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KR101516163B1 - 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법 - Google Patents

풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법 Download PDF

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KR101516163B1
KR101516163B1 KR1020130138981A KR20130138981A KR101516163B1 KR 101516163 B1 KR101516163 B1 KR 101516163B1 KR 1020130138981 A KR1020130138981 A KR 1020130138981A KR 20130138981 A KR20130138981 A KR 20130138981A KR 101516163 B1 KR101516163 B1 KR 101516163B1
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이성환
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 소형 베어링을 구비한 샤프트의 구조체를 용이하게 조립할 수 있도록 한 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법에 관한 것이며, 이를 위하여 본 발명은 (A) 복수개의 베어링 지지핀이 안착된 베어링 조립 지그를 준비하는 단계; (B) 복수개의 베어링 지지핀 각각에 베어링을 조립하여 베어링 조립 구조물을 완성시키는 단계; (C) 베어링 조립 구조물을 샤프트 외주면에 위치시키는 단계; 및 (D) 베어링 하우징을 이용하여 샤프트의 외주면에 위치된 베어링 조립 구조물을 고정하는 단계;를 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법을 제공한다.

Description

풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법{ASSEMBLING METHOD SHAFT STRUCTURE OF WIND TURBINE}
본 발명은 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 소형 베어링을 구비한 샤프트의 구조체를 용이하게 조립할 수 있도록 한 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 자연 에너지인 바람을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다.
풍력 발전은 자연 에너지인 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로 기존의 화석 연료를 이용한 발전 방식과는 달리 공해가 발생하지 않는 전력 생산 방식이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기는 풍력에 의해 회전되는 로터(3), 로터(3)에서 전달되는 회전 운동을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 각종 설비가 설치되어 있는 나셀(2) 및 나셀(2)을 지지하는 타워(1)로 구성된다.
이때, 나셀(2) 내부에 설치되어 있는 설비는 로터(3)에 연결되어 회전하는 샤프트(10), 샤프트(10)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(20), 샤프트(10)와 동력적으로 연결되어 샤프트(10)의 회전력을 증속시키는 기어박스(30) 및 기어박스(30)에서 증속된 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전기(40)를 포함할 수 있다.
여기서, 베어링(20)은 소형으로 형성되어, 샤프트(10)의 원주 방향을 따라 복수개로 구비될 수 있다.
이때, 풍력 발전기는 복수개의 소형 베어링을 사용하므로, 샤프트(10)의 외주면에 복수개의 소형 베어링을 조립하기가 어려운 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2013-0027544호(2013.03.15. 공개) 한국공개특허 제10-2013-0025212호(2013.03.11. 공개)
본 발명의 일 실시예들은 소형 베어링을 이용하는 풍력 발전기에서, 샤프트와 복수개의 소형 베어링의 조립이 용이한 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (A) 복수개의 베어링 지지핀이 안착된 베어링 조립 지그를 준비하는 단계; (B) 복수개의 베어링 지지핀 각각에 베어링을 조립하여 베어링 조립 구조물을 완성시키는 단계; (C) 베어링 조립 구조물을 샤프트 외주면에 위치시키는 단계; 및 (D) 베어링 하우징을 이용하여 샤프트의 외주면에 위치된 베어링 조립 구조물을 고정하는 단계;를 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, (B) 단계는, 복수개의 베어링 지지핀 각각에 베어링을 구성하는 베어링 외부 케이스, 베어링 볼 및 베어링 내부 케이스를 순차적으로 고정시킴으로써 베어링 조립 구조물을 완성시키는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, (B) 단계 이후, 샤프트를 지지하는 동시에 베어링 조립 구조물이 샤프트의 외주면에 밀착될 수 있게 하는 샤프트 조립 지그를 준비하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 샤프트 조립 지그는, 샤프트가 안착되는 안착부; 및 안착부의 외주 둘레면에는 수직 방향으로 연장 