KR100874704B1 - 크레인 없이 풍력 발전용 회전자 날개를 탑재하는 방법 - Google Patents

Abstract

풍력 발전 설비에 회전자 날개를 탑재하기 위하여 이동형 크레인을 사용하는 것이 오래전부터 알려져 왔다. 이와 같은 크레인은 풍력 발전 설비의 밑동에서 회전자 날개를 집어들어 풍력 발전 설비의 허브의 회전자 날개 접속부까지 들어올려 회전자 날개가 허브에 접속될 수 있도록 한다. 이와 같은 접속은 보통 나사 수단에 의해 수행되는데, 나사 못은 회전자 날개의 접속 플랜지 속으로 들어가서 허브의 회전자 날개 접속부 속의 해당 구멍으로 삽입되고, 상기 나사 못에 너트가 조여지게 된다. 본 발명의 목적은 청구항 제1항에 기재된 회전자 날개 탑재 방법에 의해 달성된다. 후속하는 청구항에 의해 본 발명의 양호한 실시예가 개시된다.

풍력 발전 설비(1)의 부품을, 특히 회전자(5)의 허브(8) 상의 회전자 날개 접속부(9)에 회전자 날개(12)를, 크레인을 사용하지 않고 탑재 장착(mount) 또는 탈착 철거(dismantle)하는 방법으로서, 적어도 하나의 케이블(14, 15)이 허브 영역(8) 내의 일 부위와 풍력 발전 설비(1)의 하부 영역(13) 사이에 뻗어 연결되고, 상기 회전자 날개(12)가 상기 케이블(14, 15)을 따라 위 아래로 탑재 또는 탈착되는 것을 특징으로 하는 방법을 개시한다.

풍력 발전, 허브, 로터, 블레이드.

Description

크레인 없이 풍력 발전용 회전자 날개를 탑재하는 방법{METHOD FOR MOUNTING A ROTOR BLADE OF A WIND ENERGY INSTALLATION WITHOUT USING A CRANE}

풍력 발전 설비(wind power installation)에 회전자 날개(rotor blade)를 탑재(mount)하기 위해서 이동 크레인(mobile crane)을 사용하는 것이 예전부터 알려져 있다. 이와 같은 크레인은 풍력 발전 설비의 밑동(base)에서 허브(hub)의 회전자 날개 접속부 (rotor blade connection)로 회전자 날개를 들어올려 상기 회전자 날개가 허브에 장착 접속될 수 있도록 한다.

그런데 상기 접속 과정은 보통 나사 수단(screw means)으로 진행되는데, 나사 못(screw bolt)이 회전자 날개의 접속 플랜지(connection flange) 속으로 들어가도록 해서, 허브의 회전자 날개 접속부 속으로 해당 구멍(bore)을 통해 안으로 들어가도록 한다. 그 결과, 너트는 구멍을 통과한 나사 못의 위로 조여지게 되고 허브에 회전자 날개가 고정된다.

이미 출판된 당 업계의 기술서적으로서 에릭 하우가 저술한 1996도 판 'Windkraftanlagen'이 있다. 이동 크레인 대신에 풍력 발전 설비의 기계 하우징(machine housing) 위에 탑재되는 정지형 크레인(stationary crane)을 사용하는 기술이 알려져 있다.

정지형 크레인에는 케이블 권양기 (winch; 捲揚機)와 권양기 구동기가 제공되는데, 풍력 발전 설비의 밑동(base)에 있는 회전자 날개를 회전자 날개 접속부까지 끌어올리는데 이용된다.

그런데 이동 크레인(mobile crane)의 단점은 풍력 발전 설비의 허브에 회전자 날개가 탑재되려면 항시 이동 크레인이 그곳에 있어야 한다는 점이다. 기계 하우징의 거의 대부분의 모든 부품이 상기 이동 크레인으로 조립되기 때문에, 상기 이동 크레인을 가장 잘 사용할 수 있기 위해서는 회전자 날개가 상기 부품들과 함께 동시에 시공 장소에 있어야 하며, 그 결과 모든 회전자 부품들과 함께 풍력 발전 설비의 기계 하우징의 모든 핵심 부품들이 크레인을 한번 사용해서 탑재될 수 있다.

