KR20160062652A - 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치 - Google Patents

풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치 Download PDF

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김철수
강형구
이보배
홍근빈
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주식회사 케이티이엔지
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Abstract

풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치에 관한 것이다. 루트부용 무게측정유닛은 풍력발전기용 블레이드의 루트부를 안착시켜 루트부의 무게를 측정한다. 여기서, 루트부용 무게측정유닛은 루트부의 하면을 지지하는 루트부용 안착대와, 루트부의 양 측면을 지지하도록 루트부용 안착대에 각각 회전 가능하게 장착된 제1,2 지지 롤러와, 제1,2 지지 롤러 중 적어도 어느 하나를 회전시킴에 따라 루트부를 둘레 방향으로 회전시켜 블레이드의 위치를 조정하는 회전기구, 및 루트부용 안착대에 지지된 루트부의 무게를 측정하는 루트부용 무게측정부를 포함한다. 팁부용 무게측정유닛은 루트부용 무게측정유닛으로부터 이격되어 배치되며, 블레이드의 팁부를 안착시켜 팁부의 무게를 측정한다. 거리측정유닛은 루트부의 가장자리 위치로부터 루트부의 무게측정 위치와 팁부의 무게측정 위치까지의 각 거리를 측정한다. 컨트롤러는 루트부용 무게측정유닛 및 팁부용 무게측정유닛으로부터 각각 측정된 무게 데이터들과 거리측정유닛으로부터 측정된 거리 데이터들을 토대로 블레이드의 무게중심을 산출한다.

Description

풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치{Apparatus of measuring center of gravity of wind power generator blade}
본 발명은 풍력발전기에 사용되는 블레이드의 무게중심을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근엔 기후변화 문제의 심화와 화석연료의 고갈 등으로 신재생에너지의 중요성과 비중은 점차 증가하고 있다. 신재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로서, 신에너지 및 재생에너지를 통틀어 일컫는 말이다.
신에너지는 연료전지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유가스화, 수소에너지 분야로 구분되고, 재생에너지는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열 분야로 구분된다. 신재생에너지원 중 풍력은 가장 경쟁력이 높은 에너지원으로 인식되고 있다.
풍력을 이용한 발전기는 설치장소 확보 및 환경문제 등으로 인해, 육상 풍력발전기에서 5MW급 이상의 해상 풍력발전기로 변화하는 추세이다. 해상 풍력발전기의 경우, 6개월마다 정기적인 유지보수가 수행되는데, 기상조건 및 운송수단 확보 등의 어려움으로 인해 유지보수의 신속한 처리가 힘든 단점이 있다.
일반적으로, 풍력발전기는 로터와, 변속장치, 및 발전장치를 포함한다. 로터는 풍력에 의해 회전한다. 예컨대, 로터는 3개의 블레이드들이 허브를 중심으로 일정 간격으로 배치되며, 블레이드들의 각 루트부가 허브에 고정된 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 허브는 회전축에 연결될 수 있다. 변속장치는 회전축을 통해 로터의 회전력을 전달받으며, 발전장치에서 요구하는 회전수로 높인다. 발전장치는 변속장치를 통해 전달받은 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
한편, 블레이드의 제조기술은 상대적으로 노동집약적인 성격이 강하므로, 균질의 블레이드를 제조하기가 어려운 상황이다. 따라서, 하나의 로터에 구비되는 3개의 블레이드들 중 일부 블레이드의 무게중심이 허용오차 범위를 충족하지 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 블레이드들 간에 무게중심 균형이 이루어지지 않게 되어 회전축에 상당한 크기의 진동을 발생시킬 수 있다.
이로 인해, 풍력발전기의 장기간 운전시 회전축을 지지하는 구조물 등에 과부하가 걸려 풍력발전기의 고장원인이 될 수 있다. 특히, 풍력발전기의 발전 용량을 증가시키기 위해, 블레이드가 점점 커지는 추세이므로, 전술한 문제가 더욱 심각할 수 있다. 게다가, 풍력발전기가 고장을 일으키게 되면, 보수 작업이 수행되어야 하는데, 해상 풍력발전기의 경우 신속한 보수 작업이 힘들 수 있다. 따라서, 블레이드들을 풍력발전기에 설치하기 전에, 블레이드의 무게중심을 정확히 측정하기 위한 방안이 필요한 실정이다.
본 발명의 과제는 블레이드를 보다 안정되게 지지한 상태로 블레이드의 무게중심을 측정할 수 있으며, 측정 정확도를 높일 수 있는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치는 루트부용 무게측정유닛과, 팁부용 무게측정유닛과, 거리측정유닛, 및 컨트롤러를 포함한다. 루트부용 무게측정유닛은 풍력발전기용 블레이드의 루트부를 안착시켜 루트부의 무게를 측정한다. 여기서, 루트부용 무게측정유닛은 루트부의 하면을 지지하는 루트부용 안착대와, 루트부의 양 측면을 지지하도록 루트부용 안착대에 각각 회전 가능하게 장착된 제1,2 지지 롤러와, 제1,2 지지 롤러 중 적어도 어느 하나를 회전시킴에 따라 루트부를 둘레 방향으로 회전시켜 블레이드의 위치를 조정하는 회전기구, 및 루트부용 안착대에 지지된 루트부의 무게를 측정하는 루트부용 무게측정부를 포함한다. 팁부용 무게측정유닛은 루트부용 무게측정유닛으로부터 이격되어 배치되며, 블레이드의 팁부를 안착시켜 팁부의 무게를 측정한다. 거리측정유닛은 루트부의 가장자리 위치로부터 루트부의 무게측정 위치와 팁부의 무게측정 위치까지의 각 거리를 측정한다. 컨트롤러는 루트부용 무게측정유닛 및 팁부용 무게측정유닛으로부터 각각 측정된 무게 데이터들과 거리측정유닛으로부터 측정된 거리 데이터들을 토대로 블레이드의 무게중심을 산출한다.
