KR20120084674A - 모듈식 타워 및 그 조립방법 - Google Patents

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발라지 하리다수
비아오 팡
대니안 정
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

모듈식 타워(102)에 사용하기 위한 타워 조립체(200)가 제공된다. 상기 타워 조립체는 각각 한 쌍의 대향하는 원주방향 에지(206, 208)를 포함하는 복수의 조립체 패널(202); 및 상기 복수의 조립체 패널의 인접하는 조립체 패널들을 상호 결합하는데 사용하기 위한 복수의 커넥터(214)를 포함하고, 상기 복수의 커넥터의 각 커넥터는 외측 플랜지(302), 내측 플랜지(304), 및 이들 사이에서 연장하는 스페이서(306)를 포함하고, 상기 외측 플랜지는 제 1 슬롯(308) 및 제 2 슬롯(310)이 상기 외측 플랜지 및 내측 플랜지의 사이에 형성되도록 상기 내측 플랜지로부터 소정 거리만큼 이격되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 슬롯은 각각 상기 인접하는 조립체 패널들이 상호 결합될 수 있도록 상기 조립체 패널의 원주방향 에지들 중의 하나를 수용하기 위한 크기를 갖는다.

Description

모듈식 타워 및 그 조립방법{MODULAR TOWER AND METHODS OF ASSEMBLING SAME}
본 명세서에 기재된 주제는 모듈식 타워, 특히 모듈식 타워의 섹션들의 조립에 관한 것이다.
모듈식 타워 구조는 풍력 터빈 타워, 무선전화 중계탑, 전신주와 같은 구조물을 지지하기 위한 베이스로서 많이 사용된다. 이와 같은 타워는 그 규모가 실제로 운반할 수 있는 규모를 훨씬 초과하는 대형이므로 현장에서 구축되는 일이 많다. 이와 같은 타워에 사용되는 부품들은 종종 공장에서 조립된다. 타워 자체와 유사하게, 수송 물류가 부품의 보관 크기 및/또는 중량을 일반적으로 제한한다.
타워의 높이는 적어도 부분적으로 타워의 베이스의 크기에 의해 제한된다. 그러므로, 더 높은 타워는 타워의 구조물을 적절히 지지하기 위해 더욱 대형인 베이스가 요구된다. 전체적인 구조적 완전성을 향상시키고 현장 조립 시간을 단축시키기 위해, 일반적으로 모듈식 타워의 부품들을 가능한 작은 갯수의 부품으로서 조립하는 것이 바람직하다. 그러나, 수송의 제한에 기인하여 부품들 및 섹션들의 전체 크기는 제한된다. 그러므로, 타워의 높이는 수송의 제한을 고려하여 사용될 수 있는 단위 부품들의 크기에 의해 제한을 받을 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 모듈식 타워에 사용하기 위한 타워 조립체가 제공된다. 상기 타워 조립체는 한 쌍의 대향하는 원주방향 에지를 각각 포함하는 복수의 조립체 패널; 및 상기 복수의 조립체 패널의 인접하는 조립체 패널들을 상호 결합하는데 사용하기 위한 복수의 커넥터를 포함하고, 상기 복수의 커넥터의 각 커넥터는 외측 플랜지, 내측 플랜지, 및 이들 사이에서 연장하는 스페이서를 포함하고, 상기 외측 플랜지는 제 1 슬롯 및 제 2 슬롯이 상기 외측 플랜지 및 내측 플랜지의 사이에 형성되도록 상기 내측 플랜지로부터 소정 거리만큼 이격되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 슬롯은 각각 상기 인접하는 조립체 패널들이 상호 결합될 수 있도록 상기 조립체 패널의 원주방향 에지들 중 하나를 수용하기 위한 크기를 갖는다.
다른 실시형태에 있어서, 모듈식 타워의 조립방법이 제공된다. 상기 방법은 제 1 플랜지, 제 2 플랜지, 및 이들 사이에서 연장하는 스페이서를 포함하는 적어도 하나의 커넥터를 제공하는 단계, 제 1 원주방향 에지 및 제 2 원주방향 에지를 각각 포함하는 복수의 섹션 패널을 제공하는 단계, 상기 복수의 섹션 패널 중의 제 1 섹션 패널의 제 1 원주방향 에지를 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지의 사이에 형성되는 상기 커넥터의 제 1 슬롯 내에 삽입하는 단계, 상기 복수의 섹션 패널 중의 제 2 섹션 패널의 제 2 원주방향 에지를 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지의 사이에 형성되는 상기 커넥터의 제 2 슬롯 내에 삽입하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 섹션 패널에 상키 커넥터를 결합하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태에 있어서, 모듈식 타워가 제공된다. 상기 모듈식 타워는 적어도 하나의 하측 타워 섹션를 포함하고, 상기 하측 타워 섹션은 각각 한 쌍의 대향하는 원주방향 에지을 포함하는 복수의 섹션 패널, 및 상기 복수의 섹션 패널의 인접하는 섹션 패널들을 상호 결합하는데 사용하기 위한 복수의 커넥터를 포함하고, 상기 커넥터들의 각 커넥터는 외측 플랜지, 내측 플랜지, 및 이들 사이에서 연장하는 스페이서를 포함하고, 상기 외측 플랜지는 제 1 슬롯 및 제 2 슬롯이 상기 외측 플랜지 및 내측 플랜지의 사이에 형성되도록 상기 내측 플랜지로부터 소정 거리만큼 이격되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 슬롯은 각각 상기 인접하는 섹션 패널들이 상호 결합될 수 있도록 상기 섹션 패널의 원주방향 에지들 중 하나를 수용하기 위한 크기를 갖는다. 상기 모듈식 타워는 상기 하측 섹션에 결합되는 적어도 하나의 상측 타워 섹션을 더 포함한다.
