KR101411472B1 - 해상 풍력발전기 설치용 선박 - Google Patents

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Abstract

해상 풍력발전기 설치용 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박은, 선체; 선체의 일측에 마련되며, 허브(hub)가 지지되는 허브 지지용 선반; 및 허브 지지용 선반에 이웃하게 배치되며, 허브에 조립될 블레이드(blade)가 허브에 접근될 수 있도록 블레이드를 이동 가능하게 지지하는 블레이드 이동 지지용 선반을 포함한다.

Description

해상 풍력발전기 설치용 선박{A ship for installing sea windmill}
본 발명은, 해상 풍력발전기 설치용 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 풍력발전기의 각 부품을 해상에서 운송할 때 풍하중에 의해 블레이드와, 블레이드를 허브에 조립할 때 사용된 체결볼트의 피로 수명이 단축되는 현상을 효과적으로 예방할 수 있으며, 나아가 허브에 대한 블레이드의 조립 작업을 선상에서 간편하게 수행할 수 있어 해상 풍력발전기의 설치 작업효율을 향상시키면서 그 설치시간을 단축시킬 수 있는 해상 풍력발전기 설치용 선박에 관한 것이다.
풍력발전기(혹은 풍력터빈)는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.
이러한 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(blade)가 허브(hub)에 연결되어 마련되는 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀 커버(nacelle cover)와, 나셀 커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.
블레이드는 공기 역학적으로 설계된 형상을 이용하여 바람의 에너지에서 유용한 공력 토크(torque)를 발생시키고 이 공력 토크를 이용하여 발전기를 회전시켜 전기를 발생시킨다.
대형 풍력발전기의 경우, 블레이드는 대단히 큰 거대 구조물, 예컨대 대략 100 미터(m) 내외에 이르는 거대한 구조물이기 때문에 풍력발전기의 설치 장소로 이송시키는 작업이 그리 쉬운 것은 아니다.
특히, 필요에 따라 많은 덤프트럭과 크레인을 동원할 수도 있는 육상과 달리 해상처럼 작업 환경이 열악한 장소의 경우에는 거대 구조물인 블레이드를 해상으로 이송시키는 이송 작업 자체가 용이하지 않다.
한편, 종래기술에서 해상 풍력발전기의 설치 방법은 아래와 같이 크게 두 가지로 나뉜다.
해상 풍력발전기를 설치하기 위한 첫 번째 방법은, 해상 풍력발전기를 이루는 각 부품들, 예컨대 타워, 허브, 나셀 및 블레이드가 조립되지 않고 개별적으로 운송되는 방법이다. 이 경우, 해상 풍력발전기의 설치 장소에 도달되면 타워와 기초부(foundation)를 조립한 후, 나셀과 허브를 타워의 상단부에 조립한 다음, 상공에서 블레이드와 허브를 조립하게 된다.
그런데, 이와 같은 방법의 경우, 상공에서 블레이드를 조립해야 하므로 작업이 어렵고 해상에서의 설치시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
해상 풍력발전기를 설치하기 위한 두 번째 방법은 도 1처럼 지상에서 허브(3)와 블레이드(7) 3개(또는 2개)를 미리 조립한 허브/블레이드 조립체(10)를 선박으로 운송하는 방법이다. 이 경우, 해상 풍력발전기의 설치 장소에 도달되면 타워(1)와 기초부를 조립한 후, 나셀(5)을 타워(1) 위에 조립한 다음, 허브/블레이드 조립체(10)를 나셀(5)에 조립하게 된다. 참고로, 블레이드(7) 2개와 허브(3)를 미리 조립한 허브/블레이드 조립체(10)를 나셀(5)에 조립한 경우라면 크레인 등을 이용하여 허브/블레이드 조립체(10)를 잡아 나머지 하나의 블레이드(7)를 상공에서 허브(3)에 조립하게 된다.
