KR101302164B1 - 발전용 터빈의 런너 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수력 발전용 터빈에 관한 것으로, 런너 블레이드가 유로에 대하여 경사지게 설치함으로써 발전 효율을 높이도록 하는 발전용 터빈의 런너 블레이드에 관한 것이다.
본 발명은 수력 발전용 프란시스 수차에서 런너의 측면에 설치된 블레이드가 후방으로 기울어지는 형태를 갖도록 함으로써 단위 수압에 대한 발전 효율을 높이도록 하는 것으로, 직선 형태를 갖는 런너의 외측에 블레이드가 설치되지 않고, 유선형으로 직경이 작아지는 쪽에 후방으로 기울어지는 형태로 설치함으로써 이루어진다.

Description

발전용 터빈의 런너 블레이드{Runner blade of turbine}

본 발명은 수력 발전용 터빈에 관한 것으로, 런너 블레이드가 유로에 대하여 경사지게 설치함으로써 발전 효율을 높이도록 하는 발전용 터빈의 런너 블레이드에 관한 것이다.

수력 발전용 터빈은 도 1에 도시된 모식도와 같이 유로(10)의 내측으로 런너(20)를 설치하되 상기 런너(20)에는 외측으로 블레이드(30)를 설치함으로써 유로(10)를 따라 수압이 가해질 경우 블레이드(30)에서 회전력을 얻어 런너(20)를 회전시키게 되고, 상기 런너(20)의 회전력은 회전축(40)을 통하여 외부에서 발전하는데 사용하고 있으며, 상기 블레이드(30)는 조절 샤프트(50)의 전후 이동에 따라 유로(10)에서의 각도가 변화되게 된다.

상기 런너(20)는 후방의 유압을 줄이기 위하여 물이 흘러나가는 방향으로 면적이 좁아지는 유선형으로 이루어지고, 상기 런너(20)에는 외측을 향하여 수 개의 블레이드(30)가 설치됨으로써 물의 이동에 따라 작용하는 수압에 블레이드(30)가 반응하여 회전력을 얻게 되고, 블레이드(30)에서 발생한 회전력은 런너(20)를 회전시킴으로써 회전축(40)을 회전시키게 된다.

기존의 런너(20)에 설치된 블레이드(30)는 런너(20)의 중심에서 수직 방향으로 회동이 가능하게 설치되고, 조절 샤프트(50)를 회동시킴에 따라 링크(60)로 결합된 블레이드(30)가 회동하면서 블레이드(30)의 각도가 조절된다.

런너(20)의 블레이드(30) 각도를 조절하는 것은 유로(20)를 따라 이동하는 유압이 수량에 따라 변하기 때문인 것으로, 수량에 따른 유압의 변화를 블레이드(30)의 각도를 조절함으로써 런너(20)의 회전량을 일정하게 유지시키도록 하고 있다.

본 발명은 수력 발전용 프란시스 수차에서 런너의 측면에 직각 방향으로 블레이드가 설치되는 관계로 런너와 유로와의 폭이 일정한 상태에서 유압을 받음으로서 최대한 수압을 이용하지 못하는 문제를 해결하기 위한 것으로, 동일 직경의 유로에서 동일 사양의 수차를 설치하는 경우 수차의 회전력을 높여 발전 효유를 극대화시키도록 하는 것이다.

즉, 기존의 프란시스 수차에서 블레이드의 각도를 조절함에 따라 발전효율을 일부 조절할 수 있으나, 수압에 따른 최대한의 발전효율을 얻어낼 수 없는 것이었다.

본 발명은 수력 발전용 프란시스 수차에서 런너의 측면에 설치된 블레이드가 후방으로 기울어지는 형태를 갖도록 함으로써 단위 수압에 대한 발전 효율을 높이도록 하는 것으로, 직선 형태를 갖는 런너의 외측에 블레이드가 설치되지 않고, 유선형으로 직경이 작아지는 쪽에 후방으로 기울어지는 형태로 설치함으로써 이루어지는 것으로, 상기 블레이드도 조절 샤프트의 회전에 따라 좌우 회동되며 수압에 따른 각도를 조절하는 것이다.

본 발명은 유로로 프란시스 수차의 블레이드가 유로에 직각으로 설치되지 않고 경사지게 설치함으로써 런너의 후방에서 최대 수압이 블레이드에 작용하여 발전 효율을 높이도록 하는 것이다.

