KR20110091306A - 풍력타워용 부스닥트 지지 구조 - Google Patents

풍력타워용 부스닥트 지지 구조 Download PDF

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KR20110091306A
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박성희
허성수
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 풍력타워의 내부환경에 사용하기 적합한 부스닥트 지지 구조에 관한 것이다. 본 발명의 부스닥트 지지 구조는 풍력타워의 내벽에 용접되는 지지부와, 진동 절연재로 이루어지고 체결수단에 의해 부스닥트 외함 표면과 직접 접하도록 설치되는 댐퍼로 구성된다. 따라서, 본 발명은 별도 부재 없이 부스닥트 외함에 직접 지지 구조를 설치하여 부스닥트를 지지할 수 있도록 하므로써, 내진성 및 내하중성이 우수하고 설치공정을 간소화시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

풍력타워용 부스닥트 지지 구조{busduct support structure for windtower}
본 발명은 부스닥트 지지 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 진동이나 요동이 큰 풍력타워의 내부환경에 사용하기에 적합한 풍력타워용 부스닥트 지지 구조에 관한 것이다.
바람을 이용하여 전력을 생산하는 풍력 발전 시스템은 일반적으로 풍력 발전기와 이를 제어하는 중앙 제어장치로 이루어진다.
풍력 발전기는 일반적으로 도 1에 보여진 바와 같이, 바람에 의해 회전하는 블레이드(110)와, 블레이드(110)의 회전에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로 구성된 너셀(nacelle)(120)과, 블레이드(110)와 너셀(120)을 연결하는 허브(hub)(130)와, 너셀(120)을 지지하는 타워(140)로 이루어진다.
풍력발전기(100)의 너셀(120) 내부에는 블레이드(110)의 회전에 비해 회전수를 높여 발전 효율을 높이기 위한 기어(121)와, 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 제너레이터(122)와 같은 발전용 부품들과, 기어(121)와 제너레이터(122)와 같은 부품들의 원활한 기계적 동작을 위해 사용되는 휘발성이 강한 오일이나 윤활유와, 플라스틱 부품이나 여러가지 전기 부품들이 구비되어 있다.
최근에는 발전 설비용량을 크게 하기 위해 풍력 발전기(100)가 대형으로 설계되고 있는 추세이다.
타워(140)는 내부에 형성된 통로를 포함하는데, 이 통로 내에는 일반적으로 사다리가 제공되어 정비 및 수리를 위한 발전기 및 관련 설비로의 접근을 제공한다. 이 통로는 또한 발전기로부터 전력망까지 전기를 전송하거나 및/또는 너셀(120) 내에 설치된 발전기 및 관련 설비에 전력을 공급하기 위한 전력 배선 영역을 제공한다.
풍력타워에서 전력 배선 방식으로 전선케이블에 의한 배선이 일반적이나, 근래 들어 부스바(busbar)를 구비하는 부스닥트(busduct)에 의한 배선 방식을 채택하고 있다.
도 2는 종래 풍력타워의 부스닥트 설치 구조를 나타낸 사시도이다.
일반적으로, 타워 내에 부스닥트(200)들을 수직으로 세워 설치하게 되는 데, 이때 부스닥트(200)는 도 2에 도시한 바와 같은, 지지수단(210)에 의하여 타워 내벽에 고정되어 지지되게 된다.
지지수단(210)은 용접에 의해 타워 내벽에 고정 설치되는 지지부(211)와, 중앙에 관통공(미도시)이 형성되어 그 관통공에 체결 볼트(215)를 관통시켜 지지부(211) 위에 수평으로 체결되는 샤프트(212)로 구성된다. 지지수단(210)은 또한, 샤프트(212)의 중앙 관통공 양쪽 끝에 관통공이 각각 형성되어 그 관통공에 체결 볼트를 관통시켜 샤프트(212) 상면에 체결되는 복수개의 댐퍼(213), 그리고 댐퍼(213)와 부스닥트(200) 사이를 연결하기 위한 복수개의 브라켓(214)으로 구성된다.
여기서, 브라켓(214)은 "ㄴ"자 형태로 되어 그 일단면이 부스닥트(200)의 양쪽 측면에 접속나사(216)에 의하여 서로 연결되며, 타단면이 댐퍼(213)의 상부에 볼트(217)로 연결되게 된다.
