KR101588680B1 - 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 및 이의 유지보수 방법 - Google Patents

허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 및 이의 유지보수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명이 해결하려는 과제는 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 및 이의 유지보수 방법을 제공하는 것이다. 상기 풍력발전기는, 복수의 블레이드와 연결되는 허브, 상기 허브와 결합되고, 상기 허브에 의해 회전되는 메인 샤프트, 상기 메인 샤프트의 일부를 둘러싸고, 상기 메인 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하는 베어링 하우징, 일단은 상기 베어링 하우징과 결합하고, 타단은 상기 허브의 하부에 위치하는 타워와 결합하는 메인 프레임, 및 상기 베어링 하우징의 일부를 둘러싸고, 상기 허브와 결합가능한 제1 고정부와, 상기 메인 프레임의 상기 타단에 고정되는 제2 고정부를 포함하는 허브 홀더를 포함한다.

Description

허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 및 이의 유지보수 방법{Wind generator including hub-holder and maintaining method thereof}
본 발명은 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 및 이의 유지보수 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기(wind generator)는 바람이 불어 블레이드(blade)가 회전하면, 그 회전력으로부터 발전을 하는 방식이다.
풍력 발전기는 크게 로터(rotor), 너셀(nacelle) 및 타워(tower)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 로터는 바람 자원에 의해 회전되고, 상기 너셀은 상기 로터의 회전에 의해 얻어지는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 각종 부품들을 포함하는 부위이며, 상기 타워는 지면에 설치되면서 상기한 로터 및 너셀을 지지하기 위한 구성이다.
일반적으로 풍력발전기는 로터가 고정되는 허브(hub)와, 상기 허브에 고정되는 로터 락 디스크(rotor rock disk), 상기 허브와 함께 회전하는 메인 샤프트(main shaft)가 하나의 볼트로 연결되어 있는 구조이다. 메인 샤프트 둘레에는 상기 메인 샤프트의 회전을 지지하는 베어링 하우징이 형성될 수 있다.
기존의 풍력발전기는 상기 메인 샤프트와 상기 베어링 하우징을 유지보수 하기 위해 분해하는 경우, 상기 허브를 반드시 제거해야하는 불편함이 있었다.
대한민국공개특허 제2009-0072412호
본 발명이 해결하려는 과제는 풍력발전기의 유지보수에 필요한 시수를 감소시킬 수 있는 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 풍력발전기의 유지보수에 필요한 시수를 감소시킬 수 있는 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기의 유지보수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기의 일 면(aspect)은, 복수의 블레이드와 연결되는 허브, 상기 허브와 결합되고, 상기 허브에 의해 회전되는 메인 샤프트, 상기 메인 샤프트의 일부를 둘러싸고, 상기 메인 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하는 베어링 하우징, 일단은 상기 베어링 하우징과 결합하고, 타단은 상기 허브의 하부에 위치하는 타워와 결합하는 메인 프레임, 및 상기 베어링 하우징의 일부를 둘러싸고, 상기 허브와 결합 가능한 제1 고정부와, 상기 메인 프레임의 상기 타단에 고정되는 제2 고정부를 포함하는 허브 홀더를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 허브는 상기 허브의 일면에 형성되는 결합홀을 포함하고, 상기 허브 홀더의 상기 제1 고정부는, 상기 결합홀에 대응되는 제1 관통홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 허브 홀더는 상기 허브의 상기 결합홀과 상기 제1 고정부의 상기 제1 관통홀에 동시에 인입되어 상기 허브를 상기 허브 홀더에 고정시키는 제1 고정핀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 허브는 상기 결합홀의 외주 상에 위치하는 로터 락킹홀을 더 포함하고, 상기 허브 홀더는 상기 제1 관통홀의 외주 상에 위치하고 상기 로터 락킹홀에 대응되는 제2 관통홀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 허브에 설치되어 상기 허브와 함께 회전되고, 다수의 로터 락킹홀이 형성되는 로터락 디스크를 더 포함하고, 상기 허브 홀더는 상기 제1 관통홀의 외주 상에 위치하고 상기 로터 락킹홀에 대응되는 제2 관통홀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 허브 홀더의 상기 제2 고정부는 상기 메인 프레임의 하면을 둘러싸고, 