본 발명에 따르면, 블레이드를 보다 안정되게 지지한 상태로 블레이드의 무게중심을 측정할 수 있으며, 측정 정확도를 높일 수 있다. 따라서, 풍력발전기에 블레이드들을 장착하기 전에 각 블레이드의 무게중심을 정확히 측정할 수 있으므로, 각 블레이드의 무게중심이 허용오차 범위를 충족하는지 확인할 수 있다. 또한, 블레이드의 루트부와 팁부의 각 무게가 허용오차 범위를 충족하는지 확인할 수 있다. 따라서, 무게중심과 무게가 허용오차 범위를 충족하는 블레이드들을 조합해서 하나의 로터에 장착할 수 있으므로, 블레이드들 간에 무게중심 불균형과 무게 불균형으로 인한 고장을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치에 대한 사시도이다.
도 2는 블레이드의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 있어서, 루트부용 무게측정유닛에 대한 측면도이다.
도 4는 도 1에 있어서, 제1 지지 롤러의 회전에 의해 루트부를 회전시키는 과정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 1에 있어서, 팁부용 안착대에 팁부가 안착된 상태를 도시한 정면도이다.
도 6은 도 1에 있어서, 루트부용 안착대에 루트부가 안착된 상태에서 수직 감지부가 설치된 예를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 루트부용 무게측정유닛에서 제2 지지 롤러의 위치 조절 과정을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 팁부용 무게측정유닛에서 슬링 바의 상하 위치가 조절되는 과정을 설명하기 위한 측면도이다.
도 9는 도 1에 있어서, 컨트롤러에 의한 제어를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10 내지 도 13은 도 1에 도시된 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치에 의해 블레이드의 무게중심을 측정하는 과정을 설명하기 위한 정면도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치에 대한 사시도이다. 도 2는 블레이드의 일 예를 도시한 도면이다. 도 3은 도 1에 있어서, 루트부용 무게측정유닛에 대한 측면도이다. 도 4는 도 1에 있어서, 제1 지지 롤러의 회전에 의해 루트부를 회전시키는 과정을 설명하기 위한 사시도이다. 도 5는 도 1에 있어서, 팁부용 안착대에 팁부가 안착된 상태를 도시한 정면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치는 루트부용 무게측정유닛(110)과, 팁부용 무게측정유닛(120)과, 거리측정유닛(130), 및 컨트롤러(140)를 포함한다.
여기서, 풍력발전기용 블레이드(10)는 중앙 몸체부(11)와, 중앙 몸체부(11)의 한쪽으로부터 길이 방향으로 연장된 루트부(12), 및 중앙 몸체부(11)의 다른 쪽으로부터 길이 방향으로 연장된 팁부(13)를 포함할 수 있다. 루트부(12)는 로터의 허브에 결합되어 고정될 수 있다. 루트부(12)는 가장자리에 다수의 결합 핀(12a)들이 둘레 방향을 따라 배열되고 길이 방향으로 각각 돌출된 구조로 이루어질 수 있다.
루트부용 무게측정유닛(110)은 블레이드(10)의 루트부(12)를 안착시켜 루트부(12)의 무게를 측정한다. 루트부용 무게측정유닛(110)은 루트부용 안착대(111)와, 제1 지지 롤러(112)와 제2 지지 롤러(113)와, 회전기구(114), 및 루트부용 무게측정부(115)를 포함한다.
루트부용 안착대(111)는 상면에 루트부(12)를 얹은 상태로 루트부(12)의 하면을 지지한다. 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 루트부(12)의 양 측면을 지지하도록 루트부용 안착대(111)에 각각 회전 가능하게 장착된다. 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 각 회전 축이 루트부(12)의 길이 방향과 나란한 방향으로 배치되어, 루트부(12)의 양 측면을 지지할 수 있다. 따라서, 제1,2 지지 롤러(112)(113)가 회전함에 따라 루트부(12)를 둘레 방향으로 회전시킬 수 있다.
예컨대, 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 제1,2 롤러 지지대(1121)(1131)를 매개로 루트부용 안착대(111)에 각각 회전 가능하게 장착될 수 있다. 제1,2 롤러 지지대(1121)(1131)는 루트부용 안착대(111) 상에 설치된다. 제1 롤러 지지대(1121)는 제1 지지 롤러(112)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 베어링들을 장착할 수 있다. 제2 롤러 지지대(1131)도 제2 지지 롤러(113)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 베어링들을 장착할 수 있다. 또한, 제1,2 롤러 지지대(1121)(1131)는 미도시된 브레이커(미도시)를 각각 장착할 수 있다. 따라서, 브레이커들은 루트부(12)가 설정 위치로 회전한 상태에서 제1,2 지지 롤러(112)(113)를 정지시킬 수 있다. 그 결과, 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 정지된 상태에서 루트부(12)를 보다 안정되게 지지할 수 있다.
제1,2 지지 롤러(112)(113)의 각 구름 면은 우레탄 재질 등으로 코팅될 수 있다. 따라서, 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 루트부(12)를 회전시킬 때 루트부(12)와 밀착되어 미끄럼 방지될 수 있다. 또한, 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 루트부(12)와 접촉될 때 루트부(12)의 표면 손상을 방지하거나 루트부(12)를 완충시킬 수 있다.
