KR102023372B1 - 송수관 설치형 소수력 발전 터빈 - Google Patents

송수관 설치형 소수력 발전 터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR102023372B1
KR102023372B1 KR1020170147411A KR20170147411A KR102023372B1 KR 102023372 B1 KR102023372 B1 KR 102023372B1 KR 1020170147411 A KR1020170147411 A KR 1020170147411A KR 20170147411 A KR20170147411 A KR 20170147411A KR 102023372 B1 KR102023372 B1 KR 102023372B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water pipe
disk
braking
blade
blades
Prior art date
Application number
KR1020170147411A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190051582A (ko
Inventor
김홍선
명철수
Original Assignee
주식회사 지오에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 지오에너지 filed Critical 주식회사 지오에너지
Priority to KR1020170147411A priority Critical patent/KR102023372B1/ko
Publication of KR20190051582A publication Critical patent/KR20190051582A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102023372B1 publication Critical patent/KR102023372B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • F03B13/083—The generator rotor being mounted as turbine rotor rim
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y02E10/223—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

송수관 설치형 소수력 발전 터빈이 개시된다. 본 발명의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈은, 송수관 내부에 설치되는 수직축 터빈으로서, 회전축을 중심으로 복수의 블레이드를 갖는 회전자; 및 송수관에 결합되고, 회전축을 지지하는 베이스를 포함하고, 회전자는, 송수관의 중심선 위치에서 회전축에 결합되어 회전축과 복수의 블레이드를 연결하는 디스크를 포함하며, 복수의 블레이드는, 디스크의 위쪽에 배치된 복수의 제1 블레이드와, 디스크의 아래쪽에 배치된 복수의 제2 블레이드를 포함하고, 제1 블레이드와 제2 블레이드는 회전축의 중심선 위치를 기준으로 서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어지는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈을 제공할 수 있게 된다.

Description

송수관 설치형 소수력 발전 터빈{WATER PIPE INSTALLATION TYPE SMALL HYDRO TURBINE}
본 발명은 송수관 설치형 소수력 발전 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어지는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈에 관한 것이다.
인류는 산업혁명 이후 경제적 성장을 목표로 발전해 왔다. 경제성장의 견인차 역할을 위해 개발된 화석연료로 하여금 인간은 과거보다 풍요한 물질문명을 누리게 되었지만 그 부작용으로 인해 지구온난화라는 재난에 직면해 있다.
지구온난화에 대한 일차적인 해결책은 화석연료의 생산 수송 및 소비에 있어서 효율을 높이고 에너지를 절약함으로써 지구온난화의 주범인 온실가스를 감축하는 것이지만 근본적으로는 온실가스를 배출하지 않는 신재생에너지를 개발 이용함으로써 지속 가능한 친환경 에너지원을 확보하는 것이다.
신재생에너지원 중 소수력은 제1차 석유파동 이후 에너지 개발의 필요성이 대두되었던 1978년 안흥소수력 준공으로 최초 시작되었으며, 제2차 석유파동 이후 일반하천에 대한 소수력개발이 활발하게 진행되어 총 소수력 보급량 대비 50% 정도를 차지하고 있으나, 2000년 이후 수리권, 홍수소통, 기상 및 기후변화 등의 이치수 측면과 환경적 측면에서의 갈등으로 인해 개발이 확대되지 않고 있다.
현재는 다목적댐, 농업용 저수지, 농업용 보, 송수관, 하수처리장 등 기존 시설물을 이용한 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이 중 송수관로를 이용한 소수력 개발이 활성화되고 있다. 송수관로에 설치한 소수력은 운영방법에 따라 효율 변화가 많은 특징을 고려할 때 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급과 동시에 최대 효율점에서의 운영이 쉽지 않은 현실이다.
이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제1609821호에는 송수관 설치형 소수력 발전장치가 개시되고 있다. 등록특허공보 제1609821호는 펌프에 의해 압송되는 유체가 통과하는 송수관; 송수관의 내부에 설치되어 유체에 의해 회전하는 임펠러; 및 송수관의 외부에서 임펠러와 연결되어 임펠러의 회전력으로 발전하는 발전기;를 포함하여 구성되되, 임펠러는, 발전기의 구동축이 연결되고 상방으로 볼록한 원판 형상을 가지는 상부보스; 송수관에 축지되고 하방으로 볼록한 원판 형상을 가지는 하부보스; 및 상부보스와 하부보스의 가장자리를 일정간격으로 곡형을 이루며 연결하고 익형으로 형성되는 복수 개의 블레이드로 구성되는 것을 특징으로 한다.
