KR101541490B1 - Method for designing multilayer tuned liquid damper in floating wind turbine - Google Patents

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KR101541490B1 KR1020140051805A KR20140051805A KR101541490B1 KR 101541490 B1 KR101541490 B1 KR 101541490B1 KR 1020140051805 A KR1020140051805 A KR 1020140051805A KR 20140051805 A KR20140051805 A KR 20140051805A KR 101541490 B1 KR101541490 B1 KR 101541490B1
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정철웅
하민호
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a method to design a multilayered tuned liquid damper of a floating marine wind generator. According to the present invention, the method to design a multilayered tuned liquid damper of a floating marine wind generator is capable of increasing the efficiency of reducing the forced movement of a tower by external force through the multilayered tuned liquid damper, and increasing the same efficiency by optimizing a design factor of the multilayered tuned liquid damper. According to the present invention, the floating marine wind generator includes a rotor including a plurality of blades and rotating; a nacelle connected to the rotor; a tower vertically installed to place the rotor and the nacelle at a height, set from the water surface; and a floater formed on the bottom of the tower to be placed underwater, and making the tower float on the water by providing a predetermined buoyancy. The multilayered tuned liquid damper, formed by laminating a set number of tuned liquid dampers in upper and lower directions, is fixed on the tower to reduce the forced movement of the tower by the external force.

Description

부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법{Method for designing multilayer tuned liquid damper in floating wind turbine}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a multilayered tuned liquid damper for a floating type offshore wind turbine,

본 발명은 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 다층 동조액체댐퍼를 통해 외력에 의한 타워의 강제운동이 저감되는 효율이 증대되도록 하고, 특히 다층 동조액체댐퍼의 설계인자를 최적화시켜 타워 강제운동 저감효율을 더욱 증대시킬 수 있도록 하는 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine, and more particularly, to a method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine in which the efficiency of reducing forced movement of the tower by an external force is increased through a multilayered tuned liquid damper, And more particularly, to a method for designing a multi-layered synchronous liquid damper of a floating offshore wind turbine that can optimize the design factors of a tower forcing motion reduction.

신재생에너지원에 대한 관심의 증대와 더불어 풍력발전기 시장은 육상에서의 발전을 중심으로 매년 고성장을 거듭하여 왔다. 하지만 육상에서는 소음 및 경관훼손 등의 환경 문제로 인하여 점차 설치가 제한되고 있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 일환으로 해상풍력발전이 최근에 급속히 성장하고 있다. 해상풍력발전은 근해의 고정식 풍력발전기를 중심으로 성장하여 왔는데 차세대 풍력발전기로써 심해의 부유식 해상 풍력발전기를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 부유식 해상 풍력발전기는 부유식 해상 구조물 위에 풍력발전기를 설치한 것을 말한다. 최근에 몇몇 부유식 해상 구조물의 종류에 의한 발전기에 대하여 실증이 진행 중에 있다.In addition to the growing interest in renewable energy sources, the wind turbine generator market has continued to grow rapidly every year, centered on the development on the land. However, due to environmental problems such as noise and landscapes, the installation on the land is gradually restricted. As a solution to these problems, offshore wind power generation has been growing rapidly in recent years. Offshore wind power generation has been centered on offshore fixed wind power generators, and researches are being actively carried out to develop a floating offshore wind power generator in the deep sea as a next generation wind power generator. A floating offshore wind turbine is a wind turbine installed on a floating offshore structure. Recently, the demonstration of some generators of floating structures is underway.

해상에서는 지상보다 지속적이고 강한 풍력자원을 가지고 있다는 장점이 있는 반면에, 해상에 설치하면 풍력발전기의 자유도 운동에 영향을 줄 수 있는 요인들 즉 바람, 파도 및 해류 등의 외부환경이 훨씬 많이 존재하고 이러한 운동은 풍력발전기의 효율에 악영향을 줄 수 있다. 따라서 부유식 해상풍력발전의 광대한 보급을 위해서는 이러한 운동을 효율적으로 제어할 수 있는 방법을 개발하는 것이 필요하다.
On the other hand, there are many factors that can affect the freedom of movement of wind turbine such as wind, wave and ocean current This exercise can adversely affect the efficiency of the wind turbine. Therefore, it is necessary to develop a method to efficiently control these movements for the vast dissemination of floating offshore wind power generation.

한편 부유식 해상 풍력발전기의 운동제어를 위하여 동조액체댐퍼(Tuned Liquid Damper)를 적용시킨 기술이 개발되고 있다. 여기서 동조액체댐퍼란 수동형 댐퍼 중 한 종류로써 내부의 일부가 액체로 채워진 수조를 말하는 것으로, 고층 건물에서 지진에 의한 진동을 제어하는데 많이 사용되고 있다. 동조액체댐퍼가 설치된 구조물에 외력이 들어올 경우 내부에서 슬로싱 현상라고 하는 액체의 운동이 일어나게 된다. 이 액체의 운동은 관성으로 인해 외력에 대한 반력을 생성한다. 이 반력으로 인하여 구조물에 대한 외력의 영향이 줄어들게 되어 구조물의 운동을 줄여주게 된다.
On the other hand, a technique using a tuned liquid damper is being developed for controlling the motion of a floating offshore wind turbine. Here, a tuned liquid damper is a type of passive damper, which is a liquid tank filled with a part of the interior, and is widely used to control vibrations caused by earthquakes in a high-rise building. When an external force is applied to a structure provided with a tuned liquid damper, a movement of a liquid called a sloshing phenomenon occurs inside. The motion of this liquid generates a reaction force against an external force due to inertia. Because of this reaction force, the influence of the external force on the structure is reduced and the movement of the structure is reduced.

이와 같은 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기와 관련하여 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1210847호 "전방향 동조액체댐퍼 및 그를 사용한 부유식 해상 풍력발전시스템"이 안출되어 있다.Regarding a floating type offshore wind turbine to which such a tuned liquid damper is applied, Korean Patent Registration No. 10-1210847 entitled " All-direction tuned liquid damper and floating offshore wind power generation system using the same "

상기 "부유식 해상 풍력발전시스템"은 속이 빈 링형 실린더 형상으로 이루어진 전방향 TLD를 통해 전방향의 흔들림/진동에 대한 주파수 동조가 가능해져 외력의 작용방향에 상관없이 흔들림/진동에 대한 감쇠 작용을 수행할 수 있게 되고, 이에 따라 해상에 설치되어 수시로 방향이 변경되는 파랑이나 바람에 의해 수직자세가 흔들리게 되는 해상 풍력발전시스템의 수직자세 안정성을 향상시키면서 발전효율도 증대시키게 되는 기술이다.
The above-mentioned "floating offshore wind power generation system" is capable of tuning the frequency for vibration / vibration in all directions through an omnidirectional cylinder-shaped omnidirectional TLD, so that it can attenuate vibration / vibration regardless of the direction of external force And the vertical posture stability of the offshore wind power generation system in which the vertical posture is shaken by the wind or the wind which is installed at the sea and changes its direction from time to time is improved and the power generation efficiency is also increased.

