KR20140021732A - 풍력발전기 및 이를 유지 보수하는 방법 - Google Patents

Abstract

풍력발전기 및 이를 유지 보수하는 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기는 허브; 허브에 회전 가능하게 결합된 블레이드; 및 블레이드의 루트 영역의 외측면에 마련되고, 작업자가 탑승 가능한 플랫폼을 포함한다.

Description

풍력발전기 및 이를 유지 보수하는 방법{Wind power generator and method of maintaining the same}

본 발명은 풍력발전기 및 이를 유지 보수하는 방법에 관한 것이다.

최근 들어 지구 온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력발전은 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 각광 받고 있다.

풍력 발전기는 바람의 운동 에너지를 블레이드가 결합된 허브의 회전 에너지로 변환시키고, 이 회전 에너지를 다시 전기 에너지로 변환시킨다.

이러한 풍력 발전기를 원활하게 작동시키기 위해 유지 보수가 필요하다. 종래 블레이드와 허브의 연결 구조 중 외부에서 검사 및 처리 가능한 부분에 대한 유지 보수 작업은 작업자가 곡면 형상을 갖는 허브의 외측면을 따라 이동하면서 진행되었다.

그러나 이와 같이 작업자가 허브의 외측면을 따라 이동하며 작업하는 경우, 추락의 위험이 있어 안전하지 못하다.

본 발명의 실시예는, 안전하게 허브와 블레이드의 연결 구조에 대한 유지 보수가 가능한 풍력발전기 및 유지 보수 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 허브; 상기 허브에 회전 가능하게 결합된 블레이드; 및 상기 블레이드의 루트 영역의 외측면에 마련되고, 작업자가 탑승 가능한 플랫폼을 포함하는, 풍력발전기가 제공될 수 있다.

이때, 상기 플랫폼은 상기 루트 영역의 원주 방향으로 전체적으로 연장되거나, 부분적으로 연장될 수 있다.

이때, 상기 허브에는 작업자가 출입 가능한 개구부가 형성되고, 상기 플랫폼은 작업자가 상기 개구부를 출입하기 위한 통로를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 허브 및 상기 허브에 결합된 블레이드를 포함하는 풍력발전기를 유지 보수하는 방법으로서, 상기 블레이드의 루트 영역의 외측면에 플랫폼을 마련하는 단계; 상기 블레이드의 팁이 아래를 향하도록 상기 블레이드의 위치를 조정하는 단계; 및 상기 플랫폼에 작업자를 탑승시키는 단계를 포함하는, 풍력발전기 유지 보수 방법이 제공될 수 있다.

이때, 상기 플랫폼에 작업자를 탑승시킨 후, 상기 블레이드를 상기 허브에 대해 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 블레이드의 루트 영역의 외측면에 작업자가 탑승 가능한 플랫폼을 마련함으로써 블레이드와 허브의 연결 구조에 대한 유지 보수 작업이 안전하게 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 측면에서 바라본 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 일부를 전방에서 바라본 도면이고,
도 3은 도 2의 A-A 단면을 나타내는 도면이고,
도 4는 도 3의 B-B 단면을 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기의 일부를 전방에서 바라본 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 측면에서 바라본 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기(1)는 허브(10)와 블레이드(30)와 플랫폼(50)을 포함한다.

허브(10)에는 블레이드(30)가 결합된다. 블레이드(30)는 복수일 수 있고, 복수의 블레이드(30)는 허브(10)에 방사상으로 결합될 수 있다. 블레이드(30)로 바람이 불어오면 블레이드(30)에 발생된 양력에 의해 블레이드(30) 및 허브(10)가 회전할 수 있다.

허브(10)는 나셀(41)에 회전 가능하게 결합된다. 허브(10)에는 나셀(41)에서전방으로 돌출된 메인 샤프트(43)가 결합되고, 블레이드(30) 및 허브(10)의 회전 에너지는 메인 샤프트(43)를 통해 나셀(41)에 포함된 발전기(미도시)로 전달된다.

