KR101516902B1 - 풍력 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력 터빈의 하나 이상의 피치 드라이브들을 제어하기 위해 마련되는 전기 모듈들을 풍력 터빈의 로터 허브에 고정하는 모듈 캐리어에 관한 것으로, 그러한 모듈 캐리어는 전기 모듈들을 지지하는 캐리어 몸체를 포함하되, 로터 허브는 대략 수평의 로터 축을 중심으로 회전하도록 구성되고, 캐리어 몸체는 로터 축의 축 방향으로 로터 허브의 전방에 고정되도록 구성된다.

Description

풍력 터빈{WIND POWER PLANT}

본 발명은 풍력 터빈에 관한 것이다. 그 이외에, 본 발명은 풍력 터빈의 모듈 캐리어(module carrier), 로터 허브(rotor hub), 머신 프레임(machine frame), 발전기 구조, 리테이너 피벗(retainer pivot), 나셀(nacelle) 구조, 및 나셀에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 터빈을 건립하는 방법 및 풍력 터빈을 작동하는 방법에 관한 것이다.

풍력 터빈들은 일반적으로 공지되어 있고, 타워, 로터 블레이드들을 갖는 공기 역학적 로터를 구비한 나셀, 및 발전기를 필수적으로 포함한다. 도 1은 풍력 터빈의 그러한 기본적 구조를 도시하고 있다.

풍력 터빈들은 바람으로부터 전기 에너지를 생성하는데 사용된다. 풍력 터빈의 경우, 일차 에너지, 즉 바람에 대해서는 비용이 발생하지 않기 때문에, 전기 에너지를 생성하는 비용은 풍력 터빈의 조달과 운전에 의존한다. 바람으로부터의 에너지 수율을 높이기 위해, 대형 풍력 터빈을 제작할 수 있다. 그러나 그러한 대향 풍력 터빈은 통상적으로 높은 조달 및 운전 비용을 초래하는데, 그러한 비용은 통상적으로 바람으로부터의 에너지 수율의 의도된 향상이 풍력 터빈의 대형화에 따라 증가하는 것과 같은 정도로 상승한다. 심지어는 종종 그러한 대형 풍력 터빈의 비용이 더 심하게 증가하기까지 한다. 따라서 소재지에서 더 대형의 풍력 터빈에 의해 더 큰 바람 수율을 얻을 수 있기는 하지만, 종국적으로 전기 에너지의 저렴한 생성은 달성되지 못한다.

따라서 본 발명의 과제는 전술한 문제점들에 대처하는, 특히 바람으로부터의 에너지 수율을 개선하는 것이다. 적어도 대안을 제시하고자 한다.

본 발명에 따라, 청구항 제1항에 따른 모듈 캐리어가 제안된다. 즉, 그러한 모듈 캐리어는 풍력 터빈의 로터 허브에 전기 모듈들을 고정하기 위해 마련된다. 그러한 전기 모듈들은 풍력 터빈의 하나 이상의 피치 드라이브(pitch drive)를 제어하는데 사용된다. 특히, 다수의 로터 블레이드들을 갖는 풍력 터빈에서는, 그에 상응하는 다수의 피치 드라이브들이 마련된다. 피치 드라이브는 바람에 대한 로터 블레이드의 앙각을 조정하는 드라이브로, 그러한 앙각을 피치라고 지칭하기도 한다. 로터 블레이드당 적어도 하나의 피치 드라이브가 마련된다. 따라서 3개의 로터 블레이드들을 갖는 풍력 터빈의 경우, 적어도 3개의 피치 드라이브들이 마련된다. 로터 블레이드당 2개 이상의 피치 드라이브들을 사용할 경우(그것은 예컨대 고장 안전성의 향상을 위한 여분을 둔다는 이유로 제안됨), 그에 상응하는 다수의 피치 드라이브들이 마련될 수 있다.

피치 드라이브들은 상응하게 구동되어야 하고, 그를 위해 다음의 전기 모듈들이 마련될 수 있다.

피치 드라이브들에 전기 에너지를 공급하기 위해, 즉 외부 급전망으로부터 제공되는 전기 에너지를 그것이 피치 드라이브들을 구동하는데 적합하도록 변환하기 위해, 특히 전압을 강하시키기 위해, 변압기 모듈이 마련된다. 단지 하나의 변압기만이 필요하도록 모든 피치 드라이브들에 대해 하나의 변압기 모듈을 마련하는 것으로 충분할 수 있다. 물론, 다수의 변압기 모듈들이 마련될 수도 있다.

또한, 특히 디지털 정보를 각각의 피치 드라이브에 분배하는 분배기 모듈이 마련될 수 있다. 특히, 예컨대 모든 로터 블레이드들에 적용될 수 있는 중앙 제어 값 또는 디폴트 값이 중앙 제어 유닛에 의해 지정되어 분배기 모듈을 통해 피치 드라이브들에 전달될 수 있다. 그러한 전달은 피치 드라이브에 대해 직접 이뤄지거나, 아니면 피치 드라이브에 각각 할당된 제어 유닛에 대해 이뤄질 수 있다. 그러한 제어 유닛은 블레이드 제어 모듈에 병합될 수 있다. 따라서 그러한 블레이드 제어 모듈은 특별히 각각의 피치 드라이브에 대해 각각 마련되기도 하지만, 적어도 각각의 로터 블레이드에 대해 각각 마련된다.

또한, 각각의 로터 블레이드에 대해 블레이드 릴레이 모듈이 마련될 수 있다. 그러한 블레이드 릴레이 모듈은 전기 스위칭을 수행할 수 있다. 외부 급전망을 기반으로 한 종래의 제어로부터 비상 축전을 기반으로 한 제어까지를 망라한 스위칭이 그러한 전기 스위칭에 속할 수 있다. 배터리 릴레이 모듈도 역시 통상적으로는 각각의 로터 블레이드에 대해 각각 마련된다.

전술한 비상 축전 유닛은 저장 모듈, 즉 전기 에너지를 저장하는 축전지 모듈로서 마련될 수 있다. 바람직한 방식은 커패시터 모듈을 사용하는 것으로, 그러한 방식에서는 피치 모터, 즉 피치 드라이브의 구동을 위한 전기 에너지가 커패시터 모듈에 저장된다. 그러한 축전지, 즉 그러한 축전지 모듈도 역시 각각의 로터 블레이드에 대해 마련되는 것이 바람직하다.

따라서 3개의 로터 블레이드들을 갖는 풍력 터빈에 있어서는, 하나의 변압기 모듈, 하나의 분배기 모듈, 3개의 블레이드 제어 모듈들, 3개의 블레이드 릴레이 모듈들, 3개의 축전지 모듈들이 필요하게 된다. 즉, 그 전부가 피치 드라이브들의 구동을 위해 요구되는 11개의 모듈들이 필요하다. 피치 드라이브들은 그 기능 조건상 풍력 터빈의 로터 블레이드에, 그에 따라 로터 허브에 배치된다. 로터 허브는 자연적으로 풍력 터빈의 나머지 부분들, 특히 풍력 터빈의 나셀의 나머지 부분들에 대해 회전한다. 따라서 전술한 모듈들도 역시 회전하는 로터 허브에 마련되어 그에 고정되어야 한다. 그러므로 11개의 모듈들을 고정하는 비용을 줄이기 위해, 모듈 캐리어가 제안되어 있다. 전술한 모든 모듈들이 그 모듈 캐리어 상에, 특히 캐리어 몸체 상에 고정되고, 그 캐리어 몸체는, 그에 따라 모듈 캐리어 그 자체는 로터 축의 축 방향으로 로터 허브의 전방에 고정되도록 구성된다. 본 발명은 대략 수평의 로터 축을 갖는 풍력 터빈을 그 출발점으로 하고 있다. 로터 축의 축 방향으로 로터 허브의 전방으로, 본 발명은 풍력 터빈의 통상적인 사용 시에 바람 쪽을 향하는 로터 허브의 위치에 관한 것이다.

