KR20140003596U - 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드 - Google Patents

쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드 Download PDF

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Abstract

본 고안은 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 블레이드의 내부에서 크랙이 발생할 가능성이 있는 부위에 설계 여유 이상의 보강 적층을 함으로써 블레이드에 대한 구조적 안전성을 향상시키도록 하고, 이로 인해 블레이드가 우수한 내구성을 가지도록 하는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.
본 고안에 따른 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드는 블레이드 셀의 내측면에 마련되는 접착제; 상기 접착제에 설치되는 쉐어 웨브; 상기 쉐어 웨브와 상기 접착제에 부착되는 본딩 립; 및 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 부착되는 보강 적층재를 포함한다.

Description

쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드{SHEAR WEB JOINT REINFORCED BLADE FOR WIND POWER GENERATOR}
본 고안은 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 블레이드에 대한 구조적 안전성과 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성된 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.
전 세계적으로 화석 에너지에 대한 고갈과 환경 오염 문제의 심각성이 부각되면서, 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 풍력 발전이 경쟁력이 큰 대안책으로 제시되고 있다. 이러한 풍력 발전은 급성장하는 에너지 공급원으로서, 화석 기반의 에너지 공급원에 비하여 청정하면서 재생 가능하며, 생태학적으로 자연 친화적인 에너지를 제공한다.
풍력 발전을 위한 풍력 발전기는 블레이드의 회전으로부터 전력을 생산하는 발전기와, 발전기로부터 생산된 전력을 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하는 전력변환기를 가진다. 따라서 블레이드를 이용하여 풍력 에너지를 회전 에너지와 같은 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지를 이용하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력변환기에 의하여 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환한다.
풍력 발전기는 전력 생산에서 차지하는 비중이 커짐에 따라 더 큰 발전용량이 요구되고 있으며, 설치 지역이 풍력 에너지가 지속적으로 공급됨과 동시에, 환경적 제약이 적은 해상으로 옮겨지면서, 발전 용량에 큰 역할을 차지하는 블레이드의 크기도 함께 커지고 있다. 이와 같이 풍력 발전기에서 가장 중요한 부분은 블레이드라고 할 수 있는데, 블레이드는 그 성능이 발전 용량을 크게 좌우할 뿐만 아니라, 전체 시스템에서 많은 비용을 차지한다.
종래의 풍력 발전기용 블레이드를 첨부된 도면을 참조하면 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 발전기용 블레이드를 도시한 횡단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 풍력 발전기용 블레이드(10)는 상부 셀(11a)과 하부 셀(11b)을 접착물질로 접합시킴으로써 블레이드 셀(11)을 이루게 되고, 블레이드 셀(11)의 내측에 내부 보강을 위하여 쉐어 웨브(shear web; 12)가 수직을 이루도록 설치된다.
쉐어 웨브(12)는 블레이드 셀(11)의 양측면을 가로지르도록 설치됨으로써 블레이드 셀(11)이 비틀림에 저항하도록 한다.
그러나, 종래의 풍력 발전기용 블레이드(10)는 블레이드 셀(11)의 내측과 쉐어 웨브(12)의 접합을 위한 접합부재가 제작 과정을 거치면서, 충분한 설계 강도를 만족시키지 못하여, 접합부재 등에 크랙(crack)이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.
이와 같은 블레이드(10) 내부의 크랙은 블레이드(10)의 내구성을 현저하게 저하시키게 되고, 풍력 발전기의 큰 결함에 해당하여 풍력 발전기의 유지 및 관리 비용 증가와 가동 효율 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.
본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 블레이드의 내부에서 크랙이 발생할 가능성이 있는 부위에 설계 여유 이상의 보강 적층을 함으로써 블레이드에 대한 구조적 안전성을 향상시키도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기용 블레이드에 있어서, 블레이드 셀의 내측면에 마련되는 접착제; 상기 접착제에 설치되는 쉐어 웨브; 상기 쉐어 웨브와 상기 접착제에 부착되는 본딩 립; 및 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 부착되는 보강 적층재를 포함하는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드가 제공된다.
상기 본딩 립은 상기 접착제 상에 수직되게 세워진 상기 쉐어 웨브의 일면으로부터 벤딩에 의해 상기 쉐어 웨브의 하단을 지나서 상기 접착제에 부착되는 제 1 립; 및 상기 쉐어 웨브의 다른 일면으로부터 벤딩에 의해 상기 제 1 립에 부착되고, 상기 제 1 립에 부착되는 측의 가장자리에 상기 보강 적층재가 부착되는 제 2 립을 포함할 수 있다.
상기 보강 적층재는 상기 쉐어 웨브의 길이방향을 따라 배치되고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 밀착되도록 벤딩부가 형성될 수 있다.
상기 보강 적층재는 유리 섬유로 이루어지고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 접착물질로 부착될 수 있다.
상기 보강 적층재는 몰드에 의해 미리 제작되는 성형물로 이루어지고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 접착물질로 부착될 수 있다.
본 고안의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기용 블레이드에 있어서, 블레이드 셀의 내측에 설치되는 쉐어 웨브; 및 상기 쉐어 웨브를 고정시키도록 설치되는 본딩 립을 포함하고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 보강 적층재가 부착되는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드가 제공된다.
