KR20150022980A - Improved hinge for wind turbine blades - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력 터빈용 힌지를 제공하는데, 이 힌지는 적어도 하나의 힌지 축에 대하여 힌지 운동이 가능한 바디를 포함한다. 바디는 강화 미립자 재료가 분포되어 있는 가요성이고 탄성인 재료로부터 형성된다.The present invention provides a hinge for a wind turbine comprising a body capable of hinging with respect to at least one hinge axis. The body is formed from a flexible and resilient material in which the reinforcing particulate material is distributed.
Description
본 발명은 풍력 터빈, 특히 풍력 터빈 블레이드용 힌지에 관한 것이다.The present invention relates to a hinge for a wind turbine, in particular a wind turbine blade.
국제 PCT 특허출원 WO 91/12429는 각각의 블레이드가 가요성이고 탄성인 힌지에 의해 허브 어셈블리에 연결되어 있는 풍력 터빈을 개시하고 있다. 이 힌지는 2개의 평행하지 않은 힌지 축을 규정하고, PVC 또는 폴리우레탄과 같은 플라스틱 재료의 시트로 만들어진다. 이러한 예에서, 다른 유사한 공지된 힌지가 블레이드와 허브로부터 개별적으로 형성됨에도 불구하고, 이 힌지는 블레이드와 통합되어 형성되어 있다.International PCT Patent Application WO 91/12429 discloses a wind turbine in which each blade is connected to the hub assembly by a flexible and resilient hinge. The hinge defines two non-parallel hinge shafts and is made of a sheet of plastic material such as PVC or polyurethane. In this example, although other similar known hinges are formed separately from the blades and the hub, the hinges are formed integrally with the blades.
그러한 힌지는 상대적으로 작은 풍력 터빈과 함께 잘 동작하는데, 예컨대 3 kW 또는 6 kW 풍력 터빈과 함께 사용된다. 그러나, 더 큰 블레이드와 함께 사용되면, 예컨대 15 kW 풍력 터빈과 함께 사용되면, 사용 시 힌지가 겪는 힘은 힌지 파괴를 발생시킬 수 있다. 특히, 피로(fatigue)는 힌지에, 특히 인서트, 홀, 또는 다른 존재가능한 내포물에 의해 생기는 어떠한 날카로운 코너에 크랙이 나타나도록 할 수 있다. 또한, 힌지가 겪는 상대적으로 큰 휨 스트레인(flexural strain)은 힌지를 만드는데 사용되는 종래의 플라스틱 재료에 대해 너무 큰 것으로 여겨진다.Such hinges work well with relatively small wind turbines, for example with 3 kW or 6 kW wind turbines. However, when used with larger blades, for example, when used with a 15 kW wind turbine, the force experienced by the hinge in use can cause hinge failure. In particular, the fatigue can cause cracks to appear at any sharp corners caused by hinges, particularly inserts, holes, or other possible inclusions. It is also believed that the relatively large flexural strain experienced by the hinge is too large for conventional plastic materials used to make the hinge.
이러한 문제점을 완화하는 힌지를 제공하는 것이 바람직할 것이다.It would be desirable to provide a hinge that alleviates this problem.
본 발명의 제1 양태는 풍력 터빈용 힌지를 제공하는데, 적어도 하나의 힌지 축에 대하여 힌지 운동이 가능한 바디를 포함하고, 상기 바디는 강화 미립자 재료가 분포되어 있는 가요성이고 탄성인 재료로부터 형성된다.A first aspect of the present invention provides a hinge for a wind turbine, comprising a body capable of hinging with respect to at least one hinge axis, the body being formed from a flexible and resilient material in which the reinforcing particulate material is distributed .
바람직하게는, 상기 강화 미립자 재료는 합성 섬유, 바람직하게는 폴리머 섬유, 더 바람직하게는 아라미드 섬유를 포함한다.Preferably, the reinforcing particulate material comprises synthetic fibers, preferably polymer fibers, more preferably aramid fibers.
바람직하게는, 상기 미립자 재료는 대략 0.1 mm 내지 대략 2.5 mm 의 크기(적용가능한 경우 길이 또는 직경)이다.Preferably, the particulate material has a size (length or diameter, if applicable) of from about 0.1 mm to about 2.5 mm.
바람직한 실시예에서, 상기 강화 미립자 재료는 상기 힌지를 형성하는 재료의 대략 0.5 중량% 내지 대략 10 중량%의 양으로 존재한다.In a preferred embodiment, the reinforcing particulate material is present in an amount of from about 0.5% to about 10% by weight of the material forming the hinge.
일반적으로, 상기 가요성이고 탄성인 재료는 엘라스토머, 예컨대 폴리우레탄 엘라스토머를 포함한다.Generally, the flexible and resilient material comprises an elastomer, such as a polyurethane elastomer.
바람직한 실시예에서, 상기 힌지는 상기 바디에 통합된 적어도 하나의 강화 메시를 포함한다. 바람직한 메시는, 제1 방향으로 연장되고 바람직하게는 평행한 서로 이격된 복수의 강화 스트랜드 및 상기 제1 방향과 평행하지 않고 바람직하게는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 서로 이격되고 바람직하게는 실질적으로 평행한 복수의 연결 스트랜드를 포함한다.In a preferred embodiment, the hinge comprises at least one reinforcing mesh incorporated in the body. The preferred mesh comprises a plurality of mutually spaced reinforcing strands extending in a first direction and preferably parallel and spaced apart from each other that extend in a second direction that is not parallel to the first direction and is preferably perpendicular to the first direction Preferably a plurality of substantially parallel connecting strands.
상기 강화 스트랜드는 바람직하게는 합성 섬유, 특히 폴리머 섬유, 예컨대 일반적으로 방적사로 형성된 아라미드 섬유로부터 형성된다. 상기 연결 스트랜드는 합성 섬유, 예컨대 유리 섬유로부터 형성되고, 강화 스트랜드가 원하는 배치를 유지하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 연결 스트랜드는 힌지에 상당한 지지 또는 강화를 제공하지 않고, 만들어지는 재료 및/또는 두께 및/또는 서로 간의 간격이 그에 따라 선택된다. 따라서, 일반적으로 연결 스트랜드는 상대적으로 가볍고, 강화 스트랜드는 상대적으로 무겁다.The reinforcing strands are preferably formed from synthetic fibers, in particular polymer fibers, such as aramid fibers formed generally of yarns. The connecting strands are formed from synthetic fibers, such as glass fibers, and the reinforcing strands are configured to maintain a desired arrangement. In a preferred embodiment, the connecting strands do not provide significant support or reinforcement to the hinges, and the materials and / or thickness to be made and / or the spacing between them are selected accordingly. Thus, in general, the connecting strand is relatively light and the reinforcing strand is relatively heavy.
상기 적어도 하나의 메시는 적어도 상기 적어도 하나의 힌지 축 중에서 적어도 하나에 대응하는 상기 바디의 영역을 가로질러 연장된다. 선택적으로, 상기 적어도 하나의 메시는 실질적으로 상기 바디의 전체 주 단면적을 덮도록 형상 및 치수가 정해진다.The at least one mesh extends across an area of the body corresponding to at least one of the at least one hinge axis. [0254] Optionally the at least one mesh is shaped and dimensioned to substantially cover the entire major cross-sectional area of the body.
유리하게는, 상기 적어도 하나의 메시는 상기 제1 스트랜드 방향이 상기 적어도 하나의 힌지 축 중 적어도 하나와 실질적으로 수직하거나 또는 적어도 평행하지 않도록 배치된다.Advantageously, said at least one mesh is arranged such that said first strand direction is substantially perpendicular or at least parallel to at least one of said at least one hinge axis.
바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 메시는 상기 바디에 내장되어, 상기 바디의 앞면 또는 뒷면을 부수지 않고, 일반적으로 상기 바디의 앞면과 뒷면 사이에 위치하고, 바람직하게는 실질적으로 상기 바디의 앞면 및 뒷면과 평행하다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 메시는 실질적으로 상기 힌지의 중립축이 놓이는 평면에 위치한다. 바람직한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 메시는, 실질적으로 상기 바디의 앞면과 뒷면 사이의 중간쯤에 위치하고 또한 실질적으로 상기 바디의 앞면 및 뒷면과 평행한 평면에 실질적으로 놓인다.In a preferred embodiment, the at least one mesh is embedded in the body and does not break the front or back of the body, but generally lies between the front and back of the body, preferably substantially the front and back of the body. It is parallel to the back side. Advantageously, said at least one mesh is located substantially in a plane in which the neutral axis of said hinge lies. In a preferred embodiment, the at least one mesh lies substantially midway between the front and back surfaces of the body and substantially in a plane substantially parallel to the front and back surfaces of the body.
