KR101171714B1 - 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 이를 이용한 풍력 발전기의 시공방법 - Google Patents

크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 이를 이용한 풍력 발전기의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기의 설치구조를 간소화하여 풍력 발전기의 시공비용을 절감하고 시공기간을 단축함과 아울러 풍력 발전기의 시공과정이 안정적으로 이루어져 안전사고를 방지할 수 있도록 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워는, 타워(20); 상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립되는 작업대(200); 및 상기 타워(20) 상으로 풍력발전설비(30)를 인양하기 위해 상기 작업대(200)에 조립되는 크레인(300);을 포함한다.

Description

크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 이를 이용한 풍력 발전기의 시공방법{INTEGRATED TOWER WITH A CRANE FOR WIND POWER GENERATOR AND CONSTRUCTION METHOD OF THE WIND POWER GENERATOR USING THEREOF}
본 발명은 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 이를 이용한 풍력 발전기의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 설치구조를 간소화하여 시공비용을 절감하고 시공기간을 단축함과 아울러 안전사고의 발생을 미연에 방지할 수 있도록 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 이를 이용한 풍력 발전기의 시공방법에 관한 것이다.
풍력 발전기는 블레이드를 구비한 로터헤드가 풍력에 의해 회전하고, 로터헤드의 회전을 변속장치에서 증속시켜 전기에너지를 생산하는 장치이다.
도 1은 종래 일반적인 풍력 발전기의 외관 사시도이다.
일반적으로 풍력 발전기는, 베이스(10) 상에 세워지는 타워(20)와, 타워(20)의 상단에 설치되는 풍력발전설비(30)를 포함하여 구성된다.
상기 풍력발전설비(30)는 타워(20)의 상단에 설치되는 나셀(nacelle, 31)과, 대략 수평인 횡방향의 회전축선 주위에 회전 가능하게 지지되어 나셀(31)의 일단부에 구비되며, 그 회전축선 주위에 방사상으로 복수의 블레이드(32)가 구비된 로터헤드(33)를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 상기 로터헤드(33)의 블레이드(32)에 부딪히는 바람의 힘에 의해 로터헤드(33)가 회전축선을 중심으로 회전되어 나셀(31) 내부에 설비된 발전기(미도시됨)에서 전기에너지를 발생시키게 된다.
도 2는 종래 풍력 발전기의 시공시 트랙 크레인(40)을 이용하여 타워(20)의 상부로 풍력발전설비(30)를 인양하는 모습을 나타낸 도면이다.
종래에는 풍력 발전기를 시공함에 있어서, 베이스(10) 상에 풍차발전용 타워(20)를 시공한 후에 트랙 크레인(40)을 이용하여 타워(20)의 상단에 풍력발전설비(30)를 인양하여 설치하는 방식을 적용하였다.
상기 트랙 크레인(40)은 빌딩이나 야적장 등의 건설현장에서 부피가 크고 중량인 화물을 인양하는데 사용되는 건설중장비로서, 그 기본 구조는 지면에 접촉되어 회전되는 궤도를 구비한 차량본체(41)와, 상기 차량본체(41) 상에 상하,좌우 방향으로 회전되도록 설치된 붐대(Boom, 42)와, 상기 차량본체(41)에 구비되는 윈치(미도시됨)의 작동에 의해 길이가 조절되며 붐대(42)의 끝단에 연결되어 풍력발전설비(30)와 같은 중량의 화물을 후크블록(44)에 걸어 인양하기 위한 호이스팅 와이어(Hoisting Wire, 43)로 구성된다.
풍력 발전기가 점차 대형화되면서 타워(20)의 높이가 높아짐과 동시에 타워(20)의 상단에 설치되는 풍력발전설비(30)의 크기와 중량 또한 커지게 되고, 이러한 풍력발전설비(30)를 인양하기 위해서는 대형의 트랙 크레인(40)의 사용이 요구된다. 즉, 대형 풍력발전설비(30)는 그 중량이 70~130톤에 이르며, 이러한 중량물의 인양을 위해서는 붐대(42)의 길이와 선회되는 각도의 한계를 고려할 때 650~700톤의 중량을 인양할 수 있는 용량을 갖춘 대형의 트랙 크레인(40)을 사용해야 한다. 그러나 이와 같은 대형의 트랙 크레인(40)을 사용하기 위해서는 타워(20)의 주변에 트랙 크레인(40)의 이동이 가능한 지형조건이 마련되어야 하므로 트랙 크레인(40)의 이동에 제한이 따를 뿐만 아니라 트랙 크레인(40)의 사용에 많은 비용이 소요되어 시공비용이 증가하고 시공기간이 길어질 수밖에 없는 문제점이 있다.
특히, 풍력발전설비(30)를 후크블록(44)에 걸어 타워(20) 상으로 인양하는 과정에서 붐대(42)의 선회 범위가 커지게 되어 호이스팅 와이어(43)의 흔들림에 의해 후크블록(44)에 걸려 인양되는 풍력발전설비(30)가 균형을 잃고 분리되어 아래로 추락하거나, 지반이 평탄하지 않은 조건에서 트랙 크레인(40)을 이용하여 풍력 발전설비(30)를 인양할 경우에는 중량물의 하중에 의해 트랙 크레인(40)이 전도되어 주변 설비를 파손시키거나 심지어 인명손실을 초래할 수 있는 위험이 상존하게 된다.
