KR101235358B1 - 풍력 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 육상 또는 해상에 설치되는 대형의 풍력 발전기의 설치 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 풍력 발전기를 개시한다.
본 발명의 풍력 발전기는, 베이스에 고정되는 기둥부, 기둥부의 상단에 배치되는 너셀 플랫폼, 너셀 플렛폼에 제공되는 크레인, 베이스에 배치되어 크레인에 연결줄을 연결하는 윈치, 너셀 플렛폼에 결합되는 발전기, 발전기에 결합되는 로터 허브, 로터 허브에 결합되는 블레이드들을 포함하며, 크레인은 너셀 플랫폼에 결합되는 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리, 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리에 결합되는 길이 가변 붐, 그리고 길이 가변 붐에 설치되며 연결줄에 연결되는 도르래들을 포함한다.

Description

풍력 발전기{Wind power generator}
본 발명은 육상 및 해상에 설치되는 대형의 풍력 발전기의 설치 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 국내, 국외 풍력 발전단지는 산간지역이나 적합한 풍속을 지닌 육상 또는 해상 지역까지 조성되고 있다. 풍력 발전기는 로터 허브, 블레이드, 발전기 등의 대형 부품을 구비하고 있으며, 이들을 유지보수 하기 위해 이들 부품을 해체하여 지상으로 인양하는 경우도 발생한다. 이들 부품을 유지보수하기 위해 풍력 발전기 대형 구성품들을 분해하여 대형 크레인을 이용해 지상으로 인양한 뒤 유지 보수를 수행한다.
이러한 기존의 유지 보수 방식은 대형 크레인을 필수적으로 사용하게 되며, 대형 크레인을 운반하는데 필요한 대형 트레일러 임대료, 해당 지역까지 대형 크레인을 운반하기 위한 진입로 개설, 대형 크레인 사용 후 진입로 개설로 인해 훼손된 산림환경 복구비용, 대형 크레인의 임대료 등 막대한 비용이 발생할 뿐 만 아니라, 대형 크레인을 설치하는데 소요되는 시간적 낭비가 발생한다.
이로 인해, 육상 또는 해상에서 풍력 발전기의 초기설치 또는 설치 후에 환경적인 조건과 기계적인 요인 등에 의해 결함이 발생하므로 유지보수를 할 때 마다 사용되는 대형 크레인으로 인해 많은 비용 및 시간이 소용된다. 이러한 비용적, 시간적, 효율성 측면에서 보았을 때 육상, 해상에서 설치되는 풍력 발전기의 기존 해제 및 조립 방식은 풍력 발전단지를 운영하는 업체 또는 기관에서 매우 불리하게 작용할 수 있고, 해당 풍력 발전기의 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 유지보수 비용을 줄이고 효율적으로 관리할 수 있는 풍력 발전기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스에 고정되는 기둥부, 상기 기둥부의 상단에 배치되는 너셀 플랫폼, 상기 너셀 플렛폼에 제공되는 크레인, 상기 베이스에 배치되어 상기 크레인에 연결줄을 연결하는 윈치, 상기 너셀 플렛폼에 결합되는 발전기, 상기 발전기에 결합되는 로터 허브, 상기 로터 허브에 결합되는 블레이드들을 포함하며, 상기 크레인은 상기 너셀 플랫폼에 결합되는 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리, 상기 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리에 결합되는 길이 가변 붐, 그리고 상기 길이 가변 붐에 설치되며 상기 연결줄에 연결되는 도르래들을 포함하는 풍력 발전기를 제공한다.
상기 길이 가변 붐에는 구조물의 안정성을 보강하며, 상기 길이 가변 붐에 수납되거나 오픈되는 인장 강도보강부가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 인장 강도보강부는 상기 길이 가변 붐에 힌지 결합되는 회전축, 상기 회전축에 결합되는 복수의 기둥부재, 상기 복수의 기둥부재가 세워진 상태에서 상기 길이 가변 붐과 상기 복수의 기둥부재를 연결하는 제1 연결부재, 그리고 상기 복수의 기둥부재와 상기 너셀 플랫폼을 연결하는 제2 연결부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재는 와이어로 이루어지며 턴버클에 의해 상기 와이어가 상기 기둥부재 또는 상기 너셀 플랫폼에 결합되는 것이 바람직하다.