선택적으로, 편리하게 로프를 포함하는 가요성 라인이 상기 가요성이고 탄성인 재료에 내장된다. 유리하게는, 상기 라인은 인장되지 않는다. 바람직하게는, 상기 라인은 대체적으로 사인곡선형으로 배치되고, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 힌지 축을 바람직하게는 여러 번 횡단하도록 배치된다. 상기 라인이 감기는 상기 바디에 위치 부재가 제공될 수 있다.Optionally, a flexible line comprising a rope is conveniently embedded in the flexible and resilient material. Advantageously, the line is not stretched. Preferably, the lines are arranged generally sinusoidally, and are preferably arranged to traverse the at least one hinge axis, preferably several times. A position member may be provided on the body on which the line is wound.
유리하게는, 상기 라인은 상기 가요성이고 탄성인 재료와 접착되기에 적합한 재료로부터 형성된다. 예컨대, 상기 라인은 케블라 또는 아라미드 섬유 로프를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 라인은 적절한 폴리머, 예컨대 폴리우레탄 확산으로 처리될 수 있다. 유리하게는, 상기 라인은 사용 전에 미리 건조된다.Advantageously, the line is formed from a material suitable for bonding with the flexible and resilient material. For example, the line may comprise a Kevlar or aramid fiber rope. Alternatively or additionally, the line may be treated with a suitable polymer, such as a polyurethane dispersion. Advantageously, the line is pre-dried prior to use.
바람직한 실시예에서, 상기 힌지는, 전형적으로 이격되며 일반적으로 평행하지 않은 제1 및 제2 힌지 축을 포함한다.In a preferred embodiment, the hinge includes first and second hinge axes that are typically spaced apart and generally not parallel.
상기 바디의 앞면과 뒷면 중 일면 또는 양면 상에 예컨대 플레이트를 포함하는 지지 부재가 제공될 수 있고, 유리하게는 상기 지지 부재는 상기 힌지 축을 가로질러 연장되지 않는다.A support member may be provided on one or both of the front and back sides of the body, for example including a plate, and advantageously the support member does not extend across the hinge axis.
바람직한 실시예에서, 상기 힌지를 형성하는 재료의 두께는 약 25 mm 내지 약 45 mm 이다.In a preferred embodiment, the thickness of the material forming the hinge is from about 25 mm to about 45 mm.
본 발명의 제2 양태는 풍력 터빈을 위한 블레이드 어셈블리를 제공하는데, 본 발명의 제1 양태에 따른 각각의 힌지에 의해 허브에 연결된 복수의 블레이드를 포함한다.A second aspect of the present invention provides a blade assembly for a wind turbine comprising a plurality of blades connected to a hub by respective hinges according to the first aspect of the present invention.
본 발명의 제3 양태는 본 발명의 제2 양택에 따른 블레이드 어셈블리에 연결된 전기 발전기를 포함하는 풍력 터빈을 제공한다.A third aspect of the present invention provides a wind turbine comprising an electric generator connected to a blade assembly according to the second aspect of the present invention.
본 발명의 제4 양태는 풍력 터빈을 위한 힌지를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은, 가요성이고 탄성인 재료로부터, 적어도 하나의 힌지 축에 대하여 힌지 운동이 가능한 바디를 형성하는 형성 단계; 및 강화 미립자 재료가 상기 가요성이고 탄성인 재료에 분포되도록 하는 분포 단계를 포함한다.A fourth aspect of the present invention provides a method of manufacturing a hinge for a wind turbine, the method comprising: forming a body from a flexible and resilient material, the hinge being capable of hinging against at least one hinge axis; And distributing the reinforcing particulate material to the flexible and resilient material.
일반적으로 상기 방법은 몰드에 상기 바디를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 형성 단계는, 상기 몰드에 상기 가요성이고 탄성인 재료를 주조, 예컨대 핫 캐스팅(hot casting)하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 재료는 엘라스토머를 포함하고, 상기 형성 단계는 프리폴리머(일반적으로 액체 형태임)에 일반적으로 액체 형태인 경화제를 첨가하는 단계, 및 혼합된 경화제와 프리폴리머를 상기 몰드 내로 넣는 단계를 포함한다. 유리하게는, 상기 방법은 상기 플리폴리머를 혼합하기 전에 상기 강화 미립자 재료를 상기 경화제에 첨가하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 강화 미립자 재료를 상기 경화제에 첨가하기 전에 상기 강화 미립자 재료를 건조하는 단계를 포함한다.Generally, the method includes forming the body in a mold. The forming step includes casting, e.g., hot casting, the flexible and resilient material to the mold. In a preferred embodiment, the material comprises an elastomer, which comprises the steps of adding a curing agent, generally liquid, to the prepolymer (generally in liquid form), and introducing the mixed curing agent and prepolymer into the mold . Advantageously, the method comprises adding the reinforcing particulate material to the curing agent prior to mixing the flip-polymer. Preferably, the method comprises drying the enhanced particulate material before adding the enhanced particulate material to the curing agent.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 혼합된 경화제와 프리폴리머를 상기 몰드 내로 넣기 전에 상기 몰드에 가요성 라인을 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 가요성 라인은 로프를 포함한다.In a preferred embodiment, the method includes positioning the flexible line in the mold prior to placing the mixed curing agent and prepolymer into the mold. The flexible line includes a rope.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은, 주 몰드면으로부터 멀어지도록 상기 라인을 유지하기 위하여 상기 몰드에 하나 이상의 지지대를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 지지대는 상기 몰드를 횡단하는 인장된 라인을 포함한다. 상기 하나 이상의 지지대는 상기 적어도 하나의 힌지 축 중 적어도 하나의 영역에 제공되는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment, the method includes providing at least one support to the mold to maintain the line away from the main mold surface. The support includes a tensioned line traversing the mold. The at least one support is preferably provided in at least one of the at least one hinge axis.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 혼합된 경화제와 프리폴리머를 상기 몰드 내로 넣기 전에 상기 몰드에 적어도 하나의 메시를 제공하는 단계를 더 포함한다.In a preferred embodiment, the method further comprises providing at least one mesh to the mold before the mixed curing agent and the prepolymer are introduced into the mold.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 메시를 원하는 위치에 유지하기 위한 몰드를 횡단하는 하나 이상의 지지대, 예컨대 하나 이상의 인장된 라인을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 적어도 하나의 메시와 상기 가요성 라인이 존재하는 실시예에서, 상기 지지대는 상기 가요성 라인에 대하여 상기 적어도 하나의 메시를 유지하도록 배치될 수 있다.In a preferred embodiment, the method comprises providing at least one support, for example at least one tensioned line, traversing the mold to maintain the at least one mesh at a desired location. In embodiments where the at least one mesh and the flexible line are present, the support may be arranged to hold the at least one mesh with respect to the flexible line.
본 발명의 제5 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 힌지를 형성하기 위한 몰드를 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides a mold for forming a hinge according to the first aspect of the present invention.
본 발명의 추가적 유리한 양태는 첨부된 도면을 참조하고 바람직한 실시예의 아래 설명에 비추어 통상의 기술자에게 명백할 것이다.Further advantageous aspects of the invention will be apparent to those of ordinary skill in the art in light of the following description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
이제 본 발명의 실시예가 예시의 방법으로서 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명을 구현하는 힌지와 함께 사용되기에 적합한 풍력 터빈을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일양태를 구현하는 힌지를 도시하고 있다.
도 3은 Hyperlast 100/90 PU의 물리적 특성에 대한 데이터를 제공하는 표이다.
도 4는 Hyperlast PU에 섬유를 추가하는 효과를 나타내는 데이터를 제공하는 표이다.