그것은 풍력 터빈, 특히 그 나셀을 기본적으로 제작하여 조립할 수 있고, 풍력 터빈의 그러한 조립의 끝 무렵에 전술한 바와 같은 모든 모듈들을 갖춘 모듈 캐리어를 단지 전방으로부터 로터 허브에 고정하기만 하면 된다는 이점을 갖는다. 개별 모듈들(전술한 예에 따른 11개의 모듈들)을 모듈 캐리어에 고정하는 것은 제작 공장에서 즉각 마련될 수 있다. 그리고 나서 풍력 터빈의 건립 현장에서, 그러한 사전 제작된 모듈 캐리어, 즉 모듈들이 이미 장착된 모듈 캐리어를 단지 로터 허브에 고정하기만 하면 된다. 그리고 나서 피치 드라이브들과의 연결을 위한 접속들 및 혹시 있을 수 있는 나셀 쪽에 대한 연결들을 예컨대 플러그인 커넥터(plug-in connector)에 의해 및/또는 슬립 링(slip ring)을 통해 수행할 수 있다. 따라서 전술한 모듈들의 배치 시에 복잡성이 감소하고, 그 밖에 오류 발생률도 감소할 수 있다. 그에는 비용 절감도 수반된다. 풍력 에너지의 작동 중에 상시 회전하는 로터 허브에 모듈들을 고정하는 것은 그 회전으로 인해 특별한 요건을 요한다는 점에 유의하여야 한다. 공장 작업장에서 모듈 캐리어에 모듈들을 미리 장착함으로써, 개별 모듈들을 고정함에 있어 혹시 있을 수 있는 문제점들이 줄어들 수 있거나 심지어 배제되기조차 할 수 있다. 그 밖에, 특히 로터 허브에서는 상시 회전 이동 이외에 진동들도 발생하는데, 그 진동들도 역시 로터 허브에 혹시 있을 수 있는 요소들의 특별한 요건들 및 하중들을 유발한다.

캐리어 몸체는, 그에 따라 결과적으로 모듈 캐리어도 링 디스크로서 형성되는 것이 바람직하다. 그러한 링 디스크는 모든 모듈들을 기본적으로 원형 배열로 수용하고, 그리고 나서 로터 허브에 고정될 수 있다. 그럼으로써, 모듈들이 로터 축의 둘레를 둘러 거의 대칭으로 배치될 수 있다. 그것은 공간 활용이 우수하면서도 모듈들에 의한 편심을 회피시킨다. 여기서, 전술한 모듈들을 갖춘 그러한 모듈 캐리어가 3 MW 풍력 터빈에서 1.5 t의 중량을 가질 수 있다는 점을 주목하여야 한다. 따라서 바람직하게는 모듈 캐리어 및 특히 캐리어 몸체가 기본적으로 로터 축에 대해 수직으로 배치되는 모듈 캐리어의 배치를 제안한다. 특히, 그것은 대략 링 디스크로서 형성된 모듈 캐리어 또는 캐리어 몸체를 전술한 대로 사용하는데 적용된다.

특히 전술한 모듈들을 그리고 경우에 따라서는 로터 허브의 요소들을 보호하기 위해, 일반적으로 스피너 커버(spinner cover)로 지칭되는 로터 허브의 커버링이 마련된다. 따라서 그러한 스피너 커버는 모듈 캐리어를 덮어 그것을 기상(weather)으로부터 보호한다. 그를 위해, 모듈 캐리어는 스피너 커버의 윤곽과 크기에 맞춰질 수 있다. 스피너 커버에 맞추는 것은 예컨대 전술한 링 디스크형의 구성을 사용할 경우에도 이뤄질 수 있다.

스피너 커버는 특히 로터 허브의 전방 영역, 그에 따라 모듈 캐리어가 위치하는 영역에 대해 스피너 캡을 구비할 수 있다. 그러한 스피너 캡은 풍력 터빈을 설치할 때에 나머지 스피너 커버와 연결될 수 있다. 운반을 위해, 그러한 스피너 캡과 모듈 캐리어 사이에 탄성 연결이 제공될 수 있다. 그럼에도, 그 후에 모듈 캐리어가 로터 허브에 고정되고 나면, 스피너 캡을 모듈 캐리어에 고정하는 것이 가능하게 된다. 탄성 연결을 사용함으로써, 발생하는 응력이 회피된다.

또한, 전술한 바와 같은 모듈 캐리어를 포함한 풍력 터빈의 로터 허브를 제안한다. 모듈 캐리어는 유지 장치들에 의해 바람 쪽을 향한 로터 허브의 측면에서 로터 허브에 강성적으로 배치되어 고정된다. 이때, 고정은 모듈 캐리어의 몸체가, 그에 따라 모듈 캐리어 그 자체가 로터 축에 대해 대략 수직으로 배치되도록 이뤄지는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 모듈 캐리어와 스피너 커버, 특히 스피너 캡 사이에 탄성 연결이 제공될 수 있다.

아울러, 풍력 터빈의 공기 역학적 로터와 연결된 발전기를 지지하는 기어리스(gearless) 풍력 터빈의 머신 캐리어(machine carrier)를 제안한다. 기어리스 풍력 터빈에서는, 발전기가 매우 상당한 구조적 크기를 차지한다. 그러한 발전기는 설명을 위해 대략의 값들만을 말한다면 5 m의 지름, 1 m의 깊이, 및 50 t을 훌쩍 넘는 중량을 가질 수 있다. 그러한 발전기는 궁극적으로 머신 캐리어에 의해 지지되어야 한다. 그에 더하여, 공기 역학적 로터, 특히 로터 블레이드들에 의한 중량과 바람 하중이 추가된다. 그러한 모든 힘들은 궁극적으로 머신 캐리어를 통해 풍력 터빈 타워에 전달되어야 한다. 따라서 머신 캐리어는 발전기와 로터로부터 타워로의 이행 요소로서, 방위각 베어링(azimuth bearing) 상에 고정된다. 공기 역학적 로터는 그리고 전기 로터도 대략 수평의 로터 축을 갖는 반면에, 타워는 대략 수직의 타워 축을 갖는다. 특히, 대략 수평의 로터 축이란 로터 축이 수직으로 있지도 않고 수직에 가깝게 있지도 않다는 것을 의미할 수 있다. 수평의 로터 축은 현재의 타입의 풍력 터빈, 즉 소위 수평 축 풍력 터빈(horizontal axis wind turbine)에도 해당되는 사항이다. 로터 축의 경미한 경사 위치들도 역시 대략 수평의 로터 축에 속한다.

제안하는 머신 캐리어는 예컨대 각각 관형인 제1 관형 섹션과 제2 관형 섹션을 포함한다. 그러한 2개의 관형 섹션들은 부분적으로 서로 관통한다. 특히, 제1 관형 섹션은 제2 관형 섹션을 수용하도록 형성된다. 따라서 제2 관형 섹션이 부분적으로 제1 관형 섹션을 관통한다. 또한, 제1 관형 섹션의 일부가 제2 관형 섹션의 내부에 존재하여 제1 관형 섹션이 부분적으로 제2 관형 섹션을 관통하기도 한다. 적어도 2개의 관형 섹션들 중의 하나가 적어도 부분적으로 다른 관형 섹션을 관통한다.

여기서, 관형 섹션이란 관(원추형일 수도 있음)으로부터 그 형태를 따라 절단된 형태를 갖는 섹션을 각각 의미할 수 있다. 적어도 원형의 부분이 존재한다.

제1 관형 섹션은 수직 타워 축과 합치하는 중심축을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 중심축은 전술한 원형 링 섹션을 통한 중심축과 수직으로 된 것과도 상응한다. 수직 타워 축이 전술한 제1 관형 섹션의 중심축과 정확하게 합치하는 것이 중요한 것은 아니다. 그러나 제1 관형 섹션이 역시 관형인 타워의 연장부로서 대략 볼 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 제2 관형 섹션이 로터 축과 합치하는 중심축을 갖도록 하는 것을 또한 제안한다. 발전기 및/또는 로터 허브를 지지하기 위해, 그 자체가 로터 축, 즉 로터의 회전축과 합치하는 중심축을 갖는 스핀들 및/또는 리테이너 피벗이 마련될 수 있다. 그러한 스핀들 및/또는 그러한 리테이너 피벗은 머신 캐리어의 제2 관형 섹션의 연장부일 수 있다.

분명하게 말하자면, 그러한 실시 형태에서는 제안하는 머신 캐리어가 타워와 스핀들 또는 리테이너 피벗 사이의 연결을 제공한다. 이때, 그들의 축들이 머신 캐리어에서 만나는 것이 바람직하다.

