KR20190042073A - 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법 및 장치 - Google Patents

풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내장 리프팅 장치(integrated lifting apparatus)(40)를 가진 풍력 터빈(10)의 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)에 대해 유지보수를 수행하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 상기 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 제1 임시 지지장치(104)를 인상하는 단계, 상기 제1 임시 지지장치(104)를 나셀(12) 또는 허브(16) 및 상기 내장 리프팅 장치(40)에 결합하는 단계, 및 상기 내장 리프팅 장치(40)와 상기 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분과 상기 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 교체 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 설치하는 단계, 상기 제1 임시 지지장치(104)를 상기 나셀(12) 또는 허브(16) 및 상기 내장 리프팅 장치(40)로부터 분리시키는 단계, 및 상기 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 상기 제1 임시 지지장치(104)를 상기 풍력 터빈(10)으로부터 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템도 개시된다.

Description

풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법 및 장치
본 발명은, 특히 내장 리프팅 장치와 함께 적어도 하나의 임시 지지장치를 사용하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
대형 유틸리티 스케일의 수평-축 풍력 터빈 발전기들(HAWTs)은 일반적으로 대개 관형 타워의 형태인 지지 구조물에 장착된 다수의 로터 블레이드들을 포함한다. 이러한 HAWTs에서, 발전기, 기어박스, 구동 트레인 및 브레이크 조립체를 포함하는 발전 부품들은 타워의 상부에 로터 블레이드의 허브 뒤의 나셀(nacelle) 내에 배치된다.
나셀 내부의 풍력 터빈 부품들의 유지보수는 나셀 내부에 접근한 직원에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 적합한 사다리 시스템이 타워 내부에 배치되어 직원이 타워의 상부로 올라갈 수 있다. 대체 가능한 접근 옵션은, 육상 풍력 터빈에서, 지상 크레인에 의해 제공된 '체리피커 플랫폼(cherry picker platform)'에 의해 직원이 나셀로 이송되도록 직원이 헬리콥터에 의해 풍력 터빈 발전기로 날아가서 나셀에 윈치를 설치하는 것이다.
또한, 직원이 다양한 부품들을 보수 및/또는 교체하는 것을 돕기 위해 일반적으로 나셀 내부에 내장 리프팅 장치를 설치하는 것은 알려져 있다. 예를 들어, WO2012/107049는 HAWT의 나셀 내부에 장착된 내부 리프팅 장치를 서술하고 있으며, 여기서 내장 리프팅 장치의 붐(boom)은 나셀에 대하여 고각(in elevation) 및 방위각(in azimuth)으로 움직일 수 있다. 추가적으로, WO2015/078475는 나셀의 프레임 구조물은 지지 구조물을 포함할 수 있으며, 풍력 터빈이 사용 중일 때 진동으로 인한 손상을 방지하기 위해, 크레인은 수납된 상태로 지지 구조물에 기대어 놓일 수 있다는 것을 서술하고 있다.
내장 리프팅 장치는 작은 풍력 터빈 부품들을 교체하는데 적합한 반면에, 대형 풍력 터빈 부품들은 보통 내부 리프팅 장치의 능력을 초과한다. 이러한 대형 풍력 터빈 부품들은 기어박스와 발전기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 리프팅 장치의 일반적인 리프팅 능력(lifting capacity)은 단지 대략 3톤이며, 이에 반해 발전기의 무게는 대략 30톤이고 기어박스 무게는 대략 70톤이다. 이러한 대형 풍력 터빈 부품들 중 어느 하나의 무게가 내장 리프팅 장치의 리프팅 능력을 초과하기 때문에, 이러한 부품들을 교체하기 위해 특별한 장비가 도입되어야 한다. 대형 풍력 터빈 부품 고장의 가능성이 낮음에도 불구하고, 대형 풍력 터빈 부품의 보수 및/또는 교체와 관련된 비용은 매우 많다.
풍력 터빈 내의 대형 풍력 터빈 부품들의 교체를 위해 현재 두 개의 옵션들이 채용되고 있다. 첫째, 해양 풍력 터빈들에 관하여, 대형의 독립적인 크레인을 포함하는 잭-업 선박(jack-up vessel)이 일반적으로 사용된다. 잭-업 선박은 내장 리프팅 장치를 사용하지 않고 대형 풍력 터빈 부품들을 제거 및 교체하기 위해 필요한 크레인 부품들을 갖고 있다. 잭-업 선박들은 대형 풍력 터빈 부품들을 교체할 수 있기 때문에, 잭-업 선박들은 일반적으로 매우 대형이며 작동하는데 비용이 많이 든다. 잭-업 선박을 사용하는데 현저한 비용이 관련되는데 더하여, 예기치 않은 고장으로 인한 계획되지 않은 정지 시간은 매우 많은 비용을 소비한다. 또한, 육상 풍력 터빈들은 대형의 육상 크레인들을 사용하며, 이들도 풍력 터빈 장소로의 이송과 작동에 많은 비용이 든다. 대안으로서, 풍력 터빈의 내장 리프팅 장치가 단순히 내장 리프팅 장치만을 사용함으로써 대형 풍력 터빈 부품들을 제거하고 교체하는 방식으로 만들어진 경우에, 이러한 구조물의 추가적인 무게와 비용은 이러한 옵션을 바람직하지 않은 것으로 만들 것이다.
따라서, 제거될 대형 풍력 터빈 부품의 무게가 내장 리프팅 장치의 능력을 초과하는 경우에, 내장 리프팅 장치에 대해 많은 영구적인 변경과 값비싼 잭-업 선박 및 크레인을 사용할 필요 없이, 풍력 터빈 부품에 대한 유지보수를 수행하는 개선된 방법이 필요하다.
풍력 터빈의 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법이 개시된다. 상기 풍력 터빈은 타워, 나셀(nacelle), 허브, 및 적어도 하나의 로터 블레이드를 포함한다. 상기 풍력 터빈은 내장 리프팅 장치(integrated lifting apparatus)를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 풍력 터빈의 내장 리프팅 장치의 적어도 부분을 사용하여 제1 임시 지지장치를 인상하는 단계와, 상기 제1 임시 지지장치의 제1 단부를 상기 나셀 또는 허브에 결합하고 상기 제1 임시 지지장치의 제2 단부를 상기 내장 리프팅 장치에 결합하는 단계를 포함한다. 그 다음에, 상기 풍력 터빈 부품은 상기 내장 리프팅 장치의 적어도 부분과 상기 제1 임시 지지장치를 조합하여 사용하여 제거될 수 있다. 그 다음에, 교체 풍력 터빈 부품이 상기 내장 리프팅 장치의 적어도 부분과 상기 제1 임시 지지장치를 조합하여 사용하여 설치될 수 있다. 상기 방법은, 상기 제1 임시 지지장치의 제1 단부를 상기 나셀 또는 허브로부터 분리시키고, 상기 제1 임시 지지장치의 제2 단부를 상기 내장 리프팅 장치로부터 분리시키는 단계와, 상기 내장 리프팅 장치를 사용하여 상기 제1 임시 지지장치를 상기 풍력 터빈으로부터 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 나셀은 프레임 구조물을 포함하고, 상기 제1 임시 지지장치의 제1 단부는 제1 및 제2 다리들을 포함하며, 상기 제1 임시 지지장치의 제1 단부를 결합하는 단계는, 상기 제1 다리를 상기 프레임 구조물의 제1 측부에 결합하고, 상기 제2 다리를 상기 프레임 구조물의 제2 측부에 결합하는 것을 더 포함한다. 상기 프레임 구조물의 제1 측부는 제1측 상부 및 하부 수평 부재들과 이들 사이에 연장된 제1측 브리징 부재들을 포함할 수 있다. 상기 프레임 구조물의 제2 측부는 제2측 상부 및 하부 수평 부재들과 이들 사이에 연장된 제2측 브리징 부재들을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 제1 다리를 상기 제1측 상부 수평 부재, 제1측 하부 수평 부재, 및/또는 제1측 브리징 부재들 중 적어도 하나에 결합하는 단계; 및 상기 제2 다리를 제2측 상부 수평 부재, 제2측 하부 수평 부재, 및/또는 제2측 브리징 부재들 중 적어도 하나에 결합하는 단계를 더 포함한다.
