WO2012026792A2 - 풍력 발전기 및 풍력 발전기의 환기 구조 - Google Patents

풍력 발전기 및 풍력 발전기의 환기 구조 Download PDF

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WO2012026792A2
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고경민
윤태원
권삼상
이춘식
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삼성중공업 주식회사
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    • Y02E10/70—Wind energy
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Definitions

  • the present invention relates to a wind generator, and more particularly, to a ventilation structure of a wind generator.
  • the wind generator 1 that generates power using wind power, which is natural energy, has a nacelle (nacelle) provided on the tower 2 and a hub provided at the front side of the nacelle 3. And a rotor blade (5) installed in the hub (4).
  • nacelle nacelle
  • hub provided at the front side of the nacelle 3.
  • rotor blade (5) installed in the hub (4).
  • the nacelle 3 is connected to the hub by a main shaft formed to rotate integrally with the hub 4, and the inside of the nacelle 3 is provided by an accelerator and a shaft output of the accelerator.
  • a powered generator is installed.
  • an internal device with heat generation is provided inside the hub 4 rotating on the front side of the nacelle 3 which is a fixed structure.
  • the internal device is a pitch control device for rapidly and precisely changing the blade pitch of the blade 5 according to the fluctuation of the wind speed, and a control device such as a control device for executing pitch control or a drive device such as a hydraulic pump driven by an electric motor. It may include.
  • a speed increaser, a generator, and the like installed inside the nacelle 3 are also configured to generate heat during operation of the wind generator.
  • the inside of the hub 4 needs to be sealed in order to protect the internal devices located inside the hub 4. Accordingly, since there is little air flow between the hub 4 and the nacelle 3, most of the air whose temperature rises due to the heat generation in the hub 4 remains in the hub as it is.
  • the inside of the hub 4 has a hermetic structure that is easily filled with heat, there is a problem that the temperature rise inside the hub becomes remarkable due to an increase in the amount of heat generated by the internal device.
  • One embodiment of the present invention is to provide a wind generator having a ventilation structure that can easily cool the inside of the hub.
  • One embodiment of the present invention is to provide a wind generator having an air flow path connected from the front of the hub of the wind generator to the rear of the nacelle through the hub and the inside of the nacelle.
  • the wind power generator including a nacelle provided, the hub, the flange is connected to the hub on one side is rotatably installed on the nacelle by a main shaft having a rotating body connected to the drive on the other side, The flange portion of the main shaft is provided with a wind generator is formed with an air flow hole through which air flows from the inside of the hub to the nacelle.
  • one side of the hub may be formed with a through hole connected to the air flow hole and the air flow.
  • the main shaft includes a plurality of bolt coupling holes formed along the circumference of the flange portion, at least one of the plurality of bolt coupling holes is provided with a hollow bolt, the air flow hole is in the hollow bolt It may be a hollow bolt hole formed.
  • the electrical wiring connecting the electronic device installed inside the hub and the electronic device formed inside the nacelle may pass through the hollow bolt hole of the hollow bolt.
  • a hub door may be installed at a front portion of the hub, and the hub door may be provided with a first air flow path that connects the outside of the hub and the inside of the hub to enable air flow.
  • the nacelle may be provided with a second air flow path for connecting the inside of the nacelle and the outside of the nacelle so that the air flow.
  • a ventilation structure of a wind generator in which the inside of the hub and the inside of the nacelle are connected to each other so that the air flows through each other through at least one of an air flow hole or a hollow portion of the main shaft.
  • an air flow hole is formed in the flange portion of the main shaft installed between the hub and the nacelle of the wind generator so that air between the hub and the nacelle may flow.
  • the hollow bolt hole of the hollow bolt is used as an air flow hole or a passage through which electrical wiring is installed between the hub and nacelle Can be used.
  • an air flow path is formed at one side of the hub and the nacelle of the hub to form a ventilation structure through which air flows from the front of the hub to the outside of the nacelle through the inside of the hub and the inside of the nacelle. Air circulation inside the hub and nacelle of the generator is facilitated.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wind generator.
