KR20140127813A - 고중량 승강용 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20140127813A
KR20140127813A KR1020147021560A KR20147021560A KR20140127813A KR 20140127813 A KR20140127813 A KR 20140127813A KR 1020147021560 A KR1020147021560 A KR 1020147021560A KR 20147021560 A KR20147021560 A KR 20147021560A KR 20140127813 A KR20140127813 A KR 20140127813A
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tower
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boom
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KR1020147021560A
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장 마리 로랑
가이 러셀
발터 알트하우스
막스 에른스트 메이어
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파우에스엘 인터나치오날 아게
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Abstract

풍력 터빈의 발전기 유니트(46)와 같은 고중량 중량물을 풍력 터빈 타워(1) 상으로 승강시키기 위한 크레인 장치 및 방법이 설명된다. 상기 크레인은 상기 타워의 상부에 부착된 케이블(3)들을 따라 상승되도록 설계되고, 상기 크레인에는 주된 승강 작업에 필요한 승강 기어(31) 및 케이블(45)들이 구비된다. 상기 크레인은 한 쌍의 집-프레임(20)들 및 붐 아암들(26, 27)을 포함하는데, 상기 붐 아암들은 승강 동안에는 위축되되, 상기 크레인이 타워(1)의 상부에 장착된 다음에 피봇가능한 중량물 지탱 위치로 전개될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고중량 승강을 위하여 유압식 스트랜드 잭(31)들 및 고중량 스트랜드(45)들이 이용된다. 준비 단계에서는, 집-프레임(20)들이 고정될 중량물 지탱 브라켓 조립체(13, 14)가 끌어 올려져서 상기 타워(1)의 상부에 장착된다. 일단 상기 승강 작업이 완료되면, 상기 크레인 조립체와 브라켓 조립체(13, 14)가 상기 타워(1)로부터 하강되고 현장으로부터 제거된다.

Description

고중량 승강용 장치 및 방법{Heavy lifting apparatus and method}
본 발명은 높은 구조물에서 고중량 중량물을 승강시키는 분야에 관한 것이고, 특히 풍력 터빈 타워의 상부와 지면 레벨 사이에서 풍력 터빈 발전기 유니트들, 로터들, 및/또는 블레이드들을 승강시키는 분야에 관한 것이지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
풍력 터빈 타워의 높이는 지속적으로 증가하고, 풍력 터빈 타워의 상부에 설치되어야 하는 발전기 유니트들의 크기 및 중량도 그에 따라 증가한다. 타워 높이 150m 또는 200m, 500 또는 600 톤 이상으로 무거울 수 있는 발전기 유니트들이 고려되고 있는데, 미래의 풍력 발전기는 더 높은 타워 및/또는 더 무거운 발전기 유니트를 필요할 것으로 예상된다. 그러한 높이와 중량은 종래의 크레인의 능력 밖에 있으므로, 그러한 타워의 상부에 고중량 중량물들을 승강시키기 위한 새로운 방안이 필요하다.
국제 특허출원의 공보 WO 97/21621호(타이몬 코포레이션(Tymon Corporation))에는 타워의 상부에 호이스트(hoist)될 수 있는 피봇가능한 크레인 장치가 제안되어 있는데, 그것은 발전기 유니트를 승강시키기 위해 이용될 수 있다. 이와 같은 종래 기술의 크레인은 타워에 걸터앉게(straddling) 배치된 두 개의 집-프레임(jib-frame)들로서 구성되는데, 이들은 상기 타워의 기저부에 있는 윈치(winch)에 의하여 제 위치로 상승되고, 상기 상부로부터 소정 거리를 두고 상기 타워에 부착된 피봇축에 장착된다. 유사하게, 상기 발전기 유니트의 승강은 상기 타워의 기저부에 있는 윈치에 의해 수행된다. 발전기 승강용 장비의 기계적 장점을 개선하기 위하여, 기술되어 있는 단순한 풀리 장치(pulley arrangement) 대신에 블록-앤-태클(block-and-tackle)을 이용할 것이 제안된다. 상기 타워 상에 발전기 유니트를 배치시킴은, 지상에 있는 윈치들 및 케이블들을 재차 이용하여 상기 집 부재(jib member)들을 피봇시킴에 의해 수행된다.
위와 같은 종래 기술의 고중량 승강 장치는 상대적으로 복잡하고, 윈치, 특히 발전기를 승강시키기 위하여 이용되는 하울링 윈치(hauling winch)를 고정시키기 위한 견고한 기초부(sturdy foundation)를 필요로 한다. 또한, 그러한 장치는 타워 구조물에서 일시적으로 큰 부하를 발생시킬 수도 있는데, 이것은 주요한 구조적 설계 요건들을 상기 타워에 부여할 수 있다. 또한 종래 기술의 방법은 지상과 타워에 있는 인력들로 이루어진 팀, 그리고/또는 타워와 지상 간의 교신을 위한 신뢰성있는 원격 제어 시스템을 필요로 한다. 또한, 종래 기술의 시스템은, 승강될 수 있는 중량물의 무게에 있어서 현격히 제한된다. 풀리 또는 블록-앤-태클 장치는, 강도를 잃지 않으면서 인장력을 받는 채로 풀리 둘레로 굽혀질 수 있는 상대적으로 유연한 로프들과만 함께 이용될 수 있는데, 이것와 같은 제한사항은 종래 기술의 승강 시스템의 중량물 지탱 능력을 제한한다. 이와 같은 제한사항은 승강되어야 하는 주 중량물(main load)의 무게에만 적용되는 것이 아니라, 로프들 및 풀리들을 이용해서 윈치에 의해 타워로 상승되는 크레인 자체의 무게에도 적용된다.
본 발명은 종래 기술에 비하여 개선된 고중량 승강용 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 종래 기술의 고중량 승강 장치 및 방법에 있어서의 전술된 단점들과 다른 단점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 중량물(load)을 타워(tower)의 기저 영역(base region)으로부터 타워의 고도 영역(elevated region)으로 승강시키기 위한 크레인 장치(crane apparatus)를 제공하는바, 상기 크레인 장치는:
타워의 고도 영역에 지지되어 있는 적어도 하나의 크레인 승강 케이블(crane-lifting cable)들을 이용해서 크레인 장치를 상기 타워 상의 크레인 장착 위치(crane mounting position)로 승강시키기 위한 크레인 승강 수단(crane-lifting means);
상기 타워의 고도 영역으로부터 외향으로 변위되는 두 개의 붐 아암(boom arm)들로서, 각 붐 아암의 원위 영역(distal region)에는 적어도 하나의 중량물 승강 케이블(load-lifting cable)들을 지지하기 위한 케이블 지지 수단(cable supporting means)이 제공되어 있는, 두 개의 붐 아암들;
상기 크레인 장치의 크레인 장착 위치로의 상기 승강 동안에 상기 타워의 양 측부에 상기 붐 아암들이 배치될 수 있도록, 그리고/또는 상기 중량물의 승강 동안에 중량물의 양 측부에 붐 아암들이 배치될 수 있도록, 붐 아암들을 지지하기 위한 붐 지지 프레임(boom support frame); 및
상기 붐 아암들 중 하나 또는 둘 다의 원위 영역에 지지되는 중량물 승강 수단(load-lifting means)으로서, 적어도 하나의 중량물 승강 케이블을 이용하여 상기 중량물을 상기 고도 영역으로 승강시키는 중량물 승강 수단;을 포함한다.
