KR20150060235A - Automatic Shaft Alignment Apparatus for Wind Turbine - Google Patents

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KR20150060235A KR1020130144423A KR20130144423A KR20150060235A KR 20150060235 A KR20150060235 A KR 20150060235A KR 1020130144423 A KR1020130144423 A KR 1020130144423A KR 20130144423 A KR20130144423 A KR 20130144423A KR 20150060235 A KR20150060235 A KR 20150060235A
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Abstract

The present invention relates to an automatic shaft alignment correcting apparatus for a wind turbine (10) having a generator (15) on a base frame (20), wherein a detection unit (30) is installed on the base frame (20) to detect the position variations of the generator (15) and a control unit (40) aligns a shaft by operating a driver (42) in response to a signal from the detection unit (30). Therefore, the automatic shaft alignment correcting apparatus for a wind turbine prevents damage to associated structures and a decrease in overall durability due to poor shaft alignment by detecting the shaft alignment of the wind turbine and changing the position in vertical and horizontal directions.

Description

풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치{Automatic Shaft Alignment Apparatus for Wind Turbine}Technical Field [0001] The present invention relates to an automatic shaft alignment device for a wind turbine,

본 발명은 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력발전기 터빈의 축정렬 불량으로 인한 연관 구조물의 파손을 방지하는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic axial alignment correcting apparatus for a wind turbine, and more particularly, to an automatic axial alignment correcting apparatus for a wind turbine that prevents breakage of an associated structure due to an axial misalignment of the wind turbine turbine.

풍력발전기의 유지ㆍ보수에 있어서 작업자가 비 주기적으로 나셀에 올라가서 주요 동력전달부의 정렬 상태를 작업자가 확인함이 보편적이다. 이 경우 정렬 상태에 대한 판단의 정확도가 낮아 연관된 구조물, 예를 들어 기어박스(gearbox) 내에 있는 베어링 등의 파손을 유발하기 쉽다. In the maintenance and repair of the wind power generator, it is common for the operator to ascend the nacelle non-periodically to confirm the alignment state of the main power transmitting portion by the operator. In this case, the accuracy of the determination of the alignment state is low and it is liable to cause breakage of an associated structure, for example, a bearing in a gearbox or the like.

풍력발전기에서 동력전달부의 축정렬과 관련되는 선행특허로서 한국 등록특허공보 제0968593호(선행특허 1), 한국 등록특허공보 제1007702호(선행특허 2) 등이 알려져 있다.Korean Patent Registration No. 0968593 (Prior Patent 1) and Korean Patent Registration No. 1007702 (Prior Patent 2) are known as prior patents related to axial alignment of a power transmission portion in a wind power generator.

상기 선행특허 1은 보조프레임에 안착되는 발전기를 지닌 풍력발전 장치에 있어서, 상기 보조프레임에 일체로 구비되는 지지블럭과, 상기 지지블럭 상에 설치되어 발전기와 함께 상대 이동하는 이동베이스와, 상기 이동베이스 상에서 진동을 흡수하는 댐퍼부와, 상기 이동베이스에서 회전됨에 의해 상기 이동베이스를 이동시키는 회전구동체를 포함한다. 이에 따라, 보조프레임의 강도에 전혀 영향을 주지 않으면서 정확한 정렬을 이루는 효과를 기대한다.According to the prior art 1, a wind power generator having a generator mounted on an auxiliary frame includes a support block integrally provided on the support frame, a movable base installed on the support block and relatively moving together with the generator, A damper portion for absorbing vibration on the base, and a rotary drive body for moving the movement base by being rotated in the movement base. Thus, an effect of achieving accurate alignment without affecting the strength of the auxiliary frame at all is expected.

상기 선행특허 2는 풍력발전기의 나셀(nacelle) 구조체로서, 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 상부면에 설치되고, 상기 주축을 회전가능하게 지지하는 베어링 하우징을 포함하고, 상기 메인 프레임의 상부면에는 상기 베어링 하우징을 상기 주축의 길이방향에 대해 좌우측 방향으로 용이하게 위치정렬(alignment) 하여 설치하기 위한 설치부가 형성된다. 이에 따라, 베어링 하우징을 좌우 정렬하기 위한 추가작업 없이 용이하게 설치하는 효과를 기대한다.The prior art 2 is a nacelle structure of a wind power generator, comprising: a main frame; And a bearing housing provided on an upper surface of the main frame for rotatably supporting the main shaft, wherein the upper surface of the main frame is easily positioned in the left and right directions with respect to the longitudinal direction of the main shaft (not shown). Accordingly, it is expected that the bearing housing can be easily installed without additional work for left-right alignment.

