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KR100874046B1 - 자유 흐름수 터빈 - Google Patents

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KR100874046B1
KR100874046B1 KR1020037008303A KR20037008303A KR100874046B1 KR 100874046 B1 KR100874046 B1 KR 100874046B1 KR 1020037008303 A KR1020037008303 A KR 1020037008303A KR 20037008303 A KR20037008303 A KR 20037008303A KR 100874046 B1 KR100874046 B1 KR 100874046B1
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마이클 거버셸리
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쥐씨케이 테크놀로지, 인코포레이티드
마이클 거버셸리
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Abstract

축방향에서 흘러 유체로부터의 에너지의 일부를 회전 에너지로 전환시켜 터빈의 효율을 증가시키는, 날개꼴 형상 나선 블레이드와 함께 날개꼴 형상날개꼴 형상 블레이드를 이용해 전환가능한 유체흐름 하에서 단방향으로 회전할 수 있는 개선된 반동 터빈. 축류를 회전 에너지로 전환하는 것은 터빈의 나선형 블레이드가 터 큰 트위스트 각도를 갖고 터빈 자체가 더 작은 직경에 대한 길이의 비를 가질 수 있게 하여 효율을 떨어뜨리지 않고 터빈을 보다 소형으로 만들 수 있다.

Description

자유 흐름수 터빈{TURBINE FOR FREE FLOWING WATER}
본 발명은 일반적으로 터빈, 특히 공압, 수력발전, 풍력발전 또는 파력발전 시스템에 사용하기 위한 다방향(multidirectional) 유체흐름 하에서 단방향(unidirectional) 회전을 할 수 있는 터빈에 관한 것이다.
단방향 터빈은 조수의 후미와 같이 양방향 또는 전환가능한(reversible) 유체흐름 또는 변하는 풍향으로부터 단방향 회전을 제공할 수 있는 터빈이다. 일반적으로 다섯 가지 기본 유형들이 공지되어 있는데 그것은 웰스 터빈(the Wells turbine), 맥코믹 터빈(the McCormick turbine), 다리우스 터빈(the Darrieus turbine), 골드버그 터빈(Goldberg turbine), 그리고 골로브 터빈(the Gorlov turbine)이다.
웰스 터빈은 프로펠러형 터빈으로 회전 샤프트로부터 동심으로 연장되도록 배열된 일련의 직각 날개꼴 형상(airfoil-shaped) 블레이드(blades)를 갖고 있다. 일반적으로, 터빈은 회전 샤프트 축을 따라 직선으로 유체 흐름을 향하게 하는 채널 내에 설치된다. 블레이드는 회전 샤프트에서 방사상으로 연장되고 유체흐름 방향과 직각방향(perpendicular)의 평면에서 회전하도록 장착된다. 유체가 흐르는 방향에 관계없이, 블레이드는 날개의 전연(leading edge) 방향에서 회전한다.
웰스 터빈은 고속회전 할 수 있다. 이 블레이드의 외부 단들은 흐르는 공기 보다 충분히 빠르게 움직여 상당한 소음을 일으킨다. 블레이드의 유효 표면적이 외부 팁까지 제한되기 때문에 웰스 터빈의 효율은 감소된다. 이러한 블레이드는 샤프트와 가까이 흐르는 유체에서 충분한 양의 가용 에너지를 획득할 수 없다.
맥코믹 터빈은 두 조의 고정익(stator blades) 사이에 동심으로 장착된 일련의 V형 로터 블레이드(rotor blades)를 사용한다. 상기 로터 블레이드는 유체 흐름방향에 직각인 평면에서의 회전을 위해 설치된다. 고정익은 유체 흐름을 로터 블레이드로 향하게 한다. 양방향 유체흐름과 함께 단방향 회전을 이루기 위해 외부 고정익은 한 방향으로부터 흐르는 유체에 개방되어 있는 반면, 내부 고정익은 반대방향으로부터 흐르는 유체에 개방되어 있다.
맥코믹 터빈은 웰스 터빈보다는 조용하다. 그러나 발전기의 직접 작동을 위해서는 너무 느리다. 맥코믹 터빈은 복잡하고 제조하는데 돈이 많이 든다.
