KR20120003512U - 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안이 해결하려는 과제는 블레이드의 회전력에 의해 발생하는 진동에 의한 댐퍼의 강성저하를 방지하기 위한 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다. 본 고안인 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는, 블레이드의 회전력을 기반으로 전기에너지를 발생시키는 발전기가 고정 결합되는 플랜지; 및 상기 회전력에 의해 상기 플랜지에 발생하는 진동을 감쇠시키는 유압댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 고안에 의하면, 유압댐퍼를 이용하여 플랜지의 진동을 감쇠시킴으로써, 장시간 사용시에도 강성이 저하되지 않으므로 회전력에 의해 발생하는 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있으며, 이로 인해 풍력발전기의 내구성이 더욱 향상되는 효과가 있다.

Description

풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치{Apparatus of vibration attenuation for aerogenerator system's generator}
본 고안은 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기가 고정 결합되는 플랜지에 유압댐퍼를 설치하여 블레이드의 회전력에 의해 발생하는 진동에 의한 댐퍼의 강성저하를 방지하기 위한 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치에 관한 것이다.
현재 97% 이상의 에너지원을 해외에서 수입하고 있는 우리나라에서 풍력에너지의 활용은 원유 수입 절감을 통한 단순한 외화 절약뿐만 아니라 화석연료의 고갈에 대비하는 재생 가능한 에너지원 확보, 비산유국으로서 에너지 자립 등을 위해 반드시 필요하다. 신재생 에너지 산업은 전 지구적 환경산업으로, 경제협약으로 발전되고 있는 기후변화 협약에 대응하는 가장 확실한 해결책의 하나로 볼 수 있다.
이러한 풍력발전기술은 공기 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(Aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기에너지를 얻는 것이다. 풍력발전기는 블레이드(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자와 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 타워 등으로 구성되며 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류된다.
상기와 같은 풍력발전기에 있어서, 회전자의 회전력에 의해 발생하는 진동을 감쇠시키는 것은 중요한 기술적 문제이다. 즉, 회전력에 의해 발생하는 진동에 의해 풍력발전기의 내구성이 저하되고, 진동에 의해 발전기의 위치가 변화되어 회전축의 변형을 일으켜 결국 발전효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 발전기가 고정 결합되는 플랜지 하부에 고무댐퍼를 설치하였다. 도 4는 종래 고무댐퍼(50)가 설치된 모습을 도시한 것으로, 발전기(46)는 플랜지(20)에 고정 결합되고, 상기 플랜지(20)의 하부에는 고무댐퍼(50)가 설치되며, 상기 고무댐퍼(50)에 의해 플랜지(20)와 프레임(48)이 고정 결합된다.
즉, 회전자(1)의 회전력은 증속기(45)에 의해 증속되고, 증속된 회전력은 고속축 커플링(47)에 의해 발전기(46)로 전송된다. 상기 발전기(46)는 고속축 커플링(47)에 의해 전송된 회전력을 기반으로 전기에너지를 생성한다. 이때, 고속축 커플링(47)의 회전력에 의해 진동이 발생하며, 발생한 진동은 고무댐퍼(50)에 의해 감쇠된다.
그러나 고무댐퍼(50)를 장시간 사용하면 고무의 특성상 자연노화가 발생하게 되고, 이로 인해 고무댐퍼(50)의 강성이 작아지므로 회전력에 의해 발생하는 진동을 효과적으로 감쇠시키지 못하는 문제점이 있었다. 이로 인해, 풍력발전기의 내구성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 고무댐퍼(50)의 강성이 작아지게 됨으로써, 발전기(46)를 고정 결합하는 플랜지(20)의 위치가 설계기준 보다 낮아지게 되고, 결국 도 5에 도시된 바와 같이 증속기(45)와 발전기(46)를 연결하는 고속축 커플링(47)의 변형이 발생하게 되는 문제점이 있었다. 이로 인해 풍력발전기의 발전효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 고속축 커플링(47)이 변형됨으로써, 발전기(46)의 베어링(49)에 가해지는 하중이 급격히 증가하여 발전기(46)의 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로,
본 고안이 해결하려는 과제는 블레이드의 회전력에 의해 발생하는 진동에 의한 댐퍼의 강성저하를 방지하기 위한 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 고안이 해결하려는 과제는 증속기의 회전력을 발전기에 전달하는 고속축 커플링의 변형을 방지하기 위한 풍력발전기시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 고안이 해결하려는 과제는 발전기의 베어링에 작용하는 하중을 감소시키기 위한 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다.
