KR20140001704A - 풍력발전기용 블레이드 설치장치 및 이를 이용한 풍력발전기용 블레이드 설치방법 - Google Patents

풍력발전기용 블레이드 설치장치 및 이를 이용한 풍력발전기용 블레이드 설치방법 Download PDF

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Abstract

풍력발전기용 블레이드 설치장치 및 이를 이용한 풍력발전기용 블레이드 설치방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치는, 타워와 적어도 하나 이상의 블레이드를 각각 그립핑한 상태에서, 허브에 블레이드를 설치하기 위하여 허브에 대한 블레이드의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절유닛을 구비한 타워/블레이드 연결 어셈블리; 및 블레이드가 허브에 접근하는 상태에서, 블레이드의 루트부와 블레이드 루트부가 삽입되는 허브의 블레이드 접속부의 중첩된 영상으로부터 각각의 테두리를 추출하고 비교하여 블레이드 루트부와 블레이드 접속부 간의 상호 얼라인 여부를 검출하는 얼라인 검출유닛을 포함한다.

Description

풍력발전기용 블레이드 설치장치 및 이를 이용한 풍력발전기용 블레이드 설치방법{BLADE INSTALLING APPARATUS AND METHOD OF INSTALLING BLADE USING THEREOF FOR WIND TURBINE}
본 발명은, 풍력발전기용 블레이드 설치장치 및 이를 이용한 블레이드 설치방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력발전을 들 수 있다.
그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다.
그리고, 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 막대한 시설비가 요구됨은 물론 방사선 누출의 위험성 때문에 지역주민들의 강한 반발이 예상되며, 나아가 폐기물처리도 쉽지 않으며, 사소한 사고라할지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항상 존재하는 등 다양한 문제점이 있다.
이에, 화력이나 원자력 발전으로 인한 공해문제로부터 자유롭고 고갈될 염려없는 영구적인 에너지원으로서 풍력, 조력, 수력, 태양열 등과 같은 자연 에너지를 에너지원으로 활용하려는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.
특히, 자연 에너지를 이용한 발전 가운데 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 풍력발전이 대안으로 부각되고 있으며, 풍력발전은 구조나 설치 등이 간단함과 동시에 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다.
한편, 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나, 소음과 진동 등에 의한 환경피해가 속출하고 발전용량이 대형화되고, 미관, 장소의 제약 등의 여러문제로 인하여 최근에는 해상에 풍력발전단지를 집약적으로 집단화시켜 건설하는 것이 추세이다.
풍력발전기는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(blade)가 연결되는 허브(hub)를 구비한 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀커버(nacelle cover)와, 블레이드, 로터, 나셀 및 나셀커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.
한편, 대형 풍력발전기의 경우, 타워와 마찬가지로 블레이드는 대단히 큰 거대 구조물, 예를들어 100m 내외에 이르는 거대 구조물이기 때문에 타워와 블레이드를 설치 장소로 이송시킨 후 허브에 복수의 블레이드를 설치하는 작업은 용이하지 않다.
타워와 블레이드를 이송함에 있어, 육상에서는 필요에 따라 다수의 덤프트럭과 크레인을 동원할 수 있으나, 작업 환경이 열악한 해상에서는 거대 구조물인 타워와 블레이드를 이송하는 작업 자체가 용이하지 않다.
즉, 타워와 블레이드를 개별적으로 이송시키는 경우에 타워와 블레이드, 또는 블레이드들 상호간에 충돌이 발생되지 않기 때문에 손상 없이 용이하게 이송할 수 있지만 이송 선박 상의 공간적인 문제로 이송 효율이 상당히 떨어진다.
따라서, 타워와 블레이드를 묶음 형식으로 연결하여 이송시키는 것이 바람직하나, 이러한 기능을 수행하는 장치의 구현이 용이하지 않아 그에 대한 개발 필요성이 대두되고 있다.
또한, 허브에 블레이드를 설치하는 작업은, 허브와 블레이드 간의 얼라인 여부를 확인한 후 허브에 대한 블레이드의 자세를 능동적으로 제어할 필요가 있으므로, 허브에 대한 블레이드의 자세를 능동적으로 제어할 수 있는 장치 개발이 요구된다.
[문헌1] 대한민국 공개특허 제2011-0037897호 (제너럴 일렉트릭 캄파니, 2011.04.13.)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 타워와 블레이드의 이송효율을 향상시킴과 아울러 허브에 블레이드를 설치함에 있어서 블레이드 루트부와 블레이드 접속부의 중첩된 영상으로부터 블레이드 루트부와 블레이드 접속부 간의 얼라인 여부를 검출한 후, 허브에 대한 블레이드의 자세를 능동적으로 조절할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 설치장치 및 이를 이용한 풍력발전기용 블레이드 설치방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워와 적어도 하나 이상의 블레이드를 각각 그립핑한 상태에서, 허브에 상기 블레이드를 설치하기 위하여 상기 허브에 대한 상기 블레이드의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절유닛을 구비한 타워/블레이드 연결 어셈블리; 및 상기 블레이드가 상기 허브에 접근하는 상태에서, 상기 블레이드의 루트부와 상기 블레이드 루트부가 삽입되는 상기 허브의 블레이드 접속부의 중첩된 영상으로부터 각각의 테두리를 추출하고 비교하여 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부 간의 상호 얼라인 여부를 검출하는 얼라인 검출유닛을 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치가 제공될 수 있다.
상기 얼라인 검출유닛은, 상기 블레이드 접속부 측에 마련되고, 상기 블레이드 루트부의 단면부와 상기 블레이드 접속부의 단면부가 중첩된 영상을 획득하는 영상획득부; 상기 중첩된 영상으로부터 추출된상기 블레이드 루트부 및 상기 블레이드 접속부의 특징점들을 이용하여 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 상기 블레이드 접속부의 단면부 테두리를 산출하고, 각각의 테두리에 대한 곡률을 계산하여, 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 상기 블레이드 접속부의 단면부 테두리의 중심위치가 일치하는지 여부 및 원형인지 여부를 판단하여 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부간의 상대 위치관계를 산출하는 상대 위치관계 산출부; 및 상기 상대 위치관계 산출부에서 획득한 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부 간의 상대 위치를 이용하여, 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부가 얼라인되도록 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하는 블레이드 자세 제어부를 포함할 수 있다.
상기 얼라인 검출유닛은, 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 상기 블레이드 접속부의 단면부 영상에서 각각 복수의 특징점을 추출하는 특징점 추출부를 더 포함할 수 있다.
상기 타워/블레이드 연결 어셈블리는, 타워를 그립핑하는 타워 그립퍼; 및 블레이드를 그립핑하는 블레이드 그립퍼를 더 포함하며, 상기 블레이드 자세 조절유닛은, 상기 타워 그립퍼와 적어도 하나 이상의 상기 블레이드 그립퍼를 상호 연결할 수 있다.
