KR20170111902A

KR20170111902A - 기어 박스

Info

Publication number: KR20170111902A
Application number: KR1020160038178A
Authority: KR
Inventors: 김영필
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-12
Also published as: KR101803176B1

Abstract

본 발명은 기어박스에 관한 것으로, 제1 공간부 및 제2 공간부를 포함하는 기어하우징과 선기어 샤프트와 맞물리는 기어부를 구비하며, 상기 제1 공간부 내부에 배치되는 메인샤프트 및 상기 메인샤프트의 간극 변경을 측정하도록, 상기 메인샤프트와 연동되며 상기 제2 공간부에 배치되는 간극측정수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 메인샤프트의 간극 변경을 주기적 또는 실시간으로 측정하여, 풍력 설비에 사용되는 기어 박스내 기어 조립체의 마모나 손상을 신속히 파악하여 기어 조립체의 교체시기나 유지보수 여부를 결정할 수 있는 효과가 있다.

Description

기어 박스{Gear box}

본 발명은 기어 박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메인샤프트의 간극 변경을 주기적 또는 실시간으로 측정하여, 풍력 설비에 사용되는 기어 박스내 기어 조립체의 마모나 손상을 신속히 파악하여 기어 조립체의 교체시기나 유지보수 여부를 결정할 수 있도록 하는 기어 박스에 관한 것이다.

풍력터빈과 같은 풍력설비는 바람에 의한 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 친환경적 발전시설로서, 지구환경 보호의 필요성이 부각되는 요즘 시대에 각광받는 신재생에너지 사업의 일환이다.

이러한 풍력설비는 크게 나셀(nacelle)과 타워(tower)로 나눌 수 있다. 나셀은 복수의 블레이드(blade), 허브(hub), 로터(rotor), 발전기(generator), 각종센서, 요 브레이크(yaw brake) 장치 등을 포함하고 있다.

이러한 복수의 블레이드는 허브를 중심으로 원주방향으로 소정 간격을 두고 일체로 결합되어 있으며, 허브의 중심은 로터의 구동샤프트에 연결되어 있고 구동샤프트는 발전기와 연결되어 있다.

바람에 의해 복수의 블레이드가 회전하게 되면, 복수의 블레이드가 장착된 허브도 함께 회전하게 되고, 이에 따라 로터의 구동샤프트가 회전하며 발전기를 구동하여 바람에 의한 회전에너지를 전기에너지로 전환시키게 된다. 이러한 전기에너지는 발전기에 연결된 전력케이블을 통해 타워 내부를 지나 전력계통부로 전달되게 된다.

한편, 도 1a에는 이러한 풍력터빈의 나셀에 배치되어 사용되는 동력 전달 기어의 연결 구조를 나타낸 개략도가 도시되어 있다. 도 1a를 참고하면, 먼저 1단 캐리어 조립체(5)는 나셀의 허브에 연결되어 있다. 블레이드와 함께 허브가 회전하게 되면, 1단 캐리어 조립체(5)가 회전하게 되고, 이때 1단 캐리어 조립체(5)와 볼트체결되어 연결된 1단 유성기어(3)이 회전하게 된다. 여기서 1단 유성기어(3)는 여러 개일 수 있다.

1단 유성기어(3)의 회전을 지지하는 1단 링기어(2)는 나셀의 내부에 댐퍼(damper)에 의해 고정배치되어 있다. 1단 유성기어(3)가 1단 링기어(2)를 따라 회전하면서 1단 선기어(4)를 회전시키게 된다.

1단 선기어(4)의 회전축에는 1단 연결샤프트(6)가 장착되어 있어, 이를 통해 2단 캐리어 조립체(15)가 회전하게 된다. 그리고 2단 캐리어 조립체(15)에는 도 1b에서와 같이 2단 유성기어(13)이 장착되어 있어 함께 회전하게 된다.

2단 링기어(12)도 나셀의 내부에 댐퍼로 고정배치되어 있어 2단 유성기어(13)은 2단 링기어(12)를 따라 회전하고 이에 따라 2단 유성기어(13)와 맞물려 있는 2단 선기어(14)가 회전하게 된다.

2단 선기어(14)는 할로우샤프트(16)와 연결되어 있으며, 할로우샤프트(16)는 메인 선기어(22)와 일체로 형성되어 있어, 최종적으로는 메인 선기어(22)를 회전시키게 된다.

