KR20130059309A - 재생 에너지형 발전 장치 및 그 회전 블레이드 착탈 방법 - Google Patents

재생 에너지형 발전 장치 및 그 회전 블레이드 착탈 방법 Download PDF

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KR20130059309A
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가즈히사 츠츠미
다쿠 이치류우
다쿠로 가메다
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 공간 절약화를 도모하면서, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 브레이크 기구를 설치한 재생 에너지형 발전 장치 및 그 회전 블레이드 탈착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 재생 에너지형 발전 장치(1)는 회전 블레이드(2A)가 설치된 허브(2B) 및 상기 허브(2B)에 연결된 주축(2C)을 갖는 로터(2)와, 로터(2)측으로부터 토크가 입력되어서 전력을 생성하는 발전기(6)와, 로터(2)로부터 발전기(6)에 상기 토크를 전달하는 유압 트랜스미션(4)을 구비한다. 브레이크 디스크(30)가, 허브(2B) 및 주축(2C)의 동시고정에 의해, 로터(2)에 고정된다. 또한, 브레이크 디스크(30)에 브레이크 패드(35)를 압박하고, 로터(2)에 제동력을 부여하는 브레이크 캘리퍼(34)가 설치된다.

Description

재생 에너지형 발전 장치 및 그 회전 블레이드 착탈 방법{RENEWABLE ENERGY TYPE GENERATING APPARATUS, AND MOUNTING AND DEMOUNTING METHOD OF A ROTARY BLADE THEREOF}
본 발명은, 예를 들어 유압 펌프 및 유압 모터를 통해서 로터의 회전 에너지를 발전기에 전달해서 발전을 행하는 재생 에너지형 발전 장치 및 그 회전 블레이드 착탈 방법에 관한 것이다. 또한, 재생 에너지형 발전 장치는 바람, 조류, 해류, 하류 등의 재생가능한 에너지를 이용한 발전 장치이며, 예를 들어 풍력 발전 장치, 조류 발전 장치, 해류 발전 장치, 하류 발전 장치 등을 들 수 있다.
최근에, 지구 환경의 보전의 관점으로부터, 풍력을 이용한 풍력 발전 장치나, 조류, 해류 또는 하류를 이용한 발전 장치를 포함하는 재생 에너지형 발전 장치의 보급이 진행하고 있다. 재생 에너지형 발전 장치에서는 바람, 조류, 해류 또는 하류의 운동 에너지를 로터의 회전 에너지로 변환하고, 또한 로터의 회전 에너지를 발전기에 의해 전력으로 변환한다.
재생 에너지형 발전 장치에서는, 로터의 회전수가 발전기의 정격 회전수에 비교해서 작기 때문에, 로터와 발전기 사이에 기계식(기어식)의 증속기를 설치하는 것이 일반적이다. 이에 의해, 로터의 회전수는 증속기에서 발전기의 정격 회전수까지 증속된 후, 발전기에 입력된다.
또한, 상술한 증속기와 발전기 사이에는, 통상 브레이크 기구(브레이크 디스크 및 브레이크 캘리퍼)가 설치된다. 이 브레이크 기구는 로터를 제동하거나, 정지 상태의 로터가 움직이지 않도록 보지하거나 하는 목적으로 사용된다. 여기서, 브레이크 디스크가 증속기와 발전기 사이에 설치되는 것은, 증속기와 발전기 사이의 고속으로 회전하는 회전축(증속기 출력축 또는 발전기 입력축)은 증속기보다도 전단의 회전축(주축)에 비해 예를 들어 1/100배 정도의 저 토크이기 때문이다.
또한, 특허문헌 1(도 3 참조)에는, 발전기의 케이싱의 내부에 브레이크 디스크 및 브레이크 캘리퍼를 수납하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 최근에 중량 및 비용 삭감의 장벽으로 되어 있는 증속기에 대체해서, 유압 펌프 및 유압 모터를 조합한 유압 트랜스미션을 채용한 재생 에너지형 발전 장치의 개발이 진행되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 및 3 참조).
또한, 브레이크 기구에 관한 것은 아니지만, 특허문헌 4에는, 풍력 발전 장치의 주축과 증속기를 연결하는 스트레인 와셔에 설치한 어댑터 디스크를 통해서, 유압 실린더에 의해 주축을 회전시키도록 한 터닝 장치가 기재되어 있다. 이러한 종류의 터닝 장치는 회전 블레이드의 탈착 작업 등에 로터를 소망의 각도 위치에 회전시킬 때에 사용된다.
미국 특허 제 7,884,493 호 명세서 미국 특허 출원 공개 제 2010/0032959 호 명세서 미국 특허 출원 공개 제 2010/0040470 호 명세서 미국 특허 출원 공개 제 2006/0196288 호 명세서
특허문헌 2 및 3과 같은 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지형 발전 장치에서는, 유압 모터와 발전기 사이의 고속으로 회전하는 회전축은, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 연결되지 않는다. 그 때문에, 종래와 같이 브레이크 기구를 발전기 입력축이나 발전기 케이싱의 내부에 설치해도, 이 브레이크 기구에 의해 로터를 제동하거나, 정지 상태의 로터가 움직이지 않도록 보지하거나 하는 것이 불가능하다. 따라서, 브레이크 기구는 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 직접 설치하게 된다.
그런데, 유압 트랜스미션보다도 전단의 저속(즉, 고 토크)으로 회전하는 로터에 브레이크 기구를 설치할 경우, 로터에 충분한 제동력을 부여하기 위해서는, 종래에 비해 브레이크 기구를 대형화하지 않을 수 없다. 그 때문에, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터 주변이 한정된 스페이스를 어떻게 유효 활용하고, 대형의 브레이크 기구를 로터에 설치할지가 중요하다.
이점, 어느 특허문헌에도, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 브레이크 기구를 설치하는 구성은 전혀 기재되지 않고 있다.
본 발명은 상술한 사정에 감안해서 이루어진 것이며, 공간 절약화를 도모하면서, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 브레이크 기구를 설치한 재생 에너지형 발전 장치 및 그 회전 블레이드 탈착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 재생 에너지형 발전 장치는, 회전 블레이드가 설치된 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와, 상기 로터측으로부터 토크가 입력되어서 전력을 생성하는 발전기와, 상기 로터로부터 상기 발전기에 상기 토크를 전달하는 유압 트랜스미션과, 상기 허브 및 상기 주축의 동시고정에 의해, 상기 로터에 고정된 브레이크 디스크와, 상기 브레이크 디스크에 브레이크 패드를 압박해서, 상기 로터에 제동력을 부여하는 브레이크 캘리퍼를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 재생 에너지형 발전 장치에서는, 종래에 비해 대형화하지 않을 수 없는 브레이크 디스크를 허브 및 주축의 동시고정에 의해 고정하도록 했으므로, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
즉, 브레이크 디스크를 주축에 설치할 경우, 브레이크 디스크 설치용의 플랜지를 주축에 설치하고, 상기 플랜지에 브레이크 디스크를 체결하는 것이 통상이지만, 이러한 방법에서 대형의 브레이크 디스크를 설치하면 스페이스상의 문제가 발생한다. 따라서, 상기 재생 에너지형 발전 장치에서는, 필요 불가결한 허브와 주축의 체결부를 이용하고, 허브 및 주축의 동시고정에 의해 브레이크 디스크를 로터에 고정하고 있기 때문에, 브레이크 디스크 설치용의 플랜지를 별도 설치할 필요가 없고, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
상기 브레이크 캘리퍼는 상기 브레이크 디스크의 외주측에 설치되는 복수의 외주측 캘리퍼와, 상기 브레이크 디스크의 내주측에 설치되는 복수의 내주측 캘리퍼를 포함하고 있어도 된다.
상기 재생 에너지형 발전 장치에서는, 유압 트랜스미션보다도 전단의 저속으로 회전하는 로터에 브레이크 디스크를 고정하기 위해서, 충분한 제동력을 로터에 부여하기 위해서는 브레이크 캘리퍼를 복수 설치할 필요가 있다. 그러나, 브레이크 디스크의 외주측 만으로는, 로터에 충분한 제동력을 부여하기 위해서 필요한 개수의 브레이크 캘리퍼를 설치하는 것이 어려운 것이 있다. 따라서, 브레이크 디스크의 외주측 및 내주측에, 각각 복수의 브레이크 캘리퍼(외주측 캘리퍼 및 내주측 캘리퍼)를 설치함으로써, 로터에 충분한 제동력을 부여할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀과, 상기 주축을 회전 가능하게 상기 나셀측에 지지하는 주축 베어링과, 상기 주축 베어링을 수납하는 베어링 상자를 더 구비하고, 상기 브레이크 디스크는 상기 허브 및 상기 주축의 동시고정 위치로부터 상기 베어링 상자를 향해서 연장되어 있고, 상기 브레이크 캘리퍼는 적어도 하나가 상기 베어링 상자에 설치되어 있어도 된다.
허브 및 주축의 동시고정 위치로부터 베어링 상자를 향해서 브레이크 디스크를 연장시킴으로써, 브레이크 캘리퍼에 의한 마찰력이 증가하는 위치를 주축의 지지점인 주축 베어링에 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 모든 브레이크 캘리퍼에 의한 마찰력의 합력이 주축 직경 방향의 성분을 갖고 있어도, 마찰력의 합력의 주축 직경 방향을 따른 성분에 기인해서 주축에 작용하는 모멘트 하중(주축 베어링 둘레의 모멘트 하중)을 경감할 수 있다. 마찬가지로, 브레이크 디스크에 터닝 장치를 설치해서 로터를 회전시킬 경우에도, 터닝 장치에 의해 부여되는 외력의 주축 직경 방향의 성분에 기인해서 발생하는 주축에의 모멘트 하중을 경감할 수도 있다.
