KR102422918B1 - 풍력발전기의 블레이드 감시장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력발전기의 블레이드 감시장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 풍력발전기의 블레이드에 발생되는 손상, 특히 중대손상을 즉각적으로 실시간 감지해 낼 수 있는 풍력발전기의 블레이드 감시장치 및 방법을 제공함에 있다.
Description
본 발명은 풍력발전기의 블레이드 감시장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력발전기의 블레이드의 손상을 실시간으로 감시할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력발전기란 바람을 받는 블레이드가 회전함으로써 회전축에 연결된 발전기를 통해 발전을 하는 장치를 가리킨다. 풍력발전기는 수시로 풍속 및 풍향이 변화하는 바람을 계속 받도록 이루어져 있으며, 이러한 바람에 의한 진동, 충격, 하중편향 등의 요인에 의하여 풍력발전기의 고장이 발생하는 것은 자명하다. 그런데 풍속 및 풍향 값은, 거시적인 관점에서는 어느 정도 예측이 가능하다 할지라도 미시적인 관점에서는 실질적으로 매우 무작위적으로 변화하는 값으로서 거의 예측이나 패턴을 찾는 것이 불가능한 변화 양상을 가지는 값이다. 따라서 풍력발전기에서 발생하는 고장을 제대로 감시하고 진단하는 것은 쉽지 않다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 한국특허등록 제2097595호("풍력발전기 진단방법", 2020.03.31., 이하 '선행문헌 1')에서는, 장시간 축적된 풍력발전기의 결함 데이터를 활용하여 기계학습 모델을 구축하고, 훈련을 통해 결함 인식 패턴을 스스로 업그레이드하면서 풍력발전기의 결함 진단을 수행하는, 풍력발전기 진단방법을 제공한다. 보다 구체적으로는, 선행문헌 1에서는 풍력발전기의 부품 및 위치에 따라 독립적으로 설치된 복수 개의 센서로부터 측정된 진동, 온도, 전압, 전류, 회전수, 소음 및 풍력발전기에 입력되는 풍속, 풍향 등을 이용하여, 이상발생, 이상부품, 이상위치, 이상종류 등으로 분화 및 상세화된 진단결과를 도출하여 사용자가 풍력발전기의 상태를 보다 상세하고 면밀하게 살펴볼 수 있게 하는 큰 효과를 가진다.
선행문헌 1과 같은 풍력발전기 진단방법을 이용한 진단시스템을 보다 잘 활용하기 위해서는 상태 감시를 위한 센서나 장치를 적재적소에 구비시켜야 함은 당연하다. 물론 종래에도 풍력발전기의 각부에 진동센서, 온도센서 등 다양한 장치가 이미 구비되어 있으나, 보다 효과적으로 신속하게 풍력발전기 상태를 살펴볼 수 있도록 하기 위해 다양한 새로운 감시장치가 지속적으로 연구 개발되고 있다.
한편 풍력발전기에서 직접적으로 바람을 받아들이는 부분은 블레이드이다. 풍력발전기 블레이드는 최대한 많은 바람을 받아들일 수 있도록 하기 위해 상당히 거대한 크기로 만들어진다. 또한 작은 풍량에도 민감하게 반응할 수 있도록 중량을 최대한 줄이기 위해 내부가 빈 구조체 형태로 만들어진다. 이 때 블레이드로 흘러들어오는 바람에 돌멩이 등의 이물질이 섞여있어 블레이드에 충격을 가하기도 하고, 또는 새가 부딪치는 경우가 종종 발생하기도 한다. 또한, 복합재(유리 또는 탄소섬유) 적층 구조로 만들어지는 블레이드 특성상 제조 공정에서 예기치 않은 결함이 발생될 수 있으며, 이는 블레이드의 파손이라는 치명적인 사고로 이어지기도 한다. 도 1은 풍력발전기 블레이드 손상 예시 사진으로, 상술한 바와 같이 상당한 임팩트를 가지는 물체와 부딪치거나, 미세한 결함이 성장하여 블레이드가 크게 손상된 경우들이다. 이처럼 중대손상이 발생하면 당연히 올바른 동작이 일어날 수 없을뿐더러, 손상된 부분이 다른 부분을 건드리거나 떨어져나가 다른 풍력발전기 등에 부딪침으로써 2차 손상을 일으킬 우려도 있다. 이러한 중대손상이 발생하면 불안정한 구조에 의해 이상진동이나 이상음향이 발생하므로 기존의 감시장치들로도 손상을 감지할 수 있다. 그러나 이러한 간접적인 방식으로 손상을 감지하는 것은, 손상을 감지하고 조치를 취할 때까지의 시간이 지체될 우려가 있으며, 이러한 지체시간 동안 2차 손상이 발생될 위험성도 큰 것이 사실이다.
