KR20130084549A - 풍력발전기 설치방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

풍력발전기 설치장치가 개시된다. 본 발명의 풍력발전기 설치장치는, 허브, 블레이드, 너셀 및 타워 구조물들을 순차적으로 결합시키면서 들어올려 풍력발전기를 육지 또는 해양에 설치하기 위한 풍력발전기 설치장치로서,
육지 또는 해저에 설치되는 기초구조물;
타워 구조물을 실은 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 타워 구조물을 상기 기초구조물의 상부로 이동시키도록 상기 기초구조물의 상부에 마련되는 연결데크;
상기 연결데크의 상면에 수직으로 세워지는 외측 프레임과, 상기 외측 프레임의 내측에 상,하부로 이동 가능하게 설치되고, 내측에는 상기 타워 구조물들이 일시적으로 고정되도록 이루어진 내측 프레임으로 구성되는 가설 프레임;
상기 외측 프레임에 구비되어 상기 타워 구조물이 고정되는 내측 프레임을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키기 위한 리프팅 수단을 포함하는 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 타워 구조물을 시공할 때, 타워 구조물들이 이중 가설 프레임에 의해 안정적으로 지지된 상태로 상호 결합될 수 있고, 각각의 타워 구조물들이 신속하고 용이하게 결합될 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

Description

풍력발전기 설치방법 및 그 장치{Method of establishing wind power generator and apparatus thereof}

본 발명은 풍력발전기 설치방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 해양 또는 육지에 설치되는 기초구조물의 상부에 이중 가설 프레임을 설치하여 풍력발전기의 분할된 구조물들을 안정되게 들어올려 풍력발전기를 신속하고 용이하게 설치할 수 있는 풍력발전기 설치방법 및 그 장치에 관한 것이다.

현재 지속적인 화석연료의 비용증가와 화석연료에서 발생되는 유해 가스로 인한 환경파괴, 화석연료의 고갈 및 핵발전 에너지와 관련된 잠재적인 위험으로 인해, 태양광에너지를 전기에너지로 변환하도록 된 태양광발전과, 바람의 힘을 전기에너지로 변환하도록 된 풍력발전이 그 대안으로 요구되고 있다.

특히, 풍력발전은 자연상태의 무공해 에너지원으로 현재의 기술에 의한 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이다. 이러한 풍력발전은 바람의 힘을 전기에너지로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술로서, 이러한 풍력발전을 이용한다면 산간이나 해안 오지 및 방조제 등 부지를 활용함으로써 국토이용효율을 높일 수 있는 것이다.

이러한 장점 때문에, 풍력발전 시스템은 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정을 받고 있으며 이미 전 세계적으로 약 32,154MW(2002년말 누계기준)의 풍력발전 시스템이 설치 사용되고 있다. 이중, '02년 한해 동안 설치된 풍력발전 시스템의 용량은 7,227MW 이며, 이는 그해 건설된 원자력발전소 용량보다도 큰 수치이다.

우리나라도 세계기후변화협약과 같은 국제 환경의 변화와 유가상승, 그리고 국내사용 에너지의 96%를 수입에 의존하고 있는 현실적인 문제에 대응하기 위하여 풍력발전 시스템에 대한 관심이 높다.

특히, 풍력발전 시스템은 구조나 설치 등이 간단하여 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다.

한편, 풍력발전 구조물들은 주로 육상에서 이루어지고 있으나, 최근에는 풍력자원량, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 해상에 대규모의 풍력단지를 건설하는 추세이다.

그러나, 이러한 풍력발전기는 타워 구조물과, 이 구조물의 상단에 설치되는 너셀(nucelle), 허브(hub), 블레이드(blade) 등으로 구성되는데, 타워 구조물을 안정되고 안정하게 설치할 수 있는 공법들이 요구되었다.

첨부된 도면 중에서 도 1은 종래기술에 의한 풍력발전기 설치장치가 개시되어 있다.

