KR20170039210A - U-형 조류에너지 발전장치 캐리어 및 베이스 타입 조류에너지 발전장치 - Google Patents

U-형 조류에너지 발전장치 캐리어 및 베이스 타입 조류에너지 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어 및 베이스 타입 조류에너지 발전장치를 공개하였으며, U-형 조류에너지 발전장치 캐리어는 베이스와 연결 브라켓을 포함하고, 상기 베이스는 파일 레그(1), 수평빔(2), 수평 쇼트빔(3), 롱 수직 파일(4), 쇼트 수직 파일(5)을 포함하며; 상기 연결 브라켓은 수직 튜브(8), 상부 튜브(8), 하부 튜브(10), 고정 튜브(11) 및 베어링 유닛(12)을 포함한다. 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어와 수력터빈발전기를 포함하며, 수력터빈발전기는 수평축 수력터빈일 수 있고, 수직축 수력터빈일 수도 있다. 본 발명의 구조는 간단하고 기구가 안정적이며, 장착 및 사용이 편리하며, 제조, 시공, 운영 비용이 낮아, 수상 운송 및 해상 작업에 영향을 주지 않으며, 조류에너지가 풍부한 해역 혹은 수류에너지가 풍부한 수로에서 적용되며, 복잡한 물 흐름을 갖는 수역의 수류에너지를 개발 및 이용할 수 있다. 비교적 뛰어난 작동 및 발전 성능을 구비하며, 조류 흐름 방향에 자아 적응되며, 케이블이 감기는 것을 방지할 수 있다.

Description

U-형 조류에너지 발전장치 캐리어 및 베이스 타입 조류에너지 발전장치{U-SHAPED TIDAL CURRENT ENERGY POWER GENERATION DEVICE CARRIER AND BASE TYPE TIDAL CURRENT ENERGY POWER GENERATION DEVICE}
본 발명은 조류에너지 발전장치의 지지장치에 관한 것이며, 또한 조류에너지 발전장치에 관한 것이기도 하다.
에너지의 부족을 완화시키고, 환경오염을 줄이기 위한 조류에너지 발전의 효율성은 이미 광범한 공감대를 형성하였고, 성능이 뛰어나고 메커니즘이 안정적이며 공학적 응용에 적합한 조류에너지 발전장치를 개발하는 것이 핵심적인 문제로 떠오르고 있다. 현재, 실험 시범 및 공학에 사용되는 조류에너지 발전장치는 주로 수력터빈식 조류에너지 발전장치이다. 수력터빈의 구조특징을 기반으로 하는, 실험 시범 및 공학에 사용되는 조류에너지 발전장치는 주로 수평축식과 수직축식이 있다. 수력터빈 탑재 캐리어 구조 형식의 특징을 기반으로 하는, 실험 시범 및 공학에 사용되는 조류에너지 발전장치는 주로 부유식, 파일(pile)식 및 베이스 타입 3가지 유형이다. 이미 공개된 보고에 따르면, 수평축식 수력터빈을 기반으로 하는 조류에너지 발전장치는 에너지 이용률이 높은 장점을 갖고 있고, 수직축식 수력터빈을 기반으로 하는 조류에너지 발전장치는 비록 에너지 이용률이 수평축식 수력터빈의 조류에너지 발전장치보다 약간 낮지만, 물 흐름의 변화에 자아 적응되며, 구조가 간단하여 복잡한 물 흐름 방향의 수역에 적용된다. 부유식 캐리어를 기반으로 하는 조류에너지 발전장치는 비록 제조, 시공 및 부설 작업이 간편하지만 해수면에 플로우트되어 해역을 점유하여 선박의 항행과 해상 작업에 영향을 끼칠 뿐만 아니라, 극단적인 해양환경에 방어하는 능력이 약하여, 캐리어와 계류의 설계에 대해 비교적 높은 요구가 제기되고 있다. 파일형 캐리어를 기반으로 하는 조류에너지 발전장치는 비록 캐리어가 견고하고 장치가 작동하기에 적합하지만 말뚝 박는 공사의 기술적인 난도가 높으며 경제적 비용이 일반적으로 비교적 높다.
공개번호 CN102230440A의 특허문서에서는 양방향 플로우 가이드 커버(flow guide cover) 및 조류발전장치를 공개하였으며, 양방향 플로우 가이드 커버는 베이스, 대칭되게 설치되는 두 개의 플로우 가이드 커버, 가이드 포스트(guidepost) 및 가이드 실린더(guide cylinder)를 포함한다. 상기 플로우 가이드 커버와 상기 가이드 포스트는 상기 베이스에 고정 설치되고 상기 가이드 실린더는 상기 두 개의 플로우 가이드 커버 사이에 위치하며, 상기 가이드 실린더는 상기 베이스 상에 고정 설치되는 제1호형 커버와 가이드 슬리브가 설치되어 있는 제2호형 커버를 포함하되, 상기 가이드 슬리브는 상기 가이드 포스트 상에 커버되고, 상기 제2호형 커버는 상기 제1호형 커버의 위측에 위치하며, 상기 제2호형 커버에는 장착 슬리브(sleeve)가 마련되어 있는 장착 브라켓이 더 설치된다. 양방향 플로우 가이드 커버를 통해 조류발전장치를 간편하게 점검 및 수리할 수 있다. 또한, 베이스 상에 플로우 가이드 커버를 대칭되게 설치하여 밀물과 썰물과정에서 해양 조류를 이용하여 수력터빈을 구동시켜 발전시킴으로써, 조류발전장치가 최대한으로 조류에너지를 이용하도록 할 수 있다.