다양한 실시예들에서, 제거될 풍력 터빈 부품은 상기 내장 리프팅 장치 단독의 리프팅 능력을 초과하지만, 상기 내장 리프팅 장치와 상기 제1 임시 지지장치가 조합되어 사용될 때의 리프팅 능력을 초과하지 않는 무게를 가진다. 예로서, 상기 방법은 상기 풍력 터빈으로부터 발전기 또는 기어박스를 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 이들 둘 다 상기 내장 리프팅 장치 단독의 능력을 초과하지만, 상기 내장 리프팅 장치와 상기 제1 임시 지지장치의 조합에서의 능력을 초과하지 않는다.
하나의 실시예에서, 제거될 풍력 터빈 부품은 상기 나셀 내부에 있다. 이 경우에, 상기 방법은 상기 제1 임시 지지장치를 상기 나셀의 상부에 위치한 하나 이상의 닫힐 수 있는 도어들을 통해 상기 나셀 내부로 인상하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 풍력 터빈 부품을 상기 나셀의 바닥부에 위치한 해치(hatch)를 통해 아래로 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 교체 풍력 터빈 부품을 설치하는 단계는 상기 교체 풍력 터빈 부품을 상기 나셀의 바닥부의 해치를 통해 위로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 교체될 풍력 터빈 부품은 로터 블레이드이다. 이에 관하여, 상기 방법은, 상기 내장 리프팅 장치를 사용하여 제2 임시 지지장치를 인상하는 단계와 상기 제2 임시 지지장치를 상기 나셀, 예컨대 프레임 구조물에 결합하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 내장 리프팅 장치의 적어도 부분, 상기 제1 임시 지지장치, 및 상기 제2 임시 지지장치를 조합하여 사용하여 상기 로터 블레이드를 제거하는 단계를 더 포함한다. 이 실시예에서, 상기 내장 리프팅 장치는 연장 가능한 붐(boom), 하나 이상의 윈치들, 제1 및 제2 풀리 시스템들, 및 제1 및 제2 리프팅 라인들(lifting lines)을 포함할 수 있다. 상기 로터 블레이드를 제거하는 단계는, 상기 제1 임시 지지장치를 상기 로터 블레이드의 무게중심에 정렬하는 단계; 상기 로터 블레이드를 상기 허브로부터 분리시키는 단계; 상기 제1 및 제2 리프팅 라인들, 상기 제1 및 제2 풀리 시스템들, 하나 이상의 윈치들, 상기 내장 리프팅 장치 및 상기 제1 임시 지지장치를 조합하여 사용하여 상기 로터 블레이드를 하강시키는 단계; 및 상기 로터 블레이드를 상기 타워에 대해 전반적으로 직각이 되도록 회전시키는 단계;를 더 포함한다. 이와 관련하여, 상기 제1 리프팅 라인, 제1 풀리 시스템, 내장 리프팅 장치 및 제1 임시 지지장치는 조합되어 상기 로터 블레이드의 제1 부분을 지지하고, 상기 제2 임시 지지장치, 제2 풀리 시스템, 및 제2 리프팅 라인은 상기 블레이드의 제2 부분을 지지한다.
본 발명의 다양한 추가적인 특징들과 이점들은, 아래의 첨부된 도면들과 함께, 하나 이상의 예시적인 실시예들의 상세한 설명의 검토를 통해 본 기술분야의 기술자에게 더욱 명확하게 될 것이다. 첨부된 도면들은 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 부분을 구성하며, 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 도시하고, 위에서 주어진 전반적인 설명과 아래에서 주어지는 상세한 설명과 함께 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 수평-축 풍력 터빈 발전기의 개략도이며;
도 2는 내장 리프팅 장치를 포함하는 풍력 터빈의 나셀의 사시도이며;
도 3은 다른 각도에서 본 도 2의 나셀의 부분 사시도이며;
도 4a는 내장 리프팅 장치에 의해 인상된 제1 임시 지지장치의 사시도이며;
도 4b는 내장 리프팅 장치를 사용하여 나셀의 프레임 구조물에 연결되는 제1 임시 지지장치의 제1 및 제2 다리들의 사시도이며;
도 4c는 내부 리프팅 장치의 자유단부에 결합되는 제1 임시 지지장치의 사시도이며;
도 4d는 나셀로부터 발전기를 제거하기 위해 합동하여 작동하는 내장 리프팅 장치와 제1 임시 지지장치의 사시도이며;
도 5는 제1 임시 지지장치에 결합된 내장 리프팅 장치를 가진 나셀의 개략도이며;
도 6은 나셀과 내장 리프팅 장치의 대체 가능한 구성을 보여주는 도 5와 유사한 개략도이며;
도 7a는 허브에 결합된 제1 임시 지지장치와 나셀의 프레임 구조물에 결합된 제2 임시 지지장치를 가진 풍력 터빈을 보여주는 개략적인 사시도이며;
도 7b는 로터 블레이드가 제거되는 개략적인 사시도이며;
도 8a는 제1 및 제2 리프팅 라인들을 사용하여 하강되는 로터 블레이드의 개략적인 사시도이며;
도 8b는 제1 및 제2 리프팅 라인들을 사용하여 회전되는 로터 블레이드의 개략적인 사시도이며;
도 8c는 로터 블레이드가 하강될 때 일반적으로 타워에 대해 직각이 되는 로터 블레이드의 개략적인 사시도이다.