도 1에 도시된 종래기술에 의하면, 종래기술에 의한 풍력발전기 설치장치는, 상부가 해수면 위에 위치하도록 해저에 설치되는 기초구조물(20)과, 크레인(32)을 구비하여 상기 기초구조물(20)의 근접위치에 설치되는 바지(30)와, 대차(42)가 이동할 수 있도록 상기 기초구조물(20)의 상부와 바지(30)의 상면에 서로 연결되게 설치되는 레일부재(40)와, 상기 레일부재(40)에 의해 바지(30)로부터 상기 기초구조물(20)로 이송된 풍력발전기의 타워 구조물들을 순차적으로 상부로 들어올리도록 상기 기초구조물(20)의 상부에 설치되는 스트랜드 잭(50)을 포함하고, 상기 바지(30)에 위치한 상기 타워 구조물들을 상기 대차(42)와 레일부재(40)를 이용하여 스트랜드 잭(50)의 하부로 이송하고, 이송된 타워 구조물들을 상기 스트랜드 잭(50)을 이용하여 상부로 들어올린 후 하부측에 다른 타워 구조물을 결합하고, 상기 크레인(32)을 이용하여 풍력발전기의 최상부 구조물을 상기 타워 구조물 상부로 이송시켜 상호 결합하도록 된 것이다.

그러나, 이와 같은 종래기술에 의한 풍력발전기 설치장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래기술에 의한 풍력발전기 설치자치는 기초구조물 상부에 스트랜드 잭을 지지하기 위한 스트랜드 빔만이 설치된 상태로 타워 구조물을 상부로 들어 올리도록 구성되어 있었기 때문에 타워 구조물의 안정적인 리프팅 및 안전한 설치시공이 곤란한 문제점이 있었다. 즉, 타워 구조물들이 상,하 방향으로 연결되어 상승할 때, 바람에 의한 횡 하중이 발생할 경우, 이를 충분히 지지하지 못하였기 때문에 타워 구조물의 설치 시공시 바람에 의한 횡 하중에 취약하였고, 이로 인하여 안전성을 보장할 수 없었던 것이다.

대한민국 등록특허 제10-1013789호(2011.02.14)

본 발명의 목적은, 풍력발전 구조물을 육상 또는 해양에 설치시공할 경우에, 타워 구조물을 보다 안정적이고 안전하게 리프팅할 수 있고, 바람에 의한 횡 하중 발생시 이를 안정적으로 지지할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 허브, 블레이드, 너셀 및 타워 구조물들을 순차적으로 결합시키면서 들어올려 풍력발전기를 육지 또는 해양에 설치하기 위한 풍력발전기 설치장치로서,

육지 또는 해저에 설치되는 기초구조물;

타워 구조물을 실은 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 타워 구조물을 상기 기초구조물의 상부로 이동시키도록 상기 기초구조물의 상부에 마련되는 연결데크;

상기 연결데크의 상면에 수직으로 세워지는 외측 프레임과, 상기 외측 프레임의 내측에 상,하부로 이동 가능하게 설치되고, 내측에는 상기 타워 구조물들이 일시적으로 고정되도록 이루어진 내측 프레임으로 구성되는 가설 프레임;

상기 외측 프레임에 구비되어 상기 타워 구조물이 고정되는 내측 프레임을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키기 위한 리프팅 수단을 포함하는 풍력발전기 설치장치에 의하여 달성된다.

상기 연결데크는,

상기 연결데크의 일부가 일측 수평방향으로 연장되어 연장부가 형성되고, 연결데크와 연결부의 상면에는 이동대차용 레일이 마련될 수 있다.

상기 내측 프레임과 상기 외측 프레임 사이에는 상기 내측 프레임이 상,하부로 이동할 때, 상기 내측 프레임이 직선방향으로만 슬라이딩 되도록 지지하고 안내하기 위한 다수개의 미끄럼대우가 마련될 수 있다.

상기 리프팅 수단은,

상기 내측 프레임의 각 외측면에 길이방향으로 각각 구비되는 프레임용 랙기어; 및

상기 프레임용 랙기어와 맞물리는 프레임용 피니언을 구비하여 상기 프레임용 랙기어가 설치되는 영역과 마주보는 상기 외측 프레임에 설치되고, 상기 프레임용 피니언을 구동시키기 위한 프레임용 유압모터를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 내측 프레임의 상,하부에는 다수개의 횡하중 지지수단이 각각 구비되되,

상기 횡하중 지지수단은,

상기 내측 프레임의 내측에 위치한 타워 구조물의 각 측면에 밀착되도록 형성된 다수개의 지지판; 및

상기 내측 프레임에 고정되고, 각 로드의 일단이 상기 지지판에 각각 연결되며, 공급되는 유압에 의해 상기 로드를 진,퇴작동시켜 상기 지지판이 상기 타워 구조물에 밀착되어 지지하도록 작동되는 각각의 가압용 실린더를 포함할 수 있다.

상기 지지판에는 상기 내측 프레임의 승,하강시 상기 내측 프레임의 내측에 위치하는 타워 구조물에 항상 밀착되어 지지하기 위한 로울러가 구비될 수 있다.