본 발명은 구조가 간단하고 안정적이며 설치 및 사용이 편리하여 복잡한 물흐름 방향을 갖는 수역의 수자원을 개발 및 이용할 수 있는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어를 기반으로 하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 베이스와 케넥션 브라켓을 주로 포함하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어에 있어서, 상기 베이스는 파일 레그, 수평빔, 수평 쇼트빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일을 포함하고, 3개의 파일 레그는 3개의 수평빔에 의해 3각형 형태로 연결되며, 수평 쇼트빔은 두 수평빔 사이에 연결되고, 수평 쇼트빔과 연결되는 두 개의 수평빔에 롱 수직 파일와 쇼트 수직 파일이 각각 수직으로 장착되며, 쇼트 수직 파일 상에 제한 링이 마련되며; 상기 연결 브라켓은 수직 튜브, 상부 튜브, 하부 튜브, 고정 튜브 및 베어링 유닛을 포함하며, 상부 튜브와 두 수직 튜브의 상단은 접속 연결되고, 하부 튜브와 두 수직 튜브 하단의 내측이 연결되며, 매개의 수직 튜브에 고정 튜브를 설치하며, 상부 튜브와 하부 튜브에 베어링 유닛을 각각 설치하고; 수직 튜브와 쇼트 수직 파일이 결합되고, 고정 튜브와 롱 수직 파일이 결합되며, 수직 튜브와 쇼트 수직 파일의 제한링이 접촉하여 연결 브라켓의 수직방향에서 아래로의 제한을 구현한다.
본 발명에 따른 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어는 다음과 같은 특징을 더 포함할 수 있다.
1. 상기 파일 레그는 통 모양의 구조를 가지며, 통본체, 통저면 및 보강판을 포함하며, 상기 통저면은 통본체의 중부 아래쪽에 위치하고, 통저면과 통벽 사이에는 보강재로 강화시키며, 통구는 개방되어 있다.
2. 상부 튜브와 수직 튜브가 10°의 윗각을 이루고, 하부 튜브와 수직 튜브가 15°의 아랫각을 이룬다.
3. 수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바가 각각 설치된다.
본 발명의 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어와 수력터빈발전기를 포함하고, 상기 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 베이스와 연결 브라켓을 포함하고, 상기 베이스는 파일 레그, 수평빔, 수평 쇼트빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일을 포함하며, 3개의 파일 레그는 3개의 수평빔에 의해 3각형 형태로 연결되고, 수평 쇼트빔은 두 수평빔 사이에 연결되며, 수평 쇼트빔과 연결되는 두 개의 수평빔에 롱 수직 파일과 쇼트 수직 파일을 각각 장착하며, 쇼트 수직 파일에 제한 링을 설치하며; 상기 연결 브라켓은 수직 튜브, 상부 튜브, 하부 튜브, 고정 튜브 및 베어링 유닛을 포함하며, 상부 튜브와 두 수직 튜브의 상단은 접속 연결되고, 하부 튜브와 두 수직 튜브 하단의 내측이 연결되며, 매개의 수직 튜브에 고정 튜브를 설치하며, 상부 튜브와 하부 튜브에 베어링 유닛을 각각 설치하고; 수직 튜브와 쇼트 수직 파일이 결합되고, 고정튜브와 롱 수직 파일이 결합되며, 수직 튜브와 쇼트 수직 파일의 제한 링이 접촉하여 연결 브라켓의 수직방향에서 아래로의 제한을 구현하며, 수력터빈발전기는 회전축을 통해 상부 튜브와 하부 튜브에 설치되는 베어링 유닛 사이에 설치된다.
본 발명의 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 아래와 특징을 더 포함할 수 있다.
1. 상기 수력터빈발전기는 수평축 수력터빈발전기이고, 허브, 블레이드, 기관실, 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크를 포함하며, 가속기, 발전기 및 브레이크는 기관실내에 밀봉되고, 블레이드는 허브에 의해 스핀들 단부에 고정되며, 기관실의 뒷부분에서 윙 바에 의해 꼬리 날개를 장착하며, 기관실은 두 개의 설치 바에 의해 상부 튜브와 하부 튜브에 설치되는 베어링 유닛과 연결되고, 수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바가 각각 설치된다.
2. 상기 수력터빈발전기는 수평축 수력터빈발전기이고, 허브, 블레이드, 기관실, 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크를 포함하며, 가속기, 발전기 및 브레이크는 기관실내에 밀봉되고, 블레이드는 허브에 의해 스핀들 단부에 고정되며, 상기 수력터빈발전기는 플로우 가이드 커버, 받침판, 조향타 및 제한장치를 더 포함하며, 상기 플로우 가이드 커버는 개구된 인벌류트한 유선형 커버이고, 기관실은 받침판에 의해 플로우 가이드 커버 내에 고정되며; 상기 받침판은 유선형 윙 플레이트이고, 플로우 가이드 커버의 원주방향으로 균일하게 분포되며, 받침판의 일단은 기관실의 외벽면과 연결되고, 다른 일단은 플로우 가이드 커버의 내벽면과 연결되며; 상기 조향타는 윙 연결바, 제한홈 및 윙 플레이트를 포함하고, 플로우 가이드 커버의 인벌류트 개구부에 위치하고. 윙 플레이트와 제한홈은 회전 가능하게 연결되며; 플로우 가이드 커버 상하부에 플로우 가이드 커버 연결축과 연결 플랜지판을 설치하고, 상기 제한장치는 회전 스토퍼와 고정 스토퍼를 포함하고, 회전 스토퍼는 연결 플랜지판에 연결되고, 고정 스토퍼는 베어링 유닛에 고정되며, 수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바를 각각 설치하고, 플로우 가이드 커버는 플로우 가이드 커버 연결축과 연결 플랜지판을 통해 상부 튜브와 하부 튜브에 마련된 베어링 유닛에 연결된다.
