KR101030521B1 - 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기의 기어박스와 발전기를 감싸는 나셀(nacelle)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리섬유보강플라스틱(FRP)으로 된 복수의 패널부와 유리섬유보강플라스틱 또는 알루미늄으로 된 복수의 프레임부가 체결구와 접착제에 의해 상호 조립되어 결합되는 구조로 구성됨에 따라, 제조 및 운반이 매우 편리하고 다양한 크기로 구성 가능하며 대량 생산이 가능하고 부분 파손에 대한 수리 뿐만 아니라 내부에 설치되는 기어박스와 발전기의 점검 및 수리를 매우 용이하게 할 수 있는 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 프레임부 및 패널부를 성형하기 위한 형틀을 제작하는 단계와, 형틀에 이형제를 도포하는 단계, 형틀에 경화제가 혼합된 겔코트를 도포하는 단계와, 프레임부 및 패널부의 형상에 맞게 유리섬유를 재단한 후 형틀에 투입하는 단계와, 형틀에 투입된 유리섬유에 경화제가 혼합된 합성수지를 도포한 후 유리섬유 내부로 함침시키는 단계와, 유리섬유에 있는 기포를 제거한 후 경화시켜 프레임부 및 패널부를 성형하는 단계와, 성형된 프레임부 및 패널부를 형틀에서 분리한 후 설치장소로 운반하여 접착제와 체결구를 통해 조립하여 나셀의 형태를 이루는 단계와, 나셀의 프레임부와 패널부의 경계면에 실리콘을 도포하는 단계와, 나셀의 외면에 도색을 하고 로고를 부착하여 나셀의 제조를 완료하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀 제조방법이 제공된다.

Description

조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀 제조방법{Manufacturing methodof self-assembly nacelle for aerogenerator}

본 발명은 풍력발전기의 기어박스와 발전기를 감싸는 나셀(nacelle)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리섬유보강플라스틱(FRP)으로 된 복수의 패널부와 유리섬유보강플라스틱 또는 알루미늄으로 된 복수의 프레임부가 체결구와 접착제에 의해 상호 조립되어 결합되는 구조로 구성됨에 따라, 제조 및 운반이 매우 편리하고 다양한 크기로 구성 가능하며 대량 생산이 가능하고 부분 파손에 대한 수리 뿐만 아니라 내부에 설치되는 기어박스와 발전기의 점검 및 수리를 매우 용이하게 할 수 있는 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 자연적으로 발생하는 바람의 풍력에너지로부터 얻은 기계적인 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다.

이러한 풍력발전기는 타워의 상부에 블레이드와 기어박스 및 발전기가 설치되는 구성으로, 블레이드는 풍력에너지를 운동에너지로 변환하는 구성이고, 발전기는 블레이드의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 구성이며, 기어박스는 블레이드의 운동에너지를발전기의 요구에 맞게 증대시키는 구성이다.

이때 풍력발전기는 블레이드의 회전축 방향에 따라, 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직형 풍력발전기와, 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평형 풍력발전기로 구분된다.

수평형 풍력발전기는 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리한 이점은 있으나 바람의 방향에 영향을 많이 받는 단점이 있고, 수직형 풍력발전기는 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 설치할 수 있는 이점은 있지만 그 소재가 비싸고 수평형 풍력발전기에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다.

여기서 기어박스와 발전기는 외부 환경으로부터 보호되도록 커버 역할을 하는 나셀(nacelle)로 보호되어 있는데, 상기 나셀은 경량이면서도 우수한 강도를 가진 유리섬유보강플라스틱으로 성형 제조된 것이다.

그러나 상기한 종래의 나셀은 유리섬유보강플라스틱으로 일체로 성형 제조된 구조이고, 그 길이가 풍력발전기의 규모에 따라 다르지만 보통 수미터에서 크게는 수십미터까지 되므로 제조시는 물론이고 운반시 많은 어려움과 제약이 있었다.

