KR20140047313A - 다단계 수문구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수심이 깊은 수로에서 복수의 수문(120)이 계단식으로 개폐되는 다단계수문구조물에 관한 것으로, 열린 수문의 노출높이를 낮추어 관리가 용이하도록 하기 위하여, 교각(100)으로 형성된 수로에 수심에 따라 복수의 개폐턱(111)과 날개궤도(112)가 계단식으로 형성된 다단계 수문궤도를 타고 승강하도록 양쪽에 부착된 수차날개(124)와 하단 또는 하단과 상단에 부착된 수문턱(125, 126)을 가진 복수의 수문(120)과 나사형 샤프트(132)의 회전과 역회전으로 최하단 수문(122)이 승강하는 권양장치로 구성되어, 최하단 수문(122)의 승강(乘降)으로 상기 수문(120)이 각자 독립된 개폐턱(111)에 걸칠 때까지 하단을 차하단 수문(121)의 하단 수문턱(126)으로 떠받치고 날개궤도(112)를 따라 승강하여 최상단 수문(123)이 마지막으로 포개져서 인양구(104)에 도달함으로써 수로가 저수가능수위까지 개방되고, 최하단 수문(122)이 마지막으로 수차기초(102)에 밀착됨으로써 폐쇄되며, 최하단 수문(122)의 개방높이 제어로 수위 또는 통과수량이 조절 가능하고 수문(120)의 노출높이가 상기 인양구(104)로 제한되어 강풍과 파도로부터 보호되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단계 수문구조물{Multi-step Floodgate structure for full stream}
본 발명은 수심이 깊은 수로에 복수의 수문이 계단식으로 개폐되는 다단계 수문구조물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 나사형 샤프트로 승강하는 최하단 수문에 의해 차상단 수문이 개폐턱에 걸칠 때까지 하단 수문턱으로 떠받치고 승강하여 최상단 수문이 마지막으로 포개져 인양구에 도달함으로써 저수가능수위까지 개방되거나 해저까지 계단식으로 닫히고 수로 하단에 일부만 개방되어 통과수량이 조절가능한 다단계수문에 관한 것이다.
조지식 조력발전에서 수문은 수차의 설치와 인양, 평균발전량 유지를 위한 발전소 가동률 및 발전량 조절, 추가 입수와 배수, 파도로부터 수차의 보호, 통선문에서 선박의 통행을 위한 개방 등 기능과 역할이 다양하다.
특히 복류식 조력발전소는 복류식 수차가 수심에 따라 해저에서 평균해면, 또는 저수가능수위까지 설치되고 수로가 해저에서 교각 상단까지 열려있어 수심이 얕은 곳이라도 수문이 해저로부터 저수가능수위까지 수직으로 개폐되도록 수문구조물이 축조된다.
배수나 입수를 목적으로 축조되는 전용수문도 수로가 해저부터 저수가능수위까지 개방될 수 있어야 단시간에 대량의 조류를 통과시킬 수 있지만 역시 수심이 깊을수록 수문이 수직으로 개폐되지 않으면 안 될 것이다.
그러나 만일 수심이 수십 m나 되는 수로가 한 개의 수문으로 개폐되면 설치나 관리하기가 쉽지 않지만 저수가능수위까지 열렸을 때 수면에서 수십 m나 노출된 수문이 초당 수십 m나 되는 강풍을 견딜 수 있도록 수문구조물이 축조되고 관리하기가 더 어려울 것이다.
그러므로 수문이 열렸을 때 상단이 수면에서 너무 높이 노출되지 않도록 복수의 수문이 각자 독립된 수문궤도로 다단계 개폐되도록 권양장치 동력을 최상단 수문 또는 최하단 수문에 전달하면 차하단 수문 또는 차상단 수문이 계단식으로 닫히거나 열리도록 할 수 있다.
