KR20130095657A

KR20130095657A - 풍력 터빈 발전기 및 그 부품 반송 방법

Info

Publication number: KR20130095657A
Application number: KR1020127034136A
Authority: KR
Inventors: 게이타 이시미츠; 다쿠로 가메다; 쇼고 후루카와; 하인리히 두덴
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-28
Also published as: WO2013080392A1; JPWO2013080322A1; WO2013080392A8; EP2687720B1; EP2786014A1; EP2687720A1; JP2014504343A; WO2013080322A1; EP2687720A4; EP2786014B1; JP5281723B1; JP5634534B2

Abstract

반송 대상 부품을 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 효율적으로 반송할 수 있는 풍력 터빈 발전기 및 그 부품 반송 방법을 제공하고자 한다. 풍력 터빈 발전기(1)는, 블레이드(2), 상기 블레이드(2)가 장착되는 허브(4), 상기 허브(4)에 연결되는 메인 샤프트(6), 적어도 상기 메인 샤프트(6)가 수납되는 나셀(10), 요 베어링(30)을 통해 상기 나셀(10)을 지지하는 타워(8) 및 상기 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)를 포함한다. 상기 요 베어링(30)에 의해 둘러싸인 나셀 베이스 플레이트(10B)의 원형 영역 중 메인 샤프트(6)가 설치되지 않은 영역의 적어도 일부에 나셀 개구(40)가 형성된다. 상기 부품 승강 기구(12)는 상기 메인 샤프트(6) 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 나셀 개구(40)를 통해 상기 나셀(10) 내부와 상기 타워(8) 내부 사이에서 상기 반송 대상 부품(13)을 이동시킨다.

Description

풍력 터빈 발전기 및 그 부품 반송 방법{WIND TURBINE GENERATOR AND COMPONENT TRANSFERRING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 풍력 터빈 발전기 및 풍력 터빈 발전기를 위한 부품 반송 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 부품의 반송 경로가 내부에 설치된 풍력 터빈 발전기 및 풍력 터빈 발전기를 위한 부품 반송 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보전의 관점에서, 재생 에너지로서의 바람을 이용하여 발전하는 풍력 터빈 발전기의 보급이 진행되고 있다. 풍력 터빈 발전기는, 일반적으로, 복수의 블레이드가 허브에 장착된 로터를 포함한다. 로터는 타워 위에 위치된 나셀(nacelle)에 탑재된다. 타워는 육상 또는 해상에 직립 설치된다. 이러한 유형의 풍력 터빈 발전기에서, 블레이드가 바람을 수취하여 회전하고, 로터의 회전이 드라이브 트레인을 통해 나셀 내에 수납된 발전기에 전달된다. 이에 의해, 발전기에서 전력이 생성된다.

타워 위에 설치된 나셀에는 각종 부품이 수납되어 있다. 풍력 터빈 발전기의 조립시 또는 유지 보수시에 이러한 부품의 반송이 필요하게 된다. 기존의 경우, 인력으로 반송이 곤란한 무거운 부품은 육상에 설치된 크레인 또는 크레인 선박을 이용하여 반송하였다. 그런데, 육상에 설치된 크레인과 크레인 선박을 이용하여 무거운 부품을 반송할 경우, 막대한 비용과 시간을 요한다.

그래서, 육상에 설치된 크레인 또는 크레인 선박 대신, 풍력 터빈 발전기에 장착된 크레인을 이용하여 나셀의 각종 부품을 반송하는 방법이 제안되고 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에는 나셀의 상부에 형성된 해치를 관통하여 설치되는 크레인 어셈블리를 이용하여 풍력 터빈 발전기의 외부를 통해 부품을 나셀 부근과 지상 사이로 반송하는 방법과, 나셀의 상부에 형성된 해치를 통해 나셀 내부와 나셀 외부 사이로 부품을 반송하는 방법이 제안되어 있다.

그런데, 특허 문헌 1에 기재된 방법에 따르면, 나셀의 상부에 형성된 해치와 지상 사이의 풍력 터빈 발전기의 외부에서 부품이 반송되기 때문에, 반송 작업이 풍황 등의 환경 조건에 따라 제약을 받는다.

따라서, 특허 문헌 2는 풍력 터빈 발전기의 내부를 통해 부품을 반송하는 방법을 제안하고 있다. 이 방법에 따르면, 요(yaw) 드라이브 근처에 설치된 지원 크레인과 메인 샤프트에 장착된 윈치(winch)를 이용하여 요 드라이브를 반송한다. 구체적으로, 요 데크(yaw deck) 상의 요 드라이브를 지원 크레인을 이용하여 들어올리고, 메인 샤프트의 아래이면서 상부 데크(top deck)보다 위에 위치된 윈치까지 이동시킨다. 지원 크레인에서 윈치로 전달된 요 드라이브는 상부 데크에 형성된 해치를 통해 윈치에 의해 타워의 기단으로 이동하게 된다.

또한, 특허 문헌 3은 나셀 내부에 설치된 윈치를 이용하여 타워의 각 플로어에 형성된 개구를 통해 중량물을 수직으로 이동시키는 것을 개시하고 있다.

또한, 특허 문헌 4는 타워의 하단부에 설치된 반송 레일을 이용하여 타워 내부와 타워 외부 사이로 제어 기기를 반송하는 방법을 개시하고 있다.

또한, 특허 문헌 5는 나셀의 공동과 허브의 공동 사이에서 레일을 이용하여 부품을 반송하는 방법을 개시하고 있다.

미국 특허 출원 공개 번호 제 2010/0021278 호 미국 특허 출원 공개 번호 제 2010/0111665 호 중국 실용신안 공고 번호 제 201165943 호 미국 특허 출원 공개 번호 제 2010/0135792 호 미국 특허 출원 공개 번호 제 2011/0211955 호

그런데, 풍력 터빈 발전기의 내부를 통해 나셀 내부에 설치된 부품을 타워로부터 타워 하단부의 개구로 반출하려면, 우선 나셀 내부에 설치된 부품을 타워 내부로 이동시켜야 한다. 그러나, 나셀에는 일반적으로 메인 샤프트, 드라이브 트레인, 발전기, 나셀 환기용 팬 등이 수납되어 있으므로, 나셀 내부 공간이 한정되어 있다. 따라서, 나셀 내부로부터 타워 내부로 부품을 이동시킬 때, 나셀 내부 공간의 제약으로 인해, 크레인 및 윈치 등의 부품 승강 기구를 이용한 부품 이동 경로를 연구할 필요가 있다.

그러나, 특허 문헌 1 내지 5에는 나셀 내부의 부품을 타워 내부로 이동시키는 구체적 방법이 전혀 개시되어 있지 않다.

특허 문헌 1에 개시된 반송 방법은 풍력 터빈 발전기의 내부를 통해 나셀 내부의 각종 부품을 이동시키기 위한 것이 아니다. 또한, 특허 문헌 2에 개시된 반송 방법은 요 데크 상의 요 드라이브를 메인 샤프트 아래에 위치된 윈치까지 어떠한 경로로 이동시키는지가 불분명하다. 또한, 특허 문헌 3에 개시된 반송 방법은 각 플로어에 형성된 개구를 통해 타워 내부에서 중량물을 수직으로 이동시키는 것이지, 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 중량물을 이동시키는 것이 아니다. 또한, 특허 문헌 4에 개시된 반송 방법은 타워 하단부에서 타워 내부와 타워 외부 사이로 제어 기기를 반송하는 것이지, 나셀 내부의 부품을 타워 내부로 이동시키는 것이 아니다. 또한, 특허 문헌 5에 개시된 반송 방법은 나셀의 공동과 허브의 공동 사이에서 부품을 반송하는 것이지, 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 부품을 이동시키는 것이 아니다.

