KR20200040823A - 풍력 터빈 로터 블레이드 및 풍력 터빈 로터 블레이드용 낙뢰 보호 시스템 - Google Patents

풍력 터빈 로터 블레이드 및 풍력 터빈 로터 블레이드용 낙뢰 보호 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 낙뢰 보호 시스템(300)을 갖는 풍력 터빈 로터 블레이드(200)에 관한 것이다. 낙뢰 보호 시스템(300)은 적어도 하나의 수용기(320), 낙뢰 보호 도체(310) 및 추가 요소(250)를 포함한다. 낙뢰 보호 도체(310)의 일 섹션은 연결 유닛(400)을 통해 추가 요소(250)와 전기적으로 접촉된다. 연결 유닛(400)은 칼라(421)를 갖는 스크류(420)와, 암나사부(413) 및 칼라(411)를 갖는 너트(410)를 포함한다. 너트(410) 및 스크류(420)는 서로 나사 결합될 수 있다.

Description

풍력 터빈 로터 블레이드 및 풍력 터빈 로터 블레이드용 낙뢰 보호 시스템
본 발명은 풍력 터빈 로터 블레이드 및 풍력 터빈 로터 블레이드용 낙뢰 보호 시스템(lightning protection system)에 관한 것이다.
모든 풍력 터빈는 대응하는 운영 라이센스를 획득하기 위해, 낙뢰 보호 시스템을 포함해야 한다. 낙뢰 보호 시스템은 일반적으로 낙뢰 보호 도체 또는 낙뢰 보호 케이블에 전기적으로 연결된 복수의 낙뢰 수용기를 포함한다. 낙뢰 보호 도체는 로터 블레이드를 통해 로터 블레이드 루트로 이어지고, 그런 다음 풍력 터빈의 다른 낙뢰 보호 시스템과 접촉될 수 있다.
풍력 터빈의 작동을 위해서는, 다양한 구성요소를 통한 낙뢰 보호 시스템의 안전한 전기적 접촉이 중요하다.
풍력 터빈 로터 블레이드의 낙뢰 보호 시스템은 전형적으로 낙뢰 보호 시스템의 다양한 구성요소가 서로 접촉될 수 있게 하는 복수의 관통 접촉 수단을 포함한다.
독일 특허 및 상표청은 우선권 기반 독일 특허 출원에서 다음과 같은 문서들을 조사하였다: DE 20 2010 013 535 U1호, US 2010/0090472 A1호 및 US 2013/0195661 A1호.
본 발명의 과제는 개선된 관통 접촉 수단 또는 개선된 관통 접촉 수단 옵션을 갖는 풍력 터빈 로터 블레이드를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 청구항 제1항에 따른 풍력 터빈 로터 블레이드 및 청구항 제5항에 따른 낙뢰 보호 시스템에 의해 달성된다.
따라서, 낙뢰 보호 시스템을 포함하는 풍력 터빈 로터 블레이드가 제공된다. 낙뢰 보호 시스템은 적어도 하나의 낙뢰 수용기 및 낙뢰 보호 케이블 그리고 낙뢰 보호 도체의 2개의 섹션을 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 유닛을 포함한다. 연결 유닛은 관통 접촉 수단을 나타내고, 큰 칼라(collar)를 갖는 스크류를 포함한다. 또한, 연결 유닛은 큰 칼라 및 암나사부를 갖는 너트를 포함한다.
스크류 및 너트는 낙뢰 보호 도체의 2개의 섹션을 서로 연결하기 위해, 전도성 재료, 예를 들어 알루미늄, 구리 또는 황동과 같은 금속 또는 그 합금을 각각 포함한다. 스크류 및 너트 모두가 각각 큰 칼라를 가짐으로써, 양자 모두는 큰 접촉 표면, 즉 낙뢰 보호 시스템의 2개의 연결 섹션을 포함하고, 이에 의해 양호한 전기 접촉이 가능하게 된다.
또한, 너트의 암나사부 그리고 스크류의 수나사부는 스크류와 너트가 고정적으로 서로 연결될 수 있게 하여, 낙뢰 보호 시스템의 연결될 요소들도 마찬가지로 고정적으로 서로 연결될 수 있는 것을 가능하게 한다.
너트 및 스크류의 단순한 설계에 의해, 낙뢰 보호 시스템의 다양한 요소들을 연결할 수 있는 효과적이고 비용 효율적인 가능성이 가능하게 된다. 이러한 구조는 간단하게 설계되고, 비용 효율적으로 제조될 수 있고, 그럼에도 불구하고 높은 낙뢰 전류를 스파크 형성 없이 방산시킬 수 있다. 또한, 마모가 감소된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 스크류는 중공 보어를 포함한다. 스크류 및 자체 잠금식 너트에 의해, 예를 들어 케이블 러그가 접촉 스크류에 고정될 수 있다. 자체 잠금식 너트와 함께 스크류는 케이블 러그와 관통 접촉 수단의 스크류 사이를 안전하게 연결하고, 추가적으로 접촉 커넥터가 느슨해지지 않도록 보장한다.
