KR101025098B1 - 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치 및 풍력 발전 장치 - Google Patents

풍력 발전 장치의 피치 구동 장치 및 풍력 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 간단하고 저렴한 구조로, 피치 구동 장치의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다. 로터 헤드(4)에 대해 축선 주위로 풍차 회전 날개(6)를 회전 구동하여 피치각을 변경하는 실린더(12)와, 실린더(12)로부터 풍차 회전 날개(6)의 축선과 대략 평행하게 연장되는 트러니언(16)을 회전 가능하게 지지하는 실린더 베어링(14)이 구비되고, 실린더 베어링(14)의 트러니언(16)을 지지하는 지지부에는 트러니언(16)을 탄성적으로 지지하는 방진 고무(21)가 구비되어 있다.
트러니언, 실린더 베어링, 회전 날개, 방진 고무, 나셀

Description

풍력 발전 장치의 피치 구동 장치 및 풍력 발전 장치{PITCH DRIVE DEVICE OF WIND-DRIVEN GENERATOR AND WIND-DRIVEN GENERATOR}
본 발명은, 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치 및 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 장치에 사용되는 풍차에는, 풍차 회전 날개의 피치각이 고정된 풍차와, 피치각이 가변인 풍차가 알려져 있다.
상술한 풍차 회전 날개의 피치각을 변경시키는 기구로서는, 예를 들어 유압 실린더에 있어서의 로드의 직선 이동을 풍차 회전 날개의 축선 주위의 회전으로 변환하는 기구가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
상술한 특허 문헌 1에 기재된 기구 외에도, 유압 실린더를 로터 헤드에 트러니언 구조에 의해 1축 주위로 회전 가능하게 지지하는 동시에, 로드의 단부를 풍차 회전 날개에 1축 주위로 회전 가능하게 지지하는 피치 가변 구성이 알려져 있다.
이 피치 가변 구성에 따르면, 유압 실린더 및 로드가, 풍차 회전 날개의 축선에 대해 수직인 면내에서, 트러니언 구조를 중심으로 회전 가능하게 보유 지지되는, 즉 1축의 요동 운동이 가능하게 된다. 로드 단부가 풍차 회전 날개의 축선으로부터 이격된 위치에서 지지되어 있으므로, 로드의 직선 이동이 풍차 회전 날개의 축선 주위의 회전으로 변환되어 있었다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평5-149237호 공보
그러나, 이와 같은 1축의 요동 운동을 가능하게 한 피치 구동 기구에 있어서는, 풍력 발전 설비가 대형화되는 등의 이유에 의해, 유압 실린더 및 로드의 스트로크가 길어진 경우, 트러니언 구조와 유압 실린더 사이의 설치부의 구조가 변형하기 쉬워져, 트러니언 구조의 회전 축선과 직교하는 축선 주위로 작용하는 부하가 커질 우려가 있었다.
또한, 대형화된 풍차 회전 날개에 작용하는 힘에 의해, 풍차 회전 날개의 밑동이나 로터 헤드 자체가 변형을 일으킬 가능성이 있어, 트러니언 구조의 회전 축선과 직교하는 축선 주위에 작용하는 부하가 커질 우려가 있었다.
이와 같은 부하가 커지면, 유압 실린더의 시일이 마모되거나, 트러니언 구조에 가해지는 구조 부담이 커져, 피치 구동 기구의 장기에 걸친 신뢰성이 손상될 가능성이 있었다.
상술한 점 이외에도 피치 구동 기구에 있어서는, 유압 실린더의 시일의 마모 등을 방지하기 위해, 풍차 회전 날개의 회전면에 대한 평행도의 요구가 엄격하고, 피치 구동 기구의 조립 작업에는 주의를 기울일 필요가 있었다.
이를 억제하는 것으로서, 풍차 회전 날개의 축선에 대해 수직인 면내에 트러니언 구조를 중심으로 회전 가능하게 보유 지지되는 동시에 풍차 회전 날개의 축선에 평행한 면내에서도, 추가의 트러니언 구조를 중심으로 회전 가능하게 보유 지지되는, 즉 2축의 요동 운동을 가능하게 하는 것을 생각할 수 있다.
이와 같이 하면, 유압 실린더를 지지하는 구조가 복잡해지므로, 로터 헤드가 대형화되고, 비용이 증가할 우려가 있었다.