제1 관형 섹션은 제2 관형 섹션보다 더 큰 평균 지름을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 실시 형태는 통상적으로 타워도 또한 스핀들 또는 리테이너 피벗도 각각 축 방향으로 일정한 지름을 갖지 않을지라도 한편으로 타워 지름과 다른 한편으로 스핀들 또는 리테이너 피벗의 지름의 비율이 최대로 되는 것을 반영하고 있다. 그러나 일 실시 형태에서는, 그 2개의 요소들이 머신 캐리어로 연장되는 것을 확인할 수 있다. 2개의 관형 섹션들 중의 적어도 하나, 특히 2개 모두 원추형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그것은 한편으로 타워의 그리고 다른 한편으로 스핀들 또는 리테이너 피벗의 형태의 전술한 연장부에도 맞춰진다. 따라서 제안하는 머신 캐리어는 한편으로 발전기와 로터 허브 사이의 그리고 다른 한편으로 발전기와 타워 사이의 적합하면서도 안정된 힘 전달을 제공한다.

머신 캐리어는 측방 관통 개구부가 마련되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그러한 측방 관통 개구부는 타워의 내부로부터 나셀에 이르는 통로를 사람에게 제공하되, 그 통로가 제1 관형 섹션의 내부 영역을 통해 연장되고 제2 관형 섹션의 옆을 지나도록 형성된다. 특히, 제1 관형 섹션의 지름이 더 크고 제2 관형 섹션의 지름이 더 작으며 제2 관형 섹션이 기본적으로 제1 관형 섹션에 의해 수용되는 구성에서는, 전술한 사람을 위한 통로를 형성하는데 이용될 수 있는 크기 비가 주어진다.

머신 캐리어는 주물, 즉 강 주물로서 마련되는 것이 적합하다. 그럼으로써, 중실의 안정된 요소가 머신 캐리어로서 제공된다. 따라서 제1 및 제2 관형 섹션들의 양자의 전술한 관형 구성이 최종적으로 단일의 주물로 마련된다는 점을 강조하고자 한다. 즉, 2개의 관형 섹션들 사이에 적어도 부분적으로 관통하는 것과 같은 현상이 일어나지만, 그러한 관통은 2개의 관형 섹션들이 조립된다는 것을 의미하는 것이 아니다. 오히려, 풍력 터빈의 상황을 감안하기 위해, 특히 의도된 하중 전달을 달성하기 위해, 전술한 바와 같은 구성을 의도적으로 선택한 것이다. 특히, 분명하게 말하자면, 대략 수평의 로터 축으로부터 대략 수직의 타워 축으로의 부하 전향이 이뤄진다.

머신 캐리어는 방위각 드라이브(azimuth drive)들을 수납하는 하나 이상의 수납 섹션들을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적인 시스템 여하에 따라, 예컨대 4 내지 20개, 바람직하게는 12개의 방위각 드라이브들이 마련될 수 있다. 따라서 그러한 방위각 드라이브들은 그 각각의 수납부에서 머신 캐리어와 직접 고정되고, 그에 따라 머신 캐리어를 타워에 대해 회전시킴으로써 풍력 터빈의 나셀을, 특히 그 로터를 포함한 나셀을 바람 속에서 회전시킬 수 있다.

본 발명에 따라, 기어리스 풍력 터빈의 발전기를 지지하는 발전기 지지 구조를 제안한다. 발전기는 스테이터와 로터를 포함한다. 로터 블레이드들을 구비한 공기 역학적 로터와의 혼동을 피하기 위해, 그 로터를 전기 로터로도 지칭한다. 동일한 이유로, "전기 로터"라는 개념 대신에 "회전자"라는 개념을 사용할 수 있다.

발전기 지지 구조는 머신 캐리어, 특히 전술한 마신 캐리어의 실시 형태들 중의 하나에 따른 머신 캐리어를 포함할 수 있다. 또한, 머신 캐리어에의 고정 및 스테이터 캐리어(stator carrier)의 지지를 위한 리테이너 피벗이 마련될 수 있다. 즉, 리테이너 피벗이 머신 캐리어에 고정되고, 스테이터 캐리어가 리테이너 피벗에 고정된다. 스테이터 캐리어는 바람직하게는 스테이터 벨(stator bell)로서 형성될 수 있다. 따라서 스테이터 캐리어는 그 가장자리에서 스테이터를 지지하기 위해 종(bell) 모양의 형태를 갖고, 중심 영역에서 리테이너 피벗에 고정되도록 마련된다. 그 경우, 스테이터는 통상적으로 리테이너 피벗의 둘레에 동심상으로, 그에 따라 로터 축의 둘레에 동심상으로 배치된다.

그에 상응하게, 스테이터 캐리어도 역시 발전기 지지 구조의 일부로서 마련될 수 있다. 또한, 리테이너 피벗에의 고정 및 전기 로터 또는 회전자의 지지를 위한 스핀들이 마련될 수 있다. 스핀들은 동시에 공기 역학적 로터를 갖는 로터 허브를 지지할 수 있다. 이때, 스핀들은 리테이너 피벗에 단단히 고정되고, 전기 로터 및 공기 역학적 로터를 스핀들 상에 회전 가능하게 지지하기 위한 적어도 하나의, 바람직하게는 적어도 2개의 베어링들에 의해 전기 로터의 지지뿐만 아니라 공기 역학적 로터의 지지를 수행한다. 2개의 베어링들을 사용할 경우, 그 베어링들은 스핀들의 축을 기준으로 하여 스핀들의 2개의 바깥쪽 단부들에 마련되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 기울어짐에 대한 높은 안정성이 얻어진다.

특히, 발전기 지지 구조는 머신 캐리어, 리테이너 피벗, 스테이터 캐리어, 및 스핀들을 함께 포함한다. 여기서, 리테이너 피벗은 머신 캐리어와 스테이터 캐리어와 스핀들 사이의 연결 부재로서의 역할을 한다. 즉, 리테이너 피벗이 머신 캐리어와 스테이터 캐리어 사이에 배치되고, 스테이터 캐리어가 대략 리테이너 피벗의 둘레를 둘러 배치된다. 그러한 구성에 의해, 리테이너 피벗과 스테이터 캐리어를 별개의 요소들로서 마련하고, 특히 그 제작 공장으로부터 풍력 터빈의 건립 현장까지 별개의 요소로서 운반하는 것도 가능하다. 리테이너 피벗뿐만 아니라 스테이터 캐리어도 예컨대 13 또는 14 t과 같은 10 t을 넘는 중량을 각각 갖는데, 이제 그러한 중량을 별개로 운반할 수 있게 된다.

냉각 공기를 리테이너 피벗 및/또는 스핀들을 통해, 즉 축 방향으로 안내하기 위해, 리테이너 피벗 및/또는 스핀들은 중공으로 형성되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 냉각 공기가 나셀의 고정 설치된 부분으로부터 회전하는 부분, 즉 소위 스피너로, 다시 말해서 로터 허브의 영역으로 안내될 수 있다. 그를 위해, 냉각 공기의 안내를 위한 중공 공간을 그에 상응하는 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 그러한 공간은 스핀들 및/또는 리테이너 피벗을 통해 필요한 전기 라인들을 부설하는데 요구되는 것보다 더 크게 형성된다. 스핀들 또는 리테이너 피벗의 중공 공간의 체적이 스핀들 또는 리테이너 피벗의 벽을 이루는 재료의 체적보다 더 큰 것이 바람직하다. 중공 공간의 반지름이 벽 두께보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 각각의 바깥지름이 해당 안지름의 2배의 크기 미만이다. 바깥지름이 안지름보다 단지 20 내지 50 % 정도만 더 큰 것이 바람직하다.

또 다른 실시 형태에 따라, 리테이너 피벗 또는 스핀들을 통해 기류를 생성하기 위해, 리테이너 피벗 및/또는 스핀들에 팬을 배치하는 것을 제안한다. 그러한 팬은 축 방향으로 리테이너 피벗 또는 스핀들에 공기를 송풍한다. 그를 위해, 스핀들 또는 리테이너 피벗에 팬이 배치되는 칸막이용 횡단 벽이 마련될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 전술한 바와 같은 리테이너 피벗을 제안한다. 발전기 지지 구조 및 그에 따른 리테이너 피벗도 역시 기어리스 풍력 터빈용으로 마련된다. 기어리스 풍력 터빈이란 공기 역학적 로터가 기계적으로 직접 전기 로터, 즉 회전자와 커플링되는, 즉 고정 연결되는 구조를 의미한다. 그러한 풍력 터빈 타입은 상응하게 큰 전기 로터를 갖는 상응한 대형의 발전기, 특히 다수의 극들을 갖는 발전기를 전제로 한다. 그에는 통상적으로 소위 링 발전기(ring generator)가 사용되는데, 그러한 링 발전기에서는 로터와 스테이터의 전기 역학적 부품들이 대략 링 상에 배치된다. 발전기 지지 구조 및 그에 상응하는 리테이너 피벗이 그러한 발전기를 지지하는데 사용된다.

