KR20060037423A - 베어링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 베어링 구조에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 섬유 복합 구조의 형태를 지닌 몸체, 특정적으로 로터 블레이드를 제조하기 위해 하기 단계인

- 형태를 지닌 몸체의 외형을 형성하는 쉘을 제조하는 단계,

- 경화되는 복합재료에 의해 침액되고 설정된 길이의 섬유가닥으로부터 베어링 구조를 제조하는 단계, 및

- 베어링 구조를 쉘로 이송하는 단계

를 포함하는 방법에 관한 것이다.

그러므로 본 발명의 목적은 발열 반응이 한정되고, 기복의 위험성이 감소되는 전술한 방법을 개발하는 것이다.

로터 블레이드, 베어링 구조, 섬유, 조방사 망

Description

베어링 구조{Bearing structure}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 베어링 구조에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 섬유 복합 구조의 형태를 지닌 몸체(shaped body), 특정적으로 로터 블레이드를 제조하기 위해 하기 단계인

- 형태를 지닌 몸체의 외형을 형성하는 쉘(shell)을 제조하는 단계,

- 경화(hardening)되는 복합재료(composite material)에 의해 침액되고 설정된 길이의 섬유가닥(strands)으로부터 베어링 구조를 제조하는 단계, 및

- 베어링 구조를 쉘로 이송하는 단계

를 포함하는 방법에 관한 것이다.

더 나아가, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조된 로터 블레이드 및 상기 로터 블레이드를 갖는 풍력 발전설비에 관한 것이다.

상기 방법은 특정적으로 풍력발전 분야에서 오랫동안 잘 알려져 왔으며, 동일한 재료가 각각의 경우에 사용되므로 베어링 구조 및 로터 블레이드의 외형을 형성하는 쉘 사이에 신뢰할 수 있는 연결부를 갖는 로터 블레이드를 제조하는 것이 가능하다.

이러한 관점에서, 반쪽-쉘(half-shell) 부분, 예를 들면 유리섬유 및 에폭시 수지와 같은 섬유 복합 재료로부터 제조되고, 이들이 로터 블레이드의 외관(external shape)을 결정한다. 이러한 로터 블레이드는 충분히 50m 이상의 길이에 달하기 때문에 흡수되거나 분산되어야 하는 부하가 발생한다. 이는 로터 블레이드에 구비되는 베어링 구조에 의하여 이루어진다.

상기와 같이 공지된 베어링 구조는 소위 조방사 망(roving web)으로 이루어진다. 이는 탄소섬유 또는 바람직하게는 저렴한 비용 때문에 유리섬유와 같은 섬유 재료의 가닥(strands)을 포함한다. 상기 가닥은 부분적으로 베어링 구조 또는 로터 블레이드의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 확장한다. 상기 망(web)의 개수는 큰 블레이드 두께 및 블레이드 깊이에 의한 보다 큰 부하를 흡수 및 분산하기 위해 로터 블레이드 루트(root)에 근접하면서 증가한다.

충분한 부하-수용 능력을 달성하기 위해 적절한 개수의 조방사 망이 사용된다. 이는 미리 제조된 로터 블레이드 쉘에 놓여지기 전에 예컨대, 에폭시 수지와 같은 폴리머에 침액시킨다. 상기 침액 작업(impregnation operation)은 외부로부터 폴리머를 공급(feeding)하는 방법 또는 주입공정(injection process)에 의한 방법 모두에 의해 이루어질 수 있다. 상기 침액된 조방사 망은 의도된 위치에서 로터 블레이드 쉘에 놓여진다. 상기 로터 블레이드가 동일한 재료로 제조되기 때문에 쉘과 조방사 망 사이가 우수한 연결부가 된다.

이러한 조방사 망이 쉘에 "젖은(wet)" 상태로 놓여지기 때문에, 상기 젖은 망(web)이 굽힘에 대해 견고하지 않기 때문에 변형이 용이하게 발생할 수 있다. 전술한 변형은 또한 "기복(undulation)"으로 지칭되고, 경화 후 상기 위치에서 스프링 효과를 나타낸다. 이는 베어링 구조 또는 로터 블레이드의 경도(stiffness)에 영향을 미친다.

추가로, 폴리머의 경화는 발열 과정이므로 대응되는 열은 외부로 배출된다. 다수의 조방사 망을 포함하는 베어링 구조의 경우, 이에 대응되는 많은 양의 에폭시 수지가 적절한 연결부를 제조하기 위해 요구된다. 상기 발열 반응은 상응하도록 강렬하고, 배출되는 열량은 상응되는 만큼 크다.

