KR102381966B1 - 풍력 터빈용 개스킷 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 터빈의 트랜지션 피스(transition piece)와 모노파일(monopile) 사이에 배치되도록 구성된 개스킷에 관한 것이다. 일 실시 형태는 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부를 맞추기 위한 개스킷에 관한 것으로서, 개스킷은 주로 탄성 중합체 재료로 제조되고 모노파일의 적어도 일부를 둘러싸기 위해 중공의 세장형 몸체와 같은 형상을 가져서, 트랜지션 피스와 모노파일 사이에 장착될 때 개스킷이 모노파일에 대한 트랜지션 피스의 위치를 안정화시킨다. 현재 개시된 개스킷은 트랜지션 피스를 모노파일 상에 장착할 때 종래의 그라우팅 또는 볼트 체결 절차를 대신할 수 있다.

Description

풍력 터빈용 개스킷
본 발명은, 풍력 터빈의 모노파일(monopile), 또는 풍력 터빈의 트라이포드(tripod) 또는 테트라포드(tetrapod)용 파일(pile)과 같은 파일 구조물과 트랜지션 피스(transition piece) 사이에 배치되도록 구성되는 개스킷과 같이, 해상 풍력 터빈 구조물을 장착하기 위한 개스킷에 관한 것이다. 개스킷은 다수의 타워 섹션과 같은, 대응하는 구조적 기하학을 갖는 다른 해상 풍력 터빈 관련 구조물을 장착하기에 더욱 적합하다.
풍력 터빈 및 해상 풍력 터빈과 같은 대형 구조물은 통상적으로 모노파일과 트랜지션 피스의 조립체 상에 장착된다. 모노파일의 한쪽 단부는 지면 또는 해저에 고정되고, 모노파일의 다른쪽(상부) 단부에는 트랜지션 피스가 장착된다. 따라서 조립체는 터빈 자체를 장착하기 위한 평평한 플랫폼을 제공한다. 그러므로 트랜지션 피스의 기저부는 모노파일의 상부에 장착된다.
트랜지션 피스와 모노파일의 조립체는 풍력 터빈의 하중을 지탱한다. 따라서 조립체가 안정적이고 트랜지션 피스가 모노파일에 대해 움직이지 않는 것이 필수적이다.
통상적으로, 트랜지션 피스는 모노파일에 대해, 둘을 함께 그라우팅(grouting) 또는 볼트 체결에 의해 - 또는 이들의 조합에 의해 고정되거나 안정화된다. 모노파일과 트랜지션 피스는 그 사이에 공간을 가지고 동심원 상으로 배치된 원통형 몸체이고, 2개의 몸체는 그 후에 모노파일과 트랜지션 피스 사이의 환형 공간에 형성된 그라우트 밀봉에 의해, 및/또는 트랜지션 피스와 모노파일을 함께 볼트 체결함으로써 예를 들어 두 요소의 대응하는 플랜지를 볼트 체결함으로써 함께 장착되고 고정된다.
설치 후, 조립체는 파도, 바람 및 조수의 움직임뿐만 아니라 동작으로부터의 진동으로 인해 트랜지션 피스에 대한 모노파일의 움직임을 유발할 수 있으므로 상당한 응력을 받을 것이다. 종래의 그라우트는 설치 후 균열 및 파손을 겪고, 이는 조립체의 불안정성을 초래하며, 트랜지션 피스는 통상적으로 시간이 지남에 따라 모노파일에 대해 점차적으로 하향으로 이동할 것이다.
그라우트의 균열 위험을 줄이고 밀봉의 실패 위험을 최소화하기 위해 그라우트는 참고문헌[EP 2672016]에 개시된 바와 같이 발포 폴리우레탄과 같은 탄성적으로 압축 가능한 성분을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 그라우트에 추가하여, 트랜지션 피스와 모노파일 사이의 임의의 움직임은 트랜지션 피스와 모노파일 사이에 장착된 다수의 별개의 지지 부분을 사용함으로써 감소될 수 있다. 별개의 지지 부분은 참고문헌[EP 2518306]에 기재된 폴리우레탄 또는 참고문헌[EP 2604757]에 기재된 고무와 같은 탄성 중합체 성분을 포함할 수 있다.
탄성 중합체 성분은 추가적인 이점을 가질 수 있다. 참고문헌[DE 10 2013 019 288]은, 점탄성 중합체, 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄, 탄성 중합체, 열가소성 탄성 중합체 또는 역청일 수 있는 진동-저감 코팅에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 해상 파일을 개시한다. 해상 파일을 해저에 설치하는 동안의 소음을 감소시키기 위한 코팅이 개시된다.
풍력 터빈 및 해상 풍력 터빈을 더욱 강화하기 위하여, 대형 구조물은 모노파일 이외의 파일 구조물에 설치될 수 있다. 다른 파일 구조물은 트라이포드 또는 테트라포드 기초 구조물과 같은 임의 타입의 재킷 기초 구조물을 포함한다. 풍력 터빈은 풍력 터빈의 높이를 증가시키고 및/또는 장착된 구조물의 응력 공차를 개선하기 위해 다수의 타워 섹션을 더 포함할 수 있다.
그라우트 및/또는 별개의 지지 부분의 진보 및 파일 구조물의 구조적 진보에도 불구하고, 타워 섹션과 같은 트랜지션 피스를 구성하는 요소의 안정화뿐만 아니라 파일 구조물에 대한 트랜지션 피스의 더욱 장기간의 내구성 있는 효율적인 안정화가 필요하다. 또한 트랜지션 피스(들)를 조립 및 장착하기 위한 및/또는 트랜지션 피스(들)를 모노파일과 같은 파일 구조물에 조립 및 장착하기 위한 더 간단하고 더욱 비용-효율적인 방법이 필요하다.
본 개시내용은, 특히 해상 모노파일에 적합한 모노파일과 같은 파일 구조물에 트랜지션 피스를 장착 및 고정하기 위한 개스킷에 관련된다. 본 개시내용은 또한 다수의 타워 섹션과 같은 다수의 트랜지션 피스를 장착 및 고정하기 위한 개스킷에 관련된다. 현재 개시된 개스킷은 두 부재의 더욱 안정적이고 장기간의 내구성이 있는 조립체뿐만 아니라, 모노파일 및 트랜지션 피스와 같은 두 부재를 조립하기 위한 더 간단한 방법을 제공함으로써, 풍력 터빈 설치의 비용 효율성을 개선한다. 따라서 현재 개시된 개스킷은 하중 지지 및 하중 흡수하도록 구성되고, 예를 들어 트랜지션 피스와 같은 대형 구조물의 하중을 지탱하도록 구성된다. 하중 지지 구성은 기하학에서 완벽하게 일치하지 않는 두 부재가 함께 장착 및 고정될 수 있는 것이 더 용이하다. 예를 들어, 파일 구조물 및 트랜지션 피스가 완전히 동심원이 아니고 및/또는 부재들 중 하나가 원통형이고 다른 부재가 더 타원 원통형인 경우이다. 현재 개시된 개스킷은 또한, 모르타르, 그라우트, 모래, 자갈, 시멘트 및/또는 콘크리트의 사용이 회피될 수 있도록 2개의 대형 부재 사이의 접합을 제공한다. 따라서 개스킷은 개스킷의 제조 및 파일 구조물과 트랜지션 피스에 대한 조립에 대해 개선된 유연성과 단순성을 제공한다. 예를 들어 개스킷은 파일 구조물 및/또는 트랜지션 피스에 후속 장착되는 독립 부분으로 제조되는 바와 같이, 파일 구조물 및 트랜지션 피스와 무관하게 제조 및 소결될 수 있다.
본 개시내용의 제 1 양태는, 풍력 터빈의 트랜지션 피스 기저부를 맞추기 위한 개스킷으로서, 주로 탄성 중합체 재료(elastomeric material)로 제조되고 모노파일, 트라이포드 또는 테트라포드용 파일과 같은 파일 구조물의 적어도 일부를 둘러싸기 위해 중공의 세장형 몸체(hollow elongated body)와 같은 형상을 가져서, 트랜지션 피스와 파일 구조물 사이에 장착될 때 상기 개스킷이 파일 구조물에 대한 트랜지션 피스의 위치를 안정화시키는, 상기 개스킷에 관련된다. 즉, 개스킷은 통상적으로 파일 구조물의 최상부 외면을 둘러싸고 트랜지션 피스의 기저부 내면에 접한다.
