KR101540757B1 - 풍력 발전기의 보강 구조물 및 보강 구조물 시공 방법 - Google Patents

Abstract

풍력 발전기의 보강 구조물 및 보강 구조물 시공 방법이 개시된다. 풍력 발전기의 보강 구조물은, 기초 구조물의 상부 영역에 설치되어 원통형 강관; 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 방사형으로 고정되는 철근을 포함한다.

Description

풍력 발전기의 보강 구조물 및 보강 구조물 시공 방법{Reinforcing structure for wind power generator and installation method thereof}

본 발명은 풍력 발전기의 보강 구조물 및 보강 구조물 시공 방법에 관한 것이다.

해상에 설치되는 풍력 발전기는 바다의 거친 풍랑을 견디기 위해 견고하게 설치되어야 하며, 해상에서 생산된 전기를 멀리 떨어진 육지로 손실없이 전달할 수 있어야 한다.

풍력 발전기를 해저 바닥에 설치하는 방법은 수심에 따라 중력식 구조와 모노파일 구조 등으로 다양할 수 있다. 한국공개특허 제2012-0001384호(풍력발전기용 해상 모노파일 시공방법)은 해상에 설치되는 풍력발전기의 기초에 사용되는 모노파일 시공 방법을 개시하고 있다.

풍력 발전기를 설치하는 과정에서 하부 구조를 이루기 위해 콘크리트로 형성되는 기초 구조물의 상부에 타워 구조물이 설치되는데, 타워 구조물의 휨 방지를 위해 기초 구조물의 상부에 원통형 강관을 배치하고, 원통형 강관의 측면에는 철근을 방사형으로 배근하기 위해 다수의 관통 홀(hole)이 형성된다.

그러나 관통 홀에 삽입 및 지지되도록 철근을 방사형으로 배치하는 조립 공정은 쉽지 않은 공정일 뿐 아니라, 방사형으로 배치되는 철근으로 인해 콘크리트 타설시 원통형 강관의 내측 영역에 콘크리트 페이스트가 효과적으로 침투되지 못하는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2012-0001384호(풍력발전기용 해상 모노파일 시공방법)

본 발명은 기초 구조물의 상부에 설치되는 타워 구조물의 안정적 지지를 위한 보강 구조물의 설치가 용이해지고, 방사형 철근의 설치를 위한 관통 홀을 형성하지 않음으로써 원통형 강관의 단면 손실 보충을 위한 강관의 두께를 증가시킬 필요가 없어 재료의 효율적 이용이 가능해지는 풍력 발전기의 보강 구조물 및 보강 구조물 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 원통형 강관 내부에 철근이 배근되지 않기 때문에 사용되는 철근의 총량을 감소시킬 수 있고, 콘크리트 타설이 용이해져 재료비 절감 및 작업 효율 증진을 기할 수 있는 풍력 발전기의 보강 구조물 및 보강 구조물 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기의 보강 구조물로서, 기초 구조물의 상부 영역에 설치되는 원통형 강관; 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 방사형으로 고정되는 철근을 포함하는 철근 구조물을 포함하는 풍력 발전기의 보강 구조물이 제공된다.

상기 철근 구조물은, 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 각각 부착되는 하부 링과 상부 링; 상기 하부 링과 상기 상부 링이 형성하는 내측 공간에 수용되어 고정되는 복수의 정착판; 및 상기 정착판 각각의 일 측에 일 단부가 각각 연결되어 상기 원통형 강관의 외측 방향으로 방사형으로 연장되는 복수의 철근을 포함할 수 있다.

상기 정착판 및 상기 정착판에 대응되는 철근의 연결을 위해 상기 정착판의 일측에는 암나사산이 형성되고, 상기 철근의 단부에는 수나사산이 형성될 수 있다.

상기 하부 링, 상부 링 및 상기 철근은 상기 철근의 일측에 형성된 수나사산에 체결되는 너트를 이용하여 고정될 수 있다.