하향식으로 열리는 수문은 조류가 수문 위로 통과하므로 선박의 통과가 가능하고 최상단 수문이 해저와 저수가능수위 사이에서 개폐되어 강풍의 영향을 거의 받지 않지만, 수문이 열리는 높이까지 박스가 설치되지 않으면 최하단 수문 양쪽에 쌓이는 토사 때문에 차상단 수문의 개폐높이가 점차 좁아지고 종국에 개폐가 불가능해질 수 있다.
상향식으로 열리는 수문은 수로가 해저에서 저수가능수위까지 개방되고 유속이 빨라 토사가 쌓일 우려가 적고 통과수량이 극대화되지만, 선박이 통과할 수 없고 수문 1개의 높이에 따라 수문타워가 높아질 수 있다.
그러므로 수로가 해저에서 저수가능수위까지 개폐가 가능하면서도 개방되었을 때 수면에서 너무 높이 올라가지 않는 수문이 필요하다.
본 발명은 조지식 조력발전소에서 수문으로 가동률과 발전량을 조절하기 위한 것이므로 상향식으로 열리도록 설치되는 다단계수문에 관한 것이다.
수문타워가 높지 않으면서도 해저에서 저수가능수위까지 계단식으로 개폐되도록 수문 1개의 높이가 너무 높지 않고 특히 수문이 양쪽에 설치되는 조력발전소의 경우 수로 내부 작업을 위해 배수했을 때 수십m 하단의 수압을 견딜 수 있도록 수문골격의 보강이 요구된다.
본 발명은 복수의 수문이 수심에 따라 계단식으로 개폐되도록 설치되어 수문이 저수가능수위까지 열렸을 때 수면 위로 돌출된 높이를 낮춤으로써 강풍으로부터 수문과 수문구조물을 보호하고 해저로부터 개방높이가 조절가능하며 설치와 보수가 용이하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 다단계 수문구조물은 해저에서 수문기초(102)로 보강되고 상단이 인양구(104)를 가진 상판(103)으로 연결되며 수문타워(101)를 가진 교각(100)으로 형성된 수로에 있어서;
저수가능수위에서 상기 수문기초(102)까지 수심에 따라 상기 교각(100)에 계단식으로 형성된 복수의 개폐턱(111)과, 상기 인양구(104)에서 상기 개폐턱(111)까지 수직으로 형성된 복수의 날개궤도(112)를 가진 다단계 수문궤도와,
상기 다단계 수문궤도를 따라 승강하여 상기 개폐턱(111)과 차상단 개폐턱(111) 사이를 개폐가능하도록 골격 양면을 마감한 패널(pannel)이 양쪽 측면으로 연장된 형상으로 형성된 1쌍의 수문날개(124)와, 하단 수문턱(125), 또는 서로 반대방향으로 돌출한 하단 수문턱(125)과 상단 수문턱(126)이 가로로 부착된 복수의 수문(120), 및
최하단(最下壇) 수문(122)에 결속된 권양(捲楊) 장치로 구성되되;
상기 최하단 수문(122)의 승강으로 상기 수문날개(124)가 상기 개폐턱(111)에 걸칠 때까지 상기 수문(120) 하단을 차하단 수문(121, 122)의 하단 수문턱(125)으로 떠받치고 상기 다단계 수문궤도를 타고 승강하여 상기 저수가능수위에서 상기 수차기초(102)까지 계단식으로 닫히거나 최상단 수문(123)이 마지막으로 포개져서 상기 인양구(104)에 도달함으로써 상기 수문기초(102)에서 상기 저수가능수위까지 개폐가능한 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
상기 다단계 수문궤도는 상기 상판(103)에서 상기 개폐턱(111)이 위치한 수심까지 2개 또는 1개의 수문날개(124)가 승강 가능한 폭과 깊이를 가진 복수의 날개홀더(113)가 상기 교각(100) 벽에 함몰되도록 축조되어 상기 날개홀더(113) 사이에 상기 날개궤도(112)가 형성되고 상기 날개홀더(113) 하단 종점(終點)이 상기 개폐턱(111)이 되는 함몰형 수문궤도, 또는
복수의 개폐턱(111)과 동수(同數)의 날개궤도(112)가 상기 교각(100) 벽에 돌출되도록 다단계로 형성된 돌출형 수문궤도 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 권양 장치는 상기 최하단 수문(122) 양쪽 수문날개(124) 상단과 하단에 부착된 2쌍의 권양너트(133)에 나선형으로 회전가능하도록 결속되고 하단과 상단이 상기 수문기초(102)와 상기 수문타워(101)에 회전가능하게 고정되며 권양모터(131) 동력이 연결된 1쌍의 나사형 샤프트(132), 및
상기 교각(100)에 위치한 수위감지센서와 상기 권양모터(131) 또는 상기 나사형 샤프트(132) 중 하나에 결속된 회전감지센서(136), 및 상기 수문기초(102)에 고정된 유속감지센서(137)와 전원이 연결된 컨트롤박스로 구성되되;
상기 나사형 샤프트(132)의 회전과 역회전에 의해 승강 된 상기 최하단 수문(122)의 개방높이와 상기 수로의 유속으로 산출된 통과수량으로 발전량, 또는 수위가 조절되거나 개폐가 제어되는 것을 특징으로
것을 특징으로 한다.
