KR20090132540A - 복합재료 풍력타워의 결합방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 상하단부가 평평하게 구성된 분할된 복합재료 풍력타워를 서로 결합하는 복합재료 풍력타워의 결합방법으로서, 내부에서 서로 연결되는 2중 원통 구조를 갖되 그 종방향 단면이 H형 단면을 갖는 클립 결합장치의 내부에 접착제를 도포하는 단계와, 분할된 복합재료 풍력타워를 클립 결합장치의 상하부에 각각 끼워 넣는 단계, 및 분할된 복합재료 풍력타워 및 클립 결합장치에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트들을 각각 끼우고 조여 일체화하는 단계로 구성된다. 이 발명은 타워간의 결합을 위해 금속재 풍력타워에서와 같은 플레이트를 부착하는 용접공정이 이루어지지 않으므로 경제적이고, 복합재료를 습식 레이업(wet lay-up) 방식으로 제작한 H형 단면의 클립 결합장치 또는 원통 구조의 한 쌍의 보강재를 사용함으로써, 부식에 대해 우수하며, 시공기간이 단축되는 효과를 얻을 수 있다.

풍력발전기, 복합재료 풍력타워, 결합장치

Description

복합재료 풍력타워의 결합방법{Joining method of composite wind tower}

이 발명은 복합재료 풍력발전기용 타워의 이음부 결합방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 풍력발전기의 용량이 증가됨에 따라 풍력발전기의 타워 길이 또한 길어지게 되어 풍력발전기 타워의 중량 및 시공성을 감안하여 일체형보다는 일정한 길이를 가지는 타워를 제작하여 조립하게 되는데, 조립 시 타워의 빠른 시공성과 구조적 안전성을 고려한 복합재료 풍력타워의 이음부 결합방법에 관한 것이다.

일반적으로 풍력타워는 풍력발전기의 주요 구조물로서 로터 블레이드와 나셀을 지탱하는 구조물이며, 주로 금속으로 제작되고 있다. 특히, 대형 금속재의 풍력타워는 많은 용접 과정을 거쳐서 복잡한 제작공정을 통해 만들어지고 있다. 즉, 대형 금속재의 풍력타워를 제작함에 있어서는, 다루기 힘들 정도로 중량이 무거운 큰 장비를 이용해야 하기 때문에, 그 이동성이 떨어지고, 시공성이 현격히 저하되는 문제점이 있다. 그리고, 대형 풍력발전기의 경우에는 해상에 많이 설치되고 있는 추세이다. 따라서, 금속재의 풍력타워는 부식과 같은 문제로 내구성의 한계를 가질 수밖에 없는 문제점이 있다.

현재 풍력발전기의 타워는 발전기 용량이 증가함에 따라 블레이드의 길이가 길어지며, 이러한 블레이드와 나셀을 지지하는 타워의 규모가 커지고 있다. 이렇게 풍력발전기의 타워가 거대화됨에 따라 운송과 시공성을 높이기 위하여 일정한 길이의 원추형 타워를 결합하여 풍력발전기의 타워를 제작하게 된다.

이렇게 타워와 타워를 서로 결합할 경우에는 이들 이음부의 결합부위에 큰 응력이 발생한다. 따라서, 이러한 응력이 제일 하단의 기초부위까지 전달됨과 더불어 구조적으로 안전한 결합시스템이 필요하다.

일반적으로 금속재 풍력타워는 분할된 타워를 연결하기 위해 추가적인 용접과정을 거쳐 상부 및 하부에 플랜지를 부착한 후, 분할된 타워를 맞대어 볼트 체결하여 설치하고 있다.

그런데, 풍력타워를 구성하는 재료의 경제성 부분을 살펴보면, 일반적으로 복합재료의 가격이 금속류의 가격보다 비싸다. 하지만, 최근에는 금속류의 원석가격이 계속해서 오르고 있으나, 복합재료의 가격은 타 분야에 꾸준히 적용 및 응용되고 있어서 적정한 가격을 유지하고 있는 추세이다. 특히, 재료적인 가격보다 구조물의 제작부터 유지관리까지의 가격을 따져볼 때, 규모가 클수록 금속재료보다 복합재료로 만든 구조물의 운송비, 건설비, 유지비 등을 감안하면, 복합재료의 구조물이 금속재료의 구조물과 대비하여 비슷하거나 더 적은 비용이 소요된다고 볼 수 있다. 이러한 일예로 파이프나 격자형 타워 등을 볼 수 있다.

