KR20120106845A

KR20120106845A - 개선된 터빈 어셈블리 구조

Info

Publication number: KR20120106845A
Application number: KR1020127019090A
Authority: KR
Inventors: 마크 라이델 코스비; 로데릭 알란 스클라바치
Original assignee: 루시드 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-18
Publication date: 2012-09-26
Also published as: CN102906419A; US20110150652A1; JP2013515209A; CA2785332A1; EP2516853A1; SG181892A1; BR112012017340A2; WO2011087732A1; IL220549A0

Abstract

터빈이 개시된다. 상기 터빈은, (i) 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고, 발전기에 연결 가능하며, 적어도 하나의 샤프트 힌지를 구비하는 샤프트; (ii) 적어도 하나의 제1 힌지가 배치된 제1 단부를 포함하는 라디얼 암; (iii) 상기 샤프트의 적어도 하나의 샤프트 힌지가 상기 라디얼 암의 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물리는 부분 내에 위치할 때 형성되는 캐비티 내측에 끼워지는 힌지핀을 포함하며, 상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 라디얼 암을 상기 샤프트에 연결할 수 있다.

Description

개선된 터빈 어셈블리 구조{Improved Designs For Turbine Assemblies}

본 발명은 일반적으로 바람 및 유체동력 에너지를 동력원으로 이용하는 데에 유용한 터빈 어셈블리에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 개선된 터빈 어셈블리에 관한 것으로서, 조립 및 정비하기 쉽고, 바람 및 유체동력 에너지 어플리케이션에 사용된다.

도 1은 풍력 에너지를 발생시키는 데에 이용되는, 종래기술에 따른 터빈 어셈블리(10)를 보여준다. 어셈블리(10)는 종방향 샤프트(longitudinal shaft, 16)에 설치되는 허브(hub, 14)에 볼트 연결되는, 라디얼 암과 블레이드의 일체 성형 구조(single-piece construction)를 포함한다. 바람은 블레이드에 작용하여 이들을 움직이게 하고, 전기를 생성한다.

불행하게도, 종래기술에 따른 터빈 어셈블리는 여러 문제점들을 가지고 있다. 일 예로, 종래기술에 따른 터빈 어셈블리를 설치하는 것은 길고 고된 일이다. 특히, 일체로 성형된 블레이드와 라디얼 암 구조를 허브에 설치하는 것은 시간을 많이 필요로 하는 일이다. 또 다른 예로, 이러한 설치에는 전문적인 장비가 필요하다.

또 다른 예로서, 각 부분들이 크고 모양이 특이하기 때문에, 종래기술에 따른 일체 성형 구조를 선적하는 것도 어렵고, 서로 가깝게 포장하는 것도 어렵다. 또한, 종래 구조의 제작의 복잡한 특성 때문에, 부분들을 교체하는 데에 소요되는 비용이 크다. 또한, 종래 구조는 피로 문제(fatigue issues) 때문에 일반적이지 않은 재료의 이용을 불가능하게 한다.

따라서, 종래 구조로 인한 문제점들로부터 벗어날 수 있는 개선된 시스템과 터빈 어셈블리를 제작하는 방법이 필요하다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 조립 및 정비가 용이한 개선된 터빈-어셈블리 구조를 이용하여 바람 및 유체동력 에너지를 이용하는 새로운 시스템 및 방법을 제공한다.

일 측면에서, 본 발명은 터빈을 제공한다. 상기 터빈은, (i) 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고, 발전기에 연결 가능하며, 적어도 하나의 샤프트 힌지를 구비하는 샤프트; (ii) 적어도 하나의 제1 힌지가 배치된 제1 단부를 포함하는 라디얼 암; (iii) 상기 샤프트의 적어도 하나의 샤프트 힌지가 상기 라디얼 암의 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물리는 부분 내에 위치할 때 형성되는 캐비티 내측에 끼워지는 힌지핀을 포함하며, 상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 라디얼 암을 상기 샤프트에 연결할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 터빈은 상기 힌지핀이 상기 캐비티 내측에 끼워질 때 상기 힌지핀을 고정하기 위한 고정장치를 더 포함한다. 상기 힌지핀은 제1 단부에서 헤드부를 가지고, 제2 단부에서 상기 힌지핀의 지름을 따라 연장하는 어퍼쳐를 구획하는 배럴 형상의 몸체인 것이 바람직하며, 상기 고정장치는 상기 힌지핀이 상기 맞물리는 부분 내의 상기 캐비티 내측에 위치하면, 상기 어퍼쳐에 삽입되는 고정핀을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 고정장치는 와셔를 포함할 수 있으며, 상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 고정핀이 상기 어퍼쳐에 삽입되기 전에 상기 와셔를 관통할 수 있다.

