KR101334336B1 - 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치 - Google Patents

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김성태
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조승호
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치는, 상호간 접근 또는 이격되면서 블레이드의 외측면을 그립핑(gripping)하는 한 쌍의 그립핑 아암; 및 그립핑 아암들의 단부에 마련되며, 블레이드의 외표면에 자력으로 부착 또는 부착 해제되는 그립핑용 자력체를 포함한다.

Description

풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치{Gripping apparatus for windmill blade}
본 발명은, 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자력을 이용하여 블레이드를 그립핑함으로써 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.
하지만, 블레이드를 너무 과도하게 그립핑할 경우, 내부가 빈 파이프 구조물인 블레이드의 측벽이 내측으로 휘어지면서 변형될 우려가 높은데, 블레이드가 변형되면 공기 역학적으로 설계된 형상에서 어긋나기 때문에 동작 시 소음 및 진동을 유발하는 등 바람의 운동 에너지를 효율적으로 입력받기 어렵다.
따라서 블레이드의 설치를 위해 블레이드를 그립핑할 때, 블레이드가 변형되는 것을 저지하기 위한 효율적인 방안이 요구된다.
선행기술 ; 미국특허 US7,726,941
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자력을 이용하여 블레이드를 그립핑함으로써 블레이드가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드를 안정적으로 그립핑할 수 있는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상호간 접근 또는 이격되면서 블레이드의 외측면을 그립핑(gripping)하는 한 쌍의 그립핑 아암; 및 상기 그립핑 아암들의 단부에 마련되며, 상기 블레이드의 외표면에 자력으로 부착 또는 부착 해제되는 그립핑용 자력체를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치가 제공될 수 있다.
상기 그립핑용 자력체는 전자석을 포함할 수 있으며, 상기 블레이드에는 상기 전자석이 자력으로 부착되도록 금속 플레이트가 마련될 수 있다.
상기 금속 플레이트는 상기 블레이드의 복합재 사이에 적층되게 마련될 수 있다.
상기 블레이드에는 상기 금속 플레이트의 위치를 마킹(marking)하는 위치 마킹부가 더 마련될 수 있다.
상기 그립핑용 자력체는, 상기 블레이드의 외표면 손상이 저지되도록 상기 전자석에 결합되는 고무자석을 더 포함할 수 있다.
상기 그립핑용 자력체로 전류를 공급하는 전류 공급부; 상기 그립핑용 자력체의 자력(torque)을 감지하는 자력 감지부; 및 상기 자력 감지부의 정보에 기초하여 상기 전류 공급부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 그립핑 아암과 연결되는 그립핑 바디; 및 상기 한 쌍의 그립핑 아암을 구동시키는 아암 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 그립핑 아암 모두는, 상기 그립핑 바디에 연결되는 메인 링크 아암; 및 힌지에 의해 상기 메인 링크 아암에 개별적으로 연결되며, 상기 메인 링크 아암에 대하여 접철되는 적어도 하나의 서브 링크 아암을 포함할 수 있다.
상기 아암 구동부는, 상기 그립핑 바디와 상기 메인 링크 아암 사이에 연결되는 기어 박스를 포함할 수 있다.
상기 아암 구동부는, 상기 메인 링크 아암과 상기 서브 링크 아암에 연결되는 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 블레이드에 대한 상기 그립핑 아암의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 그립핑 아암의 그립핑 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.
상기 부피 팽창 저지벽체는 상기 변형저지용 튜브의 외측면에서 상기 한 쌍의 그립핑 아암의 그립핑 방향을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 자력을 이용하여 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 의해 블레이드가 그립핑된 상태의 도면이다.
도 3은 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 의해 블레이드가 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 4는 블레이드의 측면 구조도이다.
도 5는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 제어블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 구조도이다.
도 7은 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이다.
도 8은 도 7에 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), 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) 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 블레이드의 강도가 현저히 저하되고 동작 시 공기 역학적으로 설계된 형상에서 어긋나기 때문에 소음 및 진동을 유발하여 블레이드의 수명뿐만 아니라 전체 풍력발전기의 수명과 효율을 감소시키게 된다. 그리하여 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.
