KR20140147994A - 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법 - Google Patents

합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법 Download PDF

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한상훈
박우선
원덕희
윤길림
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 풍력 타워(wind tower)에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성되어 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되어 제작비의 상승으로 인해 경제성이 저하되는 문제가 있었던 종래의 단일 기둥으로 구성되는 풍력타워 구조들의 문제점을 해결하기 위해, 각 기둥 사이를 가새(bracing)로 연결함으로써, 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있고, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 각 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하여 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 합성기둥과 가새로 구성되는 새로운 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법이 제공된다.

Description

합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법{Wind tower structure composed of composite columns and bracings and wind tower construction method using thereof}
본 발명은 풍력 타워(wind tower)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성됨으로 인해, 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되어 제작비의 상승으로 인해 경제성이 저하되는 문제가 있었던 종래의 단일 기둥으로 구성되는 풍력타워 구조들의 문제점을 해결하기 위한 새로운 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 각 기둥 사이를 가새(bracing)로 연결함으로써, 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있고, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 각 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하여 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력타워는, 평균적으로 높이가 100m 이상인 대형 구조물로서 이루어지며, 고중량의 터빈과 블레이드를 지지하고, 특히, 바람이 블레이드에 작용함으로써 발생하는 매우 큰 횡력에 대해 안전하여야 한다.
또한, 상기한 바와 같은 풍력타워에 대한 종래기술예로서는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2011-0077657호(2011.07.07.)에 제시된 바와 같은 "고강도 강의 풍력타워"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 공개특허공보 제10-2011-0077657호의 고강도 강의 풍력타워는, 고강도 강을 적용하여 구조체의 경량화를 가능하도록 하기 위한 고강도 강의 풍력타워에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 공개특허 제10-2011-0077657호에 따르면, 풍력발전을 위한 블레이드가 장착되며, 풍력타워 자체가 420 내지 460급 고강도 강이 적용되어 직경이 증가되고, 두께가 7 내지 28% 감소될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고강도 강의 풍력타워가 제공된다.
또한, 상기한 바와 같은 풍력타워에 대한 종래기술의 다른 예로서는, 예를 들면, 미국 특허출원 US 12/045,489(2008.03.10.)에 제시된 바와 같은 "풍력 터빈 타워"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 US 12/045,489의 풍력 터빈 타워는, 적어도 하나의 풍력 터빈 타워 섹션 사이의 조인트(joint)를 형성하도록 유도 브레이징(induction brazing)을 사용하여 조립되는 풍력 터빈 타워에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 US 12/045,489에 따르면, 제 1 타워 섹션과, 제 2 타워 섹션과, 상기 제 1 타워 섹션 및 상기 제 2 타워 섹션을 결합할 수 있는 유도 브레이징된 조인트(an induction brazed joint)를 포함하는 풍력 터빈 타워가 제공된다.
상기한 바와 같이, 현재의 풍력타워는 강재 타워가 주종을 이루고 있으나, 이러한 강재 타워는, 재료의 한계성으로 인하여 장대화(형고 120m 이상)하기 어려우며, 아울러, 콘크리트에 비해 고강도 재료를 사용함에 따라, 타워의 두께를 줄이는 것에 의해 축력보다는 모멘트에 지배되는 거동에 적당한 구조체이나, 진동의 문제, 좌굴의 문제 등이 있다.
더욱이, 상기한 바와 같은 강재 타워는, 점차 대형화되는 풍력터빈에는 적절하지 않으므로, 최근에는, 이를 해결하기 위하여, 대형 풍력타워로서 하이브리드 풍력타워와 합성구조의 풍력타워가 개발되고 있는 추세이다.
