KR20140085561A - 특히 조력 발전소용 수차를 위한 로터 및 그 작동 방법 - Google Patents

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하랄드 도르바일러
노르만 페르너
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보이트 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 수차를 위한 로터 블레이드에 관한 것이며, 상기 로터 블레이드는 석션 측과 압력 측이 관련되는 유체역학적 프로파일을 갖고, 상기 유체역학적 프로파일에 배열되고 상기 석션 측과 상기 압력 측 사이에 유압 연결을 수립하는 복수의 오버플로우 채널을 포함하고, 밸브 장치가 상기 유체역학적 프로파일에 개별적으로 관련된다. 본 발명은, 상기 밸브 장치는 상기 로터 블레이드에 대한 미리 설정된 부하 한계 임계값 미만에서 폐쇄되고 상기 부하 한계 임계값 초과에서 개방되는 반면에, 개방된 위치에서의 상기 밸브 장치를 갖는 각각의 오버플로우 채널은 폐쇄된 위치에 관한 로터 블레이드의 전력 계수 및/또는 스러스트 계수를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

특히 조력 발전소용 수차를 위한 로터 블레이드 및 그 작동 방법{ROTOR BLADE FOR A WATER TURBINE, IN PARTICULAR FOR A TIDAL POWER STATION, AND METHOD FOR OPERATING SAME}
본 발명은 특히, 조력 발전소 또는 강수력 발전소용 수차를 위한 로터 블레이드 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
물이 자유롭게 흐르는 수차(water turbine)는 물의 흐름, 특히 조류 또는 해류로부터 에너지를 생성하기 위한 것으로 알려져 있다. 또한, 이러한 발전소는 에너지를 생성하기 위해 강에서 사용될 수 있고, 반면에 댐 구조를 건설하기 위한 대규모 수-구조적 수단은 생략될 수 있다. 여기서 기초부를 갖는 발전소가 다뤄지며, 이것을 위해 곤돌라는 타워를 통해 수부(water bed)에 대향하여 지지된다. 대안으로, 발전소는 떠오를 수 있는 부력부(buoyancy)를 갖는 반면에 이러한 경우, 계류 시스템(anchoring system)이 작동 위치에 수차를 갖는 곤돌라를 유지시킨다. 총칭의 발전소의 건설의 가능한 형태는 로터형 수차를 포함하고, 로터는 수평이다. 방사방향으로 그리고 외측을 향하는 로터 블레이드를 갖는 또는 지지 고리로부터 시작하여 방사상으로 그리고 내부로 향하는 로터 블레이드를 갖는 로터가 고려될 수 있다.
발전소는 파도의 움직임으로부터 에너지를 생성하기 위한 유입 방향의 순환 교환에 적응되어야 한다. 임의의 블레이드 각도 이동 메커니즘 또는 발전소의 수직 축 주변에서 전체 수차를 트래킹하기 위한 로터리 장치가 없어질 경우, 로터 블레이드에 인입되는 흐름을 면하는 양방향 프로파일이 제공되어야만 한다. 이러한 목적으로, 렌티큘러(lenticular) 블레이드 단면 또는 S-형상 스트로크를 갖는 프로파일이 알려져 있다. 이러한 프로파일의 수압 효율성의 정도를 개선하기 위하여, DE 10 2009 057 449 B3은 프로파일의 압력 측과 석션 측 사이에서 전환할(switch) 수 있는 오버플로우 채널(overflow channel)을 개시한다. 이것은 다운스트림 측 상의 프로파일의 개별부의 효과를 완화할 수 있다. 더욱이, WO 2009 143846 A1 및 US 1,553,627 A는 슬롯이 있는 로터를 갖는 연속 흐름 기계를 기재하고, 이것은 압력 측으로부터 석션 측으로 부분적인 흐름을 전달하고 가속화함으로써 효율의 정도를 증가시킨다. 더욱이, 오버플로우 채널이 알려지고, 이것은 프로파일의 압력 측으로부터 석션 측으로 순환하여 일정량의 액체 출구를 통해 경계층을 자극하고 흐름 분리를 회피한다. 그렇게 하기 위하여, 예시로서 DE 5 35 504 A 및 DE 1187559 A이 참조될 수 있다.
