KR101556101B1 - 풍력 발전기용 블레이드 - Google Patents

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KR101556101B1 KR1020140052159A KR20140052159A KR101556101B1 KR 101556101 B1 KR101556101 B1 KR 101556101B1 KR 1020140052159 A KR1020140052159 A KR 1020140052159A KR 20140052159 A KR20140052159 A KR 20140052159A KR 101556101 B1 KR101556101 B1 KR 101556101B1
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사티쉬쿠마
김성훈
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 풍력 발전기용 블레이드를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드는 적어도 두개 이상으로 분할되고, 상기 분할된 블레이드의 분할면에는 적어도 하나 이상의 결합홀이 형성되며, 상기 결합홀에 삽입되어 분할된 블레이드를 연결하는 메인스터드를 포함하되, 상기 결합홀 내부에는, 상기 결합홀 내부로 삽입된 상기 메인스터드를 고정하는 메인고정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.

Description

풍력 발전기용 블레이드{Blade of wind power generator}
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다단으로 분리 및 조립 가능한 분할된 구조의 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.
오늘날 풍력발전기의 크기와 중량이 대형화되고 있으며, 2,000kW 용량의 풍력발전 시스템이 보통이고, 블레이드 한 개의 길이는 40~70m, 나셀 무게는 60∼70톤, 타워 총 중량은 200∼300톤에 이른다. 더욱이 풍력발전기용 블레이드의 경우에는 다른 구조에 비해 상대적으로 증대하는 경향에 있다.
이에, 공장에서 제조되는 풍력 발전기용 블레이드는 FRP(Fiber Reinforced Plastics)로 제조되며, 이러한 FRP 소재의 블레이드는 생산 공장으로부터 설치 현장까지의 수송은, 육상의 경우, 좁고 구불구불한 길을 따라 산악지에 있는 설치 장소까지 운반하기 위해서는 육상운송에 따른 차량이나 도로 등의 제약을 많이 받으며, 이러한 제약으로 인하여 경제성이 떨어지기 때문에 대형 풍력발전시스템을 포기하는 경우도 있어서 풍력발전의 보급을 저해하는 요인의 하나로 작용하고 있다.
또한, 길이가 긴 거대한 블레이드는 제조 설비의 대형화가 요구되며 공장내의 취급도 곤란하기 때문에 작업성이나 생산성 향상 등의 장해가 된다.
이에 따라, 최근에는 상기와 같은 문제를 해결하고자 블레이드를 길이 방향으로 분할된 분할 구조로 제작하기도 한다. 또한, 분할된 블레이드는 접착 혹은 볼트 등에 의한 체결에 의해 이루어졌다.
그러나, 상기와 같은 분할된 블레이드의 결합 시, 접착 방법은 접착 강도의 저하 또는 분할된 부분에 따라 접착강도의 격차가 커지는 문제점이 있으며, 볼트 등에 의한 체결은 볼트에 의해 회전의 응력 집중이나 결합부재에 따른 중량 증대를 야기하는 문제점이 있었다.
아울러, 분할된 블레이드와 블레이드 사이의 중공부에 삽입되는 별도의 연결용 부재에 의해 연결하는 구조가 제안되기도 하였으나, 이 역시도 블레이드의 중량증대를 초례되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 분할된 블레이드의 결합 시, 결합구조가 용이하고 접합강도가 유지되며 추가적인 중량의 증대가 최소화될 수 있는 풍력발전기용 블레이드를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 두개 이상으로 분할되는 풍력발전기용 블레이드에 있어서, 상기 분할된 블레이드의 분할면에는 복수개의 결합홀이 형성되고, 상기 결합홀에 삽입되어 분할된 블레이드를 연결하는 메인스터드를 포함하되, 상기 결합홀 내부에는, 상기 결합홀 내부로 삽입된 상기 메인스터드를 고정하는 메인고정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공될 수 있다.
또한, 상기 결합홀에 삽입되는 상기 메인스터드의 양측에는 결합홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 메인고정부는 상기 결합홀의 중앙부에 위치되고, 적어도 하나 이상의 관통공이 형성된 결합링과, 일부분이 상기 관통의 내측으로 돌출되어 상기 메인스터드의 결합홈과 접하는 비즈, 및 상기 비즈를 상기 관통공에 밀착시키는 탄성부재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 블레이드에는 길이방향을 따라 위치되어 블레이드의 내부를 구획하는 다수의 격벽이 형성되고, 상기 분할면과 인접한 상기 격벽 사이에는 상기 블레이드의 폭방향으로 보조스터드가 형성될 수 있다.