상기 블레이드 자세 조절유닛은, 상기 블레이드 그립퍼에 연결되고, 상기 블레이드 그립퍼를 상기 타워의 높이방향으로 승강시키는 블레이드 그립퍼 연결모듈; 및 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈과 상기 타워 그립퍼 사이에 배치되고, 상기 타워에 대해 상기 블레이드를 상대 회동시켜 상기 허브에 대한 상기 블레이드의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절부를 포함할 수 있다.
상기 블레이드 그립퍼 연결모듈은, 상기 블레이드 그립퍼에 연결되는 블레이드 그립퍼 연결부; 및 상기 블레이드 그립퍼 연결부에 연결되고, 상기 블레이드 그립퍼 연결부를 상기 타워의 높이방향으로 승강시켜 상기 타워의 높이방향으로 상기 블레이드를 선형 왕복운동 가능하게 하는 블레이드 선형운동부를 포함할 수 있다.
상기 블레이드 자세 조절부는, 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈이 자유 회동가능하게 지지하는 회동 지지부재; 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈에 연결되고, 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈이 상기 회동 지지부재를 중심으로 회동되게 하는 구동력을 제공하는 구동부; 및 상기 구동부를 지지하는 구동부 지지부재를 포함할 수 있다.
상기 회동 지지부재는, 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈을 회동가능하게 지지하는 유니버셜 조인트이며, 상기 구동부는, 상기 회동 지지부재를 중심으로 직교되는 위치에 쌍을 이루어 이격되게 배치되는 복수의 엑츄에이터를 포함하며, 상기 한 쌍의 엑츄에이터는 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈에 연결되는 상부 간격이 하부 간격보다 더 클 수 있다.
상기 블레이드 자세 조절유닛은, 일단부가 상기 타워 그립퍼에 연결되고 타단부가 상기 블레이드 자세 조절부에 연결되고, 상기 타워에 대한 상기 블레이드의 간격을 조절하기 위해 접철 가능하게 연결된 접철식 연결모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 접철식 연결모듈은, 상기 타워 그립퍼에 연결되는 제1 연결부; 상기 블레이드 자세 조절부에 연결되는 제2 연결부; 및 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부를 링크 타입으로 연결하는 복수의 링크부재를 포함할 수 있다.
상기 타워/블레이드 연결 어셈블리는, 상기 블레이드 자세 조절유닛으로부터 이격되고, 상기 타워와 상기 블레이드 사이의 간격을 일정하게 유지하여 상기 타워와 상기 블레이드가 상호 충돌되는 것을 방지하도록 상기 타워와 상기 블레이드에 각각 착탈가능하게 연결되는 간격 유지모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치를 이용하여 풍력발전기 블레이드를 설치하는 방법에 있어서, 상기 블레이드의 루트부가 삽입되는 블레이드 접속부 측에 마련된 영상획득부를 이용하여 상기 블레이드 루트부의 단면부와 상기 블레이드 접속부의 단면부의 중첩된 영상을 획득하는 단계; 상기 중첩된 영상으로부터 블레이드 루트부 및 블레이드 접속부의 복수개의 특징점을 추출하는 단계; 상기 추출된 특징점들로부터 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 블레이드 접속부의 단면부의 테두리들을 산출하는 단계; 상기 산출된 테두리들의 곡률 및 중심위치를 산출하는 단계; 상기 산출된 곡률 및 중심위치를 이용하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부에 얼라인하는 단계를 포함하는 풍력발전기 블레이드 설치 방법이 제공될 수 있다.
상기 얼라인하는 단계는, 상기 산출된 테두리들의 곡률을 이용하여, 상기 블레이드 루트부의 테두리가 원형이 되도록 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부에 얼라인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 얼라인하는 단계는, 상기 산출된 테두리들의 중심위치가 일치하도록 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부에 얼라인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 얼라인하는 단계는, 상기 블레이드 루트부의 단면부 테두리가 상기 블레이드 접속부의 단면부 테두리의 내부에 위치하는 경우, 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부 방향으로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 타워와 블레이드의 이송효율을 향상시킴과 아울러 허브에 블레이드를 설치함에 있어서 블레이드 루트부와 블레이드 접속부의 중첩된 영상으로부터 블레이드 루트부와 블레이드 접속부 간의 얼라인 여부를 검출한 후, 허브에 대한 블레이드의 자세를 능동적으로 조절할 수 있다.
도 1은 풍력발전기의 정면도로서, 하나의 블레이드가 이송되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치에 의해 타워와 복수의 블레이드가 연결된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도로서, 타워/블레이드 연결 어셈블리에 의해 타워와 블레이드가 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 타워/블레이드 연결 어셈블리가 동작하기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 롤링운동을 나타내는 동작상태도이다.
도 6은 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 피칭운동을 나타내는 동작상태도이다.
도 7은 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 요잉운동을 나타내는 동작상태도이다.
도 8은 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 선형운동을 나타내는 동작상태도이다.
도 9는 블레이드 위치/자세 획득유닛의 제어블록도이다.
도 10은 얼라인 검출유닛의 영상획득부가 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 영상획득부에 의해 획득한 영상을 나타내는 도면이다.
도 12는 얼라인 모니터링 유닛을 나타내는 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치방법을 나타내는 순서도이다.
도 14 내지 도 21은 풍력발전기용 블레이드 설치방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 풍력발전기의 정면도로서, 하나의 블레이드가 이송되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치에 의해 타워와 복수의 블레이드가 연결된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 요부 확대도로서, 타워/블레이드 연결 어셈블리에 의해 타워와 블레이드가 연결된 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 타워/블레이드 연결 어셈블리가 동작하기 전의 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 롤링운동을 나타내는 동작상태도이고, 도 6은 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 피칭운동을 나타내는 동작상태도이고, 도 7은 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 요잉운동을 나타내는 동작상태도이고, 도 8은 타워/블레이드 연결 어셈블리 동작에 의한 블레이드 선형운동을 나타내는 동작상태도이고, 도 9는 블레이드 위치/자세 획득유닛의 제어블록도이고, 도 10은 얼라인 검출유닛의 영상획득부가 설치된 상태를 나타내는 도면이고, 도 11은 영상획득부에 의해 획득한 영상을 나타내는 도면이고, 도 12는 얼라인 모니터링 유닛을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 풍력발전기는 나셀(nacelle, 미도시)에 연결되고 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(110, blade)와, 블레이드(110)의 회전에 따라 회전하되 블레이드(110)가 연결되는 허브(121)를 구비한 로터(120,rotor)와, 나셀, 로터(120) 및 블레이드(110)를 지지하는 타워(140)를 포함한다.
블레이드(110)는 바람에 의해 회전되어 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다. 로터(120)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가진다.
그리고, 본 실시예에 따른 풍력발전기는 바람의 특성을 최대한 활용하면서 안정성을 추구할 수 있도록 3개의 블레이드(110)를 구비하나, 이에 한정되지 않으며 블레이드(110)의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
로터(120)의 허브(121)는 복수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다.