댐 구조를 갖지 않는 총칭의 발전소는 복구 비용이 많이 들기 때문에 유지하기가 힘들다. 이것은 특히 해양 현장에서 특히 그러하기 때문에, 필수 요건은 가능한 한 가장 무거운 설계 부하를 사용하는 것이다. 그러므로 가능한 사고 경향이 적은 발전소 전시 시스템이 선호된다. 그 결과는, 블레이드 각도 이동 메커니즘 또는 수직 축에 대해 전체 발전소를 회전시키기 위한 장치를 갖지 않는 낮은 유지비의 개념이다. 그러나, 상기 장치의 단점은 수차가 예외적인 경우에 발생하는 피크 부하를 견디는 방식으로 설계되어야 한다는 것이다. 강한 유입에 의한 부하를 줄이기 위한 알려진 수단은, 로터 블레이드 상의 유압 효율의 정도와 스러스트 부하를 감소시키는 패스트 런(fast run) 모드의 발전소 작동에 있다. 실제로, 무구속 속도(runaway speed)에 도달할 때 로터 블레이드 상의 부하는 더 감소될 수 없으므로 상당히 비용이 많이 드는 구조가 수차의 신뢰성 있는 레이 아웃을 성취하는데 필수적이다. 더욱이, 로터 블레이드는 회전적으로 강하게 힌지된 로터 블레이드를 갖고 발전소를 회전하는(pivoting) 메커니즘은 갖지 않는 단순화된 발전소 설계를 위하여 안전상의 이유로 사용되며, 로터 블레이드는 일반적인 조건 하의 효율적인 작동에 있어서는 상당히 작다.
본 발명의 목적은 강한 부하 피크를 견디는 수차를 위한 로터 블레이드 및 그것과 함께 수행되는 작동 방법에 관한 것이다. 그렇게 하기 위하여, 로터 블레이드는 일반적인 작동 조건 하에서 발생하는 인입하는 흐름에 대한 높은 효율도를 보여야 한다. 더욱이, 로터 블레이드는 자유로운 흐름에 의해 둘러싸이는 수차에 그리고 특히 양방향으로 인입하는 흐름으로부터 에너지를 생성하는데 적합해야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 독립항의 특징에 의해 충족된다. 유리한 실시예는 종속항에서 기재된다.
본 발명에 따른 로터 블레이드가 블레이드 연장의 부분적인 섹션에 걸쳐서 적어도 다수의 오버플로우 채널을 보이고, 이러한 채널은 프로파일의 석션 측과 압력 측 사이에 유압 연결을 생성한다. 적어도 하나의 밸브 장치는 오버플로우 채널과 관련되고, 이 밸브 장치는 미리 설정된 부하 한계 임계값 미만에서 폐쇄되고 상기 부하 한계 임계값 초과에서 개방되는 방식으로 설계된다. 부하 한계 임계값은 바람직하게는 수차의 미리 설정된 회전 속도에 의해 한정된다. 추가 선호되는 실시예는 수차의 미리 설정된 회전 속도 및/또는 수차 상의 미리 설정된 동압 및/또는 유체역학적 프로파일의 석션 측과 압력 측 사이의 미리 설정된 차압을 사용하여 부하 한계 임계값을 한정한다. 그렇게 하여, 밸브 장치는 수동으로 기능할 수 있고, 이 밸브 장치는 일단 부하 한계 임계값에 도달하면 자동으로 폐쇄된다. 대안적인 수행에 있어서, 부하 한계 임계값이 도달할 때의 순간은 인입 유속, 로터 회전 속도 또는 발전소의 유지 구조에 부과된 부하와 같은 데이터를 처리하는 제어 장치에 의해 감지되고, 상기 제어 장치는 밸브 장치에 교정 시호를 보낸다.
관련된 밸브 장치를 갖는 오버플로우 채널은 과부하 보호 시스템으로서의 역할을 한다. 이러한 상황에서, 상기 채널은, 개방된 오버플로우 채널이 동력 계수 및/또는 로터 블레이드의 스러스트 계수를 감소시키는 방식으로 배치된다. 결과적으로, 오버플로우 채널이, 그 수밀도(number density) 및 단면에 관련하여, 차압이 석션 측과 압력 측 사이에서 감소되는 방식으로 배열되고, 개방된 밸브 장치의 경우의 오버플로우 채널을 갖는 프로파일 섹션의 효율은 개방된 밸브 장치가, 로터 블레이드의 부하가 감소하는 방식으로 감소된다. 이것은, 임의의 경계층 여기를 회피하는 것 뿐만 아니라 과부하 보호에 의해 프로파일 섹션의 부력을 과감하게 감소시킬 수 있는 오버플로우 채널을 통하여 충분한 유량을 가이드할 수 있는 것의 필요성을 이끌어 낸다. 동력 계수 및/또는 스러스트 계수를 효율적으로 감소시키는 추가 선호되는 수단은, 프로파일링된 주변 흐름의 유입 및 유출이 대응하는 방식으로 오버플로우 채널을 레이아웃 하는 것이다. 이러한 목적으로, 오버플로우 채널은, 중앙선에 대한 수직 방향에 있어서 비스듬하게 배열되는 방식으로 설계되므로, 압력 측 상의 오버플로우 채널로의 유입뿐만 아니라 석션 측 상의 유출은 프로파일 흐름에 대향하는 방향 구성요소를 나타낸다. 더욱이, 개방된 위치에서의 밸브 부분은 유압 효율의 정도를 감소시키는 방식으로 프로파일 아웃라인을 변형시킬 수 있다. 중간 부하 영역에 대한 본 발명에 따른 로터 블레이드가 구성될 수 있고 이로써 과부하 보호를 갖지 않는 로터 블레이드에 있어서 더 큰 크기로 할당될 수 있다. 이러한 결과는 일반적인 인입 흐름 조건 하의 작동을 위한 전체 발전소의 효율의 정도의 실질적인 증가이다.