그러나, 선행특허 1처럼 이동베이스를 사용하거나 선행특허 2처럼 걸림턱을 형성하는 것은 1차원적인 정렬이므로 발전기를 비롯한 주요부의 진동 유발에 의한 내구성 저하 또는 파손을 방지하기 미흡하다.However, using the movable base as in the prior patent 1 or forming the latching jaw like the prior patent 2 is a one-dimensional alignment, and thus it is insufficient to prevent degradation or breakage of durability caused by vibration of the main parts including the generator.

1. 한국 등록특허공보 제0968593호 "풍력발전시스템의 발전기용 정렬장치"(공개일자 : 2009. 7. 1.)1. Korean Patent Registration No. 0968593 entitled "Arrangement Device for Generators in Wind Power Generation Systems" (Published on Jan. 1, 2009) 2. 한국 등록특허공보 제1007702호 "풍력발전기의 나셀 구조체"(공개일자 : 2010. 8. 2.)2. Korean Patent Publication No. 1007702 entitled "Nacelle Structure of Wind Turbine Generators" (Published on Aug. 2, 2010)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력발전기 터빈의 축정렬 상태를 검출하고 상하좌우로 자세를 변동하여 축정렬 불량으로 인한 연관 구조물의 파손과 전반적인 내구성 저하를 방지할 수 있는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the prior art by providing a wind turbine system for detecting an axial alignment state of a turbine of a wind turbine and changing a posture in up and down and left and right directions to prevent breakage of an associated structure and overall durability deterioration And to provide an automatic axial alignment correction device for a wind turbine.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스프레임 상에 발전기를 구비하는 풍력터빈의 축정렬 보정장치에 있어서: 상기 베이스프레임 상에 발전기의 위치변동을 감지하도록 설치되는 감지수단; 및 상기 감지수단의 신호에 대응하여 구동기를 작동하여 축정렬을 수행하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for correcting an axial alignment of a wind turbine having a generator on a base frame, comprising: sensing means installed on the base frame for sensing a positional change of the generator; And control means for performing axial alignment by operating a driver in response to the signal of the sensing means.

또, 본 발명에 따르면 상기 감지수단은 발전기의 상하 변동량을 검출하는 상하변위센서와, 좌우 변동량을 검출하는 좌우변위센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the sensing means is provided with a vertical displacement sensor for detecting the vertical variation of the generator and a left and right displacement sensor for detecting the horizontal variation.

또, 본 발명에 따르면 상기 감지수단은 발전기의 진동 상태를 검출하도록 가속도센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the sensing means further comprises an acceleration sensor for detecting a vibration state of the generator.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어수단의 구동기는 2방향의 자유도를 지니는 유압실린더를 사용하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the actuator of the control means uses a hydraulic cylinder having two degrees of freedom.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어수단의 제어기는 감지수단을 통하여 발전기의 자세에 대한 초기 세팅치를 저장하고, 허용 범위를 초과하면 구동기를 작동하여 발전기를 초기 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the controller of the control means stores the initial setting value of the attitude of the generator through the sensing means, and when the allowable range is exceeded, the generator is returned to the initial position by operating the actuator.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 풍력발전기 터빈의 축정렬 상태를 검출하고 상하좌우로 자세를 변동하여 축정렬 불량으로 인한 연관 구조물의 파손과 전반적인 내구성 저하를 방지하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect of detecting the axial alignment state of the wind turbine turbine and preventing the deterioration of the joint structure and the overall durability deterioration due to the misalignment of axes by varying the posture.

