KR20090095511A - 풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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칼-헤인즈 메이너스
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 풍력 에너지 터빈(10)의 타워(20) 내에 부품을 조립하기 위한 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 제 1 플랫폼(100)과, 제 2 플랫폼(200) 및 상기 제 1 플랫폼으로부터 연장하는 적어도 하나의 커넥터(150)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터는 전단 블록(154)과 이 전단 블록에 대해 이동 가능하고 상기 전단 블록에 이동 가능하게 결합되는 캡(156)을 포함하고, 상기 제 2 플랫폼의 표면(206)에는 적어도 하나의 구멍(204)이 형성되며, 상기 적어도 하나의 구멍은 상기 캡이 커플링 위치(158)로부터 고정 위치(160)로 이동시 상기 적어도 하나의 커넥터의 일부를 내부에 수용하여 상기 제 1 플랫폼을 상기 제 2 플랫폼에 결합시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ASSEMBLING COMPONENTS IN A TOWER OF A WIND ENERGY TURBINE}
본 발명은 전체적으로 풍력 터빈에 사용되는 타워에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 터빈 타워에 사용되는 플랫폼을 조립하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현대의 고성능 풍력 에너지 터빈은 관형 타워를 포함하기도 하며, 풍력 에너지 터빈의 다양한 작동 부품이 타워 내부와 그 바닥에 배치된다. 이러한 부품이나 유닛은 풍력 터빈으로부터의 전기 에너지를 전력 배분망으로 송전하는데 필요한 주파수 변환기, 트랜스포머 및/또는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 적어도 일부의 공지된 타워에서 상기 부품과 유닛으로의 접근은 타워 벽 내에 위치된 타워 도어를 통해 가능하다. 과거에는 이러한 부품과 유닛의 설치와 유지시 이들을 타워 도어를 통해 타워 내로 도입하는 것이 필요하였다. 결국, 개별 유닛과 부품 또는 성분의 크기가 도어 구멍의 크기에 의해 제한되었다.
이러한 부품의 조립 및 장착은 시간 소모적인 작업일 수 있다. 예를 들면, 적어도 일부의 공지된 조립 방법의 경우, 타워의 기초를 형성한 후 그 기초에 적어도 하나의 전력 모듈과 같은 풍력 에너지 터빈의 적어도 하나의 작동 부품을 연결한 후, 그 예비 설치된 모듈 위로 타워의 최하단 세그먼트를 배치한다. 그러나, 이러한 조립 과정은 상기 타워 세그먼트를 기초 위로 하강시킬 때 예비 설치된 모듈이 손상되지 않도록 다소의 주의와 노력을 기울이는 것이 필요하다. 다른 공지된 조립 방법의 경우, 예비 배열된 작동 부품을 포함하는 플랫폼을 관형 타워 섹션 내부로 하강시키는데, 상기 관형 타워 섹션은 플랫폼을 여러 높이에서 지지하는 지지 요소를 내벽에 포함하고 있다. 개선점이 있지만, 이 조립 방법도 관형 타워 섹션 내부로 플랫폼을 하강시킬 때 그 예비 배열된 플랫폼이 손상되지 않도록 다소의 주의와 노력을 기울이는 것이 필요하다.
