KR101346179B1 - 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치 - Google Patents

풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치 Download PDF

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Abstract

풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치는, 풍력발전기용 블레이드 루트부를 그립핑하는 루트그립퍼; 및 블레이드 팁부를 그립핑하는 팁그립퍼를 포함하되, 루트그립퍼는, 블레이드 루트부가 내부에 배치되는 루트프레임부; 루트프레임부에 대칭되게 마련되고, 상호 접근 및 이격되면서 블레이드 루트부의 외측면에 밀착 및 밀착 해제되어 블레이드 루트부를 그립핑 및 그립핑 해제하는 한쌍의 루트그립핑부; 및 한쌍의 루트그립핑부의 일측에 각각 마련되고, 블레이드 루트부를 한쌍의 루트그립핑부에 밀착한 상태에서 구름운동시켜 블레이드 루트부를 회전시키는 루트회전모듈을 포함한다.

Description

풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치{BLADE GRIPPING APPARATUS FOR WIND TURBINE}
본 발명은, 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 풍력발전기의 허브에 블레이드를 설치함에 있어 블레이드의 피치 각도를 제어할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력발전을 들 수 있다.
그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다.
그리고, 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 막대한 시설비가 요구됨은 물론 방사선 누출의 위험성 때문에 지역주민들의 강한 반발이 예상되며, 나아가 폐기물처리도 쉽지 않으며, 사소한 사고라할지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항상 존재하는 등 다양한 문제점이 있다.
이에, 화력이나 원자력 발전으로 인한 공해문제로부터 자유롭고 고갈될 염려없는 영구적인 에너지원으로서 풍력, 조력, 수력, 태양열 등과 같은 자연 에너지를 에너지원으로 활용하려는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.
특히, 자연 에너지를 이용한 발전 가운데 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 풍력발전이 대안으로 부각되고 있으며, 풍력발전은 구조나 설치 등이 간단함과 동시에 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다.
한편, 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나, 소음과 진동 등에 의한 환경피해가 속출하고 발전용량이 대형화되고, 미관, 장소의 제약 등의 여러문제로 인하여 최근에는 해상에 풍력발전단지를 집약적으로 집단화시켜 건설하는 것이 추세이다.
풍력발전기는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(blade)가 연결되는 허브(hub)를 구비한 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀 커버(nacelle cover)와, 블레이드, 로터, 나셀 및 나셀커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.
블레이드는 공기 역학적으로 설계된 형상을 이용하여 바람 에너지에서 유용한 공력 토크(torque)를 발생시키고, 공력 토크를 이용하여 발전기를 회전시켜 전기를 발생시킨다.
블레이드는 전기 발생량을 증가시키기 위해 공기 역학적 형상이 중요할 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 설계하는 것이 또 하나의 중요한 설계 기술이다.
한편, 허브에 블레이드를 설치하는 작업은, 블레이드 그립핑 장치를 이용하여 블레이드를 그립핑하고, 크레인 등을 이용하여 블레이드 그립핑 장치 및 블레이드를 허브에 인접하게 수평방향으로 이송한 후, 허브에 마련된 블레이드 접속부에 블레이드를 삽입 설치한다.
그리고, 블레이드 루트부와 블레이드 접속부의 결합은, 블레이드 루트부에 마련된 복수 개의 볼트를 블레이드 접속부에 마련된 복수 개의 볼트홀에 삽입한 후 볼트결합한다.
그러나, 복수 개의 볼트를 볼트홀에 삽입하기 위해서는 블레이드의 피치 각도를 조절하여 볼트와 볼트홀을 정렬하여야 하는데, 종래에는 블레이드의 피치 각도를 제어하는 장치가 별도로 마련되어 있지 않아 허브에 마련된 피치 베어링을 회전시켜 볼트와 볼트홀을 정렬하였다.
