KR101889151B1 - 타워구조물 및 풍력타워 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 타워모듈;과, 상기 타워모듈을 적층 연결하는 연결채널부;를 포함하는 타워구조물로, 상기 타워모듈은, 내부가 중공되고 금속소재와 콘크리트부재의 합성부재로 구성되는 모듈본체부; 및 상기 모듈본체부의 높이방향의 단부에 형성되고, 둘레방향으로 내입된 설치홈이 형성된 플랜지부;를 구비하고, 상기 연결채널부는, 상기 설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈을 연결하고, 상기 연결채널부는, 상기 플랜지부의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈의 외면을 연결하는 외측채널부재 및, 상기 플랜지부의 내면에서 둘레방향으로 내입 형성된 내측설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈의 내면을 연결하는 내측채널부재를 구비하고, 상기 타워구조물은, 상기 연결채널부를 관통하여 상기 플랜지부에 고정되면서 상기 연결채널부와 상기 플랜지부를 일체화시키는 체결부재; 하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상단에 형성된 상기 플랜지부 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈의 하단에 형성된 상기 플랜지부 중 어느 일측에서 돌출 형성되는 돌출링부; 및, 하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상단에 형성된 상기 플랜지부 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈의 하단에 형성된 상기 플랜지부 중 나머지 일측에 내입 형성되고, 상기 돌출링부가 삽입되는 삽입링부;을 더 포함하는 타워구조물을 제공한다.

Description

타워구조물 및 풍력타워{TOWER STRUCTURE AND WIND TURBINE TOWER}
본 발명은 길이방향으로 분할 제작된 타워구조물 및, 풍력타워에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
최근 풍력발전기의 대형화 및 고층화(highrise) 추세에 따라 기존 강재 풍력타워를 강-콘크리트 합성단면으로 대체하여 단면 효율을 증대시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
강-콘크리트 합성단면 쉘 또한 길이방향 연결을 위해서는 기존 강재 쉘 간의 연결을 위해 사용되었던 플랜지 연결이 사용될 수 있는데, 여기서 플랜지 연결은 상하 쉘 간의 연결을 위해 한쌍의 플랜지를 서로 맞댄 후 고장력볼트를 이용하여 체결 조립하는 연결방식을 의미한다.
하지만 이와 같은 연결구조를 채택하는 경우, 각각의 고장력볼트에 일정한 Pre-Load 장입 및 유지가 어렵고, 풍력발전기 공용 중 너트의 풀림문제가 발생할 수 있으며, 더욱 심각하게는 고장력볼트 나사부에 인장하중이 반복적으로 작용하게 되어 일정 피로하중이 누적된 이후 고장력볼트가 피로에 의해 파괴됨으로써 풍력타워 구조체의 안전성을 심각하게 위협하는 원인이 되고 있다.
최근 풍력발전기의 대형화 추세에 따라 풍력타워 구조체의 크기도 점점 증가하고 있으며, 이에 따라 대형 풍력타워용 강재 쉘을 연결하기 위해 필요한 고장력볼트의 크기 또한 이에 비례하여 증가하고 있는 추세에 있다.
고장력볼트의 크기가 증가할 경우 볼트용 선재 압연, 볼트 머리 및 나사부 가공 등 제작시 품질관리가 어려워져 상기 고장력볼트의 피로파괴 문제가 더욱더 심각해 질 수 있다.
본 발명은 일 측면으로서, 길이방향으로 분할 제작된 타워모듈을 간이한 방식에 의해 연결할 수 있는 타워구조물을 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 금속소재와 콘크리트소재의 합성부재로 구성하여 단면효율을 향상시킬 수 있는 타워구조물을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 복수 개의 타워모듈;과, 상기 타워모듈을 적층 연결하는 연결채널부;를 포함하는 타워구조물로, 상기 타워모듈은, 내부가 중공되고 금속소재와 콘크리트부재의 합성부재로 구성되는 모듈본체부; 및 상기 모듈본체부의 높이방향의 단부에 형성되고, 둘레방향으로 내입된 설치홈이 형성된 플랜지부;를 구비하고, 상기 연결채널부는, 상기 설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈을 연결하고, 상기 연결채널부는, 상기 플랜지부의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈의 외면을 연결하는 외측채널부재 및, 상기 플랜지부의 내면에서 둘레방향으로 내입 형성된 내측설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈의 내면을 연결하는 내측채널부재를 구비하고, 상기 타워구조물은, 상기 연결채널부를 관통하여 상기 플랜지부에 고정되면서 상기 연결채널부와 상기 플랜지부를 일체화시키는 체결부재; 하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상단에 형성된 상기 플랜지부 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈의 하단에 형성된 상기 플랜지부 중 어느 일측에서 돌출 형성되는 돌출링부; 및, 하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상단에 형성된 상기 플랜지부 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈의 하단에 형성된 상기 플랜지부 중 나머지 일측에 내입 형성되고, 상기 돌출링부가 삽입되는 삽입링부;을 더 포함하는 타워구조물을 제공한다.
