KR20110078430A - 풍력 터빈 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지대; 상기 지지대에 결합되는 회전축; 상기 회전축의 하단에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 회전모터; 상기 회전축에 결합되되 상기 지지대의 상면과 인접한 곳에 배치되는 회전하판; 상기 회전축에 결합되되 상기 회전하판으로부터 소정의 거리만큼 이격된 곳에 배치되는 회전상판; 양단이 상기 회전상판과 회전하판에 결합되는 복수 개의 비측정 블레이드; 일단이 상기 회전상판에 결합되는 측정 블레이드; 상기 측정 블레이드에 구비되어 상기 측정 블레이드에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정하는 측정센서;를 포함하는 풍력 터빈 시험장치를 제공한다.

풍력, 터빈, 블레이드

Description

풍력 터빈 시험장치{Apparatus for testing a wind turbine}

본 발명은 풍력 터빈 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직축 풍력 터빈의 블레이드에 측정센서를 구비하여 수직축 풍력 터빈 블레이드의 공기역학적인 성능을 파악하기 위한 풍력 터빈 시험장치에 관한 것이다.

최근 화학에너지의 사용으로 인한 탄소가스의 배출 증가로 환경오염과 지구 온난화가 가속되고 있으며, 이 때문에 세계 각국은 화학 에너지 사용을 줄여 탄소가스 배출을 감소시키는 것이 국제적 추세이다. 이를 위해 대체 에너지의 수요는 최근 몇 년간 급격히 증가하였고 이러한 대체 에너지의 한 부류로 풍력발전이 각광 받고 있다.

일반적으로 풍력발전은 다양한 형태로 개시될 수 있으며, 이 중 한 형태로 수직축 풍력발전이 있으며 이는 다수의 블레이드를 이용하여 전기를 발생시키는 형태이다.

수직축 풍력발전을 위한 수직축 풍력 터빈은 풍향 및 풍속에 따라 발전효율이 현저히 차이가 난다. 종래에는, 수직축 풍력 터빈을 제작하고 나서 설치장소에 수직축 풍력 터빈의 성능을 시험하고 시험데이터를 토대로 더 나은 성능의 수직축 풍력 터빈을 다시 제작하는 과정을 거쳤다. 따라서, 제작비용을 포함한 개발비용이 과도하게 소모되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 수직축 풍력 터빈의 블레이드에 측정센서를 구비하여 수직축 풍력 터빈 블레이드의 공기역학적인 성능을 미리 파악하여 효율적인 풍력 터빈 개발을 도모할 수 있는 풍력 터빈 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지지대, 상기 지지대에 결합되는 회전축, 상기 회전축의 하단에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 회전모터; 상기 회전축에 결합되되 상기 지지대의 상면과 인접한 곳에 배치되는 회전하판; 상기 회전축에 결합되되 상기 회전하판으로부터 소정의 거리만큼 이격된 곳에 배치되는 회전상판, 양단이 상기 회전상판과 회전하판에 결합되는 복수 개의 비측정 블레이드, 일단이 상기 회전상판에 결합되는 측정 블레이드, 상기 측정 블레이드에 구비되어 상기 측정 블레이드에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정하는 측정센서,를 포함하는 풍력 터빈 시험장치를 제공한다.

상기 비측정 블레이드 및 측정 블레이드는 일정한 간격을 유지하며 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다.

상기 비측정 블레이드는 고정볼트를 이용하여 상기 회전상판 및 회전하판에 결합될 수 있다.

상기 측정센서는, 상기 회전상판 내부에 설치되고 고정볼트의 하부에 결합되 는 고정부와 상기 측정 블레이드 내부에 설치되고 상기 고정부의 하부에 결합되는 측정부로 이루어질 수 있다.

본 발명은 수직축 풍력 터빈의 블레이드에 측정센서를 구비하여 수직축 풍력 터빈 블레이드의 공기역학적인 성능을 미리 파악하여 풍력 터빈 개발에 소모되는 비용 및 노력을 절감할 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시험장치의 사시도이며, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ의 단면도로서 측정 블레이드의 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 의 단면도로서 비측정 블레이드의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시험장치는 지지대(10), 회전축(20), 회전모터(30), 회전하판(40), 회전상판(50), 비측정 블레이드(61), 측정 블레이드(62), 측정센서(70)를 포함하여 구성된다.

지지대(10)는 상기 회전축(20) 및 상기 회전축(20)에 결합된 구성들을 지지하는 부재이다. 상기 지지대(10)는 소정의 두께를 가지는 것이 바람직하며 상기 회전축(20) 및 상기 회전축(20)에 결합된 구성들을 안정적으로 지지하기 위해 두께에 비해 폭과 너비가 큰 것이 바람직하다.

회전축(20)은 상기 지지대(10)에 결합되어 회전하며, 상기 지지대(10)의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 회전축(20)은 원형의 막대 형상으로 상기 회전축(20)의 지름은 풍력 터빈 시험장치의 최대 토크에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

회전모터(30)는 상기 회전축(20)의 하단에 결합되어 상기 회전축(20)을 회전시킨다. 상기 회전모터(30)는 상기 지지대(10)의 상부 또는 상기 지지내(10)의 내부에 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시험장치는 상기 회전모터(30)를 이용하여 상기 블레이드(61,62)를 일정한 속도로 강제 회전시킨 상태에서 풍동 등의 설비를 이용하여 외부바람을 상기 블레이드(61,62)에 가해준다. 즉, 회전속도와 외부바람속도를 일정한 상태로 재현한 조건에서 상기 측 정 블레이드(62)에 작용하는 힘을 측정한다.