그리고 도 2에서와 같이 메인 선기어(22)는 동력 샤프트(21)와 기어날로 연결되어 있어, 동력 샤프트(21)가 회전하고 동력 샤프트(21)는 발전기의 회전축과 연결되어 궁극적으로는 발전을 하게 된다. 이때 동력 샤프트(21)의 회전을 원활하게 하기 위해 기어하우징(23) 내부에는 동력 샤프트(21)의 둘레를 따라 복수의 베어링(24)이 배치될 수 있다. 그리고 베어링(24) 및 동력 샤프트(21)의 위치 고정을 위해 스페이서(25), 내부 밀폐를 위해 실링(26)이 각각 배치될 수 있다.

이러한 동력 전달 기어의 연결구조는 증속기의 역할을 하여 회전량은 증대되어, 허브의 회전량이 동력 샤프트(21)에서는 증폭되어 발전기를 고속으로 회전시키게 된다.

그런데 종래 기어박스의 내부에 배치된 베어링(24)은 테이퍼 롤러베어링(taper roller bearing) 타입이라서 동력 샤프트(21) 또는 스페이서(25)의 심한 마모에 의해 이격되거나, 장시간 사용으로 마모나 손상이 발생하여 위치가 변경된 경우, 적정 간격 조정이 원활하지 않다.

더욱이 기어하우징(23)은 밀폐되어 있어서, 스페이서(25)나 베어링(24)의 손상 및 위치 변경, 동력 샤프트(21)의 마모 및 간격 발생 등을 용이하게 파악할 수 없으며, 교체나 유지보수 또한 쉽지 않다.

국내특허 공개번호:10-2012-0106611

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 메인샤프트의 간극 변경을 주기적 또는 실시간으로 측정하여, 풍력 설비에 사용되는 기어 박스내 베어링, 스페이서 등 기어 조립체의 마모나 손상을 신속히 파악하여 기어 조립체의 교체시기나 유지보수 여부를 결정할 수 있도록 하는 장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 기어박스에 관한 것으로, 제1 공간부 및 제2 공간부를 포함하는 기어하우징와 메인 선기어와 맞물리는 기어날부를 구비하며, 상기 제1 공간부 내부에 배치되는 메인샤프트 및 상기 메인샤프트의 간극 변경을 측정하도록, 상기 메인샤프트와 연동되며 상기 제2 공간부에 배치되는 간극측정수단을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 간극측정수단은, 상기 메인샤프트의 원주방향을 따라 장착되며 상기 제2 공간부 내부에 배치되는 간극디스크 및 상기 메인샤프트의 축방향 간극 변경을 측정하도록, 상기 기어하우징상에서 상기 간극디스크의 축방향으로 바라보게 배치되는 제1 간극센서를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 간극측정수단은, 상기 메인샤프트의 방사방향 간극 변경을 측정하도록, 상기 기어하우징상에서 상기 간극디스크의 방사방향으로 바라보게 배치되는 제2 간극센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 간극측정수단은, 상기 간극디스크의 회전을 지지하도록, 상기 간극디스크를 중심에 두고 상기 제2 공간부 내부에서 상기 메인샤프트의 둘레를 따라 배치되는 지지베어링을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지베어링은, 상기 메인샤프트의 회전에 의해 상기 간극디스크에 인가되는 축방향 하중을 지지하는 트러스트 저널형 베어링일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 간극측정수단은, 상기 간극디스크에 의해 상기 지지베어링에 인가되는 축방향 하중을 지지하도록, 상기 지지베어링의 원주방향을 따라 배치되는 완충패드를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지베어링에는 상기 완충패드가 배치되는 패드홀더가 구비되며, 상기 간극측정수단은 상기 패드홀더의 내부에 배치되는 탄성체를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지베어링은, 상기 메인샤프트에서 착탈이 용이하도록, 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할되어 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 간극측정수단은, 상기 제2 공간부를 개폐 가능하도록, 상기 기어하우징상에 배치되는 개폐커버를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 개폐커버는, 상기 제2 공간부의 내부를 검사할 수 있도록, 적어도 일부는 검사창이 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 메인샤프트의 회전을 지지하도록, 상기 제1 공간부 내부에서 상기 메인샤프트의 기어날부 양측에 원주방향을 따라 배치되는 구름베어링을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 구름베어링과 상기 메인샤프트간의 간극을 유지하도록, 상기 구름베어링과 상기 메인샤프트의 기어날부 사이에 배치되는 스페이서를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 기어하우징 내부를 밀폐토록, 상기 기어하우징의 개구부와 상기 메인샤프트 사이에 배치되는 실링부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기어박스 내부를 2개의 공간으로 나누고, 그 중 하나의 공간에 메인샤프트와 연동되는 간극 측정용 디스크를 장착하고, 디스크의 축방향 및 방사방향에 각각 간극 측정용 센서를 장착함으로써, 메인샤프트의 위치 변경을 디스크를 위치 변경을 통해 파악하여 기어박스 내부에서 메인샤프트와 연계되는 부품의 마모나 손상을 파악할 수 있게 된다.

