KR101590795B1 - Blade for wind turbine generator - Google Patents
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Abstract
피치 베어링을 매개로 허브에 결합되는 풍력 발전기용 블레이드가 개시된다. 풍력 발전기용 블레이드는 루트부를 포함하는 블레이드 본체와, 피치 베어링과 접하는 루트부의 단부에서 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 루트부에 매립 고정되는 복수의 인서트를 포함한다. 인서트는 나사산이 형성된 내부 공간을 구비하여 블레이드 볼트와 체결되며, 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 변화하는 외경을 가지도록 형성된다.A blade for a wind turbine coupled to a hub via pitch bearing is disclosed. The blade for a wind power generator includes a blade main body including a root portion and a plurality of inserts embedded in the root portion along the longitudinal direction of the blade main body at an end of the root portion in contact with the pitch bearing. The insert has a threaded inner space and is fastened to the blade bolt and formed to have a varying outer diameter along the longitudinal direction of the blade body.
Description
본 발명은 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블레이드의 루트부에 고정되어 블레이드 볼트와 체결되는 인서트에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
통상의 풍력 발전기는 타워 상에 설치되는 나셀과, 나셀의 전방에 설치되는 허브와, 허브에 설치되는 복수의 블레이드를 포함한다. 나셀의 내부에는 허브의 주축에 결합되는 증속기와, 증속기로부터 전달받은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 발전기가 설치된다.A typical wind power generator includes a nacelle installed on a tower, a hub installed in front of the nacelle, and a plurality of blades installed on the hub. Inside the nacelle, there is installed a speed reducer coupled to the main shaft of the hub and a generator for converting the mechanical energy transferred from the booster into electric energy.
복수의 블레이드 각각은 유입풍에 대해 피치각이 변화될 수 있도록 피치 베어링을 매개로 허브에 결합된다. 피치 베어링은 내부 링과, 복수의 볼 부재를 사이에 두고 내부 링의 외측에 위치하는 외부 링으로 구성된다. 외부 링은 복수의 볼트에 의해 허브에 고정되고, 내부 링은 복수의 블레이드 볼트에 의해 블레이드의 루트부에 고정된다.Each of the plurality of blades is coupled to the hub via a pitch bearing so that the pitch angle can be varied with respect to the incoming wind. The pitch bearing is composed of an inner ring and an outer ring located outside the inner ring with a plurality of ball members therebetween. The outer ring is fixed to the hub by a plurality of bolts, and the inner ring is fixed to the root portion of the blade by a plurality of blade bolts.
블레이드의 루트부에는 복수의 인서트가 매립 고정되어 있다. 인서트는 금속관으로서, 나사산이 형성된 내부 공간을 구비하여 블레이드 볼트와 체결된다. 블레이드는 몰드에 복수의 복합재료 층을 적층하고 이들을 진공 압착하는 방식으로 제작되는데, 복수의 인서트는 복수의 복합재료 층 안에 위치하고, 복수의 복합재료 층과 함께 진공 압착된다.In the root portion of the blade, a plurality of inserts are embedded and fixed. The insert is a metal tube, and has an internal space formed with threads, and is fastened to the blade bolt. The blades are fabricated by laminating a plurality of composite layers to a mold and vacuum-pressing them, wherein the plurality of inserts are located in a plurality of composite layers and are vacuum-crimped together with the plurality of composite layers.
인서트에는 길이 방향을 따라 주요 체결부 하중이 가해지며, 블레이드 볼트와 인서트의 체결 강도는 인서트와 복합재료 층 사이의 본딩 강도 및 블레이드 볼트의 강도에 의해 좌우된다. 통상의 인서트는 직경이 일정한 원통형으로서 인서트에 가해지는 인장 및 압축 하중은 인서트와 복합재료 층 사이의 본딩 강도에 의해서만 지지된다.A major fastening load is applied to the insert along its length, and the clamping strength of the blade bolt and insert depends on the bond strength between the insert and the composite layer and the strength of the blade bolt. Conventional inserts are cylindrical with a constant diameter and the tensile and compressive loads applied to the insert are supported only by the bonding strength between the insert and the composite layer.
