KR101408785B1 - A stiffened rotor blade for equivalent aerodynamic, inertia and structural loads - Google Patents

A stiffened rotor blade for equivalent aerodynamic, inertia and structural loads Download PDF

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KR101408785B1 KR1020120098264A KR20120098264A KR101408785B1 KR 101408785 B1 KR101408785 B1 KR 101408785B1 KR 1020120098264 A KR1020120098264 A KR 1020120098264A KR 20120098264 A KR20120098264 A KR 20120098264A KR 101408785 B1 KR101408785 B1 KR 101408785B1
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Abstract

이 발명의 로터 블레이드(100)는 일반적인 블레이드의 형태를 가지며 합성수지로 구성된 블레이드 본체(110)와, 블레이드 본체의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 연결부(120), 및 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분에 고정되어 보강하는 금속재질의 보강재(130)로 구성된다. 이 발명은 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지 부분을 금속재료로 보강하여 제작함으로써, 생산성이 우수할 뿐만 아니라 구조적 강도 및 형상의 안정성을 유지하고, 내구성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The rotor blade 100 of the present invention includes a blade main body 110 having a general blade shape and made of synthetic resin, a connecting portion 120 integrally formed at an end of the blade main body and used to connect with a connecting portion of the tower, And a reinforcing material 130 fixed to the leading edge portion of the metal. This invention constitutes a blade main body by using a synthetic resin and reinforces the leading edge portion of the blade main body with a metallic material, thereby not only being excellent in productivity, but also maintaining structural strength and shape stability, and improving durability and corrosion resistance There is an advantage.

Description

금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드{A stiffened rotor blade for equivalent aerodynamic, inertia and structural loads}[0001] The present invention relates to an equivalent load supporting structure employing a metal stiffener, and more particularly to a stiffened rotor blade for an equivalent aerodynamic, inertia and structural loads,

이 발명은 금속 보강재를 채용한 로터 블레이드(rotor blade)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분을 금속재료로 보강함으로써, 복잡한 제조공정을 가지는 복합 재료 로터 블레이드와 등가의 하중 지지 구조를 갖는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 블레이드 본체의 내부를 따라 보강을 위해 금속재료로 이루어진 스파(spar)를 갖는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드에 관한 것이기도 하다.
The present invention relates to a rotor blade employing a metal reinforcement, and more particularly, to a rotor blade employing a synthetic resin to constitute a blade body and to reinforce a leading edge portion of the blade body with a metal material, And an equivalent load supporting structure rotor blade using a metal reinforcing member having an equivalent load supporting structure. The present invention also relates to an equivalent load supporting structure rotor blade employing a metal reinforcement having a spar made of a metallic material for reinforcement along the inside of the blade main body.

풍력 블레이드에는 회전에 의한 원심력과 자중에 의한 중력, 그리고 외부의 풍속과 블레이드가 회전하면서 발생하는 속도 벡터(vector)의 합성속도(resultant velocity)에 의한 공기력에 의한 양력, 항력 그리고 피칭 모멘트가 블레이드의 길이와 곱해져서 발생하는 굽힘 모멘트(면외 방향, flapwise bending moment 및 면내 방향, edgewise bending moment)와 비틀림 모멘트(Torsional moment)가 작용한다(도 1 참조).The force, drag, and pitching moment due to the air force due to the centrifugal force due to rotation, gravity due to rotation, and the velocity of the external velocity and the resultant velocity vector generated by the rotation of the blade, The bending moments (flapwise bending moment, edgewise bending moment, and torsional moment) generated by multiplication with the length are applied (see FIG. 1).

이중 가장 큰 하중은 면외 방향 굽힘 모멘트이다. 따라서, 풍력 블레이드는 이러한 굽힘 모멘트를 구조적으로 지지할 수 있도록 1차적으로 설계되어야 한다. 비틀림 모멘트는 풍력 블레이드와 허브 연결부가 직선이 아닌 즉, 경사각을 가지고 있을 때(coning angle), 면외 방향 굽힘 모메트와 연성(couple)에 의하여 영향을 받는다. 한편, 비틀림 모멘트에 의한 전단 흐름(shear flow)은 도 2에 도시된 바와 같이 풍속이 증가할수록 급속히 증가한다.The largest load is the out-of-plane bending moment. Therefore, the wind turbine blades must be designed primarily to be able to structurally support these bending moments. The torsional moment is affected by the out-of-plane bending moment and the couple when the wind-blade and hub connections are not straight, that is, when they have an inclination angle (coning angle). On the other hand, the shear flow due to the torsional moment rapidly increases as the wind speed increases, as shown in Fig.

그리고, 풍력 블레이드의 피로 수명은 면내 방향 굽힘 모멘트에 의해 가장 크게 영향을 받는데, 이는 풍력 블레이드가 회전하면서 탄성에 의하여 변형될 때 풍력 블레이드의 전체 무게 중심이 곡률에 의해 변화하면서 무게 중심이 회전에 따라 반지름 방향으로 증가 또는 감소하는 방향으로 움직이기 때문이다. 또한, 블레이드의 수명은 임의의 회전수에서 풍력 블레이드의 구조적 강성(stiffness) 설계가 잘못 되었을 때 발생하는 공진 현상과 과도한 진동에 의하여 누적되는 스트레스(stress)로 인해 급격하게 감소한다. The fatigue life of a wind turbine blade is most influenced by the in-plane direction bending moment. When the wind turbine blade is rotated and deformed by elasticity, the entire center of gravity of the wind turbine blade is changed by the curvature, Because it moves in the direction of increasing or decreasing in the radial direction. In addition, the life of the blade is drastically reduced due to the accumulated stress due to the resonance phenomenon and the excessive vibration generated when the structural stiffness design of the wind turbine blade is wrong at an arbitrary number of revolutions.

따라서, 풍력 블레이드는 가벼우면서도 이러한 굽힘 모멘트에 잘 견디도록 일반적으로 대형 블레이드의 경우 유리섬유 및/또는 탄소섬유 등을 이용해 블레이드를 제작하고 있다. 이러한 대형 블레이드를 제작함에 있어서는 유리섬유 및/또는 탄소섬유를 이용해 수작업을 통해 제작하고 있다.Therefore, in general, large blades are made of glass fibers and / or carbon fibers so that the wind blades can withstand these bending moments while being lightweight. These large blades are manufactured by hand using glass fibers and / or carbon fibers.

현재 국내외에는 소형 풍력발전 시스템이 운전 중에 있다. 그런데, 전 세계 풍력발전기 시장에서 소형 풍력의 경우 많은 회사가 도 2와 같은 저가의 중국산 블레이드를 사용하고 있다. 도 2에서 알 수 있듯이, 중국산 소형 풍력 블레이드는 별도의 내부 보강재 없이 그 내부를 스치로폼으로 채워 구성하고 있다. 그로 인해 중국산 소형 풍력 블레이드는 강성 및 동적 무게 밸런스에 문제가 발생하고 있다. 즉, 중국산 블레이드는 그 가격이 매우 저렴하여 소형풍력발전기 완제품 회사들이 선호하고는 있으나, 그 내부를 스치로폼으로 채워 구성함에 따라 피로 하중을 견디지 못하여 자주 파손되는 문제점이 있다.Currently, small wind power generation systems are in operation at home and abroad. However, in the case of small wind turbines in the global wind turbine market, many companies use low-priced Chinese blades as shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, the Chinese small wind turbine blades are formed by filling the interior of the wind turbine blades without using an internal reinforcement. As a result, small wind turbine blades made in China have problems in stiffness and dynamic weight balance. That is, although the Chinese blades are very cheap in price, they are preferred by small-sized wind turbine manufacturers, but they are often damaged due to fatigue load failure due to filling the inside with the styrofoam.