크레인 승강 수단을 크레인 장치 자체 안에 포함시킴으로써, 예를 들어 지상 높이로부터 작동되는 윈치 및 긴 케이블들을 필요로 하지 않고, 상기 크레인이 크레인 설치 지점까지 상기 타워 위로 승강됨이 가능하게 된다. 상기 크레인 장치의 붐 아암들 상에 중량물 승강 수단을 제공함으로써, 주 중량물 승강 작업도 유사하게 지상 높이로부터 작동되는 윈치와 긴 케이블들을 필요로 하지 않고서 수행될 수 있게 된다. 따라서, 상기 크레인은 타워의 기저부에서 조립될 수 있으며, 자율적으로 타워의 상부까지 자신을 승강시킬 수 있는데, 상기 상부에서는 지상 높이로부터의 별다른 개입 없이 크레인이 장착 및 전개될 수 있으며, 또한 지상 높이로부터의 별다른 개입 없이 중량물 승강 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 크레인 장치는 지상 높이의 인력 및 장비에 대해 보다 독립적으로 작동할 수 있으며, 이것은 곧 크레인 장치의 전개가 타워의 높이에 대해 실질적으로 무관하게 수행될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 변형예에 따르면, 상기 중량물 승강 수단은 중량물 승강 케이블들에 대해 당김 작용을 가하도록 배치된 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭(first strand jack)을 포함할 수 있고, 그리고/또는 상기 크레인 승강 수단은 크레인 승강 케이블들에 대해 당김 작용을 가하도록 배치된 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭(second strand jack)을 포함할 수 있다. 스트랜드 잭은 그 자신의 크기 및 무게에 비하여 매우 높은 중량물 승강 능력을 가지고 있으므로, 스트랜드 잭을 이용함으로써 크레인 장치의 전체적인 무게가 최소로 유지됨이 가능하게 되거나 크레인 장치의 전체적인 승간 능력이 최대화된다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 붐 지지 프레임은 상기 붐 아암들을 위축 상태(retracted state)와 전개 상태(deployed state) 사이에서 상기 붐 지지 프레임에 대해 상대적으로 변위시키기 위한 붐 변위 수단(boom displacement means)을 포함한다. 이와 같은 방식으로, 상기 크레인 장치의 치수를 감소시키기 위하여, 상대적으로 긴 붐 아암들이 승강 중에 안전하게 위축된 채로 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 크레인 장치의 상기 승강 동안에 상기 붐 아암들이 위축 상태에 있을 때에 상기 크레인 장치의 무게 중심이 상기 크레인 승강 케이블들 상의 상기 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭의 작용점 아래에 있게 되도록, 상기 붐 아암들, 상기 붐 지지 프레임, 및 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭이 상호 간에 배치된다. 이것은, 크레인 장치가 상기 타워 위로 또는 아래로 이동하는 때에 상기 크레인 장치를 안정화시키는데에 도움을 준다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 붐 지지 프레임은, 상기 중량물의 승강 및/또는 상기 고도 영역에서의 중량물의 설치 동안에 상기 붐 아암들을 상기 붐 지지 프레임에 대해 상대적으로 피봇시키기 위한 붐 아암 피봇 수단(boom arm pivot means)을 포함한다. 이것은, 중량물이 상기 타워를 향하여 내향으로 이동되거나 또는 타워로부터 외향으로 이동되는 때에, 종래 기술의 크레인 장치에서 필요하였던 것과 같이 크레인 장치 전체를 피봇시키는 대신에 상기 붐을 상기 붐 지지 프레임에 대해 피봇시킴으로써, 상기 크레인 장치의 프레임이 상기 타워의 상부에서 실질적으로 정적인 위치에 안정적으로 유지됨을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 붐 지지 프레임은 적어도 하나의 횡단부재(cross-member)에 의하여 연계된 두 개의 집-프레임(jib-frame)들을 포함하고, 상기 횡단 부재 또는 각각의 횡단부재와 상기 집-프레임들은, 타워의 양 측부에 하나의 집-프레임이 배치되어 상기 크레인 장치가 상기 타워에 걸터앉게(straddling) 조립될 수 있도록 구성된다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 붐 지지 프레임은, 크레인 장치가 상기 타워의 위 또는 아래로 이동함에 따라서 상기 두 개의 집-프레임들 사이의 이격 거리(separation distance)가 달라지도록 하기 위한 이격도 조정 수단(separation adjusting means)을 포함한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 붐 아암들 중 하나 또는 둘 다, 그리고/또는 상기 붐 지지 프레임은, 상기 중량물 승강 수단 또는 각각의 중량물 승강 수단으로부터의 인장력을 받지 않는 상태에서 상기 고중량 승강 케이블 또는 각각의 고중량 승강 케이블, 또는 상기 고중량 승강 케이블 또는 각각의 고중량 승강 케이블의 일부를 저장하기 위한 적어도 하나의 중량물 승강 케이블 권취 수단(load-lifting cable take-up means)을 포함한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 붐 지지 프레임은, 붐 지지 프레임이 피봇됨에 있어 중심이 되는 제1 피봇축(first pivot axis)을 형성하도록 상기 타워의 크레인 장착점(crane mounting point)에 제공되는 타워 피봇 수단(tower pivot means)과 맞물리는 프레임 피봇 수단(frame pivot means)을 포함하고, 상기 크레인 장치는, 상기 붐 지지 프레임이 상기 제1 피봇축을 중심으로 피봇됨을 유발하기 위한 적어도 하나의 피봇 액츄에이터(pivot actuator)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 제1 스트랜드 잭 또는 각각의 제1 스트랜드 잭은 붐 아암들 중 하나의 원위 영역에 고정되고, 고중량 승강 케이블(heavy lifting cable)들은 상기 제1 스트랜드 잭 또는 각각의 제1 스트랜드 잭의 당김 작용에 의하여 상기 붐 지지 프레임에 대해 수직으로 변위될 수 있어서, 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭을 이용해서 상기 중량물 승강 케이블들을 당겨 올림에 의하여 중량물이 상승되거나 또는 상기 중량물 승강 케이블들을 하강시킴에 의하여 중량물이 하강될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭 중 적어도 하나는 상기 중량물에 고정가능한 클라이밍 잭(climbing jack)으로서 구성되어, 상기 중량물은 상기 고중량 승강 케이블들을 타고 오르거나 내려가는 상기 적어도 하나의 클라이밍 잭에 의해서 승강될 수 있다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 크레인 장치는 중량물의 무게에 대해 균형을 잡기 위한 중량물 균형 수단(load counterbalancing means)을 포함하고, 상기 중량물 균형 수단은 상기 타워의 기저 영역 또는 하측 영역과 상기 크레인 장치의 후방 영역 사이에서 당김의 힘을 가하도록 배치되며, 상기 후방 영역은 상기 타워을 중심으로 볼 때 승강되는 중량물의 반대측에 있는 크레인 장치의 영역에 해당된다.
또한, 본 발명에 따른 타워의 고도 영역에 중량물을 승강시키는 방법이 제공되는바, 중량물 승강 방법은:
크레인 장치가 상기 타워 상의 크레인 장착 위치로 상승되는 크레인 승강 단계로서, 상기 크레인 장치는 붐 지지 수단(boom support means)과 두 개의 붐 아암들을 포함하고, 상기 붐 아암들 중 하나 또는 둘 다의 원위 단부(distal end)에는 중량물 승강 수단이 제공되며, 상기 크레인 장치는 크레인 승강 단계 동안에 중량물 승강 케이블들을 지지하기 위한 중량물 승강 케이블 지지 수단(load-lifting cable support means)을 더 포함하고, 상기 크레인 승강 단계는 상기 타워의 상측 영역에 지지되는 크레인 승강 케이블들에 작용하는 상기 크레인 장치의 크레인 승강 수단을 이용하여 수행되는, 크레인 승강 단계;
상기 타워의 크레인 장착 위치에 크레인 장치가 장착되는 장착 단계;
상기 붐 아암들이 상기 붐 지지 프레임에 대해서, 상기 붐 지지 프레임에 대한 위축 상태로부터 전개 상태로 변위되는, 붐 아암 전개 단계; 및
상기 중량물 승강 수단의 이용에 의하여 상기 중량물이 승강되는, 중량물 승강 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 중량물 승강 방법은 상기 크레인 승강 단계 이전에 수행되는 타워 준비 단계를 포함할 수 있고, 여기에서 브라켓 조립체(bracket assembly)는 상기 타워의 고도 영역에 장착되며, 상기 브라켓 조립체는 상기 크레인 승강 단계 동안에 크레인 승강 케이블들을 지지하기 위한 크레인 승강 케이블 지지 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 크레인 장치의 다른 변형예에 따르면, 상기 중량물 승강 단계는 상기 중량물 승강 케이블들을 당기기 위하여 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭을 이용함을 포함할 수 있고, 그리고/또는 상기 크레인 승강 단계가 상기 크레인 승강 케이블들을 당기기 위하여 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭을 이용함을 포함할 수 있다.