본 개시내용은 트랜지션 피스의 섹션들을 조립하는데 더욱 적합하다. 본 발명의 다른 양태는 제 1 타워 섹션의 기저부와 같은 제 1 트랜지션 피스 섹션의 기저부를 맞추기 위한 개스킷으로서, 주로 탄성 중합체 재료로 제조되고 제 2 타워 섹션의 상부와 같은 제 2 트랜지션 피스 섹션의 적어도 일부를 둘러싸기 위해 중공의 세장형 몸체와 같은 형상을 가져서, 제 1 트랜지션 피스 섹션과 제 2 트랜지션 피스 섹션 사이에 장착될 때 상기 개스킷이 제 2 트랜지션 피스 섹션에 대한 제 1 트랜지션 피스 섹션의 위치를 안정화시키는, 상기 개스킷에 관련된다.
본 개시내용의 제 2 양태는, 바람직하게 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부에 일치 및/또는 맞추도록 구성되는 개스킷에 관련된다. 따라서 개스킷은 중공의 세장형 몸체와 같은 형태를 가진다. 바람직한 실시 형태에서 개스킷은 주로 PUR와 같은 탄성 중합체 재료로 제조된다. 개스킷은 바람직하게 자체-지지 구조물이다. 따라서 개스킷은, 트랜지션 피스와 모노파일 사이에 장착될 때 개스킷이 두 요소의 조립 동안 및 그 후에 모노파일에 대한 트랜지션 피스의 위치를 안정화시키도록, 모노파일의 적어도 일부를 둘러싸며, 즉 트랜지션 피스와 모노파일 사이에 샌드위치 구조가 된다.
본 발명의 제 1 양태의 바람직한 실시 형태에서, 개스킷은 다수의 부분으로부터 조립된다. 더욱 바람직한 실시 형태에서, 개스킷은 다수의 부분으로부터 조립되며, 각 부분은 접하는 부분(abutting parts)과 일치하도록 구성된다. 선택적으로 다수의 부분이 퍼즐과 유사한 방식으로 서로 일치하고, 여기서 접하는 부분의 접하는 가장자리(abutting edges)는 미리 결정된 방식으로만 끼울 수 있다. 바람직한 실시 형태에서 접하는 부분은 원통형 또는 원뿔형이며, 여기서 부분은 서로의 위에 또는 서로 연장하여 배치될 수 있어서, 조립된 부분의 높이가 누적되는 높이의 원통 또는 원뿔을 형성한다. 더욱 바람직한 실시 형태에서, 접하는 부분은 원통 또는 원뿔-형상이며, 최상부 및 기저부 둘레를 따라 가장자리 중 적어도 하나가 예각을 형성하여, 접하는 부분은 일치하거나 웨지 방식으로 조립될 수 있다.
본 개시내용의 제 3 양태는, 모노파일, 트라이포드 또는 테트라포드용 파일과 같은 파일 구조물에 트랜지션 피스를 장착하는 것과 같이, 해상 구조물을 장착하기 위한 및/또는 다수의 타워 섹션을 장착하는 것과 같이 트랜지션 피스를 장착하기 위한, 본 발명의 제 1 또는 제 2 양태에 따른 개스킷의 용도에 관련된다.
본 개시내용의 제 4 양태는 풍력 터빈의 트랜지션 피스를 모노파일에 장착하는 방법에 관련된다. 제 1 단계는 현재 개시된 개스킷을 트랜지션 피스의 기저부에 장착할 수 있다. 이 장착 절차는 모노파일의 위치로 수송될 때 개스킷이 트랜지션 피스의 기저부에 위치되고, 끼워지고 고정되도록 육지에서 제공될 수 있다. 다른 단계는 모노파일이 지면에 장착된 위치에서, 예컨대 해상 위치에서 트랜지션 피스와 모노파일을 조립하는 것이다. 트랜지션 피스 및 모노파일은 개스킷을 사이에 두고 동심원으로 구성될 수 있다. 그 다음 개스킷은 트랜지션 피스와 모노파일 사이에 고정된 밀봉이 있음을 확인한다. 그리고 가장 중요하게는: 모노파일에 트랜지션 피스를 조립하는 것은 그라우팅 및/또는 볼트 체결을 사용하지 않고도 제공될 수 있으며, 현재 개시된 개스킷 및 방법을 해상 풍력 터빈의 설치를 위한 매우 비용 효율적인 솔루션이 되게 한다.
본 개시내용의 제 5 양태는 선택적으로 육상 또는 해상에서 실행되는 풍력 터빈용 다수의 타워 섹션을 장착하는 방법으로서: 제 1 타워 섹션을 제공하는 단계, 제 1 타워 섹션의 제 1 단부에 제 1 양태에 따른 개스킷을 장착하는 단계, 개스킷이 두 섹션 사이에 끼워지도록 제 1 타워 섹션의 제 1 단부에 제 2 타워 섹션을 조립하는 단계, 및 모든 타워 섹션에 대해 이 프로세스를 반복하는 단계를 포함하는, 상기 풍력 터빈용 다수의 타워 섹션을 장착하는 방법에 관련된다.
본 발명의 제 6 양태는 재킷 기초 구조물과 같은 풍력 터빈의 파일 기초 구조물을 장착하는 방법으로서: 기초 구조물에 하나 이상의 레그를 제공하는 단계로서, 각각의 레그는 해저와의 접촉을 위한 하부 및 트랜지션 피스에 접촉하기 위한 하나 이상의 상부를 포함하는, 상기 하나 이상의 레그 제공 단계, 하부 레그에 제 1 양태에 따른 개스킷을 장착하는 단계, 및 개스킷이 두 레그부 사이에 끼워지도록 하부 레그를 상부 레그에 조립하는 단계를 포함하는, 상기 파일 기초 구조물 장착 방법에 관련된다.
본 발명의 제 6 양태의 바람직한 실시 형태에서, 기초 구조물은 트라이포드 또는 테트라포드 기초 구조물과 같은 재킷 기초 구조물이다.
본 개시내용의 제 7 양태는 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부를 파일 구조물에 맞추기 위한 개스킷의 제조에 관련된다. 바람직한 실시 형태에서, 개스킷은 몰드 주조와 같은 주조 공정에 의해 제조되고, 개스킷 및 트랜지션 피스는 해상 현장 또는 육상에서 조립될 수 있다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 개스킷은 트랜지션 피스 또는 트랜지션 피스의 기저부의 내면 상에 용사(thermal spraying) 또는 분사 건조와 같은 분사 공정 또는 코팅 공정에 의해 제조된다. 바람직하게는 트랜지션 피스는 해상 또는 육상에서 조립 전에 개스킷으로 코팅된다. 선택적으로 트랜지션 피스는 트랜지션 피스 생산 현장과 같이 육상에 코팅된다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 개스킷은 폴리우레아의 용액을 분사함으로써 만들어지며, 이에 따라 개스킷은 폴리우레아의 코팅으로 형성된다.
본 발명의 제 7 양태의 바람직한 실시 양태는 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부용 개스킷을 제조하는 방법으로서:
- 탄성 중합체 재료층이 형성되도록, 파일 구조물과 조립될 트랜지션 피스의 섹션의 기저부 내면 상에 유체 탄성 중합체 재료를 점차적으로 분사하는 단계, 및
- 개스킷이 형성되도록 탄성 중합체 재료층을 경화시키는 단계를 포함하는, 상기 개스킷 제조 방법에 관련된다.
본 발명의 제 7 양태의 다른 바람직한 실시 양태는 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부용 개스킷을 제조하는 방법으로서:
- 유체 탄성 중합체 재료를 하나 이상의 예비 성형된 몰드에 주입하는 단계, 및
- 하나 이상의 부분을 포함하는 개스킷을 형성하기 위해 상기 탄성 중합체 재료를 경화시키는 단계를 포함하는, 개스킷 제조 방법에 관련된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1은 모노파일(1) 상에 장착된 트랜지션 피스(2)를 도시하며, 여기서 모노파일(1)의 상부는 현재 개시된 개스킷(3)의 실시 형태에 포함된다.
도 1a는 조립체를 사시도로 도시하고, 라인 D-D는 모노파일(1)의 중앙 및 종 방향을 표시한다. 개스킷은 도 1a에서 보이지 않는다.
도 1b는 조립체의 수직 단면을 도시하고, 여기서 도 1a의 라인 D-D가 참고를 위해 포함된다. 개스킷(3)은 이제 트랜지션 피스(2)와 모노파일(1) 사이에 끼워진 상태로 보인다.
도 2는 상부에 플랜지(4)를 갖는 중공 원뿔대로 형성된 현재 개시된 개스킷(3)의 실시 형태를 도시한다. 모노파일의 중앙 및 종 방향은 라인 D-D로 표시된다.
도 2a는 개스킷(3)의 기저부로부터의 사시도를 도시한다.