또한, 본 발명에 따라, 풍력 터빈의 나셀의 나셀 구조를 제안한다. 그러한 나셀 구조도 역시 특히 기어리스 풍력 터빈용으로 제안하는 것이다. 그러한 나셀 구조는 나셀 커버, 나셀에 있는 기술적 장치들 중의 적어도 일부를 지지하기 위해 및/또는 나셀에 있는 인원들을 지지하기 위해 마련된다. 제안하는 나셀 구조는 머신 캐리어에 굽힘 강성이 있게 고정된 적어도 하나의 베이스 플랫폼 섹션을 포함한다. 따라서 그러한 베이스 플랫폼 섹션은 인원들, 특히 서비스 요원들도 밟고 올라설 고정 섹션이다. 베이스 플랫폼 섹션은 하부 영역에서 머신 캐리어의 둘레를 둘러 배치된다. 따라서 사람이 베이스 플랫폼 섹션 상에서 직접 머신 캐리어의 옆에 서거나 거기에 기술적 장비 일체를 배치할 수 있다.

또한, 머신 캐리어에 및/또는 베이스 플랫폼 섹션에 기본적으로 매달리는 방식으로 배치된 서스펜션 플랫폼(suspension platform) 섹션이 마련된다. 그러한 서스펜션 플랫폼 섹션은 특히 후방 영역에서 머신 캐리어의 배후에 배치되어 거기에서 기술적 장치들을 위한 및/또는 인원들이 통행하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 기본적으로 매달리는 방식으로 된 구조에 의해, 그러한 서스펜션 플랫폼 섹션이 간단하게 마련될 수 있다.

베이스 플랫폼 섹션 상에 지지 구조물이 배치되어 고정되는 것이 바람직하다. 그러한 지지 구조물은 돌출한 빔 섹션, 특히 이중 T형 빔 등과 같은 강 빔(steel beam)을 포함한다. 그러한 빔 섹션은 특히 머신 캐리어의 위에 있는 영역에 배치되고, 짐을 들어 올리기 위한 크레인 장치를 구비할 수 있다. 빔 섹션은 후방 쪽으로, 즉 머신 캐리어의 배후의 영역, 다시 말해서 허브 측의 반대쪽을 향한 영역으로 연장되는 것이 바람직하다. 그 밖에 또는 대안적으로, 빔 섹션은 서스펜션 플랫폼 섹션을 부분적으로 유지하기 위해 서스펜션 플랫폼 섹션과 연결된 적어도 하나의 텐션 빔(tension beam)과 연결될 수 있다. 그와 같이 유지하는 것은 특히 서스펜션의 방식으로 이뤄진다. 그러나 텐션 빔은 타이로드로서 형성될 수도 있다.

따라서 지지 구조물은 이중 기능을 수행할 수 있는, 즉 크레인으로서 사용될 수 있고 서스펜션 플랫폼 섹션을 지지할 수 있는 빔 섹션을 제공한다. 그럼으로써, 서스펜션 플랫폼 섹션을 굽힘 강성이 있게 머신 캐리어에 또는 베이스 플랫폼 섹션에 고정하여야 하는 경우보다 덜 육중한 서스펜션 플랫폼 섹션의 구성이 가능하게 된다.

그 밖에 또는 대안적으로, 지지 구조물은 상부 플랫폼, 즉 베이스 플랫폼 또는 베이스 플랫폼 섹션에 비해 올려져 배치된 플랫폼을 지지한다. 특히, 그러한 상부 플랫폼은 머신 캐리어의 위에 걸쳐 배치된다. 그러한 상부 플랫폼은 예컨대 정류기와 같은 전기 장치들을 수용할 수 있다. 또한, 지지 구조물은 수직 방향으로 베이스 플랫폼 섹션과 상부 플랫폼 사이에 배치된 중간 플랫폼을 지지한다. 특히, 그러한 중간 플랫폼은 머신 캐리어의 절반 높이의 옆에 또는 그 절반 높이에 배치된다. 특히, 베이스 플랫폼 섹션은 방위각 드라이브들의 위에 배치된다. 따라서 거기에서 서비스 요원이 다가갈 수 있게 할 뿐만 아니라 방위각 드라이브들에의 통로를 간단하게 얻기 위해, 방위각 드라이브의 바로 위의 공간을 활용할 수 있게 된다. 중간 플랫폼으로부터 방위각 드라이브들을 수리하거나 경우에 따라 교체하기 위해, 그러한 목적으로 제거될 수 있는 중간 플랫폼의 부분, 특히 이동식 베이스 플레이트가 마련될 수 있다.

그 밖에 또는 대안적으로, 머신 캐리어에 그리고 보완적으로 또는 대안적으로 지지 구조물에 프레임 링이 배치되는데, 그러한 프레임 링은 나셀 커버 또는 그 일부를 지지하거나 적어도 보강할 수 있다. 그럼으로써, 그러한 프레임 링에 의해 부가의 안정화 및 특히 보강을 얻을 수 있는 비교적 대형의 나셀 및 그에 따른 대형의 나셀 커버가 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따라, 풍력 터빈, 특히 기어리스 풍력 터빈의 나셀을 제안한다. 그러한 나셀은 풍력 터빈을 작동하는데 필요한 기술적 장치들을 수용한다. 특히, 발전기와 그 전기 커넥터들이 그러한 장치들에 속한다. 머신 캐리어와 다른 구조적 요소들도 나셀에 수용되고, 나셀은 기술적 장치들을 기상으로부터 보호하는 나셀 커버를 포함한다. 환언하면, 나셀 커버에 의해 거의 폐쇄된 작업 공간이 제공된다.

나셀의 환기 및/또는 풍력 터빈 또는 그 부품들의 냉각을 위한 외부 공기의 유입을 위해, 나셀 커버에 통풍 개구부들이 마련된다. 적어도 하나의 통풍 개구부가 마련된다. 통풍 개구부들은 유입되는 공기의 습기를 차단하기 위해 액적 분리기(droplet separator)를 구비한다. 그러한 액적 분리기를 구비한 개구부들은 나셀 및 그에 따른 나셀 커버의 측면 영역들에 마련되는 것이 바람직하다.

종래에는, 필요성이 있는 경우에 공기를 빗물로부터 보호되는 개구부들을 통해 나셀에 유입할 수 있도록 하는 것이 통상적이었다. 그와 같이 보호되는 개구부는 예컨대 나셀의 아래에서 타워로의 이행 영역에 마련될 수 있다. 일반적으로, 그 지점에는 개구부 환형 갭이 마련되는데, 왜냐하면 방위각 조정 시에 나셀이 타워에 대해 이동하기 때문이다. 그럼에도, 예컨대 안개의 존재 시 또는 강한 강우 시와 기상 조건에 따라서는, 빗물로부터 보호되는 그러한 개구부들을 통해 공기와 함께 습기가 흡입될 위험이 있다. 액적 분리기의 사용에 의해, 그에 대한 해법을 제안한다. 건조 공기를 끌어들이는 또 다른 형태는 공기가 타워 내부로부터 나셀로 유동하게 하는 것이다. 그러나 타워 공기는 부분적으로 너무 뜨거운 것으로 판명되었는데, 왜냐하면 타워 공기가 특히 타워 하단에서 장치들에 의해 이미 데워지기 때문이다. 그에 따라, 타워 공기는 냉각하는데 아주 적합하지는 않다. 제안하는 방안은 타워로부터 너무 뜨거운 공기를 끌어들이는 것을 회피시킨다. 따라서 나셀 커버와 타워 사이의 이행 영역뿐만 아니라 타워 내부 쪽으로도 거의 공기가 새지 않는 시일(seal)이 존재하여 냉각 공기의 급송을 의도적으로 전술한 액적 분리기를 통과한 외부 공기로 한정한다.

