KR100883932B1

KR100883932B1 - 집진기를 가진 수차 발전기의 브레이크 장치

Info

Publication number: KR100883932B1
Application number: KR1020080091090A
Authority: KR
Inventors: 강범수; 조귀열
Original assignee: 주식회사 와텍
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2009-02-18

Abstract

집진기를 가진 수차 발전기의 브레이크 장치를 개시한다. 장치는 수납공간을 가지며 바닥에 고정되는 받침대와, 받침대 상에 고정되는 실린더와, 실린더 내에 설치되어 내부 압력에 의해 수직 방향으로 동작되는 피스톤과, 피스톤 탑부에 결합된 램과, 램과 실린더 사이에 개재되어 상기 램의 수직 방향 슬라이딩 동작을 가이드하는 램 가이드와, 램 가이드를 상기 램에 고정시키기 위한 세이프티 너트와, 저면 중앙부가 램의 탑부와 결합되고, 상면에 일정 패턴으로 흡입홈이 형성되고 주변부에 흡입홈과 연통되는 흡입공이 형성된 램 헤드와, 실린더 외벽에 고정된 스프링 하우징과, 스프링 하우징에 수납되는 압축스프링과, 램 헤드의 흡입공에 상단이 결합되고, 스프링 하우징 내부에 수납된 압축 스프링의 중심을 관통하여 하방으로 연장된 파이프와, 파이프의 하단 부근에 결합되어 상기 압축스프링의 하단을 받쳐주는 스프링 받침판과, 램 헤드 상에 고정되고, 흡입홈의 패턴을 따라 일정 간격으로 형성된 다수의 흡입공들을 가진 브레이크 슈와, 브레이크 슈의 흡입공들로 한정된 영역에 결합되는 브레이크 라이닝과, 받침대의 수납공간에 수납되고 흡입노즐이 파이프의 하단에 결합되어 브레이크 라이닝 주변의 분진을 흡입하기 위한 진공 집진기를 포함한다. 따라서 브레이크 라이닝 분진을 쉽게 제거할 수 있어서 유지 보수를 간편하게 할 수 있다.

Description

집진기를 가진 수차 발전기의 브레이크 장치 {BRAKE APPARATUS OF WATER TURBIN GENERATOR HAVING DUST COLLECTOR}

본 발명은 집진기를 가진 수차발전기의 브레이크 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수력으로 전기를 생산하는 수차발전기에서 회전하는 회전자를 정지시키기 위한 브레이크의 제동시 브레이크슈에서 발생되는 분진을 집진할 수 있도록 하여 발전실 내부에 분진이 쌓이는 것을 방지하여 기기의 효율적인 관리와 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 브레이크 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기는 우리 실생활에서 없어서는 안 될 매우 중요한 요소로, 전기를 생산하는 방법에는 수력, 화력, 원자력, 조력 발전 등 다양한 방법이 있으며, 환경오염을 발생하지 않은 수력발전은 예로부터 지금까지 그 사용이 꾸준히 유지되고 있다.

수차발전기는 수력에 의해 전기를 생산하는 것으로, 설치형태에 따라 수평형과 수직형으로 나누어지며, 에너지의 변환특성에 따라 물의 속도수두를 이용하는 충동수차와 압력수두를 이용하는 반동수차로 구분된다.

반동수차의 한종류인 프란시스 수차 발전기는 전기를 생산하는 발전기와 물 의 위치에너지를 기계적 에너지로 바꿔주는 회전기계인 수차 （Hydraulic Turbine）가 동일 수직선상에 상하로 설치되어 수차의 동력을 받아 발전기가 전기를 생산하게 된다．

도 1에 도시한 바와 같이 프란시스 수차의 발전기(10)는 하단부에 원주방향으로 물이 유입되어 수차의 날개깃에 충돌되어 회전축을 중심으로 회전력을 일으키는 수차실(12)이 구비되고, 회전축(14)의 상단부에는 회전축에 연결되어 일정 속도로 회전할 수 있는 로터(16)와, 이 로터(16) 주변에 고정 설치된 스테이터(18)로 구성되는 발전실이 구비된 형태로 이루어져 있다.