등록특허공보 제1609821호는 임펠러의 개선된 형상을 통하여 송수관을 따라 압송되는 유체의 흐름 압력을 최대한 이용하여 전기에너지의 발전량을 극대화시킴으로써 발전효율이 크게 향상되는 이점이 있다.
그러나 등록특허공보 제1609821호는 임펠러가 헬리컬형(helical type) 수직형 터빈(Vertical Axis Turbine)으로 이루어짐에 따라, 송수관로의 중심선 방향으로 진행하는 물이 꽈배기 형태의 블레이드에 부딪히면서 진행방향과 다른 방향으로 굴절되는 비율이 높아 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하는 문제가 있었다.
또한, 등록특허공보 제1609821호는 물의 유동에너지가 3개의 블레이드로 전달되는 과정에서 임펠러에 형성되는 진동에너지에 의해 발전효율이 감소하는 한편, 진동에너지에 의한 임펠러 및 발전기의 피로파괴가 쉽게 발생하여 유지보수비용이 증가하는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허공보 제1609821호 (등록일: 2016.03.31)
본 발명의 목적은, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어지는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 송수관 내부에 설치되는 수직축 터빈으로서, 회전축을 중심으로 복수의 블레이드를 갖는 회전자; 및 상기 송수관에 결합되고, 상기 회전축을 지지하는 베이스를 포함하고, 상기 회전자는, 상기 송수관의 중심선 위치에서 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 상기 복수의 블레이드를 연결하는 디스크를 포함하며, 상기 복수의 블레이드는, 상기 디스크의 위쪽에 배치된 복수의 제1 블레이드와, 상기 디스크의 아래쪽에 배치된 복수의 제2 블레이드를 포함하고, 상기 제1 블레이드와 상기 제2 블레이드는 상기 회전축의 상기 중심선 위치를 기준으로 서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈에 의하여 달성된다.
상기 제1 블레이드는 상기 회전축을 중심으로 서로 120도의 사잇각을 형성하고, 상기 제2 블레이드는 상기 회전축을 중심으로 서로 120도의 사잇각을 형성하며, 상기 제1 블레이드와 상기 제2 블레이드는 상기 회전축을 중심으로 서로 60도의 사잇각을 형성하도록 이루어질 수 있다.
상기 블레이드의 외면은 상기 중심선을 중심으로 상기 송수관의 내면과 동일한 간격으로 이격되도록 이루어질 수 있다.
상기 디스크에는 복수의 관통홀이 상기 회전축을 중심으로 형성되고, 상기 관통홀은 상기 디스크보다 밀도가 작은 충전부재로 충전되도록 이루어질 수 있다.
상기 디스크에는 복수의 관통홀이 상기 회전축을 중심으로 형성되고, 상기 관통홀에는 제동부재가 각각 삽입되며, 상기 제동부재는, 상기 디스크의 위쪽 면과 동일 평면을 형성하는 제1 제동부; 상기 디스크의 아래쪽 면과 동일 평면을 형성하는 제2 제동부; 및 상기 제1 제동부와 상기 제2 제동부 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하고, 상기 송수관 내부 압력 증가시 상기 탄성부재가 압축되면서 상기 제1 제동부 및 제2 제동부가 상기 관통홀 내로 인입되어 난류(亂流)를 발생시키도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 제동부에는 삽입홀이 형성되고, 상기 제2 제동부에는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 제1 제동부와 동일 평면을 형성하는 돌출부재가 형성되며, 상기 탄성부재가 압축되면, 상기 돌출부재는 상기 제1 제동부의 상면보다 돌출되어 난류(亂流)를 발생시키도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 블레이드와 제2 블레이드는 회전축의 중심선 위치를 기준으로 서로 대칭을 이룸으로써, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어지는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 회전자의 부분 분해사시도.
도 2는 도 1의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 회전자의 사시도.
도 3은 도 1의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 사용상태를 나타내는 단면도.
도 4는 도 1의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 사용상태를 나타내는 평면투시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 회전자의 사시도.
