KR20130039468A - 풍력 발전기의 블레이드 및 이의 제작 방법 - Google Patents

풍력 발전기의 블레이드 및 이의 제작 방법 Download PDF

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삼성중공업 주식회사
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Abstract

풍력 발전기의 블레이드 및 이의 제작 방법이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드는, 익형 단면을 갖는 블레이드의 일 면을 형성하는 제 1 쉘(shell) 및 블레이드의 타 면을 형성하는 제 2 쉘(shell)을 포함하고, 제 1 쉘 및 제 2 쉘 중 적어도 하나는, 블레이드의 일 면 또는 타 면의 내측면 및 외측면 일부를 형성하는 코어(core)와, 코어와 결합되는 스파(spar)를 포함하되, 스파는, 코어와 나란하게 배열되어 블레이드의 일 면 또는 타 면의 외측면 및 내측면의 나머지 일부를 형성하는 스파 캡(spar cap)부 및 스파 캡부의 일측으로부터 마주보는 쉘의 내측면 방향으로 돌출되어 마주보는 쉘의 내측면에 결합되되 스파 캡부와 일체로 형성되는 전단 웹(spar web)부를 포함한다.

Description

풍력 발전기의 블레이드 및 이의 제작 방법{BLADE FOR WIND TURBINE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 풍력 발전기의 블레이드 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
도 8에는 풍력 발전기에 사용되는 종래 기술에 따른 블레이드(1)의 단면이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 풍력 발전기에 사용되는 블레이드(1)는 석션 쉘(suction shell) (2), 프레스 쉘(pressure shell) (4) 그리고 전단 웹(shear web) (8)으로 나누어진다. 이 때, 석션 쉘(2) 및 프레스 쉘(4)은 블레이드(1)의 양 면을 형성하며, 석션 쉘(2)과 프레스 쉘(4)이 형성하는 단면은 익형으로 이루어진다. 전단 웹(8)은 블레이드(1)의 내부 강성을 높이기 위하여 석션 쉘(2) 및 프레스 쉘(4)의 사이에 배치된다. 전단 웹(8)이 결합되는 석션 쉘(2) 및 프레스 쉘(4)의 중심부에는 스파 캡(6)이 형성된다. 이 때, 스파 캡(6)은 석션 쉘(2) 및 프레스 쉘(4)에서 블레이드(1)의 연장 방향으로 단방향 섬유가 적층됨으로써 형성된다.
이 때, 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 블레이드(1)의 석션 쉘(2), 프레스 쉘(4) 및 전단 웹(8)은 접착에 의하여 상호 결합되는데, 앞전(9a) 및 뒷전(9b) 그리고 두개의 전단 웹(8)의 양 단부에 접착부(B 부분)가 형성된다. 이 때, 도 8에서는, 접착부(B 부분)에서 전단 웹(8)의 양 단부가 석션 쉘(2) 및 프레스 쉘(4)의 내부면에 접착되는 상태가 용이하게 이해되도록 하기 위하여, 전단 웹(8)의 양 단부를 석션 쉘(2) 및 프레스 쉘(4)의 내부면으로부터 약간 이격된 상태로 도시하였다. 이와 같은 구조를 갖는 블레이드의 구조가, 예를 들어, 일본 공개 특허 공보 제 2002-357176호에 도시되어 있다.
그런데, 이와 같이 블레이드(1)의 파손 사고 중 가장 많은 비율을 차지하는 것이 접착부의 접착 불량에 의한 것이다. 따라서, 블레이드 제작시 최대한 접착부를 줄일 필요가 있다.
일본 공개 특허 공보 제 2002-357176호
본 발명의 일 실시예는 블레이드 조립시 접착부가 적게 형성되는 블레이드를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 접착부가 적도록 블레이드를 제조하는 블레이드의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 익형 단면을 갖는 블레이드의 일 면을 형성하는 제 1 쉘(shell) 및 상기 블레이드의 타 면을 형성하는 제 2 쉘(shell)을 포함하는 풍력 발전기의 블레이드로서, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 중 적어도 하나는, 상기 블레이드의 상기 일 면 또는 상기 타 면의 내측면 및 외측면 일부를 형성하는 코어(core) 및 상기 코어부와 결합되는 스파(spar)를 포함하되, 상기 스파는, 상기 코어와 나란하게 배열되어 상기 블레이드의 상기 일 면 또는 상기 타 면의 외측면 및 내측면의 나머지 일부를 형성하는 스파 캡(spar cap)부 및 상기 스파 캡부의 일측으로부터 마주보는 쉘의 내측면 방향으로 돌출되어 상기 마주보는 쉘의 내측면에 결합되되 상기 스파 캡부와 일체로 형성되는 전단 웹(spar web)부를 포함하는, 풍력 발전기의 블레이드가 제공된다.