도 1은 예시적인 풍력 터빈의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용되는 예시적인 나셀(nacelle)의 부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용될 수 있는 예시적인 타워 섹션의 사시도이다.
도 4는 도 3의 영역 4를 따라 취한 타워 섹션의 일부의 확대 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용될 수 있는 타워 섹션들의 일부의 횡절단 사시도이다.
도 6은 도 1의 풍력 터빈에 사용될 수 있는 타워 섹션들의 일부의 횡절단 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용될 수 있는 예시적 섹션 패널의 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 풍력 터빈에 사용될 수 있는 예시적 타워 섹션의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 타워 섹션의 평면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 타워 섹션의 일부의 확대도이다.
본 명세서에 기술된 방법 및 모듈식 타워 부품들은 모듈식 타워의 건설을 촉진시켜 준다. 특히, 본 명세서에 기재된 모듈식 타워 부품들 및 방법은 수송 제한에 의해 크기가 제한되는 단위 타워 섹션들보다 더 큰 타워 섹션들의 제작을 가능하게 한다. 더 큰 모듈식 타워 섹션들을 사용하여 더 높은 허브 높이를 가지는 구조적으로 견고한 타워가 구축될 수 있다. 게다가, 본 명세서에 기재된 스페이서 부재들은 건설 중에 인접 섹션 패널들의 상호 정렬을 촉진시키고, 따라서 조립된 타워의 구조적 완전성을 증대시킨다. 게다가, 본 명세서에 기재된 인접하는 타워 섹션들을 상호 연결하기 위해 사용되는 플랜지들은 타워 부품들에 유발되는 후프 응력의 저감을 촉진시킨다.
도 1은 예시적 풍력 터빈(100)의 개략도이다. 이 예시적 실시예에서, 풍력 터빈(100)은 수평축 풍력 터빈이다. 대안적으로, 풍력 터빈(100)은 수직축 풍력 터빈일 수 있다. 이 예시적 실시예에서, 풍력 터빈(100)은 지지면(104)으로 연장하고 이 지지면에 결합되는 타워(102)를 포함한다. 타워(102)는 예를 들면 앵커 볼트를 이용하거나 기초 장착편(도시 생략)을 통해 지지면(104)에 결합시킬 수 있다. 나셀(106)은 타워(102)에 결합되고, 회전자(108)는 나셀(106)에 결합된다. 회전자(108)는 회전이 가능한 허브(110) 및 허브(110)에 결합된 복수의 회전블레이드(112)를 포함한다. 본 예시적 실시예에서, 회전자(108)는 3개의 회전블레이드(112)를 포함한다. 대안적으로, 회전자(108)는 풍력 터빈(100)이 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 임의의 적절한 수의 회전블레이드(112)를 포함할 수 있다. 타워(102)는 풍력 터빈(100)이 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 임의의 적절한 높이 및/또는 구조를 가질 수 있다.
회전블레이드(112)는 회전자(108)의 회전을 촉진하기 위해 허브(110)를 중심으로 이격 배치되어 있고, 이것에 의해 바람(114)의 운동 에너지를 유용한 기계적 에너지로 변환시킨 후 전기 에너지로 변환시킨다. 회전자(108) 및 나셀(106)은 바람(114)의 방향에 대해 회전블레이드(112)의 퍼스펙티브(perspective)를 제어하기 위해 요우 축선(yaw axis; 116) 상에서 타워(102)를 중심으로 회전된다. 회전블레이드(112)는 복수의 부하 전달 영역(120)에서 회전블레이드의 루트부(118)를 허브(110)에 결합함으로써 허브(110)에 결합된다. 부하 전달 영역(120)의 각각은 허브 부하 전달 영역과 회전블레이드 부하 전달 영역을 구비한다(도 1에 도시되지 않음). 회전블레이드(112)에 유도되는 부하는 부하 전달 영역(120)을 통해 허브(110)에 전달된다. 각 회전블레이드(112)는 또 회전블레이드 선단부(122)를 포함한다.
본 예시적 실시예에서, 회전블레이드(112)는 약 30 m (99 ft) 내지 약 120 m (394 ft)의 범위의 길이를 갖는다. 대안적으로, 회전블레이드(112)는 풍력 터빈(100)이 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 예를 들면, 회전블레이드(112)는 30 m 미만 또는 120 m를 초과하는 적절한 길이를 가질 수 있다. 바람(114)이 회전블레이드(112)에 접촉하면, 양력이 회전블레이드(112)에 유발되고, 회전블레이드의 선단부(122)가 가속됨에 따라 회전축선(124)을 중심으로 한 회전자(108)의 회전이 유발된다.
회전블레이드(112)의 피치 각도(도시 생략), 즉 바람(114)의 방향에 대한 회전블레이드(112)의 퍼스펙티브를 결정하는 각도는 피치 조립체(도 1에 도시되지 않음)에 의해 변화될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 회전블레이드(112)의 피치 각도가 증대되면 바람(114)에 노출되는 회전블레이드의 표면적(126)이 감소하고, 반대로 회전블레이드(112)의 피치 각도가 감소되면 바람(114)에 노출되는 회전블레이드의 표면적(126)이 증대한다. 회전블레이드(112)의 피치 각도는 각 회전블레이드(112)에서 피치 축선(128)을 중심으로 조절된다. 본 예시적 실시예에서, 회전블레이드(112)의 피치 각도는 개별적으로 제어된다.