상기 메인 프레임과 상기 타워의 사이에 위치하는 제3 관통홀을 더 포함하고, 상기 제3 관통홀을 통하여, 상기 메인 프레임과 상기 타워를 연결하는 제2 고정핀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 허브 홀더의 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부는 일체로 형성되고, 상기 허브 홀더는 상기 베어링 하우징의 일부 및 상기 메인 프레임의 상부를 노출시키는 개구부를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 유지보수 방법의 일 면은, 풍력발전기의 허브의 일면에 형성되는 결합홀과, 메인 프레임에 고정되는 허브 홀더의 일측에 형성되는 제1 관통홀에 제1 고정핀을 인입하여 상기 허브를 상기 허브 홀더에 고정시키고, 상기 허브에 의해 회전되는 메인 샤프트와, 상기 허브를 결합시키는 제2 고정핀을 제거하고, 상기 허브와 상기 메인 프레임 사이에 위치하고 상기 메인 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하는 베어링 하우징을 분리할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기 본 발명의 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기 및 이의 유지보수 방법 에 따르면, 허브와 메인 프레임을 고정하는 허브 홀더를 더 포함하여, 베어링 하우징 또는 메인 샤프트를 유지보수 해야 하는 경우, 허브를 분해하지 않고, 베어링 하우징과 메인 샤프트만을 분리할 수 있다. 이에 따라, 허브를 분해하는데 소비되는 시간 및 자원을 줄일 수 있고, 풍력발전기를 유지보수하는 데 필요한 시수를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 6의 A 부분을 확대한 부분 단면도이다.
도 8은 도 6의 A 부분을 확대한 부분 사시도이다.
도 9는 도 6의 B 부분을 확대한 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 로터(10), 너셀(200) 및 타워(300)를 포함한다.
로터(10)는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 블레이드(110; blade) 및 허브(100; hub)를 포함한다. 로터(10)의 블레이드(110)가 바람에 의해서 회전하고, 블레이드(110)가 회전하면 허브(100)가 회전하게 된다.
블레이드(110)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다. 블레이드(110)는 허브(100)를 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다. 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가질 수 있다. 블레이드(110)는 2개 이상이 설치될 수 있다. 예를 들어, 풍력발전기(10)는 3개의 블레이드(110)가 적용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 블레이드(110)는 바람에 의해 힘을 받을 수 있다. 블레이드(110)의 일단은 허브(100)의 일측과 결합할 수 있다. 블레이드(110)는 알루미늄, 철, 아연, 천막, 플라스틱 등으로 이루어 질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
허브(100)는 블레이드(110)에 작용되는 힘을 회전력으로 변환 시켜주는 부품이다. 허브(100)는 복수의 블레이드(110)와 연결될 수 있다. 허브(100)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.
허브(100)는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 너셀(200)이 연결될 수 있다. 너셀(200)은 너셀 커버에 의해 보호될 수 있다. 너셀(200)은 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 기계부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 너셀(200)은 메인 샤프트(도 6의 230; main shaft), 기어 박스(미도시; gear box), 제너레이터(미도시; generator)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체가 될 수 있다.
구체적으로, 허브(100)의 회전에 따라 너셀(200)로 전달된 회전력은 너셀(200) 내부의 증속기(미도시)를 통해서 증속된다. 증속된 회전력은 너셀(200) 내부에 위치되는 발전기(미도시)에 의하여 전기 에너지로 변환될 수 있다. 이와 같은 구성은 풍력 발전기(1)에 있어서 일반적인 구성이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 너셀(200)은 너셀(200)의 하측에 위치되는 타워(300)에 의하여 지지된다. 타워(300)는 하부가 넓고 가운데가 빈 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 너셀(200)은 타워(300)의 상측에 위치되어 타워(300)를 중심으로 좌우 방향으로 회전한다. 여기에서 타워(300)를 중심으로 한 좌우 방향 회전은 요(yaw) 방향 회전으로 지칭될 수 있다.