이 때, 상기 코어는, 상기 블레이드의 앞전(leading edge)으로부터 뒷전(trailing edge) 방향으로 형성된 전방 코어와, 상기 전방 코어로부터 이격되어 뒷전까지 연장 형성된 후방 코어를 포함한다.
이 때, 상기 스파 캡부는, 전방측이 상기 전방 코어의 후단부에 결합되고, 후방측이 상기 후방 코어의 전단부에 결합된다.
이 때, 상기 제 1 쉘은 프레스 쉘이며, 상기 제 2 쉘은 석션 쉘일 수 있다.
한편, 상기 제 2 쉘에 형성된 전단 웹부는 상기 제 1 쉘에 형성된 전단 웹부와 서로 나란하게 배열되되, 상기 제 1 쉘에 형성된 전단 웹부보다 앞전에 인접하게 위치될 수 있다.
한편, 상기 전단 웹부는 상기 스파 캡부의 전방 단부측 모서리부 또는 후방 단부측 모서리부 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 각각은 상기 블레이드의 앞전(leading edge)으로부터 뒷전(trailing edge)까지 연장된 외피층을 포함할 수 있다.
한편, 상기 스파는 L자 형 또는 U자 형으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 각각은 내피층을 포함하되, 상기 스파가 L자 형으로 이루어진 경우, 상기 내피층은, 상기 블레이드의 앞전으로부터 뒷전 방향으로 상기 전단 웹부의 전방측에 위치되는 전방 내피층 및 상기 전단 웹부의 후방측에 위치되는 후방 내피층을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 각각은 내피층을 포함하되, 상기 스파가 U자 형으로 이루어진 경우, 상기 U자형 스파를 구비한 쉘에 형성되는 내피층은 전방 내피층, 후방 내피층 및 상기 U자형 스파의 스파 캡부 상측면에 위치되는 중앙 내피층으로 형성되며, 상기 U자형 스파가 접착되는 쉘의 전방 코어, 스파 캡부 및 후방 코어의 일면과 결합되는 내피층은 단일의 내피층으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 블레이드의 앞전으로부터 뒷전 방향으로 상기 전방 내피층의 후방 단부 또는 상기 후방 내피층의 전방 단부는 상기 전단 웹부에 접하여 상기 전단 웹부를 지지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기의 블레이드 제작 방법으로서, 상기 블레이드의 일면을 형성하는 제 1 쉘을 형성하는 단계; 상기 블레이드의 타면을 형성하는 제 2 쉘을 형성하는 단계; 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘을 결합하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 쉘 또는 상기 제 2 쉘은 각각 하나의 전단 웹부를 포함하거나, 또는 상기 제 1 쉘 또는 상기 제 2 쉘 중 어느 하나가 두 개의 전단 웹부를 포함하도록 형성되는, 풍력 발전기의 블레이드의 제작 방법이 제공된다.
이 때, 상기 제 1 쉘을 형성하는 단계 또는 상기 제 2 쉘을 형성하는 단계는, 몰드 상에 외피층을 적층하는 단계와, 상기 외피층 상에 코어를 형성하기 위한 코어 재료 및 전술한 블레이드의 스파를 위치시키는 단계와, 상기 코어 재료 및 상기 스파의 상기 스파 캡부 상에 내피층을 적층하는 단계와, 상기 적층된 외피층, 상기 코어 재료, 상기 스파 및 상기 내피층을 버큠 베깅하고, 수지를 주입한 후 가열하는 버큠 인퓨전 공법으로 일체화된 쉘을 형성하는 단계를 포함할 수 있다..