도 2b는 원뿔대 형상이 보이는 수직 단면도를 도시하고, 개스킷의 예시적인 치수가 추가로 표시된다.
도 2c는 원뿔대의 수평 단면도를 도시하며, 원뿔대 및 플랜지(4)의 하부 및 상부 직경을 도시한다. 예시적인 치수가 추가로 표시된다.
도 2d는 개스킷(3)의 플랜지(4)의 실시 형태의 확대도를 도시한다. 확대된 도면은 도 2b에서 "E"로 표시된 영역에 대응한다. 플랜지(4)는 원뿔대의 수평 및 반경 방향으로 연장되는 플랜지 부분을 포함함으로써, 플랜지의 수평 부분은 원뿔대의 벽에 대해 90°이상의 각도를 형성한다. 벽 두께의 예시적인 치수 및 수평 플랜지 부분의 연장이 표시된다.
도 3은 원뿔대의 곡면이 다수의 구멍을 더 포함하는 중공 원뿔대로 형성된 현재 개시된 개스킷(3')의 다른 실시 형태를 도시한다.
도 3a는 개스킷(3')의 기저부로부터의 사시도이다.
도 3b는 원뿔대 형상이 보이는 수직 단면도를 도시하고, 개스킷(3')의 예시적인 치수가 추가로 표시된다. 모노파일의 중심 및 종 방향은 라인 D-D로 표시된다.
도 3c는 원뿔대의 수평 단면도를 도시하며, 원뿔대의 하부 및 상부 직경뿐만 아니라 구멍의 위치를 도시한다. 개스킷(3')과 하부 및 상부 직경의 예시적인 치수가 추가로 표시된다.
도 3d는 개스킷(3')의 플랜지(4)의 확대도를 도시한다. 확대된 도면은 도 3b에서 "E"로 표시된 영역에 대응한다. 플랜지(4)는 원뿔대의 수평 및 반경 방향으로 연장되는 플랜지 부분을 포함함으로써, 플랜지의 수평 부분은 원뿔대의 벽에 대해 90°이상의 각도를 형성한다. 원뿔대 벽 두께의 예시적인 치수 및 수평 플랜지 부분의 연장이 표시된다.
도 4a 및 도 4b는, 원뿔대의 수평 및 반경 방향으로 연장되는 플랜지(4) 부분을 포함하고 또한 모노파일(1)의 최상부와 맞물리도록 구성된 개스킷(3)의 도 1의 실시 형태를 도시한다.
도 5는 원뿔대가 3개의 부분(1 내지 3)으로부터 조립되는 중공 원뿔대로 형성된 현재 개시된 개스킷(3")의 다른 실시 형태를 도시한다.
도 5a는 개스킷(3")의 기저부로부터의 사시도를 도시한다.
도 5b는, 원뿔대 형상이 보이고 3개의 부분(1 내지 3)이 표시되는 수직 단면도를 도시한다. 개스킷(3") 및 부분(1 내지 3)의 예시적인 치수가 추가로 표시된다. 모노파일의 중심 및 종 방향은 라인 D-D에 의해 표시된다.
도 5c는 원뿔대의 수평 단면도를 도시하고, 원뿔대의 하부 및 상부 직경을 도시한다. 개스킷(3")의 하부 및 상부 직경의 예시적인 치수가 추가로 표시된다.
도 5d는 개스킷(3"), 부분 3의 플랜지(4)의 확대도를 도시한다. 확대도는 도 5b에서 "E"로 표시된 영역에 대응한다. 플랜지(4)는 원뿔대의 수평 및 반경 방향으로 연장하는 플랜지 부분을 포함함으로써, 플랜지의 수평 부분은 원뿔대의 벽에 대해 90°이상의 각도를 형성한다. 원뿔대 벽 두께의 예시적인 치수 및 수평 플랜지 부분의 연장이 표시된다.
도 6은 3개의 타워 섹션(5)으로부터 조립된 풍차 타워의 단면 실시 형태를 도시하며, 이들 섹션은 본 개시내용에 따른 개스킷(3"')의 실시 형태로 조립 및 장착된다. 타워 섹션은 원뿔 형상이며, 개스킷은 하부에 위치된 섹션 상의 더 작은 직경을 갖는 단부 상에 장착된다. 부분은 개스킷이 2개의 섹션 사이의 원뿔형 접촉 영역에 끼워지도록 상부에 위치된 섹션의 더 큰 직경을 갖는 단부를 낮춤으로써 조립된다.
도 7은 도 6에 도시된 풍차 타워의 단면 실시 형태를 도시하며, 여기서 타워는 해수면(7)에 위치된 트랜지션 피스(2) 상의 해상에 배치된다.
도 8은 기초 구조물이 3개의 레그(1')를 포함하는 트라이포드인 재킷 기초 구조물의 실시 형태를 도시한다.
도 9는 기초 구조물이 4개의 레그(1')를 포함하는 테트라포드인 재킷 기초 구조물의 실시 형태를 도시한다.
도 10은 해저(8)와 접촉하기 위한 하부 및 트랜지션 피스(9)에 접촉하기 위한 상부를 포함하는 기초 구조물 레그(1')의 실시 형태의 분해도를 도시하고, 하부 및 상부는 원통형 맞춤식 조립체를 형성한다. 개스킷(3"")은 하부에 장착되며 조립시 개스킷은 두 부분 사이의 접촉 영역에 끼워진다.
도 11은 해저(8')와의 접촉을 위한 하부 및 트랜지션 피스(9')와의 접촉을 위한 상부를 포함하는 기초 구조물 레그(1')의 실시 형태의 분해도를 도시하고, 하부 및 상부는 밀폐된 관형 맞춤식 조립체를 형성한다. 개스킷(3""')은 하부에 장착되며, 조립시 개스킷은 두 부분 사이의 접촉 영역에 끼워진다.
도 12는 개스킷이 원뿔형 개스킷으로 조립되도록 구성된 5개의 원뿔형 부분(부분 3-1, 부분 3-2, 부분 3-3, 부분 3-4 및 부분 3-5)을 포함하는 본 개시내용의 실시 형태를 도시한다. 이 도면은 개스킷을 단면도로 도시하고, 각 부분의 둘레 가장자리 중 적어도 하나는 예각을 형성하여 접하는 부분이 웨지형 방식으로 조립된다. 트랜지션 피스(2)에 대한 접촉 영역은 트랜지션 피스(2)에 대한 위치가 도 12의 우측에 도시된 바와 같이 표시된다.
현재 개시된 개스킷(3, 3', 3", 3"', 3"", 3""', 3-1)은 트랜지션 피스가 모노파일 상에 장착될 때 현재의 표준 절차인 그라우팅 및 볼트 체결을 대체할 수 있다. 그라우팅은 해수면 위의 모노파일 부분에서만 수행될 수 있으며 그라우팅은 특정 온도 이상과 같은 특정 기상 조건에서만 수행될 수 있다. 또한 두 요소를 함께 볼트 체결하는 것은 복잡하고 시간 소모적이고 비용이 많이 드는 절차이다. 현재 개시된 개스킷(3, 3', 3", 3"', 3"", 3""', 3-1)이 모노파일과 트랜지션 피스 사이의 조립이 해수면 아래에 있는 상황에서 사용될 수 있어, 트랜지션 피스와 모노파일 사이의 조립 지점을 낮출 수 있다. 일부 경우에서는 트랜지션 피스와 모노파일의 조립 지점이 현재 개시된 개스킷을 사용하여 10 미터만큼 낮춤으로써, 전체 풍력 터빈 구조물의 질량 중심을 상당히 낮출 수 있다.
현재 개시된 개스킷은 또한 그라우팅과 동일한 정도로 기상 조건에 의존하지 않는다. 개스킷은 또한 모노파일의 위치로 운송하기 전에 육지에서 트랜지션 피스의 기저부에 설치될 수도 있다. 예를 들어, 원통형 트랜지션 피스의 내면과 같은 트랜지션 피스의 기저부는 코팅되거나 분사 코팅되어 트랜지션 피스에 부착되는 개스킷을 형성할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 개스킷은 풍력 터빈, 특히 해상 풍력 터빈의 설치에 상당한 비용 절감을 제공할 수 있다.
현재 개시된 개스킷은 또한 모노파일과 트랜지션 피스 사이의 상대적 움직임: 예를 들어 풍력 터빈의 작동 중에 진동, 파도, 바람 및 조수에 의해 유도된 움직임을 최소화할 수 있다. 현재 개시된 개스킷은 또한 모노파일과 트랜지션 피스 사이의 밀봉부로서 작용할 수 있다. 현재 개시된 개스킷은 또한 모노파일과 트랜지션 피스 사이의 기하학적 공차의 불일치를 수용할 수 있다.