이하에서는 하기 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1 에는 풍력 터빈(wind-turbine)용 타워의 사시도와, 본 발명에 따른 고중량 승강 방법의 준비 단계(preparation stage)가 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b 에는 도 1 에 도시된 타워의 상부 및 기저부 각각을 보다 상세하게 나타내는 확대사시도들이 도시되어 있다.
도 3a 및 도 3b 에는 크레인 승강 단계를 위해 준비된, 준비 단계가 완료된 풍력 터빈 타워의 측면도와 전면도가 각각 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c 에는 도 3a 및 도 3b 에 도시된 타워의 상부를 확대하여 나타내는 측면도, 전면도, 및 평면도가 각각 도시되어 있다.
도 5 에는 본 발명에 따른 크레인 장치가 타워의 기저부에서 어떻게 전달 및 조립되는지를 개략적으로 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
도 6 에는 도 5 의 크레인 장치가 조립된 상태에서 크레인 승강 단계를 위해 어떻게 준비되는지를 개략적으로 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
도 7 에는 크레인 설치 단계를 위하여 준비된, 조립된 크레인 장치 및 타워를 개략적으로 나타내는 전면도가 도시되어 있다.
도 8 및 도 9 에는 도 7 에 도시된 크레인 장치의 측면도 및 평면도가 각각 도시되어 있다.
도 10 에는 크레인 설치 단계의 시작시의 모습으로서, 도 6 의 크레인 장치의 사시도가 도시되어 있다.
도 11 에는 크레인 설치 단계가 완료된 때의 모습으로서, 도 6 및 도 10 의 크레인 장치 및 타워의 사시도가 도시되어 있다.
도 12 및 도 13 에는 도 11 에 도시된 크레인 장치의 측면도 및 평면도가 각각 도시되어 있다.
도 14 에는 도 11 에 도시된 크레인 장치의 확대도가 도시되어 있다.
도 15 및 도 16 에는 타워의 상부에서의 크레인 장치의 제1 피봇 작동(first pivoting operation)이 측면도와 사시도 각각으로서 도시되어 있다.
도 17 에는 크레인 장치의 붐 아암 전개 작동(boom arm deployment operation)이 사시도로서 도시되어 있다.
도 18 에는 크레인 장치의 붐 아암들의 제2 피봇 작동(second pivoting operation)이 평면도로서 도시되어 있다.
도 19 및 도 20 에는 본 발명에 따른 방법의 주 중량물 승강 단계(main load-lifting stage)가 측면도로서 도시되어 있다.
도 21 에는 타워의 상부에 설치될 중량물의 회전과 크레인 장치의 확대된 상세 모습이 사시도로서 도시되어 있다.
도 22 에는 도 21 에 도시된 붐 아암들의 제3 피봇 작동(third pivoting operation)이 사시도로서 도시되어 있다.
도 23 내지 도 26 에는 본 발명에 따른 방법의 추가적 중량물 승강 단계가 측면도로서 도시되어 있다.
아래에서는 도 1 내지 도 25 을 참조하여 본 발명의 크레인 장치 및 승강 방법이 상세히 설명된다. 상기 도면들은 예시의 목적을 위하여 제공된 것이고, 따라서 상기 도면들은 본 발명이 어떻게 구현될 수 있는지에 대한 예를 나타내기 위한 의도로 제공된 것일 뿐이라는 점에 유의해야 할 것이다. 상기 도면들은 본원의 청구범위에 기재되어 있는 보호범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 상이한 도면들에 기재된 동일한 참조번호들은 동일한 특징부들을 지칭하기 위한 의도로 사용된 것이다.
전술된 바와 같이, 도 1 내지 도 26 에는 본 발명에 따른 방법 및 장치의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도시된 기술은 본질적으로 5개의 주된 단계들, 즉:
(보통 수 톤의 무게를 갖는) 상대적으로 가벼운 브라켓 조립체가 타워의 상부에 설치되는, 준비 단계(도 1 내지 도 4);
(승강될 중량물의 무게에 따라서, 보통 수십 톤의 무게를 갖는) 크레인 장치가 타워의 기저부 주위에 조립되는, 크레인 조립 단계(도 5 내지 도 6);
상기 브라켓 조립체에 부착되어 있는 케이블들을 이용하여 상기 조립된 크레인 장치가 타워를 향해 상승되는, 크레인 승강 단계(도 7 내지 도 14);
상기 크레인 장치의 다양한 부품들이 상기 중량물의 승강 준비를 위해 전개되는 크레인 장치 전개 단계(도 15 내지 도 18);
(보통 400 톤의 무게를 갖는) 발전기 유니트를 상기 타워의 상부에 설치하기 위해서 승강시키는데에 크레인 장치가 이용되는 중량물 승강 단계(도 19 내지 도 26);를 포함한다. 추가적 중량물 승강 단계로서, 예를 들어 터빈 블레이드(turbine blade)를 승강시키는 단계가 포함될 수 있다.
여기에서 설명된 단계들은, 크레인 및 중량물을 타워의 상부로부터 하강시키기 위해서 역으로 수행될 수도 있다는 점이 이해될 것이다. 따라서, "승강"이라는 용어는 "상승" 또는 "하강"의 의미로서 이해되어야 한다.
여기에서 설명되는 실시예는 예시로서만 제공되는 것이고, 본 발명의 방법 및 장치는 다른 방식으로 구현될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 기술은 터빈 발전기를 타워의 상부로 승강시키는 것에 대해 설명하고 있으나, 그 방법은 임의의 높은 구조물 상에 있는 고도 영역에 임의의 대형 중량물을 승강시키기 위해서 이용될 수도 있다. 상기 타워는 통상적으로 강화 콘크리트 구조물일 수 있지만, 금속 또는 복합 재료와 같은 다른 재료로 구성될 수도 있다.
여기에서 사용되는 "케이블"이라는 용어는, 예를 들어 수백톤의 무게를 갖는 풍력 터빈 발전기 유니트와 같은 고중량 중량물을 승강시키기 위하여 이용될 수 있는, 로프(rope), 와이어(wire), 스트랜드(strand), 또는 스트랜드들의 번들(bundle)과 같은 임의의 길고 강한 요소를 지칭한다.
준비 단계
도 1 및 확대도인 도 2a 에는 상부에 일 세트의 부착점(51)들이 구비되어 있는 타워가 도시되어 있다. 그러한 부착점(51)들은, 예를 들어 수 톤 이하의 무게를 갖는 상대적으로 가벼운 부품들을 승강하기에 적합한 저중량 승강 케이블(light-lifting cable; 9)들을 부착 또는 지지하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어 타워의 기저부 또는 타워의 상부에 장착되는 윈치(미도시)는, 저중량 승강 케이블들 각각을 당겨 올리거나 아래로 하강시킴에 의하여 장비를 승강 또는 하강시키는데에 이용될 수 있다.
도 1 및 확대도인 도 2b 에는, 저중량 승강 케이블(9)들을 이용하여 타워(1) 위로 승강되고 있는 브라켓 조립체의 요소들(13, 14)이 도시되어 있다. 상기 브라켓 조립체에 대하여는 도 4a 내지 도 4c 를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
상기 브라켓 조립체의 중량물 지탱 요소(13)들은, 크레인 승강 케이블(3)들이 부착되어 있는 상태로 도시되어 있다. 상기 중량물 지탱 요소들이 타워(1) 위로 상승됨에 따라서, 상기 크레인 승강 케이블(3)들이 릴(reel; 39)들로부터 권취해제(풀림)(unwound)될 수 있다.
도 2b 에는, 타워(1)의 상부에서 함께 브라켓 조립체를 형성하도록 조립될 수 있는 커넥팅 스프레더 빔(connecting spreader beam; 14)과 두 개의 중량물 지탱 브라켓 요소(load-bearing bracket element; 13)들이 어떻게 저중량 승강 케이블(9)들에 매달려서 타워(1)의 상부에 가까운 위치로 들어올려질 수 있는지가 도시되어 있다. 도시된 중량물 지탱 브라켓 요소(13)들 각각은 주 몸체(13) 뿐만 아니라 상측 크레인 승강 브라켓 부품(10)을 포함하는바, 상기 크레인 승강 케이블(3)들은 상기 상측 크레인 승강 브라켓 부품(10)에 매달리며, 상기 상측 크레인 승강 브라켓 부품(10)은 케이블 앵커링 요소(cable anchoring element; 11)에 의하여 도시된 예의 제 위치에 유지된다.
