KR20130062830A - 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치 - Google Patents

Abstract

풍력발전기의 타워 충돌 방지장치가 개시된다. 본 발명의 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치는, 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)에 마련되는 제1 지지대; 나셀을 지지하는 타워에 마련되는 제2 지지대; 및 나셀로 부품을 승강 시 부품을 승강시키는 승강부재를 타워와 일정 간격을 유지하도록 제1 지지대, 제2 지지대 및 승강부재를 상호 연결하는 유도라인을 포함한다.

Description

풍력발전기의 타워 충돌 방지장치{TOWER COLLISION PREVENTING APPARATUS FOR WIND POWER GENERATOR}

본 발명은, 풍력발전기의 타워 충동 방지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 풍력발전기의 나셀로 부품을 이동 시 부품과 타워의 충돌을 방지할 수 있는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치에 관한 것이다.

풍력 발전이란 자연의 바람으로 풍차(風車)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를 높여 발전기를 돌리는 발전 방식을 말한다. 풍력발전은 자연상태의 무공해 에너지원으로 현재의 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로써 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술이다.

풍력발전기란 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 장치를 말한다. 이러한 풍력발전기는 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다.

풍력발전은 바람에너지를 날개를 이용해서 전기에너지로 바꾸게 되는데 이때 이론상 날개의 바람에너지 중 59.3%만이 전기에너지로 바뀔 수 있다고 한다. 이것도 날개의 형상에 따른 효율, 기계적인 마찰, 발전기의 효율 등을 고려하면 실제적으로 20 ~ 40%만이 전기에너지로 이용될 수 있다.

풍력발전기는 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 구별된다. 수직축 풍력 발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수직인 풍력발전기로, 이 발전기는 바람의 방향과 관계없이 운전 가능하며(요잉 시스템 불필요), 증속기 및 발전기가 지상에 설치되므로 그 하중이 비교적 적어 설치시 건설 비용이 적게 소요되는 장점이 있다. 다만, 시스템 종합 효율이 낮고, 자기동(self-starting)이 불가능하며 시동 토크가 필요한 단점이 있다.

이러한 수직축 발전기는 수평축 발전기에 비해 효율이 떨어지기 때문에, 현재 실시되고 있는 풍력발전기는 대부분 수평축 발전기이다. 수평축 풍력 발전기는 회전축이 바람이 불어오는 방향에 수평인 풍력 발전기로 현재 가장 안정적이고 고효율적인 풍력발전기로 인정되고 있다.

수평축 풍력발전기도 날개의 수가 세 개인 것과 두 개인 것 그리고 하나인 것으로 나눌 수 있다. 날개가 두 개인 형태는 주로 바다에 세우는 초대형 발전기(예상 발전용량 3-6메가와트)에 많고, 지상에 세워지는 풍력발전기는 대부분 세 개의 날개를 가지고 있다. 또한 풍력으로부터 오는 힘이 발전기에 전달될 때 기어 등의 중개장치를 이용하는지, 그 힘이 날개 이외의 아무런 매개체도 거치지 않고 직접 전달되는지에 따라 형태가 달라진다.

한편 풍력발전기의 주요 구성을 살펴보면 풍력발전기는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 장치인 회전체(rotor)와, 회전체에 연결되어 회전되는 블레이드(blade)와, 터빈 및 기계 브레이크 시스템에 발생되는 과부하를 방지하기 위한 장치로 블레이드 주 코드 방향이 회전면과 수직이 되도록 피치각을 90도로 회전시켜 최대의 공력저항으로 로터를 제동시키는 원리로 작동되는 브레이크 시스템과, 바람의 세기에 관계없이 일정한 전력을 생산하도록 하는 운전시스템과, 회전체를 지지하는 타워(Tower)로 구성된다.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 수리하기 위해 나셀로 부품을 끌어올리는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술의 일 실시예에서 나셀(N)을 수리하기 위해 부품(C)을 나셀(C) 내부로 들어올리거나 내리는 경우 나셀(N)이나 타워(T)에 설치된 크레인(미도시) 또는 윈치(미도시)의 와이어(W)를 부품(C)과 연결하여 작업을 한다.