회전하판(40) 및 회전상판(50)은 상기 회전축(20)에 결합되며, 상기 블레이드(61,62)를 고정시키는 부재이다. 상기 회전하판(40) 및 회전상판(50)은 원형의 판으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 회전하판(40) 및 회전상판(50)의 중심에 상기 회전축(20)이 결합된다. 상기 회전하판(40)은 상기 회전축(20)에 결합되되, 상기 지지대(10)의 상부면과 소정의 간격을 유지하며 배치된다. 상기 회전상판(50)은 상기 회전축(20)의 상부에 결합되되, 상기 회전상판(50)과 소정의 간격을 유지하면 배치된다. 상기 회전하판(40) 및 회전상판(50)은 상기 회전축(20)에 고정되어 결합된다. 따라서, 상기 회전하판(40) 및 회전상판(50)은 상기 회전축(20)과 동일한 각속도로 회전한다.

비측정 블레이드(61)는 상기 회전상판(50)과 회전하판(40) 사이에 결합되며, 상기 비측정 블레이드(61)는 복수 개가 구비된다. 도 3을 참조하면, 상기 비측정 블레이드(61)의 일단은 상기 회전상판(50)에 결합되며, 타단은 상기 회전하판(40)에 결합된다. 상기 복수 개의 비측정 블레이드(61)는 일정한 간격을 유지하며 상기 회전축(20)을 중심으로 방사형으로 배치된다. 상기 비측정 블레이드(61)는 고정볼트(81)를 통해 상기 회전상판(50) 및 회전하판(40)에 결합되는 것이 바람직하며, 상기 고정볼트(81)를 축으로 회전가능하게 힌지 결합된다.

측정 블레이드(62)는 상기 측정 블레이드(62)에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정하는 측정센서(70)를 구비하고 있다. 도 2를 참조하면, 상기 측정 블레이드(62)는 상기 회전상판(50)에 고정볼트(82)를 통해 결합되어 있으며, 상기 회전하판(40) 과는 결합되어 있지 않다. 즉, 측정 블레이드(62)의 상단은 상기 회전상판(50)에 결합되어 있으며, 하단은 상기 회전하판(40)과 소정의 거리만큼 이격되어 있다.

상기 측정센서(70)는 상기 측정 블레이드(62)에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정한다. 상기 측정센서(70)는 고정부(71)와 측정부(72)로 구성된다. 상기 고정부(71)는 상기 고정볼트(82)의 하단에 결합되어 있으며, 상기 측정부(72)는 상기 측정 블레이드(62)에 설치되되, 상기 고정부(71)의 하단에 결합된다. 상기 측정센서(70)는 스트레인 게이지를 이용하여 상기 측정부(72)에 발생하는 변형을 측정하여 상기 측정 블레이드(62)에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정한다. 구체적으로, 상기 측정센서(70)는 상기 측정부(72)의 변형을 이용하여 상기 측정 블레이드(62)에 가해지는 X축 방향의 힘(Fx), Y축 방향의 힘(Fy), Z축 방향의 모멘트(Mz)를 측정한다.

상기 측정 블레이드(62)는 둘 이상 구비될 수도 있으나, 측정센서의 설치 비용을 고려할 때 하나만 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 비측정 블레이드(61)의 개수는 시험환경에 따라 달라질 수 있다. 더불어, 상기 측정센서(70)는 제작환경에 따라 상기 측정 블레이드(62)의 하부에 설치될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시험장치는 블레이드(61,62)의 방위각에 따라 서로 상이한 풍속 및 받음각에서 상기 측정 블레이드(62)에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정하여 실제 풍력 터빈과 유사한 조건에서 시험이 수행될 수 있다. 또한, 비측정 블레이드(61)를 구비하여, 비측정 블레이드(61)가 측정센서(70)를 구비한 측정 블레이드(62)에 미치는 간섭 효과를 측정할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 실제 풍력 터빈을 제작하기에 앞서 풍력 터빈의 블레이드 특성을 쉽고 정확하게 측정하여 풍력 터빈의 개발을 효율적이고 용이하게 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 시험장치의 사시도이다.

도 2는 측정 블레이드의 단면도이다.

도 3은 비측정 블레이드의 단면도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

10 지지대 20 회전축

30 회전모터 40 회전하판

50 회전상판 61 비측정 블레이드

62 측정 블레이드 70 측정센서

71 고정부 72 측정부

81,82 고정볼트

Claims (4)

1. 지지대;

   상기 지지대에 결합되는 회전축;

   상기 회전축의 하단에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 회전모터;

   상기 회전축에 결합되되 상기 지지대의 상면과 인접한 곳에 배치되는 회전하판;

   상기 회전축에 결합되되 상기 회전하판으로부터 소정의 거리만큼 이격된 곳에 배치되는 회전상판;

   양단이 상기 회전상판과 회전하판에 결합되는 복수 개의 비측정 블레이드;

   일단이 상기 회전상판에 결합되는 측정 블레이드; 및

   상기 측정 블레이드에 구비되어 상기 측정 블레이드에 작용하는 힘 및 모멘트를 측정하는 측정센서;를 포함하는 풍력 터빈 시험장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 비측정 블레이드 및 측정 블레이드는 일정한 간격을 유지하며 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈 시험장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 비측정 블레이드는 고정볼트를 이용하여 상기 회전상판 및 회전하판에 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈 시험장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 측정센서는,

   상기 회전상판 내부에 설치되고 고정볼트의 하부에 결합되는 고정부;와

   상기 측정 블레이드 내부에 설치되고 상기 고정부의 하부에 결합되는 측정부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 터빈 시험장치.

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