KR200444619Y1 - 풍력 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 풍력 공학에 관한 것이다. 본 고안의 풍력 플랜트는 블레이드, 내측 및 외측 가장자리를 구비하며, 이들의 각각은 센터와 외측 가장자리 사이에서 힌지식으로 고정되는 로드에 의해 그의 단부 표면에서, 베어링에 의해 고정된 축상에 설치되는 캔틸레버에 코드를 따라 연결된다. 센터와 외측 가장자리 사이의 인접 단부에서 각각의 블레이드는 스템(stem)에 의해 인접한 블레이드에 힌지식으로 연결되며, 여기서 스템의 한 단부는 인접 단부에서 센터와 외측 가장자리 사이에서 블레이드에 연결되는 한편, 그의 다른 단부는 센터와 그의 외측 가장자리 사이에서 인접한 블레이드의 로드에 힌지식으로 연결되고, 블레이드의 하나의 로드에는 웨이트가 제공된다. 다른 실시 예에서, 블레이드는 센터와 외측 가장자리 사이의 인접 단부에서 캔틸레버에 힌지식으로 고정되고, 인접 단부에서 각각의 블레이드의 내측 및 외측 가장자리는 스템에 의해 코드를 따라 상호 연결되고, 여기서 스템의 한 단부는 외측 가장자리에 가까운 로드에 힌지식으로 연결되는 한편, 다른 단부는 로드 센터와 그의 내측 가장자리 사이의 인접한 블레이드에 또는 센터와 내측 가장자리 사이의 인접한 블레이드에 연결되고, 블레이드 중의 하나의 한 로드에는 웨이트가 제공된다. 본 고안은 바람의 방향과 속도와는 독립적으로 풍력의 사용을 증대시키고 폭풍에서 신뢰성을 개선하는 것을 가능하게 한다.

Description

풍력 플랜트{WIND POWER PLANT BUKTUKOV-3}

본 고안은 풍력 산업(wind-power industry)에 관한 것으로, 동력 시스템(power system)용 전력 발생 및 독립적인 동력 공급 설비에 사용될 수 있다.

기술적인 성과로서, 풍력 에너지의 사용 시간 비율이 증대되고, 바람의 방향 및 속도에 상관없이, 성능이 개선되고, 제조 원가 및 작동 비용이 감소 되고, 신뢰성이 더욱 높고, 한편 풍력 설비의 출력이 증대된다. 이것은 동력 플랜트(power plant)가 두 개 또는 그 이상의 파이프 세그먼트(pipe segments)(중공 실린더)의 형태로 웨이트(weight), 브래킷, 및 블레이드를 가진다는 사실에 기인하여 성취된다. 브래킷은 베어링에 단단하게 부착된다. 베어링은 고정된 축상에 설치된다. 이들의 표면에서, 각각의 블레이드의 내측 및 외측 가장자리가 링크에 의해 코드(chord)를 따라 연결된다. 외측 가장자리와 센터의 사이에서, 각각의 링크가 브래킷에 힌지식으로 부착된다. 센터와 외측 가장자리의 사이의 표면에서, 각각의 블레이드는 로드(rod)에 의해 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 연결된다. 로드의 한 단부는 센터와 외측 가장자리 사이에서 블레이드에 힌지식으로 연결되고, 로드의 다른 단부는 센터와 블레이드의 외측 가장자리 사이에서 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 연결된다. 한 블레이드의 링크는 L-형 레버-브래킷에 힌지식으 로 연결된다. 웨이트는 레버-브래킷의 대향한 단부에 부착된다. 레버-브래킷은 브래킷에 힌지식으로 부착된다. 구동 기어(drive gear)는 하부 브래킷에 단단하게 부착되고, 직경이 더욱 작은 피동 기어(driven gear)를 통해 볼 소켓(ball socket)을 갖는 샤프트 또는 유니버셜 사프트에 결합된다. 고정된 축은 구동 기어의 내측에 위치된다. 바닥에서, 유니버셜 샤프트(또는 볼 소켓을 갖는 샤프트)가 전기기계 유닛에 연결된다.