다단계 수문은 수심이 깊은 수로를 해저부터 저수가능수위까지 개폐가능하고 일부만 열어 통과수량을 조절할 수도 있으며, 완전히 열리더라도 모든 수문이 인양구에 포개져 모이므로 수면 위로 돌출된 높이가 낮아져 강풍 피해를 면할 수 있고 수문턱으로 높은 수압과 강한 파도에 견딜 수 있도록 수문골격이 보강되며, 통과 유속이 빨라 수차기초(102)에 토사가 쌓이지 않고, 양쪽 수위가 역전(逆轉)되더라도 수문이 수위가 낮은 쪽으로 기울어지지 않는다.
제1도는 복수의 수문이 권양장치로 개폐되는 다단계 수문구조물 측면도.
제2도는 복수의 수문이 권양장치로 개폐되는 다단계 수문구조물 정면도
제3도는 함몰된 날개홀더로 날개궤도가 형성된 도 1의 A-A' 횡단면도
제4도는 돌출된 날개궤도로 개폐되는 다단계 수문구조물 측면도.
제5도는 돌출된 날개궤도로 개폐되는 다단계 수문구조물 정면도.
제6도는 돌출형 날개궤도로 개폐되는 다단계 수문(도 4의 B-B') 횡단면도
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다단계 수문구조물에 관하여 상세하게 설명한다.
도 1은 교각(100) 벽에 형성된 날개궤도(112)를 따라 수문(120)이 개폐되는 다단계 수문구조물 측면도, 도 2는 복수의 수문(120)이 계단식으로 닫힌 다단계 수문구조물 정면도이며, 도 3은 함몰된 날개홀더(113)로 형성된 날개궤도(112)와 복수의 수문(120)을 도시한 도 1의 A-A' 단면도로, 해저에서 수문기초(102)로 보강되고 상단이 인양구(104)를 가진 상판(103)으로 연결되며 수문타워(101)를 가진 수차발전소 또는 전용수문 교각(100)으로 형성된 수로에 수문(120)마다 각자 독립된 개폐턱(111)을 가진 복수의 수문궤도가 상기 인양구(104)와 수문기초(102) 사이에 계단식으로 형성된다.
수문(120)은 도 1, 및 도 2와 같이 지정된 수문궤도의 개폐턱(111)에서 차상단 개폐턱(111)까지 개폐할 수 있는 높이로서, 수문날개(124)가 수문골격 양면을 마감한 패널(pannel)이 양쪽 측면으로 연장된 것과 같은 형상으로 2개씩 부착되고, 1개의 수문턱(125)이 하단에 부착되거나 하단 수문턱(125)과 상단 수문턱(126)이 서로 반대방향으로 돌출하도록 가로로 부착되어 높은 수압과 거센 파도를 견딜 수 있도록 수문골격이 보강된다.
