KR101300480B1 - Variable radius-of-spring-force type simple reciprocating pivot-rotational vortex induced vibration energy extraction device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 바다 또는 하천에 설치되어 물의 유속에 의해 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 상기 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재; 상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축; 상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재; 상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링; 상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동에 의해 가진되는 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 및 상기 발전장치를 고정지지하고, 상기 스프링의 타단이 고정되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 한다.The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device according to the present invention is installed in the sea or river and the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extracting device is produced by the flow rate. A vortex generating cylinder in which vortices are generated due to vortex peeling from the surface to vortex organic vibration up and down; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert energy excited by the vortex vibration into electrical energy; And a support for fixing the power generator and having the other end of the spring fixed thereto.
Description
본 발명은 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치에 관한 것으로서, 유속과 와류발생실린더간의 상호작용에 의한 자연현상인 와유기진동(Vortex Induced Vibration)을 이용하는 VIV 발전시스템 중에서도 특히, 스프링 작용 반경을 변경시켜 와유기 진동(VIV) 발전시스템의 고유진동수를 변화시켜 모든 유속에서 공진이 발생하도록 하여 발전효율을 향상시켜 수중생물에 대한 위험도가 없어 자연생태계의 파괴를 막고, 온실가스 배출이 전혀 없어 대체에너지 개발 방법에 매우 유용하게 사용되는 ＶＩＶ 이용 친환경 청정에너지 추출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spring reciprocating variable simple reciprocating pivot rotating vortex vibration energy extraction device, particularly among VIV power generation systems using vortex induced vibration, which is a natural phenomenon caused by the interaction between the flow velocity and the vortex generating cylinder. By changing the spring operating radius, by changing the natural frequency of the VIV power generation system to generate resonance at all flow rates, it improves the power generation efficiency.There is no danger to aquatic organisms. The present invention relates to an eco-friendly clean energy extraction device using VII which is very useful in alternative energy development methods because there is no emission.
종래의 발전으로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전, 물의 위치에너 지를 이용하는 수력발전, 바람의 운동에너지를 이용하는 풍력발전, 태양열을 에너지원으로 하는 태양열발전, 핵분열을 이용하는 원자력발전, 파도를 에너지원으로 하는 파력발전, 해류의 수심에 따른 온도 차이를 이용하는 해양온도차발전, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전 및 조수 간만의 차이나 지형적인 영향 등으로 해류를 에너지원으로 하는 해류발전 등이 있다.Conventional power generation includes thermal power generation using fossil fuels, hydroelectric power using positional energy, wind power using kinetic energy of wind, solar power using solar energy, nuclear power using nuclear fission, and wave energy. Wave power generation as a source, ocean temperature differential generation using the temperature difference according to the depth of the current, tidal power generation using the difference between tides, and current generation using the current as the energy source due to the difference of tidal currents and the topography.
종래의 이러한 발전 중에서, 조류, 해류, 하천유동 등의 유체 유동에너지를 전기, 유압, 기계 에너지와 같은 유용한 에너지로 변환하는 기술은 오염원을 추가적으로 발생시키지 않은 청정에너지로서, 설치 및 운용시 환경에 영향이 최소화되는 친환경 에너지 기술이다.Among these developments in the past, a technology for converting fluid flow energy such as tidal currents, currents, and river flows into useful energy such as electricity, hydraulic pressure, and mechanical energy is clean energy without generating additional pollutants. This is a green energy technology that is minimized.
해류발전은 날씨의 변화와 상관없이 계속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 다른 발전시스템 보다 유리하나, 회전수차 방식의 다양한 해류발전 시스템이 대부분이고, 회전수차 방식의 해류발전장치는 수차의 회전에 의해 수중생물의 피해가 발생하고, 그에 따라 자연파괴의 주범이 되는 문제점이 있다.Current power generation is more advantageous than other power generation systems in that it can continuously generate power regardless of weather changes and at the same time use a clean energy source without pollution, but various current generation power systems of rotary aberration method are mostly used. The current generator has a problem that damage to aquatic organisms occurs due to the rotation of the aberration, thereby causing the destruction of nature.
이러한 문제점을 극복하고자 대한민국 특허출원 제10-2009-0011395호의 "VIV이용 친환경 청정에너지 추출장치"가 제안되었으나, 복잡한 링크 구조로 인해 수중 장애물에 의해 기구부의 링크가 손상되거나, 링크에 부착되어 운동을 방해하고 고장의 우려가 크다.In order to overcome this problem, Korean patent application No. 10-2009-0011395 has been proposed "environmental clean energy extraction device using VIV", but due to the complicated link structure, the link of the mechanism part is damaged or attached to the link due to the underwater obstacle. There is a high risk of interference and failure.
또한, 유체 유동에너지를 기계에너지로 변환하는 와유기진동 실린더와 기계에너지를 다른 전기에너지로 변환하는 발전기의 사이에 복잡한 링크로 이루어진 기구에 의해 동력이 전달되므로 동력 손실이 큰 문제점이 있었다.In addition, since power is transmitted by a mechanism consisting of a complex link between the vortex vibration cylinder for converting fluid flow energy into mechanical energy and a generator for converting mechanical energy into other electrical energy, power loss is a big problem.
뿐만 아니라, 상하운동부재에 부착된 스프링의 경우, 초기에 고정되어 있으므로 장치의 정적평형에 영향을 주는 인자인 수중 장애물(쓰레기, 그물, 생물사체)등에 의한 무게 및 부력변동, 수중 생물체에 의한 무게 및 부력변동, 피봇링크의 제작과정의 오차, 노후화로 인한 스프링상수 변동과 같은 변화에 대응하지 못해 효과적인 공진이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the spring attached to the vertical movement member, since it is fixed at the beginning, the weight and buoyancy fluctuation caused by underwater obstacles (garbage, nets, and living organisms), which are factors that affect the static equilibrium of the device, and the weight by underwater organisms Also, there was a problem that effective resonance could not be achieved because it could not respond to changes such as buoyancy fluctuations, errors in the manufacturing process of the pivot link, and spring constant fluctuation due to aging.
또한, 발전기 시스템의 고유진동수는 일정하고, 유속은 변화하므로 모든 유속에서 공진이 발생하지는 않아 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, since the natural frequency of the generator system is constant and the flow rate changes, resonance does not occur at all flow rates, resulting in a problem that power generation efficiency is lowered.
즉, 자연에 존재하는 유체의 유동에너지는 항상 변화한다. 해양에서 가장 풍부한 유동에너지인 조석에 의한 조류에너지는 일(day), 월(month), 연(year)을 주기로 변화하며, 주변 지형조건에 따라 유동 방향도 함께 변화한다. 해류의 경우도 계절에 따라 크게 유속이 변화한다. 하천, 댐 등의 유동의 경우도 계절에 따른 그 변화폭은 큰 편이다. 이러한 유체 유동은 항상 변화하기 때문에, 유체 유동에너지를 효과적으로 이용하기 위해서는 이러한 변동에 대한 적극적인 대응하여야 하나, 종래에는 이러한 유속변화에 적극적으로 대응하여 발전효율을 향상시키는데에는 그 한계가 있었다.That is, the flow energy of the fluid in nature always changes. Tidal energy, which is the most abundant flow energy in the ocean, changes every day, month, and year, and the direction of flow changes according to the surrounding topography. In the case of ocean currents, the flow rate varies greatly with the seasons. In the case of the flow of rivers, dams, etc., the extent of change according to the season is large. Since the fluid flow is constantly changing, in order to effectively use the fluid flow energy, it is necessary to actively respond to such fluctuations, but in the past, there was a limit in actively improving the power generation efficiency by responding to the flow rate change.
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체의 유속 변화에 대해 최대한의 에너지를 추출하기 위하여 장치의 고유진동수를 가변시키는데 그 목적이 있다.The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device according to the present invention is to solve the problems of the prior art, and to change the natural frequency of the device in order to extract the maximum energy for the fluid flow rate change The purpose is to.
유속 변화는 와류 가진 주파수의 변화로 연결되므로 공진을 발생시킬 수 있는 최적효율 유속 범위는 제한되므로, 본 특허에서 유속에 의해 가진되어 시스템이 공진되는 최적효율 유속 범위를 넓히기 위한 방안을 제안하는데 그 목적이 있다.Since the change in flow rate is connected to the change in vortex excitation frequency, the optimum efficiency flow rate range that can generate resonance is limited. Therefore, the present patent proposes a method for widening the optimum efficiency flow rate range in which the system is excited by the flow rate and resonates. There is this.