상부에는, 고정된 축이 지지 포울(support pole) 또는 케이블에 부착된다. 지지 포울 또는 케이블의 바닥 단부는 지면 또는 보강면(foundation)에 부착된다. 중간 부분에서, 지지 포울 (또는 케이블)은 다른 케이블에 의해 지면 및/또는 서로에게 묶여 진다.

풍력 플랜트의 다른 양호한 실시 예가 가능하다. 여기서, 풍력 플랜트는, 내측 및 외측 가장자리와 함께, 두 개 또는 그 이상의 파이프 세그먼트(중공 실린더)의 형태로 웨이트, 브래킷, 및 블레이드 (윈드 픽업(wind pickups), 바람 맞이 표면(wind-swept surface))를 가진다. 브래킷은 고정된 축상에 설치된 베어링에 단단하게 부착된다. 두 개 또는 그 이상의 블레이드는 센터와 외측 가장자리 사이에서 브래킷에 힌지식으로 부착된다. 이들의 표면에서, 각각의 블레이드의 내측 및 외측 가장자리는 링크에 의해 코드를 따라 서로 연결된다. 각각의 블레이드의 링크는 로드에 의해 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 부착된다. 로드의 한 단부는 외측 가장자리와 링크 센터 사이에서 링크에 힌지식으로 부착되고, 한편 다른 단부는 링크 센터와 블레이드의 내측 가장자리 사이에서 인접한 블레이드의 링 크에 힌지식으로 부착된다.

한 블레이드의 링크는 L-형 레버 브래킷에 힌지식으로 연결된다. 웨이트는 레버-브래킷의 대향한 단부에 부착된다. 레버-브래킷은 브래킷에 힌지식으로 부착된다. 구동 기어는 하부 브래킷에 단단히 부착되고, 직경이 더 작은 피동 기어를 통해 유니버셜 샤프트 또는 볼 소켓을 갖는 샤프트에 결합된다. 고정된 축은 구동 기어의 내측에 위치된다. 바닥에서, 유니버셜 샤프트 (또는 볼 소켓을 갖는 샤프트) 는 전기 기계 유닛에 연결된다. 상부에서, 고정된 축은 지지 포울 또는 케이블에 부착된다. 지지 포울 또는 케이블의 바닥 단부는 지면 또는 보강면에 부착된다. 중간 부분에서, 지지 포울 (또는 케이블)은 다른 케이블에 의해 지면 및/또는 서로에게 묶여 진다.

본 고안은 동력 산업 분야, 특히 풍력 플랜트에 관한 것으로, 동력 시스템용 전력 발생 및 독립적인 동력 공급 설비에 사용될 수 있다.

풍력 로터 파워 플랜트 Boni-ShKhV (특허 PK No. 5595)는 공지되어 있다. 이것은 가이드 장치를 포함하는 풍력 로터 모듈과 원형의 형상을 갖는 날이 부착된 수직한 풍력 로터를 구비한다. 블레이드의 수와 직경은 Helman 공식에 따라서 높이에 따라 변한다. 발전기 그룹(generator group)은 풍력 로터 샤프트에 연결된 하나 또는 여러 개의 층을 구비한다.

이러한 풍력 로터 파워 플랜트는 높은 풍속에서 동력 플랜트를 작동시키기 위해 매우 정밀하게 제조해야 하고, 금속 함유량이 매우 높은 그러한 많은 결점을 가지며, 이것은 매우 높은 비용과 낮은 풍속에서의 비작동성을 초래한다.

또한, 플레이트들 사이에 위치되고 볼 소켓 죠인트에 의해 블레이드에 그리고 샤프트에 운동학적으로 단단하게 연결된 내측 및 외측 가장자리를 가지는 두 개의 반-원통형 블레이드를 구비하는 Savonius 시스템 풍력 터빈 (특허 RK No. 3230) 이 공지되어 있다.

