KR102037801B1 - Turbine blade for small hydro power and turbine comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 설명은 소수력 발전용 터빈 날개 및 이를 포함하는 터빈에 관한 것이다.The following description relates to a turbine blade for hydropower generation and a turbine comprising the same.
화석 연료 고갈에 따른 에너지 부족과 이산화탄소 배출에 의한 지구 온난화 현상은, 현재 대두되고 있는 인류의 큰 문제이다. 태양열, 풍력 또는 조력과 같은 대체 에너지 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 전체 에너지 소비량에 대한 대체 에너지의 충당 비율은 매우 미미한 수준이다. 또한, 대체 에너지의 생산 단가는 기존 방식에 비해 지나치게 높다는 문제가 있다.Global warming due to energy shortages and carbon dioxide emissions due to the depletion of fossil fuels is a major problem for humans. Development of alternative energy such as solar, wind or tidal power is active, but the proportion of alternative energy to total energy consumption is very small. In addition, there is a problem that the production cost of alternative energy is too high compared to the existing method.
본 발명은 작은 규모의 수력 발전에 적합한 터빈에 관한 것이다. 비교적 강수량이 풍부한 대륙의 동쪽 지역, 특히 동남아시아와 같은 지역은 해발 고도가 높은 산간 지역에서 계곡수가 흘러내리면서 발전 가능한 낙차를 잃어버리고 중하류로 유동한다. 이 때문에, 하류에서 대규모 댐과 인공호를 이용한 저낙차 대유량 수력 발전을 하거나, 중류 정도에서 드물게 발견되는 유로 변경식 발전적지를 활용하여 고낙차 발전을 하고 있는 상황이다. 이에 반하여, 근래에 중국, 미국 및 히말라야 등 일부 지역에서, 100m 이하의 낙차와, 초당 수십 리터 이하의 유량을 가진 수력 자원을 이용한 소수력 또는 초소수력 발전을 하고 있다. 이러한 소수력 또는 초소수력 발전은 발전 단가가 화력 발전보다도 낮으며, 넓은 지역에 걸쳐서 에너지 수확을 할 경우 총 발전량이 기존의 수력 발전량보다 훨씬 더 커지는 장점이 있다.The present invention relates to a turbine suitable for small scale hydro power generation. The eastern regions of the continent, which are relatively rich in precipitation, especially in Southeast Asia, are flowing in the middle and lower altitudes, losing valleys as they flow down and losing their viable fall. For this reason, low-flow large-flow hydroelectric power generation using large-scale dams and artificial lakes in the downstream, or the high-dropping power generation using the euro-modified development site rarely found in the midstream. On the other hand, in recent years, in some regions, such as China, the United States, and the Himalayas, small-scale or ultra-hydroelectric power generation using hydro resources with a drop of 100 m or less and a flow rate of less than tens of liters per second has been developed. Such small hydroelectric power generation or micro hydroelectric power generation cost is lower than that of thermal power generation, and when generating energy over a large area, the total power generation is much larger than the existing hydroelectric power generation.
소수력 발전은 대부분 중대형 수력 터빈을 소형으로 개조한 펠톤 수차나 터고 수차를 이용하고 있다. 펠톤 수차 및 터고 수차는, 중대형 발전 시설에서 경험상 80 내지 90%의 효율을 갖는다는 이유로 소수력 발전 시설에 채용된 것인데, 정작 펠톤 수차 및 터고 수차를 이용한 소수력 발전은 다음과 같은 이유로 실망스러운 효율을 갖는다. 노즐에서의 분류(奔流) 속도는 낙차의 1/2승에 비례하므로, 동일한 유량에서 낙차가 작아질수록 노즐의 직경이 커져야 한다. 이것은 낙차가 작을수록 터빈 날개에 분류가 부딪쳐야 할 면적이 커짐을 의미하고, 결국 낙차가 작을수록 터빈 날개는 되레 더 커져야 한다는 것을 의미한다. 이것은 실제에 있어서는 실현하기 어려우므로, 소수력 발전의 터빈 효율은 60% 정도까지 낮아진다. 이에 따라 소수력 발전용 터빈을 개발해야 필요성이 대두되고 있다.Most hydroelectric power generation uses Pelton's or popping aberrations, which are small to medium sized hydro turbines. Pelton and Turgo aberrations are employed in small hydro power plants because they have 80-90% efficiency in medium and large power plants. . Since the flow velocity at the nozzle is proportional to the half power of the drop, the smaller the drop at the same flow rate, the larger the diameter of the nozzle. This means that the smaller the drop, the larger the area the turbine blades must hit, and eventually, the smaller the blade, the larger the blade should be. Since this is difficult to realize in practice, the turbine efficiency of hydrophobic power generation is lowered by about 60%. Accordingly, there is a need to develop a turbine for small hydro power generation.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The background art described above is possessed or acquired by the inventors in the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technology disclosed to the general public before the application of the present invention.
