KR20180077603A - 수직축 수차의 하부지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직축 수차의 하부지지구조에 관한 것으로, 저낙차의 유수 조건에서 발전이 가능하도록 수로의 바닥면에 대하여 수직을 이루는 가상선을 기준으로 회전가능하게 설치되는 수직축 수차의 하부지지구조로서, 상기 수차가 상기 가상선을 기준으로 회전 가능하도록 상기 수차의 중앙 영역을 관통하여 상기 가상선과 나란하게 설치되는 회전축과; 상기 회전축을 지지하도록 상기 수로의 바닥면에 설치되는 지지부재와; 상기 회전축과 상기 지지부재 사이에 게재되어 상기 수차를 지지함과 동시에 상기 회전축과 상기 지지부재 사이의 마찰을 감쇄시키는 마찰감쇄부를 포함함으로써, 수직축 수차를 지지하는 하부지지구조물과 수직축 수차 사이의 마찰을 최소화하여 흐르는 물에 대한 저항력을 감소시킴으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

수직축 수차의 하부지지구조{SUPPORTING UNDERSTRUCTURE OF VERTICAL TYPE WATER MILL}

본 발명은 수차의 하부지지구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 수로에 설치되어 수로를 따라 흐르는 물에 의하여 회전구동함으로써 발전이 이루어지도록 하는 수직축 수차의 하부지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 소수력 발전은 하천이나 저수지 등에서 물의 낙차에 의한 위치 에너지를 이용하여 수차의 회전력을 발생시키고 그 회전력에 의해 수차와 직결되어 있는 발전기에 의해서 전기 에너지를 생산하는 발전 방식을 일컫는다.

소수력 발전은 물의 위치 에너지와 운동에너지를 이용하므로 수질 또는 대기에 주는 환경요인이 거의 없으며, 대수력 발전소 근처에서 생기는 기상에의 영향도 극히 미약한 무공해 자원이다.

소수력 발전은 우선 재생 가능한 부존자원으로서 전형적인 순환 에너지이므로 연료비가 없다. 또한, 간단한 유지관리 운전이 가능하며, 화력이나 원자력 발전소보다 수명이 3배이상 길어서 일단 건설되면 장기간 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.

특히, 에너지 자원이 절대 부족한 우리 나라의 입장에서는 에너지 해외 의존도를 경감시키고 에너지를 안정화시키기 위하여 부존 에너지를 최대한 활용하는 것이 매우 중요하다. 소수력 자원은 다른 대체 에너지원에 비하여 에너지 밀도가 매우 크기 때문에 개발할 가치가 큰 부존 자원으로 평가되고 있다.

이러한 소수력 자원을 이용하기 위하여 수직 방향으로 설치되는 수직축 수차가 개발되어 있는데, 수직축 수차의 경우에는 수차의 구조를 어떻게 제작하느냐에 따라 수차를 지지하고 있는 고정구조물의 하중조건이 변하여 구조물 제작이 필요 이상으로 커지게 되는 경우가 있다.

따라서, 수차를 지지하는 구조의 형상에 따라 유체의 흐름에 의한 힘을 적게 받을 수도 있고 또는 크게 받을 수도 있기 때문에 하부 지지구조물이 힘을 크게 받게 되면 구조를 튼튼하게 해야 하므로 발전장치 제작에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있기 때문에 적은 힘이 가해지고 마찰을 줄일 수 있는 수직축 수차의 하부지지구조가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수직축 수차를 지지하는 하부지지구조물과 수직축 수차 사이의 마찰을 최소화하여 흐르는 물에 대한 저항력을 감소시킴으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있는 수직축 수차의 하부지지구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수직축 수차의 하부지지구조는, 저낙차의 유수 조건에서 발전이 가능하도록 수로의 바닥면에 대하여 수직을 이루는 가상선을 기준으로 회전가능하게 설치되는 수직축 수차의 하부지지구조로서, 상기 수차가 상기 가상선을 기준으로 회전 가능하도록 상기 수차의 중앙 영역을 관통하여 상기 가상선과 나란하게 설치되는 회전축과; 상기 회전축을 지지하도록 상기 수로의 바닥면에 설치되는 지지부재와; 상기 회전축과 상기 지지부재 사이에 게재되어 상기 수차를 지지함과 동시에 상기 회전축과 상기 지지부재 사이의 마찰을 감쇄시키는 마찰감쇄부를 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지지부재와 접촉되는 상기 회전축의 단부에는 제1수용홈이 형성되고, 상기 회전축의 단부와 접촉되는 상기 지지부재의 상면에는 제2수용홈이 형성되며, 상기 마찰감쇄부는 상기 제1수용홈과 제2수용홈으로 둘러쌓인 공간의 내부에 배치되며 구 형상으로 형성된 마찰감쇄강구로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 마찰감쇄강구는 크롬합금강으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 지지부재와 접촉되는 상기 회전축 단부의 둘레는 상기 회전축보다 작은 직경을 갖는 단턱부가 형성되고, 상기 회전축의 단부와 접촉되는 상기 지지부재에는 상기 단턱부가 삽입되어 수용되는 수용홈이 함몰 형성되며, 상기 마찰감쇄부는 상기 단턱부에 삽입된 형태로 구비되어 상기 수용홈의 외면과 접촉되는 고리 형상의 부싱으로 구성될 수 있다.

