KR102208284B1

KR102208284B1 - 풍력 터빈용의 지지 구조체

Info

Publication number: KR102208284B1
Application number: KR1020187031064A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 바르트민; 아르투어 차르네키; 벤야민 마틀록
Original assignee: 이노지 에스이
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-01-26
Also published as: DE102016205447A1; JP2019512628A; CA3017564A1; EP3436651B1; ES2783983T3; US20200378364A1; PL3436651T3; KR20180130540A; DK3436651T3; US11053703B2; WO2017167990A1; JP6813589B2; EP3436651A1; CA3017564C

Abstract

본 발명은, 특히 풍력 터빈용의 지지 구조체에 관한 것으로, 상기 지지 구조체는, 그 길이방향 축선 (L) 이 서로 실질적으로 동일선으로 진행하도록 서로 연결된 적어도 2 개의 세그먼트 (12, 14, 16) 를 갖는다. 세그먼트들 (12, 14, 16) 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 서로 연결된 적어도 2 개의 상호 마주하는 접합 표면들 (18) 을 갖는 파이프 섹션이다. 접합 표면들 (18) 사이의 접합부가 적어도 하나의 용접 조인트 (20) 를 포함하기 때문에, 더 적은 시간으로 생산가능하고 더 경제적인 지지 구조체 (10) 가 제공되고, 용접 조인트 (20) 의 두께는 파이프 섹션 (12, 14, 16) 의 벽 두께보다 작고, 그리고/또는 상기 접합 표면들 (18) 사이의 접합부는 적어도 하나의 유지 클램프 (24) 를 포함한다.

Description

풍력 터빈용의 지지 구조체

본 발명은 지지 구조체, 특히 풍력 터빈용의 지지 구조체에 관한 것으로, 이 지지 구조체는, 그 길이방향 축선이 서로 실질적으로 동일선으로 진행하도록 서로 연결된 적어도 2 개의 세그먼트를 포함하고, 세그먼트들 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 (in sections) 서로 연결된 적어도 2 개의 상호 마주하는 접합 표면들을 갖는 파이프 섹션이다.

종해 기술로부터, 예를 들어 기초 파일, 전이 섹션 또는 특히 해상용의 풍력 터빈의 타워의 요소로서 앞서 언급된 타입의 지지 구조체 또는 서브구조체를 사용하는 것이 알려져 있다. 지지 구조체 또는 서브구조체는, 첫째로 지면 (해저) 에서의 풍력 터빈의 확실한 고정 (anchoring) 을 보장하고, 둘째로 나셀 및 로터를 지지하는 역할을 한다.

이전에 알려진 지지 구조체는 파이프 섹션으로서 불리우는 것으로부터 조립된다. 각각의 파이프 섹션은 제조될 세그먼트의 형상에 따라 구부러진 하나 이상의 금속 시트들로부터 차례로 생산되어서, 구부러진 상태에서 서로 대향하여 놓이는 접합 표면들 또는 금속 시트 에지들이 서로 용접될 수 있다.

대향하는 금속 시트 에지들의 용접은 통상적으로 예를 들어 서브머지드 아크 용접에 의해 EN ISO 2553, 표 2 에 따라 양 측면에 그루브 용접부로서 형성될 수 있는 길이방향 용접부 시임에 의해 수행된다. 대향하는 금속 시트 에지들은, 예를 들어, 후속 용접 공정에서 양측에서 쓰루-용접된 (through-welded) 그루브 용접부를 실현하기 위해 공정에서 날카로워지고, 따라서 대향 금속 시트 에지들의 연결이 파이프 섹션의 전체 벽 두께에 걸쳐 발생한다. 대향하는 금속 시트 에지들의 준비와 양측에서의 쓰루-용접된 그루브 용접부의 생산은 모두 시간과 비용이 많이 소요된다.

지지 구조체는 각각의 원형 용접부 시임, 특히 쓰루-용접된 이중 V-그루브 용접부에 의해 단부측들에서 연결되는 서로 경계를 이루는 파이프 섹션들에 의해 다수의 상응하게 형성된 파이프 섹션들로부터 순차로 조립되어서, 파이프 섹션들의 각각의 길이방향 축선들은 서로에 대하여 동일선상을 이룬다.

결과적으로, 대응하는 지지 구조체를 생성하기 위해서는, 전체 길이가 큰 다수의 용접부 시임들이 요구되며, 그 결과 지지 구조체의 제조가 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 예를 들어, 각각 높이가 3 미터이고 지름이 7 미터인 두 세그먼트의 제조와 연결을 위해서는, 전체 길이가 대략 28 m 인 용접부 시임이 필요하다; 즉 개별 파이프 섹션들의 대향하는 측면 에지들 또는 재료 에지들을 연결하는데 2 x 3 m 길이의 용접부 시임 및 두 세그먼트의 단부 연결을 위해 대략 22 m 의 원형 용접부 시임이 필요하다.

본 발명은 단축된 시간으로 제조될 수 있고 결과적으로 보다 경제적인 지지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 기초로 하는 목적은 독립항의 특징을 갖는 지지 구조체에 의해 달성된다. 유리한 실시형태들은 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명이 기초로 하는 목적은 특히 풍력 터빈용의 지지 구조체에 의해 달성되고, 상기 지지 구조체는 그 길이방향 축선이 서로 실질적으로 동일선으로 진행하도록 서로 연결된 적어도 2 개의 세그먼트를 포함하고, 세그먼트들 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 서로 연결된 적어도 2 개의 상호 마주하는 접합 표면들을 갖는 파이프 섹션이다. 제 1 양태에 따르면, 상기 접합 표면들의 연결부는 적어도 하나의 용접 조인트를 갖고, 상기 용접 조인트의 두께는 적어도 부분적으로 파이프 섹션의 벽 두께보다 작다. 제 1 양태에 대하여 대안적으로 또는 부가적으로, 제 2 양태에 따른 상기 접합 표면들의 연결부는 적어도 하나의 유지 클램프를 갖는다.

