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KR20150091408A - 진동 제한 모듈 및 장치，구조 설비용 구조 세그먼트，및 진동 제한 모듈을 포함하는 풍력 발전 설비 - Google Patents

진동 제한 모듈 및 장치，구조 설비용 구조 세그먼트，및 진동 제한 모듈을 포함하는 풍력 발전 설비 Download PDF

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KR20150091408A
KR20150091408A KR1020157017970A KR20157017970A KR20150091408A KR 20150091408 A KR20150091408 A KR 20150091408A KR 1020157017970 A KR1020157017970 A KR 1020157017970A KR 20157017970 A KR20157017970 A KR 20157017970A KR 20150091408 A KR20150091408 A KR 20150091408A
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KR
South Korea
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spring
vibration
module
suspension
Prior art date
Application number
KR1020157017970A
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English (en)
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KR101756566B1 (ko
Inventor
말테 쾨니츠
마르틴 크라프트
Original Assignee
보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 filed Critical 보벤 프로퍼티즈 게엠베하
Publication of KR20150091408A publication Critical patent/KR20150091408A/ko
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Abstract

본 발명은 지지 구조물(150)과, 진자 질량부(110)와, 지지 구조물 상에서 진자 질량부를 매달기 위한 현가 시스템(120)을 구비한 진자 시스템(101)을 포함하는 진동 저감 모듈에 관한 것이며, 현가 시스템은 복수의 진자 스프링 부재(140)와, 진자 질량부와 지지 구조물 사이에서 현가축의 방향으로 연장되는 하나의 진자 질량부 현가장치를 포함하며, 진자 질량부 현가장치는 자신의 현가 헤드(170)를 통해 지지 구조물 상에 체결된다. 본 발명에 따르면, 진자 질량부 현가장치는 조인트 헤드를 통해 지지 구조물 상에 체결되고, 조인트 헤드는 미끄럼 베어링으로서 형성된 진자 베어링을 포함하며, 복수의 진자 스프링 부재 중에서 하나 이상의 진자 스프링 부재는 진자 질량부와 지지 구조물 사이에서 현가축의 방향으로 연장된다.

Description

진동 제한 모듈 및 장치，구조 설비용 구조 세그먼트，및 진동 제한 모듈을 포함하는 풍력 발전 설비{VIBRATION­LIMITING MODULE AND DEVICE，STRUCTURAL SEGMENT FOR A STRUCTURAL INSTALLATION，AND WIND TURBINE HAVING A VIBRATION­LIMITING MODULE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 진동 제한 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 진동 제한 모듈을 포함하는 장치, 진동 제한 모듈을 포함하는 구조 설비용 구조 세그먼트, 및 타워와 진동 제한 모듈을 구비한 타워 세그먼트를 포함하는 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
풍력 발전 설비(WEA)는 높으면서도 동시에 가늘고 긴 자신의 구조 형상으로 인해 특히 진동하기 쉬운 구조이다. 이는, 특히, 기생 진동 감수성(parasitic oscillation susceptibility)을 증가시키는 사항으로서 로터의 허브 높이가 상대적으로 더 높아질수록 증가하는 비율로 시설되는 풍력 발전 설비들의 강관 타워들 및 그 프리스트레스트 콘크리트 타워들(prestressed concrete tower)에 적용된다. 특히 경우에 따라 진동하는 로터 블레이드들을 포함하는 회전하는 로터의 공명 현상은 풍력 발전 설비의 복합적 진동 모드들을 야기할 수 있으며, 이는 특히 풍력 발전 설비의 타워 상에서도 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예컨대 타워 지름 및 그 벽 두께의 감소와 관련하여 풍력 발전 설비의 타워의 자원 절약형 구조의 중요성은 증가하고 있다. 원칙상, 이런 점은, 각종 구조 형상의 풍력 발전 설비에 적용되며, 특히 예컨대 강관 타워 또는 조립형 콘크리트 타워와 같은 관형 타워를 포함하는 풍력 발전 설비에 적용된다.
공지된 구조 형상의 풍력 발전 설비는 타워 상에 설치된 로터를 지탱하는 곤돌라를 포함한다. 타워 내에 진동 흡수기(vibration absorber)를 설치하는 점은 공지되었다. 예컨대 EP 1 008 747 B1은, 플라이휠 질량과, 진자 로드(pendulum rod)와, 진자 베어링 또는 진자 조인트와, 감쇠 수단들을 포함하여 풍력 발전 설비 내에서 진동을 감쇠하기 위한 진동 흡수기를 기술하고 있다. 흡수 특성은, 플라이휠 질량부가 풍력 발전 설비의 구조물과 비교하여 위상 변위된 방식으로 진동하는 것을 통해 달성된다. 감쇠 수단들은 진자 조인트와 함께 구조 유닛으로서 형성되고 실질적으로 하나 또는 복수의 탄성 중합체 모듈로 구성되며, 흡수기는 한 평면의 임의의 방향으로 가속화될 수 있다.
원칙상, 진동 흡수기는, 하나의 질량부와 하나 이상의 스프링으로 구성되어 예컨대 풍력 발전 설비와 같은 진동형 시스템 상에 결합되는 것을 통해 상기 진동형 시스템의 진동을 저감시킬 수 있는 구조 모듈을 의미한다. 역 진동 질량부(counter vibration mass)로서도 지칭되는 진동 흡수기의 질량부는 특히 예컨대 풍력 발전 설비와 같은 구조 설비의 주 구조물(main structure)에 상대적으로 위상 변위된 방식으로 진동한다. 가속화로부터 발생하는 진동 흡수기의 힘은 풍력 발전 설비의 안정화할 주 구조물 내로 유도될 수 있다. 진동 흡수기의 작용은 흡수 여기(absorption excitation)의 작용 지점으로 국한될 뿐만 아니라, 연결된 주 구조물의 다른 지점들을 위해서도 작용한다. 원칙상, 진동 흡수기는 비교적 좁게 한정되는 진동 기생 주파수를 위해 사용될 수 있는데, 그 이유는 규칙적으로 진동 흡수 장치의 제한적으로만 가변하는 진동 흡수 주파수가 가용하기 때문이다. 요컨대 그에 따라 진동 흡수기는 진동 저감을 위한 오히려 정적인 컴포넌트로서 간주된다. 그러나 진동 흡수기의 실질적인 장점은, 상기 진동 흡수기가 흡수될 기생 진동에 대해 비교적 적합하게 시설되고 상기 기생 진동은 적합하게 시설되는 조건에서 실제로 완전히 제거될 수 있다는 점에 있다. 고려할 사항은, 예컨대 풍력 발전 설비의 기생 진동형 주 구조물 및 진동 흡수기의 연결된 시스템의 경우, 흡수 동안, 흡수기 주파수 또는 원래의 진동 기생 주파수의 범위를 벗어나고 경우에 따라서는 흡수기 주파수의 외부에서 상대적으로 더 높은 진동 진폭을 야기할 수 있는 주파수 분할(frequency splitting)이 관찰된다는 점이다.
진동 감쇠기(vibration damper)는, 진동 흡수기와 달리, 그럼에도 진동 흡수기에 대한 보완으로서 사용될 수 있으면서, 스프링 및 감쇠 부재를 이용하여 역 진동 질량부를 감쇠할 주 구조물에 연결하는 시스템으로서 간주된다. 이 경우, 스프링 및 감쇠 부재들은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 진동 감쇠기들은 원칙상 동적 작용 시스템들(dynamically acting system)로서 간주되며, 그리고 순수 진동 흡수기와 달리, 다양한 기생 주파수들의 폭 넓은 스펙트럼 조건에서 기능할 수 있다.
이런 점에 한해서, EP 1 008 747 B1에서 자세히 설명되는 진동 흡수기의 구조물은 오히려 진동 감쇠기로서 지칭된다. 시스템은 그 자체로서 수동 작용 시스템(passive action system)으로서 지칭된다.
진동 저감을 위한 수동 작용 개념(passive action concept)은, 기생 진동하는 주 구조물 상에서 기계적으로 기능하는 스프링 질량 시스템을 포함하여 감쇠되거나 비감쇠되는 구조물들을 이용한다. 수동형 진동 흡수기의 사용은, 예컨대 특히 기생 진동의 주파수가 비교적 충분히 확인되고 비교적 좁게 한정되어 확인되는 주파수 범위 이내인 경우에 적합하다. 이와 무관하게, 수동형 시스템은 확장을 통해 능동형 작동 부재를 구비할 수 있고 따라서 능동형 시스템으로 개조될 수 있다. 요컨대 이런 점은, 예컨대 주 구조물 또는 특히 진동 흡수기 또는 그 감쇠기의 중요한 매개변수들이 실시간으로 주 구조물의 가변 조건들에 부합하게 설정됨으로써 수행된다. 그 결과, 주 기생 주파수 중에서 우선하는 공명 주파수의 옆에 위치하는 또 다른 기생 주파수들은 비교적 광대역으로 흡수되고, 그리고/또는 감쇠될 수 있다. 그러나 이런 접근 방법은 대부분의 경우 복잡한 폐회로 제어 기술뿐만 아니라 외부 에너지 공급을 요구한다.
가변하는 흡수기 고유 주파수를 가지면서 다양한 기생 주파수들에 부합하게 가변 설정될 수 있지만, 그러나 고정 설정될 수 있는 진동 흡수 시스템은 DE 20 2005 019 949 U1로부터 공지되었다. 이 독일 공보에서, 흡수기 질량부를 포함하여 직립 진자(stand-up pendulum)로서 형성된 흡수 시스템은 스프링 어셈블리를 통해 기초부(base) 상에서 지지되고 흡수기 질량부의 무게중심의 기본 이격 간격(basic distance)은 가변된다. 흡수기 질량부와 기초부 사이의 스프링 어셈블리에 대해 평행하게, 그 길이가 가변될 수 있는 내압성 및/또는 내인장성 간격 정의 부재(distance definition element)가 제공된다. 원칙상, 상기 또는 또 다른 직립 흡수 장치들은 바람직하게는 건축물 감쇠를 위해 사용될 수 있다. 건축물의 경우 비교적 복합적인 진동 저감 장치가 DE 197 34 993 A1에 직립 진자를 기반으로 기술되어 있다.
바람직한 경우는, 진동하기 쉬운 구조 설비들의 보호를 위해, 특히 기생 진동 모드의 적합한 진폭 저감을 이용하여, 특히 그 중에서도 진동 흡수를 이용하여, 비교적 효과적으로 기능하며, 그럼에도 안전하게 시설되고 그 밖에도 비교적 간단하게 구성되고, 그리고/또는 취급할 수 있도록 제공될 수 있는 진동 제한 장치를 제공하는 점에 있다.
독일 특허 및 상표청에서는 본 출원에 대한 우선권 주장 출원에서 DE 20 2005 019 949 U1, US 6 672 763 B1, EP 1 008 747 B1 및 DE 197 34 993 A1과 같은 종래 기술을 조사하였다.
상기 종래 기술의 관점에서 개시되는 본 발명의 과제는, 구조 설비에 매달리는 방식으로 설치되도록 형성되며, 그리고 개량된 방식으로 구조 설비의 기생 진동을 제한하도록, 특히 기생 진동을 흡수하도록 형성되는 장치를 명시하는 것에 있다. 특히 또 다른 과제는, 상기 장치가 능동형 시스템들에서도 진동 제한, 바람직하게는 진동 흡수를 비교적 효과적이면서도 확실하게 제공할 수 있도록 하는 것에 있다. 그럼에도, 또 다른 과제는, 장치가 비교적 간단하면서도 그럼에도 신뢰성 있으면서 안전하게 구성되도록 하는 것에 있다.
