KR101772786B1 - 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 설비(100)의 로터 블레이드(2)에 관한 것으로 로터 블레이드 노즈(4), 로터 블레이드 트레일링 에지(6), 풍력 발전 설비(100)의 허브에 로터 블레이드(2)의 고정을 위한 로터 블레이드 루트 영역(28), 및 로터 블레이드 팁(40)을 포함하고, 상기 로터 블레이드(2)는 로터 블레이드 루트 영역(28)으로부터 길이방향을 따라 로터 블레이드 팁(40)을 향해 연장되며, 로터 블레이드(2)는 내측에 제1 로터 블레이드 노즈(4)를 향하는 적어도 하나의 제1 공동부(18) 및 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 향하는 제2 공동부(20)를 포함하고, 로터 블레이드 노즈(4) 또는 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 가열하기 위해, 제1 공동부(18)는 제1 가열 수단에 의해 그리고 제2 공동부(20)는 제2 가열 수단(30)에 의해 가열된다. 또한 로터 블레이드는 로터 블레이드 트레일링 에지(6)의 영역에서 루트 영역(28)을 향해 배치된 트레일링 에지 세그먼트(54)를 포함하고, 이 경우 트레일링 에지 세그먼트(54)는 적어도 2개의 세그먼트 섹션(56, 58)을 포함하며 다수의 부분으로 형성된다.

Description

풍력 발전 설비의 로터 블레이드{ROTOR BLADE OF A WIND TURBINE}
본 발명은 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 및 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 또한 본 발명은 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법 및 풍력 발전 설비를 설치하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 풍력 발전 설비의 로터 블레이드의 트레일링 에지 세그먼트에 관한 것이다.
풍력 발전 설비들이 일반적으로 공개되어 있고, 도 1은 풍력 발전 설비를 개략적으로 도시한다. 로터 블레이드는 풍력 발전 설비의 중요한 구성부이다. 로터 블레이드는 풍력의 운동 에너지를 발전기를 구동하기 위한 모멘텀으로 전환한다.
풍력 발전 설비의 효율을 높이기 위해, 상기 풍력 발전 설비는 점점 더 크게 설계된다. 이로 인해 로터 블레이드의 개발 및 디자인이 더 대형화된다. 로터 블레이드의 크기는 종종 도로에서 운반하는데 문제가 된다. 이는 한편으로는 로터 블레이드의 길이가 관련되고, 다른 한편으로는 로터 블레이드의 루트 영역에서 최대 폭을 갖는 최근의 로터 블레이드의 경우에 로터 블레이드의 루트 영역의 폭이 관련된다. 이 경우 최근의 로터 블레이드는 5 m 이상의 폭을 가질 수 있다.
작동시 로터 블레이드는 풍력에 적절하게 노출되고, 풍력의 온도와 습도에 따라 관련 로터 블레이드의 착빙이 발생할 수 있다. 이 경우 로터 블레이드 상에 또는 부분적으로 로터 블레이드의 일부 영역에만 얼음층이 형성된다. 이러한 착빙은 풍력 발전 설비의 최적의 작동을 저하시킨다. 특히 이러한 착빙은 얼음 낙하로 인해 위협을 가한다.
따라서 결빙시 풍력 발전 설비는 흔히 안전상의 이유로 정지된다. 로터 블레이드의 가열에 의해 결빙을 저지하거나 로터 블레이드에 이미 형성된 얼음을 녹이는 제안들은 이미 공개되어 있다.
로터 블레이드의 이러한 가열은 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 결과도 불확실할 수 있다. 로터 블레이드의 어떤 영역에 결빙이 발생했는지 또는 전반적으로 결빙이 발생했는지 정확히 알려지지 않는 문제가 발생할 수도 있다.
우선권 출원시 독일 특허청에 의해 간행물 DE 195 28 862 A1, DE 10 2008 045 578 A1, DE 200 14 238 U1, US 4 295 790 A, EP 1 965 074 A2, EP 2 602 455 A1호가 조사되었다.
본 발명의 과제는 상기 문제들 중 적어도 하나의 문제를 해결하는 것이다. 특히 로터 블레이드의 제조와 운반을 개선하는 해결 방법이 제안되어야 한다. 추가로 또는 대안으로서 로터 블레이드에서 결빙의 문제에 대한 해결 방법이 제안되어야 한다. 적어도 대안적인 해결 방법이 제안되어야 한다.
본 발명에 따라 청구범위 제1항에 따른 로터 블레이드가 제안된다.
풍력 발전 설비의 이러한 로터 블레이드는 로터 블레이드 노즈와 로터 블레이드 트레일링 에지를 포함한다. 로터 블레이드 노즈는 로터 블레이드의 적절한 운동시 실질적으로 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 및 공기 역학적 로터의 운동 방향, 즉 회전 방향으로 향한다. 로터 블레이드 트레일링 에지는 반대 방향으로 향한다.
또한 로터 블레이드는 로터 블레이드 루트 영역을 포함하고, 상기 영역에서 로터 블레이드는 풍력 발전 설비의 허브에 고정된다. 또한 로터 블레이드 팁이 제공되고, 상기 로터 블레이드 팁은 기본적으로 루트 영역으로부터 떨어져 있다. 로터 블레이드가 역할을 수행해야 하는 풍력 발전 설비의 로터와 관련해서, 로터 블레이드 루트 영역은 내측으로 허브를 향하고, 로터 블레이드 팁은 외측으로 허브로부터 떨어져 있는 측면을 향한다. 로터 블레이드는 즉, 길이방향으로 로터 블레이드 루트 영역으로부터 길이방향을 따라 로터 블레이드 팁을 향해 연장된다.