일 실시 예의 목적은, 효율이 높고, 설치 및 운용이 용이한 소수력 발전용 터빈 날개 및 이를 포함하는 터빈을 제공하는 것이다.It is an object of an embodiment to provide a turbine blade for a small hydro power generation, which has high efficiency, and is easy to install and operate, and a turbine including the same.
일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개는, 상부가 진입하는 유체를 향해 일정 각도로 기울어진 진입 깃; 상기 진입 깃의 하단에 연결되고, 만곡된 형상을 갖고, 상기 진입 깃으로 진입한 유체를 반경 방향 또는 하방으로 안내하는 가이드부; 및 상기 가이드부의 하단으로부터 후방으로 연장 형성되고, 유체를 후방으로 배출시키는 하부 배출 깃을 포함할 수 있다. Turbine blades for hydrophobic power generation according to an embodiment, the entrance feather inclined at an angle toward the fluid entering the upper; A guide part connected to a lower end of the entry feather and having a curved shape and guiding a fluid entering the entrance feather in a radial direction or downward direction; And a lower discharge feather extending rearward from the lower end of the guide part and discharging the fluid to the rear.
상기 소수력 발전용 터빈 날개는, 상기 진입 깃 및 가이드부의 내측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 상기 터빈의 회전축을 향하는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 내측 배출 깃을 더 포함할 수 있다. The turbine blade for hydrophobic power generation is connected to the inner end of the entry blade and the guide portion, has a curved shape extending rearward, the inner discharge blade for discharging the fluid guided in the direction toward the rotation axis of the turbine to the rear It may further include.
상기 소수력 발전용 터빈 날개는, 상기 가이드부 중 상기 터빈의 외측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 상기 터빈의 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 외측 배출 깃을 더 포함할 수 있다. The turbine blade for hydrophobic power generation has a curved shape that is connected to an outer end of the turbine and extends backward, and discharges a fluid guided in a direction away from a rotational axis of the turbine to the rear. It may further include.
상기 진입 깃은, 상기 유체로부터 동력을 전달 받는 진입 바디; 및 상기 진입 바디의 외측 단부에 구비되고, 상기 외측 배출 깃의 위쪽에 구비되는 진입 홈을 포함할 수 있다. The entrance collar may include an entrance body receiving power from the fluid; And an entry groove provided at an outer end of the entry body and provided above the outer discharge feather.
상기 진입 홈의 끝단은 단부로 갈수록 좁아지는 첨단 형상일 수 있다. The end of the entry groove may have a tip shape that narrows toward the end.
상기 진입 깃은, 터빈의 회전축과 평행한 보조선에 대해 60도 내지 80도로 기울어질 수 있다. The entry vanes may be inclined at 60 to 80 degrees with respect to the auxiliary line parallel to the axis of rotation of the turbine.
상기 소수력 발전용 터빈 날개는, 상기 하부 배출 깃으로부터 돌출 형성되고, 상기 가이드부에 근접할수록 폭이 좁아지는 배출 안내 깃을 더 포함할 수 있다. The turbine blade for hydrophobic power generation may further include a discharge guide vane protruding from the lower discharge feather and narrowing closer to the guide portion.
상기 배출 안내 깃은, 상기 하부 배출 깃의 너비 방향으로 복수 개가 구비될 수 있다. The discharge guide feather may be provided in plurality in the width direction of the lower discharge feather.