크레인이나 윈치를 이용하여 부품을 올릴 때 바람과 같은 외부의 영향을 받는 경우 타워의 높이가 높고 부품 자체의 하중으로 인해 부품이 흔들리게 된다. 이러한 흔들림은 부품을 타워에 충돌하게 하여 부품뿐만 아니라 타워의 외벽에 손상을 입힐 수 있는 문제점이 있다.

한국특허공개공보 제2011-0045711호(삼성중공업 주식회사) 2011. 05. 04

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 풍력발전기의 부품을 흔들림 없이 안전하게 올리거나 내릴 수 있어 작업 시간을 단축할 수 있고, 부품 교체 작업 시 부품과 타워의 충돌을 방지하여 부품 및 타워의 손상을 방지할 수 있는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)에 마련되는 제1 지지대; 상기 나셀을 지지하는 타워에 마련되는 제2 지지대; 및 상기 나셀로 부품을 승강 시 상기 부품을 승강시키는 승강부재를 상기 타워와 일정 간격을 유지하도록 상기 제1 지지대, 상기 제2 지지대 및 상기 승강부재를 상호 연결하는 유도라인을 포함하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치가 제공될 수 있다.

상기 제2 지지대는, 상기 타워에 결합되는 베이스 지지대; 및 상기 베이스 지지대에 회동 가능하게 결합되는 회동지지대를 포함할 수 있다.

상기 베이스 지지대에는 상기 회동지지대의 회동을 제한하는 스토퍼가 마련될 수 있다.

상기 제2 지지대는 상기 타워를 중심으로 4개가 한 쌍씩 상호 대향되게 이격 배치될 수 있다.

상기 유도라인은, 상기 제1 지지대 및 상기 제2 지지대를 연결하는 제1 유도라인; 및 상기 제1 유도라인과 상기 승강부재를 연결하되, 일단부는 상기 승강부재에 고정 결합되어 상기 승강부재와 일체로 승강되고, 타단부는 상기 제1 유도라인을 따라 상하 방향으로 이동가능하게 상기 제1 유도라인과 연결되는 제2 유도라인을 포함할 수 있다.

상기 승강부재는 상기 나셀에 마련되는 윈치 또는 크레인과 연결되는 와이어(wire)일 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 풍력발전기의 나셀로 승강부재를 이용하여 부품을 승강 시 상기 부품과 타워의 충돌을 방지하는 충돌 방지장치에 있어서, 상기 승강부재를 상기 풍력발전기에 마련되는 유도라인에 일정 간격을 유지하되 상기 유도라인을 따라 승강되도록 연결시켜 상기 부품과 상기 타워의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 풍력발전기의 부품 교체 작업 시 부품을 흔들림 없이 안전하게 올리거나 내릴 수 있어 작업 시간을 단축할 수 있고, 부품과 타워의 충돌을 방지하여 부품 및 타워의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 수리하기 위해 나셀로 부품을 끌어올리는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치가 풍력발전기에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치의 사용 상태도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치가 풍력발전기에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치(1)는, 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(N, nacelle)에 마련되는 제1 지지대(10)와, 나셀(N)을 지지하는 타워(T)에 마련되는 제2 지지대(20)와, 나셀(N)로 부품(C)을 승강 시 부품(C)을 승강시키는 승강부재(W)를 타워(T)와 일정 간격을 유지하도록 제1 지지대(10), 제2 지지대(20) 및 승강부재(W)를 상호 연결하는 유도라인(30)을 구비한다.

제1 지지대(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 나셀(N)의 외측벽에 마련되어 유도라인(30)의 상단부를 지지하는 것으로서, 유도라인(30)이 연결되는 제1 지지대(10)의 일단부는 유도라인(30)과 용이하게 연결되도록 링 형상으로 제작될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 제1 지지대(10)는 나셀(N)의 외측벽에 복수로 마련될 수 있고, 후술하는 제2 지지대(20)와 같이 회동 가능하게 마련될 수도 있다.