로터 블레이드는 내측에 적어도 하나의 제1 공동부와 제2 공동부를 갖고, 상기 제1 공동부는 로터 블레이드 노즈를 향하며, 즉 로터 블레이드의 내부에서 로터 블레이드 노즈의 영역에 배치되고, 상기 제2 공동부는 로터 블레이드 트레일링 에지를 향하며, 즉 로터 블레이드의 내부에서 로터 블레이드 트레일링 에지의 영역에 배치된다.
제1 공동부와 제2 공동부는 제1 및 제2 가열 수단에 의해 가열되므로, 로터 블레이드 노즈 또는 로터 블레이드 트레일링 에지가 가열될 수 있다. 제1 공동부에 의해 로터 블레이드 노즈가 가열되고, 제2 공동부에 의해 로터 블레이드 트레일링 에지가 가열된다.
즉 별도의 가열 수단이 제공되며, 상기 가열 수단은 한편으로는 로터 블레이드 노즈 및 로터 블레이드 트레일링 에지가 가열될 수 있는 것을 달성할 수 있고, 다른 한편으로는 예정된 제어에 따라 의도대로 차등적으로 로터 블레이드를 가열할 수 있는 것을 달성할 수 있다. 즉, 선택적으로 로터 블레이드 노즈만 또는 로터 블레이드 트레일링 에지만이 가열될 수 있다. 또한 상이한 가열 강도 또는 가열 지속 시간이 제공될 수 있다. 하나의 가열 수단만을 이용하는 것과 달리 전술한 차등적인 가열이 실행될 수 있을 뿐만 아니라, 더 높은 가열 성능이 항상 요청되지 않더라도, 전체적으로 이러한 더 높은 가열 성능이 달성될 수도 있다.
하나의 가열 수단만이 사용되면, 주로 하나의 영역만이 가열될 수 있다. 열 유동이 다수의 영역으로 우회되면, 상기 열 유동은 다수의 영역에 도달할 수 있고, 그와 동시에 냉각되므로, 우회로 인해 추후에야 도달되는 영역들은 이와 같이 냉각된 공기 유동에 의해 거의 가열될 수 없다. 이러한 문제들은 2개의 가열 수단의 사용으로 방지된다.
바람직하게 2개의 가열 수단이 로터 블레이드 루트 영역에 배치되고, 상기 가열 수단들은 공기를 가온하며, 상기 공기를 각각의 공동부 내로 배출한다. 이러한 가열 수단은 특히 팬 히터 또는 그와 같은 것으로 형성될 수 있고, 가온된 공기를 로터 블레이드 노즈의 가열을 위해 제1 공동부 내로 그리고 로터 블레이드 트레일링 에지의 가열을 위해 제2 공동부 내로 배출하며, 이 경우 각각의 적어도 하나의 가열 수단, 즉 예를 들어 소위 가열 팬이 상기 각각의 공동부를 위해 사용된다.
바람직하게 제1 공동부와 제2 공동부 사이에 중간 공동부가 배치된다. 트레일링 에지에서 로터 블레이드의 이동 방향으로 볼 때 로터 블레이드는 먼저 로터 블레이드 트레일링 에지의 가열을 위한 제2 공동부, 그리고 중간 공동부 및 후속해서 실질적으로 로터 블레이드 노즈의 후방에 위치한 제1 공동부를 포함한다.
이 경우 공기는 가열을 위해 제1 및 제2 공동부를 통해 로터 블레이드 루트로부터 로터 블레이드 팁을 향해 안내되는 것이 제안된다. 이는, 공기가 가열을 위해 무조건 로터 블레이드 팁에 도달하는 것을 의미하지 않고, 공기가 먼저 상기 방향으로 안내되는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고 로터 블레이드는, 가열된 공기 유동 중 적어도 하나의 공기 유동이 로터 블레이드 팁에 도달하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 공기, 즉 적어도 2개의 공기 유동의 역류는 공통적으로 중간 공동부를 지나 다시 루트 영역을 향해 이루어진다. 따라서 상기 중간 공동부를 통해 차가운 또는 적어도 부분적으로 냉각된 공기가 루트 영역을 향해 역류된다.
바람직하게는 이와 같이 역류된 공기는 적어도 2개의 가열 수단에 의해 다시 가온되어 제1 또는 제2 공동부 내로 배출된다. 이로 인해 로터 블레이드의 가열을 위한 소정의 순환이 이루어진다. 더 상세히 설명하면, 물론 역류된 공기의 일부만이 하나의 가열 수단에 의해, 그리고 일부는 다른 가열 수단에 의해 가온되고 계속해서 가열을 위해 이용된다.
바람직하게 이러한 가열 수단들은 서로 별도로 작동될 수 있다. 특히 이를 위해, 상기 가열 수단들은 별도로 제어될 수 있는 것이 제안된다. 이러한 제어는 풍력 발전 설비의 중앙 제어 유닛에 의해 이루어질 수 있다. 이를 위해 풍력 발전 설비는 예를 들어, 로터 블레이드의 어느 영역에 착빙이 존재하는지 또는 적어도 가정되는지에 관한 평가를 실행할 수 있다. 예를 들어 로터 블레이드 노즈의 영역에서만 착빙이 검출되면, 의도대로 거기만 가열될 수 있다.
