KR20110096103A - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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KR20110096103A
KR20110096103A KR1020107008007A KR20107008007A KR20110096103A KR 20110096103 A KR20110096103 A KR 20110096103A KR 1020107008007 A KR1020107008007 A KR 1020107008007A KR 20107008007 A KR20107008007 A KR 20107008007A KR 20110096103 A KR20110096103 A KR 20110096103A
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도모히로 누마지리
요시히로 후지오카
아츠시 이마나가
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

풍차 날개 (5) 의 날개 선회륜 베어링 (10) 에 사용되고 있는 윤활유의 급지 및 배지 계통을 개선하고, 배지를 확실하게 회수할 수 있는 풍력 발전 장치 (1) 를 제공한다. 풍력 발전 장치 (1) 는, 풍차 날개 (5) 와 로터 헤드 (4) 사이에 설치된 날개 선회륜 베어링 (10) 을 개재하여, 풍차 날개 (5) 의 피치각을 조정할 수 있도록 하는 피치 제어 기구를 구비하고 있고, 로터 헤드 (4) 의 내부에 급배지 장치 (20) 를 형성하고, 이 급배지 장치 (20) 가, 급지 탱크 (31) 내의 윤활유를 급지 펌프 (32) 에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링 (10) 에 공급하는 급지 장치 (30) 와, 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 배유를 강제로 흡인하여 회수하는 배지 장치 (40) 를 구비하고 있다.

Description

풍력 발전 장치 {WIND POWER GENERATOR}
본 발명은, 풍차 날개의 피치 각도를 가변으로 하는 피치 제어 기구를 구비한 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히, 풍차 날개의 날개 선회륜 베어링에 사용되는 윤활유의 급지(給脂) 및 배지(排脂) 계통 (구조) 을 개선한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 장치는, 풍차 날개를 구비한 로터 헤드가 풍력을 받아 회전되고, 이 회전을 증속기에 의해 증속시키는 등 하여 구동되는 발전기에 의해 발전하는 장치이다.
상기 서술한 로터 헤드는, 풍차용 타워 (이하, 「타워」라고 부른다) 상에 설치되어 요 선회할 수 있는 나셀의 단부에 장착되고, 대략 수평인 횡방향의 회전 축선 둘레를 회전할 수 있도록 지지되어 있다.
통상적인 풍력 발전 장치는, 풍속에 따라 풍차 날개의 피치각을 변화시키는 피치 제어 장치를 구비하고 있다. 이 피치 제어 장치는, 풍속에 따라 각 풍차 날개를 최적의 피치각으로 설정하여, 로터 헤드의 회전 속도를 제어하기 위한 장치이다.
상기 서술한 피치 제어 장치에 의해 풍차 날개의 피치각을 조정할 수 있도록 하기 위해, 풍차 날개를 로터 헤드에 대해 회전 운동할 수 있도록 지지하는 날개 선회륜 베어링이 사용되고 있다. 이 날개 선회륜 베어링에는, 내륜과 외륜 사이에 전동체 (볼 베어링이나 롤러 등) 를 배치 형성한 구름 베어링이 채용되어 있다.
상기 서술한 날개 선회륜 베어링에는, 베어링 슬라이딩부의 윤활을 실시하는 윤활유 (그리스) 가 공급되어 있다. 윤활유의 공급에는 로터 헤드 내에 설치된 자동 급지 장치가 사용되고, 열화된 윤활유는 급지에 의해 압출되어, 배지로서 로터 헤드 내의 리졸버 탱크에 회수되도록 되어 있다.
또, 하기의 특허문헌 1 에는, 제어 장치에 의해 급지 펌프를 제어시켜 노즐로부터 그리스를 토출시킴으로써, 자동으로 또한 비접촉으로 급지하는 풍차의 자동 급지가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2006-336548호
그런데, 상기 서술한 종래의 풍력 발전 장치에서는, 날개 선회륜 베어링의 윤활에 사용하는 윤활유를 자동 급지 장치에 의해 공급하고 있으나, 열화된 사용 후의 윤활유 (배지) 에 대해서는, 날개 선회륜 베어링으로부터 압출하도록 하여, 로터 헤드 내의 리졸버 탱크 내로 회수할 뿐이다. 즉, 종래의 풍력 발전 장치는, 윤활유 공급용으로서 자동 급지 장치의 펌프를 구비하고 있는데, 리졸버 탱크에 배지를 강제로 회수하기 위한 수단은 특별히 없고, 따라서, 배지의 전체량을 확실하게 회수하는 것은 곤란하였다.
