KR102051561B1

KR102051561B1 - 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치

Info

Publication number: KR102051561B1
Application number: KR1020180041922A
Authority: KR
Inventors: 엄재광
Original assignee: 엄재광
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2019-12-03
Also published as: KR20190118719A

Abstract

본원발명은 풍력발전기에서 블레이드 조립시 로터 각도를 조절하기 위한 것으로, 풍력발전기의 로터에 순차적으로 연결된 기어박스, 브레이크 디스크, 발전기에서 상기 브레이크 디스크와 상기 발전기 사이에 구비되는 본체; 상기 본체에 회전 가능하게 설치되고 상기 브레이크 디스크와 결합 가능한 회전드럼; 상기 회전드럼 외주면에 고정되는 종동기어; 상기 본체에 설치되어 상기 종동기어와 치차 결합되는 구동기어; 상기 본체에 결합되어 유압에 의해 상기 구동기어를 구동 가능하게 하는 유압모터;가 포함되어 이루어져, 상기 유압모터에 의해 상기 로터 각도를 조절 가능하게 하되, 상기 구동기어와 상기 유압모터 사이에는 감속기와 유압브레이크가 축 연결되어 설치되고, 상기 유압모터에는, 상기 유압모터 입구측에 회전방향에 따라 배압을 유지되게 하는 카운터 밸런스 밸브가 한 쌍이 설치되고, 상기 카운터 밸런스 밸브 입구측에 연결되어 상기 유압브레이크로 유체를 공급되게 하여 상기 유압모터를 고정되게 유체를 공급되게 하는 셔틀밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치를 제공한다.

Description

풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치{Rotor rotation device of wind turbine for assembling blade}

본 발명은 풍력 발전기용 로터 회전 장치에 관한 것으로, 로터를 일정각도 회전시키고 정지되게 하여 블레이드를 조립할 수 있는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치에 관한 기술이다.

풍력발전기는 풍력을 이용하여 회전에 의해 전기를 얻을 수 있는 그린 에너지 기술이다.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 내부 구성도이다.

도 1을 참조하면, 풍력발전기는 지면 또는 해저면에 고정되는 타워(Tower,10)와, 타워 상부에 설치되는 너셀(Nacelle,20), 그리고, 너셀 전단면에 설치되어 회전되는 로터(30), 상세하게 허브(Hub,32), 허브의 외주면에 블레이드(Blade,34)가 통상 3 ~ 4개 설치된다.

여기서, 너셀에는 기어박스(Gearbox,40), 브레이크 디스크(Brake disk,52), 발전기(Generator,60)가 연결 형성되어 블레이드 회전에 의해 전기를 생산하며 타워 내부의 변압기에 의해 전기를 충진되게 된다.

통상적으로 소형의 풍력발전기는 블레이드 길이가 길지 않으므로 허브에 블레이드를 결합한 로터를 크레인으로 들어올려서 타워에 바로 설치한다.

그러나 대형의 풍력발전기의 설치 과정은 너셀과 허브가 결합된 타워를 수직으로 설치하고, 블레이드를 하나씩 크레인으로 들어올려서 허브에 수평방향으로 결합하여 조립한다. 여기서, 대형 풍력발전기의 블레이드 길이가 약 100m에 달하고 하중이 약 20t 가까이 되므로 크레인을 사용하여 로터를 일정각도 회전시켜서 결합해야 한다.

그러나, 풍력발전기를 조립하는 과정에서는 발전기에 전기가 공급되지 않아 로터를 회전시킬 수 없는 문제점이 있다.

예를들어, 통상 풍력발전기에는 블레이드 3개 정도 결합하게 되는데, 첫 번째 블레이드를 허브에 수평방향으로 조립한 후 회전시켜야 두 번째 블레이드를 허브에 수평방향으로 조립할 수 있는데 첫 번째 블레이드가 자중에 의해 -90°에서 더 이상 회전이 이루어지지 않아 두 번째 블레이드에서부터 허브에 결합하기가 어려운 점이 있다. 이러한 경우 블레이드 수에 맞게 크레인을 사용해야 하므로 그 비용과 시간이 엄청나게 많이 들어가는 문제점이 있다.

KR

10-2013-0058283

A

KR

10-2017-004472

A

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 로터 회전각도를 조절하고 유지되게 하여 블레이드를 조립할 수 있는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치를 제공한다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은 풍력발전기의 로터에 순차적으로 연결된 기어박스, 브레이크 디스크, 발전기에서 상기 브레이크 디스크와 상기 발전기 사이에 구비되는 본체; 상기 본체에 회전 가능하게 설치되고 상기 브레이크 디스크와 결합 가능한 회전드럼; 상기 회전드럼 외주면에 고정되는 종동기어; 상기 본체에 설치되어 상기 종동기어와 치차 결합되는 구동기어; 상기 본체에 결합되어 유압에 의해 상기 구동기어를 구동 가능하게 하는 유압모터;가 포함되어 이루어져, 상기 유압모터에 의해 상기 로터 각도를 조절 가능하게 하되, 상기 구동기어와 상기 유압모터 사이에는 감속기와 유압브레이크가 축 연결되어 설치되고, 상기 유압모터에는, 상기 유압모터 입구측에 회전방향에 따라 배압을 유지되게 하는 카운터 밸런스 밸브가 한 쌍이 설치되고, 상기 카운터 밸런스 밸브 입구측에 연결되어 상기 유압브레이크로 유체를 공급되게 하여 상기 유압모터를 고정되게 유체를 공급되게 하는 셔틀밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치를 제공한다.

