KR20110027064A - 풍력 발전기용 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것으로써, 특히 낙뢰로 파손된 블레이드의 팁(Tip) 부위에 대한 수리가 용이하며, 낙뢰로부터 블레이드 전체가 손상됨을 방지할 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 끝단 일부가 제거된 상태로 형성되는 블레이드 몸체부; 상기 블레이드 몸체부의 끝단에 결합 고정되면서 상기 블레이드 몸체부의 팁 부위를 형성하며, 상기 블레이드 몸체부와의 대향면에는 장착홈이 요입 형성됨과 더불어 외측면 중 어느 한 부위에는 상기 장착홈과 연통되도록 관통공이 형성된 분리형 팁; 상기 분리형 팁의 장착홈 내에 요입 설치되면서 낙뢰 전류를 유도하기 위한 낙뢰 인하도선이 상기 블레이드 몸체부에 연결되도록 설치되며, 상기 분리형 팁의 관통공과 대응되는 부위에는 설치홈이 요입 형성된 낙뢰 플레이트; 상기 분리형 팁의 관통공을 통해 상기 낙뢰 플레이트의 설치홈에 요입 결합되는 낙뢰 수용기; 그리고, 상기 블레이드 몸체부와 상기 분리형 팁 간을 결합하는 결합부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공된다.

풍력 발전기용 블레이드, 분리형 팁, 접착제, 가이드 리브, 가이드 핀

Description

풍력 발전기용 블레이드{blade for wind generator}

본 발명은 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것으로써, 특히 낙뢰로 파손된 블레이드의 팁(Tip) 부위에 대한 수리가 용이하며, 낙뢰로부터 블레이드 전체가 손상됨을 방지할 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기라 함은 바람 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기로써, 대형 블레이드를 이용하여 에너지를 전환할 수 있도록 구성된다.

이때, 상기한 블레이드는 바람 에너지를 회전력으로 전환하여 발전기를 구동하는 역할을 한다.

전술한 바와 같은 블레이드는 상부셀(shell)과 하부셀을 서로 맞대어 접합함으로써 일체형으로 제조된다.

특히, 상기한 블레이드의 팁(tip) 부위에는 낙뢰로부터 상기 블레이드를 보호하기 위한 낙뢰 보호시스템(Lightning Protection system)이 제공되며, 상기한 낙뢰 보호시스템은 상기 블레이드의 각 셀을 서로 맞대어 접합하기 전에 팁 부위에 고정되며, 이후 일체형 블레이드가 완성되면 해당 부위에 낙뢰 수용기(lightning receptor)의 설치를 위한 설치 구멍을 가공한 다음 상기 낙뢰 수용기를 결합하게 된다.

이때, 상기 낙뢰 수용기는 블레이드가 낙뢰에 맞을 경우 상기 낙뢰를 끌어 들이고, 상기 낙뢰 보호시스템을 이루는 낙뢰 인하도선을 통해 상기 낙뢰 전류를 허브, 너셀, 타워를 순차적으로 거쳐 지표면으로 흘려보냄으로써 상기 블레이드가 낙뢰로부터 보호될 수 있도록 하게 된다.

그러나, 전술한 구조의 종래 블레이드는 낙뢰로 인해 손상되는 부위가 넓다는 문제점을 가진다.

즉, 종래의 블레이드는 일체형으로 형성되기 때문에 낙뢰에 맞을 경우 블레이드의 전체 부위로 확산되면서 상기 블레이드를 손상시키는 문제점을 발생시킨 것이다.

특히, 낙뢰로 인한 블레이드의 손상시 상기 블레이드의 손상 영역을 확인하여야만 해당 부위에 대한 수리가 이루어지게 되지만 상기한 손상 영역의 확인 작업이 오래 소요됨과 더불어 그 작업은 고공작업(지상으로부터 40M 이상)이기 때문에 수리 기간이 길게 이루어지면서 수리 비용 역시 많이 소요된다는 문제점을 가진다.

