KR100564118B1 - 풍력 장치의 로터 날개 각도 결정 방법 - Google Patents

Abstract

피치 제어되는 풍력 장치에서 로터 날개의 각도는 동기적으로(표준 시공) 혹은 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 서로 독립적으로 조절하는 구성은 독일 특허 출원 DE 197 31918에 기재되어 있다. 종래 기술에 따른 설계는 온라인 개별 날개 조정이라고 지칭된다. 표준 시공과 온라인 개별 날개 조정과 관련된 조정에서도 예컨대 페더 위치나 최대 날개 각도와 같은 초기 날개 각도가 충분히 정확하게 설정될 수 있는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 이상 논의한 문제점을 해결하기 위하여, 적정 날개 각도를 더욱 신속하게 확인하고, 결과가 종래 기술에 비해 더욱 정확하며, 지표로부터의 측정할 수 있게 되고, 전체 측정 장비는 용이하게 분리되어 측정 장비의 간편한 운반도 가능하다.

풍력 장치의 로터 날개의 각도를 정밀하게 결정하는 방법으로서, 상기 로터 날개와 상기 풍력 장치의 파일론 사이의 간격이 확인되고, 확인된 데이터는 컴퓨터 내에서 처리되며, 로터 날개와 간격 측정 소자 사이의 각도(α)는 저장된 데이터로부터 결정된다.

풍력 장치, 로터, 날개, 각도, 간격 측정 소자.

Description

풍력 장치의 로터 날개 각도 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING THE ANGLE OF A ROTOR BLADE PERTAINING TO A WIND ENERGY INSTALLATION}

피치 제어(pitch-regulated)되는 풍력 장치에서 로터 날개(rotor blade)들의 각도들은 표준 시공의 경우 서로 동기화시키거나 혹은 상호 독립적으로 조정될 수 있다. 상호 독립적으로 조정하기 위한 시공은 독일 특허 출원 DE 197 31 918에 기재되어 있다. 상기 종래 디자인은 온라인 개별 날개 조정으로 지칭될 수 있다. 표준 시공에서뿐만 아니라 온라인 개별 날개 조정을 포함한 구성에서도, 예컨대 페더 위치(feathered position) 또는 최대 날개 각도와 같은 초기 날개 각도는 충분한 정밀도로 설정될 수 있어야 한다.

로터 날개 동작을 동기적으로 하기 위해서는, 모든 날개들이 동일한 각도가 되도록 확실히 조절하는 것이 필요한데, 이를 다시 설명하면 인접 로터 날개에 대한 특정 로터 날개의 상대 각이 영(zero)이 되도록 하는 것이다.

로터 날개 각도를 잘못 조정하면 결함 있는 동작(잘못된 회전 속도-잘못된 출력 특성)이 발생하거나 불균형 현상(과 이로 인한 파일론(pylon)의 요동 및 진동)을 야기한다. 또한, 이는 상기 장치의 구성 요소에 과부하를 주게 된다. 이와 같이 로터 날개 각도가 잘못 조정되는 것은 예컨대 영도 표시점의 변위 또는 날개 접속 볼트 변위와 같은 제조 허용 한도(혹은 제조 오차)로부터 발생할 수 있다.

만약 풍력 장치가 설치되어 동작 시작 후에 날개 각도 설정에 결함이 의심된다면, 지금까지의 작동은 날개 지그 템플레이트(blade jig template)와 함께 구현되었던 것이다. 날개 지그 템플레이트는 로터 날개 상의 정의된 위치만큼 멀리 날개 팁(tip) 위로 떠밀린다. 날개를 수평 위치로 해서 지그 템플레이트 상의 센서는 지구의 표면에 대한 날개 면의 각도(연추각; plumb angle)를 측정한다. 로터를 180°한번 더 회전시키고 새로이 측정함으로써, 있을 수 있는 파일론의 편향 경사 또는 로터 축 각도의 기울기는 평균화되고, 이 과정을 통해 개별 로터 날개 각각에 대해 절대각을 주게 된다.

비록 근래 센서 시스템은 무선 데이터 전송을 허용하지만, 이 방법은 매우 복잡하고 고가이므로, 이는 특히 대형 로터 날개와 이에 필요한 대형 지그 템플레이트에 적용된다.

본 발명의 목적은 이상 논의한 문제점들을 해결함으로써 날개 각도를 더욱 정확하고 신속하게 확인하는 것이 가능하도록 하고, 결과가 종래 기술에 비해 더욱 정확하며, 또한 지표로부터의 측정도 가능하도록 하고, 전체 측정 장비가 용이하게 분리되어 측정 장비의 용이한 운반이 가능하도록 하는 데 있다.

상기 목적은 청구항 1의 특징을 가진 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예가 첨부한 청구의 범위에 의해 상술된다.

이하, 본 발명은 도면에 도시된 실시예들에 의해 상세히 기술된다.

도1은 복수의 로터 날개를 유지하는 로터와 파일론을 구비한 풍력 장치를 도시한 도면.

도2는 도1의 선 A-A를 따라 절개하였을 때의 풍력 장치의 단면도.

도3 및 도4는 로터 날개를 스캔하기 위한 측정 다이어그램.

