KR20120105719A - Model test system for tidal current turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 조류발전 터빈의 모형실험 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예인수조에서 다양한 유속에 대해 조류발전 터빈의 성능실험을 진행할 수 있도록 하는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a model test system for a tidal power turbine, and more particularly, to a model test system for a tidal power turbine to perform the performance test of the tidal power turbine for various flow rates in the towing tank.
조류발전은 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바다 속에 설치한 터빈을 돌려 전기를 생산하는 발전방식으로 조력발전과 같이 해안에 별도의 방파제를 건설할 필요가 없기 때문에 조력발전에 비해 비용이 적게 들며, 더 환경친화적인 것으로 평가된다. 따라서 근래 신재생에너지에 대한 화두가 많아지면서 조류발전이 많은 각광을 받고 있다. Algae power generation is a method of generating electricity by turning a turbine installed in the sea using ocean currents without installing dams or breakwaters in the sea where fast seawater flows. There is no need to construct a separate breakwater on the coast like tidal power generation. This is less expensive than tidal power and is considered more environmentally friendly. Therefore, as the topic of new and renewable energy has increased recently, the development of algae has attracted much attention.
이러한 조류발전에 사용되는 터빈은 조류의 운동에너지를 1차적으로 변환시키는 주요한 장치로서 발전효율과 발전량에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 성능해석이 매우 중요하다. 통상 조류발전 터빈의 성능해석은 모형실험과 컴퓨터 시뮬레이션 두가지 방식으로 이루어지며, 이 중 모형실험은 회류수조에 터빈의 축소모형을 고정시키고 일정한 유속의 물의 흐름을 내보내 모형 터빈의 회전과 출력을 확인하는 방식으로 진행된다. Turbine used in the tidal power generation is a major device that primarily converts the kinetic energy of the tidal current, which has a great influence on the power generation efficiency and power generation, so the performance analysis is very important. In general, the performance analysis of tidal power turbines is performed in two ways: model test and computer simulation. Among them, the model test is to check the rotation and output of the model turbine by fixing the miniature model of the turbine in the circulating tank and sending the water flow at a constant flow rate. In a way.
하지만, 회류수조에서 진행되는 종래 모형실험은 회류수조의 크기가 제한되어 있어 모형 터빈의 크기를 충분히 크게 할 수 없으며, 또한 제공할 수 있는 유속범위 등이 한정되어있으므로 실제 터빈의 물리적 성질을 충분히 반영하지 못한다는 문제점이 있었다. However, in the conventional model experiment conducted in the circulating tank, the size of the circulating tank is limited so that the size of the model turbine cannot be large enough, and the flow rate range that can be provided is limited, so that the actual characteristics of the turbine are sufficiently reflected. There was a problem that can not.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 예인수조; 상기 예인수조의 수면위를 따라 수평이동하는 예인전차; 상기 예인전차의 하면에 결합되는 수직 회전축; 상기 수직 회전축의 하단에 결합되어 예인수조의 수면 아래에 위치하며, 예인전차의 수평이동시 물과의 마찰에 의해 회전하는 모형 터빈; 그리고, 상기 수직 회전축에 결합되어 모형 터빈의 회전력을 전달받아 발전을 하는 소형 발전기를 포함하여 이루어지는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템을 제공한다.The present invention to solve the above problems the towing tank; A towing tank moving horizontally along the water surface of the towing tank; A vertical rotation shaft coupled to the lower surface of the towing tank; A model turbine coupled to a lower end of the vertical rotation shaft and positioned below the water surface of the towing tank, and rotating by friction with water during horizontal movement of the towing tank; And, coupled to the vertical axis of rotation provides a model test system of a tidal power turbine comprising a small generator for generating power by receiving the rotational force of the model turbine.
본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템은 회류수조가 아닌 상대적으로 넓은 예인수조에서 모형 터빈 실험이 진행될 수 있도록 한다. 따라서 모형 터빈의 크기를 최대한 증가시킬 수 있어 실제 물리현상에 더 가까운 정확한 실험이 가능해진다. The model test system of the tidal power turbine according to the present invention allows the model turbine experiment to be carried out in a relatively wide towing tank rather than a circulating tank. Therefore, the size of the model turbine can be increased as much as possible, enabling accurate experiments closer to actual physics.
