KR20040037263A

KR20040037263A - 풍력 발전소 타워용 기초를 건설하는 방법

Info

Publication number: KR20040037263A
Application number: KR10-2004-7005169A
Authority: KR
Inventors: 우벤 알로이즈
Original assignee: 우벤 알로이즈
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-05-04
Also published as: US7900406B2; CA2463253A1; US20050072067A1; JP3966857B2; EP1442175B1; WO2003031733A1; KR100713584B1; BR0213161A; PT1442175E; DE10226996A1; CA2463253C; ES2310219T3; US7614200B2; DK1442175T3; PL202716B1; NZ532259A; EP1442175A1; PL368454A1; US20090235597A1; ATE403043T1

Abstract

본 발명은 다수의 세그먼트를 포함하는 구조물 특히, 풍력 터빈 타워(2)용 기초를 건설하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 지지 폴과 상기 구조물용 기초 세그먼트와 풍력 터빈에 관한 것이다. 다수의 세그먼트를 포함하는 구조물을 위한 기초, 특히 풍력 터빈 타워(2)의 기초를 건설하는 방법에 있어서, a) 기초 지반(13)을 굴삭하는 단계; b) 상기 기초 지반(13)에 안정되고 대체로 평탄하며 수평인 기저부(12)를 건설하는 단계; c) 수직으로 조절 가능한 적어도 세 개의 지지 폴(11, 21)이 상기 기저부(12)의 소정 지지점(14)에 설치되고 상기 지지 폴(11, 21)의 선단부에 설치된 지지 브라켓(110)에 의해 상기 지지 폴을 구조물의 기초 세그먼트(4)에 고정 부착하는 방식으로, 상기 기저부(12) 상에 상기 기초 세그먼트(4)를 설치하는 단계; d) 상기 기저부를 보강하는 단계; 및 e) 기초 지반의 나머지 부분을 상기 기초 세그먼트(4)의 하부 가장자리부의 상부면에까지 기초 충전재(특히, 콘크리트)로 캐스트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 발전소 타워용 기초를 건설하는 방법{METHOD FOR ESTABLISHING A FOUNDATION IN PARTICULAR FOR A TOWER OF A WIND ENERGY PLANT}

영구적으로 안정되고 평탄한 기초를 건설하는 것은 대형 구조물에 있어서 매우 중요하다. 특히, 높이가 100m 이상 되고 동작 중에 강한 외압에 노출될 수 있는 풍력 터빈 타워의 경우에는 그 기초가 정확한 스펙을 만족하여야 한다. 현재, 풍력 터빈용 기초는 우선 기초 지반(foundation bed)에 소위 기저부(subbase), 다른 말로 설명하면 가능한 한 평탄하고 수평인 시멘트나 콘크리트 기저층을 형성함으로써 건설된다. 이어서, 상기 기저부에 기초 세그먼트를 설치하기 위한 지지 폴(support pole)을 기초 세그먼트, 즉 다수의 세그먼트로 구성되는 타워의 최하부 세그먼트에 부착한다.

기저부의 불평탄도를 보상하고 기초 세그먼트를 가능한 한 수평으로 정렬하기 위하여 상기 지지 폴은 기초 세그먼트의 하부로부터 삽입 깊이를 변화시킬 수 있도록 나사식으로 삽입되는데, 이를 위해 상기 지지 폴은 적어도 기초 세그먼트의 하면을 향하는 윗부분에 나사산이 형성된 폴 형태로 제작된다.

기초 세그먼트(현재, 10 내지 14톤의 무게임)에 의해 지지 폴에 막대한 측면 하중이 걸리기 때문에, 지지 폴이 기저부를 뚫어버리거나 기초 세그먼트의 하면에서 부러지는 경우들이 발생하였고 이 때문에 기초 세그먼트가 붕괴되었다. 이는 기초 건설 작업자를 위험에 노출시키는 것 이외에도, 손실을 해결함에 따른 공기 지연 및 비용 추가를 초래하였다.

본 발명은 다수의 세그먼트(segment)를 포함하는 구조물, 특히 풍력 터빈 타워용 기초를 건설하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 지지 폴(support pole)과 상기 구조물용 기초 세그먼트와 풍력 터빈(wind turbine)에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 다수의 세그먼트를 갖는 풍력 터빈을 나타낸 도면이다.

도2는 본 발명에 따른 기초 세그먼트의 제1 형태를 나타낸 도면이다.

도3은 지지 폴과 함께 도시한 도2에 나타낸 기초 세그먼트의 일부분을 나타낸 도면이다.

도4는 본 발명에 따른 기초 세그먼트의 제2 형태를 나타낸 도면이다.

도5는 지지 폴과 함께 도시한 도4에 나타낸 기초 세그먼트의 단면을 나타낸 도면이다.

도6은 도5의 기초 세그먼트의 일부분을 나타낸 도면이다.

도7은 도5의 기초 세그먼트의 다른 일부분을 나타낸 도면이다.

도8은 도5에 나타낸 지지 폴의 지지 브라켓을 나타낸 도면이다.

도9는 본 발명에 따른 지지 폴의 또 다른 형태의 정면도를 나타낸 도면이다.

도10은 도9의 지지 폴의 측면도를 나타낸 도면이다.

