KR102433672B1 - 풍력 발전기 블레이드의 제작 방법 - Google Patents

풍력 발전기 블레이드의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조적 강도가 향상되고 용이하게 제작할 수 있는 풍력 발전기의 블레이드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법은 강화섬유를 포함하는 지지 플레이트들이 적층된 구조로 이루어진 제1 타입 스파캡과 강화섬유 시트를 포함하는 제2 타입 스파캡을 형성하는 스파캡 형성 단계, 내측 스킨과 외측 스킨 사이에 상기 제1 타입 스파캡과 상기 제2 타입 스파캡과 코어 패널을 배치한 상태에서 수지를 주입하여 압력면 쉘과 흡입면 쉘을 형성하는 쉘 형성 단계, 및 상기 압력면 쉘과 상기 흡입면 쉘을 결합하는 쉘 조립 단계를 포함할 수 있다.

Description

풍력 발전기 블레이드의 제작 방법{FABLICATING METHOD OF WIND TURBINE BLADE}
본 발명은 풍력 발전기 블레이드의 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스파캡을 갖는 풍력 발전기 블레이드의 제작 방법에 관한 것이다.
풍력발전이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.
풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.
이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.
풍력 발전기는 복수의 블레이드를 포함하며, 블레이드의 내부에는 블레이드의 강도를 향상시키기 위한 스파캡(spar cap)이 설치된다. 이러한 스파캡은 블레이드의 상부(흡입면)와 하부(압력면)에 각각 배치되며 전단 웹을 통해서 연결된다.
하나의 블레이드에는 복수의 스파캡이 설치될 수 있으며, 일반적으로 4개의 스파캡이 블레이드의 코어 패널 사이에 설치된다. 스파캡은 블레이드의 형상에 따라 굴곡되고 비틀려야 하지만 스파캡을 이루는 물체에 따라서 굴곡이나 비틀림이 어려워 블레이드의 형상에 제약이 발생하는 문제가 있다. 또한, 스파캡은 내부에 기공의 발생을 방지해야 하며, 스파캡 내부에 기공이 생성되면 스파캡의 강도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 구조적 강도가 향상되고 용이하게 제작할 수 있는 풍력 발전기의 블레이드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법은 강화섬유를 포함하는 지지 플레이트들이 적층된 구조로 이루어진 제1 타입 스파캡과 강화섬유 시트를 포함하는 제2 타입 스파캡을 형성하는 스파캡 형성 단계, 내측 스킨과 외측 스킨 사이에 상기 제1 타입 스파캡과 상기 제2 타입 스파캡과 코어 패널을 배치한 상태에서 수지를 주입하여 압력면 쉘과 흡입면 쉘을 형성하는 쉘 형성 단계, 및 상기 압력면 쉘과 상기 흡입면 쉘을 결합하는 쉘 조립 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 블레이드는 익형의 단면을 가지며, 흡입면, 압력면, 바람이 입사하는 부분에 위치하는 리딩 엣지, 바람이 배출되는 부분에 위치하는 트레일링 엣지를 포함하고, 상기 쉘 형성 단계에서 상기 제2 타입 스파캡은 상기 압력면에서 상기 트레일링 엣지와 인접한 부분에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 쉘 형성 단계에서 상기 제1 타입 스파캡은 상기 압력면에서 상기 리딩 엣지와 인접한 부분, 상기 흡입면에서 상기 리딩 엣지와 인접한 부분, 및 상기 흡입면에서 상기 트레일링 엣지와 인접한 부분에는 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 스파캡 형성 단계는 몰드 상에 복수의 강화섬유 시트를 적층하고, 강화섬유 시트를 커버로 감싼 상태에서 수지를 주입하여 상기 제2 타입 스파캡을 제작할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 강화섬유 시트는 유리섬유 시트로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 스파캡 형성 단계는 몰드 상에 복수의 지지 플레이트들을 적층하고, 몰드 내부로 수지를 주입하여 지지 플레이트들을 수지 접합층으로 접합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 지지 플레이트는 탄소 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 스파캡 형성 단계는 내측에 배치된 상기 지지 플레이트 보다 더 작은 폭을 갖는 상기 지지 플레이트를 외측에 배치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 쉘 조립 단계는 상기 제1 타입 스파캡과 상기 제2 타입 스파캡에 전단 웹을 결합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 블레이드는 익형의 단면을 가지며, 흡입면, 압력면, 바람이 입사하는 부분에 위치하는 리딩 엣지, 