KR101378961B1 - 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, 풍력발전기 타워의 높이방향을 따라 승강하는 메인프레임; 및 메인프레임의 일측에 마련되되, 풍력발전기용 블레이드를 메인프레임에 대해 상대 회전가능하게 그립핑하는 그립핑유닛을 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 설치하거나 허브로부터 블레이드를 설치해제함에 있어 풍력발전기용 블레이드를 그립핑하는 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, 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, 블레이드를 타워의 상부에 결합된 허브에 설치하거나 블레이드를 교체하기 위하여 허브로부터 블레이드를 해체하는 경우에, 블레이드를 그립핑한 후, 케이블 및 크레인 등을 이용하여 블레이드를 허브에 인접하게 이송한다.
이때, 블레이드를 이송하는 과정에서 블레이드가 분리되지 않도록 블레이드를 안정적으로 견고하게 그립핑하여야 한다.
이처럼, 크레인 등을 이용하여 허브에 블레이드를 설치 및 설치 해제함에 있어서 바람 등의 외부 환경요인에 의해 블레이드가 전후 좌우로 흔들리는 경우, 블레이드의 자세를 제어하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 블레이드 자세 제어를 위한 더 많은 작업시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 블레이드가 타워 등에 부딪혀 파손될 수 있는 문제점이 있다.
[문헌1] 대한민국 공개특허 제2007-0116190호 (위벤 알로이즈) 2007.12.06.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 허브에 블레이드를 설치 및 설치 해제함에 있어서, 케이블 및 크레인을 사용하지 않고 블레이드를 타워의 높이방향을 따라 이송함과 동시에 블레이드의 자세를 제어할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기 타워의 높이방향을 따라 승강하는 메인프레임; 및 상기 메인프레임의 일측에 마련되되, 풍력발전기용 블레이드를 상기 메인프레임에 대해 상대 회전가능하게 그립핑하는 그립핑유닛을 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치가 제공될 수 있다.
상기 그립핑유닛은, 상기 블레이드를 그립핑하는 그립퍼; 및 일측이 상기 그립퍼에 연결되고, 타측이 상기 메인프레임에 상대 회전가능하게 연결된 그립퍼회전모듈을 포함할 수 있다.
상기 그립퍼는, 그립핑몸체부; 상기 그립핑몸체부에 연결되되, 상호 접근 및 이격되면서 상기 블레이드의 외측면을 그립핑하는 적어도 한 쌍의 그립핑암; 및 상기 그립핑몸체부의 일측에 마련되되, 상기 적어도 한 쌍의 그립핑암을 상호 접근 및 이격되게 구동시키는 암구동부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 한 쌍의 그립핑암은, 상기 그립핑몸체부에 연결되되, 상기 블레이드가 안착되는 블레이드안착부; 및 상기 블레이드안착부와 상호 이격되게 상기 그립핑몸체부에 연결되되, 상기 블레이드안착부에 접근 및 이격되면서 상기 블레이드의 외측면을 그립핑하는 블레이드그립핑부를 포함할 수 있다.
상기 암구동부는, 일단부가 상기 그립핑몸체부에 연결되고 타단부가 상기 블레이드그립핑부에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터일 수 있다.
상기 그립퍼는, 상기 적어도 한 쌍의 그립핑암의 상기 블레이드에 접촉하는 면에 각각 마련되되, 상기 블레이드의 외측면을 접촉가압하는 가압패드를 더 포함할 수 있다.
상기 그립퍼회전모듈은, 상기 그립핑몸체부에 일단부가 연결된 회전샤프트; 상기 회전샤프트의 타단부에 연결되되, 상기 회전샤프트 및 상기 그립핑몸체부를 회전시키는 회전구동부를 포함할 수 있다.
상기 회전구동부는, 상기 회전샤프트의 타단부에 연결된 기어박스; 및 상기 기어박스를 구동시켜 상기 회전샤프트 및 상기 그립핑몸체부를 회전시키는 기어구동부를 포함할 수 있다.
상기 메인프레임에 연결되되, 상기 메인프레임을 상기 타워의 높이방향을 따라 승강시키는 승강유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 승강유닛은, 상기 메인프레임에 마련되되, 풍력발전기의 나셀에 연결된 케이블을 귄취 및 권출하여 상기 메인프레임을 상기 타워의 높이방향으로 승강시키는 적어도 하나 이상의 구동윈치를 포함할 수 있다.
상기 승강유닛은, 상기 메인프레임의 내측에 마련되되, 상기 타워의 외측면과 접촉하는 복수의 이송롤러를 포함할 수 있다.