와유기진동발전장치는 유동속도에 비례하는 와류 분기 주파수와 장치의 고유진동수의 일치되는 공진현상을 이용하고, 공진현상이 발생되는 유속의 전후 일정범위에서는 일정한 가진주파수로 공진이 지속되는 위상잠김현상을 이용하나, 제한된 유속변화 범위를 범위나면 효율이 급격히 감소되므로, 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 이러한 유속변화에도 효율을 유지하기 위해 고유진동수를 조절하는 방안을 제안하는데 그 목적이 있다.Vortex oscillation power generator uses phase resonance which is the same as the vortex branching frequency which is proportional to the flow velocity and the natural frequency of the device, and the phase lock phenomenon that the resonance continues at a constant excitation frequency in a certain range before and after the flow rate where the resonance occurs. However, since the efficiency is drastically reduced when the limited flow rate range is exceeded, the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type organic vibration energy extraction device according to the present invention adjusts the natural frequency to maintain the efficiency even at such a flow rate change. The purpose is to propose a way to.
본 발명은 회전형VIV에너지추출장치의 등가탄성을 조절하는 방안으로서, 등가탄성을 조절하는 방법중 스프링작용중심(스프링작용점과 피봇링크 사이 거리)을 조절하는 방안을 제안하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to propose a method for adjusting the spring elasticity (distance between the spring action point and the pivot link) in a method of controlling the equivalent elasticity of a rotating VIV energy extraction device.
본 발명에서 제안한 스프링작용반경조절장치는 스프링작용점블록, 블록선형운동가이드, 선형액츄에이터 등의 3가지로 구성되며, 스프링작용점블록을 피봇링크내에서 블록선형운동가이드와 선형액츄에이터로 선형운동시키면서 스프링작용반경을 조절가능하다.The spring action radius control device proposed in the present invention is composed of three types of spring action point block, block linear motion guide, linear actuator, etc., while spring action point block is linearly acted as a block linear motion guide and linear actuator in a pivot link. The radius is adjustable.
스프링작용반경조절장치를 통해 회전형VIV에너지추출장치의 등가탄성을 용이하게 조절할 수 있고, 이러한 회전형VIV에너지추출장치의 등가탄성조절을 통해 고유진동수를 조절할 수 있으며, 수동 또는 자동으로 고유진동수영역을 조절할 경우, 이를 통해 공진영역이 전 유속범위로 확대가능하도록 하는데 그 목적이 있다.Equivalent elasticity of the rotating VIV energy extraction device can be easily adjusted through the spring action radius control device, and natural frequency can be adjusted through the equivalent elasticity control of the rotating VIV energy extraction device. In this case, the purpose is to allow the resonance region to be extended to the entire flow rate range.
즉, 유속 zero에서부터 최대 작동유속까지 에너지 추출범위를 확대할 수 있으므로 회전형VIV에너지추출장치의 운용효율이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.That is, since the energy extraction range can be extended from the zero flow rate to the maximum working flow rate, the purpose is to improve the operational efficiency of the rotary VIV energy extraction device.
또한, 여러 가지 정적평형이 변동될 요인이 있더라도 장치의 평형이 이루어질수 있도록 스프링의 장력조절 기능을 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a tension control function of the spring so that the balance of the device can be achieved even if there are various static balance factors.
또한, 수중 장애물에 의해 기구부의 링크가 손상 및 링크에 부착되어 운동을 방해하거나 고장을 일으킬 가능성이 상당히 높으므로, 링크부의 개수를 최소하여 고장 요인을 감소시키며 동력 손실을 줄이고, 스프링부를 지지대내에 삽입하여 장치의 내구성을 향상시키는데 그 목적이 있다.In addition, the linkage of the mechanism part due to underwater obstacles is likely to be damaged and attached to the link, which may interfere with the movement or cause a malfunction. The purpose is to improve the durability of the device.
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 바다 또는 하천에 설치되어 물의 유속에 의해 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 상기 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재; 상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축; 상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재; 상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링; 상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동에 의해 가진되는 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 및 상기 발전장치를 고정지지하고, 상기 스프링의 타단이 고정되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 한다.The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device according to the present invention is installed in the sea or river and the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extracting device is produced by the flow rate. A vortex generating cylinder in which vortices are generated due to vortex peeling from the surface to vortex organic vibration up and down; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert energy excited by the vortex vibration into electrical energy; And a support for fixing the power generator and having the other end of the spring fixed thereto.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가변길이조절부재는 길이가변가이드 및 스프링 부착부를 포함하고, 상기 길이가변가이드를 따라 상기 스프링 부착부가 이동가능하며, 상기 스프링 부착부에 상기 스프링이 부착되어 상기 스프링 부착부의 이동에 따라 상기 스프링의 작용반경이 가변되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the variable length adjusting member includes a variable length guide and a spring attachment portion, the spring attachment portion is movable along the length variable guide, and the spring is attached to the spring attachment portion to attach the spring. The action radius of the spring is variable according to the movement of the part.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 와류발생실린더는 원통형 실린더 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the vortex generating cylinder is characterized in that the cylindrical cylinder shape.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 연결부재가 회전운동되고 하중이 지지되도록 상기 피봇축은 외주면에 복수개의 베어링이 배열된 것을 특징으로 한다.Further, according to the present invention, the pivot shaft is characterized in that a plurality of bearings are arranged on the outer circumferential surface so that the connecting member rotates and the load is supported.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가변길이조절부재에 연결된 스프링은 복수개이고, 상기 복수개의 스프링은 상기 지지대의 수직방향을 상기 가변길이조절부재를 중심으로 나눌 때, 동일 수직선상의 서로 반대방향에 위치하여, 시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링과 반시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링이 구비되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, there are a plurality of springs connected to the variable length adjusting member, wherein the plurality of springs are located in opposite directions on the same vertical line when the vertical direction of the support is divided by the variable length adjusting member. , And a spring for generating a clockwise moment and a spring for generating a counterclockwise moment.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가변길이조절부재에 연결된 스프링은 복수개이고, 상기 복수개의 스프링은 상기 가변길이조절부재의 길이방향을 따라 상기 피봇축과 서로 반대방향에 위치하되, 상기 지지대를 상기 가변길이조절부재로 분할할 때, 동일 수직평면상에 위치하여, 시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링과 반시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링이 구비되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, there are a plurality of springs connected to the variable length adjusting member, the plurality of springs are located in the opposite direction to the pivot axis along the longitudinal direction of the variable length adjusting member, the support is the variable When divided into the length adjusting member, it is characterized in that it is provided on the same vertical plane, a spring for generating a clockwise moment and a spring for generating a counterclockwise moment.
본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 바다 또는 하천에 설치되어 물의 유속에 의해 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 상기 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재; 상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축; 상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재; 상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링; 상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동에 의해 가진되는 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 상기 발전장치를 고정지지되는 지지대; 및 상기 지지대에 슬라이딩 가능하여 연결되며, 상기 스프링의 타단이 연결된 스프링 연결블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.As another embodiment according to the present invention, the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type vortex organic vibration energy extraction device is installed in the sea or river according to the flow rate of water according to the vortex peeling from the surface by the flow rate A vortex generating cylinder in which vortices are generated and vortexed organically up and down; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert energy excited by the vortex vibration into electrical energy; A support for fixing the power generator; And a spring connection block which is slidably connected to the support and is connected to the other end of the spring.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가변길이조절부재는 길이가변가이드 및 스프링 부착부를 포함하고, 상기 길이가변가이드를 따라 상기 스프링 부착부가 이동가능하며, 상기 스프링 부착부에 상기 스프링이 부착되어 상기 스프링 부착부의 이동에 따라 상기 스프링의 작용반경이 가변되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the variable length adjusting member includes a variable length guide and a spring attachment portion, the spring attachment portion is movable along the length variable guide, and the spring is attached to the spring attachment portion to attach the spring. The action radius of the spring is variable according to the movement of the part.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 스프링 연결블록이 상기 지지대를 따라 슬라이딩되고, 슬라이딩에 의해 상기 스프링의 길이를 조절하여, 상기 스프링의 장력을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the spring connection block is slid along the support, characterized in that for adjusting the length of the spring by sliding, to adjust the tension of the spring.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 스프링 연결블록은 상기 지지대에 고정된 가이드를 따라 슬라이딩 가능하고, 상기 스프링의 상하이동을 통해 장력을 조절하기 위해, 상기 스프링 연결블록을 상기 지지대를 따라 상하구동시키는 구동기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the spring connecting block is slidable along the guide fixed to the support, the driver for driving the spring connecting block up and down along the support in order to adjust the tension through the shankdong of the spring Characterized in that it comprises a.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 지지대는 커버부를 포함하여, 상기 스프링 연결블록, 상기 스프링, 상기 가이드, 상기 길이가변가이드 및 상기 스프링 부착부를 포함하는 상기 가변길이조절부재는 상기 지지대의 내부에 포함되고, 상기 커버부에 의해 물과 수밀되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the support includes a cover portion, the variable length adjustment member including the spring connection block, the spring, the guide, the variable length guide and the spring attachment portion is included in the support It is characterized in that it is water-tight by the cover portion.
