펠톤수차
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1. 개요
펠톤 수차는 1879년 레스터 앨런 펠턴이 발명하고 1880년 특허를 받은 충격 터빈의 한 종류이다. 고압의 물을 숟가락 모양의 버킷에 분사하여 휠을 회전시키는 방식으로 작동하며, 수력 발전에 주로 사용된다. 펠톤 수차는 다양한 크기로 제작되며, 높은 수압과 낮은 유량 조건에 적합하여 소규모 발전부터 대규모 발전소까지 널리 활용된다.
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| 펠톤수차 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 충동형 수차 |
| 작동 방식 | 고낙차 |
| 발명가 | 레스터 앨런 펠턴 |
| 발명 연도 | 1870년대 |
| 활용 분야 | 수력 발전 |
| 구조 및 작동 원리 | |
| 주요 구성 요소 | 노즐 (Nozzle) 버킷 (Bucket) 러너 (Runner) |
| 작동 원리 설명 | 노즐에서 분사된 고속의 물줄기가 버킷에 충돌하여 러너를 회전시키는 방식으로 에너지를 얻음. |
| 낙차 범위 | 높음 (일반적으로 수십 미터에서 수백 미터) |
| 유량 범위 | 낮음 |
| 장단점 | |
| 장점 | 높은 낙차에 효율적임 구조가 비교적 간단함 유지 보수가 용이함 |
| 단점 | 낮은 유량에는 부적합함 다른 종류의 수차에 비해 크기가 클 수 있음 |
| 역사 | |
| 초기 개발 | 1870년대 레스터 앨런 펠턴에 의해 개발됨. |
| 개발 동기 | 당시 광산에서 사용되던 수차의 효율성을 개선하기 위함. |
| 상용화 | 1880년대부터 수력 발전소에서 널리 사용됨. |
| 활용 | |
| 주요 사용처 | 수력 발전소 독립형 발전 시스템 |
| 적용 사례 | 산악 지역의 소규모 수력 발전, 도서 지역의 전력 공급 등 |
| 기타 정보 | |
| 관련 기술 | 수력 발전, 수차, 유체역학 |
| 참고 문헌 | 수력 발전 관련 서적, 유체역학 교재 등 |
2. 역사
레스터 앨런 펠턴은 1829년 오하이오주 버밀리언에서 태어났다. 1850년 캘리포니아 골드 러시에 참여하기 위해 육로로 이동, 새크라멘토 강에서 잡은 물고기를 팔아 생계를 유지했다.[3] 1860년 사금 채취 활동 중심지인 캠프턴빌로 이주했다.[4] 당시 채광 작업은 증기 기관으로 동력을 얻었는데, 엄청난 양의 나무를 연료로 소비했다. 더 큰 강에는 일부 수차가 사용되었지만, 광산 근처의 작은 개울에서는 효과가 없었다. 펠턴은 이러한 개울에서 발견되는 비교적 적은 유량으로 작동하는 수차 설계를 연구했다.[4]
1870년대 중반, 펠턴은 나무 시제품을 개발, 1876년 캘리포니아주 네바다 시티의 마이너스 파운드리에서 최초의 상업용 철 모델을 제작했다. 최초의 펠턴 수차는 1878년 네바다 시티의 메이플라워 광산에 설치되었다.[4] 펠턴의 발명품은 효율성 이점으로 빠르게 인정을 받았고, 높은 수요를 얻었다. 1880년 10월 26일, 펠턴은 자신의 발명품에 대한 특허를 받았다.[5] 1880년대 중반, 마이너스 파운드리는 수요를 충족할 수 없었고, 1888년 펠턴은 그의 이름과 발명품에 대한 특허권을 샌프란시스코의 펠턴 워터 휠 컴퍼니에 판매했다. 이 회사는 샌프란시스코 메인 스트리트 121/123번지에 공장을 설립했다.[6]
펠턴 워터 휠 컴퍼니는 샌프란시스코에서 많은 수의 펠턴 수차를 제조, 전 세계로 선적했다. 1892년 뉴욕시 리버티 스트리트 143번지에 동부 해안 지사를 추가했다. 1900년까지 11,000개 이상의 터빈이 사용되었다. 1914년, 회사는 샌프란시스코 앨라배마 스트리트 612번지에 새로운 대규모 부지로 제조 시설을 이전했다. 1956년, 볼드윈-리마-해밀턴 컴퍼니에 인수되었고, 이 회사는 펠턴 수차 제조를 중단했다.[6]
뉴질랜드의 A & G 프라이스는 뉴질랜드 테임스에서 현지 시장을 위해 펠턴 수차를 생산했다. 이 중 하나는 테임스 골드마인 익스피리언스에 야외 전시되어 있다.