종래에도 블레이드의 손상을 효과적으로 감시하기 위해 다양한 연구 및 개발이 이루어져 온 바 있다. 한 예로 한국특허등록 제2166654호("안전점검 기준표와 분류별 결함 데이터를 활용한 풍력 발전기 블레이드 안전 관리 시스템 및 방법", 2020.10.12., 이하 '선행문헌 2')에서는, 드론을 이용하여 검사대상 풍력발전기 블레이드의 이미지를 취득하고, 이 이미지를 이용하여 손상을 점검하고 감지하는 방식을 사용한다. 그러나 선행문헌 2의 기술이라 하여도 결국 손상 발생 자체는 간접적인 수단(이상진동, 이상음향, 망원경을 이용한 육안 검사 등)으로 감지할 수밖에 없으며, 이상이 감지된 이후에 드론을 띄워 이미지를 취득하고 손상 정도를 파악하는 등의 과정을 거치는 과정에서 상당한 지체시간이 발생하는 것을 피할 수 없다. 또한 주기적으로 드론을 띄워 이미지를 취득한다 하여도, 그 기간 풍력발전기 정지에 따른 발전 손실이 발생할 수 있으며, 드론 비행주기 사이의 시간에 손상이 발생하는 경우 다음 주기까지 손상을 발견하지 못할 수도 있다.
따라서 블레이드에 중대손상이 발생하는 경우 즉각적으로 실시간 정확하게 이를 감지해 낼 수 있는 감시장치에 대한 요구가 당업자 사이에 꾸준히 있어 왔다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력발전기의 블레이드에 발생되는 손상, 특히 중대손상을 즉각적으로 실시간 감지해 낼 수 있는 풍력발전기의 블레이드 감시장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력발전기의 블레이드 감시장치(100)는, 풍력발전기의 블레이드(500)에 구비되어 손상을 감지하는 블레이드 감시장치(100)로서, 상기 블레이드(500)의 앞전(510) - 끝단(530) - 뒷전(520)을 순차적으로 따라 연장되며 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 적어도 하나의 메인센싱라인(110)을 포함하는 센싱라인네트워크(140); 상기 센싱라인네트워크(140)에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지하는 단선감지수단(150); 을 포함할 수 있다.
한 실시예로서, 상기 블레이드 감시장치(100)는, 상기 센싱라인네트워크(140)가 전선으로 형성되고, 상기 단선감지수단(150)이 저항측정수단으로 형성됨으로써, 상기 블레이드(500)에 손상 발생 시 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 함께 손상됨에 따라, 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140) 전체저항이 변화하는 것을 이용하여 상기 블레이드(500)의 손상을 감지할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 블레이드 감시장치(100)는, 상기 센싱라인네트워크(140)가 FBG광섬유센서로 형성되고, 상기 단선감지수단(150)이 광신호측정수단으로 형성됨으로써, 상기 블레이드(500)에 손상 발생 시 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 함께 손상됨에 따라, 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140) 광신호응답이 변화하는 것을 이용하여 상기 블레이드(500)의 손상을 감지할 수 있다.
또한 상기 센싱라인네트워크(140)는, 상기 블레이드(500)의 전면(550) - 끝단(530) - 후면(560), 전면(550) - 앞전(510) - 후면(560), 또는 전면(550) - 뒷전(520) - 후면(560) 중 선택되는 경로를 순차적으로 따라 연장되며 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 적어도 하나의 서브센싱라인(120)을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 센싱라인네트워크(140)는, 상기 블레이드(500)의 앞전(510) - 전면(550) - 뒷전(520) - 후면(560)을 순차적으로 따라 연장되며 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 적어도 하나의 추가센싱라인(130)을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 센싱라인네트워크(140)는, 상기 블레이드(500)의 표면 내측면에 밀착 구비되거나, 또는 상기 블레이드(500)의 표면 내부에 내장 구비될 수 있다.
