KR102440806B1

KR102440806B1 - 승하강식 풍력 발전기

Info

Publication number: KR102440806B1
Application number: KR1020220057113A
Authority: KR
Inventors: 이수영
Original assignee: 이수영
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2022-09-05

Abstract

본 발명의 승하강식 풍력 발전기에 관한 것으로, 발전 타워를 좌우로 분리하여 그 사이에 발전기 본체용 승하강 통로를 형성하되 승하강 통로에 승하강 프레임을 결합하여 승하강 프레임을 승하강시키되 승하강 프레임에 블레이드를 결합한 발전기 본체를 탑재시켜 승하강 하도록 하는 것으로, 정기점검은 물론 기상 악화나 화재 발생시 발전기 본체를 신속하게 하강시킬 수 있도록 하는 것으로, 발전기 본체를 하강시켜 지면에서 효율적으로 각종 장비를 이용하여 안전하게 점검 및 보수작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 발전기 본체의 과부하를 방지하고 하중을 줄이며 유지 보수 등에 따른 비용를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

승하강식 풍력 발전기{wind power generator of ascend and descend type}

본 발명은 승하강식 풍력 발전기에 관한 것으로, 상세하게는 타워에서 발전기 본체를 직접 승하강시킬 수 있도록 하여 점검이나 자연재해 또는 화재 등 비상시 발전기 본체를 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 승하강식 풍력 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바람의 운동에너지로부터 전기에너지를 생성하는 발전설비로서 육상 또는 해상에 설치되어 바람의 운동에너지로부터 전기에너지를 생성하는 발전설비로서 육상 또는 해상에 설치되는 것으로, 화석연료 등을 대체하는 친환경 에너지에 대한 관심이 점점 높아지고 있는데 풍력발전기는 대표적인 친환경 에너지 생산 설비이다.

최근 신재생에너지에 대한 관심이 증가하면서, 풍력 발전에 대한 중요도가 높아지고 있으며, 전 세계 풍력시장 규모는 미국, 유럽, 아시아를 중심으로 급속하게 증가하는 추세이다.

이러한 풍력 발전기들은 효율적인 발전과 기기 파손을 방지하기 위해 제조사에서 제공되는 유지보수 주기에 근거하여 관리되어 왔으나 이러한 주기적인 유지보수는 각각의 풍력발전기의 가변성(variability)을 고려하지 않아 작동 환경이 열악한 고위험 시스템의 유지보수에 적합하지 않을 뿐 아니라 이를 수행하기 어렵고 까다로운 결점이 있었다.

특히 풍력 발전기는 타워의 높이가 50 ~ 100m 이상으로 상당히 높은 구조물로 풍력 발전기의 고장 발생시 장기간(30일 ~ 90일 이상)의 정비 보수 기간 필요로 하고 태풍 등의 강풍에 블레이드에 인가되는 풍압으로 타워가 전도될 우려가 있으며 과열 등 다양한 이유로 발전기 본체에 화재 발생시 지상에서 진화가 거의 불가능할 뿐만 아니라 훼손에 따른 복구비용이 수십억에서 수백억에 이르는 심각한 문제가 있었다.

종래의 기술로는 특허등록 제10-2361508호(명칭 : 승강식 타워를 갖는 풍력발전기) 등이 있다.

따라서 본 발명의 주 목적은 발전기 본체를 하강시켜 지면에서 각종 장비를 이용하여 안전하게 점검 및 보수작업을 수행할 수 있도록 하는 승하강식 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 태풍 등 기상 악화나 화재 발생시 발전기 본체를 하강시켜 지면에서 안전하게 보호할 수 있도록 하는 승하강식 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 화재 발생시 발전기 본체를 하강시켜 지면에서 신속하게 화재를 진압하여 피해를 최소화하도록 하는 승하강식 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 발전기 본체의 과부화 억제 및 하중을 최대한 줄일 수 있도록 하는 승하강식 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 10톤 이하의 소형크레인 사용으로 100톤 이상의 대형 크레인 사용에 따른 비용을 획기적으로 절감할 수 있도록 하는 승하강식 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적을 대형 풍력 발전기에 효율적이고 유리하게 적용할 수 있도록 하는 승하강식 풍력 발전기를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 승하강식 풍력 발전기는 발전 타워를 좌우로 분리하여 그 사이에 발전기 본체용 승하강 통로를 형성하되 승하강 통로에 승하강 프레임을 결합하여 승하강 프레임을 승하강시키되 승하강 프레임에 블레이드를 결합한 발전기 본체를 탑재시켜 승하강 하도록 하는 것으로, 발전 타워의 상부에 안전하게 발전기 본체를 고정하되, 발전기 본체의 회전 기능이 없는 경우 발전 타워의 하부에 회전각 조절부를 형성하여 발전 타워를 회전시키도록 구성함을 그 기술적 구성상 기본 특징으로 한다.

