KR101264592B1 - 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 풍력 발전을 위한 날개가 설치된 나셀부와, 상기 나셀부를 지면으로부터 소정 높이로 지탱하며 상기 나셀부의 날개가 풍향과 일치하도록 회전하는 기둥과, 상기 나셀부의 날개가 풍향에 직면하도록, 상기 기둥의 원활한 회전을 위해 상기 기둥의 하단에서 설치되는 베어링과, 지중에 매설되고 상기 기둥의 하단이 내부에 위치하며, 내부에 설치된 상기 베어링에 작용하는 기둥의 하중을 저감하기 위해 저장된 유체가 상기 기둥을 떠받치는 유압실 및, 상기 유압실에 작동 유체를 공급하는 유압장치 및, 일측은 지중에 매설되며 타측은 상기 기둥과 연결되어 상기 기둥을 고정하며 지지하는 지지부재를 포함하고, 상기 유압장치는 상기 유압실에 유체를 공급하여 유압을 통해 상기 기둥 및 상기 지지부재를 지지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치에 관한 것이다.

Description

풍력발전장치{Wind turbine}

본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수리 및 관리가 용이한 풍력발전장치에 관한 것이다.

풍력발전장치는 대기중으로 이동하는 바람을 이용하여 발전한다.

일반적으로 풍력발전의 에너지원인 바람은 날씨와 계절에 따라 방향이 수시로 변하므로, 대부분의 풍력발전장치는 나셀부가 바람방향에 따라 회전될 수 있다.

나셀부는 바람에 의해 회전되는 날개를 포함한다. 날개는 통상 수십 미터의 크기로 제작되므로, 상당한 무게를 갖는다. 따라서 날개를 포함한 나셀부의 무게는 통상적으로 수십 톤에 달한다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이 나셀부는 바람에 방향에 따라 회전되므로, 나셀부와 나셀부를 지지하는 기둥 간의 연결부에는 베어링(또는 yaw system, 요 베어링)이 설치된다.

그런데, 날개를 포함한 나셀부는 상당한 무게를 가지므로, 설치된 베어링이 하중에 의해 쉽게 마모되거나 파손되기 쉽다. 아울러, 나셀부가 설치된 상층의 풍속은 매우 불규칙하므로, 충격하중과 진동하중에 의해 베어링이 파손되기 쉽다.

그러나 종래의 풍력발전장치는 베어링이 지상 높은 곳에 설치되어 있으므로, 베어링의 마모 및 파손 발생 시 교체 및 수리가 매우 힘들다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 베어링에 작용하는 진동과 충격하중을 줄임과 동시에 베어링의 수리가 용이한 풍력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 본 발명은 풍력발전장치에 관한 것으로서, 풍력 발전을 위한 날개가 설치된 나셀부와, 상기 나셀부를 지면으로부터 소정 높이로 지탱하며 상기 나셀부의 날개가 풍향과 일치하도록 회전하는 기둥과, 상기 나셀부의 날개가 풍향에 직면하도록, 상기 기둥의 원활한 회전을 위해 상기 기둥의 하단에서 설치되는 베어링과, 지중에 매설되고 상기 기둥의 하단이 내부에 위치하며, 내부에 설치된 상기 베어링에 작용하는 기둥의 하중을 저감하기 위해 저장된 유체가 상기 기둥을 떠받치는 유압실 및, 상기 유압실에 작동 유체를 공급하는 유압장치 및, 일측은 지중에 매설되며 타측은 상기 기둥과 연결되어 상기 기둥을 고정하며 지지하는 지지부재를 포함하고, 상기 유압장치는 상기 유압실에 유체를 공급하여 유압을 통해 상기 기둥 및 상기 지지부재를 지지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치를 제공한다.

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전술된 실시예에 있어서, 상기 유압실은 상기 기둥 내부에 설치될 수 있다.

본 발명은 풍력발전장치에 있어서 고장 발생이 잦은 부분이 지상부분에 위치되어 있으므로, 풍력발전장치의 관리 및 수리가 용이하다.

아울러, 베어링의 수리를 위해 지상 높은 곳에 위치한 나셀부를 기중기로 들어올릴 필요가 없으므로, 베어링의 보수에 필요한 비용과 시간을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 풍력발전장치의 지속적인 관리를 통해 풍력발전장치의 고장발생 빈도를 줄여 풍력발전장치의 유효사용 기간을 늘릴 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전장치의 구성도이고,
도 2는 및 도 3은 도 1에 도시된 풍력발전장치의 주요부분을 나타낸 구성도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전장치의 주요부분을 나타낸 구성도이고,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전장치의 주요부분을 나타낸 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전장치의 구성도이고, 도 2는 및 도 3은 도 1에 도시된 풍력발전장치의 주요부분을 나타낸 구성도이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전장치(100)를 설명한다.

제1 실시예에 따른 풍력발전장치(100)는 발전용 나셀부(110), 기둥(120), 지지 부재(130), 제1 베어링(140)을 포함한다.

