KR101363517B1 - 밀봉 구조체, 이의 설치 방법 및 이를 구비한 풍력 발전기 - Google Patents

밀봉 구조체, 이의 설치 방법 및 이를 구비한 풍력 발전기 Download PDF

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Abstract

밀봉 구조체가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 밀봉 구조체는 회전축 및 회전축을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부 사이에 설치되는 베어링 조립체를 밀봉하기 위하여 회전축 및 회전축 지지부 사이에 설치되는 밀봉 구조체로서, 회전축 상에 위치되는 베이스 링 부재 및 회전축 지지부의 내주부와 베이스 링 부재의 외주부 사이에 설치되는 밀봉 조립체를 포함한다.

Description

밀봉 구조체, 이의 설치 방법 및 이를 구비한 풍력 발전기{SEALING STRUCTURE, INSTALLING METHOD THEREOF AND WIND TURBINE GENERATOR HAVING THE SAME}
본 발명은 밀봉 구조체, 이의 설치 방법 및 이를 구비한 풍력 발전기에 관한 것이다.
자연 에너지인 풍력을 이용해서 발전하는 수평축 풍력 발전기는 타워 상에 설치된 나셀(nacelle), 나셀의 전방 측에 설치되는 허브 및 상기 허브에 설치되는 블레이드(blade)를 구비한다.
이 때, 나셀은 허브와 일체로 회전하도록 형성된 메인 샤프트에 의하여 허브와 연결된다. 나셀의 내부에는 메인 샤프트와 연결된 증속기 및 증속기와 연결되는 발전기가 설치된다.
이와 같이 구성된 풍력 발전기는 풍력 발전기를 향하여 바람이 불어오면 블레이드가 회전하고, 회전하는 블레이드의 회전력을 이용하여 발전기가 발전을 하게 된다.
전술한 바와 같이, 풍력 발전기의 메인 샤프트는 나셀의 내부에 회전가능하게 설치되는데, 메인 샤프트는 베어링에 의하여 나셀 내부에 회전가능하게 지지되며, 메인 샤프트의 연장 방향으로 베어링의 양측에는 밀봉 구조체가 설치된다.
이 때, 베어링 양측에 설치되는 밀봉 구조체의 밀봉 부재는 직접 메인 샤프트의 외표면에 접하도록 형성된다.
그런데, 풍력 발전기의 메인 샤프트는 일반적인 샤프트 가공의 표면 조도 및 경도를 따를 경우 밀봉 부재 사용시 추천 사용 조건으로 요구되는 기준(표면경도 HRc 45, 표면 조도 Ra 0.4)에 미달되어 밀봉 부재의 수명 및 성능을 최적화하기가 어렵다.
한편, 풍력 발전기용으로 사용되는 메인 샤프트는 중량이 9톤 정도 나가는 대형 구조물이기 때문에 밀봉 부재 사용시의 추천 사용 조건에 맞추어 샤프트를 가공하는 경우 비용이 크게 상승하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 대형 구조물로 형성되는 회전축 상에 설치될 수 있는 밀봉 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기의 메인 샤프트 상에 설치되는 밀봉 부재의 수명 및 성능이 향상될 수 있는 밀봉 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축 및 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부 사이에 설치되는 베어링 조립체를 밀봉하기 위하여 상기 회전축 및 상기 회전축 지지부 사이에 설치되는 밀봉 구조체로서, 상기 회전축 상에 위치되는 베이스 링 부재 및 상기 회전축 지지부의 내주부와 상기 베이스 링 부재의 외주부 사이에 설치되는 밀봉 조립체를 포함하는 밀봉 구조체가 제공된다.
이 때, 상기 밀봉 조립체는 상기 베이스 링 부재의 외주면에 접촉되는 탄성 돌출부를 구비한 밀봉 부재 및 일측에 상기 밀봉 부재를 수용하는 수용부를 구비하며 타측이 상기 회전축 지지부의 내주부에 고정되는 밀봉 부재 하우징을 포함한다.
이 때, 상기 밀봉 부재 하우징은 상기 수용부를 내주부의 일측면에 구비한 수용 링 부재 및 상기 수용 링 부재의 상기 일측면에 결합되는 링형 커버 부재를 포함한다.
이 때, 상기 베이스 링 부재는 상기 외주면 상에 경사진 가이드면을 포함하며, 상기 회전축의 연장 방향으로 볼 때 상기 경사진 가이드면을 중심으로 상기 경사진 가이드면의 일 측부에 위치되는 제 1 외주면이 타 측부에 위치되는 제 2 외주면보다 작은 지름을 가질 수 있다.
이 때, 상기 베이스 링 부재의 상기 제 2 외주면은 경도 및 표면조도 향상을 위하여 특수 가공될 수 있다.
