[go: up one dir, main page]

KR20240054178A - 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리 - Google Patents

풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리 Download PDF

Info

Publication number
KR20240054178A
KR20240054178A KR1020230135743A KR20230135743A KR20240054178A KR 20240054178 A KR20240054178 A KR 20240054178A KR 1020230135743 A KR1020230135743 A KR 1020230135743A KR 20230135743 A KR20230135743 A KR 20230135743A KR 20240054178 A KR20240054178 A KR 20240054178A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
generator
drive train
train assembly
rotor
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020230135743A
Other languages
English (en)
Inventor
야코 니스
라이아 에스테반
프란세스코 맥카라나
토마 드로트
콜라도 조셉 보쉬
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유. filed Critical 제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
Publication of KR20240054178A publication Critical patent/KR20240054178A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0691—Rotors characterised by their construction elements of the hub
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/20—Gearless transmission, i.e. direct-drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F03D80/703—Shaft bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/80—Arrangement of components within nacelles or towers
    • F03D80/82—Arrangement of components within nacelles or towers of electrical components
    • F03D80/821—Arrangement of components within nacelles or towers of electrical components within nacelles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/80—Arrangement of components within nacelles or towers
    • F03D80/88—Arrangement of components within nacelles or towers of mechanical components
    • F03D80/881—Arrangement of components within nacelles or towers of mechanical components within nacelles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/50—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/60—Shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 개시는 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리에 관한 것이다. 이러한 구동 트레인 어셈블리는 로터 허브 및 발전기 모듈을 포함할 수 있다. 발전기 모듈은 발전기 스테이터 및 이 발전기 스테이터를 지지하기 위한 고정 프레임을 포함한다. 발전기는 발전기 로터, 이 발전기 로터를 지지하기 위한 샤프트, 및 이 샤프트를 고정 프레임 상에 회전 가능하게 장착하기 위한 베어링 어셈블리를 더 포함한다. 샤프트는 발전기 로터에 탈착 가능하게 연결되고, 베어링 어셈블리는 전방 베어링 및 후방 베어링을 포함한다. 발전기 모듈의 업윈드 단부는 로터 허브의 다운윈드 단부에 부착된다. 또한, 본 개시는, 이러한 풍력 터빈 어셈블리를 포함하는 풍력 터빈 및 구동 트레인 어셈블리를 조립하는 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리{DRIVE TRAIN ASSEMBLIES FOR WIND TURBINES}
본 개시는 풍력 터빈용 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리에 관한 것이다. 본 개시는 또한, 상기 구동 트레인 어셈블리를 제조 및 조립하는 방법 및 상기 구동 트레인 어셈블리를 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다.
현대의 풍력 터빈은 대체로 전력망에 전기를 공급하는 데 사용된다. 이러한 종류의 풍력 터빈은 일반적으로 타워 및 이 타워 상에 배치된 로터를 포함한다. 보통 허브 및 복수의 블레이드를 포함하는 로터는, 블레이드에 대한 바람의 영향 하에서 회전하도록 설정된다. 이러한 회전은, 통상 전력을 생산하고 이 전력을 전력망에 공급하기 위해, 발전기로 전달되는 토크를 생성한다.
허브에 연결된 로터 샤프트가 기어박스용 저속 입력 샤프트로서 역할을 하는 풍력 터빈이 알려져 있다. 이때 기어박스의 고속 출력 샤프트는 발전기를 구동시킨다. 또한, 허브에 연결된 로터 샤프트 또는 로터 허브가 발전기를 직접 구동시키는 것이 알려져 있다. 이러한 풍력 터빈은 일반적으로 "직접 구동" 풍력 터빈 또는 "기어리스" 풍력 터빈이라고 불린다.
직접 구동 풍력 터빈의 발전기 로터의 회전 속도는 풍력 터빈 로터의 회전 속도(예컨대, 2 내지 20 RPM)에 해당하며, 일반적으로 기어박스가 사용되는 경우에 있어서의 발전기 로터의 회전 속도보다 훨씬 낮다. 따라서, 직접 구동 풍력 터빈의 발전기의 직경은 일반적으로 훨씬 더 크다. 직접 구동 풍력 터빈의 발전기는 예를 들어 6 내지 8 미터(236 내지 315 인치)의 직경, 예를 들어 2 내지 3 미터(79 내지 118 인치)의 길이를 가질 수 있다.
발전기는 일반적으로 로터 구조 또는 회전 구조와 스테이터 구조 또는 고정 구조를 포함한다. 로터 구조와 스테이터 구조 양자 모두는 전자기 소자를 가지고 있으며, 로터와 스테이터 사이에는 에어 갭(air gap)이 마련된다. 예를 들어, 영구자석 여기 발전기(PMG)가 알려져 있다. 이러한 PMG에 있어서, 영구 자석은 일반적으로 발전기 로터 상에 장착되는 반면, 권선 요소(예컨대, 코일)는 보통 스테이터 상에 장착된다. 영구 자석 발전기는 일반적으로 다른 발전기 유형에 비해 신뢰성이 높고 유지보수가 덜 필요한 것으로 간주되며, 이에 따라 해상 풍력 터빈에 특히 적합하다.
반경방향 에어 갭이 있는 발전기의 경우에 있어서, 로터는 반경방향으로 스테이터 외부에 배치될 수도 있고, 그 반대로 배치될 수도 있다. 전자기 관점에서 발전기가 효율적이 되도록 하려면, 에어 갭이 가능한 한 작아야 한다. 반면, 발전기에 심각한 손상을 초래할 수 있는 로터와 스테이터의 접촉을 방지하기 위해 에어 갭의 폭은 충분해야 한다.
풍력 터빈 로터는 일반적으로 타워로부터 "업윈드(upwind)"에 또는 "상류"에 마련된다. 직접 구동 풍력 터빈에 있어서, 발전기도 또한 타워로부터 업윈드에 배치될 수도 있다. 풍력 터빈 로터(허브 및 블레이드)와 발전기의 조합된 중량은, 타워에 전달될 수 밖에 없는 상당한 굽힘 하중을 발생시킨다.
또한, 풍력 터빈 로터에 대한 공기 역학적 부하가 타워에 전달될 수 밖에 없다. 더욱이, 작동 중에, 측면 진동 및/또는 전후 진동이 발생할 수 있다. 예를 들어, 전후 진동은 로터에 대한 공기역학적 추력으로 인해 발생될 수 있다. 또한, 해상 풍력 터빈의 경우에 있어서, 파도 부하(wave load)도 상당한 진동을 유발할 수 있다.
(굽힘) 부하로 인한 진동 및 잠재적 변형은 에어 갭 안정성을 저하시킬 수 있다. 에어 갭 안정성은 풍력 터빈 구성의 설계 및 풍력 터빈의 구동 트레인의 구성의 동인 중 하나이다. 예를 들어, US 2013/0134712는 풍력 터빈 로터와 발전기 로터 사이에 배치된 댐퍼를 통해 에어 갭을 능동적으로 제어하는 직접 구동 풍력 터빈을 개시한다. WO 2012/007185는 로터 허브와 고정 프레임 사이의 2개의 베어링 및 발전기 로터와 발전기 스테이터 사이의 하나 이상의 추가 베어링을 포함하는 풍력 터빈 구성을 개시한다.
고려해야 할 또 다른 중요한 인자는 타워의 상단에서의 구조물의 중량이다. 타워의 상부 상의 구조물의 중량을 감소시키면, 타워와 추가 지지 구조물(예컨대, 풍력 터빈 기초, 트랜지션 피스(transition piece) 등)의 중량을 더 감소시킬 수 있다.
이러한 설계의 다른 중요한 동인으로는 제조 가능성, 구동 트레인 어셈블리의 유지보수 및 조립 능력, 그리고 풍력 터빈에 의해 생성되는 전력의 에너지 비용 이 있다.
일부 알려진 풍력 터빈 구성에 있어서, 허브와 발전기 로터는 고정 프레임 상에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 연결된다. 샤프트와 고정 프레임 사이에 하나 이상의 베어링이 마련될 수 있다. 발전기의 고정 프레임은 풍력 터빈의 메인 프레임에 연결된다. 메인 프레임은 요 시스템을 통해 타워에 연결될 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어 Vensys 70 풍력 터빈으로부터 알려져 있다. Vensys 70 구성 및 다른 직접 구동 풍력 터빈 구성은, "100% 재생 에너지를 향해"(33 내지 50 쪽)에 수록된 프리드리히 클링거의 "직접 구동 풍력 터빈의 최신 기술 및 신기술"에 설명되어 있다.
