KR102148933B1

KR102148933B1 - 모델수차의 자동간극 조절장치

Info

Publication number: KR102148933B1
Application number: KR1020190137848A
Authority: KR
Inventors: 구본철; 박노현; 구송이; 조용; 최종웅; 김선우
Original assignee: 주식회사 금성이앤씨; 한국수자원공사
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-08-28

Abstract

본 발명은 프란시스 수차의 제작 및 설치 전에 설계단계에서 제작되는 모델수차에 관한 것으로, 모델수차의 런너를 수차에 조립함에 있어서 런너와의 동심도를 자동으로 유지할 수 있도록 하는 모델수차의 자동간극 조절장치에 관한 것이다.
본 발명은 수차의 케이싱 중앙에 런너를 조립하는 모델수차에 있어서, 상기 런너의 외측으로 런너와 일정 간격을 유지하는 유동실링을 설치하되 상기 유동실링은 케이싱에 고정된 실링캡에 끼워지는 형태로 설치되고, 상기 실링캡과 유동실링은 일정 간격을 유지하게 끼워지며, 상기 유동실링의 내측에는 런너의 마찰시 실링의 마모를 방지하는 밴드를 설치함으로써 이루어진다.

Description

모델수차의 자동간극 조절장치{AUTOMATIC ADJUSTER OF GAP IN WATER WHEEL MODEL}

본 발명은 프란시스 수차의 제작 및 설치 전에 설계단계에서 제작되는 모델수차에 관한 것으로, 모델수차의 런너를 수차에 조립함에 있어서 런너와의 동심도를 자동으로 유지할 수 있도록 하는 모델수차의 자동간극 조절장치에 관한 것이다.

수차 발전기는 물의 낙차를 이용하여 수차를 통해 발전기의 회전축을 회전시켜 전력을 생산하는 장치로써 크게 반동형과 충동형이 있으며, 반동형은 수차 전후 물의 압력 차이에서 에너지를 얻는 타입으로 수위 차이가 작지만 유량이 큰 조건에 적합한 것으로 프란시스형이나 프로펠러형 및 튜브형 등이 있고, 충동형은 물의 흐름의 운동에너지를 충돌시켜 에너지를 얻는 타입으로 유량은 적지만 수위 차이가 큰 조건에 적합한 것으로 펠톤형이나 타고형 및 크로스 흐름형 등이 있으나, 우리나라의 경우 충동형 수차보다는 반동형 수차가 대부분이며, 반동형 수차 중에서도 프란시스형이 압도적으로 사용되고 있다.

프란시스 수차는 런너(runner)가 스파이럴(spiral) 형상을 갖는 케이싱의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 케이싱의 외주와 연결된 유입관로를 통해 물이 유입되어 런너의 원주방향을 거쳐 축방향으로 유출되게 구성되는 것으로, 이러한 프란시스 수차는 설치되는 장소의 수량 및 낙차 등의 환경요건에 따라 최적의 효율 달성을 위하여 런너, 스테이베인 및 가이드베인 등의 종류나 깃수, 배치 등이 면밀하게 설계되어야 하나, 이상적인 설계와 제작은 현실상 이루어질 수 없기 때문에 실제 프란시스 수차와 동일한 형상을 가지되 1/10 정도의 비율 크기로 프란시스 수차모델을 제작하여 성능시험을 하게 된다.

모델수차는 중규모 급의 수차에 상사법칙을 적용하여 시험해봄으로써 실물수차에서 동일한 성능을 사전에 예측하는 시험방법으로 사용되는 것으로, 이런 중규모 실물 수차의 러너 크기가 보통 지름 2~4m정도 이고 모델수차의 러너는 250~400mm를 넘지 않기 때문에 도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이 런너(30)와 케이싱(10)의 고정실링(20) 사이의 간격을 조절하는 것에 어려움을 겪게 되는 것으로, 실제 수차에서는 2mm의 간격으로 높은 정밀도를 유지하며 조립이 이루어져야 하나, 모델수차에서는 0.2mm 이하의 간격으로 조립이 이루어져야 하기 때문에 모델수차에서 런너(30)와 케이싱의 고정실링(20) 사이의 간극 조절이 대단히 어려운 일이다.