회전기구(114)는 제1,2 지지 롤러(112)(113) 중 적어도 어느 하나를 회전시킴에 따라 루트부(12)를 둘레 방향으로 회전시켜 블레이드(10)의 위치를 조정한다. 예컨대, 회전기구(114)는 제1 지지 롤러(112)를 회전시킬 수 있다. 블레이드(10)는 중앙 몸체부(11)가 리딩 에지(leading edge, 11a)를 갖는 형태로 이루어질 수 있다. 리딩 에지(11a)가 수평으로 눕혀진 상태에서, 블레이드(10)는 루트부용 무게측정유닛(110)과 팁부용 무게측정유닛(120)에 보다 안정된 자세로 지지될 수 있으며, 루트부(12) 및 팁부(13)의 각 무게가 정확하게 측정될 수 있다.
블레이드(10)가 루트부용 무게측정유닛(110)과 팁부용 무게측정유닛(120)에 초기 안착된 상태에서, 리딩 에지(11a)가 수평으로 눕혀진 상태가 아닌 경우, 회전기구(114)에 의해 제1 지지 롤러(112)를 회전시킴에 따라 루트부(12)를 회전시켜, 리딩 에지(11a)가 수평으로 눕혀질 수 있게 한다. 이때, 작업자가 리딩 에지(11a)의 수평 여부를 육안으로 확인하면서 회전기구(114)를 수동으로 작동시켜 리딩 에지(11a)를 수평으로 눕힐 수 있다. 다른 예로, 리딩 에지(11a)의 수평 여부를 감지하는 센서가 마련되고, 센서로부터 감지된 정보를 토대로 컨트롤러(140)가 회전기구(114)를 제어해서 리딩 에지(11a)를 수평으로 눕힐 수 있다.
예컨대, 회전기구(114)는 회전모터(114a)를 포함할 수 있다. 회전모터(114a)는 루트부용 안착대(111)에 장착되어 지지된다. 회전모터(114a)의 회전력은 동력전달부에 의해 제1 지지 롤러(112)로 전달될 수 있다. 동력전달부는 회전모터(114a)의 구동축에 축 결합되는 구동 스프로킷(114b)과, 제1 지지 롤러(112)의 한쪽 단부에 축 결합되는 종동 스프로킷(114c), 및 구동 스프로킷(114b)과 종동 스프로킷(114c)에 걸쳐진 체인(114d)을 포함할 수 있다. 회전모터(114a)의 회전력은 구동 스프로킷(114b)과 체인(114d)과 종동 스프로킷(114c)을 순차적으로 거쳐 제1 지지 롤러(112)로 전달될 수 있다. 예시된 바에 한정되지 않고, 동력전달부는 전술한 기능을 수행하는 범주에서 다양하게 구성될 수 있음은 물론이다.
루트부용 무게측정부(115)는 루트부용 안착대(111)에 지지된 루트부(12)의 무게를 측정한다. 예컨대, 루트부용 무게측정부(115)는 4개의 로드셀(115a)들을 포함하며, 로드셀(115a)들에 의해 측정된 무게 데이터를 컨트롤러(140)로 제공할 수 있다. 로드셀(115a)들은 원통형으로 각각 이루어질 수 있다. 로드셀(115a)들은 루트부용 안착대(111)의 하면에 서로 이격되어 장착될 수 있다. 루트부용 안착대(111)가 사각 형태로 이루어진 경우, 로드셀(115a)들은 루트부용 안착대(111)의 4개 코너들에 하나씩 대응되게 배치될 수 있다.
팁부용 무게측정유닛(120)은 루트부용 무게측정유닛(110)으로부터 이격되어 배치된다. 팁부용 무게측정유닛(120)은 블레이드(10)의 팁부(13)를 안착시켜 팁부(13)의 무게를 측정한다. 예컨대, 팁부용 무게측정유닛(120)은 팁부용 안착대(121)와, 복수의 슬링 바(sling bar, 122)들, 팁부용 무게측정부(123)를 포함할 수 있다.
슬링 바(122)들은 팁부(13)의 하부면과 양 측면들을 함께 감싸서 지지하도록 팁부용 안착대(121)에 팁부(13)의 길이 방향을 따라 배열되어 장착된다. 따라서, 팁부(13)는 복수의 슬링 바(122)들에 의해 보다 안정되게 지지될 수 있다. 또한, 슬링 바(122)들은 직물(cloth) 재질 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 슬링 바(122)들은 팁부(13)에 밀착되어 팁부(13)를 보다 안정되게 지지할 수 있다.
팁부용 무게측정부(123)는 슬링 바(122)들에 지지된 팁부(13)의 무게를 측정하도록 팁부용 안착대(121)의 하측에 장착된다. 팁부용 무게측정부(123)는 4개의 로드 셀(123a)들을 포함할 수 있다. 로드 셀(123a)들은 원통형으로 각각 이루어질 수 있다. 팁부용 안착대(121)가 사각 형태로 이루어진 경우, 로드셀(123a)들은 팁부용 안착대(121)의 4개 코너들에 하나씩 대응되게 배치될 수 있다.
거리측정유닛(130)은 블레이드(10)의 길이 방향을 따라 루트부(12)의 가장자리 위치로부터 루트부(12)의 무게측정 위치와 팁부(13)의 무게측정 위치까지의 각 거리를 측정한다. 루트부(12)의 무게측정 위치는 루트부용 무게측정부(115)의 측정 중심, 즉 로드셀(115a)들 사이의 중앙 위치에 해당할 수 있다. 팁부(13)의 무게측정 위치는 팁부용 무게측정부(123)의 측정 중심, 즉 로드셀(123a)들 사이의 중앙 위치에 해당할 수 있다.
