KR20120090045A

KR20120090045A - 중력 공급식 저수 시설

Info

Publication number: KR20120090045A
Application number: KR1020127007197A
Authority: KR
Inventors: 팔코 슈베르트; 후베르트 셰퍼라인
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: EP2287413A1; WO2011020905A1; CN102482872A; RU2012110573A; RU2547422C2; EP2467540A1; CN102482872B; US8757927B2; EP2467540B1; ES2554682T3; US20120155965A1; KR101772239B1

Abstract

본 발명은 배수 유역(6)으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 유입 개구(13) 및 배출 개구(15)를 갖는 중력 실린더(11)를 구비한 중력 공급식 저수 시설(1)을 포함하며, 상기 유입 개구(13)는 오버플로 문턱부(14)를 형성한다. 본 발명에 따른 장치의 특징은, 중력 실린더(11) 내부에 안내봉(22)을 통해 플로트 게이지(float gauge)(19)와 연결된 쓰로틀 부재(21)가 배치되고, 중력 공급식 저수 시설(1)과 중력 실린더(11) 사이에 수직 선회 베인(swirl vane)(40)이 배치되는 점이다.

Description

중력 공급식 저수 시설 {GRAVITY-FED BASIN}

본 발명은 공업 용수, 특히 발전 시설의 냉각수를 배수 유역로 방출시키기 위한 장치에 관한 것이다.

담수로 냉각된 발전소에서는 작동상의 이유로 공업 용수가 중력 공급식 저수 시설을 통해 배수 유역으로 방출된다. 배수 유역이란 공업 용수의 방출이 이루어지는 고정형 또는 유동형 수역을 의미한다.

GB 699 491 A로부터 수력 발전소 내에서 바이패스로서 사용되는 조절 장치가 공개되었다. 상기 조절 장치에 의해, 중력 공급식 저수 시설 내로의 공업 용수 공급량이 변동할 때 공업 용수 수위는 일정하도록 조절될 수 있다. 이를 위해, 공업 용수 수면 위의 플로트 게이지에 축방향으로 쓰로틀 부재가 연결됨에 따라, 공업 용수 수면이 상승하여 공업 용수가 중력에 의해 배수 유역으로 방출되면 쓰로틀 부재는 열리게 된다. 그러나 공업 용수 수위를 신속히 조절하려면 쓰로틀 부재만으로는 너무 느리다. 발전소 유형에 따라 중력 공급식 저수 시설을 통과하는 공업 용수 관류량은 공업 용수의 허용 상승 온도에 기초하여 초당 대략 5 내지 10㎥에 달한다. 또한, 상기 조절 장치는 공업 용수 배수량의 변동을 감지하여 배수 유역의 수위 변화를 방지하는 기능을 하지 못한다. 중력 공급식 저수 시설의 중력을 이용한 작동에 있어 배수 유역의 수위 변화는 문제가 될 수 있다. 이러한 수위 변화는 특히 조절 펌프들, 또는 복수의 펌프로부터 하나의 중력 공급식 저수 시설로 송출됨으로써 야기된다.

오버플로 문턱부의 제공을 통해 공업 용수 수위의 급격한 변화에 대처할 수 있다. 이를 위해 중력 공급식 저수 시설은 실질적으로 문턱부를 구비한 수조를 포함하며, 상기 문턱부를 통해 공업 용수가 배수 유역으로 유입된다. 수위가 문턱부 높이를 초과할 경우에만 배수 유역으로의 공업 용수 방출이 실시된다. 배수 유역의 수위 변화에 따라 문턱부를 넘어 흐르는 공업 용수가 수미터 아래로 떨어져 배수 유역의 물과 혼합된다. 문턱부는 선형 문턱부로서 형성될 수 있거나, 예컨대 DE 31 03 306호에 기술된 바와 같이 수조 바닥에서부터 직립하는 중력 실린더의 상부 에지로 형성될 수 있다.

DE 31 03 306호에 기술된 중력 실린더는 예컨대 발전 시설로부터 중력 공급식 저수 시설을 통해 표층수 내로 폐수를 방출하는 데 이용된다. 이 경우, 중력 실린더 내에 수직으로 정렬된 복수의 안내판이 제공되며, 이 안내판들에 의해 공업 용수 내로의 공기 유입량이 증가됨에 따라 방출될 공업 용수의 산소 함량이 높아진다.