특히, 모델수차의 간극이 좁기 때문에 높은 정밀도를 유지하며 런너(30)를 조립할 때 고정실링(20)과의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 볼트로 고정시켜 조립하더라도, 런너(30)의 조립과정에서 조립공수가 많고 높은 정밀도를 유지하며 조립하기가 쉽지 않기 때문에 조립 후 런너(30)를 회전시키면 조립오차로 인하여 도 3과 같이 런너(30)가 편심되게 틀어져서 위치에 따른 간격이 서로 다르게 되어 런너(30)와 고정실링(20)이 닿으며 간격을 일정하게 유지하지 못하기 때문에 동심도를 확보하지 못하는 문제가 있다.

따라서, 런너 회전시 편심을 유지할 수밖에 없고, 이 같이 편심이 형성되는 틈새는 동심을 유지하는 틈새에 비하여 유량이 2배 정도 많이 흐르기 때문에 하류 유동분포나 런너 상단의 감압구조 시험에 절대적인 영향을 미치기 때문에 동심도를 유지하는 것이 중요하다.

특허등록 10-1911022호(2018.10.17 등록) 특허등록 10-1510599호(2015.04.02 등록) 실용신안등록 20-0476982호(2015.04.15 등록) 특허공개 10-2017-0067048호(2017.06.15 공개)

본 발명은 모델수차의 런너를 수차에 조립할 때 간극을 형성하기 위한 고정실링을 볼트로 고정하게 되나, 런너의 조립 공수가 많고 크기가 커서 좁은 간극을 맞추어 조립하기가 어렵고, 런너 회전시 고정실링과 런너축이 동심을 이루지 못하여 고정실링의 일측이 런너와 닿거나 마찰을 일으켜 마모가 발생하는 한편 소음을 발생하는 문제가 있고, 특히, 런너와 고정실링의 동심도 확보가 이루어지지 않을 경우, 모델수차에서 얻어지는 측정치의 신뢰도를 높이지 못하게 되는 것을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 실링을 고정시키지 않고 사방으로 이동할 수 있도록 함으로써, 런너의 회전시 실링이 미세하게 이동하면 런너와 동심도를 확보할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 수차의 케이싱 중앙에 런너를 조립하는 모델수차에 있어서, 상기 런너의 외측으로 런너와 일정 간격을 유지하는 유동실링을 설치하되 상기 유동실링은 케이싱에 고정된 실링캡에 끼워지는 형태로 설치되고, 상기 실링캡과 유동실링은 일정 간격을 유지하게 끼워지며, 상기 유동실링의 내측에는 런너의 마찰시 실링의 마모를 방지하는 밴드를 설치함으로써 이루어지는 것으로, 런너가 일정 속도 이상으로 회전하고, 런너와 유동실링의 간격이 일정 간격을 유지할 때 유동실링은 자동으로 런너와의 간격을 유지하게 되어 동심도 확보가 이루어지는 것이다.

본 발명은 유동실링이 런너 회전에 따라 자동으로 이동하면서 런너와 일정 간격을 유지할 수 있는 것이어서, 런너의 동심도 확보가 용이하여 하류 유동분포나 런너 상단의 감압구조 시험 등의 측정치를 정확히 얻을 수 있다.

본 발명은 모델수차의 케이싱에 설치되고 런너와 일정 간격을 유지하는 유동실링을 사방으로 이동할 수 있게 설치함으로써, 런너가 일정 속도로 회전하고 간극이 일정 간격을 유지할 때 유동실링은 런너와의 간극을 자동으로 유지함으로써 런너축과 유동실링이 동심도를 이루는 것으로, 모델수차의 런너가 동심을 이루기 때문에 보다 정확한 측정값을 얻어낼 수 있는 것이다.