일 실시 예에 따른 터빈은, 회전축을 중심으로 회전 가능한 바디; 및 상기 바디에 원주 방향으로 연결되는 복수 개의 소수력 발전용 터빈 날개를 포함하고, 상기 소수력 발전용 터빈 날개는, 상기 회전축을 포함하는 평면에 대해 일정 각도로 기울어진 진입 깃; 상기 진입 깃의 하단에 연결되고, 만곡된 형상을 갖고, 상기 진입 깃으로 진입한 유체를 반경 방향 또는 하방으로 안내하는 가이드부; 및 상기 가이드부의 하단으로부터 후방으로 연장 형성되고, 유체를 후방으로 배출시키는 하부 배출 깃을 포함할 수 있다. Turbine according to an embodiment, the body rotatable around the axis of rotation; And a plurality of hydrophobic power turbine blades connected to the body in a circumferential direction, wherein the hydrophobic power turbine blades include: an entrance feather inclined at an angle with respect to a plane including the rotation axis; A guide part connected to a lower end of the entry feather and having a curved shape and guiding a fluid entering the entrance feather in a radial direction or downward direction; And a lower discharge feather extending rearward from the lower end of the guide part and discharging the fluid to the rear.
상기 소수력 발전용 터빈 날개는, 상기 진입 깃 및 가이드부의 내측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 상기 회전축을 향하는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 내측 배출 깃을 더 포함할 수 있다. The hydrophobic turbine blade further includes an inner discharge blade connected to the inner ends of the entry blade and the guide part, having a curved shape extending rearward, and discharging the fluid guided in the direction toward the rotating shaft to the rear. can do.
상기 소수력 발전용 터빈 날개는, 상기 가이드부의 외측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 외측 배출 깃을 더 포함할 수 있다.The hydrophobic turbine blades may further include an outer discharge blade connected to an outer end of the guide portion, having a curved shape extending rearward, and discharging fluid guided in a direction away from the rotating shaft to the rear. .
일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개를 포함하는 터빈은, 개방형으로 노즐의 유효 면적이 크며 설치각에 여유가 많아서, 설치 및 운용이 용이하다.Turbine including a hydrophobic turbine blade for power generation according to an embodiment of the open type, the effective area of the nozzle is large and the installation angle is large, the installation and operation is easy.
또한, 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개를 포함하는 터빈은, 소수력 및 초소수력에 적합한 저낙차 포장 수력으로서 자연계에 대량으로 산포되어 수력 자원을 효율적으로 수확할 수 있다.In addition, the turbine including a hydrophobic turbine blade according to an embodiment is a low drop pavement hydraulic power suitable for hydrophobic and super hydropower can be scattered in large quantities in the natural world can efficiently harvest hydro resources.
또한, 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개를 포함하는 터빈은, 저낙차 발전 방식의 특성상 도관의 내압이 낮아 파이프 라인이 간결하고 저렴하며, 취배수 또한 단순하므로, 그 발전 단가도 낮아 매우 경제적이다.In addition, a turbine including a hydrofoil turbine blade according to an embodiment has a low internal pressure of a conduit due to the characteristics of a low drop power generation system, so that the pipeline is concise and inexpensive due to its low internal pressure. to be.
또한, 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개를 포함하는 터빈은, 유로 변경 방식이 아닌, 유로 유지 방식으로서 언제든 정지 및 철거가 가능하여, 생태계에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.In addition, a turbine including a hydrophobic turbine blade according to an embodiment may be stopped and removed at any time as a flow path maintenance method, rather than a flow path change method, thereby minimizing the impact on the ecosystem.
도 1은 일 실시 예에 따른 터빈의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 전방 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 정면도이다.
도 4는 도 3의 절개선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 도 3의 절개선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 도 3의 절개선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 정면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 단면도이다.1 is a perspective view of a turbine according to an embodiment;
2 is a front perspective view of a hydrofoil turbine blade according to an embodiment.
3 is a front view of a turbine blade for hydrophobic power generation according to an embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3.
5 is a cross-sectional view taken along the cut line VV of FIG. 3.
6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 3.
7 is a front view of a turbine blade for hydrophobic power generation according to an embodiment.
8 is a cross-sectional view of a turbine blade for hydrophobic power generation according to an embodiment.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but between components It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in any one embodiment and components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, the description in any one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions thereof will be omitted in the overlapping range.
도 1은 일 실시 예에 따른 터빈의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 전방 사시도이다.1 is a perspective view of a turbine according to an embodiment, and FIG. 2 is a front perspective view of a turbine blade for hydrophobic power generation according to an embodiment.
