KR20130025541A - 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈 - Google Patents
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Abstract
풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드는 유지관리를 위한 장비를 부착할 수 있도록 그 표면 쪽에 매설(埋設)되며 자석에 부착되는 소재로 마련된 부착부재를 포함한다.
Description
본 발명은 풍력터빈용 블레이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블레이드의 유지관리를 위한 장치를 블레이드 외면에 부착할 수 있도록 한 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈에 관한 것이다.
풍력터빈은 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환해 전기를 생산하는 장치로, 온실가스 저감을 위한 청정에너지원으로 각광받고 있다. 통상적인 풍력터빈은 타워(tower)와, 타워의 상부에 장착된 나셀(nacelle)과, 나셀에 연결되며 복수의 블레이드를 갖춘 로터(rotor)를 구비한다.
풍력터빈은 고장이나 사고를 예방하고 동작효율을 높이기 위해 설치 후에도 청소, 검사, 디아이싱(Deicing: 블레이드 등에 형성된 얼음을 제거하는 일) 등의 주기적인 유지관리가 필요하다. 그러나 풍력터빈은 타워의 높이가 대략 100미터에 이르고, 블레이드 길이도 40 ~ 70미터 또는 그 이상에 이르는 큰 구조물이기 때문에 유지관리에 많은 어려움이 있다.
특히 블레이드는 고공에 위치하기 때문에 유지관리를 위해 작업자가 공중에 매달려야 하는 등 작업환경이 열악하고 위험하다. 또 블레이드는 공기항력(air drag) 및 가청잡음을 줄일 수 있도록 공기역학적(aerodynamic) 단면구조를 갖는 형태이고, 외면이 매끄러운 표면으로 구성되기 때문에 블레이드 자체에 유지관리를 위한 장비를 걸거나 부착시키기도 어렵다.
블레이드의 유지관리 여건이 이처럼 열악한 관계로, 최근에는 작업자가 블레이드에 직접 접근하지 않고서도 유지관리를 수행할 수 있도록 하는 장치가 제안되고 있다.
일 예로 미국 공개특허공보 2010/0132137호는 블레이드의 리딩엣지 외면을 따라 주행하면서 블레이드의 검사 및 청소를 수행할 수 있는 장치를 제시하고 있다. 이 장치는 리딩엣지를 주행하기 위한 복수의 휠을 갖춘 주행체, 휠을 회전시키는 구동유닛, 청소 및 검사를 위한 장치, 리딩엣지를 따라 균형을 유지하며 주행하도록 주행체의 양측방 하측으로 연장된 날개부 등을 갖추고 있다.
그러나 이러한 장치는 날개부가 단지 주행체의 양측으로 연장됨으로써 균형을 유지할 수 있도록 한 것이기 때문에 주행체가 블레이드 리딩엣지를 따라 안정적으로 주행하기 어려운 문제가 있다. 또한, 바람 등이 강할 경우 장치가 낙하할 수 있다.
본 발명의 목적은 블레이드의 유지관리를 위한 장치를 블레이드 외면에 부착할 수 있도록 하여 블레이드의 유지관리를 용이하게 수행할 수 있도록 하는 풍력터빈용 블레이드 및 이를 갖춘 풍력터빈을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 상기 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서, 상기 블레이드는 유지관리를 위한 장비를 부착할 수 있도록 그 표면 쪽에 매설(埋設)되며 자석에 부착되는 소재로 마련된 부착부재를 포함하는 풍력터빈용 블레이드가 제공될 수 있다.
상기 부착부재는 상기 블레이드의 리딩엣지 부분에 매설되며 상기 블레이드의 길이방향으로 연장될 수 있다.
상기 부착부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태일 수 있다.
상기 부착부재는 외면에 요철부를 포함할 수 있다.
상기 부착부재는 상호 이격된 위치에 형성된 다수의 관통공을 포함할 수 있다.