도 5는 본 발명을 구현하는 힌지에 통합되는 바람직한 메시 강화 구조를 도시하고 있다.
도 6은 바람직한 힌지의 제조 시 사용하기 위한 몰드를 도시하고 있다.
도 7은 바람직한 힌지를 도시하고 있다.
도 8은 Hyperlast 100/90 PU를 포함하는 본 발명의 힌지의 일실시예의 스트레인 대 피로 파괴의 비교 그래프를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 힌지의 일실시예를 제조하기 위한 재료의 내역서의 예시적 데이터를 제공하는 표이다.Figure 1 shows a wind turbine suitable for use with hinges embodying the present invention.
Figure 2 shows a hinge embodying an aspect of the present invention.
Figure 3 is a table providing data on the physical properties of the
Figure 4 is a table providing data showing the effect of adding fibers to the Hyperlast PU.
Figure 5 illustrates a preferred mesh reinforcing structure incorporated into the hinges embodying the present invention.
Figure 6 shows a mold for use in the manufacture of a preferred hinge.
Figure 7 shows a preferred hinge.
Figure 8 shows a comparative graph of strain versus fatigue failure of one embodiment of a hinge of the present invention including Hyperlast 100/90 PU.
FIG. 9 is a table providing exemplary data of a statement of material for manufacturing an embodiment of a hinge of the present invention. FIG.
이제 도 1을 참조하면, 포스트(12)에 설치된 전기를 발생하기 위한 풍력 터빈(10)이 도시되어 있다. 전기 발전기(미도시)가 하우징(14)에 제공되고, 회전가능한 허브(18)로부터 뻗어나오는 복수의 블레이드(16)에 의해 사용 시 구동된다. 허브(18)는 회전가능한 샤프트(미도시)에 의해 발전기에 연결되어 있다. 사용 시, 바람이 블레이드(16)를 구동하여 허브(18)와 샤프트가 회전한다. 샤프트의 회전은 발전기의 로터가 회전하게 하여, 전기가 생산되게 한다.Referring now to FIG. 1, there is shown a
각각의 블레이드(16)는 개개의 힌지(20)에 의해 허브(18)에 연결되어 있다. 힌지(20)는 제1 및 제2 힌지 축(22, 24)을 가지도록 구성되고, 제1 및 제2 힌지 축 주위로 블레이드(16)가 허브(18)에 대해 회전할 수 있다. 힌지(20)는, 제1 힌지 축(22)을 따라 허브(18)에 힌지식으로 연결되며 제2 힌지 축(24)을 따라 블레이드(16)에 힌지식으로 연결되는 바디(26)를 포함한다. 힌지 축(22, 24)은 평행하지 않지만, 바람직하게는 실질적으로 동일 평면 상에 위치한다. 바디(26)는 실질적으로 평면일 수 있지만, 바람직한 실시예에서 바디(26)의 나머지 부분에 대하여 동일 평면이 아니고, 일반적으로 비스듬한 말단부(28)를 가지고(도 2 참조), 제2 힌지 축(24)은 말단부(28)와 바디(26)의 나머지 부분 사이에 위치한다. 일반적으로 바디(26)는 대체적으로 삼각형이다.Each
코닝(coning) 힌지 축이라고 칭해질 수 있는 제1 힌지 축(22)에서, 힌지(20)는 블레이드(16)가 힌지 바디(26)에 대해 회전하도록 해준다. 이것은 코닝으로 알려져 있다. 일반적으로 코닝은 일시적인 환경 조건, 특히 바람 속도 및/또는 바람 세기의 결과로서 발생한다.In the
베이스 힌지 축이라고 칭해질 수 있는 제2 힌지 축(24)에서, 힌지(20)는 블레이드(16)가 사용 중 허브(18)의 회전에 의해 발생한 원심력하에 허브(18)에 대한 베이스 피치를 채택하도록 해준다. 따라서, 베이스 피치는 원심 조절된다고 말해질 수 있다.In the
2축 힌지 구성은 풍력 터빈이 출력을 최대화하기 위하여 회전 속도를 조절하도록 해준다. 사용 시, 바람이 점점 더 강해짐에 따라, 블레이드(16)는 피칭하고 코닝하여, 터빈(10)을 보호하고 맹렬한 폭풍 시에도 연속적인 작동을 가능하게 한다.The biaxial hinge configuration allows the wind turbine to adjust the rotational speed to maximize output. In use, as the wind becomes stronger and stronger, the
더욱 상세하게는, 풍력 터빈(10)이 회전 속도(RPM)을 증가시킴에 따라, 각각의 블레이드(16)에 의해 생성된 원심력은 각각의 힌지(20)를 인장한다. 힌지 위치는 댐퍼 스프링(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 블레이드(16)가 힌지(20)를 더 당길수록, 스톨(stall)을 향하여 더욱 피칭된다. 특정 포인트에서, 터빈(10)은 평형에 도달하여, 힌지가 스톨로 당겨지기에 충분히 빠르게 회전하지만, 더 이상 속도를 올리지 않을 만큼 스톨된다. 블레이드 코닝은 로터 상의 스트레스를 감소시키고(블레이드(16)는 스스로 조절됨), 돌풍 조건에 대한 터빈의 응답을 부드럽게 한다. 이것은 또한 초고속 바람에서 로터 디스크의 사이즈를 감소시켜 터빈 상의 하중을 감소시킨다. 이것은 단지 피크 파워 조절일 뿐이고, 터빈이 그리드에 연결되어 있을 때는 언제나, RPM이 인버터에 의해 가해진 하중의 양(발전기로부터 가져온 파워)에 의해도 조절된다. 이러한 구성은, 고속 바람 조건에서 브레이크 되어야 하는 다른 풍력 터빈과는 달리, 모든 풍속에서 연속된 발전이 가능하게 한다.More specifically, as the
도 2는 힌지(20)의 구체적인 실시예를 도시하고 있다. 힌지(20)는 임의의 편리한 방법에 의해, 예컨대 스크류, 볼트, 리벳, 접착제, 점착제, 용접 또는 기타 고정 방법, 또는 이들의 결합에 의해, 블레이드(16) 및 허브(18)에 고정될 수 있다. 도시된 실시예에서, 말단부(28)에는 적절한 기계적 고정구(미도시)를 수용하기 위하여 소켓(30)이 구비되어 있고, 소켓(30)은 바람직하게는 힌지 축(24)과 실질적으로 평행하게 연장되는 가상의 라인을 따라 배치된다. 유사하게, 바디(26)는 반대편 말단부(32)를 가지고, 제1 힌지 축(22)은 말단부(32)와 바디(26)의 나머지 부분 사이에서 연장되고, 적절한 기계적 고정구(미도시)를 수용하기 위한 소켓(34)이 구비되고, 소켓(34)은 바람직하게는 힌지 축(22)과 실질적으로 평행하게 연장되는 가상의 라인을 따라 배치된다.Figure 2 shows a specific embodiment of the
바람직한 실시예에서, 일반적으로 플레이트(도 1에는 도시되었지만 도 2에는 미도시)를 포함하는 지지 부재가 바디(26)의 일면 또는 양면에 고정되어, 실질적으로 축들(22, 24) 사이의 영역을 커버하는 치수를 가진다. 따라서, 이 플레이트는 축들(22, 24)을 규정하는데 도움을 준다. 지지 부재는 예컨대 금속 또는 탄소 섬유로부터 형성될 수 있다. 지지 부재는 임의의 적절한 고정 수단, 예컨대 스크류, 볼트, 리벳, 접착제, 점착제, 용접, 또는 기타 고정 수단, 또는 이들의 조합에 의해 바디(26)에 고정될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 바디(26)에는 이러한 목적으로 적절한 기계적 고정구를 수용하기 위한 축들(22, 24) 사이의 소켓이 제공된다.In the preferred embodiment, a support member, generally comprising a plate (not shown in FIG. 1 but not shown in FIG. 2), is secured to one or both sides of the
말단부(28, 32)를 포함하는 바디(26)는 엘라스토머이고, 일반적으로 가요성이고 탄성인 플라스틱, 예컨대 폴리우레탄 또는 합성 고무로부터 형성된다. 바디를 만드는 재료는 바람직하게는 적어도 하나의 엘라스토머, 예컨대 폴리우레탄 엘라스토머를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 이 재료는 캐스트 엘라스토머(cast elastomer), 바람직하게는 캐스트 폴리우레탄 엘라스토머를 포함한다. 캐스트 엘라스토머는 적절한 경화제 또는 체인 익스텐더(chain extender)(일반적으로 액체 형태)를 적절한 프리폴리머(일반적으로 액체 형태)를 첨가함으로써 형성될 수 있는데, 예컨대 폴리에테르 기반 경화제를 폴리우레탄 또는 우레탄 프리폴리머에 첨가함으로써 형성될 수 있다. 혼합된 프리폴리머와 경화제는 적절한 형상의 몰드(일반적으로 개방형)에 첨가되고, 거기에서 프리폴리머와 경화제가 엘라스토머를 형성하도록 반응한다. 주조 공정은 일반적으로 핫 캐스팅(또는 핫 큐어링) 공정이다. 바디(26)는 대안적으로 다른 주조 또는 몰딩 기법에 의해 형성될 수 있다.The