본 발명은, 상기의 과제에 비추어, 간단하고 저렴한 구조로, 피치 구동 장치의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치 및 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 제1 형태는, 로터 헤드에 대해 축선 주위로 풍차 회전 날개를 회전 구동하여 피치각을 변경하는 실린더와, 상기 실린더로부터 상기 풍차 회전 날개의 축선과 대략 평행하게 연장되는 트러니언을 회전 가능하게 지지하는 실린더 베어링이 구비되고, 상기 실린더 베어링의 상기 트러니언을 지지하는 지지부에는, 상기 트러니언을 탄성적으로 지지하는 탄성 지지 부재가 구비되어 있는 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치이다.
본 형태에 따르면, 실린더는 실린더 베어링에 의해 풍차 회전 날개의 축선과 대략 평행하게 연장되는 트러니언이 회전 가능하게 지지되어 있다. 바꾸어 말하면, 실린더는 풍차 회전 날개의 축선과 대략 평행한 회전 축선 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 이에 의해, 실린더로부터 신축하는 로드의 단부가 풍차 회전 날개의 축선으로부터 이격된 위치에서 지지되어 있으므로, 로드의 직선 이동(로드의 신축)이, 풍차 회전 날개의 축선 주위의 회전으로 변환되어, 풍차 회전 날개의 피치각을 변경, 즉 조정할 수 있다.
이때, 실린더 베어링의 트러니언을 지지하는 지지부에는, 트러니언을 탄성적으로 지지하는 탄성 지지 부재가 구비되어 있으므로, 예를 들어 풍차 회전 날개가 풍력을 받아, 로터 헤드와 풍차 회전 날개의 설치부에 발생하는 변형에 의해 실린더, 즉 트러니언에 작용하는, 트러니언의 축선에 교차하는 방향의 힘은, 탄성 부재가 변형됨으로써 흡수된다.
이와 같이, 실린더에 대해 굽힘 방향에 작용하는 힘은 탄성 부재에 의해 흡수할 수 있으므로, 실린더의 시일부 등의 마모 촉진을 방지할 수 있고, 피치 구동 장치의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 실린더 베어링의 트러니언을 지지하는 지지부에, 트러니언을 탄성적으로 지지하는 탄성 지지 부재를 구비할 뿐이므로, 2세트의 트러니언을 사용하는 것에 비해 구조를 간소화 및 소형화할 수 있어, 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다.
상기 형태에 있어서는 상기 탄성 지지 부재로서, 방진 고무가 사용되고 있는 구성으로 해도 좋다.
이와 같이 하면, 로터 헤드와 풍차 회전 날개의 설치부에 발생하는 변형에 의해 실린더, 즉 트러니언에 작용하는, 트러니언의 축선에 교차하는 방향의 힘은, 방진 고무가 변형됨으로써 흡수된다. 따라서, 실린더의 시일부 등의 마모 촉진을 방지할 수 있고, 피치 구동 장치의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 방진 고무의 고무면은, 외측을 향해 직경 확대하도록 경사져 있어도 좋다.
로터 헤드와 풍차 회전 날개의 설치부에 발생하는 변형에 의해 트러니언은, 트러니언의 축선 중심이 경사지도록 이동하므로, 트러니언의 외측 단부가 가장 크게 이동하게 된다. 바꾸어 말하면, 트러니언의 움직임은, 내측으로부터 외측을 향해 순차 커진다. 이로 인해, 트러니언으로부터 방진 고무의 고무면에 작용하는 힘은, 트러니언의 축선에 직교하는 방향보다도 내측을 향해 경사져 있다.
방진 고무의 고무면은, 외측을 향해 직경 확대되도록 경사져 있으므로, 트러니언으로부터 방진 고무의 고무면에 작용하는 내측을 향해 경사져 있는 힘을 효율적으로 지지할 수 있다. 또한, 방진 고무의 고무면에 따른 방향으로의 분력이 작아지므로, 방진 고무에 작용하는 전단력을 작게 할 수 있고, 방진 고무의 내구력을 향상시킬 수 있다.
또한, 방진 고무의 고무면의 경사각은, 실린더에 작용하는 각종 하중에 의한 트러니언에 있어서의 합력의 작용 방향에 대해 대략 직교하는 크기로 하는 것이 바람직하다. 이 합력의 작용 방향은, 하중 상태가 변화하면 변화되므로, 상정되는 합력의 작용 방향의 중간값을 이용하도록 해도 좋고, 가장 빈도가 높다고 상정되는 작용 방향을 이용하도록 해도 좋다.