본 발명에 따른 터빈은 또한 클램프부와 힌지부를 포함하는 결속 어셈블리를 더 포함할 수 있으며, 상기 클램프부는 상기 터빈의 블레이드 요소와 맞물리거나 연결 가능하며, 상기 힌지부는 상기 라디얼 암의 제2 단부에 배치된 적어도 하나의 힌지와 맞물린다. 바람직하게, 상기 블레이드는 헬리컬 형상을 갖는다.

다른 측면에서, 본 발명은 또 다른 터빈을 제공한다. 상기 터빈은, (i) 제1 단부와 제2 단부를 포함하는 라디얼 암; - 상기 라디얼 암은 상기 제1 단부에서 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고 발전기에 연결되는 샤프트에 연결 가능하고, 상기 라디얼 암은 상기 제2 단부에 적어도 하나의 제2 힌지가 배치됨 - (ii) 상기 블레이드 힌지에 연결되거나 이를 포함하는 블레이드; 및 (iii) 상기 블레이드 힌지가 상기 라디얼 암의 적어도 하나의 상기 제2 힌지와 맞물리는 부분에 놓이면 형성되는 캐비티 내에 끼워지는 힌지핀을 포함하며, 상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 라디얼 암을 상기 샤프트에 연결할 수 있다. 바람직하게, 상기 블레이드는 헬리컬 형상을 갖는다.

일 실시예에서, 본 발명은 상기 힌지핀이 상기 캐비티 내측에 끼워질 때 상기 힌지핀을 고정하기 위한 고정장치를 더 포함한다. 바람직하게, 상기 힌지핀은 제1단부에서 헤드부를 가지고, 제2 단부에서 상기 힌지핀의 지름을 따라 연장하는 어퍼쳐를 구획하는 배럴 형상(barrel-shaped)의 몸체이고, 상기 고정장치는, 상기 힌지핀이 상기 맞물리는 부분 내의 상기 캐비티 내측에 위치하면 상기 어퍼쳐에 삽입되는 고정핀을 포함한다. 상기 고정장치는 와셔를 포함할 수 있으며, 상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 고정핀이 상기 어퍼쳐에 삽입되기 전에 상기 와셔를 관통할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 블레이드는 클램프부와 힌지부를 포함하는 결속 어셈블리에 의해 상기 블레이드 힌지에 연결되는데, 상기 클램프부는 상기 블레이드와 맞물려 고정될 수 있고, 상기 힌지부는 상기 라디얼 암의 제1 단부에 배치된 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물리는 블레이드 힌지를 포함한다. 바람직하게, 상기 클램프부는 두 개의 다리를 가지며, 상기 클램프부가 상기 블레이드와 맞물리면, 상기 두 다리는 u 형상의 볼트를 이용하여 고정된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 샤프트를 제공한다. 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고, 제1 단부와 제2 단부를 포함한다. 상기 제1 단부는 발전기에 연결 가능하고, 상기 제2 단부는 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 힌지에 연결되는 적어도 하나의 샤프트 힌지를 갖는다. 상기 샤프트는 세 개의 샤프트 힌지를 포함하는 제2 단부를 포함할 수 있으며, 각각의 사프트 힌지는 상기 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 힌지에 연결된다. 상기 라디얼 암은 제1 단부와 제2 단부를 포함할 수 있는데, 상기 제1 단부는 제1 힌지를 포함하고, 상기 제2 단부는 제2 힌지를 포함하며, 상기 제1 힌지는 샤프트의 일부이거나 샤프트에 연결되는 샤프트 힌지에 연결 가능하고, 상기 제2 힌지는 블레이드의 일부이거나 블레이드에 연결되는 블레이드 힌지에 연결 가능하다. 바람직하게, 상기 라디얼 암은 알루미늄, 섬유유리, 탄소섬유, 섬유강화 플라스틱으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료로 이루어진다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 결속 어셈블리를 제공한다. 상기 결속 어셈블리는 (i) 클램프부; 및 (ii) 힌지부를 포함하며, (iii) 상기 클램프부는 블레이드와 맞물리거나 블레이드에 연결 가능하고, 상기 힌지부는 라디얼 암의 일단에 배치된 적어도 하나의 힌지와 맞물릴 수 있다. 상기 결속 어셈블리는 또한 u형상의 볼트를 포함할 수 있으며, 상기 클램프부는 상기 u형상의 볼트를 이용하여 고정되는 두 개의 다리를 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 터빈을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 터빈을 제조하는 방법으로서, (i) 클램프부와 힌지부를 구비하는 결속부재를 마련하는 단계; - 상기 클램프부는 블레이드와 맞물릴 수 있고, 상기 힌지부는 블레이드 힌지를 포함함 - (ii) 상기 클램프부를 상기 블레이드에 맞물리도록 하여, 상기 클램프부를 상기 블레이드에 고정하는 단계; (iii) 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제2 힌지에 블레이드 힌지를 맞물리는 단계; 및 (iv) 상기 블레이드 힌지가 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제2 힌지와 맞물릴 때 형성되는 캐비티에 힌지핀을 삽입하여, 상기 블레이드를 상기 라디얼 암에 연결하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 적어도 하나의 상기 제2 힌지는 상기 라디얼 암의 일부이거나 상기 라디얼 암에 연결될 수 있다. 상기 고정하는 단계는, (i) 상기 블레이드를 두 개의 다리를 갖는 u 형상의 클램프에 삽입하는 단계; 및 (ii) 상기 블레이드 상에 상기 결속부재를 고정시키도록 상기 두 개의 다리를 조이는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 상기 힌지핀을 상기 캐비티에 삽입하는 단계 이후에, 상기 힌지핀을 상기 캐비티 내측에 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예는, 상기 라디얼 암 상의 적어도 하나의 제1 힌지를 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고 발전기에 연결 가능한 샤프트에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 터빈을 제조하는 또 다른 방법을 제공한다. 상기 방법은, (i) 적어도 하나의 샤프트 힌지를 구비하는 샤프트를 마련하는 단계; (ii) 적어도 하나의 상기 샤프트 힌지를 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제1 힌지에 맞물리는 단계; 및 (iii) 상기 샤프트 힌지가 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물릴 때 형성되는 캐비티에 힌지핀을 삽입하여, 상기 샤프트를 상기 라디얼 암에 연결하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 적어도 하나의 제1 힌지는 상기 라디얼 암의 일부이거나 상기 라디얼 암에 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 상기 힌지핀을 상기 캐비티에 삽입하는 단계 이후에, 상기 힌지핀을 상기 캐비티 내측에 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