특히 본 발명의 과제는, 장치가 풍력 발전 설비, 특히 풍력 발전 설비의 타워의 제1 고유 주파수보다 더 높은 고유 주파수의 공명 현상을 위해 구성되도록 하는 것에 있다. 특히 제1 고유 주파수와 비교하여, 실질적으로 타워 영역에서 불룩한 부분(belly)을 갖는 진동 모드에 할당되는 상기와 같은 상대적으로 더 높은 고유 주파수는 곤돌라 운동을 통해, 그리고 특히 곤돌라의 피칭 모멘트를 통해 생성된다. 이에 추가로, 로터 및 특히 로터 운동도 진동 모드에 대해 무시할 수 없는 비교적 복합적인 기여도를 제공할 수 있다. 이는, 곤돌라의 영역에서 개방된 끝 부분을 나타내긴 하지만, 그러나 타워 영역에서 진동 모드의 불룩한 부분 및 노드 점을 갖는 진동 모드들을 야기할 수 있다. 확인되는 점에 따르면, 특히 제2 고유 주파수는, 풍력 발전 설비의 곤돌라의 영역에, 또는 그 곤돌라의 바로 아래에 위치하는 것이 아니라, 분명하게 그 아래에 위치할 수 있는 불룩한 부분을 나타낼 수 있다.
본 발명의 과제는, 특히 진동 흡수기 모듈, 진동 흡수 장치 및 구조 설비용 구조 세그먼트, 그리고 개량된 방식으로 능동적으로, 그리고/또는 수동적으로 진동을 흡수하고, 그리고/또는 감쇠하도록 형성되는 구조 설비, 특히 풍력 발전 설비를 명시하는 것에 있다.
장치와 관련한 과제는, 본 발명에 따라서 청구항 제1항의 특징부의 특징들도 제공되어 있는 최초에 언급한 유형의 진동 제한 모듈을 포함하는 본 발명을 통해 해결된다.
모듈은 특히 구조 설비 상에 매달리는 방식으로 설치되도록 형성되고 진동 흡수기 모듈의 형태로 형성된다.
본 발명에 따른 진동 제한 모듈은,
- 지지 구조물(bearing structure)과,
- 진자 질량부와, 지지 구조물 상에 진자 질량부를 매달기 위한 현가 시스템을 구비한 진자 시스템으로서, 현가 시스템은 현가축의 방향으로 연장되어 현가 헤드를 통해 지지 구조물 상에 체결되는 진자 질량부 현가장치를 포함하는 진자 시스템을 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면,
- 현가 시스템은 현가축의 방향으로 연장되는 복수의 진자 스프링 부재를 포함하며,
- 진자 질량부 현가장치의 현가 헤드는, 지지 구조물 상에 체결되고 미끄럼 베어링으로서 형성된 진자 베어링을 구비한 조인트 헤드를 포함한다.
특히 복수의 진자 스프링 부재 중에서 하나 이상의 진자 스프링 부재는 현가축의 방향으로 진자 질량부 및 지지 구조물 상에 체결된다.
본 발명의 개념은 특히 2가지 접근 방법을 조합하며, 요컨대 간소화하여 말하면, 첫 번째는 미끄럼 베어링으로서 형성되어 비교적 간단하게 구성되지만, 그러나 진동 흡수를 위해 효과적으로 작용하는 진자 베어링과, 두 번째로는 현가축의 방향으로, 다시 말하면 특히 진자 질량부 현가장치에 대해 평행한 진자 스프링 부재들의 정렬을 조합한다.
진동 제한 모듈의 본 발명에 따른 개념 설정에서 전술한 제2 양태는, 진자 질량부와 지지 구조물 사이에서 (수직 방향으로서도 지칭되는) 현가축의 방향으로 연장되는 진자 스프링 부재들과 함께, 원칙적으로, 그 외에 바람직한 개선예의 범위에서 설정 가능하게, 특히 가변 설정 가능하게 형성될 수 있는, 진자 질량부의 탄성 현가(elastic suspension)를 위한 전제조건을 제공한다.
그 밖에도, 한 개선예의 범위에서, 감쇠 기능 없이 진자 베어링을 형성하는 점, 다시 말하면 진자 질량부의 진자 운동을 위해 진자 질량부 현가장치를 형성하는 점이 특히 적합한 것으로 확증되었다. 특히 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 진자 질량부 현가장치는 그 길이 및/또는 방향이 변함없으며, 요컨대 이는, 간소화되지만 그럼에도 안전하고 그에 따라 지속 가능하면서도 장시간 안정된 진자 베어링 구성에 계속하여 유용하다.
또한, 본 발명의 개념은 본 발명에 따라 구조 설비 상에 진동 흡수기 모듈을 매달리는 방식으로 설치하도록 구성되는 청구항 제23항의 진동 제한 모듈, 특히 진동 흡수 장치에 관한 것이다.
특히 복수의 진동 제한 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈을 제공하는 점이 적합한 것으로 확증되었다. 이는, 바람직하게는 풍력 발전 설비, 특히 타워 또는 풍력 발전 설비의 타워와 같은 구조 설비의 상대적으로 더 높은 고유 주파수에 대한 방향 가변성뿐만 아니라 비교적 광대역인 진동 흡수에 유용할 수 있다.
또한, 본 발명의 개념은, 하나, 특히 복수의 진동 제한 모듈을 구비한 진동 제한 장치, 특히 진동 흡수 장치를 포함하는, 구조 설비를 위한 청구항 제27항의 구조 세그먼트에도 관한 것이다. 특히, 한 개선예의 범위에서, 구조 세그먼트는 풍력 발전 설비를 위한 타워 세그먼트로서 형성되고 전술한 유형의 진동 제한 모듈을 포함한다.
또한, 본 발명의 개념은, 타워와, 이 타워 상에 설치되어 로터를 지탱하는 곤돌라를 포함하는 풍력 발전 설비, 특히 청구항 제29항의 풍력 발전 설비에도 관한 것이며, 타워는 전술한 유형의 진동 제한 장치를 구비한 타워 세그먼트를 포함한다.
전술한 유형의 풍력 발전 설비의 경우, 곤돌라 내에서 발전기는 샤프트와 연결되고, 샤프트는, 허브를 통해 샤프트와 연결된 로터의 복수의 로터 블레이드를 통해 구동될 수 있다. 이 경우, 로터 블레이드는 블레이드 베어링을 통해 허브의 허브 어댑터와 연결된다. 이런 방식으로, 풍력은 샤프트의 회전 운동으로 변환되어 발전기의 구동을 위해 이용될 수 있다. 요컨대 곤돌라 내에는, 발전기로부터 직접 공급되는 전류를 계통 주파수로 전환하도록 형성되는 일련의 전류 컨버터 모듈들이 제공된다.
특히 본 발명에 따르면, 전술한 타워 세그먼트는, 풍력 발전 설비, 특히 풍력 발전 설비의 타워의 경우에 따라 공명하는 기생 진동의 제2 고유 주파수를 특히 효과적으로 흡수하기 위해, 풍력 발전 설비의 타워의 높이의 약 2/3 위치에, 특히 풍력 발전 설비의 타워의 높이의 2/3 - 20% 위치 내지 2/3 + 20% 위치에 설치하기에 적합하다는 점이 확인되었다.
본 발명은, 비교적 간단하고 지속 가능하면서도 그럼에도 안전한 기생 진동 저감을 위한 기초로서 특히 진동 흡수기 모듈이 적합하지만, 그러나 적합한 진동 저감 모듈로 개조될 수 있는 상기 진동 흡수기 모듈이 적합하다는 고려 사항에서 출발한다. 요컨대 진동 흡수기 모듈은 우선 바람직하게는 수동적으로, 그리고 비교적 적은 비용으로, 그럼에도 높은 효율성으로 실현될 수 있다. 본 발명에 따르면, 수많은 구조 설비, 특히 풍력 발전 설비는 복합적인 공명 기생 진동에 대해서도 저항력이 없으면서 진동하기 쉬운 시스템이란 점이 확인되었다. 그럼에도 불구하고 고유 주파수들은 비교적 적합하게 제한할 수 있는 정도로 식별되며, 요컨대 특히 상대적으로 더 높은 고유 주파수들도, 정의된 구조 설비, 특히 풍력 발전 설비에 대해서도 비교적 적합하게 정의된다. 확인된 점에 따르면, 진동 흡수기 모듈은 특히 간단하면서도 효율적인 방식으로 구조 설비, 특히 풍력 발전 설비의 기생 주파수의 확인된 고유 주파수 스펙트럼에 부합하게 구성될 수 있다.
본 발명은, 간략히 표현하면, 진자 질량부와, 진자 질량부 현가장치를 구비한 현가 시스템을 포함하는 진자 시스템, 특히 진자 흡수기에서 출발한다. 본 발명에 따르면, 현가 시스템의 경우, 복수의 진자 스프링 부재와, 조인트 헤드를 구비한 하나의 진자 질량부 현가장치가 제공되며, 조인트 헤드는 미끄럼 베어링으로서 형성된 진자 베어링을 포함한다.
매달리는 진자로서 형성되는 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈은, 본 발명의 개념에 따르면, 한편으로 미끄럼 베어링으로서 선호되는 진자 베어링 장치를 구비한다. 상기 진자 베어링 장치는 매우 상이한 이유에서 또 다른 베어링 가능성보다 선호된다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 개념에 따른 조인트 헤드에 의해, 원칙상 특히 미끄럼 베어링의 유지보수 없는 미끄럼 면을 제공할 수 있는 지속 가능하면서도 부하 용량이 있는 현가 시스템이 실현된다는 점이 확인되었다. 그에 따라, 본 발명의 개념에 따른 진자 질량부 현가장치는 상대적으로 더 복잡한 시스템들에 비해 우월한 것으로서 증명되었으며, 그 외에도 특히 미끄럼 베어링의 적은 감쇠의 결과로서 구조 부재의 기생 주파수의 특히 효율적인 감소를 허용한다.
그 밖에도, 진자 베어링의 관점에서, 본 발명에 따르면, 풍력 발전 설비의 운영 시간에 걸쳐, 그리고 방해가 되는 주변 조건들에도 불구하고 진자의 편향이 강하게 이루어질 때에도 미끄럼 베어링의 미끄럼 면의 적합한 구성으로 상기 미끄럼 면은 지속 가능하게, 그리고 높은 신뢰성을 위해 실현될 수 있다는 점이 확인되었다. 특히 본 발명의 개념은, 미끄럼 베어링으로, 효율적이고 유지보수가 적고 그 외에 조밀하고 공간을 절약하며, 그리고 (그에 따라 특히 풍력 발전 설비를 위해 바람직하게) 구현될 수 있는 기생 진동 저감을 가능하게 할 수 있다. 복수의 진동 흡수기 모듈을 이용함으로써, 조인트 헤드가 단일 방향으로 편향되도록 결정되어 있을 때에도, 방향과 무관하고 그 외에 효율적이면서도 간단한 진동 흡수가 달성된다.