삭제
바람직하게, 모듈본체부는, 상기 모듈본체부의 외면을 형성하고, 금속소재로 구성되는 외측쉘; 상기 모듈본체부의 내면을 형성하고, 금속소재로 구성되는 내측쉘; 및, 상기 외측쉘 또는 상기 내측쉘의 사이에 콘크리트가 타설되거나, 상기 외측쉘 및, 상기 내측쉘과 일체로 형성된 프리캐스트부재로 구비되는 콘크리트부재;를 구비할 수 있다.
삭제
바람직하게, 연결채널부는, 상기 타워모듈의 둘레방향 전체에 걸쳐서 형성되되, 적어도 2 이상의 분절채널이 둘레방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 타워구조물.
바람직하게, 연결채널부는, 연결되는 상기 플랜지부의 내면 또는 외면에 걸쳐서 높이방향으로 형성되는 채널본체; 및, 상기 채널본체의 단부에서 상기 플랜지부 방향으로 절곡되는 삽입채널;을 구비할 수 있다.
바람직하게, 삽입채널은, 상기 설치홈의 내측방향으로 갈수록 단면이 감소되는 테이퍼부 또는 단턱부가 형성될 수 있다.
바람직하게, 플랜지부 및, 상기 연결채널부는 금속소재로 구성되고, 상기 연결채널부와, 상기 플랜지부의 설치홈 사이에는 메탈실링층이 형성될 수 있다.
바람직하게, 연결채널부는, 인접한 상기 플랜지부의 외면을 연결하고, 상기 플랜지부의 외면의 곡률에 대응되는 곡률을 가지는 'ㄷ'자형의 단면으로 형성되는 외측채널부재; 및, 인접한 상기 플랜지부의 내면을 연결하고, 상기 플랜지부의 내면의 곡률에 대응되는 곡률을 가지는 'ㄷ'자형의 단면으로 형성되는 내측채널부재;를 구비할 수 있다.
바람직하게, 연결채널부는, 인접한 상기 플랜지부의 외면을 연결하는 외측채널부재; 및, 인접한 상기 플랜지부의 내면을 연결하는 내측채널부재;를 구비하고, 상기 체결부재는, 상기 외측채널부재에서 상기 플랜지부의 외면 방향으로 체결되는 외측볼트부재; 및, 상기 내측채널부재에서 상기 플랜지부의 내면 방향으로 체결되는 내측볼트부재;를 구비할 수 있다.
바람직하게, 모듈본체부는, 상기 플랜지부에서 상기 콘크리트부재 방향으로 매립 설치되는 스터드부재 또는 앙카볼트;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 모듈본체부는, 높이방향 양단부에 형성된 상기 플랜지부에 걸쳐서 설치되고, 상기 콘크리트부재에 매립되는 프리스트레싱바;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 타워모듈은, 둘레방향으로 분할된 형태의 단면을 가지는 적어도 2 이상의 분절모듈이 둘레방향으로 연결되고, 상기 연결채널부는, 둘레방향으로 분할된 복수 개의 분절채널로 형성되고, 둘레방향으로 연결되는 적어도 2 이상의 분절모듈에 걸쳐서 설치될 수 있다.
바람직하게, 타워구조물은, 하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상기 분절모듈이 연결되는 제1 모듈연결부; 및, 상측에 적층되는 상기 타워모듈의 상기 분절모듈이 연결되는 부분인 제2 모듈연결부를 구비하고, 상기 제1 모듈연결부와 사이 제2 모듈연결부는 타워구조물의 횡단면 상에서 서로 상이한 둘레방향의 위치에 배치될 수 있다.
삭제
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 일 측면으로서, 본 발명은 하단을 지반에 매립되고, 상단에 설치플랫폼이 형성된 기초부; 상기 설치플랫폼의 설치플랜지와 상기 플랜지부가 상기 연결채널부를 매개로 고정되는 상기 타워구조물; 및, 상기 타워구조물의 상단에 설치되는 풍력발전기;를 포함하는 풍력타워를 제공한다.
이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결채널부가 플랜지부에 내입 형성된 설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈을 연결하도록 구성함으로써, 길이방향으로 분할 제작된 타워모듈을 간이한 방식에 의해 연결할 수 있어 시공성을 향상시키고 시공기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 금속소재와 콘크리트소재의 합성부재로 구성하여 단면효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력타워를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타워구조물을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타워구조물을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 방향의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 타워구조물의 부분상세를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 타워구조물의 연결채널부의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 다른 타워구조물에서 복수 개의 타워모듈이 적층 연결되는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 타워구조물에서 복수 개의 타워모듈이 적층 연결되는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 타워구조물의 부분상세를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 타워구조물(1)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타워구조물(1)은 타워모듈(10) 및, 연결채널부(300)를 포함할 수 있다.
