(57)【要約】【課題】ノズル構造を改善して流路上での流体の圧力降下を最小化し、ノズルの耐久性を高める反作用式スチームタービン用ノズル回転体を提供する。【解決手段】本発明は、反作用式スチームタービンにおいて、流体を噴出することで回転運動するノズル回転体に関するもので、中央に回転軸と結合される軸孔が形成されるディスク状の本体部２１０と；前記軸孔に対して螺旋方向に互いに等角を成す多数の排気流路２２１を提供するガイド側面ＧＳを持つように前記本体部２１０と一体に鉛直方向に突設されたガイド部２２０と；前記排気流路２２１の断面と同一形状の断面を持ち、幅が狭くなる区間を持つように前記排気流路２２１の各先端に位置して前記本体部２１０と組み立てられるノズル片２３０と；前記ノズル片２３０と前記本体部２１０を結合する少なくとも一つ以上のボルト２４１及び組立ピン２４２を含む締結部材と；を含む。【選択図】図５
2016530449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に回転軸と結合される軸孔が形成されるディスク状の本体部と；
前記軸孔に対して螺旋方向に互いに等角を成す多数の排気流路を提供するガイド側面を持つように、前記本体部と一体に鉛直方向に突設されたガイド部と；
前記排気流路の断面と同一形状の断面を持ち、幅が狭くなる区間を持つように前記排気流路の各先端に位置し、前記本体部と組み立てられるノズル片と；
前記ノズル片と前記本体部を結合する少なくとも一つ以上のボルト及び組立ピンを含む締結部材と；を含むことを特徴とする、反作用式スチームタービン用ノズル回転体。
【請求項２】
前記ノズル片は、排気流路の先端外側に固定され、ノズル片と対面するガイド部のガイド側面と一緒に幅の狭い区間の排気流路を提供することを特徴とする、請求項１に記載の反作用式スチームタービン用ノズル回転体。
【請求項３】
前記ガイド部は、前記本体部の半径方向に対して前記ノズル片の外面を支持する離脱防止壁をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の反作用式スチームタービン用ノズル回転体。
【請求項４】
前記排気流路の断面は方形であることを特徴とする、請求項１に記載の反作用式スチームタービン用ノズル回転体。
【請求項５】
前記排気流路の角部は曲面であることを特徴とする、請求項４に記載の反作用式スチームタービン用ノズル回転体。
【請求項６】
前記ガイド部は、ガイド側面の内側に中空部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の反作用式スチームタービン用ノズル回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反作用式スチームタービンにおいて、流体の噴出によって回転運動することになるノズル回転体に関する。
【背景技術】
【０００２】
スチームタービンは高温及び高圧状態のスチームを用いて機械的仕事に変換させる原動機で、火力発電や船舶などの主機関として広く使われている。
【０００３】
スチームタービンは、高圧のスチームをノズルから噴出させ、これを羽に噴出させて分流によって発生する衝撃力のみを用いた衝動式タービン、分流の外に羽間の断面積を変えて生じた反動力を用いた反動式タービンなどがある。
【０００４】
一方、このような一般的なスチームタービンの外にも、回転体自体でのスチーム噴射による反作用を用いた反作用式スチームタービンが多数提案されている。反作用式スチームタービンは、排出されるスチームエネルギーの反作用によって回転エネルギーを得ることになり、構造が簡単でありながらも高い熱効率を得ることができるので、中小容量の原動機に適する。
【０００５】
例えば、大韓民国公開特許第１０−２０１２−４７７０９号（公開日：２０１２．０５．１４）、同公開特許第１０−２０１３−４２２５０号（公開日：２０１３．０４．２６）及び同登録特許第１０−１２２９５７５号（登録日：２０１３．０１．２９）は反作用式タービン装置を開示している。
【０００６】
このような反作用式タービン装置は、ハウジング流路を持つハウジングと、ハウジングに回転可能に結合され、回転力を伝達するタービン軸と、タービン軸に結合され、ハウジングのハウジング流路に回転可能に配置され、円周方向に高圧流体を噴射して回転力を発生させる多数のノズル組立体とを含む。
【０００７】
本発明の理解に役立てるために、大韓民国公開特許第１０−２０１２−４７７０９号（公開日：２０１２．０５．１４）に開示されているノズルプレートを説明する。
【０００８】
図１は従来技術による反作用式スチームタービン用ノズルプレートの平面構造を示す図で、ノズルプレートは同一大きさのディスク状カバーが上部に組み立てられて単一のノズル組立体を構成する。
【０００９】
図１を参照すれば、従来のノズルプレート１は、ディスク状の本体部１０の中央に回転軸（タービン軸）と結合される軸孔１１が形成され、軸孔１１を中心に多数の噴射連通口１２が形成される。
【００１０】
噴射連通口１２は、カバー（図示せず）の噴射吸入口に連通する第１噴射連通口１２ａと、第１噴射連通口１２ａと噴射吐出口１３を連結する第２噴射連通口１２ｂとからなる。噴射連通口１２と噴射吐出口１３は一定の厚さを持つディスク状の本体部にミリング（ｍｉｌｉｎｇ）作業で方形（または長方形）の凹溝によって提供される。