제2 지지대(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 타워(T)의 하측부에 마련되어 유도라인(30)의 하단부를 지지하는 것으로서, 유도라인(30)이 연결되는 제2 지지대(20)의 일단부는 전술한 제1 지지대(10)와 같이 링 형상으로 제작될 수 있다.

본 실시 예에서 제2 지지대(20)는 나셀(N)의 회전 방향에 관계없이 어느 방향에서도 유도라인(30)을 연결할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 타워(T)를 중심으로 4개가 한 쌍씩 상호 대향되게 이격 배치될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 제2 지지대(20)는 평상시에는 접어 두고 필요 시 펼쳐서 사용할 수 있도록, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 타워(T)에 결합되는 베이스 지지대(21)와, 베이스 지지대(21)에 회동 가능하게 핀(P) 결합되는 회동지지대(22)를 포함한다.

그리고 베이스 지지대(21)에는 회동지지대(22)의 최대 회동 각도를 타워(T)의 길이 방향 중심선을 기준으로 90° 이상 회동되지 않도록 제한하는 스토퍼(21a)가 마련될 수 있다.

나아가 본 실시 예에서 회동지지대(22)를 자동으로 회동시킬 수도 있다. 미 도시되었지만 회동지지대(22)의 단부에 피동기어를 형성하고, 베이스 지지대(21)의 내부에 모터에 의해 구동되는 구동기어를 피동기어와 치합되게 마련하여 모터의 구동에 의해 회동지지대(22)가 회동되게 할 수 있다. 더불어 구동기어와 피동기어의 치합으로 회동된 상태를 유지시킬 수 있고, 이는 제1 지지대(10)와 제2 지지대(20)를 연결하는 제1 유도라인(31)의 장력을 유지하는 역할도 한다.

유도라인(30)은 와이어와 같은 승강부재(W)의 승강 시 승강부재(W)를 타워(T)와 일정 간격 유지시켜 승강부재(W)에 의해 승강되는 부품(C)과 타워(T)의 충돌을 방지하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 지지대(10) 및 상기 제2 지지대(20)를 연결하는 제1 유도라인(31)과, 제1 유도라인(31)과 승강부재(W)를 연결하는 제2 유도라인(32)을 포함한다.

본 실시 예에서 유도라인(30)은 와이어나 로프(rope)일 수 있고, 제1 유도라인(31)과 제1 지지대(10) 및 제2 지지대(20)의 연결은 제1 유도라인(31)의 양단부에 고리(미도시)를 마련하고, 이 고리를 제1 지지대(10) 및 제2 지지대(20)에 걸림 결합의 방식으로 결합하여 연결할 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 제2 유도라인(32)은, 일단부는 승강부재(W)에 고정 결합되어 승강부재(W)와 일체로 승강되고, 타단부는 제1 유도라인(31)을 따라 상하 방향으로 이동가능하게 제1 유도라인(31)과 연결될 수 있다.

즉 제2 유도라인(32)의 일단부는 승강부재(W)와 플레이트 및 볼트를 이용하여 상호 고정결합될 수 있고, 그 타단부는 링 형상으로 제작하여 제1 유도라인(31)에 지지되면서 상하 방향으로 이동되도록 할 수도 있다.

또한 본 실시 예에서 제2 유도라인(32)은 제1 유도라인(31)에 비해 부품(C)의 하중을 많이 받으므로 일반적인 와이어나 연성 재질로 제작할 경우 부품(C)과 충돌될 수 있으므로 강성 재질의 와이어, 로드 또는 바를 포함하는 단단한 재질로 제작될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치의 사용 상태도이다. 이하에서 도 4를 참조하여 본 실시 예에 따른 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치(1)의 사용 상태를 간략히 설명한다.