상술한 사정을 감안하여, 본 발명은 반송 대상 부품을 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 효율적으로 반송할 수 있는 풍력 터빈 발전기 및 그 부품 반송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태로서, 풍력 터빈 발전기는, 이에 한정되는 것은 아니지만,

블레이드;

상기 블레이드가 장착되는 허브;

상기 허브에 연결되는 메인 샤프트;

적어도 상기 메인 샤프트가 수납되는 나셀;

요(yaw) 베어링을 통해 상기 나셀을 지지하는 타워; 및

상기 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구를 포함할 수 있으며,

상기 나셀의 베이스 플레이트에는 상기 요 베어링에 의해 둘러싸이는 한편 상기 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에 나셀 개구가 형성될 수 있고, 상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 나셀 개구를 통해 상기 나셀 내부와 상기 타워 내부 사이에서 상기 반송 대상 부품을 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 부품 승강 기구는, 예를 들어, 주행 크레인, 지브(jib) 크레인, 윈치 등일 수도 있다.

상기 풍력 터빈 발전기에 따르면, 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 반송하도록 부품 승강 기구가 구성되어 있다. 따라서, 상대적으로 여유가 있는 나셀 내의 메인 샤프트 위의 공간을 활용함으로써, 반송 작업을 더 효율적으로 할 수 있다. 또한, 반송 대상 부품의 통로로서의 개구(나셀 개구)가 나셀의 베이스 플레이트에 형성되어 있다. 그리고, 요 베어링에 의해 둘러싸이는 한편 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에 개구가 형성되어 있다. 이에 따라, 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 반송 대상 부품의 이동중에 메인 샤프트와 반송 대상 부품의 간섭을 방지할 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기는 상기 타워에 설치되어 플로어 개구를 각각 가진 복수의 플로어를 더 포함할 수 있으며,

상기 나셀 개구는 상기 요 베어링의 중심축을 사이에 두고 양측에 위치하는 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함할 수 있고,

적어도 상기 나셀의 선회시에 상기 제 1 개구부와 상기 제 2 개구부의 궤적에 의해 상기 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에서 상기 복수의 플로어의 플로어 개구가 서로 중첩할 수 있으며,

상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 상기 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 플로어 개구를 통해 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시킬 수 있다.

나셀 내에 설치된 부품 승강 기구를 이용하여 타워 내에서 반송 대상 부품을 수직으로 이동시키는 경우, 필요에 따라 나셀의 선회를 사전에 실시함으로써, 나셀 개구의 위치와 각 플로어의 플로어 개구의 위치를 일치시키는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, 요 베어링의 중심 축을 사이에 두고 양측에 위치한 제 1 개구부와 제 2 개구부를 포함하는 나셀 개구를 나셀 베이스 플레이트에 형성함으로써, 나셀 개구와 플로어 개구가 중첩하는 나셀의 각도 범위가 증가한다. 또한, 적어도 나셀의 선회시에 제 1 개구부와 제 2 개구부의 궤적에 의해 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에서 복수의 플로어의 플로어 개구가 서로 중첩한다. 이에 따라, 나셀 개구와 각 플로어의 플로어 개구가 일치하는 나셀의 각도 범위가 더욱 증가한다.

따라서, 나셀 개구를 각 플로어의 플로어 개구에 중첩시키기 위해 필요한 나셀의 선회량을 대폭 줄일 수 있다. 이에 따라, 나셀 선회 전의 상태에서도 나셀 개구의 위치와 각 플로어의 플로어 개구의 위치가 이미 일치할 가능성이 높아지기 때문에, 나셀의 선회 작업 자체를 생략할 수 있는 경우도 늘어난다.

상기 풍력 터빈 발전기는,

상기 나셀에 수납되며 상기 메인 샤프트에 의해 구동되어 압유(pressure oil)를 생성하는 유압 펌프;

상기 나셀에 수납되며 상기 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 모터; 및

상기 유압 모터에 의해 구동되는 발전기를 더 포함할 수 있으며,

상기 나셀 개구는 적어도 각각의 유압 모터가 통과할 수 있을 정도의 크기일 수 있다.

나셀의 내부 공간이 한정되어 있기 때문에, 나셀 베이스 플레이트에 형성되는 나셀 개구를 과도하게 크게 하는 것은 곤란하다. 따라서, 복수의 유압 모터를 마련하되 각 유압 모터를 소형화함으로써, 나셀의 과도한 대형화를 유발하지 않고, 보수와 교체의 빈도가 높은 유압 모터가 통과할 수 있는 크기의 나셀 개구를 확보할 수 있다. 한편, 유압 모터와 마찬가지로 보수와 교체의 빈도가 높은 유압 펌프를 복수의 세그먼트로 분해가능하게 구성하고, 각 세그먼트가 나셀 개구를 통과하도록 할 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기는,

상기 나셀에 수납되며 상기 메인 샤프트에 의해 구동되어 압유를 생성하는 유압 펌프;

상기 나셀에 수납되며 상기 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 모터;

상기 유압 모터에 의해 구동되는 발전기; 및

상기 타워 내에 설치되며 폐쇄 가능한 오일 팬 개구를 가진 오일 팬 플로어를 더 포함할 수 있으며,

상기 오일 팬 개구는 상기 오일 팬 플로어의 융기부에 형성될 수 있다.

이와 같이 오일 팬 개구가 폐쇄 가능하기 때문에, 타워 내에서의 부품 반송시를 제외하고 오일 팬 개구를 폐쇄 상태로 유지함으로써, 유압 펌프와 유압 모터를 순환하는 작동유가 누설되는 경우에도, 누설된 작동유를 오일 팬 플로어에서 수거할 수 있다. 또한, 오일 팬 플로어의 융기부에 오일 팬 개구를 형성함으로써, 오일 팬 개구의 폐쇄부에 누설된 작동유가 축적되기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 반송 대상 부품의 반송시에 오일 팬 개구를 개방할 때, 오일 팬 개구의 폐쇄부에 축적된 작동유가 오일 팬 개구를 통해 아래 측의 플로어로 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기에서,

상기 나셀 개구는 상기 요 베어링의 중심축을 사이에 두고 양측에 위치하는 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함할 수 있으며,

상기 오일 팬 개구는 적어도 상기 나셀의 선회시에 상기 제 1 개구부와 상기 제 2 개구부의 궤적에 의해 상기 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에 형성될 수 있고,

상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 오일 팬 개구를 통해 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시킬 수 있다.

나셀 내에 설치된 부품 승강 기구를 이용하여 타워 내에서 반송 대상 부품을 수직으로 이동시키는 경우, 필요에 따라 나셀의 선회를 사전에 실시함으로써, 나셀 개구의 위치와 오일 팬 개구의 위치를 일치시키는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, 요 베어링의 중심 축(나셀 선회 중심)을 사이에 두고 양측에 위치한 제 1 개구부와 제 2 개구부를 포함하는 나셀 개구를 나셀 베이스 플레이트에 형성함으로써, 나셀 개구와 오일 팬 개구가 중첩하는 나셀의 각도 범위가 증가한다. 또한, 적어도 나셀의 선회시에 나셀 개구(제 1 개구부와 제 2 개구부)의 궤적에 의해 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에 오일 팬 개구가 형성된다. 이에 따라, 나셀 개구와 오일 팬 개구가 일치하는 나셀의 각도 범위가 더욱 증가한다.

따라서, 나셀 개구를 오일 팬 개구에 중첩시키기 위해 필요한 나셀의 선회량을 대폭 줄일 수 있다. 이에 따라, 나셀 선회 전의 상태에서도 나셀 개구의 위치와 오일 팬 개구의 위치가 이미 일치할 가능성이 높아지기 때문에, 나셀의 선회 작업 자체를 생략할 수 있는 경우도 늘어난다.

본 발명의 다른 양태로서, 블레이드, 상기 블레이드가 장착되는 허브, 상기 허브에 연결되는 메인 샤프트, 적어도 상기 메인 샤프트가 수납되는 나셀 및 요 베어링을 통해 상기 나셀을 지지하는 타워를 포함하는 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은, 이에 한정되는 것은 아니지만,

상기 요 베어링에 의해 둘러싸이는 한편 상기 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에서 상기 나셀의 베이스 플레이트에 형성된 나셀 개구를 통해 상기 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구에 의해 상기 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 나셀 내부와 상기 타워 내부 사이에서 상기 반송 대상 부품을 이동시키는 제 1 이동 단계를 포함할 수 있다.