따라서, 피치 베어링을 회전시킬 수 있는 별도의 장치가 필요하며, 그에 따른 작업시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
[문헌1] 대한민국 공개특허 제2007-0116190호 (위벤 알로이즈) 2007.12.06.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 블레이드를 허브에 설치함에 있어서 블레이드의 피치 각도를 제어할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기용 블레이드 루트부를 그립핑하는 루트그립퍼; 및 상기 블레이드 팁부를 그립핑하는 팁그립퍼를 포함하되, 상기 루트그립퍼는, 상기 블레이드 루트부가 내부에 배치되는 루트프레임부; 상기 루트프레임부에 대칭되게 마련되고, 상호 접근 및 이격되면서 상기 블레이드 루트부의 외측면에 밀착 및 밀착 해제되어 상기 블레이드 루트부를 그립핑 및 그립핑 해제하는 한쌍의 루트그립핑부; 및 상기 한쌍의 루트그립핑부의 일측에 각각 마련되고, 상기 블레이드 루트부를 상기 한쌍의 루트그립핑부에 밀착한 상태에서 구름운동시켜 상기 블레이드 루트부를 회전시키는 루트회전모듈을 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치가 제공될 수 있다.
상기 한쌍의 루트그립핑부 각각은, 상기 블레이드 루트부의 외측면을 접촉가압하는 그립핑패드; 상기 그립핑패드의 일측에 연결되고, 상기 그립핑패드를 지지하는 그립핑패드 지지부; 및 상기 그립핑패드 지지부에 연결되고, 신장 및 수축동작에 의해 상기 그립핑패드를 상기 블레이드 루트부의 외측면에 밀착 및 밀착 해제하는 그립핑패드 구동부를 포함할 수 있다.
상기 그립핑패드 구동부는, 일단부가 상기 루트프레임부에 연결되고 타단부가 상기 그립핑패드 지지부에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터일 수 있다.
상기 루트회전모듈은, 상기 한쌍의 그립핑패드 지지부를 상호 반대방향으로 승강시키도록, 상기 그립핑패드 지지부와 상기 그립핑패드 구동부 사이에 마련될 수 있다.
상기 루트회전모듈은, 상기 그립핑패드 지지부의 일측에 상기 그립핑패드 지지부의 높이방향으로 마련된 가이드레일; 및 일측이 상기 그립핑패드 구동부에 연결되고 타측이 상기 가이드레일에 연결되어, 상기 그립핑패드 지지부를 승강시키는 구동체를 포함할 수 있다.
상기 루트회전모듈은, 상기 구동체의 일측에 마련된 구동모터; 상기 그립핑패드 구동부에 연결되고, 상기 구동체 및 상기 구동모터를 지지하는 지지블록; 및 상기 그립핑패드 지지부의 일측에 상기 가이드레일로부터 이격되게 마련되고, 상기 구동체의 동작에 의한 상기 그립핑패드 지지부의 이송을 안내하는 그립핑패드 지지부 가이드레일을 포함할 수 있다.
상기 팁그립퍼는, 상기 블레이드 팁부가 안착되는 팁프레임부; 상기 팁프레임부에 대향되게 연결되고, 상기 팁프레임부에 접근 및 이격되면서 상기 블레이드 팁부의 외측면을 그립핑하는 팁그립핑부; 및 일단부가 상기 팁프레임부에 연결되고 타단부가 상기 팁그립핑부에 연결되고, 상기 팁그립핑부를 상기 팁프레임부에 접근 및 이격되게 구동시키는 팁그립핑 구동부를 포함할 수 있다.
상기 팁그립퍼는, 상기 팁프레임부에 대해 상기 팁그립핑부를 지지하고, 상기 팁그립핑부가 상기 팁프레임부에 대해 상대 회전가능하도록 일단부가 상기 팁그립핑부에 연결되고 타단부가 상기 팁프레임부에 회전가능하게 연결된 지지부재를 더 포함할 수 있다.
상기 팁그립퍼에 연결된 크레인케이블 상에 연결되되, 상기 블레이드 팁부를 상승 및 하강시켜 상기 블레이드의 위치 각도를 조절하도록, 상기 크레인케이블의 길이를 조절하는 케이블 길이조절유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 케이블 길이조절유닛은, 상기 크레인케이블이 권취된 적어도 하나 이상의 드럼윈치; 및 상기 크레인케이블이 상기 드럼윈치에 권취 및 권출되게 상기 드럼윈치를 구동시키는 드럼윈치 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 블레이드 루트부의 외측면을 밀착한 상태에서 구름운동시켜 블레이드 루트부를 회전시킴으로써 블레이드 피치 각도를 조절할 수 있어 허브에 블레이드를 설치하는데 소요되는 작업시간을 단축할 수 있다.