도 2 및, 도 3을 참조하면, 본 발명은 복수 개의 타워모듈(10)과, 상기 타워모듈(10)을 적층 연결하는 연결채널부(300)를 포함하는 타워구조물(1)로, 상기 타워모듈(10)은, 내부가 중공되고 금속소재와 콘크리트부재(150)의 합성부재로 구성되는 모듈본체부(100) 및, 상기 모듈본체부(100)의 높이방향의 단부에 형성되고, 둘레방향으로 내입된 설치홈(210)이 형성된 플랜지부(200)를 구비하고, 상기 연결채널부(300)는, 상기 설치홈(210)에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈(10)을 연결할 수 있다.
도 2 및, 도 3에 도시된 바와 같이, 모듈본체부(100)는 높이방향으로 연장 형성되고, 내부가 중공된 구조물이다.
모듈본체부(100)는 금속소재와 콘크리트부재(150)가 합성된 합성부재로 구성될 수 있다. 일 예로 강재와 콘크리트부재(150)가 합성된 강합성부재로 구비될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 플랜지부(200)는 모듈본체부(100)의 높이방향 양단부에 제공되어, 적층되는 타워모듈(10)을 연결하는 부재이다.
이때, 플랜지부(200)는 금속소재로 구성될 수 있고, 모듈본체부(100)에서 금속소재로 구성된 부분과 용접 접합될 수 있다.
플랜지부(200)는 모듈본체부(100)의 높이방향 양단부에 설치되고, 타워모듈(10)의 둘레방향 전체에 걸쳐서 설치될 수 있다.
플랜지부(200)의 표면에는 내입 형성된 설치홈(210)이 형성되고, 플랜지부(200)의 설치홈(210)에 연결채널부(300)가 삽입되면서 적층되는 타워모듈(10)을 순차적으로 연결하여 타워구조물(1)을 설치할 수 있다.
이때, 설치홈(210)은 타워모듈(10)의 둘레방향 전체에 걸쳐서 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는 플랜지부(200)의 표면에서 내입 형성된 설치홈(210)에 삽입되면서 적층되는 타워모듈(10)을 연결하는 부재이다.
연결채널부(300)는 플랜지부(200)의 표면에서 둘레방향으로 내입 형성된 설치홈(210)에 삽입 설치되면서 높이방향으로 적층되는 타워모듈(10)을 연결하여 고정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는 둘레방향의 전체로 형성되는 원통형의 타워모듈(10)을 상하방향으로 연결할 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 연결체널부는 둘레방향으로 둘레방향으로 분할된 형태의 단면을 가지는 적어도 2 이상의 분절모듈(10U)이 연결된 타워모듈(10)을 상하방향으로 연결할 수 있다.
도 2 및, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는 플랜지부(200)의 표면의 곡률과 대응되는 곡률로 형성되고, 연결채널부(300)가 플랜지부(200)의 설치홈(210)에 삽입된 상태에서, 플랜지부(200)의 표면과 연결채널부(300)의 표면은 동일한 높이를 가지도록 구성될 수 있다.
이때, 연결채널부(300)는 타워모듈(10)의 둘레방향 전체에 걸쳐서 설치될 수 있다.
이와 같이, 연결채널부(300)가 플랜지부(200)에 내입 형성된 설치홈(210)에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈(10)을 연결하도록 구성함으로써, 길이방향으로 분할 제작된 타워모듈(10)을 간이한 방식에 의해 연결할 수 있어 시공성을 향상시키고 시공기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 2 및, 도 3에 도시된 바와 같이, 타워구조물(1)은 연결채널부(300)를 관통하여 상기 플랜지부(200)에 고정되면서 상기 연결채널부(300)와 상기 플랜지부(200)를 일체화시키는 체결부재(400)를 더 포함할 수 있다.
체결부재(400)는 타워구조물(1)의 외측에서 외측채널부재(300-1)를 관통하여 상기 플랜지부(200)의 외면에 고정되거나, 타워구조물(1)의 내측에서 연결체널부의 내측채널부재(300-2)를 관통하여 상기 플랜지부(200)의 내면ㅇ 고정되면서 연결채널부(300)와 플랜지부(200)를 일체화하는 볼트부재로 구비될 수 있다.
물론, 체결부재(400)는 볼트부재에 한정되는 것은 아니며, 리벳 등 연결체널부와 플랜지부(200)를 일체화하는 다양한 체결수단이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2 및, 도 3에 도시된 바와 같이, 모듈본체부(100)는 외측쉘(110), 내측쉘(130) 및, 콘크리트부재(150)를 구비할 수 있다.
모듈본체부(100)는, 상기 모듈본체부(100)의 외면을 형성하고, 금속소재로 구성되는 외측쉘(110)과, 상기 모듈본체부(100)의 내면을 형성하고, 금속소재로 구성되는 내측쉘(130) 및, 상기 외측쉘(110) 또는 상기 내측쉘(130)의 사이에 콘크리트가 타설되거나, 상기 외측쉘(110) 및, 상기 내측쉘(130)과 일체로 형성된 프리캐스트부재로 구비되는 콘크리트부재(150)를 구비할 수 있다.
모듈본체부(100)는 적어도 금속소재로 구성된 외측쉘(110) 및 내측쉘(130) 및, 콘크리트가 타설되거나 외측쉘(110) 및 내측쉘(130)일체로 제작된 프래캐스트부재인 콘크리트부재(150)를 포함할 수 있다.
외측쉘(110)과 내측쉘(130)은 플랜지부(200)에 각각 용접 접합될 수 있다.
연결채널부(300)는, 상기 플랜지부(200)의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈(210-1)에 삽입되는 외측채널부재(300-1) 및, 상기 플랜지부(200)의 내면에서 내입 형성된 내측설치홈(210-2)에 삽입되는 내측채널부재(300-2) 중 적어도 상기 외측채널부재(300-1)를 구비할 수 있다.
외측채널부재(300-1)는 플랜지부(200)의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈(210-1)에 삽입되면서 적층되는 타워모듈(10)의 외면을 높이방향으로 연결할 수 있다.
내측채널부재(300-2)는 플랜지부(200)의 내면에서 내입 형성된 내측설치홈(210-2)에 삽입되면서 적층되는 타워모듈(10)의 내면을 높이방향으로 연결할 수 있다.
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는 플랜지부(200)의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈(210-1)에 삽입되는 외측채널부재(300-1)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 적어도 플랜지부(200)의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈(210-1)에 삽입되는 외측채널부재(300-1)가 설치되어야 하는 이유는 적층 연결되는 타워모듈(10)의 연결부분의 하중성능을 확보하기 위함이다.
다른 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 외측채널부재(300-1)와 내측채널부재(300-2)가 모두 설치되어 적층되는 타워모듈(10)의 외면과 내면을 높이방향으로 중첩적으로 연결할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는, 상기 타워모듈(10)의 둘레방향 전체에 걸쳐서 형성되되, 적어도 2 이상의 분절채널(300U)이 둘레방향으로 설치될 수 있다.
연결채널부(300)는 3개의 분절채널(300U)이 타워모듈(10)의 둘레방향 전체에 걸쳐서 설치될 수 있다.
물론, 연결채널부(300)를 2개의 분절채널(300U)로 구성하여 타워모듈(10)의 둘레방향 전체에 설치할 수 있으나, 시공성의 관점에서 적어도 3개 이상의 분절채널(300U)로 구성되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
도 2 및, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는 채널본체(310) 및, 삽입채널(330)을 구비할 수 있다.
연결채널부(300)는, 연결되는 상기 플랜지부(200)의 내면 또는 외면에 걸쳐서 높이방향으로 형성되는 채널본체(310) 및, 상기 채널본체(310)의 단부에서 상기 플랜지부(200) 방향으로 절곡되고, 상기 플랜지부(200)의 설치홈(210)으로 삽입되는 삽입채널(330)을 구비할 수 있다.
채널본체(310)는 연결되는 상측의 상기 타워모듈(10)에 하단에 형성된 상기 플랜지부(200)와, 하측의 상기 타워모듈(10)에 상단에 형성된 상기 플랜지부(200)에 걸쳐서 형성될 수 있다.
삽입채널(330)은 채널본체(310)의 상단과 하단에서 각각 수평방향으로 절곡되면서 플랜지부(200) 방향으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 채널본체(310)와 삽입채널(330)을 구비하는 연결채널부(300)가 일체로 설치홈(210)에 삽입될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 삽입채널(330)은, 상기 설치홈(210)의 내측방향으로 갈수록 단면이 감소되는 테이퍼부(331) 또는 단턱부(333)가 형성될 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 단턱부(333)는 상기 채널본체(310)의 상단과 하단에서 각각 돌출 형성되는 제1 단턱부(333-1) 및, 상기 제1 단턱부(333-1)에서 돌출 형성되고, 상기 제1 단턱부(333-1) 보다 단면이 감소된 제2 단턱부(333-2)를 구비할 수 있다.
단턱부(333)는 제2 단턱부(333-2)의 높이방향 폭이 제1 단턱부(333-1)의 높이방향 폭 보다 감소된 계단형으로 구성될 수 있다.
이때, 설치홈(210)은 플랜지부(200)의 표면에서 내입 형성되는 제1 설치홈(210) 및, 상기 제1 설치홈(210)의 저면에서 내입 형성되고, 제1 설치홈(210) 보다 단면이 감소된 제2 설치홈(210)을 구비할 수 있다.
도 6b 및, 도 6c에 도시된 바와 같이, 설치홈(210)의 내측방향으로 갈수록 단면이 감소되는 테이퍼부(331)가 형성될 수 있다.
이때, 테이퍼부(331)는 연결채널부(300)의 삽입채널(330)이 플랜지부(200)의 설치홈(210)에 삽입시, 보다 용이하게 삽입되도록 가이드하는 역할을 할 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 테이퍼부(331)는 등변사다리꼴 형상으로 구비되거나, 도 6c에 도시된 바와 같이, 테이퍼부(331)는 직각사다리꼴 형상으로 구비될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 플랜지부(200) 및, 상기 연결채널부(300)는 금속소재로 구성되고, 플랜지부(200)의 설치홈(210) 사이에는 메탈실링층(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 플랜지부(200) 및, 상기 연결채널부(300)는 금속소재로 구성되고, 상기 연결채널부(300)와, 상기 플랜지부(200)의 설치홈(210)의 사이에는 메탈실링층(미도시)이 형성될 수 있다.
메탈실링층(미도시)은 높이방향으로 연결되는 타워모듈(10)의 연결부분으로 우수가 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
메탈실링층(미도시)은 삽입채널(330)과 상기 설치홈(210)의 사이에 구비되고, 상기 삽입채널(330)에 의해 가압되면서 상기 삽입채널(330)과 상기 설치홈(210)의 사이를 실링할 수 있다.
이는, 연결채널부(300)에서 돌출되고 상대적으로 작은 단면적을 가지는 삽입채널(330)에 큰 압력이 가해질 수 있어, 삽입채널(330)과 설치홈(210)의 사이에 메탈실링층(미도시)이 변형되면서 삽입채널(330)과 설치홈(210)의 사이를 보다 긴밀하게 실링할 수 있기 때문이다.
그리고, 삽입채널(330)은 설치홈(210)이 비해 미세하게 작은 단면을 가지고, 삽입채널(330)과 설치홈(210)의 단면의 차이가 발생한 영역에 메탈실링층(미도시)이 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는, 인접한 상기 플랜지부(200)의 외면을 연결하고, 상기 플랜지부(200)의 외면의 곡률에 대응되는 곡률을 가지는 'ㄷ'자형의 단면으로 형성되는 외측채널부재(300-1) 및, 인접한 상기 플랜지부(200)의 내면을 연결하고, 상기 플랜지부(200)의 내면의 곡률에 대응되는 곡률을 가지는 'ㄷ'자형의 단면으로 형성되는 내측채널부재(300-2)를 구비할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연결채널부(300)는, 인접한 상기 플랜지부(200)의 외면을 연결하는 외측채널부재(300-1) 및, 인접한 상기 플랜지부(200)의 내면을 연결하는 내측채널부재(300-2)를 구비하고, 상기 체결부재(400)는, 상기 외측채널부재(300-1)에서 상기 플랜지부(200)의 외면 방향으로 체결되는 외측볼트부재(410) 및, 상기 내측채널부재(300-2)에서 상기 플랜지부(200)의 내면방향으로 체결되는 내측볼트부재(430)를 구비할 수 있다.
모듈본체부(100)는, 상기 플랜지부(200)에서 상기 콘크리트부재(150) 방향으로 매립설치되는 스터드부재(160) 또는 앙카볼트(170)를 더 포함할 수 있다.
다만, 도 5a 내지 도 5c에는 콘크리트부재(150)의 도시는 생략되어 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 스터드부재(160)는 플랜지부(200)에 용접 접합되고, 콘크리트부재(150) 방향으로 매립설치될 수 있다.
이때, 스터드부재(160)는 일측이 플랜지부(200)에 용접 접합되고, 플랜지부(200)에서 콘크리트부재(150) 방향으로 연장 형성되면서 콘크리트부재(150)의 내부에 매립 설치될 수 있다.
이때, 플랜지부(200)에 둘레방향으로 복수 개의 스터드볼트가 일정한 간격으로 이격 설치될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 앙카볼트(170)는 플랜지부(200)를 관통하여 콘크리트부재(150) 방향으로 매립설치될 수 있다.
앙카볼트(170)는 연결되는 타워모듈(10)의 2개의 플랜지부(200)가 연결되는 면에서 내입된 앙카홈을 통해 플랜지부(200)를 관통하여 콘크리트부재(150) 방향으로 설치될 수 있다.
도 5b에는 앙카볼트(170)의 상세를 구체적으로 도시하지 않았으나, 앙카볼트(170)는 볼트부재와 지름이 확장 가능한 다수의 분할편을 구비하는 쐐기봉을 구비할 수 있다.
일 예로, 앙카볼트(170)는 앙카홈을 통해 볼트부재가 쐐기봉의 내부로 삽입되면서 다수의 분할편의 지름이 확장되면서 콘크리트부재(150)의 내부에 고정될 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 모듈본체부(100)는, 높이방향 양단부에 형성된 상기 플랜지부(200)에 걸쳐서 상기 콘크리트부재(150)에 매립 설치되는 프리스트레싱바(180)를 더 포함할 수 있다.
프리스트레싱바(180)는 모듈본체부(100)의 양단부에 설치된 플랜지부(200)에 각각 고정되고, 모듈본체부(100)의 높이방향 전체에 걸쳐서 설치될 수 있다.
타워모듈(10)의 높이방향에 걸쳐서 관통 설치되는 프리스트레싱바(180)에 의해 타워모듈(10)에 프리스트레싱 하중을 도입함으로써 타워모듈(10)의 구조적 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 4 및, 도 8에 도시된 바와 같이, 타워모듈(10)은, 둘레방향으로 분할된 형태의 단면을 가지는 적어도 2 이상의 분절모듈(10U)이 둘레방향으로 연결될 수 있고, 연결채널부(300)는, 둘레방향으로 분할된 복수 개의 분절채널(300U)로 형성되고, 둘레방향으로 연결되는 적어도 2 이상의 분절모듈(10U)에 걸쳐서 설치될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 타워모듈(10)은 분할된 형태의 3개의 분절모듈(10U)이 둘레방향으로 연결될 수 있고, 연결채널부(300)는 3개의 분절채널(300U)이 둘레방향으로 설치되되, 각각의 분절채널(300U)은 인접한 2개의 분절모듈(10U)에 걸쳐서 설치되면서 분절모듈(10U)의 사이를 연결할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 타워구조물(1)은, 하측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 상기 분절모듈(10U)이 연결되는 제1 모듈연결부 및, 상측에 적층되는 상기 타워모듈(10)의 상기 분절모듈(10U)이 연결되는 부분인 제2 모듈연결부를 구비하고, 상기 제1 모듈연결부와 사이 제2 모듈연결부는 타워구조물(1)의 횡단면 상에서 서로 상이한 둘레방향의 위치에 배치될 수 있다.
즉, 제1 모듈연결부와 제2 모듈연결부가 일직선상에 배치되지 않고, 타워구조물(1)의 횡단면 상에서 서로 상이한 둘레방향의 위치에 배치됨을 의미한다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 타워구조물(1)은 돌출링부(600) 및, 삽입링부(700)를 더 포함할 수 있다.
돌출링부(600)는 하측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 상단에 형성된 상기 플랜지부(200) 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 하단에 형성된 상기 플랜지부(200) 중 어느 일측에서 돌출 형성되고, 삽입링부(700)는 하측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 상단에 형성된 상기 플랜지부(200) 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 하단에 형성된 상기 플랜지부(200) 중 나머지 일측에 내입 형성되고, 상기 돌출링부(600)가 삽입될 수 있다.
바람직하게, 타워구조물(1)은 하측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 상단에 형성된 상기 플랜지부(200)의 하면에서 하방으로 돌출 형성되는 돌출링부(600) 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 하단에 형성된 상기 플랜지부(200)의 상면에 내입 형성되고, 상기 돌출링부(600)가 삽입되는 삽입링부(700)을 더 포함할 수 있다.
돌출링부(600)는 플랜지부(200)의 하면에서 둘레방향 전체에 걸쳐서 돌출 형성되고, 삽입링부(700)는 플랜지부(200)의 상면에서 둘레방향 전체에 걸쳐서 내입 형성될 수 있다.
돌출링부(600)과 삽입링부(700)는, 돌출링부(600)가 삽입링부(700)에 삽입되면서 적층 연결되는 타워모듈(10)이 정확한 위치에 설치되도록 유도하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 돌출링부(600)가 하측에 배치되는 상기 타워모듈(10)의 상단에 형성된 상기 플랜지부(200)의 하면에서 돌출 형성되면서 댐과 같은 역할을 할 수 있어, 적층 연결되는 타워모듈(10)의 틈으로 우수가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
돌출링부(600)과 삽입링부(700)의 사이에는 메탈실링부재가 형성될 수 있어, 적층되는 타워모듈(10)의 자중에 의해 가압되면서 돌출링부(600)과 삽입링부(700)의 사이가 실링될 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 돌출링부(600)는 둘레방향 전체에 걸쳐서 돌출 형성되고, 플랜지부(200)의 하면에서 돌출 형성되는 테이퍼형 단면으로 구비될 수 있다.
그리고, 삽입링부(700)는 둘레방향 전체에 걸쳐서 설치되고, 플랜지부(200)의 상면에서 내입 형성되되 돌출링부(600)에 대응되는 테이퍼형의 단면으로 구비될 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 9의 (b)를 참조하여 풍력타워에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력타워는 기초부, 타워구조물(1) 및, 풍력발전기(5)를 포함할 수 있다.
풍력타워는 하단을 지반에 매립되고, 상단에 설치플랫폼(3)이 형성된 기초부와, 상기 설치플랫폼(3)의 설치플랜지(4)와 상기 플랜지부(200)가 상기 연결채널부(300)를 매개로 고정되는 상기 타워구조물(1) 및, 상기 타워구조물(1)의 상단에 설치되는 풍력발전기(5)를 포함할 수 있다.
기초부의 상단에 위치한 설치플랫폼(3)에는 타워구조물(1)이 설치될 수 있고, 기초부는 타워구조물(1) 및, 타워구조물(1)의 상측에 설치되는 풍력발전기(5)의 하중을 지지할 수 있다.
기초부는 콘크리트기초(2)로 구비될 수 있고, 하단이 지반이 매립되고 기초부의 상단에 설치플랫폼(3)이 형성될 수 있다.
설치플랫폼(3)의 상단에는 설치플랜지(4)가 형성되고, 설치플랜지(4)와 타워구조물(1)의 하단에 형성된 플랜지부(200)에 연결채널부(300)가 설치되면서 기초부와 타워구조물(1)이 연결될 수 있다.
풍력발전기(5)는 타워구조물(1)의 상단에 설치되고, 풍력발전기(5)는 블레이드(7)와, 블레이드(7)에 의해 회전하는 로터, 로터를 포함하는 기타설비가 설치되는 너셀(6)을 구비할 수 있다.
너셀(6)의 하측에는 금속소재로 구성된 강제쉘(8)이 설치되고, 강제쉘(8)의 하단에 연결플랜지(9)가 형성될 수 있다.
연결플랜지(9)와 타워구조물(1)의 상단에 형성된 플랜지부(200)에 연결채널부(300)가 설치되면서 타워구조물(1)과 풍력발전기(5)가 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 풍력타워에는 앞서 설명한바 있는 다양한 실시형태를 가지는 타워구조물(1)의 다양한 실시형태가 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서, 풍력타워에서 활용되는 타워구조물(1)의 모듈본체부(100), 플랜지부(200), 연결채널부(300) 등의 구성은 이미 설명한 바와 같이 타워구조물(1)의 구성과 동일한바 이에 대한 자세한 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 타워구조물 2: 콘크리트기초
3: 설치플랫폼 4: 설치플랜지
5: 풍력발전기 6: 너셀
7: 블레이드 8: 연결쉘
9: 연결플랜지
10: 타워모듈 10U: 분절모듈
100: 모듈본체부 110: 외측쉘
130: 내측쉘 150: 콘크리트부재
160: 스터드부재 170: 앙카볼트
180: 프리스트레싱바 200: 플랜지부
210: 설치홈 210-1: 외측설치홈
210-2: 내측설치홈 300: 연결채널부
300U: 분절채널 300-1: 외측채널부재
300-2: 내측채널부재 310: 채널본체
330: 삽입채널 331: 테이퍼부
333: 단턱부 333-1: 제1 단턱부
333-2: 제2 단턱부 400: 체결부재
410: 외측볼트부재 430: 내측볼트부재
600: 돌출링부 700: 삽입링부

Claims (16)

  1. 복수 개의 타워모듈;과, 상기 타워모듈을 적층 연결하는 연결채널부;를 포함하는 타워구조물로,
    상기 타워모듈은,
    내부가 중공되고 금속소재와 콘크리트부재의 합성부재로 구성되는 모듈본체부; 및,
    상기 모듈본체부의 높이방향의 단부에 형성되고, 둘레방향으로 내입된 설치홈이 형성된 플랜지부;를 구비하고,
    상기 연결채널부는,
    상기 설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈을 연결하고,
    상기 연결채널부는,
    상기 플랜지부의 외면에서 둘레방향으로 내입 형성된 외측설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈의 외면을 연결하는 외측채널부재 및,
    상기 플랜지부의 내면에서 둘레방향으로 내입 형성된 내측설치홈에 삽입되면서 적층되는 상기 타워모듈의 내면을 연결하는 내측채널부재를 구비하고,
    상기 타워구조물은,
    상기 연결채널부를 관통하여 상기 플랜지부에 고정되면서 상기 연결채널부와 상기 플랜지부를 일체화시키는 체결부재;
    하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상단에 형성된 상기 플랜지부 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈의 하단에 형성된 상기 플랜지부 중 어느 일측에서 돌출 형성되는 돌출링부; 및,
    하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상단에 형성된 상기 플랜지부 및, 상측에 배치되는 상기 타워모듈의 하단에 형성된 상기 플랜지부 중 나머지 일측에 내입 형성되고, 상기 돌출링부가 삽입되는 삽입링부;을 더 포함하는 타워구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 모듈본체부는,
    상기 모듈본체부의 외면을 형성하고, 금속소재로 구성되는 외측쉘;
    상기 모듈본체부의 내면을 형성하고, 금속소재로 구성되는 내측쉘; 및,
    상기 외측쉘 또는 상기 내측쉘의 사이에 콘크리트가 타설되거나, 상기 외측쉘 및, 상기 내측쉘과 일체로 형성된 프리캐스트부재로 구비되는 콘크리트부재;를 구비하는 타워구조물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 연결채널부는,
    상기 타워모듈의 둘레방향 전체에 걸쳐서 형성되되, 적어도 2 이상의 분절채널이 둘레방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 타워구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연결채널부는,
    연결되는 상기 플랜지부의 내면 또는 외면에 걸쳐서 높이방향으로 형성되는 채널본체; 및,
    상기 채널본체의 단부에서 상기 플랜지부 방향으로 절곡되는 삽입채널;을 구비하는 타워구조물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 삽입채널은,
    상기 설치홈의 내측방향으로 갈수록 단면이 감소되는 테이퍼부 또는 단턱부가 형성되는 것을 특징으로 하는 타워구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지부 및, 상기 연결채널부는 금속소재로 구성되고,
    상기 연결채널부와, 상기 플랜지부의 설치홈 사이에는 메탈실링층이 형성되는 것을 특징으로 하는 타워구조물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연결채널부는,
    인접한 상기 플랜지부의 외면을 연결하고, 상기 플랜지부의 외면의 곡률에 대응되는 곡률을 가지는 'ㄷ'자형의 단면으로 형성되는 외측채널부재; 및,
    인접한 상기 플랜지부의 내면을 연결하고, 상기 플랜지부의 내면의 곡률에 대응되는 곡률을 가지는 'ㄷ'자형의 단면으로 형성되는 내측채널부재;를 구비하는 타워구조물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 연결채널부는,
    인접한 상기 플랜지부의 외면을 연결하는 외측채널부재; 및,
    인접한 상기 플랜지부의 내면을 연결하는 내측채널부재;를 구비하고,
    상기 체결부재는,
    상기 외측채널부재에서 상기 플랜지부의 외면 방향으로 체결되는 외측볼트부재; 및,
    상기 내측채널부재에서 상기 플랜지부의 내면 방향으로 체결되는 내측볼트부재;를 구비하는 타워구조물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 모듈본체부는,
    상기 플랜지부에서 상기 콘크리트부재 방향으로 매립 설치되는 스터드부재 또는 앙카볼트;를 더 포함하는 타워구조물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 모듈본체부는,
    높이방향 양단부에 형성된 상기 플랜지부에 걸쳐서 설치되고, 상기 콘크리트부재에 매립되는 프리스트레싱바;를 더 포함하는 타워구조물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 타워모듈은,
    둘레방향으로 분할된 형태의 단면을 가지는 적어도 2 이상의 분절모듈이 둘레방향으로 연결되고,
    상기 연결채널부는,
    둘레방향으로 분할된 복수 개의 분절채널로 형성되고, 둘레방향으로 연결되는 적어도 2 이상의 분절모듈에 걸쳐서 설치되는 타워구조물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 타워구조물은,
    하측에 배치되는 상기 타워모듈의 상기 분절모듈이 연결되는 제1 모듈연결부; 및,
    상측에 적층되는 상기 타워모듈의 상기 분절모듈이 연결되는 부분인 제2 모듈연결부를 구비하고,
    상기 제1 모듈연결부와 사이 제2 모듈연결부는 타워구조물의 횡단면 상에서 서로 상이한 둘레방향의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 타워구조물.
  15. 삭제
  16. 하단을 지반에 매립되고, 상단에 설치플랫폼이 형성된 기초부;
    상기 설치플랫폼의 설치플랜지와 상기 플랜지부가 상기 연결채널부를 매개로 고정되는 제1항, 제3항 및, 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 타워구조물; 및,
    상기 타워구조물의 상단에 설치되는 풍력발전기;를 포함하는 풍력타워.
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