선호되는 실시예에서, 개방된 오버플로우 채널에 의한 과부하 보호는 프로파일의 제한된 부분 영역을 갖고 오직 이용가능하되 블레이드 팁에 가까운 영역의 배열이 유리하다. 이로써, 로터 블레이드의 전체 표면의 ⅓보다 작은 표면상에 오버플로우 채널을 위치시키는 것이 바람직하다.
특별히 선호되는 실시예에서, 과부하 보호는 수동적으로 기능한다. 그 다음에, 부하 한계 임계값이 별도의 제어 장치를 요하지 않고도 발전소에 적용되는 부하로 인해 도달하면, 밸브 장치를 전환한다. 선호되는 실시예에서, 밸브 장치는 적어도 하나의 오버플로우 채널을 덮기 위한 프로파일의 석션 측 상에 제공되는 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 관련된 오버플로우 채널의 입구 및/또는 출구 개구에 오프셋인 적어도 하나의 멤브레인 개구를 갖는다. 멤브레인이 관련된 오버플로우 채널의 입구 개구 및/또는 출구 개구로부터 들릴 때, 유압 연결이 프로파일의 압력 측과 석션 측 사이에서 나타난다. 멤브레인의 장력에 대향하는 밸브 장치의 개방은 과부하의 경우에 아주 충분한 프로파일의 압력 측과 석션 측 사이의 차압에 의해 수동적으로 유발될 수 있다. 활성 시스템을 얻기 위한 추가 실시예에서, 멤브레인 뒤에 장착된 지지 실린더가 사용될 수 있고, 이것은, 전개된 위치에서, 오버플로우 채널의 개별적인 입구 및/또는 출구로부터 멤브레인을 든다. 이러한 지지 실린더는 전기적으로 구동되는 유닛으로서 설계될 수 있다. 그렇게 하기 위해서, 특히 솔레노이드 스풀을 갖는 장치가 고려될 수 있다. 구동 부재를 갖는 활성 구성에 있어서, 멤브레인은 로터 블레이드 프로파일의 석션 측 및/또는 압력 측 상에 장착될 수 있다. 더욱이, 멤브레인은, 조절 부재를 통해 펑추얼한(punctual) 부하에 저항하는 방식으로 이러한 수행을 위해 선택되어야 한다. 그러므로, 실시예의 형태가 구상될 수 있고, 이것은, 적어도 적재된 영역에서 시트 금속 또는 아머드(armoured) 합성 플레이트를 수용하고 그 전체 표면에 대하여 이러한 재료로 구성된다. 더욱이, PTFE 필름과 같은 부재 형성 슬라이딩 표면은 멤브레인 상의 지지 실린더의 지지 지점 상에 장착될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 활발하게 전환되는 밸브 장치와 관련된 제어 장치는 부하 한계 임계값을 결정하기 위해 제공될 수 있다. 중앙 밸브 장치는 그러므로 다수의 오버플로우 채널을 위해 제공된다. 선호되는 실시예에서, 프로파일의 압력 측 상에서 묶인 오버플로우 채널이 압력 측 수집 챔버로 이어진다. 이러한 환경 하에서, 석션 측 수집 챔버는 프로파일의 석션 측 상에 놓이고, 오버플로우 채널의 석션 측 부분 섹션이 이것의 수집 챔버내로 나온다. 압력 측 교환 챔버와 석션 측 교환 챔버 사이의 중앙 밸브 장치를 통한 연결이 존재한다. 구성이 구상될 수 있고, 이것을 위해, 오버플로우 채널이 개별적으로 영역별로 그룹핑되고 관련된 중앙 밸브 장치를 통해 연결될 수 있다. 그렇게 하기 위해서, 복수의 중앙 밸브 장치를 사용하는 것 또한 가능하다.
오버플로우 채널을 릴리스하거나 블록하기 위한 밸브 장치는 활성 구조를 성취하기 위하여 전기적으로 또는 유압식으로 구동될 수 있다. 전기적 조절 부재의 경우에, 에너지 생성은 바람직하게 유도 시스템 - 로터 허브의 영역에 동력을 전달하도록 접촉없이 작동함 - 을 통해 밝혀진다. 유압식 구성에서, 압력 매체는 환형 채널에 의하여 발전소의 고정부와 로터 사이의 통로에 제공될 수 있다. 조절 장치의 작동을 위해 사용되는 유압식 압력이 수차의 회전 유닛의 영역에 배열되는 에너지 생성 장치로부터 나오는 구성이 구상될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 발전소의 일부에 작용하는 동력은 밸브 장치의 조절 소자를 작동하기 위해 사용될 수 있다.