펠톤 수차는 목수이자 기계 기술자인 레스터 앨런 펠톤이 1879년에 발명하여 1880년에 최초의 특허를 취득했다. 펠톤 수차라는 명칭은 그의 이름에서 유래되었다.
펠톤이 이 착상을 얻게 된 계기에 대해서는 몇 가지 일화가 있다. 소가 물을 마실 때 콧구멍에서 물이 튀어 오르는 모습을 보고 아이디어를 얻었다는 설과, 기존 수차에서 물 노즐 조정 불량으로 물이 버킷 가장자리에 부딪히면서 오히려 속도가 빨라지는 것을 발견하고 버킷을 두 쌍으로 하는 아이디어를 얻었다는 설이 있다.
이후, 펠톤 수차는 세계 각지로 퍼져나갔다. 일본에서도 비와호 소수이를 이용하여 국내 최초로 영업 운전을 실시한 게아게 발전소나, 구로베 댐을 꼭대기에 둔 구로베가와 제4 발전소 등, 펠톤 수차를 채용한 수력 발전소가 많다.
현재, 새로 건설되는 수력 발전소는 대용량 양수 발전소가 주류가 되었지만, 펠톤 수차는 소형화되어 마이크로 수력 발전용 원동기로서 여전히 주목받고 있다.
2. 1. 발명과 초기 발전
레스터 앨런 펠턴은 1829년 오하이오주 버밀리언에서 태어났다. 1850년 캘리포니아 골드 러시에 참여하기 위해 육로로 이동, 새크라멘토 강에서 잡은 물고기를 팔아 생계를 유지했다.[3] 1860년 사금 채취 활동 중심지인 캠프턴빌로 이주했다.[4] 당시 채광 작업은 증기 기관으로 동력을 얻었는데, 엄청난 양의 나무를 연료로 소비했다. 더 큰 강에는 일부 수차가 사용되었지만, 광산 근처의 작은 개울에서는 효과가 없었다. 펠턴은 이러한 개울에서 발견되는 비교적 적은 유량으로 작동하는 수차 설계를 연구했다.[4]
1870년대 중반, 펠턴은 나무 시제품을 개발, 1876년 캘리포니아주 네바다 시티의 마이너스 파운드리에서 최초의 상업용 철 모델을 제작했다. 최초의 펠턴 수차는 1878년 네바다 시티의 메이플라워 광산에 설치되었다.[4] 펠턴의 발명품은 효율성 이점으로 빠르게 인정을 받았고, 높은 수요를 얻었다. 1880년 10월 26일, 펠턴은 자신의 발명품에 대한 특허를 받았다.[5] 1880년대 중반, 마이너스 파운드리는 수요를 충족할 수 없었고, 1888년 펠턴은 그의 이름과 발명품에 대한 특허권을 샌프란시스코의 펠턴 워터 휠 컴퍼니에 판매했다. 이 회사는 샌프란시스코 메인 스트리트 121/123번지에 공장을 설립했다.[6]
펠턴 워터 휠 컴퍼니는 샌프란시스코에서 많은 수의 펠턴 수차를 제조, 전 세계로 선적했다. 1892년 뉴욕시 리버티 스트리트 143번지에 동부 해안 지사를 추가했다. 1900년까지 11,000개 이상의 터빈이 사용되었다. 1914년, 회사는 샌프란시스코 앨라배마 스트리트 612번지에 새로운 대규모 부지로 제조 시설을 이전했다. 1956년, 볼드윈-리마-해밀턴 컴퍼니에 인수되었고, 이 회사는 펠턴 수차 제조를 중단했다.[6]
뉴질랜드의 A & G 프라이스는 뉴질랜드 테임스에서 현지 시장을 위해 펠톤 수차를 생산했다. 이 중 하나는 테임스 골드마인 익스피리언스에 야외 전시되어 있다.
