KR20140109447A - 풍력 발전 설비 나셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력 발전 설비(100)의 나셀(100)에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 풍력 발전 설비(100)는 타워(102) 또는 마스트, 공기 역학적 로터(106) 및, 구동자(50)와 고정자를 구비한 제너레이터(46)를 포함하고, 나셀(1)은 나셀 커버(2, 4)를 포함하고, 이 경우 나셀(1), 특히 나셀 커버(2, 4)는 자력 지지한다.
Description
본 발명은 풍력 발전 설비의 나셀에 관한 것이다.
풍력 발전 설비들은 일반적으로 공개되어 있다. 도 1에 도시된 전형적인 풍력 발전 설비에서 공기 역학적 로터(106)는 풍력에 의해 회전되고, 이로 인해 제너레이터에 의해 전기 에너지가 생성된다. 이러한 제너레이터와 풍력 발전 설비의 작동을 위해 필요한 다른 부재들은 나셀 내에 배치된다. 다른 부재들로는, 예를 들어 장치 제어부, 예를 들자면 아지무스(azimuth) 구동 장치와 그것의 제어부, 경우에 따라서 정류기 또는 주파수 인버터와 그것의 제어부 및, 가열 장치 또는 냉각 장치와 그것의 제어부가 포함된다. 전기 장치들은 주로 해당 스위치 캐비닛에 배치되고, 상기 스위치 캐비닛은 나셀 내에 배치된다. 또한, 서비스 담당자가 나셀에 들어가서 유지 관리, 검사 또는 수리를 실행할 수 있도록 하기 위해, 경로 영역 및 대기 영역이 제공될 수 있다. 전술한 모든 설비들은 나셀 내에 배치되고, 나셀 커버에 의해 특히 방풍 및 방우된다. 이 경우 나셀 커버는 모든 장치들을 기본적으로 완전히 둘러싸고, 나셀 구조체에 지지되고, 상기 나셀 구조체는 통로 영역 및 대기 영역과 다른 설비들도 지지한다.
기어리스형 풍력 발전 설비의 경우 제너레이터도 약간의 공간을 필요로 한다. 예를 들어 Enecron E126의 에어갭 직경은 대략 10 m이다. 약간 더 작은 모델은 적어도 통상 대략 5 m의 에어갭 직경을 갖는다. 이 경우 제너레이터의 고정자는 기계 캐리어에 지지될 수 있다. 기계 캐리어에 또한 축 저널이 고정되고, 상기 축 저널은 베어링에 의해 제너레이터의 로터를 지지하고, 상기 제너레이터의 로터는 구동자라고 할 수도 있다.
이러한 기계 캐리어는 풍력 발전 설비의 종류와 규모에 따른 크기로 인해, 나셀 내에서 상당한 공간을 필요로 할 수 있고, 이 경우 기계 캐리어 주위에 비교적 작은 공간이 남는다.
또한, 기계 캐리어는 대개 아지무스 베어링의 전체 원주에 고정되므로, 기계 캐리어를 통해서만 타워로부터 아지무스 베어링을 통해 나셀에 도달할 수 있다.
독일 특허청으로부터 다음의 선행 기술, 즉 DE 10 2006 035 721 A1호, DE 10 2009 056 245 A1호 및 EP 1 356 204 B1호가 확인되었다.
본 발명의 과제는, 전술한 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히 풍력 발전 설비의 나셀 구조를 개선하고, 적어도 대안적인 해결 방법을 제안하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 풍력 발전 설비의 나셀에 의해 해결된다.
본 발명에 따라, 청구항 제 1 항에 따른 풍력 발전 설비의 나셀이 제안된다. 상기 나셀은 나셀 커버를 포함하고, 상기 나셀 커버는 요컨대 실질적으로 나셀의 외부 쉘이다. 상기 나셀 커버는 자력 지지하도록 형성되는 것이 제안된다. 이로 인해 우선 먼저 나셀 내의 지지 구조체들이 생략될 수 있다. 이러한 점에서 나셀의 설치도 간단해질 수 있고, 나셀 커버를 지지하기 위한 가로방향 또는 대각선의 브레이스가 나셀 내에서 생략될 수 있으며, 이로 인해 나셀 내에 추가 공간이 형성될 수 있고 또는 다른 용도를 위해 제공될 수 있다.
바람직하게 나셀은, 나셀 커버가 직접 또는 필요한 경우 고정 수단에 의해 풍력 발전 설비의 아지무스 베어링에 고정되도록 형성된다. 특히 이로써 나셀 커버에 작용하는 힘은 나셀 커버로부터 직접 아지무스 베어링 내로 그리고 거기에서부터 계속해서 풍력 발전 설비의 타워 또는 마스트 내로 도입된다. 이러한 힘은 적어도 나셀 커버의 자중과 특히 나셀 커버에 작용하는 풍력도 포함하고 및/또는 나셀 커버에 고정된 장비들의 자중 그리고 경우에 따라서 동력을 포함하고 및/또는 풍력으로부터 전기 에너지를 형성하는 풍력 발전 설비의 제너레이터의 자중과 동력을 포함한다. 바람직하게는 또한 공기 역학적 로터의 힘, 즉 상기 로터에 작용하는 중력, 상기 로터의 운동으로 인해 발생하는 힘 및 유도되는 풍력이 나셀 커버에 의해 흡수되고, 아지무스 베어링을 통해 유도된다.
실시예에 따라, 나셀 커버가 제너레이터를 지지하는 것이 제안된다. 이로써 기존에 공개된 부재들, 즉 기계 캐리어와 나셀 커버는 나셀 캐리어라고 하는 새로운 부품을 구성한다. 나셀 캐리어는 따라서 실질적으로 나셀 커버의 형태를 갖고, 다시 말해서 나셀의 외부 쉘을 형성하고, 그렇지 않은 경우 제공될 기계 캐리어의 지지 강도를 갖도록 안정적으로 형성된다. 특히 나셀 캐리어는 이러한 지지 강도를 보장하는 재료 및 재료 두께로 형성된다. 이로써 제너레이터를 위한 특수한 캐리어 또는 특수한 지지 구조가 생략되고, 상기 제너레이터는 그 대신 나셀 커버에 고정된다. 따라서 나셀 커버는 제너레이터를 지지하고, 바람직하게는 실질적으로 제너레이터를 위한 기계 캐리어의 기능을 한다. 이로 인해 나셀은 나셀 커버 외에, 풍력 발전 설비의 제너레이터를 지지하는 기계 캐리어를 포함하지 않는다. 나셀은 지금까지 제너레이터가 고정되고 주변에 다른 장비들이 고정되었던, 실질적으로 나셀 내부에 배치되는 기계 캐리어 대신에 이와 같이 강건하고 안정적으로 그리고 강성으로 형성된 외부 쉘을 포함하고, 상기 외부 쉘은 기계 캐리어의 기능을 하며, 지지할 부분들을 둘러싼다.
따라서 이러한 지지 나셀 커버는 나셀 내부에 배치된 기존의 기계 캐리어에 비해 훨씬 더 큰 외부 치수를 갖는다. 이로써 이러한 지지 나셀 커버는 내측에 배치된 기존의 기계 캐리어와 달리, 훨씬 더 작은 재료 두께에서 동일한 안정성과 강도를 구현할 수 있다. 또한, 외부 치수가 동일한 경우에 제안된 자력 지지형 나셀 커버의 내부에는, 적어도 하나의 기계 캐리어를 자체적으로 포함해야 하는 비-자력 지지형 나셀 커버의 내부에 비해, 훨씬 더 많은 공간이 형성된다.
바람직한 실시예에 따라, 풍력 발전 설비는, 구동자가 기계적 변속 없이 공기 역학적 로터에 의해 회전되는 기어리스형인 것이 제안된다. 이러한 기어리스형 풍력 발전 설비에 일반적으로 상응하게 저속 회전 대형 제너레이터가 제공된다. 정격 회전수는 분당 5 내지 25 회전일 수 있고, 특히 분당 10 내지 20 회전, 더 바람직하게는 분당 12 내지 14 회전일 수 있다. 특히 제너레이터는 링 제너레이터로서 형성되고, 상기 제너레이터에서 고정자와 구동자의 자기 활성 부재들은 실질적으로 각각 에어갭을 따라 링 내에 배치된다. 일반적으로 이러한 제너레이터는 적어도 24개, 특히 적어도 48개, 적어도 72개 또는 192개의 극쌍 개수를 갖는 다극이다.
특히 이러한 제너레이터는 비교적 무겁고, 10 t 이상, 특히 50 t 이상, 특히 70 t 이상의 중량을 가질 수 있다. 이러한 큰 중량은, 본 발명에 따라 상응하게 두꺼운 외부 구조체를 통해 힘이 유도됨으로써, 제안된 자력 지지형 나셀 커버에 의해 지지될 수 있다. 나셀 커버는 이러한 경우에 지지부이고, 나셀 재킷이라고 할 수도 있다.
바람직한 실시예에 따라 나셀 커버는 회전부와 고정부를 포함한다. 회전부는 공기 역학적 로터의 적어도 하나의, 특히 3개의 로터 블레이드를 지지한다. 나셀 커버의 회전부는 공기 역학적 로터의 소위 스피너를 형성하고, 공기 역학적 로터의 부분을 형성한다. 또한, 적어도 이에 대한 대안으로서, 나셀 커버의 회전부는, 구동자가 나셀 커버의 회전부에 고정 결합되도록 그리고 적어도 구동자의 자중과 작동 시 발생하는 구동자로부터 기계적으로 야기되는 다른 힘을 흡수하도록 제너레이터의 구동자를 지지한다. 바람직하게 구동자는 구동자의 적어도 하나의 지지 섹션, 즉 나셀 커버의 회전부의 부분을 형성한다.
고정부는 제너레이터의 고정자를 지지한다. 이 경우 적어도 하나의 로터 베어링이 제공되고, 상기 베어링에 의해 나셀 커버의 회전부 및 제너레이터의 구동자는 나셀 커버의 고정부 및 고정자에 대해 회전된다. 바람직하게 구동자와 고정자는 상기 로터 베어링의 근처에 또는 로터 베어링들 중 하나의 로터 베어링의 근처에 배치되므로, 작은 에어갭에 의해서만 서로 분리되어 멀어지게 회전될 수 있다. 로터 베어링 또는 다수의 로터 베어링에 의해 나셀 커버의 회전부는 나셀 커버의 고정부에 의해 지지된다. 로터 베어링 또는 로터 베어링들에 의해 나셀 커버의 고정부는 제너레이터의 구동자, 하나 또는 다수의 로터 블레이드 및 나셀 커버의 회전부에 배치된 다른 장비들, 예컨대 피치 모터들과 함께 나셀 커버의 회전부를 지지한다. 이로 인해 로터 베어링 또는 로터 베어링들에 의해 고정부에 전달되는 힘은 또한 고정부로부터 아지무스 베어링 또는 이와 같은 것을 통해, 특히 직접 고정부로부터 아지무스 베어링으로 유도된다. 이러한 경우에 나셀 커버의 고정부란, 로터의 회전 운동과 관련된다. 아지무스 이동, 즉 풍향 추적과 관련해서 고정부도 이동 가능하게, 즉 상기 아지무스 베어링에서 이동 가능하게 지지된다.
바람직하게 제너레이터는, 특히 기어리스형 풍력 발전 설비의 경우에 외부 구동자로서 형성된다. 따라서 구동자는 외부에서 이에 대해 방사방향 내측에 배치된 고정자를 중심으로 회전되고, 이들 사이에 에어갭이 제공된다. 이러한 실시예는 대략 링형 구동자를 갖는 제너레이터에 특히 적합하고, 상기 구동자는 원칙적으로 에어갭으로 인해 바람직하게 마찬가지로 링 고정자일 수 있는 관련 고정자보다 더 작은 방사방향 연장부를 갖는다. 이러한 경우에 동일한 외경에서 내부 구동자에 비해 큰 에어갭 직경을 가질 수 있는 제너레이터가 장착될 수 있다.
