KR100397030B1 - A rotor blade of a wind power generator, and the forming method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력발전기의 로터 블레이드 및 그 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 상단부에 설치되어 바람의 힘에 의하여 회전하는 로터 블레이드를 헬륨가스가 충진된 튜브의 외부에 가볍고 인장강도가 우수한 고분자 소재를 라미네이팅하여 형성함으로서, 풍력발전기에 사용되는 소형, 중형 및 대형 로터 블레이드의 무게를 경량화하여 낮은 풍속에서도 로터 블레이드의 회전성능과 풍력발전기의 발전성능을 향상시킬 수 있는 풍력발전기의 로터 블레이드 및 그 성형방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rotor blade of a wind turbine and a method of forming the same, and more particularly, a rotor blade installed at an upper end of a wind turbine and rotating by wind force, and having a light and tensile strength outside the tube filled with helium gas. By forming excellent polymer materials by laminating, it is possible to reduce the weight of small, medium and large rotor blades used in wind power generators, thereby improving rotor blade rotation and wind power generator performance at low wind speeds. And a molding method thereof.
본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드는, 방탄필름(17)의 내부에 헬륨가스(18)가 충진되는 튜브(16)와, 상기 튜브(16)의 외부에서 튜브(16)와 일체로 라미네이팅 처리되어 몸체부(12)와 날개부(14)를 형성하는 보강부(15)와, 상기의 보강부(15)를 관통하여 튜브(16)에 연결되는 가스주입수단(19)으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 성형방법은, 상기한 튜브(16)의 내부에 헬륨가스(18)를 주입시키는 공정과, 고분자 폴리에틸렌 계열의 합성수지인 스펙트라 섬유로 된 원단(20)이나 다이니마 섬유로 된 원단(20) 또는 나일론 계열의 합성수지인 케블라 섬유로 된 원단(20)중에서 택일하여서 되는 원단(20)을 일정한 형태로 재단하여 접합함으로서 튜브수납공간(23)이 형성된 상,하부 접합원단(21,22)을 성형하는 공정과, 헬륨가스(18)가 충진된 상기한 튜브(16)와, 튜브수납공간(23)이 형성된 상기한 상,하부 접합원단(21,22)을 금형이나 목형을 사용하여 일체로 압착함으로서 로터 블레이드(2)를 성형하는 공정으로 이루어지는 일련의 공정을 거치는 것을 특징으로 한다.The rotor blade of the wind turbine according to the present invention, the tube 16 is filled with helium gas 18 inside the ballistic film 17, and the laminating treatment integrally with the tube 16 from the outside of the tube 16 And a reinforcing part 15 forming the body part 12 and the wing part 14 and a gas injection means 19 connected to the tube 16 through the reinforcing part 15. The method for forming a rotor blade of a wind power generator according to the present invention includes a process of injecting helium gas 18 into the tube 16 and a fabric 20 made of spectra fiber, which is a polymer polyethylene series resin. The upper and lower portions of the tube storage space 23 are formed by cutting and joining the fabric 20 which is alternatively selected from the fabric 20 made of Dyneema fiber or the fabric 20 made of Kevlar fiber, which is a nylon-based synthetic resin. Forming the joining fabrics 21 and 22, and The rotor blade (2) is formed by compressing the tube (16) filled with the gas (18) and the upper and lower joining fabrics (21, 22) having the tube storage space (23) integrally using a mold or a wooden die. It characterized in that it goes through a series of processes consisting of a step of forming a).
Description
본 발명은 풍력발전기의 로터 블레이드 및 그 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 상단부에 설치되어 바람의 힘에 의하여 회전하는 로터 블레이드를 헬륨가스가 충진된 튜브의 외부에 가볍고 인장강도가 우수한 고분자 소재를 라미네이팅하여 형성함으로서, 풍력발전기에 사용되는 소형, 중형 및 대형 로터 블레이드의 무게를 경량화하여 낮은 풍속에서도 로터 블레이드의 회전성능과 풍력발전기의 발전성능을 향상시킬 수 있는 풍력발전기의 로터 블레이드 및 그 성형방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rotor blade of a wind turbine and a method of forming the same, and more particularly, a rotor blade installed at an upper end of a wind turbine and rotating by wind force, and having a light and tensile strength outside the tube filled with helium gas. By forming excellent polymer materials by laminating, it is possible to reduce the weight of small, medium and large rotor blades used in wind power generators, thereby improving rotor blade rotation and wind power generator performance at low wind speeds. And a molding method thereof.
일반적으로 풍력발전은 지상으로부터 일정한 높이에 설치된 회전자인 로터 블레이드를 바람의 운동에너지를 이용하여 회전시키고, 로터 블레이드의 회전에 의하여 발생하는 기계적 에너지를 사용하여 풍력발전기의 내부에 설치된 발전기를 구동시켜 전기를 발생시키는 것으로서, 환경오염에 대한 우려가 전혀 없을 뿐만 아니라, 그 에너지 자원의 거대한 잠재성으로 인하여 세계 각국에서 대체 에너지원의 일환으로 폭넓게 개발되어 사용되고 있다.In general, wind power is generated by rotating a rotor blade, a rotor installed at a constant height from the ground, using kinetic energy of wind, and driving a generator installed inside the wind turbine using mechanical energy generated by the rotation of the rotor blades. It is not only concerned about environmental pollution, but also due to the huge potential of its energy resources, it has been widely developed and used as part of alternative energy sources around the world.
상기와 같은 풍력발전에 사용되는 풍력발전기는 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 수평축 풍력발전기(1)와, 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 수직축 풍력발전기(2)로 크게 나누어질 수 있다.The wind power generator used for the wind power generation as described above may be largely divided into a horizontal axis wind power generator 1 as shown in FIG. 1 and a vertical axis wind power generator 2 as shown in FIG. 2.
상기한 수평축 풍력발전기(1)는 지면(11)으로부터 소정의 높이만큼 철탑(9)이 설치되고, 상기 철탑(9)의 상단에는 로터 블레이드(2)가 피치 콘트롤러(3)에 결합되어 설치되며, 상기 로터 블레이드(2)의 회전을 증속시키는 증속기어박스(4)와, 증속기어박스(4)의 회전을 전달하는 기어결합부(5) 및 증속기어박스(4)로부터 전달받은 회전력을 사용하여 전기를 발생시키는 발전기(6)가 모두 철탑(9)의 상단부에 설치되어 있으며, 지면(11)에 해당하는 철탑(9)의 바닥부에는 기어결합부(9)와 회전축(10)으로서 연결되는 또 다른 발전기(6)가 설치되어 있다.The horizontal axis wind turbine (1) is a pylon (9) is installed by a predetermined height from the ground 11, the rotor blade (2) is installed on the top of the pylon (9) is coupled to the pitch controller (3) , A speed increase gear box (4) for increasing the rotation of the rotor blade (2), a gear coupling portion (5) and a rotation force transmitted from the speed increase gear box (4) for transmitting the rotation of the speed increase gear box (4). Generators 6 for generating electricity are all installed at the upper end of the steel tower (9), and connected to the bottom of the steel tower (9) corresponding to the ground 11 as a gear coupling portion (9) and a rotating shaft (10) Another generator 6 is installed.
