 19A include three first, second and third guide vanes 541', 542 'and 543'.
  • the guide vane 550 illustrated in FIG. 19B includes a ring part 551 having a plurality of guide holes 551a and a vane part 552 provided in the guide holes 551a.
  • the ring portion 551 is disposed between the turbine module 530 and the housing 510.
  • the vane part 552 is formed to be inclined at a predetermined angle in a direction toward the third housing part 513.
  • the guide vane 560 illustrated in FIG. 19C includes four first, second, third, and fourth guide vanes 561, 562, 563, and 564, each of which has an arc shape.
  • the end portions of the first, second, third and fourth guide vanes 561, 562, 563 and 564 are disposed at positions spaced apart from each other by a predetermined angle in a direction in which the working fluid is discharged.
  • the first, second, third, and fourth guide vanes 561, 562, 563, and 564 are formed to have different lengths. That is, the first, second, third, and fourth guide vanes 561, 562, 563, and 564 are formed to have a shorter length toward the outlet 514.
  • the shape of the guide vanes may have various shapes in a range in which water injected from the diverter pipes 534 is guided in a direction opposite to rotation of the turbine module 530 and discharged downward to the outlet 514. Variation of is possible.
  • Water introduced into the housing 510 is introduced into the chamber 531 in a horizontal direction through an internal flow path 521a of the turbine shaft 520.
  • the flow direction is first changed radially in the radial direction and second in the circumferential direction through the diverter tubes 534.
  • the nozzle 536 is ejected into the inner space of the housing 510.
  • a rotational force in the clockwise direction is generated on the turbine shaft 520.
  • the water jetted through the nozzle 536 is guided in the direction toward the inner surface of the housing 510 by the first, second, and third guide vanes 541, 542, 543, and then downwards. And is discharged through the outlet 514.
  • the generator rotary shaft 561 rotates to generate electricity in the generator 560.
  • the efficiency can be maintained at a very high level.
  • the manufacturing cost can be greatly reduced because the structure is very simple.
  • the size can be reduced, and the power generation can be performed even if the pressure of the incoming water is low or the flow rate is low.
  • the generator shaft 561 may be disposed on the same axis on the turbine shaft 520, and thus may be coupled to the coupling 550. The structure is very simple and the cost can be reduced.
  • the reaction turbine system 500 ′ includes a thrust bearing 582 and a radial bearing for supporting the axial load and the radial load of the turbine shaft 520.
  • the installation of the bearing 572 on the outer side of the housing 510 is different from that of the tenth embodiment, and will be described based on different points.
  • the same reference numerals as those of the tenth embodiment denote the same members.
  • the second turbine shaft 522 is provided with a stepped portion 522a located outside the housing 510.
  • the thrust bearing 582 is provided between the step portion 522a and the first support 580 that supports the second turbine shaft 522.
  • a second support 570 supporting the second turbine shaft 522 is installed separately from the first support 580, and is provided between the inner circumferential surface of the second support 580 and the second turbine shaft 522.
  • the radial bearing 572 is provided.
  • the first support 580 and the second support 570 are described as being separately installed.
  • the present invention is not limited thereto, and only the first support 580 is installed and the first support 580 and the first support 580 are installed.
  • the radial bearing 572 may be provided between two turbine shafts 522 with water.
  • the thrust bearing 582 and the radial bearing 572 are installed outside the housing 510, the thrust bearing 582 and the radial bearing 572 are not submerged in water, thereby widening the bearing selection and reducing bearing friction loss.
  • the thrust bearing 582 and the radial bearing 572 have been described as being installed outside the housing 510, the present invention is not limited thereto, and the thrust bearing 582 and the radial bearing 572 may be provided. Of course, only one may be installed outside the housing 510. In addition, a separate sealing means may be provided for sealing between the second turbine shaft 522 and the second housing portion 512.
  • the reaction turbine system 600 includes a housing 601, a fluid supply pipe 610, turbine modules 630 and 640, and a turbine shaft. 620 and a power generation module 670, and the plurality of turbine modules 630 and 640 coupled to one turbine shaft 620 is different from that of the eleventh embodiment, and focuses on different points. It explains in detail.
  • the fluid supply pipe 610 includes a vertical pipe 611 and left and right horizontal pipes 612 and 613.
  • the vertical pipe 611 penetrates the upper surface of the housing 601 and is disposed in the vertical direction to receive water from the outside.
  • the left and right horizontal pipes 612 and 613 are branched from the lower portion of the vertical pipe 611 in the left and right directions, respectively.
  • the pair of turbine modules 630 and 640 are connected to the left and right horizontal pipes 612 and 613, respectively.
  • the left and right horizontal pipes 612 and 613 serve as inlets for guiding a working fluid to the pair of turbine modules 630 and 640.
  • the turbine modules 630 and 640 include a left turbine module 630 connected to the left horizontal pipe 612 and a right turbine module 640 connected to the right horizontal pipe 613. That is, the turbine modules 630 and 640 are arranged to have left and right symmetry around the vertical pipe 611. The left turbine module 630 and the right turbine module 640 are arranged to be left and right symmetric with each other, connected to one turbine shaft 620 to rotate the turbine shaft 620, which is generated in each The axial loads cancel each other out so that the efficiency can be improved.
  • the left turbine module 630 is coupled to the left horizontal pipe 612 so as to communicate with the left chamber 631, the water flows through the left horizontal pipe 612 and the outer peripheral surface of the left chamber 631.
  • the plurality of direction change pipes 632 disposed to be spaced apart from each other and flow in the radial direction and discharged in the circumferential direction, and nozzles 633 provided at each end of the direction change pipes 632. ).
  • the right turbine module 640 is connected to the right horizontal pipe 613 so as to communicate with the right chamber 641, the water flows through the right horizontal pipe 613 and the outer peripheral surface of the right chamber 641
  • the plurality of direction change tubes 642 disposed to be spaced apart from each other and flow in the radial direction and then discharge in the circumferential direction, and nozzles 643 provided at each end of the direction change tubes 642.
  • Reference numeral 645 denotes a disk-shaped fixing part for fixing the direction turning tubes 642, and reference numeral 645a denotes cut portions formed to reduce the weight of the fixing part 645.
  • the turbine shaft 620 is disposed on the same axis as the generator rotation shaft 671 of the power generation module 670, and is coupled to the coupling 660. Therefore, separate power transmission mechanisms such as pulleys and belts are removed between the turbine shaft 620 and the generator rotation shaft 671 to improve efficiency, simplify the structure, and reduce manufacturing costs.
  • a support 650 for supporting the turbine shaft 620 is installed outside the housing 601.
  • the support 650 includes an axial support 654, a first horizontal support 652, a second horizontal support 651, and a leg 653.
  • the shaft support part 654 is disposed at both left and right sides of the turbine shaft 620, and a through hole through which the turbine shaft 620 passes is formed.
  • a radial bearing 660 is installed between the through hole of the shaft support 654 and the outer circumferential surface of the turbine shaft 620. Since the radial bearing 660 is installed outside the housing 601 and is not submerged in water, a wider selection of bearings can be widened and bearing friction loss can be reduced.
  • the fluid supply pipe 610 includes a vertical pipe 611 and left and right horizontal pipes 612 and 613.
  • the left and right horizontal pipes 612 and 613 are different from the third embodiment in that at least part of the left and right horizontal pipes 612 and 613 is made of the left and right flexible pipes 692 and 691.
  • the left flexible pipe 692 is provided on the flow path of the left horizontal pipe 612. Left and right ends of the left flexible pipe 692 are coupled to the left horizontal pipe 612 by a first coupling member 693.
  • the first coupling member 693 is composed of two flanges, respectively, and the ends of the left horizontal pipe 612 and the left flexible pipe 692 are respectively coupled and fixed by two flanges.
  • the right flexible pipe 691 is provided on the flow path of the right horizontal pipe 613. Left and right ends of the right flexible pipe 691 are coupled to the right horizontal pipe 613 by a second coupling member 694.
  • the second coupling member 694 is formed of two flanges, respectively, and the ends of the right horizontal pipe 613 and the right flexible pipe 691 are coupled to each other and fixed by two flanges.
  • the left and right flexible pipes 692 and 691 absorb deformation such as sag generated at the left and right horizontal pipes 612 and 613 by the pressure of water flowing through the vertical pipes 611. In addition, misalignment of the left horizontal pipe 612 and the right horizontal pipe 613 may be prevented.
  • the reaction turbine system 700 according to the fourteenth embodiment of the present invention, the inlet 710, turbine module 720, turbine shaft 730, power generation module 760 and It includes a coupling 770, the turbine module 720 is coupled to the upper side of the inlet 710, the turbine shaft 730 is disposed in the vertical direction long above the turbine module 720 Different from the above embodiments, and will be described in detail centering on different points.
  • the inlet 710 is a liquid working fluid is introduced from the outside.
  • the inlet 710 is elongated in the vertical direction or the inclined direction.
  • the inlet 710 is described as an example of being disposed long in the vertical direction.
  • the present invention is not limited thereto, and only a part of the direction of the working fluid flowing into the inlet 710 may have a vertical component.
  • the inlet 710 is disposed long in the vertical direction, the lower side is connected to the inlet duct 712 for guiding the working fluid flowing from the outside.
  • the flange portion for coupling with the body portion 721 of the turbine module 720 to be described later is formed on the upper side of the inlet 710.
  • the working fluid is introduced into the working fluid from the lower side of the inlet 710 in an upward direction opposite to the vertical direction.
  • the inlet duct 712 may be vertically coupled to the lower side of the inlet 710, and the lower portion of the inlet duct 712 may be bent or inclined in one direction.
  • the turbine module 720 is coupled to the upper side of the inlet 710.
  • the turbine module 720 includes a body portion 721 and the diverter tube 724.
  • the body portion 721 has a cylindrical shape and has a central lower portion thereof in communication with the inlet 710.
  • Working fluid is introduced through the lower portion of the body portion 721 through the inlet 710.
  • the circumference of the body portion 721 is coupled to the flange portion of the inlet 710 and then coupled by the first fastening member 726.
  • the body 721 may be formed in a cylindrical shape.
  • the body 721 may be formed in various shapes as long as it can hold a space in which the working fluid can stay for a predetermined time.
  • the turbine shaft 730 is coupled to an upper side of the body portion 721.
  • the body portion 721 receives a repulsive force in a direction opposite to the direction in which the working fluid is injected through the redirection pipe 724, and rotates in response to the injection of the working fluid.
  • the plurality of direction change pipes 724 are provided at positions spaced apart from each other by a predetermined distance along the circumferential direction of the body portion 721.
  • the four direction change pipes 724 are formed and described, for example.
  • the diverter tube 724 is discharged by switching the working fluid flowing upward to the body portion 721 through the inlet 710 in the horizontal direction or the inclined direction.
  • the discharge direction of the diverter tube 724 is a tangential of the imaginary circle centered around the turbine shaft 730 while the working fluid introduced into the body 721 is horizontal to the inlet 710. It demonstrates, for example as being a direction.
  • the present invention is not limited thereto, and the discharge direction of the diverter tube 724 may be a downwardly inclined or upwardly inclined direction, and a direction in which a thrust acting on the turbine shaft 730 may be offset. It is possible. In addition, only a part of the discharge direction of the direction change pipe 724 may have the tangential direction component of the virtual circle which makes the turbine shaft 730 the circle center. When the discharge direction of the working fluid has a direction tangential to the imaginary circle, the rotational force of the turbine shaft 730 is the highest.
  • the direction change pipe 724 is coupled to the body portion 721, but is not limited thereto.
  • the inside of the direction change pipe 724 is described as being made of a nozzle shape, but is not limited to this, it is also possible that a separate nozzle is combined.
  • the turbine shaft 730 is vertically coupled to the upper side of the turbine module 720, and rotates by the rotational force of the turbine module 720.
  • the power generation module 760 is a generator that generates electricity by receiving rotational force from the turbine shaft 730.
  • the power generation module 760 is coupled to the upper side of the turbine shaft 730.
  • the power generation module 760 includes a generator rotary shaft 761, and the generator rotary shaft 761 is disposed on the same axis as the turbine shaft 730 and coupled by the coupling 770.
  • the coupling 770 is a sleeve coupling in which an end portion of the turbine shaft 730 and an end portion of the generator rotation shaft 761 are fitted into a sleeve and fixed using a key or the like.
  • the present invention is not limited thereto, and any turbine coupling 730 and the generator rotation shaft 761 may be used as long as they can be coupled on the same axis.
  • the reaction turbine system is coupled to the turbine shaft support 750 supporting the upper portion of the turbine shaft 730 and the turbine shaft support 750 and between the turbine module 720 and the power generation module 760. It further comprises a partition plate 740 for partitioning.
  • the turbine shaft support 750 is formed so that the turbine shaft 730 penetrates in the center thereof, and is formed stepped so that the inner circumferential surface thereof corresponds to the stepped portion of the turbine shaft 730.
  • a thrust bearing 754 and a first radial bearing 752 are installed between the turbine shaft support 750 and the turbine shaft 730.
  • the first radial bearing 752 supports rotation of the turbine shaft 730 between the outer circumferential surface of the turbine shaft 730 and the turbine shaft support 750.
  • the thrust bearing 754 is provided between the upper end inner surface of the turbine shaft support 750 and the stepped portion of the turbine shaft 730, the thrust acting on the turbine shaft 730 in a direction opposite to the vertical direction. Support (trust) Since the thrust acts in the upward direction opposite to the vertical direction by the upward flow pressure of the working fluid when the turbine shaft 730 rotates, the thrust bearing 754 is installed on the top of the turbine shaft 730. do.
  • a first sealing member 756 is installed in the lower portion of the first radial bearing 752 inside the turbine shaft support 750 to prevent leakage of bearing lubricant.
  • the partition plate 740 is disposed long in the horizontal direction to block the working fluid injected from the turbine module 720 from splashing toward the power generation module 760.
  • the partition plate 740 is fastened and fixed by the turbine shaft support 750 and the second fastening member 751.
  • an inlet support 714 is installed outside the inlet 710, and a second radial bearing rotably supporting the inlet 710 between the inlet 710 and the inlet support 714. 716 is installed.
  • the second sealing member 715 is provided below the inlet support 714.