여기서, 상기한 바와 같은 합성구조 풍력타워에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허 제10-2009-0132539호(2009.12.30.)에 제시된 바와 같은 "복합재료를 이용한 풍력타워 및 그 제작방법"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 공개특허 제10-2009-0132539호의 "복합재료를 이용한 풍력타워 및 그 제작방법"은, 복합섬유와 복합재료 또는 폴리우레탄을 이용하여 제작한 심재를 적용하여 구성한 샌드위치 형태의 풍력타워 및 그 제작방법에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 공개특허 제10-2009-0132539호에 따르면, 수지가 함침된 복합섬유를 분리가 가능한 원추형 맨드릴의 둘레면을 따라 일정 두께만큼 1차적으로 와인딩하여 내부 복합섬유층을 형성하는 단계와, 내부 복합섬유층의 둘레면을 따라 복합재료 또는 폴리우레탄으로 제작된 다수의 심재를 접합하되 다수의 심재를 내부 복합섬유층의 길이방향으로 배열 접합하여 심재층을 형성하는 단계와, 심재층의 둘레면에 수지가 함침된 복합섬유를 일정 두께만큼 2차적으로 와인딩하여 외부 복합섬유층을 형성하는 단계, 및 상온에서 경화시킨 후 맨드릴을 분리하여 완성하는 단계를 통해 제작됨으로써, 기존의 금속재 풍력타워보다 가볍고, 내부식성 및 내구성이 탁월할 뿐만 아니라, 큰 하중에도 견딜 수 있는 구조적 안전성을 가지는 샌드위치 형태의 복합재료 풍력타워 및 그 제작방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 종래, 여러 가지 형태의 풍력타워 구조가 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래의 풍력타워 구조들은, 그 구조상 다음과 같은 문제가 있는 것이었다.
즉, 풍력 타워의 거동을 지배하는 하중은 휨 모멘트가 지배적이며, 그러한 휨모멘트에 비해 축하중은 미미하나, 상기한 종래의 풍력 타워들은, 모두 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성되는 구조이기 때문에, 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되기 쉬우며, 결과적으로, 이는 제작비의 상승으로 연결되어 풍력타워의 경제성이 저하된다는 문제가 있다.
또한, 최근에는, 이러한 단일 기둥으로 구성되는 종래의 풍력 타워의 한계를 극복하기 위하여 다주형 기둥이 개발되고 있으나, 이러한 다주형 기둥 또한 기본적으로는 순수 강재로 구성된 타워 구조로서, 결과적으로는 상기한 종래의 풍력 타워들과 마찬가지로 문제점이 있는 것이었다.
따라서 상기한 바와 같이 강재로 구성된 단일 기둥으로 이루어지는 종래의 풍력 타워들의 문제점을 해결하기 위하여는, 작용하중에 적절히 대응할 수 있는 동시에 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있고, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 급속 시공을 통해 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 새로운 풍력타워 구조를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 풍력타워 구조나 시공방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 공개특허공보 제10-2011-0077657호(2011.07.07.)
2. 미국 특허출원 US 12/045,489(2008.03.10.)
3. 한국 공개특허 제10-2009-0132539호(2009.12.30.)
4. 미국 특허출원 US 12/237,919(2008.09.25.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성되어 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되어 제작비의 상승으로 인해 경제성이 저하되는 문제가 있었던 종래의 단일 기둥으로 구성되는 풍력타워 구조들의 문제점을 해결하기 위해, 각 기둥 사이를 가새(bracing)로 연결하는 것에 의해 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있는 새로운 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 목적은, 각 기둥 사이를 가새로 연결함으로써 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있으며, 재료비가 최소화되고, 일반 기둥, 합성기둥, 중공 기둥 및 중실 기둥을 적용 가능하여 작용하중에 적절히 대응할 수 있는 동시에, 가새의 구조형식을 합성구조, 샌드위치 구조 및 강재로 설계할 수 있으므로 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 각각의 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하는 것에 의해 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 풍력 터빈이 설치되는 타워부와, 상기 타워부를 지지하기 위한 기둥부 및 상기 기둥부가 설치되는 기초부를 포함하여 이루어지는 풍력타워 구조에 있어서, 상기 기둥부는, 상기 기둥부를 형성하기 위한 복수의 합성기둥(Composite Column); 및 각각의 상기 합성기둥 사이에 설치되어 각각의 상기 합성기둥을 연결하는 가새(Bracing)를 포함하여 구성되는 단위 세그먼트가 상기 기초부 위에 적어도 하나 이상 적층되는 형태로 설치되어 이루어지고, 최상단의 상기 단위 세그먼트에는 상기 타워부가 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조가 제공된다.