그러나 아직까지 동조액체댐퍼 적용형 부유식 해상 풍력발전기 기술은 개발초기단계임에 따라, 외부영향에 의한 해상 풍력발전기의 운동을 더욱 줄일수 있는 TLD 적용기술 개발이 지속적으로 요구되는 실정이다.
However, since floating-type offshore wind turbine technology with tuned liquid damper is still in the early stage of development, there is a continuing need to develop a TLD application technology capable of further reducing the motion of an offshore wind turbine due to external influences.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1210847호 "전방향 동조액체댐퍼 및 그를 사용한 부유식 해상 풍력발전시스템"
(Patent Document 1) Korean Patent Registration No. 10-1210847 entitled " All-direction synchronized liquid damper and floating type offshore wind power generation system using the same "

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 외력에 의한 타워의 강제운동을 저감시키기 위한 댐퍼로서 설정된 개수의 동조액체댐퍼가 상하방향으로 적층되어 이루어진 다층 동조액체댐퍼를 사용함에 따라 타워 강제운동 저감효율이 증대될 수 있는 새로운 형태의 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and thus, a multi-layered tuning liquid damper is used in which a number of tuned liquid dampers are stacked in a vertical direction as a damper for reducing forced movement of the tower by external force, It is an object of the present invention to provide a method for designing a multilayered tuned liquid damper of a new type floating offshore wind turbine in which the efficiency of motion reduction can be increased.

특히 본 발명은 다층 동조액체댐퍼의 타워 상의 고정위치, 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수, 각 동조액체댐퍼에 수용되는 수용액체의 높이 등의 다층 동조액체댐퍼 설계인자를 최적화시키는 방법을 제공함으로써 타워 강제운동 저감효율을 더욱 증대시킬 수 있는 새로운 형태의 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Particularly, the present invention relates to a method for optimizing a multi-layered synchronous liquid damper design factor such as a fixed position on a tower of a multilayered tuned liquid damper, the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuned liquid damper, and the height of the received liquid contained in each tuned liquid damper The present invention also provides a method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating wind turbine of a new type capable of further increasing the tower forced motion reduction efficiency.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 다수개의 블레이드를 구비하여 회전하는 로터와; 상기 로터가 연결되는 낫셀과; 상기 로터와 낫셀이 수면으로부터 설정된 높이에 배치되도록 수직으로 설치되는 타워 및; 상기 타워 하부에 형성되어 수중에 배치되고, 설정된 크기의 부력을 가져 상기 타워가 수상에서 부유하도록 하는 부유체를 포함하되, 설정된 개수의 동조액체댐퍼가 상하방향으로 적층되어 이루어진 다층 동조액체댐퍼가 상기 타워에 고정되어 외력에 의한 타워의 강제운동이 저감되도록 하는 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기를 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a rotor comprising: a rotor rotating with a plurality of blades; A nacelle to which the rotor is connected; A tower vertically installed such that the rotor and the nacelle are disposed at a set height from the water surface; Layered tuning liquid damper comprising a float formed in the lower part of the tower and arranged in the water and having buoyancy of a predetermined magnitude so as to allow the tower to float in the water phase, wherein a set number of tuned liquid dampers are stacked in the vertical direction, (EN) A floating offshore wind power generator having a multi - layered tuning liquid damper fixed to a tower and reducing the forced movement of the tower due to an external force.

이와 같은 본 발명에 따른 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기는 상기 낫셀과 타워가 서로 접하는 상기 타워의 상단 끝단부에 다층 동조액체댐퍼가 고정되도록 한다.
In the floating offshore wind turbine using the multi-layered tuned liquid damper according to the present invention, the multi-layered tuned liquid damper is fixed to the upper end of the tower where the nacelle and the tower contact with each other.

이와 같은 본 발명에 따른 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기에서 상기 동조액체댐퍼는 외주면을 이루며 원형으로 형성되는 외벽과; 내주면을 이루며 원형으로 형성되는 내벽과; 상기 외벽과 내벽을 연결하는 바닥면을 이루며 속이 빈 링 형상으로 형성되는 바닥체와; 상기 외벽과 내벽을 연결하는 상면을 이루며 링 형상으로 형성되고, 상기 외벽과 내벽 사이에 형성되는 내부공간이 밀폐되도록 하는 커버 및; 상기 외벽, 내벽, 바닥체, 커버에 의해 형성되는 내부공간에 설정 높이(h)로 수용되는 수용액체를 포함하되, 상기 내부공간은 설정된 내경(Rin)과 외경(R)을 가지며 수평면 상에서 전방향으로 대칭을 이루는 속이 빈 링형 실린더(annular cylinder) 형상으로 이루어진다.
In the floating type wind turbine generator using the multilayered tuning liquid damper according to the present invention, the tuning liquid damper has an outer wall formed into a circular shape and forming an outer peripheral surface; An inner wall forming an inner circumferential surface and formed in a circular shape; A bottom body forming a bottom surface connecting the outer wall and the inner wall and having a hollow ring shape; A cover which is formed in a ring shape to form an upper surface connecting the outer wall and the inner wall, and closes an inner space formed between the outer wall and the inner wall; Wherein the inner space has a predetermined inner diameter (R in ) and outer diameter (R), and the outer space has a predetermined height (h) Shaped annular cylinder which is symmetrical in the direction of the arrow.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 다수개의 블레이드를 구비하여 회전하는 로터, 상기 로터가 연결되어 풍력발전을 수행하는 낫셀, 상기 로터와 낫셀이 수면으로부터 설정된 높이에 배치되도록 수직으로 설치되는 타워, 상기 타워 하부에 형성되어 수중에 배치되고 설정된 크기의 부력을 가져 상기 타워가 수상에서 부유하도록 하는 부유체를 포함하는 부유식 해상 풍력발전기의 타워에 작용하는 외력에 의한 타워의 강제운동 고유진동수를 추정하는 타워 강제운동 고유진동수 추정단계와; 설정된 개수의 동조액체댐퍼가 상하방향으로 적층되어 이루어진 다층 동조액체댐퍼가 상기 타워에 고정되는 위치를 설정하는 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계와; 동조액체댐퍼의 설계치수{내경(Rin), 외경(R), 높이(H)}를 설정하는 동조액체댐퍼 설계치수 설정단계와; 다층 동조액체댐퍼를 이루는 각 동조액체댐퍼의 내부공간에 수용되는 수용액체의 높이(h)를 타워 강제운동 고유진동수에 대응하는 동조액체댐퍼의 예상 슬로싱 고유진동수(ω), 중력가속도(g), 동조액체댐퍼의 외경(R)로부터 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3]에 의해 산출하는 동조액체댐퍼 수용액체 높이 설정단계와; 상기 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수를 설정하는 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계를 포함하는 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wind turbine comprising a rotor rotating with a plurality of blades, a nassel connected to the rotor to perform wind power generation, And a float formed in the lower portion of the tower and arranged in the water and having buoyancy of a predetermined magnitude to cause the tower to float in the water tower, A tower forced movement natural frequency estimating step of estimating a forced natural frequency of the tower; A multi-layered tuning liquid damper fixing position setting step of setting a position where the multi-layered tuning liquid damper in which a set number of the tuning liquid damper is stacked in the vertical direction is fixed to the tower; A tuning liquid damper design dimension setting step of setting a design dimension (inner diameter (R in ), outer diameter (R), height (H)) of the tuning liquid damper; (H) of the liquid received in the inner space of each of the tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper is calculated from the estimated sloshing natural frequency (ω), gravitational acceleration (g) of the tuned liquid damper corresponding to the tower forced motion natural frequency, , A tuning liquid damper containing liquid height setting step of calculating from the outer diameter (R) of the tuning liquid damper by the following equations (1), (2) and (3); Layered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine including a tuned liquid damper lamination number setting step of setting the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuned liquid damper.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014041153137-pat00001
Figure 112014041153137-pat00001