상기 승강유닛은, 상기 메인프레임의 내측에 마련되되, 상기 이송롤러가 상기 타워의 외측면에 접촉되게 탄성력을 제공하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 메인프레임은, 상기 타워에 외삽될 수 있도록 중심부에 마련된 홀부를 포함하며, 상기 복수의 이송롤러는 상기 홀부에 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 타워의 높이방향으로 승강하는 메인프레임과, 메인프레임의 일측에 마련되어 블레이드를 메인프레임에 대해 상대 회전가능하게 하는 그립핑유닛을 구비함으로써, 블레이드를 타워의 높이방향을 따라 이송할 수 있으며, 블레이드 설치 및 설치해제 시에 블레이드의 자세를 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 풍력발전기의 정면도로서, 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 의해 하나의 블레이드가 타워를 따라 이송되는 상태를 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 풍력발전기의 정면도로서, 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 의해 하나의 블레이드가 회전되어 허브측에 삽입되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 B방향에서 바라본 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 평면도이다.
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, 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 의해 하나의 블레이드가 타워를 따라 이송되는 상태를 상태를 나타내는 도면이고, 도 2는 풍력발전기의 정면도로서, 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치에 의해 하나의 블레이드가 회전되어 허브측에 삽입되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 B방향에서 바라본 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치를 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 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 설치되며, 특히 낮에는 육지쪽으로, 밤에는 바다쪽으로 부는 바람을 고려하여 설치되어야 한다.
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(미도시)에 삽입 및 체결하는 작업이 용이하지 않다.
특히, 해상과 같은 작업 환경이 열악한 장소에서 케이블 및 크레인을 사용하여 블레이드(110)를 허브(121)에 인접하게 이송하고, 블레이드(110)를 허브(121)에 결합하는 경우에 외부 환경요인에 의해 블레이드(110)가 전후 좌우 요동될 수 있어 더욱 그러하다.
따라서, 대형 풍력발전기를 설치함에 있어, 블레이드(110)를 안정적으로 견고하게 그립핑할 수 있으며, 외부 환경요인에 의해 블레이드(110)가 요동되는 것을 방지할 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, 풍력발전기 타워의 높이방향을 따라 승강하는 메인프레임(210)과, 메인프레임(210)에 연결되되 메인프레임(210)을 타워(140)의 높이방향을 따라 승강시키는 승강유닛(230)과, 메인프레임(210)의 일측에 마련되되 풍력발전기용 블레이드(110)를 메인프레임(210)에 대해 상대 회전가능하게 그립핑하는 그립핑유닛(250)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치(200)는, 종래와 같이 크레인 및 크레인에 연결된 케이블을 이용하여 블레이드(110)를 허브(121)에 인접하게 이송하는 것이 아니라 그립핑유닛(250)으로 블레이드(110)를 견고하고 안정되게 그립핑하고, 그립핑유닛(250)이 연결된 메인프레임(210)을 타워(140)의 높이방향으로 상승시켜 블레이드(110)를 허브(121)에 인접하게 이송한다.
또한, 메인프레임(210)에 대해 그립핑유닛(250)을 상대 회전시켜 블레이드(110)의 자세를 제어할 수 있다.
메인프레임(210)은, 타워(140)의 높이방향으로 승강하면서 블레이드(110)를 허브(121)에 인접하게 또는 블레이드(110)를 허브(121)에서 멀어지게 이송하는 역할을 한다.
그리고, 메인프레임(210)은 타워(140)의 외측면에 외삽되며 타워(140)의 높이방향으로 슬라이딩되어 이동된다. 즉, 메인프레임(210)은 타워(140)에 외삽될 수 있도록 중심부에 홀부(211)가 마련된다.
한편, 본 실시예에서 메인프레임(210)은 외형이 직육면체 형상을 갖도록 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 타워(140)에 외삽될 수 있도록 중심부에 홀부(211)가 마련되어 있으면 어느 형상이든 가능하다.
그리고, 승강유닛(230)은 메인프레임(210)을 타워(140)의 높이방향으로 승강시키는 역할을 한다.
승강유닛(230)은, 메인프레임(210)에 마련되되 풍력발전기의 나셀에 연결된 케이블(231)을 귄취 및 권출하여 메인프레임(210)을 타워(140)의 높이방향으로 승강시키는 적어도 하나 이상의 구동윈치(233)와, 메인프레임(210)의 내측에 마련되되 타워(140)의 외측면과 접촉하는 복수의 이송롤러(235)와, 메인프레임(210)의 내측에 마련되되 이송롤러(235)가 타워(140)의 외측면에 접촉되게 탄성력을 제공하는 탄성부재(237)를 포함한다.