이 때, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘은 접착에 의하여 결합되되, 상기 스파가 L자 형으로 이루어진 경우, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 사이의 결합 부위는 상기 블레이드의 앞전(leading edge), 상기 블레이드의 뒷전(trailing edge), 상기 제 1 쉘의 전단 웹부의 단부가 상기 제 2 쉘의 내측면과 접하는 부분 및 상기 제 2 쉘의 전단 웹부의 단부가 상기 제 1 쉘의 내측면과 접하는 부분일 수 있다.
한편, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘은 접착에 의하여 결합되되, 상기 스파가 U자 형으로 이루어진 경우, 상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 사이의 접착 부위는 상기 블레이드의 앞전(leading edge), 상기 블레이드의 뒷전(trailing edge), 상기 쉘 중 스파가 결합된 쉘의 전단 웹부의 단부가 다른 쉘의 내측면과 접하는 2 부분일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드는 전단 웹과 스파 캡이 일체로 형성된 스파를 포함함으로써 적은 수의 접착부를 갖도록 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드의 제작 방법은 전단 웹과 스파 캡이 일체로 형성된 스파를 블레이드의 코어와 일체로 형성하므로써 블레이드를 제조하기 위한 접착부의 수를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 스파의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드가 분해된 상태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 스파의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드가 분해된 상태의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드를 제작하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 제작 순서 중 쉘을 형성하는 순서도이다.
도 8은 종래 기술에 따른 풍력 발전기 블레이드의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 그리고, 본 발명에 따른 블레이드를 설명함에 있어 발명의 사상을 벗어나는 내용은 그에 대한 상세한 설명을 생략하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 스파의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드가 분해된 상태의 단면도이다. 도 1 및 도 3에서 좌측 방향을 블레이드의 앞전(leading edge)이 위치되는 전방으로 규정하며, 우측 방향을 블레이드의 뒷전(trailing edge)이 위치되는 후방으로 규정하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드(10)는 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)을 포함한다. 이 때, 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)의 전방 단부 및 후방 단부가 상호 결합되어 블레이드(10)가 형성된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드에서 제 1 쉘(20)은 석션 쉘(suction shell)이며, 제 2 쉘(30)은 프레스 쉘(pressure shell)일 수 있다. 통상적으로 석션 쉘 및 프레스 쉘은 스킨(skin)으로 칭해진다.
제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30) 각각은 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 코어(21, 31) 및 스파(100)를 포함한다.
코어(21, 31)는 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)의 전방측 및 후방측에 위치되어 블레이드(10)의 주요 면을 형성하는 부분이다. 본 명세서에서, 주요 면이란 블레이드(10)의 외측면 및 내측면을 형성하는 본체가 되는 면을 의미한다.
이 때, 본 실시예에 따르면, 코어(21, 31)는 전방 코어(22, 32) 및 후방 코어(24, 34)를 포함한다.
전방 코어(22, 32)는 앞전(도 1의 19a)으로부터 후방측 중앙부까지 연장되어 굽어진 곡면으로 형성되고, 후방 코어(24, 34)는 전방 코어(22, 32)로부터 이격되어 중앙부으로부터 뒷전(도 1의 19b)까지 연장되어 굽어진 곡면으로 형성된다.
이 때, 전방 코어(22, 32) 및 후방 코어(24, 34)는 블레이드(10)의 코어(21, 31)를 형성하는 공지의 코어 재료, 예를 들어 발사 나무 및 PVC폼 등으로 이루어질 수 있다.
전방 코어(22, 32) 및 후방 코어(24, 34)의 사이에는 스파(100)가 결합된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 스파(100)는 L자형 단면을 갖도록 형성될 수 있다
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드(10)의 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)에 형성되는 스파(100)는 전단 웹부(102), 스파 캡부(104) 및 접착부(106)를 포함한다.