  • the inlet support 714 is made of a plurality of support plates, it will be described by way of example coupled to the vertical direction by the third fastening member 713.
  • the outer side of the inlet duct 712 is provided with a duct support 718 for supporting the inlet duct 712.
  • the duct support 718 and the inlet support 714 are coupled by a fourth fastening member 719.
  • the periphery of the turbine module 720 is opened so that the working fluid injected from the turbine module 720 flows down to the lower side in the gravity direction, for example, but is not limited thereto.
  • a separate housing that forms a predetermined space between the turbine module 720 is installed so that the injected working fluid may be discharged into the housing, and the working fluid injected under the turbine module 720 is collected. It is of course also possible to have a separate chamber to be built.
  • reaction turbine system 700 configured as described above will be described.
  • Water introduced into the turbine module 720 is injected in the horizontal direction perpendicular to the vertical direction through the direction change pipes 724.
  • the injected water flows downward by gravity.
  • a portion of the water sprayed by the partition plate 740 may be prevented from splashing toward the power generation module 760.
  • a rotational force is generated on the turbine shaft 730 coupled to the turbine module 720.
  • the generator rotary shaft 761 coupled to the coupling 770 rotates together, generating electricity in the generator 760. Since the turbine shaft 730 and the generator rotation shaft 761 are placed on the same axis and coupled to the coupling 770, a separate pulley or a belt does not need a power transmission mechanism, so that the structure is simple and power transmission loss. Can also be reduced.
  • thrust acting on the turbine shaft 730 As the water flows upward from the lower side, thrust acts upward on the turbine shaft 730.
  • the upward thrust acting on the turbine shaft 730 is supported by the thrust bearing 754. Since the thrust acting on the turbine shaft 730 acts in an upward direction opposite to the direction of gravity, the thrust acting in the turbine shaft 730 may be at least partially offset by gravity, thereby allowing the application of a smaller thrust bearing 754. There is this.
  • the turbine module 800 includes a turbine shaft 801, a chamber 830, a fixed plate 820, and a plurality of directions.
  • the configuration including the switch tubes 810 is different from that of the fourteenth embodiment, and will be described based on different points.
  • the same reference numerals as those of the fourteenth embodiment denote the same members.
  • the turbine shaft 801 is disposed long in the vertical direction, the lower end is coupled to the upper side of the chamber 830, the upper end is coupled by the rotation shaft 761 and the coupling 770 of the generator 760.
  • the chamber 830 has a cylindrical shape and is disposed long in the vertical direction.
  • the lower end of the chamber 830 is coupled in communication with the inlet 802, the upper end is coupled to the turbine shaft 801.
  • the fixing plate 820 is extrapolated to the chamber 830, and has a disc shape.
  • the fixing plate 820 is fixed to the plurality of direction switching tubes 810 to be described later, the fixing method will be described later.
  • a plurality of cutouts 820a are formed in the fixing plate 820 to reduce the weight of the fixing plate 820.
  • the plurality of direction switching tubes 810 guides the water flowing into the chamber 830 in the radial direction of the chamber 830, and then converts the water in the circumferential direction to discharge the water.
  • the direction of water discharged from the diverter tubes 810 is a tangential direction of a virtual circle around the turbine shaft 801. Not limited to this, a part of the direction of water discharged may have a tangential direction component with respect to the said imaginary circle.
  • the plurality of direction change tubes 810 have the same shape and are spaced apart from each other along the circumferential direction of the chamber 830. In the present embodiment, it is described as an example consisting of four direction switching tubes 810, but is not limited to this, it can be made in various numbers.
  • Nozzles 812 are installed at ends of the diverter tubes 810.
  • the plurality of direction turning tubes 810 are fixed to the upper surface of the fixing plate 820 by fixing means.
  • fixing means Various kinds of fixing means may be selected.
  • the U bolt 840 is used as an example.
  • the diverter pipes 810 have a circular pipe structure and are fixed to the fixing plate 820 by a nut 842 while being supported by the U bolt 840.
  • the reaction turbine system 700 ′ configured as described above discharges the working fluid in a horizontal direction through the plurality of diverter pipes 810 after the working fluid flows from the lower side to the chamber 830 in an upward direction. do.
  • the working fluid discharged from the plurality of diverter tubes 810 flows down in the vertical direction, the gravity direction.
  • the working fluid discharged from the diverter tubes 810 does not affect the turbine module 800 or the generator 760.
  • the plurality of direction change tubes 810 are fixed to the fixing plate 820 by the U bolt 840, but the turbine module 800 of FIG. 130 ') is of course also applicable.
  • reaction turbine system having a simple structure and reduced manufacturing cost can be manufactured.

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Description

반작용식 터빈 시스템
본 발명은 반작용식 터빈 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액상의 작동 유체의 토출로 인한 반작용에 의해 터빈축을 회전시키는 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. 하지만, 이러한 반작용식 터빈은 고압의 스팀을 다단으로 분사하는 구조를 가져서 물과 같은 액상의 작동 유체에 직접 적용하기 어렵고, 구조가 다소 복잡한 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 구조를 단순화하여 제조 비용이 절감되는 반작용식 터빈 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 작동유체가 유입되는 유입구와, 상기 유입구로부터 축방향으로 유입된 작동 유체를 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여 발생되는 터빈 모듈과, 상기 터빈 모듈에 상기 축방향으로 결합되고, 상기 터빈 모듈의 회전력에 의해 회전하는 터빈 축을 포함한다.
본 발명에 따른 반작용식 터빈 시스템은, 구조가 단순하여 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 작동 유체의 분사시 발생되는 반작용에 의해 회전하여 발전하고, 상기 작동 유체가 유동하면서 발생되는 압력 손실만 있기 때문에, 발전 효율이 높은 이점이 있다.
또한, 터빈축 등의 회전하는 구성요소들이 동축 구조로 배치되고, 상하방향으로 배치하여 결합하기 때문에, 진동이 적다.
또한, 동력전달부 및 발전 모듈이 작동 유체와 접촉하지 않는 위치에 설치되어, 터빈 축의 회전력이 동력 전달부 및 발전 모듈로 전달되는 것을 작동 유체가 방해하기 어려운 이점이 있다.
또한, 터빈 모듈로부터 분사되는 작동 유체가 측면 하우징부에 의해 하측으로 유도되기 때문에, 작동 유체의 배출이 하우징 내에서 비산되는 것이 감소되고 배출이 용이한 이점이 있다.
또한, 방향 전환관들을 U볼트에 의해 고정함으로써, 방향 전환관들이 안정적으로 고정되어 진동이 감소될 수 있다.
또한, 방향 전환관들과 고정부 사이에 완충부재가 구비되어, 진동에 의한 소음 및 파손이 감소될 수 있다.
또한, 터빈 축이 수평 방향으로 설치되어, 터빈 축과 발전기의 회전축을 동일 축선상에 배치하는 것이 가능하고, 이로 인해 상기 터빈 축과 발전기의 회전축을 커플링으로 결합함으로써, 풀리나 벨트 등의 별도의 동력전달기구가 삭제되어, 효율이 향상되고 구조가 간단해져서 제조비용이 절감될 수 있다.
또한, 2개의 터빈 모듈을 좌,우 대칭으로 배치하고, 상기 2개의 터빈 모듈을 하나의 터빈 축으로 연결하여 회전시킴으로써, 상기 2개의 터빈 모듈에서 각각 발생되는 축방향 하중이 상쇄되어 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 스러스트 베어링의 용량을 줄이거나 스러스트 베어링을 설치하지 않을 수 있으므로 구조가 간단해지고, 제조 비용이 감소될 수 있다.
또한, 작동유체를 상하방향으로 전달받는 연직 배관과, 상기 연직 배관에서 좌,우 수평방향으로 분기되는 좌,우 수평배관을 포함하고, 상기 좌,우 수평배관 상에 각각 플렉시블 배관을 설치함으로써, 상기 플렉시블 배관이 변형을 흡수하게 되므로 상기 좌,우 수평배관의 변형과 정렬 불량 등을 방지할 수 있다.
또한, 레이디얼 베어링과 스러스트 베어링이 작동유체와 접촉하지 않고 하우징의 외측에서 외부 공기 중에 설치가 가능하기 때문에, 저렴한 베어링 선택의 폭이 넓어지고 마찰 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 터빈 모듈의 방향 전환관들 중에서 상향 토출되는 작동 유체는 가이드 베인들에 의해 하우징의 내측면을 향한 방향으로 안내된 후 하향 배출되기 때문에, 상향 토출된 작동유체가 상기 터빈 모듈로 떨어져 회전을 방해하는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 터빈 축이 연직방향으로 배치되고, 작동유체가 하측으로부터 상방향으로 유입되기 때문에, 상기 터빈 축에 작용하는 스러스트가 중력방향과 반대방향인 상방향으로 작용하게 되어, 중력방향으로 작용하는 스러스트에 비해 작은 크기의 스러스트 베어링의 적용이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 터빈 모듈의 변형예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 방향에서 본 단면도이다.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ 방향에서 본 단면도이다.
도 8은 도 5의 ⅤⅢ-ⅤⅢ 방향에서 본 단면도이다.
도 9는 도 5에 도시된 터빈 모듈의 변형예가 도시된 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 13은 본 발명의 제7실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 14는 본 발명의 제8실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 15는 본 발명의 제9실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 16은 도 15의 ⅩⅥ-ⅩⅥ 방향에서 본 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제10실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 18은 도 17에 도시된 터빈 모듈의 종단면도이다.
도 19는 도 18에 도시된 터빈 모듈의 변형예들이 도시된 도면이다.
도 20은 본 발명의 제11실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 21은 본 발명의 제12실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 22는 도 21에 도시된 반작용식 터빈 시스템의 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제13실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 24는 본 발명의 제14실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
도 25는 도 24에 도시된 터빈 모듈의 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제15실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템이 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(100)은, 하우징(110), 터빈 축(121)(122), 터빈 모듈(130), 발전 모듈(140) 및 동력 전달부를 포함한다.
상기 하우징(110)은 원통 구조를 가지며, 내부 공간(하우징)이 형성된다. 상기 하우징(110)은, 상부 하우징(111), 하부 하우징(112) 및 측면 하우징(113)을 포함한다. 상기 상부 하우징(111)의 상측 가운데 부분에는 원형의 유입구(111a)가 형성된다. 상기 유입구(111a)를 통해 액상의 작동 유체가 축방향으로 유입된다. 상기 작동 유체로는 다양한 유체가 이용될 수 있으며, 본 실시예에서는 물이 이용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 상부 하우징(111)의 상부에는 외부로부터 작동유체가 유입되는 유입 파이프(10)가 결합된다. 상기 유입 파이프(10)는 상기 유입구(111a)에 연직방향으로 설치되고, 플렌지(11) 및 볼트(12) 등을 이용하여 상기 상부 하우징(111)에 고정된다. 상기 상부 하우징(111)에서 상기 볼트들(12)이 삽입되는 부분은 주변 부분보다 두껍게 형성된다. 상기 상부 하우징(111)은, 보스부(111c)와 판부(111d)로 이루어진다. 상기 보스부(111c)는 상기 판부(111d)에서 상향 돌출되고, 상기 유입구(111a)를 형성한다. 상기 판부(111d)는 수평방향으로 배치되고 원형의 플레이트 형상으로 이루어진다.
상기 하부 하우징(112)은 상기 상부 하우징(111)으로부터 하측으로 이격되게 배치된다. 상기 하부 하우징(112)은 원형 플레이트 구조를 가지며, 상기 상부 하우징(111)과 실질적으로 동일한 직경을 가진다. 상기 하부 하우징(112)에는 상기 터빈 모듈(130)에서 분사된 작동 유체가 토출되는 유출구(112a)가 형성된다.
상기 측면 하우징(113)은, 상기 상부 하우징(111)과 상기 하부 하우징(112)을 연결한다. 상기 측면 하우징(113)에 의해 상기 상부 하우징(111)과 하부 하우징(112) 사이의 간격이 유지된다.
상기 터빈 축(121)(122)은 상기 유입구(111a)에 연직방향으로 삽입되어 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 터빈 축(121)(122)은 제1터빈 축(121)과 제2터빈 축(122)으로 이루어진다.
상기 제1터빈 축(121)은 상기 유입구(111a)와 상기 터빈 모듈(130)에 결합된다. 상기 제1터빈 축(121)에는 내부 유로(125)가 형성된다. 상기 제1터빈 축(121)과 상기 보스부(111c)사이에는 제1레이디얼 베어링(171)이 설치된다. 상기 제1터빈 축(121)은 내부 유로(125)가 형성된 직관 구조로 이루어진다. 상기 내부 유로(125)는 상기 유입 파이프(10)와 연통되어, 상기 유입구(111a)로 유입된 물은 상기 내부 유로(125)를 통과한다. 상기 내부 유로(125)는 연직방향으로 형성되어, 물의 압력 손실을 최소화한다. 상기 제1터빈 축(121)의 상단은 상기 유입 파이프(10)와 축방향으로 설정간격 이격되게 배치된다. 상기 유입구(111a)로 유입되는 물이 상기 내부 유로(125) 이외의 부분으로 누설되는 것을 방지하기 위하여, 상기 제1터빈 축(121)과 유입 파이프(10)사이에는 개스킷이 설치될 수 있다.
상기 제2터빈 축(122)은, 상기 챔버(131)의 하면과 상기 하부 하우징(112)사이에 결합된다. 상기 제2터빈 축(122)의 상단은 상기 챔버(131)의 하면에 고정되어 일체로 회전하고, 하단은 상기 하부 하우징(112)의 중앙에서 돌출 형성된 하부 결합부(112c)에 삽입되어 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 제2터빈 축(122)의 외주면과 상기 하부 결합부(112c)의 내주면 사이에는 제2레이디얼 베어링(172)이 설치된다. 상기 제2터빈 축(122)의 하단면과 상기 하부 결합부(112c)사이에는 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(180)이 설치된다. 작동 유체가 상기 유입 파이프(10)를 통해 유입될 때, 작동유체의 유입방향인 연직방향으로 상기 작동 유체의 가압력이 발생한다. 상기 스러스트 베어링(180)은 상기 가압력을 지지한다.
