KR101222701B1

KR101222701B1 - 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템 및 풍력타워 제조방법.

Info

Publication number: KR101222701B1
Application number: KR1020100130463A
Authority: KR
Inventors: 고재욱; 김석염
Original assignee: 화신강업(주); 김석염
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2013-01-17
Also published as: KR20120069076A

Abstract

본 발명은 더욱 상세하게는 대략 160톤 이상에 해당하는 중량의 풍력타워의 제조시 효과적으로 조립과 부품이송이 가능하게 구성한 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템 및 풍력타워 제조방법에 관한 것이며, 풍력타워 제조 시스템에 있어서, 원료적재부(3)에 인접하게 실내에 두개의 직선 라인으로 크레인이 이동가능하게 구비된 실내작업부(1)가 형성되고, 실내작업부(1)는 커팅존(1-1), 면취존(1-2), 벤딩존(1-3), 및 직선용접부(1-4)가 일직선상 라인으로 시작부에 순차적으로 형성되되 원료적재부(3)와 근접하게 형성되며, 원료적재부(3)로 부터 철판공급구(5)를 통해 철판이 공급되어 커팅, 면취, 벤딩이 이루어지고, 플랜지공급구(6)를 통하여 공급된 플랜지가 직선용접부(1-4)와 같은 라인에 형성된 플랜지피팅부(1-5)에서 벤딩된 관형 셀과 피팅되도록 이루어지며, 순차적으로 원주용접부(1-6), 섹션용접부(1-7), 마감작업부(1-8)가 같은 라인으로 형성되고, 다른 라인으로 역방향 이동동선을 가지도록 블라스팅부스(1-9), 도색부스(1-10), 건조부스(1-11), 2차도색부스(1-12), 내부조립부(1-13)가 순차적으로 형성되며, 실외에 실내작업부(1)와 인접하게 스토리지섹션(S)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템 및 풍력타워 제조방법. { A system for manufacturing a wind tower of power generator and its poocess }

본 발명은최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템 및 풍력타워 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대략 160톤에 해당하는 중량의 풍력타워의 제조시 효과적으로 조립과 부품이송이 가능하게 구성한 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템 및 풍력타워 제조방법에 관한 것이다.

풍력 발전 설비 및 풍력 터빈은 크기와 치수가 증가한다. 일반적으로, 전력용 전자장치 기판(power electronic board), 스위치 기판, 전자장치 캐비넷(electronic cabinet) 또는 변압기뿐만 아니라, 그의 상부에 나셀(nacelle)이 부착되는 풍력 발전 설비의 타워 섹션(tower section)과 다른 구성요소[풍력 터빈 구동 트레인(wind turbine drive train) 또는 발전기 등]와 같이, 풍력 발전 설비의 부피가 큰 다른 요소들은 개별적인 유닛으로서 제작 구역으로부터 유닛들이 조립되는 풍력 발전 설비의 설치 구역으로 수송된다. 각각의 유닛의 크기가 증대됨에 따라, 풍력 발전 설비의 부피가 큰 구성요소를 제작 구역으로부터 설치 구역까지 이송하는 것은 번거로우며 비용이 많이 든다.

풍력 터빈은 풍력에 의한 동력 에너지를 기계적인 에너지로 전환시키는 기계이다. 기계적인 에너지가 물을 펑핑하거나 밀을 가는 것과 같은 기계에 의해 직접 사용된다면, 풍력 터빈은 풍차라고 할 수 있다. 유사하게, 기계적인 에너지가 전기로 전환된다면, 기계는 풍력 발전기 또는 풍력 발전 플랜트라고 할 수 있다.

통상적으로, 풍력 터빈 타워는, 아치형 강철판을 롤링하고, 이들 강철판의 단부를 함께 고정하여 폐쇄 링을 형성함으로써 건설된다. 다음에, 링은 서로의 상부에 적층되어 타워의 길이부를 형성한다.