따라서 냉각을 위한 적어도 하나의 팬이 나셀에 마련된다. 그러한 팬들은 제1 나셀 영역으로부터 냉각이 필요한 영역 또는 영역들로 공기를 이송한다. 그럼으로써, 그러한 제1 나셀 영역에서 부압이 발생하고, 그 부압에 의해 외부 공기가 액적 분리기를 구비한 개구부들을 통해 그 제1 영역으로 흡입된다. 예컨대, 외부 공기는 외부로부터 액적 분리기를 통해 나셀의 제1 영역으로 유동하고, 제1 영역으로부터 팬에 의해 리테이너 피벗의 중공 공간을 통해, 나아가 스핀들의 중공 공간을 통해 스피너 영역으로, 그에 따라 허브 영역으로 더 유동하여 거기에서 피치 드라이브들 및 그 모듈들과 같은 전기 장치들을 냉각한다. 이어서, 공기는 스피너 영역 또는 허브 영역으로부터 스피너 커버와 나셀 커버 사이의 이행 영역으로, 즉 고정 설치된 커버와 회전하는 커버 사이의 영역으로 나셀로부터 다시 배출된다.

따라서 바람직한 나셀은 그리고 바람직한 풍력 터빈도 역시 적어도 하나의 본 발명에 따른 나셀 구조, 나셀 커버 또는 그 일부를 지지 및/또는 보강하는 프레임 링, 본 발명에 따른 모듈 캐리어, 본 발명에 따른 로터 허브, 본 발명에 따른 머신 캐리어, 본 발명에 따른 발전기 지지 구조, 및/또는 본 발명에 따른 리테이너 피벗을 포함한다.

본 발명에 따른 풍력 터빈은 특히 본 발명에 따른 나셀을 포함한다. 따라서 나셀 커버와 타워 사이의 이행 영역에 외부 공기의 공기 통과에 대한 시일이 마련되고/마련되거나, 타워가 그 내부에서 타워 내부로부터의 공기의 공기 통과에 대해 실링(sealing)된다. 그를 위해, 예컨대 그에 상응하게 공기가 새지 않게 형성된 중간 플랫폼이 타워의 상부 영역에 마련될 수 있다. 강조하고자 하는 바는 여기에서의 기밀성은 아주 작은 개구부들을 포함할 수 있다는 것이다. 그 경우, 실링된 영역을 통해 나셀에 공기량이 전혀 도달하지 않거나 소량의 공기량만이 도달하도록 시일이 이뤄져야 한다. 특히, 강한 기류가 저지되고 약한 기류가 수용될 수 있어야 한다. 그러한 중간 평면에 있는 개구부를 타워로 개방하여 예컨대 서비스 요원의 통행을 가능하게 하는 것도 무해할 수 있다. 갑문(lock)이 반드시 필요한 것은 아니지만, 마련될 수는 있다.

본 발명에 따라, 풍력 터빈을 건립하는 방법을 제안한다. 그러한 방법에서는, 풍력 터빈의 하나 이상의 피치 드라이브들의 제어를 위해 마련된 전기 모듈들과 함께 사전 제작되거나 사전 장착된 모듈 캐리어, 특히 본 발명에 따른 모듈 캐리어를 사용한다. 풍력 터빈을 적어도 나셀 및 특히 허브에 있어 가능한 최대 한도까지 조립한다. 이어서, 본 경우에 이미 로터 블레이드들이 구비되거나 아니면 추후에 비로소 로터 블레이드들이 배치되는 완성된 허브에 모듈 캐리어를 설치한다. 즉, 모듈 캐리어를 로터 허브에 고정하여 피치 드라이브들의 작동에 필요한 모든 모듈들을 제자리들에 고정한다. 해당 플러그인 커넥터를 통해 필요한 전기 연결들을 간단하게 수행할 수 있다. 나셀의 고정 설치된 부분으로부터 전기 에너지 또는 전기 신호를 공급하기 위해, 특히 전술한 스핀들의 전방에 배치될 수 있는 슬립 링 장치를 마련할 수 있다. 대략 원형 디스크 또는 링 디스크로서 형성된 모듈 캐리어를 사용할 경우, 그러한 슬립 링 장치가 모듈 캐리어를 로터 허브에 고정하는 것을 방해하는 것이 아니라, 모듈 캐리어의 중심 리세스 영역에 위치하게 된다. 마지막으로, 슬립 링 장치의 해당 라인들과의 전기 연결도 또한 모듈 캐리어 또는 그에 배치된 모듈들과의 플러그인 커넥터에 의해 간단하게 수행할 수 있다. 특히, 슬립 링 장치와 변압기 모듈 및/또는 분배기 모듈 사이의 연결이 이뤄진다.

도 1은 풍력 터빈을 사시도로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 나셀을 부분 단면 측면도로 나타낸 도면이다.
도 3은 머신 캐리어를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 머신 캐리어(300)의 정면 단면도를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 머신 캐리어의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 6은 리테이너 피벗을 측면 단면도로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 리테이너 피벗의 내부 공간에 삽입하기 위한 팬을 포함한 인서트를 나타낸 도면이다.
도 8은 전기 모듈들을 위한 모듈 캐리어를 포함한 로터 허브를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 9는 모듈 캐리어를 포함한 도 8의 로터 허브를 측면도로 나타낸 도면이다.
도 10은 조립 및 장착이 이뤄지지 않은 상태에 있는 도 8 및 도 9의 모듈 캐리어를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 모듈 캐리어를 정면도로 나타낸 도면이다.
도 12는 머신 캐리어를 포함한 나셀 구조를 측면도로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 나셀 구조를 전방 단면도로 나타낸 도면이다.
도 14는 나셀의 사시도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 실시예들에 의거해서 예시적으로 설명하기로 한다.

도 1은 타워 및 타워 상에 배치되고 로터 블레이드들을 갖는 허브를 구비하는 나셀을 포함한 풍력 터빈을 사시도로 도시하고 있다. 나셀에는 후방 나셀 커버(102)가 도시되어 있는데, 그 후방 나셀 커버(102)는 나셀의 회전하지 않는 부분을 보호하고, 기본적으로 나셀의 후방 부분을 가리킨다. 또한, 로터 블레이드들이 부착되는 영역에 스피너 커버(104)가 도시되어 있다. 끝으로, 통상적으로 바람 쪽을 향하는 스피너 캡(106)이 도시되어 있다. 또한, 스피너 캡(106)의 영역은 나셀의 전방 부분을 가리킨다.

도 2는 본 발명에 따른 나셀을 기본적으로 단면도로 도시하고 있다. 그러한 나셀은 필수적으로 다음의 요소들을 포함한다:

로터 블레이드(1), 블레이드 플랜지 베어링(2), 블레이드 가변속 드라이브(3), 블레이드 가변속 모터(4), 슬립 링 바디(5), 축 커버(6), 전방 베어링 커버(7), 2열 테이퍼 롤러 베어링(8), 로터 허브(9), 스핀들(10), 리테이너 피벗(11), 실린더 롤러 베어링(12), 후방 베어링 커버(13), 머신 캐리어(14), 방위각 모터(15), 방위각 기어(16), 방위각 베어링(17), 헤드 플랜지(18)를 갖는 타워, 스테이터 지지 링(19), 스테이터 스택(20), 디스크 로터(21), 폴 스택(22), 전자 브레이크 캘리퍼(23), 스테이터 벨(24), 로터 로킹 시스템(25), 중앙 윤활 시스템(26), 항공 등화 램프(27), 콤비 바람 센서(28), 예컨대 250 ㎏의 탑재 하중에 맞춰 설계된 전기 체인 호이스트(29), 나셀 환기 설비(30), 및 후단 패시브 쿨러(31).

도 3의 머신 캐리어(300)는 제1 관형 섹션(301)과 제2 관형 섹션(302)을 포함한다. 제1 관형 섹션(301)은 대략 수직의 중심축을 갖는다. 제1 관형 섹션에는, 머신 캐리어를 타워 상의 방위각 베어링에 고정할 수 있는 제1 관 플랜지 섹션(303)이 배치된다. 제1 관 플랜지 섹션(303)에는, 방위각 드라이브들, 즉 방위각 모터들을 수납하는 수납 섹션들(306)이 배치된다. 각각의 수납 섹션(306)은 방위각 모터를 각각 수납하는 6개씩의 모터 개구부들(308)을 구비한다.

제2 관형 섹션은 수평으로부터 약간 경사진 대략 수평의 중심축을 갖는다. 제2 관형 섹션(302)에 리테이너 피벗을 고정하기 위해, 제2 관형 섹션(302)에 제2 관 플랜지(304)가 배치된다.