도 1 및 도 2를 참조하면, 터빈(100)은 바디(90) 및 복수 개의 소수력 발전용 터빈 날개(1)를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 소수력 발전용 터빈 날개(1)를 터빈 날개(1)로 지칭하기로 한다.1 and 2, the
바디(90)는 터빈(100)의 회전축(L1)을 중심으로 회전할 수 있다. 바디(90)는 복수 개의 터빈 날개(1)를 지지할 수 있다. 바디(90)는 복수 개의 터빈 날개(1)에 충격으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 바디(90)는 원형 또는 다각형의 플레이트 형상일 수 있다. 예를 들어, 바디(90)는 복수의 터빈 날개(1)와 일체형으로 제작될 수 있다.The
복수 개의 터빈 날개(1)는 노즐로부터 분사되는 유체에 의해 원주 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 터빈 날개(1)는 바디(90)에 고정되어, 도 1을 기준으로 시계 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 회전축(L1)이 지면에 직교할 때, 터빈 날개(1)의 이동 방향은 지면에 평행할 수 있다. 복수 개의 터빈 날개(1)는 바디(90)에 원주 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 터빈 날개(1)는 등 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 8개의 터빈 날개(1)는 회전축(L1)을 중심으로 서로 45도를 이루도록 바디(90)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 터빈 날개(1)는 스테인레스와 같은 금속 또는 PCV, PE 등의 고분자 재료로 형성될 수 있다.The plurality of
터빈(100)으로 유체를 분출하는 노즐은 터빈(100)의 원주면 상에서 반경 방향과 비스듬한 각도로 설치될 수 있다. 따라서, 노즐은 넓은 설치 각도의 여유를 갖고 많은 유량의 유체를 터빈(100)으로 전달할 수 있다.The nozzle for ejecting the fluid to the
터빈 날개(1)의 상부는, 노즐에서 분출된 유체가 충돌 직후 역류하지 않고 부드럽게 진입하게 할 수 있다. 터빈 날개(1)의 중앙부는, 도입된 유체가 반경 방향을 따라 내측 또는 외측으로 유동하게 하여 그 과정에서 원심력 및 코리올리 힘을 작용시켜 터빈에 동력을 전달하게 할 수 있다. 터빈 날개(1)의 내측 및 외측 측부와, 하부는 물이 터빈 날개(1)의 회전 방향과 반대 방향으로 배출되게 하여, 터빈에 보다 많은 동력을 전달하게 할 수 있다. 터빈 날개(1)는 진입 깃(11), 가이드부(12), 하부 배출 깃(13), 내측 배출 깃(14), 외측 배출 깃(15) 및 연결 부재(18)를 포함할 수 있다.The upper portion of the
진입 깃(11)은 노즐에서 분출된 유체가 직접 충돌하는 부분일 수 있다. 진입 깃(11)은 노즐에서 분출된 유체를 향해 기울어진 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 진입 깃(11)은 터빈(100)의 회전축(L1)을 포함하는 평면에 대해 일정 각도로 기울어질 수 있다. 이와 같은 형상으로 인해, 진입 깃(11)에 충돌한 유체는 곧바로 밖으로 튀어나가지 않으며, 진입 깃(11) 상에 동력을 전달하면서 진입 깃(11)을 따라 유동할 수 있다. 노즐에서 분출된 유체는 효율적으로 진입 깃(11)에 동력을 전달할 수 있다. 진입 깃(11)은 진입 바디(111) 및 진입 홈(112)을 포함할 수 있다.The
진입 깃(11)은 터빈 원주의 접선과 30도 내지 60도 가량의 각도로 기울어진 분류를 받아들일 수 있다. 예를 들어, 터빈 원주의 접선 방향과 평행한 보조선(L2) 및 분류 사이의 각도(θ1)는 30도 내지 60도일 수 있다. 분류가 진입 깃(11)으로 30도 내지 60도 각도로 진입할 수 있으므로, 노즐의 설치 위치는 상대적으로 제약이 없을 수 있을 뿐만 아니라, 노즐은 많은 양의 유체를 진입 깃(11)으로 분출 가능하다.The
진입 바디(111)는 노즐에서 분출된 유체가 직접 닿는 부분일 수 있다. 진입 바디(111)는 양 단부로 갈수록 높이가 낮아지는 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 형상을 통해, 진입 바디(111)는 노즐로부터 분출되는 유체를 효율적으로 수용하면서도, 유체가 닿지 않거나 유동하지 않는 부분의 면적을 최소화함으로써, 터빈 날개(1)의 경량화를 구현할 수 있다.The
진입 홈(112)은 진입 바디(111)의 외측 단부에 구비될 수 있다. 진입 홈(112)은 후술하는 외측 배출 깃(15)의 위쪽에 구비될 수 있다. 진입 홈(112)은 노즐로부터 분출되는 유체가 진입 바디(111)에 효율적으로 진입할 수 있도록 보조할 수 있다. 노즐로부터 분출되는 유체는 진입 홈(112)을 통과하여 진입 바디(111)에 충돌할 수 있다.The