본 발명은 부품을 타워 내에 설치시 작동 부품에 손상을 입힐 위험을 줄이고, 플랫폼의 제조 비용의 절감이 용이하고, 설치시 비용과 안전성의 위험을 줄여주는 풍력 터빈 타워에 사용되는 플랫폼의 조립 방법 및 시스템의 제공을 목적으로한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 제 1 플랫폼, 제 2 플랫폼 및 상기 제 1 플랫폼으로부터 연장하는 적어도 하나의 커넥터를 포함한다. 상기 적어도 하나의 커넥터는 전단 블록과 이 전단 블록에 대해 이동 가능하고 상기 전단 블록에 이동 가능하게 결합되는 캡을 포함한다. 상기 제 2 플랫폼의 표면에는 적어도 하나의 구멍이 형성되며, 상기 적어도 하나의 구멍은 상기 캡이 커플링 위치로부터 고정 위치로 이동시 상기 적어도 하나의 커넥터의 일부를 내부에 수용하여 상기 제 1 플랫폼을 상기 제 2 플랫폼에 결합시키도록 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 제 1 플랫폼으로부터 적어도 하나의 커넥터를 연장시키는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터는 전단 블록과 이 전단 블록에 대해 이동 가능하고 상기 전단 블록에 이동 가능하게 결합되는 캡을 포함한다. 상기 방법은 제 2 플랫폼의 표면에 적어도 하나의 구멍을 형성하는 단 계를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 구멍은 상기 적어도 하나의 커넥터의 일부를 내부에 수용하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 캡을 커플링 위치로 이동시켜, 상기 적어도 하나의 구멍이 상기 적어도 하나의 커넥터의 상기 일부를 수용하도록 상기 제 1 플랫폼과 상기 제 2 플랫폼을 배치하는 단계와, 상기 캡을 고정 위치로 이동시켜, 상기 제 1 플랫폼이 상기 제 2 플랫폼에 결합되도록 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 에너지 터빈의 타워용 플랫폼이 제공된다. 상기 플랫폼은 상기 플랫폼으로부터 연장하는 적어도 하나의 커넥터를 포함한다. 상기 적어도 하나의 커넥터는 전단 블록과 이 전단 블록에 대해 이동 가능하고 상기 전단 블록에 이동 가능하게 결합되는 캡을 포함한다. 상기 적어도 하나의 커넥터의 일부는 상기 플랫폼에 인접하게 수직 배치된 구조적 요소의 표면에 형성된 구멍에 수용되도록 구성된다. 상기 플랫폼은 상기 캡의 일부가 상기 구멍에 수용된 후 상기 캡이 커플링 위치로부터 고정 위치로 이동될 때 상기 구조적 요소에 결합되도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따라 제공되는 플랫폼과 커넥터의 구성 및 설계는 플랫폼을 타워 내에 조립하기 이전에 플랫폼 상에 예비 조립됨으로써 부품을 타워 내에 설치시 작동 부품에 손상을 입힐 위험을 줄이기 용이하다는 점에서 유익하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 제공되는 플랫폼과 커넥터의 사용에 의해 볼트와 너트와 같은 통상의 패스너의 사용에 필요한 정밀한 제조 공차를 줄이기 용이하고, 그에 따라 플랫폼의 제조 비용의 절감이 용이하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 제공된 플랫폼과 커넥터의 사용에 의해 필드 설치시 플랫폼을 지상으로부터 10 미터 정도의 높이에 고정하는데 필요한 시간을 줄이기 용이하여 설치시 비용과 안전성의 위험을 줄여준다.
도 1은 예시적인 풍력 터빈(10)을 도시하며, 이 풍력 터빈은 타워(20)와, 상기 타워(20)의 상부에 설치되는 나셀부(nacelle)(30)와, 상기 나셀부(30)에 설치되는 로터 허브(40)를 포함한다. 상기 로터 허브(40)에는 로터 블레이드(50)가 장착되어 바람으로부터 기계적 동력을 추출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 타워(20)에 사용될 수 있는 예시적인 플랫폼(100)을 도시한다. 상기 예시적인 실시예에서, 플랫폼(100)은 실질적으로 수직인 부재(104)와 실질적으로 수평인 부재(106)를 포함하는 구조적 프레임(102)을 포함한다. 일 실시예에서, 수직 부재(104)와 수평 부재(106)는 스틸 빔이다. 예시적인 실시예에서, 상기 부재(104, 106)는 조립되어 각 변의 길이가 대략 3미터인 입방체 프레임(102) 구조를 형성한다. 다른 구성에 따르면, 본 명세서에 기술하는 바와 같이 프레임(102)을 기능하게 하는 어떤 형태와 크기의 프레임(102)도 사용 가능하다. 예를 들면, 다른 실시예에서 프레임(102)은 프레임(102)을 안정화시키고 프레임(102)에 구조적 지지를 제공하는 것을 용이하게 하는 대각선 지지 부재 및/또는 기타 부재를 포함할 수 있다. 프레임(102)에는, 그에 한정되는 것은 아니지만, 풍력 에너지 터빈(10)(도 1에 도시됨)으로부터의 전력 을 전력 배분망으로 송전하는데 사용되는 주파수 변환기(130), 트랜스포머(132) 및/또는 제어기(134)와 같은 풍력 에너지 터빈용의 다양한 작동 부품 또는 유닛을 지지하기 위한 바닥부(108)가 결합된다.