추가적인, 선호되는 실시예에서, 제어 슬라이드 밸브를 갖는 적어도 하나의 밸브 장치가 사용되고, 이것은 블레이드의 길이방향 축으로 대부분 향하는 조절 움직임을 수행한다. 그렇게 하기 위해서, 제어 슬라이드 밸브는 탄성 조절 소자의 동력 효과에 대향하는 개방된 위치 내로 가이드될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 증가하는 로터 회전 속도에 의해 진행하는 원심력 효과는 밸브 장치가 개방될 때까지 탄성 소자에 대향하여 제어 슬라이드 밸브를 움직이는 것을 유도한다. 따라서, 미리 설정된 부하 한계 임계값은 과부하 보호가 유발되는 회전 속도에 대한 한계에 의해 한정된다.
본 발명은 도면의 표시와 결합한 예시적인 실시예를 사용하여 아래에서 기재되며, 여기서 이하의 부재들이 기재된다:
도 1은 관련된 밸브 장치를 갖는, 복수의 오버플로우 채널을 포함하는 과부하 보호 시스템을 갖는, 본 발명에 따른 로터 블레이드를 위한 프로파일 섹션을 도시한다.
도 2는 도 1의 프로파일의 부분적인 컷아웃을 도시하되, 과부하 보호 시스템은 오버플로우 채널을 통해 신장된 멤브레인을 갖는 밸브 장치를 포함한다.
도 3은 도 2에 따른 수행의 추가 실시예를 도시하되, 멤브레인은 지지 실린더에 의해 들릴(lifted) 수 있다.
도 4는 압력 측 수집 챔버 및 석션 측 수집 챔버 및 상호 연결된 중앙 밸브 장치를 갖는 본 발명에 따른 로터 블레이드의 부분적인 영역의 프로파일 섹션을 사용하는 대안적인 실시예를 도시한다.
도 5는 복수의 오버플로우 채널을 묶고(bundle up) 블레이드의 길이방향으로 배열된 제어 슬라이드 밸브가 관련되는 밸브 장치를 갖는 대안적인 실시예를 도시한다.
도 6은 오버플로우 채널의 밸브 장치를 위한 블레이드의 길이방향에 배열된 제어 슬라이드 밸브를 로터 블레이드의 부분적인 측면도로 도시한다.
도 7은 로터 블레이드가 본 발명에 따른 과부하 보호 시스템을 포함하는 수차를 갖는 조력 발전소의 정면도를 도시한다.
도 7은 총칭의 발전소의 개략적이고 단순화된 도면을 도시한다. 조력 발전소(100)는 수부(102)에 놓인 기초부(101)와 함께 제시된다. 타워(103)는 그 위에서 지지되고, 이것은 그 위에서 회전하고 자유로운 흐름에 둘러싸이는 수차(104)를 갖는 머신 곤돌라를 가지며, 수차의 로터는 수평방향이다. 수차(104)는 그 정점이 회전 평면을 정의하는 3개의 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3)를 포함한다.
본 발명에 따라 모든 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3)는 개별적인 블레이드 팁의 영역에서 형성되는 과부하 보호 시스템(2.1, 2.2, 2.3)을 포함한다. 그러므로, 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3)가 특히 블레이드 팁의 비교적 얇은 영역에서 캐스트 또는 스틸 수행으로 완전한 물질로 구성되어, 과부화 보호 시스템(2.1, 2.2, 2.3)의 오버플로우 채널은 제조 기술의 관점의 보어로서 단순히 수행될 수 있기 때문에, 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3)의 방사상 외측 부분의 과부화 보호 시스템(2.1, 2.2, 2.3)의 장치는 고효율인 것뿐만 아니라 유리하다.
과부화 보호 시스템(2.1)의 구성은 도 1에 제시된다. 프로파일 섹션이 도 7의 잘려진 선(A-A)을 따라 도시된다. 양방향 유체역학적 프로파일(3)은 인입 흐름을 면하고, 프로파일은 이중 대칭 프로파일로서 설계된다. 유체역학적 프로파일(3)의 코드선 및 중앙선(4)은 본 예시적인 실시예에 있어서 일치한다. 더욱이, 중앙선(4)과 회전선 사이의 어택 각도(α)가 도시되며, 이것은 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3)의 장착 위치를 설명한다.