상기 연결데크에는,

바지선이나 선박 또는 차량으로부터 상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 내측 프레임에 의해 상부로 이송될 때, 상기 내측 프레임의 상,하부로의 이동과 연동되어 상기 타워 구조물을 상부로 들어올리기 위한 보조 리프팅수단이 구비될 수 있다.

상기 보조 리프팅 수단은,

상기 연결데크의 상면에 형성되는 관통공과 같은 형상으로 형성되는 받침 플레이트;

상기 관통공에 관통 설치되고, 일단이 상기 받침 플레이트의 저면에 결합되는 리프팅 로드; 및

상기 기초구조물 또는 연결데크의 저면에 구비되어 상기 리프팅 로드를 승,하강 시키기 위한 승,하강 구동부재를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 승,하강 구동부재는 감속기 및 피니언을 구비한 유압모터로 이루어지고, 상기 리프팅 로드에 형성되는 랙기어에 상기 피니언이 맞물려, 상기 유압모터의 작동시 상기 리프팅 로드를 상승시키거나 하강시키도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 목적은, 전술한 풍력발전기 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 방법으로서,

a) 상기 기초구조물에 구비된 연결데크를 이용하여 블록화된 타워 구조물을 내측 프레임의 하부로 이송시킨 후, 상기 내측 프레임을 하강시켜 타워 구조물을 상기 내측 프레임에 고정하는 단계;

b) 상기 타워 구조물이 내측 프레임에 고정되면, 상기 리프팅 수단을 작동시켜 상기 내측 프레임을 상승시키는 단계;

c) 상기 타워 구조물이 고정된 내측 프레임이 상승하면, 두 번째 타워 구조물을 상기 내측 프레임 하부로 이송시키고, 상기 내측 프레임을 하강시켜 상기 첫 번째 타워 구조물과 두 번째 타워 구조물을 결합한 후, 상기 내측 프레임에서 첫 번째 타워 구조물의 고정상태를 해제하여 상기 내측 프레임을 하강시키고, 상기 내측 프레임에 두 번째 타워 구조물을 고정하는 단계;

d) 상기 각 타워 구조물이 결합되면, 크레인을 이용하여 첫 번째 타워 구조물의 상단에 허브, 블레이드, 너셀을 결합하는 단계;

e) 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계를 반복적으로 수행하여 타워 구조물들을 순차적으로 결합시켜 타워를 완성한 후, 최 하단의 타워 구조물을 상기 기초구조물에 고정시키는 단계를 포함하는 풍력발전기 설치방법에 의해 달성될 수 있다.

상기 b) 단계는,

상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 내측 프레임의 상승 작동에 의해 상부로 이송될 때, 상기 보조 리프팅 수단의 받침 플레이트를 상승시켜 상기 타워 구조물의 하부를 지지하는 단계; 및

상기 승,하강 구동부재와 상기 리프팅 수단을 연동시켜 상기 내측 프레임이 상승할 때, 상기 받침 플레이트가 상기 타워 구조물을 밀어 올리도록 하여 상기 내측 프레임의 상승 작동을 보조하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 b) 단계는,

상기 내측 프레임의 내부에 타워 구조물이 위치하게 되면, 상기 가압용 실린더를 전진 작동시켜 상기 각 지지판이 타워 구조물의 외면에 밀착되면서 상기 타워 구조물의 횡방향 하중을 지지하도록 하는 단계; 및

상기 내측 프레임의 상승 또는 하강 작동시에는 상기 각 지지판이 타워 구조물로부터 이격되도록 상기 가압용 실린더가 후진 작동하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 풍력발전기의 타워 구조물을 시공할 때, 타워 구조물들이 이중 가설 프레임에 의해 안정적으로 지지된 상태로 상호 결합될 수 있고, 각각의 타워 구조물들이 신속하고 용이하게 결합될 수 있는 효과가 제공된다.

또한, 보조 리프팅 수단이 구비됨으로써 리프팅 수단과 보조 리프팅 수단이 타워 구조물을 상승시킴으로써 타워 구조물의 상승이 보다 신속하고 안정적이며 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 제공된다.

