KR102627414B1

KR102627414B1 - 동심 고정과 기어 박스 및 발전기 내부 부품의 교체를 위한 툴 체인 및 방법

Info

Publication number: KR102627414B1
Application number: KR1020217005887A
Authority: KR
Inventors: 요리스 코프만; 마드센 닐스 몰러
Original assignee: 베스타스 윈드 시스템스 에이/에스
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2024-01-19
Also published as: EP3844391A1; BR112021001989A2; AU2019330719A1; CN112601887A; KR20210053289A; EP3844391C0; US20210301793A1; CN112601887B; WO2020043250A1; JP7288044B2; US11486368B2; EP3844391B1; ES2948120T3; JP2021535316A; CA3108691A1

Abstract

풍력 터빈의 발전기(12) 및/또는 기어 박스(14)의 내부로부터 베어링 카세트(64)와 같은 내부 부품들을 제거하는 방법을 수행하기 위한 툴 체인(10)이 제공된다. 툴 체인(10)은 발전기(12)의 내부를 통해 연장되는 튜브(30), 툴 체인(10)을 기어 박스(14)의 적어도 하나의 출력 샤프트(60, 62) 상에 제 위치에서 동심으로 고정시키는 적어도 하나의 클램프 요소(36), 및 튜브(30)를 따라 발전기(12)의 안팎으로 이동하여 수리 또는 교체할 내부 부품들과 연결되거나 이를 빼내는 슬라이딩 툴(50)을 포함한다. 예를 들어, 툴 체인(10)은 발전기(12)로부터 기어 박스(14)를 분해할 필요없이 기어 박스(14)와 발전기(12)의 접합부에 인접한 베어링 카세트(64)를 제거할 수 있다.

Description

동심 고정과 기어 박스 및 발전기 내부 부품의 교체를 위한 툴 체인 및 방법

본 발명은 일반적으로 풍력 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 터빈의 발전기와 기어 박스의 부품들을 선택적으로 결합하여 기어 박스 및 발전기의 내부 부품들을 제거하고 교체할 수 있는 동시에 이러한 요소들의 부품들을 제 위치에 고정하는 툴 체인, 및 개선된 방식으로 풍력 터빈의 이러한 부품들을 교체하는 방법에 관한 것이다.

풍력 터빈은 화석 연료를 연소하지 않고 재생 가능한 자원을 사용하여 전기 에너지를 생성하는 데 이용된다. 일반적으로, 풍력 터빈은 바람의 운동 에너지를 전력으로 변환한다. 종래의 풍력 터빈 설비는 토대(foundation), 토대에 의해 지지되는 타워(tower), 및 타워의 꼭대기에 위치한 에너지 발전 유닛을 포함한다. 에너지 발전 유닛은 일반적으로 발전기, 기어 박스, 및 메인 베어링과 같은 여러 기계적 및 전기적 부품(component)들을 수용하는 하나 이상의 나셀(nacelle)을 포함하고, 풍력 터빈은 또한 나셀로부터 연장되는 메인 샤프트를 통해 나셀의 부품들에 작동 가능하게 결합된 회전자(rotor)를 포함한다. 단일 회전자 풍력 터빈 및 다중 회전자 풍력 터빈(이는 다수의 나셀들을 구비할 수 있음)이 공지되어 있지만, 효율적인 설명을 위해 이하에서는 주로 단일 회전자 설계를 참조하여 설명한다. 회전자는, 차례로 중앙 허브(central hub) 및 그로부터 반경 방향으로(radially) 연장되고 회전자의 회전시키기 위해 바람과 상호 작용하도록 구성된 복수의 블레이드들을 포함한다. 회전자는 나셀의 내부에 수용된 발전기와 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 메인 샤프트 상에 지지된다. 결과적으로, 바람이 블레이드를 회전시킴에 따라 전기 에너지가 발전기에서 생성된다. 풍력 발전은 지난 수십 년 동안 상당한 성장을 보였으며, 많은 풍력 터빈 설비가 육상과 해상 모두에 설치되어 있다.

전술한 바와 같이, 나셀은, 바람과 회전자 블레이드의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 타워의 상단부에서 작동하는 여러 풍력 터빈 부품들을 수용한다. 이러한 부품들의 대부분은 사용 중에 다양한 속도로 회전하며, 시간이 지남에 따라 부품들이 수명이 다하여 교체가 필요할 수 있다. 나셀 내부의 부품들이 높은 타워에 의해 지상으로부터 떨어져 있기 때문에, 발전기, 기어 박스 등의 부품들을 제거하고 교체하는 과정과 실행 계획은 복잡하다. 또한, 나셀 내부에는 대개 충분한 공간이 많지 않아, 에너지 발전 유닛의 상기 부품들에 대해 작업하거나 이를 교체하는 데에 어려움이 있다. 많은 종래의 시스템들 및 방법들에서는, 하나 이상의 내부 부품들을 수리하거나 교체해야 할 때마다 발전기 전체를 나셀로부터 제거하고 대형 외부 크레인을 통해 이동시켜야 했다. 이러한 외부 크레인의 대여 및 사용이 필요 없도록 하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 풍력 터빈 제조업체, 설치자, 및 작업자들은, 나셀 내부 그리고 현대식 풍력 터빈 설계의 에너지 발전 유닛 내부에 위치한 부품들의 유지 보수 및 수리를 수행하기 위한 개선된 옵션을 찾고 있다.

이러한 목적들 및 다른 목적들을 위해, 본 발명의 양태들은 풍력 터빈의 내부 기어 박스 및 발전기 부품들의 동심 고정 및 교체를 위한 툴 체인에 관한 것이다. 툴 체인은 유리하게는 풍력 터빈의 기어 박스로부터 발전기를 완전히 분리할 필요없이 베어링 카세트(bearing cassette)와 같은 기어 박스 및 발전기의 내부 부품들을 제거할 수 있다. 따라서, 나셀의 온보드 크레인(onboard crane)은 에너지 발전 유닛의 부품들의 정기적인 유지보수 또는 수리를 완료하기 위해 대형 외부 크레인을 사용하지 않고도 수리 또는 교체를 위해 내부 부품들을 타워 아래로 이동하는 데 사용될 수 있다. 툴 체인 및 이와 관련된 사용 방법은 이하에서 자세히 설명하는 몇 가지 기술적 효과와 이점을 제공한다.

예시적인 일 실시예에서, 툴 체인은 발전기로부터 그리고 풍력 터빈의 기어 박스로부터 내부 부품들을 제거하도록 구성된다. 툴 체인은 서로 제거 가능하게 연결된 튜브 원위부와 튜브 근위부를 구비한 튜브를 포함한다. 튜브는 기어 박스 내부 또는 외부에서 종료되도록 발전기를 통해 연장되도록 구성된 종방향의 길이를 형성한다. 툴 체인은 또한, 튜브 원위부 상에 위치되고 풍력 터빈의 기어 박스 또는 발전기의 내부 부품들에 대해 튜브 원위부를 제 위치에 고정하도록 작동할 수 있는 적어도 하나의 클램프 요소를 포함한다. 툴 체인은 튜브 근위부와 적어도 하나의 클램프 요소 사이에서 튜브를 따라 병진 이동하는 슬라이딩 툴을 더 포함한다. 슬라이딩 툴은 내부 부품들을 튜브를 따라 발전기 및 기어 박스 밖으로 이동시키기 위해 내부 부품들에 제거 가능하게 고정되도록 구성된다.