3. 수력터빈발전기는 수직축 수력터빈이고, 가속기, 발전기 및 브레이크는 기관실내에 밀봉되며, 기관실은 상부 튜브에 고정되고, 블레이드는 회전축 상에 장착되며, 회전축의 양단은 상부 튜브와 하부 튜브에 설치되는 베어링 유닛과 연결되고, 발전기 스핀들의 단부와 회전축의 상단에는 상호 치합되는 베벨기어가 구비된다.
본 발명은 구조가 간단하고, 기구가 안정적이며, 장착 및 사용이 편리하며 제조, 시공, 운영 비용이 낮아, 수상 운송 및 해상 작업에 영향을 주지 않으며, 조류에너지가 풍부한 해역 혹은 수류에너지가 풍부한 수로에 적용되며, 수직축 수력터빈발전기 세트의 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어를 탑재할 수 있다. 본 발명의 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 연해, 연하 양안 및 섬주민에게 생산용 및 생활용 전기를 제공할 수 있으며, 복잡한 물 흐름 방향을 갖는 수역의 수류에너지 자원을 개발 이용할 수 있다. 비교적 뛰어난 작동 및 발전 성능을 구비하고 조류 흐름 방향에 자아 적응되며 케이블이 감기는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 모듈화 구조를 적용하며, 주로 베이스 부분, 연결 브라켓 부분 및 수력터빈발전기 세트 부분을 포함한다.
상기 베이스 부분은 연결 브라켓 부분과 수력터빈발전기 세트 부분을 지지하기 위한 것이며, 수력터빈발전기 세트 부분과 해저의 중력 마찰 고정을 구현하며, 주로 파일 레그, 수평빔, 수평 쇼트빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일, 서스펜션 파일 및 수직 파일 보강판 등을 포함한다. 상기 파일 레그는 밸러스트(ballast)를 각각 적재하고, 해저 중력과 마찰을 통해 고정되며, 수평빔과 용접 연결되어 3개의 레그를 갖는 삼각형 베이스를 형성한다. 파일 레그는 통 모양의 구조를 갖고, 통저면을 위로 올려, 중력 마찰 고정에 편리를 도모하며, 통저면과 통벽 사이의 구조를 강화시키며, 통구는 개방되어 있다.
상기 수평빔은 파일 레그를 연결하는 동시에 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일을 용접 연결한다. 상기 수평 쇼트빔의 양단은 두 개의 수평빔을 연결하고, 수평 쇼트빔 및 U-형 프레임 평면과 평행되는 수평빔에 출동바를 각각 설치하여 윙 플레이트와 맞물리도록 하고, 수력터빈발전기 세트 부분에 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공한다. 상기 롱 수직 파일과 쇼트 수직 파일은 주로 연결 브라켓의 고정 튜브 및 수직 튜브와 맞물리기 위한 것이며, 연결 브라켓 부분과 수력터빈발전기 세트 부분의 수평방향 위치확인을 구현한다. 수직 튜브와 쇼트 수직 파일, 고정 튜브 및 롱 수직 파일은 각각 결합된 후, 수직 튜브를 통해 쇼트 수직 파일의 제한 링과 접촉하여 수직방향에서 아래로의 제한을 구현한다. 롱 수직 파일과 수평빔 사이의 용접 강도를 확보하기 위해, 서스펜션 파일과 수직 파일 보강판을 통해 롱 수직 파일에 대해 구조적인 강화를 진행하며, 쇼트 수직 파일과 수평빔 사이의 용접 강도를 확보하기 위해, 수직 파일 보강판을 통해 쇼트 수직 파일에 대해 구조적인 강화를 진행한다. 상기 수평빔, 수평 쇼프빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일 및 서스펜션 파일은 모두 튜브형 구조를 가지고, 내측과 외측에는 모두 부식방지 페인트를 칠하며, 수평빔, 수평 쇼트빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일 및 서스펜션 파일에는 입수공이 형성되어 있어, 장착 및 작동시의 밸러스트를 감소함으로써 안착 작업이 편리하게 된다.
상기 연결 브라켓 부분은 수력터빈발전기 세트 부분을 탑재하기 위한 것이며, 수력터빈발전기 세트 부분과 베이스 부분이 이동 가능하게 연결되게 하며, 수직 튜브, 상부 튜브, 하부 튜브, 고정 튜브 및 베어링 유닛을 주로 포함한다. 상기 상부 튜브와 수직 튜브의 상단은 접속 연결되고 하부 튜브와 수직 튜브 하단의 내측이 연결되어 U-형 프레임을 형성한다. 상기 수직 튜브에 고정 튜브를 더 설치하여 롱 수직 파일과의 결합을 수평방향으로 구속하고, 수직 튜브 하단과 쇼트 수직 파일의 결합을 수평방향으로 구속하며, 쇼트 수직 파일의 제한링과 접촉함으로써 연결 브라켓 부분의 수직방향에서 아래로의 제한을 구현한다. 상기 상부 튜브와 하부 튜브에는 베어링 유닛이 각각 설치된다. 상기 베어링 유닛은 베어링 슬리브, 워터 루브리케이션(water lubrication) 베어링, 연결 브라켓 스핀들(spindle) 및 연결 브라켓 스핀들 플랜지판으로 구성되며, 수력터빈발전기 세트 부분을 탑재하기 위한 것으로, 수력터빈발전기 세트 부분이 U-형 프레임 내에서 자유롭게 회전할 수 있도록 한다. 수력터빈발전기 세트 부분을 용이하게 배치하기 위해, 상부 튜브와 수직 튜브는 10°의 윗각을 이루고, 하부 튜브와 수직 튜브는 15°의 아랫각을 이룬다. 상기 연결 브라켓 부분의 상단의 베어링 슬리브에는 작업 플랫폼이 설치되고, 상부 튜브에는 끌어올리는 작업을 위한 후크 장치(hook device)가 설치되어 있다. 상기 수직 튜브, 상부 튜브, 하부 튜브는 모두 튜브형 구조를 가지며, 내측과 외측은 모두 부식방지 페인트를 칠하고, 수직 튜브, 상부 튜브 및 하부 튜브에는 입수공이 형성되어 있어, 장착 및 작동시의 밸러스트를 감소함으로써 안착 작업이 편리하게 된다.