이때 기어박스 내부에서 디스크 둘레를 따라 지지형 베어링인 트러스트 저널형 베어링을 배치하여, 메인샤프트와의 연동 회전을 원활하게 하고, 디스크의 위치 변경으로 베어링의 상태를 확인할 수 있게 된다.

또한 지지형 베어링에는 완충패드가 배치되고, 디스크의 축방향이 이동에 따른 부하를 감소토록, 완충패드를 보완하는 탄성체를 배치하여 베어링의 마모나 손상을 감소시키게 된다.

이때 지지형 베어링 자체는 복수의 영역으로 분할되어 있어, 마모나 손상시에는 베어링의 교체를 용이하게 할 수 있다. 더하여 기어박스의 하우징상에 개폐커버 및 검사창을 배치하여 보다 교체를 용이하게 하고, 사용자가 내부를 쉽게 검사할 수 있도록 한다.

이는 궁극적으로 풍력터빈에 사용되는 기어박스의 교체 및 유지보수 시기를 적절히 결정할 수 있게 하여, 풍력터빈의 사용 안정성을 보장하고 출력 발생의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 1a는 풍력 터빈에 사용되는 동력 전달 기어의 연결 구조에 대한 개략도.
도 1b는 도 1a에 도시된 A 부분에 대한 기어 연결 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1a에 도시된 B 부분에 대한 종래 기어박스 내부구조를 나타낸 측단면도.
도 3는 도 1a에 도시된 B 부분에 대한 본 발명의 기어박스 내부구조를 나타낸 측단면도.
도 4는 도 3에 도시된 발명에서 지지베어링에 완충패드가 장착된 상태를 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 도시된 발명에서 완충패드에 탄성체가 배치된 상태를 나타낸 도면.
도 6은 도 3에 도시된 발명에서 메인샤프트가 축방향 위치 변경에 따른 본 발명의 작동상태를 나타낸 도면.
도 7은 도 3에 도시된 발명에서 메인샤프트가 방사방향 위치 변경에 따른 본 발명의 작동상태를 나타낸 도면.
도 8은 도 3에 도시된 발명에서 사용자가 내부 부품을 유지보수하기 위해 개폐커버를 제거한 상태를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 기어박스의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

도 3는 도 1a에 도시된 B 부분에 대한 본 발명의 기어박스 내부구조를 나타낸 측단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 발명에서 지지베어링에 완충패드가 장착된 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 발명에서 완충패드에 탄성체가 배치된 상태를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명인 기어박스(100)의 실시예에서는 기어하우징(200), 메인샤프트(300), 구름베어링(240), 스페이서(250), 실링부재(260) 및 간극측정수단(500)을 포함하여 구성될 수 있다.

우선 기어하우징(200)은 내부에 여러 부품이 배치될 수 있는 일정한 공간이 형성된 형태로 제공될 수 있으며, 스틸, 알루미늄 등의 금속재질로 구현될 수 있다.

여기서 기어하우징(200)은 제1 공간부(210) 및 제2 공간부(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3를 참고하면, 기어하우징(200)은 메인샤프트(300)와 롤베어링 및 스페이서(250)가 배치되는 제1 공간부(210)와 간극측정수단(500)이 배치되는 제2 공간부(220)로 크게 나뉠 수 있다.

다음 메인샤프트(300)는 메인 선기어(22)의 기어날(22a)과 맞물리는 메인샤프트(300)를 구비하며, 상기 제1 공간부(210) 내부에 배치될 수 있다. 이러한 메인샤프트(300)는 원통형으로 제공될 수 있으며, 중앙부에는 방사방향으로 신장된 메인샤프트(300)가 가공될 수 있다.