이러한 경우 및 다른 경우에도 구동자는 지지 나셀 커버에 의해 외부에서 수용되고 안정적으로 지지될 수 있다. 특히 바람직하게 이러한 구조는 직류에 의해 구동자 내에 자계가 형성되는 외부 여기식 동기 제너레이터와 상호 작용한다. 특히 이로 인해 구동자는 가열될 수 있고, 외부에서 둘러싸는 나셀 커버에 수용됨으로써 열의 적어도 일부는 상기 커버를 지나서 간단하게, 예를 들어 열 전도에 의해, 자력 지지하는 나셀 커버를 통해 외부로 유도될 수 있다.
바람직하게 지지 나셀 커버 전체, 회전부의 적어도 일부 및/또는 고정부의 적어도 일부는 주철부로서, 특히 구상 흑연 주철부로서 형성되거나 소수의 구상 흑연 주철부들로 구성된다. 특히 더 작은 지지력을 가져야 하는 나셀 커버의 부분들, 예를 들어 로터로부터 떨어져 있는 후방부 또는 후방 커버는 다른 재료, 예컨대 알루미늄으로 제조될 수 있다. 구상 흑연 주철부의 이용은 열 전도에 바람직하고, 이러한 경우에 특히 외부 구동자와 함께 이용 시 외부 구동자로부터 열 방출에 바람직할 수 있다. 하나 이상의 용접부가 사용될 수도 있다.
바람직한 실시예에 따라, 나셀에 나셀의 아지무스 조절을 위한 내부 톱니부를 가진 기어림이 제공되는 것이 제안된다. 상기 기어림은 나셀에 고정 연결되고, 내부 톱니부를 갖고, 상기 기어림에 하나 이상의 아지무스 구동 장치가 각각 피니언에 의해 결합할 수 있으므로, 이로 인해 나셀은 풍향을 추적할 수 있다. 따라서 이러한 제안에서 아지무스 구동 장치는 타워 또는 경우에 따라서 마스트 내에 고정 배치되고, 내부 톱니부를 가진 기어림은 상응하게 실질적으로 수직 축을 중심으로 회전됨으로써 풍향 추적을 실시한다. 기어림은 나셀에 고정 연결되고, 따라서 상기 나셀은 상응하게 함께 회전된다.
이로써 아지무스 구동 장치가 나셀에 배치된 기존의 일반적인 변형예와 달리 나셀 내에 추가 공간이 형성될 수 있다. 또한, 원주 방향으로 아지무스 구동 장치들의 균일한 분포가 가능하다. 아지무스 구동 장치들은 균일한 각도 간격으로 분포될 수 있고, 예를 들어 12개의 아지무스 구동 장치는, 30°간격으로 배치되도록 균일하게 분포될 수 있다. 이로 인해 기어림 내로의 균일한 힘 도입이 보장되므로, 아지무스 베어링에 대한 부하 및 상기 베어링의 마모가 감소될 수 있다.
실시예에 따라, 나셀은 제너레이터를 통해 연장되는 작업 플랫폼을 포함하는 것이 제안된다. 따라서 나셀은, 하나의 동일한 작업 플랫폼을 포함하는 제너레이터 전방 영역 및 후방 영역 그리고 공기 역학적 로터를 향한 영역에 도달할 수 있도록 형성된다. 상기 작업 플랫폼은 따라서 영구적으로 설치되고, 작업자가 통행할 수 있다. 바람직하게 상기 플랫폼은 설비의 작동 시에도 그 전체 경로에서 통행이 가능할 수 있다.
또한, 1 MW 보다 큰 정격 출력을 갖는 제너레이터를 포함하는 풍력 발전 설비를 위한 나셀이 제안된다. 이는 무거운 로터 블레이드와 제너레이터 부재들이 지지될 수 있도록 자력 지지하는 나셀로서 나셀의 디자인의 특성을 강조한다. 1 MW 이상의 정격 출력을 갖는 풍력 발전 설비를 위한 나셀 구조는 지지 구조체에 대해 구체적인 안정성 사전 조사가 필요한 크기를 갖는다. 이러한 안전성 조사는 전문가가 예컨대 도면에 도시된 상기 나셀의 기본 구조에 관한 정보를 갖고 있는 경우에 실시할 수 있다. 더 작은, 특히 훨씬 더 작은 풍력 발전 설비의 경우에, 여러 이유에서 기본 구조의 안정성과 강도의 문제들은 부수적인 역할을 한다. 즉, 더 작은 제너레이터가 더 콤팩트하게 형성될 수 있고, 따라서 기본적으로 다른 지원을 필요로 하지 않는 제너레이터의 기본 강도가 제공된다. 또한, 더 작은 풍력 발전 설비는 더 작은 중량과 더 작은 로터 블레이드 및 로터 블레이드면을 갖고, 이로 인해 로터 블레이드에 작용하는 풍력도 감소한다. 따라서 지지 구조체의 경우에 더 작은 힘을 필요로 하므로, 상기 지지 구조체들은 또한 더 얇고 가볍게 형성될 수 있다. 또한, 더 작은 풍력 발전 설비의 경우에 기본적으로 운송이 문제되지 않는다. 운송 문제는 요컨대 특히 도로망에 의해 사전 설정되어 풍력 발전 설비 제조사도 어쩔 수 없는 정해진 최대 치수로 인해 발생한다. 따라서 예를 들어 5 m의 제너레이터의 외경은 도로 운송의 경우에 통상적으로 상회할 수 없는 임계적 크기이다. 더 작은 풍력 발전 설비들은 운송 가능한 최대 크기로 인한 이러한 문제에 직면하지 않는다.
바람직하게 나셀은 통행 가능하다. 즉, 나셀은, 성인이 나셀 내에서 자세를 낮추지 않고 다닐 수 있을 정도의 크기이다. 이 경우 성인은 지지 구조체 내부에서, 즉 지지 나셀 커버 내부에서 이동한다. 이러한 점에서 제안된 나셀은 종종 기계 캐리어와 나셀 사이를 구분하는 것이 어려운 소형 풍력 발전 설비와 확연히 다르다. 특히 유지 관리를 위해 외부에서 도달할 수 있는 풍력 발전 설비는 그러한 점에서 완전히 다른 범주에 포함된다.
실시예에 따라 나셀은, 축 저널 섹션을 타워에 연결하는 연결 섹션이 축 저널 섹션과 타워 사이에 제공되고, 상기 연결 섹션은 타워로부터 축 저널 섹션을 향해 휘어진 또는 꺾어진 외부 형태를 갖는 것을 특징으로 한다. 특히 거의 90°휘어진 또는 90°꺾어진 관형 형태가 제공된다. 허브 섹션은 제너레이터와 공기 역학적 로터의 영역 내에 배치되고, 제너레이터와 공기 역학적 로터를 지지하기 위해 제공된다. 이는 적어도 하나 또는 2개의 베어링에 의해 이루어질 수 있다. 축 저널 섹션은 예를 들어 원추 섹션 또는 원추형 섹션으로서, 특히 전방 원추 섹션으로서 제공될 수 있다. 상기 축 저널 섹션은 실질적으로 수평 중심축을 포함할 수 있고, 상기 축은 공기 역학적 로터 및/또는 구동자의 회전축과 일치할 수 있다.
따라서 연결 섹션은 실질적으로 관형으로 형성되고, 이 경우 상기 관 또는 관 형태는 특히 거의 90°휘어지거나 90°꺾어져 있다. 이러한 관형 형태 또는 관형 연결 섹션은 바람직하게 한 측면에 환형 타워 연결 영역을 갖고, 다른 단부에 환형 축 저널 연결 영역을 갖는다. 상기 관형 연결 섹션은 서로 거의 90°로 배치된 상기 2개의 환형 연결 영역들을 연결하고, 따라서 타워를 축 저널 섹션에 연결한다.
실시예에 따라, 회전부는 회전부에 각각의 로터 블레이드를 고정하기 위한 블레이드 연결부를 포함하는 것이 제안된다. 이러한 허브부는 특히 나셀의 전술한 회전부이고 또는 나셀의 상기 회전부의 섹션이다. 블레이드 연결부는 축방향으로, 즉 바람직하게 제너레이터의 회전축과 일치하는 공기 역학적 로터의 회전축에 대해서 축방향 블레이드 연결 영역이라고 할 수도 있는 블레이드 연결 영역에 걸쳐 연장된다. 상기 블레이드 연결 영역 또는 축방향 블레이드 연결 영역 내에서 제너레이터도 축방향으로 연장된다. 이 경우 제너레이터는 축방향으로 축방향 블레이드 연결 영역보다 더 짧을 수도 있다. 어떠한 경우든, 제너레이터는 축방향으로 블레이드 연결부의 전방 또는 후방에 배치되지 않는 것이 제안된다. 이로 인해 공기 역학적 로터로부터 구동자로 그리고 자기장에 의해 고정자로도 힘 흐름이 개선되거나 최적화된다. 특히 로터 블레이드에서 기인하여 블레이드 연결부로부터 부분적으로 축방향으로 구동자로 유동할 수 밖에 없는 힘 흐름이 방지된다.
블레이드 연결부들은 또한 블레이드 연결 어댑터로서 형성될 수 있고 또는 상기 어댑터에 연결될 수 있다. 이러한 경우에 각각의 로터 블레이드는 먼저 블레이드 연결 어댑터에 고정된 후에, 상기 블레이드 연결 어댑터가 블레이드 연결부에 고정될 수 있다. 블레이드 연결 어댑터는 이 경우 특히 가령 짧은 관형 섹션을 형성하고, 즉 그 둘레에 비해 짧은 길이를 갖는다.
추가로 또는 대안으로서, 제너레이터는 회전축과 관련해서 방사방향으로 블레이드 연결부 내에 배치되는 것이 제안된다. 따라서 블레이드 연결부 및 로터 블레이드는 제너레이터를 둘러싼다.
특히 이로 인해 제너레이터에서 외부 구동자로서 로터 허브의 외부 구동자 부분이 블레이드 연결부 또는 허브 어댑터 연결부 내에 직접 배치되는 실시예가 제안된다. 상응하게 내측에 배치된 고정자는 나셀의 축 저널 허브 섹션의 부분이 된다. 상기 부분은 특히 전방 원추 섹션으로서 나셀에 형성된다. 이로 인해 고정자는 자력 지지형 나셀의 축 저널의 또는 축 저널에 상응하는 축 저널 섹션의 부분이 된다. 특히 이 경우에도 제너레이터와 블레이드 연결 영역의 통합이 이루어진다.
이로 인해 특히, 가능한 한 소수의 부품들 및 상응하게 가능한 한 작은 중량을 필요로 하는 것이 달성될 수 있고, 이는 비용을 절감시킬 수 있다. 구동 트레인 내에서 바람직하지 않은 힘 흐름에 의한 불필요한 재료 비용, 너무 많은 개별 부분들 및 조립이 복잡한 추가 커버가 방지될 수 있다. 그 대신 조립의 단순화, 현장에서 개별 부분들의 감소 및 로터 블레이드로부터 제너레이터 내로 가능한 한 직접적인 힘 도입이 달성되거나 적어도 이로 인해 시도될 수 있다. 또한, 블레이드 연결 영역이 제너레이터를 구조적으로 둘러쌈으로써 제너레이터가 충분히 캡슐화되어 기상 영향에 대해 보호되는 경우에, 추가 나셀 커버는 불필요할 수도 있다.