또한, 브레이크 캘리퍼의 적어도 하나를 베어링 상자에 직접 또는 간접적으로 설치하는 것에 의해, 브레이크 캘리퍼에 의한 마찰력이 증가하는 위치를 주축 베어링에 근접시킬 수 있는 동시에, 브레이크 캘리퍼를 지지하기 위한 구조를 콤팩트로 해서 공간 절약화를 도모할 수 있다. 특히, 브레이크 디스크의 내주측의 스페이스는 나셀 내벽면이나 나셀 대판으로부터의 지지 부재의 액세스가 어렵기 때문에 내주측 캘리퍼를 어떻게 해서 지지할지가 문제가 되지만, 브레이크 캘리퍼를 베어링 상자에 설치하도록 하면, 내주측 캘리퍼이라도 용이하게 지지할 수 있다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 타워와, 상기 타워에 지지되어, 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀을 더 구비하고, 상기 나셀은, 상기 타워에 선회 가능하게 설치되는 나셀 대판과, 상기 나셀 대판을 덮는 나셀 커버를 갖고, 상기 브레이크 캘리퍼는 적어도 하나가 상기 나셀 대판의 상기 허브에 가까운 측의 단부에 설치되어 있어도 된다.
나셀 대판의 허브에 가까운 측의 단부에 브레이크 캘리퍼의 적어도 하나를 설치하는 것에 의해, 브레이크 캘리퍼를 지지하기 위한 구조를 콤팩트로 해서 공간 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 주축은 상기 허브 및 상기 브레이크 디스크와 함께 동시고정되는 플랜지를 갖고, 상기 브레이크 디스크는 상기 플랜지와 상기 허브의 동시고정 위치로부터 상기 주축의 직경 방향 외측으로 넓어지도록 설치되어 있어도 된다.
이와 같이, 주축의 플랜지와 허브의 동시고정 위치로부터 주축의 직경 방향 외측으로 넓어지도록 브레이크 디스크를 설치함으로써, 브레이크 디스크를 큰 직경으로 형성할 수 있어(즉, 레버비를 크게 할 수 있어), 큰 제동력을 로터에 부여할 수 있다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀과, 일단부가 상기 나셀측에 고정되어, 타단부가 상기 브레이크 디스크에 설치되는 유압 실린더를 더 구비하고, 상기 유압 실린더의 스트로크를 변화시킴으로써, 상기 브레이크 디스크와 함께 상기 로터를 회전시키도록 해도 좋다.
이에 의해, 유압 실린더에 의한 로터의 터닝 조작이 가능하게 된다. 또한, 비교적 대경의 브레이크 디스크에 유압 실린더를 설치하는 것에 의해, 회전 블레이드의 탈착 작업시 등의 로터의 하중이 언밸런스로 될 때라도, 로터를 회전시킬 수 있다.
또한, 브레이크 디스크는, 통상 회전중의 로터를 제동해서 정지시킬 때의 큰 반력을 받을 수 있도록, 충분한 강도를 갖도록 설계된다. 따라서, 회전 블레이드의 탈착 작업시 등의 로터의 하중이 언밸런스한 상태에서, 브레이크 디스크를 통해서 유압 실린더로부터 로터에 큰 토크를 입력해서 터닝 조작을 행할 경우라도, 브레이크 디스크는 충분히 견딜 수 있다.
또한, 유압 실린더에 의해 브레이크 디스크와 함께 로터를 회전시킬 경우, 상기 나셀은 상기 타워에 선회 가능하게 설치되는 나셀 대판과, 상기 나셀 대판을 덮는 커버를 갖고, 상기 유압 실린더는 상기 브레이크 디스크의 양측에 각각 설치되고, 각 유압 실린더는 상기 나셀 대판에 세워 설치되어, 브래킷을 통해서 상기 브레이크 디스크에 설치되어 있어도 된다.
이와 같이, 유압 실린더를 브레이크 디스크의 양측에 각각 설치함으로써, 브레이크 디스크를 통해서 의해 큰 토크를 로터에 전하는 것이 가능하므로, 회전 블레이드의 탈착 작업시 등의 로터의 하중이 언밸런스한 상태에서도 로터의 터닝 조작을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 나셀 대판으로부터 유압 실린더를 세워 설치함으로써, 유압 실린더로부터의 반력을 나셀 대판에서 받을 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 로터를 소망의 각도 위치에 고정하는 로크 기구를 더 구비하고, 상기 브레이크 디스크에는 둘레 방향으로 복수의 제 1 구멍이 형성되어 있고, 상기 로크 기구는 상기 제 1 구멍의 어느 하나와 상기 나셀측에 설치된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀이라도 좋다.
이와 같이, 브레이크 디스크의 제 1 구멍과 나셀측의 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입함으로써, 로크 핀에 의한 로터의 고정이라고 하는 목적에서도, 브레이크 디스크를 활용할 수 있다. 또한, 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지 발전 장치에서는, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 로크 기구를 설치할 필요가 있지만, 로크 기구 설치 때문에 이용할 수 있는 로터 주변의 스페이스는 한정되어 있다. 따라서, 브레이크 디스크를 로크 핀에 의한 로터의 고정이라고 하는 목적에서도 활용함으로써, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 재생 에너지로서의 바람에 의해 상기 로터를 회전시켜, 상기 유압 트랜스미션을 통해서 상기 로터로부터 상기 발전기에 상기 토크를 입력하는 풍력 발전 장치이라도 좋다.
본 발명에 관한 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법은, 회전 블레이드가 설치된 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와, 상기 로터측으로부터 토크가 입력되어서 전력을 생성하는 발전기와, 상기 로터로부터 상기 발전기에 상기 토크를 전달하는 유압 트랜스미션과, 상기 허브 및 상기 주축의 동시고정에 의해, 상기 로터에 고정된 브레이크 디스크와, 상기 브레이크 디스크에 브레이크 패드를 압박해서, 상기 로터에 제동력을 부여하는 브레이크 캘리퍼를 구비하는 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법이며, 유압 액추에이터에 의해 상기 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시키는 스텝과, 상기 브레이크 디스크 및 상기 브레이크 캘리퍼에 의해, 상기 소망의 각도 위치에 있어서 상기 로터를 보지하는 스텝과, 상기 로터를 상기 소망의 각도 위치에 있어서 고정하는 스텝과, 상기 로터가 고정된 상태에서, 상기 허브에 대한 상기 회전 블레이드의 탈착을 행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법에서는, 유압 액추에이터에 의해 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시킨 후, 허브 및 주축의 동시고정에 의해 고정한 브레이크 디스크와, 브레이크 캘리퍼를 사용하여, 로터를 상기 소망의 각도 위치에서 보지한다. 그리고, 로터가 고정된 상태에서, 허브에 대한 회전 블레이드의 탈착을 행한다.
이와 같이, 허브 및 주축의 동시고정에 의해 로터에 고정한 브레이크 디스크를 사용하도록 했으므로, 공간 절약화를 도모할 수 있고, 스페이스상의 제약을 받기 어렵기 때문에, 제동력이 큰 브레이크 디스크를 채용할 수 있다. 그 때문에, 회전 블레이드의 탈착 작업시에 있어서의 로터의 하중이 언밸런스할 때이라도, 로터를 소망의 각도 위치에 확실하게 보지할 수 있고, 회전 블레이드의 탈착 작업을 효율적으로 행할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법에 있어서, 상기 재생 에너지형 발전 장치는 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀을 구비하고, 상기 유압 액추에이터는, 일단부가 상기 나셀측에 고정되고, 타단부가 상기 브레이크 디스크에 설치되는 유압 실린더이며, 상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 상기 유압 실린더에 의해 상기 브레이크 디스크를 회전시킴으로써, 상기 로터를 상기 소망의 각도 위치까지 회전시켜도 좋다.
이에 의해, 유압 실린더를 사용한 로터의 터닝 조작에 의해, 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시킬 수 있다. 또한, 비교적 대경의 브레이크 디스크에 유압 실린더를 설치하는 것에 의해, 회전 블레이드의 탈착 작업시의 로터의 하중이 언밸런스할 때이라도, 로터를 회전시킬 수 있다.
또한, 브레이크 디스크는, 통상 회전중의 로터를 제동해서 정지시킬 때의 큰 반력을 받을 수 있도록, 충분한 강도를 갖도록 설계된다. 따라서, 회전 블레이드의 탈착 작업시 등의 로터의 하중이 언밸런스한 상태에서, 브레이크 디스크를 통해서 유압 실린더로부터 로터에 큰 토크를 입력해서 터닝 조작을 행할 경우라도, 브레이크 디스크는 충분히 견딜 수 있다.
또한, 상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 상기 유압 실린더의 상기 타단부를 상기 브레이크 디스크에 연결해서 상기 유압 실린더의 스트로크를 변화시킨 후, 상기 유압 실린더의 상기 타단부를 상기 브레이크 디스크로부터 분리시켜서 상기 유압 실린더의 스트로크를 원래 상태로 되돌리는 조작을 반복하고, 상기 로터를 간헐적으로 회전시켜도 좋다.
이와 같이, 유압 실린더에 의해 간헐적으로 로터를 회전시킴으로써, 상기 소망의 각도 위치까지 로터를 확실하게 회전시킬 수 있다.
또한, 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지형 발전 장치에서는, 유압 트랜스미션보다도 전단의 저속으로 회전하는 로터에 브레이크 디스크를 고정하기 위해서, 충분한 제동력을 로터에 부여하기 위해서는 브레이크 캘리퍼를 복수 설치할 필요가 있다. 그 때문에, 브레이크 캘리퍼는 브레이크 디스크의 둘레 방향의 넓은 에리어에 걸쳐서 설치할 필요가 있어, 유압 실린더와 브레이크 캘리퍼의 간섭이 문제로 되기 쉽다. 따라서, 간헐적으로 로터를 회전시킴으로써, 일회당의 유압 실린더의 스트로크량을 작게 하고, 유압 실린더와 브레이크 캘리퍼의 간섭을 방지할 수 있다.
또한, 상기 로터를 고정하는 스텝에서는, 상기 유압 실린더의 스트로크를 고정함으로써, 상기 로터를 고정해도 좋다.
또한, 유압 실린더의 스트로크를 고정하는 구체적 방법은, 예를 들어 유압 실린더의 피스톤을 기계적으로 래치해서 부동으로 해도 좋고, 유압 실린더의 유압실을 밀폐함으로써 유압 로크 상태로 해서 피스톤을 부동으로 해도 좋다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법에 있어서, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀을 구비하고, 상기 브레이크 디스크에는, 둘레 방향으로 복수의 제 1 구멍이 형성되어 있고, 상기 로터를 고정하는 스텝에서는, 상기 브레이크 디스크의 상기 제 1 구멍의 어느 하나와, 상기 나셀측에 설치된 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입해서 상기 로터를 고정해도 좋다.