상기 터빈 모듈(130)은 상기 작동 유체의 유입방향인 연직방향에 수직 또는 경사방향으로 길게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 터빈 모듈(130)은 상기 연직방향에 수직한 수평방향으로 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 터빈 모듈(130)은, 상기 제1터빈 축(121)의 하부에 고정된다. 상기 터빈 모듈(130)은 상기 제1터빈 축(121)에 일체로 결합되어 일체로 회전한다. 상기 터빈 모듈(130)은, 챔버(131), 방향 전환관들(132) 및 노즐(133)을 포함한다.
상기 챔버(131)는, 상기 제1터빈 축(121)의 내부 유로(125)와 연통되는 통 구조로 이루어져, 상기 제1터빈 축(121)에 결합된다. 본 실시예에서는, 상기 챔버(131)는 직육면체 구조를 갖는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 챔버(131)는 유입되는 물이 일정 시간 머물 수 있는 공간을 보유하면 되는 바, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 챔버(131)는 유입되는 물을 일정 정도 머물게 하여, 상기 방향 전환관들(132)로 유입되는 물의 압력들을 일정하게 한다. 상기 노즐들(133)로부터 물이 분사될 때, 상기 챔버(131)는 상기 물이 분사되는 방향과 반대 방향으로 반발력을 받게 되어, 상기 물 분사에 대한 반작용으로 회전한다. 이 때, 상기 방향 전환관들(132)로 유입되는 물의 압력이 다를 경우, 상기 챔버(131)에 가해지는 반발력들의 크기가 일정하지 않아서, 진동이 발생되거나 효율적인 회전력을 얻기가 어렵다. 하지만, 본 실시예에서는 상기 챔버(131)에 의하여 상기 방향 전환관들(132)로 유입되는 물의 압력이 동일하게 유지되므로, 진동 문제가 저감되고 효율적인 회전력을 얻을 수 있다. 또한, 상기 챔버(131)는 상기 제1터빈 축(121)과 결합되는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 챔버(131)는 상기 제1터빈 축(121)과 일체로 형성되는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 제1터빈 축(121)의 회전시, 진동 문제를 감소하기 위하여 상기 챔버(131)의 상면 및 하면이 각각 동일한 형상으로 형성된 원, 정다각형 형상으로 이루어져, 상기 챔버(131)가 원기둥 또는 정다각 기둥 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 방향 전환관들(132)은 복수개로 이루어지고, 상기 챔버(131)내의 작동유체를 상기 챔버(131)의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사한다. 상기 복수의 방향 전환관들(132)은 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 챔버(131)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배치된다. 본 실시예에서는, 4개의 방향 전환관들(132)로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 다양한 개수로 이루어질 수 있다. 상기 방향 전환관들(132)은, 제1곡관부(132a), 제2곡관부(132b)로 이루어진다. 상기 제1곡관부(132a)는 상기 챔버(131)내의 작동 유체를 상기 제1터빈 축(121)의 반경방향으로 유도한다. 상기 제2곡관부(132b)는 상기 제1곡관부(132a)로부터 연장되며 작동유체의 유동방향을 반경방향에서 원주방향으로 전환하도록 유도한다. 상기 제2곡관부(132b)에서 토출되는 작동유체의 방향은 상기 제1터빈축(121)의 중심(C-C)을 원 중심으로 하는 가상의 원의 접선 방향이다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제2곡관부(132b)에서 토출되는 작동유체의 방향 중 일부가 상기 가상의 원에 대하여 접선 방향 성분을 가지고 있어도 된다. 상기 토출되는 물의 방향이 상기 가상의 원에 대해 접선 방향을 가질 때, 상기 제1터빈 축(121)의 회전력이 가장 높아진다.
상기 노즐(135)은 상기 제2곡관부(132b)의 단부에 구비된다. 상기 노즐(135)은 상기 제2곡관부(132b)의 단부에 결합되는 것도 가능하고, 상기 제2곡관부(132b)에 일체로 형성되는 것도 가능하다.
상기 방향 전환관들(132)의 상부에는 비산 방지판(150)이 배치된다. 상기 비산 방지판(150)은 원판 형상으로 이루어진다. 상기 비산 방지판(150)은 상기 챔버(131)에 외삽되어 고정된다. 상기 비산 방지판(150)은 상기 제1터빈 축(121)의 회전시 일체로 회전한다. 상기 비산 방지판(150)은 상기 노즐(135)로부터 분사되는 작동유체가 상기 하우징(110)의 내측면에 부딪혀서 상부로 비산되는 것을 방지한다. 상기 하우징(110)의 내부 공간(125)은 대기압을 유지해야 상기 터빈 모듈(130)로 유입되는 작동유체의 에너지 흡수가 효율적으로 이루어진다. 만일, 상기 노즐(135)로부터 분사되는 작동유체가 상기 유출구(112a)로 신속하게 배출되지 않으면, 상기 하우징(110)내부에 작동유체가 차서 상기 노즐(135)이 작동유체에 잠기는 현상이 발생된다. 따라서, 상기 비산 방지판(150)은, 상기 노즐(135)로부터 분사된 물이 상기 하우징(110)내부에 부딪힌 후 외부로 배출되지 않고 상부로 비산되거나, 상기 노즐(135)로 다시 튀는 현상이 방지한다. 따라서, 상기 노즐(135)로부터 분사된 작동유체가 신속하게 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 비산 방지판(150)은, 상기 터빈 모듈(130)과 후술하는 동력 전달부를 구획하여, 작동 유체가 상기 동력 전달부로 튀는 현상을 방지할 수 있다.
상기 방향 전환관들(132)의 하부를 고정하는 고정부를 더 포함한다. 상기 고정부는 원판 구조의 지지판(160)인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 지지판(160)은 상기 하우징(110)의 직경보다 작은 원판 구조로 이루어진다. 상기 지지판(160)은 상기 챔버(131)에 외삽되어 고정된다. 상기 지지판(160)도 상기 제1터빈 축(121)과 일체로 회전한다. 상기 지지판(160)은 상기 방향 전환관(132)들이 수평을 유지하도록 지지하는 기능을 수행한다. 상기 지지판(160)의 외주면과 상기 측면 하우징(113) 사이의 공간으로 물이 하방으로 배출된다.
상기와 같이, 상기 제1터빈 축(121), 상기 제1터빈 회전축(122), 상기 터빈모듈(130), 상기 비산 방지판(150) 및 상기 지지판(160)은 가상의 회전 중심축(C-C)을 중심으로 일체로 회전한다.
상기 발전 모듈(140)은 상기 제1터빈 축(121)으로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기이다. 상기 발전 모듈(140)은 동력 전달부에 의해 상기 제1터빈 축(121)과 연결된다. 상기 발전 모듈(140)은, 발전기(145), 발전기 회전축(144)을 포함한다.
상기 동력 전달부는, 제1풀리(185), 컨베이어 벨트(143), 제2풀리(142)를 포함한다. 상기 제1풀리(185)는, 상기 제1터빈 축(121)에 외삽되어 일체로 회전한다. 상기 제2풀리(142)는 상기 발전기 회전축(144)에 외삽되어 일체로 회전한다. 상기 컨베이어 벨트(143)는 상기 제1풀리(185)와 상기 제2풀리(142)를 연결하여, 상기 제1풀리(185)의 회전력을 상기 제2풀리(142)에 전달한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 발전 모듈(140)이 다양한 컨베이어 메커니즘, 체인 메커니즘, 기어 메커니즘 등에 의해 상기 제1터빈 축(121)의 회전력을 전달받을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(100)의 작용에 대하여 상세히 설명한다.
상기 작동유체는 물인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 유입 파이프(10)로부터 유입되는 물은, 상기 제1터빈 축(121)의 내부 유로(125)를 통해 연직방향으로 상기 챔버(131)에 유입된다. 상기 챔버(131)내의 물은 상기 복수의 방향 전환관들(132)로 분기되고, 상기 방향 전환관들(132)을 통해 물의 유동방향이 1차적으로는 반경방향으로 2차적으로는 원주방향으로 전환된 후, 상기 노즐(135)을 통해 상기 하우징(110)의 내부 공간(125)으로 분사된다. 상기 물의 분사에 의한 반작용으로 상기 제1터빈 축(121)에 시계방향 상기와 같이, 상기 반작용식 터빈(100) 내에서의 물의 유동이 단순할 뿐만 아니라, 물의 내부 유동 압력 손실을 제외하도는 압력 손실이 발생되지 않기 때문에, 상기 반작용식 터빈(100)의 효율이 매우 높은 수준을 유지할 수 있다. 더욱이, 상기 반작용식 터빈(100)의 구조가 매우 단순하기 때문에, 제조비용을 크게 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 반작용식 터빈(100)의 크기를 작게 할 수도 있으며, 상기 유입 파이프(10)로 유입되는 물의 압력이 낮거나 유량이 적더라도 발전을 수행할 수 있다. 통해 상기 제2풀리(142)로 전달된다. 상기 제2풀리(142)로 전달된 회전력은 상기 발전기(145)의 발전기 회전축(144)을 회전시키게 되어, 상기 발전기(14 상기와 같이, 상기 반작용식 터빈(100) 내에서의 물의 유동이 단순할 뿐만 아니라, 물의 내부 유동 압력 손실을 제외하도는 압력 손실이 발생되지 않기 때문에, 상기 반작용식 터빈(100)의 효율이 매우 높은 수준을 유지할 수 있다. 더욱이, 상기 반작용식 터빈(100)의 구조가 매우 단순하기 때문에, 제조비용을 크게 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 반작용식 터빈(100)의 크기를 작게 할 수도 있으며, 상기 유입 파이프(10)로 유입되는 물의 압력이 낮거나 유량이 적더라도 발전을 수행할 수 있다.
도 3에 변형예에 따른 터빈 모듈(130‘)을 도시하고 있다. 상기 터빈모듈(130`)은 챔버(131`), 방향 전환관들(132`) 및 노즐(135`)들을 포함하고, 상기 터빈 모듈(130’)은 하나의 원통 형상으로 이루어지고, 상기 터빈 모듈(130‘)의 내부에 상기 챔버(131`), 상기 방향 전환들(132`) 및 상기 노즐들(135`)이 내부 유로 구조로 형성된 것이 상기 제1실시예와 상이하다. 상기 챔버(131`)는 상기 터빈모듈(130`) 내에 형성된 직육면체 공동이며, 상기 챔버(131`)의 4개의 측면으로부터 각각 방향 전환관(131`)들이 내부 유로로서 형성되어 있다. 상기 노즐(135`)들은 상기 방향 전환관(132`)들로부터 점차 유로 면적이 감소된다. 물은 상기 터빈모듈(130`)의 외주면에 접선 방향으로 상기 노즐(135`)로부터 분사된다. 상기 터빈모듈(130`)의 구조가 매우 컴팩트하고 전체적인 일체 구조를 가지므로 강성이 우수하다. 즉, 상기 방향 전환관(132`)들이 하방으로 처질 가능성이 적기 때문에, 별도의 지지판이 설치되지 않아도 된다. 특히, 상기 챔버(131`)와 상기 방향 전환관(132`)들이 결합되는 부분에서의 파손될 가능성이 없으므로, 유지 관리 성능이 크게 향상된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 반작용시거 터빈 시스템(200)은, 하우징(210), 터빈 축(221), 터빈 모듈(230), 발전 모듈(240) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 터빈 축(221)이 한 개로 이루어져 상기 터빈 모듈(230)의 상부에만 결합되는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 하우징(210)은, 상부 하우징(211), 하부 하우징(212) 및 측면 하우징(213), 유입구(211a), 유출구(212a)를 포함한다. 상기 상부 하우징(211)의 상부에는 물이 유입되는 유입 파이프(20)가, 플렌지(21) 및 볼트(22)들을 이용하여 상기 상부 하우징(211)에 고정된다. 상기 하우징(210)은 전체적으로 원통 구조를 가지며, 내부 공간(215)이 형성된다.
상기 상부 하우징(211)은, 보스부(211c)와 판부(211d)로 이루어진다. 상기 보스부(211c)의 내주면에는 단턱(211b)이 형성되어 있다.
상기 터빈 축(221)은 상기 유입구(211)에 연직방향으로 삽입되어 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 터빈 축(221)의 상단부에는 상기 단턱(211b)에 안착되도록 반경방향으로 돌출 형성된 플랜지부(221)가 형성된다. 상기 플랜지부(221)가 상기 단턱(211b)에 걸림되어, 상기 터빈 축(221)이 하향 이동 또는 이탈되는 것이 방지된다. 상기 플랜지부(221)와 상기 단턱(211b)사이에는 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(280)이 설치된다. 또한, 상기 보스부(211c)와 상기 터빈 축(221)의 외주면 사이에는 레이디얼 베어링(270)이 설치된다.
상기 터빈 축(221)의 내부에는 내부 유로(225)가 형성되고, 상기 유입구(211a)로 유입되는 물이 상기 내부 유로(225)로 유동한다.
상기 터빈 모듈(230)은 상기 터빈 축(221)의 하부에 고정 결합되어, 상기 터빈 축(221)과 일체로 회전한다. 상기 터빈 모듈(230)은 수평 방향으로 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 터빈 모듈(230)은 챔버(231), 방향 전환관들(232) 및 노즐들(235), 비산 방지판(250), 지지판(260)을 포함한다. 상기 터빈 모듈(230)의 구조 및 작용은 전술한 제1실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 발전 모듈(240)은, 발전기(245), 발전기 회전축(244)을 포함하고, 그 구조 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 동력 전달부는, 제1풀리(285), 제2풀리(242), 컨베이어 벨트(243)를 포함하고, 그 구조 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1실시예에서는 상기 터빈 축이 상기 제1터빈 축(121)과 제2터빈 축(122)을 포함하나, 본 실시예에서는 하나의 터빈 축(221)만이 구비되며, 상기 터빈 축(221)의 상단이 상기 상부 하우징(211)의 단턱(211b)에 걸리는 구조를 가지고, 축방향 하중이 상기 스러스트 베어링(270) 및 상기 단턱(211b)에 지지된다. 따라서, 상기 터빈 모듈(230)의 하부를 지지하기 위한 별도의 제2터빈 축이 불필요하므로, 구조가 간단해지고 제조비용이 감소되는 이점이 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(300)은, 하우징(310), 터빈 축(321), 터빈 모듈(330), 발전 모듈(340) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 터빈 모듈(330)은 메인관(331), 방향 전환관들(332) 및 노즐들(335)을 포함하고, 작동 유체가 상기 메인관(331)을 통해 분기되어 상기 방향 전환관들(332)로 유동하는 것이 상기 제2실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 하우징(310)은, 상부 하우징(311), 하부 하우징(312) 및 측면 하우징(313), 유입구(311a), 유출구(312a)를 포함한다. 상기 상부 하우징(211)의 상부에는 물이 유입되는 유입 파이프(30)가, 플렌지(31) 및 볼트(32)들을 이용하여 상기 상부 하우징(311)에 고정된다. 상기 하우징(310)은 전체적으로 원통 구조를 가지며, 내부 공간(315)이 형성된다.