이 때, 상기 회전축의 연장 방향으로 볼 때 상기 베이스 링 부재의 일 측면은 상기 베어링 조립체의 내륜에 접할 수 있다.
이 때, 상기 회전축은 상기 베이스 링 부재와 베어링 조립체의 내륜이 접하는 외주면 상에 원주 방향으로 요홈부가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 회전축은 상기 베이스 링 부재의 측부에 반경 방향으로 단차부를 구비하며, 상기 베이스 링 부재의 타 측면은 상기 회전축의 연장 방향으로 볼 때 상기 단차부의 일 측면에 접할 수 있다.
이 때, 상기 베이스 링 부재는 상기 회전축에 열박음 결합될 수 있다.
한편, 상기 단차부에는 경사면이 형성되며, 상기 경사면에는 클램핑 링이 설치될 수 있다.
한편, 상기 베이스 링 부재는 상기 베어링 내륜에 볼팅 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 구조를 갖는 밀봉 구조체를 포함하는 풍력 발전기로서, 상기 회전축은 상기 풍력 발전기의 메인 샤프트이며, 상기 회전축 지지부는 상기 풍력 발전기의 나셀의 일 부분인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 회전축 및 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부 사이에 설치되는 베어링 조립체를 밀봉하기 위하여 상기 회전축 및 상기 회전축 지지부 사이에 밀봉 구조체를 설치하는 방법으로서, 상기 회전축에 반경 방향으로 단차부를 형성하는 단계; 상기 단차부의 일 측면에 접하도록 베이스 링 부재를 상기 회전축에 설치하는 단계; 상기 베이스 링 부재에 접하여 상기 회전축에
베어링 내륜을 고정시키는 단계; 상기 회전축 지지부의 내주부와 상기 베이스 링 부재의 외주부 사이에 밀봉 조립체를 설치하는 단계 및 상기 회전축 지지부에 베어링 롤러 및 베어링 외륜을 고정하는 단계를 포함하는, 밀봉 구조체의 설치 방법이 제공된다.
이 때, 상기 베이스 링 부재를 상기 회전축에 설치하는 단계는 상기 베이스 링 부재를 상기 회전축에 열박음 결합함으로써 달성될 수 있다.
한편, 밀봉 구조체의 설치 방법은 상기 베어링 내륜을 고정시키는 단계 이후에 상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 내륜에 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 내륜에 고정하는 것은 상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 내륜에 볼팅 결합함으로써 달성될 수 있다.
한편, 상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 내륜에 고정하는 것은 상기 단차부에 클램핑 링을 결합시킴으로써 달성될 수 있다.
한편, 상기 밀봉 조립체를 설치하는 단계는, 상기 회전축 지지부의 내주부에, 수용부를 내주부의 일측면에 구비한 수용 링 부재를 고정시키는 단계; 상기 베이스 링 부재의 외주면에 접촉되는 탄성 돌출부를 구비한 밀봉 부재를 상기 수용부에 결합시키는 단계 및 상기 수용 링 부재의 상기 일측면에 링형 커버 부재를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 베이스 링 부재의 상기 외주면은 경도 및 표면조도 향상을 위하여 특수 가공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전축에 경도 및 표면조도가 향상된 베이스 링 부재가 설치된 상태에서 베이스 링 부재 상에 밀봉 조립체가 결합되므로 밀봉 부재의 수명 및 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는 메인 샤프트 상에 설치되는 밀봉 부재의 수명 및 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기의 메인 샤프트에 설치된 상태의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 A 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체의 베이스 링 부재의 일 부분을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 설치되는 풍력 발전기의 메인 샤프트의 단차부가 형성된 단면의 일 부분을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기에 설치되는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기에 설치되는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기의 메인 샤프트에 설치된 상태의 단면을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기의 메인 샤프트에 설치된 상태의 단면을 도시한 사시도이다.
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 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기의 메인 샤프트에 설치된 상태의 단면을 도시한 도면이다. 도 2는 도 1에서 A 부분의 확대 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체의 베이스 링 부재의 일 부분을 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 설치되는 풍력 발전기의 메인 샤프트의 단차부가 형성된 단면의 일 부분을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체(1)는 회전축 및 상기 회전축을 지지하는 회전축 지지부 사이에 설치되어 회전축을 회전축 지지부에 대하여 회전가능하게 지지하는 베어링 조립체를 밀봉하기 위한 것이다. 이 때, 본 발명의 예시적인 실시예에서는, 풍력 발전기의 메인 샤프트(102) 및 이를 지지하는 나셀의 메인 샤프트 지지부(40) 사이에 설치되는 베어링 조립체(30)를 밀봉하기 위한 밀봉 구조체(1)에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명에 따른 밀봉 구조체가 설치될 수 있는 위치가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 구조체(1)는 베이스 링 부재(10) 및 밀봉 조립체(20)를 포함한다.