가이드부(12)는 진입 깃(11)의 하단에 연결되고, 만곡된 형상을 갖고, 진입 깃(11)으로 진입한 유체를 반경 방향 또는 하방으로 안내할 수 있다. 진입 깃(11)으로 진입한 유체는, 가이드부(12)를 통해, 하부 배출 깃(13), 내측 배출 깃(14) 또는 외측 배출 깃(15)으로 유동할 수 있다. 터빈 날개(1)의 진행 방향을 기준으로, 가이드부(12)는 진행 방향을 향해 볼록한 플레이트 형상일 수 있다. 진입 깃(11)에 진입한 유체는 터빈 날개(1)의 진행 방향과 같은 방향으로 유동하고, 가이드부(12)에서 진행 방향이 변경되어 터빈 날개(1)의 진행 방향과 반대 방향으로 유동한다. 유체의 진행 방향이 가이드부(12)에서 변경되는 동안, 유체의 운동량은 가이드부(12)에 효율적으로 전달될 수 있다.The
하부 배출 깃(13)은 가이드부(12)의 하단으로부터 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 가질 수 있다. 진입 깃(11), 가이드부(12) 및 하부 배출 깃(13)은 곡면을 이룰 수 있다. 진입 깃(11)으로 진입한 유체는 가이드부(12)를 따라 유동하고, 뒤 이어 하부 배출 깃(13)을 따라 유동하여 후방으로 배출될 수 있다. 여기서, "후방"이란 터빈 날개(1)의 회전 방향과 반대되는 방향을 의미한다. 예를 들어, 하부 배출 깃(13)의 단부는 터빈 날개(1)의 회전축(L1)과 직교할 수 있다. 하부 배출 깃(13)을 통해 배출되는 유체가 후방으로 배출되므로, 유체는 터빈 날개(1)에 효과적으로 동력을 전달할 수 있다.The
내측 배출 깃(14)은 진입 깃(11) 및 가이드부(12)의 내측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 가질 수 있다. 여기서, "내측 단부"란 반경 방향을 기준으로 회전축(L1)에 근접한 단부를 의미한다. 진입 깃(11) 및 내측 배출 깃(14)은 곡면을 이룰 수 있고, 가이드부(12) 및 내측 배출 깃(14)은 곡면을 이룰 수 있다. 진입 깃(11)으로 진입한 유체 중 일부는 내측 배출 깃(14)을 따라 유동하여 후방으로 배출될 수 있고, 진입 깃(11)으로 진입한 유체 중 다른 일부는 가이드부(12)를 따라 유동한 뒤, 내측 배출 깃(14)을 따라 유동하여 후방으로 배출될 수 있다. 내측 배출 깃(14)을 통해 배출되는 유체가 후방으로 배출되므로, 유체는 터빈 날개(1)에 효과적으로 동력을 전달할 수 있다.The
외측 배출 깃(15)은 가이드부(12)의 외측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 가질 수 있다. 여기서, "외측 단부"란 반경 방향을 기준으로 회전축(L1)으로부터 멀리 떨어진 단부를 의미한다. 진입 깃(11), 가이드부(12) 및 외측 배출 깃(15)은 곡면을 이룰 수 있다. 진입 깃(11)으로 진입한 유체 중 일부는 가이드부(12)를 따라 유동한 뒤, 외측 배출 깃(15)을 따라 유동하여 후방으로 배출될 수 있다. 외측 배출 깃(15)을 통해 배출되는 유체가 후방으로 배출되므로, 유체는 터빈 날개(1)에 효과적으로 동력을 전달할 수 있다.The
연결 부재(18)는 터빈 날개(1)의 내측 단부로부터 회전축(L1)을 향해 돌출 형성될 수 있다. 연결 부재(18)는 바디(90)에 고정될 수 있다.The connecting
도 3은 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 정면도이고, 도 4는 도 3의 절개선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절개한 단면도이고, 도 5는 도 3의 절개선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절개한 단면도이고, 도 6은 도 3의 절개선 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절개한 단면도이다.3 is a front view of the turbine blade for hydrophobic power generation according to an embodiment, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the cut line IV-IV of FIG. 3, and FIG. 5 is a cut along the cut line V-V of FIG. 3. 6 is a cross-sectional view taken along the cut line VI-VI of FIG. 3.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 노즐로부터 분출된 유체가 부딪히는 타겟(T)이 도시된다. 타겟(T)에 부딪힌 유체는 진입 깃(11)을 따라 하방으로 유동할 수 있다. 진입 깃(11)은, 터빈의 회전축과 평행한 보조선(L3)에 대해 일정 각도로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 진입 깃(11)은 보조선(L3)에 대해 60도 내지 80도로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 타겟(T)을 포함하는 평면과 보조선(L3)이 이루는 각도(θ2)는 60도 내지 80도 일 수 있다. 이 경우, 진입 깃(11)은 노즐로부터 타겟(T)을 향해 분출되는 유체의 반발류는 감소하거나 거의 없어질 수 있고, 반발류로 인해 낭비되는 동력을 최소화할 수 있다.3 to 6, there is shown a target T to which the fluid ejected from the nozzle is hit. Fluid hitting the target T may flow downward along the