  • Figure 2 is a perspective view showing a hub and main shaft coupling structure of the wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a main shaft used in a wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of a hollow bolt coupled to the main shaft of the wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 2.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the VI in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view showing a ventilation path inside the hub and nacelle of the wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a hub and main shaft coupling structure of the wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view of a main shaft used in a wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • the front is defined to mean the direction in which the wind from the hub of the wind generator is located, the rear is the nacelle of the wind generator is located Explain that it means the direction of wind blowing.
  • the wind generator according to the embodiment of the present invention allows the inside of the hub 4 and the inside of the nacelle 3 to air flow in a flange portion 34 formed on the main shaft 30 connected to the hub 4.
  • An air flow hole is provided for communication.
  • the air flow hole formed in the flange portion 34 of the main shaft 30 may be composed of a plurality of holes (37, 38) formed through the flange portion.
  • the hollow bolt 10 is installed in at least one of the plurality of bolt coupling holes 35, wherein the hollow bolt hole 15 formed in the hollow bolt constitutes an air flow hole You may.
  • the ventilation structure of the wind power generator may form a plurality of holes in the flange portion of the main shaft or install a hollow bolt in the bolt coupling hole so that the hub and nacelle can communicate with the air flow.
  • the hub 4 of a wind generator includes a hub body 41 having a hub door opening 43 in which a hub door 48 is installed at the front side. .
  • a hub door 48 is installed in the hub door opening 43, and a first air flow path 49 is formed in the hub door 48.
  • the first air flow path 49 is a configuration for allowing air to flow into the hub from the outside air outside the hub.
  • the first air flow path 49 may employ a structure such as a louver to allow air to pass through, but prevent foreign substances such as rainwater from entering the hub.
  • the hub body 41 has a main shaft coupler 44 formed at the rear side, and thus, the main shaft 30 is formed to be coupled to the rear side of the hub body 41.
  • the main shaft 30 coupled to the hub body 41 includes a rotating body 32 formed in a cylindrical shape and a flange portion 34 formed at the front side of the rotating body 32.
  • the rotating body 32 has a hollow portion 33 formed at the center of the rotating shaft in the axial direction.
  • the front side of the rotating body is formed with a flange portion 34 having a larger radius than the rotating body.
  • the plurality of bolt coupling holes 35 are formed on the outer circumferential portion of the flange portion 34 at equal intervals.
  • a plurality of bolt coupling through holes 46 are formed at the rear side of the hub body 41 corresponding to the bolt coupling holes 35.
  • a stud bolt is coupled to a bolt coupling hole of a flange portion and a bolt coupling through hole of a hub body to couple a hub and a main shaft.
  • the electrical wiring is arranged in the hollow portion of the main shaft, and the hollow portion is used as the electrical wiring passage.
  • the hollow bolt 10 may be a hollow stud bolt.
  • FIG 4 shows a hollow bolt 10 for use in a wind generator according to this embodiment.
  • the hollow bolt 10 used in the present embodiment has a threaded portion 13 formed at both end sides of the cylindrical longitudinal bolt body 12, and the hollow bolt hole 15 is formed at the longitudinal center thereof. Is formed. Meanwhile, components such as the nut 14 and the washer 16 may be coupled to the threaded portion 13 of the hollow bolt 10.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the hub 4 and the main shaft 30 in a coupled state. 6 is an enlarged cross-sectional view of the VI in FIG. 5.
  • the hub 4 of the wind generator 1 and the flange portion 34 of the main shaft 30 may include a plurality of hollow bolts 10. Are combined.
  • the flange portion 34 of the hub 4 and the main shaft 30 are formed with a plurality of bolt coupling through holes 46 and bolt coupling holes 35, for example, about 76, respectively.
  • at least a portion of the stud bolt coupled to the bolt coupling through hole 46 and the bolt coupling hole 35 is formed of a hollow bolt 10 having a hollow bolt hole.
  • the hollow bolt 10 may be coupled to the entire bolt coupling through hole 46 and the bolt coupling hole 35, but if necessary, the hollow stud bolt is coupled to some, the general stud is not hollow to the other part You can also use bolts.
  • a space through which air can flow is formed between the nacelle 3.
  • the hollow bolt hole 15 may be used as an air flow path through which air in the hub may flow into the nacelle 3.
  • the hollow bolt hole 15 may be used as a wiring installation space in which the wiring 9 of the electric device located inside the hub 4 may extend into the nacelle 3. Can be.
