KR20130023496A - 블레이드 연결부 - Google Patents

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KR20130023496A
KR20130023496A KR1020110086297A KR20110086297A KR20130023496A KR 20130023496 A KR20130023496 A KR 20130023496A KR 1020110086297 A KR1020110086297 A KR 1020110086297A KR 20110086297 A KR20110086297 A KR 20110086297A KR 20130023496 A KR20130023496 A KR 20130023496A
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KR1020110086297A
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김다혜
황인환
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명은 블레이드 연결부에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍력발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브를 연결하는 블레이드 볼트의 형상을 변경하여 구조적 안정성을 향상시킨 블레이드 연결부에 관한 것이다.
본 발명에 따른 블레이드 연결부는, 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부로서, 상기 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하는 크로스 볼트(410); 상기 크로스 볼트(410)의 둘레에 상기 블레이드 루트(200)의 길이방향으로 관통되도록 형성되는 체결공(450); 상기 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 상기 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 상기 블레이드 루트(200)에 삽입되면서 상기 체결공(450)을 관통하는 블레이드 볼트(420); 및 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 상기 블레이드 루트(200)에 삽입될 수 있도록 상기 블레이드 루트(200)에 형성되는 고정홈(440);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

블레이드 연결부{Blade Connection}
본 발명은 블레이드 연결부에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍력발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브를 연결하는 블레이드 볼트의 형상을 변경하여 구조적 안정성을 향상시킨 블레이드 연결부에 관한 것이다.
일반적으로, 화석연료의 고갈과 연소가스로 인한 환경오염 문제로 인하여, 풍력발전을 비롯하여, 조력발전, 태양발전 등의 친환경 및 재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있다.
이들 중에서 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치이다.
일반적으로 풍력 발전기(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 나셀(nacelle, 2), 타워(tower, 3) 및 로터(rotor, 4)로 구성된다.
로터(4)는 복수의 블레이드(blade, 10) 및 이 블레이드(10)가 결합되는 허브(hub, 30)로 구성되며, 각 블레이드(10)들과 허브(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 크로스 볼트(41) 및 복수의 블레이드 볼트(42)로 체결 고정된다.
크로스 볼트(41)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 블레이드 루트(20)를 두께 방향으로 관통하여 설치되고, 블레이드 볼트(42)는 블레이드 루트(20)의 끝단 부위로부터 길이 방향으로 삽입되어 크로스 볼트(41)의 둘레면에 체결 고정된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 크로스 볼트(41) 및 블레이드 볼트(42)를 이용하여 블레이드 루트(20)의 끝단 부위를 따라 블레이드 볼트(42)가 돌출되도록 한 상태에서 허브(30)의 피치베어링(60)이 설치된 부위에 블레이드 볼트(42)를 일치시켜 관통되도록 한 후 와셔(51) 및 너트(52)로 체결 고정하여 블레이드 루트(20)와 허브(30)를 결합시킨다.
그러나, 이러한 종래의 크로스 볼트(41)는 블레이드 루트(20)에 두께 방향으로 유동이 가능하게 삽입되는 구성이므로 로터(4)의 구동시 블레이드 루트(20)로 전달되는 진동에 의해 블레이드 루트(20)의 두께 방향으로의 움직임이 발생하는 문제점이 있다.
즉, 크로스 볼트(41)의 두께 방향 움직임에 의해 크로스 볼트(41)에 체결되어 있던 블레이드 볼트(42)가 풀리게 되는 문제점이 발생하고, 블레이드 볼트의 체결부위에 대한 피로파괴의 문제점도 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브 간의 결합이 안정적으로 이루어지도록 하면서 블레이드 볼트 및 크로스 볼트의 피로파괴를 방지하는 것을 블레이드 연결부를 생산하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부에 있어서, 상기 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하는 크로스 볼트(410); 상기 크로스 볼트(410)의 둘레에 상기 블레이드 루트(200)의 길이방향으로 관통되도록 형성되는 체결공(450); 상기 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 상기 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 상기 체결공(450)을 관통하면서 상기 블레이드 루트(200)에 삽입되는 블레이드 볼트(420); 및 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 상기 블레이드 루트(200)에 삽입될 수 있도록 상기 블레이드 루트(200)에 형성되는 고정홈(440);을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 연결부를 제공한다.