효율적인 인입 흐름(veff1)이 도 1에 스케치된 작동 조건에 있어서 가정되고, 인입 흐름은 인입 유속(v1)과 음의 순환 속도(u1)의 벡터 가법(vectorial addition)에 기인한다. 그렇게 하기 위해서, 미리 결정된 부하 한계 임계값 위에 놓이는 강한 인입 흐름이 존재해야 한다. 압력 측(11)은 가정된 효율적인 인입 흐름(veff1) 위에서 유체역학적 프로파일(3)의 중앙선(4)과 석션 측(10) 위에 놓인다. 오버플로우 채널(6.1, …, 6.8)은 압력 측(11)과 석션 측(10) 사이의 전환가능한 유압 연결을 생성한다.
밸브 장치(12.1, 12.2)는 오버플로우 채널(6.1, …, 6.8)의 개방 조건과 폐쇄 조건을 정의하기 위해 사용된다. 상기 밸브 장치는 이러한 현재 예시에서 오버플로우 채널(6.1, …, 6.8)의 입구 개구 또는 출구 개구에 걸쳐 신장하는 멤브레인(7.1, 7.2)에 의해 구현된다. 이러한 목적으로, 스탑 웹(stop web)(9.1, …, 9.6)이 제공되고, 이것은 유체역학적 프로파일(3)의 노치에서 장력 하에 멤브레인(7.1, 7.2)을 밀어넣는다. 이것은 멤브레인(7.1, 7.2)의 부분적인 섹션을 생성하고, 이것은 본 발명의 예시적인 실시예에 대한 출구의 영역에서 2개의 오버플로우 채널(6.1, …, 6.8)을 개별적으로 덮는다.
멤브레인(7.1, 7.2)은 복수의 멤브레인 개구(8.1, …, 8.8)를 포함하고, 이것은 관련된 오버플로우 채널(6.1, …, 6.8)의 출구 개구에 오프셋되므로, 일반적인 조건 하에, 즉, 부하 한계 임계값 하의 발전소의 작동 동안에, 오버플로우 채널(6.1, …, 6.8)은 적절하게 밀봉된다. 따라서, 출구 개구의 기하 구조뿐만 아니라 멤브레인(7.1, 7.2)의 물질의 선택, 제약은 작동 동안 가해지는 힘과 일치한다. 그렇게 하기 위하여, 멤브레인은 섬유 강화 물질로 구성될 수 있다.
가정된 인입 흐름(veff1)에 있어서, 부력은 프로파일의 석션 측(10) 상의 멤브레인(7.1)에 적용되고, 반면에 유체역학적인 프로파일(3)의 석션 측(10)과 압력 측(11) 사이의 차압은, 멤브레인(7.1)이 볼록하게 만들어지고, 즉, 밸브 장치(12.1)가 개방된 위치가 되도록 한다. 오버플로우 채널(6.1, …, 6.5)을 위한 압력 측(11) 상에 놓인 멤브레인(7.2)은 인입하는 흐름(veff1)을 위한 프로파일의 다운스트림 부분에서 폐쇄되고, 즉, 멤브레인(7.2)은 프로파일 아웃라인에 대향하여 놓이며 오프셋 멤브레인 개구(6.5, …, 6.8)는 오버플로우 채널(6.5, …, 6.8)의 유출 개구와 중첩되지 않는다. 오버플로우 채널(6.5, …, 6.8)은 충분한, 대향하는 효과적인 인입 흐름(veff2)을 위해서만 개방될 수 있다.
도 2는 오버플로우 채널(6.1, 6.2)을 갖는 도 1의 부분적인 컷아웃을 도시한다. 상기 채널은 스탑 웹들(9.1 및 9.2) 사이의 멤브레인(7.1)의 단면을 갖는 유체역학적 프로파일(3)의 석션 측(10) 상에서 신장된다. 제시된 작동 상황에서, 밸브 장치(12.1)는 개방된 위치이다. 이러한 예시에서, 이 결과는 멤브레인(7.1)의 섹션이 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 개구(18.1, 18.2)의 영역에서의 프로파일 커버(21)에 관하여 상승되는 것이다. 결과적으로, 흐름 경로가 생성되며, 이것은 출구 개구(18.1, 18.2)에 관하여 오프셋된 멤브레인 개구(8.1, 8.2)로 이어진다. 유체역학적 프로파일(3)의 압력 측(11)과 석션 측(10) 사이의 유압 연결이 존재하며, 이러한 연결은, 동력 계수 및/또는 스러스트 계수에 대한 기여도를 유체역학적 프로파일(3)의 상기 부분적인 영역에 걸쳐 감소시키는 방식으로 압력 보상을 유도한다. 로터의 유압 효과가 감소된다. 로터 블레이드 팁 상에 배열된 과부하 보호 시스템(2.1, 2.2, 2.3)의 경우에, 우리는 과부화의 경우 더 작은 반경을 갖는 로터에 해당하는 효과를 갖는 수차를 볼 수 있다.