도 3a 및 도 3b 에는 예시적인 풍력 터빈 타워(1)와 관련하여 제1 승강 단계가 완료된 상태에서의 측면도 및 정면도가 각각 도시되어 있다. 도 4a 내지 도 4c 에는 도 3a 및 도 3b 에 도시된 타워의 상부의 확대된 측면도 및 정면도, 그리고 평면도가 도시되어 있다.
중량물 지탱 브라켓 요소(13)들은 타워(1)의 상부의 양 측부에 하나씩 장착된 것으로 도시되어 있고, 이들은 예를 들어 고장력 나사 로드(high tensile threaded rod)들 또는 앵커링된 텐던들(anchored tendons; 12, 16)에 의하여 타워에 고정되거나 또는 서로에 대해 고정될 수 있다. 참조번호 2 에 의하여 표시된 브라켓 조립체에 강도 및 강성을 부여하기 위하여, 중량물 지탱 브라켓 요소(13)들 사이에 스태빌라이징 스프레더 빔(stabilizing spreader beam; 14)이 연결될 수 있다. 각각의 중량물 지탱 브라켓 요소(13)에는 하나 이상(2개가 도시되어 있음)의 크레인 부착점(7)들이 제공된다. 크레인 장치가 상승되는 때에는, 크레인 부착점(7)들에 피봇가능하게 고정될 것인바, 이에 대하여는 후술한다.
중량물 지탱 브라켓 요소(13)들은, 크레인 승강 단계 동안에 크레인 장치의 무게를 지지할 수 있도록, 그리고 중량물 승강 단계 동안에 중량물의 무게와 크레인의 무게를 지지할 수 있도록 설계된다. 이와 같은 이유 때문에, 중량물 지탱 브라켓 요소(13)들은 타워(1) 상부의 양 측부에 적절히 고정되되, 그들의 크레인 부착점(7)들은 크레인과 중량물의 무게의 수직방향 힘이 실질적으로 타워(1)의 중간에서 타워(1)로 전달되도록 배치됨이 바람직하다.
참조번호 6 은 발전기 부착 피팅(generator attachment fitting)을 나타내는바, 여기에는 나중에 풍력 터빈 발전기가 설치될 것이다. 참조번호 5 는 케이블 앵커(cable anchor)를 나타내는바, 이것은 추후에 주 중량물 승강 단계 동안에 균형 케이블(counterbalancing cable)을 고정하기 위해 이용될 수 있다. 상기 케이블 앵커(5)는 타워의 기초부 또는 기저부에 고정된 것으로 도시되어 있다. 예를 들어 풍력 터빈 타워를 바다에 설치하는 경우와 같은 해상 설치의 경우에는, 케이블 앵커(5)가 타워의 기저부 위, 그리고 해수면 높이 위의 적절한 지점에 설치될 수 있다.
도 3b 에 도시된 바와 같이, 크레인 승강 케이블(3)들은 크레인 장치의 승강 중에 있어서의 추가적인 강도 및 안정성을 위하여 쌍을 이루어 배치될 수 있다. 도 3a, 3b 그리고 4a 내지 4c 에는 타워(1)의 준비 단계가 완료되어 크레인 설치 단계가 준비된 모습이 도시되어 있다.
크레인 조립 단계
도 5 에는 본 발명에 따른 크레인 장치가 어떻게 타워(1)의 기저부에서 조립되고 전달될 수 있는지를 개략적으로 도시하는 사시도가 도시되어 있다. 도시된 예에서, 지지 프레임(61)들이 구비되어 있는 두 대의 로리(lorry)들이 각각 집-프레임 조립체(20)를 전달하고 있는바, 이 집-프레임 조립체들은 횡단부재(25)에 의하여 서로 연결되어서 크레인 장치를 형성하며, 그 다음에는 크레인 승강 케이블(3)들을 이용하여 상기 크레인 장치가 타워 위로 승강된다. 상기 크레인 장치의 조립 중에는 도시된 통상적인 크레인(49)이 횡단부재(25)를 지지한다. 타워(1)는 상부에서보다 기저부에서 폭넓은 단면을 갖는, 테이퍼지는 형태를 갖는 것으로 도시되어 있다. 횡단부재(25)는 두 개의 집-프레임(20)들을 서로 연결하기에 충분한 길이를 갖도록 구성되는바, 이 때 타워(1)의 양 측부에 하나의 집-프레임(20)이 존재하게 된다. 크레인 장치가 타워 위로 진행함에 따라서, 상기 집-프레임(20)들이 서로 가까워지도록 집-프레임(20)들 및 횡단부재가 조정될 수 있다.
각각의 집-프레임(20)은 주 프레임 부품(main frame part; 42) 및 붐 아암(26, 27)을 포함한다. 도시된 예에서, 붐 아암(26, 27)의 길이를 따른 중간 지점에는 피봇점(pivot point; 28)이 제공된다. 추후에 알게 되는 바와 같이, 이것은, 피봇점(28)이 주 프레임 부품 내의 대응되는 피봇부(30)와 정렬되는 상태로 붐 아암(26, 27)의 하측 부품(27)이 주 프레임의 대응되는 붐 유지 섹션(boom-holding section)에 있을 때까지, 붐 아암(26, 27)이 주 프레임 부품(42)을 통해 상승됨을 허용한다. 붐 아암(26, 27)의 피봇점(28)을 주 프레임 부품의 피봇부(30)와 결합시키는데에 피봇 핀(pivot pin)(미도시)이 사용될 수 있는바, 이로써 붐 아암(26, 27)이 풍력 터빈 발전기와 같은 고중량 중량물을 지지하고 있는 때에도 붐 아암(26, 27)이 피봇됨에 있어 중심이 될 수 있는 중량물 지탱 피봇축이 생성된다.
도 6 에는 여전히 로리(60)들 및 지지 프레임(61)들에 의하여 지지되고 있는 집-프레임(20)들이 도시되어 있는바, 여기에서 집-프레임들은 횡단부재(25)와 함께 조립되어서, 타워(1) 위로 승강될 크레인 장치를 형성한다. 이 예에서, 각각의 집-프레임(20)에는 두 개의 왕복식 크롤러 잭(crawler jack; 32)들이 구비된 것으로 도시되어 있는바, 상기 크롤러 잭은 집-프레임이 크레인 승강 케이블(3)들을 스스로 타고 올라갈 수 있도록 작동될 수 있다. 두 개의 협력하는, 교번적인 승강 사이클로 작동하는 크롤러 잭(32)들이 이용됨으로써, 상기 크레인 장치의 크레인 승강 케이블들을 타고 오르는 실질적으로 연속적인 승강 움직임이 가능하게 된다. 또한, 상기 잭(32)들은 타워의 상부에 장착되어서, 크레인 승강 케이블(3)들을 잡아 당심에 의해 크레인을 끌어올릴 수도 있다. 대안적으로는 집-프레임(20)들에 장착되는 윈치들이 이용될 수 있다. 그러나, 스트랜드 잭(strand-jack)들은 비교적 소형이고 또한 윈치보다 현저히 더 큰 승강력-대-무게 비율을 제공하기 때문에, 스트랜드 잭들이 선호된다. 윈치들이 상기 타워의 상부에 장착되거나 타워의 기저부에 장착되는 경우에는, 타워의 상부에 풀리 장치(pulley arrangement)가 필요하게 될 것이다. 그러나, 잭(32)들을 크레인 장치에 배치시킴으로써, 승강이 현저히 단순화될 수 있으며, 크레인 장치는 자율적으로 타워(1) 위로 승강할 수 있게 된다.