수차발전기(10)에서 회전하는 로터(16)를 정지시키기 위해 로터, 더욱 상세하게는 로터(16)의 브레이크 링(20)의 저면에서 원주방향으로 복수개의 브레이크(22)가 일정간격으로 설치되어 로터(16)의 회전을 멈출 수 있도록 구성되어 있다.

브레이크(22)는 로터의 브레이크 링 하방에 설치되어 수직방향으로 작동하는 공압 및 유압 실린더로 브레이크 라이닝을 브레이크 링(20) 표면으로 밀어 올려 접촉시켜서 마찰력으로 제동력을 발생시킨다.

그러므로 브리이크 라이닝을 로터(16)의 브레이크 링(20)에 접촉시켜서 마찰에 의해 로터(16)를 제동시키기 때문에 제동시에 라이닝과 브레이크 링(20) 표면 사이에는 매우 높은 마찰열이 발생되고, 석면재질로 이루어진 라이닝의 마모로 인해 인체에 치명적인 석면가루를 포함한 많은 분진이 발생하게 된다. 발생된 분진은 로터(16)의 회전으로 사방으로 비산되어 밀폐된 발전실 내부를 뒤덮을 뿐만 아 니라 로터(16))와 스테이터(18)에 구비된 각종 부품의 틈새로 침투하여 오염시키고 심하면 절연불량의 원인으로 작용할 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 기존에는 발전설비의 보전을 위해 수시로 발전실 내부를 청소하고 있으나, 발전실 내부가 밀폐되고 협소한 관계로 내부 청소가 매우 불편함은 물론, 청소를 실시하는데 별도의 많은 시간과 인원이 소요되고, 청소를 실시하는 동안 발전기의 가동을 멈추어야 하는 관계로 발전설비의 효율적인 이용을 저하시켜 막대한 경제적 손실이 발생되고 있는 실정이다. 특히, 로터의 림 부위나 고정자의 웨지(wedge) 부분에 쌓인 분진들은 발전기의 점검을 위해 약 4~5년 주기로 로터를 분리하는 경우에만 내부 청소를 할 수 있어 로터의 분리 점검 전에는 틈새에 침투한 분진의 제거가 어렵고, 틈새에 쌓인 분진으로 인해 스테이터의 절연파괴의 위험으로 발전설비의 보존에 어려움이 있기에 발전실 내부에서 발생되는 브레이크 라이닝의 분진을 효과적으로 제거하기 위한 장치나 방법이 강구되어야 할 필요성이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수차 발전기의 제동시 브레이크 라이닝의 마모로 인해 발생되는 분진이 발전실 내부에 쌓이는 것을 방지하여 발전실의 청소주기를 연장하여 작업자의 인건비 절약과 발전기의 가동효율을 향상시키고, 발전기의 중요부품에 대한 수명이 연장되도록 하여 발전설비의 유지 및 보수가 편리하도록 하는 브레이크 장치를 제공하고자 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 브레이크와 일체로 집진기가 구성되므로 별도의 집진기를 설치하는 등의 번거로움을 제거할 수 있고 좁은 발전실의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수차 발전기의 브레이크 장치는 수납공간을 가지며 바닥에 고정되는 받침대와, 받침대 상에 고정되는 실린더와, 실린더 내에 설치되어 내부 압력에 의해 수직 방향으로 동작되는 피스톤과, 피스톤 탑부에 결합된 램과, 램과 실린더 사이에 개재되어 상기 램의 수직 방향 슬라이딩 동작을 가이드하는 램 가이드와, 램 가이드를 상기 램에 고정시키기 위한 세이프티 너트와, 저면 중앙부가 램의 탑부와 결합되고, 상면에 일정 패턴으로 흡입홈이 형성되고 주변부에 흡입홈과 연통되는 흡입공이 형성된 램 헤드와, 실린더 외벽에 고정된 스프링 하우징과, 스프링 하우징에 수납되는 압축스프링과, 램 헤드의 흡입공에 상단이 결합되고, 스프링 하우징 내부에 수납된 압축 스프링의 중심을 관통하여 하방으로 연 장된 파이프와, 파이프의 하단 부근에 결합되어 상기 압축스프링의 하단을 받쳐주는 스프링 받침판과, 램 헤드 상에 고정되고, 흡입홈의 패턴을 따라 일정 간격으로 형성된 다수의 흡입공들을 가진 브레이크 슈와, 브레이크 슈의 흡입공들로 한정된 영역에 결합되는 브레이크 라이닝과, 받침대의 수납공간에 수납되고 흡입노즐이 파이프의 하단에 결합되어 브레이크 라이닝 주변의 분진을 흡입하기 위한 진공 집진기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 장치는 브레이크 라이닝 분진을 쉽게 제거할 수 있어서 유지 보수를 간편하게 할 수 있다. 그리고 발암물질인 석면 분진을 제거함으로써 작업자의 작업환경을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 수차 발전기의 브레이크 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 집진기를 가진 수차 발전기의 브레이크 장치의 바람직한 일 실시예의 외관을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 브레이크 장치의 일부 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 램 헤드 및 브레이크 슈 부분의 분해 사시도이다.