이러한 풍력 터빈의 중요한 결점은 동력을 증대시키기 위해 직경을 0.5 m 이상으로 증대시켜 블레이드 가장자리를 바람 쪽으로 회전시키는 것이 필요하다는 것이다. 이것을 행하면, 풍압 하에서 반 원통형 실린더가 자유롭게 변위 되어 브래킷과 충돌하는 일이 일어난다. 이것은 설계를 복잡하게 하며 장치의 신뢰성을 떨어뜨린다. 반 원통형 실린더의 직경을 감소시키는 것은 동력의 감소를 초래하고 풍속의 작동 범위를 더욱 좁게 만든다.

본 고안의 목적은 사용 시간 비율을 증대시키고 (풍속 작동 범위를 확대하고), 풍속 및 바람의 방향에 상관없이 동력 플랜트의 안정된 동력을 보장하고, 설계를 단순화하고, 작동 신뢰성을 증대시키는 한편 실제로 동력 플랜트의 동력을 증대시키는 것을 가능하게 하는 풍력 플랜트(wind power plant (WPP))를 개발하는 것으로, 이것은 작동 비용을 포함하여 결과적으로 보다 낮은 비용을 초래한다.

기술적인 결과는 내측 및 외측 가장자리를 갖는 블레이드 (바람 픽업(wind pickups)), 웨이트, 및 브래킷을 구비하는 풍력 플랜트에서, 블레이드가 중공의 실린더의 두 개의 반-원통형 실린더 또는 그 이상의 세그먼트의 형태로 만들어진다는 사실에 기인하여 성취된다. 이들의 표면에서, 각 블레이드의 내측 및 외측 가장자리는 링크에 의해 코드(chord)를 따라 연결된다. 센터와 외측 가장자리 사이에서, 각각의 링크는 브래킷에 힌지식으로 부착된다. 브래킷은 고정된 축상에 설치된 베어링에 부착된다. 센터와 외측 가장자리 사이의 그의 표면에서, 각각의 블레이드는 로드에 의해 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 연결된다. 하나의 로드의 단부는 센터와 외측 가장자리 사이의 표면에서 블레이드에 연결된다. 다른 로드의 단부는 블레이드의 외측 가장자리와 센터 사이의 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 연결된다. 한 블레이드의 링크는 L-형 레버 브래킷에 힌지식으로 연결된다. 웨이트는 레버-브래킷의 대향한 단부에 부착된다. 레버-브래킷은 브래킷에 힌지식으로 부착된다.

구동 기어는 하부 브래킷에 단단히 부착되고, 고정된 축은 기어의 내측에 위치된다. 직경이 보다 작은 피동 기어는 구동 기어에 결합된다. 바닥에서, 피동 기어는 볼 소켓 및/또는 유니버셜 샤프트에 의해 전기 기계 유닛에 연결된다. 바닥에서, 유니버셜 샤프트 (또는 볼 소켓을 갖는 샤프트)는 전기 기계 유닛에 연결된다. 상부에서, 고정된 축은 케이블 또는 원호형 트러스(arc-shaped trusses)에 의해 지면에 부착된다; 다음에, 트러스 바닥 단부는 지면에 부착되어 케이블에 의해 서로 및/또는 지면에 각각 묶여 진다.

기술적인 결과는 또한 동력 플랜트가 내측 및 외측 가장자리를 갖는 두 개 또는 그 이상의 파이프 세그먼트 (중공 실린더)의 형태로 웨이트, 브래킷, 블레이드 (바람 픽업, 바람 맞이 표면)를 갖는 다른 양호한 실시 예에서 성취될 수 있다. 브래킷은 고정된 축상에 설치된 베어링에 단단히 부착된다. 센터와 외측 가장자리 사이에서, 둘 또는 그 이상의 블레이드가 브래킷에 힌지식으로 연결된다. 이들의 표면에서, 각각의 블레이드의 내측 및 외측 가장자리는 링크에 의해 코드를 따라 연결된다. 각각의 블레이드 링크는 로드에 의해 인접한 블레이드에 힌지식으로 부착된다. 로드의 한 단부는 외측 가장자리에서 링크에 힌지식으로 부착되고, 다른 단부는 블레이드 센터와 블레이드 내측 가장자리 사이에서 인접한 블레이드 링크에 힌지식으로 부착된다.

