KR20140033547A - Windmill structure - Google Patents

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KR20140033547A
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wind
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KR1020120094375A
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김해솔
이종문
이창수
리위룽
이경우
백건
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현대중공업 주식회사
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    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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Abstract

The present invention relates to a windmill structure comprising: a blade rotated by wind; a shaft to which one end of the blade is fixed and which functions as the axis of rotation; a nacelle with a generator to generate power with the rotation of the shaft; and a tower at the bottom of the nacelle to support the nacelle. The bottom of the tower has a lattice structure. The top of the tower is cylindrical. According to the present invention, the tower of the windmill structure lightens the entire body as the top is shaped into a cylinder and the bottom has a lattice structure. Therefore, the installation efficiency of a windmill is improved as transportation and installation of the tower of the windmill is facilitated using the tower with a disassembled bottom to be assembled to the windmill on the field.

Description

풍력발전기 구조{Windmill structure}Wind generator structure

본 발명은 풍력발전기 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 경량화를 위한 풍력발전기 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator structure, and more particularly to a wind power generator structure for lightening the wind power generator.

일반적으로 풍력발전기는 다양한 형태의 블레이드를 이용하여 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 장치이다.In general, a wind power generator is a device that converts the kinetic energy of the wind into mechanical energy using various types of blades, and drives the generator to obtain electric power.

일반적으로 상기 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.In general, as shown in FIG. 1, the wind turbine includes a blade 10 that is rotated by wind, a shaft 20 that is fixed to the blade 10 to become a center of rotation, and a rotation of the shaft 20. It is configured to include a nacelle 30 is provided with a generator for producing electric power by the tower and the tower 40 for supporting the nacelle 30.

최근에는 그린에너지에 관한 관심이 증대되어, 상기 풍력발전기의 전력 생산량 증가시키는 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.Recently, interest in green energy has increased, and research and development for increasing power output of the wind turbines have been actively conducted.

이에 따라, 상기 풍력발전기는 블레이드, 기어박스, 발전기, 컨버터, 트랜스포머 등 전력 생산을 위한 구성품들을 대형화시켜 전력 생산량, 에너지 변환효율을 높이도록 하고 있으며, 이에 따라 상기 블레이드(10) 등의 구성품들을 지지하는 타워 또한 대형화되는 추세에 있다..Accordingly, the wind power generator is to increase the power production, energy conversion efficiency by increasing the size of the components for power generation, such as blades, gear boxes, generators, converters, transformers, thereby supporting the components such as the blade (10) Towers are also becoming larger.

그러나, 상기 타워는 일반적으로 원통형의 구조물로서 이를 대형화할 경우에는 타워 단면의 직경이 전체적으로 커지고 하중도 증가하게 된다.However, the tower is generally a cylindrical structure, and when it is enlarged, the diameter of the tower cross section becomes large and the load increases.

상기 타워의 대형화로 인해 상기 풍력발전기의 설치시 상기 타워의 운송에 상당한 어려움이 있다.Due to the large size of the tower there is a significant difficulty in the transportation of the tower when the wind turbine is installed.

또한, 대형화된 타워를 지반에 고정하는 작업에는 대형 크레인을 동원해야 하는 등 설치작업에 상당한 시간, 비용이 소비된다.In addition, fixing a large tower on the ground requires a large crane to be mobilized, and a considerable time and cost are required for installation work.

상술한 이유로 상기 풍력발전기가 대형화되면, 그 설치작업이 효율적으로 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다.If the wind turbine is enlarged due to the above-described reason, a problem arises in that the installation work cannot be efficiently performed.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전기의 타워를 경량화하여 대형 풍력발전기를 효율적으로 설치할 수 있도록 하는 풍력발전기의 타워 구조를 제공한다.The present invention is to solve the above-described problems, to provide a tower structure of a wind power generator to reduce the weight of the wind power generator tower to efficiently install a large wind power generator.

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.The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 바람에 의해 회전하는 블레이드; 상기 블레이드의 일단이 고정되어 회전중심축이 되는 샤프트; 상기 샤프트의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전기가 마련되는 나셀; 및 상기 나셀을 하부에서 지지하는 타워를 포함하고, 상기 타워는, 하부가 격자구조로 형성되고, 상부가 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 구조를 제공한다.The present invention to solve the above problems, the blade rotated by the wind; A shaft having one end fixed to the center of rotation; A nacelle provided with a generator for generating electric power by rotation of the shaft; And a tower for supporting the nacelle from below, wherein the tower has a lower portion formed in a lattice structure and an upper portion formed in a cylindrical shape.

또한, 상기 타워는, 상부가 상단면의 면적보다 하단면의 면적이 넓은 원통형으로 형성되는 것일 수 있다.In addition, the tower, the upper portion may be formed in a cylindrical shape having a wider area of the bottom surface than the area of the top surface.

또한, 상기 타워는, 하부가 철골 재질의 격자구조로 형성되는 것일 수 있다.In addition, the tower, the lower portion may be formed of a steel grid structure.

본 발명에 따르면, 풍력발전기 타워의 상부는 원통형으로 형성하고, 상기 타워의 하부는 격자구조를 형성함으로써 타워 전체가 경량화되는 효과가 있다.According to the present invention, an upper portion of the wind turbine tower is formed in a cylindrical shape, and the lower portion of the tower forms a lattice structure, thereby reducing the weight of the entire tower.

따라서, 상기 타워의 하부는 분해하여 운송할 수 있고 상기 풍력발전기 설치현장에서 조립설치가 가능하므로, 대형 풍력발전기의 타워의 운송, 설치를 용이하게 하여 풍력발전기 설치작업의 능률을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the lower part of the tower can be disassembled and transported and can be assembled and installed at the wind turbine installation site, the tower can be easily transported and installed in a large wind turbine, thereby improving the efficiency of the wind turbine installation.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 구조를 나타낸 개략도,
도 2는 는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 구조를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing the structure of a typical wind power generator,
Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of the wind power generator according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. Of course.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드(10), 샤프트(20), 나셀(30) 및 타워(40)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the wind generator structure according to the embodiment of the present invention includes a blade 10, a shaft 20, a nacelle 30, and a tower 40.

상기 블레이드(10)는 바람에 의해 회전하고, 회전동력을 발생시키고 이러한 회전동력은 상기 나셀(30) 내부에 설치되는 발전기(미도시)를 통해 전력으로 변환된다.The blade 10 rotates by wind, generates a rotational power, and the rotational power is converted into electric power through a generator (not shown) installed inside the nacelle 30.

이때, 상기 블레이드(10)는 원활한 회전과 에너지 변환효율 등을 고려하여 일반적으로 2~3개 정도로 구성된다.At this time, the blade 10 is generally composed of about 2 to 3 in consideration of smooth rotation and energy conversion efficiency.

상기 샤프트(20)는 상기 블레이드(10)의 일단이 고정되어 회전중심축이 되고 상기 발전기와 축으로 연결되어 상기 블레이드(10)의 회전에 의해 발생하는 회전동력을 상기 발전기에 전달하는 역할을 한다.The shaft 20 is one end of the blade 10 is fixed to become a rotation center axis and is connected to the shaft and the generator serves to transmit the rotational power generated by the rotation of the blade 10 to the generator. .

상기 나셀(30)은 그 내부에 상기 샤프트(20)와 연결되어 전력을 생산하는 상기 발전기, 상기 샤프트(20)와 상기 발전기 사이에 마련되어 샤프트(20)로부터 상기 발전기로 입력되는 회전속도를 증속하는 기어박스(미도시), 기타 전력생산에 필요한 장치들이 수용되는 공간이고, 그 하부에서 상기 타워(40)에 의해 지지된다.The nacelle 30 is connected to the shaft 20 therein to generate power, and is provided between the shaft 20 and the generator to increase the rotational speed input from the shaft 20 to the generator. A gearbox (not shown) and a space for accommodating other power generating devices are accommodated and supported by the tower 40 at the bottom thereof.

상기 타워(40)는 하단이 지면(1)에 고정되고, 상단은 상기 나셀(30)을 지지하는 역할을 하며, 타워 상부(41)와 타워 하부(42)를 포함한다.The tower 40 has a lower end fixed to the ground 1, and an upper end serves to support the nacelle 30, and includes a tower top 41 and a tower bottom 42.

상기 타워 상부(41)는 원통형으로 형성되고, 그 내부는 상기 나셀(30)에서 생산되는 전력을 외부로 송출하는 전력선, 냉각시스템 등이 수용되는 공간이다.The tower top 41 is formed in a cylindrical shape, and the inside thereof is a space in which a power line, a cooling system, and the like, which transmits the power produced by the nacelle 30 to the outside, are accommodated.

한편, 상기 타워 상부(41)는 구조적 안정성을 위해 그 하측으로 갈수록 단위면적당 작용하는 하중을 줄일 필요가 있다.On the other hand, the tower top 41 needs to reduce the load acting per unit area toward the lower side for structural stability.

따라서, 상기 타워 상부(41)는 상단면의 면적보다 하단면의 면적이 넓은 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.Therefore, the tower top 41 is preferably formed in a cylindrical shape having a wider area of the bottom surface than the area of the top surface.

상기 타워 하부(42)는 격자구조로 형성된다. 상기 격자구조는 다수의 부재가 볼트 또는 용접 등에 의해 결합하여 형성하는 구조이다.The tower bottom 42 is formed in a lattice structure. The lattice structure is a structure formed by joining a plurality of members by bolts or welding.

상기 격자구조는 상기 블레이드(10), 샤프트(20), 너셀 및 타워 상부(41)를 지지할 수 있는 충분한 강도를 가짐과 동시에 제작, 운반 및 조립의 용이성을 위해 경량화되어야 한다.The lattice structure should be lightweight for ease of manufacture, transport and assembly while having sufficient strength to support the blade 10, shaft 20, nussel and tower top 41.

따라서 상기 격자구조의 경량화를 위해, 이를 구성하는 각 부재에 인장력과 압축력이 가해지지만, 벤딩모멘트는 가해지지 않거나 되도록 적게 가해지도록 설계되는 것이 바람직하다.Therefore, in order to reduce the weight of the lattice structure, it is preferable that the tensile force and the compressive force are applied to each member constituting the grid structure, but the bending moment is not applied or is applied as little as possible.

상기 격자구조를 형성하는 부재는 재료의 강도, 내구성, 제작비용, 제작 및 조립의 용이성 등을 고려하면 철골 재질로 형성되는 것이 바람직하다.The member forming the lattice structure is preferably formed of steel material in consideration of the strength, durability, manufacturing cost, ease of fabrication and assembly of the material.

상기 격자구조는 일반적인 송전탑 등에서 볼 수 있는 구조이므로 그 형상, 구조 등은 통상의 기술자에게 자명할 것인바, 기타 자세한 구조의 설명은 생략한다.Since the grid structure is a structure that can be seen in a general transmission tower, etc., its shape, structure, etc. will be apparent to those skilled in the art, and thus description of other detailed structures will be omitted.

상기 타워 하부(42)의 격자구조는 콘크리트 등으로 형성되는 상기 타워 상부(41)의 원통형 구조보다 경량의 구조이고 이를 구성하는 각 부재는 제작, 운반, 조립이 용이하다.The lattice structure of the tower bottom 42 is lighter than the cylindrical structure of the tower top 41 formed of concrete, and each member constituting it is easy to manufacture, transport, and assemble.

따라서, 풍력발전기의 상기 타워(40) 설치시 원통형으로 형성된 타워보다 본 발명과 같이 상부가 원통형으로 형성되고 하부가 격자구조로 형성되는 하이브리드 타워가 제작, 운반, 조립 등에서 유리하다.Therefore, a hybrid tower having an upper portion formed in a cylindrical shape and a lower portion formed in a lattice structure as in the present invention is advantageous in fabrication, transportation, assembly, and the like, when the tower 40 is installed in the wind turbine.

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.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

1: 지면
10: 블레이드
20: 샤프트
30: 나셀
40: 타워
41: 타워 상부
42: 타워 하부1: floor
10: blade
20: Shaft
30: Nacelle
40: Tower
41: tower top
42: lower tower

Claims (3)

바람에 의해 회전하는 블레이드;
상기 블레이드의 일단이 고정되어 회전중심축이 되는 샤프트;
상기 샤프트의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전기가 마련되는 나셀; 및 상기 나셀을 하부에서 지지하는 타워를 포함하고,
상기 타워는,
하부가 격자구조로 형성되고, 상부가 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 구조.Blades rotated by wind;
A shaft having one end fixed to the center of rotation;
A nacelle provided with a generator for generating electric power by rotation of the shaft; And a tower for supporting the nacelle from below,
The tower,
A wind turbine generator, characterized in that the lower portion is formed in a lattice structure, the upper portion is formed in a cylindrical shape. 제1항에 있어서,
상기 타워는,
상부가 상단면의 면적보다 하단면의 면적이 넓은 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 구조.The method of claim 1,
The tower,
The wind turbine generator, characterized in that the upper portion is formed in a cylindrical shape with a wider area of the lower surface than the area of the upper surface. 제1항에 있어서,
상기 타워는,
하부가 철골 재질의 격자구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 구조.The method of claim 1,
The tower,
The wind turbine generator, characterized in that the lower portion is formed of a steel grid structure.
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