도 6은 도 5의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 부분단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈은, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 회전자의 부분 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 회전자의 사시도이며, 도 3은 도 1의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 사용상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 사용상태를 나타내는 평면투시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 회전자의 사시도이고, 도 6은 도 5의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈의 부분단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈(10)은, 송수관(1) 내부에 설치되는 수직축 터빈으로서, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어지며, 회전자(100) 및 베이스(200)를 포함하여 구성된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(100)는 송수관(1) 내에서 유체의 유동에너지에 의해 회전운동하는 구성으로서, 회전축(110), 블레이드(120), 디스크(130) 및 연결부재(140)를 포함하여 구성된다. 회전자(100)는 다리우스형 터빈(Darrieus Type Turbine)을 형성한다.
회전축(110)은 회전자(100)의 중심축을 형성하는 구성으로서, 길이방향 양단부가 송수관(1)을 관통하여 베이스(200)에 의해 지지된다. 도시되지는 않았으나, 회전축(110)의 상단부는 회전식 발전기(미도시)의 축에 결합되어 회전식 발전기의 축에 회전자(100)의 회전력을 전달하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스크(130) 및 연결부재(140)에는 회전축(110)이 삽입되는 구멍(이하 '삽입구멍')이 형성된다. 도 2를 참조하면, 회전축(110)은 삽입구멍에 삽입된 상태에서 디스크(130) 및 연결부재(140)와 용접 또는 너트(미도시)에 의해 결합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 베이스(200)는 회전축(110)을 지지하는 구성으로서, 송수관(1)의 상측 및 하측 외면에 각각 결합되어 회전축(110)의 양단부를 회전 가능하게 지지하게 된다. 등록특허공보 제1609821호에 개시된 바와 같이, 회전식 발전기 및 회전축(110)을 지지하는 베이스(200)는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
블레이드(120)는 송수관(1)을 흐르는 유체의 유동에너지에 의해 회전력을 형성하는 구성으로서, 유선형 단면을 형성(도 4 참조)한다. 복수의 블레이드(120)는 유체의 유동에너지에 의해 양력 및 항력을 형성하게 된다. 회전자(100)는 블레이드(120)에 형성된 양력 및 항력에 의해 회전축(110)을 중심으로 회전하게 된다.
등록특허공보 제1609821호는 임펠러가 헬리컬형(helical type) 수직형 터빈(Vertical Axis Turbine)으로 이루어짐에 따라, 송수관로의 중심선 방향으로 진행하는 물이 꽈배기 형태의 블레이드에 부딪히면서 진행방향과 다른 방향으로 굴절되는 비율이 높아 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하는 문제가 있었다.
본 발명의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈(10)은, 회전자(100)를 다리우스형 터빈(Darrieus Type Turbine)으로 형성함으로써, 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 블레이드(120)의 외면은 중심선(CL)을 중심으로 송수관(1)의 내면과 동일한 간격으로 이격된다. 그리고 블레이드(120)는 길이방향을 따라 일정한 단면적을 형성한다. 따라서 블레이드(120)는 길이방향(중심선(CL)을 중심으로 한 원주방향)을 따라 대체로 일정한 양력 및 항력을 형성하게 된다.
송수관(1)로의 중심선(CL) 방향으로 진행하는 물은 블레이드(120)를 지난 후에도 대체로 송수관(1)로의 중심선(CL) 방향으로 진행하며, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하는 비율이 최소화된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 디스크(130)는 회전축(110)과 복수의 블레이드(120)를 연결하는 구성으로서, 송수관(1)의 중심선(CL) 위치에서 회전축(110)에 결합된다. 디스크(130)는 문자 그대로 원형판 형태로 형성된다. 디스크(130)는 금속 플레이트로 제작될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 디스크(130)의 회전 관성(rotational inertia)을 낮추기 위해 디스크(130)에는 복수의 관통홀(131)이 회전축(110)을 중심으로 형성되고, 관통홀(131)은 디스크(130)보다 밀도가 작은 충전부재(132)로 충전될 수 있다. 충전부재(132)는 금속보다 밀도가 작은 합성수지 등으로 마련될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 연결부재(140)는 디스크(130)의 위쪽과 아래쪽에서 회전축(110)과 복수의 블레이드(120)를 연결하는 구성으로서, 디스크(130)의 위쪽과 아래쪽에서 각각 회전축(110)에 결합된다.