허브(121)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome)형상을 가질 수 있다.
그리고, 허브(121)의 일측에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)이 연결되며, 나셀은 나셀커버(130, nacelle cover)에 의해 보호된다.
나셀은 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 허브에 연결된 회전샤프트(160), 관통삽입된 회전샤프(160)트를 지지하는 베어링하우징(170), 베어링하우징(170)을 관통한 회전샤프트(160)가 연결되는 기어박스(180), 기어박스(180)의 일측에 마련되되 기어박스(180)에서 전달된 회전샤프트(160)의 회전력에 의해 구동되는 발전기(미도시)와, 베어링하우징(170)과 기어박스(180) 등을 지지하는 프레임부(190) 등이 결합되어 있는 구조체를 통틀어 일컫는다.
이처럼, 나셀커버(130)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다.
나셀커버(130)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀커버(130)는 내구성이 우수한 비금속 혹은 금속 복합 재질로 제작된다.
한편, 타워(140)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 복수의 블레이드(110), 허브(121), 나셀 및 나셀커버(130) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다.
타워(140)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수 있다.
타워(140)는 내부가 빈 파이프(pipe) 형의 구조물이며, 타워(140)의 내부 빈 공간을 통해 케이블(cable) 등이 통과된다. 케이블은 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 종류의 케이블일 수 있다.
한편, 사이즈 혹은 크기가 작은 풍력발전기의 경우에는 풍력발전기 설치에 커다란 어려움이 없으나, 본 실시예에서와 같이 타워(140)의 길이가 100 미터(m) 내외이고 블레이드(110)의 길이 역시 타워(140)에 준하는 길이를 갖는 대형 풍력발전기의 경우, 허브(121)에 인접하게 블레이드(110)를 이송하고 블레이드(110)를 허브(121)의 블레이드 접속부(미도시)에 삽입 및 체결하는 작업이 용이하지 않다.
따라서, 풍력발전기를 설치함에 있어, 타워(140)와 블레이드(110)를 묶음 형식으로 연결하여 타워(140)와 블레이드(110)의 이송효율을 향상시키며, 블레이드 접속부(123)에 블레이드의 루트부(111)를 삽입 설치함에 있어 블레이드(110)의 자세를 능동적으로 제어할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 설치장치가 요구된다.
도 2 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치는, 타워(140)와 적어도 하나 이상의 블레이드(110)를 각각 그립핑한 상태에서, 허브(121)에 블레이드(110)를 설치하기 위하여 허브(121)에 대한 블레이드(110)의 자세를 조절하는 타워/블레이드 연결 어셈블리(200)와, 블레이드(110)가 허브(121)에 접근하는 상태에서, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)의 얼라인 유무를 감지하는 허브/블레이드 얼라인 감지유닛(300)을 포함한다.
본 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치는, 타워(140)와 적어도 하나 이상의 블레이드(110)를 묶음 형식으로 연결하여 타워(140)와 블레이드(110)의 이송효율을 향상시킬 수 있으며, 블레이드(110)를 삽입 설치함에 있어 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)의 얼라인 상태를 확인하면서 블레이드(110) 자세를 능동적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 타워/블레이드 연결 어셈블리(200)는, 타워(140)와 적어도 하나 이상의 블레이드(110)를 각각 그립핑한 상태에서 타워(140)와 블레이드(110)들을 상호 연결하는 역할을 한다. 또한, 타워/블레이드 연결 어셈블리(200)는 블레이드(110) 설치작업 중 블레이드(110)의 자세를 능동적으로 조절할 수 있는 역할을 한다.
타워/블레이드 연결 어셈블리(200)는, 타워(140)를 그립핑하는 타워 그립퍼(210)와, 블레이드(110)를 그립핑하는 블레이드 그립퍼(220)와, 타워 그립퍼(210)와 적어도 하나 이상의 블레이드 그립퍼(220)를 상호 연결하되, 허브(121)에 블레이드(110)를 설치하기 위하여 허브(121)에 대한 블레이드(110)의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절유닛(230)과, 블레이드 자세 조절유닛(230)으로부터 이격되되 타워(140)와 블레이드(110) 사이의 간격을 일정하게 유지하여 타워(140)와 블레이드(110)가 상호 충돌되는 것을 방지하도록 타워(140)와 블레이드(110)에 각각 착탈가능하게 연결되는 간격 유지모듈(270)을 포함한다.
한편, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 타워/블레이드 연결 어셈블리(200)는 하나의 타워(140)에 3개의 블레이드(110)를 연결한 형태로 제작될 수 있으나, 블레이드(110)가 4개 이상인 경우에는 그에 대응되게 구조를 변경할 수 있다.
타워 그립퍼(210)는 타워(140)를 그립핑(gripping)하는 역할을 한다. 타워 그립퍼(210)는 타워(140)의 어떠한 위치를 그립핑해도 무방하다.
그리고, 본 실시예에서는 타워 그립퍼(210)가 복수의 링 플랜지(150)에 결합되며, 결합방식은 후크식 걸이 방식일 수도 있고, 볼팅 방식일 수도 있으며, 경우에 따라서는 용접 방식일 수도 있다.
블레이드 그립퍼(220)는 허브(121)의 블레이드 접속부(123)에 삽입 설치되는 블레이드(110)를 그립핑하는 역할을 한다.
블레이드 그립퍼(220)는, 그립핑 바디(221)와, 그립핑 바디(221)에 연결되는 복수의 그립핑 암(222)과, 그립핑 암(222)들의 단부에 마련되어 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부(223)를 포함한다.
본 실시예의 경우, 그립핑 바디(221)에 총 4개의 그립핑 암(222)(142)이 연결되어 블레이드(110)를 그립핑하고 있는데, 이러한 사항은 하나의 실시예에 불과하며, 도면의 형상에 의해 본 실시예의 권리범위가 제한되지 않는다.
또한, 복수의 그립핑 암(222)은 실린더(224)에 의해 상호 좁아지거나 벌어지는 동작을 수행할 수 있다.
접촉가압부(223)는 블레이드(110)의 외주면에 접촉된 후에 블레이드(110)를 가압하면서 그립핑하는 역할을 한다. 접촉가압부(223)는, 블레이드(110)의 외주면에 손상을 주지 않는 재질, 예컨대 고무, 실리콘, 우레탄 등의 재질로 제작될 수 있다.
또한, 접촉가압부(223)는 블레이드(110)의 외주면 형상에 대응되는 곡률을 가질 수 있는데, 이러한 경우 좀 더 넓은 표면적으로 블레이드(110)의 외주면을 가압할 수 있기 때문에 블레이드(110)가 찌그러지는 등 블레이드(110)에 변형이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 접촉가압부(223)는 블레이드(110)가 변형되는 것을 방지하면서 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑할 수 있다.
한편, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 설명하기에 앞서 간격 유지모듈(270)에 대해 설명하기로 한다.