즉, 나셀을 제조할 때 그 길이로 인해 형틀의 제작에 많은 시간과 비용이 소요되었을 뿐만 아니라 대량생산도 불가능하였다. 그리고 운반시 길이가 수미터 내외일 경우에는 특수차량을 이용하여 도로가 한적한 야간에 운반해야 했고 그 길이가 수십미터일 경우에는 육상운송 자체가 불가능하였다.

그리고 상기한 종래의 나셀은 유리섬유보강플라스틱으로 일체로 성형된 구조이므로 내부에 설치되어 있는 기어박스와 발전기를 점검 및 수리할 때도 나셀 자체를 타워에서 완전히 분리해야 하기 때문에 기어박스와 발전기를 점검 및 수리도 용이하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 나셀의 제조효율을 높이고 나셀의 운반을 용이하게 하며 기어박스와 발전기의 점검 및 수리를 용이하게 할 수 있도록, 프레임부 및 패널부를 성형하기 위한 형틀을 제작하는 단계와, 형틀에 이형제를 도포하는 단계, 형틀에 경화제가 혼합된 겔코트를 도포하는 단계와, 프레임부 및 패널부의 형상에 맞게 유리섬유를 재단한 후 형틀에 투입하는 단계와, 형틀에 투입된 유리섬유에 경화제가 혼합된 합성수지를 도포한 후 유리섬유 내부로 함침시키는 단계와, 유리섬유에 있는 기포를 제거한 후 경화시켜 프레임부 및 패널부를 성형하는 단계와, 성형된 프레임부 및 패널부를 형틀에서 분리한 후 설치장소로 운반하여 접착제와 체결구를 통해 조립하여 나셀의 형태를 이루는 단계와, 나셀의 프레임부와 패널부의 경계면에 실리콘을 도포하는 단계와, 나셀의 외면에 도색을 하고 로고를 부착하여 나셀의 제조를 완료하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 복수의 프레임부와 패널부로 조립 가능하게 분할 구성된 구조이므로 제조가 용이하고 제조비용도 절감되며 다양한 크기로의 제조가 가능하고 제조대량생산이 가능하여 나셀의 제조효율을 크게 향상시키는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 조립식 구조이므로 운반시에는 분할된 상태로 설치장소까지 운반한 이후에 조립하여 설치하면 되므로, 나셀의 전체 크기로 인해 유발되는 운반에 따른 어려움과 불편함이 완전히 해소되는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 설치후 부분적으로 해체가 가능하므로 부분 파손에 대한 보수가 용이할 뿐만 아니라 내부에 있는 기어박스와 발전기의 점검 및 수리도 용이하게 할 수 있는 효과도 있다.

도 1의 본 발명의 저면 사시도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 패널부와 프레임부가 평면부분에서 조립되는 과정을 도시한 단면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 패널부와 프레임부가 모서리부분에서 조립되는 과정을 도시한 단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀(100)은 조립홈(1)이 길이방향으로 양측에 형성된 복수의 프레임부(2)가 골조를 이루고, 상기 프레임부(2)의 사이에 조립홈(1)에 대응되는 두께의 판체형상을 갖는 복수의 패널부(3)가 프레임부(2)의 조립홈(1)에 삽입되어 볼트와 너트로 이루어진 체결구(4)와 함께 접착제(5)에 의해 체결 고정되어 조립되는 구조로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 프레임부(2)와 패널부(3)는 유리섬유보강플라스틱으로 구성되어 있고, 상기 프레임부(2)는 알루미늄으로도 구성 가능하다.

상기 프레임부(2)는 설치되는 위치에 따라 직선형으로 구성되거나 곡선형으로 구성된다. 즉, 풍력발전기의 타워가 관통하는 타워홀(6)과 풍력발전기의 회전축이 관통하는 회전축홀(7)에 설치되는 프레임부(2)는 곡선형으로 구성된다.