그 밖에도, 다른 한편으로, 진자 질량부 현가장치의 길이 및/또는 방향이 변함없는 경우에도, 분명하게 진자 질량 또는 직접적인 진자 길이의 가변성이 직접적으로 이용되지 않는다. 그 이유는 진동 흡수기 모듈의 조밀성(compactness) 때문이다. 확인된 점에 따르면, 진자 스프링 부재 자체가, 변함없는 진자 질량부 현가장치의 경우, 구조 설비의 기생 주파수 스펙트럼의 관점에서 진자 질량부 현가장치를 설정하기에 충분한 설정 가능성을 제공할 수 있다.
특히 복수의 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈을 이용할 경우, 다시 말하면 진동 저감 장치, 특히 진동 흡수 장치의 경우, 일련의 장점들이 분명하게 확인된다. 따라서 하나의 진동 흡수기의 고장 시 진동 기능은 중복 배치를 통해 어느 경우든 부분적으로 유지된다. 개별 진동 흡수기 모듈들은 서로 상이하게 설정될 수 있으며, 그럼으로써 비교적 광대역인 진동 흡수가 구현될 수 있다. 그리고 최종적으로 베어링 장치도 각각의 모듈에 대해 감소된 질량의 결과로서 훨씬 더 지속 가능하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 개념은 바람직한 추락 방지를 위한 가능성을 제공할 뿐만 아니라, 감쇠 개념으로 진동 흡수 개념의 확장 가능성 및/또는 구조 설비에서 진동 저감을 위한 능동형 폐회로 제어 개념도 제공한다. 본원의 모듈 및 본원의 장치는, 추락 방지 및 최종 위치 감쇠를 위한 가능성뿐만 아니라, 진동 흡수기 모듈을 위한 능동형 컴포넌트 및 감쇠 양태의 원칙적인 개조도 제공한다.
본 발명의 바람직한 개선예들은, 추가 장점들을 갖는 본 발명의 개념의 범위에서 장치를 개선하는 바람직한 가능성을 상세하게 명시하는 종속 청구항들에서 제시된다.
특히 바람직한 개선예의 범위에서, 복수의 진자 스프링 부재 중에서 하나 이상의 진자 스프링 부재는 압축 스프링으로서 구성된 스프링을 구비한다. 특히 각각의 진자 스프링 부재는 하나의 스프링을 포함하며, 그리고 스프링들 각각은 압축 스프링으로서 구성된다. 압축 스프링은, 진자 질량부를 안정화하기 위해 특히 바람직한 것으로서 증명되었다. 특히, 진자 스프링 부재의 경우, 스프링은 가압된 상태에서 스프링 홀더의 스프링 시트 하부에서 근위부(proximal)에 배치될 수 있다. 스프링의 근위 단부(proximal end) 상에서, 다시 말하면 지지 구조물에 더 가깝게 위치하는 스프링의 단부 상에서, 스프링은 (바람직하게는 스프링 시트 상에서) 예압된 상태로, 특히 가압된 상태로 파지된다. 스프링의 원위 단부(distal end) 상에서, 다시 말하면 진자 질량부에 바로 옆에서 인접하는 스프링의 단부 상에서, 스프링은 바람직하게는 진자 질량부 상에 직접 장착된다.
바람직하게 진자 스프링 부재는 스프링의 스프링 길이를 가변 설정하도록 형성되어 있는 스프링 홀더를 포함할 수 있다. 특히 스프링 홀더에 의해, 스프링의 예압의 설정, 특히 압축 스프링의 압축 스프링 힘의 설정이 수행될 수 있다. 압축 스프링은 원칙상 DIN 13906에 준하여 구성된다.
스프링에 대해, 스프링 길이 및/또는 스프링 강성을 통한 설정 가능성을 제공하는 점은 바람직한 것으로서 증명되었다. 특히 이런 접근 방법은 진동 흡수에 영향을 주기 위한 또 다른 접근 방법들에 비해 바람직한 것으로서 증명되었다. 말하자면, 원칙상 (기생 주파수와 관련하여) 흡수 주파수의 추가 설정을 위해 진자 질량 및/또는 진자 길이를 변경할 수 있기는 하다. 그럼에도, 압축 스프링 힘의 설정 또는 그 밖에 스프링의 스프링 길이의 설정을 통해, 비교적 작은 질량으로, 그리고 작은 공간 치수의 조건에서 유효 "진자 길이"가 실현될 수 있다. 전체적으로 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈의 비교적 조밀한 시스템이 제공된다. 특히 상기 모듈은 구조 세그먼트 및/또는 구조 설비의 좁게 한정되는 공간성에서 설치하기 위해 적합하다.
진자 스프링 부재를 위한 설정 구조의 구현을 위해 다양한 가능성이 확인되었다. 설정 수단들이 지지 구조물의 상부에, 특히 지지 구조물 플레이트의 상부에 제공되는 설정 구조가 특히 바람직한 것으로서 증명되었다. 설정 구조는, 바람직하게 지지 구조물 플레이트를 관통하는, 특히 베이스 플레이트 및/또는 스프링 시트를 관통하는 설정 수단들을 포함한다. 특히 설정 수단들은 거더 섹션(girder section)을 포함하며, 특히 지지 구조물 플레이트, 특히 베이스 플레이트의 상부에 배치되는 거더 섹션을 포함한다. 거더 섹션은 바람직하게는 가변 설정 가능한 설정 메커니즘을 지탱하고 바람직하게는 설정 메커니즘의 작동 수단을 위한 정지부를 포함한다.
특히 바람직한 구조적인 개선예의 범위에서, 설정 메커니즘의 실현을 위해, 설정 구조는 스크류 나사산을 구비한 가이드 로드를 포함하고, 스크류 나사산은 정지부로서 이용되는 거더 섹션의 나사산 구멍 내로 맞물리며, 가이드 로드는 근위부에 회전 수단을 위한 구동부와 원위부에는 스프링 시트를 오프셋 하도록 형성된 작동 수단을 포함한다. 작동 수단은, 예컨대 스프링 시트를 안쪽에서 고정하는, 예컨대 카운터 너트 등의 형태인 정지부를 포함할 수 있다.
바람직하게 스프링은 원위부에서 진자 질량부에 직접 또는 간접적으로 연결된다.
진자 질량부 현가장치의 길이 및/또는 방향이 변함없는 경우에, 전체 개념에서, 바로 스프링 길이의 설정을 통해, 특히 압축 스프링의 압축 스프링 힘의 설정 하에 유효 진자 길이를 변경하는 점은 바람직한 것으로서 증명되었다. 추가로, 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 진자 질량부의 방향과 무관한 탄성 현가는, 다시 말해서 모든 운동 방향에 대해 실질적으로 보상되는 방식으로, 복수의 스프링 부재가 진자 질량부의 원주방향을 따라서, 특히 중앙 진자 질량부 현가장치의 둘레에 배치되는 것을 통해 달성된다.
바람직한 개선예들에 따르면, 기생 주파수 또는 기생 진동 주파수와 관련하여 흡수 주파수의 조정(tuning)이 제공되며, 이런 조정은 그 외에 바람직하게는 광대역으로 구성될 수 있으며, 특히 모든 진자 스프링 부재의 동일한 조정에서의 경우보다 더 광대역으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 특히 복수의 진자 스프링 부재는, 제1 스프링, 특히 압축 스프링과, 제2 스프링, 특히 압축 스프링을 포함할 수 있으며, 이들 압축 스프링의 압축 스프링 힘은 서로 상이하다. 특히 모든 진자 스프링은 서로 상이한 압축 스프링 힘을 보유할 수 있다. 또한, 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 특정 진자 스프링 부재들을 대칭 그룹들로 그룹화하고 하나의 대칭 그룹의 모든 진자 스프링에 대해 동일한 압축 스프링 힘을 제공할 수 있으며, 그에 반해 서로 상이한 대칭 그룹들의 스프링들은 서로 상이한 압축 스프링 힘을 보유한다.
전체적으로, 진동 저감 모듈 또는 이 모듈의 탄성 스프링 특성 및 그 감쇠 특성의 방향 의존성이면서, 풍력 발전 설비의 요구 및 제2 고유 주파수의 진동 모드의 특별한 공간 형성의 요구를 고려하여 적합한 상기 방향 의존성이 설정될 수 있다. 이는, 특히 진동 흡수기 모듈의 구조적인 실현을 위해, 탄성 및/또는 감쇠 특성과 관련하여, 또는 진동 흡수기 모듈의 효과적인 길이 및 방향 특성과 관련하여 바람직한 것으로서 증명된다.
진동 흡수 모듈의 탄성 및/또는 감쇠 특성은 회전 대칭과 다르게 설정될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 그 대안으로, 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈의 비교적 회전 대칭으로 설정되는 진동 탄성 및 그 감쇠 특성은, 복수의 진자 스프링 부재가 그 압축 스프링 힘이 서로 동일한 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하는 것을 통해 달성될 수 있다. 특히 모든 진자 스프링은 동일한 압축 스프링 힘을 보유할 수 있다.
바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 진자 스프링 부재의 개수는 짝수 개이다. 특히 4개 이상의 진자 스프링 부재, 바람직하게는 6개 또는 8개의 진자 스프링 부재의 개수가 바람직한 것으로서 증명되었다. 복수의 진자 스프링 부재는 바람직하게는 중심에서 현가축에 상에 배치되는 진자 질량부 현가장치의 둘레에 회전 각도 대칭 방식으로 배치된다. 복수의 진자 스프링 부재는 바람직하게는 진자 질량부의 덮개면 상에 직접 또는 간접적으로 연결되거나, 또는 다른 방식으로 고정된다.
그 밖에도 진자 질량부 현가장치를 위한 바람직한 구조적인 실현 가능성은 한 개선예의 범위에서 제공될 수 있다. 특히, 진자 질량부 현가장치가, 자신의 근위 단부 상에서 조인트 헤드를 지탱하는 진자 로드를 포함하는 점이 바람직한 것으로서 증명되었다. 특히 진자 질량부 현가장치의 원위 단부 상에 진자 질량부가 장착된다.
바람직하게는 진자 질량부의 장착을 위해, 진자 로드는 현가축을 따라서 진자 질량부를 관통하고 진자 질량부는 베이스면 상에서 진자 로드의 원위 정지부 상에 안착되고, 그리고/또는 덮개면 상에서는 진자 로드의 카운터 정지부(counter stopper) 상에 파지된다. 이런 방식으로, 진자 로드 상에, 진자 질량, 심지어 비교적 높은 중량도 확실하게 고정할 수 있다.
바람직하게는, 미끄럼 베어링의 형성을 위해, 진자 질량부 현가장치는 회전 가능하게 활주하는 방식으로 베어링 저널 상에 파지된다. 바람직하게는, 조인트 헤드 내에서 베어링 저널은 베어링 저널 수용부 내에 파지된다. 베어링 저널 수용부는 바람직하게는 조인트 헤드의 내륜(inner raceway) 상에 형성된다. 요컨대 특히 미끄럼 베어링의 형성을 위해, 베어링 저널로 향해 있는 내륜의 내부 표면이 미끄럼 면으로서 형성된다.