두 세그먼트는 파이프 섹션으로서 설계될 수 있다. 지지 요소는 다수의 세그먼트들로부터 조립될 수 있다.

접합 표면의 연결부는 세그먼트에 대한 단부측 연결 이전 및/또는 이후에 파이프 섹션을 형상 유지하는 역할을 한다. 여기서 연결부는, 일시적으로, 따라서 특히 파이프 섹션과 세그먼트의 단부측 연결 후에 제거가능하거나 해제가능하도록 구성될 수 있다.

적어도 부분적으로 파이프 섹션의 벽 두께보다 작은 두께를 갖는 용접 조인트, 특히 용접부 시임을 제공함으로써, 전체 벽 두께에 걸쳐 쓰루-용접을 요구하는 해결책과 비교하여, 공정 시간 및 부품으로의 열의 유입을 감소시킬 수 있는 이점이 발생한다. 놀랍게도, 부분 영역에서 접합 표면들을 연결하는 것만으로도 제조 공정 중에 파이프 섹션의 형상을 안정적으로 유지하기에 충분하다는 것이 밝혀졌다.

여기서 용접 조인트의 두께, 특히 용접부 시임의 두께는 파이프 섹션의 벽 두께에 따른 용접 조인트의 범위이다. 다시 말하면, 파이프 섹션의 벽 두께와 용접 조인트의 두께는 길이방향 축선에 대해서 횡방향으로, 특히 파이프 섹션의 내부 및/또는 외부 케이싱 표면에 대해 직각으로 섹션에서 측정된다. 파이프 섹션의 벽 두께는 파이프 섹션이 변형에 의해 생성되는 언롤링된 금속 시트의 두께에 해당한다.

용접 조인트는 결과적으로 이후의 핸들링 및 연결 작업을 위해 파이프 섹션을 미리 고정하는 수단을 구성하는 택 용접부 (tack weld) 일 수 있다. 파이프 섹션이 단부측에서 다른 세그먼트에 연결된 후에는, 택 용접부는 제거되거나 부품에 남아있을 수 있다.

용접 조인트는 파이프 섹션의 부분 길이, 두 개 이상의 길이 부분 또는 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있다. 여기서 파이프 섹션의 길이는 길이방향 축선에 대해 평행하게 측정된다. 특히, 복수의 개별 스폿 용접부 또는 하나 이상의 길이방향 용접부 시임이 파이프 섹션의 부분 길이, 길이 부분 또는 전체 길이를 따르는 영역에 제공될 수 있다.

길이방향 축선에 대해 횡방향 단면에서 측정된 용접 조인트, 예를 들어 용접부 시임의 용접 비드의 두께 (d1) 는 파이프 섹션의 벽 두께 (d2) 의 1/2 이하, 바람직하게는 1/10 이하, 더욱 바람직하게는 1/20 이하일 수 있고, 따라서 d1 ≤ 0.5*d2, 바람직하게는 d1 ≤ 0.1*d2, 더욱 바람직하게는 d1 ≤ 0.05*d2 의 사양 중 하나를 만족시킬 수 있다. 따라서, 파이프 섹션의 벽 두께는 예를 들어 100 mm 일 수 있는 한편, 용접 조인트, 예를 들어 용접부 시임의 용접 비드의 두께는 단지 5 mm 이하이다. 여기서, 두께 (d1) 는 EN ISO 2553, 표 5 에 따른 용접부 두께 (s) 일 수 있다.

선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명의 제 2 양태에 따른 접합 표면들은 적어도 하나의 유지 클램프를 통해 서로 연결될 수 있다. 이는, 접합 표면들을 서로 연결하기 위해 접합 표면들의 영역에서 일체적으로 결합되거나 해제가능한 방식으로 고정될 수 있는 중간 섹션일 수 있다. 유지 클램프는 취급 및 연결 작업을 위해 파이프 섹션을 유지하고 선택적으로 완료 및 조립된 상태에서 원하는 형상으로 유지 클램프를 유지하는 역할을 한다. 파이프 섹션이 단부측에서 다른 세그먼트에 연결된 후, 유지 클램프는 제거되거나 부품에 남아있을 수 있다.

유지 클램프는, 연속적인 길이방향 용접부 시임이 접합 표면들의 영역에서 없을 수 있고 그럼에도 불구하고 파이프 섹션의 치수 안정성이 보장된다는 이점을 제공한다. 상호 마주하는 접합 표면들은, 예를 들어, 서로로부터 1 미터의 거리를 가질 수 있고, 상기 거리는 접합 표면들 사이에 연결부를 생성하기 위해 유지 클램프의 도움으로 뻗어 있다. 2 개 이상의 유지 클램프가 접합 표면들 사이에 제공될 수 있음은 물론이다.

유지 클램프는 용접 조인트, 나사 연결부, 볼트 연결부, 리벳 연결부 또는 자기 연결부에 의해 각각의 접합 표면의 영역에 고정될 수 있다. 여기서, 용접 조인트는, 예를 들면, 쓰루-용접이 발생하지 않도록 전술한 방식으로 형성될 수 있지만, 용접은 단지 상호 마주하는 부품 섹션들의 두께 및/또는 길이의 부분 영역을 구성한다.

