KR20110004797A - 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부 - Google Patents

윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부 Download PDF

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KR20110004797A
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로렌스 윌리
다니앤 젱
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)용의 모듈형 지상 기초부, 모듈형 지상 기초부의 하우징 부재(44)의 패널을 형성하는 장치, 및 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)용의 모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법이 제공된다. 모듈형 지상 기초부는 복수의 정착 부재(footing member)와; 상기 정착 부재 각각 위에 배치된 하우징 부재(44)로서, 상기 하우징 부재(44)는 상기 정착 부재로부터 연장하고, 윈드 터빈 타워(30)의 일부를 형성하는 하나 이상의 구조 부재에 부착되며, 상기 하우징 부재(44)는 상기 스페이스 프레임 타워(30)에 지지 및 증가된 높이를 제공하고 내부 공간을 포함하는, 상기 하우징 부재(44)를 포함한다.

Description

윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부{MODULAR SURFACE FOUNDATION FOR WIND TURBINE SPACE FRAME TOWERS}
본 발명은 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부(foundation), 모듈형 지상 기초부의 하우징 부재의 복수의 패널을 형성하는 장치, 및 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근, 윈드 터빈(wind turbine)은 환경적으로 안전하고 상대적으로 값싼 대체 에너지원으로서 점점 더 주목받고 있다. 이러한 증가하는 관심과 더불어, 신뢰할 수 있고, 효율적이며, 설치 비용이 효과적인 윈드 터빈을 개발하기 위해 상당한 노력을 기울이고 있다.
일반적으로, 윈드 터빈은 다수의 블레이드를 갖는 로터를 포함한다. 로터는 허브, 메인 샤프트 및 베어링을 거쳐 트러스 또는 관형 타워의 상부에 위치된 하우징 또는 나셀(nacelle)에 장착된다. 유틸리티급(utility grade) 윈드 터빈[즉, 유틸리티 그리드(utility grid)에 전력을 제공하도록 설계된 윈드 터빈]은 대형 로터(예를 들어, 30미터 이상의 블레이드 길이)를 가질 수 있다. 추가로, 윈드 터빈은 전형적으로 높이가 적어도 60미터인 타워 상에 장착된다. 전형적으로, 윈드 터빈 타워는 단일 강철 튜브 형태 또는 스페이스 프레임 형태로 구성된다. 양 타입의 타워는 타워 및 터빈을 지지하는 적절한 기초부를 필요로 한다. 일반적으로, 기초부 설계는 제안된 터빈의 중량 및 형태, 예상되는 최대 풍속뿐만 아니라, 터빈 하중 및 부지의 토양 특성에 기초한다. 스페이스 프레임 또는 격자 타워에 관한 전형적인 기초부 접근 방법은 스페이스 프레임 타워의 기부에 두꺼운 보강 콘크리트 매트 기초부, 보강 콘크리트 모노파일, 단일의 드릴링된 샤프트 기초부, 또는 마이크로파일-지지 정착부(footing)를 포함한다.
전력 요구량이 증가함에 따라서, 윈드 터빈 로터 블레이드의 크기가 증가하고, 이것은 윈드 터빈의 전체 크기의 증가를 야기하며, 이것은 기초부 요건을 또한 증가시키는 타워 바닥 하중의 추가적인 증가로 귀착된다. 전력 증가의 결과로서, 기초부는 육중한 윈드 터빈 구조물 및 하중을 지지하기 위해 더 크고, 더 무거우며, 땅에 더 깊이 묻어져야 한다. 스페이스 프레임 타워에 관한 현재의 기초부 접근 방법은 여러 가지의 명백한 결점으로 고민하고 있다. 전형적으로, 굴착하고 육중한 기초부를 쏟아 붓기 위해 특수 팀이 필요하고, 토양 특성이 고려되어야 하며, 이것은 원추 관입 시험과 같은 적절한 지표 밑 조사를 포함한다. 비록 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용 기초부에 관한 재료 요건이 전통적인 단일 강철 튜브 타워의 재료 요건보다 실질적으로 덜하지만, 콘크리트, 철근(rebar) 및 다른 보강물의 총액은 여전히 값비싸다. 또한, 전통적인 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워의 디자인으로 인해, 부적절한 저장소가 전통적인 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워 안에 존재하기 때문에, 임의의 필요한 다운 타워 설비 또는 부품을 수용하기 위해 추가의 구조물이 현장에서 건조되어야 한다.
설치하기 위해 대부분의 굴착 또는 전문 팀을 필요로 하지 않는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워 기초부가 필요하다. 많은 양의 재료를 필요로 하지 않는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용 기초부가 또한 필요하다. 또한 윈드 터빈 타워를 건조할 때 사용되는 재료의 비용을 감소시키기 위해 타워 높이에 기여하는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워 기초부가 또한 필요하다. 다운 타워 설비, 정비 용품 또는 부품의 기초부 내의 저장을 허용하는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워 기초부가 추가로 필요하다.
본 발명의 일 실시형태는 복수의 정착 부재(footing member) 및 정착 부재 상에 배치된 하우징 부재를 포함하는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부를 포함한다. 하우징 부재는 정착 부재로부터 연장하고, 윈드 터빈 타워의 일부를 형성하는 하나 이상의 구조 부재에 부착된다. 하우징 부재는 또한 스페이스 프레임 타워에 지지 및 증가된 높이를 제공하고, 내부 공간을 포함한다. 정착 부재는 얕은 트렌치 안에 배치된 콘크리트 정착부(footing)를 포함할 수 있으며, 트렌치는 실질적으로 콘크리트 정착부와 동일 형상이다. 가능한 실시예는 탄소 섬유 복합 재료, 보강 탄소 섬유 복합 재료, 유리 섬유 복합 재료, 보강 유리 섬유 복합 재료, 콘크리트, 보강 콘크리트, 금속 또는 이것의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하우징 부재는 콘크리트 구조물을 포함할 수 있으며, 콘크리트 구조물은 철근(rebar)에 의해 추가로 지지되고 포스트-텐셔닝 부재(post-tensioning member)에 의해 압축된다. 콘크리트 구조물은 함께 접합되어 하우징 부재를 형성하는 복수의 패널을 포함할 수 있다. 복수의 패널은 수직방향 포스트-텐셔닝 부재를 수용하는 일련의 수직방향 챔버를 더 포함할 수 있다. 복수의 패널은 수평방향 포스트-텐셔닝 부재를 수용하는 일련의 수평방향 챔버를 더 포함할 수 있다.