이와 같은 방법의 경우에는 허브/블레이드 조립체(10)가 지상에서 미리 조립된 후에 운송되기 때문에 해상 풍력발전기의 설치시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있기는 하지만 해상 운송 시 풍하중에 의해 블레이드(7)의 루트부(7a, root part)에 큰 피로하중이 작용하게 되어 블레이드(7)와, 블레이드(7)를 허브(3)에 조립할 때 사용된 체결볼트의 피로 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
선행기술 ; 대한민국특허청 출원번호 제10-2011-0000346호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 풍력발전기의 각 부품을 해상에서 운송할 때 풍하중에 의해 블레이드와, 블레이드를 허브에 조립할 때 사용된 체결볼트의 피로 수명이 단축되는 현상을 효과적으로 예방할 수 있으며, 나아가 허브에 대한 블레이드의 조립 작업을 선상에서 간편하게 수행할 수 있어 해상 풍력발전기의 설치 작업효율을 향상시키면서 그 설치시간을 단축시킬 수 있는 해상 풍력발전기 설치용 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체의 일측에 마련되며, 허브(hub)가 지지되는 허브 지지용 선반; 및 상기 허브 지지용 선반에 이웃하게 배치되며, 상기 허브에 조립될 블레이드(blade)가 상기 허브에 접근될 수 있도록 상기 블레이드를 이동 가능하게 지지하는 블레이드 이동 지지용 선반을 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박이 제공될 수 있다.
상기 블레이드 이동 지지용 선반은, 본체 프레임; 상기 블레이드가 지지되며, 상기 본체 프레임에 대해 이동 가능하게 결합되는 블레이드 지지용 이동 프레임; 및 상기 본체 프레임과 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 마련되어 상기 블레이드 지지용 이동 프레임을 이동시키는 이동 모듈을 포함할 수 있다.
상기 이동 모듈은, 상기 본체 프레임에 고정되며, 상기 블레이드 지지용 이동 프레임이 이동되기 위한 동력을 공급하는 동력공급부; 및 상기 동력공급부와 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 배치되며, 상기 동력공급부로부터의 동력을 공급받아 상기 블레이드 지지용 이동 프레임을 이동시키는 기어박스를 포함할 수 있다.
상기 기어박스는, 상기 동력공급부에 결합되는 피니언 기어; 및 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 마련되고 상기 피니언 기어에 치합되는 랙 기어를 포함할 수 있다.
상기 이동 모듈은, 상기 본체 프레임과 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 결합되어 상기 블레이드 지지용 이동 프레임의 이동을 가이드하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 결합되어 상기 블레이드가 안착되는 적어도 하나의 안착 블록; 및 상기 안착 블록에 착탈 가능하게 결합되며, 상기 안착 블록과의 사이에서 상기 블레이드를 그립핑하는 블레이드 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 블레이드 그립퍼는 벨트(belt)일 수 있다.
상기 블레이드 이동 지지용 선반은 상기 허브 지지용 선반을 기준으로 하여 적어도 2개가 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 허브 지지용 선반과 상기 블레이드 이동 지지용 선반은 다단으로 층상 배열될 수 있으며, 상기 선체에는 타워(tower), 나셀(nacelle), 크레인(crane)이 개별적으로 배치될 수 있다.
상기 블레이드 그립퍼는, 상기 안착 블록에 이동 가능하게 연결되는 다수의 그립핑 아암; 및 상기 그립핑 아암들의 일측에 마련되어 상기 블레이드의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부를 포함할 수 있다.
상기 접촉가압부는, 작업유체의 압력에 의해 부피 팽창되면서 상기 블레이드의 외표면에 탄성적으로 접촉가압되는 탄성 접촉가압 튜브일 수 있다.
상기 탄성 접촉가압 튜브로 상기 작업유체를 공급하는 작업유체 공급부; 상기 탄성 접촉가압 튜브 내로 공급되는 상기 작업유체의 압력을 감지하는 작업유체 압력감지부; 및 상기 작업유체 압력감지부의 정보에 기초하여 상기 작업유체 공급부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 블레이드에 대한 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 상기 블레이드의 변형을 저지시키는 변형저지유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 변형저지유닛은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브일 수 있다.
상기 변형저지유닛은, 상기 변형저지용 튜브의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 상기 변형저지용 튜브의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 적어도 하나의 부피 팽창 저지벽체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 풍력발전기의 각 부품을 해상에서 운송할 때 풍하중에 의해 블레이드와, 블레이드를 허브에 조립할 때 사용된 체결볼트의 피로 수명이 단축되는 현상을 효과적으로 예방할 수 있으며, 나아가 허브에 대한 블레이드의 조립 작업을 선상에서 간편하게 수행할 수 있어 해상 풍력발전기의 설치 작업효율을 향상시키면서 그 설치시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 해상 풍력발전기의 설치 방법을 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박의 개략적인 평면 구조도이다.