상기 풍력 발전기의 부품 반송 방법에 따르면, 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 반송하도록 부품 승강 기구가 구성되어 있다. 따라서, 상대적으로 여유가 있는 나셀 내의 메인 샤프트 위의 공간을 활용함으로써, 반송 작업을 더 효율적으로 할 수 있다. 또한, 반송 대상 부품의 통로로서의 개구(나셀 개구)가 나셀의 베이스 플레이트에 형성되어 있다. 그리고, 요 베어링에 의해 둘러싸이는 한편 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에 개구가 형성되어 있다. 이에 따라, 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 반송 대상 부품의 이동중에 메인 샤프트와 반송 대상 부품의 간섭을 방지할 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는 제 2 이동 단계를 더 포함할 수 있으며,

상기 타워에 플로어 개구를 각각 가진 복수의 플로어가 설치될 수 있으며,

적어도 상기 나셀의 선회시에 상기 제 1 개구부와 상기 제 2 개구부의 궤적에 의해 상기 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에서 상기 복수의 플로어의 플로어 개구가 서로 중첩할 수 있고,

상기 제 2 이동 단계에서, 상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 상기 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 플로어 개구를 통해 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시킬 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은 상기 반송 대상 부품을 상기 허브 내부와 상기 나셀 내부 사이에서 이동시키는 제 3 이동 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 허브에 형성된 제 1 맨홀, 상기 허브와 상기 허브를 덮는 허브 커버 사이의 공간 및 상기 나셀의 벽체에 형성된 제 2 맨홀을 통해, 상기 허브 내부와 상기 나셀 내부 사이에서 반송 대상 부품을 이동시킬 수 있다.

이러한 방식으로, 허브 내에 설치된 반송 대상 부품이 나셀 내부를 통해 반출 및 반입된다. 이에 따라, 나셀 내에 설치된 부품과 동일한 반송 방식으로, 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구를 이용하여 나셀 베이스 플레이트에 형성된 나셀 개구를 통해 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 부품을 반송할 수 있다.

또한, 상기 허브에 형성된 제 1 맨홀, 상기 허브와 상기 허브를 덮는 허브 커버 사이의 공간 및 상기 제 2 맨홀을 통해 허브 내부와 나셀 내부 사이에서 반송 대상 부품을 이동시키는 경우, 상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은 상기 제 1 맨홀 및 상기 제 2 맨홀을 관통하도록 상기 허브 내부로부터 상기 공간을 경유하여 상기 나셀 내부까지 반송용 레일을 설치하는 단계를 더 포함할 수 있으며,

상기 반송용 레일을 이용하여 상기 반송 대상 부품을 상기 허브 내부와 상기 나셀 내부 사이에서 이동시킬 수 있다.

이에 따라, 인력으로 반송이 곤란한 무거운 반송 대상 부품을 반송용 레일을 이용하여 허브 내부와 나셀 내부 사이에서 용이하게 이동시킬 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은

상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는 제 2 이동 단계;

상기 타워 내에 설치된 임시 보관 플로어에 상기 반송 대상 부품을 임시 보관하는 단계; 및

상기 반송 대상 부품을 상기 임시 보관 플로어에 임시 보관한 상태에서, 상기 나셀 내에 설치된 상기 부품 승강 기구와, 상기 임시 보관 플로어 위의 상기 타워의 내부 공간에 설치된 다른 부품 승강 기구 사이에서 상기 반송 대상 부품을 전달하는 단계를 더 포함할 수 있으며,

상기 제 2 이동 단계에서, 상기 반송 대상 부품은 상기 임시 보관 플로어 위에서는 상기 나셀 내에 설치된 상기 부품 승강 기구에 의해 이동될 수 있으며, 상기 임시 보관 플로어 아래에서는 상기 다른 부품 승강 기구에 의해 이동될 수 있다.

풍력 터빈의 대형화로 인해, 타워 길이도 증가하는 경향이 있다. 따라서, 타워 내부로의 부품 반송에 소요되는 시간을 단축하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 타워 내에 설치된 임시 보관 플로어에 반송 대상 부품을 임시 보관하고, 이 반송 대상 부품을 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구와 임시 보관 플로어 위의 타워 내부 공간에 설치된 다른 부품 승강 기구 사이에서 전달한다. 이에 따라, 타워 내부로 반송 대상 부품을 반송하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

아울러, 상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법에서, 상기 임시 보관 플로어는 변압기가 설치되는 변압기 플로어일 수 있으며, 상기 다른 부품 승강 기구는 상기 변압기의 변압기 코일 반송을 위해 사용될 수 있다.

변압기 코일이 무겁기 때문에, 변압기 코일은, 일반적으로, 인력 대신 주행 크레인과 지브 크레인 등의 부품 승강 기구에 의해 이동된다. 변압기에 대한 변압기 코일의 반송 작업은 변압기 코일의 수평 이동을 필연적으로 포함한다. 더 구체적으로, 부품 승강 기구를 이용한 변압기 코일의 반출 작업에서는, 변압기 케이스로부터 변압기 코일을 들어올린 후 변압기 플로어의 개구까지 수평 이동시켜야만 한다. 반대로, 변압기 코일의 반입 작업에서는 변압기 코일을 변압기 플로어의 개구로부터 변압기 케이스 위까지 수평 이동시킨 후, 변압기 케이스 속으로 변압기 코일을 하강시켜야만 한다. 따라서, 변압기 플로어 위에 멀리 떨어져 있는 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구를 이용하여 수평 이동을 포함한 변압기 코일의 반출입 작업을 실시하기는 곤란하므로, 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구와는 별도로 변압기 코일을 반송하기 위한 다른 부품 승강 기구를 설치하는 것이 바람직하다.

따라서, 변압기 코일을 반송하기 위한 부품 승강 기구(다른 부품 승강 기구)를 설치함으로써, 변압기 코일의 반출입 작업을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 변압기 플로어를 임시 보관 플로어로 이용함으로써, 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구와 변압기 코일 반송용 부품 승강 기구를 병용하여 타워 내의 반송 대상 부품을 신속하게 이동시킬 수 있다.

다른 부품 승강 기구를 이용하여 변압기 코일의 반출입 작업을 실시할 경우, 상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은,

상기 다른 부품 승강 기구로 상기 변압기 코일을 현수한 상태에서 상기 변압기 플로어 위와 상기 변압기 케이스 내부 사이에서 상기 변압기 코일을 이동시키는 단계;

상기 변압기 플로어 위에서 상기 변압기 코일의 방향을 조정하는 단계; 및

상기 다른 부품 승강 기구로 상기 변압기 코일을 현수한 상태에서 상기 변압기 플로어 위와 상기 타워 하단부 사이에서 상기 변압기 코일을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

변압기 플로어의 개구를 통과하기 쉬운 변압기 코일의 방향과 변압기 케이스에 수납하기 쉬운 변압기 코일의 방향이 항상 일치하지는 않는다. 따라서, 전술한 바와 같이, 변압기 플로어 위에서 변압기 코일의 방향을 조정함으로써, 변압기 코일의 반출입 작업을 용이하게 실시할 수 있다.

상기 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법은, 상기 타워 하단부에 형성된 타워 개구를 통해 상기 타워 내부와 상기 타워 외부 사이에서 상기 반송 대상 부품을 이동시키는 제 4 이동 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 4 이동 단계에서, 상기 타워 개구를 통해 상기 타워 내부로부터 상기 타워 외부까지 연장하는 반송용 레일을 이용하여 상기 반송 대상 부품을 이동시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 반송하도록 부품 승강 기구가 구성되어 있다. 따라서, 상대적으로 여유가 있는 나셀 내의 메인 샤프트 위의 공간을 활용함으로써, 반송 작업을 더 효율적으로 할 수 있다. 또한, 반송 대상 부품의 통로로서의 개구(나셀 개구)가 나셀의 베이스 플레이트에 형성되어 있다. 그리고, 요 베어링에 의해 둘러싸이는 한편 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에 개구가 형성되어 있다. 이에 따라, 나셀 내부와 타워 내부 사이에서 반송 대상 부품의 이동중에 메인 샤프트와 반송 대상 부품의 간섭을 방지할 수 있다.