상기 부착부재는 철망형태일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드는 그 표면 쪽에 매설되며 자석이 부착되는 소재로 마련된 부착부재를 구비하기 때문에 블레이드의 유지관리를 위한 장비를 블레이드 외면에 부착시킬 수 있다. 따라서 블레이드의 유지관리작업을 용이하게 수행하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드 위에 유지관리장치가 탑재된 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드의 리딩엣지 부분에 설치되는 부착부재를 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드의 리딩엣지 부분에 설치되는 부착부재의 변형 예들을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드 위에 유지관리장치가 탑재된 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드의 리딩엣지 부분에 설치되는 부착부재를 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈용 블레이드의 리딩엣지 부분에 설치되는 부착부재의 변형 예들을 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈의 정면도이다. 풍력터빈(10)은 타워(11), 타워(11)의 상단에 설치된 나셀(12), 그리고 나셀(12)에 설치된 복수의 블레이드(13)를 포함한다. 복수의 블레이드(13)는 나셀(12)에 회전하도록 설치된 허브(14)에 방사형으로 설치된다. 블레이드(13)는 바람에 의해 회전함으로써 허브(14)를 회전시키고, 허브(14)는 나셀(12) 내부에 설치된 발전기(미도시)를 회전시켜 전기를 발생시킨다.
풍력터빈(10)이 동작할 때 블레이드(13)의 표면은 먼지나 벌레와 같은 이물질이 부착되어 오염될 수 있다. 동절기에는 블레이드(13)의 리딩엣지(13a, Leading edge)에 결빙이 생길 수 있다. 또 사용 중 블레이드(13) 표면에 크랙이나 흠집이 생길 수 있다. 블레이드(13) 표면의 이물질이나 얼음은 풍력터빈(10)의 효율저하를 초래하고, 블레이드(13) 표면의 결함은 방치할 경우 블레이드(13) 파손의 원인이 될 수 있다. 따라서 블레이드(13)는 주기적인 관리를 통해 표면의 이물질을 제거하거나 결함을 검사할 필요가 있다.
블레이드(13)의 청소, 검사, 디아이싱 등의 유지관리작업은 작업자가 크레인이나 호이스트와 같은 장비를 이용해 직접 블레이드(13)에 접근하여 수행하거나, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이 블레이드(13) 위에 탑재된 상태에서 유지관리작업을 자동으로 수행하는 블레이드 유지관리장치(20)를 이용할 수 있다.
도 2와 도 3에 도시한 블레이드 유지관리장치(20)는 본체(21)가 블레이드 리딩엣지(13a)를 따라 주행하는 가운데 블레이드(13) 외면의 청소, 검사, 디아이싱 등의 유지관리를 수행할 수 있다. 이 블레이드 유지관리장치(20)는 본체(21) 하부에 마련되어 블레이드 리딩엣지(13a)를 따라 주행하는 무한궤도형 주행장치(22), 블레이드 리딩엣지(13a)의 디아이싱을 위해 본체(21)에 설치된 디아이싱장치, 블레이드 리딩엣지(13a)의 결함검사를 위한 제1결함검사장치(25), 블레이드 리딩엣지(13a)의 청소를 위한 제1청소장치(26)를 포함할 수 있다. 또 블레이드 유지관리장치(20)는 본체(21)로부터 블레이드(13) 양 측면 쪽 하방으로 연장된 지지레일(26)을 따라 상하로 이동하면서 블레이드(13) 측면의 청소를 수행하는 제2청소장치(27), 역시 같은 형태의 지지레일(28)을 따라 상하로 이동하면서 블레이드(13) 측면의 결함검사를 수행하는 제2결함검사장치(29)를 포함할 수 있다.
이러한 블레이드 유지관리장치(20)는 블레이드(13) 외면에 부착된 상태에서 주행할 수 있도록 주행장치(22)의 무한궤도(23)에 자석(23a)이 설치될 수 있다. 그리고 본 실시 예에 따른 풍력터빈(10)의 블레이드(13)는 블레이드 유지관리장치(20)의 주행장치(22)가 블레이드(13)에 부착된 상태에서 주행할 수 있도록 블레이드(13)의 표면 쪽에 매설(埋設)되며 자석이 부착되는 금속 등의 소재에 의해 마련된 부착부재(15)를 구비한다.
블레이드(13)는 도 3에 도시한 바와 같이, 강성을 유지면서도 무게를 줄이기 위해 섬유강화플라스틱과 같은 경량복합소재의 적층에 의해 마련되는데, 이러한 블레이드(13)의 리딩엣지(13a) 부분에 길이방향으로 길게 연장된 박판형태의 부착부재(15)가 매설된 것이다.