본 고안에 따르면, 블레이드의 내부에서 크랙이 발생할 가능성이 있는 부위에 설계 여유 이상의 보강 적층을 함으로써 블레이드에 대한 구조적 안전성을 향상시키도록 하고, 이로 인해 블레이드가 우수한 내구성을 가지도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 발전기용 블레이드를 도시한 횡단면도.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드를 도시한 횡단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드를 도시한 횡단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드(100)는 블레이드 셀(blade shell; 110)의 내측에 설치되는 쉐어 웨브(shear web; 130)와, 쉐어 웨브(130)를 고정시키도록 설치되는 본딩 립(bonding lib; 140)을 포함하고, 본딩 립(140)과 블레이드 셀(110)의 내측면에 보강 적층재(150)가 부착될 수 있다.
블레이드 셀(110)은 일례로 접착물질로 접합되는 상부 셀(111)과 하부 셀(112)로 이루어질 수 있고, 풍력에 의해 일방향으로 회전하기 위한 양력을 발생시키기 위하여 양측면에 가압면(pressure surface)과 부압면(suction surface)이 각각 형성될 수 있으며, 회전방향에 따라 선행하는 리딩 에지(leading edge)와 후행하는 트레일링 에지(trailing edge)가 각각 형성될 수 있다. 상부 셀(111)과 하부 셀(112)은 섬유 보강 에폭시 수지나 폴리에스테르를 비롯하여 다양한 고강도 섬유나 복합재료를 적층하여, 수지의 주입 및 경화에 의해 형성될 수 있고, 내측면에 접착제(120)가 마련될 수 있다.
접착제(120)는 블레이드 셀(110)의 내측면에 마련되고, 접착력을 가지는 재료로 이루어질 수 있으며, 일례로 블레이드 셀(110)의 내측면에 길이방향을 따라 마련될 수 있으며, 본딩 셀(140), 특히 후술하게 될 제 1 립(141)이 접착되도록 한다.
쉐어 웨브(130)는 접착제(120) 상에 수직되게 설치될 수 있고, 블레이드 셀(110)의 양측면을 가로지르도록 설치되어, 블레이드 셀(110)이 비틀림에 저항하도록 하는 보강 부재의 역할을 한다.
본딩 립(140)은 쉐어 웨브(130)와 접착제(120)에 부착됨으로써 쉐어 웨브(130)가 블레이드 셀(110) 내측에 고정되도록 하는데, 본 실시예에서처럼 접착제(120) 상에 수직되게 세워진 쉐어 웨브(130)의 일면으로부터 벤딩(bending)에 의해 쉐어 웨브(130)의 하단을 지나도록 접착제(120)에 부착되는 제 1 립(141)과, 쉐어 웨브(130)의 다른 일면으로부터 벤딩에 의해 제 1 립(141) 상에 부착되는 제 2 립(142)을 포함할 수 있다. 여기서 제 2 립(142)은 제 1 립(141)에 부착되는 측의 가장자리에 보강 적층재(150)가 부착될 수 있다. 또한 본딩 립(140)은 쉐어 웨브(130)측의 제 1 립(141)에 부착되어 벤딩(bending)에 의해 블레이드 셀(110)의 내측면에 부착되는 제 3 립(143)을 더 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 3 립(141,142,143) 각각은 벤딩이 가능하면서도 접착제(120) 상에 쉐어 웨브(130)가 설치된 상태를 유지할 수 있도록 하는 재질, 예컨대 유리 섬유나 고강도 섬유를 비롯하여 다양한 재질로 이루어질 수 있고, 에폭시 수지 계열의 접착물질로 접착 후 경화 과정을 거침으로써 접착 대상물에 부착될 수 있다.
보강 적층재(150)는 본딩 립(140)과 블레이드 셀(110)의 내측면에 적층되어 부착됨으로써, 블레이드(100) 내부에서 크랙(crack)이 발생할 가능성을 가진 부위, 예컨대 본딩 립(140)에 설계 여유 이상으로 보강될 수 있도록 한다.
보강 적층재(150)는 본 실시예에서처럼 쉐어 웨브(130)의 길이방향을 따라 배치될 수 있고, 본딩 립(140)과 블레이드 셀(110)의 내측면에 밀착되도록 벤딩부(151,152)가 형성될 수 있다. 여기서 보강 적층재(150)가 쉐어 웨브(130)의 길이방향을 따라 배치되는 것은, 쉐어 웨브(130)의 고정을 위하여 쉐어 웨브(130)의 길이방향을 따라 부착되는 본딩 립(140)에서 크랙 발생 가능성을 가진 부분을 광범위하게 보강하기 위하여, 본딩 립(140)의 장변(long edge)이 포함되는 부분을 보강 적층재(150)에 의해 보강하기 위함이다. 상기한 쉐어 웨브(130)의 길이방향은 일례로, 쉐어 웨브(130)가 블레이드 셀(110)의 전단 보강(shear reinforcement)을 위한 것임을 고려하여 블레이드 셀(110)의 길이방향일 수 있다.
벤딩부(151,152)는 보강 적층재(140)가 본딩 립(140) 및 접작체(120)의 체적으로 인해 부착위치로부터 들뜨지 않도록 하기 위하여, 본 실시예에서처럼 서로 반대되는 방향(
Figure utm00001
)으로, 예컨대 시계방향과 반시계방향(또는 반시계방향과 시계방향)으로 각각 벤딩되도록 한 쌍으로 이루어질 수 있고, 이에 한하지 않고, 본딩 립(140)과 접착제(120)의 적층 구조에 따라 발생하는 턱의 개수 및 배열에 따라 다양한 개수와 벤딩 구조를 가질 수 있다.
보강 적층재(150)는 일례로, 유리 섬유(glass fiber)로 이루어질 수 있고, 본딩 립(140)과 블레이드 셀(110)의 내측면에 접착물질, 예컨대 에폭시 수지 계열의 접착물질로 부착될 수 있다. 보강 적층재(150)는 유리 섬유뿐만 아니라, 강화 섬유(reinforcement fiber), 유리섬유 강화수지 등을 비롯하여 다양한 보강 재료가 사용될 수 있다.
보강 적층재(150)는 유리 섬유 등이 다수의 층으로 적층될 수 있고, 접착물질, 예컨대 에폭시 수지 계열의 접착물질 주입 및 경화에 의해 부착될 수 있다. 보강 적층재(150)는 일례로 본딩 립(140), 구체적으로 제 2 립(142)과 블레이드 셀(110)의 내측면에 일축(uni-directional) 섬유로 적층 뒤, 수지의 부분 주입 및 부분 경화를 통해서 형성될 수 있고, 적층되는 층수, 폭, 길이 등이 보강을 요하는 강도 설계에 따라 달리 정해질 수 있다.
보강 적층재(150)는 다른 예로서, 몰드(mold)에 의해 미리 정해진 치수대로 제작되는 성형물로 이루어질 수 있고, 일례로 수지 성형물로 이루어질 수 있으며, 본딩 립(140), 구체적으로 제 2 립(142)과 블레이드 셀(110)의 내측면에 에폭시 수지 계열의 접착물질 등으로 부착될 수 있다.
이와 같은 본 고안에 따른 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드(100)에 의하면, 본딩 립(140), 예컨대 제 2 립(142)으로부터 블레이드 셀(110)의 내측면까지 연장되도록 적층되어 부착되는 보강 적층재(150)에 의해 본딩 립(140)의 접합 부위에 대한 크랙(crack) 발생을 사전에 방지하도록 한다.
이와 같이 본딩 립(140)을 포함한 블레이드 셀(110)의 내부에서 크랙이 발생할 가능성이 있는 부위에 설계 여유 이상의 보강 적층재(150)를 적층함으로써, 블레이드(100)에 대한 구조적 안전성을 향상시키도록 하고, 블레이드(100)가 우수한 내구성을 가지도록 할 수 있다.
본 고안은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 블레이드 셀 111 : 상부 셀
112 : 하부 셀 120 : 접착제
130 : 쉐어 웨브 140 : 본딩 립
141 : 제 1 립 142 : 제 2 립
143 : 제 3 립 150 : 보강 적층재
151,152 : 벤딩부