상기 회전드럼의 단부에는, 커플링이 형성되어 상기 브레이크 디스크와 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 본체에는, 일면에 상기 기어박스에 연결되어 상기 본체를 고정시키는 브라켓이 형성되는 것을 특징으로 한다.

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본 과제의 해결 수단에 제공된 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

풍력발전기의 타워에 로터 회전 장치를 임시로 설치하여 유압모터에 의해 로터를 안정적으로 회전시키는 것을 가능하게 하여 허브에 블레이드 조립을 쉽게 할 수 있다.

그리고, 로터 회전 장치에 의해 로터의 회전 각도를 유지할 수 있으므로 종래처럼 블레이드 수에 맞게 크레인이 필요하지 않게 되므로 비용을 절감하고 공사시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치와 브레이크 디스크와 결합 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치와 브레이크 디스크와 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치의 유압 회로도이다.

본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치의 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치 단면 구성도이다.

도 2와 3을 참조하면, 본 발명인 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치는 크게 본체(100), 회전드럼(200), 종동기어(300), 구동기어(400) 및 유압모터(500)를 포함하여 이루어지며, 본 발명인 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치는 풍력발전기에서 허브에 블레이드 설치를 위해 로터를 일정각도 회전시킬 수 있는 장치이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치와 브레이크 디스크와 결합 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치와 브레이크 디스크와 분해 사시도이다.

도 4와 5를 참조하면, 먼저 상기 본체(100)는 기기의 몸체로 도 1에서 로터(30)에 순차적으로 연결된 기어박스(40), 브레이크 디스크(52), 발전기(60)에서 상기 브레이크 디스크(52)와 상기 발전기(60) 사이에 구비되며, 상기 회전드럼(200), 종동기어(300), 구동기어(400) 및 유압모터(500)가 설치된다.

상기 본체(100)는 판형으로 형성되고 중심부에 중공이 형성되게 되어 내부에 기어박스와 연결되는 샤프트가 통과할 수 있게 된다.

상기 본체(100)에는 일면에 상기 기어박스(40)에 연결되어 상기 본체(100)를 고정시키는 브라켓(120)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 브라켓(120)은 상기 기어박스(40)에서 브레이크 패드(도 5의 54)가 설치되는 자리에 브레이크 패드를 제거한 후 연결하도록 하며 상부와 하부 양측에 각각 연결되도록 하여 안정적인 결합을 할 수 있다.

상기 회전드럼(200)은 상기 브레이크 디스크(52)와 연결되어 동력을 전달하는 구성이다.

상기 회전드럼(200)은 상기 본체(100)의 중공에 회전가능하게 설치되어 일측으로 돌출되어 상기 브레이크 디스크(52)와 결합되게 되어 상기 회전드럼(200)과 일체가 되고 상기 회전드럼(200)의 회전에 따라 상기 브레이크 디스크(52) 회전이 연동되게 되어 로터의 회전이 이루어진다. 그리고, 상기 회전드럼(200)은 내부가 빈 중공형으로 형성되게 된다.

여기서, 상기 회전드럼(200)의 단부에는 커플링(220)이 형성되어 상기 브레이크 디스크(52)와 볼트의 결합에 의해 쉽게 고정하거나 분리할 수 있다.

상기 종동기어(300)는 상기 회전드럼(200) 외주면에 고정되어 구동기어(400)에 의해 회전되어 상기 회전드럼(200)을 회전시킬 수 있는 구성이다.

상기 구동기어(400)는 상기 본체(100)에 설치되어 상기 종동기어(300)와 치차 결합되는 구성으로 상기 구동기어(400)의 회전에 의해 상기 종동기어(300)를 회전시킬 수 있다.

상기 구동기어(400)는 복수 개 설치되도록 하여 상기 종동기어(300)를 회전시킬 수 있도록 하여 부피를 최소화하고 출력을 높이도록 실시하는 것이 바람직하다. 그리고, 각 구동기어(400)는 유압모터(500)가 각각 결합되게 설치되며, 유압모터(500)의 힘에 의해 구동기어(400)를 회전시키게 된다.

상기 유압모터(500)는 유압에 의해 상기 구동기어(400)를 구동시킬 수 있는 구성이다.

상기 유압모터(500)는 상기 본체(100)에 결합되어 상기 구동기어(400)를 구동 가능하게 한다.