발전기로 전달된 회전 에너지는 전기 에너지로 변환된다. 나셀(41)은 타워(46)에 의해 지지된다. 나셀(41)과 타워(46) 사이에 요 베어링(미도시)이 개재될 수 있고, 이 경우 나셀(41)은 타워(46)에 대해 회전할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 일부를 전방에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A 단면을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 B-B 단면을 나타내는 도면이다. 도 2 내지 4를 참조하면, 플랫폼(50)은 블레이드(30)의 루트 영역(33)의 외측면에 마련된다. 여기서 블레이드(30)의 루트 영역(33)은 블레이드(30) 중 블레이드(30)의 루트에 인접한 영역으로 중공형 원통 형상을 가질 수 있다.

플랫폼(50)은 블레이드(30)를 제작할 때 블레이드(30)와 일체로 제작되거나, 별개로 제작되어 블레이드(30)에 부착되는 방식으로 형성될 수 있다.

플랫폼(50)에는 작업자(W)가 탑승할 수 있다. 복수의 블레이드(30) 각각에는 플랫폼(50)이 형성될 수 있는데, 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 복수의 블레이드(30) 중 팁(tip)이 아래를 향한 상태로 정지한 블레이드(30)에 마련된 플랫폼(50)에 작업자(W)가 탑승할 수 있다.

플랫폼(50)은 작업자(W)가 탑승 가능한 구조를 가진다.

예컨대, 플랫폼(50)은 도 3에 도시된 바와 같이 작업자(W)를 지지하는 바닥부(51)를 포함할 수 있다. 바닥부(51)는 블레이드(30)의 외측면에서 외측으로 연장된 중공형 디스크 형상을 가질 수 있다. 바닥부(51)는 배수를 위해 배수구(미도시)를 구비하거나 메시(mesh) 구조(미도시)로 제작될 수 있다.

바닥부(51)의 외측단부에는 허브(10) 측으로 연장된 연장부(53)가 형성될 수 있다. 연장부(53)는 작업자(W)가 바닥부(51)에서 외측으로 떨어지는 것을 방지한다.

연장부(53)의 허브(10) 측 단부에는 가드 레일(55)이 형성될 수 있다. 가드 레일(55)은 바닥부(51) 상에서 작업하거나 이동하는 작업자(W)가 외측으로 떨어지는 것을 방지한다.

플랫폼(50)에 탑승한 작업자(W)는 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조 중 외부에서 육안으로 검사하고 처리 가능한 부분에 대한 안전하고 효과적인 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

도 3을 참조하여 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조를 살펴보면, 허브(10)와 블레이드(30)는 피치 베어링(20)에 의해 상호 연결된다.

피치 베어링(20)은 내륜(21), 외륜(23) 및 볼(25)을 포함하여 구성될 수 있다. 내륜(21)과 외륜(23)은 내륜(21) 및 외륜(23) 사이에 개재되는 볼(25)에 의해 상대 회전 할 수 있다.

내륜(21)은 블레이드(30)의 루트와 결합될 수 있고, 외륜(23)은 허브(10)와 결합될 수 있다. 이 경우, 내륜(21) 및 외륜(23)은 스터드 볼트(26a, 26b) 및 너트(27a, 27b)와 같은 체결 부재들에 의해 각각 블레이드(30)의 루트 및 허브(10)에 결합될 수 있다.

내륜(21)과 외륜(23) 사이에 윤활유가 제공될 수 있다. 이 경우, 볼(25)이 내륜(21) 및 외륜(23) 사이에서 효과적으로 구름 운동할 수 있고, 내륜(21) 및 외륜(23)의 상대 회전이 원활해진다.

이와 같이 구성된 피치 베어링(20)에 의해 블레이드(30)는 허브(10)에 대해 회전할 수 있고, 블레이드(30)의 피치각 조절이 가능하다.