특히, 제너레이터가 매우 긴 구조적 형태를 갖고 블레이드 연결 영역보다 큰 축방향 길이를 갖는 경우에, 제너레이터는 축방향으로 적어도 하나의 측면을 향해서도 블레이드 연결 영역을 넘어서 연장된다. 또한, 타워 또는 마스트 및 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 나셀을 포함하는 풍력 발전 설비가 제안된다. 이러한 풍력 발전 설비는 적어도 하나의 아지무스 구동 장치를 포함하고, 특히 타워 또는 마스트 내에 배치되고 각각의 피니언에 의해 나셀에 고정 연결되고 내부 톱니부를 갖는 기어림에 결합하는 다수의 아지무스 구동 장치를 포함하는 경우에 바람직하다. 이로 인해 견고하고 비교적 소수의 공정으로 설치할 수 있는 풍력 발전 설비가 제안된다.
또한, 풍력 발전 설비를 설치하기 위한, 특히 전술한 풍력 발전 설비를 설치하기 위한 방법이 제안된다. 이 경우 제너레이터의 구동자와 고정자는 타워 위에 설치하기 위해 들어 올리기 전에 베어링에 의해 서로 연결되는 것이 제안된다. 이로써 타워 위에서 나셀의 고도에서 구동자와 고정자를 서로 조립하는 것이 방지되고, 그 대신 공장에서의 사전 제조가 제안되며 및/또는 현장에서의 사전 제조가 제안된다.
바람직하게는 타워 상에서의 장착을 위해 나셀이 들어 올려지기 전에, 전기 장치들이 미리 나셀 내에 사전 설치된다. 이로 인해 장착이 간단해질 수 있고, 따라서 장착 시 오류의 원인도 최소화될 수 있다.
하기에서 본 발명은 예시적으로 실시예를 참고로 첨부된 도면과 관련해서 설명된다.
본 발명에 따르면, 종래의 문제들 중 적어도 하나를 해결하고, 특히 풍력 발전 설비의 나셀 구조를 개선하며, 적어도 대안적인 해결 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 풍력 발전 설비를 간단하게 도시한 사시도.
도 1a는 본 발명에 따른 풍력 발전 설비를 간단하게 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 나셀을 개략적으로 도시한 사시 단면도.
도 3은 풍력 발전 설비의 구성 시 구성 부품들에 따라 도 2의 나셀을 부분적으로 도시한 분해도.
도 4는 도 2의 나셀의 전방부를 도시한 확대 부분도.
도 5는 로터 블레이드의 고정을 위해 제공된, 도 2 및 도 3에 도시된 나셀의 부분의 세그먼트를 도시한 도면.
도 6은 도 2에 따른 나셀, 즉 로터 블레이드의 고정을 위한 블레이드 연결부를 도시한 부분도.
도 7은 나셀 내에 배치된 제너레이터의 부분 영역의, 도 2 및 도 3에 도시된 나셀을 도시한 부분도.
도 8은 나셀을 외부에서 도시한 사시도.
도 9는 추가로 선행기술에 따른 기계 캐리어가 개략적으로 표시된, 종래의 해결 방법과의 차이를 설명하기 위해 도 2에 상응하게 도시한 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 다른 실시예의 나셀을 개략적으로 도시한 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 다른 실시예의 나셀을 개략적으로 도시한 측면도.
도 12는 도 11의 나셀을 도시한 사시도.
도 13a 내지 도 13d는 나셀의 나셀 아치 영역의 다양한 실시예를 도시한 도면.
도 14는 제공된 공간을 설명하기 위해 동일한 등급의 본 발명에 따른 나셀과 공개된 기존의 나셀을 비교하여 도시한 도면.
도 15는 냉각 공기 유동을 설명하기 위해 본 발명에 따른 나셀을 도시한 측면도.
도 16은 본 발명에 따른 나셀의 실시예를 도시한 사시 단면도.
도 17은 도 16의 실시예를 절단하지 않은 상태로 도시한 사시도.
도 1a는 본 발명에 따른 풍력 발전 설비를 간단하게 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 나셀을 개략적으로 도시한 사시 단면도.
도 3은 풍력 발전 설비의 구성 시 구성 부품들에 따라 도 2의 나셀을 부분적으로 도시한 분해도.
도 4는 도 2의 나셀의 전방부를 도시한 확대 부분도.
도 5는 로터 블레이드의 고정을 위해 제공된, 도 2 및 도 3에 도시된 나셀의 부분의 세그먼트를 도시한 도면.
도 6은 도 2에 따른 나셀, 즉 로터 블레이드의 고정을 위한 블레이드 연결부를 도시한 부분도.
도 7은 나셀 내에 배치된 제너레이터의 부분 영역의, 도 2 및 도 3에 도시된 나셀을 도시한 부분도.
도 8은 나셀을 외부에서 도시한 사시도.
도 9는 추가로 선행기술에 따른 기계 캐리어가 개략적으로 표시된, 종래의 해결 방법과의 차이를 설명하기 위해 도 2에 상응하게 도시한 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 다른 실시예의 나셀을 개략적으로 도시한 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 다른 실시예의 나셀을 개략적으로 도시한 측면도.
도 12는 도 11의 나셀을 도시한 사시도.
도 13a 내지 도 13d는 나셀의 나셀 아치 영역의 다양한 실시예를 도시한 도면.
도 14는 제공된 공간을 설명하기 위해 동일한 등급의 본 발명에 따른 나셀과 공개된 기존의 나셀을 비교하여 도시한 도면.
도 15는 냉각 공기 유동을 설명하기 위해 본 발명에 따른 나셀을 도시한 측면도.
도 16은 본 발명에 따른 나셀의 실시예를 도시한 사시 단면도.
도 17은 도 16의 실시예를 절단하지 않은 상태로 도시한 사시도.
하기에서 동일한 도면부호는 유사하지만 동일하지 않은 부재들을 나타낼 수 있다. 또한, 동일한 부재들은 상이한 축척으로 도시될 수 있다.
도 1 및 도 1a는 각각 타워(102, 102')와 나셀(104, 104')을 포함하는 풍력 발전 설비(100, 100')를 도시한다. 나셀(104, 104')에 3개의 로터 블레이드(108, 108')와 스피너(110, 110')를 가진 로터(106, 106')가 배치된다. 로터(106, 106')는 풍력으로 작동 시 회전 운동하고, 이로써 나셀(104, 104') 내의 제너레이터를 구동한다.
도 2의 나셀(1)은 고정부(2)와 회전부(4)를 갖는다. 고정부(2)는 회전부(4) 내로 멀리 연장된다. 고정부(2)는 아지무스 플랜지(6)에 의해 아지무스 베어링(8)에 고정되고, 상기 베어링은 타워(12)의 타워 플랜지(10)에 고정된다. 타워(12)의 상부 영역만, 즉 작업 플랫폼(14)이 있는 타워 헤드(26)만이 도시된다.
타워(12) 내에서 타워 플랜지(10)의 근처에 그리고 아지무스 베어링(8)의 근처에 아지무스 구동 장치들(16)이 배치된다. 아지무스 구동 장치들(16)은 각각 도시된 하나의 피니언(18)만을 포함하고, 상기 피니언은 내부 톱니부를 가진 기어림(20)에 결합한다. 내부 톱니부는 도시되지 않는다. 기어림(20)은 아지무스 베어링(8)의 내측 베어링 링(22)에 결합될 수 있고, 이로 인해 또는 다른 방식으로 아지무스 플랜지(6) 및 이로 인해 나셀(1)에, 즉 나셀(1)의 고정부(2)에 고정 연결된다. 타워(12) 내의 2개의 환상 디스크(24)에 고정 설치된 아지무스 구동 장치들(16)은 이로써 적절한 아지무스 조절에 의해 풍력을 추적할 수 있다.
환상 디스크들(24)은 타워 플랜지(10)의 높이에 고정 설치되고, 이로 인해 또한 도시된 타워 헤드(26)에서 타워(12)의 높은 강도를 야기한다. 도시된 작업자(28)는 타워 헤드(26) 및 나셀(1) 내부의 크기 비율을 구체적으로 설명한다.
나셀(1)의 보강 및 고정을 위해서도 이용되는 관형 지지 섹션(30)에 의해 나셀(1)의 고정부(2)는 전술한 아지무스 플랜지(6)와 함께 아지무스 베어링(8) 및 타워 헤드(26)에 고정된다. 이러한 관형 지지 섹션(30)을 통해 나셀(1)에 작용하는 힘도 타워(12) 내로 유도된다. 작업자(28)는 타워(12)로부터 예를 들어 사다리(32)를 통해 환상 디스크(24), 아지무스 베어링(8) 및 관형 지지 섹션(30)을 통해서 나셀(1)에 도달할 수 있다. 이러한 모든 부재들은, 작업자(28)가 나셀(1)에 도달할 수 있도록 그리고 또한 물체가 타워(12)로부터 나셀(1)에 도달할 수 있도록 충분한 공간을 제공한다.
나셀(1)의 고정부(2)는 관형 환대 영역(34)을 포함한다. 수학적 의미에서 관형 지지 섹션(30)과 관형 환대 영역(34)의 교차 영역을 형성하는 연결 영역(36)에서 관형 지지 섹션(30)과 관형 환대 영역(34)은 서로 고정 연결된다. 관형 지지 섹션(30)과 관형 환대 영역(34)은 또한 적어도 부분적으로, 예를 들어 주철부처럼 하나의 부품으로 제조될 수 있다. 연결 영역(36)은 공간에서 3차원으로 연장되고, 이로 인해 나셀(1)로부터 다양한 방향의 힘을 흡수하여 타워(12) 내로 유도할 수 있다.
관형 지지 섹션(30)은 타워(12)에서부터 시작해서 플랫폼(38)의 높이에서 끝난다. 플랫폼(38)은 실질적으로 작업자, 특히 서비스 직원이 나셀(1)에 들어가서 거기에서 작업하기 위해 이용된다. 또한, 예를 들어 다양한 목적을 위한, 예를 들어 제어 캐비닛(40)과 같은 장치들이 플랫폼(38) 상에 배치된다. 보완적으로 플랫폼(38)은 나셀(1)의 안정성과 특히 강도를 높이는 데에도 기여할 수 있다. 플랫폼(38) 상에서 작업자는 나셀의 넓은 구역을 공간적으로 충분히 이동할 수 있다.
나셀(1)은 후방 섹션(42)을 포함하고, 상기 섹션은 적절하게 바람을 향하지 않는다. 이러한 후방 섹션(42)은 나셀(1)의 안정성 및 특히 강도에 기여할 수 있고, 그 밖에 관형 지지 섹션(30) 및 관형 환대 영역(34)보다 작은 기계적 힘을 흡수한다. 이로 인해 후방 섹션(42)은 예를 들어 재료 두께 또는 재료 종류에서 볼 때 더 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어 이러한 후방 영역(42)을 위해 알루미늄의 사용이 제안된다.
전방으로 관형 환대 영역(34)에 제너레이터 섹션(44)이 연결된다. 제너레이터 섹션(44)에 제너레이터(46)가 배치된다. 제너레이터(46)는 고정자(48)와 구동자(50)를 포함하고, 상기 구동자는 외부 구동자로서 형성되며, 즉 고정자(48) 외부 둘레에 배치된다. 고정자(48)와 구동자(50)는 거의 환형으로 형성된다. 고정자(48)는 나셀(1)의 고정부(2)에 고정 연결된다. 이로 인해 비교적 큰 질량과 큰 중량을 갖는 고정자(48)는 고정부(2) 및 나셀(1)에 의해 지지된다. 도시된 작업자(28)에 의해, 이러한 크기 비율은 플랫폼(38) 위의 작업자가 제너레이터(46)까지 지날 수 있도록 허용하는 것 그리고 상기 제너레이터를 지나갈 수 있는 것을 허용하는 것이 명백해진다. 플랫폼(38)은 기본적으로 고정부(2)의 부재들에만 인접하고, 따라서 풍력 발전 설비의 작동 시에도 전술한 바와 같은 통행이 가능하다.
