KR20150041902A - 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치 - Google Patents

풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치 Download PDF

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KR20150041902A KR20130120442A KR20130120442A KR20150041902A KR 20150041902 A KR20150041902 A KR 20150041902A KR 20130120442 A KR20130120442 A KR 20130120442A KR 20130120442 A KR20130120442 A KR 20130120442A KR 20150041902 A KR20150041902 A KR 20150041902A
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Abstract

풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치는 풍력터빈에 구비된 나셀의 후방 벽면에 개폐 가능하도록 설치되는 후방 도어; 나셀 내부에 이동 가능하도록 설치되고, 후방 도어를 통해 나셀의 외부로 돌출되는 리프팅 빔 유닛; 및 리프팅 빔 유닛에 연결되어 상하로 이동 가능하도록 설치되는 리프팅부를 포함한다.

Description

풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치{APPRATUS FOR TRANSPORTING COMPONENT OF WIND TURBINE NACELLE}
본 발명은 부품 이송 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력터빈 나셀의 유지보수를 위해 부품을 나셀 내부로 이송시킬 수 있는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치에 관한 것이다.
풍력발전기(풍력터빈)는 전방에서 불어오는 바람을 이용하여 기계적 에너지를 생성하고, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킨다.
도 1은 풍력발전기를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 풍력발전기는 로터(10), 나셀(20) 및 타워(30)를 포함한다. 로터(10)는 나셀(20) 전방에 결합되는 허브(11)와, 허브(11)에 방사상으로 결합되는 복수개의 블레이드(12)를 포함한다. 나셀(20)은 타워(30)에 의해 지지된다. 타워(30)는 중공 원통 형상을 가지며 나셀(20)을 지지한다.
나셀(20) 내부에는 증속기, 발전기, 인버터 등 다양한 장비들이 설치된다. 풍력발전기의 안정적인 운전을 위해서는 상기 장비들이 꾸준히 유지보수되어야 할 필요가 있다. 예컨대, 상기 장비들의 수명이 다하면 새로운 장비들로 교체를 할 필요가 있으며, 장비들이 고장났을 때에 일부 부품 등이 교체되어야 하는 경우도 있다.
나셀(20) 내부 장비에 대해 정비가 필요할 때에는 별도로 대형 크레인을 사용하여 부품을 이송시킨 후에, 나셀(20) 루프(roof)를 전면 개방하여 상기 부품을 나셀(20) 내부로 이송시켜야만 하였다. 이는 신속하고 편리한 유지 보수에 있어 장애요소로 작용하였다.
이에 도 1에 도시된 바와 같이 나셀(20)의 후방 하부면에 해치커버(21)를 형성하는 방안이 제안된 바 있다. 해치커버(21)는 개폐 가능하며, 해치커버(21)가 개방되면 부품 등을 거치시킬 수 있는 리프팅 바스켓(42, lifting basket)이 와이어(41)를 통해 지면 쪽으로 하강할 수 있도록 나셀(20) 내부에 설치된다. 관련된 특허로는 한국등록특허 제10-1038641호 및 한국공개특허 제10-2013-0026794호가 있다.
그런데 일반적으로 타워(30)는 아래로 내려갈수록 직경이 커지도록 형성되는 바, 리프팅 바스켓(42)이 바람 등에 의해 흔들릴 경우에 리프팅 바스켓(42)이 타워(30)와 충돌을 일으켜 타워(30)에 손상을 가하게 되는 문제점이 있었다.
이를 방지하기 위해서는 해치커버(21)가 타워(30)에서 멀리 위치하도록 나셀(20)을 보다 크게 형성하여야 하나, 이는 나셀(20)을 소형화시키려는 기술 트렌드와 부합하지 않는다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제10-1038641호(2011.05.26 등록) 특허문헌 2: 한국공개특허 제10-2013-0026794호(2013.03.14 공개)
본 발명의 실시예들은 나셀 크기를 줄이지 않으면서도 나셀 내부로 부품 등을 이송시킬 수 있으며, 타워와 이송되는 부품 등 간에 충분한 거리를 유지할 수 있는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력터빈에 구비된 나셀의 후방 벽면에 개폐 가능하도록 설치되는 후방 도어; 상기 나셀 내부에 이동 가능하도록 설치되고, 상기 후방 도어를 통해 상기 나셀의 외부로 돌출되는 리프팅 빔 유닛; 및 상기 리프팅 빔 유닛에 연결되어 상하로 이동 가능하도록 설치되는 리프팅부를 포함하는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 나셀의 내부 후방에 배치되어 상기 후방 도어와 연결되는 것으로, 상기 후방 도어를 개폐시키는 도어 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 리프팅 빔 유닛은, 상기 나셀의 내부의 상부에 설치된 가이드 롤러부; 및 상기 가이드 롤러부에 결합되어 상기 나셀과 수평 방향으로 왕복 이동되는 리프팅 빔을 포함할 수 있다.
또한, 상기 리프팅부는, 상기 리프팅 빔 유닛 상에서 구름 운동하여 상기 리프팅 빔 유닛을 따라 횡방향으로 이동하는 트롤리; 상기 트롤리에 배치되는 풀리; 및 상기 풀리에 와이어를 통해 연결되어 상하로 이동되는 부품이송유닛을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 후방 도어가 개방됨과 동시에 상기 리프팅 빔 유닛이 상기 후방 도어 쪽으로 이동하여 상기 나셀의 외부로 돌출되고, 상기 리프팅부의 트롤리가 상기 리프팅 빔 유닛의 우측 단부로 이동한 후에 상기 부품이송유닛을 하방으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 풍력터빈 나셀 후방 벽면에 개폐되는 후방 도어를 설치하고, 상기 후방 도어를 통해 리프팅 빔 유닛을 돌출시키도록 이동시킴으로써 타워와 이송되는 부품 등 간에 충분한 거리를 유지할 수 있다.
또한, 상기 리프팅 빔 유닛의 이동을 통해 타워와 이송되는 부품 간의 거리를 확보할 수 있으므로 나셀 크기를 줄이지 않으면서도 나셀 내부로 유지보수를 위한 부품 등을 이송 가능하다.
도 1은 풍력발전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 부품 이송 장치에서 리프팅 빔 유닛 및 리프팅부를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 부품 이송 장치의 동작을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치(100, 이하, 부품 이송 장치)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 풍력발전기는 로터(10), 나셀(20) 및 타워(30)를 포함할 수 있다.
로터(10)는 허브(11) 및 블레이드(12)를 포함할 수 있다. 허브(11)는 나셀(20) 전방에 결합되며, 복수개의 블레이드(12)가 허브(11)에 방사형으로 결합된다. 나셀(20)은 타워(30)에 의해 지지된다. 나셀(20)은 회전 가능하게 설치된다. 타워(30)는 중공 원통 형상을 가지며 나셀(20)을 지지한다.
나셀(20)은 바람이 불어오는 방향을 향해 회전될 수 있다. 바람이 불어오면 블레이드(12)는 허브(11)와 함께 회전하면서 기계적 에너지를 생성한다. 기계적 에너지는 나셀(20) 내부에 설치되는 발전기를 통해 전기 에너지로 변환된다. 그 외의 풍력발전기의 구성과 관련된 사항들은 본 발명과는 무관하므로 설명을 생략하도록 한다.
부품 이송 장치(100)는 나셀(20)에 설치되는 것으로 나셀(20) 후방 벽면에 개폐 가능하도록 설치되는 후방 도어(110)와, 나셀(20) 내부에 설치되어 후방 도어(110)를 통해 나셀(20)의 외부로 돌출되는 리프팅 빔 유닛(120)과, 리프팅 빔 유닛(120)에 연결되어 상하로 이동 가능하도록 설치되는 리프팅부(130)를 포함한다.
나셀(20)은 박스 형태로 형성될 수 있고, 후방 도어(110)는 나셀(20)의 후방 벽면에 설치된다. 후방 도어(110)는 개폐 가능하도록 설치되고, 개방된 채로 나셀(20)에 고정될 수 있다.
리프팅 빔 유닛(120)은 나셀(20) 내부에 설치되되, 나셀(20)과 수평 방향으로 이동 가능하도록 설치된다. 리프팅 빔 유닛(20)이 설치되는 것과 관련된 설명은 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다. 리프팅 빔 유닛(20)은 나셀(20)과 수평 방향으로 왕복 이동할 수 있다. 후방 도어(110)가 개방되어 있을 때에 리프팅 빔 유닛(20)이 나셀(20) 후방으로 이동하면, 리프팅 빔 유닛(20)의 일단부는 나셀(20)의 외부로 돌출된다.
리프팅부(130)는 리프팅 빔 유닛(120)에 연결된다. 리프팅부(130)는 리프팅 빔 유닛(120)과 결합된 채로 나셀(20)과 수평 방향으로 왕복 이동할 수 있으며, 리프팅 빔 유닛(120)에 고정된 채로 상하로 이동 가능하도록 설치된다. 리프팅부(130)의 설치와 관련된 설명은 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
리프팅부(130)는 지면 방향인 하방향으로 이동하여 나셀(20)의 유지 보수를 위한 각종 장비 또는 부품 등을 거치한 후에, 다시 상방향으로 이동할 수 있다(이하에서는 나셀(20)의 유지 보수를 위한 각종 장비 또는 부품 등을 모두 부품으로 통칭하기로 함). 그리고 리프팅 빔 유닛(120)의 이동을 통해 리프팅부(130)에 의해 이동되는 상기 부품들이 나셀(20)의 내부로 이송될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 부품 이송 장치(100)에서는 나셀(20) 후방 벽면에 후방 도어(110)를 설치하고, 리프팅 빔 유닛(120)이 개방된 후방 도어(110)를 통해 외부로 돌출될 수 있다. 따라서 리프팅 빔 유닛(120)에 결합된 리프팅부(130)가 지면으로 하방 이동했을 때, 풍력터빈 타워(30)와 리프팅부(130)의 거리(L)가 일정 수준 이상 확보될 수 있다. 여기에서 상기 거리(L)가 일정 수준 이상 확보된다는 것은 리프팅부(130)가 지면으로 내려왔을 때, 리프팅부(130)가 바람 등에 의해 흔들릴 때에도 타워(30)에 충돌하지 않을 정도의 거리가 확보됨을 의미한다.
도 3 및 도 4는 도 2의 부품 이송 장치(100)에서 리프팅 빔 유닛(120) 및 리프팅부(130)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 리프팅 빔 유닛(120)은 나셀(20) 내부의 상부에 설치된 가이드 롤러부(121)와, 가이드 롤러부(121)에 결합되는 리프팅 빔(122)을 포함한다.
가이드 롤러부(121)는 복수 개일 수 있고, 나셀(20) 내부 상부면 또는 나셀(20) 내부 상부에 나셀(20)의 길이 방향으로 설치되어 있는 프레임(미도시)에 소정 간격으로 이격되어 고정 설치될 수 있다. 상기 프레임은 두 줄 이상이 평행하게 설치될 수 있으며, 각각의 프레임에는 가이드 롤러부(121)가 서로 대향하도록 배치되어 쌍을 이루도록 설치될 수 있다.
가이드 롤러부(121)에는 도 3에서 도시된 것과 같이 피니언 기어(121a)와 상기 피니언 기어(121a)의 아래에 이격되어 배치되는 가이드 롤러(121b)가 형성될 수 있다. 여기에서 피니언 기어(121a)나 가이드 롤러(121b)의 개수는 특정되지 않는다. 즉, 도 3에 도시된 것과는 다른 형태로 피니언 기어(121a) 및 가이드 롤러(121b)가 형성되는 것이 가능하다. 그리고 피니언 기어(121a)와 가이드 롤러(121b) 사이에 존재하는 공간을 통해 리프팅 빔(122)이 파지될 수 있다.
리프팅 빔(122)은 단면 형태가 I-beam 형태로 형성될 수 있고, 가이드 롤러부(121)에 의해 파지된다. 예컨대, 리프팅 빔(122)이 I-beam 형태인 경우에 리프팅 빔(122)의 상부 양측으로 돌출된 부분이 가이드 롤러부(121)의 피니언 기어(121a) 및 가이드 롤러(121b)에 의해 파지될 수 있다. 한 쌍의 가이드 롤러부(121)가 대향 배치되어 있는 경우에는, 상기 가이드 롤러부(121)들에 의해 리프팅 빔(122)의 상부 양측이 각각 파지될 수 있다(도 3 참조).
이 때, 리프팅 빔(122)의 상부면에는 가이드 롤러부(121)의 피니언 기어(121a)와 맞물리는 랙 기어(122a)가 형성될 수 있다. 따라서 리프팅 빔(122)은 상술한 피니언 기어(121a) 및 랙 기어(122a)에 의해 나셀(20)의 수평 방향으로 왕복 이동하는 것이 가능하다. 피니언 기어(121a)는 모터 등과 연결되어 회전될 수 있으므로 리프팅 빔(122)의 왕복 운동 역시 상기 모터 구동에 따라 이루어질 수 있다. 그리고 가이드 롤러(121b)는 리프팅 빔(122)이 구름 운동 하도록 가이드함으로써 리프팅 빔(122)의 왕복 운동을 보조할 수 있다.
리프팅부(130)는 리프팅 빔 유닛(120) 상에서 구름 운동하는 트롤리(131)와, 트롤리(131)에 배치되는 풀리(132)와, 풀리(132)에 연결되어 상하로 이동되는 부품이송유닛(133)을 포함할 수 있다.
트롤리(131)는 리프팅 빔 유닛(120)의 리프팅 빔(122)의 하부 양측으로 돌출된 부분에 결합한다. 즉, 트롤리(131)는 리프팅 빔(122)의 하부 양측으로 돌출된 부분을 파지하면서 결합된다. 트롤리(131)에는 구동바퀴(미표기)가 형성되고, 상기 구동바퀴가 리프팅 빔(122)을 따라 구름 운동함으로써 트롤리(131)가 리프팅 빔(122)을 따라 횡방향으로 왕복 이동할 수 있다.
트롤리(131)에는 풀리(pulley, 132)가 배치된다. 풀리(132)는 복수개가 배치될 수 있으며, 도 3에서는 하나의 풀리가 형성된 경우를 도시하였다. 풀리(132)는 부품이송유닛(133)을 상하 방향으로 이동시키는 기능을 수행한다.
부품이송유닛(133)은 풀리(132)에 와이어를 통해 연결되는 것으로 상하 방향으로 이동할 수 있다. 부품이송유닛(133)은 전동기, 감속 장치, 와인딩 드럼 등을 일체형으로 통합시킨 소형의 권상기 장비일 수 있으며, 이러한 장비의 대표적인 예로는 호이스트(hoist)가 있다. 그러나 부품이송유닛(133)은 호이스트로 한정되는 것은 아니고 트롤리(131)에 고정된 채로 상하 방향으로 이동함으로써 지면에 위치하는 부품 등을 실어 올릴 수 있으면 충분하다.
부품이송유닛(133)에는 부품 등을 거치하기 편하도록 상부가 개방된 박스 형태의 리프팅 바스켓(lifting basket, 미도시)이 연결될 수 있다. 따라서 부품이송유닛(133)이 지면으로 하방 이동하면, 작업자는 부품이송유닛(133)에 연결된 리프팅 바스켓에 나셀(20)의 유지 보수를 위해 필요한 장비, 부품 들을 적재할 수 있다. 그리고 부품이송유닛(133)이 다시 상방 이동하면, 상기 장비, 부품 들은 나셀(20) 내부로 이송될 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 2의 부품 이송 장치(100)의 동작을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 부품 이송 장치(100)는 후방 도어(110)를 개폐시키는 도어 액추에이터(111)를 더 포함할 수 있다. 도어 액추에이터(111)는 나셀(20) 내부 후방에 배치될 수 있다. 도어 액추에이터(111)는 나셀(20) 내부 후방 양쪽에 각각 일단이 결합되고, 타단은 후방 도어(110)의 앞면 측부에 결합될 수 있다.
도어 액추에이터(111)는 마그네틱 모터를 통해 신축 운동하는 스핀들 피치(spindle pitch)를 구비하는 것으로, 상기 스핀들 피치의 신축 운동에 의해 상기 스핀들 피치와 결합되어 있는 부재를 밀거나 당길 수 있다(push and pull). 따라서 도어 액추에이터(111)의 구동에 의해 후방 도어(110)가 개폐될 수 있다. 관련하여 도 3에서는 후방 도어(110)가 닫힌 모습을 도시하고 있으며, 도 4에서는 도어 액추에이터(111)가 후방 도어(110)를 나셀(20)의 후방으로 밀어, 후방 도어(110)가 개방된 모습을 도시하고 있다.
나셀(20)의 유지 보수를 위해 부품 등을 나셀(20) 내부로 이송시킬 필요가 있을 때에는, 도어 액추에이터(111)가 스핀들 피치를 신장시켜 도 6에서와 같이 후방 도어(110)를 개방시킨다. 후방 도어(110)가 개방되면, 나셀(20) 내부에 배치된 리프팅 빔 유닛(120)은 나셀(20)의 후방을 향하여 이동한다. 상기 이동은 나셀(20) 내부에 설치된 가이드 롤러부(121)의 피니언기어(121a)가 회전하고, 리프팅 빔(122)의 랙 기어(122a)가 이에 맞물리면서 이루어질 수 있다. 리프팅 빔 유닛(120)이 나셀(20) 후방을 향하여 계속 이동하면, 리프팅 빔 유닛(120)의 단부가 나셀(20)의 외부로 돌출된 형태를 가지게 된다. 이는 후방 도어(110)가 개방되어 있으므로 가능하다.
리프팅 빔 유닛(120)의 단부가 나셀(20)의 외부로 돌출되면, 리프팅 빔 유닛(120)에 결합되어 있는 리프팅부(130)가 리프팅 빔 유닛(120) 상에서 나셀(20)의 후방 방향으로 이동할 수 있다. 이는 리프팅부(130)의 트롤리(131)가 리프팅 빔 유닛(120)의 리프팅 빔(122) 상에서 구름 운동 함으로써 이루어질 수 있다. 트롤리(131)가 리프팅 빔(122)의 후단부에 다다르면, 트롤리(131)는 이동을 멈추게 된다. 그리고 트롤리(131)에 연결된 부품이송유닛(133)이 지면을 향하여 하방으로 이동하게 된다. 이는 트롤리(131)에 배치된 풀리(132)와 부품이송유닛(133)간 연결되는 와이어를 통해 이루어질 수 있다.
부품이송유닛(133)이 지면에 다다르면, 작업자는 부품이송유닛(133)에 필요한 부품 등을 적재한다. 그리고 부품이송유닛(133)은 다시 상방으로 이동한다. 이후에는 앞서 설명한 과정들이 역으로 진행됨으로써 부품이송유닛(133)에 적재되어 있는 부품 등이 나셀(20)의 내부로 이송될 수 있다. 이송이 종료되면 도어 액추에이터(111)의 스핀들 피치가 축소되어 후방 도어(111)가 다시 닫히게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 풍력터빈 나셀(20) 후방 벽면에 개폐되는 후방 도어(111)를 설치하고, 후방 도어(111)를 통해 리프팅 빔 유닛(120)을 돌출시키도록 이동시킴으로써 타워(30)와 이송되는 부품 등 간에 충분한 거리를 유지할 수 있다.
또한, 리프팅 빔 유닛(120)의 이동을 통해 타워(30)와 이송되는 부품 간의 거리를 확보할 수 있으므로 나셀(20) 크기를 줄이지 않으면서도 나셀 내부로 유지보수를 위한 부품 등을 이송 가능하다.
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: 로터 11: 허브
12: 블레이드 20: 나셀
21: 도어 30: 타워
41: 와이어 42: 리프팅 바스켓
100: 부품 이송 장치 110: 후방도어
111: 도어 액추에이터 120: 리프팅 빔 유닛
121: 가이드 롤러부 121a: 피니언 기어
121b: 가이드 롤러 122: 리프팅 빔
122a: 랙 기어 130: 리프팅부
131: 트롤리 132: 풀리
133: 부품이송유닛

Claims (5)

  1. 풍력터빈에 구비된 나셀의 후방 벽면에 개폐 가능하도록 설치되는 후방 도어;
    상기 나셀 내부에 이동 가능하도록 설치되고, 상기 후방 도어를 통해 상기 나셀의 외부로 돌출되는 리프팅 빔 유닛; 및
    상기 리프팅 빔 유닛에 연결되어 상하로 이동 가능하도록 설치되는 리프팅부를 포함하는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나셀의 내부에 배치되어 상기 후방 도어와 연결되는 것으로, 상기 후방 도어를 개폐시키는 도어 액추에이터를 더 포함하는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리프팅 빔 유닛은,
    상기 나셀의 내부의 상부에 설치된 가이드 롤러부; 및
    상기 가이드 롤러부에 결합되어 상기 나셀과 수평 방향으로 왕복 이동되는 리프팅 빔을 포함하는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리프팅부는,
    상기 리프팅 빔 유닛 상에서 구름 운동하여 상기 리프팅 빔 유닛을 따라 횡방향으로 이동하는 트롤리;
    상기 트롤리에 배치되는 풀리; 및
    상기 풀리에 와이어를 통해 연결되어 상하로 이동되는 부품이송유닛을 포함하는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 후방 도어가 개방됨과 동시에 상기 리프팅 빔 유닛이 상기 후방 도어 쪽으로 이동하여 상기 나셀의 외부로 돌출되고, 상기 리프팅부의 트롤리가 상기 리프팅 빔 유닛의 우측 단부로 이동한 후에 상기 부품이송유닛을 하방으로 이동시키는 풍력터빈 나셀의 부품 이송 장치.
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