도 1은 기존 고정실링을 사용하는 모델수차의 개략화 단면도
도 2는 기존 모델수차의 고정실링 부위를 보인 요부 확대 단면도
도 3은 기존 모델수차의 동심도가 틀어지는 상태를 보인 평면도
도 4는 유동실링을 사용하는 본 발명 모델수차의 개략화 단면도
도 5는 본 발명 모델수차의 유동실링 부위를 보인 요부 확대 단면도
도 6은 본 발명의 유동실링 사시도
도 7은 본 발명 유동실링의 간극을 보인 요부 확대단면도
도 8은 본 발명에서 유동실링과 런너와의 동심도가 유지되는 상태를 보인 평면도

본 발명은 프란시스 수차를 모델링한 모델수차에서, 런너(30)가 수차 케이싱(20)에 조립될 때 런너(30)와 일정 간격을 유지하게 설치되는 유동실링(50)이 자동으로 이동하면서 런너(30)의 날개와 일정 간격을 유지토록 하는 것으로, 물은 케이싱(10)의 유입관로(11)를 통하여 유입된 후 런너(30)를 회전시킨 다음 배출관로(12)를 통하여 배출이 이루어지게 되고, 런너(30)는 런너축(31)을 중심으로 회전하게 되고, 유동실링(50)은 상기 런너(30)의 외측에 설치되어 런너(30)와 닿지 않고 일정 간격을 유지하여 사방으로 동일한 량의 물이 흐를 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에서 실제 수차를 모델링한 모델수차는 통상의 구성을 갖게 되는 것으로, 스파이럴 형태의 유입관로(11)를 갖는 케이싱(10)을 구비하는 한편 상기 유입관로(11)를 타고 유입되는 수압에 의해 회전이 이루어지는 런너(30)를 설치하고, 상기 런너(30)를 회전시킨 물은 배출관로(12)를 통하여 외부로 배출되게 이루어진다.

상기 런너(30)는 수차의 케이싱(10)에 설치되는 것으로, 유입관로(11)에서 배출관로(12)로 흐르게 되는 물의 흐름에 의해 런너(30)가 회전되고, 이에 따라 런너 회전축(31)이 회전하게 되며, 본 발명에서는 런너(30)의 회전시 케이싱(10)과 일정 간격을 유지할 수 있도록 설치되는 유동실링(50)이 편심 틈새가 발생하지 않도록 런너(30)와 유동실링(50)의 동심도를 이룰 수 있도록 하는 것으로, 유동실링(50)이 사방으로 이동할 수 있도록 설치하는 것이다.

본 발명의 케이싱(10)에는 런너(30)의 날개와 닿지 않으면서 물 흐름이 이루어질 수 있도록 유동실링(50)을 설치하되 상기 유동실링(50)의 내측에서 런너(30)의 회전이 이루어지게 하고, 상기 유동실링(50)은 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 상측과 외측을 감싸는 형태의 실링캡(60)에 씌워지는 한편 상기 실링캡(60)은 케이싱(10)에 고정되며, 상기 실링캡(60)의 하측에는 유동실링(50)의 하측을 마감판(70)으로 받쳐져 고정되게 한다.

여기서, 유동실링(50)은 실링캡(60)과 고정되지 않으면서도 실링캡(60)에 의해 외측으로의 과도한 이동과 상측으로의 과도한 이동이 제한되어 정해진 거리만 이동이 이루어지게 되고, 상기 유동실링(50)의 하측은 마감판(70)을 이용하여 받쳐줌으로써 유동실링(50)이 하측으로 이동하지 않고 수평 방향으로만 이동하게 된다.

즉, 유동실링(50)은 실링캡(60)의 내측에 끼워진 상태에서 마감판(70)으로 받쳐주기 때문에 유동실링(50)은 사방으로 일정 거리의 이동은 가능하나, 과도한 이동이나 상하측으로의 이탈이 방지된다.

본 발명의 유동실링(50)은 내측으로 밴드(51)를 설치함으로써 런너(30)의 날개가 유동실링(50)에 직접 닿을 때 발생할 수 있는 유동실링(50)의 손상을 방지하도록 하며, 상기 밴드(51)는 연질의 재질로 형성함으로써 일시적 마찰에 의한 손상이 발생하지 않도록 한다.

본 발명에서의 유동실링(50)은 런너(30)의 회전 속도가 일정 속도 이상이고, 런너(30)와의 간격이 일정 간격이하를 유지할 때 유동실링(50)이 자동으로 수평이동하면서 런너(30)의 날개와의 간격을 도 8과 같이 일정하게 유지시킴으로써 동심도를 유지하게 된다.