상기 형태에 있어서는, 상기 트러니언의 외측 단부는, 스러스트 받침 부재에 의해 외측으로의 이동이 억제되어 있는 것이 바람직하다.
실린더는, 로터 헤드의 회전에 수반하여 로터 헤드의 축선 중심 주위로 공전하므로, 그 일주 동안에 실린더는 자신의 축선 주위로 일회전하게 된다. 이로 인해, 트러니언과 실린더 베어링 사이에 간극이 있으면, 실린더(트러니언)는 간극을 주기적으로 이동하게 되므로, 트러니언과 실린더 베어링이 주기적으로 충돌하게 된다.
이 트러니언과 실린더 베어링의 주기적인 충돌에 의해 소음이 발생하여, 탄성 부재에 충돌력이 작용한다.
이는, 지지부에 의해 비교적 밀하게 지지되어 있는 축선 방향에 교차하는 방향에 비해 간극이 큰 트러니언의 축선 방향에 있어서 현저하다.
본 형태에서는, 트러니언의 외측 단부는 스러스트 받침 부재에 의해 외측으로의 이동이 억제되어 있으므로, 트러니언(실린더)과 실린더 베어링 사이에 간극이 있었다고 해도 트러니언(실린더)이 실린더 베어링에 대해 그 축선 방향으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 로터 헤드의 회전에 수반하는 트러니언과 실린더 베어링의 주기적인 충돌을 억제할 수 있으므로, 소음의 발생을 억제할 수 있고, 탄성 부재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 풍력을 받는 복수의 풍차 회전 날개와, 상기 풍차 회전 날개를 상기 풍차 회전 날개의 축선 주위로 회전 가능하게 지지하는 동시에, 상기 풍차 회전 날개에 의해 회전 구동되는 로터 헤드와, 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 기재된 피치 구동 장치와, 상기 로터 헤드의 회전에 의해 발전을 행하는 발전 설비가 설치되어 있는 풍력 발전 장치이다.
본 형태에 따르면, 상기 제1 형태의 피치 구동 장치를 사용함으로써, 피치 구동 장치의 신뢰성이 손상되는 것이 방지되므로, 풍력 발전 장치로서의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실린더 베어링의 트러니언을 지지하는 지지부에는, 트러니언을 탄성적으로 지지하는 탄성 지지 부재가 구비되어 있으므로, 실린더에 대해 굽힘 방향으로 작용하는 힘은 탄성 부재에 의해 흡수할 수 있다. 이에 의해, 피치 구동 장치의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실린더 베어링의 트러니언을 지지하는 지지부에, 트러니언을 탄성적으로 지지하는 탄성 지지 부재를 구비할 뿐이므로, 2세트의 트러니언을 사용하는 것에 비해 구조를 간소화 및 소형화할 수 있어, 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치의 전체 개략 구성을 도시하는 측면도이다.
도 2는 도 1의 1개의 피치 구동 장치 및 풍차 회전 날개의 위치 관계를 설명하는 모식도이다.
도 3은 도 2의 일부를 파단하여 도시하는 V에서 볼 때의 도면이다.
도 4는 도 3의 W부를 확대하여 나타내는 확대 측면도이다.
도 5는 도 4의 부쉬의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치의 도 4와 동일 부분을 일부를 파단하여 도시하는 확대 측면도이다.
도 7은 도 6의 실린더 베어링에 있어서의 풍차 회전 날개 등의 변형에 의한 힘의 관계를 설명하는 모식도이다.
[부호의 설명]
1 : 풍력 발전 장치
4 : 로터 헤드
6 : 풍차 회전 날개
7 : 발전 설비
11 : 피치 구동 장치
12 : 실린더
13 : 로드
14 : 실린더 베어링
15 : 로드 베어링
16 : 트러니언
본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치에 대해 도 1 내지 도 5를 기초로 하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(1)의 전체 개략 구성을 도시하는 측면도이다.
풍력 발전 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이 풍력 발전을 행하는 것이다. 풍력 발전 장치(1)에는, 기초(B) 상에 기립 설치된 지지 기둥(2)과, 지지 기둥(2)의 상단부에 설치된 나셀(3)과, 대략 수평한 축선 주위로 회전 가능하게 하여 나셀(3)에 설치된 로터 헤드(4)와, 로터 헤드(4)를 덮는 헤드부 캡슐(5)과, 로터 헤 드(4)의 회전 축선 주위에 방사 형상으로 설치되는 복수매의 풍차 회전 날개(6)와, 로터 헤드(4)의 회전에 의해 발전을 행하는 발전 설비(7)가 설치되어 있다.