도 2는 풍력 터빈(100)에 사용되는 나셀(106)의 부분 단면도이다. 본 예시적 실시예에서, 풍력 터빈(100)의 다양한 부품들은 나셀(106) 내에 수용된다. 예를 들면, 본 예시적 실시예에서 나셀(106)은 피치 조립체(130)를 포함한다. 각 피치 조립체(130)는 대응하는 회전블레이드(도1에 도시됨)에 결합되고, 피치 축선(128)을 중심으로 대응하는 회전블레이드(112)의 피치를 조절한다. 본 예시적 실시예에서, 각 피치 조립체(130)는 적어도 하나의 피치 구동 모터(131)를 포함한다.
게다가, 본 예시적 실시예에서, 회전자(108)는 회전자 축(134)(경우에 따라 주축 또는 저속축으로 지칭됨), 기어박스(136), 고속축(138), 및 커플링(140)을 통해 나셀(106) 내에 배치된 발전기(132)에 회전이 가능하게 결합된다. 회전자 축(134)의 회전은 기어박스(136)를 회전 구동시키고, 이 기어박스는 고속축(138)을 구동시킨다. 고속축(138)은 커플링(140)을 통해 발전기(132)를 회전 구동하고, 고속축(138)의 회전은 발전기(132)에 의한 전력 생산을 촉진시킨다. 기어박스(136)는 지지체(142)에 의해 지지되고, 발전기(132)는 지지체(144)에 의해 지지된다. 본 예시적 실시예에서, 기어박스(136)는 이중 경로 배열을 이용하여 고속축(138)을 구동한다. 대안적으로, 회전자 축(134)은 커플링(140)을 통해 발전기(132)에 직접 결합될 수 있다.
나셀(106)은 또 바람(114)의 방향에 대해 회전블레이드(112)의 퍼스펙티브를 제어하기 위해 나셀(106)과 회전자(108)를 요우 축선(116)을 중심으로 회전시키는 요우 구동 기구(146)를 포함한다. 나셀(106)은 또 일 실시예에서 풍향계 및 풍속계(도 2에 도시되지 않음)를 포함하는 적어도 하나의 기상 마스트(meteorological mast; 148)를 포함한다. 일 실시예에서, 기상 마스트(148)는 터빈 제어 시스템(150)에 풍향 및/또는 풍속을 포함하는 정보를 제공한다. 터빈 제어 시스템(150)은 제어 알고리즘을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컨트롤러 또는 기타 프로세서를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "프로세서"는 시스템 및 마이크로컨트롤러를 포함하는 임의의 프로그램이 가능한 시스템, 축소명령 세트 컴퓨터(RISC), 주문형 반도체(ASIC), 프로그램이 가능한 논리회로(PLC), 및 본 명세서에 설명된 기능을 수행할 수 있는 임의의 기타 회로를 포함한다. 상기 예들은 예시적인 것일 뿐이므로 프로세서의 정의 및/또는 의미를 한정하려는 의도는 없다. 게다가, 터빈 제어 시스템(150)은 감시제어 데이터 수집 시스템(SCADA)을 실행할 수 있다.
피치 조립체(130)는 터빈 제어 시스템(150)에 연동가능하게 결합되어 있다. 본 예시적 실시예에서, 나셀(106)은 또 전방 지지 베어링(152) 및 후방 지지 베어링(154)을 포함한다. 전방 지지 베어링(152) 및 후방 지지 베어링(154)은 회전자 축(134)의 반경방향의 지지 및 정렬을 촉진시킨다. 전방 지지 베어링(152)은 허브(110)에 인접하는 회전자 축(134)에 결합된다. 후방 지지 베어링(154)은 기어박스(136) 및/또는 발전기(132)에 인접하는 회전자 축(134) 상에 위치된다. 나셀(106)은 풍력 터빈(100)이 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 임의의 수의 지지 베어링을 포함할 수 있다. 회전자 축(134), 발전기(132), 기어박스(136), 고속축(138), 커플링(140), 및 임의의 관련되는 체결, 지지 및/또는 고정하는 장치(지지체(142), 지지체(144), 전방 지지 베어링(152), 및 후방 지지 베어링(154)을 포함하지만 이것에 한정되지 않음)는 경우에 따라 동력전달장치(156)로 지칭된다.
도 3은 도 1에 도시된 타워(102)의 적어도 일부를 조립하는데 사용될 수 있는 예시적인 타워 섹션(200)의 사시도이다. 도 4는 영역 4를 따라 취한 타워 섹션의 일부의 확대 사시도이다. 본 예시적 실시예에서, 타워 섹션(200)은 복수의 아치형 섹션 패널(202)로부터 형성된다. 대안적으로, 타워 섹션(200)은 단일의 패널(도시 생략)로부터 성형될 수 있다. 타워 섹션(200)은 이것을 관통하는 중심 축선(204)을 포함한다. 타워 섹션(200)이 원추형으로 도시되어 있으나, 타워(102)가 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 원통형이나 다각형(이것에 한정되지 않음)을 포함하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 섹션 패널(202)은 명세서에 구체적으로 기술된 것 이외의 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 다각형의 타원 섹션(200)을 위해서 섹션 패널(202)은 하나 이상의 평면으로 형성될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 각 섹션 패널(202)은 제 1 원주방향 에지(206) 및 대향하는 제 2 원주방향 에지(208)를 갖는다. 섹션 패널(202)은 탄소강과 같은 다양한 재료로 제작될 수 있다. 타워(102)와 같은 타워 내의 적어도 하나의 타워 섹션(200)에는 적어도 부분적으로 섹션 패널(202)에 의해 형성되는 타워(102)의 내부 공동에 접근할 수 있는 진입통로(도시 생략)가 형성될 수 있다. 타워 섹션(200)과 각 섹션 패널(202)은 제 1 축방향 에지(210)로부터 제 2 축방향 에지(212)까지 연장되고, 제 1 축방향 에지(210)와 제 2 축방향 에지(212)의 사이에 축방향 길이(L1)가 결정된다.