이와 같이 너셀(200)이 타워(300)의 상측에서 바람이 불어오는 방향에 따라 요 방향으로 회전하기 위하여 너셀(200)과 타워(300) 사이에는 요 시스템(Yaw System; 미도시)이 구비될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브를 설명하기 위한 사시도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(1)는 허브(100), 베어링 하우징(210), 메인 프레임(220), 및 허브 홀더(150)를 포함한다. 도면에 명확하게 도시되지는 않았으나, 허브(100)와 결합되어 함께 회전하는 메인 샤프트(230)를 더 포함한다.
도 2와 도 3을 참조하면, 허브(100)는 복수의 블레이드(110)와 연결될 수 있다.
허브(100)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다. 허브(100)는 일 면에 제1 결합홀(102), 제2 결합홀(104), 로터 락킹홀(106)을 포함할 수 있다. 허브(100)는 제1 결합홀(102)을 이용하여 메인 샤프트(230)와 결합될 수 있다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 허브(100)의 토크를 메인 샤프트(230)로 전달할 수 있도록, 허브(100)와 메인 샤프트(230)는 다각형 결합 구조를 형성할 수 있다. 이를 통해, 블레이드(110)를 통하여 허브(100)로 전달되는 토크는 기계적으로 상호 결합되는 허브(100)의 제1 결합홀(102)과 메인 샤프트(230)의 결합부(232)를 통하여 메인 샤프트(230)로 안정적으로 전달될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
허브(100)는 제2 결합홀(104)을 이용하여 허브 홀더(150)와 결합될 수 있다. 허브(100)의 제1 결합홀(102) 및 제2 결합홀(104)은 복수 개가 형성될 수 있다. 복수의 제1 결합홀(102)과 복수의 제2 결합홀(104)은 허브(100)의 중심축으로부터 일정한 거리 상에 배치될 수 있다. 제2 결합홀(104)은 제1 결합홀(102) 외주 상에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
로터 락킹홀(106)은 허브 홀더(150)의 제2 관통홀(156)에 대응되도록 형성될 수 있다. 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 풍력발전기의 유지보수를 위해 허브(100)를 고정시킬 필요가 있는 경우, 상기 허브 홀더(150)의 제2 관통홀(156)과 상기 로터 락킹홀(106)에 동시에 삽입되는 로터 락 핀(미도시)을 이용하여 허브(100)를 허브 홀더(150)에 고정시킬 수 있다. 상기 로터 락킹홀(106) 및 상기 제1 및 제2 결합홀(102, 104)은 허브(100) 생성시 주형을 통하여 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에 명확하게 도시되지는 않았으나, 메인 샤프트(230)는 상기 허브(100)와 결합되고, 상기 허브(100)에 의해 회전될 수 있다. 즉, 메인 샤프트(230)는 일측이 허브(100)에 연결되고, 타측은 증속기(미도시)에 연결될 수 있다. 메인 샤프트(230)는 허브(100)의 회전 중심에 결합되고, 허브(100)의 토크를 증속기(미도시)로 전달할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 베어링 하우징(210)은 상기 메인 샤프트(230)의 일부를 둘러싸고, 상기 메인 샤프트(230)를 지지할 수 있다. 베어링 하우징(210)은 메인 샤프트(230)의 일부의 둘레를 완전히 감싸도록 메인 샤프트(230)보다 큰 지름으로 형성될 수 있다.
