KR101334335B1 - 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치 - Google Patents

Abstract

풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치는, 그립핑 바디; 블레이드의 외표면 양측에 각각 대응되면서 접촉가압되는 메인 접촉가압부를 구비하며, 그립핑 바디의 양단부 영역에서 그립핑 바디에 대해 상대 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 메인 그립핑 아암; 한 쌍의 메인 그립핑 아암에 각각 링크 결합되는 한 쌍의 서브 그립핑 아암; 및 한 쌍의 서브 그립핑 아암에 마련되어 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 로킹 또는 로킹 해제시키는 로킹부를 포함한다.

Description

풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치{Gripping apparatus for windmill blade}

본 발명은, 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 블레이드가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드를 안정적으로 그립핑할 수 있는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 관한 것이다.

풍력발전기(혹은 풍력터빈)는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.

이러한 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(blade)가 허브(hub)에 연결되어 마련되는 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀 커버(nacelle cover)와, 나셀 커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.

블레이드는 공기 역학적으로 설계된 형상을 이용하여 바람의 에너지에서 유용한 공력 토크(torque)를 발생시키고 이 공력 토크를 이용하여 발전기를 회전시켜 전기를 발생시킨다.

전기 발생량을 증가시키기 위해서는 블레이드의 공기 역학적 형상이 중요하다. 뿐만 아니라 구조적으로 그 형상으로부터 유발되는 하중을 적절히 지지할 수 있어야 한다.

하중은 공기역학적 형상에 지배적이지만 구조적인 최적 설계를 통해 동일한 하중을 지지하면서도 최대한 가벼운 블레이드를 설계 하는 것이 또 하나의 중요한 설계 기술이다.

한편, 블레이드는 타워와 마찬가지로 내부가 빈 파이프(pipe) 형상을 갖는 대단히 큰 거대 구조물이다.

따라서 풍력발전기의 제작 시 특히, 해상과 같이 작업 환경이 열악한 장소에서 풍력발전기의 설치 시, 즉 타워의 상단부에 결합된 허브에 블레이드를 설치하기 위해 블레이드를 그립핑할 때에는 블레이드가 분리되지 않도록 블레이드를 안정적으로 견고하게 그립핑해야 한다.

이때, 블레이드의 외표면 형상이 일률적인 평평한 구조가 아니라 임의의 자유곡선 형상을 취하고 있다는 점을 감안할 때, 블레이드를 안정적으로 견고하게 그립핑하기 위해서는 실질적으로 국부적인 강한 힘을 이용하여 블레이드를 그립핑할 수밖에 없다.

하지만, 블레이드를 너무 과도하게 그립핑할 경우, 내부가 빈 파이프 구조물인 블레이드의 측벽이 내측으로 휘어지면서 변형될 수 있는데, 블레이드가 변형되면 공기 역학적으로 설계된 형상에서 어긋나기 때문에 동작 시 소음 및 진동을 유발하는 등 바람의 운동 에너지를 효율적으로 입력받기 어렵다.

이러한 점을 감안할 때, 즉 임의의 자유곡선 형상을 취하고 있는 블레이드의 외표면 형상에 대응되는 접촉면을 통해 블레이드를 그립핑할 수만 있다면 국부적인 강한 힘을 가하지 않더라도 블레이드를 안정적으로 그립핑할 수 있고, 이에 따라 블레이드가 변형되는 것을 저지할 수 있을 것이라 예상되므로 이에 대한 구조 개발이 요구된다.

선행기술 ; 미국특허 US7,726,941

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 임의의 자유곡선 형상을 취하고 있는 블레이드의 외표면 형상에 대응되는 접촉면을 통해 블레이드를 그립핑함으로써 블레이드가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드를 안정적으로 그립핑할 수 있는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 그립핑 바디; 블레이드의 외표면 양측에 각각 대응되면서 접촉가압되는 메인 접촉가압부를 구비하며, 상기 그립핑 바디의 양단부 영역에서 상기 그립핑 바디에 대해 상대 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 메인 그립핑 아암; 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암에 각각 링크 결합되는 한 쌍의 서브 그립핑 아암; 및 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암에 마련되어 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 로킹 또는 로킹 해제시키는 로킹부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치가 제공될 수 있다.