형성되어 베어링 조립 구조물이 안착되는 측벽부;를 포함하되, 측벽부 상부 둘레에는 베어링 조립 구조물의 위치를 정해주는 제 2 단차부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 베어링 조립 지그는, 복수개의 베어링 지지핀이 안착되도록 베어링 조립 지그의 상부 둘레면에 형성되는 복수개의 안착홈; 및 베어링 외부 케이스가 안착되도록 복수개의 안착홈에 상부에 형성되는 제 1 단차부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, (C) 단계에서, (C-1) 베어링 조립 구조물이 분리되는 것을 방지하기 위하여 고정 너트를 사용하여 베어링의 내부 케이스를 베어링 지지핀에 대하여 밀착 고정시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 고정 너트는 베어링 지지핀의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, (D) 단계에서, (D-1) 베어링 하우징을 베어링 지지핀에 고정하기 전, 베어링 하우징의 외주면에 유도 가열기를 설치하여 일정 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, (D) 단계 이후, 베어링 조립 지그 및 샤프트 조립 지그를 샤프트 및 베어링 지지핀에서 탈거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예들은 베어링 조립 지그를 사용하여 베어링과 베어링 지지핀을 조립하여 베어링 조립 구조물을 완성시킨 후, 샤프트 조립 지그를 사용하여 샤프트의 외주면에 베어링이 고정되도록 함으로써, 풍력 발전기에서 샤프트와 복수개의 소형 베어링의 조립이 용이할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기를 도시한 도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 단면도;
도 3은 도 2의 A-A를 따라 절개한 부분 사시도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립에 사용되는 베어링 조립 지그 및 샤프트 조립 지그를 도시한 사시도;
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체 중 베어링 구조물의 조립 단계를 도시한 도; 및
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 단계를 도시한 도이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 단면도이며, 도 3은 도 2의 A-A를 따라 절개한 부분 사시도를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기용 샤프트 구조체(100)는 샤프트(110), 베어링 지지핀(120), 베어링(130), 및 베어링 하우징(140)을 포함할 수 있다.
샤프트(110)는 중심부가 비어있는 중공형으로 형성될 수 있고, 이에 따라, 맨드릴(mandrel)을 이용하여 제작될 수 있으며, 이 경우 샤프트(110)의 내경의 크기를 자유롭게 조절하여 가공할 수 있으므로 가공 및 제작성이 향상될 수 있다.
또한, 샤프트(110)는 후술되는 베어링(130)에 의해 프레임(미도시)에 대하여 회전 가능하도록 지지된다.
베어링(130)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 샤프트(110)의 외주면에 접하도록 설치될 수 있고, 베어링(130)은 소형이며 복수 개로 샤프트(110)의 원주 방향을 따라 배열되어 샤프트(110)를 회전할 수 있도록 한다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서는 풍력발전기가 점차 대형화된다 할지라도 베어링의 크기가 대형화되어야 할 필요가 없으므로 풍력 발전기 개발에 있어서 제한으로 작용되지 않는 이점이 있다.
한편, 베어링(130)이 샤프트(110)의 외주면에 동일 간격으로 배열되도록 도시되었으나 이로 한정되는 것은 아니다.
베어링(130)은 베어링 외부 케이스(132), 베어링 볼(134), 및 베어링 내부 케이스(136)로 구성되며, 베어링(130)에는 각각 중심부를 관통하여 회전축의 역할을 하는 베어링 지지핀(120)이 설치된다.
즉, 베어링(130)은 베어링 지지핀(120)을 중심으로 베어링 외부 케이스(132), 베어링 볼(134), 및 베어링 내부 케이스(136)가 설치 고정된다.
베어링 지지핀(120)은 원통형으로 구성될 수 있으며, 후술되는 베어링 하우징(140)에 삽입되어 결합될 수 있다.
베어링 하우징(140)은 전술한 베어링 지지핀(120)과 결합되며, 샤프트(110)를 커버하도록 중공형의 원통 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 베어링 하우징(140)의 가장 자리부에는 전술한 베어링 지지핀(120)이 삽입되어 결합될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 샤프트 구조체의 조립 방법에 대해서는 도 4 내지 도 6를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립에 사용되는 베어링 조립 지그 및 샤프트 조립 지그를 도시한 사시도를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 베어링(130)과 베어링 지지핀(120)을 결합시켜 베어링 조립 구조물(300, 도 5d 참조)을 완성시키기 위한 베어링 조립 지그(200), 및 베어링 조립 구조물(300)을 샤프트(110)에 결합시키기 위한 샤프트 조립 지그(400)로 구성될 수 있다.