도 1은 본 발명에 따른 축정렬 보정장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 도 1의 장치에 대한 주요부를 평면에서 나타내는 모식도1 is a block diagram showing an essential part of an axial alignment correcting apparatus according to the present invention;
Fig. 2 is a schematic view showing a main part of the device of Fig. 1 in a plane

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 베이스프레임(20) 상에 발전기(15)를 구비하는 풍력터빈(10)의 축정렬 보정장치에 관하여 제안한다. 풍력발전기는 나셀의 전방으로 허브 상에 다수의 블레이드를 지니고, 나셀의 내부에 입출력 샤프트를 지닌 기어박스(12)와 발전기(15)를 탑재한 구조이다. 광의로 풍력터빈(10)은 허브에서 발전기에 이르는 전체적 구성을 의미한다. 풍력터빈(10)에 있어서 축정렬이 필수적 요소이지만, 특히 기어박스(12)와 발전기(15)의 축정렬이 중요하다.The present invention proposes an apparatus for correcting axial alignment of a wind turbine (10) having a generator (15) on a base frame (20). The wind turbine generator has a structure in which a plurality of blades are disposed on the hub in front of the nacelle, and a gear box 12 and a generator 15 are mounted on the nacelle with an input / output shaft. Broadly speaking, the wind turbine 10 means the overall configuration from the hub to the generator. In the wind turbine 10, axial alignment is essential, but in particular, axial alignment of the gear box 12 and the generator 15 is important.

본 발명에 따르면 상기 베이스프레임(20) 상에 발전기(15)의 위치변동을 감지하도록 감지수단(30)이 설치된다. 통상적으로 발전기(15)는 베이스프레임(20)에 마운팅하기 위한 4개의 브라켓(16)을 구비한다. 이에 베이스프레임(20)은 발전기(15)의 브라켓(16)과 결합하기 위한 4개의 지지편(26)을 구비한다. 베이스프레임(20)에 대한 발전기(15)의 상대적인 위치가 변동되면 기어박스(12)의 출력 샤프트와 발전기(15)의 샤프트 간에 정렬이 어긋나게 된다. 이와 같은 축정렬의 어긋남이 발생하면 진동과 소음이 유발되고 내구성을 약화시킨다. 베이스프레임(20)에 대한 발전기(15)의 상대적인 위치변동은 감지수단(30)을 통하여 검출한다.According to the present invention, the sensing means 30 is installed on the base frame 20 to sense the positional change of the generator 15. Generally, the generator 15 has four brackets 16 for mounting to the base frame 20. Thus, the base frame 20 has four support pieces 26 for engaging with the bracket 16 of the generator 15. The output shaft of the gear box 12 and the shaft of the generator 15 are out of alignment when the relative position of the generator 15 to the base frame 20 is changed. Such a misalignment of the axial alignment causes vibration and noise and weakens the durability. The relative positional variation of the generator 15 with respect to the base frame 20 is detected through the sensing means 30. [

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 감지수단(30)은 발전기(15)의 상하 변동량을 검출하는 상하변위센서(31)와, 좌우 변동량을 검출하는 좌우변위센서(32)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 기어박스(12)와 발전기(15)는 상호 샤프트가 직결된 상태이므로 축방향으로 위치변동은 구속된다. 상하변위센서(31)는 베이스프레임(20)의 지지편(26)의 4개소에 설치되어 각각의 브라켓(16)의 상하위치 변동에 대응한 신호를 생성한다. 좌우변위센서(32)는 지지편(26)의 대각선 위치 2개소에 설치되어 전방 브라켓(16)의 좌우위치 변동과 후방 브라켓(16)의 좌우위치 변동에 대응한 신호를 발생한다.According to the detailed configuration of the present invention, the sensing means 30 is provided with a vertical displacement sensor 31 for detecting the vertical variation of the generator 15 and a left and right displacement sensor 32 for detecting the horizontal variation do. Since the gear box 12 and the generator 15 are in a state in which the shafts are directly connected to each other, the positional fluctuation is restricted in the axial direction. The upper and lower displacement sensors 31 are provided at four positions of the support pieces 26 of the base frame 20 to generate signals corresponding to the vertical positional fluctuation of each bracket 16. [ The left and right displacement sensors 32 are provided at two diagonal positions of the support pieces 26 to generate signals corresponding to the left-right positional fluctuation of the front bracket 16 and the left-right positional fluctuation of the rear bracket 16. [