그리고, 상기한 수직축 풍력발전기(1)는 지상으로부터 소정의 높이만큼 설치된 철탑(9)의 상단부에 로터 블레이드(2)만이 회전부(7)에 결합되어 설치되고, 발전기(6)는 지면(11)에 해당하는 철탑(9)의 바닥부에서 증속기어박스(4)와 함께 설치되어, 상기 회전부(7)로부터 하부로 연장되는 회전축(10)에 의하여 로터 블레이드(2)의 회전력을 전달받도록 되어 있다.In addition, the vertical axis wind turbine (1) is installed on the upper end of the steel tower (9) installed by a predetermined height from the ground, only the rotor blade 2 is coupled to the rotating portion (7), the generator (6) is the ground (11) It is installed together with the speed increase gear box 4 at the bottom of the steel tower 9 corresponding thereto, and receives the rotational force of the rotor blade 2 by the rotating shaft 10 extending downward from the rotating part 7. .
상기와 같이 수평축 및 수직축 풍력발전기(1)로 대별되는 각각의 풍력발전기(1)는 그 외관적인 형태와 각종 장치들의 설치위치에는 다소 차이가 있으나, 바람에 의하여 로터 블레이드(2)가 회전하게 되면, 로터 블레이드(2)의 회전속도를 증속기어박스(4)에서 증속시켜 철탑(9)의 내부에 설치된 발전기(6)에 로터 블레이드(2)의 회전력을 전달시킴으로서 발전기(6)를 구동시켜 전력을 생산하게 하는 발전원리는 서로 유사한 것이며, 상기한 수평축 풍력발전기(1)에 설치되는 피치 콘트롤러(3)와 방향조절기(8)는 입력되는 풍력에 따라 로터 블레이드(2)의 바람맞이 각도를 조절하여 로터 블레이드(2)가 최적의 회전수를 유지하면서 회전할 수 있도록 한 것이다.As described above, each of the wind turbines 1, which are roughly divided into the horizontal shaft and the vertical shaft wind turbines 1, is somewhat different in appearance form and installation positions of various devices, but when the rotor blades 2 are rotated by wind. , By increasing the rotational speed of the rotor blades 2 in the gearbox 4 to transfer the rotational force of the rotor blades 2 to the generator 6 installed inside the pylon 9 to drive the generator 6 Principle of the power generation to produce the same is the same, the pitch controller 3 and the directional controller 8 is installed in the horizontal axis wind turbine (1) adjusts the wind angle of the rotor blade (2) according to the wind power input The rotor blade 2 is to be able to rotate while maintaining the optimum number of revolutions.
그러나, 상기와 같은 풍력발전기(1)에 설치되는 로터 블레이드(2)는 소형 풍력발전기(1)의 경우에는 그 길이가 개략 3~10m 정도이고, 일반적인 풍력발전기(1)의 경우에는 그 길이가 개략 12~18m에 해당하며, 대형 풍력발전기(1)의 경우에는 로터 블레이드(2)의 길이만 60m에 해당할 정도로 매우 크고 길게 되는데, 대부분의 로터 블레이드(2)가 금속이나 플라스틱 재질로 제작됨으로서, 대형 풍력발전기(1)에 사용되는 로터 블레이드(2)의 경우에는 하나의 로터 블레이드(2) 무게만 90㎏ 이상으로 매우 무겁게 되는 문제점이 있었다.However, the rotor blade 2 installed in the wind turbine 1 as described above has a length of approximately 3 to 10 m in the case of the small wind turbine 1, and in the case of a general wind turbine 1, Corresponds to approximately 12 to 18m, in the case of the large wind turbine (1), the length of the rotor blade (2) is very large and long enough to correspond to 60m, most of the rotor blade (2) is made of metal or plastic material In the case of the rotor blades 2 used in the large wind power generator 1, there is a problem that only one rotor blade 2 has a weight of more than 90 kg.
상기와 같이 로터 블레이드(2)의 무게가 무겁게 되면, 철탑(9)의 상단부에 로터 블레이드(2)를 설치하는 작업이 매우 곤란해지게 되는 문제점이 있었으며, 철탑(9)의 상단에서 외팔보의 형태로 결합되는 로터 블레이드(2)를 안전하게 지지하기 위해서는 철탑(9)의 상단에 회전부(7)가 결합되는 부분과, 회전부(7)에 로터 블레이드(2)가 결합되는 부분에 대한 결합강도를 매우 크게 하여야 함으로서, 로터 블레이드(2)의 설치에 따른 구조상의 난점이 발생하는 문제점이 있었다.As described above, when the weight of the rotor blade 2 becomes heavy, there is a problem in that the installation of the rotor blade 2 at the upper end of the pylon 9 becomes very difficult, and the shape of the cantilever beam at the top of the pylon 9 In order to securely support the rotor blades 2 coupled to each other, the strength of the coupling portion of the rotary part 7 coupled to the top of the steel tower 9 and the portion of the rotor blade 2 coupled to the rotary part 7 are very high. By increasing the size, there was a problem in that the structural difficulties caused by the installation of the rotor blade (2) occurs.
또한, 풍력발전기(1)의 발전성능이 로터 블레이드(2)의 회전성능에 따라 매우 크게 좌우되기 때문에, 로터 블레이드(2)의 무게가 무거워지게 되면, 동일한 풍속에서도 로터 블레이드(2)의 회전성능이 저하되어 풍력발전기(1)의 발전능력이 떨어지게 되며, 특히 대형 풍력발전기(1)에 사용되는 로터 블레이드(2)를 회전시켜 실생활에 충분히 사용될 수 있는 양만큼의 전기를 생산하기 위해서는, 로터 블레이드(2)를 회전시키기 위한 바람의 연중 평균풍속이 8~10 m/s 정도로 매우 강해야 함으로서, 한국과 같이 2.5~3.5 m/s 정도의 낮은 연중 평균풍속을 가지는 지역에서는 대형 풍력발전기(1)를 적용하기 힘든 문제점이 있었다.In addition, since the power generation performance of the wind power generator 1 is highly dependent on the rotational performance of the rotor blade 2, when the weight of the rotor blade 2 becomes heavy, the rotational performance of the rotor blade 2 at the same wind speed. This lowers the power generation capacity of the wind turbine (1), in particular to rotate the rotor blades (2) used in the large wind turbine (1) in order to produce an amount of electricity that can be used in real life, rotor blades The annual wind speed of the wind to rotate (2) should be very strong, about 8-10 m / s. Therefore, large wind power generators (1) should be used in areas with low average wind speeds of 2.5-3.5 m / s. There was a problem that was difficult to apply.