일반적으로 종래 기술은 DE 44 23 115 A1 및 DE-AS 1 264 266에 개시되어 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 발열 반응이 한정되고, 기복의 위험성이 감소되는 본 발명의 명세서의 도입부에서 언급된 방법을 개발하는 것이다.

본 발명에 따르면, 그 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 베어링 구조 및 특허청구범위 제3항의 특징을 갖는 형태를 지닌 몸체의 제조를 위한 방법에 의해 달성된다. 바람직한 양태는 종속항에 기재되어 있다.

본 발명에 따르면, 미리 제조된(prefabricated) 굽힘에 대한 경도를 지닌 구성요소(flexurally stiff components)가 베어링 구조로 일체화시키는 것을 제공한다. 본 발명은 비록 탄소섬유 또는 유리섬유 망 및 폴리머와 같은 섬유 복합물로 구성되고, 이미 경화는 젖은 상태로 처리하고자 하는 재료에 대한 작업량의 감소를 허용하고, 이에 따라 발열 반응이 감소된다는 점에 착안한 것이다. 추가로, 상기 미리 제조된 구성요소는 상기 젖은 구성부를 경화시키고, 원치 않는 섬유가닥의 변형이라 지칭되는 기복을 방지하는데 기여한다.

이러한 미리 제조된 구성요소는 또한 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 관점에서, 미리 제조된 구성요소를 사용하는 다른 장점은 그것들이 독립적으로 제조될 수 있고, 품질 제어를 할 수 있다는 것이다.

이러한 구성요소의 보장된 품질 및 낮은 수준의 발열은 베어링 구조의 품질을 전체적으로 향상시킬 수 있다.

특정적으로 바람직하게 이러한 미리 제조된 구성요소는 구축되는 베어링 구조의 길이에 실질적으로 대응하는 길이를 갖는다. 이리하여 역시 연속적인 힘의 흐름을 허용하는 연속적인 구조를 실현시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태는 종속항에 개시되어 있다.

본 발명을 하기 도면에 나타낸 구체적인 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 로터 블레이드의 횡단면을 간략화한 도를 나타내고,

도 2는 로터 블레이드 쉘의 간략화한 내부도를 나타내고,

도 3은 종래의 베어링 구조의 간략화한 도를 나타내고,

도 4는 본 발명에 따른 베어링 구조의 간략화한 도를 나타내고,

도 5는 본 발명에 따른 미리 제조된 구성요소의 단면을 확대한 도를 나타내고,

도 6은 본 발명에 따른 베어링 구조의 다른 양태를 나타낸다.

횡단면을 간략화한 형태를 나타내는 도 1에 언급한 것은 풍력 발전설비를 위한 로터 블레이드(10)이다. 상기 로터 블레이드는 상부 쉘(11) 및 하부 쉘(12)을 포함한다. 로터 블레이드(10)에 작용하는 부하를 흡수 및 분산하는 베어링 구조(14, 16)가 상부 쉘(11) 및 하부 쉘(12)에 구비된다.

도 2는 상기 쉘(11, 12)의 간략화한 내부도이다. 상기 쉘(11, 12)의 전체 길이 및 그것으로부터 제조된 로터 블레이드의 전체 길이로 확장되는 베어링 구조(14, 16)가 쉘(11, 12)의 설정된 위치에 구비된다.

도 3은 종래의 베어링 구조(14, 16)의 구성의 간략화한 형태를 나타낸다. 상기 베어링 구조는 에폭시 수지(22)에 의하여 둘러싸인 조방사 망(roving web)이라 지칭되는 섬유 묶음(bundle)(20)으로 이루어진다. 상기 섬유 재료는 탄소섬유, 유리섬유 또는 다른 적절한 섬유일 수 있다. 상기 도에 도시된 조방사 망(20)의 원형 묶음은 오직 이해를 돕기 위한 목적으로 제공되는 것이다. 실제로는 상기 묶음은 임의의 형상으로 형성될 수 있다.

