KR101162185B1 - 블레이드 소음 측정 시스템 - Google Patents

블레이드 소음 측정 시스템 Download PDF

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KR101162185B1
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유경민
문희곤
서장렬
고경남
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광주과학기술원
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Abstract

본 발명은 블레이드 소음 측정 시스템에 관한 것으로, 보다구체적으로는 블레이드가 탈?부착되며 부착된 블레이드를 회전시켜 소음을 발생시키기 위한 블레이드 회전부, 상기 블레이드 회전 중에 발생되는 소음을 측정하기 위한 소음 측정수단, 상기 블레이드 회전부의 동작상태를 촬영하기 위한 촬영수단, 상기 블레이드 회전부의 회전속도, 회전시간 및 상기 블레이드 피치 각을 제어하기 위한 제어패널, 및 상기 블레이드 회전부에 전원을 공급하기 위한 전원패널을 포함한다.

Description

블레이드 소음 측정 시스템{The system for measuring blade noise}
본 발명은 블레이드 소음 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 풍력 발전에 이용되는 블레이드의 특성 중, 소음특성을 정확하게 측정하여 이에 대한 정보를 제공함으로써, 제작된 블레이드의 장착에 대한 적절성 여부를 사전에 판단할 수 있는 블레이드 소음 측정 시스템에 관한 것이다.
현재, 화석연료의 양이 한정되어 있어 에너지 자원 고갈의 문제가 심각하게 대두되고 있으며, 화석연료의 과다한 사용으로 인해 환경 문제가 발생하고 있다. 이에 따라 세계 각국은 1997년 교토의정서를 체결하여 온실가스를 줄이고 대체에너지를 개발하려는 노력을 하고 있으며, 대체 에너지 개발 분야 가운데 풍력 발전은 에너지원이 무한하고 폐기물의 문제가 없어 매우 각광 받고 있는 분야이다.
그러나, 이러한 풍력 발전 장치에서는 블레이드로부터 발생되는 소음이 큰 문제로 대두되었다.
일반적으로 풍력 회전깃 소음은 주로 저주파 기계류(Blade Passing Frequency) 소음과 풍력 깃과 그 주위를 지나는 공기 흐름 사이에 일어나는 와류, 즉, 난류 경계층에서 발생하는 와류가 깃끝을 지나며 발생하는 광대역(Broadband) 소음으로 나눌 수 있다.
이 광대역 소음은 다시 익단에서 발생하는 강한 익단 와류에 의한 소음과 익단 와류가 다른 회전 깃과의 간섭에 의하여 발생하는 BVI(Blade-Vortex Interaction)소음, 유입되는 흐름의 난류 성분에 기인하는 소음, 그리고 회전익 두께가 발생하는 소음 등으로 분류할 수 있다.
이러한 소음 중, 난류경계층과 깃단 끝에서 발생하는 난류경계층 소음(Turbulent Boundary Layer Trailing Edge Noise : TBLTE Noise)이 가장 큰 비중을 차지하게 된다. 특히 난류경계층 소음이 지배적으로 발생하는 주파수영역인 500~10,000(Hz) 부근은 사람이 인지하기에 가장 민감한 부분이기 때문에 결국에는 풍력발전기에서 발생하는 TBLTE 소음원은 환경적인 문제요인으로 대두되었다.
그러나 상술한 소음문제와 관련하여 측정 장치 및 시스템 미비로 인하여 일단 고가의 풍력발전기를 설치하고 이에 대한 민원 및 기타 문제점이 제기된 경우, 이를 철거하여 이동시키는 등 이로 인한 사회적, 경제적 비용 낭비 문제를 초래하였다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로,
먼저, 제작된 풍력발전용 블레이드의 여러 특성 중, 특히, 블레이드의 다양한 조건하에서 소음에 대한 특성을 정확하게 측정할 수 있는 블레이드 소음 측정 시스템 제공을 일 목적으로 한다.
또한, 블레이드에서 발생되는 소음에 대한 정확한 정보를 제공함으로써, 풍력발전기 설치에 대한 적합성을 사전에 판단할 수 있어 사회적, 경제적 비용을 대폭 감소시킬 수 있는 블레이드 소음 측정 시스템 제공을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 목적들을 달성하기 위해, 블레이드가 탈?부착되며 부착된 블레이드를 회전시켜 소음을 발생시키기 위한 블레이드 회전부, 상기 블레이드 회전 중에 발생되는 소음을 측정하기 위한 소음 측정수단, 상기 블레이드 회전부의 동작상태를 촬영하기 위한 촬영수단, 상기 블레이드 회전부의 회전속도, 회전시간 및 상기 블레이드 피치 각을 제어하기 위한 제어패널 및 상기 블레이드 회전부에 전원을 공급하기 위한 전원패널을 포함하며, 상기 블레이드 회전부, 소음 측정수단 및 촬영수단은 무향실 내부에 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 블레이드 회전부는 일측이 바닥에 고정되는 지지대, 상기 지지대의 타측에 고정되는 프레임, 상기 프레임 내부에 구비되며 상기 블레이드를 회전시키기 위한 서보모터, 상기 프레임 내부에 구비되고 상기 서보모터의 회전속도를 일정 속도로 감속시키기 위한 감속기, 상기 프레임 상부에 구비되며 상기 감속기와 연결되어 회전하는 블레이드 로터 허브, 상기 지지대의 상부에 구비되며 상기 블레이드 피치 각 조절을 위한 피드모터, 상기 피드모터의 회전운동을 상?하 직선운동으로 변환하기 위한 피치 조절 로드, 상기 피치 조절로드의 상?하 직선운동에 따라 연동되는 피치링크 및 상기 피치링크와 연동되며 상기 블레이드 로터 허브에 부착된 상기 블레이드 피치 각을 변화시키기 위한 샤프트를 포함한다.