도 3은 도 2의 측면도이다.
도 4는 도 3의 요부 확대도이다.
도 5는 도 4의 사시도이다.
도 6은 도 5에서 상부의 블레이드가 허브를 향해 이동된 상태의 도면이다.
도 7은 도 6의 요부 확대도이다.
도 8은 블레이드 이동 지지용 선반의 부분 확대 정면도이다.
도 9는 도 4에서 최상단의 허브에 블레이드가 결합된 상태의 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박에 적용될 수 있는 블레이드 그립퍼의 개략적인 구조도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박에 적용될 수 있는 블레이드 그립퍼의 접촉가압부 영역의 확대 구조도이다.
도 12는 도 11에 적용되는 풍력발전기용 타워 및 블레이드 연결장치의 제어블록도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박에 적용될 수 있는 블레이드 그립퍼 영역의 개략적인 구조도이다.
도 14는 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이다.
도 15는 도 14에 적용될 변형저지유닛에 대한 변형 실시예이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일반적인 해상 풍력발전기의 설치 방법을 도식화한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박의 개략적인 평면 구조도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 해상 풍력발전기 설치용 선박은, 선체(110)와, 선체(110)의 일측에 마련되며, 허브(3, hub)가 지지되는 허브 지지용 선반(120, 도 4 참조)과, 허브 지지용 선반(120)에 이웃하게 배치되며, 허브(3)에 조립될 블레이드(7, blade)가 허브(3)에 접근될 수 있도록 블레이드(7)를 이동 가능하게 지지하는 블레이드 이동 지지용 선반(150, 도 4 참조)을 포함한다.
선체(110)는 해상 풍력발전기를 이루는 각 부품들, 즉 타워(1, tower), 허브(3), 나셀(5, nacelle) 및 블레이드(7)들을 비롯하여 허브 지지용 선반(120) 및 블레이드 이동 지지용 선반(150)을 지지한다. 선체(110)의 일측에는 크레인(C, crane)과 잭업레그(2, jack-up leg)가 배치될 수 있다.
자세히 후술하겠지만 본 실시예의 해상 풍력발전기 설치용 선박을 사용하는 경우, 각 부품들, 즉 타워(1), 허브(3), 나셀(5) 및 블레이드(7)들을 분리하여 개별적으로 해상 운송한 다음, 해상 풍력발전기의 설치 장소에 도달되면 우선, 선상에서 허브(3)와 블레이드(7)를 조립하여 허브/블레이드 조립체(10, 도 9 참조)를 만들 수 있다. 이후에, 타워(1)와 기초부(foundation, 해상에 미리 설치됨)를 조립한 후, 나셀(5)을 타워(1)의 상단부에 조립한 다음, 허브/블레이드 조립체(10)를 나셀(5)에 조립함으로써 해상 풍력발전기를 설치할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 해상 풍력발전기 설치용 선박을 사용하여 해상 풍력발전기를 설치하는 경우, 선상에서 허브(3)와 블레이드(7)가 조립될 수 있어 작업이 용이하며, 해상 설치시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
다시 말해, 선상에서 허브(3)와 블레이드(7) 조립 시 별도의 크레인(C)을 사용하지 않고서도 빠른 시간 안에 허브(3)에 여러 개의 블레이드(7)를 조립, 특히 동시에 조립할 수 있는 이점이 있다.
뿐만 아니라 도 1을 통해 전술한 것처럼 해상 운송 중 블레이드(7)의 루트부(7a)에 피로하중이 가해지지 않아 블레이드(7)의 수명 단축 현상을 예방할 수 있다.
참고로, 나셀(5)은 블레이드(7)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft, 미도시), 기어 박스(gear box, 미도시), 제너레이터(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 부르는 이름으로서 외관은 커버(cover)에 의해 지지된다.
허브 지지용 선반(120)은 선체(110)의 일측에 마련되며, 허브(3)가 지지되는 장소를 형성한다.