복수의 패널을 포함하는 모듈형 지상 기초부는 바닥 부분 상에 배치되어 기계적으로 연결된 상부 부분을 추가로 포함할 수 있으며, 바닥 부분은 정착부 상에 배치되어 기계적으로 연결된다. 선택적으로, 상부 부분 및 바닥 부분은 수직방향 포스트-텐셔닝 부재를 수용하는 일련의 수직방향 챔버와, 수평방향 포스트-텐셔닝 부재를 수용하는 일련의 수평방향 챔버를 포함할 수 있다. 모듈형 지상 기초부는 중심-대-중심 치수가 모듈형 지상 기초부 요소의 직경의 대략 1.0 내지 대략 1.5배이도록 구성될 수 있다. 모듈형 지상 기초부 요소의 높이는 모듈형 지상 기초부 요소의 직경의 대략 1.25 내지 대략 1.75배일 수 있다. 하우징 부재는 원추 형상, 절두-원추 형상, 삼각 피라미드 형상, 정사각 피라미드 형상, 원통 형상, 정육면체 형상, 5각 기둥 형상, 6각 기둥 형상, 7각 기둥 형상, 8각 기둥 형상, 9각 기둥 형상 또는 10각 기둥 형상일 수 있다. 모듈형 지상 기초부의 내부 공간은 윈드 터빈용 다운 타워 설비(down tower equipment)를 보유하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법에 있어서, 일련의 포스트-텐셔닝 케이블을 갖는 복수의 하우징 부재(44)를 제작하는 단계와; 정착 부재를 유지하는 복수의 얕은 트렌치를 형성하는 단계와; 복수의 정착 부재를 제작하고, 정착 부재를 얕은 트렌치 안에 배치하는 단계와; 복수의 하우징 부재를 복수의 정착 부재에 붙이고, 하우징 부재를 정착 부재에 고정하는 단계와; 포스트-텐셔닝 케이블을 사용하여 하우징 부재에 장력을 가하는 단계로서, 하우징 부재는 스페이스 프레임 타워에 지지 및 증가된 높이를 제공하고 내부 공간을 포함하는, 상기 장력을 가하는 단계와; 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워의 구조 부재를 하우징 부재에 부착하는 단계를 포함하는 모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법을 포함한다. 방법은 도어, 열교환 덕트, 통기구, 계단 및 이것의 임의의 조합 중 하나 이상일 수 있는 하우징 부재를 더 포함할 수 있다. 정착 부재는 현장이 아닌 곳에서 사전-제작될 수 있다. 하우징 부재는 다운 타워 설비를 보유할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 모듈형 지상 기초부의 하우징 부재의 복수의 패널을 형성하도록 폐쇄 가능한 본체를 갖는 장치에 있어서, 본체는 콘크리트를 받아들이기 위한 개구를 포함하는 상부 부분과, 수평방향 및 수직방향 전체에 걸쳐 연장하는 튜브를 포함하는 바닥 부분을 더 포함할 수 있고, 형성된 패널은 함께 접합되어 하우징 부재를 형성하며, 하우징 부재는 정착 부재 상에 배치되고, 윈드 터빈 타워의 일부를 형성하는 하나 이상의 구조 부재에 부착되며, 하우징 부재는 스페이스 프레임 타워에 지지 및 증가된 높이를 제공하고, 내부 공간(140)을 포함하는 장치를 제공한다. 바닥 부분의 튜브는 콘크리트가 경화된 후에 하우징 부재의 형성된 패널로부터 제거될 수 있다. 본체의 바닥 부분은 철근을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 이점은 현재의 스페이스 프레임 타워 기초부와 비교하여 모듈형 지상 기초부가 감소된 굴착 비용을 제공하고 설치를 위해 재료를 덜 필요로 한다는 것이다.
본 발명의 다른 이점은 모듈형 지상 기초부가 다운 타워 설비를 위한 저장소를 제공한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 모듈형 지상 기초부가 스페이스 프레임 타워에 추가의 높이를 제공한다는 것이다.
예로서 본 발명의 원리를 도시하는 첨부 도면과 함께 이하의 바람직한 실시예의 더 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 특징 및 이점이 명백할 것이다.
가능한 곳 어디나 동일 참조 번호가 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사 부품을 지시하기 위해 사용될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 윈드 터빈의 측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 지상 기초부 요소의 일부의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하우징 부재의 엇갈리게 배열된 조인트를 보여주는 모듈형 지상 기초부 요소의 부분 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정착 부재의 전방 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내부 표면을 보여주는, 방향 5-5에서 취한 도 2의 모듈형 지상 기초부 요소의 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 지상 기초부 요소의 하우징 부재의 일부를 제조하기 위해 사용된 형(mold)의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 지상 기초부 요소의 하우징 부재의 일부의 투명 사시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 지상 기초부 요소의 하우징 부재의 일부의 내부 표면의 사시도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 지상 기초부 요소의 내부 표면을 보여주는, 방향 9-9에서 취한 도 8의 일부의 내부 표면의 단면도,
도 10은 모듈형 지상 기초부 및 모듈형 지상 기초부 요소의 치수를 보여주는, 방향 10-10에서 취한 도 1의 모듈형 지상 기초부의 단면도.
도 1에 도시된 바와 같이, 윈드 터빈(16)은 일반적으로 제너레이터(도시되지 않음)를 수용하는 나셀(nacelle)(20)을 포함한다. 나셀(20)은 스페이스 프레임 타워(30)의 정상 위의 플랜지(도시되지 않음)에 의해 타워 천이 부품(32)의 꼭대기에 장착된다. 타워(30)의 높이는 당업계에 알려져 있는 요인 및 조건에 기초하여 선택되며, 60미터 이상의 높이까지 연장할 수 있다. 윈드 터빈(16)은 바람직한 바람 조건을 갖고 있는 구역에의 접근을 제공하는 지대에 설치될 수 있다. 지대는 크게 변할 수 있으며, 산악 지대 또는 해안에서 떨어진 위치를 포함할 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 윈드 터빈(16)은 또한 회전 허브에 부착된 하나 이상의 로터 블레이드(24)를 포함하는 로터(22)를 포함한다. 비록 도 1에 도시된 윈드 터빈(16)은 3개의 로터 블레이드(24)를 포함하지만, 본 발명에 의해 요구되는 로터 블레이드(24)의 개수에 특별한 제한은 없다. 스페이스 프레임 타워(30)는 일체 연결된 복수의 수직방향 타워 지지 부재(34), 복수의 수평방향 타워 지지 부재(36) 및 복수의 브레이싱(bracing) 타워 지지 부재(38)를 포함한다. 스페이스 프레임 타워(30)는 스페이스 프레임 타워(30)를 지지 및 하우징 부재(44)에 연결하는 복수의 구조 부재(40)를 더 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스페이스 프레임 타워(30)는 3개의 구조 부재(40)를 갖는 3극 구성이다. 변형 실시예에서, 스페이스 프레임 타워(30)는 타워(30)를 형성하기 위해 4개 이상의 구조 부재(40)를 사용하여 구성될 수 있다.