  • the hollow bolt hole 15 of the hollow bolt 10 may be used as an electrical wiring installation space. have.
  • the hollow part 33 of the main shaft 30 does not need to install the electric wire 9, so that the hollow part 33 is emptied.
  • the hollow part 33 may serve as an air flow path.
  • air flow holes 37 and 38 may be formed regardless of whether a hollow bolt is installed at one side of the flange portion 34 of the main shaft. 3, 5, and 6, the air flow holes 37 and 38 may be formed at a position closer to the center of the main shaft than the bolt coupling hole 35 of the flange portion.
  • the difference between the air flow hole of reference numeral 37 and the air flow hole of reference numeral 38 is that the through hole 47 of the hub is located at the side of the air flow hole of reference numeral 37.
  • the hub 4 has a through hole 47 formed in parallel with an air flow hole designated by reference numeral 37 so that the internal air of the hub 4 passes through the through hole and the air flow hole 37 to the nacelle. It is formed to be flowable into the interior of (3).
  • the air flow hole of the reference numeral 38 is connected to the main shaft coupling hole 44 side is configured such that the inside of the hub and the nacelle directly connected in air communication without additional through holes formed in the hub.
  • the air flow holes 37 and 38 formed in the flange portion of the main shaft may be used as air flow passages through which air flows from the inside of the hub 4 into the nacelle 3.
  • the air flow holes 47 and 37 may have an appropriate position and size at the junction between the hub 4 and the main shaft 30 within a range that does not weaken the bond strength between the hub 4 and the main shaft 30. Can be formed.
  • the air flows from the front side of the wind generator 1 and the hollow of the hollow bolt coupled to the hollow part 33, the air flow holes 37 and 38 of the main shaft, or the bolt coupling hole. It is configured to flow to the rear side of the nacelle (3) through at least one or more of the bolt holes (15).
  • FIG 7 shows a ventilation structure in which air flows through the hub 4 and the nacelle 3 of the wind generator 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the wind power generator 1 according to the exemplary embodiment of the present invention is connected to the outside air A of the front side of the wind power generator 1 through the first air flow path 49 formed in the hub door 48.
  • the existing air flows into the hub (B) (air flow in the direction of arrow (I)).
  • the air introduced into the hub interior (B) moves from the hub interior (B) into the nacelle through two paths, ie through the hollow part 33 of the main shaft 30 (air flow in the direction of arrow (II)) Or through the hollow bolt holes 15 to be formed in the plurality of hollow bolts for coupling the hub 4 and the main shaft 30 or through the air flow holes 37 and 38 to the interior of the nacelle C. Air flow in the direction of arrow (III).
  • the air moved into the nacelle (C) is discharged to the outside air (D) of the rear side of the nacelle (3) through a second air flow path (7) installed on the rear side of the nacelle, for example, a vent that may be in the form of a louver.
  • a second air flow path (7) installed on the rear side of the nacelle, for example, a vent that may be in the form of a louver.
  • the second flow path 7 is shown as formed behind the nacelle 3, but the installation position of the second flow path 7 is a position where the air inside the nacelle 3 can be discharged to the outside May be located at any position.
  • the wind power generator according to the embodiment of the present invention may easily cool the electric device inside the hub and the nacelle by the flow of open air passing through the hub and the nacelle.

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Abstract

풍력 발전기가 제공된다. 본 발명에 따른 풍력 발전기는, 로터 블레이드가 설치된 허브와, 상기 허브가 회전가능하게 설치되고, 내부에 상기 허브로부터 전달된 회전력을 전달하는 구동부 및 상기 구동부로부터 전달받은 회전력을 이용하여 발전하는 발전기를 구비한 나셀을 포함하는 풍력 발전기에 있어서, 상기 허브는, 일측에 상기 허브에 연결되는 플랜지부가 형성되며 타측에 상기 구동부에 연결된 회전 몸체를 구비한 메인 샤프트에 의하여 상기 나셀에 회전가능하게 설치되며, 상기 메인 샤프트의 플랜지부에는 상기 허브 내부로부터 상기 나셀 내부로 공기가 유동할 수 있는 공기 유동홀이 형성된다.

