크로스 플로우 터빈

Cross-flow turbine
교차 흐름 터빈 다이어그램
1 — 공기 벤팅 밸브
2 — 디스트리뷰터
3 — 터빈 케이스(모든 두꺼운 회색)
4 — 러너
5 — 탈착식 리어 케이스
6 — 블레이드
7 — 물의 흐름
8 — 샤프트

교차유동 터빈인 반키-미셸 터빈, 또는 오스베르거 터빈(Ossberger turner[1])은 오스트레일리아의 앤서니 미첼, 헝가리의 도나트 반키, 독일의 프리츠 오스베르거가 개발한 수력 터빈이다. 미쉘은 1903년 터빈 설계 특허를 취득했고 제조회사인 웨이머스는 수년 동안 터빈 설계 특허를 취득했다. 오스베르거의 첫 특허는 1933년("자유 제트 터빈" 1922년), 제국 특허 361593호와 "크로스 플로우 터빈" 1933년, 제국 특허 615445년), 이 터빈을 표준 제품으로 제조하였다. 오늘날 오스베르거가 설립한 회사는 이러한 유형의 터빈을 생산하는 선두 제조사다.

축류 또는 방사형 흐름을 갖는 대부분의 수터빈과는 달리 교차 흐름 터빈에서 물은 터빈을 가로로 통과하거나 터빈 블레이드를 통과한다. 물레바퀴와 마찬가지로 터빈 가장자리에 물이 들어간다. 주자의 안쪽으로 지나가고 나면, 바깥쪽으로 나가면서 반대편으로 떠난다. 주자를 두 번 통과하면 추가 효율을 얻을 수 있다. 물이 주자를 떠날 때, 그것은 또한 작은 파편과 오염을 청소하는 것을 돕는다. 크로스 플로우 터빈은 저속 기계로 머리는 낮지만 유량이 많은 위치에 잘 맞는다.

그림에 단순성을 위한 하나의 노즐이 나와 있지만, 대부분의 실제 교차 흐름 터빈은 물 흐름이 방해받지 않도록 배열된 두 개의 노즐이 있다.

교차 흐름 터빈은 동일한 샤프트를 공유하는 서로 다른 용량의 두 개의 터빈으로 구성되는 경우가 많다. 터빈 휠은 직경은 같지만 동일한 압력으로 다른 부피를 처리할 수 있는 길이가 다르다. 세분화된 바퀴는 보통 1:2의 비율로 부피로 제작된다. 터빈 업스트림 섹션의 가이드 베인 시스템인 세분화된 조절 장치는 유량에 따라 33, 66 또는 100% 출력으로 유연한 작동을 제공한다. 비교적 간단한 터빈 구조로 낮은 운영비를 얻을 수 있다.

설계내역

오스베르거 터빈 단면

터빈은 원통형 물레방아 또는 수평축이 달린 러너로 구성되며, 수많은 날개(최대 37개)로 구성되며 방사상 및 접선으로 배열된다. 칼날의 가장자리를 날카롭게 하여 물의 흐름에 대한 저항을 줄인다. 칼날은 부분순환 단면(파이프가 전체 길이에 걸쳐 절단됨)으로 만들어진다. 날개의 끝은 원반에 용접되어 햄스터 케이지와 같은 케이지가 형성되며, 때로는 "스퀴럴 케이지 터빈"이라고 불리기도 한다; 막대 대신에 터빈에는 수조 모양의 강철 칼날이 있다.

물은 터빈 바깥쪽에서 안으로 먼저 흐른다. 베인이나 혀처럼 생긴 조절 장치는 흐름의 단면을 변화시킨다. 워터 제트는 노즐로 원통형 러너를 향한다. 물은 약 45/120도의 각도로 주자로 들어가 물의 운동에너지의 일부를 활성 원통형 날개로 전달한다.