모듈형 지상 기초부(100)는 복수의 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 포함한다. 각 모듈형 지상 기초부 요소(10)는 정착 부재(footing member)(46) 및 하우징 부재(44)를 더 포함하며, 하우징 부재(44)는 각 정착 부재(46) 위에 배치되고, 하우징 부재(44)는 정착 부재(46)로부터 연장하고, 윈드 터빈 타워(30)의 일부를 형성하는 하나 이상의 구조 부재(40)에 부착된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈형 지상 기초부(100)는 3개의 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 포함하고, 각 모듈형 지상 기초부 요소(10)는 스페이스 프레임 타워(30)의 각 구조 부재(40)에 부착된 정착 부재(46)로부터 연장하는 하우징 부재(44)를 더 포함한다. 변형 실시예에서, 모듈형 지상 기초부(100)는 4개 이상의 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 구비할 수 있으며, 각 모듈형 지상 기초부 요소(10)는 하우징 부재(44) 및 정착 부재(46)를 더 포함한다. 다른 변형 실시예에서, 모듈형 지상 기초부(100)는 스페이스 프레임 타워(30)를 형성하는 구조 부재(40)의 개수보다 적은 또는 많은 개수의 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 갖는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 하우징 부재(44)는 함께 접합되어 하우징 부재(44)를 형성하는 복수의 패널(105)을 포함한다. 다른 실시예에서, 도면에 도시되지 않았지만, 하우징 부재(44)는 철근(rebar)에 의해 추가로 지지되고 포스트-텐셔닝 부재(post-tensioning member)에 의해 압축된, 단일 모놀리식의 일체로 형성된 콘크리트 구조물일 수 있다.
도 2는 본 실시예의 모듈형 지상 기초부(100)의 단일 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 도시한다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 하우징 부재(44)는 함께 접합되어 하우징 부재(44)를 형성하는 복수의 패널(105)로 구성된다. 패널(105)은 복수의 상부 패널 부분(102) 및 복수의 바닥 패널 부분(104)을 더 포함할 수 있다. 상부 패널 부분(102)은 각 개별 바닥 패널 부분(104) 위에 놓이고 수직방향 포스트-텐셔닝 부재(111)(도 7 참조) 및 다른 고정 기구(도시되지 않음)에 의해 각 개별 바닥 패널 부분(104)에 부착되도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 패널 부분(102) 및 바닥 패널 부분(104)은 연결되고 정렬된 조인트(142)를 갖는다. 변형 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 패널 부분(102) 및 바닥 패널 부분(104)은 비정렬된 또는 엇갈리게 배열된 조인트(144)에 의해 연결된다. 엇갈리게 배열된 조인트(144)는 원주방향으로 오프셋(offset)되어, 엇갈리게 배열된 조인트(144)가 상부 패널 부분(102)의 중앙에 그리고 바닥 패널 부분(104)의 중앙에 위치되어 하우징 부재(44)를 형성하는 적절한 지지를 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징 부재(44)의 상부 패널 부분(102)은 연결 부재(42)에 추가로 부착되며, 연결 부재(42)는 타워(30)의 구조 부재(40)에 연결된다. 연결 부재(42)는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 하우징 부재(44)를 타워(30)의 구조 부재(40)에 고정 및 부착하는 패스너(fastener)(도시되지 않음)를 포함한다(도 1 참조). 하우징 부재(44)의 바닥 패널 부분(104)은 고정 기구(146)에 의해 정착 부재(46)에 추가로 연결된다(도 4 참조). 적합한 고정 기구는 볼트, 너트, 스크류, 핀, 거싯(gusset), 그라우팅(grouting) 및 당업계에 잘 알려져 있는 다른 고정 기구를 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 고정 기구(146)는 또한 하우징 부재(44)의 바닥 패널 부분(104) 안에 일체로 형성되거나, 또는 정착 부재(46) 안에 일체로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 하우징 부재(44)는 공기 유동을 위한 통기구(48), 하우징 부재(44)의 내측 구역에 접근하기 위한 도어(50), 도어(50)에 도달하기 위한 계단(52) 및 열교환 덕트(54)를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 도어(50)는 통기구(48)를 보완 또는 대체하는 공기 유동을 위한 통기구를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다운 타워 설비(56)는 하우징 부재(44)의 내측에 위치된다. 전형적인 다운 타워 설비(56)의 예는 터빈 제어 패널, 와이어, 케이블, 제어 구조물, 예비 부품 및 변압기이지만, 이것으로 한정되지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하우징 부재(44)는 절두 원추형 형상이다. 그러나, 모듈형 지상 기초부(100)의 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 원하는 구조 및 지지 특성이 달성되는 한, 임의의 원추 형상, 삼각 피라미드 형상, 정사각 피라미드 형상, 원통 형상, 정육면체 형상, 또는 5각 기둥 형상, 6각 기둥 형상, 7각 기둥 형상, 8각 기둥 형상, 9각 기둥 형상 또는 10각 기둥 형상과 같은 다변형 기둥이 가능할 수 있다. 본 실시예에서, 정착 부재(46)는 환형 형상이다. 변형 실시예에서, 정착 부재(46)는 실질적으로 하우징 부재(44)의 바닥과 동일한 형상일 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 모듈형 지상 기초부(100)는 3개의 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 포함한다. 모듈형 지상 기초부(100)의 전체 직경은 대략 9.8미터 내지 대략 48.8미터이고, 이것은 각각 800킬로와트(kW) 내지 10메가와트(MW) 등급의 윈드 터빈(16)을 지지하는 스페이스 프레임 타워(30)를 허용한다. 모듈형 지상 기초부(100)의 전체 직경에 의해 규정된 최외측 한계부는 정착 부재(46)의 콘크리트 정착부(58)의 최외측 에지를 포함하며, 이 최외측 에지는 또한 변경되지 않은 땅 위에 위치하는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 외측 에지이다. 모듈형 지상 기초부(100)의 직경 범위는 대략 9.8미터 내지 대략 48.8미터이고, 중심-대-중심(center-to-center) 치수(B)가 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 직경의 1.25배와 동일한 모듈형 지상 기초부 요소(10)에 특수한 것이다. 중심-대-중심 치수(lctc)는, 도 10에 치수(B)로서 도시된 바와 같이, 하나의 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 중심부터 인접한 다른 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 중심까지 측정된다. 다른 실시예에서, 중심-대-중심 치수(B)는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 직경의 대략 1.0 내지 대략 1.5배 이상의 범위일 수 있으며, 이것은 모듈형 지상 기초부(100)의 추가적인 전체 직경 값의 가능성으로 귀착된다.
표 1은 3개, 4개, 5개 또는 6개의 모듈형 지상 기초부 요소(10)를 갖는 모듈형 지상 기초부 요소(modular surface foundation element, MSFE)(10)의 직경에 대한 중심-대-중심 치수(B)의 비(ratio)의 예시적인 실시예를 제공한다.