그리고 블레이드 이동 지지용 선반(150)은 블레이드(7)가 지지되는 장소를 형성하는데, 특히 블레이드(7)가 허브(3)에 접근될 수 있도록 블레이드(7)를 이동 가능하게 지지한다. 이처럼 블레이드 이동 지지용 선반(150)이 블레이드(7)를 이동 가능하게 지지하기 때문에 선상에서 허브(3)와 블레이드(7)를 조립하여 허브/블레이드 조립체(10, 도 9 참조)를 만들 수 있어 해상 풍력발전기의 설치 시 많은 도움이 될 수 있다.
참고로, 도 2 및 도 3에 보면, 선체(110)에 4개씩의 타워(1), 허브(3) 및 나셀(5), 그리고 12개의 블레이드(7)가 배치되기 때문에 이러한 선박을 이용해서 총 4개의 해상 풍력발전기를 설치할 수 있는 이점이 있다. 물론, 이의 수치는 설명을 위한 하나의 예이며, 이의 수치에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
도 3은 도 2의 측면도, 도 4는 도 3의 요부 확대도, 도 5는 도 4의 사시도, 도 6은 도 5에서 상부의 블레이드가 허브를 향해 이동된 상태의 도면, 도 7은 도 6의 요부 확대도, 도 8은 블레이드 이동 지지용 선반의 부분 확대 정면도, 그리고 도 9는 도 4에서 최상단의 허브에 블레이드가 결합된 상태의 도면이다.
이들 도면을 참조하여 허브 지지용 선반(120)과 블레이드 이동 지지용 선반(150)에 대해 자세히 알아본다.
앞서 기술한 것처럼 허브 지지용 선반(120)과 블레이드 이동 지지용 선반(150) 상에 허브(3)는 총 4개가, 그리고 블레이드(7)는 총 12개가 배치되어 운송될 수 있다.
따라서 허브 지지용 선반(120)과 블레이드 이동 지지용 선반(150)은 다단으로 층상 배열될 수 있다. 즉 동일한 구조의 허브 지지용 선반(120)과 블레이드 이동 지지용 선반(150)이 높이 방향을 따라 4개씩 배치되는 구조를 가질 수 있다. 물론, 허브 지지용 선반(120)과 블레이드 이동 지지용 선반(150)은 단층 구조일 수도 있고, 2층, 3층 혹은 5층 이상의 구조일 수도 있다.
본 실시예의 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 허브 지지용 선반(120)을 기준으로 하여 2개의 블레이드 이동 지지용 선반(150)이 대칭되게 배치되고 나머지 1개의 블레이드 이동 지지용 선반(150)은 다른 쪽의 선체(110)에 배치된 구조를 제시하고 있다.
이는 선체(110)의 데크 공간을 최대한 효율적으로 활용하기 위한 방안일 수 있는데, 만약 선체(110)의 데크 공간이 넓다면 허브 지지용 선반(120)을 기준으로 하여 그 둘레 방향을 따라 3개의 블레이드 이동 지지용 선반(150)이 배치되도록 하여도 무방하다.
우선, 블레이드 이동 지지용 선반(150)에 대해 알아본다. 블레이드 이동 지지용 선반(150)은 주로 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본체 프레임(151)과, 블레이드(7)가 지지되며, 본체 프레임(151)에 대해 이동 가능하게 결합되는 블레이드 지지용 이동 프레임(152)과, 본체 프레임(151)과 블레이드 지지용 이동 프레임(152)에 마련되어 블레이드 지지용 이동 프레임(152)을 이동시키는 이동 모듈(153)을 포함한다.
본체 프레임(151)은 블레이드 이동 지지용 선반(150)의 외관을 형성한다. 본체 프레임(151)은 선체(110)에 위치 고정될 수도 있으나 필요 시 이동되도록 할 수도 있다.
블레이드 지지용 이동 프레임(152)은 본체 프레임(151)에 대해 이동 가능하게 결합되는 부분이다. 블레이드 지지용 이동 프레임(152)의 상부에는 블레이드(7)가 지지된다.
블레이드 지지용 이동 프레임(152)의 상부에 블레이드(7)가 지지될 수 있도록, 블레이드 지지용 이동 프레임(152)의 상부에는 블레이드(7)가 안착되는 다수의 안착 블록(159)이 마련된다. 안착 블록(159)의 표면은 블레이드(7)의 곡면 형상에 대응될 수 있도록 아크(arc) 형상의 홈부(159a)를 형성할 수 있다.