바람이 배출되는 부분에 위치하는 트레일링 엣지를 포함하고, 상기 쉘 형성 단계에서 2개의 상기 제1 타입 스파캡은 상기 리딩 엣지와 인접한 부분에는 배치되고, 2개의 상기 제2 타입 스파캡은 상기 트레일링 엣지와 인접한 부분에 배치될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 일부 스파캡은 강화섬유 시트를 포함하여 블레이드의 디자인 자유도가 향상되며, 다른 스파캡들은 강화섬유를 포함하는 지지 플레이트들이 적층된 구조로 이루어져서 블레이드의 강도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 타입 스파캡을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 타입 스파캡을 도시한 단면도다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 타입 스파캡을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 타입 스파캡을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쉘 형성 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드를 잘라 본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 타입 스파캡을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 제1 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는, 타워(110), 나셀(120), 로터(130)를 포함한다. 본 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는 육상 또는 해상에 설치될 수 있으며, 기어박스를 갖거나 기어박스를 갖지 않는 다이렉트 타입으로 이루어질 수 있다.
타워(110)는 지상 또는 해상에서 일정한 높이로 세워져 설치되며, 나셀(120)과 로터(130)를 지지한다. 타워(110)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 이때, 타워(110)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 타워(110) 내부에는 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다.
타워(110)의 상부에는 나셀(120)이 타워(110)에 대하여 요잉(yawing) 가능하도록 설치될 수 있다. 나셀(120)은 타워(110)의 상부에 위치하며 타워(110)에 대하여 회전 가능하게 결합될 수 있다.
나셀(120)는 발전기 등을 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 나셀(120)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원통, 타원체 등으로 이루어질 수도 있다.
로터(130)는 허브(131)와 복수의 블레이드(132)로 이루어지는데, 허브(131)는 나셀(120)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 블레이드(132)는 허브(131)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다. 하나의 허브(131)에는 3개의 블레이드(132)가 설치될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
블레이드(132)는 바람에 의해 허브(131)의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(132)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 잘라 본 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 블레이드(132)는 허브(131)와 연결되는 부분은 원통형으로 이루어지며 외측으로 갈수록 익형(air foil)의 단면을 갖는다.
블레이드(132)는 익형(에어포일)의 단면을 가지며, 압력면(S1) 흡입면(S2)을 포함하며, 흡입면(S2)과 압력면(S1)의 압력차에 의하여 로터(130)가 회전한다. 또한 블레이드(132)는 바람이 입사하는 리딩 엣지(LE)와 바람이 입사하는 부분에 위치하는 리딩 엣지(LE)와 바람이 배출되는 부분에 위치하는 트레일링 엣지(TE)를 포함한다. 블레이드(132)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분은 비교적 평탄하게 이어지나, 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분은 큰 굴곡을 갖는다.
블레이드(132)는 외측 스킨(161), 코어 패널(142), 내측 스킨(162), 스파캡(SC), 전단 웹(155)을 포함할 수 있다. 외측 스킨(161), 코어 패널(142), 내측 스킨(162), 스파캡(SC)이 각각 압력면 쉘(181)과 흡입면 쉘(182)을 형성하며, 압력면 쉘(181)과 흡입면 쉘(182)이 결합되어 블레이드(132)를 형성한다.
