KR101988163B1 - 풍력 발전기, 이의 설치장치 및 설치방법 - Google Patents

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이성래
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두산중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 외부 크레인을 사용하지 않고 설치할 수 있는 풍력 발전기와, 이의 설치장치 및 설치방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치장치는, 기립하여 설치되는 타워와, 타워가 관통하는 결합홀을 구비하여 타워와 결합하는 메인 나셀을 포함한다. 그리고 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치; 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛; 및 메인 나셀 외부와 연결되며, 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 메인 나셀을 타워를 따라 타워 상부로 이동시키는 이동 풀리 유닛;을 포함하고, 윈치로부터 배출된 와이어는 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛을 거쳐 타워 측에 일단이 고정된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 대형 크레인을 사용하지 않고 용이하게 풍력 발전기를 설치함으로써 설치비용을 절감할 수 있다. 또한 풍력 발전기를 해체하는 경우에도 적은 비용으로 용이하게 해체할 수 있다.

Description

풍력 발전기, 이의 설치장치 및 설치방법{WIND TURBINE, APPARATUS AND MEHTOD FOR INSTALLING THE SAME}
본 발명은 풍력 발전기, 이의 설치장치 및 설치방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 외부 크레인을 사용하지 않고 설치할 수 있는 풍력 발전기와, 이의 설치장치 및 설치방법에 관한 것이다.
풍력발전(風力發電)이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.
풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.
이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.
통상적인 수평축 풍력발전기는 많은 동력을 얻기 위해서는 블레이드의 크기를 키우거나 블레이드 크기에 상응하는 용량을 갖는 발전기를 장착해야 한다. 하지만, 블레이드가 커지거나 발전기의 용량이 커질수록 블레이드와 발전기의 무게가 증가하게 되어 무거운 블레이드와 발전기를 지지할 타워와 구조물의 규모가 같이 커져야 하며, 블레이드와 발전기를 포함한 발전시설이 무거워지면 그 무게의 지지를 위한 베어링과 같은 부품도 증가해야 하고, 바람의 방향에 따라 회전날개부의 방향을 돌려주는 요(yaw) 동작을 위해 별도의 특수 장치가 설치되어야 한다.
일반적으로 대형 크레인을 이용하여 타워 상부로 나셀, 블레이드 등을 운반하여 장착하게 되는데, 이로 인해 설치 및 유지비용이 기하급수적으로 증가하게 되며, 이러한 기술적인 난이도와 비용의 증가로 인하여 풍력 발전기의 폭넓은 보급에 막대한 장애를 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일측면은 크레인 사용하지 않고 설치할 수 있는 풍력 발전기 및 이를 설치할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치장치는, 기립하여 설치되는 타워와, 타워가 관통하는 결합홀을 구비하여 타워와 결합하는 메인 나셀을 포함한다. 그리고 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치; 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛; 및 메인 나셀 외부와 연결되며, 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 메인 나셀을 타워를 따라 타워 상부로 이동시키는 이동 풀리 유닛;을 포함하고, 윈치로부터 배출된 와이어는 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛을 거쳐 타워 측에 일단이 고정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치장치에 있어서, 고정 풀리 유닛은 복수개의 고정 풀리를 포함하고, 이동 풀리 유닛은 복수개의 이동 풀리를 포함하며, 와이어가 복수개의 고정 풀리와 이동 풀리를 교대로 거치도록 배치될 수 있다.
여기서, 고정 풀리 유닛은, 복수개의 고정 풀리가 동일한 축에 일정 간격으로 배열되고, 이동 풀리 유닛은, 복수개의 이동 풀리가 동일한 축에 일정 간격으로 배열될 수 있다.