실시예에 따라 로터 블레이드는 내측에서, 적어도 하나의 섹션에서 보강 격벽에 의해 적어도 2개 또는 3개의 공동부로 세분된다. 특히 적어도 2개의 보강 격벽이 제공되고, 상기 보강 격벽들은 요컨대 실질적으로 서로 평행하게, 로터 블레이드 루트 영역으로부터 로터 블레이드 팁을 향해 연장되고, 이들 사이에 중간 공동부가 형성된다. 이러한 보강 격벽은 로터 블레이드 루트까지 직접 닿지 않아도 되고, 또한 로터 블레이드 팁까지 이르지 않아도 되지만, 그렇게 멀리 이를 수 있다. 이러한 제안된 실시예에 의해 로터 블레이드의 보강 스트럿들은 로터 블레이드의 가열을 위한 공기 유동의 안내를 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 로터 블레이드의 전술한 차등적 가열은 이로 인해 비교적 간단하게 실행될 수 있다.
또한 청구범위 제7항에 따른 풍력 발전 설비의 로터 블레이드가 제안된다.
상기 로터 블레이드는 로터 블레이드 트레일링 에지의 영역에서 로터 블레이드의 루트 영역을 향한 트레일링 에지 세그먼트를 갖는다. 이러한 트레일링 에지 세그먼트는 즉 로터 블레이드 트레일링 에지의 영역에 배치되고 또는 로터 블레이드의 하나의 섹션에 상기 에지를 형성한다. 또한 이러한 트레일링 에지 세그먼트는 로터 블레이드 허브를 향해 배치되고, 즉 풍력 발전 설비의 공기 역학적 로터와 관련해서 내부에 배치된다. 이러한 트레일링 에지 세그먼트를 위해, 상기 세그먼트가 다수의 부분으로 형성되는 것이 제안된다. 이러한 다수의 부분은, 다수의, 즉 적어도 2개의 세그먼트 섹션이 제공되는 것과 관련된다. 다수의 부분은 스크류와 같은 다양한 고정 수단의 제공에 관한 것이 아니라, 그러한 것으로서 트레일링 에지 세그먼트에 관한 것이다.
이로 인해 특히, 이러한 트레일링 에지 세그먼트를 다양한 제조- 및 설치 단계들 또는 상황을 위해 제공하는 것이 달성될 수 있다. 로터 블레이드는 먼저 이러한 트레일링 에지 세그먼트 없이 제조될 수 있다. 예를 들어 로터 블레이드의 중요한 제1 제조 공정은 와인딩 바디의 제조, 예를 들자면 특히 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)으로 와인딩 바디의 제조일 수 있다. 이 경우 트레일링 에지 세그먼트의 제1 부분 또는 제1 섹션, 즉 제1 세그먼트 섹션이 고정될 수 있다. 이로 인해 다른 제1 형상이 이루어질 수 있다. 트레일링 에지 세그먼트의 다른 섹션은, 추후에, 특히 설치 장소로 로터 블레이드의 운반 후에 이루어질 수 있다. 설치 장소에서 제2, 또는 다른 세그먼트 섹션 또는 세그먼트 섹션들이 로터 블레이드에 고정될 수 있으므로, 로터 블레이드의 최종 형태가 제조될 수 있다.
바람직하게 트레일링 에지 세그먼트를 위해, 상기 트레일링 에지 세그먼트가 로터 블레이드 루트 영역으로부터 로터 블레이드의 길이의 적어도 40%만큼, 바람직하게는 45% 이상, 특히 대략 50%만큼 로터 블레이드 팁을 향해 연장되는 것이 제안된다. 이로써 로터 블레이드의 트레일링 에지 영역은 상기 길이로 형성될 수 있다. 로터 블레이드의 나머지 부분은 따라서 이에 대해 별도로 제조될 수 있다. 특히 허브를 향한, 즉 로터 블레이드의 루트 영역을 향한 로터 블레이드의 영역에 로터 블레이드의 큰 폭이 제공될 수 있고, 상기 폭은 따라서 트레일링 에지 세그먼트에 의해 구현될 수 있다.
바람직하게 로터 블레이드는 로터 블레이드 주요부와 트레일링 에지 세그먼트를 포함하고, 이 경우 트레일링 에지 세그먼트는 별도의 부분으로서 제공되고, 그것으로서 주요부 또는 로터 블레이드 주요부에 고정된다. 이 경우 간단히 주요부라고도 할 수 있는 로터 블레이드 주요부는 그 전체 길이에서 로터 블레이드의 안정성을 보장한다. 로터 블레이드 주요부는 이로써 로터 블레이드의 지지 구조를 형성한다. 또한 이러한 로터 블레이드 주요부는 중앙 고정 부재로서 사용하는 것이 충분할 수 있고, 즉 또한 허브에 인접한 영역에서도 로터 블레이드의 안정성을 달성하기 위해 전체 폭이 필요하지 않은 것이 파악되었다. 이로써, 트레일링 에지 세그먼트를 블레이드 길이의 매우 큰 길이, 즉 길이의 40% 이상 또는 45% 이상, 특히 절반으로 제공하는 것, 즉 상기 범위에서 로터 블레이드 주요부의 상응하는 폭을 생략하는 것도 제안된다.