또한 상기 단선감지수단(150)은, 상기 블레이드(500)의 허브단(540) 측을 통해 상기 센싱라인네트워크(140)와 연결될 수 있다.
또한 상기 단선감지수단(150)은, 외부의 진단시스템에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선감지여부를 실시간으로 전달할 수 있다.
또한 본 발명의 블레이드 감시방법은, 상술한 바와 같은 블레이드 감시장치(100)를 이용한 블레이드 감시방법에 있어서, 상기 단선감지수단(150)이 기결정된 주기로 전체저항 또는 광신호응답을 통해 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지하는 상시측정단계; 상기 블레이드(500) 일부에 손상이 발생하여 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 손상됨에 따라 상기 센싱라인네트워크(140)의 전체저항 또는 광신호응답이 기결정된 기준 이상으로 변경되는 손상발생단계; 상기 단선감지수단(150)이 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지함으로써 상기 블레이드(500) 손상이 감지되는 손상감지단계; 를 포함할 수 있다.
또한 상기 블레이드 감시장치(100)는, 상기 단선감지수단(150)이 외부의 진단시스템에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선감지여부를 실시간으로 전달하도록 형성되고, 상기 블레이드 감시방법은, 상기 손상감지단계 이후에, 상기 단선감지수단(150)이 단선감지여부를 상기 진단시스템에 전달함으로써 상기 진단시스템 상에서 상기 블레이드(500)의 손상이 공표되는 손상공표단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 풍력발전기 블레이드에 손상, 특히 부러지거나 끝단손실 등의 중대손상이 발생하였을 때 즉각적으로 실시간 감지해 낼 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 종래에는 블레이드에 손상이 발생하면, 원래 감시를 위해 계속 측정해 오던 진동이나 음향 등의 신호에 변화가 일어나는 것으로부터 블레이드에 손상이 발생했음을 감지하였다. 즉 종래에는 블레이드 손상감지가 간접적으로 이루어졌다. 그러나 본 발명에서는, 블레이드 전체에 걸쳐 센싱라인네트워크 회로가 형성되며, 블레이드 손상이 발생하면 손상위치의 센싱라인네트워크 또한 손상됨에 따라 즉각적으로 전체저항 또는 광신호응답이 변화하고, 이로부터 손상감지가 직접적 및 즉각적으로 이루어질 수 있게 된다.
이처럼 본 발명에 의하면, 복잡한 장치구성이나 제어방법을 도입하지 않고도 직접적이고 즉각적으로 블레이드 실시간 감시를 실현할 수 있는 큰 효과가 있다. 특히 이처럼 본 발명의 감시장치는 대단히 복잡하지 않기 때문에 다른 시스템에 추가 연결하는 것이 매우 용이한 높은 호환성을 가진다. 따라서 앞서 설명한 바와 같은 풍력발전기 전반적인 상태를 감시 및 진단하는 풍력발전기 진단시스템에 본 발명의 감시장치를 연결함으로써, 용이하게 시스템을 구성할 수 있으면서도 풍력발전기 감시임무의 사용자 편의성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 풍력발전기 블레이드 손상 예시.
도 2는 풍력발전기 블레이드 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 블레이드 감시장치의 한 실시예.
도 4는 본 발명의 블레이드 감시장치의 다른 실시예.
도 5는 본 발명의 블레이드 감시장치의 또다른 실시예.
도 6은 본 발명의 블레이드 감시장치의 설치예.
도 2는 풍력발전기 블레이드 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 블레이드 감시장치의 한 실시예.
도 4는 본 발명의 블레이드 감시장치의 다른 실시예.
도 5는 본 발명의 블레이드 감시장치의 또다른 실시예.
