KR20020062992A - 공동 형상 부재용 버트 결합 - Google Patents

Abstract

특히 풍력 설비의 로터 블래이드에 적절한 분할된 공동 형상 부재용 버트 결합에 이어서, 이음부를 따라 배열되며, 동일부 위를 브리지하며, 그들의 끝단이 상기 형상 부재 부분들 중 하나에 결합되도록 각각 고정되는 다수의 스트랩을 포함한다. 이때 상기 배열은 바람직하게는 신장 압축응력이 상기 스트랩에 부여될 수 있는 수단에 의해 그 끝단에 상기 스트랩을 고정하는 두 개의 볼트 중 하나는 쐐기 형태의 평탄부를 가지는 것이다.

Description

공동 형상 부재용 버트 결합{Butt joint for hollow profiles}

항공기 프로펠러와 유사하게, 풍력 설비의 로터는 부하 내력(耐力) 날개보(spar) 또는 보(beam) 부재 - 대부분의 경우 상부 또는 하부 플랜지(flange)를 가진 - 및 상기 로터의 공기역학적인 특성을 결정하는 공동 형상 부재를 포함하는 로터 블래이드를 가진다. 오늘날 공동 형상 부재는 일반적으로 접합재로서 복합 재료, 즉 폴리에스터(polyester) 또는 에폭시(epoxy) 수지를 가진 유리 또는 탄소 섬유를 포함한다. 통상 실행하는 것은 완성된 날개를 형성하도록 상기 날개보에 조립되는 두 개의 세로로 분할된 반-쉘(shell) 부분들의 형태로 (횡단면이 일반적으로 그들의 길이에 따라 변화하는) 로터 블래이드 공동 형상 부재를 제조하는 것이다.

현대 풍력 설비의 전력이 증가함에 따라, 그 로터는 또한 지름에 있어 보다 더 커지고 있으며, 그것은 상응하게 더 긴 로터 블래이드의 생산을 요구한다. 이러한 긴 로터 블래이드들, 즉 마찬가지로 요구되는 반-쉘 부분들의 단일체(one-piece)로서의 생산이 이미 문제들(그 중에서도 특히 상응하게 커다란 공장 건물 때문에)을 갖는다면, 풍력 설비가 건설되는 장소로의 이후 요구되어지는 수송은 심각한 장애를 나타낸다.

예견되는 풍력 설비용 로터 블래이드의 길이를 더 늘리는데 관심을 가지면서, 그런 종류의 로터 블래이드 및 그 점에 있어서 보다 구체적으로 말하면 그의 공동 형상 부재를 가로로 분할하는 것, 그들을 개별적으로 운반하는 것 및 개개의 부분들을 그들의 버트 이음부에서 조립함으로써 풍력 설비의 건설 위치에 로터 블래이드를 단지 마무리하는 것에 주의가 기울어져야 한다. 그런데, 그러한 접근에서 비롯되는 문제는 로터 블래이드의 공기역학적인 특성에 중대하게 영향을 주지 않으며, 경량이며, 특히 풍력 설비의 동작시 로터 블래이드가 노출되어 있는 상당히 변동하는 부하에 견디는 능력이 있는 버트 결합을 개발하는 것이다.

본 발명은 분할된 공동(空洞) 형상 부재(hollow profile members), 특히 풍력 설비의 로터 블래이드용 버트(butt) 결합에 관한 것이다.

도 1은 가로로 분할된 풍력 설비의 로터(rotor)용 로터 블래이드(blade)의 평면도를 개략적인 횡단면의 형태로 나타낸다.(각 부분들간의 간격은 단지 도면의 이해를 용이하게 하기 위해 제공된다)

도 2는 도 1 중 두 로터 블래이드 부분들간에 본 발명에 따른 버트 결합의 X부분의 평면도를 나타낸다.

도 3은 도 1에 도시된 바와 같이 개방된 도 1에서의 두 로터 블래이드 부분간의 전체 버트 결합의 사시도를 나타낸다.

도 4는 그 전체로 버트 결합을 형성하는 스트랩 결합들 중 하나의 확대된 세로 절단면도이다.

도 5는 도 4의 스트랩 결합의 평면도를 나타낸다.

도 6은 도 4에서 A-A선을 따라 얻어진 부분도를 나타낸다.