안착 블록(159)에 안착되는 블레이드(7)를 견고하게 그립핑하기 위해 안착 블록(159)에 블레이드 그립퍼(160)가 결합된다. 본 실시예에서 블레이드 그립퍼(160)는 벨트(belt)일 수 있다.
한편, 이동 모듈(153)은 본체 프레임(151)과 블레이드 지지용 이동 프레임(152)에 마련되어 블레이드 지지용 이동 프레임(152)을 이동시키는 역할을 한다.
이러한 이동 모듈(153)은 본체 프레임(151)에 고정되며, 블레이드 지지용 이동 프레임(152)이 이동되기 위한 동력을 공급하는 동력공급부(154)와, 동력공급부(154)와 블레이드 지지용 이동 프레임(152)에 배치되며, 동력공급부(154)로부터의 동력을 공급받아 블레이드 지지용 이동 프레임(152)을 이동시키는 기어박스(155)를 포함한다.
동력공급부(154)는 위치 제어가 가능한 모터일 수 있다. 그리고 기어박스(155)는 동력공급부(154)에 결합되는 피니언 기어(155a)와, 블레이드 지지용 이동 프레임(152)에 마련되고 피니언 기어(155a)에 치합되는 랙 기어(155b)를 포함할 수 있다. 이에, 동력공급부(154)에 의해 피니언 기어(155a)가 회전되면 이에 치합된 랙 기어(155b)가 이동됨에 따라 도 7의 화살표 방향으로 블레이드 지지용 이동 프레임(152)이 블레이드(7)를 싣고 이동할 수 있다.
이러한 블레이드 지지용 이동 프레임(152)의 이동을 안내하기 위해 이동 모듈(153)에는 가이드부(156)가 더 마련될 수 있다. 가이드부(156)는 본체 프레임(151)과 블레이드 지지용 이동 프레임(152)에 결합되어 블레이드 지지용 이동 프레임(152)의 이동을 가이드하는 역할을 한다.
가이드부(156)는 가이드 블록(156a)과 가이드 레일(156b)을 포함할 수 있으며, 블레이드 지지용 이동 프레임(152)의 양측에 하나씩 배치될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 해상 풍력발전기 설치용 선박의 작용을 설명한다.
우선, 해상 풍력발전기를 이루는 각 부품들, 즉 타워(1), 허브(3), 나셀(5) 및 블레이드(7)들을 분리하여 개별적으로 선체(110)에 싣고 해상 풍력발전기의 설치 장소로 해상 운송한다.
다른 부품들과 달리 허브(3)와 블레이드(7)는 각각 허브 지지용 선반(120)과 블레이드 이동 지지용 선반(150)에 지지된 채로 운송된다.
다음, 해상 풍력발전기의 설치 장소에 도달되면 우선, 선상에서 허브(3)와 블레이드(7)를 조립하여 허브/블레이드 조립체(10, 도 9 참조)를 만든다.
즉 도 7처럼 동력공급부(154)에 의해 피니언 기어(155a)가 회전되면 이에 치합된 랙 기어(155b)가 이동됨에 따라 도 7의 화살표 방향으로 블레이드 지지용 이동 프레임(152)이 블레이드(7)를 싣고 이동할 수 있는데, 이러한 동작을 통해 고중량의 블레이드(7)를 크레인(C) 없이 위치 이동시켜 허브(3)와 조립하여 허브/블레이드 조립체(10)가 되도록 할 수 있다.
그런 다음, 타워(1)와 기초부를 조립한 후, 나셀(5)을 타워(1)의 상단부에 조립한 다음, 허브/블레이드 조립체(10)를 나셀(5)에 조립함으로써 해상 풍력발전기를 설치할 수 있다.