본 예시적 실시예에서, 원주방향으로 인접하는 패널(202)들이 적어도 하나의 커넥터(214)에 의해 결합되어 타워 섹션(200)을 형성한다. 섹션 패널(202)의 구조 및/또는 형상에 의존하여, 커넥터(214)도 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 변경될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 각 커넥터(214)는 외측 플랜지(302), 대향하는 내측 플랜지(304), 이들 플랜지(302, 304)의 사이에서 연장하는 스페이서(306)를 포함한다. 특히, 본 예시적 실시예에서, 외측 플랜지(302), 내측 플랜지(304), 및 스페이서(306)는 제 1 슬롯(308) 및 제 2 슬롯(310)이 커넥터(214) 내부에 형성되도록 배향되어 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 본 예시적 실시예에서, 스페이서(306)는 플랜지(302) 및 플랜지(304)가 슬롯(308, 310)이 형성되도록 간격 D1만큼 반경방향으로 이격되는 것을 보장한다. 일 실시예에서, 커넥터(214)는 탄소강과 같은 섹션 패널(202)의 제작에 사용된 것과 동일한 재료로 제작된다. 대안적으로, 커넥터(214)는 섹션 패널(202)의 것과 다른 재료 및/또는 타워(102) 및 타워 섹션(200)이 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 임의의 재료로 제작될 수 있다.
커넥터(214)는 조인트(도시 생략) 또는 커넥터(214)가 섹션 패널(202)을 결합시킬 수 있는 임의의 적절한 연결 기구를 포함할 수 있다. 게다가, 커넥터(214)는 단일의 커넥터로서 제작되거나 개별적인 커넥터 부품들을 이용하여 제작될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 각 커넥터(214)는 2개의 T자형 부분(312, 314)으로 형성된다. 더욱 구체적으로 설명하면, 본 예시적 실시예에서, 섹션 패널(202)은 아치형이고, T자형 부분(312, 314)도 섹션 패널(202)들의 수용을 촉진하기 위한 아치형이다. 대안적으로, T자형 부분(312, 314)은 각형 또는 평면형, 또는 타원(102) 및 타워 섹션(200)이 본 명세서에 기술된 것과 같이 기능할 수 있도록 하는 임의의 다른 단면 형상일 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 각 T자형 부분(312, 314)은 스페이서 연장부(316)와 플랜지 연장부(318)로 형성된다.
조립되었을 때, 제 1의 T자형 부분(312)의 스페이서 연장부(316)는 제 2의 T자형 부분(314)의 스페이서 연장부(316)와 밀착하여 이들 T자형 부분(312, 314)의 플랜지 연장부(318)의 사이에 슬롯(308, 310)이 형성되도록 한다. T자형 부분(312, 314)은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 섹션 패널(202)이 슬롯(308) 및/또는 슬롯(310) 내에 삽입되기 전이나 삽입된 후에 상호 결합될 수 있다. 임의의 적절한 체결 기구 또는 체결 기법을 사용하여 스페이서 연장부(316)들을 상호 결합시킬 수 있다. 또 커넥터(214)도 상이한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 하나의 T자형 부분만이 스페이서 연장부를 포함하고 다른 T자형 부분은 플랜지 연장부만을 포함한다. 게다가, 대안적 실시예에서, 커넥터(214)는 스페이서(306)를 포함하지 않지만 외측 플레이트 및 내측 플레이트(도시 생략)를 포함한다. 이와 같은 실시예에서, 인접하는 섹션 플레이트(202)는 상호 접촉하거나 또는 갭에 의해 분리되고, 패널(202), 외측 플레이트 및 내측 플레이트가 볼트, 용접 또는 리벳과 같은 임의의 적절한 결합수단을 이용하여 결합되기 전에 상기 내외측 플레이트의 사이에 위치된다. 추가의 대안적 실시예에서, 섹션 패널(202)를 외측 플레이트나 내측 플레이트만을 사용하여 상호 결합시키는 것이 가능하다.
본 예시적 실시예에서, 각 커넥터(214)는 이 커넥터를 관통하여 연장하는 복수의 관통 개구(330)를 포함한다. 도면에는 이들 개구(330)가 원주방향의 열로서 배향된 것으로 도시되어 있으나, 타워 섹션(200)의 강도 및 구조적 완전성을 유지함과 동시에 커넥터(214)가 인접하는 섹션 패널(202)들을 상호 결합시킬 수 있도록 하는 임의의 수의 개구(330) 및/또는 임의의 배향의 개구(330)가 사용될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 더 구체적으로 설명하면, 본 예시적 실시예에서, 개구(330)들은 각 커넥터(214)의 제 1 단부(334)로부터 제 2 단부(336)까지 연장하는 한 쌍의 원주방향 열(332)로서 형성되어 있다. 게다가, 본 예시적 실시예에서, 커넥터의 T자형 부분(314)은 T자형 부분(312)의 반경방향 내측에 위치하고, T자형 부분(314)에 형성된 개구(330)는 T자형 부분(312)에 형성된 개구(330)와 실질적으로 동심으로 정렬되어 있다. 게다가, 개구(330)들은 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 섹션 패널(202)과 커넥터(214)를 견고하게 결합시킬 수 있는 볼트 및/또는 다른 적절한 체결구를 수용하기 위한 크기 및 배향을 가진다. 대안적 실시예들에서, 커넥터(214)는 개구(330)를 포함하지 않고, 용접 및/또는 리벳이 섹션 패널(202)을 커넥터(214)에 결합하기 위해 사용될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 커넥터(214) 내에서 각 열(332)로 형성되는 개구(330)들은 동일 직경(D2) 및 형상으로 형성된다. 대안적으로, 하나의 열(332) 내의 개구(330)들은 인접하는 열(332) 내의 개구(330)들과 상이한 직경(D2) 및/또는 형상을 가질 수 있다.