따라서 제1 및 제2 관형 섹션들(301, 302)은 그 중심축들에 있어 대략 서로를 가로질러 배치된다. 제1 관형 섹션(301)은 제2 관형 섹션(302)보다 훨씬 더 큰 지름을 갖는다. 제2 관형 섹션(302)은 그것이 거의 제1 관형 섹션(301)에 의해 수용되도록 형성된다. 또한, 제1 관형 섹션(301)은 제2 관형 섹션(302) 내에 형성된 내부 지지 섹션(310)을 포함한다. 그러한 내부 지지 섹션(310)은 제2 관 플랜지(304)의 개구부를 통해 식별될 수 있고, 머신 캐리어(300)를 그 스로트(throat) 영역에서, 즉 제1 관형 섹션과 제2 관형 섹션(301, 302) 사이의 이행 영역에서 강화하는데 필요하다. 그러한 머신 캐리어(300)의 사용 시의 주된 하중이 그 스로트 영역(312)에서 걸릴 것으로 예상할 수 있다. 내부 지지 섹션(310)의 리세스(314)는 서비스 요원을 위한 통로로 마련된다.

제2 관 플랜지의 반대쪽을 향한 제2 관형 섹션(302)의 쪽에서, 제1 관형 섹션과 제2 관형 섹션(301, 302) 사이의 연결 영역에 환형 지지 비드(316)가 배치된다. 그럼으로써, 제2 관형 섹션(302)의 그러한 후방 위치에 내부 지지 섹션(310)과 대응하는 지지 섹션을 마련하는 것을 피할 수 있다.

도 4에는 머신 캐리어(300)의 도면이 전방으로부터의 단면으로 도시되어 있고, 도 5는 머신 캐리어(300)의 측면도를 도시하고 있다. 도 5에는 제2 관형 섹션(302)의 중심축(318)이 도시되어 있는데, 수평 보조선(320)에 대한 미세한 경사가 있음을 확인할 수 있다. 수평축 풍력 터빈과 비교할 때에, 중심축(318)은 여전히 대략 수평인 것으로 말할 수 있다.

도 6의 리테이너 피벗(600)은 머신 캐리어 측 플랜지(602), 스핀들 측 플랜지(604), 및 중앙 고정 플랜지(606)를 포함한다. 플랜지들(602, 604, 606)은 전체의 리테이너 피벗(600)이 그러한 것과 같이 리테이너 피벗(600)의 중심축(608)을 중심으로 회전 대칭이다. 통상적인 배치의 경우, 중심축(608)은 로터 허브의 회전축에 해당한다.

머신 캐리어 측 플랜지(602)에 의해, 리테이너 피벗(600)을 도 3의 머신 캐리어(300)의 제2 관 플랜지(304)에 배치하여 고정할 수 있다. 고정을 위해, 다수의 관통 홀들(610) 및 다수의 나사붙이 블라인드 홀들(612)이 마련된다.

스핀들을 스핀들 측 플랜지(604)에 고정하기 위해, 역시 다수의 구멍들(614, 616)이 마련된다.

스테이터 캐리어, 즉 특히 스테이터 벨을 리테이너 피벗(600)에 고정하기 위해, 중앙 고정 플랜지(606)가 마련되고 머신 캐리어 측 플랜지(602)도 또한 마련된다. 그를 위해, 머신 캐리어 측 플랜지(602)는 다수의 관통 홀들(618)을 구비한다. 또한, 중앙 고정 플랜지(606)는 나사가 마련된 블라인드 홀들(620)을 구비한다. 따라서 머신 캐리어는 축 방향으로 떨어져 있는 2개의 플랜지들(602, 606)에 기울어짐에 대한 안정성이 있게 배치된다.

리테이너 피벗(600)을 머신 캐리어(300), 스테이터 캐리어, 및 스핀들과 전술한 대로 조립하는 것이 도 2에도 도시되어 있다. 그 도면에서, 리테이너 피벗은 도면 부호 "11"을, 머신 캐리어는 도면 부호 "14"를, 스핀들은 도면 부호 "10"을, 그리고 스테이터 벨은 도면 부호 "24"를 갖는다.

또한, 2개의 관형 섹션들(301, 302)이 원추형으로 형성된다는 것을 알 수 있다. 2개의 관형 섹션들(301, 302)은 그들의 제1 또는 제2 관 플랜지(303, 304)의 영역에서 그 맞은편 영역에서보다 더 큰 지름을 갖는다.

도 7은 도 6에 따른 리테이너 피벗(600) 또는 도 2에 따른 리테이너 피벗(11)에 삽입하기 위한 팬(702)을 포함한 인서트(700)를 도시하고 있다. 팬(702)을 포함한 그러한 인서트(700)는 도 2에도 삽입 상태로 도시되어 있다. 따라서 팬(702)이 리테이너 피벗(600)의 내부 공간(622)으로 공기를 송풍할 수 있다.

그 밖의 점에 있어서, 인서트(700)는 리테이너 피벗(600)의 내부 공간(622)이 폐쇄되어 팬(702)에 의해서만 공기가 내부 공간(622)으로 송풍될 수 있도록 형성된다. 그럼으로써, 불어 넣어진 공기가 다시 뒤쪽을 향해 내부 공간(602)으로부터 유출되는 것도 회피된다. 따라서 인서트(700)는 팬(702)을 지지하는 동시에 그 이외의 리테이너 피벗(600)의 내부 공간(622)을 폐쇄하는 목적을 갖는다.

로터 허브(800)는 각각의 로터 블레이드를 고정하기 위한 블레이드 수납부들(802)을 포함한다. 그 경우, 피치 드라이브들에 의해 로터 블레이드를 그 앙각으로 돌릴 수 있다. 그를 위해, 각각의 블레이드 수납부에 피치 드라이브들의 수납을 위한 피치 모터 수납부(804)가 마련된다. 또한, 로터 허브(800)는 발전기의 전기 로터, 즉 회전자와 기울어짐이 방지되게 연결하기 위한 2개의 로터 고정 플랜지들(806)을 포함한다. 로터 허브(800)는 통상적으로 스핀들 상에 회전 가능하게 지지된다. 그럼으로써, 로터 허브(800)와 고정된 전기 로터도 역시 회전 가능하게 지지된다. 그와 관련하여, 도 9는 로터 허브(800)의 중심축 및 그에 따른 공기 역학적 로터의 회전축이자 동시에 전기 로터의 회전축인 회전축을 도시하고 있다. 로터 허브(800)가 스핀들 상에 배치되는 것은 도 2의 측면 단면도에 도시되어 있다. 그 도면에서, 로터 허브(9)는 2열 테이퍼 롤러 베어링(8) 및 실린더 롤러 베어링(12)에 의해 스핀들(10) 상에 회전 가능하게 지지된다. 디스크 로터를 로터 허브(9)에 고정하는 것도 역시 그 단면도에서 알아볼 수 있다. 또한, 도 2에는 다양한 요소들에 대한 회전축 및 중심축을 이루는 축(100)이 기입되어 있다.

피치 모터 수납부(804)에 배치될 수 있는 피치 드라이브들을 위한 다양한 전기 모듈들을 마련하기 위해, 모듈 캐리어(810)가 마련된다. 그러한 모듈 캐리어(810)는 고정 브레이스(fixing brace)들(812)에 의해 로터 허브(800)에 고정된다. 모듈 캐리어(810)도 중심축(808)을 중심으로 대략 동심상으로 배치된다. 모듈 캐리어(810) 상에는 다양한 전기 모듈들(814)이 고정된다. 이때, 전기 모듈들(814)은 모듈 캐리어(810)로부터 로터 허브(800) 쪽으로 향한다.

도 2에 따른 스핀들(10)과 같은 스핀들 상에 로터 허브(800)를 통상적으로 배치할 경우, 슬립 링 바디(slip ring body), 즉 도 2에 따른 슬립 링 바디(5)가 빈 영역의 중심에서 모듈 캐리어(810)를 통해 돌출한다. 그러한 슬립 링 바디(5)를 조립하거나 분해하기 위해, 서비스 요원이 서서 작업할 수 있는 보조판들(816)이 마련된다. 2개의 보조판들(816) 사이에 리세스(818)가 도시되어 있다. 그러한 리세스(818)는 슬립 링 바디(5)의 조립 및 분해 시에 서비스 요원이 그를 통해 올라가기 위해 그리고 작업 공간으로서 사용될 수 있다. 특히, 슬립 링 바디가 분해 시에 그 리세스 쪽으로 떨어질 수 있다.

모듈 캐리어(810)를 도 2에 스피너 캡(40)으로서 도시된 스테이터 캡과 탄성적으로 고정하기 위해, 탄성 연결 수단들(820)이 모듈 캐리어(810)에 걸쳐 짝을 이뤄 분포된다.

슬립 링 바디(5), 모듈 캐리어(810), 및 스피너 캡(40)의 배치가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.