베이스 링 부재(10)는 메인 샤프트(102)의 외주면 상에 설치되는 링형 부재이다. 이 때, 도 4를 참조하면, 베이스 링 부재(10)가 설치되는 메인 샤프트(102)의 외주면 상에는 단차부(103)가 형성된다. 단차부(103)는 메인 샤프트(102)의 일측에 위치되는 베이스 링 부재 설치면(106)보다 반경 방향으로 돌출되며, 베이스 링 부재 설치면(106)에 수직하게 베이스 링 부재 접촉면(104)을 구비한다. 이 때, 본 실시예에서 단차부(103)는 메인 샤프트(102)에 일체로 형성된다. 그러나 단차부는 메인 샤프트(102)와 별개로 제작된 후 메인 샤프트(102)에 결합된 부재로 형성될 수도 있다.
이 때, 도 4에서, 베이스 링 부재 설치면(106)의 우측부에는 메인 샤프트(102)의 외주면 상에 원주 방향으로 요홈부(105)가 형성되며, 요홈부(105)의 우측부에는 베어링 내륜 설치면(107)이 위치된다. 베이스 링 부재 설치면(106)과 베어링 내륜 설치면(107) 사이에 형성되는 요홈부(105)는 베어링 내륜 설치면(107)에 설치되는 베어링 내륜(32)의 단부 모서리 측에서 메인 샤프트(102)에 발생될 수 있는 집중 하중을 방지하기 위한 것이다.
이 때, 베이스 링 부재(10)의 내주면(17)은 메인 샤프트(102)의 베이스 링 부재 설치면(106) 상에 위치 고정된다. 그리고, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 베어링 내륜 설치면(107)에는 베어링 내륜(32)이 위치고정된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 베이스 링 부재(10)는 베이스 링 부재(10)의 축 방향으로 도 3에서 볼 때 좌측을 향하는 제 1 측면(11)이 메인 샤프트(102)의 단차부에 형성되는 베이스 링 부재 접촉면(104)에 접촉되며, 도 3에서 볼 때 우측을 향하는 제 2 측면(16)이 베어링 내륜(32)의 일 측면에 접하도록 형성된다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 베이스 링 부재 설치면(106) 상에 설치되는 베이스 링 부재(10)와 베어링 내륜 설치면(107) 상에 설치되는 베어링 내륜(32)은 요홈부(105) 상부측에서 서로 접촉되도록 형성된다. 이에 따라 베이스 링 부재(10)와 베어링 내륜(32)이 접하는 위치에서 베이스 링 부재(10)의 내주면 측 모서리와 베어링 내륜(32)의 내주면 측 모서리가 만나는 메인 샤프트(102)의 외주면 상에 걸리는 집중하중이 분산될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 베이스 링 부재(10)의 외주면은 제 1 외주면(12), 가이드면(13) 및 제 2 외주면(14)을 포함한다.
제 1 외주면(12)은 가이드면(13)을 기준으로 메인 샤프트(102)의 베이스 링 부재 접촉면(104)에 인접하게 형성되는 면이며, 제 2 외주면(14)은 가이드면(13)을 기준으로 베어링 내륜(32)에 인접하게 형성되는 면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제 1 외주면(12)의 외경이 제 2 외주면(14)의 외경보다 작도록 형성되고, 제 1 외주면(12)과 제 2 외주면(14) 사이의 베이스 링 부재(10)의 가이드면(13)은 제 1 외주면(12)으로부터 제 2 외주면(14) 방향으로 외경이 경사진 면을 형성한다.
이와 같이 제 1 외주면(12)의 외경이 제 2 외주면(14)보다 작게 형성되며 제 1 외주면(12)과 제 2 외주면(14) 사이에 가이드면(13)이 형성되는 것은 후술하는 밀봉 부재(22)를 베이스 링 부재(10)에 보다 용이하게 설치하기 위함이다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스 링 부재(10)의 제 2 외주면(14)은 후술하는 밀봉 부재(22)와 접촉하여 밀봉이 이루어지도록 하는 면으로서 밀봉 부재(22)와의 접촉시 밀봉 성능이 향상될 수 있도록 밀봉 부재(22)의 추천 사용 조건으로 요구되는 기준(표면경도 HRc 45, 표면조도 Ra 0.4)을 만족할 수 있도록 특수 가공된다. 이 때, 베이스 링 부재(10)의 제 2 외주면(14)을 특수 가공하기 위하여 고주파 가열기로 제 2 외주면(14)을 가열한 후 급냉시켜 경도를 증가시키는 인덕션 가공 방식을 이용할 수 있으나 베이스 링 부재(10)의 제 2 외주면(14)을 특수 가공하기 위한 방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 링 부재(10)는 제 2 측면(16)에 가공홈(15)이 형성된다. 가공홈(15)은 제 2 측면(16) 상에 소정 간격, 예를 들어 90도 간격으로 이격되게 복수 개로 형성될 수 있다.
