KR20140014898A

KR20140014898A - 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템

Info

Publication number: KR20140014898A
Application number: KR1020120082146A
Authority: KR
Inventors: 김현태
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06

Abstract

본 발명은, 풍력발전기 블레이드에 부착되는 스트레인게이지; 상기 스트레인게이지와 전기적으로 연결되고, 상기 스트레인게이지의 변형을 감지하는 감지장치; 및 상기 감지장치와 전기적으로 연결되어 상기 스트레인게이지의 변형에 관한 정보를 전달받고, 상기 스트레인게이지의 변형량이 소정의 범위를 벗어나면 풍력발전기의 가동을 제한하거나 정지하는 메인제어장치; 를 포함하는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 풍력발전기의 블레이드에 부착되는 스트레인게이지의 변형을 측정하여 블레이드에 발생하는 결빙의 크기, 하중 등에 관한 정보를 알 수 있고, 이에 따라 상기 풍력발전기의 가동을 제한하거나 정지함으로써 아이스 트로우를 예방하는 효과가 있다.

Description

풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템{Ice detecting system of windmill blade}

본 발명은 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결빙이 발생하는 저온환경서 운용되는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 도 1에 도시된 바와 같이, 바람에 의해 회전하는 블레이드(10), 상기 블레이드(10)가 고정되어 회전중심축이 되는 샤프트(20), 상기 샤프트(20)의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전기가 마련되는 나셀(30) 및 상기 나셀(30)을 지지하는 타워(40)를 포함하여 구성된다.

상기 풍력발전기는 고온건조한 사막, 결빙이 발생하는 지역 등 다양한 환경조건에서 운용된다.

특히, 상기 풍력발전기가 결빙이 발생하는 지역에 설치 및 운용되는 경우 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(10) 표면에 결빙(1)이 발생한다.

상기 블레이드(10) 표면에 발생한 상기 결빙(1)은 영하의 기온이 지속되는 경우 계속 성장하게 되고, 상기 결빙(1)이 성장하여 큰 하중을 가지거나 기온이 영상으로 상승하는 경우 상기 블레이드(10) 표면에서 이탈하게 된다.

상기 블레이드(10)가 회전하는 상태에서 상기 결빙(1)이 상기 블레이드(10) 표면에서 이탈하게 되는 경우 상기 결빙(1)은 상기 블레이드(10)로부터 상당한 거리까지 투척되는 아이스 드로우(ice throw)가 발생한다.

상기 결빙(1)은 상당한 하중을 가지기 때문에 아이스 드로우가 발생하면 상기 풍력발전기 인근의 건물을 파괴하거나, 그 주위를 통행하는 차량 또는 보행자와 충돌하여 안전사고가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전기의 블레이드의 결빙의 정도를 측정하고, 이를 이용하여 아이스 드로우에 의한 건물의 파괴, 안전사고를 예방하는 수단을 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 풍력발전기 블레이드에 부착되는 스트레인게이지; 상기 스트레인게이지와 전기적으로 연결되고, 상기 스트레인게이지의 변형을 감지하는 감지장치; 및 상기 감지장치와 전기적으로 연결되어 상기 스트레인게이지의 변형에 관한 정보를 전달받고, 상기 스트레인게이지의 변형량이 소정의 범위를 벗어나면 풍력발전기의 가동을 제한하거나 정지하는 메인제어장치; 를 포함하는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템을 제공한다.

또한, 상기 스트레인게이지는, 상기 블레이드의 중심에 설치되는 것일 수도 있다.

또한, 상기 스트레인게이지는, 상기 블레이드의 가장자리에 설치되는 것일 수도 있다.

또한, 상기 스트레인게이지는, 상기 블레이드의 길이방향을 따라 일정간격으로 다수개 설치되는 것일 수도 있다.

본 발명에 따르면, 풍력발전기의 블레이드에 부착되는 스트레인게이지의 변형을 측정하여 블레이드에 발생하는 결빙의 크기, 하중 등에 관한 정보를 알 수 있고, 이에 따라 상기 풍력발전기의 가동을 제한하거나 정지함으로써 아이스 트로우를 예방하는 효과가 있다.

따라서, 아이스 드로우로 인한 풍력발전기의 인근지역 건물의 파괴, 그 주위를 통행하는 차량 또는 보행자의 안전사고를 예방하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 풍력발전기를 나타낸 개략도,
도 2는 풍력발전기의 블레이드에 발생하는 결빙을 나타낸 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템의 구성을 나타낸 개략도,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템에 사용되는 스트레인게이지의 부착위치 및 부착형태를 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 스트레인게이지(100), 감지장치(200) 및 메인제어장치(300)를 포함한다.

