KR20120023544A - 피뢰를 위한 어레인지먼트 - Google Patents

피뢰를 위한 어레인지먼트 Download PDF

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KR20120023544A
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바스티안 루케
카제이 올젠
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

피뢰를 위한 어레인지먼트
본 발명은 풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 풍력 터빈의 블레이드는 형상화된 윙릿에 의해 연장된다. 블레이드는 번개 수용기를 포함하고, 상기 번개 수용기는 블레이드의 팁 엔드 구역에 배열된다. 윙릿은 부가적인 번개 수용기를 포함한다.

Description

피뢰를 위한 어레인지먼트{ARRANGEMENT FOR LIGHTNING PROTECTION}
본 발명은 풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트에 관한 것이다.
문헌 US 7540716 B2는 소음(sound emission)들을 감소시키기 위해 특정 방식으로 형상화된 회전자 블레이드를 설명한다. 블레이드의 팁 엔드(tip end)의 형상은 블레이드의 압력 면(pressure side)의 방향으로 만곡되거나 또는 각을 이룬다. 이를 위해, 소위 "에지 아크"-컴포넌트가 사용된다. 상기 컴포넌트는 블레이드의 팁 엔드에 배열된다. 상기 형상화된 팁은 금속을 포함할 수 있고, 따라서 피뢰침으로서 역시 사용될 수 있다.
상기 팁 엔드가 풍력 터빈 블레이드들을 위해 보통 사용되는 유리-섬유 대신에 금속으로 이루어진다면, 위에서 설명된 구성은 값비싸다. 심지어 팁 엔드가 피뢰침으로서 동작하도록 설계될 때, 금속으로 만들어진 블레이드-연장부는 블레이드의 다른 부분들이 벼락들에 의해 가격되는 것을 방지할 수 없다.
그러므로, 본 발명의 목적은 풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 향상된 어레인지먼트를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 구성들은 종속항들의 목적이다.
본 발명에 따르면, 풍력 터빈의 블레이드는 형상화된 윙릿(winglet)에 의해 연장된다. 블레이드는 번개 수용기(lightning receptor)를 포함하고, 상기 번개 수용기는 블레이드의 팁 엔드 구역에 배열된다. 상기 윙릿은 부가적인 번개 수용기를 포함한다.
바람직하게도, 상기 윙릿은 블레이드의 팁 엔드 구역에 배열되거나 또는 팁 엔드 구역에 매우 가깝게 배열된다.
바람직하게도, 상기 윙릿은 블레이드의 양력/항력-비율(lift/drag-ratio)이 최적화되도록 형상화된다. 윙릿 덕분에, 회전 블레이드는 자신의 회전 모멘트 관점에서 저항을 덜 나타내고, 따라서 풍력 터빈의 효율성이 증가된다.
본 발명에 따르면, 번개 수용기 또는 다수의 번개 수용기들은 블레이드의 팁 엔드 구역에 위치된다. 이 구역은 벼락들 관점에서 블레이드의 가장 관련된 부분이다.
본 발명에 따르면, 부가적인 번개 수용기 또는 다수의 부가적인 번개 수용기들이 윙릿 곁에(asides) 배열되는데, 그 이유는 윙릿이 블레이드의 팁 엔드 구역에 역시 영향을 주기 때문이다.
바람직하게도, 번개 수용기는 소위 "부압-와류(negative pressure-vortex)들"이 생성되는 특정 구역에 있는 윙릿에 위치된다.
"부압-와류들"은 예컨대 윙릿 또는 블레이드의 흡입면 곁에서 생성되는 와류들이다.
바람직하게도, 블레이드의 번개 수용기들의 포지션 및 윙릿의 번개 수용기들의 포지션은 함께 최적화된다.
예컨대, 윙릿 없이 사용되기 위해 설계되는 제1 블레이드의 번개 수용기들은 윙릿과 함께 사용되기 위해 설계되는 제2 블레이드의 번개 수용기들과 동일한 포지션에 배열된다. 따라서, 이미 장착된 블레이드들은 풍력 터빈 지역의 특정 상황에 의해 이것이 발생된다면 윙릿들에 의해 개장(retrofit)될 수 있다.
번개 수용기들은, 벼락에 의해 발생되고 있는 뇌격 전류가 블레이드의 둘레 부분(surround part)을 손상시키지 않고 붙잡힘(get a hold)을 보장한다.
