KR20150103403A - 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기 밑에서 발전과 양수를 택일하는 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치에 관한 것으로, 점검과 보수가 용이하도록 수면에 노출되고 발전량에 따라서 양수 또는 발전으로의 전환을 자동화하기 위하여, 발전기 샤프트와 수차샤프트 사이에 설치된 발전 디스크 팩과 양수 디스크 팩 또는 양면 디스크 팩이 전자석으로 승강하여 발전할 때는 양면 디스크 팩과 발전 디스크 팩이 접속되고 양수할 때는 양면 디스크 팩과 양수 디스크 팩의 접속으로 가속된 수차동력이 양수기에 전달되어 잉여전력 생산을 억제함으로써 발전량 기복이나 발전중단을 해소하기 위한 조지식 조력발전이나 파력발전에서 양수발전의 에너지보전효율이 향상되고 동력접속장치가 수면에 노출되므로 점검과 보수가 용이한 것을 특징으로 한다.

Description

양수겸용 수차발전소의 동력접속장치{Connecting equipment of the water turbine power between the generator and the water pump in the water power generating plant}
본 발명은 수면에 노출되고 자동화가 가능한 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전량에 따라 수차동력이 전자석으로 선택적으로 접속되는 디스크 팩에 의해 발전동력 또는 양수동력으로 자동 전환되는 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치에 관한 것이다.
조지식 조력발전소와 조지식 파력발전소는 조석간만 또는 기복이 심한 파도의 세기로 발전량 기복이 심하고 연속 발전이 불가능하므로 잉여에너지를 저장했다가 필요할 때 전력수요를 충족해야 하는데, 잉여전력을 이용한 축전방법은 한 번의 발전과정과 한 번의 양수과정에서 각각 60%씩 에너지가 소모되므로 에너지보전효율이 16%밖에 안 된다.
그러므로 적어도 한 번의 발전과정을 생략할 수 있는 양수발전시스템이 요구되는데, 그것은 잉여전력이 생산되는 만큼의 수차동력을 양수동력으로 전환하는 것이다. 즉 잉여전력이 아닌 잉여발전용수로 양수하여 한 번의 발전단계가 생략됨으로써 발전으로 소비될 60%의 에너지가 절약되는 것이다.
발전으로 소비될 에너지까지 양수에 이용되므로 양수량이 2.5배까지 증가하고, 양수에 수차동력이 이용되므로 양수장이나 수원지, 입수 수로 등이 생략될 수 있으며, 양수저수지까지 연결하는 양수 수로의 일부 구간이 발전소구조물을 이용하므로 에너지보전효율과 양수발전시스템 축조비용 절감액 등을 감안할 때 양수발전에 의한 전력생산단가가 획기적으로 낮아질 것이다.
양수하려면 일 방향으로 회전하는 복류식 수차발전소이어야 하고 회전에너지와 회전속도가 일정 수준 이상이어야 한다. 전기는 양 방향으로 회전하고 회전속도가 일정하지 않아도 생산될 수 있지만 양수할 때는 압상고에 따라서 에너지가 약하거나 회전속도가 느리면 양수가 중단될 수도 있고 특히 반대방향으로 회전하면 양수가 불가능하기 때문이다.
수중 양수기는 대개 직립(直立)형이므로 동력접속장치가 양수기 상단이나 하단으로 연결될 수 있다.
원형판을 가진 복류식 수차는 원형판에 톱니를 부착함으로써 동력접속장치의 중간기어를 생략할 수 있지만 수중에 설치되어야 하므로 침습(浸濕)을 완벽하게 차단하거나 수시로 작동상태를 점검할 수 없을 뿐만 아니라 발전과 양수 중 택일하기 위해서는 발전기 밑에도 유사한 동력접속장치가 별도로 설치되어야 한다.
양수기는 후두만 상시 물에 잠기면 되므로 반드시 수차기초에 고정되어야할 필요가 없고, 양수저수지까지 연결되는 양수 수로는 발전소구조물에 설치되어야 하므로 양수기 상단에서 동력을 접속할 수 있다.
따라서 동력접속장치가 발전기 바로 밑에 설치되면 수면에 노출되므로 침습 우려가 해소되고 점검과 보수가 용이하며 접속 디스크 팩 접속에 전자석이 이용되므로 자동 전환이 가능하다.
다만, 정지해 있던 발전기나 양수기에 동력이 갑자기 연결되면 수차나 동력전달장치 등의 심각한 손상이 발생할 수 있으므로 전자석의 자력이 점차 강해지거나 우선 수차동력이 양쪽으로 접속되어 수차의 회전속도가 느려진 후에 한쪽을 차단하는 방법이 고려된다.