영국의 Hyper Limited of Staines에 의해 제공되는 Hyperlast 100/90(상표명)(http://www.dow.com/hyperlast/)을 예시로 든다. Hyperlast 100/90는 Hyperlast 100(상표명) 프리폴리머와 반응하는 폴리에테르 기반 경화제를 포함하여, 고성능 폴리우레탄 엘라스토머를 생산한다. 도 3은 Hyperlast 100/90의 물리적 특성을 설명하는 데이터를 제공한다. 동일 또는 유사한 특성을 가진 다른 물질이 대안적으로 사용될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백하다고 이해될 것이다.An example is the
따라서, 바람직한 실시예에서, 힌지(20), 특히 바디(26)는 캐스트 몰딩 공정에 의해 만들어진다. 일반적으로 이것은, 혼합된 화학물질이 몰드(미도시) 내로 부어질 수 있도록 하는 동적 믹서를 통해 폴리에테르(또는 기타) 경화제와 Hyperlast(또는 기타) 프리폴리머를 혼합하는 것을 수반한다. 일단 몰드에서 혼합물이 발열반응을 통해 반응하고, 엘라스토머, 본 예시에서는 폴리우레탄 엘라스토머, 특히 핫 캐스트 폴리우레탄 엘라스토머를 형성한다.Thus, in the preferred embodiment, the
본 발명에 도달하는 과정에서 수행된 조사와 분석은, Hyperlast 100/90가 예컨대 표준 작동 온도 범위를 넘어 15 kW 풍력 터빈에서 사용될 때 힌지(20)가 겪게되는 힘을 견디기에 충분한 강도 특성을 가지지 않는 것으로 나타내고 있다. 재료의 피로 성능은 응용예에 대해 충분히 높지 않은 주요 특성이다. 또한, 작동 시, 블레이드(16)는 블레이드의 길이를 따라 굽힘 모멘트를 전달하는 상당한 양의 굽힘을 경험할 수 있고, 합력은 힌지(20)에 의해 댐핑된다. 이러한 힘은 힌지 상에 스트레스를 발생시키기 때문에, 힌지의 댐핑 특성을 개선시키는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해 힌지를 수정하는데 있어서의 문제점은, 힌지가 전술한 피칭과 코닝을 수행하는데 충분한 가요성과 탄성을 유지해야 한다는 것이다.Surveys and analyzes performed in the course of reaching the present invention show that the
가황(vulcanization) 또는 주입 몰딩 단계에서 섬유를 재료 내로 분산시킴으로써, 섬유가 엘라스토머 재료를 강화하는데 사용될 수 있다. 이것은 섬유의 방향이 제어되도록 하고, 재료가 잘 분산되도록 해준다. 섬유를 Hyperlast 100/90 또는 유사한 재료와 통합하는데 있어서의 문제점은 2부분 공정이라는 것인데, 이 공정에서 폴리에테르 기반 경화제와 Hyperlast 100 재료는 캐스트 몰드에서 반응이 일어날 때까지 모두 액체 형태이다.By dispersing the fibers into the material during the vulcanization or injection molding step, the fibers can be used to strengthen the elastomeric material. This allows the orientation of the fibers to be controlled and allows the material to be well dispersed. The problem with integrating fibers with
본 발명의 바람직한 실시예에서, 바람직하게는 섬유를 포함하는 강화 미립자 재료는 주조 또는 다른 제조 공정 시 엘라스토머 내로 도입된다. 일반적으로 합성 섬유, 바람직하게는 폴리머 섬유가 사용된다. 특히, 아로마틱 폴리아미드(흔히 아라미드라고 알려져 있음(메타-아라미드와 파라-아라미드를 포함)) 섬유가 바람직하다. 예컨대, 일본 오사카 주오구의 Teijin Limited에 의해 제공되는 아라미드 섬유(예컨대, 상표명 Twaron으로 판매됨) 또는 미국 델라웨어 윌밍턴의 DuPont에 의해 생산되는 케블라 섬유가 사용될 수 있다. 다른 미립자 재료, 특히 합성 미립자 재료(예컨대, 플라스틱, 중합체, 유리, 및/또는 금속)가 강화를 위해 사용될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the reinforcing particulate material, preferably comprising fibers, is introduced into the elastomer during casting or other manufacturing processes. Generally, synthetic fibers, preferably polymer fibers, are used. In particular, aromatic polyamides (often known as aramid (including meta-aramid and para-aramid)) fibers are preferred. For example, aramid fibers provided by Teijin Limited of Osaka, Japan (e.g., sold under the trademark Twaron) or Kevlar fibers produced by DuPont of Wilmington, Delaware may be used. Other particulate materials, particularly synthetic particulate materials (e.g., plastics, polymers, glasses, and / or metals) may be used for consolidation.
예컨대, 다음의 섬유 중 하나 이상이 사용될 수 있다.For example, one or more of the following fibers may be used.
- Twaron 1088, 0.25 mm의 길이를 가진 아라미드 섬유(Teijin)
- Twaron 1189, 1.5 mm의 길이를 가진 아라미드 섬유(Teijin)-
- Kevlar Pulp Merge 1F543, 케블라 펄프(듀퐁)- Kevlar Pulp Merge 1F543, Kevlar pulp (DuPont)
케블라 펄프는 일반적으로 0.25 내지 1 mm 길이로 절단된 섬유를 포함하는 세동성 펄프(fibrillated pulp)이다.Kevlar pulp is a fibrillated pulp that generally includes fibers cut to a length of 0.25 to 1 mm.
좀 더 일반적으로는, 대략 0.1 mm 내지 대략 2.5 mm 의 사이즈(적용가능한 경우 길이 또는 직경)를 가진 입자/섬유를 사용하는 것이 바람직하다.More generally, it is desirable to use particles / fibers having a size of from about 0.1 mm to about 2.5 mm (length or diameter, if applicable).
주조 공정 시 섬유를 첨가할 때, 여러 가지 문제가 고려되어야 한다. 아라미드 섬유와 케블라는 물을 흡수하는 경향이 있다. 물은 Hyperlast 재료와 반응하고, 반응될 때 이산화탄소를 생성할 수 있다. 따라서, 섬유는 처리하기 전에, 예컨대 80도보다 높은 온도에서 6 내지 8 시간 동안 미리 건조되는 것이 유리하다. 섬유가 경화제에 첨가되는 것이 바람직한데, 그 이유는 프리폴리머는 습기에 노출되면 안 되고, 따라서 대기 조건에 노출되면 안 되기 때문이다. 섬유/펄프가 경화제에 첨가되지 않으면, 경화제의 점성이 증가된다. 이것은 몰딩되거나 또는 다르게 처리될 수 있는 용이성(amenability)을 포함하는 재료의 처리 특성에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 베이스 폴리에테르 경화제의 점성은 대략 300 cps이고, 프리폴리머와 반응할 수 있는 최대 점성은 대략 1500 cps이다.When adding fibers during the casting process, several problems must be considered. Aramid fibers and Kevlar tend to absorb water. Water reacts with the Hyperlast material and can produce carbon dioxide when reacted. Thus, it is advantageous that the fibers are pre-dried for 6 to 8 hours at a temperature higher than 80 degrees, for example, before processing. It is preferred that the fibers are added to the curing agent, since the prepolymer should not be exposed to moisture and therefore should not be exposed to atmospheric conditions. If the fiber / pulp is not added to the curing agent, the viscosity of the curing agent is increased. This can affect the processing characteristics of materials including amenability that can be molded or otherwise processed. For example, the viscosity of the base polyether curing agent is approximately 300 cps and the maximum viscosity capable of reacting with the prepolymer is approximately 1500 cps.