종래 대형의 크레인을 사용하기 어려운 장소에서 풍력 발전기를 시공하기 위한 선행기술로, 공개특허 제10-2006-0083826호에 개시된 풍차설치용 해상크레인은, 풍차탑 베이스 위에 안정판을 설치하고, 상기 안정판 위에 철골탑 축조용 단위구조물을 순차로 체결하여 고층 크레인탑을 구축하여, 풍차용 타워의 상단에 나셀 등의 풍력발전설비를 인양 및 설치하는 구성이 나타나 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 타워에 인접하여 크레인탑을 설치함으로써 대형의 크레인을 설치하기 어려운 장소에서 타워의 상단에 풍력발전설비를 인양 및 설치하는 작업이 가능해지는 이점은 있으나, 타워의 시공과는 별도의 공정에 의해 크레인탑을 설치해야 하므로 그 설치작업에 많은 시간과 비용이 소요되고, 풍력 발전기의 시공을 완료한 후에 크레인탑을 해체하는 작업 또한 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 풍력 발전기의 설치구조를 간소화하여 풍력 발전기의 시공비용을 절감하고 시공기간을 단축함과 아울러 풍력 발전기의 시공과정이 안정적으로 이루어져 안전사고를 방지할 수 있도록 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워 및 풍력 발전기의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워는, 타워(20); 상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립되는 작업대(200); 및 상기 타워(20) 상으로 풍력발전설비(30)를 인양하기 위해 상기 작업대(200)에 조립되는 크레인(300);을 포함한다.
이 경우 상기 상부 조립체(21)의 측부 둘레에는 작업대지지 어셈블리(110)가 결합되고, 상기 작업대(200)와 상기 작업대지지 어셈블리(110) 및 상기 상부 조립체(21)는 제1유압잭(400)이 관통되어 상호 결합된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 상부 조립체(21)의 측벽에는 지지프레임(120)이 횡방향으로 관통되며 서로 직교하도록 구비되고, 상기 상부 조립체(21)의 외측으로 돌출된 상기 지지프레임(120)의 단부에는 상기 작업대(200)와 상기 크레인(300)을 인양하기 위한 인양롤러(130)가 연결설치된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 작업대지지 어셈블리(110)는 양측으로 분할 형성되는 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)로 이루어지고; 상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부에는 체결돌부(112)가 상하로 이격되어 형성되고, 상기 제2지지부재(110-2)의 양측단부에는 상기 체결돌부(112)가 끼움결합되는 체결홈부(113)가 상하로 이격되어 형성되며; 상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부와 상기 제2지지부재(110-2)의 양측단부에는 상기 체결돌부(112)와 체결홈부(113)의 끼움결합시 상하로 관통되도록 대응하는 위치에 체결공(112a,113a)이 형성되어, 상기 체결공(112a,113a)을 상하로 관통하는 체결수단(114)에 의해 조립되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 작업대(200)는, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측에 각각 결합되는 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220); 및 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측단부 사이에 조립되는 제3컨테이너(230);로 구성될 수 있다.
또한 상기 제3컨테이너(230)는 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측단부에 횡방향으로 형성된 관통구(201)를 관통하고, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 외측으로 돌출된 상기 제3컨테이너(230)의 양단에는 상하로 대응하는 위치에 관통공(231)이 형성되어 상기 관통공(231)에 고정핀(232)이 체결되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1유압잭(400)은 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 소정간격으로 이격되어 복수로 장착되고, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)는 상기 제1유압잭(400)의 로드(420)가 상기 제1컨테이너(210)의 내벽(210a)과 제2컨테이너(220)의 내벽(220a)을 각각 관통하고, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)를 관통하며, 상기 상부 조립체(21)를 관통한 후, 상기 로드(420)의 돌출된 단부에 체결수단(430)이 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1컨테이너(210)와 상기 제1지지부재(110-1)의 중간부 간의 접촉부와, 상기 제2컨테이너(220)와 상기 제2지지부재(110-2)의 중간부 간의 접촉부는 용접결합된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에는 상기 제1유압잭(400)의 전후방으로 이격되어 제2유압잭(500)이 고정장착되고, 상기 제2유압잭(500)의 로드(520)가 상기 제1컨테이너(210)의 내벽(210a)과 제2컨테이너(220)의 내벽(220a)을 각각 관통하여, 상기 로드(520)의 단부가 상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부에 형성된 연결클립(111-1)과 제2지지부재(110-2)의 양측단부에 형성된 연결클립(111-2)에 연결되어, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)가 대향하는 반원 형상의 원통체를 이루도록 가압하는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에는, 양측으로 배치된 붐대(310)의 하단부의 회전축(311)을 선회가능하게 연결하는 유압잭(313)과, 유압에 의해 상기 붐대(310)를 선회시키는 유압실린더(320)가 장착되고; 상기 붐대(310)의 상단부에는 상기 풍력발전설비(30)를 인양하기 위한 후크블록(340)에 연결되는 호이스팅 와이어(330)가 상기 작업대(200)의 후방측으로 연결되도록 가이드하는 풀리(351,353)가 구비되며; 상기 작업대(200)의 후방측으로 연결된 호이스팅 와이어(330)는 상기 작업대(200)의 후방부 양측에 구비된 풀리(354)를 경유하며 윈치(360)에 감기는 것;으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전기의 시공방법은, (a) 타워(20)를 시공하고 타워(20)의 상부 조립체(21)에 인양롤러(130)를 설치하는 단계; (b) 지상에서 복수의 컨테이너(210,220,230)를 조립하여 작업대(200)를 형성하는 단계; (c) 상기 작업대(200)에 크레인(300)을 조립하는 단계; (d) 상기 크레인(300)이 조립된 작업대(200)를 상기 인양롤러(130)를 이용하여 상기 타워(20)의 상부로 인양하는 단계; (e) 상기 작업대(200)를 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립하는 단계; (f) 상기 크레인(300)을 이용하여 풍력발전설비(30)를 상부 조립체(21) 상으로 인양하여 설치하는 단계; (g) 상기 상부 조립체(21)에서 작업대(200)를 분리하는 단계; 및 (h) 상기 작업대(200)와 크레인(300)을 지상으로 하강 이동시키는 단계;를 포함한다.