추가적인 목적 및 이점들과 함께, 본 발명의 구조 및 작업방법은 첨부된 도면과 관련하여 구체적인 실시예들에 대한 설명을 통해 잘 이해될 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 터빈 어셈블리를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지를 생성하기 위한 개선된 터빈 어셈블리 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 개선된 터빈 어셈블리 구조의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 어셈블리를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 라디얼 암 요소에 연결된 헬리컬 블레이드 요소를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 어셈블리를 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디얼 암 요소의 구체적인 사시도이다.
도 7a는 도 5에 나타난 연결의 구체적인 사시도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 일단은 헬리컬 블레이드 요소 상에 끼워지고, 타단은 라디얼 암 요소 상에 배치된 힌지와 맞물리는 클램프 구조를 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 라디얼 암 요소와 터빈 어셈블리의 샤프트 사이의 연결을 나타내는 구체적인 사시도이다.
도 8b는 샤프트와 맞물린, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디얼 암 요소를 나타낸다.
도 9는 도 3의 터빈 어셈블리 구조를 나타내는 구체적인 평면도이다.

이하의 설명에서, 많은 구체적이고 자세한 사항들이 본 발명의 충분한 이해를 위해 제시될 것이다. 그러나, 본 발명이 이러한 구체적이고 자세한 사항들의 일부 또는 전부에 대한 제한 없이 실시될 수도 있음은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다. 다른 경우에서, 본 발명이 불필요하게 모호해지지 않도록 하기 위하여, 잘 알려진 공정 단계들은 설명되지 않는다.