도 1은 약간 원뿔형이며 거의 원통형 형상을 갖는 모노파일(1)과, 모노파일(1)의 일부를 둘러싸는 현재 개시된 개스킷(3)의 실시 형태를 도시한다. 도 1a는 개스킷이 보이지 않는 측면도에서 모노파일과 트랜지션 피스의 조립체를 도시하고, 도 1b는 개스킷(3)이 모노파일(1)과 트랜지션 피스 사이에 끼워져서 보이는 조립체의 수직 단면을 도시한다. 도 1로부터, 개스킷(3)은 중공의 세장형 몸체, 이 경우에는 원뿔대의 형상을 갖는 것을 알 수 있다.
트랜지션 피스(2)의 기저부는 도 1 및 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 개스킷(3)의 최상부 또는 그 주위에 장착될 것이다. 풍력 터빈의 조립 및 설치 후에, 모노파일(1) 및/또는 트랜지션 피스(2)의 움직임은 진동 및 날씨로 인해 유발될 수 있다. 이 움직임으로 인해 개스킷(3)으로 전달되는 응력이 발생할 것이다. 개스킷의 특성에 따라 응력이 조립체의 다른 부분으로 더 전달될 수 있다.
조립체 내의 움직임을 최소화함으로써, 모노파일에 대한 트랜지션 피스의 위치를 안정화시키기 위해, 개스킷(3)이 응력을 흡수할 수 있는 것이 유리하다. 탄성 중합체 재료는 점탄성이며, 즉 점성과 탄성 특성을 모두 가지며, 따라서 응력을 흡수하는데 적합하다.
따라서, 본 개시내용의 개스킷은 바람직하게는 탄성 중합체 재료로 주로 제조되고, 응력을 흡수하도록 구성되며, 여기서 응력은 임의 종류의 응력일 수 있고, 응력은 임의 방향을 가질 수 있다.
일 실시 형태에서, 개스킷은 트랜지션 피스 및/또는 모노파일의 서로에 대한 움직임으로 인해 발생하는 압축, 인장 및/또는 전단 응력을 흡수함으로써 모노파일에 대한 트랜지션 피스의 위치를 안정화시키도록 구성된다.
개스킷은 압축, 인장 및/또는 전단 응력에 노출될 수 있다. 그러나, 풍력 터빈의 작동 중에는 개스킷의 압축이 우세할 것이다. 따라서 높은 압축력으로 인해 개스킷이 파손되는 것이 중요하므로 피해야 한다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 형태에서, 개스킷은 10N/mm2 이상, 더욱 바람직하게는 15N/mm2 이상, 가장 바람직하게는 20N/mm2 이상의 압축력에 견딜 수 있도록 구성된다.
본 개시내용의 개스킷은 하중 지지로 구성된다. 따라서 탄성 중합체 재료가 일정한 경도를 갖는 것이 필수적이다. 개스킷은 당업계에 공지된 타입의 선택된 탄성 중합체 재료로부터 제조될 수 있고, 당업계에 공지된 선택된 공정에 의해 제조되어, 요구되는 경도가 얻어질 수 있다.
개스킷은 몰드 주조와 같은 주조 공정에 의해 제조될 수 있다. 주조 공정은 탄성 중합체 재료 또는 그 전구체의 유체 형태를 하나 이상의 예비 성형된 몰드에 주입하는 단계를 포함한다. 그 후, 재료는 개스킷을 형성하기 위해 경화되거나 굳어진다. 따라서 개스킷은 독립형 장치(들)인 하나 이상의 피스(들)로 주조될 수 있다. 다수의 부분이 주조되는 경우, 다수의 주조 부분이 후속적으로 조립되어 개스킷을 형성할 수 있다. 주조 개스킷 및/또는 개스킷 부분은 해상 현장 또는 육상 둘다에서 조립될 수 있다.
개스킷은 또한 용사 또는 분사 건조와 같은 용사 공정 또는 코팅 공정에 의해 제조될 수 있다. 분사 또는 코팅 공정은 유체 형태의 탄성 중합체 재료 또는 그 전구체를 트랜지션 피스 상의 표면과 같은 표면 상으로 분사하는 단계를 포함한다. 공정은 파일 구조물로 조립될 트랜지션 피스의 섹션의 기저부 내면과 같은 표면의 특정 부분으로 제한될 수 있다. 분사 코팅은 후속적으로 경화되거나 굳어지는 탄성 중합체 재료층을 형성하여 개스킷이 형성된다.
이 경우, 개스킷은 원통형 트랜지션 피스의 내면과 같은 트랜지션 피스의 하부에 도포되는 코팅으로서 형성된다. 이 경우, 트랜지션 피스는 해상 또는 육상에서 조립 전에 개스킷으로 코팅될 수 있는 것이 더 유리하다. 선택적으로 트랜지션 피스는 트랜지션 피스 생산 현장과 같이 육상에 코팅/분사된다. 분사 또는 코팅은 통상적으로 주조보다 비용이 많이 드는 제조 공정이지만 분사/코팅을 위한 원료의 운반은 주조된 개스킷의 운반보다 비용-효율적인 것이 유리하다. 분사/코팅 공정의 다른 이점은 개스킷이 트랜지션 피스의 실제 내면에 형성되는 것을 보장한다는 점이다.
하중 지지되도록 구성될 수 있는 탄성 재료는 폴리우레탄(PUR)을 포함한다. 다른 실시 양태에서, 탄성 중합체 재료는: 폴리우레탄(PUR), 고무, 나일론, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에틸렌(PE), 폴리우레아 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직한 재료는 폴리우레탄(PUR) 및/또는 폴리우레아이다.
탄성 중합체 재료는 주조 공정 또는 분사 공정에 의해 제조될 수 있다. 특정 탄성 중합체 재료의 경우, 액체 탄성 중합체의 물리적 특성으로 인해 분사 공정을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 분사 시스템은 폴리우레아 고온 및 저온 주조 시스템과 같은 폴리우레탄 시스템이다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 분사에 의해 제조된 개스킷은 폴리우레아로 이루어진다.
다른 실시 양태에서, 탄성 중합체 재료는 ASTM D2240에 따른 쇼어 A 경도가 적어도 70, 더욱 바람직하게는 적어도 80, 더욱 바람직하게는 적어도 85, 더욱더 바람직하게는 70 내지 120, 더욱 바람직하게는 80 내지 100, 및 가장 바람직하게는 85 내지 95이다. 다른 실시 형태에서, 탄성 중합체 재료는 쇼어 D 경도가 적어도 50, 더욱 바람직하게는 적어도 60, 가장 바람직하게는 적어도 75이다. 다른 실시 형태에서, 개스킷은 적어도 75의 쇼어 D 경도를 갖는 폴리우레아를 포함하고, 개스킷은 바람직하게는 분사/코팅 공정에 의해 제조된다.
개스킷은 바람직하게는 주로 탄성 중합체 재료로 제조되며, 응력을 흡수하는 개스킷의 능력은 탄성 중합체 재료의 양에 의존할 것이다. 탄성 중합체 재료의 양이 많을수록 응력 흡수가 우수하다. 따라서, 개스킷은 탄성 중합체 재료를 70% 내지 100%, 더욱 바람직하게는 90% 내지 100%, 더욱더 바람직하게는 95% 내지 100%, 가장 바람직하게는 99% 내지 100% 포함할 수 있다.
개스킷이 특정 종류의 폴리우레탄을 포함하는 것이 더 유리할 수 있다.
폴리우레탄 탄성 중합체는 디이소시아네이트, 장쇄 폴리올 및 단쇄 연장제의 반응으로부터 제조된다. 각 성분을 다양화함으로써, 폴리우레탄 탄성 중합체의 특성은 특정 용도의 요구를 충족하도록 조정될 수 있다.
주조된 폴리우레탄 탄성 중합체는 전중합체(prepolymer)를 형성하기 위한 디이소시아네이트와 폴리에테르/폴리에스테르 폴리올 사이의 반응, 및 상기 전중합체와 쇄-연장제 사이의 후속 반응에 의해 형성될 수 있다. 반응 및 경화시, 탄성 중합체의 3차원 구조가 형성된다.