가공홈(15)에는 베이스 링 부재(10)의 위치를 조절하기 위한 볼트와 같은 체결 부재가 결합될 수 있다. 이 때, 작업자는 가공홈(15)에 볼트를 결합한 상태에서 베이스 링 부재(10)를 이동시킨 후 베이스 링 부재(10)의 위치가 고정된 후 볼트를 분리시킴으로써 베이스 링 부재(10)의 이동 및 설치 작업을 수행할 수 있다. 가공홈(15)의 위치 및 수는 베이스 링 부재(10)의 크기 및 무게 등에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스 링 부재(10)의 외주부와 메인 샤프트 지지부(40)의 일측 사이에 밀봉 조립체(20)가 설치된다.
보다 상세히, 밀봉 조립체(20)는 밀봉 부재(22) 및 밀봉 부재 하우징(24)을 포함한다.
밀봉 부재(22)는 베이스 링 부재(10)의 제 2 외주면(14)에 접촉되는 탄성 돌출부(22a)를 구비한 탄성 부재이다.
밀봉 부재(22)를 베이스 링 부재(10)의 외주부와 메인 샤프트 지지부(40)의 일측 사이에 위치 고정시키기 위하여 밀봉 부재 하우징(24)이 제공된다.
이 때, 밀봉 부재 하우징(24)은 수용 링 부재(26) 및 링형 커버 부재(28)를 포함한다.
수용 링 부재(26)는 내주면 일측부에 밀봉 부재(22)가 수용될 수 있는 수용부(도 7의 26a)를 구비한 링형 부재이다. 수용 링 부재(26)의 외주면은 메인 샤프트 지지부(40)의 내주면에 설치된다.
이와 같이 수용 링 부재(26)가 메인 샤프트 지지부(40)에 설치된 상태에서 수용 링 부재(26)의 수용부(26a)에 밀봉 부재(22)가 수용될 수 있다.
그리고, 수용부(26a)에 밀봉 부재(22)가 수용된 상태에서 링형 커버 부재(28)가 수용 링 부재의 일 측면에 결합됨으로써 밀봉 부재(22)가 밀봉 부재 하우징(24) 내에 위치 고정될 수 있다.
한편, 링형 커버 부재(28)는 밀봉 부재(22)의 교체를 용이하게 하기 위하여 수용 링 부재(26)로부터 분리가능하게 형성될 수 있다.
이하 도면을 달리하여 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 구조체를 메인 샤프트에 설치하는 과정에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기에 설치되는 과정을 나타낸 순서도이다. 도 6 내지 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체가 풍력 발전기에 설치되는 과정을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 밀봉 구조체(1)를 풍력 발전기의 메인 샤프트(102)에 설치하고자 하는 경우, 먼저 메인 샤프트(102)에 반경 방향으로 단차부(103)를 형성한다.(S501) 메인 샤프트(102)에 돌출 형성되는 단차부(103)는 메인 샤프트(102)를 가공할 때 베어링 조립체(30)가 설치되는 위치를 고려하여 밀봉 구조체(1)가 설치되어야 하는 위치의 측부에 일체로 형성될 수 있다.
그 후 단차부(103)가 형성된 메인 샤프트(102)를 메인 샤프트 지지부(40)에 위치시킨다.(S502) 메인 샤프트 지지부(40)는 풍력 발전기 나셀의 일측에 위치되며, 메인 샤프트(102)가 설치되는 메인 샤프트 지지부(40)에는 메인 샤프트(102)와 메인 샤프트 지지부(40) 사이에 베어링 조립체(30) 및 밀봉 구조체(1)가 설치될 수 있도록 내주면이 구비된다.
그 후, 도 6을 참조하면, 메인 샤프트 지지부(40)에 메인 샤프트(102)가 위치된 상태에서, 단차부(103)의 일 측면에 접하도록 베이스 링 부재(10)를 메인 샤프트(102)에 설치한다.(S503)
이 때, 베이스 링 부재(10)는 메인 샤프트(102)의 베이스 링 부재 설치면(106)에 열박음 공정을 통하여 설치된다. 보다 상세히 베이스 링 부재(10)는 고온으로 가열된 상태에서 베이스 링 부재(10)의 내주면의 지름이 확장된 상태로 메인 샤프트(102)에 끼워진 후 베이스 링 부재 설치면(106) 상에서 자연 냉각됨으로써 베이스 링 부재(10)의 내주면의 지름이 축소되어 베이스 링 부재 설치면(106)에 견고하게 결합된다.
이 때, 베이스 링 부재(10)가 냉각되는 동안 베이스 링 부재(10)는 지속적으로 도 6에서 볼 때 화살표 방향(좌측 방향)으로 가압된다. 이에 따라, 베이스 링 부재(10)의 제 1 측면(11)이 단차부(103)의 베이스 링 부재 접촉면(104)에 접촉된 상태로 베이스 링 부재(10)가 베이스 링 부재 설치면(106)에 결합될 수 있다.