도 6은 본 발명의 블레이드 감시장치의 설치예.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 풍력발전기 블레이드 감시장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 풍력발전기 블레이드의 사시도 및 단면도를 도시한 것으로, 상측도면이 사시도이며, 상측도면의 A-A' 단면이 하측도면이다. 앞서 설명한 바와 같이 풍력발전기 블레이드는 최대한 많은 바람을 받아들일 수 있도록 하기 위해 상당히 거대한 크기로 만들어지는 한편, 작은 풍량에도 민감하게 반응할 수 있도록 중량을 최대한 줄이기 위해, 도 2와 같이 내부가 빈 구조체 형태로 만들어진다. 다른 관점에서, 블레이드 강성 확보 및 중량 저감을 동시 달성하기 위해, 재질적인 측면에서 블레이드 재질로서 탄소섬유복합재 등과 같은 복합재가 적용되는 경우가 많다. 블레이드(500)는 항공기 날개 등과 비슷한 형태로 만들어지며, 일반적으로 상기 블레이드(500)의 앞부분 끝을 앞전(leading edge, 전연, 510), 뒷부분 끝을 뒷전(trailing edge, 후연, 520)라 칭한다. 또한 상기 블레이드(500)의 연장방향 끝부분을 끝단(530), 허브에 연결되는 끝부분을 연결단(540)이라 칭한다. 또한 상기 블레이드(500)의 전방에 배치된 면을 전면(550), 후방에 배치된 면을 후면(560)이라 칭한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 블레이드 감시장치의 여러 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 블레이드 감시장치(100)는, 풍력발전기의 블레이드(500)에 구비되어 손상을 감지하는 블레이드 감시장치(100)로서, 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 센싱라인네트워크(140) 및 상기 센싱라인네트워크(140)에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지하는 단선감지수단(150)을 포함한다.
본 발명에서는, 상기 블레이드(500)에 손상 발생 시 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 함께 손상됨에 따라, 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140)의 변화가 발생하는 것을 이용하여 상기 블레이드(500)의 손상을 감지하도록 이루어진다. 보다 구체적으로는, 한 실시예로서 상기 센싱라인네트워크(140)가 전선으로 형성되고, 상기 단선감지수단(150)이 저항측정수단으로 형성될 수 있는데, 이 경우 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140) 전체저항이 변화하는 것을 이용한다. 다른 실시예로서는, 상기 센싱라인네트워크(140)가 FBG광섬유센서로 형성되고, 상기 단선감지수단(150)이 광신호측정수단으로 형성될 수 있는데, 이 경우 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140) 광신호응답이 변화하는 것을 이용한다.
상기 블레이드(500)의 손상은 직접적으로 상기 센싱라인네트워크(140)의 손상으로 이어지며, 이러한 손상은 역시 직접적으로 상기 센싱라인네트워크(140)의 전체저항 또는 광신호응답 변화로 나타나므로, 구성 자체는 매우 간소함에도 불구하고 즉각적인 손상 감지가 가능하게 되는 것이다.
상기 단선감지수단(150)은, 도시된 바와 같이 상기 블레이드(500)의 허브단(540) 측을 통해 상기 센싱라인네트워크(140)와 연결되게 된다. 상기 단선감지수단(150)의 구성이 간소하고 부피가 작을 경우 상기 블레이드(500)가 연결된 허브에 상기 단선감지수단(150)이 직접 배치될 수도 있다. 그러나 굳이 풍력발전기의 구동부품에 중량을 추가할 필요가 없으므로, 상기 단선감지수단(150)은 풍력발전기 내부에 적절히 구비되고, 허브를 통해 전기적 연결이 이루어지게 하여도 된다. 허브는 바람을 받아 무작위적인 방향으로 회전하기 때문에, 일반적인 전선으로 연결하는 경우 전선이 꼬여서 손상될 우려가 있으므로, 코일 등의 여러 부품을 이용하여 무선으로 전력을 공급하고 저항을 측정하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 무선전력연결수단은 일반적인 회전하는 전기장치에 다양한 구성으로 개시되어 있으므로, 공지된 구성 중 적절하게 적용하여도 무방하다.