또한, Haliade-X 해상 풍력 터빈은 풍력 터빈의 허브 내부에 전방 베어링(front bearing)이 배치된 구동 트레인 어셈블리를 갖는다.
다양한 요구사항과 제약조건을 고려하여 풍력 터빈의 설계를 최적화하는 것은 복잡한 엔지니어링 작업이다. 더욱이, 다양한 설계 변수는 상호 의존적이며, 복잡한 방식으로 상호 작용한다. 따라서, 개선된 설계는 일반적으로 어느 한 가지 측면에만 집중해서는 달성될 수 없으며, 여러 측면 또는 다양한 모든 측면을 모두 고려해야 한다.
특히, 예컨대 공칭 전력 출력 또는 정격 전력이 12MW 이상인 대형 해상 풍력 터빈의 경우, 풍력 터빈 구성 및 구동 트레인 구조를 최적화하는 것이 복잡할 수 있다. 구조적 요구사항 외에도, 발전기의 효과적이고 효율적인 냉각과 같은 다른 인자도 또한 고려되어야 한다.
본 개시의 일 양태에 있어서, 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리가 마련된다. 상기 어셈블리는 로터 허브 및 발전기를 포함한다. 발전기 모듈은 발전기 스테이터 및 이 발전기 스테이터를 지지하기 위한 고정 프레임을 포함한다. 발전기 모듈은 발전기 로터, 발전기 로터를 지지하기 위한 샤프트, 및 샤프트를 고정 프레임 상에 회전 가능하게 장착하기 위한 베어링 어셈블리를 더 포함한다. 베어링 어셈블리는 전방 베어링과 후방 베어링을 포함한다. 구동 트레인 어셈블리에 있어서, 샤프트는 발전기 로터에 탈착 가능하게 연결되고, 발전기 모듈의 업윈드 단부(upwind end)는 로터 허브의 다운윈드 단부(downwind end)에 부착된다.
이러한 양태에 따르면, 샤프트 및 고정 프레임이 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 대해 더 전방(더 "업윈드")에 배치되는 종래 기술 구성에 비해, 에어 갭 안정성을 향상시킬 수 있는 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리가 마련된다. 회전 가능하게 장착된 샤프트가 발전기 로터에 탈착 가능하게 연결되는 배치는, 구동 트레인 어셈블리의 제조 및 조립과 유지보수를 용이하게 한다.
발전기 로터의 업윈드 단부는 본원에서 다음과 같이 해석될 수 있다: 풍력 터빈이 정상적으로 작동할 때, 나셀 및 풍력 터빈 로터는 지배적인 풍향(prevailing wind direction)과 실질적으로 정렬된다. 따라서, 바람은 풍력 터빈의 업윈드 쪽에서 다운윈드 쪽으로 흐르게 된다. 발전기 로터의 업윈드 단부는, 업윈드 쪽에 대해 가장 멀리에 위치하는, 즉 타워의 앞쪽에서 가장 멀리에 위치한 발전기 로터의 단부 또는 단부 부분으로서 간주될 수 있다. 로터 허브의 다운윈드 단부는, 다운윈드 쪽에 대해 가장 멀리에 위치한 로터 허브의 단부 또는 단부 부분으로서 간주될 수 있다. 마찬가지로, 길이 방향으로 연장되는 다른 풍력 터빈 구성요소는, 각각 자체의 업윈드 쪽과 업윈드 단부 및 자체의 다운윈드 쪽과 다운윈드 단부를 가질 수 있다. 업윈드 단부는 또한 구성요소의 전방 단부로서 간주될 수 있는 반면, 구성요소의 다운윈드 단부는 후방 단부로서 간주될 수 있다. "업윈드"와 "상류"라는 용어 및 "다운윈드"와 "하류"라는 용어는 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
구동 트레인 어셈블리는 본원에서는 기계적 동력을 전력으로 변환하는 구성요소의 어셈블리로서 간주될 수 있다. 직접 구동 풍력 터빈에 있어서, 구동 트레인 어셈블리는 일반적으로 풍력 터빈 로터(로터 허브 및 블레이드), 발전기 및 풍력 터빈 로터로부터 발전기로 기계적 동력을 전달하는 그 사이의 임의의 구성요소를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 풍력 터빈이 마련되며, 이 풍력 터빈은 본원에 개시된 임의의 예에 따른 어셈블리를 포함한다. 풍력 터빈은 나셀을 더 포함하며, 여기서 나셀은 발전기 모듈의 다운윈드 쪽에 배치된다.
본 개시의 실시예의 추가적인 목적, 장점 및 특징은, 본 명세서를 검토함에 따라 당업자에게 명백해질 것이며, 또는 실시에 의해 학습될 수 있다.
도 1은 풍력 터빈의 한 가지 예에 대한 사시도를 개략적으로 제시한 것이다.
도 2a는 풍력 터빈 어셈블리의 예의 단면도를 개략적으로 제시한 것이다.
도 2b 및 도 2c는 도 2a의 풍력 터빈 어셈블리의 예의 몇 가지 세부도를 개략적으로 제시한 것이다.
도 3은 풍력 터빈 어셈블리의 또 다른 예를 개략적으로 제시한 것이다.
이제, 본 교시의 실시예를 상세히 참조할 것이며, 본 교시의 하나 이상의 실시예가 도면에 제시된다. 각각의 실시예는 오직 설명의 수단으로만 제공된 것이며, 제한하려는 의도는 아니다. 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 제시되거나 설명된 특징은 또 다른 실시예를 얻기 위해 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 속하는 전술한 수정 및 변형을 포괄하도록 의도된다.
도 1은 풍력 터빈(10)의 예의 사시도이다. 이러한 예에 있어서, 풍력 터빈(10)은 수평축 풍력 터빈이다. 이러한 예에 있어서, 풍력 터빈(10)은 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장되는 타워(15), 이 타워(15) 상에 장착된 나셀(16) 및 이 나셀(16)에 결합되는 로터(18)를 포함한다. 로터(18)는 회전 가능한 허브(20) 및 이 허브(20)에 결합되어 허브(20)로부터 바깥쪽으로 연장되는 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 이러한 예에 있어서, 로터(18)는 3개의 로터 블레이드(22)를 갖는다. 대안적인 실시예에 있어서, 로터(18)는 3개보다 많은 로터 블레이드(22) 또는 3개보다 적은 로터 블레이드(22)를 포함한다. 타워(15)는 지지 시스템(14)과 나셀(16) 사이의 공동(도 1에는 도시되지 않음)을 정의하기 위해 관형의 강철로 제작될 수 있다. 대안적인 실시예에 있어서, 타워(15)는 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적합한 유형의 타워이다. 대안에 따르면, 타워는 콘크리트로 제조된 부분 및 관형의 강철 부분을 포함하는 하이브리드 타워일 수 있다. 또한, 타워는 부분적으로 또는 전체적으로 격자 타워(lattice tower)일 수 있다.
로터 블레이드(22)들은 허브(20)를 중심으로 간격을 두게 이격되어 로터(18)의 회전을 용이하게 함으로써 바람으로부터 운동 에너지가 사용 가능한 기계 에너지로 전달되고 후속하여 전기 에너지로 전달될 수 있도록 한다. 로터 블레이드(22)는, 복수의 부하 전달 영역(26)에서 블레이드 루트 부분(24)을 허브(20)에 결합시킴으로써, 허브(20)에 결합된다. 부하 전달 영역(26)은 허브 부하 전달 영역 및 블레이드 부하 전달 영역을 갖추고 있을 수 있다(이들 전달 영역 양자 모두는 도 1에 도시되지 않음). 로터 블레이드(22)에 유도된 부하는 부하 전달 영역(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.
예에 있어서, 로터 블레이드(22)는 약 15 미터(m) 내지 약 90 미터 이상의 범위인 길이를 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)는, 본 명세서에 기술된 바와 같이 풍력 터빈(10)이 기능할 수 있도록 하는 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 바람이 바람의 방향(28)으로부터 로터 블레이드(22)에 부딪히면, 로터(18)는 로터 축(30)을 중심으로 회전하게 된다. 로터 블레이드(22)가 회전하고 원심력을 받을 때, 로터 블레이드(22)는 또한 다양한 힘 및 모멘트를 받게 된다. 따라서, 로터 블레이드(22)는 중립 위치 또는 편향되지 않은 위치에서 편향된 위치로 편향 및/또는 회전될 수 있다.