상기 수력터빈발전기 세트 부분은 조류의 운동에너지를 전기에너지로 전환하기 위한 것이고, 플로우 가이드를 위한 자아 적응형 강화 장치이며, 주로 플로우 가이드 커버, 받침판, 수력터빈, 조향타 및 제한장치를 포함한다. 상기 플로우 가이드 커버는 개구된 인벌류트(involute)한 유선형 커버이고, 블레이드 휠의 전환 효율을 높이기 위한 것이며, 하단에는 호형 연결판이 연결되어 있고, 호형 연결판에는 플로우 가이드 커버 연결축이 연결되며, 플로우 가이드 커버 연결축에는 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판이 마련되어 있으며, 상단에는 플로우 가이드 커버 연결축과 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판이 직접 마련되어 있다. 수력터빈발전기 세트 부분은 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판에 의해 연결 브라켓 스핀들 플랜지판과 이동 가능하게 연결된다. 상기 수력터빈은 블레이드(blade), 허브, 기관실, 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크 등을 포함한다. 상기 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크 등은 기관실 내에 밀봉되어 있고, 수력터빈은 받침판에 의해 플로우 가이드 커버 내에 고정된다. 상기 받침판은 유선형 윙 플레이트이고, 플로우 가이드 커버의 원주방향으로 균일하게 분포되며, 일단은 기관실의 외벽면과 연결되고, 다른 일단은 플로우 가이드 커버의 내벽면과 연결된다. 상기 조향타는 플로우 가이드 커버와 수력터빈의 대류를 구현하기 위한 것이며, 윙 연결바, 제한홈 및 윙 플레이트를 포함하며, 플로우 가이드 커버의 인벌류트 개구부(involute opening)에 위치한다. 상기 윙 연결바는 제한홈을 연결하기 위한 것이고, 상기 제한홈은 윙 플레이트의 스윙 각 범위를 구속하고, 상기 윙 플레이트와 제한홈은 회전 가능하게 연결되며, 충돌바와 작용한 후, 수력터빈발전장치 부분에 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공한다. 상기 제한장치는 수력터빈발전기 세트 부분이 180° 범위 내에서만 회전하도록 회전각도를 컨트롤하여 도선이 얽히는 것을 방지하며, 또한, 제한장치는 회전 스토퍼와 고정 스토퍼를 포함한다. 상기 회전 스토퍼는 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판에 고정되고. 고정 스토퍼는 베어링 슬리브에 고정된다. 상기 수력터빈발전기 세트 부분의 상하부 플로우 가이드 커버 스핀들 플랜지판에 모두 회전 스토퍼가 설치되어 있고, 연결 브라켓 부분의 상하부 베어링 슬리브에 모두 고정 스토퍼가 설치되어 있어, 상하로 회전 제한하여 기구 제한의 안정성을 확보한다.
상기 상부 튜브 상에는 후크 장치가 더 용접되어 있고 상단 베어링 슬리브의 상단면에는 작업 플랫폼이 더 용접되어 있다.
상기 U-형 프레임은 기관실의 연결축과 기관실의 연결축 플랜지를 통해 수력티빈 기관실과 직접 연결할 수 있고, 수력터빈 기관실의 뒷부분의 스턴 러더(stern rudder)로부터 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공함으로써, 물 흐름의 변화에 자아 적응될 수 있다.
상기 스턴 러더는 윙 바(wing bar)와 꼬리 날개(tailplane)를 포함하며, 꼬리 날개는 10° 경사지게 고정된 윙 구조일 수 있다.
상기 U-형 프레임의 상하 양단에 베어링 유닛을 각각 설치한 후, 수직축 수력터빈을 탑재하여 발전기 세트를 직접 구동시켜 발전할 수 있다.
상기 발전장치는 전반적으로 작업 해역 혹은 수로 내에 프리팅 설치할 수 있어, 유지보수 및 점검수리 시 연결 브라켓 부분과 이에 탑재된 수력터빈발전기 세트 부분을 들어 올리기만 하면 된다.
상기 U-형 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 조류에너지가 풍부한 해역에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 수자원이 풍부한 수로에도 적용할 수 있다.
도 1은 베이스 타입 조류에너지 발전장치의 일 실시형태를 개략적으로 나타낸 전체 구조도이다.
도 2는 베이스 부분의 구조 개략도이다.
도 3은 연결 브라켓 부분의 구조 개략도이다.
도 4는 수력터빈발전기 세트 부분의 구조 개략도이다.
도 5는 제한장치(limit device) 배치 개략도이다.
도 6은 플로우 가이드 커버를 구비하지 않는 수평축 수력터빈발전기 세트의 개략도이다.