베어링 하우징(210)과 메인 샤프트(230) 사이에는 베어링(215)이 위치할 수 있다. 베어링(215)은 하우징의 내부에 위치하며, 복수 개가 설치될 수 있다.
메인 프레임(220)은 베어링 하우징(210)을 타워에 고정시킬 수 있다. 즉, 메인 프레임(220)의 일단은 상기 베어링 하우징(210)과 결합하고, 타단은 상기 허브(100)의 하부에 위치하는 타워와 결합할 수 있다.
허브 홀더(150)는 상기 베어링 하우징(210)의 일부를 둘러싸고, 상기 허브(100)와 결합가능한 제1 고정부(151)와, 상기 메인 프레임(220)의 상기 타단에 고정되는 제2 고정부(152)를 포함할 수 있다. 이에 대하여는 이후에서 자세히 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더(150)는 제1 고정부(151)와, 제2 고정부(152)를 포함한다.
제1 고정부(151)는 베어링 하우징(210)의 일부를 둘러쌀 수 있다. 구체적으로, 베어링 하우징(210)의 일측은 허브(100)와 마주하고, 타측은 메인 프레임(220)과 결합될 수 있다. 제1 고정부(151)는 상기 베어링 하우징(210)의 일측을 둘러싸고, 허브(100)와 베어링 하우징(210)의 사이에 위치할 수 있다.
제1 고정부(151)는 제1 관통홀(154)과 제2 관통홀(156)을 포함할 수 있다. 제1 관통홀(154)의 내주면의 일부는 메인 샤프트(230)가 통과할 수 있도록 빈 공간으로 형성될 수 있다.
허브(100)는 상기 허브(100)의 일면에 형성되는 제2 결합홀(104)을 포함하고, 제1 관통홀(154)은 상기 제2 결합홀(104)에 대응될 수 있다. 허브(100)와 허브 홀더(150)는 상기 제2 결합홀(104)과 상기 제1 고정부(151)의 상기 제1 관통홀(154)에 동시에 인입되는 제1 고정핀(172)에 의해 결합될 수 있다.
허브(100)는 상기 제2 결합홀(104)의 외주 상에 위치하는 로터 락킹홀(106)을 포함하고, 제2 관통홀(156)은 상기 로터 락킹홀(106)에 대응될 수 있다. 제2 관통홀(156)은 상기 제1 관통홀(154)의 외주 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 관통홀(156)은 상기 제1 관통홀(154)보다 적은 수가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 고정부(151)는 6개의 제2 관통홀(156)을 포함할 수 있고, 허브(100)는 6개의 관통홀에 대응되고, 상기 허브(100)를 로터 락 시킬 수 있는 로터 락킹홀(106)이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 고정부(152)는 메인 프레임(220)의 타단에 고정될 수 있다. 메인 프레임(220)의 일단은 상기 베어링 하우징(210)과 결합하고, 타단은 상기 허브(100)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 제2 고정부(152)는 상기 메인 프레임(220)의 하면을 둘러싸고, 상기 메인 프레임(220)과 상기 타워의 사이에 위치하는 제3 관통홀(158)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제2 고정부(152)는 메인 프레임(220)과 타워 사이에 위치할 수 있고, 상기 제3 관통홀(158)을 통과하는 제2 고정핀(176)을 이용하여, 상기 메인프레임과 상기 타워를 연결할 수 있다.
허브 홀더(150)의 상기 제1 고정부(151)와 상기 제2 고정부(152)는 일체로 형성될 수 있다. 또한, 허브 홀더(150)는 베어링 하우징(210)의 일부 및 메인 프레임(220)의 상부를 노출시키는 개구부(159)를 더 포함할 수 있다. 즉, 허브 홀더(150)는 상측은 개방되고, 하측을 통해 제1 고정부(151)와 제2 고정부(152)가 연결되어 있는 형상을 지닐 수 있다. 허브 홀더(150)는 제1 고정부(151)와 제2 고정부(152) 사이에 보조 개구부(157)를 더 포함할 수 있다. 보조 개구부(157)는 허브 홀더(150)의 강도를 증가시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기의 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 허브(100)는 제1 결합홀(102)을 이용하여 메인 샤프트(230)와 결합될 수 있다. 베어링 하우징(210)은 상기 메인 샤프트(230)의 일부를 둘러싸고, 상기 메인 샤프트(230)를 지지할 수 있다. 베어링 하우징(210)은 메인 샤프트(230)의 일부의 둘레를 완전히 감싸도록 메인 샤프트(230)보다 큰 지름으로 형성될 수 있다.