예시적인 일 실시예에서, 툴 체인은 또한 튜브 근위부의 일부를 수용하고 지지하는 단부 지지체를 포함하고, 단부 지지체는 풍력 터빈의 나셀의 내부 및 발전기의 외부에 장착되도록 구성된다. 튜브 근위부는, 발전기와 튜브 근위부 사이의 갭을 개방하도록 튜브 원위부로부터 분리될 때 단부 지지체에 대해 이동할 수 있다. 갭은 슬라이딩 툴에 고정된 내부 부품을 풍력 터빈으로부터 제거하기 위한 간격을 제공한다.

예시적인 일 실시예에서, 툴 체인은 또한, 발전기에 연결되고 튜브 원위부와 튜브 근위부 간의 제거 가능한 연결부에 인접하여 튜브 원위부에 제거 가능하게 결합되도록 구성된 지지 아암을 포함한다. 지지 아암은 튜브 원위부가 튜브 부분과 단부 지지체로부터 분리될 때 튜브 원위부를 지지한다. 이를 위해, 지지 아암은 일 단부에 위치한 후크 및 반대쪽 단부에 위치한 스위블 조인트를 포함하며, 후크는 튜브 원위부에 제거 가능하게 결합된다. 스위블 조인트는 발전기에 결합되어, 지지 아암과 후크가 튜브 원위부를 향하고 멀어지는 피봇팅 운동을 할 수 있도록 한다. 후크는 튜브 원위부 및 튜브 근위부를 연결하거나 분리할 때 가해지는 토크 힘에 저항하도록 구성된다. 예를 들어, 튜브 원위부 및 튜브 근위부는 이들 요소들이 서로 제거 가능하게 연결되기 위한 원추형 나사산을 포함할 수 있으며, 후크는 이러한 나사산 연결을 만들 때 가해지는 토크에 저항한다.

예시적인 일 실시예에서, 풍력 터빈의 기어 박스는 발전기에 회전 에너지를 전달하기 위한 제1 출력 샤프트 및 제2 출력 샤프트를 포함한다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 클램프 요소는 복수의 클램프 요소들을 포함하고, 복수의 클램프 요소들이 제1 및 제2 출력 샤프트에 대해 튜브 원위부를 제 위치에 고정시킬 때, 복수의 클램프 요소들 중 적어도 하나는 제1 출력 샤프트와 결합하고, 복수의 클램프 요소들 중 적어도 하나는 제2 출력 샤프트와 결합한다. 각각의 클램프 요소들은 반경 방향으로 외측으로 확장하도록 작동하여 제1 및 제2 출력 샤프트와의 고정 마찰 결합하는 동심 확장 클램프 요소이다. 제2 출력 샤프트는 발전기와 기어 박스의 연결부에 인접하게 위치한 베어링 카세트에 제거 가능하게 연결될 수 있으며, 발전기로부터 베어링 카세트를 제거하는데 툴 체인의 슬라이딩 툴이 사용될 때 복수의 클램프 요소들은 제 위치에서 제1 및 제2 출력 샤프트의 동심 고정을 유지한다.

예시적인 일 실시예에서, 툴 체인의 단부 지지체는 튜브 근위부의 일부를 수용하는 튜브 리셉터클, 및 튜브 근위부가 튜브 원위부로부터 분리될 때 튜브 리셉터클 및 튜브 근위부의 제한된 피봇팅 운동이 가능하도록 구성된 프레임 요소를 포함한다. 상기 제한된 피봇팅 운동은 발전기 또는 기어 박스의 제거될 내부 부품을 툴 체인으로부터 그리고 풍력 터빈의 나셀로부터 제거하는 것을 용이하게 한다. 슬라이딩 툴은 툴 체인을 사용하여 제거할 내부 부품들과 제거 가능하게 연결되기 위한 볼트 패스너를 수용하도록 구성된 구멍을 포함하는 원통형 플랜지 요소이다.

다른 실시예에서, 수리 또는 교체를 위해 발전기 또는 풍력 터빈의 기어 박스로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법은, 기어 박스 내부 또는 외부에서 종료되도록 발전기의 내부를 통해 툴 체인을 삽입하는 단계를 포함한다. 기어 박스로부터 발전기로 회전 에너지를 전달하는 기어 박스의 제1 출력 샤프트 내부에 위치하는 튜브 원위부로부터 발전기의 외부로 연장되도록 구성된 튜브 근위부까지 툴 체인의 튜브가 연장되도록, 툴 체인이 삽입된다. 본 방법은 또한 기어 박스의 제1 출력 샤프트에 대해 툴 체인을 제 위치에 고정하기 위해 튜브 원위부 상에 위치한 적어도 하나의 클램프 요소를 작동시키는 단계를 포함한다. 툴 체인의 슬라이딩 툴은 튜브의 길이를 따라 튜브 근위부 상의 위치로부터 발전기의 내부로 이동되며, 여기서 슬라이딩 툴은 발전기 또는 기어 박스의 내부 부품과 연결된다. 그 다음, 슬라이딩 툴은 튜브를 따라 내부 부품와 함께 튜브 근위부로 이동하고, 발생기의 내부의 밖으로 이동된다.

예시적인 일 실시예에서, 튜브 근위부는 발전기 및 기어 박스 외측에 위치한 단부 지지체를 통해 연장되고, 본 방법은 발전기와 튜브 근위부 사이의 갭을 개방하기 위해 튜브 근위부로부터 튜브 원위부를 분해 및 분리하는 단계를 더 포함한다. 상기 갭은, 예컨대 나셀의 온보드 크레인을 사용하여, 툴 체인으로부터 그리고 풍력 터빈으로부터 발전기 또는 기어 박스의 내부 부품을 제거하기 위한 간격을 제공한다.

예시적인 일 실시예에서, 본 방법은 또한 내부 부품이 툴 체인으로부터 제거될 수 있도록 슬라이딩 툴과 내부 부품을 분리시키는 단계를 포함한다. 그 다음, 튜브 원위부와 튜브 근위부를 재연결하여 툴 체인을 재조립하고 발전기 및 기어 박스의 추가적인 내부 부품들을 제거하기 위해 툴 체인을 준비한다. 예를 들어, 전술한 방법의 많은 단계들을 반복하여 수리 또는 교체가 필요한 추가 내부 부품들을 제거할 수 있으며, 추가 내부 부품들에는 기어 박스와 연관된 베어링 카세트가 포함될 수 있다. 본 명세서에 개시된 단계들 및 요소들은 당 업계에서 필요할 수 있는 대로, 다양한 스타일의 풍력 터빈들에서 원하는 기술적 효과를 달성하기 위해 다양한 조합으로 재구성 및 조합될 수 있다.