타겟(T)을 향해 진입한 유체 중 일부는, 제 1 유동 경로(F1)를 따라 유동하여 외부로 배출될 수 있다. 제 1 유동 경로(F1)는 진입 깃(11), 가이드부(12) 및 하부 배출 깃(13)을 따라 연결되는 곡면의 경로일 수 있다. 유체는 터빈 날개(1)의 회전 방향(R)과 반대 방향으로 배출될 수 있다. 유체는 터빈 날개(1) 상에 동력을 최대한으로 전달한 뒤, 터빈 날개(1)로부터 배출될 수 있다.Some of the fluid entering the target T may flow along the first flow path F1 and be discharged to the outside. The first flow path F1 may be a curved path connected along the
타겟(T)을 향해 진입한 유체 중 다른 일부는, 제 2 유동 경로(F2)를 따라 유동하여 외부로 배출될 수 있다. 제 2 유동 경로(F2)는 진입 깃(11) 및 내측 배출 깃(14)을 따라 연결되는 곡면의 경로(도 5 참조), 또는 가이드부(12) 및 내측 배출 깃(14)을 따라 연결되는 곡면의 경로(도 6 참조)일 수 있다. 유체는 관성으로 인해 직진하려는 성질이 있는데, 터빈 날개(1)는 반경 방향으로 연장되는 형상이므로, 유체가 터빈 날개(1)를 따라 내측으로, 즉, 제 2 유동 경로(F2)를 따라 유동하다 보면, 유체의 반경 방향 속도에 대한 터빈 날개(1)의 회전 속도가 상대적으로 감소할 수 있다. 이 때, 유체는 이에 저항하여 터빈 날개(1)를 회전 방향으로 밀치는 힘을 작용할 수 있다. 제 2 유동 경로(F2)를 따라 유동하는 유체는, 터빈 날개(1)의 회전 방향(R)과 반대 방향으로 배출될 수 있다. 유체는 터빈 날개(1) 상에 동력을 최대한으로 전달한 뒤, 터빈 날개(1)로부터 배출될 수 있다.Another part of the fluid entering toward the target T may flow along the second flow path F2 and be discharged to the outside. The second flow path F2 is connected along a curved path (see FIG. 5) connected along the
타겟(T)을 향해 진입한 유체 중 또 다른 일부는, 제 3 유동 경로(F3)를 따라 유동하여 외부로 배출될 수 있다. 제 3 유동 경로(F3)는 진입 깃(11), 가이드부(12) 및 외측 배출 깃(15)을 따라 연결되는 곡면의 경로일 수 있다. 제 3 유동 경로(F3)는 외측으로 갈수록 터빈 날개(1)의 회전 방향과 반대 방향으로 구배가 형성된 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상으로 인해, 제 3 유동 경로(F3)를 따라 유동하는 유체에는 원심력이 작용할 수 있고, 유체는 터빈 날개(1)를 회전 시키는 방향으로 힘을 전달할 수 있다. 유체는 터빈 날개(1)의 회전 방향(R)과 반대 방향으로 배출될 수 있다. 유체는 터빈 날개(1) 상에 동력을 최대한으로 전달한 뒤, 터빈 날개(1)로부터 배출될 수 있다.Another portion of the fluid entering toward the target T may flow along the third flow path F3 and be discharged to the outside. The third flow path F3 may be a curved path connected along the
진입 홈(112)의 끝단은 첨단 형상일 수 있다. 다시 말하면, 진입 홈(112)의 테두리부는 단부로 갈수록 좁아지는 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상으로 인해, 노즐에서 분출된 유체가 진입 홈(112)의 끝단에 부딪힐 때, 유체가 다음 날개에 부딪히지 못할 만큼 심하게 꺾여서 터빈 밖으로 튀어나가는 손실을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 터빈 날개(1) 중 노즐에서 분출된 유체가 처음으로 부딪히는 터빈 날개를 제 1 터빈 날개라고 하고, 터빈 날개의 회전 방향을 기준으로 제 1 터빈 날개의 전방에 배치된 터빈 날개를 제 2 터빈 날개라고 할 때, 노즐에서 분출된 유체 중 일부는 제 1 터빈 날개를 따라 유동하며 제 1 터빈 날개에 동력을 전달하고, 나머지는 진입 홈(112)에 의해 분리되어 제 2 터빈 날개에 부딪힐 수 있다. 진입 홈(112)의 첨단 형상은, 유체에 충돌하는 터빈 날개가 변경되는 과정에서 손실되는 동력을 최소화할 수 있다.An end of the
도 7은 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 정면도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 소수력 발전용 터빈 날개의 단면도이다.7 is a front view of the hydrophobic power turbine blades according to an embodiment, Figure 8 is a cross-sectional view of the hydrophobic power turbine blades according to an embodiment.