구동 기어는 하부 프래킷에 단단히 부착되고, 고정된 축은 기어의 내측에 위치된다. 직경이 보다 작은 피동 기어는 구동 기어에 결합된다. 바닥에서, 피동 기어는 볼 소켓 및/또는 유니버셜 샤프트에 의해 전기 기계 유닛에 연결된다. 바닥에서, 유니버셜 샤프트 (또는 볼 소켓을 갖는 샤프트)는 전기 기계 유닛에 연결된다. 상부에서, 고정된 축은 케이블 또는 원호형 트러스에 의해 지면에 부착된다; 다음에, 트러스의 바닥 단부는 지면에 부착되어 케이블에 의해 서로 및/또는 지면에 각각 묶여 진다.

본 고안의 필수적인 특징과 성취된 결과 사이의 인과관계는, 이들 특징들이 사용될 때, 풍력 에너지의 사용 시간 비율이 증대되는 것, 즉, WPP가 1-3에서 90 m/s까지의 속도 범위에서 작동한다는 것이다. 그 결과, WPP가 작동하는 날짜의 수는 3배 이상으로 증대된다. 따라서, 전력 출력은 또한 3배 이상으로 증대될 것이다. 부가적으로, 동력 유닛 용량을 실제로 증대시키는 것이 가능하다. 이것은 낮은 풍속에서, 바람 맞이 표면 영역이 증대하고, 역으로, 풍속이 증대될 때, 바람 맞이 표면 영역이 힌지 장착부를 중심으로 브래킷에 인접한 블레이드로 인해 감소된다는 사실에 의해 성취된다. 허리케인 돌풍의 경우, 웨이트는 원심력으로 인해 블레이드를 폐쇄하고, WPP는 파이프(중공 실린더)의 형상을 취한다. WPP샤프트의 볼 소켓 부착 부분의 존재 및/또는 전기 기계 유닛에 대한 유니버셜 샤프트 이외에도 설계의 단순화와 축이 회전하지 않는다는 사실로 인해 신뢰할만한 작동이 성취된다. 케이블에 의해 지면에 및/또는 서로에게 교대로 묶여 지는 원호형 트러스에 의한 부착 부분 및 동력이 작은 WPP에 대한 케이블 부착 부분은 WPP유닛 동력의 실질적인 증대 시에는 물론, 어떠한 풍속과 돌풍에서도 신뢰할만한 작동을 보장한다.

본 고안의 본질은 도 1이 WPP의 전체적인 도면과 평면도를 도시하는 첨부 도면에 의해 설명된다.

도 2는 중공-실린더 세그먼트의 형태로 된 4-블레이드 바람 픽업(four-blade wind pickups)의 횡단면도를 도시하며, 이들의 가장자리는 링크 및 센터와 외측 가장자리 사이의 브래킷에 힌지식으로 부착된 링크에 의해 이들의 표면에서 연결된다.

도 3은 센터와 외측 가장자리 사이의 브래킷에 힌지식으로 부착된 세그먼트 표면을 갖는, 중공-실린더 세그먼트의 형태로 된 4-블레이드 바람 픽업의 횡단면도를 도시한다.

도 4는 센터와 외측 가장자리 사이의 브래킷에 힌지식으로 부착된 세그먼트 표면을 갖는, 중공-실린더 세그먼트의 형태로 된 3-블레이드 바람 픽업의 횡단면도를 도시하며, 로드는 외측 가장자리에서 링크에 그리고 센터와 내측 가장자리 사이 에서 인접한 블레이드에 연결된다.

도 5는 브래킷에 힌지식으로 부착된 세그먼트 표면을 갖는, 중공-실린더 세그먼트의 형태로 된 3-블레이드 바람 픽업의 횡단면도를 도시하며, 로드는 외측 가장자리에서 링크에 그리고 센터와 인접한 블레이드의 내측 가장자리 사이에서 링크에 연결된다.