본 발명은 프란시스 수차에 설치된 블레이드가 유로에 경사지게 설치하되 런너의 후방으로 기울어지는 형태를 갖도록 하는 것으로, 유로를 타고 이동하는 수압이 최대한 블레이드에 작용하여 런너의 운동 회전력을 상승시킴으로써 발전 효율을 높이도록 하는 것이다.

특히 본 발명은 저낙차에서 단위 수량에 대하여 블레이드에 작용하는 수압을 높임으로써 저낙차중에서 단위 수량당 발전 효율을 높이는 것이다.

도 1은 기존 수차의 설명도
도 2는 본 발명 수차의 설명도
도 3은 본 발명의 블레이드 요부 사시도
도 4는 본 발명의 블레이드 요부 측면도
도 5는 본 발명의 블레이드 요부 정면도

본 발명은 프란시스 수차에 관한 것으로, 프란시스 수차의 블레이드가 유로와 직각으로 설치되지 않고 런너의 후방을 향하는 쪽으로 경사지게 설치된 상태에서 블레이드의 회동이 이루어지게 함으로써 블레이드에 가해지는 수압을 높여 런너의 운동 회전력을 증가시켜 발전효율을 높이는 것이다.

본 발명은 유로에 설치된 런너의 외측으로 블레이드를 설치하되 상기 블레이드가 런너의 후방 쪽을 향하게 기울여 설치가 이루어지도록 하고, 상기 런너의 후방은 유선형을 이루도록 함으로써 런너의 외측에서 유로를 따라 흐르게 되는 물이 런너의 후방쪽으로 이동하면서 유속이 느려지고 유압도 낮아지게 되며, 이때 유속과 유압이 변화되는 위치에서 블레이드에 유속과 유압이 집중되어 운동 회전력을 높이는 것이다.

본 발명에서 블레이드는 런너에 후방으로 기울어진 상태로 설치되는 한편 상기 런너의 조절 샤프트에 결합되어 조절 샤프트를 회전축을 따라 전후진 시킴에 따라 블레이드의 각도가 조절되는 것으로, 상기 블레이드는 중심축이 회동 자재로 런너에 결합된 상태에서 선단 일측에 결합된 회전볼을 조절 샤프트에 형성된 볼하우징에 끼워진 채로 전후진 시킴으로써 블레이드가 중심축을 중심으로 회동하며 블레이드의 각도를 조절하게 된다.

본 발명은 유로에 직각 방향으로 블레이드가 설치되어 각도가 조절되는 경우에는 유속과 수압의 변화에 직접적으로 전달되는 기존 프란시스 수차 방식과 비교할 때, 런너의 두께가 줄어드는 위치에서 발생되는 수압과 유속의 변화로 인하여 블레이드의 회전 에너지를 높이도록 하는 것으로, 블레이드가 런너의 후방을 향하게 기울어지게 함으로써 런너의 회전 운동력을 높이기 위한 기술적 과제를 해결하게 된다.

즉, 본 발명은 런너의 외측으로 직각 방향의 블레이드를 설치하는 기존 프란시스 수차의 일반적인 구조에서 벗어나, 블레이드가 런너의 후방을 향하여 기울어지도록 설치함으로써 유로를 흐르는 수압과 유속이 런너의 후방에서 유로의 면적이 넓어지면서 낮아지는 쪽으로 변하게 되고, 이때 발생하는 수압과 유속의 변화가 기울진 블레이드에 작용하면서 블레이드의 회전력을 높이게 되며, 이로 인하여 저낙차에서도 런너의 회전 운동력을 높여 발전효율을 높이는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 설명한다.

본 발명은 저낙차용 프란시스 수차의 런너(200)에 설치되는 블레이드(300)의 설치각도가 유로(100)에 직각으로 설치되지 않고 런너(200)의 후방을 향하여 기울어지게 설치하는 것으로, 런너(200)의 외측에서 일정한 수압과 유속으로 지나는 물이 런너(200)의 후방에서 런너(200)가 유선형으로 변함에 따라 유속과 수압의 변화가 발생하게 되고, 이를 이용하여 블레이드(300)에 회전력을 전달하는 것이다.

본 발명에서 유로(100)는 낙차를 갖고 이동하는 물의 통로이고, 상기 유로(100)에는 중앙에 블레이드(300)가 구비된 런너(200)를 설치하되 상기 런너(200)는 회전축(400)과 결합되게 하고, 상기 회전축(400)에는 조절 샤프트(500)를 설치하되 상기 회전축(400)과 조절 샤프트(500)는 런너(200)와 함께 회전되게 한다.