이와 같이, 브레이크 디스크의 제 1 구멍과 나셀측의 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입함으로써, 로크 핀에 의한 로터의 고정이라고 하는 목적에서도, 브레이크 디스크를 활용할 수 있다. 또한, 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지 발전 장치에서는, 유압 트랜스미션보다도 전단의 로터에 로크 기구를 설치할 필요가 있지만, 로크 기구 설치 때문에 이용할 수 있는 로터 주변의 스페이스는 한정되어 있다. 따라서, 브레이크 디스크를 로크 핀에 의한 로터의 고정이라고 하는 목적에서도 활용함으로써, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 브레이크 디스크의 제 1 구멍과 나셀측의 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입해서 로터를 고정할 경우, 상기 소망의 각도 위치는 복수의 상기 회전 블레이드의 각각에 대해서 규정되어 있고, 상기 브레이크 디스크의 상기 제 1 구멍과 상기 나셀측의 상기 제 2 구멍은, 각 회전 블레이드에 대해서 규정된 상기 소망의 각도 위치에 상기 로터가 정지했을 때에 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하도록 형성되어 있어도 된다.
이와 같이, 복수의 회전 블레이드의 탈착 작업을 행하는데 적합한 로터의 소망의 각도 위치가 각 회전 블레이드에 대해서 규정되어 있을 경우, 각 회전 블레이드에 대응하는 상기 소망의 각도 위치에 로터가 정지했을 때에 서로의 위치가 일치하도록 제 1 구멍 및 제 2 구멍을 형성함으로써, 각 회전 블레이드에 적합한 상기 소망의 각도 위치에 로터를 고정할 수 있다. 따라서, 회전 블레이드의 탈착 작업을 효율적으로 행할 수 있다.
상기 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법에 있어서, 상기 유압 트랜스미션은 상기 주축과 함께 회전해서 압유를 생성하는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 상기 압유에 의해 상기 발전기를 구동하는 유압 모터를 포함하고, 상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 압유원으로부터 공급된 압유에 의해 상기 유압 펌프를 구동하고, 상기 유압 펌프를 상기 유압 액추에이터로서 사용해서 상기 로터를 상기 소망의 각도 위치까지 회전시켜도 좋다.
이와 같이, 압유원으로부터 유압 펌프에 압유를 공급하고, 상기 압유에 의해 유압 펌프를 구동함으로써, 유압 액추에이터를 별도 설치하는 일이 없고, 유압 트랜스미션의 유압 펌프를 이용하여, 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 재생 에너지형 발전 장치는, 상기 로터를 회전시키는 스텝의 이전에, 상기 허브에 더미 블레이드를 설치하는 스텝을 더 구비하고, 상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 상기 허브에 상기 더미 블레이드를 설치한 상태에서 상기 로터를 회전시켜도 좋다.
이와 같이 더미 블레이드를 허브에 설치하는 것에 의해, 회전 블레이드의 탈착시에 있어서의 로터의 하중의 언밸런스(로터의 회전 중심축 둘레의 모멘트)를 저감하고, 작은 토크에서 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시킬 수 있다. 따라서, 유압 액추에이터를 소형화할 수 있다.
또한, 허브에 더미 블레이드를 설치해서 로터를 회전시킬 경우, 상기 더미 블레이드는 상기 허브에 고정되는 통형상 부재와, 상기 통형상 부재의 내부에 지지된 가동식 웨이트를 갖고, 상기 더미 블레이드를 설치하는 스텝의 이후에, 상기 로터의 중심축 둘레의 모멘트가 작아지도록 상기 가동식 웨이트의 위치를 조절하는 스텝을 더 구비해도 좋다.
이와 같이 가동식 웨이트의 위치의 조절에 의해, 로터의 중심축 둘레의 모멘트를 작게 함으로써, 보다 작은 토크에서 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 필요 불가결한 허브와 주축의 체결부를 이용하고, 허브 및 주축의 동시고정에 의해 브레이크 디스크를 로터에 고정하도록 했으므로, 브레이크 디스크 설치용의 플랜지를 생략하고, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 풍력 발전 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 풍력 발전 장치의 나셀 내부의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 브레이크 디스크 주변의 상세 구조를 도시하는 도면이다.
도 4는 주축 및 브레이크 디스크를 허브측으로부터 본 사시도이다.
도 5는 로터 터닝 조작용의 유압 실린더를 브레이크 디스크에 설치한 모습을 도시하는 도면이다.
도 6은 브레이크 디스크의 장착 구멍을 이용한 로터 로크 기구의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은 제 2 실시형태에 관한 풍력 발전 장치의 유압 펌프 주변의 유압 회로의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 터닝 조작시에 사용하는 더미 블레이드의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (k)는 더미 블레이드를 사용해서 회전 블레이드의 설치 작업을 행하는 수순을 도시하는 도면이다.
도 10의 (a) 내지 (j)는 더미 블레이드를 사용해서 회전 블레이드의 제거 작업을 행하는 수순을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 따라서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 이 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명 예에 지나지 않는다.
이하의 실시형태에서는, 재생 에너지형 발전 장치의 일 예로서 풍력 발전 장치에 대해서 설명한다. 단, 본 발명은 조류 발전 장치, 해류 발전 장치, 하류 발전 장치 등의 다른 재생 에너지형 발전 장치에도 적용할 수 있다.
[제 1 실시형태]
도 1은 제 1 실시형태에 관한 풍력 발전 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 2는 풍력 발전 장치의 나셀 내부의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 3은 브레이크 디스크 주변의 상세 구조를 도시하는 도면이다. 도 4는 주축 및 브레이크 디스크를 허브측으로부터 본 사시도이다. 도 5는 로터 터닝 조작용의 유압 실린더를 브레이크 디스크에 설치한 모습을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는, 주로 바람을 받아서 회전하는 로터(2)와, 로터(2)의 회전을 증속하는 유압 트랜스미션(4)과, 전력을 생성하는 발전기(6)를 구비한다.
로터(2)는 회전 블레이드(2A)와, 회전 블레이드(2A)가 설치되는 허브(2B)와, 허브(2B)에 연결된 주축(2C)으로 구성된다. 이에 의해, 회전 블레이드(2A)가 받은 바람의 힘에 의해 로터(2) 전체가 회전하고, 주축(2C)으로부터 유압 트랜스미션(4)에 회전이 입력된다.
여기서, 로터(2)의 주축(2C)은 타워(7)에 선회 가능하게 지지된 나셀(8)에 수납되어 있다. 또한, 주축(2C)은 주축 베어링(3)에 의해 회전 가능하게 나셀(8)측에 지지된다. 이 주축 베어링(3)은 하나라도 좋고, 복수라도 좋다.
유압 트랜스미션(4)은, 주축(2C)의 회전에 의해 구동되는 유압 펌프(20)와, 발전기(6)에 연결된 유압 모터(22)와, 유압 펌프(20)와 유압 모터(22) 사이에 설치된 고압유 라인(24) 및 저압유 라인(26)을 갖는다.
유압 펌프(20)의 토출측은 고압유 라인(24)에 의해 유압 모터(22)의 흡입측에 접속되어 있고, 유압 펌프(20)의 흡입측은 저압유 라인(26)에 의해 유압 모터(22)의 토출측에 접속되어 있다. 유압 펌프(20)로부터 배출된 작동유(고압유)는 고압유 라인(24)을 통해서 유압 모터(22)에 유입하고, 유압 모터(22)를 구동한다. 이에 의해, 유압 모터(22)에 연결된 발전기(6)에 있어서 전력이 생성된다.
또한, 유압 모터(22)로 일을 행한 후의 작동유(저압유)는 저압유 라인(26)을 통해서 유압 펌프(20)에 유입하고, 유압 펌프(20)로 승압된 후, 다시 고압유 라인(24)을 통해서 유압 모터(22)에 유입한다.
또한, 도 1에는 유압 트랜스미션(4) 및 발전기(6)가 나셀(8)에 수납된 예를 나타냈지만, 유압 트랜스미션(4)의 및 발전기(6)의 일부 또는 전부를 타워(7)의 내부에 수납해도 좋다. 예를 들어, 유압 트랜스미션(4)중 유압 펌프(20)는 나셀(8)에 수납하고, 유압 모터(22) 및 발전기(6)를 나셀(8) 내에 수납해도 좋다.
여기서, 도 2를 사용하여, 로터(2)의 주축(2C)의 주변 구조에 대해서 구체적으로 설명한다.
주축(2C)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 허브(2B)에 가까운 측에 위치하는 전방부(10)와, 허브(2B)로부터 먼 측에 위치하는 후방부(12)를 갖는다. 전방부(10)와 후방부(12) 사이에는 단차(13)가 설치되어 있고, 전방부(10)는 후방부(12)보다도 대경으로 형성되어 있다.
또한, 도 2에 도시하는 예에서는, 주축(2C)을 축지지하는 한쌍의 주축 베어링(3)(3A, 3B)이 설치되어 있다. 즉, 전방의 주축 베어링(3A)이 주축(2C)의 전방부(10)를 축지지하는 동시에, 후방의 주축 베어링(3B)이 주축(2C)의 후방부(12)를 축지지하고 있다. 주축 베어링(3)(3A, 3B)은 각각 베어링 상자(16)에 수납되어 있다. 그리고, 각 베어링 상자(16)는, 로터(2)의 굽힘 하중 등에 대한 강성을 향상시키는 관점으로부터, 연결 프레임(17) 및 나셀(8)에 의해 연결되어 있다.
또한, 각 베어링 상자(16)는 나셀(8)측에 지지된다. 예를 들어, 나셀(8)이 타워(7)에 선회 가능하게 지지되는 나셀 대판(8A)과, 나셀 대판(8A)을 덮는 나셀 커버(8B)로 구성될 경우, 각 베어링 상자(16)는 나셀 대판(8A)에 지지되어도 좋고, 나셀 커버(8B)에 지지되어도 좋다. 또한, 나셀 커버(8B)는 나셀 대판(8A)이나 나셀(8)의 강도 부재(골격)에 의해 지지된다.