내측 스킨(162)과 외측 스킨(161) 사이에 코어 패널(142)이 위치하며, 블레이드(132)는 내측 스킨(162)과 외측 스킨(161)이 코어 패널(142)과 스파캡(SC)을 감싸는 샌드위치 패널 형태로 이루어질 수 있다.
내측 스킨(162)과 외측 스킨(161)은 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 이루어질 수 있다. 특히 내측 스킨(162)과 외측 스킨(161)은 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP) 또는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)로 이루어질 수 있다. 코어 패널(142)은 나무(balsa wood)로 이루어지거나 발포 폼으로 이루어질 수 있다. 또한, 코어 패널(142)은 우레탄 폼으로 이루어질 수 있다.
스파캡(SC)은 코어 패널(142) 사이에 위치하며 블레이드(132)의 강성을 강화시킨다. 스파캡(SC)은 기 설정된 폭을 갖고 블레이드(132)의 길이방향으로 이어진 판 형상으로 이루어질 수 있다. 스파캡(SC)은 블레이드(132)의 두께 방향으로 이격되어 흡입면(S2)과 압력면(S1)에 각각 설치된다.
전단 웹(155)은 압력면(S1)에 설치된 스파캡(SC)과 흡입면(S2)에 설치된 스파캡(SC)을 연결하며 블레이드(132)의 두께방향으로 세워져 설치된다. 블레이드(132)의 내부에는 2개의 전단 웹(155)이 설치될 수 있으며, 전단 웹들(155)은 블레이드(132)의 폭방향으로 이격 배치된다. 또한, 전단 웹(155)은 블레이드(132)의 길이방향으로 이어져 형성될 수 있다. 전단 웹(155)은 샌드위치 패널 형태로 이루어질 수 있으며 스파캡(SC)을 연결하여 하중을 지지한다. 전단 웹(155)은 금속판 또는 섬유 강화 플라스틱판 사이에 발포 폼 또는 목재가 삽입된 구조로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 타입 스파캡을 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 타입 스파캡을 도시한 단면도다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 스파캡(SC)은 제1 타입 스파캡(151)과 제2 타입 스파캡(152)으로 이루어지며, 제1 타입 스파캡(151)은 강화섬유를 포함하는 지지 플레이트(161)들이 적층된 구조로 이루어지고, 제2 타입 스파캡(152)은 강화섬유 시트(163)가 수지에 함침된 구조로 이루어질 수 있다.
제1 타입 스파캡(151)은 지지 플레이트(161)들과 지지 플레이트(161)를 고정하는 수지 접합층(162)을 포함할 수 있다. 지지 플레이트(161)는 탄소 섬유와 수지를 인발 가공하여 길게 이어진 판 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 탄소 섬유를 포함하는 판 형상의 지지 플레이트(161)들을 적층하여 제1 타입 스파캡(151)을 형성하면, 제1 타입 스파캡(151)의 강도가 향상될 수 있다.
제2 타입 스파캡(152)은 강화섬유 시트(163)와 강화섬유 시트(163)를 고정하는 수지 바디체(164)를 포함하며 유리섬유 강화 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 여기서 강화섬유 시트(163)는 유리섬유 시트로 이루어질 수 있다.
제2 타입 스파캡(152)은 유리섬유 시트들이 폴리에스테르 수지 또는 에폭시 수지에 함침되어 수지 바디체(164) 내부에 일체로 성형된 구조로 이루어질 수 있다.
압력면(S1)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분, 흡입면(S2)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분 및 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에는 제1 타입 스파캡(151)이 배치된다. 한편, 압력면(S1)에서 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에는 제2 타입 스파캡(152)이 배치된다. 즉, 하나의 블레이드(132)에는 3개의 제1 타입 스파캡(151)과 1개의 제2 타입 스파캡(152)이 설치될 수 있다.