상기 크로스 볼트(410)의 형상은 원기둥 형상인 것;을 특징으로 한다.
상기 고정홈(440)은 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)에 집중되는 응력이 상기 블레이드 루트(200)의 적층면에 고루 분산될 수 있도록 수렴되는 경사를 갖고; 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)는 상기 경사진 고정홈(440)에 대응하는 형상을 갖는 것;을 특징으로 한다.
상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상은 일정한 기울기를 갖는 쐐기형이며; 상기 고정홈(440)은 상기 쇄기형의 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 삽입 고정될 수 있도록 쐐기형인 것;을 특징으로 한다.
상기 블레이드 볼트(420)는 상기 체결공(450)과 나사결합으로 체결되면서 관통하는 것;을 특징으로 한다.
상기 블레이드 루트(200)의 고정홈(440)의 내측면과 접하는 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 면과 상기 고정홈(440)의 내측면 사이에 위치하여 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 면과 상기 고정홈(440)의 내측면을 접착시키는 접착제(460); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부에 있어서, 상기 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하는 크로스 볼트(410)를 상기 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 상기 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 관통하여 상기 블레이드 루트(200)에 삽입되는 블레이드 볼트(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 연결부를 제공한다.
상기 크로스 볼트(410)의 형상은 원기둥 형상인 것;을 특징으로 한다.
상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상은 쐐기형이며; 상기 끝단부(430)가 삽입 고정되는 상기 블레이드 루트(200)에는 상기 쇄기형의 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상에 대응하는 고정홈(440)을 갖는 것;을 특징으로 한다.
상기 블레이드 루트(200)에 삽입되는 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)는 접착제(460)에 의해 상기 블레이드 루트(200)에 접착되는 것;을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 블레이드 볼트의 끝단부가 블레이드 루트에 삽입될 수 있도록 하여 크로스 볼트의 움직임을 방지하여 크로스 볼트와 블레이드 볼트간의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 크로스 볼트와 블레이드 볼트간의 안정적인 결합에 의해 크로스 볼트 및 블레이드 볼트의 피로파괴를 방지하고, 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 블레이드 볼트의 끝단부 형상을 쐐기형으로 함으로서 블레이드 루트에 가해지는 응력집중을 분산시켜 블레이드 루트에 발생할 수 있는 손상의 위험을 최소한으로 감소시킬 수 있다.
또한, 블레이드 볼트의 끝단부와 블레이드 루트간에 결합을 접착제로 함으로써 블레이드 루트의 손상을 최소한으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 블레이드 연결부가 허브와 분리된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 종래의 블레이드 연결부가 허브와 체결된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 블레이드 연결부가 허브와 체결된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 블레이드 연결부가 허브와 체결된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드 연결부(400)는, 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부로서, 크로스 볼트(410) 및 블레이드 볼트(420)를 포함한다.
크로스 볼트(410)는 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하며, 크로스 볼트(410)의 둘레에는 블레이드 루트(200)의 길이방향으로 관통하는 체결공(450)이 형성된다.
블레이드 루트(200)의 끝단 부위에는 크로스 볼트(410)가 블레이드 루트(200)의 두께 방향으로 관통 될 수 있도록 관통공(210)이 형성될 수 있다.
관통공(210)에 크로스 볼트(410)가 삽입되어 안착되면, 후술할 블레이드 볼트(420)가 크로스 볼트(410)의 체결공(450)에 체결되어 고정된다.
크로스 볼트(410)의 형상은 다양하게 제작할 수 있으나, 모서리 부분이 형성된다면 모서리 부분에 응력이 집중되어 블레이드 루트(200) 및 크로스 볼트(410)에 손상이 발생할 수 있으므로 이를 최소화하기 위해 모서리가 형성되지 않도록 원기둥 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.
