KR20100039752A - 로터 블레이드 조립체 - Google Patents

로터 블레이드 조립체 Download PDF

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KR20100039752A KR1020080098835A KR20080098835A KR20100039752A KR 20100039752 A KR20100039752 A KR 20100039752A KR 1020080098835 A KR1020080098835 A KR 1020080098835A KR 20080098835 A KR20080098835 A KR 20080098835A KR 20100039752 A KR20100039752 A KR 20100039752A
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이봉왕
유영목
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

로터 블레이드 조립체가 개시된다. 수평축 풍력발전 설비를 위한 로터 블레이드 조립체로서, 허브(bub); 및 상기 허브에 고정 설치되되, 오목한 압력면(pressure side) 및 볼록한 흡입면(suction pressure)을 구비한 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드 각각은, 상기 블레이드의 흡입면 중 일부분이 전방측으로 노출되되, 상기 전방측으로 노출된 흡입면은 상기 블레이드의 루트(root) 측으로부터 외측 방향으로 갈수록 좁아지고, 상기 블레이드의 압력면 중 일부분이 전방측으로 노출되되, 상기 노출된 흡입면이 외측 방향으로 갈수록 좁아짐에 따라, 상기 전방측으로 노출된 압력면이 점점 넓어지는 로터 블레이드 조립체는 블레이드로 불어오는 바람의 일부를 블레이드의 압력면(pressure side)을 따라 블레이드 루트(blade root)측으로 이동시킴으로써 블레이드의 회전력을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 블레이드를 흘러지나가는 바람의 일부를 이용하여 회전력을 향상시킴으로서 블레이드로 흘러들어오는 바람의 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
로터 블레이드, 허브, 압력면, 흡입면