나사부를 통해, 또한 낙뢰 보호 시스템의 다양한 구성요소 사이에 필요한 접촉 압력이 달성될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 너트는 자체 잠금식 너트이다.
본 발명의 이점 및 예시적인 실시예는 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈의 개략도를 도시한다.
도 2a는 풍력 터빈 로터 블레이드의 개략도를 도시한다.
도 2b는 풍력 터빈 로터 블레이드의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3a-도 3f는 각각 본 발명에 따른 연결 유닛의 다양한 도면을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈의 개략도를 도시한다. 도 1은 타워(102) 및 나셀(104)을 구비한 풍력 터빈(100)를 도시한다. 나셀(104) 상에는 3개의 로터 블레이드(200)와 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 바람에 의해 회전 운동하고, 이에 의해 나셀(104) 내의 발전기를 구동시킨다.
도 2a는 풍력 터빈 로터 블레이드의 개략도를 도시하고, 도 2b는 풍력 터빈 로터 블레이드의 개략적인 단면도를 도시한다. 로터 블레이드(200)는 로터 블레이드 팁(210), 로터 블레이드 루트(220) 및 예를 들어 서로 연결되는 2개의 하프 쉘로 구성된 로터 블레이드 케이싱(230)을 포함한다. 로터 블레이드(200)는 로터 블레이드 루트의 영역에서 외부에 적어도 하나의 수용기(320), 낙뢰 보호 도체(310) 및 방산 링(240)을 포함하는 낙뢰 보호 시스템(300)을 포함한다. 낙뢰 보호 도체(310)와 방산 링(240) 사이에는 연결 유닛(400)이 제공된다. 따라서, 연결 유닛(400)은 예를 들어 낙뢰 보호 도체(310)와 같은 낙뢰 보호 시스템의 제1 섹션을 낙뢰 보호 시스템의 제2 섹션(240)에 전기적으로 그리고 기계적으로 연결한다.
도 3a 내지 도 3f는 각각 본 발명에 따른 연결 유닛의 다양한 도면을 도시한다. 연결 유닛(400)은 스크류(420), 및 스크류(420)에 나사 결합될 수 있는 너트(410)를 포함한다. 낙뢰 보호 시스템의 다양한 구성요소는 연결 유닛(400)에 의해 전기적으로 그리고 기계적으로 서로 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 연결 유닛에 의해, 로터 블레이드의 비-전도성 섹션을 통해 낙뢰 보호 시스템의 다양한 섹션 및 요소가 서로 전기적으로 접촉하는 것도 또한 가능하다.
너트(410)는 홀(414)을 갖는 칼라(411), 그리고 보어 및 암나사부(413)를 포함하는 세장형 섹션(412)을 포함한다. 스크류(420)는 적어도 2개의 홀(424)을 갖는 칼라(421), 및 세장형 섹션(422) 및 선택적으로 보어(423)(중공 보어)를 포함한다. 또한, 세장형 부분(422)의 영역에는 수나사부가 제공된다. 따라서, 너트(410)는 스크류(420) 상에 나사 결합될 수 있고, 이에 따라 낙뢰 보호 시스템의 다양한 요소들을 서로 안전하게 연결할 수 있다.
칼라(411, 421)의 외경은 20 - 60 ㎜, 바람직하게는 약 40 ㎜일 수 있다. 섹션(412)의 외경은 15 내지 20 ㎜, 바람직하게는 약 18 ㎜일 수 있다. 섹션(422)은 M14-M18 수나사부, 바람직하게는 M16 나사산을 포함할 수 있다. 섹션(411)은 대응하는 암나사부를 포함할 수 있다.
칼라(411, 421)의 외경과 섹션(412)의 외경 사이의 비는 바람직하게는 적어도 2이고, 특히 3보다 크다.
따라서, 개선된 낙뢰 보호 장치를 갖는 풍력 터빈 로터 블레이드가 제공된다. 접촉 유닛을 통해, 낙뢰 보호 시스템의 다양한 섹션들 사이에서 낙뢰 전류가 안전하고 효과적으로 방산될 수 있고, 이 경우 케이블에 스파크가 형성되지 않는다. 이는 특히 너트 및 스크류의 칼라의 넓은 단면 및 접촉 표면으로 인해 가능해질 수 있다. 연결 유닛(400)은 따라서 스크류 및 자체 잠금식 너트를 포함한다.
본 발명에 따른 연결 유닛에 의해, 낙뢰 보호 시스템의 상이한 요소들 사이의 비전도성 재료에 의한 연결이 가능해질 수 있다.