각 커넥터(214)는 인접하는 섹션 패널(202)을 상호 결합하여 타워 섹션(200)을 형성하기 위한 크기 및 배향을 가진다. 일 실시예에서, 섹션 패널(202)은 커넥터(214)에 견고하게 결합된다. 대안적으로, 섹션 패널(202)은 커넥터(214)에 착탈가능하게 결합된다. 본 예시적 실시예에서, 섹션 패널(202)은 각각 복수의 개구(342)를 포함한다. 패널 개구(342)는 커넥터의 개구(330)와 정렬되기 위한 크기 및 배향을 가진다. 특히, 본 예시적 실시예에서, 개구(342)는 원주방향 에지(206, 208)에 실질적으로 평행하게 연장하는 한 쌍의 실질적으로 평행한 열 내에서 배향되어 있다. 타워 섹션(200)의 조립 중에, 제 1 섹션 패널(202)의 제 1 원주방향 에지(206)는 커넥터의 제 1 슬롯(308) 내에 삽입되고, 제 2 섹션 패널(202)의 제 2 원주방향 에지(208)은 커넥터의 제 2 슬롯(310) 내에 삽입된다. 각 원주방향 에지(206, 208)이 대응하는 커넥터 슬롯(308, 310) 내에 삽입된 후, 패널 개구(342)는 커넥터(214) 내에 형성된 개구(330)에 대해 실질적으로 동심으로 정렬된다. 따라서, 볼트와 같은 적절한 체결구를 개구(330, 342)를 통해 삽입시킬 수 있고, 그 결과 체결구가 플랜지 연장부(318) 및 패널의 원주방향 에지(206, 208)를 관통하여 연장함으로써 섹션 패널(202)들이 상호 견고하게 결합될 수 있도록 한다. 본 예시적 실시예에서, 상기 체결구는 섹션의 중심 축선(204)에 대해 실질적으로 반경방향으로 연장한다.
본 예시적 실시예에서, 각 커넥터(214)의 단부(334, 336)의 사이에서 측정되는 축방향 길이(L2)는 각 섹션 패널(202)의 축방향 길이(L1)와 대략 동일하다. 그러므로, 본 예시적 실시예에서, 각 커넥터(214)는 패널의 원주방향 에지(206, 208)의 전체 축방향 길이(L1)를 따라 연장한다. 대안적으로, 커넥터(214)는 패널의 원주방향 에지(206, 208)의 축방향 길이(L1)의 일부만을 커버한다. 이와 같은 대안적 실시예에서, 복수의 커넥터(214)를 패널 원주방향 에지(206, 208)의 전체 축방향 길이(L1)를 따라 단부-단부 결합에 의해 연결시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 이와 같은 일 실시예에서, 커넥터(214)는 축방향 길이(L1)를 따라 이격될 수 있다.
도 5는 타워(102; 도 1 참조)의 적어도 일부를 조립하는데 사용될 수 있는 대안적 타워 섹션(400)의 일부의 사시 단면도이다. 본 예시적 실시예에서, 타워 섹션(400)은 타워 섹션(200; 도 3 참조)에 대해 본 명세서에 기술된 바와 같이 섹션 패널(202)로부터 형성되는 원추형 타워 섹션인 하측 타워 섹션(402), 및 단일의 섹션인 상측 타워 섹션(404)을 포함한다. 대안적으로, 하측 타워 섹션(402)은 단일 타워 섹션(도시 생략)과 대조적으로 섹션 패널(202)들로 형성되는 다른 타워 섹션(404)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 타워(102)의 안정성 및 강성의 개선을 촉진하기 위해, 섹션 패널(202)들로 각각 형성되는 2개의 타워 섹션(200)을 상호 결합시킬 때, 이들 타워 섹션(200)은 타워 섹션(200) 상의 커넥터(214)가 상호 수직방향으로 정렬되지 않도록 배향된다.
본 예시적인 실시예에서, 상측 타워 섹션(404)은 환형 및 실질적인 평면형인 하측 플랜지(408)를 포함하고, 하측 타워 섹션(402)은 환형 및 실질적인 평면형인 상측 플랜지(406)를 포함한다. 게다가, 본 예시적인 실시예에서, 각 플랜지(406, 408)는 실질적으로 원형이다. 플랜지(406, 408)는 각각 복수의 개구(410)를 포함하고, 이들 개구는 상측 플랜지(406)를 하측 플랜지(408)에 견고하게 결합시킬 수 있는 복수의 체결구(도시 생략)가 관통 수납될 있는 크기 및 배향을 가진다. 대안적 실시예에서, 용접 또는 리벳을 사용하여 플랜지(406, 408)를 견고하게 상호 결합시킬 수도 있다. 플랜지(406) 및/또는 플랜지(408)는 섹션 패널(202)과 일체로 형성되거나 및/또는 타워 섹션(402, 404)에 결합될 수 있다. 게다가, 도면에서 플랜지(406, 408)가 타워 섹션(402, 404)으로부터 반경방향 내측으로 연장하는 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서는 플랜지(406) 및/또는 플랜지(408)의 적어도 일부가 타워 섹션(402, 404)으로부터 반경방향 외측으로 연장할 수 있다.