만일 베이스 링 부재(10)가 냉각되는 동안 베이스 링 부재(10)가 단차부 방향으로 가압되지 않으면 베이스 링 부재(10)가 가열됨으로써 팽창된 상태에서 최초 위치된 베이스 링 부재 설치면(106) 상에서 냉각된 경우 베이스 링 부재(10)가 단차부(103)의 베이스 링 부재 접촉면(104)과 이격될 수 있다.
이와 같이 베이스 링 부재(10)가 단차부(103)의 베이스 링 부재 접촉면(104)으로부터 이격되면 베이스 링 부재(10)가 베어링 내륜(32)과 접하여 베어링 내륜(32)을 지지할 때 지지력이 약해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 구조체(1)는 베이스 링 부재(10)를 메인 샤프트(102)의 상면에 고정할 때 베이스 링 부재(10)의 제 1 측면(11)이 단차부(103)에 접촉하여 지지되도록 함으로써 베이스 링 부재(10)가 메인 샤프트(102)의 축 방향으로 받는 힘이 메인 샤프트(102)의 일측에 의하여 지지되도록 한다.
한편, 도 7을 참조하면, 베이스 링 부재(10)가 베이스 링 부재 설치면(106)에 설치된 상태에서, 베이스 링 부재(10)에 접하여 베어링 내륜(32)을 메인 샤프트(102)에 고정시킨다.(S504)
본 발명의 일 실시예에 따르면 메인 샤프트(102)를 메인 샤프트 지지부(40)에 회전 가능하게 지지하는 베어링 조립체(30)는 베어링 내륜(32)과 베어링 롤러(34) 및 베어링 외륜(36)이 분리된 상태로 차례로 메인 샤프트(102)와 메인 샤프트 지지부(40) 사이에 설치된다.
보다 상세히, 먼저 베이스 링 부재(10)가 메인 샤프트(102)에 설치된 상태에서 베이스 링 부재(10)에 접하도록 베어링 내륜(32)을 도 7에서 볼 때 메인 샤프트(102)에 열박음 방식으로 결합시킨다.
이 때, 베어링 내륜(32)은 베이스 링 부재(10)를 메인 샤프트(102)에 설치하는 방식과 유사하게 고온으로 가열하여 부피를 팽창시킨 상태에서, 도 7에서 볼 때 화살표 방향(좌측 방향)으로 가압하면서 자연 냉각시킴으로서 결합 후 베어링 내륜(32)의 좌측면이 베이스 링 부재(10)의 제 2 측면(16)과 접하여 위치 고정되도록 한다.
이와 같이 베어링 내륜(32)이 메인 샤프트(102)에 위치 고정되면 베이스 링 부재(10)와 베어링 내륜(32)이 메인 샤프트(102)에 위치고정되어 메인 샤프트(102)와 함께 회전가능하게 형성된다.
이와 같이, 베이스 링 부재(10)와 베어링 내륜(32)을 열 박음 공정에 의하여 메인 샤프트(102)에 위치 고정시킴으로써 베이스 링 부재(10)를 베어링 내륜(32)에 고정시킨다.(S505)
본 실시예에서는 베이스 링 부재를 베어링 내륜에 고정시키기 위하여 베이스 링 부재와 베어링 내륜을 열박음 가공하였으나, 베이스 링 부재를 열박음 가공하지 않고 다른 실시예로서 베이스 링 부재를 베어링 내륜에 클램핑 링에 의하여 고정하거나 볼팅으로 고정하는 것도 가능할 것이다. 이와 같이 베이스 링 부재를 베어링 내륜에 고정하는 다른 실시예에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
그 후, 메인 샤프트 지지부(40)의 내주부와 베이스 링 부재(10)의 외주부 사이에 밀봉 조립체(20)를 설치한다.(S506) 이 때, 밀봉 조립체(20)를 설치하는 것은, 메인 샤프트 지지부(40)의 내주부에 수용 링 부재(26)를 고정시킨 후, 밀봉 부재(22)를 수용 링 부재(26)에 결합시키고, 수용 링 부재(26)의 일측면에 링형 커버 부재(28)를 결합시킴으로써 달성될 수 있다.
보다 상세히, 수용 링 부재(26)는, 도 7에서 볼 때 메인 샤프트(102)의 우측으로부터 좌측 방향으로 이동하여 베이스 링 부재(10)의 외주부와 메인 샤프트 지지부(40)의 내주부 사이에 위치 고정된다.
이와 같이 수용 링 부재(26)가 메인 샤프트 지지부(40)의 내주부에 위치 고정된 상태에서 도 7에 도시된 바와 같이 밀봉 부재(22)가 도 7에서 볼 때 우측 방향으로 이동하여 수용 링 부재(26)의 수용부(26a)에 삽입된다.