또한, 유지관리 측면에서 볼 때, 콘크리트나 금속류 재질의 풍력타워 구조물 은 노후화나 주위 환경조건에 따라 부식과 같은 문제로 내구성의 한계를 가지게 되는 문제점을 가지고 있어서, 복합재료로 제작된 풍력타워에 비해 지속적인 유리관리비가 소요된다고 볼 수 있다.

따라서, 이 발명의 발명자는 기존의 금속재 풍력타워를 복합재료 풍력타워로 대체하되, 풍력발전기의 용량이 증가됨에 따라 풍력발전기의 타워 길이 또한 길어지게 되어 풍력발전기 타워의 중량 및 시공성을 감안하여 일체형보다는 일정한 길이를 가지는 타워를 제작하여 조립하는 것이 합리적이라는 판단 아래 이 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 복합재료 풍력타워는 복합섬유로 제작해야 하기 때문에, 금속재 풍력타워처럼 용접과 같은 방법을 이용한 추가적인 장치부착의 어려움이 있어 이음부를 맞대기 접합으로 제작할 수 없으므로, 새로운 이음부 결합방법에 대한 연구 개발결과로서, 이 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복합재료로 제작된 원추형 복합재료 풍력타워를 제작함에 있어서, H형 단면의 클립 결합장치 또는 원통 구조의 한 쌍의 보강재를 이용하여 분할된 복합재료 풍력타워를 편리하게 결합함으로써, 시공의 편리성과 구조적 안전성을 갖는 복합재료 풍력타워의 결합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 발명은 상하단부가 평평하게 구성된 분할된 복합재료 풍력타워를 서로 결합하는 복합재료 풍력타워의 결합방법으로서, 내부에서 서로 연결되는 2중 원통 구조를 갖되 그 종방향 단면이 H형 단면을 갖는 클립 결합장치의 내부에 접착제를 도포하는 단계와, 분할된 복합재료 풍력타워를 클립 결합장치의 상하부에 각각 끼워 넣는 단계, 및 분할된 복합재료 풍력타워 및 클립 결합장치에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트들을 각각 끼우고 조여 일체화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명은 상하단부가 단차지게 구성되되 서로 간에 결합될 분할된 복합재료 풍력타워의 상부 및 하부를 서로 밀착시킬 경우 서로 맞물리도록 단차지게 구성된 분할된 복합재료 풍력타워를 서로 결합하는 복합재료 풍력타워의 결합방법으로서, 서로 간에 결합될 분할된 복합재료 풍력타워의 상부 및 하부에 접착제를 각각 도포하는 단계와, 접착제가 도포된 분할된 복합재료 풍력타워의 상부 및 하부를 서로 밀착시켜 단차진 부분이 서로 맞물리도록 하는 단계와, 서로 간에 맞물린 부분의 내외측에 원통 구조의 한 쌍의 보강재를 각각 배열하는 단계, 및 분할된 복합재료 풍력타워 및 한 쌍의 보강재에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트들을 각각 끼우고 조여 일체화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 분할된 복합재료 풍력타워의 다수의 볼트 구멍은 단차져 서로 간에 맞물리는 부분에 각각 형성되는 것이 바람직하다.

이 발명은 타워간의 결합을 위해 금속재 풍력타워에서와 같은 플레이트를 부착하는 용접공정이 이루어지지 않으므로 경제적이고, 복합재료를 습식 레이업(wet lay-up) 방식으로 제작한 H형 단면의 클립 결합장치 또는 원통 구조의 한 쌍의 보강재를 사용함으로써, 부식에 대해 우수하며, 시공기간이 단축되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이 발명은 H형 단면의 클립 결합장치 또는 원통 구조의 한 쌍의 보강재를 사용하여 분할된 타워를 서로 결합함에 있어서, 접착제(레진 등)를 사용하여 복합재료 풍력타워를 일체화함으로써, 풍력발전기에서 발생되는 하중(블레이드로 인한 여러 하중, 사하중 등)들이 제일 하단의 기초부위까지 보다 효율적으로 전달되어 안정적인 복합재료 풍력타워의 건설이 가능하다.