그리고, 상기 유압모터(500)와 상기 구동기어(400) 사이에는 감속기(600)가 설치되어 회전이 천천이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 유압모터(500)과 회전하게 되면 구동기어(400)가 회전하고, 구동기어(400)는 종동기어(300)를 회전시켜 회전드럼(200)의 회전이 이루어진다. 회전드럼(200)은 브레이크 디스크(52)와 결합되어 있어 기어박스의 내부의 기어세트를 회전시키고 기어박스는 로터와 연결되어 있어 로터 각도를 조절 가능하게 된다.

로터 각도 조절 가능하게 됨으로써 로터에 첫 번째 블레이드 설치 후 로터를 일정각도 회전시키고 다음의 블레이드를 크레인으로 들어올려 수평방향에서 결합가능하게 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치의 유압 회로도이다.

도 6을 참조하면, 상기 구동기어(400)와 상기 유압모터(500)에 사이에는 감속기(600)와 유압브레이크(700)가 축 연결되어 설치되게 됨으로써 유압모터(500)에 유압이 공급되게 되면 상기 구동기어(400)를 회전시키게 되며 유압브레이크(700)의 작동에 의해 정지시킬 수 있다.

여기서, 상기 유압모터(500)에는 유압탱크(1200)에서 유압모터(500)로 공급하는 유압라인에서, 상기 유압모터(500) 입구측에 회전방향에 따라 배압을 유지되게 하는 카운터 밸런스 밸브(800)가 한 쌍이 설치되게 된다.

상기 카운터 밸런스 밸브(800)는 외부의 외력이 발생될 때 역류를 방지하게 하고 일정 하중이상이 작용될 때 시스템을 보호할 수 있게 된다. 그리고 정전 등의 이유로 유압이 발생되지 않는 경우에는 로터가 회전되지 않고 고정시켜 주는 기능을 하게 된다.

상기 카운터 밸런스 밸브(800) 입구측에 연결되어 상기 유압브레이크(700)로 유체를 공급되게 하여 상기 모터를 고정되게 유체를 공급되게 하는 셔틀밸브(900)가 설치되는 것을 특징으로 한다. 배관 등이 파손되는 경우에 감속기가 회전되지 않도록 하는 안전수단을 제공해 준다.

그리고, 상기 유압탱크(1200)에서 유체를 공급할때 일정한 힘 이상으로 하중이 가해지지 않도록 파워 조절용 밸브인 릴리프밸브(1000)를 설치하여 시스템 보호기능을 할 수 있으며, 일정한 유압 가압뒤에는 유량조절밸브(1100)를 거쳐 유량을 미세 조절하여 로터의 회전 속도를 조절할 수 도 있다.

따라서 본 발명에서 유압시스템은 상기 카운터 밸런스 밸브(800)와, 셔틀밸브(900) 및 유압브레이크(700)가 설치됨으로써 로터의 회전 안정성을 확보할 수 있다.

결국, 본 발명의 풍력 발전기용 로터 회전장치로 로터를 일정각도 회전시킬 수 있어 블레이드 개수마다 이를 고정하기 위해 크레인이 여러대가 필요 없어 비용이 절감되고, 크레인 하나로 허브에 수평방향으로 블레이드를 조립하고 순차적으로 회전되게 하여 허브에 대형의 블레이드를 쉽게 설치할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 특허청구범위의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 본체
200: 회전드럼
300: 종동기어
400: 구동기어
500: 유압모터
600: 감속기
700: 유압브레이크
800: 카운터 밸런스 밸브
900: 셔틀밸브
1000: 릴리프밸브
1100: 유량조절밸브
1200: 유압탱크

Claims

풍력발전기의 로터에 순차적으로 연결된 기어박스, 브레이크 디스크, 발전기에서 상기 브레이크 디스크와 상기 발전기 사이에 구비되는 본체;
상기 본체에 회전 가능하게 설치되고 상기 브레이크 디스크와 결합 가능한 회전드럼;
상기 회전드럼 외주면에 고정되는 종동기어;
상기 본체에 설치되어 상기 종동기어와 치차 결합되는 구동기어;
상기 본체에 결합되어 유압에 의해 상기 구동기어를 구동 가능하게 하는 유압모터;가 포함되어 이루어져, 상기 유압모터에 의해 상기 로터 각도를 조절 가능하게 하되,
상기 구동기어와 상기 유압모터 사이에는 감속기와 유압브레이크가 축 연결되어 설치되고,
상기 유압모터에는, 상기 유압모터 입구측에 회전방향에 따라 배압을 유지되게 하는 카운터 밸런스 밸브가 한 쌍이 설치되고, 상기 카운터 밸런스 밸브 입구측에 연결되어 상기 유압브레이크로 유체를 공급되게 하여 상기 유압모터를 고정되게 유체를 공급되게 하는 셔틀밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전드럼의 단부에는,
커플링이 형성되어 상기 브레이크 디스크와 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치.
제1항에 있어서,
상기 본체에는,
일면에 상기 기어박스에 연결되어 상기 본체를 고정시키는 브라켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드 조립용 로터 회전 장치.
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