상기 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리는 한 쌍이 수직으로 설치되며 상기 발전기 측에 배치되는 프론트 액츄에이터, 상기 프론트 액츄에이터에서 일정한 거리가 띄워져 한 쌍이 수직으로 배치되는 리어 액츄에이터를 포함하고, 상기 프론트 액츄에이터와 상기 리어 액츄에이터는 각각 유압 실린더 및 상기 유압 실린더에 결합되어 유압에 의해 이동하는 피스톤 로드로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 프론트 액츄에이터는 피스톤 로드가 상기 리어 액츄에이터의 피스톤 로드에 비해 더 높게 배치되어 상기 길이 가변 붐을 경사지게 배치하는 것이 바람직하다.
상기 길이 가변 붐은 한 쌍의 유압 액츄에이터로 이루어지며, 상기 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리에 결합되는 또 다른 유압 실린더, 상기 유압 실린더에 결합되어 유압에 의해 이동하는 또 다른 피스톤 로드를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 도르래들은 복합 도르래로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명은 너셀플랫폼에 보조적인 크레인을 제공하여 풍력 발전기의 대형 부품을 해체 조립하는 경우에 대형 크레인을 사용할 필요가 없어지므로 대형 크레인 사용으로 인한 비용 및 시간을 절감할 수 있으며 신속한 보수가 가능하여 풍력 발전기를 효율적으로 운영할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 풍력 발전기의 전체적인 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 주요부를 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 너셀 플랫폼에 설치된 크레인을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 발전기와 로터 허브를 조립한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 크레인이 보관되는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 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 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 주요부를 확대하여 도시한 도면으로, 풍력 발전기를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예의 풍력 발전기는 지상 또는 해상에 설치되는 베이스(1), 베이스(1)에 세워져 고정되는 기둥부(3), 기둥부(3)의 위에 배치되는 너셀 플랫폼(5), 너셀 플랫폼(5)에 설치되는 크레인(7), 베이스에 설치되는 윈치(9), 너셀 플랫폼에 결합되는 발전기 (11), 발전기(11)에 결합되는 로터 허브(13), 그리고 로터 허브(13)에 결합되는 블레이드(15, 17 19)들을 포함한다.
베이스(1)는 기둥부(3)를 견고하게 고정하기 위하여 지면 또는 해상에 콘크리트 타설을 통하여 만들어지는 구조물이다. 기둥부(3)는 통상적으로 수십미터 이상의 크기로 이루어질 수 있으며 콘크리트 타설물 또는 금속재가 견고하게 조립되어 만들어질 수 있다.
너셀 플랫폼(5)은 기둥부(3)의 상단부에 설치되며, 발전에 필요한 부품들이 배치될 수 있다. 이러한 너셀 플랫폼(5)은, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 일측에는 크레인(7)이 설치된다. 이러한 크레인(7)은 너셀 플랫폼(5)의 뒤쪽에 설치되어 외부의 대형 크레인의 도움없이 발전기(11), 로터 허브(13), 블레이드(15, 17, 19)들을 지상으로 이동시키는데 이용된다.
발전기(11)는 너셀 플랫폼(5)에 통상의 체결부재에 의해 결합된다. 발전기 (11)는 외부에 케이스를 구비하고 있고 그 내부에 풍력 발전에 필요한 장치들이 배치되는 것이 바람직하다.
그리고 로터 허브(13)는 발전기(11)에 회전 가능하게 결합된다. 로터 허브(13)에는 통상적으로 3개의 블레이드(15, 17, 19)들이 결합된다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 단지 일 예로 3개의 블레이드(15, 17, 19)가 결합되는 예를 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 블레이드가 결합되는 예로 실시할 수 있다.