상기 프레임부(2) 중에서 모서리부분에 설치되는 프레임부(2)는 내외측으로 이분되어 그 사이 양측에 두 개의 조립홈(1)이 직각을 이루도록 형성된 형상으로 구성되고, 나머지 다른 부분에 설치되는 프레임부(2)는 조립홈(1)이 양측에 대칭되게 형성된 에이치빔형상으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀(100)은 풍력발전기의 타워 상부에 설치되어 기어박스와 발전기를 외부 환경으로부터 보호하기 역할을 하는 것이다.

특히, 본 발명의 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀(100)은 제조성과 운반성을 향상시키고 기어박스와 발전기의 점검 및 수리를 용이하게 한 것이 큰 특징이다.

이는 도 1에 도시된 바와 같이, 나셀(100)이 에이치빔형상을 갖는 복수의 프레임부(2)와 판체형상을 갖는 복수의 패널부(3)로 구성되어, 프레임부(2)는 골조를 이루고 패널부(3)는 프레임부(2)의 사이에 조립 설치되는 구조에 의해 달성된다.

이때 프레임부(2)와 패널부(3)의 조립은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임부(2)의 양측에 길이방향으로 형성된 조립홈(1)에 두 개의 패널부(3)의 측부가 삽입된 상태에서 볼트와 너트로 구성된 체결구(4)와 함께 접착제(5)에 의해 체결 고정되어 조립된다.

따라서 나셀(100)을 제조할 때 나셀(100)의 전체 크기와 대응되는 대형의 형틀을 제작할 필요가 전혀 없다. 다만, 프레임부(2)와 패널부(3)를 성형할 수 있는 소형의 형틀만을 따로 제작하면 된다.

이에 따라 나셀(100)의 제조시 소요되는 비용과 시간을 크게 절감할 수 있을 뿐만 아니라 소형의 형틀이 사용되므로 대량생산도 가능하게 된다. 그러므로 나셀(100)을 대형의 형틀로 한 번에 성형함으로써 제조비용이 많이 소요되고 대량생산이 불가능하였던 종래의 문제점을 해소할 수 있다.

그리고 나셀(100)을 설치장소로 운반할 때 나셀(100)의 전체 크기에 따른 운반의 불편함과 어려움을 완전히 해소할 수 있다. 즉, 프레임부(2)와 패널부(3)로 조립되는 구조이므로, 설치장소까지는 프레임부(2)와 패널부(3)를 조립하지 않은 상태로 운반하고 설치장소에서 접착제(5)와 체결구(4)를 이용하여 조립하면 된다.

이에 따라 나셀(100)의 운반시 일반 화물차량으로도 충분히 운반 가능하고 도로의 상황과 여건에 관계없이 운반할 수 있으므로, 야간에 특수차량을 이용하여 운반할 수 밖에 없었던 종래의 문제점도 해소할 수 있다.

또한, 풍력발전기의 규모에 따라 나셀(100)의 크기를 다양하게 구성할 수 있다. 뿐만 아니라 설치후 나셀(100)의 내부에 있는 기어박스와 발전기에 이상이 생겨 점검 및 수리가 필요할 때, 나셀(100)을 타워에서 완전히 해체하지 않고 해당 부분에 위치한 패널부(3)만을 분해하면 된다.

그리고 설치후 나셀(100)의 일부 패널부(3)가 파손되었을 경우에도 해당 부분에 위치한 패널부(3)만을 분해하여 수리하거나 교체하면 된다. 이에 따라 나셀(100)의 내부에 있는 기어박스와 발전기의 점검 및 수리하는 작업과 패널부(3)의 부분 파손에 대한 수리 작업을 매우 편리하게 할 수 있다.

또한, 종래와 달리 전체가 패널형태로 구성되지 않고 프레임부(2)에 의해 패널부(3)가 견고하게 지지되는 구조를 가짐으로써 구조적으로도 매우 견고하여 패널부(3)를 보강하는 작업이 전혀 필요하지 않다.