도 1은 풍력 터빈 발전기의 전체 구성의 개략도이다.
도 2a는 풍력 터빈 발전기의 나셀 주변의 구성예를 나타내는 사투시도이다.
도 2b는 풍력 터빈 발전기의 나셀 주변의 구성예를 나타내는 평면도이다.
도 2c는 풍력 터빈 발전기의 나셀 주변의 구성예를 나타내는 측면도이다.
도 3은 나셀 개구와 플로어 개구의 관계를 나타내는 도면이며, 아래에서 본 나셀 베이스 플레이트와 위에서 본 각 플로어를 나타내고 있다.
도 4는 오일 팬 플로어의 구성예를 나타내는 사투시도이다.
도 5는 변압기 플로어 위에 설치된 부품 승강 기구를 이용하여 변압기 코일을 타워 외부로 반출하는 순서를 나타내는 도면이다.
도 6은 타워 내부를 경유하여 나셀 내의 반송 대상 부품을 타워 외부로 반출하는 순서를 나타내는 도면이다.
도 7은 허브 내에 설치된 피치 구동용 액추에이터를 나셀 내부로 이동시키는 순서를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 그러나, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정하여 언급하지 않는 한, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 취지가 아니라 단순한 예시에 불과한 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 풍력 터빈 발전기의 전체 구성의 개략도이다. 도 2a는 풍력 터빈 발전기의 나셀 주변의 구성예를 나타내는 사투시도이다. 도 2b는 풍력 터빈 발전기의 나셀 주변의 구성예를 나타내는 평면도이다. 도 2c는 풍력 터빈 발전기의 나셀 주변의 구성예를 나타내는 측면도이다.

도 1은, 블레이드(2)와 허브(4)로 구성된 로터(3), 상기 로터(3)의 허브(4)에 연결되는 메인 샤프트(6), 타워(8) 위에 설치된 나셀(10), 및 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)를 구비한 풍력 터빈 발전기(1)를 도시하고 있다.

로터(3)는, 허브(4)의 블레이드 부착공(4A)(도 2a 내지 도 2c 참조)에 블레이드(2)의 블레이드 루트(root)를 연결함으로써 연결되는 블레이드(2)와 허브(4)에 의해 일체로 형성된다. (메인 샤프트(6)가 연결된 단부의 반대측에 있는) 허브(4)의 선단부에는 블레이드 부착공(4A)과는 별도로 제 1 맨홀(4B)이 형성되어 있다. 예를 들어, 허브(4)에 수납된 기기를 보수/교체할 목적으로, 관리자가 제 1 맨홀(4B)을 통해 허브(4)의 내부로 접근할 수 있다. 허브(4)는 허브 커버(5)(도 1 참조)에 의해 덮여 있으며, 허브(4)의 제 1 맨홀(4B)과 나셀(10)의 벽체, 구체적으로는 나셀 커버(10A)의 벽체에 형성된 제 2 맨홀(14) 사이에서, 관리자가 허브(4)와 허브 커버(5) 사이의 공간(4C)을 통해 안전하게 이동할 수 있다.

허브(4)에 연결된 메인 샤프트(6)는 한 쌍의 주축 베어링(20A, 20B)(도 1 참조)을 통해 나셀(10)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 구체적으로, 한 쌍의 주축 베어링(20A, 20B)의 베어링 하우징(21A, 21B)을 나셀(10)의 베이스 플레이트(10B)에 설치하여, 메인 샤프트(6)를 나셀(10)로 지지하도록 되어 있다.

메인 샤프트(6)의 회전은 유압 트랜스미션(22)에 의해 증속되어 발전기(28)에 입력된다. 이에 의해, 블레이드(2)가 바람을 수취하여 생기는 로터(3)의 회전 에너지가 유압 트랜스미션(22)을 통해 발전기(28)에 전달됨으로써, 발전기(28)에서 전력이 생성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유압 트랜스미션(22)은 메인 샤프트(6)에 연결되는 유압 펌프(24)와 발전기(28)에 연결되는 유압 모터(26)로 구성된다. 유압 펌프(24)는 메인 샤프트(6)에 의해 구동되어 작동유를 승압하여 고압의 작동유(압유)를 생성한다. 유압 펌프(24)의 출구는 고압유 라인(25)을 통해 유압 모터(26)의 입구에 연결되어 있다. 따라서, 유압 펌프(24)에서 생성된 압유는 고압유 라인(25)을 통해 유압 모터(26)로 공급되며, 상기 압유에 의해 유압 모터(26)가 구동된다. 유압 모터(26)에서 일을 한 압유는 저압의 작동유가 된다. 저압의 작동유는 유압 모터(26)의 출구와 유압 펌프(24)의 입구 사이에 설치된 저압유 라인(27)을 통해 유압 펌프(24)로 다시 복귀한다. 유압 모터(26)의 출력 샤프트는 발전기(28)에 연결되어 있으며, 유압 모터(26)의 회전을 발전기에 입력하도록 되어 있다.

유압 펌프(24)와 유압 모터(26)는 각각 가변적인 변위 용적을 가질 수 있다. 예를 들어, 운전 효율 향상의 관점에서, 로터(3)의 회전수가 풍속에 따라 적절한 값이 되도록 유압 펌프(24)의 변위 용적을 조절하고, 발전기의 회전수가 일정하게 되도록 유압 모터(26)의 변위 용적을 조절할 수 있다.

유압 펌프(24), 유압 모터(26) 및 발전기(28)는, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 나셀(10)에 수납될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c에 도시된 구성예에서는, 나셀(10) 내부에서 메인 샤프트(6)와 메인 샤프트(6)에 연결된 유압 펌프(24)의 양측에 유압 모터(26)와 발전기(28)가 배치되어 있다. 구체적으로, 메인 샤프트(6)와 유압 펌프(24)의 양측에 한 쌍의 기기 설치대(11)가 배치되어 있으며, 각 기기 설치대(11)에는 한 쌍의 유압 모터(26)와 하나의 발전기(28)가 설치되어 있다. 또한, 기기 설치대(11)는 나셀(10)의 베이스 플레이트(10B)에 장착된 나셀 구조(10C)와 일체로 형성되어 있다.

나셀(10)은 나셀 커버(10A)에 의해 나셀 베이스 플레이트(10B)와 나셀 구조(10C)가 덮이도록 구성되어 있다. 나셀 베이스 플레이트(10B)는 요 베어링(30)(도 1 참조)을 통해 타워에 의해 지지되어 있다. 구체적으로, 나셀 베이스 플레이트(10B)가 요 베어링(30)의 내륜과 외륜 중 어느 하나에 고정되고, 타워(8)의 상단부가 요 베어링(30)의 내륜과 외륜 중 다른 하나에 고정된다.

요 베어링(30)을 통해 타워(8) 위에 지지된 나셀(10)은 나셀 베이스 플레이트(10B)에 고정된 요 선회 기구(32)에 의해 회전하도록 되어 있다. 요 선회 기구(32)는 요 모터(32A) 및 요 모터(32A)에 설치된 피니언 기어(32B)로 구성되어 있다. 타워(8)에는 링 기어(미도시)가 설치되어 있으며, 이 링 기어는 피니언 기어(32B)와 맞물려 있다. 따라서, 요 모터(32A)가 피니언 기어(32B)를 회전시키면, 나셀 베이스 플레이트(10B)가 타워(8)에 대해 선회한다.

