KR20140085709A - 풍력발전기 및 풍력발전기 설치장치 - Google Patents

풍력발전기 및 풍력발전기 설치장치 Download PDF

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Abstract

타워의 시공 높이가 증가되는 풍력발전기 및 풍력발전기 설치장치가 개시된다.
개시되는 풍력발전기는 관 형상의 외부타워모듈과, 상기 외부타워모듈에 삽입된 상태로 상기 외부타워모듈의 상단에 이어지는 내부타워모듈로 구성되며, 상기 내부타워모듈이 상기 외부타워모듈에 삽입된 상태로 인상되어 높이가 확장되는 타워구조물; 및 상기 내부타워모듈의 상단에 설치되며, 바람에 의해 회전하는 회전블레이드를 구비하는 너셀;을 포함한다.
이러한 풍력발전기에 의하면, 타워구조물이 높이방향으로 확장가능하도록 구성되어, 풍력발전기의 시공 높이 한계에 제약을 받지 않고 초대형 풍력발전기를 구축할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

풍력발전기 및 풍력발전기 설치장치{WIND TURBINE AND INSTALLATION APPARATUS THEREOF}
본 발명은 풍력발전기 및 풍력발전기 설치장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타워의 시공 높이가 증가되는 풍력발전기 및 풍력발전기 설치장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 육상 또는 해상에 설치되어, 바람의 힘을 전기에너지로 전환하여 전력을 생산하는 장치이다.
한편, 풍력발전 기술이 진보되면서 10MW급 해상용 풍력터빈이 개발되는 단계에 이르렀다.
10MW급 해상용 풍력발전시스템은 회전블레이드의 길이가 약 190m이며, 수면에서의 풍력타워 높이가 125m인 거대한 구조물이다.
하지만 현재 해상에서 시공가능한 구조물의 최대 높이는 100m 이므로 100m 를 초과하는 높이의 풍력발전 시스템을 해상에서 시공할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 바탕으로 안출된 것으로, 해상시공의 높이한계에 구애받지 않고 설치될 수 있는 풍력발전기 및 풍력발전기의 설치장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 관 형상의 외부타워모듈과, 상기 외부타워모듈에 삽입된 상태로 상기 외부타워모듈의 상단에 이어지는 내부타워모듈로 구성되며, 상기 내부타워모듈이 상기 외부타워모듈에 삽입된 상태로 인상되어 높이가 확장되는 타워구조물; 및 상기 내부타워모듈의 상단에 설치되며, 바람에 의해 회전하는 회전블레이드를 구비하는 너셀;을 포함하는 풍력발전기를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 외부타워모듈의 상단에는 상기 외부타워모듈의 내주면을 따라 돌출된 외부플랜지가 구비되고, 상기 내부타워모듈의 하단에는 상기 내부타워모듈의 외주면을 따라 돌출된 내부플랜지가 구비되며, 상기 내부플랜지와 외부플랜지부 서로 볼트체결될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 외부플랜지에는 상기 외부타워모듈의 내측면과 상기 외부플랜지에 수직방향으로 연결되어, 상기 외부플랜지의 강도를 보강하는 스티프너가 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 내부플랜지는 상기 내부타워모듈의 하단 둘레를 따라 수평방향으로 돌출형성된 수평부와, 상기 수평부의 끝단에 하방으로 연장형성된 수직부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 내부플랜지에는 상기 수평부와 수직부에 수직방향으로 연결되어, 상기 내부플랜지의 강도를 보강하는 스티프너가 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 내부플랜지의 수직부는 상기 외부타워모듈에 볼트체결될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 외부플랜지에는 적어도 일부에 강선이 통과될 수 있는 강선 수용공간이 형성될 수 있다.
한편, 다른 일 측면으로서, 본 발명은 상기 풍력발전기의 외부타워모듈의 상단에 고정되는 고정부; 상기 고정부에 구비되는 도르래 부재; 상기 도르래 부재에 지지하며, 일단이 상기 풍력발전기의 내부타워모듈에 결속되고, 타단이 상기 외부타워모듈의 외측에서 당겨지는 강선; 및 상기 강선의 타단을 당겨 상기 내부타워모듈을 인상시키는 당김수단;을 포함하는 풍력발전기 설치장치를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 고정부는 상기 외부타워모듈의 상단에 조여지는 클램프로 구성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 타워구조물이 높이방향으로 확장가능하도록 구성되어, 풍력발전기의 시공 높이 한계에 제약을 받지 않고 초대형 풍력발전기를 구축할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전기에 포함되는 외부타워모듈의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 외부타워모듈의 평면도.