본 발명은 인서트에 가해지는 인장 및 압축 하중을 효과적으로 지지하며, 인서트와 복합재료 층 사이의 본딩 강도를 높일 수 있는 풍력 발전기용 블레이드를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a blade for a wind turbine that effectively supports the tensile and compressive loads exerted on the insert and can increase the bonding strength between the insert and the composite layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드는 피치 베어링을 매개로 허브에 결합되며, 루트부를 포함하는 블레이드 본체와, 피치 베어링과 접하는 루트부의 단부에서 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 루트부에 매립 고정됨과 아울러 나사산이 형성된 내부 공간을 구비하여 블레이드 볼트와 체결되는 복수의 인서트를 포함한다. 복수의 인서트 각각은 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 변화하는 외경을 가지도록 형성된다.A blade for a wind turbine according to an embodiment of the present invention includes a blade body coupled to a hub via a pitch bearing and including a root portion and a blade portion extending from the end portion of the root portion contacting the pitch bearing to a root portion along a longitudinal direction of the blade body. And a plurality of inserts fixed to the blade bolt and having an internal space formed with threads. Each of the plurality of inserts is formed to have a varying outer diameter along the longitudinal direction of the blade main body.
복수의 인서트 각각은 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 마주하는 제1 단부 및 제2 단부와, 제1 단부와 접하며 제1 단부로부터 멀어질수록 외경이 커지는 제1 경사부와, 제1 경사부와 제2 단부 사이에 위치하면서 제2 단부로부터 멀어질수록 외경이 커지는 제2 경사부를 포함할 수 있다.Each of the plurality of inserts has a first end portion and a second end portion which face each other along the longitudinal direction of the blade main body, a first inclined portion which is in contact with the first end portion and whose outer diameter becomes larger as the distance from the first end portion increases, And a second inclined portion that is positioned between the two end portions and has an outer diameter that increases as the distance from the second end portion increases.
제1 경사부와 제2 경사부 각각은 일정한 기울기를 가지는 깔때기 모양의 경사면을 형성할 수 있다. 제1 경사부와 제2 경사부는 동일한 길이와 동일한 기울기를 가질 수 있다. 제1 단부는 루트부의 단부와 나란하게 위치할 수 있고, 제2 단부는 제1 단부와 동일한 외경을 가질 수 있다.Each of the first inclined portion and the second inclined portion may form a funnel-shaped inclined surface having a constant inclination. The first inclined portion and the second inclined portion may have the same length and the same inclination. The first end may be positioned parallel to the end of the root portion and the second end may have the same outer diameter as the first end.
본 실시예의 블레이드는 인서트와 블레이드 본체가 접하는 경사 구조의 기하학적 형상으로 인해 인장 및 압축 하중 지지에 보다 유리하며, 인서트와 블레이드 본체의 본딩 강도를 높일 수 있다. 또한, 본 실시예의 블레이드는 복수의 복합재료 층과 복수의 인서트를 적층하는 제조 과정에서 인서트의 고정을 용이하게 할 수 있다.The blades of this embodiment are more advantageous for supporting the tensile and compressive load due to the geometric shape of the inclined structure in which the insert and the blade main body are in contact with each other, and the bonding strength of the insert and the blade main body can be increased. In addition, the blades of this embodiment can facilitate fixation of the inserts in the process of laminating a plurality of composite layers and a plurality of inserts.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드의 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 포함한 피치 베어링과 허브를 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 블레이드 중 하나의 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선을 기준으로 절개한 블레이드의 단면도이다.1 is a schematic view of a general wind turbine.
2 is a partial perspective view of a blade according to one embodiment of the present invention.
3 is a partially cutaway perspective view showing a pitch bearing and a hub including a blade according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing an insert of one of the blades shown in Fig.
5 is a cross-sectional view of the blade cut along the line I-I in FIG.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 개략도이다.1 is a schematic view of a general wind turbine.
도 1을 참고하면, 풍력 발전기(100)는 지면에 세워진 일정 높이의 타워(10)와, 타워(10)의 상단에 설치되는 나셀(20)과, 나셀(20)의 전방에 결합되는 허브(30)와, 허브(30)에 원주 방향을 따라 등간격으로 설치되는 복수의 블레이드(40)를 포함한다. 나셀(20)의 내부에는 허브(30)의 주축에 결합되는 증속기와, 증속기와 결합된 발전기가 설치되어 있다.1, the
풍력에 의해 블레이드(40)와 허브(30) 및 주축이 저속으로 회전하면 증속기가 주축의 회전을 고속으로 증속시키고, 발전기는 증속기의 고속 회전에 따른 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 발전을 행한다. 이때 복수의 블레이드(40) 각각은 피치 베어링을 매개로 허브(30)에 결합되며, 풍속에 따라 피치각을 변화시켜 토크를 제어하게 된다.When the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드의 부분 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 포함한 피치 베어링과 허브를 나타낸 부분 절개 사시도이다.FIG. 2 is a partial perspective view of a blade according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a pitch bearing and a hub including a blade according to an embodiment of the present invention.