리졸버 탱크에 회수되지 않은 윤활유는, 날개 선회륜 베어링의 오일 시일로부터 외부로 새는 것도 고려되므로, 풍차 날개의 날개 선회륜 베어링에 사용되는 윤활유의 급지 및 배지 계통에서는, 배지를 확실하게 회수하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, 풍차 날개의 날개 선회륜 베어링에 사용되는 윤활유의 급지 및 배지 계통을 개선하여, 배지를 확실하게 회수할 수 있도록 한 풍력 발전 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 풍차 날개에 풍력을 받아 회전하는 로터 헤드가 나셀의 내부에 설치된 발전기를 구동하여 발전하고, 상기 나셀이 기초 상에 세워 설치된 타워의 상단부에 설치됨과 함께, 상기 풍차 날개와 상기 로터 헤드 사이에 설치된 날개 선회륜 베어링을 개재하여 상기 풍차 날개의 피치각을 조정할 수 있도록 하는 피치 제어 기구를 구비하고 있는 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 로터 헤드의 내부에 급배지 장치를 형성하고, 그 급배지 장치가, 급지 탱크 내의 윤활유를 펌프에 의해 압송하여 상기 날개 선회륜 베어링에 공급하는 급지 장치와, 상기 날개 선회륜 베어링으로부터 배지를 강제로 흡인하여 회수하는 배지 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 풍력 발전 장치에 의하면, 로터 헤드의 내부에 급배지 장치를 형성하고, 그 급배지 장치가, 급지 탱크 내의 윤활유를 펌프에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링에 공급하는 급지 장치와, 날개 선회륜 베어링으로부터 배지를 강제로 흡인하여 회수하는 배지 장치를 구비하고 있으므로, 날개 선회륜 베어링에 급지 장치로부터 새로운 윤활유를 자동으로 공급함과 함께, 날개 선회륜 베어링으로부터 사용이 끝난 열화된 윤활유를 자동으로 회수할 수 있게 된다. 즉, 풍력을 받아 회전하고 있는 로터 헤드 내에서, 새로운 윤활유를 펌프에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링까지 확실하게 공급함과 함께, 열화된 사용이 끝난 윤활유를 강제로 흡인하여 날개 선회륜 베어링으로부터 확실하게 회수할 수 있다.
상기의 발명에서, 상기 배지 장치는, 상기 날개 선회륜 베어링으로부터 윤활유를 흡인하여 회수하는 진공 펌프와, 회수한 배지를 저장하는 리졸버 탱크와, 상기 날개 선회륜 베어링으로부터 상기 진공 펌프를 개재하여 상기 리졸버 탱크까지 접속하는 배지 유로를 구비하고, 상기 리졸버 탱크를 상기 로터 헤드의 회전축 중심 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 리졸버 탱크를 로터 헤드의 회전축 중심 근방에 배치했기 때문에, 로터 헤드의 회전에 의해 작용하는 원심력의 영향을 최소한으로 억제하여 배지를 확실하게 회수할 수 있다.
또, 상기의 발명에서, 상기 급배지 장치는, 상기 급지 장치와 상기 배지 장치가 동기하여 운전되는 것이 바람직하고, 이로써, 윤활유의 공급 및 배지의 회수를 순조롭게 실시할 수 있다.
상기 서술한 본 발명의 풍력 발전 장치에 의하면, 풍력을 받아 회전하고 있는 로터 헤드의 내부에 급배지 장치를 형성함으로써, 새로운 윤활유를 펌프에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링까지 확실하게 공급함과 함께, 열화된 사용이 끝난 윤활유를 강제로 흡인하여 날개 선회륜 베어링에서 리졸버 탱크로 확실하게 회수할 수 있게 된다. 이 결과, 풍차 날개의 피치각을 조정할 수 있도록 지지하고 있는 날개 선회륜 베어링은, 윤활유의 급지 및 배지 계통이 개선되어 배지의 회수도 확실하게 실시되도록 되고, 따라서, 배지가 날개 선회륜 베어링의 오일 시일로부터 외부로 누출되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치의 일 실시형태로서, 날개 선회륜 베어링용 윤활유의 급배지 장치를 나타내는 로터 헤드의 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 급배지 장치에 대해, 급지 및 배지의 계통예를 나타내는 계통도이다.