도 2는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 의해 블레이드가 그립핑된 상태의 도면이고, 도 3은 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치에 의해 블레이드가 그립핑 해제된 상태의 도면이며, 도 4는 블레이드의 측면 구조도이고, 도 5는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치(120)는, 상호간 접근 또는 이격되면서 블레이드(110)의 외측면을 그립핑(gripping)하는 한 쌍의 그립핑 아암(132)과, 그립핑 아암(132)들의 단부에 마련되고 블레이드(110)의 외표면에 자력으로 부착 또는 부착 해제되는 그립핑용 자력체(135)를 포함한다.
그립핑 아암(132)은 그립핑 바디(131)에 연결되며, 아암 구동부(133,134)에 의해 도 2 및 도 3처럼 집게 방식으로 구동된다.
그립핑 바디(131)는 크레인 등에 연결되는 부분으로서 한 쌍의 그립핑 아암(132)과 아암 구동부(133,134)를 지지한다.
한 쌍의 그립핑 아암(132)은 마치 집게 타입으로서, 아암 구동부(133,134)의 동작에 기초하여 도 2처럼 상호간 접근되면서 블레이드(110)를 그립핑하거나 도 3처럼 상호간 이격되면서 블레이드(110)를 그립핑 해제한다.
한 쌍의 그립핑 아암(132)에 대해 살펴보면, 본 실시예에서 한 쌍의 그립핑 아암(132) 모두는 동일한 구조로 마련될 수 있다. 즉 한 쌍의 그립핑 아암(132) 모두는, 그립핑 바디(131)에 연결되는 메인 링크 아암(132a)과, 힌지(132c)에 의해 메인 링크 아암(132a)에 개별적으로 연결되며, 메인 링크 아암(132a)에 대하여 접철되는 제1 및 제2 서브 링크 아암(132b,132c)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 서브 링크 아암(132b,132c)은 하나의 아암(arm)일 수도 있지만 본 실시예의 경우, 두 개의 아암이 상호간 링크 결합된 구조로 적용된다. 물론, 도면과 달리 제1 및 제2 서브 링크 아암(132b,132c)이 하나의 아암이어도 무방하다.
아암 구동부(133,134)는 한 쌍의 그립핑 아암(132)을 집게 형식으로 구동시키기 위한 동력을 제공한다.
이러한 아암 구동부(133,134)는 그립핑 바디(131)와 메인 링크 아암(132a) 사이에 연결되는 기어 박스(133)와, 메인 링크 아암(132a)과 서브 링크 아암(132b)에 연결되는 액추에이터(134)를 포함할 수 있다.
반드시 그러한 것은 아니지만 기어 박스(133)는 스퍼기어, 헬리컬 기어, 베벨 기어 등으로 적용될 수 있다. 본 실시예의 경우, 기어 박스(133)는 한 쌍의 기어(133a,133b), 즉 구동기어(133a)와 피동기어(133b)로 적용될 수 있으며, 구동기어(133a)에 모터 등을 연결하여 구동기어(133a)를 동작시킴에 따라 피동기어(133b)가 따라 돌면서 한 쌍의 그립핑 아암(132)이 집게 형식으로 동작되도록 하고 있다.
액추에이터(134)는 힘이 강한 유압 실린더일 수 있으나 경우에 따라 공압이나 유공압 복합 실린더가 적용될 수도 있다.
이에, 기어 박스(133)와 액추에이터(134)가 일 방향으로 동작되면 한 쌍의 그립핑 아암(132)이 도 2처럼 상호간 접근되면서 블레이드(110)를 그립핑할 수 있고, 기어 박스(133)와 액추에이터(134)가 역 방향으로 동작되면 도 3처럼 한 쌍의 그립핑 아암(132)이 블레이드(110)를 그립핑 해제할 수 있다.
그립핑용 자력체(135)는 그립핑 아암(132)들의 단부, 즉 제2 서브 링크 아암(132c)의 단부에 마련되는 자석지지체(138)에 결합되어 블레이드(110)의 외표면에 자력으로 부착 또는 부착 해제된다.