도11은 구동수단을 갖는 지지 폴의 다른 형태의 측면도를 나타낸 도면이다.

도12는 수직 조절용 센서를 갖는 지지 폴의 다른 형태의 정면도를 나타낸 도면이다.

도13은 수직 조절용 센서 신호의 발생을 포함한 본 발명에 따른 기초 세그먼트의 평면도를 나타낸 도면이다.

도14는 지지 폴의 일 실시 형태에 적용되는 수직 조절 센서의 블록다이어그램을 나타낸 도면이다.

따라서, 본 발명의 목적은 다수의 세그먼트를 포함하는 구조, 특히 풍력 터빈 타워용의 기초를 건설하는 방법과, 개량된 지지 폴과, 적절한 기초 세그먼트와, 상기 문제점을 해결한 풍력 터빈을 제공하는데 있다.

상기 목적은 하기 청구범위의 청구항 1의 방법에 기재된 본 발명에 의해 달성되는데, 이 방법은 다음의 단계들로 이루어진다.

a) 기초 지반을 굴삭하는 단계;

b) 상기 기초 지반에 안정되고 대체로 평탄하며 수평인 기저부를 건설하는 단계;

c) 수직으로 조절 가능한 적어도 세 개의 지지 폴이 상기 기저부의 소정 지지점에 설치되고 상기 지지 폴의 선단부에 설치된 지지 브라켓에 의해 상기 지지 폴을 구조물의 기초 세그먼트에 고정 부착하는 방식으로, 상기 기저부 상에 상기 기초 세그먼트를 설치하는 단계;

d) 상기 기저부를 보강하는 단계; 및

e) 기초 지반의 나머지 부분을 상기 기초 세그먼트의 하부 가장자리부의 상부면에까지 기초 충전재, 특히 콘크리트로 채우는 단계.

본 발명은 지지 폴을 기초 세그먼트의 하부면에 직접 삽입하지 않고, 기초 세그먼트를 기저부에 설치하기 전에 지지브라켓(예컨대, 지지판의 형태로써)을 통해 기초 세그먼트에 배치된 지점에 부착할 경우 기존의 방법에서 발생하는 문제점을 해결할 수 있다는 사실에 기초한다.

본 발명에서도 수직 조절 수단이 지지 폴에 제공되지만, 지금까지와는 달리 지지 폴을 돌려서 기초 세그먼트의 하부면에 삽입되는 정도를 달리함으로써 세그먼트의 높이를 조절한다. 지지 브라켓이 기초 세그먼트에 지지 폴을 지지하는 매우 넓은 면적을 제공하며, 이에 따라 하중의 분산을 대폭 개선한다. 이는 기초 세그먼트의 하부면에 설치되는 나사 폴의 휨 현상이 더 이상 일어나지 않도록 함을 의미한다.

지지 폴이 기저부를 뚫고 들어가는 것을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 또한 기초 세그먼트를 지지하고 있는 지지 폴이 기저부에 설치되는 지점을 보강하고 있다. 이들 지점들은 (추가적인) 보강용 매트의 설치 및/또는 국부적인 보강에 의해 예컨대, 기저부를 소정의 위치에서 더 높게 함으로써, 넓은 면적에 걸쳐서 보강될 수 있다. 본 발명에서 변형되고 추가된 수단은 밑판(base plate)을 사용한다는 것이다. 밑판은 기저부 상의 소정 위치에 설치되어 지지 폴이 그 위에 설치되도록 할 수 있다. 이와는 달리, 상기 밑판은 지지 폴의 지지브라켓의 반대 끝단에 설치될 수도 있다.

지지 폴을 포함한 기초 세그먼트가 이들 지지점이나 밑판 위에 설치되어 높이 차이를 보정하기 위하여 수직적으로 조절된 다음에 기초 지반의 나머지 부분에는 기초 충전재(가령, 콘크리트)를 일회 이상의 단계를 거쳐 채우게 되는데, 이 충전재는 기초 세그먼트의 하부 가장자리보다 위에까지 덮이도록 채워진다. 이렇게 함으로써 안정된 기초를 구축할 수 있다. 이와 같이 기초 세그먼트를 안정되게 지지함으로써 종래의 방법에서 최종 캐스트 공정시 일어나던 문제점들 특히, 충전재를 채울 때 기초 세그먼트의 위치가 변하는 문제가 더 이상 일어나지 않게 된다.

바람직한 일 실시예로서, 지지 폴은 각각 지지 플레이트에 의해 기초 하부면에 설치된 플랜지에 부착된다. 이 지지 플레이트는 플랜지에 볼트로 부착되는 것이 바람직하다. 이로써 지지 폴 위의 기초 세그먼트가 특히 양호하게 자리잡고 지지될 수 있다.

다른 형태로서, 지지 폴은 각각 기초 세그먼트의 상부 가장자리의 플랜지에 부착된다. 이를 위해, 지지 폴의 상부 끝에 있는 지지 브라켓은 플랜지에 확고히 부착될 수 있는 방법 예를 들어 플랜지와 브라켓을 볼트로 고정하는 방법으로 구현되는 것이 바람직하다.