구동윈치(233)는 메인프레임(210)의 상부에 복수 개 마련된다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 메인프레임(210)의 모서리부에 각각 구동윈치(233)를 마련하여 메인프레임(210)의 균형을 유지할 수 있도록 한다.
따라서, 구동윈치(233)를 작동시켜 나셀에 연결된 케이블(231)을 권취 및 권출함에 따라 메인프레임(210)은 타워(140)의 높이방향으로 승강된다.
그리고, 이송롤러(235)는 도 3 및 도 6에서 도시한 바와 같이 메인프레임(210)의 중심부에 마련된 홀부(211)에 마련되어 메인프레임(210)이 타워(140)를 따라 승강하는 경우에 메인프레임(210)을 가이드함과 동시에 메인프레임(210)을 타워(140)에 대해 지지하는 역할을 한다.
이송롤러(235)는, 타워(140)의 외측면에 접촉되어 메인프레임(210)의 승강에 따라 회전되어 메인프레임(210)의 승강을 가이드할 수 있으면 어느 것이든 사용가능하다.
한편, 타워(140)의 직경은 일반적으로 하부가 상부보다 크므로, 탄성부재(237)는 메인프레임(210)이 타워(140)의 높이방향으로 상승되는 경우에 이송롤러(235)가 항상 타워(140)의 외측면에 접촉되게 하는 역할을 한다.
즉, 탄성부재(237)는 이송롤러(235)가 타워(140)의 외측면에 접촉되게 탄성력을 제공한다.
도 6을 참조하면, 탄성부재(237)는 메인프레임(210)의 내측에 마련되어 이송롤러(235)의 회전축(236) 양단을 탄력지지한다.
그리고, 본 실시예에서 그립핑유닛(250)은, 블레이드(110)를 그립핑함과 동시에 블레이드(110)를 회전시켜 블레이드(110)의 자세을 제어하는 역할을 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 그립핑유닛(250)은 블레이드(110)를 그립핑하는 그립퍼(260,gripper)와, 일측이 그립퍼(260)에 연결되고 타측이 메인프레임(210)에 상대 회전가능하게 연결된 그립퍼회전모듈(270)을 포함한다.
그립퍼(260)는, 허브(121)에 블레이드(110)를 설치하거나 허브(121)로부터 블레이드(110)를 설치 해제하기 위해 블레이드(110)를 그립핑하는 역할을 한다.
본 실시예에서 그립퍼(260)는, 그립핑몸체부(261)와, 그립핑몸체부(261)에 연결되되 상호 접근 및 이격되면서 블레이드(110)의 외측면을 그립핑하는 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)과, 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)의 블레이드(110)에 접촉하는 면에 각각 마련되되 블레이드(110)의 외측면을 접촉가압하는 가압패드(267)와, 그립핑몸체부(261)의 일측에 마련되되 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 상호 접근 및 이격되게 구동시키는 암구동부(265)를 포함한다.
그립핑몸체부(261)는, 메인프레임(210)의 일측에 연결되는 부분으로서 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)과 암구동부(265)를 지지한다. 본 실시예에서 그립핑몸체부(261)는 플랜지로 구성되나, 이에 한정되지 않는다.
적어도 한 쌍의 그립핑암(262)은, 상호 접근하면서 블레이드(110)의 외측면을 그립핑하거나, 상호 이격되면서 블레이드(110)의 외측면을 그립핑 해제하는 역할을 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)은, 그립핑몸체부(261)에 연결되되 블레이드(110)가 안착되는 블레이드안착부(263)와, 블레이드안착부(263)와 상호 이격되게 그립핑몸체부(261)에 연결되되 블레이드안착부(263)에 접근 및 이격되면서 블레이드(110)의 외측면을 그립핑하는 블레이드그립핑부(264)를 포함한다.
한 쌍의 그립핑암(262)은 후술할 암구동부(265)가 블레이드그립핑부(264)에 연결되어 신장 및 수축함에 따라 블레이드그립핑부(264)가 그립핑몸체부(261)에 대해 상대회전하면서 블레이드(110)의 외측면을 그립핑한다.
그리고, 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)의 블레이드(110)에 접촉하는 면에는 가압패드(267)가 마련된다.
가압패드(267)는 고무, 우레탄 등 유연성 있는 부드러운 재질로 제작됨으로써, 블레이드(110)를 그립핑할 때 블레이드(110)의 외측면이 손상되는 것을 방지할 수 있으며 동시에 블레이드(110) 표면의 만곡형상에 대응되게 변형되어 블레이드(110)를 견고하게 그립핑할 수 있다.