블레이드 볼트(420)는 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 체결공(450)을 관통하면서 블레이드 루트(200)에 삽입되며, 블레이드 루트(200)에는 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 상기 블레이드 루트(200)에 삽입될 수 있도록 고정홈(440)이 형성된다.
블레이드 볼트(420)의 타단부는 블레이드 루트(200)의 끝단면으로부터 외향 돌출되어 허브(300)의 피치 베어링(120)이 설치된 부위까지 관통되도록 돌출되며, 블레이드 볼트(420)의 타단부는 와셔(510) 및 너트(520)가 결합되어 블레이드 볼트(420)가 피치 베어링(120)에 체결 고정되도록 한다.
고정홈(440)은 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)에 집중되는 응력이 상기 블레이드 루트(200)의 적층면에 고루 분산될 수 있도록 수렴되는 경사를 갖도록 하고, 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)는 수렴되는 경사를 갖는 고정홈(440)에 대응하는 형상을 갖도록 할 수 있다.
로터(4)가 회전하는 경우 블레이드(10)가 받는 하중은 고정홈(440)의 내측면 과 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)에 집중되어 블레이드(10), 크로스 볼트(410) 및 블레이드 볼트(420)를 손상시키거나 피로파괴를 발생시킬 수 있다.
따라서, 복합재를 적층하여 제작한 블레이드(10)의 적층면에 고루 하중을 분산시켜 고정홈(440)의 내측면과 끝단부(430)의 접촉면에서 생기는 응력집중을 완화시키기 위해 고정홈(440)과 끝단부(430)의 접촉면이 커지도록 고정홈(440)에 경사를 갖게 하되, 블레이드 볼트(420)가 손쉽게 삽입될 수 있도록 경사가 수렴되는 형상으로 제작한다.
이 때, 블레이드 볼트(420)의 끝단부 형상는 고정홈(440)의 형상에 대응되도록 제작하여 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 고정홈(440)에 안정적으로 안착되어 크로스 볼트(410)의 움직임을 고정할 수 있도록 한다.
고정홈(440)의 형상은 응력집중이 완화될 수 있도록 일정한 경사 기울기를 갖는 쐐기형으로 제작되는 것이 바람직하며, 블레이드 볼트(420)의 끝단부 형상도 고정홈(440)의 형상에 대응하도록 일정한 기울기를 갖는 쐐기형으로 제작할 수 있다.
블레이드 볼트(420)는 크로스 볼트(410)에 안정적으로 관통되면서 체결될 수 있도록 체결공(450)과 나사결합으로 체결되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 블레이드 연결부(400)는 접착제(460)를 더 포함할 수 있다.
접착제(460)는 블레이드 루트(200)의 고정홈(440)의 내측면과 접하는 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 면과 고정홈(440)의 내측면 사이에 위치하되, 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 면과 고정홈(440)의 내측면을 접착시키도록 한다.
블레이드(10)는 복합재의 적층으로 제작되므로 블레이드 루트(200)는 구조적으로 취약한 바, 고정홈(440)을 형성하여 블레이드 볼트(420)를 삽입 고정하는 경우 구조적인 변경을 가하는 고정장치(예를 들어, 나사결합 등)는 블레이드 루트(200)의 취약성을 증가시킴으로 접착제를 사용하여 구조적인 취약성을 보완함과 동시에 블레이드 볼트(420)의 안정적인 고정을 달성할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 연결부(400)는, 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부로서, 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하는 크로스 볼트(410)를 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 관통하여 블레이드 루트(200)에 삽입되는 블레이드 볼트(420)를 포함할 수 있다.