상기 메인 접촉가압부는, 상기 메인 그립핑 아암의 단부에 자유 회전 가능하게 결합되는 자유 회전체; 및 상기 자유 회전체에 상대 회전 가능하게 결합되며, 해당 위치에서 상기 블레이드의 외표면 형상에 대응되면서 접촉가압되는 메인 접촉가압패드를 포함할 수 있다.

상기 자유 회전체는, 제1 힌지부에 의해 상기 메인 그립핑 아암의 단부 영역에서 적어도 일 방향으로 회전 가능하게 결합되는 회전부재; 및 제2 힌지부에 의해 상기 회전부재의 단부 영역에서 상기 회전부재에 대해 상대 회전 가능하게 결합되며, 상기 메인 접촉가압패드를 지지하는 회전형 패드 지지부재를 포함할 수 있다.

상기 그립핑 바디에는 상기 메인 접촉가압부와 다른 위치에서 상기 블레이드의 외표면에 대응되면서 접촉가압되는 서브 접촉가압부가 마련될 수 있다.

상기 서브 접촉가압부는, 상기 그립핑 바디의 일측에 고정되는 고정부재; 및 상기 고정부재의 일측에 결합되며, 해당 위치에서 상기 블레이드의 외표면에 접촉가압되는 서브 접촉가압패드를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암 중 적어도 어느 일측에 마련되어 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 구동시키는 아암 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 아암 구동부는, 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암에 연결되어 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암을 독립적으로 구동시키는 제1 아암 구동부를 포함할 수 있다.

상기 아암 구동부는, 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암에 각각 연결되어 상기 제1 아암 구동부와 상호작용하면서 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 함께 구동시키는 제2 아암 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 로킹부는, 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되며, 일단부가 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암 중 다른 하나의 단부에 로킹 또는 로킹 해제되는 회전형 로커; 및 상기 회전형 로커에 연결되어 상기 회전형 로커를 회전구동시키는 로커 구동부를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 구동시키기 위한 동력을 제공하는 동력 제공부; 상기 동력 제공부에 의해 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암이 구동될 때 상기 메인 접촉가압부와 상기 서브 접촉가압부가 상기 블레이드의 외표면을 가압하는 정도를 감지하는 가압력 감지부; 및 상기 가압력 감지부의 정보에 기초하여 상기 동력 제공부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 블레이드에 대한 상기 메인 접촉가압부에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 메인 접촉가압부의 가압 방향에 역 방향으로 저항하면서 상기 블레이드의 변형을 저지시키는 변형저지유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 변형저지유닛은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브일 수 있다.

상기 변형저지유닛은, 상기 변형저지용 튜브의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 상기 변형저지용 튜브의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 적어도 하나의 부피 팽창 저지벽체를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 임의의 자유곡선 형상을 취하고 있는 블레이드의 외표면 형상에 대응되는 접촉면을 통해 블레이드를 그립핑함으로써 블레이드가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드를 안정적으로 그립핑할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치가 적용될 풍력발전기의 정면도로서 하나의 블레이드가 설치되기 전 상태의 도면이다.
도 2는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 대한 구조도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 도 2에 도시된 그립핑 장치에 의해 블레이드가 그립핑되는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.
도 6 및 도 7은 각각 메인 접촉가압부의 동작을 도시한 도면들이다.
도 8은 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 제어블록도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 구조도이다.
도 10은 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이다.
도 11은 도 10에 적용될 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 변형저지유닛에 대한 개략적인 구성도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치가 적용될 풍력발전기의 정면도로서 하나의 블레이드가 설치되기 전 상태의 도면이다.