다리우스 터빈은 유체흐름에 가로로 배향되고 회전축에 평행한 직선 날개꼴 형상 블레이드를 갖는 반동터빈(reaction turbine)이다. 블레이드는 원주의 끝판(circumferential end plates), 지주(struts) 또는 다른 공지된 구조물로 축에 부착될 수 있다. 어떤 변형에서는, 블레이드가 구부러져 축의 단부에 부착된다. 직사각 채널(rectangular channel)에 직각 또는 수평으로 장착된, 직렬형 직각 블레이드를 갖고 있는 다리우스 반동터빈은 수력발전을 이용하기 위해서 흐르는 수체(body of water)에 직접 배치된다. 다리우스 터빈은 유체의 고압대(hight pressure zones)를 통과하는 블레이드의 가속으로 인한 강력한 맥동과 함께 회전한다. 이러한 강력한 맥동으로 다리우스 터빈의 효율이 저하된다.
상세설명 및 도면에 참조된 미국 특허 번호 5,405,246 에 기술된 골드버그 터빈과 상세설명 및 도면에 참조된 미국 특허 번호 5,642,894에 기술된 골드버그 터빈은 트위스트 블레이드(twisted blades) 또는 나선형 블레이드를 사용한다. 이러한 터빈에 사용된 블레이드의 방향(orientation)으로 토크는, 가로 방향(터빈의 회전축과 직각 방향)에서 블레이드에 충격을 주는 물 또는 공기로부터 발생될 수 있다.
가로 방향에서 나선형 블레이드에 충격을 가하는 물 또는 공기의 일부는 축 방향에서 편향된다. 이러한 축류(axial flow)는 터빈, 특히 터빈 베어링(turbine bearings)에 응력을 가해 짧은 기간 뒤에 교체해야 한다. 골드버그 터빈과 골로브 터빈은 이전 설계보다 개선되었지만, 이러한 터빈은 모두 축 방향에서 편향된 흐름을 효과적으로 활용하지 못한다.
본 발명은 일반적으로 축 방향에서 유체 흐름 에너지의 일부를 회전 에너지로 전환하여 터빈의 효율을 증가시키는 날개꼴 형상 나선 블레이드 또는 다른 트위스트 블레이드와 함께 날개꼴 형상 레이디얼(radial) 블레이드를 이용해 전환가능한 유체흐름 하에서 한 방향으로 회전할 수 있는 개선된 터빈을 제공한다. 편향된 축류를 회전 에너지로 전환하면 터빈의 나선형 블레이드의 비틀림 각이 더 커지고, 터빈의 직경에 대한 길이의 비보다 더 작아져, 터빈은 효율을 떨어뜨리지 않고 보다 소형이 될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 한 실시예의 전방 좌측 사시도.
도 2 는 대체로 축 방향에서 편향된 횡단 유체흐름을 도시하는 본 발명의 터빈의 한 실시예의 전방 좌측 사시도.
도 3A 는 트위스트 블레이드와 레이디얼 블레이드를 도시하는 본 발명의 한 실시예의 단면 사시도.
도 3B 는 트위스트 및 레이디얼 블레이드에서 편향된 유체 흐름을 도시하는 본 발명의 한 실시예의 최상부도.
도 3C 는 트위스트 및 레이디얼 블레이드에서 편향된 유체 흐름을 도시하는 본 발명의 한 실시예의 정면도.
도 4 는 트위스트 및 레이디얼 블레이드를 도시하고 전단 및 회전을 수반하는 본 발명의 한 실시예.
도 5 는 트위스트 블레이드의 배치에 관한 O-표면(O-surface)과 받음각(angle of attack)을 도시하는 본 발명의 한 실시예의 측면도.
도 6 은 트위스트 블레이드의 설계를 도시하고 O-곡선(O-curve), B-곡선 및 O-표면에 의한 터빈 외형을 동반한 본 발명의 한 실시예의 사시도.
도 7 은 회전축에 관하여 O-곡선의 회전으로 야기된 터빈의 곡률 배향(curvature orientation)을 도시하는 한 실시예의 측면도.
도 8 은 배럴형(barrel shaped) 외형을 갖는 본 발명의 터빈의 한 실시예의 사시도.
도 9 는 레이디얼 블레이드가 블레이드 지지부재로 이용되는 본 발명의 한 실시예의 측면도.