이 경우 상기 (a) 단계는, 상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)를 관통하여 지지프레임(120)을 설치하고, 상기 상부 조립체(21)의 외측으로 돌출된 상기 지지프레임(120)의 단부에 상기 작업대(200)와 크레인(300)을 인양하기 위한 인양롤러(130) 및 와이어(140)에 연결된 후크블록(135)을 결합하고, 상기 와이어(140)의 일단은 지상에 설치된 풀리(150)와 윈치(160)에 연결하는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 (b) 단계는, 양측으로 나란한 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측단부 사이에 제3컨테이너(230)를 조립하고, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 대향되는 내측면의 중간부에는 각각 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 중간부를 일체로 결합하는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 (e) 단계는, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 장착되는 제1유압잭(400)을 이용하여 상기 제1컨테이너(210)와 상기 제1지지부재(110-1) 및 상기 상부 조립체(21)를 관통결합시킴과 동시에, 상기 제2컨테이너(220)와 제2지지부재(110-2) 및 상기 상부 조립체(21)를 관통결합시키는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 (e) 단계는, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 장착되는 제2유압잭(500)을 이용하여 상기 제1컨테이너(210)를 관통하여 상기 제1지지부재(110-1)의 양측부를 가압함과 동시에 상기 제2컨테이너(220)를 관통하여 상기 제2지지부재(110-2)의 양측부를 가압하여, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측단부가 체결수단(114)에 의해 결합되는 작업대지지 어셈블리(110)를 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 지상에서 조립된 작업대와 크레인을 타워의 상부 조립체에 구비된 인양롤러를 이용하여 인양하고 상부 조립체에 견고하게 조립된 상태에서 작업대 상에 조립된 크레인을 이용하여 풍력발전설비를 타워의 상부로 인양하여 설치하고, 풍력발전설비의 시공이 완료된 후에는 상부 조립체에서 작업대를 해체하여 다른 풍력 발전기의 시공작업에 재사용함으로써 풍력 발전기의 설치구조를 간소화하고 시공비용의 절감 및 시공기간의 단축이 가능한 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 풍력 발전기의 시공을 위해 종래와 같은 대형의 트랙 크레인을 사용할 필요가 없게 되어 타워 주변의 지형 환경에 크게 영향을 받지 않고 풍력발전설비의 인양 및 설치 작업이 가능해진다.
또한 본 발명에서는 풍력발전설비의 인양 및 설치를 위한 작업대와 이에 조립되는 크레인 및 상부 조립체에 구비되는 인양롤러를 포함한 구성 장비들 상호간에 조립 및 해체가 용이한 구조로 이루어지므로 작업현장에서의 장비 운반이 용이해진다.
또한 본 발명에 의하면, 타워의 상부에 풍력발전설비의 시공작업이 안정적으로 이루어지게 되므로 풍력 발전기의 시공 시 안전사고의 발생을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 시공비용을 줄이면서 시공기간을 단축하여 풍력 발전기의 대량 건설이 가능해지므로 풍력 에너지의 개발을 촉진시켜 산업발전에 이바지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 풍력 발전기의 외관 사시도,
도 2는 종래 풍력 발전기의 시공시 트랙 크레인을 이용하여 타워의 상부로 풍력발전설비를 인양하는 모습을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워의 측면도,
도 4는 도 3의 정면에서 바라본 종단면도,
도 5는 도 3의 평면도,
도 6은 작업대의 분해 사시도,
도 7은 작업대가 조립된 모습을 나타낸 사시도,
도 8은 작업대에 크레인이 조립된 모습을 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 시공방법을 나타낸 순서도,
도 10은 타워조립체가 시공된 모습을 나타낸 도면,
도 11은 타워조립체의 상부로 작업대와 크레인이 인양되는 모습을 나타낸 도면,
도 12는 상부 조립체에 작업대가 조립된 모습을 나타낸 도면,
도 13은 크레인을 이용하여 풍력발전설비를 인양하는 모습을 나타낸 도면,
도 14는 크레인의 붐대가 회전되어 타워 상에 풍력발전설비가 안착되는 모습을 나타낸 도면,
도 15는 상부 조립체에서 작업대와 크레인이 분리되어 하강 이동되는 모습을 나타낸 도면,
도 16은 풍력 발전기의 시공이 완료된 상태는 나타낸 도면.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다. 먼저, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워의 구성 및 작용을 설명한다.