나셀부(110)는 날개(112)를 포함한다. 날개(112)는 풍력에 의해 회전되며, 회전력을 나셀부(110)로 전달한다. 나셀부(110)는 도시되어 있지 않으나, 날개(112)의 회전에 의한 운동에너지를 전기에너지를 변환하는 장치들을 포함한다.

기둥(120)은 태풍 및 강풍에 쓰러지거나 휘어지지 않는 구조물로 이루어진다. 기둥(120)은 적어도 수십 미터에서 백미터 이상에 이르는 높이를 가지며, 나셀부(110)를 지면으로부터 상당한 높이에 위치시킨다.

기둥(120)의 높이는 풍력발전장치(100)가 설치되는 장소 및 지형적 특성에 따라 변경될 수 있다.

예를 들어, 풍력발전장치(100)가 해안가 또는 고산지대와 같이 평균 풍속이 빠르고 풍량이 많은 장소에 설치되는 경우에는, 기둥(120)의 높이를 평균 높이(대략 100미터)보다 낮출 수 있다. 반대로 내륙이나 저지대와 같이 평균 풍속이 느리고 풍량이 풍부하지 않은 장소에 설치되는 경우에는, 기둥(120)의 높이를 평균 높이보다 높일 수 있다.

지지 부재(130)는 지중에 매설되어 기둥(120)을 고정시킨다. 지지 부재(130)는 기둥(120)과 분리된 별도의 부재일 수 있고, 기둥(120)에 일체로 형성된 일 부분일 수 있다. 지지 부재(130)는 땅속 깊이 고정되어 기둥(120)을 지지한다.

여기서, 지지 부재(130)의 단면은 기둥(120)의 단면보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 경우, 기둥(120)의 하부 가장자리에는 지지 부재(130)와 기둥(120)의 단면크기 차이로 인해 공간이 형성된다. 따라서, 제1 베어링(140)은 바로 이러한 공간에 설치될 수 있다.

제1 베어링(140)은 지면 또는 땅속에 설치되어, 기둥(120)이 지지 부재(130)을 중심으로 원활하게 회전하도록 도와주는 구실을 한다.

유압장치(150)는 지면 또는 지중에 설치된다. 유압장치(150)는 일정한 유압을 발생시킨다. 유압장치(150)는 유압 배관(152)을 통해 유압실(160)에 작동 유체(200)를 공급하거나 또는 유압실(160)의 내부 압력이 일정하게 유지되도록 일정한 유압을 발생시킨다.

유압실(160)은 지지 부재(130)의 아래쪽에 설치된다. 유압실(160)에는 유압을 발생시키는 작동 유체(200)가 저장된다. 유압실(160)의 부피는 나셀부(110)와 기둥(120)의 무게에 비례하여 커지거나 작게 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예는 유압실(160)에 채워진 작동 유체(200)가 기둥(120)에 가하는 압력과 작동 유체(200)에 잠겨진 지지 부재(130)에 의해 발생하는 부력에 의해 기둥(120)을 떠받치는 구조이므로, 제1 베어링(140)에는 종래의 경우보다 큰 하중이 작용하지 않게 구성하는 것이 가능하다.

따라서, 본 실시예에 따르면 제1 베어링(140)이 과도한 하중에 의해 마모되거나 파손되는 현상을 현저하게 줄일 수 있다.

한편, 기둥(120)의 가장자리에는 도 3에 도시된 바와 같이 제2 베어링(140)을 추가로 설치하여 기둥(120)의 회전이 더욱 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한 지지 부재(130)에 더 큰 부력이 발생하도록, 지지 부재(130)의 밑면을 넓게 변형할 수 있다.

참고로, 제1 베어링(140)의 교체는 다음과 같이 방법으로 이루어질 수 있다.

먼저, 유압장치(150)를 통해 유압실(160)로 공급하는 작동 유체(200)의 양을 늘리거나 공급 압력을 높여, 나셀부(110)를 포함한 기둥(120)을 상방으로 들어올린 후 쓰러지지 않도록 지지한다.

이후, 제1 베어링(140)과 기둥(120) 사이에 작업 공간이 충분히 형성되면, 파손되거나 교체할 제1 베어링(140)을 제거하고 새로운 제1 베어링(140)을 설치한다. 여기서 교체 투입되는 제1 베어링(140)은 현장에서 조립되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 풍력발전장치(100)는 제1 베어링(140)이 지면과 가까운 곳에 설치되어 있으므로, 제1 베어링(140)의 수리가 용이하다. 아울러, 나셀부(110)와 기둥(120)에 의해 발생하는 과도한 하중을 유압실(160)에서 흡수하므로, 하중에 의해 제1 베어링(140)이 파손되는 현상을 대폭 감소시킬 수 있다.

아울러, 베어링의 수리를 위해 나셀부(110)를 기중기로 들어올릴 필요가 없으므로, 베어링의 보수에 필요한 비용과 시간을 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전장치의 주요부분을 나타낸 구성도이다.

도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전장치(100)를 설명한다.