베어링 하우징(210)과 메인 샤프트(230) 사이에는 베어링(215)이 위치할 수 있다. 베어링(215)은 하우징의 내부에 위치하며, 복수 개가 설치될 수 있다. 베어링 하우징(210)과 메인 샤프트(230)는 하나의 세트(set)으로 이루어 질 수 있다. 즉, 메인 샤프트(230)의 유지보수가 필요한 경우, 베어링 하우징(210)과 메인 샤프트(230)를 함께 분리시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
베어링(215)은 회전하고 있는 메인 샤프트(230)를 하우징의 중앙에 고정시키고, 메인 샤프트(230)에 걸리는 하중을 지지하면서 메인 샤프트(230)를 회전시킬 수 있다. 베어링(215)은 접촉상태에 따라 미끄럼 베어링(미도시; sliding bearing)과 구름 베어링(미도시; rolling bearing)의 두 종류로 분류한다.
미끄럼 베어링(미도시)은 베어링이 저널부의 표면 전부 또는 표면의 일부를 둘러싼 것 같이 되어 있으며, 베어링과 저널의 접촉면 사이에는 보통 윤활유가 있다. 이 베어링은 면과 면이 접촉하기 때문에 축이 회전할 때 마찰저항이 구름 베어링(미도시)보다 크지만 하중을 지지하는 능력은 일반적으로 크다.
구름 베어링(미도시)은 축과 베어링의 볼 또는 롤러가 접촉하며 축이 회전하면 볼 또는 롤러도 같이 회전하기 때문에 마찰저항은 작다. 회전하는 기계축에는 하중이 축과 수직으로 걸리는 경우와 축방향으로 걸리는 경우가 있으며, 베어링은 이와 같은 하중에 견디면서 회전운동을 해야 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
메인 프레임(220)은 베어링 하우징(210)을 타워에 고정시킬 수 있다. 즉, 메인 프레임(220)의 일단은 상기 베어링 하우징(210)과 결합하고, 타단은 상기 허브(100)의 하부에 위치하는 타워와 결합할 수 있다. 메인 프레임(220)은 메인 샤프트(230)와 베어링 하우징(210)를 외부로 이동시키기 위해 상면과 일측면이 개방될 구조를 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
허브 홀더(150)는 제1 고정부(151)와 제2 고정부(152)를 포함하며, 제1 고정부(151)와 제2 고정부(152)는 일체로 형성될 수 있다. 제2 고정부(152)는 타워와 메인 프레임(220) 사이에 위치하며, 메인 프레임(220) 하단에 고정될 수 있다. 제1 고정부(151)는 베어링 하우징(210) 및 메인 샤프트(230)의 일측을 둘러쌀 수 있다. 제1 고정부(151)는 베어링 하우징(210) 및 메인 샤프트(230)와 이격되도록 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 도 6의 A 부분을 확대한 부분 단면도이다. 도 8은 도 6의 A 부분을 확대한 부분 사시도이다. 도 7 및 도 8은 베어링 하우징(210)을 생략하여 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 허브(100)는 일 면에 제1 결합홀(102), 제2 결합홀(104), 로터 락킹홀(106)을 포함할 수 있다. 허브(100)는 제1 결합홀(102)을 이용하여 메인 샤프트(230)와 결합될 수 있다. 메인 샤프트(230)는 결합부(232)를 포함하며, 허브(100)의 제1 결합홀(102)에 대응될 수 있다. 허브(100)와 메인 샤프트(230)는 복수의 연결핀(174)으로 결합될 수 있다. 이를 통하여, 허브(100)가 회전시, 메인 샤프트(230)도 허브(100)와 함께 회전하여, 회전력을 전달할 수 있다.