상기 단선감지수단(150)은 또한, 외부의 진단시스템에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 저항측정결과를 실시간으로 전달하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 물론 상기 단선감지수단(150)에 직접 알람장치가 구비됨으로써, 상기 센싱라인네트워크(140)의 전체저항 또는 광신호응답에 큰 변화가 발생하면 바로 알람신호가 발생되도록 꾸며져도 좋다. 그러나 풍력발전기는 대부분 외진 곳에 복수 개가 설치되어 있어, 관리하는 인력이 풍력발전기 자체에 상시 근무하는 환경이 전혀 아니다. 한편 앞서 선행문헌 1로 설명된 것과 같은 진단시스템의 경우, 풍력발전기의 각부에 구비된 진동센서, 음향센서 등 다양한 센서들이 이미 통신가능하도록 이루어져 있다. 따라서 상기 단선감지수단(150) 역시 이러한 센서들과 마찬가지로 외부의 진단시스템에 연결되게 함으로써, 원격의 관리자가 쉽게 즉각적으로 손상을 감지할 수 있게 된다.
상기 블레이드 감시장치(100)를 이용한 블레이드 감시방법을 좀더 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 본 발명의 블레이드 감시방법은, 상시측정단계, 손상발생단계, 손상감지단계, 여기에 더불어 외부의 진단시스템과 연결되는 경우 손상공표단계를 포함할 수 있다.
상기 상시측정단계에서는, 상기 단선감지수단(150)이 기결정된 주기로 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지한다. 이 때의 주기는 일상적인 수준으로서, 예를 들어 1Hz 정도로 될 수 있다.
상기 손상발생단계에서는, 상기 블레이드(500) 일부에 손상이 발생하여 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 손상됨에 따라 상기 센싱라인네트워크(140)의 전체저항 또는 광신호응답이 기결정된 기준 이상으로 변경된다. 이 때의 기준은, 예를 들어 상기 센싱라인네트워크(140)가 전선으로 구성된 경우, 일반적인 저항 네트워크를 분석하여, 등가저항을 계산하고, 이를 기반으로 값을 결정할 수 있다. 다른 예로서 원래의 전체저항 값의 90% 정도 등과 같이 경험적인 결정도 가능하다. 상기 센싱라인네트워크(140)가 FBG광섬유센서로 구성된 경우에도 전선 구성 시와 유사한 방식으로 평상시의 광신호응답과 비교하여 적절한 기준을 결정하여 적용하면 된다.
상기 손상감지단계에서는, 상기 단선감지수단(150)이 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지함으로써 상기 블레이드(500) 손상이 감지된다. 실질적으로 상기 손상감지단계 및 상기 상시측정단계는 상기 단선감지수단(150)이 단선여부를 감지하고자 수행하는 동작 자체는 동일하다고 볼 수 있는데, 다만 상기 상시측정단계는 손상이 발생하지 않은 상태에서 감지동작이 계속 이루어지는 것이고, 상기 손상감지단계는 손상이 발생한 이후 감지동작이 이루어지는 것이라고 구분하면 된다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 상기 상시측정단계의 전체저항 측정주기가 예를 들어 1Hz 정도라고 한다면, 손상이 발생하고 나서 최대 1초 안에 손상이 감지될 수 있게 되어, 실질적으로 즉각적인 손상 감지가 가능하게 된다.
상기 손상공표단계에서는, 상기 단선감지수단(150)이 단선여부를 상기 진단시스템에 전달함으로써 상기 진단시스템 상에서 상기 블레이드(500)의 손상이 공표된다. 즉 원격의 관리자에게 상기 블레이드(500)가 손상되었다는 사실이 알려지게 되는 것이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 블레이드 감시장치(100)는 손상을 즉각적으로 실시간 감지할 수 있기 때문에, 원격의 관리자 역시 (간접적인 진동신호 변화 등을 통해서가 아니라) 직접적인 전체저항 또는 광신호응답 변화를 통해 손상 발생 사태를 즉각적으로 실시간 알 수 있게 된다.
도 3의 실시예는 상기 센싱라인네트워크(140)가 메인센싱라인(110)만을 포함하는 경우를 나타낸다. 도 4의 실시예는 상기 센싱라인네트워크(140)가 메인센싱라인(110)에 더하여 서브센싱라인(120)을 더 포함하는 경우를, 도 5의 실시예는 여기에 더하여 추가센싱라인(130)을 더 포함하는 경우를 각각 나타낸다.