컨트롤러(140)는 루트부용 무게측정유닛(110)과 팁부용 무게측정유닛(120)으로부터 각각 측정된 무게 데이터들과 거리측정유닛(130)으로부터 측정된 거리 데이터들을 토대로 블레이드(10)의 무게중심을 산출한다. 컨트롤러(140)는 하기 수학식 1에 의해, 블레이드(10)의 무게중심을 산출할 수 있다. 도 2를 함께 참조해서 설명하면 다음과 같다.
Figure pat00001
여기서, xcm : 블레이드의 무게중심, m1 : 루트부의 무게, m2 : 팁부의 무게, x1 : 루트부의 가장자리 위치와 루트부의 무게측정 위치 사이의 거리, x2 : 루트부의 가장자리 위치와 팁부의 무게측정 위치 사이의 거리를 의미한다.
전술한 바와 같이, 풍력발전기에 블레이드(10)들을 장착하기 전에 각 블레이드(10)의 무게중심을 정확히 측정할 수 있으므로, 각 블레이드(10)의 무게중심이 허용오차 범위를 충족하는지 확인할 수 있다. 또한, 블레이드(10)의 루트부(12)와 팁부(13)의 각 무게가 허용오차 범위를 충족하는지 확인할 수 있다. 따라서, 무게중심과 무게가 허용오차 범위를 충족하는 블레이드(10)들을 조합해서 하나의 로터에 장착할 수 있으므로, 블레이드(10)들 간에 무게중심 불균형과 무게 불균형으로 인한 고장을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 루트부용 무게측정유닛(110)은 루트부용 이동대(116)와, 루트부용 높이조절기구(117)들과, 루트부용 수평 감지부(118), 및 수직 감지부(119)를 더 포함할 수 있다. 루트부용 이동대(116)는 루트부용 무게측정부(115)의 하측을 지지한다. 루트부용 이동대(116)는 지면 상에 이동 가능하게 된다. 루트부용 이동대(116)는 이동이 용이하도록 하측에 복수의 바퀴(116a)들이 장착될 수 있다.
루트부용 높이조절기구(117)들은 루트부용 이동대(116)의 높이를 조절한다. 각각의 루트부용 높이조절기구(117)는 유압 실린더로 이루어질 수 있다. 4개의 유압 실린더들은 서로 마주하는 루트부용 이동대(116)의 양쪽 측면에 2개씩 나뉘어 배치될 수 있다. 각각의 유압 실린더는 실린더 로드가 실린더 몸체로부터 하방으로 신장되도록 배치된 상태에서 실린더 몸체가 루트부용 이동대(116)의 측면에 고정될 수 있다. 실린더 로드의 하단에는 발판이 장착될 수 있다.
각 실린더 로드의 발판이 지면에 맞닿은 상태에서 계속 신장하게 되면, 루트부용 이동대(116)가 지면으로부터 들어올려져 수평 이동되지 않게 지면에 고정될 수 있다. 이 상태에서, 각 실린더 로드의 신장 길이를 조절함에 따라 루트부용 이동대(116)의 높이가 조절될 수 있다. 이에 따라, 루트부(12)의 높이가 조절될 수 있다. 유압 실린더들은 수동식 유압펌프에 연결되어 수동식으로 작동하거나, 자동식 유압펌프에 의해 자동식으로 작동할 수 있다.
루트부용 수평 감지부(118)는 루트부용 높이조절기구(117)들에 의해 루트부용 이동대(116)의 높이가 조절될 때, 루트부용 이동대(116)의 수평 여부를 감지한다. 예컨대, 루트부용 수평 감지부(118)는 적어도 2개의 수준기(level)를 포함할 수 있다. 2개의 수준기들은 루트부용 이동대(116)의 인접한 2개의 측면들에 나뉘어 설치될 수 있다. 수준기로는 기포관 수준기(spirit level) 또는 전자 수준기(electronic level) 등이 이용될 수 있다. 기포관 수준기는 기포를 이용하여 피측정면의 경사를 측정하도록 구성된 기기이다. 전자 수준기는 피측정면의 경사를 측정해서 표시하며 경사 데이터를 전기신호로 출력하도록 구성된 기기이다.
유압 실린더들이 수동식으로 작동하는 경우, 작업자는 수준기에 의해 측정되는 경사를 육안으로 확인하면서 루트부용 이동대(116)의 수평을 맞추도록 유압 실린더들을 작동시킬 수 있다. 유압 실린더들이 자동식으로 작동하는 경우, 전자 수준기로부터 측정된 경사 데이터는 컨트롤러(140)로 입력될 수 있다. 컨트롤러(140)는 입력된 경사 데이터를 토대로 루트부용 이동대(116)의 수평을 맞추도록 유압 실린더들을 작동시킬 수 있다.
수직 감지부(119)는 루트부(12)의 가장자리가 수직 상태인지 여부를 감지한다. 예컨대, 루트부(12)의 가장자리가 수직 상태일 때, 블레이드(10)는 수평선 상에 배치된 것으로 정의할 수 있다. 수직 감지부(119)는 전자 수준기로 이루어질 수 있다. 수직 감지부(119)는 수직 설치대(1191)에 장착될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 루트부(12)가 루트부용 안착대(111)에 최종 안착된 상태에서, 수직 설치대(1191)는 루트부(12)의 결합 핀(12a)들 중 일부에 끼워져 고정될 수 있다. 팁부(13)의 높이가 조절됨에 따라 루트부(12)가 기울어질 때, 수직 설치대(1191)는 루트부(12)와 함께 기울어질 수 있다. 이때, 수직 감지부(119)는 수직 설치대(1191)의 경사를 측정해서 측정된 경사 데이터를 컨트롤러(140)로 제공할 수 있다.