바람직하게도, 번개 수용기들은 피뢰침에 부착되고, 피뢰침은 뇌격 전류를 접지로 유도한다.
번개 수용기들의 포지션들, 특히 윙릿 부분의 번개 수용기들의 포지션은 잘 알려진 컴퓨터-시뮬레이션들의 도움에 의해 최적화된다. 이러한 시뮬레이션들은 형상화된 윙릿 덕분에 및 형상화된 블레이드 자체 덕분에 블레이드를 따라서 도출되는 압력 조건들에 기반한다.
본 발명의 경우에 각각의 번개 수용기가 바람직하게도 윙릿/블레이드의 개구부 안에 위치될 수 있다는 것이 언급되어야 한다.
상기 개구부는 블레이드의 제조 프로세스 이후에 블레이드/윙릿 안에 도입될 수 있다. 따라서, 윙릿/블레이드는, 필요하다면 적절한 개구부 내의 수용기를 이용하여 개장될 수 있다.
개구부 자체는 또한 제조 프로세스 동안에 블레이드/윙릿 곁에 배열되거나 또는 제공될 수 있다.
각각의 번개 수용기가 블레이드/윙릿의 제조 동안에 윙릿/블레이드 안에 캐스팅될 수 있는 것이 가능하다. 따라서, 수용기는 블레이드/윙릿의 제조 이후 풍력 터빈의 일체화된 부분이다.
심지어 이들 두 개의 어레인지먼트들의 조합들이 본 발명의 범위 내에 있다.
부가하여, 본 발명의 경우에 번개 수용기가 블레이드/윙릿을 관통한다는 것이 언급되어야 한다. 따라서, 블레이드/윙릿의 번개 수용기가 제1 및 제2 표면을 포함하고, 동시에 번개 수용기의 제1 표면이 블레이드 또는 윙릿의 제1 표면에 배열되고, 동시에 번개 수용기의 제2 표면이 블레이드 또는 윙릿의 제2 표면에 배열된다.
번개 수용기의 양쪽 표면들은, 각각의 표면이 인입 벼락을 견딜 수 있고 풍력 터빈의 전기 접지를 향해 결과적 번개 에너지를 나아가게 할 수 있도록 설계되고 배열된다.
본 발명은 일부 도면들의 도움으로 이제 더욱 상세히 설명된다.
도면들은 바람직한 구성들을 보여주며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 제1 윙릿-형에 대한 본 발명에 따른 피뢰를 나타낸다.
도 2는 제2 윙릿-형에 대한 본 발명에 따른 피뢰를 나타낸다.
도 3은 제3 윙릿-형에 대한 본 발명에 따른 피뢰를 나타낸다.
도 4는 한 면이 있는(one-sided) 윙릿과 연결되는 블레이드의 팁 엔드의 단면 ? 동시에, 윙릿은 블레이드의 업스트림 방향으로 지향됨 ? 을 나타낸다.
도 5는 양면이 있는(two-sided) 윙릿과 연결되는 블레이드의 팁 엔드의 단면 ? 동시에, 윙릿은 비대칭이고, 블레이드의 업스트림 방향으로 지향됨 ? 을 나타낸다.
도 6은 한 면이 있는 윙릿과 연결되는 블레이드의 팁 엔드의 단면 ? 동시에, 윙릿은 블레이드의 다운스트림 방향으로 지향됨 ? 을 나타낸다.
도 7은 양면이 있는 윙릿과 연결되는 블레이드의 팁 엔드의 단면 ? 동시에, 윙릿은 대칭이고, 블레이드의 업스트림 방향으로 지향됨 ? 을 나타낸다.
도 8은 양면이 있는 윙릿과 연결되는 블레이드의 팁 엔드의 단면 ? 동시에, 윙릿은 비대칭이고, 블레이드의 다운스트림 방향으로 지향됨 ? 을 나타낸다.
도면들에서, 구절 "업스트림" 또는 "역풍(upwind)"은 인입 바람의 방향을 지칭한다. 따라서, 이 방향의 포인터는 인입 바람의 반대를 가리킨다.
도면들에서, 구절 "다운스트림" 또는 "순풍(downwind)"은 블레이드를 통과하는 바람의 방향을 지칭한다. 따라서, 이 방향의 포인터는 블레이드를 통과하는 바람을 따라서 그리고 상기 블레이드를 통과하는 바람과 일치하는 것을 가리킨다.
도 1은 제1 윙릿-형에 대한 본 발명에 따른 피뢰를 나타낸다.
블레이드(BL)는 풍력 터빈(WT)의 허브(HB) 둘레를 회전한다.
블레이드(BL)는 윙릿(WL1)에 의해 연장되고, 상기 윙릿(WL1)은 블레이드(BL)의 팁 엔드 구역(TER)에 가깝게 배열된다.
윙릿(WL1)은 한 면이 있는 윙릿으로서 형상화된다.
윙릿(WL1)은 풍력 터빈(WT)의 인입 바람-방향으로 지향되고, 따라서 윙릿(WL1)은 "한 면이 있는 업스트림 윙릿"으로 불린다.
번개 수용기(LR11)는 블레이드(BL)의 팁 엔드 구역(TER)에 가깝게 배열된다.
부가적인 번개 수용기(LR12)가 윙릿(WL1) 곁에 배열된다.
이 번개 수용기(LR12)의 포지션은 윙릿(WL1)의 팁 엔드 구역(TER)에 매우 까까울 수 있다.
번개 수용기들(LR11 및 LR12)은 피뢰침과 연결되고, 상기 피뢰침은 뇌격 전류를 접지로 유도한다.
도 2는 제2 윙릿-형에 대한 본 발명에 따른 피뢰를 나타낸다.
