KR101842524B1

KR101842524B1 - 풍력발전기용 진폭 댐퍼

Info

Publication number: KR101842524B1
Application number: KR1020170126898A
Authority: KR
Inventors: 김병문; 정연종; 서동환; 박종훈; 손영수; 박진수; 허철구; 허철기; 권종정
Original assignee: (주)영광공작소; 동국대학교 경주캠퍼스 산학협력단
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2018-05-14

Abstract

본 발명의 풍력발전기용 진폭 댐퍼는, 기둥을 감싸며 설치면에 고정설치된 외관; 상기 외관의 중앙에 설치되며 기둥과 밀착 설치된 내관; 및 상기 외관과 내관의 사이에 설치된 진폭 감쇠 모듈이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 진폭 감쇠 모듈에 의해 풍력발전기의 기둥에서 발생하는 진폭을 저감하여 피로파괴를 방지하는 효과가 있다.

Description

풍력발전기용 진폭 댐퍼{Amplitude damper for wind power generator}

본 발명은 풍력발전기용 진폭 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 기둥에서 발생하는 진폭을 저감하는 풍력발전기용 진폭 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력발전기는 풍하중에 의해 발전 중 기둥(타워)이 고유주파수로 진동이 발생하는데, 이러한 진동은 기둥의 피로하중을 발생시키는 주요 요인이다.

기존에는 풍력발전기 기둥의 진동을 저감하기 위해 기둥 내부에 트러스 구조물 등의 물리적인 방법이 사용되기도 하였다.

소프트웨어적인 방법으로 하기 한국 등록특허공보 제1413565호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2015-0063568호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 검증된 소프트웨어 툴을 사용하여 풍력터빈 동역학 모델식을 세우되, 풍력터빈의 회전기 회전 속도뿐만 아니라 회전날개들에 가해지는 기계적 피로 하중 정도를 판단할 수 있는 회전날개의 루트 부분의 회전기 회전 평면 외 굽힘 모멘트를 계산하여 그 값을 피치제어기에 전달한다. 이에, 개발기간 단축, 비용절감, 성능시험의 용이성을 도모한다.

선행문헌 2에 의하면 진동 저감을 위한 조치는, 예정된 유지 시간 주기 동안 현재 피치각을 현재값으로 유지하는 단계, 특히 조절 속도가 감소하도록, 사용된 피치-조절 알고리즘을 교체하는 단계, 예정된 아지무스 각도만큼 아지무스 위치를 조절하는 단계, 특성 곡선에 기초한 운전을 전환하는 단계 등을 포함한다. 이에, 간단한 방식으로 길이방향 진동을 저지하는 효과를 기대한다.

선행문헌 1은 풍력발전기의 블레이드 속도를 이용하여 굽힘모멘트를 계산하여 피치를 제어하므로 진동 저감의 모델링을 달성하기 미흡하고, 선행문헌 2는 과도하게 알고리즘 지향적이면서 로터의 길이(축) 방향 진동 감소를 요지로 하여 기둥의 진동을 저감하기에는 한계성을 보인다.

뿐만 아니라, 선행문헌 1과 2는 소프트웨어 툴이 고장나면 진동 저감 기능이 완전히 상실되는 문제점이 있다.

따라서, 풍력발전기의 기둥에서 발생하는 진동을 물리적인 수단에 의해 빠르게 저감하는 개선된 형태의 풍력발전기용 진폭 댐퍼의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

등록특허공보 제1413565호(2014.06.13. 공고) 공개특허공보 제2015-0063568호(2014.04.17. 공개) 공개특허공보 제2017-0054828호(2017.05.18. 공개)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력발전기의 기둥에서 발생하는 진폭을 저감하여 피로파괴를 방지하는 풍력박전기용 진폭 댐퍼를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력발전기용 진폭 댐퍼는, 기둥을 감싸며 설치면에 고정설치된 외관; 상기 외관의 중앙에 설치되며 기둥과 밀착 설치된 내관; 및 상기 외관과 내관의 사이에 설치된 진폭 감쇠 모듈이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진폭 감쇠 모듈은, 상기 외관의 상부와 내관의 사이에 설치되는 제1진폭 감쇠 모듈과, 상기 제1진폭 감쇠 모듈의 하부에 설치되는 제2진폭 감쇠 모듈로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1진폭 감쇠 모듈과 제2진폭 감쇠 모듈은 댐핑 주파수를 달리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1진폭 감쇠 모듈은, 상기 외관과 내관의 사이에 배치된 스프링과, 상기 스프링의 탄성력 복원력을 감쇠시키는 쇼크업소버로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스프링과 쇼크업소버는 상기 외관과 내관의 사이에 방사상으로 복수개 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2진폭 감쇠 모듈은, 상기 외관과 내관의 사이에 배치된 판스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 판스프링은 외관과 접촉하는 제1탄성지지부재와 상기 내관과 접촉하는 제2탄성지지부재로 형성되며, 상기 제1,2탄성지지부재 상기 외관과 내관의 사이에 지그재그로 방사상 연속배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력발전기용 진폭 댐퍼에 따르면, 진폭 감쇠 모듈에 의해 풍력발전기의 기둥에서 발생하는 진폭을 저감하여 피로파괴를 방지하는 효과가 있다.