또한, 횡하중 지지수단이 내측 프레임의 상,하부에 다수개 설치됨으로써 순간적인 외력(풍력)에 의한 타워 구조물의 불안전한 유동을 방지할 수 있는 효과가 제공될 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 풍력발전기 설치장치를 도시한 개략적 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 설치장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 리프팅 수단의 일 실시 예를 도시한 일부확대 평면도이다.
도 5은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치의 횡하중 지지수단의 다른 실시 예를 도시한 개략적 측면도이다.
도 6a,6b,6c,6d는 풍력발전기의 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 과정을 설명하기 위한 측면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치에 의해 설치된 풍력발전기를 도시한 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 설치장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치를 도시한 측면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 리프팅 수단의 일 실시 예를 도시한 일부확대 평면도이다. 그리고, 도 5은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치의 횡하중 지지수단의 다른 실시 예를 도시한 개략적 측면도이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력발전기 설치장치는, 허브, 블레이드, 너셀로 이루어진 상부 구조물(120)과 이를 지지하는 타워 구조물(110)로 이루어진 풍력발전기(100)를 육지 또는 해양에 설치하기 위한 것이다.

이러한 풍력발전기 설치장치는, 육지 또는 해저에 설치되는 기초구조물(200)과, 타워 구조물(110)을 실은 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 타워 구조물(110)을 기초구조물(200)의 상부로 이송시키도록 기초구조물(200)의 상부에 마련되는 연결데크(300)와, 외측 프레임(410)과 내측 프레임(420)으로 이루어져 연결데크(300)로 이송된 타워 구조물(110)을 지지하고 상향으로 들어올리도록 연결데크(300)의 상부에 구비되는 이중의 가설 프레임(400)과, 외측 프레임(410)에 구비되어 타워 구조물(110)이 고정되는 내측 프레임(420)을 상향으로 들어올려 이동시키기 위한 리프팅 수단(500)으로 이루어지는 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

기초구조물(200)은 육지나 해저에 설치되는 것으로, 해저에 설치될 경우, 조류 등으로 인한 횡하중을 충분히 견딜 수 있도록, 자켓구조물, 타워구조물, 변형타워구조물 및 콘크리트구조물 중에서 선택된 어느 하나 이상의 구조물로 이루어질 수 있다. 특히, 해저에 설치될 경우, 해저에 파일/석션파일 등을 박아 기초를 형성한 후 이 기초에 일반적인 공법을 이용하여 기초구조물(200)을 형성한다.

연결데크(300)는 기초구조물(200)의 상부에 평편하게 구비되는 것으로, 타워 구조물(110)을 실은 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 타워 구조물(110)을 기초구조물(200)의 상부로 이동시키도록 기초구조물(200)의 상부에 마련된다. 이러한 연결데크(300)는 일측 수평방향으로 연장되어 연장부(310)가 형성되고, 상면에는 이동대차용 레일(320)이 설치된다. 이때, 연결데크(300)의 일측이 수평방향으로 돌출되어 연장부(310)가 형성된 것은 타워 구조물(110)을 실은 선박이나 바지선의 접근 및 바지선과의 결합이 용이하도록 하기 위한 것이다. 즉, 연결데크(300)의 일측에 연장부(310)가 형성됨으로써, 바지선이 연장부(310)에 의해 기초구조물(200)에 과도하게 접근하지 않아도 되고, 따라서 바지선이 기초구조물(200)에 간섭되지 않게 된다. 한편, 연결데크(300)의 상면에 구비되는 이동대차용 레일(320)은 타워 구조물(110)을 바지선으로부터 연결데크(300)의 상면, 즉 가설 프레임(400)의 하부 사이로 이송시키기 위한 것이다.

가설 프레임(400)은 연결데크(300)의 상면에 수직으로 세워지는 외측 프레임(410)과, 외측 프레임(410)의 내측에 상,하부로 이동 가능하게 설치되고, 내측에는 타워 구조물(110)들이 일시적으로 고정되도록 이루어진 내측 프레임(420)으로 구성된다. 이러한 가설 프레임(400)을 이루는 외측 프레임(410)과 내측 프레임(420)은 충분한 역학적 강성을 갖도록 철골구조물로 이루어진다. 특히, 외측 프레임(410)은 내부에 공간을 구비한 사각 기둥 형태를 갖으며, 내측 프레임(420)도 내부에 공간을 구비한 사각 기둥 형태로 형성되어 외측 프레임(410)의 내측에 상,하부로 이동 가능하게 결합된다.

그리고, 내측 프레임(420)과 외측 프레임(410) 사이에는 내측 프레임(420)이 상,하부로 이동할 때, 내측 프레임(420)이 직선방향으로만 슬라이딩되도록 지지하고 안내하기 위한 다수개의 미끄럼대우(430)가 마련된다. 이 미끄럼대우(430)는 내측 프레임(420)을 직선방향으로만 안내하게 되므로, 내측 프레임(420)은 안정적으로 상,하부 방향으로만 슬라이딩 작동할 수 있다.

