KR20150039853A - 분할형 회전자 허브 - Google Patents

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KR20150039853A
KR20150039853A KR1020157006079A KR20157006079A KR20150039853A KR 20150039853 A KR20150039853 A KR 20150039853A KR 1020157006079 A KR1020157006079 A KR 1020157006079A KR 20157006079 A KR20157006079 A KR 20157006079A KR 20150039853 A KR20150039853 A KR 20150039853A
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hub
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rotor hub
wind turbine
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KR1020157006079A
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로르프 로덴
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유윈에너지 게엠베하
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Abstract

본 발명은 풍력 터빈용 분할형 회전자 허브에 관한 것으로, 특히, 전방측에서 공기 역학적 프로파일을 갖고 또한 발전기 회전자의 둘레의 일 단부를 수용하도록 되어 있는 측에서 완전히 개방된 단부(이하, 후방 단부라고 함)를 갖는 분할형 회전자 허브에 관한 것이다. 본 회전자 허브는 복수의 허브 세그먼트를 포함한다.

Description

분할형 회전자 허브{SEGMENTED ROTOR HUB}
본 발명은 풍력 터빈용 회전자 허브에 관한 것이다.
근년에, 풍력 터빈의 발전은 더 높은 출력을 얻는데 맞춰지고 있다. 통상적으로, 더 높은 출력은 회전자의 크기를 증가시켜 얻어진다. 그러나, 회전자의 크기가 증가되면, 허브의 크기도 증가되는데, 이는 운반성 및 풍력 에너지 설치 장소에서의 취급성 면에서 바람직하지 않다. 또한, 대형 회전자 허브의 운반에는 비용이 많이 들고 상당히 많은 물류 및 준비가 필요하게 된다. 또한, 대형 회전자 허브의 제작에는, 큰 기계 가공 도구와 같은 값비싼 제작 장비, 주조물과 같은 다량의 재료 및 많은 인력이 요구된다. 더욱이, 기존 허브에 결함이나 마모 및 파열이 발생하면, 전체 허브 구조물을 교체해야 한다.
또한, 기존의 회전자 허브는 사면체형 프로파일로 설계된다. 허브의 이러한 프로파일로 인해, 그 허브의 코너에서의 응력이 높다. 그 응력을 견디기 위해, 허브는 일반적으로 높은 인장 강도를 갖는 중실 코어 또는 다른 강화 구조체를 갖도록 설계된다. 그래서, 이들 허브의 제작에 다량의 재료가 필요하게 된다. 더욱이, 그러한 허브는 공기 역학적 전방 표면을 제공하기 위해 클래딩(cladding)을 필요로 한다. 이 클래딩은 허브의 전체적인 비용을 상승시키게 된다.
종래 기술에서 다음과 같은 단점들이 확인되었다:
- 종래의 단일체형 허브는 취급과 운반이 어렵다.
- 종래의 허브는 삼각형이고, 그래서, 그 허브를 덮고 이 허브에 공기 역학적 형상을 제공하기 위해 클래딩이 필요하다.
- 종래의 허브는 축을 통해 발전기의 회전자에 결합된다. 허브가 회전하면 축이 회전하게 되고, 그리고 그 축은 발전기의 회전자를 회전시킨다.
- 종래의 허브의 삼각형 형상 때문에, 그 허브의 코너에서 응력이 나타난다.
- 종래의 허브는 코너 응력을 보상하고 하중을 견디기 위해 중실 내부 코어 또는 다른 강화 구조체로 이루어지며, 그래서 제작 비용이 높다.
본 발명은 풍력 터빈용 분할형 회전자 허브에 관한 것으로, 특히, 전방측에서 공기 역학적 프로파일을 갖고 또한 발전기 회전자의 둘레의 일 단부를 수용하도록 되어 있는 측에서 완전히 개방된 단부(이하, 후방 단부라고 함)를 갖는 분할형 회전자 허브에 관한 것이다.
회전자 허브는 복수의 허브 세그먼트를 포함한다. 각각의 허브 세그먼트는 개별적으로 제작될 수 있고 또한 설치 장소에 개별적으로 운반될 수 있다. 설치 장소에서 허브 세그먼트는 각각의 분할형 허브 편들을 결합하여 조립되어 허브를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 분할형 허브는 중공 공간을 둘러싸며 그의 후방측에서 완전히 개방되어 있다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 복수의 허브 세그먼트는 당업계에 공지되어 있는 적절한 수단, 예컨대 플랜지, 볼트 및 나사를 사용하여 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 허브 세그먼트는 함께 조립되어 허브를 형성하게 된다. 허브 세그먼트는, 조립된 허브가 그의 전방 단부에서 공기 역학적 프로파일을 갖고 또한 후방 단부에서는 개방 단부를 갖는 중공 공간을 갖도록 설계되어 있다. 일 실시예에서, 허브 세그먼트는, 허브가 다른 프로파일, 예컨대, 실질적으로 타원형 프로파일, 포물형 프로파일, 원추형 프로파일 또는 반구형 프로파일을 가질 수 있도록 제작된다.