중심-대-중심 치수(B)의 비
lctc = 개수(아래에 제공됨)*직경MSFE
MSFE의 개수 평균 최소 최대
3 1.25 1 1.5
4 1.12 1 1.25
5 1.07 1 1.15
6 1.04 1 1.1
비록 표 1이 중심-대-중심 치수(B)의 비의 예시적인 실시예를 제공하지만, 그것은 한정적인 것이 아니다. 비의 범위는 허브 높이, 로터 추력, 전제 터빈 및 기초부 중량, 및 허용 가능한 토양 지지 압력과 같은 여러 가지의 타워 설계 파라미터에 대해 상이할 수 있다. 모듈형 지상 기초부 요소의 직경에 대한 중심-대-중심 치수(lctc)의 비의 값은 3개의 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 경우 2.0만큼 높을 수 있고, 6개의 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 경우 1.18만큼 높을 수 있다.
본 실시예에서, 각 모듈형 지상 기초부 요소(10) 사이에 등변 삼각 간격이 존재한다. 등변 삼각 간격은 윈드 터빈(16)의 크기 및 요구되는 스페이스 프레임 타워(30) 높이에 따라서 변한다. 등변 삼각 간격은 각 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 중심으로부터 계산되며, 만약 인접한 모듈형 지상 기초부 요소(10)까지 각 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 각 중심 사이에 선이 그어지면, 등변 삼각형이 형성될 것이다(도 10 참조). 본 실시예에서, 모듈형 지상 기초부(100)의 정하중(dead load) 중심(200)은 측하중이 가해지지 않고, 모듈형 지상 기초부 요소(10)에 의해 형성된 등변 삼각형의 바로 중심에 위치한다. 전복에 저항하는 본 실시예의 가장 긴 모멘트 아암(lmax), 치수(A)는 모듈형 지상 기초부(100)의 정하중 중심(200)부터 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 콘크리트 정착부(58)의 최외측 에지까지 측정된다. 전복에 저항하는 본 발명의 가장 짧은 모멘트 아암(lmin), 치수(C)는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 콘크리트 정착부(58)의 직경과 동일하다. 본 실시예에서, 모듈형 지상 기초부(100)는 대략 8.3미터 내지 대략 41.6미터의 평균 유효 직경을 갖는다. 모듈형 지상 기초부(100)의 평균 유효 직경은 (측면에서 보았을 때) 다가오는 바람의 방향과 반대 방향에 관한 전복에 저항하기 위해 스페이스 프레임 타워(30) 및 모듈형 지상 기초부(100) 시스템에 대해 모듈형 지상 기초부(100)의 정하중 중심(200)부터 기초부의 극단 에지[즉, 콘크리트 정착부(58)의 최외측 에지]까지로 규정된 최소 모멘트 아암(lmin)[치수(C)] 및 최대 모멘트 아암(lmax)[치수(A)]에 대한 직경의 평균과 동일하다. 모듈형 지상 기초부(100)의 평균 유효 직경은 모듈형 지상 기초부 요소의 개수가 증가함에 따라서 감소한다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 개수에 대한 물리적 한계에 접근하면, 가장 짧은 모멘트 아암(lmin) 및 가장 긴 모멘트 아암(lmax)이 이론적으로 동일 값으로 접근할 것이다.
각 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 직경은 대응하는 각 정착 부재(46)의 각 콘크리트 정착부(58)의 외경을 포함한다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 적합한 직경은 대략 4미터 내지 대략 20미터일 수 있다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 직경은 대략 60미터 내지 대략 150미터의 타워 높이를 허용하고, 800kW 내지 10MW 윈드 터빈을 용이하게 지지할 것이다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 더 큰 또는 더 작은 직경이 가능하며, 이것은 윈드 터빈의 크기, 요구되는 타워 높이 및 허용 가능한 토양 지지 압력에 좌우된다.
본 실시예에서, 각 하우징 부재(44)는 높이가 대략 6미터 내지 대략 30미터이다. 다음의 공식 hmsfe = 1.5 x dmsfe은 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 높이를 계산하기 위해 사용되며, 여기서 hmsfe은 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 높이이고, dmsfe은 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 직경이다. 변형 실시예에서, 위의 공식의 1.5의 계수는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 높이를 계산하기 위해 대략 1.25 내지 대략 1.75의 범위로 변경될 수 있다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 높이는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 개수와 독립적이다. 정착 부재(46) 및 하우징 부재(44)의 치수는 800kW 등급의 윈드 터빈의 경우 모듈형 지상 기초부 요소(10)당 적어도 대략 15 세제곱미터 내지 10MW 윈드 터빈의 경우 모듈형 지상 기초부 요소(10)당 2,000 세제곱미터 이상의 내부 체적(140)을 허용한다. 내부 체적(140)은 전체 모듈형 지상 기초부(100)에 대해(즉, 윈드 터빈당) 전체 대략 45 세제곱미터 내지 대략 6,000 세제곱미터이고, 그렇지 않았으면 종래의 기초부에 의해서는 제공되지 않는 하우징 부재(44) 내의 저장을 위한 또는 다운 타워 설비(56)를 수용하기 위한 공간을 제공한다.
도 4는 정착 부재(46)의 전방 단면도를 보여준다. 정착 부재(46)는 얕은 트렌치(trench)(62) 안에 배치된 콘크리트 정착부(58)를 추가로 포함한다. 트렌치(62)는 실질적으로 콘크리트 정착부(58)와 동일 형상이다. 트렌치(62)의 적합한 깊이는 깊이가 대략 1미터 미만이고 폭이 대략 1미터 미만이지만, 트렌치(62)의 더 큰 깊이 또는 폭이 가능하다. 정착 부재(46)는 콘크리트(65) 또는 자갈(64)의 플로팅 슬래브(floating slab)를 더 포함하고, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 정착 부재(46)의 내측 및/또는 외측의 지면(68)에 배치된다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 내측에 있는 콘크리트(65) 및/또는 자갈(64)의 플로팅 슬래브는 다운 타워 설비(56)를 받아들이기 위한 표면을 제공한다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 외측에 있는 콘크리트(65) 또는 자갈(64)의 플로팅 슬래브는 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)의 근방에 차량 또는 다른 설비를 세워두기 위한 표면을 제공한다. 콘크리트(65)의 플로팅 슬래브는 플로팅 콘크리트 슬래브(65)의 마모 표면이 구조의 구조적 강도에 의존하지 않고, 콘크리트(65)의 플로팅 슬래브가 하중 지지할 수 있는 다른 콘크리트 특징부에 의한 제한으로부터 자유롭다는 것을 의미하는 것으로 당업계에서 이해된다. 본 실시예에서, 콘크리트(65)의 플로팅 슬래브는 자갈(64) 위에 위치되고, 이것은 플로팅 콘크리트 슬래브(65) 아래에서의 물 이동 및 배수를 가능하게 한다. 콘크리트(65)의 플로팅 슬래브는 하우징 부재(44) 안에서 측방향으로 "부유"하지만, 정착 부재(46)와 하우징 부재(44)의 경계면인 콘크리트 정착부(58)의 상부 표면(66)에서 수직방향으로 지지된다. 정착 부재(46)의 콘크리트 정착부(58)는 철근(60)에 의해 추가로 보강된다. 콘크리트 정착부(58)는 현장에서 부어지거나, 또는 기지에서 사전 제작되어 현장에서 조립된다.