이렇게 제조된 풍력타워는 관경이 3m ~ 4m에 달하고, 타워의 길이는 대략 80m에 해당한다. 그리고 무게는 160톤 이상에 해당하는 중량이므로 제조할 때에 적절한 동선을 확보하여 제조하지 않으면 제조에 많은 어려움이 있게 된다.

또한 풍력타워를 효율적으로 제조하지 않으면 제조과정에서 많은 인력과 공정손실이 있게 되어 하루당 하나 이상의 풍력타워를 제조하기 어려운 점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 풍력타워를 제조할 때 효율적인 동선을 확보하여 중량의 부품을 이동거리를 최소한으로 하여 풍력타워를 제조하고자 하는 목적이 있다.

또한 풍력타워의 제조시 정형화된 제조시스템을 제공하여 풍력타워의 제조시 일괄공정에 의하여 생산성을 높이고자 하는 목적이 있다.

풍력타워 제조 공장의 배치를 효율적으로 하여 공정의 시간적 손실을 최소화하고자 하는 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 풍력타워 제조 시스템에 있어서, 원료적재부(3)에 인접하게 실내에 두개의 직선 라인으로 크레인이 이동가능하게 구비된 실내작업부(1)가 형성되고, 실내작업부(1)는 커팅존(1-1), 면취존(1-2), 벤딩존(1-3), 및 직선용접부(1-4)가 일직선상 라인으로 시작부에 순차적으로 형성되되 원료적재부(3)와 근접하게 형성되며, 원료적재부(3)로 부터 철판공급구(5)를 통해 철판이 공급되어 커팅, 면취, 벤딩이 이루어지고, 플랜지공급구(6)를 통하여 공급된 플랜지가 직선용접부(1-4)와 같은 라인에 형성된 플랜지피팅부(1-5)에서 벤딩된 관형 셀과 피팅되도록 이루어지며, 순차적으로 원주용접부(1-6), 섹션용접부(1-7), 마감작업부(1-8)가 같은 라인으로 형성되고, 다른 라인으로 역방향 이동동선을 가지도록 블라스팅부스(1-9), 도색부스(1-10), 건조부스(1-11), 2차도색부스(1-12), 내부조립부(1-13)가 순차적으로 형성되며, 실외에 실내작업부(1)와 인접하게 스토리지섹션(S)이 형성되는 것을 특징으로 하며, 원재료적재부(3)는 철판적재소(3)와 플랜지적재소(4)로 구분되고, 원재료적재부(3)에 적재된 철판과 플랜지는 실내작업부(1)로 공급되며, 철판은 샷블라스팅 한것을 사용하는 것을 특징으로 하는 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템, 및 선택적으로 원재료적재부(3)에 철판과 플랜지를 적재하는 원재료 적재 단계(100)를 포함할 수 있으며; 원재료적재부(3)에서 실내작업부(1)로 철판을 공급하여 수분과 이물질을 제거하기 위하여 40 ~ 60 ℃로 프리히팅하고, 2.4 ~ 4 m/min의 속도로 샷블라스팅하는 원재료 샷블라스팅 단계(110); 2개조 67개의 공급된 철판을 플라즈마 커팅 머신과 산소 커팅 머신으로 절단하고, 절단된 철판을 베벨링 머신과 그라인딩 머신으로 면취하는 커팅 및 면취 단계(120); 철판을 원형관 형태로 벤딩후 용접하는 직선용접 단계(130); 용접되어 제조된 일측 원형관의 일단에 틸팅장치로 플랜지를 끼워 고정하는 원주, 플랜지 피팅 단계(140); 제조된 원형관을 서로 맞추어 그 연결부위를 용접하는 원주용접 단계(150); 각각 일단에 플랜지가 고정된 두개의 섹션파트를 서로 맞추고, 그 연결부위를 용접하여 양단에 플랜지가 형성된 타워관체를 제조하는 섹션용접 단계(160); 비파괴검사, 내부 브라켓 용접, 도어프레임 용접, 최종 점검을 순차적으로 시행하는 마감작업 단계(170); 도장전에 트롤리카에 적재하여 블라스팅부스(1-9)로 이동하여 섹션당 240분 블라스팅하는 도장전 브라스팅 단계(180); 두개의 도색부스와 하나의 건조부스에 트롤리카로 이동하여 1차 도색후 건조하고, 다시 2차도색하는 도색 및 건조 단계(190); 내부의 조립체를 타워관체 내부에 조립하는 내부조립 단계(200); 가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명은 중량의 철판으로 이루어진 풍력타워 원형관 섹션을 만들때 가장 효율적인 동선을 가지게 되고, 부품과 제품 제작 완료후 적재위치까지 동선을 고려하여 시스템화 하여 종래 일당 하나의 풍력타워를 제조하던 저조한 효율을 높혀 일당 2개의 풍력타워를 제조할 수 있는 효과가 있다.