본 발명의 런너(200)는 후방으로 갈수록 유선형을 갖고 좁아지는 형태를 갖게 되는 것으로, 유로(100)에 런너(200)가 설치되면 런너(200)의 측방향에서는 사방으로 동일한 수압과 유속을 갖게 되고, 런너(200)의 측면에서 후방으로 넘어가는 유선형이 형성되는 부분에서 측방향과는 다른 유속과 수압을 갖게 되며, 런너(200)의 측방향과 런너(200)의 후방을 비교할 때 후방의 면적이 넓은 관계로 수압과 유속이 낮아지게 된다.

이때 유속과 수압이 낮아지면서 상당한 에너지가 발생하게 되고, 본 발명은 이렇게 발생되는 에너지를 블레이드(300)로 전달받아 런너(200)의 회전 운동력을 높이도록 하는 것이다.

본 발명의 런너(200)에는 외측으로 등 간격을 갖고 블레이드(300)를 설치하되 상기 블레이드(300)는 런너(200)의 후방을 향하여 기울여지도록 설치하며, 상기 블레이드(200)의 기울어진 각도는 2-3°가 되도록 한다.

본 발명은 블레이드(300)를 런너(200)의 외측으로 돌출되게 설치하되 런너(200)의 후방을 향하여 2-3°기울어지도록 설치하는 것으로, 런너(200)의 후방쪽에서 유선형으로 좁아지는 쪽으로 기울어지도록 한다.

상기 블레이드(300)는 조절 샤프트(500)의 전후진에 의해 각도가 조절되는 것으로, 블레이드(300)의 중앙에 돌출되게 형성된 중심축(700)이 런너(200)에 회동 가능하게 결합하고, 상기 블레이드(300)의 선단 일측으로 돌출되게 회전볼(800)을 형성하여 회전볼(800)을 조절 샤프트(500) 방향으로 당기거나 밀어줌으로써 블레이드(300)의 각도가 조절되게 한다.

상기 회전볼(800)에는 볼하우징(900)이 외삽되고, 상기 볼하우징(900)은 조절 샤프트(500)에 결합되게 되므로, 조절 샤프트(500)를 밀고 당기게 되면 볼하우징(900)이 이동하면서 회전볼(800)을 밀거나 당기게 되고, 회전볼(800)이 밀거나 당겨지면 블레이드(300)는 중심축(700)을 중심으로 회동되면서 각도가 조절되는 것이다.

본 발명에서 블레이드(300)의 각도를 조절하기 위하여 회전볼(800)과 볼하우징(900)을 사용하고 있으나, 블레이드(300)의 각도를 조절하는 방법은 다양하게 실시될 수 있는 것으로, 본 발명은 블레이드(300)가 런너(200)의 후방으로 기울어져 설치되는 것을 기술적 특징으로 하는 것이어서, 블레이드(300)의 각도를 기울어져 설치하되 블레이드(300)의 각도를 조절하는 수단이 다르다하여 본 발명의 권리를 벗어난다고 할 수 없다.

이러한 구성의 본 발명은 저낙차를 갖는 소수력 발전에 사용되는 것으로, 적은 낙차에도 불구하고 최상의 에너지를 도출하여 발전효율을 높이는 것으로써, 런너(200)의 블레이드(300)를 후방 쪽으로 기울어지게 설치하는 것이다.

본 발명은 런너(200)의 측면을 유로(100)와 일정 면적을 갖게 되어 유속과 수압이 일정하게 유지되게 하고, 런너(200)의 후방을 유선형으로 형성하여 런너(200)의 측면에서 후방으로 갈 때 수압과 유속이 저하되게 한 후 유로(100)의 내부에서 수압과 유속이 저하될 때 발생되는 운동에너지를 블레이드(300)에 전달하여 블레이드(300)의 회전 에너지를 높이도록 한다.

본 발명은 런너(200)에 설치된 블레이드(300)가 유로(100)를 타고 이동하는 물과 직각의 방향으로 수압을 받는 경우보다, 블레이드(300)를 후방으로 2-3°기울게 한 상태에서 유로(100)를 타고 이동하는 물로부터 수압을 받도록 하는 것이 블레이드(300)에 가해지는 에너지가 높게 되어 블레이드(300)의 회전력을 높이게 된다.