베어링 조립 지그(200)는 후술되는 샤프트 조립 지그(400)에 안착되며, 중심에는 샤프트(110)가 관통 삽입될 수 있도록 관통홀(210)이 형성될 수 있다.
또한, 베어링 조립 지그(200)의 상부에는 베어링 지지핀(120)이 안착되는 복수개의 안착홈(220)이 관통홀(210)에서 방사상으로 형성될 수 있다.
이때, 복수개의 안착홈(220)은 샤프트(110)에 대하여 베어링(130)의 위치를 정해준다.
즉, 복수개의 안착홈(220)은 상술한 샤프트(110)의 외주면에 베어링(130)을 동일 간격으로 배열시켜준다.
또한, 복수개의 안착홈(220)의 상부 가장자리에는 베어링 외부 케이스(132)가 안착되는 제 1 단차부(230)가 형성될 수 있다.
샤프트 조립 지그(400)는 샤프트(110)가 안착되는 안착부(410), 안착부(410)의 외주 둘레면에는 수직 방향으로 연장 형성되어 베어링 조립 구조물(300)이 안착되는 측벽부(420)로 구성될 수 있다.
또한, 샤프트 조립 지그(400)의 측벽부(420) 상부 둘레에는 베어링 조립 구조물(300)이 안착되는 제 2 단차부(430)가 형성되며, 제 2 단차부(430)는 베어링 조립 구조물(300)의 위치를 정해준다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체 중 베어링 구조물의 조립 단계를 도시한 도면이며, 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 단계를 도시한 도면이다.
참고로, 도 5a 내지 도 5d는 도 4의 베어링 조립 지그(200)의 B-B를 따라 절개한 단면을 나타낸다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 베어링 조립 지그(200)에 형성된 복수개의 안착홈(220)에 베어링 지지핀(120)을 안착시켜 준비한다.
또한, 준비된 베어링 조립 지그(200)의 안착홈(220) 상부에 형성되는 제 1 단차부(230)에 베어링 외부 케이스(132)를 안착시킨다.
그 다음, 도 5b 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 복수개의 베어링 지지핀(120)에 베어링 외부 케이스(132)를 고정시킨 후, 순차적으로 베어링 볼(134), 및 베어링의 내측에 베어링 내부 케이스(136)를 고정시켜 베어링 조립 구조물(300)을 완성시킨다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 샤프트(110)를 지지하는 동시에 베어링 조립 구조물(300)이 샤프트(110)의 외주면에 밀착될 수 있도록 하는 샤프트 조립 지그(400)를 준비한다.
다음, 샤프트 조립 지그(400)의 안착부(410, 도 4 참조)에 샤프트(110)를 안착시킨 후, 샤프트 조립 지그(400)의 측벽부(420)에 형성되는 제 2 단차부(430, 도 4 참조)에 베어링 조립 구조물(300)을 안착시킨다.
이때, 베어링 조립 구조물(300)에서 베어링 조립 지그(200)의 관통홀(210, 도 4 참조)에 샤프트(110)를 삽입 관통시켜 베어링 조립 구조물(300)을 샤프트(110) 외주면에 위치시킨다.
또한, 베어링 조립 구조물(300)을 샤프트(110) 외주면에 위치시키면, 베어링 조립 구조물(300)이 분리되는 것을 방지하기 위하여 고정 너트(138)를 사용하여 베어링 내부 케이스(136)를 베어링 지지핀(120)에 대하여 밀착 고정시킨다.
더욱 상세하게는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 베어링 지지핀(120)의 외주면에는 나사산(122)이 형성되어 고정 너트(138)와 나사결합됨으로써, 베어링 지지핀(120)에 대하여 베어링 볼(134)과 베어링 내부 케이스(136)가 분리되는 것을 방지한다.
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이, 베어링 하우징(140)의 중심에는 샤프트(110)가 위치되고, 베어링 하우징(140)의 가장 자리에는 복수개의 베어링 지지핀(120)이 위치되도록, 베어링 하우징(140)을 샤프트(110) 상에 배치시킨다.
이때, 베어링 하우징(140)이 베어링 지지핀(120)에 조립될 수 있도록, 유도 가열기(150)를 베어링 하우징(140)의 외주면에 접촉시켜 일정 온도로 베어링 하우징(140)을 가열시킨다.
베어링 하우징(140)은 유도 가열기(150)에 의해 미세 팽창되고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 베어링 하우징(140)의 중심에는 샤프트(110)가 삽입되며, 베어링 하우징(140)의 가장자리에는 베어링 지지핀(120)이 삽입된다.
따라서, 베어링 하우징(140)에 의해 샤프트(110)의 외주면에 위치된 베어링 조립 구조물(300)을 고정한다.
복수개의 베어링(130)이 샤프트(110)의 외주면에 접하여 설치가 완료되면, 베어링 조립 지그(200) 및 샤프트 조립 지그(400)를 탈거한다.
따라서, 상술한 바와 같이, 베어링 조립 지그를 사용하여 베어링과 베어링 지지핀을 조립하여 베어링 조립 구조물을 완성시킨 후, 샤프트 조립 지그를 사용하여 샤프트의 외주면에 베어링이 고정되도록 함으로써, 풍력 발전기에서 샤프트와 복수개의 소형 베어링의 조립이 용이할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형 실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
100 : 풍력 발전기용 샤프트 구조체 110 : 샤프트
120 : 베어링 지지핀 130 : 베어링
140 : 베어링 하우징 200 : 베어링 조립 지그
300 : 베어링 조립 구조물 300 : 샤프트 조립 지그