풍력 발전 장치(2; 예컨대 전송이 없는 발전 장치)의 파일론(1)에, 간격 측정 소자로서의 레이저 간격 센서(3)가 탑재되어 있다. 풍력 발전 장치가 작동할 때, 즉 로터 날개가 파일론에서 회전하며 움직일 때, 간격 센서(도2참조)는 센서와 날개 사이의 간격(5)을 연속적으로 측정한다. 로터 날개가 파일론을 움직이며 지나가는 동안, 날개의 표면은 레이저에 의해 복수 회(예컨대 40회) 스캔되고, 간격이 각각 상이하게 측정될 수 있다(도시된 바와 같이, 날개는 그 횡단면에 대해 균일한 두께가 있지 않고, 로터 날개의 후속 끝 부분에 비해 선두 끝 부분이 현저하게 두껍다).

이상의 경우 측정된 데이터(로터 날개 상의 레이저 스캔 된 해당 표면 지점과 센서 사이의 거리 간격 값)는 컴퓨터에 저장되고 처리된다. 로터 날개의 날개 각도는 이제 회귀 직선(regression straight line)과 같은 수학적 함수를 이용해 컴퓨터에서 확인될 수 있다. 이 경우 날개와 간격 센서 사이의 각도는 매우 정확하게 결정된다.

도3은 날개를 스캔할 때의 측정값 표시를 도시하는데, 여기서 도시된 실시예는 약 1mm의 해상도를 가진 근사적으로 40개의 측정점을 보여준다. 곡선의 형태는 아래 측 날개 단면을 보여준다. 날개와 레이저 (간격 센서) 사이의 간격은 Y축에 표시된다.

레이저와 로터 날개 사이의 각도를 계산하는 방법은 도4를 참조하면 이해할 수 있다. 이 경우 날개 각도를 계산하기 위해 날개의 후방부(도2에 나타낸 날개의 이동 방향으로 날개의 선단부로부터 약 30% 되는 점부터 95% 되는 점까지)는 제1차 근사(first-order approximation)로 해서 직선으로 간주할 수 있다. 이 영역은 근사적으로 회귀 직선(regression line)을 결정하며, 측정점 n = 30°과 n = 95°사이에서 직선으로 최적 근사 된다. 회귀 직선의 경사(α)는 다음 형식에 따라 계산된다.

레이저와 날개 사이의 각도(도 단위)는 이제 α(°) = arctan(α)로 결정된다.

본 발명에 따른 방법의 측정 정확도를 향상시키기 위해 복수의 로터 날개들을 통과시켜 측정한 데이터들을 평균화하는 작업을 한다. 개별 날개의 측정 결과는 이제 서로 비교된다. 보상(compensation)은 상대 각에 기초해 수행되는데, 즉 날개는 상대 각이 영(zero)이 되는 방향으로 해서 동일한 각도로 설정된다.

'실질 유효' 날개 각도(effective rotor blade angle), 즉 로터 날개와 로터 날개의 밑동(root)을 구동축(driving shaft)에 연결 지탱하여 수용하는 날개 허브(hub) 사이의 실제 각도를 결정할 수 있기 위해서는, 레이저 빔과 허브 사이의 각도를 확인해서 비교되어야 한다. 로터 날개의 실질 유효 각도는 '날개에서 레이저 빔까지의' 각도와 '허브에서 레이저 빔까지의' 각도로부터 결정될 수 있다. 레이저 센서는 임의의 다른 위치에 배치될 수 있다. 적절한 센서를 이용해서 각도 측정은 예컨대 지표로부터도 수행될 수 있다.

Claims (10)

1. 풍력 장치(wind power installation)의 로터 날개(rotor blade)의 각도를 결정하는 방법으로서,

   (a) 상기 로터 날개가 움직여 파일론을 지날 때에 상기 로터 날개의 표면상의 복수 개의 지점과 상기 풍력 장치의 파일론(pylon) 사이의 간격을, 간격 측정 소자를 가지고 측정 확인하는 단계;

   (b) 상기 단계 (a)에서 확인된 데이터를 컴퓨터 내에서 처리하는 단계; 및

   (c) 상기 로터 날개와 간격 측정 소자 사이의 각도(α)를 상기 단계 (b)에서 처리한 데이터로부터 결정하는 단계

   를 포함하는 로터 날개의 각도 결정 방법.
2. 제1항에 있어서, 로터를 구성하는 복수 개의 로터 날개 모두의 날개 각도는 확인되되, 그 측정은 복수 개의 로터 날개 모두를 통과시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 로터 날개의 각도 결정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 간격 측정 소자는 파일론 위에 탑재된 레이저 간격 센서에 의해 형성되고, 이에 의해 로터 날개가 상기 파일론을 통과할 때, 상기 날개의 표면과 상기 센서 사이의 간격, 또는 상기 날개 상의 복수의 표면 지점과 상기 센서 사이의 간격이 측정되는 것을 특징으로 하는 로터 날개의 각도 결정 방법.
4. 제3항에 있어서, 로터 날개의 실질 유효 각도(effective angle)를 결정하기 위해, 레이저 빔과 허브 사이의 각도가 확인되는 것을 특징으로 하는 로터 날개의 각도 결정 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 로터 날개의 실질 유효 각도를 결정하기 위해, '로터 날개에서 상기 레이저 빔까지의' 각도와 '상기 허브에서 상기 레이저 빔까지의' 각도가 확인되는 것을 특징으로 하는 로터 날개의 각도 결정 방법.
6. 삭제
7. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간격 측정 소자는 지표 또는 다른 소정의 위치에 탑재되는 것을 특징으로 하는 로터 날개의 각도 결정 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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