한편, 팁부용 무게측정유닛(120)은 팁부용 이동대(124)와, 제1 팁부용 높이조절기구(125)들, 및 제1 팁부용 수평 감지부(126)를 더 포함할 수 있다. 팁부용 이동대(124)는 팁부용 안착대(121)의 하측에 이격되어 배치된다. 팁부용 이동대(124)는 지면 상에 이동 가능하게 된다. 팁부용 이동대(124)는 하측에 복수의 바퀴(124a)들이 장착될 수 있다.
제1 팁부용 높이조절기구(125)들은 팁부용 이동대(124) 상에 팁부용 무게측정부(123)의 로드 셀(123a)들과 각각 대응되도록 장착된다. 제1 팁부용 높이조절기구(125)들은 로드 셀(123a)들을 각각 승강시킴에 따라 팁부용 안착대(121)를 승강시켜 팁부(13)의 높이를 조절한다. 제1 팁부용 높이조절기구(125)들은 전동 실린더로 각각 이루어질 수 있다.
전동 실린더들은 각각의 실린더 몸체가 팁부용 이동대(124)에 고정되며, 각각의 실린더 로드가 해당 로드 셀(123a)에 고정된다. 전동 실린더들은 각 실린더 로드가 신축함에 따라 로드 셀(123a)들과 함께 팁부용 안착대(121)를 승강시켜 팁부(13)의 높이를 조절할 수 있다. 전동 실린더들은 컨트롤러(140)에 의해 자동 제어될 수 있다. 컨트롤러(140)는 수직 감지부(119)로부터 감지된 정보를 토대로 전동 실린더들에 의해 팁부(13)의 높이를 조절해서 루트부(12)의 가장자리를 수직 상태로 맞출 수 있다. 제1 팁부용 높이조절기구(125)들은 유압 실린더로 각각 이루어지는 것도 가능하다.
제1 팁부용 수평 감지부(126)는 팁부용 안착대(121)의 수평 여부를 감지한다. 제1 팁부용 수평 감지부(126)는 적어도 2개의 수준기를 포함할 수 있다. 2개의 수준기들은 팁부용 안착대(121)의 인접한 2개의 측면들에 나뉘어 설치될 수 있다. 수준기로는 전자 수준기가 이용될 수 있다. 전자 수준기로부터 측정된 경사 데이터는 컨트롤러(140)로 입력될 수 있다. 컨트롤러(140)는 입력된 경사 데이터를 토대로 팁부용 안착대(121)의 수평을 맞추도록 제1 팁부용 높이조절기구(125)들을 작동시킬 수 있다.
추가적으로, 팁부용 무게측정유닛(120)은 제2 팁부용 높이조절기구(127)들, 및 제2 팁부용 수평 감지부(128)를 포함할 수 있다. 제2 팁부용 높이조절기구(127)들은 팁부용 이동대(124)의 높이를 조절한다. 제2 팁부용 높이조절기구(127)들은 루트부용 높이조절기구(117)들과 동일하게 구성되어 팁부용 이동대(124)의 높이를 조절할 수 있다. 제2 팁부용 수평 감지부(128)는 팁부용 이동대(124)의 수평 여부를 감지한다. 제2 팁부용 수평 감지부(128)는 제2 팁부용 높이조절기구(127)들에 의해 팁부용 이동대(124)의 높이가 조절될 때, 팁부용 이동대(124)의 수평 여부를 감지한다. 제2 팁부용 수평 감지부(128)는 루트부용 수평 감지부(118)와 동일하게 구성될 수 있다.
이러한 팁부용 무게측정유닛(120)에 의하면, 제2 팁부용 높이조절기구(127)들에 의해 팁부용 이동대(124)의 수평이 먼저 맞춰진 후, 루트부(12)의 가장자리가 수직 상태로 맞춰지도록 제1 팁부용 높이조절기구(125)들에 의해 팁부(13)의 높이가 조절된 상태에서 팁부(13)의 무게가 측정된다. 따라서, 지면이 고르지 않더라도, 팁부용 이동대(124)가 수평으로 안정되게 위치된 상태에서, 팁부(13)의 높이가 조절된 후, 팁부(13)의 무게가 측정될 수 있다. 그 결과, 팁부(13)의 무게 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
한편, 거리측정유닛(130)은 제1 반사부재(131), 제2 반사부재(132), 및 거리센서(133)를 포함할 수 있다. 제1 반사부재(131)는 루트부(12)의 가장자리 위치에 배치된다. 제1 반사부재(131)는 루트부용 이동대(111)에 고정될 수 있으나, 제1 반사부재(131)는 수직 설치대(1191)에 고정되는 것도 가능하다. 제2 반사부재(132)는 팁부(13)의 무게측정 위치에 배치된다. 제2 반사부재(132)는 팁부용 이동대(124)에 고정될 수 있다. 제1,2 반사부재(131)(132)는 거울 등으로 각각 이루어질 수 있다.
거리센서(133)는 레이저 거리센서로 이루어질 수 있다. 거리센서(133)는 루트부(12)의 무게측정 위치에 수직 축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 거리센서(133)는 측정 부위가 수직 축을 중심으로 180도씩 회전함에 따라 제1 반사부재(131) 또는 제2 반사부재(132)를 향해 배치될 수 있다. 거리센서(133)는 수평 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 측정 부위의 상하 각도가 조절될 수도 있다.