본 고안인 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는, 블레이드의 회전력을 기반으로 전기에너지를 발생시키는 발전기가 고정 결합되는 플랜지; 및 상기 회전력에 의해 상기 플랜지에 발생하는 진동을 감쇠시키는 유압댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유압댐퍼는, 상기 회전력에 따라 압력을 조절하여 진동을 감쇠시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유압댐퍼는, 상기 플랜지의 각 모서리에 대응하여 설치되며, 모서리의 상부와 하부에 한쌍으로 대응하여 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는, 상기 모서리 상부의 유압댐퍼와 대응하는 모서리 하부의 유압댐퍼를 연결하는 파이프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는, 상기 회전력에 의해 발생하는 진동이 감쇠되도록, 상기 파이프를 통해 유체를 주입 또는 배출하여 유압댐퍼의 압력을 조절하는 것이 바람직하다.
본 고안에 의하면, 유압댐퍼를 이용하여 플랜지의 진동을 감쇠시킴으로써, 장시간 사용시에도 강성이 저하되지 않으므로 회전력에 의해 발생하는 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있으며, 이로 인해 풍력발전기의 내구성이 더욱 향상되는 효과가 있다.
또한, 장시간 사용시에도 유압댐퍼의 강성이 저하되지 않으므로, 플랜지의 위치변화를 방지할 수 있으므로 위치변화에 의해 발생하는 고속축 커플링의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고속축 커플링의 변형을 방지함으로써, 변형에 의해 발생하는 베어링의 하중 증가를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 파이프를 이용하여 유압댐퍼 상호간을 연결함으로써, 상기 파이프를 통해 유체를 주입 또는 배출하여 강성을 조절할 수 있으므로 진동을 더욱 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 유압댐퍼를 이용하여 회전력 방향의 강성은 유지하고 수평, 수직 방향의 강성을 작게 조절하여, 조립시 발생하는 조립에러에 의한 베어링 하중을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 고안에 의한 풍력발전기의 구성을 도시한 구성도.
도 2는 본 고안인 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치의 일 실시예를 도시한 구성도.
도 3은 도 2의 정면도.
도 4는 종래 진동 감쇠 장치를 도시한 구성도.
이하 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치의 바람직한 일 실시예에 대하여 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 고안을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 고안에 의한 풍력발전기의 구성을 도시한 구성도로, 풍력발전기는 블레이드(Blade)와 허브(Hub)로 구성되어 회전력을 발생시키는 회전자(1)와 상기 회전자(1)의 회전력을 전기에너지로 변환하는 나셀(2)으로 구성된다.
상기 나셀(2)은 회전축(40), 보조증속기(41), 고속축(42), 브레이킹부(43), 고속브레이킹부(44), 증속기(45), 주발전기(46), 플랜지(20) 및 고속축 커플링(47)을 포함하여 구성된다.
상기 회전축(40)은 블레이드가 결합된 허브에 연결되어 상기 블레이드의 회전력을 운동에너지로 변환하고, 변환된 운동에너지를 보조증속기(41)로 전송한다. 또한, 회전축(40)에는 회전 속도를 감소시키거나 정지시키기 위한 브레이킹부(43)가 설치된다.
상기 보조증속기(41)는 주회전축(40)에서 전송된 회전력을 증가시킨다. 즉, 전기에너지를 발생시키기 위한 충분한 회전력을 얻기 위하여, 보조증속기(41)를 이용하여 회전력을 증가시킨다. 또한, 풍속에 따라 블레이드의 회전 속도가 달라지고, 이로 인해 회전축(40)의 회전 속도도 달라지므로, 일정한 회전 속도를 얻기 위하여 회전력을 증가시킨다.