바람직하게는 상기 블레이드 회전부는 상기 피치 조절 로드의 이동거리를 감지하기 위한 위치감지 센서가 더 포함된다.
바람직하게는 상기 소음 측정수단에 의한 소음 측정결과 및 상기 촬영수단에 의해 촬영된 동작상태를 모니터링하기 위한 디스플레이 수단을 더 포함한다.
바람직하게는 상기 제어패널은 터치스크린 패널인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 소음 측정수단은 마이크로폰인 것을 특징으로 하며, 상기 촬영수단은 캠코더인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과가 있다.
먼저, 제작된 풍력발전용 블레이드의 여러 특성 중, 특히, 블레이드의 다양한 조건하에서 소음에 대한 특성을 측정하여 이에 대한 정확한 데이터를 제공할 수 있다.
또한, 블레이드에서 발생되는 소음에 대한 정확한 정보를 제공함으로써, 풍력발전기 설치에 대한 적합성을 사전에 판단할 수 있어 사회적, 경제적 비용을 대폭 감소시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템에 대한 무향실 내부 구성 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부의 구성 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템에 대한 전체 구성 이미지이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)에 대한 무향실 내부 구성 사진이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부(110)의 구성 사진이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부의 전체 구성도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)에 대한 전체 구성 이미지이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 블레이드 회전부(110)는 제작된 다양한 풍력발전용 블레이드의 소음특성 측정을 위하여 블레이드(101)가 탈?부착이 가능하며, 블레이드(101)를 일정조건하에서 회전시켜 소음을 발생시킨다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부(110)는 일측이 바닥, 특히 회전하는 블레이드(101)의 소음만을 정확하게 측정하기 위해 무향실(140) 바닥에 고정되는 지지대(111)를 포함한다.
여기서, 무향실(無響室)(140)이라 함은 음향 측정을 위해 소리가 울리지 않도록 한 방(room)으로써, 벽면, 바닥면 및 천장면에 음파를 흡수하는 장치나 구조가 구비된 방을 의미한다.
그리고 지지대(111)의 타측에는 프레임(frame)(112)이 고정되며, 이때 프레임(112) 내부에는 서보모터(servo motor)(113) 및 감속기(114)가 구비될 수 있도록 일정공간이 형성되어 있다.
여기서, 서보모터(113)는 블레이드(101)를 회전시켜 소음을 발생시키기 위한 회전력을 제공하는 역할을 수행하며, 다양한 모터를 사용하여 구비할 수 있다.
한편, 서보모터(113)는 고속으로 회전하는 것이 일반적이므로 이를 이용하여 블레이드(101)를 회전시켜 소음을 발생시키는 경우, 풍력발전용 블레이드의 회전속도와 차이가 있어 정확한 소음 특성을 얻는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서는 실제 현장에서 적용되는 풍력발전용 블레이드의 평균 회전속도와 일치시키기 위해 서보모터(113)의 회전속도를 낮추기 위한 감속기(114)를 포함한다.
이때, 감속기(114)는 도 2에 도시된 바와같이 서보모터(113)와 연결되며 프레임(112) 내부에 구비되고 다양한 감속기를 이용할 수 있다.
한편, 프레임(112) 상부에는 상술한 감속기(114)와 연결되어 회전하는 블레이드 로터 허브(115)가 구비되어 있으며, 블레이드 로터 허브(115)는 소음 측정을 위해 제작된 블레이드(101)가 탈?부착 가능하도록 블레이드 연결 홈이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 연결 홈은 다양한 개수로 구비될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 일반 풍력발전기의 블레이드 수와 동일하게 하기 위하여 3개의 홈을 구비하였으며, 결과적으로 3개의 시험용 블레이드(101)들이 부착될 수 있다.
아울러, 지지대(111)의 상부에는 블레이드(101)의 피치(Pitch) 각 조절을 위한 피드모터(116)가 구비되고, 피드모터(116)의 회전운동을 상?하 직선운동으로 변환하기 위한 피치 조절 로드(117)가 구비되어 있다.
이때, 상기 피드모터(116)는 특정한 모터로 제한되는 것은 아니며, 서보모터를 포함하는 다양한 모터를 이용할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부(110)는 지지대(111)의 상부에 피치 조절 로드(117)의 상?하 이동거리를 감지하기 위한 위치감지 센서(도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다.
이때, 위치감지 센서는 적외선 센서를 포함하는 다양한 센서를 이용할 수 있음은 물론이다.