바람직하게 트레일링 에지 세그먼트는 주요부에 고정을 위한 베이스 섹션과 베이스 섹션에 고정을 위한 에지 섹션으로 세분된다. 이러한 섹션들은 제조의 다양한 시점에 그리고 다양한 제조- 또는 조립 위치에서 블레이드에 고정될 수 있다. 바람직하게 베이스 섹션의 고정은 로터 블레이드의 운반 전에 이루어지고, 에지 섹션의 고정은 설치 장소로 운반 후에 이루어진다.
바람직하게는, 베이스 섹션과 그리고 추가로 또는 대안으로서 에지 섹션은 다시 적어도 2개 이상의 부분으로 세분되는 것이 제안된다. 이로 인해 주요부에서 또는 베이스 섹션에서 설치, 즉 고정이 간단해질 수 있다.
특히 에지 섹션의 세분은 설치 장소에서 베이스 섹션에 상기 에지 섹션의 고정을 간단하게 한다. 제조 시설에서의 경우처럼 설치 장소에 즉 일반적으로 다른 툴들이 제공될 수 있다. 이에 대해 상기 트레일링 에지 세그먼트는 제안된 세분화에 의해 및 세분화 중에 조정될 수 있다.
바람직하게 로터 블레이드는, 로터 블레이드의 지지 구조를 형성하는 로터 블레이드 주요부에 트레일링 에지 세그먼트가 케이싱으로서만 고정되도록 구성된다. 트레일링 에지 세그먼트는 이로써 지지 구조를 지원하지 않는다. 트레일링 에지 세그먼트 또는 그것의 부분들은 예를 들어 로터 블레이드 주요부에 부착될 수 있다. 로터 블레이드가 다수의 부분으로 형성됨으로써 부하의 감소가 이루어질 수 있으므로, 균열 형성이 감소할 수 있다. 또한 조립이 최적화될 수 있다.
바람직하게 로터 블레이드 주요부는 루트 영역으로부터, 특히 로터 블레이드 플랜지로부터, 길이방향으로 직선으로, 특히 로터 블레이드의 중앙 영역까지 직선으로, 즉 상기 방향으로 테이퍼지지 않고 연장된다. 이러한 직선 경로는 로터 블레이드의 40% 이상까지, 특히 45% 이상, 바람직하게 대략 절반까지 제공될 수 있다.
부분적으로 실질적으로 직선인 이러한 로터 블레이드 주요부가 제공됨으로써 풍력 발전 설비의 로터와 관련해서, 로터 블레이드의 영역에서, 즉 허브를 향한 로터 블레이드의 내측 영역에서 로터 블레이드의 기하학적 불연속성 및/또는 곡률이 달성될 수 있다.
이러한 구성으로 인해 상당한 중량 감소가 달성될 수 있다.
본 발명에 따라 이로써, 로터 블레이드의 몇몇 실시예와 관련해서 전술한 바와 같이 다수의 부분으로 형성된 로터 블레이드의 트레일링 에지 세그먼트도 제안된다.
바람직하게 이러한 트레일링 에지 세그먼트는, 전술한 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따른 로터 블레이드에서 이용되도록 제공된다. 특히 트레일링 에지 세그먼트는, 로터 블레이드의 각각의 실시예와 관련해서 트레일링 에지 세그먼트에 대해 설명된 각각의 특징들을 포함한다.
본 발명에 따라 전술한 실시예에 따른 로터 블레이드를 포함하는 풍력 발전 설비가 제안된다.
또한 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법이 제안된다. 이 경우 먼저 로터 블레이드 주요부가 제조되는 것이 제안된다. 또한 트레일링 에지 세그먼트의 베이스 섹션이 제조된다. 또한 트레일링 에지 세그먼트의 에지 섹션이 제조된다. 다른 단계로서 베이스 섹션은 로터 블레이드 주요부에 고정되고, 후속해서 에지 섹션은 베이스 섹션에 고정되며, 상기 베이스 섹션은 로터 블레이드 주요부에 고정된다.
또한 풍력 발전 설비를 설치하기 위한 방법이 제안되고, 이 경우 이러한 풍력 발전 설비는 적어도 하나의 로터 블레이드를 포함한다. 설치를 위한 이러한 방법은, 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 또는 각각의 로터 블레이드가 전술한 바와 같이 제조되는 것을 제안한다. 또한 이러한 설치 방법에서, 고정된 베이스 섹션을 포함하는 로터 블레이드 주요부가 풍력 발전 설비의 설치 장소로 운반되는 것이 제안된다. 에지 섹션은 별도로 설치 장소로 운반되고, 적어도 상기 에지 섹션은 베이스 섹션에 고정되지 않은 상태에서 풍력 발전 설비의 설치 장소로 운반된다. 설치 장소에서 비로소 에지 섹션은 베이스 섹션에 고정된다. 풍력 발전 설비를 설치하기 위한 다른 단계들은 당업자들에게 있어서 일반적인 방식으로 이루어진다.
로터 블레이드와 관련해서 긴 트레일링 에지 세그먼트의 장점은, 로터 블레이드 주요부에서 안정적인 고정이 달성될 수 있고, 또는 짧은 트레일링 에지 박스 또는 트레일링 에지 세그먼트에 대한 안정성 및 지속성과 관련해서 고정이 개선될 수 있는 것이다.
