KR20120070233A - 풍력발전기의 타워 제조방법 및 그 타워 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기의 타워에 관한 것으로, 더 상세하게는 현장으로 번거로움 없이 운반하여 간단한 방식에 의해 제작이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 특히 대용량의 풍력발전기의 타워 제작 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여,
풍력발전기의 타워를 제조하는 방법에 있어서, 제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지며 섹션 높이의 길이를 가지는 단위체를 제작하는 단위체 제작단계와; 상기 단위체의 양단에 각 단위체들을 서로 결합할 수 있도록 상호 대응되는 형태의 결합부를 형성하는 결합부 형성단계와; 상기 단위체의 결합부를 서로 연결하여 섹션을 형성하는 섹션 형성단계와; 상기 섹션을 서로 연결하여 타워를 형성하는 마무리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 제조방법 및 그 타워에 관한 것이다.

Description

풍력발전기의 타워 제조방법 및 그 타워{Wind turbine manufacturing methods and the Tower of the Towe}

본 발명은 풍력발전기의 타워에 관한 것으로, 더 상세하게는 현장으로 번거로움 없이 운반하여 간단한 방식에 의해 제작이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 특히 대용량의 풍력발전기의 타워 제작 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 한 풍력발전기의 타워 제조방법 및 그 타워에 관한 것이다.

근대화로 인한 산업이 발전함에 따라 석유나 석탄 등과 같은 화석연료의 사용량이 증가하고 농지를 확보하기 위하여 숲을 파괴함에 따라 온실가스의 원인이 되는 이산화탄소의 양이 급격하게 증가함으로써 지구 온난화가 가속되고 있는 것이 현실정이다.

이에 따라 국제사회는 지구 온난화로 인한 기상이변 등의 재앙을 막기 위해 다양한 국제협약을 통하여 각국에서 배출하는 온실가스의 양을 규제하는 실정에 이르렀으며, 이러한 온실가스의 양을 줄이기 위하여 화석연료를 대신하는 대체 에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는바, 그 대표적인 것이 자연환경을 이용한 태양열발전, 조력발전, 지열발전 및 풍력발전 등과 같이 다양한 형태로 개발되고 있다.

이렇게 자연환경을 이용한 여러 형태 중에서도 풍력발전은 무공해 에너지원으로 현재 대체 에너지 중 비교적 시설이 간단하고 유지보수비용 또한 가장 저렴하며 효율성이 높으면서 경제성 또한 뛰어난 장점을 가짐으로써, 다른 방식에 비해 더욱더 각광을 받고 있는 추세이다.

이러한 풍력발전을 풍력발전기(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 지면에서 상방으로 연장되는 타워(110)와, 상기 타워의 상단에 바람의 방향에 따라 회전하는 너셀 프레임(120)과, 상기 너셀 프레임의 선단에 직접적으로 바람의 영향을 받는 다수의 블레이드(132)가 반경 방향으로 부착된 회전자(130)가 설치되도록 구성되어, 바람의 따라 회전하면서 발전하여 에너지를 얻게 된다.

여기서, 지면에서 상방으로 연장되는 타워(110)는 바람의 영향이 원활하게 미칠 수 있는 비교적 상당히 높게 설치되는 것으로, 그 타워를 제조하는 방식은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 먼저 철판(111)을 곡면 가공하여 용접 등을 통하여 원통 구조로 형성하는 캔(112)을 제작하고, 제작된 여러 캔을, 약 3~4개 정도를 조립하여 섹션(114)이라는 긴 원통으로 제작한다.

그런 다음 섹션(114)을 구성하는 가장 상단과 하단에 플랜지(114a)를 부착하여 현장에서 플랜지를 볼팅하면서 일정 높이를 가지는 타워(100)를 제작하는 것이다.

그러나, 종래 타워를 제작하는 과정이 전술한 바와 같이 하나의 단위체인 캔을 제작한 후 여러 개의 캔을 서로 조립하여 섹션으로 제작한 다음 그 섹션에 다시 플랜지를 부착하여 제작함으로써, 제작상에 상당히 번거롭고 불편한 문제점이 초래되었다.

또한, 섹션을 서로 볼팅 작업하면서 타워를 제작시에는 상당히 큰 대형설비가 요구되는 문제점은 물론 특히 용량이 큰 풍력발전기를 제작하고 할 때에는 타워 또한 상당히 큰 직경을 가지는 섹션을 제작한 후 설치하고자 하는 현장으로 이송해야 함으로써, 물류에 상당히 큰 문제점, 즉 보관 및 운송에 상당히 큰 애로점을 가졌다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안한 것으로, 그 주된 목적은 현장으로 번거로움 없이 운반하여 간단한 방식에 의해 제작이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 특히 대용량의 풍력발전기의 타워 제작 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 한 풍력발전기의 타워 제조방법 및 그 타워를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 결합부위가 쉽게 분리되지 않도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 결합부위가 한번 더 긴밀하게 고정이 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 풍력발전기의 타워를 제조하는 방법에 있어서, 제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지며 섹션 높이의 길이를 가지는 단위체를 제작하는 단위체 제작단계와; 상기 단위체의 양단에 각 단위체들을 서로 결합할 수 있도록 상호 대응되는 형태의 결합부를 형성하는 결합부 형성단계와; 상기 단위체의 결합부를 서로 연결하여 섹션을 형성하는 섹션 형성단계와; 상기 섹션을 서로 연결하여 타워를 형성하는 마무리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 결합부에 의해 연결된 부위에는 스폿용접에 의해 고정하는 고정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

풍력발전기의 타워에 있어서, 상기 타워는 섹션이 서로 적층 연결되어 구성되되, 상기 섹션은 제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지며 섹션 높이의 길이를 가지는 다수의 단위체가 그 단위체의 양단에 서로 대응되는 형태로 형성되는 결합부에 의해 연결 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 결합부는 서로 대응되는 형태의 홈과 돌기로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 홈은 개방된 외측단 측의 폭은 좁고 돌기가 삽입되는 내부 측은 넓게 형성되며, 상기 돌기는 홈과 대응되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 홈과 돌기는 대응되는 형태의 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 홈과 돌기는 단면이 대응되는 형태의 구형 또는 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 단위체의 상단과 하단에는 연결 플랜지를 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 결합부의 홈과 돌기는 스폿용접에 의해 고정부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 현장으로 번거로움 없이 운반하여 간단한 방식에 의해 제작이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 특히 대용량의 풍력발전기의 타워 제작 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 보관이나 운송 등과 같은 물류가 편리하게 이루어질 수 있는 효과와 함께 대형설비 없이도 타워의 제작이 단시간 내에 간단하게 이루어질 수 있는 효과는 물론 대용량 풍력발전기의 타워의 제작 또한 간편하게 이루어질 수 있는 효과를 가지는 것이다.

또한, 결합부위가 자체적으로 분리되지 않는 구조를 가짐으로써, 결합부위가 쉽게 분리되지 않도록 하여 제작에 따른 하자 발생을 최소화함은 물론 안전성도 높일 수 있는 효과도 갖는다.

또한, 결합부위에 스폿용접으로 인해 한번 더 긴밀하게 고정이 이루어질 수 있도록 함으로서, 높은 고정력으로 인해 단위체의 유동성을 극소하여 제작에 따른 더욱더 높은 안전성과 튼튼한 타워를 제작할 수 있는 효과도 갖는 것이다.

도 1은 본 발명의 제조단계를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 타워를 개략적으로 나타낸 요부 분해 사시도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제조과정을 나타낸 것으로,
도 3a는 단위체를 형성하는 과정을 나타낸 요부도.
도 3b는 단위체의 양단에 결합부를 형성한 상태의 요부도.
도 3c는 단위체를 결합하여 섹션을 형성하는 상태의 요부도.
도 3d는 도 3c의 개략적인 요부 횡단면도.
도 4는 본 발명 결합부의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부 단면도.
도 5는 본 발명 결합부의 또 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부 단면도.
도 6은 본 발명 단위체의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도.
도 7은 일반적인 풍력발전기를 나타낸 요부도.
도 8a 내지 도 8c는 풍력발전기의 종래 타워를 제조하는 과정을 나타낸 요부도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제조단계를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이 바람을 이용하여 에너지를 생산하는 풍력발전기의 타워를 제조하는 방법에 있어서,

본 발명은, 종래와 같이 부피가 큰 섹션으로 제작하여 현장으로 운반하는 것이 아니라 부피가 작은 하나의 단위체로 현장으로 번거로움 없이 운반하여 간단한 방식에 의해 제작이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 특히 대용량의 풍력발전기의 타워 제작 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여,

제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지며, 섹션 높이의 길이를 가지는 단위체를 제작하는 단위체 제작단계(S1)와;

상기 단위체의 양단에 각 단위체들을 서로 맞대어 맞물리거나 상부에서 삽입하여 서로 결합할 수 있도록 상호 대응되는 형태의 홈과 돌기로 이루어지는 결합부를 형성하는 결합부 형성단계(S2)와;

상기 단위체의 홈과 돌기로 형성되는 결합부를 서로 연결하여 종래 여러 개의 캔이 조립되어 형성되는 섹션을 형성하는 섹션 형성단계(S3)와;

상기 섹션을 서로 공지된 용접 등을 통하여 연결하여 타워를 형성하는 마무리 단계(S4)를 포함하는 한다.

그에 따라 종래 여러 캔을 조립하여 부피가 큰 섹션으로 제작한 후 운송하였던 것이 아니라 하나의 단위체를 서로 겹쳐 적재함으로써, 보관이나 운반이 원활하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 그 단위체를 현장으로 직접 운송하여 각 단위체의 양단에 형성된 결합부를 결합시켜, 섹션을 형성한 후 계속하여 원하는 높이까지 섹션을 적층하여 연결함에 따라 간단한 방식에 의해 단시간 내에 타워를 신속하게 제작할 수 있는 것이다.

또한, 단위체를 양단을 결합하는 방식으로 제작함으로써, 용량이 큰 풍력발전기의 타워 제작도 번거롭고 불편함 없이 용이하게 제작할 수 있는 장점도 갖는 것이다.

따라서, 본 발명은 하나의 단위체 형태로 형성하여 타워를 제작하고자 하는 위치의 현장으로 직접 운송하여 간단한 방식으로 제작이 이루어질 수 있도록 함으로써, 운송에 지장을 초래하지 않을 뿐만 아니라 제작 또한 간편하게 이루어져 단시간 내에 제작이 이루어질 수 있는 장점을 가지는 것이며, 특히 대용량의 풍력발전기의 타워 또한 번거로움 없이 간단하게 제작할 수 있는 조건도 가지게 되는 것이다.

한편, 상기 결합부에 의해 연결된 부위에는 스폿용접에 의해 고정하는 고정단계(S2a)를 더 포함함으로써, 결합부를 유동성 없이 견고하게 고정할 수 있게 됨에 따라 결합부위가 벌어지거나 분리됨 없이 긴밀하게 고정되어 질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 타워를 개략적으로 나타낸 요부 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의해 제작된 타워(100)는, 다수의 단위체(10)로 제작되어 그 단위체의 양단에 형성되는 결합부(20)에 의해 맞대어 맞물리거나 또는 삽입되는 형태로 서로 연결되어 섹션(10A)을 형성하게 되고, 상기 섹션을 하부로부터 형성하면서 상부로 적층하듯이 쌓게 됨으로써, 필요로 하는 타워(100)로의 제작이 이루어진 것을 나타낸 것이다.

상기와 같이 제작되는 본 발명의 타워(100)를 제작하는 방식은, 먼저 도 3a에서와 같이 제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지면서 서로 연결시에는 섹션이 형성되는 길이를 가지는 단위체(10)를 제작한다.

그런 다음 도 3b에서와 같이 단위체(10)의 양단에 서로 연결하기 위한 홈(22)과 돌기(24) 형태의 결합부(20)를 형성하며, 이때 결합부는 단위체의 두께가 두꺼울 경우에는 가공작업을 통하여 측 단면에 홈이나 돌기를 형성하고, 단위체의 두께가 얇을 경우에는 후술하는 도 4나 도 5와 같이 홈과 돌기가 형성된 별도의 결합부재를 단위체의 양단에 용접 등을 통하여 결합하여도 무방하다.

이렇게, 단위체의 양단으로 결합부가 형성되면 도 3c에서와 같이 단위체(10)를 결합부(20)를 이용하여 서로 연결하여 일정 높이를 가지는 하나의 섹션(10A)으로 제작하고, 제작된 섹션의 상부로 다시 단위체를 결합부에 의해 연결하여 또 다른 섹션을 제작하여 하부의 섹션과 통상적인 방식에 의해 연결함으로써, 도 2와 같이 필요로 하는 높이의 타워(10)를 제작할 수 있게 되는 것이다. 이때, 상기 섹션(10A)으로 제작된 결합부(20)의 단면은 도 3d에서와 같이 결합되어 진다.

그리고, 상기 결합부는 홈과 돌기에 의해서만 결합할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라서는 홈과 돌기가 결합된 상태에서 통상의 스폿용접 등에 의해 일정 간격으로 고정하는 고정부(15)를 형성하는 것이 바람직하다. 그에 따라 결합되어 연결된 부위가 고정부에 의해 유동성 없이 고정됨에 따라 분리되는 것을 원천적으로 방지함과 아울러 더욱더 튼튼한 구조를 가짐은 물론 제작 후에도 안전성이 높은 조건을 가질 수 있는 것이다.