기초 세그먼트를 확고히 지지하기 위해서 지지 폴을 기초 세그먼트의 하부 가장자리에 부착된 고리에 관통시켜 기초 세그먼트의 내부로 연장되도록 구성하는 것도 또한 바람직하다. 본 발명의 최종 단계로서 기초 지반에는 충전재를 채워서 일체로 고화(cast)시킬 수 있다. 바람직한 실시예로서 특히, 지지 폴이 직전에 언급한 것과 같이 구성될 경우에는 기초 지반의 나머지 부분을 두 단계로 충전할 수있다. 첫 번째 단계로서, 기초 세그먼트의 하부 가장자리의 높이와 대략 동일한 높이로 충전재를 채운다.

그리고 나서, 상기 첫 번째 캐스트 단계 동안에 기초 세그먼트의 위치가 변하는 것을 보상하기 위하여 기초 세그먼트의 필요한 수직 정렬을 수행할 수 있고, 이로써 그 위치가 가능한 한 수평으로 된다. 이를 위해서 물론, 지지 폴은 이 때에 충전재가 아직 채워지지 않은 부분에 수직 조절 수단을 가져야 한다. 마지막으로, 일단 기초 세그먼트가 수직적으로 정렬된 다음에 기초 지반의 나머지 부분에 원하는 높이까지 충전재를 채울 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 실시 형태에 있어서, 기초 지반의 나머지 부분에는 기초 세그먼트의 측벽에 형성된 구멍을 덮는 높이까지 충전재가 채워진다. 이 충전재는 기초 세그먼트의 내부 공간에도 채워진다. 바람직한 실시예로서, 기초 세그먼트의 원주 주위에는 기초 세그먼트의 하부면으로부터 등간격으로 일렬의 구멍이 형성된다. 기초와 기초부 사이를 기계적으로 보강하기 위하여 상기 구멍에는 보강선이 삽입되어 엮어진다.

환언하면, 충전재가 기초 지반에 부어지는데, 상기 기초 세그먼트가 외부 영역에 부어진 충전재에 의해 측방향 압력(충전재가 채워지는 동안에 기초 세그먼트의 위치를 변화시킬 수 있음)에 노출되지 않도록 하기 위하여, 기초 세그먼트 주위의 영역뿐만 아니라 기초 세그먼트의 내부 공간에도 부어진다. 충전재를 기초 세그먼트의 내부 공간에도 채움으로써 기초 세그먼트는 정 위치에서 안정적으로 위치하게 되고, 외부 영역에 부어지는 충전재에 의해 그 위치가 기울거나 변할 수 없게된다.

지지 폴의 수직방향 높이 조절은 기저부를 향하고 있는 지지 폴의 하단부에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 예컨대, 조절 너트에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 지지 폴 자체에 수직 조절을 수행하기 위하여 내부 나사봉이 포함된다. 본 발명에 따른 발명의 바람직한 일 실시예로서, 개별 지지 브라켓의 현재의 수직 조절량을 측정하는 수단이 포함된다. 이는 집속된 레이저 광선을 수평 방향으로 송출하고 지지 브라켓에 설치된 해당 센서를 갖는 측정 수단과 같은 광학적 측정 수단에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 센서는 지지 브라켓의 현재 높이에 관한 정보를 포함하고 있는 센서 신호를 발생하여 기초 세그먼트가 수평으로 정렬되도록 수직 조절을 행한다. 또한, 지지 브라켓의 수직 조절용 구동수단이 감지된 센서 신호에 응답하여 지지 브라켓의 높이를 자동으로 조절하도록 제공될 수 있다.

본 발명에 따른, 그리고 본 방법에 적용되는 것이 바람직한 유형의 지지 폴이 청구항 제12항 및 제18항에 정의되어 있다. 본 발명에 따른 기초 세그먼트와 그 특징은 청구항 제19항 및 제20항에 정의되어 있다. 또한, 본 발명은 다수의 세그먼트를 포함하는 타워(최하부의 세그먼트가 기재된 유형의 기초 세그먼트이며, 타워의 기초는 기재된 방법에 의해 제작됨)를 갖는 풍력 터빈에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 보다 더 상세하게 설명한다.

도1에 도시한 풍력 터빈(1)은 다수의 세그먼트(3)로 이루어지는 타워(2)를 포함하는데 상기 세그먼트(3)의 최하부 세그먼트(4)(이른바 기초 세그먼트)가 기초 (5)에 고정된다. 타워(20)의 최상부에는 나셀(nacelle)(6)이 회전 가능하게 설치되고, 이 나셀에는 다수의 블레이드(8)를 갖는 로터(7)가 설치된다. 나셀(6) 내부에는 로터 블레이드(8)를 회전시키는 풍력에 의해 전기에너지를 발생시키는 발전기가 설치된다.

타워(2)의 기초 세그먼트(4)를 포함하는 세그먼트들(3)은 철재로 제작되는 것이 바람직하지만, 예컨대 프리스트레스 철재(prestressing steel)나 지주(brace) 등을 고화(cast)시킨 프리스트레스 콘크리트(prestressed concrete) 소재도 사용 가능하다. 기초 세그먼트(4)는 바람직하게는 콘크리트로 구성되는 기초 블록(9) 내에 캐스트 된다. 상기 기초블록(9)은 주변 대지(10)보다 높거나 대지면과 동등한 정도로 형성될 수 있지만, 어떠한 경우든 상기 기초 세그먼트(4)의 하면에 부착되는 지지 폴(11) 및 기초 세그먼트(4)의 하부 가장자리는 덮어야 한다.