도 1, 및 도 2a 내지 도 2c는 나셀 베이스 플레이트(10B)에 요 선회 기구(32)가 고정된 경우의 예를 도시하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 요 선회 기구(32)가 타워(8)에 설치될 수도 있다. 이 경우, 요 선회 기구(32)의 피니언 기어(32B)가 나셀 베이스 플레이트(10B)에 설치된 링 기어와 맞물리게 된다.

나셀(10) 내부에는 부품 승강 기구(12)가 설치되어 있다. 부품 승강 기구(12)는 메인 샤프트(6) 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 나셀 베이스 플레이트(10B)에 형성된 나셀 개구(40)를 통해 나셀(10) 내부와 타워(8) 내부 사이에서 반송 대상 부품(13)을 이동시킨다. 나셀 개구(40)는 이하에서 상세히 설명된다.

부품 승강 기구(12)는 절첩식이거나, 나셀(10) 내에 상설(常設)되어 있을 수 있다.

부품 승강 기구(12)로서, 예를 들어, 나셀(10)의 천장 근처에 설치된 런웨이를 주행하는 오버헤드 주행 크레인, 화물을 들어올리기 위한 지브를 가진 지브 크레인, 또는 드럼에 주위에 권취된 와이어 로프로 화물을 현수하는 윈치를 사용할 수 있다. 특히, 오버헤드 주행 크레인 또는 지브 크레인은 반송 대상 부품(13)을 수직으로뿐만이 아니라 나셀(10) 내부에서 수평으로도 이동시킬 수 있기 때문에, 이 크레인들이 부품 승강 기구(12)로서 바람직하다.

도 2a 내지 도 2c에서는 기기 설치대(11) 위에 설치된 지브 크레인이 부품 승강 기구(12)로서 사용되고 있다. 그러나, 부품 승강 기구(12)의 위치가 이에 한정되지 않고, 유압 펌프(24) 후방의 나셀(10) 내부 공간과 같은 다른 위치에 부품 승강 기구(12)를 설치할 수 있다.

타워(8)의 내부에는 복수의 플로어(50A 내지 50E)가 설치되어 있다. 최상위의 플로어(50A)는 유압 트랜스미션(22)의 작동유를 수취하는 오일 팬 플로어이다. 상기 플로어(50A) 아래에 위치된 플로어(50B 내지 50D)에는 작동유를 저장하는 오일 탱크, 유압 펌프(24), 유압 모터(26) 및 피치 제어용 액추에이터 등의 각종 기기에 전력을 공급하는 무정전 전원 장치, 타워(8) 내부를 냉각하는 팬, 관리자의 주거 시설 등이 각각 설치된다. 플로어(50E)는 변압기가 설치되는 변압기 플로어이다.

플로어(50A 내지 50E)는 플로어 개구(42A 내지 42E)를 각각 가지며, 이에 따라, 반송 대상 부품(13)이 통과할 수 있도록 되어 있다.

또한, 타워(8)의 내부에는 플로어(50A 내지 50E) 사이를 관리자가 이동할 수 있도록 사다리(9)가 설치되어 있다. 사다리(9) 이외에, 엘리베이터를 타워(8)에 설치할 수도 있다. 타워(8)에 엘리베이터를 설치하는 경우, 반송 대상 부품(13) 중 경량의 부품을, 부품 승강 기구(12)를 이용하지 않고, 엘리베이터를 이용하여 타워(8) 내에서 반송할 수 있다.

도 3은 나셀 개구(40)와 플로어 개구(42)의 관계를 나타내는 도면이며, 아래에서 본 나셀 베이스 플레이트(10B)와 위에서 본 각 플로어(50A 내지 50E)를 나타내고 있다. 또한, 도 3은 사다리(9)가 관통하는 개구(44)를 나타내고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 나셀 개구(40)는 나셀 베이스 플레이트(10B)에서 요 베어링(30)에 의해 둘러싸이는 한편 상기 메인 샤프트(6)를 피하는 영역의 적어도 일부에 형성되어 있다.

구체적으로, 나셀 개구(40)는, 요 베어링(30)에 의해 둘러싸인 나셀 베이스 플레이트(10B)의 원형 영역 중 메인 샤프트(6)가 설치되지 않은 영역의 적어도 일부에 형성된다. 이에 따라, 메인 샤프트(6)와의 간섭을 방지하면서 부품 승강 기구(12)를 이용하여 나셀 개구(40)를 통해 나셀(10) 내부와 타워(8) 내부 사이에서 반송 대상 부품(13)을 용이하게 이동시킬 수 있다.

나셀 개구(40)는 그 전체가 메인 샤프트(6)를 피하는 영역에 형성되지 않을 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 나셀 개구(40)는 그 일부가 메인 샤프트(6)를 부분적으로 피하는 영역에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)를 이용하여 플로어 개구(42)를 통해 타워(8) 내부의 반송 대상 부품(13)의 반송 작업을 용이하게 하기 위해, 나셀 개구(40)와 플로어 개구(42) 사이에 다음과 같은 관계가 확립되어 있다.

첫째, 나셀 개구(40)는 요 베어링(30)의 중심축(C)(나셀 선회 중심)을 사이에 두고 메인 샤프트(6)의 양측에 위치하는 제 1 개구부(40A)와 제 2 개구부(40B)를 포함한다. 제 1 개구부(40A)와 제 2 개구부(40B)는 도 3에 도시된 바와 같이 서로 연통하여 1개의 나셀 개구(40)를 형성하고 있다. 또한, 제 1 개구부(40A)와 제 2 개구부(40B)는 실질적으로 동일한 형태인 것이 바람직하다.

둘째, 각 플로어(50A 내지 50D)의 플로어 개구(42A 내지 42D)는 음영 부분(43)에서 서로 중첩되어 있다. 이 음영 부분(43)은 나셀(10) 선회시 제 1 개구부(40A)와 제 2 개구부(40B)의 궤적에 의해 중심축(C) 주위에 형성되는 환형 영역의 각도(X) 범위에 대응한다. 각도(X)는, 타워(8) 내부에서 반송 대상 부품(13)의 반송 작업의 효율성을 향상시키고 각 플로어(50A 내지 50D) 상에 기기와 시설 등을 설치하기 위해 충분한 공간을 확보하는 관점에서, 90°내지 200°의 범위로 설정되는 것이 바람직하며, 120°내지 180°의 범위로 설정되는 것이 더 바람직하다.

이와 같이, 요 베어링(30)의 중심축(C)을 사이에 두고 메인 샤프트(6)의 양측에 위치하는 제 1 개구부(40A)와 제 2 개구부(40B)를 포함하는 나셀 개구(40)를 나셀 베이스 플레이트(10B)에 형성함으로써, 나셀 개구(40)와 플로어 개구(42A 내지 42D)가 중첩하는 나셀(10)의 각도 범위가 거의 두 배가 된다. 또한, 나셀(10) 선회시, 나셀 개구(40)(제 1 개구부(40A) 및 제 2 개구부(40B))의 궤적에 의해 형성되는 영역의 각도(X) 범위에 대응하는 부분(43)에서, 플로어 개구(42A 내지 42D)가 서로 중첩된다. 이에 따라, 각 개구부(40A 및 40B)와 플로어 개구(42A 내지 42D)가 일치하는 각도 범위가 더욱 증가한다.

따라서, 나셀 개구(10)를 각 플로어(50A 내지 50D)의 플로어 개구(42A 내지 42D)에 중첩시키기 위해 필요한 나셀의 선회량을 대폭 줄일 수 있다. 이에 따라, 나셀(10) 선회 전의 상태에서도 나셀 개구(10)의 위치와 각 플로어(50A 내지 50D)의 플로어 개구(42A 내지 42D)의 위치가 일치할 가능성이 높아지기 때문에, 나셀(10)의 선회 작업 자체를 생략할 수 있는 경우도 늘어난다.

오일 팬 플로어(50A)의 플로어 개구(오일 팬 개구)(42A)는 유압 트랜스미션(22)으로부터 누출된 작동유가 플로어(50B 내지 50E)로 낙하하는 것을 방지하기 위해 플랩 부재(46)에 의해 폐쇄 가능하게 되어 있을 수 있다.