툴 체인(10)은 유리하게는 풍력 터빈의 나셀 내에 포함된 에너지 발전 유닛의 요소들의 여러 내부 부품들의 분해를 가능하게 한다. 툴 체인은 유리하게는 풍력 터빈의 기어 박스로부터 발전기를 완전히 분리할 필요없이 베어링 카세트(bearing cassette)와 같은 기어 박스 및 발전기의 내부 부품들을 제거할 수 있다. 따라서, 나셀의 온보드 크레인(onboard crane)은 에너지 발전 유닛의 부품들의 정기적인 유지보수 또는 수리를 완료하기 위해 대형 외부 크레인을 사용하지 않고도 수리 또는 교체를 위해 내부 부품들을 타워 아래로 이동하는 데 사용될 수 있다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 도시하며, 전술한 본 발명의 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 완전히 조립된 툴 체인의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 툴 체인으로 내부 부품들의 일부를 분해하기 전에 제1 구조로 도시된 기어 박스 및 발전기를 포함하는 풍력 터빈의 에너지 발전 유닛을 부분적으로 나타낸 사시 단면도이다.
도 3은 도 2의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 분해 공정의 일 단계에서 발전기로부터 엔드 캡이 제거된 상태를 도시한다.
도 4는 분해 공정의 추가 단계에서의 도 3의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 기어 박스 및 발전기의 제1 및 제2 출력 샤프트와 결합하도록 도 1의 툴 체인이 이동하는 상태를 도시한다.
도 5는 분해 공정의 추가 단계에서의 도 4의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 툴 체인의 지지 아암이 튜브 원위부로부터 풀리고(unhooked) 툴 체인의 튜브로부터 멀어지도록 피봇팅되는 상태를 도시한다.
도 6은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 5의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 툴 체인의 슬라이딩 툴이 구동 플랜지와 연결되도록 튜브를 따라 이동하는 상태를 도시한다.
도 7은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 6의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 슬라이딩 툴 및 구동 플랜지가 발전기로부터 멀어지고 툴 체인의 단부 지지체의 옆에 위치한 상태를 도시한다.
도 8은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 7의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 툴 체인의 지지 아암이 튜브를 지지하기 위해 튜브 원위부와 결합하도록 다시 피봇팅되는 상태를 도시한다.
도 9는 분해 공정의 추가 단계에서의 도 8의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 툴 체인의 튜브 근위부가 튜브 원위부로부터 분리되고 구동 플랜지의 해제를 위한 갭을 개방시키기 위해 단부 지지체를 통해 이동하는 상태를 도시한다.
도 10은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 9의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 구동 플랜지가 풍력 터빈의 나셀로부터 제거될 수 있도록 슬라이딩 툴로부터 분리되는 상태를 도시한다.
도 11은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 10의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 튜브 근위부가 튜브 원위부와 연결되도록 단부 지지체를 통해 다시 이동하여 툴 체인을 재조립하는 상태를 도시한다.
도 12는 분해 공정의 추가 단계에서의 도 11의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 지지 아암이 튜브 원위부로부터 분리되고 툴 체인의 튜브로부터 멀어지도록 피봇팅되는 상태를 도시한다.
도 13은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 12의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 슬라이딩 툴이 발전기의 베어링 카세트와 연결되도록 튜브를 따라 이동하는 상태를 도시한다.
도 14는 분해 공정의 추가 단계에서의 도 13의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 슬라이딩 툴 및 베어링 카세트가 발전기로부터 멀어지도록 당겨지고 단부 지지체 옆에 위치하는 상태를 도시한다.
도 15는 분해 공정의 추가 단계에서의 도 14의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 툴 체인의 지지 아암이 튜브를 지지하기 위해 튜브 원위부와 결합하도록 다시 피봇팅되고, 튜브 근위부가 튜브 원위부로부터 분리되며 베어링 카세트의 해제를 위한 갭을 개방하도록 단부 지지체를 통해 이동하는 상태를 도시한다.
도 16은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 15의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 베어링 카세트가 슬라이딩 툴로부터 분리되어 베어링 카세트가 풍력 터빈의 나셀로부터 제거된 상태를 도시한다.
도 17은 분해 공정의 추가 단계에서의 도 16의 에너지 발전 유닛의 사시도로서, 분해 공정의 추가 단계에서 튜브 근위부가 튜브 원위부와 연결되도록 말단 지지체를 통해 다시 이동하여 툴 체인을 재조립하는 상태를 도시한다.

도 1 내지 도 17를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 동심 고정을 위한, 그리고 풍력 터빈의 내부 발전기 및 기어 박스 부품들의 교체를 위한 방법과 함께 툴 체인(10)이 제공된다. 툴 체인(10)은 유리하게는 풍력 터빈의 나셀 내에 포함된 에너지 발전 유닛의 요소들의 여러 내부 부품들의 분해를 가능하게 한다. 이러한 내부 부품들은 나셀의 내부 크레인에 의해 풍력 터빈의 타워의 바닥으로 이동할 수 있고, 그 다음 새로운 부품 또는 수리된 부품으로 교체될 수 있다. 따라서, 이러한 식의 유지보수를 수행하기 위해 전체 발전기 및 기어 박스 조립체를 나셀로부터 제거할 필요가 없으며, 이러한 유지보수를 위해 대형 외부 크레인이 필요하지 않게 된다. 툴 체인(10) 및 이와 관련된 방법(들)의 이러한 이점들 및 다른 이점들에 대해 아래 도면을 참조하여 보다 상세히 설명할 것이다.

당 업계에서 이해되는 바와 같이, (툴 체인(10)이 기능하는) 풍력 터빈은 타워, 타워의 꼭대기에 배치된 나셀, 및 나셀 내부에 수용된 발전기(12)에 작동 가능하게 결합된 회전자를 포함한다. 나셀은 발전기(12)뿐만 아니라, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 필요한 여러 종류들의 부품들과, 발전기(12)에 인접한 기어 박스(14)를 포함하여 풍력 터빈의 성능을 작동, 제어 및 최적화하는 데 필요한 다양한 부품들을 수용한다. 이를 위해, 발전기(12) 및 기어 박스(14)는 풍력 터빈에 대해 에너지 발전 유닛의 일부를 정의한다. 타워는 나셀, 회전자, 및 나셀 내부에 수용된 풍력 터빈의 기타 부품들에 의해 발생하는 부하(load)를 지지하고, 경우에 따라 나셀과 회전자를 지면 또는 해수면보다 높은 높이로 올리도록 작동한다. 비록 이러한 실시예에서 단일 회전자 및 나셀이 설명되지만, 다른 실시예들에서 다중 회전자 설계를 포함하는 풍력 터빈에서도 툴 체인(10)이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

이제 도 1을 더 참조하면, 툴 체인(10)의 일 실시예가 완전히 조립된 상태로 도시되어 있다. 툴 체인(10)은 후술하는 바와 같이, 사용 시 풍력 터빈의 에너지 발전 유닛의 부품들 내에서 연장되도록 구성된 종방향(longitudinal)의 길이를 따라 연장되는 튜브(30)를 포함한다. 본 실시예에서 튜브(30)는 원추형 나사로 서로 제거 가능하게 결합된 튜브 원위부(distal tube portion)(32) 및 튜브 근위부(proximal tube portion)(34)에 의해 형성된다. 본 실시예에서 튜브 원위부 및 튜브 근위부(32, 34) 각각은 단일 부재 또는 단일 피스로 도시되었지만, 이들 튜브 원위부 및 튜브 근위부 중 하나 또는 둘 모두는 다른 실시예들에서 본 발명의 범위를 벗어나지 않은 채 다수의 서브 섹션들로 세분될 수 있으며, 이러한 실시예에서 이들의 서브 섹션들을 연결하기 위해 원추형 나사산이 여전히 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 원추형 나사산 결합은 튜브 원위부와 튜브 근위부 사이의 결합부에 충분한 강성과 굽힘 저항을 제공하는데, 이는 툴 체인(10)의 사용 중에 굉장히 무거운 부품들이 튜브(30)의 길이를 따라 이동하므로 유리하다. 튜브 원위부(32)은 풍력 터빈의 하나 이상의 출력 샤프트와 선택적으로 결합하도록 구성된 3개의 동심 확장 클램프 요소(36)들을 포함한다. 클램프 요소(36)는 일반적으로 튜브 근위부(34)와의 연결부로부터 반대쪽에 위치한 튜브 원위부(32)의 단부에 위치한다. 또한, 툴 체인(10)은 튜브 근위부(34)와의 연결부에 인접하게 위치한 튜브 원위부(32)의 단부와 결합할 수 있는 후크(40)를 구비한 지지 아암(38)을 포함한다. 지지 아암(38)은, 후크(40)가 튜브 원위부(32)와 결합될 때 튜브(30)로부터 반경 방향으로 외측으로 돌출한다. 일 예로, 지지 아암(38)의 반대쪽 단부는 발전기(12)의 하우징과 결합하도록 구성된 스위블 조인트(42)를 포함한다. 튜브 원위부(32)은 에너지 발전 유닛의 내부 부품들을 제거하기 위해 툴 체인(10)을 제 위치에 위치시키도록 구성되고, 지지 아암(38)은 추가로 설명하는 바와 같이 툴 체인(10)의 나머지가 분리될 때 튜브(30) 및 출력 샤프트(들)에 대한 충분한 지지를 제공하도록 구성된다.