도 2와 도 3을 참고하면, 블레이드(40)는 허브에 결합되는 루트부(41)(또는 기저부)를 포함하는 블레이드 본체(42)와, 피치 베어링(50)과 접하는 루트부(41)의 단부에서 블레이드 본체(42)의 길이 방향을 따라 루트부(41)에 매립 고정되는 복수의 인서트(43)를 포함한다.2 and 3, the
루트부(41)의 단부는 원형의 고리 모양을 이루며, 복수의 인서트(43)는 단부의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치된다. 인서트(43)는 금속으로 제조된 일종의 암나사로서 나사산이 형성된 내부 공간(46)(도 4 참조)을 구비하여 블레이드 볼트(55)와 체결된다.The ends of the
피치 베어링(50)은 복수의 볼 부재(51)를 사이에 두고 위치하는 내부 링(52)과 외부 링(53)을 포함한다. 외부 링(53)은 허브(30)와 마주하며 복수의 볼트(54)에 의해 허브(30)에 고정된다. 내부 링(52)은 블레이드(40)의 루트부(41)와 마주하며 복수의 블레이드 볼트(55)에 의해 루트부(41)에 고정된다. 내부 링(52)은 도시하지 않은 피치 모터와 결합되고, 피치 모터는 풍속에 따라 블레이드(40)를 회전시켜 블레이드(40)의 피치각을 변화시킨다.The pitch bearing 50 includes an
블레이드 볼트(55)는 피치 베어링(50)의 내부 링(52)을 관통한 후 인서트(43)의 내부 공간으로 진입하고, 인서트(43)와의 나사 결합으로 인서트(43)에 견고하게 체결된다. 피치 베어링(50)을 매개로 허브(30)에 블레이드(40)가 설치된 이후 주요 체결부 하중은 인서트(43)에 가해지며, 블레이드 본체(42)의 길이 방향을 따라 인서트(43)에 인장 및 압축 하중이 작용한다.The
도 4는 도 2에 도시한 블레이드 중 하나의 인서트를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선을 기준으로 절개한 블레이드의 단면도이다.FIG. 4 is a perspective view showing one of the blades shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a sectional view of the blade cut along the line I-I in FIG.
도 4와 도 5를 참고하면, 인서트(43)는 블레이드 본체(42)의 길이 방향(도면을 기준으로 가로 방향)을 따라 변화하는 외경을 가지도록 형성된다. 구체적으로, 인서트(43)는 블레이드 본체(42)의 길이 방향을 따라 마주하는 제1 단부(441) 및 제2 단부(442)와, 제1 단부(441)와 접하는 제1 경사부(451)와, 제2 단부(442)와 접하는 제2 경사부(452)를 포함한다.4 and 5, the
제1 단부(441)는 루트부(41)의 단부와 나란하게 위치하며, 내부 공간(46)을 개방시키기 위한 개구부(461)를 형성한다. 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452) 및 제2 단부(442)는 블레이드 본체(42)에 매립되어 위치한다. 제1 단부(441)와 제2 단부(442)는 같은 외경을 가질 수 있으며, 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)는 서로 접할 수 있다.The
제1 경사부(451)는 제1 단부(441)로부터 멀어질수록 커지는 외경을 가지며, 제2 경사부(452)는 제2 단부(442)로부터 멀어질수록 커지는 외경을 가진다. 즉 인서트(43)는 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)가 접하는 경계에서 최대의 외경을 가지며, 제1 단부(441) 및 제2 단부(442)에서 최소의 외경을 가진다.The first
제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)는 일정한 기울기를 가지는 깔때기 모양의 경사면을 형성할 수 있다. 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)는 같은 길이로 형성될 수 있고, 같은 기울기를 가질 수 있다. 이 경우 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)는 그들 사이의 경계를 기준으로 좌우 대칭을 이룬다.The first
도 4에서 r1은 제1 단부(441)의 반경을 나타내고, r2는 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)의 최대 반경(인서트의 최대 반경)을 나타낸다. 그리고 δ는 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)의 경계에서 측정되는 인서트(43)의 두께 증가량을 나타낸다. r2는 (r1+δ)로 표현될 수 있다. 도 4에서 θ는 제1 경사부(451)와 제2 경사부(452)의 기울기를 나타내며, 이 기울기는 대략 10° 내지 20° 범위에 속할 수 있다.4, r1 represents the radius of the
블레이드 본체(42)는 복수의 복합재료 층으로 구성된다. 블레이드 본체(42)는 몰드(도시하지 않음)에 복수의 복합재료 층을 적층한 후 이들을 진공 압착하는 방식으로 제작되며, 이때 복수의 인서트(43)는 복합재료 층 안에 위치하고 복수의 복합재료 층과 함께 진공 압착되어 블레이드 본체(42)에 고정된다.The blade
본 실시예의 인서트(43)는 일정한 외경을 형성하지 않고 길이 방향을 따라 변화하는 외경을 가지며, 특히 중앙부에서 최대의 외경을 가지는 형상으로 이루어진다. 이러한 형상의 인서트(43)는 깔때기 모양의 경사면을 형성하는 제1 및 제2 경사부(451, 452)에서 블레이드 본체(42)를 구성하는 복합재료 층과 접하므로 블레이드 본체(42)와의 본딩 강도를 높일 수 있다.The