이 때 밀봉 부재(22)가 이동하여 수용 링 부재(26)의 수용부(26a)에 삽입되는 동안 밀봉 부재(22)의 탄성 돌출부(22a)가 형성된 내주면은 베이스 링 부재(10)의 제 1 외주면(12)과 경사진 가이드면(13)을 지나 제 2 외주면(14) 상에 접촉되도록 형성된다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄성 돌출부(22a)가 형성된 밀봉 부재(22)의 내주면 측 지름은 베이스 링 부재(10)의 제 2 외주면(14)의 외경보다 작게 형성된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 밀봉 부재(22)의 탄성 돌출부(22a)가 형성된 내주면이 베이스 링 부재(10)의 제 1 외주면(12) 및 경사진 가이드면(13)을 따라 안내되며, 밀봉 부재(22)의 탄성 돌출부(22a)가 형성된 내주면은 점차적으로 지름이 넓어지면서 제 2 외주면(14) 상에 안착된다.
베이스 링 부재(10) 상에 제 1 외주면(12) 및 경사진 가이드면(13)이 없는 경우 밀봉 부재(22)의 탄성 돌출부(22a)가 형성된 내주면이 제 2 외주면(14) 상에 위치되도록 하기 위해서는 탄성 돌출부(22a)의 내주면의 지름이 갑자기 커져야 하기 때문에 밀봉 부재(22)의 탄성 돌출부(22a)를 베이스 링 부재(10)의 제 2 외주면(14) 상에 위치시키는 것이 용이하지 않을 수 있다.
한편, 밀봉 부재(22)가 수용 링 부재(26)의 수용부 내에 수용된 상태에서 밀봉 부재(22)를 고정하기 위하여 링형 커버 부재(28)를 도 7에서 볼 때 우측 방향으로 이동시켜 수용 링 부재(26)의 좌측면에 고정시킨다. 이와 같이 함으로써 밀봉 조립체(20)의 조립이 완성된다.
도 8에 도시된 바와 같이 밀봉 조립체(20)의 조립이 완성된 상태에서, 도 9에 도시된 바와 같이 메인 샤프트 지지부(40)와 베어링 내륜(32)의 외주부 사이에 베어링 롤러(34) 및 베어링 외륜(36)을 위치시킨다.(S507)
도 9에 도시된 바와 같이 베어링 조립체(30)의 좌측에 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 구조체(1)가 설치된 상태에서 베어링 조립체(30)의 우측부에도 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 구조체의 또 다른 세트가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 메인 샤프트의 베이스 링 부재 설치면에 설치되는 베이스 링 부재는 열박음 공정 이외의 다양한 방법으로 메인 샤프트와 베어링 내륜에 결합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체(1′)가 풍력 발전기의 메인 샤프트에 설치된 상태의 단면을 도시한 사시도이다.
이하 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체(1′)를 설명함에 있어 제 1 실시예와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하고 제 1 실시예와 구별되는 구성을 중심으로 제 2 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체(1′)는 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체의 베이스 링 부재(10)가 열박음에 의하여 메인 샤프트에 결합되는 것과 달리 클램핑 링(50)에 의하여 메인 샤프트(102)와 베이스 내륜(32)에 고정된다.
보다 상세히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체(1′)는 베이스 링 부재(10)가 접촉되는 단차부(103)에 경사부(108)가 형성되며, 경사부(108)에 클램핑 링(50)이 설치된다.
클램핑 링(50)은 도 10에 도시된 바와 같이 내주면이 쐐기형으로 형성되며 양단부가 결합시 원을 형성할 수 있는 소정의 길이를 갖는 링형 부재이다.
클램핑 링(50)은 양 단부가 볼트와 같은 결합 부재에 의하여 결합될 때 클램핑 링(50)의 양 단부의 간격이 좁혀짐에 따라 클램핑 링(50)의 쐐기형 내측부(52)가 도 10의 화살표에 도시된 바와 같이 베이스 링 부재(10) 방향으로 이동될 수 있도록 형성된다.