도 1은 기초 또는 기반 상에 장착되는 타워(14)의 상부에 장착된 나셀(nacelle)(12)을 포함하는 수평-축 유형의 풍력 터빈(HAWT)(10)의 개략도를 보여준다. 상기 나셀(12)은 그 전단부에 다수의 로터 블레이드들(rotor blades)(18)을 지지하는 허브(16)를 포함한다. 이 실시예에서, 대형 유틸리티 스케일의 발전기들과 마찬가지로, 3 개의 로터 블레이드들(18)이 도시되지만, 본 기술분야의 기술자는 다른 수의 로터 블레이드들(18)도 적합할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 더욱이, 다른 타워 구조, 예를 들어, 구조적 격자 골격(structural lattice framework)에 의해 형성된 타워(14)도 구상될 수 있다.
많은 개개의 부품들이 도면들에 명확하게 도시되어 있지 않지만, 도 1에 도시된 나셀은 (기어박스(22)와 발전기(24)를 포함하는) 발전기 세트(20), 저속 구동 샤프트(26) 및 저속 출력 샤프트(28)를 포함한다(이들 모두는 점선을 사용하여 도시되어 있다). 상기 발전기 세트(20)는 로터 블레이드들(18)로부터 에너지가 회수될 수 있도록 하며, 허브(16)에 의해 저속 구동 샤프트(26)를 통해 구동된다. 상기 발전기 세트(20)는 저속 구동 샤프트(26)의 회전 속도를 궁극적으로 발전기(24)를 구동시키는 고속 출력 샤프트(28)까지 증가시키는 기어박스(22)를 가진 HAWT의 전형적인 것이다. 상기 발전기(24)는 주로 허브(16)의 회전 속도에 의해 결정되는 전압과 주파수로 교류 전류(AC)를 출력한다. 상기 나셀(12)의 기능 부품들은 나셀(12)의 프레임 구조물(30), 주 샤프트 베어링 하우징(32), 및/또는 기어박스(22) 중 적어도 하나에 장착될 수 있다.
상기 풍력 터빈(10)의 변속 작동을 가능하게 하기 위해, 상기 발전기(24)에 의해 출력된 교류 전류는 먼저 직류 전류(DC)로 변환되거나, 또는 정류되며, 그 다음에 공급 라인(미도시)을 통한 국가 전력망 시스템으로부터 요구되는 주파수 및 전압과 통합되도록 정확한 주파수와 전압에서 교류 전류로 다시 변환되거나, 또는 반전된다(inverted). 정류 및 반전(inversion)의 과정은 내부 타워 구조물(36) 내에 포함된 동력 시스템(power system)(34)에 의해 취급되며, 상기 발전기(24)는 고전압 AC 전류 라인(38)을 경유하여 상기 동력 시스템(34)에 전기적으로 연결된다.
상기 풍력 터빈(10)의 전체 구조가 설명되었으며, 이제, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 나셀(12) 내부에 배치된 내장 리프팅 장치(40)에 대한 논의가 시작될 것이다. 예시적인 실시예에 따르면, 상기 내장 리프팅 장치(40)는, 나셀(12)에 고정된 베이스(42)와 상기 베이스(42)에 관절 연결되고 상기 베이스(42)로부터 캔틸레버식으로 지지되는 붐(boom)을 포함하는 캔틸레버식 신축형 붐 크레인(cantilevered telescopic boom crane)의 형태일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 그리고 도 5와 6의 개략도들에 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 내장 리프팅 장치(40)의 베이스(42)는 나셀(12)의 주 샤프트 베어링 하우징(32)에 장착된다. 추가적으로, 상기 내장 리프팅 장치(40)가 나셀(12) 내부에 배치되는 것으로 도시되어 있다고 할지라도, 본 기술분야의 기술자는 상기 내장 리프팅 장치(40)는 다른 장소들, 예를 들어, 타워(14) 내부에 배치될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
상기 내장 리프팅 장치(40)는 나셀(12)의 많은 영역들로의 접근을 허용하기 위해 세 개의 자유도(신축, 승강(elevate), 선회(slew))를 가질 수 있다. 이러한 이유로, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 상기 베이스(42)에 대한 붐(44)의 신축, 승강 및 선회(즉, 방위각) 작동들을 구동시키도록 구성된 동력 시스템(미도시)을 포함한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 상기 동력 시스템은 전기유압식 동력 시스템일 수 있다. 전개된 상태에서, 상기 붐(44)은 상기 나셀(12)의 상부 데크(48)의 뒤에 장착된 도 2에 도시된 유지보수 플랫폼(46)에 도달하도록 신축식으로 연장될 수 있다.
상기 내장 리프팅 장치(40)는 두 개의 상태들 또는 모드들: i) 상기 붐(44)이 나셀(12) 내부에 수용된 제1 '수납(stowed)' 상태와, ii) 상기 붐(44)이 내장 리프팅 장치(40)의 베이스(42)에 대하여 움직일 수 있는 제2 '전개(deployed)' 상태로 배치되도록 구성된다. 도 3의 '수납' 상태로 도시된 바와 같이, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 상기 주 샤프트 베어링 하우징(32)에 고정적으로 장착되고, 상기 붐(44)은 나셀(12)의 중심선을 따라서 길이 방향(L)으로 연장되며 프레임 구조물(30)에 의해 둘러싸인다. 상기 내장 리프팅 장치(40)가 (도 2에 도시된) 전개 상태로 배치된 때, 상기 붐(44)은 나셀(12)의 범위로부터 밖으로 연장되어 (제1 및 제2 닫힐 수 있는 도어들(50a, 50b)이 닫힌 때) 나셀(12)의 지붕을 형성하는 제1 및 제2 닫힐 수 있는 도어들(50a, 50b) 위에 도달하도록 작동할 수 있다. 전개 상태에서, 상기 붐(44)은 신축식으로 연장, 승강 및 선회 작동할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 4a-8c는 상기 붐(44)이 나셀(12)의 상부 데크(48)를 넘어서 연장된 경우를 보여준다. 전개된 상태에서, 상기 붐(44)은 지면으로부터 나셀(12)까지 화물을 끌어올리기 위해서 나셀(12)의 측면을 넘어서 밖으로 선회될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 그리고, 도 5와 6에 더 명확하게 도시된 바와 같이, 제1 리프팅 라인(54)을 풀어내는 제1 윈치(winch)(52)는 상기 붐(44)의 베이스 단부(base end)(56) 가까이에 제공될 수 있다. 상기 제1 윈치(52)는 상기 내장 리프팅 장치(40)에 의해 나셀(12)까지 인상된 임시 고출력 위치일 수 있다. 대안으로서, 도시되지 않았지만, 상기 제1 윈치(52)는 (해양 풍력 터빈을 위해) 풍력 터빈(10)의 베이스 가까이에 위치하도록 부근의 선박 상에 배치되거나, 또는 (육상 풍력 터빈을 위해) 지면 가까이에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 리프팅 라인(54)은 상기 붐(44)의 자유 단부(58)에 있는 현수점(suspension point)을 통해 배선되어 후크(hook)와 같은 제1 리프팅 부속물(60)에서 끝나는 강철 케이블의 형태일 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 기술자는 다양한 윈치들, 리프팅 라인들, 및 리프팅 부속물들이 적합하게 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상기 내장 리프팅 장치는 영구적인 부품들(예컨대, 연장 가능한 붐)과, 풍력 터빈 부품을 교체하기 위한 장치의 영구적인 측면들에 작동 가능하게 결합된 임시적인 부품들(예컨대 다양한 윈치들과 풀리들)을 포함할 수 있으며, 이는 상기 내장 리프팅 장치의 적어도 부분을 사용하는 결과가 된다는 것을 인식하여야 한다. 상기 내장 리프팅 장치의 적어도 부분을 사용하는 것은 (도 8a-8c와 관련하여 설명되는 바와 같이) 연장 가능한 붐과 (영구적 및 임시적인) 하나 이상의 윈치들 및/또는 하나 이상의 풀리 시스템들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 내장 리프팅 장치상에 설치된 원래 탑재된 윈치는 너무 작은 동력을 제공할 수 있으며, 이는 자유 단부와 제1 리프팅 부속물 가까이에 사용되는 풀리들(미도시)에 추가하여 더 크고 임시적인 제1 윈치의 사용을 초래한다. 또한, 제1 리프팅 라인(및 도 7a-8c에 도시된 로터 블레이드를 교체하기 위한 제2 리프팅 라인)의 직경은 무거운 하중에 맞도록 증가될 수 있다.