바람직한 실시 형태에서, 디이소시아네이트는: 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 지방족 및 비전통적인 이소시아네이트 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
바람직한 실시 양태에서, 폴리올은 폴리에테르 및/또는 폴리에스테르 폴리올의 그룹으로부터 선택된다. 다른 바람직한 실시 양태에서, 폴리에테르/폴리에스테르 폴리올은: 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG), 폴리아디페이트, 폴리카프로락톤, 비전통적인 폴리올 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
바람직한 실시 형태에서, 디이소시아네이트와 폴리에테르/폴리에스테르 사이의 반응에 의해 형성된 전중합체는: 고온 주조법을 사용하여 가공된 종래의 TDI 및 MDI 말단 폴리에테르 및 폴리에스테르 기재 전중합체를 포함하는 Desmodur® 라인의 전중합체; 수은 없는 MDI 시스템; 작업자의 TDI 노출을 감소시키기 위한 미반응 TDI 함량이 낮은 전중합체; 에테르 또는 에스테르 백본을 가진 준-MDI 전중합체; TDI 전중합체와 비슷한 가공 프로파일을 가진 아민 가교-결합된 MDI 전중합체; 및 특수 디이소시아네이트로 종결된 전중합체의 그룹으로부터 선택된다.
본 발명은 주로 고분자를 포함하는 모든 고체 플라스틱을 포함한다. 이들의 예로는 열가소성 수지(예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등), 열경화성 수지(예를 들어, 에폭시 또는 멜라민 수지), 탄성 중합체(천연 또는 합성 고무 등) 및 열가소성 탄성 중합체(예를 들어, 열가소성 코폴리아미드 또는 폴리에스테르 탄성 중합체)를 포함한다.
폴리우레탄, 폴리우레아 또는 폴리우레탄-폴리우레아 하이브리드 화합물이 본 발명의 맥락에서 사용되는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 이후 폴리이소시아네이트 중부가 생성물(polyisocyanate polyaddition products)이라 지칭된다.
이들은 특히 탄성 중합체, 듀로머, 폴리이소시아네이트 중부가 주조 수지 또는 열가소성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물과 같은 소형 폴리이소시아네이트 중부가 생성물, 및 연질 발포 고무, 반-경질 발포 고무, 경질 발포 고무 또는 일체형 발포 고무와 같은 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 기재로 한 발포 고무, 및 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 코팅 및 결합제를 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 폴리이소시아네이트 중부가 생성물은 또한 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 및 추가의 중합체를 함유하는 중합체 블렌드뿐만 아니라, 이들 중합체 블렌드로부터의 발포 고무를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
선호되는 것은 소형 폴리이소시아네이트 중부가 생성물, 코팅 또는 일체형 발포 고무, 더욱 바람직하게는 소형 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 및 코팅, 특히 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 수지, 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 주조 탄성 중합체 및 열가소성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 및 코팅, 및 매우 특히 바람직하게는 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 듀로메라고 지칭되는 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 주조 수지, 및 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 주조 탄성 중합체 및 코팅이다.
본 발명의 범위 내에서, 소형 폴리우레탄 또는 고체 폴리우레탄은 본질적으로 기체 함유량이 없는 고체를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 경우, "실질적으로 기체 함유량이 없는(substantially free of gas inclusions)"은 폴리우레탄이 바람직하게는 부피당 20% 미만, 특히 바람직하게는 부피당 10% 미만, 특히 부피당 5% 미만 및 매우 특히 부피당 2% 미만의 기체 함유량을 함유하는 것을 의미한다.
열가소성 폴리우레탄은 열가소성 특성을 나타내는 소형 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 의미하는 것으로 이해된다. 열가소성 특성은 열가소성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물이 가열 동안에 반복적으로 용융될 수 있고 가열 동안 소성 흐름을 나타내는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
폴리이소시아네이트 중부가 생성물 주조 수지는 원료를 혼합한 후 반응 혼합물을 몰드로 주조하여 얻어지는 소형 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 의미한다.
더 큰 표면을 코팅하기 위해, 주조 수지는 예를 들어 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하거나 닥터링함으로써 주입 및 분배된다.
대안적으로, 이러한 시스템은 분사에 의해 도포될 수 있다. 비화학적으로 가교된 주조 탄성 중합체와 고도로 가교된 듀로머 또는 주조 수지가 구별된다.
본 발명의 범위 내에서 및 본 발명의 실시 형태로서, 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 발포 고무는 DIN 7726에 따른 발포 고무로 이해된다.
폴리이소시아네이트 중부가 생성물 결합제는 검 과립(gum granules), 폴리이소시아네이트 중부가 생성물 경질 발포 폐기물 및 무기 생성물을 위한 결합제를 포함한다.
본 발명의 실시 형태를 준비하기 위해, 폴리이소시아네이트는 적어도 2개의 이소시아네이트-반응성 수소 원자(OH- 또는 NH2- 기와 유사) 및 적어도 350g/mol의 분자량, 선택적으로 저 분자량 쇄연장제 및/또는 가교제, 경우에 따라 촉매제, 선택적으로 추진제 및 선택적으로 다른 첨가제를 갖는 화합물과 반응되어 폴리이소시아네이트 중부가 생성물과 반응하는 반응 혼합물을 형성한다.
본 발명에 따른 폴리이소시아네이트 중부가 생성물의 제조에 사용되는 폴리이소시아네이트 성분은 모든 폴리이소시아네이트를 포함한다. 이들은 예를 들어, 당업계로부터 공지된 지방족, 지환족 및 방향족 2가 또는 다수성 이소시아네이트뿐만 아니라 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 예로는 2,2'-, 2,4'- 및 4,4'- 디페닐메탄 디이소시아네이트를 포함하고, 이는 단량체 디페닐메탄 디이소시아네이트와 상위 코어 동족체의 디페닐메탄 디이소시아네이트(중합체 MDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 또는 그 올리고머의 혼합물을 포함하며, 2,4- 또는 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트(TDI) 또는 이들의 혼합물, 테트라메틸렌 디이소시아네이트 또는 그 올리고머, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI) 또는 그 올리고머, 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI) 또는 그 혼합물을 포함한다.
폴리이소시아네이트 성분은 폴리이소시아네이트 전중합체의 형태로 사용될 수 있다.
폴리올 및 폴리아민은 당업자에게 공지된다. 이들은 적어도 2개의 반응성 수소 원자 및 적어도 350g/mol의 분자량을 가지고, 이소시아네이트에 대해 반응성인 적어도 2개의 수소 원자 및 적어도 350g/mol의 분자량을 가진 화합물로서 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어 2 내지 8의 작용기 및 350g/mol 내지 12,000g/mol의 분자량을 갖는다. 이는 폴리에테르(-에스테르, 카보네이트) 폴리아민, 폴리티오폴리에테르(-에스테르, 카보네이트), 폴리에테르(-에스테르, 카보나이트) 아미드 및/또는 하이드록실-기 함유 폴리아세탈 및 지방족 폴리카보네이트 및 아크릴레이트 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
형상
개스킷은 바람직하게는 모노파일의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성된다. 모노파일의 단면은 일반적으로 원형이고 최상부의 외형은 일반적으로 원뿔대인 것이므로, 현재 개시된 개스킷은 바람직하게는 중공의 세장형 몸체, 즉 대응하는 트랜지션 피스와 모노파일 사이에 끼워지는 몸체의 형상이다. 개스킷은 또한 트랜지션 피스의 일반적으로 중공의 기저부의 내부에 맞추도록 구성될 수 있다. 모노파일과 대응하는 트랜지션 피스의 형상에 따라, 현재 개시된 개스킷이 중공의 원통, 중공의 원뿔대 또는 이들의 임의의 조합으로 형상을 가지는 것이 유리할 수 있다.
따라서, 일 실시 형태에서, 중공의 세장형 몸체는: 중공의 원통, 중공의 원뿔대 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
도 2는 중공의 원뿔대의 개스킷(3)의 실시 형태를 도시한다. 모노파일의 중심 및 종 방향은 라인 D-D으로 표시된다. 도 2a는 개스킷(3)의 사시도를 도시한다. 도 2b는 원뿔대 형상이 보이는 수직 단면도를 도시하고, 개스킷의 예시적인 치수가 추가로 표시된다. 도 2b에서 원뿔대의 높이는 9382.7mm이고 원뿔대의 벽 두께는 75mm이다. 도 2c는 원뿔대의 하부 및 상부 직경을 도시하는 원뿔대의 수평 단면도를 도시한다. 도 2c의 실시 형태가 본 명세서에 표시된 바와 같은 재료 특성을 갖는 PUR로 제조된다면, 개스킷의 중량은 대략 15.7 미터 톤이 될 것이다.
개스킷의 치수는 개스킷이 일반적으로 맞추어져야 하는 대응하는 모노파일 및 트랜지션 피스의 치수에 의해 부분적으로 결정되고, 부분적으로는 응력 흡수 능력 및 재료 비용에 대한 고려에 의해 결정된다. 개스킷의 치수가 클수록 개스킷의 강도 및 응력 흡수 능력이 높아진다. 그러나, 더 큰 치수는 또는 개스킷의 더 높은 중량 및 비용과 연관된다.
