KR20200016367A - 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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플로리안 슈토프스
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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 스파 캡(spar cap)(400)에 대한 몰드(300)가 제공된다. 몰드(300)는 적어도 하나의 네거티브 캡 에지(310, 320)를 포함한다. 유리 섬유 층들의 단부 상에서 횡방향 베벨(bevel)을 달성할 수 있도록, 유리 섬유 층들을 몰드(300) 및 네거티브 캡 에지(310, 320) 내로 배치하여, 네거티브 베벨을 갖는 스파 캡(400)이 제공된다. 네거티브 베벨을 갖는 스파 캡(400)은 로터 블레이드의 코어 재료 내에 설치된다.

Description

풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법
본 발명은 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 풍력 발전 설비의 로터 블레이드의 개략적인 단면도를 도시한다. 로터 블레이드는 일반적으로 2개의 쉘로 이루어지고, 여기서 제1 쉘(10)은 흡입측을 나타내고, 제2 쉘(20)은 압력측을 나타낸다. 또한, 로터 블레이드는 흡입측과 압력측에 각각 스파 캡(spar cap)(40)을 포함하고, 흡입측 및 압력측에서의 스파 캡(40)들을 서로 연결하는 바아(30)를 포함한다. 여기서 스파 캡(40)은 흡입측 및/또는 압력측의 재료에 고정 연결된다.
DE 10 2009 047 570 A1호는 풍력 발전 설비의 스파 캡 및 이러한 유형의 스파 캡의 제조를 설명한다. 스파 캡은 몰드에 배치되는 유리 섬유 또는 탄소 섬유 스크림(scrim)으로 이루어진 복수의 개별 층으로 이루어진다. 이어서, 진공 필름이 배치되고 나면, 몰드 및 진공 필름에 의해 한정된 체적을 통해 에폭시 수지가 주입된다. 수지가 건조되면, 캡은 계속 사용될 수 있다. 이 경우, 캡은 제1 또는 제2 쉘(흡입측 또는 압력측)의 내측에 제공될 수 있다. 몰드의 측벽은 약간의 경사를 포함할 수 있으므로, 스파 캡의 단부도 마찬가지로 약간 기울어질 수 있다.
스파 캡을 제조할 때, 개별 스크림 웨브는 횡방향으로 베벨(bevel)되어야 한다. 베벨을 달성하기 위해, 상이한 두께의 폼 웨지(foam wedge) 또는 폼 삼각형이 사용될 수 있다.
일반적으로, 직선 에지 또는 단부를 갖는 캡이 제공된다. 이를 위해, 연성 재료로 이루어지는 제1 웨지가 제공되고, 제1 웨지 상에는 강성 재료를 갖는 제2 웨지가 제공될 수 있으므로, 캡은 그 외부 영역 상에 보다 연성인 재료를 포함한다.
일반적으로, 캡은 단면이 직사각형으로 제조된다. 이러한 프로세스 동안, 횡방향 베벨은 폼 웨지에 의해 시뮬레이션될 수 있으며, 특히 에지에 폼 재료 웨지가 제공될 수 있다. 그러나, 이는 연성 폼 웨지가 손상될 수 있기 때문에, 스파 캡의 운반성 측면에서 불리하다.
스파 캡을 제조할 때, 하부 유리 섬유 층이 삽입될 수 있고, 몰드 에지에는 폼 재료 스트립이 배치될 수 있다. 이 경우, 이러한 폼 재료 스트립은 순전히 안쪽으로 네거티브 베벨되는 웨지로서 형성된다. 그런 다음, 이러한 네거티브 베벨에는 유리 스크림이 배치될 수 있다. 스파 캡의 주요 부분을 형성하는 유리 섬유 스크림은 횡방향으로 베벨되어, 구조적 부품으로서 설계된 스파 캡과, 블레이드 상부 및 하부 에지에 인접한 샌드위치부 사이의 원활한 전이부를 제공할 수 있어야 한다. 스파 캡의 에지에 제공되는 폼 스트립은 상이한 두께를 포함할 수 있고, 이로 인해 그 제조는 매우 비용이 든다.
독일 특허 및 상표청은 본 출원에 대한 우선권 출원에서 다음과 같은 종래 기술들을 조사하였다: DE 10 2009 047 570 A1호, DE 10 2012 219 226 A1호, DE 10 2010 002 432 A1호, DE 103 36 461 A1호 및 US 2017/0 001 387 A1호.
풍력 발전 설비의 로터 블레이드에 캡을 설치할 때, 폼 재료 웨지 또는 폼 부분을 사용할 수 있다. 이러한 폼 부분은 수지 채널을 포함할 수 있다. 이어서, 코어 재료가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 풍력 발전 설비 로터 블레이드의 개선된 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 과제는 풍력 발전 설비 로터 블레이드용 스파 캡의 제조를 개선시키는 것이다.
이러한 과제는 청구항 제1항에 따른 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법에 의해 달성된다.
