KR20110092208A - 모노폴식 타워 및 모노폴식 타워를 구비하는 풍력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

타워 쉘보다 외측으로 장출하여 있는 베이스 플레이트를 없애는 것에 의해, 타워 쉘의 외형 치수가 최대 직경이 되는 타워 지지 구조의 모노폴식 타워를 제공한다. 기초(B)상에 세워지는 모노폴식 타워로서, 타워(2)의 하단부측은 타워 쉘(21)의 외경 이하가 되는 범위에 타워측 연결 부재를 구비하고, 기초(B)에 마련한 기초측 연결 부재를 구비하는 공간에서, 기초측 연결 부재와 타워측 연결 부재가 용접 혹은 첨접판을 이용한 볼트 또는 리벳에 의해 연결된다.

Description

모노폴식 타워 및 모노폴식 타워를 구비하는 풍력 발전 장치{MONOPOL TYPE TOWER AND WIND POWER GENERATOR HAVING THE SAME}

본 발명은, 모노폴식(monopol type) 타워 및 모노폴식 타워(지주)를 구비한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

풍력 발전 장치는 풍차 날개를 구비한 로터 헤드가 풍력을 받아서 회전하고, 이 회전을 증속기에 의해 증속 등을 해서 구동되는 발전기에 의해 발전하는 장치이다.

전술한 로터 헤드는, 풍차용 타워(이하, 「타워」라고 칭함)상에 설치되어 요(yaw) 선회 가능한 나셀(nacelle)의 단부에 장착되고, 대략 수평인 횡방향의 회전축선 주위에 회전 가능하게 되도록 지지되어 있다.

일반적으로, 전술한 풍차용의 타워는 원통형상의 쉘을 사용한 강제 모노폴식을 채용하는 경우가 많고, 타워 쉘(tower shell)의 하단부에 마련한 베이스 플레이트를 철근 콘크리트의 기초에 앵커 볼트(anchor bolt)에 의해 고정하는 구조로 되어 있다.

도 11 및 도 12는 종래의 타워 지지 구조를 도시하고 있고, 타워(2)의 하단부에는, 타워 쉘(21)의 내외 양면으로부터 수평방향으로 돌출하는 플랜지형상의 베이스 플레이트(22)가 마련되어 있다. 이 베이스 플레이트(22)는 기초(B)에 하단부측을 매립하여 마련한 다수의 앵커 볼트(10)를 거쳐서 타워(2)를 기초(B)에 연결하여 고정하기 위한 부재이다. 도시의 구성예에서는, 원통형상으로 한 타워 쉘(21)의 외주측 및 내주측에 있어서, 동심원상에 2열의 앵커 볼트(10)가 배열되고, 베이스 플레이트(22)의 볼트 구멍(22a)을 관통한 각 앵커 볼트(10)의 상단부측에 너트(11)를 체결하여 고정한다. 또한, 도면중의 도면부호(12)는 기초(B)의 콘크리트상에 형성된 그라우트(grout)의 층이다.

또, 철골 기둥과 철골 대들보의 맞춤 구조에 있어서는, 대들보의 근소한 이동에 의해 고착 브래킷(bracket)과의 틈새(clearance)가 용이하게 얻어지고, 조정을 위한 미묘한 크레인 조작이나 보조용 중기 등을 필요로 하지 않는 것이 제안되어 있다. 이러한 맞춤 구조에서는, 철골 기둥의 고착 브래킷과 철골 대들보의 쌍방을, 끼워지는 전방측으로 개구된 형태로 절단하고, 첨접판(添接板)을 접촉하여 고력(高力) 볼트로 체결해서 맞춤을 구성하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조)

일본 공개 특허 제 1995-207833 호 공보

그런데, 전술한 종래의 타워 지지 구조는, 앵커 볼트(10)를 타워 쉘(21)보다 외측 배치로 한 쪽이 작용 효과가 좋기 때문에, 베이스 플랜지는 타워 쉘(21)의 외측으로 장출(張出)하는 것이 많다. 더욱이, 원통형상으로 한 강제의 쉘 부재가 주된 강도 부재가 되므로, 타워 쉘(21)의 외경은 크게 하는 쪽이 단면 효율이 좋기 때문에, 강제의 모노폴식 타워는 중량 저감을 도모하는 범위에서 가능한 한 쉘의 외경을 크게 하는 것이 요구된다.

한편, 타워(2)의 외형 치수는 수송시 등의 제약 조건을 만족시킬 필요가 있다. 전술한 모노폴의 경우, 타워(2)를 높이방향으로 복수의 섹션으로 분할하여 제작해서 수송하지만, 기부의 타워 섹션에 대해서는, 타워 쉘(21)에 베이스 플레이트(22)를 용접하여 일체화한 상태로 수송을 행한다. 이 때문에, 타워 쉘(21)보다 외측으로 장출한 베이스 플레이트(22)의 외경이 타워(2)의 최대 외경이 되기 때문에, 타워 쉘(21)의 외경을 제약 조건까지 크게 하는 것은 곤란하게 되어 있다.

본 발명은, 상기의 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 타워 쉘보다 외측으로 장출하여 있는 베이스 플레이트를 없애는 것에 의해, 타워 쉘의 외형 치수가 최대 직경이 되는 타워 지지 구조로 한 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 하기의 수단을 채용했다.

본 발명의 청구항 1에 따른 모노폴식 타워는, 기초상에 세워지는 모노폴식 타워로서, 상기 타워의 하단부측은 타워 쉘의 외경 이하가 되는 범위에 타워측 연결 부재를 구비하고, 상기 기초에 마련한 기초측 연결 부재를 구비하는 공간에서, 상기 기초측 연결 부재와 상기 타워측 연결 부재가 용접 혹은 첨접판을 이용한 볼트 또는 리벳(rivet)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1에 기재된 모노폴식 타워에 따르면, 타워의 하단부측이 타워 쉘의 외경 이하가 되는 범위에 타워측 연결 부재를 구비하고, 기초에 마련한 기초측 연결 부재를 구비하는 공간에서, 기초측 연결 부재와 타워측 연결 부재가 용접 혹은 첨접판을 이용한 볼트 또는 리벳에 의해 연결되므로, 예컨대 베이스 플레이트와 같이 타워 쉘의 외경보다 커지는 부재가 없어지고, 따라서 타워 쉘의 외경을 제약 조건까지 크게 하여 단면 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 타워 외경 치수에 대해서는, 타워 쉘의 외경을 최대 직경으로 할 수 있다.

청구항 1에 기재된 모노폴식 타워에 있어서, 상기 타워의 하단부측은 타워 쉘 및 내통(內筒)으로 이루어지는 이중관 구조부를 구비하는 동시에, 상기 기초의 내부까지 연장한 상기 내통과 상기 타워측 연결 부재를 상기 공간으로 삽입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 청구항 3에 따른 모노폴식 타워는, 철근 콘크리트제의 기초상에 세워지는 모노폴식 타워로서, 상기 타워의 하단부측에, 상기 타워 내부의 하단부 근방에 설치한 다이어프램(diaphragm)과, 상기 다이어프램의 하면에 결합되고 타워 쉘의 내부를 상기 기초 내부까지 하방으로 연장하는 내통과, 상기 내통의 하단부에 장착되고 상기 타워 쉘의 외경과 대략 동일한 직경으로 한 바닥판과, 상기 타워 쉘의 내면, 상기 다이어프램의 하면, 상기 내통의 외면, 상기 바닥판의 상면에 결합되고 상기 내통의 외주면으로부터 타워 쉘의 외경 이하가 되는 범위에 방사상으로 배치된 타워측 브래킷과, 상기 타워 쉘의 하단부와 상기 내통의 외주면 및 상기 타워측 브래킷을 연결하는 링 다이어프램(ring diaphragm)을 구비해서 이루어지는 기초 결합부를 형성하고, 상기 기초의 중앙부에, 상기 기초 결합부를 삽입하기 위한 기초 공간부와, 기초에 고정되고 상기 타워측 브래킷과 마주하도록 상기 타워측 브래킷의 연장선상에 배치되어서 상기 기초 공간부로 노출되는 기초측 브래킷을 구비해서 이루어지는 타워 결합 공간부를 형성하고, 상기 기초 결합부를 상기 타워 결합 공간부에 삽입하고, 상기 기초 결합부측의 연결 부재와 상기 기초측 브래킷 사이를 첨접판을 거쳐서 연결 또는 용접에 의해 연결하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 3에 기재된 모노폴식 타워에 따르면, 타워의 하단부측에, 타워 내부의 하단부 근방에 설치한 다이어프램과, 상기 다이어프램의 하면에 결합되고 타워 쉘의 내부를 기초 내부까지 하방으로 연장하는 내통과, 상기 내통의 하단부에 장착되고 타워 쉘의 외경과 대략 동일한 직경으로 한 바닥판과, 타워 쉘의 내면, 다이어프램의 하면, 내통의 외면, 바닥판의 상면에 결합되고 내통의 외주면으로부터 타워 쉘의 외경 이하가 되는 범위에 방사상으로 배치된 타워측 브래킷과, 타워 쉘의 하단부와 내통의 외주면 및 타워측 브래킷을 연결하는 링 다이어프램을 구비해서 이루어지는 기초 결합부를 형성하고, 기초의 중앙부에, 기초 결합부를 삽입하기 위한 기초 공간부와, 기초에 고정되고 타워측 브래킷과 마주하도록 타워측 브래킷의 연장선상에 배치되어서 기초 공간부로 노출되는 기초측 브래킷을 구비해서 이루어지는 타워 결합 공간부를 형성하고, 기초 결합부를 타워 결합 공간부에 삽입하고, 기초 결합부측의 연결 부재와 기초측 브래킷 사이를 첨접판을 거쳐서 연결 또는 용접에 의해 연결하므로, 예컨대 베이스 플레이트와 같이 타워 쉘의 외경보다 커지는 부재가 없어지고, 따라서 타워 쉘의 외경을 제약 조건까지 크게 하여 단면 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 타워 외경 치수에 대해서는, 타워 쉘의 외경을 최대 직경으로 할 수 있다.

청구항 3에 기재된 모노폴식 타워에 있어서는, 상기 기초측 브래킷을 상하에 플랜지부를 마련한 I형 단면으로 하고, 상기 타워측 브래킷 및 상기 기초측 브래킷의 세로벽 끼리에 부가해서, 상기 링 다이어프램 및 상기 바닥판과 상기 플랜지부 사이를 상기 첨접판 및 상기 볼트 너트를 사용하여 연결하는 것이 바람직하고, 이에 의해 타워와 기초의 연결 강도를 더한층 향상시킬 수 있다.

상기의 발명에 있어서, 상기 타워의 하단부 근방에 설치한 상기 다이어프램은 상기 타워 쉘에 마련되는 도어(door) 개구부의 하방 근방인 것이 바람직하고, 이에 의해 타워의 내부로의 입구부에 마련하는 플로어(floor)를 다이어프램에 의해 겸용할 수 있다.

상기의 발명에 있어서, 상기 내통은, 대직경측의 상단부가 상기 타워 쉘에 결합되는 원추대형상인 것이 바람직하고, 이에 의해 타워 쉘로부터 내통으로의 응력 전달이 스무스해지고, 따라서 타워로부터 기초로의 응력 전달도 스무스해진다.

상기의 발명에 있어서는, 상기 타워 결합 공간부에, 상기 기초 결합부측의 연결부 부재와 상기 기초측 브래킷을 연결한 후, 콘크리트를 충전하는 것이 바람직하다.

본 발명의 청구항 8에 따른 풍력 발전 장치는, 청구항 1 또는 청구항 3에 기재된 모노폴식 타워를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 풍력 발전 장치에 따르면, 청구항 1 또는 청구항 3에 기재된 모노폴식 타워를 구비하고 있으므로, 타워 외경 치수에 대해서는, 타워 쉘의 외경을 최대 직경으로 할 수 있다.

전술한 본 발명의 모노폴식 타워 및 풍력 발전 장치에 따르면, 타워 쉘의 외경을 타워의 최대 직경으로 할 수 있으므로, 바꾸어 말하면, 베이스 플레이트와 같이 타워 쉘의 외측으로 돌출하는 부재가 불필요하게 되므로, 타워 쉘의 외경을 최대한으로 크게 하여 단면 효율을 향상시키는 동시에, 수송 등의 제약 조건의 범위내에서 가능한 한 큰 외경으로 하는 타워 지지 구조가 가능해진다. 즉, 모노폴형의 타워를 구비한 풍력 발전 장치는 본 발명의 타워 지지 구조를 채용하는 것에 의해, 타워 쉘의 외형 치수를 최대 직경으로 할 수 있다.

그 결과, 풍력 발전 장치의 대형화와 함께 높아지고, 더구나 하중 조건도 엄격해지는 타워에 대해서는, 수송 한계 등의 제약 조건을 만족하는 것 및 필요한 강도를 확보하는 것의 양립을 용이하게 한 타워 지지 구조의 풍력 발전 장치가 된다.

또한, 브래킷이나 첨접판 등에 저렴한 롤(roll) 강판을 사용할 수 있고, 더구나 고가인 베이스 플랜지나 앵커 볼트가 불필요하게 되므로, 풍력 발전 장치의 저비용화가 가능해진다. 더욱이, 앵커 볼트를 사용하지 않기 때문에, 재조임(retightening) 등의 유지보수(maintenance)도 불필요해진다.

도 1a는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 제 1 실시형태로서, 타워와 기초의 연결부 구조를 도시하는 주요부 단면도,
도 1b는 도 1a에 도시하는 타워의 I-I 단면 저면도,
도 1c는 도 1a에 도시하는 타워 및 기초에 대해서, 연결전의 상태를 도시하는 주요부 단면도,
도 2는 도 1a의 A-A 단면도,
도 3은 도 1a의 B-B 단면도,
도 4a는 도 1a의 C부 확대도,
도 4b는 도 1a의 D부 확대도,
도 5는 도 1a 및 도 2의 E-E 화살표에서 본 도면,
도 6은 본 발명의 타워 구조체를 구비한 풍력 발전 장치의 개요를 도시하는 측면도,
도 7은 도 1a에 도시한 풍력 발전 장치의 연결부 구조에 대해서, 변형예를 도시하는 주요부 단면도,
도 8은 도 7의 F-F 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치 제 2 실시형태로서, 타워와 기초의 연결부 구조를 도시하는 주요부 단면도,
도 10은 도 9의 G-G 단면도,
도 11은 풍력 발전 장치에 있어서의 타워와 기초의 연결부에 대해서, 종래 구조예를 도시하는 주요부의 외관도,
도 12는 도 11의 H-H 단면 확대도.

이하, 본 발명에 따른 풍력 발전 장치 타워 지지 구조에 대해서, 그 일 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.

도 6에 도시하는 맞바람형(upwind type)의 풍력 발전 장치(1)는, 기초(B)상에 세워지는 풍차용 타워(이하에서는 「타워」라고 칭함)(2)와, 타워(2)의 상단에 설치되는 나셀(3)과, 대략 수평인 횡방향의 회전축선 주위에 회전 가능하게 지지되어 나셀(3)의 일단부에 마련되는 로터 헤드(4)를 갖고 있다.

로터 헤드(4)에는, 그 회전축선 주위에 방사상으로 해서 복수매(예를 들면, 3매)의 풍차 날개(5)가 장착되어 있다. 이에 의해, 로터 헤드(4)의 회전축선 방향으로부터 풍차 날개(5)에 부딪치는 바람의 힘이 로터 헤드(4)를 회전축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되도록 되어 있다.

또한, 나셀(3)의 외주면 적소(예를 들면, 상부 등)에는, 주변의 풍속값을 측정하는 풍속계나, 풍향을 측정하는 풍향계 등이 설치되어 있다.

즉, 풍력 발전 장치(1)는, 풍차 날개(5)에 풍력을 받아서 대략 수평인 회전축선 주위로 회전하는 로터 헤드(4)가 나셀(3)의 내부에 설치된 발전기(도시하지 않음)를 구동하여 발전하는 동시에, 나셀(3)이 철근 콘크리트제의 기초(B)상에 세워진 타워(2)의 상단부에 설치되어, 요 선회 가능하게 지지되어 있다. 이 경우, 타워(2)는 강제의 모노폴식으로 되고, 높이방향으로 복수로 분할한 각각의 타워 섹션의 단부에 마련한 플랜지(도시하지 않음)를 접속하는 것에 의해, 필요한 길이(높이)를 확보한 원통 타워가 된다.

<제 1 실시형태>

이하, 상술한 타워(2)를 기초(B)에 세워 설치하는 타워 지지 구조에 대해서, 도 1a 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도시의 타워 지지 구조에서는, 타워(2)의 하단부측에 기초 결합부(30)가 형성되어 있다. 이 기초 결합부(30)는 타워(2)를 세우기 위해서 기초(B)의 중앙부에 미리 형성되어 있는 콘크리트 미충전의 타워 결합 공간부(50)내에 삽입된다.

타워 결합 공간부(50)내에 삽입된 기초 결합부(30)는 후술하는 기초 결합부(30)측의 연결 부재와, 타워 결합 공간부(50)내에 연결 부재로서 마련한 기초측 브래킷(51) 사이가 첨접판(60) 및 볼트 너트(70)를 사용하여 연결된다. 그 후, 타워 결합 공간부(50)의 공간부에 콘크리트를 충전하고, 콘크리트가 고화함으로써 타워(2)의 설치는 완성된다.

전술한 기초 결합부(30)는, 타워(2)의 내부에 있어서 하단부 근방이 되는 위치에 설치한 다이어프램(31)과, 다이어프램(31)의 하면에 결합되고 타워 쉘(21)의 내부를 기초(B)의 내부까지 하방으로 연장하는 내통(32)과, 내통(32)의 하단부에 장착되고 타워 쉘(21)의 외경과 동일한 직경으로 한 바닥판(33)과, 타워 쉘(21)의 하단부와 내통(32)의 외주면을 연결하는 링 다이어프램(34)과, 다이어프램(31)의 하면, 타워 쉘(21)의 내면, 내통(32)의 외면, 링 다이어프램(34)의 원주방향 분할면 및 바닥판(33)의 상면에 결합되고 내통(32)의 외주면으로부터 방사상으로 배치된 복수의 타워측 브래킷(35)을 구비해서 구성된다.

다이어프램(31)은 타워(2)의 내경과 동일한 직경으로 한 원형의 판재이다. 이러한 다이어프램(31)은 타워(2)의 내부 공간을 상하로 분할하도록 타워 쉘(21)의 내벽에 용접되어 장착되어 있다.

또한, 이러한 다이어프램(31)은, 타워(2)의 하단부 근방이 되는 위치에 있어서, 타워 쉘(21)에 마련된 도어 개구부(6)보다도 약간 낮은 위치에, 즉 타워 쉘(21)에 마련되는 도어 개구부(6)의 하측 근방에 장착되어 있고, 타워(2)의 내부 플로어재로서도 사용된다.

또한, 도어 개구부(6)는 건설시나 유지보수시 등에 작업자가 타워(2)의 내부로 출입하기 위해 마련된 것으로, 개폐 가능한 도어가 장착되어 있다.

내통(32)은 타워 쉘(21)의 내부 공간에 배치된 동심의 원통 부재이며, 원통 상단이 다이어프램(31)의 하면에 용접되어 있다. 내통(32)의 하단부는 타워 쉘(21)의 하단부보다 하방으로 길게 되어 있고, 그 하단부는 소정의 설치 위치에서 기초(B)의 내부로 인입하도록 되어 있다.

바닥판(33)은 내통(32)의 하단부에 용접되어 장착된 원형 또는 다각형의 판재이다. 이러한 바닥판(33)은 타워 쉘(21)의 외경과 거의 동일한 직경이고, 콘크리트 충전·고화후에는, 전술한 타워 결합 공간부(50)내에 형성되는 콘크리트 설치면상에 지지된다. 또한, 이 바닥판(33)은 전술한 기초 결합부(30)측의 연결 부재로서도 사용된다.

링 다이어프램(34)은 타워 쉘(21)의 하단부와 내통(32)의 외주면, 타워측 브래킷(35)의 측면을 연결하는 환상의 판형상 부재이다. 이러한 링 다이어프램(34)은 타워측 브래킷(35)의 위치에서 원주방향으로, 즉 원호형상으로 분할되어 있고, 내주 단부가 내통(32)의 외주면에 용접되고, 외주 단부가 타워 쉘(21)의 하단부에 용접되고, 원주방향의 분할면이 타워측 브래킷(35)의 측면에 용접되어 있다.

타워측 브래킷(35)은 내통(32)의 외면, 타워 쉘(21)의 내면, 다이어프램(31)의 저면 및 바닥판(33)의 상면에 용접된 장방형의 판형상 부재이며, 내통(32)의 외주면으로부터 복수가 타워 쉘(21)의 외주까지의 직경으로 방사상으로 배치되어 있다. 도시의 구성예에서는, 8매의 타워측 브래킷(35)이 내통(32)의 외주면으로부터 원주방향으로 45°의 피치로 방사상으로 장착되어 있다. 이러한 타워측 브래킷(35)은 전술한 기초 결합부(30)측의 주요한 연결 부재로서 사용되는 부재이다.

또한, 타워측 브래킷(35)의 수에 대해서는, 여러 조건에 따라서 적절히 변경 가능하고, 따라서 전술한 8매에 한정되는 것은 아니다.

전술한 타워 결합 공간부(50)는 기초(B)의 중앙부에 형성되어 있다. 타워 결합 공간부(50)는 콘크리트를 미충전으로 하여 기초 공간부(52)를 형성한 것이며, 이러한 기초 공간부(52)에는, 기초(B)와 일체화한 기초측 브래킷(51)이 노출되어 마련되어 있다. 도시의 기초측 브래킷(51)은, 예컨대 도 5에 도시하는 바와 같이 상하에 플랜지부(51a, 51b)를 마련한 I형 단면의 부재가 채용되어 있다.

이 경우의 기초측 브래킷(51)은 타워측 브래킷(35)과 마주하도록 타워측 브래킷(35)의 연장선상에 배치되어 있다. 즉, 방사상으로 배치된 8매의 타워측 브래킷(35)과 소정의 타워 설치 위치에서 마주하도록 원주방향으로 45°의 피치로 방사상으로 장착되어 있다. 이 결과, 소정의 타워 설치 위치에서는, 타워측 브래킷(35) 및 기초측 브래킷(51)이 방사상의 동일 직선상에 존재하게 된다.

타워(2)를 기초(B)에 설치하여 고정할 때에는, 기초 결합부(30)를 타워 결합 공간부(50)에 삽입하고, 기초 결합부(30)측의 연결 부재가 되는 타워측 브래킷(35), 바닥판(33) 및 링 다이어프램(34)과, 기초측 브래킷(51) 사이를 첨접판(60) 및 볼트 너트(70)를 사용하여 연결한다.

첨접판(60)은 기초 결합부(30)측의 연결 부재 및 타워 결합 공간부(50)측의 연결 부재에 걸쳐서 배치되는 판형상 부재로서, 양 부재를 양면으로부터 끼워넣도록 하여 양측에 배치된다. 그리고, 연결 부재 및 그 양면에 배치된 첨접판(60)을 관통하는 다수의 볼트 너트(70)를 이용하여, 각 볼트 너트(70)가 3매의 부재를 함께 체결함으로써, 기초 결합부(30) 및 타워 결합 공간부(50)의 연결 부재 끼리가 강고하게 연결되도록 되어 있다.

또한, 기초 결합부(30)측의 연결 부재가 되는 타워측 브래킷(35), 바닥판(33) 및 링 다이어프램(34)과 기초측 브래킷(51)의 연결은, 상기 요령에 있어서 볼트 너트에 고력 볼트 너트를 사용하고, 마찰 접합으로 하는 구성, 리벳을 사용하는 구성, 또한 첨접판 및 볼트 너트를 사용하지 않고 용접하는 구성을 적절히 선택할 수 있다.

도 4a는 도 1a의 C부를 확대한 도면이며, 기초측 브래킷(51)의 상부에 마련한 플랜지부(51a)와 타워측의 링 다이어프램(34)이 상하 2매의 첨접판(60)에 의해 협지되고, 3매의 판형상 부재가 다수의 볼트 너트(70)에 의해 함께 체결되어 있다. 또한, 타워 쉘(21)에는, 타워(2)의 내외로 첨접판(60)을 통과시키기 위해 관통 구멍(23)이 마련되어 있다.

또한, 도 4b는 도 1a의 D부를 확대한 도면이며, 기초측 브래킷(51)의 하부에 마련한 플랜지부(51b)와 타워측의 바닥판(33)이 상하 2매의 첨접판(60)에 의해 협지되고, 3매의 판형상 부재가 다수의 볼트 너트(70)에 의해 함께 체결되어 있다.

또, 도 5는 도 2의 E-E 단면도이며, I형 단면의 기초측 브래킷(51)에 마련한 상하의 플랜지부(51a, 51b)가 세로벽부 끼리를 연결한 양측에 있어서, 첨접재(60) 및 볼트 너트(70)에 의해 수평방향의 링 다이어프램(34) 또는 바닥판(33)과 연결되어 있다. 이 경우, 세로벽부 끼리의 연결부는 상하방향으로 배치된 타워측 브래킷(35)과 기초측 브래킷(51)을 첨접재(60) 및 볼트 너트(70)에 의해 연결한 부분이다.

이와 같이, 기초측 브래킷(51)에 상하의 플랜지부(51a, 51b)를 마련한 I형 단면으로 하면, 타워측 브래킷(35) 및 기초측 브래킷(51)의 세로벽 끼리에 부가해서, 링 다이어프램(34) 및 바닥판(35)과 플랜지부(51a, 51b) 사이를 첨접판(60) 및 볼트 너트(70)에 의해 연결하는 것이 가능해진다. 이 결과, 기초 결합부(30)와 기초(B) 사이는 연직방향 및 수평방향의 양방향이 강고하게 연결되기 때문에, 타워(2)와 기초(B)의 연결 강도를 더한층 향상시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 하여, 기초 연결부(30)측의 연결 부재와 타워 결합 공간부(50)의 기초측 브래킷(51)을 연결한 후에는, 타워 결합 공간부(50)에 콘크리트가 충전된다. 그리고, 타워 결합 공간부(50)내의 콘크리트가 고화함으로써, 타워(2)를 기초(B)에 세우는 타워 지지 구조가 완성된다. 또한, 타워(2)를 기초(B)에 세울 경우, 기초 연결부(30)가 마련된 최하단의 타워 섹션을 기초(B)에 세운 후, 상부의 타워 섹션을 순차적으로 접속하여 필요 높이를 갖는 모노폴식의 타워(2)를 완성시키면 좋다.

이렇게 구성된 타워 지지 구조는, 종래 구조에서 가장 외경이 큰 베이스 플레이트(22)가 불필요해지므로, 타워 쉘(21)의 외경보다 커지는 부재는 없다. 따라서, 타워(2)의 설계를 할 때에는, 타워 쉘(21)의 외경이 수송 한계 등의 제약을 만족하도록 설정할 수 있으므로, 타워 쉘(21)의 외경을 제약 조건까지 크게 하여 단면 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 타워(2)의 외경 치수에 대해서는, 타워 쉘(21)의 외경을 최대 직경으로 할 수 있다. 단, 타워 쉘(21)과 링 다이어프램(34)의 용접 시공성 향상을 위해, 링 다이어프램(34)의 외경을 타워 쉘(21)의 외경보다 약간 크게 하는 것도 고려된다.

또, 전술한 타워(2)의 하단부는 다이어프램(31)보다 하방의 영역에서 타워 쉘(21) 및 내통(32)의 이중관 구조가 된다. 이 때문에, 타워(2)의 근원이 되는 하단부측의 강도가 증대하여, 이중 구조부에 의해 타워 쉘(21)의 판두께를 저감할 수 있다.

더욱이, 다이어프램(31)을 도어 개구부(6)의 하측 근방으로 하는 것에 의해, 다이어프램(31)을 타워(2)의 내부 플로어재로서 겸용할 수 있다.

그런데, 전술한 실시형태에서는, 타워 쉘(21)에 관통 구멍(23)을 마련하는 것에 의해, 링 다이어프램(34)과 플랜지부(51a)의 연결이 타워 쉘(21)의 내외에 걸치는 첨접판(60)에 의해 실행되고 있지만, 예를 들어 도 7 및 도 8에 도시하는 변형예와 같이, 관통 구멍(23)을 마련하지 않고, 링 다이어프램(34)과 플랜지부(51a)를 하측의 첨접판만으로 연결하는 구조를 채용해도 좋다.

이러한 기초 결합부(30A)를 갖는 타워 지지 구조는, 플랜지부(51a)의 연결 강도를 약간 비효율적으로 하는 것으로 되지만, 그 만큼 시공에 요하는 공수나 재료비를 저감할 수 있다는 이점도 있어, 타워(2)의 높이나 나셀(3) 등의 하중 조건 등에 따라서 적절히 선택하면 좋다.

<제 2 실시형태>

다음에, 전술한 타워(2)를 기초(B)에 세우는 타워 지지 구조에 대해서, 제 2 실시형태를 도 9 및 도 10에 근거하여 설명한다. 또한, 전술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태에서는, 전술한 실시형태의 원통형상의 내통(32) 대신에, 대직경측의 상단부가 타워 쉘(21)에 결합되는 원추대형상의 내통(32A)을 채용한 기초 결합부(30B)가 된다. 즉, 본 실시형태의 내통(32A)은 대직경의 상단부가 타워 쉘(21)의 내벽에 직접 용접되고, 소직경의 하단부가 바닥판(33)에 용접된 구조로 되어 있다.

이 때문에, 타워 쉘(21)로부터 내통(32A)으로의 응력 전달은 다이어프램(31)을 거쳐서 전달되는 원통형상과는 상이하고, 직접 전달되므로 스무스해지고, 따라서 타워(2)로부터 기초(B)로의 응력 전달도 스무스해진다.

이와 같이, 전술한 본 발명의 실시형태에 따르면, 타워(2)의 하단부측에는, 동심의 타워 쉘(21) 및 원통형상의 내통(32)[또는 원추대형상의 내통(32A)]으로 이루어지는 이중관 구조의 기초 결합부(30, 30A, 30B)가 마련되어 있다.

이러한 이중관 구조부에 있어서는, 내통(32, 32A)을 기초(B)의 내부까지 연장하는 것에 의해, 내통(32, 32A)이 타워 쉘(21)보다 하방으로 길게 되어 있다. 그리고, 타워(2)를 기초(B)에 세울 때에는, 내통(32, 32A)의 연장부와, 타워 쉘(21)의 외경 이하가 되는 범위에 마련한 타워측 연결 부재[타워측 브래킷(35), 링 다이어프램(34), 바닥판(33)]가 기초(B)에 미리 마련한 콘크리트 미충전 공간의 타워 결합 공간부(50)에 삽입된다.

이러한 타워 결합 공간부(50)는 철근 콘크리트제의 기초(B)에 있어서 타워(2)의 하단부를 삽입하여 설치하기 위해 중앙부 부근에 마련된 공간이다. 즉, 이 경우의 기초(B)는, 타워 결합 공간부(50)를 남긴 주위에 철근이 조립되고, 또한 철근 사이에 충전한 콘크리트가 고화한 상태로 되어 있다.

또, 타워 결합 공간부(50)에는, 기초(B)에 일체화되어 콘크리트에 유지된 기초측 브래킷(기초측 연결 부재)(51)이 마련되어 있다. 이 기초측 브래킷(51)은, 예컨대 상하의 양단부에 플랜지부(51a, 51b)를 구비한 대략 I형 단면의 강판 부재이다.

내통(32, 32A)의 연장부 및 타워측 연결 부재[타워측 브래킷(35), 링 다이어프램(34), 바닥판(33)]가 타워 결합 공간부(50)에 삽입된 후에는, 기초측 브래킷(51)과 타워측 연결 부재 사이를 첨접판(60) 및 볼트 너트(70)를 사용하여 연결된다. 이 때, 콘크리트 미충전 공간의 타워 결합 공간부(50)에 콘크리트를 충전하여 고화시키면, 기초(B)에 대해 타워(2)를 세우는 것은 완료된다.

따라서, 베이스 플레이트(22)와 같이 타워 쉘(21)의 외경보다 커지는 부재는 없어, 타워 쉘(21)의 외경을 제약 조건까지 크게 하여 단면 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 타워(2)의 외경 치수에 대해서는, 타워 쉘(21)의 외경을 최대 직경으로 할 수 있다.

전술한 실시형태의 풍력 발전 장치에 따르면, 타워 쉘(21)의 외경을 타워(2)의 최대 직경으로 할 수 있으므로, 타워 쉘(21)의 외경을 최대한으로 크게 하여 단면 효율을 향상시키는 동시에, 중량 저감을 도모할 수 있는 범위내에서 가능한 한 큰 외경으로 하는 타워 지지 구조가 가능해진다. 즉, 모노폴형의 타워(2)를 구비한 풍력 발전 장치(1)는 전술한 실시형태의 타워 지지 구조를 채용하는 것에 의해, 타워 쉘(21)의 외형 치수를 최대 직경으로 할 수 있다.

그 결과, 풍력 발전 장치(1)의 대형화와 함께 높아지고, 더구나 하중 조건도 엄격해지는 타워(2)에 대해서는, 수송 한계 등의 제약 조건을 만족하는 것 및 필요한 강도를 확보하는 것의 양립이 용이해지고, 게다가 타워(2)의 판두께를 얇게 하여 중량 저감도 가능한 타워 지지 구조의 풍력 발전 장치가 된다.

또한, 브래킷(35, 51)이나 첨접판(60) 등에 저렴한 롤 강판을 사용할 수 있고, 더구나 고가인 베이스 플랜지(22)나 앵커 볼트(10) 및 너트(11)가 불필요해지므로, 풍력 발전 장치(1)의 저비용화가 가능해진다.

더욱이, 앵커 볼트(10)를 사용하지 않기 때문에, 재조임 등의 유지보수도 불필요해진다.

또, 타워 쉘(21)의 외경이 커지면, 타워 섹션 사이를 연결하는 결합의 플랜지 직경도 커지므로, 플랜지 연결용의 볼트 사이즈나 수량의 저감이 가능해진다.

또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 맞바람형(upwind type) 및 뒷바람형(downwind type)형 모두에 적용 가능한 등, 그 요지를 일탈하지 않는 범위내에서 적절히 변경할 수 있다.

1 : 풍력 발전 장치 2 : 풍차용 타워
3 : 나셀 4 : 로터 헤드
5 : 풍차 날개 6 : 도어 개구부
10 : 앵커 볼트 11 : 너트
12 : 모르타르 21 : 타워 쉘
22 : 베이스 플레이트 23 : 관통 구멍
30, 30A, 30B : 기초 결합부 31 : 다이어프램
32, 32A : 내통 33 : 바닥판
34 : 링 다이어프램 35, 35A : 타워측 브래킷
50 : 타워 결합 공간부 51 : 기초측 브래킷
51a : 기초측 브래킷의 상측 플랜지
51b : 기초측 브래킷의 하측 플랜지
52 : 기초 공간부 60 : 첨접판
70 : 볼트 너트 B : 기초

Claims (8)

1. 기초상에 세워지는 모노폴식 타워에 있어서,
   상기 타워의 하단부측은 타워 쉘의 외경 이하가 되는 범위에 타워측 연결 부재를 구비하고, 상기 기초에 마련한 기초측 연결 부재를 구비하는 공간에서, 상기 기초측 연결 부재와 상기 타워측 연결 부재가 용접 혹은 첨접판을 이용한 볼트 또는 리벳에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타워의 하단부측은 타워 쉘 및 내통으로 이루어지는 이중관 구조부를 구비하는 동시에, 상기 기초의 내부까지 연장한 상기 내통과 상기 타워측 연결 부재를 상기 공간으로 삽입하는 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
3. 철근 콘크리트제의 기초상에 세워지는 모노폴식 타워에 있어서,
   상기 타워의 하단부측에, 상기 타워 내부의 하단부 근방에 설치한 다이어프램과, 상기 다이어프램의 하면에 결합되고 타워 쉘의 내부를 상기 기초 내부까지 하방으로 연장하는 내통과, 상기 내통의 하단부에 장착되고 상기 타워 쉘의 외경과 대략 동일한 직경으로 한 바닥판과, 상기 타워 쉘의 내면, 상기 다이어프램의 하면, 상기 내통의 외면, 상기 바닥판의 상면에 결합되고 상기 내통의 외주면으로부터 타워 쉘의 외경 이하가 되는 범위에 방사상으로 배치된 타워측 브래킷과, 상기 타워 쉘의 하단부와 상기 내통의 외주면 및 상기 타워측 브래킷을 연결하는 링 다이어프램을 구비해서 이루어지는 기초 결합부를 형성하고,
   상기 기초의 중앙부에, 상기 기초 결합부를 삽입하기 위한 기초 공간부와, 기초에 고정되고 상기 타워측 브래킷과 마주하도록 상기 타워측 브래킷의 연장선상에 배치되어서 상기 기초 공간부로 노출되는 기초측 브래킷을 구비해서 이루어지는 타워 결합 공간부를 형성하고,
   상기 기초 결합부를 상기 타워 결합 공간부에 삽입하고, 상기 기초 결합부측의 연결 부재와 상기 기초측 브래킷 사이를 첨접판을 거쳐서 연결 또는 용접에 의해 연결하는 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 기초측 브래킷을 상하에 플랜지부를 마련한 I형 단면으로 하고, 상기 타워측 브래킷 및 상기 기초측 브래킷의 세로벽 끼리에 부가해서, 상기 링 다이어프램 및 상기 바닥판과 상기 플랜지부 사이를 상기 첨접판을 거쳐서 연결 또는 용접에 의해 연결한 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 타워 쉘의 하단부는 상기 타워 쉘에 마련되는 도어 개구부의 하측 근방인 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 내통은 대직경측의 상단부가 상기 타워 쉘에 결합되는 원추대형상인 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기초 결합부측의 연결부 부재와 상기 기초측 브래킷을 연결한 후, 상기 타워 결합 공간부에 콘크리트를 충전하는 것을 특징으로 하는
   모노폴식 타워.
8. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 모노폴식 타워를 구비하는
   풍력 발전 장치.

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