메인샤프트(300)는 제1 공간부(210)의 내부에서 메인 선기어(22)의 기어날(22a)과 서로 맞물려 있어, 메인 선기어(22)의 회전시, 메인샤프트(300)에 의해 그 회전력을 받아 전체적으로 메인샤프트(300)가 회전하며 동력을 전달하게 된다. 메인샤프트(300) 또한 스틸, 알루미늄 등의 금속 재질로 구현될 수 있다.

그리고 구름베어링(240)은 메인샤프트(300)의 회전을 지지하도록, 상기 제1 공간부(210) 내부에서 상기 메인샤프트(300)의 메인샤프트(300) 양측에 원주방향을 따라 배치될 수 있다. 다시 도 3를 참고하면, 메인샤프트(300)에서 방사방향으로 신장되며 형성된 메인샤프트(300)의 양측에 구름베어링(240)이 한 쌍으로 배치된 것을 볼 수 있다.

이러한 구름베어링(240)은 원형 링 형태로 제공될 수 있으며, 구름베어링(240)의 외주면은 제1 공간부(210)의 내측면에 접촉 지지되고 있고, 구름베어링(240)의 중공부 내주면에는 상기 메인샤프트(300)의 외주면에 접촉되어 메인샤프트(300)의 회전이 원활히 되도록 지지하게 된다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 구름베어링(240)은 원형 링 형태의 내륜과 외륜이 제공되고, 내륜과 외륜 사이에 복수의 원통형 롤이 배치되어 있고, 외륜은 제1 공간부(210)에 고정된 상태에서 내륜이 메인샤프트(300)와 함께 회전하며 메인샤프트(300)의 회전을 돕게 된다.

그리고 상기 스페이서(250)는 상기 구름베어링(240)과 상기 메인샤프트(300)의 간극을 유지하도록, 상기 구름베어링(240)과 상기 메인샤프트(300)의 메인샤프트(300) 사이에 배치될 수 있다. 여기서 도 3를 참고하면, 상기 스페이서(250)가 구름베어링(240) 양측에 각각 한 쌍으로 배치되어 있는 것을 볼 수 있다. 스페이서(250)는 원형 링 형상으로 제공되고 메인샤프트(300)의 둘레를 따라 끼워져 있다.

스페이서(250)는 구름베어링(240)과 메인샤프트(300)의 메인샤프트(300)간에 접촉을 방지하기 위해 간극 유지용으로 장착됨은 물론, 구름베어링(240)의 양측에 배치되어 구름베어링(240)이 제1 공간부(210) 내부에서 위치가 변경되는 것을 방지하는 기능도 수행하게 된다.

스페이서(250)의 재질로는 스틸, 알루미늄 등의 금속 재질일 수 있으며, 메인샤프트(300)의 회전시 함께 회전되도록 배치될 수 있다.

다음 상기 실링부재(260)는 상기 기어하우징(200) 내부를 밀폐토록, 상기 기어하우징(200)의 개구부와 상기 메인샤프트(300) 사이에 배치될 수 있다. 도 3를 참고하면, 메인샤프트(300)가 기어하우징(200) 개구부 외측으로 노출되는 부위의 둘레를 따라 상기 실링부재(260)가 장착된 것을 볼 수 있다

실링부재(260)는 전체적으로 원형 링 형태로 제공될 수 있으며, 메인샤프트(300)의 외주면 밀착을 위해 고무, 합성섬유 등의 탄성력이 있는 재질일 수 있다. 물론 메인샤프트(300)의 회전을 방해하는 것을 방지하도록 실링부재(260)의 중공부 내주면에는 그리스(grease)와 같은 윤활제가 도포될 수 있다.

다음으로, 간극측정수단(500)은 상기 메인샤프트(300)의 간극 변경을 측정하도록, 상기 메인샤프트(300)와 연동되며 상기 제2 공간부(220)에 배치될 수 있다. 이러한 간극디스크(510), 제1 간극센서(520), 제2 간극센서(530), 지지베어링(540), 완충패드(543), 탄성체(546), 개폐커버(550) 및 검사창(552)을 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 간극디스크(510)는 상기 메인샤프트(300)의 원주방향을 따라 장착되며 상기 제2 공간부(220) 내부에 배치될 수 있다. 간극디스크(510)는 스틸, 알루미늄 등의 금속 재질로 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 상기 메인샤프트(300)와 동일한 재질로 구현될 수 있고, 메인샤프트(300) 절삭 가공시 일체로 성형되어 제공될 수 있다.