【００１１】
噴射吐出口１３と隣り合い、ノズル２０がボルトまたはリベットで本体部１０と組み立てられる。図面符号２３はボルト組立のためのボルト締結孔である。ノズル２０はノズル孔２１が穿設され、ノズル孔２１の一部には直径の小さな小径部２２が設けられる。一方、本体部１０とは別に組み立てられるノズル２０はドリル（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）作業によってノズル孔が形成される。
【００１２】
しかし、このような従来のノズルプレートは、第１噴射連通口１２ａに流入してノズル２０を通じて作動流体が噴出される過程で、流体の圧力降下による効率低下が発生し、長期間のタービンの運転過程で、本体部１０と組み立てられるノズル２０が遠心力とともに高い圧力及び衝撃に露出されることにより、ノズル２０が本体部１０から離脱してタービンに深刻な損傷を発生させることができる。
【００１３】
具体的に説明すれば、本体部１０の噴射連通口１２と噴射吐出口１３はミリング作業で製作され、ノズルのノズル孔はドリル作業で製作されるため、噴射連通口は断面が方形（または長方形）であるが、ノズルのノズル孔は円形の断面を持つ。したがって、円形のノズル孔２１と方形の噴射吐出口１３の間には不可避に段差部が発生し、このような段差部は流体の流れに大きな邪魔になって、当該部位で圧力降下による効率低下が発生することができる。
【００１４】
次に、ノズル２０は、大きな回転力を得るために、本体部１０の最外側に位置して固定されなければならない。したがって、本体部１０と組み立てられるノズル２０のボルト締結部位（ボルト締結孔）（Ａ領域）は内側でのみ支持され、遠心力が作用するノズル２０の外側は本体部に支持できない。また、ボルトはせん断応力に脆弱な特性があるため、ボルトのみでノズル２０が組み立てられる場合、長期間のタービン運転過程で、ノズル２０は遠心力と共に高い圧力及び衝撃に露出され、ボルトの破損によってノズル２０が本体部１０から離脱してタービンに深刻な損傷を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１２−００４７７０９号公報（公開日：２０１２．０５．１４）
【特許文献２】韓国公開特許第１０−２０１３−００４２２５０号公報（公開日：２０１３．０４．２６）
【特許文献３】韓国登録特許第１０−１２２９５７５号公報（登録日：２０１３．０１．２９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、反作用式スチームタービン用ノズルプレート（以下、“ノズル回転体”という）において、ノズル構造を改善して流路上での流体の圧力降下を最小化し、ノズルの耐久性を高めることができる反作用式スチームタービン用ノズル回転体を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するための本発明による反作用式スチームタービン用ノズル回転体は、中央に回転軸と結合される軸孔が形成されるディスク状の本体部と；前記軸孔に対して螺旋方向に互いに等角を成す多数の排気流路を提供するガイド側面を持つように、前記本体部と一体に鉛直方向に突設されたガイド部と；前記排気流路の断面と同一形状の断面を持ち、幅が狭くなる区間を持つように前記排気流路の各先端に位置し、前記本体部と組み立てられるノズル片と；前記ノズル片と前記本体部を結合する少なくとも一つ以上のボルト及び組立ピンを含む締結部材と；を含む。
【００１８】
好ましくは、本発明において、前記ノズル片は、排気流路の先端外側に固定され、ノズル片と対面するガイド部のガイド側面と一緒に幅の狭い区間の排気流路を提供することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、本発明において、前記ガイド部は、前記本体部の半径方向に対して前記ノズル片の外面を支持する離脱防止壁をさらに含むことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、本発明において、前記排気流路の断面は方形であることを特徴とし、前記排気流路の角部は曲面であることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、本発明において、前記ガイド部は、ガイド側面の内側に中空部が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による反作用式スチームタービン用ノズル回転体は、本体部においてノズル部を構成するノズル片の入れ替えが可能であってタービンの容量を容易に変更することができながらも流体抵抗による圧力降下を最小化することができるようにノズル構造を改善することができ、ノズル部の耐久性を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術による反作用式スチームタービン用ノズルプレートの平面構造を示す図である。
【図２】本発明による反作用式スチームタービン用ノズル回転体の平面図である。