따라서, 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 스파 캡을 위한 몰드가 제공된다. 몰드는 적어도 하나의 네거티브 캡 에지를 포함한다. 유리 섬유 층들의 단부 상에서 횡방향 베벨을 달성할 수 있도록, 유리 섬유 층들을 몰드 및 네거티브 캡 에지 내로 배치하여, 네거티브 베벨을 갖는 스파 캡이 제공된다. 네거티브 베벨을 갖는 스파 캡은 로터 블레이드의 코어 재료 내로 설치된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 몰드는 베벨을 포함하는 부분을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 몰드는 적어도 하나의 수지 채널을 포함한다.
본 발명은 스파 캡의 단부에 폼 스트립 없이 풍력 발전 설비 로터 블레이드용 스파 캡을 제공하는 사상에 관한 것이다. 이는 특히 폼 웨지가 몰드의 부분으로서 제공되거나 또는 웨지 또는 폼 웨지가 스파 캡을 제조하기 위한 몰드 내에 이미 통합되어 있다는 점에서 달성될 수 있다. 이것은 보다 복잡한 몰드를 발생시킬 수 있지만, 스파 캡의 제조 방법 또는 스파 캡의 제조를 개선한다. 이 경우, 본 발명에 따른 몰드에는 유리 섬유 층들이 베벨될 수 있다. 특히, 유리 섬유 스크림 층들은 네거티브 캡 에지에서 크게 베벨될 수 있다. 따라서, 바람직한 횡방향 베벨이 달성될 수 있다. 여기서 얻어지는 몰딩은 기계적으로 제조된 샌드위치 폼 몰드에 맞춰질 수 있고, 여기서 샌드위치 폼은 네거티브 베벨 아래로 또는 네거티브 베벨 내로 도입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 네거티브 베벨을 갖는 스파 캡이 제조된다. 스파 캡은 유리 섬유 스크림으로 제조될 수 있고, 따라서 스파 캡의 재료는 강성 재료 또는 경화된 재료를 나타낸다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 폼 부분은 베벨 및 수지 채널을 포함할 수 있다. 수지 채널을 제공하기 위해 사용되는 폼 부분은 포지티브 베벨될 수 있으므로, 이러한 폼 부분은 스파 캡의 네거티브 베벨에 매칭되게 된다. 여기서, 스파 캡의 스크림과 폼 부분 사이의 전이부에서 강성 재료와 연성 재료 간의 전이부가 제공될 수 있다.
스파 캡의 본 발명에 따른 제조를 통해, 높이 보상을 위한 추가적인 코어 재료 스트립은 필요로 하지 않는다. 개별 스크림 부품의 횡방향 베벨이 유지되고, 로터 쉘의 코어 재료를 위한 갭이 없는 맞물림 끼워 맞춤이 보장되고, 부품은 트리밍 없이 제조될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 베벨은 예각으로 경사지게 되는, (예를 들어 스파 캡의) 부분 또는 요소의 단부를 나타낸다. 베벨을 통해, 전단 응력이 감소되어, 연결의 강도가 증가될 수 있다.
종래 기술에서 스파 캡은 일반적으로 상자 형태로 제조되고, 코어 재료에 대한 스파 캡 전이부에서 캡 에지 스트립이 사용되고 있지만, 스파 캡과 코어 재료 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 이에 대해 대조적으로, 본 발명에 따른 스크림의 횡방향 베벨에 의해, 횡방향으로 단차지거나 또는 베벨되는 스파 캡의 일정한 정해진 스크림 폭이 제공된다. 따라서, 코어 재료, 로터 블레이드 쉘 및 스파 캡 간의 형상 맞춤 로킹 방식의 그리고 실질적으로 갭이 없는 전이부가 제공될 수 있다. 이는 특히 스파 캡의 네거티브 베벨에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 실시예는 종속 청구항의 주제이다.
본 발명의 이점 및 실시예는 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 풍력 발전 설비 로터 블레이드의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 개략도를 도시한다.
도 3a는 로터 블레이드의 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 개략적인 단면도(A-A)를 도시한다.
도 3c는 도 3a의 섹션의 개략적인 단면도(B-B)를 도시한다.