상기 예의 크레인 장치는, (예를 들어 터빈 발전기 유니트인) 주 중량물의 후속적인 승강을 위한 위치에 설치된 고중량 승강 케이블(45)들을 포함한다는 점에서도 자율적이다. 상기 크레인 장치는 고중량 승강 잭(31)들을 포함할 수도 있는바, 상기 고중량 승강 잭들은 상기 중량물을 타워 위로 끌어 올리기 위하여 고중량 승강 케이블(45)들에 대해 작용한다. 이를 위하여, 제시된 예의 집-프레임(20) 각각에는 승강 작업 동안에 케이블에 권취되거나 또는 승강에 사용되지 않는 때에 고중량 승강 케이블들을 저장하기 위한 권취 릴(take-up reel; 24)이 제공될 수 있다. 예시된 구성에서, 각각의 고중량 승강 케이블(45)의 부분 중 중량물 승강 동안에 인장력을 받지 않는 부분은 가이드 또는 풀리 장치(37) 둘레로 지나가서 릴(24)에 권취되거나 또는 릴(24)로부터 권취해제될 수 있다.
또한, 집-프레임 부재(23)들 및 대응되는 붐 아암(26)들 간에 당김의 힘을 인가하기 위하여 잭(22)들이 제공되는바, 상기 당김은 붐 피봇 케이블(44)들에 의해 수행된다. 도시된 바와 같이, 중량물을 타워(1)로부터 멀리 외향으로 또는 타워(1)를 향하여 내향으로 움직이기 위해서 붐 아암(26)을 피봇시키는 데에 상기 잭(22)들이 이용될 수 있다. 붐 피봇 케이블(44)들을 붐 아암(26)들에 연결하기 위하여, 피봇가능한 연결 부품(38)들이 이용될 수 있다.
각각의 집-프레임에는 잭(19)들도 제공되는데, 상기 잭(19)은 중량물 승강 동안에 이용될 수 있는 것으로서, 타워(1) 상의 하측 지점 또는 타워의 기저부와 균형 잭(19)들 사이에서 연장되는 케이블(미도시)에 의하여 중량물을 승강시키는 동안에 중량물의 무게에 대한 균형을 잡는다.
도 6 에 도시된 참조번호 33 는, 타워(1)의 상부에의 설치 동안에 크레인 장치를 피봇시키기 위한 유압식 램(hydraulic ram)들과 같은 액츄에이터들을 지시한다. 참조번호 34 는, 크레인 장치가 타워의 상부에서 브라켓 조립체(2)에 피봇가능하게 연결되는 피봇점을 나타낸다.
크레인 승강 단계
도 7 내지 도 10 에는 크레인 승강 케이블(3)들에 매달려서 타워(1) 위로 이동될 시작의 준비가 된 조립된 크레인 장치의 다양한 모습들이 도시되어 있다. 크레인 승강 케이블(3)들은 고정 지점(39)들에서 앵커링된 것으로 도시되어 있다. 상기 크레인 승강 케이블(3)들은 크레인 장치의 승강 동안에 인장됨이 바람직한데, 이로써 자체-클라이밍 잭들 아래의 크레인 승강 케이블들의 부분도 인장력을 받는 채로 유지된다. 케이블 승강 케이블(3)들의 전체 높이에 걸쳐서 인장되기 때문에, 우수한 안내성 및 안정성이 제공되며, 이로써 상기 자체-클라이밍 작동 동안에 크레인 장치의 현저한 측방향 움직임이 방지된다. 예를 들어 비정상적으로 큰 바람에 대한 저항력을 제공하기 위하여 필요하다면 추가적인 안내성이 제공될 수 있는바, 예를 들어 상기 타워(1)의 외측 표면에 레일 또는 유사한 안내 수단이 제공될 수 있다.
도 7 내지 도 10 에서, 집-프레임(20)들과 횡단부재(25)는 타워 구조물(1)에 대한 적절한 간극이 제공되도록 하는 상호간의 이격 거리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 크레인 장치가 타워(1) 위로 진행함에 따라서 집-프레임(20)들이 서로에 대해 가까워질 수 있다.
또한, 도 8 에는 크레인 조립체의 후방 영역에 배치된 작업자 승강기(21)가 도시되어 있다. 승강기 케이지(lift cage; 21)는, 크레인 승강 및 설치 단계들과, 후속하는 승강 단계들 동안에 한 명 이상의 크레인 장치 작업자들을 수용하도록 이용될 수 있다. 작업자(들)을 지면으로부터 상승 및 하강시키기 위하여 윈치(미도시) 또는 유사한 장치가 이용될 수도 있다.
또한, 도 8 에는 상기 크레인 장치가 승강됨에 따라서 하나 이상의 균형 케이블 릴(17)로부터 권취해제되는 하나 이상의 균형 케이블(counterbalance cable; 18)들이 도시되어 있다. 일단 크레인 장치가 타워(1) 상부의 제 위치에 배치되면, 균형 케이블(18)들은 타워(1)의 기저부(4)에 있는 앵커 지점(5)(들)에 고정된다 (상기 앵커 지점(5)(들)은 상기 설치된 크레인 장치 아래의 임의의 적합한 앵커 지점에 제공될 수 있다.
일단 크레인 장치가 타워의 상부에 도달한 때에는, 크레인 장치의 설치, 붐 아암들의 전개, 및 중량물의 승강에 필요한 실질적으로 모든 장비를 이미 포함하여, 지상으로부터 어떤 추가적인 장비, 케이블, 잭 등을 승강시킬 필요가 없도록 됨이 바람직하다.
또한, 도 7 내지 도 10 에는 각각의 붐 아암(26)의 하측 부품(27)이 승강 중에 어떻게 매달릴 수 있는지가 도시되어 있다. 붐 아암들(26, 27)은 크레인 장치의 무게의 상당한 비율을 차지하고, 크레인 장치의 승강 중에는 도시된 바와 같이 위축 상태로 배치되어 있다. 이와 같은 방식으로, 상기 크레인 장치와 집-프레임(20) 각각의 무게 중심이 전체적으로, 크레인 장치의 클라이밍 잭(32)들이 크레인 승강 케이블(3)을 잡는 지점들보다 현저히 아래에 있게 될 수 있다. 이와 같은 낮은 무게 배분으로 인하여, 크레인 장치는 승강 중에 현저히 안정적으로 될 수 있다. 당연히, 크레인 장치와 같은 매우 고중량인 대형 구조물이 지면 150m 위에서 흔들리기 시작하는 것은 바람직하지 못하다. 상기 크레인 장치의 낮은 무게 중심과, 크레인 승강 케이블(3)들의 인장력은, 전술된 바람직하지 못한 진동을 방지하는데에 도움이 된다. 균형 케이블(18)들도 크레인 장치의 승강 동안에 크레인 장치가 흔들림을 방지함으로써 크레인 장치를 안정화시키는 제어 장치로서 이용될 수 있다.
도 11 내지 도 14 에는 집-프레임(20)들이 타워(1)의 상부에 있는 브라켓 조립체(2)에 도달하는 때에 크레인 장치(집-프레임(20))의 모습이 도시되어 있다. 크레인 승강 케이블(3)들은 여전히 앵커 요소(anchor element; 39)들과 브라켓 조립체(2) 사이에서 인장력을 받는 채로 있으며, 또한 크레인 장치의 무게를 지탱한다. 균형/제어 케이블(18)들은 여전히 릴(17)들로부터 권취해제되어 있으며, 앞서 설명된 바와 같이 크레인 장치가 클라이밍 크롤러 잭(32)들에 의해 크레인 승강 케이블(3)들에 매달려 있는 때에 크레인 장치를 안정화시키는데에 이용될 수 있다.
(도 9 와 비교되는) 도 13 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 집-프레임(20)들은 타워(1)의 테이퍼링을 감안하여 서로를 향하여 변위되어 있고, 현재는 브라켓 조립체(2)의 지지 브라켓 요소(13)들과 정렬되어 있는 것으로 도시되어 있다. 도 14 에 도시된 바와 같이, 상기 변위는 각각의 집-프레임(20)의 피봇 수단(34)이 대응되는 크레인 부착점(7)들과 정렬되게끔 하며, 크레인 장치가 전개되는 때에 크레인 장치의 무게가 지지 브라켓(13)에 의해서 지지되도록 피봇가능하게 고정될 수 있게 된다. 예를 들어 유압식 램일 수 있는 피봇 액츄에이터(33)는 브라켓 조립체(2) 상의 피봇 액츄에이터 지점(8)에 부착되고, 아래에서도 15 내지 도 18 을 참조하여 설명되는 바와 같이, 상기 크레인의 대응되는 집-프레임을 승강 위치로 피봇시키는데에 이용될 것이다.
크레인 전개 단계
도 15 및 도 16 에는 크레인 장치가 피봇점(7)에서 브라켓 조립체(2)에 의해 지지되어 있고 또한 액츄에이터 커넥터 지점(actuator connector point; 8)에서 당김에 의하여 액츄에이터(33)에 의하여 전개 위치로 피봇되어 있는 모습이 도시되어 있다. 상기 크레인 장치는, 붐 아암(26)들이 전개되어 있는 때에 이 위치에서 고정될 수 있다. 그러나, 액츄에이터(33)는 크레인 장치를 제 위치에 유지시킬 수 있다. 일단 중량물 승강이 시작되면, 크레인 장치의 각도 위치는 승강되는 중량물의 무게와 균형/제어 케이블(18)들에 의하여 결정될 것이고, 이 단계 동안에 크레인 장치의 전개 위치를 유지하기 위하여 액츄에이터(33)가 필요하지 않을 것이다.
도 15 에는 크레인 승강 케이블들이, 흔들려서 작업자에게 위험을 초래하거나 또는 타워에 손상을 가함을 방지하기 위하여, 어떻게 인장력을 받지 않는 채로 앵커 지점(39)들로부터 분리되면서도 느슨하게 부착된 상태로 유지되는지가 도시되어 있다. 각각의 균형/제어 케이블(18)은 그 릴(17)로부터 풀어지고, 앵커 지점(5)에 부착된다.
도 17 에는 붐 아암들(26, 27)이 그들의 위축 상태로부터 그들 각각의 집-프레임(20)을 통하여 상방향으로 변위되어 있는 모습이 도시되어 있는바, 이로써 각 붐 아암(26, 27)의 피봇점(28)은 집-프레임(20)의 대응되는 피봇부(30)와 정렬되고, 예를 들어 피봇 핀에 의하여 피봇가능하게 연결된다. 상기 붐 아암들(26, 27)의 위축 상태로부터 전개 상태(확장 상태)로의 상방향 변위는, 도면에는 도시되어 있지 않지만 예를 들어 잭, 램, 또는 윈치에 의하여 수행될 수 있다. 이 단계에서, 상기 피봇 액츄에이터(33)는 부분적으로 또는 완전히 해제될 수 있고 상기 균형/제어 케이블(18)들은 예를 들어 균형/제어 잭(19)에 의하여 인장될 수 있는바, 이로써 붐 아암(26)들의 무게에 반하여 집-프레임의 각도 방위(angular orientation)를 유지하게 된다.
일단 각각의 붐 아암(26)이 전개 상태에 있게 되고 또한 피봇점(30)을 중심으로 피봇할 수 있게 되면, 붐 아암은 피봇 당김 잭(pivot pulling jack; 22)에 의해서 피봇 케이블(pivot cable; 44)을 약간 풀음으로써 (도 18 에 도시된) 중량물 승강 위치로 하강될 수 있다. 붐 아암들(26, 27)의 원위 단부 영역에 피봇가능하게 고정된 중량물 승강 잭(31)들은 중량물 승강 단계를 시작할 준비가 되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이제 중량물 승강 케이블(45)들은 중량물 승강 케이블 릴(24)들로부터 권취해제되어서 하강될 수 있다. 릴(24)들은, 중량물 승강 케이블들의 신속한 하강을 위하여 윈치로서 구현될 수 있다. 도 18 에서 중량물 승강 케이블(45)들에는 중량물 고정 수단(load-securing means; 54)이 구비되어 있는바, 상기 중량물 고정 수단에는 승강될 중량물이 부착될 것이다.
중량물 승강 단계
도 19 내지 도 22 에는 전술된 바와 같이 설치된 크레인 장치를 이용하여 중량물 승강 작업이 수행되는 모습이 도시되어 있다. 먼저, 예를 들어 릴/위치(24)들을 이용하여 중량물 승강 케이블(45)들이 하강되어 터빈 발전기 유니트(46)에 부착된다. 도 21 및 도 22 로부터 알 수 있는 바와 같이, 중량물(56)을 중량물 승강 케이블(45)들에 부착시키기 위하여, 예를 들어 중량물 회전기(57)가 구비된 스프레더 빔(56)이 사용될 수 있다.
승강력은 고중량 승강 케이블(45)들에 작용하는 고중량 승강 잭(31)들에 의해서 제공된다. 잭(31)들은, 중량물(46)의 승강 움직임이 실질적으로 일정하게 되도록 하기 위하여, 동일한 케이블에서의 교번적이거나 엇갈려 승강하는 스트로크(stroke)들에 의해 작동하는, 당김 잭들의 상보적인 세트(예를 들어, 쌍)들로 구현될 수 있다. 상기 승강 중에, 집-프레임(20)들의 각도 방위는 균형/제어 케이블(18)들에 의하여 유지될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 중량물(46)의 무게로 인하여 타워(1)에 가해지는 중량물의 힘이 실질적으로 완전히 수직으로 되도록, 그리고 상기 타워(1)의 중심선을 통하여 실질적으로 하방으로 작용하도록 보장할 수 있다.
도 21 에는 중량물 회전기(57)가 어떻게 사용됨으로써 터빈 발전기(46)가 회전될 수 있는지가 도시되어 있는바, 이로써 붐 아암(26)들이 도 22 에 도시된 바와 같이 거의 수직인 위치를 향하여 후방으로 피봇됨에 따라서 터빈 발전기(46)는 붐 아암(26)들 사이로 통과하게 되고, 여기에서 중량물(46)은 타워(1)에 제공되어 있는 설치 피팅(6)에 설치되기 위한 제 위치에 있게 된다.
중량물의 무게가 도 22 에 도시된 바와 같이 타워의 중심선 바로 위에 있게 되는 방위로 붐 아암(26)들이 피봇된 때에는, 크레인 장치에 대한 순수히 하방향인 피봇 힘(pivoting force)이 있게 될 것이고, 따라서 집-프레임(20)들은 그들이 타워 위로 상승되었던 위치를 향하여 되돌아 회전하려는 경향을 갖게 될 것이다. 따라서, 이 작업 단계에서는, 집-프레임(20)들의 각도 방위를 유지하기 위해서, 상기 순수한 피봇 힘에 대해 맞서 작용하도록 피봇 액츄에이터(33)들이 이용될 수 있다. 상기 중량물이 상기 타워의 중심선을 넘어 이동되면, 훨씬 더 많은 액츄에이터의 힘이 필요하게 될 것이다.
여기에서 설명된 승강 작업의 유형에 관하여, 상기 액츄에이터(33)는 크레인 장치 자체의 무게의 피봇 힘을 지탱하기 위하여만 필요할 것이다. 이것은, 타워의 상부에서의 회전 모멘트(rotational moment)가 최소화될 수 있다는 점과, 그것이 크레인 장치의 무게에 의해 작용하는 회전 모멘트를 초과하지 말아야 한다는 점을 의미하기도 한다.
본 발명의 일부 실시예에서는 상기 붐 아암(26)들 간의 이격 거리가 중량물이 붐 아암(26)들 사이를 지나감을 허용하기에 충분하지 않을 수 있는데, 이 경우에는 상기 붐 아암의 피봇점이 상기 타워로부터 더 멀리 오프셋(offset)되도록 상기 집-프레임들이 배치됨으로써, 중량물(46)이 타워(1)에 설치될 수 있는 지점으로 붐 아암(26)들이 되돌아 피봇되는 때에 중량물(46)과 붐 아암(26)들 간의 간극이 허용될 수 있다.
잭(31)들에 중량물이 매달려 있는 채로 붐 아암(26)들을 피봇시킴은, 피봇 제어 케이블(44)들에 작용하는 당김 수단(예를 들어, 잭)(22)에 의하여 수행될 수 있다.