본 발명의 개선예에 따르면, 유지 클램프는 접합 표면들에 의해 양측에서 둘러싸여질 수 있고 그리고/또는 상기 유지 클램프의 두께 방향 단부가 파이프 섹션의 외부 및/또는 내부 케이싱 표면과 동일한 위치에서 끝날 수 있다. 따라서, 유지 클램프는, 부품의 외형 치수 또는 준비 조립 상태에서 파이프 섹션의 요구되는 구성 공간을 증가시키지 않고서 파이프 섹션의 벽 기하구조에 통합될 수 있다.

근접하거나 인접하게 제공되는 용접부 시임 내로 가능한한 적은 인장 응력을 도입하기 위해, 유지 클램프는 적어도 하나의 오목한 둥근 부분을 가질 수 있으며, 둥근 부분은 특히 접합 표면에 실질적으로 매끄럽게 합쳐질 수 있다. 둥근 부분은 케이블, 라인, 파이프 또는 다른 고정 요소 및/또는 연결 요소를 위한 덕트로서 사용될 수 있으며, 따라서 파이프 섹션의 주변부에서 내부로의 통로 개구로서의 역할을 할 수 있으며, 반대의 경우도 마찬가지이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 유지 클램프는 실질적으로 양면 오목 형상을 가질 수 있다. 이러한 양면 오목 형상은, 특히, 서로로부터 멀어지게 향하고 바람직하게는 각각이 대향 접합 표면들에 실질적으로 매끄럽게 합쳐질 수 있는 두 개의 둥근 부분들에 의해 구별된다. 이러한 방식으로, 각각의 경우 파이프 섹션의 두 단부 측면으로부터 거리를 두고서 배치된 유지 클램프는, 두 측면의 인접하거나 인접한 용접부 시임으로의 인장 응력의 전달을 감소시킬 수 있다. 따라서, 양면 오목형의 유지 클램프는, 인접하게 배치된 2 개의 용접부 시임들 사이의 크랙 방지 또는 크랙 제한을 위해 특히 유용할 수 있다. 따라서, 용접부 시임의 넓어진 크랙은 유지 클램프를 넘어서 발생하는 인접한 용접부 시임으로의 크랙 전파없이 유지 클램프의 영역에서 중단되거나 정지될 수 있다.

지지 구조체의 유리한 개선예에 따르면, 접합 표면들 중의 적어도 하나와 파이프 섹션의 단부 표면 사이의 적어도 하나의 전이 영역에는 리세스, 특히 둥근 부분이 제공된다. 리세스는 원 또는 타원의 단면으로 형성될 수 있다. 리세스에 의해, 리세스가 길이방향 용접부 시임과 단부측 원형 용접부 시임 사이의 거리를 형성하기 때문에, 접합 표면들의 영역에 선택적으로 제공되는 길이방향 용접부 시임은 로드로부터 해방될 수 있으며, 따라서 길이방향 시임과 원형 용접부 시임은 서로 직접적으로 합쳐지지 않는다. 또한, 용접부 시임은, 특히 냉간 변형 또는 열간 변형, 특히 단조에 의해, 그 두께 범위를 따르는 리세스의 영역의 단부측에서 기계적 재가공처리를 받을 수 있다.

개선예에 따르면, 적어도 2 개, 특히 4 개의 리세스들이 지지 구조체에 제공될 수 있으며, 이 리세스들은 특히 서로 대향하여 놓이는 단부 표면에 할당된다. 따라서, 예를 들어, 파이프 섹션은, 쌍으로 서로 대향하게 놓여 배치되고 파이프 섹션의 단부 표면에 할당되는 두 개의 리세스들을 가질 수 있다. 두 개의 리세스들은 각각의 경우에 1/4 원의 방식으로 길이방향 섹션에 형성될 수 있으며, 서로 대향하게 놓여 배치된 리세스들은 서로를 보완하여 특히 반원을 형성할 수 있다. 동일한 방식으로, 서로 대향하게 놓여 배치된 리세스들은 길이방향 섹션에서 타원의 절반을 형성할 수 있다. 이로써, 접합 표면들의 영역에 제공된 용접 조인트의 균일한 하중 및 변형 제거가 달성될 수 있다.

선택적으로 또는 부가적으로, 적어도 2 개의, 특히 4 개의 리세스들이 지지 구조체에 제공될 수 있으며, 리세스들은 특히 서로 멀어지게 향하는 대향 단부 표면들에 할당된다. 따라서, 임의로 제공되는 길이방향 시임의 로드를 완화시키기 위해 파이프 섹션의 2 개의 단부 표면들 상에 각각 리세스들이 제공될 수 있다.

지지 구조체의 또 다른 개선예에 따르면, 적어도 하나의 리세스는 인접한 세그먼트의 단부 표면에 의해 적어도 부분적으로, 특히 전체적으로 스패닝된다. 따라서, 리세스는 인접 세그먼트의 단부측에 의해 축방향으로 구속된다. 인접 세그먼트에 대한 파이프 섹션의 반경방향 용접이 바람직하게는 리세스의 영역에서 일어나지 않으며, 따라서 이 지점에서 원형 용접부 시임이 중단된다. 따라서, 리세스의 도움으로 원주방향 용접부 시임 길이를 줄일 수 있다.