너셀 플렛폼(5)에 제공되는 크레인(7)은, 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21), 길이 가변 붐(23), 도르래(25)들을 포함한다. 그리고 베이스(1)에는 도르래(25)들을 연결하는 윈치(9)가 배치된다.
승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)는 프론트 액츄에이터(29), 리어 액츄에이터(31)를 포함한다. 프론트 액츄에이터(29)는 쌍을 이루어 수직으로 배치된다. 프론트 액츄에이터(29)는 유압실린더(29a)와 피스톤 로드(29b)가 하나의 세트를 이루고 이 세트들이 일정한 간격을 유지하여 발전기(11) 측에 배치된다.
그리고 리어 액츄에이터(31)는 프론트 액츄에이터(29)에서 일정한 간격을 유지하여 한 쌍이 수직으로 배치된다. 이러한 리어 액츄에이터(31) 역시 유압 실린더(31a) 및 유압 실린더(31a)에 결합되어 유압에 의해 이동하는 피스톤 로드(31b)로 이루어진다. 이러한 리어 액츄에이터(31)는 너셀 플랫폼(5)의 뒤쪽에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)의 유압실린더(29a, 31a)는 다수의 프레임에 의해 결합되어 견고한 구조물을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 구조물 형상은 설계 조건에 따라 다양하게 구성할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
즉, 본 발명의 실시예에서 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)는 4개의 유압 실린더 및 유압에 의해 작동하는 4개의 피스톤 로드로 이루어진다.
그리고 프론트 액츄에이터(29)는 피스톤 로드(29b)가 리어 액츄에이터(31)의 피스톤 로드(31b)에 비해 더 높게 배치되어 길이 가변 붐을 경사지게 배치할 수 있다. 즉, 프론트 액츄에이터(29)의 피스톤 로드(29b)를 리어 액츄에이터(31)의 피스톤 로드(31b)에 비해 길게 구성할 수 도 있으며, 제어에 의해 피스톤 로드(29b, 31b)들이 이동하는 거리를 조정할 수 도 있다.
즉, 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)가 작동함에 따라 길이 가변 붐(23)의 상, 하 이동 높이를 조절함과 동시에 길이 가변 붐(23)이 경사진 상태를 유지할 수 있다.
길이 가변 붐(23)은 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)의 상부에 결합된다. 다시 말하면, 길이 가변 붐(23)은 프론트 액츄에이터(29)와 리어 액츄에이터(31)의 피스톤 로드(29b)에 결합된다.
길이 가변 붐(23)은 한 쌍의 유압 액츄에이터로 이루어지는 것이 바람직하다. 길이 가변 붐(23)은 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)에 결합되는 또 다른 유압 실린더(23a)와 이 유압 실린더(23a)에 결합되어 유압에 의해 이동하는 또 다른 피스톤 로드(23b)를 포함한다. 이들 유압 실린더(23a)들은 수평으로 배치되어 상술한 프론트 액츄에이터(29)의 피스톤 로드(29b)와 리어 액츄에이터(31)의 피스톤 로드(31b)에 결합된다.
물론, 길이 가변 붐(23)의 유압실린더(23a)는 또 다른 프레임들과 서로 결합되어 견고한 구조물을 이루는 것이 바람직하다.
길이 가변 붐(23)의 피스톤 로드(23b)에는 도르래(25)들이 설치된다. 도르래(25)들은 고정 도르래 또는 이동 도르래 들이 조합되어 설치될 수 있으며, 복합 도르래로 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서 도르래는 기중기의 원리를 이용하는 것이면 다양한 구조가 사용될 수 있으며 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 길이 가변 붐(23)의 뒤쪽에는 방향전환 도르래(25a)가 설치된다. 방향전환 도르래(25a)는 윈치(9)와 도르래(25)를 연결하는 연결줄(W)의 방향을 바꾸는 것으로 1개 이상이 설치될 수 있다.
그리고 이들 도르래(25)들은 방향전환 도르래(25a)를 거쳐 윈치(9)를 연결하는 연결줄(W)에 연결되어 기중기의 역할을 한다.
