KR20150070538A - 다단계 수문구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수심이 깊은 수로에서 복수의 수문이 계단식으로 개폐되는 다단계수문구조물에 관한 것으로, 수문의 개방높이를 조절하고 완전히 개방된 수문의 노출높이를 낮추어 안전하게 관리하기 위하여, 교각으로 형성된 수로에 수심에 따라 복수의 개폐 턱과 날개궤도가 계단식으로 형성된 다단계 수문궤도를 타고 승강하도록 양쪽에 부착된 수차날개와 하단 또는 하단과 상단에 부착된 수문 턱을 가진 복수의 수문이 최하단 수문에 고정된 권양너트에서 나사형 샤프트가 회전과 역회전으로 상기 최하단 수문이 승강하는 권양장치로 구성되어, 차상단 수문이 개폐 턱에 걸칠 때까지 차하단 수문으로 받치고 최상단 수문이 마지막으로 포개져서 교각 상부에 모임으로써 수로가 해저에서 저수가능수위까지 완전히 개방되거나, 최하단 수문이 마지막으로 수차기초에 밀착됨으로써 완전히 닫히며, 최하단 수문의 개방높이로 일부만 개방되어 발전량 또는 통과수량이 조절 가능하고 수문이 완전히 개방되었을 때 노출높이가 저수수위 또는 인양구 부근으로 제한되고 수문이 모두 포개져서 강풍과 파도로부터 보호되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단계 수문구조물{Multi-step Floodgate structure for full stream}

본 발명은 수심이 깊은 수로에서 복수의 수문이 계단식으로 개폐되는 다단계 수문구조물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 나사형 샤프트로 승강하는 최하단 수문에 의해 차상단 수문이 개폐턱에 걸칠 때까지 수문턱 또는 수문 상변에 얹혀져 승강하여 저수가능수위에서 해저까지 계단식으로 닫히거나 최상단 수문이 마지막으로 포개짐으로써 완전히 열리고 일부만 개방되어 통과수량 또는 발전량이 조절가능한 다단계 수문구조물에 관한 것이다.

조지식 조력발전에서 수문은 수차의 설치와 인양, 발전소 가동률 및 발전량 조절, 배수발전용수 또는 또는 입수발전낙차 확보를 위한 추가 입수 또는 배수, 파도로부터 수차의 보호, 또는 통선문에서 선박의 통행을 위해 이용된다.

특히 복류식 조력발전소는 해저에서 교각 상단까지 수직으로 형성된 수로에 복류식 수차가 수심에 따라 해저에서 간조수위 또는 평균해면까지 세로축으로 설치되어 수심이 깊은 곳이라도 수문이 해저로부터 저수가능수위까지 개폐되어야 한다.

배수나 입수를 주목적으로 축조되는 전용수문도 수로가 해저부터 저수가능수위까지 개방될 수 있어야 단시간에 대량의 조류를 통과시킬 수 있으므로 수심이 깊으면 수문이 수직으로 개폐되지 않으면 안 될 것이다.

그러나 만일 수심이 수십 m나 되는 수로가 한 개의 수문으로 개폐되면 설치나 관리도 어렵겠지만 저수가능수위까지 열렸을 때 수면에 노출된 수문이나 수문구조물이 때때로 돌발하는 초당 수십 m나 되는 강풍으로 손상을 입을 수 있다.

그러므로 수심에 따라 감당해야할 수압을 견딜 수 있는 구조로 제작되어야 하고, 수문이 완전히 열렸을 때 상단이 수면에서 너무 높이 노출되지 않도록 복수의 수문이 각각 독립된 수문궤도로 다단계 개폐되도록 최상단 수문 또는 최하단수문을 권양할 필요가 있다.

하향식으로 열리는 수문은 조류가 수문 위로 통과하므로 선박의 통과가 가능하고 최상단 수문이 해저와 저수가능수위 사이에서 개폐되어 강풍의 영향을 거의 받지 않지만, 해저에 수문이 열리는 높이까지 박스가 설치되지 않으면 수문기초에 쌓이는 토사 때문에 수문의 개방높이가 점차 좁아지거나 개폐가 거의 불가능할 수도 있다.

본 발명은 복류식 조력발전소에서 배수발전용수 또는 입수발전낙차를 추가로 확보하기 위해 수심에 따라 복수의 수문이 상향식으로 열리도록 하는 다단계수문구조물에 관한 것이다.

수문타워가 높지 않으면서도 해저에서 저수가능수위까지 계단식으로 개폐되도록 교각에 수문궤도가 다단계 형성되고 복수의 수문이 배치된 순서에 따라 개폐되도록 권양장치가 최하단수문에 결속되고 하변에 부착된 수문턱으로 차상단 수문을 받치고 승강하여 수문날개가 개폐턱에 걸침으로써 저수가능수위에서부터 해저까지 계단식으로 닫히거나, 최상단수문이 마지막으로 최하단수문에 포개져 인양구까지 올라감으로써 완전히 열리거나 일부만 열어 통과수량을 조절할 수도 있다.