인접하거나 인접한 용접부 시임의 로드를 완화시키는 것 외에도, 파이프 벽의 영역에 제공된 리세스는 예를 들어 케이블 덕트로서 작용할 수 있다. 지지 구조체에서 가능한 큰 관통 개구를 제공하기 위해, 적어도 하나의 리세스는 인접 세그먼트의 리세스에 적어도 부분적으로 합쳐질 수 있다. 마찬가지로 파이프 섹션의 리세스 및 파이프 섹션일 수 있는 인접 세그먼트의 리세스는, 결과적으로, 예를 들어, 길이방향 섹션에서 실질적으로 원형 또는 타원형인 관통 개구를 형성하기 위해, 이들이 축방향으로 서로 합쳐져서 서로를 보완하는 방식으로 배치될 수 있다.

2 개의 세그먼트들의 상호 마주하는 단부 표면들의 영역에서 원주 방향으로 가능한한 많은 용접부 시임의 길이를 절약할 수 있도록 하기 위해, 추가로 대안적으로 또는 추가로 제안된 구성에 따르면, 2 개의 인접 세그먼트들의 적어도 2 개의 리세스들은 특히 축방향으로 리세스들의 중첩이 없는 방식으로 서로에 대한 각도 오프셋을 갖고서 원주방향으로 배치되고, 하나의 세그먼트의 리세스는 각각의 다른 세그먼트의 할당된 단부측에 의해 경계지어지거나 스패닝된다.

용접 조인트는 그 강도를 증가시키기 위해 기계적 재가공처리를 거친 것일 수 있다. 유리한 개선예에 따르면, 용접 조인트는 두께 단면에서 잔류 압축 응력을 가지며, 잔류 압축 응력은 특히 냉간 성형 및/또는 단조에 의해 생성된다. 용접부 시임으로의 잔류 압축 응력의 도입은 인장 하중의 경우에 크랙 형성에 대한 민감성을 감소시킨다. 용접 조인트, 특히 용접부 시임의 두께 단면이 여기서 논의될 때, 지지 구조체의 길이방향 축선에 대해 횡방향인, 특히 직각인 단면이 의미된다. 용접부 시임의 영역에서의 잔류 압축 응력은 공지된 방식으로 검출될 수 있고, 예를 들어, 시임의 표면 경도를 결정함으로써 추정될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 용접 조인트는 그 내부에 천공된 구멍에 의해 로드가 완화될 수도 있다. 따라서 용접부 시임은 잔류 인장 응력으로 인해 크랙 형성을 받기 쉬운 영역에서 목표된 방식으로 배열된 보어 또는 캐비티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 길이방향 시임과 인접 원형 시임 사이의 전이 영역은 코어 보어에 의해 로드가 완화될 수 있으며, 길이방향 시임의 부분, 특히 그 기본 영역에 대한 전이 영역은 적어도 부분적으로 제거된다.

지지 구조체의 또 다른 개선예에 따르면, 접합 표면들에 할당된 파이프 섹션의 영역에 파이프 벽의 두꺼워짐이 제공된다. 접합 표면의 영역 또는 접합 표면에 인접하는 영역에서의 두꺼워짐에 의해, 지지 구조체의 강성이 전체적으로 향상될 수 있다. 또한, 구조체의 버클 (buckle) 또는 쉘 벌징 (shell bulging) 의 경향이 감소될 수 있다.

지지 구조체의 안정성 및 강성을 증가시키기 위해, 특히 세그먼트를 반경방향으로 강화시키기 위해, 세그먼트 내에는 안정화 요소가 제공될 수 있다. 안정화 요소는, 예를 들어, 그 대향 단부들에서, 각각의 경우에 세그먼트의 내부 케이싱 표면에 놓이고 반경방향 및 축방향으로 각각의 세그먼트를 강화시키는 스트럿 또는 웨브로서 설계될 수 있다. 세그먼트 내에서, 서로에 대해 반경방향 오프셋을 가지며 중첩 방식으로, 예를 들어 별 모양으로 배치되는 복수의 스트럿 또는 안정화 요소는 횡단면 방식으로 배치되거나 축방향으로 분포될 수 있다.

지지 구조체의 또 다른 개선예에 따르면, 접합 표면들은 적어도 부분적으로 서로로부터의 거리를 가질 수 있다. 따라서, 파이프 섹션은 C 프로파일 등과 같은 개방 프로파일의 방식으로 형성될 수 있으며, 상호 마주하는 접합 표면들은 예를 들어 서로 1 m 이상의 거리를 가질 수 있으며, 특히 파이프 섹션의 직경은 7 m 이고 길이는 3 m 이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 지지 구조체는 파이프 섹션을 포함할 수 있는데, 여기서 접합 표면들은, 적어도 부분적으로, 특히 실질적으로 전적으로, 서로에 놓인다. 즉, 접합 표면들은 "맞닿아" 놓일 수 있고, 서로 바로 인접할 수 있다. 이 경우, 접합 표면들은 하나 이상의 길이방향 용접부 시임으로 간단한 방식으로 서로 직접 연결될 수 있으며, 길이방향 용접부 시임은 바람직하게는 접합 표면들의 영역에서 파이프 섹션의 벽 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. 상호 접촉하는 접합 표면들은 또한, 원형 용접부 시임이 중단없이 인접 세그먼트에 쓰루-용접될 수 있다는 이점을 제공한다. 특히, 서브머지드 아크 용접의 경우, 시임이 용접 장치를 세우지 않고 생성될 수 있기 때문에 연속적인 용접부 시임이 유리하다.

