KR840002506Y1 - 수압 밸런스 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수압 밸런스 장치

제 1 도, 제 2 도는 종래의 수압 밸런스 장치를 나타낸 수력기계 런너부근의 측면 단면도.

제 3 도 내지 제 6 도는 종래의 수압밸런스 장치에서의 수추력의 밸런스 화(化)가 행해지지 않은 설명도.

제 7 도는 본 고안의 밸런스 장치를 나타낸 수력기계 런너 부근의 측면 단면도.

제 8 도는 본 고안의 원리를 설명하는 선도이다.

본 고안은 수차 펌프등의 배압실 및 측압실을 가진 수력기계의 상기한 2실(室)의 수압 밸런스 장치에 관한 것이다.

종래 수력기계의 축방향 수추력의 조정에 관하여는 각종의 방안이 실시되어 있다. 그 대표적인 배관 계통을 제1도와 제2도에 나타낸다. 제1도의 배관계통은 배압실(1),(2)의 압력수를 밸런스 파이프(4),(5)에 의해 흡출관(11)에 배수해서 수추력을 절감시키는 것이다. 수추력 절감은 유량조정 밸브(7),(6)로 조정이 가능하다.

이 방법에 의한 경우 밸런스 파이프(4,5)를 통과하여 배압실(1,2)로부터 흡출관(11)으로 빠지는 수량은 효율이 저하된다. 또 고낙차의 기계에서는 특히 외배압실(2)과 흡출관(11)의 압력차가 커지고, 이 때문에 물이 다량으로 흐르기 때문에 효율저하가 커지는 한편 밸런스 파이프(5)내의 유속이 빨라져 캐비테이션(CABTATION), 진동 및 소음의 발생을 초래한다.

이들의 결점을 해결하기 위하여 제2도의 방법도 행해지고 있다. 즉 외배압실(2)과 측압실(3)을 밸런스 파이프(9)로 연결시켜 외배압실(2)과 측압실(3)과의 차압을 작게하는 것으로 수추력을 저하시키는 것이다. 내배압실(1)은 내측시일에 의해 압력강하가 행해지고 있으므로 밸런스 파이프(4)로서 흡출관(11)으로 물을 빼내어도 빠지는 물에 의한 효율저하 또는 캐비테이션진동, 소음의 발생은 생기지 않는다.

단 이 경우 다음과 같은 결점을 가지고 있다. 외배압실(2)과 측압실(3)에 있어서의 각각의 압력분포(P)와 연통(連通) 밸런스 파이프(9)의 반경 방향의 취부 위치와의 관계를 제3도 내지 제6도에 나타낸다. 제3도 내지 제6도에 있어서 곡선 a 내지 b는 외배압실(2)에 있어서의 압력분포, 곡선 내지 d는 측압실(3)에 있어서의 압력분포를 나타낸다.

수추력은 곡선 a 내지 b와 c 내지 d의 차분(差分)의 압력에 의해 구하는 것이고 2중 원형상의 압력실에 있어서 내측 시일부의 반경(r₁)에서 연통(連通)밸런스 파이프(9)의 취부경(r₁)까지의 영역에서 발생하는 수추력 T₁과 r₁에서 외측 시일부의 반경(r₂)까지의 영역에서 발생하는 수추력(T₂)등이 합성된 것이 수추력(T)이 된다.

제3도의 경우 연통밸런스 파이프(9)가 외측 시일에 접근하는 한편 외배압실(2)의 압력분포 곡선a 내지 b의 기울기가 측압실(3)의 압력분포곡선 c 내지 d의 기울기보다 작은 경우로 수추력 T₁(+)이 T₂(-)보다 크고 수추력은 아래쪽으로 작용하는 예이다.

이 a 내지 b, c 내지 d의 곡선은 일반적으로 다음 식으로 주어진다.

P₀: 임의의 일정값

α: 압력실의 선회속도 계수

α0.4 내지 0.7

ω : 런너(8)의 회전각속도

r : 반경

γ: 물의 비중량

선회속도 계수(α)는 기동(起動), 정지를 포함한 수력기계의 각종 운전상태, 압력실(2),(3)의 형상 및 구조 또는 각 압력실 및 밸런스 파이프에 출입하는 유량(q₁),(q₂),(q₃),(q₄),(q₅)등에 크게 좌우되는 것이고 계수(α)의 값을 정확하계 예측한다든가 제어하는 것은 용이하지 않은 것이 통상이다.

제3도 및 제4도는 연통밸런스 파이프(9)를 외측 시일측에 설치한 경우이고 제3도는 외배압실(2)의 선회속도 계수(α)의 값이 측압실(3)의 선회속도 계수(α)의 값보다 작은 경우로 수추력이 아래쪽으로 작용하는 예, 제4도는 측압실(3)의 선회속도 계수(α)의 값이 외배압실(2)의 선회속도계수(α)의 값보다 작은 경우로 수추력은 윗쪽으로 작용하는 예를 나타낸다.

제5도 및 제6도는 연통밸런스 파이프(9)를 내측 시일측에 설치한 예이며 수추력은 선회속도 계수(α)의 값에 의해 윗쪽 또는 아래쪽이 되는 예이다.

이처럼 제3도 내지 제6도에 나타낸 바와같이, 외배압실(2) 및 측압실(3)의 압력이 가지각색으로 되기 쉬우므로 수추력(T)의 예측이 곤란하며, 때로는 다수의 수추력으로 되는 결점을 가지고 있다. 특히 고낙차기의 경우는 런너(runner)(8)의 원심력을 크게 하기 위해 런너(8)의 직경이 커지며, 외배압실(2) 및 측압실(3)의 면적도 크게된다. 따라서, 수추력은 압력(p)과 상기 면적이기 때문에 과대수추력으로 된다.