메인 샤프트(230)와 베어링 하우징(210)의 유지보수가 필요한 경우, 메인 샤프트(230)와 베어링 하우징(210)을 분리시키기 위해, 허브(100)를 허브 홀더(150)에 고정시킬 수 있다.
허브(100)는 제2 결합홀(104)을 이용하여 허브 홀더(150)와 결합될 수 있다. 허브(100)의 제2 결합홀(104)은 허브 홀더(150)의 제1 관통홀(154)에 대응될 수 있다. 허브(100)와 허브 홀더(150)는 복수의 제1 고정핀(172)으로 결합될 수 있다. 허브(100)와 허브 홀더(150)가 고정되면, 연결핀(174)을 제거하여 메인 샤프트(230) 또는 베어링 하우징(210)을 허브(100)로부터 분리할 수 있다. 이러한 경우, 허브(100)를 분리하는 추가적인 시수가 발생하지 않으므로, 메인 샤프트(230) 또는 베어링 하우징(210)의 교체시 교체비용 및 시간을 감소시킬 수 있다.
허브(100)는 로터 락킹홀(106)을 포함할 수 있다. 허브 홀더(150)는 상기 로터 락킹홀(106)에 대응되고 제1 관통홀(154)의 외주 상에 위치하는 제2 관통홀(156)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 허브(100)는 상기 허브(100)에 설치되어 상기 허브(100)와 함께 회전되고, 다수의 로터 락킹홀(106)이 형성되는 로터락 디스크(미도시)를 포함할 수 있다. 이 때, 로터락 디스크(미도시)는 제2 관통홀(156)에 대응되는 로터 락킹홀(106)을 포함할 수 있다. 로터락 디스크(미도시)의 일반적인 설명은 생략하도록 한다.
도 9는 도 6의 B 부분을 확대한 부분 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 9를 참조하면, 허브 홀더(150)의 제2 고정부(152)는 메인 프레임(220)의 하부의 일부와 오버랩될 수 있다. 제2 고정부(152)는 타워와 메인 프레임(220) 사이에 위치할 수 있다. 타워(300)와 메인 프레임(220)은 제2 고정핀(176)을 이용하여 결합될 수 있고, 허브 홀더(150)는 제2 고정핀(176)이 통과할 수 있는 제3 관통홀(158)을 포함할 수 있다. 즉, 제2 고정핀(176)은 메인 프레임(220)과 허브 홀더(150)를 타워 상에 고정시킬 수 있다. 메인 프레임(220)을 타워(300)에 고정시키는 제2 고정핀(176)은 복수 개가 이용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 방법을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 홀더(150)를 포함하는 풍력 발전기(1)의 유지보수 방법은 우선, 풍력발전기의 허브(100)의 일면에 형성되는 제1 결합홀(102)과, 메인 프레임(220)에 고정되는 허브 홀더(150)의 일측에 형성되는 제1 관통홀(154)에 제1 고정핀(172)을 인입하여 상기 허브(100)를 상기 허브 홀더(150)에 고정시킨다.
이어서, 상기 허브(100)에 의해 회전되는 메인 샤프트(230)와, 상기 허브(100)를 결합시키는 제2 고정핀(176)을 제거한다.