연결부재(140)의 디스크(130)를 마주하는 면(이하 '제1면')은 디스크(130)의 상하면과 평행한 평면을 형성하고, 연결부재(140)의 송수관(1)을 마주하는 면(이하 '제2면')은 송수관(1)의 중심선(CL)을 중심으로 송수관(1)의 내면과 동일한 간격으로 이격된다. 이하에서는 디스크(130)의 위쪽에 구비된 연결부재(140)는 '제1 연결부재(140)'로 지칭하고, 디스크(130)의 아래쪽에 구비된 연결부재(140)는 '제2 연결부재(140)'로 지칭하고자 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드(120)는, 디스크(130)의 위쪽에 배치된 복수의 제1 블레이드(121)와, 디스크(130)의 아래쪽에 배치된 복수의 제2 블레이드(122)를 포함하여 구성된다. 도 4의 평면투시도에서 점선은 제1 블레이드(121)를 의미하고, 일점쇄선은 제2 블레이드(122)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 블레이드(121)의 상단부(이하 '제1 장착부(121A)')는 제1 연결부재(140)에 (용접 또는 볼트에 의해) 결합되고, 제1 블레이드(121)의 하단부는 디스크(130)의 상면에 (용접 또는 볼트에 의해) 결합된다. 제1 장착부(121A)는 제1 연결부재(140)에 결합된 상태에서 제2면과 동일하게 (송수관(1)의 중심선(CL)을 중심으로) 송수관(1)의 내면과 동일한 간격으로 이격된다.
제2 블레이드(122)의 하단부(이하 '제2 장착부(122A)')는 제2 연결부재(140)에 (용접 또는 볼트에 의해) 결합되고, 제2 블레이드(122)의 상단부는 디스크(130)의 하면에 (용접 또는 볼트에 의해) 결합된다. 제2 장착부(122A)는 제2 연결부재(140)에 결합된 상태에서 제2면과 동일하게 (송수관(1)의 중심선(CL)을 중심으로) 송수관(1)의 내면과 동일한 간격으로 이격된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 블레이드(121)는 회전축(110)을 중심으로 서로 120도의 사잇각을 형성하고, 제2 블레이드(122)는 회전축(110)을 중심으로 서로 120도의 사잇각을 형성한다. 그리고 제1 블레이드(121)와 제2 블레이드(122)는 회전축(110)을 중심으로 서로 60도의 사잇각을 형성한다. 따라서, 제1 블레이드(121)와 제2 블레이드(122)는 회전축(110)의 중심선(CL) 위치를 기준으로 서로 대칭을 이루게 된다.
등록특허공보 제1609821호는 물의 유동에너지가 3개의 블레이드로 전달되는 과정에서 임펠러에 형성되는 진동에너지에 의해 발전효율이 감소하는 한편, 진동에너지에 의한 임펠러 및 발전기의 피로파괴가 쉽게 발생하여 유지보수비용이 증가하는 문제가 있었다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈(10)은, 제1 블레이드(121)와 제2 블레이드(122)가 회전축(110)의 중심선(CL) 위치를 기준으로 서로 대칭을 이룸으로써, 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하게 된다.
즉, 등록특허공보 제1609821호는, 임펠러가 1 회전하는 과정에서 물의 유동에너지에 의해 임펠러에 형성되는 진동에너지가 임펠러의 1/3 회전마다 블레이드(120)로 전달되는 반면, 본 발명의 송수관 설치형 소수력 발전 터빈(10)은, 회전자(100)가 1 회전하는 과정에서 물의 유동에너지에 의해 회전자(100)에 형성되는 진동에너지가 회전자(100)의 1/6 회전마다 블레이드(120)로 전달됨에 따라, 회전자(100)가 1 회전하는 과정에서 생성된 진동에너지의 총량이 유사하더라도 분산발생되어 진동의 크기를 낮춤으로써, 피로파괴의 진행속도를 늦추고 유지보수시행의 주기를 늘리는 이점이 있다.
송수관(1) 내부로 물을 가압하는 송수펌프(미도시)의 오작동 등에 의해 송수관(1) 내부의 압력 및 유량이 증가하여 회전자(100)의 회전속도가 급격히 증가하는 경우, 위험한 사고(발전기 과부하, 임계속도에서의 공진 현상)를 초래할 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수관 설치형 소수력 발전 터빈(20)은, 디스크(130)에는 복수의 관통홀(131)이 회전축(110)을 중심으로 형성되고, 관통홀(131)에는 제동부재(133)가 각각 삽입되어 회전자(100)의 속도가 지나치게 빠를 때 자동으로 제동력을 형성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제동부재(133)는 제1 제동부(133A), 제2 제동부(133B) 및 탄성부재(133C)를 포함하여 구성된다.