이와 같이 클램핑 링(50)의 쐐기형 내측부(52)가 베이스 링 부재(10) 방향으로 이동되면, 베이스 링 부재(10)는 베어링 내륜(32) 방향으로 가압되며, 베어링 내륜(32)에 베이스 링 부재(10)가 밀착되도록 가압된 상태에서 클램핑 링(50)의 양 단부의 간격이 고정되도록 체결 부재에 의하여 체결되면, 베이스 링 부재(10)는 베어링 내륜(32)과 일체로 회전가능하게 위치 고정된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체(1′)는 베이스 링 부재(10)가 열박음에 의하여 메인 샤프트(102)에 고정되지 않고 메인 샤프트(102)에 끼워진 상태에서 메인 샤프트(102)에 베어링 내륜(32)이 열박음에 의하여 고정된 후 경사부(108)에 클램핑 링(50)을 설치함으로써 베이스 링 부재(10)가 메인 샤프트(102) 상에서 베어링 내륜(32)과 일체로 위치 고정되도록 한다. 그 이후의 설치 공정은 제 1 실시예와 동일하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체(1′)는 베이스 링 부재(10)를 메인 샤프트(102)에 결합시킬 때 열박음 공정을 수행하지 않기 때문에 베이스 링 부재(10)를 메인 샤프트(102) 상에 설치하는 시간을 절감할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 밀봉 구조체(1″)가 풍력 발전기의 메인 샤프트에 설치된 상태의 단면을 도시한 사시도이다.
이하 본 발명의 제 3 실시예에 따른 밀봉 구조체(1″)를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하고 전술한 실시예와 구별되는 구성을 중심으로 제 3 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 밀봉 구조체(1″)는 제 1 실시예에 따른 밀봉 구조체의 베이스 링 부재(10)가 열박음에 의하여 메인 샤프트(102)에 결합되거나 제 2 실시예에 따른 밀봉 구조체의 베이스 링 부재(10)가 클램핑 링(50)에 의하여 메인 샤프트(102) 및 베어링 내륜(32)에 결합되는 것과 달리 볼팅에 의하여 메인 샤프트(102)에 고정된다.
이와 같이 베이스 링 부재(10)를 베어링 내륜(32)에 결합시키기 위하여 베이스 링 부재(10)에는 볼트 관통홀(18)이 형성되며 베어링 내륜(32)에는 볼트 결합홈(33)이 형성된다. 그리고 단차부(103)에는 베이스 링 부재(10)와 베어링 내륜(32)을 결합시키기 위한 볼트(60)가 결합되는 위치에 볼트 관통홈(109)이 형성된다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 밀봉 구조체(1″)는 베이스 링 부재(10)를 베어링 내륜(32)에 결합시키고자 하는 경우 베이스 링 부재(10)를 베이스 링 부재 설치면(106)에 끼운 상태에서 베어링 내륜을 열박음 공정을 통하여 베어링 내륜 설치면에 결합시킨다.
이 때, 단차부(103)의 볼트 관통홈(109), 베이스 링 부재(10)의 볼트 관통홀(18) 및 볼트 결합홈(33)을 일렬로 배열시킨 상태에서 볼트(60)를 볼트 관통홈(109)을 지나 베이스 링 부재(10)의 볼트 관통홀(18) 및 볼트 결합홈(33)에 결합시킴으로서 베이스 링 부재(10)를 베어링 내륜(32)에 용이하게 결합시킬 수 있다. 그 이후의 설치 공정은 제 1 실시예와 동일하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 밀봉 구조체(1″)도 베이스 링 부재(10)를 베어링 내륜(32)에 결합시킬 때 열박음 공정을 수행하지 않기 때문에 베이스 링 부재(10)를 메인 샤프트 상에 설치하는 시간을 절감할 수 있다.
본 발명의 여러 실시예에 따른 밀봉 구조체는 밀봉 부재의 탄성 돌출부가 접촉하는 메인 샤프트의 접촉면에 표면조도 및 표면경도가 향상된 베이스 링 부재를 별도로 설치하므로 메인 샤프트의 접촉 부분만 표면조도 및 표면경도를 향상시키므로, 풍력 발전기 메인 샤프트의 가공 비용을 절감시킬 수 있으며, 메인 샤프트에 형성되는 밀봉 구조체의 밀봉 성능을 향상시킬 수 있어 밀봉 부재의 수명이 증가될 수 있다.
