KR101239191B1 - 타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템용 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전타워, 각종 중화학시설의 침니(chimney)구조물, 소각로나 폐기물 처리 시설의 배출타워 등과 같은 고도높이를 갖는 타워구조물(tower structure)의 유지점검과 보수를 위한 작업자 그리고 작업용 각종 보수유지장비와 부품들을 이송가능하게 하는 타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템의 안전을 위한 브레이크 장치에 관한 것이다.
본 발명은 고도의 높이를 갖는 타워의 승하강시 발생가능한 안전을 보다 강호하기 위하여 구동부와 별도의 안전장치부를 구동부와 구분설치하였다.
탑승부의 하부에는 구동부를 설치하며, 탑승부의 상측에는 안전장치부를 설치하며, 이 안전장치부에는 비상브레이크부와 정속브레이크부를 병행설치하였다.
따라서 승강기의 승하강시 하부의 구동부의 동작으로 승하강하는 속도를 안전장치부에서 상시 검출하여 필요시에 정속브레이크부에서 일정속도를 유지하도록 유도하며, 만일 이러한 정속유지가 어렵게 된 상황이 발생할 경우 비상브레이크의 동작으로 승강기의 동작을 멈추게 하였다.
이러한 동작으로 구동부의 모터손상, 축, 혹은 축과 연결된 여러 장치들이 손상되었다 하여도 위 안전장치의 동작으로 발생가능한 모든 안전문제를 근본적으로 해결하였다.

Description

타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템용 브레이크 장치{Safety and emergency brake system for the tower structure maintenance system}

본 발명은 풍력발전타워, 각종 중화학시설의 침니(chimney)구조물, 소각로나 폐기물 처리 시설의 배출타워 등과 같은 고도높이를 갖는 타워구조물(tower structure)의 유지점검과 보수를 위한 작업자 그리고 작업용 각종 보수유지장비와 부품들을 이송가능하게 하는 타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템의 안전을 위한 브레이크 장치에 관한 것이다.

대형소각로, 중화학공업콤플렉스의 반응탑, 대형 화력발전소, 풍력발전소 등과 같이 높이가 적어도 수십미터에 이르는 타워구조물이 점차 공업발전과 함께 늘어나고 있다.

이중에서 풍력발전소 구조도 점점 대형화하고 있다. 이러한 풍력발전소는 풍력발전을 위한 터빈이 최상부에 설치되어지며, 날개지름 약 70미터가 되는 경우 타워높이 약 100미터에 이르게 된다. 이러한 대형 타워의 내부에는 상기한 블레이드를 지지하는 것은 물론이고 내부에 발전을 위한 각종 시스템이 내장되어져 있다. 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치, 제어장치 등으로 구성되어 있으며 각 구성요소들은 독립적으로 그 기능을 발휘하지 못하며 상호 연관되어 전체적인 시스템으로서의 기능을 수행한다.

그러나 타워의 높이가 수십미터에 이르게 되면서 상기한 시스템에 접근하여 유지보수할 관리자의 접근이 제한되고 있다.

일부 대형 풍력발전소의 경우에는 내부에 별도의 엘리베이터 혹은 간이 승강기를 설치하는 경우도 있지만 대부분은 사다리와 같은 장치만을 설치하고 있다. 그결과 필요한 유지보수작업이 실제와는 달리 일정 주기별로 원활히 이루어 지지 못하여 고장이 나더라도 방치되거나 혹은 본래의 발전성능에 훨씬 미치지 못하는 상태로 방치되고 있는 것이 현재의 실정이다.

유지보수를 위하여 공개특허10-2010-0026869호에서는 나셀내부의 상측에 대차유닛이 주행가능한 구조물을 설치하고, 이 대차 유닛의 구동을 위하여 윈치유닛을 외부에 설치하여 와이어에 의하여 상기한 대차유닛을 나셀프레임을 전후로 이동가능하게 구성하여 작업자가 나셀내부에서의 작업이 가능하게 구성하고 있다.

상기한 구성으로 어느정도 내부에 대한 작업자의 이송과 그에 의한 작업의 편리성을 개선한 점은 있으나, 문제점으로 지적될 것은 이러한 나셀로 작업자가 어떻게 접근하는지에 대하여는 언급이 없다. 단지 타워내부에 설치되어 있는 사다리, 간단한 구조의 크레인과 같은 장치로 접근하고 있을 뿐이다.

이와 유사한 형태로 특허 제10-0915086도 나셀내부에 대한 대차유닛의 설치와 이것의 주행을 설명하고 있으나, 이 대차유닛에 작업자가 어떻게 지면에서부터 수십미터높이의 나셀 내부로 접근할 방법에 대하여는 언급이 되지 못하고 있다.