제1 제동부(133A)는 송수관(1) 내부의 정상압력시 디스크(130)의 위쪽 면과 동일 평면을 형성하는 구성으로서, 제1 제동부(133A)의 상면은 디스크(130)의 위쪽 면과 평행한 평면을 형성한다. 제1 제동부(133A)의 측면은 관통홀(131)의 내면과 일정한 공극으로 이격되며, 제1 제동부(133A)는 관통홀(131)의 안쪽에서 상하방향으로 슬라이드 이동이 가능하다.
제1 제동부(133A)의 상면이 디스크(130)의 위쪽 면과 동일 평면을 형성한 상태에서 제1 제동부(133A)의 측면과 관통홀(131)의 내면은 단턱 구조에 의해 걸리며, 이에 따라 제1 제동부(133A)의 상면은 디스크(130)의 위쪽 면보다 돌출되지 않는다.
제2 제동부(133B)는 송수관(1) 내부의 정상압력시 디스크(130)의 아래쪽 면과 동일 평면을 형성하는 구성으로서, 제2 제동부(133B)의 하면은 디스크(130)의 아래쪽 면과 평행한 평면을 형성한다. 제2 제동부(133B)의 측면은 관통홀(131)의 내면과 일정한 공극으로 이격되며, 제2 제동부(133B)는 관통홀(131)의 안쪽에서 상하방향으로 슬라이드 이동이 가능하다.
제2 제동부(133B)의 하면이 디스크(130)의 아래쪽 면과 동일 평면을 형성한 상태에서 제2 제동부(133B)의 측면과 관통홀(131)의 내면은 단턱 구조에 의해 걸리며, 이에 따라 제2 제동부(133B)의 하면은 디스크(130)의 아래쪽 면보다 돌출되지 않는다.
탄성부재(133C)는 송수관(1) 내부의 압력증가시 제1 제동부(133A)를 아래쪽(제2 제동부(133B)를 위쪽)으로 슬라이드 이동시키는 구성으로서, 제1 제동부(133A)와 제2 제동부(133B) 사이에 개재되는 압축스프링으로 이루어진다.
도 6(a)는 송수관(1) 내부의 정상압력시 제1 제동부(133A)의 상면이 디스크(130)의 위쪽 면과(제2 제동부(133B)의 하면이 디스크(130)의 아래쪽 면과) 동일 평면을 형성한 상태를 나타낸다.
도 6(b)는 송수관(1) 내부의 국부적 압력증가시 제1 제동부(133A)의 상면이 디스크(130)의 위쪽 면보다 낮아진 상태를 나타낸다. 디스크(130)의 아래쪽은 정상압력이지만 디스크(130)의 위쪽에서 일시적으로 수압이 상승하는 경우, 제1 제동부(133A)의 상면은 디스크(130)의 위쪽 면보다 낮아질 수 있다.
도 6(c)는 송수관(1) 내부의 압력증가시 제1 제동부(133A)의 상면이 디스크(130)의 위쪽 면보다 낮아진 상태(제2 제동부(133B)의 하면이 디스크(130)의 아래쪽 면보다 높아진 상태)를 나타낸다.
도 6에서 수평방향의 화살표는 물의 흐름을 나타낸다. 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 송수관(1) 내부의 정상압력시 디스크(130)의 상면 위쪽에서 이동하는 물은 이동방향을 유지한 상태에서 제1 제동부(133A)의 상면 위쪽을 지나게 된다.
도 6(b)에 도시된 바와 같이, 디스크(130)의 위쪽에서 일시적으로 수압이 상승하는 경우, 수압상승에 의해 탄성부재(133C)가 압축되면서 제1 제동부(133A)가 관통홀(131) 내로 인입되어 제1 제동부(133A)의 상면은 디스크(130)의 위쪽 면보다 낮아지며, 이에 따라 디스크(130)의 위쪽 면과 제1 제동부(133A)의 상면 간 단턱형성에 의해 난류(亂流)를 발생시키게 된다.