도 1은 풍력발전기의 정면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 의해 하나의 블레이드가 이송되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 루트그립퍼를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 루트회전모듈의 작동상태를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 팁그립퍼를 나타내는 정면도이다.
도 5는 풍력발전기의 정면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 케이블 길이조절유닛에 의해 블레이드가 경사진 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 케이블 길이조절유닛을 나타내는 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 풍력발전기의 정면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 의해 하나의 블레이드가 이송되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 루트그립퍼를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 루트회전모듈의 작동상태를 나타내는 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 팁그립퍼를 나타내는 정면도이고, 도 5는 풍력발전기의 정면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 케이블 길이조절유닛에 의해 블레이드가 경사진 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치의 케이블 길이조절유닛을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 풍력발전기는 나셀(nacelle, 미도시)에 연결되고 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(110, blade)와, 블레이드(110)의 회전에 따라 회전하되 블레이드(110)가 연결되는 허브(121)를 구비한 로터(120,rotor)와, 나셀, 로터(120) 및 블레이드(110)를 지지하는 타워(140)를 포함한다.
블레이드(110)는 바람에 의해 회전되어 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다. 로터(120)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가진다.
그리고, 본 실시예에 따른 풍력발전기는 바람의 특성을 최대한 활용하면서 안정성을 추구할 수 있도록 3개의 블레이드(110)를 구비하나, 이에 한정되지 않으며 블레이드(110)의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
블레이드(110)는 시계 또는 반시계 방향으로 자유롭게 회전가능한 양방향 타입의 블레이드(110)가 설치된다.
로터(120)의 허브(121)는 복수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다.
허브(121)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome)형상을 가질 수 있다.
그리고, 허브(121)의 일측에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)이 연결되며, 나셀은 나셀커버(130, nacelle cover)에 의해 보호된다.
나셀은 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft, 미도시), 기어박스(gear box, 미도시), 발전기(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 일컫는다.
이처럼, 나셀커버(130)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다.
나셀커버(130)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀커버(130)는 내구성이 우수한 비금속 혹은 금속 복합 재질로 제작된다.
한편, 타워(140)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 복수의 블레이드(110), 허브(121), 나셀 및 나셀커버(130) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다.
타워(140)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수 있다.
타워(140)는 내부가 빈 파이프(pipe) 형의 구조물이며, 타워(140)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 풍력발전기 설치에 커다란 어려움이 없으나, 본 실시예에서와 같이 타워(140)의 길이가 대략 100 미터(m) 내외이고 블레이드(110)의 길이 역시 타워(140)에 준하는 길이를 갖는 대형 풍력발전기의 경우, 허브(121)에 인접하게 블레이드(110)를 이송하고 블레이드(110)를 허브(121)의 블레이드 접속부(123)에 삽입 및 체결하는 작업이 용이하지 않다.
따라서, 블레이드(110)를 설치함에 있어 많은 작업시간이 소요되므로, 풍력발전기 설치작업을 용이하게 할 수 있으며, 또한, 작업시간을 단축할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치(200)가 요구된다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치(200)는, 풍력발전기용 블레이드 루트부(111)를 그립핑하는 루트그립퍼(210)와, 블레이드 팁부(113)를 그립핑하는 팁그립퍼(250)와, 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150) 상에 연결되되 블레이드 팁부(113)를 상승 및 하강시켜 블레이드(110)의 위치 각도를 조절하도록, 크레인케이블(150)의 길이를 조절하는 케이블 길이조절유닛(300)을 포함한다.
본 실시예에서 루트그립퍼(210)는, 블레이드 루트부(111)를 그립핑함과 동시에 블레이드 루트부(111)를 회전시켜 블레이드(110)의 피치 각도를 제어하는 역할을 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 루트그립퍼(210)는, 블레이드 루트부(111)가 내부에 배치되는 루트프레임부(220)와, 루트프레임부(220)에 대칭되게 마련되되 상호 접근 및 이격되면서 블레이드 루트부(111)의 외측면에 밀착 및 밀착 해제되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑 및 그립핑 해제하는 한쌍의 루트그립핑부(230)와, 한쌍의 루트그립핑부(230)의 일측에 각각 마련되되 블레이드 루트부(111)를 한쌍의 루트그립핑부(230)에 밀착한 상태에서 구름운동시켜 상기 블레이드 루트부(111)를 회전시키는 루트회전모듈(240)을 포함한다.