주축(2C)의 전방부(10)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 허브(2B)에 가까운 측의 단부가 주축(2C)의 직경 방향 외측으로 돌출되어서 플랜지(11)를 형성하고 있다. 전방부(10)의 플랜지(11)는 볼트(14)에 의해 허브(2B)와 체결된다. 이때, 로터(2)를 제동하기 위한 브레이크 디스크(30)가 플랜지(11) 및 허브(2B)와 함께 동시고정된다. 또한, 브레이크 디스크(30)의 상세 구조에 대해서는 후술한다.
주축(2C)의 후방부(12)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 후방의 주축 베어링(3B) 및 유압 펌프(20)가 설치된다. 또한, 도 2에는 유압 펌프(20)는 주축 베어링(3B)의 후방에 설치하는 예를 나타내고 있지만, 유압 펌프(20)는 주축 베어링(3A, 3B) 사이에 배치해도 좋고, 주축 베어링(3B)과 일체화해도 좋다[즉, 주축 베어링(3B)을 유압 펌프(20)의 펌프 베어링으로서 겸용해도 좋다].
유압 펌프(20)의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 유압 펌프(20)는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 주축(2C)의 후방부(12)의 외주에 설치되고, 주축(2C)의 회전에 의해 상하 이동하는 복수의 피스톤(44)에 의해 작동유를 승압하는 구성이라도 좋다. 구체적으로는, 유압 펌프(20)는 원통 부재(40), 링 캠(42), 복수의 피스톤(44), 케이싱(46) 및 펌프 베어링(48)에 의해 구성해도 좋다. 여기서, 원통 부재(40)는 주축(2C)의 후방부(12)의 외주에 고정된다. 링 캠(42)은 원통 부재(40)의 외주에 고정되는 환상의 부재이며, 피스톤(44)을 상하 이동시키기 위한 파형의 요철(캠 프로파일)이 표면에 설치되어 있다. 피스톤(44)은, 둘레 방향으로 복수 배열된 한 그룹의 피스톤이 주축(2C)의 길이 방향으로 복수열(도 2에 도시하는 예에서는 3열) 설치되어 있다. 이들 복수의 피스톤(44)은 케이싱(46)에 수납된다. 케이싱(46)과 원통 부재(40) 사이에는 펌프 베어링(48)이 설치된다.
브레이크 디스크(30)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 볼트(14)에 의해 허브(2B) 및 플랜지(11)의 동시고정에 의해 체결되는 피체결부(31)와, 이 피체결부(31)로부터 굴곡해서 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16)를 향해서 연장하는 중간부(32)와, 중간부(32)의 단부에 설치된 디스크부(33)를 갖는다.
피체결부(31)는 주축(2C)의 플랜지(11)에 따라 주축(2C)의 직경 방향으로 연장되어 있고, 원환상으로 형성되어 있다. 중간부(32)는 전방부(10)의 플랜지(11)와 허브(2B)의 동시고정 위치[즉, 볼트(14)의 위치]로부터 주축(2)의 직경 방향 외측을 향해서 확대되면서, 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16)를 향해서 연장되어 있다. 또한, 중간부(32)의 베어링 상자(16)측의 단부에는, 외주측과 내주측의 각각에 디스크부(33)(33A, 33B)가 설치되어 있다. 외주측의 디스크부(33A)는 주축(2C)의 직경 방향 외측에 연장되어 있고, 내주측의 디스크부(33B)는 주축(2C)의 직경 방향 내측으로 연장되어 있다.
상기 구성의 브레이크 디스크(30)에서는, 주축(2C)의 플랜지(11)와 허브(2B)의 동시고정 위치로부터 주축(2C)의 직경 방향 외측으로 넓어지도록 브레이크 디스크(30)의 중간부(32)를 설치하고 있으므로, 레버비가 커지고, 큰 제동력을 로터(2)에 부여할 수 있다. 즉, 직경 방향 외측으로 넓어지는 중간부(32)를 설치함으로써, 후술의 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 마찰력이 부여되는 디스크부(33)의 위치가 주축(2C)의 축 중심으로부터 직경 방향 외측으로 더한층 이격되는 것으로 되고, 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 마찰력 자체가 작아도, 로터(2)에 큰 제동력을 부여할 수 있다.
또한, 허브(2B) 및 주축(2C)의 동시고정 위치로부터 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16)를 향해서 연장하는 중간부(32)를 설치했으므로, 후술의 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 마찰력이 부여되는 디스크부(33)의 위치를 주축(2C)의 지지점인 주축 베어링(3A)에 근접시킬 수 있다. 즉, 주축(2C)의 축방향에 있어서, 디스크부(33)와 주축 베어링(3A)의 거리를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 모든 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 마찰력의 합력이 주축(2C)의 직경 방향 성분을 갖고 있어도, 마찰력의 합력의 직경 방향 성분에 기인해서 주축(2C)에 작용하는 모멘트 하중을 경감할 수 있다.
브레이크 캘리퍼(34)(34A, 34B)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 디스크부(33)(33A, 33B)를 넘어가도록 설치되어 있다. 브레이크 캘리퍼(34)에는, 브레이크 디스크(30)의 외주측의 디스크부(33A)에 대응해서 설치되는 복수의 외주측 캘리퍼(34A)와, 브레이크 디스크(30)의 내주측의 디스크부(33B)에 대응해서 설치되는 복수의 내주측 캘리퍼(34B)가 있다.
이와 같이, 브레이크 디스크(30)의 외주측 및 내주측에, 각각, 복수의 브레이크 캘리퍼(34)(외주측 캘리퍼(34A) 및 내주측 캘리퍼(34B))를 설치함으로써, 로터(2)에 충분한 제동력을 부여할 수 있다.
각 브레이크 캘리퍼(34)(34A, 34B)는 유압에 의해 브레이크 패드(35)를 브레이크 디스크의 디스크부(33)(33A, 33B)에 압박하고, 로터(2)에 제동력을 부여하게 되어 있다. 브레이크 캘리퍼(34)는 전방의 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16) 또는 나셀 대판(8A)에 직접 또는 간접적으로 지지된다.
예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 브레이크 디스크(30)의 상부에 위치하는 외주측 캘리퍼(34A)는 서포트 부재(36)를 통해서 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16)에 고정하고, 브레이크 디스크(30)의 하부에 위치하는 외주측 캘리퍼(34A)는 나셀 대판(8A)의 허브(2B)에 가까운 측의 단부(즉, 나셀 대판(8A)의 바닥면에 세워 설치된 측벽의 전방 부분)에 직접 고정해도 좋다. 한편, 내주측 캘리퍼(34B)는 모두 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16)에 직접 또는 간접적으로 고정해도 좋다.
이와 같이, 브레이크 캘리퍼(34)(외주측 캘리퍼(34A)의 일부 및 내주측 캘리퍼(34B))를 베어링 상자(16)에 직접 또는 간접적으로 설치하는 것에 의해, 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 마찰력이 증가하는 위치를 주축 베어링(3A)에 근접시킬 수 있는 동시에, 브레이크 캘리퍼(34)의 지지 구조를 콤팩트화 할 수 있다. 특히, 브레이크 디스크(30)의 내주측의 스페이스는 중간부(32)(도 3 참조)에 덮여 있고, 나셀 커버(8B)의 벽면이나 나셀 대판(8A)으로부터의 지지 부재의 액세스가 어려우므로, 내주측 캘리퍼(34B)를 베어링 상자(16)에 고정함으로써, 내주측 캘리퍼(34B)의 지지 구조를 간소화할 수 있다.
한편, 브레이크 캘리퍼(34)(브레이크 디스크(30)의 하부에 위치하는 외주측 캘리퍼(34A))를 나셀 대판(8A)의 허브(2B)에 가까운 측의 단부에 설치하는 것에 의해, 브레이크 캘리퍼(34)의 지지 구조를 콤팩트화 할 수 있다.
또한, 브레이크 디스크(30)에 유압 실린더를 설치하고, 상기 유압 실린더에 의해 로터(2)의 터닝 조작을 행할 수 있도록 해도 좋다.
예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 브래킷(52)을 통해서 유압 실린더(50)를 브레이크 디스크(30)에 설치해도 좋다. 유압 실린더(50)는 나셀 대판(8A) 위에 세워 설치되어 있고, 일단부가 나셀 대판(8A)에 고정되고, 타단부가 브래킷(52)을 통해서 브레이크 디스크(30)에 설치되어 있다. 브래킷(52)은 브레이크 디스크(30)의 외주측의 디스크부(33A)의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 복수의 장착 구멍(54)을 이용하고, 브레이크 디스크(30)에 체결되어 있다. 또한, 브래킷(52)은 외주측의 디스크부(33A)중 외측 캘리퍼(34A)를 설치하지 않고 있는 영역에 설치된다.
또한, 유압 실린더(50)는 나셀 대판(8A)과의 연결부(51), 및 브래킷(52)과의 연결부(53)에 있어서 회전 가능하게 설치되어 있고, 브레이크 디스크(30)의 회전량에 따라 상술한 2개의 연결부(51, 53)를 회전 중심으로 해서 회전하게 되어 있다. 도 5에 있어서 2점 쇄선은 유압 실린더(50)가 연결부(51, 53)를 회전 중심으로 해서 회전한 모습을 도시하고 있다.
이와 같이, 브레이크 디스크(30)에 유압 실린더(50)를 설치하는 것에 의해, 유압 실린더(50)가 그 피스톤을 진퇴시켜서 스트로크를 변화시키면, 브레이크 디스크(30)와 함께 로터(2)가 회전하므로, 로터(2)의 터닝 조작이 가능하게 된다. 또한, 브레이크 디스크(30)(구체적으로는, 외주측의 디스크부(33A))는 비교적 대경이기 때문에, 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업시 등의 로터(2)의 하중이 언밸런스한 때이라도, 로터(2)를 용이하게 회전시킬 수 있다.