도 6은 하측 타워 섹션(402) 및 상측 타워 섹션(404) 사이의 대안적 연결을 보여주는 사시 단면도이다. 본 예시적 실시예에서, 수평방향의 커넥터(420)가 하측 타워 섹션(402)을 상측 타워 섹션(404)에 결합하기 위해 사용된다. 본 예시적 실시예에서, 수평방향 커넥터(420)는 커넥터(214)와 유사한 구조를 갖는다. 더 구체적으로 설명하면, 수평방향 커넥터(420)는 외측 플랜지(422), 대향하는 내측 플랜지(424), 및 이들 플랜지(422, 424)의 사이에서 연장하는 스페이서(426)를 포함한다. 특히, 본 예시적 실시예에서, 외측 플랜지(422), 내측 플랜지(424), 및 스페이서(426)는 하측 슬롯(428) 및 상측 슬롯(430)이 커넥터(420)의 내부에 형성되도록 배향되어 있다.
수평방향 커넥터(420)는 조인트(도시 생략)나 커넥터(420)에 하측 타워 섹션(402)을 상측 타워 섹션(404)에 결합할 수 있는 가능성을 부여하는 임의의 적절한 연결 기구를 포함할 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 커넥터(420)는 단일 커넥터이다. 대안적 실시예들에서, 커넥터(420)는 별체의 커넥터 부품들로부터 제작될 수 있고, 이 커넥터 부품들은 상호 결합되거나, 상호 인접하거나, 및/또는 상호 이격될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 수평방향 커넥터(420)는 커넥터(214) 내의 개구(330)와 유사하게 관통 연장하는 복수의 개구(440)를 포함한다. 게다가, 개구(440)는 볼트 및/또는 하측 타워 섹션(402) 및 상측 타워 섹션(404)에 수평방향 커넥터(420)에 견고하게 결합될 수 있는 능력을 부여하는 다른 적절한 관통 체결구를 수용하는 크기 및 배향을 가진다. 대안적 실시예에서, 수평방향 커넥터(420)는 개구(440)를 포함하지 않고, 하측 타워 섹션(402) 및 상측 타워 섹션(404)을 수평방향 커넥터(도시 생략)에 결합하기 위해 용접 및/또는 리벳이 사용될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 하측 타워 섹션(402) 및 상측 타워 섹션(404)은 각각 복수의 개구(450)를 포함한다. 이들 개구(450)는 수평방향 커넥터의 개구(440)들과 정렬되는 크기 및 배향을 가진다.
하측 타워 섹션(402)을 상측 타워 섹션(404)에 결합시키기 위해서는 하측 타워 섹션(402)의 상측 에지(460)를 수평방향 커넥터의 하측 슬롯(428) 내에 삽입하고, 상측 타워 섹션(404)의 하측 에지(462)를 수평방향 커넥터의 상측 슬롯(430) 내에 삽입한다. 상측 에지(460) 및 하측 에지(462)가 하측 슬롯(428) 및 상측 슬롯(430) 내에 각각 삽입된 후에 개구(450)들은 수평방향 커넥터(420)에 형성된 개구(440)들에 대해 실질적으로 동심으로 정렬된다. 따라서, 볼트와 같은 적절한 체결구를 개구(440, 450)를 통해 삽입할 수 있고, 그 결과 이들 체결구는 수평방향 커넥터(420) 및 상측 에지(460) 및 하측 에지(462)를 통해 연장함으로써 하측 타워 섹션(402) 및 상측 타워 섹션(404)을 견고하게 상호 연결시킬 수 있다.
도 7은 타워(102)의 적어도 일부를 조립하는데 사용될 수 있는 예시적 섹션 패널(500)의 사시도이다. 본 예시적 실시예에서, 섹션 패널(500)은 대안적 섹션 커넥터(502)를 포함한다. 섹션 커넥터(502)는 섹션 패널(500)과 일체로 형성되거나 및/또는 임의의 다른 적절한 수단을 이용하여 섹션 패널(500)에 결합될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 섹션 커넥터(502)는 실질적으로 아치형이고, 제 1 플랜지 부분(504) 및 제 2 플랜지 부분(506)을 포함한다. 제 1 플랜지 부분(504)은 인접하는 섹션 패널(500)로부터 연장하는 제 2 플랜지 부분(506)에 결합되기 위한 크기 및 배향을 갖는다. 본 예시적 실시예에서, 제 1 플랜지 부분(504)은 복수의 돌기(pegs; 508)를 포함하고, 제 2 플랜지 부분(506)은 대응하는 개구(510)를 포함하고, 이 개구는 제 1 플랜지 부분(504)에 인접하는 섹션 패널(500)로부터 연장하는 제 2 플랜지 부분(506)에 결합할 수 있는 능력을 부여하기 위한 크기 및 배향을 갖는다. 더욱 구체적으로 설명하면, 본 예시적 실시예에서, 플랜지 부분(504, 506)은 실질적인 평면형이고, 제 2 플랜지 부분(506)은 제 1 섹션 패널(500)로부터 연장하고, 돌출부(508)가 개구(510) 내에 삽입되어 플랜지 부분(504, 506)이 상호 결합되었을 때, 제 2 플랜지 부분(500)으로부터 연장하는 제 1 플랜지 부분(504)에 중첩된다. 대안적으로, 제 1 플랜지 부분(504) 및 제 2 플랜지 부분(506)은 임의 다른 체결구 및/또는 용접 또는 리벳을 포함하는 그러나 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 결합수단을 이용하여 상호 결합될 수 있다.