바람직하게, 로터 블레이드는 로터 블레이드 노즈에 부식 보호캡을 갖는 것이 제안된다. 이로 인해 로터 블레이드 노즈는 특히 풍력 발전 설비의 작동시 로터 블레이드를 가진 로터의 회전 운동에 의해 발생할 수 있는 부식에 대해 보호될 수 있다. 이러한 부식 보호캡은 별도의 부분으로서 제공되고, 상기 부분은 로터 블레이드에, 특히 로터 블레이드 주요부에 고정된다. 즉 로터 블레이드의 주요 구성부, 즉 로터 블레이드 주요부는 독립적으로 그리고 특히 로터 블레이드의 높은 안정성과 동시에 작은 중량을 고려해서 제조될 수 있다. 보호된 로터 블레이드 노즈와 특히 로터 블레이드 트레일링 에지는 각각 별도의 부분에 의해 또는 다수의 부분들에 의해 결합될 수 있다. 이로 인해 로터 블레이드의 제조 및 형성시 로터 블레이드의 융통성이 달성될 수 있다.
하기에서 본 발명은 실시예를 참고로 첨부된 도면과 관련해서 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 사시도.
도 2는 로터 블레이드 축에 대한 가로방향 단면으로 로터 블레이드를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 로터 블레이드 내의 가능한 공기 유동을 설명하기 위해 로터 블레이드 루트 섹션을 반투시적으로 도시한 사시도.
도 4는 2개의 가열 수단을 포함한 로터 블레이드 루트를 반투시적으로 도시한 사시도.
도 5는 다수의 공기 유동을 안내하는 공동부를 설명하기 위해 로터 블레이드 루트 영역을 축방향으로 볼 때 로터 블레이드를 개략적으로 도시한 사시도.
도 6은 가열 수단을 도시한 사시도.
도 7 내지 도 9는 상이한 제조 상태에서 로터 블레이드를 도시한 평면도.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 포함하는 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 나셀(104)에 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동시 풍력에 의해 회전 운동하고 이로 인해 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 로터 블레이드 노즈(4)와 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 가진 로터 블레이드(2)의 횡단면을 도시한다. 도시된 횡단면은 로터 블레이드 길이방향과 관련해서, 로터 블레이드(2)의 프로파일의 대략 중앙 영역을 도시한다. 또한 프로파일은 흡인측(8)과 송출측(10)을 포함한다. 외부 셸(12)의 보강을 위해 특히 제1 및 제2 보강 격벽(14 또는 16)이 제공된다. 2개의 보강 격벽(14, 16)은 빗금으로 표시되고, 커팅된 부재로서 도시되며, 상기 격벽들은 연속하는 벽을 형성하고, 로터 블레이드(2)를 적어도 도시된 영역에서 로터 블레이드 노즈(4)를 향하는 제1 공동부(18), 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 향하는 제2 공동부(20) 및 2개의 보강 격벽(14, 16) 사이에 배치된 중간 공동부(22)로 세분한다.
제2 공동부(20)의 영역에 보강 스트럿(24)이 도시되며, 상기 보강 스트럿은 그러나 길이방향으로 연속하지 않고, 그러한 경우에 제2 공동부(20)를 2개의 공동부로 분리하지 않는다. 도 2의 명료함을 높이기 위해, 또한 외부 셸(12)은 빗금으로 도시되지 않는다. 실제로 도 2의 도면에 따른 외부 셸도 커팅되고, 즉 연속하는 외부 셸로서 로터 블레이드의 길이방향으로 연장된다.
도 2에 도시된 이러한 로터 블레이드의 경우에, 제1 및 제2 공동부(18, 20)를 위해 각각 가열 공기 유동의 분리된 도입을 제공하는 것이 제안된다. 이러한 2개의 가열 공기 유동 또는 가온 공기 유동은, 로터 블레이드의 관련 섹션의 가열에 의해 냉각되는 경우에 함께 중간 공동부(22)를 통해 역류될 수 있다.
도 3은 부분적으로 도시된 로터 블레이드의 제1 공동부(18) 내의 제1 가온 공기 유동(26)의 가능성을 도시한다. 도 3의 투시도로 도시된 부분은 또한 로터 블레이드(2) 중에 로터 블레이드 주요부만을 도시하고 따라서 트레일링 에지 세그먼트는 도시하지 않는다.
도 3은 2개의 보강 격벽(14, 16) 사이의 중간 공동부(22) 내의 제1 가온 공기 유동(26)이 역유동으로서 로터 블레이드 루트(28)로 역류될 수 있는 것을 도시한다. 거기에서 공기는 가열 수단(30)에 의해 다시 흡인되고, 가온되어 제2 공동부(18) 내로 배출될 수 있다.
도 2 내지 도 9의 도면부호는 유사하지만 경우에 따라서 동일하지 않은 부재들에 대해 동일하게 선택되므로, 상응하는 관련성이 설명될 수 있다.
공동부(18, 20, 22)는 로터 블레이드 루트(28)의 영역에서 단부 에지 커버(32)에 의해 폐쇄될 수 있고, 이 경우 단부 에지 커버(32)는 의도한 개구를 포함할 수 있으므로, 해당하는 공기 유동, 즉 특히 제1 및 제2 공동부(18, 20) 내의 전방 유동과 중간 공동부(22) 내의 역유동을 채널링(channeling)할 수 있다.