그러나 회전자 날개가 제시간에 시공지에 배송되는 것이 쉽지는 않으며, 이 경우 회전자 날개가 배송될 때까지 크레인은 시공지에서 무작정 대기하게 되거나, 또는 회전자 날개가 배송되면 회전자 날개를 탑재하기 위해 크레인이 다시 시공지로 보내져야 한다.

정지형 크레인은 보통 이동형 크레인에 의해서만 풍력 발전 설비의 기계 하우징 위에 탑재될 수 있으며, 더욱이 상기 정지형 크레인이 기계 하우징에 고정되는 경우에는 정지형 크레인을 구비함으로써 얻는 이점이 이로 인해 발생하는 비용에 비해 현저히 크지 않은 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위함에 있으며, 특히 회전자 날개를 탑재(mount) 하는데 적용될 수 있는 경제적으로 저비용의 대체 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은 본원의 특허청구범위 제1항에 따른 회전자 날개 탑재 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 양호한 실시예가 부속하는 특허청구범위에 의해 제공된다.

본 발명에 따른 방법에 따르면, 회전자 날개를 탑재하는데 있어서 크레인을 사용하지 아니하고도 가능하다. 즉, 본원 발명이 제안하는 방법에 의하면, 풍력 발전 설비의 허브(hub)에 회전자 날개(rotor blade)를 접속하기 위해 이동형 크레인(mobile crane)을 사용하지 아니하고 회전자 날개를 다루는 것이 가능하다. 대신에, 본 발명은 풍력 발전 설비의 기계 하우징의 허브 영역과 파일론의 밑동(base) 하부 영역 사이에 파일론에 평행하도록 적어도 하나의 케이블 또는 바람직하게는 두 가닥의 케이블을 길게 뻗어 늘려놓는 방법을 개시한다.

일단 상기 케이블들이 관통형 권양기(pass-through winch)를 수용하고, 상기 관통형 권양기가 회전자 날개의 허브 접속부 끝단에 연결되면, 상기 관통형 권양기는 팽팽한 케이블 위에 풍력 발전 설비의 허브로 회전자 날개를 들어올릴 수 있다. 각각의 허브가 6시 방향으로 해당 접속부로 움직여 질 때에 허브 접속부를 지닌 회전자 날개는 허브 상의 회전자 날개 접속부에 직접 이동될 수 있으며, 나사 못은 허브 내부의 홀 속으로 직접 들어가서 회전자 날개는 직접 허브에 접속되게 된다. 회전자 날개 탑재 절차 후에는 케이블은 제거되고, 케이블은 다른 장소에 옮겨져 또다시 이용된다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 우선 회전자 날개를 탑재하기 위하여 전혀 이동형 크레인을 사용할 필요가 없다는 점이며, 동시에 허브에 회전자 날개를 탑재하거나 분리시킬 때에 정지형 크레인을 사용할 필요가 없다는 것이다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법으로 회전자 날개를 탑재할 때에 필요한 기구(tool)는 다른 풍력 발전 설비를 위해 늘 통용되는 것으로 사용될 수 있으며, 정지형 크레인 장비를 사용할 때에는 이것이 불가능하다.

동시에 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 필요한 기구는 매우 간단한 구조 형태이며, 탑재하는데 매우 손쉽고 위험요소가 거의 없다.

일단, 두 가닥의 케이블이 풍력 발전 설비의 허브 영역으로부터 밑동 하부 영역까지 견고하게 뻗어지면, 각각의 케이블은 관통형 권양기(pass-through winch)를 운반하고 상기 권양기를 위한 구동기는 동기 방식으로 또는 개별적으로(즉, 비동기적으로) 동작해서 매우 정확한 모습으로 허브의 날개 접속부까지 회전자 날개를 이송한다.