따라서 본 발명의 승하강식 풍력 발전기는 발전 타워를 좌우로 분리하여 그 사이에 승하강 통로를 형성하고 승하강 통로에 블레이드를 결합한 발전기 본체를 위치시켜 승하강 하도록 함과 동시에 발전 타워의 하부에 회전각 조절부를 형성하여 발전 타워를 회전시키도록 하는 것으로 정기점검은 물론 기상 악화나 화재 발생시 발전기 본체를 신속하게 하강시킬 수 있도록 하므로서, 발전기 본체를 하강시켜 지면에서 효율적으로 각종 장비를 이용하여 안전하게 점검 및 보수작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 안전 조치나 화재 진압을 효율적으로 수행할 있도록 하고 발전기 본체의 과부하 억제 및 하중을 줄여 수명을 연장하며 유지 보수 등에 따른 운용 비용를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 와형을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 설계 상태를 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 설계 상태를 나타낸 정면도.
도 4 는 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 상부를 확대하여 나타낸 정면도.
도 5 는 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 하부를 확대하여 나타낸 정면도.
도 6 은 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 설게 상태를 나타낸 측면도.
도 7 은 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 상부를 확대하여 나타낸 측면도.
도 8 은 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 하부를 확대하여 나타낸 정면도.
도 9 는 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 설계 상태를 나타낸 평면도.
도 10 은 본 발명에 따른 승하강식 풍력 발전기의 일단면 상태를 나타낸 평면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 10 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 승하강식 풍력 발전기(100)는 발전 타워(111)를 좌우로 분리하여 좌우 한 쌍으로 형성하므로 수직으로 발전기 본체(10)용 승하강 통로(112)를 형성하는 타워부(110)와, 상기 타워부(110)의 승하강 통로(112)에 승하강 프레임(121)을 결합하여 승하강 프레임(112)을 승하강 시키되 승하강 프레임(112)에 발전기 본체(10)를 탑재시켜 결합하는 승하강부(120)와, 상기 승하강부(120)의 승하강 프레임(112)을 발전 타워(111)의 상부에 고정하므로 발전기 본체(10)를 발전 타워(111) 상부에 고정하는 안전지지부(130), 및 상기 타워부(110)의 발전 타워(111) 하부에 발전 타워 회전시키는 회전각 조절부(140)를 구성한다.

상기 타워부(110)는 다양한 형상의 발전 타워(111)를 좌우로 분리하여 좌우 한 쌍으로 형성하되 자우 분리공간에서 발전기 본체(10)가 충분하게 오르고 내릴 수 있도록 형성함이 바람직하다.

여기서 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 상호 마주하는 면에는 통로 플레이트(113)를 각각 결합하고 통로 플레이트(113)에 수직으로 가이드 레일(114)을 형성하여 후술하는 승하강 프레임(112)을 원활하게 가이드 할 수 있도록 함이 이상적이다.

나아가, 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 외주연 뒤쪽을 지지 구조물(116)로 연결하여 지지력을 향상시키므로, 즉 승하강 통로(112)의 뒤쪽을 연결하여 발전 타워(111)를 견고하게 지지하도록 하여 풍압 등에 의한 전도를 방지하도록 함이 바람직하다.

아울러, 발전 타워(111)의 통로 플레이트(113) 내부 측에도 보강 구조물(115)을 형성하도록 한다.

상기 승하강부(120)는 승하강 통로(112)에 승하강 프레임(121)을 결합하되 승하강 프레임(112)의 좌우에 발전 타워(111)의 가이드 레일(114)에 대응하는 슬라이드 부재(123)를 형성하여 승하강 프레임(112)을 원활하고 안정적으로 승하강시키도록 한다.

더불어, 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 내부 하단 각각에 윈치 모터(124)를 설치하고 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 내부 상단 각각에 가이드 롤러(125)를 결합하되 윈치 모터(124)의 와이어(126)를 가이드 롤러(125)를 거쳐 승하강 프레임(121)에 결합한다.