다음의 결과가 예시로서 제시된다:The following results are presented by way of example:
- Twaron 1088을 대략 2 % 포함하면 점성은 대략 960 cps-
- Twaron 1189을 대략 0.75 % 포함하면 점성은 대략 1500 cps-
- Kevlar Pulp 1F543을 대략 0.5 % 포함하면 점성은 대략 1450 cps- Including approximately 0.5% Kevlar Pulp 1F543, viscosity will be approximately 1450 cps
각각의 섬유는 표시된 각각의 퍼센티지 레벨까지의 양으로 경화제, 예컨대 폴리에테르 경화제에 첨가될 수 있으면서, 프리폴리머와의 원하는 반응이 일어나도록 할 수 있다.Each fiber can be added to a curing agent, such as a polyether curing agent, in an amount up to the indicated percentage level, while allowing the desired reaction with the prepolymer to occur.
좀 더 일반적으로, 바람직한 실시예에서, 강화 미립자 재료는 힌지(20)를 형성하는데 사용되는 엘라스토머 재료의 대략 0.5 중량% 내지 대략 10 중량%의 양으로 존재한다.More generally, in a preferred embodiment, the reinforcing particulate material is present in an amount of from about 0.5% to about 10% by weight of the elastomeric material used to form the
섬유 또는 다른 미립자 재료는 바디 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포되는 것이 바람직하다.It is preferred that the fiber or other particulate material is distributed substantially uniformly throughout the body.
섬유, 예컨대 전술한 섬유를 포함하는 것은 엘라스토머의 특성에 상당한 개선을 가져오는 것이 발견되었다. 도 4는 섬유의 다양한 양과 조합이 Hyperlast PU의 강도에 얼마나 영향을 미치는지를 나타내는 데이터를 제공한다. 특히, Twaron 섬유를 포함하는 것은 재료의 강도 특성에 상당한 개선을 가져온다. 예컨대, 2 중량%의 Twaron 1088과 0.5 중량%의 Twaron 1198을 포함하면, 재료의 강도가 원래의 강도보다 75 % 만큼 증가된다.It has been found that the inclusion of fibers, such as those described above, leads to a significant improvement in the properties of the elastomer. Figure 4 provides data showing how various amounts and combinations of fibers affect the strength of the Hyperlast PU. In particular, the inclusion of Twaron fibers results in a significant improvement in the strength properties of the material. For example, if it contains 2
도 4의 샘플 인장 특성은 각각의 섬유 강화재가 포함되면 PU의 특성이 변화한다는 것을 나타내고 있다. PU의 인장 강도는 상대적으로 낮은 모듈러스 레벨에서 개선되는데, 예컨대 50% 모듈러스에서 인장 강도는 4 MPa에서 6.5 MPa로 증가된다. 이러한 경향인 대략 250 % 또는 300 % 모듈러스까지 관찰되는데, 이때 PU 재료의 인장 강도는 다양한 섬유를 가진 샘플보다 더 나은 성능을 가진다. 따라서, 본 예시에서 PU 재료의 인장 강도는 대략 0-250 %로부터의 모듈러스 범위에서 대략 40 % 만큼 증가된다. 250 % 모듈러스 이상에서 인장 특성이 감소된다. 풍력 터빈 블레이드 힌지의 관점에서, 예상된 최대 스트레인은 일반적으로 25 % 모듈러스보다 작고, 따라서 이러한 결과는 섬유 강화재를 첨가함으로써 PU 재료의 특성이 바람직한 적용예에 대해 개선된다는 것을 가리킨다.The sample tensile properties of FIG. 4 indicate that the characteristics of the PU vary when each fiber reinforcement is included. The tensile strength of PU is improved at a relatively low modulus level, for example at 50% modulus the tensile strength is increased from 4 MPa to 6.5 MPa. This tendency is observed up to about 250% or 300% modulus, where the tensile strength of the PU material has better performance than samples with various fibers. Thus, in this example the tensile strength of the PU material is increased by approximately 40% in the modulus range from approximately 0-250%. Tensile properties are reduced above 250% modulus. In view of the wind turbine blade hinges, the expected maximum strain is generally less than 25% modulus, and thus this result indicates that the addition of fiber reinforcement improves the properties of the PU material for the preferred application.
풍력 터빈 블레이드 힌지의 관점에서, 힌지(20)를 만드는데 사용되는 재료의 인열(tear) 특성이 중요하다. 도 4의 각각의 샘플에 대한 인열 시험, 예컨대 트라우저 테스트(trouser test)는, 섬유를 포함하면 PU 재료의 인열 강도가 18 N/mm 에서 41 N/mm 로 130 % 만큼 개선되는 것으로 나타낸다. 이것은 힌지 파괴의 원인이 되는 인열 전파를 방지하는데 도움을 주는 상당한 개선이다.In view of the wind turbine blade hinge, the tear characteristics of the material used to make the
선택적으로, 로프(40)(도 6 참조), 예컨대 폴리에스터 또는 기타 합성 섬유의 간편한 형태의 가요성 라인이 힌지(20) 재료에 내장될 수 있다. 로프(40)는 경화제와 프리폴리머 혼합물을 첨가하기 전에 몰드(42)에 위치될 수 있다. 일반적으로 로프(40)는 대체적으로 사인곡선형으로 배치되고, 바람직하게는 양 힌지 축(22, 24)을 횡단하도록(바람직하게는 수회) 배치된다. 위치 부재가 몰드(42)에 제공될 수 있고, 몰드 주위로 로프(40)가 감길 수 있어서 로프(40)의 위치를 잡고 모양을 만드는 것을 도와준다.Optionally, a flexible line of rope 40 (see FIG. 6), such as a simple form of polyester or other synthetic fibers, may be embedded in the
간편하게, 소켓(30, 32)(몰드(42)에 제공된 슬리브를 포함할 수 있음)이 이러한 목적으로 사용될 수 있다.Conveniently, the
로프(40)가 바디(26)에 내장되어, 바디(26)의 앞면 또는 뒷면을 뚫고 나오지 않는 것이 바람직한데, 예컨대 앞면과 뒷면 사이의 실질적으로 가운데에 위치하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 로프(40)를 몰드에서 인장력을 주어 유지하지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 로프(40)가 몰드의 바닥면을 향하도록 하는 경향이 있어서, 로프가 바디(26)의 대응면을 뚫고 나오게 만들기 때문이다. 하나 이상의 지지대(38)가 몰드(42)에 구비되어, 로프(40)를 몰드 표면으로 떨어지게 유지할 수 있다. 도 6에서, 지지대(38)는 몰드(42)를 횡단하는 인장된 라인, 예컨대 실가닥을 포함한다. 하나 이상의 지지대(38)가 힌지 축(24)의 영역에 구비되는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 도시된 실시예에서 적어도 몰드(42)의 굴곡부에 대응하고, 여기에서 그렇지 않으면 로프(40)가 몰드 표면과 접촉하지 않도록 유지하는 것이 더 어렵기 때문이다.It is preferred that the
유한요소해석을 통하여 로프(40)가 힌지(20)의 엘라스토머 재료에 지지를 제공하고, 힌지(20)의 댐핑 특성을 증가시키는 것이 확인되었다. 예컨대, 로프(40)는 대략 5 mm 내지 15 mm 의 직경을 가질 수 있다.It has been confirmed through the finite element analysis that the