물론, 상기한 상하변위센서(31)와 좌우변위센서(32)의 설치 수량 및 위치는 예시에 불과하고 풍력터빈(10)의 구조에 따라 다양하게 변형하여 적용할 수 있다.Of course, the number and positions of the up-and-down displacement sensor 31 and the left and right displacement sensor 32 are merely examples, and can be variously modified according to the structure of the wind turbine 10.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 감지수단(30)은 발전기(15)의 진동 상태를 검출하도록 가속도센서(35)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 가속도센서(35)는 발전기(15)의 몸체 상에 설치하는 것이 좋으며, 이외에 베이스프레임(20) 상에 추가로 설치하는 것도 무방하다. 가속도센서(35)의 신호는 후술하는 제어수단(40)에서 발전기(15)가 과도한 진동 상태인지 판단하는 정보로 활용된다.According to the detailed configuration of the present invention, the sensing means (30) further comprises an acceleration sensor (35) for detecting the vibration state of the generator (15). The acceleration sensor 35 may be provided on the body of the generator 15 or may be additionally provided on the base frame 20. The signal of the acceleration sensor 35 is used as information for determining whether the generator 15 is in an excessive vibration state by the control means 40 described later.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 감지수단(30)의 신호에 대응하여 구동기(42)를 작동하여 축정렬을 수행한다. 종래의 경우 베이스프레임(20)의 지지편(26)과 발전기(15)의 브라켓(16) 사이에 조절마운트(도시 생략)를 설치하여 수동으로 조작한다. 이에 정확한 축정렬이 곤란하여 대부분의 경우 연관된 구조물에 치명적 손상이 초래된 후에 교체하는 사후처리에 의존하는 실정이다. 본 발명은 제어수단(40)으로 구동기(42)와 제어기(45)를 포함하며, 제어기(45)에 저장된 알고리즘에 따라 자동적인 축정렬을 수행한다.According to the present invention, the control means (40) operates the driver (42) in response to the signal of the sensing means (30) to perform axis alignment. In the conventional case, an adjustment mount (not shown) is provided between the support piece 26 of the base frame 20 and the bracket 16 of the generator 15 and operated manually. Therefore, in most cases, it is difficult to precisely align the axes, and therefore, it is dependent on the post-processing to be performed after the fatal damage is caused to the related structure. The present invention includes a driver 42 and a controller 45 as control means 40 and performs automatic axis alignment in accordance with the algorithm stored in the controller 45.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)의 구동기(42)는 2방향의 자유도를 지니는 유압실린더를 사용하는 것을 특징으로 한다. 구동기(42)에 상하구동용 유압실린더와 좌우 구동용 유압실린더를 일체로 구성하여 발전기(15)에 대한 상하 및 좌우의 2축 운동을 수행한다. 도시에는 생략하나 유압실린더 작동을 위한 유압발생장치는 나셀이 아닌 타워에 설치할 수도 있다.According to the detailed configuration of the present invention, the driver (42) of the control means (40) uses a hydraulic cylinder having two degrees of freedom. The upper and lower drive hydraulic cylinders and the left and right drive hydraulic cylinders are integrally formed in the driver 42 to perform vertical and horizontal biaxial motion with respect to the generator 15. [ The hydraulic generator for hydraulic cylinder operation can be installed in a tower other than the nacelle.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)의 제어기(45)는 감지수단(30)을 통하여 발전기(15)의 자세에 대한 초기 세팅치를 저장하고, 허용 범위를 초과하면 구동기(42)를 작동하여 발전기(15)를 초기 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 한다. 통상적으로 풍력발전기는 상태 감시 시스템(CMS; Condition Monitoring System)을 통하여 진동 상태 감시, 오일 상태 감시 및 블레이드 상태 감시를 수행한다. 제어기(45)는 구동기(42)에 대한 제어를 수행하는 과정에서 CMS와 통신하면서 정보를 교환할 수도 있도록 구성한다.The controller 45 of the control means 40 stores the initial setting value for the attitude of the generator 15 via the sensing means 30 and when the allowable range is exceeded, To return the generator (15) to its initial position. Typically, wind turbine generators perform vibration condition monitoring, oil condition monitoring, and blade condition monitoring through a condition monitoring system (CMS). The controller 45 is configured to be able to exchange information while communicating with the CMS in the course of performing control over the driver 42.