도 5를 참조하면, 제동부재(133) 부근에 난류가 발생하게 되면, 제동부재(133) 뒤쪽의 블레이드(120)는 디스크(130)의 위쪽에서 난류의 영향을 받아 충분한 회전력을 형성하지 못하게 되며, 결과적으로 회전자(100)의 급격한 회전속도의 증가가 억제된다.
도 6(c)에 도시된 바와 같이, 디스크(130)의 위쪽과 아래쪽에서 수압이 상승하는 경우, 수압상승에 의해 탄성부재(133C)가 압축되면서 제1 제동부(133A) 및 제2 제동부(133B)가 관통홀(131) 내로 인입되어 제1 제동부(133A)의 상면은 디스크(130)의 위쪽 면보다 낮아(제2 제동부(133B)의 하면은 디스크(130)의 아래쪽 면보다 높아)지며, 이에 따라 디스크(130)의 위쪽 면과 제1 제동부(133A)의 상면(디스크(130)의 아래쪽 면과 제2 제동부(133B)의 하면) 간 단턱형성에 의해 난류(亂流)를 발생시키게 된다.
도 5를 참조하면, 제동부재(133) 부근에 난류가 발생하게 되면, 제동부재(133) 뒤쪽의 블레이드(120)는 디스크(130)의 위쪽과 아래쪽 모두에서 난류의 영향을 받아 충분한 회전력을 형성하지 못하게 되며, 결과적으로 회전자(100)의 급격한 회전속도의 증가가 억제된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수관 설치형 소수력 발전 터빈(20)은, 제1 제동부(133A)에는 삽입홀이 형성되고, 제2 제동부(133B)에는 삽입홀에 삽입되어 제1 제동부(133A)와 동일 평면을 형성하는 돌출부재(P)가 더 형성될 수 있다. 물론, 제2 제동부(133B)에도 삽입홀이 형성되고, 제1 제동부(133A)에도 삽입홀에 삽입되어 제2 제동부(133B)와 동일 평면을 형성하는 돌출부재(P)가 더 형성될 수 있다.
삽입홀에는 도면부호가 표시되지 않았으나 돌출부재(P)가 삽입되는 부분으로 이해되어야 한다. 도 6에서 탄성부재(133C)의 압축시 제1 제동부(133A)의 상면보다 돌출되는 돌출부재(P)는 '제1 돌출부재(P1)'로 표시하였고, 제2 제동부(133B)의 하면보다 돌출되는 돌출부재(P)는 '제2 돌출부재(P2)'로 표시하였다.
돌출부재(P)가 형성되면, 탄성부재(133C)의 압축시 제1 돌출부재(P1)가 제1 제동부(133A)의 상면보다 돌출(제2 돌출부재(P2)가 제2 제동부(133B)의 하면보다 돌출)되어 제동부재(133) 부근에서 난류(亂流) 발생량을 증가시키게 되며, 결과적으로 회전자(100)의 급격한 회전속도의 증가가 더욱 억제된다.
본 발명에 의하면, 제1 블레이드와 제2 블레이드는 회전축의 중심선 위치를 기준으로 서로 대칭을 이룸으로써, 송수관의 고유기능인 안정적인 용수공급을 방해하지 않으면서도, 진동에너지에 의한 발전효율이 감소 및 피로파괴의 발생이 감소하도록 이루어지는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈을 제공할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 소수력 발전 터빈
100 : 회전자 110 : 회전축
120 : 블레이드 121 : 제1 블레이드
121A : 제1 장착부 122 : 제2 블레이드
122A : 제2 장착부 130 : 디스크
131 : 관통홀 132 : 충전부재
133 : 제동부재 133A : 제1 제동부
133B : 제2 제동부 133C : 탄성부재
P : 돌출부재 140 : 연결부재
200 : 베이스
1 : 송수관
CL : 중심선

Claims (6)

  1. 송수관 내부에 설치되는 수직축 터빈으로서,
    회전축을 중심으로 복수의 블레이드를 갖는 회전자; 및
    상기 송수관에 결합되고, 상기 회전축을 지지하는 베이스를 포함하고,
    상기 회전자는, 상기 송수관의 중심선 위치에서 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 상기 복수의 블레이드를 연결하는 디스크를 포함하며,
    상기 복수의 블레이드는, 상기 디스크의 위쪽에 배치된 복수의 제1 블레이드와, 상기 디스크의 아래쪽에 배치된 복수의 제2 블레이드를 포함하고,
    상기 제1 블레이드와 상기 제2 블레이드는 상기 회전축의 상기 중심선 위치를 기준으로 서로 대칭을 이루며,
    상기 디스크에는 복수의 관통홀이 상기 회전축을 중심으로 형성되고,
    상기 관통홀에는 제동부재가 각각 삽입되며,
    상기 제동부재는,
    상기 디스크의 위쪽 면과 동일 평면을 형성하는 제1 제동부;
    상기 디스크의 아래쪽 면과 동일 평면을 형성하는 제2 제동부; 및
    상기 제1 제동부와 상기 제2 제동부 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하고,