선택적으로 또는 부가적으로, 접합 표면들 사이에는 적어도 하나의 금속 시트가 배치될 수 있으며, 금속 시트는 특히 파이프 내부로 실질적으로 돌출하는 방식으로 연장되고 그리고/또는 실질적으로 L 자형의 단면을 갖는다. 금속 시트는 각각의 경우에 접합 표면들에 용접될 수 있고, 따라서 접합 표면들은 금속 시트를 통해 서로 간접적으로 연결된다. 예를 들어, 서로 실질적으로 평행하게 연장되고, 양측에서 적어도 부분적으로 금속 시트를 둘러싸고 각각이 접합 표면들 중 하나에 연결되는 길이방향 용접부 시임들을 제공하는 것이 가능하다. 금속 시트는 케이블, 라인 또는 파이프를 유지 및 안내하고 그리고/또는 부식 방지 시스템 또는 유지보수 장치의 부품들을 고정시키는 역할을 할 수 있다.

지지 구조체의 유리한 개선예에 따르면, 접합 표면들 사이에는 적어도 하나의 부식 방지 장치가 배치된다. 이는 활성 음극 부식 방지 시스템 (AKKS) 일 수 있다. 서로 거리를 두고서 배치된 접합 표면들을 갖는 개방 프로파일 구조의 경우, 접합 표면들 사이에 배치된 (개별) 부식 방지 장치는 파이프 섹션의 내부 및 외부 케이싱 표면 모두에 대한 부식 방지를 보장하기에 이미 충분할 수 있다. 따라서, 내부 및 외부 영역 모두에 대해 개별적인 희생 또는 임프레싱된 전류 애노드를 각각의 파이프 섹션에 끼울 필요가 없으며, 따라서 접합 표면들 사이에 하나 이상의 희생 및/또는 임프레싱된 전류 애노드를 배치하는 것은 내부 및 외부 케이싱 표면의 부식 방지에 충분하다.

접합 표면과 파이프 섹션의 단부 표면 사이에서 적어도 하나의 전이 영역에 적어도 하나의 에지 라운딩이 제공되고, 특히 용접 조인트가 상호 마주하는 접합 표면들의, 에지 라운딩에 할당되는 영역을 부분적으로 또는 전체적으로 충전하는 것이 가능하다.

대안적으로 또는 부가적으로, 접합 표면과 파이프 섹션의 내부 및/또는 외부 케이싱 표면 사이에서 적어도 하나의 전이 영역에 적어도 하나의 에지 라운딩이 제공되고, 특히 용접 조인트가 상호 마주하는 접합 표면들의, 에지 라운딩에 할당되는 영역을 부분적으로 또는 전체적으로 충전하는 것이 가능하다.

에지 라운딩에 의해, 용접 조인트의 영역에서의 응력 집중을 줄이고 용접부 시임의 강도를 높일 수 있다.

에지 라운딩은, 단면 또는 길이방향 단면에서 볼 때, 접합 표면과 내부 및/또는 외부 케이싱 표면 사이에 매끄러운 전이가 형성되거나, 또는 접합 표면과 파이프 섹션의 단부 표면 사이에 매끄러운 전이가 형성되도록, 구성될 수 있다. 여기서 "매끄럽다" 는 것은, 전이가 예를 들어 접선방향으로 일정하거나 곡률이 일정한 방식으로 설계되는 것을 의미한다.

또 다른 개선예에 따르면, 파이프 섹션의 벽 두께는 접합 표면들에 인접한 영역에서 테이퍼형 방식으로 형성되고, 특히 베벨 방식의 쐐기 형상에 테이퍼형 방식으로 형성된다. 테이퍼링은, 예를 들어, 특히 연삭, 연마 블래스팅 등에 의해 후방으로 부분적으로 연마되는 접합 표면들의 영역에서 완전히 쓰루-용접된 용접부 시임에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 테이퍼링은 특히 변형 및/또는 기계 가공에 의해 접합 표면들에 인접하는 파이프 섹션의 영역에서의 용접 이전에 이미 도입될 수도 있다.

본 발명은 다수의 예시적인 실시형태를 도시하는 도면을 참조하여 아래에서보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 지지 구조체를 위에서 본 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 지지 구조체를 위에서 본 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 또 다른 지지 구조체의 측면도를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 또 다른 지지 구조체를 위에서 본 사시도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 또 다른 지지 구조체를 위에서 본 사시도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 또 다른 지지 구조체를 위에서 본 사시도이다.

도 1 은 다수의 세그먼트들 (12, 14, 16) 로부터 조립된 본 발명에 따른 지지 구조체 (10) 를 도시하며, 여기서는 단지 3 개의 세그먼트들 (12, 14, 16) 만이 예로서 도시된다.

세그먼트들 (12, 14, 16) 은 그 길이방향 축선들이 서로에 대해 실질적으로 동일선상으로 진행하고 따라서 공통의 길이방향 축선 (L) 을 따라 일치하도록 단부측에서 서로 연결된다. 단부측 연결은 세그먼트들의 반경방향 용접에 의해 실현되고, 따라서 세그먼트들은 각각 원형 용접부 시임 (17) 을 통해 서로 연결된다. 반경방향 용접부 시임 (17) 은 세그먼트들 (12, 14, 16) 의 전체 벽 두께에 걸쳐 단부측에서 쓰루-용접될 수 있다.

세그먼트들 (12, 14, 16) 은 파이프 섹션이고, 각각은 변형된 시트 금속 블랭크로부터 제조된다. 여기에 예시된 예에서, 세그먼트들 (12, 14, 16) 의 시트 금속 두께 (t) 는 각각 대략 100 mm 이다.