본 실시예에서, 하우징 부재(44)는 실질적으로 콘크리트 정착부(58)의 폭에 대해서 중심결정된다. 전형적으로, 콘크리트 정착부(58)의 폭은 하우징 부재(44)의 두께의 함수이다. 본 실시예에서, 콘크리트 정착부(58)의 폭은 하우징 부재(44)의 두께의 2.5배보다 크거나 동일하다. 변형 실시예에서, 콘크리트 정착부(58)의 폭은 현지 토양 압력 지지 능력에 의존하는 적합한 지지 능력을 제공하기 위해 상당히 더 넓을 수 있다. 콘크리트 정착부(58)의 깊이는 하우징 부재(44)의 두께의 함수 또는 콘크리트 정착부(58)의 폭의 함수이며, 어느 것이든 더 크다. 일반적으로, 콘크리트 정착부(58)의 깊이는 하우징 부재(44)의 두께의 1.25배보다 크거나 동일하고, 또는 콘크리트 정착부(58)의 폭의 0.5배보다 크거나 동일하며, 어느 것이든 더 크다. 콘크리트 정착부(58)의 적합한 직경은 대략 4미터 내지 대략 30미터, 더 구체적으로 대략 4.3미터 내지 대략 20.7미터이다. 정착 부재(46)의 콘크리트 정착부(58)의 상부 표면(66)이 하우징 부재(44)를 받아들인다. 정착 부재(46)는 하우징 부재(44)를 정착 부재(46)에 연결 및 고정하는 패스너(146)를 더 포함한다.
도 5는 하우징(14)의 내부 공간 또는 체적(140)을 보여주는, 방향 5-5에서 취한 도 2의 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 단면도이다. 내부 공간(140)은 다운 타워 설비(도시되지 않음) 저장을 위한 장소를 제공하기 위해 콘크리트(65) 또는 자갈(64)의 플로팅 슬래브(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 공간(140)은 하우징 부재(44)의 내벽(106)에 인접하여 하우징 부재(44)의 내측에 위치된다.
모듈형 지상 기초부 요소(10)는 스페이스 프레임 타워를 지지하기 위해 원하는 구성, 중량 및 공간 요건을 제공하는 임의의 재료 및 재료들의 조합으로 제조될 수 있다. 모듈형 지상 기초부 요소(10)는 탄소 섬유 복합 재료, 보강 탄소 섬유 복합 재료, 유리 섬유 복합 재료, 보강 유리 섬유 복합 재료, 콘크리트, 보강 콘크리트, 강철 및 이것의 조합과 같은 재료로 제조될 수 있지만, 재료는 이것으로 한정되지 않는다. 본 실시예에서, 모듈형 지상 기초부 요소(10)는 콘크리트, 보강 콘크리트 및 금속의 조합으로 제조되고, 하우징 부재(44)는 콘크리트, 보강 콘크리트 및 금속의 조합으로 제조된다.
하우징 부재(44)는 부지 밖의 위치에서 제조되어, 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 부품 제작 장소로 이송된다. 변형적으로, 하우징 부재(44)는 타워 기립 장소에서 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 하우징 부재(44)는 단일의 모놀리식 콘크리트 구조물일 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징 부재(44)는 상부 부분과 바닥 부분(도시되지 않음)의 2개의 모놀리식 콘크리트 부분을 함께 접합함으로써 제작될 수 있다. 변형적으로, 하우징 부재(44)는 함께 접합되어 하우징 부재(44)를 형성하는 복수의 패널(105)을 사용하여 제작될 수 있다(도 1 참조). 또 다른 실시예에서, 하우징 부재(44)는 함께 접합되어 하우징 부재(44)를 형성하는 상부 패널 부분(102) 및 바닥 패널 부분(104)을 갖는 복수의 패널(105)로 제작될 수 있다(도 2, 도 3 및 도 6 참조).
도 6은 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 하우징 부재(44)의 복수의 패널(105)을 형성하도록 폐쇄 가능한 본체를 갖는 장치 또는 형(mold)(130)의 사시도를 보여준다. 하우징 부재(44)는 원하는 구성을 달성하기 위해 임의의 개수의 부분 및 형 조합을 사용하여 제작될 수 있다. 하우징 부재(44)의 패널(105) 및/또는 상부 패널 부분(102)과 하부 패널 부분(104)을 제작하기 위한 형(130)은 상부 형(136)과 바닥 형(132)의 두 부분을 포함한다. 상부 형(136)은 콘크리트를 형(130) 안에 붓기 위한 개구(138)를 더 포함한다. 개구(138)는 또한 콘크리트를 진동시켜 형(130) 내의 콘크리트의 적절한 분산을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 변형적으로, 진동대(shaking table)가 콘크리트를 진동시켜 형(130) 내의 콘크리트의 적절한 분산을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 바닥 부분(132)은 복수의 수직방향 삽입물(148) 및 복수의 수평방향 삽입물(150)을 포함한다. 수직방향 삽입물(148)은 도 7에 도시된 바와 같이 수직방향 텐셔닝 케이블(111)을 조절하기 위해 사용되는 사전 제작된 수직방향 오목부(152)를 형성하기 위해 사용된다. 수평방향 삽입물(150)은 도 7에 도시된 바와 같이 수평방향 텐셔닝 케이블(112)을 조절하기 위해 사용되는 사전 제작된 수평방향 오목부(154)를 형성하기 위해 사용된다. 삽입물(148, 150)은 임의의 플라스틱, 강철, 또는 콘크리트 경화를 견뎌낼 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다. 삽입물(148, 150)은 콘크리트가 경화된 후에 콘크리트로부터 일부 또는 전부 제거되어 사전 제작된 오목부(152, 154)를 제공할 수 있다. 형(130)의 바닥 부분(132)은 바닥 부분(132)의 길이를 따라서 수직방향 및 수평방향으로 배치된 복수의 튜브(134)를 더 포함한다. 튜브(134)는 (도시된 바와 같이) 삽입물(148, 150)을 통과하여 연장할 수 있거나, 또는 튜브(134)는 삽입물(148, 150)에 부착될 수 있다. 변형 실시예에서, 앵커 스터브(anchor stub)(128)가 형(130)을 사용하여 패널(105) 안에 일체로 형성된다. 튜브(134)의 적합한 재료는 플라스틱, 강철 또는 콘크리트 경화를 견뎌낼 수 있는 다른 재료를 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 튜브(134)는 콘크리트가 경화된 후에 형성된 패널(105) 안에 머무른다. 변형 실시예에서, 튜브(134)는 콘크리트가 경화된 후에 패널(105)로부터 제거될 수 있다. 튜브(134)로부터의 하우징 부재(44)의 패널(105) 내의 중공 부분은 수평방향 및 수직방향 텐셔닝 케이블 또는 철근(tendon)(포스트-텐셔닝 부재)(111, 112)을 위한 수평방향 관통-튜브(114) 및 수직방향 관통-튜브(110)를 제공한다. 형(130)은 또한 전형적으로 바닥 부분(132)의 내측에서 수직방향 및/또는 수평방향으로 연장하는 철근(rebar)(도시되지 않음)을 포함한다. 하우징 부재(44)의 경화된 콘크리트의 두께는 대략 100밀리미터(대략 4인치) 내지 대략 500밀리미터(대략 20인치), 더 구체적으로 대략 150밀리미터(대략 6인치) 내지 대략 300밀리미터(대략 12인치), 보다 더 구체적으로 200밀리미터(대략 8인치) 내지 대략 250밀리미터(대략 10인치)이며, 그 범위 사이의 모든 소범위를 포함한다. 하우징 부재(44)의 경화된 콘크리트의 두께는 구조 하중 요건의 함수이며, 윈드 터빈의 크기에 따라 변한다.