여기서, 고정 풀리 유닛은, 복수개의 고정 풀리가 각각 평행하게 배열된 축에 배치되고, 이동 풀리 유닛은, 복수개의 이동 풀리가 각각 평행하게 배열된 축에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치장치에 있어서, 윈치와 고정 풀리 유닛 사이에 지나는 와이어의 경로 상에 배치되며, 와이어를 안내하는 적어도 하나의 가이드 풀리 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치장치에 있어서, 결합홀 내측면과 타워 외측면 사이에 배치되어 결합홀과 타워의 충돌을 방지하는 완충부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 완충부는 상하 방향으로 회전하는 바퀴 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치방법은, 기립하여 설치되는 타워와, 타워의 상부에 회전 가능하게 결합되는 메인 나셀을 포함하는 풍력 발전기를 설치하는 방법으로서, 메인 나셀에 구비된 결합홀에 타워가 삽입되도록 배치하는 단계; 타워의 내측 하단부에 배치되며 와이어를 풀거나 감는 윈치와, 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛과, 메인 나셀 외부에 연결되어 와이어에 의해 상하로 이동하는 이동 풀리 유닛;을 설치하는 단계; 윈치로부터 배출되는 와이어를 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛을 거쳐 타워 측에 일단이 고정되도록 설치하는 단계; 윈치에서 와이어를 감아 이동 풀리 유닛 및 이에 연결된 메인 나셀을 타워를 따라 타워 상부로 견인하는 단계; 및 타워 상부와 메인 나셀을 고정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치방법에 있어서, 고정 풀리 유닛은 복수개의 고정 풀리를 포함하고, 이동 풀리 유닛은 복수개의 이동 풀리를 포함할 수 있다. 와이어를 설치하는 단계에서, 와이어를 복수개의 고정 풀리와 이동 풀리를 교대로 거치도록 배치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 기립하여 설치되는 타워; 타워가 관통하는 결합홀을 구비하여 타워와 결합하는 메인 나셀; 및 메인 나셀을 타워를 따라 타워 상부로 이송시키는 적어도 하나의 설치 유닛;을 포함한다. 여기서, 설치 유닛은 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치와, 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛과, 메인 나셀 외부와 연결되며, 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 메인 나셀을 타워를 따라 타워 상부로 이동시키는 이동 풀리 유닛을 포함하고, 윈치로부터 배출된 와이어는 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛을 거쳐 타워 측에 일단이 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는, 기립하여 설치되는 타워; 타워의 상부에 회전 가능하게 결합되는 메인 나셀; 메인 나셀에 결합되는 복수의 서포트 아암; 각 서포트 아암의 단부에 고정 설치되는 서브 나셀; 및 서브 나셀을 서포트 아암 단부로 이송시키는 설치 유닛을 포함한다. 여기서 설치 유닛은, 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치와, 서포트 아암의 외측 단부에 배치되는 고정 풀리 유닛과, 서브 나셀 외부와 연결되며, 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 서브 나셀을 서포트 아암 단부로 이동시키는 이동 풀리 유닛;을 포함하고, 윈치로부터 배출된 와이어는 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛을 거쳐 서포트 아암 측에 일단이 고정된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 대형 크레인을 사용하지 않고 용이하게 풍력 발전기를 설치함으로써 설치비용을 절감할 수 있다. 또한 풍력 발전기를 해체하는 경우에도 적은 비용으로 용이하게 해체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 단위 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)의 작동을 개략적으로 나타내는 작동도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)에서 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛의 변형예를 구체적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)에서 완충부를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 풍력 발전기, 이의 설치장치 및 설치방법에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 단위 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는, 타워(100), 메인 나셀(300) 및 적어도 하나의 설치 유닛(600)을 포함한다.
또한 본 실시예에 따른 풍력 발전기(10)는 서포트 아암(500) 및 복수의 단위 발전 유닛(700)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)에는, 로터(710)의 회전에 의해 전기를 개별적으로 생산하는 단위 발전 유닛(700)이 복수로 배치되고, 복수의 단위 발전 유닛(700) 각각은 서포트 아암(500)을 통해 메인 나셀(300)에 고정 결합될 수 있다.
타워(100)는 지면으로부터 일정한 높이로 세워져 설치되며, 메인 나셀(300), 복수의 단위 발전 유닛(700) 등을 지지할 수 있다. 타워(100)는 직경이 균일한 관형일 수도 있고, 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수도 있다. 이 때, 타워(100)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 타워(100) 내부에는 단위 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 타워(100)의 횡단면이 원형으로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 다각형 단면으로 형성될 수 있다.