(ξ1n은 [수학식 2]의 해로서 동조액체댐퍼의 링형 실린더 구조의 영향을 고려하기 위한 보정수)(? 1n is a correction number for considering the influence of the ring-shaped cylinder structure of the tuning liquid damper as a solution of [Equation (2)])

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014041153137-pat00002
Figure 112014041153137-pat00002

(Jm : Bessel function of the first kind of order m, Ym : Bessel function of the second kind of order m)(J m : Bessel function of the first kind of order m, Y m : Bessel function of the second kind of order m)

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112014041153137-pat00003

Figure 112014041153137-pat00003

이와 같은 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법에서 상기 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계는 상기 낫셀과 타워가 서로 접하는 상기 타워의 상단 끝단부에 다층 동조액체댐퍼의 고정 위치가 설정되도록 한다.
In the method for designing a multi-layered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to the present invention, the multi-layered tuned liquid damper fixing position setting step may include a step of fixing the multi-layered tuned liquid damper to the upper end of the tower, .

이와 같은 본 발명에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법에서 상기 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 동조액체댐퍼가 없는 부유식 해상 풍력발전기의 피치운동 진폭(Xst)과 동조액체댐퍼가 설치된 부유식 해상 풍력발전기의 피치운동 진폭(X)의 비(P)가 [수학식 4]에 의해 산출되도록 한 다음, 부유식 해상 풍력발전기(100)의 전체 관성모멘트(Is)에 대한 다층 동조액체댐퍼(50)의 관성모멘트(Id)의 비(μ=Id/Is)가 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수에 따라 변화되는 것을 나타내는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프와, 상기 μ값에 따라 상기 P 값이 변화되는 것을 나타내는 μ-P 상관그래프가 산출되도록 한 후, 상기 P 값이 최소화되는 μ값에 대응하는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프 상의 동조액체댐퍼의 개수를 상기 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수로 설정한다.In the method for designing a multi-layered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to the present invention, the step of setting the number of tuned liquid damper stacking steps includes the step of adjusting the pitch movement amplitude (X st ) of the floating offshore wind turbine without the tuned liquid damper and the tuned liquid damper of the installed floating offshore wind turbine pitch motion amplitude (X) of the ratio (P) is then, to the total moment of inertia (I s) of a floating offshore wind turbine 100 to be calculated by the formula 4; (Μ = I d / I s ) of the moment of inertia (I d ) of the multilayered tuning liquid damper 50 changes according to the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper. A correlation graph and a μ-P correlation graph indicating that the P value is changed according to the μ value are calculated, and then a μ value correlation graph corresponding to the μ value for which the P value is minimized, Liquid damper Layered tuning liquid damper is set to the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112014041153137-pat00004

Figure 112014041153137-pat00004

이와 달리 상기 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 상기 다층 동조액체댐퍼에 수용되는 수용액체의 전체 질량이 부유식 해상 풍력발전기 전체 질량에 대해 설정된 비율로 결정되도록 한 다음, 상기 수용액체가 동조액체댐퍼 내부공간에 수용되는 높이(h), 다층 동조액체댐퍼에 수용되는 수용액체의 전체 질량, 동조액체댐퍼의 내경(Rin)과 외경(R), 수용액체의 밀도에 따라 상기 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수가 설정되도록 할 수도 있다.
Alternatively, the tuning liquid damper number setting step may cause the total mass of the receiving liquid contained in the multi-layered tuning liquid damper to be determined at a rate set for the total mass of the floating offshore wind turbine, height (h) which is accommodated in the space, the multi-layer tune the total mass of the receiving liquid that is contained in the liquid damper, the inner diameter of tuned liquid damper (R in) and the diameter (R), according to the density of the receiving liquid that make up the multi-layer tuned liquid damper The number of the tuning liquid damper may be set.

본 발명에 의한 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법에 의하면, 설정된 개수의 동조액체댐퍼가 상하방향으로 적층되어 이루어지고, 타워 상의 고정위치, 적층된 동조액체댐퍼의 개수, 각 동조액체댐퍼에 수용되는 수용액체의 높이 등의 설계인자가 최적화된 다층 동조액체댐퍼의 사용으로 타워 강제운동 저감효율이 증대되는 효과가 있다.
According to the method for designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to the present invention, a predetermined number of tuned liquid dampers are stacked in a vertical direction and the number of the tuned liquid dampers stacked, The use of a multi-layer synchronized liquid damper with optimized design factors such as the height of the liquid received in the damper increases the efficiency of reducing the forced movement of the tower.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기를 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼를 보여주기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼의 타워 상의 고정위치를 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법을 보여주기 위한 블록도;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법의 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계에서 사용되는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프(동조액체댐퍼가 타워 상단부에 고정될 경우);
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법의 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계에서 사용되는 μ-P 상관그래프에 P값이 최소가 되는 지점이 도시된 도면;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법의 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계에서 사용되는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프(동조액체댐퍼가 타워 하단부에 고정될 경우);
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법의 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계에서 사용되는 μ-P 상관그래프에 μ값이 0.005일 때의 P값이 도시된 도면이다.1 is a view showing a floating offshore wind power generator to which a multilayered tuning liquid damper according to an embodiment of the present invention is applied;
2 is a view showing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine to which a multilayered tuned liquid damper according to an embodiment of the present invention is applied;
3 is a view showing a fixing position on a tower of a multilayered tuning liquid damper according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a configuration of a tuned liquid damper constituting a multilayered tuning liquid damper according to an embodiment of the present invention;
5 is a block diagram illustrating a method for designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a graph showing a μ value correlation graph for the number of tuned liquid dampers used in the step of setting the number of tuned liquid damper in the method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention When fixed);
7 is a view showing a point at which a P value is minimized in the μ-P correlation graph used in the step of setting the number of tuned liquid damper steps in the method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention ;
FIG. 8 is a graph showing a μ value correlation graph for each number of tuned liquid dampers used in the step of setting the number of tuned liquid damper in the method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention When fixed);
9 is a graph showing the relation between the μ-P and the μ-P correlation graph used in the step of setting the number of tuned liquid dampers in the method of designing a multilayered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention. Respectively.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 동조액체댐퍼, 풍력발전기, 부유식 해상 풍력발전기 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 1 to 9. In the drawings and the detailed description, there is shown and simplified the constitution and operation of the tuning liquid damper, the wind turbine, the floating offshore wind turbine, etc., which are easily known to those skilled in the art. In the drawings and specification, there are shown in the drawings and will not be described in detail, and only the technical features related to the present invention are shown or described only briefly. Respectively.