아래에서, 이 발명에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이 실시예는 복합재료를 습식 레이업(wet lay-up) 방식으로 H형 단면의 클립 결합장치를 제작하고, 이러한 클립 결합장치를 이용하여 풍력발전기의 복합재료 풍력타워를 구성하는 여러 개의 분할된 원추형 복합재료 풍력타워를 결합함으로써, 일체형 복합재료 풍력타워를 제작하도록 구성된다.

도 1은 이 발명에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법에 의해 제작된 복합재 료 풍력타워의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 복합재료 풍력타워(10)는, 결합장치(100)에 접착제(레진 등)를 도포한 후, 이 결합장치(100)를 이용해 일정 길이로 분할된 복합재료 풍력타워(10a)를 지지한 상태에서 볼트 체결하여 일체화함으로써 완성된다.

도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법을 도시한 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 분할된 복합재료 풍력타워(10a)의 상하단부가 평평하게 구성되고, 분할된 복합재료 풍력타워(10a)를 서로 연결 결합시키는 클립 결합장치(200)가 내부에서 서로 연결되는 2중 원통 형태를 갖되 그 종방향 단면이 H형 단면을 갖도록 구성된다. 또한, 클립 결합장치(200)에는 2중의 내외부 원통을 수평방향으로 관통하는 볼트 구멍이 일정 간격을 두고 둘레면 및 상하방향으로 다수개 형성된다. 이러한 다수의 볼트 구멍은 드릴에 의한 천공작업을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 클립 결합장치(200)를 그 종방향 단면이 H형 단면을 갖도록 구성한 것은, 클립 결합장치(200)의 상하부로 각각 끼워지는 복합재료 풍력타워(10a)의 끝단이 2중 원통을 서로 연결하는 단면에 밀착되어 더욱 견고한 조립이 가능하도록 하기 위해서다. 이러한 클립 결합장치(200)는 제작의 편리성 및/또는 약간의 경사각을 갖는 원추형 형태의 복합재료 풍력타워(10a)의 원활한 삽입을 위해 내부 및 외부의 원통 직경이 변화하지 않는 직관으로 구성하는 것이 바람직하다.

이 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법은, H형 단면의 클립 결합장치(200)의 내부에 접착제(레진 등)를 도포하고, 분할된 복합재료 풍력타워(10a)를 클립 결합장치(200)의 상하부에 각각 끼워 넣은 다음, 분할된 복합재료 풍력타워(10a) 및 클립 결합장치(200)에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트(210)들을 각각 끼우고 조여 일체함으로써, 복합재료 풍력타워가 완성된다. 여기서, 분할된 복합재료 풍력타워(10a)의 볼트 구멍은 클립 결합장치(200)에 형성된 볼트 구멍에 대응하는 위치에 형성된다. 이 실시예에서, 접착제를 클립 결합장치(200)에 미리 도포하는 것은 볼트(210)를 끼우고 조여 일체함으로써, 복합재료 풍력타워의 일체거동이 가능하도록 하기 위해서다.

이 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법에 대해 더 구체적으로 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, H형 단면의 클립 결합장치(200)의 하부부분에 접착제(레진 등)를 도포하는 단계와, 분할된 복합재료 풍력타워(10a)의 상부에 클립 결합장치(200)를 삽입하는 단계와, 클립 결합장치(200)의 볼트 구멍과 분할된 복합재료 풍력타워의 볼트 구멍을 일치시키는 단계와, 일치된 볼트 구멍에 볼트(210)들을 각각 삽입하고 조임으로써 볼트 체결하는 단계와, 클립 결합장치(200)의 상부부분에 접착제(레진 등)를 도포하는 단계와, 클립 결합장치(200)의 상부부분에 분할된 다른 복합재료 풍력타워를 삽입하는 단계와, 클립 결합장치(200)의 볼트 구멍과 분할된 다른 복합재료 풍력타워의 볼트 구멍을 일치시키는 단계, 및 일치된 볼트 구멍에 볼트(210)들을 각각 삽입하고 조임으로써 볼트 체결하는 단계로 구성되어 있다.