본 발명은 수차동력으로 양수 가능한 양수겸용 수차발전소에 설치되는 동력접속장치의 점검과 보수가 용이하도록 수면에 노출되고, 전체 발전량에 따라서 발전 또는 양수로의 전환을 자동화하는데 목적이 있다.
상기 목절을 달성하기 위하여, 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치는 교각으로 형성된 수로에서 수차기초와 간조수위 또는 평균해면 사이에 설치된 복류식 수차 상단과 저수가능수위 사이에 수월구 수문을 가진 복류식 조력발전소 또는 파도로 양수할 수 있도록 굴절형 수문을 가진 복류식 해양발전소에서 발전기 거치대(103)에 설치된 발전기(100)와 상기 수로에 고정된 양수기(300) 사이에서 발전과 양수 중 택일가능하도록 수차동력을 연결하는 동력접속장치에 있어서;
발전기 샤프트(101)에 근접하도록 연장된 수차샤프트(102)와 상기 발전기 샤프트(101) 사이에 결속된 디스크 팩(disk pack)(110)과, 가속배율에 따라 지지구조물(104)에 회전가능하게 고정된 소형 기어(212)와 대형기어(211)로 형성된 복수의 중간기어(210)와 양수기(300) 샤프트에 고정된 양수기어(311)가 복수의 체인 또는 벨트(231)로 연결된 동력전달장치로 구성된다.
상기 디스크 팩(110)은 상기 수차샤프트(102)에 고정된 양면 디스크 팩(111)과, 톱니형 발전기 샤프트(101)를 궤도로 승강하는 발전기 디스크 팩(112)과, 상기 발전기(100)와 상기 발전 디스크 팩(112) 사이에 고정된 발전 전자석(141)과, 상기 수차샤프트(102)를 궤도로 승강(乘降)하도록 결속된 베어링(131)에 고정된 양수 디스크 팩 휠(wheel)(113)과, 상기 지지구조물(104)과 상기 양수 디스크 팩 휠(113) 사이에 삽입된 양수 스프링(133)과 양수 전자석(142)으로 형성되어 전원이 끊어진 쪽으로 접속되는 A형 접속 디스크 팩, 또는
톱니형 수차샤프트(102)를 궤도로 승강하는 양면 디스크 팩 휠(111a)과, 상기 발전기 샤프트(101)에 고정된 발전 디스크 팩(112)과, 상기 발전 디스크 팩 양쪽에 고정된 복수의 발전 전자석(141)과, 상기 수차샤프트(102)에 회전가능하게 고정된 양수 디스크 팩 휠(113)과, 상기 양수 디스크 팩 휠(113) 양쪽에 고정된 복수의 양수전자석(142)으로 형성되어 전원이 연결된 쪽으로 수차동력이 접속되는 B형 디스크 팩 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 양면 디스크 팩(111)과 상기 양수 디스크 팩 휠(113)과 상기 발전 디스크 팩(112)은 접속 면이 맞물려 회전하는 방사형 돌기(121) 또는 석면 디스크로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 조지식 조력발전소나 파력발전소의 발전량에 따라 전자석으로 발전 또는 양수동력으로 자동 전환이 가능하고, 동력접속장치가 수면에 노출되므로 점검과 보수가 용이한 것을 특징으로 한다.
제1도는 전자석 전원이 끊어진 쪽으로 접속되는 A형 동력접속장치 측면도,
제2도는 도 1의 a-a' 횡단면(평면)도,
제3도는 전자석 전원이 연결된 쪽으로 접속되는 B형 동력접속장치 측면도,
제4도는 B형 디스크 팩의 양면 디스크 팩 휠과 전자석 배치 평면도,
제5도는 호형 돌기를 가진 A형 디스크 팩의 발전 디스크 팩 평면도,
제6도는 방선형 돌기를 가진 A형 디스크 팩의 발전 디스크 팩 평면도
제7도는 방선형 돌기를 가진 A형 디스크 팩의 양수 디스크 팩 평면도
제8도는 도 1의 점선으로 표시된 A형 디스크 팩 상세도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치에 대하여 설명한다.
교각으로 형성된 수로에서 수차기초와 간조수위 또는 평균해면 사이에 복류식 수차가 설치되고 상기 복류식 수차 상단부터 저수가능수위까지 수월구 수문을 가진 조지식 조력발전소 또는 파도로 양수할 수 있도록 굴절형 수문을 가진 조지식 해양발전소에 설치된 발전기(100)와 양수기(300) 사이에서 발전과 양수 중 택일가능하도록 수차동력을 연결하는 동력접속장치가 수면에 노출되도록 수차동력이 발전기 거치대(103)에 고정된 발전기 샤프트(101) 또는 지지구조물(104)에 고정된 동력전달장치를 통해 양수기(300)에 전달된다.