상기 스트레인게이지(100)는 풍력발전기의 블레이드(10, 도 1 참조)에 다수개 부착되고 상기 블레이드가 신장되거나 압축되는 경우 변형을 일으킨다.

상기 블레이드는 일반적으로 2~3개 정도로 구성되는데 상기 블레이드의 표면에 결빙이 발생한 경우, 상기 다수개의 블레이드의 회전시 샤프트(20, 도 1 참조) 상측에 위치하게 되는 블레이드는 결빙의 하중에 의해 그 길이방향으로 압축이 발생하고, 상기 샤프트의 하측에 위치하게 되는 블레이드는 결빙의 하중에 의해 신장이 발생한다.

이에 따라 상기 블레이드에 부착되는 상기 스트레인게이지(100)는 상기 블레이드의 압축 또는 신장에 따라 함께 압축 또는 신장하게 된다.

상기 감지장치(200)는 상기 다수개의 스트레인게이지(100)와 전기적으로 연결되고, 결빙상태의 상기 블레이드가 회전하는 경우 상기 스트레인게이지(100)가 압축 또는 신장되는 변형량을 감지하여 이를 전기적 신호로 바꾸어 상기 메인제어장치(300)로 전달하는 역할을 한다.

상기 메인제어장치(300)는 상기 감지장치(200)와 전기적으로 연결되고, 상기 감지장치(200)로부터 상기 스트레인게이지(100)의 변형량에 대한 정보를 전달받으며, 상기 풍력발전기의 운전 전체를 제어하는 역할을 한다.

이때, 상기 메인제어장치(300)는 상기 스트레인게이지(100)의 변형량과 결빙의 하중, 크기 등과의 관계에 다한 정보를 가지고 있고, 이에 따라 상기 스트레인 게이지의 한계변형량이 미리 설정되어 있다.

따라서, 상기 메인제어장치(300)는 상기 스트레인게이지(100)의 압축 또는 신장에 의한 변형량이 미리 설정된 한계변형량을 벗어나면, 아이스 드로우의 방지를 위해 상기 블레이드의 회전속도를 감속하는 등의 제한운전을 하게 된다.

또한, 상기 스트레인게이지(100)의 변형량이 한계변형량을 훨씬 벗어나게 되면 아이스 드로우 발생이 크게 우려되므로 상기 블레이드의 회전을 정지하게 된다. 이러한 블레이드 회전 정지를 위한 상기 스트레인게이지(100)의 한계변형량은 상기 블레이드 회전속도의 감속을 위한 한계변형량과 별도로 설정될 수 있다.

상기 스트레인게이지(100)의 부착위치 및 부착형태는 도 4 내지 도 6을 이용하여 설명한다.

상기 스트레인게이지(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 샤프트(20)에 가까운 상기 블레이드(10) 중심 부위에 설치되고, 2~3개로 이루어진 블레이드(10) 각각에 설치될 수 있다.

또한, 상기 스트레인게이지(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(20)에서 먼 상기 블레이드(10)의 가장자리 부위에 설치되고, 2~3개로 이루어진 블레이드(10) 각각에 설치될 수 있다.

또한, 결빙에 대한 정밀한 정보를 얻기 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(10)의 길이방향을 따라 일정간격으로 다수개 설치될 수도 있다. 이 경우에도 2~3개로 이루어진 블레이드(10) 각각에 설치될 수 있다.

도 4 내지 도 6에 도시된 상기 스트레인게이지(100)의 부착위치 및 부착형태는 상기 블레이드(10)의 길이방향을 기준으로 설명한 것이고, 그 폭방향의 부착위치 및 부착형태는 상기 블레이드(10)의 형상, 개수 등을 고려하여 바람직하게 선택할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 블레이드
20: 샤프트
30: 나셀
40: 타워
100: 스트레인게이지
200: 감지장치
300: 메인제어장치

Claims

풍력발전기 블레이드에 부착되는 스트레인게이지;
상기 스트레인게이지와 전기적으로 연결되고, 상기 스트레인게이지의 변형을 감지하는 감지장치; 및
상기 감지장치와 전기적으로 연결되어 상기 스트레인게이지의 변형에 관한 정보를 전달받고, 상기 스트레인게이지의 변형량이 소정의 범위를 벗어나면 풍력발전기의 가동을 제한하거나 정지하는 메인제어장치; 를 포함하는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 스트레인게이지는,
상기 블레이드의 중심에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 스트레인게이지는,
상기 블레이드의 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 스트레인게이지는,
상기 블레이드의 길이방향을 따라 일정간격으로 다수개 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 블레이드의 결빙 감지 시스템.