스파 캡부(104)는 전방 코어(22, 32) 및 후방 코어(24, 34)와 연결되어 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)의 주요 면을 형성하는 곡면으로 형성된다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 스파 캡부(104)의 전방측 단부면은 전방 코어(22, 32)의 후방 단부에 접하여 결합되며, 후방측 단부면은 후방 코어(24, 34)의 전방 단부에 접하여 결합되도록 형성된다. 이 때, 스파 캡부(104)는 전방 코어(22, 32) 및 후방 코어(24, 34)보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 제 1 쉘(20)의 스파 캡부(104)의 후단부에는 제 2 쉘(30)의 내측면 방향으로 연장된 전단 웹부(102)가 형성되며, 제 2 쉘(30)의 스파 캡부(104)의 전단부에는 제 1 쉘(20)의 내측면 방향으로 연장된 전단 웹부(102)가 형성된다. 이에 따라, 상기 제 1 쉘(20)에 형성된 전단 웹부(102)는 상기 제 2 쉘(30)에 형성된 전단 웹부(102)와 서로 나란하게 배열되되, 상기 제 2 쉘(30)에 형성된 전단 웹부(102)보다 앞전(19a)에 인접하게 위치될 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 쉘(20)의 스파 캡부(104)의 후단부 및 제 2 쉘(30)의 스파 캡부(104)의 전단부에 전단 웹부가 형성되었으나, 제 1 쉘(20)의 스파 캡부(104)의 전단부 및 제 2 쉘(30)의 스파 캡부(104)의 후단부에 전단 웹부가 형성되는 것도 가능한다.
전단 웹부(102)는 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)이 결합된 상태에서 블레이드(10) 내부의 구조를 보강하도록 하고 블레이드(10)의 비틀림에 대한 강성을 향상시키도록 한다.
이 때, 전단 웹부(102)는 스파 캡부(104)와 일체로 형성된다. 전단 웹부(102)의 단부에는 전단 웹부(102)가 연장되는 방향에 마주보도록 위치되는 쉘의 내측면에 결합하기 위하여 전단 웹부(102)로부터 꺽어진 면으로 형성되는 접착부(106)가 위치된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 블레이드(10)의 주요 면을 형성하는 전방 코어(22, 32), 스파 캡부(104) 및 후방 코어(24, 34)의 일면 및 타면에는 외피층(26, 36) 및 내피층(27, 37)이 결합된다. 외피층(26, 36) 및 내피층(27, 37)은 블레이드(10)가 비틀림에 대한 강성을 가지도록 2축 유리 섬유 소재로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 외피층(26, 36)은 블레이드의 앞전(leading edge)으로부터 뒷전(trailing edge)까지 연장되어 블레이드(10)의 외표면을 덮도록 형성된다.
그리고 내피층(27, 37)은 블레이드(10)의 앞전으로부터 뒷전 방향으로 상기 전단 웹부(102)의 전방측에 위치되는 전방 내피층(29, 39) 및 상기 전단 웹부(102)의 후방측에 위치되는 후방 내피층(28, 38)을 포함한다.
이 때, 전방 내피층(29, 39)의 후방측에는 전단 웹부(102)의 전방측에서 전단 웹부(102)와 접하도록 꺽어진 접촉면(29a, 39a)이 형성된다. 그리고 후방 내피층(28, 38)의 전방측에는 전단 웹부(102)의 후방측에서 전단 웹부(102)와 접하도록 꺽어진 접촉면(28a, 38a)이 형성된다.
이와 같이 전방 내피층(29, 39)의 후방측 및 후방 내피층(28, 38)의 전방측에 전단 웹부(102)와 접촉하는 접촉면(29a 및 39a, 28a 및 38a)이 형성됨으로써 블레이드(10)의 조립이 완료된 상태에서 전방 내피층(29, 39) 및 후방 내피층(28, ,38)이 전단 웹부(102)의 양 측면을 지지하도록 형성된다.