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법은 물의 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재; 상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축; 상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재; 상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링; 상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 및 상기 발전장치를 고정지지하고, 상기 스프링의 타단이 고정되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 바다 또는 하천에 설치하는 설치단계; 바다 또는 하천의 유속에 의해 상기 와류발생실린더가 상하운동하는 와유기진동의 운동에너지가 상기 피봇축을 회전시키는 피봇축 회전단계; 상기 유속에 따라 공진이 발생하도록 상기 가변길이조절부재를 조절하여 상기 스프링의 작용반경을 조절하는 스프링 작용반경 조절단계; 및 상기 피봇축에 연결된 상기 발전장치에서 상기 피봇축의 회전운동이 전기에너지로 변환되어 발전되는 발전단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Vortex vibration energy extraction method using the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type vortex vibration vibration energy extraction device according to the present invention is the vortex generated by the vortex peeling from the surface by the flow rate of water vortex up and down A vibrating vortex generating cylinder; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert the kinetic energy of the vortex vibration into electrical energy; And an installation step of fixing and supporting the power generator and installing a spring reciprocating variable simple reciprocating pivot rotating type vortex vibration vibration energy extraction device on the sea or in a river, the support comprising a support on which the other end of the spring is fixed. A pivot axis rotating step in which the kinetic energy of the vortex oscillation in which the vortex generating cylinder moves up and down by the flow velocity of the sea or the river rotates the pivot shaft; A spring action radius adjustment step of adjusting the action radius of the spring by adjusting the variable length adjustment member so that resonance occurs according to the flow rate; And a power generation step in which the rotational motion of the pivot shaft is converted into electrical energy and generated in the power generator connected to the pivot shaft.
본 발명에 따른 또 다른 실시예로서의 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법은 물의 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재; 상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축; 상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재; 상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링; 상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 상기 발전장치를 고정지지되는 지지대; 및 상기 지지대에 슬라이딩 가능하여 연결되며, 상기 스프링의 타단이 연결된 스프링 연결블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 바다 또는 하천에 설치하는 설치단계; 바다 또는 하천의 유속에 의해 상기 와류발생실린더가 상하운동하는 와유기진동의 운동에너지가 상기 피봇축을 회전시키는 피봇축 회전단계; 상기 유속에 따라 공진이 발생하도록 상기 가변길이조절부재를 조절하여 상기 스프링의 작용반경을 조절하는 스프링 작용반경 조절단계; 정적 평형을 조절하기 위해, 상기 스프링 연결블록을 상기 지지대를 따라 슬라이딩시켜 상기 스프링의 장력을 변화시키는 장력조절단계; 및 상기 피봇축에 연결된 상기 발전장치에서 상기 피봇축의 회전운동이 전기에너지로 변환되어 발전되는 발전단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.As another embodiment according to the present invention, the vortex vibration energy extraction method using a variable reciprocating pivot rotation type vortex vibration energy extraction device having a spring action radius generates vortices due to vortex detachment from the surface due to the flow rate of water. Vortex generating cylinder which vortexs and vibrates up and down; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert the kinetic energy of the vortex vibration into electrical energy; A support for fixing the power generator; And a spring connection block slidably connected to the support and connected to the other end of the spring, the installation step of installing a variable spring reciprocating type simple reciprocating pivot rotary type organic vibration energy extraction device on the sea or in a river. ; A pivot axis rotating step in which the kinetic energy of the vortex oscillation in which the vortex generating cylinder moves up and down by the flow velocity of the sea or the river rotates the pivot shaft; A spring action radius adjustment step of adjusting the action radius of the spring by adjusting the variable length adjustment member so that resonance occurs according to the flow rate; A tension adjusting step of changing the tension of the spring by sliding the spring connecting block along the support to adjust the static balance; And a power generation step in which the rotational motion of the pivot shaft is converted into electrical energy and generated in the power generator connected to the pivot shaft.
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 스프링작용반경조절장치를 통해 회전형VIV에너지추출장치의 등가탄성을 용이하게 조절할 수 있다. 이러한 회전형VIV에너지추출장치의 등가탄성조절을 통해 고유진동수를 조절할 수 있는 효과가 있다.The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotary type organic vibration energy extraction device according to the present invention can easily adjust the equivalent elasticity of the rotating VIV energy extraction device through the spring action radius control device. Through the equivalent elastic modulus of the rotary VIV energy extraction device, it is possible to control the natural frequency.
또한, 수동 또는 자동으로 고유진동수영역을 조절할 경우, 이를 통해 공진영역이 전 유속범위로 확대된다. 즉, 유속 zero에서부터 최대 작동유속까지 에너지 추출범위를 확대하는 효과가 있다.In addition, when the natural frequency region is adjusted manually or automatically, the resonance region is extended to the entire flow rate range through this. That is, there is an effect of expanding the energy extraction range from the flow rate zero to the maximum operating flow rate.
이러한 공진영역의 확대를 통해 회전형VIV에너지추출장치의 유동 에너지 추출효율(1차 변환 효율)을 향상시키는 효과가 있다.The expansion of the resonance region has an effect of improving the flow energy extraction efficiency (primary conversion efficiency) of the rotary VIV energy extraction apparatus.
도 14와 도 15는 각각 스프링작용반경을 조절하지 않은 종래의 경우와 본 발명을 통해 스프링작용반경을 조절하는 경우의 효과를 비교한 것으로서, 종래의 고효율구간에 비해 고효율구간이 많이 증가함을 알 수 있다. 14 and 15 compare the effects of the case of adjusting the spring action radius through the present invention and the conventional case that does not adjust the spring action radius, respectively, it can be seen that the high efficiency period increases a lot compared to the conventional high efficiency section. Can be.
따라서, 회전형VIV에너지추출장치의 운용효율 향상이 기대된다.Therefore, it is expected that the operating efficiency of the rotary VIV energy extraction device will be improved.
한편, 와유기진동발전장치는 예기치 않는 극단적인 빠른 유속에서 환산속도의 증가로 와유기 분기 가진진동수가 공진영역에서 멀어져서 장치자체가 보호되는 특성이 있다. 도 14와 도 15에서 알 수 있듯이 본 발명에서도 종래의 장치가 가지고 있는 자체보호특성이 그대로 유지되어, 예상보다 빠른 유속에서 장치 스스로 보호가 되는 효과가 기대된다. On the other hand, the eddy organic vibration generator has the characteristic that the eddy organic branched vibration is far from the resonance region due to the increase of the conversion speed at the unexpected extreme high flow rate, thereby protecting the device itself. As can be seen from Figure 14 and Figure 15 in the present invention, the self-protection characteristics of the conventional device is maintained as it is, the effect that the device itself is protected at a faster flow rate than expected.
또한, 링크의 개수가 최소화되어, 각 링크가 유체내에서 받을 유체역학적인 댐핑이 감소하고, 링크사이를 연결한 조인트의 개수가 줄어들어, 구조적(기계적) 댐핑도 감소하게 되므로, 동력손실을 감소시키는 효과가 있다.In addition, the number of links is minimized, reducing the hydrodynamic damping of each link in the fluid, and reducing the number of joints connected between the links, thereby reducing structural (mechanical) damping, thereby reducing power loss. It works.
또한, 스프링을 지지대 내부에 위치하게 하여 외부의 장애물의 영향이 최소화하고, 장애물에 의해 영향을 받을 가능성이 최소화됨으로서, 장치의 내구성 향상 효과를 기대할 수 있다.In addition, by placing the spring inside the support to minimize the influence of the external obstacles, the possibility of being affected by the obstacles is minimized, it can be expected to improve the durability of the device.
또한, 스프링의 장력을 조절함으로서, 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 정적평형인자인 와류발생실린더의 무게와 부력, 피봇링크의 길이, 스프링 작용반경, 스프링상수 등의 변화에 대해 대응함으로써, 최적의 공진 효과를 기대할 수 있다.In addition, by adjusting the tension of the spring, it is possible to respond to changes in the weight and buoyancy of the vortex generating cylinder, the static balancing factor of the simple reciprocating pivot rotating vortex vibration energy extraction device, the length of the pivot link, the spring action radius, and the spring constant. By doing so, an optimum resonance effect can be expected.
도 1은 종래기술의 ＶＩＶ 이용 친환경 청정에너지 추출장치를 도시한다.
도 2는 회류수조에서 회전형VIV에너지추출장치의 모형 실험한 결과이다.
