KR20150023108A - 스테이 볼트 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드 - Google Patents

스테이 볼트 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드 Download PDF

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Abstract

스테이 볼트를 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트는 풍력 발전기의 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내부에 수용되도록 형성되어 상기 블레이드가 로터에 결합되게 하는 스테이 볼트로서, 원기둥 형상으로 이루어지며, 상기 블레이드의 수용홈에 수용되는 부분의 둘레면을 따라 안착홈이 형성된 몸체 부재 및 연성 소재로 이루어져서, 상기 몸체 부재의 안착홈에 설치된 링부재를 포함할 수 있다.

Description

스테이 볼트 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드{Stay-bolt and blade for wind power generator including the same}
본 발명은 스테이 볼트 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 자연 에너지인 바람을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
풍력 발전기는 크게 로터(rotor)와, 너셀(nacelle) 및 타워부(tower)로 구성된다. 여기서, 상기 로터는 복수의 블레이드(blade) 및 이 블레이드들이 결합되는 허브(hub)로 구성된다. 상기 각 블레이드들과 허브 간은 복수의 볼트로 체결 고정되며, 상기한 볼트 어셈블리는 주로 스테이 볼트가 사용된다.
한편, 풍력 발전기 조립과정에서 허브와 블레이드의 결합은 지면이나 해상으로부터 높은 위치에서 실시된다. 따라서, 허브와 블레이드의 결합 작업이 용이하지 않거나, 작업 시간이 장시간 소요되는 경우, 작업자의 위험도가 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 허브와 브레이드의 설치 작업이 용이하게 실시될 수 있는 스테이 볼트 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 스테이 볼트는 풍력 발전기의 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내부에 수용되도록 형성되어 상기 블레이드가 로터에 결합되게 하는 스테이 볼트로서, 원기둥 형상으로 이루어지며, 상기 블레이드의 수용홈에 수용되는 부분의 둘레면을 따라 안착홈이 형성된 몸체 부재 및 연성 소재로 이루어져서, 상기 몸체 부재의 안착홈에 설치된 링부재를 포함할 수 있다.
이때, 상기 몸체 부재에서 상기 블레이드의 수용홈에 수용되는 단부와 일체로 형성된 스토퍼를 포함할 수 있다.
이때, 상기 스토퍼는 단부로 갈수록 직경이 감소하도록 이루어질 수 있다.
이때, 상기 몸체 부재에서 상기 스토퍼와 인접한 부분의 직경은 상기 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내경과 동일하고, 상기 몸체 부재에서 상기 스토퍼와 인접한 부분의 직경은 상기 링부재의 내경보다는 크고 외경보다는 작게 이루어질 수 있다.
이때, 상기 몸체 부재는 상기 안착홈에서 주변으로 멀어질수록 하향 경사지게 형성된 경사면을 포함할 수 있다.
이때, 상기 안착홈은 몸체 부재의 중간에 형성될 수 있다.
이때, 상기 링부재의 외경은 상기 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기는 스테이 볼트를 포함할 수 있다.
이때, 상기 스테이 볼트는 복수개로 이루어지고, 상기 복수개의 스테이 볼트는 상기 블레이드의 단부에 원형으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이 볼트는, 몸체 부재의 안착홈에 링부재가 위치되어 있으므로, 별도의 공구가 없이도 블레이드의 수용홈에 링부재가 몸체 부재를 따라 매우 용이하게 삽입될 수 있다. 이에 따라, 블레이드와 허브의 결합 작업 시간이 종래보다 단축될 수 있다.
뿐만 아니라, 스테이 볼트의 교체 작업이 필요한 경우, 교체할 스테이 볼트만 블레이드로부터 제거하고, 새로운 스테이 볼트를 블레이드의 수용홈에 끼워 넣어서 교체를 용이하게 완료할 수 있다.
또한, 지면이나 해상으로부터 높은 위치에서 허브와 블레이드의 결합이 이루어지는데, 상기와 같이 작업이 용이하게 이루어지고 작업 시간이 감소됨으로써, 작업자의 위험도가 현저하게 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트를 포함하는 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는, 도 1에 도시된 풍력 발전기에서 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트와 블레이드를 도시한 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트를 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트가 블레이드에 결합되는 상태를 도시한 도면.
도 5는, 도 4의 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트와 블레이트에서 A-A'라인을 따라 취한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 스테이 볼트를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 스테이 볼트가 적용될 수 있는 풍력 발전기에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트를 포함하는 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 풍력 발전기(10)는 타워(20)에 설치된 나셀(30, nacelle), 나셀(30)의 전방 측에 설치되는 허브(40) 및 허브(40)에 설치되는 블레이드(50, blade)를 포함한다.
이 때, 나셀(30)은 허브(40)와 일체로 회전하도록 형성된 메인 샤프트에 의하여 허브(40)와 연결된다. 나셀(30)의 내부에는 메인 샤프트와 연결된 증속기 및 증속기와 연결되는 발전기가 설치된다.
이와 같이 구성된 풍력 발전기(10)는 풍력 발전기(10)를 향하여 바람이 불어오면 블레이드(50)가 회전하고, 회전하는 블레이드(50)의 회전력을 이용하여 발전기가 발전을 하게 된다.
도 2는, 도 1에 도시된 풍력 발전기에서 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트와 블레이드를 도시한 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트를 도시한 측면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)는 풍력 발전기의 블레이드(50)의 일단에 형성된 수용홈(51)의 내부에 수용되도록 형성되어 블레이드(50)가 로터에 결합되게 한다. 이를 위한 스테이 볼트(100)는 몸체 부재(110)와, 링부재(120)를 포함할 수 있다.
몸체 부재(110)는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 몸체 부재(110)의 일부분(110c)은 미도시된 허브(40)에 결합되고, 나머지 부분은 블레이드(50)에 결합된다. 몸체 부재(110)는 블레이드(50)의 수용홈(51)에 수용되는 부분의 둘레면을 따라 안착홈(미도시)이 형성된다. 더욱 상세하게 몸체 부재(110)의 중간에 형성될 수 있다.
한편, 몸체 부재(110)는 경사면(110a)을 포함할 수 있다. 경사면(110a)은 안착홈에서 주변으로 멀어질수록 하향 경사지게 형성된다. 경사면(110a)은 안착홈을 기준으로 스토퍼를 향하는 주변부에만 형성되는 것도 가능하고, 안착홈을 기준으로 양쪽 주변부 모두에 형성되는 것도 가능할 수 있다.
이러한 경사면(110a)에 의해 몸체 부재(110)에 링부재(120)가 결합되는 경우, 링부재(120)가 경사면(110a)을 따라 자연스럽게 이동될 수 있다. 즉, 링부재(120)가 몸체 부재(110)의 단부로부터 안착홈(미도시)에 이르기까지 더욱 용이하게 이동되어서 끼워질 수 있다.
링부재(120)는 연성 소재로 이루어져서, 몸체 부재(110)의 안착홈에 설치된다. 링부재(120)는 고무 복합제로 이루어질 수 있다. 링부재(120)는 부재들 사이의 틈을 밀봉하는 씰링(seal ring)일 수 있다.
이러한 링부재(120)는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)의 일부분이 블레이드(50)의 수용홈(51)에 삽입되는 경우, 링부재(120)와 수용홈(51)의 내벽의 마찰력에 의해 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)가 블레이드(50)에 안정적으로 위치될 수 있다.
한편, 링부재(120)의 외경은 블레이드(50)의 일단에 형성된 수용홈(51)의 내경보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 링부재(120)가 몸체 부재(110)의 안착홈에 결합된 상태에서 몸체 부재(110)가 블레이드(50)의 수용홈(51)에 수용되는 경우, 링부재(120)가 변형되면서 블레이드(50)의 수용홈(51)의 내부에 끼워진다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)가 블레이드(50)에 더욱 강하게 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)는 스토퍼(130)를 포함할 수 있다.
스토퍼(130)는 몸체 부재(110)에서 블레이드(50)의 수용홈(51)에 수용되는 단부와 일체로 형성된다. 스토퍼(130)는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)가 블레이드(50)의 수용홈(51)에 수용된 상태에서 수용홈(51)의 가장 안쪽 벽면에 밀착되어 몸체 부재(110)가 더 이상 이동되지 않게 한다. 이러한 스토퍼(130)에 의해 설계에 대응하여 몸체 부재(110)가 적절한 위치에 위치될 수 있다.
스토퍼(130)는 몸체 부재(110)와 서로 동일한 소재로 이루어지는 것도 가능할 수 있다. 이와 다르게, 스토퍼(130)는 몸체 부재(110)와 상이한 소재로 이루어질 수도 있다.
한편, 스토퍼(130)는 단부로 갈수록 직경이 감소하도록 이루어질 수 있다. 이러한 형상에 의하여 링부재(120)가 몸체 부재(110)의 안착홈에 끼워지기 위하여 몸체 부재(110)의 단부를 지나는 경우, 링부재(120)가 스토퍼(130)에 의해 간섭되지 않고 용이하게 안착홈을 향하여 이동될 수 있다.
한편, 몸체 부재(110)에서 스토퍼(130)와 인접한 부분(110b)의 직경은 블레이드(50)의 일단에 형성된 수용홈(51)의 내경과 동일할 수 있다. 그리고, 이 경우, 몸체 부재(110)에서 스토퍼(130)와 인접한 부분(110b)의 직경은 링부재(120)의 내경보다는 크고 외경보다는 작게 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 구조로 이루어진 스테이 볼트(100)가 풍력 발전기(10)에 설치되는 경우, 스테이 볼트(100)는 복수개로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 복수개의 스테이 볼트(100)는 블레이드(50)의 단부에 원형으로 배열될 수 있다. 즉, 스테이 볼트(100)가 블레이드(50)의 단부에 일정한 간격마다 위치될 수 있다.
그리고, 스테이 볼트(100)에서 스토퍼(130)가 형성되지 않은 단부가 허브(40)의 피치 베어링(미도시)에 형성된 홀을 관통하여 볼팅 결합된다. 이에 따라, 블레이드(50)가 피치 베어링(미도시)에 결합되어 허브(40)와 블레이드(50)가 안정적으로 결합될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 구조에 의하여 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)가 블레이드(50)의 수용홈(51)에 수용되는 경우, 몸체 부재(110)에서 스토퍼(130)와 인접한 부분은 수용홈(51)의 내부에 안정적으로 결합된다. 그리고, 링부재(120)는 수용홈(51)과 몸체 부재(110) 사이에서 압착되어 탄성 변형될 수 있다.
한편, 상기와 같이 몸체 부재(110)의 안착홈에 링부재(120)가 삽입된 구조가 아닌 몸체 부재의 둘레면에 직접 링부재가 설치된 경우에는, 링부재를 몸체 부재의 둘레면과 블레이드의 수용홈 사이에 별도의 공구를 사용하여 끼워 넣어야 한다. 그러므로, 공구에 의해 링부재가 찢어지거나 파손될 수 있으므로, 링부재 설치 작업이 용이하지 않고, 링부재가 설계에 맞게 정위치에 위치되기 어려울 수 있다. 그리고, 작업 시간이 오래 소요될 수도 있다.
뿐만 아니라, 스테이 볼트의 교체 작업이 필요한 경우, 스테이 볼트를 교체하는 과정에서 링부재가 몸체 부재와 블레이드의 수용홈 내부에서 회전(구름 현상)되면서 수용홈 밖으로 배출되지 않을 가능성도 있다.
그러나, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 스테이 볼트(100)는 몸체 부재(110)의 안착홈에 링부재(120)가 위치되어 있으므로, 별도의 공구가 없이도 블레이드(50)의 수용홈(51)에 링부재(120)가 몸체 부재(110)를 따라 매우 용이하게 삽입될 수 있다. 이에 따라, 블레이드와 허브의 결합 작업 시간이 종래보다 단축될 수 있다.
뿐만 아니라, 스테이 볼트(100)의 교체 작업이 필요한 경우, 교체할 스테이 볼트(100)만 블레이드(50)로부터 제거하고, 새로운 스테이 볼트(100)를 블레이드(50)의 수용홈(51)에 끼워 넣어서 교체를 용이하게 완료할 수 있다.
또한, 지면이나 해상으로부터 높은 위치에서 허브(40)와 블레이드(50)의 결합이 이루어지는데, 상기와 같이 작업이 용이하게 이루어지고 작업 시간이 감소됨으로써, 작업자의 위험도가 현저하게 감소될 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 풍력 발전기 20: 타워
30: 너셀 40: 허브
50: 블레이드 51: 수용홈
100: 스테이 볼트 구조체 110: 몸체 부재
110a: 경사면 120: 링부재
130: 스토퍼

Claims (9)

  1. 풍력 발전기의 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내부에 수용되도록 형성되어 상기 블레이드가 로터에 결합되게 하는 스테이 볼트로서,
    원기둥 형상으로 이루어지며, 상기 블레이드의 수용홈에 수용되는 부분의 둘레면을 따라 안착홈이 형성된 몸체 부재, 및
    연성 소재로 이루어져서, 상기 몸체 부재의 안착홈에 설치된 링부재를 포함하는 스테이 볼트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 부재에서 상기 블레이드의 수용홈에 수용되는 단부와 일체로 형성된 스토퍼를 포함하는 스테이 볼트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스토퍼는 단부로 갈수록 직경이 감소하도록 이루어진 스테이 볼트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 부재에서 상기 스토퍼와 인접한 부분의 직경은 상기 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내경과 동일하고,
    상기 몸체 부재에서 상기 스토퍼와 인접한 부분의 직경은 상기 링부재의 내경보다는 크고 외경보다는 작게 이루어진 스테이 볼트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 부재는 상기 안착홈에서 주변으로 멀어질수록 하향 경사지게 형성된 경사면을 포함하는 스테이 볼트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안착홈은 몸체 부재의 중간에 형성된 스테이 볼트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 링부재의 외경은 상기 블레이드의 일단에 형성된 수용홈의 내경보다 크게 형성된 스테이 볼트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 스테이 볼트를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스테이 볼트는 복수개로 이루어지고, 상기 복수개의 스테이 볼트는 상기 블레이드의 단부에 원형으로 배열된 풍력 발전기용 블레이드.
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