상기 고속축(42)은 보조증속기(41)와 증속기(45)의 사이에 설치되어, 보조증속기(41)에서 증가된 회전력을 증속기(45)로 전송한다. 또한, 고속축(42)에는 회전 속도를 감소시키거나 정지시키기 위한 고속브레이킹부(44)가 설치된다.
상기 증속기(45)는 고속축(42)과 발전기(46)의 사이에 설치되어, 발전기(46)가 전기에너지를 발생시키기에 적합하도록 고속축(42)의 회전력을 변환시키고, 변환된 회전력을 고속축 커플링(47)을 통해 발전기(46)로 전송한다. 즉, 증속기(45)는 회전력변환기(Torque convertor) 또는 회전력을 변환하기 위한 기어로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 플랜지(20)는 발전기(46)의 하부에 위치하여, 발전기(46)를 고정 결합한다.
도 2는 본 고안인 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치의 일 실시예를 도시한 구성도로, 본 고안은 블레이드의 회전력을 기반으로 전기에너지를 발생시키는 발전기(46)가 고정 결합되는 플랜지(20); 및 상기 회전력에 의해 상기 플랜지(20)에 발생하는 진동을 감쇠시키는 유압댐퍼(10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에서는 발전기(46)가 고정 결합되는 플랜지(20)를 중심으로 설명하였으나, 상기 플랜지(20)에 한정되지 않고 보조증속기(41), 증속기(45) 등이 고정 결합되는 플랜지에도 적용 가능하다.
또한, 유압댐퍼(10)는, 회전력에 따라 압력을 조절하여 진동을 감쇠시키는 것이 바람직하다. 즉, 풍력발전시스템의 발전기(46)는 일반적인 발전기 시설처럼 고정 프레임에 고정 결합되지 않고, 동적하중, 진동 및 압력변화가 심한 나셀프레임(48)에 고정 결합되므로 플랜지(20)에 큰 하중이 발생한다. 또한, 풍속은 계속적으로 변화하므로, 상기 풍속에 따라 발전기(46)의 회전 속도가 달라지게 되어 플랜지(20)에 상당한 하중의 변화가 발생하고, 이로 인해 상당한 크기의 진동이 발생하게 된다.
따라서, 회전력에 따라서 진동 및 하중이 달라지므로, 유압댐퍼(10)는 상기 진동 및 하중에 따라 압력을 조절하여 진동을 감쇠시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유압댐퍼(10)는, 상기 플랜지(20)의 각 모서리에 대응하여 설치되며, 모서리의 상부와 하부에 한쌍으로 대응하여 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 플랜지(20)의 상부에는 상부유압댐퍼(10a)가 설치되고 하부에는 하부유압댐퍼(10b)가 설치되며, 상부유압댐퍼(10a)와 하부유압댐퍼(10b)는 대응하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 또한 하부유압댐퍼(10b)는 나셀프레임(48)에 고정 결합되어, 플랜지(20)와 나셀프레임(48)을 고정 결합하는 기능을 한다.
예를 들어, 플랜지(20)가 사각형 형태인 경우에 네모서리의 상부와 하부에 유압댐퍼(10)가 설치되고, 상기 유압댐퍼(10)의 압력을 조절하여 진동을 감쇠시킨다. 또한, 유압댐퍼(10)가 설치되는 위치와 개수는 상술한 설명에 한정되는 것은 아니며, 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 어느 위치에나 설치될 수 있다.
또한, 상기 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는, 상기 모서리 상부의 유압댐퍼(10)와 대응하는 모서리 하부의 유압댐퍼(10)를 연결하는 파이프(30)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상부유압댐퍼(10a)는 대응하는 모서리의 하부유압댐퍼(10b)와 파이프(30)를 통해 연결된다. 이때 상부유압댐퍼(10a)와 대응하는 모서리의 하부유압댐퍼(10b)는 발전기(46)의 회전축과 직교하는 방향의 하부유압댐퍼(10b)이다. 또한, 파이프(30)로 통해 연결되는 유압펌프(10)의 위치는 상술한 설명에 한정되지 않는 것은 당연하다.
또한, 상기 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는, 상기 회전력에 의해 발생하는 진동이 감쇠되도록, 상기 파이프(30)를 통해 작동유체를 주입 또는 배출하여 유압댐퍼(10)의 압력을 조절하는 것이 바람직하다.