이러한 종래의 부스닥트 지지 구조는 지지수단이 브라켓을 통해 부스닥트와 연결됨으로써 설치부품의 수 및 설치비용이 증가될 뿐만 아니라, 풍력타워의 상, 하, 좌, 우 진동에 의한 설치부위의 피로수명에 의한 반복적 손상 때문에 장기적으로는 진동에 취약하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소하기 위해, 브라켓 또는/및 샤프트를 개재하지 않고 댐퍼를 직접 부스닥트에 연결하여 설치부품의 수 및 비용을 절감할 수 있으며, 진동에 강한 풍력타워용 부스닥트 지지 구조를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력타워용 부스닥트 지지 구조는, 풍력타워용 부스닥트 지지 구조에 있어서, 타워 내벽에 직접 접하도록 설치되는 하나 이상의 지지부, 및 탄성을 지닌 진동 절연재로 이루어지고 부스닥트 외함과 상기 지지부 사이에 직접 접하도록 설치되는 댐퍼를 포함한다.
본 발명의 풍력타워용 부스닥트 지지 구조는, 별도 부재 없이 절연상태로 부스닥트를 지지할 수 있어 설치부품의 수 및 비용을 절감할 수 있으며, 진동이나 요동이 큰 풍력타워의 내부환경에 사용하기 적합한 효과를 갖는다.
도 1은 일반적인 풍력 발전기를 나타낸 도면,
도 2는 종래 풍력타워의 부스닥트 설치 구조를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조를 나타내는 도면,
도 4는 도 3의 지지 구조를 통한 풍력타워 내의 부스닥트 설치를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조를 나타내는 도면,
도 6은 도 5의 지지 구조에서 지지부 형상을 변형시켜 나타내는 분해 사시도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조를 나타내는 도면,
도 9a-9c는 지지부의 다양한 형태를 나타내는 예시도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조를, 도 4는 도 3의 지지 구조를 통한 풍력타워 내의 부스닥트 설치 상태를 각각 보여준다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조(310)는 도 2에 도시한 바와 같은 종래기술에 의한 풍력타워용 부스닥트 지지수단(210)과 동일한 구조로 구성되되, 도 2의 브라켓(214) 구성을 없애고 부스닥트(300)에 댐퍼(Damper)(313)를 직접 연결하도록 구성된다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조(310)는 풍력타워(400)의 내벽에 지지부(supporter)(311)가 직접 설치된다. 지지부(311)는 하나 혹은 두개의 봉(rod type)으로 이루어지며 용접 작업을 통해 풍력타워(400) 내벽에 고정된다. 여기서, 지지부(311)를 이루는 봉은 원기둥 형상으로 하였지만, 이에 한정되지 않고 사각이나 육각 등 다양한 다각형 기둥의 형상으로 할 수 있다. 지지부(311)는 풍력타워(400) 내의 바닥부로부터 상부까지 일정간격으로 이격 설치되어 풍력타워(400) 내에 설치되는 부스닥트(300)를 지지하게 된다.
지지부(311)에 볼트로 체결되는 샤프트(312)의 경우 중앙과 그 양쪽에 관통공(미도시)이 각각 마련되는데, 그 관통공을 통해 체결 볼트(314,315)를 관통시켜 샤프트(312)의 내측 중앙에 지지부(311) 상부가 연결되고, 샤프트(312)의 외측 양쪽 끝에 복수개의 댐퍼(313)가 각각 연결된다.
샤프트(312)와 부스닥트(300) 외함 사이에 볼트(314)로 체결되는 댐퍼(damper)(313)는 풍력타워(400)에서 생기는 진동이 부스닥트(300)에 전달되는 것을 저감하기 위해 부스닥트(300) 상에 설치되는 구성으로, 방진고무 등과 같은 절연재로 되어 있어 풍력타워(400)의 진동이나 요동이 부스닥트(300)에 전달되는 것을 차단시키는 역할을 한다. 댐퍼(313)는 부스닥트(300)의 외함을 형성하는 상하면과 측면 덕트 사이의 연결부위 즉, 소정폭의 넓이를 가지는 외함 날개부분에 볼트(314) 체결에 의해 직접 설치되기 때문에, 종래 기술의 브라켓과 같은 추가적인 수단이 필요하지 않게 되고, 탄성을 지닌 절연재로 구성되어 있으므로 부스닥트(300)를 절연하고 진동을 흡수하기 위한 별도의 수단이 필요치 않게 된다.
이 경우 부스닥트(300) 외함의 날개부분 폭은, 댐퍼(313)를 안정적으로 고정 설치하기 위해 댐퍼(313) 직경과 유사할수록 바람직하다.
여기서, 부스닥트(300)는 길이가 1∼5m로 일정하게 정해지므로 설치 길이에 따라 그의 길이를 연장하기 위하여 부스닥트에 또 다른 부스닥트의 단부를 연결해 사용하게 되며, 부스닥트의 외함은 알루미늄(Al)으로 되어 있다. 특히, 부스닥트(300) 외함의 날개부분에 댐퍼(313)를 직결시 도 3에 보여진 바와 같이, 충분히 댐퍼(313)의 접촉면이 제공되어진다.