본 실시예의 경우, 제2 서브 링크 아암(132c)의 단부에 자석지지체(138)가 마련되고 이 자석지지체(138)에 그립핑용 자력체(135)가 결합되는 것을 개시하고 있지만, 경우에 따라 그립핑용 자력체(135)는 제2 서브 링크 아암(132c)의 단부에 직결될 수도 있을 것이다.
본 실시예에서 그립핑용 자력체(135)는 자석지지체(138)에 결합되는 전자석(136)과, 블레이드(110)의 외표면 손상이 저지되도록 전자석(136)에 결합되는 고무자석(137)을 포함한다.
경우에 따라 고무자석(137) 없이 전자석(136)만을 사용할 수도 있지만 고무자석(137)을 사용하게 되면 비교적 부드러운 고무자석(137)이 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압되는 형태가 되기 때문에 블레이드(110) 그립핑 시 블레이드(110)의 외표면이 손상되는 것을 저지할 수 있다.
한편, 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 전단 웹(shear web, 111)이 마련된다.
블레이드(110)가 금속 재질로 제작되면 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)이 블레이드(110)에 자력으로 부착되는 데에 이상이 없다.
하지만, 본 실시예처럼 블레이드(110)가 금속 재질이 아닌 비금속 재질로 제작되는 경우라면 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)이 자력으로 부착될 수 있도록 블레이드(110) 쪽에 금속 재질의 자성체가 마련되어야 한다.
이를 위해, 본 실시예의 블레이드(110)에는 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)이 자력으로 부착될 수 있도록 금속 플레이트(115)가 마련된다.
금속 플레이트(115)는 블레이드(110)의 외표면 혹은 내표면에 덧대지는 형태로 결합되거나 또는 복합재 사이에 적층되어질 수도 있다. 하지만, 본 실시예의 경우에는 금속 플레이트(115)가 블레이드(110)를 형성하는 복합재 사이에 적층되도록 하고 있다. 다시 말해, 블레이드(110)의 제조 시 금속 플레이트(115)가 일체로 내장되도록 하고 있다.
이 경우, 금속 플레이트(115)를 블레이드(110) 전체면 모두에 배치할 필요는 없으며, 한 쌍의 그립핑 아암(132)이 그립핑하는 그 위치의 블레이드(110)에 국한하여 배치하면 그것으로 충분하다.
이러한 점을 감안하여 본 실시예의 경우, 블레이드(110)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 플레이트(115)의 위치를 마킹(marking)하는 위치 마킹부(118)가 마련된다. 이처럼 위치 마킹부(118)가 마련되면 금속 플레이트(115)가 위치된 영역을 눈으로 식별할 수 있기 때문에 블레이드(110)의 그립핑 작업이 용이해질 수 있다. 위치 마킹부(118)는 요철 형태의 구조일 수도 있고 아니면 페인트 형태의 식별일 수도 있다.
한편, 금속 플레이트(115)에 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)이 자력으로 부착되기 위해 도 5처럼 전류 공급부(181), 자력 감지부(182) 및 컨트롤러(183)가 마련된다.
전류 공급부(181)는 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)으로 전류를 공급하며, 자력 감지부(182)는 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)의 자력(torque)을 감지한다.
그리고 컨트롤러(183)는 자력 감지부(182)의 정보에 기초하여 전류 공급부(181)의 동작을 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(183)는, 중앙처리장치(183a, CPU), 메모리(183b, MEMORY), 서포트 회로(183c, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(183a)는 본 실시예에서 자력 감지부(182)의 정보에 기초하여 전류 공급부(181)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(183b, MEMORY)는 중앙처리장치(183a)와 연결된다. 메모리(183b)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(183c, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(183a)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(183c)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 자력 감지부(182)의 정보에 기초하여 전류 공급부(181)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(183b)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(183b)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명의 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.
이상 설명한 바와 같이, 도 2처럼 기어 박스(133)와 액추에이터(134)의 동작에 의해 한 쌍의 그립핑 아암(132)이 상호간 접근되도록 하면서 전류 공급부(181)를 통해 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)으로 전류를 공급하면, 전자석(136)의 자력에 의해 전자석(136)이 금속 플레이트(115) 쪽으로 달라붙게 되고, 이러한 작용을 통해 블레이드(110)를 그립핑할 수 있다.