그리고, 암구동부(265)는, 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 상호 접근 및 이격되게 하여 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)으로 블레이드(110)의 외측면을 그립핑하는 동력을 제공하는 역할을 한다.
본 실시예에서 암구동부(265)는, 일단부가 그립핑몸체부(261)에 연결되고 타단부가 후술할 한 쌍의 그립핑암(262)을 구성하는 블레이드그립핑부(264)에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터일 수 있다.
이와 같이, 엑츄에이터의 신장 및 수축에 의해 한 쌍의 그립핑암을 상호 접근 및 이격되게 함으로써, 블레이드(110)를 그립핑 또는 그립핑 해제한다.
한편, 본 실시예에서 그립퍼회전모듈(270)은 블레이드(110)를 그립한 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 회전시켜 블레이드(110)의 자세를 제어하는 역할을 한다.
즉, 도 1에서 도시한 바와 같이 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 회전시켜 블레이드(110)를 수평방향으로 눕힌 상태에서 타워(140)의 높이방향으로 블레이드(110)를 상승시킨다.
그리고, 도 2에서 도시한 바와 같이 블레이드(110)를 허브(121)에 인접하게 상승시킨 경우에 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 회전시켜 블레이드(110)를 수직되게 한 후 허브(121)의 블레이드 접속부(미도시)에 블레이드(110)를 삽입하여 결합할 수 있도록 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 그립퍼회전모듈(270)은, 그립핑몸체부(261)에 일단부가 연결된 회전샤프트(271)와, 회전샤프트(271)의 타단부에 연결되되 회전샤프트(271) 및 그립핑몸체부(261)를 회전시키는 회전구동부(273)를 포함한다.
회전샤프트(271)는 일단부가 그립핑몸체부(261)에 연결되고 타단부가 메인프레임(210)의 내부에 삽입 설치된다. 회전샤프트(271)의 회전동작에 의해 그립퍼(260) 전체가 회전한다.
이때, 회전샤프트(271)는 회전구동부(273)에 의해 회전하게 되는데, 회전구동부(273)는 메인프레임(210)의 내부에 마련되며, 회전샤프트(271)의 타단부에 연결된 기어박스(274)와, 기어박스(274)를 구동시켜 회전샤프트(271) 및 그립핑몸체부(261)를 회전시키는 기어구동부(275)를 포함한다.
기어박스(274)는 회전샤프트(271)의 타단부와 기어구동부(275) 사이에 연결된다.
이때, 기어구동부(275)는 기어박스(274) 일측에 연결된 종동기어(276)와 종동기어(276)에 치합된 구동기어(277)를 포함한다.
따라서, 구동기어(277)의 회전력이 종동기어(276), 기어박스(274), 회전샤프트(271)에 순차로 전달되어, 그립퍼(260)를 메인프레임(210)에 대해 상대 회전가능하게 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
타워(140)의 상부에 마련된 허브(121)에 블레이드(110)를 설치하고자 하는 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 그립퍼회전모듈(270)이 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 메인프레임(210)에 대해 상대 회전시켜 한 쌍의 그립핑암(262)이 블레이드(110)를 수평상태로 그립핑할 수 있게 한다.
그리고, 타워(140)에 외삽된 메인프레임(210)은 승강유닛(230)의 구동윈치(233)에 의해 타워(140)의 높이방향으로 상승된다.
블레이드(110)를 그립핑한 상태에서 타워(140)를 따라 상승시키므로, 종래의 케이블(231) 및 크레인 등에 의해 블레이드(110)를 허브(121)에 인접하게 이송하는 경우와 달리, 바람 등의 외부환경에 의해 블레이드(110)가 요동치는 것을 방지할 수 있어 블레이드(110)를 안정되게 허브(121)에 인접하게 이송할 수 있다.
또한, 블레이드(110)를 수평상태로 유지한 상태에서 타워(140)를 따라 상승시킬 수 있어, 블레이드(110)를 수직상태로 세운 후 이송하는 경우에 비해 블레이드(110)를 설치하는데 필요한 작업공간을 줄일 수 있다.
즉, 수평상태로 눕혀진 블레이드(110)를 직접 적어도 한 쌍의 그립핑암(262)을 이용하여 그립핑한 후, 수평상태에서 타워(140)의 높이방향으로 상승시킬 수 있으며, 이로써 블레이드(110)를 상승시키는 데 필요한 작업시간도 역시 단축할 수 있다.