이어서, 상기 허브(100)와 상기 메인 프레임(220) 사이에 위치하고 상기 메인 샤프트(230)를 지지하는 베어링(215)을 포함하는 베어링 하우징(210)을 분리한다. 즉, 허브(100)는 허브 홀더(150)에 고정시킨 상태에서, 메인 샤프트(230)와 베어링 하우징(210)을 분리시킬 수 있다. 메인 프레임(220)은 상면과 일측면이 개방된 구조로서, 메인 샤프트(230)와 베어링 하우징(210)은 메인 프레임(220)의 일측에 형성된 개구부(159)를 통하여 외측으로 이동시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 베어링 하우징(210) 또는 메인 샤프트(230)를 유지보수 해야 하는 경우, 허브(100)를 분해하지 않고, 베어링 하우징(210)과 메인 샤프트(230)만을 분리할 수 있다. 따라서, 허브(100)를 분해하는데 소비되는 시간 및 자원을 줄일 수 있고, 풍력발전기를 유지보수하는 데 필요한 시수를 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 허브 150 : 허브 홀더
210 : 베어링 하우징 220 : 메인 프레임
230 : 메인 샤프트

Claims (8)

  1. 복수의 블레이드와 연결되는 허브;
    상기 허브와 결합되고, 상기 허브에 의해 회전되는 메인 샤프트;
    상기 메인 샤프트의 일부를 둘러싸고, 상기 메인 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하는 베어링 하우징;
    일단은 상기 베어링 하우징과 결합하고, 타단은 상기 허브의 하부에 위치하는 타워와 결합하는 메인 프레임; 및
    상기 베어링 하우징의 일부를 둘러싸고, 상기 허브와 결합 가능한 제1 고정부와, 상기 메인 프레임의 상기 타단에 고정되는 제2 고정부를 포함하는 허브 홀더를 포함하는 풍력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 허브는 상기 허브의 일면에 형성되는 결합홀을 포함하고,
    상기 허브 홀더의 상기 제1 고정부는, 상기 결합홀에 대응되는 제1 관통홀을 포함하는 풍력발전기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 허브 홀더는 상기 허브의 상기 결합홀과 상기 제1 고정부의 상기 제1 관통홀에 동시에 인입되어 상기 허브를 상기 허브 홀더에 고정시키는 제1 고정핀을 더 포함하는 풍력발전기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 허브는 상기 결합홀의 외주 상에 위치하는 로터 락킹홀을 더 포함하고,
    상기 허브 홀더는 상기 제1 관통홀의 외주 상에 위치하고 상기 로터 락킹홀에 대응되는 제2 관통홀을 더 포함하는 풍력발전기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 허브에 설치되어 상기 허브와 함께 회전되고, 다수의 로터 락킹홀이 형성되는 로터락 디스크를 더 포함하고,
    상기 허브 홀더는 상기 제1 관통홀의 외주 상에 위치하고 상기 로터 락킹홀에 대응되는 제2 관통홀을 더 포함하는 풍력발전기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 허브 홀더의 상기 제2 고정부는 상기 메인 프레임의 하면을 둘러싸고, 상기 메인 프레임과 상기 타워의 사이에 위치하는 제3 관통홀을 더 포함하고,
    상기 제3 관통홀을 통하여, 상기 메인 프레임과 상기 타워를 연결하는 제2 고정핀을 더 포함하는 풍력발전기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 허브 홀더의 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부는 일체로 형성되고,
    상기 허브 홀더는 상기 베어링 하우징의 일부 및 상기 메인 프레임의 상부를 노출시키는 개구부를 더 포함하는 풍력발전기.
  8. 풍력발전기의 허브의 일면에 형성되는 결합홀과, 메인 프레임에 고정되는 허브 홀더의 일측에 형성되는 제1 관통홀에 제1 고정핀을 인입하여 상기 허브를 상기 허브 홀더에 고정시키고,
    상기 허브에 의해 회전되는 메인 샤프트와, 상기 허브를 결합시키는 제2 고정핀을 제거하고,
    상기 허브와 상기 메인 프레임 사이에 위치하고 상기 메인 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하는 베어링 하우징을 분리하는 풍력발전기 유지보수 방법.
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