Description

로터 블레이드 조립체{rotor blade assembly}
본 발명은 로터 블레이드 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 블레이드로 불어오는 바람을 최대한 활용하여 블레이드의 회전력을 향상시킨 로터 블레이드 조립체에 관한 것이다.
최근 들어 지구온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력발전은 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 해당 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 풍력발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수직인 수직축방식과 회전축이 바람의 방향에 대해 수평인 수평축방식으로 구분한다. 이 때, 수직축방식은 작은 전력을 생산하기 위한 소형급 풍력발전기에서 주로 사용되고, 수평축방식은 큰 전력을 생산하기 위한 중형급에서 대형급 풍력발전기에서 주로 사용된다.
도 1은 종래의 수평축 풍력발전기의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 수평축 풍력발전기(1)는 지지면(미도시) 상에 설치되는 타워(5), 상기 타워(5)의 단부에 고정설치되는 나셀(4), 샤프트(미도시)에 의해 상기 나셀(4)과 결합되는 허브(2), 및 상기 허브(2)의 측면에 고정설치되는 블레이드(3)를 포함하도록 구성된다.
이 때, 상기 블레이드(3)는 익형(翼型)의 단면을 갖도록 형성된다. 그리고 상기 블레이드(3)는 상기 풍력발전기(1)의 전방측으로부터 불어오는 바람에 대해 일정한 받음각(angle of attack)을 갖도록 상기 허브(2)에 설치된다.
이와 같이 구성된 상기 풍력발전기(1)가 전력을 생산하는 과정을 살펴보면, 상기 풍력발전기(1)의 전방측으로부터 불어오는 바람은 상기 블레이드(3)의 표면을 스쳐지나면서 양력을 발생시킨다. 이렇게 발생된 양력은 상기 블레이드(3) 및 상기 블레이드(3)가 고정설치되는 상기 허브(2)를 회전시킨다. 이 때, 상기 블레이드(3)에 의해 발생된 회전력은 상기 허브(2)와 연결된 나셀(4)로 전달되어 전기에너지로 변환된다.
이와 같이 상기 풍력발전기(1)가 전력을 생산하는 과정에서 상기 블레이드(3)로 불어오는 바람은 단순히 상기 블레이드(3)의 전연(leading edge)측으로부터 후연(trailing edge)측으로 흘러가게 되고, 이로 인해 상기 블레이드(3)로 불어오는 바람을 효과적으로 충분히 사용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 블레이드로 불어오는 바람의 일부를 단순히 흘려보내지 않고 이용함으로써 블레이드로 불어오는 바람을 효과적으로 사용할 수 있는 로터 블레이드 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 수평축 풍력발전 설비를 위한 로터 블레이드 조립체로서, 허브(bub); 및 상기 허브에 고정 설치되되, 오목한 압력면(pressure side) 및 볼록한 흡입면(suction pressure)을 구비한 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드 각각은, 상기 블레이드의 흡입면 중 일부분이 전방측으로 노출되되, 상기 전방측으로 노출된 흡입면은 상기 블레이드의 루트(root) 측으로부터 외측 방향으로 갈수록 좁아지고, 상기 블레이드의 압력면 중 일부분이 전방측으로 노출되되, 상기 노출된 흡입면이 외측 방향으로 갈수록 좁아짐에 따라, 상기 전방측으로 노출된 압력면이 점점 넓어지는, 로터 블레이드 조립체가 제공된다.
이때, 상기 블레이드의 루트에서 상기 블레이드의 흡입면 만이 전방측으로 노출될 수 있다.
한편, 상기 블레이드의 루트와 팁 사이 위치에서, 상기 블레이드의 외측 방향으로 갈수록 좁아지는 상기 전방으로 노출되는 흡입면이 없어질 수 있다.
한편, 상기 전방으로 노출되는 흡입면이 없어지는 위치에서 상기 전방으로 노출되는 압력면이 최대가 될 수 있다.
한편, 상기 전방으로 노출되는 압력면은 상기 전방으로 노출되는 압력면이 최대가 되는 위치로부터 상기 블레이드의 팁 방향으로 갈수록 좁아질 수 있다.
한편, 상기 블레이드의 후연(trailing edge)이 상기 블레이드의 회전축과 수직할 수 있다.
한편, 상기 블레이드는 네 개로 이루어지며, 서로 90도를 이룰 수 있다.
한편, 상기 블레이드는 상기 블레이드 루트(blade root)의 일부분만이 상기 허브의 측면에 설치될 수 있다.
한편, 상기 허브의 측면에는 상기 블레이드 루트의 압력면에 접하는 개구가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 블레이드로 불어오는 바람의 일부를 블레이드의 압력면(pressure side)을 따라 블레이드 루트(blade root)측으로 이동시킴으로써 블레이드의 회전력을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 블레이드를 흘러지나가는 바람의 일부를 이용하여 회전력을 향상시킴으로서 블레이드로 불어오는 바람의 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 정면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기 앞서 본 발명의 일 실시예에서는 상기 로터 블레이드 조립체(10)의 전방측으로부터 바람(W)이 불고, 이로 인해 상기 로터 블레이드 조립체(10)가 화살표 방향으로 회전하는 것으로 가정한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체(10)는 허브(20) 및 상기 허브(20)에 고정설치되는 블레이드(30)를 포함하도록 구성된다.
상기 허브(20)는 후술하는 블레이드(30)를 지지하기 위한 구조로서, 제너레이터 등으로 이루어진 나셀(미도시)과 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 허브(20)의 측면에 블레이드(30)가 설치된다. 이 때, 상기 블레이드(30)는 네 개로 이루어지며, 각각 90도를 이루면 상기 허브(20)의 측면에 설치된다.
다만, 이와 같이 허브에 설치되는 블레이드의 개수 및 각각의 블레이드가 이루는 각도에 대한 설명은 예시에 불과하며 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
도 4 내지 도 6은 각각 도 3의 DD'단면도, EE'단면도, 및 FF'단면도로서 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체(10)의 블레이드(30) 형상을 구체화하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 블레이드(30)는 오목한 압력면(pressure side)(34) 및 볼록한 흡입면(suction side)(32)을 구비하도록 형성된다.
이 때, 상기 압력면(34)은 상기 블레이드(30)의 전연(leading edge)(36)으로 불어오는 바람 즉, 상기 로터 블레이드 조립체(10)의 전방측으로부터 불어오는 바람(W)이 상대적으로 느리게 지나감으로써 압력이 높아지는 면이고, 상기 흡입면(32)은 상기 전연(36)으로 불어오는 바람(W)이 상대적으로 빨리 지나감으로써 압력이 낮아지는 면을 말한다. 이와 같이 형성된 상기 블레이드(30)에는 상기 압력면(34) 측으로부터 상기 흡입면(32) 측으로 향하는 양력이 발생하고, 이러한 양력이 상기 블레이드(30)를 회전시킨다.