거리센서(133)는 측정 부위가 제1 반사부재(131)를 향해 배치된 상태에서, 제1 반사부재(131)로 레이저를 출사한 후 제1 반사부재(131)에 의해 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써, 루트부(12)의 가장자리 위치와 루트부(12)의 무게측정 위치 사이의 거리를 측정할 수 있다.
그리고, 거리센서(133)는 측정 부위가 제2 반사부재(132)를 향해 배치된 상태에서, 제2 반사부재(132)로 레이저를 출사한 후 제2 반사부재(132)에 의해 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써, 루트부(12)의 무게측정 위치와 팁부(13)의 무게측정 위치 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이와 같이 거리센서(133)에 의해 측정된 거리데이터들은 컨트롤러(140)로 제공되면, 컨트롤러(140)는 루트부(12)의 가장자리 위치와 루트부(12)의 무게측정 위치 사이의 거리에 루트부(12)의 무게측정 위치와 팁부(13)의 무게측정 위치 사이의 거리를 더함으로써, 루트부(12)의 가장자리 위치와 팁부(13)의 무게측정 사이의 거리를 산출할 수 있다. 한편, 거리측정유닛(130)은 루트부(12)의 가장자리 위치와 팁부(13)의 무게측정 사이의 거리를 직접적으로 측정하도록 구성될 수도 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 루트부용 무게측정유닛(110)에서, 제1,2 지지 롤러(112)(113)는 서로의 간격이 가변되도록 적어도 어느 하나가 루트부용 안착대(111)에 이동 가능하게 장착될 수 있다. 예컨대, 제2 지지 롤러(113)가 제1 지지 롤러(112)에 대해 근접 또는 이격됨에 따라 제1 지지 롤러(112)와의 간격이 가변될 수 있다. 블레이드(10)는 용량별로 루트부(12)의 폭 길이가 다를 수 있는데, 제2 지지 롤러(113)가 루트부(12)의 폭 길이에 맞게 이동해서 제1 지지 롤러(112)와의 간격이 조절됨으로써, 루트부(12)를 안정되게 지지할 수 있다.
제2 롤러 지지대(1131)는 루트부용 안착대(111)에 분리 가능하게 장착될 수 있다. 루트부용 안착대(111)에는 체결 홀(111a)이 형성될 수 있다. 제2 롤러 지지대(1131)에는 위치 가변 홀(1131a)들이 형성될 수 있다. 위치 가변 홀(1131a)들은 루트부(12)의 폭 길이별로 제2 지지 롤러(113)의 이동 위치에 따라 체결 홀(111a)과 대응되도록 형성된다. 제2 지지 롤러(113)가 제1 지지 롤러(112)에 대해 루트부(12)의 폭 길이에 맞게 이동하면, 해당 위치 가변 홀(1131a)이 체결 홀(111a)에 대응된다. 작업자가 볼트 등의 체결부재(111b)를 서로 대응되는 위치 가변 홀(1131a)과 체결 홀(111a)에 체결함으로써, 제2 롤러 지지대(1131)를 루트부용 안착대(111)에 고정시킬 수 있다. 위치 가변 홀(1131a)들이 루트부용 안착대(111)에 형성되고, 체결 홀(111a)이 제2 롤러 지지대(1131)에 형성되는 것도 가능하다.
제2 롤러 지지대(1131)는 루트부용 안착대(111) 상에 통상적인 리니어 가이드(미도시)의 안내를 받아서 제1 롤러 지지대(1121)에 대해 근접 또는 이동되도록 슬라이드 이동할 수 있다. 제2 롤러 지지대(1131)는 작업자에 의해 수동식으로 이동하는 것으로 예시되어 있으나, 리니어 액추에이터와 같은 구동기구에 의해 자동식으로 이동하는 것도 가능하다.
한편, 팁부용 무게측정유닛(120)은 슬링 바(122)들의 각 상하 위치를 조절하는 위치조절부들을 더 포함할 수 있다. 블레이드(10)는 용량별로 크기가 다르다. 이 때문에, 리딩 에지(11a)가 수평으로 놓이도록 눕혀진 상태에서, 팁부(13)는 슬링 바(122)들에 안착되어 접촉되는 크기가 다를 수 있다. 이에 따라, 팁부(13)가 슬링 바(122)들에 안착된 높이가 블레이드(10)의 용량별로 달라질 수 있다. 이 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 블레이드(10)의 용량에 따라 슬링 바(122)들의 각 상하 위치를 위치조절부들에 의해 조절하여 팁부(13)를 설정 높이로 맞출 수 있다.
예컨대, 각각의 위치조절부는 해당 슬링 바(122)의 양단부 높이를 조절하도록 한 쌍의 위치조절기구(1221)들을 포함할 수 있다. 각각의 위치조절기구(1221)는 조절 브래킷(1222), 및 조절 핀(1223)을 포함할 수 있다. 조절 브래킷(1222)은 팁부용 안착대(121)의 상면에 장착된다. 조절 브래킷(1222)은 양 측면에 조절 홀(1222a)들이 형성된다. 조절 홀(1222a)들은 팁부(13)의 크기별로 조절 핀(1223)을 끼우도록 상하로 배열된다. 슬링 바(122)의 양단부는 위치조절기구(1221)들의 각 조절 핀(1223)을 끼우는 고리 형태로 이루어질 수 있다.