이 도면을 참조하여 풍력발전기에 대해 간략하게 살펴보면, 풍력발전기는 나셀(nacelle, 미도시)에 연결되고 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(110, blade)와, 나셀과 블레이드(110)의 축 방향 하중을 지지하는 타워(101, tower)를 포함한다.

블레이드(110)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다. 허브(102)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가질 수 있으며, 2개 이상이 적용될 수 있다. 본 실시예의 풍력발전기에는 3개의 블레이드(110)가 적용되고 있지만 이의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

허브(102)는 다수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다. 허브(102)와 다수의 블레이드(110)를 통틀어 로터(rotor)라 부르기도 한다.

허브(102)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.

이러한 허브(102)에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)이 연결되며, 나셀은 나셀 커버(103, nacelle cover)에 의해 보호된다.

앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 나셀은, 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft, 미도시), 기어 박스(gear box, 미도시), 제너레이터(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 부르는 이름이다.

나셀 커버(103)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다. 나셀 커버(103)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀 커버(103)는 내구성이 우수한 비금속 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.

타워(101)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 다수의 블레이드(110), 허브(102), 나셀 및 나셀 커버(103) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다. 타워(101)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(101a, lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(101b, upper tower)로 구분될 수 있다.

타워(101) 역시, 블레이드(110)와 마찬가지로 내부가 빈 파이프(pipe) 형의 구조물이며, 타워(101)의 내부 빈 공간을 통해 케이블(cable) 등이 통과된다. 케이블은 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 종류의 케이블일 수 있다.

한편, 사이즈 혹은 크기가 작은 풍력발전기의 경우에는 설치에 어려움이 없지만, 예컨대 타워(101)의 길이가 대략 100 미터(m) 내외이고 블레이드(110)의 길이 역시 타워(101)에 준하는 길이를 갖는 대형 풍력발전기의 경우, 도 1처럼 허브(102)에 블레이드(110)를 설치하는 설치 작업이 그리 용이한 것은 아니다.

특히, 해상과 같이 작업 환경이 열악한 장소에서 타워(101)의 상단부에 결합된 허브(102)에 블레이드(110)를 설치하는 작업은 만만치 않다. 따라서 실제 적용 중이거나 혹은 적용 예상에 있는 블레이드(110) 설치 기술들이 연구되고 있다.

다만, 어떠한 기술을 사용하더라도 일단은 블레이드(110)를 그립핑(gripping)해야 하는데, 이처럼 블레이드(110)를 그립핑할 때에는 블레이드(110)가 분리되지 않도록 블레이드(110)를 안정적으로 견고하게 그립핑해야 한다.

하지만, 앞서도 기술한 것처럼 블레이드(110)를 너무 과도하게 그립핑할 경우, 내부가 빈 파이프 구조물인 블레이드(110)의 측벽이 내측으로 휘어지면서 변형될 우려가 높다.

만약, 블레이드(110)가 변형되면 공기 역학적으로 설계된 형상에서 어긋나기 때문에 동작 시 소음 및 진동을 유발하는 등 바람의 운동 에너지를 효율적으로 입력받기 어렵기 때문에 이러한 점을 감안한, 즉 블레이드(110)의 변형을 저지시키면서 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑해야 하는데, 이를 위해 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치(120)가 제안된다.

특히, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치(120)는 임의의 자유곡선 형상을 취하고 있는 블레이드(110)의 외표면 형상에 대응되는 접촉면을 통해 블레이드(110)를 그립핑함으로써, 종래처럼 국부적인 강한 힘을 가하지 않더라도 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑할 수 있도록 하고 있으며, 이에 따라 블레이드(110)가 변형되는 것을 저지하고 있다. 이러한 역할을 담당하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치(120)에 대해 도 2 내지 도 8을 참조하여 자세히 설명한다.