다른 실시 형태에서, 중공의 세장형 몸체는 벽 두께가 적어도 10mm, 더욱 바람직하게는 적어도 20mm, 더욱더 바람직하게는 적어도 30mm, 더더욱 바람직하게는 적어도 40mm, 더욱 바람직하게는 적어도 50mm, 더더욱 바람직하게는 적어도 60mm, 가장 바람직하게는 적어도 70mm, 또는 30mm 내지 100mm, 더욱 바람직하게는 50mm 내지 80mm, 가장 바람직하게는 60mm 내지 80mm이다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 중공의 세장형 몸체는 높이가 적어도 2m, 또는 적어도 3m, 또는 적어도 5m, 또는 적어도 7m, 또는 적어도 8m, 또는 5m 내지 20m, 더욱 바람직하게는 7m 내지 15m, 가장 바람직하게는 9m 내지 12m이다.
다른 실시 형태에서, 중공의 세장형 몸체는 하부 및 상부 직경에 의해 규정되는 중공의 원뿔대이며, 하부 직경은 4m 내지 14m, 더욱 바람직하게는 6m 내지 9m이며, 상부 직경은 5m 내지 15m, 더욱 바람직하게는 7m 내지 10m이다.
다른 실시 형태에서, 개스킷은 자체-지지형, 즉 자체-지지 구조물이다. 따라서, 개스킷은 모노파일 또는 트랜지션 피스의 일부가 아닌 별도로 제조될 수 있으며, 따라서 몸체는 통반적으로 코팅되지 않는다.
플랜지
개스킷은 바람직하게는 모노파일의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성되며, 더욱 바람직하게는 트랜지션 피스의 기저부에 맞추어지도록 구성된다. 다른 실시 형태에서, 현재 개시된 개스킷은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 개스킷의 반경 방향으로 연장되는 플랜지 부분을 갖는 상부 수평 플랜지(4)를 포함한다. 플랜지 부분의 수평/반경 길이는 개스킷의 상부 직경의 단지 작은 부분이다. 플랜지(4)는, 예를 들어 트랜지션 피스의 기저부의 다른 플랜지 부분과 결합/접하기 위해, 트랜지션 피스의 내부에 더 양호하게 끼워지는 것을 보장하도록 제공될 수 있다. 모노파일은 개스킷의 플랜지가 놓일 수 있는 플랜지 부분을 또한 포함할 수 있다. 이 경우 개스킷의 플랜지는 움직임 중에 모노파일의 플랜지와 함께 변동하도록 구성될 수 있다. 그러나, 플랜지는 개스킷의 필수적인 부분이 아니다. 예를 들어, 원뿔형 모노파일, 대응하는 원뿔형 트랜지션 피스 및 그 사이에 일치하는 개스킷을 갖는 경우, 상부 플랜지는 개스킷의 원하는 기능을 얻는데 필수적이지 않다.
플랜지 표면의 개구부
개스킷의 치수는 개스킷의 강도 및 응력 흡수 능력뿐만 아니라 개스킷의 중량 및 비용과 양의 상관 관계가 있다. 유리하게는, 강도 및 응력 흡수 능력을 손상시키지 않고, 개스킷은 표면에 구멍 또는 개구부를 포함할 수 있으며, 이에 의해 중량 및 재료 비용이 절감된다.
도 3은 중공의 원뿔대의 형상을 가진 개스킷(3)의 실시 형태를 도시하며, 원뿔대의 곡면은 원형 구멍의 형상으로 다수의 구멍(5)을 더 포함한다. 도 3a는 개스킷의 사시도를 도시한다. 도 3b는 원뿔대 형상이 보이는 수직 단면도를 도시하고, 개스킷의 예시적인 치수가 추가로 표시된다. 모노파일의 중심 및 종 방향은 라인 D-D으로 표시된다. 도 3c는 원뿔대의 수평 단면도를 도시하며, 원뿔대의 예시적인 하부 및 상부 직경뿐만 아니라 개구부의 위치를 도시한다. 개구부는 원형 또는 타원형 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다. 도 2 및 도 3의 개스킷은 유사한 치수를 가지며, 하나의 차이점은 도 3의 실시 형태에서의 표면 개구부이다. PUR로 제조된 경우 도 3의 개스킷의 중량은 대략 12.7 미터 톤, 즉 도 3에 도시된 개구부의 제공으로 개스킷의 중량을 약 3 미터 톤만큼 감소시킬 수 있다. 개스킷의 중량을 감소시키는 다른 방법은 메시 구조로 제공하는 것이다.
도 2에 도시된 구멍이 없는 개스킷에 대하여, 구멍을 갖는 개스킷은 반경, 선택적으로 수평인 플랜지 부분을 더 포함할 수 있다. 도 3d는 도 3b에서 "E"로 표시된 영역의 확대도를 도시하고, 이는 원뿔대의 수평 및 반경 방향으로 연장되는 플랜지 부분을 도시하므로 플랜지의 수평 부분은 원뿔대의 벽에 대해 90°이상의 각도를 형성한다.
다른 실시 형태에서, 개구부의 총 면적은 원뿔대 표면적의 10% 내지 70%, 더욱 바람직하게는 20% 내지 50%, 가장 바람직하게는 25% 내지 40%를 구성한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 구멍은 중공의 세장형 몸체의 두 단부로부터 거리를 두고 배치되며, 즉 개스킷의 최상부 및 기저부는 구멍을 포함하지 않는데, 이는 최상부 및 기저부가 예를 들어 바람에 의해 트랜지션 피스가 움직일 때 유발되는 대부분의 응력을 지탱할 것이기 때문이다. 따라서, 일 실시 형태에서, 개구부는 중공의 세장형 몸체의 하부 및 상부로부터 1m 내지 5m 범위의 거리, 더욱 바람직하게는 2m 내지 4m 범위의 거리, 가장 바람직하게는 3m 내지 4m 범위의 거리에서 배치된다.
부분들로부터 조립된 개스킷
현재 개시된 개스킷은 주로 탄성 중합체 재료로 제조되고 중공의 세장형 몸체의 형상을 가진 하나의 단일 구조물일 수 있다. 그러나, 현재 개시된 개스킷(3 또는 3')은 다수의 부분으로부터 조립될 수도 있다. 다수의 부분으로부터 조립된 개스킷은 개스킷 제조 장비뿐만 아니라 조립 장비에 대한 요건을 줄임으로써 트랜지션 피스와 모노파일 사이의 조립을 용이하게 한다. 모노파일을 커버하기 위해 개스킷 또는 조립된 개스킷의 중량이 중요할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서, 개스킷 또는 조립된 개스킷의 중량은 10000kg 내지 20000kg, 더욱 바람직하게는 14000kg 내지 18000kg, 가장 바람직하게는 15000kg 내지 17000kg이다.
따라서, 다수의 부분을 포함하는 개스킷의 경우, 개스킷의 설치가 더욱 유연해지고, 육지 또는 해수면 아래에 설치될 수 있고, 이에 따라 수송적으로 더욱 비용 효율적이므로, 잠재적인 비용 절감 효과를 가져온다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에서, 개스킷은 다수의 부분으로부터 조립된다.
도 5a 및 도 5b는 3 부분으로부터 조립된 개스킷(3")의 실시 형태를 도시하며, 여기서 제 1 부분(부분 1)은 가장 낮게 배치되고, 제 3 부분(부분 3)은 모노파일의 최상부에 배치되며, 제 2 부분(부분 2)은 다른 부분들 사이에 배치되어야 한다. 도 5a는 개스킷(3")의 기저부로부터의 사시도를 도시하고, 도 5b는 원뿔대 형상이 보이는 수직 단면도를 도시하고, 부분 1, 부분 2 및 부분 3의 세 부분이 표시된다. 개스킷(3") 및 부분 1 내지 부분 3의 예시적인 치수가 추가로 표시된다. 모노파일의 중심 및 종 방향은 라인 D-D로 표시된다.
비용 효율성 관점에서 양호한 부분 수는 각 부분의 중량에 의존한다. 개스킷(3")은 적어도 2개의 부분, 더욱 바람직하게는 적어도 3개의 부분, 더욱더 바람직하게는 적어도 4개의 부분으로부터 조립될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 개스킷(3")은 6개의 부분, 더욱 바람직하게는 5개 또는 4개의 부분, 가장 바람직하게는 2개 또는 3개의 부분으로부터 조립된다.