또한, 소형 풍력 블레이드는 목재, 금속 또는 복합재료(유리섬유)를 이용해 제작할 수도 있으나, 그에 따른 장단점을 비교해 보면 다음의 표 1과 같다. In addition, the small wind turbine blades can be manufactured using wood, metal, or a composite material (glass fiber).

목재wood 금속metal 복합재료(유리섬유)Composite (glass fiber)
장점
Advantages
- 재료비 저렴- Low cost of materials - 가공용이- Processing - 중량 최소- Weight Min 단점Disadvantages - 가공비 높음
- 수작업일 시 생산성 없음
- 수명짧음- High processing cost
- No productivity at hand time
- short life - 중량
- 부식- weight
- corrosion - 공정 복잡
- 인건비 과다
- 일부 파손시 블레이드 새것으로 교체해야 함- process complexity
- Overwork
- In case of some damage, replace with new blades. 생산 단가Production unit price 높음height 낮음lowness 높음height 판매 단가Selling unit price 높음height 낮음lowness 높음height

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 각 소재에 따른 블레이드는 각각의 장단점을 가지고 있으나, 경량이면서 가격이 저렴하고 생산성이 우수하며 구조적 강도를 동시에 만족시키는 블레이드는 없는 상태이다.
As can be seen from Table 1, the blades according to each material have their advantages and disadvantages, but they are lightweight, low in price, excellent in productivity, and have no blades that simultaneously satisfy the structural strength.

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분을 금속재료로 보강하여 제작하되, 복잡한 제조공정을 가지는 복합 재료 로터 블레이드와 등가의 하중 지지 구조를 갖도록 제작함으로써, 제작공정을 단순화하여 소형 풍력 블레이드의 제조공정 단축과 품질관리에 장점을 갖는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a blade main body by using synthetic resin and reinforcing the leading edge portion of the blade main body with a metal material, And a load supporting structure equivalent to that of the composite rotor blades having the process, thereby simplifying the manufacturing process and providing an equivalent load supporting structure rotor blade employing a metal reinforcing material having advantages in shortening the manufacturing process of small wind turbine blades and quality control The purpose is to do.

또한, 이 발명은 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분을 금속재료로 보강하여 제작함으로써, 생산성이 우수할 뿐만 아니라 구조적 강도 및 형상의 안정성을 유지하고, 내구성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드를 제공하는 데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention constitutes a blade main body by using a synthetic resin and reinforces the leading edge portion of the blade main body with a metal material, thereby not only being excellent in productivity, but also maintaining structural strength and shape stability, Another object is to provide an equivalent load supporting structure rotor blade employing a metal reinforcement capable of improving corrosion resistance.

또한, 이 발명은 블레이드 본체의 내부를 따라 금속재료로 이루어진 스파(spar)로 보강함으로써, 구조적 강도 및 형상의 안정성을 유지하고, 내구성을 향상시킬 수 있는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드를 제공하는 데 또다른 목적이 있다.The present invention also relates to an equivalent load supporting structure rotor blade which employs a metal reinforcement material which is reinforced by a spar made of a metallic material along the inside of the blade main body to maintain the stability of the structural strength and shape, There is another purpose in providing.

또한, 이 발명은 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분을 금속재료로 보강하여 중량을 부가함으로써, 로터 블레이드의 회전시 원심력을 증가시켜 회전수를 증대시킬 수 있는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드를 제공하는 데 또다른 목적이 있다.
The present invention also provides a method of manufacturing an equivalent load supporting member that uses a metal reinforcement that increases the number of revolutions by increasing the centrifugal force upon rotation of the rotor blades by reinforcing the leading edge portion of the blade main body with a metal material, Another purpose is to provide a rescue rotor blade.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명은 일반적인 블레이드의 형태를 가지며 합성수지로 구성된 블레이드 본체와, 상기 블레이드 본체의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 연결부, 및 상기 블레이드 본체의 리딩에지 부분에 고정되어 보강하는 금속재질의 보강재를 포함하며, 상기 블레이드 본체는 상기 보강재가 안착 고정되도록 상기 리딩에지 부분에 형성되는 안착 고정홈을 구비하고, 상기 보강재는 상기 안착 고정홈에 안착 고정되되, 그 표면이 상기 블레이드 본체의 표면으로 돌출되지 않는 정도의 두께를 가짐과 더불어, 일반적인 로터 블레이드의 리딩에지와 동일 유사한 형태의 곡면을 갖는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a turbine blade comprising: a blade main body having a general blade shape and made of synthetic resin; a connecting part integrally formed at an end of the blade main body and used for connecting to a connecting portion of the tower; Wherein the blade main body includes a seat fixing groove formed in the leading edge portion so that the stiffener is seated and fixed, and the stiffener is seated and fixed to the seat fixing groove, And has a thickness such that its surface does not protrude from the surface of the blade main body and has a curved surface similar in shape to the leading edge of a general rotor blade.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 블레이드 본체 및 상기 연결부는 그 내부가 채워진 중실형의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.Further, according to the present invention, the blade main body and the connecting portion are characterized by having a solid structure filled inside thereof.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 블레이드 본체는 일반적인 블레이드의 상부 캠버(upper camber)의 형상을 제공하는 상부 본체와, 상기 상부 본체와 결합되어 일반적인 블레이드의 하부 캠버(lower camber)의 형상을 제공하는 하부 본체로 구성되며, 상기 상부 본체와 상기 하부 본체는 그 내부가 채워진 중실형의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, the blade main body also includes an upper main body which provides a shape of an upper camber of a general blade, and a lower main body which is combined with the upper main body to provide a shape of a lower camber of a general blade Wherein the upper body and the lower body have a solid structure filled in the body.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 상부 본체와 상기 하부 본체는 이들 간의 결합라인에 형성되되 그 길이방향으로 형성되는 안착홈을 각각 구비하며, 상기 안착홈에 안착 고정되어 상기 블레이드 본체를 보강하는 금속재질의 스파를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, the upper main body and the lower main body are respectively provided with a seating groove formed in the coupling line between them and formed in the longitudinal direction thereof, and a metal material And a plurality of spas.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 안착홈은 상기 연결부까지 연장 형성되고, 상기 스파는 판형으로 구성되어 상기 연결부의 안착홈까지 연장하여 안착 고정되는 것을 특징으로 한다. In addition, according to the present invention, the seating groove extends to the connection portion, and the spar is formed in a plate-like shape, and extends to a seating groove of the connection portion and is seated and fixed.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 상부 본체, 상기 하부 본체 및 상기 스파에는 서로 간에 관통되는 다수개의 체결구멍이 각각 형성되며, 상기 다수개의 체결구멍에 각각 끼워져 체결되는 다수개의 고정부재에 의해 서로 간에 체결 결합되는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, the upper main body, the lower main body, and the spar are formed with a plurality of fastening holes which penetrate each other, and are fastened to each other by a plurality of fastening members respectively fitted and fastened to the plurality of fastening holes. .

