KR101390850B1 - 풍력터빈 블레이드 - Google Patents

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Abstract

풍력터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력터빈이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 상부면, 하부면, 리딩 엣지 및 트레일링 엣지를 포함하는 익형의 풍력터빈 블레이드는 일단부가 하부면에 접착된 상태에서, 타단부가 트레일링 엣지 측으로 연장되고, 상부면 및 리딩 엣지 측을 감싸면서 일단부의 하면에 오버랩되어 접착되는 보호막이 코팅된다.

Description

풍력터빈 블레이드{WIND TURBINE BLADE}
본 발명은 풍력터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력터빈에 관한 것이다.
풍력터빈은 블레이드, 기어박스, 발전기, 제어시스템, 타워 등으로 이루어져 있다. 여기서, 블레이드는 바람의 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 풍력터빈의 핵심적인 구성요소이다. 예컨대, 블레이드의 외형은 높은 굽힘 하중과 원심력을 견딜 수 있도록 기체 역학적 익형(airfoil) 형상을 만들어 주는 쉘 구조, 내부는 박스 빔 구조와 샌드위치 판넬 구조로 이루어져 있다.
즉, 블레이드는 스파 캡(Spar cap), 전단 웹(Shear web), 스킨, 리딩 엣지, 트레일링 엣지로 구성되어 있다. 여기서, 스파 캡과 전단 웹은 박스 빔을 구성하여 대부분의 굽힘 하중과 전단 하중을 지탱한다. 그리고, 샌드위치 쉘 구조의 스킨과 단방향 섬유 적층부로 마련된 리딩 엣지 및 트레일링 엣지는 공력과 구조 하중을 함께 지탱하는 역할을 수행한다.
한편, 블레이드가 대형화됨에 따라 블레이드 재료의 비강성 및 비중량이 중요한 요소로 부각되고 있다. 블레이드의 재료는 비강도와 비강성이 우수한 섬유강화 고분자 복합재료로 대체되고 있으며, 보강섬유로는 E-glass 계통의 유리섬유가 주로 사용되고 있다. 최근에는 유리섬유보다 더 가볍고 강한 탄소섬유가 일부 하중부재로 사용되고 있다.
이러한 블레이드는 자외선 노출에 의한 노화, 부식 및 먼지, 벌레 등의 각종 이물질이 누적될 수 있으며, 이는 풍력터빈의 생산성 및 효율성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
종래 미국공개특허 제2010/0003138호(2010.01.07 공개)와 미국공개특허 제2011/0318496호(2011.11.29 공개)는 각각 청소장비를 이용하여 블레이드를 청소(세정)하는 기술을 공개한 바 있다. 그러나, 이러한 종래 기술은 각종 장비 및 인력 투입으로 인한 비용이 발생하고, 해당 장비를 사용하여 익형의 블레이드의 각 부분을 청소하는 데에 따른 한계 및 어려움이 있다.
1. 미국공개특허 제2010/0003138호(2010.01.07 공개) 2. 미국공개특허 제2011/0318496호(2011.11.29 공개)
본 발명의 실시 예는 블레이드에 보호막을 코팅하여, 블레이드 보호, 수명연장 및 관리 등을 효율적으로 수행할 수 있는 풍력터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력터빈을 제공하고자 한다.
또한, 블레이드에 복수 개로 보호막이 적층되어 있어, 오염되거나 손상된 보호막을 박리시키는 작업으로 블레이드의 관리를 간편하게 수행할 수 있는 풍력터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력터빈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부면, 하부면, 리딩 엣지 및 트레일링 엣지를 포함하는 익형의 풍력터빈 블레이드에 있어서,
일단부가 상기 하부면에 접착된 상태에서, 타단부가 상기 트레일링 엣지 측으로 연장되고, 상기 상부면 및 상기 리딩 엣지 측을 감싸면서 상기 일단부의 하면에 오버랩되어 접착되는 보호막이 코팅된 풍력터빈 블레이드가 제공될 수 있다.
상기 일단부와 상기 타단부는 상기 트레일링 엣지 측 하부면에 접착될 수 있다.
상기 보호막은 복수 개로 적층되어 착탈 가능하게 코팅될 수 있다.
상기 보호막은 상기 블레이드의 팁 부위로부터 상기 블레이드의 루트측으로 일정 크기로 배열되어 코팅될 수 있다.
상기 보호막은 자외선 차단용 이형 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 타워; 상부면, 하부면, 리딩 엣지 및 트레일링 엣지를 포함하는 익형의 블레이드; 상기 나셀에 회전 가능하게 결합되며, 상기 블레이드를 장착한 허브;를 포함하되, 상기 블레이드는 일단부가 상기 하부면에 접착된 상태에서, 타단부가 상기 트레일링 엣지 측으로 연장되고, 상기 상부면 및 상기 리딩 엣지 측을 감싸면서 상기 일단부의 하면에 오버랩되어 접착되는 보호막이 코팅된 풍력터빈이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력터빈은 블레이드에 보호막을 코팅하여, 블레이드 보호, 수명연장 및 관리 등을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한, 블레이드에 복수 개로 보호막이 적층되어 있어, 오염되거나 손상된 보호막을 박리시키는 작업으로 블레이드의 관리를 간편하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보호막이 코팅된 풍력터빈 블레이드를 도시한다.