아울러, 상기 부싱은 에이엘디씨(ALDC) 계열의 1종 내지 14종 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 수직축 수차의 하부지지구조는, 수직축 수차를 지지하는 하부지지구조물과 수직축 수차 사이의 마찰을 최소화하여 흐르는 물에 대한 저항력을 감소시킴으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조를 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 수직축의 지지구조를 도시한 종단면도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조를 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3의 수직축의 지지구조를 도시한 종단면도이다.

이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 수직축의 지지구조를 도시한 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 수직축의 지지구조를 도시한 종단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수직축 수차의 하부지지구조는, 저낙차의 유수 조건에서 발전이 가능하도록 수로의 바닥면에 대하여 수직을 이루는 가상선을 기준으로 회전가능하게 설치되는 수직축 수차의 하부지지구조로서, 상기 수차(1)가 상기 가상선을 기준으로 회전 가능하도록 상기 수차(1)의 중앙 영역을 관통하여 상기 가상선과 나란하게 설치되는 회전축(100)과; 상기 회전축(100)을 지지하도록 상기 수로의 바닥면에 설치되는 지지부재(200)와; 상기 회전축(100)과 상기 지지부재(200) 사이에 게재되어 상기 수차(1)를 지지함과 동시에 상기 회전축(100)과 상기 지지부재(200) 사이의 마찰을 감쇄시키는 마찰감쇄부(300)를 포함한 것을 특징으로 한다.

수차(1)는 수로를 따라 흐르는 물과 접촉되어 물의 흐름에 의하여 회전 구동하면서 실질적으로 발전이 이루어지도록 하는 역할을 하는데, 이러한 수차(1)는 복수의 날개가 구비되어 흐르는 물이 날개와 접촉되어 수차(1)를 회전구동시킴으로써 발전이 이루어지도록 한다.

회전축(100)은 수차(1)의 중앙 영역에 수차(1)의 높이 방향을 따라 배치되는 원기둥 형상의 부재로서, 그 둘레면에는 수차(1)의 날개가 방사 방향을 따라 복수로 연장 형성되어 있다.

이러한 회전축(100)은 수차(1)가 설치되는 바닥면에 대하여 수직을 이루는 방향으로 배치되어 수차(1)의 회전과 함께 회전 구동하게 된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조의 경우에 지지부재(200)와 접촉되는 회전축(100)의 하단에는 제1수용홈(110)이 형성되어 있는데, 제1수용홈(110)은 일정 깊이 함몰되고 그 측면은 경사지게 형성되어 내부에 수용되는 마찰감쇄부재(300)의 외면과 점접촉이 이루어지게 된다.

마찰감쇄부재(300)의 외면과 회전축(100)에 형성된 제1수용홈(110)의 외면이 상호 점접촉이 이루어지도록 함으로써 회전축(100)의 회전 구동에 따른 마찰을 최소화할 수 있게 된다.

지지부재(200)는 수차(1)가 설치되는 수로의 바닥면에 설치되어 수차(1)를 회전가능하게 지지하는 역할을 하는 부재로서, 회전축(100)의 단부와 접촉되는 상기 지지부재(200)의 상면에는 제2수용홈(210)이 형성되어 있다.