도 7은 베이스 타입 조류에너지 발전장치의 다른 일 실시형태를 개략적으로 나타낸 전체 구조도이다.
도 8은 수직축 수력터빈을 탑재한 상태에서 작동하는 것을 나타내는 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 특허 실시형태를 상세하게 설명한다.
본 발명의 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어는 주로 베이스와 연결 브라켓을 포함한다. 베이스는 주로 연결 브라켓과 수력터빈발전기 세트를 지지하는 역할을 한다. 도 2를 참조하면, 베이스는 주로 3개의 파일 레그(spud leg)(1), 3개의 수평빔(2), 수평 쇼트빔(3), 두 개의 롱 수직 파일(4), 두 개의 쇼트 수직 파일(5), 두 개의 서스펜션 파일(6) 및 4개의 수직 파일 보강판(7) 등을 포함한다. 3개의 파일 레그는 밸러스트(ballast)를 각각 적재하고, 해저 중력과 마찰을 통해 고정된다. 3개의 파일 레그(1)는 3개의 수평빔(2)과 용접 연결되어 3개의 레그를 갖는 삼각형 베이스를 형성한다. 3개의 파일 레그(1)는 모두 통 모양의 구조를 갖고 있으며, 통저면(22)을 위로 올리고 통저면(22)과 통벽 사이는 보강재(23)로 구조를 강화시키며, 통구는 개방되어 있다. U-형 프레임과 평행되는 수평빔(2)의 중간 부위에는 충돌바(18)가 용접되어 있고, U-형 프레임과 평행되지 않는 수평빔(2) 상에 롱 수직 파일(4)과 쇼트 수직 파일(5)이 각각 용접되어 있다. 상기 수평빔(2) 상의 매개 롱 수직 파일(4)에는 서스펜션 파일(6)과 수직 파일 보강판(7)이 더 용접되어 있고, 쇼트 수직 파일(5)에는 수직 파일 보강판(7)이 용접되어 있다. 상기 수직 파일 보강판(7)은 매개 롱 수직 파일(4)과 쇼트 수직 파일(5)의 외측에 각각 용접되어 있다. 상기 수평 쇼트빔(3)의 양단은 두 개의 수평빔(2) 상에 용접되고, 수평 쇼트빔(3)의 중간부위에도 충돌바(18)가 용접되어 있고, 충돌바(18)와 윙 플레이트(wing plate)(37)가 맞물려, 수력터빈발전기 세트 부분에 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공한다. 상기 3개의 수평빔(2), 수평 쇼트빔(3), 두 개의 롱 수직 파일(4), 두 개의 쇼트 수직 파일(5) 및 두 개의 서스펜션 파일(6)은 모두 튜브형 구조를 이루고, 내측과 외측에는 모두 부식방지 페인트를 칠하며, 수평빔(2), 수평 쇼트빔(3), 롱 수직 파일(4), 쇼트 수직 파일(5) 및 서스펜션 파일(6) 상에는 입수공이 형성되어 있어, 장착 및 작동시의 밸러스트를 감소함으로써 장착 작업이 편리하다.
연결 브라켓은 수력터빈발전기 설리세트를 탑재하기 위한 것이다. 도 3을 참조하면, 연결 브라켓은 주로 두 개의 수직 튜브(8), 두 개의 상부 튜브(9), 두 개의 하부 튜브(10), 두 개의 고정 튜브(fixing pipe)(11) 및 두 개의 베어링 유닛(12)을 포함한다. 두 개의 상부 튜브(9)와 두 개의 수직 튜브(8)의 상단은 접속 연결되고, 두 개의 하부 튜브(10)와 두 개의 수직 튜브(8)의 하단의 내측이 연결되어 U-형 프레임을 형성한다. 두 개의 수직 튜브(8)의 외측에는 고정 튜브(11)가 각각 용접되어 있다. 매개 고정 튜브(11)의 내경은 매개 롱 수직 파일(4)의 외경보다 조금 커서, 롱 수직 파일(4)을 커버하여, 연결 브라켓과 수력터빈발전기 세트에 대해 수평 구속 제한을 진행한다. 매개의 수직 튜브(8)의 내경은 매개의 쇼트 수직 파일(5)의 외경보다 조금 커서, 매개의 수직 튜브(8)의 하단은 매개의 쇼트 수직 파일(5)를 커버하여, 연결 브라켓 부분과 터빈발전기 세트 부분에 대해 수평 구속 제한을 진행하며, 쇼트 수직 파일(5) 상의 제한 링(limit ring）(21)과 접촉함으로써, 연결 브라켓 부분과 수력터빈발전기 세트 부분에 대해 수직방향에서 아래로 제한한다. 두 개의 상부 튜브(9)와 두 개의 하부 튜브(10) 사이에는 베어링 유닛(12)이 각각 용접되어 있다. 매개 베어링 유닛(12)은 베어링 슬리브(25), 워터 루브리케이션(water lubrication) 베어링, 연결 브라켓 스핀들(spindle)(26) 및 연결 브라켓 스핀들 플랜지판(27)으로 구성되며, 연결 브라켓 스핀들(26)과 연결 브라켓 스핀들 플랜지판(27)은 베어링 슬리브(25) 내에서 자유롭게 회전할 수 있다. 매개 상부 튜브(9)는 매개 수직 튜브(8)와 각각 10°의 윗각을 이루고, 매개 하부 튜브(10)는 매개 수직 튜브(8)와 각각 15°의 아랫각을 이룬다. 연결 브라켓 부분의 상단의 베어링 슬리브(25)에는 작업 플랫폼이 용접되어 있고, 매개 상부 튜브(9)에는 리프팅 작업을 위한 후크 장치(19)가 용접되어 있다. 두 개의 수직 튜브(8), 두 개의 상부 튜브(9), 두 개의 하부 튜브(10), 두 개의 고정 튜브(11)는 모두 튜브형 구조를 이루며, 내측과 외측에는 모두 부식방지 페인트를 칠하고, 수직 튜브, 상부 튜브 및 하부 튜브에는 입수공이 형성되어, 장착 및 작동시의 밸러스트를 감소함으로써 장착 작업이 편리하다.