도 3은 회전형VIV에너지추출장치의 개념도이고, 도 4는 회전형VIV에너지추출장치의 고유진동수를 구하기 위한 자유물체도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 개략도이다.
도 6은 도5에서의 길이가변부재를 나타내는 a 부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 A-A 절단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 A-A 절단면도의 b부분 확대도이다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 본 발명에 따른 스프링 배열에 관한 개략도이다.
도 11(a) 내지 도 11(c)는 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 가변길이조절부재의 이동에 따른 고유진동수 변화를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법의 순서도이다.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서의 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법의 순서도이다.
도 14는 스프링작동반경을 조절하지 않을 경우의 회전형VIV에너지추출장치의 유속에 대한 효율도이다.
도 15는 본 발명에 따라 스프링작동반경을 조절할 경우 회전형VIV에너지추출장치의 유속에 대한 효율도이다.1 is a view illustrating an environment-friendly clean energy extracting apparatus using XIV of the prior art.
2 is a model test result of a rotary VIV energy extraction apparatus in a circulating water tank.
3 is a conceptual diagram of a rotary VIV energy extraction device, and FIG. 4 is a free-body diagram for obtaining a natural frequency of the rotary VIV energy extraction device.
5 is a schematic diagram of a spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a portion showing the length variable member in FIG. 5. FIG.
7 is a front view of the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction apparatus according to the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along the AA of the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type organic vibration energy extraction device according to the present invention.
9 is an enlarged view of a portion b of an AA cutaway view according to the present invention.
10 (a) and 10 (b) are schematic views of the spring arrangement according to the invention.
11 (a) to 11 (c) show a change in natural frequency according to the movement of the variable length control member of the spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotating type organic vibration energy extraction device according to the present invention.
12 is a flow chart of the method for extracting the vortex vibration vibration energy using the spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotation type vortex vibration vibration energy extraction device according to the present invention.
13 is a flow chart of a method for extracting eddy vibration energy using a spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex energy vibration extraction device according to another embodiment of the present invention.
14 is an efficiency diagram of the flow rate of the rotating VIV energy extraction device when the spring operation radius is not adjusted.
Figure 15 is an efficiency diagram for the flow rate of the rotating VIV energy extraction device when adjusting the spring operating radius in accordance with the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that the same components or parts among the drawings denote the same reference numerals whenever possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.
도 1은 종래기술의 ＶＩＶ 이용 친환경 청정에너지 추출장치를 도시한다.1 is a view illustrating an environment-friendly clean energy extracting apparatus using XIV of the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 ＶＩＶ 이용 친환경 청정에너지 추출장치는 지렛대 반대 끝의 증속/감속의 기구를 통해 발전기와 연결되며, 복잡한 링크구조를 통해 공기중에 노출된 발전기까지 운동에너지가 전달되므로 에너지 손실이 크고, 복잡한 링크에 의한 링크구조물 파손의 취약점 및 수중 생물, 쓰레기등이 복잡한 링크 구조의 운동을 방해할 수 있는 여러 요인을 갖고 있었다.
As shown in Figure 1, the conventional eco-friendly clean energy extraction device using the Ｖ is connected to the generator through the mechanism of the increase / deceleration of the opposite end of the lever, kinetic energy is transmitted to the generator exposed to the air through a complex link structure The energy loss is large, and the weakness of the link structure damage caused by the complex link, the aquatic organisms, the garbage, and the like have various factors that can impede the movement of the complex link structure.
와유기진동(VIV: Vortex-Induced Vibration) 현상이란, 구조물을 지나가는 유동의 유체 와유기 박리에 의한 공진 현상을 이용한 기술로서, 와류발생에 따라 유동의 수직방향의 양력(lift force)이 구조물에 번갈아 작용하게 됨으로써 구조물은 유동과 수직방향으로 진동하게 되는 것을 와유기진동(VIV)이라 한다.Vortex-induced vibration (VIV) phenomenon is a technology that uses the resonance phenomenon caused by the fluid vorticity separation of the flow passing through the structure, and the lifting force in the vertical direction of the flow alternates with the structure as the vortex occurs. When the structure vibrates in a direction perpendicular to the flow, it is called vortex vibration (VIV).
이때, 와유기진동(VIV)을 유발하는 양력의 변동주파수(fs)는 Strouhal 수(S)와의 상관관계에 의해 결정되고 이는 아래의 수학식 1과 같다.At this time, the variation frequency (fs) of lift causing the vortex vibration (VIV) is determined by the correlation with the Strouhal number (S), which is expressed by
여기서, S : Strouhal 수, U: 유속, D: 구조물 단면 직경
Where S: Strouhal number, U: flow rate, and D: structure cross section diameter
또한, 물체에 작용하는 양력(FL)은 아래의 수학식 2로 산출 가능하다.In addition, the lift force F L acting on the object can be calculated by Equation 2 below.
여기서, ρ : 유체밀도, CL : 양력계수, ωs : 2πfsWhere ρ is the fluid density, C L : Lifting coefficient, ωs: 2πfs
이때, 구조물과 연결된 연결부재와 연결된 스프링에 의해 가지는 고유진동주파수(fn)와 양력의 변동주파수(fs)가 서로 비슷할 경우, 구조물의 진동은 공진현상을 보이게 되고, 유체 유동의 구조물에 대한 가진 에너지가 증가된다. At this time, when the natural vibration frequency (fn) and the lift frequency (fs) of the lift force are similar to each other by the spring connected to the connecting member connected to the structure, the vibration of the structure shows a resonance phenomenon, the excitation energy for the structure of the fluid flow Is increased.
이러한 공진이 발생되는 지점에서는 유속이 어느 정도 변화하여도 동일한 와유기 박리 주파수로 계속하여 공진이 되는 비선형 공진현상이 발생하고, 이러한 비선형 공진현상을 위상잠김(Lock-in)이라고 한다.At the point where such a resonance occurs, even if the flow velocity changes to some extent, a nonlinear resonance phenomenon continuously occurs at the same eddy organic separation frequency, and such a nonlinear resonance phenomenon is referred to as lock-in.
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 구조물을 지나가는 유체 유동의 위상잠김이라는 비선형 공진현상을 이용하는 기술인 것이다.
The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotary vortex vibration energy extraction device according to the present invention is a technique using a nonlinear resonance phenomenon called phase locking of fluid flow passing through a structure.
다음과 같은 수학식 3의 환산속도(reduced velocity)라는 무차원수는 회전형VIV에너지추출장치의 효율에 영향을 주는 가장 중요한 요소중 하나이다.The dimensionless number called the reduced velocity of
여기서 U는 유속 [m/s], fn은 회전형VIV에너지추출장치의 고유진동수 [Hz], D는 연결부재의 대표길이[m]를 나타낸다.Where U is the flow rate [m / s], f n is the natural frequency [Hz] of the rotating VIV energy extraction system, and D is the representative length [m] of the connecting member.
이러한 환산속도는 보통 5 근처에서 최적이며, 장치의 사양에 따라 3~8사이 근처에서 최적점이 존재한다.This conversion rate is usually optimal near 5, and there is an optimum point near 3-8 depending on the specification of the device.
통상적으로 효율이 최대가 되는 환산속도(최적 환산속도)를 중심으로 근처에서는 에너지추출효율이 우수하고, 그 값에서 많이 벗어날수록 회전형VIV에너지추출장치의 효율은 감소한다.In general, the energy extraction efficiency is excellent around the conversion speed (optimal conversion speed) that maximizes the efficiency, and the more the deviation from the value, the efficiency of the rotating VIV energy extraction device decreases.
회전형VIV에너지추출장치의 D가 선정되면 목표유속(Ut)에서 최대효율이 결정되도록 적절한 fn이 결정된다.When D of the rotary VIV energy extraction unit is selected, an appropriate f n is determined so that the maximum efficiency is determined at the target flow rate Ut.
종래에서는 이러한 fn이 초기 설치단계에서 고정되어, 목표유속에서 많이 벗어날수록 효율은 급격히 감소하는 단점이 있다.In the related art, f n is fixed at an initial installation stage, and thus the efficiency is drastically reduced as the deviation from the target flow rate increases.
UR이 회전형VIV에너지추출장치의 효율을 결정하는 인자중 하나이고 그 경향성은 도 1에서 확인가능하다.
U R is one of the factors that determine the efficiency of the rotary VIV energy extraction device and its tendency can be seen in FIG.
도 2는 회류수조에서 회전형VIV에너지추출장치의 모형 실험한 결과이다. 2 is a model test result of a rotary VIV energy extraction apparatus in a circulating water tank.