본 발명은 복수의 수문이 수심에 따라 해저와 저수가능수위 사이에서 계단식으로 개폐되어 통과수량을 극대화하거나 개방높이로 조절가능하고 완전히 열렸을 때 수면 위로 돌출된 높이를 낮춤으로써 강풍으로부터 수문과 수문구조물을 보호하며 설치와 보수가 용이하도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 다단계 수문구조물은 해저에서 수문기초로 보강되고 상단에서 인양구와 관리통로를 가진 상판으로 연결되며 수문타워를 가진 수직형 교각으로 형성된 수로에 있어서;

상기 수직형 교각에 상기 수문기초에서 저수가능수위까지 수심에 따라 계단식으로 형성된 복수의 개폐 턱과, 상기 개폐 턱에서 상기 교각 상판까지 각각 수직으로 형성된 복수의 날개궤도로 형성된 다단계 수문궤도;

상기 날개궤도를 따라 각각 독립 승강이 가능하도록 수문골격 양면에 부착된 패널(pannel)이 양쪽 측면 외측으로 연장된 수문날개와, 상기 패널 하단 또는 상단과 하단에 가로로 부착되어 차상단(次上檀) 수문을 받치고 승강하는 수문 턱을 가진 복수의 수문; 및

최하단 수문에 결속되어 상기 수문이 각각 배치된 순서대로 상기 개폐 턱에 걸치거나 서로 포개지도록 개폐하는 권양장치로 구성된다.

상기 다단계 수문궤도는 상기 개폐 턱과 상기 날개궤도가 교각 벽에 ⊥형으로 돌출된 돌출형 다단계 수문궤도, 또는 상기 날개궤도가 상기 교각에 함몰된 날개홀더로 형성되고 상기 날개홀더 하단이 개폐 턱인 함몰형 다단계 수문궤도 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 권양장치는 상기 최하단 수문 측면에 부착된 복수의 권양너트와, 상기 권양너트에서 나선형으로 회전 또는 역회전이 가능하도록 상단이 상기 수문타워에 회전가능하게 고정된 나사형 권양 샤프트 및 상기 권양 샤프트와 동력이 연결된 권양모터로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수심이 깊은 수로를 해저부터 저수가능수위까지 개폐가능하고 일부만 열어 통과수량을 조절할 수도 있으며, 완전히 열리더라도 모든 수문이 인양구 부근에 포개져 모이므로 수면 위로 돌출된 높이가 낮아져 강풍 피해를 면할 수 있고 수심에 따라 수압을 대비한 단계별 골격 보강이 가능한 것을 특징으로 한다.

제1도는 돌출형 다단계 수문구조물 측면도이고.
제2도는 돌출형 다단계 수문구조물 입면도
제3도는 도 1의 A-A' 홍단면인 돌출형 다단계 수문구조물 평면도,
제4도는 함몰형 수문궤도로 형성된 다단계 수문구조물 측면도,
제5도는 함몰형 수문궤도로 형성된 다단계 수문구조물 입면도,
제6도는 도 4의 A-A' 횡단면인 함몰형 다단계 수문구조물 평면도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다단계 수문구조물에 관하여 상세하게 설명한다.

수심이 깊은 해저에서 수문기초(102)로 보강되고 상단이 통로와 인양구(104)를 가진 상판(103)으로 연결되며 수문타워(101)를 가진 교각(100)으로 형성된 수로에 수문을 설치할 때, 복수의 수문(120)이 교각(100)에 계단식으로 형성된 돌출형 또는 함몰형 다단계 수문궤도를 따라 계단식으로 형성된다.

도 1은 복수의 수문(120)이 교각(100)에 형성된 돌출형 날개궤도(112)를 따라 개폐되는 다단계 수문구조물 측면도, 도 2는 상기 다단계 수문구조물 입면도이며, 도 3은 도 1의 A-A' 단면으로 상기 다단계 수문구조물 평면도로, 돌출형 수문궤도는 날개 턱(111)이 수차기초(102)에서 저수가능수위까지 교각(100)에 계단식으로 돌출되고 날개 궤도(112)가 상기 날개 턱(111)에서 교각(100) 상판(103)까지 각각 ⊥형으로 돌출된다.

도 4는 날개 턱(111)과 날개궤도(112)가 함몰된 날개홀더(113)로 형성된 함몰형 다단계 수문구조물 측면도이고, 도 5는 상기 함몰형 다단계 수문구조물 입면도이며, 도 6은 도 4의 B-B' 단면으로 함몰형 다단계 수문구조물 평면도로, 함몰형 다단계 수문궤도는 날개궤도(112)가 교각(100) 벽이 함몰된 날개홀더(113)로 형성되고 날개 턱(111)은 상기 날개홀더(113)의 하단 턱으로 형성되는데, 상기 날개홀더(113)의 폭은 수문(120)이 각각 승강하는 수심에 따라 차상단 개폐턱(111)까지는 1개의 수문날개가, 차상단 개폐 턱(111)부터 상판(103)까지는 2개의 수문날개(124)가 마찰이 거의 없이 승강할 수 있는 넓이로 형성된다.