최근에 풍력발전이 대형화에 의하여 효율성을 극대화하기 위하여 공개특허 제10-2008-11667호 와 10-2010-0047181호 등에서 지상고 30미터 이상의 대형 풍력발전소를 위한 조립식 구조물을 제안하고 있다. 지상고가 50 내지 100 미터이상이 되는 경우 그곳에 사람이 인력으로 접근하는 것은 거의 불가능하며, 결국 내부에 별도의 승강엘리베이터의 설치가 필요하다. 그러나 승강엘리베이터는 별도의 승하강용 모터, 각종 제어장비, 엘리베이터의 안내를 위한 가이드레일 등 수많은 구조물이 내장되어야 하므로 사실상 설치가 되지 못하는 것이 현재의 실정이다.

이러한 풍력발전 타워 외에도 소각로에 설치된 대형 배출용 굴뚝, 중화학 콤플렉스에 설치된 각종 배출과 반응타워 들에도 정확한 동작을 위하여 각종 설치시설물의 유지보수를 위한 작업자의 접근이 대단히 어려운 실정이다. 그럼에도 불구하고 실제 설치된 이들 타워구조물의 승하강을 위한 시설은 극히 일부의 엘리베이터 시설외에는 내외벽에 설치된 래더를 타고 작업원이 승하강하고 있다.

예를 들면 수도권 주변의 소각로의 경우 단순히 배출 굴뚝이 아니라 이곳에는 각종 탈취, 집진 시설이 집적된 고도의 정밀 구조물임에도 적절한 유지보수를 위한 조치가 소홀하면서 매스컴상에 다이옥신의 배출과 같은 기사가 종종 노출되고, 이러한 위험한 상황 때문에 주변 주민들의 혐오대상물로 지적되어오고 있는 것이다.

이러한 타워 구조물의 상측으로 올라가는 방식으로 전통적인 엘리베이터 구조물을 설치하려면, 설치비용도 높을 뿐만아니라 설치된 엘리베이터의 유지보수에도 상당한 노력과 비용을 필요로 한다. 특히 문제로 되는 것은 높이 수십미터의 엘리베이터의 설치를 위한 공간도 없을 뿐만 아니라 유지보수를 위하여 사용빈도도 극히 적어 효율성도 떨어진다.

상기한 문제점을 개선하고 보다 경제적이면서 타워구조물의 형태와 크기에 구분하지 않고 조립설치가 가능한 타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템을 개발하였다(특허출원 제10-2010-53570호).

위 특허출원은 기존의 탑승부 탑승부의 하측에 설치되어진 새시부(S)의 하부에 별도로 설치한 구동박스(S1)에 설치하며, 이 구동박스에 대하여 타워구조물에 설치되어 있는 래더(L) 혹은 벽체(10)에 중간체결부재를 이용하여 주행레일부를 설치하였다. 이 주행레일에 탑승부와 구동부를 설치하며, 구동모터에 대한 정지와 가동은 전자브레이크시스템을 이용하였다. 그리고 비상안전브레이킹을 위하여 구동부의 출력축과 반대되는 곳에는 정속브레이크(21a)를 설치하던가, 랙크레일에 이맞물림되어져 있는 피니언기어(16b)에 비상랙크(16f)가 레버(16g)에 의하여 임의로 삽탈가능하도록 설치하여 준 비상브레이크가 설치하며, 피니언기어(16b)에 삽입되어질 비상랙크(16f)이 슬라이딩가이더(16h)에 의하여 쐐기형태로 삽탈가능하도록 구성하여 주는 것이다.

상기한 구성으로 현재 문제로되는 풍력발전소와 같은 하이타워 구조물에 대한 유지보수요원의 승하강문제를 어느정도 해소하였으나, 장기간 사용시 발생가능한 급작스러운 탑승부의 낙하 혹은 정전상황 혹은 구동모터의 축손상으로 인한 브레이킹이 어려운 경우들에 대하여 보다 안전한 대책이 요구되어왔다.

본 발명은 본 발명자의 특허출원 제10-2010-53570호의 승하강장치에서 발생가능한 오동작의 경우, 구동모터와 이와 연결된 부속장치들이 파손이 될 경우에도 안전한 정지동작으로 더 이상의 낙하 혹은 승강동작을 멈출 수 있는 브레이크 장치를 제공하고자 한다.