이와 같은 가설 프레임(400)은 타워 구조물(110)이 모두 설치된 후에는 철거되는 구조물이다.

리프팅 수단(500)은 외측 프레임(410)에 구비되어 타워 구조물(110)이 고정되는 내측 프레임(4200을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키도록 구성되는 것으로, 내측 프레임(420)의 각 외측면에 길이방향으로 각각 구비되는 프레임용 랙기어(510)와, 프레임용 랙기어(510)와 맞물리는 프레임용 피니언(520)을 구비하여 프레임용 랙기어(510)가 설치되는 영역과 마주보는 외측 프레임(410)에 설치되고, 프레임용 피니언(520)을 구동시키기 위한 프레임용 유압모터(530)를 포함하여 이루어진다. 이러한 리프팅 수단(500)은 내측 프레임(420)에 타워구조물(110)이 고정되면 프레임용 피니언(520)을 구동시킴으로써 프레임용 피니언(520)이 맞물린 프레임용 랙기어(510)가 구비된 내측 프레임(420)이 상부로 이동하거나 하무로 이동하게 되는 것이다. 이때, 리트팅 수단(500)을 이루는 프레임용 유압모터(530)는 안전을 위하여 감속기 및 브레이크 장치를 더 구비하며, 도면에 도시되지 않았으나, 내측 프레임(420)이 상승된 상태에서 임의로 하강하지 않도록 안전용 걸림수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 즉, 내측 프레임(420)이 상승된 상태에서 걸림수단이 작동하여 내측 프레임(420)의 움직임(상,하부 이동)을 고정시키고, 프레임용 유압모터(530)가 작동될 때 해제되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 걸림수단은 전자적으로 진퇴 작동하는 걸림쇠가 외측 프레임(410)에 고정된 후 작동시에는 돌출되어 프레임용 랙기어(510)에 맞물리도록 구성할 수 있는 것이다.

한편, 내측 프레임(420)의 상,하부에는 다수개의 횡하중 지지수단(600)이 각각 구비된다. 이 횡하중 지지수단(600)은 내측 프레임(420)의 내측에 고정되는 타워 구조물(110)이 수직상태를 유지하도록 선택적으로 고정하여 타워 구조물(110)에 작용하는 순간적인 횡하중(풍력)을 지지하기 위한 것이다. 이러한 횡하중 지지수단(600)은 내측 프레임(420)의 내측에 위치한 타워 구조물(110)의 각 측면에 밀착되도록 형성된 다수개의 지지판(610)과, 내측 프레임(420)에 고정되고, 각 로드의 일단이 지지판(610)에 각각 연결되며, 공급되는 유압에 의해 로드를 진,퇴작동시켜 지지판(610)이 타워 구조물(110)에 밀착되어 지지하도록 작동되는 각각의 가압용 실린더(620)로 이루어진다.

이러한 횡하중 지지수단(600)은 내측 프레임(420)의 상승 작동과 하강 작동시에는 지지판(610)이 이격되도록 작동되고, 상승정지 또는 하강정지시에는 지지판(610)이 타워 구조물(110)에 밀착되도록 작동된다.

그리고, 지지판(10)에는 내측 프레임(420)의 승,하강시 내측 프레임(420)의 내측에 위치하는 타워 구조물(110)에 항상 밀착되어 지지하기 위한 로울러(630)가 구비될 수 있다. 이 로울러(630)는 항상 타워 구조물(110)에 밀착되어 구름운동을 하게 되므로 급격하게 발생할 수 있는 풍하중을 지지할 수 있게 된다.

한편, 연결데크(300)에는 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 연결데크(300)로 이송된 타워 구조물(110)이 내측 프레임(420)의 상승 작동에 의해 상부로 이송될 때, 내측 프레임(420)의 상,하부로의 이동과 연동되어 타워 구조물(110)을 상부로 들어올리기 위한 보조 리프팅수단(700)이 구비된다.