제2수용홈(210)도 제1수용홈(110)과 마찬가지로 일정 깊이 함몰되고 그 측면은 경사지게 형성되어 내부에 수용되는 마찰감쇄부재(300)의 외면과 점접촉이 이루어지게 된다.

그리고, 마찰감쇄부재(300)의 외면과 지지부재(200)에 형성된 제2수용홈(210)의 외면이 상호 점접촉이 이루어지도록 함으로써 회전축(100)의 회전 구동에 따른 마찰을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조에 구비되는 마찰감쇄부(300)는 제1수용홈(110)과 제2수용홈(210)으로 둘러쌓인 공간의 내부에 배치되며 구 형상으로 형성된 마찰감쇄강구(310)로 형성될 수 있다.

마찰감쇄강구(310)가 구 형상으로 형성됨으로써 제1수용홈(110)과 제2수용홈(210)에 수용된 상태에서 제1수용홈(110) 및 제2수용홈(210)의 외면과 점접촉이 이루어지도록 하여 마찰력을 최소화할 수 있게 된다.

수차(1)의 상부지지구조는 베이링 2중 구조를 이용하여 수차의 하중을 전담하며, 수차의 하부지지구조는 부식관련 내식성이 우수한 표면처리를 거친 마찰감쇄강구(310)를 삽입하는 형태를 갖는다.

수차(1)의 상부와 하부의 일측은 각각 별도의 구조물에 고정되어 내부의 제1수(110)과 제2수용홈(210)으로 둘러싸인 공간에서 마찰감쇄강구(310)가 이탈됨을 방지할 수 있도록 한다.

이러한 마찰감쇄강구(310)는 크롬합금강으로 형성되도록 함으로써 표면 경도가 우수하여 내마모성이 높고 접촉되는 부분이 점형태로 제한적이기 때문에 회전부하가 적게 걸리는 장점이 있을 뿐만 아니라, 일반적인 베어링의 수명은 2년 안팎인데 비해 마찰감쇄강구(310)의 경우에는 유지 보수기간이 4년 이상으로 일반적인 베어링에 비하여 2배 이상으로 길다는 장점이 있다.

그리고, 마찰감쇄강구(310)의 경우에는 별다른 급유나 윤활이 필요없으며, 유지보수의 번거로움도 적기 때문에 공차 부분이 여유로워서 가공의 난이도가 낮기 때문에 제작비용을 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축 수차의 하부지지구조의 경우에 지지부재(200)와 접촉되는 회전축(100) 단부의 둘레는 회전축(100)보다 작은 직경을 갖는 단턱부(120)가 형성되어 있다.

단턱부(120)는 회전축(100)보다 작은 직경을 갖도록 둘레 방향을 따라 회전축(100)의 외면 일부가 절개됨으로써 형성되는 영역으로 단턱부(120)의 외면에는 후술할 부싱(320)이 삽입되어 고정된다.

단턱부(120)가 형성되는 높이는 부싱(320)의 높이와 동일한 높이를 갖도록 형성되며 그 직경도 부싱(320)의 직경과 동일하게 형성되어 부싱(320)이 견고하게 단턱부(120)에 삽입되어 고정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

지지부재(200)는 수차(1)가 설치되는 수로의 바닥면에 설치되어 수차(1)를 회전가능하게 지지하는 역할을 하는 부재이다.

회전축(100)의 단부와 접촉되는 이러한 지지부재(200)에는 단턱부(120)가 삽입되어 수용되는 수용홈(220)이 함몰 형성되어 있다.

수용홈(220)의 직경은 회전축(100)의 단턱부(120)에 구비되는 부싱(320)의 직경보다는 다소 크게 형성되어 부싱(320)이 수용홈(220)에 삽입된 상태에서 원활하게 회전축(100)의 회전이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 수용홈(220)의 깊이는 부싱(320)의 높이보다는 낮은 깊이를 갖도록 형성되어 부싱(320)의 상단 하면이 수용홈(220)의 상면으로부터 일정 간격 이격될 수 있도록 하는 것이 마찰을 감소시키는데 효과적이다.

마찰감쇄부(300)는 단턱부(120)에 삽입된 형태로 구비되어 수용홈(220)의 외면과 접촉되는 고리 형상의 부싱(320)으로 형성될 수 있다.