또한, 본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템은 모터를 제어하여 예인전차의 이동속도를 손쉽게 조절할 수 있기 때문에 다양한 유속에 대한 조류발전 터빈의 성능해석을 신속하게 진행할 수 있도록 한다. 특히, 예인전차가 수평이동하는 도중에 모터를 제어하여 예인전차의 속도를 수시로 변화시키는 것도 가능하기 때문에 유속이 매우 심하게 변하는 환경 등을 고려한 실험이 가능해진다.In addition, the model test system of the tidal power turbine according to the present invention can quickly adjust the moving speed of the towing tank by controlling the motor to quickly perform the performance analysis of the tidal power turbine for various flow rates. In particular, since it is possible to change the speed of the towing tank at any time by controlling the motor while the towing tank is horizontally moved, an experiment in consideration of an environment in which the flow velocity changes very much becomes possible.
또한, 본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템은 예인수조에 설치되는 다방향파 생성 조파기 등을 이용한 실제 해상환경을 반영한 실험을 가능하게 한다.In addition, the model test system of the tidal power turbine according to the present invention enables the experiment reflecting the actual marine environment using the multi-directional wave generator sowing installed in the towing tank.
도 1은 본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a schematic structure of a model test system of a tidal current turbine according to the present invention.
이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above object can be specifically realized are described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same designations and the same reference numerals are used for the same components, and additional description thereof will be omitted in the following.
도 1은 본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a schematic structure of a model test system of a tidal current turbine according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템은 크게 예인수조(100), 예인전차(200), 모형 터빈(300), 그리고 소형 발전기(400)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, a model test system of a tidal current turbine according to the present invention includes a
상기 예인수조(100)는 모형선의 저항추진 및 속도 성능, 선체 주위 유동 계측 및 관측, 운동 및 가속도 성능, 조종성능, 프로펠러 성능, 파랑 하중 계측 등 선박의 유체역학적 성능을 평가하여 실선의 성능 추정과 설계를 위한 시설로서, 실제 해상상태를 구현할 수 있는 다방향파 생성 조파기 등(미도시)과 심수 해양구조물 시험을 위한 수심 8m의 심수피트를 구비한다. The
상기 예인전차(200)는 예인수조(100)의 수면위에 수평이동 가능하게 설치되며, 이를 위해 비록 도시하지는 않았지만 예인수조(100)의 좌우 양측에는 가이드 레일이 설치되고, 상기 예인전차(200)의 하면에는 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 가이드 롤러가 설치된다. 따라서 모터 등에 의해 예인전차(200)에 구동력이 인가되면 가이드 롤러가 가이드 레일을 따라 이동함으로써 예인전차(200)가 예인수조(100)의 수면위를 수평이동 하게 된다. 이러한 예인전차(200)의 최대속도는 현재 최대 7m/s 정도이지만, 다양한 종류의 고속선에 대한 모형실험도 수행할 수 있도록 예인전차를 고속화시키기 위한 연구가 진행중이다. The
상기 모형 터빈(300)은 실제 조류발전 터빈을 일정비율로 축소한 모형 실험체로서 예인전차(200)의 하면에 설치되는 수직 회전축(500)에 결합되어 예인전차(200)의 수평이동시 물과의 마찰에 의해 회전하도록 구성된다. 구체적으로, 모형 터빈(300)은 도시된 바와 같이 상기 수직 회전축(500)의 하단에 결합되어 예인수조(100)의 수면 아래에 위치하게 되며, 이에 따라 예인전차(200)가 수평이동을 시작하면 자연히 물과의 마찰에 의해 회전하게 된다. The
이러한 모형 터빈(300)은 상기 수직 회전축(500)에 결합되는 수평 회전축(310)과, 상기 수평 회전축(310)의 전단 외면에 형성되는 블레이드(320)와, 상기 수평 회전축(310)의 후단 외면을 감싸 보호하는 하우징(330)으로 이루어진다. 따라서 예인전차(200)가 수평이동을 시작하면 모형 터빈(300)의 블레이드(320)에 마찰력이 가해져 수평 회전축(310)이 하우징(330) 내부에서 회전을 시작한다. The
여기서, 상기 수평 회전축(310)의 회전력은 수직 회전축(500)으로 전달되며, 이를 위해 수평 회전축(310)과 수직 회전축(500)의 결합부위에는 한쌍의 베벨기어(600)가 설치된다. 상기 베벨기어(600)는 원뿔 형상으로 제작되며, 한쌍이 서로 맞물려 수평 회전축(310)의 회전력을 수직 회전축(500)으로 전달하는 역할을 한다. 이러한 베벨기어(600)의 종류로는 직선 베벨기어(straight bevel gear), 곡선 베벨기어(spiral bevel gear), 제롤 베벨기어(zerol bevel gear) 등이 있다.Here, the rotational force of the horizontal rotating
미설명부호 510은 예인전차(200)의 하면에 고정설치되는 외부 스트럿(strut)으로, 상기 외부 스트럿(510)은 수직 회전축(500)을 감싸 보호하는 역할을 한다. 수직 회전축(500)은 이미 설명한 바와 같이 예인전차(200)의 하면에 설치되어 수면 아래에 위치하므로 물과의 접촉방지 및 예인전차(200)의 수평이동시 가해지는 압력을 직접 받지 않도록 상기 외부 스트럿(510) 내부에 회전 가능하게 설치됨이 바람직하다.