* 부호설명 *
10 : 터빈 12 : 회전부재
14 : 회전축 16 : 블레이드 지지부재
18 : 트위스트 터빈 블레이드 20 : 레이디얼(radial) 터빈 블레이드
20L : 전연 20T : 후연
20A : 날개 단면면 34,40 : O-표면
36 : O-곡선 38 : B-곡선
44 : 배럴형 터빈 46 : 실린더형 터빈
50 : 횡단 유체흐름 65 : 축류
본 발명은 전환가능한 유체흐름 하에 단방향 회전을 할 수 있는 반동터빈이다. 몇몇 바람직한 실시예들이 도면에 도시된다. 청구항들과 일치하는 다른 실시예들은 본 발명에 의해 알 수 있다.
한 실시예에서, 터빈(10)은 대체로 축 방향(60)과 대체로 축류(65)에서 편향된 횡단 흐름(transversal flow)인, 이입되는 횡단 유체흐름(50)의 운동 에너지로부터 회전 에너지를 추출하는 신규의 특징들을 조합하여 이용한다. 도 1을 참조로, 반동터빈(10)은 회전 부재(12), 블레이드 지지부재(16), 트위스트 터빈 블레이드(18)와 레이디얼(radial) 터빈 블레이드(20)로 이루어진다.
회전 부재(12)는 지지부재(12A)와 맞물릴 수 있어 단방향 방식으로 터빈(10)이 회전하는 회전 축(14)을 형성한다. 지지부재(12A)는 또한 회전 축(14)에 대한 자유회전을 허용하면서 회전 부재(12)의 위치를 고정시킬 수 있는 어떠한 구조물일 수 있다. 상기 회전 부재는 매끄럽게 회전할 수 있는 어떤 장치일 수 있다. 예를 들면, 매끄러운 회전을 허용하는 (도시되지 않은) 베어링을 갖고 있는 회전 허브(hub)를 이용할 수도 있다.
일반적으로 회전 부재(12)에 직각으로 부착된 것은 회전 부재와 함께 이 회전 부재(12)에 직각인 평면에서 회전하는 하나 또는 다수의 블레이드 지지부재(16)이다. 회전 부재(12)는 기어박스(gearbox) 또는 다른 토크발생장치에 의해 터빈의 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 (도시되지 않은)발전기의 샤프트, 또는 본 발명에 의해 이용 가능한 동력을 이용할 수 있는 다른 장치에 결합되는 것이 바람직하다.
회전 축(14) 둘레를 회전하기 위해 꼭 필요하지는 않으나 날개 단면(18A)을 갖고 있는 트위스트 터빈 블레이드(18)가 블레이드 지지부재(16)에 부착되는 것이 바람직하다. 어떤 실시예에서 단일 블레이드 지지부재(16)를 이용할 수도 있다. 트위스트 블레이드(18)의 단면에는 전연(18L)과 후연(18T)이 있다. 트위스트 블레이드의 단면면은 트위스트 블레이드(18)의 날개꼴 형태(airfoil profile)가 유체흐름의 횡단 유체흐름(50) 성분에 평행한 평면에 위치하도록 배향된다. 트위스트 블레이드의 변하는 배향으로 트위스트 블레이드는 회전 시 주어진 어떤 시간에 횡단 유체에 상이한 면(faces)을 제공할 수 있다. 트위스트 블레이드(18)는 유체흐름에 대한 터빈(10)의 각 위치에 관계없이 터빈이 횡단 유체흐름에 처해 있을 때 단방향 방위(70)에서 터빈(10)으로부터 일정한 토크를 발생시키도록 설계된다.
도 6 과 도 7을 참조로, 동일한 평면에 있는 회전축(14)에 대해 O-곡선(36)과 같은 평면곡선을 회전시킴으로써, 축상 대칭인 O-표면(34)이 얻어질 수 있다. 상기 O-표면(34)은 터빈(10)의 전체 형상과 치수를 규정한다. 본 발명의 디자인은 터빈(10)의 몇몇 형상과 치수를 제공한다. 예를 들어 작은 O-곡선 곡률은 배럴형 터빈(44)이 이루어지도록 하고, 회전축에 평행한 직선은 실린더형 터빈(46)을 가져오며, 회전축(14)과 교차하는 O-곡선은 타원 또는 구상 터빈(48)을 만든다.
