KR101827205B1 - 해상 풍력발전기 설치 및 이송을 위한 리프팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 길이가 엄청난 풍력발전기를 조립 상태에서 리프팅하는 장치를 제안한다. 본 발명 리프팅장치는, 선상에 지지되는 일정 높이의 메인프레임(10)과; 풍력발전기의 타워 하부를 클램핑하는 제1클램핑수단을 구비하는 하부클램프(22); 상기 하부클램프를 지지하고, 메인프레임에 대하여 승하강 가능하게 지지되는 하부클램프 프레임(20); 상기 하부클램프 프레임의 상부에서 메인프레임에 의하여 지지되고, 풍력발전기의 상부를 클램핑하는 제2클램핑수단을 구비하는 상부클램프; 상기 하부클램프 프레임을 메인프레임에서 원하는 위치에서 고정하는 고정수단; 그리고 상기 하부클램프 프레임을 메인프레임에 대하여 승하강시키는 승하강수단으로 구성된다. 하부클램프 프레임(20)은, 메인프레임의 정면에 상하 방향으로 설치된 가이드레일이 하부클램프 프레임의 가이드홈 내부에 들어간 상태에서, 메인프레임에 대하여 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성된다. 그리고 고정수단은, 가이드홈 내부에 설치되고 상기 가이드레일을 클램핑하여 그 위치에서 유지하는 레일클램프로 구성되고, 승하강수단은 윈치(50)를 포함한다.

Description

해상 풍력발전기 설치 및 이송을 위한 리프팅장치{An apparatus for lifting marine wind plant}

본 발명은 해상 풍력발전기의 리프팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 완전히 조립된 상태의 풍력발전기를 해상에서 운반할 수 있고, 편리한 설치를 제공할 수 있는 해상 풍력발전기 설치 및 이송을 위한 리프팅장치에 관한 것이다.

화석연료에 대한 근본적인 여러 문제와 친환경 정책의 측면에서, 최근에는 풍력 발전이 널리 보급되고 있는 실정이다. 특히 해상은 풍력 발전의 소스라고 할 수 있는 바람의 힘이 충분히 확보될 수 있는 환경을 가지고 있기 때문에, 해상 풍력발전도 다양한 형태로 설치되고 있는 실정이다.

일반적으로 풍력발전장치는, 아주 긴 길이를 가지는 타워와, 이러한 타워의 상단부에 설치되어 바람에 반응하여 발전을 일으키는 블레이드로 구성되고 있다. 그런데 이러한 타워 및 블레이드는 수십 미터에 이르는 엄청난 크기를 가지고 있기 때문에, 해상에서 이동할 때 상대적으로 부피가 작은 분리된 상태로 운반되고, 설치 현장에서 부품을 조립하는 것이 일반적이다.

이와 같은 현재의 작업 형태에 의하면, 바람 및 파도의 영향이 심한 해상에서 풍력발전장치를 조립해야 하는 것인데, 이러한 점은 실질적으로 풍력발전장치의 설치 및 시험 등에 아주 불리하게 작용하는 것은 당연하다고 할 수 있을 것이다.

본 발명은 조립이 완료된 상태의 풍력 발전장치를 안전하게 운송할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 현지에서 풍력 발전장치를 보다 쉽게 설치할 수 있는 장치를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 선상에 지지되는 일정 높이의 메인프레임과; 풍력발전기의 타워 하부를 클램핑하는 제1클램핑수단을 구비하는 하부클램프; 상기 하부클램프를 지지하고, 메인프레임에 대하여 승하강 가능하게 지지되는 하부클램프 프레임; 상기 하부클램프 프레임의 상부에서 메인프레임에 의하여 지지되고, 풍력발전기의 상부를 클램핑하는 제2클램핑수단을 구비하는 상부클램프; 상기 하부클램프 프레임을 메인프레임에서 원하는 위치에서 고정하는 고정수단; 그리고 상기 하부클램프 프레임을 메인프레임에 대하여 승하강시키는 승하강수단으로 구성되는 해상 풍력발전기 설치를 위한 리프팅장치를 제안하고 있다.