부유식 해상 풍력발전기(100)는 도 1에서와 같이 다수개의 블레이드를 구비하여 회전하는 로터(10), 로터(10)가 연결되는 낫셀(20), 로터(10)와 낫셀(20)이 수면으로부터 설정된 높이에 배치되도록 수직으로 설치되는 타워(30), 타워(30) 하부에 형성되어 수중에 배치되고 설정된 크기의 부력을 가져 타워(30)가 수상에서 부유하도록 하는 부유체(40) 및, 부유체(40)를 고정시키는 계류삭(60)을 포함하는 구성으로 이루어지는데, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기(100)는 도 2에서와 같이 설정된 개수의 동조액체댐퍼(50')가 상하방향으로 적층되어 이루어진 다층 동조액체댐퍼(50)가 타워(30)에 고정되어 외력에 의한 타워의 강제운동이 저감되도록 한다.
1, the floating offshore wind turbine generator 100 includes a rotor 10 having a plurality of blades, a ncelelle 20 to which the rotor 10 is connected, a rotor 10 and a nacelle 20, A float 40 formed underneath the tower 30 to allow the tower 30 to float in the aquaplane with buoyancy of a predetermined magnitude disposed in the water, And a mooring line 60 for fixing the float 40. The floating offshore wind turbine 100 according to the embodiment of the present invention includes the tuned liquid damper 50 'Are stacked in the vertical direction is fixed to the tower 30 so that the forced movement of the tower due to the external force is reduced.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기(100)는 도 3에서와 같이 낫셀(20)과 타워(30)가 서로 접하는 타워(30)의 상단 끝단부에 다층 동조액체댐퍼(50)가 고정되도록 한다.As shown in FIG. 3, the floating offshore wind turbine 100 according to the embodiment of the present invention includes a multi-layered tuning liquid damper 50 (shown in FIG. 3) at an upper end of a tower 30 in contact with the nacelle 20 and the tower 30, ).

다층 동조액체댐퍼(50)를 이루는 동조액체댐퍼(50')는 도 4에서와 같이 외주면을 이루며 원형으로 형성되는 외벽(51), 내주면을 이루며 원형으로 형성되는 내벽(52), 외벽(51)과 내벽(52)을 연결하는 바닥면을 이루며 속이 빈 링 형상으로 형성되는 바닥체(53), 외벽(51)과 내벽(52)을 연결하는 상면을 이루며 링 형상으로 형성되고 외벽(51)과 내벽(52) 사이에 형성되는 내부공간(56)이 밀폐되도록 하는 커버(54) 및, 외벽(51), 내벽(52), 바닥체(53), 커버(54)에 의해 형성되는 내부공간(56)에 설정 높이(h)로 수용되는 수용액체(55)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기서 동조액체댐퍼(50')의 내부공간(56)은 설정된 내경(Rin)과 외경(R)을 가지며 수평면 상에서 전방향으로 대칭을 이루는 속이 빈 링형 실린더(annular cylinder) 형상으로 이루어진다.The tuning liquid damper 50 'constituting the multilayered tuning liquid damper 50 comprises an outer wall 51 formed in a circular shape forming an outer circumferential surface as shown in FIG. 4, an inner wall 52 formed into a circular inner circumferential surface, an outer wall 51, A bottom 53 connecting the outer wall 51 and the inner wall 52 and formed in an annular shape and an inner wall 52 connecting the outer wall 51 and the inner wall 52, A cover 54 for sealing the inner space 56 formed between the inner wall 52 and the inner space 56 formed by the outer wall 51, the inner wall 52, the bottom 53 and the cover 54 And a receiving liquid (55) accommodated in a predetermined height (h) at a predetermined height (h). The inner space 56 of the tuned liquid damper (50 ') is formed of a predetermined diameter (R in) and the diameter (R) has a hollow (annular cylinder), the ring-like blank cylinder symmetrical in all directions on a horizontal plane shape.

이와 같은 동조액체댐퍼(50')는 내벽(52) 내부에 형성되는 삽입공간(57)으로 타워(30)가 끼워지면서 타워(30)에 고정된다.
Such a tuned liquid damper 50 'is fixed to the tower 30 while the tower 30 is inserted into the insertion space 57 formed inside the inner wall 52.

본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법은 도 5에서와 같이 타워 강제운동 고유진동수 추정단계, 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계, 동조액체댐퍼 설계치수 설정단계, 동조액체댐퍼 수용액체 높이 설정단계, 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계를 포함한다.
The method for designing a multi-layered tuned liquid damper of a floating offshore wind turbine according to an embodiment of the present invention includes steps of estimating a tower forced movement natural frequency, setting a multi-layered tuned liquid damper fixing position, setting a tuned liquid damper design dimension, A liquid level setting step for the tuning liquid damper, and a step for setting the number of the tuning liquid damper steps.

타워 강제운동 고유진동수 추정단계는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 타워(30)에 작용하는 외력에 의한 타워(30)의 강제운동 고유진동수를 추정하는 단계이다. 이와 같은 타워(30)의 강제운동 고유진동수 추정은 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 축소모형을 제작하여 실험적으로 수행되거나, 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 수치모델링을 통한 수치해석을 통해 수행될 수 있다.
The tower forced movement natural frequency estimation step is a step of estimating the natural frequency of the forced movement of the tower 30 by an external force acting on the tower 30 of the floating offshore wind turbine generator 100. The estimation of the natural frequency of the forced movement of the tower 30 can be performed experimentally by constructing a reduced model of the floating offshore wind turbine generator 100 installed on the sea or by calculating the numerical value of the floating offshore wind turbine generator 100 installed on the sea Can be performed through numerical analysis through modeling.