도 2는 전기를 발생시키기 위하여 바람 또는 유체동력 에너지를 동력으로 이용하는 데에 사용되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈(100)을 나타내는 사시도이다. 터빈(100)은 샤프트(102), 라디얼 암(140) 및 블레이드(106)을 포함한다. 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 샤프트(102) 는 라디얼 암(104)과 연결되고, 이는 다시 블레이드(106)에 연결된다. 이를 위하여, 도 2에 'B'로 표시된 샤프트(102)와 라디얼 암(104) 사이의 연결이 도 8a 및 8b에 보다 더 구체적으로 나타나 있다. 유사하게, 도 2에 'A'로 표시된 라디얼 암(104)와 블레이드(106) 사이의 연결이 도 7a 및 7b에 보다 더 구체적으로 나타나 있다. 도 2는 샤프트(102)의 길이 방향을 따라 두 개의 다른 위치에서, 세 개의 라디얼 암(각 암들은 참조번호 104로 표시됨)의 세트가 배치되어 있는 것을 보여준다. 그러나, 이러한 정확한 구성은 필수적인 것은 아니며, 샤프트의 길이 방향을 따른 각 위치에서 세 개보다 더 적거나 더 많은 라디얼 암들이 배치될 수도 있음은 물론이다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 라디얼 암들은 샤프트(102)를 블레이드(106)에 연결하는 기능을 하므로, 만일 터빈 구조가 세 개 보다 더 적거나 더 많은 블레이드의 사용을 요구한다면, 블레이드들과 샤프트 사이의 연결을 가능하게 하기 위하여 이에 상응하는 수의 라디얼 암이 배치될 것이다.

또한, 둘 보다 더 적거나 더 많은 샤프트 상의 위치가 라디얼 암을 지지할 수 있다. 블레이드의 치수는 얼마나 많은 라디얼 암들이 작동 시 블레이드를 안정화 하는 데에 필요한가를 결정하는 데에 중요한 팩터가 된다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 두 개의 라디얼 암들이 각 블레이드(160)를 샤프트(102)에 효과적으로 고정시킨다.

터빈(100)이 유체동력 어플리케이션에 사용될 수 있긴 하지만, 풍력 에너지를 동력원으로 하는 데에 사용되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 터빈(100)에 사용되는 블레이드(106)는 바람직하게는 헬리컬 형상(helical shape)이다. 본 발명은 헬리컬 형상의 블레이드가 종래의 블레이드 형상보다 바람 또는 유체동력 에너지를 이용하는 데에 훨씬 더 효율적이라는 것을 인식하였다.

도 2에 따르면, 작동 시에, 샤프트(102)는 회전할 수 있으며, 허브(112) 내측에 수용되는 발전기(미도시)에 연결된다. 그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 터빈과 발전기의 조합은 효과적으로 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환한다. 발전기는 기계적인 에너지를 전기로 변환시킬 수 있는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 어느 것을 이용할 수도 있다. 일 예로, Ningbo Ginglon Technologies Co., Ltd. (주소: No. 305 Penglai Road, Xiangshan Industrial Estate, Dancheng, Xiangshan Ningbo Zhejiang 315700 China)의 발전기가 잘 작동한다.

샤프트(102)는 작동 중에 다양한 터빈 요소들(예를 들면 라디얼 암(104)과 블레이드(106))을 효과적으로 지지하고 안정화 하는, 스틸 또는 알루미늄과 같은 경성(rigid) 재료로 이루어진다. 그러나, 바람직하게 샤프트(102)는 알루미늄으로 이루어진다. 알루미늄은 금속 피로 문제(metal fatigue issues) 때문에 종래 구조에서는 사용되지 않았다. 그러나 본 발명의 힌지 및 클램핑 방법이 감소된 스트레스 레벨을 가능하게 하였고, 알루미늄의 사용을 적절하게 하였다. 알루미늄은 향상된 강성(stiffness)과 낮은 생산 비용(production costs)으로 인해 바람직하다. 또한, 알루미늄은 녹여져서 다른 어플리케이션에 재사용될 수 있기 때문에, 터빈의 사후가치 (end-of-life value)를 증가시킨다.

샤프트(102)는 다양한 터빈 요소들에 필요한 지지를 제공하는 치수를 가질 수 있다. 그러나, 바람직하게 샤프트(102)의 직경은 발전기를 수용하는 허브와 맞물릴 수 있는 정도의 것이다. 따라서, 샤프트(102)는 약 3인치에서 6인치 사이의 직경을 갖는다. 샤프트의 길이는 바람직하게 약 96인치에서 약 169인치 사이이다.