도 2에 도시된 바와 같이, 직경 125 mm이고 길이가 510 mm인 부드러운 표면의 원형단면 실린더를 회전반경(회전중심에서 실린더 중심사이 거리) 188 mm에서 환산속도(UR)를 변경하면서 기계적 에너지를 나타낸 결과, 가장 높은 효율은 21 %로 환산속도 4.8에서 관찰되었다. 이때 부하저항은 100Ω이고 고유진동수는 0.56 Hz이었다.
As shown in FIG. 2, the mechanical energy was changed while changing the conversion rate U R at a radius of rotation (distance between the center of rotation and the center of the cylinder) of 188 mm in a circular surface cylinder having a diameter of 125 mm and a length of 510 mm. As a result, the highest efficiency was observed at a conversion rate of 4.8 at 21%. The load resistance was 100Ω and the natural frequency was 0.56 Hz.
도 2에서 관찰된 바와 같이, 유속 변화에 비례하여 회전형VIV에너지추출장치의 고유진동수를 변경할 수 있으면, 수학식 3의 환산속도를 유속변화에도 일정하게 유지할 수 있고, 따라서 모든 유속에서 공진이 발생되어, 회전형VIV에너지추출장치의 효율이 극대화 될 수 있다.
As observed in FIG. 2, if the natural frequency of the rotating VIV energy extraction apparatus can be changed in proportion to the flow rate change, the conversion speed of
도 3은 회전형VIV에너지추출장치의 개념도이고, 도 4는 고유진동수를 구하기 위한 자유물체도이다.3 is a conceptual diagram of a rotating VIV energy extraction device, and FIG. 4 is a free body diagram for obtaining a natural frequency.
도 3 및 4의 회전형VIV에너지추출장치의 자유물체도에 따라 회전형VIV에너지추출장치를 1 자유도 운동시스템으로 상미분방정식으로 모델링하여 다음의 수학식 4와 같은 관계를 얻을 수 있었다.According to the free body diagram of the rotating VIV energy extracting apparatus of FIGS. 3 and 4, the rotating VIV energy extracting apparatus was modeled by the ordinary differential equation as a 1 degree of freedom motion system to obtain a relationship as shown in
여기서, B는 와유기진동실린더의 부력, m은 와유기진동실린더의 질량, ma는 와유기진동실린더의 부가질량계수, g는 중력가속도, k는 스프링상수, a는 실린더회전반경(회전중심(o)에서 와유기진동실린더 중심까지의 거리), b는 스프링작용반경(회전중심(o)에서 스프링작용점까지의 거리), l0는 스프링의 초기길이, l1와 l2는 각각 반시계방향모멘트스프링과 시계방향모멘트스프링의 초기장력세팅길이, θ는 평형위치기준 운동각 등을 나타낸다.
Where B is the buoyancy of the vortex vibration cylinder, m is the mass of the vortex vibration cylinder, m a is the additional mass factor of the vortex vibration cylinder, g is the gravity acceleration, k is the spring constant, and a is the cylinder rotation radius distance from (o) to the center of the vortex oscillation cylinder), b is the spring action radius (distance from the center of rotation (o) to the spring action point), l 0 is the initial length of the spring, l 1 and l 2 are the counterclockwise, respectively. The initial tension setting length of the directional moment spring and the clockwise moment spring, θ, represents the angle of movement based on the equilibrium position.
수학식 4를 얻는 데 적용된 가정은 다음과 같다.The assumption applied to obtain
- 피봇링크와 스프링의 무게는 무시한다. 와유기진동실린더가 피봇링크와 스프링 무게에 비하여 무겁기 때문에 그 무게는 무시할 수 있다.-Ignore the weight of the pivot link and the spring. The weight is negligible since the vortex vibration cylinder is heavier than the weight of the pivot link and the spring.
- 스프링은 인장코일스프링을 2개 이상 적용하여 스프링장력조절을 통해 무게균형을 이룰 수 있도록 한다. 여기에 사용될 수 있는 스프링은 인장코일스프링, 압축코일스프링, 판스프링 등 스프링 작용점의 변경이 용이한 스프링이 적용될 수 있다. 이러한 스프링들은 동일한 수치모델링이 되므로 가장 대표적인 인장코일스프링을 적용하는 것으로 가정한다.-The spring applies two or more tension coil springs to achieve weight balance by adjusting the spring tension. Springs that can be used here can be applied to the spring easy to change the spring operating point, such as tension coil spring, compression coil spring, leaf spring. Since these springs are the same numerical modeling, it is assumed that the most representative tension coil spring is applied.
- 사용된 스프링의 스프링상수는 모두 동일하다. 다양한 스프링상수의 조합이 들어갈 수 있으나, 본 발명에서는 모든 스프링의 스프링상수가 동일하다고 가정한다.-The spring constants of the springs used are the same. Although a combination of various spring constants can be included, it is assumed in the present invention that the spring constants of all springs are the same.
- 스프링 자유길이(l0)가 b보다 충분히 길어서, 피봇링크의 회전에 의한 스프링력 작용방향의 변화는 무시한다.-The spring free length (l 0 ) is sufficiently longer than b, so the change in the spring force direction due to the rotation of the pivot link is ignored.
- 스프링, 회전베어링, 구조물 응력 히스테리시스 등의 구조댐핑과 유체역학적 외력에 의한 댐핑은 해석의 편의를 위해 무시한다.-Structural damping such as springs, rolling bearings, structural stress hysteresis and damping by hydrodynamic external forces are ignored for ease of analysis.
- 전체 운동이 비교적 작다고 가정하여, 
-Assuming that the overall movement is relatively small,
이러한 가정들을 통해, 선형화된 운동방정식을 수학식 5를 얻을 수 있다.Through these assumptions, the linearized equations of motion can be obtained.
여기서, 
수학식 5의 선형화된 운동방정식으로부터 다음과 같은 비감쇄 고유진동수를 얻을 수 있다.From the linearized equation of motion of
즉, 스프링상수(k), 스프링작용반경(b)를 증가시키거나 와유기진동실린더 질량(m)과 수중 부가질량(ma), 실린더회전반경(a)를 감소시키면 고유진동수가 증가한다. 특히, 실린더회전반경(a)에 대한 스프링작용반경(b)의 비(
한편, 스프링 등가탄성(K)은 스프링 자체 탄성(스프링상수, k)와 스프링작용반경(b)의 제곱에 비례하고, 등가탄성(K)과 등가관성(M)을 조절하여 고유진동수를 조절할 수 있다.
On the other hand, the spring equivalent elasticity (K) is proportional to the square of the spring itself elasticity (spring constant, k) and the spring action radius (b), and the natural frequency can be adjusted by adjusting the equivalent elasticity (K) and the equivalent inertia (M). have.
본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치는 스프링작용반경(b)를 가변시켜 전체의 탄성을 변화시킴으로써, 회전형VIV에너지추출장치의 고유진동수를 효과적으로 제어하여 발전효율을 향상시키기 위한 것이다.The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device according to the present invention changes the overall elasticity by varying the spring action radius (b), thereby effectively controlling the natural frequency of the rotating VIV energy extraction device to generate electricity. It is for improving efficiency.
즉, 유속의 변화에 대응하여 스프링 작용점을 변화시킴으로써, 와유기진동 에너지 추출 장치의 고유진동수영역을 조절할 경우, 이를 통해 공진영역이 전 유속범위로 확대되고, 공진이 지속적으로 유발됨으로써, 에너지 추출 효율이 향상된다.
That is, by adjusting the spring action point corresponding to the change of the flow velocity, when the natural frequency region of the vortex vibration energy extracting device is adjusted, the resonance region is extended to the entire flow rate range through this, and the resonance is continuously induced, resulting in energy extraction efficiency. This is improved.
도 5는 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 개략도이며, 도 6은 도5에서의 길이가변부재를 나타내는 a 부분의 확대도이며, 도 7은 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 A-A 절단면도이고, 도 9는 A-A 절단면도의 b부분 확대도이다.
5 is a schematic diagram of a spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating type organic vibration energy extraction device according to the present invention, Figure 6 is an enlarged view of a portion showing the variable length member in Figure 5, Figure 7 is the present invention The spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type organic vibration energy extraction device according to the present invention, Figure 8 is an AA cutaway view of the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type organic vibration energy extraction device according to the present invention, 9 is an enlarged view of a portion b of the AA cutaway view.
도 5 내지 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)는 바다나 하천에 설치되어 물의 유속에 의해 표면에서 발생되는 보오텍스(vortex) 박리에 따른 와류를 이용한 것으로서, 와류발생실린더(100), 연결부재(200), 피봇축(300), 가변길이조절부재(400), 발전장치(500), 지지대(600), 및 스프링(700)을 포함한다.