도 2는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 대한 구조도, 도 3 내지 도 5는 각각 도 2에 도시된 그립핑 장치에 의해 블레이드가 그립핑되는 과정을 단계적으로 도시한 도면들, 도 6 및 도 7은 각각 메인 접촉가압부의 동작을 도시한 도면들, 그리고 도 8은 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 제어블록도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치(120)는, 그립핑 바디(130), 메인 접촉가압부(160)를 구비하는 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140), 한 쌍의 서브 그립핑 아암(150), 그리고 로킹부(180)를 포함한다.

그립핑 바디(130)는 크레인 등에 연결되는 부분으로서 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(150)을 지지한다.

본 실시예의 경우, 그립핑 바디(130)에는 한 쌍의 메인 접촉가압부(160)와는 다른 위치에서 블레이드(110)의 외표면에 대응되면서 접촉가압되는 서브 접촉가압부(170)가 마련된다.

서브 접촉가압부(170)가 마련되면, 도 5처럼 서로 다른 3 포인트(point) 이상의 위치에서 블레이드(110)를 그립핑할 수 있기 때문에 보다 안정적으로 블레이드(110)를 그립핑할 수 있다.

후술하겠지만 한 쌍의 메인 접촉가압부(160)는 해당 위치에서 자유 회전되게 마련되는데 반해 서브 접촉가압부(170)는 그립핑 바디(130)의 일측에 고정식으로 마련된다.

본 실시예에서는, 도 2에서 도 3처럼 서브 접촉가압부(170)가 블레이드(110)의 외표면 일측에 접촉가압된다는 점을 감안할 때, 서브 접촉가압부(170)가 고정식으로 마련되는 것으로 설명하나, 이에 한정되지는 아니한다.

물론, 서브 접촉가압부(170) 역시 회전식으로 마련될 수 있으며, 이러한 사항 역시 본 발명의 권리범위에 속할 수 있다. 예를 들어, 서브 접촉가압부(170)의 회전식 구조는 메인 접촉가압부(160)의 회전식 구조와 동일하게 구현할 수 있다.

서브 접촉가압부(170)는 그립핑 바디(130)의 일측에 고정되는 고정부재(171)와, 고정부재(171)의 일측에 결합되며, 해당 위치에서 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압되는 서브 접촉가압패드(172)를 포함한다.

서브 접촉가압패드(172)는 블레이드(110)의 외표면에 대한 손상 방지를 위해 고무나 실리콘처럼 탄성이 있는 재질로 제작될 수 있다.

한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)은 그립핑 바디(130)의 양단부 영역에서 그립핑 바디(130)에 대해 상대 회전 가능하게 결합된다.

한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)은 마치 집게 타입으로서, 후술할 아암 구동부(125)의 동작에 기초하여 도 2 및 도 3처럼 상호간 벌어지거나 도 4 및 도 5처럼 상호간 접근되면서 블레이드(110)가 그립핑될 수 있는 조건을 형성한다. 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)은 모두 동일한 구조로 마련될 수 있다.

메인 접촉가압부(160)는 블레이드(110)의 외표면 형상에 대응되면서 블레이드(110)의 외표면 양측에 각각 접촉가압되는 부분으로서, 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)에 각각 하나씩 마련된다.

이러한 메인 접촉가압부(160)는, 도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 메인 그립핑 아암(140)의 단부에 자유 회전 가능하게 결합되는 자유 회전체(161)와, 자유 회전체(161)에 상대 회전 가능하게 결합되며, 해당 위치에서 블레이드(110)의 외표면 형상에 대응되면서 접촉가압되는 메인 접촉가압패드(166)를 포함한다.

여기서, 도 2 내지 도 5는 블레이드(110)의 단면을 예시한 도면이며, 도 6 및 도 7은 블레이드의 길이 방향에서 자유회전체(161)가 예시된 도면이다.