더욱이, 로터 블레이드(22)의 피치 각도, 즉 유효 바람(effective wind)에 대한 로터 블레이드(22)의 배향을 결정하는 각도는, 바람 벡터에 대한 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각도 위치를 조정함으로써 풍력 터빈(10)에 의해 생성되는 부하 및 전력을 제어하기 위해, 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있다. 로터 블레이드(22)의 피치 축(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 작동 중에, 피치 시스템(32)은 특히 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 변경하여, 로터 블레이드(22)의 (일부의) 받음각이 감소되게 하는데, 이는 회전 속도를 감소시키기 용이하게 할 수 있거나 및/또는 로터(18)의 스톨(stall)을 용이하게 할 수 있다.
이러한 예에 있어서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치는 풍력 터빈 제어기(36) 또는 피치 제어 시스템에 의해 개별적으로 제어된다. 대안으로서, 모든 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치가 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수도 있다.
또한, 이러한 예에 있어서, 바람의 방향(28)이 변화함에 따라, 나셀(16)의 요 방향이 요 축(38)을 중심으로 회전하여, 바람의 방향(28)에 대하여 로터 블레이드(22)를 위치시킬 수 있다.
이러한 예에 있어서, 풍력 터빈 제어기(36)는 나셀(16) 내에 중앙집중화된 것으로서 도시되어 있지만, 풍력 터빈 제어기(36)는, 풍력 터빈(10) 전체에 걸친, 지원 시스템(14) 상의, 풍력 단지 내의, 및/또는 원격 제어 센터에서의 분산 시스템일 수도 있다. 풍력 터빈 제어기(36)는 본원에 설명된 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성되는 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 본원에 설명된 다른 구성요소들 중 다수는 프로세서를 포함한다.
본 명세서에서 사용될 때 "프로세서"라는 용어는 당업계에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로에 국한되지 않고, 오히려 제어기, 마이크로제어기, 마이크로컴퓨터, 프로그래밍 가능한 로직 제어기(PLC), ASIC(application specific integrated circuit) 및 기타 프로그래밍 가능한 회로를 광범위하게 지칭하며, 본 명세서에서는 이들 용어가 상호 교환적으로 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템은 메모리, 입력 채널 및/또는 출력 채널도 또한 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
도 2a는 풍력 터빈의 메인 프레임에 부착된 구동 트레인 어셈블리의 예의 단면도를 개략적으로 제시한다. 도 2b는 이러한 예의 발전기 모듈을 도시하며, 구동 트레인의 조립 방법을 설명하려는 의도이다. 도 2c는 이러한 예의 발전기 모듈의 고정 프레임의 등각도를 도시한다. 이제 도 2a 내지 도 2c의 예에 대해 보다 자세히 설명할 것이다.
도 2a는 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리(100)를 제시한다. 구동 트레인 어셈블리(100)는 로터 허브(20) 및 발전기 모듈(120)을 포함한다. 발전기 모듈(120)은 발전기 스테이터(130) 및 이 발전기 스테이터(130)를 지지하기 위한 고정 프레임(166)을 포함한다. 발전기 모듈(120)은 발전기 로터(122), 이 발전기 로터(122)를 지지하기 위한 샤프트(140), 및 이 샤프트(140)를 고정 프레임(168) 상에 회전 가능하게 장착하기 위한 베어링 어셈블리를 더 포함한다. 베어링 어셈블리는 전방 베어링(162) 및 후방 베어링(164)을 포함한다. 발전기 모듈의 업윈드 단부는 로터 허브의 다운윈드 단부에 부착된다.
따라서, 발전기 모듈(120)은 회전 구조(발전기 로터(122) 및 샤프트(140)), 및 고정 구조(고정 프레임(166) 및 발전기 스테이터(130))와 베어링 어셈블리를 포함한다. 본원에 개시된 발전기 모듈의 구성요소는, 다른 풍력 터빈 구성요소와는 독립적으로 사전 조립되어 테스트될 수 있다.
이러한 예에 있어서, 로터 허브(20)는 로터 허브의 다운윈드 단부를 정의하는 허브 장착 플랜지(27)를 포함하고, 발전기 모듈(120)은 발전기 모듈의 업윈드 단부를 정의하는 발전기 장착면(141)을 포함한다. 도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터 허브(20)는 전체적으로 발전기 모듈(120)로부터 업윈드에 배치된다. 달리 말하자면, 발전기 모듈(120)은 전체적으로 로터 허브(20)로부터 다운윈드에 배치된다.
허브(20)는 블레이드(도 2에 도시되지 않음)가 부착될 수 있는 3개의 장착 플랜지 또는 부하 전달 영역(26)을 포함할 수 있다. 각각의 블레이드는, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 피치 시스템을 통해 허브(20)에 연결될 수 있다.
허브의 업윈드 쪽(29)에는, 노즈 콘 또는 "스피너(spinner)"가 장착될 수 있다. 허브의 다운윈드 쪽에서, 허브(20)는 환형 허브 장착 플랜지(27)를 포함한다. 도 2의 예에 있어서, 샤프트(140)는 환형 허브 장착 플랜지(27)에 부착하기 위한 샤프트 장착 플랜지(145)를 포함한다. 발전기 장착 플랜지의 전면 또는 업윈드면은 발전기 장착면(141)을 형성할 수 있다.
발전기 장착면(141)은 로터 허브로부터 다운윈드에서 샤프트(140)에 통합되기 때문에, 일부 종래 기술 구성보다는 샤프트(140)를 허브에 연결하는 데 적합한 더 큰 평평한 표면 영역을 이용할 수 있다. 마찬가지로, 로터 허브(20)의 다운윈드 단부에서 더 큰 평평한 표면 영역을 이용할 수 있다.
이러한 예의 샤프트(140)는 전방 베어링(162)을 지지하기 위한 전방 베어링 시트(142)를 포함한다. 샤프트(140)는 환형의, 반경방향으로 연장되는, 샤프트 장착 플랜지(145)를 더 포함한다. 그 전방(또는 "업윈드" 면)의 외벽은 환형 장착면(141)을 정의한다. 장착면(141)에서의 샤프트(140)를 장착 플랜지(27)에 부착하기 위해 임의의 적합한 패스너가 사용될 수 있다. 특히, 볼트가 사용될 수 있다.
이러한 예의 샤프트(140)는, 발전기 로터(122)에 연결하기 위해 샤프트 장착 플랜지(145)를 샤프트의 플랜지(149)에 연결하는, 실질적으로 원통형인 부분(144)을 더 포함한다.
샤프트(140)의 실질적으로 원통형인 부분(144)이 샤프트 장착 플랜지(145)에 부착되는 양태는, 샤프트(140)의 내벽(197)과 고정 프레임(166)의 외벽(199) 사이에 상당한 환형 공간이 생성되는 것이다. 생성된 환형 공간은 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예에서는, 구조 보강재가 이 환형 공간에 포함될 수 있다.
발전기 로터(122)는 샤프트(140)에 탈착 가능하게 연결된다. 예를 들어, 샤프트의 플랜지(149)와 발전기 로터(122)의 플랜지(128)가 볼트로 연결된다.
발전기 로터(122)와 샤프트(140) 사이의 연결을 탈착 가능하게 형성함으로써, 제조를 용이하게 할 수 있다. 발전기 로터는, 예를 들어 6 내지 8 미터의 외경을 가질 수 있다. 제조를 용이하게 하기 위해, 발전기 로터(122)는 세그먼트 단위로 제조될 수 있다. 예를 들어, 2개, 3개 또는 그 이상의 세그먼트가 사용될 수 있으며, 개별적으로 제조될 수 있다. 각각의 세그먼트는 링 섹터를 형성할 수 있다.
이때 상기 세그먼트들을 서로 조립하여 발전기 로터를 형성할 수 있다. 각각의 세그먼트는 금속 주조에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 연성 주철 주조가 사용될 수 있다. 샤프트는, 또한 금속 주조에 의해 일체형 부품으로서 별도로 제조될 수도 있다. 예를 들어 주조 연성 철 주조 또는 강철 주조가 사용될 수 있다. 샤프트와 발전기 로터(122)를 별도로 제조함으로써, 제조 공정을 단순화할 수 있다.
제시된 예에 있어서, 샤프트는 테이퍼형 또는 절두원추형(frustoconical) 부분(148)을 더 포함한다. 절두원추형 부분(148)은 샤프트의 플랜지(149)를 후방 베어링 시트(143)에 연결한다. 후방 베어링 시트(143)는 후방 베어링(164)을 지지한다. 이러한 예에서의 샤프트(140)는, 여러 개의 구멍(183)을 포함하는 환형 연장부 또는 링(147)을 더 포함한다. 이들 구멍의 기능은 고정 프레임(166)에서의 해당 구멍을 참조하여 설명될 것이다. 링(147)은 또한 복수의 중량 절감 구멍(189)을 포함할 수 있다.