또한, 도 21 및 도 22 에서는, 고중량을 지탱하는 인장력이 중량물 승강 케이블(45)를 통하여, 중량물 승강 잭(31)으로, 중량물 승강 잭 부착첨(35)으로, 피봇 제어 케이블 부착점(38)으로, 피봇 제어 케이블(44)을 통하여, 피봇 제어 잭(22)으로, 집-프레임(20)의 (참조번호가 부여되지 않은) 연결 스트럿(connecting strut)을 직접 통하여, 균형/제어 잭(19)으로, 균형/제어 케이블(18)들을 통하여, (도 21 및 도 22 에는 도시되지 않은) 앵커 지점(5)으로 전달됨을 명확히 알 수 있다. 이해되는 바와 같이, 이와 같은 구성은 (예를 들어, 수천 kN 에 달하는) 중량물 승강 동안에 발생하는 큰 힘들 모두가 케이블의 직선형 섹션들에 의하여 지탱됨을 가능하게 한다. 큰 인장력을 받지 않는 중량물 지탱 케이블들(예를 들어, 45, 44, 18)의 부분들은 풀리(37)들 또는 릴(24)들 둘레로 지나갈 수 있다. 상기 중량물 지탱 케이블들의 직선 부분들만이 큰 인장력을 받기 때문에, 두껍고 강한 케이블들이 사용될 수 있으며, 따라서 필요한 케이블들의 개수를 복수로 하지 않고서도 크레인 장치의 중량물 승강 능력이 크게 향상될 수 있게 된다. 케이블들이 복수인 경우에는 보다 복잡한 잭들은 물론 보다 복잡한 인장력 균등화 기술이 필요하게 된다.
명백히 이해되는 바와 같이, 각각의 집-프레임(20)은 실질적으로 서로로부터 독립적일 수 있는 힘 전달 경로를 갖는다. 승강 단계에서는 횡단부재(25)가 크레인 장치 전반에 걸쳐서 소정의 강성을 제공하는데에 이용될 수 있으나, 중량물 승강 동안에는 각각의 집-프레임(20)이 사실상 개별의 중량물 지탱 구조로 될 수 있다. 상기 횡단부재(25)는 두 개의 집-프레임(20)들 사이에서의 소정 정도의 상대적 움직임(예를 들어, 회전 피봇)을 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 다양한 잭들(19, 22, 31)과 케이블들(18, 44, 45)은, 집-프레임(20)들이 서로에 대해 대략적으로 정렬된 채로 유지하게끔 적절히 조정될 수 있으나, 이와 같은 조정은 높은 정밀도를 필요로 하는 것은 아니다.
도 23 내지 도 26 에는 유사한 제2의 중량물 승강 과정이 도시되어 있는데, 여기에서는 세 개의 터빈 블레이드(50)들을 구비한 사전조립된 허브(pre-assembled hub)가 제 위치로 승강되고, 이미 설치되어 있는 발전기 유니트 너셀(46)에 장착된다. 허브/블레이드 조립체(hub/blade assembly; 50)가 지면으로부터 이격되어 승강될 때까지, 허브/블레이드 조립체(50)의 하측 부품은 이동 크레인(49)에 의하여 지지될 수 있다. 터빈 블레이드들도 상기 크레인 장치를 이용하여 개별적으로 승강되어서 상기 허브에 개별적으로 장착될 수 있다.
일단 터빈과 블레이드들이 설치된 다음에는, 전술된 과정이 역으로 수행될 수 있다. 즉, 붐 아암(26)들이 위축되고; 크레인 장치가 거꾸로 하향 피봇되어 브라켓 조립체(1)로부터 분리되며; 크레인 장치가 케이블(3)들 아래로 하강되어 분해된 다음에 현장으로부터 제거되고; 상기 브라켓 조립체(2)의 요소들이 분리된 다음에 저중량 승강 케이블(9)들을 이용하여 하강된다.
전술된 방법 및 장치는 타워의 상부로부터 블레이드들 및/또는 발전기 유니트를 승강시키는데에도 이용될 수 있다.
위에서 설명된 예시적인 방법은 타워의 상부에 현저한 승강 장비 또는 피팅(fittings)이 남겨질 필요가 없다는 장점을 가지는바, 타워 상에 영구적으로 남아있을 필요가 있는 것으로서는 작고 가벼운 부착점일 뿐이다. 이와 같은 사소한 부착점은, 위에서 설명된 전술된 유형의 고중량 승강 과정을 "부트스트랩(bootstrap)"시키는데에 이용될 수 있다. 브라켓 조립체(2)는 임시적으로 제 위치에 남겨질 수도 있다는 점에 유의한다. 이것은, 예를 들어 발전기 유니트 및 로터들/블레이드들이 상이한 날(day)에 상이한 승강 작업들로 설치될 경우에 유용할 수 있고, 상이한 정격의 크레인 장치를 이용하는 것(예를 들어, 발전기에 대해서는 고중량 부하의 크레인 장치, 로터들에 대해서는 중간 부하의 크레인 장치를 이용)도 가능하게 한다. 타워의 상부에 어떤 고중량 부하 승강 장비 또는 피팅이 남겨진다면, 그들은 정례적인 세정 및 보수를 필요로 할 것이다. 여기에서 설명된 크레인 장치는 자체수납 방식의 것(self-contained)이고, 상대적으로 용이하게 이송될 수 잇으며, 또한 터빈 현장으로부터 떨어진 편리한 위치에서 유지될 수 있다. 상기 크레인 장치가 자체수납 방식의 것이고 또한 모듈 형태이기 때문에, 동일한 현장에 복수의 터빈들이 설치되는 경우에는 하나의 타워에서 동일한 현장의 옆 타워로 이동하기가 쉽다는 장점이 있다. 각각의 집-프레임(20)에는 유압식 펌프들, 동력발생부, 램(ram)들, 잭(jack)들, 및/또는 윈치들 등 모두가 구비될 수 있는데, 이들은 중량물의 승강을 위하여 집-프레임에 필요한 것이고 그리고/또는 집-프레임 자체를 타워 위로 승강시키기 위하여 필요한 것이다.
본 발명의 방법은, 그 과정 중에 지상에 있는 작업자와 타워의 상부에 있는 작업자 간에 교신의 필요성이 적다는 추가적인 장점도 갖는다.

Claims (15)

  1. 중량물(load; 46, 50)을 타워(tower; 1)의 기저 영역(base region; 4)으로부터 타워(1)의 고도 영역(elevated region)으로 승강시키기 위한 크레인 장치(crane apparatus)로서,
    타워(1)의 고도 영역에 지지되어 있는 적어도 하나의 크레인 승강 케이블(crane-lifting cable; 3)들을 이용해서 크레인 장치를 상기 타워(1) 상의 크레인 장착 위치(crane mounting position; 2)로 승강시키기 위한 크레인 승강 수단(crane-lifting means; 32, 3);
    상기 타워(1)의 고도 영역으로부터 외향으로 변위되는 두 개의 붐 아암(boom arm; 26, 27)들로서, 각 붐 아암(26)의 원위 영역(distal region)에는 적어도 하나의 중량물 승강 케이블(load-lifting cable; 45)들을 지지하기 위한 케이블 지지 수단(cable supporting means; 35, 31)이 제공되어 있는, 두 개의 붐 아암들;
    상기 크레인 장치의 크레인 장착 위치로의 상기 승강 동안에 상기 타워(1)의 양 측부에 상기 붐 아암들(26, 27)이 배치될 수 있도록, 그리고/또는 상기 중량물(46, 50)의 승강 동안에 중량물(46, 50)의 양 측부에 붐 아암들(26, 27)이 배치될 수 있도록, 붐 아암들(26, 27)을 지지하기 위한 붐 지지 프레임(boom support frame; 42, 25); 및
    상기 붐 아암들(26, 27) 중 하나 또는 둘 다의 원위 영역에 지지되는 중량물 승강 수단(load-lifting means; 31, 45)으로서, 적어도 하나의 중량물 승강 케이블(45)을 이용하여 상기 중량물(46, 50)을 상기 고도 영역으로 승강시키는 중량물 승강 수단;을 포함하는, 크레인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중량물 승강 수단(31)은 중량물 승강 케이블(45)들에 대해 당김 작용을 가하도록 배치된 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭(first strand jack; 31)을 포함하고, 그리고/또는 상기 크레인 승강 수단(32, 3)은 크레인 승강 케이블(3)들에 대해 당김 작용을 가하도록 배치된 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭(second strand jack; 32)을 포함하는, 크레인 장치.