효율적이면서 간단한 미끄럼 베어링의 구성을 위해, 조인트 헤드는 단일의 미끄럼 베어링의 미끄럼 면을 포함하는 점이 특히 바람직한 것으로서 증명되었다. 단일의 미끄럼 베어링의 단일의 미끄럼 면의 형성은, 실링 비용 및 정비 조치를 최대한 적게 유지하기 위해 바람직한 것으로서 증명되었다. 특히 진자 베어링의 구성을 위한 비용은 적게 유지된다. 그럼에도 불구하고, 가변되는 진자 베어링의 한 변형예에서, 조인트 헤드는 하나 또는 복수의 미끄럼 베어링의 복수의 미끄럼 면을 포함할 수 있다. 후자의 변형예는, 미끄럼 면 상의 표면력이 오히려 감소되어야 하고 특히 지지력은 최대한 큰 미끄럼 면 상으로 분배되어야 할 때 바람직한 것으로서 증명될 수 있다.
바람직하게 베어링 저널은 베어링 저널 수용부 내에 단단히, 다시 말하면 회전 불가능하게 파지되며, 특히 고정되고, 그리고/또는 잠금 고정된다. 따라서 특히 진자 질량부 현가장치 및 베어링 저널은 하나의 동일한 베어링 장치를 형성한다. 바람직하게는, 진자 질량부 현가장치는 베어링 저널 상에서 미끄럼 지지를 위한, 특히 베어링 저널 상에서 진자 질량부 현가장치의 미끄럼 지지만을 위한 조인트 헤드를 포함한다.
한 변형예에서, 진자 운동의 실행을 위해, 베어링 저널은 베어링 저널 수용부 내에서 회전 가능하게 파지될 수 있다. 특히 베어링 저널과 베어링 저널 수용부 사이에는 동일한 베어링 장치가 형성될 수 있다. 이에 추가로, 또는 그 대안으로, 한 변형예에서 진자 질량부 현가장치는 베어링 저널 상에 회전 가능하게 파지될 수 있다.
추가 개선예들은 미끄럼 베어링의 미끄럼 면의 구성의 관점에서, 또는 미끄럼 베어링의 미끄럼 면의 보호를 위해 적합한 것으로서 확증되었다. 특히 바람직한 것으로 증명된 점에 따르면, 미끄럼 베어링의 미끄럼 면의 적어도 일부 영역은 구름 베어링 강(rolling bearing steel)으로 구성되며, 특히 전체 미끄럼 베어링은 구름 베어링 강으로 구성된다. 구름 베어링 강은 높은 압력 힘으로 저속 마찰 운동 시에도 특히 저항력이 있는 것으로서 증명되었다. 따라서 예컨대 조인트 헤드 및/또는 베어링 저널 및/또는 베어링 저널 수용부는 완전하게, 또는 부분적으로 (특히 그들의 미끄럼 면 및/또는 그들의 지지면 또는 이 지지면의 부분 영역들은) 구름 베어링 강으로 구성될 수 있다. 또한, 언급한 구조 부재들의 미끄럼 면들은 특히 처리되어 경화되거나, 또는 탄성 계수 및 경도를 고려하여 형성될 수 있다.
그 밖에도, 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 미끄럼 베어링, 특히 조인트 헤드 및/또는 베어링 저널 및/또는 베어링 저널 수용부는 부식 방지부를 포함한다. 아연 코팅층 형태의 부식 방지부가 바람직한 것으로서 증명되었다. 그에 따라, 미끄럼 베어링, 또는 특히 조인트 헤드의 부식은 실질적으로 저지된다.
특히, 조인트 헤드의 영역 내로, 특히 진자 베어링의 영역 내로, 바람직하게는 미끄럼 베어링 또는 미끄럼 베어링 표면들의 영역 내로 습기 유입의 방지를 위한 수단을 제공하는 점이 바람직한 것으로서 증명되었다. 바람직하게는 조인트 헤드의 내륜의 측면에 립 실링이 제공될 수 있다. 예컨대 베어링 저널은 립 실링을 지탱할 수 있다. 립 실링은 예컨대 단순한 실링 링 또는 립 실링 링 또는 이와 유사한 원통형 실링 링으로서 변형된 형태로도 변경될 수 있다.
특히 바람직하게는 진동 흡수기 모듈은 기생 진동을 최대한 효과적으로 저감시키기 위해 추가 조치들로 보장될 수 있다.
특히 진자 시스템은, 진자 스프링 부재들의 고유 감쇠에 추가로 진동 흡수기 모듈의 흡수 진동을 감쇠하는 하나 이상의 감쇠 부재를 포함한다. 이 감쇠 부재는 경우에 따라서 진동 흡수 주파수의 진폭을 감소시킬 수 있기는 하지만, 그러나 그럼에도 그 결과 진동 흡수 장치의 상대적으로 더 광대역인 구성도 가능하다.
특히 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 진동 흡수기 모듈은 진폭 및/또는 최종 위치 제한기 또는 그 감쇠기를 구비한다. 이는 특히 복수의 진동 흡수기 모듈이 (경우에 따라 공간상 밀집하게 인접하여 서로 나란히) 하나의 장치 내에 장착될 때 바람직한 것으로서 증명되었다. 그에 따라 진동 흡수기 모듈들의 충돌 또는 그 외 접촉과 유사한 그들의 인접은 확실하게 저지되고, 그리고/또는 최대 편향도의 경우에는 적합한 충격 흡수부가 제공된다.
또한, 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 현가 시스템은 추락 방지부를 포함한다. 특히 진자 질량부와 지지 구조물 사이의 인장 구조가 바람직한 것으로서 증명되었다. 바람직하게는 진자 질량부와 지지 구조물 사이에서 연장되면서 인장력이 설정될 수 있는 인장 구조(tension structure)가 제공될 수 있다.
일반적으로 현가 시스템의 경우 추락 방지부는, 현가 시스템이 고장 나는 최악의 경우에 그럼에도 지지 구조물 상에 진자 질량부를 파지하기 위해, 그리고/또는 어느 경우에든 진자 질량부의 저지받지 않은 추락을 저지하기 위해 바람직한 것으로서 증명되었다. 특히 현가 시스템은, 오히려 정지부 기능의 임무를 수행하는 진폭 및/또는 최종 위치 제한기 외에도, 자유 진자 운동 동안 이 진자 운동을 감쇠하도록 형성된 진자 감쇠 장치를 포함할 수 있다.
한 개선예에서, 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈은, 진자 시스템에 능동형 작동 부재를 연결하는 가능성을 제공한다. 능동형 작동 부재는 특히 진자 질량부의 자유 진자 운동을 제어하도록 형성된다.
특히 상기 능동형 작동 부재는 능동형 폐회로 제어 장치의 부분일 수 있다. 능동형 폐회로 제어 장치는 바람직하게는,
- 진동 흡수기 모듈과 구조 설비 또는 구조 세그먼트의 기생 주파수 사이의 상대 위상을 검출하기 위한 위상 검출기와,
- 폐회로 제어기와,
- 작동 부재 상으로 작동 변수를 전달하기 위한 전력 증폭기(power amplifier)를 포함한다.
이 경우에, 진동 흡수기 모듈은 오직 수동형일 뿐인 모듈에서 능동형 모듈로 확장된다.
진동 흡수 장치의 개선을 위해, 복수 개, 특히 짝수 개의 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈이 (완전하게 또는 부분적으로 동일하게 형성되거나, 또는 서로 상이하게 형성되어서도) 제공될 수 있다.
진동 흡수 장치에서 복수의 진동 흡수기 모듈이 동일하게 형성되는 경우, 구조 설비의 고효율적이지만 그러나 비교적 협대역인 진동 흡수가 실현될 수 있다. 그럼에도, 상이한 길이 및/또는 동일한 진동 방향 및/또는 동일한 스프링 장력 설정을 갖는 복수의 진동 흡수기 모듈을 장착할 경우, 진동 흡수 장치는 비교적 광대역으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이제부터 하기에서, 부분적으로 마찬가지로 도시되어 있는 종래 기술과 비교하여, 도면에 따라서 기술된다. 상기 도면은 실시예들을 반드시 일정한 축척 비율로 도시한 것이 아니라, 오히려 설명을 위해 이용되는 방식으로 개략화되고 그리고/또는 약간 변형된 형태로 도시되어 있는 도면이다. 도면에서 직접 확인할 수 있는 교시들의 보충의 관점에서, 해당하는 종래 기술이 참조된다. 이 경우, 본 발명의 일반적인 사상에서 벗어나지 않으면서, 한 실시예의 형태 및 상세내용과 관련하여 다양한 수정 및 보정이 실행될 수 있다는 점이 고려되어야 한다. 명세서, 도면 및 특허청구범위에서 개시되는 본 발명의 특징들은 개별적으로뿐만 아니라 임의로 조합되어서도 본 발명의 개선예에 대한 핵심적인 사항이 될 수 있다. 또한, 명세서, 도면 및/또는 특허청구범위에서 개시되는 2가지 이상의 특징으로 구성되는 모든 조합도 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 일반적인 사상은 하기에 도시되고 기술되는 바람직한 실시예의 정확한 형태 또는 그 상세내용으로 국한되지 않을뿐더러, 특허청구범위에서 청구되는 대상과 비교하여 제한될 수도 있는 대상으로도 국한되지 않는다. 또한, 치수 범위들이 명시된 경우, 언급한 한계들 이내에 존재하는 값들도 한계 값들로서 개시되는 것이어야 하고 임의의 범위로 이용될 수 있고 청구될 수 있어야 한다. 본 발명의 추가의 장점들, 특징들 및 그 상세내용들은 바람직한 실시예들에 대한 하기 설명내용에서뿐만 아니라 도면들에 따라서도 제시된다.
도 1은 특히 자신의 가늘고 긴 구조에 근거하여 바람직한 실시예의 진동 흡수 장치의 설치를 적합하게 하는, 구조 설비의 예시로서의 풍력 발전 설비를 도시한 개략도이며, 도 1a)에는 중공 타워를 포함한 풍력 발전 설비가 도시되어 있고, 도 1b)에는 중공 타워 상에서 공간 진동 모드, 특히 풍력 발전 설비의 높이의 약 2/3 위치의 영역에서 제2 고유 주파수의 매우 특이하고 상대적으로 더 높은 고유 진동 진폭이 도시되어 있다.
도 2a)는 기생 진동에 대해 저항력이 없는 주 구조물과 관련한 감쇠 기능을 갖는 일반적인 진동 흡수 구조물의 부재들을 도시한 개략도이고, 도 2b)는 진동 흡수 장치의 포함 여부에 따른 풍력 발전 설비의 타워의 기생 진동을 각각 나타낸 그래프이다.
도 3은 진자 질량부와 측면으로 결합되는 스프링 부재를 포함한 진자 시스템으로서의 진동 흡수 모듈을 도시한 개략도이다.
도 4a)는 하나의 진자 질량부와, 복수의 진자 스프링 부재와, 하나의 현가 시스템을 포함한 진자 시스템으로서 진동 흡수기 모듈의 특히 바람직한 실시예를 도시한 개략도이고, 도 4b)는 도 4a)의 현가 시스템의 진자 스프링 부재들의 바람직한 원주방향 분포를 도시한 개략도이다.
도 5는 도 4의 진동 흡수기 모듈의 바람직한 실시예의 특히 바람직한 구조 유형을 도시한 개략도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 진동 흡수기 모듈에서 현가 시스템의 진자 질량부 현가장치의 조인트 헤드를 도시한 상세도이다.
도 7은 도 4 및 도 5의 진동 흡수기 모듈의 실시예의 진자 스프링 부재를 도시한 상세도이다.