간격 유지모듈(270)은, 타워(140)와 블레이드(110) 사이의 간격을 일정하게 유지하여 이송 중에 타워(140)와 블레이드(110), 특히 블레이드 팁부(113)가 상호 충돌되는 것을 방지하는 역할을 한다.
간격 유지모듈(270)은, 후술할 블레이드 자세 조절유닛(230)으로부터 이격되며, 타워(140)와 블레이드 팁부(113)에 각각 착탈가능하게 결합된다.
간격 유지모듈(270)은, 타워(140)에 연결된 타워 결속부(271)와, 블레이드의 팁부(113)에 연결된 블레이드 결속부(273)와, 타워 결속부(271)와 블레이드 결속부(273)를 상호 연결하는 연결부재(275)를 포함한다.
본 실시예에서 간격 유지모듈(270)은 타워(140)와 3개의 블레이드(110)를 동시에 결속하도록 도시되어 있으나, 타워(140)와 하나의 블레이드(110)를 결속한 단위 간격 유지모듈(270)을 복수개 마련할 수도 있다.
본 실시예에서 타워 결속부(271)는 타워 그립퍼(210)와 동일하게 구성될 수 있으며, 또한, 블레이드 결속부(273)도 역시 블레이드 그립퍼(220)와 동일하게 구성될 수 있다. 따라서, 타워 결속부(271) 및 블레이드 결속부(273)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이처럼, 도 2에서 도시한 바와 같이, 간격 유지모듈(270)을 이용하여 타워(140)와 3개의 블레이드(110)를 함께 묶어 이송하는 경우에, 특히 타워(140)와 블레이드 팁부(113) 간의 충돌 현상을 방지할 수 있어 타워(140)와 블레이드(110)가 파손 또는 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 블레이드 자세 조절유닛(230)은, 타워(140)와 블레이드(110)를 각각 그립핑한 타워 그립퍼(210)와 블레이드 그립퍼(220)를 상호 연결하며, 블레이드(110) 설치작업 시 허브(121)에 대한 블레이드(110)의 자세를 조절하는 역할을 한다.
블레이드 자세 조절유닛(230)은, 블레이드 그립퍼(220)에 연결되되 블레이드 그립퍼(220)를 타워(140)의 높이방향으로 승강시키는 블레이드 그립퍼 연결모듈(240)과, 블레이드 그립퍼 연결모듈(240)과 타워 그립퍼(210) 사이에 배치되되 타워(140)에 대해 블레이드(110)를 상대 회동시켜 허브(121)에 대한 블레이드(110)의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절부(250)와, 일단부가 타워 그립퍼(210)에 연결되고 타단부가 블레이드 자세 조절부(250)에 연결되되 타워(140)에 대한 블레이드(110)의 간격을 조절하기 위해 접철 가능하게 연결된 접철식 연결모듈(260)을 포함한다.
블레이드 그립퍼 연결모듈(240)은, 블레이드(110)를 그립핑한 블레이드 그립퍼(220)을 타워(140)의 높이방향으로 승강시키는 역할을 한다. 즉, 블레이드 그립퍼 연결모듈(240)은 블레이드 접속부(123)를 향해 블레이드 루트부(111)를 선형 왕복운동하게 하는 역할을 한다.
블레이드 그립퍼 연결모듈(240)은, 블레이드 그립퍼(220)에 연결되는 블레이드 그립퍼 연결부(241)와, 블레이드 그립퍼 연결부(241)에 연결되되 블레이드 그립퍼 연결부(241)를 타워(140)의 높이방향으로 승강시켜 타워(140)의 높이방향으로 블레이드(110)를 선형 왕복운동 가능하게 하는 블레이드 선형운동부(243)를 포함한다.
블레이드 그립퍼 연결부(241)는 그립핑 바디(221)에 연결되는 부분이다. 블레이드 그립퍼 연결부(241)는 판상체의 플레이트 타입(plate type)일 수 있으며, 바아 타입(bar type)일 수도 있다.
블레이드 선형운동부(243)는, 블레이드 그립퍼(220), 특히 블레이드 그립퍼(220)에 의해 그립핑된 블레이드(110)를 타워(140)의 높이방향으로 선형 왕복운동하게 하는 역할을 한다.
블레이드 선형운동부(243)는, 블레이드 그립퍼 연결부(241)의 일측에 타워(140)의 높이방향으로 마련되는 가이드레일(244)과, 일측이 가이드레일(244)에 연결되고 타측이 블레이드 자세 조절부(250)에 연결되어 블레이드 그립퍼 연결부(241)를 타워(140)의 높이방향으로 승강시키는 구동체(245)와, 구동체(245)를 지지하는 구동체 지지부재(246)를 포함한다.
여기서 가이드레일(244)은, 블레이드 그립퍼 연결부(241)의 일측에 타워(140)의 높이방향으로 마련된 랙기어이며, 구동체(245)는 랙기어에 치합되어 블레이드 그립퍼 연결부(241)를 타워(140)의 높이방향으로 승강시키는 피니언기어이다.
따라서, 도 8에서 도시한 바와 같이 피니언기어의 구동에 의해 블레이드 그립퍼 연결부(241) 및 블레이드 그립퍼(220)가 선형 왕복운동하면서 블레이드(110)를 허브(121) 측 방향으로 선형 왕복운동하게 한다.
구동체 지지부재(246)는 구동체(245)를 지지하는 부분으로서, 판상체의 플레이트 타입(plate type)일 수 있으며, 바아 타입(bar type)일 수도 있다.
블레이드 자세 조절부(250)는, 타워(140)에 대해 블레이드(110)를 상대 회동시켜 허브(121)에 대한 블레이드(110)의 자세를 조절하는 역할을 한다.
즉, 블레이드 자세 조절부(250)는, 블레이드(110)의 롤링운동, 피칭운동, 요잉운동을 제어한다.
여기서, 도 5를 참조하면 블레이드(110) 롤링운동은 블레이드(110)의 폭향향, 즉 Y축을 중심으로 블레이드(110)가 회전하는 운동이다. 그리고, 도 6를 참고하면 블레이드(110) 피칭운동은 타워(140)의 높이방향, 즉 X축을 중심으로 블레이드(110)가 회전하는 운동이다. 그리고, 도 7을 참조하면 블레이드(110) 요잉운동은 블레이드(110)의 높이방향, 즉 Z축을 중심으로 블레이드(110)가 회전하는 운동이다.
블레이드 자세 조절부(250)는, 블레이드 그립퍼 연결모듈(240)이 자유 회동가능하게 지지하는 회동 지지부재(251)와, 블레이드 그립퍼 연결모듈(240)에 연결되되 블레이드 그립퍼 연결모듈(240)이 회동 지지부재(251)를 중심으로 회동되게 하는 구동력을 제공하는 구동부(253)와, 구동부(253)를 지지하는 구동부 지지부재(255)를 포함한다.