발전기 모듈(120)은 발전기 로터(122) 및 발전기 스테이터(130)를 포함한다. 발전기 로터(122)는 앞서 언급한 바와 같이 샤프트(140)에 탈착 가능하게 부착된다. 이러한 예에서의 발전기 로터(122)는 반경방향으로 외측으로 연장되는 전방 커버(126)를 더 포함한다. 전방 커버(126)는 전방 쪽 또는 업윈드 쪽에서 발전기를 차단한다. 전방 커버(126)는 또한 외부 로터 림(124)을 지지하도록 구성된다.
이러한 예에서의 외부 로터 림(124)은 전자기 소자를 지탱한다. 구체적인 예에 있어서, 발전기는 영구 자석 발전기일 수 있으며, 발전기 로터는 영구 자석을 지탱하고, 발전기 스테이터는 복수의 코일을 지탱한다. 이러한 자석은 영구 자석 모듈에 배치될 수 있다. 작동 시, 영구 자석을 이용한 로터의 회전 운동은, 권선에 가변적인 자기장을 유발시켜 권선에 전류를 유발시킨다.
이러한 예에서의 발전기 스테이터(130)는 고정 프레임(166)에 연결되는 스테이터 구조(131)를 포함한다. 스테이터 구조(131)는 반경방향 단면에서 실질적으로 U자형일 수 있다. 스테이터 구조(131)는 전방(또는 "업윈드") 벽(138) 및 후방(또는 "다운윈드") 벽(136)에 연결된 스테이터 림(133)을 포함할 수 있다. 전방 벽(138)과 후방 벽(136)은 실질적으로 평행할 수 있다. 스테이터(130)의 반경방향 단면에 있어서, 스테이터 림(133)과 벽(136, 138)은 함께 U자 형상을 정의한다. 스테이터 구조(131)는 반경방향으로 배치된 복수의 내부 스테이터 보강재(135)를 더 포함할 수 있다.
후방 벽(138)은 반경방향으로 안쪽으로 연장되는 복수의 플랜지를 포함할 수 있다. 발전기 스테이터(130)는 이러한 플랜지에서 고정 프레임(166)의 아암(134)에 연결될 수 있다. 따라서, 스테이터(130)는 오직 스테이터의 다운윈드 단부에서만 지지될 수 있으며, 캔틸레버 구조를 형성할 수 있다.
발전기 스테이터(130)는 스테이터 림(133)에 배치된, 즉 스테이터의 외주를 따라 배치된, 복수의 코일(132)을 더 포함한다. 코일(132)과 영구 자석 사이에는, 반경방향 에어 갭이 정의된다. 개시된 예에 있어서, 발전기 로터(122)는 반경방향으로 발전기 스테이터(130)의 외부에 배치되지만, 다른 예에서는 발전기 로터가 반경방향으로 발전기 스테이터의 내부에 배치될 수 있다.
예시적인 예에 있어서, 전자기 소자(코일 및 자석)는 에어 갭을 통한 축 방향의 냉각 공기 흐름을 이용하여 냉각될 수 있다. 특히, 제시된 예에 있어서, 복수의 냉각 공기 유입구가 후방 벽(138)에 배치될 수 있다. 이러한 냉각 공기는 내부 스테이터 보강재(135)에 마련된 구멍을 통해 스테이터(130)의 둘레를 따라 분배될 수 있다. 내부 스테이터 보강재(135)의 구멍은 냉각 공기 분배 오리피스로서 작용할 수 있다.
이러한 냉각 공기는 전방 벽(136)에서 스테이터(130)를 빠져나와, 에어 갭으로 향하거나 에어 갭으로 유도될 수 있다. 이러한 냉각 공기는 업윈드 쪽으로부터 에어 갭을 통해 축 방향으로 다운윈드 쪽으로 흐를 수 있다. 냉각 공기가 에어 갭을 통해 흐를 때, 냉각 공기는 전자기 소자를 냉각시킬 수 있다. 냉각 공기는 차례로 가열된다. 가열된 냉각 공기는 복수의 공기 배출구를 통해 후방 벽(138)에서 발전기를 빠져나갈 수 있다.
일부 예에 있어서, 가열된 냉각 공기는 스테이터(130)의 후방 벽(138)에 있는 유입구들을 향해 다시 흐르기 전에, 열 교환기에서 재차 냉각될 수 있다. 예를 들어, 액체-공기 열 교환기와 같은 임의의 적합한 열 교환기가 사용될 수 있다.
마찬가지로, 발전기 로터(122)에 있어서도, 발전기 스테이터(130), 특히 스테이터 구조(131)는, 발전기 스테이터(130)의 스테이터 구조(131)를 형성하기 위해 서로 부착되는 별도의 세그먼트, 예를 들어 2개, 3개 또는 그 이상의 세그먼트로 제조될 수 있다.
제시된 예(도 2c를 구체적으로 참조)에 있어서, 발전기 모듈(120)의 고정 프레임(166)은, 전방 베어링(162)을 지지하는 전방 베어링 시트(167), 후방 베어링(164)을 지지하는 후방 베어링 시트(169) 및 전방 베어링 시트와 후방 베어링 시트 사이의 실질적으로 원통형인 부분(175)을 포함한다.
이러한 예에서의 고정 프레임(166)은 복수의 아암(134)을 더 포함할 수 있다. 아암(134)은 반경방향 외측으로 연장되고, 고정 프레임(166)을 발전기 스테이터(130)에 연결한다. 이러한 예에 있어서, 아암(134)은 반경방향 평면을 따라 반경방향 외측으로 실질적으로 연장되며, 즉 아암은 전방으로 또는 후방으로 현저하게 연장되지 않는다.
고정 프레임(166)을 발전기 스테이터에 연결하기 위해, 아암(134)은 복수의 패스너 홀(178)을 포함할 수 있다. 고정 프레임(166)을 발전기 스테이터(130)에 연결하기 위해, 예를 들어, 볼트와 같은 적절한 패스너가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 이러한 예에 있어서, 고정 프레임(166)은 발전기 스테이터(130)의 스테이터 구조(131)에 연결된다. 그리고 이러한 특정 예에 있어서, 6개의 아암(134)이 마련되지만, 다른 예에서는, 임의의 다른 적절한 수의 아암(134)이 사용될 수 있음은 명백할 것이다.
아암(134)은, 예를 들어 단일 피스 주물(single piece casting)로서 고정 프레임(166)과 일체적으로 형성될 수 있다. 다른 예에 있어서, 아암(134)은 별도로 제조되어 고정 프레임에 고정되게 또는 탈착 가능하게 부착될 수 있다. 제시된 예에 있어서, 아암(134)은 측벽(179)을 갖춘 C자형 단면을 갖도록 형성된다. 다른 예에 있어서는, 다른 적절한 형상이 사용될 수 있다.
고정 프레임은 복수의 제1 구멍을 포함할 수 있고, 샤프트는 복수의 (대응하는) 제2 구멍을 포함한다. 제1 구멍 및 제2 구멍은, 샤프트를 고정 프레임에 회전 가능하게 고정하기 위한 잠금 핀을 수용하도록 구성될 수 있다.
아암(134)은 잠금 핀을 수용하기 위한 복수의 제1 구멍(181)을 포함할 수 있다. 특정 유지보수 작업을 수행하기 위해, 풍력 터빈 로터는 제 위치에 단단히 고정될 필요가 있을 수 있다. 발전기 모듈의 샤프트(140)는 복수의 제2 구멍(183)을 포함할 수 있다. 이러한 특정한 예에 있어서, 샤프트(140)는 구멍(183)을 통합하는 링(187)을 포함한다.
풍력 터빈 로터가 제 위치에 고정될 때, 제2 구멍(183) 중 하나 이상이 고정 프레임의 대응하는 제1 구멍(181)과 정렬될 수 있다. 발전기 로터(122)를 제자리에 고정하기 위해, 대응하는 제1 구멍(181)과 제2 구멍(183)의 쌍 중 하나에 잠금 핀이 도입될 수 있다. 예에 있어서, 제1 구멍(181)과 제2 구멍(183)의 정렬된 쌍에 도입되는 다수의 잠금 핀이 사용될 수 있다. 풍력 터빈 로터가 샤프트에 연결되어 있기 때문에, 전체 구동 트레인이 잠길 수 있어서, 유지보수 및/또는 점검 작업이 안전하게 수행될 수 있다.