도 4는 오일 팬 플로어(50A)의 구성예를 나타내는 사투시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 오일 팬 개구(42A)와 사다리용 개구(44)는 오일 팬 플로어(50A)의 융기부에 설치되어 있으며, 각각 플랩 부재(46, 48)에 의해 폐쇄 가능하게 되어 있다. 이에 따라, 통상시에는 오일 팬 개구(42A)와 사다리용 개구(44)를 플랩 부재(46, 48)로 폐쇄함으로써, 유압 트랜스미션(22)으로부터 작동유가 누설되는 경우에도, 누설된 작동유를 오일 팬 플로어(50A)에서 수거할 수 있다. 또한, 오일 팬 플로어(50A)의 융기부에 오일 팬 개구(42A)와 사다리용 개구(44)를 설치함으로써, 플랩 부재(46, 48)에 누설된 작동유가 축적되기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 플랩 부재(46, 48)를 들어올려 오일 팬 개구(42A)와 사다리용 개구(44)를 개방할 때, 플랩 부재(46, 48)에 누설되어 축적된 작동유가 오일 팬 개구(42A)와 사다리용 개구(44)를 통해 아래 측의 플로어(50B 내지 50E)로 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

오일 팬 개구(42A)와 사다리용 개구(44)가 폐쇄되어 있는 상태에서, 플랩 부재(46, 48)가 수평 방향에 대해 경사지도록 설계함으로써, 플랩 부재(46, 48)에 누설된 작동유가 잔류하기 어렵게 할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 오일 팬 플로어(50A)에는 전원 케이블과 배관 등의 플로어 관통 부재(62)가 통과하는 원통 부재(60)와 원통 부재(60)를 덮는 원뿔형의 커버 부재(64)가 구비되어 있다. 이에 따라, 유압 트랜스미션(22)으로부터 작동유가 누설되는 경우에도, 누설된 작동유가 커버 부재(64)를 따라 오일 팬 플로어(50A)로 낙하하게 된다. 이와 같은 방식으로, 플로어 관통 부재(62)와 원통 부재(60) 사이의 간격을 통해 하위 플로어(50B 내지 50E)로 누설된 작동유가 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 변압기 플로어(50E)에는 케이스(54) 내에 복수의 변압기 코일(53)이 수납된 변압기(3상 변압기)(52)가 설치되어 있다. 변압기(52)는 몰드 변압기, 유입(油入) 변압기, 가스 절연 변압기 등 모든 유형의 변압기일 수 있다.

변압기 플로어(50E) 위의 타워(8) 내부 공간에는 변압기 코일(53)을 반송하기 위한 다른 부품 승강 기구(70)가 설치되어 있다. 예를 들어, 변압기 플로어(50E)의 바로 위의 계층(階層)을 구성하는 플로어(50D)의 하면에 다른 부품 승강 기구(70)를 설치할 수 있다. 상기 다른 부품 승강 기구(70)는 주행 크레인 또는 지브 크레인일 수 있다.

도 5는 다른 부품 승강 기구(70)를 이용하여 변압기 코일(53)을 타워(8) 외부로 반출하는 순서를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 다른 부품 승강 기구(70)를 이용하여 변압기 코일(53)을 들어올려 케이스(54)로부터 취출한다. 이 후, 상기 다른 부품 승강 기구(70)로 변압기 코일(53)을 수평 이동시켜 변압기 플로어(50E)에 임시 보관한다. 이 후, 변압기 코일(53)이 플로어 개구(42E)를 용이하게 통과할 수 있도록, 변압기 코일(53)의 방향을 90°전환한다. 그리고, 상기 다른 부품 승강 기구(70)를 이용하여 다시 변압기 코일(53)을 들어올리고 플로어 개구(42E)를 통해 타워(8)의 하단부까지 이동시킨다. 타워(8)의 하단부에 도착한 변압기 코일(53)은 타워(8)의 하단부에 형성된 타워 개구(56)를 용이하게 통과할 수 있도록 방향이 전환된다. 마지막으로, 타워 개구(56)를 통해 변압기 코일(53)을 타워(8) 외부로 반출한다. 이때, 타워 개구(56)를 관통하도록 타워(8) 내부에서 타워(8) 외부까지 연장하는 반송용 레일(반송 레일)(58)(도 1 참조)을 사용하여 변압기 코일(53)을 반출할 수 있다.

변압기 코일(53)의 케이스(54)로의 반입은 도 5에 도시된 순서의 역순으로 이루어질 수 있다.

다음으로, 반송 대상 부품(13)을 반송하기 위한 부품 반송 방법에 대해 설명한다.

도 6은 타워(8) 내부를 경유하여 나셀(10) 내의 반송 대상 부품(13)을 타워(8) 외부로 반출하는 순서를 나타내는 도면이다. 이 예시적인 경우에서, 반송 대상 부품(13)은 나셀(10) 내에 설치된 유압 모터(26)이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 나셀(10) 내부의 기기 설치대(11) 상에 설치된 유압 모터(26)를 동일한 기기 설치대(11) 상에 설치된 부품 승강 기구(12)로 들어올린다. 이때, 부품 승강 기구(12)가 지그(72)를 이용하여 유압 모터(26)를 들어올리고, 지그(72)로 유압 모터(26)를 현수한 상태에서, 유압 모터(26)의 자세를 조정할 수 있다. 예를 들어, 유압 모터(26)가 실질적으로 원통형이며 그 축 중심이 수평인 상태로 기기 설치대(11) 상에 설치되어 있는 경우, 유압 모터(26)를 지그(72)로 현수한 상태에서 유압 모터(26)의 축 중심이 수직하게 되도록, 유압 모터(26)의 자세를 조정할 수 있다. 이에 따라, 유압 모터(26)가 나셀 개구(40)를 용이하게 통과할 수 있다.

이 후, 상기 부품 승강 기구(12)는 메인 샤프트(6) 위로부터 유압 모터(26)를 현수한 상태에서 나셀 개구(40)를 통해 나셀(10) 내부와 타워(8) 외부 사이에서 유압 모터(26)를 이동시킨다. 상기 부품 승강 기구(12)를 이용한 유압 모터(26)의 하강 작업이 계속되어, 각 플로어(50A 내지 50D)의 타워 개구(42A 내지 42D)를 통해 변압기 플로어(50E)까지 유압 모터(26)를 이동시킨다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 복수의 유압 모터(26)를 마련하되 각 유압 모터(26)를 소형화함으로써, 나셀(10)의 과도한 대형화를 유발하지 않고, 보수와 교체의 빈도가 높은 유압 모터(26)가 통과할 수 있는 크기의 나셀 개구(40)를 확보할 수 있다.

다음으로, 변압기 플로어(50E)에 임시 보관한 유압 모터(26)를 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)로부터 변압기 플로어(50E) 위의 타워(8) 내부 공간에 설치된 부품 승강 기구(70)로 이동시킨다. 그리고, 상기 다른 부품 승강 기구(70)에 의해 변압기 플로어(50E)의 플로어 개구(42E)를 통해 유압 모터(26)가 타워(8)의 하단부까지 하강하게 된다.

타워(8)의 하단부에 도착한 유압 모터(26)는 타워(8) 하단부에 형성된 타워 개구(56)를 통해 타워(8) 외부로 반출된다. 이때, 타워 개구(56)를 관통하도록 설치된 반송용 레일(58)을 이용하여 유압 모터(26)가 타워(8)로부터 반출될 수 있다.

유압 모터(26)의 나셀(10) 내부로의 반입은 도 6에 도시된 순서의 역순으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 부품 승강 기구(12, 70)를 이용하여 플로어 개구(42A 내지 42E)와 나셀 개구(40)를 통해 유압 모터(26)를 나셀(10) 내부로 반입한 다음, 반입된 유압 모터(26)를 기기 설치대(11) 상에 설치할 수 있다.