보조 리프팅 수단(700)은 연결데크(300)의 상면에 형성되는 관통공(340)과 같은 형상으로 형성되는 받침 플레이트(710)와, 관통공(340)에 관통 설치되고, 일단이 받침 플레이트(710)의 저면에 결합되는 리프팅 로드(720)와, 기초구조물(200) 또는 연결데크(300)의 저면에 구비되어 리프팅 로드(720)를 승,하강 시키기 위한 승,하강 구동부재(730)를 포함하여 이루어지는 것이다. 이때, 승,하강 구동부재(730)는 다양하게 구성될 수 있으나, 본 실시 예에서는 감속기 및 피니언(731)을 구비한 유압모터(732)로 이루어지고, 리프팅 로드(720)에 형성되는 랙기어(721)에 피니언(731)이 맞물려, 유압모터(732)의 작동시 리프팅 로드(720)를 상승시키거나 하강시키도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력발전기 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 기초구조물(200)에 구비된 연결데크(300)의 연장부(310)에 타워 구조물(110)을 실은 바지선 또는 선박을 접안시킨 후 상호 연결하고, 이동대차용 레일(320)에 대차를 설치하여 첫 번째 타워 구조물(110)을 연결데크(300)의 상면으로 이송시킨다. 즉, 타워 구조물(110)을 연결데크(300)에 설치된 가설 프레임(400)의 하부측 내부로 이송시키는 것이다. 이어서, 타워 구조물(110)이 가설 프레임(400)의 하부로 이송되면, 프레임용 유압모터(530)를 작동시켜 내측 프레임(420)이 하강하도록 한다. 이때, 횡하중 지지수단(600)의 가압용 실린더(620)는 수축 작동하여 지지판(610)이 타워 구조물(110)로부터 이격되도록 한다. 그리고, 내측 프레임(420)의 내측에 타워 구조물(110)을 견고하게 고정한다. 타워 구조물(110)은 와이어, 클램프, 받침수단 등에 의해 내측 프레임(420)에 수직상태로 고정된다. 또한, 횡하중 지지수단(600)의 가압용 실린더(620)를 각각 작동시켜 각각의 지지판(610)이 타워 구조물(110)의 외주면을 가압하여 지지하도록 한다.

이 과정으로 첫 번째로 이송된 타워 구조물(110)은 내측 프레임(420)의 내측에 위치한 상태에서 견고하게 고정되고 지지 된다.

이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 타워 구조물(110)이 내측 프레임(420)에 고정되면, 리프팅 수단(500)의 프레임용 유압모터(530)를 작동시켜 프레임용 피니언(520)이 프레임용 랙기어(510)와 맞물려 회전하면서 내측 프레임(420)이 상승되도록 한다.

이때, 연결데크(300)로 이송된 타워 구조물(110)이 내측 프레임(420)의 상승 작동에 의해 상부로 이송될 때, 보조 리프팅 수단(700)의 유압모터(732)를 작동시켜 피니언(731)과 랙기어(721)의 맞물림으로 리프팅 로드(720)가 상승하면서 받침 플레이트(710)로 하여금 타워 구조물(110)의 하부를 지지하도록 한다. 즉, 승,하강 구동부재(730)의 유압모터(732)와 리프팅 수단(500)의 프레임용 유압모터(530)을 연동시켜 리프팅 수단(500)의 리프팅 작동과 승,하강 구동부재(730)의 밀어올림 작동이 동시에 이루어지도록 한다.

다시 설명하면, 내측 프레임(420)을 리프팅 수단(500)과 보조 리프팅 수단(700)이 연동되어 내측 프레임(420)이 리프팅 수단(500)에 의해 상승할 때, 보조 리프팅 수단(700)도 타워 구조물(110)을 밀어올리도록 하여 내측 프레임(420)의 상승 작동을 보조하도록 한다. 이와 같이 보조 리프팅 수단(700)이 리프팅 수단(500)을 보조하게 되므로 고중량의 타워 구조물(110)이 결합된 내측 프레임(420)의 상승 작동은 원활하게 이루어질 수 있다.

이어서, 타워 구조물(110)이 고정된 내측 프레임(420)이 상승하면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 두 번째 타워 구조물(110), 즉 두 번째의 타워 구조물(110)을 전술한 과정으로 내측 프레임(420) 하부로 이송시킨다. 그리고, 내측 프레임(420)을 하강시켜 먼저 상승하였던 첫 번째의 타워 구조물(110)과 두 번째의 타워 구조물(110)을 결합한다. 이 과정으로 첫 번째 타워 구조물(110)과 두 번째 타워 구조물(110)이 결합되면, 내측 프레임(429)에서 첫 번째 타워 구조물(110)의 고정상태를 해제하고, 횡하중 지지수단(600)을 후진 작동시켜 지지판(610)이 첫 번째 타워 구조물(110)로부터 이격되도록 한다. 이로써 첫 번째 타워 구조물(110)은 내측 프레임(420)으로부터 고정이 해제된 상태가 된다.