도 4는 도 1에 도시된 풍력발전기에 포함되는 내부타워모듈의 사시도.
도 5는 외부타워모듈과 내부타워모듈의 결합상세를 나타내는 측단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치의 내부타워모듈 인상 동작을 나타내는 측단면도.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기에 대해서 살펴본다. 여기서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 개략도이고, 도 2는 외부타워모듈의 사시도, 도 3은 외부타워모듈의 평면도, 도 4는 내부타워모듈의 사시도이며, 도 5는 외부타워모듈과 내부타워모듈의 결합상세를 나타내는 측단면도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 너셀(300), 회전블레이드(400), 기초구조물(200) 및 타워구조물(100)을 포함할 수 있다.
상기 너셀(300)은 내부에 발전기(미도시)를 구비하며, 후술할 타워구조물(100)의 상단에 설치될 수 있다.
또한, 상기 회전블레이드(400)는 너셀(300)의 전단에 설치되고, 풍력에 의해 회전하며, 회전력으로 너셀(300)에 구비된 발전기를 가동시킬 수 있다.
또한, 상기 기초구조물(200)은 지면 또는 해수면에 고정배치되는 구조물로서, 후술할 타워구조물(100)이 설치되는 기초를 구성할 수 있다. 이러한 기초구조물(200)은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(10)가 육상용인 경우와 해상용인 경우에 따라, 지면에 설치되는 기초부 또는 해상에 위치하는 플랫폼으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 타워구조물(100)은 외부타워모듈(110)과 내부타워모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 외부타워모듈(110)은 내부타워모듈(120)이 삽입될 수 있는 중공을 가지는 관 형상의 부재로 구성될 수 있으며, 상기 기초구조물(200) 상에 고정적으로 설치될 수 있다.
또한, 상기 내부타워모듈(120)은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 외부타워모듈(110)에 삽입될 수 있으며, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 외부타워모듈(110)에 삽입된 상태로 인상되어, 외부타워모듈(110)의 상단에 이어질 수 있다.
이와 같은 외부타워모듈(110)과 내부타워모듈(120)은 내부타워모듈(120)이 인상되어 외부타워모듈(110)에 이어짐으로써, 타워구조물(100) 전체의 높이를 확장시킬 수 있다.
일 예로서, 내부타워모듈(120)의 높이가 종래 해상시공의 높이한계에 해당하는 100m로 구성되고 외부타워모듈(110)이 25m로 구성된 경우, 내부타워모듈(120)과 외부타워모듈(110)이 이어지면 타워구조물(100) 전체의 높이는 125m로 구성될 수 있게 된다. 또한, 이와 반대로, 외부타워모듈(110)이 100m로 구성되고, 내부타워모듈이(120)이 25m로 구성될 수도 있다.
여기서, 종래 해상시공의 높이한계는 타워구조물(100)을 설치하는데 사용되는 크레인설비의 붐대 길이의 최대사양으로 결정될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 상기 일 예와 같이 해상에 시공되는 경우에 한정되는 것은 아니며, 육상에 시공되는 경우에도 그 구성에 의한 효과가 있음은 자명하다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 상기 타워구조물(100)을 구성하는 외부타워모듈(110)과 내부타워모듈(120)의 상세구조에 대해서 살펴본다.
일 실시예에서, 상기 외부타워모듈(110)의 상단에는 외부타워모듈(110)의 내주면을 따라 돌출된 외부플랜지(112)가 구비될 수 있다. 이러한 외부플랜지(112)는 후술할 내부타워모듈(120)에 구비된 내부플랜지(122)와 체결될 수 있다.
일 실시예에서, 외부플랜지(112)에는 내부플랜지(122)와의 볼트결합을 위한 복수의 볼트체결구(114)가 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 외부플랜지(112)에는 외부플랜지(112)와 외부타워모듈(110) 간의 연결강도를 보강하는 제1 스티프너(116)가 추가로 구비될 수 있다.