    상기 송수관 내부 압력 증가시 상기 탄성부재가 압축되면서 상기 제1 제동부 및 제2 제동부가 상기 관통홀 내로 인입되어 난류(亂流)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 블레이드는 상기 회전축을 중심으로 서로 120도의 사잇각을 형성하고, 상기 제2 블레이드는 상기 회전축을 중심으로 서로 120도의 사잇각을 형성하며, 상기 제1 블레이드와 상기 제2 블레이드는 상기 회전축을 중심으로 서로 60도의 사잇각을 형성하는 것을 특징으로 하는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 외면은 상기 중심선을 중심으로 상기 송수관의 내면과 동일한 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제동부에는 삽입홀이 형성되고,
    상기 제2 제동부에는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 제1 제동부와 동일 평면을 형성하는 돌출부재가 형성되며,
    상기 탄성부재가 압축되면, 상기 돌출부재는 상기 제1 제동부의 상면보다 돌출되어 난류(亂流)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 송수관 설치형 소수력 발전 터빈.
KR1020170147411A 2017-11-07 2017-11-07 송수관 설치형 소수력 발전 터빈 KR102023372B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170147411A KR102023372B1 (ko) 2017-11-07 2017-11-07 송수관 설치형 소수력 발전 터빈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170147411A KR102023372B1 (ko) 2017-11-07 2017-11-07 송수관 설치형 소수력 발전 터빈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190051582A KR20190051582A (ko) 2019-05-15
KR102023372B1 true KR102023372B1 (ko) 2019-09-20

Family

ID=66579750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170147411A KR102023372B1 (ko) 2017-11-07 2017-11-07 송수관 설치형 소수력 발전 터빈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102023372B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101329246B1 (ko) * 2011-11-29 2013-11-14 (주)에코션 개선된 샤프트 및 스포크 구조를 갖는 조류발전용 터빈
KR101609821B1 (ko) * 2014-08-28 2016-04-06 경남과학기술대학교 산학협력단 송수관 설치형 소수력 발전장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190051582A (ko) 2019-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6257617B2 (ja) 流れ制御付き垂直軸風車および水車
CA2735181C (en) Improvements in ocean wave energy extraction
KR101620900B1 (ko) 조류 순응형 해상 부유식 풍력발전장치
CN104329205A (zh) 水流发电装置
CN106460773B (zh) 水电透平、锚固结构和相关的组装方法
CN105164405A (zh) 空气悬浮型小水力发电装置
JP2010528225A (ja) 水車
KR101654899B1 (ko) 소수력 발전장치
KR101035321B1 (ko) 풍과 수력을 이용한 전기 발전장치
CN103334860A (zh) 浮体式双叶轮潮流能发电装置
KR102023372B1 (ko) 송수관 설치형 소수력 발전 터빈
US9334848B2 (en) Wave generator
CN103758679A (zh) 一种叶片伸缩式潮流能发电装置
CN203670079U (zh) 一种叶片伸缩式潮流能发电装置
AU2002343271B2 (en) Wind energy transformation
JP2015140802A (ja) 水力発電装置
US20180003145A1 (en) Freely-controlled power generation apparatus
KR101715734B1 (ko) 부력형 소수력 발전기
KR101297569B1 (ko) 발전용 러너 장치
JP4876797B2 (ja) 水力機械及び水力機械用ステーリング
KR101590070B1 (ko) 수력 발전장치 및 수력 발전장치용 수차
KR102562035B1 (ko) 풍력 발전 장치
KR20100104694A (ko) 수평식 수력발전시스템
JP2010242666A (ja) 発電用タービンおよび発電装置
CN202118468U (zh) 一种螃蟹式的海洋潮流能发电海底固定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant