KR20150097519A - Hydroelectric power plant for exploiting the energy of guided or unrestricted water flows - Google Patents

Hydroelectric power plant for exploiting the energy of guided or unrestricted water flows Download PDF

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Abstract

본 발명은, 허브(1.2)와 상기 허브에 의해 운반되는 블레이드(1.1)를 구비하고, 블레이드와 블레이드 테논(1.4)을 포함하는 물 터빈(1); 상기 블레이드(1.1)를 조정하기 위한 조정 장치; 상기 터빈(1)과 구동 연결되는 전기 기계(7); 및 상기 터빈(1)과 상기 전기 기계(7)를 둘러싸는 하우징(2)을 포함하는 안내되거나 구속되지 않은 수류의 에너지를 이용하는 수력 발전소에 관한 것이다. 이러한 종류의 수력 발전소는, 상기 조정 장치가 상기 하우징(2)의 외부에 위치되고, 상기 조정 장치는, 상기 터빈(1)의 회전축(1.3)에 평행하게 연장되는 축 방향 이동을 수행하고 각각이 블레이드(1.1)에 작용하는 복수의 슬라이더(4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The invention relates to a water turbine (1) comprising a hub (1.2) and a blade (1.1) carried by said hub and comprising a blade and a blade tenon (1.4); An adjustment device for adjusting the blade (1.1); An electric machine (7) drivingly connected to the turbine (1); And a housing (2) surrounding the turbine (1) and the electric machine (7). This type of hydroelectric power plant is characterized in that the regulating device is located outside the housing 2 and the regulating device performs an axial movement extending parallel to the rotational axis 1.3 of the turbine 1, And a plurality of sliders (4) acting on the blade (1.1).

Description

안내되거나 구속되지 않은 수류의 에너지를 이용하는 수력 발전소 {HYDROELECTRIC POWER PLANT FOR EXPLOITING THE ENERGY OF GUIDED OR UNRESTRICTED WATER FLOWS}HYDROELECTRIC POWER PLANT FOR EXPLOITING THE ENERGY OF GUIDED OR UNRESTRICTED WATER FLOWS [0002]

본 발명은 수력 발전소 또는 풍력 또는 조류(tidal) 발전소, 또는 물 터빈(water turbine)과 전기 기계, 특히 전기 모터를 갖는, 프로펠러를 구비한 다른 어떤 발전기에 관한 것이다. 이들 2개의 구성요소는 하우징에 수용된다. 흐르는 물의 에너지가 이러한 방식으로 이용될 수 있다.The present invention relates to a hydroelectric power plant or any other generator with a propeller having a wind turbine or tidal power plant, or a water turbine and an electric machine, in particular an electric motor. These two components are housed in a housing. Energy of flowing water can be used in this way.

물 터빈과 전기 발전기를 포함하는 전원 장치는, 예를 들면 튜브 터빈(tube turbine)에 배치된다. 바다에의 배치 또한, 예를 들면, 조류 발전소와 같이, 해수 흐름(marine currents)의 에너지를 이용하기 위하여 고려될 수 있다. 전원 장치는 나셀(nacelle) 형상의 하우징에 의하여 둘러싸여진다. 터빈은 카플란 터빈(Kaplan turbine) 방식으로 배치된다. 블레이드 휠(blade wheel)의 블레이드들은 조정 가능, 즉, 개별 블레이드의 길이 방향 축에 대하여 특정 각도만큼씩 감을 수 있다. 블레이드의 경사(피치(pitch))는 특정 작동 조건, 예를 들면, 물의 유속에 따라 효율을 향상시키기 위해 발생한다(특허문헌 1 참조).A power supply comprising a water turbine and an electric generator is arranged, for example, in a tube turbine. Arrangements to the sea can also be considered to exploit the energy of marine currents, such as, for example, algae power stations. The power supply is surrounded by a nacelle shaped housing. The turbines are arranged in a Kaplan turbine manner. The blades of the blade wheel are adjustable, that is, they can be wound at a certain angle with respect to the longitudinal axis of the individual blades. The slope (pitch) of the blade occurs in order to improve the efficiency depending on the specific operating conditions, for example, the flow rate of water (see Patent Document 1).

특허문헌 2에는 전원 장치를 지지하는 나셀과, 해저에 수직으로 설치되는 기둥(pillar)을 포함하는 수력 발전소가 개시되어 있다. 두 가지 구성요소, 즉, 나셀과 기둥은 관절 방식으로 상호 연결된다. 나셀은 조수(tide)가 들어오고 나감에 따라 일 방향 또는 다른 방향으로 회동할 수 있다.Patent Document 2 discloses a hydroelectric power plant including a nacelle for supporting a power supply unit and a pillar vertically installed on the sea bed. The two components, the nacelle and the column, are interconnected in a joint manner. The nacelle can rotate in one direction or another as the tide enters and exits.

흐르는 물은 작동 중에 블레이드에 작용하고, 나셀 내에서 중심 샤프트에 의해 발전기로 전달되는 토크를 발생시킨다. 또한, 블레이드를 조정하는 조정 장치가 하우징 내에서 회전 부분 상에 또는 회전 부분 내에 위치된다. 조정 장치는, 전원 장치의 길이 방향 축 방향으로 직선 운동을 수행하는 조정 기구를 포함한다. 직선 운동은 블레이드 테논(blade tenon)의 회전 또는 회동 운동으로 전환된다. 조정 장치는 그 구조가 복잡하다. 설치 및 철거는 시간이 걸린다. 수리 및 유지 작업이 어렵다.The flowing water acts on the blades during operation and generates a torque that is transmitted to the generator by the center shaft in the nacelle. Further, an adjusting device for adjusting the blade is located on the rotating part or in the rotating part in the housing. The adjustment device includes an adjustment mechanism that performs linear motion in the longitudinal axis direction of the power supply device. The linear motion is converted into the rotation or pivoting motion of the blade tenon. The adjustment device has a complicated structure. Installation and demolition take time. Repair and maintenance work is difficult.

독일 등록특허공보 DE 3921570 C2German Patent Registration No. DE 3921570 C2 영국 등록특허공보 GB 2431207 BBritish patent publication GB 2431207 B

본 발명은, 블레이드 휠의 블레이드를 조정하는 장치가 저가에 생산될 수 있고, 다루기 쉬우며 고장 발생 가능성이 적은, 청구항 1의 전제부에 따른 해수 흐름 또는 수력 발전소를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a seawater flow or hydroelectric power plant according to the preamble of claim 1, wherein the device for adjusting the blade of the blade wheel can be produced at low cost, is easy to handle and has a low possibility of occurrence of a failure.

이러한 목적은 청구항 1의 특징에 의하여 달성된다.This object is achieved by the features of claim 1.

주요 아이디어는 하우징으로부터 조정 장치를 제거하고, 하우징의 외부에 상기 장치를 배치하는 것이다. 따라서, 조정 장치는 하우징의 외부에 위치되고, 비틀림 방지(torsion-proof) 방식으로 하우징 또는 하우징의 부분에 연결된다. 조정 장치는 블레이드의 수와 동일한 수의 슬라이더들을 포함하고, 이들 각각은 터빈의 길이 방향 축에 평행하게 이동을 수행하고, 블레이드들 중 하나에 작용한다.The main idea is to remove the adjustment device from the housing and place the device outside the housing. Thus, the adjustment device is located outside the housing and is connected to the housing or part of the housing in a torsion-proof manner. The adjustment device includes sliders of the same number as the number of blades, each of which performs a movement parallel to the longitudinal axis of the turbine and acts on one of the blades.

본 발명과 종래 기술은 이하에서 자세히 나타내는 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 개략적인 수직 평면도이다.
도 2는 도 1의 주요부를 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도로 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 블레이드의 제2 실시예를 나타낸다.
도 4는 슬라이더를 갖는 조정 링을 구비하는 조정 장치를 나타낸다.
도 5는 종래 기술에 따른, 터빈과 발전기를 구비하는 전원 장치의 개략도를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention and its prior art are described with reference to the drawings, which are described in detail below.
1 is a schematic vertical plan view of a first embodiment according to the present invention.
Figure 2 shows the main part of Figure 1 in cross-section along the cutting line II-II.
Figure 3 shows a second embodiment of a blade according to the invention.
Figure 4 shows an adjusting device with an adjusting ring with a slider.
5 shows a schematic diagram of a power supply device comprising a turbine and a generator according to the prior art.

도 1은 터빈 블레이드(1.1)와 허브(1.2)를 구비하는 터빈(1)을 나타낸다. 블레이드(1.1)는 허브(1.2)에 의해 운반된다.Figure 1 shows a turbine 1 with a turbine blade 1.1 and a hub 1.2. The blade (1.1) is carried by the hub (1.2).

허브는 하우징(2) 내측에 탑재된다. 하우징은, 다른 것들과 함께 발전기(미도시)를 포함한다.The hub is mounted inside the housing (2). The housing includes a generator (not shown) with others.

도시된 바와 같이, 허브(1.2)는 조정 링(3)을 포함한다. 조정 링(3)은 허브(1.2)와 동축으로(coaxially) 배치되고, 허브(1.2)를 둘러싼다. 조정 링(3)은 비틀림 방지 방식으로 허브(1.2)에 연결되나, 허브(1.2) 상에서 터빈의 회전축(1.3) 방향으로 슬라이딩될 수 있다.As shown, the hub 1.2 includes an adjustment ring 3. The adjustment ring 3 is disposed coaxially with the hub 1.2 and surrounds the hub 1.2. The adjustment ring 3 is connected to the hub 1.2 in a twist-free manner, but may slide on the hub 1.2 in the direction of the rotation axis 1.3 of the turbine.

슬라이더(4)는 조정 링(3)에 할당, 즉, 블레이드와 동일한 개수로 할당된다. 조정 링(3)과 슬라이더(4)는 결합하여 조정 장치를 형성한다. 슬라이더(4)는 막대 형상이다. 조정 링(3)은 각 슬라이더의 일단부에 작용하고, 슬라이더는 그 타단부에서 블레이드에 작용한다. 조정 링(3)과 슬라이더(4)는 비틀림 방지 방식으로 허브(1.2)에 연결되고, 따라서 함께 회전한다. 블레이드(1.1) 상에서 슬라이더(4)의 개시점(point of attack; 5)은 도 2에 나타내었다.The slider 4 is assigned to the adjustment ring 3, that is, the same number as the blade. The adjusting ring 3 and the slider 4 are combined to form an adjusting device. The slider 4 has a rod shape. The adjustment ring 3 acts on one end of each slider, and the slider acts on the blade at the other end. The adjustment ring 3 and the slider 4 are connected to the hub 1.2 in a twist-free manner and thus rotate together. The point of attack 5 of the slider 4 on the blade 1.1 is shown in Fig.

조정 링(3)과 이에 따른 각각의 슬라이더(4)들의 축 방향 변위는, 도시되지 않은 액츄에이터에 의해 발생한다. 조정 장치(3, 4)의 근소한 축 방향 변위는 이미 블레이드(1.1)의 경사(피치)의 충분한 조정으로 이어질 수 있다.The axial displacement of the adjusting ring 3 and thus of each slider 4 is caused by an actuator not shown. The slight axial displacement of the adjusting devices 3, 4 can already lead to a sufficient adjustment of the slope (pitch) of the blade 1.1.

도 3 및 도 4에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다.3 and 4 show a second embodiment of the present invention.

상기 도면에는 터빈의 블레이드(1.1)가 다시 도시된다. 터빈은 실질적으로 카플란 원리에 따라 배치된다. 터빈 블레이드(1.1)는 블레이드 테논(1.4)을 포함한다. 이것은 블레이드 테논(1.4)을 둘러싸는 환상 기어(1.5)를 포함한다.The blade 1.1 of the turbine is again shown in the figure. The turbines are arranged substantially in accordance with the Kaplan principle. The turbine blade (1.1) includes a blade tenon (1.4). This includes an annular gear 1.5 surrounding the blade tipon 1.4.

도 4는 발전된 조정 링(3)을 구비하는 조정 장치를 나타낸다. 본 발명의 경우에, 조정 링(3)은, 블레이드(1.1)의 개수와 같은 3개의 슬라이더(4)를 운반한다. 슬라이더(4)는 톱니가 있는 래크로 단부 영역에 배치된다. 톱니가 있는 래크는 장착된 상태에서 환상 기어(1.5)와 맞물린다.Fig. 4 shows an adjusting device with an improved adjusting ring 3. Fig. In the case of the present invention, the adjustment ring 3 carries three sliders 4, such as the number of blades 1.1. The slider 4 is disposed in the rack end region with the teeth. The rack with teeth is engaged with the annular gear (1.5) when mounted.

도 5에 따른 주요부는 종래 기술에 속한다. 이것은 복수의 터빈 블레이드(1.1)와 허브(1.2)를 구비하는 카플란 터빈(1)에 관한 것이다. 터빈 블레이드(1.1)는 조정 가능하다. 베벨 기어(6)는 터빈(1)에 의해 발생된 토크를 발전기(7)로 전달한다.The main part according to Fig. 5 belongs to the prior art. This relates to a Kaplan turbine 1 having a plurality of turbine blades 1.1 and a hub 1.2. The turbine blade (1.1) is adjustable. The bevel gear 6 transfers the torque generated by the turbine 1 to the generator 7.

조정 장치는 밀대(pushrod; 4)를 포함한다. 이것은 중공 샤프트(hollow shaft; 8)를 통해 안내된다. 허브(1.2)의 내부, 즉, 회전 부분에서 조정이 수행된다.The adjusting device includes a pushrod (4). Which is guided through a hollow shaft 8. Adjustment is performed in the interior of the hub (1.2), i.e., in the rotating portion.

슬라이더(4)의 개수는 또한 블레이드(1.1)의 개수와 상이할 수 있다.The number of sliders 4 may also be different from the number of blades 1.1.

1: 터빈
1.1: 터빈 블레이드
1.2: 허브
1.3: 회전축
1.4: 블레이드 테논
1.5: 환상 기어
2: 하우징
3: 조정 링
4: 슬라이더
5: 슬라이더의 개시점
6: 베벨 기어
7: 발전기
8: 중공 샤프트1: Turbine
1.1: Turbine blade
1.2: Hub
1.3:
1.4: Blade Tenon
1.5: ring gear
2: Housing
3: Adjustment ring
4: Slider
5: Starting point of the slider
6: Bevel gear
7: Generator
8: hollow shaft

Claims (4)

허브(1.2)와 상기 허브에 의해 운반되는 블레이드(1.1)를 구비하고, 블레이드와 블레이드 테논(1.4)을 포함하는 물 터빈(1);
상기 블레이드(1.3)를 조정하기 위한 조정 장치;
상기 터빈(1)과 구동 연결되는 전기 기계(7);
상기 터빈(1)과 상기 전기 기계(7)를 둘러싸는 하우징(2)을 포함하며,
상기 조정 장치는 상기 하우징(2)의 외부에 위치되고,
상기 조정 장치는, 상기 터빈(1)의 회전축(1.3)에 평행하게 연장되는 축 방향 이동을 수행하고 각각이 블레이드(1.1)에 작용하는 복수의 슬라이더(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안내되거나 구속되지 않은 수류의 에너지를 이용하는 수력 발전소.A water turbine (1) comprising a hub (1.2) and a blade (1.1) carried by the hub, the blade comprising a blade and a blade tenon (1.4);
An adjusting device for adjusting the blade (1.3);
An electric machine (7) drivingly connected to the turbine (1);
And a housing (2) surrounding the turbine (1) and the electric machine (7)
The adjustment device is located outside the housing (2)
Characterized in that the adjustment device comprises a plurality of sliders (4) each of which performs an axial movement extending parallel to the axis of rotation (1.3) of the turbine (1) and which each act on the blade (1.1) Hydropower plants that utilize the energy of unconstrained water currents. 제1항에 있어서,
상기 조정 장치(3, 4)는, 상기 하우징(2)과 동축이고, 상기 하우징(2)을 둘러싸며, 자신의 축 방향 이동의 범위 내에서 상기 슬라이더(4)에 작용하는 조정 링(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 안내되거나 구속되지 않은 수류의 에너지를 이용하는 수력 발전소.The method according to claim 1,
The adjusting device (3, 4) comprises an adjusting ring (3) coaxial with the housing (2), surrounding the housing (2) and acting on the slider (4) Wherein the hydro-power plant utilizes guided or unconstrained water flow energy. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 슬라이더(4)는 톱니를 가진 래크로 구성되며,
상기 블레이드 테논(1.4)은 각각 환상 기어(1.5)를 포함하고,
각각의 톱니를 가진 래크는 환상 기어(1.5)와 맞물리는 것을 특징으로 하는 안내되거나 구속되지 않은 수류의 에너지를 이용하는 수력 발전소.3. The method according to claim 1 or 2,
The slider (4) is constituted by a ratchet having teeth,
The blade tiponon (1.4) comprises a ring gear (1.5)
Characterized in that the racks with their respective teeth engage with the annular gear (1.5). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이더(4)의 개수는 상기 블레이드(1.1)의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 안내되거나 구속되지 않은 수류의 에너지를 이용하는 수력 발전소.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Characterized in that the number of sliders (4) is equal to the number of blades (1.1).
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