고정 프레임(166)은 장착 플랜지(139)에서 종결되는, 바깥쪽으로 테이퍼지는 부분(137)을 더 포함할 수 있으며, 즉 이 부분을 따르는 고정 프레임(166)의 직경은 다운윈드 방향으로 증가한다. 장착 플랜지(139)는 장착면(172)을 정의한다. 구동 트레인 어셈블리(100), 보다 구체적으로 어셈블리(100)의 발전기 모듈(120)은 고정 프레임(166)의 플랜지(139)에 의해 정의되는 장착면(172)에서 풍력 터빈의 메인 프레임(150)에 부착될 수 있다.
일부 예에 있어서, 고정 프레임(166)은 주조 연성 철로 제조될 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에 있어서, 풍력 터빈이 마련되며, 이 풍력 터빈은 본 명세서에 개시된 예 중 임의의 예에 따른 구동 트레인 어셈블리를 포함한다. 풍력 터빈은 육상 풍력 터빈 또는 해상 풍력 터빈일 수 있다. 해상 풍력 터빈의 경우에 있어서, 해상 풍력 터빈은 고정될 수도 있고 부유할 수도 있다.
풍력 터빈의 메인 프레임(150)은 타워 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다(도 2a에는 도시되지 않음). 메인 프레임(150)은, 구동 트레인 어셈블리(100)를 지지하고 모든 관련 부하를 풍력 터빈 타워로 전달하도록 구성된다.
메인 프레임(150)은 요 베어링에 의해 지지되는 환형 플랜지(152)를 포함할 수 있다. 적절한 요 시스템(도시되지 않음)을 사용하여 메인 프레임(및 전체 상부 타워 구조)을 타워에 대해 회전시킬 수 있으며, 이에 따라 작동 시 풍력 터빈 로터는 지배적인 바람 방향과 정렬될 수 있다. 또한, 예컨대 고장 발생 시, 필요한 경우, 풍력 터빈 로터는 바람의 방향으로부터 벗어나 회전하게 될 수 있다.
풍력 터빈은 나셀을 더 포함할 수 있다(도 2에는 도시되지 않음). 나셀은 발전기 모듈(120)로부터 다운윈드에 배치될 수 있으며, 즉 나셀은 발전기 모듈을 에워싸지 않을 수 있다. 나셀은 전기 장비(예컨대, 컨버터, 변압기, 조명), 기계 장비(크레인 또는 호이스트, 설치 중에 사용되는 플랫폼) 및/또는 기타 장비(에어컨, 열교환기, 통신 시스템)를 둘러쌀 수 있고, 기계의 중앙 프레임에 부착될 수 있다. 예를 들어, 나셀을 중앙 프레임에 연결하기 위해 볼트가 사용될 수 있다. 나셀은, 습하거나 및/또는 부식성이 있는 실외 환경으로부터 내부의 전기 장비 및 기계 장비를 보호하는 하우징을 포함할 수 있다.
이러한 구체적인 예에 있어서, 스토퍼(stopper)(170)가 후방 베어링(164)의 다운윈드 쪽에 배치될 수 있다. 스토퍼(170)는 조립 중에 후방 베어링(164)의 안전한 위치 설정을 허용하는, 실질적으로 평평한 전면을 가질 수 있다. 따라서, 고정 프레임(166)은 이러한 영역에서 더욱 라운딩(rounding)될 수 있고, 고정 프레임(166)에서의 국부 응력 집중이 방지되거나 또는 적어도 이를 감소시킬 수 있다.
전방 베어링(162) 및 후방 베어링(164)은, 샤프트(140)가 회전 축(RA)을 중심으로 회전하고 풍력 터빈 로터로부터 고정 프레임(166)으로 부하를 전달할 수 있게 한다. 베어링(162, 164)을 통해 전달되는 부하는, 예를 들어 축방향 부하(예컨대, 풍력 터빈 로터 상의 공기 역학적 추력) 및 반경방향 부하(예컨대, 발전기에서의 전자기력 또는 베어링으로부터 업윈드에 위치하는 풍력 터빈 로터의 중량으로 인한 부하)를 포함한다. 샤프트(140)는 고정 프레임을 반경방향으로 둘러싸도록 배치되고, 베어링(162, 164)은 반경방향으로 고정 프레임과 샤프트(140) 사이에 배치된다.
전방 베어링(162)과 후방 베어링(164) 사이의 (종방향) 거리를 늘리면, 베어링이 굽힘 부하를 흡수하고 이를 전달하는 능력이 향상된다. 달리 말하자면, 베어링을 더 멀리 배치하면, 베어링에 대한 기계적 요구사항이 완화될 수 있다. 예에 있어서, 전방 베어링과 후방 베어링 사이의 거리는 1.5 미터 이상, 특히 2 미터 이상일 수 있다. 베어링들 사이의 종방향 거리는, 종방향을 따라, 즉 회전 축(RA)을 따라 또는 회전 축에 평행하게 측정될 수 있다.
전방 베어링(162) 및 후방 베어링(164) 양자 모두를 허브로부터 다운윈드에 배치함으로써, 이들 베어링은 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 더 가깝게 위치하게 된다. 따라서, 발전기 로터(122)와 발전기 스테이터(130)의 전자기 소자들 사이의 에어 갭 안정성이 개선될 수 있다. 풍력 터빈 로터에서 발생할 수 있는 진동 및 기타 움직임은 에어 갭에 덜 영향을 미치게 될 것이다. 에어 갭 안정성이 개선되면, 발전기를 더욱 콤팩트하게 설계할 수 있으며, 이는 구동 트레인의 전체 중량을 감소시킬 수 있다. 발전기의 중량 감소는 타워 및 타워 지지 구조의 추가적인 중량 감소를 유발할 수 있다.
일부 예에 있어서, 발전기 로터(122)와 발전기 스테이터(130) 사이의 반경방향 에어 갭의 공칭 값은 5 내지 10 mm의 범위, 특히 6 내지 8 mm의 범위에 있다. 여기서 에어 갭의 공칭 값은 발전기의 설계에 따른 에어 갭의 평균 폭, 즉 예를 들어 공기역학적 부하 또는 전자기 부하에 의해 유발되는 변형 또는 진동이 없는 경우의 에어 갭의 평균 폭으로 간주될 수 있다. 베어링을 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 더 가깝게 위치시키면, 공칭 전력 등급이 12MW 이상인 풍력 터빈에서도 5 내지 10 mm의 에어 갭을 달성할 수 있다. 풍력 터빈의 정상 작동 중에(즉, 고장 없이 작동하는 동안), 베어링의 배치와 구조의 전반적인 강성은, 하중과 진동이 타워에 효과적으로 전달되도록 보장하며, 에어 갭은 모든 작동 조건에서 발전기의 전체 둘레를 따라 해당 공칭 값의 적어도 50%를 유지한다.
일부 예에 있어서, 전방 베어링(162) 및 후방 베어링(164)은 단일 열 테이퍼 롤러 베어링일 수 있다. 2개의 단일 열 테이퍼 롤러 베어링이 모든 관련 힘 및 모멘트를 지지하고 전달할 수 있다.
2개의 단일 열 테이퍼 롤러 베어링의 조합은, 예를 들어 이중 테이퍼 롤러 베어링을 사용하는 것에 비해, 중량을 감소시키고 축 방향 및 반경 방향의 안내를 개선할 수 있다. 도시된 예에 있어서, 전방 베어링(162) 및 후방 베어링(164)은 일부 종래 기술 구성에서보다 더 후방에(더 뒤쪽에) 위치할 수 있으며, 이는 베어링(162, 164)이 견딜 수 있어야 하는 굽힘 부하를 증가시킨다. 단일 열 테이퍼 롤러 베어링을 선택하면, 더 후방쪽으로 위치함으로 인한 중량 증가가 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.
각각의 베어링(162, 164)은 내부 링(또는 내부 "레이스웨이(raceway)"), 외부 링(또는 외부 "레이스웨이") 및 내부 링과 외부 링 사이의 하나 이상의 롤링 요소를 포함한다. 단일 열 테이퍼 롤러 베어링의 경우에 있어서, 단일 열의 롤러(예컨대, 실질적으로 원통형인 롤러)가 사용될 수 있다. 베어링(162, 164)의 내부 링 및 외부 링은 고급강으로 제조되며, 그 기능 때문에 강도, 강성 및 가공 공차 측면에서 매우 높은 요구사항을 가지고 있다. 특히 베어링의 내부 링 및 외부 링에 사용되는 강철은 고정 프레임(166) 및/또는 샤프트(140)를 주조하는 데 사용되는 철 또는 강철보다 더 고급인 강철이다.