또한, 브레이크 디스크(30)는 통상 회전중의 로터(2)를 제동해서 정지시킬 때의 큰 반력을 받을 수 있도록, 충분한 강도를 갖도록 설계된다. 따라서, 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업시 등의 로터(2)의 하중이 언밸런스한 상태에서, 브레이크 디스크(30)를 통해서 유압 실린더(50)로부터 로터(2)에 큰 토크를 입력해서 터닝 조작을 행할 경우라도, 브레이크 디스크(30)는 충분히 견딜 수 있다.
또한, 유압 실린더(50)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 브레이크 디스크(30)의 양측에 각각 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 각 유압 실린더(50)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 그 피스톤을 서로 역방향으로 움직이는 것에 의해, 브레이크 디스크(30)를 회전한다. 즉, 한쪽의 유압 실린더(50)가 연직 방향 상측의 압박력을 브레이크 디스크(30)에 부여하면, 다른쪽의 유압 실린더(50)는 연직 방향 하측의 압박력을 브레이크 디스크(30)에 부여한다. 그 때문에, 각 유압 실린더(50)에 의한 압박력의 주축(2C)의 직경 방향 성분의 대부분은 서로 캔슬되어, 유압 실린더(50)의 압박력의 합력의 주축(2C)의 직경 방향 성분에 기인해서 발생하는 주축(2C)에의 모멘트 하중을 저감할 수 있다.
이와 같이, 유압 실린더(50)를 브레이크 디스크(30)의 양측에 각각 설치함으로써, 브레이크 디스크(30)를 통해서 보다 큰 토크를 로터(2)에 전하는 것이 가능하므로, 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업시 등의 로터(2)의 하중이 언밸런스한 상태에서도 로터(2)의 터닝 조작을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 나셀 대판(8A)으로부터 유압 실린더(50)를 세워 설치함으로써, 유압 실린더(50)로부터의 반력을 나셀 대판에서 받을 수 있다.
또한, 로터(2)에의 제동력을 크게 하는 관점으로부터 외주측 캘리퍼(34A)는 외주측의 디스크부(33A)의 둘레 방향의 넓은 에리어에 걸쳐서 설치할 필요가 있다. 따라서, 유압 실린더(50) 및 브래킷(52)과 외주측 캘리퍼(34A)와의 간섭이 우려되는 점에서, 유압 실린더(50)의 스트로크량을 크게 하는 것은 어렵다.
따라서, 유압 실린더(50)를 사용하여, 로터(2)의 간헐적인 터닝 조작을 반복해도 좋다. 즉, 브래킷(52)을 통해서 유압 실린더(50)를 브레이크 디스크(30)에 설치하고, 유압 실린더(50)의 스트로크를 변화시키고, 로터(2)를 소정의 각도만큼 회전시킨다. 이 후, 브래킷(52)을 브레이크 디스크(30)로부터 제거하고, 유압 실린더(50)를 브레이크 디스크(30)로부터 분리시키고, 유압 실린더(50)의 스트로크를 원래 상태로 되돌린다. 그리고, 브래킷(52)을 통해서 유압 실린더(50)를 다시 브레이크 디스크(30)에 설치하고, 유압 실린더(50)의 스트로크를 변화시키고, 로터(2)를 소정의 각도만큼 회전시킨다. 이러한 일련의 조작을 반복함으로써, 로터(2)를 간헐적으로 회전시킬 수 있다.
또한, 브레이크 디스크(30)의 장착 구멍(54)을 이용하여, 로터(2)의 로크 기구를 설치해도 좋다.
도 6은 브레이크 디스크(30)의 장착 구멍(54)을 이용한 로터 로크 기구의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 로크 기구(60)는 로크 핀(61)을 포함하고 있다. 로크 핀(61)은 브레이크 디스크(30)에 형성된 제 1 구멍(장착 구멍)(54)중 어느 하나와, 나셀(8)측에 고정되는 정지 부재(62)에 형성된 제 2 구멍(63)에 삽입 가능하게 구성되어 있다. 정지 부재(62)는 나셀 대판(8A), 나셀 커버(8B), 주축 베어링(3A)의 베어링 상자(16) 등에 고정된다.
브레이크 디스크(30)의 제 1 구멍(장착 구멍)(54)과 나셀(8)측의 제 2 구멍(63)에 로크 핀(61)을 삽입함으로써, 로크 핀(61)에 의한 로터(2)의 고정이라고 하는 목적에서도, 브레이크 디스크(30)를 활용하고, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 로크 핀(61)의 선단면의 코너부(64) 및 브레이크 디스크(30)의 제 1 구멍(장착 구멍)(54)의 개구 단면의 코너부(65)에 모따기 가공을 실시하고, 로크 핀(61)의 삽입을 원활하게 행할 수 있도록 해도 좋다. 코너부(64, 65)의 모따기 가공은 각(角)을 잘라내서, 예를 들어 약 45도의 경사면으로 하는 C모따기라도 좋고, 각을 둥글게 하는 R모따기라도 좋다.
또한, 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)에의 로크 핀(61)의 삽입 작업은 자동화해도 좋다. 예를 들어, 로터(2)의 회전 변위(각도 위치)를 로터리 인코더에서 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)의 위치가 일치했는지의 여부를 판정하고, 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)의 위치가 일치했다는 판정 결과가 얻어지면, 임의인 액추에이터에 의해 로크 핀(61)을 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)에 자동적으로 삽입해도 좋다.
다음에, 상기 구성의 풍력 발전 장치(1)에 있어서 회전 블레이드(2A)의 탈착 방법에 대해서 설명한다.
회전 블레이드(2A)가 복수 설치된 풍력 발전 장치(1)에서는, 각 회전 블레이드(2A)의 탈착 조작에 적합한 각도 위치("소망의 각도 위치")에 로터(2)를 고정할 필요가 있다. 예를 들어, 회전 블레이드(2A)의 설치는, 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)의 근방까지 크레인으로 매달아 올리고, 회전 블레이드(2A)의 자세를 연직 또는 수평으로 한 상태에서, 상기 회전 블레이드(2A)의 익근부와 허브(2B)의 블레이드 장착 구멍(도 2에 있어서의 도면부호 2D 참조)과의 위치가 일치하도록 각도 위치에 로터(2)를 고정할 필요가 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 유압 실린더(50)를 사용해서 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시켜, 상기 각도 위치에 있어서 로터(2)를 로크 기구(60)에 의해 고정한다. 이하, 각 회전 블레이드(2A)의 탈착 조작에 적합한 각도 위치에 로터(2)를 고정할 때까지의 수순에 대해서 상세하게 서술한다.
처음에, 브레이크 디스크(30) 및 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 브레이크를 해제한 상태에서, 유압 실린더(50)를 사용하여, 브레이크 디스크(30)와 함께 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시킨다. 이때, 상술한 일련의 조작(유압 실린더(50)의 브레이크 디스크(30)에의 설치 → 유압 실린더(50)의 스트로크 변화 → 유압 실린더(50)의 브레이크 디스크(30)로부터의 차단 → 유압 실린더(50)의 스트로크를 원래 상태로 되돌림)을 반복함으로써, 로터(2)를 간헐적으로 회전시켜도 좋다.
로터(2)가 소망의 각도 위치까지 회전하면, 브레이크 디스크(30) 및 브레이크 캘리퍼(34)를 사용해서 로터(2)에 제동력을 부여하고, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 보지한다. 구체적으로는, 브레이크 캘리퍼(34)에 유압을 공급하고, 상기 유압에 의해 브레이크 패드(35)를 브레이크 디스크(30)의 디스크부(33)에 압박하는 것에 의해 로터(2)에 제동력을 부여하고, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 보지한다.
그리고, 브레이크 디스크(30)의 제 1 구멍(장착 구멍)(54) 및 정지 부재(62)의 제 2 구멍(63)에 로크 핀(61)을 삽입하고, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 고정하고, 로터(2)가 회전 방향에 대해서 부동으로 한다. 또한, 로터(2)가 소망의 각도 위치에 보지된 상태에 있어서, 브레이크 디스크(30)의 제 1 구멍(장착 구멍(54))과 정지 부재(62)의 제 2 구멍(63)의 위치가 일치하도록, 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)이 형성되어 있다. 또한, 각 회전 블레이드(2A)에 대응하는 로터(2)의 소망의 각도 위치가 각각 다른 경우, 각 회전 블레이드(2A)에 대해서 규정된 소망의 각도 위치까지 로터(2)가 회전했을 때, 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)의 위치가 일치하도록, 브레이크 디스크(30)에는 복수의 제 1 구멍(장착 구멍)(54)을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 보지하거나, 고정하거나 하는 목적으로, 유압 실린더(50)의 스트로크를 고정해도 좋다. 유압 실린더(50)의 스트로크를 고정하기 위해서는, 예를 들어, 유압 실린더(50)의 피스톤을 기계적으로 래치해서 부동으로 해도 좋고, 유압 실린더(50)의 유압실을 밀폐함으로써 유압 로크 상태로 해서 피스톤을 부동으로 해도 좋다.
로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 고정하면, 허브(2B)에 대한 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업을 행한다. 예를 들어, 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)에 설치할 경우, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 고정한 상태에서, 허브(2B)의 날개 장착 구멍(2D)에 회전 블레이드(2A)의 익근부를 체결해서 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)에 설치한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는, 허브(2B) 및 주축(2C)과의 동시고정에 의해 로터(2)에 고정된 브레이크 디스크(30)와, 브레이크 디스크(30)의 디스크부(33)에 브레이크 패드(35)를 압박하고, 로터(2)에 제동력을 부여하는 브레이크 캘리퍼(34)를 구비하고 있다.
풍력 발전 장치(1)에 따르면, 필요 불가결한 허브(2B)와 주축(2C)과의 체결부를 이용하고, 허브(2B) 및 주축(2C)과의 동시고정에 의해 브레이크 디스크(30)를 로터(2)에 고정하고 있기 때문에, 브레이크 디스크 설치용의 플랜지를 별도 설치할 필요가 없고, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 풍력 발전 장치(1)의 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업을 행하는 것에 즈음하여, 유압 실린더(50)에 의해 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시킨 후, 허브(2B) 및 주축(2C)과의 동시고정에 의해 고정한 브레이크 디스크(30)와, 브레이크 캘리퍼(34)를 사용하여, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에서 보지한다. 그리고, 로터(2)가 고정된 상태에서, 허브(2B)에 대한 회전 블레이드(2A)의 탈착을 행한다.