섹션 패널(500)이 섹션 커넥터(502)를 사용하여 상호 결합되어 타워 섹션을 형성했을 때, 섹션 커넥터(502)들은 상측 원형 플랜지(406) 및 하측 원형 플랜지(408)(도 5 참조)와 유사한 원형 및 실질적으로 평면인 플랜지(도시 생략)를 형성한다. 본 예시적 실시예에서, 섹션 커넥터(502)는 형성된 플랜지 내에서 하나의 섹션 커넥터(502)가 상기 형성된 플랜지 상의 후프 응력(hoop stress)을 감소시키기 위해 굴곡될 수 있도록 적절한 가요성을 가진다. 게다가, 섹션 커넥터(502)는 일반적으로 가격이 저렴하고, 일반적으로 단일 플랜지에 비해 제작이 용이하다. 게다가, 유리하게 이와 같은 커넥터(502)는 섹션 패널(500)과 일체로 제작될 수도 있다.
도 8은 타워(102; 도 1 참조)의 적어도 일부를 조립하는데 사용될 수 있는 다각형 타워 섹션(600)의 사시도이다. 도 9는 타워 섹션(600)의 평면도이다. 본 예시적 실시예에서, 타워 섹션(600)은 복수의 섹션 패널(602)로부터 형성된다. 일 실시예에서, 타워 섹션(600)은 4개의 섹션 패널(602)로부터 형성되고, 이들 패널은 각 섹션 패널(602)이 타워 섹션(600)의 1/4을 형성하도록 배향되어 있다. 대안적으로, 타워 섹션(600)은 타워 섹션(600)에 본 명세서에 기재된 바와 같은 기능을 부여할 수 있는 임의의 수의 섹션 패널(602)로부터 형성될 수 있다.
도 10은 대안적 타워 섹션(606)에 결합되는 섹션 패널(602)의 일부의 확대도이다. 본 예시적 실시예에서, 섹션 패널(602)은 상측 플랜지 부분(608)에 결합되고, 타워 섹션(606)은 하측 플랜지(610)에 결합된다. 본 예시적 실시예에서, 타워 섹션(606)은 실질적으로 원통형이고, 하측 플랜지(610)는 원형 및 실질적 평면형으로서 체결구(612)를 이용하여 상측 플랜지 부분(608)에 결합된다. 대안적으로, 하측 플랜지(610)와 상측 플랜지 부분(608)은 볼트, 용접 또는 리벳을 포함하는 그러나 이들에 한정되지 않는 임의의 다른 적절한 결합수단을 이용하여 상호 결합될 수 있다.
공지의 단일 타워 섹션에 비해, 본 명세서에 기재된 모듈식 타워 섹션들은 섹션 패널을 비조립 상태로 개별적으로 수송할 수 있으므로 더욱 대형의 타워 섹션의 건설을 가능하게 한다. 게다가, 이들 섹션 패널은 일반적으로 가격이 더 저렴하고, 단일 타워 섹션들에 비해 제작이 더 단순하다. 게다가, 본 명세서에 기재된 커넥터들은 조립 중에 스페이서 부재 및 슬롯이 섹션 패널의 위치를 고정하므로 조립 중에 섹션 패널들의 정렬을 더 촉진시킨다. 게다가, 단일 플랜지에 비해, 본 명세서에 기재된 섹션 커넥터들은 이들 섹션 커넥터가 상호 가요성을 가지므로 타워 섹션에 유발되는 후프 응력을 더 감소시킨다.
전술한 모듈식 타워 섹션 및 방법은 개선된 모듈식 타워를 제공한다. 상기 타워 섹션은 비조립 상태에서 개별적으로 수송될 수 있는 섹션 패널들과 커넥터들를 포함하므로 실제로 수송될 수 있는 것보다 더욱 대형의 타워 섹션을 현장에서 조립하는 것이 가능하다. 그 결과, 더 높은 허브 높이를 가지는 모듈식 타워를 건설하는 것이 가능하다. 게다가, 상기 타워 섹션들은 외측 플랜지, 내측 플랜지, 및 제 1 및 제 2 슬롯을 형성하는 스페이서를 포함하는 커넥터를 포함한다. 상기 형성된 슬롯들은 타워 섹션을 형성하기 위해 섹션 패널의 위치결정 및 결합을 촉진시킨다. 게다가, 상기 타워 섹션들은 상호 결합하여 플랜지를 형성하는 가요성 섹션 커넥터들을 포함한다. 그 결과, 형성된 플랜지는 단일 플랜지에 비해 후프 응력의 저감 능력이 더 우수하다.
예시적인 모듈식 타워, 모듈식 타워 섹션들, 및 모듈식 타워의 구성방법이 이상에서 상세히 기술되었다. 본 명세서에 기재된 방법 및 시스템은 본 명세서에 기재된 특정의 실시예들에 한정되지 않고, 상기 시스템의 부붐들 및/또는 상기 방법의 단계들은 본 명세서에 기재된 다른 부품들 및/또는 단계들로부터 독립적 및 개별적으로 사용될 수 있다. 예들 들면, 본 명세서에 기재된 방법들 및 시스템들은 본 명세서 기재된 바와 같이 풍력 터빈에 사용되는 것이 한정되지 않고 다른 적용분야를 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법들 및 시스템들은 다양한 기타의 산업과 결합하여 실시 및 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 특정의 특징이 일부의 도면들에는 도시되고 다른 도면에는 도시되지 않았으나, 이것은 단지 도시의 편의를 위한 것이다. 본 발명의 원리에 따라, 도면의 임의의 특징은 임의의 다른 도면의 특징과 조합한 상태로 참조 및/또는 청구될 수 있다.