도 2에 도시된 오버플로우 채널(6.1, 6.2)은 직경(D)을 나타내고, 이것은 유체역학적 프로파일(3)의 압력 측(11)과 석션 측(10) 사이의 효율적인 압력 보상을 생성하도록 크기가 정해진다. 밸브 장치(12.1)의 자유 단면은 따라서 개방된 위치로 크기가 정해진다. 추가적으로, 오버플로우 채널(6.1, 6.2)은 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 출구 개구(18.1, 18.2)의 영역의 유출(16)과 입구 개구(19.1, 19.2)의 영역의 유입(17)이 석션 측 프로파일 흐름(14)과 압력 측 프로파일 흐름(15)에 대향하여 배향되는 방식으로 배열된다. 그렇게 하기 위해서, 오버플로우 채널(6.1)의 채널축(13)과 유체역학적 프로파일(3)의 중앙선(4) 사이의 보어 각도(β)는 수직으로부터의 편차를 나타낸다. 생성된 사선 위치(oblique position)는, 유출(18.1)이 석션 측 프로파일링된 주변 흐름(14)에 대한 방향 구성요소를 보여주는 방식으로 배향된다.
흐름 채널(6.1)의 출구 개구(18.1)에 관한 관련된 멤브레인 개구(8.1)의 업스트림 오프셋은 원하는 유출 방향에 기여한다. 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 입구 개구(19.1, 19.2)의 기하 형상은 따라서 뒤에 장착된 프로파일링된 주변 흐름에 대향한다.
과부화 보호 시스템(2.1, 2.2, 2.3)을 유발하는 것은 개방된 위치에서의 공간 소모적인 밸브 부재(12.1, 12.2)에 의한 수행을 위한 변형된 유체역학적 프로파일, 이 예시에서는, 멤브레인(7.1, 7.2)을 생성한다. 프로파일은, 흐름이 더 빠르게 정지되고 그러므로 부력 효과가 보다 효과적으로 감소되는 방식으로 변형된다.
더욱이, 도 2에 도시된 실시예는 오버플로우 채널(6.1, 6.2)내의 침전물의 관통을 방지하기 위하여 입구 개구(19.1, 19.2)를 덮기 위한 필터(20.1, 20.2)를 도시한다. 추가적으로, 멤브레인 개구(8.1, 8.2)는 이물질의 관통에 보호될 수 있다. 이러한 장치는 상세히 기재되지 않을 것이다.
더욱이, 식생(vegetation)에 대한 보호 장치는 해양 식생에 대응하기 위하여 오버플로우 채널(6.1, 6.2)과 바람직하게 관련된다. 보호 코트가 그렇게 하기 위해 제공될 수 있다. 교대로, 가열 부재가 사용되어서 일반적인 가열 주기를 통해 연속적인 오버플로우 채널(6.1, 6.2)을 유지한다. 이러한 목적으로, 전기적 가열 부재가 사용될 수 있고, 이것은, 발전소가 에너지를 생성하고 그 에너지가 네트워크 내에 주입될 수 없을 때의 작동 상황에 주입된다. 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 일관성을 유지하기 위한 추가 수단은 진동의 여기를 포함한다. 그렇게 하기 위하여, 블레이드 팁의 영역이 과부화 보호 시스템(2.1, 2.2, 2.3)에 의해 공진 진동을 경험할 수 있거나 또는 특히 초음파를 생성하기 위한 국부적 진동 생성기가 사용된다.
도 3은 멤브레인(7.1)을 포함하는 밸브 장치(12.1)를 갖는 도 1 및 도 2에 따른 수행의 또 다른 실시예를 도시한다. 일치하는 구성요소에는 상기 기재된 구성에서와 동일한 참조 번호가 제공된다. 밸브 장치(12.1)를 개방하기 위하여, 멤브레인(7.1)은 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 출구 개구(18.1, 18.2)의 영역의 프로파일 커버(21)에 관하여 다시 상승되어야 한다. 여기서 필수적으로, 멤브레인(7.1)의 장력에 대향하는 승강력이 솔레노이드 스풀과 재설정하는 스프링 부재(24)를 갖는 지지 실린더(23)의 형태로 전기 액추에이터(22)를 통해 적어도 부분적으로 본 구성에 있어서 유발된다. 이러한 구성의 장점은, 밸브 장치(12.1)의 전환 효과가 정확도에 의해 정의될 수 있다는 점이다. 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 완전히 폐쇄된 위치와 개방된 위치 사이의 스무스한 전환은 결과적으로 존재하지 않는다. 더욱이, 오버플로우 채널(6.1, 6.2)에서의 흐름 가속으로 인한 멤브레인(7.1)의 제어되지 않는 플러터(flutter)가 회피된다.
도 3에 따른 구성의 또 다른 장점은, 멤브레인(7.1)이 지지 실린더(23)에 의해 부하 한계 임계값 아래로 상승할 수도 있다는 것이다. 그렇게 하여, 오버플로우 채널(6.1, 6.2)의 플러싱(flushing)은 일반적인 작동에서 일어날 수 있다. 더욱이, 과부화 보호의 기능이 규칙적으로 확인될 수 있다.