팁부(13)의 크기별로 슬링 바(122)의 양단부 높이가 조절된 상태에서, 위치조절기구(1221)들의 각 조절 핀(1223)은 해당 조절 홀(1222a)에 끼움 결합됨으로써, 팁부(13)를 설정 높이로 맞출 수 있다. 따라서, 추후에 루트부(12)의 가장자리를 수직 상태로 맞추기 위해 팁부(13)의 높이를 조절할 때, 팁부(13)의 높이 조절 범위를 최소화하여 팁부(13)의 높이를 신속히 조절할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 위치조절기구(1221)는 슬링 바(122)의 상하 위치를 조절하는 범주에서 다양하게 구성될 수 있으며, 위치조절기구(1221) 대신 슬링 바(122)의 길이를 조절하는 기구가 이용될 수도 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(140)는 수직 감지부(119)와 제1 팁부용 수평 감지부(126)로부터 감지된 정보를 토대로 제1 팁부용 높이조절기구(125)들에 의해 팁부(13)의 높이를 조절해서 루트부(12)의 가장자리를 수직 상태로 맞출 수 있다. 컨트롤러(140)는 제1 제어부(141) 및 제2 제어부(142)를 포함할 수 있다. 제1 제어부(141)는 수직 감지부(119)로부터 감지된 정보를 토대로 팁부 높이 조절용 제어신호를 출력한다. 제1 제어부(141)는 루트부용 무게측정유닛(110)의 루트부용 무게측정부(115)로부터 측정된 루트부(12)의 무게 데이터를 입력 받는다. 그리고, 제1 제어부(141)는 거리측정유닛(130)의 거리센서(133)으로부터 측정된 거리 데이터들을 입력 받는다.
제2 제어부(142)는 제1 제어부(141)로부터 출력된 팁부 높이 조절용 제어신호와 제1 팁부용 수평 감지부(126)로부터 감지된 신호를 수신해서 제1 팁부용 높이조절기구(125)들을 제어한다. 그리고, 제2 제어부(142)는 팁부 무게측정유닛(120)의 팁부 무게측정부(123)로부터 측정된 팁부(13)의 무게 데이터신호를 제1 제어부(141)로 송신한다. 그러면, 제1 제어부(141)는 루트부용 무게측정부(115)와 팁부용 무게측정부(123)로부터 각각 측정된 무게 데이터들과 거리센서(133)으로부터 측정된 거리 데이터들을 토대로 블레이드(10)의 무게중심을 산출할 수 있다.
제1 제어부(141)와 제2 제어부(142) 사이는 무선 통신부에 의해 무선 통신으로 연결될 수 있다. 무선 통신부는 제1 무선통신 모듈(151) 및 제2 무선통신 모듈(152)을 포함할 수 있다. 제1,2 무선통신 모듈(151)(152)은 블루투스(bluetooth) 모듈 등으로 이루어질 수 있다.
전술한 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치(100)에 의해, 블레이드(10)의 무게중심을 측정하는 과정에 대해서, 도 1 내지 도 9와 함께 도 10 내지 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 루트부용 무게측정유닛(110)과 팁부용 무게측정유닛(120)을 블레이드(10)의 루트부(12)와 팁부(13)를 각각 안착시킬 수 있는 위치로 이동시킨다. 이때, 루트부용 이동대(116)와 팁부용 이동대(124)를 지면에 형성된 가이드 라인을 따라 설정 위치에 나란하게 배치시킬 수 있다.
그리고, 제2 지지 롤러(113)를 루트부(12)의 폭 길이에 맞게 위치시켜 고정해둔다. 슬링 바(122)들의 각 상하 위치를 팁부(13)의 크기에 맞게 조절해둔다. 루트부용 이동대(116)를 루트부용 높이조절기구(117)들에 의해 지면에 지지된 상태로 들어올려 수평으로 맞춰둔다. 팁부용 이동대(124)를 제2 팁부용 높이조절기구(127)들에 의해 지면에 지지된 상태로 들어올려 수평으로 맞춰둔다.
이 상태에서, 블레이드(10)를 크레인 등에 의해 하강시키는 과정에 의해, 루트부용 안착대(111) 상의 제1,2 지지 롤러(112)(113) 사이에 루트부(12)를 안착시키며, 팁부용 안착대(121)의 슬링 바(122)들에 팁부(13)를 안착시킨다. 블레이드(10)가 루트부용 무게측정유닛(110)과 팁부용 무게측정유닛(120)에 초기 안착된 상태에서, 블레이드(10)의 리딩 에지(11a)가 수평으로 눕혀진 상태가 아닌 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 회전기구(114)에 의해 제1 지지 롤러(112)를 회전시켜 루트부(12)를 회전시킴에 따라 리딩 에지(11a)가 수평으로 눕혀질 수 있게 한다.
그 다음, 블레이드(10)의 리딩 에지(11a)가 수평으로 눕혀진 상태에서, 루트부(12)의 가장자리가 수직선 상에 위치하지 않은 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 팁부용 높이조절기구(125)들에 의해 팁부(13)의 높이를 조절해서 루트부(12)의 가장자리를 수직선 상에 맞춘다. 이 과정을 통해 블레이드(10)는 수평으로 맞춰질 수 있다.