루트프레임부(220)는, 한쌍의 루트그립핑부(230)와 루트회전모듈(240)을 지지하는 역할을 한다.
본 실시예에서 루트프레임부(220)는 사각틀로 구성되나, 이에 한정되지 않으며 루트프레임부(220)의 형상에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
그리고, 한쌍의 루트그립핑부(230)는, 상호 접근하면서 블레이드 루트부(111)의 외측면에 밀착되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑하거나, 상호 이격되면서 블레이드 루트부(111)의 외측면에서 밀착 해제되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑 해제하는 역할을 한다.
한쌍의 루트그립핑부(230) 각각은, 블레이드 루트부(111)의 외측면을 접촉가압하는 그립핑패드(231)와, 그립핑패드(231)의 일측에 연결되되 그립핑패드(231)를 지지하는 그립핑패드 지지부(233)와, 그립핑패드 지지부(233)에 연결되되 신장 및 수축동작에 의해 그립핑패드(231)를 블레이드 루트부(111)의 외측면에 밀착 및 밀착 해제하는 그립핑패드 구동부(235)를 포함한다.
그립핑패드(231)는, 그립핑패드 구동부(235)의 동작에 의해 블레이드 루트부(111)의 외측면에 접촉되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑하는 역할을 한다.
본 실시예에서 그립핑패드(231)는, 고무, 우레탄 등 유연성 있는 부드러운 재질로 제작됨으로써, 블레이드 루트부(111)를 그립핑할 때 블레이드 루트부(111) 외측면이 손상되는 것을 방지할 수 있으며 동시에 블레이드 루트부(111) 표면의 원형형상에 대응되게 변형되어 블레이드 루트부(111) 표면에 면접촉됨으로써 블레이드 루트부(111)를 견고하게 그립핑할 수 있다.
그리고, 그립핑패드 지지부(233)는 그립핑패드(231)의 일측면에 결합되어 그립핑패드(231)를 지지하는 역할을 한다.
또한, 그립핑패드 지지부(233)는, 후술할 그립핑패드 구동부(235)의 신장 및 수축동작에 의해 그립핑패드(231)를 블레이드 루트부(111)에 밀착 및 밀착 해제하는 역할을 한다.
본 실시예에서 그립핑패드 지지부(233)는 그립핑패드(231)가 결합되는 사각 플레이트 형상으로 형성되나, 이에 한정되지 않으며 그립핑패드 지지부(233)의 형상에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
그리고, 그립핑패드 구동부(235)는 그립핑패드(231)가 블레이드 루트부(111)에 밀착되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑하는 동력을 제공하는 역할을 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 그립핑패드 구동부(235)는, 일단부가 루트프레임부(220)에 연결되고 타단부가 그립핑패드 지지부(233)에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터로 구성된다.
엑츄에이터가 신장되는 경우에 한쌍의 그립핑패드(231)가 상호 접근되어 블레이드 루트부(111)에 밀착되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑하고, 엑츄에이터가 수축되는 경우에 한쌍의 그립핑패드(231)가 상호 이격되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑 해제한다.
그리고, 본 실시예에서 루트회전모듈(240)은, 블레이드 루트부(111)를 그립핑한 한쌍의 그립핑패드(231) 및 그립핑패드 지지부(233)를 상호 반대방향으로 승강시켜 블레이드 루트부(111)를 블레이드(110) 길이방향 중심축을 중심으로 회전되게 함으로써 블레이드(110)의 자세를 제어하는 역할을 한다. 즉, 루트회전모듈(240)은 블레이드(110)의 피치 각도를 제어하는 역할을 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 루트회전모듈(240)은, 그립핑패드 지지부(233)의 일측에 그립핑패드 지지부(233)의 높이방향으로 마련된 가이드레일(241)과, 일측이 그립핑패드 구동부(235)에 연결되고 타측이 가이드레일(241)에 연결되어 그립핑패드 지지부(233)를 승강시키는 구동체(242)와, 구동체(242)의 일측에 마련된 구동모터(243)와, 그립핑패드 구동부(235)에 연결되되 구동체(242) 및 구동모터(243)를 지지하는 지지블록(244)과, 그립핑패드 지지부(233)의 일측에 가이드레일(241)로부터 이격되게 마련되되 구동체(242)의 동작에 의한 그립핑패드 지지부(233)의 이송을 안내하는 그립핑패드 지지부 가이드레일(245)을 포함한다.