여기서, 상기 합성기둥은, 이중강관합성 중공기둥(Double Skinned Composite Tubular Colums), 내부구속 중공 철근콘크리트 기둥(Internally Confined Hollow Reinforced Concrete Column), 일반 철근콘크리트 기둥(Reinforced Concrete Column), 콘크리트 충전 강관 기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column) 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 합성기둥은, 내면에 내부튜브(inner tube)가 삽입되고, 상기 내부튜브의 외측이 콘크리트로 채워진 중공형 기둥으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 내부튜브는, 강재 또는 섬유보강플라스틱(Fiber Reinforced Polymer ; FRP)을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 합성기둥은, 내측이 콘크리트로 채워진 중실형 기둥으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 합성기둥은, 원형, 3각형, 4각형, 5각형, 6각형, 8각형 중 하나의 단면을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가새는, 강재, 이중강관합성 중공 부재(Double Skinned Composite Tubular Member), 콘크리트 충전 강관 부재(Concrete Filled (Steel) Tubular Member) 중 하나를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 기둥부는, 6개의 상기 합성기둥 및 상기 가새를 각각 이용하여, 6각형의 단면을 가지는 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 기둥부는, 4개의 상기 합성기둥 및 상기 가새를 각각 이용하여, 4각형의 단면을 가지는 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 풍력타워 구조를 이용한 풍력 타워의 시공방법에 있어서, 각각의 단위 세그먼트를 제작하는 단계; 미리 형성된 기초부 위에 각각의 상기 단위 세그먼트를 차례로 적층하듯이 조립하여 기둥부를 형성하는 단계; 및 구축된 상기 기둥부 위에 타워부를 설치하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 대형의 풍력 타워도 단순 조립작업만으로 용이하게 구축할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 타워의 시공방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 각 기둥 사이를 가새(bracing)로 연결하는 것에 의해 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있고, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 각 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하여 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법이 제공됨으로써, 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성되어 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되어 제작비의 상승으로 인해 경제성이 저하되는 문제가 있었던 종래의 단일 기둥으로 구성되는 풍력타워 구조들의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법이 제공됨으로써, 재료비가 최소화되고, 일반 기둥, 합성기둥, 중공 기둥 및 중실 기둥을 적용 가능하게 하여 작용하중에 적절히 대응할 수 있는 설계가 가능해지며, 각 기둥 사이를 가새로 연결함으로써 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있는 설계가 가능하고, 또한, 가새의 구조형식을 합성구조, 샌드위치 구조 및 강재로 설계할 수 있으므로, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 아울러, 각각의 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하는 것에 의해, 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부를 형성하는 단위 세그먼트의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조에 적용 가능한 중공형의 기둥 형식 및 그 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조에 적용 가능한 중실형의 기둥 형식 및 그 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부의 단면도로서, 기둥부가 6각형 단면을 가지는 구조인 경우를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부의 단면도로서, 기둥부가 4각형 단면을 가지는 구조인 경우를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 각각의 세그먼트의 조립방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성되어 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되어 제작비의 상승으로 인해 경제성이 저하되는 문제가 있었던 종래의 단일 기둥으로 구성되는 풍력타워 구조들의 문제점을 해결하기 위해, 각 기둥 사이를 가새(bracing)로 연결하는 것에 의해 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있는 새로운 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 각 기둥 사이를 가새로 연결함으로써 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있으며, 재료비가 최소화되고, 일반 기둥, 합성기둥, 중공 기둥 및 중실 기둥을 적용 가능하여 작용하중에 적절히 대응할 수 있는 동시에, 가새의 구조형식을 합성구조, 샌드위치 구조 및 강재로 설계할 수 있으므로 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 각각의 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하는 것에 의해 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법에 관한 것이다.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법의 구체적인 실시예의 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 풍력 터빈이 설치되는 타워부와 상기 타워부를 지지하기 위한 기둥부 및 상기 기둥부가 설치되는 기초부를 포함하여 이루어지는 풍력타워 구조에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 풍력타워 구조는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기둥부(10)가, 기초부 위에 적어도 하나 이상 적층된 단위 세그먼트(11)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부를 형성하는 단위 세그먼트(11)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 세그먼트(11)는, 기둥부를 형성하는 소구경의 다수의 합성기둥(Composite Column)(21)과, 각각의 합성기둥 사이에 설치되어 각각의 합성기둥을 연결하는 가새(Bracing)(22)를 포함하여 이루어진다.