함몰형 다단계 수문궤도는 도 1 및 도 3과 같이 각 수문(120)이 개폐되는 높이에 따라 2개 또는 1개의 수문날개(124)가 승강할 수 있는 폭과 수문날개(124)가 감춰질 정도의 깊이를 가진 날개홀더(113)가 인양구(104)에서 개폐턱(111)까지 교각(100) 벽에 함몰되도록 설치됨으로써 날개궤도(112)가 그 사이에 형성된다. 따라서, 날개홀더(113) 하단 종점이 수문날개(123)가 걸치는 개폐턱(111)이 되고 최하단 수문(122)의 개폐턱(111)은 수문기초(102)가 겸한다.
도 4는 복수의 수문(120)이 각자 독립된 날개궤도(112)로 승강하는 다단계 수문구조물 측면도, 도 5는 복수의 수문(120)이 교각(100)에 돌출되도록 부착된 날개궤도(112)에서 계단식으로 닫힌 다단계 수문구조물 정면도이며, 도 6은 개폐턱(111)과 날개궤도(112)가 교각(100) 벽에 돌출되도록 형성된 다단계 수문구조물 도 4의 B-B'의 단면도로, 돌출형 수문궤도는 복수의 개폐턱(111)이 교각(100) 벽에 돌출하도록 계단식으로 부착되고, 날개궤도(112) 역시 인양구(104)와 개폐턱(111) 사이에 돌출하도록 수직으로 부착된다.
권양 장치는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 최하단 수문(122)의 수문날개(124)에 고정된 권양너트(131)에 나선형으로 회전하도록 결속되고 하단과 상단이 각각 수차기초(102)와 수차타워(101)에 회전가능하게 고정된 나사형 샤프트(132) 상단에서 권양모터(131) 동력이 체인기어(134) 등으로 연결되어 컨트롤박스의 제어에 의한 회전, 역회전으로 최하단 수문(122)이 승강한다.
특히, 교각(100)에 설치된 수위감지센서와 상기 권양모터(131), 또는 나사형 샤프트(132)에 결속된 회전감지센서(136), 및 수차기초(102)에 설치된 유속감지센서(137)와 전원이 연결된 컨트롤박스에 의해 감지된 수위와 최하단 수문(122)의 개방높이 및 유속으로 산출된 통과수량으로 발전량이나 수위 조절이 가능하고 다단계 수문(120)의 개폐가 자동 제어되기도 한다.
따라서 최하단 수문(122)의 승강(乘降)으로 복수의 수문(120)이 각자 독립된 개폐턱(111)에 걸칠 때까지 상기 수문(121, 123) 하단을 차하단 수문(121, 123)의 하단 수문턱(126)으로 떠받치고 날개궤도(112)를 따라 승강하여 최상단 수문(123)이 마지막으로 포개져서 인양구(104)에 도달함으로써 수로가 수문기초(102)에서 저수가능수위까지 개방되고, 최하단 수문(122)이 마지막으로 수차기초(102)에 밀착됨으로써 수로가 폐쇄되며, 최하단 수문(122)의 개방높이 제어로 수위 또는 발전량이 조절 가능한 것을 특징으로 한다.
복류식 수차가 수심이 깊은 해저부터 평균해면 또는 저수가능수위까지 세로축으로 설치된 조력발전소에서 발전낙차에 도달할 때까지 수문을 닫고, 낙차가 클 때는 발전소 가동률을 조절하거나 통과수량을 제한하여 발전량을 조절함과 동시에 수위조절로 큰 발전낙차를 유지하여 잉여전력 생산을 억제하고, 낙차가 좁아져 유속이 느릴 때는 다단계수문을 저수가능수위까지 개방하여 통과수량을 극대화함으로써 발전시간을 연장하고 입수발전낙차와 배수발전용수를 추가로 확보한다.
또한, 단시간에 배수발전용수와 입수발전낙차를 충분히 확보하거나 홍수를 통제하기 위해 축조된 전용수문은 해저부터 저수가능수위까지 수로를 개방함으로써 수심이 깊을수록 대량의 조류를 통과시킬 수 있다.