블레이드(110)를 그립핑한 후, 블레이드(110)에 대한 설치를 완료하고 나면 도 3처럼 기어 박스(133)와 액추에이터(134)의 역 방향 동작으로 블레이드(110)의 그립핑을 해제시키면 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 자력을 이용 하여 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 자력에 의해 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 6은 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 제1 실시예의 구성에 더하여 변형저지유닛(170)을 더 포함하고 있다.
변형저지유닛(170)은 블레이드(110)에 대한 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 블레이드(110)의 내부에 배치되며, 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 블레이드(110)의 변형을 저지시키는 역할을 한다.
즉 도 6처럼 한 쌍의 그립핑 아암(132)이 먼저 동작된 후, 전자석(136)의 자력에 의해 전자석(136)이 금속 플레이트(115) 쪽으로 달라붙게 되면서 블레이드(110)를 그립핑할 때, 변형저지유닛(170)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, 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 압력에 의해, 혹은 그립핑용 자력체(135)의 전자석(136)의 강한 힘에 의해 블레이드(110)의 측벽이 안쪽으로 휘어지면서 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다.
본 실시예에서 이러한 역할을 담당하는 변형저지유닛(170)은 작업유체, 예컨대 유압의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브로 적용된다. 이하, 편의를 위해, 변형저지유닛(170)을 변형저지용 튜브(170)로 설명하면서 참조부호를 동일하게 부여한다.
변형저지용 튜브(170)는 전단 웹(111)에 의해 구획되는 각 스페이스 모두에 마련될 수 있다. 물론, 다수의 스페이스 중에서 선택된 곳에만 변형저지용 튜브(170)가 적용되어도 무방하다.
변형저지용 튜브(170)를 설치할 때는 블레이드(110)의 내부에서 팽창이 되지 않은 일반적인 상태로 존재하나 블레이드(110)에 대한 그립핑 작업이 진행될 때에는 도 6처럼 부피 팽창되면서 블레이드(110)의 바깥쪽으로 저항함으로써 블레이드(110)의 그립핑 압력을 상쇄시켜 블레이드(110)의 변형을 저지시킬 수 있다.
참고로, 블레이드(110)의 설치가 완료되면 변형저지용 튜브(170)가 제거되는 것이 바람직할 수도 있지만 만약 변형저지용 튜브(170)의 제거가 불가능하거나 비용 또는 효율 대비 변형저지용 튜브(170)의 제거가 용이하지 않은 경우라면 변형저지용 튜브(170)를 블레이드(110) 내에 그대로 두어도 무방하다. 이러한 경우라면 블레이드(110)의 설치 후 풍력발전기가 가동될 때 블레이드(110)와 함께 변형저지용 튜브(170)가 회전될 것인데, 이때 변형저지용 튜브(170)가 블레이드(110) 내에서 임의로 이동되는 것을 저지하기 위해 변형저지용 튜브(170)가 블레이드(110)의 내벽면이나 혹은 전단 웹(111) 중 적어도 어느 일측에 접착되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
도 7은 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이고, 도 8은 도 7에 적용될 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치의 변형저지유닛에 대한 개략적인 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일부의 블레이드(210)의 경우, 그 내부에 다수의 전단 웹(211,212)이 마련될 수 있으며, 다수의 전단 웹(211,212)으로 인해 블레이드(210)의 내부가 2개 이상의 스페이스(S1~S3)로 구획될 수도 있다.
이러한 경우, 변형저지유닛(270)은 각 스페이스(S1~S3)에 하나씩 개별적으로 배치될 수도 있지만 변형저지유닛(270)이 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 압력 혹은 전자석(136)의 자력에 의한 압력(A)에 역 방향으로 저항하면 되기 때문에 이러한 그립핑 압력(A)이 제공되는 곳에만 배치되어도 충분하다.
즉 도 7의 경우, 그립핑 압력(A)이 제공되는 제2 스페이스(S2)에만 변형저지유닛(270)이 배치되더라도 무방하다.