구동 트레인 어셈블리(100)의 조립 공정의 예가 도 2b를 참조하여 제시될 수 있다. 고정 프레임(166)은 평평한(지면) 표면 상에 마련될 수 있다. 스토퍼(170)가 고정 프레임(166) 주위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(170)는 고정 프레임(166) 위로 들어 올려진 다음, 스토퍼가 고정 프레임(166)의 외측 테이퍼 부분(137)에 안착할 때까지 하강하게 될 수 있다.
후속하여, 후방 베어링(164)의 내부 링은 스토퍼(170)에 안착될 때까지 유사한 방식으로 하강될 수 있다. 후방 베어링의 내부 링은 고정 샤프트와 함께 억지 끼워 맞춤(interference fit)될 수 있다. 후방 베어링의 내부 링은 제 위치로 밀리게 되고, 부하의 전달을 허용하는, 후방 베어링(164)의 내부 링과 고정 프레임 사이의 마찰에 기초하여 조인트가 형성된다. 이러한 예에 있어서, 슈링크 피트(shrink fit)가 사용될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 후방 베어링(164)의 내부 링은 고정 프레임 주위에 장착되기 전에 가열될 수 있다. 후방 베어링(164)의 내부 링은 롤러를 포함할 수 있다. 열로 인해 베어링 링이 팽창하며, 이에 따라 고정 프레임 주위에 맞춰질 수 있다. 베어링 링이 냉각되면, 고정 프레임과 베어링 사이에 타이트한 맞춤(tight fit)이 형성된다. 어떠한 경우에 있어서든, 베어링(링)은 고정 프레임에 탈착 가능하게 맞춰지게 된다. 장착 후, 필요 시, 베어링 링이 제거될 수 있다. 예를 들어, 조립 중에 편차가 발견되면, 베어링(링)을 제거하여 베어링(링)의 위치를 수정할 수 있다. 또한, 베어링(링)은 손상 또는 조기 마모의 경우에 있어서 제거될 수 있다.
다른 예에 있어서, 베어링은 고정 프레임(166)에 다른 방식으로 탈착 가능하게 부착될 수 있다. 예를 들어, 볼트 연결이 사용될 수도 있다.
다음 단계에서, 전방 베어링(162) 및 후방 베어링(164)의 외부 링을 지탱하는 샤프트(140)가 고정 프레임(166) 주위에 장착될 수 있다. 그 전에, 샤프트(140)는 베어링의 외부 링과 함께 맞춰지게 된다. 일부 예에 있어서, 외부 링은 억지 끼워 맞춤을 사용하여 장착될 수 있다.
예에 있어서, 외부 베어링 링은 슈링크 피트될 수 있다. 샤프트(140)의 베어링 시트의 영역은 가열되며, 이에 따라 팽창될 수 있고, 이후 베어링의 외부 링이 맞춰질 수 있다. 샤프트(140)가 냉각되면, 외부 베어링 링과 샤프트(140) 사이에는 마찰에 기반한 조인트가 형성되는데, 이는 인터페이스를 통해 하중이 전달될 수 있도록 한다. 샤프트(140)와 베어링 링의 조립은, 고정 프레임 상에서의 내부 베어링 링의 장착 이전에, 이후에 또는 상기 장착과 동시에 수행될 수 있다.
일단 샤프트(140)가 외부 베어링 링과 함께 맞춰지고 고정 프레임이 후방 베어링의 내부 링(롤러 포함)과 함께 맞춰지면, 샤프트 어셈블리를 들어올려 고정 프레임 위에 맞출 수 있다. 샤프트는, 후방 베어링(164)의 외부 링이 후방 베어링의 롤러 및 내부 링과 맞물려 후방 베어링(164)을 형성할 때까지, 아래쪽으로 안내되거나 밀리게 된다.
전방 베어링(162)의 내부 링은 다음 단계에서 조립될 수 있다. 내부 링은 베어링의 롤러를 지탱할 수 있다. 억지 끼워 맞춤 또는 다른 결합 방법이 사용될 수 있다. 특정 예에 있어서, 내부 링은, 팽창하도록 가열된 다음 고정 프레임 주위에 맞춰지게 된다. 내부 링이 냉각되면, 고정 프레임과 전방 베어링(162) 사이에서 마찰에 기반한 조인트가 형성된다.
예에 있어서, 내부 링의 고정 이후에, 임의의 간격을 보상하고 베어링 어셈블리의 적절한 작동을 보장하기 위해, 시스템에 사전 부하가 인가될 수 있다. 제시된 예에 있어서, 베어링 어셈블리에 사전 부하를 인가하기 위해 클램핑 링(180)이 사용된다. 느슨함(looseness) 또는 간극(clearance)이 측정될 수 있으며, 이러한 측정에 기초하여, 적절한 두께를 갖는 다수의 쉼(shim)이 선택될 수 있다. 상기 쉼은 클램핑 링(180)과 전방 베어링(162)의 내부 베어링 링 사이에 또는 클램핑 링(180)과 고정 프레임(166)의 전방 표면 사이에 배치될 수 있다. 이때 클램핑 링이 고정 프레임에 볼트로 고정될 수 있다. 볼트를 조임으로써, 클램핑 링에 축방향 힘이 가해지고, 클램핑 링이 축방향으로 변위될 수 있으며, 전방 베어링(162)의 내부 링이 후방 베어링(164) 쪽으로 밀리게 된다. 후방 베어링은, 내부 링이 스토퍼(170) 및 고정 프레임(166)에 의해 제자리에 유지되기 때문에, 축 방향으로 이동할 수 없다. 따라서, 베어링 어셈블리는 적절한 사전 부하로 압축될 수 있다.
고정 프레임(166)과 샤프트(140)를 조립한 이후에, 발전기 로터 및 발전기 스테이터를 조립할 수 있다. 예에 있어서, 코일 및 전기 케이블을 포함하는 발전기 스테이터(130)가 다음에 장착될 수 있다. 후속하여, 발전기 로터(122)가 장착될 수 있다. 예에 있어서, 영구 자석 없이 발전기 로터(122)가 장착될 수 있다. 발전기 로터(122) 상에 자석이 장착되지 않은 경우, 발전기 스테이터(130)와 발전기 로터(122)의 조립이 용이해질 수 있다. 로터 구조가 스테이터(130)와 조립된 이후에, 영구 자석이 장착될 수 있다. 영구 자석 모듈이 사용될 수 있다. 예에 있어서, 영구 자석 모듈은 축 방향으로 슬라이딩되어 로터의 림에 고정될 수 있다.
일단 자석이 로터 상에 장착되면, 발전기 모듈은 완전히 조립된 것이며, 발전기 모듈을 테스트할 수 있다. 이러한 테스트는 임의의 다른 구성요소와의 연결 없이 수행될 수 있다.
발전기 모듈(120)의 완전한 조립 이후에, 로터 허브(20)가 발전기 모듈(120)에 부착될 수 있다. 발전기 모듈과 로터 허브(20)의 결합은 수직으로 수행될 수 있으며, 즉 고정 프레임은 도 2b에 도시된 바와 같이 여전히 수직으로 배향될 수 있다. 샤프트(140), 발전기 스테이터(130) 및 발전기 로터(122)의 장착 이후에, 허브는 발전기 모듈 위로 들어 올려지고 하강될 수 있다. 이러한 예에 있어서, 샤프트(140)는 허브(20)에 부착될 수 있다.
구동 트레인 어셈블리(100)가 조립된 이후에, 구동 트레인 어셈블리는 들어 올려져 회전되어 메인 프레임(150) 상에 장착될 수 있다. 예에 있어서, 구동 트레인 어셈블리(100)를 들어 올리기 위한 호이스팅 장비(hoisting equipment)는, 예를 들어 발전기의 부품보다 더 단단하고 강할 수 있는 허브(20)를 파지할 수 있다. 다른 예에 있어서, 발전기 모듈(120)이 우선 메인 프레임(150)에 부착될 수 있고, 후속하여 로터 허브(20)가 발전기 모듈(120)의 업윈드 쪽에 장착될 수 있다.