트레일링 엣지(TE)와 인접하게 배치된 전단 웹(155)의 일측 단부에는 제1 타입 스파캡(151)이 결합되고, 타측 단부에는 제2 타입 스파캡(152)이 배치된다. 한편, 리딩 엣지(LE)와 인접하게 배치된 전단 웹(155)의 양측 단부에는 제1 타입 스파캡(151)이 결합된다. 이와 같이 본 제1 실시예에 따르면 하나의 전단 웹(155)의 단부에는 서로 다른 구조로 이루어진 스파캡(SC)들이 각각 배치되어 블레이드(132)를 지지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 1 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 타입 스파캡을 제조하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 타입 스파캡을 제조하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쉘 형성 과정을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법은 스파캡 형성 단계(S101), 쉘 형성 단계(S102), 쉘 조립 단계(S103)를 포함할 수 있다.
스파캡 형성 단계(S101)는 강화섬유를 포함하는 지지 플레이트(161)들이 적층된 구조로 이루어진 제1 타입 스파캡(151)과 강화섬유 시트(163)를 포함하는 제2 타입 스파캡(152)을 형성한다. 제1 타입 스파캡(151)과 제2 타입 스파캡(152)은 동시 또는 이시에 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스파캡 형성 단계(S101)는 몰드(177)에 복수의 지지 플레이트(161)들을 적층하는 지지 플레이트 적층 단계와 적층된 지지 플레이트(161)의 측단에 탈부착식 가이드 블록(176)을 설치하는 가이드 블록 설치 단계와 용기(175)에 저장된 수지를 몰드(177) 내부로 주입하여 지지 플레이트(161)들을 수지 접합층(162)으로 접합하는 수지 주입 단계를 포함할 수 있다. 적층된 지지 플레이트들(161)이 수지 접합층(162)에 의하여 접합되면 제1 타입 스파캡(151)이 형성된다. 여기서 수지는 폴리에스테르 수지 또는 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 스파캡 형성 단계(S101)는 몰드(174) 상에 복수의 강화섬유 시트(163)들을 적층하는 강화섬유 시트 적층 단계와 적층된 강화섬유 시트(163)를 필름 형태의 커버(171)로 감싸는 시트 래핑 단계와 용기(172)에 저장된 수지를 몰드(174) 내부로 주입하면서 진공 펌프(173)로 커버(171) 내부의 공기를 배출시키는 진공 수지 주입 단계를 포함할 수 있다. 여기서 강화섬유 시트(163)는 유리섬유 시트로 이루어질 수 있으며, 수지는 폴리에스테르 수지 또는 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.
이에 따라 강화섬유 시트(163) 사이에 기공이 발생하는 것을 방지하면서 수지 바디체(164) 내부에 유리섬유 시트들이 고정되어 제2 타입 스파캡(152)이 형성된다.
쉘 형성 단계(S102)는 내측 스킨(143)과 외측 스킨(142) 사이에 제1 타입 스파캡(151)과 제2 타입 스파캡(152)과 코어 패널(141)을 배치한 상태에서 에폭시 수지 등을 주입하여 압력면 쉘(181)과 흡입면 쉘(182)을 형성한다.
쉘 형성 단계(S102)는 메인 몰드(178) 상에 외측 스킨(142)을 배치하는 외측 스킨 배치 단계와 복수의 스파캡(SC)들과 코어 패널(141)을 배치하는 부품 배치 단계와 상부에 내측 스킨(143)을 배치하는 내측 스킨 배치 단계와 메인 몰드(178)를 필름 형태의 커버(179)로 감싸는 부품 래핑 단계와 커버(179) 내부를 진공 펌프(190)와 연결하여 커버(179)와 메인 몰드(178) 사이의 공간으로 감싸진 공간에 진공압을 부여한 상태에서 수지를 주입하는 수지 주입 단계를 포함할 수 있다.