상기 메인센싱라인(110)은, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(500)의 앞전(510) - 끝단(530) - 뒷전(520)을 순차적으로 따라 연장된다. 실질적으로 손상이 많이 발생하는 부위가 앞전(510), 뒷전(520), 끝단(530)이기 때문에, 이러한 손상 발생 가능성이 높은 부위를 모두 통과하게 형성하는 것이다.
상기 서브센싱라인(120)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(500)의 전면(550) - 끝단(530) - 후면(560), 전면(550) - 앞전(510) - 후면(560), 또는 전면(550) - 뒷전(520) - 후면(560) 중 선택되는 경로를 순차적으로 따라 연장된다. 도 4에는 상기 서브센싱라인(120)이 상기 블레이드(500)의 전면(550) - 끝단(530) - 후면(560)을 따라 연장되는 예시만 도시되어 있지만, 상기 서브센싱라인(120)의 개수를 늘여서 보다 촘촘하게 상기 블레이드(500) 표면을 둘러싸도록 형성하여도 된다. 이 때 끝단(530)에서의 상기 블레이드(500)의 폭이 연결단(540)에서의 상기 블레이드(500)의 폭보다 좁기 때문에, 상기 서브센싱라인(120)이 끝단(530)을 지나게 배치하기 어려울 수도 있으며, 이 경우 적절하게 앞전(510)이나 뒷전(520)을 지나게 배치하여도 무방한 것이다.
상기 추가센싱라인(130)은, 상기 메인센싱라인(110) 또는 상기 서브센싱라인(120)과 교차되게 배치되는 것이다. 즉 상기 추가센싱라인(130)은, 상기 블레이드(500)의 앞전(510) - 전면(550) - 뒷전(520) - 후면(560)을 순차적으로 따라 연장된다. 상기 메인/서브/추가센싱라인(110)(120)(130)이 모두 구비되는 경우 상기 블레이드(500)의 전체 표면에 대한 손상감지가 훨씬 원활하게 이루어질 수 있다. 다만 앞서 설명한 바와 같이 손상이 많이 발생하는 부위가 따로 있기 때문에, 상기 메인/서브센싱라인(110)(120)만 구비시키거나, 또는 상기 메인/추가센싱라인(110)(130)만 구비시키는 등 적절하게 다양한 선택적 배치구성을 도입할 수 있다.
도 6은 본 발명의 블레이드 감시장치의 설치예를 도시한 것이다. 도 6 상측도면에서는, 상기 센싱라인네트워크(140)가 상기 블레이드(500)의 표면 내측면에 밀착 구비되는 예시를 도시한다(도 6에서는 상기 센싱라인네트워크(140) 중의 일부인 상기 서브센싱라인(120), 상기 블레이드(500) 중의 일부인 상기 전면(540)이 도시되었으나, 이들로 한정되는 것은 물론 당연히 아니다). 한편 앞서 설명한 바와 같이 상기 블레이드(500)는 복합재로 만들어지는 경우가 많은데, 복합재란 대개 탄소섬유와 같은 섬유가 배열 또는 직조되어 있는 구조체에 열가소성 또는 열경화성 플라스틱 소재를 적층하여 만들어진다. 이 과정에서, 적층 과정에서 상기 센싱라인네트워크(140)가 이러한 복합재에 포함되는 섬유와 같이 배치되어 있게 함으로써, 도 6 하측도면에서와 같이 상기 센싱라인네트워크(140)가 상기 블레이드(500)의 표면 내부에 내장 구비되도록 할 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 블레이드 감시장치
110 : 메인센싱라인 120 : 서브센싱라인
130 : 추가센싱라인 140 : 센싱라인네트워크
150 : 단선감지수단
500 : 블레이드
510 : 앞전 520 : 뒷전
530 : 끝단 540 : 허브단
550 : 전면 560 : 후면
110 : 메인센싱라인 120 : 서브센싱라인
130 : 추가센싱라인 140 : 센싱라인네트워크
150 : 단선감지수단
500 : 블레이드
510 : 앞전 520 : 뒷전
530 : 끝단 540 : 허브단
550 : 전면 560 : 후면
Claims (10)
- 풍력발전기의 블레이드(500)에 구비되어 손상을 감지하는 블레이드 감시장치(100)로서,
상기 블레이드(500)의 앞전(510) - 끝단(530) - 뒷전(520)을 순차적으로 따라 연장되며 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 적어도 하나의 메인센싱라인(110), 상기 블레이드(500)의 전면(550) - 끝단(530) - 후면(560), 전면(550) - 앞전(510) - 후면(560), 또는 전면(550) - 뒷전(520) - 후면(560) 중 선택되는 경로를 순차적으로 따라 연장되며 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 적어도 하나의 서브센싱라인(120), 상기 블레이드(500)의 앞전(510) - 전면(550) - 뒷전(520) - 후면(560)을 순차적으로 따라 연장되며 상기 블레이드(500) 표면 상에 구비되는 적어도 하나의 추가센싱라인(130)을 포함하는 센싱라인네트워크(140);