본 실시예에서 회동 지지부재(251)는 블레이드 그립퍼 연결모듈(240), 특히 구동체 지지부재(246)를 회동가능하게 지지하는 유니버셜 조인트이며, 구동부(253)는 유니버셜 조인트를 중심으로 직교되는 위치에 쌍을 이루어 이격되게 배치되는 복수의 엑츄에이터(253)를 포함한다.
유니버셜 조인트는 블레이드(110)가 롤링, 피칭, 요잉운동을 하는 경우에 블레이드(110)가 원활하게 회전될 수 있도록 블레이드 그립퍼 연결모듈(240) 중 구동체 지지부재(246)의 하부를 지지한다.
그리고, 구동부(253)를 구성하는 복수의 엑츄에이터(253)는 유니버셜 조인트를 중심으로 직교되게 쌍으로 배치되는 데, 구동체 지지부재(246)가 판상으로 형성된 경우에 각변의 중심에 쌍을 이루며 배치된다. 이는 구동체 지지부재(246)를 안정되게 지지하도록 하기 위함이다. 그리고, 각각의 엑츄에이터(253)는 양단부가 자유 회전가능하게 결합된다.
도 5에서 도시한 바와 같이, 블레이드(110)의 롤링운동은 X축 방향, 즉 구동체 지지부재(246)의 전면부 또는 후면부에 배치된 한 쌍의 엑츄에이터(253)를 신장 및 수축함으로써 달성된다.
그리고, 도 6에서 도시한 바와 같이, 블레이드(110)의 피칭운동은 Y축 방향, 즉 구동체 지지부재(246)의 양측면부에 배치된 한 쌍의 엑츄에이터(253)를 신장 및 수축함으로써 달성된다.
또한, 도 7에서 도시한 바와 같이, 블레이드(110)의 요잉운동은 구동체 지지부재(246)의 각변에 배치된 한 쌍의 엑츄에이터(253) 중 구동체 지지부재(246)를 Z축을 중심으로 회전시키고자 하는 방향에 위치한 엑츄에이터(253)를 신장시키고, 나머지 엑츄에이터(253)는 구동체 지지부재(246)의 회전을 고려하여 수축함으로써 달성된다.
이때, 한 쌍의 엑츄에이터(253)는 구동체 지지부재(246)에 연결되는 일단부의 간격이 후술할 접철식 연결모듈(260)에 연결되는 타단부의 간격보다 더 크게 연결되는데, 이는, 블레이드(110) 요잉운동 시 엑츄에이터(253)의 신장에 의해 블레이드 그립퍼 연결모듈(240), 즉 구동체 지지부재(246)가 Z축을 중심으로 회전하는 경우에 회전방향을 결정할 수 있도록 하기 위함이다.
접철식 연결모듈(260)은, 타워(140)에 대한 블레이ㄷ의 이격거리를 조절하는 역할을 한다. 또한, 접철식 연결모듈(260)은 타워(140)에 대해 블레이드(110)를 이격시키면서 경사지게 배치하는 역할을 한다.
접첩식 연결모듈은 일단부가 타워 그립퍼(210)에 연결되고 타단부가 블레이드 자세 조절부(250), 특히 구동부 지지부재(255)에 연결된다.
즉, 접철식 연결모듈(260)은, 타워 그립퍼(210)에 연결되는 제1 연결부(261)와, 블레이드 자세 조절부(250) 중 구동부 지지부재(255)에 연결되는 제2 연결부(262)와, 제1 연결부(261)와 제2 연결부(262)를 링크 타입으로 연결하는 복수의 링크부재(263)를 포함한다.
여기서 제1 연결부(261) 및 제2 연결부(262)는 판상체의 플레이트 타입(plate type)일 수 있으며, 바아 타입(bar type)일 수도 있다.
특히, 복수의 링크부재(263)는 타워(140)와 블레이드(110)를 이격시키는 역할을 한다.
복수의 링크부재(263)는, 양단부가 제1 연결부(261)와 상기 제2 연결부(262)에 각각 자유 회동가능하게 연결되는 직선형 링크부재(264)와, 타워(140)의 높이방향을 따라 직선형 링크부재(264)의 상부에 배치되되 양단부가 제1 연결부(261)와 제2 연결부(262)에 각각 자유 회동가능하게 연결되는 절곡형 링크부재(265,266)와, 직선형 링크부재(264)와 절곡형 링크부재(265,266)를 구동시키는 엑츄에이터(267)를 포함한다.
직선형 링크부재(264)가 하나의 막대 형상을 갖는데 반해 절곡형 링크부재(265,266)는 상호간 접철되는 한 쌍의 단위링크를 포함한다.
직선형 링크부재(264)와 절곡형 링크부재(265,266)는 각각 다수 개씩 배치될 수 있다. 직선형 링크부재(264)와 절곡형 링크부재(265,266)의 동작에 기인하여 타워(140)와 블레이드(110)가 서로 인접되게 접근되거나 이격 배치된다.
액추에이터는 링크부재가 동작되도록, 즉 직선형 링크부재(264)와 절곡형 링크부재(265,266)를 구동시키는 역할을 한다.
엑츄에이터(267)는, 일단부가 타워 그립퍼(210) 또는 제1 연결부(261)에 회동 가능하게 연결되고 타단부가 제2 연결부(262)에 회동가능하게 연결되는 메인실린더(268)와, 양단부가 절곡형 링크부재(265,266)에 연결되는 서브실린더(269)를 포함한다.
메인실린더(268)와 서브실린더(269)는 모두 유압 실린더이나, 공압 실린더나 유공압 복합실린더가 적용될 수도 있다.
본 실시예의 경우, 메인실린더(268)의 일단부가 타워 그립퍼(210)에 회전 가능하게 연결되고 있으나, 메인실린더(268)의 일단부는 제1 연결부(261)에 회전 가능하게 연결될 수도 있다.
상기한 바와 같은, 타워(140)와 블레이드(110)들을 이동시킬 때에는 도 2에서 도시한 바와 같이 타워(140)에 대해 블레이드(110)들이 인접되도록 접철식 연결모듈(260)을 접고, 블레이드(110)들을 블레이드 접속부(123)에 삽입하고자 하는 경우에는 도 5 내지 도 8에서 도시한 바와 같이 타워(140)에 대해 블레이드(110)들이 벌어지도록 접철식 연결모듈(260)을 펼친다.
이처럼 타워 그립퍼(210)가 타워(140)를, 블레이드 그립퍼(220)가 블레이드(110)를 그립핑된 상태에서 접철식 연결모듈(260)이 타워(140)와 블레이드(110)를 연결시킴으로써, 타워(140)와 3개의 블레이드(110)는 도 2에서 도시한 바와 같이 하나의 몸체처럼 묶인 구조가 된다.
따라서 크레인 한 대만으로도 핸들링이 가능할 뿐만 아니라 이송 효율이 향상된다. 즉 타워(140)에 대해 블레이드(110)들을 접어 이송시키면 되기 때문에 많은 공간이 필요치 않을 뿐만 아니라 이송 효율이 향상된다.