여기서 외측 스킨(142)과 내측 스킨(143)은 유리 섬유 시트 또는 탄소 섬유 시트로 이루어질 수 있다. 또한, 외측 스킨(142)과 내측 스킨(143)은 유리 섬유와 탄소 섬유를 포함하는 하이브리드 섬유 시트로 이루어질 수도 있다.
수지가 주입되면 외측 스킨(142)과 내측 스킨(143)에 수지가 결합된다. 또한, 외측 스킨(142)과 내측 스킨(143)은 수지에 의하여 코어 패널(141) 및 스파캡(SC)들과 일체로 고정될 수 있다.
쉘 형성 단계(S102)에서 제1 타입 스파캡(151)은 압력면(S1)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분, 흡입면(S2)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분, 및 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에는 배치된다. 또한, 쉘 형성 단계(S102)에서 제2 타입 스파캡(152)은 압력면(S1)에서 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에 배치된다.
쉘 조립 단계(S103)는 압력면 쉘(181)과 흡입면 쉘(182)을 결합하며, 전단 웹(155)에 제1 타입 스파캡(151) 또는 제2 타입 스파캡(152)을 결합한다. 쉘 조립 단계(S103)는 트레일링 엣지(TE)와 인접하게 배치된 전단 웹(155)에 제1 타입 스파캡(151)과 제2 타입 스파캡(152)을 결합하고, 리딩 엣지(LE)와 인접하게 배치된 전단 웹(155)에 제1 타입 스파캡(151)들을 결합한다.
유리섬유로 이루어진 강화섬유 시트(163)는 유연성을 가지므로 블레이드(132)의 굴곡진 형상과 비틀린 형상을 용이하게 반영할 수 있다. 그러나 지지 플레이트(161)는 상대적으로 유연성이 매우 약하고, 쉽게 휘어지지 않으므로 블레이드(132)의 굴곡진 부분을 반영하기 어려운 문제가 있다.
본 제1 실시예에 따르면 압력면(S1)의 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에 강화섬유 시트(163)가 수지에 함침되어 형성된 제2 타입 스파캡(152)이 배치되어 트레일링 엣지(TE)의 형상을 자유롭게 형성하여 블레이드(132)의 디자인 자유도가 향상될 수 있다.
한편, 상대적으로 큰 하중을 받고, 일자로 이어진 리딩 엣지(LE) 측에는 지지 플레이트(161)들이 적층된 제1 타입 스파캡(151)이 배치되어 블레이드(132)의 강도가 향상될 수 있다. 또한, 흡입면(S2)에서 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분은 압력면(S1)에 비하여 상대적으로 굴곡이 적으므로 지지 플레이트(161)들이 적층된 제1 타입 스파캡(151)이 배치되어 블레이드(132)의 강도가 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드를 잘라 본 단면도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법은 쉘 형성 단계를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법과 동일한 과정으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
쉘 형성 단계는 내측 스킨(143)과 외측 스킨(142) 사이에 제1 타입 스파캡(251)과 제2 타입 스파캡(252)과 코어 패널(141)을 배치한 상태에서 수지를 주입하여 압력면 쉘(181)과 흡입면 쉘(182)을 형성한다.
쉘 형성 단계에서 제1 타입 스파캡(251)은 압력면(S1)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분, 및 흡입면(S2)에서 리딩 엣지(LE)와 인접한 부분 배치된다. 또한, 쉘 형성 단계에서 제2 타입 스파캡(252)은 압력면(S1)에서 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분, 및 흡입면(S2)에서 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에 배치된다. 이에 따라 블레이드(232)의 리딩 엣지(LE) 측에는 제1 타입 스파캡(251)이 배치되고, 트레일링 엣지(TE) 측에는 제2 타입 스파캡(252)이 배치된다.
