KR101387741B1 - 풍력 발전기의 타워 구조체 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기의 타워 구조체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 타워 구조체는, 복수개의 관형 부재가 서로 상하 방향으로 결합되어 이루어지는 풍력 발전기의 타워 구조체로서,상기 복수개의 관형 부재 중 적어도 어느 하나는 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 커지는 제 1 관형 부재를 포함하되, 상기 제 1 관형 부재의 내주면에는 상기 제 1 관형 부재의 최소 지름보다 긴 외경을 가지며 수평 방향으로 연장된 판상의 제 1 지지체가 고정된다.

Description

풍력 발전기의 타워 구조체{TOWER STRUCTURE OF WIND TURBINE}
본 발명은 풍력 발전기의 너셀을 지지하는 타워 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 도 1에 도시된 바와 같이 복수개의 블레이드(11), 상기 블레이드의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기가 설치된 너셀(13) 및 상기 너셀을 지지하는 타워(15)를 포함한다.
대개 중대형 풍력 발전기의 경우, 타워의 높이가 40 ~ 80m의 높이에 달하는데, 이러한 높이의 타워를 구성하기 위해 복수개의 관형 부재를 서로 결합하여 타워를 제작한다.
이 때, 타워는 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 작아지는 복수개의 관형 부재(15c, 15b, 15a)가 서로 결합되어 형성된다.
그리고, 타워 내부에는 풍력 발전에 필요한 일부 전장품이 설치될 수 있는데, 이를 위해 타워 내부에 플랫폼이 설치되고, 이러한 플랫폼 상에 전장품을 설치한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 타워 내부에 설치되는 플랫폼(19)은 관형 부재(15b) 내측에 결합되는 복수개의 고정 브라켓(17) 상측에 위치 고정된다.
이 때, 고정 브라켓(17)은 강철로 구성된 관형 부재(15b) 내측면에 고정 브라켓의 고정부(17a)가 용접되어 고정된다.
그러나, 고정 브라켓이 관형 부재 내측면에 용접됨에 따라, 용접시 발생하는 고열에 의해 용접부 주위의 관형 부재의 물성(物性)이 변하게 된다. 이에 따라, 용접부가 많아지게 되면 관형 부재의 물성 변화에 따라 타워의 강도가 낮아지게 되고, 그 결과 더 많은 강재가 사용되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 용접량을 절감시킬 수 있는 풍력 발전기의 타워 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수개의 관형 부재가 서로 상하 방향으로 결합되어 이루어지는 풍력 발전기의 타워 구조체로서, 상기 복수개의 관형 부재 중 적어도 어느 하나는 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 커지는 제 1 관형 부재를 포함하되, 상기 제 1 관형 부재의 내주면에 고정되며 상기 제 1 관형 부재의 최소 지름보다 긴 외경을 가지며 수평 방향으로 연장된 판상의 제 1 지지체 및 상기 제 1 관형 부재의 내주면에 형상 맞춤 결합 가능하도록 상기 제 1 관형 부재의 내주면에 대응하는 기울기를 가지며, 상기 판상의 제 1 지지체의 외주부에 고정되는 가이드 링 부재를 포함하는, 풍력 발전기의 타워 구조체가 제공된다.
삭제
이 때, 상기 판상의 제 1 지지체를 지지하도록 상기 판상의 제 1 지지체의 하측면에 결합되는 제 2 지지체를 더 포함하며, 상기 제 2 지지체는 상기 제 1 관형 부재의 최소 지름보다 긴 외경을 갖는 링형상으로 이루어지질 수 있다.
한편, 상기 판상의 제 1 지지체에는 관통구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체는 용접량을 절감하여 플랫폼을 타워 내부에 고정시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 측면도이다.
도 2는 종래의 타워 내부에 설치된 플랫폼의 측면도이다.
도 3은 종래의 브라켓에 의해 고정된 플랫폼의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체의 설치도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체의 설치도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체의 설치도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체를 설명하기에 앞서 종래의 플랫폼이 풍력 발전기의 타워 내부에 설치 고정되는 방식에 대해 먼저 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기의 측면도이다. 도 2는 종래의 타워 내부에 설치된 플랫폼의 측면도이다. 도 3은 종래의 브라켓에 의해 고정된 플랫폼의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 풍력 발전기의 너셀(13)을 지지하는 타워(15)는 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 작아지는 복수개의 관형 부재를 일렬로 결합하여 형성된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 타워(15)는 상측으로 갈수록 단면적이 작아지는 관형 부재(15c, 15b, 15a)를 순차적으로 결합시켜, 전체적으로 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 작아지는 하나의 관형 부재로 이루어진다.
이 때, 타워(15) 내부 일측에는 플랫폼(19)이 형성될 수 있다. 플랫폼(19)은 풍력 발전에 사용되는 일부 전장품 등을 타워 내부에 설치하는데 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 플랫폼(19)을 타워 내부에 고정시키기 위해 복수개의 브라켓(17)을 타워 내부인 관형 부재(15b)의 내측면에 설치시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 브라켓(17)을 관형 부재(15b) 내주면을 따라 고정시킨 후, 플랫폼(19)을 브라켓(17) 상측에 설치한다.