Description

풍력 발전기 및 풍력 발전기의 환기 구조
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세히, 풍력 발전기의 환기 구조에 관한 것이다.
자연 에너지인 풍력을 이용해서 발전하는 풍력 발전기(1)는, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 타워(2) 상에 설치된 나셀(3: nacelle), 나셀(3)의 전방 측에 설치되는 허브(4) 및 상기 허브(4)에 설치되는 로터 블레이드(5: rotor blade)를 구비한다.
나셀(3)은 상기 허브(4)와 일체로 회전하도록 형성된 메인 샤프트에 의하여 상기 허브와 연결되며, 상기 나셀(3)의 내부에는 상기 메인 샤프트와 연결된 증속기 및 상기 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기가 설치된다.
이와 같은 종래의 풍력 발전기에 있어서, 고정된 구조체인 나셀(3)의 전방 측에서 회전하는 허브(4)의 내부에는, 발열을 수반하는 내부 기기가 설치되어 있다. 상기 내부 기기는 풍속의 변동에 따라 블레이드(5)의 날개 피치를 신속 및 정밀하게 변화시키는 피치 제어장치로서 전동기에 의해 구동되는 유압 펌프 등의 구동 기기 혹은 피치 제어를 실행하는 컨트롤 판넬 등의 제어 기기를 포함할 수 있다.
한편, 나셀(3)의 내부에 설치되는 증속기 및 발전기 등도 풍력 발전기의 운전시에 발열하도록 구성된다.
이 때, 상기 나셀(3)과 허브(4)의 사이는, 메인 샤프트에 의하여 구조적으로 연결되어 있기는 하나, 허브(4)측이 폐쇄되어 있기 때문에 상호간의 공기 유동이 거의 발생하지 않는다.
또한, 허브(4)의 내부는, 허브(4) 내부에 위치된 내부 기기를 보호하기 위해서 밀폐되어야 할 필요가 있다. 이에 따라, 허브(4)와 나셀(3)의 사이는 공기 유동이 거의 없으므로, 허브(4) 내의 발열로 인해 온도가 상승한 공기의 대부분은 그대로 허브 내에 체류하게 된다.
이와 같이, 허브(4)의 내부는, 열이 꽉 차기 쉬운 밀폐 구조로 이루어져 있기 때문에, 내부 기기의 발열량 증대에 의하여 허브 내부의 온도 상승이 현저해지는 문제점이 있다.
따라서, 허브(4) 내부의 제어 기기를 정상으로 작동시켜서 발전을 계속하기 위해서는, 허브(4) 내부를 용이하게 냉각할 수 있는 환기 구조를 갖는 풍력 발전기의 개발이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 허브 내부를 용이하게 냉각할 수 있는 환기 구조를 갖는 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기의 허브 전방으로부터 허브 내부 및 나셀 내부를 거쳐 나셀 후방까지 연결되는 공기 유동로를 구비한 풍력 발전기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 로터 블레이드가 설치된 허브와, 상기 허브가 회전가능하게 설치되고, 내부에 상기 허브로부터 전달된 회전력을 전달하는 구동부 및 상기 구동부로부터 전달받은 회전력을 이용하여 발전하는 발전기를 구비한 나셀을 포함하는 풍력 발전기에 있어서, 상기 허브는, 일측에 상기 허브에 연결되는 플랜지부가 형성되며 타측에 상기 구동부에 연결된 회전 몸체를 구비한 메인 샤프트에 의하여 상기 나셀에 회전가능하게 설치되며, 상기 메인 샤프트의 플랜지부에는 상기 허브 내부로부터 상기 나셀 내부로 공기가 유동할 수 있는 공기 유동홀이 형성되는, 풍력 발전기가 제공된다.
이 때, 상기 허브의 일측에는 상기 공기 유동홀과 공기 유동 가능하게 연결된 관통홀이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 메인 샤프트는 상기 플랜지부의 둘레를 따라 형성된 복수의 볼트 결합홀을 포함하고, 상기 복수의 볼트 결합홀 중 적어도 어느 하나에는 중공 볼트가 설치되며, 상기 공기 유동홀은 상기 중공 볼트에 형성된 중공 볼트홀일 수 있다.