도 5a 및 도 5b에서, 개스킷(3")의 각 부분은 제 1 상부 직경이 하부 제 2 직경보다 작은 제 1 및 제 2 직경에 의해 규정될 수 있는 중공의 원뿔대의 형상을 갖는다. 따라서 복수의 부분으로부터 조립된 개스킷(3")에서 하나의 부분의 가장 큰 직경은 트랜지션 피스의 기저부에 그리고 모노파일 아래 위에 이어지는 다른 부분의 더 작은 직경에 대응하는 것이 바람직하다. 이는 개스킷 부분이 순차적으로 조립되어 부분 1이 먼저 배치되고 이어서 부분 2가 배치되고, 다음에 부분 3이 배치될 수 있게 하는 것이 용이하다. 따라서, 본 개시내용의 실시 형태에서, 각 부분은 중공의 원뿔대 형상을 갖는다.
모노파일에 대한 트랜지션 피스의 위치의 최대 안정화를 위해 또는 최대 응력 흡수를 위해, 조립된 개스킷(3")은 유리하게 연속적인 중공의 원뿔대를 형성하여 모노파일의 부분을 완전히 둘러싼다. 이것은, 오른쪽으로 스케치의 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 부분들이 즉시 인접하게 조립되어 모노파일을 완전히 커버할 수 있도록 구성된 직경을 갖는 개스킷(3")의 다수의 원뿔대에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시 형태에서, 다수의 원뿔대의 직경은 조립된 원뿔대가 연속적인 중공의 원뿔대를 형성하도록 구성된다.
도 5c는 원뿔대의 하부 및 상부 직경을 도시하는, 조립된 원뿔대의 수평 단면도를 도시한다. 개스킷(3")의 하부 및 상부 직경의 예시적인 치수가 추가로 표시된다.
조립된 개스킷(3")의 부분 3은 플랜지(4)를 더 포함할 수 있다. 도 5d는 개스킷(3") 부분 3의 플랜지(4)의 확대도를 도시한다. 확대도는 도 5b에서 "E"로 표시된 영역에 대응한다. 플랜지(4)는 원뿔대의 수평 및 반경 방향으로 연장되는 플랜지 부분을 포함하여, 플랜지의 수평 부분은 원뿔대 벽에 대해 90° 이상의 각도를 형성한다. 원뿔대 벽 두께의 예시적인 치수 및 수평 플랜지 부분의 연장이 도면에 표시된다.
도 12는 다수의 부분을 포함하고 그 부분으로부터 조립된 개스킷의 다른 실시 형태를 도시한다. 트랜지션 피스(2)에 대한 위치가 도면의 우측에 도시된다.
개스킷의 수송 및 조립을 더욱 간단하게 하기 위해, 개스킷이 다수의 부분을 포함하는 것이 유리하며, 여기서 접하는 부분은 미리 결정된 방식으로 일치되도록 구성된다. 예를 들어, 다수의 부분은 퍼즐과 유사한 방식으로 서로 일치될 수 있으며, 여기서 접하는 부분은 미리 결정된 방식으로만 끼워질 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 서로의 최상부에 또는 서로의 연장하여 배치된 다수의 원뿔대 부분을 포함하는 원뿔대 형상 개스킷의 경우, 접하는 부분은 원뿔대의 기저부 및 최상부 둘레를 형성하는 가장자리이다. 접하는 가장자리는 원뿔대의 외면에 대해 예각을 형성할 수 있으며, 이에 의해 원뿔대 부분은 서로의 최상부에 배치될 때 네스팅 또는 웨지형 방식으로 조립된다.
바람직한 실시 형태에서, 접하는 부분은 원통형 또는 원뿔형이고 최상부 및 기저부 둘레를 따르는 가장자리 중 적어도 하나는 예각을 형성하여 접하는 부분이 웨지형 방식으로 일치되거나 조립될 수 있다.
도 12에 도시된 개스킷은 5개의 원뿔대 부분 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5를 포함한다. 가운데에 배치된 세 부분 3-2, 3-3, 3-4에 대해 최상부 및 기저부 둘레 모두 이웃하는 원뿔대에 접하고 둘레 가장자리 모두는 예각을 형성한다. 조립된 개스킷 원뿔대의 최상부 및 기저부에 배치된 2개의 부분 3-1, 3-5에 대해서, 단지 각각 기저부 둘레 가장자리 및 최상부 둘레 가장자리는 이웃하는 원뿔대에 접한다. 따라서, 선택적으로 둘레 가장자리들 중 단 하나만 예각을 형성한다.
본 발명에 따른 개스킷은 도 1 및 도 4의 실시 형태에 도시된 트랜지션 피스에 연속적인 표면 접촉 영역을 형성할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 개스킷은 도 12의 실시 형태에 도시된 트랜지션 피스에 불연속적인 표면 접촉 영역을 형성할 수 있다.
응용
현재 개시된 개스킷은 육상 또는 해상 풍력 터빈 관련 구조물을 장착하는데 사용될 수 있다. 이는 트랜지션 피스에 파일 구조물을 장착하는데, 예를 들어 모노파일에 트랜지션 피스를 장착하거나 또는 트라이포드 또는 테트라포드용 파일과 같이 해저에 접촉하기 위한 임의의 다른 종류의 기초 구조물에 트랜지션 피스를 장착하는데 적합한 것을 포함한다. 트라이포드 또는 테트라포드의 각각 3개 또는 4개의 파일 또는 레그 각각은 모노파일과 동등한 것으로 간주될 수 있다.
현재 개시된 개스킷은 트랜지션 피스로서 대응하는 구조적 기하학을 갖는 다른 해상 풍력 터빈 관련 구조물을 파일 구조물에 장착하기에 더 적합하다.
풍력 터빈 구조물은 다수의 요소 또는 섹션을 포함하는 트랜지션 피스 또는 타워를 가질 수 있다. 섹션은 파일 구조물에 대한 트랜지션 피스와 유사한 관형 또는 원뿔형 조립체 형상을 포함할 수 있다. 따라서 개스킷은 트랜지션 피스의 다수의 요소를 장착하거나 다수의 타워 섹션을 장착하는데 적합하다.
더 크고 따라서 더 효율적인 풍력 터빈 타워를 생산하기 위해, 타워는 실질적으로 다수의 타워 섹션을 조립하여 생산된다. 도 6은 3개의 타워 섹션(5)으로부터 조립된 풍차 타워의 단면 실시 형태를 도시하며, 이 섹션은 본 개시내용에 따른 개스킷(3"')의 실시 형태로 조립 및 장착된다. 타워 섹션은 형상이 원뿔형이며, 개스킷은 하부 위치 섹션 상의 더 작은 직경을 갖는 단부에 장착된다. 부분은, 개스킷이 2개의 섹션 사이의 원뿔형 접촉 영역에 끼워지도록 상부 위치 섹션의 더 큰 직경을 가진 단부를 낮춤으로써 조립된다.
조립된 타워 섹션은 모노파일과 트랜지션 피스의 조립과 동일하며, 하부 위치 타워 섹션은 모노파일에 대응하고, 상부 위치 타워 섹션은 트랜지션 피스에 대응한다.
대형 타워의 생산을 용이하게 하는 것 외에도, 개스킷은 또한 타워에 대한 유연성을 제공할 수 있다. 따라서, 타워가 터빈의 환경 주변 및 움직이는 부분 둘다로부터의 응력에 노출될 때, 타워의 응력 공차가 개선된다.
타워 섹션의 조립은 해상에 배치되기 전에 육지(6), 즉 육상에서 실행될 수 있다. 도 7은 도 6에 도시된 풍차 타워의 단면 실시 형태를 도시하며, 이 타워는 해수면(7)에서 해상에 배치되어 트랜지션 피스(2) 상에 장착된다.
타워 섹션은 대형 구조물이기 때문에, 개스킷이 타워 치수에 맞추어질 수 있는 것이 유리한다.
본 발명의 실시 형태에서, 개스킷의 두께는 10mm 내지 60mm, 더욱 바람직하게는 20mm 내지 50mm 또는 30mm 내지 40mm이다. 다른 실시 형태에서, 개스킷의 높이는 2000mm 내지 7500mm, 더욱 바람직하게는 2500mm 내지 6500mm 또는 3000mm 내지 6000mm이다.
풍력 터빈 구조물은 예를 들어, 해저로 들어가는 모노파일에 의해 지면에 장착된다. 모노파일과 마찬가지로 대형 구조물은 트라이포드 또는 테트라포드 기초 구조물과 같은 재킷 기초 구조물에 장착될 수 있다. 재킷 기초 구조물은 구조물의 중량이 단일 모노파일보다는 다수의 파일 또는 레그에 의해 지지되기 때문에 더욱 강하고 더욱 유연한 기초 구조물을 제공할 수 있다.