한편, 상기 하우징(330) 및 외부 스트럿(510)의 내부에는 수평 회전축(310) 및 수직 회전축(500)을 지지하는 베어링(340,520)이 각각 설치된다. 상기 베어링(340,520)은 수평 회전축(310) 및 수직 회전축(500)의 외면에 접해 수평 회전축(310) 및 수직 회전축(500)의 원활한 회전을 돕는다. Meanwhile,
상기 소형 발전기(400)는 예인전차(200)의 상면에 설치되며, 상기 수직 회전축(500)에 결합되어 수직 회전축(500)을 통해 전달되는 모형 터빈(300)의 회전력을 이용해 전기를 발생시킨다. 이를 위해 수직 회전축(500)과 소형 발전기(400)의 결합부위에는 수직 회전축(500)의 회전력을 소형 발전기(400)의 회전축(410)에 전달하는 한쌍의 베벨기어(700)가 설치된다. 따라서 예인전차(200)가 수평이동을 시작하여 블레이드(320)와 함께 수평 회전축(310)이 회전을 시작하면, 수평 회전축(310)의 회전력은 베벨기어(600,700)에 의해 수직 회전축(500)을 거쳐 소형 발전기(400)의 회전축(410)으로 전달되며, 이에 따라 소형 발전기(400)에서 발전이 이루어진다. The
이러한 소형 발전기(400)의 발전량은 모형 터빈(300)의 발전성능을 나타내므로 소형 발전기(400)의 발전량을 통해 실험중인 모형 터빈(300)의 성능을 확인할 수 있다. 물론, 단순히 모형 터빈(300)의 발전성능만을 실험하는 것이 아니라 필요에 따라 고해상 카메라(미도시)와, Nd/Yag 레이저광원(미도시) 등을 예인수조(100) 내부에 설치하여 예인전차(200)의 수평이동시 모형 터빈(300) 주위의 유동장을 측정하는 실험을 함께 진행하는 것도 가능하다.Since the power generation amount of the
이와 같이 본 발명에 따른 조류발전 터빈의 모형실험 시스템은 수평이동하는 예인전차(200)의 하면에 모형 터빈(300)을 설치하여 회류수조가 아닌 상대적으로 넓은 예인수조(100)에서 조류발전 터빈의 성능실험이 이루어질 수 있도록 한다. 따라서 모형 터빈(300)의 크기를 최대한 증가시켜 실제 물리현상에 더 가까운 정확한 실험을 진행할 수 있다.As described above, in the model test system of the tidal power turbine according to the present invention, the
또한, 모터를 제어하여 예인전차(200)의 이동속도를 손쉽게 조절할 수 있기 때문에 다양한 유속에 대한 조류발전 터빈의 성능해석을 신속하게 진행할 수 있다. 회류수조에서 다양한 유속에 대한 터빈의 성능해석을 진행하기 위해서는 터빈에 흘려주는 물의 유속을 일일이 변경시켜야 하므로 실험에 시간이 많이 소요되지만, 예인수조(100)에서 실험이 진행될 경우 예인전차(200)의 이동속도를 조절하면 모형 터빈(300)에 흘려주는 물의 유속을 변경시켜주는 것과 동일한 효과가 발생하므로 실험이 신속하게 진행될 수 있다. 특히, 예인전차(200)가 수평이동하는 도중에 모터를 제어하여 예인전차(200)의 속도를 수시로 변화시키는 것도 가능하기 때문에 유속이 매우 심하게 변하는 환경 등을 고려한 실험이 가능해진다.In addition, since the moving speed of the
나아가, 이미 설명한 바와 같이 예인수조(100)에는 실제 해상상태를 구현할 수 있는 다방향파 생성 조파기 등이 설치되어 있어 다양한 실제 해상환경을 고려한 실험이 이루어질 수 있다. Furthermore, as described above, the
이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described in detail above is not limited to the above-described range, and those of ordinary skill in the art can easily change or replace the scope of the present invention, as well as equivalents thereof. Also included within the scope of the present invention.