또한, 접철식 연결모듈(260)의 동작에 의해 블레이드(110)를 타워(140)에 대해 비스듬히 경사지게 이격 배치한 후, 블레이드 자세 조절부(250)를 이용하여, 블레이드(110)를 롤링, 피칭, 요잉 및 선형 직선운동되게 함으로써 블레이드(110)의 설치작업이 보다 용이해질 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 허브/블레이드 얼라인 감지유닛(300)은, 블레이드(110)를 설치함에 있어 블레이드 루트부(111)가 블레이드 접속부(123)에 접근하는 상태에서 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)를 얼라인하기 위한 정보를 제공하는 역할을 한다.
도 9 내지 도 12을 참조하면, 허브/블레이드 얼라인 감지유닛(300)은, 블레이드(110)가 허브(121)에 접근하는 상태에서, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)의 중첩된 영상으로부터 각각의 테두리를 추출하고 비교하여 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123) 간의 상호 얼라인 여부를 검출하는 얼라인 검출유닛(310)과, 블레이드(110)가 허브(121)에 접근하는 상태에서, 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160)와 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165)의 얼라인여부를 확인가능하게 하는 얼라인 모니터링 유닛(350)를 포함한다.
얼라인 검출유닛(310)은, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123), 특히 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160)와 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165)의 얼라인 여부를 검출하는 역할은 한다.
얼라인 검출유닛(310)은, 블레이드 접속부(123) 측에 마련되되 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부가 중첩된 영상을 획득하는 영상획득부(311)와, 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 영상에서 각각 복수의 특징점을 추출하는 특징점 추출부(317)와, 중첩된 영상으로부터 추출된 블레이드 루트부(111) 및 블레이드 접속부(123)의 특징점들을 이용하여 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리를 산출하고, 각각의 테두리에 대한 곡률을 계산하여, 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 중심위치 및 원형인지 여부를 판단하여 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123) 간의 상대 위치관계를 산출하는 상대 위치관계 산출부(313)와, 상대 위치관계 산출부(313)에서 획득한 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)의 상대 위치를 이용하여 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)가 얼라인되도록 블레이드 자세 조절유닛(230)을 제어하는 블레이드 자세 제어부(315)를 포함한다.
영상획득부(311)는, 허브(121) 측 블레이드 접속부(123)에 마련되며, 영상획득부(311)를 이용하여 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부의 중첩된 영상을 획득한다.
블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)의 단면부는 원형단면을 갖도록 형성되는데, 영상획득부(311)가 설치된 장소에 따라 원형단면으로 형성된 블레이드 루트부(111)의 단면부가 타원형 단면부 영상으로 획득될 수 있다.
그리고, 특징점 추출부(317)는 영상획득부(311)에서 획득된 중첩된 영상으로부터 블레이드 루트부(111) 및 블레이드 접속부(123)의 복수의 특징점을 추출한다.
여기서, 특징점은 블레이드 루트부(111) 및 블레이드 접속부(123)의 형상을 대표하는 특징부로서, 블레이드 루트부(111) 및 블레이드 접속부(123)의 고유의 형상 또는 특이한 패턴이 될 수 있으며, 칼라 영상의 경우 색상으로 할 수 있다.
본 실시예에서는 블레이드 루트부(111)에 마련된 볼트(160)와 블레이드 접속부에 마련된 볼트홀(165)을 특징점으로 선택한다.
참고로, 본 실시예에서는 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160) 중에 특징점을 나타내는 볼트(160)만을 도시하였으며, 또한 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165) 중에 특징점을 나타내는 볼트(160)가 삽입되는 볼트홀(165)만을 도시하였다.
상대 위치관계 산출부(313)는, 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부가 중첩된 영상에서 추출된 특징점들을 반영하여 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리를 각각 산출할 수 있다.
그리고, 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리에 대한 곡률을 계산하여 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 중심위치를 알 수 있으므로, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123) 간의 상대 위치관계를 산출할 수 있다.
또한, 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리를 각각 추출할 수 있으므로, 각각의 테두리 형상이 원형인지 여부를 알 수 있다.
본 실시예에서는 영상획득부(311)를 블레이드 접속부(123)에 설치하고, 영상획득부(311)는 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리를 기준으로 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리가 중첩되는 영상을 획득하므로, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리가 원형인지 여부가 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)를 얼라인하는 기준이 된다.
상기와 같이, 블레이드 접속부(123)에 대한 블레이드 루트부(111)의 상대 위치관계를 산출한 경우에, 블레이드 자세 제어부(330)는 블레이드 접속부(123)와 블레이드 루트부(111) 간의 상대 위치를 이용하여, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)가 얼라인되도록 제어신호를 블레이드 자세 조절유닛(230)에 송신하고, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 제어하여 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160)가 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165)에 삽입 가능하게 얼라인한다.
얼라인 모니터링 유닛(350)은, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)가 얼라인된 상태를 실시간으로 확인가능하게 하는 역할을 한다.
즉, 얼라인 모니터링 유닛(350)은 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부 (123) 간의 상대 위치관계에 따라 블레이드 자세 제어유닛(230)을 제어하여 블레이드(111)를 회동시키거나 선형 이송한 경우에 있어, 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160)가 삽입되는 블레이드 접속부(123)의 복수의 볼트홀(165) 간의 얼라인 상태를 확인가능하게 한다.
얼라인 모니터링 유닛(350)은, 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160) 중 적어도 셋 이상에 마련된 빔 조사부(351)와, 블레이드 접속부(123)의 복수의 볼트홀(165)에 빔 조사부(351)에 대응되게 마련된 빔 수신부(353)와, 빔 조사부(351)에서 조사된 빔이 빔 수신부(353)에 수신되는지 여부를 확인할 수 있는 디스플레이부(355)를 포함한다.
즉, 얼라인 모니터링 유닛(350)은 복수의 빔 조사부(351)에서 조사된 빔이 빔 수신부(353)에 수신된 상태를 디스플레이부(355)에서 확인가능하게 한다.
따라서, 육안으로 실시간 얼라인 상태를 확인할 수 있어 블레이드(111)의 자세를 제어하는 데 있어 유용하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치를 이용한 블레이드 설치방법을 설명하면 다음과 같다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치방법을 나타내는 순서도이고, 도 14 내지 도 21은 풍력발전기용 블레이드 설치방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13a 내지 도 21을 참조하면, 먼저, 타워/블레이드 연결 어셈블리(200)에 의해 그립핑된 타워(140) 및 적어도 하나 이상의 블레이드(110)를 크레인 등을 이용하여 수직되게 설치한다(S10).
이때, 타워(140) 및 블레이드(110)는 타워 그립퍼(210), 블레이드 그립퍼(220), 블레이드 자세 조절유닛(230) 및 간격 유지모듈(270)에 의해 묶음 형식으로 연결된다.