이러한 간극디스크(510)는 원판 형태로 구성될 수 있으며, 상기 제2 공간부(220) 내부에 배치될 수 있다. 이때 제2 공간부(220)는 간극디스크(510)의 회전간에 간섭이 일어나지 않도록, 빈공홈(222)이 하측에 가공될 수 있다. 이러한 빈공홈(222)은 반원 형태의 그루브(groove)일 수 있다.

다음 상기 제1 간극센서(520)는 상기 메인샤프트(300)의 축방향 간극 변경을 측정하도록, 상기 기어하우징(200)에서 상기 간극디스크(510)의 축방향으로 바라보게 배치될 수 있다.

도 3를 참고하면, 기어하우징(200)에서 제2 공간부(220)를 바라보도록 관통하며 배치된 제1 간극센서(520)를 확인할 수 있으며, 제1 간극센서(520)의 단부는 상기 간극디스크(510)의 외측단부를 바라보게 배치되어 있다.

이러한 제1 간극센서(520)는 메인샤프트(300)가 축방향으로 이동하는 경우에, 메인샤프트(300)에 일체로 형성된 간극디스크(510)의 이동량을 측정하여 메인샤프트(300)의 간극 변경을 측정하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 제1 간극센서(520)는 근접센서일 수 있다.

그리고 상기 제2 간극센서(530)는 상기 메인샤프트(300)의 방사방향 간극 변경을 측정하도록, 상기 기어하우징(200)상에서 상기 간극디스크(510)의 방사방향으로 바라보게 배치될 수 있다.

도 3를 참고하면, 기어하우징(200)에서 제2 공간부(220)를 바라보도록 관통하며 배치된 제2 간극센서(530)를 확인할 수 있으며, 제2 간극센서(530)의 단부는 상기 간극디스크(510)의 외주면 상단을 바라보게 배치되어 있다.

이러한 제2 간극센서(530)는 메인샤프트(300)가 방사방향으로 이동하는 경우에, 메인샤프트(300)에 일체로 형성된 간극디스크(510)의 이동량을 측정하여 메인샤프트(300)의 간극 변경을 측정하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 제2 간극센서(530)는 근접센서일 수 있다.

다음, 상기 지지베어링(540)은 상기 간극디스크(510)의 회전을 지지하도록, 상기 간극디스크(510)를 중심에 두고 상기 제2 공간부(220) 내부에서 상기 메인샤프트(300)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 이러한 지지베어링(540)은 중앙측에 메인샤프트(300)가 관통하는 중공부가 형성된 원판형일 수 있다.

여기서 상기 지지베어링(540)은 상기 메인샤프트(300)의 회전에 의해 상기 간극디스크(510)에 인가되는 축방향 하중을 지지하도록, 트러스트 저널형 베어링(thrust journal bearing)으로 제공될 수 있다.

상기 지지베어링(540)은 간극디스크(510)를 사이에 두고 한 쌍으로 배치될 수 있으며, 접촉 마모를 완화하기 위해 지지베어링(540)과 메인샤프트(300)의 접촉부인 지지베어링(540)의 내주면과 지지베어링(540)과 간극디스크(510)의 접촉부인 지지베어링(540)의 측면은 각각 그리스와 같은 윤활제가 도포되어 있을 수 있다.

한 쌍의 지지베어링(540) 중 제1 공간부(210)에 가깝게 배치되는 것의 상측면은 제1 지지면(223)에 의해 일측이 지지되고, 하측면은 제2 지지면(225)에 의해 일측이 지지되며, 하단은 받침면(224)에 의해 지지되어 안정적으로 배치될 수 있으며, 다른 것은 제2 공간부(220)의 내부에 밀착되어 안정적으로 배치될 수 있다.

그리고 상기 완충패드(543)는 상기 간극디스크(510)에 의해 상기 지지베어링(540)에 인가되는 축방향 하중을 지지하도록, 상기 지지베어링(540)상에 원주방향을 따라 배치될 수 있다. 도 4를 참고하면, 지지베어링(540)의 원주방향을 따라 복수의 완충패드(543)가 배치된 상태를 볼 수 있으며, 지지베어링(540)에서 완충패드(543)가 배치되는 측면은 간극디스크(510)와의 접촉면일 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 완충패드(543)는 60도 간격으로 총 6개가 배치될 수 있으며, 이때 완충패드(543)의 재질은 고무, 연성 플라스틱 등의 재질일 수 있다. 그리고 역시 간극디스크(510)의 회전시 접촉 마모를 방지토록 윤활제가 도포되어 있을 수 있다.