수행을 위해 전기 액추에이터와 함께 사용되는 멤브레인(7.1, 7.2)은 지지 실린더(23)를 통해 펑추얼한 부하에 저항해야 한다. 충분한 연장가능성을 갖는 시트 금속과 섬유 아머드 합성 플레이트의 사용이 구상될 수 있다. 더욱이, 강성 부재는 멤브레인(7.1)을 형성하기 위해 연장가능한 부재를 갖는 지지 실린더의 지지 지점의 영역에서 사용될 수 있다. 더욱이, 멤브레인(7.1, 7.2)의 비교적인 강성 수행의 경우에, 멤브레인 개구(8.1, …, 8.8)는 바람직하게는 보어의 형태로 좁혀진다.
도 4는 대안적인 실시예를 도시하며 여기서 과부화 보호 시스템(2.1)은 중앙 밸브 장치(25)를 포함한다. 이것은, 압력 측 수집 챔버(26)로부터 석션 측 수집 챔버(27)로 연장하는 오버플로우 채널(6)을 전환하는 지지 실린더(23)를 갖는 전기 액추에이터로서 바람직하게 형성된다. 상기 수집 챔버는 각각 천공된 플레이트(28.1, 28.2)에 의해 덮이는 반면에, 방해는 천공된 플레이트(28.1, 28.2)에서 보어 각도(β)를 갖는 상기 경사 위치를 나타낸다.
도 5는 2개의 중앙 밸브 장치(25.1, 25.2)를 갖는 본 발명의 실시예의 추가 형태를 도시하고, 한쪽에는 오버플로우 채널(6.1, …,6.4)을 다른 한족에는 오버플로우 채널(6.5, …, 6.8)을 묶는다. 중앙 밸브 장치(25.1, 25.2)는 로터 블레이드(1)의 길이방향 축의 방향으로 실질적으로 연장하는 제어 슬라이드 밸브(29.1, 29.2)를 포함한다. 이러한 경우에, 이것은 종이 평면에 수직이다. 제어 슬라이드 밸브의 기능은 개략적으로 단순화된 도 2에 도시된다. 우리는, 로터 블레이드(1)의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 축방향인 제어 슬라이드 밸브(29)를 볼 수 있다. 따라서, 원심력(F)이 수차의 회전 동안 제어 슬라이드 밸브(29)에 작용하고 힘은 탄성 재설정 부재(30)에 대향하여 작용한다. 부하 한계 임계값을 한정하는 설정된 회전 속도로서, 제어 슬라이드 밸브(29)는 예시로서 지정된 오버플로우 채널(6)의 개방된 위치까지 탄성 재설정 부재(30)에 대향하여 움직인다. 이러한 경우에, 출구 개구(18.1, 18.2) 사이의 유체 연결은 프로파일의 석션 측(10)과 유체역학적 프로파일(3)의 비가시적인 압력 측의 입구 개구(19.1, 19.2)상에서 생성된다. 이러한 경우에, 과부화 보호 시스템의 효과가 유발된다. 보호된 청구항의 맥락의 추가 실시예가 구상될 수 있다.
1, 1.1, 1.2, 1.3 로터 블레이드
2.1, 2.2, 2.3 과부하 보호 시스템
3 유체역학적 프로파일
4 중앙선
5 회전 평면
6, 6.1, …, 6.8 오버플로우 채널
7.1, 7.2 멤브레인
8.1, …, 8.8 멤브레인 개구
9.1, …, 9.6 스탑 웹
10 석션 측
11 압력 측
12.1, 12.2 밸브 장치
13 채널 축
14 석션 측 프로파일링된 주변 흐름
15 압력 측 프로파일링된 주변 흐름
16 유출
17 유입
18.1, 18.2 출구 개구
19.1, 19.2 입구 개구
20.1, 20.2 필터
21 프로파일 커버
22 전기 액추에이터
23 지지 실린더
24 솔레노이드 스풀
25, 25.1, 25.2 중앙 밸브 장치
26 압력 측 수집 챔버
27 석션 측 수집 챔버
28.1, 28.2 천공된 시트
29, 29.1, 29.2 제어 슬라이드 밸브
30 탄성 리세팅 소자
31 블레이드 팁
100 조력 발전소
101 기초부
102 수부
103 타워
104 수차
105 수면 영역
u1, u2 음의 순환 속도
v1, v2 인입 유속
veff1, veff2 효율적인 인입 유속
α 블레이드 어택(attack) 각도
β 보어 각도
D 직경
F 원심력

Claims (15)

  1. 수차(104)를 위한 로터 블레이드로서, 석션 측(10)과 압력 측(11)이 관련되는 유체역학적 프로파일(3)을 갖고, 상기 유체역학적 프로파일(3)에 배열되고 상기 석션 측(10)과 상기 압력 측(11) 사이에 유압 연결을 생성하며 밸브 장치(12.1, 12.2)가 개별적으로 관련되는 복수의 오버플로우 채널(6,1, …, 6.8)을 포함하되, 상기 밸브 장치(12.1, 12.2)는 상기 로터 블레이드에 대한 미리 설정된 부하 한계 임계값 미만에서 폐쇄되고 상기 부하 한계 임계값 초과에서 개방되는 한편, 개방된 위치에서의 상기 밸브 장치(12.1, 12.2)를 갖는 각각의 오버플로우 채널(6,1, …, 6.8)은 폐쇄된 위치에 대하여 로터 블레이드의 전력 계수 및/또는 스러스트 계수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 부하 한계 임계값은 상기 수차(104)의 미리 설정된 회전 속도 및/또는 상기 수차(104) 상의 미리 설정된 동압 및/또는 상기 유체역학적 프로파일(3)의 상기 석션 측(10)과 상기 압력 측(11) 사이의 미리 설정된 차압에 의해 결정되는 로터 블레이드.