여기서 본 발명의 조립식 구조를 가진 풍력발전기용 나셀(100)의 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1단계는 프레임부(2) 및 패널부(3)를 성형하기 위한 형틀을 각각 제작하는 단계이다.

이때 형틀 제작시 타워홀(6)과 회전축홀(7)이 위치하는 곳에 조립되는 프레임부(2) 및 패널부(3)는 타워홀(6)과 회전축홀(7)에 대응되는 형상을 갖도록 제작해야 한다.

그리고 모서리부분에 설치되는 프레임부(2)를 위해 두 개의 조립홈(1)이 직각을 이루도록 양측에 각각 형성된 형상으로 성형하기 위한 형틀을 제작하고, 나머지 프레임부(2)를 위해 조립홈(1)이 양측에 각각 대칭되게 형성된 에이치빔형상으로 성형하기 위한 형틀을 제작한다.

제2단계는 형틀의 내면에 이형제를 도포하는 단계이다. 이는 성형이 완료된 프레임부(2) 및 패널부(3)를 형틀에서 쉽게 분리되도록 하기 위한 것이다. 상기 이형제로는 왁스, 파라핀, 실리콘 수지 등을 사용하면 된다.

제3단계는 형틀의 내면에 경화제가 혼합된 겔코트(gelcoat)를 도포하는 단계이다. 상기 겔코트는 성형이 완료된 프레임부(2) 및 패널부(3)가 매끈한 표면을 갖도록 하기 위한 것이다. 여기서 겔코트와 경화제는 99중량%와 1중량%의 혼합비율로 혼합하면 된다.

제4단계는 프레임부(2) 및 패널부(3)의 형상에 맞게 유리섬유를 재단한 후 형틀에 투입하는 단계이다. 이때 유리섬유는 인체한 유해한 것으로서 쉽게 부서져 비산되므로 유리섬유를 재단할 때는 반드시 방진복과 방진마스크 등 착용해야 한다.

제5단계는 형틀에 투입된 유리섬유에 경화제가 혼합된 합성수지를 도포한 후 함침시키는 단계이다. 여기서 합성수지와 경화제는 99중량%와 1중량%의 혼합비율로 혼합하면 된다. 그리고 합성수지가 유리섬유 내부로 효과적으로 함침되도록 롤러 등의 장비를 이용하면 된다.

제6단계는 유리섬유에 있는 기포를 제거한 후 경화시켜 프레임부(2) 및 패널부(3)를 성형하는 단계이다. 만약, 이때 기포가 완벽하게 제거되지 않으면 경화되면서 공극이 생기므로 기계적 강도가 떨어지게 된다. 따라서 유리섬유에 있는 기포를 완전히 제거해야 한다.

제7단계는 성형된 프레임부(2) 및 패널부(3)를 형틀에서 분리한 후 설치장소로 운반하여 접착제(5)와 체결구(4)를 통해 조립하여 나셀(100)의 형태를 이루는 단계이다.

즉, 도 2 내지 도 3과 같이 프레임부(2)의 양측 조립홈(1)의 내면에 접착제를 도포한 후 두 패널부(3)의 양측을 삽입시킨 상태에서 볼트와 너트로 구성된 체결구(4)로 체결 고정시키면 된다.

제8단계는 나셀(100)의 프레임부(2)와 패널부(3)의 경계면에 실리콘을 도포하는 단계이다. 이는 나셀(100)의 내부로 물이 유입되지 않도록 방수처리를 하기 위한 것이다.

제9단계는 나셀(100)의 외면에 도색을 하고 로고를 부착하여 나셀(100)의 제조를 완료하는 단계이다. 이는 나셀(100)의 외관을 미려하게 하고 제조회사 등을 나타내기 위한 것이다.

1: 조립홈 2: 프레임부
3: 패널부 4: 체결구
5: 접착제 6: 타워홀
7: 회전축홀 100: 나셀

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