도 8은 도 4 및 도 5의 진동 흡수기 모듈을 4개 포함한 진동 흡수 장치의 특히 바람직한 실시예를 도시한 전체 사시도이다.
도 9는 도 8의 진동 흡수 장치를 포함하는 풍력 발전 설비용 타워 세그먼트를 도시한 측면 단면의 부분 사시도이다.
도 1 내지 도 9에서, 동일하거나 유사한 부재들에 대해, 또는 동일하거나 유사한 기능의 부재들에 대해 단순화를 위해 동일한 도면부호들이 이용된다.
도 1에서, 도 1a)에는, 타워(1001)와 이 타워(1001) 상에 설치된 곤돌라(1002)를 포함하는 풍력 발전 설비(1000)가 도시되어 있다. 곤돌라(1002)는, 복수 개, 본 실시예에서는 3개의 로터 블레이드(1004)를 포함하는 로터(1003)를 지탱한다. 로터(1003)의 하나의 로터 블레이드(1004)는 허브(1005)를 통해 곤돌라(1002) 내의 도시되어 있지 않은 샤프트와 연결된다. 이를 위해, 로터 블레이드(1004)는 블레이드 베어링을 통해 허브 어댑터에 연결되고 샤프트와 연결된다. 로터(1003)가 풍력으로 구동되어 회전되는 경우, 샤프트를 통해, 곤돌라(1002) 내에 배치되어 전력 생성을 위한 발전기가 구동된다. 발전기로부터 공급되는 전기 에너지는 전류 컨버터, 변압기들 등을 통해, 그리고 이와 유사한 추가의 적합한 전기 장치들을 통해 도시되어 있지 않은 전력 계통 내로의 병입을 위해 변환될 수 있다. 상기 전기 장치들은 곤돌라(1002) 내에, 또는 풍력 발전 설비(1000)의 타워(1001) 내 바닥부(1010) 상에, 또는 그 타워(1001)의 외부에 배치될 수 있다.
풍력 발전 설비(1000)의 타워(1001)는 도시되어 있지 않은 기초부(fundament)를 통해 바닥부(1010) 내에 박혀 설치된다. 풍력 발전 설비(1000)의 타워(1001)는 (예컨대 철근 또는 프리스트레스트 콘크리트 세그먼트로서의) 복수의 타워 세그먼트(1100)로 구성된다. 곤돌라(1002)와 바닥부(1010) 사이에 배치되어 여기서는 상세하게 표시되어 있지 않은 타워 세그먼트(1100)는 추가의 도 4 내지 도 9와 관련하여 바람직한 실시예로 설명되는 진동 흡수 장치(200)를 구비한다.
도시되어 있는 점에 따르면, 풍력 발전 설비(1000)는, 특히 그 구성이 점차 더욱 커지는 경우, 기생 진동 감쇠 및/또는 그 흡수의 더 높은 요구를 충족해야할 뿐만 아니다. 요컨대 진동 흡수 모듈(100) 또는 진동 흡수 장치(200)의 자원 절약형 구조도 명시되어야 한다. 풍력 발전 설비(1000)의 경우 뚜렷한 공명 현상의 높은 진폭의 발생은 최대한 확실하게 저지되어야만 하기 때문에, 특히 여기서는 특히 바람직한 실시예의 범위에서 예시로서 기술되는 진동 흡수기 모듈(100)이 바람직한 것으로서 증명되었다. 그럼에도 불구하고, 여기서 기술되는 진동 흡수기 모듈(100)은 우선 수동적인 구성으로도, 그리고 분명하게 고유 감쇠를 능가하는 감쇠 수단을 포함하지 않고 형성되지만, 그럼에도 일반적인 진동 저감 모듈로서 (특히 적합한 능동형 폐회로 제어 장치 및/또는 감쇠 장치를 구비하여) 개선될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
풍력 발전 설비(1000)는 상이한 유형으로 진동 여기될 수 있으며, 기생 진동 스펙트럼 또는 기생 진동 현상은 각각 공간상 뚜렷한 진동 모드를 갖는 상이한 진동 고유 모드들(vibration eigenmode)로 분해될 수 있다. 수많은 가능한 진동 여기에 근거하여, 상이한 진동 모드들을 갖는 기생 진동 스펙트럼 또는 기생 진동 현상은 제1 고유 주파수에서, 그리고 특히 이 제1 고유 주파수를 능가하는 상대적으로 더 높은 고유 주파수에서 비교적 복합적인 것으로서 증명된다.
예컨대 풍력 발전 설비(1000)의 자유 진동 및 그 자체로 여기된 진동은 주기적인 힘 또는 그 밖의 내부 및 외부 힘을 통해서도 진동 운동의 여기에 중첩될 수 있다. 특히 확인되는 점에 따르면, 바람 유도 진동은 특히 돌풍 또는 와류 방출을 통해, 특히 하부의 주파수 범위에서 비교적 복합적인 진동 현상을 야기할 수 있다. 주기적인, 그리고 비교적 고주파인 진동 여기는, 연이어 설치된 2개의 풍력 발전 설비가 와류 방출로 인해 연결되는 것을 통해 발생할 수 있으며, 이는 버퍼팅(bufferting)으로서도 지칭된다. 일반적으로 바람 유동의 영향은, 상호 간에 가깝게 인접하여 위치하는 풍력 발전 설비들이 예컨대 갤러핑(Galopping) 또는 플러터링(fluttering)과 같은 팽창 진동 및 휨 진동 또는 비틀림 진동에 노출될 수 있게 한다. 특히 로터 블레이드들의 상기 여기 및 또 다른 여기는 추가로 곤돌라(1002)의 피칭 모멘트, 및 제1 고유 주파수를 능가하는 진동 모드들을 갖는 타워(1001)의 여기 스펙트럼을 야기한다.
HA는 우선 진동 흡수 모듈(100)의 현가축을 지칭하며, 이 현가축은 도 1 및 도 8 및 도 9에 상세하게 도시되어 있는 진동 흡수 장치(200)의 대칭축(SA)에 대해 실질적으로 평행하며, 이 경우 대칭 축(SA)은 실질적으로 타워 축(TA)에 상응한다.
도 1에서, 도 1b)에는, 타워(1001)의 진동 모드의 상대적으로 더 높은 고유 주파수, 여기서는 제2 고유 주파수의 진폭이 예시로서 그래프로 도시되어 있다. 타워(1001)에서 진동 모드의 최대 진폭의 정확한 정보는 예컨대 시뮬레이션 되거나 측정될 수 있다. 따라서 제1 고유 주파수를 상회하는 직선의 고유 모드들은 타워(1001)의 높이의 1/2 이상의 영역에서 발생하는 점이 확인된다. 도시되어 있는 점에 따르면, 상기 진폭의 특히 신뢰성 있는 감소는, 대략 진동 모드의 상대적으로 더 큰 진폭의 높이에 배치되는 진동 저감 모듈을 포함하는 진동 저감 장치를 통해 달성될 수 있다.
기초로서, 특히 바람직하게는, 도 4 내지 도 9에서 기술되는 것과 같은 진동 흡수기 모듈(100) 또는 진동 흡수 장치(200)가 적합하다. 상기 진동 흡수 장치는, 바람직하게는 그 밖에도, 추가의 진동 감쇠기 또는 능동형 감쇠 특성으로 흡수 주파수의 훨씬 더 광대역인 주파수 스펙트럼을 달성하기 위해, 감쇠 부재들 또는 능동형 폐회로 제어 부재들을 통해 보완될 수 있다.
진동 흡수기 모듈(100) 또는 진동 흡수 장치(200)의 조정은, 합당하게는 풍력 발전 설비의 상이한 구조 형상들을 고려한다. 부분적으로 타워(1001) 또는 풍력 발전 설비(1000)의 상대적으로 더 높은 고유 모드는 풍향과 무관한 것으로서 증명되기는 하지만, 그러나 부분적으로 진동 흡수 특성의 풍향에 따른 설정도 필요에 따라 합당하다.
본 실시예의 기초는, 진동 흡수를 위해 타워(1001)의 길이의 높이의 대략 2/3 위치에, 다시 말하면 대략 상대적으로 더 높은 진동 모드의 최대 진폭의 높이에 배치되는 진동 흡수 모듈(100) 또는 진동 흡수 장치(200)이다. 이는 예컨대 도 8 및 도 9에 도시된 유형으로 제공된다. 우선 순수하게 흡수하는 수동형 요소로서 진동 흡수 모듈(100) 또는 진동 흡수 장치(200)의 실시예가 지속 가능하게 (특히 풍력 발전 설비의 정격 수명에 부합하게 구성되어) 그리고 -40℃ 내지 +60℃의 매우 폭넓은 온도 범위를 위해 이용될 수 있다.
하기에서 기술되는 진동 흡수기 모듈(100) 또는 진동 흡수 장치(200)는, 이른바 "유효 진자 길이"의 설정을 통해 (그럼에도 현가 시스템의 실제 길이를 변경하지 않고, 그리고/또는 진자 질량을 변경하지 않으면서) 흡수 주파수를 고려하여 기생 주파수에 부합하게 설정될 수 있다. 그에 따라, 전체 진동 저감 시스템의 미세 조정이 가능하다. 본 실시예의 경우 1.48Hz의 고유 주파수는 0.4 내지 3Hz의 주파수 범위에서 감소되어야 한다.
도 2에서, 도 2a)에는, 풍력 발전 설비(1000)의 설비 질량(m시스템) 및 흡수기 질량(m흡수기), 다시 말하면 실질적으로 진자 질량부(110)를 포함하는 [예컨대 장치(200) 및 풍력 발전 설비(1000)의 연결된 시스템(2000)을 형성하는 풍력 발전 설비(1000)의 타워(1001)와 같은] 진동 가능한 구조물에 연결되는 진동 저감 장치(200)를 포함한 [예시로서 예컨대 풍력 발전 설비(1000)를 위한] 시스템(2000)이 개략적으로 도시되어 있다. S시스템으로 도시된 화살표 방향은 풍력 발전 설비(1000)의 타워(1001)의 대칭축을 지시한다. 진동 특성 및 감쇠는 스프링 상수(C시스템) 및 감쇠 상수(d시스템)를 통해, 또는 흡수기의 경우에는 스프링 상수(C흡수기) 및 감쇠 상수(d흡수기)를 통해 도시되어 있다. 스프링 상수들은, 시스템의 기생 주파수와 관련하여 흡수기의 흡수기 주파수를 디튜닝하며, 다시 말하면 특히 흡수기의 흡수 효과 및 경우에 따른 그 추가의 감쇠 효과를 높이기 위해, 흡수기 주파수의 설정을 위해 이용된다.