상기 상부 하우징(311)는, 보스부(311c)와 판부(311d)로 이루어진다. 상기 보스부(311c)의 내주면에는 단턱(311b)이 형성되어 있다.
상기 터빈 축(321)은 상기 유입구(311)에 연직방향으로 삽입되어 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 터빈 축(321)의 상단부에는 상기 단턱(311b)에 안착되도록 반경방향으로 돌출 형성된 플랜지부(321)가 형성된다. 상기 플랜지부(321)가 상기 단턱(311b)에 걸림되어, 상기 터빈 축(321)이 하향 이동 또는 이탈되는 것이 방지된다. 상기 플랜지부(321)와 상기 단턱(311b)사이에는 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(380)이 설치된다. 또한, 상기 보스부(311c)와 상기 터빈 축(321)의 외주면 사이에는 레이디얼 베어링(370)이 설치된다.
상기 메인 관(331)은 상기 내부 유로(325)와 연통되게 배치된다. 상기 메인 관(331)은 상기 터빈 축(321)과 일체로 형성되는 것도 가능하고, 상기 터빈 축(321)에 축방향으로 결합되는 것도 가능하다. 상기 내부 유로(325)를 통해 유입된 물은 상기 메인관(331)을 통해 연직방향으로 유동한다. 상기 메인관(331)의 내부에는 작동 유체를 상기 방향 전환관들(332)로 분기되도록 안내하는 십자 형상의 구획판(338)이 형성된다. 상기 구획판(338)은 상기 방향 전환관들(332)의 개수에 따라 형상이 정해지는 바, 본 실시예에서는 4개의 방향 전환관들(332)인 것으로 예를 들어 설명하고, 상기 4개의 방향 전환관들(332)에 대응되도록 상기 구획판(338)이 십자 형상으로 이루어진 것으로 설명한다. 작동 유체가 상기 각 방향 전환관(332)마다 동일 유량으로 유입되지 못하면, 상기 터빈 모듈(330)의 진동 등의 문제가 발생한다. 상기 구획판(338)이 작동 유체의 유량을 4등분하여, 각 방향 전환관(332)마다 동일 유량으로 유입되도록 안내하므로, 상기 방향 전환관들(332)로부터 토출되는 작동 유체의 양도 균등해질 수 있다.
상기 방향 전환관들(332)은 상기 메인관(331)의 단부에서 일체로 연장 형성된다. 상기 방향 전환관들(332)은 상기 메인관(331)으로부터 유입되는 작동 유체를 상기 터빈 축(321)의 원주방향을 따라 분기하고, 분기된 작동 유체를 상기 터빈 축(321)의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도 성분을 갖도로 유동 방향을 전환하여 분사한다. 상기 방향 전환관들(332)의 단부에는 상기 노즐들(335)이 설치된다. 상기 메인관(331), 방향 전환관들(332) 및 노즐들(334)은 서로 연통되어 하나의 방향 전환 유로를 형성한다.
상기 발전 모듈(340)은, 발전기(345), 발전기 회전축(344)을 포함하고, 그 구조 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 동력 전달부는, 제1풀리(385), 제2풀리(342), 컨베이어 벨트(3243)를 포함하고, 그 구조 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 반작용식 터빈 시스템(300)의 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 반작용식 터빈 시스템(300)에서는 도 1의 비산 방지판(150) 및 지지판(160)이 설치되어 있지 않지만, 필요에 따라 추가적인 설치되 가능하다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3실시예의 변형예에 따른 터빈 모듈(330‘)을 도시하고 있다. 상기 터빈 모듈(330’)은 메인관(331‘), 방향 전환관들(332‘) 및 노즐(335’)을 포함하고, 상기 방향 전환관들(332‘)이 수평 방향에 대해 하향 경사지게 형성된 것이 상기 제3실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. 도 9에서 상기 제3실시예와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
상기 방향 전환관들(332‘)은 상기 노즐(335’)로부터 분사되는 작동 유체의 방향이 상기 터빈 축(321)의 원주방향(원주방향 속도 벡터)과 연직방향(연직방향 속도 벡터)의 합 방향으로 토출되도록 형성된다. 상기 방향 전환관들(332‘)은 상기 메인관(331’)으로부터 수직방향으로 유입되는 물의 수직도를 점차 감소시키면서 상기 터빈 축(321)의 반경방향으로 유도한 후, 수평으로부터 하향 경사진 방향으로유도한다. 즉, 작동 유체가 원주방향으로 토출되되, 수평으로부터 하방향으로 경사지게 토출된다.
상기와 같이 작동 유체의 유동방향이 전환되어 토출시, 작동 유체의 분사에 의한 반자용으로 상기 터빈 모듈(330‘)에 연직방향과 반대방향으로의 반발력이 발생한다. 따라서, 연직방향으로 발생되는 축방향 힘이 일부 상쇄되어, 상기 스러스트 베어링(380)에 가해지는 힘이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 터빈 축(321)이 원활하게 회전할 수 있고, 상기 스러스트 베어링(380)의 규격 선택이 용이해지는 이점이 있다.
상기 방향 전환관들(332‘)의 구조는, 상기 제3실시예뿐만 아니라 상기 제1실시예의 터빈 모듈(130)에도 적용 가능하다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(400)은, 하우징(410), 터빈 축(421), 터빈 모듈(430), 발전 모듈(440) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 하우징(410)이 하나의 원형 플레이트 구조로 이루어져 하측이 개방된 것이 상기 제3실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 하우징(410)은 상기 제3실시예의 하부 하우징(312)이나 측면 하우징(313)이 없는 구조를 가진다. 상기 하우징(410)은, 원형 플레이트 형상으로 이루어지고, 가운데 부분에 원형의 유입구(410a)가 형성된다. 상기 하우징(410)의 t아부에는 유입 파이프(30)가 플랜지(31) 및 볼트(32)를 이용하여 고정된다. 상기 하우징(410)은 보스부(410c)와 판부(410d)로 이루어진다. 상기 보스부(410c)의 내주면에는 단턱(410b)이 형성된다.
상기 유입 파이프(30)로부터 유입된 물은 상기 터빈 축(321)의 내부 유로(325)를 지나 상기 터빈 모듈(330)을 통해 분사된다. 상기 터빈 모듈(330)에서 분사된 물은 그대로 외부로 배출된다. 상기 분사된 물의 외부 배출이 용이하기 때문에, 상기 터빈 모듈(330)의 노즐들(335)이 물에 잠기지 않고, 상기 물이 대기압으로 분사될 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 반작용식 터빈 시스템(400)의 구조가 매우 단순해져서 제조비용이 절감될 수 있다. 또한, 상기 반작용식 터빈 시스템(400)은 하천, 강 등에 그대로 설치하여 사용할 수 있기 때문에, 현장 적용성이 크게 향상된다.
본 실시예에 따른 하우징(410)은 상기 제3실시예의 하우징(310) 대신에 적용하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 제2실시예의 하우징(210)대신에 적용하는 것도 물론 가능하다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(100‘)은, 하우징(110’), 제1터빈 축(121), 제2터빈 축(122), 터빈 모듈(130). 발전모듈(140) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 하우징(110‘)의 측면 하우징(113’)이 하향 경사지게 형성되고, 상기 동력 전달부가 상기 하우징(110‘)의 외측에 배치되어 상기 제1터빈 축(121)과 상기 발전 모듈(140)을 연결하는 것이 상기 제1실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. 도 11에서 상기 제1실시예와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
상기 하우징(110‘)은, 상부 하우징(111’), 하부 하우징(112‘) 및 측면 하우징(113’), 유입구(111a‘), 유출구(112a’)를 포함한다. 상기 상부 하우징(111)의 상부에는 물이 유입되는 유입 파이프(10)가, 플렌지(11) 및 볼트(12)들을 이용하여 상기 상부 하우징(111)에 고정된다. 상기 하우징(110‘)은 전체적으로 원통 구조를 가지며, 내부 공간(하우징)이 형성된다.
상기 상부 하우징(111‘)은 보스부(111c')와 판부(111d')를 포함한다. 상기 보스부(111c')에는 후술하는 동력 전달부의 제1풀리(185’)가 삽입되도록 삽입홈부(111f)와, 후술하는 컨베이어 벨트(143)가 통과하도록 절개부(111e)가 형성된다.
상기 측면 하우징(113‘)은 하향 경사지게 형성된다. 상기 측면 하우징(113’)은 상기 터빈 모듈(130)로부터 분사된 작동 유체를 하방으로 유동하도록 상기 작동유체와 부딪히는 면이 하방으로 갈수록 퍼지게 형성된다. 즉, 상기 측면 하우징(113’)은 상부가 절단된 원뿔 형상으로 이루어진다. 상기 측면 하우징(113‘)의 경사 구조는 상기 내부 공간(하우징)내의 배수 성능을 향상시킨다.
상기 하부 하우징(112‘)은 원형 플레이트 구조를 가지며, 작동유체가 외부로 토출되도록 유출구(112a')가 형성된다.
상기 동력 전달부는, 제1풀리(185), 제2풀리(142), 컨베이어 벨트(143)를 포함한다. 상기 제1풀리(185)는 상기 삽입홈부(111f)에 안착된다. 상기 컨베이어 벨트(143)는 상기 절개부(111e)를 통해 상기 제2풀리(142)와 연결된다. 상기 제1풀리(185)는 상기 보스부(111c')내에서 제1레이디얼 베어링(171)의 하부에 배치되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 제1풀리(185)가 상기 보스부(111c')내에서 상기 제1레이디얼 베어링(171)의 상부에 위치하는 것도 물론 가능하다. 상기 제1풀리(185)가 상기 보스부(111c')내에서 상기 제1레이디얼 베어링(171)의 상부에 위치하는 경우, 상기 내부 공간(하우징)의 작동 유체는 상기 보스부(111c')의 구조에 의하여 1차적으로 상기 보스부(111c')로 유입되는 것이 차단되고, 2차적으로 상기 제2레이디얼 베어링(171)에 의하여 상기 제1풀리(185)로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
상기와 같이 구성된 반작용식 터빈 시스템은, 상기 동력 전달부가 상기 내부공간(하우징)에 위치하지 않고, 상기 하우징(110‘)의 외측에 위치함으로써 작동 유체가 상기 동력 전달부에 접촉되는 것이 방지되어 작동 유체로 인한 동력 전달 손실 증가나 오염 등이 방지될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 보스부(111c')에 상기 제1레이디얼 베어링(171)이 1개 설치된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 컨베이어 벨트(143)의 진동을 안정적으로 흡수함과 아울러 상기 컨베이어 벨트(143)에 의한 하중을 균일하게 분산시키기 위하여, 상기 제1풀리(185)의 하측에 레이디얼 베어링을 추가로 설치하는 것도 물론 가능하다.
본 실시예에서는 측면 하우징(113‘)이 상기 노즐(135)로부터 분사된 물을 하방으로 유도하기 때문에, 이렇게 유도된 물이 상기 유출구(112a)를 통해 원활하게 배출될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 측면 하우징(113’) 전체가 경사 구조를 가지는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 적어도 일부분만이 경사구조로 형성되는 것도 물론 가능하다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(200‘)은, 하우징(210’), 터빈 축(221‘), 터빈 모듈(230), 발전 모듈(240) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 하우징(210‘)의 측면 하우징(213’)이 하향 경사지게 형성되고, 상기 동력 전달부가 상기 하우징(210‘)의 외측에 배치되어 상기 터빈 축(221)과 상기 발전 모듈(240)을 연결하는 것이 상기 제2실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. 도 12에서 상기 제2실시예와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
상기 하우징(210‘)은, 상부 하우징(211’), 하부 하우징(212‘) 및 측면 하우징(213’), 유입구(211a‘), 유출구(212a’)를 포함한다. 상기 상부 하우징(211‘)의 상부에는 물이 유입되는 유입 파이프(20)가, 플렌지(21) 및 볼트(22)들을 이용하여 상기 상부 하우징(211)에 고정된다. 상기 하우징(210)은 전체적으로 원통 구조를 가지며, 내부 공간(215)이 형성된다.
상기 상부 하우징(211‘)는, 보스부(211c')와 판부(211e‘)로 이루어진다. 상기 보스부(211c')의 내주면에는 절개부(211f'), 단턱부(211b'), 삽입홈부(211f')가 형성된다. 상기 절개부(211e')에는 후술하는 컨베이어 벨트(143)가 통과한다. 상기 단턱부(211b')에는 후술하는 상기 터빈 축(221’)의 플랜지부(221a')가 걸림된다. 상기 삽입홈부(211f')에는 후술하는 동력 전달부의 제1풀리(285)가 삽입된다.
상기 측면 하우징(213‘)은 하향 경사지게 형성된다. 상기 측면 하우징(213’)은 상기 터빈 모듈(230)로부터 분사된 작동 유체를 하방으로 유도하도록 상기 작동유체와 부딪히는 면이 하방으로 갈수록 퍼지게 형성된다. 즉, 상기 측면 하우징(213‘)은 상부가 절단된 원뿔 형상으로 이루어진다. 상기 측면 하우징(213’)의 경사구조는 상기 내부 공간(215)의 배수 성능을 향상시킨다.
상기 하부 하우징(212‘)은 원형 플레이트 구조를 가지며, 작동 유체가 외부로 토출되도록 유출구(212a')가 형성된다.
상기 터빈 축(221')은 상기 유입구(211e')에 연직방향으로 삽입되어 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 터빈 축(221a')의 상단부에는 상기 단턱(211b')에 안착되도록 반경방향으로 돌출 형성된 플랜지부(221a')가 형성된다. 상기 플랜지부(221a')가 상기 단턱(211b')에 걸림되어, 상기 터빈 축(221')이 하향 이동 또는 이탈되는 것이 방지된다. 상기 플랜지부(221a')와 상기 단턱(211b')사이에는 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(280')이 설치된다.