본 발명에 따른 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워는, 조립체(21,22,23)가 지상으로 다단 적층되어 시공되는 타워(20)와, 상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립되는 작업대(200) 및 상기 타워(20) 상으로 나셀(31)과 블레이드(32)가 방사상으로 구비된 로터헤드(33)를 포함하는 풍력발전설비(30)를 인양하여 설치하기 위해 상기 작업대(200)에 조립되는 크레인(300)을 포함하여 구성된다.
상기 타워(20)는 지상의 베이스(10) 상에 높이방향으로 복수로 분할된 섹션 단위의 조립체(21,22,23)를 축조하여 시공되는 것으로, 공지된 다양한 시공방법에 의해 축조될 수 있다. 예컨대, 상기 조립체(21,22,23)는 소직경의 원통체와 그 외측을 둘러싸는 대직경의 원통체 형상의 철골 구조물을 포함하고, 그 사이 공간에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설한 구조로 이루어질 수 있으며, 상하로 적층되는 조립체(21,22,23) 간의 연결부는 다양한 구조의 체결수단에 의해 결착되는 것으로 구성될 수 있다.
상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측벽에는, 도 5에 도시된 바와 같이 지지프레임(120)이 관통구(21a)를 횡방향으로 관통되며 서로 직교하도록 구비되고, 상기 상부 조립체(21)의 외측으로 돌출되는 지지프레임(120)의 단부에는 인양롤러(130)의 상단부가 결합되는 러그(120a)가 형성되어 있다. 상기 인양롤러(130)는 작업대(200)와 크레인(300)이 조립된 중량물을 타워(20)의 상부로 인양하기 위한 수단이며, 상하로 위치하는 한 쌍의 롤러(130a,130b)로 구성될 수 있으며, 상기 인양롤러(130)에는 와이어(140)가 권취되어 지상에 설치된 풀리(150)와 윈치(160)에 연결된다. 상기 인양롤러(130) 중 상측에 위치한 롤러(130a)는 상기 지지프레임(120)의 러그(120a)에 연결되어 고정되고, 하측에 위치한 롤러(130b)에는 후크블록(135)이 연결되며, 상기 윈치(160)의 작동시 하측에 위치한 롤러(130b)는 상하방향으로 이동하게 된다. 그리고 상기 인양롤러(130)는 상부 조립체(21)의 측부 3개소에 구비되어, 후술되는 작업대(200)를 구성하는 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220) 및 제3컨테이너(230)에 각각의 후크블록(135)을 걸어 인양작업을 수행하게 된다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 작업대(200)는 타워(20) 상으로 풍력발전설비(30)를 인양하기 위한 크레인(300)의 조립을 위한 지지구조물의 역할과 함께 풍력발전설비(600)의 유지보수를 위한 작업공간을 제공하는 역할을 하는 것으로, 양측으로 나란하게 배치되는 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220) 및 이들의 일측 단부 사이에 조립되는 제3컨테이너(230)로 구성된다.
상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220) 및 제3컨테이너(230) 간의 조립은, 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측부에는 횡방향으로 관통되는 관통구(201)가 형성되고, 상기 관통구(201)를 통하여 제3컨테이너(230)를 횡방향으로 슬라이딩시켜 삽입하고, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 외측으로 돌출된 제3컨테이너(230)의 양단부에는 상하로 대응하는 위치에 관통공(231)이 형성되어 상기 관통공(231)에 고정핀(232)이 상하로 관통되어 결합된다. 이와 같이 작업대(200)를 복수의 컨테이너(210,220,230)를 조립 및 해체 가능한 구조로 형성함으로써 작업대(200)의 운송 및 설치작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다.
상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 대향되는 내측면에는 판형상으로 이루어진 제1지지부재(110-1)의 중간부와 제2지지부재(110-2)의 중간부가 용접에 의해 견고하게 체결된다. 본 실시예에서는 제1컨테이너(210)와 제1지지부재(110-1), 제2컨테이너(220)와 제2지지부재(110-2) 간에 용접부(415,425)를 통해 체결된 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 기타 볼트와 너트, 리벳, 핀 등의 체결수단을 통해 결합될 수 있음은 물론이다.
상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)는 양측으로 분할된 구성으로 이루어져 있으나, 상부 조립체(21)의 측부에 결합시에는 각각의 양측단부가 결합되어 작업대지지 어셈블리(110)를 형성하게 된다. 도 6을 참조하면, 상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부에는 체결돌부(112)가 상하 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 제2지지부재(110-2)의 양측단부에는 상기 체결돌부(112)가 끼움결합되는 체결홈부(113)가 상하 일정간격 이격되어 형성되며, 제1지지부재(110-1)의 양측단부와 제2지지부재(110-2)의 양측단부에는 상기 체결돌부(112)와 체결홈부(113)의 끼움결합시 상하로 관통되도록 대응하는 위치에 체결공(112a,113a)이 형성되어, 상기 체결공(112a,113a)을 상하로 관통하는 체결수단(114)에 의해 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)가 상부 조립체(21)의 외측면에 결합된다.