구체적으로, 풍력 발전기(100) 작동 시 인서트(43)와 접하는 복합재료 층의 경사면에서 인서트(43)에 가해지는 인장 및 압축 하중의 일부를 지지하므로, 블레이드(40)는 인서트(43)에 작용하는 하중을 보다 효과적으로 지지할 수 있다. 또한, 인서트(43)는 일정한 외경을 가지는 종래의 인서트와 비교할 때 테이퍼 형상으로 인해 표면적이 증가하므로, 블레이드 본체(42)와의 접합 면적이 증가하여 본딩 강도 또한 높아진다.Specifically, since the
이와 같이 본 실시예의 블레이드(40)는 인서트(43)와 블레이드 본체(42)가 접하는 경사 구조의 기하학적 형상으로 인해 인장 및 압축 하중 지지에 보다 유리하며, 인서트(43)와 블레이드 본체(42)의 본딩 강도를 높일 수 있다. 또한, 본 실시예의 블레이드(40)는 복수의 복합재료 층과 복수의 인서트(43)를 적층하는 제조 과정에서 인서트(43)의 고정을 용이하게 할 수 있다.The
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
100: 풍력 발전기 40: 블레이드
41: 루트부 42: 블레이드 본체
43: 인서트 441, 442: 제1 단부, 제2 단부
451, 452: 제1 경사부, 제2 경사부 46: 내부 공간
50: 피치 베어링 55: 블레이드 볼트100: Wind power generator 40: Blade
41: root portion 42: blade main body
43:
451, 452: first inclined portion, second inclined portion 46: inner space
50: pitch bearing 55: blade bolt
Claims (5)
루트부를 포함하는 블레이드 본체; 및
상기 피치 베어링과 접하는 상기 루트부의 단부에서 상기 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 상기 루트부에 매립 고정되고, 나사산이 형성된 내부 공간을 구비하여 블레이드 볼트와 체결되는 복수의 인서트
를 포함하며,
상기 복수의 인서트 각각은 상기 블레이드 본체의 길이 방향을 따라 마주하는 제1 단부 및 제2 단부와, 상기 제1 단부와 접하며 상기 제1 단부로부터 멀어질수록 외경이 커지는 제1 경사부와, 상기 제1 경사부와 상기 제2 단부 사이에 위치하면서 상기 제2 단부로부터 멀어질수록 외경이 커지는 제2 경사부를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드.A blade for a wind turbine coupled to a hub via a pitch bearing,
A blade body including a root portion; And
A plurality of inserts fixedly embedded in the root portion along the longitudinal direction of the blade main body at an end of the root portion in contact with the pitch bearing and having a threaded inner space and fastened to the blade bolt,
/ RTI >
Wherein each of the plurality of inserts has a first end portion and a second end portion which face each other along the longitudinal direction of the blade main body and a first inclined portion which is in contact with the first end portion and whose outer diameter increases as the distance from the first end portion increases, And a second inclined portion which is located between the first inclined portion and the second end portion and whose outer diameter increases as the distance from the second end portion increases.
상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부 각각은 일정한 기울기를 가지는 깔때기 모양의 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.The method according to claim 1,
Wherein each of the first inclined portion and the second inclined portion forms a funnel-shaped inclined surface having a predetermined inclination.
상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부는 동일한 길이와 동일한 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.The method according to claim 1,
Wherein the first inclined portion and the second inclined portion have the same length and the same inclination.
상기 제1 단부는 상기 루트부의 단부와 나란하게 위치하고,
상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 동일한 외경을 가지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.The method according to claim 1,
The first end being located parallel to the end of the root portion,
And the second end has the same outer diameter as the first end.
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