도 1은 전자석(141, 142) 전원이 끊어지는 쪽으로 수차동력이 접속되는 A형 디스크 팩(110)으로 형성된 동력접속장치 입면도이고, 도 3은 전자석(141, 142) 전원이 연결되는 쪽으로 수차동력이 접속되는 B형 디스크 팩(110a)으로 형성된 동력접속장치 입면도로, 동력접속장치는 발전기(100)에 근접하도록 수직으로 연장된 수차샤프트(102)와 발전기 샤프트(101) 사이에 결속된 디스크 팩(disk pack)(110)과, 양수가능한 회전속도에 따라 지지구조물(104)에 회전가능하게 고정된 소형 기어(212)와 대형기어(211)로 형성된 복수의 중간기어(210)와, 양수기(300) 샤프트에 고정된 양수기어(311)가 복수의 체인 또는 벨트(231)로 연결된 동력전달장치로 구성된다.
A형 디스크 팩(110)은 도 1과 같이 양면 디스크 팩(110)이 수차샤프트(102)에 고정되고 발전 디스크 팩(112)은 톱니형 발전기 샤프트(101)를 궤도로 승강할 수 있도록 결속되며, 발전기(100)와 발전디스크 팩(112) 사이에 삽입된 발전스프링(132)과 발전 전자석(141), 및 수차샤프트(102)를 궤도로 승강할 수 있도록 도 7 및 도 8과 같이 유격을 가진 베어링(131)에 고정된 양수 디스크 팩 휠(113)이 아래 쪽에 장착된 양수 스프링(133)과 양수 전자석(142)으로 형성되어 양수할 때는 발전 전자석(141)에 전원이 연결되어 발전 디스크 팩(112)이 양면 디스크 팩(111)에서 분리되고 양수 전자석(142)에 대한 전원은 차단되어 양수 디스크 팩 휠(113)이 양수 스프링(133)에 의해 양수 디스크 팩(113)에 접속되어 수차동력이 양수기(300)에 전달된다.
한편, 발전기(100)는 발전할 때는 발전 전자석(141) 전원이 차단되어 발전 디스크 팩(112)이 양면 디스크 팩(111)과 접속되도록 발전 스프링(132)의 탄력으로 하강하고, 발전하지 않을 때는 발전 디스크 팩(112)이 발전 전자석(141)의 자력(磁力)으로 당겨져서 양면 디스크 팩(111)에서 분리되며 발전과 양수가 모두 중단될 때는 전자석(141, 142)에 대한 전원이 모두 차단된다.
B형 디스크 팩(110)은 도 3 및 도 4와 같이 양면 디스크 팩 휠(111)이 발전 전자석(141) 또는 양수 전자석(142)의 자력으로 톱니형 수차샤프트(102)를 궤도로 승강하여 발전기 샤프트(101)에 고정된 발전 디스크 팩(112)이나 수차샤프트(102)에 회전가능하게 고정된 양수 디스크 팩 휠(113)과 접속하여 수차동력이 발전기(100) 또는 양수기(300)에 연결된다.
순간적인 접속으로 정지해 있던 발전기(100)나 양수기(300) 구동부의 손상을 예방하기 위해서 컨트롤 박스에 의해서 전자석에 대한 전원의 접속과 차단이 수차례 반복되다가 접속되고 그때에 전자석(141, 142)의 자력이 서서히 강해지도록 조절되거나, 양쪽 디스크 팩(112, 113)이 양면 디스크 팩(111)에 동시에 접속되어 회전저항이 커진 회전속도가 느려진 후에 분리될 수 있도록 한다.
다만 B형 디스크 팩은 양면 디스크 팩(111)이 양쪽으로 동시에 접속될 수 없으므로 각각 독립적으로 승강할 수 있도록 2개로 분할되어 한쪽 전자석(141, 또는 142)의 전원이 단전되면 반대편 전자석(142, 또는 141)의 자력에 의해 접속이 분리되도록 한다.
수차샤프트(102)와 양수기(300)와의 거리 및 양수에 필요한 회전속도에 따라 도 1 또는 도 3 및 도 2에 도시된 바와 같이 수차동력이 양수 디스크 팩 휠(113)과 양수기어(311) 사이에서 소형기어(212)와 대형기어(211)가 함께 지지구조물(104)에 베어링(221)으로 고정된 복수의 중간기어(200)를 통해 체인 또는 벨트(231)로 가속되면서 양수기(300)에 연결된다.