상부 튜브 상에는 후크 장치(19)가 더 용접될 수 있고, 상단 베어링 슬리브(25)의 상단면에는 작업 플랫폼(20)이 더 용접되어 있을 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 베이스 타입 조류에너지 발전장치의 일 실시형태의 수력터빈발전기는 수평축 수력터빈발전기이다. 수력터빈발전기 세트 부분은 조류의 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 것이며, 주로 플로우 가이드 커버(13), 3개의 받침판(14), 수력터빈(15), 조향타 (16) 및 제한장치(limit device)(17)를 포함한다. 상기 플로우 가이드 커버(13)는 개구된 인벌류트(involute)한 유선형 커버이고, 플로우 가이드 커버(13)의 상단 및 하단에는 호형 연결판(42)이 각각 하나씩 용접되어 있고, 매개 호형 연결판(42) 상에는 플로우 가이드 커버 연결축(40)이 용접 연결되며, 매개 플로우 가이드 커버 연결축(40) 상에는 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판(41)이 용접되어 있으며, 매개 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판(41)은 연결 브라켓 스핀들 플랜지판(27)과 각각 이동 가능하게 연결된다. 상기 수력터빈은 허브, 두 개의 블레이드(blade), 기관실, 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크 등을 포함한다. 상기 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크 등은 기관실 내에 밀봉되어 있고, 수력터빈은 3개의 받침판(14)에 의해 플로우 가이드 커버(13) 내에 고정된다. 상기 받침판(14)은 유선형 윙 플레이트이고, 플로우 가이드 커버의 원주방향으로 균일하게 분포되며, 일단은 기관실(31)의 외벽면과 연결되고, 다른 일단은 플로우 가이드 커버(13)의 내벽면과 연결된다. 상기 조향타(16)는 플로우 가이드 커버(13)와 수력터빈(150)의 대류를 구현하기 위한 것이며, 두 개의 L형 윙 연결바(35), 두 개의 제한홈(36) 및 하나의 윙 플레이트(37)를 포함하며, 플로우 가이드 커버(13)의 인벌류트 개구부(involute opening)에 위치한다. 두 개의 L형 윙 연결바(35)는 두 개의 제한홈(36)을 연결하기 위한 것으로서, 일단은 플로우 가이드 커버(13)의 개구측에 용접되고, 다른 일단은 제한홈(36)에 각각 연결된다. 제한홈(36)은 윙 플레이트(37)의 스윙 각 범위를 구속하여 윙 플레이트(37)가 ±10°범위 내에서 스윙하도록 컨트롤한다. 상기 윙 플레이트(37)는 NACA0018윙형 플레이트이고, 현 길이는 플로우 가이드 커버(13)의 개구 직경의 1/5이고, 제한홈(36)과 회전 가능하게 연결되며, 충돌바(18)와 작용한 후, 수력터빈발전기 세트부분에 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공한다. 제한장치(17)는 수력터빈발전기 세트 부분이 180°범위 내에서만 회전하도록 회전각도를 컨트롤하여 도선이 얽히는 것을 방지하며, 또한 제한장치는 두 개의 회전 스토퍼(38)와 두 개의 고정 스토퍼(39)를 포함한다. 두 개의 회전 스토퍼(38)는 두 개의 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판(41)의 시곗바늘의 12시 위치와 6시 위치에 각각 고정된다. 두 개의 고정 스토퍼(39)는 두 개의 베어링 슬리브(25)의 시곗바늘의 6시 위치와 12시 위치에 각각 고정된다. 상기 수력터빈발전기 세트 부분의 상하부 플로우 가이드 커버 스핀들 플랜지판(41)상에 모두 회전 스토퍼(38)가 설치되어 있고, 연결 브라켓 부분의 상하부 베어링 슬리브(25)상에 모두 고정 스토퍼(39)가 설치되어 있으며, 상하 회전 제한이 기구 제한의 안정성을 보장해야 한다.
도 6을 참조하면, 플로우 가이드 커버가 없는 수평축 수력터빈발전기 세트를 사용할 수 있다. 상기 수력터빈은 허브(29), 두 개의 블레이드(28), 기관실(31), 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크 등을 포함한다. 상기 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크 등은 기관실 내에 밀봉되어 있다. U-형 프레임은 기관실 연결축(43)과 기관실 연결축 플랜지판(44)을 통해 수력터빈 기관실(31)에 직접 연결하고, 수력터빈 기관실(31) 뒷부분의 스턴 러더(stern rudder)로부터 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공함으로써, 물 흐름의 변화에 자아 적응된다. 상기 스턴 러더는 윙 바(wing bar)(45)와 꼬리 날개(tail plane)(46)를 포함하며, 꼬리 날개(46)는 10° 경사지게 고정된 윙 구조일 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, U-형 프레임의 상하단에 베어링 유닛(12)을 각각 설치한 후, 수직축 수력터빈(47)을 탑재하여, 발전기 세트를 직접 구동하여 발전시킬 수 있다. 수직축 수력터빈(47)을 탑재한 발전기 세트는 사각형 기관실(50) 내에 밀봉되며, 수직축 수력터빈 스핀들(48)과 연결되는 조향 주동형 베벨기어 (51), 발전기 스핀들과 연결되는 조향 피동형 베벨기어(52), 가속기(53), 발전기(54) 및 브레이크(55)등을 포함한다.