풍력타워 제조시 여러 단계로 나누어 일괄공정을 수행함으로써 가장 효율적인 작업이 이루어질 수 있도록 하였다.

도 1은 본 발명의 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템을 도시한 개략평면도,
도 2는 본 발명의 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템을 도시한 개략 사시도,
도 3은 본 발명의 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템을 도시한 도면, 및
도 4는 본 발명의 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조방법을 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 2.1 Mw 이상의 관상 풍력타워를 제조하는 시스템과 공정에 관한 것으로서, 4개 섹션의 스틸 관상 풍력타워는 최대직경 4m, 최소직경 3m의 관경으로 77.5m의 길이를 가지며 대략 160톤의 무게를 가진 풍력타워를 제조하는 시스템과 공정에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 풍력타워 제조 시스템은 원료적재부(3)에 인접하게 실내에 두개의 직선 라인으로 크레인이 이동가능하게 구비된 실내작업부(1)가 형성된다. 실내작업부(1)에는 두개의 직선라인이 형성되고, 직선라인의 천정부에는 중량의 부품이나 조립품을 이송시키기 위한 천정크레인이 설치되어 있다.

실내작업부(1)는 커팅존(1-1), 면취존(1-2), 벤딩존(1-3), 및 직선용접부(1-4)가 일직선상 라인으로 시작부에 순차적으로 형성되되 원료적재부(3)와 근접하게 형성된다. 즉 실내작업부(1)의 커팅존(1-1), 면취존(1-2), 벤딩존(1-3), 및 직선용접부(1-4)가 위치하는 실외에 벽을 사이에 두고 형성된다. 원료적재부(3)는 철판적재소(2)와 플랜지적재소(4)로 이루어지는데, 철판이 먼저 공급되어 벤딩되어야 하므로 철판이 적재된 곳이 앞에 위치하게 된다.

실내작업부(1)에서 커팅존(1-1) 앞에 위치하는 벽면에 철판공급구(5)가 형성되어 컨베이어벨트로 철판이 내부로 이송되어 공급된다. 그리고 원료적재부(3)로 부터 철판공급구(5)를 통해 철판이 공급되어 커팅, 면취, 벤딩이 이루어지고, 플랜지공급구(6)를 통하여 공급된 플랜지가 직선용접부(1-4)와 같은 라인에 형성된 플랜지피팅부(1-5)에서 벤딩된 관형 셀과 피팅되도록 이루어진다.

공급되는 철판은 300 ~ 400 ℃의 온도를 가진 가열부스내에서 40 ~ 60 ℃로 가열하고, 샷블라스팅 한것을 사용하는데, 이러한 전처리 과정은 옵션 사항으로 생략할 수 있다.