다음 상기 지지베어링(540)에는 상기 완충패드(543)가 배치되는 패드홀더(545)가 구비되며, 상기 탄성체(546)는 상기 패드홀더(545)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 탄성체(546)는 간극디스크(510)가 메인샤프트(300)의 이동에 따라 축방향으로 이동하면서 완충패드(543)에 심하게 접촉될 때, 완충패드(543)에 탄성에 의한 유동성을 부여하여 완충패드(543)에 인가되는 부하를 감소시키게 된다. 이는 완충패드(543)와 간극디스크(510)의 측면과의 접촉강도를 완화여 완충패드(543)의 마모율을 감소시킬 수 있게 된다.

이러한 탄성체(546)는 코일스프링, 판스프링 등으로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니다.

또한, 상기 지지베어링(540)은 상기 메인샤프트(300)에서 착탈이 용이하도록, 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할되어 제공될 수 있다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에서는 상기 지지베어링(540)은 2개의 제1,2 분할링(541,542)으로 구현될 수 있으며, 상기 지지베어링(540)이 분할되어 있는 경우, 지지베어링(540)이 장시간 사용으로 마모나 손상이 발생하였을 때, 메인샤프트(300)에서 분리를 용이하게 할 수 있다.

즉 사용자는 상기 개폐커버(550)를 열고 2개의 영역으로 분할되어 있는 지지베어링(540)을 각각 꺼내어 새 것으로 교체하거나 보수를 진행하면 된다. 다른 예로는 지지베어링(540)이 3개 이상의 영역으로 분할될 수도 있으나, 제2 공간부(220)에서의 배치 안정성 및 교체 용이성을 함께 고려하자면, 2개의 분할링으로 구성되었을 때가 가장 적절하다.

다음으로, 상기 개폐커버(550)는 상기 제2 공간부(220)를 개폐 가능하도록, 상기 기어하우징(200)상에 배치될 수 있다. 개폐커버(550)는 기어하우징(200)과 동일한 재질로 구성될 수 있으며, 볼트(554)체결되어 결합되어 있으므로, 사용자는 볼트 해체 후 개폐커버(550)를 용이하게 제거하거나 다시 장착할 수 있다. 개폐커버(550)는 지지베어링(540) 마모 발생시 용이하게 교체하거나 유지보수를 하기 위해 배치될 수 있다. 물론 다른 예로는 도면으로 도시하지는 않았으나, 개폐커버(550)의 일측은 힌지로 회전 가능하게 연결되고, 다른 측은 볼팅(bolting)되는 개폐식으로 구성될 수도 있다.

여기서, 상기 개폐커버(550)는 상기 제2 공간부(220) 내부를 검사할 수 있도록, 적어도 일부는 검사창(552)이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 검사창(552)은 강화유리, 투명 아크릴판 등으로 제공되어 사용자가 내부를 볼 수 있도록 되어 있다. 사용자는 교체나 유지보수 전에 제2 공간부(220)의 내부를 다시 한번 육안으로 검사할 수 있다.

본 발명의 구성은 상기된 바와 같으며, 이하에서는 도 6 내지 도 8를 참고하여, 본 발명의 간극측정수단(500)에 의해 작동과정을 살펴보도록 한다.

도 6은 도 3에 도시된 발명에서 메인샤프트가 축방향 위치 변경에 따른 본 발명의 작동상태를 나타낸 도면이며, 도 7은 도 3에 도시된 발명에서 메인샤프트가 방사방향 위치 변경에 따른 본 발명의 작동상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 3에 도시된 발명에서 사용자가 내부 부품을 유지보수하기 위해 개폐커버를 제거한 상태를 나타낸 도면이다.

먼저 풍력터빈에 사용되는 기어박스(100)내 여러 부품들은 장시간 사용이나 외부 충격으로 인해 마모나 손상이 발생될 수 있다.