고정부(2)의 제너레이터 섹션(44)에 전방 섹션(52)이 연결되고, 상기 전방 섹션은 전방 원추 섹션(52)이라고도 할 수 있다. 상기 전방 원추 섹션(52)은 기본적으로 기존의 공개된 축 저널을 대체한다. 나셀(1)의 고정부(2)의 부분인 전방 원추 섹션(52)은 공기 역학적 로터(54)의 영역 내에 배치되고, 상기 로터는 3개의 로터 블레이드(56)를 포함하며, 상기 로터 블레이드 중 하나만이 해결 방법에 도시된다. 전방 원추 섹션(52)은 플랫폼(38)에 인접하게 유지 관리 포트(58)를 갖고, 상기 포트를 통해 작업자는 고정부(2)로부터 회전부(4) 내로 그리고 특히 로터 블레이드(56)에 또는 관련 장비들에 도달할 수 있다.
또한, 전방 원추 섹션(52)으로부터 슬립링 바디(60)에 접근 가능하고, 상기 슬립링 바디는 정보 신호 또는 에너지 신호인 전기 신호들을 고정부(2)로부터 회전부(4)로 또는 역으로 전달하는 데 이용된다. 또한, 나셀(1) 및 고정부(2) 내에 크레인 레일(62)이 배치되고, 상기 크레인 레일은 후방 섹션(42)으로부터 전방 원추 섹션(52)까지 그리고 거기에서 슬립링 바디(60)까지 연장된다. 크레인 레일(62)은 2개의 위치에 도시된 공구를 포함해서 무거운 물체를 취급하기 위한 전기 윈치(64)를 운반한다. 전기 윈치(64)는 기본적으로 슬립링 바디(60)까지 크레인 레일(62)을 따라 이동할 수 있고, 이로써 예를 들어 타워(12) 내의 짐을 들어올릴 수 있으며, 전방 원추 섹션(52)으로 그리고 거기에서 예를 들어 로터 블레이드(56)로 짐을 운반할 수 있다.
나셀(1)의 회전부(4)는 후방 베어링(70) 및 전방 베어링(72)에 의해 실질적으로 수평 축을 중심으로 회전 가능하게 고정부(2)에 지지된다. 후방 베어링(70)은 제너레이터(46) 근처에서 고정자(48)에 거의 인접하게 배치된다. 회전부(4)의 후방 베어링(70)의 영역에는 커버 에이프런(74)이 제공되고, 상기 커버 에이프런은 후방 베어링(70)을 기상 영향에 대해 보호한다.
구동자(50)를 지지하고 실린더형 재킷의 방식으로 둘러싸는 구동자 쉘 섹션(76)으로부터 환형 지지 구조체(78)가 후방 베어링(70)으로 연장된다. 이로 인해 나셀(1)의 회전부(4)는 회전부(4)의 상기 후방 영역에서 후방 베어링(70)에 지지된다.
구동자 쉘 섹션(76)에 허브 섹션(80)이 연결된다. 상기 허브 섹션(80)은 구동자 쉘 섹션(76)에 고정되고, 상기 영역에 또한 브레이크 디스크(82)가 제공되며, 상기 디스크는 브레이크 수단(84)에 의해 구동자(50)를 정지시킬 수 있고, 이는 특히 유지 관리 작업을 위해 필수일 수 있다. 허브 섹션(80)에 각각의 로터 블레이드(56)의 고정을 위한 블레이드 연결부(88)를 가진 로터 블레이드 부착부들(86)이 배치된다. 로터 블레이드 부착부(86)에 각각 관련 피치 박스(92)를 가진 피치 구동 장치(90)가 배치된다. 이러한 피치 박스(92)는 피치 모터의 작동을 위해 이용되고, 비상 조절 또는 다른 경우를 위한 작동 유닛 및/또는 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 피치 박스(92)는 이 경우 피치 구동 장치의 작동 또는 에너지 공급을 위한 다른 모듈의 예로 도시된다. 이로 인해 로터 블레이드(56)의 취부각이 변경될 수 있고, 이를 위해 로터 블레이드(56)는 블레이드 베어링(94)에 의해 회전 가능하게 블레이드 연결부(88)에 지지된다. 다른 실시예에서 각각의 로터 블레이드를 위한 다수의 피치 구동 장치들이 제공될 수도 있다.
나셀(1)의 회전부(4)는 전방 베어링(72)의 베어링 소켓(96)에 의해 전방 베어링(72)에 배치된다. 이로 인해 회전부(4)는 전방 베어링(72)의 베어링 소켓(96)에 의해 내부에서 지지되고, 고정부(2)는 외부에서 전방 베어링(72)에 결합된다. 이로 인해 회전부(4)의 베어링 소켓(96)은 고정부(2) 내의 전방 베어링(72)의 영역에 배치되는 한편, 그렇지 않은 경우 회전부(4)는 고정부(2), 특히 전방 원추 섹션(52) 및 제너레이터 섹션(44)을 중심으로 외부에서 회전한다. 이로써 나셀(1)의 고정부(2)의 내부 공간으로부터 전방 베어링(72)의 교체가 가능하다. 이러한 교체 작업을 위해 크레인 레일(62)이 유용할 수 있다.
도 3은 몇 개의 나셀 부분들의 구성과 타워(12) 위에서의 나셀(1)의 배치를 설명한다. 고정부(2)의 환대 영역(34)이 경우에 따라서 후방 섹션(42)과 함께 타워(12) 위의 타워 헤드(26) 영역에 배치되는 것이 풍력 발전 설비의 설치 방법일 수 있다. 이를 위해 고정부(2)의 아지무스 플랜지(6)는 아지무스 베어링(8)의 영역의 타워 헤드(26) 위에 또는 아지무스 베어링(8) 위에 배치되어 거기에 고정된다.
다음 필수 단계로서 제너레이터 섹션(44)은 도 3에 도시된 바와 같이 사전 설치된 제너레이터(46), 즉 구동자(50) 및 고정자(48)와 함께 그리고 후방 베어링(70)과 함께 환대 영역(34)에 고정될 수 있다. 이를 위해 후방 베어링(70)은 환형의 환대 플랜지(302)에 배치되고 고정된다.
추가적인 필수 단계에서 고정부의 전방 원추 섹션(52)은 회전부의 허브 섹션(80)과 함께 장착될 수 있다. 또한, 전방 원추 섹션(52)은 제너레이터 섹션(44)에 고정되고, 허브 섹션(80)은 구동자 섹션(76)에 고정된다. 이를 위해 상기 각각의 4개의 섹션들은 상응하는 환형 플랜지를 포함한다. 회전부(4)의 허브 섹션(80)은 타워 헤드 높이로 들어 올려지기 전에 고정부(2)의 전방 원추 섹션(52)에 전방 베어링(72)과 함께 사전 설치될 수 있다. 이를 위해 보조 고정 장치가 예를 들어 브레이크 디스크(82)의 영역에 제공될 수 있으므로, 허브 섹션(80)과 전방 원추 섹션(52)을 서로 고정할 수 있다.
풍력 발전 설비의 크기 및 나셀의 크기에 따라 그리고 이용 가능한 탑재형 크레인의 크기에 따라, 로터 블레이드(56)가 있거나 없는 전방 원추 섹션에 그리고 경우에 따라서 로터 블레이드 부분이 있는 전방 원추 섹션(52)에 사전 설치된 이러한 허브 섹션(80)이 들어 올려질 수 있다. 허브 섹션(80) 및/또는 전방 원추 섹션(52)에 슬립링 바디(60), 피치 구동 장치(90) 및 피치 박스(92)와 같은 장비들이 사전 설치될 수 있다. 소수의 장비 또는 모든 상기 장비들 또는 다른 장비들이 사전 설치될 수 있다.
도 4는 회전부의 허브 섹션(80)의 전방부이자 고정부의 전방 원추 섹션(52)의 부분을 도시한다. 여기에서 특히 전방 베어링(72)의 수용부를 볼 수 있고, 상기 베어링은 여기에서 2열 테이퍼 롤러 베어링으로서 형성된다. 허브 섹션(80)은 허브 캡(98)을 포함하고, 상기 허브 캡은 스피너 캡(98)이라고 할 수도 있으며, 허브 섹션(80)에 대해 별도의 부분으로서 제조될 수 있고, 그리고 나서 허브 섹션(80)에 고정된다. 허브 캡(98)은 내부에서 전방 베어링(72)에 지지되는 베어링 소켓(96)도 포함한다.
도 4는 연결된 라인을 도시하지 않고 - 명료함을 위해 그 외에도 도면에 도시되지 않음 - 개략적으로 슬립링 바디(60)를 도시한다. 상기 슬립링 바디는 고정부를 형성하는 전방 원추 섹션의 내부 공간으로부터 쉽게 접근 가능하고, 유지 관리 작업 또는 수리 작업을 위해 제거될 수 있다.
상기 슬립링 바디(60)가 제거되면, 전방 베어링(72)이 전방 원추 섹션(52)의 내부 공간을 향해 분리되므로 교체될 수 있다. 이를 위해 허브 섹션(80), 특히 베어링 소켓(96)은 전방 원추 섹션(52)에 대해 고정될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 전체적으로 또는 부분적으로 도시된 허브 섹션(80)은 실시예에서 기본적으로 3개의 동일한 허브 세그먼트(502)로 구성될 수 있다. 이러한 허브 세그먼트(502)는 도 5에 도시된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 구동자 쉘 섹션(76)에 대해 고정하기 위해 허브 섹션(80)은 환형 허브 플랜지(304)를 포함한다. 허브 캡(98)에 연결하기 위해 캡 플랜지(306)가 제공된다. 도 5에서 설명되고 별도로 도시된 허브 세그먼트(502)는 허브 플랜지 섹션(504)과 캡 플랜지 섹션(506)을 포함한다. 또한, 2개의 세그먼트 플랜지(508)가 도시되고, 상기 플랜지들은 허브 세그먼트들(502)의 상호 연결을 위해 제공된다. 따라서 3개의 허브 세그먼트들(502)은 세그먼트 플랜지(508)에 의해 허브 섹션(18)에 연결될 수 있다. 이 경우 허브 플랜지 섹션들(504)은 모두 허브 플랜지(304)에 조립된다. 또한, 캡 플랜지 섹션들(506)은 캡 플랜지(306)에 조립된다.
허브 세그먼트(502)는 또한 로터 블레이드 부착부(86)를 포함하고, 상기 부착부는 블레이드 연결부(88)를 포함한다. 블레이드 연결부(88)에 블레이드 베어링(94)이 고정된다.
로터 블레이드 부착부(86)에 환형으로 둘러싸는 보강 공간(510)이 제공되고, 상기 공간에 피치 구동 장치(90)가 삽입된다. 또한, 피치 구동 장치(90)는 수용 돌출부(512)에 의해 지지된다. 피치 구동 장치(90)를 위한 이러한 이중 고정에 의해 상기 피치 구동 장치는 안정적으로 배치될 수 있다. 보강 공간(510) 및 수용 돌출부(512)는 로터 블레이드 부착부(86) 및 허브 섹션(80) 내에 배치된다. 이로 인해 피치 구동 장치(90)의 사전 설치가 가능해지거나 간단해질 수 있다.