허브(10) 및 블레이드(30)의 연결 구조는 도 3에 도시된 바와 같이 피치 베어링(20)의 외륜(23)과 허브(10)를 결합시키는 체결 부재들, 예컨대 스터드 볼트(26b)의 헤드 및 너트(27b)가 외부로 노출되는 형태를 가진다.

따라서 스터드 볼트(26b)의 헤드 및 너트(27b)가 상호 유효하게 결합되어 있는지 여부를 외부에서 작업자(W)가 육안으로 검사 할 수 있다. 검사 결과, 예를 들어 스터드 볼트(26b)에서 너트(27b)가 풀린 경우, 작업자(W)는 너트(27b)를 스터드 볼트(26b)에 단단히 조일 수 있다.

또한 내륜(21) 및 외륜(23)의 사이에 제공된 윤활유가 누출되었는지 여부도 외부에서 작업자(W)가 육안으로 검사할 수 있다. 검사 결과, 예를 들어 내륜(21) 및 외륜(23) 사이에 윤활유가 부족한 경우, 작업자(W)는 윤활유를 보충할 수 있다.

이와 같이 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조를 외부에서 육안으로 검사하는 작업과, 검사 결과에 기초한 유지 보수 작업은 플랫폼(50)에 탑승한 작업자(W)에 의해 수행된다. 이 경우, 작업자(W)는 플랫폼(50)에 탑승한 상태에서 안전하고 효과적인 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 플랫폼(50)은 블레이드(30)의 루트 영역(33)의 원주 방향으로 전체적으로 연장되어 형성될 수 있다.

이 경우, 작업자(W)는 걸어서 블레이드(30)를 중심으로 360도 회전 이동할 수 있다. 따라서 작업자(W)는 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조에 대해 전체적으로 검사하고 이를 기초로 안전하고 효과적인 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

또한 작업자(W)가 플랫폼(50)에 탑승한 상태에서 블레이드(30)를 허브(10)에 대해 회전시킬 수 있다. 이 경우, 작업자(W)는 플랫폼(50)에서 이동하지 않고도 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조를 편하게 검사하고, 이를 기초로 안전하고 효과적인 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 허브(10)의 전단면에 작업자(W)가 출입 가능한 개구부(13)가 형성될 수 있다. 작업자(W)는 개구부(13)를 통해 허브(10) 내부로 들어간 후 별도의 작업을 수행할 수 있다. 이때, 플랫폼(50)은 작업자(W)가 허브(10)의 개구부(13)를 출입하기 위한 통로로 사용될 수 있다.

한편, 작업자(W)가 출입하기 위한 개구부(13)는 도 2와 달리 예를 들어 허브(10)의 후방측부 등에 형성될 수 있다. 이 경우에도 플랫폼(50)은 작업자(W)가 개구부(13)를 출입하기 위한 통로로 사용될 수 있음은 물론이다.

한편, 플랫폼(50)은 도 3과 달리 블레이드(30) 팁이 위를 향하고 있을 때 블레이드(30)의 팁에서 루트로 흘러 내리는 빗물 또는 얼음이 피치 베어링(20) 측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기의 일부를 전방에서 바라본 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기(2)는 허브(10)와 블레이드(30)와 플랫폼(50')을 포함하여 구성된다.

본 실시예에 따른 풍력발전기(2)는 플랫폼(50')의 형상 등에서 앞선 실시예에 따른 풍력발전기(1)와 차이가 있다. 이하, 본 실시예에 따른 풍력발전기(2)를 설명함에 있어서 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 내용에 대한 설명은 앞선 실시예의 설명으로 대신한다.

플랫폼(50')은 루트 영역(33)의 원주 방향으로 부분적으로 연장되어 형성된다. 플랫폼(50')에 작업자(W)가 탑승하면, 블레이드(30)가 허브(10)에 대해 회전할 수 있다. 작업자(W)는 플랫폼(50')에 탑승한 상태에서 자동으로 360도 회전하면서 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조를 전체적으로 검사하고, 이를 기초로 유지 보수할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 유지 보수하는 방법을 설명한다. 여기서 본 실시예에 따른 방법을 설명함에 있어서, 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 풍력발전기(1, 2)를 적용하여 설명하지만 이에 국한되지 않는다.

도 2를 참조하면, 블레이드(30)의 루트 영역(33)의 외측면에 플랫폼(50)을 마련한다. 플랫폼(50)은 블레이드(30)와 일체로 제작되거나 블레이드(30)와 별개로 제작되어 블레이드(30)에 부착될 수 있다.

이후, 작업자(W)가 탑승할 플랫폼(50)이 형성된 블레이드(30)를 팁이 아래를 향하도록 위치 조정한다. 이때, 블레이드(30)의 위치 조정은 나셀(41)(도 1 참조)에 포함된 발전기(미도시)를 모터로 사용하는 방식 또는 블레이드(30)에 로프를 연결하고 로프를 잡아 당기는 방식으로 이루어질 수 있다.

이후, 작업자(W)를 플랫폼(50)에 탑승시킨다. 작업자(W)를 플랫폼(50)에 탑승시키기 위해 크레인 등이 사용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 플랫폼(50)이 블레이드(30)의 루트 영역(33)의 원주 방향으로 전체적으로 연장된 경우, 작업자(W)는 블레이드(30)의 플랫폼(50)에 탑승한 후, 플랫폼(50)을 따라 이동하면서 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조 중 외부에서 식별 가능한 사항을 검사하고, 이를 기초로 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

또한 작업자(W)가 플랫폼(50)에 탑승한 후, 블레이드(30)를 허브(10)에 대해 회전시킬 수 있다. 이 경우, 작업자(W)는 플랫폼(50) 상에 정지한 상태로 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조를 편하게 검사하고, 이를 기초로 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 플랫폼(50')이 블레이드(30)의 루트 영역(33)의 원주 방향으로 부분적으로 연장되는 경우, 작업자(W)가 플랫폼(50')에 탑승한 후, 블레이드(30)를 허브(10)에 대해 회전시키면, 작업자(W)는 허브(10)와 블레이드(30)의 연결 구조 중 외부에서 식별 가능한 사항을 검사하고, 이를 기초로 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 허브 13 : 개구부
30 : 블레이드 41 : 나셀
43 : 메인 샤프트 46 : 타워
50 : 플랫폼 51 : 바닥부
53 : 연장부 55 : 가드 레일

Claims (6)

1. 허브;
   상기 허브에 회전 가능하게 결합된 블레이드; 및
   상기 블레이드의 루트 영역의 외측면에 마련되고, 작업자가 탑승 가능한 플랫폼을 포함하는, 풍력발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플랫폼은 상기 루트 영역의 원주 방향으로 전체적으로 연장되는, 풍력발전기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 플랫폼은 상기 루트 영역의 원주 방향으로 부분적으로 연장되는, 풍력발전기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 허브에는 작업자가 출입 가능한 개구부가 형성되고,
   상기 각 플랫폼은 작업자가 상기 개구부를 출입하기 위한 통로를 제공하는, 풍력발전기.
5. 허브 및 상기 허브에 결합된 블레이드를 포함하는 풍력발전기를 유지 보수하는 방법에 있어서,
   상기 블레이드의 루트 영역의 외측면에 플랫폼을 마련하는 단계;
   상기 블레이드의 팁이 아래를 향하도록 상기 블레이드의 위치를 조정하는 단계; 및
   상기 플랫폼에 작업자를 탑승시키는 단계를 포함하는, 풍력발전기 유지 보수 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 플랫폼에 작업자를 탑승시킨 후, 상기 블레이드를 상기 허브에 대해 회전시키는 단계를 더 포함하는, 풍력발전기 유지 보수 방법.

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