도 3 은 풍력 발전 장치의 개요를 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치에 대해, 그 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 3 에 나타내는 풍력 발전 장치 (1) 는, 기초 (B) 상에 세워 설치되는 풍차용 타워 (이하에서는 「타워」라고 부른다) (2) 와, 타워 (2) 의 상단에 설치되는 나셀 (3) 과, 대략 수평인 횡방향의 회전 축선 둘레를 회전할 수 있도록 지지되어 나셀 (3) 의 전(前)단부측에 형성되는 로터 헤드 (4) 를 갖고 있다.
로터 헤드 (4) 에는, 그 회전 축선 둘레에 방사 형상으로 복수 장 (예를 들어 3 장) 의 풍차 날개 (5) 가 장착되어 있다. 이로써, 로터 헤드 (4) 의 회전 축선 방향으로부터 풍차 날개 (5) 에 닿는 바람의 힘이, 로터 헤드 (4) 를 회전 축선 둘레를 회전시키는 동력으로 변환되도록 되어 있다.
나셀 (3) 의 외주면 적소 (예를 들어 상부 등) 에는, 주변의 풍속값을 측정하는 풍속계나, 풍향을 측정하는 풍향계 등이 설치되어 있다.
즉, 풍력 발전 장치 (1) 는, 풍차 날개 (5) 에 풍력을 받아 대략 수평인 회전 축선 둘레를 회전하는 로터 헤드 (4) 가 나셀 (3) 의 내부에 설치된 발전기 (도시 생략) 를 구동하여 발전함과 함께, 나셀 (3) 이 기초 (B) 상에 세워 설치된 타워 (2) 의 상단부에 설치되어 요 선회할 수 있도록 되어 있다.
또한, 도시된 타워 (2) 는 강제(鋼製) 모노폴식으로 되고, 복수로 분할된 타워 섹션의 플랜지 (도시 생략) 를 접속함으로써, 필요한 길이 (높이) 를 확보한 원통 타워가 된다.
또, 상기 서술한 풍력 발전 장치 (1) 는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 풍차 날개 (5) 와 로터 헤드 (4) 사이에 설치된 날개 선회륜 베어링 (10) 을 개재하여, 풍차 날개 (5) 의 피치각을 조정할 수 있도록 한 피치 제어 기구 (장치) 를 구비하고 있다. 이 피치 제어 기구는, 자연 현상인 바람의 상황에 따라, 즉, 항상 변동되는 풍속에 따라 각 풍차 날개 (5) 의 피치각을 적절히 조정하고, 피치각을 최적값으로 설정하여 로터 헤드 (4) 의 회전 속도를 제어하기 위한 장치이다.
상기 서술한 피치 제어 장치는, 도시되지 않은 유압 기구 등을 구동원으로 하고, 풍차 날개 (5) 를 원하는 방향으로 회전 운동시켜 피치각을 조정하는 것이다. 이로 인해, 풍차 날개 (5) 는, 로터 헤드 (4) 에 대해 날개 선회륜 베어링 (10) 을 개재하여 자유롭게 회전 운동할 수 있도록 지지되어 있다.
날개 선회륜 베어링 (10) 에는, 외륜 (11) 과 내륜 (12) 사이에 볼 베어링이나 롤러 등의 전동체 (13) 가 끼워진 구성의 구름 베어링이 채용되어 있다.
도시된 구성예에서는, 외륜 (11) 이 로터 헤드 (4) 측에 고정되고, 내륜 (12) 에 연결된 풍차 날개 (5) 가 외륜 (11) 및 로터 헤드 (4) 에 대해 회전 운동할 수 있도록 되어 있다. 또, 내륜 (12) 및 풍차 날개 (5) 의 순조로운 회전 운동을 유지하기 위해, 예를 들어 전동체 (13) 의 외주면 및 그 접촉면인 외륜 (11) 및 내륜 (12) 의 슬라이딩면 등에는, 윤활유로서 그리스가 공급되고 있다. 이 그리스는, 도시되지 않은 시일 구조에 의해 소정 영역으로부터 누출되지 않도록 시일되어 있다.
그런데, 상기 서술한 날개 선회륜 베어링 (10) 을 윤활하기 위해, 즉, 날개 선회륜 베어링 (10) 에 대한 윤활유의 공급 (급지) 및 배지의 회수 (배지) 를 실시하기 위해, 로터 헤드 (4) 의 내부에 급배지 장치 (20) 를 형성해 놓는다. 이 경우의 배지는, 날개 선회륜 베어링 (10) 의 윤활에 사용되어 열화된 윤활유를 의미하고 있고, 최종적으로 폐기 처분되는 것이다.