수문(120)은 도 1과 도 2, 그리고 도 4 및 도 5와 같이 지정된 수문궤도의 개폐턱(111)에서 차상단 개폐턱(111)까지 개폐할 수 있는 높이로, 수문날개(124)가 수문골격 양면을 마감한 패널(pannel)이 양쪽 측면으로 연장된 모양으로 부착되고, 수문(121)마다 수문턱(125)이 하단에서 일 방향으로 돌출하도록 1개씩 가로로 부착되거나 2개의 수문턱(125)이 하단과 상단에 서로 반대방향으로 돌출하도록 가로로 부착되어 하단 수문턱(125)으로 차상단 수문(121) 하단을 받치고 승강하거나 상단으로 차상단 수문(121) 상변 수문턱(126)을 받치고 승강하는데, 수문턱 (126)이 높은 수압과 거센 파도를 견딜 수 있도록 수문골격 보강을 겸한다.

권양 장치는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 최하단 수문(122)의 수문날개(124) 쪽에 고정된 상하 1쌍의 권양너트(131)와, 상기 권양너트(131)에서 나선형으로 회전 또는 역회전하도록 상단이 수차타워(101)에 회전가능하게 고정되고 상단에서 권양모터(131) 동력이 체인기어(134) 또는 벨트로 연결된 나사형 권양 샤프트(132) 및 수로에 설치된 수위감지센서와 개폐 프로그램에 따라 중앙제어장치에 의해 제어된다.

따라서 최하단 수문(122)의 승강(乘降)으로 복수의 수문(120)이 각자 독립된 개폐 턱(111)에 걸칠 때까지 차상단 수문(121)을 받치고 승강하여 최상단 수문(123)이 마지막으로 포개져 저수가능수위 위에 도달함으로써 수문기초(102)에서 저수가능수위까지 개방되고, 최하단 수문(122)이 마지막으로 수차기초(102)에 밀착됨으로써 완전히 폐쇄되며, 최하단 수문(122)의 개방높이로 통과수량 또는 발전량이 조절 가능한 것을 특징으로 한다.

복류식 수차가 수심이 깊은 해저부터 간조수위 또는 평균해면까지 세로축으로 설치되고 수로가 해저부터 교각 상판까지 수직으로 형성된 조력발전소에서 발전낙차에 도달할 때까지 수문을 닫고, 낙차가 클 때는 발전소 가동률을 조절하거나 통과수량을 제한하여 발전량을 조절함과 동시에 수위조절로 잉여전력 생산을 억제하고, 발전용수를 만조수위까지 확보하고자할 때는 모든 다단계수문을 수차기초(102)부터 저수가능수위까지 개방하여 통과수량을 극대화한다.

또한, 홍수를 통제하기 위한 전용수문은 썰물 때 해저부터 저수가능수위까지 개방하여 배수를 촉진하고, 밀물 때는 닫아 만조조류의 역류를 차단하고 저수지 수위를 낮추어 강 하류의 유속을 촉진함으로써 강 유역의 범람을 예방할 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 수문기초로 보강되고 상단에서 인양구와 관리통로를 가진 상판으로 연결되며 수문타워를 가진 수직형 교각으로 형성된 수로에 있어서;
   상기 수직형 교각에 상기 수문기초에서 저수가능수위까지 수심에 따라 계단식으로 형성된 복수의 개폐 턱과, 상기 개폐 턱에서 상기 교각 상판까지 각각 수직으로 형성된 복수의 날개궤도로 형성된 다단계 수문궤도;
   상기 날개궤도를 따라 각각 독립 승강이 가능하도록 수문골격 양면에 부착된 패널(pannel)이 양쪽 측면 외측으로 연장된 수문날개와, 상기 패널 하단 또는 상단과 하단에 가로로 부착되어 차상단(次上檀) 수문을 받치고 승강하는 수문 턱을 가진 복수의 수문; 및
   최하단 수문에 결속되어 상기 수문이 각각 배치된 순서대로 상기 개폐 턱에 걸치거나 서로 포개지도록 개폐하는 권양장치로 구성된 다단계 수문구조물.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 다단계 수문궤도는 상기 개폐 턱과 상기 날개궤도가 교각 벽에 ⊥형으로 돌출된 돌출형 다단계 수문궤도, 또는 상기 날개궤도가 상기 교각에 함몰된 날개홀더로 형성되고 상기 날개홀더 하단이 개폐 턱인 함몰형 다단계 수문궤도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다단계 수문구조물.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 권양장치는 상기 최하단 수문 측면에 부착된 복수의 권양너트와, 상기 권양너트에서 나선형으로 회전 또는 역회전이 가능하도록 상단이 상기 수문타워에 회전가능하게 고정된 나사형 권양 샤프트 및 상기 권양 샤프트와 동력이 연결된 권양모터로 형성된 것을 특징으로 하는 다단계 수문구조물.

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