예시적인 실시예에서, 커넥터(150)는 플랫폼(100)으로부터 연장한다. 예시적인 실시예에서는 2개의 커넥터(150)만이 각각의 수직 부재(104)의 상부에 도시되어 있다. 이와 달리, 2개 이상 또는 미만의 커넥터(150)가 각각의 수직 부재(104)의 상부로부터 연장될 수 있다. 커넥터(150)는 플랫폼(100)에 인접하게 거의 수직으로 위치되는 타워(20) 내의 다른 구조적 요소에 상기 플랫폼(100)을 견고하게 결합시킨다. 다른 실시예에서, 커넥터(150)는 인접하는 구조적 요소와 충분한 구조적 완전성을 제공하기 용이한 프레임(102) 상의 또는 플랫폼(100) 상의 소정 위치에 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4는 커넥터(150)의 예시적인 실시예를 도시한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 커넥터(150)는 수직 부재(104)로의 설치를 위한 베이스(152)와 상기 베이스(152)에 설치되는 전단 블록(154)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 베이스(152)는 수직 부재(104)에 용접되고 전단 블록(154)은 베이스(152)에 용접된다. 이와 달리, 베이스(152)를 수직 부재(104)에 결합하고 전단 블록(154)을 베이스(152)에 결합시키는 다른 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예시적인 실시예에서 각각의 커넥터(150)는 상기 전단 블록(154)에 이동 가능하게 결합되는 캡(156)을 또한 포함한다. 예시적인 실시예에서 상기 캡(156)은 전단 블록(154)과 캡(156)의 중심을 통과하는 수직 축을 중심으로 회전될 수 있다. 특히, 예시적인 실시예에서 캡(156)은 도 3에 도시된 바와 같이 캡(156)의 X-Y 단면이 전단 블록(154)의 X-Y 단면에 실질적으로 정렬되는 커플링 위치(158)로 회전될 수 있다. 또한, 캡(156)은 도 4에 도시된 바와 같이 캡(156)의 단면이 전단 블록(154)의 단면과의 정렬 상태에서 실질적으로 이탈하는 고정 위치(160)로 회전될 수 있다. 다른 실시예에서, 캡(156)은 전단 블록(154)에 대해 커플링 위치(158)로부터 고정 위치(160)로 예컨대 슬라이드될 수 있다.
도 5는 플랫폼(100)을 제 2 플랫폼(200)에 결합시키는 커넥터(150)의 쓰임을 도시한다. 예시적인 실시예에서, 플랫폼(200)은 이에 한정되는 것은 아니지만 주파수 변환기(130), 트랜스포머(132) 및/또는 제어기(134)(각각 도 2에 도시됨)와 같은 풍력 에너지 터빈(10)(도 1 참조)용의 추가 작동 부품 또는 유닛을 내장한다. 이와 달리, 플랫폼(200)은 플랫폼(100) 위에 위치되는 나실부(30)(도 1 참조)의 구조적 부품 또는 타워(20)(도 1 참조)의 고정 베이스일 수 있으며, 플랫폼(200)은 플랫폼(100) 아래에 위치된다(이 경우, 커넥터(150)는 플랫폼(100)의 바닥면으로부터 연장될 수 있다).
예시적인 실시예에서, 플랫폼(100)에 대략 인접하게 위쪽으로는 조립을 위해 플랫폼(200)의 하부 다리부(202)가 배치된다. 상기 하부 다리부(202)의 표면(206)에는 적어도 하나의 구멍(204)이 형성된다. 각각의 구멍(204)은 플랫폼(100)과 플랫폼(200)이 조립을 위해 배치될 때 커넥터(150)의 일부를 수용하는 크기와 방향을 갖는다. 특히, 커넥터 캡(156)이 커플링 위치(158)에 있을 때, 구멍(204)은 커넥터(150)의 일부를 내부에 수용할 수 있다. 커넥터(150)가 구멍(204) 내에 위치될 때, 캡(156)은 고정 위치(160)로 이동되어 실질적으로 커넥터(150)가 구멍(204)으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 결국, 캡(156)이 고정 위치(160)에 있을 때, 플랫폼(100)은 플랫폼(200)에 고정적으로 결합된다.