본 발명은 이음선을 따라 배열되며, 그 위를 브리지하며, 결합되는 형상 부재 부분 중 하나에 각각 그들의 끝단이 고정되는 다수의 바(bar) 또는 스트랩(strap)에 의해 그러한 문제를 해결한다. 상기 스트랩 또는 바는 종래 공동 형상 부재들을 결합하는데 쓰이던 단일체 플랜지 결합을 다음과 같이 완전히 대체한다. 그것들은 종래의 플랜지 결합보다 실질적으로 더 가벼우며, 개별적으로 서로 다른 간격을 두고, 즉 이음선에 전달되는 힘에 따라 공동 형상 부재의 외주면 위에분산 배열될 수 있어서, 결합 설계는 - 연관된 힘에 매우 우수한 적용을 가지며 - 그 동작 세기와 관련하여 종래 플랜지/나사 결합을 이용할 때보다 더 간단하게 된다. 이러한 종류의 결합은 세로로 분할된 공동 형상 부재(로터 블래이드)에도 사용될 수 있지만, 특히 공동 형상 부재의 외주면에 배열되는 바 또는 스트랩과 함께 비-원형(non-round) 횡단면의 가로로 분할된 공동 형상 부재에 적합하다.

결합이 자가 해제되지 않고 따라서 또한 허용되어야만 하는 압축응력 손실이 없기 때문에 새로운 버트 결합을 유지할 필요가 없는 것은 특히 장점이다.

바람직하게 각 스트랩 결합은 공동 형상 부재의 내측 및 외측에 배열되는 각각의 바 또는 스트랩과 함께 이중(double) 바 또는 스트랩을 가진다. 더욱이 각 스트랩은 규정된 인장력에 의한 응력을 받을 수 있다는 것이 유리한 점으로 제공된다.

충분히 높은 인장력 응력을 주는 것은 로터의 회전 중에 교대로 일어나는 부하(인장력/압축력)에도 불구하고 버트 결합에서의 상황이 여전히 하나의 연관 인장력으로 남아 있으며, 회전중에 변화하는 것은 단지 그러한 힘의 크기일 뿐이게 한다.

그러한 목적에 요구되는 인장력 응력을 공동으로 버트 결합을 형성하는 각 스트랩에 적용하기 위하여, 바람직하게는 각 스트랩은 두 개의 볼트에 의해 공동 형상 부재에 고정되고, 상기 볼트들 중 적어도 하나는 스트랩 또는 스트랩들과의 각각의 접촉 영역에서 그 축 방향으로 쐐기 형태의 평탄부를 가지며 회전하지 않게 유지되도록 제공된다. 다른 방식으로, 상기 볼트는 또한 부분-원뿔형 구조일 수 있으며 또한 회전될 수 있다. 어떤 경우에서라도, 스트랩을 고정할 때 또는 볼트위에 있는 (적절히 구성된) 그들의 끝단으로 밀려지고 공동 형상 부재의 해당 표면쪽으로 방향이 몰려질 때, 이와 동시에 인장력 응력은 스트랩의 길이 방향으로, 이에 따라 이음선에 수직으로 증대된다. 이를 간단하게 수행하기 위해서, 볼트는 쐐기형 평탄부가 제공되는 슬리브와 슬리브를 축방향으로 통과하고 너트를 가진 나사를 바람직하게 포함하며, 여기에서 나사 머리 및 또한 너트 양자는 컵 모양의 가압 부분의 수단에 의해 관련 스트랩을 누르고 쐐기 표면(또는 원뿔형 표면)을 따라 이동하는 것에 의해 상기 스트랩에 응력을 가한다.

응력 메커니즘의 또 다른 형태는 적어도 하나의 볼트가 각각의 스트랩과 접촉 영역에 그 축에 대해 편심적인 융기부(bulge)를 가지는 것을 제공할 수 있다. 이 볼트 - 상기 스트랩들을 고정시키기 위해 더이상 회전될 필요가 없는 -를 회전시켜 요구되는 인장력 응력을 스트랩에 발생하는 것 또한 가능하다.

도 1은 풍력 설비의 가로로 분할된 로터 블래이드의 개략적인 횡단면도이다. 로터 블래이드(1) 부분들(1a, 1b)간에 이음부(2)는 개방된다. 두 로터 블래이드(1a, 1b)는 부하 내력(耐力) 코어 형상 부재(3) 및 공기역학적으로 형성된 외형 부분(4)을 포함한다.

도 2는 상기 이음부(2)가 밀폐되어질 때 로터 블래이드(1)의 부분들(1a, 1b)간의 버트 결합 부분을 나타내는 평면도이다. 상기 버트 결합은 이음부(2) 위에서 브리지하며 볼트들(6a, 6b)에 의해 로터 블래이드 부분들(1a, 1b) 양쪽에 각각 고정되는 다수의 바(bar) 또는 스트랩(strap)(5)을 포함한다.

도 3에는 - 도 1과 같이 - 이음부(2)가 개방되고, 두 로터 블래이드 부분들(1a, 1b)은 사시도로 도시된다. 바 또는 스트랩(5)은 또한 절단된 형태이며(단지 더 명확한 예시의 목적을 위해), (개방된) 버트 결합의 전체 도면은 그들의 볼트들(6a, 6b)과 함께 스트랩(5)이 분할된 공동 형상 부재의 - 비 원형 - 횡단면 위에 분포된 방식을 나타낸다.