또한, 이 발명에 따르면, 상기 상부 본체, 상기 하부 본체 및 상기 스파 간의 결합관계가 측면으로 노출되지 않도록 마감처리하는 마감 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, there is further provided a finish lid for finishing the connection relationship between the upper main body, the lower main body, and the spar so as not to be exposed to the side.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 블레이드 본체 및 상기 연결부는 일측이 개방되고 내부가 빈 중공형의 구조를 가지며, 상기 블레이드 본체의 내부를 따라 길이방향으로 2열로 설치 고정되는 I자형 단면 빔 구조 형상의 제1 스파 및 제2 스파와, 상기 블레이드 본체와 상기 제1 스파 및 상기 제2 스파 간의 결합관계가 측면으로 노출되지 않도록 마감처리하는 마감 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. In addition, according to the present invention, the blade main body and the connecting portion have an I-shaped cross-sectional beam structure shape having one hollow opening and a hollow hollow structure and being fixed in two rows in the longitudinal direction along the inside of the blade main body And a finishing lid for finishing the first spar and the second spar so that the coupling relationship between the blade main body and the first spar and the second spar is not exposed to the side.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 제1 스파는 상기 연결부까지 연장하여 설치 고정되는 것을 특징으로 한다. In addition, according to the present invention, the first spar extends to the connection portion and is fixed.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 금속재질의 보강재는 알루미늄 소재이고, 상기 합성수지는 발포수지 또는 플라스틱인 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, the reinforcing material of the metal material is an aluminum material, and the synthetic resin is a foaming resin or a plastic.

이 발명은 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분을 금속재료로 보강하여 제작하되, 복잡한 제조공정을 가지는 복합 재료 로터 블레이드와 등가의 하중 지지 구조를 갖도록 제작함으로써, 제작공정을 단순화하여 소형 풍력 블레이드의 제조공정 단축과 품질관리에 장점을 갖는 특징이 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a blade main body by using a synthetic resin and reinforcing a leading edge portion of a blade main body with a metal material so as to have an equivalent load supporting structure to a composite material rotor blade having a complicated manufacturing process, The manufacturing process is simplified, and the advantages of the shortening of the manufacturing process of the small wind turbine blades and the quality control are obtained.

또한, 이 발명은 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지 부분을 금속재료로 보강하여 제작함으로써, 생산성이 우수할 뿐만 아니라 구조적 강도 및 형상의 안정성을 유지하고, 내구성 및 부식성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The present invention also provides a method of manufacturing a blade main body by using a synthetic resin and reinforcing the leading edge portion of the blade main body with a metal material to thereby improve productivity and stability of structural strength and shape and improve durability and corrosion resistance There are advantages to be able to.

또한, 이 발명은 블레이드 본체의 내부를 따라 금속재료로 이루어진 스파로 보강함으로써, 구조적 강도 및 형상의 안정성을 유지하고, 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. Further, the present invention is advantageous in that the structural strength and shape stability can be maintained and the durability can be improved by reinforcing the spiral made of a metallic material along the inside of the blade main body.

또한, 이 발명은 블레이드 본체의 리딩에지 부분을 금속재료로 보강하여 중량을 부가함으로써, 로터 블레이드의 회전시 원심력을 증가시켜 회전수를 증대시킬 수 있고, 이를 통해 발전효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. Further, the present invention is advantageous in that the leading edge portion of the blade main body is reinforced with a metal material to increase the centrifugal force during rotation of the rotor blade, thereby increasing the number of revolutions and thereby increasing the power generation efficiency have.

또한, 이 발명은 블레이드 본체를 가격이 저렴하면서 생산성이 우수한 합성수지, 특히 플라스틱 또는 발포수지를 이용함에 따라 생산비용이 저렴할 뿐만 아니라 생산성이 우수한 장점이 있다.In addition, the present invention is advantageous in that not only the production cost is low but also the productivity is excellent because the blade main body is made of a synthetic resin having a low cost and excellent productivity, especially plastic or foamed resin.

또한, 이 발명은 블레이드 본체의 리딩에지 부분을 금속재료로 보강함으로써, 블레이드의 유지 및 보수비용을 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.
Further, the present invention has an advantage that the cost of maintenance and repair of the blade can be greatly reduced by reinforcing the leading edge portion of the blade main body with a metallic material.

도 1은 풍력 블레이드에 작용하는 공력 하중 예시도이고,
도 2는 비틀림 모멘트에 의한 풍력 블레이드의 외부 스킨 및 스파 전단 흐름(shear flow)(two cell 구조)를 나타낸 개념도이고,
도 3은 종래기술에 따른 소형 풍력 블레이드의 단면을 촬영한 사진이고,
도 4는 팬 플롯(pan plot)의 일례를 나타낸 그래프이고,
도 5는 풍력 블레이드의 공력 설계법(BEM 이론)에 대한 설명도이고,
도 6a 내지 도 6c는 이 발명의 제1 실시예에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 결합 사시도, 분해 사시도 및 A-A 단면도이고,
도 7a 내지 도 7c는 이 발명의 제2 실시예에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 결합 사시도, 분해 사시도 및 B-B 단면도이며,
도 8a 내지 도 8c는 이 발명의 제3 실시예에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 결합 사시도, 분해 사시도 및 C-C 단면도이다. 1 is an illustration of an aerodynamic load acting on a wind turbine blade,
FIG. 2 is a conceptual view showing an outer skin and a shear flow (two-cell structure) of a wind turbine blade due to a twisting moment,
3 is a photograph of a section of a small wind turbine blade according to the prior art,
4 is a graph showing an example of a pan plot,
5 is an explanatory view of an aerodynamic design method (BEM theory) of a wind turbine blade,
6A to 6C are an assembled perspective view, an exploded perspective view and an AA sectional view of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the first embodiment of the present invention,
7A to 7C are an assembled perspective view, an exploded perspective view and a cross-sectional view of the BB of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the second embodiment of the present invention,
8A to 8C are an assembled perspective view, an exploded perspective view and a cross-sectional view of a CC of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the third embodiment of the present invention.

이 발명은 대형 풍력발전기에서와 같이 소형 풍력발전기에서도 인증이 요구됨에 따라, 이러한 인증의 합치성을 유지하면서 복합재료 블레이드처럼 과도한 공정과 고비용을 지양하되, 복합재료 로터 블레이드와 등가의 하중 지지 구조를 갖도록 구성한 것이다. 즉, 이 발명은 굽힘 및 비틀림 모멘트가 블레이드와 허브의 연결부 주위로 가까워질수록 2차 곡선 형태로 급격히 증가하는 물리적 계산을 기반으로 최적의 중량 분포를 배치하여 2가지 굽힘 모멘트 및 비틀림 모멘트를 해석하고, 구조적 강성 배치에 의한 블레이드의 고유진동수를 계산하여 도 4에 나타낸 것처럼 공진 여부를 판가름하는 팬 플롯(pan plot)을 작성하여 과진동 유무를 판정하여 완성한 것이다. 만약, 이러한 pan plot 과정이 없으면 설치 후 과진동 응답이 일어날 때 그 물리적 이유를 알 수 없어 리콜(recall) 위험을 초래할 수 있다. Since this invention requires authentication in small wind turbines as in large wind turbines, it is necessary to avoid excessive process and high cost like composite blades while maintaining the conformity of such certification, but the load supporting structure equivalent to composite rotor blades Respectively. That is, the present invention analyzes two bending moments and torsional moments by arranging an optimum weight distribution based on a physical calculation that rapidly increases in the form of a quadratic curve as the bending and torsional moments become closer to the connection portion of the blade and the hub , The natural frequency of the blade by the structural stiffness arrangement is calculated, and as shown in Fig. 4, a pan plot for judging whether or not resonance is generated is made to determine whether or not the vibration is excessive. If there is no such a pan plot process, it can lead to a recall risk because the physical reason for the vibration response after installation is unknown.