라디얼 암(104)은 샤프트(102)와 블레이드(106)를 효과적으로 연결하고 작동 시에 연결을 유지할 수 있는 재료로 이루어진다. 바람직하게, 라디얼 암(104)은 알루미늄, 섬유강화 플라스틱, 섬유유리(fiber glass) 및 탄소섬유(carbon fiber)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진다. 보다 바람직하게, 라디얼 암은 알루미늄으로 이루어진다. 라디얼 암(104)는 약 48인치에서 약 72인치 사이의 길이를 가지며, 약 1인치에서 약 3인치 사이의 두께를 갖는다.

블레이드(106)는 자신에게 영향을 미치는 에너지를 처리하기에 충분한 경성(rigid) 재료로 이루어진다. 바람직하게 블레이드(106)는 알루미늄으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 블레이드(106)는 약 1.0m에서 약 3.0m 사이의 곡률반경(radius of curvature)을 갖는 헬리컬 형상이다. 블레이드(106)의 길이는 바람직하게 약 3.0m 에서 6.0m 사이이고, 블레이드(106)의 두께는 바람직하게 약 1.0인치 에서 약 3.0인치 사이이다.

도 3은 도 2의 터빈(100)의 평면도를 보여준다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 샤프트(102)는 여섯 개의 라디얼 암(104)에 연결된다. 두 개의 라디얼 암의 각 세트는 블레이드 상의 다른 위치에서 블레이드(106)에 연결된다. 샤프트(102)의 길이 및 반지름을 따르는 서로 다른 위치에서의 라디얼 암의 상대적 위치는 "C"로 표시되며, 도 9에서 보다 더 자세히 도시된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈(100')의 분해사시도를 보여준다. 도 2에 나타난 구조와 유사하게, 도 4의 터빈(100')은 유사한 구성요소, 예를 들면 샤프트(102), 라디얼 암(104) 및 블레이드(106)의 어셈블리를 보여준다. 또한, 도 4는 커플러(coupler, 116), 베어링(bearing, 118), 스터브 샤프트(stub shaft, 120), 커버 플레이트(cover plate, 122) 및 다양한 결속부재(fastener, 124, 126, 128, 130)를 포함하는 연결 서브어셈블리(connecting subassembly)를 통하여, 샤프트(102)와 허브(hub, 112') 내에 수용되는 발전기(114) 사이의 더욱 자세한 연결을 보여준다.

샤프트(102)의 길이를 따라 서로 다른 위치에서의 연결에 관하여, 도 4는 블레이드 연결 하드웨어 또는 결속부재(108)를 통하여 블레이드(106)에 연결되는 라디얼 암(104)을 구비하는 터빈 서브어셈블리(500, 도 5를 참조하여 이하에서 보다 자세하게 설명됨)을 보여준다. 도 4는 또한 라디얼 암(104)과, 라디얼 암(104)을 일단에서 샤프트(102)에 연결하고, 타단에서 블레이드(106)에 연결하는 다양한 연결 요소들을 포함하는 서브어셈블리(600, 이하에서 도 6을 참조하여 보다 자세하게 설명됨)의 분해된 모습을 보여준다.