타워(100)의 상단에는 타워 플랜지(110)가 형성될 수 있다. 타워 플랜지(110)는 타워 단면과 같은 형태, 본 실시예에서는 원형으로 형성되며, 타워(100)의 외주면보다 외측으로 돌출되어 단턱을 구비할 수 있다. 타워 플랜지(110)의 직경은 후술할 메인 나셀의 결합홀(320)의 직경보다 크게 형성되어, 메인 나셀(300)이 타워(100) 상측으로 견인될 때 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 파워 플랜지(110)는 메인 나셀(300)의 나셀 플랜지(310)과 체결된다.
메인 나셀(main nacelle, 300)은 타워(100)의 상부에 위치하며 타워(100)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(support arm, 500)이 방사상으로 결합되며, 복수의 서포트 아암(500) 각각의 단부에는 단위 발전 유닛(700)이 결합될 수 있다. 즉, 메인 나셀(300)이 타워(100)에 대해 회전하는 경우, 메인 나셀(300)과 함께 복수의 단위 발전 유닛(700)도 회전할 수 있다.
이 때, 메인 나셀(300)은 외형만 통상의 나셀 모양과 유사하게 형성되고, 내부에는 기어박스나 발전기 등이 구비되지 않을 수 있다. 그러나, 메인 나셀(300)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상으로 이루어질 수도 있다.
메인 나셀(300)은 타워(100)가 삽입되도록 상하방향으로 관통된 결합홀(320)을 구비한다. 결합홀(320)은 타워(100)의 횡단면 형상에 대응하며 형성되며, 본 실시예에서는 원형의 타워(100) 횡단면에 대응하여 원형의 횡단면을 갖는다.
결합홀(320)의 상측 입구에는 입구를 따라 나셀 플랜지(310)가 형성되며, 타워 플랜지(110)의 형상에 대응하여 형성될 수 있다. 메인 나셀(300)이 타워(100)를 상단으로 이송되면, 타워 플랜지(110)의 저면과 나셀 플랜지(310)의 상면이 서로 맞닿게 되는데, 타워 플랜지(110)와 나셀 플랜지(310)를 체결하여 타워(100) 및 메인 나셀(300)을 결합할 수 있다.
서포트 아암(500)은 메인 나셀(300)과 단위 발전 유닛(700)을 서로 연결하는 부재로서, 메인 나셀(300)에서 멀어질수록 직경이 작아지거나, 또는 직경이 균일한 관형 형상일 수 있다. 이때, 서포트 아암(500)에는 단위 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 계단 또는 컨베이어가 설치될 수도 있다.
한편, 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(500)이 결합되는데, 메인 나셀(300)을 정면으로 바라볼 때 타워(100)를 기준으로 타워(100)의 좌측 및 우측에 동일한 개수의 서포트 아암(500)이 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 타워(100)의 좌측에는 2개의 서포트 아암(500)이 배치되고, 타워(100)의 우측에는 2개의 서포트 아암(500)이 배치된다.
메인 나셀(300) 내부에는 요잉 시스템(yawing system)이 배치되어, 단위 발전 유닛(700)의 블레이드(711)가 바람과 마주하도록 단위 발전 유닛(700)이 결합된 메인 나셀(300)을 회전시킬 수 있다.
타워(100)와 메인 나셀(300)은 요 베어링(미도시)을 매개로 서로 연결되는데, 요 베어링(미도시)에 의해 메인 나셀(300)이 지면에 고정 설치된 타워(100)에 대해 회동, 즉 요잉 운동을 할 수 있다. 요 베어링은 외륜과 내륜을 구비하는데, 요 베어링의 외륜은 타워(100)에 고정되고, 요 베어링의 내륜은 메인 나셀(300)에 고정될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되지 않고, 요 베어링의 외륜이 메인 나셀(300)에 고정되고, 요 베어링의 내륜이 타워(100)에 고정될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 서포트 아암(500)의 단부에 결합되는 단위 발전 유닛(700)은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 로터(710), 서브 나셀(sub nacelle, 730), 메인 샤프트(740), 증속기(gearbox, 750), 브레이크(760) 및 발전기(770)를 포함한다.