Claims (9)

  1. (A) 복수개의 베어링 지지핀이 안착된 베어링 조립 지그를 준비하는 단계;
    (B) 상기 복수개의 베어링 지지핀 각각에 베어링을 조립하여 베어링 조립 구조물을 완성시키는 단계;
    (C) 상기 베어링 조립 구조물을 샤프트 외주면에 위치시키는 단계; 및
    (D) 베어링 하우징을 이용하여 상기 샤프트의 외주면에 위치된 상기 베어링 조립 구조물을 고정하는 단계;를 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (B) 단계는,
    상기 복수개의 베어링 지지핀 각각에 상기 베어링을 구성하는 베어링 외부 케이스, 베어링 볼 및 베어링 내부 케이스를 순차적으로 고정시킴으로써 베어링 조립 구조물을 완성시키는 단계인 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 (B) 단계 이후,
    상기 샤프트를 지지하는 동시에 상기 베어링 조립 구조물이 상기 샤프트의 외주면에 밀착될 수 있게 하는 샤프트 조립 지그를 준비하는 단계;를 더 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 샤프트 조립 지그는,
    상기 샤프트가 안착되는 안착부; 및
    상기 안착부의 외주 둘레면에는 수직 방향으로 연장 형성되어 상기 베어링 조립 구조물이 안착되는 측벽부;를 포함하되,
    상기 측벽부 상부 둘레에는 상기 베어링 조립 구조물의 위치를 정해주는 제 2 단차부가 형성되는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링 조립 지그는,
    상기 복수개의 베어링 지지핀이 안착되도록 상기 베어링 조립 지그의 상부 둘레면에 형성되는 복수개의 안착홈; 및
    상기 베어링 외부 케이스가 안착되도록 상기 복수개의 안착홈에 상부에 형성되는 제 1 단차부;로 구성되는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 (C) 단계에서,
    (C-1) 상기 베어링 조립 구조물이 분리되는 것을 방지하기 위하여 고정 너트를 사용하여 상기 베어링의 내부 케이스를 상기 베어링 지지핀에 대하여 밀착 고정시키는 단계;를 더 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고정 너트는 상기 베어링 지지핀의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합되는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 (D) 단계에서,
    (D-1) 상기 베어링 하우징을 상기 베어링 지지핀에 고정하기 전, 상기 베어링 하우징의 외주면에 유도 가열기를 설치하여 일정 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 (D) 단계 이후,
    상기 베어링 조립 지그 및 상기 샤프트 조립 지그를 상기 샤프트 및 상기 베어링 지지핀에서 탈거하는 단계;를 더 포함하는 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법.
KR1020130138981A 2013-11-15 2013-11-15 풍력 발전기용 샤프트 구조체의 조립 방법 Expired - Fee Related KR101516163B1 (ko)

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