이와 같이, 허브(2B) 및 주축(2C)과의 동시고정에 의해 로터(2)에 고정한 브레이크 디스크(30)를 사용하도록 했으므로, 공간 절약화를 도모할 수 있고, 스페이스상의 제약을 받기 어렵기 때문에, 제동력이 큰 브레이크 디스크(30)를 채용할 수 있다. 그 때문에, 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업시에 있어서의 로터(2)의 하중이 언밸런스할 때이여도, 로터(2)를 소망의 각도 위치에 확실하게 보지할 수 있고, 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업을 효율적으로 행할 수 있다.
[제 2 실시형태]
다음에, 제 2 실시형태에 관한 풍력 발전 장치 및 그 회전 블레이드 탈착 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 풍력 발전 장치는, 로터(2)의 터닝 조작을 행하기 위해서, 유압 실린더(50)를 사용하지 않고, 유압 펌프(20)에 모터 동작을 시키도록 한 점을 제외하면, 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치(1)와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 7은 본 실시형태에 관한 풍력 발전 장치의 유압 펌프 주변의 유압 회로의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 로터(2)의 주축(2C)에는 제 1 실시형태와 동일한 구성의 유압 펌프(20)가 설치되어 있다. 즉, 주축(2C)의 외주에 원통 부재(40)를 통해서 링 캠(42)이 설치되어 있다. 링 캠(42)에는, 복수의 피스톤(44i)(i=1~m)이 주축(2C)의 둘레 방향으로 배열되어 있다. 피스톤(44i) 및 이것을 수납하는 실린더에 의해, 복수의 유압실(45i)(i=~m)이 형성되어 있다.
각 유압실(45i)은 고압 밸브(70) 및 저압 밸브(72)를 통해서, 고압유 라인(24)과 저압유 라인(26)에 접속되어 있다. 고압 밸브(70) 및 저압 밸브(72)는 링 캠(42)의 움직임에 맞춰서 개폐된다. 이에 의해, 저압유 라인(26)으로부터 저압 밸브(72)를 통해서 유압실(45i)에 공급되는 작동유를 피스톤(44i)에 의해 승압하고, 유압실(45i)로부터 고압 밸브(70)를 통해서 고압유 라인(24)에 배출하도록 되어 있다.
또한, 도 7에는, 고압 밸브(70)는 유압실(45i)로부터 고압유 라인(24)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이며, 저압 밸브(72)는 노멀 오픈식의 전자기 밸브인 예를 나타냈지만, 고압 밸브(70) 및 저압 밸브(72)의 구체적 구성은 이 예에 한정되지 않는다.
저압유 라인(26)에는, 작동유중의 불순물을 제거하는 오일 필터(73)와, 작동유를 냉각하는 오일 쿨러(74)가 설치되어 있다. 또한, 저압유 라인(26)에는, 보충 라인(82) 및 반송 라인(88)을 통해서 오일 탱크(80)가 접속되어 있다.
오일 탱크(80)에는 보충용의 작동유가 저류되어 있다. 오일 탱크(80)에 저류된 작동유는 보충 라인(82)에 설치된 부스트 펌프(84)에 의해 퍼 올려져서 저압유 라인(26)에 공급되게 되어 있다. 이때, 저압유 라인(26)에 공급되는 작동유는 보충 라인(82)에 설치한 오일 필터(86)에 의해 불순물이 제거된다. 이와 같이 하여 저압유 라인(26)에의 작동유의 보충을 행함으로써, 작동유의 누설이 발생해도, 유압 트랜스미션(4) 내를 순환하는 작동유의 양을 유지할 수 있다. 또한, 저압유 라인(26)과 오일 탱크(80) 사이의 반송 라인(88)에는 릴리프 밸브(89)가 설치되어 있고, 저압유 라인(26) 내의 압력을 릴리프 밸브(89)의 설정 압력 근방에 보지하게 되어 있다.
또한, 고압유 라인(24)과 저압유 라인(26) 사이에는 유압 모터(22)를 바이패스하는 바이패스 유로(76)가 설치되어 있다. 바이패스 유로(76)에는, 고압유 라인(24) 내의 작동유의 압력을 설정 압력 이하로 보지하는 릴리프 밸브(78)가 설치되어 있다. 그 때문에, 고압유 라인(24) 내에 있어서 작동유의 압력이 릴리프 밸브(78)의 설정 압력까지 상승하면, 릴리프 밸브(78)가 자동적으로 개방하고, 바이패스 유로(76)를 통해서 저압유 라인(26)에 고압유가 빠져나가게 되어 있다.
본 실시형태에서는, 유압 펌프(20)의 통상 동작(즉, 저압유 라인(26)으로부터 공급되는 작동유를 승압해서 고압유 라인(24)에 배출하는 펌프 동작)과는 달리 유압 펌프(20)의 모터 동작을 행하기 위한 압유의 공급로(92)를 설치한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 압유의 공급로(92)는 저압유가 저류되어 있는 오일 탱크(80)와 유압실(451 및 45k) 사이에 설치되어 있다. 공급로(92)의 솔레노이드 밸브(93)보다도 상류측에는, "압유원"으로서의 펌프(95)가 설치되어 있다. 펌프(95)에 의해 오일 탱크(80)로부터 퍼 올려진 작동유는 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)를 통해서, "압유"로 되어 유압실(451 및 45k)에 공급된다.
또한, 도 7에는, 보충 라인(82)에 설치된 부스트 펌프(84)와는 달리 "압유원"으로서의 펌프(95)를 설치하는 예를 나타냈지만, 부스트 펌프(84)를 "압유원"으로서 겸용해도 좋다.
펌프(95)로부터의 압유에 의해 유압 펌프(20)를 구동하고, 유압 펌프(20)에 모터 동작을 행하게 하기 위해서는, 피스톤(44)의 왕복 운동의 주기에 타이밍을 맞춰서 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(72)를 개폐 제어한다.
구체적으로는, 피스톤(44)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 기간에서는, 솔레노이드 밸브(93)를 개방하고, 저압 밸브(72)를 폐쇄한다. 이에 의해, 펌프(압유원)(95)로부터의 압유가 유압실(45)에 공급되고, 상기 압유에 의해 피스톤(44)을 밀어 내려서 링 캠(42)이 회전한다(모터 공정). 한편, 피스톤(44)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 기간에서는, 솔레노이드 밸브(93)를 폐쇄하고, 저압 밸브(72)를 개방한다. 이에 의해, 유압실(45) 내에 있어서 피스톤(44)을 밀어 내린 후의 압유는 저압 밸브(72)를 통해서 저압유 라인(26)에 배출된다.
그런데, 유압 펌프(20)는 맥동 방지나 변위 용적(DP)의 세밀한 제어를 목적으로 하고, 복수의 피스톤(44i)의 왕복 운동 주기의 위상을 서로 어긋나게 하도록 설계되는 것이 일반적이다. 또한, 왕복 운동 주기의 위상이 동일한 2 이상의 피스톤(44i)으로 이루어지는 그룹을 복수 설치하고, 어느 하나의 피스톤(44)에 문제가 발생해도, 상기 문제가 발생한 피스톤(44)과 동일한 그룹에 속하는 다른 피스톤(44)이 계속 움직이는 것에 의해, 맥동 방지나 변위 용적의 세밀한 제어를 유지할 수 있게 설계하는 것이 통상이다. 도 7에 도시하는 예에서는, 피스톤(441)과 이 피스톤(441)의 반대측에 위치하는 피스톤(44k)은 동일한 위상에서 왕복 운동을 반복하도록 링 캠(42)의 형상이 결정되어 있다. 이와 같이, n개(이 예에서는n=2)의 피스톤(44)의 왕복 운동 주기의 위상이 동일할 경우, 레던던시(redundancy)가 n이라고 한다.
그리고, 동일한 그룹에 속하는 피스톤(441, 44k)에 대하여, 공통의 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)가 설치되어 있다. 링 캠(42)의 움직임에 타이밍을 맞추고, 공통의 솔레노이드 밸브(93)를 개폐 제어하면, 유압 펌프(20)의 모터 동작을 실현할 수 있다. 또한, 피스톤(441, 44k)에 대응하는 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)를 공통화함으로써, 밸브(93, 94)의 개수를 삭감할 수 있다.
또한, 도 7에서는 유압실(451, 45k)에 대한 압유의 공급로(92)만을 도시하고 있지만, 실제로는 다른 유압실(45)에도 압유의 공급로(92)가 접속되어 있다. 예를 들어, 전체 유압실(45i)(i=~m)중 j개의 유압실(45)에 공급로(92)를 접속해도 좋다. 레던던시가 n이면, 상기 j개의 유압실(45)의 피스톤(44)의 왕복 운동 주기는 j/n 종류 존재한다. 즉, 서로 다른 왕복 운동 주기에서 움직이는 피스톤(44)이 j/n조 존재하기 때문에, 각 조의 피스톤(44)에 대하여 공통의 솔레노이드 밸브(93) 및 체크 밸브(94)를 설치하면 좋다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 풍력 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법에 대해서 설명한다.
처음에, 브레이크 디스크(30) 및 브레이크 캘리퍼(34)에 의한 브레이크를 해제한 상태에서, 유압의 공급로(92)를 통해서 펌프(95)로부터 유압실(45)에 압유를 공급하고, 링 캠(42)을 통해서 주축(2C)(로터(2))을 소망의 각도 위치까지 회전시킨다. 즉, "압유원"으로서의 펌프(95)로부터 유압 펌프(20)에 압유를 공급하고, 상기 압유에 의해 유압 펌프(20)를 구동하고, 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시킨다.
또한, 로터리 인코더(29)에 의해 로터(2)의 각도 위치를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여, 밸브 제어부에 의해 솔레노이드 밸브(93) 및 저압 밸브(72)의 개폐 제어를 행해도 된다. 예를 들어, 로터(2)의 소망의 각도 위치와, 로터리 인코더(29)에 의해 검출된 각도 위치와의 편차에 기초하여, 유압 펌프(20)에 모터 동작을 행하게 하는 시간을 조절해도 좋다.
