KR20110076535A - 풍력발전기용 로터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력발전기용 로터에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 로터를 구성하는 블레이드와 허브 간의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 함과 더불어 피로파괴에 대한 현상이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력발전기용 로터에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 회전 중심을 이루는 허브; 상기 허브의 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드; 상기 블레이드의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하도록 설치되며, 둘레면에는 체결공이 관통 형성된 크로스 볼트와, 상기 블레이드의 끝단면 둘레측 부위로부터 길이 방향으로 관통하면서 상기 크로스 볼트의 둘레면에 형성된 체결공에 체결 고정되는 장축 볼트를 각각 가지는 복수의 볼트 어셈블리; 그리고, 상기 각 볼트 어셈블리의 크로스 볼트를 상기 블레이드에 고정하는 고정부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력발전기용 로터를 제공한다.
풍력발전기, 블레이드, 볼트 어셈블리, 크로스 볼트, 고정부
Description
본 발명은 풍력발전기용 로터에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 로터를 구성하는 블레이드와 허브 간의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 함과 더불어 피로파괴에 대한 현상이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력발전기용 로터에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 로터를 통해 바람 자원으로부터 얻어진 에너지를 발전부를 통해 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
상기와 같은 풍력 발전기는 크게 로터(rotor)와, 너셀(nacelle) 및 타워부(tower)로 구성된다.
여기서, 상기 로터는 복수의 블레이드(blade) 및 이 블레이드들이 결합되는 허브(hub)로 구성된다.
상기 각 블레이드들과 허브 간은 복수의 볼트로 체결 고정되며, 상기한 볼트 어셈블리는 주로 티볼트(T-bolt) 어셈블리가 사용된다.
이때, 상기 티볼트 어셈블리는 크로스 볼트와 장축 볼트 및 너트로 구성되며, 상기 크로스 볼트는 상기 블레이드의 끝단 부위(루트부)를 두께 방향(블레이드 가 향하는 방향과는 수직한 방향)으로 관통하여 설치되고, 상기 장축 볼트는 상기 블레이드의 끝단면 둘레측 부위로부터 길이 방향(블레이드가 향하는 방향)으로 관통하면서 상기 크로스 볼트의 둘레면에 체결 고정된다.
즉, 크로스 볼트 및 장축 볼트를 이용하여 상기 블레이드의 끝단면 둘레측 부위를 따라 상기 각 장축 볼트가 돌출되도록 한 상태에서 허브의 피치 베어링이 설치된 부위에 상기 각 장축 볼트를 일치시켜 관통되도록 한 후 와셔 및 너트로 체결 고정함으로써 블레이드와 허브 간의 결합이 이루어지게 되는 것이다.
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 블레이드와 허브 간의 결합을 위한 티볼트 어셈블리는 크로스 볼트가 단순히 블레이드에 상하 유동이 가능하게 삽입되는 구성임을 고려할 때 로터의 구동시 상기 블레이드로 전달되는 진동에 의해 상기 크로스 볼트의 유동(상하 방향으로의 움직임)이 발생된다는 문제점을 가지고 있다.
즉, 상기한 크로스 볼트의 유동에 의해 상기 크로스 볼트에 체결되는 장축 볼트가 풀리는 문제점이 발생되었을 뿐 아니라 상기 장축 볼트의 체결 부위에 대한 피로파괴가 발생되었던 문제점을 가지고 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 풍력발전기의 로터는 상기한 블레이드와 허브 간의 결합 상태를 지속적으로 점검하고 유지보수하여야만 한다는 불편함을 가지고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 로터를 구성하는 블레이드와 허브 간의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 함과 더불어 피로파괴 발생을 방지할 수 있도록 한 새로운 형태의 풍력발전기용 로터에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력발전기용 로터에 따르면 회전 중심을 이루는 허브; 상기 허브의 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드; 상기 블레이드의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하도록 설치되며, 둘레면에는 체결공이 관통 형성된 크로스 볼트와, 상기 블레이드의 끝단면 둘레측 부위로부터 길이 방향으로 관통하면서 상기 크로스 볼트의 둘레면에 형성된 체결공에 체결 고정되는 장축 볼트를 각각 가지는 복수의 볼트 어셈블리; 그리고, 상기 각 볼트 어셈블리의 크로스 볼트를 상기 블레이드에 고정하는 고정부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고정부는 복수로 제공되며, 상기 각각의 고정부는 중앙측 부위가 상기 크로스 볼트의 양 끝단 외벽면 중 어느 한 면에 결합 고정됨과 더불어 둘레측 부위는 상기 블레이드에 고정되는 결합 고정되는 평판형으로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정부는 상기 크로스 볼트의 양 끝단면 중 블레이드의 외주면으 로 노출되는 부위를 감싸도록 형성되면서 상기 블레이드의 외주면에 고정됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정부는 상기 크로스 볼트의 양 끝단면 중 블레이드의 내주면으로 노출되는 부위를 감싸도록 형성되면서 상기 블레이드의 내주면에 고정됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정부는 상기 블레이드의 외주면 혹은, 내주면을 감싸는 링 형태로 형성되면서 상기 블레이드에 외주면 혹은, 내주면에 고정되고, 상기 각 볼트 어셈블리를 구성하는 각각의 크로스 볼트는 일괄적으로 상기 고정부에 체결 고정됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 풍력발전기용 로터는 고정부의 추가적인 구성으로 인해 블레이드가 풍력 에너지를 제공받아 허브를 회전시키는 과정에서 크로스 볼트가 유동됨은 방지되고, 특히 상기 크로스 볼트의 유동력은 상기 고정부와 블레이드 간의 결합 부위를 통해 분산됨으로써 상기 크로스 볼트와 장축 볼트 간의 결합 부위에 대한 응력 집중이 방지되어 해당 부위에 대한 피로파괴가 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.
