KR101314824B1 - 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 타워 상에 설치되는 나셀의 전방 측에 회전가능하게 결합되는 허브 및 허브에 결합되는 복수의 블레이드를 포함하며, 허브와 복수의 블레이드 각각의 사이에 설치되는 빗물 유입 방지 부재를 포함하며, 복수의 블레이드의 일단부에는 허브의 일측에 형성된 피치 베어링에 결합될 수 있도록 복수의 돌출핀이 원형으로 배열되도록 형성되고, 빗물 유입 방지 부재는 복수의 돌출핀이 관통하여 결합될 수 있도록 복수의 결합홀을 구비한 링 형상의 판재로 이루어지는 링부 및 링부의 외주부로부터 링부의 중심축의 연장 방향으로 돌출된 연장부를 포함한다.

Description

풍력 발전기{WIND TURBINE GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것이다.
도 1은 풍력 발전기의 정면도이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 자연 에너지인 풍력을 이용해서 발전하는 풍력 발전기(1)는, 타워(2) 상에 설치된 나셀(3: nacelle), 나셀(3)의 전방 측에 설치되는 허브(4) 및 상기 허브(4)에 설치되는 블레이드(5: blade)를 구비한다.
나셀(3)은 상기 허브(4)와 일체로 회전하도록 형성된 메인 샤프트에 의하여 상기 허브(4)와 연결되며, 상기 나셀(3)의 내부에는 상기 메인 샤프트와 연결된 증속기 및 상기 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기가 설치된다.
풍력 발전기는 블레이드가 회전함에 따라 메인 샤프트가 회전하고, 메인 샤프트에 연결된 증속기의 회전력이 나셀 내부의 발전기까지 전달되어, 발전기에서 전기를 생산하게 된다.
그런데, 풍력 발전기가 설치된 지역에서 비가 오는 경우, 풍력 발전기의 블레이드가 결합된 허브의 피치 베어링 틈새를 통하여 허브의 내부로 빗물이 유입되는 경우가 발생하게 된다.
이와 같이 빗물이 허브 내부로 유입될 경우 허브 내부에 위치되는 전자 부품의 작동에 좋지 않은 영향을 줄 수 있기 때문에 블레이드 및 블레이드와 결합된 피치 베어링 사이의 틈새를 통하여 빗물의 유입을 방지할 수 있는 장치를 개발할 필요가 있다.
이와 같은 풍력 발전기의 빗물 유입 방지 장치와 관련하여 한국 등록 제 1057267호에서는 풍력 발전기의 날개부에 경사진 원판부, 원통부 및 절곡부를 설치하여 빗물의 유입이 방지되도록 하였으나, 이와 같은 종래 기술은 풍력 발전기의 블레이드 몸체에 직접 일체로 형성되므로 풍력 발전기의 블레이드 제작시 블레이드와 함께 빗물 유입 방지를 위한 원판부, 원통부 및 절곡부를 형성하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술에 따른 빗물 유입 방지 장치는 블레이드에 일체로 결합되므로, 교체 및 수리 등이 용이하지 않은 문제점이 있다.
한국 등록 특허 제 1057267호
본 발명의 일 실시예는 허브의 피치 베어링을 통하여 빗물이 유입되는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 간단한 구조로 이루어진 빗물 유입 방지 부재를 구비한 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워 상에 설치되는 나셀의 전방 측에 회전가능하게 결합되는 허브 및 상기 허브에 결합되는 복수의 블레이드를 포함하는 풍력 발전기로서, 상기 허브와 상기 복수의 블레이드 각각의 사이에 설치되는 빗물 유입 방지 부재를 포함하며, 상기 복수의 블레이드의 일단부에는 상기 허브의 일측에 형성된 피치 베어링에 결합될 수 있도록 복수의 돌출핀이 원형으로 배열되도록 형성되고, 상기 빗물 유입 방지 부재는 상기 복수의 돌출핀이 관통하여 결합될 수 있도록 복수의 결합홀을 구비한 링 형상의 판재로 이루어지는 링부 및 상기 링부의 외주부로부터 상기 링부의 중심축의 연장 방향으로 돌출된 연장부를 포함하는 풍력 발전기가 제공된다.
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이 때, 상기 연장부는 상기 링부의 외주부로부터 상기 링부의 중심축의 반경 방향에 대하여 외측으로 경사지도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 복수의 결합홀이 상기 링부에 형성될 수 있다.
이 때, 상기 링부의 외경은 상기 블레이드의 일단부의 직경보다 길게 형성될 수 있다.
이 때, 상기 블레이드의 일단부와 접하는 상기 링부의 일면에 설치되는 빗물 유입 방지용 패킹을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍력 발전기의 피치 베어링을 통하여 허브 내부로 빗물이 유입되는 것이 방지된다.
도 1은 종래의 풍력 발전기의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 허브 및 블레이드의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 설치되는 빗물 유입 방지 부재의 평면도이다.