상기와 같은 문제점에도 불구하고 대형 풍력발전기(1)가 소형 풍력발전기(1)에 비하여 많은 지역에서 적용되고 있는 이유는, 로터 블레이드(2)를 보다 높은 위치에 설치하여야만 로터 블레이드(2)가 바람의 영향을 많이 받을 수 있게 될 뿐만 아니라, 풍력발전기(1)를 구성하는 전체적인 시스템이 대형화될수록 풍력발전기(1)의 전체적인 발전효율이 향상되고 발전단가가 저렴해져서 보다 저가의 전기를 공급할 수 있기 때문이며, 상기한 이유로 인하여 연중 평균풍속이 비교적 낮은 한국과 같은 지역에서는 높은 발전효율과 저가의 전기공급을 이루어내기 위하여 풍력발전기(1)는 대형화시키면서도 로터 블레이드(2) 자체는 경량화시키는 것에 대한 기술 개발이 시급한 실정이다.In spite of the above problems, the large wind power generator 1 is applied in many areas compared to the small wind power generator 1 because the rotor blades 2 need to be installed at a higher position. In addition to being able to be affected a lot, the larger the overall system constituting the wind turbine (1), the greater the overall power generation efficiency of the wind turbine (1) and the lower the cost of power generation can provide a lower cost of electricity. Due to the above reasons, in order to achieve high power generation efficiency and low cost electricity supply in regions such as Korea where the average wind speed is relatively low throughout the year, the development of technology to reduce the size of the rotor blades and to make the rotor blades 2 itself light is possible. It is urgent.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 및 그 성형방법은 풍력발전기의 상단부에 설치되어 바람의 힘에 의하여 회전하는 로터 블레이드를 헬륨가스가 충진된튜브의 외부에 가볍고 인장강도가 우수한 고분자 소재를 라미네이팅하여 형성함으로서, 풍력발전기에 사용되는 소형, 중형 및 대형 로터 블레이드의 무게를 경량화하여 낮은 풍속에서도 로터 블레이드의 회전성능을 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 풍력발전기의 발전성능을 향상시켜 저가의 전기 공급을 이루어 낼 수 있도록 하는 것을 본 발명의 기술적 과제로 한다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the rotor blade and the forming method of the wind power generator according to the present invention is installed on the upper end of the wind turbine rotor blade rotating by the force of the wind helium gas It is formed by laminating a light and excellent tensile polymer material on the outside of the filled tube, thereby reducing the weight of small, medium and large rotor blades used in wind power generators, thereby improving the rotor blade rotation performance at low wind speeds. Therefore, the technical problem of the present invention to improve the power generation performance of the wind power generator to achieve a low-cost electricity supply.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드는, 방탄필름의 내부에 헬륨가스가 충진되는 튜브와, 상기 튜브의 외부에서 튜브와 일체로 라미네이팅 처리되어 몸체부와 날개부를 형성하는 보강부와, 상기의 보강부를 관통하여 튜브에 연결되는 가스주입수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 성형방법은, 상기한 튜브의 내부에 헬륨가스를 주입시키는 공정과, 고분자 폴리에틸렌 계열의 합성수지인 스펙트라 섬유로 된 원단이나 다이니마 섬유로 된 원단 또는 나일론 계열의 합성수지인 케블라 섬유로 된 원단중에서 택일하여서 되는 원단을 일정한 형태로 재단하여 접합함으로서 튜브수납공간이 형성된 상,하부 접합원단을 성형하는 공정과, 헬륨가스가 충진된 상기한 튜브와 튜브수납공간이 형성된 상기한 접합원단을 금형이나 목형을 사용하여 일체로 압착함으로서 로터 블레이드를 성형하는 공정으로 이루어지는 일련의 공정을 거치는 것을 특징으로 한다.The rotor blade of the wind power generator according to the present invention for achieving the above technical problem, the tube is filled with helium gas inside the bulletproof film, and the laminating process integrally with the tube from the outside of the tube to form a body portion and wings And a gas injection means connected to the tube through the reinforcement part, and the rotor blade forming method of the wind power generator according to the present invention comprises the steps of injecting helium gas into the inside of the tube. And a tube storage space is formed by cutting and joining the fabric, which is alternatively made of spectra fiber, dynama fiber, or kevlar fiber, nylon-based synthetic resin. The process of forming the lower bonding fabric, and the helium gas filled And the bonded fabric characterized in that goes through a series of steps consisting of a step of forming a rotor blade by pressing integrally using a mold or a wooden tube and the tube housing space is formed.
도 1은 일반적인 수평축 풍력발전기를 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing a general horizontal axis wind power generator.
도 2는 일반적인 수직축 풍력발전기를 나타내는 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a typical vertical axis wind power generator.
도 3은 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드를 나타내는 사시도.Figure 3 is a perspective view showing a rotor blade of the wind power generator according to the present invention.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 5는 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 구조를 나타내는 분해사시도.5 is an exploded perspective view showing the rotor blade structure of the wind power generator according to the present invention.
도 6은 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드에 설치되는 가스주입구의 상세도.Figure 6 is a detailed view of the gas inlet installed in the rotor blades of the wind power generator according to the present invention.
도 7은 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 성형방법을 나타내는 공정블럭도.7 is a process block diagram showing a rotor blade forming method of the wind power generator according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 풍력발전기 2 : 로터 블레이드 3 : 피치 콘트롤러1: wind power generator 2: rotor blade 3: pitch controller
4 : 증속기어박스 5 : 기어결합부 6 : 발전기4: Gear Box 5: Gear Coupling Part 6: Generator
7 : 회전부 8 : 방향조절기 9 : 철탑7: rotating part 8: direction controller 9: steel tower
10 : 회전축 11 : 지면 12 : 몸체부DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotation axis 11 Ground 12 Body part
13 : 결합부 14 : 날개부 15 : 보강부13 coupling portion 14 wings 15 reinforcement
16 : 튜브 17 : 튜브팽창공간 18 : 헬륨가스16 tube 17 tube expansion space 18 helium gas
19 : 개스주입구 20 : 원단 21 : 상부 접합원단19 gas inlet 20 fabric 21 upper joining fabric
22 : 하부 접합원단 23 : 튜브수납공간 24 : 수납홈22: lower bonding fabric 23: tube storage space 24: receiving groove
101 : 튜브성형공정 102 : 가스주입공정 201 : 원단재단공정101: tube forming process 102: gas injection process 201: fabric cutting process
202 : 원단접합공정 300 : 압착성형공정 400 : 후처리 공정202: fabric bonding process 300: compression molding process 400: post-treatment process
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention for achieving the above object will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드를 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 구조를 나타내는 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드에 설치되는 가스주입구의 상세도이고, 도 7은 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 성형방법을 나타내는 공정블럭도이며, 도면 중 미설명 된 부호 19a는 주입구, 19b는 마개, 19c는 밀폐링, 19d는 스프링, 19e는 주입관을 나타내는 것이다.Figure 3 is a perspective view showing a rotor blade of the wind turbine according to the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of Figure 3, Figure 5 is an exploded perspective view showing the rotor blade structure of the wind turbine according to the invention, Figure 6 Figure 7 is a detailed view of the gas inlet installed in the rotor blades of the wind turbine according to the present invention, Figure 7 is a process block diagram showing a rotor blade forming method of the wind turbine according to the present invention, the reference numeral 19a in the figure is an inlet, 19b represents a stopper, 19c represents a sealing ring, 19d represents a spring and 19e represents an injection tube.
본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드의 외부구조는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 볼록한 형태의 몸체부(12) 일단에는 풍력발전기(1)의 피치 콘트롤러(3)에 결합되는 원통 형상의 결합부(13)가 형성되어 있고, 상기 몸체부(12)의 일측으로는 날개부(14)가 몸체부(12)로부터 얇게 연장 형성되어 있으며, 상기의 결합부(13)측에는 로터 블레이드(2)의 몸체부(12) 내부에 점선으로 도시되어 있는 튜브(16)와 연결되는 가스주입수단(19)이 설치되어 있다.As shown in FIG. 3, the outer structure of the rotor blade of the wind turbine according to the present invention has a cylindrical coupling coupled to the pitch controller 3 of the wind turbine 1 at one end of the convex body portion 12. Part 13 is formed, the wing portion 14 is formed to extend from the body portion 12 to one side of the body portion 12, the rotor blade 2 on the coupling portion 13 side Inside the body portion 12 of the gas injection means 19 is connected to the tube 16 shown in dashed lines is installed.