여기서 승하강 프레임(121)에는 발전기 본체(10)를 탑재시켜 견고하게 결합하므로 윈치 모터(124)의 제어로 승하강 프레임(121)에 탑재한 발전기 본체(10)를 승하강 통로(112)의 가이드 레일(114)을 따라 발전 타워(111)의 최상단 까지 원활하고 안정적으로 승하강 시킬 수 있도록 한다.

한편, 승하강 프레임(121)의 좌우 단에는 후술하는 안전지지부(130)의 고정실린더(131)와 대응하는 고정홈(122)을 복수 형성하여 고정실린더(131)의 로드를 고정홈(122)에 끼울 수 있도록 한다.

상기 안전지지부(130)는 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 내측 상부에 복수의 고정실린더(131)를 형성하여 상승한 승하강 프레임(121)의 고정홈(122)에 고정실린더(131)의 로드를 끼워 발전기 본체(10)를 탑재한 승하강 프레임(121)을 견고하고 안전하게 고정할 수 있도록 한다.

더욱이, 고정실린더(131)의 하측에는 리미트 스위치(132)를 부착하여 상승한 승하강 프레임(121)의 위치를 센싱하여 승하강 프레임(121)의 정확한 위치에서 고정실린더(131)가 작동하도록 함이 이상적이다.

상기 회전각 조절부(140)는 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 하측에 원형 회전플레이트(141)를 형성하고 회전플레이트(141)의 하측에 링 기어(142)를 분리하여 형성하며 링기어(142)에 치차 결합하는 동력전달 피니언(143)을 회전플레이트(141)에 설치하므로 동력전달 피니언(143)의 회전 또는 역회전으로 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)를 방향 전환하도록 하되 동력전달 피니언(143)에 구동모터(144)를 결합하여 형성하도록 한다.

또한, 발전 타워(111)의 하측에 지중으로는 지지볼트(145)외 콘크리트 구조물(146) 등을 형성하여 발전 타워(111)를 견고하게 지지할 수 있도록 함이 바람직하다.

이러한 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 정기 점검시 고정실린더(131)를 제어하여 발전기 본체(10)를 탑재한 승하강 프레임(121)의 고정홈(122)에 끼워진 로드를 후진시켜 승하강 프레임(121)의 고정 상태를 해제시킨다.

이와 동시에 윈치 모터(124)를 제어하여 와이어(126)를 풀면, 발전 타워(111)의 승하강 통로(112) 상측에 위치한 승하강 프레임(121)과 발전기 본체(10)의 하중에 의해 서서히 하강한다.

이때 승하강 프레임(121)의 슬라이드 부재(123)가 통로 플레이트(113)에 수직으로 형성시킨 가이드 레일(114)을 따라 원활하고 안정적으로 하강하여 원하는 세팅 위치에 도달하고 여기서 작업자가 각종 장비를 이용하여 각종 점검 및 보수 작업을 안전하고 편리하게 수행할 수 있는 것이다.

더욱이, 필요에 따라 발전기 본체(10)에 결합한 블레이드(20)를 분리하여 발전기 본체(10)를 지면에 안착시킨 후 보다 안전하고 정밀하며 신속하게 각종 작업을 수행할 수 도 있다.

또한, 상기한 발전기 본체(10)를 탑재한 승하강 프레임(121)의 하강은 기상악화(강풍이나 태풍예보 등) 또는 화재신호 발생시 이를 센싱하도록 하여 발전기 본체(10)를 탑재한 승하강 프레임(121)을 자동 제어하여 상기와 같이 하강하도록 함이 이상적이다.

한편, 점검이나 보수 화재 진압 및 수리가 완료되면 발전기 본체(10)를 발전 타워(111)의 상측 발전 위치로 승강시킨다.

이때 윈치 모터(124)를 제어하여 와이어(126)를 감으면, 발전 타워(111)의 상측 가이드 롤러(125)에 가이드된 와이어(126)가 당겨지면서 발전 타워(111)의 승하강 통로(112) 하측에 위치한 승하강 프레임(121)과 승하강 프레임(121)에 탑재한 발전기 본체(10)가 서서히 상승한다.