뿐만 아니라, 손상 영역이 클 경우에는 블레이드 전체를 교체하여야만 하기 때문에 수리 비용이 더욱 커질 수밖에 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 낙뢰로 파손된 블레이드의 팁(Tip) 부위에 대한 수리가 용이하며, 낙뢰로부터 블레이드 전체가 손상됨을 방지할 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력 발전기용 블레이드를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전기용 블레이드에 따르면 끝단 일부가 제거된 상태로 형성되는 블레이드 몸체부; 상기 블레이드 몸체부의 끝단에 결합 고정되면서 상기 블레이드 몸체부의 팁 부위를 형성하며, 상기 블레이드 몸체부와의 대향면에는 장착홈이 요입 형성됨과 더불어 외측면 중 어느 한 부위에는 상기 장착홈과 연통되도록 관통공이 형성된 분리형 팁; 상기 분리형 팁의 장착홈 내에 요입 설치되면서 낙뢰 전류를 유도하기 위한 낙뢰 인하도선이 상기 블레이드 몸체부에 연결되도록 설치되며, 상기 분리형 팁의 관통공과 대응되는 부위에는 설치홈이 요입 형성된 낙뢰 플레이트; 상기 분리형 팁의 관통공을 통해 상기 낙뢰 플레이트의 설치홈에 요입 결합되는 낙뢰 수용기; 그리고, 상기 블레이드 몸체부와 상기 분리형 팁 간을 결합하는 결합부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 결합부는 상기 블레이드 몸체부와 분리형 팁 간의 대향면 중 어느 한 면에 매입 설치되는 가이드 리브 및 다른 한 면에 돌출 형성되면서 상기 가이드 리브를 관통하여 결합 고정되는 가이드 핀을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 리브는 상기 블레이드 몸체부 혹은, 분리형 팁의 길이 방향을 따라 복수로 제공되면서 서로 이격 설치되고, 상기 가이드 핀은 상기 각 가이드 리브를 순차적으로 관통하면서 결합 고정될 수 있을 정도의 길이를 갖도록 돌출 형성됨을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 가이드 리브는 링 형상으로 형성되고, 상기 가이드 핀은 상기 가이드 리브의 위치와 대응되는 부위를 따라 복수로 제공됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 리브는 비금속 재질로 형성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명의 풍력 발전기용 블레이드는 낙뢰의 영향을 가장 많이 받는 팁 부분을 분리형으로 구성함으로써 낙뢰를 맞더라도 상기 팁 부분만의 제거 및 교체를 통해 간단히 보수될 수 있게 된 효과를 가진다.

즉, 블레이드를 블레이드 몸체부와 분리형 팁으로 분할 형성하고, 서로 간은 접착제로 부착 고정함으로써, 간단한 유지 보수를 위한 작업이 가능하게 됨과 더불어 낙뢰로 인한 블레이드의 손상 범위가 최소화되어 유지보수를 위한 비용의 저감을 이룰 수 있게 된 것이다.

특히, 상기 블레이드 몸체부와 분리형 팁에는 서로 대응되는 복수의 가이드 핀 및 가이드 리브를 각각 구비함으로써 상기 분리형 팁이 블레이드 몸체부에 안정적으로 결합된 상태가 유지될 수 있게 된 효과를 추가적으로 가진다.

이하, 본 발명의 풍력 발전기용 블레이드에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1과 같이 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(10)는 크게 블레이드 몸체부(100)와, 분리형 팁(200)과, 낙뢰 플레이트(300)와, 낙뢰 수용기(400) 및 결합부를 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 블레이드 몸체부(100)는 블레이드(10)의 몸체를 이루는 부위이다.

본 발명의 실시예에서는 상기한 블레이드 몸체부(100)가 끝단의 일부가 제거된 상태로 형성됨을 제시한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 몸체부(100)는 통상의 블레이드(10)를 이루는 각 부위 중 팁(tip) 부위를 이루는 부분만 제거된 상태로 형성되는 것이다.

이때, 상기 블레이드(10)의 팁 부위라 함은 상기 블레이드(10)가 허브(20)와 결합되는 루트 부위(11)와는 반대측 끝단을 의미한다.

다음으로, 상기 분리형 팁(200)은 블레이드(10)의 팁 부위를 형성하는 일련의 구성으로써, 상기 블레이드 몸체부(100)의 끝단에 고정되며, 상기한 고정 방법은 통상의 접착제를 이용한 부착 방법으로 이루어진다.

이때, 상기한 분리형 팁(200)의 각 부위 중 상기 블레이드 몸체부(100)와의 대향면에는 장착 공간을 가지는 장착홈(210)이 요입 형성되며, 상기 분리형 팁(200)의 외측면 중 어느 한 부위에는 상기 장착홈(210)의 내부 공간과 연통되는 관통공(220)이 형성된다.

다음으로, 상기 낙뢰 플레이트(lightning plate)(300)는 낙뢰 수용기(400)의 고정 설치를 위한 일련의 구성임과 더불어 상기 낙뢰 수용기(400)를 통해 유도된 낙뢰 전류를 허브(Hub)(20)와 너셀(Nacelle)(30) 및 타워(Tower)(40)를 통해 지면으로 유도하기 위한 일련의 구성이다.

특히, 상기한 낙뢰 플레이트(300)는 낙뢰 전류의 유도가 가능한 전도성 재질로 형성되며, 후방측 부위(블레이드 몸체부와 대향되는 면)에는 낙뢰 인하도선(310)이 상기 블레이드 몸체부(100)에 연결되도록 설치된다.