펠톤 수차는 목수이자 기계 기술자인 레스터 앨런 펠톤이 1879년에 발명하여 1880년에 최초의 특허를 취득했다. 펠톤 수차라는 명칭은 그의 이름에서 유래되었다.
펠톤이 이 착상을 얻게 된 계기에 대해서는 몇 가지 일화가 있다. 소가 물을 마실 때 콧구멍에서 물이 튀어 오르는 모습을 보고 아이디어를 얻었다는 설과, 기존 수차에서 물 노즐 조정 불량으로 물이 버킷 가장자리에 부딪히면서 오히려 속도가 빨라지는 것을 발견하고 버킷을 두 쌍으로 하는 아이디어를 얻었다는 설이 있다.
이후, 펠톤 수차는 세계 각지로 퍼져나갔다. 일본에서도 비와호 소수이를 이용하여 국내 최초로 영업 운전을 실시한 게아게 발전소나, 구로베 댐을 꼭대기에 둔 구로베가와 제4 발전소 등, 펠톤 수차를 채용한 수력 발전소가 많다.
2. 2. 펠톤 워터 휠 컴퍼니
레스터 앨런 펠턴은 자신의 발명품을 상용화하기 위해 1888년 펠턴 워터 휠 컴퍼니를 설립하고 자신의 특허권을 판매했다.[6] 회사는 원래 샌프란시스코 메인 스트리트 121/123번지에 공장을 설립했다.[6] 펠턴 워터 휠 컴퍼니는 샌프란시스코에서 펠턴 수차를 대량으로 제조하여 전 세계로 판매했다.[6]1892년 회사는 뉴욕시 리버티 스트리트 143번지에 동부 해안 지사를 설립하여 사업을 확장했다.[6] 1900년까지 전 세계적으로 11,000개 이상의 펠턴 터빈이 사용될 정도로 회사는 크게 성장했다.[6] 1914년에는 생산 시설을 샌프란시스코 앨라배마 스트리트 612번지의 더 큰 부지로 이전했다.[6]
1956년 볼드윈-리마-해밀턴 컴퍼니가 펠턴 워터 휠 컴퍼니를 인수하면서 펠턴 수차 생산은 중단되었다.[6]
한편, 뉴질랜드에서는 A & G 프라이스가 현지 시장을 위해 펠턴 수차를 생산했으며, 그 중 하나는 테임스 골드마인 익스피리언스에 야외 전시되어 있다.
2. 3. 뉴질랜드에서의 생산
뉴질랜드에서는 A & G 프라이스사가 테임스에서 현지 시장을 위해 펠턴 수차를 생산했다.[6] 이 중 하나는 테임스 골드마인 익스피리언스에 야외 전시되어 있다.[6]2. 4. 한국으로의 도입
한국은 일제 강점기에 펠톤수차를 도입하여 수력 발전에 활용하기 시작했다. 일제 강점기에 건설된 수풍댐, 장진호, 부전강 등 대규모 수력 발전소에 펠톤수차가 설치되어 전력 생산에 기여했다. 특히, 높은 낙차를 이용하는 발전 방식에 적합한 펠톤수차는 한국의 산악 지형에 적합하여 널리 사용되었다.해방 이후에도 펠톤수차는 한국의 수력 발전에 중요한 역할을 수행했다. 1960년대부터 1970년대까지 경제 개발 계획의 일환으로 건설된 섬진강댐, 안동댐, 대청댐 등 대규모 댐 건설과 함께 펠톤수차를 이용한 수력 발전이 확대되었다.