상기 지지 폴(11)에 의해서 기초 세그먼트가 기저부(12)에 지지된다. 기저부(12)는 가능한 한 평탄하고 수평으로 제작되는 시멘트 또는 콘크리트 기반(bed)으로서 기초 세그먼트(4)가 지지 폴(11)과 함께 세워지기 전에 기초 지반 위에 캐스트 된다.

도2는 기초 블록(9)을 형성하기 위하여 기초 충전재(foundation mass)를 부어 경화시키기 직전의 기초(5)를 나타낸다. 기초를 제작하기 위하여 대지를 굴삭하여 기초 지반(13)을 형성한다. 그 다음에, 상부면이 가능한 한 평탄하고 수평인기저부(12)가 기초지반 위에 만들어진다. 기저부(12)에 기초 세그먼트(4)를 설치하기 전에, 우선 세 개의 지지 폴(11)을 기초 세그먼트(4)의 하부면에 고정한다.

지지 폴(11)에 지지되는 기초 세그먼트의 이상적인 지지와 하중 분포의 최대 균일화를 이루기 위하여, 상기 지지 폴은 각각 지지판(110)을 갖는다. 이 지지판(110)은 기초 세그먼트(4)의 하부면을 향하는 상단부에 지지체로서 고정되는데, 지지 폴(11)이 기초 세그먼트의 플랜지(42)에 확고히 고정된다(바람직하게는 볼트에 의해서).

또한, 지지 폴(11)은 일정한 간격으로 떨어져 있거나 원통형 기초 세그먼트(4) 주위의 소정 위치에 배열된다. 기초 세그먼트(4)를 세우기 전에, 지지 폴(11)이 기저부(12)를 뚫고 나가지 않도록 하기 위해 기저부(12) 위에 지지점을 표시해서 밑판(base plate)(14)으로 보강한다. 기초 세그먼트(4)가 일단 밑판 (14)에 세워지고 나면, 기초 세그먼트(4)가 가능한 한 수평이 되도록 지지 폴(11)로써 높이를 조절할 수 있게 된다. 이를 위해서, 지지 폴(11)에는 수직 조절 수단 (111)을 갖는다(내부에 삽입되는 나사봉과 조절 너트로 구성할 수 있음).

기초 세그먼트(4)가 수직 조정된 다음에는 보강을 한다. 보강을 위해 기초 세그먼트(4)의 측벽에 일렬로 형성된 구멍(43)에 보강선을 넣어 엮는다. 마지막 단계로 기초 지반(13)을 충전재(바람직하게는 콘크리트)로 완전히 채운다. 충전재를 부을 때에 충전재가 기초 세그먼트의 외부에서 측면으로 힘을 가하는 등에 의해 기초 세그먼트의 위치가 변하지 않도록 하기 위해, 충전재는 기초 세그먼트(4)의 외측 공간뿐만 아니라 기초 세그먼트(4)의 내부 공간(44)에도 붓는다.

일렬 구멍(43)의 각 구멍을 통해 보강선을 끼움에 의해 타워의 인장력이 안전하게 기초측으로 전달될 수 있다. 일단 기초 세그먼트(4)가 완전히 경화된 다음에는 나머지 타워 부분을 조립할 수 있다.

도3은 지지 폴(11)을 갖는 기초 세그먼트(4)의 상세도이다. 지지 폴(11)에 부착되는 지지판(110)에 의해 기초 세그먼트(4)의 플랜지(42)에 지지 폴(11)이 볼트로 어떻게 부착되는지를 볼 수 있다. 지지 폴(11)의 적어도 하부에는 높이 조절용 즉, 지지 폴(11)의 높이를 변화시키는 조절 너트(112)와 결합되는 나사봉(114)이 내부에 삽입된다. 조절 너트(112)는 지지 폴(11)의 외관에 고정되어 있지 않기 때문에 나사봉(114)을 길이 방향으로 조절할 수 있다. 고정 너트(113)는 조절 너트(112)가 회전할 때 나사봉(114)이 동시에 돌지 못하도록 하는 역할을 한다.

도4는 다른 형태의 지지 폴(21)을 사용하는 본 발명의 다른 형태의 기초 세그먼트를 나타낸다. 여기에서도 세 개의 지지 폴(21) 위에 기초 세그먼트(4)가 지지되어 있다. 기저부(12)와 지지 폴(21)의 사이에 지지 폴(21)이 기저부 (12)를 뚫고 들어가지 못하도록 하중을 분산하는 역할을 하는 지지판(14)이 설치되어 있다.

이러한 구조에 있어서, 지지 폴(21)은 기초 세그먼트(4)의 내부(44)를 통해 상부 가장자리에까지 연장되어 있다(도5에 상세히 도시하였음). 도5에는 기초 세그먼트(4)에 지지 폴(21) 하나가 부착되어 있는 것을 단면으로 나타내고 있다. 지지 폴(21)은 다수의 부품으로 이루어지는데, 지지 브라켓(210)과 중간부(211)와 밑판(213)을 갖는 종단부재(212)를 갖는다. 지지용 다리(210)는 지지 폴(21)을 기초세그먼트(4)의 상부 플랜지(45)에 부착시키는 역할을 한다.