제2 실시예에 따른 풍력발전장치(100)는 지지 부재(130)과 유압실(160)의 형태에 있어서 제1 실시예와 차이점을 갖는다.

유압실(160)은 지면으로부터 땅속으로 상당한 깊이를 가지도록 형성되며, 기둥(120)의 하부를 수용할 수 있는 크기로 제작된다. 즉 본 실시예의 유압실(160)은 기둥(120)의 밑단을 완전히 둘러싼다. 유압실(160)의 위쪽에는 유압실(160)에 저장된 유체가 외부로 유출되는 것을 차단하는 차폐판(170)이 설치된다.

지지 부재(130)는 땅속 깊숙이 고정된 말뚝 형태로 설치된다. 지지 부재(130)의 일 단은 기둥(120)의 상당 높이까지 연장되고, 타 단은 땅속 깊숙이 매설된다. 여기서 지지 부재(130)와 기둥(120)은 일체로 결합하지 않는다. 즉, 기둥(120)은 지지 부재(130)에 대해 회전될 수 있다.

본 실시예에서 제1 베어링(140)은 유압실(160)의 내부 벽면에 고정 설치되어, 기둥(120)을 회전 가능하게 지지한다. 여기서 제1 베어링(140)은 유압실(160)의 내부에 잠겨지므로, 원활한 미끄럼 운동과 베어링 구성요소들의 냉각을 위한 윤활유가 필요 없다.

따라서 본 실시예에 따르면, 제1 베어링(140)의 수명을 더욱 연장할 수 있으며, 제1 베어링(140)의 성능도 향상시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 풍력발전장치(100)는 유압실(160)에 채워진 작동 유체(200)에 의해 기둥(120)의 좌우방향으로의 흔들림도 완충할 수 있는 효과를 갖는다.

특히, 본 실시예의 풍력발전장치(100)는 기둥(120)이 땅속 깊숙이 고정된 지지 부재(130)에 의해 안정적으로 고정되어 있으므로, 유압장치(150)에 의한 기둥(120)의 상하 이동이 매우 안정적이다. 따라서 본 실시예는 대형 풍력발전장치(100)에 적합하다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전장치의 주요부분을 나타낸 구성도이다.

도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전장치(100)를 설명한다.

본 실시예에 따른 풍력발전장치(100)는 유압실(160)의 위치에 있어서 전술된 실시예들과 차이점을 갖는다.

본 실시예의 기둥(120)은 내부에 수용공간(124)을 가진다. 본 발명의 제3 실시예에서는 이러한 수용공간(124) 중 일부분을 유압실(160)로 이용할 수 있다. 이러한 유압실(160)은 기둥(120)의 하중에 상당하는 유체가 채워질 수 있도록 기둥(120)의 길이방향을 따라 일정 길이로 형성될 수 있다.

지지 부재(130)는 제2 실시예와 달리 상당한 단면 크기를 갖는다. 지지 부재(130)의 내부에는 작동 유체(200)가 이동할 수 있는 유로(132)가 형성된다. 지지 부재(130)의 일 단은 수용공간(124)에 삽입되고, 타 단은 땅속에 단단히 고정된다.

한편, 유압장치(150)로부터 공급되는 작동 유체(200)는 유압 배관(152)과 유로(132)를 통해 수용공간(124)에 채워진다.

제1 베어링(140)은 기둥(120)의 밑단에 설치된다. 제1 베어링(140)은 지면에 고정되어 기둥(120)이 회전 가능하도록 지지한다.

위와 같이 구성된 풍력발전장치(100)는 유압실(160)이 기둥(120) 내부에 설치되므로, 유압실(160)을 형성하기 위한 별도의 탱크를 제작할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에 따르면, 풍력발전장치(100)의 제작비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100... 풍력발전장치
110... 나셀부 112... 날개
120... 기둥 124... 수용공간
130... 지지 부재
140... 제1 베어링 142... 제2 베어링
150... 유압장치 152... 유압 배관
160... 유압실 170... 차폐판

Claims (4)

1. 풍력 발전을 위한 날개가 설치된 나셀부;
   상기 나셀부를 지면으로부터 소정 높이로 지탱하며 상기 나셀부의 날개가 풍향과 일치하도록 회전하는 기둥;
   상기 나셀부의 날개가 풍향에 직면하도록, 상기 기둥의 원활한 회전을 위해 상기 기둥의 하단에서 설치되는 베어링;
   지중에 매설되고 상기 기둥의 하단이 내부에 위치하며, 내부에 설치된 상기 베어링에 작용하는 기둥의 하중을 저감하기 위해 저장된 유체가 상기 기둥을 떠받치는 유압실;
   상기 유압실에 작동 유체를 공급하는 유압장치; 및
   일측은 지중에 매설되며 타측은 상기 기둥과 연결되어 상기 기둥을 고정하며 지지하는 지지부재;를 포함하고,
   상기 유압장치는 상기 유압실에 유체를 공급하여 유압을 통해 상기 기둥 및 상기 지지부재를 지지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 유압실은 상기 기둥 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.

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