그 외에, 도 2에서, 도 2b)에는, 진동 저감 조치가 없는 상태에서, 특히 진동 흡수 조치가 없는 상태에서 기생 진동의 고유 주파수(fE) 조건에서 모델에 따라서 도 2a)에서 결과로 초래되는 기생 진동(SA0)의 진폭이 도시되어 있다. SAm으로서는 감소된 기생 진동 진폭의 곡선이 도시되어 있으며, 이 경우 비감쇠되어 있고 수동형으로 형성되는 동적 진동 흡수기가 이용된다. 일반적인 것처럼, 따라서 도 2a)에 도시된 연결된 시스템(2000)의 경우에서도, 도시된 진동 모드의 고유 주파수(fE)는 상호 간에 나란히 가깝게 기생 진동의 고유 주파수(fE) 안팎에 위치하는 2개의 주파수(f1, f2)로 분할된다. 장점은, 원래의 값의 적어도 2/3으로 fE에서의 진폭을 실질적으로 완전하게 분해하는 점, 즉 어느 경우든 상기 진폭을 강하게 감소시키는 점에 있다. 경우에 따라서, 고유 주파수(fE)의 외부에서 주파수 분할(f1, f2)의 비교적 작은 진폭이 제공되는 점이 고려될 수 있다. 특히 상기 이유에서, 연결된 시스템(2000)의 분할된 주파수들(f1, f2)의 진폭도 감소시키기 위해, 여기서는 하기에 설명되는 진동 흡수기의 실시예에 추가의 감쇠 장치 또는 능동형 폐회로 제어 장치를 구비하는 점이 합당할 수 있다.
도 3에는, 진자 시스템으로서 형성된 진동 흡수 시스템(3000)의 기본적인 작동 원리가 개략적으로 도시되어 있다. 구조물(B) 상의 현가 지점(O) 상에서는, 현가축(HA)에 대한 편향도(φ) 조건의 진자 질량(m) 및 구조물(B)에 대해 스프링 상수(C)를 갖는 탄성 스프링 커플링을 포함하고 길이(l)를 가지면서 무게중심(S)을 통해 설명될 수 있는 진자(3001)가 설명될 수 있다. 진동 흡수 시스템(3000)에 대한 운동 방정식에는, 진자 길이(l) 및 진자 질량(m) 외에도, 스프링 상수(C)와 현가 지점(O)까지의 이격 간격(a)도 포함된다. 이는 예컨대 피터슨(Petersen)의 저서 "건축 구조의 동적 거동(dynamics of building structure)"[피벡(Vieweg) 출판사, 2000년, 초판, 뮌헨]에 기술되어 있다. 스프링으로서 도시되는 상응하는 탄성 또는 감쇠 커플링(C)을 통해, 자신의 무게중심(S)으로 도시되는 진자 질량부는 소정의 각도만큼 편향될 수 있으며, 이와 동시에 스프링 상수(C)는 진자의 고유 주파수를 디튜닝하며, 다시 말하면 여기서는 특히 본원의 장치(200)의 흡수 효과 및 경우에 따른 그 추가의 감쇠 효과를 높이기 위해 흡수기 주파수의 설정을 위해 이용된다.
전체적으로 스프링 길이(a)는 훅의 법칙(Hooke's law)에 따라서 스프링율 및 신장률 또는 변형률을 알고 있는 상태에서 F = C * Δl, 또는 예압의 경우에는 F = C *(Lv + -Δl)로서 설정된다.
도 4에서, 본 발명의 개념에 따르면, 도 4a)에는, 도 1 및 도 9에 도시된 풍력 발전 설비(1000)에서 이용하기 위한 계속하여 도 8에서 기술되는 진동 흡수 장치(200)를 위한 진동 흡수기 모듈(100)의 탁월하고 특히 바람직한 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 진동 흡수기 모듈(100)은 진동 흡수 장치(200) 상에 매달리는 방식으로 설치되도록, 그리고 상기 진동 흡수 장치를 통해 풍력 발전 설비(1000)의 타워 세그먼트(1100) 상에 설치되도록 형성된다. 이를 위해, 진동 흡수기 모듈(100)은, 진자 질량부(110)와, 지지 구조물(150) 상에 진자 질량부(110)를 매달기 위한 현가 시스템(120)을 구비한 진자 시스템(101)을 포함한다. 현가 시스템(120)은, 현가 헤드(170)를 통해 지지 구조물(150) 상에 고정되는 진자 질량부 현가장치(130) 외에도, 복수의 진자 스프링 부재(140)도 포함하며, 이들 진자 스프링 부재는 진자 질량부(110)와 지지 구조물(150) 사이에서 진동 흡수기 모듈(100)의 현가축(HA)의 방향으로 연장된다. 현가축(HA)은 실질적으로 도 1에 도시된 타워 축(TA)에 상응한다.
현가 시스템(120)은 본 실시예의 경우 현가축(HA)에 상대적으로 편향도(φ)만큼 편향된 진자 질량부(110)의 무게중심(S)에 대해 도시되어 있다. 편향되지 않은 상태에서 여기에 도시된 진자 스프링 부재들(140)의 스프링 축들(FA)뿐만 아니라 진자 질량부 현가장치(130)의 축(PA)도 실질적으로 현가축(HA)에 대해 평행하게 연장되거나, 또는 편향된 상태에서는 현가축(HA)에 상대적으로 편향된다.
그 외에, 도 4b)에서는, 현가축(HA)을 중심으로 원주방향을 따라서 8개의 진자 스프링 부재(140)가 대칭으로 분포되어 있는 점을 확인할 수 있다. 다시 말해, 여기서 상징적으로 도시되어 있는 진동 흡수기 모듈(100)의 실시예들의 경우, 이 실시예들은 수직으로 정렬되며, 다시 말하면 자신의 스프링 축(FA)으로, 편향되지 않은 상태에서 현가축(HA)에 대해 평행하게 함께 안내되며, 그리고 편향된 상태에서는 진자 질량부 현가장치(130)의 진자 축(PA)에 대해 실질적으로 평행하게 함께 안내된다.
하기의 도 5 및 도 7에 따라서 상세하게 설명되는 것처럼, 스프링 부재들(140)은 바람직한 방식으로 진동 흡수기 모듈(100)을 설정하도록 형성된다. 실제 조건들에서 이용할 수 있는 진동 흡수기 모듈(100)은, 기생 진동의 주파수 스펙트럼(F)을 고려하여 흡수기 주파수(f)를 구성하기 위해, 특히 고유 주파수(fE)에 부합하게 흡수기 주파수(f)를 조정하기 위해, 원칙상 설정 가능하게 형성되어야 한다. 이런 조정 요구는, 비록 기생 주파수 스펙트럼이 구조 구성에 따라서 계산될 수 있을지라도, 예컨대 풍력 발전 설비(1000)에서의 기하구조 편차, 질량 편차 및 상이한 스프링율들과 같은 제조 공차들을 통해 이미 발생할 수 있다.
원칙상, 도 5에 상세도로 도시되어 있는 진동 흡수기 모듈(100)은 진자 스프링 부재들(140)의 설정 가능성을 제공한다. 이로 인해 바람직하게는, 진자 질량부 현가장치(130)의 복잡한 길이 변경은 방지된다. 또한, 이로 인해 바람직하게는, 진자 질량부 현가장치(130)는 목표한 바대로 지속 가능하고 유지보수가 없으며 그럼에도 간단한 현가 시스템(120)의 구조에 부합하게 구성될 수 있다.
특히 본 실시예의 범위에서뿐만 아니라 일반적으로는 본 발명의 개선된 개념에 따라서, 진자 스프링 부재(130)의 예압의 변경을 통해, 특히 진자 스프링 부재(140)의 압축 스프링으로서 구성된 스프링(141)의 예압 길이의 변경을 통해, 진자 질량 증대 또는 진자 길이 변경을 이용한 것과 유사한 효과가 효과적으로 달성될 수 있다는 점이 확인되었다. 본 실시예의 경우에, 상기 상황은 효과적인 진자 길이 변경에 의해 기술되며, 이는 진자 스프링 부재(140)의 스프링 예압의 형성을 통해서만 수행되는 효과적인 (그러나 비공간적인) 연장 또는 변경을 의미하며, 특히 스프링(141)의 스프링 길이를 통한 진자 스프링 부재(140)의 압축 스프링의 압축 스프링 힘의 설정을 의미한다.
특히, 도 4에서 계속해서 확인할 수 있듯이, 진자 베어링 장치에 복수의 진자 스프링 부재(140)의 압축 스프링들을 보충하는 점이 제공된다. 요컨대 압력은 지지 구조물 플레이트(151)에 의해 본 실시예에서는 8개의 압축 스프링 상에 설정된다. 진자 스프링 부재들(140)은 원주방향 프로파일을 따라서 균일하게 분포된다. 진자 스프링 부재(130)를 위한 스프링 길이의 설정을 위한 설정 수단은, 조정 방식으로 사전 설정하는 회전 운동이 압력을 설정하는 병진 운동으로 변환될 수 있는 방식으로 형성된다.
원주 상에 분포되는 방식으로 본 실시예에서는 8개의 진자 스프링 부재(140)를 배치하는 점은, 지지 구조물 플레이트(151)에 대해 모든 운동 방향으로 실질적으로 균일한 진자 질량부(110)의 현가를 허용한다. 이는 기술 측면에서 허용 가능한 비용으로 수행된다. 그 밖에도, 일반적으로, 상대적으로 더 많은 개수의 진자 스프링 부재(140)는 진자 특성의 방향 의존성을 감소시킬 수도 있다는 점이 통용된다. 본 실시예의 경우, 특히 바람직한 것으로서 증명되는 점에 따르면, 진자 스프링 부재들(140)은 실질적으로 진자 질량부 현가장치(110)와 동일한 높이에서 지지 구조물(150) 상에 부착되며, 요컨대 이는 부착 지점이 지지 구조물 플레이트(151)의 동일 평면에 제공됨으로써 수행된다.
도 5에는, 지지 구조물(150) 상에 진자 시스템(101)을 포함한 진동 흡수기 모듈(100)이 상세하게 도시되어 있다. 지지 구조물(150)은 지지 구조물 플레이트(151)를 포함하고, 이 지지 구조물 플레이트의 하면 상에는 [수직 방향으로, 다시 말하면 현가축(HA)을 따라서 매달리는 방식으로] 진자 질량부(110)를 매달리는 방식으로 설치하기 위한 현가 시스템(120)을 포함한 진자 시스템(101)이 고정된다.
지지 구조물 플레이트(151) 자체는 자신의 상면에서 진동 흡수 장치(200)의 프로파일 지지대(201)에 의해 파지된다. 프로파일 지지대(201)는 예컨대 풍력 발전 설비(1000)의 타워(1001)의 타워 세그먼트(1100) 상에 고정될 수 있다.
그 밖에도, 프로파일 지지대(201)는 인발 및 인장 장치(210)(pulling and tensioning device)를 통해 파지된다. 인발 및 인장 장치(210)는 길이가 변경될 수 있다. 인발 및 인장 장치(210)는 자신의 하단부 상에 조인트(211)를 포함하며, 이 조인트 상에는 체결 프로파일(212)이 각도 조정 가능하게 장착되고 프로파일 지지대(201)의 수용 영역 내로 압입된다. 체결 프로파일(212) 및 거더 섹션(201)은 양측에서 지지 볼트(213)에 의해 관통되고 이 지지 볼트는 양측에서 거더 섹션(201)의 외면 상에서 정지되며, 특히 본 실시예에서는 너트를 통해 고정된다.
지지 구조물 플레이트(151)는 동일한 높이에서 자신의 하면 상에 진자 질량부 현가장치(130)의 현가 헤드(170) 상의 일면의 조인트 헤드(131)를 위한 평면의 정지 표면을 제공한다. 요컨대 조인트 헤드(131)는 미끄럼 베어링으로서 형성된 진자 베어링(160)을 포함하고, 이 진자 베어링은 베어링 저널(161)과 베어링 저널 수용부(162) 사이에 형성된다.