상기 보스부(211c')와 상기 터빈 축(221')의 외주면 사이에는 제1,2레이디얼 베어링(271‘)(272’)이 설치된다. 상기 제1레이디얼 베어링(271‘)는 상기 삽입홈부(211f')의 상측에 배치되고, 상기 제2레이디얼 베어링(272')는 상기 삽입홈부(211f')의 하측에 배치된다. 따라서, 후술하는 동력 전달부가 상기 제1,2레이디얼 베어링(271’)(272‘)들에 의해 안정적으로 지지되고, 상기 내부공간(215)내의 작동유체가 상기 동력 전달부로 유입되는 것이 방지된다. 본 실시예에서는 2개의 레이디얼 베어링들이 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 1개만 설치되는 것도 물론 가능하다.
또한, 상기 플랜지부(221a')와 상기 단턱(211b')사이에는 스러스트 베어링(280’)이 설치되어, 상기 터빈 축(221‘)의 축방향 하중을 지지한다.
상기 동력 전달부는, 제1풀리(285), 제2풀리(242), 컨베이어 벨트(243)를 포함한다. 상기 제1풀리(285)는 상기 삽입홈부(211f')에 안착된다. 상기 컨베이어 벨트(243)는 상기 절개부(211e')를 통해 상기 제2풀리(242)와 연결된다. 상기 제1풀리(285)는 상기 제1레이디얼 베어링(271)과 상기 제2레이디얼 베어링(272)사이에 배치된다.
상기와 같이 구성된 반작용식 터빈 시스템(200‘)는, 하나의 터빈 축(221’)만이 구비되어 상기 터빈 축(221‘)의 상단이 상기 상부 하우징(211’)의 단턱(211b')에 걸리는 구조를 가지기 때문에, 상기 터빈 모듈(230)의 하부를 지지하기 위한 별도의 제2터빈 축이 불필요하므로 구조가 간단해지고 제조비용이 감소되는 이점이 있다.
또한, 상기 동력 전달부가 상기 내부 공간(215)에 위치하지 않고, 상기 하우징(210’)의 외측에 위치함으로써 작동 유체가 상기 동력 전달부에 접촉되는 것이 방지되어 작동 유체로 인한 동력 전달 손실 증가나 오염 등이 방지될 수 있다.
또한, 상기 측면 하우징(213‘)이 하향 경사지게 형성되어, 상기 노즐(235)로부터 분사된 물을 하방으로 유도하기 때문에, 이렇게 유도된 물이 상기 유출구(212a’)를 통해 원활하게 배출될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 측면 하우징(213‘) 전체가 경사 구조를 갖는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 적어도 일부분만이 경사구조로 형성되는 것도 물론 가능하다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(300‘)은, 하우징(310’), 터빈 축(321‘), 터빈 모듈(330), 발전 모듈(340) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 하우징(310’)의 측면 하우징(313‘)이 하향 경사지게 형성되고, 상기 동력 전달부가 상기 하우징(310’)의 외측에 배치된 것이 상기 제3실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. 도 13에서 상기 제3실시예와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
상기 하우징(310‘)은, 상부 하우징(311’), 하부 하우징(312‘) 및 측면 하우징(313’), 유입구(311a'), 유출구(312a')를 포함한다.
상기 상부 하우징(311‘)은 보스부(311c')와 판부(311d')를 포함한다. 상기 보스부(311c')의 내주면에는 절개부(311e'), 단턱부(311b'), 삽입홈부(311f')가 형성된다. 상기 절개부(311e')에는 후술하는 컨베이어 벨트(343)가 통과한다. 상기 단턱부(311b')에는 후술하는 상기 터빈 축(321’)의 플랜지부(321a')가 걸림된다. 상기 삽입홈부(311f')에는 후술하는 동력 전달부의 제1풀리(385)가 삽입된다.
상기 측면 하우징(313‘)는 하향 경사지게 형성된다. 상기 측면 하우징(313’)는 상기 터빈 모듈(330)로부터 분사된 작동 유체를 하방으로 유도하도록 상기 작동유체와 부딪히는 면이 하방으로 갈수록 퍼지게 형성된다. 즉, 상기 측면 하우징(313‘)는 상부가 절단된 원뿔 형상으로 이루어진다. 상기 측면 하우징(313’)의 경사구조는 상기 내부 공간(315)내의 배수성능을 향상시킨다.
상기 하부 하우징(312‘)는 원형 플레이트 구조를 가지며, 작동 유체가 외부로 토출되도록 유출구(312a')가 형성된다.
상기 터빈 축(321')은 상기 유입구(311e')에 연직방향으로 삽입되어 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 터빈 축(321a')의 상단부에는 상기 단턱(311b')에 안착되도록 반경방향으로 돌출 형성된 플랜지부(321a')가 형성된다. 상기 플랜지부(321a')가 상기 단턱(311b')에 걸림되어, 상기 터빈 축(321')이 하향 이동 또는 이탈되는 것이 방지된다. 상기 플랜지부(321a')와 상기 단턱(311b')사이에는 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(380')이 설치된다.
상기 보스부(311c')와 상기 터빈 축(321')의 외주면 사이에는 제1,2레이디얼 베어링(371‘)(372’)이 설치된다. 상기 제1레이디얼 베어링(371‘)는 상기 삽입홈부(311f')의 상측에 배치되고, 상기 제2레이디얼 베어링(372')는 상기 삽입홈부(311f')의 하측에 배치된다. 따라서, 후술하는 동력 전달부가 상기 제1,2레이디얼 베어링(371’)(372‘)들에 의해 안정적으로 지지되고, 상기 내부공간(315)내의 작동유체가 상기 동력 전달부로 유입되는 것이 방지된다. 본 실시예에서는 2개의 레이디얼 베어링들이 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 1개만 설치되는 것도 물론 가능하다.
또한, 상기 플랜지부(321a')와 상기 단턱(311b')사이에는 스러스트 베어링(380’)이 설치되어, 상기 터빈 축(321‘)의 축방향 하중을 지지한다.
상기 동력 전달부는, 제1풀리(385), 제2풀리(342), 컨베이어 벨트(343)를 포함한다. 상기 제1풀리(385)는 상기 삽입홈부(311f')에 안착된다. 상기 컨베이어 벨트(343)는 상기 절개부(311e')를 통해 상기 제2풀리(342)와 연결된다. 상기 제1풀리(385)는 상기 제1레이디얼 베어링(371)과 상기 제2레이디얼 베어링(372)사이에 배치된다.
상기와 같이 구성된 반작용식 터빈 시스템(300‘)는, 하나의 터빈 축(321’)만이 구비되어 상기 터빈 축(321‘)의 상단이 상기 상부 하우징(311’)의 단턱(311b')에 걸리는 구조를 가지기 때문에, 상기 터빈 모듈(330)의 하부를 지지하기 위한 별도의 제2터빈 축이 불필요하므로 구조가 간단해지고 제조비용이 감소되는 이점이 있다.
또한, 상기 동력 전달부가 상기 내부 공간(315)에 위치하지 않고, 상기 하우징(310’)의 외측에 위치함으로써 작동 유체가 상기 동력 전달부에 접촉되는 것이 방지되어 작동 유체로 인한 동력 전달 손실 증가나 오염 등이 방지될 수 있다.
또한, 상기 측면 하우징(313‘)이 하향 경사지게 형성되어, 상기 노즐(335)로부터 분사된 물을 하방으로 유도하기 때문에, 이렇게 유도된 물이 상기 유출구(312a’)를 통해 원활하게 배출될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 측면 하우징(313‘) 전체가 경사 구조를 갖는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 적어도 일부분만이 경사구조로 형성되는 것도 물론 가능하다.
상기 측면 하우징(313‘)의 형상과 상기 동력 전달부의 구조는 도 9의 반작용식 터빈 시스템(300)에도 적용 가능하다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(400‘)은, 하우징(410’), 터빈 축(321), 터빈 모듈(330), 발전 모듈(340) 및 동력 전달부를 포함하고, 상기 하우징(410‘)이 하나의 원형 플레이트 구조로 이루어져 하측이 개방된 것이 상기 제7실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 하우징(410‘)은 도 13에 도시된 하부 하우징(312’)과 측면 하우징(313‘)이 제거된 구조를 가진다. 상기 하우징(410’)의 가운데 부분에는 원형의 유입구(410a')가 형성된다. 상기 하우징(410‘)은 보스부(410c')와 판부(410d')를 포함한다. 상기 보스부(410c')의 내주면에는 절개부(410e'), 단턱부(410b'), 삽입홈부(410f')가 형성된다. 상기 절개부(410e')에는 컨베이어 벨트(343)가 통과한다. 상기 단턱부(410b')에는 후술하는 상기 터빈 축(321’)의 플랜지부(321a')가 걸림된다. 상기 삽입홈부(410f')에는 동력 전달부의 제1풀리(385)가 삽입된다.
상기 유입 파이프(30)로부터 유입된 물은, 상기 터빈 축(321‘)의 내부 유로(325)를 지나 상기 터빈 모듈(330)을 통해 분사된다. 상기 터빈 모듈(330)에서 분사된 물은 그대로 외부로 배출된다. 상기 분사된 물의 외부 배출이 용이하기 때문에, 상기 터빈 모듈(330)의 노즐들(335)이 물에 잠기지 않고, 상기 물이 대기압으로 분사될 수 있는 이점이 있다. 도한, 상기 반작용 터빈 시스템(400’)의 구조가 매우 단순해져서 제조비용이 절감될 수 있다. 또한, 상기 반작용식 터빈 시스템(400‘)은 하천, 강 등에 그대로 설치하여 사용할 수 있기 때문에, 현장 적용성이 크게 향상된다.
본 실시예에 따른 하우징(410‘)은 상기 제7실시예의 하우징(310’)대신에 적용하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 제6실시예의 하우징(210‘)대신에 적용하는 것도 물론 가능하다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제9실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템의 터빈 모듈은 복수의 방향 전환관들(132)이 지지판(190)에 고정수단에 의해 고정되는 것이 상기 제1실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. 도 15에서 상기 제1실시예와 동일한 참조부호는 동일 부재를 나타낸다.
상기 고정수단은 다양한 종류가 선택될 수 있으며, 본 실시예에서는 U볼트(195)가 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 U볼트(195)는 구조가 간단하고 중량이 작을 분만 아니라, 비용이 낮은 이점이 있다. 상기 방향 전환관들(132)은 각각 원형 파이프 구조를 가지며, 상기 U볼트(195)에 의해 지지된 후 너트(196)로 고정된다. 상기 너트(196)들과 상기 지지판(190)사이에는 장방향의 와셔(198)가 삽입된다. 상기 방향 전환관(132)마다 입구부분과 출구부분에 2개의 상기 U볼트(195)가 결합된다. 상기 방향 전환관들(132)의 배치가 상기 가상의 회전 중심축(C-C)에 대칭 구조를 가지고, 상기 U볼트들(195)의 체결 구조도 대칭 구조를 이루어, 상기 제1,2터빈 축(121)(122)가 편심을 가지지 않고 회전할 수 있다.
상기 지지판(190)은 원형 플레이트 형상이고, 복수의 절개부들(190a)가 형성된다. 상기 절개부들(190a)은 상기 지지판(190)의 중량을 감소시킨다. 상기 절개부들(190a)도 상기 가상의 회전축(C-C)에 대칭 구조를 가지도록 형성되어야 상기 제1,2터빈축(121)(122)의 편심이 감소된다.
상기 지지판(190)은 상기 노즐(135)로부터 분사되는 작동 유체가 상기 하우징의 내측면에 부딪혀서 상부로 비산되는 것을 방지한다. 즉, 상기 지지판(190)은 비산 방지판 역할을 한다.
상기 지지판(190)의 하면과 상기 방향 전환관들(132)의 상면 사이에는 완충부재들(197)이 삽입된다. 상기 완충부재들(197)은 볼트(199)에 의해 상기 지지판(190)에 고정된다. 상기 완충부재들(197)은 탄성 소재로 형성되어, 상기 지지판(190) 및 상기 방향 전환관들(132)에서 발생되는 진동에 의한 소음 및 파손 가능성을 감소시킨다.
본 실시예에 따른 터빈 모듈은, 상기 제1실시예의 터빈 모듈 대신에 적용하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 제2,5,6실시예들의 터빈 모듈 대신에 적용하는 것도 물론 가능하다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제10실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(500)은, 하우징(510), 터빈 축(520), 터빈 모듈(530), 커플링(55) 및 발전 모듈(560)을 포함하고, 상기 터빈 축(520)은 수평방향인 좌우방향으로 배치되고, 상기 터빈 모듈(530)은 상기 터빈 축(530)에 수직한 상하방향으로 길게 배치된다.
상기 하우징(510)은, 제1하우징부(511), 제2하우징부(512), 제3하우징부(513)를 포함한다. 상기 제1하우징부(511)의 좌측 가운데 부분에는 원형의 유입구(511a)가 형성된다. 상기 유입구(511a)를 통해 액상의 작동 유체가 유입된다. 상기 작동 유체로는 다양한 액상의 유체가 이용될 수 있으며, 본 실시예에서는 물이 이용되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제1하우징부(511)는 원형 플레이트 구조를 가지며, 좌측면에서 상기 유입구(511a)가 돌출된 구조를 갖는다. 상기 제2하우징부(512)는 상기 제1하우징부(511)로부터 우측방향으로 소정간격 이격되게 배치되고, 원형 플레이트 구조를 가진다. 상기 제3하우징부(513)는 상기 제1하우징부(511)와 상기 제2하우징부(512)를 연결한다. 상기 제3하우징부(513)에는 토출구(514)가 형성된다. 상기 토출구(514)를 통해 액상의 작동 유체가 토출된다. 상기 제3하우징부(513)는 원형 링 구조의 하측에서 상기 토출구(514)가 하향 돌출된 구조를 갖는다. 본 실시예에서는, 상기 토출구(514)가 상기 제3하우징부(513)에 일체로 형성되는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고, 별도의 토출구(514)가 상기 제3하우징부(513)의 하측에 결합되는 것도 가능하다. 상기 하우징(510)은 상기 제1하우징부(511), 상기 제2하우징부(512) 및 상기 제3하우징부(513)에 의하여 내부 공간을 형성하는 원통 형상을 이룬다.