이어서, 첫 번째 타워 구조물(110)과 두 번째 타워 구조물(110)이 결합되면, 도 6d에 도시된 바와 같이 크레인을 이용하여 첫 번째 타워 구조물(110)의 상단에 크레인을 이용하여 허브, 블레이드, 너셀과 같은 상부 구조물(120)을 결합한다. 이때, 상부 구조물(120)은 두 번째 두 번째 타워 구조물(110)이 결합된 후에 첫 번째 타워 구조물(110)에 결합될 수도 있다.

한편, 각각의 타워 구조물(110)들이 결합됨에 따라 상호 결합된 타워 구조물(110)에 작용하는 풍 하중은 증가 된다. 특히 급격한 돌풍에 의한 풍 하중은 타워 구조물(110)에 큰 영향을 미치게 되므로, 내측 프레임(420)이 정지된 상태에서는 반드시 횡하중 지지수단(600)을 작동시켜 지지판(610)이 타워 구조물(110)을 가압하여 횡 하중을 지지하도록 한다.

이어서, 도 6d에 도시된 바와 같이 전술한 과정을 반복하여 나머지 타워 구조물(110)들을 순차적으로 결합시켜 타워를 완성하고, 최 하단의 타워 구조물(110)을 기초구조물(200)에 고정시킨다.

그리고, 타워 구조물(110)들의 결합이 완료되면, 도 7에 도시된 바와 같이 가설 프레임(400)을 제거한다.

이상에서와 같이 풍력발전기(100)를 이루는 타워 구조물(110)들이 내측 프레임(420)과 외측 프레임(410)으로 이루어진 가설 프레임(400)에 의해 상호 결합됨으로써, 각 타워 구조물(110)들을 결합하는 작업이 보다 안정적이고 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 풍력발전기 110 : 타워 구조물
120 : 상부 구조물 200 : 기초 구조물
300 : 연결데크 310 : 연장부
320 : 이동대차용 레일 400 : 가설 프레임
410 : 외측 프레임 420 : 내측 프레임
430 : 미끄럼 대우 500 : 리프팅 수단
510 : 프레임용 랙기어 520 : 프레임용 피니언
530 : 프레임용 유압모터 550 : 유압실린더
551 : 피스톤 560 : 제1앵커블록
561 : 제1리프팅 죠 570 : 제2앵커블록
571 : 제2리프팅 죠 580 : 케이블
600 : 횡하중 지지수단 610 : 지지판
620 : 가압용 실린더 630 : 로울러
700 : 보조 리프팅 수단 710 : 받침 플레이트
720 : 리프팅 로드 721 : 랙기어
730 : 승,하강 구동부재 731 : 피니언
732 : 유압모터

Claims (13)