이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예에 따르면, 풍력발전기의 각 부품을 해상에서 운송할 때 풍하중에 의해 블레이드(7)와, 블레이드(7)를 허브(3)에 조립할 때 사용된 체결볼트의 피로 수명이 단축되는 현상을 효과적으로 예방할 수 있으며, 나아가 허브(3)에 대한 블레이드(7)의 조립 작업을 선상에서 간편하게 수행할 수 있어 해상 풍력발전기의 설치 작업효율을 향상시키면서 그 설치시간을 단축시킬 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박에 적용될 수 있는 블레이드 그립퍼의 개략적인 구조도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에서 블레이드 그립퍼(260)는, 안착 블록(259)에 이동 가능하게 연결되는 다수의 그립핑 아암(262)과, 그립핑 아암(262)들의 일측에 마련되어 블레이드(7)의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부(263)를 포함할 수 있다.
접촉가압부(263)는 실질적으로 블레이드(7)의 외표면에 접촉된 후에 가압되면서 블레이드(7)를 그립핑하는 부분으로서, 블레이드(7)의 외표면에 손상을 주지 않는 재질, 예컨대 고무, 실리콘, 우레탄 등의 재질로 제작될 수 있다.
또한 접촉가압부(263)는 블레이드(7)의 외표면 형상에 대응되는 곡률을 가질 수 있는데, 이러한 경우 좀 더 넓은 표면적으로 블레이드(7)의 외표면을 가압할 수 있기 때문에 블레이드(7)가 찌그러지는 등 블레이드(7)에 변형이 발생되는 것을 저지시킬 수 있다. 따라서 블레이드(7)가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드(7)를 안정적으로 그립핑할 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박에 적용될 수 있는 블레이드 그립퍼의 접촉가압부 영역의 확대 구조도이고, 도 12는 도 11에 적용되는 풍력발전기용 타워 및 블레이드 연결장치의 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 경우, 블레이드 그립퍼(360)의 그립핑 아암(362)들의 일측에 마련되는 접촉가압부(363)는 작업유체의 압력에 의해 부피 팽창되면서 블레이드(7)의 외표면에 탄성적으로 접촉가압되는 탄성 접촉가압 튜브(363)로 적용된다.
도 11처럼 탄성 접촉가압 튜브(363) 내로 작업유체가 공급되면 탄성 접촉가압 튜브(363)가 부피 팽창되는데, 이때, 탄성 접촉가압 튜브(363)의 후방에서는 그립핑 아암(362)이 탄성 접촉가압 튜브(363)를 지지하고 있기 때문에 부피 팽창되는 탄성 접촉가압 튜브(363)는 블레이드(7)의 외표면 쪽으로 넓게 펴지면서 넓은 표면적으로 블레이드(7)를 지지할 수 있게 된다.
이처럼 탄성 접촉가압 튜브(363)가 블레이드(7)의 외표면 쪽으로 넓게 펴지면서 넓은 표면적으로 블레이드(7)를 지지하게 되면 블레이드(7)의 그립핑을 위한 힘이 분산되는 효과를 제공하기 때문에 블레이드(7)가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드(7)를 안정적으로 그립핑할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 11과 같이 탄성 접촉가압 튜브(363)가 동작되기 위해 탄성 접촉가압 튜브(363)로 유압과 같은 작업유체를 공급하게 되는데, 이를 위해 도 12처럼 작업유체 공급부(381), 작업유체 압력감지부(382) 및 컨트롤러(383)가 마련된다.
작업유체 공급부(381)는 탄성 접촉가압 튜브(363)로 작업유체를 공급하는 일종의 유압 탱크이며, 작업유체 압력감지부(382)는 탄성 접촉가압 튜브(363) 내로 공급되는 작업유체의 압력을 감지하는 역할을 한다.
그리고 컨트롤러(383)는 작업유체 압력감지부(382)의 정보에 기초하여 작업유체 공급부(381)의 동작을 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(383)는, 중앙처리장치(383a, CPU), 메모리(383b, MEMORY), 서포트 회로(383c, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(383a)는 본 실시예에서 작업유체 압력감지부(382)의 정보에 기초하여 작업유체 공급부(381)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(383b, MEMORY)는 중앙처리장치(383a)와 연결된다. 메모리(383b)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(383c, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(383a)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(383c)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 작업유체 압력감지부(382)의 정보에 기초하여 작업유체 공급부(381)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(383b)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(383b)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 실시예에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치용 선박에 적용될 수 있는 블레이드 그립퍼 영역의 개략적인 구조도이다.