이 때, 상기 허브 내부에 설치되는 전자 기기와 상기 나셀 내부에 형성되는 전자 기기를 연결하는 전기 배선이 상기 중공 볼트의 중공 볼트홀을 지날 수 있다.
이 때, 상기 허브의 전방부에 허브 도어가 설치되며, 상기 허브 도어에는 상기 허브의 외기와 상기 허브 내부를 공기 유동 가능하게 연결하는 제 1 공기 유동로가 설치될 수 있다.
이 때, 상기 나셀에는 상기 나셀 내부와 상기 나셀 외부를 공기 유동 가능하게 연결하는 제 2 공기 유동로가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 허브의 내부와 나셀의 내부가 메인 샤프트의 공기 유동홀 또는 중공부 중 적어도 어느 하나를 통하여 상호 공기 유동 가능하게 연결되는 풍력 발전기의 환기 구조가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍력 발전기의 허브와 나셀 사이에 설치되는 메인 샤프트의 플랜지부에 공기 유동홀을 형성하여 허브와 나셀 사이의 공기가 유동할 수 있도록 하였다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 샤프트의 볼트 결합홀에 중공 볼트를 결합하여 중공 볼트의 중공 볼트홀이 공기 유동홀로 사용되거나 또는 허브와 나셀 사이에 설치되는 전기 배선이 지나는 통로로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허브의 허브 도어와 나셀 일측에 공기 유동로를 형성하여 허브의 전방으로부터 허브의 내부 및 나셀 내부를 지나 나셀 외부로 공기가 유동할 수 있는 환기 구조를 형성하여 풍력 발전기의 허브 및 나셀 내부의 공기 순환이 용이하도록 하였다.
도 1은 풍력 발전기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 허브 및 메인 샤프트 결합 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 사용되는 메인 샤프트의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 메인 샤프트에 결합되는 중공 볼트의 사시도이다.
도 5는 도 2의 단면도이다.
도 6은 도 5에서 VI의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 허브 및 나셀 내부의 환기 경로를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 허브 및 메인 샤프트 결합 구조를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 사용되는 메인 샤프트의 사시도이다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기를 설명함에 있어, 전방은 풍력 발전기의 허브가 위치되어 바람이 불어오는 방향을 의미하는 것으로 규정하며, 후방은 풍력 발전기의 나셀이 위치되어 바람이 불어 나가는 방향을 의미하는 것으로 규정하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는 허브(4)와 연결되는 메인 샤프트(30)에 형성되는 플랜지부(34)에 허브(4)의 내부와 나셀(3)의 내부가 공기 유동가능하게 소통할 수 있도록 공기 유동홀을 구비한다.
이 때, 본 실시예에 따르면, 메인 샤프트(30)의 플랜지부(34)에 형성되는 공기 유동홀은 플랜지부를 관통하여 형성된 복수의 홀(37, 38)로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 볼트 결합홀(35) 중 적어도 하나에 중공 볼트(10)가 설치되는데, 이 때 중공 볼트에 형성된 중공 볼트홀(15)이 공기 유동홀을 구성할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력 발전기의 환기 구조는 메인 샤프트의 플랜지부에 복수의 홀을 형성하거나 또는 볼트 결합홀에 중공 볼트를 설치하여 허브와 나셀이 공기 유동가능하게 소통할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 유동홀을 구비한 메인 샤프트의 구성 및 풍력 발전기의 환기 구조에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 허브(4)는 전방 측에 허브 도어(48)가 설치되는 허브 도어 개구(43)를 구비한 허브 몸체(41)를 포함한다.
허브 도어 개구(43)에는 허브 도어(48)가 설치되며, 허브 도어(48)에는 제 1 공기 유동로(49)가 형성된다. 제 1 공기 유동로(49)는 허브 외측의 외기로부터 허브 내부로 공기가 유입될 수 있도록 하기 위한 구성이다.
이 때 제 1 공기 유동로(49)는 루버(louver)와 같은 구조를 채용하여 공기는 통과하되 빗물과 같은 이물질은 허브 내부로 유입되지 않도록 할 수 있다.
이 때, 제 1 공기 유동로(49)에는 팬이 설치되어 공기 유동을 강제로 일으킬 수 있도록 하는 것도 가능하다. 허브 몸체(41)의 측면에는 로터 블레이드(5)가 결합되는 복수의 블레이드 결합구(42)가 형성된다.