이 때, 브라켓(17)은 브라켓(17)의 고정부(17a)가 관형 부재(15b) 내측면에 용접됨으로써, 관형 부재 내측면에 고정된다.
그러나, 브라켓(17)과 관형 부재(15b) 내측면의 용접에 의해, 관형 부재의 물성이 변하는 문제가 발생하는 바, 이를 방지하기 위해 플랫폼(19)을 타워 내부에 설치시 용접량이 감소되는 풍력 발전기의 타워 구조체가 하기와 같이 구성된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체의 측면도이다. 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체의 설치도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체는, 타워를 구성하는 관형 부재의 특정한 형상에 의해 타워 내부에 플랫폼을 설치할 수 있는 것으로, 제 1 관형 부재(150b), 제 1 지지체(250) 및 가이드 링 부재(200)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 제 1 관형 부재(150b)는 전술한 타워를 구성하는 복수개의 관형 부재 중 (250) 설치되는 관형 부재이다.
이 때, 제 1 관형 부재(150b)는 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성된다. 이러한 제 1 관형 부재(150b)는, 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 작아지는 다른 복수개의 관형 부재(150a, 150c)와 형상이 다르게 형성된다.
다만, 도 4에서 제 1 관형 부재(150b)의 기울기가 수직선(V)에 대해 급격한 경사를 갖는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 이와 같이 도시된 것이다. 제 1 관형 부재(150b)의 외주면의 경사 기울기는 풍력 발전기의 타워의 안정성에 영향을 미치지 않을 정도로 형성된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 제 1 관형 부재(150b)는 상측 단부와 하측 단부의 직경이 약 20 ~ 40mm 차이가 나도록 형성된다.
그러나, 제 1 관형 부재(150b)의 상하측 단부의 직경 차이는, 풍력 발전기의 타워의 안전성이 문제되지 않는 범위 내에서 상하측 단부의 직경 차이가 더 날 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 가이드 링 부재(200)의 외주면은 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 형상 맞춤 결합 가능하도록 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 대응하는 기울기를 갖도록 형성된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 가이드 링 부재(200)의 외주면은 제 1 관형 부재(150b)의 내주면과 동일한 형상으로 이루어진다. 이 때, 가이드 링 부재(200)은 제 1 관형 부재(150b)의 형상과 동일하게 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 커지는 링 형상으로 이루어진다.
이 때, 가이드 링 부재(200)은 가이드 링 부재(200)의 외주면이 제 1 관형 부재(150b)의 내주면과 접하면서 제 1 관형 부재(150b)의 내부에 도 4에 도시된 바와 같이 고정될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 가이드 링 부재(200)는 가이드 링 부재(200)의 하측 단부의 단면적이 제 1 관형 부재(150b)의 하측 단부의 단면적보다 크게 형성된다. 이에 의해, 가이드 링 부재(200)가 제 1 관형 부재(150b) 내부를 관통하지 않고, 제 1 관형 부재(150b) 내부에 고정될 수 있다.
도 5를 참조하면, (250) 가이드 링 부재(200)에 의해 제 1 관형 부재(150b) 내부에 지지 고정된다. 이 때, (250)의 외주면은 가이드 링 부재(200)의 내주면에 대응하는 기울기를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 판상의 제 1 지지체(250)의 단면적은 가이드 링 부재(200)의 하측 단부의 단면적보다 크게 형성된다. 즉, 판상의 제 1 지지체(250)는 가이드링 부재(200)의 최소 지름보다 긴 외경을 갖도록 형성된다.
이에 의해, 판상의 제 1 지지체(250)는 가이드 링 부재(200) 내부를 관통하지 않고, 판상의 제 1 지지체(250)의 외주면이 가이드 링 부재(200)의 내주면에 접하면서, 판상의 제 1 지지체(250)가 가이드 링 부재(200) 내부에 결합될 수 있다.
이와 같은 가이드 링 부재(200) 및 판상의 제 1 지지체(250)의 형상에 의해, 가이드 링 부재(200) 및 판상의 제 1 지지체(250)가 각각 제 1 관형 부재(150b) 및 가이드 링 부재(200) 내측에 별도의 용접을 하지않고 고정될 수 있다.
그리고, 판상의 제 1 지지체(250)의 일측에는 관통구(250b)가 형성될 수 있다. 관통구(250b)를 통해 풍력 발전기에 사용되는 케이블이 관통하거나, 지상에서 너셀로 작업자가 이동하는데 사용되는 사다리 등이 관통될 수 있다. 이 때, 판상의 제 1 지지체(250)는 종래의 풍력 발전기의 타워 내부에 설치되는 플랫폼의 기능을 수행할 수 있다.
이 때, 관통구(250b)의 크기는 풍력 발전기에 사용되는 케이블 또는 작업자가 이동 가능할 수 있을 정도의 크기로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체는, 제 1 관형 부재(150b), 판상의 제 1 지지체(350) 및 제 2 지지체(300)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 판상의 제 1 지지체(350)가 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 형상 맞춤 결합 가능하도록, 판상의 제 1 지지체(350)의 외주면은 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 대응하는 기울기를 갖도록 형성된다.