그리고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 블레이드(110)가 허브(121)에 인접하게 상승된 경우에, 블레이드(110)의 루트측을 허브(121)의 블레이드 접속부에 정렬되게 회전시킨다.
즉, 기어구동부(275)를 동작시켜 회전샤프트(271) 및 그립퍼(260)를 메인프레임(210)에 대해 상대회전시켜, 블레이드(110)의 루트측이 허브(121)의 블레이드 접속부에 정렬되게 그 자세를 제어할 수 있다.
그리고, 메인프레임(210)을 상승시켜 블레이드(110)의 루트가 허브(121)의 블레이드 접속부에 삽입되도록 한다.
한편, 블레이드(110)의 수리 보수가 필요하여 블레이드(110)를 허브(121)에서 설치 해제하고자 하는 경우에는 블레이드(110)를 허브(121)에 설치하는 동작과 반대로 행해진다.
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 121: 허브
130: 나셀커버 140: 타워
200: 블레이드 그립핑 장치 210: 메인프레임
211: 홀부 230: 승강유닛
231: 케이블 233: 구동윈치
235: 이송롤러 250: 그립핑유닛
260: 그립퍼 261: 그립핑몸체부
262: 그립핑암 263: 블레이드안착부
264: 블레이드그립핑부 265: 암구동부
267: 가압패드 270: 그립퍼회전모듈
271: 회전샤프트 273: 회전구동부
274: 기어박스 275: 기어구동부

Claims (13)

  1. 풍력발전기 타워의 높이방향을 따라 승강하는 메인프레임;
    상기 메인프레임의 일측에 마련되되, 풍력발전기용 블레이드를 그립핑하는 그립퍼와 일측이 상기 그립퍼에 연결되고 타측이 상기 메인프레임에 상대 회전가능하게 연결된 그립퍼회전모듈을 포함하는 그립핑유닛;
    상기 메인프레임의 중심부에 상기 타워가 외삽되게 형성된 홀부에 마련되되, 상기 메인프레임이 상기 타워를 따라 승강하는 경우에 상기 타워의 외측면에 접촉되어 상기 메인프레임의 승강을 가이드함과 동시에 상기 메인프레임을 상기 타워에 대해 지지하는 복수의 이송롤러; 및
    상기 홀부에 마련되되, 상기 메인프레임이 상기 타워의 높이방향으로 승강되는 경우에 상기 복수의 이송롤러가 상기 타워의 외측면에 접촉되게 상기 복수의 이송롤러의 회전축을 탄력지지하는 탄성부재를 포함하며,
    상기 그립퍼회전모듈은,
    상기 그립퍼에 일단부가 연결된 회전샤프트; 및
    상기 메인프레임의 내부에 마련되되, 상기 회전샤프트의 타단부에 연결된 기어박스와 상기 기어박스에 연결된 종동기어 및 상기 종동기어에 치합된 구동기어를 포함하여, 상기 회전샤프트 및 상기 그립퍼를 회전시키는 회전구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그립퍼는,
    그립핑몸체부;
    상기 그립핑몸체부에 연결되되, 상호 접근 및 이격되면서 상기 블레이드의 외측면을 그립핑하는 적어도 한 쌍의 그립핑암; 및
    상기 그립핑몸체부의 일측에 마련되되, 상기 적어도 한 쌍의 그립핑암을 상호 접근 및 이격되게 구동시키는 암구동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 한 쌍의 그립핑암은,
    상기 그립핑몸체부에 연결되되, 상기 블레이드가 안착되는 블레이드안착부; 및
    상기 블레이드안착부와 상호 이격되게 상기 그립핑몸체부에 연결되되, 상기 블레이드안착부에 접근 및 이격되면서 상기 블레이드의 외측면을 그립핑하는 블레이드그립핑부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 암구동부는,
    일단부가 상기 그립핑몸체부에 연결되고 타단부가 상기 블레이드그립핑부에 연결되어 신장 및 수축하는 엑츄에이터인 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 그립퍼는,
    상기 적어도 한 쌍의 그립핑암의 상기 블레이드에 접촉하는 면에 각각 마련되되, 상기 블레이드의 외측면을 접촉가압하는 가압패드를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인프레임에 연결되되, 상기 메인프레임을 상기 타워의 높이방향을 따라 승강시키는 승강유닛을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 승강유닛은,
    상기 메인프레임에 마련되되, 풍력발전기의 나셀에 연결된 케이블을 귄취 및 권출하여 상기 메인프레임을 상기 타워의 높이방향으로 승강시키는 적어도 하나 이상의 구동윈치를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 그립핑 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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