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 밸브 장치(12.1, 12.2)는, 상기 유체역학적 프로파일(3)의 상기 석션 측(10) 및/또는 상기 압력 측(11) 상에 설치되고 적어도 하나의 멤브레인 개구(8.1, …, 8.8)를 드러내는 멤브레인(7.1, 7.2)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 멤브레인 개구는 상기 멤브레인(7.1, 7.2)에 의해 덮인 오버플로우 채널(6,1, …, 6.8)의 입구 개구(19.1, 19.2) 및/또는 출구 개구(18.1, 18.2)에 오프셋되어 배열되는, 로터 블레이드.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 밸브 장치(12.1, 12.2)의 상기 멤브레인(7.1, 7.2)은 오버플로우 채널(6,1, …, 6.8)을 개방하도록 개별적으로 관련된 상기 입구 개구(19.1, 19.2) 및/또는 상기 출구 개구(18.1, 18.2)로부터 들어 올려질(lifted) 수 있는 로터 블레이드.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 멤브레인(7.1, 7.2)은 상기 유체역학적 프로파일(3)의 상기 압력 측(10)과 상기 석션 측(11) 사이의 차압에 의해 수동적으로 이동될 수 있는, 로터 블레이드.
  6. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    지지 실린더(23)가 이동 목적으로 상기 멤브레인(7.1, 7.2)과 관련되는, 로터 블레이드.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    공통적인 밸브 장치(12.1, 12.2)는 적어도 2개의 오버플로우 채널(6,1, …, 6.8)과 관련되는, 로터 블레이드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 오버플로우 채널(6,1, …, 6.8)은 상기 유체역학적 프로파일(3)의 상기 압력 측(11) 상에서 압력 측 수집 챔버(26)로 나오고(emerge) 상기 유체역학적 프로파일(3)의 상기 석션 측(10) 상에서 석션 측 수집 챔버(27)로 나오는 한편, 유압 연결은 상기 압력 측 수집 챔버(26)와 상기 석션 측 수집 챔버(27) 사이에서 중앙 밸브 장치를 통해 제공되는 로터 블레이드.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 장치(12.1, 12.2, 25)는 제어 슬라이드 밸브(29)를 포함하는 로터 블레이드.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어 슬라이드 밸브(29)는 탄성 조절 부재(30)의 동력 효과에 대항하여 원심력(F)에 의해 상기 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3) 상으로 이동될 수 있는 로터 블레이드.
  11. 청구항 9에 있어서,
    유압 이동 메커니즘이 상기 제어 슬라이드 밸브(29)와 관련되고, 상기 제어 슬라이드 밸브는 인입 흐름에 의해 조절되는 동압에 의해 가압될 수 있는, 로터 블레이드.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 장치(12.1, 12.2, 25)는 전기적으로 구동될 수 있는 로터 블레이드.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체역학적 프로파일(3)은 양방향 프로파일로서 설계되는 로터 블레이드.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 로터 블레이드(1.1, 1.2, 1.3)를 갖는 수력 발전소를 작동하는 방법으로서, 밸브 장치(12.1, 12.2)는 일반적인 작동 단계에 대해 부하 한계 임계값 미만에서 폐쇄되며 상기 밸브 장치(12.1, 12.2)는 강한 인입 흐름 단계에 대해 상기 부하 한계 임계값 초과에서 개방되는 수력 발전소를 작동하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 부하 한계 임계값은 수차(104)의 미리 설정된 회전 속도 및/또는 상기 수차(104) 상의 미리 설정된 동압 및/또는 상기 유체역학적 프로파일(3)의 상기 석션 측(10)과 상기 압력 측(11) 사이의 미리 설정된 차압에 의해 결정되는 수력 발전소를 작동하는 방법.
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