오스베르거 터빈 러너

조절 장치는 필요한 전력과 사용 가능한 물을 기반으로 흐름을 제어한다. 그 비율은 물의 (0–100%)이 0-100%×30/4 블레이드에 들어가는 것이다. 두 개의 노즐에 대한 물의 유입은 두 개의 형태의 가이드 베인에 의해 조절된다. 이들은 물살을 가르며 방향을 바꾸어 물이 어떤 폭의 개구부에서도 부드럽게 주자로 들어오도록 한다. 가이드 베인은 물이 부족할 때 급수를 차단할 수 있도록 터빈 케이스 가장자리에 밀봉해야 한다. 따라서 가이드는 펜스톡과 터빈 사이의 밸브 역할을 한다. 두 가이드 베인은 제어 레버에 의해 설정될 수 있으며, 여기에 자동 또는 수동 제어가 연결될 수 있다.

터빈 기하학(노즐-러너-샤프트)은 워터 제트가 효과적이라는 것을 보장한다. 물은 주자에게 두 번 작용하지만, 물이 주자로 들어가면 첫 번째 패스에 대부분의 전력이 전달된다. 오직 터빈에서 물이 빠져나갈 때 1⁄3 동력이 주자에게 전달된다.

물은 칼날 통로를 통해 바깥에서 안쪽으로, 안쪽에서 바깥쪽으로 두 방향으로 흐른다. 대부분의 터빈은 2개의 제트기로 작동되므로 러너에 있는 2개의 워터젯이 서로 영향을 주지 않는다. 그러나 터빈, 헤드 및 터빈 속도가 조화되는 것은 필수적이다.

교차 흐름 터빈은 임펄스형이기 때문에 주자에게 압력이 일정하게 유지된다.

이점

교차 흐름 터빈의 최고 효율은 카플란, 프랜시스 또는 펠튼 터빈보다 다소 낮다. 그러나 교차 흐름 터빈은 다양한 하중 하에서 평탄한 효율 곡선을 가지고 있다. 스플릿 러너와 터빈 챔버를 통해 터빈 효율을 유지하면서 흐름과 부하가 1/6에서 최대값까지 변화한다.

가격이 저렴하고 규제가 좋기 때문에 교차유동 터빈은 대부분 2천 kW 이하의 미니 및 마이크로 수력 발전 장치와 헤드가 200 m 미만인 장치에 사용된다.

특히 소규모 하천 발전소의 경우, 평탄한 효율 곡선은 다른 터빈 시스템보다 연간 성능이 우수하며, 소하천의 수량이 보통 몇 달 안에 적기 때문이다. 터빈의 효율은 강물의 흐름이 낮은 기간 동안 전기가 생산되는지 여부를 결정한다. 사용되는 터빈이 피크 효율성은 높지만 부분 부하에서 불량하게 동작하는 경우 효율 곡선이 평평한 터빈에 비해 연간 성능이 떨어진다.

부분하중으로 우수한 거동 때문에 교차 흐름 터빈은 무인 전기 생산에 적합하다. 단순한 구조로 다른 터빈형보다 유지보수가 용이하다. 베어링은 2개만 유지하면 되고 회전소자는 3개만 유지된다. 기계 시스템은 단순하기 때문에 현지 정비사가 수리를 할 수 있다.

또 다른 장점은 종종 스스로 청소할 수 있다는 것이다. 물이 주자를 떠나면서 나뭇잎, 풀 등이 주자에 남아 있지 않아 패배를 막는다. 따라서 터빈 효율은 다소 떨어지지만 다른 종류에 비해 신뢰성이 높다. 일반적으로 흐름 반전 또는 속도 변화에 의해 주자를 청소할 필요가 없다. 다른 터빈 유형은 더 쉽게 막히고, 결과적으로 더 높은 공칭 효율에도 불구하고 전력 손실에 직면한다.

참고 항목

참조

  1. ^ E.F. 린들리, 당신의 집을 위한 수력, 1977년 5월, 210권, 5번, 87-93권.