도면을 참조하면 본 발명에 의한 수차 발전기의 브레이크 장치(100)의 일 실시예는 받침대(110), 실린더(120), 피스톤(130), 램(140), 램 가이드(150), 세이프티 너트(160), 램 헤드(170), 파이프(172), 스프링 하우징(180), 압축스프링(182), 스프링 받침판(184), 브레이크 슈(190), 브레이크 라이닝(192), 진공 집진기(200)를 포함한다.

받침대(110)는 금속 박스로 내부의 수납공간(112)에 진공 집진기(200)를 수납하고 좌우측벽에 통공(114)이 형성되어 이 통공(114)을 통하여 진공 집진기(200)의 흡입관(202)의 일단이 외부로 인출된다. 받침대(110)는 수납공간(112)이 도어(116)에 의해 여닫을 수 있도록 구성되어 집진기 소음을 최소화 하는 데 기여한다.

실린더(120)는 원통형으로 바닥이 받침대(110) 상면에 나사식으로 결합된다. 실린더(120)의 상단 입구측은 램 가이드(150)와 결합된다.

피스톤(130)은 실린더(120) 내측에 설치되어 실린더(120)의 내벽을 타고 수직방향으로 이동된다. 피스톤(130)의 외주연에는 백업링(132) 및 펠트링(134)이 설치된다.

피스톤(130) 상단에는 원통형 램(140)이 고정된다. 램(140)의 외주연에는 나사산이 형성되고 이 나사산이 형성된 부위에 세이프티 너트(160)가 나사 결합된다. 실린더 상단과 램 사이에는 중공 원통의 램 가이드(150)가 결합되고 램 가이드(150)는 세이프티 너트(160)에 의해 고정된다.

램 가이드(150)는 실린더(120)의 상측 입구를 덮어서 실린더(120) 내부를 외부와 차단시키면서 수직방향으로 슬라이딩 동작을 수행하여 램(140)의 수직운동을 가이드한다.

램 헤드(170)는 전체적으로 장방형의 금속 판형태로 양측에는 하방으로 연장된 파이프(172)가 각각 결합되는 조립공(171)이 각각 형성되고, 저면에는 램(140)의 탑부와 결합하기 위한 돌출 원통(174)이 일체로 형성된다. 램 헤드(170)의 상면에는 흡입홈(176)이 형성되고 흡입홈(176)은 조립공(171)과 연통되어 분진이 파이프(172)로 흡입되는 통로를 형성한다. 램 헤드(170)에는 복수의 결합공(178)이 형성되고 이 결합공(178)에 결합 볼트(179)가 삽입된다.

파이프(172)는 상단에 걸림턱(172a)이 형성되어 조립공(171)의 받침턱(171a)에 걸려 하방으로 빠지지 않게 조립공(171)에 조립된다. 파이프(172)의 걸림턱(172a)에는 흡입홈(176)과 연통되는 요홈(172b)이 형성되어 있다. 파이프(172)의 하단 부근에는 나사산(172c)이 형성된다.

스프링 하우징(180)은 저면이 없는 수직방향으로 긴 사각통으로 상면에는 파이프(172)가 삽입되는 통공(181)이 형성되고, 하단 부근이 실린더(120)의 외벽에 고정된다. 통공(181)을 통해 파이프(172)가 삽입되면 스프링 하우징(180)의 하방으로부터 압축스프링(182)이 삽입되어 파이프(172)의 외주연에 배치되고 스프링 받침판(184)없는 박스 형태로 스프링 하우징(180), 압축스프링(182), 스프링 받침판(184)이 파이프(172) 하단으로부터 삽입되고 너트(185)를 파이프(172)의 하단 나사산(172c)에 결합하여 압축 스프링(182) 및 스프링 받침판(184)이 하방으로 빠지 지 않도록 받쳐준다.

