로터 블레이드 접착을 위한 디스펜싱 시스템

올바른 시스템 기술로 생산 시간 단축 및 비용 최적화

앞으로 수십 년 동안 전 세계 에너지 믹스에서 풍력발전이 차지하는 비중은 지속적으로 증가할 것입니다. 목표는 풍력 발전 단지가 화석 에너지보다 저렴한 가격으로 전기를 공급하는 것입니다. 따라서 로터 블레이드와 접착제 디스펜싱 및 혼합 시스템 제조업체는 앞으로 극복해야 할 여러 가지 과제를 안게 될 것입니다.

풍력 터빈용 로터 블레이드 제조 시 주요 고려 사항은 생산 시간을 단축하는 동시에 생산 비용을 절감하는 것입니다. 동시에 풍력 발전소 운영자는 블레이드에 20년 이상 지속되는 보증을 요구합니다. 이러한 모든 요구 사항을 충족하기 위해서는 관련된 여러 분야의 전문 지식을 모아 효율적으로 협력해야 합니다. 특히 접착제의 디스펜싱, 혼합 및 도포가 중요한 역할을 합니다(그림 1).

접착제 사용량 증가

길이가 100m가 넘는 로터 블레이드의 경우, 블레이드의 두 반쪽을 접착하는 데 최대 1200kg의 접착제가 필요합니다. 블레이드의 길이와 필요한 접착제의 양은 앞으로 더 늘어날 가능성이 높습니다. 접착제의 개봉 시간은 일반적으로 25°C에서 약 45분입니다. 블레이드 크기에 관계없이 이 시간 내에 접착 과정을 완료해야 합니다. 접착제는 각 접착제 구성 요소에 대한 폐쇄 루프 조절 시스템을 갖춘 고해상도 볼륨 카운터 장치를 사용하여 측정됩니다. 또한 센서를 통합하여 필요한 허용 오차 범위 내에서 도포 온도를 모니터링할 수 있습니다.

더 긴 로터 블레이드와 더 많은 양의 접착제로 인한 요구 사항을 충족하기 위해 도파그는 각 구성 요소에 대해 400리터 버퍼 탱크를 갖춘 초대형 디스펜싱 및 혼합 기계를 개발했습니다. 또한 디스펜싱 시스템에 필요한 공간을 줄이기 위해 이동식 리필 스테이션을 갖추고 있어 많은 기업의 생산 시설에서 중요한 고려 사항입니다. 이러한 시스템의 도움으로 사용자는 기계에 저장된 600리터 또는 약 750kg의 접착제를 효과적으로 사용할 수 있습니다. 그 결과 본딩 공정 일정이 촉박하더라도 디스펜싱 및 믹싱 기계가 두 대 이상 필요하지 않습니다. 리필 스테이션을 통해 작업자는 남은 재료를 다음 본딩 공정에 사용할 수 있으며 두 애플리케이션 사이에 사용 가능한 재료의 양을 최대로 유지할 수 있습니다.

3액형 접착제 처리

특정 제조 공정에는 3성분 접착제가 필요합니다. 고속 및 저속 경화 접착제를 처리하기 위해 특별히 설계된 기계가 시중에 나와 있습니다. 이러한 기계를 통해 로터 블레이드 제조업체는 개별 요구 사항에 가장 적합한 경화제를 선택하여 적용할 수 있습니다.


로터 블레이드의 작은 부분을 접착제 도포 마지막에 접착해야 하는 경우, 속경화 접착제를 사용하면 공정 속도가 빨라집니다. 메인 몰드(그림 2)와 같이 큰 부품의 경우 느린 경화 접착제를 사용하면 신중하고 철저한 접착 공정이 가능합니다.

다양한 접착제를 선택할 수 있는 옵션은 접착 공정의 전반적인 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 절차를 조정할 수 있는 다양한 기회를 제공합니다. 결과적으로 사용자는 로터 블레이드의 다양한 구성 요소에 대한 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

공정 가속화

재료의 특성으로 인해 접착 공정을 가속화하는 것은 중요한 과제입니다. 재료의 경화는 연속적인 공정이며 안정적인 접착력은 혼합 접착제의 개방 시간에 따라 달라지며, 이는 포트 수명의 중요한 측면입니다. 앞서 언급했듯이 블레이드 크기에 관계없이 45분 이내에 도포 사이클을 완료해야 합니다. 로터 블레이드의 길이가 길어짐에 따라 접착 공정의 속도도 빨라져야 합니다.