툴 체인(10)의 튜브 근위부(34)는 튜브 원위부(32)와의 연결부로부터, 클램프 요소(36)로부터 종방향 길이의 반대쪽 단부에 위치한 단부 지지체(44)까지 연장된다. 단부 지지체(44)는 튜브 근위부(34)의 일 부분을 슬라이딩 방식으로 수용하는 튜브 리셉터클(46), 및 그 단부를 따라 툴 체인(10)을 지지하기 위해 나셀의 뼈대(framework)에 볼트로 고정되거나 또는 다른 방식으로 고정되도록 구성된 프레임 요소(48)를 포함한다. 또한, 툴 체인(10)은 도 1에 도시된 초기 위치에서 단부 지지체(44)에 인접하여 위치하는 슬라이딩 툴(50)을 포함한다. 클램프 요소(36)에서의 결합부로부터 연장되는 외팔보 위치에서 슬라이딩 툴(50)을 지지하기 위해 튜브(30)가 충분한 항복 강도(yield strength) 및 강성(rigidity)을 형성하는 본 발명의 다른 실시예의 경우, 단부 지지체(44)가 생략될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 실시예의 슬라이딩 툴(50)은, 풍력 터빈의 에너지 발전 유닛 내에서 제거되거나 교체될 부품들과 슬라이딩 툴(50)이 볼트 연결 가능하도록 구성된 다양한 구멍(52)들을 구비한 원통형 플랜지형 요소의 형태를 취한다. 슬라이딩 툴(50)은 튜브(30)의 길이를 따라 병진 이동할 수 있는 크기를 갖는다. 이러한 실시예에서 툴 체인(10)의 각 부품들은 강철(steel) 재료로 제조되지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면 다른 구조적 재료가 이용될 수 있다. 툴 체인(10)의 요소들의 이러한 배치는 본 발명에 따른 일 실시예일 뿐이고, 이는 분해될 풍력 터빈 부품들의 설계 변경에 기초하여 수정될 수 있음을 이해할 것이며, 이제 이러한 실시예의 사용에 대해 보다 자세히 설명할 것이다.

도 2를 참조하면, 내부 부품들을 제거 및 교체하는 공정이 시작되기 전의 풍력 터빈의 에너지 발전 유닛의 부분 단면이 도시되어 있다. 에너지 발전 유닛은 발전기(12) 및 기어 박스(14)를 포함하며, 이는 전술한 바와 같이 회전자와 블레이드로부터 회전 입력을 받는다. 발전기(12)의 내부 부품들은 보다 자세히 도시되어 있지만, 기어 박스(14)는 대부분 "블랙 박스" 단면으로 도시되어 있다. 이 풍력 터빈에서, 기어 박스(14)는 제1 출력 샤프트(60) 및 제2 출력 샤프트(62)를 포함하고, 그 중 제1 출력 샤프트는 기어 박스(14)에서 유성 기어 조립체(planetary gear assembly)의 중앙 피니언(central pinion)을 형성하고 제2 출력 샤프트는 유사/인접한 조립체의 유성 기어를 형성한다(예를 들어, 출력 샤프트(60, 62)는 기어 박스(14)에서 2개의 상이한 스테이지의 일부이다). 따라서, 제2 출력 샤프트(62)는 에너지 발전 유닛의 다른 부품들로부터 분리될 때 스스로를 지지하도록 설계되지 않았음을 이해할 것이다. 본 발명의 툴 체인(10)은 내부 부품들을 제거 및 교체하는 공정을 수행할 때 이러한 문제를 해결하도록 구성된다.

제2 출력 샤프트(62)는 도 2에 도시된 바와 같이 기어 박스(14)와 발전기(12) 사이의 접합부에 위치한 베어링 카세트(64)와 제거 가능하게 결합한다. 주변 바람으로부터의 입력 회전으로부터 가장 많은 양의 전기 에너지를 획득하기 위하여, 제2 출력 샤프트(62) 및 베어링 카세트(64)는 풍력 터빈 내에서 (기어 박스(14)에 의해 증가되는) 회전 속도가 가장 큰 위치를 형성한다. 따라서, 베어링 카세트(64)는 흔히, 피로 한계에 도달하고 수리 또는 교체가 필요한 에너지 발전 유닛의 제1 부품들 중 하나이다. 그러나, 기어 박스(14)와 발전기(12) 사이의 계면(interface)에 인접한 베어링 카세트(64)의 위치는, 종래의 방법 및 시스템에서 일반적으로 그러하 듯이, 전체 기어 박스(14)로부터 전체 발전기(12)를 분리하지 않고는 베어링 카세트(64)를 제거하기 어렵게 만든다. 전술한 툴 체인(10)은 유리하게는 발전기(12) 및/또는 기어 박스(14)의 여러 내부 부품들의 분해를 허용하여, 에너지 발전 유닛의 완전한 분해없이 베어링 카세트(64)에 접근할 수 있게 한다.

계속하여 도 2를 참조하면, 발전기(12)의 여러 내부 부품들이 보다 상세히 도시되어 있다. 발전기(12)는 정상 작동 동안에 내부 부품들에 대한 접근을 차단하도록 구성된 엔드 캡(68)을 구비한 메인 하우징(66)을 포함한다. 엔드 캡(68)의 중앙 부분은 내측으로 돌출될 수 있고, 발전기(12)의 브레이크 디스크(70) 내에 안착될 수 있다. 브레이크 디스크(70)는 발전기(12)의 회전자 부품들와 상호 작용하며, 회전자 부품들은 구동 플랜지(72)를 이용하여 제2 출력 샤프트(62)에 작동 가능하게 연결된다. 구동 플랜지(72)는 일반적으로 도시된 실시예에서 원추형이다. 브레이크 디스크(70)로부터 구동 플랜지(72)의 반대쪽에는 베어링 카세트(64)가 위치한다. 따라서, 베어링 카세트(64)에 접근하기 위해, 이러한 다른 내부 부품들(브레이크 디스크(70), 구동 플랜지(72) 등) 중 하나 이상이 베어링 카세트(64)보다 먼저 제거되어야 한다. 이러한 공정의 일 실시예에 대해 이하 도 3 내지 도 17를 참조하여 설명한다.

도 3에서, 풍력 터빈의 에너지 발전 유닛의 내부 부품들을 교체하기 위한 공정은 화살표로 도시된 바와 같이 발전기(12)의 메인 하우징(66)으로부터 엔드 캡(68)을 제거하는 단계를 포함한다. 엔드 캡(68)은 임시 보관을 위해 나셀의 다른 부분으로 이동될 수 있거나, 나셀 내의 공간이 그러한 보관을 허용하지 않는 경우, 나셀의 온보드 크레인이 이 부품을 타워의 바닥으로 내릴 수 있다. 엔드 캡(68)을 제거함으로써, 브레이크 디스크(70), 구동 플랜지(72) 및 이들 요소들 사이에서 연장되는 회전자 부품들(참조부호 없음)을 포함하는, 발전기(12)의 구동 부품들이 드러난다. 엔드 캡(68)을 제거하면, 이제 발전기(12)에 툴 체인(10)을 설치하고 사용할 준비가 된다.