허브 몸체(41)는 후방 측에 메인 샤프트 결합구(44)가 형성되며, 이에 따라, 메인 샤프트(30)가 허브 몸체(41)의 후방측에 결합될 수 있도록 형성된다.
도 3을 참조하면, 허브 몸체(41)에 결합되는 메인 샤프트(30)는 원통형으로 이루어진 회전 몸체(32)와 상기 회전 몸체(32) 전방측에 형성된 플랜지부(34)를 포함한다.
회전 몸체(32)는 축 방향으로 회전축의 중심에 중공부(33)가 형성된다.
그리고 회전 몸체의 전방측에는 회전 몸체보다 큰 반지름을 갖는 플랜지부(34)가 형성된다. 이 때 플랜지부(34)의 외주부에는 복수의 볼트 결합홀(35)이 동일한 간격으로 이격되도록 형성된다.
한편, 상기 볼트 결합홀(35)에 대응하여 허브 몸체(41)의 후방측에는 복수의 볼트 결합 관통홀(46)이 형성된다.
종래에는 플랜지부의 볼트 결합홀과 허브 몸체의 볼트 결합 관통홀에 스터드 볼트를 결합하여 허브와 메인 샤프트를 결합하였다. 그리고, 종래에는 풍력 발전기의 허브에 있는 전기 기기를 나셀 내부의 전기 기기와 전기적으로 연결할 때 메인 샤프트의 중공부 내에 전기 배선을 배치하여, 중공부가 전기 배선 통로로서 사용되었다.
그러나 본 실시예에서는 일 실시예로서 메인 샤프트(30)의 플랜지부(34)에 형성된 볼트 결합홀(35)과 허브 몸체(41)의 볼트 결합 관통홀(46)에 종래에 사용된 스터드 볼트 대신에 중공 볼트(10)를 결합하였다. 이 때, 중공 볼트(10)는 중공 스터드 볼트일 수 있다.
도 4에 본 실시예에 따른 풍력 발전기에 사용되는 중공 볼트(10)가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면 본 실시예에 사용되는 중공 볼트(10)는 원통 형태의 종공 볼트 몸체(12) 양 단부측에 나사산부(13)가 형성되며, 길이 방향 중심에 중공 볼트 홀(15)이 형성된다. 한편, 중공 볼트(10)의 나사산부(13)에는 너트(14) 및 와셔(16)와 같은 구성요소가 결합될 수 있다.
도 5에는 허브(4)와 메인 샤프트(30)가 결합된 상태의 단면도가 도시되어 있다. 도 6은 도 5에서 VI의 확대 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)에서 풍력 발전기(1)의 허브(4)와 메인 샤프트(30)의 플랜지부(34)는 복수의 중공 볼트(10)에 의하여 결합된다.
이 때 허브(4)와 메인 샤프트(30)의 플랜지부(34)에는 각각 볼트 결합 관통홀(46) 및 볼트 결합홀(35)이 복수 개, 예를 들어, 76 개 정도 형성되어 있는데, 본 실시예에서는 상기 볼트 결합 관통홀(46) 및 볼트 결합홀(35)에 결합되는 스터드 볼트의 적어도 일부가 중공 볼트홀을 구비한 중공 볼트(10)로 이루어진다.
이 때 중공 볼트(10)는 전체 볼트 결합 관통홀(46) 및 볼트 결합홀(35)에 결합될 수도 있으나, 필요에 따라, 일부에는 중공 스터드 볼트가 결합되고, 나머지 일부에는 중공이 아닌 일반 스터드 볼트를 사용할 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이와 같이 허브(4)와 메인 샤프트(30)을 결합하는 중공 볼트(10)의 [중공 볼트홀의 홀의 크기X 설치되는 중공 볼트의 개수]만큼 허브(4)와 나셀(3) 사이에는 공기가 유동할 수 있는 공간이 형성된다. 이와 같은 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 있어서, 중공 볼트 홀(15)은 허브 내부의 공기가 나셀(3) 내부로 유동할 수 있는 공기 유동로로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중공 볼트 홀(15)은 허브(4) 내측에 위치되는 전기 기기의 배선(9)이 나셀(3) 내부로 연장될 수 있는 배선 설치 공간으로 이용될 수 있다.