도 6에 도시된 예에서는 타워(8) 내에 설치된 변압기 플로어(50E)에 유압 모터(26)를 임시 보관하고, 부품 승강 기구(12) 및 부품 승강 기구(70) 중 하나로부터 기구들(12 및 70) 중 다른 하나로 유압 모터(26)를 이동시킨다. 변압기 플로어(50E) 위에서, 유압 모터(26)는 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)에 의해 반송된다. 변압기 플로어(50E)의 아래에서 유압 모터(26)의 반송은 변압기 플로어(50E) 위에 배치된 다른 부품 승강 기구(70)를 이용하여 실시된다.

이와 같은 방식으로, 타워(8) 내에 설치된 변압기 플로어(50E)에 유압 모터(26)를 임시 보관하고, 이 유압 모터(26)를 나셀(8) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)와 변압기 플로어(50E) 위의 타워(8) 내부 공간에 설치된 다른 부품 승강 기구(70) 사이에서 전달한다. 이에 따라, 타워(8) 내부로 부품을 반송하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

도 6은 변압기 플로어(50E)가 유압 모터(26)의 임시 보관 플로어로서 사용되는 예시적인 경우를 도시하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 변압기 플로어(50E) 이외의 임의의 플로어에 유압 모터(26)를 임시 보관하고, 부품 승강 기구(12)와 임시 보관 플로어로서 기능하도록 선택된 하나의 플로어 위의 타워(8) 내부 공간에 설치된 다른 부품 승강 기구 사이에서 이동시킬 수도 있다.

도 6을 참조하여 설명한 부품 반송 방법에서는, 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)와 타워(8) 내에 설치된 부품 승강 기구(70)를 이용하여, 풍력 터빈 발전기(1)의 내부 경로를 통해 나셀(10)과 타워(8) 외부 사이에서 반송 대상 부품(13)을 반송한다. 따라서, 예를 들어, 연간 발전량의 약 40%를 풍속 11m/s 이상의 강풍시에 생산하는 해상 풍력 터빈 발전기의 경우, 풍력 터빈 발전기에 대한 크레인 선박의 접근을 어렵게 하는 풍속 또는 파고 등의 험한 환경 조건 하에서도, 풍력 터빈 발전기의 유지 보수를 행할 수 있다. 따라서, 해상 풍력 터빈 발전기의 유지 보수에 소요되는 비용과 시간을 크게 줄일 수 있다.

반송 대상 부품(13)은 유압 모터(26) 이외의 임의의 부품일 수도 있다. 예를 들어, 반송 대상 부품(13)은, 유압 펌프(24), 요 선회 기구(32), 발전기(28), 주축 베어링(20A, 20B), 고압유 라인(25)과 저압유 라인(27)을 형성하는 배관, 작동유를 냉각시키는 오일 쿨러, 나셀을 환기시키는 팬 등과 같이 나셀(10) 내부의 부품일 수도 있고, 이러한 부품을 분해한 부속일 수도 있다. 유압 펌프(24)는 복수의 실린더를 포함한 실린더 블록, 각 실린더 내부를 왕복 이동하는 피스톤, 및 상기 피스톤을 상하 운동시키는 캠으로 형성된다. 실린더 블록이 복수의 세그먼트로 분할 가능하면, 실린더 블록의 각 세그먼트가 반송 대상 부품(13)이 될 수 있다.

대안적으로, 반송 대상 부품(13)은 블레이드(2)의 피치 각을 조절하기 위한 액추에이터 및 블레이드(2)가 장착되는 허브(4)의 블레이드 선회 베어링 등과 같이 허브(4) 내부의 부품일 수도 있고, 이러한 부품을 분해한 부속일 수도 있다.

반송 대상 부품(13)이 허브(4) 내에 설치된 부품인 경우, 허브(4) 내부와 나셀(10) 내부의 사이에서 반송 대상 부품(13)을 이동시키되, 일단 나셀(10) 내부를 반송 대상 부품(13)이 경유하도록 함으로써, 나셀(10) 내에 설치된 부품을 반송하는 경우와 마찬가지로 도 6에 도시된 순서에 따라 반송 대상 부품(13)을 타워 내외부로 반출입할 수 있다.

도 7은 허브(4) 내에 설치된 피치 구동용 액추에이터(80)를 나셀(10) 내부로 이동시키는 순서를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 허브(4)에 형성된 제 1 맨홀(4B)(도 2a 참조)과 나셀(10)의 벽체에 형성된 제 2 맨홀(14)을 관통하도록 허브(4)와 허브 커버(5) 사이의 공간(4C)을 통해 허브(4) 내부로부터 나셀(10) 내부까지 반송 레일을 설치한다. 이때, 고정점(83)에서 허브 커버(5)의 내벽에 반송 레일(82)을 고정할 수 있다. 그리고, 체인 블록을 사용하여 허브(4) 내부의 액추에이터(80)를 들어올리고, 반송 레일(82)에 매단다. 이 후, 반송 레일(82)을 따라, 제 1 맨홀(4B)과 제 2 맨홀(14)을 통해 허브(4) 내부로부터 공간(4C)을 거쳐 나셀(10) 내부까지 액추에이터(80)를 이동시킨다. 나셀(10) 내부에 도착한 액추에이터(80)는 도 6에 도시된 순서에 따라 타워(8) 외부로 반출된다.

도 7에는 허브(4) 내에 형성된 제 1 맨홀(4B)과 나셀(10)의 벽체에 형성된 제 2 맨홀(14)을 통해 액추에이터(80)를 반송하는 예를 나타내고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 액추에이터(80)의 반송 경로가 허브 커버(5)에 의해 막힌 경우, 허브 커버(5)에 다른 맨홀을 형성할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 메인 샤프트(6) 위로부터 반송 대상 부품(13)을 현수한 상태에서 반송 대상 부품(13)의 반송 작업을 수행하도록 부품 승강 기구(12)가 구성되어 있다. 따라서, 상대적으로 여유가 있는 나셀(10) 내의 메인 샤프트(6) 위의 공간을 활용함으로써, 반송 작업을 더 효율적으로 할 수 있다. 또한, 반송 대상 부품(13)의 통로로서의 개구(나셀 개구(40))가 나셀의 베이스 플레이트(10B)에 형성되어 있다. 그리고, 요 베어링(30)에 의해 둘러싸이는 한편 메인 샤프트(6)를 피하는 영역의 적어도 일부에 개구가 형성되어 있다. 이에 따라, 나셀(10) 내부와 타워(8) 내부 사이에서 반송 대상 부품(13)의 이동중에 메인 샤프트(6)와 반송 대상 부품(13)의 간섭을 방지할 수 있다.

이상, 예시적 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다.

예를 들면, 상술한 실시예에서는 풍력 터빈 발전기(1)가 유압 트랜스미션(22)을 구비하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 유압 트랜스미션(22) 대신 기어식 증속기(step-up gear)를 갖춘 풍력 터빈 발전기 또는 메인 샤프트가 발전기에 직접 연결된 풍력 터빈 발전기에도 적용 가능하다.

상술한 실시예에서는 반송 대상 부품(13)을 임시 보관 플로어, 예컨대, 변압기 플로어(50E)에 임시 보관하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 반송 대상 부품을 나셀(10) 내에 설치된 부품 승강 기구(12)만을 이용하여 나셀(10) 내부와 타워(8) 하단부 사이에서 논스톱으로 반송할 수도 있다.