로터(710)는 서브 나셀(730)의 전방에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 로터(710)에서 발생된 회전력이 메인 샤프트(740)를 통해 증속기(750)에 전달된다. 로터(710)는 허브(713)와 복수의 블레이드(711)로 이루어지는데, 허브(713)는 메인 샤프트(740)의 일단에 결합되어 서브 나셀(730)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 블레이드(711)는 허브(713)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다.
허브(713)는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 블레이드(711)는 바람에 의해 허브(713)의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(711)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.
서브 나셀(730)는 증속기(750), 발전기(770) 등을 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 서브 나셀(730)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상 등으로 이루어질 수도 있다.
메인 샤프트(740)는 로터(710)의 회전력을 증속기(750)로 전달하는데, 고속으로 회전하는 메인 샤프트(740)는 메인 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
증속기(750)는 기어를 이용해 블레이드(711)에 의해 회전하는 메인 샤프트(740)의 회전속도를 발전에 적합한 회전속도로 변환하는 장치로, 증속기(750) 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부(미도시)가 마련되어 있다. 한편, 증속기어부 내의 다수의 기어의 윤활 및 냉각을 위해 증속기(750) 내에는 증속기용 오일(미도시)이 구비될 수 있다.
브레이크(760)는 증속기(750)와 인접한 위치에 배치되어, 메인 샤프트(740)의 회전력을 제어할 수 있다. 이때, 브레이크(760)는 디스크 방식이 주로 사용될 수 있다.
발전기(770)는 입력되는 회전에너지를 이용하여 전기를 생산하는 장치로, 그 내부에 회전축에 연결 고정된 회전자(미도시) 및 고정자(미도시)가 구비된다. 회전자가 고정자 주위로 고속 회전함으로써 전기를 발생시키게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)에서 고정 풀리 유닛 및 이동 풀리 유닛을 구체적으로 나타내는 사시도이다. 풍력 발전기 설치장치는 설치 유닛(600)과 동일한 구성을 가지므로 함께 설명한다.
풍력 발전기의 설치 유닛(600)은 윈치(610), 고정 풀리 유닛(640) 및 이동 풀리 유닛(650)을 포함한다.
윈치(610)는 원통형의 드럼에 감아서 중량물을 끌어올리거나 또는 끌어당기는　수단으로서, 타워(100)의 내측 하단부에 배치된다. 윈치(610)는 와이어(620)를 풀거나 감음으로써 후술하는 메인 나셀(300), 서브 나셀(730) 등의 풍력 발전기 구성요소들을 타워 상부로 이송할 수 있다. 윈치(610)를 구성하는 드럼에는　클러치나　브레이크가 장착되어 있어　원동기로부터 동력을 전하거나 끊을 수가 있다. 윈치(610)로부터 배출된 와이어(620)는 후술할 고정 풀리 유닛(640) 및 이동 풀리 유닛(650)을 거쳐 타워(100) 측에 일단이 고정된다.
고정 풀리 유닛(640)은 타워(620)의 외측 상단부에 배치되어 와이어(620)를 지지하면서 와이어(620)가 작용하는 힘의 방향을 변경할 수 있다. 고정 풀리 유닛(640)를 구성하는 고정 풀리의 회전축 위치는 타워(620) 측에 고정되어 있다.
이동 풀리 유닛(650)은 메인 나셀(300) 외부와 연결되며, 와이어(620)가 감김으로써 상방향으로 견인되어 메인 나셀(300)을 타워(100)를 따라 타워(100) 상부로 이동시키는 역할을 한다.
고정 풀리 유닛(640)은 복수개의 고정 풀리(6411, 6412, 6413)를 포함하여 구성되고, 이동 풀리 유닛(650)도 이에 대응하여 복수개의 이동 풀리(6511, 6512, 6513)을 포함할 수 있는데, 이 때 와이어(620)는 복수개의 고정 풀리와 이동 풀리를 교대로 거친다. 복수개의 이동풀리(6511, 6512, 6513)를 구비하면, 와이어(620)는 여러 가닥으로 힘을 분산하여 지지하므로, 이동 풀리가 많을수록 적은 힘으로도 메인 나셀(300)을 끌어올릴 수 있다.