100; 교각 101; 수문타워 102; 수문기초
103; 상판 104; 인양구 105; 수위
110; 수문궤도 111; 개폐턱 112; 날개궤도
113; 날개홀더 120; 수문 121;차상(하)단 수문
122; 최하단 수문 123; 수문날개 124; 수문턱
125; 상단 수문턱 126; 하단 수문턱 131; 권양모터
132; 나사형 샤프트 133; 권양너트 134; 체인기어
136; 회전감지장치 137; 유속감지장치

Claims (3)

  1. 해저에서 수문기초(102)로 보강되고 상단이 인양구(104)를 가진 상판(103)으로 연결되며 수문타워(101)를 가진 교각(100)으로 형성된 수로에 있어서;
    저수가능수위에서 상기 수문기초(102)까지 수심에 따라 상기 교각(100)에 계단식으로 형성된 복수의 개폐턱(111)과, 상기 인양구(104)에서 상기 개폐턱(111)까지 수직으로 형성된 복수의 날개궤도(112)를 가진 다단계 수문궤도,
    상기 다단계 수문궤도를 따라 승강하여 상기 개폐턱(111)과 차상단 개폐턱(111) 사이를 개폐가능하도록 골격 양면을 마감한 패널(pannel)이 양쪽 측면으로 연장된 형상으로 형성된 1쌍의 수문날개(124)와, 하단 수문턱(125), 또는 서로 반대방향으로 돌출한 하단 수문턱(125)과 상단 수문턱(126)이 가로로 부착된 복수의 수문(120), 및
    최하단(最下壇) 수문(122)에 결속된 권양(捲楊) 장치로 구성되되;
    상기 최하단 수문(122)의 승강으로 상기 수문날개(124)가 상기 개폐턱(111)에 걸칠 때까지 상기 수문(120) 하단을 차하단 수문(121, 122)의 하단 수문턱(125)으로 떠받치고 상기 다단계 수문궤도를 타고 승강하여 상기 저수가능수위에서 상기 수차기초(102)까지 계단식으로 닫히거나 최상단 수문(123)이 마지막으로 포개져서 상기 인양구(104)에 도달함으로써 상기 수문기초(102)에서 상기 저수가능수위까지 개폐가능한 것을 특징으로 하는 다단계 수문구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단계 수문궤도는 상기 상판(103)에서 상기 개폐턱(111)이 위치한 수심까지 2개 또는 1개의 수문날개(124)가 승강 가능한 폭과 깊이를 가진 복수의 날개홀더(113)가 상기 교각(100) 벽에 함몰되도록 축조되어 상기 날개홀더(113) 사이에 상기 날개궤도(112)가 형성되고 상기 날개홀더(113) 하단 종점(終點)이 상기 개폐턱(111)이 되는 함몰형 수문궤도, 또는
    복수의 개폐턱(111)과 동수(同數)의 날개궤도(112)가 상기 교각(100) 벽에 돌출되도록 다단계로 형성된 돌출형 수문궤도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다단계 수문구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 권양 장치는 상기 최하단 수문(122)의 양쪽 수문날개(124) 상단과 하단에 부착된 2쌍의 권양너트(133)에 나선형으로 회전가능하도록 결속되고 하단과 상단이 상기 수문기초(102)와 상기 수문타워(101)에 회전가능하게 고정되며 권양모터(131) 동력이 연결된 1쌍의 나사형 샤프트(132), 및
    상기 교각(100)에 위치한 수위감지센서와 상기 권양모터(131) 또는 상기 나사형 샤프트(132) 중 하나에 결속된 회전감지센서(136), 및 상기 수문기초(102)에 고정된 유속감지센서(137)와 전원이 연결된 컨트롤박스로 구성되되;
    상기 나사형 샤프트(132)의 회전과 역회전에 의해 승강 된 상기 최하단 수문(122)의 개방높이와 상기 수로의 유속으로 산출된 통과수량으로 발전량, 또는 수위가 조절되거나 개폐가 제어되는 것을 특징으로 하는 다단계 수문구조물.
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