100: 예인수조 200: 예인전차
300: 모형 터빈 310: 수평 회전축
320: 블레이드 330: 하우징
340,520: 베어링 400: 소형 발전기
410: 발전기 회전축 500: 수직 회전축
510: 외부 스트럿 600,700: 베벨기어100: towing tank 200: towing tank
300: model turbine 310: horizontal axis of rotation
320: blade 330: housing
340,520: bearing 400: small generator
410: generator axis of rotation 500: vertical axis of rotation
510: external strut 600,700: bevel gear
Claims (6)
상기 예인수조의 수면위를 따라 수평이동하는 예인전차;
상기 예인전차의 하면에 결합되는 수직 회전축;
상기 수직 회전축의 하단에 결합되어 예인수조의 수면 아래에 위치하며, 예인전차의 수평이동시 물과의 마찰에 의해 회전하는 모형 터빈; 그리고,
상기 수직 회전축에 결합되어 모형 터빈의 회전력을 전달받아 발전을 하는 소형 발전기를 포함하여 이루어지는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템.Towing tank;
A towing tank moving horizontally along the water surface of the towing tank;
A vertical rotation shaft coupled to the lower surface of the towing tank;
A model turbine coupled to a lower end of the vertical rotation shaft and positioned below the water surface of the towing tank, and rotating by friction with water during horizontal movement of the towing tank; And,
The model experiment system of the tidal-generation turbine comprising a small generator coupled to the vertical rotation shaft for generating power by receiving the rotational force of the model turbine.
상기 모형 터빈은 상기 수직 회전축에 결합되는 수평 회전축과, 상기 수평 회전축의 전단 외면에 형성되는 블레이드와, 상기 수평 회전축의 후단 외면을 감싸 보호하는 하우징으로 이루어지는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템.The method according to claim 1,
The model turbine includes a horizontal rotary shaft coupled to the vertical rotary shaft, a blade formed on the outer surface of the front end of the horizontal rotary shaft, the model generator system of a tidal current turbine comprising a housing surrounding the outer surface of the rear end of the horizontal rotary shaft.
상기 수평 회전축과 수직 회전축의 결합부위에는 수평 회전축의 회전력을 수직 회전축으로 전달하기 위한 한쌍의 베벨기어가 설치되는 것을 특징으로 하는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템.The method of claim 2,
And a pair of bevel gears for transmitting the rotational force of the horizontal rotating shaft to the vertical rotating shaft at a coupling portion of the horizontal rotating shaft and the vertical rotating shaft.
상기 예인전차의 하면에는 상기 수직 회전축을 감싸 보호하는 외부 스트럿이 고정설치되는 것을 특징으로 하는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템.The method of claim 2,
The model experiment system of the tidal power turbine, characterized in that the lower side of the towing tank is fixed to the outer strut surrounding the vertical axis of rotation fixedly installed.
상기 하우징 및 외부 스트럿의 내부에는 수평 회전축 및 수직 회전축을 지지하는 베어링이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템.5. The method of claim 4,
A model test system for a tidal current turbine, characterized in that bearings for supporting a horizontal rotating shaft and a vertical rotating shaft are installed in the housing and the outer strut, respectively.
상기 수직 회전축과 소형 발전기의 결합부위에는 수직 회전축의 회전력을 소형 발전기의 회전축에 전달하기 위한 한쌍의 베벨기어가 설치되는 것을 특징으로 하는 조류발전 터빈의 모형실험 시스템.The method according to claim 1,
The pair of bevel gears for transmitting the rotational force of the vertical rotary shaft to the rotary shaft of the small generator is installed in the coupling portion of the vertical rotary shaft and the small generator is a model test system of a tidal power turbine.
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