KR890000643B1 - 회전 수력 기계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회전 수력 기계

제1도는 양수발전소에서 사용되고 있는 종래의 회전수력기계의 개략 구성을 나타낸 설명도.

제2도는 제1도에 나타낸 회전수력기계의 개선을 목적으로 한 선행기술의 요부 구성을 나타낸 설명도.

제3도는 본원 발명의 실시예의 요부 구성을 나타낸 설명도.

제4도는 본원 발명의 다른 실시예의 요부 구성을 나타낸 설명도.

본원 발명은 시동시에 압축공기가 도입되어 시동을 용이하게 하는 회전수력기계 (回轉水力機械)에 관한 것이며, 특히 러너실에 도입된 압축공기를 배출하기 위한 배기밸브를 구비한 회전식 양수(揚水)기계에 관한 것이다.

양수발전소, 즉 잉여전력을 사용하여 물을 높은 곳에 있는 저수지에 양수해두고, 갈수기 또는 첨두(尖頭) 부하시에 이 물을 이용하여 발전을 하는 발전소에 사용되고 있는 대형의 회전식 양수기계에 있어서는, 일반적으로 시동시 러너의 기동토크를 적게 하기 위해 러너실에 압축공기를 도입하여 러너실내의 물을 흡출관내의 소정의 높이까지 밀어 내리고, 러너의 회전속도가 규정치에 도달한 후에 이 공기를 배출하여 통상의 운전으로 이행하는 방법이 채용되고 있다.

근년, 양수발전소는 점차 고낙차화(高落嵯化), 그리고 대용량화되는 경향이 있으며, 또 일반적으로 지하발전소의 형식으로 설치되어 있다. 이 때문에, 발전소 각부에 있어서의 배기, 배수 등은 발전소내에 설치된 집합배수 피트에 일괄해서 모여져서, 배수펌프 등에 의해서 발전소 밖으로 배출되고 있다.

그러나, 이 구성으로 배수펌프가 발전소내의 전원 상실 등 때문에 운전불능으로 되거나 또는 배수피트내에의 배수의 유입량이 펌프배수능력을 상회하거나 하면 배수피트가 넘치고, 마침내는 발전소 전체가 물에 잠길 우려가 있다.

예를 들면, 도입된 압축공기를 배출하기 위해 배기밸브를 구비한 회전수력기계를 설치하고있는 발전소에 있어서는, 이 배기밸브가 조작계통의 고장 등의 원인으로 폐지(閉止)불능으로 되면, 흡출관으로 부터 대량의 물의 역류에 의해서 상술한 바와 같은 배출피트로부터 물이 넘칠 위험성이 있었다. 따라서, 본원 발명의 목적은 조작계통의 고장시등에도 확실하게 폐지되어, 발전소내의 배수피트의 물이 넘치는 것을 방지할 수 있는 배기 밸브를 구비한 회전수력기계를 제공하는 것이다.

본원 발명은 러너시동시에 조작기구의 제어하에 압축공기원장치에서 러너실로 압축공기를 도입하여 러니실내의 수면을 밀어내리고 러너의 회전속도가 규정치에 달한후에 배기밸브를 통하여 러너실내의 압축공기를 배출하고 펌프운전으로 이행하는 회전수력기계에 있어서, 배기밸브의 폐지측 조작부에 러너하류측의 수로의 수압을 작용시키며, 또 배기밸브의 개방측 조작부에 작용하는 조작기구력기계에 있어서, 배기밸브의 폐지측 조작부에 러나하류측의 술의 수압을 작용시키며, 또 배기밸브의 개방측 조작부에 작용하는 조작기구가 확실하게 폐지되도록 한 것을 특징으로 한다.

본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 본원 발명의 실시예의 설명전에 제1도에 의하여 양수발전소에서 사용되고 있는 종래의 회전수력기계의 이례의 개략구성 및 그 작동에 대하여 설명한다.

제1도의 예에서는 회전식 양수기계로서 수차(水車)를 겸하는 펌프수차가 사용되고 있다. 도면중, 펌프수차의 요부는 회전가능하게 지지되어 일단을 구동 및 발전장치에 접속된 주축(1), 이 주축 주위의 기밀(氣密), 수밀(水密)을 행하는 패킹상자(2), 주축(1)의 타단에 접속된 러너(3), 가이드베인(4), 러너(3)를 둘러싸고 러러실을 형성하는 케이싱(5)으로구성되어 있다. 케이싱(5)의 측부에는 상부 저수지와 연통되고, 펌프작동시 토출관으로 되는 수압관(7)이 접속되어 있다. 또, 케이싱(5)의 하부는 흡출관 (6)을 통해서 하부저수지(8)에 연통되어 있다. 또한, 발전소내에 배기 및 배수 등을 일괄해서 모으는 배수피트(9)가 설치되어 있고, 배수피트(9)내의 배수는 배수펌프(10)에 의해 배수관(23)을 통해서 하부저수지(8)로 배출되고 있다.