도 4a는 제조 중인 스파 캡의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4b는 제조 중인 스파 캡의 다른 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4c는 제조 중인 스파 캡의 다른 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드의 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전 설비의 개략도를 도시한다. 풍력 발전 설비(100)는 타워(102) 및 타워(102) 상의 나셀(104)을 포함한다. 나셀(104) 상에는 3개의 로터 블레이드(200)와 스피너(110)를 가진 공기 역학적 로터(106)가 제공된다. 공기 역학적 로터(106)는 풍력 발전 설비의 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하고, 이로 인해 공기 역학적 로터(106)와 직접 또는 간접적으로 결합되어 있는 발전기의 로터 또는 회전자를 또한 회전시킨다. 전기 발전기는 나셀(104) 내에 배치되고, 전기 에너지를 생성한다. 로터 블레이드(200)의 피치 각도는 각각의 로터 블레이드(200)의 로터 블레이드 루트 상의 피치 모터에 의해 변경될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 스파 캡을 제조할 때 본 발명에 따른 로터 블레이드(200)의 일 부분의 다양한 개략적인 단면도를 도시한다. 도 3b에는 단면(A-A)을 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 3c에는 단면(B-B)을 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
풍력 발전 설비의 로터 블레이드(200)용 스파 캡(400)을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 특별히 설계된 몰드 에지(310, 320)를 갖는 몰드(300)를 사용한다. 도 3a 내지 도 3c에는 스파 캡의 전방 에지(201)가 도시되어 있다. 또한, 로터 블레이드(200)의 코어 재료(210)가 도 3a에 도시되어 있다. 도 3b 및 도 3c에는 몰드 에지(310, 320)를 갖는 몰드(300) 및 제1 단부 및 제2 단부(401, 402)를 갖는 스파 캡(400)이 도시되어 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 제1 몰드 에지(310)의 각도는 35°일 수 있고, 제2 몰드 에지(320)의 각도는 22°일 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 이러한 각도는 일정하게 설계될 수 있다.
도 3b에는 좁은 캡(410) 및/또는 넓은 캡(420)이 제공될 수 있다.
도 3c에는 제2 몰드 에지(320)를 갖는 몰드(300)의 대안적인 실시예가 제공된다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 스파 캡의 다양한 개략적인 단면도를 도시한다. 도 4a 내지 도 4c에는 각각 몰드(300)(상측) 및 스파(400)를 갖는 몰드(300)가 도시되어 있다. 도 4a에 따른 몰드(300) 및 스파 캡(400)의 실시예는 도 3b의 몰드 및 스파 캡의 실시예에 실질적으로 대응한다. 도 4b에 따른 몰드 및 스파 캡의 실시예는 도 3c의 몰드(300) 및 스파 캡(400)의 실시예에 실질적으로 대응한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드의 일 부분의 개략적인 단면도를 도시한다. 도 5에는 코어 재료(210), 제1 및 제2 단부(401, 402) 및 선택적으로 폼 인서트(500)를 갖는 스파 캡(400)이 도시되어 있다. 스파 캡의 제1 및 제2 단부(401, 402)는 각각 네거티브 베벨을 포함한다. 폼 인서트(500)는 경사 단부(510) 및 선택적으로 수지 채널(520)을 포함한다. 수지 채널(520)은 단부(510)에 대향하여 위치되는 측면 상에 제공될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각각 네거티브 베벨을 포함하는 2개의 단부를 갖는 스파 캡(400)이 로터 블레이드의 코어 재료(210)에 제공된다. 코어 재료(210)와 조합된 스파 캡의 편평한 각도를 통해, 스파 캡과 로터 블레이드의 코어 재료 사이의 넓은 면적의 형상 맞춤 로킹 방식의 그리고 갭이 없는 전이가 가능하게 된다.

Claims (5)

  1. 풍력 발전 설비 로터 블레이드(200)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    스파 캡(spar cap)(400)를 위한 몰드(300)를 제공하는 단계 - 상기 몰드(300)는 적어도 하나의 네거티브 캡(cap) 에지(310, 320)를 포함함 - ,
    유리 섬유 층들의 단부 상에서 횡방향 베벨(bevel)을 달성할 수 있도록, 상기 유리 섬유 층들을 상기 몰드(300) 및 상기 네거티브 캡 에지(310, 320) 내로 배치하여, 제1 및 제2 단부(401, 402)를 갖는 스파 캡(400)을 제공하는 단계 - 상기 제1 및/또는 제2 단부(401, 402)는 네거티브 베벨을 포함함 - , 및
    상기 스파 캡(400)의 상기 제1 및/또는 제2 단부(401, 402)를 상기 로터 블레이드(200)의 코어 재료(210) 내로 형상 맞춤 로킹 방식으로 설치하는 단계
    를 포함하는, 풍력 발전 설비 로터 블레이드(200)를 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몰드(300)는 상기 베벨을 포함하는 부분을 포함하는 것인, 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 몰드(300)에는 적어도 하나의 수지 채널이 제공되는 것인, 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡 에지(310, 320)는 20° 내지 40°, 특히 22° 내지 35°의 각도를 포함하는 것인, 풍력 발전 설비 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법.
  5. 풍력 발전 설비 로터 블레이드(200)에 있어서,
    제1 및 제2 단부(401, 402)를 갖는 적어도 하나의 스파 캡(400)
    을 포함하고,
    상기 제1 및/또는 제2 단부(401, 402)는 네거티브 베벨을 포함하고,
    상기 스파 캡(400)의 상기 제1 및/또는 제2 단부(401, 402)는 상기 로터 블레이드(200)의 코어 재료(210) 내로 형상 맞춤 로킹 방식으로 설치되는, 풍력 발전 설비 로터 블레이드.
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