로터(2)가 소망의 각도 위치까지 회전하면, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 브레이크 디스크(30) 및 브레이크 캘리퍼(34)를 사용해서 로터(2)에 제동력을 부여하고, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에서 보지한다. 그리고, 브레이크 디스크(30)의 제 1 구멍(장착 구멍)(54) 및 정지 부재(62)의 제 2 구멍(63)에 로크 핀(61)을 삽입하고, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 고정하고, 로터(2)가 회전 방향에 대해서 부동으로 한다. 이때, 로터리 인코더(29)의 검출 결과로부터 제 1 구멍(장착 구멍)(54) 및 제 2 구멍(63)의 위치가 일치했는지의 여부를 판정하고, 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)의 위치가 일치했다는 판정 결과가 얻어지면 자동적으로 로크 핀(61)을 제 1 구멍(54) 및 제 2 구멍(63)에 삽입하도록 해도 좋다.
또한, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 보지하거나, 고정하거나 하는 목적으로, 유압 펌프(20)의 고압 밸브(70) 및 저압 밸브(72)를 폐쇄한 상태를 유지하고, 유압실(45) 내에 작동유를 밀폐함으로써 유압 로크 상태로 해도 좋다.
로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 고정하면, 허브(2B)에 대한 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업을 행한다. 예를 들어, 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)에 설치할 경우, 로터(2)를 상기 소망의 각도 위치에 고정한 상태에서, 허브(2B)의 날개 장착 구멍(2D)에 회전 블레이드(2A)의 익근부를 체결해서 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)에 설치한다.
본 실시형태에서는, 펌프(압유원)(95)로부터 유압 펌프(20)에 압유를 공급하고, 상기 압유에 의해 유압 펌프(20)를 구동하도록 했으므로, 로터(2)를 회전시키기 위한 유압 액추에이터를 별도 설치하는 일이 없고, 유압 트랜스미션(4)의 유압 펌프(20)를 이용하여, 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변형을 행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
예를 들어, 상술한 실시형태에서는, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)의 터닝 조작을 행하는 예에 대해서 설명했지만, 터닝 조작시에 더미 블레이드를 사용하여, 로터(2)를 작은 토크에서 회전시킬 수 있게 해도 좋다.
도 8은 터닝 조작시에 사용하는 더미 블레이드의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 9의 (a) 내지 (k)는 더미 블레이드를 사용해서 회전 블레이드의 설치 작업을 행하는 수순을 도시하는 도면이다. 도 10의 (a) 내지 (j)는 더미 블레이드를 사용해서 회전 블레이드의 제거 작업을 행하는 수순을 도시하는 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 더미 블레이드(100)는 허브(2B)에 설치되는 원통 부재(102)와, 원통 부재(102) 내에 수납되는 웨이트(104)와, 웨이트(104)의 원통 부재(102) 내에 있어서의 위치를 조절하는 웨이트 위치 조절 기구(106)로 구성된다.
원통 부재(102)의 근원부는 볼트(103)에 의해 허브(2B)의 날개 장착 구멍(2D)에 체결되도록 되어 있다. 이 볼트(103)의 개수는, 더미 블레이드(100)의 탈착 작업을 간소화하는 관점으로부터, 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)의 날개 장착 구멍(2D)에 체결할 때에 사용하는 볼트의 개수에 비해 적더라도 좋다. 회전 블레이드(2A)와는 상이하고, 더미 블레이드(100)는 풍력 발전 장치의 통상 운전을 행할 때에 사용되는 것이 아니기 때문에, 로터(2)의 회전에 기인하는 큰 원심력을 더미 블레이드(100)와 허브(2B)와의 체결부에서 받는 필요가 없다. 따라서, 볼트(103)의 개수는 비교적 적어도 충분하다.
또한, 원통 부재(102)는, 웨이트(104)의 위치 변경에 의한 더미 블레이드(100)의 무게 중심 위치의 조절값을 크게 하는 관점으로부터, 웨이트(104)에 비해 경량으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 웨이트(104)를 강재로 형성하고, 원통 부재(102)를 FRP로 형성함으로써, 원통 부재(102)를 웨이트(104)에 비해 경량으로 해도 좋다.
웨이트 위치 조절 기구(106)는 웨이트(104)의 양단에 연결되는 로프(107)와, 로프(107)를 권취하는 권취기(108)를 갖는다. 이에 의해, 권취기(108)에 의해 로프(107)를 권취하는 것에 의해 웨이트(104)의 위치를 조절할 수 있다. 또한, 로프(107)에 장력을 부여하는 텐셔너(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 로프(107)의 느슨함을 방지하게 되어 있다.
또한, 권취기(108)는 원격으로부터의 조작이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 더미 블레이드(100)가 허브(2B)에 설치된 상태에서, 작업원이 지상이나 나셀 등에 앉은 채로, 권취기(108)를 조작해서 더미 블레이드(100)의 무게 중심 위치를 조절할 수 있다.
상기 구성의 더미 블레이드(100)를 사용해서 허브(2B)에의 회전 블레이드(2A)의 설치 작업을 행하는 수순은 도 9의 (a) 내지 (k)에 도시한 바와 같다. 또한, 도 9의 (a) 내지 (k)에 있어서, 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 웨이트(104)가 허브(2B)에 가장 근접한 위치에 존재할 때의 더미 블레이드에는 도면부호(100S)를 부여하고 있다. 한편, 도 9의 (a) 내지 (k)에 있어서, 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 웨이트(104)가 허브(2B)로부터 먼 위치에 존재할 때의 더미 블레이드에는 도면부호(100L)를 부여하고 있다.
우선, 허브(2B)의 하나의 날개 장착 구멍(2D)에 더미 블레이드(100S)를 설치하고(도 9의 (a) 참조), 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고(도 9의 (b) 참조), 허브(2B)의 다른 날개 장착 구멍(2D)에 더미 블레이드(100S)를 설치한다(도 9의 (c) 참조). 그리고, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고(도 9의 (d) 참조), 허브(2B)의 최후에 남은 날개 장착 구멍(2D)에 회전 블레이드(2A)를 설치한다(도 9의 (e) 참조).
이 후, 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 웨이트(104)를 허브(2B)로부터 먼 측으로 움직이고, 로터(2)의 중심축 둘레의 모멘트를 작게 한다(도 9의 (f) 참조). 이때, 로터(2)의 중심축 둘레의 모멘트가 거의 제로가 이루어지는 위치까지 웨이트(104)를 움직이는 것이 바람직하다.
이와 같이, 로터(2)의 중심축 둘레의 모멘트가 작아지도록, 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 웨이트(104)의 위치를 조절함으로써, 다음 공정에 있어서의 로터(2)의 터닝 조작(도 9의 (g) 참조)을 용이하게 행할 수 있다.
다음에, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고, 하나의 더미 블레이드(100L)를 허브(2B)로부터 제거한다(도 9의 (g) 참조). 그리고, 허브(2B)에 다른 회전 블레이드(2A)를 설치한다(도 9의 (h) 참조).
이 후, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고(도 9의 (i) 참조), 더미 블레이드(100L)를 허브(2B)로부터 제거하고(도 9의 (j) 참조), 허브(2B)에 회전 블레이드(2A)를 설치한다(도 9의 (k) 참조).
이와 같이 하여, 더미 블레이드(100L)에 의해, 회전 블레이드(2A)의 허브(2B)에의 부착시에 있어서의 로터(2)의 하중의 언밸런스(로터(2)의 중심축 둘레의 모멘트)를 저감하고, 작은 토크로 로터(2)를 소망의 각도 위치까지 회전시킬 수 있다. 즉, 도 9의 (g) 및 도 9의 (i)에 도시한 공정에 있어서의 로터(2)의 터닝 조작을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 상기 구성의 더미 블레이드(100)를 사용해서 허브(2B)로부터의 회전 블레이드(2A)의 제거 작업을 행하는 수순은 도 10의 (a) 내지 (j)에 도시한 바와 같다.
즉, 최초에 하나의 회전 블레이드(2A)를 허브(2B)로부터 제거하고(도 10의 (a) 참조), 대신에 더미 블레이드(100L)를 설치한다(도 10의 (b) 참조). 더미 블레이드(100L)는 로터(2)의 중심축 둘레의 모멘트가 작아지도록 웨이트(104)의 위치가 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 미리 조절되어 있다. 그 때문에, 다음 공정에 있어서의 로터(2)의 터닝 조작(도 10의 (c) 참조)을 용이하게 행할 수 있다.
더미 블레이드(100L)를 허브(2B)에 설치한 후, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고, 허브(2B)로부터 다른 회전 블레이드(2A)를 제거한다(도 10의 (c) 참조). 그리고, 로터(2)에 더미 블레이드(100L)를 설치한 후(도 10의 (d) 참조), 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고, 허브(2B)로부터 최후에 남은 회전 블레이드(2A)를 제거한다(도 10의 (e) 참조).
다음에, 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 웨이트(104)의 위치를 허브(2B)에 가까운 측에 움직여서(도 10의 (f) 참조), 더미 블레이드의 무게 중심 위치를 허브(2B)측에 근접시킨다(도 10의 (g) 참조). 그리고, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고, 허브(2B)로부터 더미 블레이드(100S)를 제거한다(도 10의 (h) 참조). 이 후, 유압 실린더(50) 또는 유압 펌프(20)의 모터 동작에 의해 로터(2)를 120도 회전시켜서 로크 기구(60)로 로터(2)를 고정하고(도 10의 (i) 참조), 최후에 남은 더미 블레이드(100S)를 허브(2B)로부터 제거한다(도 10의 (j) 참조).
또한, 도 9 및 도 10에서는, 웨이트 위치 조절 기구(106)에 의해 웨이트(104)의 위치를 조절하는 조작을 행하는 예를 나타냈지만, 웨이트 위치 조절 기구(106)를 구비하지 않는 더미 블레이드(100)를 사용해도, 로터(2)의 중심축 둘레의 모멘트를 작게 하는 효과는 어느 정도 얻어진다.