그 하나의 예로 도 6를 살펴보면, 메인샤프트(300)와 구름베어링(240)의 간격을 유지하던 스페이서(250)가 마모되어 닳아지거나, 장시간 사용으로 인해 지지베어링(540)의 일측면이 닳아진 경우 메인샤프트(300)는 마모가 발생된 방향으로 간격 변화가 발생하게 된다.

도면상에서는 메인샤프트(300)의 주변부에 화살표(←)를 표시하여 메인샤프트(300)의 위치 변경 방향을 표시하였다. 이때 메인샤프트(300)와 간극디스크(510)는 일체로 성형되어 제공되므로, 메인샤프트(300)가 이동한 방향으로 간극디스크(510)도 함께 이동하게 된다.

여기서 제1 간극센서(520)가 간극디스크(510)의 외측단부와의 회신 신호를 통해 간극디스크(510)의 간격 변화를 측정하게 된다. 이러한 간격 변화는 실시간으로 측정이 가능하고 또는 사용자가 콘트롤부(620)의 조정을 통해 주기적인 검사가 실행되도록 할 수 있다. 측정된 근접거리 정보는 간극측정부(610)로 송신되고, 간극측정부(610)는 이 정보를 콘트롤부(620)로 송신하여 사용자가 알 수 있도록 한다.

만약 제1 간극센서(520)가 측정한 간극디스크(510)의 외측단부와의 근접거리가 변경되었고, 이것이 사용자가 미리 설정한 한계 근접거리에 도달한 경우에는, 이 정보를 콘트롤부(620)를 통해 사용자에게 알려주게 된다. 여기서 한계 근접거리는 기어 박스 내부 부품을 교체하거나 유지보수를 진행해야 하는 지지베어링(540)의 측면 마모율, 완충패드(543)의 마모율, 스페이서(250)의 마모율 등 내부 부품의 교체 마모율을 기준으로 설정할 수 있다.

다른 예로 도 7를 살펴보면, 메인샤프트(300)가 마모되어 닳아지거나 메인샤프트(300)를 지지하던 구름베어링(240)이 닳아진 경우, 또는 메인샤프트(300)의 외주면과 접촉되어 있던 지지베어링(540)의 내주면이 마모되어 닳아진 경우 메인샤프트(300)는 마모가 발생된 방향으로 간격 변화가 발생하게 된다.

도면상에서는 메인샤프트(300)의 주변부에 화살표(↑)를 표시하여 메인샤프트(300)의 위치 변경 방향을 표시하였다. 이때 메인샤프트(300)와 간극디스크(510)는 일체로 성형되어 제공되므로, 메인샤프트(300)가 이동한 방향으로 간극디스크(510)도 함께 이동하게 된다.

여기서 제2 간극센서(530)가 간극디스크(510)의 외주면과의 회신 신호를 통해 간극디스크(510)의 상하 또는 방사방향 간격 변화를 측정하게 된다. 이러한 간격 변화는 실시간으로 측정이 가능하고 또는 사용자가 콘트롤부(620)의 조정을 통해 주기적인 검사가 실행되도록 할 수 있다. 측정된 근접거리 정보는 간극측정부(610)로 송신되고, 간극측정부(610)는 이 정보를 콘트롤부(620)로 송신하여 사용자가 알 수 있도록 한다.

만약 제2 간극센서(530)가 측정한 간극디스크(510)의 외주면과의 근접거리가 변경되었고, 이것이 사용자가 미리 설정한 한계 근접거리에 도달한 경우에는, 이 정보를 콘트롤부(620)를 통해 사용자에게 알려주게 된다. 여기서 한계 근접거리는 기어 박스 내부 부품을 교체하거나 유지보수를 진행해야 하는 지지베어링(540)의 중공부 내주면 마모율, 메인샤프트(300)의 외주면 마모율, 구름베어링(240)의 마모율 등 내부 부품의 교체 마모율을 기준으로 설정할 수 있다.

만약 제1,2 간극센서에 의해 측정된 근접거리가 한계 근접거리에 도달하였다는 알림을 받은 경우 사용자는 검사창(552)(552)을 통해 제2 공간부(220)의 내부를 육안으로 먼저 확인해 볼 수 있다. 이후 볼트(554)를 제거하고 개폐커버(550)를 제거하여 내부 부품을 보수할 수 있다. 지지베어링(540) 같은 경우에는 본 발명의 실시예에서는 2개의 영역으로 분할되어 있으므로, 교체가 용이할 것이다. 교체나 유지보수 완료 후에는 사용자는 다시 개폐커버(550)를 볼트체결하여 장착할 수 있다.