길이 가변 붐(23)에는 구조물의 안정성을 보강하며, 길이 가변 붐(23)에 수납되거나 오픈되어 길이 가변 붐(23)의 인장강도를 보강할 수 있는 보강부(33)가 설치된다.
보강부(33)는 길이 가변 붐(23)에 걸리는 하중을 보강하기 위한 것이다.
보강부(33)는 회전축(35), 복수의 기둥부재(37), 제1 연결부재(39), 제2 연결부재(41)를 포함한다.
회전축(35)은 길이 가변 붐(23)의 유압 실린더(23a)들 사이에 회전 가능한 상태로 힌지 결합된다.
그리고 복수의 기둥부재(37)는 회전축(35)에 일정한 거리가 띄워져 서로 평행하게 결합된다.
그리고 제1 연결부재(39)는 복수의 기둥부재(37)가 세워진 상태에서 길이 가변 붐(23)의 피스톤 로드(23b)와 기둥부재(37)에 각각 연결된다. 이때 제1 연결부재(39)는 길이 가변 붐(23)의 피스톤 로드(23b)의 선단부와 기둥부재(37)의 선단부에 연결되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 길이 가변 붐(23)의 피스톤 로드(23b)와 기둥부재(37)가 2개씩 배치된 구조로 이루어지므로 제1 연결부재도 2개가 피스톤 로드(23b)와 기둥부재(37)에 각각 연결된다.
제2 연결부재(41)는 기둥부재(37)와 너셀 플랫폼(5)의 뒤쪽 부분에 연결된다. 물론, 본 발명의 실시예에서 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 제2 연결부재(41)도 2개로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 제1 연결부재(39) 및 제2 연결부재(41)는 와이어로 이루어지며 턴버클(Turnbuckle)로 와이어를 조여 결합하는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 실시예의 풍력 발전기를 이용해 발전기(11)와 로터 허브(13)를 설치하는 예를 도 3 내지 도 5을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3은 기둥부(3)에 너셀 플랫폼(5)이 설치되어 있고, 너셀 플랫폼(5)에는 크레인(7)이 설치되어 있다. 이 상태에서 작업자는 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리(21)를 작동시켜 프론트 액츄에이터(29)의 피스톤 로드(29b)와 리어 액츄에이터(31)의 피스톤 로드(31b)를 위쪽으로 이동시킨다.
그러면 길이 가변 붐(23)이 위쪽으로 상승한다. 이때 프론트 액츄에이터(29)의 피스톤 로드(29b)를 리어 액츄에이터(31)의 피스톤 로드(31b)에 비해 더 높게 이동시킨다.
그리고 길이 가변 붐(23)을 구동시켜 유압에 의해 길이 가변 붐(23)의 피스톤 로드(23b)가 로터 허브(13)가 설치된 방향으로 이동시킨다. 그러면 길이 가변 붐(23)은 로터 허브(13) 측을 향하여 상향 경사지게 설치된다.
계속해서 작업자는 보강부(33)를 세팅한다. 보강부(33)는 작업자가 기둥부재(37)를 세우면 회전축(35)이 회전하면서 기둥부재(37)가 수직 방향으로 세워진다. 이때 제1 연결부재(39)를 이용하여 길이 가변 붐(23)의 피스톤 로드(23b)와 기둥부재(37)의 선단부를 연결한다. 그리고 제2 연결부재(41)를 이용해 기둥부재(37)와 너셀 플랫폼(5)을 연결한다. 그러면 길이 가변 붐(23)은 보강부(33)가 인장 강도를 증대시키는 역할을 한다.
그리고 연결줄(W)을 도르래(25)들을 통해 윈치(9)에 연결한다. 연결줄(W)을 도르래(25)들에 연결하여 윈치(9)를 이용해 기중기 역할을 다양하게 구현할 수 있다.