한편, 공력 설계에 의한 익형 선정과 정격 풍속과 한계 풍속 등은 풍력 발전기의 용량이 일차적으로 정해지면 대형 풍력 및 소형 풍력에서도 동일한 기술적 근거인 블레이드 엘리먼트 모멘텀(Blade Element Momentum) 이론에 의한 칫수 선정과 익형 선정으로 풍력 블레이드의 1차 형상 설계가 진행된다. 따라서, 이 발명에서는 이러한 BEM 설계 과정을 거쳐 아래와 같은 다양한 실시예의 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드를 완성한 것이다. 도 5 및 수학식 1은 풍력 블레이드의 공력 설계법(BEM 이론)에 대한 설명도 및 수식을 나타낸 것이다.On the other hand, selection of airfoil by aerodynamic design, rated wind speed and marginal wind speed, etc., are primarily determined by the blade element momentum theory (Blade Element Momentum) The design of the primary shape of the wind turbine blades proceeds. Therefore, in the present invention, through the BEM designing process, the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement of the following various embodiments is completed. 5 and FIG. 1 illustrate the aerodynamic design method (BEM theory) of a wind turbine blade.

Figure 112012071700608-pat00001
Figure 112012071700608-pat00001

아래에서, 이 발명에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, preferred embodiments of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<제1 실시예>&Lt; Embodiment 1 >

도 6a 내지 도 6c는 이 발명의 제1 실시예에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 결합 사시도, 분해 사시도 및 A-A 단면도이다. 6A to 6C are a combined perspective view, an exploded perspective view and an A-A cross-sectional view of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the first embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 로터 블레이드(100)는 일반적인 블레이드의 형태를 가지며 합성수지로 구성된 블레이드 본체(110)와, 블레이드 본체(110)의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 연결부(120), 및 블레이드 본체(110)의 리딩에지 부분에 고정되어 보강하는 금속재질의 보강재(130)로 구성된다. 6A to 6C, the rotor blade 100 according to this embodiment includes a blade main body 110 having a general blade shape and made of synthetic resin, and a blade main body 110 integrally formed at an end of the blade main body 110 A connecting portion 120 used to connect with the connection portion of the tower, and a reinforcing member 130 made of metal and fixed to the leading edge portion of the blade main body 110.

블레이드 본체(110)는 합성수지를 이용해 일반적인 블레이드의 형태로 제작되는 것으로서, 가해지는 비틀림 모멘트 및 전단력을 지지하는 역할을 한다. 여기서 합성수지는 발포수지 및 플라스틱을 포함하는 다양한 종류의 합성수지가 이용될 수 있다. 그런데, 이 실시예에서는 블레이드 본체(110)를 발포수지를 이용해 제작하는 것이 바람직하다. 여기에서의 발포수지는 발포성 폴리스틸렌(Expandable Polystyrene : EPS) 수지를 의미한다.The blade main body 110 is made of synthetic resin in the form of a general blade, and supports the torsional moment and shearing force applied thereto. Here, the synthetic resin may be various kinds of synthetic resin including foam resin and plastic. Incidentally, in this embodiment, it is preferable to manufacture the blade main body 110 using a foaming resin. The foaming resin herein refers to expandable polystyrene (EPS) resin.

한편, 블레이드 본체(110)는 합성수지를 이용해 일반적인 블레이드의 형태로 제작하되, 일반적인 사출성형 공정을 통해 일체로 성형하는 것이 가능하다. 이때, 블레이드 본체(110)는 그 내부가 채워진 중실형의 구조를 갖도록 사출성형된다. 상기와 같은 블레이드 본체(110)를 제작함에 있어서는 보강재(130)가 고정되는 리딩에지 부분을 다른 표면에 대해 안쪽 방향으로 단차져 안착공간을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 블레이드 본체(110)는 그 리딩에지 부분에 보강재(130)가 안착 고정되되, 보강재(130)의 표면이 블레이드 본체(110)의 표면 밖으로 돌출되지 않은 상태로 안착 고정되는 안착 고정홈(111)을 갖는 것이 바람직하다.On the other hand, the blade main body 110 can be formed as a general blade by using a synthetic resin, and can be integrally formed through a general injection molding process. At this time, the blade main body 110 is injection molded so as to have a solid structure filled with the inside thereof. When manufacturing the blade main body 110 as described above, it is preferable that the leading edge portion where the stiffener 130 is fixed is configured to have a seating space by stepping inward with respect to the other surface. That is, the blade main body 110 has a seating fixing groove 111 (see FIG. 1) in which the stiffener 130 is seated and fixed to the leading edge portion of the blade main body 110 and the surface of the stiffener 130 is not projected outside the surface of the blade main body 110 ).

연결부(120)는 블레이드 본체(110)의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 것으로서, 블레이드 본체(110)의 단부 중에서 리딩에지의 연장선상 쪽 일부 구간에 외측방향으로 돌출되는 형태로 형성된다. 이러한 연결부(120) 또한 블레이드 본체(110)의 사출성형시에 일체로 그 내부가 채워진 중실형 형태로 성형된다.The connecting portion 120 is integrally formed at an end of the blade main body 110 and is used to connect with the connecting portion of the tower. The connecting portion 120 is formed in a shape protruding outwardly from a portion of the blade main body 110, . The connecting portion 120 is also molded into a solid shape, which is integrally filled in the blade main body 110 during injection molding.

보강재(130)는 블레이드 본체(110)의 리딩에지 부분에 형성된 안착 고정홈(111)에 안착 고정되어 블레이드 본체(110)의 리딩에지 부분을 보강하는 역할을 한다. 로터 블레이드의 경우 리딩에지 부분에서 주로 파손이 발생하는 것을 고려해, 리딩에지 부분을 금속재질의 보강재(130)로 보강함으로써, 블레이드의 사용 수명을 연장시킬 수 있다. 이러한 보강재(130)는 접착제 등을 통해 안착 고정홈(111)에 안착 고정되는 것으로서, 여기에 사용되는 금속재료는 크게 제한받지 아니하며 다양한 금속재료를 이용할 수 있다. 다만, 이 실시예에서는 보강재(130)를 가벼운 알루미늄 소재를 이용하는 것이 바람직하다. The stiffener 130 is seated and fixed in the seating fixing groove 111 formed in the leading edge portion of the blade main body 110 to reinforce the leading edge portion of the blade main body 110. In the case of the rotor blades, the life of the blades can be prolonged by reinforcing the leading edge portion with the metal-made stiffener 130 in consideration of the occurrence of breakage mainly in the leading edge portion. Such a reinforcing material 130 is fixed to the seat fixing groove 111 through an adhesive or the like, and the metal material used here is not limited to a great extent, and various metal materials can be used. However, in this embodiment, the reinforcing member 130 is preferably made of a lightweight aluminum material.