상기와 같이 몸체부(12)와 결합부(13) 및 날개부(14)로 이루어지는 본 발명에 의한 로터 블레이드(2)의 외부구조{단, 가스주입수단(19)은 제외된다}는 수평축 풍력발전기(1)에 사용되는 일반적인 로터 블레이드(2)의 외부구조와 동일한 형상으로 이루어지는 것으로서, 도 3에 도시된 형태 이외에 수평축 풍력발전기(1)에 사용되는 다른 여러 가지의 형태의 로터 블레이드(2)나, 수직축 풍력발전기(1)에 사용되는 다른 여러 가지 형태의 로터 블레이드(2)로도 형성될 수 있다.As described above, the outer structure of the rotor blade 2 according to the present invention consisting of the body portion 12, the coupling portion 13, and the wing portion 14 (except for the gas injection means 19) is horizontal wind power. Rotor blades 2 having the same shape as the external structure of the general rotor blade 2 used for the generator 1 and in various other forms used for the horizontal axis wind power generator 1 in addition to those shown in FIG. 3. It may also be formed of a variety of other rotor blades (2) used in the vertical axis wind turbine (1).
상기와 같은 외부구조를 가지는 본 발명에 의한 로터 블레이드(2)의 내부구조는 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 방탄필름(17)의 내부에 헬륨가스(18)가 충진되어 상기한 몸체부(12)의 축소된 형태로 형성되는 튜브(16)와, 상기 튜브(16)의 외부에서 튜브(16)와 일체로 라미네이팅 되어 상기한 로터 블레이드(2)의 몸체부(12)와 날개부(14) 및 결합부(13)를 형성하게 되는 보강부(15)와, 상기 결합부(13)측에서 상기의 보강부(15)를 관통하여 튜브(16)에 연결되는 가스주입수단(19)으로 이루어지며, 상기 보강부(15)의 내부에는 상기한 튜브(16)를 수납시키기 위한 튜브수납공간(23)이 형성되어 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, the inner structure of the rotor blade 2 according to the present invention having the external structure as described above is filled with helium gas 18 inside the bulletproof film 17. Tube 16 is formed in a reduced form of the body portion 12, the body portion 12 and the wing of the rotor blade (2) is laminated integrally with the tube 16 from the outside of the tube (16) The reinforcement part 15 which forms the part 14 and the coupling part 13, and the gas injection means connected to the tube 16 through the reinforcement part 15 by the said coupling part 13 side ( 19), the inside of the reinforcing portion 15 is formed with a tube storage space 23 for accommodating the tube (16).
상기의 보강부(15)는 고분자 폴리에틸렌 계열의 합성수지로서 상표명이 스펙트라(Spectra)되는 섬유로 제조된 원단(20)이나, 상표명이 다이니마(Dyneema)로 되는 섬유로 제조된 원단(20) 또는, 나일론 계열의 합성수지로서 상표명이 케블라(Kevlar)로 되는 섬유로 제조된 원단(20) 중에서 하나를 택일하여서 되는 원단(20)이 적층식으로 라미네이팅 되어 형성되며, 상기한 3가지 종류의 원단(20) 대신에, 이와 기계적 성질이 유사한 상표명 트와론 또는 화이바글라스로 제조된 원단(20)을 적층식으로 라미네이팅하여 형성하여도 무방하다.The reinforcing part 15 is a fabric 20 made of a fiber having a brand name Spectra as a polymer polyethylene series synthetic resin, a fabric 20 made of a fiber having a brand name Dyneema, or Nylon 20 is a synthetic resin of the brand name Kevlar (Kevlar) of the fabric 20 made by selecting one of the fabric (20) is selected by laminating the laminate is formed, the three kinds of fabric 20 Instead, it may be formed by laminating a fabric (20) made of a trade name Twron or fiberglass with similar mechanical properties.
그리고, 상기한 가스주입수단(19)은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 보강부(15)를 관통하여 튜브(16)에 연결되는 주입관(19e)의 선단에 주입구(19a)가 설치되어 있고, 상기 주입구(19a)의 내부에는 주입구(19a)를 개폐하는 마개(19b)와, 상기 마개(19b)의 전방에서 주입구(19a)를 밀폐하는 밀폐링(19c)과, 상기 마개(19b)의 후방에서 마개(19b)를 주입구(19a) 전방으로 탄력적으로 밀어주는 스프링(19d)이 설치된 구성으로 이루어진다.And, as shown in Figure 6, the gas injection means 19, the injection port (19a) is provided at the tip of the injection pipe (19e) connected to the tube 16 through the reinforcement (15) is provided The inside of the injection hole 19a has a stopper 19b for opening and closing the injection hole 19a, a sealing ring 19c for sealing the injection hole 19a in front of the stopper 19b, and the stopper 19b. The spring 19d for elastically pushing the stopper 19b toward the injection hole 19a in the rear of the configuration is installed.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 성형방법을 도 7의 공정블럭도를 중심으로 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The rotor blade forming method of the wind power generator according to the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the process block diagram of FIG.
본 발명에 의한 로터 블레이드의 성형방법은 도 7의 공정블럭도에 도시되어 있는 바와 같이, 튜브성형공정(101) 및 가스주입공정(102)으로 이루어지는 일련의 공정과 병행하여 원단재단공정(201) 및 원단접합공정(202)으로 이루어지는 일련의 공정을 일차적으로 거친 다음, 압착성형공정(300)과 후처리 공정(400)을 거치는 것으로서 각각의 공정에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.As shown in the process block diagram of FIG. 7, the method for forming the rotor blade according to the present invention is a fabric cutting process 201 in parallel with a series of processes consisting of a tube forming process 101 and a gas injection process 102. And first through a series of processes consisting of the fabric bonding process 202, and then through the compression molding process 300 and the post-treatment process 400, a detailed description of each process is as follows.
본 발명에 의한 로터 블레이드의 성형방법은 먼저, 방탄필름(17)을 일정한 형태로 절단하여, 절단된 방탄필름(17)을 서로 포개어 놓고, 가스주입수단(19)이 설치되는 부분을 제외한 나머지 테두리 부분을 고주파 융착시켜 밀봉된 튜브(16)를 성형하는 튜브성형공정(101)을 거친다.In the method of forming a rotor blade according to the present invention, first, the bulletproof film 17 is cut into a predetermined shape, and the cut bulletproof film 17 is superimposed on each other, except for the portion where the gas injection means 19 is installed. The tube is subjected to a high-frequency fusion process to form a sealed tube 16.
상기의 튜브성형공정(101)에서 튜브(16)의 재질로 방탄필름(17)을 사용하는 이유는, 얇은 두께에 비하여 매우 높은 인장강도를 가지는 소재를 사용하여 튜브(16)를 성형하여야만 튜브(16)의 내부에 헬륨가스(18)를 적정압력을 충진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 성형된 로터 블레이드(2)의 무게를 경감시킬 수 있기 때문이며, 상기한 방탄필름(17)은 총탄의 방호를 목적으로 유리의 표면에 부착하는 두께 0.1~1.5mm의 일반적인 방탄필름(17)중에서 고주파 가열에 따라 연속적으로 용융접착이 가능한 소재로 된 것을 택일하여 사용하며, 대표적인 것으로는 우레탄 필름이나 EVA필름, RNK필름 등이 있으나 우레탄 필름이 고주파 융착에 용이하다.The reason why the bulletproof film 17 is used as the material of the tube 16 in the tube forming process 101 is that the tube 16 must be formed by using a material having a very high tensile strength as compared with the thin thickness. This is because not only the helium gas 18 can be filled with the proper pressure in the inside of the 16, but also the weight of the shaped rotor blade 2 can be reduced, and the bulletproof film 17 is intended to protect bullets. In the general ballistic film (17) having a thickness of 0.1 ~ 1.5mm to be attached to the surface of the glass is used as a material that can be continuously melt-bonded by high-frequency heating, a typical urethane film, EVA film, RNK film Etc., but urethane film is easy for high frequency welding.