도 6의 확대도에 특히 로터 블레이드 부착부(86)가 상세히 확대 도시된다. 피치 구동 장치(90)는 기어 섹션(602)에 의해 보강 공간(510) 및 수용 돌출부(512) 내에 제공되고, 특히 보강 공간(510)에 고정된다. 수용 돌출부(512)는 특히 피치 구동 장치(90)를 위한 틸팅 안정성을 높일 수 있다. 피치 구동 장치(90)는 정전 시 피치 박스(92)에 의해 작동 에너지를 공급받을 수 있으므로, 로터 블레이드(56)는 패더링 위치(feathering position)로 회전할 수 있다. 도 6에는 연결 라인들이 도시되지 않지만, 물론 피치 구동 장치(90)와 피치 박스(92) 사이에 연결 라인들이 제공된다. 블레이드 베어링(94)은 이중 롤러 베어링 또는 2열 롤러 베어링으로서 형성되고, 상기 베어링에 의해 로터 블레이드(56)는 로터 블레이드 부착부(86)에 회전 가능하게 지지된다.
도 6은 브레이크 수단(84)을 가진 브레이크 디스크(82)를 도시한다. 브레이크 수단(84)은 전방 원추 섹션(52)의 환형 플랜지(604)의 영역에 고정되고, 상기 플랜지는 환형 원추 플랜지(604)라고 할 수도 있다. 로터의 브레이킹과 록킹을 위해 브레이크 디스크(82)에 브레이크 수단(84)이 제공된다.
전방 원추 섹션(52)에 플랫폼(38)의 부분으로서 전방 플랫폼 섹션(606)이 배치되고, 전방 원추 섹션(52)에 고정될 수 있다. 전방 원추 섹션(52) 내의 유지 관리 포트(58)를 통해 서비스 직원이 전방 플랫폼 섹션(606)으로부터 로터 블레이드 부착부(86)를 향해 로터 블레이드 부착부 내에 그리고 거기에서부터 로터 블레이드(56)를 향해 그리고 로터 블레이드 내에 도달할 수 있다. 그러나 이를 위해 먼저 브레이크 디스크(82)는 브레이크 수단(84)에서 정지하고 록킹이 이루어질 수 있으므로, 회전부의 회전 및 로터 블레이드 부착부(86)의 이동이 저지될 수 있다.
도 7은 제너레이터(46)의 구성과 배치를 확대도에 도시한다. 제너레이터(46)는 고정자(48)와 구동자(50)를 포함한다. 구동자는 제너레이터의 로터라고 할 수도 있다. 공기 역학적 로터와 구분하기 위해 제너레이터(46)의 로터(50)는 구동자(50)라고 한다.
구동자(50)는 각각의 극편(702)을 가진 다수의 극을 포함한다. 도 7에 극편(702)만이 도시된 극 또는 극편 바디에 극편 와인딩(704)이 제공되고, 상기 극편 와인딩에 극편 바디 및 구동자(50)의 외부 여기를 위해 직류가 공급되며, 상기 직류는 도 2 내지 도 4에 도시된 슬립링 바디(60)를 통해 공급될 수 있다. 구동자(50), 특히 상기 구동자의 극편 바디는 구동자 쉘 섹션(76)에 고정된다. 구동자의 냉각을 위해 외부 리브(706)가 제공된다. 상기 외부 리브는 구동자 쉘 섹션(76)에 장착될 수 있거나, 구동자 쉘 섹션(76)이 상기 외부 리브(706)와 함께 고정된다. 바람직하게 구동자 쉘 섹션(76), 외부 리브(706) 및 구동자(50)의 각각의 극의 극편 바디는 금속 또는 양호한 열전도성을 갖는 적어도 하나의 다른 재료로 제조된다. 이로써 구동자(50)의 열이 구동자 쉘 섹션(76) 내로 안내되고 외부 리브(706)를 통해 외부로 방출될 수 있다. 외부 리브(706)는 특히 바람에 대해 나셀(1)이 정렬될 때 바람에 대해 길이방향으로 배치되므로, 바람은 외부 리브(706)를 스쳐 지나갈 수 있고, 적절한 냉각 효과를 제공할 수 있다. 대안으로서 외부 리브는 나선 형태로 구동자(50)의 둘레에 배치될 수 있으므로, 특히 로터 블레이드에 의해 편향된 바람에 더 양호하게 부합할 수 있다.
고정자(48)는 실질적으로 고정자 박판 패킷(708)을 포함하고, 상기 패킷은 고정자 지지 섹션(710)에 고정된다. 고정자 박판 패킷(708)에 와인딩이 제공되고, 특히 연속하는 와인딩 그리고 특히 6상, 즉 2개의 3상 연속 와인딩이 제공되지만, 도 7에는 명료함을 위해 도시되지 않는다. 고정자 와인딩은 와인딩 헤드(716)에 의해 개략적으로만 도시된다. 극편(702)과 고정자 박판 패킷(708) 사이에 제너레이터 에어갭(712)이 형성된다. 고정자(48)는 에어갭(712)으로부터 방사방향 내측으로 연장되고, 제안된 구성에 의해 상기 방향으로 언급할 만한 공간 경계부가 제공되지 않는다. 이로 인해 양호한 접근성이 제공되고, 공간은 예를 들어 어떠한 냉각 요구가 주어지는지에 따라 냉각 장치를 위해 이용될 수 있다. 또한, 공간은 경우에 따라서 고정자(48)의 안정성을 높이기 위해 이용될 수 있다.
구동자(50)와 고정자(48)의 도시된 실시예는 기본적으로 구동자와 고정자를 위한 특성적 필수 크기를 재현한다. 구동자(50)의 방사방항 연장부는, 즉 에어갭(712)으로부터 구동자 쉘 섹션(76)을 포함해서 상기 구동자 쉘 섹션까지가 고정자(48)의 방사방향 연장부, 즉 에어갭(712)으로부터 고정자(48)의 커버 박판(714)을 포함해서 상기 박판까지보다 훨씬 작은 것을 알 수 있다. 예를 들어 운송 조건으로 인해 미리 정해질 수 있는 최대 외경이 주어진 경우에 외부 구동자로서 도시된 상태에 의해, 상기 직경의 준수 하에 더 큰 방사방향 두께를 갖는 고정자가 외부에 놓일 경우보다 에어갭(712)의 더 큰 직경이 구현될 수 있다.
고정자 지지 섹션(710)은 전방 고정자 플랜지(718)에 의해 원추 플랜지(604)에 고정되고 또는 원추 플랜지(604)는 전방 고정자 플랜지(718)에 고정된다. 고정부(2)의 환대 영역(34)을 향해 고정자 지지 섹션(710)은 후방 고정자 플랜지(720)를 갖고, 상기 플랜지에 의해 고정자 지지 섹션(710)이 전방 환대 영역 플랜지(722)에 고정된다. 이를 위해 다수의 연결 볼트(724)가 제공된다. 2개의 플랜지, 즉 후방 고정자 플랜지(720)와 전방 환대 영역 플랜지(722) 사이에 고정 베어링 섹션(726)을 갖는 후방 베어링(70)이 배치된다. 후방 베어링(70)은 원칙적으로 환대 영역 플랜지(722)로부터 후방 고정자 플랜지(720)를 분리함으로써 제거될 수 있다.
후방 베어링(70)의 회전 베어링부(728)에 구동자 쉘 섹션(76)이 환형 그리드와 유사한 지지 구조체(78)에 의해 고정 연결된다. 구동자 쉘 섹션(76)은 또한 구동자 쉘 플랜지(730)에 의해 허브 플랜지(304)에 연결된다. 또한, 리프팅을 위해 리프팅 러그들(732)이 제공된다. 이러한 리프팅 러그들(732)은 기본적으로 각각의 허브 세그먼트(520)에 배치될 수 있다. 그러나 한 쌍의 리프팅 러그(732)만을 제공하는 것으로 충분할 수 있으므로, 허브 세그먼트(502)에만 한 쌍의 리프팅 러그(732)가 배치된다. 이러한 이유로 도 5의 허브 세그먼트(502)는 리프팅 러그(732) 없이 도시되어 있다.
도 8은 조립되어 타워(12) 위에 배치된 상태에서 나셀(1)의 외부도를 도시한다. 설명을 위해 로터 블레이드 부착부(86)에 로터 블레이드(56)가 부착된 것이 개략적으로 도시된다. 특히 상기 외부도에서 각각 조립된 2개의 세그먼트 플랜지(508)의 영역에 시임들이 도시된다. 상기 시임 영역에 2개의 리프팅 러그(732)가 도시되고, 상기 리프팅 러그들은 나셀, 즉 상기 나셀의 허브 부분을 장착하기 위해 제공된다. 허브 섹션(80)의 크기에 따라 하나의 부분으로 공급될 수도 있는 것에 주의해야 한다. 따라서 그러한 경우에도 세그먼트 플랜지(508)의 경우에 이러한 용접 시임의 영역에 리프팅 러그들(732)이 배치될 수 있다.
외부 리브들(706)은 바람직하게, 상기 외부 리브들이 도 8에 도시된 크기 및 해상도에서 리브로 인식할 수 없을 정도로 얇게 그리고 많은 개수가 제공될 수 있다. 로터 블레이드 부착부(86)의 개구를 통해 전방 원추 섹션(52)은 외부에서 볼 수 있다.
도 9는 도 2에 실질적으로 상응하며, 이 경우 도 9는 사시도가 아니고 관점이 도 2와 약간 다르다. 또한, 나셀(1) 대신에 더 작은 크기, 특히 더 낮은 등급의 공개된 풍력 발전 설비의 나셀(901)이 도시된다. 공개된 나셀(901)도 기어리스형 풍력 발전 설비의 나셀이다. 선행기술의 상기 나셀은 타워(12)에서부터 먼저 주조된 기계 캐리어(902)을 갖는다. 상기 캐리어는 만곡된 관처럼 타워(12)에서부터 시작해서 대략 90°로 구부러져서 제너레이터를 향해 연장된다. 나셀(901)에 들어가기 위해, 서비스 직원은 타워(12) 아래에서부터 기계 캐리어(902) 내로 올라가야 하고, 후방 기계 캐리어 개구(904)에서 나와 개방된 나셀 내부 공간 내로 기계 캐리어(902)을 벗어나야 한다. 기계 캐리어(902)에 고정자 캐리어(906)가 연결되고, 상기 고정자 캐리어는 고정자 벨이라고도 할 수 있는데, 그 이유는 상기 고정자 캐리어는 나셀(901)을 기본적으로 완전히 관통하고 거의 벨 형태로 형성되기 때문이다. 매우 개략적으로만 도시된 고정자(908)는 상기 고정자 캐리어의 둘레에 고정된다. 나셀(901)의 전방 부분에 도달하기 위해, 고정자 벨(906)에 고정자 벨 개구(910)가 제공된다. 고정자 벨(906)로부터 축 저널(912)이 연장된다. 축 저널의 내부는 중공형이고, 거기에서 케이블이 슬립링 바디(914)로 안내될 수 있다. 그러나 축 저널(912)로 인해 작업자는 나셀(901)의 전방 영역 내에 도달할 수 없다.
상기 축 저널(912) 상에 로터, 즉 공기 역학적 로터는 물론 제너레이터의 로터, 즉 구동자가 지지된다. 또한, 로터 허브(916)가 제공되고, 상기 로터 허브는 2개의 축 저널 베어링(918)에 의해 축 저널 상에서 회전 가능하게 지지된다. 로터 허브(916)에 로터 블레이드를 고정하기 위한 로터 블레이드 부착부들(920)이 배치된다. 또한, 허브에 구동자 캐리어(922)가 배치되고, 상기 구동자 캐리어는 거기에서부터 방사방향 외측으로 연장되며, 고정자(908) 내에서 구동자(924)를 지지한다. 고정자(908)와 구동자(924) 사이에 에어갭(926)이 형성된다.