1. 허브, 블레이드, 너셀 및 타워 구조물들을 순차적으로 결합시키면서 들어올려 풍력발전기를 육지 또는 해양에 설치하기 위한 풍력발전기 설치장치로서,
   육지 또는 해저에 설치되는 기초구조물;
   타워 구조물을 실은 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 타워 구조물을 상기 기초구조물의 상부로 이동시키도록 상기 기초구조물의 상부에 마련되는 연결데크;
   상기 연결데크의 상면에 수직으로 세워지는 외측 프레임과, 상기 외측 프레임의 내측에 상,하부로 이동 가능하게 설치되고, 내측에는 상기 타워 구조물들이 일시적으로 고정되도록 이루어진 내측 프레임으로 구성되는 가설 프레임;
   상기 외측 프레임에 구비되어 상기 타워 구조물이 고정되는 내측 프레임을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키기 위한 리프팅 수단을 포함하는,
   풍력발전기 설치장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내측 프레임과 상기 외측 프레임 사이에는, 상기 내측 프레임이 상,하부로 이동할 때, 상기 내측 프레임이 직선방향으로만 슬라이딩 되도록 지지하고 안내하기 위한 다수개의 미끄럼대우가 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 리프팅 수단은,
   상기 내측 프레임의 각 외측면에 길이방향으로 각각 구비되는 프레임용 랙기어; 및
   상기 프레임용 랙기어와 맞물리는 프레임용 피니언을 구비하여 상기 프레임용 랙기어가 설치되는 영역과 마주보는 상기 외측 프레임에 설치되고, 상기 프레임용 피니언을 구동시키기 위한 프레임용 유압모터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연결데크는,
   상기 연결데크의 일부가 일측 수평방향으로 연장되어 연장부가 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 연결데크와 연장부의 상면에는 이동대차용 레일이 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 내측 프레임의 상,하부에는 다수개의 횡하중 지지수단이 각각 구비되되,
   상기 횡하중 지지수단은,
   상기 내측 프레임의 내측에 위치한 타워 구조물의 각 측면에 밀착되도록 형성된 다수개의 지지판; 및
   상기 내측 프레임에 고정되고, 각 로드의 일단이 상기 지지판에 각각 연결되며, 공급되는 유압에 의해 상기 로드를 진,퇴작동시켜 상기 지지판이 상기 타워 구조물에 밀착되어 지지하도록 작동되는 각각의 가압용 실린더로 이루어는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 지지판에는 상기 내측 프레임의 승,하강시 상기 내측 프레임의 내측에 위치하는 타워 구조물에 항상 밀착되어 지지하기 위한 로울러가 구비되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 연결데크에는,
   바지선이나 선박 또는 차량으로부터 상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 내측 프레임에 의해 상부로 이송될 때, 상기 내측 프레임의 상,하부로의 이동과 연동되어 상기 타워 구조물을 상부로 들어올리기 위한 보조 리프팅수단이 구비되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 보조 리프팅수단은,
   상기 연결데크의 상면에 형성되는 관통공과 같은 형상으로 형성되는 받침 플레이트;
   상기 관통공에 관통 설치되고, 일단이 상기 받침 플레이트의 저면에 결합되는 리프팅 로드; 및
   상기 기초구조물 또는 연결데크의 저면에 구비되어 상기 리프팅 로드를 승,하강 시키기 위한 승,하강 구동부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는
   풍력발전기 설치장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 승,하강 구동부재는 감속기 및 피니언을 구비한 유압모터로 이루어지고, 상기 리프팅 로드에 형성되는 랙기어에 상기 피니언이 맞물려, 상기 유압모터의 작동시 상기 리프팅 로드를 상승시키거나 하강시키도록 된 것을 특징으로 하는,
    풍력발전기 설치장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 풍력발전기 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 방법으로서,
    a) 상기 기초구조물에 구비된 연결데크를 이용하여 블록화된 타워 구조물을 내측 프레임의 하부로 이송시킨 후, 상기 내측 프레임을 하강시켜 타워 구조물을 상기 내측 프레임에 고정하는 단계;
    b) 상기 타워 구조물이 내측 프레임에 고정되면, 상기 리프팅 수단을 작동시켜 상기 내측 프레임을 상승시키는 단계;
    c) 상기 타워 구조물이 고정된 내측 프레임이 상승하면, 두 번째 타워 구조물을 상기 내측 프레임 하부로 이송시키고, 상기 내측 프레임을 하강시켜 상기 타워 구조물과 두 번째 타워 구조물을 결합한 후, 상기 내측 프레임에서 첫 번째 타워 구조물의 고정상태를 해제하여 상기 내측 프레임을 하강시키고, 상기 내측 프레임에 두 번째 타워 구조물을 고정하는 단계;
    d) 상기 각 타워 구조물이 결합되면, 크레인을 이용하여 첫 번째 타워 구조물의 상단에 허브, 블레이드, 너셀을 결합하는 단계; 및
    e) 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계를 반복적으로 수행하여 타워 구조물들을 순차적으로 결합시켜 타워를 완성한 후, 최 하단의 타워 구조물을 상기 기초구조물에 고정시키는 단계를 포함하는,
    풍력발전기 설치방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 내측 프레임의 상승 작동에 의해 상부로 이송될 때, 상기 보조 리프팅 수단의 받침 플레이트를 상승시켜 상기 타워 구조물의 하부를 지지하는 단계; 및
    상기 승,하강 구동부재와 상기 리프팅 수단을 연동시켜 상기 내측 프레임이 상승할 때, 상기 받침 플레이트가 상기 타워 구조물을 밀어올리도록 하여 상기 내측 프레임의 상승 작동을 보조하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    풍력발전기 설치방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 내측 프레임의 내부에 타워 구조물이 위치하게 되면, 상기 가압용 실린더를 전진 작동시켜 상기 각 지지판이 타워 구조물의 외면에 밀착되면서 상기 타워 구조물의 횡방향 하중을 지지하도록 하는 단계; 및
    상기 내측 프레임의 상승 또는 하강 작동시에는 상기 각 지지판이 타워 구조물로부터 이격되도록 상기 가압용 실린더가 후진 작동하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    풍력발전기 설치방법.
    

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