상기 터빈 축(520)은 상기 하우징(510)에 수평방향 또는 수평방향에 대해 소정각도로 경사진 방향으로 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 터빈 축(520)은 수평방향으로 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 터빈 축(520)은 상기 하우징(510)에 상대 회전가능하게 결합된다. 상기 터빈 축(520)은, 상기 터빈 모듈(530)을 중심으로 좌,우측에 배치되는 제1,2터빈축(521)(522)으로 구성된다. 상기 제1터빈축(521)은 상기 제1하우징(511)과 상기 터빈 모듈(530) 사이에 결합된다. 상기 제2터빈축(522)은 상기 터빈 모듈(530)과 상기 제2하우징(512) 사이에 결합된다.
상기 제1터빈축(521)은 중공 형상으로 이루어진다. 상기 제1터빈축(521)은 외부로부터 유입된 물을 내부의 길이방향을 따라 흐르게 하는 내부 유로(521a)가 형성된다. 상기 내부 유로(521a)는 후술하는 챔버(531)에 연통된다. 상기 제1터빈축(521)은 상기 유입구(511a)를 관통한다. 상기 제1터빈축(521)의 외주면과 상기 유입구(511a) 사이에는 제1레이디얼 베어링(571)이 설치된다.
상기 제2터빈축(522)은 상기 제1터빈축(521)과 동축선상에 배치된다. 상기 제2터빈축(522)은 상기 챔버(531)와 상기 제2하우징(512)사이에 결합된다. 상기 제2터빈축(522)의 좌측 단부는 상기 챔버(531)에 삽입되어 결합되고, 우측은 상기 제2하우징(512)에 형성된 관통홀(512a)을 관통한다. 상기 제2터빈축(522)의 외주면과 상기 관통홀(512a)사이에는 제2레이디얼 베어링(572)이 설치된다. 상기 제2터빈축(522)에는 단차부(522a)가 형성되고, 상기 단차부(522a)의 우측면과 상기 제2하우징(512)의 내측면 사이에는 스러스트 베어링(573)이 설치된다. 상기 터빈 축(520)의 내부 유로(520a)를 통과하는 물의 압력에 의해 우측방향으로의 축방향 하중이 작용하게 되고, 상기 스러스트 베어링(573)은 상기 축방향 하중을 지지하여, 상기 제2터빈축(522)이 회전가능하게 유지한다.
상기 터빈 모듈(530)은, 상기 터빈 축(520)에 대해 수직방향으로 배치된다. 상기 터빈 모듈(530)은 상기 제1터빈축(521)과 상기 제2터빈축(522) 사이에 결합되어, 상기 제1터빈축(521)과 상기 제2터빈축(522)과 일체로 회전한다. 상기 터빈 모듈(530)은, 챔버(531), 방향 전환관들(534) 및 노즐들(536)을 포함한다.
상기 챔버(531)는 원기둥 구조를 가지며, 좌측면이 상기 제1터빈축(521)과 결합되어 상기 내부 유로(521a)와 연통된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 챔버(531)는 유입되는 물이 일정 시간 머물 수 있는 공간을 보유하면 되는 바, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 챔버(531)는 상기 제1터빈축(521)과 결합되는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 챔버(531)는 상기 제1터빈축(521)과 일체로 형성되는 것도 물론 가능하다. 상기 챔버(531)는 유입되는 물을 일정 정도 머물게 하여, 상기 방향 전환관들(534)로 유입되는 물의 압력들을 일정하게 한다. 상기 노즐들(536)로부터 물이 분사될 때, 상기 챔버(531)는 상기 물이 분사되는 방향과 반대 방향으로 반발력을 받게 되어, 상기 물 분사에 대한 반작용으로 회전한다. 이 때, 상기 방향 전환관들(534)로 유입되는 물의 압력이 다를 경우, 상기 챔버(531)에 가해지는 반발력들의 크기가 일정하지 않아서, 진동이 발생되거나 효율적인 회전력을 얻기가 어렵다. 하지만, 본 실시예에서는 상기 챔버(531)에 의하여 상기 방향 전환관들(534)로 유입되는 물의 압력이 동일하게 유지되므로, 진동 문제가 저감되고 효율적인 회전력을 얻을 수 있다.
상기 복수의 방향 전환관들(534)은, 상기 챔버(531)로부터 유입되는 물을 상기 챔버(531)의 반경 방향으로 복수개로 분기한 후 원주방향으로 전환하여 토출시킨다. 상기 방향 전환관들(534)로부터 토출되는 물의 방향은 상기 터빈 축(520)을 원 중심으로 하는 가상의 원의 접선 방향이다. 이에 한정되지 않고, 토출되는 물의 방향 중 일부가 상기 가상의 원에 대하여 접선 방향 성분을 가지고 있어도 된다. 상기 토출되는 물의 방향이 상기 가상의 원에 대해 접선 방향을 가질 때, 상기 터빈 축(520)의 회전력이 가장 높아진다. 상기 복수의 방향 전환관들(534)은 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 챔버(531)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배치된다. 본 실시예에서는, 4개의 방향 전환관들(534)로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 다양한 개수로 이루어질 수 있다. 상기 방향 전환관들(534)의 각 단부에는 노즐(536)이 설치된다.
상기 터빈 모듈(530)은, 상기 챔버(531)에 외삽되는 고정부(532)를 더 포함한다. 상기 고정부(532)는 원판 구조를 가지며, 상기 방향 전환관들(534)의 좌측에 배치된다. 상기 방향전환관들(534)은 고정수단에 의하여 상기 고정부(532)에 고정된다. 상기 고정수단은 다양한 종류가 선택될 수 있으며, 본 실시예에서는 U볼트(537)(538)가 사용된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 방향 전환관들(534)은 원형 파이프 구조를 가지며, 상기 U볼트(537)(538)에 의하여 지지된 상태로 너트(539)에 의해 상기 고정부(532)에 고정된다. 상기 고정부(532)에는 복수의 절개부들(532a)이 형성된다. 상기 절개부들(532a)은 상기 고정부(532)의 중량을 감소시키는 역할을 한다.
상기 발전 모듈(560)은 상기 터빈 축(520)으로부터 회전력을 전달 받아 전기를 생산하는 발전기이다. 상기 발전 모듈(560)은 상기 터빈 축(520)과 동일 축선상에 배치되어 커플링(550)으로 결합되는 발전기 회전축(561)을 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 커플링(550)은, 상기 제2터빈축(522)의 단부와 상기 발전기 회전축(561)의 단부를 슬리브에 끼워 넣어 키 등을 이용하여 고정하는 슬리브 커플링인 것으로 예를 들어 설명하나, 상기 제2터빈축(522)과 상기 발전기 회전축(561)을 동일 축선상에서 결합할 수 있는 커플링이라면 적용 가능하다.
상기 하우징(510)에는 상기 방향 전환관들(534)에서 상향 분사되는 물을 상기 하우징(510)의 내측면을 향한 방향으로 유도한 후 하향 토출되도록 안내하는 복수의 가이드 베인들(540)이 구비된다. 상기 복수의 가이드 베인들(540)은 상기 제1하우징(511)과 제2하우징(512)사이에 결합된다. 도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 복수의 가이드 베인들(540)은 상기 터빈 모듈(530)과 상기 제3하우징(513)사이에서 반경방향을 따라 서로 이격되게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 복수의 가이드 베인들(540)은 3개의 제1,2,3가이드 베인(541)(542)(543)으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 가이드 베인들(540)의 개수, 길이 및 배치 위치는 상기 방향 전환관들(534)의 개수나 상기 방향 전환관들(534)에서 나오는 물의 토출 방향, 그리고 상기 유출구(514)의 위치에 따라 다르게 설정될 수 있다. 상기 제1,2,3가이드 베인(541)(542)(543)은 각각 상기 터빈축(520)의 중심을 원 중심으로 하는 서로 다른 반경을 갖는 가상의 원에 대한 원호 형상을 이룬다. 즉, 상기 제1,2,3가이드 베인(541)(542)(543)은 서로 다른 반경을 갖는 원호 형상으로 이루어진다. 상기 제1,2,3가이드 베인(541)(542)(543)은 원호 형상으로 이루어져 토출되는 작동 유체를 상기 하우징(510)의 내측면을 향한 방향으로 유도한 후 상기 유출구(514)가 있는 하측으로 흐르도록 안내한다. 또한, 상기 제1,2,3가이드 베인(541)(542)(543)의 각 단부들(541a)(542a)(543a)은 상기 작동 유체가 토출되는 방향을 따라 서로 소정각도로 이격되게 배치된다. 상기 제1가이드 베인(541)과 상기 제3하우징(513)사이에는 제1안내 유로(541b)가 형성된다. 상기 제2가이드 베인(542)과 상기 제1가이드 베인(541)사이에는 제2안내 유로(542b)가 형성된다. 상기 제3가이드 베인(543)과 상기 제2가이드 베인(542)사이에는 제3안내 유로(543b)가 형성된다. 상기 제1안내 유로(541b)는, 주로 상기 방향 전환관들(534)이 회전하는 동안 우측을 지나면서 분사하는 물이 유입된다. 상기 제2안내 유로(542b)는, 주로 상기 방향 전환관들(534)이 회전하는 동안 상부 우측을 지나면서 분사하는 물이 유입된다. 상기 제3안내유로(543b)는, 주로 상기 방향 전환관들(534)이 회전하면서 상부 좌측을 지나면서 분사하는 물이 유입된다. 분사된 물이 상기 제1,2,3안내 유로(541b)(542b)(543b)로 유입되어 상기 토출구(514)로 빠져나가기 때문에, 분사된 물이 상기 터빈 모듈(530)측으로 떨어져서 상기 터빈 모듈(530)의 회전을 방해하는 현상이 방지된다. 상기 제1,2,3안내유로(541b)(542b)(543b)로 유입된 물은 상기 제1,2,3가이드 베인(541)(542)(543)에 의해 하측으로 안내된 후 상기 유출구(514)를 통해 원활하게 빠져나갈 수 있다.
도 19a 내지 도 19c는 도 18에 도시된 가이드 베인의 변형예를 보여준다.
도 19a에 도시된 가이드 베인들(540')은 3개의 제1,2,3가이드 베인(541')(542')(543')을 포함한다. 상기 제1,2,3가이드 베인(541')(542')(543')은 복수개가 서로 다른 원 중심을 갖는 원호 형상이고, 각 단부들은 상기 작동유체가 토출되는 방향을 따라 서로 소정각도로 이격된 위치에 배치된다. 상기 제1가이드 베인(541‘)과 상기 하우징(510)사이에 형성된 안내 유로의 입구측이 출구측보다 넓게 형성되기 때문에, 상기 방향 전환관(534)에서 분사되는 물이 상기 제1가이드 베인(541’)의 외측으로 유입이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
도 19b에 도시된 가이드 베인(550)은, 복수의 안내홀들(551a)이 형성된 링부(551)와, 상기 안내홀들(551a)에 구비된 베인부(552)로 이루어진다. 상기 링부(551)는 상기 터빈 모듈(530)과 상기 하우징(510) 사이에 배치된다. 상기 베인부(552)는 상기 제3하우징부(513)를 향한 방향으로 소정 각도로 경사지게 형성된다.
도 19c에 도시된 가이드 베인(560)은 4개의 제1,2,3,4가이드 베인(561)(562)(563)(564)으로 이루어지고, 각각 원호 형상으로 이루어진다. 상기 제1,2,3,4가이드 베인(561)(562)(563)(564)의 각 단부들은 상기 작동유체가 토출되는 방향을 따라 서로 소정각도로 이격된 위치에 배치된다. 또한, 상기 제1,2,3,4가이드 베인(561)(562)(563)(564)이 서로 다른 길이로 형성된다. 즉, 상기 제1,2,3,4가이드 베인(561)(562)(563)(564)은 상기 유출구(514)측으로 갈수록 길이가 짧게 형성된다.
상기와 같이, 가이드 베인들의 형상은, 상기 방향 전환관들(534)에서 분사되는 물을 상기 터빈 모듈(530)의 회전 반대방향으로 안내하여 상기 유출구(514)로 하향 토출시키는 범위에서 다양한 형상으로의 변형이 가능하다.
상기와 같이 구성된 반작용식 터빈 시스템(500)의 작동에 대해 설명한다.
상기 하우징(510)으로 유입된 물은 상기 터빈 축(520)의 내부 유로(521a)를 통해 수평 방향으로 상기 챔버(531)에 유입된다. 상기 챔버(531)내의 물은 상기 방향 전환관들(534)로 분기되고, 상기 방향 전환관들(534)을 통해 유동방향이 1차적으로는 반경방향으로 2차적으로는 원주방향으로 전환된 후, 상기 노즐(536)을 통해 상기 하우징(510)의 내부 공간으로 분출된다. 상기 물의 분출에 의한 반작용으로 상기 터빈 축(520)에 시계방향으로의 회전력이 발생된다. 상기 노즐(536)을 통해 분출된 물은 상기 제1,2,3가이드 베인들(541)(542)(543)에 의해 상기 하우징(510)의 내측면을 향한 방향으로 안내된 후 하방으로 안내되어 상기 유출구(514)를 통해 배출된다. 따라서, 상기 터빈 모듈(530)이 회전되는 동안 상기 방향 전환관들(534)에서 물을 상향 분사할 경우, 상향 분사된 물은 상기 터빈 모듈(530)의 회전 방향과 반대인 반시계방향으로 안내하여 배출시키기 때문에, 상향 분사된 물이 바로 하측으로 떨어져서 상기 터빈 모듈(530)의 회전을 방해하는 현상을 방지할 수 있다.