한편, 상기한 결합부(20)는 서로 맞닿아 맞물리는 형태로 일 예로 설명하였으나, 경우에 따라 홈과 돌기가 결합시 자체적으로 분리되지 않는 구조, 즉 상기 홈(22)은 개방된 외측단 측의 폭은 좁고 돌기가 삽입되는 내부 측은 넓게 형성되며, 상기 돌기(24)는 홈과 대응되는 형태로 형성되는 것으로, 도 4에서와 같이 상기 홈(22)과 돌기(24)는 대응되는 형태의 마름모꼴 등과 같이 다각형으로 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 홈(22)과 돌기(24)는 도 5에서와 같이 단면이 대응되는 형태의 구형 또는 타원형으로 형성하여도 무방하다.

그에 따라 결합부의 홈과 돌기가 삽입되어 결합된 상태에서는 상기한 형태의 홈과 돌기로 인하여 자체적으로 분리되지 않는 구조를 가지면 족할 것이다.

아울러, 상기 결합부는 구성하는 홈과 돌기는 단위체의 두께에 따라 양단 측 단면에 형성할 수 있을 뿐만 아니라 단위체의 두께 얇은 경우 도 4나 도 5에서와 같이 홈과 돌기가 형성되는 별도의 결합부재를 제작하여 단위체의 양단에 형성하여도 무방하다.

그리고, 상기 단위체가 결합되어 섹션을 형성한 후 각 섹션 간에 용접 등에 의해 고정할 수 있을 뿐만 아니라 통상적인 볼팅에 의해 체결 고정이 이루어질 수 있도록 하기 위하여,

상기 단위체(10)의 상단과 하단에는 연결 플랜지(30)를 용접 등을 통하여 더 형성함으로써, 결합부에 의해 단위체를 연결하여 섹션을 형성한 상태에서 섹션과 섹션은 상기 단위체의 상단과 하단에 형성된 연결 플랜지에 의해 볼팅 작업에 의하여 체결 고정함에 따라 더욱더 간단하고 편리하게 고정이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 연결 플랜지는 단위체의 양단에 형성된 결합부를 제외한 부분 전체로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 서로 대응되는 위치의 작은 폭을 가지는 형태로 형성하여도 무방하다.

이로써, 단위체를 섹션으로 제작한 후 섹션과 섹션을 별도의 용접 등을 통하여 연결하는 것이 아니라 연결 플랜지를 통하여 볼팅에 의해 신속하고 간단하게 연결 고정할 수 있어, 작업의 효율성을 더욱더 높일 수 있는 것이다.

10 : 단위체 10A,114 : 섹션
15 : 고정부 20 : 결합부
22 : 홈 24 : 돌기
30 : 연결 플랜지
100 : 타워

Claims (9)

1. 풍력발전기의 타워를 제조하는 방법에 있어서,
   제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지며 섹션 높이의 길이를 가지는 단위체를 제작하는 단위체 제작단계(S1)와;
   상기 단위체의 양단에 각 단위체들을 서로 결합할 수 있도록 상호 대응되는 형태의 결합부를 형성하는 결합부 형성단계(S2)와;
   상기 단위체의 결합부를 서로 연결하여 섹션을 형성하는 섹션 형성단계(S3)와;
   상기 섹션을 서로 연결하여 타워를 형성하는 마무리 단계(S4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 결합부에 의해 연결된 부위에는 스폿용접에 의해 고정하는 고정단계(S2a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워 제조방법.
   
3. 풍력발전기의 타워에 있어서,
   상기 타워(100)는, 섹션(10A)이 서로 적층 연결되어 구성되되, 상기 섹션(10A)은 제작하고자 하는 타워의 직경과 비례하는 곡면을 갖도록 일정 폭을 가지며 섹션 높이의 길이를 가지는 다수의 단위체(10)가 그 단위체의 양단에 서로 대응되는 형태로 형성되는 결합부(20)에 의해 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 결합부(20)는 서로 대응되는 형태의 홈(22)과 돌기(24)로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 홈(22)은 개방된 외측단 측의 폭은 좁고 돌기가 삽입되는 내부 측은 넓게 형성되며, 상기 돌기(24)는 홈과 대응되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 홈(22)과 돌기(24)는 대응되는 형태의 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 홈(22)과 돌기(24)는 단면이 대응되는 형태의 구형 또는 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.
   
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단위체(10)의 상단과 하단에는 연결 플랜지(30)를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 결합부(20)의 홈(22)과 돌기(24)는 스폿용접에 의해 고정부(15)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 타워.

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