도 4는 도 3의 빗물 유입 방지 부재의 A-A'의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 있어서 빗물 유입 방지 부재가 블레이드 및 허브와 조립되기 전 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 있어서 빗물 유입 방지 부재가 블레이드 및 허브와 조립된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 빗물 유입 방지 부재가 설치된 풍력 발전기의 블레이드가 윗 방향을 향하도록 배열된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 빗물 유입 방지 부재가 설치된 풍력 발전기의 블레이드가 옆 방향을 향하도록 배열된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 허브 및 블레이드의 정면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 설치되는 빗물 유입 방지 부재의 평면도이다. 도 4는 도 3의 빗물 유입 방지 부재의 A-A' 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 있어서 빗물 유입 방지 부재가 블레이드 및 허브와 조립되기 전 상태를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 있어서 빗물 유입 방지 부재가 블레이드 및 허브와 조립된 상태를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 허브(4)와 복수의 블레이드(5) 각각의 사이에 각각 빗물 유입 방지 부재(10)를 포함한다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 허브(4)와 블레이드(5)가 결합되는 피치 베어링(6) 사이의 틈새를 통하여 빗물이 허브(4)의 내부로 유입되는 것이 방지된다.
보다 상세히, 도 3 및 도 4를 참조하면, 허브(4)와 블레이드(5) 사이에 설치되는 빗물 유입 방지 부재(10)는 링 형상의 판재로 형성되는 몸체(12)를 포함한다. 이 때, 몸체(12)는 링부(12a) 및 연장부(12b)로 이루어질 수 있다.
링부(12a)는 내주면의 직경이 D1이며, 외주면의 직경이 D2로 이루어지는 고리형 부재이다.
링부(12a)에는 복수의 결합홀(13)이 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 배열될 수 있다. 복수의 결합홀(13)은 블레이드(5)가 피치 베어링(6)의 내륜(6a)에 결합되도록 하기 위하여 블레이드(5)의 루트부에 형성된 복수의 돌출핀(8)에 대응하는 크기 및 개수를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 링부(12a)의 일측 표면에는 패킹(14)이 설치된다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 패킹(14)은 빗물 유입 방지 부재(10)가 블레이드(5)와 허브(4) 사이에 결합된 상태에서 블레이드(5)의 하부면이 링부(12a)의 일측 표면에 접하였을 때 링부(12a)의 표면과 블레이드(5)의 하부면 사이로 빗물이 유입되지 않도록 하기 위한 구성 요소이다. 패킹(14)은 고무 또는 합성 수지재 등과 같은 공지의 밀봉 재료를 이용하여 제작될 수 있다.
이 때, 패킹(14)은 링부(12a)의 일측 표면을 모두 덮도록 형성될 수 있으나, 빗물의 유입이 방지될 수 있는 경우라면 링부의 일측 표면의 일부만을 덮도록 제작되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 블레이드(5)의 하부면과 링부(12a)가 접하는 일측 표면에 패킹(14)을 형성하였으나, 링부(12a)의 반대 표면, 즉 링부가 피치 베어링과 접촉하는 표면에 추가적으로 패킹을 설치함으로써 링부와 피치 베어링 사이의 틈새를 통하여 빗물이 유입되는 것을 완전히 방지하도록 할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 링부(12a)의 외주부에는 연장부(12b)가 형성된다. 연장부(12b)는 링부(12a)의 반경 방향으로 돌출되며 링부(12a)의 중심축의 연장 방향으로 기울어진 형태의 고리 형상으로 이루어진다. 연장부(12b)의 외경(D3)은 블레이드(5)의 하단부의 외경(D4)보다 길게 형성되어 블레이드(5)에 대하여 외측 방향으로 돌출된 형태로 이루어진다.
빗물 유입 방지 부재(10)의 연장부(12b)가 링부(12a)의 중심축의 연장 방향으로 기울어진 형태로 이루어지는 것은, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 피치 베어링(6)의 외륜에 형성되어 피치 베어링(6)을 허브와 결합시키는 볼트(9b) 및 너트(9a)와의 간섭을 피하고, 빗물 유입 방지 부재(10)의 링부(12a)와 블레이드(5) 사이에 고일 수 있는 빗물이 연장부(12b)를 지나 블레이드(5)의 외측으로 용이하게 빠져 나갈 수 있도록 하기 위함이다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.
한편, 빗물 유입 방지 부재(10)는 빗물 등에 의하여 부식되지 않는 강성 재질의 판으로 제작될 수 있다.
전술한 빗물 유입 방지 부재(10)를 블레이드(5)와 허브(4)에 설치하는 것은 빗물 유입 방지 부재(10)의 복수의 결합홀(13)을 블레이드(5) 루트부의 돌출핀(8)에 결합시킨 상태에서 블레이드(5) 루트부의 돌출핀(8)을 허브(4)의 피치 베어링 내륜(6a)의 결합홀에 결합시키고 그 후 허브(4)의 내측에서 돌출핀에 너트와 같은 결합 부재를 결합시킴으로써 달성된다. 이와 같이 블레이드(5)와 허브(4) 사이에 빗물 유입 방지 부재(10)를 결합시킨 상태가 도 6에 도시되어 있다.