또한, 상기 블레이드에 형성된 보조스터드를 연결하는 보조고정부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 보조고정부는 양측으로 상기 보조스터드가 체결되는 커넥터와, 상기 커넥터에 구비되어 상기 커넥터에 체결된 상기 보조스터드의 이탈이 방지되도록 고정력을 발생시키는 탄성부재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 커넥터는, 커넥터 바디부, 및 상기 커넥터 바디부의 양측에 형성되고, 사이에 상기 탄성부재가 위치되며 상기 보조스터드의 외경과 대응되는 곡률을 갖는 굴곡부가 형성된 한쌍의 다리부로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드는, 분할되는 구조로 형성됨에 따라 블레이드의 제작 및 운송이 용이할 수 있다.
또한, 분할된 블레이드를 메인고정부 및 보조고정부에 의해 고정함에 따라 충분한 접합강도를 확보할 수 있음과 동시에 조립된 블레이드의 중량 증대를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 풍력 발전기용 블레이드의 메인스터드와 메인고정부를 보여주는 상세도이다.
도 3은 1의 풍력 발전기용 블레이드의 보조스터드와 보조고정부를 보여주는 상세도이다.
도 4는 도 1의 풍력 발전기용 블레이드의 보조스터드와 보조고정부의 결합 구조를 보여주는 상세도이다.
도 5는 도 4의 풍력 발전기용 블레이드의 보조스터드와 보조고정부의 다른 결합구조를 보여주는 상세도이다.
도 6은 도 1의 풍력 발전기용 블레이드의 보조스터드와 보조고정부가 결합되는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(100)를 보여주는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 풍력 발전기용 블레이드(100)의 메인스터드(130)와 메인고정부(140)를 보여주는 상세도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(100)는 길이방향을 따라 적어도 두개 이상으로 분리되는 구조로, 격벽(110) 및 결합홀(120)이 형성된다. 상기 격벽(110)은 블레이드(100)의 강성을 보강하기 위해 상기 블레이드(100)의 내부에 길이방향으로 복수개가 형성되며 상기 격벽(110)에 의해 블레이드(100)의 내부 공간은 구획된다. 상기 결합홀(120)은 상기 분할된 블레이드(100a, 100b)의 분할면에 형성되는 것으로, 상기 분할면을 따라 복수개가 형성된다. 또한, 분할된 블레이드(100a, 100b) 연결 시, 각 블레이드(100a, 100b)에 형성된 결합홀(120)들의 위치는 상호 대응된다.
분할된 블레이드(100a, 100b)는 상기 결합홀(120)을 통해 상기 분할된 블레이드(100a, 100b)를 연결하는 메인스터드(130) 및 상기 결합홀(120)에 형성되어 메인스터드(130)를 고정하는 메인고정부(140)에 의해 결합된다.
상기 메인스터드(130)는 상기 블레이드(100) 조립 시, 블레이드(100)에 형성된 결합홀(120)에 삽입되며, 상기 결합홀(120)에 삽입된 상기 메인스터드(130)의 양측에는 상기 후술할 메인고정부(140)의 비즈(143)와 접하는 결합홈(131)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 결합홈(131)은 메인스터드(130)의 양측에서 외주면을 따라 소정간격 이격된 복수개의 홈이 형성되는 구조일 수 있으며, 연결된 하나의 홈이 상기 메인스터드의 외주면을 따라 형성되는 구조일 수 있다. 또한, 상기 결합홈(131)의 양측 끝단은 상기 메인고정부(140)로의 삽입이 용이하도록 라운딩 처리될 수 있다.
한편, 상기 메인고정부(140)는 상기 결합홀(120)에 형성되어 결합홀(120)에 삽입된 상기 메인스터드(130)를 고정하는 것으로, 결합링(141)과, 비즈(143) 및 탄성부재(144)로 형성될 수 있다.
상기 결합링(141)은 소정길이를 갖는 중공형의 링 구조로 상기 결합홀(120)의 중앙에 위치되며, 내부로 상기 메인스터드(130)의 일단이 수용될 수 있다. 또한, 상기 결합링(141)에는 상기 결합링(141)의 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 관통공(142)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 관통공(142)은 상호 마주보는 방향으로 한쌍이 형성될 수 있으며, 상,하,좌,우 방향으로 4개가 형성될 수 있다.