자유 회전체(161)는 제1 힌지부(162)에 의해 메인 그립핑 아암(140)의 단부 영역에서 적어도 일 방향으로 회전 가능하게 결합되는 회전부재(163)와, 제2 힌지부(164)에 의해 회전부재(163)의 단부 영역에서 회전부재(163)에 대해 상대 회전 가능하게 결합되며, 메인 접촉가압패드(166)를 지지하는 회전형 패드 지지부재(165)를 포함한다.

이때, 제1 힌지부(162)와 제2 힌지부(164)는 단순한 핀(pin) 타입일 수도 있고 아니면 볼(ball) 타입이거나 십자가형 타입일 수 있다. 제1 힌지부(162)와 제2 힌지부(164)가 볼 타입이거나 십자가형 타입인 경우, 임의 방향으로 회전이 가능해질 수 있다는 장점이 있다.

이와 같은 구조의 자유 회전체(161)가 적용되면, 도 6에서 도 7처럼 설사 블레이드(110)의 표면이 임의의 자유 곡선 형태를 갖더라도 그에 대응되면서 메인 접촉가압패드(166)가 블레이드(110)의 표면에 접촉가압될 수 있다. 따라서 블레이드(110)의 그립핑을 위하여 불필요하게 과도한 힘을 가할 필요는 없다.

한 쌍의 서브 그립핑 아암(150)은 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)에 각각 링크 결합된다. 이러한 한 쌍의 서브 그립핑 아암(150)은 아암 구동부(125)의 동작 시 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 상호 유기적으로 동작되면서 블레이드(110)를 그립핑하거나 혹은 그립핑 해제한다.

한편, 도 2에서 도 4처럼 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)와 서브 접촉가압부(170)의 서브 접촉가압패드(172)가 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압되기 위해서는 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(150)을 마치 집게 타입으로 구동시켜야 한다. 이를 위해, 아암 구동부(125)가 마련된다.

본 실시예에서 아암 구동부(125)는 제1 아암 구동부(125a)와 제2 아암 구동부(125b)를 포함한다.

제1 아암 구동부(125a)는 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)에 연결되어 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)을 독립적으로 구동시키는 역할을 한다. 즉 제1 아암 구동부(125a)는 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)이 상호간 접근 또는 이격되도록 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)을 구동시킨다.

제2 아암 구동부(125b)는 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)에 각각 연결되어 제1 아암 구동부(125a)와 상호작용하면서 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)을 함께 구동시키는 역할을 한다. 다시 말해, 제1 아암 구동부(125a)와 제2 아암 구동부(125b)가 유기적으로 동작되어야만 도 2에서 도 4처럼 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)와 서브 접촉가압부(170)의 서브 접촉가압패드(172)가 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압될 수 있다.

이러한 역할을 수행하는 제1 아암 구동부(125a)와 제2 아암 구동부(125b)는 실린더로 적용되고 있다. 물론, 제1 아암 구동부(125a)와 제2 아암 구동부(125b)가 모터 및 볼스크루의 조합에 의해서도 구현될 수 있을 것이다.

로킹부(180)는 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)에 마련되어 도 4 및 도 5처럼 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)을 로킹 또는 로킹 해제시키는 역할을 한다.

이러한 로킹부(180)는 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170) 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되며, 일단부가 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170) 중 다른 하나의 단부에 로킹 또는 로킹 해제되는 회전형 로커(181)와, 회전형 로커(181)에 연결되어 회전형 로커(181)를 회전구동시키는 로커 구동부(182)를 포함한다.

로커 구동부(182) 역시 아암 구동부(125)와 마찬가지로 실린더로 적용될 수 있다. 이에, 도 4에서 도 5처럼 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 완전히 오므려진 때에 로커 구동부(182)가 동작되면 회전형 로커(181)가 힌지(183)를 축으로 하여 회전되며, 이로써 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 로킹부(180)에 의해 로킹될 수 있게 된다.