회전자 날개 접속부 내에 해당 구멍에 회전자 날개의 나사 못을 서로 겹쳐 위치시키기 위해서는, 후속 작동 피치 모드에서와 같이 회전자 날개 접속부가 회전되도록 해서, 올바른 나사 못이 해당 홀에 삽입되도록 해서 허브에 접속되도록 한다.

만일, 풍력 발전 설비가 세 개의 회전자 날개가 있는 경우라면, 케이블 중 하나는 (회전 가능한) 축(shaft) 또는 축 이축(耳軸; trunnion; 6)에 의해 걸쳐져서, 허브가 회전하면 위 케이블은 항시 팽팽히 유지되므로 후속 회전자 날개를 위한 날개 탑재 작업을 준비하기 위해 재차 셋업 준비될 필요가 없다.

소위 스피너(spinner)라고 불리는, 허브의 전면부에 부착된 케이블은 허브가 120° (3개의 회전자 날개를 지닌 회전자의 경우) 회전하면 전환되어야 하며, 그 결과 날개 탑재 작업을 위해 케이블은 날개에 맞는 회전자 날개 접속부에 평행 되게 수직 방향으로 놓이게 된다. 그러나, 이와 같은 변환은 비교적 간단하고 많은 시간과 비용적 손실 없이도 쉽게 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 회전자 날개를 분리해서 탈착하는데도 적용가능하며, 어떤 이유에서든지 회전자 날개가 풍력 발전 설비로부터 분리되어야 하거나, 수선이 필요하거나, 교체가 필요한 경우 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 풍력 발전 설비의 기계 하우징 내에 필요한 다른 부품을 올리거나 내릴 때에도 크레인 없이 가능하게 하는 장점이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따라 파일론(20)과 파일론 위에 놓인 기계 하우징(3)을 구비하고, 발전기(4)와, 허브(8)를 구비한 회전자(5)를 수용하고, 상기 회전자는 기 계 하우징의 기계 캐리어(7) 위에 탑재된 축 이축(耳軸; trunnion; 6)에 의해 고정된 풍력 발전 설비(1)의 측면도이다.

허브(8)는 복수의 구멍(bore)을 지닌 환상(annular)의 플랜지를 구비하고 회전 가능하도록 탑재된 회전자 날개 접속부(9)를 지니고, 탑재 작업 시에는 상기 복수의 구멍을 통해 회전자 날개(12)의 접속 플랜지(11) 상에 나사 못(screw bolt; 10)이 맞춰져서, 나사 못 위에 너트를 조임으로써 허브의 회전자 날개 접속부에 회전자 날개의 나사 조임이 가능하게 된다. 회전자 날개 접속은 보통의 피치 구동(도시하지 않음)을 통해 가능하며, 이와 같이 해서 원하는 피치 각만큼 회전자 날개의 회전 가능한 부위를 회전할 수 있게 된다.

두 가닥의 케이블(14, 15)은 서로 평행 되게 파일론(2)에 평행한 모습으로 풍력 발전 설비(1)의 기계 하우징(3)의 허브 영역(8)으로부터 밑동의 기반부(33)까지 상하로 뻗어있다.

각각의 케이블은 관통형 권양기(pass-through winch; 16, 17)를 지니고 있으며, 허브 끝 부위인 회전자 날개(12)의 접속부(1)에 번갈아가며 탈착 가능하게 연결된다.

허브 끝단으로부터 떨어진 곳에서, 즉 회전자 날개(12)의 끝단부(18; 회전자 날개 팁)에서, 케이블은 안내 수단(19)을 가지며 수용장치(20)를 구비해서 한편으로는 회전자 날개의 해당 부위를 수용하고 다른 한편으로는 케이블을 따라 올려 당겨질 때 회전자 날개(12)를 안내하도록 해서, 회전자 날개가 케이블과 접촉하지 않도록 해서 회전자 날개가 원하는 상승 또는 하강 방향으로 벗어나지 않도록 한다. 각각의 관통형 권양기는 구동기(도시 생략)를 구비하고 있으며, 그곳에 연결된 회전자 날개(12)를 끌어올려 당겨지도록 한다.

관통형 권양기를 위한 구동기는 제어 가능하지만, 구성은 동기식 구동기를 포함하도록 해서 서로 평행하게 케이블을 상하로 움직이도록 해서 항시 일정한 높이를 유지하도록 한다.

권양기의 독립적 (비동기식) 작동이 바람직할 수 있는데, 이는 회전자 날개의 접속 플랜지의 나사 못을 허브의 해당 회전자 날개 접속부 내부로 삽입시키기 위해서 필요하다면 회전자 날개 접속부를 주어진 각도만큼 기울게 할 수 있기 때문이다.

케이블을 지상에 단단히 고정하기 위해서, 또 하나의 권양기(22)에 단단히 고정될 케이블이 통과할 구멍(21)을 지닌 적절한 무게를 지닌 플레이트(기반 물)가 준비될 수 있다. 기계 하우징에 케이블을 고정하는 것도 같은 방법으로 수행할 수 있으나, 축 이축(耳軸; trunnion; 6)에 의해 운반되는 케이블이 소위 일종의 밧줄(sling)이라 불릴 수 있는 직물 벨트(textile belt)로써 운반될 수 있다. 마찬가지로, 제2 케이블 역시 회전자 허브의 해당 회전자 날개 접속부 주위에 매달은 밧줄에 의해 고정될 수 있다.

그러나, 이와 같은 회전자 날개 접속부는 스피너 영역, 즉 회전자를 회전시키는 허브 덮개(hub cowling) 부위에 놓이게 되며, 그 결과 하나의 회전자 날개에서 다른 날개로 각각 새롭게 맞춰진다.

만일 종래의 철제 케이블(steel cable), 예를 들어 14 mm 짜리 철제 케이블 이 사용된다면, 회전자 날개는 아무 문제없이 올려질 수 있을 것이다.

두 가닥의 케이블 대신에 오직 하나의 케이블이 사용될 수 있으며, 이 경우 회전자 날개는 올려져서 허브의 회전자 날개 접속부에 다다르게 된다. 이는 원하는 방향 또는 원하는 위치로 회전자 날개를 두기 위한 해당 안내 수단(guide means)이 있으면 가능하다.

상기 안내 수단은 예를 들어 케이블 상에서 안내되며 회전자 날개가 들어 올려질 때에 직각 위치로 유지되도록 하는 경부(rigid member)가 될 수 있다. 회전 날개를 탑재한 후에, 각각의 케이블은 쉽게 제거될 수 있으며, 새로운 장소에서 재사용이 가능하다.

도1은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 측면도.

Claims (9)

1. 풍력 발전 설비(1)의 회전자(rotor; 5)를 접속하기 위한 허브(8)의 회전자 날개 접속부(9)에 회전자 날개(12)를 탑재(mount)하거나 철거(dismantle)하는 방법으로서, 상기 방법은

   (a) 상기 허브(8)의 앞에 제1 케이블(14)을 상하로 뻗도록 감고, 상기 허브(8)와 기계 하우징 (3) 사이의 회전 축 또는 축 이축(耳軸; trunnion; 6)에 제2 케이블이 상하로 뻗도록 감는 단계;

   (b) 상기 제1 케이블(14)과 상기 제2 케이블(15)에 상기 제1 케이블(14)과 상기 제2 케이블(15) 각각이 지나도록 하는 관통형 권양기(pass-through winch; 16, 17)를 각각 설치하는 단계;

   (c) 상기 풍력 발전 설비(1)의 밑동 영역(13)과 허브 영역 사이에서 상기 제1 케이블(14)과 제2 케이블(15)이 서로 평행이 되도록 상기 제1 케이블(14)과 제2 케이블(15)을 당겨 상하로 뻗도록 하는 단계:

   (d) 상기 관통형 권양기(16, 17)를 회전자 날개(12)의 허브 접속부에 탈착 가능하도록 연결함으로써 각각의 관통형 권양기(16, 17)가 한편으로는 상기 제1 및 제2 케이블을 에워싸고 다른 한편으로는 상기 회전자 날개(12)에 접속되도록 함으로써 상기 제1 케이블(14)과 상기 제2 케이블(15) 사이에 상기 회전자 날개(12)를 고정하는 단계; 및

   (e) 상기 제1 케이블과 제2 케이블(14, 15)을 따라 상기 관통형 권양기(16, 17)로 회전자 날개(12)를 위로 또는 아래로 움직여 상승 또는 하강시킴으로써 상기 회전자 날개를 탑재 또는 철거하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)의 상기 관통형 권양기(16, 17)를 회전자 날개(12)의 허브 접속부에 탈착 가능하도록 연결하는 단계는 회전자 날개(12)의 접속 플랜지에 상기 관통형 권양기(16, 17)를 연결하는 것을 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계(e)에서 회전자 날개(12)를 관통형 권양기(16, 17)를 이용해서 움직일 때에 상기 회전자 날개(12)와 상기 제1 및 제2 케이블(14, 15)이 접촉한다거나 상기 회전자 날개(12)가 원하지 않는 방향으로 기울어지는 것을 방지하기 위하여 안내 수단(19, 20)으로 상기 회전자 날개를 제1 및 제2 케이블(14, 15)을 따라 안내하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 케이블(14, 15) 상에서 상기 회전자 날개를 승강할 때에, 상기 제1 및 제2 케이블 상의 관통형 권양기(16, 17) 각각은 서로 독립적으로 제어되거나 또는 서로 동기 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 풍력 발전 설비(1)의 회전자(rotor; 5)를 접속하기 위한 허브(8)의 회전자 날개 접속부(9)에 회전자 날개(12)를 탑재(mount)하거나 철거(dismantle)하는 시스템으로서,

   상기 풍력 발전 설비(1)는 기초 시설물(foundation) 위에 세워진 파일론(pylon; 2)과, 발전기(generator; 4)와 이에 연결된 회전자(rotor; 5)를 수납하는 기계 하우징(machine housing; 3)을 구비하고,

   상기 회전자(5)는 적어도 하나의 회전자 날개(12)와 이를 위한 회전자 날개 접속부(11)를 구비하고,

   제1 케이블 및 제2 케이블(14, 15)이 상기 풍력 발전 설비의 기계 하우징(3)의 허브 영역(8)과 상기 풍력 발전 설비의 하부 밑동 영역(13) 사이에 서로 평행이 되도록 뻗어져 있어,

   상기 허브(8)의 앞에는 제1 케이블(14)이 상하로 뻗어져 있고, 상기 허브(8)와 기계 하우징(3) 사이에는 제2 케이블(15)이 회전 가능한 축 또는 이축(trunnion; 6) 상에 상하로 뻗어져 있고

   상기 회전자 날개(12)의 허브 접속부에 탈착 가능하도록 관통형 권양기(16, 17)를 연결함으로써, 상기 제1 케이블과 제2 케이블(14, 15)을 따라 상기 관통형 권양기(16, 17)로 회전자 날개(12)를 위로 또는 아래로 움직여 상승 또는 하강시킴으로써 상기 회전자 날개를 탑재 또는 철거하는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 케이블(14, 15)은 상기 파일론(2)에 평행하게 뻗어져 있음을 특징으로 하는 시스템.
8. 삭제
9. 제6항에 있어서, 상기 회전자 날개의 영역에 접속 플랜지(11)로부터 떨어진 곳으로서 상기 회전자 날개 영역에 상기 제1 및 제2 케이블(14, 15) 상에 회전자 날개(12)를 안내하는 안내 수단을 더 구비하여, 상기 안내 수단은 상기 제1 및 제2 케이블과 회전자 날개 사이에 접촉을 방지하고 회전자 날개가 한쪽으로 쏠리는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 시스템.

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