즉, 종래에는 허브 내부로부터 나셀 내부로 전기 배선을 설치할 수 있는 공간이 메인 샤프트의 중공부 밖에 없었으며, 나머지 부분은 메인 샤프트의 플랜지부에 의하여 막혀 있었다. 또한 메인 샤프트의 중공부에 전기 배선이 설치될 경우 중공부 역시 전기 배선에 의하여 좁아지기 때문에 허브의 내부로부터 나셀 내부로 공기가 유동할 수 있는 공기 유동로가 거의 존재하지 않았다.
그러나, 본 실시예에서와 같이 허브(4)와 메인 샤프트(30)를 결합하기 위하여 중공 볼트(10)를 사용할 경우 중공 볼트(10)의 중공 볼트 홀(15)을 전기 배선 설치 공간으로 활용할 수 있다.
이와 같이 중공 볼트 홀(15)이 전기 배선 설치 공간으로 활용될 경우 메인 샤프트(30)의 중공부(33)는 전기 배선(9)을 설치할 필요가 없으므로, 중공부(33) 내부가 비워지게 되어 중공부(33)가 공기 유동로의 역할을 수행할 수 있게 된다.
이 때, 필요에 따라 중공부(33) 또는 중공 볼트의 중공 볼트 홀(15) 중 전기 배선이 용이한 공간에 전기 배선을 설치하는 것도 고려해 볼 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 메인 샤프트의 플랜지부(34) 일측에 중공 볼트가 설치되는 것과 상관없이 공기 유동홀(37, 38)을 형성할 수도 있다. 도 3 및 도 5 및 도 6을 참조하면, 공기 유동홀(37, 38)은 플랜지부의 볼트 결합홀(35) 보다 메인 샤프트의 중심부와 가까운 위치에 형성될 수 있다. 도면번호 37의 공기 유동홀과 도면번호 38의 공기 유동홀의 차이는 도면 번호 37의 공기 유동홀 측부에는 허브의 관통홀(47)이 위치된다는 점이다.
보다 상세히, 허브(4)에는, 도면번호 37로 지칭된 공기 유동홀과 나란하게 관통홀(47)이 형성되어, 허브(4)의 내부 공기가 관통홀 및 공기 유동홀(37)을 지나 나셀(3)의 내부로 유동가능하게 형성된다.
그리고, 도면 번호 38의 공기 유동홀은 메인 샤프트 결합구(44) 측으로 연결되어 허브에 추가적인 관통홀이 형성되지 않고 직접 허브의 내부와 나셀 내부가 공기 소통가능하게 연결되도록 구성된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 볼트 결합홀에 중공 볼트를 결합하지 않고, 플랜지부에 별도의 공기 유동홀을 형성하면 해당 공기 유동홀의 넓이만큼의 공기 유동 경로를 생성할 수 있다.
이와 같이 메인 샤프트의 플랜지부에 형성된 상기 공기 유동홀(37, 38)은 허브(4) 내부로부터 나셀(3) 내부로 공기가 유동하는 공기 유동 통로로 사용될 수 있다.
이때 공기 유동홀(47, 37)은 허브(4)와 메인 샤프트(30)의 결합 강도를 약화시키지 않는 범위 내에서 허브(4)와 메인 샤프트(30)의 접합 부위에 적절한 위치와 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이 허브(4)와 나셀(3) 사이에 공기 유동홀(47, 37)을 형성하면 허브(4)와 나셀(3) 사이에서 공기가 유동할 수 있는 면적이 넓어지게 된다.
이상과 같은 구성으로 이루어진 풍력 발전기는 풍력 발전기(1)의 전방측으로부터 공기가 유입되어 메인 샤프트의 중공부(33), 공기 유동홀(37, 38) 또는 볼트 결합홀에 결합된 중공볼트의 중공 볼트홀(15) 중 적어도 하나 이상을 통하여 나셀(3)의 후방 측으로 유동할 수 있도록 구성된다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)의 허브(4)와 나셀(3)을 통하여 공기가 유동하는 환기 구조가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 허브 도어(48)에 형성된 제 1 공기 유동로(49)를 통하여 풍력 발전기(1)의 전방 측 외기(A)에 위치하던 공기가 허브 내부(B)로 유입된다.((I)번 화살표 방향 공기 유동)
허브 내부(B)로 유입된 공기는 허브 내부(B)로부터 두 개의 경로, 즉, 메인 샤프트(30)의 중공부(33)을 통하여 나셀 내부로 이동하거나((II)번 화살표 방향 공기 유동), 또는 허브(4)와 메인 샤프트(30)을 결합하기 위한 복수의 중공 볼트에 형성될 중공 볼트 홀(15)을 통하여 또는 공기 유동홀(37, 38)을 통하여 나셀 내부(C)로 이동((Ⅲ)번 화살표 방향 공기 유동)될 수 있다.