현가 헤드(170)는 도 6에 상세하게 도시되어 있으며, 그리고 베어링 저널 수용부(162)의 지지 플레이트(172)와 베어링 저널(161) 상의 내륜(171)을 포함하는 조인트 헤드(160)의 형성을 도시하고 있다. 베어링 저널 수용부(162)의 지지 플레이트(172)는 본 실시예의 경우 나사 연결부들(152)을 통해 지지 구조물 플레이트(151) 상에 고정되며, 상기 나사 연결부들은 지지 플레이트(172)의 하면과 지지 구조물 플레이트(151)의 상면 상에서 정지된다. 거더 섹션(201)은 지지 구조물 플레이트(151)에 대한 자신의 인접 테두리(abutting edge)에서 예컨대 고정 용접되거나, 또는 다른 방식으로 재료 결합, 형태 결합 또는 억지 끼움 결합(force fitting)을 통해 고정될 수 있다.
그 밖에도, 베어링 저널 수용부(162)는 지지 플레이트(172)에 대해 수직으로 배치되는 제1 및 제2 측면판(174.1, 174.2)(cheek plate)을 포함한다. 측면판들(174.1, 1742.2) 각각은, 베어링 축(LA)을 따라서 베어링 저널(161)을 바람직하게는 정확한 끼워 맞춤 방식으로 수용하도록 형성된 베어링 보어(176.1, 176.2)를 포함한다. 베어링 저널(161) 자체는 제2 측면판(174.2)의 외면 상에서 베어링 저널(161)의 정지부(163)를 통해 고정된다. 제1 측면판(174.1)의 제1 외면 상에서 베어링 저널(161)은 고정되고 이를 위해 수나사부(165)를 포함한다. 수나사부(165) 상의 제1 및 제2 카운터 너트(162.1, 162.2)는 와셔(164)를 통해 제1 외부 측면판(174.1)의 제1 외면으로부터 이격되고 코터 핀(166)을 통해서는 베어링 저널(161)의 단부에서 추가로 분리되지 않게 고정된다. 너트들(162.1, 162.2)은 바람직하게는 각각 육각 너트로서 형성된다. 측면판들(174.1, 174.2) 사이에서 베어링 저널의 내륜(171)은 측면판들(174.1, 174.2) 사이의 이격 간격 상의 중앙에서 스페이서 부싱(168)을 통해 파지된다.
베어링 저널로 향해 있는 내륜(171)의 내면 상에는 미끄럼 베어링을 형성하는 미끄럼 면이 형성된다. 또한, 내륜(171)은 측면판들(174.1, 174.2)로 향해 있는 자신의 외면들 상에서 립 실링(169)을 통해 양측에서 밀봉된다. 립 실링들(169)은 본 실시예의 경우 폴리우레탄으로 형성되고 그에 따라 우수한 저온 탄성 및 낮은 복원력을 갖는다.
내륜(171)은, 베어링 저널(161)에 정확한 끼워 맞춤 방식으로 안착되는 자신의 미끄럼 면을 이용하여, 내륜의 미끄럼 면으로 향해 있는 베어링 저널(161)의 대향하는 미끄럼 면과 함께 미끄럼 베어링을 형성한다. 여기서 미끄럼 베어링의 미끄럼 면들은 구름 베어링 강으로 형성된다. 조인트 헤드(131)의 모든 구조 부재뿐만 아니라 베어링 저널(161) 및 베어링 저널 수용부(162)도 부식 방지용 아연 코팅층을 구비한다. 조인트 헤드(131)는 추가로, 또는 그 대안으로, 특히 필요에 따라 미끄럼 층의 영역에 테프론 미끄럼 층(teflon sliding layer)을 구비할 수 있다. 이는 마찰 저항을 감소시키면서 미끄럼 베어링의 저항성을 보장한다.
조인트 헤드(131)는 일체형으로, 또는 형태 결합 방식으로 진자 질량부 현가장치(130)의 진자 로드(133) 내로 연장된다. 진자 로드(133)는 중심에서 진자 질량부(110)를 관통하며, 그리고 자신의 하단부(132)에서는, 와셔(133.3) 상에서 풀리지 않도록 고정된 한 세트의 카운터 너트들(133.1, 133.2)을 지탱한다.
조인트 헤드(131)와 진자 로드(133) 사이에는 내륜(171)을 연장부에서 적합하게 연장시키는 연장편(135)이 제공되며, 이 연장편은 진자 로드(133) 상에 직접 연결된다. 정지부(136)를 형성하는 연장편(135) 사이에서 추가 카운터 너트(134)가 진자 로드 상에 안착되어 진자 질량부(110)의 상부에서 압력판(111)을 고정한다. 진자 질량부(110)는 압력판(111)과 와셔(133.3) 사이에서 단단히 고정된다. 요컨대 이는 카운터 너트들(134, 133.1, 133.2)의 조임 토크에 상응하게 수행된다.
계속해서 도 5 및 도 7이 참조되며, 상기 도면들에는, 진자 질량부(110)와 지지 구조물(150) 사이에서, 요컨대 구체적으로는 진자 질량부(110)의 상면과 지지 구조물 플레이트(151)의 하면 사이에서 현가축(HA)의 방향으로 복수의 진자 스프링 부재(140)가 도시되어 있다. 도 7에는 부재들이 상세하게 도시되어 있으며, 지지 구조물 플레이트(151)와 관련한 진자 스프링 부재(140)는 압축 스프링으로서 구성된 스프링(141)을 포함한다. 또한, 진자 스프링 부재(140)는 설정 메커니즘(180)도 포함하며, 이 설정 메커니즘에서 제1 부재(180.1)는 지지 구조물 플레이트(151)의 상부에 안착되고 제2 부재(180.2)는 지지 구조물 플레이트(151)의 하부에 안착된다. 또한, 설정 메커니즘(180)은 가이드 로드 상에 위치하는 제3 부재(180.3)도 포함하며, 이 제3 부재는 구체적으로 제1 부재(180.1)에 대해 제2 부재(180.2)를 오프셋 하도록 형성된다.
이를 위해, 구체적으로, 스프링 시트(181)는 지지 구조물 플레이트(151)의 하부에서, 그리고 상기 지지 구조물 플레이트로부터 이격되어 제2 부재(180.2)를 위한 기초부(base)로서 제공된다. 스프링 시트(181)는, 압축 응력 하에 스프링 시트(181) 하부에서 압축 스프링으로서 형성된 스프링(141)을 파지하며, 그럼으로써 상기 스프링은 자신의 스프링 길이의 수축 하에 예압된다. 스프링 길이(a)를 설정하기 위한 이격 간격(ED)은 설정 메커니즘(180)의 예압된 제3 부재(180.3)를 통해 설정된다.
거더 섹션(182)은, 지지 구조물 플레이트(151)의 상부에서 설정 메커니즘(180)의 제1 부재(180.1)를 형성하면서, 설정 메커니즘의 제3 부재(180.3)로서의 가변 설정 가능한 조정 장치(183)를 파지한다. 조정 장치(183)는, 거더 섹션(182)의 형태인 제1 부재(180.1) 쪽에 지지되어 압축 예압을 제1 부재(180.1)를 이용하여 스프링 시트(181) 상으로, 그리고 이를 넘어 스프링(141) 상으로 제공하는 스프링 예압 시스템의 부분이다. 조정 장치(183)를 포함하는 제3 부재(180.1)는 본 실시예의 경우 회전 운동을 병진 운동으로 변환하면서 기능한다. 이를 위해, 조정 장치(183)는 실질적으로 구동 스크류(driving screw)로서 형성된다.
예압 길이를 설정할 때 스프링 단부들에서의 마찰은 최대한 적게 유지된다. 또한, 스프링 시트(131)는 가이드 로드(190)의 회전 동안 함께 회전하지 않는 점이 보장된다. 이를 보장하기 위해, 조정 장치(183)의 구동 스크류는, 각이진 형태, 요컨대 여기서는 정방형 프로파일(190Q)을 갖는 영역을 구비한다. 정방형 프로파일(190Q)의 영역에서는 가이드 로드(190)가 안내된다. 이를 위해, 본 실시예의 경우, 원형의 폴리머 부싱들(polymer bushing)은 정방형 구멍을 구비하고 2-성분 공업용 접착제에 의해 접착된다. 상대적으로 더 간단한 변형예에서는 밀링 커터에 의해 정방형 구멍이 지지 구조물 플레이트(151) 내에 구성되며, 예컨대 밀링 가공될 수 있다.
조정 장치(183)의 구동 스크류는, 본 실시예의 경우 뒤집힌 U자 프로파일의 형태로 형성된 거더 섹션(182)에 안착되는 중앙 섹션 내에 섹션별 정방형 프로파일(190Q)을 구비한 가이드 로드(190)를 포함한다. 정방형 프로파일(190Q)은, 할당된 와셔들(191.1U, 191.2U)을 구비한 록킹 너트들(191.1, 191.2)로서의 제1 및 제2 육각 너트들을 통해 양측에서 고정된다. 계속하여 가이드 로드(190)는 지지 구조물 플레이트(151) 내에 안착되는 [요컨대 지지 구조물 플레이트의 개구부(153) 내에 포함된] 가이드 부싱(193)을 관통한다.
계속하여 가이드 로드(190)는 스프링 시트(181)를 관통하며, 이는 가이드 로드(190)의 확대되는 원통 프로파일(190Z)과 가이드 로드(190)의 나사붙이 연장부(190G)(threaded projection) 사이에 가이드 부싱 없이 수행된다. 확대된 원통 프로파일(190Z)의 형성을 위해, 가이드 로드(190)는 협폭 횡단면도 포함할 수 있고 그에 따라 원통 프로파일(190Z)의 원통형 외부 프로파일의 형성을 위해 부싱 또는 이와 유사한 슬리브를 관통할 수 있다. 정방형 프로파일(190Q)에 대향하여 위치하는 가이드 로드(190)의 단부 상에서, 가이드 로드는 나사붙이 연장부(190G)를 구비하며, 이 나사붙이 연장부는 하나의 와셔와 2개의 록킹 너트(192.1, 192.2)(이 중 하나는 육각 너트로서 형성되고 다른 하나는 돔형 너트로서 형성된다)로 조여 덮여진다.
도 8에는, 본 실시예의 경우 4개의 진동 흡수기 모듈(100.1, 100.2, 100.3, 100.4)을 포함하는 진동 흡수 장치(200)의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 프로파일 지지대(201)는 [여기서는 프로파일 지지대(201.1) 및 프로파일 지지대(201.2)으로서] 타워 세그먼트(1100) 내의 플랜지들 또는 이와 유사한 설치 구조들(230)에 의해 고정된다. 본 실시예의 경우, 제1 프로파일 지지대(201.1)의 경우, 타워 세그먼트의 내부 케이싱 면의 형상에 적절한 설치를 구현하기 위해, 단부 측의 제1 만곡형 플랜지(231.1)를 포함한 상대적으로 더 짧은 제1 웨브(230.1)와 단부 측의 제2 만곡형 플랜지(231.2)를 포함한 상대적으로 더 긴 제2 웨브(230.2)가 제공된다. 이 경우, 각각 쌍을 이루는 방식으로 2개의 진동 흡수기 모듈(100.1, 100.2; 100.3, 100.4)은 지지 구조물(150)의 거더 섹션(201.1; 201.2) 상에 각각 고정된다. 도면에서는, (이미 도 5 내지 도 7에서 설명한 특징에 추가로) 인장력이 설정될 수 있는 인장 구조(220)를 확인할 수 있으며, 이런 인장 구조는 추락 방지부로서 이용되며, 본 실시예의 경우에서는 예시로서 거더 섹션(201.1; 201.2)과 진자 질량부(110)를 연결한다.