그리고, 상기와 같은 방탄필름(17)을 사용하여 튜브(16)를 성형하는 것은, 방탄필름(17)을 반으로 접을 경우 로터 블레이드(2)의 몸체부(12)와 동일한 형태의 평단면(대부분 긴 사다리꼴 형태)을 가지도록 방탄필름(17)을 절단하되, 상기한 몸체부(12)의 실제 평단면보다는 축소된 형태의 평단면을 가지도록 절단하여, 가스주입수단(19)이 설치되는 전방 입구측 부분과 방탄필름(17)이 접혀지는 부분을 제외한 나머지 테두리 부분을 고주파 용접하게 되면, 가스주입수단(19)이 설치된 밀봉된 상태의 튜브(16)를 성형할 수 있게 된다.And, forming the tube 16 using the bulletproof film 17 as described above, when the bulletproof film 17 is folded in half, a flat cross section (the same shape as the body portion 12 of the rotor blade 2) ( Cut the ballistic film 17 to have a long trapezoidal shape (mostly long), but cut to have a flat section of a reduced form than the actual flat section of the body portion 12, the gas injection means 19 is installed When high frequency welding is performed on the other edge portion of the front inlet side except for the portion where the bulletproof film 17 is folded, it is possible to form the sealed tube 16 in which the gas injection means 19 is installed.
또한, 상기 방탄필름(17)의 두께를 0.1~1.5mm의 범위로 하는 이유는 로터 블레이드(2)의 전체적인 무게를 경감시킴과 동시에 튜브(16)의 내부에 헬륨가스(18)를 적정 압력을 충진시킬 수 있도록 하기 위한 것으로서, 0.1mm 이하의 두께를 가지는 방탄필름(17)을 사용하여 튜브(16)를 성형할 경우에는 로터 블레이드(2)의 전체적인 무게는 경감시킬 수 있으나, 튜브(16)의 내부에 헬륨가스(18)를 적정 압력으로 충진시킬 수 없게 되며, 1.5mm 이상의 두께를 가지는 방탄필름(17)을 사용하여 튜브(16)를 성형할 경우에는 로터 블레이드(2)의 전체적인 무게를 증가시키는 요인이 되기 때문에 튜브(16)의 성형에 사용되는 방탄필름(17)의 두께는 0.1∼1.5㎜로 하는 것이 바람직하다.In addition, the thickness of the antiballistic film 17 is in the range of 0.1 to 1.5 mm because the overall weight of the rotor blades 2 is reduced, and at the same time the helium gas 18 is appropriately applied to the inside of the tube 16. In order to be filled, when the tube 16 is formed using a ballistic film 17 having a thickness of 0.1 mm or less, the overall weight of the rotor blade 2 may be reduced, but the tube 16 may be reduced. It is not possible to fill the helium gas 18 to the inside of the proper pressure, and when forming the tube 16 by using a bulletproof film 17 having a thickness of 1.5mm or more, the overall weight of the rotor blade (2) Since it becomes a factor which increases, it is preferable that the thickness of the bulletproof film 17 used for shaping | molding of the tube 16 shall be 0.1-1.5 mm.
상기와 같은 튜브성형공정(101)을 거친 후에는 밀봉된 튜브(16)에 설치된 가스주입수단(19)을 통하여 헬륨가스(18)를 튜브(16)의 내부로 주입시키는 가스주입공정(102)을 거친다.After the tube forming step 101 as described above, the gas injection step 102 of injecting helium gas 18 into the tube 16 through the gas injection means 19 installed in the sealed tube 16. Go through
상기의 가스주입공정(102)에서 튜브(16)의 내부에 헬륨가스(18)를 충진시키는 이유는, 가장 가벼운 기체인 수소는 상온에서 반응성이 적으나 고온에서는 활성화되어, 다른 여러 가지의 물질과 반응하여 수소화물을 생성시키는 불안정한 물질이기 때문에, 비중이 0.17885g/l로서 수소 다음으로 가볍고(1.293g/l인 공기의 1/7.23에 해당한다) 불연성이며, 비활성이어서 다른 화합물과 전혀 반응하지 않고, 열전도성이 우수한 헬륨가스(18)를 튜브(16)의 내부에 충진시킴으로서, 로터 블레이드(2)를 압착성형하는 과정에서 발생하는 위험요소를 차단함과 동시에 로터 블레이드(2)의 무게를 현저히 경감시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.The reason why the helium gas 18 is filled in the tube 16 in the gas injection process 102 is that hydrogen, which is the lightest gas, is less reactive at room temperature but is activated at a high temperature, and thus, Because it is an unstable substance that reacts to produce hydrides, it has a specific gravity of 0.17885 g / l, which is lighter than hydrogen (corresponding to 1 / 7.23 of air with 1.293 g / l), incombustible, and inert so that it does not react at all with other compounds. By filling the inside of the tube 16 with the helium gas 18 having excellent thermal conductivity, the weight of the rotor blade 2 is remarkably reduced while the risk factors generated during the compression molding of the rotor blade 2 are blocked. It is to help alleviate.
그리고, 상기한 헬륨가스(18)를 튜브(16)의 내부에 주입시키는 것은 도 6에 도시되어 있는 가스주입수단(19)을 이용하는 것으로서, 상기 가즈주입수단(19)의 주입구(19a)측에 압축기(Compressor)와 같은 장치를 연결하여 헬륨가스(18)를 주입시키게 되면, 헬륨가스(18)의 주입압력에 의하여 주입구(19a)의 마개(19b)가 스프링(19d)을 압축하면서 후방으로 밀리게 되고, 이로 인하여 주입구(19a)가 개방되어 헬륨가스(18)가 주입관(19e)을 통하여 튜브(16)의 내부로 주입되며, 헬륨가스(18)를 튜브(16)의 내부에 적정압력으로 충진하여 압축기와 같은 장치를 주입구(19a)로부터 이탈시키게 되면, 튜브(16)의 내부에 충진된 헬륨가스(18)의 압력과 스프링(19d)의 탄성력에 의하여 마개(19b)가 전방의 밀폐링(19c)을 압착하게 됨으로서 주입구(19a)가 밀폐되어 헬륨가스(18)의 누설을 방지하게 된다.In addition, injecting the helium gas 18 into the tube 16 uses the gas injection means 19 shown in FIG. 6, on the injection port 19a side of the gas injection means 19. When helium gas 18 is injected by connecting a device such as a compressor, the stopper 19b of the injection hole 19a is pushed backward while compressing the spring 19d by the injection pressure of the helium gas 18. As a result, the injection port 19a is opened to inject the helium gas 18 into the tube 16 through the injection tube 19e, and the helium gas 18 is appropriately pressured inside the tube 16. When a device such as a compressor is separated from the inlet port 19a by filling with the pressure, the stopper 19b is closed in the front by the pressure of the helium gas 18 filled in the tube 16 and the elastic force of the spring 19d. By pressing the ring 19c, the inlet port 19a is sealed to prevent leakage of the helium gas 18. It is.
상기와 같이 튜브(16)의 내부에 충진되는 헬륨가스(18)의 충진압력은 1~2 atm(기압)의 범위로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 1atm 이하의 압력으로 헬륨가스(18)를 충진시키게 되면, 로터 블레이드(2)의 압착 성형시 튜브(16)가 로터 블레이드(2)를 내부에서 충분히 지지할 수 없게 되고, 2atm 이상의 압력으로 헬륨가스(18)를 충진시키게 되면, 로터 블레이드(2)의 압착성형 과정에서 고주파 용접된 부위를 통하여 헬륨가스(18)가 튜브(16)의 외부로 누설될 우려가 있기 때문이다.As described above, the filling pressure of the helium gas 18 filled in the inside of the tube 16 is preferably in the range of 1 to 2 atm (atm), because the helium gas 18 is supplied at a pressure of 1 atm or less. When the filling is performed, the tube 16 may not sufficiently support the rotor blade 2 therein during compression molding of the rotor blade 2, and when the helium gas 18 is filled at a pressure of 2 atm or more, the rotor blade ( This is because the helium gas 18 may leak to the outside of the tube 16 through the high frequency welded portion in the pressing molding process of 2).