그리고 블레이드 로터 허브(115)와 연결되고 피치 조절 로드(117)의 상?하 직선운동과 함께 연동되는 복수개의 피치 링크(Pithc link)(118)를 포함하는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 블레이드 로터 허브(115)의 중심을 기준으로 120°간격으로 총 3개소로 구비하였다.
아울러, 피치 링크(118)의 작동에 따라 함께 연동되며, 피치 링크(118)와 짝을 이루는 샤프트(shaft)(119)를 포함한다.
이때, 피치 링크(118) 및 샤프트(119)는 모두 동일 개수 및 동일한 위치에 구비되며, 샤프트의 상?하 운동에 따라 블레이드 로터 허브(115)에 형성된 블레이드 탈?부착용 연결 홈을 회전시켜 블레이드(101)의 피치 각을 조절할 수 있다.
이와 관련하여 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전부(110)의 블레이드 피치 각 조절에 대해 좀더 상세히 설명하면, 후술할 제어패널(150)을 통해 피치 각이 입력되면 피드모터(116)가 회전을 하게되고, 피드모터(116)의 회전운동을 피치 조절 로드(117)가 상?하 직선운동으로 변환하게 된다.
그리고 변환된 상?하 직선운동은 피치링크(118)를 통해 샤프트(119)에 전달되며, 샤프트(119)의 직선운동에 따라 블레이드 탈?부착용 연결 홈을 회전시켜 블레이드(101)의 피치 각을 조절하게 된다.
그리고, 입력된 피치 각에 도달시 위치감지 센서가 이를 감지하여 이에 대한 정보를 제어패널(150)에 보내고, 제어패널(150)은 감지된 신호에 따라 피드모터(116)의 회전을 중지시킨다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)은 상술한 블레이드 회전부(110)에 의해 발생한 블레이드(101)의 소음을 측정하기 위한 소음 측정수단(120)을 포함한다.
여기서, 소음 측정수단(120)은 발생한 소음을 수집할 수 있는 다양한 장치 내지 기구를 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 초정밀 마이크로폰(microphone)을 이용하여 소음을 수집하였다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)은 무향실(140) 내부의 환경 및 블레이드 회전부(110)의 동작상태를 육안으로 실시간 촬영하기 위한 촬영수단(130)을 더 포함한다.
이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬영수단(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 캠코더를 무향실(140) 내부에 구비하여 상술한 목적을 달성하였다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)은 상술한 소음 측정수단(120)에 의한 소음 측정결과 및 촬영수단(130)에 의해 촬영된 영상을 모니터링 하기 위한 디스플레이 수단(160)을 포함한다.
이때, 디스플레이 수단은 무향실(140) 외부에 구비되며 LED, LCD, OLED 등을 포함하는 다양한 디스플레이 패널(160)을 이용하여 소음 측정결과 및 촬영된 영상을 디스플레이할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)은 무향실(140) 외부에 블레이드 회전부(110)의 회전속도, 회전시간 및 블레이드(101)의 피치 각을 제어하기 위한 제어패널(150)을 포함한다.
여기서, 제어패널(150)은 다양한 방식을 이용할 수 있음은 물론이나, 사용자의 편의를 극대화 하기 위하여 터치스크린 패널을 이용하였으며, 블레이드 회전부(110)에 입력되는 다양한 조건 등을 원격으로 제어할 수 있다.
아울러, 무향실(140) 외부에는 블레이드 회전부(110) 좀더 구체적으로, 서보모터(113) 및 피드모터(116)와 소음 측정수단(120), 촬영수단(130) 및 제어패널(150)에 전원을 공급하기 위한 전원패널(170)을 포함한다.
결과적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 소음 측정 시스템(100)은 제어패널(150)에 의해 회전속도, 회전시간 및 블레이드(101) 피치 각을 제어함으로써, 풍력발전용 블레이드의 소음 특성을 다양한 환경에 맞게 측정할 수 있다.
그리고, 블레이드 회전부(110)를 무향실(140) 내부에 구비함으로써, 블레이드(101)에서 발생되는 소음만을 정확하게 측정하여 관련 데이터를 제공할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 블레이드(101)에서 발생되는 소음에 대한 정확한 정보를 제공함으로써, 풍력발전기 설치에 대한 적합성을 사전에 판단할 수 있어 철거 및 이동설치에 따르는 사회적, 경제적 비용을 대폭 감소시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.
100 : 블레이드 소음 측정 시스템, 101 : 블레이드, 110 : 블레이드 회전부,
111 : 지지대, 112 : 프레임, 113 : 서보모터, 114 : 감속기,
115 : 블레이드 로터 허브, 116 : 피드모터, 117 : 피치 조절 로드,
118 : 피치링크, 119 : 샤프트, 120 : 소음 측정수단, 130 : 촬영수단,
140 : 무향실, 150 : 제어패널, 160 : 디스플레이 수단, 170 : 전원패널