공업 용수 내로의 공기 공급을 위한 별도의 조치가 제공되지 않더라도 물이 수직 낙하할 때 공기 유입량이 크게 증가하며, 이는 수질에 따라 많든 적든 다소의 거품 형성을 야기한다. 이러한 공기 유입 또는 거품 형성은 통상 관련 기관과 지역 주민 모두에게 바람직하지 않다.

특정 상황에서는 안정된 거품이 형성될 위험도 있으며, 이는 심각한 작동성 저하를 초래할 수도 있다.

따라서 중력 공급식 저수 시설의 작동 개시 과정 중에 일반적으로 공기 유입 또는 거품 형성을 저지하는 역할을 하는 조치들이 시험되고 점검된다. 이러한 조치들에는 예컨대 임시 커버링, 화학 물질 투입, 환기 시스템 또는 파이프 시스템이 포함될 수 있다. 특히 마지막으로 언급한 조치는 막대한 추가 비용을 유발할 수 있다. 이러한 경우 상이한 원리에 기반한 설비들이 필요할 수도 있다.

EP 1 693 094호는 거품 형성을 줄이기 위해 특수 설계된 실린더형 중력 실린더를 제안하고 있다. 상기 중력 실린더에서는, 중력 실린더의 배출 개구가 배수 유역 액위 하부에 배치되고, 나아가 중력 실린더 내에 수평으로 배열된 플레이트들이 유동 저항으로서 배치됨으로써 거품 형성이 방지된다. 그런데 이러한 설비들은 특정 범위의 수위에 대해서만 최적화될 수 있다. 공업 용수 배수량의 변동 시 고정 설비들에 의해 고장이 발생할 위험이 있다. 또한, 특히 다양한 설비를 갖춘 중력 공급식 저수 시설은 비교적 큰 설치 면적을 필요로 한다.

또한, 중력 실린더를 사용할 경우 중력 실린더 내로 유입되는 물의 회전에 의해 소용돌이가 발생할 위험이 있다. 물의 회전은 통상 유수에 와류를 일으키고, 이 와류는 다시 공기 유입량을 증가시킨다.

따라서 본 발명의 과제는, 공업 용수 배수량의 변동 시에도 거품 형성을 최소화하는 동시에 중력을 이용한 작동을 보장하는, 종래 기술에 비해 개선된 중력 공급식 저수 시설을 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제1항에 따른, 배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치에 의해 해결된다. 종속 청구항들은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 구성들을 포함한다.

배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 본 발명에 따른 장치는 유입 개구 및 배출 개구를 가진 중력 실린더를 구비한 중력 공급식 저수 시설을 포함한다. 상기 유입 개구는 오버플로 문턱부를 형성한다. 본 발명에 따른 장치에서 중력 실린더 내부에는 안내봉을 통해 플로트 게이지와 연결된 쓰로틀 부재가 존재한다. 본 발명에 따른 장치는 특히 발전 시설의 냉각수를 방출하도록 설계될 수 있다. 또한, 중력 공급식 저수 시설와 중력 실린더 사이에는 수직 선회 베인들이 배치된다.

본 발명의 기초 사상은, 컴팩트한 구조를 가진 중력 공급식 저수 장치의 장점들을 이용하고, 그와 더불어 상기 장치를 일정하면서 강하게 변동하는 공업 용수 배수량에 적합하게 만드는 데 있다. 이를 위해 중력 공급식 저수 시설 내에는 조정 가능한 배수 쓰로틀 장치를 포함하는 중력 실린더가 제공된다.

배수 쓰로틀 장치의 쓰로틀 부재는 작동 시 플로트 게이지에 의해 안내봉을 통해 작동된다. 배수 쓰로틀 장치에 의해 한편으로는 변동성 유량의 공급이 균등화되고, 배수 유역 내 수위 변화도 조정된다. 공급 유량이 증가하면 플로트 게이지는 부표처럼 부력을 갖게 되고, 안내봉을 통해 쓰로틀 부재를 작동시키며, 상기 쓰로틀 부재는 중력을 이용하여 배수 유역으로 물을 방출한다. 공급 유량이 감소하면 중력 공급식 저수 시설 내 수위도 내려가며, 쓰로틀 부재는 플로트 게이지에 의해 교축되거나 폐쇄된다. 배수 유역 내 수위의 상승 또는 하강 시 배수 쓰로틀 장치가 유사하게 거동한다. 따라서 배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 본 발명에 따른 장치는 변동폭이 매우 큰 가변 공업 용수 유량에 대한 중력 공급식 작동을 보장한다. 그럼으로써 공업 용수 배수량이 심하게 변동하는 경우에도 공기 유입에 의한 거품 형성이 방지된다.