따라서, 피스톤(130)의 상승시 램 헤드(170)도 상승하게 되면 파이프(172)에 고정된 스프링 받침판(184)도 상승하게 되므로 압축 스프링(182)은 스프링 하우징(180) 내부에서 압축되게 된다. 피스톤(130)에 가해지는 공압 및 유압이 제거되면 압축 스프링(184)의 탄성력에 의해 파이프(172)가 하강하게 되고 이에 램 헤드(170), 램(140) 및 피스톤(130) 등이 하강하게 된다.

브레이크 슈(190)는 사각판으로 결합공(191)들이 형성되고 이 결합공(191)에 램 헤드(170)로부터 상방향으로 돌출된 결합볼트(179)가 체결된다. 브레이크 슈(190) 상면에는 6조각의 브레이크 라이닝(192)들이 일정 간격으로 결합된다. 브레이크 라이닝(192)의 둘레에는 흡입공(193)들이 형성된다. 흡입공(193)들은 램 헤드(170)의 흡입홈(176)과 매칭되어 브레이크 라이닝(192)의 둘레에 발생되는 분진이 흡입되는 흡입노즐로 제공된다.

진공 집진기(200)는 받침대(110)의 수납공간(112)에 수납되고 T자 관(202)를 통하여 좌우로 분기된 주름관(204)들을 통하여 파이프(172)의 하단과 결합된다.

그러므로, 진공 집진기(200)에서 모터를 동작시켜서 그 내부의 압력을 떨어뜨리면 T자 관(202) - 주름관(204) - 파이프(172) - 흡입홈(176) - 흡입공(193)의 흡입 통로를 통하여 진공압이 브레이크 라이닝(192)의 주변에 형성되므로 브레이크 라이닝(192)의 주변에 형성된 분진들이 이 흡입통로를 통하여 흡입되므로 분진을 효과적으로 집진시킬 수 있다.