보다 구체적으로, 예시적인 실시예에서 각각의 캡(156)은 조립에 앞서 커플링 위치에 있으며, 이때 각각의 캡(156)의 단면은 도 3에 도시된 바와 같이 그 대응하는 전단 블록(154)의 단면에 실질적으로 정렬되어 있다. 각각의 구멍(204)은 각각의 커넥터(150)의 일부를 수용할 수 있도록, 커플링 위치(158)에 있을 때 전단 블록(154)과 캡(156)을 수용하는 크기와 방향을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 커플링 위치에 있을 때 각각의 캡(156)은 구멍(204)을 통해 연장하며, 상기 구멍(204)은 전단 블록(154)의 일부를 수용한다. 전단 블록(154)의 일부가 각각의 구멍(204) 내에 일단 수용되면, 각각의 캡(156)은 도 4에 도시된 바와 같이 캡(156)의 단면이 전단 블록(154)의 단면에 정렬되지 않는 고정 위치(160)로 이동된다. 고정 위치(160)에서 캡(156)의 단면은 더 이상 구멍(204)에 정렬되지 않아서 캡(156)이 구멍(204)을 통해 이탈되는 것이 방지된다. 결국, 캡(156)을 고정 위치(160)로 이동시키는 것은 플랫폼(100)을 플랫폼(200)에 견고하게 결합시킨다. 예시적인 실시예에서 캡(156)은 구멍(204)을 완전히 관통 연장한다. 다른 실시예에서, 구멍(204)은 캡(156)의 일부만이 구멍(204)에 수용되었을 때 캡(156)을 고정 위치(160)로 이동시키도록 하는 형태를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명에 따라 4개의 플랫폼(300, 400, 500, 600)이 조립된 예시적인 실시예를 도시한다. 예시적인 실시예에서, 하나의 플랫폼(400)은 하부의 인접 플랫폼(300)으로의 결합을 위한 2개의 구멍(204)(보이지 않음)과 상부의 인접한 플랫폼(500)으로의 결합을 위한 커넥터(150)(보이지 않음)를 포함한다. 플랫폼(400, 500, 600)과 같은 인접하는 플랫폼들은 부가적인 편의부, 예컨대 사다리 섹션(402, 502, 602)을 포함할 수 있는데, 이 사다리 섹션들은 정렬을 통해, 플랫폼들의 결합시 여러 플랫폼으로의 접근을 위한 단일의 사다리 경로를 형성한다. 또한, 외부 타워 벽(700)을 플랫폼(300, 400, 500, 600)에 설치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제공되는 플랫폼과 커넥터의 구성 및 설계는 플랫폼을 타워 내에 조립하기 이전에 플랫폼 상에 예비 조립됨으로써 부품을 타워 내에 설치시 작동 부품에 손상을 입힐 위험을 줄이기 용이하다는 점에서 유익하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 제공되는 플랫폼과 커넥터의 사용에 의해 볼트와 너트와 같은 통상의 패스너의 사용에 필요한 정밀한 제조 공차를 줄이기 용이하고, 그에 따라 플랫폼의 제조 비용의 절감이 용이하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 제공된 플랫폼과 커넥터의 사용에 의해 필드 설치시 플랫폼을 지상으로부터 10 미터 정도의 높이에 고정하는데 필요한 시간을 줄이기 용이하여 설치시 비용과 안전성의 위험을 줄여준다.
도 2-5에 도시된 플랫폼(100, 200), 커넥터(150) 및 구멍(204)과 도 6에 도시된 플랫폼(300, 400, 500, 600)의 특정 구성 및 형태는 본 발명에 따라 반드시 필수적인 것은 아님을 유의하여야 한다. 본 발명은 가동 캡 등을 갖는 몇 종류의 커넥터와, 캡이 커플링 위치에 있을 때 커넥터의 일부를 수용하고 캡이 고정 위치에 있을 때 커넥터를 홀딩하여 수직으로 인접하는 플랫폼을 결합시키는 구멍을 사 용한다.
본 발명은 다양한 특정 실시예에 대해 설명했지만, 당업자들은 본 발명이 특허청구범위의 취지와 범위 내에서 변형되어 실시될 수 있음을 알 것이다.