장착 전에, 3개의 파일 레그(1), 3개의 수평빔(2), 수평 쇼트빔(3), 롱 수직 파일(4), 두 개의 쇼트 수직 파일(5), 두 개의 서스펜션 파일(6) 및 수직 파일 보강판(7), 두 개의 충돌바(18) 등을 먼저 용접 연결하여 3개의 레그를 갖는 삼각형 베이스 부분을 형성하고; 두 개의 수직 튜브(8), 두 개의 상부 튜브(9), 두 개의 하부 튜브(10), 두 개의 고정 튜브(11) 및 두 개의 베어링 유닛(12) 등을 용접 연결시켜 연결 브라켓 부분을 형성하며; 플로우 가이드 커버(13), 3개의 받침판(14), 수력터빈(15), 조향타(16), 호형 연결판(42), 두 개의 플로우 가이드 커버 연결축(40), 두 개의 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판(41) 등을 용접 연결시켜 수력터빈발전기 세트 부분을 형성한다. 제한장치(17)의 두 개의 회전 스토퍼(38)는 두 개의 플로우 가이드 커버 연결축 플랜지판(41)의 시곗바늘 12시 위치와 6시 위치에 각각 고정되고, 두 개의 고정 스토퍼(39)는 두 개의 베어링 슬리브(25)의 시곗바늘 6시 위치와 12시 위치에 각각 고정된다. 베이스 부분, 연결 브라켓 부분 및 수력터빈발전기 세트 부분인 3개의 독립적인 모듈을 형성한다.
장착시, 수력터빈발전기 세트 부분은 플랜지에 의해 연결 브라켓 부분과 이동 가능하게 연결되어, 새로운 모듈을 형성한다. 새로운 모듈은 두 개의 수직 튜브(8)에 의해 두 개의 쇼트 수직 파일(5)과 결합하고, 두 개의 고정 튜브(11)에 의해 두 개의 롱 수직 파일(4)과 결합시켜, 베이스 부분 상에 장착한다. 조립이 완성되면 전반적으로 들어올려 작업 해역의 해저면에 배치한다. 해저면에 배치할 때, U-형 프레임 평면과 물의 주 흐름 방향과 수직되게 한다.
작동 시, U-형 베이스 타입 조류에너지 발전장치는 3개의 파일 레그(1)에 의해 해저와 중력마찰에 의해 고정된다. 수력터빈 블레이드는 물 흐름의 충격을 받아 스핀들을 회전시키며, 기관실 내의 가속기를 통해 발전기를 구동시켜 발전하며, 기관실 내의 브레이크에 의해 정차 및 점검수리를 진행할 수 있다. 발전장치 작동 시, 플로우 가이드 커버(13)에 의해 수력터빈(15)의 발전 효율을 높인다. 물 흐름 방향이 변화될 경우, 윙 플레이트(37)는 제한홈(36)의 작용 및 L형 윙 연결바(35)에 의해 전달되어 플로우 가이드 커버(13) 내의 수력터빈(15)에 방향을 전환시키는 유체 역학적 양력을 제공함으로써, 수력터빈발전기 세트 부분이 연결 브라켓 스핀들(26) 및 연결 브라켓 스핀들 플린재판(27)과 함께 베어링 슬리브(25) 내에서 180°로 자유 회전하여, 물 흐름의 변화에 자아 적응되고, 플로우 가이드 커버(13) 및 수력터빈 임펠러판(impeller disk）표면이 정면으로 물 흐름(forward flow)을 맞이하도록 확보한다.
유지보수 및 점검수리 시, 수력터빈발전기 세트 부분과 연결 브라켓 부분을 들어 올리기만 하면, 유지보수 및 점검수리 작업을 진행할 수 있다.
플로우 가이드 커버(13)를 구비하지 않는 수평축 수력터빈을 기반으로 하는 U-형 베이스 타입 조류에너지 발전장치와 수직축 수력터빈(47)을 기반으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치의 장착 과정, 작동 과정 및 유지보수, 점검수리 방법은 플로우 가이드 커버(13)를 구비하는 수평축 터빈을 기반으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치와 유사하다.

Claims (10)

  1. 베이스와 케넥션 브라켓을 주로 포함하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어에 있어서,
    상기 베이스는 파일 레그, 수평빔, 수평 쇼트빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일을 포함하고, 3개의 파일 레그는 3개의 수평빔에 의해 3각형 형태로 연결되고, 수평 쇼트빔은 두 수평빔 사이에 연결되며, 수평 쇼트빔과 연결되는 두 개의 수평빔에 롱 수직 파일과 쇼트 수직 파일을 각각 수직으로 장착하며, 매개의 쇼트 수직 파일상에 제한 링을 설치하며;
    상기 연결 브라켓은 수직 튜브, 상부 튜브, 하부 튜브, 고정 튜브 및 베어링 유닛을 포함하며, 상부 튜브와 두 수직 튜브의 상단은 접속 연결되며, 하부 튜브와 두 수직 튜브 하단의 내측이 연결되고, 매개의 수직 튜브에 고정 튜브를 설치하며, 상부 튜브와 하부 튜브에 베어링 유닛을 각각 설치하며;
    수직 튜브와 쇼트 수직 파일이 결합되고, 수직 튜브와 쇼트 수직 파일상의 제한링이 접촉되여 연결 브라켓의 수직방향에서 아래로의 제한을 구현하며, 고정튜브와 롱 수직 파일이 결합되는 것을 특징으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일 레그는 통 모양의 구조를 가지며, 통본체, 통저면 및 보강판을 포함하며, 상기 통저면은 통본체의 중부 아래쪽에 위치하고, 통저면과 통벽 사이는 보강재로 강화시키며, 통구는 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어.