아울러, 상기한 합성기둥(21)은, 이중강관합성 중공기둥(Double Skinned Composite Tubular Colums), 내부구속 중공 철근콘크리트 기둥(Internally Confined Hollow Reinforced Concrete Column), 일반 철근콘크리트 기둥(Reinforced Concrete Column), 콘크리트 충전 (강)관 기둥(Concrete Filled (Steel) Tubular Column)등이 적용될 수 있다.
더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부에 적용 가능한 중공형의 기둥 형식 및 그 단면 형상을 나타내는 도면이다.
또한, 도 4를 참조하면, 도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조의 기둥부에 적용 가능한 중실형의 기둥 형식 및 그 단면 형상을 나타내는 도면이다.
즉, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 풍력타워의 기둥부를 형성하는 각각의 합성기둥(21)은, 내부가 콘크리트로 채워지고 원형, 사각형, 육각형, 팔각형 등의 단면을 가지는 중공형 또는 중실형 기둥으로 구성될 수 있다.
이때, 중공형의 경우는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 기둥의 내면에 내부튜브(inner tube)가 삽입되며, 이러한 튜브는, 강재 또는 섬유보강플라스틱(Fiber Reinforced Polymer ; FRP) 등을 사용하여 구성될 수 있다.
더욱이, 상기한 가새(22)는, 강재 또는 이중강관합성 중공 부재(Double Skinned Composite Tubular Member), 콘크리트 충전 (강)관 부재(Concrete Filled (Steel) Tubular Member)를 사용하여 구성될 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 풍력타워 구조의 기둥부(10)의 단면도로서, 기둥부(10)가 6각형 단면을 가지는 구조인 경우를 나타내는 도면이고, 기둥부(10)가 4각형 단면을 가지는 구조인 경우를 각각 나타내는 도면이다.
즉, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기둥부(10)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 6개의 합성기둥(21) 및 가새(22)를 이용하여 6각형의 단면을 가지는 구조를 구성하거나, 또는 도 6에 나타낸 바와 같이, 4개의 합성기둥(21) 및 가새(22)를 이용하여 4각형의 단면 가지는 기둥 구조를 구성할 수도 있다.
여기서, 상기한 본 발명의 실시예에서는, 본 발명에 따른 풍력타워의 기둥부 및 그러한 풍력타워의 기둥부(10)를 형성하기 위한 합성기둥(21) 및 가새(22)가 도 1 내지 도 6을 참조하여 상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 상기한 실시예에 기재된 구성으로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명에 따른 합성기둥(21) 및 가새(22)는, 풍력타워의 기둥부를 형성하기에 적합한 것이면 필요에 따라 얼마든지 다른 형태나 재질을 이용하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기둥부(10)는, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같은 6각형이나 4각형 구조 이외에, 3각형이나 5각형, 또는 8각형 형태의 단면을 가지는 구조로 구성될 수도 있는 등, 본 발명은 반드시 상기한 실시예에 기재된 구성으로만 한정되는 것이 아니라, 필요에 따라 얼마든지 다양하게 변경 및 수정이 가능한 것임에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 구성되는 각각의 합성기둥(21)과 가새(22)를 합성하여, 본 발명에 따른 풍력타워의 기둥부(10)를 구성할 수 있다.
계속해서, 도 7을 참조하면, 도 7은 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 풍력타워 구조를 이용한 풍력타워의 시공방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 타워의 시공방법은, 먼저, 도 2에 나타낸 바와 같은 각각의 단위 세그먼트(21)를 필요한 만큼 제작한 후, 미리 형성된 기초부(71) 위에 단위 세그먼트(21)를 각각의 차례로 적층하듯이 조립하여 기둥부(10)를 형성한다.