이와 함께, 상기한 장축 볼트의 피로파괴를 방지할 수 있게 된 효과로 인해 로터의 유지 보수 주기를 길게 설정할 수 있다는 효과를 가짐과 더불어 블레이트의 분리와 같은 안전사고를 최대한 저감시킬 수 있게 된 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 풍력발전기용 로터에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 1과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 로터는 크게 허브(100)와, 복수의 블레이드(200)와, 복수의 볼트 어셈블리(300) 및 고정부(400)를 포함하여 구성됨을 제시한다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 상기 허브(100)는 로터의 회전 중심을 이루면서 복수의 블레이드(200)를 가지는 로터를 회전축(도시는 생략됨)에 기계적으로 연결하는 부위이다.
이때, 상기한 허브(100)의 둘레측 부위는 상기 각 블레이드(200)의 결합을 위해 개구된 복수의 결합공(110)이 형성되어 이루어진다.
또한, 상기 허브(100)의 각 결합공(110)에는 상기 블레이드(200)의 안정적인 설치를 위한 피치 베어링(120)이 설치된다.
다음으로, 상기 각 블레이드(200)는 바람 에너지를 회전력으로 전환하여 상기 허브(100) 및 이 허브(100)에 설치된 회전축을 구동시키는 역할을 수행하는 일련의 구성으로써, 익형(airfoil)으로 형성되면서 상기 허브(100)의 각 결합공(110)에 결합되는 회전 날개이다.
상기한 블레이드(200)의 각 부위 중 허브(100)와 결합되는 루트(Root) 부위에는 그 둘레 방향을 따라 복수의 안착공(210)이 각각 관통 형성되며, 상기 블레이드(200)의 끝단면(허브와 대향되는 측의 벽면)에는 상기 각 안착공(210)에 이르기까지 관통되는 연통공(220)이 각각 형성된다.
다음으로, 상기 볼트 어셈블리(300)는 상기 블레이드(200)를 상기 허브(100)에 결합 고정하는 일련의 구성으로써, 상기 블레이드(200)와 상기 허브(100) 간의 대향면에 구비된다.
상기한 볼트 어셈블리(300)는 첨부된 도 2와 같이 크로스 볼트(310)와, 장축 볼트(320)와 와셔(330) 및 너트(340)로 구성된다.
여기서, 상기 크로스 볼트(310)는 상기 블레이드(200)에 형성된 안착공(210)을 관통하면서 상기 안착공(210) 내에 안착되어 상기 장축 볼트(320)가 체결 고정되는 일련의 구성이다.
이때, 상기 크로스 볼트(310)는 원기둥 형상으로 형성되며, 상기 크로스 볼트(310)의 둘레면에는 상기 블레이드(200)에 형성된 연통공(220)과 연통되는 체결공(311)이 관통 형성된다.
그리고, 상기 장축 볼트(320)는 상기 블레이드(200)를 상기 허브(100)에 체결하기 위한 일련의 구성으로써, 상기 블레이드(200)에 형성된 연통공(220)을 관통하여 상기 블레이드(200)의 안착공(210) 내에 안착된 크로스 볼트(310)의 체결공(311)에 체결 고정된다.
이때, 상기 장축 볼트(320)의 외측 끝단은 상기 블레이드(200)의 끝단면으로부터 외향 돌출됨과 더불어 상기 허브(100)의 피치 베어링(120)이 설치된 부위까지 관통될 수 있을 정도의 길이로 돌출된다.