한편, 상기 블레이드(30)는 전방측으로부터 불어오는 바람(W)의 일부가 상기 블레이드(30)의 전연(36)으로부터 후연(38)으로 바로 통과하지 않고 상기 압력면(34)을 따라 블레이드 루트(A) 측으로 이동가능하도록 형성된다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 블레이드(30)는 상기 압력면(34)이 오목하게 형성되어 있을 뿐만 아니라 상기 압력면(34) 중 일부가 전방측으로 노출되도록 형성된다. 여기서 "전방측으로 노출된 압력면"의 의미는 상기 로터 블레이드 조립체(10)의 전방측으로부터 불어오는 바람이 "원래의 방향을 유지한 상태로 직접 부딪히는 압력면"을 의미한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체(10)에서전방측으로 노출된 압력면(34)을 빗금으로 표시하였고, 상기 전방측으로 노출된 압력면(34)에 상기 로터 블레이드 조립체(10)의 전방측으로부터 불어오는 바람이 직접 부딪히게 된다.
이 때, 상기 전방으로 노출된 압력면(34)은 블레이드 루트(A)측으로부터 외 측방향으로 갈수록 점점 넓어지도록 형성된다. 이와 같이 형성됨으로써, 상기 블레이드(30)의 루트(A)측으로부터 외측 방향으로 갈수록 상기 로터 블레이드 조립체(10)의 전방측으로부터 불어오는 바람(W)의 일부로서 상기 전방측으로 노출된 압력면(34)에 직접 부딪혀 블레이드 루트(A)측으로 이동하는 바람(이하, "일부 바람(W1)"이라고 한다.)의 양도 증가하게 된다.
이와 같이 상기 전방으로 노출된 압력면(34)에 직접 부딪히는 일부 바람(W1)의 양이 증가하는 경향은 각각 상기 블레이드(30)의 루트(root)에서 상대적으로 가깝고, 먼 단면을 나타내는 도 4 및 도 5를 참조하면 보다 분명하게 알 수 있다.
이와 더불어 상기 블레이드(30)는 상기 흡입면(32) 중 일부분이 전방측으로 노출되도록 형성된다. 이 때, 상기 전방측으로 노출된 흡입면(32)은 상기 전방측으로 노출된 압력면(34)이 넓어짐에 따라 점점 좁아지도록 형성된다. 이를 다른 측면에서 살펴보면 상기 전방측으로 노출된 흡입면(32)은 블레이드 팁(C)측으로부터 블레이드 루트(A) 측으로 갈수록 점점 넓어지도록 형성된다.
이와 같이 형성됨으로써, 상기 압력면(34)을 따라 블레이드 루트(A)측으로 이동하는 일부 바람(W1)이 블레이드 루트(A) 측에 가까워 질수록 상기 전방측으로 노출된 흡입면(32) 및 전방측으로 노출되지 않은 압력면(34)에 의해 효과적으로 둘러싸이게 되고, 상기 일부 바람(W1)이 이동 과정에서 상기 압력면(34)으로부터 이탈되는 것이 효과적으로 방지된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 블레이드(30)는 블레이드 루트(A)와 블레이드 팁(C)사이의 소정의 위치(B)에서 상기 흡입면(32)이 사라지도록 형성된다. 이 때, 상기 블레이드(30)는 상기 소정의 위치(B)로부터 블레이드 팁(C) 측으로 갈수록 좁아지도록 형성된다.
이와 같이 형성됨으로써, 상기 블레이드(30)의 소정의 위치(B)에서는 전방으로 노출되는 압력면(34)의 크기가 최대가 되고, 가장 많은 양의 일부 바람(W1)이 상기 전방으로 노출되는 압력면(34)과 직접 부딪혀 블레이드 루트(A)측으로 이동할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체(10)가 일부 바람(W1)을 이용하여 회전하는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 상기 로터 블레이드 조립체(10)의 전방측으로부터 바람(W)이 불 때, 상기 로터 블레이드조립체(10)는 화살표 방향으로 회전하게 된다.
이 때, 상기 전방측으로부터 불어오는 바람(W)의 대부분은 상기 블레이드(30)의 압력면(34)과 흡입면(32)을 스치고 곧장 후방으로 빠져나가면서 상기 블레이드(30)에 양력을 발생시키고, 이러한 양력에 의해 상기 로터 블레이드 조립체(10)가 회전하게 된다.
한편, 상기 전방측으로부터 불어오는 바람(W) 중 일부 바람(W1)은 전방으로 노출된 압력면(34)에 부딪힌 후 상기 압력면(34)을 따라 블레이드 루트(blade root)측으로 이동한다.
이와 같이 상기 압력면(34)을 따라 이동하는 일부 바람(W1)은 상기 압력면(34)을 기준으로 볼 때 상기 압력면(34)으로 공급되는 공기와 같은 역할을 하게 되고, 이로 인해, 상기 압력면(34)의 압력은 상기 일부 바람(W1)이 이동하지 않을 때보다 더욱 증가하게 된다.
특히, 상기 일부 바람(W1)은 블레이드 루트 측으로 갈수록 모여서 쌓이게 된다. 이로 인해, 상기 압력면(34)이 블레이드 루트 측에 가까울수록 증가하는 압력이 더욱 커지게 된다.
따라서, 상기 블레이드(30)의 압력면(34)과 흡입면(32)의 압력차가 증가하게 되고, 상기 블레이드(30)에 발생되는 양력이 증가함으로써 상기 로터 블레이드 조립체(10)는 전방측으로부터 불어오는 바람(W)의 일부 바람(W1)을 이용하여 보다 효과적으로 회전할 수 있다.
한편, 상기 일부 바람(W1)은 상기 블레이드(30)의 팁(tip) 부분에서 상기 블레이드(30)의 후연(38)을 지나 후방측으로 흘러간다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 허브에 대한 변형례를 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 상기 허브(21)의 측면에는 상기 블레이드(30)의 압력면(34)에 접하는 개구(23)가 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 개구(23)는 상기 압력면(34)을 따라 이동하는 일부 바람(W1)이 빠져나갈 수 있는 통로를 형성한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 허브에 대한 또 다른 변형례를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 상기 허브(22)는 상기 블레이드(30)의 루트 일부분과 접하도록 형성될 수 있다. 이 때, 상기 블레이드(30) 루트의 일부분만이 상기 허브(22)의 측면에 설치된다. 이 때, 허브(22)는 앞서 설명한 실시예에 설명된 허브(20)와 비교할 때 전방측으로 돌출된 길이가 짧도록 형성됨으 로서 블레이드 루트의 후방측만이 허브의 측면과 결합되도록 형성된다.
이와 같이 형성된 로터 블레이드 조립체는 상기 허브(22) 측으로 상기 블레이드(30)의 압력면(34)를 따라 이동하는 일부 바람(W1)이 빠져나갈 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체(10)에서 상기 블레이드(30)의 압력면(34)을 밀어줄 수 있는 방향으로 불어오는 바람이 존재한다면, 이러한 바람은 상기 압력면(34)을 직접 밀어 줌으로써, 상기 로터 블레이드 조립체(10)를 효과적으로 회전시키는데 기여할 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 종래의 풍력발전기의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 정면도이고,
도 4는 도 3의 DD'단면도이고,
도 5는 도 3의 EE'단면도이고,
도 6은 도 3의 FF'단면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 작동을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 허브에 대한 변형례를 나타내는 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 조립체의 허브에 대한 다른 변형례를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 로터 블레이드 조립체 20 : 허브
23 : 개구 30 : 블레이드
32 : 흡입면 34 : 압력면
36 : 전연 38 : 후연