상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 내부에는, 길이방향 중간부에 상하, 좌우로 소정간격을 두고 복수의 제1유압잭(400)이 장착되고, 상기 제1유압잭(400)의 전후방으로 이격되어 상하 간격을 두고 제2유압잭(500)이 장착된다.
상기 제1유압잭(400)은 상부 조립체(21)의 일측부에 제1컨테이너(210)와 제1지지부재(110-1)를 관통시켜 결합하고, 상부 조립체(21)의 타측부에 제2컨테이너(220)와 제2지지부재(110-2)를 관통시켜 결합하기 위한 수단이다. 상기 제1유압잭(400)은 실린더(410)와 로드(420)로 구성되고, 상기 로드(420)가 관통되도록 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220) 및 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)에는 관통공이 형성되고, 상부 조립체(21)에도 이들에 각각 대응되는 위치에 관통공(21a)이 형성되어 있다.
상기 제2유압잭(500)은 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2) 간의 체결시에 제1지지부재(110-2)의 양측부와 제2지지부재(110-2)의 양측부를 가압하여 판형상의 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)가 반원형상이 되도록 함으로써 원통형의 작업대지지 어셈블리(110)를 형성하기 위한 구성이다. 상기 제2유압잭(500)은 실린더(510)와 로드(520)로 구성되고, 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에는 로드(520)가 관통되는 관통공이 형성되어 있고, 상기 로드(520)의 단부는 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)에 형성되는 연결클립(111-1,111-2)에 결합된다.
상기 작업대(200)는 상부 조립체(21)의 전방측이 개방되도록 상부 조립체(21)의 둘레에 평면상에서 바라볼 때 대략 'ㄷ'자 형상의 결합구조를 갖게 되며, 상기 전방측의 개구부는 크레인(300)에 의한 풍력발전설비(30)의 인양시에 크레인(300)의 붐대(310)와 후크블록(340)에 의해 인양되는 풍력발전설비(30)가 타워(20) 상으로 이동되는 통로를 제공하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기와 같이 작업대(200)가 조립되면, 작업대(200) 상에는 크레인(300)이 조립된다. 상기 크레인(300)은, 붐대(310)와, 상기 붐대(310)의 중간부에 마련된 로드거치부(312)와, 제1컨테이너(210) 및 제2컨테이너(220)의 상면에 마련된 유압실린더 장착구(212,222)에 양단이 연결되어 상기 붐대(310)를 선회시키는 유압실린더(320)를 포함한다. 상기 붐대(310)의 상단부에는 풍력발전설비(30)를 인양하기 위한 후크블록(340)의 풀리(352)에 연결되는 호이스팅 와이어(330)가 작업대(200)의 후방측으로 연결되도록 안내하는 복수개의 풀리(351,353)가 구비되며, 상기 작업대(200)의 후방측으로 연결된 호이스팅 와이어(330)는 제1컨테이너(210)에 후방측벽(210c)의 양측에 상하로 마련된 풀리 장착구(213)에 결합되는 풀리(354)를 경유하여 방향이 전환되어 제1컨테이너(210)의 전방측에 장착된 윈치(360)에 감기게 된다.
상기 작업대(200)에는 크레인(300)의 조립과 해체가 용이하도록 하기 위한 구성으로, 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 상면에는 붐대(310) 하단부의 회전축(311)이 삽입되는 회전축 장착구(215)가 회전축(311) 하단부의 양측에 위치하도록 돌출형성되고, 상기 회전축 장착구(215) 사이에 삽입된 붐대(310)의 회전축(311)은 이들을 관통하는 유압잭(313)의 신축동작에 의해 회전축 장착구(215)에 결합되거나 해체 가능한 상태가 된다. 즉, 유압잭(313)의 로드가 신장된 경우에는 회전축 장착구(215)에 회전축(311)이 결합되고, 유압잭(313)의 로드가 당겨질 경우에는 회전축 장착구(215)에서 회전축(311)이 해체 가능한 상태가 된다.
또한 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 상면에는 유압실린더(320)의 하단부가 삽입되는 유압실린더 장착구(212,222)가 마련되고, 상기 유압실린더 장착구(212,222) 사이에 삽입된 유압실린더(320)의 하단부는 이들을 관통하는 유압잭(216,226)의 신축동작에 의해 결합되거나 해체 가능한 상태가 된다.
그리고 작업대(200)에 결합되는 풀리(354)와 윈치(360) 또한 작업대(200)에 착탈 가능하도록 결합된다.
이와 같이 작업대(200)가 복수의 컨테이너(210,220,230)가 조립된 구조로 이루어지고, 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 각각 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)가 체결되고, 작업대(200)에 크레인(300)이 조립된 조립체는 상부 조립체(21)의 측부 3개소에 구비된 인양롤러(130) 및 이에 와이어(140)로 연결된 윈치(160)의 작동에 의해 타워(20)의 상부로 인양되며, 상기 작업대(200)를 구성하는 각 컨테이너(210,220,230)에는 인양롤러(130)의 후크블록(135)을 걸기 위한 걸림고리가 형성될 수 있다.