또한, 상기 낙뢰 플레이트(300)에는 설치홈(320)이 형성된다.

이때, 상기 설치홈(320)은 상기 분리형 팁(200)의 관통공(220)과 대응되는 부위에 요입 형성되며, 상기한 설치홈(320) 내로는 후술될 낙뢰 수용기(400)의 일부가 수용된다.

다음으로, 상기 낙뢰 수용기(lightning receptor)(400)는 낙뢰를 끌어들여 상기 낙뢰를 타격받는 일련의 구성이다.

상기한 낙뢰 수용기(400)는 상기 분리형 팁(200)의 관통공(220)을 관통하여 낙뢰 플레이트(300)의 설치홈(320)에 일부가 요입 결합됨과 더불어 나머지 일부는 상기 분리형 팁(200)의 외측면으로부터 돌출되면서 외부로 노출된다.

다음으로, 상기 결합부는 상기 블레이드 몸체부(100)와 상기 분리형 팁(200) 간을 서로 결합하는 일련의 구성이다.

상기한 결합부는 블레이드 몸체부(100)와 분리형 팁(200) 간의 대향면에 각각 설치되는 가이드 리브(510) 및 가이드 핀(520)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 가이드 리브(510)가 블레이드 몸체부(100)에 형성됨을 제시함과 더불어 상기 가이드 핀(520)은 상기 분리형 팁(200)에 형성됨을 제시한다.

특히, 상기 가이드 리브(510)는 상기 블레이드 몸체부(100)의 길이 방향을 따라 서로 이격된 상태로 복수가 설치되고, 상기 가이드 핀(520)은 상기 각 가이드 리브(510)를 순차적으로 관통하면서 결합 고정될 수 있을 정도의 길이를 갖도록 상기 분리형 팁(200)의 외벽면으로부터 돌출 형성된다.

이때, 상기 가이드 리브(510)는 링 형상으로 형성되어 상기 블레이드 몸체부(100) 내에 매립 설치되고, 상기 각 가이드 핀(520)은 상기 분리형 팁(200)의 외벽면(블레이드 몸체부와 대향되는 벽면) 둘레측 부위를 따라 복수로 제공된다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기한 가이드 리브(510)가 비금속 재질로 형성되되, 발사우드(balsa wood)와 같이 강성 재질로 형성된다. 이는, 가이드 리브(510)를 금속 재질로 형성할 경우 상기 가이드 리브(510)가 피뢰침 역할을 수행할 수 있다는 문제점이 방지될 수 있도록 함과 더불어 상기 각 가이드 핀(520)의 안정적인 장착 상태의 유지가 가능하도록 하여 상기 블레이드 몸체부(100)로부터 분리형 팁(200)이 원치않게 분리됨을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 각 가이드 핀(520)의 단면 형상은 원형이나 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 내부가 빈 파이프 형태 혹은, 내부가 찬 바(bar)의 형태 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드의 작용을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

우선, 풍력 발전기의 운전 도중 풍력 발전기의 주변으로 낙뢰가 치게 되면 블레이드(10)에 설치된 낙뢰 수용기(400)가 낙뢰를 끌어 들이게 된다.

물론, 풍력 발전기를 구성하는 너셀(30)에도 피뢰침이 구비되지만, 대용량의 풍력 발전기의 경우 블레이드(10)의 길이가 상당히 길고 특히, 팁 부위로 갈수록 가늘어지는 형상을 가지기 때문에 일부의 낙뢰는 상기한 피뢰침이 아닌 블레이드(10)의 팁 부위를 향할 수 있으며, 이의 경우 분리형 팁(200)에 설치된 낙뢰 수용기가 상기한 낙뢰를 끌어 들이게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같이 블레이드(10)의 팁 부위인 분리형 팁(200)의 끝단으로 향하는 낙뢰는 상기 분리형 팁(200)에 설치된 낙뢰 수용기(400)로 유도되고, 계속해서 상기 낙뢰 수용기(400)가 설치된 낙뢰 플레이트(300)의 낙뢰 인하도선(310)을 통해 너셀(30)과 타워(40)를 순차적으로 거친 후 지면으로 흘러가게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 낙뢰 수용기(400)의 유도에 의해 낙뢰를 맞게되는 낙뢰 수용기(400)의 주변은 상기한 낙뢰의 영향에 의해 심각한 손상이 발생되며, 이러한 낙뢰의 영향에 따른 손상은 상기 분리형 팁(200)의 전 부위로 확산된다.