또한, 기설치된 풍력발전기의 기둥에 본 발명의 진폭 댐퍼의 설치가 가능하다. 즉, 소프트웨어적인 방법의 댐핑 기능에 물리적인 댐핑 기능을 손쉽게 추가할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 진폭 댐퍼를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 제1진폭 감쇠 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4은 도 1의 제2진폭 감쇠 모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 진폭 댐퍼를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 제1진폭 감쇠 모듈을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이며, 도 4은 도 1의 제2진폭 감쇠 모듈을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 평면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전기용 진폭 댐퍼(D)는, 기둥(P)을 감싸며 설치면인 지면에 고정설치된 외관(100)과, 상기 외관(100)의 중앙에 설치되며 기둥(P)과 밀착 설치된 내관(200) 및 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 설치된 진폭 감쇠 모듈로 구성된다.

또한, 상기 진폭 감쇠 모듈은 상기 외관(100)의 상부와 내관(200)의 사이에 설치되는 제1진폭 감쇠 모듈(300)과, 상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)의 하부에 설치되는 제2진폭 감쇠 모듈(400)로 구성된다.

즉, 기둥(P)의 상부 진폭은 제1진폭 감쇠 모듈(300)이 감쇠시키며 기둥(P)의 하부 진폭은 제2진폭 감쇠 모듈(400)이 감쇠시킨다.

이때, 상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)과 제2진폭 감쇠 모듈(400)은 댐핑 주파수를 달리하도록 구성된다.

즉, 상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)은 상대적으로 진폭이 큰 기둥(P)의 상측의 진폭을 감쇠시키며, 상기 제2진폭 감쇠 모듈(400)은 상대적으로 진폭은 작으나 진폭의 세기가 강한 기둥(P)의 하측 진폭을 감쇠시키게 된다.

구체적으로, 상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)은, 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 배치되어 진폭을 탄성력에 의해 감쇠시키는 스프링(310)과, 상기 스프링(310)의 탄성 복원력을 감쇠시키는 쇼크업소버(320)로 구성된다.

즉, 상기 스프링(310)이 기둥(P)의 진폭을 감쇠시키며, 상기 쇼크업소버(320)는 스프링(310)의 신축작용을 억제하게 된다.

또한, 상기 스프링(310)과 쇼크업소버(320)는 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 방사상으로 복수개 배치되어 기둥(P)의 외주면 어떤 방향에서든 발생하는 진폭을 모두 감쇠시키게 된다.

그리고, 상기 제2진폭 감쇠 모듈(400)은 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 배치된 판스프링(410)으로 구성된다.

한편, 상기 판스프링(410)은 외관(100)과 접촉하는 제1탄성지지부재(411)와 상기 내관(200)과 접촉하는 제2탄성지지부재(412)로 구성되며, 상기 제1,2탄성지지부재(411,412) 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 지그재그로 방사상 연속배치된다.

즉, 상기 판스프링(410)에 의해 기둥(P)의 하부에서 발생하는 진폭을 감쇠시키게 된다.

본 발명에 따르면, 진폭 감쇠 모듈에 의해 풍력발전기의 기둥(P)에서 발생하는 진폭을 저감하여 기둥의 피로파괴를 방지하게 된다.

또한, 기설치된 풍력발전기의 기둥에 본 발명의 진폭 댐퍼의 추가 설치가 가능하다. 즉, 소프트웨어적인 방법의 댐핑 기능에 물리적인 댐핑 기능을 손쉽게 추가할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

위의 설명에서는 풍력발전기용 기둥에 한정하여 설명하였지만 이를 특별히 한정하는 것은 아니며, 진폭이 발생하는 다양한 형태의 기둥에 모두 적용 가능함을 밝혀둔다.

D - 풍력발전기용 진폭 댐퍼
100 - 외관
200 - 내관
300 - 제1진폭 감쇠 모듈
400 - 제2진폭 감쇠 모듈

Claims

기둥(P)을 감싸며 설치면에 고정설치된 외관(100);
상기 외관(100)의 중앙에 설치되며 기둥(P)과 밀착 설치된 내관(200); 및
상기 외관(100)의 상부와 내관(200)의 사이에 설치되는 제1진폭 감쇠 모듈(300)과, 상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)의 하부에 설치되는 제2진폭 감쇠 모듈(400)로 구성된 진폭 감쇠 모듈을 포함하되,
상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)은 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 배치된 스프링(310)과, 상기 스프링(310)의 탄성력 복원력을 감쇠시키는 쇼크업소버(320)로 구성되며,
상기 제2진폭 감쇠 모듈(400)은 상기 외관과 내관의 사이에 배치된 판스프링(410)으로 구성되고,
상기 제1진폭 감쇠 모듈(300)과 제2진폭 감쇠 모듈(400)은 댐핑 주파수를 달리하도록 구성하여 제1진폭 감쇠 모듈(300)은 상대적으로 진폭이 큰 기둥(P)의 상측의 진폭을 감쇠시키며, 상기 제2진폭 감쇠 모듈(400)은 상대적으로 진폭은 작으나 진폭의 세기가 강한 기둥(P)의 하측 진폭을 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 진폭 댐퍼.
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제 1항에 있어서,
상기 스프링(310)과 쇼크업소버(320)는 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 방사상으로 복수개 배치된 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 진폭 댐퍼.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 판스프링(410)은 외관(100)과 접촉하는 제1탄성지지부재(411)와 상기 내관(200)과 접촉하는 제2탄성지지부재(412)로 형성되며, 상기 제1,2탄성지지부재(411,412)는 상기 외관(100)과 내관(200)의 사이에 지그재그로 방사상 연속배치된 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 진폭 댐퍼.