상기 내장 리프팅 장치(40)의 전체적인 작동이 일반적인 용어로 설명되었으며, 이제 상기 나셀(12)에 구조적 강성을 제공하는 프레임 구조물(30)의 더욱 상세한 구조에 대한 논의가 시작될 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 프레임 구조물(30)은 상기 나셀(12)의 상부 데크(48)와 측벽들(66)을 형성하는 외피(outer skin)(64)를 지지하는 외측 서브-프레임(outer sub-frame)(62)을 포함한다. 일반적으로, 상기 외피(64)는 금속 패널, 예를 들어, 강철 또는 알루미늄 또는 복합 구조, 예를 들어, 유리-섬유 강화 플라스틱(GRP)의 형태일 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 기술자는 상기 외피(64)는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상기 외측 서브-프레임(62)은 다수의 수직 부재들(68) 또는 일반적으로 C-형상의 '스트링거들(stringers)'을 포함한다. 상기 외측 서브-프레임(62)은 상기 외피(64)를 지지하기 위해 리브(rib)-타입의 구조물을 제공한다.
도 4a-4c는 예시적인 프레임 구조물(30)을 보여주지만, 상기 프레임 구조물(30)은 변할 수 있으며, 변형들은 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 의도된 것은 아니라는 것을 인식하여야 한다. 도시된 바와 같이, 프레임 구조물(30)은 제1 측부(70)와 제2 측부(72)를 포함한다. 상기 제1 측부(70)는 제1측 상부 수평 부재(74), 제1측 하부 수평 부재(76), 및 이들 사이에 연장된 제1측 브리징 부재들(bridging members)(78a-78g)(78a와 78b는 가려져서 보이지 않는다)을 포함한다. 유사하게, 상기 제2 측부(72)는 제2측 상부 수평 부재(80), 제2측 하부 수평 부재(82), 및 이들 사이에 연장된 제2측 브리징 부재들(84a-84g)을 포함한다.
제1 및 제2 상부 전방 브리징 부재들(86, 88)은 제1측 상부 수평 부재(74)를 제2측 상부 수평 부재(80)로부터 분리시키며, 제1 상부 후방 브리징 부재(90)는 제1측 상부 수평 부재(74)를 제2측 상부 수평 부재(80)로부터 분리시킨다. 유사하게, 제1 및 제2 상부 후방 브리징 부재들(94, 96)은 제1측 상부 수평 부재(74)를 제2측 상부 수평 부재(80)로부터 분리시키며, 제1 하부 후방 브리징 부재(98)는 제1측 하부 수평 부재(76)를 제2측 하부 수평 부재(82)로부터 분리시킨다. 두 개 이상의 부재들의 연결 지점들 중 일부 또는 모두에 연결 요소들(102), 예컨대 거싯 플레이트들(gusset plates)이 포함될 수 있다.
도 4a-4d는 풍력 터빈(10)의 발전기(24) 또는 기어박스(22)와 같은, 나셀(12) 내부에 위치한 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법을 도시한다. 그러나, 다른 풍력 터빈 부품들도 이 방법을 사용하여 제거될 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 특히, 도 4a-4d는 내장 리프팅 장치(40)와 결합하여 제1 임시 지지장치(temporary support)(104)를 사용하여 나셀(12) 내부에 위치한 발전기(24)를 교체하는 과정을 보여준다. 더욱 명확하게 하기 위해, 풍력 터빈(10)의 많은 부품들이 전체적으로 제거되거나 또는 점선들을 사용하여 도시되어 있으며, 오직 프레임 구조물(30)과 이에 연관된 부품들, 내장 리프팅 장치(40)와 이에 연관된 부품들, 발전기(24), 및 제1 임시 지지장치(104)만 도시되어 있다.
풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하기 위해 상기 제1 임시 지지장치(104)를 내장 리프팅 장치(40)와 결합하여 사용하는 것에는 많은 이익이 있다. 첫째, 대형 부품이 보수 및/또는 교체될 때, 잭-업 선박이 필요하지 않다. 일반적으로, 잭-업 선박들은 용량과 크기로 인해 다른 선박들보다 비용이 훨씬 많이 든다. 다른 선박들, 예컨대 동적 위치유지 선박(dynamic positioning vessel)은 대형 풍력 터빈 부품과 함께 제1 임시 지지장치(104)를 운반하기에 충분하다. 또한, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 많이 변경할 필요가 없으며 및/또는 필요할 경우 개조될 수 있다. 이는 예시적인 방법이 이미 사용중인 풍력 터빈(10)에 대해 수행될 수 있도록 한다. 또한, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 인장 및 압축 응력의 집중을 줄이며 내장 리프팅 장치(40)의 리프팅 능력이 크게 증가하도록 할 수 있는 트러스-유사 구조물(truss-like structure)을 제공한다. 내장 리프팅 장치(40)를 단독으로 사용하면 상당한 모멘트가 생성되는데, 이러한 효과는 제1 임시 지지장치(104)를 사용하여 많이 감소된다.
도시되지 않았지만, 제1 임시 지지장치(104)는 다양한 차량을 사용하여 풍력 터빈(10)으로 이동될 수 있다. 해양 풍력 터빈을 위해, 제1 임시 지지장치(104)는 헬리콥터 또는 선박, 예컨대 동적 위치유지 선박에 의해 풍력 터빈(10)으로 공급될 수 있다. 육상 풍력 터빈을 위해, 제1 임시 지지장치(104)는 트럭, 기차 또는 헬리콥터에 의해 풍력 터빈(10)으로 공급될 수 있다.