도 8은 기초 구조물이 3개의 레그(1')를 포함하는 트라이포드인 재킷 기초 구조물의 실시 형태를 도시한다. 도 9는 기초 구조물이 4개의 레그(1')를 포함하는 테트라포드인 재킷 기초 구조물의 실시 형태를 도시한다.
기초 구조물에 대한 유연성을 제공할 뿐만 아니라 기초 구조물의 조립을 용이하게 하기 위해, 기초 구조물 파일(들) 또는 레그(들)는 해저와의 접촉을 위한 하부 레그, 및 트랜지션 피스와의 접촉을 위한 상부 레그와 같이 다수의 부분으로부터 개스킷에 의해 조립되는 것이 유리할 수 있다.
따라서, 조립된 기초 구조물 레그는 모노파일 및 트랜지션 피스의 조립체와 등가이며, 하부 레그는 모노파일에 대응하고, 상부 레그는 트랜지션 피스에 대응한다.
도 10은 해저(8)와의 접촉을 위한 하부, 및 트랜지션 피스(9)와의 접촉을 위한 상부를 포함하는 기초 구조물 레그(1')의 실시 형태의 분해도를 도시하며, 하부 및 상부는 원뿔형 맞춤식 접촉 영역을 형성한다. 개스킷(3"")은 하부에 장착되며, 조립시 개스킷은 두 부분 사이의 원뿔형 접촉 영역에 끼워진다.
도 10에 도시된 레그(1')는 임의의 풍력 터빈 구조물의 기초 구조물을 구성할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서, 레그는 모노파일의 부분이다. 본 발명의 다른 실시 형태에서, 기초 구조물은 3개 또는 4개의 레그를 각각 포함하는 트라이포드 또는 테트라포드 기초 구조물과 같은 재킷 기초 구조물이다.
조립된 레그는 도 11에 도시된 바와 같이 다른 기하학으로 조립될 수 있으며, 개스킷(3""')은 한쪽 단부가 폐쇄되어 해저와의 접촉을 위해 하부(8')의 한쪽 단부를 둘러싼다. 따라서, 트랜지션 피스(9')에 접촉하는 상부와 하부가 조립될 때, 개스킷은 두 부분 사이의 완전한 접촉 영역에 끼워진다.
도 10 및 도 11 둘다는 개스킷이 중공의 세장형 몸체인 실시 형태를 도시한다. 그러나, 폐쇄 단부 개스킷을 갖는 실시 형태에 대해, 개스킷과 기초 구조물 레그 사이의 접촉 영역이 더 크다. 기초 구조물 레그의 유연성을 향상시키기 위해서는 더 큰 접촉 영역이 유리할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 중공의 세장형 몸체는 한쪽 단부가 폐쇄된다.
기초 구조물 레그는 대형 구조물이기 때문에, 개스킷이 레그에 맞추어질 수 있는 것이 유리하다.
본 발명의 실시 형태에서, 개스킷의 두께는 10mm 내지 60mm, 더욱 바람직하게는 20mm 내지 50mm , 또는 30mm 내지 40mm이다.
다른 실시 형태에서, 개스킷의 높이는 3000mm 내지 7000mm, 더욱 바람직하게는 3500mm 내지 6500mm, 또는 4000mm 내지 6000mm이다.
다른 실시 형태에서, 개스킷의 직경은 500mm 내지 5000mm, 바람직하게는 1000mm 내지 4000㎜, 또는 1200mm 내지 2650㎜이다.

Claims (29)

  1. 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부를 맞추기(formfitting) 위한 개스킷으로서, 탄성 중합체를 포함하는 재료로 제조되고, 모노파일, 트라이포드 또는 테트라포드용 파일과 같은 파일 구조물의 적어도 일부를 둘러싸기 위해 중공의 세장형 몸체의 형상을 가져서, 상기 트랜지션 피스와 상기 파일 구조물 사이에 장착되면, 상기 개스킷이 상기 파일 구조물에 대한 상기 트랜지션 피스의 위치를 안정화시키는, 개스킷.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개스킷은 상기 트랜지션 피스 또는 상기 파일 구조물의 움직임으로 인해 발생하는 압축, 장력 또는 전단 응력을 흡수함으로써 상기 파일 구조물에 대한 상기 트랜지션 피스의 위치를 안정화시키도록 구성되는, 개스킷.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개스킷은 10N/mm2 이상의 압축력을 견디도록 구성되는, 개스킷.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 재료는: 폴리우레탄(PUR), 고무, 나일론, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에틸렌(PE) 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되거나, 상기 탄성 중합체 재료는 ASTM D2240에 따른 쇼어 A 경도가 적어도 70인, 개스킷.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    주조 공정 또는 분사 공정에 의해 제조되고/제조되거나, 적어도 95%의 탄성 중합체 재료를 포함하는, 개스킷.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공의 세장형 몸체의 형상은: 중공 원통, 중공 원뿔대(truncated cone) 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되거나, 상기 중공의 세장형 몸체는 적어도 20mm의 벽 두께를 갖거나, 상기 중공의 세장형 몸체는 적어도 7m의 높이를 갖는, 개스킷.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공의 세장형 몸체는 상기 몸체의 반경 방향으로 연장하는 상부 플랜지를 더 포함하거나, 상기 중공의 세장형 몸체는 한쪽 단부가 폐쇄된, 개스킷.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공의 세장형 몸체는 하나 이상의 개구부(apertures)를 포함하는 표면을 가지는, 개스킷.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개스킷은 다수의 부분으로부터 조립되거나, 상기 개스킷은 적어도 두 부분으로부터 조립되거나, 각 부분은 중공 원뿔대 형상을 갖거나, 상기 다수의 부분은 웨지형 방식(wedge like manner)으로 접하도록(abutting) 구성되는, 개스킷.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개스킷은, 다수의 타워 섹션과 같은 트랜지션 피스의 부분들을 장착하기 위해 사용되거나, 또는 그라우팅 또는 볼트 체결을 사용하지 않고, 모노파일, 트라이포드 또는 테트라포드용 파일과 같은 파일 구조물에 트랜지션 피스를 장착하는 것과 같은, 해상 풍력 터빈 구조물을 장착하기 위해 사용되는, 개스킷.
  11. 모노파일에 풍력 터빈의 트랜지션 피스를 장착하는 방법에 있어서:
    - 상기 트랜지션 피스의 기저부에 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 개스킷을 장착하는 단계, 및
    - 상기 개스킷이 상기 트랜지션 피스와 상기 모노파일 사이에 끼워지도록, 해상 위치에서와 같은, 상기 모노파일이 지면에 고정된 위치에서 상기 트랜지션 피스를 상기 모노파일에 조립하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 풍력 터빈용 다수의 타워 섹션을 장착하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 선택적으로 육상 또는 해상에서 실행되며,
    a) 제 1 타워 섹션을 제공하는 단계,
    b) 상기 제 1 타워 섹션의 제 1 단부에 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 개스킷을 장착하는 단계,
    c) 상기 개스킷이 2개의 섹션 사이에 끼워지도록 상기 제 1 타워 섹션의 제 1 단부에 제 2 타워 섹션을 조립하는 단계,
    d) 추가 타워 섹션에 대해 단계 a) 내지 단계 c)를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 재킷 기초 구조물(jacket foundation)과 같은 풍력 터빈의 파일 기초 구조물을 장착하는 방법에 있어서:
    - 상기 기초 구조물에 하나 이상의 레그를 제공하는 단계로서, 각각의 레그는 해저와의 접촉을 위한 하부 레그 및 트랜지션 피스에 접촉하기 위한 하나 이상의 상부 레그를 포함하는, 단계,
    - 상기 하부 레그에 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 개스킷을 장착하는 단계, 및
    - 상기 개스킷이 2개의 레그부 사이에 끼워지도록 상기 하부 레그를 상기 상부 레그에 조립하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부를 위한 개스킷을 제조하는 방법에 있어서:
    상기 개스킷은 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 개스킷이고,
    - 탄성 중합체 재료층이 형성되도록, 파일 구조물과 조립될 트랜지션 피스의 섹션의 기저부 내면 상에 유체 탄성 중합체 재료를 점차적으로(gradually) 분사하는 단계, 및
    - 개스킷이 형성되도록 상기 탄성 중합체 재료층을 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 풍력 터빈의 트랜지션 피스의 기저부를 위한 개스킷을 제조하는 방법에 있어서:
    상기 개스킷은 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 개스킷이고,
    - 유체 탄성 중합체 재료를 하나 이상의 예비 성형된 몰드에 주입하는 단계, 및
    - 하나 이상의 부분을 포함하는 개스킷을 형성하도록 상기 탄성 중합체 재료를 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
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