만약 로프가 Hyperlast PU 또는 다른 힌지 재료와의 충분한 결합력을 제공하지 않으면(폴리에스테르 로프의 경우일 수 있음), 힌지(20)의 작동 시, PU 재료의 이동이 Hyperlast PU와 폴리에스테르 로프 사이의 결합에 파열을 일으킬 수 있다. 이러한 파열은 힌지(20)의 표면으로 전파될 수 있고, 힌지 파괴로 이어질 수 있는 취약점을 생성할 수 있다. 따라서, 로프(40) 또는 다른 강화 라인은 힌지 재료와의 접착에 적절한 재료로부터 형성되는 것이 바람직하다. 그러한 적절한 로프 중 하나는 케블라 또는 아라미드 섬유 로프이다. 예컨대, 10 mm의 12 스트랜드 텐지 240 B(상표명) 로프가 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 로프와 Hyperlast PU 재료 사이의 접착력을 개선하기 위하여, 로프는 적절한 폴리머, 예컨대 폴리우레탄 분산으로 처리될 수 있다. 유리하게는, 로프는 사용 전에, 예컨대 80도 이상에서 적어도 8시간 동안 미리 건조된다.If the rope does not provide sufficient bonding force with the Hyperlast PU or other hinge material (which may be the case with a polyester rope), movement of the PU material during operation of the
개선된 댐핑 특성을 가진 힌지(20)를 제공하기 위하여, 메시(44)를 힌지(20)에 통합하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 메시(44)는 경화제/프리폴리머 혼합물을 첨가하기 전에 몰드(42)에 제공된다. 메시(44)는, 제1 방향(0도 방향으로 알려짐)으로 연장되고 실질적으로 평행한 복수의 강화 스트랜드(46) 및 제1 방향과 평행하지 않고 바람직하게는 실질적으로 수직한 제2 방향(90도 방향으로 칭해질 수 있음)으로 연장되고 실질적으로 평행한 복수의 연결 스트랜드(48)를 포함한다. 각각의 스트랜드(46, 48)는 임의의 적절한 수단, 예컨대 접착제 또는 점착제를 이용하여 서로 고정되어 메시(44)를 형성할 수 있다. 메시(44)는 바디(26)에 대해 실질적으로 평면 또는 2차원 지지 구조를 제공한다.It is desirable to incorporate the
메시(44)는 적어도 제2 힌지 축(24)의 영역을 가로질러 연장되도록 형상과 치수가 정해지는데, 그 이유는 이것이 일반적으로 지지가 필요한 영역이기 때문이고, 그러나 대안적으로 예컨대 양 힌지 축(22, 24)을 횡단하는 힌지(20)에 의해 정의되는 실질적으로 전체 평면 영역을 커버하도록 형상과 치수가 정해질 수 있다. 메시(44)는 대안적으로 적어도 제1 힌지 축(22)의 영역을 가로질러 연장되도록 형상과 치수가 정해질 수 있다. 개별적 메시가 각각의 힌지 축을 횡단하도록 사용될 수 있거나, 또는 단일의 메시가 양 힌지 축을 횡단하도록 형상과 치수가 정해질 수 있다.The
메시(44)가 힌지(20)에 대해 배치되어, 제1 스트랜드 방향이 실질적으로 힌지 축(22, 24)(적용가능한 경우)과 수직하거나, 또는 적어도 평행하지 않게 되는 것이 바람직하다. 이것은 강화 스트랜드(46)가 사용 시 힌지(20)의 가요성을 과도하게 제한하지 않으면서 힌지(20)를 지지하고 힌지(20)에 댐핑을 제공하도록 해준다.It is preferred that the
강화 스트랜드(46)는 바람직하게는 간편하게 방적사로서 형성되는 합성 섬유, 예컨대 폴리머 섬유, 예컨대 아라미드 섬유로부터 형성된다. 이 스트랜드(46)의 두께는 스트랜드(46)가 형성되는 재료와 제공해야되는 강화의 수준에 따라 선택될 수 있지만, 일반적으로 대략 0.5 mm 내지 대략 3 mm 일 수 있다. 예컨대, 인접한 스트랜드(46) 사이의 간격은 일반적으로 대략 0.5 mm 내지 대략 3 mm 일 수 있다. 연결 스트랜드(48)는 원하는 방향으로 스트랜드(46)를 유지하는 역할을 하는 임의의 적절한 재료, 간편하게는 합성 섬유, 예컨대 유리 섬유로부터 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 연결 스트랜드(48)는 힌지(20)에 지지 또는 강화를 그다지 크게 제공하지 않으며, 만들어지는 재료 및/또는 두께 및/또는 간격은 이에 따라 선택된다. 따라서, 일반적으로 연결 스트랜드(48)는 상대적으로 가벼운 것으로 설명될 수 있고, 강화 스트랜드(46)는 상대적으로 무거운 것으로 설명될 수 있다.The reinforcing
예컨대, 메시(44)는 RUBAN 9081 FK(상표명) 케블라 메시와 같은 케블라 메시를 포함할 수 있다. 이러한 메시는 0도 방향의 아라미드사 및 정확한 방향으로 아라미드사를 유지하는 90도 방향의 유리 섬유로 구성된다.For example, mesh 44 may include a Kevlar mesh, such as RUBAN 9081 FK (trade name) Kevlar mesh. These meshes consist of aramid yarn in the 0 degree direction and glass fibers in the 90 degree direction which keep the aramid yarn in the correct direction.
메시(44)가 바디(26)에 내장되어, 바디(26)의 앞면 또는 뒷면을 뚫고 나오지 않는 것이 바람직한데, 예컨대 바디(26)의 앞면 및 뒷면과 실질적으로 평행하도록 그 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 메시(44)가 실질적으로 힌지(20)의 중립축이 놓이는 평면에 위치한다. 바람직한 실시예에서, 메시(44)는 실질적으로 바디(26)의 앞면과 뒷면 사이에 실질적으로 가운데에 놓이고, 실질적으로 앞면과 뒷면에 평행한 평면에 놓인다.It is preferred that the
하나 이상의 지지대, 예컨대 몰드를 횡단하는 하나 이상의 인장된 라인이 원하는 위치에 메시(44)를 유지하기 위하여 몰드(42)에 제공될 수 있다. 간편하게, 지지대(38)가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 메시(44)와 로프(40)가 모두 존재하는 실시예에서, 지지대(38)가 로프(40)에 맞대어 메시(44)를 유지하도록 배치될 수 있다. 도 7은 그러한 몰드로부터 주조된 본 발명의 힌지의 구조의 일실시예의 절결도를 도시하고 있다.One or more supports, e.g., one or more tensioned lines traversing the mold, may be provided in the
힌지(20)의 댐핑 특성을 더욱 개선하기 위하여, 종래의 힌지에 비해 5 mm 만큼 힌지를 두껍게 하는 것이 바람직하다. 예컨대, Teijin 240B 로프와 Ruban 9081 메시를 가진 힌지가 이러한 증가된 두께에서 증가된 강도(종래의 힌지에 비해 강도가 대략 95 % 증가)를 나타내는 것으로 확인되었다. 이것은 힌지(20)의 댐핑 특성을 증가시킨다. 이러한 특성을 가진 힌지의 해석은 8 %의 최대 스트레인 값을 가지는 것으로 나타났고, 이것은 종래의 힌지에 대한 35 %의 일반적 스트레인 값보다 훨씬 아래에 있는 것이다.In order to further improve the damping characteristics of the
그러한 힌지와 종래의 힌지에 대한 피로 파괴 데이터 간의 비교가 도 8에 도시되어 있다. 35 % 스트레인에서 그려진 라인은 종래의 힌지 디자인을 나타낸다. 이러한 라인은 대략 3.4 백만 사이클에서의 데이터와 교차하는 것을 볼 수 있다. 이것은 정상 작동 시 종래의 힌지가 대략 3.4 백만 사이클을 지속하는 것으로 예상될 수 있음을 나타낸다. 이에 반해, 본 발명의 힌지의 개선된 디자인(8 %의 최대최대 스트레인을 가짐)의 플롯은 X축 아래에 있는 매우 낮은 값을 가져서 피로 그래프와 교차하지 않는 것을 볼 수 있다. 이것은 파괴까지의 사이클의 수가 측정하기에 너무 크다는 것을 나타낸다. 피로 결과에서의 개선은 특성화하기에 너무 크고, 10배 증가보다 훨씬 높은 영역에 있다.A comparison between such hinge and fatigue failure data for a conventional hinge is shown in Fig. The line drawn at 35% strain represents a conventional hinge design. These lines intersect with data at approximately 3.4 million cycles. This indicates that the conventional hinge can be expected to last approximately 3.4 million cycles in normal operation. In contrast, the plot of the improved design of the hinge of the present invention (having a maximum maximum strain of 8%) has a very low value below the X axis and does not intersect the fatigue graph. This indicates that the number of cycles to failure is too large to be measured. Improvements in fatigue results are too large to characterize and are in much higher than 10-fold increments.