또한 변형저지유닛(270)이 동작될 때의 힘, 다시 말해 부피 팽창에 따른 압력은 그립핑 압력(A)에 역 방향인 도 7의 B 방향으로 작용하면 충분하며, 불필요하게 C 방향으로 압력이 가해질 필요는 없다. 실제, C 방향으로 압력이 가해질 경우, 전단 웹(211,212)들이 휘어지는 폐단이 발생될 수도 있다
이러한 점을 감안하여 본 실시예에서는 변형저지유닛(270)을 도 8과 같이 적용하고 있다.
즉 본 실시예에서 변형저지유닛(270)은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브(271)와, 변형저지용 튜브(271)의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 변형저지용 튜브(271)의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 부피 팽창 저지벽체(272)를 포함한다.
이때, 부피 팽창 저지벽체(272)는 변형저지용 튜브(271)의 외측면에서 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 그립핑 방향을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다.
이와 같은 구조의 변형저지유닛(270)이 적용되면, 변형저지용 튜브(271) 내로 작업유체가 공급될 때, 변형저지용 튜브(271)가 도 7의 B 방향으로만 부피 팽창하면서 그립핑 압력(A)에 역 방향으로 저항하기 때문에 효율적일 수 있다. 한편, 부피 팽창 저지벽체(272)는 전단 웹(211,212)들에 결합되어 위치 고정될 수 있는데, 이는 설치 후 부피 팽창 저지벽체(272)를 포함한 변형저지유닛(270)이 블레이드(210) 내에서 임의로 이동되는 것을 저지하기 위한 방안일 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
115 : 금속 플레이트 118 : 위치 마킹부
120 : 블레이드의 그립핑 장치 131 : 그립핑 바디
132 : 그립핑 아암 132a : 메인 링크 아암
132b,132c : 서브 링크 아암 132c : 힌지
133,134 : 아암 구동부 135 : 그립핑용 자력체
136 : 전자석 137 : 고무자석
170 : 변형저지유닛 181 : 전류 공급부
182 : 자력 감지부 183 : 컨트롤러

Claims (14)

  1. 상호간 접근 또는 이격되면서 블레이드의 외측면을 그립핑(gripping)하는 한 쌍의 그립핑 아암;
    상기 그립핑 아암들의 단부에 마련되며, 상기 블레이드의 외표면에 자력으로 부착 또는 부착 해제되는 그립핑용 자력체;
    상기 그립핑용 자력체로 전류를 공급하는 전류 공급부;
    상기 그립핑용 자력체의 자력(torque)을 감지하는 자력 감지부; 및
    상기 자력 감지부의 정보에 기초하여 상기 전류 공급부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑용 자력체는 전자석을 포함하며,
    상기 블레이드에는 상기 전자석이 자력으로 부착되도록 금속 플레이트가 마련되는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 플레이트는 상기 블레이드의 복합재 사이에 적층되게 마련되는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 블레이드에는 상기 금속 플레이트의 위치를 마킹(marking)하는 위치 마킹부가 더 마련되는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 그립핑용 자력체는,
    상기 블레이드의 외표면 손상이 저지되도록 상기 전자석에 결합되는 고무자석을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 그립핑 아암과 연결되는 그립핑 바디; 및
    상기 한 쌍의 그립핑 아암을 구동시키는 아암 구동부를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 한 쌍의 그립핑 아암 모두는,
    상기 그립핑 바디에 연결되는 메인 링크 아암; 및
    힌지에 의해 상기 메인 링크 아암에 개별적으로 연결되며, 상기 메인 링크 아암에 대하여 접철되는 적어도 하나의 서브 링크 아암을 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아암 구동부는,
    상기 그립핑 바디와 상기 메인 링크 아암 사이에 연결되는 기어 박스를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아암 구동부는,
    상기 메인 링크 아암과 상기 서브 링크 아암에 연결되는 액추에이터를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드에 대한 상기 그립핑 아암의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 그립핑 아암의 그립핑 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.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 부피 팽창 저지벽체는 상기 변형저지용 튜브의 외측면에서 상기 한 쌍의 그립핑 아암의 그립핑 방향을 제외한 나머지 영역에 배치되는 풍력발전기용 블레이드의 그립핑 장치.
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