가장 최근에 개발된 고성능 디스펜싱 펌프는 매우 정확한 공정 설정으로 분당 30킬로그램 이상의 속도로 접착제를 디스펜싱할 수 있습니다. 또한 가변 유량과 추가 재료 버퍼를 갖춘 기계를 사용할 수 있어 공정 중에 재료를 다시 채울 필요가 없습니다. 이 새로운 기술 덕분에 지정된 시간 내에 접착제를 디스펜싱, 혼합 및 도포할 수 있습니다.


다양한 비드 프로파일을 사용한 적용

메인 몰드, 리딩 엣지, 트레일링 엣지 등 로터 블레이드의 다양한 섹션에 접착제를 도포할 때는 서로 다른 비드 프로파일이 필요합니다. 접착 간격의 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 각 로터 블레이드마다 최대 9번까지 노즐을 교체해야 하는 경우가 많습니다. 이 작업은 시간이 많이 걸리고 많은 작업이 수반됩니다. 본딩 공정의 상당 부분을 차지하며 로터 블레이드의 크기를 더 이상 늘리지 못할 수도 있습니다. 또한 본딩 포인트는 때때로 수작업으로 재작업(모양, 기포 등)을 해야 하므로 전체 공정에서 작업량이 상당히 증가합니다.

프라운호퍼 풍력 에너지 시스템 연구소 IWES는 한 번에 다양한 프로파일을 적용할 수 있는 접착제 도포용 가변 노즐을 개발했습니다. 이 노즐은 로터 블레이드의 여러 섹션에 적용되는 접착제 비드의 프로파일을 자동으로 조정할 수 있어 필요한 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 센서를 사용하면 이 공정을 부분 또는 완전 자동화할 수 있으며 접착 공정 시작부터 사용되는 재료의 양을 정확하게 측정할 수 있습니다(그림 4 및 5).

이러한 기술 개발을 통해 정확한 비드 프로파일로 각 섹션에 지정된 양의 접착제만 도포할 수 있으므로 최상의 품질을 보장하고 낭비를 최소화할 수 있습니다. 이러한 방식으로 접착된 로터 블레이드는 무게도 더 가볍습니다. 도파그는 가변형 접착제 도포 노즐을 글루믹스 계량 및 혼합 시스템에 통합했습니다(그림 3).


일관된 혼합 비율

제조업체는 로터 블레이드에 대해 20년 이상의 기간 동안 보증을 제공합니다. 이러한 약속을 충족하는 데 있어 중요한 요소 중 하나는 블레이드의 두 반쪽 사이의 영구적인 결합입니다. 이는 접착제를 도포하는 동안 재료 구성 요소의 지정된 혼합 비율이 일정하게 유지되어야만 보장될 수 있습니다. 풍력 발전 산업에서 주로 사용되는 접착제는 2액형 에폭시 수지입니다. 혼합 비율에 대한 허용 오차는 매우 엄격합니다. 비율은 경화제 ±2% 대 수지 100의 범위 내에서 유지되어야 합니다. 혼합 비율의 일관성은 폐쇄 루프 조절 시스템의 일부로 각 성분의 계량 펌프를 독립적으로 제어하고 작동하는 데 사용되는 고정밀 볼륨 카운터에 의해 보장됩니다.

도파그는 스핀들 유량계를 사용하여 다른 솔루션에 비해 체적 카운터의 압력 강하를 최소한으로 유지합니다. 이 기능을 통해 혼합 비율을 엔드투엔드 모니터링하고 제어할 수 있습니다.

또한 이 시스템에는 계량 시스템에 의존하는 자동 사전 보정 메커니즘이 있습니다. 이를 통해 비율을 정확하고 일관되게 유지할 수 있기 때문에 공정의 신뢰성이 크게 향상됩니다. 도파그는 이러한 기술을 글루믹스 시스템에 통합했습니다.

그림 5: 가변 접착제 도포 노즐은 다양한 프로파일의 접착 비드를 도포할 수 있습니다.

온라인 모니터링 및 예측 유지보수

시스템과 프로세스의 지속적인 융합을 통해 생산 체인의 다양한 요소를 서로 연결할 수 있습니다. 이 지속적인 프로세스(인더스트리 4.0)에는 보다 효율적이고 안정적인 생산 환경을 만들기 위한 데이터 분석 및 지능형 기술의 통합이 포함됩니다. 또한 연결성이 향상됨에 따라 로터 블레이드용 접착제를 혼합하는 공정에서 시스템 간 원활한 통신이 가능해졌습니다. 이를 통해 공정의 효율성이 향상되고 실시간으로 변화에 대응할 수 있습니다.