먼저 타워(T)에 접힌 상태로 결합된 제2 지지대(20)를 펼친 후 크레인(미도시)을 이용하여 나셀(N)에 결합된 제1 지지대(10)와 펼쳐진 상태의 제2 지지대(20)에 제1 유도라인(31)을 연결한다. 제1 지지대(10) 및 제2 지지대(20)와 제1 유로라인의 연결은 전술한 바와 같이 고리를 이용한 걸림 결합의 방식으로 연결될 수 있다.

다음으로 제1 유도라인(31)에 제2 유도라인(32)의 우측 단부를 이동 가능하게 연결한 후 제2 유도라인(32)의 좌측 단부를 플레이트와 볼트을 이용하여 와이어와 같은 승강부재(W)에 결합시킨다. 제2 유도라인(32)의 좌측 단부를 승강부재(W)와 볼트 결합시키는 이유는 타워(T)의 상부에서 부품(C)이 나셀(N) 내부로 유입될 수 있도록 제2 유도라인(32)의 좌측 단부와 승강부재(W)의 분리를 용이하게 하기 위해서다.

전술한 연결 작업이 완료되어, 도 4에 도시된 바와 같이, 나셀(N)의 내부로 발전기나 미션 같은 부품(C)을 들어올리는 경우 와이어와 같은 승강부재(W)는 제2 유도라인(32)에 의해 제1 유도라인(31)에 지지된 상태로 상승되므로, 바람이 불어도 부품(C)의 흔들림은 종래의 실시 예에 비해 현저히 줄어듦을 알 수 있다.

이와 같이 본 실시 예에 따르면 풍력발전기의 부품(C) 교체 작업 시 부품(C)을 흔들림 없이 안전하게 올리거나 내릴 수 있어 작업 시간을 단축할 수 있고, 부품(C)과 타워(T)의 충돌을 방지하여 부품(C) 및 타워(T)의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치
10 : 제1 지지대 20 : 제2 지지대
21 : 베이스 지지대 22 : 회동지지대
30 : 유도라인 31 : 제1 유도라인
32 : 제2 유도라인 C : 부품
N : 나셀 P : 핀
T : 타워 W : 승강부재

Claims (7)

1. 바람이 가진 에너지를 전기에너지로 변환시키는 나셀(nacelle)에 마련되는 제1 지지대;
   상기 나셀을 지지하는 타워에 마련되는 제2 지지대; 및
   상기 나셀로 부품을 승강 시 상기 부품을 승강시키는 승강부재를 상기 타워와 일정 간격을 유지하도록 상기 제1 지지대, 상기 제2 지지대 및 상기 승강부재를 상호 연결하는 유도라인을 포함하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 지지대는,
   상기 타워에 결합되는 베이스 지지대; 및
   상기 베이스 지지대에 회동 가능하게 결합되는 회동지지대를 포함하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 베이스 지지대에는 상기 회동지지대의 회동을 제한하는 스토퍼가 마련된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 지지대는 상기 타워를 중심으로 4개가 한 쌍씩 상호 대향되게 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 유도라인은,
   상기 제1 지지대 및 상기 제2 지지대를 연결하는 제1 유도라인; 및
   상기 제1 유도라인과 상기 승강부재를 연결하되, 일단부는 상기 승강부재에 고정 결합되어 상기 승강부재와 일체로 승강되고, 타단부는 상기 제1 유도라인을 따라 상하 방향으로 이동가능하게 상기 제1 유도라인과 연결되는 제2 유도라인을 포함하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 승강부재는 상기 나셀에 마련되는 윈치 또는 크레인과 연결되는 와이어(wire)인 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.
7. 풍력발전기의 나셀로 승강부재를 이용하여 부품을 승강 시 상기 부품과 타워의 충돌을 방지하는 충돌 방지장치에 있어서,
   상기 승강부재를 상기 풍력발전기에 마련되는 유도라인에 일정 간격을 유지하되 상기 유도라인을 따라 승강되도록 연결시켜 상기 부품과 상기 타워의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 충돌 방지장치.

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