상기 터빈 축(520)이 회전하면, 상기 발전기 회전축(561)이 회전하여 상기 발전기(560)에서 전기가 발생된다. 상기와 같이, 상기 반작용식 터빈 시스템에서는 물의 유동이 단순하고 물의 내부 유동 압력 손실을 제외하고는 압력 손실이 발생되지 않기 때문에, 효율이 매우 높은 수준을 유지할 수 있다. 또한, 구조가 매우 단순하기 때문에 제조비용을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 크기를 작게 할 수도 있으며, 유입되는 물의 압력이 낮거나 유량이 적더라도 발전을 수행할 수 있다. 또한, 상기 터빈 축(520)이 수평 방향으로 배치되어, 상기 터빈 축(520)에 상기 발전기 회전축(561)을 동일 축선상에 배치가 가능하여 상기 커플링(550)으로 결합시킬 수 있기 때문에, 구조가 매우 단순해지고 비용이 절감될 수 있다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제11실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(500‘)는, 상기 터빈 축(520)의 축방향 하중 및 반경방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링(582)과 레이디얼 베어링(572)이 상기 하우징(510)의 외측에 설치되는 것이 상기 제10실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다. 도 20에서 상기 제10실시예와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
상기 제2터빈축(522)에는 상기 하우징(510)의 외측에 위치한 단차부(522a)가 구비된다. 상기 스러스트 베어링(582)은 상기 단차부(522a)와 상기 제2터빈축(522)을 지지하는 제1지지대(580)사이에 구비된다.
상기 제1지지대(580)와 별도로 상기 제2터빈축(522)을 지지하는 제2지지대(570)가 설치되고, 상기 제2지지대(580)의 내주면과 상기 제2터빈축(522)사이에는 상기 레이디얼 베어링(572)이 구비된다. 본 실시예에서는 상기 제1지지대(580)와 상기 제2지지대(570)가 별도로 설치된 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 제1지지대(580)만 설치되고 상기 제1지지대(580)와 상기 제2터빈축(522)사이에 상기 레이디얼 베어링(572)이 구비되는 것도 물로 가능하다.
상기 스러스트 베어링(582)과 상기 레이디얼 베어링(572)이 상기 하우징(510)의 외측에 설치되어, 물에 잠기지 않기 때문에 베어링 선택의 폭이 넓어지고 베어링 마찰 손실을 줄일 수 있다. 상기 스러스트 베어링(582)과 상기 레이디얼 베어링(572)이 모두 상기 하우징(510)의 외측에 설치되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 상기 스러스트 베어링(582)과 상기 레이디얼 베어링(572) 중 어느 하나만 상기 하우징(510)의 외측에 설치되는 것도 물론 가능하다. 또한, 제2터빈축(522)과 제2하우징부(512) 사이의 실링을 위하여 별도의 실링수단이 설치될 수도 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 제12실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(600)은, 하우징(601), 유체 공급관(610), 터빈 모듈들(630)(640), 터빈 축(620) 및 발전 모듈(670)을 포함하고, 하나의 터빈 축(620)에 복수의 터빈 모듈들(630)(640)이 결합되는 것이 상기 제11실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 유체 공급관(610)은, 연직 배관(611) 및 좌,우 수평배관(612)(613)을 포함한다. 상기 연직 배관(611)은 상기 하우징(601)의 상면을 관통하고 연직방향으로 배치되어, 외부로부터 물을 전달받는다. 상기 좌,우측 수평배관(612)(613)은 상기 연직 배관(611)의 하부에서 좌,우방향으로 각각 분기된다. 상기 좌,우측 수평배관(612)(613)에는 상기 한 쌍의 터빈 모듈들(630)(640)이 각각 연결된다. 상기 좌,우측 수평배관(612)(613)이 상기 한 쌍의 터빈 모듈들(630)(640)로 작동 유체를 안내하는 유입구 역할을 한다.
상기 터빈 모듈들(630)(640)은 상기 좌측 수평배관(612)에 연결된 좌측 터빈 모듈(630)과, 상기 우측 수평배관(613)에 연결된 우측 터빈 모듈(640)로 이루어진다. 즉, 상기 터빈 모듈들(630)(640)은 상기 연직 배관(611)을 중심으로 좌,우 대칭을 이루도록 배치된다. 상기 좌측 터빈 모듈(630)과 상기 우측 터빈 모듈(640)이 서로 좌,우 대칭을 이루도록 배치되고, 하나의 터빈 축(620)으로 연결되어 상기 터빈 축(620)을 회전시킴으로써, 각각에서 발생되는 축방향 하중이 서로 상쇄되어 효율이 향상될 수 있다.
상기 좌측 터빈 모듈(630)은 상기 좌측 수평배관(612)과 연통가능하게 결합되어 상기 좌측 수평배관(612)을 통하여 물이 유입되는 좌측 챔버(631)와, 상기 좌측 챔버(631)의 외주면을 따라 서로 이격되게 배치되고 유입된 물을 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향으로 토출시키는 복수개의 방향 전환관들(632)과, 상기 방향 전환관들(632)의 각 단부에 구비된 노즐들(633)을 포함한다.
상기 우측 터빈 모듈(640)은 상기 우측 수평배관(613)과 연통가능하게 결합되어 상기 우측 수평배관(613)을 통하여 물이 유입되는 우측 챔버(641)와, 상기 우측 챔버(641)의 외주면을 따라 서로 이격되게 배치되고 유입된 물을 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향으로 토출시키는 복수개의 방향 전환관들(642)과, 상기 방향 전환관들(642)의 각 단부에 구비된 노즐들(643)을 포함한다. 도면부호 645는 상기 방향 전환관들(642)을 고정시키는 원판 형태의 고정부이고, 도면부호 645a는 상기 고정부(645)의 중량을 감소시키기 위해 형성된 절개부들이다.
상기 터빈 축(620)은 상기 발전 모듈(670)의 발전기 회전축(671)과 동일 축선상에 배치되어, 커플링(660)으로 결합된다. 따라서, 상기 터빈 축(620)과 상기 발전기 회전축(671)사이에 풀리 및 벨트 등과 같은 별도의 동력 전달 기구가 삭제되어 효율이 향상됨과 아울러, 구조가 단순화되고 제조 비용이 절감될 수 있다.
상기 하우징(601)의 외측에는 상기 터빈 축(620)을 지지하기 위한 지지대(650)가 설치된다. 상기 지지대(650)는 축 지지부(654), 제1수평 지지부(652), 제2수평 지지부(651) 및 다리부(653)를 포함한다. 상기 축 지지부(654)는 상기 터빈 축(620)의 좌,우 양측에 각각 배치되고 상기 터빈 축(620)이 관통하는 관통홀이 형성된다. 상기 축 지지부(654)의 관통홀과 상기 터빈 축(620)의 외주면 사이에는 레이디얼 베어링(660)이 설치된다. 상기 레이디얼 베어링(660)은 상기 하우징(601)의 외측에 설치되어 물에 잠기지 않기 때문에 베어링 선택의 폭이 넓어질 수 있으며, 베어링 마찰 손실을 줄일 수 있다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 제13실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(600‘)는, 유체 공급관(610)이 연직 배관(611)과 좌,우측 수평배관(612)(613)을 포함하고, 상기 좌,우측 수평배관(612)(613)은 각각 적어도 일부분이 좌,우측 플렉시블 배관(692)(691)으로 이루어진 것이 상기 제3실시예와 상이하다.
상기 좌측 플렉시블 배관(692)은 상기 좌측 수평배관(612)의 유로상에 설치된다. 상기 좌측 플렉시블 배관(692)의 좌,우 양단은 상기 좌측 수평배관(612)에 제1결합부재(693)에 의해 결합된다. 상기 제1결합부재(693)는 각각 2개의 플랜지로 이루어지고, 2개의 플랜지에 의해 상기 좌측 수평배관(612)과 상기 좌측 플렉시블 배관(692)의 단부가 각각 결합되어 고정된다.
상기 우측 플렉시블 배관(691)은 상기 우측 수평배관(613)의 유로상에 설치된다. 상기 우측 플렉시블 배관(691)의 좌,우 양단은 상기 우측 수평배관(613)에 제2결합부재(694)에 의해 결합된다. 상기 제2결합부재(694)는 각각 2개의 플랜지로 이루어지고, 2개의 플랜지에 의해 상기 우측 수평배관(613)과 상기 우측 플렉시블 배관(691)의 단부가 각각 결합되어 고정된다.
상기 연직 배관(611)을 통해 유입되는 물의 압력에 의해 상기 좌,우측 수평배관(612)(613)측에서 발생되는 처짐 등의 변형을 상기 좌,우측 플렉시블 배관(692)(691)이 흡수함으로써, 상기 좌측 수평배관(612)과 상기 우측 수평배관(613)의 정렬 불량(Misalignment) 등을 방지할 수 있다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 본 발명의 제14실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(700)은, 유입구(710), 터빈 모듈(720), 터빈 축(730), 발전 모듈(760) 및 커플링(770)을 포함하고, 상기 터빈 모듈(720)이 상기 유입구(710)의 상측에 결합되고, 상기 터빈 축(730)은 상기 터빈 모듈(720)의 상측에서 연직방향으로 길게 배치된 것이 상기 실시예들과 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 유입구(710)는 액상의 작동 유체가 외부로부터 유입된다. 상기 유입구(710)는 연직방향 또는 경사방향으로 길게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 유입구(710)는 연직방향으로 길게 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 유입구(710)로 유입되는 작동 유체의 방향 중 일부만이 연직방향 성분을 가지고 있어도 된다. 상기 유입구(710)는 연직방향으로 길게 배치되고, 하측에는 외부로부터 유입되는 작동유체를 안내하기 위한 유입 덕트(712)가 연결된다. 상기 유입구(710)의 상측에는 후술하는 터빈 모듈(720)의 바디부(721)와 결합을 위한 플랜지부가 형성된다. 상기 작동 유체는 상기 유입구(710)의 하측으로부터 연직방향과 반대방향인 상방향으로 작동유체가 유입된다.
상기 유입 덕트(712)는 상기 유입구(710)의 하측에 연직방향으로 결합되고, 상기 유입 덕트(712)의 하부는 일방향으로 절곡 또는 경사지게 형성될 수 있다.
상기 터빈 모듈(720)은, 상기 유입구(710)의 상측에 결합된다. 상기 터빈 모듈(720)은, 바디부(721)와 방향 전환관(724)을 포함한다.
상기 바디부(721)는 원통 형상을 이루고, 중앙 하부가 개구되어 상기 유입구(710)와 연통된다. 작동 유체는 상기 유입구(710)를 통해 상기 바디부(721)의 하측을 통해 유입된다. 상기 바디부(721)의 둘레는 상기 유입구(710)의 플랜지부에 맞대어진 후, 제1체결부재(726)에 의해 결합된다. 상기 바디부(721)는 원통 형상으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 내부는 작동 유체가 일정 시간 머물 수 있는 공간을 보유할 수 있으면 그 외 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 바디부(721)의 상측에는 상기 터빈 축(730)이 결합된다. 상기 바디부(721)는 상기 작동유체가 상기 방향 전환관(724)을 통해 분사되는 방향과 반대방향으로 반발력을 받게 되어, 상기 작동 유체의 분사에 대한 반작용으로 회전한다.
상기 방향 전환관(724)은 상기 바디부(721)의 원주방향을 따라 서로 소정간격 이격된 위치에 복수개가 구비된다. 여기서는, 4개의 방향 전환관(724)이 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 방향 전환관(724)은 상기 유입구(710)를 통해 상기 바디부(721)로 상향 유동하는 작동 유체를 수평 방향 또는 경사 방향으로 전환하여 토출한다. 상기 방향 전환관(724)의 토출방향은 상기 바디부(721)로 유입된 작동 유체를 상기 유입구(710)에 대해 수평방향이면서, 상기 터빈 축(730)을 원 중심으로 하는 가상의 원의 접선 방향인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 방향 전환관(724)의 토출 방향은 하향 경사 또는 상향 경사지는 방향이 될 수 있으며, 상기 터빈 축(730)에 작용하는 스러스트(trust)를 상쇄시킬 수 있는 방향이면 가능하다. 또한, 상기 방향 전환관(724)의 토출 방향 중 일부만이 상기 터빈 축(730)을 원 중심으로 하는 가상의 원의 접선 방향 성분을 가지고 있어도 된다. 작동 유체의 토출 방향이 상기 가상의 원에 대해 접선 방향을 가질 때, 상기 터빈 축(730)의 회전력이 가장 높아진다.
상기 방향 전환관(724)은 상기 바디부(721)에 결합되는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 일체로 형성되는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 방향 전환관(724)의 내부는 노즐 형상으로 이루어진 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 별도의 노즐이 결합되는 것도 물론 가능하다.
상기 터빈 축(730)은 상기 터빈 모듈(720)의 상측에 연직방향으로 결합되어, 상기 터빈 모듈(720)의 회전력에 의해 회전한다.
상기 발전 모듈(760)은, 상기 터빈 축(730)으로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기이다. 상기 발전 모듈(760)은 상기 터빈 축(730)의 상측에 결합된다. 상기 발전 모듈(760)은 발전기 회전축(761)을 포함하고, 상기 발전기 회전축(761)은 상기 터빈 축(730)과 동일 축선 상에 배치되어 상기 커플링(770)에 의해 결합된다.
상기 커플링(770)은, 상기 터빈 축(730)의 단부와 상기 발전기 회전축(761)의 단부를 슬리브에 끼워 넣어 키 등을 이용하여 고정하는 슬리브 커플링인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 터빈 축(730)과 상기 발전기 회전축(761)을 동일 축선 상에서 결합할 수 있는 커플링이라면 어느 것이나 적용 가능하다.
상기 반작용식 터빈 시스템은, 상기 터빈 축(730)의 상부를 지지하는 터빈축 지지대(750)와, 상기 터빈축 지지대(750)와 결합되고 상기 터빈 모듈(720)과 상기 발전 모듈(760)사이를 구획하는 구획 플레이트(740)를 더 포함한다.
상기 터빈축 지지대(750)는 중앙에 상기 터빈 축(730)이 관통하도록 형성되고, 내둘레면이 상기 터빈 축(730)의 단차부에 대응되도록 단차지게 형성된다. 상기 터빈축 지지대(750)와 상기 터빈 축(730)사이에는 스러스트 베어링(754)과 제1레이디얼 베어링(752)이 설치된다.
상기 제1레이디얼 베어링(752)은, 상기 터빈 축(730)의 외주면과 상기 터빈축 지지대(750)사이에는 상기 터빈 축(730)의 회전을 지지한다.