도 7은 하우징 부재(44)의 내부(106)의 일부를 도시한다. 수평방향 관통-튜브(114)가 하우징 부재(44)를 통과하여 후프방향으로 연장한다. 수직방향 관통-튜브(110)가 하우징 부재(44)를 통과하여 수직방향으로 연장한다. 도 7은 수평방향 관통-튜브(114)를 통과하여 연장하는 것으로 도시된 단일의 수평방향 텐셔닝 케이블(112) 및 수직방향 관통-튜브(110)를 통과하여 연장하는 것으로 도시된 단일의 수직방향 텐셔닝 케이블(111)을 나타내지만, 복수의 수평방향 텐셔닝 케이블(112) 및 복수의 수직방향 텐셔닝 케이블(111)이 조립된 하우징 부재(44)에 적절한 장력을 제공하기 위해 사용된다. 하우징 부재(44)는 하우징 부재(44)를 콘크리트 정착 부재(46)의 상부 표면(66)에 고정하는 패스너(146)(도 4 참조)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 텐셔닝 케이블(111, 112)은 수직방향 관통-튜브(110) 및 수평방향 관통-튜브(114)를 통과하여 빠져나가 하우징 부재(44)의 패널(105)을 접합한다. 수직방향 텐셔닝 케이블(111)은 패널(105)에 높이방향 또는 수직방향으로 장력을 제공한다. 수직방향 텐셔닝 케이블(111)은 일련의 수직방향 사전 제작된 오목부(152) 내에서 패널(105)의 상부 에지에 팽팽하게 당겨져 있다. 변형적으로, 패널(105)이 상부 부분(102) 및 바닥 부분(104)을 포함할 때, 수직방향 텐셔닝 케이블(111)은 패널(105)의 상부 부분(102) 및 하부 부분(104)을 접합하여 높이방향 또는 수직방향으로 장력을 제공한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일련의 사전 제작된 수직방향 오목부(152)가 패널(105)의 상부 부분(102) 및 바닥 부분(104)의 상부 및 바닥에 제공되어, 수직방향 텐셔닝 케이블(111)이 요구되는 장력을 제공하도록 적절하게 조절되게 한다. 수평방향 텐셔닝 케이블(112)은 하우징 부재(44)의 복수의 패널(105)을 접합하여 후프방향으로 장력을 제공한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일련의 사전 제작된 수평방향 오목부(154)가 패널(105)의 측면에 제공되어, 수평방향 텐셔닝 케이블(112)이 요구되는 장력을 제공하도록 적절하게 조절되게 한다. 변형적으로, 하우징 부재(44)가 복수의 상부 부분(102) 및 복수의 바닥 부분(104)을 포함할 때, 수평방향 텐셔닝 케이블(112)은 하우징 부재(44)의 인접 상부 부분(102) 및 인접 하부 부분(104)을 접합하여 후프방향으로 장력을 제공한다. 일단 하우징 부재(44)가 형성되면, 텐셔닝 케이블(111, 112)은 하우징 부재(44)의 형성된 콘크리트 구조물 상에 적절한 포스트-텐셔닝 응력을 제공하기 위해 하우징 부재(44)의 내측으로부터 패널(105)의 수직방향 에지 및 수평방향 에지의 일련의 사전 제작된 오목부(152, 154)에서 팽팽하게 당겨진다.
텐셔닝 케이블(111, 112)은 강철 또는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 다른 케이블 재료와 같은 임의의 다른 적합한 보강 재료로 제조되며, 적합한 보강 재료는 이것으로 한정되지 않는다. 텐셔닝 케이블(111, 112)은 단일 스트랜드(strand), 보강 재료의 바아(bar), 또는 함께 직조된, 권취된 또는 꼰 보강 재료의 복수의 스트랜드이다. 텐셔닝 케이블(111, 112)은 두께가 대략 3밀리미터(대략 1/8인치) 내지 대략 50밀리미터(대략 2인치), 더 구체적으로 대략 3밀리미터(대략 1/8인치) 내지 대략 30밀리미터(대략 1인치), 또는 보다 더 구체적으로 3 밀리미터(대략 1/8인치) 내지 대략 10밀리미터(대략 3/8인치)이고, 이 범위 사이의 모든 소범위를 포함하지만, 모듈형 지상 기초부 요소(10)가 모듈형 지상 기초부(100)를 형성하기 위해 필요한 장력에 따라서 더 얇거나 두꺼울 수 있다. 텐셔닝 케이블(111, 112)은 비접착 또는 접착 포스트-텐셔닝 시스템의 일부이다. 비접착 포스트-텐셔닝 시스템에서, 텐셔닝 케이블(111, 112)은 부식에 대한 보호를 제공하기 위해 특수 조성의 그리스(grease) 및 이음매가 없는 플라스틱의 외층으로 코팅된다. 접착 포스트-텐셔닝 시스템에서, 텐셔닝 케이블(111, 112)은 주름진 금속 또는 플라스틱 덕트 안에 싸여 넣어지고, 텐셔닝 케이블(111, 112)에 응력이 가해진 후에, 시멘트의 특질을 지닌 유형의 그라우트(grout) 또는 에폭시가 덕트 안으로 주입되어 텐셔닝 케이블(111, 112)을 주위 콘크리트에 접착한다.