상기 작업대(200)와 크레인(300)의 인양시에는, 'ㄷ'자 형상으로 배치된 작업대(200)와의 무게 균형을 위하여 크레인(300)의 붐대(310)는 제3컨테이너(230)의 반대측을 향하여 선회된 상태에서 인양작업을 수행하게 된다.
상기 인양롤러(130)에 의해 상부 조립체(21)의 측부로 인양된 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220) 및 이에 일체로 결합된 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)는 제1유압잭(400)에 의해 상부 조립체(21)에 결합된다.
이 경우 상기 제1유압잭(400)의 로드(420)가 신장되어 제1컨테이너(210)의 내벽(210a)과 제1지지부재(110-1) 및 상부 조립체(21)의 벽체를 관통하여 그 단부가 체결부재(430)에 결합되고, 제2컨테이너(220)의 내벽(220a)과 제2지지부재(110-2) 및 상부 조립체(21)의 벽체를 관통하여 그 단부가 체결부재(430)에 결합하게 된다.
이와 함께 제2유압잭(500)의 로드(520)가 신장되어 상기 로드(520)의 단부에 연결클립(111-1,111-2)을 통해 연결된 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측단부가 가압되어 상부 조립체(21)의 외측면 둘레에 밀착되는 원통형상의 작업대지지 어셈블리(110)를 형성하게 되며, 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측단부는 체결수단(114)에 의해 결합된다.
이와 같이 제1유압잭(400)과 제2유압잭(500)을 이용하여 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220) 및 이들에 일체로 결합된 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)를 상부 조립체(21)에 조립할 경우, 유압에 의해 로드(420,520)가 돌출되는 길이를 자유롭게 조절할 수 있게 되어 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)를 상부 조립체(21)에 견고하게 밀착된 상태로 체결할 수 있으며, 해체작업 또한 용이해지는 이점이 있다.
이하, 도 9 내지 도 16을 참조하여, 상기와 같이 구성된 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워를 이용한 풍력 발전기의 시공 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 풍력 발전기의 시공방법은, 조립체(21,22,23)를 지상으로 다단 적층하여 타워(20)를 시공하고, 타워(20)의 상부 조립체(21)에 관통공(21a)을 형성하는 단계(S 10, 도 10), 지상에서 복수의 컨테이너(210,220,230)를 조립하여 작업대(200)를 형성하는 단계(S 20), 상기 작업대(200)에 크레인(300)을 조립하는 단계(S 30), 상기 크레인(300)이 조립된 작업대(200)를 타워(20)의 상부로 인양하는 단계(S 40, 도 11), 상기 작업대(200)를 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립하는 단계(S 50, 도 12), 상기 크레인(300)을 이용하여 풍력발전설비(30)를 상부 조립체(21) 상으로 인양하여 설치하는 단계(S 60, 도 13 및 도 14), 상기 상부 조립체(21)에서 작업대(200)를 분리하는 단계(S 70), 상기 작업대(200)와 크레인(300)을 지상으로 하강 이동시키는 단계(S 80, 도 15)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 (S 10) 내지 (S 50)까지의 단계에서, 타워(20)를 시공하는 과정, 작업대(200)를 조립하는 과정, 작업대(200)에 크레인(300)을 조립하는 과정 및 작업대(200)와 크레인(300)을 타워(20)의 상부로 인양하여 상부 조립체(21)에 조립하는 과정에 대해서는 전술한 바와 동일한 과정으로 수행되므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략하고, 이하에서는 상기 (S 60) 이하의 단계를 설명한다.
상기 (S 60) 단계에서, 타워(20) 상부의 작업대(200)에 조립된 크레인(300)을 이용하여 풍력발전설비(30)를 인양하는 과정은, 호이스팅 와이어(330)가 감겨있는 윈치(360)를 호이스팅 와이어(330)가 되감기는 방향으로 회전시켜 후크블록(340)을 지상으로 하강시킨 후, 후크블록(340)에 풍력발전설비(30)를 걸고, 윈치(360)를 감는 방향으로 회전시켜 호이스팅 와이어(330)를 감게 되면, 후크블록(340)이 수직 상방향으로 이동되면서 이에 연결된 풍력발전설비(30)는 붐대(310)의 상단을 향해 이동하게 된다.
풍력발전설비(30)가 타워(20)의 상단보다 높은 위치에 다다르게 되면, 윈치(360)의 회전을 정지시키고 유압실린더(320)를 작동시켜 로드(321)를 신장시키게 되면 붐대(310)가 그 하단의 회전축(311)을 중심으로 후방으로 선회되고, 풍력발전설비(30)가 작업대(200) 전방의 개구부를 통과하여 상부 조립체(21)의 직상방에 위치하게 되면 유압실린더(320)의 작동을 멈추고, 다시 윈치(360)를 되감는 방향으로 회전시켜 풍력발전설비(30)를 상부 조립체(21) 상의 정위치에 설치하게 된다.