도 5는 서브어셈블리(500)를 보여주는데, 이는 블레이드 연결 하드웨어 또는 결속부재(108)를 통해 라디얼 암(104)의 일단에 연결되는 블레이드(106)를 포함한다. 도 7a 및 7b는 블레이드 연결 하드웨어 또는 결속부재(108)를 보다 더 자세하게 보여준다. 이러한 구성에 따르면, 블레이드 연결 하드웨어 또는 결속부재는 라디얼 암(104)의 일단에 연결되며, 두 부분 즉, 클램프부(704) 및 힌지부(708)를 갖는다. 도 7a 및 7b에 명확하게 나타나 있는 바와 같이, 클램프부(704)는 블레이드(106) 상을 슬라이딩한다. 하드웨어(108)의 이러한 맞물림 부분(engaged position)에서, 힌지부(708)는 블레이드의 외측방향으로 돌출되며, 힌지(706)와의 연결이 라디얼 암(104) 상에 배치되도록 노출된다. 하드웨어(108)의 힌지부(708)가 라디얼 암(104)의 힌지(706)에 연결되는 동안, 힌지핀(710)이 두 힌지의 맞물림에 의해 형성되는 공간을 차지하게 되고, "힌지핀 연결"을 이루게 된다. 본 발명에 따른 "힌지핀 연결"의 바람직한 실시예에서, 각 힌지들은 적어도 하나의 너클(knuckle)을 갖는다. 너클은 배럴 형상의 목적물을 형성하기 위해 맞물리며, 참조번호 710으로 표시된 것과 같은 핀을 수용할 수 있는 캐비티를 구획한다. 여기서 "힌지핀 연결"은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 것이며, 다른 유사한 실시예들 역시 본 발명의 터빈 어셈블리의 다양한 요소들 사이를 연결하기 위해 이용될 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 힌지부(708)과 힌지(706)의 맞물리는 부분에 의해 형성되는 캐비티 내에서, 핀(710)은 추가적인 요소들을 사용하여 효과적으로 고정된다. 일 예로, 힌지핀(710)의 일단 근처에 어퍼쳐(aperture)가 구획된다. 힌지핀(710)이 힌지부(708)와 힌지(706)의 맞물리는 부분 내에 형성되는 캐비티를 차지할 때, 힌지핀(710)과 별도의 고정핀(714)은 어퍼쳐를 통해 삽입된다. 힌지핀(710)의 어퍼쳐 내에서 위치하면, 고정핀(714)은 캐비티 내에서 힌지핀을 고정하며, 나아가 힌지(706)와 힌지부(708) 사이의 연결을 고정한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 고정핀(714)이 어퍼쳐를 통해 삽입되기 전에 와셔가 사용된다. 구체적으로, 힌지핀(710)이 힌지부(708)와 힌지(706)의 맞물리는 부분에 의해 형성되는 캐비티를 차지하면, 힌지핀(710)은 또한 고정핀(714)이 어퍼쳐 내로 삽입되기 전에 와셔를 관통한다. 와셔는 힌지(706)와 힌지부(708) 사이의 연결을 깨뜨리는 힌지핀(710)의 캐비티로부터의 이동 또는 이탈을 추가적으로 방지하는 기능을 제공한다.

라디얼 암(104) 상에 배치된 힌지(706)는 라디얼 암(104)의 일부분일 수도 있고, 라디얼 암에 연결될 수도 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 라디얼 암은 적어도 하나의 힌지를 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 힌지를 포함하도록 플레이트가 제작되며, 이 플레이트는 라디얼 암 (104)의 일단에 부착 또는 연결된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 일단에서 블레이드 연결 하드웨어 또는 결속부재(108)에 연결되도록 설계된 라디얼 암(104)을 포함하는, 라디얼 암 서브어셈블리의 분해된 모습을 보여준다. 제2 단부에서 라디얼 암(104)은 샤프트 연결 하드웨어(110)을 통해 샤프트(102)에 연결되는데, 이는 이하에서 설명될 도 8a 및 8b에서 보다 자세하게 나타난다.

도 8a는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 라디얼 암(104)과, 라디얼 암(104)과 샤프트(102) 사이의 연결을 포함하는 터빈 서브어셈블리의 일부를 분해하여 나타내는 모습에 초점을 맞춘다. 도 8a에 도시된 연결은 상술한 바와 같이 "힌지핀 연결"이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 라디얼 암의 일단에서 힌지(806)가 배치된다. 힌지(806)는 라디얼 암(104)의 타단에서의 힌지(706)와 유사하다. 샤프트 플레이트에는 라디얼 암의 힌지(806)와 맞물리는 힌지(808)가 부착되거나 형성된다. 전술한 "힌지핀 연결"과 함께 언급된 바와 같이, 힌지핀(810)은 두 개의 힌지(806, 808)가 맞물리는 부분 내에 위치할 때 형성되는 캐비티를 차지한다. 고정핀(814)과 와셔(812)는 조립되어 도 7b의 고정핀(714)과 와셔(712)와 유사한 방법으로 힌지핀(810)을 고정한다.

궁극적으로 라디얼 암에 부착되는 샤프트 플레이트(816)는 플랜지(802)를 이용하여 샤프트(102)에 부착된다. 도 8b에 명확하게 나타난 바와 같이, 핀 연결이 샤프트 플레이트(816)를 플랜지(802)에 결속한다.

도 9는 도 2에 도시된 터빈의 구체적인 평면도(즉, 도 4의 "C"로 표시된 부분)를 나타낸다. 이 도면에 따르면, 샤프트(102)는 제1 위치에서 세 개의 라디얼 암의 상층(top tier)에 연결되고, 제2 위치에서 세 개의 라디얼 암의 하층(bottom tier)에 연결된다. 각 층에서 라디얼 암들은 약 120도 간격으로 이격된다. 바람직한 실시예에서, 하층의 라디얼 암 하나(예를 들어 라디얼 암(104(1)))와 상층의 라디얼 암 하나(예를 들어 라디얼 암(104(2)))는 하나의 블레이드에 부착된다. 바람직하게, 하나의 블레이드에 부착되는 이들 라디얼 암들은 같은 길이를 갖는다.