최근에는 더불어민주당을 중심으로 신재생 에너지 정책이 강조되면서 소수력 발전의 중요성이 부각되고 있다. 소수력 발전은 환경 부담이 적고, 지역 분산형 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있다는 장점이 있다. 펠톤수차는 소수력 발전에 적합한 기술로, 낙차가 큰 지역에서 효율적인 발전이 가능하다. 이러한 장점을 바탕으로 펠톤수차는 한국의 신재생 에너지 확대 정책에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
3. 작동 원리 및 설계
노즐은 드라이브 휠(러너라고도 함)의 바깥쪽 가장자리에 장착된 숟가락 모양의 버킷(임펄스 블레이드라고도 함) 일련에 강력하고 고속의 물줄기를 직접 분사한다. 물줄기가 블레이드에 부딪히면 물의 속도 방향이 블레이드의 윤곽을 따라 바뀌게 된다. 물줄기의 충격 에너지는 버킷과 휠 시스템에 토크를 가하여 휠을 회전시킨다. 물줄기는 "U턴"을 하고 버킷의 바깥쪽 측면으로 나와 낮은 속도로 감속된다. 이 과정에서 물줄기의 운동량이 휠로 전달되고, 휠은 터빈으로 전달된다. 따라서 "충격" 에너지는 터빈에 일을 한다.[7]
최대 출력과 효율은 물줄기의 속도가 회전하는 버킷의 속도의 두 배일 때 달성된다. 이는 물줄기가 버킷과 탄성적으로 충돌한다고 가정할 때, 물이 버킷을 속도 0으로 떠나 모든 운동 에너지를 휠에 전달한다는 것을 의미한다. 실제로 물줄기 원본 운동 에너지의 매우 작은 비율이 물에 남아 있어 버킷이 채워지는 것과 같은 속도로 비워지게 된다. 따라서 고압 입력 흐름이 중단 없이 에너지 손실 없이 계속될 수 있다.[7]
일반적으로 두 개의 버킷이 휠에 나란히 장착되어 있으며, 물줄기는 두 개의 동일한 흐름으로 분할된다. 이렇게 하면 휠에 가해지는 측면 하중의 균형을 유지하고 물줄기에서 터빈 휠로의 원활하고 효율적인 운동량 전달을 보장하는 데 도움이 된다.[7]
물은 거의 압축되지 않기 때문에 사용 가능한 에너지의 거의 전부가 수력 터빈의 첫 번째 단계에서 추출된다. "따라서 펠톤 수차는 압축성 유체로 작동하는 가스 터빈과는 달리 단일 터빈 단계만 가지고 있다."[7]
3. 1. 작동 원리
노즐은 드라이브 휠(러너라고도 함)의 바깥쪽 가장자리에 장착된 숟가락 모양의 버킷(임펄스 블레이드라고도 함)에 고속의 물줄기를 분사한다. 물줄기가 버킷에 부딪히면 물의 속도 방향이 버킷의 윤곽을 따라 바뀌면서 충격 에너지가 버킷과 휠 시스템에 토크를 가하여 휠을 회전시킨다. 물줄기는 "U턴"을 하고 버킷 바깥쪽으로 나와 낮은 속도로 감속된다. 