고정 풀리 유닛(640a)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 복수개의 고정 풀리(6411, 6412, 6413)가 동일한 축(6420)에 일정 간격으로 배열될 수 있다. 이동 풀리 유닛(650) 역시 고정 풀리 유닛(640)에 대응하여 복수개의 고정 풀리(6511, 6512, 6513)가 동일한 축(6520)에 일정 간격으로 배열될 수 있다. 고정 풀리(6411, 6412, 6413) 및 이동 풀리(6511, 6512, 6513)는 상하 방향에서 봤을 때 고정풀리와 이동풀리가 교대로 배열될 수 있다.
고정 풀리 유닛(640b)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수개의 고정 풀리(6411, 6412)가 각각 평행하게 배열된 축(6421, 6422)에 배치될 수 있다. 이에 대응하여 이동 풀리 유닛(650) 역시 복수개의 이동 풀리(6511, 6512, 6513)가 각각 평행하게 배열된 축에 배치될 수 있다. 고정 풀리(6411, 6412) 및 이동 풀리(6511, 6512, 6513)는 각각 수평방향으로 일렬로 배열될 수 있으며, 상하방향에서 봤을 때 고정풀리와 이동풀리가 교대로 배열될 수 있다.
가이드 풀리 유닛(630)은 윈치(610)와 고정 풀리 유닛(640) 사이에 지나는 와이어(620)의 경로 상에 배치되어 와이어(620)를 지지하며, 와이어(620)가 원활히 감기거나 풀리도록 안내하고 와이어(620)의 경로를 변경하는 역할을 한다. 가이드 풀리 유닛(630)은 적어도 1개 이상 배치되며, 타워 내측벽에 배치될 수도 있고, 타워 외측에 배치될 수도 있다(도 4b의 6311, 6312 참조).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)에서 완충부를 나타내는 평면도이다.
메인 나셀(300)이 타워(100)를 따라 원활하게 상방향으로 이송될 수 있도록 결합홀(320)의 직경은 타워 직경(100)보다 다소 크게 형성되는데, 이 때 메인 나셀(300)이 이송 중에 흔들리게 되면, 메인 나셀(300)의 내측벽이 타워(100)의 외벽과 충돌할 수 있다.
완충부(330)는 결합홀(320)의 내측면과 타워(100)의 외측면 사이에 배치되어 이러한 메인 나셀(300)과 타워(100)의 직접적으로 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 완충부(330)는 결합홀(320)의 내측면 또는 타워(100)의 외측면을 따라 복수개가 배치될 수 있다.
완충부(330)는 탄성을 갖는 부재로 형성될 수 있는데, 메인 나셀(300)의 원활한 이송을 위해 결합홀 내측면에 상하 방향으로 회전하는 바퀴(331)과, 바퀴(331)를 결합홈(320)에 지지하며 회전축을 제공하는 지지부(332)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하면서 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치) 및 설치방법에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저 메인 나셀(300)에 구비된 결합홀(320)에 타워(100)가 삽입되도록 배치한다. 타워(100)가 관형 부재로 형성된 복수의 타워 조립체가 적층된 다단 형태로 이루어진 경우, 하부의 1단 또는 2단까지 타워 조립체를 설치한 후 소형 크레인을 이용하여 메인 나셀의 결합홀(330)을 끼워 넣을 수 있다.
풍력 발전기(10)에 풍력 발전기 설치 장치(설치 유닛, 600)을 장착한다. 윈치(610), 가이드 풀리 유닛(630), 고정 풀리 유닛(640), 이동 풀리 유닛(650) 등을 상술한 위치들에 장착할 수 있다.
와이어(620)를 윈치(610)로부터 배출하여 고정 풀리 유닛(640) 및 이동 풀리 유닛(650)을 거쳐 타워(100) 측에 일단이 고정되도록 설치한다. 와이어(620)는 타워(100) 하단에서 상단으로 타워(100)를 따라 상방향으로 연결되다가 고정 풀리 유닛(640)을 거쳐 방향을 변경하여 하방향으로 연결되고, 이동 풀리 유닛(650)을 거쳐 다시 상방향으로 연결되다가 타워 상단부에 고정된다.
그리고 나서, 윈치(610)에서 와이어(620)를 감아 이동 풀리 유닛(650) 및 이에 연결된 메인 나셀(300)을 타워(100)를 따라 타워 상부로 견인한다.