1: 풍력 터빈 발전기
2: 블레이드
3: 로터
4: 허브
4A: 블레이드 부착공
4B: 제 1 맨홀
4C: 공간
5: 허브 커버
6: 메인 샤프트
8: 타워
9: 사다리
10: 나셀
10A: 나셀 커버
10B: 나셀 베이스 플레이트
10C: 나셀 구조
11: 기기 설치대
12: 부품 승강 기구
13: 반송 대상 부품
14: 제 2 맨홀
20A, 20B: 주축 베어링
21A, 21B: 베어링 하우징
22: 유압 트랜스미션
24: 유압 펌프
25: 고압유 라인
26: 유압 모터
27: 저압유 라인
28: 발전기
30: 요 베어링
32: 요 선회 기구
32A: 요 모터
32B: 피니언 기어
40: 나셀 개구
40A: 제 1 개구부
40B: 제 2 개구부
42A 내지 42E: 플로어 개구
44: 사다리용 개구
46: 플랩 부재
48: 플랩 부재
50A 내지 50D: 플로어
50E: 변압기 플로어
52: 변압기
53: 변압기 코일
54: 케이스
56: 타워 개구
58: 반송 레일
60: 원통 부재
62: 플로어 관통 부재
64: 커버 부재
70: 부품 승강 기구( "다른 부품 승강 기구")
72: 지그
80: 피치 구동용 액추에이터
82: 반송 레일

Claims

풍력 터빈 발전기이며,
블레이드;
상기 블레이드가 장착되는 허브;
상기 허브에 연결되는 메인 샤프트;
적어도 상기 메인 샤프트가 수납되는 나셀;
요 베어링을 통해 상기 나셀을 지지하는 타워; 및
상기 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구를 포함하며,
상기 나셀의 베이스 플레이트에는 상기 요 베어링에 의해 둘러싸이고 상기 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에 나셀 개구가 형성되고,
상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 나셀 개구를 통해 상기 나셀 내부와 상기 타워 내부 사이에서 상기 반송 대상 부품을 이동시키는,
풍력 터빈 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 타워에 설치되어 플로어 개구를 각각 가진 복수의 플로어를 더 포함하며,
상기 나셀 개구는 상기 요 베어링의 중심축을 사이에 두고 양측에 위치하는 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함하고,
적어도 상기 나셀의 선회시에 상기 제 1 개구부와 상기 제 2 개구부의 궤적에 의해 상기 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에서 상기 복수의 플로어의 플로어 개구가 서로 중첩하며,
상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 상기 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 플로어 개구를 통해 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는,
풍력 터빈 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 나셀에 수납되며 상기 메인 샤프트에 의해 구동되어 압유를 생성하는 유압 펌프;
상기 나셀에 수납되며 상기 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 모터; 및
상기 유압 모터에 의해 구동되는 발전기를 더 포함하며,
상기 나셀 개구는 적어도 각각의 유압 모터가 통과할 수 있을 정도의 크기인,
풍력 터빈 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 나셀에 수납되며 상기 메인 샤프트에 의해 구동되어 압유를 생성하는 유압 펌프;
상기 나셀에 수납되며 상기 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 모터;
상기 유압 모터에 의해 구동되는 발전기; 및
상기 타워 내에 설치되며 폐쇄 가능한 오일 팬 개구를 가진 오일 팬 플로어를 더 포함하며,
상기 오일 팬 개구는 상기 오일 팬 플로어의 융기부에 형성된,
풍력 터빈 발전기.
제 4 항에 있어서,
상기 나셀 개구는 상기 요 베어링의 중심축을 사이에 두고 양측에 위치하는 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함하며,
상기 오일 팬 개구는 적어도 상기 나셀의 선회시에 상기 제 1 개구부와 상기 제 2 개구부의 궤적에 의해 상기 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에 형성되고,
상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 오일 팬 개구를 통해 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는,
풍력 터빈 발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 부품 승강 기구는, 주행 크레인, 지브 크레인 및 윈치 중 하나인,
풍력 터빈 발전기.
블레이드, 상기 블레이드가 장착되는 허브, 상기 허브에 연결되는 메인 샤프트, 적어도 상기 메인 샤프트가 수납되는 나셀 및 요 베어링을 통해 상기 나셀을 지지하는 타워를 포함하는 풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법이며,
상기 요 베어링에 의해 둘러싸이는 한편 상기 메인 샤프트를 피하는 영역의 적어도 일부에서 상기 나셀의 베이스 플레이트에 형성된 나셀 개구를 통해 상기 나셀 내에 설치된 부품 승강 기구에 의해 상기 메인 샤프트 위로부터 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 나셀 내부와 상기 타워 내부 사이에서 상기 반송 대상 부품을 이동시키는 제 1 이동 단계를 포함하는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는 제 2 이동 단계를 더 포함하며,
상기 나셀 개구는 상기 요 베어링의 중심축을 사이에 두고 양측에 위치하는 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함하고,
상기 타워에 플로어 개구를 각각 가진 복수의 플로어가 설치되며,
적어도 상기 나셀의 선회시에 상기 제 1 개구부와 상기 제 2 개구부의 궤적에 의해 상기 중심축 주위에 형성되는 원형 또는 환형 영역의 소정 각도 범위에 대응하는 부분에서 상기 복수의 플로어의 플로어 개구가 서로 중첩하며,
상기 제 2 이동 단계에서, 상기 부품 승강 기구는 상기 메인 샤프트 위로부터 상기 반송 대상 부품을 현수한 상태에서 상기 플로어 개구를 통해 상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 반송 대상 부품을 상기 허브 내부와 상기 나셀 내부 사이에서 이동시키는 제 3 이동 단계를 더 포함하는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 허브에 형성된 제 1 맨홀, 상기 허브와 상기 허브를 덮는 허브 커버 사이의 공간 및 상기 나셀의 벽체에 형성된 제 2 맨홀을 통해, 상기 허브 내부와 상기 나셀 내부 사이에서 반송 대상 부품이 이동하게 되는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 맨홀 및 상기 제 2 맨홀을 관통하도록 상기 허브 내부로부터 상기 공간을 경유하여 상기 나셀 내부까지 반송용 레일을 설치하는 단계를 더 포함하며,
상기 반송용 레일을 이용하여 상기 반송 대상 부품이 상기 허브 내부와 상기 나셀 내부 사이에서 이동하게 되는.
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 반송 대상 부품을 상기 타워 내에서 수직으로 이동시키는 제 2 이동 단계;
상기 타워 내에 설치된 임시 보관 플로어에 상기 반송 대상 부품을 임시 보관하는 단계; 및
상기 반송 대상 부품을 상기 임시 보관 플로어에 임시 보관한 상태에서, 상기 나셀 내에 설치된 상기 부품 승강 기구와, 상기 임시 보관 플로어 위의 상기 타워의 내부 공간에 설치된 다른 부품 승강 기구 사이에서 상기 반송 대상 부품을 전달하는 단계를 더 포함하며,
상기 제 2 이동 단계에서, 상기 반송 대상 부품은 상기 임시 보관 플로어 위에서는 상기 나셀 내에 설치된 상기 부품 승강 기구에 의해 이동되며, 상기 임시 보관 플로어 아래에서는 상기 다른 부품 승강 기구에 의해 이동되는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 임시 보관 플로어는 변압기가 설치되는 변압기 플로어이며,
상기 다른 부품 승강 기구는 상기 변압기의 변압기 코일 반송을 위해 사용되는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 다른 부품 승강 기구로 상기 변압기 코일을 현수한 상태에서 상기 변압기 플로어 위와 상기 변압기 케이스 내부 사이에서 상기 변압기 코일을 이동시키는 단계;
상기 변압기 플로어 위에서 상기 변압기 코일의 방향을 조정하는 단계; 및
상기 다른 부품 승강 기구로 상기 변압기 코일을 현수한 상태에서 상기 변압기 플로어 위와 상기 타워 하단부 사이에서 상기 변압기 코일을 이동시키는 단계를 더 포함하는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 타워 하단부에 형성된 타워 개구를 통해 상기 타워 내부와 상기 타워 외부 사이에서 상기 반송 대상 부품을 이동시키는 제 4 이동 단계를 더 포함하는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 제 4 이동 단계에서, 상기 타워 개구를 통해 상기 타워 내부로부터 상기 타워 외부까지 연장하는 반송용 레일을 이용하여 상기 반송 대상 부품이 이동하게 되는,
풍력 터빈 발전기의 부품 반송 방법.