이러한 상태에서 연결줄(W)의 선단부를 발전기(11)에 연결하여 윈치(9)를 이용해 발전기(11)를 너셀 플랫폼(5) 측으로 이동시킨다. 그리고 작업자는 발전기(11)를 너셀 플랫폼(5)에 조립한다. 마찬가지로 연결줄(W)의 선단을 로터 허브(13)에 연결하여 발전기(11) 측으로 이동시킨다. 그리고 작업자는 로터 허브(13)를 발전기(11)에 조립한다. 블레이드(15, 17, 19)들도 마찬가지로 로터 허브(13)에 조립할 수 있다.
이와 같이 별도의 대형 크레인을 투입하지 않고도 육상 및 해상에 설치된 대형 풍력 발전기를 수리할 수 있어 비용과 시간을 절감할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 베이스,
3. 기둥부,
5. 너셀 플랫폼,
7. 크레인,
9. 윈치,
11. 발전기,
13. 로터 허브,
15, 17, 19. 블레이드,
21. 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리,
23. 길이 가변 붐, 23a. 유압실린더, 23b. 피스톤 로드,
25. 도르래,
29, 프론트 액츄에이터, 29a. 유압실린더, 29b 피스톤 로드,
31. 리어 액츄에이터, 31a. 유압실린더, 31b 피스톤 로드,
33. 보강부,
35. 회전축,
37. 기둥부재,
39. 제1 연결부재,
41. 제2 연결부재

Claims (8)

  1. 베이스에 고정되는 기둥부,
    상기 기둥부의 상단에 배치되는 너셀 플랫폼,
    상기 너셀 플렛폼에 제공되는 크레인,
    상기 베이스에 배치되어 상기 크레인에 연결줄을 연결하는 윈치,
    상기 너셀 플렛폼에 결합되는 발전기,
    상기 발전기에 결합되는 로터 허브,
    상기 로터 허브에 결합되는 블레이드들을 포함하며,
    상기 크레인은
    상기 너셀 플랫폼에 결합되는 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리,
    상기 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리에 결합되는 길이 가변 붐, 그리고
    상기 길이 가변 붐에 설치되며 상기 연결줄에 연결되는 도르래들을 포함하며,
    상기 길이 가변 붐에는 인장 강도를 보강하는 보강부가 설치되며,
    상기 보강부는
    상기 길이 가변 붐에 힌지 결합되는 회전축,
    상기 회전축에 결합되는 복수의 기둥부재,
    상기 복수의 기둥부재가 세워진 상태에서 상기 길이 가변 붐과 상기 복수의 기둥부재를 연결하는 제1 연결부재, 그리고
    상기 복수의 기둥부재와 상기 너셀 플랫폼을 연결하는 제2 연결부재를 포함하는 풍력 발전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재는
    와이어로 이루어지며 턴버클에 의해 상기 와이어가 상기 기둥부재 또는 상기 너셀 플랫폼에 결합되는 풍력 발전기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리는
    한 쌍이 수직으로 설치되며 상기 발전기 측에 배치되는 프론트 액츄에이터,
    상기 프론트 액츄에이터에서 일정한 거리가 띄워져 한 쌍이 수직으로 배치되는 리어 액츄에이터를 포함하고,
    상기 프론트 액츄에이터와 상기 리어 액츄에이터는 각각 유압 실린더 및 상기 유압 실린더에 결합되어 유압에 의해 이동하는 피스톤 로드로 이루어지는 풍력 발전기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 프론트 액츄에이터는
    피스톤 로드가 상기 리어 액츄에이터의 피스톤 로드에 비해 더 높게 배치되어 상기 길이 가변 붐을 경사지게 배치하는 풍력 발전기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 길이 가변 붐은
    한 쌍의 유압 액츄에이터로 이루어지며,
    상기 승, 하강용 액츄에이터 어셈블리에 결합되는 또 다른 유압 실린더,
    상기 유압 실린더에 결합되어 유압에 의해 이동하는 또 다른 피스톤 로드를 포함하는 풍력 발전기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 도르래들은
    복합 도르래로 이루어지는 풍력 발전기.
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