도 8은 본 발명의 변형 실시예로서 하우징 부재(44)의 내부(106)를 도시한다. 이 실시예에서, 수평방향 텐셔닝 케이블(112)은 하나의 스터브 앵커(128)를 통과하여 연장되고, 그 다음에 수평방향 관통-튜브(114)를 통해 하우징 부재(44)의 인접 스터브 앵커(128)(도 9 참조)까지 후브방향으로 연장한다. 수평방향 텐셔닝 케이블(112)을 연장시키는 과정은 원형 평면 내의 스터브 앵커(128) 전부가 수평방향 텐셔닝 케이블(112)에 의해 수평방향 관통-튜브(114)를 통해 후프방향으로 연결될 때까지 반복된다. 수직방향 텐셔닝 케이블(111)은 하나의 스터브 앵커(128)를 통과하여 연장되고, 그 다음에 수직방향 관통-튜브(110)를 통해 위 또는 아래에 있는 다음의 스터브 앵커(128)까지 높이방향 또는 수직방향으로 연장한다. 수직방향 텐셔닝 케이블(111)을 연장시키는 과정은 수직선 내의 스터브 앵커(128) 전부가 수평방향 텐셔닝 케이블(111)에 의해 수직방향 관통-튜브(110)를 통해 연결될 때까지 반복된다. 스터브 앵커(128)는 함몰부 및 튜브를 갖는 형을 사용하여 하우징 부재(44)의 내부 표면(106) 상에 일체로 형성된 콘크리트 구조물이다. 수평방향 텐셔닝 케이블(112) 및 수직방향 텐셔닝 케이블(111)은 팽팽하게 당겨져 하우징 부재(44)에 원하는 포스트-텐셔닝 응력을 제공한다. 변형적으로, 스터브(128)를 사용하는 이 포스트-텐셔닝 기술은 하우징 부재(44)에 원하는 포스트-텐셔닝 응력을 제공하기 위해 하우징 부재(44)의 외부 표면(108) 상에 사용될 수 있다.
수직방향 텐셔닝 케이블(111)과 수평방향 텐셔닝 케이블(112) 둘 모두의 사용된 포스트 텐셔닝 케이블의 개수는 터빈 크기 및 부하에 좌우된다. 전술한 실시예 중 어느 하나를 위해 사용되는 포스트-텐셔닝 케이블의 개수는 또한 포스트-텐셔닝 케이블의 두께에 따라서 변할 수 있다. 본 발명에서, 적어도 2개의 수평방향 텐셔닝 케이블(112)이 원하는 장력을 제공하기 위해 사용되지만, 최대 100개의 수평방향 텐셔닝 케이블(112)이 사용될 수 있으며, 더 구체적으로 하우징 부재(44) 높이 및 원하는 장력에 따라서 대략 10개 내지 30개의 수평방향 텐셔닝 케이블(112)이 사용될 수 있다. 적어도 3개의 수직방향 텐셔닝 케이블(111)이 본 발명에서 사용되었지만, 최대 300개의 수직방향 텐셔닝 케이블(111)이 사용될 수 있으며, 더 구체적으로 하우징 부재(44) 높이 및 원하는 장력에 따라서 대략 20개 내지 50개의 수직방향 텐셔닝 케이블(111)이 사용될 수 있다. 하우징 부재(44)에 추가의 보강을 제공하기 위해 철근(122)이 또한 사용된다.
도 9는 방향 9-9에서 취한 도 8의 일부의 내부 공간(140)의 단면도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전체 내부 공간(140)을 도시한다. 본 실시예에서, 각각 2개(도시됨)의 스터브 앵커(128)를 갖는 4개의 패널(105)이 있다. 변형 실시예에서, 패널 부재(105)의 개수는 4개보다 많거나 적을 수 있으며, 각 패널 부재(105)는 적어도 하나의 스터브 앵커(128)를 포함한다. 스터브 앵커(128)는 하우징 부재(44)의 패널(105)의 내벽(106) 상에 일체로 형성된다. 일 실시예에서, 수평방향 텐셔닝 케이블(112)은 스터브 앵커(128) 내의 채널(158)을 통과하여 연장되고, 수평방향 관통-튜브(114)를 통해 인접 스터브(128)까지 빠져나가 패널(105)을 접합하고, 일단 수평방향 텐셔닝 케이블(112)이 팽팽하게 당겨지면 원하는 포스트-텐셔닝을 제공한다. 다른 변형 실시예(도시되지 않음)에서, 수평방향 텐셔닝 케이블이 하나의 패널의 스터브 앵커 내의 채널을 통과하여 연장되고, 인접 스터브 앵커를 건너뛰는 수평방향 관통-튜브를 통과하여 연장되며, 인접 패널에 위치된 다음의 스터브 앵커의 채널을 통과하여 연장된다. 또 다른 변형 실시예(도시되지 않음)에서, 수평방향 텐셔닝 케이블이 하나의 패널의 스터브 앵커 내의 채널을 통과하여 연장되고, 인접 패널의 스터브 앵커를 건너뛰는 수평방향 관통-튜브를 통과하여 연장되며, 다음의 인접 패널의 스터브 앵커 내의 채널을 통과하여 연장된다. 스터브(128)에서의 고정은 전형적으로 테이퍼 형성된 분할 클랩 삽입물(clap insert) 및 정합하는 테이퍼 형성된 구멍을 갖는 고정 금속 블록으로 이루어진 고정 단부 장치를 사용하며, 이것은 콘크리트 구조물의 포스트-텐셔닝의 분야에서 잘 알려져 있다. 스터브 앵커(128)의 채널(158)을 통과하여 수평방향 텐셔닝 케이블(112)을 연장시키고, 수평방향 관통-튜브(114)를 통과하여 인접 스터브 앵커(128)까지 빠져나가게 하는 과정은, 모든 스터브 앵커(128)가 수평방향 텐셔닝 케이블(112)에 의해 후프방향으로 연결될 때까지 반복된다. 스터브 앵커(128)의 채널(158)을 통과하여 수평방향 텐셔닝 케이블(112)을 연장시키는 것과, 수평방향 관통-튜브(114)를 통과하여 여러 인접 및 반-인접 스터브 앵커(128)까지 빠져나가게 하는 것의 임의의 조합이 가능하며, 전술한 방법 중 하나 이상이 하우징 부재(44)에 원하는 포스트-텐셔닝 응력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
수직방향 텐셔닝 케이블(111)은 하나의 스터브 앵커(128)를 통과하여 연장되고, 그 다음에 수직방향 관통-튜브(110)를 통과하여 위 또는 아래에 있는 다음의 스터브 앵커(128)까지 높이방향 또는 수직방향으로 연장된다(도시되지 않음). 수직방향 텐셔닝 케이블(111)을 연장시키는 과정은, 수직선 내의 스터브 앵커(128) 전부가 수직방향 텐셔닝 케이블(111)에 의해 수직방향 관통-튜브(110)를 통해 연결될 때까지 반복된다(도시되지 않음).