  3. 청구항 1 혹은 청구항 2에 있어서,
    상부 튜브와 수직 튜브가 10°의 윗각을 이루고, 하부 튜브와 수직 튜브가 15°의 아랫각을 이루는 것을 특징으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어.
  4. 청구항 1 혹은 청구항 2에 있어서,
    수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어.
  5. 청구항 3에 있어서,
    수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어.
  6. U-형 조류에너지 발전장치 캐리어와 수력터빈발전기를 포함하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치에 있어서,
    상기 U-형 조류에너지 발전장치 캐리어는 베이스와 연결 브라켓을 포함하고,
    상기 베이스는 파일 레그, 수평빔, 수평 쇼트빔, 롱 수직 파일, 쇼트 수직 파일를 포함하며, 3개의 파일 레그는 3개의 수평빔에 의해 3각형 형태로 연결되고, 수평 쇼트빔은 두 수평빔 사이에 연결되고, 수평 쇼트빔과 연결되는 두 개의 수평빔에 롱 수직 파일과 쇼트 수직 파일이 각각 장착되며, 쇼트 수직 파일에 제한 링을 설치하며;
    상기 연결 브라켓은 수직 튜브, 상부 튜브, 하부 튜브, 고정 튜브 및 베어링 유닛을 포함하며, 상부 튜브와 두 수직 튜브의 상단은 접속 연결되고, 하부 튜브와 두 수직 튜브 하단의 내측이 연결되며, 매개의 수직 튜브에 고정 튜브를 설치하며, 상부 튜브와 하부 튜브에 베어링 유닛을 각각 설치하며, 수직 튜브와 쇼트 수직 파일이 결합되고, 고정튜브와 롱 수직 파일이 결합되며, 수직 튜브와 쇼트 수직 파일의 제한링이 접촉하여 연결 브라켓의 수직방향에서 아래로의 제한을 구현하며, 수력터빈발전기는 회전축을 통해 상부 튜브와 하부 튜브 상에 설치되는 베어링 유닛 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 수력터빈발전기는 수평축 수력터빈발전기이고, 허브, 블레이드, 기관실, 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크를 포함하며, 가속기, 발전기 및 브레이크는 기관실 내에 밀봉되고, 블레이드는 허브에 의해 스핀들 단부에 고정되고, 기관실의 뒷부분에 윙 바에 의해 꼬리 날개를 장착하며, 기관실은 두 개의 설치 바에 의해 상부 튜브와 하부 튜브에 설치된 베어링 유닛과 연결되며, 수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 수력터빈발전기는 수평축 수력터빈발전기이고, 허브, 블레이드, 기관실, 스핀들, 가속기, 발전기 및 브레이크를 포함하며, 가속기, 발전기 및 브레이크는 기관실내에 밀봉되고, 블레이드는 허브에 의해 스핀들 단부에 고정되며, 상기 수력터빈발전기는 플로우 가이드 커버, 받침판, 조향타 및 제한장치를 더 포함하며, 상기 플로우 가이드 커버는 개구된 인벌류트한 유선형 커버이고, 기관실은 받침판에 의해 플로우 가이드 커버 내에 고정되며, 상기 받침판은 유선형 윙 플레이트이고, 플로우 가이드 커버의 원주방향으로 균일하게 분포되며, 받침판의 일단은 기관실의 외벽면에 연결되고, 다른 일단은 플로우 가이드 커버의 내벽면에 연결되며, 상기 조향타는 윙 연결바, 제한홈 및 윙 플레이트를 포함하고, 플로우 가이드 커버의 인벌류트 개구부에 위치하고. 윙 플레이트와 제한홈은 회전 가능하게 연결되며, 플로우 가이드 커버 상하부에 플로우 가이드 커버 연결축과 연결 플랜지판을 설치하고, 상기 제한장치는 회전 스토퍼와 고정 스토퍼를 포함하고, 회전 스토퍼는 연결 플랜지판에 연결되며, 고정 스토퍼는 베어링 유닛에 고정되고, 수평 쇼트빔 및 수평 쇼트빔과 평행되는 수평빔에 충돌바가 각각 설치되고, 플로우 가이드 커버는 플로우 가이드 커버 연결축과 연결 플랜지판을 통해 상부 튜브와 하부 튜브에 설치된 베어링 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    수력터빈발전기는 수직축 수력터빈이며, 가속기, 발전기 및 브레이크는 기관실 내에 밀봉되고, 기관실은 상부 튜브에 고정되며, 블레이드는 회전축에 장착되며, 회전축의 양단은 상부 튜브와 하부 튜브에 마련된 베어링 유닛과 연결되고, 발전기의 스핀들의 단부와 회전축의 상단에는 상호 치합되는 베벨기어가 구비되는 것을 특징으로 하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일 레그는 통 모양의 구조를 가지며, 통본체, 통저면 및 보강판을 포함하며, 상기 통저면은 통본체의 중부 아래쪽에 위치하고, 통저면과 통벽 사이는 보강재로 강화되며, 통구는 개방되어 있으며, 상부 튜브와 수직 튜브는 10°의 윗각을 이루며, 하부 튜브와 수직 튜브는 15°의 아랫각을 이루는 것을 특징으로 하는 베이스 타입 조류에너지 발전장치.
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