도 1은 예시적인 풍력 터빈의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용되는 예시적인 플랫폼을 도시하는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 플랫폼에 사용되는 예시적인 커넥터를 도시하는 도면,
도 4는 도 2에 도시된 플랫폼에 사용되는 예시적인 커넥터의 다른 배열을 도시하는 도면,
도 5는 조립을 위해 위치된 2개의 예시적인 플랫폼을 도시하는 도면,
도 6은 조립된 배열 상태인 4개의 예시적인 플랫폼을 도시하는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 : 풍력 에너지 터빈 20 : 타워
30 : 나셀부 40 : 로터 허브
50 : 로터 블레이드 100 : 제 1 플랫폼
102 : 프레임 104 : 수직 부재
106 : 수평 부재 108 : 바닥부
130 : 주파수 변환기 132 : 트랜스포머
150 : 커넥터 152 : 베이스
154 : 전단 블록 156 : 캡
158 : 결합 위치 160 : 고정 위치
200 : 제 2 플랫폼 202 : 하부 다리부
204 : 구멍 206 : 표면

Claims (10)

  1. 풍력 에너지 터빈(10)의 타워(20) 내에 부품을 조립하기 위한 시스템에 있어서,
    제 1 플랫폼(100)과,
    제 2 플랫폼(200)과,
    상기 제 1 플랫폼으로부터 연장하는 적어도 하나의 커넥터(150)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터는 전단 블록(154)과 상기 전단 블록에 이동 가능하게 결합되어 상기 전단 블록에 대해 이동 가능한 캡(156)을 포함하고,
    상기 제 2 플랫폼의 표면(206)에는 적어도 하나의 구멍(204)이 형성되며, 상기 적어도 하나의 구멍은 상기 적어도 하나의 커넥터의 일부를 내부에 수용하여, 상기 캡이 커플링 위치(158)로부터 고정 위치(160)로 이동될 때 상기 제 1 플랫폼을 상기 제 2 플랫폼에 결합시키도록 구성되는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플랫폼(100)은 제 1 프레임(102)을 포함하는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임(102)은 실질적으로 수직으로 배치된 복수의 지지부(104)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터(150)는 상기 복수의 지지부 중 하나의 단부로부터 연장되는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 커넥터(150)는 상기 제 1 플랫폼(100)에 용접되는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플랫폼이 상기 제 2 플랫폼에 결합된 후 상기 제 1 플랫폼(100)과 상기 제 2 플랫폼(200)에 결합되도록 구성된 외부 벽(700)을 더 포함하는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플랫폼(100)과 제 2 플랫폼(200) 중 적어도 하나 상에는 적어도 하나의 작동 부품이 배치되는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플랫폼(100) 상에 제 1 사다리 섹션이 배치되고, 상기 제 2 플랫폼(200) 상에 제 2 사다리 섹션이 배치되며, 상기 제 1 사다리 섹션은 상기 제 1 플랫폼이 상기 제 2 플랫폼에 결합될 때 상기 제 2 사다리 섹션과 정렬되도록 구성되는
    풍력 에너지 터빈의 타워 내에 부품을 조립하기 위한 시스템.
  8. 풍력 에너지 터빈(10)의 타워(20)용 플랫폼(100)에 있어서,
    상기 플랫폼으로부터 연장하는 적어도 하나의 커넥터(150)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터는 전단 블록(154)과 상기 전단 블록에 이동 가능하게 결합되어 상기 전단 블록에 대해 이동 가능한 캡(156)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터의 일부는 상기 플랫폼에 인접하게 수직 배치된 구조적 요소의 표면(206)에 형성된 구멍(204)에 수용되도록 구성되고, 상기 플랫폼은 상기 캡의 일부가 상기 구멍에 수용되어 상기 캡이 커플링 위치(158)로부터 고정 위치(160)로 이동될 때 상기 구조적 요소에 결합되도록 구성되는
    풍력 에너지 터빈의 타워용 플랫폼.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 1 프레임(102)을 더 포함하는
    풍력 에너지 터빈의 타워용 플랫폼.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임(102)은 실질적으로 수직으로 배치된 복수의 지지부(104)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커넥터(150)는 상기 복수의 지지부 중 하나의 단부로부터 연장되는
    풍력 에너지 터빈의 타워용 플랫폼.
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