As shown in Figures 5 to 9, the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration
와류발생실린더(100)는 원통형 실린더 형상이고, 와류발생실린더(100)와 연결부재(200)가 고정 결합되어 있다.
연결부재(200)의 일단은 와류발생실린더(100)와 고정결합되고, 타단은 피봇축(300)과 연결되어 있어서, 와류발생실린더(100)의 상하진동운동이 연결부재(200)에 전달되고, 연결부재(200)와 결합된 피봇축(300)이 회전하게 된다.One end of the connecting
피봇축(300)과 연결부재(200)가 연결된 피봇축(200)의 외주면에는 복수개의 베어링이 적당 간격으로 배열되어 연결부재(200)가 원활히 회전운동하고 그 하중이 지지되도록 한다.
On the outer circumferential surface of the
와류발생실린더(100)의 상하진동운동이 연결부재(200)를 통해 피봇축(300)을 회전시키고, 피봇축(300)과 연결된 발전장치(500)로 전달되어 와유기 진동운동은 전기 에너지로 변환된다.The up and down vibration movement of the
피봇축(300)에는 가변길이조절부재(400)가 고정연결되고, 가변길이조절부재(400)를 통해 피봇축(300)이 발전장치(500)와 연결된다.
The variable
가변길이조절부재(400)의 일실시예가 도 9에 도시되어 있다.One embodiment of the variable
도 9은 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 가변길이조절부재의 확대도이다.9 is an enlarged view of a variable length adjusting member of a spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotating type organic vibration energy extraction device according to the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 가변길이조절부재(400)의 양측으로 피봇축(300)이 돌출고정되어 연결부재(200)와 발전장치(500)를 연결하고, 피봇축(300)의 회전이 발전장치(500)에 전달되게 된다.As shown in FIG. 9, the
즉, 가변길이조절부재(400)도 피봇축(300)을 중심으로 같이 회전하는 형태이다.
That is, the variable
가변길이조절부재의 실시예가 도 9에 한정되는 것은 아니며, 피봇축(300)이 가변길이조절부재(400)를 관통하여 통과한다고 하더라도 본 발명의 권리범위에 포함된다.The embodiment of the variable length adjusting member is not limited to FIG. 9, even if the
발전장치(500)는 지지대(600)에 고정되고, 지지대(600)는 바다 또는 하천의 저면부에 고정설치되어, 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)를 고정하게 된다.
The
도 6 및 9에 도시된 바와 같이, 가변길이조절부재(400)에는 길이가변가이드(410)가 형성되고, 길이가변가이드(410)를 따라 이동가능한 스프링 부착부(420)를 포함하며, 스프링 부착부(420)의 일측에는 스프링(700)이 부착되어, 스프링작용반경(b)을 변화시킬 수 있다.6 and 9, the variable
즉, 가변길이조절부재(400)는 길이가변가이드(410) 및 스프링 부착부(420)를 포함하고, 가변길이조절부재(400)의 양측에는 피봇축(300)이 연결되어 있으며, 가변길이조절부재(400)의 중앙에는 길이가변가이드(410)가 고정되며, 길이가변가이드(410)를 따라 스프링 부착부(420)가 이동가능하고, 스프링 부착부(420)에 부착된 스프링(700)도 길이가변가이드(410)를 따라 이동되므로, 스프링의 작용반경(b)이 가변가능한 것이다.
That is, the variable
스프링의 작용반경(b)을 변화시킴으로써, 이미 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)의 고유진동수를 가변가능하고, 유속에 따라 고유진동수를 가변시켜 공진이 발생하도록 하여 발전장치(500)에서 발전가능한 최대의 운동에너지를 추출할 수 있다.By changing the operating radius (b) of the spring, as described above, the natural frequency of the spring operating radius variable type simple reciprocating pivot rotating type vortex organic vibration
또한, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)는 물속에 잠겨 있는 상태이고, 와류발생실린더(100)와 연결된 연결부재(200), 피봇축(300) 및 피봇축(300)을 통해 전달된 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(400)도 모두 물속에 잠겨 있는 상태이며, 와류발생실린더(100)의 상하진동운동이 연결부재(200) 하나만을 거친후, 피봇축(300)을 통해 곧바로 발전장치(400)에서 전기 에너지로 변환되므로 에너지 손실이 최소화된다.
Further, according to the present invention, the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration
도 10(a) 내지 도 10(b)는 본 발명에 따른 스프링 배열에 관한 개략도이다.10 (a) to 10 (b) are schematic diagrams of a spring arrangement according to the present invention.
도 10(a) 내지 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)는 스프링(700) 및 스프링 연결블록(800)을 포함한다.As shown in Figs. 10 (a) to 10 (b), the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotary type organic vibration
스프링(700)은 가변길이조절부재(400)의 스프링 부착부(420)에 그 일단이 연결되고, 타단은 지지대(600)에 직접 연결되거나, 스프링 연결블록(800)에 연결되며, 복수개 설치된다.
One end of the
도 10(a) 내지 도 10(b)에서는 스프링(700)의 타단이 스프링 연결블록(800)에 연결된 실시예만 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 스프링(700)의 타단이 지지대(600)에 직접 연결되어도 무방하다.
10 (a) to 10 (b), only the embodiment in which the other end of the
도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 스프링 연결블록(800)에 스프링(700)을 연결하는 경우, 스프링 연결블록(800)은 지지대(600)에 슬라이딩 가능하게 설치되어 지지대(600)를 따라 상하이동되고, 일정 높이에서 고정가능하다.As shown in Figure 10 (a) and 10 (b), when connecting the
이와 같이, 스프링(700)의 타단을 스프링 연결블록(800)에 고정시킴으로써, 스프링 연결블록(800)의 상하 이동을 통해 스프링(700)의 길이를 가변할 수 있고, 스프링(700) 길이의 가변을 통해 스프링(700)의 장력을 조절할 수 있다. As such, by fixing the other end of the
스프링(700)의 장력을 조절하는 것은 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)의 설치시 또는 설치이후의 생물부착으로 인한 무게변화에도 평형위치가 유지될 수 있도록 하기 위함이다.
Adjusting the tension of the
보다 구체적으로 지지대(600)에는 스프링 연결블록(800)을 상하 슬라이딩하는데 가이드를 도와주는 가이드(810)가 지지대(600)의 길이방향으로 설치되고, 스프링 연결블록(800)은 가이드(810)를 따라 상하이동한다.
More specifically, the
가이드(710)는 LM가이드, 볼부싱 가이드 등 선형운동이 가능한 다양한 형태의 가이드가 사용될 수 있고, 구동기에 의해 스프링 연결블록(800)이 상하이동가능하다.The guide 710 may be a guide of various forms such as an LM guide, a ball bushing guide, and other linear motions, and the
지지대(600)는 커버부를 포함하여, 스프링 연결블록(800), 스프링(700), 가이드(810), 구동기 및 길이가변가이드(410) 및 스프링 부착부(420)를 포함하는 가변길이조절부재(400)가 지지대(600) 내부에 포함되고, 커버부에 의해 지지대(600)를 커버하여 물과 수밀되도록 한다.
The
복수개의 스프링(700)은 도 10(a)와 같이, 복수개의 스프링(700)은 지지대(600)의 수직방향을 가변길이조절부재(400)를 중심으로 나눌 때, 동일 수직선상의 서로 반대방향에 위치하여, 윗쪽 스프링(700)은 반시계방향 모멘트를 발생시키고, 아랫쪽 스프링(700)은 시계방향 모멘트를 발생시킨다.
As shown in FIG. 10 (a), the plurality of
이와 유사하게 도 10(b)와 같이, 복수개의 스프링(700)은 가변길이조절부재(400)의 길이방향을 따라 피봇축(300)의 양측에 서로 반대방향에 위치하되, 지지대(600)를 가변길이조절부재(400)로 분할할 때, 동일 수직평면상에 위치하여, 왼쪽에 위치한 스프링(700)은 시계방향 모멘트를 발생시키고, 오른쪽에 위치한 스프링(700)은 반시계방향 모멘트를 발생시킨다.
Similarly, as shown in FIG. 10 (b), the plurality of
즉, 도 10(a)는 두 개의 스프링(700)이 피봇축(300)을 중심으로 수직상방, 수직하방쪽에 배열되고, 도 10(b)는 두 개의 스프링(700)이 피봇축(300)을 중심으로 왼쪽, 오른쪽에 위치된다.