본 발명은 또한 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)용의 모듈형 지상 기초부(100)를 형성하는 방법에 있어서, 일련의 포스트-텐셔닝 케이블(111, 112)을 갖는 복수의 하우징 부재(44)를 제작하는 단계와; 굴착 또는 다른 수단에 의해, 정착 부재(46)를 유지하는 복수의 얕은 트렌치(62)를 형성하는 단계와; 정착 부재(46)를 얕은 트렌치(62) 안에 배치하는 단계와; 복수의 하우징 부재(44)를 복수의 정착 부재(46)에 붙이고, 하우징 부재(44)를 정착 부재(46)에 고정하는 단계와; 포스트-텐셔닝 케이블(111, 112)을 사용하여 하우징 부재(44)에 장력을 가하는 단계로서, 하우징 부재는 스페이스 프레임 타워에 지지 및 증가된 높이를 제공하고, 내부 공간을 포함하는, 상기 장력을 가하는 단계와; 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)의 구조 부재(40)를 하우징 부재(44)에 부착하는 단계를 포함하는 모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법을 제공한다. 정착 부재(46)는 부지 밖에서 사전 제작되어 현장에서 조립되거나, 또는 얕은 트렌치(62) 내에 형성된 콘크리트 형 안에 부어질 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 변화가 이루어질 수 있고 요소가 동등물로 대체될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 추가로, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나는 일 없이 특정 상황 또는 재료를 본 발명의 교시에 적합하게 하기 위해 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실시하기 위해 고려된 최선의 형태로서 개시된 특정 실시예로 한정되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 범위 내의 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
30 : 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워 40 : 구조 부재
44 : 하우징 부재 46 : 정착 부재
100 : 모듈형 지상 기초부 140 : 내부 공간

Claims (10)

  1. 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)용의 모듈형 지상 기초부(100)에 있어서,
    복수의 정착 부재(footing member)(46)와;
    상기 정착 부재(46) 각각 위에 배치된 하우징 부재(44)로서, 상기 하우징 부재(44)는 상기 정착 부재(46)로부터 연장하고, 윈드 터빈 타워(30)의 일부를 형성하는 하나 이상의 구조 부재(40)에 부착되며, 상기 하우징 부재(44)는 상기 스페이스 프레임 타워(30)에 지지 및 증가된 높이를 제공하고 내부 공간(140)을 포함하는, 상기 하우징 부재(44)를 포함하는
    모듈형 지상 기초부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 정착 부재(46)는 얕은 트렌치(trench)(62) 안에 배치된 콘크리트 정착부(58)를 더 포함하고, 상기 트렌치(62)는 실질적으로 상기 콘크리트 정착부(58)와 동일 형상인
    모듈형 지상 기초부.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 부재(44)는 탄소 섬유 복합 재료, 보강 탄소 섬유 복합 재료, 유리 섬유 복합 재료, 보강 유리 섬유 복합 재료, 콘크리트, 보강 콘크리트, 금속 또는 이것의 조합을 포함하는
    모듈형 지상 기초부.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 부재(44)는 콘크리트 구조물을 포함하고, 상기 콘크리트 구조물은 철근(rebar)(122)에 의해 추가로 지지되며 포스트-텐셔닝 부재(post-tensioning member)(111, 112)에 의해 압축되는
    모듈형 지상 기초부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈형 지상 기초부(100)의 중심-대-중심 치수는 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 직경의 대략 1.0 내지 대략 1.5배이고, 그리고/또는 상기 모듈형 지상 기초부 요소(10)의 높이는 상기 모듈형 지상 기초부 요소의 직경의 대략 1.25 내지 대략 1.75배인
    모듈형 지상 기초부.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 부재(44)는 원추 형상, 절두-원추 형상, 삼각 피라미드 형상, 정사각 피라미드 형상, 원통 형상, 정육면체 형상, 5각 기둥 형상, 6각 기둥 형상, 7각 기둥 형상, 8각 기둥 형상, 9각 기둥 형상 또는 10각 기둥 형상인
    모듈형 지상 기초부.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 공간(140)은 윈드 터빈(16)용 다운 타워 설비(down tower equipment)(56)를 보유하는
    모듈형 지상 기초부.
  8. 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)용의 모듈형 지상 기초부(100)를 형성하는 방법에 있어서,
    (a) 일련의 포스트-텐셔닝 케이블(111, 112)을 갖는 복수의 하우징 부재(44)를 제작하는 단계와;
    (b) 정착 부재(46)를 유지하는 복수의 얕은 트렌치(62)를 형성하는 단계와;
    (c) 상기 정착 부재(46)를 상기 얕은 트렌치(62) 안에 배치하는 단계와;
    (d) 상기 복수의 하우징 부재(44)를 상기 복수의 정착 부재(46)에 붙이고, 상기 하우징 부재(44)를 상기 정착 부재(46)에 고정하는 단계와;
    (e) 상기 포스트-텐셔닝 케이블(111, 112)을 사용하여 상기 하우징 부재(44)에 장력을 가하는 단계로서, 상기 하우징 부재(44)는 상기 스페이스 프레임 타워(30)에 지지 및 증가된 높이를 제공하고 내부 공간(140)을 포함하는, 상기 장력을 가하는 단계와;
    (f) 상기 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워(30)의 구조 부재(40)를 상기 하우징 부재(44)에 부착하는 단계를 포함하는
    모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징 부재(44)는 도어(50), 열교환 덕트(54), 통기구(48), 계단(52) 및 이것의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는
    모듈형 지상 기초부를 형성하는 방법.
  10. 모듈형 지상 기초부(100)의 하우징 부재(44)의 복수의 패널(105)을 형성하도록 폐쇄 가능한 본체를 갖는 장치(130)에 있어서,
    상기 본체는 콘크리트를 받아들이기 위한 개구(138)를 포함하는 상부 부분(136)과, 수평방향 및 수직방향 전체에 걸쳐 연장하는 튜브(134)를 포함하는 바닥 부분(132)을 더 포함하고,
    형성된 상기 패널(105)은 함께 접합되어 상기 하우징 부재(44)를 형성하며,
    상기 하우징 부재(44)는 정착 부재(46) 상에 배치되고, 윈드 터빈 타워(30)의 일부를 형성하는 하나 이상의 구조 부재(40)에 부착되며,
    상기 하우징 부재(44)는 스페이스 프레임 타워(30)에 지지 및 증가된 높이를 제공하고 내부 공간(140)을 포함하는
    장치.
KR1020100065400A 2009-07-08 2010-07-07 윈드 터빈 스페이스 프레임 타워용의 모듈형 지상 기초부 KR20110004797A (ko)

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US12/499,406 US20100132270A1 (en) 2009-07-08 2009-07-08 Modular surface foundation for wind turbine space frame towers
US12/499,406 2009-07-08

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