  3. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붐 지지 프레임(42, 25)은 상기 붐 아암들(26, 27)을 위축 상태(retracted state)와 전개 상태(deployed state) 사이에서 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대해 상대적으로 변위시키기 위한 붐 변위 수단(boom displacement means)을 포함하는, 크레인 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 크레인 장치의 상기 승강 동안에 상기 붐 아암들(26, 27)이 위축 상태에 있을 때에 상기 크레인 장치의 무게 중심이 상기 크레인 승강 케이블(3)들 상의 상기 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭(32)의 작용점 아래에 있게 되도록, 상기 붐 아암들(26, 27), 상기 붐 지지 프레임(42, 25), 및 적어도 하나의 제2 스트랜드 잭(32)이 상호 간에 배치되는, 크레인 장치.
  5. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붐 지지 프레임(42, 25)은, 상기 중량물(46, 50)의 승강 및/또는 상기 고도 영역에서의 중량물(46, 50)의 설치 동안에 상기 붐 아암(26)들을 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대해 상대적으로 피봇시키기 위한 붐 아암 피봇 수단(boom arm pivot means; 22, 44)을 포함하는, 크레인 장치.
  6. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붐 지지 프레임(42, 25)은 적어도 하나의 횡단부재(cross-member; 25)에 의하여 연계된 두 개의 집-프레임(jib-frame; 42)들을 포함하고,
    상기 횡단 부재(25) 또는 각각의 횡단부재(25)와 상기 집-프레임(42)들은, 타워(1)의 양 측부에 하나의 집-프레임(20)이 배치되어 상기 크레인 장치가 상기 타워(1)에 걸터앉게(straddling) 조립될 수 있도록 구성되는, 크레인 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 크레인 장치는, 크레인 장치가 상기 타워(1)의 위 또는 아래로 이동함에 따라서 상기 두 개의 집-프레임(20)들 사이의 이격 거리(separation distance)가 달라지도록 하기 위한 이격도 조정 수단(separation adjusting means)을 포함하는, 크레인 장치.
  8. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붐 아암들(26, 27) 중 하나 또는 둘 다, 그리고/또는 상기 붐 지지 프레임(42, 25)은, 상기 중량물 승강 수단(31) 또는 각각의 중량물 승강 수단(31)으로부터의 인장력을 받지 않는 상태에서 상기 고중량 승강 케이블(45) 또는 각각의 고중량 승강 케이블(45), 또는 상기 고중량 승강 케이블(45) 또는 각각의 고중량 승강 케이블(45)의 일부를 저장하기 위한 적어도 하나의 중량물 승강 케이블 권취 수단(load-lifting cable take-up means; 24)을 포함하는, 크레인 장치.
  9. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붐 지지 프레임(42, 25)은, 붐 지지 프레임(42, 25)이 피봇됨에 있어 중심이 되는 제1 피봇축(first pivot axis)을 형성하도록 상기 타워(1)의 크레인 장착점(crane mounting point)에 제공되는 타워 피봇 수단(tower pivot means; 7)과 맞물리는 프레임 피봇 수단(frame pivot means; 34)을 포함하고,
    상기 크레인 장치는, 상기 붐 지지 프레임(42, 25)이 상기 제1 피봇축을 중심으로 피봇됨을 유발하기 위한 적어도 하나의 피봇 액츄에이터(pivot actuator; 33)를 더 포함하는, 크레인 장치.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스트랜드 잭(31) 또는 각각의 제1 스트랜드 잭(31)은 붐 아암(26)들 중 하나의 원위 영역에 고정되고,
    고중량 승강 케이블(heavy lifting cable; 45)들은 상기 제1 스트랜드 잭(31) 또는 각각의 제1 스트랜드 잭(31)의 당김 작용에 의하여 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대해 수직으로 변위될 수 있어서, 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭(31)을 이용해서 상기 중량물 승강 케이블(45)들을 당겨 올림에 의하여 중량물(46)이 상승되거나 또는 상기 중량물 승강 케이블(45)들을 하강시킴에 의하여 중량물(46)이 하강될 수 있는, 크레인 장치.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 스트랜드 잭(31) 중 적어도 하나는 상기 중량물(46)에 고정가능한 클라이밍 잭(climbing jack)으로서 구성되어, 상기 중량물(31)은 상기 고중량 승강 케이블(45)들을 타고 오르거나 내려가는 상기 적어도 하나의 클라이밍 잭에 의해서 승강될 수 있는, 크레인 장치.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크레인 장치는 중량물(46)의 무게에 대해 균형을 잡기 위한 중량물 균형 수단(load counterbalancing means; 18, 19)을 포함하고, 상기 중량물 균형 수단(18, 19)은 상기 타워(1)의 기저 영역(4) 또는 하측 영역과 상기 크레인 장치의 후방 영역 사이에서 당김의 힘을 가하도록 배치되며, 상기 후방 영역은 승강되는 중량물(46)로부터 상기 타워(1)의 반대측에 있는 크레인 장치의 영역에 해당되는, 크레인 장치.
  13. 타워(1)의 고도 영역에 중량물(46)을 승강시키는 방법으로서,
    크레인 장치가 상기 타워(1) 상의 크레인 장착 위치(2)로 상승되는 크레인 승강 단계로서, 상기 크레인 장치는 붐 지지 수단(boom support means; 42, 25)과 두 개의 붐 아암들(26, 27)을 포함하고, 상기 붐 아암들(26, 27) 중 하나 또는 둘 다의 원위 단부(distal end)에는 중량물 승강 수단(31)이 제공되며, 상기 크레인 장치는 크레인 승강 단계 동안에 중량물 승강 케이블(45)들을 지지하기 위한 중량물 승강 케이블 지지 수단(load-lifting cable support means; 31, 35, 24)을 더 포함하고, 상기 크레인 승강 단계는 상기 타워(1)의 상측 영역(2)에 지지되는 크레인 승강 케이블(3)들에 작용하는 상기 크레인 장치의 크레인 승강 수단(32)을 이용하여 수행되는, 크레인 승강 단계;
    상기 타워(1)의 크레인 장착 위치(2)에 크레인 장치가 장착되는 장착 단계;
    상기 붐 아암들(26, 27)이 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대해서, 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대한 위축 상태로부터 전개 상태로 변위되는, 붐 아암 전개 단계; 및
    상기 중량물 승강 수단(32)의 이용에 의하여 상기 중량물(46)이 승강되는, 중량물 승강 단계;를 포함하는, 중량물 승강 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 중량물 승강 방법은 상기 크레인 승강 단계 이전에 수행되는 타워 준비 단계를 포함하고, 여기에서 브라켓 조립체(bracket assembly; 2, 13, 14)는 상기 타워(1)의 고도 영역에 장착되며, 상기 브라켓 조립체(2, 13, 14)는 상기 크레인 승강 단계 동안에 크레인 승강 케이블(45)들을 지지하기 위한 크레인 승강 케이블 지지 수단을 포함하는, 중량물 승강 방법.
  15. 타워(1)의 고도 영역으로부터 중량물(46)을 하강시키는 방법으로서,
    크레인 장치가 타워(1) 상의 크레인 장착 위치(2)로 상승되는 크레인 승강 단계로서, 상기 크레인 장치는 붐 지지 수단(42, 25)과 두 개의 붐 아암들(26, 27)을 포함하며, 상기 붐 아암들(26, 27) 중 하나 또는 둘 다의 원위 단부에는 중량물 승강 수단(31)이 제공되고, 상기 크레인 장치는 크레인 승강 단계 동안에 중량물 승강 케이블(45)들을 지지하기 위한 중량물 승강 케이블 지지 수단(31, 35, 24)을 더 포함하며, 상기 크레인 승강 단계는 상기 타워(1)의 상측 영역(2)에서 지지되는 크레인 승강 케이블(3)들에 대해 작용하는 상기 크레인 장치의 크레인 승강 수단(32)의 이용에 의해서 수행되는, 크레인 승강 단계;
    상기 타워(1)의 크레인 장착 위치(2)에 크레인 장치가 장착되는, 장착 단계;
    상기 붐 아암들(26, 27)이 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대해서, 상기 붐 지지 프레임(42, 25)에 대한 위축 상태로부터 전개 상태로 변위되는, 붐 아암 전개 단계; 및
    상기 중량물 승강 수단(32)의 이용에 의하여 상기 중량물(46)이 하강되는, 중량물 하강 단계;를 포함하는, 중량물 하강 방법.
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