Claims (9)

  1. 수평축 풍력발전 설비를 위한 로터 블레이드 조립체로서,
    허브(bub); 및
    상기 허브에 고정 설치되되, 오목한 압력면(pressure side) 및 볼록한 흡입면(suction pressure)을 구비한 복수의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드 각각은,
    상기 블레이드의 흡입면 중 일부분이 전방측으로 노출되되, 상기 전방측으로 노출된 흡입면은 상기 블레이드의 루트(root) 측으로부터 외측 방향으로 갈수록 좁아지고,
    상기 블레이드의 압력면 중 일부분이 전방측으로 노출되되, 상기 노출된 흡입면이 외측 방향으로 갈수록 좁아짐에 따라, 상기 전방측으로 노출된 압력면이 점점 넓어지는, 로터 블레이드 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 루트에서 상기 블레이드의 흡입면 만이 전방측으로 노출되는, 로터 블레이드 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 루트와 팁 사이 위치에서, 상기 블레이드의 외측 방향으로 갈수록 좁아지는 상기 전방으로 노출되는 흡입면이 없어지는, 로터 블레이드 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전방으로 노출되는 흡입면이 없어지는 위치에서 상기 전방으로 노출되는 압력면이 최대가 되는, 로터 블레이드 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전방으로 노출되는 압력면은 상기 전방으로 노출되는 압력면이 최대가 되는 위치로부터 상기 블레이드의 팁 방향으로 갈수록 좁아지는, 로터 블레이드 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 후연(trailing edge)이 상기 블레이드의 회전축과 수직한, 로터 블레이드 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는 네 개로 이루어지며, 서로 90도를 이루는, 로터 블레이드 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는 상기 블레이드 루트(blade root)의 일부분만이 상기 허브의 측면에 설치되는, 로터 블레이드 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 허브의 측면에는 상기 블레이드 루트의 압력면에 접하는 개구가 형성되는, 로터 블레이드 조립체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108698678A (zh) * 2016-03-01 2018-10-23 株式会社铃诗苑 横轴旋翼以及具备横轴旋翼的舟艇
KR102220371B1 (ko) * 2019-11-01 2021-02-25 윤차현 양력과 항력을 동시에 높은 효율로 발생시키는 로터

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CN108698678A (zh) * 2016-03-01 2018-10-23 株式会社铃诗苑 横轴旋翼以及具备横轴旋翼的舟艇
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