이상과 같은 구조를 갖는 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)은 외피층(26, 36), 코어(21, 31), 스파(100) 및 내피층(27, 37)을 적층한 후 이를 버큠 베깅(Vacuum bagging)하여 버큠 인퓨전(vacuum infusion) 공법으로 일체화된다. 그 후, 일체화된 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)을 상호 접착하여 블레이드를 조립한다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30)을 결합하여 블레이드(10)를 형성하는 경우, 블레이드(10)를 형성하기 위하여 접착되는 제 1 쉘(20) 및 제 2 쉘(30) 부위는 앞전(19a) 및 뒷전(19b), 그리고, 제 1 쉘(20)의 전단 웹부(102)의 단부인 접착부 및 제 2 쉘(30)의 전단 웹부(102)의 단부인 접착부(도 1의 B 부분)이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드(10)는 도 1에서 볼 때 4군데를 접착함으로써 조립될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드(10)는 웹을 형성하는 스파를 L자로 형성하여 L자형 스파의 전방 및 후방에 코어를 결합하고, 스파의 스파 캡부, 전방 코어 및 후방 코어 표면에 내피층 및 외피층을 결합시켜 종래의 블레이드가 6군데에서 접착부를 형성하던 것과 비교할 때 접착부위가 줄어들기 때문에 접착부의 불량에 따른 블레이드 파손을 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 스파의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드가 분해된 상태의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드(110)는 제 2 쉘(130)을 형성하는 스파(200)가 전술한 실시예의 스파와 달리 스파 캡부(204)의 전방 단부 및 후방 단부 측에 전단 웹부(202)가 형성되어 U자형으로 이루어진다. 이 때, 전단 웹부(202)의 단부측에는 접착부(206)가 형성된다.
이 때, U자형의 스파(200)가 결합되는 제 2 쉘(130)의 전방 코어(132) 및 후방 코어(134)는 전술한 실시예와 동일한 구조로 이루어질 수 있다.
한편, U자형 스파(200)를 구비한 제 2 쉘(130)에 형성되는 내피층(137)은 전방 내피층(138a) 및 후방 내피층(138b) 이외에 U자형 스파의 스파 캡부 상측면에 위치되는 중앙 내피층(139)을 더 포함한다.
한편, 제 1 쉘(120)의 주요 면(121)은 스파 캡부(204)가 전방 코어(132) 및 후방 코어(134)와 일체로 형성된 구조를 갖는다. 그리고, 제 1 쉘(120)의 전방 코어(132), 스파 캡부(204) 및 후방 코어(134)의 일면과 결합되는 내피층(127)은 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 단일의 내피층(128)으로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 풍력 발전기 블레이드(110)의 제 1 쉘(120) 및 제 2 쉘(130)은 각각 버큠 인퓨전 공법으로 형성될 수 있으며, 이와 같이 형성된 제 1 쉘(120) 및 제 2 쉘(130)을 접착하여 블레이드(110)를 제조한다. 이 때, 제 1 쉘(120) 및 제 2 쉘(130)의 접착 부위는 앞전 및 뒷전 그리고 제 2 쉘(130)에 위치되는 전단 웹부(202)의 단부측에 형성된 두 군데의 접착부(206)로서 총 4군데이다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드(110)의 경우에도 종래의 블레이드(1)에 비하여 접착 부위가 줄어들게 되므로 접착 불량에 따른 블레이드의 파손을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 이상과 같은 구조를 갖는 블레이드의 제작 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드를 제작하는 순서도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 제작 순서 중 쉘을 형성하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드를 제작하는 방법은, 제 1 쉘을 형성하는 단계(S601), 제 2 쉘을 형성하는 단계(S602) 및 제 1 쉘 및 제 2 쉘을 접착 결합하는 단계(S603)를 포함한다.