트위스트 블레이드(18)의 설계는 O-표면(34)에 B-곡선(38)을 만들도록 이루어진다. B-곡선은 변화가 없으며 두 접선들 사이에 존재하는 각(Ω)(32)으로 정의된다. 제 1 접선은 B-곡선 자체에 접하고 제 2 접선은 교차점에서 O-곡선(36)에 접한다. 각(Ω)(32)은 일정하거나 B-곡선(38)의 길이에 따라 변한다. B-곡선은 각각의 트위스트 블레이드(18)의 장축을 형성하고, 일정한 각도(Ω)는 실린더형 터빈(10)을 제공한다. 트위스트 블레이드 날개 단면(18A)의 무게 또는 압력의 중심들은 B-곡선으로 도시된다. 단면면들은 장축이 O-표면(40)의 교차점의 원주에 대한 접선과, 터빈 회전축(14)에 직각인 평면에 있도록 배향된다.
본 발명은 날개 단면(18A)의 장축과, 원주에 대한 접선 사이에 작은 받음각( alpha )을 허용한다. 따라서 트위스트 블레이드(18)의 각 부분은 도 4,5,8에 도시된 바와 같이, 단면이 동일한 (도시되지 않은) 직선 블레이드와 비교해 상이한 전단 및 회전력을 갖는다.
도 6, 도 7 및 도 8을 참조로, 본 발명의 터빈(10)은 터빈(10)이 n번째 차수의 축 대칭성을 갖도록, 일정하게 분포된 n개의 블레이드를 포함하는데 이 숫자는 2와 같거나 그 이상이다(n≥2). O-표면(34)이 실린더형상(48)을 형성한다면, 트위스트 블레이드 날개의 기하학적 구조와 각도(Ω)는 트위스트 블레이드(18)의 길이를 따라 일정한 것이 바람직하다. 이러한 실시예에서, 반경비에 대한 길이는 터빈의 2Π/n 회전이 단면면 임프린트(imprint)의 트위스트 블레이드(18)의 한쪽 단부에서 다른 쪽 단부로 단면면 임프린트를 배열할 정도이고, 토크는 터빈(10)의 각 위치와 관계없이 일정하다. 이 실시예에서, 일정한 각도(Ω)는 그러한 대칭성을 제공하거나 비대칭성을 최소화하도록 선택된다. 다른 O-표면 또는 회전 타원체(46) 혹은 배럴(44) 형태들이 사용된다면, 일정한 토크 상태는 트위스트 블레이드(18)의 날개꼴 형상 단면면(18A)과 각도(Ω)(32)에 변화를 주어 가까워질 수 있다.
단면 유체흐름(50)으로부터 토크를 발생시키는 것 외에도, 트위스트 블레이드(18)는 도 2,3A,3B,3C,4 및 도 9 에 도시된 바와 같이 일반적으로 축 방향에서 편행되는 부분적인 단면 유체흐름(50)을 일으킨다. 본 발명은 터빈(10)의 회전 에너지와 전체 효율을 증가시키기 위해 편향된 대체로 축방향(60) 흐름 또는 어떤 축류를 활용할 수 있다. 이는 트위스트 블레이드(18)에 부착된 대체로 레이디얼 블레이드(20)로 이루어진다. 이러한 레이디얼 블레이드(20)의 단면은 터빈의 회전축(14)에 사실상 직각인 것이 바람직하고, 트위스트 블레이드(18)에 의해 회전 에너지로 편향되든지 아니든지, 대체로 동축 방향흐름들(60,65)에서 흐르는 유체의 부분적인 운동 에너지를 전환할 수 있다.
도 2 와 도 3을 참조로, 본 발명의 레이디얼 블레이드(20)는 레이디얼 블레이드(20)가 편평할 때보다 더 큰 회전 에너지를 발생시키는 전연(20L)과 후연(20T)을 갖고 있는 날개 단면(20A)을 갖추고 있다. 레이디얼 블레이드(20)의 날개 단면(20A)은 장축에서 대칭적(눈물방울 모양) 또는 비대칭적일 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 레이디얼 블레이드의 전연(20L)은 트위스트 블레이드(18)의 전연(18L)과 같은 방향에 향한다. 레이디얼 블레이드(20)는 트위스트 블레이드(18)의 내면(90)과 외면(80) 중 하나 또는 둘 모두로부터 돌출되거나 돌출되지 않을 수 있고, 트위스트 블레이드(18)를 따라 균일하거나 불균일하게 분포될 수도 있다. 레이디얼 블레이드(20)의 바람직한 분포는 하기에 기술될 것처럼 트위스트 각과, 트위스트 블레이드(18)의 상대적 크기를 조건으로 한다.
트위스트 블레이드(18)로 생성된 축방향(60)에서 편향된 흐름은 또한 제 1 방향의 제 1 축력(axial force)이 회전 부재(12)에 작용하게 한다. 레이디얼 블레이드(20)는 제 2 대향 방향에서 제 2 축력이 생성되도록 비대칭 단면으로 설계될 수도 있다. 본 발명의 이러한 특징은 사용된 회전부재(12)가 베어링을 갖고 있는 허브일 때 (도시되지 않은)터빈 베어링의 탄성을 지속시키는데 유용하다.
본 발명의 한 실시예에서, 블레이드 지지부재(16)는 연장된 레이디얼 블레이드(20)이다. 본 발명에서는 회전부재(12)에 트위스트 블레이드(18)를 결합시키는 연장된 레이디얼 블레이드(20)를 사용함으로써 터빈(10)의 양단을 따라 레이디얼 블레이드가 분포되는 특질을 가진다. 이러한 방사상 부재는 트위스트 블레이드(18)를 지지하고 또한 트위스트 블레이드(18)에 의해 회전 에너지로 편향되든지 아니든지, 동축 방향(60,65)에서 흐르는 유체의 운동 에너지의 일부를 전환시킴으로서 터빈(10)의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 트위스트 블레이드 단면(18A)의 가변적 크기로 제공됨으로써 회전이 일정해진다. 터빈의 회전축에 인접한 트위스트 블레이드의 단면이 증가될 수 있다. 회전축(14)에 근접한 트위스트 블레이드(18)의 단면들의 두께가 더 넓어질 수 있다. 따라서, 트위스트 블레이드(18)의 견인력(pulling force)은 단면적이 증가하기 때문에 증가하여 낮은 선형속도와 축 간격을 보상하며 일반적으로 작은 토크로 이끈다. 본 발명의 이러한 실시예는 터빈(10)의 각 위치와 별개로 발생된 토크를 제공한다. 이러한 혁신은 터빈(10)의 트위스트 블레이드(18)가 구부러지는 점에서, 특히 트위스트 블레이드(18)가 터빈을 배럴형 배향되게 하는 터빈(10)에 유용하다.
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횡방향(50)이고 일반적으로 축방향 흐름들(60,65)을 이용하는 본 발명의 터빈(10)으로, 본 발명의 이점들을 갖고 있지 않은 터빈보다 터빈(10)의 전체 효율이 더 커진다. 각(Ω) 또는 트위스트 각(32)이 더 커질수록 횡단 흐름의 편향이 더 커진다. 따라서 본 발명의 터빈(10)은 축방향(60)에서 편향된 횡단 흐름을 이용하는 레이디얼 블레이드(20)의 능력으로 인해 트위스트 블레이드(18)에 맞는 큰 각도(Ω)(32)를 갖는다. 예를 들면 한 실시예에서, 이 각도(Ω)(32)는 전술된 골로브 터빈의 나선형 블레이드에 맞는 최적 각도(약 32°) 보다 더 크다. 그 외에도, 본 발명의 레이디얼 블레이드로 터빈은 동일한 회전 에너지를 가하면서 종래의 골로브 터빈보다 소형일 수 있다. 본 발명은 골로브 터빈과 동일한 효율을 제공하지만 직경에 대한 길이의 비가 더 짧다.
도 9를 참조로, 축방향(60)에서 편향된 횡단 흐름의 링형상 구역이 도시된다. 이러한 편향된 축류는 트위스트 블레이드가 횡단 흐름(50)를 끌어들이는 각도(Ω)로 야기된다.
레이디얼 블레이드는 서로의 유체흐름에 간섭하지 않도록 트위스트 블레이드에서 각자 충분히 이격되는 것이 바람직하다. 레이디얼 블레이드의 크기와 형상, 그리고 트위스트 블레이드의 비틀림에 따라, 최적 개수의 블레이드가 각 트위스트 블레이드에 최적으로 배열되어 이격된다. 레이디얼 블레이드의 최적 간격 및 배열은 터빈이 겪을 것으로 예상되는 방향과 유체흐름 유형에 관한 지식을 필요로 한다.
실제 유체흐름에 접하는 레이디얼 블레이드의 곡선이 적합하다면, 일반 축방향 유체흐름, 또한 축방향 터빈의 회전축과 평행한 축방향 유체흐름은 레이디얼 블레이드와의 상호작용으로부터 회전 에너지를 생기게 할 수도 있다. 또한 트위스트 블레이드에 의해 편행되고 이 트위스트 블레이드의 경사면 "아래로" 이동하는 본래 가로로 움직이는 유체는 축힘 성분과 가로 힘의 성분 모두를 포함한다. 레이디얼 블레이드는 가로힘 성분의 일부를 회전 에너지로 전환할 수 있도록 트위스트 블레이드에 배치되고 크기가 정해진다. 따라서 레이디얼 블레이드는 터빈을 통해 가로 유체흐름을 회전 에너지로 전환하는데 더 효율적이고 또한 터빈을 통해 다른 각도로 유체흐름을 전환시키는데 더 효과적이다.
레이디얼 블레이드는, 높이 약 1 센티미터이고 큰 레이디얼 블레이드와, 주어진 트위스트 블레이드에서 두개의 레이디얼 블레이드만큼 적게 떨어진 약 1 센티미터 이격된 레이디얼 블레이드와 같은 피시(fish)로부터 정렬된 기하학적 구조와 간격을 갖는 회전 에너지로 축방향(60) 흐름 에너지가 변환되도록 하기 위해 배치되며 그에 따라 레이디얼 블레이드의 크기가 정해진다. 각 트위스트 블레이드에 레이디얼 블레이드가 반드시 있어야 하는 것은 아니며, 또는 오랜 회전 불균형이 발생하지 않기 때문에 터빈의 모든 트위스트 블레이드에서 같아지도록 각 트위스트 블레이드의 레이디얼 블레이드를 배치하거나 정렬할 필요가 없다. 그러나 각 트위스트 블레이드의 블레이드 개수는 2 또는 그 이상이고 터빈이 n차의 축대칭을 갖도록 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 균형을 위해 레이디얼 블레이드는 하나 이상의 트위스트 블레이드에 고정되어야 한다.
요구된 대로 본 발명의 상세한 실시예들이 여기 공개된다.; 그러나 공개된 실시예는 단지 다양한 대안 형태로 구체화될 수 있는 본 발명의 예시로 이해되어야 한다. 도면은 반드시 일정 비율로 만들어진 것은 아니며, 몇몇 도면은 특정 성분들의 세부사항을 도시하기 위해 과장되거나 최소화되었다. 따라서 여기 공개된 특정 구조 및 기능적 세부사항은 제한으로 이해되지 않아야 하고 단지 청구항의 근거 및 본 발명을 다양하게 이용하는 당해업자를 가르치기 위한 기본 원리로 이해되어야 한다.
또한 요소들은 "결합하여" 상술될 수도 있는데; 이러한 술어는, 특정 요소들 사이에 이격되어 위치한 다른 성분들일 수도 있으며 매우 상세 설명된 요소들이 서로 고정되거나 이동 가능한 관계로 연결될 수 있도록 이어진 요소들로 생각된다. "결합하여" 란 말은, 사이에 이격되어 위치한 다른 성분들을 갖지 않지만 이 성분들이 서로에 관해 고정되거나 이동 가능한 관계 또는 결합을 가리키는 술어인 "직접" 연결의 이용과 대조되어야 한다. 또한 어떤 구조적 관계 또는 배향은 "사실상" 이 라는 말로 지시될 수도 있다. 이러한 경우에, 상기 관계 또는 배향은 기술된 성분 또는 성분들의 협력에 영향을 미치지 않는 변화 내에서 기술된다.
본 발명은 특정 실시예를 참조로 기술되었지만, 상세설명은 제한의 관념으로 해서되지 않는다. 반대로 본 발명의 상세설명을 참조로 당해업자는 공개된 실시예를 다양하게 수정할 수 있다. 따라서 첨부된 청구항들은 그러한 수정, 대안 및 본 발명의 취지와 범위 내에 있는 그에 상당하는 것을 망라하는 것으로 생각된다.