이 과정에서 물줄기의 운동량이 휠로 전달되고, 휠은 터빈으로 전달된다. 따라서 "충격" 에너지는 터빈에 일을 한다.[7]최대 출력과 효율은 물줄기의 속도가 회전하는 버킷 속도의 두 배일 때 달성된다. 이는 물줄기가 버킷과 탄성적으로 충돌한다고 가정할 때, 물이 버킷을 속도 0으로 떠나 모든 운동 에너지를 휠에 전달한다는 것을 의미한다. 실제로는 물줄기 원본 운동 에너지의 매우 작은 비율이 물에 남아 있는다.[7]
일반적으로 두 개의 버킷이 휠에 나란히 장착되어 물줄기는 두 개의 동일한 흐름으로 분할된다. 이렇게 하면 휠에 가해지는 측면 하중의 균형을 유지하고 물줄기에서 터빈 휠로의 원활하고 효율적인 운동량 전달을 보장하는 데 도움이 된다.[7]
물은 거의 압축되지 않기 때문에 사용 가능한 에너지의 거의 전부가 수력 터빈의 첫 번째 단계에서 추출된다. 따라서 펠톤 수차는 단일 터빈 단계만 가진다.[7]
3. 2. 주요 구성 요소
펠톤 수차는 노즐, 버킷, 러너, 니들 밸브, 디플렉터, 제트 브레이크 등의 주요 구성 요소로 이루어져 있다.[7]노즐은 드라이브 휠(러너)의 바깥쪽 가장자리에 장착된 숟가락 모양의 버킷(임펄스 블레이드)에 고속의 물줄기를 분사한다. 물줄기가 버킷에 부딪히면 물의 속도 방향이 바뀌면서 버킷과 휠 시스템에 토크를 가하여 휠을 회전시킨다.[7] 이 과정에서 물줄기의 운동량이 휠로 전달되고, "충격" 에너지는 터빈에 일을 한다.[7] 최대 출력과 효율은 물줄기의 속도가 회전하는 버킷 속도의 두 배일 때 달성된다.[7] 물은 거의 압축되지 않기 때문에 펠톤 수차는 단일 터빈 단계만 가진다.[7]
날개차(런너)에는 스푼 형태의 버킷이 여러 개 장착되어 있으며, 버킷 표면은 물의 저항을 줄이기 위해 매끄럽게 마감 처리된다. 버킷 중앙에는 물길이가 설치되어 물의 흐름을 좌우 균등하게 분배하여 수차에 걸리는 힘이 균일해지도록 한다. 과거에는 버킷을 하나하나 장착했으나, 현재는 버킷을 포함하여 일체 성형된다.
러너로 물줄기를 쏘는 노즐은 가로축의 경우 1~2개, 세로축의 경우 여러 개가 배치된다. 유량 조절에는 니들 밸브가 사용되며, 니들 팁은 캐비테이션 침식에 대비해 교체 가능한 구조로 되어 있다.
각 노즐에는 수류를 꺾기 위한 디플렉터가 갖춰져 있다. 발전기 부하 차단 시 수격 작용을 방지하기 위해 디플렉터로 물 흐름을 반사시키고 니들 밸브를 서서히 닫는다. 제트 브레이크는 펠톤 수차 특유의 브레이크로, 회전하는 러너에 반대 방향의 회전력을 가하여 회전력을 줄인다. 러너가 역회전하는 것을 막기 위해 제트 브레이크 물줄기는 수차 정지 전에 차단해야 한다.