본 실시예는 상술한 실시예에서 설명된 바와 동일한 기술구성을 추가할 수 있고, 동일한 기능을 하는 바, 간략히 설명하면, 크로스 볼트(410)의 형상은 원기둥 형상으로 할 수 있고, 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상은 쐐기형이며, 끝단부(430)가 삽입 고정되는 블레이드 루트(200)에는 쇄기형의 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상에 대응하는 고정홈(440)을 설치할 수 있다.
그리고, 블레이드 루트(200)에 삽입되는 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)는 접착제(460)에 의해 블레이드 루트(200)에 접착시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 블레이드 연결부(400)의 작용을 도 4를 기준으로 설명한다.
본 발명에 따른 블레이드 연결부(400)는 블레이드 볼트(420)를 크로스 볼트(410)만으로 고정하지 않고, 블레이드 루트(200)에 고정홈(440)을 형성하여 블레이드 볼트(420)를 삽입하도록 함으로써, 풍력에 의해 로터가 회전하는 경우 블레이드의 진동에 의해 크로스 볼트(410)가 움직여 블레이드 볼트(420)를 풀리게 하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 고정홈(440)의 형상을 경사지도록 형성하여 응력집중을 완화시키도록 할 수 있게 된다.
그 결과, 상술한 다양한 효과를 발휘할 수 있는 풍력발전기의 제작이 가능해진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
200: 블레이드 루트(root) 210: 관통공
220: 연통공 300: 허브(hub)
400: 블레이드 연결부 410: 크로스 볼트
420: 블레이드 볼트 430: 블레이드 볼트 끝단부
440: 고정홈 450: 체결공
460: 접착제 510: 와셔
520: 너트 600: 피치 베어링

Claims (10)

  1. 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부에 있어서,
    상기 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하는 크로스 볼트(410);
    상기 크로스 볼트(410)의 둘레에 상기 블레이드 루트(200)의 길이방향으로 관통되도록 형성되는 체결공(450);
    상기 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 상기 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 상기 체결공(450)을 관통하면서 상기 블레이드 루트(200)에 삽입되는 블레이드 볼트(420); 및
    상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 상기 블레이드 루트(200)에 삽입될 수 있도록 상기 블레이드 루트(200)에 형성되는 고정홈(440);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 크로스 볼트(410)의 형상은 원기둥 형상인 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정홈(440)은 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)에 집중되는 응력이 상기 블레이드 루트(200)의 적층면에 고루 분산될 수 있도록 수렴되는 경사를 갖고;
    상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)는 상기 경사진 고정홈(440)에 대응하는 형상을 갖는 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상은 일정한 기울기를 갖는 쐐기형이며;
    상기 고정홈(440)은 상기 쇄기형의 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)가 삽입 고정될 수 있도록 쐐기형인 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 블레이드 볼트(420)는 상기 체결공(450)과 나사결합으로 체결되면서 관통하는 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 루트(200)의 고정홈(440)의 내측면과 접하는 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 면과 상기 고정홈(440)의 내측면 사이에 위치하여 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 면과 상기 고정홈(440)의 내측면을 접착시키는 접착제(460);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  7. 풍력 발전기의 로터를 구성하는 블레이드 루트와 허브의 연결부위인 블레이드 연결부에 있어서,
    상기 블레이드 루트(200)의 끝단 부위를 두께 방향으로 관통하는 크로스 볼트(410)를 상기 블레이드 루트(200)의 끝단면에서부터 상기 블레이드 루트(200)의 길이 방향으로 관통하여 상기 블레이드 루트(200)에 삽입되는 블레이드 볼트(420);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 크로스 볼트(410)의 형상은 원기둥 형상인 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상은 쐐기형이며;
    상기 끝단부(430)가 삽입 고정되는 상기 블레이드 루트(200)에는 상기 쇄기형의 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430) 형상에 대응하는 고정홈(440)을 갖는 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 루트(200)에 삽입되는 상기 블레이드 볼트(420)의 끝단부(430)는 접착제(460)에 의해 상기 블레이드 루트(200)에 접착되는 것;
    을 특징으로 하는 블레이드 연결부.
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