하부에 도시된 로터 블레이드 부착부(920)에 로터 블레이드 어댑터(928)가 도시되고, 상기 로터 블레이드 어댑터는 어댑터 베어링(930)에 의해 회전 가능하게 로터 블레이드 부착부(920)에 연결된다. 로터 블레이드는 여기에서 도시되지 않는다.
이 경우 작동 방식은 풍력이 로터 블레이드에 전달되고 거기에서부터 로터 블레이드 어댑터(928)에 전달됨으로써, 이로 인해 회전 운동이 실시될 수 있도록 이루어진다. 그리고 나서 어댑터 베어링(930)과 로터 블레이드 부착부(920)를 통해 로터 허브(916)에 힘이 전달된다. 상기 로터 허브는 비교적 작은 직경을 갖고, 전술한 바와 같이 형성된 회전 모멘트를 계속해서 구동자 캐리어(922)로 전달하고, 거기에서부터 회전 모멘트는 외부로 구동자(924)를 향해 전달된다. 따라서 로터 블레이드로부터 구동자로 비교적 바람직하지 않은 힘 흐름이 제공된다. 또한, 로터의 무게 및 로터의 틸팅 모멘트를 흡수해야 하는 축 저널(912)의 직경은 나셀 캐리어를 이용하는 본 발명에 따른 컨셉의 경우보다 작다. 따라서 이러한 축 저널은 매우 무거운 구조로, 즉 매우 두꺼운 벽 두께로 제조된다. 따라서 충분한 안전성을 보장하기 위해 중량은 더 증가한다.
또한, 나셀(901)이 본 발명에 따른 나셀(1)보다 부분적으로 더 큰 직경을 갖더라도 상기 나셀을 통행하는 것은 더 어려운데, 그 이유는 고정자 캐리어(902)가 나셀(901)의 중앙에 배치되어 기본적으로 최적의 공간을 차지하기 때문이다. 모든 장비들은 거기에서 상기 기계 캐리어(902)의 주위에 배치되어야 한다.
또한, 나셀(901)의 통행 가능성은 부분적으로만 제공되는데, 그 이유는 고정자 벨(906)이 나셀(901)의 대부분에 접근할 수 없게 만들거나 또는 로터 및 구동자(924)가 정지된 경우에만 접근이 가능하기 때문이다.
그와 달리 자력 지지하고 이로써 먼저 기계 캐리어(902)가 생략되는, 즉 대체하는 나셀(1)이 제안된다. 나셀(1)의 외부 쉘은 지지력을 흡수하고, 상기 나셀은 기존의 구조에 비해 훨씬 큰 직경을 가지며, 따라서 훨씬 작은 벽 두께와 동시에 높은 안정성이 달성될 수 있다. 따라서 큰 직경에도 불구하고 - 구체적인 구현에 따라 - 도 9에 도시된 기존의 구조에 비해 중량 절감이 가능하다.
도 10의 나셀 형상은 나셀 아치 영역(134)을 포함하고, 상기 영역은 기능적으로 대략 도 2의 환대 영역(34)에 거의 상응한다. 나셀 아치 영역(134)은 따라서 나셀(1001)의 고정부(1002)의 부분이다. 나셀 아치 영역(134)에 제너레이터 섹션(144)이 연결되고, 상기 섹션에 원추 섹션(152)이 연결된다. 나셀 아치 영역(134)은 아지무스 베어링(1008) 및 타워 플랜지(1010)에 의해 타워(1012)에 연결된다. 이로 인해 타워 아치 영역(134)은 제너레이터 섹션(144)에 대한 타워(1012)의 안정적인 연결부를 형성한다. 이를 위해 나셀 아치 영역은 실질적으로 대략 90°만큼 휘어진 관 섹션처럼 형성된다. 이로 인해 타워(1012)와 제너레이터 섹션(144) 사이에 매우 양호하게 안정적이고 강성인 연결이 이루어질 수 있다. 예를 들어 도 2에 도시된 후방 섹션(42)을 반드시 필요로 하지 않는 것이 확인되었다. 이러한 관형 부재의 형상에 의해 간단하고 효율적으로 구동자로부터 타워로의 힘 흐름의 편향도 보장된다. 지지 방식의 외부 쉘을 제공하고 따라서 나셀(1001)의 내부에 많은 공간을 형성하는 기본적인 구성에 의해, 도 2에 따른 실시예에서 후방 섹션(42)에 제공된 공간도 생략될 수 있다.
도 10의 나셀(1001)은 변형예에서는, 특히 비 지지 방식의 커버부가 로터로부터 떨어져 있는 후방 측면에 배치되도록 변형된다. 예를 들어 냉각 장치와 같은 부가 장치들 또는 크레인 개구와 같이 서비스 작업을 위한 장치가 아래에 배치될 수 있다.
나셀 아치 영역(134) 내에 도시된 작업자(128)는 플랫폼(138) 상에 서 있고, 도 10에 따른 이 실시예에서도 나셀(1001) 내에 더 많은 공간이 제공되어 있는 것을 설명한다.
플랫폼(138)은 따라서 도 2에 비해 짧아진다. 또한, 크레인 레일(162)도 짧아지고, 윈치(164)을 지지하며, 상기 윈치에 의해 부재들이 타워(1012)로부터 나셀(1001) 내로 들어 올려지고 또는 나셀로부터 하강할 수 있다. 즉, 플랫폼(138) 상의 작업자(128)가 도시된 곳으로부터, 화물을 포함하거나 포함하지 않는 윈치(164)가 크레인 레일(162)을 따라 충분히 전방까지 전방 원추 섹션(152) 내로 이동될 수 있다. 따라서 도시된 전방 원추 섹션(152) 내의 슬립링 바디(160) 및 유지 관리 포트(158)에 이를 수 있다.
전방 원추 섹션(152)은 제너레이터 섹션(144)에 의해 나셀 아치 섹션(134)에 고정 연결되고, 상기 나셀 아치 섹션에 의해 타워(1012)에 연결된다.
제너레이터 섹션(144)은 실린더형 쉘 섹션(1714)을 포함하고, 상기 쉘 섹션은 실질적으로 전방 원추 섹션(152)에 대한 나셀 아치 영역(134)의 직접적인 연결을 형성하고, 그 형상, 특히 실린더 형태에 의해 전방 원추 섹션(152)으로부터 나셀 아치 영역(134)으로 양호한 힘 전달도 가능하다. 특히, 공기 역학적 로터로부터 허브 캡(198)에, 계속해서 전방 베어링(172)에 그리고 이로 인해 전방 원추 섹션(152)에 전달되는 힘이 전술한 영역을 지나서 전달된다.
실린더형 섹션(1714) 둘레에 고정자 지지 섹션(1710)이 배치되고, 지지면(1711) 및 실린더형 섹션(1714)과 함께 사다리꼴 형태의 단면을 갖는 구조를 형성한다. 이로 인해 고정자(148), 특히 고정자 박판 패킷(1708)이 지지된다. 사다리꼴 형태의 구조(1709) 내에 고정자(148), 특히 박판 패킷(1708)의 냉각을 위한 냉각 유동이 안내될 수 있다.
제너레이터 섹션(144)의 내부에도 충분한 공간이 제공되고 상기 제너레이터 섹션(144)은 풍력 발전 설비의 작동 시에도 통행 가능하기 때문에, 거기에도 제어 캐비닛(140) 또는 그와 같은 장치들이 배치된다.
도 10의 실시예는 회전부(1004)에 구동자 쉘 섹션(176)을 포함하는데, 상기 구동자 쉘 섹션은 구동자(150)를 지지하며, 외부 리브(1706)를 갖는다. 외부 리브(1706)는 나셀(1001) 둘레에, 특히 구동자 쉘 섹션(176) 둘레에 거의 나선 형태로 배치된다. 작동 시 공기 역학적 로터에 의해 편향된 바람은 이로 인해 바람직하게, 즉 외부 리브(1706)에 대해 거의 평행하게 유동하는 공기 유동에 의해 상기 외부 리브(1706)에 유입될 수 있다. 외부 리브(1706)의 이러한 형상의 특성은 도 10의 도시된 실시예로 한정되지 않는다. 그러나, 상기 외부 리브는 일반적으로 바람직한 형상이다.
구동자 쉘 섹션(176)은 동시에 커버 에이프런으로 작동하는 환형 지지 구조체(178)에 의해 후방 베어링(170)에 지지된다. 연결 지지 섹션(179)은 거의 후방 베어링(170)의 외주에 걸쳐 연장된다. 이로써 회전부(1004)에 작용하는 힘은 환형 지지 구조체(178)와 연결 섹션(179)을 지나 후방 베어링(170)에 전달된다. 또한, 이러한 환형 지지 구조체(178)는 항상 한 측면에 의해 제너레이터(146)를 포함한다.
도 10의 도시된 실시예는, 다른 세부 사항들에서 예를 들어 도 2에 도시된 실시예와 다르다. 달리 설명되지 않은 경우에, 도 10의 이 실시예의 다른 부재들은 적어도 도 2의 실시예를 구현한 것에 기본적으로 상응한다. 또한, 도 2 또는 다른 도면에 도시된 신규한 구조는 로터 블레이드로부터 구동자로 훨씬 더 바람직한 힘 흐름을 지원하는데, 그 이유는 힘 흐름이 실질적으로 허브 섹션(80)의 외부 쉘 또는 외벽 영역에서 흡수되고, 외부에 배치된 구동자(50)에 전달되기 때문이다. 어떠한 경우든 새롭게 제안된 나셀(1)은 부분적으로 감소한 전체 직경에도 불구하고 내부에 훨씬 더 많은 공간을 제공하는데, 그 이유는 다양한 장치를 배치하기 위해 그리고 작업 플랫폼 또는 나셀의 통행을 위한 디딤면을 배치하기 위해 기본적으로 전체 내부 공간이 이용되기 때문이다.
또한, 새롭게 제안된 나셀 구조는 외부 구동자로서 제너레이터를 제공하는 것이 바람직하고, 이는 전체 외경이 변경되지 않으면서 더 큰 에어갭 직경을 제공할 수 있는데, 그 이유는 구동자의 방사방향 연장부가 고정자의 방사방향 연장부보다 작기 때문이다.
로터에 냉각 리브, 소위 외부 리브를 배치하는 것은 5 m의 외경에 대해 예를 들어 약 20 - 150 ㎡의 냉각면을 형성할 수 있다. 후방 베어링(70)은 롤러 베어링으로서 형성되고, 교체 가능할 수 있다.
나셀 캐리어(34)라고 할 수도 있는 고정부(2)의 환대 영역(34)은 바람직하게 주철부로서 제공된다. 후방 섹션(42)은 후방 커버(42)라고 할 수도 있고, 바람직하게 알루미늄으로 제조된다. 아지무스 조절을 위해 소위 아지무스 모듈이 타워 헤드(26) 내에 배치될 수 있고, 이를 위해 균일하게 배치된 구동 장치들이 특히 원주에 걸쳐 균일하게 분포되는 것이 제안될 수 있다. 아지무스 베어링(8)은 특히 그 내부 베어링 링(22)에서 내측이 톱니형으로 형성될 수 있다. 외부가 톱니 형태인 해결 방법과 달리 더 작은 톱니부 직경은 더 많은 개수의 구동 장치에 의해 조정될 수 있다. 실시예에 따라 여기에서 14개의 아지무스 구동 장치들(16)이 제공된다.
전방 원추 섹션(52)과 베어링 소켓(96) 사이의 회전 가능한 연결을 위해 내부에서 교체 가능한 전방 베어링(72)으로서 2열 테이퍼 롤러 베어링이 제공될 수 있다.