상기 원통형 강관 및 상기 철근 구조물은 상기 기초 구조물의 상부 영역에 고정되도록 하기 위해 콘크리트 타설될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기의 보강 구조물 시공 방법으로서, 기초 구조물의 상부 영역에 배치된 원통형 강관의 외측 둘레면 복수 개소에 브라켓을 고정 설치하는 단계; 상기 브라켓의 상부면과 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 고정되도록 하부 링을 설치하는 단계; 철근의 단부에 결합된 장착판의 하측 영역을 상기 하부 링의 내측 공간에 끼워 고정하는 단계; 및 상기 장착판의 상측 영역이 내부에 수용되도록 상기 하부링에 대응되는 형상으로 형성된 상부링을 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 고정되도록 설치하는 단계를 포함하는 풍력 발전기의 보강 구조물 시공 방법이 제공된다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기초 구조물의 상부에 설치되는 타워 구조물의 안정적 지지를 위한 보강 구조물의 설치가 용이해지고, 방사형 철근의 설치를 위한 관통 홀을 형성하지 않음으로써 원통형 강관의 단면 손실 보충을 위한 강관의 두께를 증가시킬 필요가 없어 재료의 효율적 이용이 가능해지는 효과가 있다.

또한, 원통형 강관 내부에 철근이 배근되지 않기 때문에 사용되는 철근의 총량을 감소시킬 수 있고, 콘크리트 타설이 용이해져 재료비 절감 및 작업 효율 증진을 기할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 풍력 발전기 설치 구조를 나타낸 도면.
도 2는 종래기술에 따른 중력식 풍력 발전기에서 타워 구조물의 지지를 위한 원통형 강관 설치 형상을 나타낸 도면.
도 3은 종래기술에 따른 방사형 철근 배근 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 강관 설치 형상 및 방사형 철근 배근 형상을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근 구조물의 설치 공정을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철근 구조물의 설치 공정을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 일반적인 풍력 발전기 설치 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 중력식 풍력 발전기에서 타워 구조물의 지지를 위한 원통형 강관 설치 형상을 나타낸 도면이며, 도 3은 종래기술에 따른 방사형 철근 배근 형상을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기는 콘크리트 구조물로 형성되는 기초 구조물(110), 기초 구조물 상부에 설치되는 타워 구조물(120) 및 타워 구조물(120) 상부에 설치되는 너셀 및 블레이드 등의 상부 구조물(130)로 구성될 수 있다.

기초 구조물(110)의 상측에는 도 2에 도시된 바와 같이, 타워 구조물(120)을 안정적으로 지지하기 위한 원통형 강관(200)이 설치된다.

원통형 강관(200)의 둘레면에는 철근(300, 도 3 참조)을 관통 삽입 방식으로 배식하기 위한 관통 홀(210)이 형성된다.

기초 구조물(110) 상부에 설치될 타워 구조물(120)의 휨 방지를 위해, 각각의 관통 홀(210)에는 도 3에 도시된 바와 같이 철근(300)이 관통 삽입되어 지지된다. 즉, 원통형 강관(200)의 둘레면에 형성된 관통 홀(210)에 철근이 삽입됨으로써 방사형으로 철근(300) 보강이 이루어진다.

그러나, 원통형 강관(200)의 내부(도 3의 (b) 참조)는 방사 형태의 철근(300) 배근에 의해 철근 간격이 좁아지게 되고, U형 스터럽(stirrup) 등 여러 철근이 밀집하게 되어 철근 조립이 어려울 뿐 아니라, 원통형 강관(200)의 내부 및 외부 공간에 콘크리트를 타설함에 있어 콘트리트 페이스트가 조립 철근 사이에 침투하기 어려운 문제점이 있다.

또한 다수의 관통 홀(210)에 의한 원통형 강관(200)의 단면 손실 보충을 위해 원통형 강관(200)의 두께를 증가시켜야 함으로써 재료의 효율적 사용이 저하되는 문제점도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 강관 설치 형상 및 방사형 철근 배근 형상을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철근 구조물의 설치 공정을 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철근 구조물의 설치 공정을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 기초 구조물(110)의 상측에는 타워 구조물(120)을 안정적으로 지지하기 위한 보강 구조물의 설치된다.

보강 구조물은 중심 영역에 배치되는 원통형 강관(400)과 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 방사형으로 고정 설치되는 철근(520, 도 5 및 6 참조)을 포함하는 철근 구조물(410)을 포함한다(도 4의 (b) 참조).

철근 구조물(410)은 도 5에 도시된 바와 같이, 정착판(510), 철근(520), 브라켓(530), 하부 링(535) 및 상부 링(540)을 포함할 수 있다.

철근(520)의 단부에는 수나사산부(525)가 형성되고 정착판(510)의 일측에는 암나사산부(515)가 형성되어 상호 체결된다(도 5의 (a) 참조). 물론 철근(520)의 단부와 정착판(510)의 일측이 용접 방식으로 고정 부착될 수도 있다.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 원통형 강관(400)의 외측 둘레면 복수 개소에 철근(520)의 설치를 위한 수직 높이를 조절하기 위한 브라켓(530)이 부착되고, 브라켓(530)의 상부와 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 각각 고정되는 하부 링(535)이 부착된다. 브라켓(530)은 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 예를 들어 나사 가공, 용접 방식 등으로 고정 부착될 수 있다.

하부 링(535)은 예를 들어 링(ring) 형상으로 원통형 강관(400)의 외측 둘레면을 전체적으로 감싸도록 설치될 수도 있으나, 철근(520)이 고정 지지될 위치에 이격적으로 각각 설치될 수도 있다. 하부 링(535)은 예를 들어 "ㄴ"자 형상으로 형성되어 철근(520)에 연결된 정착판(510)의 하측 영역이 내부에 수용되도록 하는 내측 공간을 구비할 수 있다. 하부 링(535)의 내측 공간의 깊이(d2)는 정착판(510)의 안정적 지지를 위해 정착판의 두께(d1)와 일치하거나 미리 지정된 폭만큼 크게 형성될 수 있을 것이다.

도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 브라켓(530) 및 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 고정된 하부 링(535)의 내측 공간에 철근(520)의 일 단부에 연결된 정착판(510)이 삽입된 후, 하부 링(535)의 형상에 대응되는 형상의 상부 링(540)이 정착판(510)의 상측 영역을 내부에 수용하도록 설치되고, 상부 링(540)의 일 측은 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 고정적으로 부착될 수 있다.

전술한 본 실시예에 따른 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 철근 구조물(410)을 설치하는 공정을 간략히 정리하면, 우선 원통형 강관(400)의 외측 둘레면 복수 개소에 브라켓(530)을 설치하는 제1 공정, 브라켓(530)의 상부면과 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 나사 가공 또는 용접 방식 등으로 고정 부착되도록 하부 링(535)을 설치하는 제2 공정, 철근(520)의 단부에 결합된 정착판(510)을 하부 링(535)의 내측 공간에 끼워넣는 제3 공정, 상기 정착판(510)의 상부 영역이 내부에 수용되도록 하부 링(535)에 대응되는 형상의 상부 링(540)을 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 나사 가공 또는 용접 방식 등으로 고정 부착하는 제4 공정으로 구성될 수 있다. 또한 정착판(510)이 상부 링(540)과 하부 링(535)에 의해 형성된 내측 공간에 삽입되어 지지되는 철근(520)의 지지력을 향상시키기 위해 상부 링(540), 하부 링(535) 및 철근(520)은 용접 방식으로 고정하는 제5 공정이 더 포함될 수도 있다(도 5의 (c) 참조).

이와 같이, 본 실시예에 따른 철근 구조물(410)은 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 고정 부착되는 상부 링(540)과 하부 링(535)에 의해 고정되는 구조로서, 종래 기술에 따른 철근 배근 방식과 달리 원통형 강관(400)의 둘레면에 관통 홀(210)을 형성할 필요가 없다.

따라서, 철근(520)의 배근 공정이 용이해질 뿐 아니라, 원통형 강관(400) 내부에 철근(520)이 위치하지 않아 사용되는 철근(520)의 양이 감소될 수 있고, 또한 원통형 강관(400) 내부에 대한 콘크리트 타설 작업이 용이해지는 장점도 있다.

앞서 도 5를 참조하여 설명한 철근 구조물 설치 방법에서는 용접 방식에 의한 상부 링(540), 하부 링(535) 및 철근(520) 고정 방식이 적용되었다.

그러나 상부 링(540), 하부 링(535) 및 철근(520)의 고정은 용접 방식 이외에 도 6에 예시된 바와 같이 너트 체결 방식 등이 이용될 수도 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 철근(520)은 제1 수나사산 영역(612), 수나사산 미형성 영역(614), 제2 수나사산 영역(622) 및 통상의 철근 영역이 연속되도록 구성될 수 있다.

제1 수나사산 영역(612)과 수나사산 미형성 영역(614)은 통상의 철근 영역에 비해 상대적으로 작은 지름을 가지는 단차 구간(610)을 형성한다. 물론 단차 구간(610) 내에 수나사산 미형성 영역(614)을 생략하고, 전체적으로 제1 수나사산 영역(612)으로 형성할 수도 있음은 당연하다.

제1 수나사산 영역(612)은 정착판(510)의 일 영역에 형성된 암나사산부(515)에 체결된다. 이때 제2 수나사산 영역(622)에 체결되기 위한 너트(630)의 내측 공간에 단차 영역(610)이 관통 삽입된다. 즉, 너트(630)의 내측 홀의 지름은 단차 구간(610)의 지름보다 상대적으로 크게 형성된다.

이어서, 앞서 설명한 바와 같이, 철근(520)의 단부에 연결된 정착판(510)이 원통형 강관(400)의 외측 둘레면에 각각 고정 부착되는 상부 링(540)과 하부 링(535)의 내측 공간에 고정 설치된다.

이후, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 너트(630)를 회전시켜 상부 링(540), 하부 링(535) 및 철근(520)을 고정 결합한다.

이제까지 도 5 및 도 6을 참조하여 설명함에 있어, 철근(520)의 단부에 수나사산을 형성하고 정착판(510)의 일측에 암나사산을 형성하여 상호 체결되도록 하는 결합 방식을 중심으로 설명하였으나, 철근(520)의 일 단부와 정착판(510)의 고정 결합이 용접 방식으로 이루어질 수도 있음은 당연하다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 기초 구조물 120 : 타워 구조물
130 : 상부 구조물 200, 400 : 원통형 강관
210 : 관통 홀 300, 520 : 철근
410 : 철근 구조물 510 : 정착판
525 : 수나사산부 530 : 브라켓
535 : 하부 링 540 : 상부 링
610 : 단차 구간 612 : 제1 수나사산 영역
614 : 수나사산 미형성 영역 622 : 제2 수나사산 영역
630 : 너트

Claims (6)

1. 풍력 발전기의 보강 구조물로서,
   기초 구조물의 상부 영역에 설치되는 원통형 강관;
   상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 방사형으로 고정되는 철근을 포함하는 철근 구조물을 포함하되,
   상기 철근 구조물은,
   상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 각각 부착되는 하부 링과 상부 링;
   상기 하부 링과 상기 상부 링이 형성하는 내측 공간에 수용되어 고정되는 복수의 정착판; 및
   상기 정착판 각각의 일 측에 일 단부가 각각 연결되어 상기 원통형 강관의 외측 방향으로 방사형으로 연장되는 복수의 철근을 포함하는, 풍력 발전기의 보강 구조물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 정착판 및 상기 정착판에 대응되는 철근의 연결을 위해 상기 정착판의 일측에는 암나사산이 형성되고, 상기 철근의 단부에는 수나사산이 형성되는, 풍력 발전기의 보강 구조물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부 링, 상부 링 및 상기 철근은 상기 철근의 일측에 형성된 수나사산에 체결되는 너트를 이용하여 고정되는, 풍력 발전기의 보강 구조물.
5. 제1항에 있어서,
   상기 원통형 강관 및 상기 철근 구조물은 상기 기초 구조물의 상부 영역에 고정되도록 하기 위해 콘크리트 타설되는, 풍력 발전기의 보강 구조물.
6. 풍력 발전기의 보강 구조물 시공 방법으로서,
   기초 구조물의 상부 영역에 배치된 원통형 강관의 외측 둘레면 복수 개소에 브라켓을 고정 설치하는 단계;
   상기 브라켓의 상부면과 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 고정되도록 하부 링을 설치하는 단계;
   철근의 단부에 결합된 장착판의 하측 영역을 상기 하부 링의 내측 공간에 끼워 고정하는 단계; 및
   상기 장착판의 상측 영역이 내부에 수용되도록 상기 하부링에 대응되는 형상으로 형성된 상부링을 상기 원통형 강관의 외측 둘레면에 고정되도록 설치하는 단계를 포함하는 풍력 발전기의 보강 구조물 시공 방법.

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