본 명세서의 기재는 본 발명을 기재하기 위해 최적의 실시형태를 포함한 복수의 예를 이용하고, 또 본 기술분야의 전문가에게 임의의 장치 또는 시스템의 제작 및 사용 및 임의의 결합된 방법의 수행을 포함하는 본 발명의 실시를 가능하게 한다. 본 발명의 특허 범위는 청구항에 의해 정의되고, 본 기술분야의 전문가에게 상도하는 기타의 실시예들을 포함할 수 있다. 이와 같은 기타의 실시예들은 그 실시예가 본 청구항의 문언적 언어와 다르지 않는 구조적 요소들을 갖는 경우, 또는 그 실시예가 본 청구항의 문언적 언어와 실질적 차이가 없는 등가의 구조적 요소들을 포함하는 경우 본 청구항의 범위 내에 포함된다.
100: 풍력 터빈 102: 타워
206: 제 1 원주방향 에지 208: 제 2 원주방향 에지
210: 제 1 축방향 에지 212: 제 2 축방향 에지
214: 커넥터 302: 외측 플랜지
304: 내측 플랜지 306: 스페이서
308: 커넥터의 제 1 슬롯 310: 커넥터의 제 2 슬롯

Claims (10)

  1. 모듈식 타워(102)에 사용되기 위한 타워 조립체(200)에 있어서,
    한 쌍의 대향하는 원주방향 에지(206, 208)를 각각 포함하는 복수의 조립체 패널(202)과,
    상기 복수의 조립체 패널의 인접하는 조립체 패널들을 상호 결합하는데 사용하기 위한 복수의 커넥터(214)를 포함하고,
    상기 복수의 커넥터의 각 커넥터는 외측 플랜지(302), 내측 플랜지(304), 및 이들 사이에서 연장하는 스페이서(306)를 포함하고, 상기 외측 플랜지는 제 1 슬롯(308) 및 제 2 슬롯(310)이 상기 외측 플랜지 및 내측 플랜지의 사이에 형성되도록 상기 내측 플랜지로부터 소정 거리만큼 이격되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 슬롯은 각각 상기 인접하는 조립체 패널들이 상호 결합될 수 있도록 상기 조립체 패널의 원주방향 에지들 중의 하나를 수용하기 위한 크기를 갖는
    타워 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서(306)는 상기 외측 플랜지(302)로부터 연장하는 제 1 부분(316) 및 상기 내측 플랜지(304)로부터 연장하는 제 2 부분(316)을 포함하는
    타워 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 조립체 패널(202)의 각각은 상기 패널을 관통하여 연장하는 복수의 개구(342)를 포함하고, 상기 복수의 조립체 패널의 개구의 각각은 상기 인접하는 조립체 패널들을 상호 견고하게 결합하는 것을 촉진하는
    타워 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커넥터 플랜지(302, 304)의 각각은 내부에 형성되는 복수의 개구(330)를 포함하고, 상기 복수의 조립체 패널의 개구(342) 및 상기 복수의 커넥터의 개구는 상기 인접하는 조립체 패널(202)이 상기 커넥터(214)에 결합되었을 때 실질적으로 동심으로 정렬되도록 배향되는
    타워 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 조립체 패널(202)의 각각은 상기 원주방향 에지(206, 208)의 각각에 형성되는 형상을 갖고, 상기 커넥터의 제 1 및 제 2 슬롯(308, 310)은 상기 복수의 조립체 패널의 각각의 형상과 실질적으로 유사한 상기 외측 및 내측 플랜지(302, 304)의 사이에 형성되는 형상을 구비하는
    타워 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 조립체 패널(202) 중의 적어도 하나는 아치형 단면 형상 및 실질적인 평면형 단면 형상 중의 하나를 포함하는
    타워 조립체.
  7. 적어도 하나의 하측 타워 섹션(402)을 포함하는 모듈식 타워(102)에 있어서,
    상기 하측 타워 섹션(402)은,
    한 쌍의 대향하는 원주방향 에지(206, 208)를 각각 포함하는 복수의 섹션 패널(202)과,
    상기 복수의 섹션 패널의 인접하는 섹션 패널들을 상호 결합하는데 사용하기 위한 복수의 커넥터(214)를 포함하고,
    상기 커넥터 각각은 외측 플랜지(302), 내측 플랜지(304), 및 이들 사이에서 연장하는 스페이서(306)를 포함하고, 상기 외측 플랜지는 제 1 슬롯(308) 및 제 2 슬롯(310)이 상기 외측 플랜지 및 내측 플랜지의 사이에 형성되도록 상기 내측 플랜지로부터 소정 거리만큼 이격되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 슬롯은 각각 상기 인접하는 섹션 패널들이 상호 결합될 수 있도록 상기 섹션 패널의 원주방향 에지들 중 하나를 수용하기 위한 크기를 갖고, 적어도 하나의 상측 타워 섹션(404)은 상기 하측 섹션에 결합되는
    모듈식 타워.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상측 타워 섹션(404)은 단일의 상측 타워 섹션을 포함하는
    모듈식 타워.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 하측 타워 섹션(402)은 제 1 환형 플랜지(406)를 포함하고, 상기 상측 타워 섹션(404)은 제 2 환형 플랜지(408)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 환형 플랜지는 상기 상측 타워 섹션을 상기 하측 타워 섹션에 결합하는 것을 촉진하는
    모듈식 타워.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 환형 플랜지(406)는 복수의 아치형 커넥터(502)로 형성되고, 상기 복수의 아치형 커넥터의 각각은,
    제 1 플랜지 부분(504)과,
    상기 복수의 아치형 커넥터 중의 인접하는 커넥터로부터 연장하는 제 1 플랜지 부분에 결합하기 위한 크기 및 배향을 갖는 제 2 플랜지 부분(506)을 포함하는
    모듈식 타워.
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