그립핑패드 지지부(233)의 그립핑패드 구동부(235)가 연결되는 일측면에는 높이방향을 따라 가이드레일(241)이 마련된다. 본 실시예에서 가이드레일(241)은 그립핑패드 지지부(233)의 높이방향으로 배치된 랙기어를 포함한다.
그리고, 구동체(242)는 일측이 그립핑패드 구동부(235)에 연결되고 타측이 가이드레일(241)에 연결되어 그립핑패드 지지부(233) 및 그립핑패드(231)를 승강시킨다. 본 실시예에서 구동체(242)는 랙기어와 치합되는 피니언기어를 포함한다.
그리고, 구동모터(243)는 구동체(242)의 일측에 마련되어 구동체(242)에 구동력을 제공하는 역할을 한다.
그리고, 지지블록(244)은 구동체(242) 및 구동모터(243)를 그립핑패드 구동부(235)의 일단부에 지지하는 역할을 한다. 또한, 지지블록(244)은 구동체(242) 및 구동모터(243)를 그립핑패드 구동부(235), 즉 엑츄에이터의 일단부에 연결하는 역할을 한다.
그리고, 구동체(242)를 구성하는 피니언기어가 가이드레일(241)을 구성하는 랙기어에 치합되어 회전하는 경우, 그립핑패드 지지부(233) 및 그립핑패드(231)는 높이방향으로 승강되며, 그립핑패드 지지부 가이드레일(245)은 그립핑패드 지지부(233) 및 그립핑패드(231)의 승강을 안내하는 역할을 한다.
상기와 같이 구성된 루트회전모듈(240)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
블레이드 루트부(111)를 기준으로 양측에 한쌍의 루트그립핑부(230)가 마련된다.
그리고, 루트그립핑부(230)를 구성하는 그립핑패드 구동부(235)의 신장에 의해 그립핑패드(231) 및 그립핑패드 지지부(233)는 블레이드 루트부(111)의 외측면에 밀착된다. 즉, 블레이드 루트부(111)의 외측면에 그립핑패드(231) 및 그립핑패드 지지부(233)가 밀착되어 블레이드 루트부(111)를 그립핑한다.
그리고, 루트회전모듈(240)을 이용하여 블레이드(110)의 피치 각도를 제어하고자 하는 경우에, 그립핑패드 구동부(235)의 일단부에 연결된 구동체(242)인 랙기어가 그립핑패드 지지부(233)의 일측면에 높이방향으로 배치된 가이드레일(241)인 피니언기어에 치합되어 회전되면서 그립핑패드 지지부(233)를 높이방향으로 승강시킨다.
즉, 블레이드 루트부(111)를 기준으로 양측에 마련된 한쌍의 그립핑패드(231) 및 그립핑패드 지지부(233)가 상호 반대방향으로 상승 및 하강되면서 블레이드 루트부(111)를 구름운동시켜 블레이드(110)의 피치 각도를 제어할 수 있게 한다.
한편, 본 실시예에서 팁그립퍼(250)는, 허브(121)에 블레이드(110)를 설치하기 위해 블레이드 팁부(113)를 그립핑하는 역할을 한다.
도 4를 참조하면, 팁그립퍼(250)는 블레이드 팁부(113)가 안착되는 팁프레임부(251)와, 팁프레임부(251)에 대향되게 연결되되 팁프레임부(251)에 접근 및 이격되면서 블레이드 팁부(113)의 외측면을 그립핑하는 팁그립핑부(253)와, 팁프레임부(251)에 대해 팁그립핑부(253)를 지지하되 팁그립핑부(253)가 팁프레임부(251)에 대해 상대 회전가능하도록 일단부가 팁그립핑부(253)에 연결되고 타단부가 팁프레임부(251)에 회전가능하게 연결된 지지부재(257)와, 일단부가 팁프레임부(251)에 연결되고 타단부가 팁그립핑부(253)에 연결되되 팁그립핑부(253)를 팁프레임부(251)에 접근 및 이격되게 구동시키는 팁그립핑 구동부(255)와, 팁프레임부(251) 및 팁그립핑부(253)의 블레이드 팁부(113)에 접촉하는 면에 각각 마련되되 블레이드 팁부(113)의 외측면을 접촉가압하는 팁가압패드(259)를 포함한다.