이와 관련하여, 툴 체인(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 발전기(12)의 내부에 삽입된다. 툴 체인(10)은 완전히 조립된 형태이어서, 툴 체인(10)이 도 4의 우측의 화살표 방향으로 삽입된 경우, 튜브(30)는 발전기(12) 외측의 단부 지지체(44)로부터 제1 및 제2 출력 샤프트(60, 62)(각각 기어 박스(14) 내부에 위치함) 내부의 위치로 연장된다. 이러한 위치에서, 동심 확장 클램프 요소(36)들 중 두 개는 제1 출력 샤프트(60) 내에 위치하는 반면, 동심 확장 클램프 요소(36) 중 세 번째는 제2 출력 샤프트(62) 내에 위치한다. 이러한 클램프 요소(36)들은 도 4에서 네 방향 화살표로 표시된 바와 같이, 외측으로 확장하도록 작동하여 제1 및 제2 출력 샤프트(60, 62)와 고정 마찰 결합한다. 일 예로, 클램프 요소(36)는 선반(lathe)용 콜릿(collet)과 같이 기능하도록 작동하지만, 다른 실시예들에서 이 요소를 동심 확장시키기 위한 다른 메커니즘 및 작동 시스템이 또한 구비될 수 있다. 따라서 튜브(30) 및 툴 체인(10)은 기어 박스(14) 및 발전기(12)에 대해 제 위치에 고정되며, 이는 또한 제2 출력 샤프트(62)를 제 위치에 고정하여 공정의 추가 단계들 동안에 제2 출력 샤프트(62)를 지지한다. 클램프 요소(36)는 유리하게는 발전기(12) 내에서 내부 부품들에 의해 가해지는 굽힘력을 처리하고 전달하도록 구성되어, 제2 출력 샤프트(62)를 지지하고 제 위치에 유지하도록 한다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 툴 체인(10)의 지지 아암(38)은 스위블 조인트(42)에서 발전기(12)의 메인 하우징(66)과 연결된다. 지지 아암(38)의 후크(40)는 이러한 위치에서 튜브 원위부(32)와 결합된다. 단부 지지체(44)는 일반적으로 툴 체인(10)의 나머지를 지지하기 위해 나셀에 장착되고, 이에 의해 종방향 길이의 양측 단부들 상에서 지지 또는 연결을 제공한다. 툴 체인(10)이 도시된 바와 같이 삽입 및 설치된 이후, 에너지 발전 유닛의 내부 부품들을 제거하고 교체하는 공정이 계속될 수 있다.

계속해서 도 5를 참조하면, 그 다음 지지 아암(38)은 튜브(30)로부터 분리되고, 화살표로 도시된 바와 같이 스위블 조인트(42)에서 튜브(30)로부터 멀어지도록 피봇팅된다. 이를 위해, 후크(40)는, 튜브 원위부(32)와 결합되는 잠금 위치와 잠금 해제 또는 개방 위치 사이에서 후크(40)를 신속하게 움직이는 해제 메커니즘(release mechanism)을 포함한다. 본 발명의 공정의 다음 단계들 동안에 지지 아암(38)을 도 5에 도시된 위치에 유지하기 위해, 지지 아암(38) 또는 후크(40)는 발전기(12)의 메인 하우징(66)과 일시적으로 결합된다. 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 출력 샤프트(60, 62)는 툴 체인(10)의 튜브(30) 상의 클램프 요소(36)에 의해 제 위치에서 지지되고, 튜브(30)는 이제 일반적으로 그 길이를 따라 방해받지 않으므로, 슬라이딩 툴(50)이 발전기(12) 내로 움직일 수 있다.

슬라이딩 툴(50)의 이러한 움직임은 도 6에서 화살표로 도시되어 있다. 이와 관련하여, 슬라이딩 툴(50)은, 발전기(12)에 고정 및 제거될 제1 내부 부품을 향해 단부 지지체(44)로부터 튜브(30)를 따라 병진 이동 또는 슬라이딩하며, 상기 제1 내부 부품은 도시된 실시예에서 제2 출력 샤프트(62)와 메이팅 플랜지(mating flange) 사이 또는 제2 출력 샤프트(62)와 발전기(12)의 유사한 회전자 부품 사이에서 회전 에너지를 전달하는 구동 플랜지(72)이다. 예를 들어, 복수의 볼트들 또는 다른 패스너(fastener)들은 구동 플랜지(72)와 슬라이딩 툴(50)의 구멍(52)에 결합되어, 이들 요소들을 서로 연결한다. 또한 필요하다면, 구동 플랜지(72)는 일반적으로 상호 작용하는 발전기(12)의 다른 내부 부품들로부터 분리될 수 있고, 그 다음 슬라이딩 툴(50)이 구동 플랜지(72)를 제거할 준비가 된다.

그 다음, 구동 플랜지(72)는 도 7의 이동 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 슬라이딩 툴(50)의 슬라이딩 움직임에 의해 튜브(30)를 따라 발전기(12)의 바깥으로 그리고 단부 지지체(44)를 향해 이동한다. 이러한 실시예에서, 구동 플랜지(72)(그리고 나중에 베어링 카세트(64))가 발전기(12)의 브레이크 디스크 (70)와 회전자 부품들을 통과하여 이동할 수 있을 만큼 충분히 작은 크기를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 발전기(12)의 대안적인 설계에서, 이들 또는 다른 요소들이 본 명세서에서 설명한 내부 부품들의 제거를 방해할 수 있으며, 또한 슬라이딩 툴(50)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않은 채 그 설계에서 이러한 추가적인 부품들을 제거하도록 구성될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예의 목표는 베어링 카세트(64)에 접근하여 이를 교체하기 위해 툴 체인(10)으로 에너지 발전 유닛의 내부 부품들의 최소한의 개수를 제거하는 것이다. 도 7에 도시된 위치에서, 구동 플랜지(72)는 공정의 추가 단계들 동안 나셀의 온보드 크레인에 의해 보관 위치로 및/또는 타워의 바닥으로 운반될 준비가 된다.

다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 지지 아암(38)은 후크(40)가 튜브 원위부(32)에서 튜브(30)와 잠금 결합되도록 화살표를 따라 다시 피봇팅된다. 후크(40)는, 특히 튜브 근위부(34)가 튜브 근위부와 튜브 원위부 사이의 원추형 나사 결합을 해제하기 위해 회전될 때 가해지는 토크에 대하여 튜브 원위부(32)을 유지(hold)하도록 구성된다. 일단 지지 아암(38)이 도 8의 위치에 있으면, 튜브 근위부(34)가 튜브 리셉터클(46)을 통해 후퇴될 수 있도록 튜브 근위부(34)을 튜브 원위부(32)으로부터 분리함으로써 공정이 이어진다.

튜브 리셉터클(46)을 통한 튜브 근위부(34)의 이동 또는 후퇴는 도 9에서 화살표로 도시되어 있다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 후크(40) 및 지지 아암(38)은 이제, 확장 클램프 요소(36)가 제1 및 제2 출력 샤프트(60, 62)와 결합되는 부분의 반대쪽 단부에서 제2 출력 샤프트(62)의 지지를 제공한다. 튜브 근위부(34)의 이동은 툴 체인(10)의 슬라이딩 툴(50)과 발전기(12) 사이의 갭(gap)을 개방하고, 이러한 갭은 구동 플랜지(72)의 이동 및 제거를 허용하기에 충분한 크기를 갖는다. 결과적으로, 상기 결합이 공정 초기에 영향을 받지 않았다면, 나셀의 크레인은 이 위치에서 구동 플랜지(72)에 고정된다.