Claims (7)

  1. 블레이드가 탈?부착되며 부착된 블레이드를 회전시켜 소음을 발생시키기 위한 블레이드 회전부;
    상기 블레이드 회전 중에 발생되는 소음을 측정하기 위한 소음 측정수단;
    상기 블레이드 회전부의 동작상태를 촬영하기 위한 촬영수단;
    상기 블레이드 회전부의 회전속도, 회전시간 및 상기 블레이드 피치 각을 제어하기 위한 제어패널; 및
    상기 블레이드 회전부에 전원을 공급하기 위한 전원패널;을 포함하며,
    상기 블레이드 회전부, 소음 측정수단 및 촬영수단은 무향실 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드 회전부:는
    일측이 바닥에 고정되는 지지대;
    상기 지지대의 타측에 고정되는 프레임;
    상기 프레임 내부에 구비되며 상기 블레이드를 회전시키기 위한 서보모터;
    상기 프레임 내부에 구비되고 상기 서보모터의 회전속도를 일정 속도로 감속시키기 위한 감속기;
    상기 프레임 상부에 구비되며 상기 감속기와 연결되어 회전하는 블레이드 로터 허브;
    상기 지지대의 상부에 구비되며 상기 블레이드 피치각 조절을 위한 피드모터;
    상기 피드모터의 회전운동을 상?하 직선운동으로 변환하기 위한 피치 조절 로드;
    상기 피치 조절로드의 상?하 직선운동에 따라 연동되는 피치링크; 및
    상기 피치링크와 연동되며 상기 블레이드 로터 허브에 부착된 상기 블레이드 피치 각을 변화시키기 위한 샤프트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 블레이드 회전부는 상기 피치 조절로드의 이동거리를 감지하기 위한 위치감지 센서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소음 측정수단에 의한 소음 측정결과 및 상기 촬영수단에 의해 촬영된 동작상태를 모니터링하기 위한 디스플레이 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어패널은 터치스크린 패널인 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소음 측정수단은 마이크로폰인 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 촬영수단은 캠 코더인 것을 특징으로 하는 블레이드 소음 측정 시스템.
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