KR20150021203A - 풍력발전기의 추력 흡수 장치 - Google Patents

풍력발전기의 추력 흡수 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메인 샤프트에 추력 흡수 장치를 설치하여 축계를 타고 전달되는 변동 추력을 줄일 수 있도록 하는 풍력발전기의 추력 흡수 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 메인 샤프트에 형성되어 있는 플랜지와 일정 간격의 공간이 유지되면서 상기 플랜지를 감싸도록 형성된 커버; 상기 메인 샤프트와 상기 커버 사이를 실링하는 제1실링 부재; 및 상기 플랜지의 외주면과 상기 커버 사이를 실링하는 제2실링 부재를 포함하여 이루어지며, 상기 커버에는 상기 제2실링 부재에 의해 서로 격리된 공간에 채워진 오일이 상기 플랜지의 좌우 움직임에 따라 상호 이동할 수 있도록 오일의 흐름을 안내하는 오일 이동 통로가 적어도 하나 이상 형성되어 있다.
이에 따라, 본 발명은 축계 베어링과 타워 하단에 작용하는 변동 하중을 줄일 수 있게 됨에 따라, 풍력발전기의 구조적 안전성을 확보할 수 있고, 피로 하중이 감소하여 베어링, 메인 프레임, 타워 등의 주요 구조를 경량화시킬 수 있게 된다.

Description

풍력발전기의 추력 흡수 장치{THRUST ABSORBING APPARATUS OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력발전기의 추력 흡수 장치에 관한 것으로서, 특히 메인 샤프트에 추력 흡수 장치를 설치하여 축계를 타고 전달되는 변동 추력을 줄일 수 있도록 하는 풍력발전기의 추력 흡수 장치에 관한 것이다.
자연 바람에 의해 풍력 에너지를 얻는 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템으로, 환경 친화적이고, 무한정의 자원을 이용하는 등 여러 가지 이점이 많은 신 재생에너지원이라 할 수 있다.
이러한, 풍력발전 시스템은 일반적으로 풍력발전기를 대규모 병렬 연계하는 대규모 단지를 조성하여 전력을 생산하고, 이를 전력계통에 연계하여 운영한다.
풍력발전기는 3가지 주요 구성품으로 나뉘는데, 타워(Tower), 나셀(Nacelle), 로터(Rotor) 등으로 구성된다.
이 중에서 로터는 로터 허브를 덮고 있는 스피너와 로터 허브 상에 장착된 로터 블레이드로 구성되고, 나셀은 증속 기어와 발전기 및 기타 관련 구성 요소들로 이루어진 구동 발전 기구를 수납하며, 타워는 나셀과 로터를 일정 높이에서 지지하기 위한 구조물이다.
한편, 풍력발전기는 바람이 로터 블레이드에 부딪혀 축계를 회전시킬 때 발생하는 토크와 축계를 타고 전달되는 추력(Thrust Force)의 영향을 받는다.
추력은 축계를 통하여 베어링으로 지지되는데, 이 힘이 크기 때문에 반복적인 하중에 의해 베어링이 파손되고, 전체 시스템의 고장으로 연결되기도 한다. 또한, 타워에 굽힘 모멘트를 유발하는 주요 기진원으로 작용한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 추력과 반대되는 하중이 발생되도록 하여 추력을 상쇄시키는 제어 기법이 적용되고 있으나, 추력을 상쇄시키는데 한계가 있다.
한국공개특허공보 제10-2012-37968호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 메인 샤프트에 추력 흡수 장치를 장착하여 축계를 타고 전달되는 변동 추력을 줄임으로써, 축계 베어링과 타워 하단에 작용하는 변동 하중을 줄일 수 있도록 하는 풍력발전기의 추력 흡수 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 추력 흡수 장치는, 메인 샤프트에 형성되어 있는 플랜지와 일정 간격의 공간이 유지되면서 상기 플랜지를 감싸도록 형성된 커버; 상기 메인 샤프트와 상기 커버 사이를 실링하는 제1실링 부재; 및 상기 플랜지의 외주면과 상기 커버 사이를 실링하는 제2실링 부재를 포함하여 이루어지며, 상기 커버에는 상기 제2실링 부재에 의해 서로 격리된 공간에 채워진 오일이 상기 플랜지의 좌우 움직임에 따라 상호 이동할 수 있도록 오일의 흐름을 안내하는 오일 이동 통로가 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 풍력발전기의 추력 흡수 장치에 따르면, 축계 베어링과 타워 하단에 작용하는 변동 하중을 줄일 수 있게 됨에 따라, 풍력발전기의 구조적 안전성을 확보할 수 있고, 피로 하중이 감소하여 베어링, 메인 프레임, 타워 등의 주요 구조를 경량화시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 추력 흡수 장치가 장착된 풍력발전기의 구성을 개략적으로 보인 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추력 흡수 장치의 구성을 개략적으로 보인 측단면도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기의 추력 흡수 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 추력 흡수 장치가 장착된 풍력발전기의 구성을 개략적으로 보인 평면도이다.
도 1에서, 메인 샤프트(축계)(10)의 일측에는 로터 블레이드(미도시)가 연결 고정된다.
바람에 의해 로터 블레이드(미도시)가 메인 샤프트(10)를 중심으로 회전하면, 메인 샤프트(10)는 타측에 연결되어 있는 기어 박스(30)로 회전력을 전달한다.
전술한 바와 같이, 기어 박스(30)로 회전력을 전달하는 메인 샤프트(10)는 메인 프레임(미도시)와 연결된 베어링(20)을 통과하여 기어 박스(30)와 연결된다.
또한, 메인 샤프트(10)에는 적어도 하나 이상의 플랜지(15)가 형성되어 있다.
기어 박스(30)는 메인 샤프트(10)로부터 전달받은 고토크 저속 회전력을 저토크 고속 회전력으로 변환시킨다.
발전기(40)는 기어 박스(30)에서 전달된 회전력을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산한다.
추력 흡수 장치(50)는 메인 샤프트(10)에 장착되어 메인 샤프트(10)를 타고 전달되는 변동 추력을 감소시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추력 흡수 장치의 구성을 개략적으로 보인 측단면도이다. 도 2에서, 본 발명에 따른 추력 흡수 장치(50)와 베어링(20)을 제외한 메인 샤프트(10), 기어 박스(30)는 측면도로 표시하였음을 알린다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 추력 흡수 장치(50)는 커버(51), 제1실링 부재(53), 제2실링 부재(55)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 커버(51)는 메인 샤프트(10)에 형성되어 있는 플랜지(15)와 일정 간격의 공간이 유지되면서 플랜지(15)를 감싸도록 형성되어 있다.
커버(51)와 플랜지(15) 사이에서 유지되는 공간에는 오일이 채워진다.
이러한, 커버(51)는 메인 샤프트(10)와 달리 바닥(나셀 바닥)에 고정 설치되는 것이 바람직하다.
전술한, 커버(51)에는 제2실링 부재(55)에 의해 서로 격리된 공간에 채워진 오일이 플랜지(15)의 좌우 움직임에 따라 상호 이동할 수 있도록 오일의 흐름을 안내하는 오일 이동 통로(57)가 적어도 하나 이상 형성되어 있다.
제1실링 부재(53)는 메인 샤프트(10)와 접촉되는 커버(51)의 내측면과 메인 샤프트(10) 사이를 실링한다.
제2실링 부재(55)는 플랜지(15)의 외주면과 플랜지의 외주면과 접촉되는 커버(51)의 내측면과 플랜지(15)의 외주면 사이를 실링한다.
전술한, 제1 및 제2실링 부재(55)는 메인 샤프트(10)가 좌우로 움직임에 따라 메인 샤프트(10)에 형성된 플랜지(15)가 좌우로 움직일 수 있도록 형상이 유연하게 변형되는 러버(rubber), 실리콘 등의 재질로 된 오일링으로 구현될 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 추력 흡수 장치의 동작을 설명한다.
우선, 바람에 의해 로터 블레이드(미도시)가 메인 샤프트(10)를 중심으로 회전하면, 메인 샤프트(10)는 타측에 연결되어 있는 기어 박스(30)로 회전력을 전달하는데, 이때 메인 샤프트(10)의 축 방향으로 추력이 발생하여 메인 샤프트(10)가 좌우로 움직이게 된다.
이와 같이, 메인 샤프트(10)가 좌우로 움직이게 되면, 커버(51)에 의해 감싸여진 메인 샤프트(10)의 플랜지(15)도 바닥에 고정되어 있는 커버(51) 내에서 좌우로 움직이게 된다.
이러한, 플랜지(15)의 움직임에 따라 제2실링 부재(55)에 의해 서로 격리된 공간에 채워진 오일이 오일 이동 통로(57)를 통해 이동하면서 메인 샤프트(10)를 타고 전달되는 추력을 흡수한다. 즉, 플랜지(15)가 추력에 따라 오른쪽으로 움직이면 오른쪽에 채워져 있던 오일이 오일 이동 통로(57)를 통해 왼쪽으로 이동하고, 플랜지(15)가 왼쪽으로 움직이면 왼쪽에 채워져 있던 오일이 오일 이동 통로(57)를 통해 오른쪽으로 이동하면서 메인 샤프트(10)를 타고 전달되는 추력을 흡수한다.
이와 같이, 추력 흡수 장치(50)를 통해 메인 샤프트(10)를 타고 전달되는 추력을 흡수하게 되면, 기어 박스(30)와 발전기(40)로 전달되는 추력을 감소시킬 수 있게 되고, 이로 인해 주요 부품의 수명을 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 베어링(20)과 타워 하단에 작용하는 변동 하중을 줄일 수 있게 됨에 따라, 풍력발전기의 구조적 안전성을 확보할 수 있고, 피로 하중이 감소하여 베어링, 메인 프레임, 타워 등의 주요 구조를 경량화시킬 수 있게 된다.
본 발명의 풍력발전기의 추력 흡수 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. 메인 샤프트, 15. 플랜지,
20. 베어링, 30. 기어 박스,
40. 발전기, 50. 추력 흡수 장치,
51. 커버, 53. 제1실링 부재,
55. 제2실링 부재, 57. 오일 이동 통로

Claims (3)

  1. 메인 샤프트에 형성되어 있는 플랜지와 일정 간격의 공간이 유지되면서 상기 플랜지를 감싸도록 형성된 커버;
    상기 메인 샤프트와 상기 커버 사이를 실링하는 제1실링 부재; 및
    상기 플랜지의 외주면과 상기 커버 사이를 실링하는 제2실링 부재를 포함하여 이루어지며,
    상기 커버에는 상기 제2실링 부재에 의해 서로 격리된 공간에 채워진 오일이 상기 플랜지의 좌우 움직임에 따라 상호 이동할 수 있도록 오일의 흐름을 안내하는 오일 이동 통로가 적어도 하나 이상 형성되어 있는 풍력발전기의 추력 흡수 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2실링 부재는,
    러버(rubber), 실리콘 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 추력 흡수 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 커버는,
    바닥에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 추력 흡수 장치.
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