따라서, 도 9에 열거된 예시적인 양으로 섬유 강화재의 사용, 로프와 메시 재료의 포함을 통하여, 또한 힌지 두께의 증가를 통하여, 본 발명의 힌지의 바람직한 실시예의 특성이 종래의 힌지 디자인에 비해 파괴가 더 이상 발생하지 않는 지점까지 개성된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 힌지는 힌지가 겪을 수 있는 거친 환경과 힘을 견디는 강도와 강성을 가진다.Thus, through the use of fiber reinforcements in the exemplary amounts listed in FIG. 9, through the inclusion of rope and mesh material, and also through the increase in hinge thickness, the characteristics of the preferred embodiment of the hinge of the present invention are superior to those of conventional hinge designs Lt; RTI ID = 0.0 > no longer occur. ≪ / RTI > Thus, the hinge of the present invention has the strength and rigidity to withstand harsh environments and forces that the hinge can suffer.
본 발명은 2축 힌지와 함께 사용되는 것에만 제한되는 것이 아닌 것임이 명백할 것이다.It will be clear that the present invention is not limited to being used with a biaxial hinge.
본 발명은 본 명세서에 설명된 실시예에 제한되는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수정 또는 변형될 수 있다.The present invention is not limited to the embodiments described herein, and can be modified or modified without departing from the scope of the present invention.
Claims (64)
적어도 하나의 힌지 축에 대하여 힌지 운동이 가능한 바디를 포함하고,
상기 바디는 강화 미립자 재료가 분포되어 있는 가요성이고 탄성인 재료로부터 형성되는, 풍력 터빈용 힌지.A hinge for a wind turbine,
And a body capable of hinging motion with respect to at least one hinge axis,
Wherein the body is formed from a flexible and resilient material in which the reinforcing particulate material is distributed.
상기 강화 미립자 재료는 합성 섬유를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing particulate material comprises synthetic fibers.
상기 합성 섬유는 폴리머 섬유를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.3. The method of claim 2,
Wherein the synthetic fibers comprise polymer fibers.
상기 폴리머 섬유는 아라미드 섬유를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.The method of claim 3,
Wherein the polymer fibers comprise aramid fibers.
상기 미립자 재료는 대략 0.1 mm 내지 대략 2.5 mm의 크기인, 풍력 터빈용 힌지.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the particulate material has a size of from about 0.1 mm to about 2.5 mm.
상기 강화 미립자 재료는 상기 힌지를 형성하는 재료의 대략 0.5 중량% 내지 대략 10 중량%의 양으로 존재하는, 풍력 터빈용 힌지.6. The method of claim 5,
Wherein the reinforcing particulate material is present in an amount of from about 0.5% to about 10% by weight of the material forming the hinge.
상기 가요성이고 탄성인 재료는 엘라스토머를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the flexible and resilient material comprises an elastomer.
상기 엘라스토머는 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.8. The method of claim 7,
Wherein the elastomer comprises a polyurethane elastomer.
상기 힌지는 상기 바디에 통합된 적어도 하나의 강화 메시를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the hinge comprises at least one reinforcing mesh incorporated in the body.
상기 메시는, 제1 방향으로 연장되는 서로 이격된 복수의 강화 스트랜드 및 상기 제1 방향과 평행하지 않은 제2 방향으로 연장되는 서로 이격된 복수의 연결 스트랜드를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.10. The method of claim 9,
Wherein the mesh comprises a plurality of spaced reinforcing strands extending in a first direction and a plurality of spaced apart connecting strands extending in a second direction not parallel to the first direction.
상기 강화 스트랜드는 서로에 대해 실질적으로 평행하며, 상기 연결 스트랜드는 서로에 대해 실질적으로 평행하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직한, 풍력 터빈용 힌지.11. The method of claim 10,
Wherein the reinforcing strands are substantially parallel to each other and the connecting strands are substantially parallel to each other and the second direction is substantially perpendicular to the first direction.
상기 강화 스트랜드는 합성 섬유로부터 형성되는, 풍력 터빈용 힌지.The method according to claim 10 or 11,
Wherein the reinforcing strand is formed from synthetic fibers.
상기 합성 섬유는 폴리머 섬유를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.13. The method of claim 12,
Wherein the synthetic fibers comprise polymer fibers.
상기 폴리머 섬유는 아라미드 섬유를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.14. The method of claim 13,
Wherein the polymer fibers comprise aramid fibers.
상기 연결 스트랜드는 합성 섬유로부터 형성되는, 풍력 터빈용 힌지.15. The method according to any one of claims 10 to 14,
Wherein the connecting strand is formed from synthetic fibers.
상기 합성 섬유는 유리 섬유를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.16. The method of claim 15,
Wherein the synthetic fibers comprise glass fibers.
상기 적어도 하나의 메시는 적어도 상기 적어도 하나의 힌지 축 중에서 적어도 하나에 대응하는 상기 바디의 영역을 가로질러 연장되는, 풍력 터빈용 힌지.17. The method according to any one of claims 9 to 16,
Wherein the at least one mesh extends across an area of the body corresponding to at least one of the at least one hinge axis.
상기 적어도 하나의 메시는 실질적으로 상기 바디의 전체 주 단면적을 덮도록 형상 및 치수가 정해지는, 풍력 터빈용 힌지.18. The method of claim 17,
Wherein the at least one mesh is shaped and dimensioned to cover substantially the entire major cross-sectional area of the body.
상기 적어도 하나의 메시는 상기 제1 스트랜드 방향이 상기 적어도 하나의 힌지 축 중 적어도 하나와 평행하지 않도록 배치되는, 풍력 터빈용 힌지.The method according to claim 17 or 18,
Wherein the at least one mesh is disposed such that the first strand direction is not parallel to at least one of the at least one hinge axis.
상기 적어도 하나의 메시는 상기 제1 스트랜드 방향이 상기 적어도 하나의 힌지 축 중 적어도 하나와 실질적으로 수직하도록 배치되는, 풍력 터빈용 힌지.20. The method of claim 19,
Wherein the at least one mesh is disposed such that the first strand direction is substantially perpendicular to at least one of the at least one hinge axis.
상기 적어도 하나의 메시는 상기 바디에 내장되어, 상기 바디의 앞면 또는 뒷면을 뚫고 나오지 않는, 풍력 터빈용 힌지.21. The method according to any one of claims 9 to 20,
Wherein the at least one mesh is embedded in the body and does not break through the front or back of the body.
상기 적어도 하나의 메시는 상기 바디의 앞면과 뒷면 사이에 위치하는, 풍력 터빈용 힌지.22. The method of claim 21,
Wherein the at least one mesh is located between the front and back sides of the body.
상기 적어도 하나의 메시는 상기 바디의 앞면 및 뒷면과 실질적으로 평행한, 풍력 터빈용 힌지.23. The method of claim 22,
Wherein the at least one mesh is substantially parallel to the front and back sides of the body.
상기 적어도 하나의 메시는 실질적으로 상기 힌지의 중립축이 놓이는 평면에 위치하는, 풍력 터빈용 힌지.24. The method of claim 23,
Wherein the at least one mesh is located substantially in a plane in which the neutral axis of the hinge lies.
상기 적어도 하나의 메시는, 상기 바디의 앞면과 뒷면 사이의 실질적으로 가운데에 위치하고 또한 상기 바디의 앞면 및 뒷면과 실질적으로 평행한 평면에 실질적으로 놓이는, 풍력 터빈용 힌지.25. The method of claim 24,
Wherein the at least one mesh is substantially centered between the front and back surfaces of the body and substantially lying in a plane substantially parallel to the front and back surfaces of the body.
가요성 라인이 상기 가요성이고 탄성인 재료에 내장되는, 풍력 터빈용 힌지.26. The method according to any one of claims 1 to 25,
A hinge for a wind turbine, wherein the flexible lines are embedded in the flexible and resilient material.