도 4a는 제1 임시 지지장치(104)를 인상하기 위해 나셀(12)에 대하여 움직이는 내장 리프팅 장치(40)를 보여준다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 헤드부(head portion)(106), 제1 다리(108), 제2 다리(110), 및 이들 사이의 몸체부(112)를 포함한다. 상기 헤드부(106)는 제1 및 제2 프레임 부재들(114, 116)을 포함할 수 있으며, 이들은 전반적으로 제1 및 제2 다리들(108, 110)의 반대 방향으로 서로 평행하게 연장된다. 상기 제1 및 제2 프레임 부재들(114, 116)은 각각, (도 4c에 도시된 바와 같이) 제1 연결 구조물(122)을 사용하여 상기 내장 리프팅 장치(40)의 자유 단부(58)와 결합되도록 구성된 제1 수용 구조물들(118, 120)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 제1 및 제2 다리들(108, 110)을 포함하며, 이들은 제1 임시 지지장치(104)가 상기 프레임 구조물(30)의 제1 측부(70)와 제2 측부(72)에 부착되도록 허용한다. 그러나, 본 기술분야의 기술자들은 상기 제1 임시 지지장치(104)는 제1 임시 지지장치(104)가 연결되는 프레임 구조물(30) 및/또는 내장 리프팅 장치(40)에 따라 다양한 상이한 형상들과 크기들을 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도시된 바와 같이, 상기 제1 다리(108)는 제2 연결 구조물(126)을 사용하여 상기 프레임 구조물(30)(또는 도 7a-8c에 관해 아래에서 설명되는 바와 같이 허브(16))에 결합되도록 구성된 제2 수용 구조물(124)을 포함한다. 유사하게, 상기 제2 다리(110)는 제3 연결 구조물(130)을 사용하여 상기 나셀(12)의 프레임 구조물(30)에 결합되도록 구성된 제3 수용 구조물(128)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 다리들(108, 110)은 실질적으로 서로 평행하게 연장되지만, 이것이 요구되지는 않는다. 추가적으로, 상기 몸체부(112)는 상기 헤드부(106)와 상기 제1 및 제2 다리들(108, 110) 사이에 연장되며, 제1 및 제2 크로스 부재들(cross members)(133, 135)의 단부들에 부착된 제1 및 제2 대향하게 경사진 프레임 부재들(132, 134)을 포함한다. 도시딘 바와 같이, 상기 제1 크로스 부재(133)는 헤드부(106)를 몸체부(112)에 연결하며, 상기 제2 크로스 부재(135)는 제1 및 제2 다리들(108, 110)을 몸체부(112)에 연결한다.
상기 내장 리프팅 장치(40)는 나셀(12)의 바닥부의 해치(136)(도 6에 도시됨)를 통해 또는 나셀(12)의 상부의 제1 및 제2 닫힐 수 있는 도어들(50a, 50b)(도 3에 도시됨)을 통해 제1 임시 지지장치(104)를 인상할 수 있다. 하나 이상의 임시 지지장치 리프팅 라인들(138)(예컨대, 리프팅 라인들(138a-138d)이 상기 제1 리프팅 부속물(60)에 부착될 수 있다.
도 4b는 상기 프레임 구조물(30)에 결합되는 제1 임시 지지장치(104)의 제1 및 제2 다리들(108, 110)을 보여준다. 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 다리(108)의 제1 단부(140)는 제2 연결 구조물(126)을 사용하여 제1측 하부 수평 부재(76)에 결합된다. 유사하게, 상기 제2 다리(110)의 제1 단부(142)는 제3 연결 구조물(130)을 사용하여 제2측 하부 수평 부재(82)에 결합된다. 도시되지 않았지만, 상기 제1 다리(108)는 대안으로서 제1측 상부 수평 부재(74), 및/또는 제1측 브리징 부재들(78a-78g) 중 적어도 하나 또는 메인 프레임(미도시)에 결합될 수도 있다. 유사하게, 도시되지 않았지만, 상기 제2 다리(110)는 제2측 상부 수평 부재(80) 및/또는 제2측 브리징 부재들(84a-84g) 중 적어도 하나 또는 메인 프레임에 결합될 수도 있다.
도 4c는 제1 연결 구조물(122)을 사용하여 내장 리프팅 장치(40)의 자유 단부(58)에 결합되는 제2 단부(144)를 보여준다. 예를 들어, 상기 제1 연결 구조물(122), 제2 연결 구조물(126), 및/또는 제3 연결 구조물(130)은 제1 임시 지지장치(104)가 회동하도록 허용하는 하나 이상의 다우얼 핀들(dowel pins)일 수 있다. 다우얼 핀들의 대안으로서 또는 추가적으로, 연결 지점에 강성이 요구될 경우에 제1, 제2 및 제3 연결 구조물들(122, 126, 130)은 하나 이상의 볼트들을 포함한다.
도 4d는 상기 내장 리프팅 장치(40)와 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 제거되는 풍력 터빈 부품을 보여준다. 제거되는 풍력 터빈 부품은 내장 리프팅 장치(40) 단독의 리프팅 능력을 초과하지만, 내장 리프팅 장치(40)와 제1 임시 지지장치(104)가 조합되어 사용될 때의 리프팅 능력을 초과하지 않는 무게를 가진다.
이제, 도 5와 6의 개략적인 단면도들이 더욱 상세하게 논의될 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 리프팅 라인(54)은 타워(14)의 내부에서 아래로 연장될 수 있다. 도 6에 도시되고 유사하게 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 제1 윈치(52)와 제1 리프팅 라인(54)을 사용하여 나셀(12)의 바닥부(146)에 위치한 해치(136)를 통해 풍력 터빈(10)으로부터 제1 임시 지지장치(104)를 제거할 수 있다. 제1 리프팅 라인(54)의 기준 위치는 (도 6에 도시된 바와 같이) 제1 리프팅 라인(54)이 타워(14)의 외부에서 아래로 연장되도록 허용하는 구멍 위일 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 나셀(12)은 타워(14)로부터 뒤쪽으로 연장되어 상당한 돌출부(overhang)를 형성하며, 상기 돌출부의 바닥부(146)에는 해치(136)가 형성되고, 상기 해치(136)는 영구적으로 열려 있거나 또는 폐쇄 장치, 예컨대 피봇 결합된 도어(148)를 사용할 수 있다. 상기 내장 리프팅 장치(40)는 상기 붐(44)의 자유 단부(58)가 해치(136) 위에 위치하도록 구성된다. 따라서, 상기 제1 리프팅 라인(54)의 단부에 있는 상기 제1 리프팅 부속물(60)은 물품들을 지면으로 하강시키기 위해 또는 물품들을 지면으로부터 나셀(12)로 인상하기 위해 상기 해치(136)를 통해 아래로 연장될 수 있다. 상기 해치(136)는, 예를 들어 나셀(12)의 뒷벽(150)을 통해, 내장 리프팅 장치(40)에 의해 도달될 수 있는 위치에 제공됨으로써, 크고 작은 풍력 터빈 부품들이 타워(14)의 외부에서 인상되고 하강될 수 있다.