여기서 승하강 프레임(121)의 슬라이드 부재(123)가 통로 플레이트(113)에 수직으로 형성시킨 가이드 레일(114)을 따라 원활하고 안정적으로 상승하여 원하는 발전 위치에 도달하면, 리미트 스위치(132)가 이를 센싱하고 이때 고정실린더(131)를 제어하여 로드를 승하강 프레임(121)의 고정홈(122)에 끼워 견고한 결합상태를 유지하므로 풍력에 의한 발전을 수행한도록 한다.

이러한 발전 상태에서 바람의 방향을 실시간 센싱하고 이를 기준으로 구동모터(144)를 제어하여 링 기어(142)에 치차 결합시킨 동력전달 피니언(143)을 회전 또는 역회전시키면 회전 플레이트(141)가 회전하므로 발전 타워(111)도 회전하고 이로 인하여 발전기 본체(10)가 바람의 방향에 일치시켜 발전 효율을 증대하도록 하는 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1 : 풍력 발전기 10 : 발전기 본체
20 : 블레이드 110 : 타워부
111 : 발전 타워 112 : 승하강 통로
113 : 통로 플레이트 114 : 가이드 레일
115 : 지지 구조물 116 : 보강 구조물
120 : 승하강부 121 : 승하강 프레임
122 : 고정홈 123 : 슬라이드 부재
124 : 윈치 모터 125 : 가이드 롤러
126 : 와이어 130 : 안전지지부
131 : 고정실린더 132 : 리미트 스위치
140 : 회전각 조절부 141 : 회전플레이트
142 : 링기어 143 : 구동피니언
144 : 구동모터 145 : 지지볼트
146 : 콘크리트 구조물

Claims

발전 타워(111)를 좌우로 분리하여 좌우 한 쌍으로 형성하므로 수직으로 발전기 본체(10)용 승하강 통로(112)를 형성하도록 하는 타워부(110)와,
상기 타워부(110)의 승하강 통로(112)에 승하강 프레임(121)을 결합하여 승하강 프레임(112)을 승하강시키되 승하강 프레임(112)에 발전기 본체(10)를 탑재시켜 결합하는 승하강부(120)와,
상기 승하강부(120)의 승하강 프레임(112)을 발전 타워(111)의 상부에 고정하므로 발전기 본체(10)를 발전 타워(111) 상부에 위치시키는 안전지지부(130), 및
상기 타워부(110)의 발전 타워(111)의 하부에 발전 타워 회전시키는 회전각 조절부(140)를 구성하되,
상기 회전각 조절부(140)는 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 하측에 원형 회전플레이트(141)를 형성하고 회전플레이트(141)의 하측에 링 기어(142)를 형성하여 고착시키며 링기어(142)에 대응하는 동력전달 피니언(143)을 회전플레이트(141)에 설치하므로, 동력전달 피니언(143)의 회전이나 역회전으로 한 쌍으로 형성한 발전 타워(111)의 방향을 전환하도록 구성한 것을 특징으로 하는 승하강식 풍력 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 타워부(110)는 발전 타워(111)의 상호 마주하는 면에 통로 플레이트(113)를 각각 결합하고 통로 플레이트(113)에 수직으로 가이드 레일(114)을 형성하며 승하강 통로(112)의 뒤쪽을 지지 구조물(116)로 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 승하강식 풍력 발전기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 승하강부(120)는 승하강 프레임(112)의 좌우에 발전 타워(111)의 가이드 레일(114)에 대응하는 슬라이드 부재(123)를 형성하고 발전 타워(111)의 내부 하측에 윈치 모터(124)를 설치하고 발전 타워(111)의 내부 상측에 가이드 롤러(125)를 결합하되 윈치 모터(124)의 와이어(126)를 가이드 롤러(125)를 거쳐 승하강 프레임(121)에 결합하고 승하강 프레임(121)의 좌우 단에 고정홈(122)을 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 승하강식 풍력 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 안전지지부(130)는 발전 타워(111)의 내측 상부에 고정실린더(131)를 형성하여 상승한 승하강 프레임(121)의 고정홈(122)에 고정실린더(131)의 로드를 끼워 발전기 본체(10)를 탑재한 승하강 프레임(121)을 고정할 수 있도록 하되 고정실린더(131)의 하측에는 리미트 스위치(132)를 부착하여 상승한 승하강 프레임(121)을 센싱하도록 구성한 것을 특징으로 하는 승하강식 풍력 발전기.
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