도 10을 참조하면, (구멍(52)에서) 슬라이딩 툴(50)을 구동 플랜지(72)에 고정시키는 볼트 또는 기타 패스너를 제거하고, 이에 따라 도 10의 화살표에 의해 표시된 바와 같이 나셀 크레인을 이용해 구동 플랜지(72)를 갭을 통하여 보관 위치로 또는 풍력 터빈의 타워의 바닥으로 아래쪽으로 이동시키기 위하여 구동 플랜지(72)를 해제함으로써, 본 공정이 이어진다. 구동 플랜지(72)의 이러한 이동을 돕기 위해, 단부 지지체(44)의 프레임 요소(48)는 도 10의 최우측의 화살표에 의해 표시된 바와 같이 약간 접히거나 피봇팅되어, 슬라이딩 툴(50) 및 구동 플랜지(72)를 하방으로 그리고 튜브 근위부(34)의 반대측 단부를 상방으로 기울일 수 있다. 이런 식의 공정에서, 프레임 요소(48)는 발전기(12) 및 나셀로부터 구동 플랜지(72)를 제거한 후에 원래의 위치로 복귀될 수 있다.

또한 구동 플랜지(72)를 제거한 후에, 튜브 근위부(34)는 도 11의 화살표 방향을 따라 튜브 원위부(32)을 향해 다시 이동한다. 튜브 원위부 및 튜브 근위부(32, 34)은 원추형 나사산을 이용하여 다시 결합되고, 지지 아암(38)의 후크(40)는 나사산의 결합 동안에 가해지는 토크에 저항하여 토크가 튜브 원위부(32) 및 제1 및 제2 출력 샤프트(60, 62)의 클램핑 결합에 영향을 주지 않도록 한다. 따라서, 툴 체인(10)은 다시 조립되고, 발전기(12) 및 기어 박스(14)의 추가적인 내부 부품들을 제거하기 위해 전술한 많은 단계들을 반복할 준비가 된다.

이를 위해, 발전기(12)로부터 베어링 카세트(64)를 제거하는 도 12 내지 도 17에 도시된 공정이 이어진다. 도 12에서 시작하여, 지지 아암(38)은 (해제 메커니즘을 사용하여) 후크(40)에서 튜브(30)로부터 분리되고, 도 12의 화살표로 표시된 바와 같이 스위블 조인트(42)를 중심으로 피봇팅되어 발전기(12)로의 이동 경로에서 벗어난다. 그 다음, 슬라이딩 툴(50)은 발전기(12)의 내부로 자유롭게 이동한다.

다음으로, 슬라이딩 툴(50)은 도 13의 화살표로 표시된 바와 같이 튜브(30)의 종방향 길이를 따라 슬라이딩하고 베어링 카세트(64)와 결합한다. 다시 한번, 슬라이딩 툴(50)은 슬라이딩 툴(50)의 구멍(52)을 통해 연장되는 볼트 또는 유사한 패스너를 이용하여 베어링 카세트(64)(제거될 부품)와 고정될 수 있다. 베어링 카세트(64)는 또한 필요하다면 이와 상호 작용하는 발전기(12) 및/또는 기어 박스(14) 내의 다른 내부 부품들로부터 분리되고, 이에 따라 툴 체인(10)으로 제거하기 위한 베어링 카세트(64)를 해체한다.

도 14를 참조하면, 그 다음 슬라이딩 툴(50)은 튜브(30)를 따라 이동하여, 베어링 카세트(64)를 기어 박스(14)로부터 멀어지도록 그리고 발전기(12)의 외측으로 이동시키고, 단부 지지체(44)에 인접한 위치로 이동시킨다(도 14의 화살표 참조). 전술한 바와 같이, 도시된 실시예의 베어링 카세트(64)는 발전기(12)의 회전자 부품 및 브레이크 디스크(70)를 통과하도록 크기가 조정되지만, 베어링 카세트(64)의 크기가 더 큰 대안적 설계에서, 베어링 카세트(64)를 제거하기 전에 다른 내부 부품들도 구동 플랜지(72) 및 베어링 카세트(64)와 관련하여 본 명세서에서 개시된 것과 유사한 일련의 단계들를 이용하여 툴 체인(10)에 의해 제거된다. 도 14에서 도시된 위치에서, 베어링 카세트(64)는 제거 및 교체하기 위해 준비되고, 따라서 베어링 카세트(64)는 예컨대 풍력 터빈의 타워 바닥으로 추가적 이동하기 위해 나셀의 온보드 크레인에 고정될 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 공정의 다음 단계는 튜브 원위부(32)와의 결합을 위해 지지 아암(38)을 스위블 조인트(42)를 중심으로 다시 피봇팅하는 단계와, 이들 요소들을 후크(40)와 함께 고정하는 단계를 포함한다. 튜브 원위부 및 튜브 근위부(32, 34)은 원추형 나사산에서 분리되어, 튜브 근위부(34)이 단부 지지체(44)에서 튜브 리셉터클(46)을 통하여 후퇴하도록 도 15의 화살표 방향으로 이동할 수 있다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 튜브(30)의 튜브 원위부 및 튜브 근위부들 사이의 갭을 다시 개방하여 베어링 카세트(64)가 나셀 밖으로 이동할 수 있게 한다.

도 16에서, (구멍(52)에서) 베어링 카세트(64)와 슬라이딩 툴(50)을 고정하는 볼트 또는 다른 패스너를 제거하고, 이에따라 도 16의 화살표로 표시된 바와 같이 나셀 크레인을 이용해 베어링 카세트(64)를 갭을 통해 아래쪽으로 풍력 터빈의 타워 바닥으로 이동시키기 위하여 베어링 카세트(64)를 해제함으로써, 본 공정이 이어진다. 베어링 카세트(64)의 이러한 이동을 돕기 위해, 단부 지지체(44)의 프레임 요소(48)는 도 16의 최우측 화살표로 표시된 바와 같이 약간 접히거나 피봇팅되어, 슬라이딩 툴(50)과 베어링 카세트(64)를 하방으로 그리고 튜브 근위부(34)의 반대측 단부를 상방으로 기울일 수 있다. 그 다음, 프레임 요소(48)는 발전기(12) 및 나셀로부터 베어링 카세트(64)를 제거한 후에 원래의 위치로 복귀될 수 있다.

본 공정은 도 17에 도시된 바와 같이 튜브 근위부(34)을 화살표 방향으로 튜브 원위부(32)을 향해 다시 이동시킴으로써 이어진다. 튜브 원위부 및 튜브 근위부(32, 34)은 원추형 나사산을 이용하여 재결합되고, 지지 아암(38)의 후크(40)는 나사산의 결합 동안 가해지는 임의의 토크에 저항한다. 따라서, 툴 체인(10)은 다시 조립되고 발전기(12) 및 기어 박스(14)의 추가 내부 부품들을 제거하기 위해 전술한 많은 단계들을 반복하거나, 또는 내부 부품들을 재조립하기 위해(예를 들어, 새로운 또는 수리된 베어링 카세트(64)를 발전기(12) 내로 삽입하기 위해) 이러한 단계들을 역으로 수행할 준비가 된다.