이 때, 공기 유동홀(37, 38) 및 중공 볼트홀(15)은 적어도 어느 하나만 형성되어 있으면, 허브 내부로부터 나셀 내부로 공기 유동이 가능할 수 있을 것이다.
한편, 나셀 내부(C)로 이동된 공기는 나셀 후방 측에 설치된 제 2 공기 유동로(7), 예를 들어 루버 형태로 이루어질 수 있는 환기구를 통하여 나셀(3) 후방 측 외기(D)로 배출될 수 있다.((Ⅳ)번 화살표 방향 공기 유동)
본 실시예에서는 제 2 유동로(7)가 나셀(3) 후방측에 형성된 것으로 도시하였으나, 제 2 유동로(7)의 설치 위치는 나셀(3) 내부의 공기가 외측으로 배출될 수 있는 위치라면 어느 위치에든 위치될 수 있다.
만일 허브 도어(48)에 팬이 설치된 경우에는 이와 같은 공기 유동이 강제로 이루어져 풍력 발전기 전방으로부터 허브 내부(B) 및 나셀 내부(C)를 지나 나셀 후방측으로의 공기 유동이 발생할 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는 앞서 설명한 바와 같이 허브와 나셀을 통과하는 개방된 공기의 흐름에 의하여 허브 내측 및 나셀 내부의 전기 기기의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다.

Claims (7)

  1. 로터 블레이드가 설치된 허브와, 상기 허브가 회전가능하게 설치되고, 내부에 상기 허브로부터 전달된 회전력을 전달하는 구동부 및 상기 구동부로부터 전달받은 회전력을 이용하여 발전하는 발전기를 구비한 나셀을 포함하는 풍력 발전기에 있어서,
    상기 허브는, 일측에 상기 허브에 연결되는 플랜지부가 형성되며 타측에 상기 구동부에 연결된 회전 몸체를 구비한 메인 샤프트에 의하여 상기 나셀에 회전가능하게 설치되며,
    상기 메인 샤프트의 플랜지부에는 상기 허브 내부로부터 상기 나셀 내부로 공기가 유동할 수 있는 공기 유동홀이 형성되는, 풍력 발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 허브의 일측에는 상기 공기 유동홀과 공기 유동 가능하게 연결된 관통홀이 형성되는, 풍력 발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 샤프트는 상기 플랜지부의 둘레를 따라 형성된 복수의 볼트 결합홀을 포함하고, 상기 복수의 볼트 결합홀 중 적어도 어느 하나에는 중공 볼트가 설치되며, 상기 제 1 공기 유동홀은 상기 중공 볼트에 형성된 중공 볼트홀인, 풍력 발전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 허브 내부에 설치되는 전자 기기와 상기 나셀 내부에 형성되는 전자 기기를 연결하는 전기 배선이 상기 중공 볼트의 중공 볼트홀을 지나는, 풍력 발전기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브의 전방부에 허브 도어가 설치되며, 상기 허브 도어에는 상기 허브의 외기와 상기 허브 내부를 공기 유동 가능하게 연결하는 제 1 공기 유동로가 설치된, 풍력 발전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 나셀에는 상기 나셀 내부와 상기 나셀 외부를 공기 유동 가능하게 연결하는 제 2 공기 유동로가 설치된, 풍력 발전기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전기의 환기 구조로서,
    상기 허브의 내부와 상기 나셀의 내부가 상기 메인 샤프트의 공기 유동홀 또는 중공부 중 적어도 어느 하나를 통하여 상호 공기 유동 가능하게 연결되는 풍력 발전기의 환기 구조.
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