또한, 중력 공급식 저수 시설와 중력 실린더 사이에는 복수의 수직 선회 베인이 배치된다. 선회 베인(들)은 유입되는 냉각수의 와류를 약화시킴으로써 중력 실린더 내에 전반적으로 소용돌이가 발생하지 않도록 한다. 이를 위해 중력 실린더 주변에 복수의 선회 베인이 제공될 수 있다. 선회 베인의 역할은 중력 실린더 내로 물이 유입될 때 와류를 저지하는 것이다.

공기 유입 및 거품 형성을 저지하기 위해 선회 베인을 대체하여, 중력 실린더의 유입 개구 영역에 와류 소산 부재, 특히 십자형 선회 부재가 배치될 수 있다.

선형 문턱부를 구비한 중력 공급식 저수 시설에 비해, 본 발명에 따른 중력 공급식 저수 시설은 훨씬 더 작은 설비 면적을 요구한다. 선형 문턱부를 구비한 중력 공급식 저수 시설에 비해 설비 공간이 약 40% 감소할 수 있다. 본 발명에 따른 장치에 의해, 여러 설비들을 구비한 중력 공급식 저수 시설에 비해 비용이 많이 드는 설비 조치들이 회피될 수 있다.

중력 공급식 저수 시설은, 설계 단계에서 또는 구성 초기에 공업 용수 배수량의 범위가 불명확할 경우, 추후 발전 시설 가동 시 배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 본 발명에 따른 장치가 새로 장착될 수 있도록 설계될 수도 있다.

배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치의 한 바람직한 실시예에서, 쓰로틀 부재는 배출 개구에 고정된 요소와, 상기 고정 요소 측에서 안내봉과 연결된 가동 요소를 포함한다. 안내봉은 플로트 게이지와 연결된다. 중력 공급식 저수 시설의 작동 시 공업 용수 배수량에 따라 플로트 게이지가 움직여 쓰로틀 부재의 가동 요소의 조정을 야기한다. 그럼으로써 공업 용수 배수량이 변동하여도 거품 형성이 전반적으로 최소화된다.

쓰로틀 부재의 고정 요소가 환형 또는 장공형 배출 개구를 포함할 경우 매우 양호한 결과를 얻을 수 있다. 이러한 유형의 개구를 통해 냉각수의 효과적인 이송과 동시의 부품의 충분한 안정성이 보장된다. 또는 슬롯형 개구와 같은 다른 형태나, 고정 요소를 격자로 형성하는 것도 고려해볼 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 큰 치수로 인해, 쓰로틀 부재의 고정 요소와 가동 요소 사이에 충분한 유격을 제공함으로써 가동 요소가 고정 요소에 대해 용이하게 기울어져서 안내될 수 있도록 하여 끼임을 방지하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 씰(seal)은 생략될 수 있다. 오히려 쓰로틀 부재의 폐쇄 시에도 최소 유량의 냉각수 흐름이 제공되도록 홀 또는 개구를 제공하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 중력 공급식 저수 시설이 오버플로 문턱부 상부에 배치된 오버플로 배출구를 포함한다. 그럼으로써 배수량이 너무 많거나 배수량 변동이 심한 경우에도 제어되지 않은 오버플로 또는 역류 정체가 방지된다.

한 바람직한 개선예에서는 중력 공급식 저수 시설이 안전 부재를 포함하며, 이 안전 부재에 의해 안내봉의 운동이 수직으로 센터링된다. 특히 중력 실린더 내부에 안내봉의 안내 요소가 생략되는 경우에 상기 안전 부재가 유용하다. 안전 부재는 부품의 전복을 방지하며, 특히 쓰로틀 부재의 가동 요소와 고정 요소가 서로 끼이지 않도록 한다.