상기 스러스트 베어링(754)은, 상기 터빈축 지지대(750)의 상단 내측면과 상기 터빈 축(730)의 단차부 사이에 구비되어, 상기 터빈 축(730)에 연직방향과 반대방향으로 작용하는 스러스트(trust)를 지지한다. 상기 터빈 축(730)의 회전시 작동유체의 상방향 유동 압력에 의해 연직방향과 반대방향인 상방향으로 스러스트가 작용하게 되므로, 상기 스러스트 베어링(754)은 상기 터빈 축(730)의 상부에 설치된다.
상기 터빈축 지지대(750)의 내측에서 상기 제1레이디얼 베어링(752)의 하부에는 베어링 윤활유의 누설을 방지하기 위한 제1실링부재(756)가 설치된다.
상기 구획 플레이트(740)는 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 터빈 모듈(720)에서 분사된 작동 유체가 상기 발전 모듈(760) 측으로 튀는 것을 차단한다. 상기 구획 플레이트(740)는 상기 터빈축 지지대(750)와 제2체결부재(751)에 의해 체결 고정된다.
또한, 상기 유입구(710)의 외측에는 유입구 지지대(714)가 설치되고, 상기 유입구(710)와 상기 유입구 지지대(714)사이에는 상기 유입구(710)를 회전가능하게 지지하는 제2레이디얼 베어링(716)이 설치된다. 상기 유입구 지지대(714)의 하측에는 제2실링부재(715)가 구비된다. 상기 유입구 지지대(714)는 복수의 지지판으로 이루어져, 제3체결부재(713)에 의해 상하방향으로 결합되는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 유입 덕트(712)의 외측에는 상기 유입 덕트(712)를 지지하기 위한 덕트 지지대(718)가 설치된다. 상기 덕트 지지대(718)와 상기 유입구 지지대(714)는 제4체결부재(719)에 의해 결합된다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 터빈 모듈(720)의 주변이 개방되어, 상기 터빈 모듈(720)에서 분사된 작동유체가 중력방향인 하측으로 흘러내리는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 터빈 모듈(720)과의 사이에 소정의 공간을 형성하는 별도의 하우징이 설치되어 분사된 작동유체가 상기 하우징 내로 토출되는 것도 가능하고, 상기 터빈 모듈(720)의 하부에 분사된 작동유체가 모아지도록 별도의 챔버가 구비되는 것도 물론 가능하다.
상기와 같이 구성된 반작용식 터빈 시스템(700)의 작동에 대해 설명한다.
이하, 액상의 작동 유체로 물이 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
물은 상기 유입 덕트(712)와 상기 유입구(710)를 통해 하측으로부터 상방향으로 유입되어, 상기 터빈 모듈(720)의 내측으로 유입된다. 즉, 상기 물의 유입방향은 연직방향과 반대방향인 상방향이 된다.
상기 터빈 모듈(720)로 유입된 물은 상기 방향 전환관들(724)을 통해 상기 연직방향과 수직인 수평 방향으로 분사된다. 분사된 물은 중력에 의해 하방향으로 흘러 내리게 된다. 또한, 상기 구획 플레이트(740)에 의해 분사된 물 중 일부가 상기 발전 모듈(760)측으로 튀는 현상이 방지될 수 있다. 상기 물의 토출에 의한 반작용으로 상기 터빈 모듈(720)에 결합된 상기 터빈 축(730)에 회전력이 발생된다.
상기 터빈 축(730)이 회전하면, 상기 커플링(770)으로 결합된 상기 발전기 회전축(761)이 함께 회전하게 되어, 상기 발전기(760)에서 전기가 발생된다. 상기 터빈 축(730)과 상기 발전기 회전축(761)이 동일 축선상에 놓이고 상기 커플링(770)으로 결합됨으로써, 별도의 풀리나 벨트 등의 동력 전달기구가 불필요 하므로, 구조가 간단하고 동력 전달 손실도 감소될 수 있다.
상기 물이 하측으로부터 상방향으로 유입되면서, 상기 터빈 축(730)에 상방향으로 스러스트가 작용하게 된다. 상기 터빈 축(730)에 작용하는 상방향 스러스트는 상기 스러스트 베어링(754)이 지지하게 된다. 상기 터빈 축(730)에 작용하는 스러스트는 중력방향과 반대방향인 상방향으로 작용하게 되므로, 중력에 의해 적어도 일부 상쇄될 수 있으며, 이로 인해 보다 작은 크기의 스러스트 베어링(754)의 적용이 가능한 이점이 있다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 제15실시예에 따른 반작용식 터빈 시스템(700‘)은, 터빈 모듈(800)이 터빈 축(801), 챔버(830), 고정판(820), 복수의 방향 전환관들(810)을 포함하는 구성이 상기 제14실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 설명한다. 도 26에서 상기 제14실시예와 동일한 참조부호는 동일 부재를 나타낸다.
상기 터빈 축(801)은 연직방향으로 길게 배치되고, 하단은 상기 챔버(830)의 상측에 결합되고, 상단은 상기 발전기(760)의 회전축(761)과 커플링(770)에 의해 결합된다.
상기 챔버(830)는 원통 형상으로 이루어지고, 연직방향으로 길게 배치된다. 상기 챔버(830)의 하단에는 상기 유입구(802)에 연통되게 결합되고, 상단에는 상기 터빈 축(801)이 결합된다.
상기 고정판(820)은 상기 챔버(830)에 외삽되고, 원판 형상으로 이루어진다. 상기 고정판(820)에는 후술하는 복수의 방향 전환관들(810)이 고정되는 바, 고정 방법에 대해서는 뒤에서 설명한다. 상기 고정판(820)에는 복수의 절개부들(820a)이 형성되어, 상기 고정판(820)의 중량을 감소시키는 역할을 한다.
상기 복수의 방향 전환관들(810)은 상기 챔버(830)로 유입되는 물을 상기 챔버(830)의 반경 방향으로 안내한 후 원주방향으로 전환하여 토출한다. 상기 방향 전환관들(810)로부터 토출되는 물의 방향은 상기 터빈 축(801)을 원 중심으로 하는 가상의 원의 접선 방향이다. 이에 한정되지 않고, 토출되는 물의 방향 중 일부가 상기 가상의 원에 대해여 접선 방향 성분을 가지고 있어도 된다. 상기 복수의 방향 전환관들(810)은 서로 동일한 형상으로 이루어지고, 상기 챔버(830)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배치된다. 본 실시예에서는, 4개의 방향 전환관들(810)로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 다양한 개수로 이루어질 수 있다. 상기 방향 전환관들(810)의 단부에는 노즐(812)이 설치된다.
상기 복수의 방향 전환관들(810)은 상기 고정판(820)의 상면에 고정수단에 의해 고정된다. 상기 고정수단은 다양한 종류가 선택될 수 있으며, 본 실시예에서는 U볼트(840)가 사용된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 방향 전환관들(810)은 원형 파이프 구조로 이루어지며, 상기 U볼트(840)에 의하여 지지된 상태로 너트(842)에 의해 상기 고정판(820)에 고정된다.
상기와 같이 구성된 반작용식 터빈 시스템(700‘)은, 상기 작동 유체가 하측에서 상방향으로 상기 챔버(830)로 유입된 후, 상기 복수의 방향 전환관들(810)을 통해 수 평 방향으로 배출된다. 상기 복수의 방향 전환관들(810)에서 배출된 작동 유체는 중력방향인 연직방향으로 흘러 내리게 된다. 따라서, 상기 방향 전환관들(810)로부터 배출된 작동 유체가 상기 터빈 모듈(800)이나 상기 발전기(760)에 영향을 주지 않는다.
본 실시예에 따른 터빈 모듈(800)은 복수의 방향 전환관들(810)이 상기 U볼트(840)에 의해 상기 고정판(820)에 고정된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 도 3의 터빈 모듈(130‘)의 구조가 적용되는 것도 물론 가능하다.
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.
본 발명에 따르면 구조가 단순하고 제조비용이 절감된 반작용식 터빈 시스템을 제조할 수 있다.

Claims (25)

  1. 작동유체가 유입되는 유입구와;
    상기 유입구로부터 축방향으로 유입된 작동 유체를 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하여 발생되는 터빈 모듈과;
    상기 터빈 모듈에 상기 축방향으로 결합되고, 상기 터빈 모듈의 회전력에 의해 회전하는 터빈 축을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 축은,
    상기 유입구에 연통되어 상기 유입구로부터 유입된 작동 유체를 축방향을 따라 흐르게 하도록 내부 유로가 형성된 반작용식 터빈 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 터빈 모듈은,
    축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하는 복수의 방향 전환관들을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 터빈 모듈은,
    상기 터빈 축의 내부 유로와 연통되게 결합되어 작동유체가 유입되는 챔버와,
    상기 챔버의 외둘레면을 따라 서로 이격되게 배치되고, 상기 챔버 내의 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하는 복수의 방향 전환관들을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 방향 전환관들은,
    상기 터빈 축의 원주 방향과 축방향의 합 방향으로 작동 유체를 토출하도록 형성된 반작용식 터빈 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입구가 형성되고 상기 터빈 축이 회전가능하게 결합되는 하우징을 더 포함하고,
    상기 터빈 축은, 상기 내부 유로가 형성되고 상기 터빈 모듈에 연통되게 결합되는 제1터빈 축과, 상기 터빈 모듈을 사이에 두고 상기 제1터빈 축과 함께 상기 터빈 모듈을 상기 하우징 내에서 회전가능하도록 지지하는 제2터빈 축을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하우징과 상기 제2터빈 축의 단차부 사이에는 상기 유입구에서 상기 제2터빈 축을 향한 방향으로 작용하는 스러스트를 지지하는 스러스트 베어링이 설치된 반작용식 터빈 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 모듈에서 상기 작동 유체의 유입방향에 수직한 방향으로 길게 배치되어, 상기 터빈 모듈에서 분사된 작동유치가 상기 유입방향과 반대방향으로 비산되는 것을 방지하는 비산 방지판을 더 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입구가 형성되고 상기 터빈 축이 회전가능하게 결합되는 하우징과,
    상기 하우징의 외측에 배치되어, 상기 터빈 축의 회전력에 의해 전기를 생산하는 발전 모듈과,
    상기 하우징의 외측에 배치되어, 상기 터빈 축과 상기 발전 모듈의 회전축을 연결시키는 동력 전달부를 더 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 동력 전달부가 결합되는 결합부가 돌출 형성된 상부 하우징과,
    상기 상부 하우징에 결합되고, 상기 터빈 모듈로부터 토출된 작동 유체를 하방으로 유도하도록 상기 작동유체와 부딪히는 면이 하방으로 갈수록 퍼지게 형성된 측면 하우징을 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 하우징의 내측면에 단턱부가 형성되고,
    상기 터빈 축에는 상기 단턱부에 안착되어 걸림되는 플랜지부가 형성된 반작용식 터빈 시스템.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 터빈 모듈은,
    상기 복수의 방향 전환관들을 고정수단에 의해 지지하는 고정부를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고정수단은 U볼트를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 고정부는 중량 감소를 위해 복수의 절개부가 형성된 플레이트 형상인 반작용식 터빈 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 고정부와 상기 방향 전환관 사이에 배치되는 완충부재를 더 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  16. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입구가 형성되고 상기 터빈 축이 상대 회전가능하게 결합되는 하우징을 더 포함하고,
    상기 터빈 축은 상기 하우징에 수평 또는 경사방향으로 배치된 반작용식 터빈 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 터빈 모듈은, 축방향으로 유입된 작동 유체를 상기 터빈 축의 반경방향으로 유동시킨 후 원주방향의 속도를 갖도록 분사하는 복수의 방향 전환관들을 포함하고,
    상기 하우징과 상기 터빈 모듈 사이에 구비되어, 상기 방향 전환관들에서 토출되는 작동 유체를 상기 하우징의 내측면을 향한 방향으로 안내하는 적어도 하나 이상의 안내유로를 형성하는 가이드 베인을 더 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 가이드 베인은,
    복수개가 상기 터빈 축의 반경방향으로 서로 이격되고, 각 단부들이 상기 작동 유체가 토출되는 방향을 따라 서로 소정각도로 이격된 위치에 배치되는 원호 형상으로 이루어진 반작용식 터빈 시스템.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 가이드 베인은,
    상기 안내 유로를 형성하는 복수의 안내홀들이 형성된 링부와, 상기 안내홀들에 구비된 베인부를 포함하는 반작용식 터빈 시스템.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 터빈 축으로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전 모듈을 더 포함하고,
    상기 터빈 축과 상기 발전 모듈의 회전축은 동일 축선상에 배치되어 커플링으로 결합되는 반작용식 터빈 시스템.
  21. 청구항 1에 있어서,
    외부로부터 유입된 작동 유체를 두 방향으로 분기시키는 유체 공급관을 더 포함하고,
    상기 터빈 모듈은 상기 유체 공급관의 분기된 양단에 각각 연통되게 결합되도록 한 쌍을 이루고,
    상기 터빈 축은, 상기 한 쌍의 터빈 모듈들을 상호 연결하고, 상기 한 쌍의 터빈 모듈들의 회전력에 의해 일체로 회전하는 반작용식 터빈 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 유체 공급관은,
    외부로부터 작동 유체를 전달받도록 연직방향으로 배치된 연직 배관과,
    상기 연직 배관에서 좌,우방향으로 분기되어 상기 한 쌍의 터빈 모듈들에 연결되는 좌,우 수평배관을 포함하고,
    상기 좌,우 수평배관은 각각 적어도 일부분이 플렉시블 배관으로 구성된 반작용식 터빈 시스템.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 모듈은 상기 유입구의 상측에 결합되어, 상기 유입구로부터 유입된 작동유체를 수평방향 또는 경사방향으로 토출하고,
    상기 터빈 축은 상기 터빈 모듈의 상측에 연직방향 또는 경사방향으로 길게 배치되는 반작용식 터빈 시스템.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 터빈 축의 상부를 지지하는 지지대를 더 포함하고,
    상기 지지대와 상기 터빈 축의 단차부 사이에는 연직방향과 반대방향으로 작용하는 스러스트를 지지하는 스러스트 베어링이 설치된 반작용식 터빈 시스템.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 터빈 축으로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전 모듈을 더 포함하고,
    상기 터빈 축과 상기 발전 모듈의 회전축은 동일 축선상에 배치되어 커플링으로 결합되는 반작용식 터빈 시스템.
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