본 실시형태의 급배지 장치 (20) 는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 후술하는 급지 장치 (30) 및 배지 장치 (40) 를 구비하고 있다.
급지 장치 (30) 는, 급지 탱크 (31) 내의 윤활유를 급지 펌프 (32) 에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링 (10) 에 자동으로 공급하는 장치이다. 급지 펌프 (32) 는, 급지 출구 배관 (33) 을 개재하여 분배기 (34) 와 연결되고, 또한, 분배기 (34) 로부터 분기되어 있는 복수의 급지 배관 (35) 을 개재하여 날개 선회륜 베어링 (10) 의 급지 지점에 연결되어 있다.
도시된 구성예에서는, 로터 헤드 (4) 에 3 장의 풍차 날개 (5) 가 장착되어 있고, 또한, 각 풍차 날개 (5) 의 날개 선회륜 베어링 (10) 에 대해 급지 지점이 4 곳씩 형성되어 있으므로, 합계 12 개의 급지 배관 (35) 이 분배기 (34) 로부터 분기 형성되어 있는데, 이것에 한정되는 것은 아니다.
배지 장치 (40) 는, 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 배지를 강제로 흡인하여 회수하는 장치이다. 이 배지 장치 (40) 는, 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 윤활유를 흡인하여 회수하는 진공 펌프 (41) 와, 회수된 배지를 저장하는 리졸버 탱크 (42) 와, 각 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 진공 펌프 (41) 를 개재하여 리졸버 탱크 (42) 까지 접속하는 배지 유로를 형성하는 배지 배관 (43) 을 구비하고 있다.
도시된 구성예에서는, 각 풍차 날개 (5) 의 날개 선회륜 베어링 (10) 에 대해 배지 지점이 4 곳씩 형성되어 있으므로, 합계 12 개의 배지 배관 (43) 을 모아 1 대의 진공 펌프 (41) 에 접속하고 있는데, 이것에 한정되는 것은 아니다.
진공 펌프 (41) 에 의해 흡인된 배지는, 1 개의 리졸버 탱크 (42) 에 회수되는데, 이 리졸버 탱크 (42) 는, 로터 헤드 (4) 의 회전축 중심 (CL) 근방에 배치되어 있다.
또한, 상기 서술한 급지 펌프 (32) 및 진공 펌프 (41) 는 전동 펌프를 사용하는 것이 바람직하고, 풍력 발전 장치 (1) 가 접속된 전력 계통으로부터 전력을 공급받아도 되고, 풍력 발전 장치 (1) 에서 발전된 전력의 일부를 사용하여 구동해도 되고, 혹은, 전용 태양 전지 시스템 등을 설치하여 구동용 전력을 얻어도 된다.
이와 같이 구성된 풍력 발전 장치 (1) 는, 로터 헤드 (4) 의 내부에 급배지 장치 (20) 를 형성하고, 급지 탱크 (31) 내의 윤활유를 급지 펌프 (32) 에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링 (10) 에 공급하고, 진공 펌프 (41) 가 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 배지를 강제로 흡인하여 리졸버 탱크 (42) 에 회수하므로, 날개 선회륜 베어링 (10) 에 급지 장치 (30) 로부터 새로운 윤활유를 자동으로 공급함과 함께, 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 배지를 자동으로 회수할 수 있다.
따라서, 풍력을 받아 회전하는 로터 헤드 (4) 내에 급배지 장치 (20) 를 설치해도, 새로운 윤활유를 급지 펌프 (31) 로 압송하여 날개 선회륜 베어링 (10) 까지 확실하게 공급하고, 또한, 열화된 사용이 끝난 윤활유 (배지) 를 진공 펌프 (41) 에 의해 강제로 흡인하여, 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 리졸버 탱크 (42) 까지 확실하게 회수할 수 있다.
특히, 배지를 회수하는 리졸버 탱크 (42) 는, 로터 헤드 (4) 가 회전하는 회전축 중심 (CL) 의 근방에 배치되어 있으므로, 로터 헤드 (4) 가 회전해도 항상 진공 펌프 (41) 를 기체 부분에 위치시킬 수 있다. 이로 인해, 배지의 회수는, 각 풍차 날개 (5) 의 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 대략 균등하게 실시되고, 전체적으로 보다 확실한 배지 회수가 가능해진다.
또한, 상기 서술한 배지 장치 (40) 의 설치 장소는 회전하는 로터 헤드 (4) 내이기 때문에, 예를 들어 오일 팬과 같은 간단한 회수 장치에서는, 회전에 수반되어 상하가 항상 역전하기 때문에, 확실한 배지 회수는 곤란하다.