다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계는 설정된 개수의 동조액체댐퍼(50')가 상하방향으로 적층되어 이루어진 다층 동조액체댐퍼(50)가 타워(30)에 고정되는 위치를 설정하는 단계이다. 이와 같은 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계는 낫셀(20)과 타워(30)가 서로 접하는 타워(30)의 상단 끝단부에 다층 동조액체댐퍼(50)의 고정 위치가 설정되도록 한다.
The multi-layered tuned liquid damper fixing position setting step is a step of setting a position where the multi-layered tuned liquid damper 50 formed by stacking the set number of the tuned liquid damper 50 'in the vertical direction is fixed to the tower 30. [ The multi-layered tuning liquid damper fixing position setting step sets the fixing position of the multi-layered tuning liquid damper 50 at the upper end of the tower 30 where the nacelle 20 and the tower 30 are in contact with each other.

동조액체댐퍼 설계치수 설정단계는 동조액체댐퍼의 설계치수{내경(Rin), 외경(R), 높이(H)}를 설정하는 단계이다. 이와 같은 동조액체댐퍼 설계치수 설정단계는 타워(30)의 상단 끝단부에 설치되는 다층 동조액체댐퍼(50)가 로터(10)의 블레이드와 간섭되지 않도록 동조액체댐퍼의 설계치수를 설정하게 된다.
The tuning liquid damper design dimension setting step is a step of setting the design dimension (inner diameter (R in ), outer diameter (R), height (H)) of the tuning liquid damper. In this tuning liquid damper design dimension setting step, the design dimension of the tuning liquid damper is set so that the multilayered tuning liquid damper 50 provided at the upper end of the tower 30 does not interfere with the blade of the rotor 10. [

동조액체댐퍼 수용액체 높이 설정단계는 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루는 각 동조액체댐퍼(50')의 내부공간에 수용되는 수용액체의 높이(h)를 설정하는 단계로서, 이와 같은 수용액체의 높이(h)는 타워 강제운동 고유진동수에 대응하는 동조액체댐퍼(50')의 예상 슬로싱 고유진동수(ω), 중력가속도(g), 동조액체댐퍼의 외경(R)로부터 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3]에 의해 산출하는 단계이다. {여기서 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3]의 도출 및 이해와 관련하여 아래의 문헌을 참고할 수 있다.The tuning liquid damper receiving liquid level setting step is a step of setting the height h of the receiving liquid contained in the inner space of each of the tuning liquid dampers 50 'constituting the multilayered tuning liquid damper 50, The height h is calculated from the expected sloshing natural frequency ω, the gravitational acceleration g and the outer diameter R of the tuned liquid damper of the tuned liquid damper 50 'corresponding to the tower forced motion natural frequency, , [Equation 2], and [Equation 3]. {Here, the following documents can be referred to regarding derivation and understanding of [Equation 1], [Equation 2] and [Equation 3].

Ibrahim, R. A., (2005), "Liquid Sloshing Dynamics: Theory and Applications", Cambridge University Press. (pp.17~18)}
Ibrahim, RA, (2005), "Liquid Sloshing Dynamics: Theory and Applications ", Cambridge University Press. (pp.17-18)}

Figure 112014041153137-pat00005
Figure 112014041153137-pat00005

(ξ1n은 [수학식 2]의 해로서 동조액체댐퍼의 링형 실린더 구조의 영향을 고려하기 위한 보정수)(? 1n is a correction number for considering the influence of the ring-shaped cylinder structure of the tuning liquid damper as a solution of [Equation (2)])

Figure 112014041153137-pat00006
Figure 112014041153137-pat00006

(Jm : Bessel function of the first kind of order m, Ym : Bessel function of the second kind of order m)(J m : Bessel function of the first kind of order m, Y m : Bessel function of the second kind of order m)

Figure 112014041153137-pat00007
Figure 112014041153137-pat00007

동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루는 동조액체댐퍼의 개수를 설정하는 단계이다. 이와 같은 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 먼저 동조액체댐퍼(50')가 없는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 피치운동 진폭(Xst)과, 동조액체댐퍼(50')가 설치된 부유식 해상 풍력발전기(100)의 피치운동 진폭(X)의 비(P)가 [수학식 4]에 의해 산출되도록 한다.The step of setting the number of tuned liquid damper stages is a step of setting the number of tuned liquid dampers constituting the multi-layered tuned liquid damper (50). In the step of setting the number of tuned liquid damper stacks, first, the pitch movement amplitude X st of the floating offshore wind turbine generator 100 without the tuning liquid damper 50 'and the floating motion amplitude X st of the floating dynamic damper 50' The ratio P of the pitch motion amplitude X of the wind power generator 100 is calculated by the following equation (4).

Figure 112014041153137-pat00008
Figure 112014041153137-pat00008

여기서 [수학식 4]은 다음의 과정을 거쳐 유도된다.{이와 관련하여 아래의 문헌을 참고할 수 있다.Here, [Equation 4] is derived through the following process (refer to the following document in this regard.

Soong, T. T., Dargush, G. F., "Passive Energy Dissipation Systems in Structural Engineering", John Wiley & Sons}
Soong, TT, Dargush, GF, "Passive Energy Dissipation Systems in Structural Engineering", John Wiley & Sons}

먼저 부유식 해상 풍력발전기(100)의 운동방정식 [수학식 5]와 동조액체댐퍼(50)의 운동방정식 [수학식 7]를 연동시켜 동조액체댐퍼(50)가 적용된 부유식 해상 풍력발전기(100) 전체의 운동방정식을 [수학식 8]과 같이 산출한다.
First, a floating offshore wind power generator 100 (100) having a tuning liquid damper (50) is interlocked with the equation of motion of a floating offshore wind turbine generator (100) and the equation of motion of a tuning liquid damper ) ≪ / RTI > is calculated as shown in equation (8).