이하에서는 풍력 발전기의 블레이드에 빗물 유입 방지 부재가 설치된 상태에서 빗물 유입 방지 부재가 작동하는 과정에 대하여 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7은 빗물 유입 방지 부재가 설치된 풍력 발전기의 블레이드가 윗 방향을 향하도록 배열된 상태를 도시한 도면이다. 도 8은 빗물 유입 방지 부재가 설치된 풍력 발전기의 블레이드가 옆 방향을 향하도록 배열된 상태를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 블레이드(5)가 허브(4)를 중심으로 회전하는 동안 윗 방향을 향하고 있는 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이 블레이드(5)의 하부 측면을 따라 빗물이 빗물 유입 방지 부재(10)의 상부로 유입된다. ((a) 화살표 방향)
이와 같이 빗물 유입 방지 부재(10)의 상부로 유입된 빗물은 블레이드(5)가, 도 8에 도시된 바와 같이 옆 방향으로 회전하여 하측으로 향하면 빗물 유입 방지 부재(10)의 연장부(12b)의 경사면(15)을 따라 블레이드로부터 멀어지는 방향((b) 화살표 방향)으로 빗물 유입 방지 부재(10)를 빠져 나간다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 블레이드(5)가 측 방향 및 하측 방향을 향하여 회전하는 동안 빗물 유입 방지 부재(10)에 빗물이 고이지 않고 블레이드(5)의 외측 방향으로 빠져 나가므로 빗물이 블레이드(5)와 허브 사이를 통하여 유입되는 것이 방지된다.
한편, 블레이드(5)가 윗 방향을 향하고 있는 경우 빗물 유입 방지 부재(10)로 유입된 빗물은 빗물 유입 방지 부재(10)에 설치된 패킹(14)에 의하여 빗물 유입 방지 부재(10)와 블레이드(5) 사이로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
그리고, 블레이드(5)가 윗 방향을 향하고 있을 때 빗물 유입 방지 부재(10)의 위로 유입된 빗물은 블레이드(5)가 회전함에 따라 빗물 유입 방지 부재(10)로부터 빠져 나가게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 풍력 발전기(1)의 블레이드(5)와 허브(4) 사이에 간단한 방식으로 설치될 수 있는 간단한 구조의 빗물 유입 방지 부재(10)를 구비하므로, 블레이드(5)와 허브(4) 사이의 틈을 통하여 빗물이 허브(4) 내로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 풍력 발전기의 빗물 유입 방지 부재는 간단한 구조로 이루어지면서도 풍력 발전기의 블레이드와 허브를 조립할 때 함께 조립하여 사용할 수 있으므로, 풍력 발전기 조립시 함께 조립하여 사용하거나 또는 이미 제작된 풍력 발전기에도 부가적으로 설치하여 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 빗물 유입 방지 부재는 용이하게 블레이드 및 허브로부터 분리시킬 수 있으므로, 빗물 유입 방지 부재의 교체 및 수리 등 유지 보수가 용이하다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 풍력 발전기 2 타워
3 나셀 4 허브
5 블레이드 6 피치 베어링
10 빗물 유입 방지 부재 12 몸체
13 결합홀 14 패킹

Claims (8)

  1. 타워 상에 설치되는 나셀의 전방 측에 회전가능하게 결합되는 허브 및 상기 허브에 결합되는 복수의 블레이드를 포함하는 풍력 발전기로서,
    상기 허브와 상기 복수의 블레이드 각각의 사이에 설치되는 빗물 유입 방지 부재를 포함하며,
    상기 복수의 블레이드의 일단부에는 상기 허브의 일측에 형성된 피치 베어링에 결합될 수 있도록 복수의 돌출핀이 원형으로 배열되도록 형성되고,
    상기 빗물 유입 방지 부재는 상기 복수의 돌출핀이 관통하여 결합될 수 있도록 복수의 결합홀을 구비한 링 형상의 판재로 이루어지는 링부 및
    상기 링부의 외주부로부터 상기 링부의 중심축의 연장 방향으로 돌출된 연장부를 포함하는, 풍력 발전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 링부의 외주부로부터 상기 링부의 중심축의 반경 방향에 대하여 외측으로 경사지도록 형성되는, 풍력 발전기
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 결합홀이 상기 링부에 형성되는, 풍력 발전기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 링부의 외경은 상기 블레이드의 일단부의 직경보다 길게 형성되는, 풍력 발전기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드의 일단부와 접하는 상기 링부의 일면에 설치되는 빗물 유입 방지용 패킹을 더 포함하는, 풍력 발전기.
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