본 실시 예는 앞서 언급한 바와 같은 블레이드 유지관리장치(20)가 블레이드 리딩엣지(13a)에 부착된 상태에서 안정적으로 주행할 수 있도록 부착부재(15)를 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 설치하였다. 그러나 블레이드 유지관리장치(20) 형태가 이에 한정되는 것은 아니므로 부착부재(15)의 설치위치도 블레이드 리딩엣지(13a) 부분으로 한정되는 것은 아니다. 블레이드 유지관리장치(20)가 블레이드(13) 측면을 따라 주행하는 것일 경우 부착부재(15)도 블레이드(13) 측면 쪽에 매설될 수 있다.
또 블레이드(13)에 매설된 부착부재(15)는 전술한 블레이드 유지관리장치(20)가 아닌 다른 형태의 블레이드 유지관리장치를 블레이드(13)에 부착하는 경우에도 이용될 수 있다. 예를 들면, 작업자가 블레이드(13)에 직접 접근하여 청소나 결함검사를 할 경우 청소도구나 검사장비를 임시로 부착하는데 이용될 수 있다. 또 유지관리에 필요한 로프 등을 지지하는 것으로 자석을 갖춘 걸이수단을 블레이드(13)에 부착하는 용도로도 이용될 수 있다.
부착부재(15)는 도 3에 도시한 바와 같이, 블레이드(13) 외면과 근접하는 표면 쪽에 매설될 수 있다. 따라서, 블레이드 유지관리장치(20)의 부착이 용이하게 이루어질 수 있다. 또 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 매설될 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이, 블레이드 리딩엣지(13a) 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태일 수 있다. 이러한 부착부재(15)는 블레이드(13)의 주재료가 되는 복합소재를 적층하여 블레이드(13)를 제조과정에서 블레이드에 매설될 수 있다. 도 3에서 부호 13c는 블레이드(13)의 강성보강을 위해 블레이드(13) 내부에 설치되는 보강부재다.
도 5 내지 도 7은 블레이드 리딩엣지(13a) 부분에 매설될 수 있는 부착부재의 다른 형태들을 나타낸다. 도 5의 부착부재(16)는 외면에 다수의 요철부(16a)가 마련된 것이다. 이는 부착부재(16)를 블레이드(13)에 매설할 때 블레이드(13)를 주로 구성하는 소재와 결합이 강화될 수 있도록 한 것이다.
도 6의 부착부재(17)는 블레이드 리딩엣지(13a)의 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태로 마련되고, 부착부재(17)의 상호 이격된 위치에 다수의 관통공(17a)이 형성된 것이다. 이는 블레이드의 제작과정에서 부착부재(17)를 블레이드(13)에 매설할 때 관통공(17a) 부분으로 접착제나 블레이드의 소재가 진입함으로써 블레이드 소재와 부착부재(17)의 결합을 강화할 수 있도록 한 것이다.
도 7은 부착부재(18)가 블레이드 리딩엣지(13a) 곡면에 대응하도록 휘어진 철망형태로 마련된 것이다. 철망형태의 부착부재(18)는 블레이드(13)에 매설할 때 블레이드(13)를 주로 구성하는 소재와 더욱 견고히 결합됨으로써 그 본연의 기능 뿐 아니라 블레이드 리딩엣지(13a) 부분의 강성을 높이는 기능도 할 수 있다.
10: 풍력터빈, 11: 타워,
12: 나셀, 13: 블레이드,
15,16,17,18: 부착부재.
12: 나셀, 13: 블레이드,
15,16,17,18: 부착부재.
Claims (7)
- 타워 상부의 나셀에 설치되며 바람에 의해 회전하면서 상기 나셀 내부의 발전기를 구동하는 풍력터빈용 블레이드에 있어서,
상기 블레이드는 유지관리를 위한 장비를 부착할 수 있도록 그 표면 쪽에 매설(埋設)되며 자석에 부착되는 소재로 마련된 부착부재를 포함하는 풍력터빈용 블레이드. - 제1항에 있어서,
상기 부착부재는 상기 블레이드의 리딩엣지 부분에 매설되며 상기 블레이드의 길이방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드. - 제2항에 있어서,
상기 부착부재는 상기 블레이드 리딩엣지 곡면에 대응하도록 휘어진 박판형태인 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드. - 제3항에 있어서,
상기 부착부재는 외면에 요철부를 포함하는 풍력터빈용 블레이드. - 제3항에 있어서,
상기 부착부재는 상호 이격된 위치에 형성된 다수의 관통공을 포함하는 풍력터빈용 블레이드. - 제3항에 있어서,
상기 부착부재는 철망형태인 것을 특징으로 하는 풍력터빈용 블레이드. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 블레이드를 갖춘 풍력터빈.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |