KR20130084552A - 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;
내측에는 상기 타워 구조물들이 일시적으로 고정되도록 이루어져 상기 연결데크의 상면에 수직으로 세워지는 가설 프레임;
상기 타워 구조물을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키도록 구성되어 상기 가설 프레임의 상부 영역에 구비되는 리프팅 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 타워 구조물을 시공할 때, 타워 구조물들이 이중 가설 프레임과, 이 가설 프레임의 상부에 구비된 리프팅 수단에 의해 안정적으로 상승하여 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 해안오지 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 풍력발전 구조물은 높은 구조물과, 이 구조물의 상단에 설치되는 너셀(nucelle), 허브(hub), 블레이드(blade) 등으로 구성되는데, 높은 구조물(타워)을 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 설치장치는 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.

또한, 스트랜드 잭이 기초구조물의 상면에 설치됨으로써, 케이블이 스트랜드 빔의 상단의 로울러를 통하여 타워 구조물에 결합된 상태로 스트랜드 잭이 구동되었기 때문에 스트랜드 잭의 에너지 손실(마찰)이 발생하였고, 이로 인하여 타워 구조물을 들어 올리는 작업이 원활하지 못하였던 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 세워지고, 내측에는 상기 타워 구조물들이 일시적으로 고정되도록 이루어진 가설 프레임;

상기 타워 구조물을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키도록 구성되어 상기 가설 프레임의 상부 영역에 구비되는 리프팅 수단을 포함하는 풍력발전기 설치장치를 제공한다.

상기 연결데크는,

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

상기 리프팅 수단은,

상기 피스톤을 진.퇴 작동시키는 유압실린더;

제1리프팅 죠를 구비하여 상기 피스톤과 결합되는 제1앵커블록;

제2리프팅 죠를 구비하여 상기 유압 실린더의 타측에 고정되는 제2앵커블록; 및

상기 제1,2리프팅 죠를 관통하여 설치되고, 일단이 상기 타워 구조물에 고정되며 타단은 가설 프레임에 고정되는 케이블로 이루어지는 스트랜드 잭으로 이루어질 수 있다.

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

상기 횡하중 지지수단은,

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

상기 가설 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 이루어질 수 있다.

상기 지지판에는 상기 가설 프레임의 승,하강시 상기 가설 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 리프팅 수단에 의해 상부로 이송될 때, 상기 리프팅 수단의 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, 본원의 기술적 과제는, 전술한 풍력발전기 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 방법으로서,

a) 상기 기초구조물에 구비된 연결데크를 이용하여 블록화된 타워 구조물들 중에서 첫 번째 타워 구조물을 가설 프레임의 하부로 이송시킨 후, 상기 리프팅 수단과 타워 구조물을 연결하는 단계;

b) 상기 첫 번째 타워 구조물이 리프팅 수단에 고정되면, 상기 리프팅 수단을 작동시켜 상기 첫 번째 타워 구조물을 상승시키는 단계;

c) 상기 첫 번째 타워 구조물이 리프팅 수단에 의해 상승하면, 두 번째의 타워 구조물을 상기 가설 프레임 하부로 이송시키고, 상기 첫 번째 타워 구조물을 하강시켜 상기 두 번째의 타워 구조물과 결합한 후, 상기 리프팅 수단을 두 번째 타워 구조물에 결합하는 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.

이때, 상기 b) 단계는,

상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 리프팅 수단의 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 타워 구조물이 상승할 때, 상기 받침 플레이트가 상기 타워 구조물을 밀어올리도록 하여 상기 타워 구조물의 상승 작동을 보조하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 b) 단계는,

상기 가설 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 타워 구조물의 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 프레임과, 이 가설 프레임의 상부에 구비된 리프팅 수단에 의해 안정적으로 상승하여 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 가설 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 수단을 도시한 일부확대도이다.
도 5은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치를 도시한 개략적 측면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치의 횡하중 지지수단의 다른 실시 예를 도시한 개략적 측면도이다.
도 7a,7b,7c,7d는 풍력발전기의 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 과정을 설명하기 위한 측면도이다.
도 8은 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 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치를 도시한 측면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 리프팅 수단의 일 실시 예를 도시한 일부확대도이고, 도 5은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치를 도시한 개략적 측면도이다. 그리고, 도 6은 도 2에 도시된 풍력발전기의 설치장치의 횡하중 지지수단의 다른 실시 예를 도시한 개략적 측면도이다.