여기서 하부클램프 프레임은, 메인프레임의 정면에 상하 방향으로 설치된 가이드레일이 하부클램프 프레임의 가이드홈 내부에 들어간 상태에서, 메인프레임에 대하여 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 그리고 하부클램프 프레임을 정해진 위치에서 유지하는 고정수단은, 가이드홈 내부에 설치되고 상기 가이드레일을 클램핑하여 그 위치에서 유지하는 레일클램프로 구성된다.

그리고 본 발명의 승하강수단은, 선상에 설치되는 윈치와, 상기 윈치에서의 와이어를 안내하기 위하여 메인프레임과 메인프레임에 지지되는 승하강프레임, 그리고 하부클램프 프레임에 각각 설치되는 다수의 안내롤러를 포함한다. 여기서 윈치의 와이어는 하부클램프 프레임을 감싼 후 상부에 위치하는 승하강프레임에 단부가 고정됨으로써, 윈치의 구동에 의하여 와이어가 하부클램프 프레임에 설치되는 안내롤러를 승하강시킨다.

상기 제1 및 제2클램핑수단은, 각각, 마주보는 내측면에 원호 형상의 클램핑홈이 각각 성형된 한 쌍의 클램핑엔드와, 상기 한 쌍의 클램핑엔드를 근접시키거나 이격시키는 구동수단(예를 들면 유압실린더)으로 구성된다.

이상과 같은 구성의 풍력발전기 리프팅장치에 의하면, 기본적으로 풍력발전기이 전체적 조립을 완료한 길이 상의 전체를 안정된 상태로 운반할 수 있기 때문에, 바람 및 파고에 의한 악영향이 큰 해상에서 이들을 조립하는 등의 수고를 현저하게 저감시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있을 것이다.

그리고 본 발명에서는 수직으로 세운 상태의 풍력발전기를 상하 방향으로 일정한 범위 내에서 울리거나 내릴 수 있음을 알 수 있다. 따라서 해상에서 운반 시에는 적절한 높이를 유지함으로써 운반의 효율을 높이고, 설치 현장에서는 일정 깊이까지 풍력 발전기를 해저로 내릴 수 있기 때문에 설치 작업에도 현저하게 편리한 장점을 가지고 있음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명 리프팅장치의 측면도.
도 2는 본 발명 리프팅장치의 정면도.
도 3은 본 발명 리프팅장치의 하부클램프 프레임의 평면도.
도 4는 본 발명 리프팅장치의 하부클램프의 예시 평면도.
도 5는 본 발명 리프팅장치의 상부클램프의 예시 평면도.
도 6은 본 발명 리프팅장치의 상부클램프에 사용될 수 있는 웨지 디바이스의 예시 설명도.

다음에는 도면에 도시한 실시 예를 참고하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 도시한 바와 같이, 풍력 발전장치(W)는, 타워(2)와, 타워(2)의 상단부에 설치된 블레이드(4)를 포함하고 있다. 이와 같은 풍력 발전장치(W)는 도시한 바와 같이 조립이 완성된 후, 세워진 상태로 본 발명의 운송장치에 의하여 해상에서 운송될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 운송장치는, 예를 들면 바지선과 같은 선박(V)에 설치되어 전체적인 프레임으로써의 기능을 수행하는 메인프레임(10)과, 상기 메인프레임(10)에 대하여 승하강 가능하게 구성되는 하부플램핑 프레임(20)을 포함하고 있다. 상기 메인프레임(10)은 예를 들면 금속재로 만들어지는 트러스트 구조물로 구현될 수 있을 것이다. 정해진 높이를 가지고 있는 타워(2)를 세워서 지지할 수 있는 높이를 가지는 것으로 충분하고, 선박 예를 들면 바지선 상에 설치된다.

이러한 메인프레임(10)의 전면에는 하부플램프 프레임(20)이 승하강 가능하게 설치되어 있다. 그리고 하부플램프 프레임(20)의 상부에는 하부클램프(30)가 설치되는데, 이러한 하부클램프(30)는 타워(22)의 하부를 클램핑하거나 언클램핑하기 위한 부분이라고 할 수 있다. 이러한 하부클램프(30)가 타워(2)를 클램핑하게 되면 타워(2)는 정지된 상태에서 지지된다.