본 실시예의 경우, 변형저지유닛(470)을 더 포함할 수 있다. 변형저지유닛(470)은 블레이드(7)에 대한 블레이드 그립퍼(460)의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 블레이드(7)의 내부에 배치되며, 블레이드 그립퍼(460)의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 블레이드(7)의 변형을 저지시키는 역할을 한다.
즉 도 13처럼 블레이드 그립퍼(460)의 접촉가압부(463)가 블레이드(7)의 외측면에 접촉되어 블레이드(7)를 안쪽으로 가압하면서 블레이드(7)를 그립핑할 때, 변형저지유닛(470)이 블레이드(7)의 내부에 배치되어 바깥쪽으로 저항하게 되면 블레이드(7)의 그립핑 압력을 상쇄시킬 수 있기 때문에 블레이드(7)가 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다. 다시 말해, 블레이드 그립퍼(460)의 압력에 의해, 혹은 접촉가압부(463)의 강한 압력에 의해 블레이드(7)의 측벽이 안쪽으로 휘어지면서 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다.
본 실시예에서 이러한 역할을 담당하는 변형저지유닛(470)은 작업유체, 예컨대 유압의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브로 적용된다. 이하, 편의를 위해, 변형저지유닛(470)을 변형저지용 튜브(470)로 설명하면서 참조부호를 동일하게 부여한다.
참고로, 블레이드(7)는 금속 재질로 제작되는 타워(102)와 달리 강성이 있으면서도 가벼워야 하기 때문에 비금속 재질로 제작되는데, 이때 블레이드(7)가 변형되지 않도록 블레이드(7) 내부에는 전단 웹(shear web, 411)이 마련된다.
이러한 구조에서 변형저지용 튜브(470)는 전단 웹(411)에 의해 구획되는 각 스페이스 모두에 마련될 수 있다. 물론, 다수의 스페이스 중에서 선택된 곳에만 변형저지용 튜브(470)가 적용되어도 무방하다.
변형저지용 튜브(470)를 설치할 때는 블레이드(7)의 내부에서 팽창이 되지 않은 일반적인 상태로 존재하나 블레이드(7)에 대한 그립핑 작업이 진행될 때에는 도 13처럼 부피 팽창되면서 블레이드(7)의 바깥쪽으로 저항함으로써 블레이드(7)의 그립핑 압력을 상쇄시켜 블레이드(7)의 변형을 저지시킬 수 있다.
도 14는 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이고, 도 15는 도 14에 적용될 변형저지유닛에 대한 변형 실시예이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 일부의 블레이드(507)의 경우, 그 내부에 다수의 전단 웹(511,512)이 마련될 수 있으며, 다수의 전단 웹(511,512)으로 인해 블레이드(507)의 내부가 2개 이상이 스페이스(S1~S3)로 구획될 수도 있다.
이러한 경우, 변형저지유닛(570)은 각 스페이스(S1~S3)에 하나씩 개별적으로 배치될 수도 있지만 변형저지유닛(570)이 블레이드 그립퍼(460, 도 13 참조)의 압력에, 혹은 접촉가압부(463, 도 13 참조)의 압력(A)에 역 방향으로 저항하면 되기 때문에 이러한 그립핑 압력(A)이 제공되는 곳에만 배치되어도 충분하다.
즉 도 14의 경우, 그립핑 압력(A)이 제공되는 제2 스페이스(S2)에만 변형저지유닛(570)이 배치되더라도 무방하다.
또한 변형저지유닛(570)이 동작될 때의 힘, 다시 말해 부피 팽창에 따른 압력은 그립핑 압력(A)에 역 방향인 도 14의 B 방향으로 작용하면 충분하며, 불필요하게 C 방향으로 압력이 가해질 필요는 없다. 실제, C 방향으로 압력이 가해질 경우, 전단 웹(511,512)들이 휘어지는 폐단이 발생될 수도 있다
이러한 점을 감안하여 본 실시예에서는 변형저지유닛(570)을 도 15와 같이 적용하고 있다. 즉 본 실시예에서 변형저지유닛(570)은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브(571)와, 변형저지용 튜브(571)의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 변형저지용 튜브(571)의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 부피 팽창 저지벽체(572)를 포함한다.
이때, 부피 팽창 저지벽체(572)는 변형저지용 튜브(571)의 외측면에서 접촉가압부(463, 도 13 참조)의 그립핑 방향을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다.