커팅존(1-1)에는 두개의 플라즈마 커팅기와 한대의 산소 커팅기가 커팅을 하게 되고, 이러한 커팅기는 두개조로 67개의 철판을 커팅하게 된다. 이때 플라즈마 커팅기는 철판당 23분이 소요되고, 산소커팅기는 2개의 철판당 120분이 소요된다.

커팅된 철판은 면취작업이 이루어지는데, 면취는 6개의 투헤드 베벨링머신과 4개의 포터블 베벨링 머신 및 6개의 그라인딩 머신을 사용하고 8개의 테이블에서 철판단 60 ~ 100분이 소요된다.

면취작업이 끝나면 철판을 둥글게 벤딩하여 원형관 형태로 만들게 된다. 이러한 벤딩작업은 벤딩존(1-3)에서 이루어지게 된다. 벤딩존에는 4개의 벤딩 머신이 구비되고, 그 중에 2개는 T1, T2 즉 50mm와 30mm의 의 커패시티를 가진 것을 벤딩할 수 있는 것며, 다른 2개는 T3, T4 즉 25mm두께의 커패시티를 가진 것을 벤딩할 수 있는 것이다.

용접작업부(1-4)에서 원형관 형태로 벤딩된 철판의 서로 마주보는 단부를 용접하여 고정하는데 리딩토치와 트레일링토치로 구성되는 두개이상의 토치를 동시에 진행하면서 하는 텐텀 소우용접 (tandem SAW)을 실시한다.

용접에 걸리는 시간은 T1, T2는 셀당 65분이 걸리고, T3, T4는 셀당 50분이 소요된다.

용접작업부(1-4) 다음으로 플랜지피팅부(1-5)가 형성되어 있는데, 플랜지피팅부(1-5)로 플랜지공급구(6)에서 공급된 플랜지를 용접된 원형관에 끼워 고정한다. 수평상태의 원형관을 수직상태로 바꾸어주는 틸팅장치 2개와 피트업 테이블 2개가 구비되어 20개의 플랜지를 고정한다.

그리고 전술한 플랜지피팅부(1-5) 다음으로 같은 직선상에서 순차적으로 원주용접부(1-6), 섹션용접부(1-7), 마감작업부(1-8)가 같은 라인으로 형성된다.

원형관 형태의 셀을 서로 피팅시키는 셀피팅 단계를 거쳐 셀들을 서로 원주 용접하도록 원주용접부(1-6)가 형성된다. 셀피팅 단계에서 로테이터 위에 셀을 올려놓고 셀을 로테이팅 시키면서 피팅시킨다.

피팅된 셀을 원주 용접하게 되는데, 로테이터에 올려진 상태에서 원주용접을 하게 된다.

그리고 섹션용접부(1-7)에서 텐덤소우 용접으로 양단에 플랜지가 위치하는 원형관 섹션으로 피팅하여 용접한다.

마감작업부(1-8)에서 비파괴검사를 하고, 원형관 섹션의 내부에 내부브라켓과 도어프레임을 용접하여 고정한다.

전술한 라인들과 다른 직선 라인을 실내에 형성하되 원료적재부(3)와 반대쪽으로 형성하고, 지금까지의 진행방향과 역방향 이동동선을 가지도록 블라스팅부스(1-9), 도색부스(1-10), 건조부스(1-11), 2차도색부스(1-12), 내부조립부(1-13)가 순차적으로 형성된다.

블라스팅부(1-9)에서는 도장전에 확인하는 블라스팅으로서, 트롤리카에 실어서 셀을 용접하여 이루어진 원형관 섹션당 240분의 시간이 소요된다.

도색작업은 도색부스(1-10), 건조부스(1-11), 2차도색부스(1-12)를 거치면서 이루어지고, 트롤리카에 원형관 섹션이 실어져 이동하게 된다. 이러한 도색은 섹션당 480분이 소요된다.

도색을 마친 원형관 섹션은 내부조립부(1-13)로 이동하여 내부에 설치될 어셈블리를 조립한다.