도 3은 이 발명의 다른 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법을 도시한 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 분할된 복합재료 풍력타워(10b)의 상하단부가 단차지게 구성되되 2개의 분할된 복합재료 풍력타워(10b)의 상부 및 하부를 서로 밀착시킬 경우 서로 맞물리도록 단차지게 구성되며, 분할된 복합재료 풍력타워(10b)를 서로 연결 결합시키는 결합장치(300)가 한 쌍의 보강재(320) 및 볼트(310)로 구성된다. 이 실시예의 한 쌍의 보강재(320)는 서로 다른 직경을 갖는 2개의 원통으로서, 내측의 원통은 그 외측에 복합재료 풍력타워(10b)의 내측이 삽입될 수 있는 외경을 갖고, 외측의 원통은 그 내측에 복합재료 풍력타워(10b)의 외측이 삽입될 수 있는 내경을 갖는다. 한편, 내외측의 원통을 일체형이 아닌 분할형으로 제작하고 서로 연결할 경우 원통이 되는 형태로 구성할 수도 있다. 그리고, 한 쌍의 보강재(320)에는 서로 간의 대응 위치에 볼트 구멍이 일정 간격을 두고 둘레면 및 상하방향으로 다수개 형성된다. 이러한 볼트 구멍은 드릴에 의한 천공작업을 통해 형성될 수 있다.

이 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법은, 서로 간에 결합될 2개의 분할된 복합재료 풍력타워(10b)의 상부 및 하부에 접착제(레진 등)를 각각 도포하고, 접착제가 도포된 분할된 복합재료 풍력타워(10b)의 상부 및 하부를 서로 밀착시켜 단차진 부분이 서로 맞물리도록 한 후, 서로 간에 맞물린 부분의 내외측에 한 쌍의 보강재(320)를 각각 배열한 다음, 분할된 복합재료 풍력타워(10b) 및 한 쌍의 보강재(320)에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트(310)들을 각각 끼우고 조여 일체함으로써, 복합재료 풍력타워가 완성된다. 여기서, 분할된 복합재료 풍력타워(10a)의 다수의 볼트 구멍은 한 쌍의 보강재(320)에 형성된 볼트 구멍에 대응하는 위치이면서 단차져 서로간에 맞물리는 부분에 각각 형성된다.

이상에서 이 발명의 복합재료 풍력타워의 결합방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 이 발명에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법에 의해 제작된 복합재료 풍력타워의 개념도이고,

도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법을 도시한 개략도이며,

도 3은 이 발명의 다른 실시예에 따른 복합재료 풍력타워의 결합방법을 도시한 개략도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 복합재료 풍력타워 10a, 10b : 분할된 복합재료 풍력타워

100 : 결합장치 200 : 클립 결합장치

210, 310 : 볼트 300 : 결합장치

320 : 보강재

Claims (3)

1. 상하단부가 평평하게 구성된 분할된 복합재료 풍력타워를 서로 결합하는 복합재료 풍력타워의 결합방법으로서,

   내부에서 서로 연결되는 2중 원통 구조를 갖되 그 종방향 단면이 H형 단면을 갖는 클립 결합장치의 내부에 접착제를 도포하는 단계와,

   분할된 복합재료 풍력타워를 상기 클립 결합장치의 상하부에 각각 끼워 넣는 단계, 및

   상기 분할된 복합재료 풍력타워 및 상기 클립 결합장치에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트들을 각각 끼우고 조여 일체화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 풍력타워의 결합방법.
2. 상하단부가 단차지게 구성되되 서로 간에 결합될 분할된 복합재료 풍력타워의 상부 및 하부를 서로 밀착시킬 경우 서로 맞물리도록 단차지게 구성된 분할된 복합재료 풍력타워를 서로 결합하는 복합재료 풍력타워의 결합방법으로서,

   서로 간에 결합될 상기 분할된 복합재료 풍력타워의 상부 및 하부에 접착제를 각각 도포하는 단계와,

   상기 접착제가 도포된 상기 분할된 복합재료 풍력타워의 상부 및 하부를 서로 밀착시켜 단차진 부분이 서로 맞물리도록 하는 단계와,

   서로 간에 맞물린 부분의 내외측에 원통 구조의 한 쌍의 보강재를 각각 배열 하는 단계, 및

   상기 분할된 복합재료 풍력타워 및 상기 한 쌍의 보강재에 각각 형성된 다수의 볼트 구멍에 볼트들을 각각 끼우고 조여 일체화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 풍력타워의 결합방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 분할된 복합재료 풍력타워의 다수의 볼트 구멍은 단차져 서로 간에 맞물리는 부분에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료 풍력타워의 결합방법.

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