이와 같은 과정으로 타워(20)의 상부에 풍력발전설비(30)의 설치가 완료되면, (S 70) 단계로서 상부 조립체(21)에서 작업대(200)와 작업대지지 어셈블리(110)를 분리하는 작업을 수행한다. 이 경우 먼저 인양롤러(130)의 후크블록(135)에 작업대(200)의 제1 내지 제3컨테이너(210,220,230)를 걸어둔 상태에서, 제1유압잭(400)의 로드(420)의 단부에 체결되어 있는 체결부재(340)를 분리하고, 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측단부에 결합된 체결부재(114)를 분리하고, 제1유압잭(400)의 로드(420)와 제2유압잭(500)의 로드(520)가 각 실린더(410,510)의 내측으로 수축되도록 작동시키게 된다. 이때, 제1유압잭(400)의 수축동작에 의해 작업대(200)는 상부 조립체(21)로부터 분리되고, 제2유압잭(500)의 수축동작에 의해 작업대지지 어셈블리(110)는 상부 조립체(21)의 측면에 밀착된 상태가 해제되어 원래의 평판 형상으로 복원된다.
이와 같이 작업대(200)가 상부 조립체(21)에서 분리되면, (S 80) 단계로서, 인양롤러(130) 및 이에 연결된 지상의 윈치(160)를 작동시켜 작업대(200)와 크레인(300)을 지상으로 하강 이동시킨다.
지상으로 이동된 작업대(200)와 크레인(300)은 이동을 용이하게 하기 위하여 필요에 따라서는 그 구성부품별로 분리할 수 있으며, 다른 풍력 발전기의 시공에 재사용될 수 있다.
그리고 상부 조립체(21)에 결합되어 있던 지지프레임(120)과 인양롤러(130)는 타워(20) 내부의 작업공간에서의 분리작업을 거쳐 작업현장에 대기중인 소형의 크레인을 이용하여 지상으로 하강 이동시키게 되며, 상부 조립체(21)에 지지프레임(120)의 설치를 위해 형성된 구멍과, 제1유압잭(300)의 로드(320)를 관통시키기 위해 형성된 구멍은 별도의 마감처리를 거쳐서 도 16에 도시된 바와 같이 풍력 발전기의 시공을 완료하게 된다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명 되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
10 : 베이스 20 : 타워
21,22,23 : 조립체 30 : 풍력발전설비
31 : 나셀 32 : 블레이드
33 : 로터헤드 40 : 트랙 크레인
41 : 차량본체 42 : 붐대
43 : 호이스팅 와이어 44 : 후크블록
110 : 작업대지지 어셈블리 110-1 : 제1지지부재
110-2 : 제2지지부재 111-1,111-2 : 연결클립
112 : 체결돌부 113 : 체결홈부
114 : 체결수단 120 : 지지프레임
120a : 러그 130 : 인양롤러
135 : 후크블록 140 : 와이어
150 : 풀리 160 : 윈치
200 : 작업대 210 : 제1컨테이너
215 : 회전축 장착구 220 : 제2컨테이너
230 : 제3컨테이너 231 : 관통공
232 : 고정핀 212,222 : 유압실린더 장착구
213 : 풀리 장착구 300 : 크레인
310 : 붐대 311 : 붐대의 회전축
312 : 로드 거치부 313 : 유압잭
320 : 유압실린더 321 : 로드
330 : 호이스팅 와이어 340 : 후크블록
351,352,353,354 : 풀리 360 : 윈치
400 : 제1유압잭 410 : 실린더
415,425 : 용접부 420 : 로드
500 : 제2유압잭 510 : 실린더
520 : 로드

Claims (15)

  1. 타워(20);
    상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립되는 작업대(200); 및
    상기 타워(20) 상으로 풍력발전설비(30)를 인양하기 위해 상기 작업대(200)에 조립되는 크레인(300);을 포함하되,
    상기 상부 조립체(21)의 측부 둘레에는 작업대지지 어셈블리(110)가 결합되고, 상기 작업대(200)와 상기 작업대지지 어셈블리(110) 및 상기 상부 조립체(21)는 제1유압잭(400)이 관통되어 상호 결합되고;
    상기 작업대지지 어셈블리(110)는 양측으로 분할 형성되는 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)로 이루어지고;
    상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부에는 체결돌부(112)가 상하로 이격되어 형성되고, 상기 제2지지부재(110-2)의 양측단부에는 상기 체결돌부(112)가 끼움결합되는 체결홈부(113)가 상하로 이격되어 형성되며;
    상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부와 상기 제2지지부재(110-2)의 양측단부에는 상기 체결돌부(112)와 체결홈부(113)의 끼움결합시 상하로 관통되도록 대응하는 위치에 체결공(112a,113a)이 형성되어, 상기 체결공(112a,113a)을 상하로 관통하는 체결수단(114)에 의해 조립되는 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 조립체(21)의 측벽에는 지지프레임(120)이 횡방향으로 관통되며 서로 직교하도록 구비되고, 상기 상부 조립체(21)의 외측으로 돌출된 상기 지지프레임(120)의 단부에는 상기 작업대(200)와 상기 크레인(300)을 인양하기 위한 인양롤러(130)가 연결설치된 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 작업대(200)는, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측에 각각 결합되는 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220); 및 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측단부 사이에 조립되는 제3컨테이너(230);로 이루어진 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3컨테이너(230)는 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측단부에 횡방향으로 형성된 관통구(201)를 관통하고, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 외측으로 돌출된 상기 제3컨테이너(230)의 양단에는 상하로 대응하는 위치에 관통공(231)이 형성되어 상기 관통공(231)에 고정핀(232)이 체결되는 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1유압잭(400)은 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 소정간격으로 이격되어 복수로 장착되고,