한편, 도 2에서 도 5처럼 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 동작되려면 제1 아암 구동부(125a)와 제2 아암 구동부(125b), 그리고 로커 구동부(182)로 유압과 같은 작업유체를 공급하게 되는데, 이를 위해 도 8처럼 동력 제공부(191), 가압력 감지부(192) 및 컨트롤러(193)가 마련된다.

동력 제공부(191)는 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)을 구동시키기 위한 동력을 제공한다. 가압력 감지부(192)는 동력 제공부(191)에 의해 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 구동될 때 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)와 서브 접촉가압부(170)의 서브 접촉가압패드(172)가 블레이드(110)의 외표면을 가압하는 정도를 감지한다.

그리고 컨트롤러(193)는 가압력 감지부(192)의 정보에 기초하여 동력 제공부(191)의 동작을 컨트롤한다.

이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(193)는, 중앙처리장치(193a, CPU), 메모리(193b, MEMORY), 서포트 회로(193c, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.

중앙처리장치(193a)는 본 실시예에서 가압력 감지부(192)의 정보에 기초하여 동력 제공부(191)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(193b, MEMORY)는 중앙처리장치(193a)와 연결된다. 메모리(193b)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(193c, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(193a)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(193c)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.

본 실시예에서 가압력 감지부(192)의 정보에 기초하여 동력 제공부(191)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(193b)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(193b)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.

본 실시예에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 블레이드의 그립핑 장치(120)의 작용에 대해 설명한다.

우선, 크레인 등이 동작됨으로써 도 2에서 도 3처럼 서브 접촉가압패드(172)가 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압된다.

이러한 상태에서 제1 아암 구동부(125a)와 제2 아암 구동부(125b)가 상호 유기적으로 동작됨에 따라 도 3에서 도 4처럼 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 상호간 오므려지게 되고, 이로써 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)가 블레이드(110)의 외표면 양측에 접촉가압된다.

다음, 도 4에서 도 5처럼 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 완전히 오므려진 때에 로커 구동부(182)가 동작되면 회전형 로커(181)가 힌지(183)를 축으로 하여 회전되며, 이로써 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 로킹부(180)에 의해 로킹될 수 있게 됨으로써 블레이드(110)의 그립핑이 완료된다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 임의의 자유곡선 형상을 취하고 있는 블레이드(110)의 외표면 형상에 대응되는 접촉면을 통해 블레이드(110)를 그립핑함으로써 블레이드(110)가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑할 수 있게 된다.

실제, 본 실시예가 적용되면 과도한 가압력을 가하지 않더라도 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑할 수 있게 되는데, 특히 바람이 강한 해상에서 블레이드(110)의 설치 시 우수한 효과를 제공할 수 있을 것이라 기대된다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 구조도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치(120a)의 경우, 전술한 실시예의 구성에 더하여 변형저지유닛(270)을 더 포함하고 있다.

변형저지유닛(270)은 블레이드(110)에 대한 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)에 대응되는 위치에서 블레이드(110)의 내부에 배치되며, 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)의 가압 방향에 역 방향으로 저항하면서 블레이드(110)의 변형을 저지시키는 역할을 한다.

즉 도 9처럼 한 쌍의 메인 그립핑 아암(140)과 한 쌍의 서브 그립핑 아암(170)이 상호간 오므려지는 동작에 의해 메인 접촉가압부(160)의 메인 접촉가압패드(166)가 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압되어 블레이드(110)를 안쪽으로 가압하면서 블레이드(110)를 그립핑할 때, 변형저지유닛(270)이 블레이드(110)의 내부에 배치되어 바깥쪽으로 저항하게 되면 블레이드(110)의 그립핑 압력을 상쇄시킬 수 있기 때문에 블레이드(110)가 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다. 다시 말해, 아암(140,170)들의 강한 작업유체의 압력에 의해 블레이드(110)의 측벽이 안쪽으로 휘어지면서 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다.