구체적 작동의 일예에 있어서, 풍력발전기 설치시 기어박스(12)에 대한 발전기(15)의 상하 및 좌우의 축정렬 값을 세팅하고, 해당 위치(자세)에서의 허용 범위(tolerance)를 감지수단(30)의 신호와 대비하는 주기적인 연산을 수행하여, 허용 범위를 넘어선 경우 과진동과 손상이 초래하기 전에 구동기(42)를 작동하여 발전기(15)를 초기의 세팅 위치로 복귀시키는 보정을 수행한다. 물론 가속도센서(35)의 신호를 이용하여 과진동 상태를 정확하고 신속하게 판단할 수 있다.In the concrete example of operation, the upper and lower and left and right axial alignment values of the generator 15 with respect to the gear box 12 are set when the wind turbine generator is installed, and the tolerance in the position (posture) 30 to perform a correction for returning the generator 15 to the initial setting position by operating the driver 42 before the vibration and the damage occur. . Of course, the over-vibration state can be accurately and quickly judged using the signal of the acceleration sensor 35. [

한편, 제어기(45)는 로컬 또는 원격에서 발전기(15)의 축정렬 상태를 육안으로 모니터링하도록 디스플레이를 구비하거나 화상 정보를 생성하는 구성을 부가할 수도 있다.On the other hand, the controller 45 may have a display or a configuration for generating image information so as to visually monitor the axial alignment state of the generator 15 locally or remotely.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.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 and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

10: 풍력터빈 12: 기어박스
15: 발전기 16: 브라켓
20: 베이스프레임 26: 지지편
30: 감지수단 31: 상하변위센서
32: 좌우변위센서 35: 가속도센서
40: 제어수단 42: 구동기
45: 제어기10: Wind Turbine 12: Gearbox
15: Generator 16: Bracket
20: base frame 26:
30: sensing means 31: upper and lower displacement sensor
32: left and right displacement sensor 35: acceleration sensor
40: control means 42:
45:

Claims (5)

베이스프레임(20) 상에 발전기(15)를 구비하는 풍력터빈(10)의 축정렬 보정장치에 있어서:
상기 베이스프레임(20) 상에 발전기(15)의 위치변동을 감지하도록 설치되는 감지수단(30); 및
상기 감지수단(30)의 신호에 대응하여 구동기(42)를 작동하여 축정렬을 수행하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치.An apparatus for correcting axial alignment of a wind turbine (10) having a generator (15) on a base frame (20), comprising:
Sensing means (30) installed on the base frame (20) to sense a change in the position of the generator (15); And
And control means (40) for operating the driver (42) in accordance with the signal of the sensing means (30) to perform axial alignment. 청구항 1에 있어서,
상기 감지수단(30)은 발전기(15)의 상하 변동량을 검출하는 상하변위센서(31)와, 좌우 변동량을 검출하는 좌우변위센서(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치.The method according to claim 1,
The detecting means 30 includes a vertical displacement sensor 31 for detecting the vertical variation of the generator 15 and a left and right displacement sensor 32 for detecting the lateral variation. Device. 청구항 1에 있어서,
상기 감지수단(30)은 발전기(15)의 진동 상태를 검출하도록 가속도센서(35)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치.The method according to claim 1,
Wherein the sensing means (30) further comprises an acceleration sensor (35) for detecting a vibration state of the generator (15). 청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(40)의 구동기(42)는 2방향의 자유도를 지니는 유압실린더를 사용하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치.The method according to claim 1,
Wherein the actuator (42) of the control means (40) uses a hydraulic cylinder having two degrees of freedom. 청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(40)의 제어기(45)는 감지수단(30)을 통하여 발전기(15)의 자세에 대한 초기 세팅치를 저장하고, 허용 범위를 초과하면 구동기(42)를 작동하여 발전기(15)를 초기 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 풍력터빈의 자동 축정렬 보정장치.The method according to claim 1,
The controller 45 of the control means 40 stores the initial setting value for the attitude of the generator 15 via the sensing means 30 and activates the driver 42 when the allowable range is exceeded, And returns to the initial position of the wind turbine.
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