도 3은 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리(200)의 또 다른 예를 개략적으로 제시한다. 구동 트레인 어셈블리(200)는 풍력 터빈의 메인 프레임(150)에 부착될 수 있다. 도 2의 예에서와 같이, 메인 프레임(150)은 환형 플랜지(152)에서 요 시스템에 부착될 수 있다. 따라서, 메인 프레임(150)은 풍력 터빈 타워 상에 회전 가능하게 장착될 수 있고, 원하는 대로 메인 프레임(및 전체 상부타워 구조)을, 바람 방향 안쪽으로 또는 바람 방향 바깥쪽으로, 배향되게 회전시킬 수 있다.
일반적으로, 도 3의 예에 따른 구동 트레인 어셈블리(200)는 구동 트레인 어셈블리(100)와 많은 공통 요소를 가지고 있다. 따라서, 도 3의 예에서는 구동 트레인 어셈블리에 대한 전체적인 설명은 반복되지 않을 것이다. 대신, 이하에서는, 도 2의 예와는 상이한 도 3의 예의 일부 양태를 강조할 것이다.
구동 트레인 어셈블리(200)는 허브(20)와 발전기 모듈(220)을 포함한다. 발전기 모듈(220)은 발전기 로터(222) 및 발전기 스테이터(230)를 포함한다. 발전기 모듈(220)은 발전기 스테이터(230)를 지지하는 고정 프레임(266)을 더 포함한다. 그리고 발전기 로터(222)는 샤프트(240)에 탈착 가능하게 부착된다. 샤프트(240)는 고정 프레임(266) 상에 회전 가능하게 장착된다.
앞서의 예에서와 같이, 베어링 어셈블리는 전방 베어링(262) 및 후방 베어링(264)을 포함하며, 발전기 모듈의 업윈드 단부는 로터 허브의 다운윈드 단부에 부착된다. 로터 허브는 로터 허브의 다운윈드 단부를 정의하는 허브 장착 플랜지(27)를 포함할 수 있고, 발전기(220)는 발전기 모듈의 업윈드 단부를 정의하는 발전기 장착면(235)을 포함한다. 이러한 예에 있어서, 발전기 로터(222)는 발전기 로터 장착 플랜지(228)의 업윈드(전방) 단부에 의해 정의되는 발전기 장착면(235)을 포함한다.
발전기 로터 장착 플랜지(228)는 허브 장착 플랜지(27) 및 샤프트(240)에 연결될 수 있다. 복수의 패스너가 허브 장착 플랜지(27), 발전기 로터 장착 플랜지(228) 및 샤프트(240)의 일부를 통해 연장되도록 배치될 수 있다. 패스너는 허브 장착 플랜지(27), 발전기 로터 장착 플랜지(228) 및 샤프트(240)의 상응하는 관통 구멍 내에 배치될 수 있다. 적합한 볼트가 사용될 수 있다.
다른 예에 있어서, 허브(20)를 발전기 로터(222)에 연결하기 위해 제1 세트의 패스너가 사용될 수 있다. 이러한 제1 세트의 패스너는 허브(20)의 관통 구멍 및 발전기 로터 장착 플랜지(228)의 블라인드 홀(blind hole) 내에 배치될 수 있다. 적합한 스터드가 사용될 수 있다. 제2 세트의 패스너(예컨대, 스터드)는 샤프트를 발전기 로터 장착 플랜지(228)에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 샤프트는 관통 구멍을 포함할 수 있고, 발전기 장착 플랜지는 상응하는 블라인드 홀을 포함할 수 있다. 이러한 예의 일 양태는, 발전기 로터(222)와 샤프트(240)가 연결된 상태로 유지되는 동안, 허브(20)가 구동 트레인 어셈블리의 나머지 부분으로부터 분해될 수 있는 것이다.
이러한 예에 있어서, 고정 프레임(266)은 실질적으로 절두원추형일 수 있다. 고정 프레임은 그 길이의 일부 또는 실질적으로 그 전체 길이를 따라(제시된 예에서와 같이) 절두원추형일 수 있다. 고정 프레임(266)의 업윈드 단부에는, 전방 베어링 시트(267)가 전방 베어링(262)을 지지하도록 배치되고, 후방 베어링(264)을 지지하는 후방 베어링 시트(269)가 고정 프레임(266)의 다운윈드 단부 근처에 배치될 수 있다.
고정 프레임(266)은 메인 프레임(150)의 장착 플랜지(154)에 연결하기 위한장착 플랜지(239)를 포함할 수 있다.
샤프트(240)는 전방 베어링 시트(242)를 형성하는 전방 플랜지와, 발전기가 장착될 수 있는, 반경방향 외측으로 연장되는 환형 부분을 포함할 수 있다. 샤프트(240)는 약간 테이퍼지는 중앙 부분(244)을 더 포함할 수 있다. 샤프트의 직경은 다운윈드 방향으로 약간 감소된다. 중앙 부분(244)은 후방 베어링(264)을 지지하는 후방 베어링 시트(243)에서 종결된다.
후방 베어링(264)은 축 방향으로 발전기 스테이터(230)의 다운윈드 쪽에 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 예에 있어서, 후방 베어링(264)은 발전기 스테이터(230)의 다운윈드 쪽에 배치되고, 전방 베어링(262)은 발전기 스테이터(230)의 업윈드 쪽에 배치된다. 에어 갭 안정성이 개선될 수 있다.
앞서의 예에서와 같이, 전방 베어링(262)과 후방 베어링(264) 사이의 종방향 거리는 2미터를 초과할 수 있다.
이러한 예에 있어서, 고정 프레임(266)은, 발전기 스테이터(230)와 고정 프레임(266)을 연결하는 복수의 아암(234)을 포함하며, 복수의 아암(234)은 고정 프레임(266)으로부터 반경방향 외측으로 그리고 축방향 전방으로 연장된다. 앞서의 예에서와 같이, 아암(234)들은 발전기 스테이터(230)의 스테이터 구조(231)에 연결될 수 있다. 고정 프레임은 예를 들어, 6개 또는 8개, 또는 임의의 다른 적절한 수의 아암(234)을 포함할 수 있다. 아암(234)들은 고정 프레임과 일체적으로 형성될 수도 있고, 또는 별도로 제조되어 고정 프레임(266)에 고정되게 또는 탈착 가능하게 부착될 수도 있다.
앞서의 예에서와 같이, 풍력 터빈은 발전기 모듈(220)로부터 다운윈드 방향으로 배치되는 나셀(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
이상의 어떠한 예에서도 제시되어 있지 않지만, 풍력 터빈은 예를 들어 자외선, 우박 또는 직접적인 강우의 영향으로부터 허브의 외벽을 보호하도록 구성된 보호 쉴드 또는 보호 커버를 포함할 수 있다. 이러한 보호 쉴드 또는 보호 커버는 허브의 적어도 일부 또는 전체 허브 주위에 배치될 수 있으며, 쉴드와 허브 사이가 떨어져 있을 수 있다.
이상 기술된 상세한 설명은 바람직한 실시예를 포함하는 교시를 개시하고, 또한 당업자가 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용, 임의의 통합 방법의 수행을 포함하는 본원에 개시된 교시를 실시할 수 있도록 하기 위해 예를 사용한다. 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 가능한 다른 실시예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 청구항의 문언과 다르지 않은 구조적 요소를 포함하거나 또는 청구항의 문언과 실질적 차이가 없는 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우, 청구범위의 범위에 속하는 것으로 의도된다. 기술된 다양한 실시예로부터의 양태뿐만 아니라 그러한 각각의 양태에 대한 다른 공지된 균등물은, 본 출원의 원리에 따른 추가적인 실시예 및 기법을 구성하기 위해 당업자에 의해 혼합 및 조합될 수 있다.