도 2 내지 도 6에 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, 연결데크(300)로 이송된 타워 구조물(110)을 지지하도록 연결데크(300)의 상부에 구비되는 가설 프레임(400)과, 가설 프레임(400)의 상부에 구비되어 타워 구조물(110)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 타워 구조물(110)을 들어 올리고 지지하기 위한 것으로, 연결데크(300)의 상면에 수직으로 세워진다. 이러한 가설 프레임(400)은 충분한 역학적 강성을 갖도록 철골구조물로 이루어지고, 내부에 공간을 구비한 사각 기둥 형태를 갖는다. 이와 같은 가설 프레임(400)은 타워 구조물(110)이 모두 설치된 후에는 철거되는 구조물이다.

리프팅 수단(500)은 가설 프레임(400)의 내측 하부로 이송된 타워 구조물(110)들을 순차적으로 상부로 들어올리기 위한 것으로, 본 실시 예에 따른 리프팅 수단(500)은 다수개의 스트랜드 잭으로 이루어진 것을 기준으로 설명하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 다양한 구성의 랙과 피니언 장치, 유압잭장치 등이 적용될 수 있다.

본 실시 예에 따른 스트랜드 잭은, 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(551)을 진.퇴 작동시키도록 구성된 유압실린더(550)와, 제1리프팅 죠(561)을 구비하여 피스톤(551)과 결합되는 제1앵커블록(560)과, 제2리프팅 죠(571)을 구비하여 유압 실린더(550)의 타측에 고정되는 제2앵커블록(570)과, 제1,2리프팅 죠(561,571)을 관통하여 설치되고, 일단이 타워 구조물(110)에 고정되며 타단은 가설 프레임(400)에 고정되는 케이블(580)로 이루어지는 것이다.

리프팅 수단(500)으로서의 스트랜드 잭은 유압실린더(550)의 작동에 의해 피스톤(551)이 진퇴 작동함에 따라 테이퍼진 제1,2리프팅 죠(561,571)가 케이블(580)을 당기고 고정하는 작동을 반복하면서 케이블(580)를 일방향으로 당켜 타워 구조물(110)을 상승시키게 되는 것이다. 이러한 스트랜드 잭은 가설 프레임(400)의 상단에 설치되어 타워 구조물(110)을 직접들어 올릴 수 있도록 구성됨으로써 마찰손실 없이 타워 구조물(110)을 들어 올릴 수 있게 된다.

한편, 가설 프레임(400)의 상,하부에는 다수개의 횡하중 지지수단(600)이 각각 구비된다. 이 횡하중 지지수단(600)은 가설 프레임(400)의 내측에 위치하는 타워 구조물(110)이 수직 상태를 유지하도록 선택적으로 고정하여 타워 구조물(110)에 작용하는 순간적인 횡하중(풍력)을 지지하기 위한 것이다. 이러한 횡하중 지지수단(600)은 가설 프레임(400)의 내측에 위치한 타워 구조물(110)의 각 측면에 밀착되도록 형성된 다수개의 지지판(610)과, 가설 프레임(400)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 가설 프레임(400)의 상부에 설치된 리프팅 수단(500)의 작동에 의한 타워 구조물(110)의 상승과 일시 하강시에는 지지판(610)이 이격되도록 작동되고, 상승정지 또는 하강정지시에는 지지판(610)이 타워 구조물(110)에 밀착되도록 작동된다.

그리고, 지지판(10)에는 타워 구조물(110)의 승,하강시 가설 프레임(400)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 항상 지지할 수 있게 된다.

한편, 연결데크(300)에는 바지선이나 선박 또는 차량으로부터 연결데크(300)로 이송된 타워 구조물(110)이 리프팅 수단(500)의 상승 작동에 의해 상부로 이송될 때, 타워 구조물(110)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 7a에 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 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, 리프팅 수단(500)의 각 케이블(580) 일단을 타워 구조물(110)에 각각 견고하게 고정한다. 이때, 횡하중 지지수단(600)의 가압용 실린더(620)는 수축 작동하여 지지판(610)이 타워 구조물(110)로부터 이격되도록 한다.

그러나, 각 케이블(580)을 타워 구조물(110)에 고정하는 동안 횡하중 지지수단(600)의 가압용 실린더(620)를 각각 작동시켜 각각의 지지판(610)이 타워 구조물(110)의 외주면을 가압하여 지지하도록 할 수도 있다.

이 과정으로 첫 번째로 이송된 타워 구조물(110)은 가설 프레임(400)의 내측에 위치한 상태에서 스트랜드 잭의 각 케이블(580)과 견고하게 결합된다.

이어서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 타워 구조물(110)이 가설 프레임(400)에 내측에서 각 리프팅 수단(500)의 각 케이블(580)과 결합되면, 리프팅 수단(500)의 유압실린더(550)를 작동시킨다. 유압실린더(550)를 작동시키게 되면, 피스톤(551)이 진,퇴 작동을 하게 되어 제1앵커블록(560)를 왕복운동시키게 된다. 제1앵커블록(560)이 왕복운동을 하게 됨에 따라 제1,2리프팅 죠(561,571)는 케이블(580)을 당기고 고정하는 작동을 하게 된다. 즉, 제1앵커블록(560)이 피스톤(551)에 의해 전진하면, 제1리프팅 죠(561)가 케이블(580)을 고정하지 않은 상태로 전진하고, 제1앵커블록(560)이 피스톤(551)에 의해 후진하면, 제1리프팅 죠(561)가 케이블(580)을 고정한 상태로 제1앵커블록(560)과 함께 후진하면서 케이블(580)을 당기게 되는 것이다. 이 작동에 따라 제2리프팅 죠(571)도 제1리트팅 죠(561)와 함께 케이블(580)을 당기고 고정하는 작동을 하게 되는 것이다.

이와 같이 각 스트랜드 잭의 반복적 작동에 의해 각 케이블(580)에 고정된 타워 구조물(110)은 상승하게 된다.

한편, 연결데크(300)로 이송된 타워 구조물(110)이 리프팅 수단(500)에 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, 리프팅 수단(500)과 보조 리프팅 수단(700)이 연동됨으로써 타워 구조물(110)이 리프팅 수단(500)에 의해 상승할 때, 보조 리프팅 수단(700)도 작동되어 받침 플레이트(710)가 타워 구조물(110)을 밀어올리도록 하여 타워 구조물(110)의 상승을 보조하도록 한다. 이와 같이 보조 리프팅 수단(700)이 리프팅 수단(500)을 보조하게 되므로 고중량의 타워 구조물(110)의 상승 작동은 원활하게 이루어질 수 있다.

이어서, 타워 구조물(110)이 상승하면, 도 7c에 도시된 바와 같이, 다음의 타워 구조물(110), 즉 두 번째의 타워 구조물(110)을 전술한 과정으로 가설 프레임(400)의 하부로 이송시킨다. 그리고, 리프팅 수단(500)을 작동시켜 첫 번째 타워 구조물(110)을 하강시켜 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, 각 케이블(580)을 첫 번째 타워 구조물(110)에서 고정 해제하고, 횡하중 지지수단(600)을 후진 작동시켜 지지판(610)이 첫 번째 타워 구조물(110)로부터 이격되도록 한다.

이어서, 첫 번째 타워 구조물(110)과 두 번째 타워 구조물(110)이 결합되면, 도 7d에 도시된 바와 같이 크레인을 이용하여 첫 번째 타워 구조물(110)의 상단에 허브, 블레이드, 너셀과 같은 상부 구조물(120)을 결합한다. 이때, 상부 구조물(120)은 세번째의 타워 구조물이 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, 반드시 횡하중 지지수단(600)을 작동시켜 지지판(610)이 타워 구조물(110)을 가압하여 횡 하중을 지지하도록 한다.