본 발명의 실시예들이 도시되고 설명되었으나, 다른 수정, 변화, 대체물들도 의도된다. 따라서, 이하의 특허청구범위에서 개시되는 바와 같이, 첨부된 청구항들은 넓게 그리고 개시된 범위와 동일성이 유지되는 범위에서 해석되어야 한다.

Claims

자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고, 발전기에 연결 가능하며, 적어도 하나의 샤프트 힌지를 구비하는 샤프트;
적어도 하나의 제1 힌지가 배치된 제1 단부를 포함하는 라디얼 암;
상기 샤프트의 상기 적어도 하나의 샤프트 힌지가 상기 라디얼 암의 상기 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물리는 부분 내에 위치할 때 형성되는 캐비티 내측에 끼워지는 힌지핀; - 상기 맞물리는 부분 내에서 상기 힌지핀은 상기 라디얼 암을 상기 샤프트에 연결 가능함 -
을 포함하는 터빈.
제1항에 있어서,
상기 힌지핀이 상기 캐비티 내측에 끼워질 때 상기 힌지핀을 고정하기 위한 고정장치(securing mechanism)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제2항에 있어서,
상기 힌지핀은 제1 단부에서 헤드부를 가지고 제2 단부에서 상기 힌지핀의 지름을 따라 연장하는 어퍼쳐를 구획하는 배럴 형상의 몸체이고,
상기 고정장치는 상기 힌지핀이 상기 맞물리는 부분 내의 상기 캐비티 내측에 위치하면 상기 어퍼쳐에 삽입되는 고정핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제3항에 있어서,
상기 고정장치는 와셔를 더 포함하며,
상기 맞물리는 부분에서, 상기 힌지핀은 상기 고정핀이 상기 어퍼쳐에 삽입되기 전에 상기 와셔를 관통하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제1항에 있어서,
클램프부와 힌지부를 포함하는 결속 어셈블리를 더 포함하며,
상기 클램프부는 상기 터빈의 블레이드 요소와 맞물리거나 연결되고,
상기 힌지부는 상기 라디얼 암의 제2 단부에 배치된 적어도 하나의 힌지와 맞물리는 것을 특징으로 하는 터빈.
제5항에 있어서,
상기 블레이드는 헬리컬 형상인 것을 특징으로 하는 터빈.
제1 단부와 제2 단부를 포함하는 라디얼 암; - 상기 라디얼 암은 상기 제1 단부에서 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고 발전기에 연결되는 샤프트에 연결 가능하고, 상기 라디얼 암은 상기 제2 단부에 적어도 하나의 제2 힌지가 배치됨 -
상기 블레이드 힌지에 연결되거나 이를 포함하는 블레이드; 및
상기 블레이드 힌지가 상기 라디얼 암의 적어도 하나의 상기 제2 힌지와 맞물리는 부분에 놓이면 형성되는 캐비티 내에 끼워지는 힌지핀; - 상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 라디얼 암을 상기 샤프트에 연결함 -
을 포함하는 터빈.
제7항에 있어서,
상기 블레이드는 헬리컬 형상인 것을 특징으로 하는 터빈.
제7항에 있어서,
상기 힌지핀이 상기 캐비티 내측에 끼워질 때 상기 힌지핀을 고정하기 위한 고정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제9항에 있어서,
상기 힌지핀은 제1단부에서 헤드부를 가지고, 제2 단부에서 상기 힌지핀의 지름을 따라 연장하는 어퍼쳐를 구획하는 배럴 형상(barrel-shaped)의 몸체이고,
상기 고정장치는 상기 힌지핀이 상기 맞물리는 부분 내의 상기 캐비티 내측에 위치하면, 상기 어퍼쳐를 통해 삽입되는 고정핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제10항에 있어서,
상기 고정장치는 와셔를 더 포함하며,
상기 맞물리는 부분에서 상기 힌지핀은 상기 고정핀이 상기 어퍼쳐에 삽입되기 전에 상기 와셔를 관통하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제7항에 있어서,
상기 블레이드는 클램프부와 힌지부를 포함하는 결속 어셈블리에 의해 상기 블레이드 힌지에 연결되고,
상기 클램프부는 상기 블레이드와 맞물려 고정될 수 있고,
상기 힌지부는 상기 라디얼 암의 제1 단부에 배치된 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물리는 블레이드 힌지를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈.
제12항에 있어서,
상기 클램프부는 두 개의 다리를 가지며,
상기 클램프부가 상기 블레이드와 맞물리면, 상기 두 개의 다리는 u 형상의 볼트를 이용하여 고정되는 것을 특징으로 하는 터빈.