하지만, 상기한 분리형 팁(200)은 블레이드 몸체부(100)와는 별개로 구성되기 때문에 상기 낙뢰가 분리형 팁(200)을 손상시키면서 확산되더라도 블레이드 몸체부(100)로의 확산은 이루어지지 않는다.

즉, 낙뢰의 영향으로 인해 분리형 팁(200)과 블레이드 몸체부(100)를 연결하던 접착제가 녹으면서 제거되기 때문에 분리형 팁(200)은 블레이드 몸체부(100)로부터 이격된 상태를 이루며, 이로 인해 상기한 낙뢰로 인한 실질적인 손상은 분리형 팁(200)에만 발생될 뿐 블레이드 몸체부(100)로의 확산은 이루어지지 않는 것이다.

따라서, 유지보수를 위한 작업은 상기한 바와 같이 손상된 분리형 팁(200)을 블레이드 몸체부(100)로부터 분리하여 제거한 후 새로운 분리형 팁(200)을 상기 블레이드 몸체부(100)의 끝단(팁 부위)에 부착 고정함으로써 완료된다.

이때, 낙뢰 플레이트(300)는 그의 손상 정도에 따라 교체 여부가 결정되며, 만일, 큰 손상이 없을 경우에는 기존에 사용되던 낙뢰 플레이트(300)를 분리형 팁(200)에 취부한 다음 상기 낙뢰 플레이트(300)의 설치홈(320)에는 낙뢰 수용기(400)를 설치한 상태로 상기 블레이드 몸체부(100)와 결합하게 된다.

그리고, 상기한 분리형 팁(200)을 블레이드 몸체부(100)에 설치하는 과정은 상기 분리형 팁(200)에 돌출 형성된 복수의 가이드 핀(520)을 블레이드 몸체부(100)에 설치된 각 가이드 리브(510)에 관통시켜 서로 간의 유동이 방지될 수 있도록 함과 더불어 상기 낙뢰 플레이트(300)에 연결된 낙뢰 인하도선(310)을 상기 블레이드 몸체부(100) 내의 인하도선(도시는 생략됨)에 연결한다.

이후, 상기 분리형 팁(200)과 블레이드 몸체부(100) 간의 대향면을 접착제로 부착 고정함으로써 상기 분리형 팁(200)의 교체가 완료된다.

결국, 전술한 바와 같이 간단한 작업에 의해 낙뢰로부터의 손상 부위에 대한 수리가 완료된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드의 분리형 팁을 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력 발전기용 블레이드의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10. 블레이드 20. 허브

30. 너셀 40. 타워

100. 블레이드 몸체부 200. 분리형 팁

210. 장착홈 220. 관통공

300. 낙뢰 플레이트 310. 낙뢰 인하도선

320. 설치홈 400. 낙뢰 수용기

510. 가이드 리브 520. 가이드 핀

Claims (5)

1. 끝단 일부가 제거된 상태로 형성되는 블레이드 몸체부;

   상기 블레이드 몸체부의 끝단에 결합 고정되면서 팁 부위를 형성하며, 상기 블레이드 몸체부와의 대향면에는 장착홈이 요입 형성됨과 더불어 외측면 중 어느 한 부위에는 상기 장착홈과 연통되도록 관통공이 형성된 분리형 팁;

   상기 분리형 팁의 장착홈 내에 요입 설치되면서 낙뢰 전류를 유도하기 위한 낙뢰 인하도선이 상기 블레이드 몸체부에 연결되도록 설치되며, 상기 분리형 팁의 관통공과 대응되는 부위에는 설치홈이 요입 형성된 낙뢰 플레이트;

   상기 분리형 팁의 관통공을 통해 상기 낙뢰 플레이트의 설치홈에 요입 결합되는 낙뢰 수용기; 그리고,

   상기 블레이드 몸체부와 상기 분리형 팁 간을 결합하는 결합부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결합부는

   상기 블레이드 몸체부와 분리형 팁 간의 대향면 중 어느 한 면에 매입 설치되는 가이드 리브 및 다른 한 면에 돌출 형성되면서 상기 가이드 리브를 관통하여 결합 고정되는 가이드 핀을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가이드 리브는 상기 블레이드 몸체부 혹은, 분리형 팁의 길이 방향을 따라 복수로 제공되면서 서로 이격 설치되고,

   상기 가이드 핀은 상기 각 가이드 리브를 순차적으로 관통하면서 결합 고정될 수 있을 정도의 길이를 갖도록 돌출 형성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
4. 제 2 항 또는, 제 3 항에 있어서,

   상기 가이드 리브는 링 형상으로 형성되고, 상기 가이드 핀은 상기 가이드 리브의 위치와 대응되는 부위를 따라 복수로 제공됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 가이드 리브는 비금속 재질로 형성됨을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.

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