지지 기둥(2)은, 도 1에 도시한 바와 같이 기초(B)로부터 상방(도 1의 상방)으로 연장되는 기둥 형상의 구성으로 되고, 예를 들어 복수의 유닛을 상하 방향으로 연결한 구성으로 되어 있다.
지지 기둥(2)의 최상부에는 나셀(3)이 설치되어 있다. 지지 기둥(2)이 복수의 유닛으로 구성되어 있는 경우에는, 최상부에 설치된 유닛 상에 나셀(3)이 설치되어 있다.
나셀(3)은, 도 1에 도시한 바와 같이 로터 헤드(4)를 회전 가능하게 지지하는 동시에, 내부에 로터 헤드(4)의 회전에 의해 발전을 행하는 발전 설비(7)가 수납되어 있다.
로터 헤드(4)에는, 그 회전 축선 주위에 방사 형상으로 하여 복수매의 풍차 회전 날개(6)가 설치되고, 그 주위는 헤드부 캡슐(5)에 의해 덮여 있다.
이에 의해, 풍차 회전 날개(6)에 로터 헤드(4)의 회전 축선 방향으로부터 바람이 닿으면, 풍차 회전 날개(6)에 로터 헤드(4)를 회전 축선 주위로 회전시키는 힘이 발생하여, 로터 헤드(4)가 회전 구동된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 3매의 풍차 회전 날개(6)가 설치된 예에 적용하여 설명하지만, 풍차 회전 날개(6)의 수는 3매에 한정되지 않고, 2매의 경우나, 3매보다 많은 경우에 적용해도 좋으며, 특별히 한정하는 것은 아니다.
도 2는, 1개의 피치 구동 장치(11) 및 풍차 회전 날개(6)의 위치 관계를 설 명하는 모식도이다. 도 3은 도 2의 일부를 파단하여 도시하는 V에서 볼 때의 도면이다. 도 4는, 도 3의 W부를 확대하여 나타내는 확대 측면도이다.
로터 헤드(4)에는, 풍차 회전 날개(6)의 축선 중심(C1) 주위로 풍차 회전 날개(6)를 회전시켜, 풍차 회전 날개(6)의 피치각을 변경하는 피치 구동 장치(11)가 각 풍차 회전 날개(6)에 대응하여 1대 1로 설치되어 있다.
피치 구동 장치(11)에는, 실린더(12)와, 실린더(12)로부터 신축하는 로드(13)와, 로터 헤드(4)와 실린더(12) 사이에 배치된 실린더 베어링(14)과, 풍차 회전 날개(6)와 로드(13) 사이에 배치된 로드 베어링(15)이 설치되어 있다.
실린더(12)는 내부에 로드(13)가 배치된 원통 형상의 부재이며, 내부에 오일 등의 가압된 유체가 공급됨으로써, 로드(13)를 실린더(12)의 축선을 따라 압출하거나, 인입하는 것이다.
실린더(12)에는, 그 원통면으로부터 풍차 회전 날개(6)의 축선 방향, 즉 Z축선 방향을 따라 연장되는 원통 형상의 부재인 한 쌍의 트러니언(16)이 설치되어 있다.
실린더(12)는 로드(13)와 함께, 풍차 회전 날개(6)의 단부면(17)과 대략 평행한 면, 즉 X-Y 평면과 대략 평행하게 연장되도록 배치되어 있다.
로드(13)는 원기둥 형상으로 형성된 부재이며, 실린더(12)의 축선과 대략 동축에 배치되고, 당해 축선을 따라 직선 이동 가능하게 배치된 것이다.
로드(13)의 선단부에는 로드 베어링(15)이 배치되어 있다. 단부면(17)에는, 그 축선 중심(C1)으로부터 간격을 두고 지지 기둥(18)이 기립 설치되어 있다. 로 드 베어링(15)은 지지 기둥(18)에 회전 가능하게 설치되고, Z축선 주위의 회전을 흡수한다.
또한, 로드 베어링(15)은, 구면 베어링으로서 구성하고, 또한 도면 중의 X축선, 및 Y축선 주위의 회전을 흡수할 수 있도록 해도 좋다.