이러한 부스닥트 지지 구조(310)가 도 4에 보여진 바와 같이, 풍력타워(400) 내벽의 바닥부에서 상부까지 일정간격 즉, 대략 3m에 2개소 설치하고, 서로 접속 연결된 부스닥트(300)들을 수직으로 세워 설치시 그 지지 구조(310)에 의하여 풍력타워(400)에 결합 고정되게 된다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조들을 보여주며, 도 9a 내지 9c는 지지부의 다양한 형태를 보여준다.
도 5에 보여진 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조(510)는, 브라켓과 샤프트를 개재하지 않고 댐퍼(513)를 직접 지지부(511)와 부스닥트(300)에 연결시킨 구조로 구성되도록 한다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 도 5에 도시된 부스닥트(300)는 외함을 형성하는 상하면 덕트(301,302)와 측면 덕트(303)로 구성되며, 이들 덕트(301∼303)는 볼트(304)로 조립된다. 이들 덕트(301∼303) 사이의 연결부위인 부스닥트(300) 외함의 날개부분 상에는 본 발명에 따른 도 5의 부스닥트 지지 구조(510)가 결합되게 된다. 도 5의 부스닥트 지지 구조(510)는 도 3의 샤프트(312) 구성을 없애고 복수개의 지지부(511)와 댐퍼(513)로 구성되게 된다. 이를 위해, 지지부(511)에는 중공(中空)부를 구비하도록 구성된다.
즉, 지지부(511)는 타워 내벽과 용접되는 면을 "ㄷ"자 형상으로 하고, 그 일측면을 개구시켜 설치자에게 댐퍼(513)와의 볼트(514) 체결을 위한 작업공간을 제공함으로써 샤프트를 통하지 않고도 지지부(511)와 댐퍼(513)가 직결되도록 함과 아울러 지지부(511)는 외부가 완전히 막힌 기둥 형태의 지지부 형상에 비해 원가가 절감되는 형태로 된다. 지지부(511)는 강철판을 재단하여 용접작업을 통해 원하는 형상으로 제작하거나 강철 주조를 통해 원하는 형상의 틀에서 찍어 제작할 수 있다.
복수개의 댐퍼(513) 각각은 그 한쪽면이 부스닥트(300) 외함의 날개부분 상에 직접 접촉되어 부스닥트(300) 외함에서 댐퍼(513)를 향해 볼트로 체결되며, 그 반대쪽면이 지지부(511) 용접부위의 반대쪽면에 직접 접촉되어 지지부(511) 개구부위를 통해 지지부(511)에서 댐퍼(513)를 향해 볼트(514)로 체결된다.
또한, 도 6에 보여진 부스닥트 지지 구조(610)는 도 5에 보여진 부스닥트 지지 구조(510)의 지지부(511) 형상을 변형시킨 구성의 일예로, 도 6에 보여진 지지부(611) 형상 이외에도 다양한 형태로 구성 가능하다. 지지부의 변형 가능한 형상들에 대해서는 도 9a 내지 9c를 통해 후술하기로 한다.
도 6에서, 부스닥트 지지 구조(610)의 지지부(611)는 "
Figure pat00001
" 형상으로, 이는 타워(400) 내벽과의 용접부위 양측면을 모두 개구시킨 형태를 갖는다. 지지부(611)는 타워(400) 내벽에 용접되는 면의 반대되는 면에 샤프트없이 댐퍼(613)와 체결되게 되는 데, 이때 개구부위를 통해 지지부(611)에서 댐퍼(613)를 향해 볼트(614)와 와셔(615)로 체결된다. 댐퍼(613)는 지지부(611)와 체결되는 면의 반대면이 부스닥트(300) 외함의 날개부분에 직결되는 데, 이때 부스닥트(300) 외함의 날개부분에서 댐퍼(613)를 향해 볼트(616)로 체결된다.
이러한 부스닥트 지지 구조들(510,610)은 타워(400) 내벽에 부스닥트(300)들을 설치시 브라켓이나 샤프트와 같은 중간 체결 구성이 필요치 않아 설치 공정이 간단해지게 된다.
도 7에 보여진 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조(710)는, 도 3에 보여진 본 발명의 일실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조(310)와 동일한 구조로 구성되되, 댐퍼(713)와 샤프트(712)의 배치를 서로 바꾸어 구성되도록 한다.