이상의 사항은 기어박스의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

1:동력 전달 기어의 연결 구조
2:1단 링기어 3:1단 유성기어
4:1단 선기어 5:1단 캐리어 조립체
6:1단 연결샤프트 12:2단 링기어
13:2단 유성기어 14:2단 선기어
15:2단 캐리어 조립체 16:할로우샤프트(hollow shaft)
16a:할로우샤프트 기어날 21:동력샤프트
22:메인 선기어 22a:기어날
23:패킹 24:테이퍼 롤러베어링
25:스페이서 26:실링
27:할로우샤프트 베어링
100:기어박스
200:기어하우징 210:제1 공간부
220;제2 공간부 222:빈공홈
223:제1 지지면 224:받침면
225:제2 지지면 230:할로우샤프트 베어링
240:구름베어링 250:스페이서
260:실링부재
300:메인샤프트 310:기어날부
500:간극측정수단 510:간극디스크
520:제1 간극센서 530:제2 간극센서
540:지지베어링 541:제1 분할링
542:제2 분할링 543:완충패드
545:패드홀더 546:탄성체
550:개폐커버 552:검사창
554:볼트 610:간극측정부
620:콘트롤부

Claims

제1 공간부 및 제2 공간부를 포함하는 기어하우징;
메인 선기어와 맞물리는 기어날부를 구비하며, 상기 제1 공간부 내부에 배치되는 메인샤프트; 및
상기 메인샤프트의 간극 변경을 측정하도록, 상기 메인샤프트와 연동되며 상기 제2 공간부에 배치되는 간극측정수단;
을 포함하는 기어박스.
제1항에 있어서,
상기 간극측정수단은,
상기 메인샤프트의 원주방향을 따라 장착되며 상기 제2 공간부 내부에 배치되는 간극디스크; 및
상기 메인샤프트의 축방향 간극 변경을 측정하도록, 상기 기어하우징상에서 상기 간극디스크의 축방향으로 바라보게 배치되는 제1 간극센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제2항에 있어서,
상기 간극측정수단은,
상기 메인샤프트의 방사방향 간극 변경을 측정하도록, 상기 기어하우징상에서 상기 간극디스크의 방사방향으로 바라보게 배치되는 제2 간극센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제3항에 있어서,
상기 간극측정수단은,
상기 간극디스크의 회전을 지지하도록, 상기 간극디스크를 중심에 두고 상기 제2 공간부 내부에서 상기 메인샤프트의 둘레를 따라 배치되는 지지베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제4항에 있어서,
상기 지지베어링은, 상기 메인샤프트의 회전에 의해 상기 간극디스크에 인가되는 축방향 하중을 지지하는 트러스트 저널형 베어링인 것을 특징으로 하는 기어박스.
제5항에 있어서,
상기 간극측정수단은,
상기 간극디스크에 의해 상기 지지베어링에 인가되는 축방향 하중을 지지하도록, 상기 지지베어링의 원주방향을 따라 배치되는 완충패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제6항에 있어서,
상기 지지베어링에는 상기 완충패드가 배치되는 패드홀더가 구비되며,
상기 간극측정수단은 상기 패드홀더의 내부에 배치되는 탄성체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제5항에 있어서,
상기 지지베어링은, 상기 메인샤프트에서 착탈이 용이하도록, 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제3항에 있어서,
상기 간극측정수단은,
상기 제2 공간부를 개폐 가능하도록, 상기 기어하우징상에 배치되는 개폐커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제9항에 있어서,
상기 개폐커버는, 상기 제2 공간부의 내부를 검사할 수 있도록, 적어도 일부는 검사창이 배치된 것을 특징으로 하는 기어박스.
제1항에 있어서,
상기 메인샤프트의 회전을 지지하도록, 상기 제1 공간부 내부에서 상기 메인샤프트의 기어날부 양측에 원주방향을 따라 배치되는 구름베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제11항에 있어서,
상기 구름베어링과 상기 메인샤프트간의 간극을 유지하도록, 상기 구름베어링과 상기 메인샤프트의 기어날부 사이에 배치되는 스페이서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.
제1항에 있어서,
상기 기어하우징 내부를 밀폐토록, 상기 기어하우징의 개구부와 상기 메인샤프트 사이에 배치되는 실링부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스.