상기 센싱라인네트워크(140)에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지하는 단선감지수단(150);
을 포함하여,
상기 메인센싱라인(110) 및 상기 서브센싱라인(120)은 서로 동일방향으로 연장되고, 상기 추가센싱라인(130)은 상기 메인센싱라인(110) 또는 상기 서브센싱라인(120)과 수직방향으로 연장되어 교차배치됨으로써,
상기 블레이드(500)에 손상 발생 시 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 함께 손상됨에 따라, 상기 블레이드(500)의 전체 표면에 대하여 손상위치 파악이 가능한 손상감지가 수행되는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 블레이드 감시장치(100)는,
상기 센싱라인네트워크(140)가 전선으로 형성되고, 상기 단선감지수단(150)이 저항측정수단으로 형성됨으로써,
상기 블레이드(500)에 손상 발생 시 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 함께 손상됨에 따라, 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140) 전체저항이 변화하는 것을 이용하여 상기 블레이드(500)의 손상을 감지하는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 블레이드 감시장치(100)는,
상기 센싱라인네트워크(140)가 FBG광섬유센서로 형성되고, 상기 단선감지수단(150)이 광신호측정수단으로 형성됨으로써,
상기 블레이드(500)에 손상 발생 시 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 함께 손상됨에 따라, 상기 단선감지수단(150)에서 측정되는 상기 센싱라인네트워크(140) 광신호응답이 변화하는 것을 이용하여 상기 블레이드(500)의 손상을 감지하는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시장치.
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- 제 1항에 있어서, 상기 센싱라인네트워크(140)는,
상기 블레이드(500)의 표면 내측면에 밀착 구비되거나, 또는 상기 블레이드(500)의 표면 내부에 내장 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 단선감지수단(150)은,
상기 블레이드(500)의 허브단(540) 측을 통해 상기 센싱라인네트워크(140)와 연결되는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 단선감지수단(150)은,
외부의 진단시스템에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선감지여부를 실시간으로 전달하는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시장치.
- 제 1항에 의한 블레이드 감시장치(100)를 이용한 블레이드 감시방법에 있어서,
상기 단선감지수단(150)이 기결정된 주기로 전체저항 또는 광신호응답을 통해 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지하는 상시측정단계;
상기 블레이드(500) 일부에 손상이 발생하여 손상위치의 상기 센싱라인네트워크(140)가 손상됨에 따라 상기 센싱라인네트워크(140)의 전체저항 또는 광신호응답이 기결정된 기준 이상으로 변경되는 손상발생단계;
상기 단선감지수단(150)이 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선여부를 감지함으로써 상기 블레이드(500) 손상이 감지되는 손상감지단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 블레이드 감시장치(100)는, 상기 단선감지수단(150)이 외부의 진단시스템에 연결되어 상기 센싱라인네트워크(140)의 단선감지여부를 실시간으로 전달하도록 형성되고,
상기 블레이드 감시방법은, 상기 손상감지단계 이후에,
상기 단선감지수단(150)이 단선감지여부를 상기 진단시스템에 전달함으로써 상기 진단시스템 상에서 상기 블레이드(500)의 손상이 공표되는 손상공표단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 감시방법.
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