도 7 및 도 8을 참조하면, 터빈 날개(2)는 진입 깃(11), 가이드부(12), 하부 배출 깃(13), 내측 배출 깃(14), 외측 배출 깃(15), 연결 부재(18) 및 배출 안내 깃(16)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, the
배출 안내 깃(16)은 하부 배출 깃(13)으로부터 돌출 형성될 수 있다. 배출 안내 깃(16)은 가이드부(12)로부터 하부 배출 깃(13)을 향해 유동하는 유체를 안내하면서 한번 더 동력을 전달받을 수 있다. 예를 들어, 배출 안내 깃(16)은 가이드부(12)에 근접할수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 유체는 배출 안내 깃(16)의 좌측면 또는 우측면을 따라 유동하면서, 터빈 날개(2)를 회전 방향으로 회전 시키는 힘을 가할 수 있다. 배출 안내 깃(16)은 하부 배출 깃(13)의 너비 방향으로 복수 개가 구비될 수 있다.The
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although embodiments have been described with reference to the accompanying drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described structure, apparatus, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or may be combined with other components or equivalents. Appropriate results can be achieved even if they are replaced or substituted.
Claims (11)
상기 진입 깃의 하단에 연결되고, 만곡된 형상을 갖고, 상기 진입 깃으로 진입한 유체를 반경 방향 또는 하방으로 안내하는 가이드부; 및
상기 가이드부의 하단으로부터 후방으로 연장 형성되고, 유체를 후방으로 배출시키는 하부 배출 깃;
상기 진입 깃 및 가이드부의 내측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 터빈의 회전축을 향하는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 내측 배출 깃; 및
상기 가이드부 중 상기 터빈의 외측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 상기 터빈의 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 외측 배출 깃을 포함하고,
상기 진입 홈은 상기 외측 배출 깃의 위쪽에 구비되고,
상기 진입 홈의 테두리부는 단부로 갈수록 좁아지는 뾰족한 형상을 갖고,
상기 진입 깃은, 터빈의 회전축과 평행한 보조선에 대해 60도 내지 80도로 기울어진 소수력 발전용 터빈 날개.An entrance collar inclined at an angle toward a fluid into which an upper portion enters, and including an entrance body receiving power from the fluid, and an entrance groove recessed in an outer end of the entrance body;
A guide part connected to a lower end of the entry feather and having a curved shape and guiding a fluid entering the entrance feather in a radial direction or downward direction; And
A lower discharge collar extending rearward from the lower end of the guide part and discharging the fluid to the rear;
An inner discharge collar connected to the inner ends of the entry vane and the guide part, the inner discharge collar having a curved shape extending rearward and discharging a fluid guided in a direction toward the rotation axis of the turbine to the rear; And
An outer discharge collar connected to an outer end of the turbine, having a curved shape extending rearward, for discharging a fluid guided in a direction away from a rotation axis of the turbine to the rear;
The entry groove is provided above the outer discharge feather,
The edge portion of the entrance groove has a pointed shape that narrows toward the end,
The entrance vane is a hydrophobic turbine blade for tilting 60 to 80 degrees with respect to the auxiliary line parallel to the axis of rotation of the turbine.