팁프레임부(251)에는 블레이드 팁부(113)가 안착된다. 본 실시예에서 팁프레임부(251)는 블레이드(110)가 안착되는 평판으로 구성되나, 이에 한정되지 않으며 팁프레임부(251)의 형상에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
그리고, 팁그립핑부(253)는 팁프레임부(251)에 대향되게 설치되며, 팁프레임부(251)에 접근하면서 팁프레임부(251)와 함께 블레이드 팁부(113)의 외측면을 그립핑하거나, 팁프레임부(251)와 이격되면서 블레이드 팁부(113)의 외측면을 그립핑 해제한다.
그리고, 지지부재(257)는 일단부가 팁그립핑부(253)에 연결되고 타단부가 팁프레임부(251)에 회전가능하게 힌지결합되어 팁그립핑부(253)가 팁프레임부(251)에 접근 및 이격될 수 있도록 하며, 팁프레임부(251)에 대해 팁그립핑부(253)를 지지한다.
그리고, 팁그립핑 구동부(255)는 팁그립핑부(253)가 팁프레임부(251)에 접근 및 이격되게 하여 블레이드 팁부(113)의 외측면을 그립핑 및 그립핑 해제하는 동력을 제공하는 역할을 한다.
본 실시예에서 팁그립핑 구동부(255)는 일단부가 팁프레임부(251)에 연결되고 타단부가 팁그립핑부(253)에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터로 구성된다. 팁그립핑 구동부(255)는 지지부재(257)가 설치된 팁프레임부(251)의 반대편 일단부에 설치된다.
엑츄에이터가 수축되는 경우에 팁그립핑부(253)가 팁프레임부(251)에 접근하면서 팁그립핑부(253)와 팁프레임부(251)가 블레이드 팁부(113)를 그립핑하고, 엑츄에이터가 신장되는 경우에 팁그립핑부(253)가 팁프레임부(251)에서 이격되어 팁그립핑부(253)와 팁프레임부(251)가 블레이드 팁부(113)를 그립핑 해제한다.
그리고, 팁프레임부(251) 및 팁그립핑부(253)의 블레이드 팁부(113)에 접촉하는 면에는 각각 블레이드 팁부(113)의 외측면을 접촉가압하는 팁가압패드(259)가 마련된다.
팁가압패드(259)는 고무, 우레탄 등 유연성 있는 부드러운 재질로 제작됨으로써, 블레이드 팁부(113)를 그립핑할 때 블레이드 팁부(113)의 외측면이 손상되는 것을 방지할 수 있으며 동시에 블레이드 팁부(113) 표면의 만곡형상에 대응되게 변형되어 블레이드 팁부(113)를 견고하게 그립핑할 수 있다.
한편, 도 1의 블레이드(110)가 삽입 설치되는 블레이드 접속부(123)가 타워(140)를 기준으로 90도인 수평상태로 유지된 경우와 달리, 도 5에서 도시한 바와 같이 블레이드 접속부(123)가 수평상태로 유지되지 않고, 타워(140)를 기준으로 60도에 위치한 경우에, 블레이드(110)의 위치 각도를 조절하여야 한다. 즉, 블레이드(110)를 블레이드 접속부(123)에 정렬되게 롤링(rolling)하여야 한다.
따라서, 본 실시예에서는 블레이드 접속부(123)의 위치에 맞춰 블레이드(110)의 위치 각도, 즉 롤링 각도를 조절할 수 있도록 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150)의 길이를 조절하는 케이블 길이조절유닛(300)이 마련된다.
도 5를 참조하면, 케이블 길이조절유닛(300)은, 블레이드 팁부(113)를 상승 및 하강시켜 블레이드(110)의 위치 각도, 즉 롤링 각도를 조절할 수 있게 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150) 상에 연결된다.
그리고, 도 6을 참조하면, 케이블 길이조절유닛(300)은, 크레인케이블(150)이 권취된 적어도 하나 이상의 드럼윈치(310)와, 크레인케이블(150)이 드럼윈치(310)에 권취 및 권출되게 드럼윈치(310)를 구동시키는 드럼윈치 구동부(330)를 포함한다.
도 6에서 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 드럼윈치(310)는 제1 드럼윈치(311)와, 제2 드럼윈치(313)를 포함하며, 각각 크레인케이블(150)의 길이를 조절할 수 있다.