이 펌프수차에서는 상기 구성외에 펌프시동시 러너실내의 수면을 흡출관(6)내의 소정위치까지 밀어내려, 러너(3)를 공전(空轉)시켜 기동토크를 감소시키기 위한 급기밸브(12)를 포함하는 압축공기 공급장치, 배기밸브(20) 및 이들의 조작기구가 설치되어 있다. 이들 장치의 구성 및 작동을 다음에 설명한다.

펌프수차의 펌프시동시에는 먼저 급기밸브조작용의 전자밸브(11)의 솔레노이드(S₁)가 여자되며, 압유관을 통해서 압유공급원으로부터의 압유를 스프링옵셋형의 급기밸브(12)에 공급하여, 급기밸브(12)를 개방한다. 급기밸브(12)는 에어콤프레서 (13)를 구비한 에어탱크(14)에 접속되어 있고, 에어탱크(14)의 압축공기는 급기밸브 (12), (15)를 통해서 케이싱(5)의 상부로부터 러너실내로 도입된다. 이 결과, 러너실내의 수면은 흡출관(6) 내부로 밀어 내려진다. 그리고, 펌프수차의 수압관(7)측에는 펌프수차의 작동에 따라서 개폐되는 게이트밸브(도시생략)가 설치되어 있고, 이 시점에서는 상부 저수지로부터의 물의 역류를 방지하도록 폐쇄되어 있기 때문에, 러너실은 밀폐되어 있다.

흡출관(6)내의 수위가 소정의 위치까지 밀어내려지면, 스톱밸브(16), 스트레이너(17)등을 포함하는 수위검지부(18)가 작동하고, 전자밸브(11)의 솔레노이드(S₁)를 비여자(非勵磁)로 하는 동시에 솔레노이드(S₂)를 여자한다. 이것에 의해 급기밸브(12)의 개방측 조작포트가 리턴회로에 접속되고, 극비밸브(12)는 옵셋스프링에 의해 폐지되어 압축공기의 공급을 정지한다. 또한, 이 시점에서 리너가 기동되어 공전운전이 개시된다.

러너(3)의 회전은 속도검출장치(도시생략)에 의해서 감시되고 있으며 규정회전속도에 달하면, 배기밸브조작용의 전자밸브(19)의 솔레노이드(S₃)가 여자되고, 압유공급원의 압류의 공급을 배기밸브(20)를 개방한다. 이 결과, 러너실내의 압축공기는 배기밸브(20), 배기관(21)을 통해서 배수피트(9)의 내부로 방출된다. 러너실내의 배기가 완료되고, 흡출관(6)내의 수위가 상승하면, 흡출관(6)내의 물은 러너(3)의 회전에 의해 외부로 튀며, 가이드베인(4)과의 사이에 수압상승이 일어나고, 이 값이 소정치 이상인 것을 압력스위치(35)로 검출하여 전자밸브(19)의 솔레노이드(S₄)가 솔레노이드 (S₃)대신에 여자되고, 압유가 폐지측 조작포트로 공급되어서 배기밸브(20)는 닫힌다. 러너실에 복귀한 물은 회전하는 러너(3)에 의해서 고양정(高陽程)이 주어져 화살표로 나타낸 바와 같이 수압관(7)을 통해서 상부저수지로 양수된다. 그리고, 이 시점에서는 상수한 게이트 밸브는 펌프수차에 의한 양수가 가능하도록 개방되어 있다. 도면증, 배수피트(9)내의 참조번호(22)는 수위검출장치를 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 회전식 양수기계에 있어서, 배기밸브 조작용전자밸브 (19)의 제어용 전원의 상실, 고장 등으로 배기밸브(20)가 개방된 채로 되면, 하부저수지(8)중의 물이 그 수두(水頭)(H)에 의한 압력으로 흡출관(6)에서 배기밸브(20), 배기관(21)을 지나서 배수피트(9)로 역류한다. 역류수량은 일반적으로 배수펌프(10)의 배수능력의 수배나 되므로, 배수피트(9)는 용이하게 넘쳐 마침내는 발전소 전체가 물에 잠길 염려가있다.