도 4는 하나는 공기를 가열하여 제1 공동부(18) 내로 배출하고 거기에서 제1 가온 공기 유동(26)으로 안내하는 2개의 가열 수단(30)의 이용을 도시한다. 다른 가열 수단(30)은 공기를 가온하고 상기 공기를 제2 공동부(20)로 배출하며, 이로 인해 제2 가온 공기 유동(34)이 야기된다. 제1 및 제2 공동부와 중간 공동부는 제1 또는 제2 중공 챔버 또는 중간 중공 챔버라고도 할 수 있다. 제2 가온 공기 유동(34)은 이로 인해 제2 공동부 또는 제2 중공 챔버 내로 유동하고, 제1 가온 공기 유동(26)과 제2 가온 공기 유동(34)의 공기는 함께 역유동(36)으로서 중간 공동부(22) 또는 중간 중공 챔버를 통해 루트 영역(28)으로 역류된다. 거기에서 역유동 또는 역류는 요컨대 2개의 가열 수단(30)의 흡인에 의해 2개의 부분 유동(38)으로 세분된다. 이들은 따라서 다시 제1 가온 공기 유동(26) 또는 제1 가온 공기 유동(34)에 제공되고, 이로써 순환이 이루어진다.
도 5에 따른 블레이드 루트 영역에서 본 도면은 제1, 제2 및 중간 공동부(18, 20, 22)를 도시한다. 배후에 로터 블레이드 팁(40)이 도시된다. 또한 중간 공동부(22)는 실질적으로 2개의 보강 격벽(24)에 의해 형성되어 외부 셀(12)에 의해 지지된다.
도 6은 실질적으로 구동 모터(44)를 포함하는 팬(42)과 히팅 레지스터(46)를 구비한 가열 수단(30)의 확대도를 도시한다. 팬은 냉각 공기를 흡인하고, 상기 공기를 히팅 레지스터(46) 내로 및 통해 안내한다. 이로써 히팅 레지스터(46) 내에서 공기가 가온되어 제1 또는 제2 공동부 내로 배출된다.
가열 수단(30)은 또한 폐쇄 섹션(48)을 포함하고, 상기 섹션은 관련 공동부, 즉 제1 공동부(18) 또는 제2 공동부(20)를 로터 블레이드 루트 측에서 폐쇄하고, 이로써 유입된 가온 공기가 거기에서 누출되지 않는다. 다른 고정 부착물(50)이 제공되고, 상기 고정 부착물에 의해 가열 수단(30)이 안에서부터 로터 블레이드의 외부 셸에 접촉하고 거기에서 고정될 수 있다. 히팅 레지스터는 바람직하게 정격 출력으로서 10 kW 내지 75 kW의 가열 출력을 갖는다. 팬의 용량은 2100 ㎥/h 내지 5000 ㎥/h 일 수 있다.
도 7 내지 도 9는 각각 로터 블레이드 노즈(4)와 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 가진 로터 블레이드(2)를 도시한다. 로터 블레이드(2)는 로터 블레이드 루트 영역(28)으로부터 로터 블레이드 팁(40)을 향해 연장된다. 또한 로터 블레이드(2)는 실질적으로 로터 블레이드 주요부(52)와 트레일링 에지 세그먼트(54)를 포함한다. 트레일링 에지 세그먼트(54)는 또한 베이스 섹션(56)과 에지 섹션(58)으로 세분된다. 베이스 섹션(56)은 로터 블레이드 주요부(52)에 고정될 수 있다. 베이스 섹션(56)에 고정된 에지 섹션(58)은 마찬가지로 요컨대 세그먼트 블록들(60)로 세분된다. 3개의 세그먼트 블록들(60)은 그것들의 구체적인 형태로 구별되지만, 명료함을 위해 동일한 도면부호를 갖는다. 에지 섹션(58), 특히 로터 블레이드 루트 영역(28)을 향하는 세그먼트 블록(60)은 후방으로 플래터닝된 프로파일을 갖는다. 이는 로터 블레이드 루트(28)의 영역에서 로터 블레이드의 특수한 유동비를 고려한다.
도 7은, 로터 블레이드 주요부(52)가 그것의 블레이드 루트(28)로부터 로터 블레이드 루트(28)와 로터 블레이드 팁(40) 사이의 대략 절반의 경로에 표시된 중간 영역(62)까지 거의 변경되지 않은 폭을 갖는 것을 도시한다. 로터 블레이드 주요부는 이 경우 바람직하게 와인딩 바디로서 또는 와인딩된 바디로서 제조된다. 적어도 상기 로터 블레이드 주요부의 베이스 구조는 와인딩된 베이스 바디를 갖는다. 상기 와인딩 바디는 이 경우 실질적으로, 요컨대 수학적인 관점에서 원통형이다. 이러한 와인딩 바디는 유리 섬유 강화 재료로, 특히 유리 섬유 강화 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 제조되고, 특히 상이한 섬유 방향으로 또는 섬유 배향으로 다층으로 와인딩된다. 관형, 즉 횡단면이 원형인 바디가 와인딩될 수 있거나 라운드된 모서리를 갖는 다각형 또는 타원형 바디일 수 있다. 그러나 실질적으로 상기 와인딩 바디의 횡단면 및 실질적으로 로터 블레이드 주요부(52)의 횡단면은 로터 블레이드 루트(28)로부터 대략 중간 영역(62)까지 형태 및 크기가 거의 일정해야 한다.