Claims (5)

  1. 풍력 터빈 로터 블레이드(200)로서,
    적어도 하나의 수용기(320), 낙뢰 보호 도체(310) 및 추가 요소(250)를 포함하는 낙뢰 보호 시스템(300)
    을 포함하고, 상기 낙뢰 보호 도체(310)의 일 섹션은 연결 유닛(400)을 통해 상기 추가 요소(250)와 전기적으로 접촉되며,
    상기 연결 유닛(400)은 칼라(collar)(421)를 갖는 스크류(420)와, 암나사부(413) 및 칼라(411)를 갖는 너트(410)를 포함하고, 상기 너트(410) 및 상기 스크류(420)는 서로 나사 결합될 수 있는 것인 풍력 터빈 로터 블레이드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스크류(420)는 관통 보어(423)를 포함하는 것인 풍력 터빈 로터 블레이드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크류(420)가 상기 너트(410)의 상기 암나사부(413)에 나사 결합될 때, 상기 스크류(420)의 상기 칼라(421) 및 상기 너트(410)의 상기 칼라(411)는 상기 연결 유닛(400)의 대향하는 측면에 배치되는 것인 풍력 터빈 로터 블레이드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라(411, 421)의 외경과 상기 너트(410)의 섹션(412)의 외경 사이의 비는 적어도 2이고, 특히 3보다 큰 것인 풍력 터빈 로터 블레이드.
  5. 풍력 터빈 로터 블레이드 낙뢰 보호 시스템(300)으로서,
    적어도 하나의 수용기(320),
    낙뢰 보호 도체(310), 및
    추가 요소(250)
    를 포함하고,
    상기 낙뢰 보호 도체(310)의 일 섹션은 연결 유닛(400)을 통해 상기 추가 요소(250)와 전기적으로 접촉되며,
    상기 연결 유닛(400)은 칼라(421)를 갖는 스크류(420)와, 암나사부(413) 및 칼라(411)를 갖는 너트(410)를 포함하고, 상기 너트(410) 및 상기 스크류(420)는 서로 나사 결합될 수 있는 것인 풍력 터빈 로터 블레이드 낙뢰 보호 시스템.
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