또, 상기 서술한 급배지 장치 (20) 는, 급지 장치 (30) 와 배지 장치 (40) 가 동기하여 운전됨으로써, 윤활유의 공급 및 배지의 회수를 순조롭게 실시할 수 있다. 즉, 급지 펌프 (32) 의 압송 및 진공 펌프 (41) 의 흡인은, 양 펌프의 동시 운전에 의해 서로 방해되는 경우가 없고, 따라서, 양 펌프의 동시 운전은, 윤활유 및 배지에 동 방향의 흐름을 형성하므로, 상승 효과에 의한 순조로운 급지 및 배지가 가능해진다.
상기 서술한 급배지 장치 (20) 의 운전은, 예를 들어 타이머가 설정 시간을 초과했을 경우, 혹은, 로터 헤드 (4) 의 누적 회전 수가 소정값을 초과했을 경우 등에 소정 시간 실시되는 것으로서, 높은 곳에서 회전하는 로터 헤드 (4) 까지 작업원이 가지 않아도 날개 선회륜 베어링 (10) 에 대한 급지 및 배지를 자동으로 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 풍력 발전 장치 (1) 에 의하면, 풍력을 받아 회전하는 로터 헤드 (4) 의 내부에 급배지 장치 (20) 를 형성하였으므로, 새로운 윤활유를 급지 펌프 (32) 에 의해 압송하여 날개 선회륜 베어링 (10) 까지 확실하게 공급 (급지) 함과 함께, 열화된 사용이 끝난 윤활유를 강제로 흡인하여 날개 선회륜 베어링 (10) 으로부터 리졸버 탱크 (42) 에 확실하게 회수하는 배지가 가능해진다.
이 결과, 풍차 날개 (5) 의 피치각을 조정할 수 있도록 지지되어 있는 날개 선회륜 베어링 (10) 은, 윤활유의 급지 및 배지 계통이 개선되어 배지의 회수도 확실하게 실시할 수 있게 된다. 따라서, 풍력 발전 장치 (1) 에서는, 날개 선회륜 베어링 (10) 의 오일 시일로부터 배지가 외부로 누출되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.
즉, 날개 선회륜 베어링 (10) 에서 사용하는 윤활유의 배지를 확실하게 회수할 수 있고, 날개 선회륜 베어링 (10) 의 오일 시일로부터 누출되는 윤활유도 감소되므로, 예를 들어 로터 헤드 (4) 의 회전에 의해 배지가 풍력 발전 장치 (1) 의 주위에 비산되는 문제를 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.
1 : 풍력 발전 장치
2 : 풍차용 타워
3 : 나셀
4 : 로터 헤드
5 : 풍차 날개
10 : 날개 선회륜 베어링
20 : 급배지 장치
30 : 급지 장치
31 : 급지 탱크
32 : 급지 펌프
40 : 배지 장치
41 : 진공 펌프
42 : 리졸버 탱크
43 : 배지 배관 (배지 유로)

Claims (3)

  1. 풍차 날개에 풍력을 받아 회전하는 로터 헤드가 나셀의 내부에 설치된 발전기를 구동하여 발전하고, 상기 나셀이 기초 상에 세워 설치된 타워의 상단부에 설치됨과 함께, 상기 풍차 날개와 상기 로터 헤드 사이에 설치된 날개 선회륜 베어링을 개재하여 상기 풍차 날개의 피치각을 조정할 수 있도록 하는 피치 제어 기구를 구비하고 있는 풍력 발전 장치에 있어서,
    상기 로터 헤드의 내부에 급배지 장치를 형성하고, 그 급배지 장치가, 급지 탱크 내의 윤활유를 펌프에 의해 압송하여 상기 날개 선회륜 베어링에 공급하는 급지 장치와, 상기 날개 선회륜 베어링으로부터 배지를 강제적으로 흡인하여 회수하는 배지 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배지 장치는, 상기 날개 선회륜 베어링으로부터 윤활유를 흡인하여 회수하는 진공 펌프와, 회수한 배지를 저장하는 리졸버 탱크와, 상기 날개 선회륜 베어링으로부터 상기 진공 펌프를 개재하여 상기 리졸버 탱크까지 접속하는 배지 유로를 구비하고, 상기 리졸버 탱크를 상기 로터 헤드의 회전축 중심 근방에 배치한 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급배지 장치는, 상기 급지 장치와 상기 배지 장치가 동기하여 운전되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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