이와 같은 사고에 대비하는 선행기술로서 제2도에 나타낸 바와 같은 옵셋스프링이 부착된 단식 솔레노이드형의 전자밸브(24)를 제1도중의 복식솔레노이드형의 전자밸브(19)대신에 사용하는 방식이 제안되어 있다. 이 전자밸브(24)는 솔레노이드(S₅)의 여자시에는 압유를 배기밸브(20)의 개방측 조작포트로 공급하지만, 솔레노이드(S₅)의 비여자시에는 옵셋스프링의 복귀력에 의해서 자동적으로 전환되고, 배기밸브(20)의 폐지측 조작포트에 압유를 공급하여 배기밸브(20)를 닫으려고 하는 것이다. 이 방식으로는 전자밸브(24)의 제어용 전원상실시에는 옵셋스프링의 복귀력에 의해 유압계를 개방측 조자포트에서 폐지측 조작포트로 전환하여 배기 밸브(20)를 폐쇄한다. 그러나, 조작용의 압유상실시 예를 들면 폐지측 조작포트에 압유를 공급하는 공급측의 고장 예를 들면 공급용 보조기(補助機) 펌프가 고장나면 폐지측 조작포트로 전환되는 유압을 공급할 수가 없고, 배기밸브(20)는 개방된 채로 되므로 배수피트에 수류가 역류하는 결점이 생긴다 다음에 본원 발명의 실시예를 설명한다.

제3도는 제1도에 도시된 구성과 마찬가지의 펌프수차기계에 적용된 본원 발명의 실시예를 나타내며, 도면중 본 실시예와 관련되는 부분을 제외하고 제1도와 동일한 다른 구성부분은 생략되어 있다. 이 실시예에서는 제1도에 도시된 것과 같은 구성인 배기밸브(25)가 사용되고 있지만, 그 폐지측 조작포트(26)는 관로 27 및 스톱밸브(28)를 통해서 상술한 게이트밸브 하류측의 수압관(7)과 연통되어 있다.

수압은 항상 폐지측 조작포트(26)가 배기관(21)을 폐쇄하는 방향으로 가압하고 있지만, 수압의 조작력은 유압의 조작력보다 작게 설정되어 있다. 결국, 통상시는 유압계의 조작력이 수압계의 조작력보다 우선되어 있는 것으로 된다. 또, 배기밸브조작용의 전자밸브로서 3포트를 갖는 옵셋스프링이 부착된 단식솔레노이드형 전자밸브(29)가 설치되어 압유관을 통해서 배기밸브(25)의 개방측 조작포트에 접속되어 있다.

본 실시예의 작동에 있어서는 제1도에 의하여 설명한 종래의 펌프수차기계의 경우와 마찬가지로, 펌프시동시에 급기밸브(15)에서 러너실내로 압축공기가 도입되어, 수면을 밀어내린 상태에서 러너(3)가 기동된다. 러너(3)의 회전이 규정속도에 달하면, 전자밸브(29)의 솔레노이드(S₅)가 여자되어서 압유를 배기밸브 25에 공급하고, 배기밸브(25)를 개방한다. 그리고, 배기밸브(25)의 개방측 조작포트에 압유가 가해지면, 배기밸브(25)는 폐기측 조자포트(26)에 가해지고 있는 수압관(7)의 수압을 이겨내어 개방되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 러너실내의 압축공기는 배기관(21)을 통해서 배수피트(9)에 방출된다. 러너실내의 배기가 완료되면, 솔레노이드(S₅)가 비여자되어 전자밸브(29)는 옵셋스프링(30)의 복귀력에 의해 자동적으로 도시된 폐지측 조자포트 (26)으로 전환되었을 때에 유압공급측의 공급용보조기펌프(도시생략)가 고장나서 압유를 공급할 수 없게 되면, 수압관(7)의 수압이 관로(27)을 통하여 폐지측 조작포트 (26)를 누르고, 배기관(21)을 폐쇄하므로, 유수가 배출피트(9)에 역류하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