본 발명의 여러 실시예에서는 풍력 발전기의 메인 샤프트에 밀봉 구조체를 설치하는 것을 예시하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 아니하며, 본 발명에 따른 밀봉 구조체는 풍력 발전기의 회전축 지지부에 의하여 회전가능하게 지지되는 회전축 상에 밀봉 부재가 설치되어야 하는 어떠한 구조에도 적용될 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 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 1´1˝ 밀봉 구조체 10 베이스 링 부재
20 밀봉 조립체 22 밀봉 부재
24 밀봉 부재 하우징 26 수용 링 부재
28 커버 부재 30 베어링 조립체
32 베어링 내륜 34 베어링 롤러
36 베어링 외륜 40 메인 샤프트 지지부
50 클램핑 링 60 볼트
102 메인 샤프트 103 단차부
104 베이스 링 부재 접촉면 105 요홈부
106 베이스 링 부재 설치면 107 베어링 내륜 설치면
108 경사면

Claims (19)

  1. 회전축 및 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부 사이에 설치되는 베어링 조립체를 밀봉하기 위하여 상기 회전축 및 상기 회전축 지지부 사이에 설치되는 밀봉 구조체로서,
    상기 회전축 상에 위치되는 베이스 링 부재; 및
    상기 회전축 지지부의 내주부와 상기 베이스 링 부재의 외주부 사이에 설치되는 밀봉 조립체를 포함하며,
    상기 밀봉 조립체는
    상기 베이스 링 부재의 외주면에 접촉되는 탄성 돌출부를 구비한 밀봉 부재; 및
    일측에 상기 밀봉 부재를 수용하는 수용부를 구비하며 타측이 상기 회전축 지지부의 내주부에 고정되는 밀봉 부재 하우징을 포함하고,
    상기 밀봉 부재 하우징은
    상기 수용부를 내주부의 일측면에 구비한 수용 링 부재; 및
    상기 수용 링 부재의 상기 일측면에 결합되는 링형 커버 부재를 포함하는 밀봉 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재는 상기 외주면 상에 경사진 가이드면을 포함하며,
    상기 회전축의 연장 방향으로 볼 때 상기 경사진 가이드면을 중심으로 상기 경사진 가이드면의 일 측부에 위치되는 제 1 외주면이 타 측부에 위치되는 제 2 외주면보다 작은 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재의 상기 제 2 외주면은 경도 및 표면조도 향상을 위하여 특수 가공된 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재의 상기 회전축의 연장 방향에 수직한 일 측면은 상기 베어링 조립체의 내륜에 접하는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 베이스 링 부재와 상기 베어링 조립체의 내륜이 접하는 외주면 상에 원주 방향으로 요홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 베이스 링 부재의 측부에 반경 방향으로 단차부를 구비하며,
    상기 베이스 링 부재의 상기 일 측면에 대향하는 타 측면은 상기 회전축의 연장 방향으로 볼 때 상기 단차부의 일 측면에 접하는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재는 상기 회전축에 열박음 결합되는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 단차부에는 경사면이 형성되며, 상기 경사면에는 클램핑 링이 설치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재는 상기 베어링 조립체의 베어링 내륜에 볼팅 결합되는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체.
  12. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 밀봉 구조체를 포함하는 풍력 발전기로서,
    상기 회전축은 상기 풍력 발전기의 메인 샤프트이며,
    상기 회전축 지지부는 상기 풍력 발전기의 나셀의 일 부분인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
  13. 회전축 및 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부 사이에 설치되는 베어링 조립체를 밀봉하기 위하여 상기 회전축 및 상기 회전축 지지부 사이에, 상기 회전축 상에 위치되는 베이스 링 부재 및 상기 회전축 지지부의 내주부와 상기 베이스 링 부재의 외주부 사이에 설치되는 밀봉 조립체를 포함하는 밀봉 구조체를 설치하는 방법으로서,
    상기 회전축에 반경 방향으로 단차부를 형성하는 단계;
    상기 회전축을 상기 회전축 지지부에 위치시키는 단계;
    상기 단차부의 일 측면에 접하도록 베이스 링 부재를 상기 회전축에 설치하는 단계;
    상기 베이스 링 부재에 접하여 상기 베어링 조립체의 베어링 내륜을 상기 회전축에 고정시키는 단계;
    상기 회전축 지지부의 내주부와 상기 베이스 링 부재의 외주부 사이에 밀봉 조립체를 설치하는 단계; 및
    상기 회전축 지지부에 베어링 롤러 및 베어링 외륜을 고정하는 단계를 포함하되,
    상기 밀봉 조립체를 설치하는 단계는,
    상기 회전축 지지부의 내주부에, 수용부를 내주부의 일측면에 구비한 수용 링 부재를 고정시키는 단계;
    상기 베이스 링 부재의 외주면에 접촉되는 탄성 돌출부를 구비한 밀봉 부재를 상기 수용부에 결합시키는 단계; 및
    상기 수용 링 부재의 상기 일측면에 링형 커버 부재를 결합시키는 단계를 포함하는 밀봉 구조체의 설치 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재를 상기 회전축에 설치하는 단계는 상기 베이스 링 부재를 상기 회전축에 열박음 결합함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체의 설치 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 베어링 조립체의 베어링 내륜을 고정시키는 단계 이후에
    상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 조립체의 상기 베어링 내륜에 고정하는 단계를 더 포함하는 밀봉 구조체의 설치 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 조립체의 상기 베어링 내륜에 고정하는 것은 상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 조립체의 상기 베어링 내륜에 볼팅 결합함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체의 설치 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재를 상기 베어링 조립체의 상기 베어링 내륜에 고정하는 것은 상기 단차부에 클램핑 링을 결합시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체의 설치 방법.
  18. 삭제
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 베이스 링 부재의 상기 외주면은 경도 및 표면조도 향상을 위하여 특수 가공된 것을 특징으로 하는 밀봉 구조체의 설치 방법.
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