전술한 젖은 망(20) 배열 및 에폭시 수지(22)는 특히 길이가 상당할 경우 항상 소위 기복이라 지칭되는 변형 위험에 노출된다는 것을 상기 도로부터 용이하게 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 베어링 구조(14, 16)의 한 양태를 나타낸다. 이러한 베어링 구조(14, 16)는 또한 에폭시 수지(22)에 묻힌 조방사 망(20)을 갖는다. 여기서, 본 발명에 따른 베어링 구조(14, 16)로 삽입된 미리 제조된 구성요소를 명확하게 볼 수 있다. 이는 전체 길이에 걸쳐 확장되고 조방사 망(20)을 지지하는 층(layer)을 형성할 수 있다.

상기 미리 제조된 구성요소(24)는 이미 그 최종 굽힘 경도(flexural stiffness)를 나타내기 때문에, 이는 조방사 망(20)의 변형을 방지하는 지지 구조(support structure)를 형성한다. 따라서 그것과 함께 구축된 베어링 구조(14, 16)는 높은 품질을 갖는다.

도 5는 미리 제조된 구성요소(24)의 일례를 확대한 단면을 나타낸다. 상기 도에 도시된 바와 같이, 미리 제조된 구성요소(24)는 조방사 망(20) 및 에폭시 수지(22)로 제조될 수 있다. 다만 이는 베어링 구조(14, 16)로 조립되는 순간 이미 경화가 종료된 상태이지만, 재료의 선택에 의해 본 발명에 따른 베어링 구조(14, 16)에서 긴밀한 연결부를 만들어 만족스러운 힘의 흐름을 가능하게 할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 베어링 구조(14, 16)의 두 번째 양태를 나타낸다. 이 경우, 상기 미리 제조된 구성요소(24)들 사이의 조방사 망(20) 배열은 상기 도에서는 간략화를 위한 목적으로 도시되지 않았다. 상기 미리 제조된 구성요소(24)는 상호간 개별적인 컬럼으로 배열되지 않고 각각에 대해 행 이동되도록 배열된다.

이러한 배열은 본 발명에 따른 베어링 구조(14, 16)가 보다 향상된 강도를 갖도록 한다.

본 발명에 따른 로터 블레이드는 상기 미리 제조된 구성요소의 사용에 의해 상당히 향상된 안정성을 갖는다. 이 경우, 기존 로터 블레이드의 경우보다 현저히 높은 장력(tensile force)을 흡수할 수 있다.

본 발명에 따른 구성은 형태를 지닌 몸체의 가능한 선택으로서 로터 블레이드에 의하여 상술한 바와 같이 설명된다. 로터 블레이드 대신 본 발명은 바람직하게 높은 수준의 강도, 높은 동적 부하-수용 용량이 요구되는 비행기의 날개, 선박 및 다른 형태를 지닌 몸체에 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 경화되는 복합 재료, 바람직하게는 그것에 침액된 상태인 미리 설정된 길이의 섬유가닥을 포함하는 베어링 구조에 있어서,

   상기 베어링 구조가 섬유 구조(14, 16)로 일체화시키고 미리 제조된 굽힘에 대한 경도를 지닌 구성요소(24)를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 구조.
2. 섬유 복합 구조의 형태를 지닌 몸체, 특정적으로 로터 블레이드의 제조에서, 부하-수용 부분으로서 제1항에 따른 베어링 구조의 용도.
3. - 형태를 지닌 몸체의 외형을 형성하는 쉘을 제조하는 단계,

   - 경화되는 복합재료에 의해 침액되고 설정된 길이의 섬유가닥으로부터 베어링 구조를 제조하는 단계, 및

   - 베어링 구조를 쉘로 이송하는 단계로 이루어진 방법에 있어서,

   미리 제조된 굽힘에 대한 경도를 지닌 구성요소(24)가 베이링 구조(14, 16)로 일체화시키는 것을 특징으로 하는 섬유 복합 구조의 형태를 지닌 몸체, 특정적으로 로터 블레이드의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 미리 제조된 구성요소(24)가 섬유 복합 재료로부터 제조된 것을 특징으 로 하는 방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 미리 설정된 길이의 미리 제조된 구성요소(24)가 사용되고, 상기 길이가 바람직하게는 형태를 지닌 몸체의 구성요소의 설치 위치에 의존하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   미리 제조된 구성요소(24)가 부하에 따라 쉘(11, 12)에서 확장하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 로터 블레이드가 섬유 복합 구조이고, 로터 블레이드의 외형을 형성하는 쉘을 갖고, 그 내부에 미리 제조된 굽힘에 대한 경도를 지닌 구성요소를 포함하는 베어링 구조가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전설비의 로터 블레이드.
8. 제 7항에 따른 로터 블레이드를 포함하는 풍력 발전설비.

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