Figure 112014041153137-pat00009
Figure 112014041153137-pat00009

Figure 112014041153137-pat00010
Figure 112014041153137-pat00010

(Is는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 관성모멘트, Cs는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 감쇠계수, Ks는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 회전스프링 상수, θs는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 회전각도, θd는 동조액체댐퍼(50)의 회전각도, Ms는 외부(파도, 바람, 해류 등)로부터 부유식 해상 풍력발전기(100)에 작용하는 모멘트, Md는 동조액체댐퍼(50)로부터 부유식 해상 풍력발전기(100)에 작용하는 모멘트)
(I s is the rotation spring constant, θ s of the floating moment of inertia of the offshore wind turbine 100, C s is floating attenuation factor, K s is a floating offshore wind turbine (100 of offshore wind generator 100) is floating rotational angle of the offshore wind turbine 100, θ d is the angle of rotation of the tuned liquid dampers (50), M s is a moment acting on the floating offshore wind turbine 100 from the outside (waves, wind, current, etc.) , And M d is a moment acting on the floating offshore wind power generator 100 from the tuning liquid damper 50)

Figure 112014041153137-pat00011
Figure 112014041153137-pat00011

(Id는 동조액체댐퍼(50)의 관성모멘트, Cd는 동조액체댐퍼(50)의 감쇠계수, Kd는 동조액체댐퍼(50)의 회전스프링 상수)
(I d is the moment of inertia of the tuning liquid damper 50, C d is the damping coefficient of the tuning liquid damper 50, and K d is the rotational spring constant of the tuning liquid damper 50)

Figure 112014041153137-pat00012
Figure 112014041153137-pat00012

부유식 해상 풍력발전기(100)의 운동을 표현하는 [수학식 9], 동조액체댐퍼(50)의 운동을 표현하는 [수학식 10], 외부가진 모멘트를 표현하는 [수학식 11]을 이용하여 상기 [수학식 8]을 풀어 아래의 [수학식 12]을 획득한다.(9) expressing the motion of the floating offshore wind turbine generator (100), the expression (10) expressing the motion of the tuned liquid damper (50) and the expression (11) expressing the external excitation moment The following equation (12) is obtained by solving Equation (8).

Figure 112014041153137-pat00013
Figure 112014041153137-pat00013

Figure 112014041153137-pat00014
Figure 112014041153137-pat00014

Figure 112014041153137-pat00015
Figure 112014041153137-pat00015

Figure 112014041153137-pat00016
Figure 112014041153137-pat00016

(여기서

Figure 112014041153137-pat00017
,
Figure 112014041153137-pat00018
,
Figure 112014041153137-pat00019
,
Figure 112014041153137-pat00020
,
Figure 112014041153137-pat00021
,
Figure 112014041153137-pat00022
,
Figure 112014041153137-pat00023
이다.)
(here
Figure 112014041153137-pat00017
,
Figure 112014041153137-pat00018
,
Figure 112014041153137-pat00019
,
Figure 112014041153137-pat00020
,
Figure 112014041153137-pat00021
,
Figure 112014041153137-pat00022
,
Figure 112014041153137-pat00023
to be.)

상기 [수학식 12]에서 부유식 해상 풍력발전기(100)의 변위를 구하면 아래의 [수학식 13]과 같다.
In Equation (12), the displacement of the floating offshore wind turbine generator (100) is obtained as shown in the following Equation (13).

Figure 112014041153137-pat00024
Figure 112014041153137-pat00024

동조액체댐퍼(50)가 없는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 운동을 아래의 [수학식 14]와 같이 정의하고, 동조확대계수(DMF: the dynamic magnification factor)를아래의 [수학식 15]와 같이 구한다.
The motion of the floating offshore wind turbine generator 100 without the tuned liquid damper 50 is defined as in the following Equation 14 and the dynamic magnification factor DMF is calculated by the following Equation 15: .

Figure 112014041153137-pat00025
Figure 112014041153137-pat00025

Figure 112014041153137-pat00026
Figure 112014041153137-pat00026

여기서 μ값을 제외하고 다른 값들은 상수로 표현할 수 있으므로, [수학식 15]를 아래의 [수학식 16]과 같이 간단한 형태의 수식으로 나타낼 수 있다.
Here, other values except for the value of μ can be expressed by a constant, so that Equation (15) can be expressed by a simple form of Equation (16) below.

Figure 112014041153137-pat00027
Figure 112014041153137-pat00027

여기서 [수학식 16]은 [수학식 4]에 해당되는 것으로, [수학식 4] 또는 [수학식 16]에서 a,b,c의 값은 3가지 경우{동조액체댐퍼(50)가 없는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 운동, 1개의 동조액체댐퍼(50)가 설치된 부유식 해상 풍력발전기(100)의 운동, 2개의 동조액체댐퍼(50)가 설치된 부유식 해상 풍력발전기(100)의 운동}의 해석 데이터를 이용하여 구할 수 있다.
The values of a, b, and c in [Equation 4] or [Equation 16] correspond to three cases (a floating state in which there is no tuning liquid damper 50) The movement of the floating offshore wind turbine generator 100 is controlled by the movement of the floating offshore wind turbine generator 100 having the tuned liquid damper 50 and the operation of the floating offshore wind turbine generator 100 having the two tuned liquid damper 50, Motion data}.

그리고 부유식 해상 풍력발전기(100)의 전체 관성모멘트(Is)에 대한 다층 동조액체댐퍼(50)의 관성모멘트(Id)의 비(μ=Id/Is)가 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루는 동조액체댐퍼(50')의 개수에 따라 변화되는 것을 나타내는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프를 산출한다. 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프는 도 6과 도 8에 도시되어 있는데, 도 6은 동조액체댐퍼(50')가 타워(30) 상단부에 고정될 경우의 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프이고, 도 8은 동조액체댐퍼(50')가 타워(30) 하단부에 고정될 경우의 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프이다.The ratio (μ = I d / I s ) of the moment of inertia I d of the multi-layered tuning liquid damper 50 to the total inertia moment I s of the floating offshore wind turbine generator 100 is determined by the multi- 50) by the number of tuned liquid dampers (50 '). 6 and 8 show a μ value correlation graph for each number of tuned liquid dampers when the tuned liquid damper 50 'is fixed to the upper end of the tower 30. FIG. And FIG. 8 is a μ value correlation graph for the number of tuned liquid dampers when the tuned liquid damper 50 'is fixed to the lower end of the tower 30.

이와 같은 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프는 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 축소모형을 제작하여 실험적으로 산출되거나, 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 수치모델링을 통한 수치해석을 통해 산출될 수 있다. The μ value correlation graph for each number of the tuned liquid damper can be obtained by experimentally producing a scale model of a floating offshore wind turbine generator 100 installed on the sea or by performing numerical modeling of a floating offshore wind turbine generator 100 installed on the sea Can be calculated through numerical analysis through

또한 μ값에 따라 P 값이 변화되는 것을 나타내는 μ-P 상관그래프를 산출한다. μ-P 상관그래프는 도 7과 도 9에 도시되어 있는데, 도 7의 μ-P 상관그래프에는 P값이 최소가 되는 지점이 도시되어 있고, 도 9의 μ-P 상관그래프에는 μ값이 0.005일 때의 P값이 도시된 도면이다.Also, a μ-P correlation graph indicating that the P value changes according to the μ value is calculated. 7 and 9, the point where the P value is minimum is shown in the μ-P correlation graph of FIG. 7, and the μ value is 0.005 Is a diagram showing the P value in the case of FIG.