도 6은 링크에 의해 표면에서 연결된 세그먼트 가장자리를 갖는, 중공-실린더 세그먼트의 형태로 된 3-블레이드 바람 픽업의 횡단면도를 도시하며, 링크는 센터와 외측 가장자리 사이에서 브래킷에 힌지식으로 부착된다.

도 7은 풍속이 변할 때 블레이드 (바람 픽업)의 개방 및 폐쇄를 보장하는 웨이트를 갖는 L-형 레버-브래킷의 부착 부분을 도시적으로 도시한다.

풍력 플랜트(도 1)는 베어링(2)과 함께 고정된 축(1)을 구비한다(도 2). 브래킷(3)은 베어링에 부착된다. 링크(5)는 외측 가장자리와 센터 사이에서 브래킷(3)에 힌지식으로 부착된다(도 2 및 도 6). 링크는 이들의 표면에서 블레이드(4)의 내측 및 외측 가장자리를 연결한다. 블레이드(4)는 파이프(중공 실린더) 세그먼트의 형태로 만들어진다. 로드(6)의 한 단부는 블레이드(4)의 외측 가장자리와 링크(3)의 센터 사이에서 링크(5)에 힌지식으로 부착된다.

다른 로드의 단부는 표면에서 인접한 블레이드(4)에 힌지식으로 부착된다(도 2 및 도 6). L-형 레버-브레킷(7)은 브래킷(3)에 힌지식으로 부착된다(도 7). 레버-브래킷의 상부 단부는 내측 가장자리와 센터 사이에서 링크(5)의 하나에 힌지식 으로 부착된다. 웨이트(8)는 레버-브래킷(7)의 바닥 단부에 부착된다.

고정된 축(1)(도 1)의 상부 단부는 지지 포울(support poles) 또는 케이블(9)에 연결된다. 지지 포울 (또는 케이블)(9)은 수평 링크(10)에 의해 서로 연결되고, 그리고 링크(11)에 의해 지면 (또는 보강면)에 묶여 진다(도 1). 고정된 축(1)의 바닥 단부는 지면 또는 보강면에 단단히 부착된다.

구동 기어(12)는 바닥에서 하부 브래킷(3)에 단단히 부착되고, 고정된 축(1)은 구동 기어(12)의 내측에 위치된다. 구동 기어(12)는 직경이 보다 작은 피동 기어(13)에 결합된다. 피동 기어(13)는 유니버셜 샤프트 또는 볼 소켓(14)을 거쳐 전기 기계 장치(15)에 연결된다.

제2의 양호한 실시 예(도 3)에서, 블레이드(4)는 센터와 외측 가장자리 사이에서 그의 표면에서 브래킷(3)에 힌지식으로 부착된다. 로드(6)는 센터와 외측 가장자리 사이에서 블레이드(4)의 외측 및 내측 가장지리를 연결하는 링크(5)에 힌지식으로 부착된다. 로드(6)의 다른 단부는 센터와 외측 가장자리 사이에서 인접한 블레이드(4)에 힌지식으로 부착된다(도 3).

센터와 내측 가장자리 사이의 인접한 블레이드 및 블레이드(4)의 외측 가장자리에서(도 4), 그리고 센터와 내측 가장자리 사이의 인접한 블레이드의 링크(5)와 블레이드(4)의 외측 가장자리에서(도 5) 로드(6)를 부착하는 것이 가능하다.

고정된 축(1)의 부착, 레버-브레킷(7)의 부착, 및 전기 기계 유닛에 대한 연결은 제1 양호한 실시 예와 유사하다.

풍력 플랜트는 다음과 같이 작동한다. 바람의 흐름은 블레이드(4)에 부딪쳐 서, 블레이드(4), 브래킷(3), 및 구동 기어(12)가 고정된 축(1)을 중심으로 베어링(2)상에서 회전하게 한다. 구동 기어(12)의 회전은 피동 기어(13)와 유니버셜 샤프트 (또는 볼 소켓)(14)에 의해 전기 기계 유닛(15)에 전달된다. 풍속이 증대되면, 원심력으로 인해 웨이트(8)가 회전 축으로부터 멀리 이동하기 시작하며, 이것은 힌지 장착부를 중심으로 레버-브래킷(7)이 분기하는 결과를 초래한다. 레버-브래킷(7)은 링크(5)를 끌어당기며, 이것은 힌지 장착부를 중심으로 블레이드(4)를 변위시키는 결과를 초래한다. 허리케인 돌풍의 경우에, 블레이드(4)는 폐쇄되어 실린더의 형상을 취한다.