즉, 본 발명은 기존의 모델수차에서 런너(30)와 유동실링(50)의 간격이 0.1~0.2mm 이하인 경우, 형상 제작은 가능하나, 조립과정에서의 오차로 인하여 수압시험 중 수압과 진동외 전제구조 변위에 의해 목표 간격이 일정하게 유지되지 않고 편심이 발생함으로써 정확한 측정치를 얻을 수 없는 문제를 해결하기 위한 것으로, 런너(30)의 회전에 의해 유동실링(50)이 사방으로 이동하면서 자연스럽게 런너(30)의 날개와의 간격을 일정하게 유지하게 되고, 이로 인하여 런너(30)와 유동실링(50)의 동심도가 유지되어 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 런너(30)와 유동실링(50)과의 간격이 시험과정에서 발생될 수 있는 특정 요인에 의해 틀어지더라도 자동적으로 유동실링(50)이 이동하면서 동심 간격을 유지하기 때문에 어떠한 상황에서도 정확한 측정치를 얻을 수 있음은 물론 런너(30)의 날개에 유동실링(50)이 닿지 않아 런너(30)와 유동실링(50)의 손상이나 변형을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 유동실링(50)의 내측으로 밴드(51)를 형성함으로써 일시적으로 런너(30)의 날개가 유동실링(50)에 닿더라도 밴드(51)로 유동실링(50)의 손상을 방지하게 된다.

이와 같이 본 발명은 모델수차의 런너(30)를 결합할 때 조립공수가 많고 무게가 많이 나가며 부피가 있더라도 사방으로 이동하는 유동실링(50)의 내부에 설치되는 것이어서, 기존과 같이 고정실링(20)의 내측으로 런너(30)를 설치하는 경우에 비하여 정밀한 조립이 이루어지지 않더라도 런너(30)의 회전시 유동실링(50)이 자동으로 이동하면서 일정한 간격을 유지시키기 때문에 정밀한 측정값을 얻어낼 수 있는 것이다.

본 발명의 유동실링(50)은 실링캡(60)에 끼워진 상태에서 마감판(70)으로 받쳐지기 때문에 사방으로 자유롭게 이동이 가능하고, 내측에 설치되는 런너(30)가 특정 속도이상으로 회전이 이루어지고, 상기 런너(30)와 유동실링(50)의 간격이 특정 간격이하를 이룰 때 유동실링(50)은 런너(30)의 회전시 일정 간격을 유지할 수 있도록 이동하게 되고, 이에 따라 런너(30)와 유동실링(50)은 동심도를 유지할 수 있다.

이 같이 본 발명은 모델수차의 런너(30) 날개 외측에 설치되는 유동실링(50)이 자동으로 수평 이동하면서 런너(30) 날개와의 간격을 유지하는 것이어서, 런너(30)와 유동실링(50)의 동심도가 유지되고, 이로 인하여 간격의 편심이 발생하지 않는 것으로, 런너(30) 회전시 런너(30)의 날개와 유동실링(50) 사이의 간격을 일정하게 자동으로 유지하는 것이 본 발명의 특징이다.

10 : 케이싱 20 : 고정실링
30 : 런너 50 : 유동실링
51 : 밴드 60 : 실링캡
70 : 마감판

Claims

모델수차에 조립되는 런너(30)의 외측으로 런너(30)와 일정 간격을 유지하는 유동실링(50)을 설치하고,
상기 유동실링(50)은 실링캡(60)에 끼워져 모델수차의 케이싱(10)에 고정시키되 상기 실링캡(60)은 유동실링(50)과 일정 간격을 유지하게 끼워지며,
상기 실링캡(60)의 하측에는 유동실링(50)의 이탈을 막아주는 마감판(70)을 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모델수차의 자동간극 조절장치.
제1항에 있어서, 유동실링(50)은 내측에 설치되는 런너(30)가 특정 속도이상으로 회전이 이루어지고, 상기 런너(30)와 유동실링(50)의 간격이 특정 간격이하를 이룰 때 유동실링(50)은 런너(30)의 회전시 수평 이동하며 런너(30)와 일정 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 모델수차의 자동간극 조절장치.
제1항에 있어서, 유동실링(50)의 내측에는 런너(30)의 마찰시 마모를 방지하는 밴드(51)를 설치하는 것을 특징으로 하는 모델수차의 자동간극 조절장치.