교체 풍력 터빈 부품을 삽입하는 것은 위에서 설명된 것과 동일한 많은 단계들을 반대로 사용하여 수행된다. 예를 들어, 나셀(12)의 바닥부(146)에 위치한 해치(136)를 통해 또는 나셀(12)의 제1 및 제2 닫힐 수 있는 도어들(50a, 50b)을 통해 교체 풍력 터빈 부품을 삽입하기 위해 상기 내장 리프팅 장치(40)와 제1 임시 지지장치(104)가 조합되어 사용된다.
도 4b와 유사하게, 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140)는 나셀(12)로부터 분리될 수 있다. 따라서, 상기 제1 다리(108)는 제1측 하부 수평 부재(76)로부터 분리될 수 있고, 상기 제2 다리(110)는 제2측 하무 수평 부재(82)로부터 분리될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제1 다리(108)는 대안으로서 제1측 상부 수평 부재(74), 및/또는 제1측 브리징 부재들(87a-78e) 중 적어도 하나로부터 분리될 수 있다. 유사하게, 상기 제2 다리(110)는 제2측 상부 수평 부재(80) 및/또는 제2측 브리징 부재들(84a-84e)로부터 분리될 수 있다.
도 4c와 유사하게, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 제1 연결 구조물(122)을 제거함으로써 내장 리프팅 장치(40)의 자유 단부(58)로부터 분리될 수 있다. 상기 제1 임시 지지장치(104)는 그 다음에 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 풍력 터빈(10)으로부터 제거된다. 이 예시적인 실시예에서 대형 풍력 터빈 부품을 교체하는 것은, 위에서 설명된 바와 같이 잭-업 선박을 필요로 하지 않으며, 이는 시간과 돈을 절약한다. 추가적으로, 제1 임시 지지장치(104)를 내장 리프팅 장치(40)와 결합하여 사용하는 것은 크기와 무게를 현저히 증가시키지 않고서도 내장 리프팅 장치(40)의 리프팅 능력을 크게 증가시킨다.
도 7a-8c에 도시된 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 교체될 풍력 터빈 부품은 로터 블레이드(18)이다. 이 실시예의 논의는 이전에 설명된 실시예와 동일한 요소들을 많이 포함하며, 도시된 요소들이 실질적으로 유사하거나 동일한 경우에 이러한 요소들은 유사한 참조번호를 가진다. 이 예시적인 실시예는 내장 리프팅 장치(40)를 제1 임시 지지장치(104) 및 제2 임시 지지 장치(152)와 함께 사용하며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세하게 논의될 것이다.
이 실시예에서, 상기 제2 임시 지지장치(152)는 제1 임시 지지장치(104)에 관해 위에서 설명된 바와 대체로 동일한 방식으로 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 인상된다. 마찬가지로, 상기 제2 임시 지지장치(152)는 제1 임시 지지장치(104)와 대체로 동일한 방식으로 프레임 구조물(30)에 결합되며, 이에 대해서는 이제 더 상세하게 설명될 것이다.
도 7a와 7b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 임시 지지 장치(152)는 부착부(attachment portion)(154)와 바깥쪽 연장부(156)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 기술자들은 상기 제2 임시 지지장치(152)는 다양한 상이한 형상들과 크기를 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상기 부착부(154)는 제1 부착 부재(158), 제2 부착 부재(160), 및 제3 부착 부재(162)를 포함할 수 있으며, 이들은 각각 프레임 구조물(30)에 부착될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 부착 부재(158)의 제1 단부(164)는 제4 연결 구조물(170)을 사용하여 제1측 상부 수평 부재(74)에 부착될 수 있으며, 상기 제2 부착 부재(160)의 제1 단부(166)는 제5 연결 구조물(172)을 사용하여 제1측 상부 수평 부재(74)에 부착될 수 있고, 상기 제3 부착 부재(162)의 제1 단부(168)는 제6 연결 구조물(174)을 사용하여 제2측 상부 수평 부재(80)에 부착될 수 있다.
또한, 도시된 바와 같이, 상기 바깥쪽 연장부(156)는 제1 바깥쪽 연장 부재(176), 제2 바깥쪽 연장 부재(178), 및 제3 바깥쪽 연장 부재(180)를 포함할 수 있으며, 이들은 나셀(12)의 외부에 제2 리프팅 위치(182)를 생성하기 위해 각각 제1 단부에서 끝날 수 있다. 상기 제1 바깥쪽 연장 부재(176)의 제2 단부(184)는 제1측 상부 수평 부재(74)로 표시된 프레임 구조물(30)에 직접 부착되거나, 또는 선택적으로, 제1 부착 부재(158)의 제1 단부(164)에 부착될 수 있다. 유사하게, 상기 제2 바깥쪽 연장 부재(178)의 제2 단부(186)는 제1측 상부 수평 부재(74)로 표시된 프레임 구조물(30)에 직접 부착되거나, 또는 선택적으로, 제2 부착 부재(160)의 제1 단부(166)에 부착될 수 있다. 도 7a와 7b에 도시된 바와 같이, 상기 제3 바깥쪽 연장 부재(180)의 제2 단부(188)는 강성 연결 지점에 있는 제1, 제2, 및 제3 부착 부재들(158, 160, 162)의 제2 단부들(190)에 부착될 수 있다.
상기 제2 임시 지지장치(152)가 나셀(12)의 프레임 구조물(30)에 충분히 결합된 후에, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 제2 임시 지지장치(152)로부터 완전히 분리될 수 있으며, 이에 의해 내장 리프팅 장치(40)는 제1 임시 지지 장치(104)를 인상할 수 있다. 상기 제1 임시 지지장치(104)는, 인상된 때, 도 7a와 7b에 (점선을 사용하여) 도시된 허브(16)에 결합된다. 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 다리(108)는 상기 허브(16)의 제1 부착 위치(192)에 결합될 수 있으며, 제1 임시 지지장치(104)의 제2 다리(110)는 허브(16)의 제2 부착 위치(194)에 결합될 수 있다.
위와 유사하게, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 윈치들, 풀리들, 리프팅 라인들, 및 리프팅 부속물들의 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 상기 내장 리프팅 장치(40)는 제1 윈치(52), 제2 윈치(미도시), 제1 및 제2 풀리 시스템들(195, 196), 제1 및 제2 리프팅 라인들(54, 198), 제1 리프팅 부속물(60) 및 제2 리프팅 부속물(미도시)을 포함할 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 윈치들, 제1 및 제2 풀리 시스템들(195, 196), 및 제1 및/또는 제2 리프팅 라인들(54, 198)은 임시적으로 오직 내장 리프팅 장치(40)의 부분만을 사용할 수 있다. 도 7a와 7b에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 하나 이상의 유연성 지지장치들(199a, 199b)이 제거되는 로터 블레이드(18)를 지지하는데 도움을 줄 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 리프팅 라인(54)의 부분은 향상된 제어 및 지지를 위해 로터 블레이드(18)와 유연성 지지장치들(199a, 199b) 사이에 배치된다.
도 7b는 제1 임시 지지장치(104)와 결합된 내장 리프팅 장치(40)와 제2 임시 지지장치(152)를 사용하여 허브(16)로부터 분리되는 로터 블레이드(18)를 보여준다. 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(18)를 허브(16)에 연결하는 부착 구조물은 제거되어 로터 블레이드(18)의 플랜지(200)가 허브(16)로부터 분리되도록 허용한다.