이어서, 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 8에 도시된 바와 같이 가설 프레임(400)을 제거한다.

이상에서와 같이 풍력발전기(100)를 이루는 타워 구조물(110)들이 가설 프레임(400)에 의해 상호 수직 방향으로 결합됨으로써, 각 타워 구조물(110)들을 결합하는 작업이 보다 안정적이고 용이하게 이루어질 수 있게 되고, 스트랜드 잭으로 이루어진 리프팅 수단(500)이 가설 프레임(400)의 상부에 각각 설치되므로, 리프팅 수단(500)은 마찰 손실이 없이 원활하게 리프팅 작동을 하게 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
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 (12)

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;
   내측에는 상기 타워 구조물들이 일시적으로 고정되도록 이루어져 상기 연결데크의 상면에 수직으로 세워지는 가설 프레임;
   상기 타워 구조물을 상향으로 들어올려 이동시키고, 다시 하강시키도록 구성되어 상기 가설 프레임의 상부 영역에 구비되는 리프팅 수단을 포함하는,
   풍력발전기 설치장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 리프팅 수단은,
   상기 피스톤을 진.퇴 작동시키는 유압실린더;
   제1리프팅 죠를 구비하여 상기 피스톤과 결합되는 제1앵커블록;
   제2리프팅 죠를 구비하여 상기 유압 실린더의 타측에 고정되는 제2앵커블록; 및
   상기 제1,2리프팅 죠를 관통하여 설치되고, 일단이 상기 타워 구조물에 고정되며 타단은 상기 가설 프레임의 상단에 고정되는 케이블로 이루어지는 스트랜드 잭을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가설 프레임의 상,하부에는 다수개의 횡하중 지지수단이 각각 구비되되,
   상기 횡하중 지지수단은,
   상기 가설 프레임의 내측에 위치한 타워 구조물의 각 측면에 밀착되도록 형성된 다수개의 지지판; 및
   상기 가설 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 포함하는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 지지판에는 상기 가설 프레임의 승,하강시 상기 가설 프레임의 내측에 위치하는 타워 구조물에 항상 밀착되어 지지하기 위한 로울러가 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 연결데크는,
   상기 연결데크의 일부가 일측 수평방향으로 연장되어 연장부가 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 연결데크와 연결부의 상면에는 이동대차용 레일이 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 연결데크에는,
   바지선이나 선박 또는 차량으로부터 상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 리프팅 수단에 의해 상부로 이송될 때, 상기 리프팅 수단의 상,하부로의 이동과 연동되어 상기 타워 구조물을 상부로 들어올리기 위한 보조 리프팅수단이 마련되는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 보조 리프팅 수단은,
   상기 연결데크의 상면에 형성되는 관통공;
   상기 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 포함하는 것을 특징으로 하는,
   풍력발전기 설치장치.
9. 제7항에 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.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 풍력발전기 설치장치를 이용하여 풍력발전기를 설치하는 방법으로서,
    a) 상기 기초구조물에 구비된 연결데크를 이용하여 블록화된 타워 구조물들 중에서 첫 번째 타워 구조물을 가설 프레임의 하부로 이송시킨 후, 상기 리프팅 수단과 타워 구조물을 연결하는 단계;
    b) 상기 첫 번째 타워 구조물이 리프팅 수단에 고정되면, 상기 리프팅 수단을 작동시켜 상기 첫 번째 타워 구조물을 상승시키는 단계;
    c) 상기 첫 번째 타워 구조물이 리프팅 수단에 의해 상승하면, 두 번째의 타워 구조물을 상기 가설 프레임 하부로 이송시키고, 상기 첫 번째 타워 구조물을 하강시켜 상기 두 번째의 타워 구조물과 결합한 후, 상기 리프팅 수단을 두 번째 타워 구조물에 결합하는 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.
11. 제10항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 연결데크로 이송된 타워 구조물이 상기 리프팅 수단의 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 타워 구조물이 상승할 때, 상기 받침 플레이트가 상기 타워 구조물을 밀어올리도록 하여 상기 타워 구조물의 상승 작동을 보조하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    풍력발전기 설치방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 가설 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 타워 구조물의 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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