이러한 바디, 특히 이와 같이 와인딩된 바디에 의해 가늘고 긴, 안정적인 따라서 비교적 가벼운 중량의 구조가 달성될 수 있다. 공기 역학적 양상에 대한 임의의 다른 형태가 보완될 수 있다. 더 작은 형태는 이 경우 주요부(52)의 제조 공정시, 특히 유리 섬유 강화 재료를 위한 해당하는 제조 몰드에서 특히 로터 블레이드 주요 바디의 제조에 의해 일체로 형성된다. 트레일링 에지 영역을 위해 이 경우 트레일링 에지 세그먼트(54)의 제공이 제안된다. 상기 세그먼트는 이로써 로터 블레이드 루트 영역(28)으로부터 로터 블레이드(2)의 중간 영역(62)까지 연장된다. 이러한 전체 구조로 인해 종래의 구조에 비해 상당한 중량 절감이 달성될 수 있다. 제안된 해결 방법은 또한 기본적으로 케이싱 부재- 또는 부재들로서 로터 블레이드 주요부에 고정된, 예컨대 부착된 매우 긴 트레일링 에지 세그먼트(54)를 포함한다.
도 7 내지 도 9는 또한 로터 블레이드(2)의 제조 및 조립을 위한 다양한 제조 단계 또는 조립 단계를 도시한다. 따라서 도 7에 따른 로터 블레이드 주요부(52)는 먼저 별도의 부분으로서 제조된다. 트레일링 에지 세그먼트(54)는 또한 로터 블레이드 주요부(52)에 대해 분리되어 제조된다.
도 8에 따라 로터 블레이드(12)의 공급 상태, 즉 설치 장소로 운반을 위해 로터 블레이드(2)가 어떠한 방식으로 제공되는지 도시된다. 이 경우 베이스 에지 섹션(56)은 로터 블레이드 주요부(52)에 고정된다. 트레일링 에지 세그먼트(56)는 이 경우, 조립된 또는 고정된 상태에서도 그러한 경우에 부분적으로 조립된 로터 블레이드(2)의 운반 크기가 현저히 커지지 않도록 형성된다. 에지 섹션(58)의 3개의 세그먼트 블록들(60)은 도 8에 도시된 바와 같이 아직 조립 또는 고정되지 않았다.
요컨대 해당하는 풍력 발전 설비의 설치 위치로 로터 블레이드(2)의 운반 후에야 에지 섹션(58)도 베이스 섹션(56) 및 로터 블레이드 주요부(52)에 고정된다. 로터 블레이드(2)는 도로에서의 운반에 적합하지 않은 크기를 갖는다. 도 9는 이러한 조립된 상태를 도시한다.
또한 도면에서 로터 블레이드 팁(40)을 향한, 로터 블레이드 노즈(4)의 영역에 부식 보호캡(64)의 배치가 도시되고, 상기 보호캡은 특히 로터 블레이드(2)의 외부 영역에서, 즉 중간 영역(62)으로부터 로터 블레이드 노즈(4)의 로터 블레이드 팁(40)의 영역에 배치된다. 또한 이러한 부재는 추후 설치를 위해 제안되므로, 로터 블레이드 주요부(52)는 이와 무관하게 제조될 수 있다.
바람직하게 전술한 실시예들 중 하나의 실시예의 각각의 로터 블레이드(2)에 대해, 로터 블레이드의 외부 영역에, 즉 중간 영역(62)으로부터 트레일링 에지(6) 영역에 있는 로터 블레이드 팁(40)까지의 영역에 로터 블레이드 단부 에지의 제공이 바람직하다. 이러한 로터 블레이드 단부 에지(66)는 3차원 유리 섬유 강화 부재로서 및/또는 로터 블레이드 주요부(52)와 동일한 재료의 부재로서 제공될 수 있다. 상기 단부 에지(66)가 3차원으로 설계되어 형성되는 경우에, 3차원 단부 에지(66)로서 형성이 제안된다. 즉 단부 에지(66)의 깊이, 폭 및 높이가 중요하다. 특히 이 경우 톱니형 트레일링 에지를 사용하는 것이 제안된다.