메인 나셀(300)이 타워(100) 상부로 이송되면, 타워(100) 상부와 메인 나셀(300)을 고정한다. 이 때, 타워 플랜지(110)의 저면과 나셀 플랜지(310)의 상면이 맞닿게 되면, 타워 플랜지(110)와 나셀 플랜지(310)를 체결하여 타워(100) 및 메인 나셀(300)을 결합할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기의 설치 유닛(풍력 발전기 설치장치)을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
본 실시예에 따른 풍력 발전기는 멀티형 풍력 발전기에서 서브 나셀(730)을 이송시키기 위해 설치 유닛(600)을 장착한 것으로서, 설치 유닛(600)은 윈치(610), 와이어(620), 가이드 풀리 유닛(630), 고정 풀리 유닛(640), 이동 풀리 유닛(650) 등을 구비한다. 이에 대한 구조, 작동 방식 등은 앞서 설명한 실시예에서와 동일하므로, 중복되는 기술적 특징에 대한 설명은 생략한다.
고정 풀리 유닛(640)은 서포트 아암(500)의 외측 단부에 배치되고, 이동 풀리 유닛(650)은 서브 나셀(700) 외부에 연결된다. 와이어(620)는 윈치(610)로부터 배출되어 타워(100), 메인 나셀(300), 서포트 아암(500)을 따라 연결되어 서포트 아암 외측 단부의 고정 풀리 유닛(640)을 거치고, 가이드 풀리 유닛(630)을 거쳐 다시 서포트 아암(500) 측 일단에 고정된다.
가이드 풀리 유닛(630)은 타워(100)에서 메일 나셀(300), 서포트 아암(500)을 거지는 와이어(620)의 경로 상에 배치되어 와이어(620)를 지지한다. 윈치(610)에서 와이어(620)를 감아 서브 나셀(700)를 상방향으로 견인할 수 있다.
상술한 설명에서 서로 다른 요소들 간의 결합 또는 접합(접속)시에는 이들 간을 결합시키기 위한 별도의 결합 부재를 구비한다. 또한, 필요에 따라 접합면에서의 누설을 방지하기 위한 별도의 밀봉 수단이 더 추가될 수도 있다. 또한, 결합 공정의 편의와 누설 방지를 위해 끼워맞춤 형태의 소정의 돌기 또는 홈 등이 형성될 수도 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 타워 110 : 타워 플랜지
300 : 메인 나셀 310 : 나셀 플랜지
320 : 결합홀 500 : 서포트 아암
600 : 풍력 발전기 설치장치, 설치 유닛
610 : 윈치 620 : 와이어
630 : 가이드 풀리 유닛 640 : 고정 풀리 유닛
650 : 이동 풀리 유닛 700 : 단위 발전 유닛

Claims (11)

  1. 기립하여 설치되는 타워와, 상기 타워가 관통하는 결합홀을 구비하여 상기 타워와 결합하는 메인 나셀을 포함하는 풍력 발전기를 설치하는 장치로서,
    상기 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치;
    상기 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛; 및
    상기 메인 나셀 외부와 연결되며, 상기 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 상기 메인 나셀을 상기 타워를 따라 상기 타워 상부로 이동시키는 이동 풀리 유닛;을 포함하고,
    상기 윈치로부터 배출된 상기 와이어는 상기 고정 풀리 유닛 및 상기 이동 풀리 유닛을 거쳐 상기 타워 측에 일단이 고정되는 풍력 발전기 설치장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정 풀리 유닛은 복수개의 고정 풀리를 포함하고,
    상기 이동 풀리 유닛은 복수개의 이동 풀리를 포함하며,
    상기 와이어가 상기 복수개의 고정 풀리와 이동 풀리를 교대로 거치도록 배치되는 풍력 발전기 설치장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정 풀리 유닛은, 복수개의 고정 풀리가 동일한 축에 일정 간격으로 배열되고,
    상기 이동 풀리 유닛은, 복수개의 이동 풀리가 동일한 축에 일정 간격으로 배열되는 풍력 발전기 설치장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고정 풀리 유닛은, 복수개의 고정 풀리가 각각 평행하게 배열된 축에 배치되고,
    상기 이동 풀리 유닛은, 복수개의 이동 풀리가 각각 평행하게 배열된 축에 배치되는 풍력 발전기 설치장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 윈치와 상기 고정 풀리 유닛 사이에 지나는 와이어의 경로 상에 배치되며, 상기 와이어를 안내하는 적어도 하나의 가이드 풀리 유닛을 포함하는 풍력 발전기 설치장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합홀 내측면과 상기 타워 외측면 사이에 배치되어 상기 결합홀과 상기 타워의 충돌을 방지하는 완충부를 더 포함하는 풍력 발전기 설치장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 완충부는,
    상하 방향으로 회전하는 바퀴 형태로 형성되는 풍력 발전기 설치장치.