완성된 원형관 섹션은 포장되어 납품대기 하는데, 실외에 실내작업부(1)와 인접하게 스토리지섹션(S)이 형성되어 완성되어 포장된 원형관 섹션이 운송되어 보관된다.

이와 같이 구성된 시스템에서 풍력타워를 제조하는 공정은 우선 원재료적재부(3)에 철판과 플랜지를 적재하는 원재료 적재 단계(100)를 거치고, 원재료적재부(3)에서 실내작업부(1)로 철판을 공급하여 수분과 이물질을 제거하기 위하여 40 ~ 60 ℃로 프리히팅하고, 선택적으로 2.4 ~ 4 m/min의 속도로 샷블라스팅하는 원재료 샷블라스팅 단계(110)를 거쳐 원재료를 구비한다. 이때 원재료 샷블라스팅 단계(110)는 선택적으로 하는 전처리 공정으로 생략할 수 있다.

그리고 구비된 2개조 67개의 공급된 철판을 플라즈마 커팅 머신과 산소 커팅 머신으로 원형관을 형성하도록 크기에 따라 절단하고, 절단된 철판을 베벨링 머신과 그라인딩 머신으로 면취하는 커팅 및 면취 단계(120)를 거친다.

철판을 원형관 형태로 벤딩하는 벤딩 단계(125)후에, 벤딩된 원형관 형태의 철판의 맞닿는 단부를 용접하는 직선용접 단계(130)를 거친다.

용접되어 제조된 일측 원형관의 일단에 틸팅장치로 세워 플랜지를 끼워 고정하는 원주, 플랜지 피팅 단계(140)를 거쳐 완성된 원형관 섹션의 양단에 위치할 플랜지를 고정하게 된다.

제조된 원형관을 서로 맞추어 그 연결부위를 용접하는 원주용접 단계(150)를 거치고, 원주용접되어 완성된 원형관 셀을 연결하여 원형관 섹션으로 제조하도록 연결할 셀을 서로 피트업시켜 그 연결부위를 원주용접하여 고정하는 섹션용접단계(160)를 거친다. 이때 각각 일단에 플랜지가 고정된 두개의 섹션파트를 서로 맞추고, 그 연결부위를 용접하여 양단에 플랜지가 형성된 타워관체를 한다.

마감작업단계(170)에서 비파괴검사, 내부 브라켓 용접, 도어프레임 용접, 최종 점검을 순차적으로 시행하여 도장전의 단계를 완료한다.

역방향으로 이동하도록 구성된 작업장에서, 도장전에 트롤리카에 적재하여 블라스팅부스(1-9)로 이동하여 섹션당 240분 블라스팅하는 도장전 브라스팅 단계(180)를 거친다.

그리고 두개의 도색부스와 하나의 건조부스에 트롤리카로 이동하여 1차 도색후 건조하고, 다시 2차도색하는 도색 및 건조 단계(190)를 마무리하고, 최종적인 내부 조립품을 조립하여 고정하는 내부조립 단계(200)를 거친다.

1 : 실내작업부 1-1 : 커팅존
1-2 : 면취존 1-3 : 벤딩존
1-4 : 직선용접부 1-5 : 플랜지피팅부
1-6 : 원주용접부 1-7 : 섹션용접부
1-8 : 마감작업부 1-9 : 블라스팅부스
1-10 : 1차도색부스 1-11 : 건조부스
1-12 : 도색부스 1-13 : 내부조립부
2 : 철판적재소 3 : 원료적재부
4 : 플랜지적재소 5 : 철판공급구
6 : 플랜지공급구 S : 스토리지 섹션
100 : 원재료 적재 110 : 원재료 샷블라스팅
120 : 커팅 및 면취 130 : 직선용접
140 : 원주, 플랜지 피팅 150 : 원주용접
160 : 섹션 용접 170 : 마감작업
180 : 도장전 블라스팅 190 : 도색 및 건조
200 : 내부조립 125 : 벤딩