한편, 보강재(130)는 안착 고정홈(111)에 안착 고정되되, 그 표면이 블레이드 본체(110)의 표면으로 돌출되지 않는 정도의 두께를 가짐과 더불어, 일반적인 로터 블레이드의 리딩에지와 동일 유사한 형태를 제공하는 곡면을 갖도록 구성된다. 즉, 이 실시예의 로터 블레이드(100)는 블레이드 본체(110)와 보강재(120)를 그 재질이 상이한 이종 재질로 결합 구성하더라도, 블레이드 본체(110)와 보강재(120) 간의 결합부위가 일반적인 로터 블레이드와 동일 유사한 표면을 제공함에 따라 유체 유동에 전혀 영향을 주지 않는 형태를 갖는다.The stiffener 130 is fixed to the seat fixing groove 111 and has a thickness such that the surface of the stiffener 130 does not protrude from the surface of the blade main body 110. In addition, As shown in Fig. That is, even though the rotor blade 100 of this embodiment is constructed by combining the blade main body 110 and the stiffener 120 with different materials having different materials, the joining portion between the blade main body 110 and the stiffener 120 is a general rotor blade Lt; RTI ID = 0.0 &gt; fluid &lt; / RTI &gt;

이렇듯, 이 실시예의 로터 블레이드(100)는 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지(leading edge) 부분을 금속재료로 보강하여 제작하되, 복잡한 제조공정을 가지는 복합 재료 로터 블레이드와 등가의 하중 지지 구조를 갖도록 제작함으로써, 제작공정을 단순화하여 소형 풍력 블레이드의 제조공정 단축과 품질관리에 장점을 갖는다. 또한, 이 실시예의 로터 블레이드(100)는 합성수지를 이용해 블레이드 본체를 구성하고 블레이드 본체의 리딩에지 부분을 금속재질의 보강재로 보강한 형태로 제작함으로써, 생산성이 우수할 뿐만 아니라 구조적 강도 및 형상의 안정성을 유지하고, 내구성 및 내부식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 실시예의 로터 블레이드(100)는 블레이드 본체의 리딩에지 부분을 금속재료로 보강하여 중량을 부가함으로써, 로터 블레이드의 회전시 원심력을 증가시켜 회전수를 증대시킬 수 있고, 이를 통해 발전효율을 증대시킬 수 있다.
As described above, the rotor blade 100 of this embodiment is manufactured by constructing the blade main body using synthetic resin and reinforcing the leading edge portion of the blade main body with a metallic material, By having a load-supporting structure, the manufacturing process is simplified, which is advantageous in shortening the manufacturing process of the small wind turbine blades and in quality control. In addition, the rotor blade 100 of this embodiment is made of synthetic resin to form the blade main body and the leading edge portion of the blade main body is reinforced with a metal reinforcing material, so that not only the productivity is excellent but also the structural strength and shape stability And durability and corrosion resistance can be improved. In addition, the rotor blade 100 of this embodiment can increase the centrifugal force by increasing the weight of the leading edge portion of the blade body by reinforcing the leading edge portion of the blade body with a metallic material, thereby increasing the number of revolutions, Can be increased.

<제2 실시예>&Lt; Embodiment 2 >

도 7a 내지 도 7c는 이 발명의 제2 실시예에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 결합 사시도, 분해 사시도 및 B-B 단면도이다. FIGS. 7A to 7C are an assembled perspective view, an exploded perspective view and a cross-sectional view taken along line B-B of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the second embodiment of the present invention.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 로터 블레이드(200)는 블레이드 본체(210)의 내부를 따라 보강을 위해 금속재료로 이루어진 스파(spar ; 240)를 더 가지며, 그에 따라 블레이드 본체(210)의 형태가 변형된 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하게 구성된다. 따라서, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 동일한 구성요소들에 대해서는 그 설명을 생략한다.7A to 7C, the rotor blade 200 according to the second embodiment of the present invention further includes a spar 240 made of a metallic material for reinforcement along the inside of the blade main body 210 And thus the shape of the blade main body 210 is deformed. Therefore, in the second embodiment, description of the same components as those of the first embodiment will be omitted.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 로터 블레이드(200)는 일반적인 블레이드의 형태를 가지며 합성수지로 구성된 블레이드 본체(210)와, 블레이드 본체(210)의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 연결부(220)와, 블레이드 본체(210)의 리딩에지 부분에 고정되어 보강하는 금속재질의 보강재(230)와, 블레이드 본체(210)의 내부를 따라 설치되어 보강하는 금속재질의 스파(240), 및 스파(240)를 블레이드 본체(210)의 내부에 고정하는 다수개의 고정부재(250)로 구성된다. 7A to 7C, the rotor blade 200 according to this embodiment includes a blade main body 210 having a general blade shape and made of synthetic resin, and a blade main body 210 integrally formed at an end of the blade main body 210 A reinforcing material 230 fixed to the leading edge portion of the blade main body 210 and reinforced by metal, and a reinforcing material 230 reinforced by being installed along the inside of the blade main body 210 A metal spar 240 and a plurality of fixing members 250 for fixing the spar 240 inside the blade body 210.

블레이드 본체(210)는 일반적인 로터 블레이드의 상부 캠버(upper camber)의 형상을 제공하는 상부 본체(211)와, 일반적인 로터 블레이드의 하부 캠버(lower camber)의 형상을 제공하는 하부 본체(212)로 구성된다. 한편, 상부 본체(211)와 하부 본체(212)는 이들을 서로 결합할 경우 일반적인 블레이드 형태를 갖도록 구성된다. 이러한 상하부 본체(211, 212)는 합성수지를 이용해 일반적인 사출성형 공정을 통해 각각 성형하면 된다. 이때, 상하부 본체(211, 212)는 그 내부가 채워진 중실형의 구조를 갖되, 서로 간의 결합라인에 스파(240)가 안착될 수 있는 안착홈(211a, 212a)과, 스파(240)를 상하부 본체(211, 212)의 내부에 고정하는데 이용되는 다수개의 고정부재(250)가 각각 끼워져 체결되는 다수개의 체결구멍(211b, 212b)을 각각 갖도록 사출성형된다. 이 실시예의 스파(240)는 일정 폭과 두께 및 길이를 갖는 평판 형태를 가지므로, 안착홈(211a, 212a) 또한 스파(240)가 끼워져 안착될 수 있는 형태로 구성하면 된다. The blade body 210 comprises an upper body 211 providing a shape of an upper camber of a general rotor blade and a lower body 212 providing a lower camber shape of a general rotor blade do. Meanwhile, the upper body 211 and the lower body 212 are configured to have a general blade shape when they are coupled to each other. The upper and lower main bodies 211 and 212 may be molded through a general injection molding process using a synthetic resin. At this time, the upper and lower main bodies 211 and 212 have seating structures 211a and 212a having a solid structure filled with the springs 240, And is formed by injection molding so as to have a plurality of fastening holes 211b and 212b, respectively, in which a plurality of fastening members 250 used to fasten the fastening members 211 and 212 are inserted and fastened, respectively. Since the spar 240 of this embodiment has a flat plate shape having a constant width, thickness, and length, the seating recesses 211a and 212a may be configured so that the sparner 240 can be fitted and seated.