특히, 런너(200)의 측면을 흐르는 물은 유로(100)와 같은 방향으로 동일한 면적을 갖게 되어 유속과 수압이 일정하게 유지되나, 런너(200)의 후방에서 유선형으로 좁아지기 때문에 런너(200)의 측면을 지나 후방 유선형으로 변하는 부분에서 유로(100)를 흐르는 면적이 넓어지기 때문에 수압과 유속이 런너(200)의 측면에 비하여 느려지게 되고, 이때 유속과 수압이 변하는 경우 발생하는 에너지가 블레이드(300)를 2-3° 기울여 설치하는 것이 에너지를 흡수에 유리하기 때문에 블레이드(300)에 가해지는 에너지가 높게 된다.

이와 같이 블레이드(300)에 가해지는 회전력은 런너(200)의 운동 회전력을 높이게 되므로, 회전력이 높아지게 되고, 이에 따라 회전축(400)의 회전속도가 증가하여 발전 효율이 높게 된다.

즉, 블레이드(30)를 런너(20)의 측방향으로 직각이 되게 설치하는 경우의 발전 효율에 비하여, 본 발명과 같이 블레이드(300)를 런너(200)의 후방을 향하여 블레이드(300)를 2-3° 기울어지게 설치하는 것이 발전효율을 높일 수 있다.

본 발명의 블레이드(300)는 런너(200)의 측면에서 후방으로 기울어지게 설치된 상태에서 조절 샤프트(500)의 전후 이동에 따라 각도가 조절되어야 하는 것으로, 블레이드(300)의 각도를 조절하는 것은 전술된 바와 같이 유속과 수량의 차이가 있음에도 불구하고 런너(200)의 회전력을 일정하게 유지하기 위한 것이다.

본 발명에서 조절 샤프트(500)를 런너(200)에서 멀어지는 쪽으로 당기거나 반대로 밀게 되면, 볼하우징(900)이 전후로 밀리게 되고, 상기 볼하우징(900)이 전후로 밀리게 되면 회전볼(800)이 전후 이동되면서 블레이드(300)가 중심축(700)을 중심으로 회동하게 된다.

여기서, 블레이드(300)는 블레이드(300)의 선단 중앙에 형성된 중심축(700)이 런너(200)에 회동 가능하게 결합되는 것으로, 회전볼(800)은 상기 중심축(700)의 일측에 형성되는 관계로 볼하우징(900)으로 둘러쌓인 회전볼(800)을 당기거나 밀게 되면 블레이드(300)는 중심축(400)을 중심으로 좌우 회동되면서 각도를 조절하게 된다.

이와 같이 본 발명은 프란시스 수차의 런너(200)에 설치되는 블레이드(300)가 유로(100)에 대하여 직각으로 설치되지 않고 런너(200)의 후방을 향하여 기울어지게 설치하되 상기 블레이드(300)는 조절 샤프트(500)의 전후 이동에 따라 유로(100)에 대한 각도가 조절되는 것으로, 저낙차에서도 블레이드(300)를 회전시키는 힘이 강하여 단위 수량에 대한 발전단가를 높일 수 있다.

100 : 유로 200 : 런너
300 : 블레이드 400 : 회전축
500 : 조절 샤프트 700 : 중심축
800 : 회전볼 900 : 볼하우징

Claims (3)

1. 낙차를 갖고 물이 흐르는 유로(100)의 중앙에 설치되는 런너(200)를 구비하되 상기 런너(200)는 후방이 유선형을 갖게 되고,
   상기 런너(200)에는 유선형으로 변하는 부분에서 외측으로 블레이드(300)를 설치하되 상기 블레이드(300)는 런너(200)의 중심을 향한 직각 방향에서 후방으로 2-3^o 기울어지게 설치하며,
   상기 런너(200)의 유선형으로 변하는 부분에 설치된 블레이드(300)는 중심축(700)에 의해 결합되게 하되 상기 중심축(700)의 중심을 벗어난 위치에 회전볼(800)을 설치한 후 상기 회전볼(800)이 끼워지는 볼하우징(900)을 회전축(400) 방향으로 설치된 사프트(500)의 선단에 형성함으로써 조절 샤프트(500)의 전후진에 따라 블레이드(300)가 물과 부딪히는 각도가 조절되게 하고,
   상기 런너(200)의 회전은 회전축(400)을 통하여 발전기와 연결되는 것을 특징으로 하는 발전용 터빈의 런너 블레이드.
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