일 실시예에서, 상기 허브 세그먼트 각각은 적어도 하나의 분할면을 갖는다. 조립시, 복수의 허브 세그먼트는, 한 허브 세그먼트의 적어도 하나의 분할면이 다른 허브 세그먼트의 적어도 하나의 분할면에 접촉하도록 조립된다. 접촉된 분할면들은 그 후 플랜지, 나사 및 볼트 어셈블리와 같은 적절한 연결 수단에 의해 함께 결합될 수 있다. 각각의 허브 세그먼트는 풍력 터빈의 회전자 블레이드를 수용하기 위한 회전자 블레이드 개구를 포함할 수 있고, 이는 상기 회전자 블레이드를 수용하여 지지하도록 되어 있는 블레이드 플랜지를 더 포함할 수 있다. 다음에, 회전자 블레이드는 회전자 블레이드 개구 안으로 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 개구 및 블레이드 플랜지는, 한 허브 세그먼트에 있는 블레이드 플랜지의 일 부분이 다른 허브 세그먼트에 배치되어 있는 블레이드 플랜지의 다른 부분에 접촉하여 완전한 블레이드를 플랜지를 형성하도록, 상기 허브 세그먼트에 부분적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에서 회전자 허브는 3개의 허브 세그먼트를 포함한다. 각 허브 세그먼트는 적어도 2개의 단부, 즉 발전기의 회전자 쪽으로 향하는 후방 단부 및 바람 쪽으로 향하는 전방 단부를 갖는다. 허브 세그먼트의 외부면은 후방 단부로부터 연장되어 전방 단부 쪽으로 수렴한다. 각 허브 세그먼트는 하나 이상의 분할면을 가지며, 이 분할면은 후방 단부로부터 전방 단부 쪽으로 연장되어 있거나 회전자 허브의 회전 축선을 가로질러 연장되어 있다. 또한, 각 허브 세그먼트는 풍력 터빈의 회전자 블레이드를 수용하기 위한 회전자 블레이드 개구를 포함하며, 이는 회전자 블레이드를 수용하여 지지하도록 되어 있는 블레이드 플랜지를 더 포함할 수 있다. 조립시, 복수의 허브 세그먼트는, 허브 세그먼트의 전후방 단부들이 서로 정렬되고 허브 세그먼트의 분할면들이 서로 접촉하도록 조립된다. 허브 세그먼트의 분할면은 이어서 플랜지 및 볼트 그리고 나사 어셈블리와 같은 연결 수단을 통해 서로 결합되어 조립된 허브를 형성하게 된다. 회전자 블레이드는 그 후 허브 세그먼트에 제공되어 있는 회전자 블레이드 개구 안에 위치된다.
다른 실시예에서, 분할형 허브를 형성하는데 사용될 수 있는 허브 세그먼트의 수는 다를 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 분할형 허브는 2개 또는 4개의 허브 세그먼트로 형성될 수 있다. 제작될 세그먼트의 수 및 회전자 허브의 크기에 따라 허브 세그먼트는 형상, 크기 및 치수에 있어 유사하거나 다를 수 있다.
일 실시예에서, 조립된 허브의 후방 단부는 회전자가 상기 허브에 직접 결합되도록 발전기의 회전자를 수용하도록 되어 있다. 이러한 구성으로, 허브는 회전자를 직접 구동시키게 되며, 그래서 그 회전자를 구동시키기 위한 축이 필요 없게 된다. 보호받고자 하는 사항의 이들 및 다른 양태는 이하에 더 자세히 제공되어 있다.
일 실시예에서, 각 허브 세그먼트는 크기, 형상 및 치수에 있어 동일할 수 있다. 회전자 블레이드를 수용하도록 되어 있는 블레이드 플랜지의 수는 풍력 터빈의 회전자 블레이드의 수에 달려 있다. 또한, 블레이드 플랜지는 공기 역학적 프로파일을 갖도록 설계될 수 있고, 그래서 그의 공기 양력이 증가 된다. 블레이드 플랜지는 개별적으로 만들어질 수 있고 허브에 탈착가능하게 부착되거나 그와 일체적으로 되어 있다.