즉, 도 7의 부스닥트 지지 구조(710)는 풍력타워(400)의 내벽에 일정간격으로 이격되어 봉형(rod type)의 지지부(711)가 돌출되게 형성되며, 이때 용접 작업에 의하여 풍력타워(400) 내벽에 직접 설치되게 된다. 풍력타워(400) 내에 수직으로 세워 설치되는 부스닥트(300)의 외함상에는 샤프트(712)가 체결 볼트를 통해 연결되게 된다. 이때, 샤프트(712)는 25㎏/m 수준으로 하나의 구성만으로도 충분한 내구성이 유지되게 된다. 부스닥트(300)측에 연결되는 샤프트(712) 중심부에는 관통공(미도시)이 형성되어 그 관통공에 체결 볼트(714)를 관통시켜 타워(400)측에 연결되는 지지부(711)와의 사이에 댐퍼(713)를 설치하여 결합시킨다.
도 8에 보여진 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력타워용 부스닥트 지지 구조(811)는, 도 7에 보여진 부스닥트 지지 구조(710)와 동일하게 지지부(811)와 샤프트(812) 사이에 댐퍼(813)가 배치되어 결합되는 구조로 구성되지만, 지지부(811)를 "ㄷ"자 형태로 하여 도 7에 보여진 봉형의 지지부(711)에 비하여 원가가 절감되도록 구성된다.
도 9a 내지 9c는 본 발명에 따른 부스닥트 지지 구조의 지지부에 대한 다양한 형태를 보여주는 예시도이다.
도 9a에 보여진 지지부는 중공의 원기둥으로 그 기둥 둘레의 일부분을 개구시킨 형태를 가지며, 기둥 상부와 하부에 있는 면은 각각 타워 내벽에 용접되는 면(A)과 댐퍼에 직결되는 면(B)을 이룬다.
도 9b에 보여진 지지부 또한 중공의 원기둥으로, 그 기둥 둘레의 일부분을 도 9a의 지지부에 비해 상대적으로 많이 개구시킨 형태로 기둥 양면을 양쪽에서 지탱할 수 있을 정도만 남겨놓고 모두 개구시킨 형태를 갖는다. 여기서, 기둥 상부와 하부에 있는 면은 각각 타워 내벽에 용접되는 면(A)과 댐퍼에 직결되는 면(B)을 이룬다.
도 9c에 보여진 지지부는 중공의 사각기둥으로 그 양쪽이 뚫려 있는 형태를 가지며, 그 기둥의 양쪽면은 각각 타워 내벽에 용접되는 면(A)과 댐퍼에 직결되는 면(B)을 이룬다.
한편, 본 발명의 실시예는 풍력타워의 내벽에 적용되는 경우에 대해서만 개시하고 있지만, 본 발명의 풍력타워와 같이 진동이나 요동이 심한 구조체에 내진성 및 내하중성을 유지하면서 부스닥트를 지지하고자 하는 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명이 상술한 바람직한 실시예와 관련해 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변경을 하는 것이 가능하다.
300 : 부스닥트 310,510,610,710,810 : 지지 구조
311,511,611,711,811 : 지지부 312,712,812 : 샤프트
313,513,613,713,813 : 댐퍼 314,514,614 : 체결 볼트
400 : 풍력타워

Claims (14)

  1. 풍력타워용 부스닥트 지지 구조에 있어서,
    타워 내벽에 직접 접하도록 설치되는 하나 이상의 지지부; 및
    탄성을 지닌 진동 절연재로 이루어지고 부스닥트 외함과 상기 지지부 사이에직접 접하도록 설치되는 댐퍼를 포함하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지지부와 댐퍼 사이 및 상기 댐퍼와 부스닥트 외함 사이 중 어느 하나에 배치되어 그 사이를 연결시키는 샤프트를 더 포함하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 지지부는 용접에 의해 타워 내벽에 고정 설치됨을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 지지부는 원기둥이나 다각형 기둥으로 돌출 형성됨을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 지지부는 타워 내벽에 접하는 면의 반대면에 상기 댐퍼와 직결하기 위해 그 내부에 볼트 체결 공간인 중공부를 구비함을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 지지부는 "ㄷ"자형으로 이루어짐을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 지지부는 타워 내벽과 용접되는 면이 "ㄷ"자형으로 이루어짐을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 지지부는 "
    Figure pat00002
    "자형으로 이루어짐을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  9. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 지지부는 "ㅁ"자형으로 이루어짐을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  10. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 지지부는 중공의 원기둥으로, 그 기둥 둘레의 일부가 개구된 형상으로 된 것을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 댐퍼는 부스닥트 외함의 양쪽 날개부분에 각각 볼트 체결에 의하여 직접 설치됨을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 댐퍼는 상기 샤프트 중심부와 지지부 사이를 연결시킴을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 댐퍼는 상기 샤프트 양쪽면과 상기 복수개의 지지부 사이를 연결시킴을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 부스닥트 외함은 알루미늄(Al)으로 된 것을 특징으로 하는 풍력타워용 부스닥트 지지 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107465161A (zh) * 2017-09-22 2017-12-12 浩翔电气集团有限公司 一种风电母线防护结构安装方法

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