따라서 본 발명에서는 분진 발생을 최대한 억제할 수 있게 되어 수차발전기 의 유지 및 관리에 불필요한 경제적 손실을 줄일 수 있다. 특히, 발전설비의 유지 관리업무를 담당하는 인원이 단순한 분진제거작업을 하는데 관여하지 않고 다른 설비의 점검 정비를 할 수 있어 설비의 보전 및 효율의 극대화를 이룰 수 있도록 한다. 또한, 발전실 내부에 쌓인 분진을 청소하는 동안 발전기의 가동을 중지시켜야 하므로 전기 생산에 차질이 발생되고, 발전기의 가동율을 떨어뜨리는 요인으로 작용하였으나, 본 발명을 적용할 경우 발전기를 멈출 필요가 없어 발전기의 가동율 을 극대화할 수 있도록 한다. 특히, 발전실 내부에서 발생된 분진은 회전자의 회전시 비산되어 협소한 부분이나 요철부위 및 회전자 림(Rotor Rim)이나 고정자 웨지(stator Wedge) 부분에 쌓이게 되는데, 이러한 분진은 통상 4~5년마다 실시하는 발전기의 정기점검시 회전자를 들어내는 경우에야 고정자의 웨지부분 등을 청소할 수 있어 회전자를 분리하여 정기점검을 하기 전에는 고정자 웨지부분에 분진이 쌓이게 되며, 분진의 침투로 고정자 코일의 절연층이 파괴되어 고정자의 고장을 유발하여 발전설비의 가동을 멈추어야 하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 분진 제거장치를 설치한 경우 브레이크슈에서 발생된 분진이 주변으로 비산되기 전에 진공흡입기에 의해 집진되므로 발전설비의 가동중에 분진이 쌓여 발생될 수 있는 여러가지 문제점들을 사전에 제거하여 설비의 원활한 가동과 효율적인 유지 관리가 가능하도록 한다. 또한, 본 발명은 종래에 설치된 수차발전기의 브레이크에도 그 적용이 간편하여 기 설치된 발전설비에 과다한 설계변경이 필요한 것도 아니어서 그 적용에 특별한 어려움이 없어 활용성을 배가시킬 수 있으며, 브러시씰의 마모시에는 고정프레임을 분리하여 다른 것으로 간단하게 교체사용 할 수 있으며, 분진흡입기에 채 워진 분진만 일정 주기로 비워주면 되므로, 항상 깨끗한 발전실 내부를 유지할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 상술한 바와 같이 본 발명에서는 진공 집진기가 브레이크 장치와 결합되므로 별도로 장착할 공간이나 면적이 필요 없으므로 발전실의 좁은 공간활용에 도움이 되며 분진 발생을 최대한 억제할 수 있게 되어 수차발전기의 유지 및 관리에 불필요한 경제적 손실을 줄일 수 있다. 특히, 발전설비의 유지 관리업무를 담당하는 인원이 단순한 분진제거작업을 하는데 관여하지 않고 다른 설비의 점검 정비를 할 수 있어 설비의 보전 및 효율의 극대화를 이룰 수 있다. 또한 발전실 내부에서 발생된 분진은 회전자의 회전시 비산되어 협소한 부분이나 요철부위 및 회전자 림(Rotor Rim)이나 고정자 웨지(stator Wedge) 부분에 쌓이게 되는데, 이러한 분진은 통상 4~5년마다 실시하는 발전기의 정기점검시 회전자를 들어내는 경우에야 고정자의 웨지부분 등을 청소할 수 있어 회전자를 분리하여 정기점검을 하기 전에는 고정자 웨지부분에 분진이 쌓이게 되며, 분진의 침투로 고정자 코일의 절연층이 파괴되어 고정자의 고장을 유발하여 발전설비의 가동을 멈추어야 하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 분진 제거장치를 설치한 경우 브레이크슈에서 발생된 분진이 주변 으로 비산되기 전에 진공흡입기에 의해 집진되므로 발전설비의 가동중에 분진이 쌓여 발생될 수 있는 여러 가지 문제점들을 사전에 제거하여 설비의 원활한 가동과 효율적인 유지 관리가 가능하도록 한다.

도 1은 일반적인 프란시스 수차 발전기의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 의한 집진기를 가진 수차 발전기의 브레이크 장치의 바람직한 일 실시예의 외관을 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 브레이크 장치의 일부 단면 구조를 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3의 램 헤드 및 브레이크 슈 부분의 분해 사시도이다.

Claims

수납공간을 가지며 바닥에 고정되는 받침대;

상기 받침대 상에 고정되는 실린더;

상기 실린더 내에 설치되어 내부 압력에 의해 수직 방향으로 동작되는 피스톤;

상기 피스톤 탑부에 결합된 램;

상기 램과 실린더 사이에 개재되어 상기 램의 수직 방향 슬라이딩 동작을 가이드하는 램 가이드;

상기 램 가이드를 상기 램에 고정시키기 위한 세이프티 너트;

저면 중앙부가 상기 램의 탑부와 결합되고, 상면에 일정 패턴으로 흡입홈이 형성되고 주변부에 상기 흡입홈과 연통되는 흡입공이 형성된 램 헤드;

상기 실린더 외벽에 고정된 스프링 하우징;

상기 스프링 하우징에 수납되는 압축스프링;

상기 램 헤드의 흡입공에 상단이 결합되고, 상기 스프링 하우징 내부에 수납된 압축 스프링의 중심을 관통하여 하방으로 연장된 파이프;

상기 파이프의 하단 부근에 결합되어 상기 압축스프링의 하단을 받쳐주는 스프링 받침판;

상기 램 헤드 상에 고정되고, 상기 흡입홈의 패턴을 따라 일정 간격으로 형성된 다수의 흡입공들을 가진 브레이크 슈;

상기 브레이크 슈의 흡입공들로 한정된 영역에 결합되는 브레이크 라이닝; 및

상기 받침대의 수납공간에 수납되고 흡입노즐이 상기 파이프의 하단에 결합되어 상기 브레이크 라이닝 주변의 분진을 흡입하기 위한 진공 집진기를 구비한 것을 특징으로 하는 수차발전기의 브레이크 장치.