여기서, 제1 스티프너(116)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 외부타워모듈(110)의 내측면과 외부플랜지(112)에 수직방향으로 연결되어, 외부플랜지(112)와 외부타워모듈(110) 간의 연결강도를 보강할 수 있으며, 외부타워모듈(110)이 내주면 둘레를 따라 다수개가 등간격으로 구비될 수 있다.
그리고, 일 실시예에서, 외부플랜지(112)에는 적어도 일부에 강선(530)이 통과될 수 있는 강선 수용공간(119)이 형성될 수 있다.
이러한 강선 수용공간(119)은 도 6을 참조하여 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치(500)를 사용하여 내부플랜지(122)를 인상시킬 때 내부타워모듈(120)의 내부플랜지(122)에 결속되기 위한 강선(530)이 통과하는 통로로서 마련된다.
일 실시예에서, 강선 수용공간(119)은 외부타워모듈(110)의 내주면 둘레에 돌출되는 외부플랜지(112)가 일부구간에서 배제된 형태로 형성될 수 있다. 이로 인해, 외부플랜지(112)는 도 3에 도시된 바와 같이 외부타워모듈(110)의 내주면에서 톱니형상으로 구성될 수 있다. 다만, 강선 수용공간(119)이 형성되는 구조는 상기한 바에 한정되지 않으며, 강선(530)이 통과될 수 있는 구멍형성 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
그리고, 외부타워모듈(110)에는 외부플랜지(112)의 하측에 둘레를 따라 다수의 볼트체결구(118)가 구비될 수 있다. 이러한 외부타워모듈(110)의 둘레를 따라 구비된 볼트체결구(118)는 후술할 내부플랜지(122)의 수직부(122v)에 형성된 볼트체결구(126)에 대응한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부타워모듈(120)은 하단에 내부타워모듈(120)의 외주면을 따라 돌출된 내부플랜지(122)가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 내부플랜지(122)는 수평부(122h)와 수직부(122v)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 수평부(122h)는 내부타워모듈(120)의 하단 둘레를 따라 수평방향으로 돌출형성될 수 있고, 수직부(122v)는 수평부(122h)의 끝단에 하방으로 연장형성될 수 있다.
일 실시예에서, 수평부(122h)에는 외부타워모듈(110)의 외부플랜지(112)에 구비된 볼트체결구(114)에 대응하는 다수의 볼트체결구(125)가 구비될 수 있다.
또한, 수직부(122v)에는 외부타워모듈(110)에 구비된 볼트체결구(118)에 대응하는 다수의 볼트체결구(126)가 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 내부플랜지(122)에는 수평부(122h)와 수직부(122v)에 수직방향으로 연결되어 내부플랜지(122)의 강도를 보강하는 제2 스티프너(124)가 추가로 구비될 수 있다. 이러한 제2 스티프너(124)는 내부플랜지(122)의 둘레를 따라 다수개가 등간격으로 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 수평부(122h)에는 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치(500)의 강선(530)이 내부플랜지(122)에 결속될 수 있는 고리(127)가 구비될 수 있다. 이러한 고리(127)는 내부타워모듈(120)이 인상될 때 안정적으로 인상될 수 있도록, 내부플랜지(122)의 둘레 전체에 걸쳐 대칭되는 개수로 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성을 가지는 외부타워모듈(110)과 내부타워모듈(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 외부플랜지(112)의 저면과 내부플랜지(122)의 수평부(122h)가 접하여 볼트체결되고, 내부플랜의 수직부(122v)와 외부플랜지(112)의 내주면이 접하여 볼트체결됨으로써, 이중체결구조를 가지고 서로 견고하게 결합될 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(10)를 설치하는데 사용될 수 있는 풍력발전기 설치장치(500)에 대해서 살펴본다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치(500)는 고정부(510), 도르래 부재(520), 강선(530) 및 당김수단(540)을 포함할 수 있다.