That is, in FIG. 10 (a), two
도 10(a)는 복수개의 스프링(700)이 동일 수평방향에 연결되고, 지지대(500)의 수직방향을 가변길이조절부재(400)를 중심으로 나눌 때, 가변길이조절부재(400)에 서로 반대의 수직방향에 위치되도록 배열되어, 수직 상방에 위치한 스프링(700)은 가변길이조절부재(400) 및 연결부재(200)에 반시계방향 모멘트를 발생시키고, 수직하방에 위치한 스프링(700)은 시계방향 모멘트를 발생시켜 서로 균형을 형성하도록 한다.10 (a) is a plurality of
도 10(b)의 오른쪽에 위치한 스프링(700)은 가변길이조절부재(400) 및 연결부재(200)를 반시계방향으로 회전시키는 모멘트를 발생시키는 스프링이고, 왼쪽에 위치한 스프링(700)은 가변길이조절부재(400) 및 연결부재(200)를 시계방향으로 회전시키는 모멘트를 발생시켜, 모멘트 균형을 두 개의 스프링(700)을 통해 조절가능하다.
The
본 발명에 따른 스프링(700)은 인장코일스프링, 압축코일스프링, 판스프링 등 다양한 형태의 스프링이 적용가능하다.
The
도 11(a) 내지 도 11(c)는 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)의 가변길이조절부재의 이동에 따른 고유진동수 변화를 나타낸다.11 (a) to 11 (c) show a change in natural frequency according to the movement of the variable length adjusting member of the spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotary type organic vibration
도 11(a) 내지 도 11(c)에 도시된 바와 같이, 가변길이조절부재(400)의 길이가변가이드(410)를 따라 스프링 부착부(420)가 좌우이동가능하고, 스프링 부착부(420)에 부착된 스프링(700)도 좌우로 일단이 이동되면서, 스프링 작용반경(b)이 변화하게 된다.11 (a) to 11 (c), the
이를 통해 , 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)의 고유진동수를 가변가능하다.
Through this, it is possible to vary the natural frequency of the spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotary type organic vibration energy extraction device (1) according to the present invention.
도 11(a)는 스프링작용반경이 제로(zero)인 상태이다. 즉, 스프링작용점인 피봇축(300)과 스프링(700)의 일단이 가변길이조절부재(400)와 연결된 회전중심이 동일하게 될 경우이다. Figure 11 (a) is a state in which the spring action radius is zero. In other words, one end of the
이렇게 되면, 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치의 강성이 없는 상태가 되고, 스프링(700)이 더 이상 역할을 하지 않은 상태로서 고유진동수(fn)이 0인 상태가 된다.
In this case, the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type organic vibration energy extraction device according to the present invention is in a state of no rigidity, the natural frequency (f n ) is a state that the
도 11(b)는 기준 스프링작용반경 상태이고, 도 11(c)는 스프링작용반경이 최대인 상태이다. 즉, 스프링력이 최대가 되어 고유진동수가 가장 높아진 상태이므로, 최대 작동 유속상태에서 공진을 발생시키기 위한 세팅 상황을 나타낸다.
Figure 11 (b) is a reference spring action radius state, Figure 11 (c) is a state where the spring action radius is the maximum. That is, since the spring force is maximized and the natural frequency is the highest, the setting situation for generating resonance at the maximum operating flow rate is shown.
도 12는 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법의 순서도이다.12 is a flow chart of the method for extracting the vortex vibration vibration energy using the spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotation type vortex vibration vibration energy extraction device according to the present invention.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법은 물의 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더(100); 상기 와류발생실린더(100)에 일단이 고정된 연결부재(200); 상기 연결부재(200)의 타단과 결합된 피봇축(300); 상기 피봇축(300)에 고정형성된 가변길이조절부재(400); 상기 가변길이조절부재(400)의 일단이 연결된 스프링(700); 상기 와류발생실린더(100)의 상하운동이 상기 피봇축(300)을 통해 전달되어 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(500); 및 상기 발전장치(500)를 고정지지하고, 상기 스프링(700)의 타단이 고정되는 지지대(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)를 바다 또는 하천에 설치하는 설치단계(S100), 바다 또는 하천의 유속에 의해 상기 와류발생실린더가 상하운동하는 와유기진동의 운동에너지가 상기 피봇축(300)을 회전시키는 피봇축 회전단계(S200); 상기 유속에 따라 공진이 발생하도록 상기 가변길이조절부재(400)를 조절하여 상기 스프링(700)의 작용반경을 조절하는 스프링 작용반경 조절단계(S300); 및 상기 피봇축(300)에 연결된 상기 발전장치(500)에서 상기 피봇축(300)의 회전운동이 전기에너지로 변환되어 발전되는 발전단계(S400)를 포함한다.
As shown in FIG. 12, the vortex vibration energy extraction method using the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type vortex vibration vibration
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서의 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법의 순서도이다.13 is a flow chart of a method for extracting eddy vibration energy using a spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex energy vibration extraction device according to another embodiment of the present invention.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법은 물의 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더(100); 상기 와류발생실린더(100)에 일단이 고정된 연결부재(200); 상기 연결부재(200)의 타단과 결합된 피봇축(300); 상기 피봇축(300)에 고정형성된 가변길이조절부재(400); 상기 가변길이조절부재(400)의 일단이 연결된 스프링(700); 상기 와류발생실린더(100)의 상하운동이 상기 피봇축(300)을 통해 전달되어 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치(500); 상기 발전장치(500)를 고정지지되는 지지대(600); 및 상기 지지대(600)에 슬라이딩 가능하여 연결되며, 상기 스프링(700)의 타단이 연결된 스프링 연결블록(800)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치(1)를 바다 또는 하천에 설치하는 설치단계(S100); 바다 또는 하천의 유속에 의해 상기 와류발생실린더가 상하운동하는 와유기진동의 운동에너지가 상기 피봇축(300)을 회전시키는 피봇축 회전단계(S200); 상기 유속에 따라 공진이 발생하도록 상기 가변길이조절부재(400)를 조절하여 상기 스프링(700)의 작용반경을 조절하는 스프링 작용반경 조절단계(S300); 정적 평형을 조절하기 위해, 상기 스프링 연결블록(800)을 상기 지지대(600)를 따라 슬라이딩시켜 상기 스프링(700)의 장력을 변화시키는 장력조절단계(S350); 및 상기 피봇축(300)에 연결된 상기 발전장치(500)에서 상기 피봇축(300)의 회전운동이 전기에너지로 변환되어 발전되는 발전단계(S400)를 포함한다.
As shown in Fig. 13, the vortex vibration energy extraction method using the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type vortex vibration vibration
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it is conventional in the art that various changes, modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone who knows the knowledge of is easy to know.
1: 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치
100: 와류발생실린더 200: 연결부재
300: 피봇축 400: 가변길이조절부재
410: 길이가변가이드 420: 스프링 부착부
500: 발전장치 600: 지지대
700: 스프링 800: 스프링 연결블록
810: 가이드
S100: 설치단계 S200: 피봇축 회전단계
S300: 스프링 작용반경 조절단계 S350: 장력조절단계
S400: 발전단계1: spring action radius variable simple reciprocating pivot type vortex organic vibration energy extraction device
100: vortex generating cylinder 200: connecting member
300: pivot axis 400: variable length adjustment member
410: variable length guide 420: spring attachment portion
500: generator 600: support
700: spring 800: spring connection block
810: Guide
S100: installation step S200: pivot axis rotation step
S300: spring action radius adjustment step S350: tension adjustment step
S400: Development stage
Claims (13)
상기 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더;
상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재;
상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축;
상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재;
상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링;
상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동에 의해 가진되는 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 및
상기 발전장치를 고정지지하고, 상기 스프링의 타단이 고정되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.In a simple reciprocating pivot rotation type vortex organic vibration energy extraction device installed in the sea or river by the flow velocity of water,
A vortex generating cylinder in which vortices are generated by vortex peeling from the surface due to the flow rate and vortex organic oscillation up and down;
A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder;
A pivot shaft coupled to the other end of the connection member;
A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft;
A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected;
A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert energy excited by the vortex vibration into electrical energy; And
And a spring supporting radius variable simple reciprocating pivot-rotating vortex energy vibration extraction device, characterized in that the support device is fixed to the power generator and the other end of the spring is fixed thereto.
상기 가변길이조절부재는 길이가변가이드 및 스프링 부착부를 포함하고,
상기 길이가변가이드를 따라 상기 스프링 부착부가 이동가능하며,
상기 스프링 부착부에 상기 스프링이 부착되어 상기 스프링 부착부의 이동에 따라 상기 스프링의 작용반경이 가변되는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 1,
The variable length adjusting member includes a variable length guide and a spring attachment portion,
The spring attachment portion is movable along the length variable guide,
The spring is attached to the spring attachment portion is a spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that the action radius of the spring is variable according to the movement of the spring attachment portion.