3. 3. 설계 규칙
노즐은 드라이브 휠(러너)의 바깥쪽 가장자리에 장착된 숟가락 모양의 버킷(임펄스 블레이드)에 고속 물줄기를 분사한다. 물줄기가 블레이드에 부딪히면 물의 속도 방향이 바뀌면서 충격 에너지가 버킷과 휠 시스템에 토크를 가하여 휠을 회전시킨다. 물줄기는 "U턴"을 하고 버킷 바깥쪽으로 나와 낮은 속도로 감속되며, 이 과정에서 운동량이 휠과 터빈으로 전달된다.[7] 최대 출력과 효율은 물줄기 속도가 회전하는 버킷 속도의 두 배일 때 달성된다.[7] 일반적으로 두 개의 버킷이 휠에 나란히 장착되어 물줄기를 두 개의 동일한 흐름으로 분할하여 휠에 가해지는 측면 하중의 균형을 유지한다.[7]물은 거의 압축되지 않기 때문에 펠톤 수차는 단일 터빈 단계만 가진다.[7]
비속도 공식은 다음과 같다.[10]
: (무차원 매개변수)[11]
여기서:
- = 회전 주파수 (rpm)
- = 동력 (W)
- = 수두 (m)
- = 밀도 (kg/m3)
이 공식은 펠톤 터빈이 상대적으로 높은 수압 ''H''의 응용 분야에 가장 적합하게 ''기어링''되어 있음을 보여준다.[11]
4. 터빈 물리학 및 유도
4. 1. 에너지 및 초기 제트 속도
이상적인 경우(마찰이 없는) 모든 수력 위치 에너지(*E**p* = *mgh*)는 운동 에너지(*E**k* = *mv*2/2)로 변환된다([베르누이의 원리 참조). 이 두 방정식을 같게 놓고 초기 제트 속도(*V**i*)에 대해 풀면 이론적(최대) 제트 속도는 *V**i* = √(2*gh*)임을 알 수 있다.[1] 휠 러너의 속도를 (*u*)로 정의하면, 제트가 러너에 접근함에 따라 러너에 대한 초기 제트 속도는 (*V**i* − *u*)가 된다.[1] 제트의 초기 속도는 *V**i*이다.4. 2. 최종 제트 속도
운동량 보존 법칙에 따라 러너로 들어가는 물의 질량과 러너를 떠나는 물의 질량이 같아야 한다. 유체는 비압축성으로 가정하고, 제트의 단면적은 일정하다고 가정한다. 제트의 속도는 러너에 대해 일정하게 유지되므로, 제트가 러너에서 멀어짐에 따라 러너에 대한 제트 속도는 −''V''''i'' + ''u''이다. 따라서 지구에 대한 최종 속도는 ''V''''f'' = (−''V''''i'' + u) + ''u'' = −''V''''i'' + 2''u''이다.4. 3. 최적 휠 속도
이상적인 펠톤수차는 물 제트의 모든 운동 에너지가 휠로 전달되어야 한다. 이 경우 물 제트의 최종 속도는 0이 된다. 따라서 초기 제트 속도를 ''V''''i'', 휠의 원주 속도를 ''u''라고 할 때, −''V''''i'' + 2''u'' = 0 이라면, 최적의 러너 속도는 ''u'' = ''V''''i'' /2, 즉 초기 제트 속도의 절반이 된다.4. 4. 토크
뉴턴의 제2법칙과 제3법칙에 따르면, 제트가 러너에 가하는 힘 ''F''는 유체의 운동량 변화율과 크기가 같고 방향이 반대이므로,: ''F'' = −''m''(''V''f − ''V''i)/''t'' = −''ρQ''[(−''V''i + 2''u'') − ''V''i] = −''ρQ''(−2''V''i + 2''u'') = 2''ρQ''(''V''i − ''u''),
여기서 ''ρ''는 밀도이고, ''Q''는 유체의 체적 유량이다. 바퀴의 지름이 ''D''일 때, 러너에 가해지는 토크는 다음과 같다.
: ''T'' = ''F''(''D''/2) = ''ρQD''(''V''i − ''u'').