Claims (30)

  1. 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리로서,
    로터 허브; 및
    발전기 모듈
    을 포함하며,
    상기 발전기 모듈은, 발전기 스테이터, 이 발전기 스테이터를 지지하기 위한 고정 프레임, 발전기 로터, 이 발전기 로터를 지지하기 위한 샤프트, 및 이 샤프트를 고정 프레임 상에 회전 가능하게 장착하기 위한 베어링 어셈블리를 포함하며,
    상기 샤프트는 상기 발전기 로터에 탈착 가능하게 연결되고,
    상기 베어링 어셈블리는 전방 베어링 및 후방 베어링을 포함하며,
    상기 발전기 모듈의 업윈드 단부(upwind end)는 로터 허브의 다운윈드 단부(downwind end)에 부착되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샤프트는 반경방향으로 고정 프레임 외부에 배치되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전방 베어링의 내부 링 및/또는 상기 후방 베어링의 내부 링은 발전기 모듈의 고정 프레임에 억지 끼워 맞춤(interference fit)되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전방 베어링의 외부 링 및/또는 상기 후방 베어링의 외부 링은 발전기 모듈의 샤프트에 슈링크 피트(shrink fit)되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 베어링 및 상기 후방 베어링은 단일 열 테이퍼 롤러 베어링(single row tapered roller bearing)인 것인 구동 트레인 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 프레임의 업윈드 쪽에 부착되고 상기 베어링 어셈블리에 사전 부하를 제공하도록 구성된 클램핑 링
    을 더 포함하는 구동 트레인 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 베어링과 상기 후방 베어링 사이의 종방향 거리가 1,5 미터 이상이고, 구체적으로는 2 미터 이상이며, 보다 구체적으로는 상기 전방 베어링과 상기 후방 베어링 사이의 종방향 거리가 2 미터 내지 2.5 미터인 것인 구동 트레인 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터 허브는 상기 로터 허브의 다운윈드 단부를 정의하는 허브 장착 플랜지를 포함하고, 상기 샤프트는 상기 발전기 모듈의 업윈드 단부를 정의하는 샤프트 장착 플랜지를 포함하는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 샤프트 장착 플랜지는 환형 장착면 및 전방 베어링용 베어링 시트를 포함하는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 샤프트는, 샤프트를 발전기 로터에 연결하기 위한 플랜지에 샤프트 장착 플랜지를 연결하는 실질적으로 원통형인 부분을 포함하는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 샤프트의 내벽과 상기 고정 프레임의 외벽 사이의 하나 이상의 보강재
    를 포함하는 구동 트레인 어셈블리.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 베어링의 다운윈드 쪽에 배치된 스토퍼(stopper)
    를 더 포함하는 구동 트레인 어셈블리.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 프레임은, 고정 프레임을 발전기 스테이터와 연결하는 복수의 아암을 포함하며, 상기 복수의 아암은 상기 고정 프레임으로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 실질적으로 반경방향 평면 내에서 연장되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터 허브는 로터 허브의 다운윈드 단부를 정의하는 허브 장착 플랜지를 포함하고, 상기 발전기 로터는 상기 발전기 모듈의 업윈드 단부를 정의하는 발전기 로터 장착 플랜지를 포함하는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서, 상기 발전기 로터 장착 플랜지는 허브 장착 플랜지 및 샤프트에 연결되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 발전기 로터 장착 플랜지, 상기 허브 장착 플랜지 및 상기 샤프트를 통해 복수의 패스너가 연장되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 프레임은 실질적으로 절두원추형(frustoconical)인 것인 구동 트레인 어셈블리.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 베어링은 축방향으로 발전기 스테이터의 다운윈드 쪽에 배치되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서, 상기 고정 프레임은, 고정 프레임을 발전기 스테이터과 연결하는 복수의 아암을 포함하며,
    상기 복수의 아암은 고정 프레임으로부터 반경방향 외측으로 그리고 축방향 전방으로 연장되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기 로터는 반경방향으로 발전기 스테이터 외부에 배치되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기 로터와 상기 발전기 스테이터 사이의 반경방향 에어 갭(air gap)
    을 포함하는 구동 트레인 어셈블리.
  22. 제21항에 있어서, 상기 반경방향 에어 갭의 공칭 값은 5 mm 내지 10 mm의 범위 내에 있는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 구동 트레인 어셈블리는 냉각 공기 흐름을 사용하여 냉각되도록 구성되며, 상기 냉각 공기 흐름은 반경방향 에어 갭을 통해 축방향으로 향하도록 되어 있는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 프레임은 복수의 제1 구멍을 포함하고, 상기 샤프트는 복수의 제2 구멍을 포함하며, 상기 제1 구멍 및 제2 구멍은 샤프트를 고정 프레임에 회전 가능하게 고정하기 위한 잠금 핀을 수용하도록 구성되는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기 스테이터의 스테이터 구조는 전방 벽, 이 전방 벽에 실질적으로 평행한 후방 벽, 및 전방 벽을 후방 벽에 연결하는 스테이터 림을 갖는 것인 구동 트레인 어셈블리.
  26. 풍력 터빈으로서,
    타워;
    상기 타워 상에 회전 가능하게 장착되는 메인 프레임; 및
    제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 구동 트레인 어셈블리
    를 포함하며, 상기 구동 트레인 어셈블리는 메인 프레임에 부착되는 것인 풍력 터빈.
  27. 제26항에 있어서,
    나셀
    을 더 포함하며, 상기 나셀은 발전기 모듈의 다운윈드 쪽에 배치되는 것인 풍력 터빈.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 허브의 외벽을 보호하도록 구성된 보호 커버
    를 더 포함하는 풍력 터빈.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 터빈은 해상 직접 구동 풍력 터빈(offshore direct-drive wind turbine)인 것인 풍력 터빈.
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 터빈은 공칭 출력이 12MW 이상인 것인 풍력 터빈.
KR1020230135743A 2022-10-17 2023-10-12 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리 Pending KR20240054178A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22382995.3 2022-10-17
EP22382995.3A EP4357613A1 (en) 2022-10-17 2022-10-17 Drive train assemblies for wind turbines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240054178A true KR20240054178A (ko) 2024-04-25

Family

ID=83899631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230135743A Pending KR20240054178A (ko) 2022-10-17 2023-10-12 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12297816B2 (ko)
EP (1) EP4357613A1 (ko)
JP (1) JP2024059086A (ko)
KR (1) KR20240054178A (ko)
CN (1) CN117905648A (ko)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2372151B1 (en) * 2010-03-29 2016-01-13 ALSTOM Renewable Technologies Wind turbine
EP2378117A1 (en) * 2010-04-16 2011-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine
CN103026061B (zh) 2010-07-12 2015-11-25 阿尔斯通风力有限个人公司 风力涡轮机
DK2592266T3 (da) 2010-08-06 2014-09-15 Alstom Renewable Technologies Direkte drevet vindmølle og fremgangsmåde til styring af luftspalte
DE102011008029A1 (de) * 2011-01-05 2012-07-05 Nordex Energy Gmbh Windenergieanlage
US20150322922A1 (en) * 2012-01-17 2015-11-12 United Technologies Corporation Generator with stator supported on rotor
CN103982373B (zh) * 2014-05-30 2016-08-24 北京金风科创风电设备有限公司 风力涡轮机
EP3351791A1 (de) * 2017-01-23 2018-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Statorträger eines getriebelosen windgenerators
PL3771821T3 (pl) * 2019-07-29 2023-10-09 General Electric Renovables España S.L. Turbina wiatrowa z napędem bezpośrednim
ES2934888T3 (es) * 2019-09-30 2023-02-27 Siemens Gamesa Renewable Energy Deutschland Gmbh Turbina eólica con un tren de accionamiento que comprende un limitador de par de torsión
CN114658610A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 北京金风科创风电设备有限公司 传动系统以及风力发电机组
EP4057486A1 (en) 2021-03-12 2022-09-14 General Electric Renovables España S.L. Generator stiffener ring

Also Published As

Publication number Publication date
US12297816B2 (en) 2025-05-13
EP4357613A1 (en) 2024-04-24
JP2024059086A (ja) 2024-04-30
US20240125301A1 (en) 2024-04-18
CN117905648A (zh) 2024-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1882854B1 (en) Apparatus for assembling rotary machines
US8222762B2 (en) Direct-drive generator/motor for a windmill/hydropower Plant/Vessel where the generator/morot is configured as a hollow profile and a method to assemble such a windmill/hydropower plant
EP2063117B1 (en) Arrangement for a direct drive generator, direct drive generator, wind turbine and method for the assembly of a generator
EP2063115B1 (en) Direct drive generator and wind turbine
EP2063116B1 (en) Direct drive generator and wind turbine
US20120181792A1 (en) Wind turbine
US20090250939A1 (en) Wind-driven generation of power
US20120025538A1 (en) Unitary support frame for use in wind turbines and methods for fabricating same
US20070274838A1 (en) Methods and apparatus for assembling and operating semi-monocoque rotary machines
EP2270294A2 (en) Methods and flange for assembling towers
US20110243754A1 (en) Pillow Block for Bed Plate of Wind Turbine
US12006910B2 (en) Assemblies for wind turbines and methods
KR20140108733A (ko) 풍력 터빈 회전자
US8480369B2 (en) Rotor head of wind power generator and wind power generator
KR20240054178A (ko) 풍력 터빈용 구동 트레인 어셈블리
EP3557052A1 (en) Transformer support for a wind turbine
AU2008331350B2 (en) Rotor head of wind power generator and wind power generator

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20231012

PG1501 Laying open of application