한편, 상하부 본체(211, 212)를 제작함에 있어서는 보강재(230)가 고정되는 리딩에지 부분을 다른 표면에 대해 안쪽 방향으로 단차져 안착공간을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 상하부 본체(211, 212)는 그 리딩에지 부분에 보강재(230)가 안착 고정되되, 보강재(230)의 표면이 상하부 본체(211, 212)의 표면 밖으로 돌출되지 않은 상태로 안착 고정되는 안착 고정홈(211c, 212c)을 갖는 것이 바람직하다.In manufacturing the upper and lower main bodies 211 and 212, it is preferable that the leading edge portion to which the stiffener 230 is fixed is configured to have a seating space by stepping inward with respect to the other surface. That is, the upper and lower main bodies 211 and 212 are fixed to the leading edge portions of the upper and lower main bodies 211 and 212 in such a state that the surface of the stiffener 230 is not protruded beyond the surface of the upper and lower main bodies 211 and 212 It is preferable to have the fixing grooves 211c and 212c.

연결부(220)는 상하부 본체(211, 212)의 단부에 일체로 각각 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 것으로서, 상하부 본체(211, 212)의 단부 중에서 리딩에지의 연장선상 쪽 일부 구간에 외측방향으로 돌출되는 형태로 형성된다. 이러한 연결부(220) 또한 상하부 본체(211, 212)의 사출성형시에 일체로 그 내부가 채워진 중실형 형태로 각각 성형된다. 한편, 연결부(220)를 사출성형함에 있어서도 스파(240)의 일부분이 끼워져 안착될 수 있는 안착홈을 각각 갖도록 사출성형하면 된다. The connecting portions 220 are integrally formed at the ends of the upper and lower main bodies 211 and 212 and are used to connect with the connecting portions of the towers. In the end portions of the upper and lower main bodies 211 and 212, As shown in Fig. The connecting portion 220 is also formed into a solid shape, which is integrally filled with the upper and lower main bodies 211 and 212 at the time of injection molding. In the injection molding of the connecting part 220, injection molding may be performed so as to have a seating groove in which a part of the spar 240 is fitted and seated.

보강재(230)는 상하부 본체(211, 212)의 리딩에지 부분에 형성된 안착 고정홈(211c, 212c)에 안착 고정되어 상하부 본체(211, 212)의 리딩에지 부분을 보강하는 역할을 한다. 이러한 보강재(230)는 접착제 등을 통해 안착 고정홈(211c, 212c)에 안착 고정되는 것으로서, 여기에 사용되는 금속재료는 크게 제한받지 아니하며 다양한 금속재료를 이용할 수 있다. 다만, 이 실시예에서는 보강재(230)를 가벼운 알루미늄 소재를 이용하는 것이 바람직하다. The stiffener 230 is fixed to the seating fixing grooves 211c and 212c formed in the leading edge portions of the upper and lower main bodies 211 and 212 to reinforce the leading edge portions of the upper and lower main bodies 211 and 212. [ The reinforcing material 230 is fixed to the seat fixing grooves 211c and 212c through an adhesive or the like. The metal material used here is not limited to a great extent, and various metal materials can be used. However, in this embodiment, the reinforcing member 230 is preferably made of a lightweight aluminum material.

한편, 보강재(230)는 안착 고정홈(211c, 212c)에 안착 고정되되, 그 표면이 상하부 본체(211, 212)의 표면으로 돌출되지 않는 정도의 두께를 가짐과 더불어, 일반적인 로터 블레이드의 리딩에지와 동일 유사한 형태를 제공하는 곡면을 갖도록 구성된다.On the other hand, the stiffener 230 is fixed to the seat fixing grooves 211c and 212c so that its surface does not protrude from the surfaces of the upper and lower main bodies 211 and 212, And the like.

스파(240)는 상하부 본체(211, 212) 및 연결부(220)의 안착홈에 안착되어 보강하되 가해지는 굽힘, 비틀림 모멘트 및 인장력을 지지하는 역할을 하는 것으로서, 일정 폭과 두께 및 길이를 갖는 평판 형태로 구성된다. 이러한 스파(240)는 연결부(220)를 비롯하여 블레이드 본체(210)의 일정 구간에 그 길이방향으로 설치될 수 있는 형태로 구성된다. 한편, 스파(240)를 연결부(220)까지 위치하도록 구성함으로써, 타워의 연결부와 연결됨에 따라 그 곳에 발생하는 비틀림 모멘트를 지지할 수가 있다. The springs 240 are positioned in the seating grooves of the upper and lower main bodies 211 and 212 and the connecting portion 220 and serve to support bending, torsional moments and tensile forces applied thereto, . The springs 240 are formed in the longitudinal direction of the blade main body 210, including the connecting portion 220. Meanwhile, by configuring the springs 240 to be located up to the connection portion 220, it is possible to support a torsional moment generated thereon as the connection portion is connected to the tower.

또한, 스파(240)는 다수개의 고정부재(250)가 각각 끼워져 체결되는 다수개의 체결구멍(241)을 상하부 본체(211, 212)의 체결구멍(211b, 212b)에 대응하는 위치에 각각 갖도록 구성된다. 한편, 스파(240)는 다양한 형상 및 소재를 이용해 제작할 있으나 알루미늄 판으로 제작하는 것이 바람직하다. The springs 240 are configured to have a plurality of fastening holes 241 in which a plurality of fastening members 250 are inserted and fastened at positions corresponding to fastening holes 211b and 212b of the upper and lower main bodies 211 and 212, do. Meanwhile, the springs 240 are manufactured using various shapes and materials, but they are preferably made of aluminum.

고정부재(250)는 스파(240)를 상하부 본체(211, 212)의 내부에 고정하는 역할을 하는 것으로서, 고정핀이나 볼트 및 너트로 구성할 수 있다.The fixing member 250 serves to fix the sparse 240 inside the upper and lower main bodies 211 and 212 and may be composed of a fixing pin, a bolt, and a nut.

상기 제2 실시예에서는 고정부재(250)를 이용해 스파(240)를 상하부 본체(211, 212)의 내부에 고정하도록 구성하였으나, 접착제 등을 이용해 스파(240)를 상하부 본체(211, 212)의 내부에 고정할 수도 있다. The springs 240 are fixed to the inside of the upper and lower main bodies 211 and 212 by using the fixing member 250 in the second embodiment, It may be fixed inside.

한편, 이 실시예의 로터 블레이드(200)는 블레이드 본체(210)를 상하부 본체(211, 212)로 구성하고, 상하부 본체(211, 212)의 내부에 스파(240)를 갖도록 구성함에 따라, 이들 간의 결합관계가 측면으로 노출되는 구조를 갖는다. 따라서, 그 결합관계가 측면으로 노출되지 않도록 마감 덮개(260)로 마감처리하는 것이 바람직하다.
The rotor blade 200 according to this embodiment includes the upper and lower main bodies 211 and 212 and the springs 240 inside the upper and lower main bodies 211 and 212, And the bonding relationship is exposed to the side. Therefore, it is preferable to finish with the finishing lid 260 so that the coupling relationship is not exposed to the side.