자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고, 제1 단부와 제2 단부를 포함하는 샤프트로서,
상기 제1 단부는 발전기에 연결 가능하고,
상기 제2 단부는 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 힌지에 연결되는 적어도 하나의 샤프트 힌지를 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트.
제14항에 있어서,
상기 제2 단부는 세 개의 샤프트 힌지를 포함하며, 각각의 샤프트 힌지는 상기 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 힌지에 연결되는 것을 특징으로 하는 샤프트.
제1 단부와 제2 단부를 포함하는 라디얼 암으로서,
상기 제1 단부는 제1 힌지를 포함하고, 상기 제2 단부는 제2 힌지를 포함하며,
상기 제1 힌지는 샤프트의 일부이거나 샤프트에 연결되는 샤프트 힌지에 연결 가능하고,
상기 제2 힌지는 블레이드의 일부이거나 블레이드에 연결되는 블레이드 힌지에 연결 가능한 것을 특징으로 하는 라디얼 암.
제 16항에 있어서,
상기 라디얼 암은 알루미늄, 섬유유리, 탄소섬유, 섬유강화 플라스틱으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라디얼 암.
클램프부 및 힌지부를 포함하는 결속 어셈블리로서,
상기 클램프부는 블레이드와 맞물리거나 블레이드에 연결 가능하고,
상기 힌지부는 라디얼 암의 일단에 배치된 적어도 하나의 힌지와 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는 결속 어셈블리.
제18항에 있어서,
u형상의 볼트를 더 포함하며,
상기 클램프부는 상기 u형상의 볼트를 이용하여 고정되는 두 개의 다리를 포함하는 것을 특징으로 하는 결속 어셈블리.
터빈을 제조하는 방법으로서,
클램프부와 힌지부를 구비하는 결속부재를 마련하는 단계; - 상기 클램프부는 블레이드와 맞물릴 수 있고, 상기 힌지부는 블레이드 힌지를 포함함 -
상기 클램프부를 상기 블레이드에 맞물리도록 하여, 상기 클램프부를 상기 블레이드에 고정하는 단계;
라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제2 힌지에 블레이드 힌지를 맞물리는 단계; 및
상기 블레이드 힌지가 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제2 힌지와 맞물릴 때 형성되는 캐비티에 힌지핀을 삽입하여, 상기 블레이드를 상기 라디얼 암에 연결하는 단계를 포함하는, 터빈을 제조하는 방법.
제20항에 있어서,
적어도 하나의 상기 제2 힌지는 상기 라디얼 암의 일부이거나 상기 라디얼 암에 연결되는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 고정하는 단계는,
상기 블레이드를 두 개의 다리를 갖는 u 형상의 클램프에 삽입하는 단계; 및
상기 블레이드 상에 상기 결속부재를 고정시키도록 상기 두 개의 다리를 조이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.
제22항에 있어서,
상기 조이는 단계는,
상기 두 개의 다리를 클램핑하기 위해 u 형상의 볼트를 이용하는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 힌지핀을 상기 캐비티에 삽입하는 단계 이후에, 상기 힌지핀을 상기 캐비티 내측에 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 라디얼 암 상의 적어도 하나의 제1 힌지를, 자신의 길이방향 축을 따라 회전 가능하고 발전기에 연결 가능한 샤프트에 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.
적어도 하나의 샤프트 힌지를 구비하는 샤프트를 마련하는 단계;
적어도 하나의 상기 샤프트 힌지를 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제1 힌지에 맞물리는 단계; 및
상기 샤프트 힌지가 라디얼 암에 배치된 적어도 하나의 제1 힌지와 맞물릴 때 형성되는 캐비티에 힌지핀을 삽입하여, 상기 샤프트를 상기 라디얼 암에 연결하는 단계를 포함하는, 터빈을 제조하는 방법.
제26항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 힌지는 상기 라디얼 암의 일부이거나 상기 라디얼 암에 연결되는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.
제26항에 있어서,
상기 힌지핀을 상기 캐비티에 삽입하는 단계 이후에, 상기 힌지핀을 상기 캐비티 내측에 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈을 제조하는 방법.