【図３】本発明による反作用式スチームタービン用ノズル回転体の斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線についての断面構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例による反作用式スチームタービン用ノズル回転体の平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線についての断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施例に開示される特定の構造的ないし機能的説明は単に本発明の概念による実施例を説明するための目的で例示したもので、本発明の概念による実施例は多様な形態に実施できる。また、この明細書で説明された実施例に限定されるものに解釈されてはいけなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更物、均等物ないし代替物を含むものに理解されなければならない。
【００２５】
本発明において、第１及び／または第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使われることができるが、このような構成要素は前記用語に限定されない。前記用語は一構成要素を他の構成要素と区別する目的のみで、例えば本発明の概念による権利範囲から逸脱しない範疇内で、第１構成要素は第２構成要素に名付けることができ、同様に第２構成要素は第１構成要素にも名付けることができる。
【００２６】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及されたときには、その他の構成要素に直接的に連結されているとかあるいは接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されなければならないであろう。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないものに理解されなければならないであろう。構成要素間の関係を説明する他の表現、つまり「〜間に」と「直ちに〜間に」または「〜に隣合う」と「〜に直接隣合う」なども同様に解釈されなければならない。
【００２７】
本明細書で使用する用語はただ特定の実施例を説明するために使用したもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上はっきり他に指示しない限り、複数の表現を含む。この明細書で、「含む」または「持つ」などの用語は実施された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものに理解されなければならない。
【００２８】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明すれば次のようである。
【００２９】
図２は本発明による反作用式スチームタービン用ノズル回転体の平面図、図３は本発明による反作用式スチームタービン用ノズル回転体の斜視図である。
【００３０】
図２及び図３を参照すれば、本発明のノズル回転体１００は、ディスク状の本体部１１０と、本体部１１０と一体に鉛直方向に突設された流路ガイド側面１２１ａを持つ多数の排気流路１２１を提供するガイド部１２０と、排気流路１２１の各先端に位置し、締結部材によって本体部１１０と組み立てられるノズル片１３０とを含む。
【００３１】
本体部１１０は所定の厚さを持つディスク状のもので、中央に軸孔１１１が形成され、軸孔１１１を中心に多数の排気流路１２１を提供するガイド部１２０が本体部１１０と一体に突設され、好ましくはディスク基材にミリング作業で形成された凹溝のガイド側面ＧＳによって排気流路１２１が提供されてガイド部１２０が構成される。
【００３２】
軸孔１１１の内周面には、回転軸（タービン軸）と結合されるキー溝１１１ａが形成できる。
【００３３】
排気流路１２１は軸孔１１１を中心に互いに等角を成して多数が螺旋状に設けられ、それぞれの排気流路１２１の先端一側には締結部材によってノズル片１３０が組み立てられる。
【００３４】
本実施例において、ノズル片１３０はそれぞれの排気流路１２１の先端外側に固定され、ノズル片１３０と対面するガイド部１２０のガイド側面ＧＳと一緒に幅の狭い区間（Ｗ１＜Ｗ２）の排気流路１２１を提供することで、小さな断面積を持つ排気流路から排出される流体の噴射速度を高めることができる。
【００３５】
ノズル片１３０には締結孔１３１が形成され、締結部材として周知のボルトまたはリベットによって本体部１１０と組み立てられることができる。
【００３６】
このように、締結部材によって本体部１１０に組み立てられるノズル片１３０は本体部１１０に対して容易な入れ替えが可能であるので、タービン装置においてノズル片１３０のみを入れ替えることで排気流路の幅を変更してタービン容量を易しく変更することができる。
【００３７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ図２のＡ−Ａ線とＢ−Ｂ線についての断面構成を示す図、図４（ｃ）及び図４（ｄ）はそれぞれその他の実施例を示す図である。