블레이드(BL)는 풍력 터빈(WT)의 허브(HB) 둘레를 회전한다.
블레이드(BL)는 윙릿(WL2)에 의해 연장되고, 상기 윙릿(WL2)은 블레이드(BL)의 팁 엔드 구역(TER)에 가깝게 배열된다.
윙릿(WL2)은 소위 "양면이 있는 윙릿"으로서 형상화된다. 따라서, 윙릿(WL2)은 두 개의 방향들로 : 업스트림(인입 바람의 방향임)으로 그리고 다운스트림(바람이 블레이드를 통과한 이후 바람의 방향임)으로 지향된다.
윙릿(WL2)은 비대칭 또는 대칭으로 형상화될 수 있다. 도 2는 대칭 버전을 나타낸다.
번개 수용기(LR21)는 블레이드(BL)의 팁 엔드 구역(TER)에 가깝게 배열된다.
두 개의 부가적인 번개 수용기들(LR22 및 LR23)은 윙릿(WL2) 곁에 배열된다.
번개 수용기들(LR22 및 LR23)의 포지션은 윙릿(WL2)의 팁 엔드 구역들(TER1 및 TER2)에 매우 가까울 수 있다.
번개 수용기들(LR21, LR22 및 LR23)은 피뢰침과 연결되고, 상기 피뢰침은 뇌격 전류를 접지로 유도한다.
도 3은 제3 윙릿-형에 대한 본 발명에 따른 피뢰를 나타낸다.
블레이드(BL)는 풍력 터빈(WT)의 허브(HB) 둘레를 회전한다.
블레이드(BL)는 윙릿(WL3)에 의해 연장되고, 상기 윙릿(WL3)은 블레이드(BL)의 팁 엔드 구역(TER)에 가깝게 배열된다.
윙릿(WL3)은 한 면이 있는 윙릿으로서 형상화된다.
윙릿(WL3)은 풍력 터빈(WT)의 순풍-방향으로 지향되고, 따라서 윙릿(WL3)은 "한 면이 있는 다운스트림 윙릿"으로 불린다.
번개 수용기(LR31)는 블레이드(BL)의 팁 엔드 구역(TER)에 가깝게 배열된다.
부가적인 번개 수용기(LR32)는 윙릿(WL3) 곁에 배열된다.
이 번개 수용기(LR32)의 포지션은 윙릿(WL3)의 팁 엔드 구역(TER)에 매우 가까울 수 있다.
번개 수용기들(LR31 및 LR32)은 피뢰침과 연결되고, 상기 피뢰침은 뇌격 전류를 접지로 유도한다.
도 4는 블레이드(BL)의 팁 엔드의 단면(CS)을 나타내며, 상기 블레이드(BL)는 한 면이 있는 윙릿(WL4)과 연결된다.
윙릿(WL4)은 블레이드(BL)의 업스트림 방향으로 지향되고, 따라서 도 4의 경우 도 1에 대하여 참조가 이루어진다.
바람직하게도, 윙릿(WL4)은 하나의 전용 번개 수용기(LR)를 나타낸다.
도 5는 블레이드(BL)의 팁 엔드의 단면(CS)을 나타내고, 상기 블레이드(BL)는 양면이 있는 윙릿(WL5)과 연결된다.
윙릿(WL5)은 비대칭이고, 자신의 형상 덕분에, 블레이드(BL)의 다운스트림 방향으로 지향되기보다는 업스트림 방향으로 더 많이 지향된다.
따라서, 도 5의 경우, 대응하여 도 2가 참조될 수 있다.
바람직하게도, 윙릿(WL5)의 각각의 일부분(측면)은 하나의 전용 번개 수용기(LR)를 나타낸다. 따라서, 다수의 두 개의 번개 수용기들(LR)이 사용되고 윙릿(WL5) 곁에 배열된다.
도 6은 블레이드(BL)의 팁 엔드의 단면(CS)을 나타내고, 상기 블레이드(BL)는 한 면이 있는 윙릿(WL6)과 연결된다.
윙릿(WL6)은 블레이드(BL)의 다운스트림 방향으로 지향된다.
따라서, 도 6의 경우, 도 3이 참조된다.
바람직하게도, 윙릿(WL6)은 하나의 전용 번개 수용기(LR)를 나타낸다.
도 7은 블레이드의 팁 엔드의 단면(CS)을 나타내고, 상기 블레이드는 양면이 있는 윙릿(WL7)과 연결된다.
윙릿(WL7)은 대칭이고, 자신의 형상 덕분에, 블레이드(BL)의 업스트림 방향으로 그리고 다운스트림 방향으로 지향된다.
따라서, 도 7의 경우, 도 2가 참조된다.
바람직하게도, 윙릿(WL7)의 각각의 일부분(측면)은 하나의 전용 번개 수용기(LR)를 나타낸다. 따라서, 다수의 두 개의 번개 수용기들이 사용되고, 윙릿(WL7) 곁에 배열된다.
도 8은 블레이드(BL)의 팁 엔드의 단면(CS)을 나타내고, 상기 블레이드(BL)는 양면이 있는 윙릿(WL8)과 연결된다.
윙릿(WL8)은 비대칭이고, 자신의 형상 덕분에, 블레이드(BL)의 업스트림 방향으로 보다는 블레이드(BL)의 다운스트림 방향으로 더 많이 지향된다.
따라서, 도 8의 경우, 도 2에 대한 참조가 대응하게 이루어질 수 있다.
바람직하게도, 윙릿(WL8)의 각각의 일부분(측면)은 하나의 전용 번개 수용기(LR)를 나타낸다. 따라서, 다수의 두 개의 번개 수용기들이 사용되고, 윙릿(WL8) 곁에 배열된다.