상기 비즈(143)는 상기 관통공(142)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 일부분이 상기 결합링(141)의 내측으로 돌출되도록 상기 관통공(142)에 위치될 수 있다. 이때, 상기 결합링(141)의 내측으로 돌출된 비즈(143)의 끝점을 연결하여 생성되는 직경은 상기 메인스터드(130)의 직경보다 작고, 결합홈(131)에 의한 상기 메인스터드(130)의 최소 직경과 유사할 수 있다. 또한, 상기 결합링(141)의 내측으로 돌출된 비즈(143)의 일부분은 상기 메인스터드(130)의 결합홈(131)과 접한다.
상기 탄성부재(144)는 상기 결합홀(120)과 상기 비즈(143) 사이에 구비되어 상기 비즈(143)가 상기 관통공(142)에 밀착될 수 있도록 한다. 이때, 상기 탄성부재(144)의 일단은 상기 결합홀(120)의 내측면에 고정되고, 타단은 상기 비즈(143)와 접하는 방식으로 연결되거나 단순 고정될 수 있다. 이와 같은 탄성부재(144)는 상기 결합링(141)에 상기 메인스터드(130)가 삽입되는 경우, 처음에는 상기 비즈(143)와 함께 상기 결합링(141)의 외측 방향으로 밀렸다가 상기 메인스터드(130)의 결합홈(131)이 형성된 위치에서는 복원되어 상기 비즈(143)가 상기 결합홈(131)에 위치되도록 함으로써 상기 메인스터드(130)가 상기 결합링(141)에 고정되도록 한다.
도 3은 1의 풍력 발전기용 블레이드(100)의 보조스터드(150)와 보조고정부(160)를 보여주는 상세도이다. 도 4는 도 1의 풍력 발전기용 블레이드(100)의 보조스터드(150)와 보조고정부(160)의 결합 구조를 보여주는 상세도이다. 도 5는 도 4의 풍력 발전기용 블레이드(100)의 보조스터드(150)와 보조고정부(160)의 다른 결합구조를 보여주는 상세도이다. 도 6은 도 1의 풍력 발전기용 블레이드(100)의 보조스터드(150)와 보조고정부(160)가 결합되는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(100)는 블레이드(100)의 분할면측과 인접한 격벽(110) 사이에 형성된 보조스터드(150) 및 상기 보조스터드(160)들을 연결하는 보조고정부(160)가 더 형성될 수 있다.
상기 보조스터드(150)는 상기 블레이드(100)의 폭방향으로 위치되어 인접한 격벽(110)에 양단이 고정될 수 있다. 또한, 상기 보조스터드(150)의 양단은 인접한 격벽(110)을 관통하여 연장되어 상기 블레이드(100)의 내측에 각각 고정될 수 있다.
상기 보조고정부(160)는 분할된 블레이드(100a, 100b)에 각각 형성된 상기 보조스터드(150)를 연결하는 것으로, 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 또한, 상기 보조고정부(160)는 양측으로 상기 보조스터드(150)가 결합되는 커넥터(161) 및 상기 커넥터(161)에 형성되어, 결합된 상기 보조스터드(150)가 상기 커넥터(161)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 탄성부재(162)로 형성될 수 있다.
이때, 상기 커넥터(161)는 중앙에 위치하는 바디부(163)와, 상기 바디부(163)의 양측으로 형성되는 한쌍의 다리부(164)로 형성될 수 있다. 상기 다리부(164)는 보조스터드(150)의 외경과 대응되는 굴곡부(165)가 형성되며, 다리부(164) 사이의 간격이 변화될 수 있도록 소정의 탄성을 가질 수 있다.
상기 탄성부재(162)는 상기 커넥터(161)의 상기 다리부(164) 사이에 형성되며, 상기 보조스터드(150)가 상기 커넥터(161)에 삽입 시에는, 상기 다리부(164)와 함께 외측으로 벌어졌다가, 상기 보조스터드(150)가 다리부(164)의 굴곡부(165)에 위치하게 되면 상기 다리부(164) 사이가 좁아지도록 탄성력을 발생시킴으로써 상기 보조스터드(150)가 상기 커넥터(161)로부터 이탈되지 않고 고정될 수 있게 한다.
상기와 같은 보조스터드(150) 및 보조고정부(160)에 의해 상기 조립된 블레이드(100)의 연결부분에서 길이방향으로 발생될 수 있는 변형을 방지되도록 함으로써 조립된 블레이드(100)의 접합 강도를 보다 향상 시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드(100)의 조립과정에 대해 설명하기로 한다.