실린더 베어링(14)은, 실린더(12)의 한 쌍의 트러니언(16)을 풍차 회전 날개(6)의 축선, 즉 Z축선을 따라 연장되는 내측 축선(L1) 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링이다.
실린더 베어링(14)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 로터 헤드(4)에 고정된 브래킷(19)과, 트러니언(16)의 외주면을 포위하도록 배치되고, 그것을 회전 가능하게 지지하는 부쉬(20)와, 부쉬(20)의 외주면을 포위하도록 배치된 방진 고무(탄성 지지 부재)(21)와, 트러니언(16)의 외측 단부에 배치된 스러스트 받침 부쉬(스러스트 받침 부재)(23)와, 스러스트 받침 부쉬(23)의 외측에 그것의 이동을 제한하는 덮개 부재(24)가 구비되어 있다.
부쉬(20) 및 부쉬 지지 부재(21)는, 본 발명의 트러니언을 지지하는 지지부를 구성한다.
브래킷(19)에는, 트러니언(16)을 수용하는 관통 구멍(25)이 형성되어 있다. 관통 구멍(25)의 내주부에는 중공 원통 형상의 방진 고무(21)가 고정되어 설치되어 있다. 방진 고무(21)의 내측에는, 플랜지가 부착된 중공 원통 형상을 한 부쉬(20)가 고정되어 설치되어 있다.
부쉬(20)는, 구리 합금제로, 그 주위면에는 도 5에 도시된 바와 같이 두께 방향으로 관통하도록 다수의 흑연(26)이 대략 균등한 간격을 두고 매립되어 있다.
부쉬(20)는 트러니언(16)을 수용하여 회전 가능하게 지지하는 것이다. 그때, 흑연(26)은 트러니언(16)과의 사이에서 윤활제의 작용을 행하므로, 트러니언(16)을 원활하게 요동시킨다.
방진 고무(21)는 두께 방향의 중간 위치에 고무층(27)이 형성되어 있고, 부쉬(20)를 통해 트러니언(16)을 탄성적으로 지지하고 있다.
덮개 부재(24)는 관통 구멍(25)의 외측 단부를 덮도록 브래킷(19)에 고정되어 설치되어 있다.
스러스트 받침 부쉬(23)는 트러니언(16)의 외측 단부와 덮개 부재(24) 사이에 배치되어 있다.
스러스트 받침 부쉬(23)는 덮개 부재(24)에 의해 트러니언(16)측에 압박되어 있고, 트러니언(16)의 내측 축선(L1) 방향의 이동을 억제하는 기능을 한다.
발전 설비(7)로서는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 로터 헤드(4)의 회전 구동력이 전달되어 발전을 행하는 발전기와, 발전기에 의해 발전된 전력을 소정의 전압으로 변환하는 변압기가 설치되어 있는 것을 들 수 있다.
다음에, 상기한 구성으로 이루어지는 풍력 발전 장치(1)에 있어서의 발전 방법에 대해 그 개략을 설명한다.
풍력 발전 장치(1)에 있어서는, 로터 헤드(4)의 회전 축선 방향으로부터 풍차 회전 날개(6)에 닿은 바람의 힘이, 로터 헤드(4)를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환된다.
이 로터 헤드(4)의 회전은 발전 설비(7)에 전달되고, 발전 설비(7)에 있어서, 전력의 공급 대상에 맞는 전력, 예를 들어 주파수가 50㎐ 또는 60㎐의 교류 전력이 발전된다.
여기서, 적어도 발전을 행하고 있는 동안은, 바람의 힘을 풍차 회전 날개(6)에 효과적으로 작용시키기 위해, 적절하게 나셀(3)을 수평면상에서 회전시킴으로써, 로터 헤드(4)는 바람이 불어오는 쪽을 향하게 되어 있다.
다음에, 피치 구동 장치(11)에 의한 풍차 회전 날개(6)의 피치각의 제어에 대해 설명한다.
피치 구동 장치(11)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 로드(13)를 실린더(12)로부터 신장시키거나, 인입함으로써, 풍차 회전 날개(6)를 축선 중심(C1) 주위로 회전시켜, 그 피치각을 변경시키고 있다.
예를 들어, 로드(13)가 실린더(12)로부터 신장된 경우에는, 로드(13)의 단부는 풍차 회전 날개(6)의 축선 중심(C1)으로부터 이격된 위치에 고정되어 있으므로, 풍차 회전 날개(6)에 축선 주위로 회전하는 힘이 작용한다.