Claims (15)

  1. 풍력 발전 설비(100)의 로터 블레이드(2)로서,
    로터 블레이드 노즈(4),
    로터 블레이드 트레일링 에지(6),
    상기 풍력 발전 설비(100)의 허브에 상기 로터 블레이드(2)의 고정을 위한 로터 블레이드 루트 영역(28), 및
    로터 블레이드 팁(40)
    을 포함하고, 상기 로터 블레이드(2)는 상기 로터 블레이드 루트(28)의 영역으로부터 길이방향을 따라 로터 블레이드 팁(40)을 향해 연장되며,
    상기 로터 블레이드(2)는, 내측에 상기 로터 블레이드 노즈(4)를 향하는 적어도 하나의 제1 공동부(18), 및 상기 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 향하는 제2 공동부(20)를 포함하고,
    상기 로터 블레이드 노즈(4) 또는 로터 블레이드 트레일링 에지(6)를 가열하기 위해, 상기 제1 공동부(18)는 제1 가열 수단에 의해 그리고 상기 제2 공동부(20)는 제2 가열 수단(30)에 의해 가열되고,
    상기 제1 가열 수단 및 제2 가열 수단(30)은 상기 로터 블레이드 루트(28)의 영역에 배치되고, 각 가열 수단들(30)은 공기를 가열하는 히팅 레지스터(46)를 포함하고, 각 가열 수단들(30)은 공기를 상기 제1 공동부(18) 또는 제2 공동부(20) 내로 배출하는 팬(42)을 포함하며,
    상기 제1 공동부(18) 및 제2 공동부(20) 사이에 중간 공동부(22)가 배치되고,
    가열을 위한 공기가, 제1 및 제2 공동부(18, 20)를 통해 로터 블레이드 루트 영역(28)으로부터 로터 블레이드 팁(40)을 향해 안내되고, 중간 공동부(22)를 지나 함께 상기 로터 블레이드 루트 영역(28)으로 역류되며,
    상기 로터 블레이드(2)는 내측에서 보강 격벽에 의해 공동부들(18, 20, 22)로 세분되고, 중간 공동부(22)가 2개의 보강 격벽 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  2. 제1항에 있어서, 두 개의 보강 격벽(14, 16)은 상기 로터 블레이드(2)의 외부 쉘(12)을 보강하기 위하여 제공되는 제1 보강 격벽(14)과 제2 보강 격벽(16)이고, 상기 두 개의 보강 격벽(14, 16)들은 연속하는 벽을 형성하여, 로터 블레이드(2)를 상기 제1 공동부(18), 상기 제2 공동부(20) 및 상기 두 개의 보강 격벽(14, 16) 사이에 배치된 중간 공동부(22)로 세분하고,
    상기 로터 블레이드 트레일링 에지(6) 외측으로에서 상기 로터 블레이드가 움직이는 방향으로 보았을 때, 상기 로터 블레이드는 먼저 상기 로터 블레이드 트렝일링 에지를 가열하기 위한 상기 제2 공동부(20)를 가지고, 순차적으로, 상기 중간 공동부(22), 그리고 상기 로터 블레이드 노즈(4) 뒤에 위치한 상기 제1 공동부(18)를 가지는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 공동부(22)로부터의 역 유동(36)이 2개의 가열 수단(30)의 흡인에 의해 2개의 부분 유동(38)으로 세분되고, 상기 2개의 부분 유동(38)들은, 각각 제1 공동부(18)의 제1 가온 공기 유동(26) 및 제2 공동부(20)의 제 2 가온 공기 유동(34)으로 제공되어, 공기의 순환이 이루어지도록, 상기 제1 및 제2 가열 수단(30)들은, 상기 로터 블레이드 루트(28)의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 함께 역류된 공기는, 가열 수단(30)에 의해 다시 가온되고, 가열을 위해 상기 제1 또는 제2 공동부(18, 20) 내로 배출됨으로써, 순환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 가열 수단 및 제2 가열 수단(30)은 서로 별도로 작동하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로터 블레이드 트레일링 에지(6)의 영역에서 루트 영역(28)을 향해 배치된 트레일링 에지 세그먼트(54)를 더 포함하고,
    상기 트레일링 에지 세그먼트(54)는 적어도 2개의 세그먼트 섹션(56, 58)을 포함하고 다수의 부분으로 형성되는 것인 로터 블레이드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 트레일링 에지 세그먼트(54)는 상기 로터 블레이드 루트 영역(28)으로부터 길이방향으로 상기 로터 블레이드(2)의 전체 길이에 대해서 40% 이상의 길이로 블레이드 팁(40)을 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  8. 제6항에 있어서, 상기 로터 블레이드(2)는 로터 블레이드 주요부(52)를 포함하며,
    상기 트레일링 에지 세그먼트(54)는 상기 로터 블레이드 주요부(52)에 고정을 위한 별도의 구성부로서 제공되고,
    상기 트레일링 에지 세그먼트(54)는, 상기 로터 블레이드 주요부(52)에 고정을 위한 베이스 섹션(56)과, 상기 베이스 섹션(56)에 고정을 위한 에지 섹션(58)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 베이스 섹션(56) 또는 상기 에지 섹션(58)은 각각 다수의 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드(2)를 포함하는 풍력 발전 설비(100).
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드(2)를 제조하기 위한 방법으로서,
    로터 블레이드 주요부(52)를 제조하는 단계,
    트레일링 에지 세그먼트(54)의 베이스 섹션(56)을 제조하는 단계,
    트레일링 에지 세그먼트(54)의 에지 섹션(58)을 제조하는 단계,
    로터 블레이드 주요부(52)에 베이스 섹션(56)을 고정하는 단계, 및
    상기 로터 블레이드 주요부(52)에 고정된 상기 베이스 섹션(56)에 상기 에지 섹션(58)을 고정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드(2)를 포함하는 풍력 발전 설비(100)를 설치 장소에 설치하기 위한 방법으로서,
    상기 로터 블레이드(2)의 로터 블레이드 주요부(52)를 제조하는 단계,
    상기 로터 블레이드(2)의 트레일링 에지 세그먼트(54)의 베이스 섹션(56)을 제조하는 단계,
    상기 트레일링 에지 세그먼트(54)의 에지 섹션(58)을 제조하는 단계,
    상기 로터 블레이드 주요부(52)에 상기 베이스 섹션(56)을 고정하는 단계,
    고정된 상기 베이스 섹션(56)을 포함하는 로터 블레이드 주요부(52)와 상기 에지 섹션(58)을 상기 풍력 발전 설비(100)의 설치 장소로 운반하는 단계, 및
    설치 장소에서 상기 로터 블레이드 주요부(52)에 고정된 베이스 섹션(56)에 상기 에지 섹션(58)을 고정하는 단계
    를 포함하는 방법.
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  14. 삭제
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