허브 세그먼트는 플랜지, 볼트 및 나사 어셈블리와 같은 연결 수단에 의해 서로 연결될 수 있다. 조립은 풍력 터빈의 설치 장소에서 일어날 수 있다. 그래서, 허브를 제작 장소에서 설치 장소까지 운반하는 것이 용이하게 된다. 또한, 전술한 연결 수단은 가역적인 연결 수단이어서, 풍력 터빈의 수리 및 유지 보수 중에 허브 세그먼트들은 서로 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허브 세그먼트는 이 허브 세그먼트의 조립으로 허브에 공기 역학적 프로파일이 제공되도록 설계되어 있다. 추가로, 복수의 핀(fin)이, 상기 허브 쪽으로 향하는 바람이 실질적으로 그 허브의 축선 방향으로 상기 적어도 하나의 핀을 따라 안내되도록 허브의 외부 표면에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 핀은 상기 허브의 외부 표면에 원주 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 핀의 이러한 배치로, 그 핀으로부터 외부 대기로의 열전달율이 핀의 표면을 따르는 공기의 흐름에 의해 개선된다. 일 실시예에서, 핀은 허브와 일체적으로 되어 있다. 다른 실시예에서, 핀은 허브와는 별개인 요소로 형성될 수 있고 그 허브에 탈착가능하게 부착될 수 있다. 핀은 또한 공기 역학적 프로파일을 갖도록 설계될 수 있다.
제안된 허브는 대형 풍력 터빈을 위해 개선된 안정성 및 하중 지탱 능력을 갖는다. 또한, 허브의 제안된 설계에 의해, 풍력 터빈의 설치 중과 같은 허브의 운반 및 취급을 위한 비용과 노력이 줄어든다. 또한, 제안된 허브는 허브의 제작 및 유지 보수 비용을 줄여 준다.
설치 장소에 개별적으로 운반될 수 있고 또한 이어서 설치 장소에서 조립되어 허브를 형성할 수 있는 복수의 허브 세그먼트, 특히 3개의 허브 세그먼트를 갖는 풍력 터빈용 분할형 허브가 설명된다. 이러한 분할형 허브는 운반 및 취급이 용이하고 또한 관련 비용을 줄여 준다.
또한, 허브 세그먼트들은 이들 세그먼트의 조립으로 허브에 공기 역학적 형상이 제공되도록 설계되어 있다. 허브의 공기 역학적 형상으로, 종래의 삼각형 허브에 나타나는 코너 응력이 회피된다. 그러므로, 공기 역학적 형상으로 인해, 하중이 허브에 균일하게 분산되고, 그 허브는 안정적인 상태로 유지된다. 더욱이, 허브의 공기 역학적 형상으로 인해 클래딩이 필요 없다.
또한, 허브는 내부가 중공으로 되어 있고, 축을 부착할 필요가 없다. 허브는 발전기 회전자의 둘레에 직접 부착되도록 설계되어 있어, 축이 필요 없다. 이러한 점 때문에, 한 쪽에서는 중공으로 되어 있고 다른 쪽에서는 공기 역학적 형상을 갖는 허브를 만들 수 있다.
본 발명은 임의의 가능한 방식으로 조합될 수 있고 본문과 및 도면을 포함한 본 명세서에 제시된 임의의 정보로 보충될 수 있는 적어도 이하의 개념을 포함한다:
본 발명은 풍력 터빈용 분할형 회전자 허브에 관한 것으로, 특히, 전방측에서 공기 역학적 프로파일을 갖고 또한 발전기 회전자의 둘레의 일 단부를 수용하도록 되어 있는 측에서 완전히 개방된 단부(이하, 후방 단부라고 함)를 갖는 분할형 회전자 허브에 관한 것이다.
회전자 허브는 복수의 허브 세그먼트를 포함한다.
각각의 허브 세그먼트는 개별적으로 제작될 수 있고 또한 설치 장소에 개별적으로 운반될 수 있다.
설치 장소에서 허브 세그먼트는 각각의 분할형 허브 편들을 결합하여 조립되어 허브를 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 분할형 허브는 중공 공간을 둘러싸며 그의 후방측에서 완전히 개방되어 있다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 복수의 허브 세그먼트는 당업계에 공지되어 있는 적절한 수단, 예컨대 플랜지, 볼트 및 나사를 사용하여 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 허브 세그먼트는 함께 조립되어 허브를 형성하게 된다. 허브 세그먼트는, 조립된 허브가 그의 전방 단부에서 공기 역학적 프로파일을 갖고 또한 후방 단부에서는 개방 단부를 갖는 중공 공간을 갖도록 설계되어 있다.
일 실시예에서, 허브 세그먼트는, 허브가 다른 프로파일, 예컨대, 실질적으로 타원형 프로파일, 포물형 프로파일, 원추형 프로파일 또는 반구형 프로파일을 가질 수 있도록 제작된다.
일 실시예에서, 상기 허브 세그먼트 각각은 적어도 하나의 분할면을 갖는다.
조립시, 복수의 허브 세그먼트는, 한 허브 세그먼트의 적어도 하나의 분할면이 다른 허브 세그먼트의 적어도 하나의 분할면에 접촉하도록 조립된다.
접촉된 분할면들은 그 후 플랜지, 나사 및 볼트 어셈블리와 같은 적절한 연결 수단에 의해 함께 결합될 수 있다.
각각의 허브 세그먼트는 풍력 터빈의 회전자 블레이드를 수용하기 위한 회전자 블레이드 개구를 포함할 수 있고, 이는 상기 회전자 블레이드를 수용하여 지지하도록 되어 있는 블레이드 플랜지를 더 포함할 수 있다.
다음에, 회전자 블레이드는 회전자 블레이드 개구 안으로 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 개구 및 블레이드 플랜지는, 한 허브 세그먼트에 있는 블레이드 플랜지의 일 부분이 다른 허브 세그먼트에 배치되어 있는 블레이드 플랜지의 다른 부분에 접촉하여 완전한 블레이드를 플랜지를 형성하도록, 상기 허브 세그먼트에 부분적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에서 회전자 허브는 3개의 허브 세그먼트를 포함한다.
각 허브 세그먼트는 적어도 2개의 단부, 즉 발전기의 회전자 쪽으로 향하는 후방 단부 및 바람 쪽으로 향하는 전방 단부를 갖는다.
허브 세그먼트의 외부면은 후방 단부로부터 연장되어 전방 단부 쪽으로 수렴한다.
각 허브 세그먼트는 하나 이상의 분할면을 가지며, 이 분할면은 후방 단부로부터 전방 단부 쪽으로 연장되어 있거나 회전자 허브의 회전 축선을 가로질러 연장되어 있다.
또한, 각 허브 세그먼트는 풍력 터빈의 회전자 블레이드를 수용하기 위한 회전자 블레이드 개구를 포함하며, 이는 회전자 블레이드를 수용하여 지지하도록 되어 있는 블레이드 플랜지를 더 포함할 수 있다.
조립시, 복수의 허브 세그먼트는, 허브 세그먼트의 전후방 단부들이 서로 정렬되고 허브 세그먼트의 분할면들이 서로 접촉하도록 조립된다.
허브 세그먼트의 분할면은 이어서 플랜지 및 볼트 그리고 나사 어셈블리와 같은 연결 수단을 통해 서로 결합되어 조립된 허브를 형성하게 된다. 회전자 블레이드는 그 후 허브 세그먼트에 제공되어 있는 회전자 블레이드 개구 안에 위치된다.
다른 실시예에서, 분할형 허브를 형성하는데 사용될 수 있는 허브 세그먼트의 수는 다를 수 있다.
예컨대, 일 실시예에서, 분할형 허브는 2개 또는 4개의 허브 세그먼트로 형성될 수 있다. 제작될 세그먼트의 수 및 회전자 허브의 크기에 따라 허브 세그먼트는 형상, 크기 및 치수에 있어 유사하거나 다를 수 있다.
일 실시예에서, 조립된 허브의 후방 단부는 회전자가 상기 허브에 직접 결합되도록 발전기의 회전자를 수용하도록 되어 있다. 이러한 구성으로, 허브는 회전자를 직접 구동시키게 되며, 그래서 그 회전자를 구동시키기 위한 축이 필요 없게 된다.
일 실시예에서, 각 허브 세그먼트는 크기, 형상 및 치수에 있어 동일할 수 있다.
회전자 블레이드를 수용하도록 되어 있는 블레이드 플랜지의 수는 풍력 터빈의 회전자 블레이드의 수에 달려 있다.
또한, 블레이드 플랜지는 공기 역학적 프로파일을 갖도록 설계될 수 있고, 그래서 그의 공기 양력이 증가 된다.
블레이드 플랜지는 개별적으로 만들어질 수 있고 허브에 탈착가능하게 부착되거나 그와 일체적으로 되어 있다.
허브 세그먼트는 플랜지, 볼트 및 나사 어셈블리와 같은 연결 수단에 의해 서로 연결될 수 있다.
조립은 풍력 터빈의 설치 장소에서 일어날 수 있다. 그래서, 허브를 제작 장소에서 설치 장소까지 운반하는 것이 용이하게 된다.
또한, 전술한 연결 수단은 가역적인 연결 수단이어서, 풍력 터빈의 수리 및 유지 보수 중에 허브 세그먼트들은 서로 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허브 세그먼트는 이 허브 세그먼트의 조립으로 허브에 공기 역학적 프로파일이 제공되도록 설계되어 있다.
추가로, 복수의 핀(fin)이, 상기 허브 쪽으로 향하는 바람이 실질적으로 그 허브의 축선 방향으로 상기 적어도 하나의 핀을 따라 안내되도록 허브의 외부 표면에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 핀은 상기 허브의 외부 표면에 원주 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 핀의 이러한 배치로, 그 핀으로부터 외부 대기로의 열전달율이 핀의 표면을 따르는 공기의 흐름에 의해 개선된다. 일 실시예에서, 핀은 허브와 일체적으로 되어 있다.
다른 실시예에서, 핀은 허브와는 별개인 요소로 형성될 수 있고 그 허브에 탈착가능하게 부착될 수 있다. 핀은 또한 공기 역학적 프로파일을 갖도록 설계될 수 있다.
핀은 또한 공기 역학적 프로파일을 갖도록 설계될 수 있다.
보호받고자 하는 사항의 이들 및 다른 양태는 설명하는 실시 형태에 더 자세히 제공되어 있다.
본 발명으로 적어도 다음과 같은 효과 또는 이점들이 얻어질 수 있다:
각 개별적인 허브 세그먼트는 독립적으로 제작되어 설치 장소에 운반될 수 있으므로(설치 장소에서 이들 세그먼트는 조립되어 허브를 형성할 수 있음), 분할형 허브는 제작, 취급 및 운반이 용이하다.
허브에 결합 또는 마모 및 파열이 있는 경우, 결함 및/또는 마모와 파열의 영향을 받게 되는 허브 세그먼트만 새로운 세그먼트로 교체할 수 있고, 그래서, 유지 보수가 용이하다.
허브 세그먼트의 설계는 조립시 허브에 공기 역학적 프로파일을 제공한다. 이 공기 역학적 프로파일은 허브를 통한 열 소산을 개선하며, 허브에 대한 하중 분산을 용이하게 한다. 종래의 허브에서 나타나는 코너 응력이 회피된다.
본 발명의 허브는 클래딩이 필요 없다.
본 허브는 발전기의 회전자를 직접 구동시키며, 그래서 회전자를 구동시키는 축이 필요 없다. 그러므로, 허브는 후방측으로부터 중공으로 만들어질 수 있다.
허브는 내부가 중공으로 되어 있고, 그래서 제작 비용이 절감된다.
회전자 블레이드를 수용하기 위한, 공기 역학적 프로파일을 갖는 플랜지들이 허브에 제공된다. 공기 역학적 프로파일을 갖는 이러한 플랜지는 공기 항력을 증가시킨다.
복수의 핀이 허브의 열을 소산시키기 위해 위해 그 허브의 외부 표면에 그리고 가능하다면 회전자 하우징에 제공된다.
더욱이, 본 발명으로 적어도 이하의 효과 및 이점들이 얻어진다:
허브는 복수의 허브 세그먼트로 제작되며, 각 허브 세그먼트는 조립을 위해 설치 장소에 개별적으로 운반될 수 있다.
허브는 공기 역학적 형상을 제공하도록 설계되어 있다. 따라서, 클래딩이 필요 없다.
허브는 회전자에 직접 결합되며, 그래서 축이 필요 없다.
코너 응력이 발생하지 않는다.
내부가 중공으로 되어 있어, 제작 비용이 절감된다.
도 1 은 분할형 회전자 허브를 갖는 풍력 터빈을 도시한다.
도 2 는 보호받고자 하는 사항의 일 실시 형태에 따른 분할형 허브의 사시도를 도시한다.
도 3 은 보호받고자 하는 사항의 다른 실시 형태에 따른 분할형 허브의 사시도를 도시한다.
도 1 은 블레이드 및 나셀과 결합되는 분할형 회전자 허브를 포함하는 풍력 터빈을 도시한다. 도 2 는 보호받고자 하는 사항의 일 실시 형태에 따른 분할형 허브의 사시도를 도시한다. 도 3a 내지 3f는 보호받고자 하는 사항의 다른 실시 형태에 따른 분할형 허브의 사시도를 도시한다. 보호받고자 하는 사항에 대한 설명은 도 1 내지 3 과 관련하여 제공되어 있다.
도 1 에 나타나 있는 바와 같이, 풍력 터빈(100)은 발전기의 회전자에 회전가능하게 결합되어 있는 허브(102)를 포함하는데, 그 발전기의 고정자는 나셀(108)에 구조적으로 부착되어 있다. 따라서, 허브, 발전기 및 나셀은 서로 협력하게 된다. 허브(102)는 복수의 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)를 포함한다. 각각의 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)는 개별적으로 제작될 수 있고 또한 설치 장소에 개별적으로 운반될 수 있으며, 설치 장소에서 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)는 조립되어 허브(102)를 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)는 조립되면 허브(102)에 공기역학적 형상을 제공하게 된다. 복수의 핀(fin)(110)이 허브 및/또는 회전자의 외부 표면에 배치되어 있어, 그 허브와 회전자로부터 열을 소산시키기 위한 열 싱크로서 기능하게 된다. 추가로, 핀(110)은 나셀의 후방에 배치되어 있는 열교환기에 공기를 안내하기 위한 공기 가이드로서 작용하게 된다.
이제 상기 분할형 허브의 구성을 도 2 를 참조하여 설명한다. 도 2 는 3개의 허브 세그먼트로 형성되는 분할형 허브를 나타낸다. 도 2 에 나타나 있는 것과 같은 도시는 단지 일 가능한 실시 형태에 관한 것이다.
도 2 에서, 일 실시예에 따르면, 각각의 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)는 후방 단부(202a, 202b, 202c) 및 전방 단부(204a, 204b, 204c)를 각각 포함한다. 또한, 허브 세그먼트(102) 각각은 적어도 2개의 분할면, 즉 분할면(206)을 포함할 수 있다. 허브 세그먼트(102) 각각은 조립될 때, 한 허브 세그먼트, 즉 허브 세그먼트(102a)의 분할면(206)이 인접 허브 세그먼트(102b, 102c)의 대응하는 분할면(206)에 완전히 접촉하도록 결합된다. 유의해야 하는 바와 같이, 허브 세그먼트(102b) 및 허브 세그먼트(102c) 역시 허브 세그먼트(102a, 102c) 및 허브 세그먼트(102a, 102b)와 각각 접촉하게 될 것이다. 또한, 함께 조립될 때 전방 단부, 즉 전방 단부(204a, 204b, 204c) 각각은 서로를 향해 수렴하게 된다. 도 1 및 2 에 나타나 있는 바와 같이, 전방 단부(204)는 각 허브 세그먼트(102)에 형성되어 있는 점 또는 가장자리일 수 있다.
허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)는 적절한 연결 수단으로 조립되어 허브(102)를 형성할 수 있다. 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)는, 회전자 블레이드(104a, 104b, 104c)를 수용하기 위한 개구(200a, 200b, 200c) 및 공기역학적 프로파일을 갖는 블레이드 플랜지를 포함한다.
도면에 나타나 있는 바와 같이, 허브(102)는 내부가 중공으로 되어 있다. 이러한 경우, 허브의 제작에 드는 재료는 더 적게 되며 그래서 비용 효과적으로 된다. 이에 따라, 각 허브 세그먼트(102a, 102b, 102c)를 제작하기 위한 고강도 재료가 선택될 수 있다. 일 대안적인 실시 형태에서, 허브(102)에는, 이 허브의 내부 또는 외부에서 지지 가이드(도면에는 미도시)가 제공될 수 있는데, 이 지지 가이드는 허브(102)에 추가적인 강도를 제공한다.
도 3a 내지 3f는 다른 가능한 실시 형태에 따른 분할형 허브(102)의 사시도를 나타낸다.
도 3a 는 3개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)를 포함하는 허브(102)의 일 실시 형태를 나타낸다. 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각은 전방 단부 및 후방 단부를 포함한다. 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)의 전방 단부는 블레이드 플랜지의 일 부분을 포함한다. 조립시에, 한 허브 세그먼트에 있는 블레이드 플랜지의 일 부분은 인접 허브 세그먼트에 있는 블레이드 플랜지의 대응하는 상대 부분에 접촉하게 된다.
도 3b 는 4개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c, 202d)를 포함하는 허브(102)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 삼각형인 허브 세그먼트(202d)는, 3개의 동일한 아치형 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)로 둘러싸여 있는 허브(102)의 중앙 외측 부분을 형성한다. 3개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각은 회전자 블레이드를 수용하여 지지하도록 되어 있는 블레이드 플랜지를 포함한다.
도 3c 는 2개의 허브 세그먼트(202a, 202b)를 포함하는 허브(102)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 조립시, 서로 접촉하는 허브 세그먼트(202a, 202b)의 분할면은 허브(202)의 회전 축선과 비스듬히 교차하게 된다. 허브 세그먼트(202a)는 하나의 블레이드 플랜지를 포함하고, 허브 세그먼트(202b)는 회전자 블레이드를 수용하여 지지하도록 되어 있는 2개의 블레이드 플랜지를 포함한다.
도 3d 는 2개의 허브 세그먼트(202a, 202b)를 포함하는 허브(102)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 조립된 상태에서, 서로 접촉하는 허브 세그먼트(202a, 202b)의 분할면은 허브의 중심 축선을 가로질러 있다. 상기 실시 형태에서, 허브 세그먼트(202a, 202b) 각각은 완전한 블레이드 플랜지 및 다른 블레이드 플랜지의 일 부분을 포함한다. 블레이드 플랜지의 그러한 부분들은 조립 중에 서로 접촉하여 완전한 블레이드 플랜지를 형성하게 된다.
도 3e 는 3개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)를 포함하는 허브(102)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)는, 이들 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)의 분할면이 있는 평면이 허브의 회전 축선과 교차하도록 만들어지고 배치된다. 이러한 경우, 허브 세그먼트(202a)는 바람 불어오는 방향으로 향하도록 위치되고, 허브 세그먼트(202c)는 바람 불어가는 방향으로 발전기의 회전자의 근처에 위치된다. 허브 세그먼트(202b)는 허브 세그먼트(202a, 202c) 사이에 있다.
도 3f 는 3개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)를 포함하는 허브(102)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)는, 이들 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)가 그들의 분할면이 허브의 회전 축선에 평행한 상태로 차례 대로 위치되도록 만들어지고 배치된다. 허브 세그먼트(202b)는 허브 세그먼트(202a, 202b) 사이에 있다. 따라서, 허브 세그먼트(202b)는 2개의 분할면을 포함하고, 각각의 분할면은 허브 세그먼트(202a, 202c)의 분할면과 접촉하게 된다.
상기 설명은 도 1 내지 3 에 따른 분할형 허브의 다른 실시 형태들을 참조한 것이다. 그러나, 이들 실시 형태는 제한적인 것으로 생각되어서는 아니 된다. 상기 허브는 제작과 운반의 용이를 위해 어떤 수의 허브 세그먼트도 포함할 수 있는 것이다. 또한, 조립된 허브를 형성하는 허브 세그먼트의 설계 및 배치 또한 달라질 수 있으며, 이 또한 보호받고자 하는 사항의 범위에 포함되는 것이다.
본 발명에 따른 분할형 허브는 종래의 허브에 대해 많은 이점을 갖는다. 이들 이점 중 일부가 아래에 기재되어 있다.
취급과 운반이 어려운 종래의 단일체형 회전자 허브와는 달리, 본 발명의 회전자 허브는 취급과 운반이 더 쉽다. 또한, 허브는 세그먼트로 제작될 수 있고, 값비싼 기계 가공 도구 및 많은 인력이 필요 없게 되며, 그리하여, 허브의 제작 비용이 절감된다. 또한, 허브의 결함, 마모 및 파열이 생긴 경우에, 허브 전체를 교체할 필요가 없다. 결함, 마모 및 파열의 영향을 받게 되는 허브의 세그먼트만 새로운 세그먼트로 교체할 수 있다. 그래서, 본 발명의 허브는 유지 보수가 용이하다.
또한, 허브 세그먼트 자체의 설계는 조립시 허브에 공기 역학적 프로파일을 제공하게 되는데, 허브를 덮고 그 허브에 공기 역학적 형상을 제공하기 위해 종래의 삼각형 회전자 허브에 사용되던 클래딩이 필요 없다. 따라서, 공기는 허브 위로 흐르게 되어, 허브와 나셀의 내부로부터 열을 소산시키는 열 싱크로서 기능하게 된다. 추가로, 회전자 허브의 공기 역학적 형상으로 인해, 종래의 삼각형 회전자 허브에서 보통 발견되는 코너 응력이 회피된다. 본 허브의 공기 역학적 프로파일은 허브에 대한 더 양호한 하중 분산을 제공한다. 또한, 허브는 회전자의 둘레에 직접 결합되므로, 허브는 중공으로 만들어질 수 있고, 그래서 재로가 절감된다. 따라서, 본 발명의 허브는 비용 효과적이고, 제작, 운반, 취급 및 유지 보수를 용이하게 해주며 또한 더 양호한 하중 지탱 능력을 갖는다.

Claims (18)

  1. 풍력 터빈(100)용 회전자 허브(102, 202)로서, 상기 회전자 허브(102)는 적어도 2개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)로 형성되며, 상기 회전자 허브(102)는 중공 인클로저(enclosure) 및 작동시 바람 쪽으로 향하는 전방면을 포함하고, 상기 회전자 허브(102)의 상기 전방면에는 공기 역학적 프로파일이 제공되어 있는 풍력 터빈용 회전자 허브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각은 적어도 하나의 분할면(206)을 가지며, 상기 회전자 허브(102)를 조립하기 위해, 상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)는, 한 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)의 적어도 하나의 분할면(206)이 다른 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)의 적어도 하나의 분할면(206)에 접촉하도록 조립되는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)의 상기 적어도 하나의 분할면(206)은 하나 이상의 체결 요소에 의해 다른 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)의 적어도 하나의 분할면(206)에 제거가능하게 조립되는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 체결 요소는 플랜지를 포함하는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)는 풍력 터빈(100)의 회전자 블레이드(104a, 104b, 104c)를 수용하기 위한 회전자 블레이드 개구(200a, 200b, 200c)를 포함하고, 이들 회전자 블레이드 개구(200a, 200b, 200c)는 상기 회전자 블레이드(104a, 104b, 104c)를 수용하여 지지하도록 되어 있는 블레이드 플랜지를 포함하는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전자 블레이드 개구(200a, 200b, 200c)(100) 및 상기 블레이드 플랜지는, 한 허브 세그먼트(202a)에 있는 블레이드 플랜지의 일 부분이 다른 허브 세그먼트(202b)에 배치되어 있는 블레이드 플랜지의 다른 부분에 접촉하여 완전한 블레이드를 플랜지를 형성하도록, 상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 중의 하나에 부분적으로 배치되는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 블레이드 플랜지는 그의 공기 양력을 증가시키기 위한 공기 역학적 프로파일을 갖도록 설계되어 있는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 플랜지는 개별적으로 만들어지고 상기 회전자 허브에 탈착가능하게 부착되거나 그 회전자 허브와 일체적으로 되어 있는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발전기 회전자의 일 단부를 수용하도록 되어 있는 것을 더 포함하는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각은 상기 회전자 허브(102, 202)의 후방 단부로부터 전방 단부까지 연장되어 있는 하나 이상의 분할면(206)을 갖는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c, 202d)) 각각은 상기 회전자 허브(102, 202)의 회전 축선을 가로질러 연장되어 있는 하나 이상의 분할면(206)을 갖는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각은 크기, 형상 및 치수에 있어 동일한 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자 허브(102; 202)의 후방 단부는 회전자가 상기 회전자 허브(102; 202)에 직접 결합되도록 발전기의 회전자를 수용하도록 되어 있는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각은, 장착되면 발전기의 회전자 쪽으로 향하게 되는 후방 단부 및 장착되면 바람 쪽으로 향하는 전방 단부를 가지며, 상기 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c) 각각의 외부면은 후방 단부로부터 연장되어 전방 단부 쪽으로 수렴하는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 핀(fin)(110)이, 상기 회전자 허브(102, 202) 쪽으로 향하는 바람이 실질적으로 상기 회전자 허브(102, 202)의 축선 방향으로 상기 핀(110) 중의 적어도 하나를 따라 안내되도록 회전자 허브(102, 202)의 외부 표면에 배치되어 있는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 핀(110)은 상기 회전자 허브(102, 202)의 외부 표면에 원주 방향으로 서로 이격되어 배치되어 있는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자 허브(102)는 3개의 허브 세그먼트(202a, 202b, 202c)로 형성되는 풍력 터빈용 회전자 허브(102, 202).
  18. 발전기, 복수의 블레이드(104a, 104b, 104c), 및 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 회전자 허브(102, 202)를 포함하고, 상기 블레이드(104a, 104b, 104c)는 상기 회전자 허브(102; 202)에 장착되고, 상기 회전자 허브는 상기 발전기의 회전자에 연결되는 풍력 터빈(100).
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