Claims

풍력타워 제조 시스템에 있어서,
원료적재부(3)에 인접하게 실내에 두개의 직선 라인으로 크레인이 이동가능하게 구비된 실내작업부(1)가 형성되고, 실내작업부(1)는 커팅존(1-1), 면취존(1-2), 벤딩존(1-3), 및 직선용접부(1-4)가 일직선상 라인으로 시작부에 순차적으로 형성되되 원료적재부(3)와 근접하게 형성되며, 원료적재부(3)로 부터 철판공급구(5)를 통해 철판이 공급되어 커팅, 면취, 벤딩이 이루어지고, 플랜지공급구(6)를 통하여 공급된 플랜지가 직선용접부(1-4)와 일직선상 라인에 형성된 플랜지피팅부(1-5)에서 벤딩된 관형 셀과 피팅되도록 이루어지며, 순차적으로 원주용접부(1-6), 섹션용접부(1-7), 마감작업부(1-8)가 일직선상 라인으로 형성되고, 이러한 라인과 역방향 일직선상으로 블라스팅부스(1-9), 도색부스(1-10), 건조부스(1-11), 2차도색부스(1-12), 내부조립부(1-13)가 순차적으로 형성되며, 실외에 실내작업부(1)와 인접하게 스토리지섹션(S)이 형성되는 것을 특징으로 하는 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템.
제 1 항에 있어서,
원재료적재부(3)는 철판적재소(3)와 플랜지적재소(4)로 구분되고, 원재료적재부(3)에 적재된 철판과 플랜지는 실내작업부(1)로 공급되며, 철판은 300 ~ 400 ℃의 온도를 가진 가열부스내에서 40 ~ 60 ℃로 가열하고, 샷블라스팅 한것을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조 시스템.
원재료적재부(3)에 철판과 플랜지를 적재하는 원재료 적재 단계(100);
2개조 67개의 공급된 철판을 플라즈마 커팅 머신과 산소 커팅 머신으로 절단하고, 절단된 철판을 베벨링 머신과 그라인딩 머신으로 면취하는 커팅 및 면취 단계(120);
철판을 원형관 형태로 벤딩하는 벤딩 단계(125);
벤딩된 원형관의 맞닿는 단부를 용접하는 직선용접 단계(130);
용접되어 제조된 일측 원형관의 일단에 틸팅장치로 플랜지를 끼워 고정하는 원주, 플랜지 피팅 단계(140);
제조된 원형관을 서로 연결하도록 용접하는 원주용접 단계(150);
각각 일단에 플랜지가 고정된 두개의 섹션파트를 서로 맞추고, 그 연결부위를 용접하여 양단에 플랜지가 형성된 타워관체를 제조하는 섹션용접 단계(160);
비파괴검사, 내부 브라켓 용접, 도어프레임 용접, 최종 점검을 순차적으로 시행하는 마감작업 단계(170);
도장전에 트롤리카에 적재하여 블라스팅부스(1-9)로 이동하여 섹션당 240분 블라스팅하는 도장전 브라스팅 단계(180);
두개의 도색부스와 하나의 건조부스에 트롤리카로 이동하여 1차 도색후 건조하고, 다시 2차도색하는 도색 및 건조 단계(190); 및
내부의 조립체를 타워관체 내부에 조립하는 내부조립 단계(200)가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조방법.
제 3 항에 있어서, 원재료 적재 단계(100) 후에 원재료적재부(3)에서 실내작업부(1)로 철판을 공급하여 수분과 이물질을 제거하기 위하여 40 ~ 60 ℃로 프리히팅하고, 2.4 ~ 4 m/min의 속도로 샷블라스팅하는 원재료 샷블라스팅 단계(110);를 거쳐 전처리 작업을 선택적으로 하는 것을 특징으로 하는 최단 동선이 확보된 풍력타워 제조방법.