우선 내부에 격벽(110) 및 보조스터트(150)가 형성되고, 분할면에 결합홀(120)이 형성되는 분할된 블레이드(100a, 100b)를 제작하여 각각 개별적으로 설치 장소로 운반한다. 이후, 운반된 분할된 각 블레이드(100a, 100b)의 결합홀(120)에 메인고정부(140)를 설치한다. 이때, 상기 메인고정부(140)는 블레이드(100) 제작 과정에서 상기 결합홀(120)에 미리 설치될 수도 있다.
다음으로, 분할된 어느 하나의 블레이드(100a)의 각 결합홀(120)에 구비된 결합링(141)에 메인스터드(130)의 일단을 삽입하고, 보조스터드(150)에는 보조고정부(160)의 커넥터(161)의 일측을 결합시킨다. 물론 상기 보조고정부(160)의 경우, 분할된 다른 블레이드(100b)에 형성된 보조스터드(150)에 결합 시킬 수도 있다.
이후, 상기 분할된 어느 하나의 블레이드(100a)에 메인스터드(130) 및 보조고정부(160)의 설치가 완료되면, 상기 메인스터드(130)의 타단과 상기 보조고정부(160)의 타단이 조립될 블레이드(100b)의 결합홀(120) 및 보조스터드(150)와 결합되도록 결합시킴으로써 블레이드(100)의 조립을 완료한다.
이때, 상기 분할된 블레이드(100a, 100b)의 분할면에는 추가적인 접합강도의 증가를 위해 접착제 또는 연결커넥터(미도시)와 같은 부가적인 접합 또는 연결부재를 선택적으로 더 형성할 수도 있음은 자명한 바, 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
이상 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(100)는 분할된 구조로 형성됨에 따라 블레이드(100)의 제작 및 운송이 용이할 수 있다.
또한, 분할된 블레이드(100a, 100b)를 메인고정부(140) 및 보조고정부(160)에 의해 고정함에 따라 충분한 접합강도를 확보할 수 있음과 동시에 조립된 블레이드(100)의 중량 증대를 최소화할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 블레이드
110: 격벽 120: 결합홀
130: 메인스터드 140: 메인고정부
150: 보조스터드 160: 보조고정부

Claims (7)

  1. 적어도 두개 이상으로 분할되는 풍력발전기용 블레이드에 있어서,
    상기 분할된 블레이드의 분할면에는 복수개의 결합홀이 형성되고, 상기 결합홀에 삽입되어 분할된 블레이드를 연결하는 메인스터드를 포함하되,
    상기 결합홀 내부에는,
    상기 결합홀 내부로 삽입된 상기 메인스터드를 고정하는 메인고정부가 구비되고,
    상기 결합홀에 삽입되는 상기 메인스터드의 양측에는 결합홈이 형성되고,
    상기 메인고정부는,
    상기 결합홀의 중앙부에 위치되고, 적어도 하나 이상의 관통공이 형성된 결합링과,
    일부분이 상기 관통공의 내측으로 돌출되어 상기 메인스터드의 결합홈과 접하는 비즈, 및
    상기 비즈를 상기 관통공에 밀착시키는 탄성부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 적어도 두개 이상으로 분할되는 풍력발전기용 블레이드에 있어서,
    상기 분할된 블레이드의 분할면에는 복수개의 결합홀이 형성되고, 상기 결합홀에 삽입되어 분할된 블레이드를 연결하는 메인스터드를 포함하되,
    상기 결합홀 내부에는,
    상기 결합홀 내부로 삽입된 상기 메인스터드를 고정하는 메인고정부가 구비되고,
    상기 블레이드에는,
    길이방향을 따라 위치되어 블레이드의 내부를 구획하는 다수의 격벽이 형성되고,
    상기 분할면과 인접한 상기 격벽 사이에는 상기 블레이드의 폭방향으로 보조스터드가 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 블레이드에 형성된 보조스터드를 연결하는 보조고정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조고정부는,
    양측으로 상기 보조스터드가 체결되는 커넥터와,
    상기 커넥터에 구비되어 상기 커넥터에 체결된 상기 보조스터드의 이탈이 방지되도록 고정력을 발생시키는 탄성부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 커넥터는,
    커넥터 바디부, 및
    상기 커넥터 바디부의 양측에 형성되고, 사이에 상기 탄성부재가 위치되며 상기 보조스터드의 외경과 대응되는 곡률을 갖는 굴곡부가 형성된 한쌍의 다리부로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
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JP5242920B2 (ja) * 2007-01-23 2013-07-24 株式会社日立製作所 風車用分割翼

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