즉, 풍력발전기의 회전력은 풍속에 따라 달라지고, 회전력이 달라짐에 따라 유압댐퍼(10)에 가해지는 하중과 진동이 달라지므로, 파이프(30)를 통해 작동유체를 주입 또는 배출하여 유압댐퍼(10)의 압력을 조절하여 진동을 감쇠시킨다.
예를 들어, 회전력 방향에 위치하는 유압댐퍼(10)에 상대적으로 큰 하중과 진동이 발생하므로, 파이프(30)를 통해 상기 유압댐퍼(10)에 작동유체를 주입하여 압력을 증가시킨다.
이상 본 고안인 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치의 구성과 기능에 대하여 상세하게 설명하였다. 이하 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치의 사용상태에 대하여 상세하게 설명한다.
풍력발전기가 가동되면 회전자(1)의 블레이드가 회전하여 회전력이 발생하고, 상기 회전력은 회전축(40), 보조증속기(41), 고속축(42), 증속기(45) 및 고속축 커플링(47)을 통해 발전기(46)로 전달된다. 이때, 보조증속기(41)와 증속기(45)에 의해 회전력이 증가되고, 증가된 회전력에 의해 발생된 하중 및 진동이 발전기(46)가 고정 결합되는 플랜지(20)에 가해지게 된다. 또한, 플랜지(20)는 일반적인 발전기에 사용되는 플랜지와 달리 고정프레임에 고정 결합되지 않고, 동적하중, 진동 및 압력변화가 심한 나셀프레임(48)에 고정 결합되므로 더 큰 하중 및 진동이 플랜지(20)에 가해지게 된다.
따라서 플랜지(20)에 가해지는 진동을 감쇠시키고 하중에 의한 발전기(46)의 위치변화를 방지하기 위하여 유압댐퍼(10)를 이용한다. 즉, 유압댐퍼(10)를 이용하여 플랜지(20)의 진동을 감쇠시켜 나셀프레임(48)에 전달하고, 회전력 방향에 위치하는 유압댐퍼(10)에 상대적으로 큰 하중이 가해지므로 회전력 방향의 유압댐퍼(10)의 압력을 증가시킨다.
이때, 상부유압댐퍼(10a)와 하부유압댐퍼(10b)를 연결하는 파이프를 통해 유체를 주입 또는 배출하여 유압댐퍼(10)의 압력을 조절하여, 진동을 감쇠시키고 하중에 의해 발전기(46)의 위치가 변화되지 않도록 한다.
이상, 본 고안의 일 실시예로 설명하였으나 본 고안의 기술적 사상이 상기 일 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치를 구현할 수 있다.
1… 회전자 2… 나셀
10… 유압댐퍼 20… 플랜지
30… 파이프 40… 회전축
41… 보조증속기 42… 고속축
43… 브레이킹부 44… 고속브레이킹부
45… 증속기 46… 발전기
47… 고속축 커플링 49… 베어링
48… 나셀프레임 50… 고무댐퍼

Claims (5)

  1. 블레이드의 회전력을 기반으로 전기에너지를 발생시키는 발전기(46)가 고정 결합되는 플랜지(20); 및
    상기 회전력에 의해 상기 플랜지(20)에 발생하는 진동을 감쇠시키는 유압댐퍼(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유압댐퍼(10)는,
    상기 회전력에 따라 압력을 조절하여 진동을 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유압댐퍼(10)는,
    상기 플랜지(20)의 각 모서리에 대응하여 설치되며, 모서리의 상부와 하부에 한쌍으로 대응하여 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는,
    상기 모서리 상부의 유압댐퍼(10)와 대응하는 모서리 하부의 유압댐퍼(10)를 연결하는 파이프(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치는,
    상기 회전력에 의해 발생하는 진동이 감쇠되도록, 상기 파이프(30)를 통해 작동유체를 주입 또는 배출하여 유압댐퍼(10)의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치.
KR2020100011646U 2010-11-11 2010-11-11 풍력발전시스템용 발전기의 진동 감쇠 장치 KR20120003512U (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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