흡출관 형상에 따른 횡류 수차의 성능 해석에 관한 연구 :A Study on Performance Analysis of Cross Flow Turbine by Draft Tube Shape

백종명

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자료유형: 학위논문

저자정보: 백종명 (한국해양대학교, 한국해양대학교 대학원)

지도교수: 이영호

발행연도: 2021

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

흡출관 형상에 따른 횡류 수차의 성능 해석에 관한 연구

백종명 기계공학과 2021.01 학위논문

2020

흡출관 형상에 따른 크로스플로우 수차 출력 분석

백종명 , 김민성 , 이영호 한국신·재생에너지학회 학술대회 초록집 2020.08 학술대회자료

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크로스 플로우 수차는 충동형 수차로 취수위부터 수차의 중심까지의 낙차를 사용하여 발전을 하고 있다. 충동형 수차의 특성에 따라 반동형 수차와 다르게 설치의 용이성을 확보하기 위하여 흡출관이 방수로와 연결되지 않도록 한다.
반동형 수차에서의 흡출관은 수차의 출력에 영향이 있으며, 유입된 물 에너지가 원활히 유출될 수 있는 구조로 설계 및 제작되었을 때 수차의 출력과 효율이 극대화된다. 본 연구에서는 충동형 수차에서의 흡출관 연장이 출력에 미치는 영향에 대하여 현장 실증 시험을 통하여 분석하였다.
동일한 낙차와 방수위 조건에서 흡출관 연장 전, 후를 비교하여 출력의 증가량과 수차 성능의 안전성에 대하여 분석하였으며, 흡출관 연장 시에는 정격 출력보다 높은 출력이 발생하는 것으로 확인하였다. 흡출관 연장 시 연장에 따른 흡입 낙차만큼의 수차 출력이 증가함을 확인할 수 있었으며, 실험 수차의 경우 낙차 47.48m 기준 방수로부터 수차 중심부까지 약 1.5m의 흡입 낙차가 발생함을 확인하였다. 흡입낙차율에 따라 출력 및 효율의 증가를 확인할 수 있었으며, 정격 낙차 대비 증가된 3%만큼의 수차 출력의 증가를 확인하였다. 방수로에 흡출관의 접촉을 통하여 반동형 수차와 같이 흡출관부터 케이싱 전체가 만관이 되지 않으며, 흡출관 내에 공기층이 형성하는 것을 확인하며 분석하였다.
흡출관의 연장 시 흡출관 내에 수위와 공기가 형성되며, 공기량의 증감에 따라 출력의 변화를 확인하였다. 공기의 증가량의 차이에 따라서 수차 출력과 소음에 영향이 있음을 확인하였다.

This paper is a study on the change of the output and efficiency of the aberration and is being developed using a drop from the water intake level to the center of the aberration. Depending on the characteristics of the impulse type aberration, unlike the reaction type aberration, in order to secure the ease of installation, the draft tube is not to be connected to the spillway.
The suction head from the tail watern has an effect on the output of the aberration, and when it is designed and manufactured in a structure in which the introduced water energy can flow out smoothly, the output and efficiency of the aberration are maximized. In this study, the effect of extension of the draft pipe in the impulsive aberration on the output was analyzed through field demonstration tests.
Under the same head and tail water conditions, before and after the extension of the draft tube was compared, the amount of increase in power and the safety of the aberration performance were analyzed, and when the draft tube was extended, it was confirmed that higher output than the rated output occurred when the draft tube was extended, it was confirmed that the aberration output increased as much as the suction head according to the extension, and in the case of the experimental aberration, it was confirmed that a suction head of about 1.5 m from the waterproof to the center of the aberration was generated based on a drop of 47.48 m. According to the suction head rate, the increase in output and efficiency was checked, and an increase in the aberration output by 3% increased compared to the rated drop was confirmed.
In addition, when the draft tube was extended, the water level and air were formed in the draft tube, and the change in the output was confirmed as the amount of air increased. It was confirmed that the aberration output and noise were affected by the difference in the amount of air increase.

1. 서론 1
1.1 연구개요 1
1.1.1 연구의 필요성 1
1.1.2 횡류 수차 4
1.2 연구동향 6
1.2.1 국외 동향 6
1.2.2 국내 동향 7
1.3 연구목적 7
2. 횡류수차의 이론 및 실험 9
2.1 횡류 수차의 설계 이론 9
2.1.1 횡류수차의 이론 9
2.1.2 터빈을 통과하는 제트의 경로 7
2.1.3 효율의 계산 11
2.2 실험용 수차의 이론적 계산 14
2.2.1 실험용 횡류 수차 14
2.2.2 운전 중인 수차의 출력 및 효율 15
2.2.3 흡출관 연장 시의 출력 증가분 계산 16
2.2.4 공기량 및 수위의 계산 18
2.2.5 수위 증가 및 공기유입에 따른 진동 계산 21
2.3 실험장치 24
2.3.1 출력 계산을 위한 낙차 및 효율 계산 24
2.3.2 시험방법 및 절차 28
2.3.3 측정결과 31
3. 결론 49
참고문헌 50

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