상기와 같은 튜브성형공정(101)과 가스주입공정(102)으로 이루어지는 일련의 공정을 거치는 것과 병행하여, 로터 블레이드(2)의 몸체를 이루는 원단(20)을 일정한 형태로 재단하는 원단재단공정(201)과, 재단된 원단(20)을 다수 매 적층하여 접합함으로서 상,하부 접합원단(21,22)을 성형하는 원단접합공정(202)으로 이루어지는 일련의 공정을 거치게 된다.In parallel with passing through a series of processes consisting of the tube forming step 101 and the gas injection step 102 as described above, the fabric cutting step of cutting the fabric 20 forming the body of the rotor blade 2 to a certain shape ( 201) and a plurality of cut fabrics 20 are laminated and bonded to each other to undergo a series of processes including a fabric joining process 202 for forming upper and lower joining fabrics 21 and 22.
상기의 원단재단공정(201)은 고분자 폴리에틸렌 계열의 합성수지로서 상표명이 스펙트라(Spectra)되는 섬유로 제조된 원단(20)이나, 상표명이 다이니마(Dyneema)로 되는 섬유로 제조된 원단(20) 또는, 나일론 계열의 합성수지로서 상표명이 케블라(Kevlar)로 되는 섬유로 제조된 원단(20) 중에서 하나를 택일하여서 되는 원단(20)을 로터 블레이드(2)의 크기와 형상에 맞추어 재단하는 공정으로서, 상기한 3가지 종류의 원단(20) 대신에, 이와 기계적 성질이 유사한 상표명 트와론 또는 화이바글라스로 제조된 원단(20)을 사용하여도 무방하다.The fabric cutting process 201 is a fabric 20 made of a fiber having a brand name Spectra as a synthetic resin of polymer polyethylene series, or a fabric 20 made of a fiber having a brand name Dyneema, or As a process of cutting the fabric 20 according to the size and shape of the rotor blade 2 by selecting one of the fabric 20 made of fibers of nylon-based synthetic resin of the brand name Kevlar, Instead of one of the three types of fabric 20, it is also possible to use a fabric 20 made of a brand name Twaron or fiberglass with similar mechanical properties.
상기한 각 원단(20)을 구성하는 고분자 소재들은 방탄재료를 포함하여 로프, 헬멧, 레이다 돔, 어망과 각종 용품의 원자재로 매우 각광받고 있는 소재이며, 비중이 최소 0.97에서 부터 1.44와, 2.44로 매우 가벼울 뿐만 아니라, 인장강도 305kg/mm2, 인장탄성율 7,400kg/mm2의 매우 우수한 기계적 성질을 가지는 것으로서, 상기와 같은 고분자 소재를 사용하여 0.2~2mm의 두께로 직조되는 원단(20)을 몸체부(12)와 날개부(14) 및 결합부(13)으로 이루어지는 로터 블레이드(2)의 평단면 형태에 맞추어 재단하게 된다.The polymer materials constituting each of the fabrics 20 are bulletproof materials, including ropes, helmets, radar domes, fishing nets, and other raw materials, and have a specific gravity of at least 0.97 to 1.44 and 2.44. In addition to being very light, having a very good mechanical properties of tensile strength of 305kg / mm 2 , tensile modulus of 7,400kg / mm 2 , using a polymer material as described above, the fabric 20 is woven into a thickness of 0.2 ~ 2mm It is cut to fit the flat cross-sectional shape of the rotor blade 2 which consists of the part 12, the wing part 14, and the engaging part 13. As shown in FIG.
상기와 같이 원단(20)의 두께를 0.2~2mm의 범위로 하는 것은, 0.2mm 이하의 두께를 가지는 원단(20)의 경우에는 성형된 로터 블레이드(2)의 보강부(15) 구조는 치밀해지지만 로터 블레이드(2)의 몸체를 형성하기 위하여 많은 매 수의 원단(20)을 적층시켜야 하기 때문에 공정상 번거롭게 되며, 2mm 이상의 두께를 가지는 원단(20)을 사용할 경우에는 성형된 로터 블레이드(2)의 보강부(15)를 충분한 강도를 가지는 치밀한 구조로 라미네이팅 시키기가 어렵기 때문이다.As described above, the thickness of the fabric 20 is in the range of 0.2 to 2 mm. In the case of the fabric 20 having a thickness of 0.2 mm or less, the structure of the reinforcement part 15 of the molded rotor blade 2 is not dense. Only a large number of fabrics 20 have to be laminated to form the body of the rotor blade 2, which is cumbersome in the process, and in the case of using the fabric 20 having a thickness of 2 mm or more, the shaped rotor blades 2 This is because it is difficult to laminate the reinforcement 15 of the compact structure having sufficient strength.
상기와 같은 원단재단공정(201)을 거친 후에는 재단된 원단(20)의 표면에 접착제를 도포하고, 접착제가 도포된 상기의 원단(20)을 목형이나 금형의 내부에서 튜브수납공간(23)이 형성되도록 다수 매를 적층하여 접합함으로서 접합원단(21,22)을 성형하는 원단접합공정(202)을 거친다.After going through the fabric cutting process 201 as described above, the adhesive is applied to the surface of the cut fabric 20, and the tube 20 is a tube storage space 23 in the interior of the mold or the mold coated with the adhesive By laminating a plurality of sheets so as to form them, a fabric bonding step 202 for forming the bonding fabrics 21 and 22 is performed.
상기의 원단접합공정(202)은 소형이나 중형 로터 블레이드(2)의 경우에는 금형을 사용하고, 대형 로터 블레이드(2)의 경우에는 목형을 사용하여, 로터 블레이드(2)가 상,하로 분할된 형태의 성형면을 가지는 상형과 하형을 제작한 다음, 재단된 상기의 원단(20) 표면에 FRP(섬유강화플라스틱)수지나 PE(폴리에틸렌)수지로 되는 접착제를 도포하고, 접착제가 도포된 다수 매의 원단(20)을 금형이나 목형의 성형면 내부에서 적층합폭시킴으로서, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 로터 블레이드(2)가 상하로 분할되어진 형태의 몸체 내부에 상기한 튜브(16)가 수납되는 튜브수납공간(23)과, 상기한 가스주입수단(19)이 설치되는 수납홈(24)이 형성된 상, 하부 접합원단(21,22)을 성형하게 된다.The fabric bonding process 202 uses a mold in the case of the small or medium rotor blades 2, and uses a die in the case of the large rotor blades 2, and the rotor blades 2 are divided into upper and lower parts. After forming the upper and lower molds having the molding surface of the form, and then applying the adhesive consisting of FRP (fiber-reinforced plastic) resin or PE (polyethylene) resin on the cut surface of the fabric 20, a plurality of sheets coated with adhesive By stacking the fabric 20 of the die 20 in the mold or the inside of the mold, as shown in FIG. 5, the tube 16 is accommodated in the body in which the rotor blade 2 is divided up and down. The upper and lower joining fabrics 21 and 22 are formed in the tube storage space 23 and the receiving groove 24 in which the gas injection means 19 are installed.