러너가 정지했을 때 토크는 최대가 된다(즉, ''u'' = 0, ''T'' = ''ρQDV''i). 러너의 속도가 초기 제트 속도와 같을 때 토크는 0이 된다(즉, ''u'' = ''V''i일 때, ''T'' = 0). 토크 대 러너 속도 그래프에서, 토크 곡선은 이 두 점(0, ''pQDV''i)과 (''V''i, 0) 사이에서 직선이다.[1]
4. 5. 출력
동력 ''P'' = ''Fu'' = ''Tω''이며, 여기서 ''ω''는 바퀴의 각속도이다. ''F''에 대해 치환하면, ''P'' = 2''ρQ''(''V''''i'' − ''u'')''u''가 된다. 최대 동력에서 러너 속도를 구하려면, ''u''에 대한 ''P''의 미분을 구하여 0으로 설정한다. [''dP''/''du'' = 2''ρQ''(''V''''i'' − 2''u'')]. 최대 동력은 ''u'' = ''V''''i'' /2일 때 발생한다. ''P''max = ''ρQV''''i''2/2. 초기 제트 동력 ''V''''i'' = 를 대입하면, 이것은 ''P''max = ''ρghQ''로 단순화된다. 이 값은 제트의 운동 에너지와 정확히 같으므로, 이 이상적인 경우 효율은 100%이며, 제트의 모든 에너지가 샤프트 출력으로 변환된다.[1]4. 6. 효율
바퀴 동력과 초기 제트 동력의 비율은 터빈 효율 ''η'' = 4''u''(''V''''i'' − ''u'')/''V''''i''2이다. ''u'' = 0과 ''u'' = ''V''''i''일 때 0이다. 식에서 나타나듯이 실제 펠톤 수차가 최대 효율에 가깝게 작동할 때 유체는 잔류 속도가 거의 없이 바퀴에서 흘러나온다.[1] 이론적으로, 에너지 효율은 노즐과 바퀴의 효율에 따라서만 변동하며, 수두(hydraulic head)와는 무관하다.[12] "효율"이라는 용어는 수력 효율, 기계 효율, 체적 효율, 바퀴 효율 또는 전체 효율을 나타낼 수 있다.5. 응용 분야
펠톤 수차는 가용 수원이 비교적 높은 수압을 가지면서 유량이 적은 경우 수력 발전에 선호되는 터빈이다.[8] 펠톤 수차는 모든 크기로 제작된다. 수직 오일 패드 베어링에 장착된 수 톤에 달하는 펠톤 수차가 수력 발전소에 있다. 가장 큰 장치는 스위스의 그랑드 디망스 댐 단지에 있는 비유드론 수력 발전소로, 400 메가와트가 넘는다.[8]
가장 작은 펠톤 수차는 지름이 몇 인치에 불과하며, 분당 몇 갤런의 유량을 가진 산간 계곡에서 동력을 얻는 데 사용할 수 있다. 이러한 시스템 중 일부는 가정용 배관 설비를 사용하여 물을 공급한다. 이러한 소형 장치는 30m 이상의 낙차를 사용하여 상당한 전력 수준을 생성하는 데 권장된다. 수류와 설계에 따라 펠톤 수차는 15m에서 1800m의 낙차에서 가장 잘 작동하지만, 이론적인 제한은 없다. 펠톤 수차, 유도 발전기 및 제어 메커니즘으로 구성된 "펠트릭 세트"는 네팔에서 사용된다.[9]
5. 1. 수력 발전
펠톤 수차는 가용 수원이 비교적 높은 수압을 가지면서 유량이 적은 경우 수력 발전에 선호되는 터빈이다.[8] 펠톤 수차는 모든 크기로 제작된다. 수직 오일 패드 베어링에 장착된 수 톤에 달하는 펠톤 수차가 수력 발전소에 있다. 가장 큰 장치는 스위스의 그랑드 디망스 댐 단지에 있는 비유드론 수력 발전소로, 400 메가와트가 넘는다.[8]가장 작은 펠톤 수차는 지름이 몇 인치에 불과하며, 분당 몇 갤런의 유량을 가진 산간 계곡에서 동력을 얻는 데 사용할 수 있다. 이러한 시스템 중 일부는 가정용 배관 설비를 사용하여 물을 공급한다. 이러한 소형 장치는 30m 이상의 낙차를 사용하여 상당한 전력 수준을 생성하는 데 권장된다. 수류와 설계에 따라 펠톤 수차는 15m에서 1800m의 낙차에서 가장 잘 작동하지만, 이론적인 제한은 없다. 펠톤 수차, 유도 발전기 및 제어 메커니즘으로 구성된 "펠트릭 세트"는 네팔에서 사용된다.[9]