이 때, 판상의 제 1 지지체(350)는 제 1 관형 부재(150b)의 하측 단부의 단면적보다 크게 형성된다. 즉, 판상의 제 1 지지체(350)은 제 1 관형 부재(150b)의 최소 지름보다 긴 외경을 갖도록 형성된다.
이에 의해, 판상의 제 1 지지체(350)가 제 1 관형 부재(150b) 내부를 관통하지 않고, 제 1 관형 부재(150b) 내부에 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 판상의 제 1 지지체(350)를 지지하도록 판상의 제 1 지지체(350)의 하측면에 결합되는 제 2 지지체(300)를 더 포함한다.
도 6을 참조하면, 제 2 지지체(300)는 링 형상으로 이루어질 수 있다. 이 때, 제 2 지지체(300)는 제 1 관형 부재(150b)의 최소 지름, 즉 제 1 관형 부재(150b)의 하측 단부의 지름보다 긴 외경을 갖는다. 다만, 제 2 지지체(300)는 판상의 제 1 지지체(350)의 하측면을 지지하도록, 제 2 지지체(300)는 판상의 제 1 지지체(350)의 지름보다 작게 형성된다.
본 발명의 제 1 실시예와 마찬가지로, 본 발명의 제 2 실시예의 판상의 제 1 지지체(350)는 그 형상에 의해 제 1 관형 부재(150b) 내부에 별도의 용접없이 고정될 수 있다. 이 때, 제 1 지지체(350) 하측면에 제 2 지지체(300)가 결합됨으로써, 판상의 제 1 지지체(350)가 더욱 견고하게 제 1 관형 부재(150b)의 내부에 고정될 수 있다.
그리고, 판상의 제 1 지지체(350)의 일측에는 본 발명의 제 1 실시예와 마찬가지로, 관통구(350b)가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체는, 제 1 관형 부재(150b) 및 판상의 제 1 지지체(450)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 판상의 제 1 지지체(450)의 외주면은 본 발명의 제 2 실시예와 동일하게 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 형상 맞춤 결합 가능하도록 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 대응하는 기울기를 갖도록 형성된다.
그리고, 판상의 제 1 지지체(450)는 제 1 관형 부재(150b)의 최소 지름, 즉 제 1 관형 부재(150b)의 하측 단부의 지름보다 긴 외경을 갖도록 형성된다.
이에 따라, 판상의 제 1 지지체(450)는 제 1 관형 부재(150b) 내부를 관통하지 않고, 판상의 제 1 지지체(450)의 외주면이 제 1 관형 부재(150b)의 내주면에 접하면서, 판상의 제 1 지지체(450)가 제 1 관형 부재(150b) 내부에 고정될 수 있다.
이 때, 판상의 제 1 지지체(450)의 일측에는 관통구(450b)가 형성될 수 있다. 이러한 관통구(450b)를 통해 전술한 바와 같이 풍력 발전기에 사용되는 케이블이 관통하거나, 지상에서 너셀로 작업자가 이동하는데 사용되는 사다리 등이 관통될 수 있다. 또한, 판상의 제 1 지지체(450)는 종래의 풍력 발전기 타워 내부에 설치되는 플랫폼의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 타워 구조체는, 풍력 발전기 타워 내부에 설치되는 플랫폼을 고정시키기 위해, 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 커지는 관형 부재를 사용하여, 플랫폼 설치 고정시에 사용되는 용접량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
11: 블레이드 12: 허브
13: 너셀 15: 타워
15a,15b,15c: 관형 부재 17: 고정 브라켓
19: 플랫폼 150: 타워
150a,150b,150c: 관형 부재 200: 가이드 링 부재
250, 350, 450: 제 1 지지체 300: 제 2 지지체
250b, 350b, 450b: 관통구

Claims (4)

  1. 복수개의 관형 부재가 서로 상하 방향으로 결합되어 이루어지는 풍력 발전기의 타워 구조체로서,
    상기 복수개의 관형 부재 중 적어도 어느 하나는 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 커지는 제 1 관형 부재를 포함하되,
    상기 제 1 관형 부재의 내주면에 고정되며 상기 제 1 관형 부재의 최소 지름보다 긴 외경을 가지며 수평 방향으로 연장된 판상의 제 1 지지체 및
    상기 제 1 관형 부재의 내주면에 형상 맞춤 결합 가능하도록 상기 제 1 관형 부재의 내주면에 대응하는 기울기를 가지며, 상기 판상의 제 1 지지체의 외주부에 고정되는 가이드 링 부재를 포함하는 풍력 발전기의 타워 구조체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판상의 제 1 지지체를 지지하도록 상기 판상의 제 1 지지체의 하측면에 결합되는 제 2 지지체를 더 포함하며,
    상기 제 2 지지체는 상기 제 1 관형 부재의 최소 지름보다 긴 외경을 갖는 링형상으로 이루어지는 풍력 발전기의 타워 구조체.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 판상의 제 1 지지체에는 관통구가 형성되는 풍력 발전기의 타워 구조체.
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