그리고, 상기 와셔(330) 및 너트(340)는 상기 피치 베어링(120)이 설치된 부위를 관통하여 외부로 노출되는 장축 볼트(320)의 외측 끝단에 결합되면서 상기 장 축 볼트(320)가 상기 피치 베어링(120)이 설치된 부위에 체결 고정될 수 있도록 하는 일련의 구성이다.
전술한 바와 같은 볼트 어셈블리(300)는 복수로 제공되면서 상기 블레이드(200)와 상기 허브(100) 간의 대향면을 따라 각각 구비된다.
다음으로, 상기 고정부(400)는 상기 각 볼트 어셈블리(300)의 크로스 볼트(310)가 상기 블레이드(200)에 고정된 상태를 유지하도록 하는 일련의 구성이다.
즉, 크로스 볼트(310)가 블레이드(200)에 고정되도록 함으로써 로터의 회전 도중 상기 크로스 볼트(310)의 유동이 방지될 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 실시예에서는 상기한 고정부(400)가 각각의 크로스 볼트(310)마다 하나씩 제공됨을 제시한다.
이때, 상기 고정부(400)는 첨부된 도 3 및 도 4와 같이 상기 크로스 볼트(310)의 양 끝단 외벽면(도면상 상면 및 저면) 중 블레이드(200)의 내주면으로 노출되는 부위를 감싸도록 형성되면서 상기 블레이드(200)의 내주면에 고정되도록 구성함이 바람직하다.
물론, 첨부된 도 5와 같이 상기 크로스 볼트(310)의 양 끝단 외벽면 중 블레이드(200)의 내주면으로 노출되는 부위를 감싸도록 형성되면서 상기 블레이드(200)의 내주면에 고정되도록 구성할 수도 있으며, 첨부된 도 6과 같이 상기 크로스 볼트(310)의 양 끝단 외벽면 모두를 감싸도록 각각 제공되면서 상기 블레이드(200)의 외주면 및 내주면에 각각 고정되도록 구성할 수도 있다.
하지만, 상기한 고정부(400)가 상기 블레이드(200)의 외주면에 고정되도록 구성할 경우 상기 고정부(400)의 외벽면은 상기 블레이드(200)가 이루는 곡면과 동일할 수 있도록 형성함으로써 상기 블레이드(200)의 공력 효율을 감소시키지 않도록 하여야함을 고려할 때 상기 고정부(400)는 블레이드(200)의 내주면에 고정되도록 구성함이 가장 바람직하다.
또한, 상기한 각각의 고정부(400)는 중앙측 부위가 상기 크로스 볼트(310)의 양 끝단 외벽면 중 어느 한 면에 결합 고정됨과 더불어 둘레측 부위는 상기 블레이드(200)에 결합 고정되는 평판형으로 형성된다.
이때, 상기 고정부(400)와 크로스 볼트(310) 및 고정부(400)와 블레이드(200) 간의 결합은 볼트 체결 등으로 수행됨이 바람직하지만, 접착제를 이용한 접착 방법으로 고정할 수도 있다. 뿐만 아니라 상기 고정부(400)와 크로스 볼트(310)는 일체형으로 제조될 수도 있다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기용 로터의 조립 과정에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 블레이드(200)의 끝단 둘레면을 따라 형성된 각 안착공(210)에 크로스 볼트(310)를 각각 관통 삽입한다.
이와 함께, 상기 블레이드(200)의 끝단 외벽면에 형성된 각 연통공(220)에는 장축 볼트(320)를 각각 삽입하여 상기 장축 볼트(320)가 상기 연통공(220)을 관통하여 상기 크로스 볼트(310)의 체결공(311)에 체결되도록 한다.
이의 상태에서, 상기 고정부(400)와 크로스 볼트(310) 간의 대향면 및 상기 고정부(400)와 블레이드(200) 간의 대향면에 접착제를 도포하고, 계속해서 상기 고 정부(400)를 해당 면에 부착한다.
이때, 상기 고정부(400)를 그 접촉면에 접착제로 부착하는 이유는 상기 고정부(400)의 설치 후 그 설치 공차로 인해 발생될 수 있는 틈새를 밀폐하기 위함임과 더불어 상기 고정부(400)의 더욱 안정적인 고정이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
계속해서, 상기와 같이 크로스 볼트(310) 및 블레이드(200)에 접착된 고정부(400)를 볼트 등의 체결부재를 이용하여 상기 각 크로스 볼트(310) 및 블레이드(200)에 체결 고정한다.