이와 같은 구조의 변형저지유닛(570)이 적용되면, 변형저지용 튜브(571) 내로 작업유체가 공급될 때, 변형저지용 튜브(571)가 도 14의 B 방향으로만 부피 팽창하면서 그립핑 압력(A)에 역 방향으로 저항하기 때문에 효율적일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 타워 2 : 잭업레그
3 : 허브 5 : 나셀
7 : 블레이드 10 : 허브/블레이드 조립체
110 : 선체 120 : 허브 지지용 선반
150 : 블레이드 이동 지지용 선반 151 : 본체 프레임
152 : 블레이드 지지용 이동 프레임 153 : 이동 모듈
154 : 동력공급부 155 : 블레이드 지지용 이동 프레임
155a : 피니언 기어 155b : 랙 기어
156 : 가이드부 159 : 안착 블록
160 : 블레이드 그립퍼

Claims (15)

  1. 선체;
    상기 선체의 일측에 마련되며, 허브(hub)가 지지되는 허브 지지용 선반; 및
    상기 허브 지지용 선반에 이웃하게 배치되며, 상기 허브에 조립될 블레이드(blade)가 상기 허브에 접근될 수 있도록 상기 블레이드를 이동 가능하게 지지하는 블레이드 이동 지지용 선반을 포함하며,
    상기 허브 지지용 선반과 상기 블레이드 이동 지지용 선반은 다단으로 층상 배열되며,
    상기 선체에는 타워(tower), 나셀(nacelle), 크레인(crane)이 개별적으로 배치되는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 이동 지지용 선반은,
    본체 프레임;
    상기 블레이드가 지지되며, 상기 본체 프레임에 대해 이동 가능하게 결합되는 블레이드 지지용 이동 프레임; 및
    상기 본체 프레임과 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 마련되어 상기 블레이드 지지용 이동 프레임을 이동시키는 이동 모듈을 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동 모듈은,
    상기 본체 프레임에 고정되며, 상기 블레이드 지지용 이동 프레임이 이동되기 위한 동력을 공급하는 동력공급부; 및
    상기 동력공급부와 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 배치되며, 상기 동력공급부로부터의 동력을 공급받아 상기 블레이드 지지용 이동 프레임을 이동시키는 기어박스를 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기어박스는,
    상기 동력공급부에 결합되는 피니언 기어; 및
    상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 마련되고 상기 피니언 기어에 치합되는 랙 기어를 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이동 모듈은,
    상기 본체 프레임과 상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 결합되어 상기 블레이드 지지용 이동 프레임의 이동을 가이드하는 가이드부를 더 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 블레이드 지지용 이동 프레임에 결합되어 상기 블레이드가 안착되는 적어도 하나의 안착 블록; 및
    상기 안착 블록에 착탈 가능하게 결합되며, 상기 안착 블록과의 사이에서 상기 블레이드를 그립핑하는 블레이드 그립퍼를 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 블레이드 그립퍼는 벨트(belt)인 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 이동 지지용 선반은 상기 허브 지지용 선반을 기준으로 하여 적어도 2개가 대칭되게 배치되는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 블레이드 그립퍼는,
    상기 안착 블록에 이동 가능하게 연결되는 다수의 그립핑 아암; 및
    상기 그립핑 아암들의 일측에 마련되어 상기 블레이드의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부를 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접촉가압부는,
    작업유체의 압력에 의해 부피 팽창되면서 상기 블레이드의 외표면에 탄성적으로 접촉가압되는 탄성 접촉가압 튜브인 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 접촉가압 튜브로 상기 작업유체를 공급하는 작업유체 공급부;
    상기 탄성 접촉가압 튜브 내로 공급되는 상기 작업유체의 압력을 감지하는 작업유체 압력감지부; 및
    상기 작업유체 압력감지부의 정보에 기초하여 상기 작업유체 공급부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 블레이드에 대한 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 상기 블레이드의 변형을 저지시키는 변형저지유닛을 더 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 변형저지유닛은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브인 해상 풍력발전기 설치용 선박.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 변형저지유닛은,
    상기 변형저지용 튜브의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 상기 변형저지용 튜브의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 적어도 하나의 부피 팽창 저지벽체를 더 포함하는 해상 풍력발전기 설치용 선박.
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