도파그 라이프사이클 로거(LCL)는 시스템의 온라인 모니터링과 예측 유지보수를 가능하게 하여 본딩 공정에서 상당한 발전을 이루었습니다. 과거에는 과거 운영 데이터에 대한 신뢰할 수 있는 분석을 수행하고 유지보수 주기 및 부품의 서비스 수명에 대한 결론을 도출하는 것이 거의 불가능했습니다. 새로운 모듈은 기계 운영자와 서비스 직원에게 계량 구성 요소의 모든 공정 파라미터와 사용 프로필에 대한 상세한 인사이트를 제공합니다. 여기에는 재료 수량 및 압력, 온도 및 가속도 데이터, 효율성에 관한 테스트 벤치 결과 및 기타 운영 데이터가 포함됩니다. 따라서 사용자는 이상 징후에 즉시 대응하고 높은 수준의 프로세스 안정성을 보장할 수 있습니다. 이는 예측 유지보수에도 도움이 됩니다. 운영자는 데이터를 비교하여 잠재적으로 중요한 마모 영역과 점차적으로 발생하는 결함을 조기에 식별할 수 있습니다.

종합 설비 효율(OEE)(그림 6)의 맥락에서 가용성, 성능 및 품질과 관련된 모든 주요 수치를 정확하게 문서화할 수 있습니다. OEE는 산업 플랜트의 생산성을 평가하기 위해 전 세계적으로 인정받는 표준으로, 운영 효율성을 개선하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 수명 주기 로거가 제공하는 데이터는 디스펜싱 기계의 실시간 생산성에 대한 전략적 계획 및 모니터링의 기초를 형성하며 최신 린 관리 시스템에 원활하게 통합할 수 있습니다.

정부 보조금

많은 국가에서 국내 풍력 에너지 부문의 확대는 에너지 믹스에서 전략적으로 중요합니다. 이에 따라 각국 정부는 다양한 연구 프로젝트를 적극적으로 지원하고 자금을 지원하고 있습니다. 그 목적은 특히 비용에 대한 상당한 압박과 관련하여 풍력 에너지 산업의 프로세스를 개선하는 것입니다. 각국 정부는 연구 프로젝트에 투자함으로써 혁신을 촉진하고 효율성을 높이며 지역 풍력 에너지 부문의 성장을 유지하려고 노력하고 있습니다. 이는 다양하고 지속 가능한 국내 에너지 환경의 개발을 장려합니다. 도파그는 여러 정부 지원 R&D 혁신 프로젝트의 파트너로서 풍력 터빈 제조업체 및 공급업체와 협력하여 생산 시스템과 공정의 비용 효율성을 최적화하기 위해 노력하고 있습니다.

미래는 어떻게 될까요?

육상 및 해상 풍력 발전 단지의 중요성은 앞으로 몇 년 동안 크게 증가할 것입니다. 터빈 개발자, 디스펜싱 시스템 제조업체 및 연구 기관은 현재 기술의 한계를 뛰어넘는 미래의 생산 프로세스를 연구하고 있습니다. 계량 및 혼합기 제조업체들은 진공 기반 드럼 교체를 통한 재료 공급의 품질부터 여기에 설명된 가변 노즐을 사용한 접착제 도포에 이르기까지 턴키 솔루션의 모든 측면을 지속적으로 개선하고 있습니다. 이들은 전동식으로 작동하는 팔레트 트럭 연결을 통합하여 금형을 따라 기계를 이동하고, 사용자의 개입 없이도 이동 경로에서 물체를 감지하는 회전 카메라를 통합하고 있습니다.

목표는 접착 공정을 최적화하여 금형 점유 시간을 최소한으로 줄이는 것입니다. 이를 통해 생산 시간을 단축할 뿐만 아니라 재료 낭비와 전체 생산 비용도 절감할 수 있습니다. 업계의 모든 영역에서 이러한 발전에 집중하고 있다는 사실은 미래 풍력 터빈 생산의 효율성과 지속 가능성을 높이기 위한 업계의 노력을 강조합니다.

DOPAG와의 파트너십

  • 전체 시스템 솔루션을 위한 하나의 Contact
  • 모든 어플리케이션에 대해 공급 가능
  • 구체적 요건 및 자동화 구현
  • DOPAG 전문가의 유능한 지원
  • 테스트와 고객 교육을 위한 전용 기술 센터
  • 재료 제조업체와 밀접한 협력
  • 수십 년 동안의 계량 및 혼합 기술 경험
  • 40개국 이상에서 글로벌 유통 및 서비스

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참조 프로젝트

적용

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