즉, 제1 드럼윈치(311)는 제1 드럼윈치 구동부(331)에 의해 크레인측에 연결된 크레인케이블(150)을 권취 및 권출하여 크레인케이블(150)의 길이를 조절할 수 있으며, 제2 드럼윈치(313)는 제2 드럼윈치 구동부(333)에 의해 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150)을 권취 및 권출하여 크레인케이블(150)의 길이를 조절할 수 있다.
도 5에서와 같이, 타워(140)를 기준으로 60도에 위치한 블레이드 접속부(123)에 대응되게 블레이드(110)의 롤링 각도를 조절하기 위해 케이블 길이조절유닛(300)은 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150)의 길이를 조절한다.
즉, 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150)을 권취하여 블레이드 팁부(113)를 블레이드 루트부(111)에 대해 상대적으로 상승시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 블레이드 접속부(123)에 블레이드(110)를 삽입 설치하기 위해서는 블레이드 접속부(123)에 정렬되게 블레이드(110)를 이송하여야 한다.
즉, 블레이드 루트부(111)는 루트그립퍼(210)에 의해, 블레이드 팁부(113)는 팁그립퍼(250)에 의해 각각 그립핑된 후, 크레인 등에 의해 블레이드 접속부(123)에 인접하게 이송된다.
그리고, 블레이드 접속부(123)에 정렬되게 블레이드 루트부(111)의 위치를 조절한 후, 블레이드 접속부(123)를 향하여 블레이드(110)를 이동시켜 블레이드 접속부(123)에 블레이드 루트부(111)를 삽입 설치한다.
이때, 블레이드 접속부(123)와 블레이드 루트부(111)는 볼트결합되기 때문에, 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수 개의 볼트(미도시)를 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수 개의 볼트홀(미도시)에 정확하게 삽입하여야 한다.
본 실시예에서 복수 개의 볼트와 볼트홀의 정렬은 루트회전모듈(240)에 의해 달성된다.
루트회전모듈(240)은 블레이드 루트부(111)의 양측에 밀착된 한쌍의 그립핑패드(231) 및 그립핑패드 지지부(233)를 상호 반대방향으로 승강시켜 블레이드 루트부(111)를 구름운동시킴으로써, 블레이드(110)의 피치 각도를 조절한다.
즉, 루트회전모듈(240)은, 한쌍의 그립핑패드 지지부(233)의 일측에 각각 높이방향으로 가이드레일(241)을 마련하고, 가이드레일(241)에 연결되는 한쌍의 구동체(242)를 회전시켜 한쌍의 그립핑패드 지지부(233)를 상호 반대방향으로 승강시킨다. 따라서, 한쌍의 그립핑패드(231)에 밀착된 블레이드 루트부(111)는 구름운동되고 회전되면서 피치 각도가 변화된다.
이처럼, 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치(200)는, 블레이드 루트부(111)를 블레이드 접속부(123)에 볼트결합함에 있어 루트회전모듈(240)을 이용하여 블레이드(110)의 피치 각도를 조절할 수 있어 블레이드(110) 설치에 따른 작업시간을 단축할 수 있다.
또한, 도 5에서 도시한 바와 같이 블레이드 접속부(123)가 타워(140)를 기준으로 60도 위치한 경우, 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150)의 길이를 조절하여 블레이드(110)의 롤링 각도를 조절할 수 있다.
즉, 케이블 길이조절유닛(300)을 이용하여 블레이드 접속부(123) 위치에 정렬되도록 블레이드 팁부(113)를 블레이드 루트부(111)에 대하여 상대적으로 높게 상승시킨다.