상기 하부 배출 깃으로부터 돌출 형성되고, 상기 가이드부에 근접할수록 폭이 좁아지는 배출 안내 깃을 더 포함하는 소수력 발전용 터빈 날개.The method of claim 1,
And a discharge guide vane which protrudes from the lower discharge vane and becomes narrower in proximity to the guide unit.
상기 배출 안내 깃은, 상기 하부 배출 깃의 너비 방향으로 복수 개가 구비되는 소수력 발전용 터빈 날개.The method of claim 7, wherein
The turbine guide for hydrophobic power generation is provided with a plurality of discharge guide feather in the width direction of the lower discharge feather.
상기 바디에 원주 방향으로 연결되는 복수 개의 소수력 발전용 터빈 날개를 포함하고,
상기 소수력 발전용 터빈 날개는,
상기 회전축을 포함하는 평면에 대해 일정 각도로 기울어지고 유체로부터 동력을 전달 받는 진입 바디와, 상기 진입 바디의 외측 단부에 함몰 형성되는 진입 홈을 포함하는 진입 깃;
상기 진입 깃의 하단에 연결되고, 만곡된 형상을 갖고, 상기 진입 깃으로 진입한 유체를 반경 방향 또는 하방으로 안내하는 가이드부;
상기 가이드부의 하단으로부터 후방으로 연장 형성되고, 유체를 후방으로 배출시키는 하부 배출 깃;
상기 진입 깃 및 가이드부의 내측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 터빈의 회전축을 향하는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 내측 배출 깃; 및
상기 가이드부 중 상기 터빈의 외측 단부에 연결되고, 후방으로 연장되는 만곡된 형상을 갖고, 상기 터빈의 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 안내되는 유체를 후방으로 배출시키는 외측 배출 깃을 포함하고,
상기 진입 홈은 상기 외측 배출 깃의 위쪽에 구비되고,
상기 진입 홈의 테두리부는 단부로 갈수록 좁아지는 뾰족한 형상을 갖고,
상기 진입 깃은, 터빈의 회전축과 평행한 보조선에 대해 60도 내지 80도로 기울어진 터빈.A body rotatable about an axis of rotation; And
It includes a plurality of hydrophobic turbine blades circumferentially connected to the body,
The turbine blade for hydrophobic power generation,
An entry collar inclined at an angle with respect to a plane including the rotating shaft and receiving power from a fluid, and an entrance groove recessed at an outer end of the entrance body;
A guide part connected to a lower end of the entry feather and having a curved shape and guiding a fluid entering the entrance feather in a radial direction or downward direction;
A lower discharge collar extending rearward from the lower end of the guide part and discharging the fluid to the rear;
An inner discharge collar connected to the inner ends of the entry vane and the guide part, the inner discharge collar having a curved shape extending rearward and discharging a fluid guided in a direction toward the rotation axis of the turbine to the rear; And
An outer discharge collar connected to an outer end of the turbine, having a curved shape extending rearward, for discharging a fluid guided in a direction away from a rotation axis of the turbine to the rear;
The entry groove is provided above the outer discharge feather,
The edge portion of the entrance groove has a pointed shape that narrows toward the end,
The entry vane is inclined 60 to 80 degrees with respect to the auxiliary line parallel to the axis of rotation of the turbine.
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KR1020180053251A KR102037801B1 (en) | 2018-05-09 | 2018-05-09 | Turbine blade for small hydro power and turbine comprising the same |
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WO2021080029A1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | (주)에너지공작소 | Turbine blade for small hydroelectric power generation and turbine including same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020176779A1 (en) * | 1999-12-10 | 2002-11-28 | Georges Rossi | Method for assembling a pelton turbine wheel |
KR101053446B1 (en) * | 2011-04-04 | 2011-08-02 | 지유 주식회사 | Small hydropower generating apparatus |
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2018
- 2018-05-09 KR KR1020180053251A patent/KR102037801B1/en active IP Right Grant
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