한편, 중간부(211)는 지지 브라켓(210) 및 종단부재(212)에 부착되는데, 이는 예컨대 연결부(214)의 나사부에 의해 종단부재(212) 내부로 삽입되도록 부착된다. 연결부(214)는 기초 지반에 충전재에 의해 완전히 채워진 다음에도 충전재가 덮히지 않는 높이에 있는 일렬의 구멍(43)보다 위에 위치한다. 각 지지 폴(21)의 종단 부재(212)까지만 충전재가 채워지며, 중간부(211)와 지지 브라켓(210)은 각각 재활용할 수 있다. 기초 세그먼트를 보다 확실히 지지하기 위하여, 지지 폴(21)은 하부 플랜지(42)에 부착되는 고리(eye)(46)를 통해 관통된다. 이는 도6에서 상세히 볼 수 있다.

도7은 지지 폴의 상부 즉, 중간부(211)와 지지 브라켓(210)을 나타낸다. 지지용 다리(210)는 지지 폴(21)을 기초 세그먼트(4)의 상부 플랜지(45)에 부착시키고, 기초를 제작할 때에 기초 세그먼트의 높이를 조절 또는 정렬하는 다수의 부품으로 구성된다. 플레이트(22, 23)가 원주형 플랜지(45)의 상하에 위치한다. 하부측 플레이트(22)는 상부 플랜지(45)에 형성된 일련의 구멍(47)을 통해 지지 브라켓(210)의 상부 플레이트(23)와 기초 세그먼트(4)를 부착시키는 스크류(27)를 부분적으로 가리고 있다.

기초 세그먼트(4)의 내부에는 두 플레이트(22, 23)의 사이를 관통하는 두 개의 나사 폴(24)이 있는데, 이들 나사 폴(24)은 너트(25)에 의해 지지 브라켓(210)의 다른 부분에 대해서 상부 플레이트(23)의 위치를 조절한다. 상부 플레이트(23)에 부착된 봉(26)은 중간부(211) 내부에서 슬라이드 되는데, 여기서 중간부는 외부파이프 역할을 한다. 기초 세그먼트(4)가 상부 플레이트(23)에 연결되어 있기 때문에 상부 플레이트(23)의 위치가 변동되면 기초 세그먼트(4) 전체가 기저부(12)에 대해서 이동하게 된다.

상부 플레이트(23)는 기초 세그먼트(4)를 적절한 승강설비(예컨대 크레인)를 이용하여 들어올림으로써 조절될 수 있다. 따라서, 상부 플레이트(23) 아래에 보이는 너트(25)(도8 참조)가 원하는 위치에 이를 때까지 조절될 수 있다. 이렇게 조절을 한 후에 기초 세그먼트(4)는 소정의 위치에 이를 때까지 또 다시 낮추어질 수 있다. 이렇게 함으로써, 기초를 건설하는 중에 기초 세그먼트를 용이하게 수직적으로 조절 내지는 정렬할 수 있다.

본 발명에 따른 지지 폴의 다른 형태의 정면도 및 측면도가 도9 및 도10에 각각 도시되어 있다. 종단 부재(212)는 도5에 도시된 바와 같이 기초부 (foundation section)의 하부 가장자리에 설치된 고리를 통해 관통 설치된다. 상기 종단 부재가 기초 내부에 매립되어 경화되고 재활용할 수 없는 점도 동일하다. 기초는 상기 도면에 표시된 라인(217) 위치까지 충전재로 채워진다. 지지 폴의 재활용 가능한 부품을 종단 부재(212)에서 제거한 이후에 생기는 개방부를 덮기 위하여 캡(215)을 사용할 수 있다.

상기 지지 폴의 상부는 또한 앞에서 설명한 지지 폴과 거의 동일하다. 두 개의 플레이트(22, 23)가 있고 그 사이에 너트와 나사폴(24)이 설치된다. 도9의 정면도에서 두 개의 나사폴(24)과 너트(25)를 볼 수 있다. 도10의 측면도에서 볼 때, 이들은 각각 정렬될 수 있는데 그 이유는 하나의 나사폴(24)과 너트(25)가 각각 분리되어 있기 때문이다.

도10에서 관통구멍(28)을 표시하기 위하여 상부 플레이트(23)의 일부분을 절개하여 도시하였다. 플레이트(23)와 지지 폴은 상기 관통구멍(28)을 통하여 기초 세그먼트의 상부 플랜지에 연결될 수 있다. 수직 조절을 단순화시키고 수작업 비율을 줄이기 위하여, 신축형 실린더(29)와 신축형 폴(26)을 포함하는 구조가 두 개의 플레이트(22, 23) 사이에 제공된다. 상기 실린더는 예를 들어, 공압 또는 유압으로 동작할 수 있고 이렇게 함으로써 지지 폴에 결합되어 있는 기초부의 조절을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서 나사폴(24)과 너트(25)는 한편으로는 유압 또는 공압 수단에 의해 최초에 설정된 위치를 고정하고, 다른 한편으로는 유압 또는 공압 시스템의 고장시 "비상작동" 수단으로서 수동으로 기초부를 조절하는 역할을 한다.