  8. 기립하여 설치되는 타워와, 상기 타워의 상부에 회전 가능하게 결합되는 메인 나셀을 포함하는 풍력 발전기를 설치하는 방법으로서,
    상기 메인 나셀에 구비된 결합홀에 상기 타워가 삽입되도록 배치하는 단계;
    상기 타워의 내측 하단부에 배치되며 와이어를 풀거나 감는 윈치와, 상기 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛과, 상기 메인 나셀 외부에 연결되어 상기 와이어에 의해 상하로 이동하는 이동 풀리 유닛;을 설치하는 단계;
    상기 윈치로부터 배출되는 와이어를 상기 고정 풀리 유닛 및 상기 이동 풀리 유닛을 거쳐 상기 타워 측에 일단이 고정되도록 설치하는 단계;
    상기 윈치에서 상기 와이어를 감아 상기 이동 풀리 유닛 및 이에 연결된 상기 메인 나셀을 상기 타워를 따라 상기 타워 상부로 견인하는 단계; 및
    상기 타워 상부와 상기 메인 나셀을 체결하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 설치방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고정 풀리 유닛은 복수개의 고정 풀리를 포함하고, 이동 풀리 유닛은 복수개의 이동 풀리를 포함하며,
    상기 와이어를 설치하는 단계에서,
    상기 와이어를 상기 복수개의 고정 풀리와 이동 풀리를 교대로 거치도록 배치하는 풍력 발전기 설치방법.
  10. 기립하여 설치되는 타워;
    상기 타워가 관통하는 결합홀을 구비하여 상기 타워와 결합하는 메인 나셀; 및
    상기 메인 나셀을 상기 타워를 따라 상기 타워 상부로 이송시키는 적어도 하나의 설치 유닛;을 포함하며,
    상기 설치 유닛은
    상기 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치와,
    상기 타워의 외측 상단부에 배치되는 고정 풀리 유닛과,
    상기 메인 나셀 외부와 연결되며, 상기 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 상기 메인 나셀을 상기 타워를 따라 상기 타워 상부로 이동시키는 이동 풀리 유닛을 포함하고,
    상기 윈치로부터 배출된 상기 와이어는 상기 고정 풀리 유닛 및 상기 이동 풀리 유닛을 거쳐 상기 타워 측에 일단이 고정되는 풍력 발전기.
  11. 기립하여 설치되는 타워;
    상기 타워의 상부에 회전 가능하게 결합되는 메인 나셀;
    상기 메인 나셀에 결합되는 복수의 서포트 아암;
    상기 각 서포트 아암의 단부에 고정 설치되는 서브 나셀; 및
    상기 서브 나셀을 상기 서포트 아암 단부로 이송시키는 설치 유닛을 포함하며,
    상기 설치 유닛은
    상기 타워의 내측 하단부에 배치되며, 와이어를 풀거나 감는 윈치와,
    상기 서포트 아암의 외측 단부에 배치되는 고정 풀리 유닛과,
    상기 서브 나셀 외부와 연결되며, 상기 와이어에 의해 상방향으로 견인되어 상기 서브 나셀을 상기 서포트 아암 단부로 이동시키는 이동 풀리 유닛;을 포함하고,
    상기 윈치로부터 배출된 상기 와이어는 상기 고정 풀리 유닛 및 상기 이동 풀리 유닛을 거쳐 상기 서포트 아암 측에 일단이 고정되는 풍력 발전기.
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