통상적인 브레이크 시스템이 동력발생축과 그에 연결된 동력전달장치들에 설치되어져 있으나, 본 발명은 동력발생부에도 브레이크장치를 설치하는 동시에 동력발생부와 분리되어진 위치에 별도의 비상브레이크장치를 병합설치하여 안전성을 크게 증진하도록 하였다.

본 발명의 청구항 1 은 구동부와 분리되어진 별도의 안전장치부의 설치로 보다 안전한 승하강장치가 되었다.

청구항 2 는 타워구조물의 랙크레일에 맞물리면서 승하강 속도와 일치한 속도를 얻어 이 속도의 증감을 정확히 검출가능하게 하였다.

청구항 3 은 승하강속도에 맞추어 로터의 회전속도가 연동되면서 로터의 신축이 속도에 따라 정확하게 동작하게 하였다.

청구항 4 도 승하강속도를 정확하게 감지하여 그 속도에 따른 비상브레이크의 동작을 제어할 수 있게 하였다.

청구항 5 는 일정 위치에 고정이 필요할 경우 구동부에 대한 전원공급이 된다하여도 동작을 멈추게 하여 작업원의 안전을 정확하게 확보가능하게 하였다.

도 1 은 종래 본 발명자의 선출원 특허출원 제10-2010-53570호의 전체적인 구성을 보여주는 확대단면구성도,
도 2 는 종래 본 발명자의 특허출원 제10-2010-53570호의 탑승부, 구동부, 주행부의 분해상태 측면구성도,
도 3 은 종래 동력발생부의 구동모터와 레일간의 조립설치상태의 측면구성도,
도 4 는 종래 본 발명자의 비상브레이크장치에 대한 작동상태 측면구성도,
도 5 는 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 측면 구성도,
도 6 은 본 발명의 비상브레이크부와 정속브레이크부의 평면구성도,
도 7 은 본 발명의 비상브레이크부의 작동상태를 도시한 정면구성도,
도 8 은 본 발명의 안전장치부 전체의 정면구성도,
도 9 와 10은 본 발명의 하부에 설치되는 고정장치의 측면 및 정단면구성도임.

본 발명은 본 발명자의 특허출원 제10-2010-53570호에 대한 안전을 확보하여 주기 위한 브레이크 장치에 관한 것이다.

본 발명의 대표적인 실시예를 첨부한 도면에 의하여 설명한다.

도 5에 도시하듯이 본 발명은 타워구조물의 벽체나 벽체에 설치된 사다리에 고정하여주는 고정장치, 이 고정장치에 주행레일을 설치하여 동력장치에 의하여 주행가능하게하는 주행장치, 작업원과 부품과 공구들을 탑재가능하게 하는 탑승부, 탑승부와 주행장치에 대한 콘트롤을 위한 제어부로 구성되는 타워구조물 유지점검보수작업용 승강시스템에 있어서,

탑승부의 하측에는 승하강을 위한 구동모터(M)와 이것의 속도제어를 위한 전자브레이크장치(21a)를 설치하여주며,

탑승부의 상측에 별도의 안전장치부(S2)를 분획설치하고, 이곳에 비상브레이크부(70)와 정속브레이크부(80)가 서로 연동가능하도록 설치하였다.

상기한 안전장치부의 정속브레이크부에는 타워구조물에 승하강장치와 맞물려지도록 구성한 랙크레일(15a)에 맞물리도록 피니언(81)을 설치하였다. 그리고 이 피니언은 기어로 구성된 기어박스(82)를 통하여 1차출력부로 승하강시 발생하는 회전력이 전달되게 하였다.

상기한 기어박스(82)의 1차출력부(86)와 연결되어져 있는 회전축(83)은 회전력에 따라 발생하는 원심력으로 로터(85)가 외측을 향하여 돌출하며, 회전력이 감소하면 다시 수축토록 스프링과 같은 탄력수단에 의하여 지지되어져 있다.

그리고 상기한 로터의 외측에는 일반적으로 사용되어지는 마찰재, 특히 브레이크용 패드를 설치하여 주었으며, 로터의 접근시 마찰력을 발휘하여 회전축의 회전을 억제하게 된다. 이러한 구성은 로터를 지지하는 스프링의 탄성도를 적절히 조절하므로써 회전축에 대한 회전속도가 일정범위에서 항시 일정하게 유지하는 기능이 발휘되어 정속주행이 가능하게 한다.