도11은 보다 상세히 도시하기 위하여, 본 발명에 따른 지지 폴의 상부만을 종단 부재(212)의 연결부까지 보여주고 있다. 더욱이 도11에는 기초 세그먼트(4)가 포함되어 있다. 기초 세그먼트는 상부 플레이트(23)에 결합되어 있다. 봉(26)은 그 하부에 회전 가능하게 결합되어 구동 수단(216)에 의해 회전하여 봉의 회전방향에 따라 플레이트(23)가 수직적으로 이동할 수 있도록 하는 나사봉의 형태를 취할 수 있다. 도9 및 도10의 실린더(26, 29)용 제어시스템 및 구동 수단(전동기 등)용 제어시스템은 공지기술이므로 구체적으로 설명하지 않는다.

도12는 본 발명의 다른 실시예의 지지 폴을 나타낸다. 이 지지 폴에서는, 지지 브라켓이 자동으로 사전 결정된 소정의 위치로 이동한다. 여기에서도 보다 상세히 도시하기 위하여, 본 발명의 도면은 본 발명에 따른 지지 폴의 상부만을 도시하고 있다. 이 구조는 도9 및 도10에 나타낸 실시예와 거의 동일하다.

그러나, 여기서는 도9 및 도10에 나타낸 요소에 부가하여 센서(30)가 추가되었다. 이 센서는 하우징(31) 내에 배열된 다수의 감광소자(32)(포토트랜지스터, 포토리지스터 등)를 포함한다. 기생 광원과 태양광의 영향을 최소화하거나 완전히 제거하기 위하여 필터를 추가로 포함시키거나 감광소자(32)를 소정의 스펙트럼 범위에서만 반응하도록 설계할 수 있다.

만일, 광원이 소정의 수평 위치에 조사될 경우에 이 광원의 빛은 한편으로는 상기 광원의 정렬에 관계없이 감광소자(32)에 조사될 것이고, 다른 한편으로는 지지 브라켓의 조절된 위치의 감광소자(32)에 조사될 것이다. 만일, 상기 빛이 촛점을 충분히 맺게되면 몇 개의 감광소자(32)에만 빛이 조사될 것이다. 이로써, 광원에 대한 각각의 지지 브라켓의 위치를 수직적으로 조절할 수 있게 된다.

따라서, 센서(30)가 소정 위치에 정확하게 배치하고 광원도 또한 소정 위치에 정확하게 배치할 경우에는, 예를 들어 지지 브라켓의 수직적 위치를 조절하는데 이용할 수 있는 센서(30)의 소정 위치(예컨대 그 중심)로부터의 입사 광선의 편차로부터 보정 변수를 도출하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여, 기초부를 자동으로 조절할 수 있다.

이러한 구조의 일 실시예를 도13에 도시하였다. 도13은 본 발명에 따른 세 개의 지지 폴이 상호 120° 간격으로 배열되어 있는 내측을 도시한 기초부(4) 평면도이다. 이러한 구조에 있어서의 중요한 관점은 기초부의 정렬을 상부 플랜지에 대해서 수행한다는 점이다. 왜냐하면, 쉽게 이해할 수 있는 이유로 해서 기초부의 하부 플랜지의 정렬이 중요하지 않은 반면에, 상기 상부 플랜지는 정확하게 수평적으로 정렬되어야 하기 때문이다.

광원(35)이 기초부(4)의 중앙에 놓이도록, 예컨대 삼각대(36) 위에 설치되고 완벽한 수평을 이루도록 조절된다. 상기 광원(35)은 예를 들면 레이저 빔(37)을 조사할 수 있는데, 이 레이저 빔은 매우 먼 거리에서도 빛이 퍼지지 않고, 기초부 내에서 360°원으로 회전이 가능하다.

세 개의 지지 브라켓이 각각 그 상부 플레이트(23)와 함께 도시되어 있는데, 이들은 기초부(4)에 확고히 고정되어 있다. 또한, 나사봉(24)과 구동 수단(216)과 센서(30)가 도시되어 있다. 레이저 빔(37)이 완전 수평면에서 회전하게 되면 각 센서(30)에서 신호를 발생하게 되는데, 이 신호는 지지 브라켓이 소정 위치에 있는지 또는 구동 수단(216)을 동작시키거나 수동으로 지지 브라켓을 조절해야 하는지를 알려주게 된다.

실제로, 지지 브라켓의 수직 조절은 지지 브라켓들 중 하나를 우선 소정 위치에 설치하고 나서 이 지지 브라켓을 고정한 다음에 나머지 두 개의 지지 브라켓에서 기초 세그먼트(4)의 정렬을 행하는 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.

센서(30)는 물론 그 출력신호로써 구동 수단(216)에 직접적인 영향을 미친다. 한편, 센서 신호를 분석하여 그에 상응한 구동 수단(216) 동작 신호를 출력하는 중앙집중식 제어시스템을 설치할 수 있다.

도14는 센서(30)를 간략한 형태로 예시하고 있다. 상기 센서(30)에서 감광소자들(32)이 서로 옆으로 및/또는 위아래로 배열되어 있다. 본 도면에서 이들 감광소자는 포토트랜지스터로서 도시되어 있다. 도시의 명료화를 위해 외부 트랜지스터 회로(50)의 구성은 생략하였지만 이는 당 업자에게 잘 알려져 있는 기술이다. 포토트랜지스터(32)의 집합은 커넥터(51)를 통해 병렬로 전원 장치에 연결된다.