상기 와류발생실린더는 원통형 실린더 형상인 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 1,
The vortex generating cylinder has a spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotation type vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that the cylindrical cylinder shape.
상기 연결부재가 회전운동되고 하중이 지지되도록 상기 피봇축은 외주면에 복수개의 베어링이 배열된 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 1,
The pivot axis is a simple reciprocating pivot type rotational vortex rotation type organic vibration energy extraction device, characterized in that a plurality of bearings are arranged on the outer circumferential surface so that the connecting member is rotated and the load is supported.
상기 가변길이조절부재에 연결된 스프링은 복수개이고,
상기 복수개의 스프링은 상기 지지대의 수직방향을 상기 가변길이조절부재를 중심으로 나눌 때, 동일 수직선상의 서로 반대방향에 위치하여, 시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링과 반시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링이 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 1,
A plurality of springs connected to the variable length adjustment member,
The plurality of springs are provided with springs for generating clockwise moments and springs for counterclockwise moments, which are located in opposite directions on the same vertical line when the vertical direction of the support is divided by the variable length adjusting member. Spring circumferentially variable simple reciprocating pivot type vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that to make.
상기 가변길이조절부재에 연결된 스프링은 복수개이고,
상기 복수개의 스프링은 상기 가변길이조절부재의 길이방향을 따라 상기 피봇축과 서로 반대방향에 위치하되, 상기 지지대를 상기 가변길이조절부재로 분할할 때, 동일 수직평면상에 위치하여, 시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링과 반시계방향 모멘트를 발생시키는 스프링이 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 1,
A plurality of springs connected to the variable length adjustment member,
The plurality of springs are located in the opposite direction to the pivot axis along the longitudinal direction of the variable length adjustment member, when the support is divided into the variable length adjustment member, located on the same vertical plane, clockwise moment Spring active radius variable simple reciprocating pivot rotating type vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that it is provided with a spring for generating a spring and a counterclockwise moment generating.
상기 유속에 의해 표면에서 보오텍스(vortex) 박리에 따라 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하는 와류발생실린더;
상기 와류발생실린더에 일단이 고정된 연결부재;
상기 연결부재의 타단과 결합된 피봇축;
상기 피봇축에 고정형성된 가변길이조절부재;
상기 가변길이조절부재의 일단이 연결된 스프링;
상기 와류발생실린더의 상하운동이 상기 피봇축을 통해 전달되어 와유기진동에 의해 가진되는 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치;
상기 발전장치를 고정지지되는 지지대; 및
상기 지지대에 슬라이딩 가능하여 연결되며, 상기 스프링의 타단이 연결된 스프링 연결블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.In a simple reciprocating pivot rotation type vortex organic vibration energy extraction device installed in the sea or river by the flow velocity of water,
A vortex generating cylinder in which vortices are generated by vortex peeling from the surface due to the flow rate and vortex organic oscillation up and down;
A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder;
A pivot shaft coupled to the other end of the connection member;
A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft;
A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected;
A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert energy excited by the vortex vibration into electrical energy;
A support for fixing the power generator; And
Slidingly connected to the support, the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that it comprises a spring connection block connected to the other end of the spring.
상기 가변길이조절부재는 길이가변가이드 및 스프링 부착부를 포함하고,
상기 길이가변가이드를 따라 상기 스프링 부착부가 이동가능하며,
상기 스프링 부착부에 상기 스프링이 부착되어 상기 스프링 부착부의 이동에 따라 상기 스프링의 작용반경이 가변되는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 7, wherein
The variable length adjusting member includes a variable length guide and a spring attachment portion,
The spring attachment portion is movable along the length variable guide,
The spring is attached to the spring attachment portion is a spring action radius variable type simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that the action radius of the spring is variable according to the movement of the spring attachment portion.
상기 스프링 연결블록이 상기 지지대를 따라 슬라이딩되고,
슬라이딩에 의해 상기 스프링의 길이를 조절하여, 상기 스프링의 장력을 조절하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.The method of claim 7, wherein
The spring connection block is slid along the support,
A spring reciprocating radius variable simple reciprocating pivot type vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that for adjusting the length of the spring by sliding, thereby adjusting the tension of the spring.
상기 스프링 연결블록은 상기 지지대에 고정된 가이드를 따라 슬라이딩 가능하고,
상기 스프링의 상하이동을 통해 장력을 조절하기 위해, 상기 스프링 연결블록을 상기 지지대를 따라 상하구동시키는 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.9. The method of claim 8,
The spring connection block is slidable along the guide fixed to the support,
And a spring operating radius variable simple reciprocating pivot rotating vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that it comprises a driver for vertically driving the spring connecting block along the support to adjust the tension through the shank movement of the spring.
상기 지지대는 커버부를 포함하여,
상기 가변길이조절부재는 상기 지지대의 내부에 포함되고, 상기 커버부에 의해 물과 수밀되는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치.9. The method of claim 8,
The support includes a cover portion,
The variable length adjusting member is included in the support, and the spring action radius variable simple reciprocating pivot rotation type vortex organic vibration energy extraction device, characterized in that the cover is watertight.
바다 또는 하천의 유속에 의해 상기 와류발생실린더가 상하운동하는 와유기진동의 운동에너지가 상기 피봇축을 회전시키는 피봇축 회전단계;
상기 유속에 따라 공진이 발생하도록 상기 가변길이조절부재를 조절하여 상기 스프링의 작용반경을 조절하는 스프링 작용반경 조절단계; 및
상기 피봇축에 연결된 상기 발전장치에서 상기 피봇축의 회전운동이 전기에너지로 변환되어 발전되는 발전단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법.A vortex generating cylinder in which vortices are generated by vortex peeling from the surface due to the flow rate of water and the vortices vibrate up and down; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert the kinetic energy of the vortex vibration into electrical energy; And an installation step of fixing and supporting the power generator and installing a spring reciprocating variable simple reciprocating pivot rotating type vortex vibration vibration energy extraction device on the sea or in a river, the support comprising a support on which the other end of the spring is fixed.
A pivot axis rotating step in which the kinetic energy of the vortex oscillation in which the vortex generating cylinder moves up and down by the flow velocity of the sea or the river rotates the pivot shaft;
A spring action radius adjustment step of adjusting the action radius of the spring by adjusting the variable length adjustment member so that resonance occurs according to the flow rate; And
A weaving machine using a spring action radius variable simple reciprocating pivot rotary type organic energy oscillation energy extraction device, characterized in that it comprises a power generation step in which the rotational motion of the pivot shaft is converted into electrical energy in the power generator connected to the pivot shaft. Vibration energy extraction method.
바다 또는 하천의 유속에 의해 상기 와류발생실린더가 상하운동하는 와유기진동의 운동에너지가 상기 피봇축을 회전시키는 피봇축 회전단계;
상기 유속에 따라 공진이 발생하도록 상기 가변길이조절부재를 조절하여 상기 스프링의 작용반경을 조절하는 스프링 작용반경 조절단계;
정적 평형을 조절하기 위해, 상기 스프링 연결블록을 상기 지지대를 따라 슬라이딩시켜 상기 스프링의 장력을 변화시키는 장력조절단계; 및
상기 피봇축에 연결된 상기 발전장치에서 상기 피봇축의 회전운동이 전기에너지로 변환되어 발전되는 발전단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작용반경 가변형 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법.
A vortex generating cylinder in which vortices are generated by vortex peeling from the surface due to the flow rate of water and the vortices vibrate up and down; A connecting member having one end fixed to the vortex generating cylinder; A pivot shaft coupled to the other end of the connection member; A variable length adjusting member fixed to the pivot shaft; A spring to which one end of the variable length adjusting member is connected; A power generation device for transferring the up and down motion of the vortex generating cylinder through the pivot shaft to convert the kinetic energy of the vortex vibration into electrical energy; A support for fixing the power generator; And a spring connection block slidably connected to the support and connected to the other end of the spring, the installation step of installing a variable spring reciprocating type simple reciprocating pivot rotary type organic vibration energy extraction device on the sea or in a river. ;
A pivot axis rotating step in which the kinetic energy of the vortex oscillation in which the vortex generating cylinder moves up and down by the flow velocity of the sea or the river rotates the pivot shaft;
A spring action radius adjustment step of adjusting the action radius of the spring by adjusting the variable length adjustment member so that resonance occurs according to the flow rate;
A tension adjusting step of changing the tension of the spring by sliding the spring connecting block along the support to adjust the static balance; And
A weaving machine using a spring action radius variable simple reciprocating pivot rotary type organic energy oscillation energy extraction device, characterized in that it comprises a power generation step in which the rotational motion of the pivot shaft is converted into electrical energy in the power generator connected to the pivot shaft. Vibration energy extraction method.
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