바람이 없을 경우, 웨이트(8)는 중력으로 인해 아래로 내려가며, 레버-브래킷(7)에 의해 블레이드(4)를 개방한다. 풍력 플랜트의 제2 양호한 실시 예의 작동 유사하다.

Claims (2)

1. 웨이트, 브래킷, 및 내측과 외측 가장자리를 갖는 블레이드를 구비하는 풍력 플랜트에 있어서,

   이들의 표면에서 각각의 블레이드의 내측 및 외측 가장자리가 링크에 의해 코드를 따라 연결되며, 각각의 링크는 센터와 외측 가장자리 사이에서 브래킷에 부착되고, 브래킷은 베어링에 부착되고, 베어링은 고정된 축상에 설치되고, 각각의 블레이드는 센터와 외측 가장자리 사이의 표면에서 로드에 의해 인접한 블레이드에 힌지식으로 연결되며, 여기서 로드의 한 단부는 센터와 외측 가장자리 사이의 표면에서 블레이드에 연결되고, 한편 로드의 다른 단부는 센터와 블레이드의 외측 가장자리 사이의 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 연결되고, 한 블레이드의 링크는 L-형 레버-브래킷에 힌지식으로 연결되고, 웨이트는 브래킷에 힌지식으로 부착된 레버-브레킷의 대향한 단부에 부착되고, 그리고 구동 기어는 브래킷에 단단히 부착되고, 여기서 고정된 축은 직경이 더욱 작은 피동 기어에 결합되는 기어의 내측에 위치되고, 바닥 부분에서 직경이 더욱 작은 피동 기어는 볼 소켓 및/또는 유니버셜 샤프트에 의해 전기 기계 유닛에 연결되고, 상부 부분에서 고정된 축은 케이블 또는 원호형 트러스에 의해 지면 또는 보강면에 부착되며, 중간 부분에서 트러스는 케이블에 의해 지면에 및/또는 서로에 대해 묶여 지도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 플랜트.
2. 웨이트, 브래킷, 및 내측과 외측 가장자리를 갖는 블레이드를 구비하는 풍력 플랜트에 있어서,

   두 개 또는 그 이상의 블레이드가 센터와 외측 가장자리 사이의 그들의 표면에서 브래킷에 힌지식으로 부착되고, 각각의 블레이드의 내측 및 외측 가장자리는 코드를 따라 링크에 의해 서로 연결되고, 각각의 블레이드의 링크는 로드에 의해 인접한 블레이드의 링크에 힌지식으로 부착되고, 여기서 로드의 한 단부가 외측 가장자리에서 링크에 힌지식으로 부착되는 한편 제2 단부가 링크의 센터와 블레이드의 내측 가장자리 사이의 인접한 블레이드에 또는 센터와 내측 가장자리 사이의 인접한 블레이드에 힌지식으로 부착되고, 한 블레이드의 링크는 L-형 레버-브래킷에 힌지식으로 연결되고, 웨이트는 브래킷(4)에 힌지식으로 부착되는 레버-브레킷의 대향한 단부에 부착되고, 그리고 구동 기어는 브래킷에 단단히 부착되며, 여기서 고정된 축은 직경이 더욱 작은 피동 기어에 결합되는 구동 기어의 내측에 위치되고, 바닥 부분에서 직경이 더욱 작은 피동 기어는 볼 소켓 및/또는 유니버셜 샤프트에 의해 전기 기계 유닛에 연결되고, 상부 부분에서 고정된 축은 케이블 또는 원호형 트러스에 의해 지면 또는 보강면에 부착되고, 그리고 중간 부분에서 트러스는 케이블에 의해 지면에 및/또는 서로에 대해 묶여 지도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 플랜트.

Images