상기 가요성 라인은 로프(rope)를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.27. The method of claim 26,
Wherein the flexible line comprises a rope.
상기 라인은 인장되어 있지 않은, 풍력 터빈용 힌지.28. The method of claim 26 or 27,
Said line not being tensioned.
상기 라인은 대체적으로 사인곡선형으로 배치되는, 풍력 터빈용 힌지.29. The method according to any one of claims 26 to 28,
Wherein the lines are generally arranged in a sinusoidal fashion.
상기 라인은 상기 적어도 하나의 힌지 축을 횡단하도록 배치되는, 풍력 터빈용 힌지.30. The method of claim 29,
Wherein the line is arranged to traverse the at least one hinge axis.
상기 라인이 감기는 상기 바디에 위치 부재가 제공되는, 풍력 터빈용 힌지.31. The method according to any one of claims 26 to 30,
Wherein the position member is provided on the body to which the line is to be wound.
상기 라인은 상기 가요성이고 탄성인 재료와 접착되기에 적합한 재료로부터 형성되는, 풍력 터빈용 힌지.32. The method according to any one of claims 26 to 31,
Wherein the line is formed from a material adapted to be adhered to the flexible and resilient material.
상기 라인은 케블라 로프(Kevlar rope)를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.33. The method of claim 32,
Wherein the line comprises a Kevlar rope.
상기 라인은 아라미드 섬유 로프를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.33. The method of claim 32,
Wherein said line comprises an aramid fiber rope.
상기 라인은 폴리머로 처리되는, 풍력 터빈용 힌지.35. The method according to any one of claims 26 to 34,
Wherein the line is treated with a polymer.
상기 폴리머는 폴리우레탄을 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.36. The method of claim 35,
Wherein the polymer comprises polyurethane.
상기 라인은 사용 전에 미리 건조되는, 풍력 터빈용 힌지.37. The method according to any one of claims 26 to 36,
Wherein the line is pre-dried before use.
상기 힌지는 제1 및 제2 힌지 축을 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.37. The method according to any one of claims 1 to 37,
Wherein the hinge comprises first and second hinge shafts.
상기 제1 힌지 축과 상기 제2 힌지 축은 서로 이격되어 있는, 풍력 터빈용 힌지.39. The method of claim 38,
Wherein the first hinge axis and the second hinge axis are spaced apart from each other.
상기 제1 힌지 축과 상기 제2 힌지 축은 서로 평행하지 않은, 풍력 터빈용 힌지.40. The method of claim 39,
Wherein the first hinge axis and the second hinge axis are not parallel to each other.
상기 바디의 앞면과 뒷면 중 일면 또는 양면에 제공되는 지지 부재를 더 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.41. The method according to any one of claims 38 to 40,
And a support member provided on one or both of the front and rear surfaces of the body.
상기 지지 부재는 상기 힌지 축을 가로질러 연장되지 않는, 풍력 터빈용 힌지.42. The method of claim 41,
Wherein the support member does not extend across the hinge axis.
상기 지지 부재는 플레이트를 포함하는, 풍력 터빈용 힌지.43. The method of claim 41 or 42,
Wherein the support member comprises a plate.
상기 힌지를 형성하는 재료의 두께는 약 25 mm 내지 약 45 mm 인, 풍력 터빈용 힌지.43. The method according to any one of claims 1 to 42,
Wherein the thickness of the material forming the hinge is from about 25 mm to about 45 mm.
제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 따른 힌지에 의해 허브에 연결된 복수의 블레이드를 포함하는, 블레이드 어셈블리.A blade assembly for a wind turbine,
44. A blade assembly comprising a plurality of blades connected to a hub by a hinge according to any one of claims 1 to 44.
가요성이고 탄성인 재료로부터, 적어도 하나의 힌지 축에 대하여 힌지 운동이 가능한 바디를 형성하는 형성 단계; 및
강화 미립자 재료가 상기 가요성이고 탄성인 재료에 분포되도록 하는 분포 단계
를 포함하는, 힌지 제조 방법.A method of manufacturing a hinge for a wind turbine,
A forming step of forming, from a flexible and elastic material, a body capable of hinging motion with respect to at least one hinge axis; And
A distribution step for allowing the reinforcing particulate material to be distributed to the flexible and elastic material
≪ / RTI >
상기 형성 단계는 상기 가요성이고 탄성인 재료를 몰드에서 주조하는 단계를 포함하는, 힌지 제조 방법.49. The method of claim 47,
Wherein the forming step comprises casting the flexible and resilient material in a mold.
상기 주조하는 단계는 핫 캐스팅(hot casting)을 포함하는, 힌지 제조 방법.49. The method of claim 48,
Wherein the casting step comprises hot casting.
상기 가요성이고 탄성인 재료는 엘라스토머를 포함하는, 힌지 제조 방법.A method according to any one of claims 47 to 49,
Wherein the flexible and resilient material comprises an elastomer.
상기 형성 단계는 프리폴리머에 경화제를 첨가하는 단계, 및 혼합된 경화제와 프리폴리머를 상기 몰드 내로 넣는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.51. The method according to any one of claims 48 to 50,
Wherein the forming further comprises adding a curing agent to the prepolymer, and introducing the mixed curing agent and the prepolymer into the mold.
상기 경화제와 상기 프리폴리머는 모두 액체 형태인, 힌지 제조 방법.52. The method of claim 51,
Wherein the curing agent and the prepolymer are both in liquid form.
상기 플리폴리머를 혼합하기 전에 상기 강화 미립자 재료를 상기 경화제에 첨가하는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.54. The method of claim 51 or 52,
Further comprising adding the reinforcing particulate material to the curing agent prior to mixing the flip-polymer.
상기 강화 미립자 재료를 상기 경화제에 첨가하기 전에 상기 강화 미립자 재료를 건조하는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.54. The method of claim 53,
Further comprising drying the reinforcing particulate material prior to adding the reinforcing particulate material to the hardening agent.
상기 혼합된 경화제와 프리폴리머를 상기 몰드 내로 넣기 전에 상기 몰드에 가요성 라인을 위치시키는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.55. The method of any one of claims 51-54,
Further comprising positioning the flexible line in the mold prior to placing the mixed curing agent and prepolymer into the mold.
상기 가요성 라인은 로프를 포함하는, 힌지 제조 방법.56. The method of claim 55,
Wherein the flexible line comprises a rope.
상기 라인을 주 몰드 표면으로부터 멀어지도록 유지하기 위하여 상기 몰드에 하나 이상의 지지대를 제공하는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.56. The method of claim 55 or 56,
Further comprising providing at least one support to the mold to maintain the line away from the main mold surface.
상기 하나 이상의 지지대는 상기 몰드를 횡단하는 인장된 라인을 포함하는, 힌지 제조 방법.58. The method of claim 57,
Wherein the at least one support comprises a tensioned line traversing the mold.
상기 하나 이상의 지지대는 상기 적어도 하나의 힌지 축 중 적어도 하나의 영역에 제공되는, 힌지 제조 방법.58. The method of claim 57 or 58,
Wherein the at least one support is provided in at least one region of the at least one hinge axis.
상기 혼합된 경화제와 프리폴리머를 상기 몰드 내로 넣기 전에 상기 몰드에 적어도 하나의 메시를 제공하는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.60. The method according to any one of claims 51-59,
Further comprising providing at least one mesh to the mold prior to introducing the mixed curing agent and prepolymer into the mold.
상기 적어도 하나의 메시를 원하는 위치에 유지하기 위하여 상기 몰드를 횡단하는 하나 이상의 지지대를 제공하는 단계를 더 포함하는, 힌지 제조 방법.64. The method of claim 60,
Further comprising providing at least one support across the mold to hold the at least one mesh at a desired location.
상기 하나 이상의 지지대는 하나 이상의 인장된 라인을 포함하는, 힌지 제조 방법.62. The method of claim 61,
Wherein the at least one support comprises at least one tensioned line.
상기 하나 이상의 지지대는 상기 가요성 라인에 맞대어 상기 적어도 하나의 메시를 유지하는, 힌지 제조 방법.62. The method according to claim 61 or 62,
Wherein the at least one support holds the at least one mesh against the flexible line.
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