본 실시예에서 이러한 역할을 담당하는 변형저지유닛(270)은 작업유체, 예컨대 유압의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브로 적용된다. 이하, 편의를 위해, 변형저지유닛(270)을 변형저지용 튜브(270)로 설명하면서 참조부호를 동일하게 부여한다.

참고로, 블레이드(110)는 금속 재질로 제작되는 타워(102)와 달리 강성이 있으면서도 가벼워야 하기 때문에 비금속 재질로 제작되는데, 이때 블레이드(110)가 변형되지 않도록 블레이드(110) 내부에는 보강리브(111)가 마련된다.

이러한 구조에서 변형저지용 튜브(270)는 보강리브(111)에 의해 구획되는 각 스페이스 모두에 마련될 수 있다. 물론, 다수의 스페이스 중에서 선택된 곳에만 변형저지용 튜브(270)가 적용되어도 무방하다.

변형저지용 튜브(270)를 설치할 때는 블레이드(110)의 내부에서 팽창이 되지 않은 일반적인 상태로 존재하나 블레이드(110)에 대한 그립핑 작업이 진행될 때에는 도 9처럼 부피 팽창되면서 블레이드(110)의 바깥쪽으로 저항함으로써 블레이드(110)의 그립핑 압력을 상쇄시켜 블레이드(110)의 변형을 저지시킬 수 있다.

여기서, 변형저지용 튜브(270)의 부피를 팽창하는 방법은 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있으며, 미리 지정된 압력으로 팽창하거나, 또는 앞서 설명한 가압력 감지부(192)에서 감지한 정보에 기초하여 팽창시킬 수 있다.

도 10은 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이고, 도 11은 도 10에 적용될 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 변형저지유닛에 대한 개략적인 구성도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 일부의 블레이드(310)의 경우, 그 내부에 다수의 보강리브(311,312)가 마련될 수 있으며, 다수의 보강리브(311,312)로 인해 블레이드(310)의 내부가 2개 이상이 스페이스(S1~S3)로 구획될 수도 있다.

이러한 경우, 변형저지유닛(370)은 각 스페이스(S1~S3)에 하나씩 개별적으로 배치될 수도 있지만 변형저지유닛(370)이 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 압력 혹은 탄성 접촉가압 튜브(136)의 작업유체 압력(A)에 역 방향으로 저항하면 되기 때문에 이러한 그립핑 압력(A)이 제공되는 곳에만 배치되어도 충분하다.

즉 도 10의 경우, 그립핑 압력(A)이 제공되는 제2 스페이스(S2)에만 변형저지유닛(370)이 배치되더라도 무방하다.

또한 변형저지유닛(370)이 동작될 때의 힘, 다시 말해 부피 팽창에 따른 압력은 그립핑 압력(A)에 역 방향인 도 10의 B 방향으로 작용하면 충분하며, 불필요하게 C 방향으로 압력이 가해질 필요는 없다. 실제, C 방향으로 압력이 가해질 경우, 보강리브(311,312)들이 휘어지는 폐단이 발생될 수도 있다

이러한 점을 감안하여 본 실시예에서는 변형저지유닛(370)을 도 11과 같이 적용하고 있다.

즉 본 실시예에서 변형저지유닛(370)은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브(371)와, 변형저지용 튜브(371)의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 변형저지용 튜브(371)의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 부피 팽창 저지벽체(372)를 포함한다.

이때, 부피 팽창 저지벽체(372)는 변형저지용 튜브(371)의 외측면에서 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 그립핑 방향을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다.