<제3 실시예>&Lt; Third Embodiment >

도 8a 내지 도 8c는 이 발명의 제3 실시예에 따른 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드의 결합 사시도, 분해 사시도 및 C-C 단면도이다.8A to 8C are an assembled perspective view, an exploded perspective view, and a cross-sectional view taken along the line C-C of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement according to the third embodiment of the present invention.

도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 이 발명의 제3 실시예에 따른 로터 블레이드(300)는 블레이드 본체(310)의 내부를 따라 보강을 위해 금속재료로 이루어진 스파(spar ; 340)를 2열로 더 가지며, 그에 따라 블레이드 본체(310)의 형태가 변형된 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하게 구성된다. 따라서, 제3 실시예에서는 제1 실시예와 동일한 구성요소들에 대해서는 그 설명을 생략한다.8A to 8C, the rotor blade 300 according to the third embodiment of the present invention includes a spar 340 made of a metallic material for reinforcement along the inside of the blade main body 310, And is formed in the same manner as the first embodiment except that the shape of the blade main body 310 is deformed. Therefore, in the third embodiment, description of the same components as those of the first embodiment will be omitted.

도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 로터 블레이드(300)는 일반적인 블레이드의 형태를 가지며 합성수지로 구성된 블레이드 본체(310)와, 블레이드 본체(310)의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 연결부(320)와, 블레이드 본체(310)의 리딩에지 부분에 고정되어 보강하는 금속재질의 보강재(330), 및 블레이드 본체(310)의 내부를 따라 설치되어 보강하는 금속재질의 제1, 제2 스파(340, 350)로 구성된다. 8A to 8C, the rotor blade 300 according to this embodiment includes a blade main body 310 having a general blade shape and made of synthetic resin, and a rotor main body 310 integrally formed at an end of the blade main body 310 A reinforcing member 330 fixed to the leading edge portion of the blade main body 310 and reinforced by metal, and a reinforcing member 330 reinforced along the inside of the blade main body 310, And first and second spas 340 and 350 made of metal.

블레이드 본체(310)는 합성수지를 이용해 일반적인 블레이드의 형태로 제작하되, 일반적인 사출성형 공정을 통해 일체로 성형하는 것이 가능하다. 이때, 블레이드 본체(310)는 일측이 개방되고 내부가 빈 중공형의 구조를 갖도록 사출성형된다. 이러한 블레이드 본체(310)를 제작함에 있어서는 보강재(330)가 고정되는 리딩에지 부분을 다른 표면에 대해 안쪽 방향으로 단차져 안착공간을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 블레이드 본체(310)는 그 리딩에지 부분에 보강재(330)가 안착 고정되되, 보강재(330)의 표면이 블레이드 본체(310)의 표면 밖으로 돌출되지 않은 상태로 안착 고정되는 안착 고정홈(311)을 갖는 것이 바람직하다.The blade main body 310 can be formed as a general blade by using a synthetic resin, and can be integrally formed through a general injection molding process. At this time, the blade main body 310 is injection molded so that one side thereof is opened and the inside thereof is hollow hollow structure. In manufacturing the blade main body 310, it is preferable that the leading edge portion where the stiffener 330 is fixed is formed to have a seating space by stepping inward with respect to the other surface. That is, the blade main body 310 has a seat fixing groove 311 (see FIG. 3) in which a reinforcing member 330 is seated and fixed to a leading edge portion of the blade main body 310 and the surface of the stiffener 330 is not projected outward from the surface of the blade main body 310 ).

연결부(320)는 블레이드 본체(310)의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결하는데 이용되는 것으로서, 블레이드 본체(310)의 단부 중에서 리딩에지의 연장선상 쪽 일부 구간에 외측방향으로 돌출되는 형태로 형성된다. 이러한 연결부(320) 또한 블레이드 본체(310)의 사출성형시에 일측이 개방되고 내부가 빈 중공형 형태로 성형된다.The connecting portion 320 is integrally formed at an end of the blade main body 310 and is used to connect with a connecting portion of the tower. The connecting portion 320 is formed in a shape protruding outwardly from a portion of the end of the blade main body 310, . The connecting portion 320 is also opened at one side in the injection molding of the blade main body 310, and the inside is hollow hollow.

보강재(330)는 블레이드 본체(310)의 리딩에지 부분에 형성된 안착 고정홈(311)에 안착 고정되어 블레이드 본체(310)의 리딩에지 부분을 보강하는 역할을 한다. 이러한 보강재(330)는 접착제 등을 통해 안착 고정홈(311)에 안착 고정되는 것으로서, 여기에 사용되는 금속재료는 크게 제한받지 아니하며 다양한 금속재료를 이용할 수 있다. 다만, 이 실시예에서는 보강재(330)를 가벼운 알루미늄 소재를 이용하는 것이 바람직하다. The stiffener 330 is seated and fixed in the seating fixing groove 311 formed in the leading edge portion of the blade main body 310 to reinforce the leading edge portion of the blade main body 310. The reinforcing material 330 is fixed to the seat fixing groove 311 through an adhesive or the like, and the metal material used herein is not limited to a wide variety, and various metal materials can be used. However, in this embodiment, the reinforcing member 330 is preferably made of a lightweight aluminum material.

한편, 보강재(330)는 안착 고정홈(311)에 안착 고정되되, 그 표면이 블레이드 본체(310)의 표면으로 돌출되지 않는 정도의 두께를 가짐과 더불어, 일반적인 로터 블레이드의 리딩에지와 동일 유사한 형태를 제공하는 곡면을 갖도록 구성된다.The stiffener 330 is fixed to the seat fixing groove 311 so that the surface of the stiffener 330 does not protrude from the surface of the blade main body 310. In addition, As shown in Fig.

제1, 제2 스파(340, 350)는 블레이드 본체(310)의 내부를 따라 그 길이방향으로 2열로 배치 고정되어 블레이드 본체(310)를 보강하되 가해지는 굽힘, 비틀림 모멘트 및 인장력을 지지하는 역할을 하는 것으로서, 그 단면이 I자 형태의 빔 구조로 구성된다. 여기서, 제1 스파(340)는 연결부(320)를 비롯하여 블레이드 본체(310)의 일정 구간에 그 길이방향으로 설치될 수 있는 형태로 구성되고, 제2 스파(350)는 블레이드 본체(310)의 일정 구간에 그 길이방향으로 설치될 수 있는 형태로 구성된다. 여기서, 제1스파(340)를 연결부(320)까지 위치하도록 구성함으로써, 타워의 연결부와 연결됨에 따라 그 곳에 발생하는 비틀림 모멘트를 지지할 수가 있다. 이러한 제1, 제2 스파(340, 350)는 다양한 형상 및 소재를 이용해 제작할 있으나 알루미늄 소재로 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 제1, 제2 스파(340, 350)를 블레이드 본체(310)의 내부에 고정함에 있어서는 접착제 등을 이용해 고정하면 된다. The first and second spas 340 and 350 are arranged and fixed in two rows in the longitudinal direction along the inside of the blade main body 310 to reinforce the blade main body 310 and support the bending and twisting moments and tensile forces applied thereto And has a cross section of an I-shaped beam structure. Here, the first spar 340 is configured to be installed in a longitudinal direction of the blade main body 310, including the connecting portion 320, and the second spar 350 is configured to be installed in the blade main body 310 And can be installed in the longitudinal direction in a predetermined section. Here, since the first spar 340 is positioned up to the connection part 320, it is possible to support a torsional moment generated at the connection part with the connection part of the tower. The first and second spas 340 and 350 may be manufactured using various shapes and materials, but they are preferably made of an aluminum material. Meanwhile, in fixing the first and second spas 340 and 350 to the inside of the blade main body 310, it may be fixed using an adhesive or the like.