전방 원추 섹션(52) 내에 또는 베어링 소켓(96)에 슬립링 바디가 수용될 수 있다. 베어링 소켓(96)은 허브 캡(98)의 부분이고, 상기 허브 캡은 3개의 허브 세그먼트(502)의 통합을 위해서도 바람직하게 제공된다.
제안된 자력 지지형 나셀에 의해 큰 중량 및 복잡한 조립 공정과 같은 단점들이 해결될 수 있다. 따라서 중량 감소 및 조립 공정의 감소가 이루어질 수 있다. 다른 장점들 또는 제안된 양상들은 다음과 같다.
에어갭은 자연적인 힘 흐름에 놓인다. 외부에 위치한 지지 구조체에 의해 낮은 응력 레벨이 달성된다. 이 경우 특히, 응력 레벨은 나셀 중심축과 관련해서 지지 구조체의 반경의 제곱의 역수값에 비례하는 것에 주목해야 한다. 이 경우 이러한 지지 구조체의 안정성은 기본적으로 지지 구조체의 관련 벽 두께에 의해 비례적으로만 증가한다.
에어갭의 근처에서 후방 베어링(70)을 사용함으로써 높은 에어갭 강도가 달성될 수 있다. 또한, 에어갭은 축방향으로 볼 때 후방 베어링(70)과 전방 베어링(72) 사이에 배치된다. 이로 인해 높은 틸팅 안정성 및 상응하게 작은 에어갭 두께가 가능하다. 또한, 에어갭 연장이 바람직할 수 있다. 이러한 모든 것은 작은 에어갭 손실을 야기한다.
제안된 외부 구동자 제너레이터에 의해 구동자는 외부에서 냉각될 수 있고, 이는 처음에는 수동적(passive)으로만 가능할 수 있다.
고정자는 자유롭게 접근 가능한 패킷 중앙에 의해 더 양호하게 냉각될 수 있다. 고정자는 제안된 해결 방법에서 내부로부터 도달할 수 있다. 실제로 고정자의 박판 패킷에서 높이 제한 또는 두께 제한이 없다. 이로 인해 냉각을 위한 충분한 공간이 제공되고, 또한 박판 패킷의 패킷 강도도 높아질 수 있다.
나셀은 외부 치수가 작은 경우에 내측이 넓게 형성될 수 있다.
또한, 자력 지지형 나셀은 견고한 외부 구조를 갖고, 상기 외부 구조는 특히 운송과 설치에 바람직하다.
견고한 외부 구조 및 리프팅 러그(732)와 같이 주조된 리프팅 아이(lifting eye)에 의해 현장에서 풍력 발전 설비의 설치가 간단해질 수 있다. 이 경우 현장에서 작은 부분의 조립은 불필요해진다. 기본적으로 특히 후방 베어링(70) 및 전방 베어링(72)과 관련해서 간단한 부품 교체가 가능하다. 또한, 나셀(1)로부터의 가능한 인명 구조는 더욱 문제없이 이루어질 수 있다.
또한, 제안된 나셀은 높은 밀봉성을 제공한다. 이는, 예를 들어 허브 섹션(80)의 로터 블레이드 부착부(86)의 외부에 대한 로터 블레이드의 연결부에 의해 달성되는데, 그 이유는 부착부 에지에서 습기가 투과할 수 있는 추가 커버가 제공되지 않기 때문이다. 또한, 아지무스 베어링의 영역, 즉 타워 헤드에 대한 연결부의 영역에서도 밀봉성이 개선될 수 있다.
유입 공기의 공급을 위해 물 분리기 및/또는 모래 분리기를 사용하는 것이 제안된다.
제안된 나셀은 또한 더 큰 설비, 즉 특히 현재의 크기 또는 출력 크기를 초과하는 크기 및 출력 크기를 갖는 추후의 설비를 위해 바람직하다. 제한은, 특히 부품의 도로 운송 시의 제한에 의해 주어진다. 경우에 따라서 나셀 캐리어 및/또는 허브 섹션은 운송을 위해 적절하게 분리될 수 있다. 나셀이 자력 지지하고 이에 따라 나셀 커버는 지지 구조체를 형성함으로써, 나셀은 보다 대형인 설비를 위해 상응하게 함께 증가할 수 있고, 즉 더 큰 설비에서 상응하게 더 크게 제조될 수 있으므로, 즉시 안정성 향상이 이루어진다.
제안된 나셀의 힘 흐름은 바람직하게, 상기 힘 흐름이 로터 블레이드에 의해 외부로부터 허브 섹션(80)을 통해 직접 구동자(50)에 안내되고, 계속해서 고정자 및 거기에서부터 고정부(2)의 외부 쉘에 기본적으로 단순한 직선 방향으로 안내된다.
후방 베어링(70)을 위해 대략 3 m의 캐리어 직경을 갖는 롤러 베어링이 가능하고, 이는 높은 안정성, 특히 틸팅 강도를 가능하게 한다.
도 11의 나셀(1101)은 실질적으로 거의 90°꺾어진 또는 휘어진 관형 바디를 포함한다. 이 경우 타워 연결 영역(1102), 연결 섹션(1104) 및 축 저널 섹션(1106)이 제공된다. 연결 섹션(1104)은 거의 환형인 축 저널 연결 영역(1108)을 통해 축 저널 섹션(1106)에 연결되고, 또는 거기에서 상기 축 저널 섹션에 연결된다. 연결 섹션(1104)은 타워 연결 영역(1102)을 통해 타워 헤드(1110) 및 상응하는 타워에 연결된다.
축 저널 섹션(1106)은 전방 원추 섹션(1152)을 포함하고, 상기 전방 원추 섹션은 고정자(1148)를 포함한다. 고정자(1148)에 대해 고정자 구조(1149)가 도시되고, 상기 구조는 실질적으로 도 11에 도시되지 않은, 고정자(1148)의 전자기 작동 부분, 즉 특히 고정자 박판 패킷과 고정자 와인딩을 지지한다. 어느 경우든 고정자 구조(1149)는 축 저널 섹션(1106), 특히 전방 원추 섹션(1152)과 함께 하나의 부품으로 형성될 수 있고, 상기 축 저널 섹션에 통합될 수 있다. 전술한 섹션의 기능에 의해 전방 원추 섹션(1152)은 축 저널이라고도 하고, 그러한 경우에 고정자(1148), 적어도 상기 고정자의 고정자 구조(1149)는 축 저널에 통합된다.
나셀(1101)의 회전부(1204)는 2개의 베어링, 즉 후방 베어링(1170)과 전방 베어링(1172)에 의해 회전 가능하게 전방 원추 섹션(1152)에 지지되고, 따라서 회전 가능하게 축 저널 섹션(1106)에 지지된다. 이로 인해 로터 블레이드(1156)는 회전축(1103)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 이 경우 각각의 로터 블레이드(1156)는 로터 블레이드 부착부(1186) 또는 로터 블레이드 어댑터(1186)에 의해 회전부(1204)에 있는 각각의 블레이드 연결부(1187)에 연결되고, 즉 고정 연결된다. 상기 블레이드 연결부(1187)의 영역에는, 여기에서 고정자(1148) 및 구동자(1150)로 구성된 제너레이터의 구동자(1150)도 배치된다.
따라서 고정자(1148)와 구동자(1150)로 이루어진 제너레이터는 회전축(1103)과 관련해서 축방향으로 블레이드 연결부(1187)와 동일한 위치에 배치된다. 3개의 블레이드 연결부(1187)는 블레이드 연결 영역을 규정한다. 또한, 여기에서 고정자(1148)와 구동자(1150)로 이루어진 제너레이터는 회전축(1103)에 대해 방사방향으로 블레이드 연결부(1187) 내에 배치된다. 블레이드 연결부(1187)는 풍력 발전 설비의 작동 시 고정자(1148)와 구동자(1150)로 이루어진 제너레이터를 중심으로 외부에서 회전한다. 이 경우 구동자(1150)는 블레이드 연결부(1187)와 함께 회전한다. 따라서 도시된 실시예에서 제너레이터는 블레이드 연결부(1187)에 의해 규정된 블레이드 연결 영역 내에 축방향으로 그리고 방사방향으로 위치한다.
또한, 제너레이터는 회전부(1204) 내에 배치되고, 상기 회전부는 블레이드 연결 커버를 형성하며 상기 커버 내에 제너레이터를 포함하고 외부의 기상 영향에 대해 보호한다.
특히, 제너레이터가 매우 긴 형태를 갖고 블레이드 연결 영역보다 큰 축방향 길이를 갖는 경우에, 제너레이터는 축방향으로 또한 적어도 하나의 측면으로 블레이드 연결 영역을 지나서 연장된다.
도 12는 도 11의 나셀(1101)을 앞으로 기울여 사시도로 도시한 것이다. 도 12에서 특히 로터 블레이드(1156)는 부분적으로 도시된다. 로터 블레이드(1156)는 각각 로터 블레이드 부착부 또는 로터 블레이드 어댑터(1186)에 의해 나셀(1101)의 회전부(1204)에 연결된다. 블레이드 연결부(1187)는 제너레이터를 완전히 둘러싸는 것으로 도시된다.
블레이드 연결부(1187)는 도 12에 대략 V-형태의 영역으로 도시되고, 로터 블레이드 부착부 또는 로터 블레이드 어댑터는 상기 영역에서 회전부에 고정된다. V-형태의 영역을 설명하기 위해 예시적으로 3개의 블레이드 연결부들(1187) 중 하나의 연결부에 대해 2개의 파선의 보조 라인(1188)이 도시된다. 이러한 방식의 연결에 의해 관련 로터 블레이드(1156)로부터 회전부(1204)로 힘 흐름이 V-형태 대신 직선 연결에 비해 개선될 수 있다. 또한, 회전부(1204)의 외부 치수는 적어도 약간 감소할 수 있고, 이는 특히 풍력 발전 설비의 설치 장소로 회전부(1204)를 별도로 운송할 때 중요하다.
특히 블레이드 연결부의 전술한 V-형태, 즉 V-형의 영역에서 회전부(1204)에 로터 블레이드 부착부 또는 로터 블레이드 어댑터(1186)를 연결하는 것은 도 11 및 도 12의 구체적인 예에 제한되는 것이 아닌, 일반적인 바람직한 실시예이다.
도 13a 내지 도 13d는 나셀 아치 영역(1334a 내지 1334d)의 4개의 상이한 실시예들을 도시한다. 상기 나셀 아치 영역들은 실질적으로 도 10에 도시된 나셀 아치 영역(134)에 상응한다. 도 13a의 나셀 아치 영역(1334a)은 외부 아치 영역(1335a)을 포함하고, 상기 영역은 타워 연결 영역(1308a)으로부터 제너레이터 연결 영역(1310)으로 거의 균일하게 아치형으로 연장된다. 외부 아치 영역(1335a)은 이 경우 폐쇄되어 형성되고, 나셀 아치 영역(1334a)은 기본적으로 균일하게 대략 90°휘어진 관 섹션의 형태를 갖는다.
도 13b의 나셀 아치 영역(1334b)은 기본적으로 나셀 아치 영역(1334a)과 동일한 형태를 갖는다. 이 경우 도 13b의 나셀 아치 영역(1334b)은 출구(1338b)가 있는 외부 아치 영역(1335b)을 포함한다. 상기 출구(1338b)는 서비스 직원이 나셀로부터, 즉 나셀 아치 영역(1334b)으로부터 밖으로 나가는 것을 가능하게 한다. 도 13b와 도 13a, 도 13c 및 도 13d는 각각 아직 장착되지 않은 나셀 아치 영역을 도시하고, 따라서 도 13b에서도 도어 또는 이와 유사한 것이 출구(1338b)에 도시되어 있지 않다. 도 13a 내지 도 13d에 도시된 나셀 아치 영역들은 예를 들어 주철부로서 제조될 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 나셀 아치 영역(1334a 내지 1334d)의 다양한 실시예를 도시한다. 상기 4개의 실시예의 도면부호들은 넘버링과 관련해서 동일하지만, 추가된 알파벳 a 내지 d로 도 13a 내지 도 13d의 도면에서 적절하게 구분된다.