이러한 부싱(320)은 에이엘디씨(ALDC) 계열의 1종 내지 14종 중 어느 하나의 재질로 형성 형성되어, 부식이 심하고 고하중을 받는 환경 조건에 적합하게 사용되는데, 에이엘디씨 계열의 특성상 알루미늄 합금 중에서 가장 강도와 경도가 우수하며 열처리가 가능한 제품으로서 원하는 강도로 강도의 조절이 가능하다는 효과가 있다.

따라서, 유지보수 및 단가면에서 유리하며 정밀한 표면 연마 처리가 가능하므로 장시간 사용에도 부싱 내면이 손상되지 않고, 재질의 특성상 사용시간이 일정 시간 경과하면 표면이 반질해져 회전부하의 증량이 없다는 효과가 있다.

그리고, 부싱(320)은 외면이 'T'자 형상으로 형성되어 수차의 하중을 지지함과 동시에 회전축(100)의 틀어짐을 방지하며 수로를 따라 유동하는 물에 의하여 수차(1)가 회전 구동시에 15 rpm 이하의 미끄럼 회전이 발생하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 부싱(320)은 공기중에서도 사용이 가능하므로 지상에 설치되는 대형 교반기 등의 장치에도 적용이 가능하며, 마찰계수를 낮추기 위해서 지지부재(200)와 접촉되는 부싱(320)의 외면에는 극압계 구리스를 도포하여 사용할 수 있음은 물론이다.

이러한 구성을 본 발명에 따른 수직축 수차의 하부지지구조는 수직축 수차를 지지하는 하부지지구조물과 수직축 수차 사이의 마찰을 최소화하여 흐르는 물에 대한 저항력을 감소시킴으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 일 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 일 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

1 : 수차 100 : 회전축
110 : 제1수용홈 120 : 단턱부
200 : 지지부재 210 : 제2수용홈
220 : 수용홈 300 : 마찰감쇄부재
310 : 마찰감쇄강구 320 : 부싱

Claims (5)

1. 저낙차의 유수 조건에서 발전이 가능하도록 수로의 바닥면에 대하여 수직을 이루는 가상선을 기준으로 회전가능하게 설치되는 수직축 수차의 하부지지구조로서,
   상기 수차(1)가 상기 가상선을 기준으로 회전 가능하도록 상기 수차(1)의 중앙 영역을 관통하여 상기 가상선과 나란하게 설치되는 회전축(100)과;
   상기 회전축(100)을 지지하도록 상기 수로의 바닥면에 설치되는 지지부재(200)와;
   상기 회전축(100)과 상기 지지부재(200) 사이에 게재되어 상기 수차(1)를 지지함과 동시에 상기 회전축(100)과 상기 지지부재(200) 사이의 마찰을 감쇄시키는 마찰감쇄부(300)를 포함한 것을 특징으로 하는 수직축 수차의 하부지지구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재(200)와 접촉되는 상기 회전축(100)의 단부에는 제1수용홈(110)이 형성되고, 상기 회전축(100)의 단부와 접촉되는 상기 지지부재(200)의 상면에는 제2수용홈(210)이 형성되며,
   상기 마찰감쇄부(300)는 상기 제1수용홈(110)과 제2수용홈(210)으로 둘러쌓인 공간의 내부에 배치되며 구 형상으로 형성된 마찰감쇄강구(310)인 것을 특징으로 하는 수직축 수차의 하부지지구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 마찰감쇄강구(310)는 크롬합금강으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직축 수차의 하부지지구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재(200)와 접촉되는 상기 회전축(100) 단부의 둘레는 상기 회전축(100)보다 작은 직경을 갖는 단턱부(120)가 형성되고, 상기 회전축(100)의 단부와 접촉되는 상기 지지부재(200)에는 상기 단턱부(120)가 삽입되어 수용되는 수용홈(220)이 함몰 형성되며,
   상기 마찰감쇄부(300)는 상기 단턱부(120)에 삽입된 형태로 구비되어 상기 수용홈(220)의 외면과 접촉되는 고리 형상의 부싱(320)인 것을 특징으로 하는 수직축 수차의 하부지지구조.
5. 제4항에 있어서,
   상기 부싱(320)은 에이엘디씨(ALDC) 계열의 1종 내지 14종 중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 수직축 수차의 하부지지구조.
   
   
   
   

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