한 바람직한 실시예에서는 중력 실린더의 배출 개구가 배수 유역 액위의 하부에 배치된다. 그럼으로써 배수 유역측으로부터 중력 실린더 내로의 공기 유입이 방지된다. 그러나 요구 또는 주어진 제약에 따라, 중력 실린더의 배출 개구가 배수 유역의 상부에 배치되도록 허용해야 할 경우도 있을 수 있다.

하기에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 플로트 게이지 및 쓰로틀 부재를 구비한, 배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치의 측단면도이다.
도 2는 플로트 게이지 및 쓰로틀 부재를 구비한, 배수 유역으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치의 평면도이다.
도 3은 쓰로틀 부재의 측단면도이다.
도 4는 쓰로틀 부재의 평면도이다.
도 5는 쓰로틀 부재와, 안내봉과, 플로트 게이지와, 안전 부재로 구성된 어셈블리를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에는 배수 유역(6)으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치가 도시되어 있다. 도 1에는 상기 장치의 수직 단면도가 도시되어 있는 반면, 도 2에는 상기 장치를 수평으로 잘라낸 평면도가 도시되어 있다.

배수 유역(6)으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치는 실질적으로 중력 공급식 저수 시설(1)을 포함한다.

중력 공급식 저수 시설(1)은 공급 라인(3)에 연결되고, 상기 공급 라인을 통해 중력 공급식 저수 시설(1)에 공업 용수, 예컨대 발전 시설의 냉각수가 유입된다. 또한, 중력 공급식 저수 시설(1)은 유체공학적으로 배수 유역(6)과 연결되며, 상기 배수 유역의 수위는 선(7)에 의해 표시되고, 상기 배수 유역 내부로 공업 용수가 유입된다.

중력 공급식 저수 시설(1)은 팽창 챔버(5)와, 커버 플레이트(12)에 의해 덮이는 수조(9)와, 중력 실린더(11)를 포함하며, 상기 중력 실린더의 유입 개구(13)는 수조(9)의 바닥(10) 위로 이격되어 배치된다. 중력 실린더(11)의 배출 개구(15)는 배수 유역(6)의 액위선(7) 하부에 배치된다. 배출 개구(15)로부터 이격되어 베이스 플레이트(17)가 배치되고, 상기 베이스 플레이트로부터 복수의 배플 플레이트(18)가 직립 설치된다. 배플 플레이트(18)의 후방에서 배수 유역으로의 공업 용수 방출 속도는 0.3m/s 미만이다.

점검을 위한 접근이 가능하도록, 커버 플레이트(12)에 접근 개구(16)가 제공된다. 접근 개구(16)는 커버 격자부(20)에 의해 폐쇄된다. 중력 공급식 저수 시설(1)은 또한, 예외적인 경우 중력 공급식 저수 시설(1)의 오버플로를 방지하는 오버플로 배출구(8)를 포함한다.

중력 실린더(11)의 상부 에지, 즉 유입 개구(13)의 경계부는 수조(9) 내에 존재하는 공업 용수를 위한 오버플로 문턱부(14)를 형성한다. 공업 용수는 상기 오버플로 문턱부(14)를 넘어 중력 실린더(11) 내로 유입된다.

중력 실린더(11) 내부에는 안내봉(22)을 통해 쓰로틀 부재(21)와 연결된 플로트 게이지(29)가 존재한다. 안내봉(22)은 안내 부재(23)에 의해 수직 방향으로 안내된다.

중력 공급식 저수 시설(1)의 하우징과 중력 실린더(11) 사이에는 복수의 선회 베인(40)이 환형으로 배치된다. 유입 개구(13) 내에는 선회 베인(40) 대신, 중력 실린더(11)를 관류하는 공업 용수의 와류 발생을 방지하는 십자형 선회 부재가 배치될 수도 있다.

쓰로틀 부재(21)는 용수가 축적되도록 하는 유동 저항을 형성하며, 이 유동 저항은 중력 실린더(11) 내에서 공업 용수의 유동 속도를 저하시켜 이른바 특성 분리 속도(characteristic separation speed)에 도달하거나 미달되도록 한다. 유동 속도가 특성 분리 속도와 같거나 더 느린 경우 기포와 물이 분리될 수 있으며, 그 결과 중력 실린더(11) 내 기포가 상승하여 수면에 도달할 수 있다. 따라서 조정 가능한 쓰로틀 부재(21) 없이도, 배출 개구(15) 영역에서 공업 용수의 공기 함량이 중력 실린더(11)에서보다 감소하게 된다.