발전 디스크 팩(112) 아래쪽과, 양면 디스크 팩(111) 양면, 및 양수 디스크 팩 휠(113) 위쪽이 도 5와 같이 균일한 간격의 호형 또는 도 4와 같이 우산 발과 같이 방선형으로 형성된 돌기(121) 또는 마찰력이 큰 석면 디스크로 형성된다.
따라서, 도 1 및 도 8에 도시된 A형 디스크 팩(110)과 같이 전자석(141, 142)의 전원이 차단되면서 스프링(132, 133)의 탄력으로 발전 디스크 팩(112) 또는 양수 디스크 팩(113) 중 하나가 양면 디스크 팩(111)과 접속되거나, 도 3과 같은 B형 디스크 팩(110)처럼 전자석(141, 142)의 자력(磁力)으로 양면 디스크 팩(111)을 당겨 발전 디스크 팩(112) 또는 양수 디스크 팩(113)과 밀접하게 접속되어 발전량에 따라 수차동력이 발전기(100) 또는 양수기(300) 중 어느 한쪽으로 자동 연결되는 것을 특징으로 한다.
100; 발전기 101; 발전기 샤프트 102; 수차샤프트
103; 발전기 거치대 104; 지지구조물 110; 접속 디스크 팩
111; 양면 디스크 팩 111a; 양면 디스크 팩 휠 112; 발전 디스크 팩
113; 양수 디스크 팩 113a;양수 디스크 팩 휠 121; 돌기
131; 양수 베어링 132; 발전 스프링 133; 양수 스프링
141; 발전 전자석 142; 양수 전자석 200; 중간기어
211; 대형기어 212; 소형기어 221; 중간베어링
231; 체인 또는 벨트 300; 양수기 311; 양수기어

Claims (3)

  1. 교각으로 형성된 수로에서 수차기초와 간조수위 또는 평균해면 사이에 설치된 복류식 수차 상단과 저수가능수위 사이에 수월구 수문을 가진 복류식 조력발전소 또는 파도로 양수할 수 있도록 굴절형 수문을 가진 복류식 해양발전소에서 발전기 거치대(103)에 설치된 발전기(100)와 상기 수로에 고정된 양수기(300) 사이에서 발전과 양수 중 택일가능하도록 수차동력을 연결하는 동력접속장치에 있어서;
    발전기 샤프트(101)에 근접하도록 연장된 수차샤프트(102)와 상기 발전기 샤프트(101) 사이에 결속된 디스크 팩(disk pack)(110)과, 가속배율에 따라 지지구조물(104)에 회전가능하게 고정된 소형 기어(212)와 대형기어(211)로 형성된 복수의 중간기어(210)와 양수기(300) 샤프트에 고정된 양수기어(311)가 복수의 체인 또는 벨트(231)로 연결된 동력전달장치로 구성된 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 디스크 팩(110)은 상기 수차샤프트(102)에 고정된 양면 디스크 팩(111)과, 톱니형 발전기 샤프트(101)를 궤도로 승강하는 발전기 디스크 팩(112)과, 상기 발전기(100)와 상기 발전 디스크 팩(112) 사이에 고정된 발전 전자석(141)과, 상기 수차샤프트(102)를 궤도로 승강(乘降)하도록 결속된 베어링(131)에 고정된 양수 디스크 팩 휠(wheel)(113)과, 상기 지지구조물(104)과 상기 양수 디스크 팩 휠(113) 사이에 삽입된 양수 스프링(133)과 양수 전자석(142)으로 형성되어 전원이 끊어진 쪽으로 접속되는 A형 접속 디스크 팩, 또는
    톱니형 수차샤프트(102)를 궤도로 승강하는 양면 디스크 팩 휠(111a)과, 상기 발전기 샤프트(101)에 고정된 발전 디스크 팩(112)과, 상기 발전 디스크 팩 양쪽에 고정된 복수의 발전 전자석(141)과, 상기 수차샤프트(102)에 회전가능하게 고정된 양수 디스크 팩 휠(113)과, 상기 양수 디스크 팩 휠(113) 양쪽에 고정된 복수의 양수전자석(142)으로 형성되어 전원이 연결된 쪽으로 수차동력이 접속되는 B형 디스크 팩 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 양면 디스크 팩(111)과 상기 양수 디스크 팩 휠(113)과 상기 발전 디스크 팩(112)은 접속 면이 맞물려 회전하는 방사형 돌기(121) 또는 석면 디스크로 형성된 것을 특징으로 하는 양수겸용 수차발전소의 동력접속장치.
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KR20210038491A (ko) 2021-03-19 2021-04-07 정재희 물을 이용한 회전동력 발생장치

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