본 발명의 또 다른 특징은 도 6과 도 7에 상세히 도시하듯이 기어박스(82)의 2차출력부(92)와 연결되어진 원심드럼(91)을 설치하며,

상기한 원심드럼의 푸시롯드(92)에 압박에 의하여 부분회동하는 윙블레이드(93)가 설치되며, 이 윙블레이드에는 걸림홈(94)을 설치하여 스톱레버(95)와 연결되어진 스톱롤러(96)가 삽입가능하도록 비상브레이크를 설치하는 것이다.

본 발명의 승하강 장치가 사용중에 정전상황 혹은 구동모터의 오동작, 전자브레이크장치의 파손 등 다양한 원인으로 일정한 속도 이상으로 하강이 발생할 경우가 있다. 이러한 경우에 기어박스를 통하여 전달된 회전력으로 푸시롯드가 고속회전이 되며, 이 고속회전에 의하여 윙블레이드의 돌출부를 밀어주게 되어, 점선표시하듯이 윙블레이드가 부분적으로 회전하게 된다. 이 회전에 의하여 윙블레이드의 돌출부에 압박접촉되어 있던 스톱롤러가 밀려들어와 걸림홈에 삽입되므로, 결과적으로 푸시롯드의 고정이 이루어진다. 이 푸시롯드의 고정은 이것과 연계되어진 기어박스의 회전을 차단하여 고속으로 상승 혹은 하강하던 장치의 승하강 동작을 멈추게 한다.

이러한 동작으로 안전한 멈춤이 이루어지며, 필요한 조치가 모두 종료되면 다시 장치의 재가동을 위하여 수동으로 스톱레버(95)를 화살표와 같이 동작시켜 상기한 윙블레이드에 대한 스톱롤러의 걸림상태를 해제하여 다시 기어박스의 회전이 가능하도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 도 9와 10에 도시하듯이 탑승부에 탑승한 작업자의 수동적인 조작으로 승강기를 고정하도록 하는 것이다.

보다 구체적으로는 탑승부의 승차부하부에 페달(101)을 설치하며, 이 페달에는 링크부(102)에 의하여 핀(103)를 중심으로 회동하는 인서팅기어부(104)이 구동휘일(120)에 체결가능하도록 설치하는 것이다.

페달에 사용자가 발을 얹고 압박을 가하면 링크부가 핀을 중심으로 회전하여 구동휠이 체결된다. 그결과 인서팅기어부가 구동휘일에 강제 압입되어져 구동휘일의 회전을 억지로 막아준다. 이러한 동작은 탑승장치의 승하강시 전선의 점검, 볼트고정구조의 육안확인 혹은 부분적인 도색 수리 작업등을 위하여 타워중간에 장치를 고정하고 작업을 하고자 할 경우 작동시켜 준다. 이러한 원인은 수십미터높이에서 작업중 타 작업원에 의한 탑승장치의 가동신호부여로 인한 오동작 등의 위험으로 부터 작업원을 보다 안전하게 보호하기 위한 것이다. 즉, 작업원이 다시 페달에 대한 압박을 가하여 해제하기 전에는 절대 구동휘일의 회동을 막아주어 안전한 고정이 가능하게 하는 것이다.

S2:안전장치부 70:비상브레이크부 80:정속브레이크부 15a:랙크레일 81:피니언 82:기어박스 86:1차출력부 83:회전축 85:로터

Claims (5)

1. 타워구조물의 벽체나 벽체에 설치된 사다리에 고정하여주는 고정장치, 이 고정장치에 주행레일을 설치하여 동력장치에 의하여 주행가능하게하는 주행장치, 작업원과 부품과 공구들을 탑재가능하게하는 탑승부, 탑승부와 주행장치에 대한 콘트롤을 위한 제어부, 탑승부의 상측에 비상브레이크부(70)과 정속브레이크부(80)가 연동가능하도록 설치한 안전장치부(S2)를 분획설치한 타워구조물 유지점검보수작업용 승강시스템에 있어서,
   비상브레이크부는 기어박스(82)의 2차출력부(92)와 연결되어진 원심드럼(91)을 설치하며,
   상기한 원심드럼의 푸시롯드(92)의 압박에 의하여 부분회동하는 윙블레이드(93)가 설치되며, 이 윙블레이드에는 걸림홈(94)을 설치하여 스톱레버(95)와 연결되어진 스톱롤러(96)가 삽입가능하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템용 브레이크 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   탑승부의 승차부하부에 페달(101)을 설치하며, 이 페달에는 링크부(102)에 의하여 핀(103)를 중심으로 회동하는 인서팅기어부(104)가 구동휘일(120)에 체결가능하도록 고정장치(F)를 설치하는 것을 특징으로 하는 타워 구조물 유지점검보수작업용 승강시스템용 브레이크 장치.
   
   
   
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