그리고, 타워(140)와 적어도 하나 이상의 블레이드(110)를 수직되게 설치한 후, 블레이드 자세 조절유닛(230)에 의한 블레이드(110)의 운동량을 감소시키기 위해, 블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)를 1차적으로 얼라인시킨다.
즉, 허브(121)를 회전시켜 블레이드 접속부(123)가 블레이드 루트부(111)에 대향되게 한다(S20).
그리고, 도 14에서 도시한 바와 같이, 블레이드의 루트부(111)가 삽입되는 블레이드 접속부(123) 측에 마련된 영상획득부(311)를 이용하여 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부의 중첩된 영상을 획득한다(S30).
블레이드 루트부(111)와 블레이드 접속부(123)의 단면부는 원형단면을 갖도록 형성되는데, 영상획득부(311)가 설치된 장소에 따라 원형단면으로 형성된 블레이드 루트부(111)의 단면부가 타원형 단면부 영상으로 획득될 수 있다.
그리고, 중첩된 영상으로부터 블레이드 루트부(111) 및 블레이드 접속부(123)의 복수의 특징점을 추출한다(S40).
본 실시예에서는 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160) 중에 특징점을 나타내는 볼트(160)만을 도시하였으며, 또한 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165) 중에 특징점을 나타내는 볼트(160)가 삽입되는 볼트홀(165)만을 도시하였다.
그리고, 도 15에서 도시한 바와 같이, 추출된 특징점들로부터 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부의 테두리들을 산출한다(S50).
본 실시예에서는 블레이드 접속부(123)에 설치된 영상획득부(311)를 이용하여 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부 영상을 획득하고, 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리는 사전에 알고 있으므로 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리만을 산출하면 된다.
그리고, 도 16에서 도시한 바와 같이, 산출된 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 곡률 및 중심위치를 산출한다(S60).
본 실시예에서는 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 곡률 및 중심위치는 사전에 알고 있으므로, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리의 곡률 및 중심위치만을 산출한다.
그리고, 산출된 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 곡률을 통해 각각의 테두리들이 원형인지 여부를 판단한다(S70).
그리고, 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 형상이 원형인 경우에는, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드 루트부(111)의 중심위치를 블레이드 접속부(123)의 중심위치로 이송한다(S80).
그러나, 도 17에서 도시한 바와 같이, 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 형상이 원형이 아닌 경우에는, 산출된 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 곡률 및 중심위치를 기초로 하여, 블레이드(110)의 회동량을 산출한 후, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드(110)를 회동시키고, 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부의 중첩된 영상을 다시 획득한다(S71).
그리고, 블레이드 루트부(111)의 중심위치를 블레이드 접속부(123)의 중심위치로 이송한 경우에, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리가 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 내부에 위치하는지 여부를 판단한다(S90).
그리고, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리가 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 내부에 위치하는 경우에는, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드 루트부(111)를 블레이드 접속부(123) 방향으로 이송한다(S100).
그러나, 도 18에서 도시한 바와 같이, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리가 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리의 내부에 위치하지 않는 경우에는, 산출된 블레이드 루트부(111)의 단면부 및 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리들의 중심위치를 기초로, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드(110)를 선형 이송한 후, 블레이드 루트부(111)의 단면부와 블레이드 접속부(123)의 단면부의 중첩된 영상을 획득한다(S91).
즉, 블레이드 루트부(111)의 중심위치가 블레이드 접속부(123)의 중심위치에 위치하도록 블레이드(110)를 이송한다.
그리고, 블레이드 루트부(111)가 블레이드 접속부(123)에 접근하는 상태에서, 영상획득부(311)로 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160)와 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165)에 대한 영상을 획득한다(S110).
그리고, 블레이드 루트부(111)에 마련된 복수의 볼트(160)와 블레이드 접속부(123)에 마련된 복수의 볼트홀(165)의 얼라인 유무를 판단한다(S120).
여기서, 복수의 볼트(160)와 복수의 볼트홀(165)의 얼라인 유무는 획득한 영상을 통해서 확인할 수도 있으나, 얼라인 모니터링 유닛(350)을 구성하는 빔 조사부(351)에서 조사된 빔이 빔 수신부(353)에 수신되었는지 여부를 통해 확인할 수 있다.
그리고, 복수의 볼트(160)와 복수의 볼트홀(165)이 얼라인되었다고 판단된 경우에는, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드 루트부(111)를 블레이드 접속부(123)에 인접하게 이송한다(S130).
그러나, 도 19에서 도시한 바와 같이, 블레이드 루트부(111)의 복수의 볼트(160)와 블레이드 접속부(123)의 복수의 볼트홀(165)이 얼라인되지 않았다고 판단된 경우에는, 획득한 영상을 통해 블레이드(110)의 회동량을 산출한 후, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드(110)를 회동시키고, 영상획득부(311)로 복수의 볼트(160)와 복수의 볼트홀(165)에 대한 영상을 다시 획득한다(S121).
그리고, 블레이드 루트부(111)를 블레이드 접속부(123)에 인접하게 이송한 경우에, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리가 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리와 일치하는지 여부를 판단한다(S140).
이는 영상획득부(311)에 의해 획득된 영상 또는 얼라인 모니터링 유닛(350)을 이용하여 확인가능하다.
그리고, 도 21에서 도시한 바와 같이, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리가 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리와 일치하는 경우에는, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드 루트부(111)를 블레이드 접속부(123)에 삽입 설치한다(S150).