Claims (10)

  1. 풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트(arrangement)로서,
    상기 풍력 터빈의 블레이드는 형상화된 윙릿(winglet)에 의해 연장되고,
    상기 블레이드는 번개 수용기를 포함하고, 상기 번개 수용기는 상기 블레이드의 팁 엔드 구역(tip end region)에 배열되고,
    상기 윙릿은 부가적인 번개 수용기를 포함하는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 번개 수용기들은 부압-와류(negative pressure-vortex)들이 생성되는 구역들에서 상기 윙릿에 및/또는 상기 블레이드에 위치되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 번개 수용기들은 상기 블레이드의 팁 엔드 구역 및/또는 상기 윙릿의 팁 엔드 구역에 위치되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 번개 수용기들은 상기 윙릿 및/또는 상기 블레이드의 개구부 안에 위치되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 번개 수용기들은 상기 윙릿/블레이드가 제조되는 동안에 상기 윙릿의 일체화된 부분 및/또는 상기 블레이드의 일체화된 부분인,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 윙릿은 상기 블레이드의 팁 엔드 구역에 배열되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 윙릿은 고정되어 있지만 탈착가능한 방식으로 상기 블레이드와 연결되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 번개 수용기들은 피뢰침과 연결되고, 상기 피뢰침은 뇌격 전류를 상기 풍력 터빈의 전기 접지로 유도하는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 윙릿은,
    상기 블레이드의 업스트림으로 또는 다운스트림으로 지향되는 한 면이 있는 윙릿으로서, 또는
    상기 블레이드의 업스트림으로 및 다운스트림으로 지향되는 양면이 있는 윙릿 ? 상기 양면이 있는 윙릿은 대칭 또는 비대칭 윙릿으로서 형상화됨 ? 으로서,
    형상화되고 배열되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 블레이드 또는 상기 윙릿의 번개 수용기는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고,
    상기 번개 수용기의 상기 제1 표면은 상기 블레이드 또는 상기 윙릿의 제1 표면에 배열되고,
    상기 번개 수용기의 상기 제2 표면은 상기 블레이드 또는 상기 윙릿의 제2 표면에 배열되고,
    상기 번개 수용기의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은, 각각의 표면이 벼락을 수용할 수 있도록 설계되고 배열되는,
    풍력 터빈 블레이드의 피뢰를 위한 어레인지먼트.
KR1020110076947A 2010-08-02 2011-08-02 피뢰를 위한 어레인지먼트 KR20120023544A (ko)

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