상기 로터 블레이드(18)를 제거함에 있어서, 로터 블레이드(18)의 무게중심(CG)에 특별한 주의가 주어져야 하며, 이에 대해서는 도 8a-8c와 관련하여 논의될 것이다. 도 8a-8c는 제거되어 하강되는 로터 블레이드(18)의 개략적인 도면들을 보여준다. 상기 제1 임시 지지장치(104)는 로터 블레이드(18)의 무게중심에 정렬된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 로터 블레이드(18)는 제1 리프팅 라인(54), 제1 윈치(52), 내장 리프팅 장치(40) 및 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용함으로써 하강된다. 상기 제1 리프팅 라인(198)은 자유롭거나 팽팽할 수 있으며, 슬리브(sleeve)를 사용하여 로터 블레이드(18)에 제거 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 슬리브는, 예를 들어, 색(sack) 또는 슬링(sling)의 형태이며, 로터 블레이드(18)가 정지된 위치에 있을 때 로터 블레이드(18)의 팁(tip) 위에 결합된다.
로터 블레이드(18)가 원하는 높이로 하강된 때, 로터 블레이드(18)는 도 8b에 도시된 바와 같이 타워(14)에 대해 전반적으로 직각이 되도록 회전된다. 로터 블레이드(18)의 회전은 수행된다. 제1 리프팅 라인(54)을 제1 로터 부분(204)에 부착시키고 제2 리프팅 라인(198)을 제2 로터 부분(206)에 부착시킴으로써 수행된다. 상기 로터 블레이드(18)의 제1 로터 부분(204)은 제1 리프팅 라인(54), 제1 위ㄴ치(53), 내장 리프팅 장치(40), 및 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 지지될 수 있다. 유사하게, 상기 로터 블레이드(18)의 제2 로터 부분(206)은 제2 임시 지지장치(152)와 함께 제2 풀리 시스템(196)과 제2 리프팅 라인(198)을 사용하여 지지될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 로터 블레이드(18)의 무게는 상기 내장 리프팅 장치(40)가 단독으로 사용될 경우의 리프팅 능력을 초과할 수 있지만, 상기 내장 리프팅 장치(40)가 위에서 설명된 방식으로 제1 임시 지지장치(104) 및 제2 임시 지지장치(152)와 조합되어 사용될 때의 리프팅 능력을 초과하지는 않는다.
상기 로터 블레이드(18)가 제거된 때, 로터 블레이드(18)의 제거에 관해 위에서 설명된 것과 대체로 동일한 방식으로 교체 로터 블레이드가 삽입될 수 있으며 이때 단계들은 반대로 수행된다. 도시되지 않았지만, 대체 가능한 실시예에 따르면, 상기 제1 임시 지지장치(104)가 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 허브(16)로부터 분리되기에 앞서 상기 제2 임시 지지장치(152)가 나셀(12)로부터 분리될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 제1 임시 지지장치(104)를 제거한 후에, 제4, 제5 및 제6 연결 구조물들(170, 172, 174)을 제거함으로써 제2 임시 지지장치(152)가 나셀로(12)로부터 분리될 수 있다. 그 다음에, 상기 제2 임시 지지장치(152)는, 제1 임시 지지장치(104)에 관해 위에서 논의된 것과 유사하게, 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 제거될 수 있다.
이러한 예시적인 방식으로 로터 블레이드(18)를 제거하는 것은 위에서 설명된 바와 같이 잭업-선박을 필요로 하지 않으며, 이는 시간과 돈을 절약한다. 추가적으로, 제1 임시 지지장치(104)와 제2 임시 지지장치(152)의 사용은 내장 리프팅 장치(40)의 크기와 무게를 상당히 증가시키지 않고서도 내장 리프팅 장치(40)의 리프팅 능력을 크게 증가시킨다.
본 발명이 다양한 실시예들의 설명에 의해 도시되었고, 상기 실시예들이 상세하게 설명되었으나, 이는 첨부된 청구항들의 범위를 그렇게 제한하도록 의도된 것은 아니다. 여기서 논의된 다양한 특징들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 추가적인 이점들과 변형들은 본 기술분야의 기술자에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서, 광범위한 측면에서 본 발명은 특정한 상세 사항들과 도시되고 설명된 예들로 제한되지 않는다. 따라서, 전반적인 발명의 개념의 범위로부터 벗어나지 않고서 이러한 상세 사항들로부터 벗어날 수도 있다.

Claims (19)

  1. 풍력 터빈(10)의 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)에 대해 유지보수를 수행하는 방법으로서,
    상기 풍력 터빈(10)은 타워(14), 나셀(nacelle)(12), 허브(16), 및 적어도 하나의 로터 블레이드(18)를 포함하고, 상기 나셀(12)은 내장 리프팅 장치(integrated lifting apparatus)(40)를 포함하며,
    상기 방법은:
    상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분을 사용하여 제1 임시 지지장치(104)를 인상하는 단계;
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 상기 나셀(12) 또는 허브(16)에 결합하고, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 단부(144)를 상기 내장 리프팅 장치(40)에 결합하는 단계;
    상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분과 상기 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 제거하는 단계;
    상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분과 상기 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 교체 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 설치하는 단계;
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 상기 나셀(12) 또는 허브(16)로부터 분리시키고, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 단부(104)를 상기 내장 리프팅 장치(40)로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분을 사용하여 상기 제1 임시 지지장치(104)를 상기 풍력 터빈(10)으로부터 제거하는 단계;를 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내장 리프팅 장치(40)는 연장 가능한 붐(boom)(44)을 더 포함하며, 상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분을 사용하는 것은 상기 연장 가능한 붐(44)을 사용하는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나셀(12)은 프레임 구조물(frame structure)(30)을 포함하며,
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 상기 나셀(12) 또는 허브(16)에 결합하는 단계는 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 상기 프레임 구조물(30)에 결합하는 것을 더 포함하고,
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 상기 나셀(12) 또는 허브(16)로부터 분리시키는 단계는 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 상기 프레임 구조물(30)로부터 분리시키는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나셀(12)은 프레임 구조물(30)을 포함하고, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)는 제1 및 제2 다리들(108, 110)을 포함하며,
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 결합하는 단계는, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 다리(108)를 상기 프레임 구조물(30)의 제1 측부(70)에 결합하고, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 다리(110)를 상기 프레임 구조물(30)의 제2 측부(72)에 결합하는 것을 더 포함하며,
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 분리시키는 단계는, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 다리(108)를 상기 프레임 구조물(30)의 제1 측부(70)로부터 분리시키고 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 다리(110)를 상기 프레임 구조물(30)의 제2 측부(72)로부터 분리시키는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  5. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 제거하는 단계는, 상기 내장 리프팅 장치(40) 단독의 리프팅 능력을 초과하지만, 상기 내장 리프팅 장치(40)와 상기 제1 임시 지지장치(104)가 조합되어 사용될 때의 리프팅 능력을 초과하지 않는 무게를 가진 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 제거하는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  6. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈 부품을 제거하는 단계는 발전기(24) 또는 기어박스(22)를 제거하는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  7. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)은 상기 나셀(12) 내부에 위치하며,