한편, 이 실시예의 로터 블레이드(300)는 블레이드 본체(310) 및 연결부(320)를 일측이 개방된 중공형으로 구성하고, 이러한 중공형 블레이드 본체(310)의 내부에 제1, 제2 스파(340, 350)를 갖도록 구성함에 따라, 이들 간의 결합관계가 측면으로 노출되는 구조를 갖는다. 따라서, 그 결합관계가 측면으로 노출되지 않도록 마감 덮개(360)로 마감처리하는 것이 바람직하다.
The rotor blade 300 of this embodiment has a hollow body with the blade body 310 and the connecting portion 320 opened at one side and the first and second spas 340, and 350, the coupling relationship between them is exposed to the side. Therefore, it is preferable to finish with the finishing lid 360 so that the coupling relationship is not exposed to the side.

이상에서 이 발명의 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
The above description of the equivalent load supporting structure rotor blade employing the metal reinforcement of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, which illustrate the best preferred embodiment of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Examples or modifications will also fall within the scope of the claims of this invention.

100 : 로터 블레이드 110 : 블레이드 본체
111 : 안착 고정홈 120 : 연결부
130 : 보강재100: rotor blade 110: blade main body
111: seat fixing groove 120:
130: Stiffener

Claims (11)

합성수지로 구성되고, 로터 블레이드의 상부 캠버(upper camber) 형상으로 형성된 상부 본체와 상기 로터 블레이트의 하부 캠버 형상으로 형성된 하부 본체로 구성되며, 상기 상부 본체와 상기 하부 본체는 그 내부가 채워진 중실형의 구조를 갖도록 형성되고, 상기 상부 본체와 하부 본체의 리딩 에지(leading edge) 부분에 안착 고정홈이 형성된 블레이드 본체;
상기 상부 본체와 하부 본체의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결되는 연결부;
상기 블레이드 본체를 보강하기 위해 접착제에 의해 상기 리딩에지 부분에 안착 고정되되, 일반적인 로터 블레이드와 동일 유사한 표면을 갖도록 그 표면이 상기 블레이드 본체의 표면으로 돌출되지 않는 두께로 형성된 금속재질의 보강재; 및
상기 블레이드 본체를 보강하기 위해 상기 상부 본체와 하부 본체의 결합라인에 길이 방향으로 형성된 안착홈에 안착 고정된 금속재질의 스파(spar)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드.And a lower body formed in a shape of a lower camber of the rotor blades, wherein the upper body and the lower body are made of a solid body A blade main body formed to have a structure in which a seating fixing groove is formed at a leading edge portion of the upper main body and the lower main body;
A connection part formed integrally with an end of the upper body and the lower body and connected to a connection part of the tower;
A metal reinforcing material that is fixed to the leading edge portion by an adhesive to reinforce the blade main body and has a thickness such that its surface does not protrude from the surface of the blade main body so as to have the same surface as a general rotor blade; And
And a metal spar fixed in a seating groove formed in the lengthwise direction of the coupling line of the upper body and the lower body to reinforce the blade main body. Rotor blades. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 안착홈은 상기 연결부까지 연장 형성되고,
상기 스파는 판형으로 구성되어 상기 연결부의 안착홈까지 연장하여 안착 고정되는 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드.The method according to claim 1,
Wherein the seating groove extends to the connection portion,
Wherein the spar is formed in a plate shape and extends to a seating groove of the connecting portion to be seated and fixed. 청구항 5에 있어서,
상기 상부 본체, 상기 하부 본체 및 상기 스파에는 서로 간에 관통되는 다수개의 체결구멍이 각각 형성되며,
상기 다수개의 체결구멍에 각각 끼워져 체결되는 다수개의 고정부재에 의해 서로 간에 체결 결합되는 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드. The method of claim 5,
Wherein the upper body, the lower body, and the spar are formed with a plurality of fastening holes,
Wherein the plurality of fastening holes are fastened to each other by a plurality of fastening members inserted and fastened to the plurality of fastening holes, respectively. 청구항 6에 있어서,
상기 상부 본체, 상기 하부 본체 및 상기 스파 간의 결합관계가 측면으로 노출되지 않도록 마감처리하는 마감 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드. The method of claim 6,
Further comprising a finishing lid for finishing the connection between the upper body, the lower body, and the spar so that the coupling relationship between the upper body, the lower body, and the spar is not exposed to the side. 합성수지로 구성되어 일측이 개방되고, 내부가 빈 중공형의 구조로 이루어지며, 리딩 에지(leading edge) 부분에 안착 고정홈이 형성된 블레이드 본체;
일측이 개방되고, 내부가 빈 중공형으로 형성되며, 상기 블레이드 본체의 단부에 일체로 형성되어 타워의 연결부와 연결되는 연결부;
상기 블레이드 본체를 보강하기 위해 접착제에 의해 상기 리딩에지 부분에 안착 고정되되, 일반적인 로터 블레이드와 동일 유사한 표면을 갖도록 그 표면이 상기 블레이드 본체의 표면으로 돌출되지 않는 두께로 형성된 금속재질의 보강재;
상기 블레이드 본체 내부에 상기 블레이드 본체의 길이방향으로 따라 2열로 설치 고정되는 I자형 단면 빔 구조 형상의 제1 스파와 제2 스파; 및
상기 블레이드 본체와 상기 제1 스파 및 상기 제2 스파 간의 결합관계가 측면으로 노출되지 않도록 마감처리하는 마감 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드.A blade main body made of a synthetic resin and having one side opened and an interior hollow hollow structure and having a seating groove at a leading edge portion;
A connection part formed integrally with an end of the blade body and connected to a connection part of the tower;
A metal reinforcing material that is fixed to the leading edge portion by an adhesive to reinforce the blade main body and has a thickness such that its surface does not protrude from the surface of the blade main body so as to have the same surface as a general rotor blade;
A first spar and a second spar having an I-shaped cross-sectional beam structure and fixed in two rows in the longitudinal direction of the blade main body in the blade main body; And
And a finishing lid for finishing the coupling relation between the blade main body and the first spar and the second spar so as not to be exposed laterally. 청구항 8에 있어서,
상기 제1 스파는 상기 연결부까지 연장하여 설치 고정되는 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드.The method of claim 8,
Wherein the first spar extends to the connection portion and is fixed to the first spar. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
상기 보강재는 알루미늄 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드.The method according to claim 1 or 8,
Wherein the reinforcing member is made of an aluminum material. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
상기 합성수지는 발포수지 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 금속 보강재를 채용한 등가 하중 지지 구조 로터 블레이드.The method according to claim 1 or 8,
Wherein the synthetic resin is a foamed resin or a plastic.
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