또한, 도 9 및 도 10에는, 각 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업에 적합한 "소망의 각도 위치"가, 회전 블레이드(2A)의 탈착이 행해지는 날개 장착 구멍(2D)이 연직 방향 하측을 향하도록 로터(2)의 각도 위치인 예에 대해서 설명했다. 즉, 상술한 예에서는, 회전 블레이드(2A)의 탈착은 작업 대상으로 하는 날개 장착 구멍(2D)이 연직 방향 하측을 향했을 때에 행하게 되어 있다.
그러나, 각 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업에 적합한 "소망의 각도 위치"는 상기 예에 한정되지 않고, 각 회전 블레이드(2A)의 탈착 작업에 적합한 "소망의 각도 위치"는, 회전 블레이드(2A)의 탈착이 행해지는 날개 장착 구멍(2D)이 수평 방향을 향하도록 로터(2)의 각도 위치이라도 좋다. 이 경우, 회전 블레이드(2A)의 탈착은 작업 대상으로 하는 날개 장착 구멍(2D)이 수평 방향을 향했을 때에 행하면 좋다.
1 : 풍력 발전 장치 2 : 로터
2A : 회전 블레이드 2B : 허브
2C : 주축 2D : 날개 장착 구멍
3 : 주축 베어링 4 : 유압 트랜스미션
6 : 발전기 7 : 타워
8 : 나셀 10 : 전방부
11 : 플랜지 12 : 후방부
13 : 단차부 14 : 볼트
16 : 베어링 상자 17 : 연결 프레임
20 : 유압 펌프 22 : 유압 모터
24 : 고압유 라인 26 : 저압유 라인
29 : 로터리 인코더 30 : 브레이크 디스크
31 : 피체결부 32 : 중간부
33 : 디스크부 34A : 외주측 캘리퍼
34B : 내주측 캘리퍼 35 : 브레이크 패드
36 : 서포트 부재 40 : 원통 부재
42 : 링 캠 44 : 피스톤
45 : 유압실 46 : 케이싱
48 : 펌프 베어링 50 : 유압 실린더
51 : 연결부 52 : 브래킷
53 : 연결부 54 : 장착 구멍(제 1 구멍)
60 : 로크 기구 61 : 로크 핀
62 : 정지 부재 63 : 제 2 구멍
64 : 코너부 65 : 코너부
70 : 고압 밸브 72 : 저압 밸브
73 : 오일 필터 74 : 오일 쿨러
76 : 바이패스 유로 78 : 릴리프 밸브
80 : 오일 탱크 82 : 보충 라인
84 : 펌프 86 : 오일 필터
88 : 반송 라인 89 : 릴리프 밸브
92 : 공급로 93 : 솔레노이드 밸브
94 : 역지 밸브 95 : 펌프(압유원)
100 : 더미 블레이드 102 : 원통 부재
103 : 볼트 104 : 웨이트
106 : 웨이트 위치 조절 기구 107 : 로프
108 : 권취기

Claims (18)

  1. 회전 블레이드가 설치된 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와,
    상기 로터측으로부터 토크가 입력되어서 전력을 생성하는 발전기와,
    상기 로터로부터 상기 발전기에 상기 토크를 전달하는 유압 트랜스미션과,
    상기 허브 및 상기 주축의 동시고정에 의해, 상기 로터에 고정된 브레이크 디스크와,
    상기 브레이크 디스크에 브레이크 패드를 압박해서, 상기 로터에 제동력을 부여하는 브레이크 캘리퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크 캘리퍼는 상기 브레이크 디스크의 외주측에 설치되는 복수의 외주측 캘리퍼와, 상기 브레이크 디스크의 내주측에 설치되는 복수의 내주측 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    적어도 상기 주축을 수납하는 나셀과,
    상기 주축을 회전 가능하게 상기 나셀측에 지지하는 주축 베어링과,
    상기 주축 베어링을 수납하는 베어링 상자를 더 구비하고,
    상기 브레이크 디스크는 상기 허브 및 상기 주축의 동시고정 위치로부터 상기 베어링 상자를 향해서 연장되어 있고,
    상기 브레이크 캘리퍼는 적어도 하나가 상기 베어링 상자에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    타워와,
    상기 타워에 지지되어, 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀을 더 구비하고,
    상기 나셀은 상기 타워에 선회 가능하게 설치되는 나셀 대판과, 상기 나셀 대판을 덮는 나셀 커버를 갖고,
    상기 브레이크 캘리퍼는 적어도 하나가 상기 나셀 대판의 상기 허브에 가까운 측의 단부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주축은 상기 허브 및 상기 브레이크 디스크와 함께 동시고정되는 플랜지를 갖고,
    상기 브레이크 디스크는 상기 플랜지와 상기 허브의 동시고정 위치로부터 상기 주축의 직경 방향 외측으로 넓어지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 주축을 수납하는 나셀과,
    일단부가 상기 나셀측에 고정되고, 타단부가 상기 브레이크 디스크에 설치되는 유압 실린더를 더 구비하고,
    상기 유압 실린더의 스트로크를 변화시킴으로써, 상기 브레이크 디스크와 함께 상기 로터를 회전시키도록 한 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 나셀은 상기 타워에 선회 가능하게 설치되는 나셀 대판과, 상기 나셀 대판을 덮는 커버를 갖고,
    상기 유압 실린더는 상기 브레이크 디스크의 양측에 각각 설치되고,
    각 유압 실린더는 상기 나셀 대판에 세워 설치되어, 브래킷을 통해서 상기 브레이크 디스크에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터를 소망의 각도 위치에 고정하는 로크 기구를 더 구비하고,
    상기 브레이크 디스크에는 둘레 방향으로 복수의 제 1 구멍이 형성되어 있고,
    상기 로크 기구는, 상기 제 1 구멍의 어느 하나와 상기 나셀측에 설치된 제 2 구멍에 삽입되는 로크 핀인 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    재생 에너지로서의 바람에 의해 상기 로터를 회전시켜, 상기 유압 트랜스미션을 통해서 상기 로터로부터 상기 발전기에 상기 토크를 입력하는 풍력 발전 장치인 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  10. 회전 블레이드가 설치된 허브 및 상기 허브에 연결된 주축을 갖는 로터와, 상기 로터측으로부터 토크가 입력되어서 전력을 생성하는 발전기와, 상기 로터로부터 상기 발전기에 상기 토크를 전달하는 유압 트랜스미션과, 상기 허브 및 상기 주축의 동시고정에 의해, 상기 로터에 고정된 브레이크 디스크와, 상기 브레이크 디스크에 브레이크 패드를 압박해서, 상기 로터에 제동력을 부여하는 브레이크 캘리퍼를 구비하는 재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법에 있어서,
    유압 액추에이터에 의해 상기 로터를 소망의 각도 위치까지 회전시키는 스텝과,
    상기 브레이크 디스크 및 상기 브레이크 캘리퍼에 의해, 상기 소망의 각도 위치에 있어서 상기 로터를 보지하는 스텝과,
    상기 로터를 상기 소망의 각도 위치에 있어서 고정하는 스텝과,
    상기 로터가 고정된 상태에서, 상기 허브에 대한 상기 회전 블레이드의 탈착을 행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 재생 에너지형 발전 장치는 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀을 구비하고,
    상기 유압 액추에이터는 일단부가 상기 나셀측에 고정되고, 타단부가 상기 브레이크 디스크에 설치되는 유압 실린더이며,
    상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 상기 유압 실린더에 의해 상기 브레이크 디스크를 회전시킴으로써, 상기 로터를 상기 소망의 각도 위치까지 회전시키는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 상기 유압 실린더의 상기 타단부를 상기 브레이크 디스크에 연결해서 상기 유압 실린더의 스트로크를 변화시킨 후, 상기 유압 실린더의 상기 타단부를 상기 브레이크 디스크로부터 분리시켜서 상기 유압 실린더의 스트로크를 원래 상태로 되돌리는 조작을 반복하고, 상기 로터를 간헐적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 로터를 고정하는 스텝에서는, 상기 유압 실린더의 스트로크를 고정함으로써, 상기 로터를 고정하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 재생 에너지형 발전 장치는 적어도 상기 주축을 수납하는 나셀을 구비하고,
    상기 브레이크 디스크에는, 둘레 방향으로 복수의 제 1 구멍이 형성되어 있고,
    상기 로터를 고정하는 스텝에서는, 상기 브레이크 디스크의 상기 제 1 구멍중 어느 하나와, 상기 나셀측에 설치된 제 2 구멍에 로크 핀을 삽입해서 상기 로터를 고정하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 탈착 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 소망의 각도 위치는 복수의 상기 회전 블레이드의 각각에 대해서 규정되어 있고,
    상기 브레이크 디스크의 상기 제 1 구멍과 상기 나셀측의 상기 제 2 구멍은, 각 회전 블레이드에 대해서 규정된 상기 소망의 각도 위치에 상기 로터가 정지했을 때에 상기 제 1 구멍 및 상기 제 2 구멍의 위치가 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 유압 트랜스미션은 상기 주축과 함께 회전해서 압유를 생성하는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 상기 압유에 의해 상기 발전기를 구동하는 유압 모터를 포함하고,
    상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 압유원으로부터 공급된 압유에 의해 상기 유압 펌프를 구동하고, 상기 유압 펌프를 상기 유압 액추에이터로서 사용해서 상기 로터를 상기 소망의 각도 위치까지 회전시키는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 로터를 회전시키는 스텝의 이전에, 상기 허브에 더미 블레이드를 설치하는 스텝을 더 구비하고,
    상기 로터를 회전시키는 스텝에서는, 상기 허브에 상기 더미 블레이드를 설치한 상태에서 상기 로터를 회전시키는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 더미 블레이드는 상기 허브에 고정되는 통형상 부재와, 상기 통형상 부재의 내부에 지지된 가동식 웨이트를 갖고,
    상기 더미 블레이드를 설치하는 스텝의 이후에, 상기 로터의 중심축 둘레의 모멘트가 작아지도록 상기 가동식 웨이트의 위치를 조절하는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    재생 에너지형 발전 장치의 회전 블레이드 착탈 방법.
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