여기서, 고정부(510)는 도 6에 도시된 바와 같이 외부타워모듈(110)의 상단에 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 고정부(510)는 외부타워모듈(110)의 상단을 파지할 수 있는 홀딩프레임(512)과 상기 홀딩프레임(512)을 가압하여 대상물에 고정시키는 가압볼트(514)로 구성된 클램프로 구성될 수 있다.
또한, 상기 도르래 부재(520)는 회전수단에 구비되어, 후술할 강선(530)에 작용하는 힘의 방향을 바꿀 수 있다.
한편, 상기 강선(530)은 도르래 부재(520)에 지지되며, 일단이 내부타워모듈(120)의 내부플랜지(122)에 결속되고, 타단이 외부타워모듈(110)의 외측에서 상기 당김수단(540)에 의해 당겨질 수 있다.
여기서, 당김수단(540)은 강선(530)의 타단을 당겨 내부타워모듈(120)을 인상시킬 수 있으며, 일 예로, 유압을 통해 강선(530)의 타단을 지면방향을 당기는 유압 잭으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치(500)는 외부타워모듈(110)의 둘레 전체에 걸쳐 대칭적인 위치에 복수개가 장착되며, 당김수단(540)을 통해 강선(530)을 당겨 내부타워모듈(120)을 인상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치(500)를 사용하여 인상된 내부타워모듈(120)은 내부플랜지(122) 및 외부플랜지(112)의 체결을 통해 외부타워모듈(110)과 결합될 수 있다.
내부타워모듈(120)과 외부타워모듈(110)의 결합 후 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 설치장치(500)는 타워구조물(100)로부터 분리될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
10 : 풍력발전기
100 : 타워구조물 110 : 외부타워모듈
112 : 외부플랜지 116 : 제1 스티프너
119 : 강선 수용공간 120 : 내부타워모듈
122 : 내부플랜지 122h : 수평부
122v : 수직부 124 : 제2 스티프너
127 : 고리
200 : 기초구조물
300 : 너셀
400 : 회전블레이드
500 : 풍력발전기 설치장치
510 : 고정부 512 : 홀딩프레임
514 : 가압볼트 520 : 도르래 부재
530 : 강선 540 : 당김수단

Claims (9)

  1. 관 형상의 외부타워모듈과, 상기 외부타워모듈에 삽입된 상태로 상기 외부타워모듈의 상단에 이어지는 내부타워모듈로 구성되며, 상기 내부타워모듈이 상기 외부타워모듈에 삽입된 상태로 인상되어 높이가 확장되는 타워구조물; 및
    상기 내부타워모듈의 상단에 설치되며, 바람에 의해 회전하는 회전블레이드를 구비하는 너셀;
    을 포함하는 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부타워모듈의 상단에는 상기 외부타워모듈의 내주면을 따라 돌출된 외부플랜지가 구비되고,
    상기 내부타워모듈의 하단에는 상기 내부타워모듈의 외주면을 따라 돌출된 내부플랜지가 구비되며,
    상기 내부플랜지와 외부플랜지부 서로 볼트체결되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부플랜지에는 상기 외부타워모듈의 내측면과 상기 외부플랜지에 수직방향으로 연결되어, 상기 외부플랜지의 강도를 보강하는 스티프너가 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 내부플랜지는,
    상기 내부타워모듈의 하단 둘레를 따라 수평방향으로 돌출형성된 수평부와,
    상기 수평부의 끝단에 하방으로 연장형성된 수직부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부플랜지에는 상기 수평부와 수직부에 수직방향으로 연결되어, 상기 내부플랜지의 강도를 보강하는 스티프너가 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 내부플랜지의 수직부는 상기 외부타워모듈에 볼트체결되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 외부플랜지에는 적어도 일부에 강선이 통과될 수 있는 강선 수용공간이 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 풍력발전기의 외부타워모듈의 상단에 고정되는 고정부;
    상기 고정부에 구비되는 도르래 부재;
    상기 도르래 부재에 지지하며, 일단이 상기 풍력발전기의 내부타워모듈에 결속되고, 타단이 상기 외부타워모듈의 외측에서 당겨지는 강선; 및
    상기 강선의 타단을 당겨 상기 내부타워모듈을 인상시키는 당김수단;
    을 포함하는 풍력발전기 설치장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 외부타워모듈의 상단에 조여지는 클램프로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기 설치장치.
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