다음으로, 이와 같이 하여 구축된 기둥부(10) 위에 풍력 터빈 및 블레이드 등을 포함하는 타워부를 설치함으로써, 풍력 타워를 완성한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 대형의 풍력 타워도 간단한 조립작업만으로 용이하게 구축할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 각 기둥 사이를 가새(bracing)로 연결하여 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있고, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 각 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하여 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하도록 구성되는 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조가 제공됨으로써, 대구경을 가지는 하나의 기둥으로 구성되어 휨하중에 대해 안전한 설계를 할 경우 축하중에 대하여는 과다한 설계가 되어 제작비의 상승으로 인해 경제성이 저하되는 문제가 있었던 종래의 단일 기둥으로 구성되는 풍력타워 구조들의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법이 제공됨으로써, 재료비가 최소화되고, 일반 기둥, 합성기둥, 중공 기둥 및 중실 기둥을 적용 가능하게 하여 작용하중에 적절히 대응할 수 있는 설계가 가능해지며, 각 기둥 사이를 가새로 연결함으로써 비틀림과 뒤틀림 성분에 대해 저항할 수 있는 설계가 가능하고, 또한, 가새의 구조형식을 합성구조, 샌드위치 구조 및 강재로 설계할 수 있으므로, 거동 지배 하중에 대해 최적화된 설계가 가능하며, 아울러, 각각의 타워 세그먼트를 제작한 후 조립하는 것에 의해, 급속 시공을 통한 공사비 절감이 가능하다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 합성기둥과 가새로 구성되는 풍력타워 구조 및 이를 이용한 풍력타워의 시공방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 기둥부
11. 단위 세그먼트
21. 합성기둥
22. 가새
71. 기초부

Claims (10)

  1. 풍력 터빈이 설치되는 타워부와, 상기 타워부를 지지하기 위한 기둥부 및 상기 기둥부가 설치되는 기초부를 포함하여 이루어지는 풍력타워 구조에 있어서,
    상기 기둥부는,
    상기 기둥부를 형성하기 위한 복수의 합성기둥(Composite Columns); 및
    각각의 상기 합성기둥 사이에 설치되어 각각의 상기 합성기둥을 연결하는 가새(Bracings)를 포함하여 구성되는 단위 세그먼트가 상기 기초부 위에 적어도 하나 이상 적층되는 형태로 설치되어 이루어지고,
    최상단의 상기 단위 세그먼트에는 상기 타워부가 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 합성기둥은,
    이중강관합성 중공기둥(Double Skinned Composite Tubular Colums), 내부구속 중공 철근콘크리트 기둥(Internally Confined Hollow Reinforced Concrete Column), 일반 철근콘크리트 기둥(Reinforced Concrete Column), 콘크리트 충전 강관 기둥(Concrete Filled Steel Tubular Column) 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 합성기둥은,
    내면에 내부튜브(inner tube)가 삽입되고, 상기 내부튜브의 외측이 콘크리트로 채워진 중공형 기둥으로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 내부튜브는,
    강재 또는 섬유보강플라스틱(Fiber Reinforced Polymer ; FRP)을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 합성기둥은,
    내측이 콘크리트로 채워진 중실형 기둥으로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 합성기둥은,
    원형, 3각형, 4각형, 5각형, 6각형, 8각형 중 하나의 단면을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가새는,
    강재, 이중강관합성 중공 부재(Double Skinned Composite Tubular Member), 콘크리트 충전 강관 부재(Concrete Filled (Steel) Tubular Member) 중 하나를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기둥부는,
    6개의 상기 합성기둥 및 상기 가새를 각각 이용하여, 6각형의 단면을 가지는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기둥부는,
    4개의 상기 합성기둥 및 상기 가새를 각각 이용하여, 4각형의 단면을 가지는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력타워 구조.
  10. 청구항 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 기재된 풍력타워 구조를 이용한 풍력 타워의 시공방법에 있어서,
    각각의 단위 세그먼트를 제작하는 단계;
    미리 형성된 기초부 위에 각각의 상기 단위 세그먼트를 차례로 적층하듯이 조립하여 기둥부를 형성하는 단계; 및
    구축된 상기 기둥부 위에 타워부를 설치하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 대형의 풍력 타워도 단순 조립작업만으로 용이하게 구축할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 타워의 시공방법.
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