본 원 발명의 구성은 제3도에 도시되는 실시예에 한정되지 않으며, 기타 여러 가지의 형태로 할 수 있다. 예를 들면 제4도에 나타낸 것처럼 제2도에 도시된 종래의 구성과 조합하는 방식으로 해도 좋다. 이 경우에는, 배기밸브(31)의 폐지측 조작부에 밸브폐지방향으로 작용하는 수압실런더(32)가 설치되며, 이 수압실린더(32)는 관로(33) 및 스톱밸브(34)를 통해서 제3도의 실시예의 경우와 마찬가지로 게이트밸브 상류측의 수압관(7)에 연통되도록 구성되어 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서는 전자밸브(24)의 제어용 전원이 상실되어 솔레노이드(S₅)가 비여자로 되었을 경우, 옵셋스프링의 복귀력으로 전자밸브(24)는 도시한 위치로 자동적으로 전환되고, 배기밸브(31)는 압유와 수압실린더(32)에 가해지는 수압관(7)의 수압의 작용에 의해 폐지된다. 또한, 압유의 조작력이 상실되었을 경우일지라도 수압관(7)의 수압작용에 의해 배기밸브(31)를 확실하게 폐지할 수 있다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 본원 발명에서는 펌프시동시에 수면을 밀어내려 기동토크를 적게 하기 위해 압축공기를 도입하는 회전수력 기계에 있어서, 압축공기의 배출을 제어하는 배기밸브의 폐지측 조작부에 회전수력기계 상류측의 수로의 수압을 작용시킴으로써, 배기밸브 제어용의 전원 또는 조작압유가 상실되었을 경우일지라도 배기밸브를 확실하게 폐지할 수 있고, 배수피트의 물의 넘침 또는 시설이 물에 잠기는 것을 방지할 수 있다. 그리고 본원 발명은 각 실시예의 설명주에서 사용된 예시의 구성에 한정되는 것은 아니며, 본원 발명의 주된 취지에서 벗어남이 없이 여러 형태로 할 수 있는 것은 명백하다. 예를 들어 각 실시예에 있어서는 하나의 배기밸브를 설치한 경우에 대해서 설명했지만, 제1도 또는 제2도에 도시된 종래의 배기밸브 방식과 본원 발명의 실시예 중의 배기밸브를 병설하여 조합해서 사용할 수도 있다.

Claims (5)

1. 구동장치에 연결된 러너와, 이 러너를 수용하는 러너실을 획정(劃定)하는 케이싱과, 상기 러너의 상류측 및 하류측에 각각 위치하도록 상기 케이싱에 접속된 수로와, 양수운전의 상기 러너시동시에 상기 러너실에 압축공기를 도입하여 수면을 밀어내리는 압축공기원장치와, 상기 러너실에 접속된 배기밸브와, 상기 러너가 소정회전속도에 달했을 때에 상기 러너실의 배기를 행하여 또한 배기완료시에 폐지되도록 상기 배기밸브를 제어하는 조작기구를 구비한 회전수력기계에 있어서, 상기 배기밸브의 폐지측 조작부에는 상기 러너상류측의 수로의 수압을 작용시키는 관로를 접속하는 동시에, 상기 배기밸브의 개방측 조작부에 작용하는 상기 조작기구의 조작력을 상기 폐지측 조작부에 작용하는 수압보다 크게 설정한 것을 특징으로 하는 회전수력기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 조작기구는 솔레노이드가 여자되었을 때에 압유를 상기 배기밸브의 개방측조작부에 공급하고, 상기 솔레노이드가 비여자 되었을때에 상기 개방조작부의 잔류압유를 압유원으로 되돌려 보내는 전자밸브와 압유원회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전수력기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기밸브의 폐지측조작부에는 이폐지측 조작부와 상기 러너상류측의 수로를 연통하는 관로에 접속되고, 상기 조작기구의 상기 폐지측조작부에 작용하는 조작력과 협동하는 수압작동부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전수력기계.
4. 구동 및 발전장치에 연결된 러너와, 이 러너를 수용하는 러너실을 획정하는 케이싱과, 이 케이싱과 상부 저수지를 접속하는 수압관과, 상기 케이싱과 하부저수지를 접속하는 흡출관과, 펌프시동시에 상기 러너실에 압축공기를 도입하여 수면을 밀어내리는 압축공기원장치와, 상기 러너실에 접속된 배기밸브와, 상기 러너가 소정회전속도에 달했을때에 상기 러너실의 배기를 행하며 또한 배기완료시에 폐지되도록 상기 배기밸브를 압유에 의해 조작하는 조작기구를 구비한 양수운전 및 수차운전을 행하는 양수발전소용의 회전수력기계에 있어서, 상기 조작기구는 솔레노이드가 여자될때에 압유를 상기 배기밸브의 개방측 조작부에 공급하고, 상기 솔레노이드가 비여자되었을때에 옵샛스프링의 복귀력에 의해 자동적으로 압유회로를 전환하고, 상기 개방측 조작부의 잔류 압유를 압유원으로 되돌려 보내는 전자밸브이며, 상기 배기밸브의 폐지측 조자부에는 상기 개방측 조작부에 작용하는 압유에 의한 조작력보다도 작게 설정된 상기 수압관의 수압을 작용시키는 관로를 접속한 것을 특징으로하는 회전수력기계.
5. 제4항에 있어서, 상기 배기밸브의 폐지측 조작부에는 상기 전자밸브에서 공급된 압유에 의한 조작력과 협동하는 수압실린더가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전수력기계.

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