도 3 및 도 4에는 쓰로틀 부재의 가능한 형태 중 하나가 도시되어 있다. 도 3에는 쓰로틀 부재(21)의 측단면도가, 도 4에는 쓰로틀 부재(21)의 평면도가 도시되어 있다.

쓰로틀 부재(21)는 가동 요소(24)와 고정 요소(25)로 구성된다. 가동 요소(24)는 종(bell) 형상을 가지며, 안내봉(22)과 연결된다. 가동 요소(24)는 고정 요소(25)에 대해 수직인 평면을 통과하여 움직일 수 있다. 고정 요소(25)는 개구들(27)을 포함하며, 중력 실린더(11)의 하부를 한정하는 베이스 부재(26)와 연결된다. 베이스 부재(26)는 고정 요소(25)의 영역에 배출 개구(15)를 형성하는 리세스를 포함한다.

가동 요소(24)가 고정 요소(25)를 완전히 넘어 이동하게 되면, 쓰로틀 부재(21)는 완전히 폐쇄된다. 가동 요소(25)가 플로트 게이지(19)에 의해 위로 당겨지면, 고정 요소(24)의 개구들(27)이 완전히 또는 부분적으로 개방되어 공업 용수가 배출될 수 있다.

다른 형태의 쓰로틀 부재(21)도 고려될 수 있다. 쓰로틀 부재(21)의 치수 및 형상이 적절하게 선택됨으로써 중력 실린더(11)를 통해 낙하하는 공업 용수로의 공기 유입이 최소화될 수 있다. 쓰로틀 부재의 형상 및 치수는 경험에 기초하여 최적화될 수 있다.

도 5에는 쓰로틀 부재(21)와, 안내봉(22)과, 플로트 게이지(19)와, 안전 부재(35)로 구성된 어셈블리의 측면도가 도시되어 있다. 상기 어셈블리는 중력 실린더 내부에 배치된다. 본 도면에서 안내봉은 중력 실린더(11) 내에서 안내 부재들에 의해 고정되지 않는다. 중력 실린더가 물로 채워져 있는 작동 상태에서는 안내봉(22)이 플로트 게이지(19)의 부력에 의해 수직으로 센터링된다. 그러나, 예컨대 발전 시설의 가동 시작 시, 또는 냉각수 흐름의 급격한 변동 시와 같은 특수한 작동 상태에서 쓰로틀 부재(21)의 고정 요소(24)와 가동 요소(25)가 서로 끼이지 않도록 하기 위해, 안내봉(22)을 수직으로 센터링하는 안전 부재(35)가 제공된다. 상기 안전 부재(35)는 중력 공급식 저수 시설의 하우징과 연결되며, 안내봉이 수직으로 안내되는 개구 또는 가이드를 포함한다.

Claims

오버플로 문턱부(14)를 형성하는 유입 개구(13)와 배출 개구(15)를 갖는 중력 실린더(11)를 구비한 중력 공급식 저수 시설(1)을 포함하는, 배수 유역(6)으로 공업 용수를 방출하기 위한 장치에 있어서,
중력 실린더(11) 내부에 안내봉(22)을 통해 플로트 게이지(19)와 연결된 쓰로틀 부재(21)가 배치되고, 중력 공급식 저수 시설(1)과 중력 실린더(11) 사이에 수직 선회 베인(40)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 공업 용수 방출 장치.
제1항에 있어서, 쓰로틀 부재(21)는 배출 개구(15)에 고정된 요소(25) 및 상기 고정 요소(25) 측에서 안내봉(22)과 연결된 가동 요소(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공업 용수 방출 장치.
제2항에 있어서, 쓰로틀 부재(21)의 고정 요소(25)에 환형 배출 개구들(27)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 공업 용수 방출 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중력 공급식 저수 시설(1)은 오버플로 문턱부(14)의 상부에 배치된 오버플로 배출구(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공업 용수 방출 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중력 공급식 저수 시설(1)은 안내봉(22)을 수직으로 센터링하는 안전 부재(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공업 용수 방출 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 중력 실린더(11)의 배출 개구(15)는 배수 유역(6) 액위(7)의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 공업 용수 방출 장치.