도 13c의 실시예는 실질적으로 직선 외부 아치 영역(1335c)을 포함하는 나셀 아치 영역(1334c)을 도시하고, 상기 외부 아치 영역은 이러한 경우에 후방 영역(1335c)이라고 할 수도 있다. 이러한 외부 아치 영역 또는 후방 영역(1335c)에는 또한 출구(1338c)가 제공된다.
도 13d의 실시예는 출구 없이 실질적으로 직선 외부 아치 영역 또는 후방 영역(1335d)을 포함하는 나셀 아치 영역(1334d)을 도시한다.
출구(1338b 또는 1338c)를 통해 간단하게 나셀로부터 나가는 하차 구역이 구현될 수 있다. 다른 한편으로 출구를 포함하지 않는 도 13a 및 도 13d의 실시예예는 간단하게 더 높은 안정성 또는 동일한 안정성을 달성할 수 있다. 필요할 수 있는 하차장은 다른 위치에 제공될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 나셀(1401) 및 선행기술에 따른 나셀(1401')을 개략적인 측면도에 도시하고, 이 경우 2개의 나셀(1401, 1401')은 동일한 등급의 풍력 발전 설비의 부분이다. 도 14에 제공된 공간이 도시된다. 특히 본 발명에 따른 나셀(1401)은 매우 큰 연결된 작업장 영역(1402)을 포함한다. 나셀(1401) 내부에 상기 작업 영역(1402)을 나타내는 상응하는 직사각형이 도시된다. 횡단면이 직사각형인 최대로 연결된 작업 영역(1402')이 나셀(1401') 내에 도시된다. 선행기술에 따른 나셀(1401')이 본 발명의 실시예에 따른 나셀(1401)보다 훨씬 크지만, 상기 작업 영역(1402')을 나타내는, 선행기술에 따른 나셀이 포함하는 연결된 콤팩트한 자유 공간은 더 작다. 그 이유는 선행기술에서 지지 구조, 특히 축 저널(1404')과 기계 캐리어(1406')가 나셀(1401') 내부 중앙에 배치되고, 가능한 자유 공간은 상기 기계 캐리어(1406') 또는 축 저널(1404') 둘레에만 분포 배치될 수 있기 때문이다.
선행기술의 실시예에 따른 나셀(1401)에서 상기 나셀은 자력 지지하고, 자체 쉘 및 이에 따른 지지 구조를 형성하므로, 다른 지지 구조를 포함하지 않는다. 나셀(1401)의 내부 영역 전체는 이로 인해 실질적으로 장치들을 위한 용도로 그리고 작업자, 특히 서비스 직원의 체류를 위해 이용된다.
제공된 필요 공간을 설명하기 위해 다른 자유 공간(1408)이 나셀(1401) 내에 도시되고, 다른 자유 공간(1408')이 나셀(1401') 내에 도시된다.
도 15의 실시예는 냉각의 가능성을 도시한다. 나셀(1501)은 아지무스 베어링(1508)에 의해 타워(1512)에 연결되고, 여기에서는 타워의 상부 부분만이 도시된다. 타워(1512) 내에 유입구(1518)가 제공된다. 상기 유입구(1518)를 통해 주변 공기(1520)가 유입되고, 아지무스 베어링(1508)의 영역에서 상기 주변 공기는 냉각 유동(1522)으로서 나셀(1501) 내로 유입된다. 냉각 유동(1522)은 제너레이터(1546)에 도달한 후에, 상기 제너레이터를 관류하고, 가열된 배출 공기(1524)로서 풍력 발전 설비에서 배출된다.
도 15는 상부 영역에서만 제너레이터(1546)의 냉각을 매우 개략적으로 도시한다. 실제로 제너레이터(1546)는 실질적으로 전체적으로 나셀(1501) 주변을 둘러싸고, 제너레이터(1546)의 전체 원주에서도 냉각이 이루어진다. 예시적으로 도시된 팬(1526)도 도시된 하나의 위치에 뿐만 아니라, 제너레이터(1546) 둘레에 원주 방방향으로 다수의 위치에 분포될 수 있다. 나셀(1501)은 제너레이터(1546)의 영역에 배출구(1528)를 가질 수 있고, 상기 배출구는 바람직하게 바람과 반대편의 나셀(1501)의 측면에 배치된다.
도 16 및 도 17은 실시예에 따른 나셀(1601)의 구성을 다시 한 번 도시한다. 나셀(1601)의 나셀 아치 영역(1634)이 아지무스 베어링(1608)에 의해 타워(1612)에 회전 가능하게 고정된다. 구동자(1650)의 구동자 쉘 섹션(1676)은 특히 후방 베어링(1670)에 의해 나셀 아치 영역(1634)에 회전 가능하게 지지된다.
구동자(1650)는 이로 인해 구동자(1650) 내에 배치된 고정자(1648)에 대해 회전한다. 고정자(1648)와 구동자(1650)는 기본적으로 제너레이터(1646)를 형성하고, 상기 제너레이터는 특히 비스듬하게 배치된 냉각 리브들(1630)에 의해 냉각될 수 있다. 비스듬하게 배치된 냉각 리브들(1630)은, 실질적으로, 도 16 및 도 17에 따라 도면 평면의 좌측에서부터 바람의 유입 시 공기 역학적 로터 또는 회전부(1604)의 적절한 회전을 고려하도록 기울어지게 설정된다. 나셀(1601)과 관련해서 이 경우 바람은 요컨대 거의 나선형으로 유동하고, 상기 냉각 리브들(1630)은 바람을 향해 정렬된다.
냉각 리브(1630)의 영역과 후방 베어링(1670) 사이에 에이프런 개구(1675)를 갖는 에이프런 섹션(1674) 또는 커버 에이프런(1674)이 배치되고, 상기 개구를 통해 냉각 작용을 하는 공기, 특히 냉각에 의해 가열된 배출 공기가 배출될 수 있다. 특히 도 15에 도시된 냉각 수단은 냉기 유동으로서 상기 에이프런 개구(1675)를 통해 배출될 수 있다.
1 : 나셀 2, 4 : 나셀 커버
6 : 아지무스 플랜지 8 : 아지무스 베어링
10 : 타워 플랜지 12 : 타워
14 : 작업 플랫폼 16 : 아지무스 구동 장치
46 : 제너레이터 48 : 고정자
50 : 구동자 54 : 로터
56 : 로터 블레이드 100 : 풍력 발전 설비
102 : 타워 104 : 나셀
106 : 로터 108 : 로터 블레이드
110 : 스피너 902 : 기계 캐리어
6 : 아지무스 플랜지 8 : 아지무스 베어링
10 : 타워 플랜지 12 : 타워
14 : 작업 플랫폼 16 : 아지무스 구동 장치
46 : 제너레이터 48 : 고정자
50 : 구동자 54 : 로터
56 : 로터 블레이드 100 : 풍력 발전 설비
102 : 타워 104 : 나셀
106 : 로터 108 : 로터 블레이드
110 : 스피너 902 : 기계 캐리어
Claims (18)
- 풍력 발전 설비(100)의 나셀(1)로서, 상기 풍력 발전 설비(100)는 타워(102) 또는 마스트, 공기 역학적 로터(106) 및, 구동자(50)와 고정자를 구비한 제너레이터(46)를 포함하고, 상기 나셀(1)은 나셀 커버(2, 4)를 포함하고, 상기 나셀(1), 특히 상기 나셀 커버(2, 4)는 자력 지지하는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 나셀 커버(2, 4)는 상기 제너레이터(46)를 지지하는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나셀 커버(2, 4)는 실질적으로 기계 캐리어(902)의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 발전 설비(100)는, 상기 구동자(50)가 기계적 변속 없이 상기 공기 역학적 로터(106)에 의해 회전되는 기어리스형인 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나셀 커버(2, 4)는 회전부(4) 및/또는 고정부(2)를 포함하고, 상기 회전부는 상기 공기 역학적 로터(106)의 적어도 하나의 로터 블레이드(56) 및/또는 상기 제너레이터(46)의 상기 구동자(50)를 지지하고, 상기 고정부는 상기 제너레이터(46)의 상기 고정자(48)를 지지하고, 바람직하게 상기 나셀 커버(2, 4), 상기 회전부(4) 및/또는 상기 고정부(2)는 전체적으로 또는 부분적으로 강, 특히 구상 흑연 주철 또는 알루미늄으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제너레이터(46)는 외부 구동자로서 형성되는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나셀(1)의 아지무스 조절을 위한 내부 톱니부를 갖고 상기 나셀(1)에 고정 연결된 기어림(20)이 제공되고, 상기 기어림은 적어도 하나의 아지무스 구동 장치(16), 특히 타워(12) 내에 고정 배치된 복수의 아지무스 구동 장치들(16)이 각각 피니언에 의해 내부 톱니부를 가진 기어림에 결합하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제너레이터(46)를 통해서 연장되는 작업 플랫폼(38)이 제공되는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제너레이터(46)는 1 MW보다 높은 정격 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나셀(1)은 통행 가능한 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제너레이터(46)는 저속 회전 제너레이터로서 및/또는 적어도 48개, 적어도 72개, 적어도 96개, 특히 적어도 192개의 고정자 극을 포함하는 다극 제너레이터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나셀 커버(2, 4)는
- 제너레이터와 공기 역학적 로터를 지지하기 위해 제너레이터 및 공기 역학적 로터의 영역에 배치된 축 저널 섹션(1106)을 포함하고,
- 상기 축 저널 섹션(1106)을 타워에 연결하는 연결 섹션을 포함하고, 상기 연결 섹션은 타워로부터 상기 축 저널 섹션(1106)을 향해 휘어진 또는 꺾어진 외부 형태를 갖고, 특히 거의 90°휘어진 또는 꺾어진 관형 외부 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 나셀. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전부(4)에 각각의 로터 블레이드를 고정하기 위해 상기 회전부(4)는 블레이드 연결부(1187)를 갖고, 상기 블레이드 연결부(1187)는 축방향으로 블레이드 연결 영역에 걸쳐 연장되고, 제너레이터, 특히 상기 제너레이터의 구동자(1150)는 축방향과 관련해서 상기 블레이드 연결 영역에 배치되고 및/또는 제너레이터는 회전축과 관련해서 방사방향으로 블레이드 연결부 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 나셀.
- 타워(102) 또는 마스트 및 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 나셀(1)을 포함하는 풍력 발전 설비.
- 제 14 항에 있어서, 적어도 하나의 아지무스 구동 장치(16), 특히 복수의 아지무스 구동 장치들(16)은 타워(12) 또는 마스트 내에 고정 배치되고, 각각의 피니언(18)에 의해, 내부 톱니부를 갖고 나셀(1)에 고정 연결된 기어림(20)에 결합하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
- 풍력 발전 설비(100)를 설치하기 위한 방법으로서, 제너레이터(46)의 구동자(50)와 고정자(48)는 타워(12) 상에 설치하기 위해 들어 올려지기 전에 이미 베어링에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 고정자(48), 상기 구동자(50) 및, 상기 고정자(48)와 상기 구동자(50)를 연결하는 적어도 하나의 베어링은 공장에서 및/또는 공사 현장에서 사전 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 풍력 발전 설비(100)가 설치되고 및/또는 전기 장치들은 나셀(1) 내에 사전 설치되는 것을 특징으로 하는 방법.
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