상기 센서 내의 트랜지스터의 위치에 따라서 트랜지스터의 이미터가 게이트에 연결되거나 신호를 출력하도록 구성된다. 상위 9개 트랜지스터의 이미터는 OR 게이트(50)의 입력단에 연결되고 OR 게이트(50)의 출력은 출력단(52)에 나타난다. 하위 9개 트랜지스터도 마찬가지로 OR 게이트의 입력단에 연결되고 이 게이트의 출력은 출력단(53)에 나타난다. 중간에 위치하는 트랜지스터의 출력은 직접 출력단 (54)에 나타난다. 물론, 이들 모든 출력신호들은 증폭단으로 전달될 수도 있다.

중간에 위치하는 트랜지스터에 빛이 조사될 때 원하는 수평위치가 되도록 센서(30)가 설치된 경우에, 이 중간 트랜지스터의 상위에 위치하는 트랜지스터 중 하나에 빛이 조사될 경우에는 센서와 지지 브라켓의 위치가 너무 낮다는 결론을 쉽게 얻을 수 있다. 이 때, 게이트(50)에 의해 출력단(52)에 신호가 출력되고 이 출력신호는 지지 브라켓과 센서를 상향 조정시킨다.

중간 트랜지스터 아래에 위치하는 포토트랜지스터에 빛이 조사될 때에는 지지 브라켓을 보다 하위로 내려야 한다는 결론을 얻을 수 있다. 중간 포토트랜지스터가 그 출력단(54)에 신호를 출력할 경우에는 이 신호는 지지브라켓의 조절 작용을 정지시키는 "stop" 신호가 된다.

기초부의 상부 플랜지에 대해서 절대 고도(예컨대, 평균 해수면으로부터의 높이)가 엄격히 정의되지는 않기 때문에, 기초부의 정렬 시에 고려해야 할 다른 정렬 방법이 있다. 이것은, 지지 브라켓 중 하나를 우선 원하는 높이에 고정시키는 것이다. 따라서, 광원의 회전광이 감광소자(32) 중 하나에 조사될 것이다. 센서(감광소자)에서는 회전광에 의해 조사된 감광소자(32)에 해당하고 그에 따라 지지 브라켓의 조절 높이를 표시하는 신호가 출력된다.

이 신호는 예컨대, 중앙 제어부에 전달될 수 있다. 조절되어야 할 두 개의 지지 브라켓이, 각각에 할당된 센서가 동일한 신호를 중앙 제어부로 출력할 때까지 즉, 동일한 센서에 광선이 조사될 때까지 이동할 경우에 기초부는 다시 수평적으로 정렬된 것이다.

물론, 이와 다른 센서의 구조와 지지 브라켓을 조절하는 다른 방식도 적용 가능하다. 예컨대, 일 실시형태로서, 입사광선을 반사하는 반사부를 각 지지 브라켓의 동일한 수직 위치에 배치한다. 광원 및 그 수신부는 기초부의 중앙에 배치시킨다. 광선이 반사체에 조사될 때에만, 해당 수신부가 반사광을 수신함으로써 정확한 수직 위치를 알려주게 된다.

본 발명이 풍력 터빈에만 적용될 수 있는 것은 아니다. 본 발명은 안정된 기초를 만들기 위해 적어도 두 개의 세그먼트를 포함하는 모든 종류의 구조물에도 실질적으로 적용 가능하다. 도면에 도시한 구성요소들, 특히 지지 폴의 개수, 배치 및 특정 형태는 변경 가능하다.

Claims

다수의 세그먼트를 포함하는 구조물을 위한 기초, 특히 풍력 터빈 타워(2)의 기초를 건설하는 방법에 있어서,

a) 기초 지반(13)을 굴삭하는 단계;

b) 상기 기초 지반(13)에 안정되고 대체로 평탄하며 수평인 기저부(12)를 건설하는 단계;

c) 수직으로 조절 가능한 적어도 세 개의 지지 폴(11, 21)이 상기 기저부(12)의 소정 지지점(14)에 설치되고 상기 지지 폴(11, 21)의 선단부에 설치된 지지 브라켓(110)에 의해 상기 지지 폴을 구조물의 기초 세그먼트(4)에 고정부착하는 방식으로, 상기 기저부(12) 상에 상기 기초 세그먼트(4)를 설치하는 단계;