이와 같은 μ-P 상관그래프도 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프와 마찬가지로 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 축소모형을 제작하여 실험적으로 산출되거나, 해상에 설치되는 부유식 해상 풍력발전기(100)의 수치모델링을 통한 수치해석을 통해 산출될 수 있다.Similarly to the μ-P correlation graph for the number of tuned liquid dampers, the μ-P correlation graph can be obtained by experimentally producing a miniature model of the floating offshore wind turbine generator 100 installed on the sea, Can be calculated through numerical analysis through numerical modeling of the generator 100.

마지막으로, P 값이 최소화되는 μ값에 대응하는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프 상의 동조액체댐퍼(50')의 개수를 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루는 동조액체댐퍼(50')의 개수로 설정한다.Finally, the number of the tuning liquid damper 50 'on the μ value correlation graph for each tuning liquid damper number corresponding to the μ value at which the P value is minimized is set to be the number of the tuning liquid damper 50' constituting the multilayered tuning liquid damper 50 Set the number.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 도 6과 도 7에서와 확인되는 바와 같이 3개의 동조액체댐퍼(50')가 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루게 될 시의 μ값이 P 값의 최소값에 가장 근접하므로, 동조액체댐퍼 적층개수가 3개가 되도록 한다.
Here, the tuning liquid damper number setting step according to the embodiment of the present invention is performed when the three tuning liquid damper 50 'becomes the multi-layer tuning liquid damper 50 as shown in FIGS. 6 and 7 The μ value is closest to the minimum value of the P value, so that the number of tuned liquid damper stacks is three.

한편, 도 6과 도 7에서와 같이 동조액체댐퍼(50')가 타워(30) 상단부에 고정될 경우에는 3개의 동조액체댐퍼(50')가 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루게 될 시의 μ값이 P 값의 최소값에 가장 근접하게 되는 반면, 도 8과 도 9에서와 같이 동조액체댐퍼(50')가 타워(30) 하단부에 고정될 경우에는 동조액체댐퍼의 개수가 1~10개 사이에서 증대되더라도 μ값 자체가 0.002~0.02 범위에서 극히 작은 수치값을 가짐에 따라 도 9에서 확인되는 바와 같이 P 값이 0.95~1 범위에서 높은 수치값을 가지게 된다. 이는 타워(30)의 강제운동이 거의 저감되지 않음을 의미하므로, 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계는 낫셀(20)과 타워(30)가 서로 접하는 타워(30)의 상단 끝단부에 다층 동조액체댐퍼(50)의 고정 위치가 설정되도록 하는 것이다.
When the tuned liquid damper 50 'is fixed to the upper end of the tower 30 as shown in FIGS. 6 and 7, when the three tuned liquid damper 50' forms the multilayered tuned liquid damper 50 when the tuning liquid damper 50 'is fixed to the lower end of the tower 30 as shown in FIGS. 8 and 9, the number of the tuning liquid damper is 1 to 10 , The μ value itself has an extremely small numerical value in the range of 0.002 to 0.02, so that the P value has a high numerical value in the range of 0.95 to 1 as shown in FIG. This means that the forced movement of the tower 30 is not substantially reduced, so that the multi-layered tuned liquid damper fixing position setting step according to the embodiment of the present invention is performed by the steps of: So that the fixing position of the multilayered tuning liquid damper 50 is set at the upper end.

이와 달리 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 다층 동조액체댐퍼(50)에 수용되는 수용액체(55)의 전체 질량이 부유식 해상 풍력발전기(100) 전체 질량에 대해 설정된 비율로 결정되도록 한 다음, 수용액체(55)가 동조액체댐퍼(50')의 내부공간(56)에 수용되는 높이(h), 다층 동조액체댐퍼(50)에 수용되는 수용액체의 전체 질량, 동조액체댐퍼(50')의 내경(Rin)과 외경(R), 수용액체(55)의 밀도에 따라 다층 동조액체댐퍼(50)를 이루는 동조액체댐퍼(50')의 개수가 설정되도록 할 수도 있다.
Alternatively, the step of setting the number of tuned liquid damper stacks may be such that the total mass of the receiving liquid 55 contained in the multilayered tuning liquid damper 50 is determined at a rate set for the total mass of the floating offshore wind turbine 100, The height h of the fluid 55 contained in the internal space 56 of the tuning liquid damper 50 ', the total mass of the fluid received in the multi-layered tuning fluid damper 50, the total mass of the fluid in the tuning fluid damper 50' the inner diameter may be such that the number of multilayer tuned liquid damper tuned liquid damper (50 ') forming the 50 set according to the density of (R in) and the diameter (R), receiving liquid (55).

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기 및 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법은 설정된 개수의 동조액체댐퍼(50')가 상하방향으로 적층되어 이루어지고, 타워(30) 상의 고정위치, 적층된 동조액체댐퍼의 개수, 각 동조액체댐퍼(50')에 수용되는 수용액체(55)의 높이 등의 설계인자가 최적화된 다층 동조액체댐퍼(50)을 사용함으로써 타워(30)의 강제운동이 저감되는 효율이 증대되도록 한다.
A method for designing a multilayered tunable liquid damper of a floating offshore wind turbine and a floating offshore wind turbine to which the multilayered tuned liquid damper according to an embodiment of the present invention as described above is applied is characterized in that a predetermined number of tuned liquid damper 50 ' Layered tuning liquids having optimum optimized design factors such as the fixing position on the tower 30, the number of the laminated tuned liquid dampers, and the height of the receiving liquid 55 contained in each tuned liquid damper 50 ' By using the damper 50, the efficiency of reducing the forced movement of the tower 30 is increased.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 다층 동조액체댐퍼가 적용된 부유식 해상 풍력발전기 및 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
Although the method of designing a multilayered tunable liquid damper of a floating offshore wind turbine and a floating offshore wind turbine on which a multilayered tuned liquid damper according to an embodiment of the present invention as described above is applied is shown according to the above description and drawings, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention.