따라서, 전술한 실시예에서 설명된 툴 체인(10) 및 공정은 풍력 터빈의 에너지 발전 유닛의 내부 부품들을 (예컨대, 기어 박스(14)로부터 제1 및 제2 출력 샤프트(60, 62)를) 제 위치에서 동심으로 고정할 수 있고, 발전기(12) 및 기어 박스(14) 내의 내부 부품들의 제거 및 교체가 가능하다. 이러한 내부 부품들의 제거 및 교체는 유리하게는 기어 박스(14)로부터 발전기(12)를 완전히 분해하지 않고, 대형 외부 크레인 등을 사용할 필요없이 수행될 수 있다. 전술한 본 공정의 단계들은 임의의 내부 부품를 제거하기 위해 슬라이딩 툴(50)를 이용하여 임의의 횟수로 반복될 수 있지만, 풍력 터빈의 다른 부품들과 비교할 때 베어링 카세트(64)의 작동 수명이 일반적으로 보다 짧은 것을 고려하여, 베어링 카세트 (64)를 분리하고 교체하는 데 이용될 가능성이 가장 높다. 따라서, 본 발명의 툴 체인(10) 및 관련 공정은 풍력 터빈의 나셀 내에 포함된 최신 설계의 에너지 생성 장치의 유지보수 및 수리를 개선하여, 보다 비용 효율적이고 구현하기 용이하게 만든다. 따라서, 이러한 유지보수를 위한 풍력 터빈의 가동 중지 시간을 최소화할 수 있으며, 이는 풍력 터빈 운영자에게 바람직하다.

본 발명에 따른 툴 체인(10)의 추가적인 이용도 가능하다. 예를 들어, 대안적인 상황에서 툴 체인(10)은 발전기(12)가 제거되었을 때 기어 박스(14)의 부품들을 동심으로 고정 및 제거/교체하는데 이용될 수 있다. 그러한 상황 중 하나는 발전기(12) 내에서 기름 유출이 발생하고 전체 발전기(12)의 재건이 필요한 경우일 것이다. 이러한 상황에서, 발전기(12)는 일반적으로 기어 박스(14)로부터 전체 유닛으로서 분해된 다음, 재건을 위해 외부 크레인에 의해 타워 아래로 이동될 것이다. 베어링 카세트(64) 또는 다른 내부 부품들을 기어 박스(14)로부터 제거하는 것이 바람직하다면, 툴 체인(10)은 출력 샤프트(60, 62)들을 제 위치에 동심으로 고정한 다음 베어링 카세트(64)를 제거하기 위해 전술한 것과 같은 실질적으로 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 툴 체인(10)의 이러한 용도 및 다른 용도는 풍력 터빈 분야에 공지된 분해 절차에 비해 이점을 제공한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명이 다양한 바람직한 실시예들의 설명에 의해 예시되고 이들 실시예들이 일부 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 그렇게 상세하게 제한하거나 어떤 식으로든 제한하는 것은 출원인의 의도가 아니다. 추가적인 이점들 및 수정들은 당업자에게 쉽게 도출될 것이다. 따라서, 본 발명의 다양한 특징들은 사용자의 필요사항(요구사항) 및 선호도에 따라 단독으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있다.

10: 툴 체인
12: 발전기
14: 기어 박스
30: 튜브
32: 튜브 원위부
34: 튜브 근위부
36: 클램프 요소
38: 지지 아암
44: 단부 지지체
50: 슬라이딩 툴
60: 제1 출력 샤프트
62: 제2 출력 샤프트
64: 베어링 카세트