Claims (9)

  1. 전환가능한(reversible) 유체흐름 하에서 단방향 회전할 수 있는, 지지부재에 장착하기 위한 반동터빈에 있어서,
    터빈을 위한 회전축을 형성하고 상기 지지부재와 맞물릴 수 있는 회전 부재;
    상기 회전부재와 직각(perpendicular)을 이루는 평면에서 함께 회전하기 위한 상기 회전부재에 직각으로 부착된 다수의 블레이드 지지부재;
    터빈의 회전축 둘레를 회전하도록 상기 블레이드 지지부재에 부착된 다수의 트위스트 터빈 블레이드를 포함하여 구성되고,
    다수의 상기 트위스트 블레이드는 전연과 후연으로 이루어진 날개꼴 형상 단면을 가지고, 상기 날개꼴 형상은 유체흐름의 횡단 유체흐름 성분에 평행한 평면에 위치하며;
    다수의 상기 트위스트 블레이드에 부착되며 각각 날개꼴 형상 단면을 가지는 다수의 레이디얼(radial) 터빈 블레이드로 이루어지되, 상기 레이디얼(radial) 블레이드의 횡단면(cross section)은 상기 회전축과 직각(perpendicular)을 이루고, 축방향에서 흐르는 상기 유체의 운동 에너지의 일부를 회전 부재에서 회전 에너지로 전환하는 것을 특징으로 하는 반동 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이디얼(radial) 블레이드의 날개꼴 형상 단면은 그 장축에 대칭인 것을 특징으로 하는 터빈.
  3. 제 1 항에 있어서, 다수의 상기 레이디얼 블레이드는 전연과 후연을 갖되, 상기 전연은 상기 트위스트 블레이드의 전연과 같은 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 터빈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드 지지부재는 날개꼴 형상 단면을 가지고, 상기 날개꼴 형상의 블레이드 지지부재가 상기 트위스트 블레이드를 회전 부재에 연결하는 것을 특징으로 하는 터빈.
  5. 제 1 항에 있어서, 터빈의 회전축에 근접한 상기 트위스트 블레이드의 일부 단면의 두께가 증가될 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 다수의 레이디얼 터빈 블레이드가 다수의 트위스트 터빈 블레이드를 따라 균일하게 분포되어 부착되어 터빈에 축상 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 터빈.
  9. 전환가능한 유체흐름 하에서 단방향 회전을 할 수 있는 지지부재에 장착하기 위한 반동 터빈에 있어서,
    상기 터빈의 회전축을 형성하고 상기 지지부재와 맞물릴 수 있는 회전부재;
    상기 회전부재와 직각인 평면에서 함께 회전하기 위한 상기 회전부재에 직각방향으로 부착된 다수의 블레이드 지지부재들;
    터빈의 회전축 둘레를 회전하기 위해 블레이드 지지부재에 부착된 다수의 트위스트 터빈 블레이드를 포함하여 구성되고,
    다수의 상기 트위스트 블레이드는 전연과 후연으로 이루어진 날개꼴 형상 단면을 가지고, 상기 날개꼴 형상은 유체흐름의 횡단 유체흐름 성분에 평행한 평면에 위치하며;
    트위스트 블레이드가 골로브 터빈 보다 더 큰 트위스트 각도를 갖고, 터빈은 레이디얼 블레이드가 없는 터빈보다 작은 직경에 대한 길이의 비를 가지며;
    트위스트 블레이드의 각 레이디얼 블레이드가 날개꼴 형상 단면을 가지고,
    다수의 레이디얼 터빈 블레이드가 트위스트 터빈 블레이드에 각각 부착되며,
    다수의 레이디얼 블레이드는 전연과 후연을 가지고, 레이디얼 블레이드의 전연은 트위스트 블레이드의 전연과 같은 방향을 향하고,
    레이디얼 블레이드는 축방향에서 흐르는 상기 유체의 운동 에너지의 일부를 회전부재에서 회전 에너지로 전환시키고,
    일부 블레이드 지지부재로써 레이디얼 블레이드를 사용하고, 상기 지지부재로써 레이디얼 블레이드는 트위스트 블레이드를 회전부재에 연결시키고, 또한 트위스트 블레이드를 지지함에 따라, 상기 유체흐름으로부터 온 에너지를 회전부재에서 회전 에너지로 전환시키는 것을 특징으로 하는 반동 터빈.
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