10 : 로터 20 : 낫셀
30 : 타워 40 : 부유체
50 : 다층 동조액체댐퍼 50' : 동조액체댐퍼
51 : 외벽 52 : 내벽
53 : 바닥체 54 : 커버
55 : 수용액체 56 : 내부공간
57 : 삽입공간 60 : 계류삭
100 : 부유식 해상 풍력발전기10: rotor 20: nacelle
30: tower 40: float
50: multilayered tuning liquid damper 50 ': tuning liquid damper
51: outer wall 52: inner wall
53: bottom body 54: cover
55: aqueous liquid 56: internal space
57: insertion space 60: mooring line
100: Floating offshore wind power generator

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 다수개의 블레이드를 구비하여 회전하는 로터, 상기 로터가 연결되어 풍력발전을 수행하는 낫셀, 상기 로터와 낫셀이 수면으로부터 설정된 높이에 배치되도록 수직으로 설치되는 타워, 상기 타워 하부에 형성되어 수중에 배치되고 설정된 크기의 부력을 가져 상기 타워가 수상에서 부유하도록 하는 부유체를 포함하는 부유식 해상 풍력발전기의 타워에 작용하는 외력에 의한 타워의 강제운동 고유진동수를 추정하는 타워 강제운동 고유진동수 추정단계와;
설정된 개수의 동조액체댐퍼가 상하방향으로 적층되어 이루어진 다층 동조액체댐퍼가 상기 타워에 고정되는 위치를 설정하는 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계와;
동조액체댐퍼의 설계치수{내경(Rin), 외경(R), 높이(H)}를 설정하는 동조액체댐퍼 설계치수 설정단계와;
다층 동조액체댐퍼를 이루는 각 동조액체댐퍼의 내부공간에 수용되는 수용액체의 높이(h)를 타워 강제운동 고유진동수에 대응하는 동조액체댐퍼의 예상 슬로싱 고유진동수(ω), 중력가속도(g), 동조액체댐퍼의 외경(R)로부터 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3]에 의해 산출하는 동조액체댐퍼 수용액체 높이 설정단계와;
상기 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수를 설정하는 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법.
[수학식 1]
Figure 112014041153137-pat00028

(ξ1n은 [수학식 2]의 해로서 동조액체댐퍼의 링형 실린더 구조의 영향을 고려하기 위한 보정수)
[수학식 2]
Figure 112014041153137-pat00029

(Jm : Bessel function of the first kind of order m, Ym : Bessel function of the second kind of order m)
[수학식 3]
Figure 112014041153137-pat00030
A rotor that rotates with a plurality of blades, a ncelelle to which the rotor is connected to perform wind power generation, a tower that is installed vertically so that the rotor and the nacelle are disposed at a set height from the water surface, A tower forced movement natural frequency estimating step of estimating a forced natural frequency of the tower by an external force acting on a tower of a floating offshore wind turbine including a float having a predetermined size of float to cause the tower to float in the water phase;
A multi-layered tuning liquid damper fixing position setting step of setting a position where the multi-layered tuning liquid damper in which a set number of the tuning liquid damper is stacked in the vertical direction is fixed to the tower;
A tuning liquid damper design dimension setting step of setting a design dimension (inner diameter (R in ), outer diameter (R), height (H)) of the tuning liquid damper;
(H) of the liquid received in the inner space of each of the tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper is calculated from the estimated sloshing natural frequency (ω), gravitational acceleration (g) of the tuned liquid damper corresponding to the tower forced motion natural frequency, , A tuning liquid damper containing liquid height setting step of calculating from the outer diameter (R) of the tuning liquid damper by the following equations (1), (2) and (3);
And a number of tuned liquid damper stacking steps for setting the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper.
[Equation 1]
Figure 112014041153137-pat00028

(? 1n is a correction number for considering the influence of the ring-shaped cylinder structure of the tuning liquid damper as a solution of [Equation (2)])
&Quot; (2) "
Figure 112014041153137-pat00029

(J m : Bessel function of the first kind of order m, Y m : Bessel function of the second kind of order m)
&Quot; (3) "
Figure 112014041153137-pat00030
 제 4항에 있어서,
상기 다층 동조액체댐퍼 고정위치 설정단계는 상기 낫셀과 타워가 서로 접하는 상기 타워의 상단 끝단부에 다층 동조액체댐퍼의 고정 위치가 설정되도록 하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법.5. The method of claim 4,
Wherein the multi-layered tuning liquid damper fixing position setting step sets the fixing position of the multilayered tuning liquid damper to the upper end of the tower where the nacelle and the tower are in contact with each other. Way. 제 4항에 있어서,
상기 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 동조액체댐퍼가 없는 부유식 해상 풍력발전기의 피치운동 진폭(Xst)과 동조액체댐퍼가 설치된 부유식 해상 풍력발전기의 피치운동 진폭(X)의 비(P)가 [수학식 4]에 의해 산출되도록 한 다음,
부유식 해상 풍력발전기(100)의 전체 관성모멘트(Is)에 대한 다층 동조액체댐퍼(50)의 관성모멘트(Id)의 비(μ=Id/Is)가 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수에 따라 변화되는 것을 나타내는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프와, 상기 μ값에 따라 상기 P 값이 변화되는 것을 나타내는 μ-P 상관그래프가 산출되도록 한 후,
상기 P 값이 최소화되는 μ값에 대응하는 동조액체댐퍼 개수 별 μ값 상관그래프 상의 동조액체댐퍼의 개수를 상기 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수로 설정하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법.
[수학식 4]
Figure 112014041153137-pat00031

5. The method of claim 4,
The Tuned Liquid Damper laminated number setting step ratio (P) of the pitch motion amplitude (X st) and tuning floating pitch motion amplitude (X) of the offshore wind power generator is a liquid damper is installed in a floating offshore wind turbine without a tuned liquid damper Is calculated by the following equation (4)
The ratio (μ = I d / I s ) of the moment of inertia I d of the multilayered tuning liquid damper 50 to the total inertia moment I s of the floating offshore wind turbine generator 100 is smaller than that of the multilayered tuning liquid damper A correlation value graph of the number of tuned liquid dampers showing that the number of tuned liquid dampers varies depending on the number of tuned liquid dampers and a μ-P correlation graph showing that the value of P is changed according to the value of μ,
And the number of tuned liquid dampers on the μ value correlation graph for each tuning liquid damper number corresponding to the μ value for which the P value is minimized is set to the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper. Design Method of Multilayer Tuned Liquid Damper for Generator.
&Quot; (4) "
Figure 112014041153137-pat00031

 제 4항에 있어서,
상기 동조액체댐퍼 적층개수 설정단계는 상기 다층 동조액체댐퍼에 수용되는 수용액체의 전체 질량이 부유식 해상 풍력발전기 전체 질량에 대해 설정된 비율로 결정되도록 한 다음,
상기 수용액체가 동조액체댐퍼 내부공간에 수용되는 높이(h), 다층 동조액체댐퍼에 수용되는 수용액체의 전체 질량, 동조액체댐퍼의 내경(Rin)과 외경(R), 수용액체의 밀도에 따라 상기 다층 동조액체댐퍼를 이루는 동조액체댐퍼의 개수가 설정되도록 하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법.5. The method of claim 4,
The tuned liquid damper lamination number setting step may be such that the total mass of the receiving liquid contained in the multilayered tuning liquid damper is determined at a rate set for the total mass of the floating offshore wind turbine,
(H), the total mass of the receiving liquid contained in the multilayered tuning liquid damper, the inner diameter (R in ) and outer diameter (R) of the tuned liquid damper, and the density of the receiving liquid Wherein the number of tuned liquid dampers constituting the multilayered tuning liquid damper is set according to the number of tuned liquid dampers constituting the multi-layered tuned liquid damper.
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