Claims (5)

  1. 풍력 발전기용 블레이드에 있어서,
    블레이드 셀의 내측면에 마련되는 접착제;
    상기 접착제에 설치되는 쉐어 웨브;
    상기 쉐어 웨브와 상기 접착제에 부착되는 본딩 립; 및
    상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 부착되는 보강 적층재를 포함하는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 본딩 립은,
    상기 접착제 상에 수직되게 세워진 상기 쉐어 웨브의 일면으로부터 벤딩에 의해 상기 쉐어 웨브의 하단을 지나서 상기 접착제에 부착되는 제 1 립; 및
    상기 쉐어 웨브의 다른 일면으로부터 벤딩에 의해 상기 제 1 립에 부착되고, 상기 제 1 립에 부착되는 측의 가장자리에 상기 보강 적층재가 부착되는 제 2 립을 포함하는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보강 적층재는,
    상기 쉐어 웨브의 길이방향을 따라 배치되고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 밀착되도록 벤딩부가 형성되는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 적층재는,
    유리 섬유로 이루어지고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 접착물질로 부착되는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 적층재는,
    몰드에 의해 미리 제작되는 성형물로 이루어지고, 상기 본딩 립과 상기 블레이드 셀의 내측면에 접착물질로 부착되는 쉐어 웨브의 접합부가 보강된 풍력 발전기용 블레이드.
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