다만, 풍력 발전기의 블레이드를 제작하기 위한 공정은 본 실시예에서 설명하는 공정 이외에도 다양한 공정을 더 포함할 수 있을 것이며, 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 공정 이외의 다른 공정이 블레이드의 제작을 위한 공정으로서 포함될 수 있음을 배제하는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 명세서에서는 본 실시예에 따른 블레이드 구조를 갖기 위한 공정 이외의 다른 부분을 제작을 위한 공정에 대하여는 상세한 설명을 생략하고, 앞서 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 특징적인 구조를 갖는 블레이드를 제작하기 위한 공정을 중심으로 블레이드 제작 공정을 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 제작 방법에 있어서, 제 1 쉘을 제작하는 단계(S601) 및 제 2 쉘을 제작하는 단계(S602)는 유사한 단계로 이루어질 수 있는데, 그 상세한 공정이 도 7에 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 쉘을 제작하기 위하여 우선 각각의 쉘에 대응하는 형태의 몰드를 제공한다. (S701) 그리고 몰드에 외피층을 형성하는 2축 유리 섬유를 적층한다. (S702)
그 후, 외피층 위에 전방 코어 및 후방 코어를 형성하는 재료 그리고 L자형 또는 U자형 스파를 적층한다. (S703)
그리고 전방 코어, 스파의 스파 캡부 및 후방 코어 상에 내피층을 형성하는 2축 유리 섬유를 적층한다. (S704)
이와 같이 외피층, 코어, 스파 및 내피층이 적층된 상태에서, 코어, 스파 및 내피층을 버큠 베깅(vacuum bagging)하고, 수지를 주입한 후 가열하는 버큠 인퓨전(vacuum infusion) 공법으로 일체화된 쉘을 형성한다.(S705) 이 때, 버큠 인퓨전 공법은 블레이드를 제작하기 위한 공지된 방법이므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이와 같은 버큠 인퓨전 공법으로 제작된 제 1 쉘 및 제 2 쉘을 접착하여 결합함으로써 블레이드를 조립한다.(S603) 이 때, 제 1 쉘 및 제 2 쉘의 접착 부위는 앞전 및 뒷전 그리고 블레이드의 내부에 위치되는 전단 웹부의 접착부 2 곳임은 앞서 설명한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 블레이드의 조립 방법은 전단 웹부와 스파 캡부를 일체화하여 쉘을 형성한 후 블레이드를 조립함으로써 접착 부위가 줄어드는 것 이외에도, 다음과 같은 장점을 갖는다.
먼저 종래의 블레이드를 제작할 때 전단 웹과 스파 캡을 따로 성형할 경우 각각에 대한 몰드가 필요하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드를 형성할 때에는 두 개의 쉘을 형성하기 위한 몰드만이 필요하므로 설비의 수가 줄어들게 된다.
그리고, 종래의 블레이드를 제작할 때 각각의 몰드에서 진행되던 작업이 두 개의 쉘을 형성하기 위한 몰드에서만 진행되므로 작업 시수를 줄일 수 있다.
그리고 접착제의 도포량이 줄어들기 때문에 재료비 및 접착제 도포 시간이 단축된다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 10 110 블레이드
2 석션 쉘 4 프레스 쉘
6 스파 캡 8 전단 웹
9a 전단 9b 후단
20 제 1 쉘 21 코어
26 외피층 27 내피층
30 제 2 쉘 31 코어
36 외피층 37 내피층
100 스파 102 전단 웹부
104 스파 캡부 106 접착부
120 제 1 웹 121 코어
126 외피층 127 내피층
130 제 2 웹 131 코어
136 외피층 137 내피층
200 스파 202 전단 웹부
204 스파 캡부 206 접착부

Claims (15)

  1. 익형 단면을 갖는 블레이드의 일 면을 형성하는 제 1 쉘(shell) 및 상기 블레이드의 타 면을 형성하는 제 2 쉘(shell)을 포함하는 풍력 발전기의 블레이드에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 중 적어도 하나는, 상기 블레이드의 상기 일 면 또는 상기 타 면의 내측면 및 외측면 일부를 형성하는 코어(core)와, 상기 코어와 결합되는 스파(spar)를 포함하되,
    상기 스파는,
    상기 코어와 나란하게 배열되어 상기 블레이드의 상기 일 면 또는 상기 타 면의 외측면 및 내측면의 나머지 일부를 형성하는 스파 캡(spar cap)부와,
    상기 스파 캡부의 일측으로부터 마주보는 쉘의 내측면 방향으로 돌출되어 상기 마주보는 쉘의 내측면에 결합되되 상기 스파 캡부와 일체로 형성되는 전단 웹(spar web)부를 포함하는, 풍력 발전기의 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어는,
    상기 블레이드의 앞전(leading edge)으로부터 뒷전(trailing edge) 방향으로 형성된 전방 코어와,