세그먼트들 (12, 14) 은 용접 조인트 (20) 를 통해 서로 연결되는 상호 마주 보는 접합 표면들 (18) 을 갖는다. 세그먼트 (12) 의 접합 표면들 (18) 의 연결 또는 결합은 접합 표면들 사이에 배치된 금속 시트 (22) 를 통해 간접적으로 발생한다.

금속 시트 (22) 는 각각의 경우에 길이방향 용접부 시임 (20) 을 통해 2 개의 측면에서 접합 표면들 (18) 에 연결된다. 이는 실질적으로 L 자형의 단면을 가지며, 파이프 내부로 돌출 연장된다. 지지 구조체의 다른 실시형태에 따르면, 금속 시트 (22) 이외에, 접합 표면들 (18) 사이에는 부식 방지 장치 (미도시) 가 대안적으로 또는 추가적으로 제공될 수 있다.

용접부 시임 (20) 의 각각의 두께 (a) 는 대략 5 mm 이고, 따라서 시트 금속 두께 (t) 보다 작다. 용접부 시임 (20) 의 각각의 두께 (a), 세그먼트 (12) 의 시트 금속 두께 (t) 및 금속 시트 (22) 는 평면 II 를 따른 단면으로 도 2 에 도시되어 있고, 평면 II 는 길이방향 축선 L 에 대해서 직교하여 배향된다.

도 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 용접부 시임 (20) 의 두께 (a) 가 파이프 섹션 (12) 의 시트 금속 두께 (t) 보다 작기 때문에, 용접부 시임 (20) 은 각각 할당된 접합 표면 (18) 의 일부를 단지 덮는다. 처음에 이미 지시된 바와 같이, 도시는 실제 크기 비율을 실제 크기대로 재현하지 않고 단순히 개략적으로 이해되어야 한다.

2 개의 금속 시트 (22) 이외에, 세그먼트 (14) 의 접합 표면들 (18) 의 연결부는 금속 시트들 (22) (도 1) 사이에 배치된 유지 클램프 (24) 를 포함한다. 유지 클램프 (24) 는 접합 표면들 (18) 에 의해 양측에서 둘러싸이고, 세그먼트 (14) 의 내부 케이싱 표면 (미도시) 및 외부 케이싱 표면 (26) 과 동일 평면을 이룬다. 유지 클램프 (24) 는 세그먼트 (14) 의 접합 표면들 (18) 에 용접된다.

유지 클램프 (24) 는 접합 표면들 (18) 에 실질적으로 매끄럽게 합쳐지는 두 개의 오목한 둥근 부분 (28) 을 가지며, 따라서 둥근 부분 (28) 으로부터 상호 마주하는 접합 표면들 (18) 로의 전이부에는 특히 단차 또는 숄더가 제공되지 않는다. 유지 클램프 (24) 는 실질적으로 양면 오목 형상을 갖는다.

유지 클램프 (24) 의 양면 오목 형상에 의해, 인접하거나 인접한 용접부 시임 (20) 은 로드로부터 해방되고, 따라서 특히 인장 응력에 기인한 용접부 시임 (20) 의 영역에서의 크랙 형성이 방지될 수 있다. 또한, 유지 클램프 (24) 는 크랙 제한기로서 작용할 수 있다. 따라서, 세그먼트 (14) 의 용접부 시임들 (20) 중의 하나가 고장 나면, 세그먼트 (14) 의 전체 길이에 걸쳐 크랙이 지속되지 않고 오히려 유지 클램프 (24) 의 영역에서 차단된다.

이 경우에 있어서는, 유지 클램프 (24) 는 지지 구조체 (10) 에 영구적으로 통합된다. 대안적인 실시형태에 따르면, 유지 클램프는 세그먼트들 (12, 14, 16) 이 단부측에서 서로 연결된 후에 제거될 수 있다. 이는, 케이블 또는 기타 추가 부품을 고정하거나 이를 파이프 벽을 통해 안내하거나 무게를 줄이거나 유지 클램프를 다시 사용하여 비용을 절약하기 위해 더 큰 관통 구멍을 생성시킨다.

특히 인장 하중과 관련하여, 용접부 시임 (20) 의 강도를 증가시키기 위해, 잔류 압축 응력이 냉간 변형에 의해 용접부 시임 (20) 에 도입된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 잔류 압축 응력은 단조에 의해 용접부 시임에 도입될 수 있다.

잔류 응력은, 2 개의 세그먼트 (13, 15) 에 대해 도 3 의 예로서 도시된 바와 같이, 길이방향측과 단부측 모두에서 용접부 시임 (20) 에 도입될 수 있다. 여기서 반경방향 용접부 시임 (21) 은 접합 표면들의 영역에서 계속되거나 중단될 수 있다. 영역 (30) 에서, 부품의 강도는 냉간 성형에 의해 증가된다. 화살표는 각각 단부측 재가공의 범위 내에서 용접부 시임 (20, 21) 의 냉간 성형의 방향을 나타낸다. 용접부 시임 (20, 21) 이 냉간 성형 및/또는 단조에 의해 길이방향측에서 또는 원주방향으로 전체 용접부 시임 길이에 걸쳐 재가공될 수 있음은 물론이다.

도 4 는 파이프 섹션 (32) 및 세그먼트 (34) 를 갖는 본 발명에 따른 지지 구조체 (10) 의 다른 개선예를 도시한다. 파이프 섹션 (32) 은 리세스들 (36, 38) 을 가지며, 리세스들 (38) 은 세그먼트 (34) 의 단부측 (40) 에 의해 스패닝된다. 파이프 섹션 (32) 의 접합 표면들 (18) 은 서로로부터 거리를 가지며, 예를 들어 도 1 및/또는 도 2 에 도시된 방식에 따라 서로 연결될 수 있다. 리세스들 (36, 38) 의 도시를 위해, 접합 표면들 (18) 의 연결부의 도시는 세그먼트 (32) 에 대해 생략하였다. 특히, 본 발명의 다른 개선예에서, 접합 표면들 (18) 은 서로 직접적으로 놓일 수 있고, 예를 들어 도 3 에 따라 서로 용접될 수 있고, 선택적으로 도 3 에 도시된 재가공이 발생할 수 있다.

다수의 파이프 섹션 (42, 44, 46, 48) 은 결합되어 지지 구조체 (10) 를 형성할 수 있다 (도 5). 각각의 파이프 섹션 (42, 44, 46, 48) 은 도 1, 2, 3 또는 4 의 방식으로 접합 표면들 (18) 의 영역에 형성될 수 있으며, 리세스들 (36, 38) 의 배치는 도 5 에 개략적으로 도시된다.

리세스들 (36, 38) 은 인접 세그먼트의 단부 표면에 의해 완전히 스패닝될 수 있으며, 따라서, 예를 들어, 세그먼트 (42) 의, 세그먼트 (44) 에 할당된 리세스들 (38) 은 축선 L 을 따르는 축방향에서 보는 바와 같이 세그먼트 (44) 의 단부 표면 (50) 에 의해 단부측에서 경계지어진다.

대안적으로, 두 세그먼트들 (46, 48) 의 리세스들 (36, 38) 은 서로에 대한 각도 오프셋없이 배치될 수 있고 서로 합쳐질 수 있다. 이는 지지 구조체 (10) 에서 확대된 관통 개구를 생성시킬 수 있다.

세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48) 의 각각은 추가 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48) 과 결합되어 지지 구조체 (10) 를 형성할 수 있다. 결합 표면들 (18) 의 영역에서, 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48) 은 하나 이상의 부식 방지 장치 (미도시) 를 가질 수 있고, 특히, 하나 이상의 희생 및/또는 임프레싱된 전류 애노드가 접합 표면들 (18) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 버클링 또는 쉘 벌징을 회피하기 위해, 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48) 은 안정화 스트럿 (미도시) 에 의해 반경방향으로 보강될 수 있거나, 또는 접합 표면들의 영역에서 벽 두께가 두꺼워질 수 있다.

도 6 은 본 발명에 따른 지지 구조체 (10) 의 추가의 개선예를 도시한다. 에지 라운딩 (56) 이 각각의 경우에 접합 표면 (18) 과 파이스 섹션 (54) 의 단부 표면 (50) 사이에서 적어도 하나의 전이 영역 (52) 에 제공된다. 변형예 A, B 및 C 는 이 영역에 제공된 3 개의 상이한 형상의 용접 조인트 (58) 를 도시한다.

변형예 A 에 따르면, 용접 조인트 (58) 는 접합 표면들 (18) 사이에 형성된 중간 공간 (60) 의 일부만을 충전한다.

변형예 B 에 따르면, 용접 조인트 (58) 는 접합 표면들 (18) 사이에 형성된 중간 공간 (60) 을 완전히 충전한다.

변형예 C 에 따르면, 용접 조인트 (58) 는 에지 라운딩 (56) 의 영역에서 상기 변형예 C 에서 이격된 접합 표면들 (18) 사이에 형성된 중간 공간 (60) 에 걸쳐있다.

에지 라운딩 (56) 은 접합 표면 (18) 과 파이프 섹션 (54) 의 단부 표면 (50) 사이의 매끄러운 전이부를 형성한다. 인접 파이프 섹션 (55) 은 마찬가지로 에지 라운딩을 가질 수 있다.

에지 라운딩 (56) 의 영역에서, 용접 조인트 (58) 는 접합 표면들 (18) 의 전체 폭에 걸쳐 연장된다.

파이프 섹션 (54) 의 벽 두께는, 상세부 (D) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 접합 표면들 (18) 에 인접한 영역 (62) 에서 베벨 방식으로 테이퍼형으로 형성된다.

테이퍼링 (62) 은 여기서는 접합 표면 (18) 의 영역에서 후방으로 부분적으로 마모된 용접부 시임 (64) 에 의해 생성된다. 용접부 시임 (64) 은 비테이퍼형 영역 (66) 에서 파이프 섹션의 벽 두께보다 작은 두께를 갖는다.

10: 지지 구조체
12, 13, 14, 15: (지지 구조체의) 세그먼트/파이프 섹션
16, 32, 34, 42: (지지 구조체의) 세그먼트/파이프 섹션
44, 46, 48, 54, 55: (지지 구조체의) 세그먼트/파이프 섹션
17, 21: 반경방형 용접부 시임/원형 용접부 시임
18: 접합 표면
20: 용접 조인트/길이방향 용접부 시임
22: 금속 시트
24: 유지 클램프
26: 케이싱 표면
28: 둥근 부분
30: 냉간 성형 영역
36, 38: 리세스
40: 세그먼트 (34) 의 단부측
50: 단부 표면
52: 전이 영역
56: 에지 라운딩
58: 용접 조인트
60: 중간 공간
62: 영역/테이퍼링/베벨
64: 용접부 시임
a: 용접부 시임의 두께
t: 세그먼트 (12, 14, 16) 의 시트 금속 두께
L: (지지 구조체 및 세그먼트/파이프 섹션의) 길이방향 축선

Claims

풍력 터빈용의 지지 구조체로서,
상기 지지 구조체는, 그 길이방향 축선 (L) 이 서로 실질적으로 동일선으로 진행하도록 원형 용접부 시임 (17) 에 의해 서로 연결된 적어도 2 개의 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 을 포함하고,
상기 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 (in sections) 서로 연결된 적어도 2 개의 상호 마주하는 접합 표면들 (18) 을 갖는 원통형 파이프 섹션으로서 설계되고,
상기 접합 표면들 (18) 은 적어도 하나의 용접 조인트 (20) 에 의해 서로 연결되고, 상기 용접 조인트 (20) 의 두께 (a) 는 적어도 부분적으로 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 벽 두께 (t) 보다 작은 것을 특징으로 하는, 지지 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 접합 표면들 (18) 은 적어도 하나의 유지 클램프 (24) 에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 지지 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 접합 표면들 (18) 중의 적어도 하나와 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 단부 표면 사이의 적어도 하나의 전이 영역에 리세스 (36, 38), 또는 둥근 부분 (36, 38) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 지지 구조체.
풍력 터빈을 위한 지지 구조체로서,
상기 지지 구조체는, 그 길이방향 축선 (L) 이 서로 실질적으로 동일선으로 진행하도록 서로 연결된 적어도 2 개의 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 을 포함하고,
상기 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 중의 적어도 하나는, 적어도 부분적으로 (in sections) 서로 연결된 적어도 2 개의 상호 마주하는 접합 표면들 (18) 을 갖는 원통형 파이프 섹션으로서 설계되고,
상기 접합 표면들 (18) 은 적어도 하나의 유지 클램프 (24) 에 의해 서로 연결되고,
상기 접합 표면들 (18) 중의 적어도 하나와 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 단부 표면 사이의 적어도 하나의 전이 영역에 리세스 (36, 38), 또는 필렛 (36, 38) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 지지 구조체.
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 유지 클램프 (24) 는,
2 개의 측면들에서 상기 접합 표면들 (18) 에 의해 둘러싸이고, 그리고/또는 상기 유지 클램프의 두께 방향 단부가 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 외부 케이싱 표면 및/또는 내부 케이싱 표면과 동일한 위치에서 종결하는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 유지 클램프 (24) 는,
적어도 하나의 오목한 둥근 부분 (28) 으로서, 상기 둥근 부분 (28) 이 상기 접합 표면들 (18) 에 실질적으로 매끄럽게 합쳐지는, 상기 둥근 부분 (28) 을 갖고, 그리고/또는
실질적으로 양면 오목형인 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
적어도 2 개, 또는 4 개의 리세스들 (36, 38) 이 제공되고,
상기 리세스들 (36, 38) 은,
서로 대향하여 놓이는 단부 표면에 할당되고, 그리고/또는
서로 멀어지게 향하는 반대편 단부 표면들에 할당되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
적어도 하나의 리세스 (36, 38) 는 인접 세그먼트 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 단부 표면 (40) 에 의해 적어도 부분적으로, 또는 전체적으로 걸쳐지고, 그리고/또는
적어도 하나의 리세스 (36, 38) 는 적어도 부분적으로 인접 세그먼트 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 리세스 (36, 38) 에 합쳐지고, 그리고/또는
2 개의 인접 세그먼트들 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 적어도 2 개의 리세스들 (36, 38) 은 서로에 대해서 각도 오프셋을 이루고서 원주방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 조인트 (20) 는 두께 단면에서 잔류 압축 응력을 갖고, 상기 잔류 압축 응력은 냉간 성형 및/또는 단조에 의해 생성되고, 그리고/또는
상기 용접 조인트는 그 안에 뚫어지는 구멍에 의해 로드가 완화되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 표면들 (18) 에 할당되는 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 영역들에는 적어도 부분적으로 파이프 벽의 두꺼워짐이 제공되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 표면들 (18) 은 서로 간격을 두고 있고 그리고/또는 적어도 부분적으로 서로에 대해 놓이고, 그리고/또는
상기 접합 표면들 (18) 사이에 적어도 하나의 금속 시트 (22) 가 배치되고, 상기 금속 시트 (22) 는,
실질적으로 돌출하는 방식으로 파이프 내부로 연장되고, 그리고/또는
실질적으로 L 자형인 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 표면들 (18) 사이에 적어도 하나의 부식 방지 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
접합 표면 (18) 과 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 단부 표면 (50) 사이에서 적어도 하나의 전이 영역 (52) 에 적어도 하나의 에지 라운딩 (56) 이 제공되거나, 또는 상기 용접 조인트 (20) 가 상기 상호 마주하는 접합 표면들 (18) 의, 상기 에지 라운딩 (56) 에 할당되는 영역 (60) 을 부분적으로 또는 전체적으로 충전하고, 그리고/또는
접합 표면 (18) 과 상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 내부 및/또는 외부 케이싱 표면 사이에서 적어도 하나의 전이 영역에 적어도 하나의 에지 라운딩이 제공되거나, 또는 상기 용접 조인트 (20) 가 상기 상호 마주하는 접합 표면들의, 상기 에지 라운딩에 할당되는 영역을 부분적으로 또는 전체적으로 충전하는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파이프 섹션 (12, 13, 14, 15, 16, 32, 34, 42, 44, 46, 48, 54, 55) 의 벽 두께 (t) 는 상기 접합 표면들 (18) 에 인접한 영역 (62) 에서 테이퍼형 방식으로 형성되거나, 또는 베벨 방식의 쐐기 형상에 테이퍼형 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지지 구조체.