그러나, 도 20에서 도시한 바와 같이, 블레이드 루트부(111)의 단면부 테두리와 블레이드 접속부(123)의 단면부 테두리가 일치하지 않는 경우에는, 블레이드 자세 조절유닛(230)을 이용하여 블레이드 루트부(111)를 블레이드 접속부(123)에 인접하게 이송한다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 블레이드 111: 블레이드 루트부
113: 블레이드 팁부 120: 로터
121: 허브 123: 블레이드 접속부
130: 나셀커버 140: 타워
150: 링 플랜지 200: 타워/블레이드 연결 어셈블리
210: 타워 그립퍼 220: 블레이드 그립퍼
230: 블레이드 자세 조절유닛 240: 블레이드 그립퍼 연결모듈
241: 블레이드 그립퍼 연결부 243: 블레이드 선형운동부
244: 가이드레일 245: 구동체
246: 구동체 지지부재 250: 블레이드 자세 조절부
251: 회동 지지부재 253: 구동부
255: 구동부 지지부재 260: 접철식 연결모듈
261: 제1 연결부 262: 제2 연결부
263: 복수의 링크부재 264: 직선형 링크부재
265, 266: 절곡형 링크부재 267: 엑츄에이터
268: 메인실린더 269: 서브실린더
270: 간격 유지모듈 271: 타워 결속부
273: 블레이드 결속부 275: 연결부재
300: 허브/블레이드 얼라인 감지유닛 310: 얼라인 검출유닛
311: 영상획득부 313: 상대 위치관계 산출부
315: 블레이드 자세 제어부 317: 특징점 추출부
350: 얼라인 모니터링 유닛 351: 빔 조사부
353: 빔 수신부 355: 디스플레이부

Claims (15)

  1. 타워와 적어도 하나 이상의 블레이드를 각각 그립핑한 상태에서, 허브에 상기 블레이드를 설치하기 위하여 상기 허브에 대한 상기 블레이드의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절유닛을 구비한 타워/블레이드 연결 어셈블리; 및
    상기 블레이드가 상기 허브에 접근하는 상태에서, 상기 블레이드의 루트부와 상기 블레이드 루트부가 삽입되는 상기 허브의 블레이드 접속부의 중첩된 영상으로부터 각각의 테두리를 추출하고 비교하여 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부 간의 상호 얼라인 여부를 검출하는 얼라인 검출유닛을 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 얼라인 검출유닛은,
    상기 블레이드 접속부 측에 마련되고, 상기 블레이드 루트부의 단면부와 상기 블레이드 접속부의 단면부가 중첩된 영상을 획득하는 영상획득부;
    상기 중첩된 영상으로부터 추출된상기 블레이드 루트부 및 상기 블레이드 접속부의 특징점들을 이용하여 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 상기 블레이드 접속부의 단면부 테두리를 산출하고, 각각의 테두리에 대한 곡률을 계산하여, 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 상기 블레이드 접속부의 단면부 테두리의 중심위치가 일치하는지 여부 및 원형인지 여부를 판단하여 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부간의 상대 위치관계를 산출하는 상대 위치관계 산출부; 및
    상기 상대 위치관계 산출부에서 획득한 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부 간의 상대 위치를 이용하여, 상기 블레이드 루트부와 상기 블레이드 접속부가 얼라인되도록 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하는 블레이드 자세 제어부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 얼라인 검출유닛은,
    상기 블레이드 루트부의 단면부 및 상기 블레이드 접속부의 단면부 영상에서 각각 복수의 특징점을 추출하는 특징점 추출부를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타워/블레이드 연결 어셈블리는,
    타워를 그립핑하는 타워 그립퍼; 및
    블레이드를 그립핑하는 블레이드 그립퍼를 더 포함하며,
    상기 블레이드 자세 조절유닛은, 상기 타워 그립퍼와 적어도 하나 이상의 상기 블레이드 그립퍼를 상호 연결하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 블레이드 자세 조절유닛은,
    상기 블레이드 그립퍼에 연결되고, 상기 블레이드 그립퍼를 상기 타워의 높이방향으로 승강시키는 블레이드 그립퍼 연결모듈; 및
    상기 블레이드 그립퍼 연결모듈과 상기 타워 그립퍼 사이에 배치되고, 상기 타워에 대해 상기 블레이드를 상대 회동시켜 상기 허브에 대한 상기 블레이드의 자세를 조절하는 블레이드 자세 조절부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 블레이드 그립퍼 연결모듈은,
    상기 블레이드 그립퍼에 연결되는 블레이드 그립퍼 연결부; 및
    상기 블레이드 그립퍼 연결부에 연결되고, 상기 블레이드 그립퍼 연결부를 상기 타워의 높이방향으로 승강시켜 상기 타워의 높이방향으로 상기 블레이드를 선형 왕복운동 가능하게 하는 블레이드 선형운동부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 블레이드 자세 조절부는,
    상기 블레이드 그립퍼 연결모듈이 자유 회동가능하게 지지하는 회동 지지부재;
    상기 블레이드 그립퍼 연결모듈에 연결되고, 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈이 상기 회동 지지부재를 중심으로 회동되게 하는 구동력을 제공하는 구동부; 및
    상기 구동부를 지지하는 구동부 지지부재를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회동 지지부재는, 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈을 회동가능하게 지지하는 유니버셜 조인트이며,
    상기 구동부는, 상기 회동 지지부재를 중심으로 직교되는 위치에 쌍을 이루어 이격되게 배치되는 복수의 엑츄에이터를 포함하며,
    상기 한 쌍의 엑츄에이터는 상기 블레이드 그립퍼 연결모듈에 연결되는 상부 간격이 하부 간격보다 더 큰 것인 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 블레이드 자세 조절유닛은,
    일단부가 상기 타워 그립퍼에 연결되고 타단부가 상기 블레이드 자세 조절부에 연결되고, 상기 타워에 대한 상기 블레이드의 간격을 조절하기 위해 접철 가능하게 연결된 접철식 연결모듈을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접철식 연결모듈은,
    상기 타워 그립퍼에 연결되는 제1 연결부;
    상기 블레이드 자세 조절부에 연결되는 제2 연결부; 및
    상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부를 링크 타입으로 연결하는 복수의 링크부재를 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 타워/블레이드 연결 어셈블리는,
    상기 블레이드 자세 조절유닛으로부터 이격되고, 상기 타워와 상기 블레이드 사이의 간격을 일정하게 유지하여 상기 타워와 상기 블레이드가 상호 충돌되는 것을 방지하도록 상기 타워와 상기 블레이드에 각각 착탈가능하게 연결되는 간격 유지모듈을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드 설치장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 풍력발전기용 블레이드 설치장치를 이용하여 풍력발전기 블레이드를 설치하는 방법에 있어서,
    상기 블레이드의 루트부가 삽입되는 블레이드 접속부 측에 마련된 영상획득부를 이용하여 상기 블레이드 루트부의 단면부와 상기 블레이드 접속부의 단면부의 중첩된 영상을 획득하는 단계;
    상기 중첩된 영상으로부터 블레이드 루트부 및 블레이드 접속부의 복수개의 특징점을 추출하는 단계;
    상기 추출된 특징점들로부터 상기 블레이드 루트부의 단면부 및 블레이드 접속부의 단면부의 테두리들을 산출하는 단계;
    상기 산출된 테두리들의 곡률 및 중심위치를 산출하는 단계;
    상기 산출된 곡률 및 중심위치를 이용하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부에 얼라인하는 단계를 포함하는 풍력발전기 블레이드 설치 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 얼라인하는 단계는,
    상기 산출된 테두리들의 곡률을 이용하여, 상기 블레이드 루트부의 테두리가 원형이 되도록 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부에 얼라인하는 단계를 포함하는 풍력발전기 블레이드 설치 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 얼라인하는 단계는,
    상기 산출된 테두리들의 중심위치가 일치하도록 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부에 얼라인하는 단계를 포함하는 풍력발전기 블레이드 설치 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 얼라인하는 단계는,
    상기 블레이드 루트부의 단면부 테두리가 상기 블레이드 접속부의 단면부 테두리의 내부에 위치하는 경우, 상기 블레이드 자세 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드 루트부를 상기 블레이드 접속부 방향으로 이송하는 단계를 포함하는 풍력발전기 블레이드 설치 방법.
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