본 고안은 상기 결점을 개선하기 위한 것으로 그 목적으로 하는 바는 수추력을 감소시키는데 있다.

즉 본 고안이 특징으로 하는 바는 각각 내측시일과 외측시일을 가지며, 평면이 이중원형상인 배압실 및 측압실과 상기 배압실과 측압실을 연통하는 밸런스 파이프를 가진 수력기계에 있어서, 상기 밸런스 파이프의 상기 각 격실에 의각개구부를 그들개구부에서 내주측의 수추력과 외주측의 수추력이 거의 균형이 잡히도록, 하기 식으로 정해지는 반경 방향거리(r₀)부근에 설치한 수압밸런스 장치에 있다.

여기서,

k : 실혐적 정수(0.9∼1.1)

r₁: 평균 내측 시일경

r₂: 평균 외측 시일경이다.

본 고안에 의하면 밸런스 파이프의 개구부에서 내주측의 수추력과 외주측의 수추력이 거의 균형이 잡히도록 밸런스파이프가 개구되어 있으므로, 수추력을 밸런스시킬 수 있어 수추력 저감을 꾀할 수 있다.

이하 본 고안의 일실시예를 제7도 및 제8도에 따라 설명한다. 도면중, 제1도 내지 제6도와 같은 기능을 가지는 부품에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생락한다.

제7도에 있어서의 배압실(2)의 내측 시일경을 r₁₁측압실 내측 시일경을 r₁₂로 한다. 평균 내측 시일경(r₁)을 다음과 같이 정의한다.

마찬가지로 평균 외측 시일경(r₂)을 다음과 같이 정의한다.

r₁₃: 배압실의 외측 시일경

r₁₄: 측압실의 외측 시일경

제8도에 있어서 평균 내측 시일경 r₁로부터 외주측 압력과 내주측 압력이 역방향의 작용으로서 밸런스하는 압력의 작용방향 변환점 r₀사이에서 발생하는 수추력(T₁)과 상기 r₀부터 평균 외측 시일경 r₂사이에서 발생하는 수추력(T₂)을 균등하게 하기 위해서는 압력실의 압력곡선 a 내지 b 및 c 내지 d가 반경(r)의 2승에 비례하는 2차 곡선이기 때문에 r₀를 다음과 같이 정하면 좋다.

즉, 제8도의 a∼b, c∼d의 압력(p) 곡선은,

이며, (1)식에서 외배압실(2)의 압력(p₁)과 축압실(3)의 압력(p₂)은,

으로 되며, 그 차압(Δp)은 (2), (3)식에서

이다. 그리고 상기중 a₁, a₂는

로 치환한 것이다.

그런데, 반경(r₀)에서는 p₁=p₂이므로 (2),(3)식에서,

또 수추력의 밸런스는,

이며,

따라서 (5), (6)식으로부터

제7도에 있어서의 연통 밸런스 파이프(9)를 상기의 r₀에 의해 취부한 경우 선회속도 계수(α)의 값의 대소에 관계없이 수추력 T₁과 T₂가 균등하게 된다. 여기서 정수(k)는 모형시험 결과등에 있어서 압력곡선이 반드시 반경 r₁에서 r₂에 걸쳐 같은 2차곡선이 아닌것 등에 의해 r₀를 0.9 내지 1.1의 범위로 정해놓으면 수추력 T₁과 T₂가 밸런스 하는데 유효하다는 것이 판명되어 도입된 정수이다. 구체적인 배관예를 제7도로 나타낸다.

고낙차기의 경우의 배압실(2)과 측압실(3)에 의해 발생하는 수추력의 전체에 차지하는 비율이 크므로 연통 밸런스 파이프(9)를 취부반경(r₀)로 취부하여, 이 부분에서의 수추력을 밸런스 시키면 전에의 수추력은 안정되는 한편작은 것으로 된다. 유량조정 밸브(10)는 유량을 조정하여 물의 하중을 조정하기 위한 것이다. 본 고안과 병용하여 내배합실(1)의 고압수를 내측 밸런스 파이프(4)로서 흡출하여 도관등으로 물을 빼낸 경우수추력은 더욱 절감된다. 도면에는 각 밸런스 파이프를 각 1개로 나타내고 있지만 복수조합도 물론 좋다.

본 고안에 의하면, 기동, 정지를 포함한 각종 운전상태 압력실(2), (3)의 격실 형상 및 구조 또는 각 압력실 및 밸런스 파이프에 출입하는 유량등에 크게 좌우되는 선회속도 계수의 대소에 관계없이 외배압실(2)과 측압실(3)의 수추력을 밸런스시켜 대폭적인 수추력 절감을 도모할 수 있다.

Claims (1)

1. 각각 내측시일과 외측시일을 가지며 평면이 2중 원형상인 배압실 (1),(2) 및 측압실(3)과, 상기한 배압실(1),(2)과 측압실(3)을 연통하는 밸런스 파이프(9)를 가진 수력기계에 있어서, 상기한 밸런스 파이프(9)의 상기 각 실예의 각 개구부를 그들 개구부에 의해 내주측의 수추력과 외주측의 수추력이 거의 균형이 잡히도록, 하기의 식으로서 정해지는 반경 방향거리(r₀)부근에 설치한 것을 특징으로 하는 수압 밸런스 장치.

   여기서,

   k : 경험적 정수(0.9∼1.1)

   r₁: 평균 내측 시일경

   r₂: 평균 외측 시일경