스트랩(5)의 배치는 코어 형상 부재(3)의 영역에서 최대밀도인데 그 이유는 이곳에서 최고의 힘 전달이 일어나기 때문이다. 다른 영역에서는 스트랩(5)들 간에 보다 넓은 간격이 있게 된다.

도 4내지 6은 스트랩 결합을 상세히 나타낸다. 각 스트랩(5)은 공동 형상 부재 부분(1a, 1b)의 위아래에 배열된다. 양 스트랩(5)들은 와셔(washer)(7)들이 끼워지는 볼트(6b)에 의해, 너트(9)를 가진 나사(8)에 의해 상기 일 부분(1b)에 고정된다. 스트랩(5)을 다른 부분(1a)에 고정하는 것은 이와 유사하지만, 볼트(6a)는 볼트의 중앙에서 그 끝단으로, 너트(9)를 가진 (더 긴) 나사(8)의 축(11) 방향으로 점점 가늘어지는 쐐기 형태인 평탄 부분(10)을 가진다. 컵 모양의 가압 부분(12)들은 한편으로는 그에 접하는 스트랩(5)과 나사(8)의 머리사이에 제공되고, 또 한편으로는 그에 접하는 스트랩(5)과 너트(9)사이에 제공된다. 너트(9)와 나사(8)가 조여질 때, 가압 부분(12)은 스트랩(5)에 다음과 같은 대응된 힘을 가한다. 특히 형상 부재 부분(1a) 방향으로 그 접근 이동은 인장 스트레스가 스트랩(5)에 증강되도록 볼트(6a)의 평탄 부분(10)을 따라 그것들이 위로 향하게 미끄러지도록 한다[스트랩(5)의 평탄 부분(10)과의 접촉 영역에서, 스트랩(5)의 내벽은 평탄 부분(10)의 표면에 적절히 맞게 구현될 수 있다]. 스트랩(5)에서 인장 스트레스는 이음부(2)의 영역에서 공동 형상 부분(1a, 1b)에 인가되는 밀폐 압력 스트레스를 초래한다.

본 발명은 분할된 공동(空洞) 형상 부재, 특히 풍력 설비의 로터 블래이드용버트(butt) 결합에 적용될 수 있다.

Claims (8)

1. 이음부(2)를 따라 배열되며 동일부 위를 브리지하며 그들의 끝단이 상기 형상 부재 부분(1a, 1b)중 하나에 각각 고정되어 결합되는 다수의 스트랩(5)을 특징으로 하는 분할된 공동 형상 부재, 특히 풍력 설비의 로터 블래이드용 버트 결합.
2. 제1항에 있어서, 상기 스트랩(5)은 상기 공동 형상 부재(1)의 외주면에 배열됨을 특징으로 하는 비-원형 횡단면의 가로로 분할된 공동 형상 부재용 버트 결합.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이음부(2)를 따라 상기 스트랩(5)의 배열(근접) 밀도는 상기 이음부(2)에 전달되는 인장력에 따라 다름을 특징으로 하는 버트 결합.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 형상 부재(1)의 내측 및 외측에 배열되는 개개의 스트랩(5)으로 각각 이중 스트랩이 제공됨을 특징으로 하는 버트 결합.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스트랩(5) 또는 이중 스트랩은 규정된 인장력에 의한 응력을 받을 수 있음을 특징으로 하는 버트 결합.
6. 제5항에 있어서, 상기 스트랩(5)은 두 개의 볼트(6a, 6b) 및 의해 상기 형상 부재 부분(1a, 1b)에 고정되고, 상기 스트랩(5)과의 접촉 영역에서 상기 볼트(6a)들 중 적어도 하나는 그 축 방향으로 쐐기 형태 평탄부(10)를 가지며 회전하지 않도록 고정됨을 특징으로 하는 버트 결합.
7. 제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 볼트(6a)는 상기 쐐기 형태 평탄부(10)와 함께 제공되는 슬리브(sleeve) 및 상기 슬리브를 통해 축방향으로 통과하는 너트(9)와 나사(8)를 포함하며, 상기 나사 머리 및 또한 상기 너트 양자는 컵 모양의 가압 부분(12)들에 의해 관련된 스트랩(5)에 대해 누르며 상기 쐐기 표면을 따라 이동함으로써 이에 응력을 가함을 특징으로 하는 버트 결합.
8. 제5항에 있어서, 상기 스트랩(5)은 두 개의 볼트들(6) 수단에 의해 상기 형상 부재 부분(1a, 1b)에 고정되고, 상기 볼트들 중 적어도 하나는 각각 상기 스트랩(5)과의 접촉 영역에서 자체 축에 대해 편심적인 융기부(bulge)를 가짐을 특징으로 하는 버트 결합.