이후, 허브(100)의 피치 베어링(120)이 설치된 부위를 상기 블레이드(200)로부터 돌출된 각 장축 볼트(320)에 일치시켜 관통되도록 한 후 와셔(330) 및 너트(340)로 체결 고정함으로써 블레이드(200)와 허브(100) 간의 결합을 완료한다.
따라서, 블레이드(200)가 풍력 에너지를 제공받아 허브(100)를 회전시키는 과정에서 크로스 볼트(310)가 유동됨은 방지되고, 특히 상기 크로스 볼트(310)의 유동력은 상기 고정부(400)와 블레이드(200) 간의 결합 부위를 통해 분산됨으로써 상기 크로스 볼트(310)와 장축 볼트(320) 간의 결합 부위에 대한 응력 집중이 방지되어 해당 부위에 대한 피로파괴가 방지될 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 풍력발전기용 로터의 고정부는 전술한 실시예에 따른 구조로만 형성할 수 있는 것은 아니다.
즉, 첨부된 도 7 및 도 8과 같이 상기 고정부(400)를 상기 블레이드(200)의 외주면 혹은, 내주면을 감싸는 링 형태로 형성하여 상기 블레이드(200)의 외주면 혹은, 내주면에 고정되도록 함과 더불어 상기 각 볼트 어셈블리(300)를 구성하는 각각의 크로스 볼트(310)는 상기한 링 형의 고정부(400)에 일괄적으로 체결 고정할 수도 있는 것이다.
상기한 바와 같은 구조는 상기 고정부(400)를 일체형의 링 형상으로 구성함으로써 블레이드(200)와의 체결을 위한 작업 공수를 현저히 저감시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이렇듯, 본 발명에 따른 풍력발전기용 로터는 고정부(400)의 추가적 구성으로 인해 볼트 어셈블리(300)를 구성하는 장축 볼트(320)의 피로파괴를 현저히 저감시킬 수 있게 되고, 이에 따라 유지 보수 주기를 길게 설정할 수 있다는 장점을 가짐과 더불어 안전사고를 최대한 저감시킬 수 있게 된 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 로터의 허브와 블레이드 간 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 요부 상태도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 로터의 볼트 어셈블리와 고정부 간 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 분해 사시도
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 로터의 볼트 어셈블리와 고정부 간의 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 요부 확대도
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 로터의 고정부에 대한 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 요부 확대도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100. 허브 110. 결합공
120. 피치 베어링 200. 블레이드
210. 안착공 220. 연통공
300. 볼트 어셈블리 310. 크로스 볼트
311. 체결공 320. 장축 볼트
330. 와셔 340. 너트
400. 고정부
Claims (5)
- 회전 중심을 이루는 허브;상기 허브의 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드;상기 블레이드의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하도록 설치되며, 둘레면에는 체결공이 관통 형성된 크로스 볼트와, 상기 블레이드의 끝단면 둘레측 부위로부터 길이 방향으로 관통하면서 상기 크로스 볼트의 둘레면에 형성된 체결공에 체결 고정되는 장축 볼트를 각각 가지는 복수의 볼트 어셈블리; 그리고,상기 각 볼트 어셈블리의 크로스 볼트를 상기 블레이드에 고정하는 고정부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 풍력발전기용 로터.
- 제 1 항에 있어서,상기 고정부는 복수로 제공되며,상기 각각의 고정부는 중앙측 부위가 상기 크로스 볼트의 양 끝단 외벽면 중 어느 한 면에 결합 고정됨과 더불어 둘레측 부위는 상기 블레이드에 고정되는 결합 고정되는 평판형으로 형성됨을 특징으로 하는 풍력발전기용 로터.
- 제 1 항 또는, 제 2 항에 있어서,상기 고정부는 상기 크로스 볼트의 양 끝단면 중 블레이드의 외주면으로 노출되는 부위를 감싸도록 형성되면서 상기 블레이드의 외주면에 고정됨을 특징으로 하는 풍력발전기용 로터.
- 제 1 항에 있어서,상기 고정부는 상기 크로스 볼트의 양 끝단면 중 블레이드의 내주면으로 노출되는 부위를 감싸도록 형성되면서 상기 블레이드의 내주면에 고정됨을 특징으로 하는 풍력발전기용 로터.
- 제 1 항에 있어서,상기 고정부는 상기 블레이드의 외주면 혹은, 내주면을 감싸는 링 형태로 형성되면서 상기 블레이드에 외주면 혹은, 내주면에 고정되고,상기 각 볼트 어셈블리를 구성하는 각각의 크로스 볼트는 일괄적으로 상기 고정부에 체결 고정됨을 특징으로 하는 풍력발전기용 로터.
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