Claims

풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품들을 제거하도록 된 툴 체인(10)으로서,
서로 제거 가능하게 연결된 튜브 원위부(32) 및 튜브 근위부(34)를 포함하며, 상기 발전기(12)를 통하여 연장되도록 된 종방향의 길이를 형성하는 튜브(30);
상기 튜브 원위부(32) 상에 위치하며, 풍력 터빈의 발전기(12) 또는 기어 박스(14)의 내부 부품들에 대하여 제 위치에 상기 튜브 원위부(32)를 고정하도록 작동할 수 있는 적어도 하나의 클램프 요소(36); 및
상기 튜브 근위부(34)와 상기 적어도 하나의 클램프 요소(36) 사이에서 튜브(30)를 따라 병진 이동하도록 된 슬라이딩 툴(50)로서, 상기 발전기(12) 및 상기 기어 박스(14)의 내부 부품들에 제거 가능하게 고정되어 상기 내부 부품들을 상기 튜브(30)를 따라 이동시키며 상기 발전기(12) 및 상기 기어 박스(14)의 밖으로 이동시키도록 된 슬라이딩 툴(50)을 포함하는, 툴 체인(10).
제1항에 있어서,
튜브 근위부(34)의 일부를 수용하고 지지하도록 되며, 풍력 터빈의 나셀의 내부에 그리고 발전기(12)의 외부에 장착되도록 된 단부 지지체(44);를 더 포함하고,
상기 튜브 근위부(34)는 상기 튜브 원위부(32)으로부터 분리될 때 상기 발전기(12)와 상기 튜브 근위부(34) 사이의 갭이 개방되도록 상기 단부 지지체(44)에 대해 이동 가능하며, 상기 갭은 상기 슬라이딩 툴(50)에 고정된 내부 부품들을 제거하기 위한 간격을 제공하는, 툴 체인(10).
제2항에 있어서,
상기 발전기(12)에 연결되며, 상기 튜브 원위부(32)와 상기 튜브 근위부(34)의 제거 가능한 연결부에 인접하여 상기 튜브 원위부(32)에 제거 가능하게 연결되도록 된 지지 아암(38)으로서, 상기 튜브 원위부(32)가 상기 튜브 근위부(34) 및 상기 단부 지지체(44)로부터 분리되는 경우 상기 튜브 원위부(32)을 지지하는 지지 아암(38);을 더 포함하는, 툴 체인(10).
제3항에 있어서,
상기 지지 아암(38)은 일 단부에 위치한 후크(40) 및 반대측 단부에 위치한 회전 조인트(42)를 포함하고, 상기 후크(40)는 상기 튜브 원위부(32)에 제거 가능하게 연결되고, 상기 회전 조인트(42)는 상기 지지 아암(38) 및 상기 후크(40)가 상기 튜브 원위부(32)을 향하여 그리고 상기 튜브 원위부(32)으로부터 멀어지도록 피봇팅 운동할 수 있도록 상기 발전기(12)에 연결된, 툴 체인(10).
제4항에 있어서,
상기 후크(40)는 상기 튜브 원위부(32)와 상기 튜브 근위부(34)를 연결 또는 분리할 때 가해지는 토크 힘에 저항하도록 된, 툴 체인(10).
제1항에 있어서,
상기 튜브 원위부(32) 및 상기 튜브 근위부(34)는 이들이 서로 제거 가능하게 연결하기 위한 원추형 나사산을 포함하는, 툴 체인(10).
제1항에 있어서,
상기 기어 박스(14)는 상기 발전기(12)로 회전 에너지를 전달하기 위한 제1 출력 샤프트(60) 및 제2 출력 샤프트(62)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 클램프 요소(36)는 복수의 클램프 요소(36)들을 포함하고, 상기 복수의 클램프 요소(36)들이 상기 제1 출력 샤프트(60) 및 상기 제2 출력 샤프트(62)에 대해 제 위치에 상기 튜브 원위부(32)를 고정할 때, 상기 복수의 클램프 요소(36)들 중 적어도 하나는 제1 출력 샤프트(60)와 결합하고 상기 복수의 클램프 요소(36)들 중 적어도 하나는 제2 출력 샤프트(62)와 결합하는, 툴 체인(10).
제7항에 있어서,
상기 복수의 클램프 요소(36)들 각각은, 제1 출력 샤프트(60) 및 제2 출력 샤프트(62)와 고정 마찰 결합하도록 반경 방향으로 외측으로 확장하도록 작동하는 동심 확장 클램프 요소(36)인, 툴 체인(10).
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제2 출력 샤프트(62)는 상기 기어 박스(14)와 상기 발전기(12)의 연결부에 인접하게 위치한 베어링 카세트(64)에 제거 가능하게 연결되며, 상기 복수의 클램프 요소(36)들은 상기 슬라이딩 툴(50)이 상기 발전기(12)로부터 상기 베어링 카세트(64)를 제거하는데 사용될 때, 제 위치에서 상기 제1 출력 샤프트(60)의 동심 고정을 유지시키는, 툴 체인(10).
제2항에 있어서,
단부 지지체(44)는, 상기 튜브 근위부(34)의 일부를 수용하는 튜브 리셉터클(46), 및 상기 튜브 근위부(34)가 상기 튜브 원위부(32)로부터 분리될 때 상기 튜브 리셉터클(46)과 튜브 근위부(34)의 제한된 피봇팅 운동이 가능하도록 된 프레임 요소(48)를 더 포함하는, 툴 체인(10).
제1항에 있어서,
상기 슬라이딩 툴(50)은, 상기 툴 체인(10)을 이용하여 제거할 발전기(12) 및 기어 박스(14)의 내부 부품들과 제거 가능하게 연결되기 위한 볼트 패스너를 수용하도록 된 구멍(52)을 포함하는 원통형 플랜지 요소인, 툴 체인(10).
수리 또는 교체를 위해 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품들을 분해 및 제거하는 방법으로서,
(a) 상기 기어 박스(14)로부터 상기 발전기(12)로 회전 에너지를 전달하는 상기 기어 박스(14)의 제1 출력 샤프트(60) 내부에 위치하는 튜브 원위부(32)로부터 상기 발전기(12)의 외부로 연장되도록 된 튜브 근위부(34)까지 툴 체인(10)의 튜브(30)가 연장되도록, 상기 발전기(12)의 내부를 통해 툴 체인(10)을 삽입하는 단계;
(b) 상기 기어 박스(14)의 상기 제1 출력 샤프트(60)에 대하여 상기 툴 체인(10)을 제 위치에 고정하기 위해 상기 튜브 원위부(32) 상에 위치하는 적어도 하나의 클램프 요소(36)를 작동시키는 단계;
(c) 상기 튜브 근위부(34) 상의 위치로부터 상기 발전기(12)의 상기 내부로 상기 튜브(30)의 길이를 따라 상기 툴 체인(10)의 슬라이딩 툴(50)을 이동시키는 단계;
(d) 상기 슬라이딩 툴(50)을 상기 발전기(12) 또는 상기 기어 박스(14)의 내부 부품과 연결하는 단계;
(e) 상기 슬라이딩 툴(50) 및 상기 슬라이딩 툴(50)에 연결된 상기 내부 부품을 상기 튜브(30)를 따라 상기 튜브 근위부(34) 상으로, 그리고 상기 발전기(12)의 상기 내부의 밖으로 이동시키는 단계;를 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품들을 분해 및 제거하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 튜브 근위부(34)는, 상기 발전기(12)의 외측에 위치하고 상기 풍력 터빈의 나셀 내에 장착되도록 된 단부 지지체(44)를 통해 연장되며,
(f) 상기 발전기(12)와 상기 튜브 근위부(34) 사이의 갭이 개방되도록 상기 튜브 근위부(34)로부터 상기 튜브 원위부(32)를 분해 및 분리하는 단계로서, 상기 갭은 상기 툴 체인(10)으로부터 그리고 상기 풍력 터빈으로부터 상기 발전기(12)의 상기 내부 부품을 제거하기 위한 간격을 제공하는, 상기 튜브 근위부(34)로부터 상기 튜브 원위부(32)을 분해 및 분리하는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제13항에 있어서,
(g) 상기 내부 부품이 상기 툴 체인(10)으로부터 제거될 수 있도록 상기 슬라이딩 툴(50) 및 상기 내부 부품을 분리하는 단계; 및
(h) 상기 튜브 원위부(32)와 상기 튜브 근위부(34)를 재연결하여, 상기 툴 체인(10)을 재조립하고 상기 발전기(12) 및 상기 기어 박스(14)의 추가적인 내부 부품들을 제거하기 위해 툴 체인(10)을 준비하는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 발전기(12) 및 상기 기어 박스(14)의 추가적인 내부 부품들을 상기 풍력 터빈으로부터 제거하기 위하여, 단계(c) 내지 단계(h)를 반복하는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 기어 박스(14)는 상기 제1 출력 샤프트(60)로부터 상기 발전기(12)로 회전 에너지를 전달하기 위한 제2 출력 샤프트(62)를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 클램프 요소(36)는 복수의 클램프 요소(36)들을 포함하며,
단계(b)는,
상기 복수의 클램프 요소(36)들의 적어도 하나를 상기 제1 출력 샤프트(60)와 결합하는 단계; 및
상기 복수의 클램프 요소(36)들의 적어도 하나를 상기 제2 출력 샤프트(62)와 결합시켜, 상기 제1 출력 샤프트(60) 및 상기 제2 출력 샤프트(62) 각각에 대하여 상기 튜브 원위부(32)을 제 위치에 고정시키는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 클램프 요소(36)는 동심 확장 클램프 요소이고, 상기 적어도 하나의 클램프 요소(36)를 작동시키는 단계는 적어도 상기 제1 출력 샤프트(60)와 고정 마찰 결합하도록 상기 동심 확장 클램프 요소를 반경 방향으로 외측으로 확장시키는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2 출력 샤프트(62)는 상기 기어 박스(14)와 상기 발전기(12)의 연결부에 인접하게 위치하는 베어링 카세트(64)에 제거 가능하게 연결되며, 상기 복수의 클램프 요소(36)들은 상기 슬라이딩 툴(50)이 상기 발전기(12)로부터 상기 베어링 카세트(64)를 제거하는데 사용될 때, 제 위치에서 상기 제1 출력 샤프트(60)의 동심 고정을 유지하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 단부 지지체(44)는, 튜브 리셉터클(46), 및 상기 튜브 근위부(34)가 상기 튜브 원위부(32)로부터 분리될 때 상기 튜브 리셉터클(46)과 상기 튜브 근위부(34)를 피봇팅 가능하게 움직임으로써 툴 체인(10)으로부터 상기 내부 부품을 제거하는 것을 용이하게 하는 프레임 요소(48)를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 툴 체인(10)은 상기 발전기(12)에 연결된 지지 아암(38)을 더 포함하고,
상기 튜브 원위부(32)가 상기 튜브 근위부(34)로부터 분리되면 상기 지지 아암(38)이 상기 튜브 원위부(32)을 지지하도록, 상기 튜브 원위부(32)와 상기 튜브 근위부(34)의 제거 가능한 연결부에 인접하여 상기 튜브 원위부(32)에 상기 지지 아암(38)을 제거 가능하게 연결시키는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 튜브 원위부(32) 및 상기 튜브 근위부(34)가 서로 연결된 경우, 상기 튜브 원위부(32)으로부터 결합이 풀리도록 그리고 상기 슬라이딩 툴(50)의 이동 경로로부터 벗어나도록 상기 발전기(12)에 결합된 스위블 조인트(42)를 중심으로 상기 지지 아암(38)을 피봇팅시키는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 튜브 원위부(32) 및 상기 튜브 근위부(34)는 이들이 제거 가능하게 연결 및 분리하기 위한 원추형 나사산을 포함하는, 풍력 터빈의 발전기(12) 및 기어 박스(14)로부터 내부 부품을 분해 및 제거하는 방법.