    상기 제1 임시 지지장치(104)를 인상하는 단계는 상기 제1 임시 지지장치(104)를 상기 나셀(12)의 상부(48)에 위치한 하나 이상의 닫힐 수 있는 도어들(50a, 50b)을 통해 상기 나셀(12) 내부로 인상하는 것을 더 포함하고,
    상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 제거하는 단계는 상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 상기 나셀(12)의 바닥부(146)에 위치한 해치(hatch)(136)를 통해 아래로 제거하는 것을 더 포함하며,
    상기 교체 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 설치하는 단계는 상기 교체 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)을 상기 나셀(12)의 바닥부(146)에 위치한 해치(hatch)(136)를 통해 위로 삽입하는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)은 로터 블레이드(rotor blade)(18)이며,
    상기 방법은:
    상기 내장 리프팅 장치(40)를 사용하여 제2 임시 지지장치(152)를 인상하는 단계; 및
    상기 제2 임시 지지장치(152)를 상기 나셀에 결합하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 로터 블레이드(18)를 제거하는 단계는 상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분, 상기 제1 임시 지지장치(104), 및 상기 제2 임시 지지장치(152)를 조합하여 사용하는 것을 포함하고,
    교체 로터 블레이드(18)를 설치하는 단계는 상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분, 상기 제1 임시 지지장치(104), 및 상기 제2 임시 지지장치(152)를 조합하여 사용하는 것을 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내장 리프팅 장치(40)는 연장 가능한 붐(boom)(44), 제1 및 제2 풀리 시스템들(195, 196), 및 제1 및 제2 리프팅 라인들(lifting lines)(54, 198)을 포함하며,
    상기 로터 블레이드(18)를 제거하는 단계는:
    상기 제1 임시 지지장치(104)를 상기 로터 블레이드(18)의 무게중심에 정렬하는 단계;
    상기 로터 블레이드(18)를 상기 허브(16)로부터 분리시키는 단계;
    상기 제1 리프팅 라인(54), 상기 제1 풀리 시스템(195), 상기 내장형 리프팅 장치(40) 및 상기 제1 임시 지지장치(104)를 조합하여 사용하여 상기 로터 블레이드(18)를 하강시키는 단계; 및
    제1 로터 부분(204)을 함께 지지하기 위한 상기 제1 리프팅 라인(54), 상기 제1 풀리 시스템(195), 상기 연장 가능한 붐(44) 및 상기 제1 임시 지지장치(104)와, 제2 로터 부분(206)을 지지하는 상기 제2 임시 지지장치(152), 상기 제1 풀리 시스템(195) 및 상기 제2 리프팅 라인(198)을 사용하여, 상기 로터 블레이드(18)를 상기 타워(14)에 대해 전반적으로 직각이 되도록 회전시키는 단계;를 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단부들(140, 144)을 결합하는 단계는, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140)를 상기 허브(16)에 결합하고 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 단부(144)를 상기 내장 리프팅 장치(40)에 결합하는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 허브는 제1 및 제2 부착 위치들(192, 194)을 포함하고, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)는 제1 및 제2 다리들(108, 110)을 포함하며,
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 결합하는 단계는, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 다리(108)를 제1 부착 위치(192)에 결합하고 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 다리(110)를 제2 부착 위치(194)에 결합하는 것을 더 포함하고;
    상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 단부(140, 142)를 분리시키는 단계는, 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제1 다리(108)를 상기 제1 부착 위치(192)로부터 분리시키고 상기 제1 임시 지지장치(104)의 제2 다리(110)를 상기 제2 부착 위치(194)로부터 분리시키는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 임시 지지장치(152)를 상기 나셀(12)로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분을 사용하여 상기 제2 임시 지지장치(152)를 상기 나셀(12)로부터 제거하는 단계;를 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(18)를 제거하는 단계는, 상기 내장 리프팅 장치(40) 단독의 리프팅 능력을 초과하지만, 상기 내장 리프팅 장치(40)와 상기 제1 및/또는 제2 임시 지지장치들(104, 152)이 조합되어 사용될 때의 리프팅 능력을 초과하지 않는 무게를 가진 로터 블레이드(18)를 제거하는 것을 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  14. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내장 리프팅 장치(40)는 연장 가능한 붐(44), 제1 윈치(52), 제1 리프팅 라인(54) 및 동력 시스템(power system)(34)을 포함하며,
    상기 방법은: 상기 제1 임시 지지장치(104)를 인상 및/또는 제거하기 위해 상기 내장 리프팅 장치(40)가 상기 나셀(12)에 대하여 방위각(azimuth) 및 고각(elevation)으로 움직일 수 있도록 상기 내장 리프팅 장치(40)를 상기 나셀(12)에 고정된 베이스(42)에 관절 연결하는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법.
  15. 풍력 터빈 부품(18, 22, 24)에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
    타워(14), 나셀(nacelle)(12), 허브(16), 적어도 하나의 풍력 터빈 블레이드(18), 및 풍력 터빈(10)의 영구적 부품을 형성하는 내장 리프팅 장치(integrated lifting apparatus)(40)를 포함하는 풍력 터빈(10); 및
    상기 나셀(12) 또는 허브(16)에 결합되며 상기 내장 리프팅 장치(40)의 적어도 부분에 더 결합되는 제1 임시 지지장치(104);를 포함하며,
    조합된 상기 내장 리프팅 장치(40)와 상기 제1 임시 지지장치(104)의 리프팅 능력(lifting capacity)은 상기 내장 리프팅 장치(40) 단독의 리프팅 능력보다 큰, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 나셀(12)은 프레임 구조물(30)을 포함하며, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 상기 프레임 구조물(30)에 결합되는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 나셀(12)은 제1 측부(70)와 제2 측부(72)를 가진 프레임 구조물(30)을 포함하고, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 제1 다리(108)와 제2 다리(110)를 포함하며, 상기 제1 다리(108)는 상기 제1 측부(70)에 결합되고, 상기 제2 다리(110)는 상기 제2 측부(72)에 결합되는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    제2 임시 지지장치(152)를 더 포함하며, 상기 제2 임시 지지장치(152)는 상기 나셀(12)에 결합되고, 상기 제1 임시 지지장치(104)는 상기 허브(16)에 결합되는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내장 리프팅 장치(40)는 자유 단부(58)를 가진 연장 가능한 붐(44)을 더 포함하며, 상기 연장 가능한 붐(44)의 자유 단부(58)는 상기 제1 임시 지지장치(104)에 결합되는, 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하기 위한 시스템.
KR1020197008810A 2016-08-29 2017-08-11 풍력 터빈 부품에 대해 유지보수를 수행하는 방법 및 장치 KR102217959B1 (ko)

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