【００３８】
図４（ａ）のように、排気流路１２１は方形（または長方形）の断面を持ち、また図４（ｂ）に例示したように、排気流路の先端外側に固定されるノズル片１３０とこれと対面するガイド側面ＧＳによって方形（または長方形）の排気流路１２１が提供され、排気流路１２１に沿って排出される流体抵抗を最小化することができる。
【００３９】
一方、図４（ｃ）及び図４（ｄ）のように、排気流路１２１の下端角部は直角ではない曲面を持つことができる。
【００４０】
また、図２及び図３を参照すれば、ガイド部１２０は、ノズル片１３０の外面と接する離脱防止壁１２２をさらに含むことができる。
【００４１】
離脱防止壁１２２は、ノズル回転体の回転駆動の際、半径方向に作用するノズル片１３０の遠心力に対してノズル片１３０を堅く固定支持することで、本体部からノズル片が離脱することを防止することができる。
【００４２】
図５は本発明の他の実施例による反作用式スチームタービン用ノズル回転体の平面図である。
【００４３】
図５に例示したように、本実施例によるノズル回転体２００は、ディスク状の本体部２１０と、本体部２１０と一体に提供され、多数の排気流路２２１を持つガイド部２２０と、排気流路２２１の各先端に位置し、本体部２１０と組み立てられるノズル片２３０とを含むことは前述した実施例（図２及び図３参照）と実質的に同様なので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００４４】
本実施例において、ノズル片２３０はそれぞれの排気流路２２１の先端内側に固定され、ノズル片２３０と対面するガイド部２２０のガイド側面ＧＳと一緒に幅の狭い区間の排気流路を提供して流体を噴出することになる。
【００４５】
好ましくは、ガイド部２２０は、内側に中空部２２２が設けられて回転体を軽量化してタービンの起動時間を最小化することができ、回転体を軸支するためのベアリングの摩擦損失を低減してタービンの効率を改善することができる。
【００４６】
特に、本実施例において、ノズル片２３０は少なくとも一つ以上のボルトと少なくとも一つ以上の組立ピンとを含む締結部材によって本体部２１０に組み立てられることを特徴とする。
【００４７】
図６に例示したように、ノズル片２３０は、一側面がガイド部２２０に密着し、二つのボルト２４１と一つの組立ピン２４２によって本体部２１０に組み立てられる。
【００４８】
組立ピン２４２はボルト２４１より高いせん断応力を支持するので、ボルトのみを使用する場合に比べ、ノズル片２３０に作用する高い衝撃荷重にもノズル片２３０を堅く固定することができる。
【００４９】
図面符号ＣＶはノズル回転体と結合してノズル組立体を構成するカバーである。
以上で説明した本発明は前述した実施例及び添付図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内でさまざまな置換、変形及び変更が可能であるのは本発明が属する当該技術分野で通常の知識を持った者に明らかであろう。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００    ノズル回転体
１１０、２１０    本体部
１１１    軸孔
１２０、２２０    ガイド部
１２１、２２１    排気流路
１２２    離脱防止壁
１３０、２３０    ノズル片
ＧＳ    ガイド側面
【図１】
2016530449.tif 000003
【図２】
2016530449.tif 000004
【図３】
2016530449.tif 000005
【図４（ａ）】
2016530449.tif 000006
【図４（ｂ）】
2016530449.tif 000007
【図４（ｃ）】
2016530449.tif 000008
【図４（ｄ）】
2016530449.tif 000009
【図５】
2016530449.tif 000010
【図６】
2016530449.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月8日(2016.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図２及び図３を参照すれば、本発明のノズル回転体１００は、ディスク状の本体部１１０と、本体部１１０と一体に鉛直方向に突設された流路ガイド側面ＧＳを持つ多数の排気流路１２１を提供するガイド部１２０と、排気流路１２１の各先端に位置し、締結部材によって本体部１１０と組み立てられるノズル片１３０とを含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本実施例において、ノズル片１３０はそれぞれの排気流路１２１の先端外側に固定され、ノズル片１３０と対面するガイド部１２０のガイド側面ＧＳと一緒に幅の狭い区間（Ｗ１＞Ｗ２）の排気流路１２１を提供することで、小さな断面積を持つ排気流路から排出される流体の噴射速度を高めることができる。
【国際調査報告】
2016530449.tif 000012
2016530449.tif 000013
2016530449.tif 000014
2016530449.tif 000015