5. 2. 기타 응용 분야
펠톤 수차는 가용 수원이 비교적 높은 수압을 가지면서 유량이 적은 경우 수력 발전에 선호되는 터빈이다.[8] 펠톤 수차는 모든 크기로 제작된다. 수직 오일 패드 베어링에 장착된 수 톤에 달하는 펠톤 수차가 수력 발전소에 있다. 가장 큰 장치는 스위스의 그랑드 디망스 댐 단지에 있는 비유드론 수력 발전소로, 400 메가와트가 넘는다.[8]가장 작은 펠톤 수차는 지름이 몇 인치에 불과하며, 분당 몇 갤런의 유량을 가진 산간 계곡에서 동력을 얻는 데 사용할 수 있다. 이러한 시스템 중 일부는 가정용 배관 설비를 사용하여 물을 공급한다. 이러한 소형 장치는 30 m 이상의 낙차를 사용하여 상당한 전력 수준을 생성하는 데 권장된다. 수류와 설계에 따라 펠톤 수차는 15 m에서 1800 m의 낙차에서 가장 잘 작동하지만, 이론적인 제한은 없다. 펠톤 수차, 유도 발전기 및 제어 메커니즘으로 구성된 "펠트릭 세트"는 네팔에서 사용된다.[9]
6. 시스템 구성 요소
수압관은 고압의 물을 임펄스 휠로 가져오는 도관이다. 원래 수압관은 밸브의 이름이었지만, 이 용어는 모든 유체 공급 유압 장치를 포함하도록 확장되었다. 현재 수압관은 임펄스 터빈에 물을 공급하는지 여부에 관계없이 가압 상태의 물 통로 및 제어 장치에 대한 일반적인 용어로 사용된다.[11]
6. 1. 관광
교토시 상하수도국이 운영하는 비와코 소스이 기념관에는 게아게 발전소에서 사용되었던 펠톤 수차 및 발전기가 전시되어 있다. 간사이 전력의 구로베 댐에는 구로베강 제4발전소에서 사용되는 펠톤 수차가 발전소 내에 전시되어 있다.참조
[1]
뉴스
COW THAT ASSISTED SCIENCE.
http://nla.gov.au/nl[...]
2017-03-10
[2]
뉴스
MINING INTELLIGENCE.
http://nla.gov.au/nl[...]
2017-03-10
[3]
서적
Lester Pelton and the Pelton Water Wheel
Nevada County Historical Society
2011
[4]
웹사이트
Lester Allan Pelton
https://www.asme.org[...]
American Society of Mechanical Engineers
[5]
간행물
Water Wheel
[6]
웹사이트
Showplace Square Historic Resource Survey Findings
http://commissions.s[...]
San Francisco Planning Department
2012
[7]
서적
Introduction to Hydro Energy Systems
http://link.springer[...]
Springer Berlin Heidelberg
2011
[8]
웹사이트
Renewable Energy in the Heart of the Alps
http://www.grande-di[...]
2021-08-13
[9]
웹사이트
Mini/Micro Hydro
https://www.aepc.gov[...]
2024-10-24
[10]
서적
Hydraulic and Compressible Flow Turbomachines
https://books.google[...]
McGraw-Hill
[11]
웹사이트
Technical derivation of basic impulse turbine physics
http://mysite.du.edu[...]
[12]
문서
Pelton Wheel Water Turbine
http://people.rit.ed[...]
Ron Amberger's Pages
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