상기와 같은 원단접합공정(202)에서 원단(20)의 접합에 사용되는 상기의 접착제는, 접착대상이 되는 스펙트라, 다이니마, 케블라와 유사한 고분자 소재로 되어 원단(20)을 구성하는 각 소재와 화학적으로 비활성이고, 접착제의 경화시 원단(20)과 접착제가 서로 다른 이질성을 가지지 않고 하나의 일체화 된 고분자 소재로 형성되도록 하여 로터 블레이드(2)의 전체적인 강도를 향상시키기 위한 것으로서, FRP(섬유강화플라스틱)수지나 PE(폴리에틸렌)수지로 되는 접착제 중에서 하나를 택일하여 사용하는 것이 바람직하다.The adhesive used for bonding the fabric 20 in the fabric bonding process 202 as described above is made of a polymer material similar to Spectra, Dyneema, and Kevlar to be bonded to each material constituting the fabric 20. It is chemically inert and is intended to improve the overall strength of the rotor blade 2 by forming the fabric 20 and the adhesive in one unified polymer material without having different heterogeneity when curing the adhesive, FRP (fiber reinforced) It is preferable to use one of the adhesives which consist of a plastic) resin and a PE (polyethylene) resin.
또한, 상기한 접합원단(21,22)의 성형을 위하여 적층되는 원단(20)의 매수는 원단(20) 자체의 두께와 로터 블레이드(2)의 전체적인 크기에 따라 달라질 수 있으나, 소형 로터 블레이드(2)의 경우에는 보강부(15)의 두께가 0.5~2.5mm, 중형 로터 블레이드(2)의 경우에는 보강부(15)의 두께가 1~5mm, 대형 로터 블레이드(2)의 경우에는 보강부(15)의 두께가 1~10mm가 되도록 원단(20)의 적정한 매수를 선택하는 것이 바람직하다.In addition, the number of sheets 20 to be laminated for forming the joining fabrics 21 and 22 may vary depending on the thickness of the fabric 20 itself and the overall size of the rotor blade 2, but the small rotor blade ( In the case of 2), the thickness of the reinforcement part 15 is 0.5 to 2.5 mm, in the case of the medium rotor blade 2, the thickness of the reinforcement part 15 is 1 to 5 mm, and in the case of the large rotor blade 2, the reinforcement part It is preferable to select an appropriate number of sheets of fabric 20 so that the thickness of 15 is 1 to 10 mm.
상기와 같이 튜브성형공정(101) 및 가스주입공정(102)으로 이루어지는 일련의 공정과, 원단재단공정(201) 및 원단접합공정(202)으로 이루어지는 일련의 공정을 일차적으로 거친 후에는, 튜브(16)와 상,하부 접합원단(21,22)을 일체로 압착하여 로터 블레이드(2)를 성형하는 압착성형공정(300)과, 성형된 로터 블레이드(2)의 표면을 마감처리하는 후처리 공정(400)을 거침으로서 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드 성형방법이 완료되어진다.After first passing through a series of processes consisting of the tube forming step 101 and the gas injection step 102 and a series of steps consisting of the fabric cutting step 201 and the fabric bonding step 202, the tube ( 16) and the upper and lower bonding fabric (21, 22) integrally crimping the compression molding process 300 for forming the rotor blade (2), and the post-treatment process for finishing the surface of the molded rotor blade (2) By passing through 400, the rotor blade forming method of the wind power generator according to the present invention is completed.
상기의 압착성형공정(300)은 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 헬륨가스(18)가 충진된 상기의 튜브(16)를 금형이나 목형을 구성하는 하형에서 성형된 하부 접합원단(22)의 튜브수납공간(23) 내부로 삽입시키고, 튜브(16)에 결합된 가스주입수단(19)을 수납홈(25)에 위치시킨 다음, 각 접합원단(21,22)의 분할면에 상기한 FRP(섬유강화플라스틱)수지나 PE(폴리에틸렌)수지로 되는 접착제를 도포하여, 금형이나 목형의 내부에서 튜브(16)와 상,하부 접합원단(21,22)을 일체로 압착시킴으로서 로터 블레이드(2)를 성형하는 공정이다.As shown in FIG. 5, the compression molding process 300 includes the lower joining fabric 22 formed by forming the tube 16 filled with helium gas 18 from a lower mold constituting a mold or a wooden die. Inserted into the tube storage space (23), the gas injection means 19 coupled to the tube 16 is placed in the receiving groove 25, and then the FRP described above on the divided surface of each joining fabric (21, 22) Rotor blades (2) by applying an adhesive made of (fiber-reinforced plastic) resin or PE (polyethylene) resin and pressing the tube 16 and the upper and lower joining fabrics 21 and 22 integrally inside the mold or die. Molding process.
상기의 압착성형공정(300)에 적용되는 압착압력의 범위는 압착성형되는 로터 블레이드(2)의 크기에 따라 달라질 수 있으나, 소형, 중형 및 대형 로터 블레이드(2)에 관계없이, 그리고 안전하게 적용될 수 있도록 25~35kg/cm2범위로 하는 것이 바람직한 데, 그 이유는 25kg/cm2이하의 압착압력하에서는 대형 로터 블레이드(2)에 적용되는 상,하부 접합원단(21,22)이 접착제와 함께 충분히 압착되지 못하게 되고, 35kg/cm2이상의 압착압력하에서는 소형 로터 블레이드(2)에 적용되는 튜브(16)에 무리한 하중이 가해지게 되어, 튜브(16)의 내부에 충진된 헬륨가스(18)가 누설될 우려가 있기 때문이다.The range of the pressing pressure applied to the pressing molding process 300 may vary depending on the size of the rotor blade 2 to be press-molded, but may be applied safely and safely regardless of the small, medium and large rotor blades 2. It is preferable to set it in the range of 25 to 35 kg / cm 2 , because the upper and lower joining fabrics 21 and 22 applied to the large rotor blade 2 under the pressing pressure of 25 kg / cm 2 or less are sufficient together with the adhesive. Under the crimping pressure of 35 kg / cm 2 or more, an excessive load is applied to the tube 16 applied to the small rotor blade 2, and the helium gas 18 filled in the tube 16 leaks. Because there is a fear.
그리고, 상기의 압착성형공정(300)에 적용되는 압착온도는 스펙트라, 다이니마, 케블라와 같은 섬유의 연화점 온도에 해당하는 110 ~ 125℃로 하는 것이 상,하부 접합원단(21,22)간의 견고한 접합 뿐만 아니라, 상,하부 접합원단(21,22)을 구성하는 각 원단(22)간의 견고한 접합을 이루어 낼 수 있게 된다.In addition, the crimping temperature applied to the crimping molding process 300 is 110 to 125 ° C. corresponding to the softening point temperature of fibers such as spectra, dyneima, and kevlar, and the upper and lower joining fabrics 21 and 22 are firm. In addition to the bonding, it is possible to achieve a solid bonding between each of the fabric 22 constituting the upper, lower bonding fabric (21, 22).