메인프레임(10)의 정면에는 도 3에 도시한 바와 같이 수직방향에서 돌출 성형된 한 쌍의 가이드레일(12)이 성형되어 있고, 이러한 가이드레일(12)은 상술한 하부플램프 프레임(20)의 대응 위치에 성형된 가이드홈(24) 속에 조립된다. 그리고 가이드홈(24) 내부에는 상기 가이드레일(12)을 클램핑 또는 언클램핑하는 레일클램프(22)가 설치되어 있다. 여기서 가이드레일 및 레일클램핑 등의 구성 요소는 현재 시중에 판매되는 것을 이용하는 것이 편리하다.

상기 레일클램프(22)가 가이드레일(12)을 클램핑하게 되면, 하부플램프 프레임(20)은 메인프레임(10)에 대하여 정해진 위치에서 멈추게 된다. 그리고 레일클램프(22)가 가이드레일(12)의 클램핑을 해제하게 되면, 자중에 의하여 하방으로 이동하게 된다. 이와 같이 레일클램프(22) 및 가이드레일(12)의 구성에 의하여, 하부플램프 프레임(20)은 상하 방향의 가이드레일(12)을 따라 이동 가능하게 구성되고 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명에서는 세로 방향으로 설치되는 풍력 발전장치(W)의 타워(2)가 하부클램프(30)에 의하여 고정된 상태에서, 상술한 하부플램프 프레임(20)을 승하강시키는 것에 의하여 실질적으로 풍력 발전장치(W)의 위치를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 여기서 하부플램프 프레임(20)의 승하강을 위한 장치에 대해서는 후술하기로 한다.

이와 같은 하부플램프 프레임(20)의 상부에는 하부클램프(30)가 설치되어 있다. 이러한 하부클램프(30)는, 타워(2)를 외측에서 클램핑하여 멈춤 상태로 지지하거나 언클램핑하여 타워(2)가 상하로 움직일 수 있는 자유상태로 할 수 있는 부분이다. 이러한 하부클램프(30)는, 각각 반원호 형상의 클램핑홈(32a,32b)을 구비하는 한 쌍의 클램핑엔드(32A,32B)을 포함한다.

각각의 클램핑엔드(32A,32B)는, 유압실린더(34A,34B)에 의하여 수평 방향으로 서로 근접하거나 멀어지는 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 유압실린더(34A,34B)는 하부클램프 프레임에 의하여 지지되면서, 그 피스톤이 상술한 클램핑엔드(32A,32B)를 수평방향으로 운동시킨다. 따라서 각각의 클램핑엔드(32A,32B)는 하부클램프 프레임(22) 상에서 직선 왕복 운동을 수행하게 되는데, 여기서 클램핑엔드(32A,32B)와 하부클램프 프레임(22) 중 어느 일측에는 가이드레일(36B)을 형성하고 이에 대응하는 타측에는 가이드홈(36A)을 성형하여, 수평방향의 이동을 안내하는 것이 더욱 바람직하다.

하부클램프(30)는, 위에서 설명한 바와 같이, 유압실린더(34A,34B)의 구동에 의하여 클램핑엔드(32A,32B)가 각각 수평 방향으로 근접 또는 이격되면서, 그 사이에 타워(2)를 클램핑하거나 언클램핑하는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 풍력발전기에서 타워(2)는 상당한 길이를 가지고 있기 때문에, 하부클램프(30)보다 위에 설치되어 타워(2)의 상부를 지지하는 상부클램프(40)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 상부클램프(40)는, 메인프레임(10)의 상단부에 성형되는 상부클램프 지지부(14)에 의하여 지지되면서, 타워(2)의 상부를 클램핑하거나 언클램핑하는 기능을 가지게 된다. 이러한 상부클램프(40)는, 상하 방향으로 길이가 긴 타워의 이점 지지를 위하여, 하부클램프(30)에 더하여 상하 방향으로의 안정성을 확보하기 위한 것이라고 할 수 있다.

이러한 상부클램프(40)는, 각각 내부에 반원호 형상의 클램핑홈(42a,42b)을 구비하고 있는 한 쌍의 클램핑엔드(42A,42B)와, 한 쌍의 클램핑엔드(42A,42B)를 서로 근접시키거나 이격시키는 방향으로 수평 운동시키는 다수의 유압실린더(44A,44B)를 포함하고 있다. 상기 다수의 유압실린더(44A,44B)는 메인프레임(10)에 지지되는데, 구체적으로는 상부클램프 지지부(14)에 의하여 지지된다.

따라서 유압실린더(44A,44B)의 각 피스톤이 클램핑엔드(42A,42B)와 각각 연결되어, 서로 근접하는 방향으로 수평이동시켜서 그 사이에서 타워(2)의 상부를 잡게 된다. 이와 같은 상부클램프(40)의 기능은 실질적으로 하부클램프(20)와 실질적을 동일하다고 할 수 있다. 그러나 하부클램프(20)가 주로 타워(2)를 잡는 충분한 힘을 발휘하고, 상부클램프(40)는 이점 지지를 위하여 보충되는 클램핑을 수행하는 것으로 구성하는 것이 편리하다.

그리고 일반적으로 타워(2)의 상부는, 도시한 바와 같이, 상부로 갈수록 직경이 작아지기 때문에, 상부클램프(40)의 클램핑엔드(42a,42b) 내측면에 웨지 디바이스(Wedge device)를 더 설치하는 것도 바람직하다. 이렇게 상부클램프(40)에 사용되는 웨지 디바이스 자체는 알려진 기술이라고 할 수 있을 것이다.

즉, 상기 클램핑엔드(42a,42b)의 내측에 도 6에 도시한 바와 같은 원리를 가지는 쐐기 디바이스를 설치하여, 타워(2)의 외측 경사면에 대응하여 더욱 밀착시킬 수 있도록 구성하는 것이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 웨지디바이스(80)는, 클램핑엔드(42a,42b)의 내측면에 지지축(82a)을 중심으로 회동 가능하게 지지되는 쐐기부재(82)를 설치한다. 이러한 쐐기부재(82)의 이면에는 경사면이 성형되어 있고, 이러한 경사면에 접촉 상태에서 직선 운동(도시한 실시 예에서는 상하 방향의 직선운동)하는 구동부재(84)가 설치된다.

이러한 구동부재(84)는 다양한 소스에 의하여 구동가능하고, 도시한 실시 예에서 상부로 이동하면 쐐기부재(82)는 지지축(82a)를 중심으로 시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서 쐐기부재(82)의 내측면(도면에서 좌측면)은 타워(2)에 밀착될 수 있는데, 이렇게 밀착되는 면은 실질적으로 타워(2)의 외측 경사면에 대응하는 경사면일 수 있다. 따라서 위에서 설명한 바와 같은 웨지 디바이스(80)를 설치하게 되면, 타워(2)의 외측 경사면(평면 또는 곡면으로 성형될 수 있음)에 대응하여 더욱 긴밀한 접촉을 이룰 수 있을 것으로 기대된다.

그리고 위에서 설명한 바와 같이, 하부클램프 프레임(20)은 메인프레임(10)에 지지되면서 승하강할 수 있는데, 이에 대하여 살펴보기로 한다. 도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 바지선(V) 상에는 윈치(50)가 설치되어 있다. 상기 윈치(50)에 감겨있는 와이어는 다수의 안내롤러(Ra,Rb)를 거쳐 승하강프레임(60)에 설치되는 안내롤러(Rc)에 의하여 가이드되면서 수직으로 내려가고, 하부클램프 프레임(20)에 설치된 안내롤러(Rd)를 감은 후 상승하여 승하강 프레임(60)에 단부가 고정되어 있다.

따라서 윈치(50)에서 와이어를 풀게 되면, 안내롤러(Rd)가 부착된 하부클램프 프레임(20)은 자중에 의하여 하방으로 내려간다. 이때 하부클램프 프레임(20)은 메인프레임(10)과의 관계에서 가이드되는 것은 상술한 바와 같다. 이와 반대로 윈치(50)가 구동되어 와이어가 감기게 되면, 와이어는 하부클램프 프레임(20)의 안내롤러(Rd)를 잡아당기게 되는 결과로 되기 때문에, 상술한 하부클램프 프레임(20)은 상승하게 된다.

이와 같이 하부클램프 프레임(20)이 승하강하는 것은 실질적으로 그 위에 설치되는 하부클램프(22)에 의하여 클램핑되어 있는 타워(2)가 승하강 가능하다는 것을 의미한다. 즉 본 발명은 완성된 상태의 풍력발전장치의 타워(2)를 바지선(V)에서 승하강시킬 수 있는 것인데, 이는 실제 해상에서 풍력 발전장치를 운반하는 것은 물론이고, 정해진 위치에서 해저로 풍력 발전장치를 내릴 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 리프팅장치를 이용하게 되면, 풍력 발전장치의 하단부를 바지선의 하단부 높이와 같이 하여 편리하게 운반하는 것 뿐만 아니라, 정해진 위치에서 풍력 발전장치를 해저로 일정 깊이까지 내릴 수 있는 장점이 있음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 풍력 발전장치를 완전히 조립한 상태로 안정적으로 지지하면서 해상에서 운반이 가능함을 알 수 있다. 그리고 해저에서 정해진 위치에서 바닷물 속으로 일정 깊이까지 풍력 발전장치를 내릴 수 있는 기능도 가지고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 이와 같은 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 바에 기초하여 해석되어야 함은 특허법의 규정 취지에 비추어 당연하다고 할 수 있다.

10 ..... 메인프레임
12 ..... 가이드레일
14 ..... 상부클램프 지지부
20 ..... 하부클램프 프레임
22 ..... 레일클램프
24 ..... 가이드홈
30 ..... 하부클램프
32A, 32B ..... 클램핑엔드
32a, 32b ..... 클램핑홈
34A, 34B ..... 유압실린더
40 ..... 상부클램프
42A, 42B ..... 클램핑엔드
42a, 42b ..... 클램핑홈
44A, 44B ..... 유압실린더

Claims (4)

1. 선상에 지지되는 일정 높이의 메인프레임과,
   풍력발전기의 타워 하부를 클램핑하는 제1클램핑수단을 구비하는 하부클램프,
   상기 하부클램프를 지지하고, 메인프레임에 대하여 승하강 가능하게 지지되는 하부클램프 프레임,
   상기 하부클램프 프레임의 상부에서 메인프레임에 의하여 지지되고, 풍력발전기의 상부를 클램핑하는 제2클램핑수단을 구비하는 상부클램프,
   상기 하부클램프 프레임을 메인프레임에서 원하는 위치에서 고정하는 고정수단, 그리고
   상기 하부클램프 프레임을 메인프레임에 대하여 승하강시키는 승하강수단으로 구성되고;
   상기 하부클램프 프레임은 메인프레임의 정면에 상하 방향으로 설치된 가이드레일이 하부클램프 프레임의 가이드홈 내부에 들어간 상태에서 메인프레임에 대하여 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되고,
   상기 고정수단은 가이드홈 내부에 설치되고 상기 가이드레일을 클램핑하여 그 위치에서 유지하는 레일클램프로 구성되는 해상 풍력발전기 설치 및 이송을 위한 리프팅장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 승하강수단은,
   선상에 설치되는 윈치와, 상기 윈치에서의 와이어를 안내하기 위하여 메인프레임과 메인프레임에 지지되는 승하강프레임, 그리고 하부클램프 프레임에 각각 설치되는 다수의 안내롤러를 포함하고;
   상기 와이어는 하부클램프 프레임을 감싼 후 상부에 위치하는 승하강프레임에 단부가 고정됨으로써, 윈치의 구동에 의하여 와이어가 하부클램프 프레임에 설치되는 안내롤러를 승하강시키는 해상 풍력발전기 설치 및 이송을 위한 리프팅장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 및 제2클램핑수단은, 각각
   마주보는 내측면에 원호 형상의 클램핑홈이 각각 성형된 한 쌍의 클램핑엔드와, 상기 한 쌍의 클램핑엔드를 근접시키거나 이격시키는 구동수단으로 구성되는 해상 풍력발전기 설치 및 이송을 위한 리프팅장치.
   
   
   
   
   
   

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