이와 같은 구조의 변형저지유닛(370)이 적용되면, 변형저지용 튜브(371) 내로 작업유체가 공급될 때, 변형저지용 튜브(371)가 도 10의 B 방향으로만 부피 팽창하면서 그립핑 압력(A)에 역 방향으로 저항하기 때문에 효율적일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

101 : 타워 102 : 허브
103 : 나셀 커버 110 : 블레이드
120 : 블레이드의 그립핑 장치 125 : 아암 구동부
125a : 제1 아암 구동부 125b : 제2 아암 구동부
130 : 그립핑 바디 140 : 메인 그립핑 아암
150 : 서브 그립핑 아암 160 : 메인 접촉가압부
161 : 자유 회전체 162 : 제1 힌지부
163 : 회전부재 164 : 제2 힌지부
165 : 회전형 패드 지지부재 166 : 메인 접촉가압패드
170 : 서브 접촉가압부 171 : 고정부재
172 : 서브 접촉가압패드 180 : 로킹부
181 : 회전형 로커 182 : 로커 구동부
191 : 동력 제공부 192 : 가압력 감지부
193 : 컨트롤러

Claims (13)

1. 그립핑 바디;
   블레이드의 외표면 양측에 각각 대응되면서 접촉가압되는 메인 접촉가압부를 구비하며, 상기 그립핑 바디의 양단부 영역에서 상기 그립핑 바디에 대해 상대 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 메인 그립핑 아암;
   상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암에 각각 링크 결합되는 한 쌍의 서브 그립핑 아암; 및
   상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암에 마련되어 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 로킹 또는 로킹 해제시키는 로킹부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 접촉가압부는,
   상기 메인 그립핑 아암의 단부에 자유 회전 가능하게 결합되는 자유 회전체; 및
   상기 자유 회전체에 상대 회전 가능하게 결합되며, 해당 위치에서 상기 블레이드의 외표면 형상에 대응되면서 접촉가압되는 메인 접촉가압패드를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 자유 회전체는,
   제1 힌지부에 의해 상기 메인 그립핑 아암의 단부 영역에서 적어도 일 방향으로 회전 가능하게 결합되는 회전부재; 및
   제2 힌지부에 의해 상기 회전부재의 단부 영역에서 상기 회전부재에 대해 상대 회전 가능하게 결합되며, 상기 메인 접촉가압패드를 지지하는 회전형 패드 지지부재를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 그립핑 바디에는 상기 메인 접촉가압부와 다른 위치에서 상기 블레이드의 외표면에 대응되면서 접촉가압되는 서브 접촉가압부가 마련되는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 서브 접촉가압부는,
   상기 그립핑 바디의 일측에 고정되는 고정부재; 및
   상기 고정부재의 일측에 결합되며, 해당 위치에서 상기 블레이드의 외표면에 접촉가압되는 서브 접촉가압패드를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암 중 적어도 어느 일측에 마련되어 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 구동시키는 아암 구동부를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 아암 구동부는,
   상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암에 연결되어 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암을 독립적으로 구동시키는 제1 아암 구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 아암 구동부는,
   상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암에 각각 연결되어 상기 제1 아암 구동부와 상호작용하면서 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 함께 구동시키는 제2 아암 구동부를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 로킹부는,
   상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되며, 일단부가 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암 중 다른 하나의 단부에 로킹 또는 로킹 해제되는 회전형 로커; 및
   상기 회전형 로커에 연결되어 상기 회전형 로커를 회전구동시키는 로커 구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
10. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암을 구동시키기 위한 동력을 제공하는 동력 제공부;
    상기 동력 제공부에 의해 상기 한 쌍의 메인 그립핑 아암과 상기 한 쌍의 서브 그립핑 아암이 구동될 때 상기 메인 접촉가압부와 상기 서브 접촉가압부가 상기 블레이드의 외표면을 가압하는 정도를 감지하는 가압력 감지부; 및
    상기 가압력 감지부의 정보에 기초하여 상기 동력 제공부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드에 대한 상기 메인 접촉가압부에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 메인 접촉가압부의 가압 방향에 역 방향으로 저항하면서 상기 블레이드의 변형을 저지시키는 변형저지유닛을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 변형저지유닛은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브인 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 변형저지유닛은,
    상기 변형저지용 튜브의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 상기 변형저지용 튜브의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 적어도 하나의 부피 팽창 저지벽체를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.

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