모듈 캐리어(810)의 사용에 의해, 피치 드라이브들의 급전을 위한 모듈이 간단하게 마련될 수 있다. 따라서 전기 모듈들을 디스크 로터 상에 지금까지 공지된 대로 위치시키는 것이 개선될 수 있다.

도 12는 타워(110)의 상부에 배치된 머신 캐리어(300)를 도시하고 있다. 머신 캐리어(300)의 둘레를 거의 둘러 제작된 나셀 구조(200)가 머신 캐리어(300)에 고정된다. 그러한 나셀 구조(200)는 베이스 플랫폼 섹션 또는 베이스 플랫폼(202)을 포함하고, 베이스 플랫폼 섹션 또는 베이스 플랫폼(202)은 머신 캐리어(300)에, 특히 거기의 수납 섹션(306)에 굽힘 강성이 있게 고정된다. 베이스 플랫폼 또는 베이스 플랫폼 섹션(202) 상에는, 다수의 수직 버팀대들(206) 및 수평 버팀대들(208)을 포함하는 지지 구조물(204)이 배치된다. 그럼으로써, 기본적으로 머신 캐리어(300)를 둘러싸는 지지 구조물(204)이 생기게 된다. 또한, 그러한 지지 구조물은 머신 캐리어(300)의 위에 상부 작업 플랫폼을 포함하는데, 서비스 요원이 그 작업 플랫폼 상에 서서 작업을 할 수 있고, 예컨대 정류기 또는 다른 배전반들과 같은 전기 모듈들(212)이 그 작업 플랫폼 상에 배치될 수 있다.

베이스 플랫폼(202) 또는 베이스 플랫폼 섹션(202)과 상부 작업 플랫폼(210) 사이의 대략 절반의 높이에 중간 플랫폼(214)이 마련된다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 머신 캐리어(300)의 양측에 그러한 중간 플랫폼(214)이 마련된다. 그러한 중간 플랫폼(214)의 아래에는 방위각 모터들(216) 또는 방위각 드라이브들(216)이 배치된다. 따라서 중간 플랫폼(214)으로부터 분리 가능한 베이스 플레이트들에 의해 방위각 드라이브들(16)에의 출입을 얻을 수 있다.

또한, 지지 구조물(204)에는 대략 강 빔의 형태의 돌출 빔 섹션(218)이 배치된다. 그러한 돌출 빔 섹션(218)은 부가적으로 제1 및 제2 유지 로드들(220, 222)에 의해 지지 구조물(204)에 유지된다.

돌출 빔 섹션(218)은 적어도 2가지 과제들을 충족시킨다. 즉, 화물을 취급하고 경우에 따라서는 외부로부터 나셀로 짐을 들어 올리기까지 하기 위한 크레인 장치(224)가 마련된다. 그에 상응하게, 도 2에는 거기에서 도면 부호 "29"를 갖는 크레인의 아래에 화물 개구부(125)도 또한 마련되어 있다.

또한, 돌출 빔 섹션(218)은 2개의 제2 유지 로드들(228)에 의해 서스펜션 플랫폼 섹션(226)을 지지하는 역할을 한다. 그를 위해, 서스펜션 플랫폼 섹션(226)은 연결 영역(230)에서 베이스 플랫폼 섹션(202)에 또한 고정된다. 그러나 연결 영역(230)에서의 고정은 굽힘 강성이 없다. 연결 영역(230)에서의 고정 및 3개의 유지 로드들(228)을 사용한 유지에 의해, 그러한 서스펜션 플랫폼 섹션(226)이 간단하게 이뤄진다. 바람직하게는, 혹시 있을 수 있는 전기 라인들이 그 서스펜션 섹션 또는 서스펜션 플랫폼 섹션(226)에 부설될 수 있다.

도 13은 타워로부터 나셀에 이르는 출입 사닥다리(232)를 또한 도시하고 있다. 따라서 그러한 출입 사닥다리(232)는 타워로부터 출입 개구부(234)를 통해 나셀에 이르는 통로를 나타내는 것이기도 하고, 그에 따라 그러한 출입로는 제1 관형 섹션(301)을 통해 바깥쪽에서 제2 관형 섹션(302)의 옆을 지나 이어진다.

전술한 중간 플랫폼(214)은 방위각 모터들의 위에 마련되는 것이 바람직하다. 그러한 구성은 머신 캐리어의 위에 있는 상부 플랫폼이 생략되는 경우에도 적합하다.

도 14의 나셀(110)은 고정되어 있는 나셀 커버(112)와, 스피너 커버(116) 및 스피너 캡(118)을 갖는 스피너(114)를 포함한다. 간단히 하기 위해, 로터 블레이드들은 도시되어 있지 않고, 그 수납부(120) 및 고정 로터 블레이드 연장부(122)만이 도시되어 있다. 또한, 냉각체(124)가 도시되어 있다. 도 14는 장애물 표시등(obstruction light)(126), 측정 마스트(128), 및 역시 개략적인 후단 패시브 쿨러(31)도 또한 도시하고 있다.

또한, 고정되어 있는 나셀 커버(112)에 2개의 에어 벤트들(130)이 도시되어 있다. 그러한 에어 벤트들(130)은 액적 분리기들을 구비하고, 그에 따라 그 에어 벤트들(130)을 통해 공기가 나셀에 유입될 수 있으면서도 혹시 물방울들로서 존재할 수 있는 습기가 제거될 수 있다. 차가운 외부 온도에서 액적 분리기들의 동결 및 그에 따른 에어 벤트들(130)의 폐쇄를 방지하기 위해, 에어 벤트들(130)의 액적 분리기들 중의 적어도 하나는 가열될 수 있는 것이 바람직하다. 낮은 외부 온도에서는 단지 감소한 냉각의 필요성만이 존재하기 때문에, 에어 벤트들(130)의 일부에만 그러한 가열 장치를 마련하는 것으로도 충분하다.

그러한 에어 벤트들(130)을 통해 나셀에 유입되어 예컨대 리테이너 피벗(11)과 스핀들(10)(도 2에 도시된 바와 같은)을 통해 스피너에 도달하는 공기는 스피너 커버(116)와 고정 설치된 나셀 커버(112) 사이의 연결 영역(132)을 통해 다시 배출될 수 있다.

도 2에서는, 발전기, 특히 스테이터 링과 스테이터 스택의 지름이 그 영역에서의 나셀의 나셀 커버의 지름보다 훨씬 더 작다는 것을 또한 알 수 있다.

Claims (26)