    상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)는 상기 제1유압잭(400)의 로드(420)가 상기 제1컨테이너(210)의 내벽(210a)과 제2컨테이너(220)의 내벽(220a)을 각각 관통하고, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)를 관통하며, 상기 상부 조립체(21)를 관통한 후, 상기 로드(420)의 돌출된 단부에 체결수단(430)이 결합되는 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1컨테이너(210)와 상기 제1지지부재(110-1)의 중간부 간의 접촉부와, 상기 제2컨테이너(220)와 상기 제2지지부재(110-2)의 중간부 간의 접촉부는 용접결합된 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에는 상기 제1유압잭(400)의 전후방으로 이격되어 제2유압잭(500)이 고정장착되고, 상기 제2유압잭(500)의 로드(520)가 상기 제1컨테이너(210)의 내벽(210a)과 제2컨테이너(220)의 내벽(220a)을 각각 관통하여, 상기 로드(520)의 단부가 상기 제1지지부재(110-1)의 양측단부에 형성된 연결클립(111-1)과 제2지지부재(110-2)의 양측단부에 형성된 연결클립(111-2)에 연결되어, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)가 대향하는 반원 형상의 원통체를 이루도록 가압하는 것을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에는, 양측으로 배치된 붐대(310)의 하단부의 회전축(311)을 선회가능하게 연결하는 유압잭(313)과, 유압에 의해 상기 붐대(310)를 선회시키는 유압실린더(320)가 장착되고;
    상기 붐대(310)의 상단부에는 상기 풍력발전설비(30)를 인양하기 위한 후크블록(340)에 연결되는 호이스팅 와이어(330)가 상기 작업대(200)의 후방측으로 연결되도록 가이드하는 풀리(351,353)가 구비되며;
    상기 작업대(200)의 후방측으로 연결된 호이스팅 와이어(330)는 상기 작업대(200)의 후방부 양측에 구비된 풀리(354)를 경유하며 윈치(360)에 감기는 것;을 특징으로 하는 크레인 일체형 풍력 발전기용 타워.
  11. (a) 타워(20)를 시공하고 타워(20)의 상부 조립체(21)에 인양롤러(130)를 설치하는 단계;
    (b) 지상에서 양측으로 나란한 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 일측단부 사이에 제3컨테이너(230)를 조립하고, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)의 대향되는 내측면의 중간부에는 각각 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 중간부를 일체로 결합하여 작업대(200)를 형성하는 단계;
    (c) 상기 작업대(200)에 크레인(300)을 조립하는 단계;
    (d) 상기 크레인(300)이 조립된 작업대(200)를 상기 인양롤러(130)를 이용하여 상기 타워(20)의 상부로 인양하는 단계;
    (e) 상기 작업대(200)를 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)의 측부에 조립하는 단계;
    (f) 상기 크레인(300)을 이용하여 풍력발전설비(30)를 상부 조립체(21) 상으로 인양하여 설치하는 단계;
    (g) 상기 상부 조립체(21)에서 작업대(200)를 분리하는 단계; 및
    (h) 상기 작업대(200)와 크레인(300)을 지상으로 하강 이동시키는 단계;를 포함하는 풍력 발전기의 시공방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 타워(20)의 상부에 시공되는 상부 조립체(21)를 관통하여 지지프레임(120)을 설치하고, 상기 상부 조립체(21)의 외측으로 돌출된 상기 지지프레임(120)의 단부에 상기 작업대(200)와 크레인(300)을 인양하기 위한 인양롤러(130) 및 와이어(140)에 연결된 후크블록(135)을 결합하고, 상기 와이어(140)의 일단은 지상에 설치된 풀리(150)와 윈치(160)에 연결하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 시공방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 장착되는 제1유압잭(400)을 이용하여 상기 제1컨테이너(210)와 상기 제1지지부재(110-1) 및 상기 상부 조립체(21)를 관통결합시킴과 동시에, 상기 제2컨테이너(220)와 제2지지부재(110-2) 및 상기 상부 조립체(21)를 관통결합시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 시공방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 상기 제1컨테이너(210)와 제2컨테이너(220)에 장착되는 제2유압잭(500)을 이용하여 상기 제1컨테이너(210)를 관통하여 상기 제1지지부재(110-1)의 양측부를 가압함과 동시에 상기 제2컨테이너(220)를 관통하여 상기 제2지지부재(110-2)의 양측부를 가압하여, 상기 제1지지부재(110-1)와 제2지지부재(110-2)의 양측단부가 체결수단(114)에 의해 결합되는 작업대지지 어셈블리(110)를 형성하는 단계를 포함하는 풍력 발전기의 시공방법.



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