진동 흡수 모듈(100) 또는 장치(200)의 구조는 타워 세그먼트(1100) 내에 그에 대한 접근성이 우수하면서 그에 따라 특히 유지보수 없이 그리고 내마모성으로 설치될 수 있다. 또한, 모듈의 최대 편향을 공간상 제한하기 위해, 그에 따라서 타워 세그먼트(1100)를 손상으로부터 보호하기 위해, 진동 흡수기 모듈(100) 상에, 또는 진동 흡수 장치(200)에 정지 완충부(stop buffer)가 제공될 수 있다. 도 9에 상세하게 도시된 것처럼, 진동 흡수 장치(200)는 받침대(300)(pedestal)를 통해 달성될 수 있다. 받침대(300)의 플랫폼(310)은 거더 섹션(201.1; 202.2)을 통해 형성되는 플랫폼의 상부에 배치된다. 받침대(300)는 타워 축(TA)을 따라서 자유 공간의 둘레에 지지 난간부(320)(support handrail)를 포함하며, 상기 자유 공간부를 통해 진동 흡수 장치(200)에 대한 접근이 가능하다. 이를 목적으로 지지 난간부(320)는 제거되거나 우회될 수 있다. 따라서 진자 스프링 부재(130)에 대한 스프링 길이는 표준화된 공구를 통해, 그리고 비교적 간단하게 설정될 수 있을 뿐만이 아니다. 그 밖에도, 스프링 길이는 보정 및 측정 가능하게 설정될 수 있다. 전체적으로 진동 흡수 장치(200)는 비교적 적은 비용으로 간단하면서도 한정 가능한 방식으로 설정될 수 있다.
100 진동 흡수기 모듈(진동 흡수 모듈)
100.1, 100.2, 100.3, 100.4 진동 흡수기 모듈
101 진자 시스템
110 진자 질량부
111 압력판
120 현가 시스템
130 진자 질량부 현가장치
131 조인트 헤드
132 하단부
133 진자 로드
133.1, 133.2 카운터 너트 세트의 카운터 너트
133.3 와셔
134 추가 카운터 너트
135 연결편
136 정지부
140 진자 스프링 부재
141 스프링
150 지지 구조물
151 지지 구조물 플레이트
152 나사 연결부
153 개구부
160 진자 베어링
161 베어링 저널
162 베어링 저널 수용부
162.1, 162.2 너트 / 카운터 너트
163 정지부
164 와셔
165 수나사부
166 코터 핀
168 스페이서 부싱
169 립 실링
170 현가 헤드
171 내륜
172 지지 플레이트
174.1, 174.2 측면판
176.1, 176.2 베어링 보어
180 설정 메커니즘
180.1 제1 부재
180.2 제2 부재
180.3 제3 부재
181 스프링 시트
182 거더 섹션
183 조정 장치
190 가이드 로드
190Z 원통 프로파일
190G 나사붙이 연장부
190Q 정방형 프로파일
191.1, 191.2 록킹 너트
191.1U, 191.2U 와셔
192.1, 192.2, 192.3 카운터 너트
193 가이드 부싱
200 진동 흡수 장치
201 프로파일 지지대 / 거더 섹션
201.1, 201.2 프로파일 지지대 / 거더 섹션
210 인발 및 인장 장치
211 조인트
212 체결 프로파일
213 지지 볼트
220 인장 구조
230 설치 구조
230.1 제1 웨브
230.2 제2 웨브
231.1 제1 플랜지
231.2 제2 플랜지
300 받침대
310 플랫폼
320 지지 난간부
1000 풍력 발전 설비
1001 타워
1002 곤돌라
1003 로터
1004 로터 블레이드
1005 허브
1010 바닥부
1100 타워 세그먼트
2000 시스템
3000 진동 흡수 시스템
3001 진자
B 구조물
C 탄성 또는 감쇠 커플링
ED 이격 간격
F 주파수 스펙트럼
FA 스프링 축
HA 현가축
LA 베어링 축
PA 축
S 무게중심
SA 대칭축
TA 타워 축

Claims (30)

  1. 특히 진동 흡수 장치를 위한, 특히 구조 설비 상에 복수의 진동 흡수기 모듈을 매달리는 방식으로 설치하도록 형성되는 진동 흡수 장치를 위한 진동 저감 모듈, 특히 진동 흡수기 모듈(100)로서,
    - 지지 구조물(150)과,
    - 진자 질량부(110)와, 지지 구조물(150) 상에 진자 질량부(110)를 매달기 위한 현가 시스템(120)을 구비하는 진자 시스템(101)으로서, 현가 시스템은 현가축의 방향으로 연장되어 현가 헤드(170)를 통해 지지 구조물 상에 체결되는 진자 질량부 현가장치(130)를 포함하는 것인, 진자 시스템(101)을 포함하는, 진동 저감 모듈에 있어서,
    - 상기 현가 시스템(120)은 현가축(HA)의 방향으로 연장되는 복수의 진자 스프링 부재(170)를 포함하며,
    - 상기 진자 질량부 현가장치(130)의 현가 헤드(170)는 지지 구조물 상에 체결되고 미끄럼 베어링으로서 형성된 진자 베어링을 구비한 조인트 헤드(131)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 진자 스프링 부재 중에서 진자 스프링 부재(140), 특히 상기 복수의 진자 스프링 부재 중에서 모든 진자 스프링 부재는 압축 스프링으로서 구성된 스프링(141)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진자 스프링 부재(140)는, 스프링의 스프링 길이를 가변 설정하도록, 특히 스프링의 압축 스프링 힘을 설정하도록 형성되는 스프링 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 시트(181)는 베이스 플레이트의 일측에서 이격되어 있고, 상기 베이스 플레이트는 타측에 가변 설정 가능한 설정 메커니즘(180)을 지탱하는 거더 섹션(182)을 포함하며, 상기 거더 섹션(182)은 정지부와 작동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 설정 메커니즘(180)은, 정지부로서 이용되는 나사산 구멍 내로 맞물리는 스크류 나사산을 구비한 가이드 로드(190)를 포함하며, 상기 가이드 로드(190)는 근위부에 회전 수단을 위한 구동부와 원위부에는 상기 스프링 시트(181)를 오프셋 하도록 형성된 작동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링(141)은 원위부에서 상기 진자 질량부(110)에 직접 또는 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 질량부 현가장치(130)는 길이 및/또는 방향이 변함없는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 진자 스프링 부재(140)는 그 압축 스프링 힘이 서로 상이한 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 진자 스프링 부재(140)는 그 압축 스프링 힘이 서로 동일한 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 스프링 부재들(140)의 개수는 짝수 개이며, 특히 4개, 6개, 또는 8개인 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 진자 스프링 부재(140)는 중심에서 현가축(HA) 상에 배치되는 진자 질량부 현가장치(130)의 둘레에 회전 각도 대칭 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 진자 스프링 부재(140)는 진자 질량부의 덮개면 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 질량부 현가장치(130)는, 자신의 근위 단부 상에서 상기 조인트 헤드(131)를 지탱하는 진자 로드(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 로드(133)는 현가축(HA)을 따라서 진자 질량부를 관통하며, 상기 진자 질량부는 베이스면 상에서 상기 진자 로드(133)의 원위 정지부 상에 안착되고, 그리고/또는 덮개면 상에서는 상기 진자 로드(133)의 카운터 정지부 상에 파지되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조인트 헤드(131) 내에서 베어링 저널(161)은 베어링 저널 수용부(162) 내에 파지되며, 미끄럼 베어링의 형성을 위해 상기 진자 질량부 현가장치(130)는 회전 가능하게 활주하는 방식으로 상기 베어링 저널(161) 상에 파지되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링, 특히 상기 조인트 헤드(131) 및/또는 상기 베어링 저널(161) 및/또는 상기 베어링 저널 수용부(162)의 하나 이상의 미끄럼 면은 구름 베어링 강으로 구성되며, 특히 상기 미끄럼 베어링은 구름 베어링 강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링, 특히 상기 조인트 헤드(131) 및/또는 상기 베어링 저널(161) 및/또는 상기 베어링 저널 수용부(162)는 부식 방지부, 특히 아연 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조인트 헤드(131)의 내륜의 측면에서 베어링 저널(161)은 립 실링(169)을 지탱하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현가 시스템(120)은 추락 방지부의 형성을 위해 상기 진자 질량부(110)와 상기 지지 구조물(150) 사이에서 연장되면서 특히 인장력이 설정될 수 있는 인장 구조(220)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 시스템(101)은, 진폭 제한기 및/또는 최종 위치 제한기로서 형성되는 하나 이상의 감쇠 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현가 시스템(120), 특히 진자 시스템(101)은 자유 진자 운동 동안 이 진자 운동을 감쇠하도록 형성된 진자 감쇠 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진자 시스템(101)에는, 특히 위상 검출기, 폐회로 제어기, 및 작동 변수를 위한 전력 증폭기를 포함하는 능동형 폐회로 제어 장치를 나타내면서 진자 질량부의 자유 진자 운동을 제어하도록 형성되는 능동형 작동 부재가 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 저감 모듈.
  23. 구조 설비 상에 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 하나의 모듈(100), 특히 복수의 모듈을 매달리는 방식으로 설치하도록 형성되는 진동 저감 장치, 특히 진동 흡수 장치.
  24. 제23항에 있어서, 특히 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 짝수 개수, 특히 4개의 모듈을 포함하는 짝수 개수의 모듈(100)을 특징으로 하는 진동 저감 장치.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 진동 저감 모듈들(100)은 동일한 길이 및/또는 동일한 진동 방향 및/또는 동일한 스프링 장력 설정을 보유하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 장치.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 저감 모듈들(100)은 상이한 길이 및/또는 상이한 진동 방향 및/또는 상이한 스프링 장력 설정을 보유하는 것을 특징으로 하는 진동 저감 장치.
  27. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 모듈(100)을 포함하는, 특히 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 구조 설비용 구조 세그먼트, 특히 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 모듈(100)을 포함하는 풍력 발전 설비(1000)용 타워 세그먼트(1100).
  28. 제27항에 있어서, 복수의 모듈(100)은 중심에서 장치 축 상에 배치되어 바람직하게는 자유로운 중심 위치의 둘레에 원주방향을 따라서 회전 각도 대칭 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 구조 세그먼트.
  29. 타워(1001)와, 이 타워(1001) 상에 설치되어 로터(1003)를 지탱하는 곤돌라(1002)를 포함하는 풍력 발전 설비(1000)에 있어서, 상기 타워(1001)는 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 모듈을 구비한, 특히 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 장치를 구비한 타워 세그먼트(1100)를 포함하는, 특히 타워 세그먼트의 형태로 제27항 또는 제28항에 따른 구조 세그먼트를 포함하는, 풍력 발전 설비(1000).
  30. 제29항에 있어서, 상기 타워 세그먼트(1100)는, 상기 타워(1001)의 높이의 대략 2/3 안팎의 위치에 위치되는, 특히 대략 상기 타워의 높이의 2/3 위치 - 높이의 20% 내지 상기 타워의 높이의 2/3 위치 + 높이의 20% 사이에서 연장되는 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비(1000).
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