그 다음, 거리측정유닛(130)에 의해 루트부(12)의 가장자리 위치와 루트부(12)의 무게측정 위치 사이의 거리와, 루트부(12)의 무게측정 위치와 팁부(13)의 무게측정 위치 사이의 거리를 측정한다. 그리고, 루트부용 무게측정유닛(130)에 의해 루트부(12)의 무게를 측정하고, 팁부용 무게측정유닛(120)에 의해 팁부(13)의 무게를 측정한다. 그 다음, 측정된 무게 데이터들과 거리 데이터들을 토대로, 컨트롤러(140)에 의해 블레이드(10)의 무게중심을 산출한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10..블레이드 11a..리딩 에지
12..루트부 13..팁부
110..루트부용 무게측정유닛 111..루트부용 안착대
112..제1 지지 롤러 113..제2 지지 롤러
114..회전기구 115..루트부용 무게측정부
120..팁부용 무게측정유닛 121..팁부용 안착대
122..슬링 바 123..팁부용 무게측정부
125..제1 팁부용 높이조절기구 130..거리측정유닛
133..거리센서 140..컨트롤러

Claims (9)

  1. 풍력발전기용 블레이드의 루트부를 안착시켜 상기 루트부의 무게를 측정하는 루트부용 무게측정유닛;
    상기 루트부용 무게측정유닛으로부터 이격되어 배치되며, 상기 블레이드의 팁부를 안착시켜 상기 팁부의 무게를 측정하는 팁부용 무게측정유닛;
    상기 블레이드의 길이 방향을 따라 상기 루트부의 가장자리 위치로부터 상기 루트부의 무게측정 위치와 상기 팁부의 무게측정 위치까지의 각 거리를 측정하는 거리측정유닛; 및
    상기 루트부용 무게측정유닛 및 팁부용 무게측정유닛으로부터 각각 측정된 무게 데이터들과 상기 거리측정유닛으로부터 측정된 거리 데이터들을 토대로 상기 블레이드의 무게중심을 산출하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 루트부용 무게측정유닛은,
    상기 루트부의 하면을 지지하는 루트부용 안착대와,
    상기 루트부의 양 측면을 지지하도록 상기 루트부용 안착대에 각각 회전 가능하게 장착된 제1,2 지지 롤러와,
    상기 제1,2 지지 롤러 중 적어도 어느 하나를 회전시킴에 따라 상기 루트부를 둘레 방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 위치를 조정하는 회전기구, 및
    상기 루트부용 안착대에 지지된 상기 루트부의 무게를 측정하는 루트부용 무게측정부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 지지 롤러는 서로의 간격이 가변되도록 적어도 어느 하나가 상기 루트부용 안착대에 이동 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 루트부용 무게측정유닛은,
    상기 루트부용 무게측정부의 하측을 지지하며 지면 상에 이동 가능하게 된 루트부용 이동대와,
    상기 루트부용 이동대의 높이를 조절하는 루트부용 높이조절기구들과,
    상기 루트부용 이동대의 수평 여부를 감지하는 루트부용 수평 감지부, 및
    상기 루트부의 가장자리가 수직 상태인지 여부를 감지하는 수직 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 팁부용 무게측정유닛은,
    팁부용 안착대와,
    상기 팁부의 하부면과 양 측면들을 함께 감싸서 지지하도록 상기 팁부용 안착대에 상기 팁부의 길이 방향을 따라 배열되어 장착된 복수의 슬링 바(sling bar)들, 및
    상기 슬링 바들에 지지된 상기 팁부의 무게를 측정하도록 상기 팁부용 안착대의 하측에 장착된 팁부용 무게측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팁부용 무게측정유닛은,
    상기 슬링 바들의 각 상하 위치를 조절하는 위치조절부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 팁부용 무게측정부는 4개의 로드 셀들을 포함하며;
    상기 팁부용 무게측정유닛은,
    상기 팁부용 안착대의 하측에 이격되어 배치된 팁부용 이동대와,
    상기 팁부용 이동대 상에 상기 로드 셀들과 각각 대응되도록 장착되며 상기 로드 셀들을 각각 승강시킴에 따라 상기 팁부용 안착대를 승강시켜 상기 팁부의 높이를 조절하는 제1 팁부용 높이조절기구들, 및
    상기 팁부용 안착대의 수평 여부를 감지하는 제1 팁부용 수평 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 팁부용 무게측정유닛은,
    상기 팁부용 이동대의 높이를 조절하는 제2 팁부용 높이조절기구들, 및
    상기 팁부용 이동대의 수평 여부를 감지하는 제2 팁부용 수평 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 루트부용 무게측정유닛은,
    상기 루트부의 가장자리가 수직 상태인지 여부를 감지하는 수직 감지부를 더 포함하며;
    상기 컨트롤러는,
    상기 수직 감지부와 제1 팁부용 수평 감지부로부터 감지된 정보를 토대로 상기 제1 팁부용 높이조절기구들에 의해 상기 팁부의 높이를 조절해서 상기 루트부의 가장자리를 수직 상태로 맞추는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 수직 감지부로부터 감지된 정보를 토대로 팁부 높이 조절용 제어신호를 출력하며, 상기 루트부용 무게측정유닛으로부터 측정된 루트부의 무게 데이터를 입력 받으며, 상기 거리측정유닛으로부터 측정된 거리 데이터들을 입력 받는 제1 제어부; 및
    상기 제1 제어부로부터 출력된 팁부 높이 조절용 제어신호와 상기 제1 팁부용 수평 감지부로부터 감지된 신호를 수신해서 상기 제1 팁부용 높이조절기구들을 제어하며, 상기 팁부용 무게측정유닛으로부터 측정된 팁부의 무게 데이터신호를 상기 제1 제어부로 송신하는 제2 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 블레이드의 무게중심 측정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180034136A (ko) * 2016-09-27 2018-04-04 삼성중공업 주식회사 무게중심 측정 장치
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CN115056885A (zh) * 2022-06-20 2022-09-16 东方空间技术(山东)有限公司 对接驾车及具有其的质心测量装置

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