    상기 전방 코어로부터 이격되어 뒷전까지 연장 형성된 후방 코어를 포함하는, 풍력 발전기의 블레이드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스파 캡부는, 전방측이 상기 전방 코어의 후단부에 결합되고, 후방측이 상기 후방 코어의 전단부에 결합되는, 풍력 발전기의 블레이드.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제2 쉘 중 어느 하나는 프레스 쉘이며, 나머지 하나는 석션 쉘인, 풍력 발전기의 블레이드.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 쉘에 형성된 전단 웹부는 상기 제 1 쉘에 형성된 전단 웹부와 서로 나란하게 배열되되, 상기 제 1 쉘에 형성된 전단 웹부보다 앞전에 인접하게 위치되는, 풍력 발전기의 블레이드.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전단 웹부는 상기 스파 캡부의 전방 단부측 모서리부 또는 후방 단부측 모서리부 중 적어도 어느 하나에 형성되는, 풍력 발전기의 블레이드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 각각은, 상기 블레이드의 앞전(leading edge)으로부터 뒷전(trailing edge)까지 연장된 외피층을 포함하는, 풍력 발전기의 블레이드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스파는 L자 형 또는 U자 형으로 이루어지는, 풍력 발전기의 블레이드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 각각은 내피층을 포함하되,
    상기 스파가 L자 형으로 이루어진 경우,
    상기 내피층은,
    상기 블레이드의 앞전으로부터 뒷전 방향으로 상기 전단 웹의 전방측에 위치되는 전방 내피층과,
    상기 전단 웹의 후방측에 위치되는 후방 내피층을 포함하는, 풍력 발전기의 블레이드.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 각각은 내피층을 포함하되,
    상기 스파가 U자 형으로 이루어진 경우,
    상기 U자형 스파를 구비한 쉘에 형성되는 내피층은 전방 내피층, 후방 내피층 및 상기 U자형 스파의 스파 캡부 상측면에 위치되는 중앙 내피층으로 형성되는, 풍력 발전기의 블레이드.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 블레이드의 앞전으로부터 뒷전 방향으로 상기 전방 내피층의 후방 단부 또는 상기 후방 내피층의 전방 단부는, 상기 전단 웹에 접하여 상기 전단 웹을 지지하는, 풍력 발전기의 블레이드.
  12. 풍력 발전기의 블레이드 제작 방법으로서,
    상기 블레이드의 일면을 형성하는 제 1 쉘을 형성하는 단계와,
    상기 블레이드의 타면을 형성하는 제 2 쉘을 형성하는 단계와
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘을 결합하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 쉘 또는 상기 제 2 쉘은 각각 하나의 전단 웹부를 포함하거나, 상기 제 1 쉘 또는 상기 제 2 쉘 중 어느 하나가 두 개의 전단 웹부를 포함하도록 형성되는, 풍력 발전기의 블레이드의 제작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘을 형성하는 단계 또는 상기 제 2 쉘을 형성하는 단계는,
    몰드 상에 외피층을 적층하는 단계와,
    상기 외피층 상에 코어를 형성하기 위한 코어 재료 및 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 블레이드의 상기 스파를 위치시키는 단계와,
    상기 코어 재료 및 상기 스파의 상기 스파 캡부 상에 내피층을 적층하는 단계와,
    상기 적층된 외피층, 상기 코어 재료, 상기 스파 및 상기 내피층을 버큠 베깅(Vacuum bagging)하고, 수지를 주입한 후 가열하는 버큠 인퓨전(Vacuum infusion) 공법으로 일체화된 쉘을 형성하는 단계를 포함하는, 풍력 발전기의 블레이드 제작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘은 접착에 의하여 결합되되,
    상기 스파가 L자 형으로 이루어진 경우,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 사이의 접착 부위는 상기 블레이드의 앞전(leading edge), 상기 블레이드의 뒷전(trailing edge), 상기 제 1 쉘의 전단 웹부의 단부가 상기 제 2 쉘의 내측면과 접하는 부분 및 상기 제 2 쉘의 전단 웹부의 단부가 상기 제 1 쉘의 내측면과 접하는 부분인, 풍력 발전기의 블레이드 제작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘은 접착에 의하여 결합되되,
    상기 스파가 U자 형으로 이루어진 경우,
    상기 제 1 쉘 및 상기 제 2 쉘 사이의 접착 부위는, 상기 블레이드의 앞전(leading edge), 상기 블레이드의 뒷전(trailing edge), 상기 쉘 중 스파가 결합된 쉘의 전단 웹부의 단부가 다른 쉘의 내측면과 접하는 부분인, 풍력 발전기의 블레이드 제작 방법.
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