풍차 회전 날개(6)가 축선 중심(C1) 주위로 회전하면, 도 2에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 로드(13)의 선단부 위치가 단부면(17) 내에서 이동하므로, 실린더(12) 및 로드(13)는 실린더 베어링(14)에 의해 내측 축선(L1) 주위로 회전한다. 즉, 트러니언(16)이 부쉬(20)에 대해 회전한다.
동시에, 로드 베어링(15)에 있어서도, 로드(13)와 풍차 회전 날개(6)가 Z축과 대략 평행한 축선 주위로 상대적으로 회전한다.
한편, 로드(13)가 실린더(12)에 인입된 경우에도, 상술한 경우와 마찬가지로 하여, 풍차 회전 날개(6)가 축선 주위로 회전하고, 실린더(12) 및 로드(13)가 실린더 베어링(14)에 의해 내측 축선(L1) 주위로 회전한다.
다음에, 본 실시 형태의 특징인 피치 구동 장치(11)에 있어서의 풍차 회전 날개(6)의 밑동과 로터 헤드(4) 사이의 상대적인 변형의 흡수에 대해 설명한다.
예를 들어, 풍력이 강한 경우 등, 풍차 회전 날개(6)에 가해지는 부하가 높아지면, 도 3의 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 풍차 회전 날개(6)의 밑동이나 로터 헤드(4) 등에 변형이 발생한다. 이 경우, 풍차 회전 날개(6)의 단부면(17)이 Y축 주위로 회전하는 변형이 발생한다.
그러면, 실린더(12) 및 로드(13), 즉 트러니언(16)은 그 축선과 내측 축선(L1)의 교점인 가상의 중심점 C2를 중심으로 하여 Y축 주위로, 즉 내측 축선(L1)에 교차하는 방향으로 요동한다.
이 요동은, 로드(13)의 축선과 지지 기둥(18)의 축선이 교차하는 점 C3이 중심점 C2 주위로 이동하는 범위가 ±0.1도 이내로 미소하다.
이 트러니언(16)의 이동은 방진 고무(21)의 고무층(27)이 압축됨으로써 흡수된다. 즉, 트러니언(16)이 이동하고자 하는 힘은 고무층(27)의 탄성 변형에 의해 흡수된다.
이와 같이, 풍차 회전 날개(6)가 풍력을 받아, 로터 헤드(4)와 풍차 회전 날개(6)의 설치부에 발생하는 변형에 의해 실린더(12) 및 로드(13)에 작용하는 힘은, 방진 고무(21)의 고무층(27)에 의해 흡수할 수 있으므로, 실린더(12)의 시일부 등 의 마모 촉진을 방지할 수 있고, 피치 구동 장치(11)의 신뢰성이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 실린더 베어링(14)에 트러니언(16)을 탄성적으로 지지하는 방진 고무(21)를 구비할 뿐이므로, 2세트의 트러니언을 사용하는 것에 비해 구조를 간소화 및 소형화할 수 있고, 제조 비용을 저렴하게 할 수 있다.
또한, 로터 헤드(4)가 회전하면, 실린더(12)는 로터 헤드(4)의 축선 중심 주위로 공전한다. 그 일주 동안에 실린더(12)는 자신의 축선 중심 주위로 일회전하게 된다.
이로 인해, 트러니언(16) 혹은 실린더(12)와 부쉬(20) 사이에 간극이 있으면, 트러니언(16) 혹은 실린더(12)는, 이 간극을 주기적으로 이동하게 되므로, 트러니언(16) 혹은 실린더(12)는 부쉬(20)와 주기적으로 충돌하게 된다.
이 주기적인 충돌에 의해 소음이 발생하고, 트러니언(16) 혹은 실린더(12)와 부쉬(20) 사이에 충돌력이 작용하게 된다.
이는, 부쉬(20)에 의해 비교적 밀하게 지지되어 있는 내측 축선(L1)에 교차하는 방향에 비해 간극이 큰 내측 축선(L1)에 따르는 방향에 있어서 현저하다.
본 실시 형태에서는, 트러니언(16)의 외측 단부는 스러스트 받침 부쉬(23)에 의해 외측으로의 이동이 억제되어 있으므로, 트러니언(16)[실린더(12)]과 실린더 베어링(14) 사이에 간극이 있었다고 해도 트러니언(16)[실린더(12)]이 실린더 베어링(14)에 대해 내측 축선(L1) 방향으로 이동하는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 로터 헤드(4)의 회전에 수반하는 트러니언(16)[실린더(12)]과 실린 더 베어링(14)의 주기적인 충돌을 억제할 수 있으므로, 소음의 발생을 억제할 수 있고, 방진 고무(21)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이에 의해, 본 실시 형태의 피치 구동 장치(11)의 조립시에 요구되는 조립 공차의 완화를 한층 도모할 수 있다.
또한, 예를 들어, 트러니언(16)[실린더(12)]과 실린더 베어링(14) 사이의 간극이 작고, 소음 등의 영향이 작은 경우에는, 스러스트 받침 부쉬(23)를 생략하도록 해도 좋다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(1)에 대해, 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.
본 실시 형태는, 방진 고무(21)의 구성이 제1 실시 형태의 것과 다르기 때문에, 여기서는 이 다른 부분에 대해 주로 설명하고, 전술한 제1 실시 형태의 것과 같은 부분에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
또한, 제1 실시 형태와 같은 부재에는 동일 부호를 부여하고 있다.
본 실시 형태에서는, 방진 고무(21)의 고무층(27)은, 외측을 향해 직경 확대되는 원뿔대 형상으로 되어 있다. 따라서, 고무층(27)의 내주면(고무면)(30)은 외측을 향해 직경 확대되도록 경사져 있다.
브래킷(19)에는, 트러니언(16)을 수용하는 오목부(28)가 마련되어 있다. 스러스트 받침 부쉬(23)는 오목부(28)의 외측 내주면에 설치되어 있다.
트러니언(16)의 외측 단부는, 구면의 일부를 구성하는 볼록 만곡 형상으로 되어 있다. 스러스트 받침 부쉬(23)의 내면은, 트러니언(16)의 외측 단부와 대략 전체면에서 접촉하도록 오목 만곡 형상으로 되어 있다. 이에 의해, 트러니언(16)이 중심점 C2를 중심으로 요동해도 스러스트 받침 부쉬(23)는 트러니언(16)의 외측 단부를 치우쳐 접촉하지 않고 대략 전체면에서 지지할 수 있으므로, 트러니언(16)의 이동을 안정되게 억제할 수 있다.
또한, 스러스트 받침 부쉬(23)는 트러니언(16)의 외측 단부의 적어도 일부와 접촉하면 되므로, 그 내면 형상은 적절한 형상으로 해도 좋다.
이와 같이 구성된 풍력 발전 장치(1)에 있어서의 발전 방법, 풍차 회전 날개(6)의 피치각의 제어 및 피치 구동 장치(11)에 있어서의 풍차 회전 날개(6)의 밑동과 로터 헤드(4) 사이의 상대적인 변형의 흡수에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 중복된 설명을 생략한다.
피치 구동 장치(11)에 있어서의 풍차 회전 날개(6)의 밑동과 로터 헤드(4) 사이의 상대적인 변형에 의해, 트러니언(16)은 실린더(12)의 축선과 내측 축선(L1)이 교차하는 중심점 C2를 중심으로 하여 경사지도록 이동한다.
이로 인해, 트러니언(16)의 외측 단부가 가장 크게 이동하게 된다. 바꾸어 말하면, 트러니언(16)의 움직임은 내측으로부터 외측을 향해 순차 커진다.
따라서, 트러니언(16)으로부터 방진 고무(21)의 고무면(30)에 작용하는 힘은, 내측 축선(L1)에 직교하는 방향보다도 내측[실린더(12)측]을 향해 경사져 있다.
고무층(27)의 내주면(30)은, 외측을 향해 직경 확대되도록 경사져 있으므로, 트러니언(16)으로부터 고무층(27)의 내주면(30)에 작용하는 내측을 향해 경사져 있는 힘을 효율적으로 지지할 수 있다.
또한, 고무층(27)의 내주면(30)에 따른 방향으로의 분력이 작아지므로, 방진 고무(21)에 작용하는 전단력을 작게 할 수 있고, 방진 고무의 내구력을 향상시킬 수 있다.
또한, 고무층(27)의 내주면(30)의 경사각은, 실린더에 작용하는 각종 하중에 의한 트러니언(16)에 있어서의 합력의 작용 방향에 대해 대략 직교하는 크기로 하는 것이 바람직하다.
이 각도의 고안 방법의 일례를 도 7에 의해 설명한다.
중심점 P는 트러니언(16)의 하중(력)이 부쉬(20)[방진 고무(21)]에 작용하는 경우의 가상적인 중심점이다. 트러니언(16)은, 로터 헤드(4)와 풍차 회전 날개(6)의 설치부에 발생하는 변형에 의해, Y축 주위로, 즉 중심점 C2를 중심으로 하여 Y축 주위 궤적 R을 따라 회전한다.
풍차 회전 날개(6)의 피치각의 조정시에, 로터 헤드(4)와 풍차 회전 날개(6)의 설치부에 변형이 발생하였다고 하자. 이 경우, 로드 베어링(15)의 중심점 S에, 실린더(12)의 밀고 당기기에 의한 힘 Fcy와, 변형에 수반하는 실린더(12) 및 로드(13)를 굽히고자 하는 힘 Fm이 작용한다.
이때, 트러니언(16)이 방진 고무(21)에 작용시키는 힘 Fg는, 힘 Fcy에 의한 트러니언(16)이 방진 고무(21)에 작용시키는 힘 F1과, 힘 Fm에 의한 트러니언(16)이 방진 고무(21)에 작용시키는 힘 F2의 합력이 된다.
힘 Fcy는 2군데의 트러니언(16)에서 받게 되므로, 1개의 트러니언(16)이 방진 고무(21)에 작용시키는 힘 F1은 Fcy/2가 된다. 한편, 중심점 C2와 중심점 P의 거리를 h로 하고, 중심점 C2와 중심점 S의 거리를 l로 하면, 힘 Fm에 의한 트러니언(16)이 방진 고무에 작용시키는 힘 F2는 Fm(l/2h)이 된다. 힘 F2의 작용 방향은 트러니언(16)의 경사에 의해 내측으로 향해져 있다.
따라서, 힘 Fg는 Fcy/2+Fm(l/2h)이 된다.
힘 Fg의 작용 방향은 도 7에 도시된 바와 같이 내측 축선(L1)에 직교하는 방향보다도 내측을 향해 경사져 있다.
고무층(27)의 내주면(30)은, 이 힘 Fg의 작용 방향에 대략 직교하는 방향으로 연장하도록 경사시키는 것이 바람직하다.
또한, 이 힘 Fg의 작용 방향은, 하중 상태가 변화하면 변화되므로, 상정되는 힘 Fg의 작용 방향의 중간값을 이용하도록 해도 좋고, 가장 빈도가 높다고 상정되는 작용 방향을 이용하도록 해도 좋다.
또한, 내주면(30)은 궤적(R)과 내주면(30)의 교점에 있어서 궤적(R)에 직교하는 방향으로 연장하도록 경사시켜도 좋다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절하게 변경할 수 있다.

Claims (6)

  1. 로터 헤드에 대해 축선 주위로 풍차 회전 날개를 회전 구동하여 피치각을 변경하는 실린더와,
    상기 실린더로부터 상기 풍차 회전 날개의 축선과 대략 평행하게 연장되는 트러니언을 회전 가능하게 지지하는 실린더 베어링이 구비되고,
    상기 실린더 베어링의 상기 트러니언을 지지하는 지지부에는, 상기 트러니언을 탄성적으로 지지하는 탄성 지지 부재가 구비되어 있는, 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 지지 부재로서, 방진 고무가 사용되고 있는, 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방진 고무의 고무면은 외측을 향해 직경 확대되도록 경사져 있는, 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트러니언의 외측 단부는 스러스트 받침 부재에 의해 외측으로의 이동이 억제되어 있는, 풍력 발전 장치의 피치 구동 장치.
  5. 풍력을 받는 복수의 풍차 회전 날개와,
    상기 풍차 회전 날개를 상기 풍차 회전 날개의 축선 주위로 회전 가능하게 지지하는 동시에, 상기 풍차 회전 날개에 의해 회전 구동되는 로터 헤드와,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 피치 구동 장치와,
    상기 로터 헤드의 회전에 의해 발전을 행하는 발전 설비가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
  6. 풍력을 받는 복수의 풍차 회전 날개와,
    상기 풍차 회전 날개를 상기 풍차 회전 날개의 축선 주위로 회전 가능하게 지지하는 동시에, 상기 풍차 회전 날개에 의해 회전 구동되는 로터 헤드와,
    제4항에 기재된 피치 구동 장치와,
    상기 로터 헤드의 회전에 의해 발전을 행하는 발전 설비가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
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