본 제2 실시예에 따르면 트레일링 엣지(TE)와 인접한 부분에 강화섬유 시트(163)가 수지에 함침되어 형성된 제2 타입 스파캡(252)이 배치되어 트레일링 엣지(TE)의 형상을 자유롭게 형성하여 블레이드(132)의 디자인 자유도가 향상될 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 하중을 받고, 일자로 이어진 리딩 엣지(LE) 측에는 지지 플레이트(161)들이 적층된 제1 타입 스파캡(251)이 배치되어 블레이드(132)의 강도가 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 타입 스파캡을 제조하는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 스파캡 형성 단계는 몰드(377)에 복수의 지지 플레이트(361)들을 적층하는 지지 플레이트(361) 적층 단계와 적층된 지지 플레이트(361)의 측단에 탈부착식 가이드 블록(376)을 설치하는 가이드 블록 설치 단계와 용기(375)에 저장된 수지를 몰드(377) 내부로 주입하여 지지 플레이트(361)들을 수지로 접합하는 수지 주입 단계를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(361) 적층 단계에서 내측에 배치된 지지 플레이트(361) 보다 더 작은 폭을 갖는 지지 플레이트(361)가 외측에 배치된다. 즉, 블레이드의 외측 스킨(142)과 인접하게 배치된 지지 플레이트(361)는 내측에 배치된 지지 플레이트(361)보다 더 작은 폭을 갖는다.
이에 따라 제1 타입 스파캡은 호형으로 만곡된 블레이드의 외면 형상과 대응되게 형성되어 블레이드를 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 풍력 발전기
110: 타워
120: 나셀
130: 로터
131: 허브
132: 블레이드
141: 코어 패널
142: 외측 스킨
143: 내측 스킨
151, 251: 제1 타입 스파캡
152, 252: 제2 타입 스파캡
161, 361: 지지 플레이트
162: 수지 접합층
163: 강화섬유 시트
164: 수지 바디체
155: 전단 웹
181: 압력면 쉘
182: 흡입면 쉘

Claims (10)

  1. 강화섬유를 포함하는 지지 플레이트들이 적층된 구조로 이루어진 제1 타입 스파캡과 유연성을 갖는 강화섬유 시트를 포함하는 제2 타입 스파캡을 형성하는 스파캡 형성 단계;
    내측 스킨과 외측 스킨 사이에 상기 제1 타입 스파캡과 상기 제2 타입 스파캡과 코어 패널을 배치한 상태에서 수지를 주입하여 압력면 쉘과 흡입면 쉘을 형성하는 쉘 형성 단계; 및
    상기 압력면 쉘과 상기 흡입면 쉘을 결합하는 쉘 조립 단계;
    를 포함하며,
    상기 쉘 조립 단계는 하나의 전단 웹에 서로 다른 타입의 스파캡을 결합시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는 익형의 단면을 가지며, 압력면, 흡입면, 바람이 입사하는 부분에 위치하는 리딩 엣지, 바람이 배출되는 부분에 위치하는 트레일링 엣지를 포함하고,
    상기 쉘 형성 단계에서 상기 제2 타입 스파캡은 상기 압력면에서 상기 트레일링 엣지와 인접한 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쉘 형성 단계에서 상기 제1 타입 스파캡은 상기 압력면에서 상기 리딩 엣지와 인접한 부분, 상기 흡입면에서 상기 리딩 엣지와 인접한 부분, 및 상기 흡입면에서 상기 트레일링 엣지와 인접한 부분에는 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스파캡 형성 단계는 몰드 상에 복수의 강화섬유 시트를 적층하고, 강화섬유 시트를 커버로 감싼 상태에서 수지를 주입하여 상기 제2 타입 스파캡을 제작하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강화섬유 시트는 유리섬유 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스파캡 형성 단계는 몰드 상에 복수의 지지 플레이트들을 적층하고, 몰드 내부로 수지를 주입하여 지지 플레이트들을 수지 접합층으로 접합하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스파캡 형성 단계는 내측에 배치된 상기 지지 플레이트 보다 더 작은 폭을 갖는 상기 지지 플레이트를 외측에 배치하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 블레이드의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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