d) 상기 기저부를 보강하는 단계; 및

e) 기초 지반의 나머지 부분을 상기 기초 세그먼트(4)의 하부 가장자리부의 상부면에까지 기초 충전재(특히, 콘크리트)로 캐스트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 각 지지 폴(11)은 지지판(110)에 의해 상기 기초 세그먼트(4)의 하부면(41)상에 있는 플랜지(42)에 부착되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 지지 폴(11)은 내부에나사봉(114)을 갖고 있으며, 상기 기저부(12)를 향하고 있는 상기 지지 폴(11)의 하부 선단에 위치하는 수직 조절 기구에 의해 수직으로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 각 지지 폴(21)은 상기 기초 세그먼트(4)의 상부 가장자리에 있는 플랜지(45)상에 설치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 지지 폴(21)은 상기 기초 세그먼트(4)의 하부 가장자리에 설치된 고리(46)를 관통하여 상기 기초 세그먼트(4) 내부로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기초 지반의 나머지 공간에 기초 충전재를 채우되, 상기 기초 세그먼트(4)의 수직 조절을 행한 후에 기초 지반의 나머지 공간에 기초 충전재를 상기 기초 세그먼트(4)의 하부 가장자리까지 충전재를 채우는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기저부(12)의 지지점(14)을 기계적으로 보강하는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기초 세그먼트(4)의측벽에 형성된 다수의 구멍(43)을 통해 와이어를 연결함으로써 보강을 행하고, 상기 기초 지반 (13)의 나머지 부분에 기초 충전재를 채우되 상기 구멍(43)이 상기 기초 충전재에 의해 덮히는 높이까지 상기 기초 충전재를 채우는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 브라켓(110, 210)의 높이를 조절하기 위하여, 상기 각 지지 브라켓의 현재 조절되어 있는 높이를 소정의 측정 수단, 특히 광학적 측정 수단으로 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 지지 브라켓(110, 210)의 높이를 조절하기 위하여, 높이 측정 신호(특히, 일속(一束)의 광선(bundled light beam)(37))를 상기 기초 세그먼트 (4) 내부에 배치된 송신기(35)(특히, 광원)로부터 해당 센서(30)(특히, 광학센서)를 포함하고 있는 상기 지지 브라켓(110, 210)을 향하여 수평방향으로 송신하고,

상기 센서(30)에서 센서 신호가 발생하되, 각 신호에는 각 지지 브라켓(110, 210)의 조절 높이에 관한 정보가 포함되어 있고,

상기 지지 브라켓(110, 210)이 상기 발생된 센서 신호에 응답하여 수직으로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 지지 브라켓(110, 210)은 구동수단(216)의 제어에 의해 수직으로 조절되는데, 상기 구동수단을 제어하기 위하여 상기 센서(30)에서 발생된 센서 신호를 분석하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 따른 방법에 사용하기 위한 지지 폴에 있어서,

외부 파이프(115), 상기 외부 파이프 내부에 위치하는 나사봉, 및 상기 외부 파이프(115)의 일단에 지지판의 형태로서 배치되는 지지 브라켓(110)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
제12항에 있어서, 상기 나사봉(114)의 일단의 외주면상에 나사 결합되어 상기 지지 브라켓 (110)에 대향하여 배치되며 그 자체는 상기 외부 파이프(115)에 고정되지 않고 지지되는 너트(112)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
제1항에 따른 방법에 사용하기 위한 지지 폴에 있어서,

외부 파이프(211)와, 상기 지지 폴(21)의 일단에 설치되는 지지 브라켓(210)을 포함하되,

상기 지지 브라켓(210)은 상기 외부 파이프(211) 내부에서 변위가능한 폴(26)과, 상기 외부 파이프(211)상에 설치되는 제1 플레이트(22)와, 상기 폴(26)에 설치되는 제2 플레이트(23)로 구성되며,

상기 두 플레이트(22, 23)는 이들 플레이트 사이의 간격을 변화시키는 적어도 하나의 나사폴(24)에 의해 서로 연결되며,

상기 제2 플레이트(23)는 지지할 부분(4)에 고정 부착될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 폴(21)의 상기 지지 브라켓 (210)으로부터의 반대쪽 끝단에 밑판(213)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 브라켓(110, 210)을 수직으로 조절하기 위한 유압식 또는 공압식의 구동 수단(216)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 브라켓(110, 210)에 설치되어 센서로부터 신호를 수신하고 상기 지지 브라켓(110, 210)의 조절 높이에 관한 정보를 포함하는 센서 신호를 발생시키기 위한 센서(30)(특히, 광센서)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
제17항에 있어서, 상기 센서(30)는 상기 지지 폴의 길이 방향을 따라 배열된 다수의 센서소자(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 폴.
다수의 세그먼트를 포함하는 구조물용의, 특히 풍력 터빈 타워용의 기초 세그먼트(4)에 있어서,

기초 지반(13)에 형성된 기저부(12)의 지지점(14)에 상기 기초 세그먼트(4)를 설치하기 위한, 적어도 세 개의 수직 조절 가능한 지지 폴(11, 21)을 포함하되, 이들 지지 폴(11, 21)은 끝단에 설치된 지지판(110)에 의해 상기 기초 세그먼트(4)에 고정 부착되는 것을 특징으로 하는 기초 세그먼트.
제19항에 있어서, 상기 기초 세그먼트(4)의 측벽에는, 보강삽입물과 기초세그먼트 사이의 기계적 연결부를 형성할 수 있도록 강화철근을 관통시키기 위해, 구멍(특히, 기초 세그먼트의 주변에 일렬로 형성되는 구멍)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 기초 세그먼트.
다수의 세그먼트(2)를 포함하는 타워(2)를 구비하는 풍력터빈에 있어서, 상기 다수의 세그먼트들 중 최하부 세그먼트는 제19항 또는 제20항에 따른 기초 세그먼트(4)인 풍력 터빈.
다수의 세그먼트를 포함하는 타워를 구비하는 풍력 터빈에 있어서, 상기 타워(2)의 기초(5)는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 풍력터빈.