1. 풍력 터빈의 하나 이상의 피치 드라이브들을 제어하기 위해 마련되는 전기 모듈들을 풍력 터빈의 로터 허브에 고정하는 모듈 캐리어로서,
   전기 모듈들을 지지하는 캐리어 몸체를 포함하되,
   로터 허브는 수평의 로터 축을 중심으로 회전하도록 구성되고,
   캐리어 몸체는 로터 축의 축 방향으로 로터 허브의 전방에 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈 캐리어.
2. 제1항에 있어서, 캐리어 몸체는, 링 디스크의 형태이고 로터 축에 대해 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈 캐리어.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캐리어 몸체는, 스피너 커버에 맞춰진 둘레를 갖고, 스피너 커버와의 탄성 연결을 위한 고정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈 캐리어.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 풍력 터빈은 하나 이상의 로터 블레이드들을 포함하고, 전기 모듈들은 다음의 요소들 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 캐리어:
   - 피치 드라이브들에 전기 에너지를 공급하는 변압기 모듈,
   - 각각의 피치 드라이브에 직간접적으로 디지털 정보를 분배하는 분배기 모듈,
   - 각각의 피치 드라이브를 제어하는, 각각의 로터 블레이드에 대한 블레이드 제어 모듈,
   - 각각의 피치 드라이브에 대해 전기 스위칭을 수행하는, 각각의 로터 블레이드에 대한 블레이드 릴레이 모듈, 또는
   - 비상 차단에 대비하여 각각의 피치 드라이브를 위한 전기 에너지를 저장 및 제공하는, 각각의 로터 블레이드에 대한 축전지 모듈.
5. 제1항에 따른 모듈 캐리어를 포함하는 풍력 터빈의 로터 허브로서,
   모듈 캐리어가 바람 쪽을 향한 로터 허브의 측에서 유지 장치들에 의해 로터 허브에 고정적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 허브.
6. 제5항에 있어서, 모듈 캐리어는 그 캐리어 몸체가 로터 축에 대해 수직으로 배치되고, 모듈 캐리어는 스피너 커버에 탄성적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 허브.
7. 기어리스 풍력 터빈의 전기 로터 또는 회전자와 스테이터를 구비한 발전기를 지지하는 발전기 지지 구조로서,
   머신 캐리어,
   머신 캐리어에의 고정 및 스테이터 캐리어의 지지를 위한 리테이너 피벗,
   리테이너 피벗에의 고정 및 스테이터의 지지를 위한 스테이터 캐리어, 및
   리테이너 피벗에의 고정과, 전기 로터 또는 회전자의 지지 및 공기 역학적 로터를 구비한 로터 허브의 지지를 위한 스핀들
   을 포함하고, 제1항에 따른 모듈 캐리어가 로터 축의 축 방향으로 로터 허브의 전방에 고정되는 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
8. 제7항에 있어서, 리테이너 피벗 및 스핀들은 냉각 공기를 로터 허브로 안내하기 위해 중공으로 형성되거나, 리테이너 피벗 또는 스핀들은 리테이너 피벗 또는 스핀들을 통한 기류를 생성하는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 머신 캐리어는, 풍력 터빈의 공기 역학적 로터와 연결된 발전기를 타워 상에 지지하는 기어리스 풍력 터빈의 머신 캐리어이며, 상기 공기 역학적 로터는 수평의 로터 축을 갖고, 상기 타워는 수직의 타워 축을 가지며, 상기 머신 캐리어는 제1 관형 섹션과 제2 관형 섹션을 포함하고, 이들 2개의 관형 섹션은 서로 수직으로 배치되며, 제1 관형 섹션이 제2 관형 섹션을 적어도 부분적으로 관통하거나, 제2 관형 섹션이 제1 관형 섹션을 적어도 부분적으로 관통하는 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 머신 캐리어에서, 상기 제1 관형 섹션은 수직 타워 축과 합치하는 중심축을 갖고,
    상기 제2 관형 섹션은 로터 축과 합치하는 중심축을 가지며,
    상기 제1 관형 섹션은 상기 제2 관형 섹션보다 더 큰 평균 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
11. 제10항에 있어서, 제1 관형 섹션과 제2 관형 섹션 중 어느 하나 또는 양자 모두가 원추형인 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 인원이 타워 내부로부터 제1 관형 섹션을 통과하여 바깥쪽에서 제2 관형 섹션의 옆을 지나 풍력 터빈의 나셀에 도달하도록 측방 관통 개구부가 마련되는 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
13. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 머신 캐리어는 주물로서 형성되고, 방위각 드라이브들을 위한 수납부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 지지 구조.
14. 머신 캐리어에의 고정, 스테이터 캐리어의 수용 및 지지, 그리고 스핀들의 수용 및 지지를 위한 풍력 터빈의 리테이너 피벗으로서,
    상기 스핀들은 전기 로터 또는 회전자의 지지 및 공기 역학적 로터를 구비한 로터 허브의 지지를 위한 것이고, 제1항에 따른 모듈 캐리어가 로터의 축 방향으로 로터 허브의 전방에 고정되는 것을 특징으로 하는 리테이너 피벗.
15. 나셀 커버의 적어도 일부분의 지지, 나셀에 있는 기술적 장치들의 지지, 또는 나셀에 있는 인원들의 지지를 위한 풍력 터빈의 나셀의 나셀 구조로서,
    머신 캐리어에 굽힘 강성이 있게 고정되는 베이스 플랫폼 섹션과,
    머신 캐리어에 또는 베이스 플랫폼 섹션에 매달려 고정되는 서스펜션 플랫폼 섹션, 그리고
    제1항에 따른 모듈 캐리어
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나셀 구조.
16. 제15항에 있어서,
    베이스 플랫폼 섹션 상에 지지 구조물이 배치되어 고정되고,
    지지 구조물은 돌출 빔 섹션을 포함하고, 돌출 빔 섹션은 짐을 들어 올리는 위한 크레인 장치 또는 서스펜션 플랫폼 섹션과 연결되어 서스펜션 플랫폼 섹션을 빔 섹션에 부분적으로 유지하는 텐션 빔을 포함하며,
    지지 구조물은 머신 캐리어의 위에서 상부 플랫폼을 지지하고, 상부 플랫폼의 아래이자 베이스 플랫폼 섹션의 위에서, 그리고 머신 캐리어에 배치된 방위각 드라이브 위에서 중간 플랫폼을 지지하며,
    중간 플랫폼이 중간 플랫폼을 통한 방위각 드라이브들에의 출입을 제공하기 위해 적어도 하나의 이동식 베이스 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 나셀 구조.
17. 제16항에 있어서, 머신 캐리어에 또는 지지 구조물에 나셀 커버 또는 그 일부의 지지 또는 보강을 위한 프레임 링이 고정되는 것을 특징으로 하는 나셀 구조.
18. 풍력 터빈의 작동에 필요한 기술적 장치들을 수용하는 풍력 터빈의 나셀로서, 제15항에 따른 나셀 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 나셀.
19. 제18항에 있어서, 나셀 커버는, 기술적 장치들을 기상으로부터 보호하기 위한 것이고,
    나셀 커버에 있는 통풍 개구부는, 나셀의 환기를 위해 또는 풍력 터빈 또는 그 부품들의 냉각을 위해 외부 공기를 유입하는 것이며,
    상기 통풍 개구부는 유입되는 공기로부터 습기를 분리하기 위해 액적 분리기를 구비하는 것을 특징으로 하는 나셀.
20. 제18항에 있어서,
    상기 나셀 구조,
    나셀 커버 또는 그 일부를 지지 또는 보강하는 프레임 링,
    상기 모듈 캐리어,
    상기 로터 허브,
    상기 머신 캐리어,
    제7항에 따른 발전기 지지 구조, 또는
    제14항에 따른 리테이너 피벗
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 나셀.
21. 나셀,
    나셀 구조,
    제1항에 따른 모듈 캐리어,
    로터 허브,
    머신 캐리어,
    발전기 지지 구조, 또는
    리테이너 피벗
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
22. 제21항에 있어서, 나셀 커버와 타워 사이의 이행 영역에 외부 공기의 통과를 방지하는 시일이 마련되거나, 타워의 내부가 타워 내부로부터의 공기의 통과를 방지하도록 실링되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
23. 풍력 터빈을 건립하는 방법으로서,
    제1항에 따른 모듈 캐리어를, 풍력 터빈의 하나 이상의 피치 드라이브들의 제어를 위해 마련된 전기 모듈들과 함께 사전 제작하여, 모듈 캐리어에 전기 모듈들을 장착하고, 전기 모듈들이 장착된 모듈 캐리어를 풍력 터빈의 로터 허브에 고정하며, 그럼으로써 작업 단계 중에 전기 모듈들이 로터 허브에 고정되어 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 풍력 터빈 건립 방법.
24. 제23항에 있어서, 모듈 캐리어는 다음의 모듈 중의 적어도 하나와 함께 사전 제작되는 것을 특징으로 하는, 풍력 터빈 건립 방법:
    - 피치 드라이브들에 전기 에너지를 공급하는 변압기 모듈,
    - 각각의 피치 드라이브에 직간접적으로 디지털 정보를 분배하는 분배기 모듈,
    - 각각의 피치 드라이브를 제어하는, 각각의 로터 블레이드에 대한 블레이드 제어 모듈,
    - 각각의 피치 드라이브에 대해 전기 스위칭을 수행하는, 각각의 로터 블레이드에 대한 블레이드 릴레이 모듈, 및
    - 각각의 피치 드라이브를 위한 전기 에너지를 저장 및 제공하는, 각각의 로터 블레이드에 대한 축전지 모듈.
25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 제21항에 따른 풍련 터빈을 건립하는 것을 특징으로 하는, 풍력 터빈 건립 방법.
26. 제21항에 따른 풍력 터빈을 작동하는 방법으로서,
    팬이 나셀의 제1 부분으로부터 리테이너 피벗 및 스핀들을 통해 나셀의 제2 부분인 로터 허브 또는 로터 헤드의 영역으로 냉각 공기를 송풍하고,
    냉각 공기를 전체적으로 또는 부분적으로 나셀 커버에 있는 적어도 하나의 액적 분리기를 통과시켜 나셀의 제1 부분에 이르게 하며,
    로터 허브의 영역에서 냉각 공기를 전체적으로 또는 부분적으로 스피너 커버와 나셀 커버 사이의 이행 영역에서 나셀로부터 배출하는 것을 특징으로 하는, 풍력 터빈 작동 방법.

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