이는, 케이블 길이조절유닛(300)을 구성하는 적어도 하나 이상의 드럼윈치(310)를 구동시켜 팁그립퍼(250)에 연결된 크레인케이블(150)을 권취함으로써 달성된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 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 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 블레이드 120: 로터
121: 허브 123: 블레이드 접속부
130: 나셀커버 140: 타워
150: 크레인케이블 200: 블레이드 그립핑 장치
210: 루트그립퍼 220: 루트프레임부
230: 루트그립핑부 231: 그립핑패드
233: 그립핑패드 지지부 235: 그립핑패드 구동부
240: 루트회전모듈 241: 가이드레일
242: 구동체 243: 구동모터
244: 지지블록 245: 그립핑패드 지지부 가이드레일
250: 팁그립퍼 251: 팁프레임부
253: 팁그립핑부 255: 팁그립핑 구동부
257: 지지부재 259: 팁가압패드
300: 케이블 길이조절유닛 310: 드럼윈치
330: 드럼윈치 구동부

Claims (10)

  1. 풍력발전기용 블레이드 루트부를 그립핑하는 루트그립퍼; 및
    상기 블레이드 팁부를 그립핑하는 팁그립퍼를 포함하되,
    상기 루트그립퍼는,
    상기 블레이드 루트부가 내부에 배치되는 루트프레임부;
    상기 루트프레임부에 대칭되게 마련되고, 상호 접근 및 이격되면서 상기 블레이드 루트부의 외측면에 밀착 및 밀착 해제되어 상기 블레이드 루트부를 그립핑 및 그립핑 해제하는 한쌍의 루트그립핑부; 및
    상기 한쌍의 루트그립핑부의 일측에 각각 마련되고, 상기 블레이드 루트부를 상기 한쌍의 루트그립핑부에 밀착한 상태에서 구름운동시켜 상기 블레이드 루트부를 회전시키는 루트회전모듈을 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한쌍의 루트그립핑부 각각은,
    상기 블레이드 루트부의 외측면을 접촉가압하는 그립핑패드;
    상기 그립핑패드의 일측에 연결되고, 상기 그립핑패드를 지지하는 그립핑패드 지지부; 및
    상기 그립핑패드 지지부에 연결되고, 신장 및 수축동작에 의해 상기 그립핑패드를 상기 블레이드 루트부의 외측면에 밀착 및 밀착 해제하는 그립핑패드 구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그립핑패드 구동부는,
    일단부가 상기 루트프레임부에 연결되고 타단부가 상기 그립핑패드 지지부에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터인 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 루트회전모듈은,
    상기 한쌍의 그립핑패드 지지부를 상호 반대방향으로 승강시키도록, 상기 그립핑패드 지지부와 상기 그립핑패드 구동부 사이에 마련되는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 루트회전모듈은,
    상기 그립핑패드 지지부의 일측에 상기 그립핑패드 지지부의 높이방향으로 마련된 가이드레일; 및
    일측이 상기 그립핑패드 구동부에 연결되고 타측이 상기 가이드레일에 연결되어, 상기 그립핑패드 지지부를 승강시키는 구동체를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 루트회전모듈은,
    상기 구동체의 일측에 마련된 구동모터;
    상기 그립핑패드 구동부에 연결되고, 상기 구동체 및 상기 구동모터를 지지하는 지지블록; 및
    상기 그립핑패드 지지부의 일측에 상기 가이드레일로부터 이격되게 마련되고, 상기 구동체의 동작에 의한 상기 그립핑패드 지지부의 이송을 안내하는 그립핑패드 지지부 가이드레일을 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 팁그립퍼는,
    상기 블레이드 팁부가 안착되는 팁프레임부;
    상기 팁프레임부에 대향되게 연결되고, 상기 팁프레임부에 접근 및 이격되면서 상기 블레이드 팁부의 외측면을 그립핑하는 팁그립핑부; 및
    일단부가 상기 팁프레임부에 연결되고 타단부가 상기 팁그립핑부에 연결되고, 상기 팁그립핑부를 상기 팁프레임부에 접근 및 이격되게 구동시키는 팁그립핑 구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팁그립퍼는,
    상기 팁프레임부에 대해 상기 팁그립핑부를 지지하고, 상기 팁그립핑부가 상기 팁프레임부에 대해 상대 회전가능하도록 일단부가 상기 팁그립핑부에 연결되고 타단부가 상기 팁프레임부에 회전가능하게 연결된 지지부재를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팁그립퍼에 연결된 크레인케이블 상에 연결되되, 상기 블레이드 팁부를 상승 및 하강시켜 상기 블레이드의 위치 각도를 조절하도록, 상기 크레인케이블의 길이를 조절하는 케이블 길이조절유닛을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 케이블 길이조절유닛은,
    상기 크레인케이블이 권취된 적어도 하나 이상의 드럼윈치; 및
    상기 크레인케이블이 상기 드럼윈치에 권취 및 권출되게 상기 드럼윈치를 구동시키는 드럼윈치 구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
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