도 2는 상기 도 1의 블레이드에 코팅된 보호막을 사시도로 도시한 것이다.
도 3은 양력이 작용하는 상기 도 3의 보호막의 개념도이다.
도 4와 도 5는 상기 도 2의 보호막이 복수 개로 적층된 형태를 각각 사시도 및 개념도로 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보호막이 코팅된 풍력터빈 블레이드를 도시한다. 그리고, 도 2는 상기 도 1의 블레이드에 코팅된 보호막을 사시도로 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 양력이 작용하는 상기 도 3의 보호막의 개념도이다. 그리고, 도 4와 도 5는 상기 도 2의 보호막이 복수 개로 적층된 형태를 각각 사시도 및 개념도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 풍력터빈(1)은 타워(5)와, 타워(5) 상부에 장착된 나셀(4) 및 나셀(4)에 회전 가능하게 결합되며, 복수의 블레이드(10)를 장착한 허브(3)를 포함한다. 여기서, 블레이드(10)는 상부면(13), 하부면(14), 리딩 엣지(11) 및 트레일링 엣지(12)를 포함하는 익형(Airfoil)의 단면 형상을 갖고 있다. 여기서, 리딩 엣지(11)와 트레일링 엣지(12)는 단방향 섬유 적층부로 마련되어 공력과 구조 하중을 함께 지탱하는 역할을 수행한다.
이러한 블레이드(10)에는 본 발명의 실시 예에 따른 보호막(100)이 코팅된다. 보호막(100)은 블레이드(10)의 팁(10a) 부위로부터 블레이드(10)의 루트(10b) 측으로 일정 크기로 배열되어 코팅될 수 있다. 예컨대, 제1보호막(101) 내지 제3보호막(103)이 블레이드(10)의 팁(10a) 부위로부터 블레이드(10)의 루트(10b) 측으로 배열되어 각각 착탈 가능하게 코팅될 수 있다. 이러한 보호막(100)은 예컨대, 자외선 차단용 이형 필름을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보호막(100)은 일단부(101)가 블레이드(10)의 하부면(14)에 접착된 상태에서, 타단부(102)가 블레이드(10)의 트레일링 엣지(12) 측으로 연장되고, 블레이드(10)의 상부면(13) 및 블레이드(10)의 리딩 엣지(11) 측을 감싸면서 일단부(101)의 하면에 오버랩되어 접착된다. 여기서, 일단부(101)와 타단부(102)는 블레이드(10)의 하부면(14) 중 트레일링 엣지(12) 측의 하부면에 오버랩되어 접착될 수 있다.
도 3을 참조하면, 블레이드(10)와 바람과의 작용에 따라 풍력터빈(1)의 성능이 좌우된다. 이때, 블레이드(10)와 바람과의 작용은 익형의 블레이드(10) 형상과 바람의 각도에 의해 결정된다. 익형과 관련된 주요 힘은 양력(F1)과 항력(F2)이다. 항력(F2)은 상대유속에 평행하게 작용하고, 양력(F1)은 수직으로 작용한다.
상술한 바와 같이, 일단부(101)의 하면에 타단부(102)가 오버랩되도록 트레일링 엣지(12) 쪽의 하부면에 접착됨으로써, 상술한 양력(F1)에 의해 코팅된 보호막(100)이 바람 등의 외력에 의해 쉽게 박리되지 않게 된다.
도 4와 도 5를 참조하면, 상술한 보호막(100)은 제1보호막(100a), 제2보호막(100b) 등으로 복수 개로 블레이드(10)에 적층되어 코팅될 수 있다. 이때, 제1보호막(100a)과 제2보호막(100b)의 각각의 일단부(101a,101b)와 타단부(102a,102b)는 블레이드(10)의 하부면(14) 중 트레일링 엣지(12) 쪽의 하부면에 오버랩되어 접착된다. 이와 같이, 블레이드(10)에 복수 개로 보호막(100a,100b)이 적층되어, 예컨대, 제1보호막(100a)이 오염되거나 손상된 경우, 해당 보호막(100a)을 박리시키는 작업으로 블레이드(10) 관리를 간편하게 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
1: 풍력터빈 10: 블레이드
11: 리딩 에지 12: 트레일링 엣지
13: 블레이드 상부면 14: 블레이드 하부면
100: 보호막 101: 보호막 일단부
102: 보호막 타단부 F1: 양력
F2: 항력

Claims (6)

  1. 상부면, 하부면, 리딩 엣지 및 트레일링 엣지를 포함하는 익형의 풍력터빈 블레이드에 있어서,
    일단부가 상기 하부면에 접착된 상태에서, 타단부가 상기 트레일링 엣지 측으로 연장되고, 상기 상부면 및 상기 리딩 엣지 측을 감싸면서 상기 일단부의 하면에 오버랩되어 접착되는 보호막이 코팅되되,
    상기 일단부와 상기 타단부는 상기 트레일링 엣지 측 하부면에 접착된 풍력터빈 블레이드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은 복수 개로 적층되어 착탈 가능하게 코팅된 풍력터빈 블레이드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은 상기 블레이드의 팁 부위로부터 상기 블레이드의 루트측으로 일정 크기로 배열되어 코팅된 풍력터빈 블레이드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은 자외선 차단용 이형 필름을 포함하는 풍력터빈 블레이드.
  6. 삭제
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