상기와 같은 압착성형공정(300)을 거친 후에는 성형된 로터 블레이드(2)를 금형이나 목형의 성형면으로부터 분리하여, 표면 형상이 거칠게 되는 로터 블레이드(2)의 몸체부(12) 전,후면과 측면, 그리고, 로터 블레이드(12)의 날개부(14) 바깥 둘레부분에 트리밍(Trimming: 프레스 가공이나 주조가공으로 생산된 제품의 불필요한 테두리나 핀 등을 잘라내거나 따내는 정형작업), 또는 라운딩(Rounding: 응력집중현상을 방지하기 위하여 모서리 부분을 둥글게 하는 작업)을 행하여, 성형된 로터 블레이드(2)의 표면을 평활하게 마감처리하는 후처리 공정(400)을 거침으로서 제품화 된 로터 블레이드(2)의 성형이 완료되는 공정과정으로 이루어진다.After the compression molding process 300 as described above, the molded rotor blade 2 is separated from the mold or the molding surface of the mold, and the front and rear of the body portion 12 of the rotor blade 2 having a rough surface shape. Trimming on the outer circumferential portion of the rotor blades 12 and the blade 14, or rounding or cutting of unnecessary edges or pins of products produced by pressing or casting. (Rounding: the work of rounding the corners to prevent stress concentration phenomenon), the rotor blade (2) produced by going through a post-treatment process (400) to smoothly finish the surface of the molded rotor blade (2) ) Molding process is completed.
상기와 같이 성형된 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드(2)는 수소 다음으로 가벼운 기체인 헬륨가스(18)가 얇은 두께의 방탄필름(17) 내부에 일정 압력으로 충진된 튜브(16)와, 가볍고 인장강도가 우수하여 주로 방탄소재로 사용되는 스펙트라, 다이니마, 케블라 섬유로 된 원단(20)이 상기한 튜브(16)의 외부에서 적층식으로 라미네이팅 된 보강부(15)로 이루어짐으로서, 3~10m 길이의 소형 로터 블레이드(2)와, 12~18m 길이의 중형 로터 블레이드(2)를 포함하여, 그 길이가 60m에 해당하는 대형 로터 블레이드(2)에 이르기까지 일반적인 로터 블레이드에 비하여 그 전체적인 무게를 현저히 감량시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 상기한 보강부(15)에 의하여 로터 블레이드(2)의 표면강도를 현저히 증가시킬 수 있게 된다.The rotor blade 2 of the wind turbine according to the present invention formed as described above is a tube 16 filled with helium gas 18, which is the lightest gas next to hydrogen, at a predetermined pressure inside the thin bulletproof film 17; Since the fabric 20 made of spectra, dyneima, kevlar fiber, which is mainly used as a bulletproof material due to its light and excellent tensile strength, is made of a laminated laminate laminated reinforcement part 15 outside of the tube 16, Including small rotor blades 2 of 3 to 10 m in length and medium rotor blades 2 of 12 to 18 m in length, up to large rotor blades 2 of 60 m in length, Not only is it possible to significantly reduce the overall weight, it is also possible to significantly increase the surface strength of the rotor blade (2) by the reinforcement (15).
상기와 같이 본 발명에 의한 로터 블레이드(2)가 일반적인 풍력발전기의 로터 블레이드에 비하여 그 무게가 매우 가볍게 되기 때문에, 로터 블레이드(2)를 철탑(9)의 상단부에 매우 용이하게 설치할 수 있게 되고, 로터 블레이드(2)가 결합및 지지되는 부분에 대한 강도를 크게 하지 않더라도 로터 블레이드(2)가 철탑(9)의 상단에서 매우 안정적으로 지지되며, 로터 블레이드(2)의 보강부(15)를 구성하는 고분자 소재의 기계적 강도가 일반 금속에 비하여 떨어지지 않기 때문에, 각종 원인에 의한 로터 블레이드(2)의 파손 우려 또한 현저히 감소시킬 수 있게 된다.As described above, since the rotor blade 2 according to the present invention has a very light weight in comparison with the rotor blade of a general wind turbine, the rotor blade 2 can be installed very easily at the upper end of the pylon 9, Even if the rotor blade 2 does not increase the strength of the portion to be joined and supported, the rotor blade 2 is supported very stably at the top of the pylon 9, and constitutes the reinforcement portion 15 of the rotor blade 2 Since the mechanical strength of the polymer material is not inferior to that of ordinary metals, the fear of damage to the rotor blade 2 due to various causes can also be significantly reduced.
또한, 동일한 풍속에서도 본 발명에 의한 로터 블레이드(2)의 회전성능이 일반적인 로터 블레이드의 회전성능보다 매우 우수하게 됨으로서, 본 발명에 의한 로터 블레이드(2)가 설치된 풍력발전기(1)의 발전능력을 더욱 향상시킬 수 있게 되고, 이로 인하여 연중 평균풍속이 2.5~3.5m/s로 비교적 낮은 한국과 같은 지형에서도 풍력발전에 의하여 발전단가가 저렴한 전기를 실생활에 충분히 사용될 수 있을 정도로 생산해 낼 수 있게 되며, 특히, 풍력발전기(1)에 설치되는 로터 블레이드(2)의 무게와, 낮은 연중평균풍속으로 인하여 한국과 같은 지역에서 실질적으로 적용하기 힘들었던 대형 풍력발전기에도 매우 용이하게 적용할 수 있게 되는 것이다.In addition, the rotational performance of the rotor blade 2 according to the present invention at the same wind speed is much better than the rotational performance of the general rotor blade, thereby improving the power generation capacity of the wind power generator 1 in which the rotor blade 2 according to the present invention is installed. It is possible to improve even more, and this makes it possible to produce low-cost electricity by wind power generation enough to be used in real life even in terrain such as Korea, where the average wind speed is 2.5 ~ 3.5m / s. In particular, due to the weight of the rotor blade (2) installed in the wind turbine (1), due to the low annual average wind speed it will be very easily applicable to large wind turbines that were practically difficult to apply in regions such as Korea.
상기와 같이 본 발명에 의한 풍력발전기의 로터 블레이드는 풍력발전기의 상단부에 설치되어 바람의 힘에 의하여 회전하는 로터 블레이드를 헬륨가스가 충진된 튜브의 외부에 가볍고 인장강도가 우수한 고분자 소재를 라미네이팅하여 형성함으로서, 소형, 중형 및 대형 로터 블레이드의 전체적인 무게를 현저히 감량시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 로터 블레이드의 표면강도를 현저히 증가시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the rotor blade of the wind power generator according to the present invention is formed by laminating a light and excellent tensile strength polymer material on the outside of the tube filled with helium gas by rotating the rotor blade installed on the upper end of the wind power generator. By doing so, not only the overall weight of the small, medium and large rotor blades can be significantly reduced, but also the surface strength of the rotor blades can be significantly increased.
이로 인하여, 로터 블레이드를 철탑의 상단부에 매우 용이하게 설치할 수 있게 되고, 로터 블레이드가 결합 및 지지되는 부분에 대한 강도를 크게 하지 않더라도 로터 블레이드가 철탑의 상단에서 매우 안정적으로 지지될 수 있도록 하는 효과가 있고, 낮은 풍속에서도 로터 블레이드의 회전성능과 풍력발전기의 발전성능을 향상시켜, 발전단가가 저렴한 전기를 실생활에 충분히 사용될 수 있을 정도로 생산해 낼 수 있는 효과가 있으며, 로터 블레이드의 무게와 낮은 연중평균풍속으로 인하여 한국과 같은 지역에서 실질적으로 적용하기 힘들었던 대형 풍력발전기에도 매우 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있는 것이다.Due to this, the rotor blade can be installed very easily on the top of the tower, and the rotor blade can be supported very stably at the top of the tower without increasing the strength of the portion where the rotor blade is coupled and supported. It improves the rotational performance of the rotor blades and the wind turbine generators even at low wind speeds, making it possible to produce low-cost electric power enough to be used in real life, and the weight of the rotor blades and the low average annual wind speed. Due to this, there is an effect that can be very easily applied to large wind power generators, which were practically difficult to apply in regions such as Korea.
Claims (2)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-2001-0017573A KR100397030B1 (en) | 2001-04-03 | 2001-04-03 | A rotor blade of a wind power generator, and the forming method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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