KR20110117607A

KR20110117607A - 풍력 터빈 타워용 벽 섹션 및 풍력 터빈 타워

Info

Publication number: KR20110117607A
Application number: KR1020110029417A
Authority: KR
Inventors: 아브데라힘 암다; 얀 야콥센; 스틴 키르크가아르드 옌센
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2011-10-27
Also published as: CA2737814A1; EP2381091A1; EP2381091B1; BRPI1101889B1; AU2011201209B2; US8938933B2; JP2011226487A; US20110258952A1; DK2381091T3; CN102235320B; DK2381091T4; EP2381091B2; CN102235320A; IN2011DE00633A; AU2011201209A1; BRPI1101889A2

Abstract

풍력 터빈의 타워용 벽 섹션(101, 201)이 개시되며, 벽 섹션은 벽 섹션의 개구(113, 213)를 둘러싸는 내부 에지(115, 117; 215, 217); 벽 섹션의 두께 방향으로 돌출하고 두께 방향에 대해 횡방향으로(103, 105; 203, 205) 연장하는 돌출부(119, 121, 123, 125; 219, 221)를 포함한다. 또한 풍력 터빈 타워가 개시되며, 타워 벽 부분(127, 327); 및 일 실시예에 따른 벽 섹션(101, 201)을 포함하며, 벽 섹션은 벽 섹션의 외부 에지의 적어도 일 부분에서 타워 벽 부분으로 연결된다.

Description

풍력 터빈 타워용 벽 섹션 및 풍력 터빈 타워 {WALL SECTION FOR A WIND TRUBINE TOWER AND WIND TURBINE TOWER}

본 발명은 풍력 터빈 타워용 벽 섹션(section) 및 풍력 터빈 타워에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 풍력 터빈 타워의 강도를 증가시키기 위한 돌출부를 가지는 풍력 터빈 타워용 벽 섹션에 관한 것이다.

풍력 터빈은 타워, 타워의 상부에 장착된 곤돌라(nacelle) 및 곤돌라에 연결된 허브를 포함하며, 기계적 에너지를 제너레이터에 연결된 회전자 샤프트로 전달하는 하나 또는 둘 이상의 회전자 블레이드가 허브에 장착된다. 타워의 바닥 부분에서 통상적으로 수리 목적을 위해 타워의 내부로의 출입을 위해 도어가 제공된다. 도어는 풍력 터빈 타워 벽 내에 개구를 요구한다. 풍력 터빈 타워 벽은 통상적으로 강과 같은 금속으로 제조된다.

WO 2006/050723 A1호는 도어를 설치하기에 적절한 통공을 가지는 풍력 터빈용 타워 부분을 공개한다. 타워 부분은 실질적으로 균일한 두께를 가지며 통공을 가지는 타워 부분이 장착되는 타워의 벽 세그먼트의 두께 보다 두껍다.

WO 03/036085 A1호는 풍력 터빈의 타워를 건조하기 위한 구조적 유닛을 공개하며, 구조적 유닛은 도어를 수용하기 위한 관통 개구를 가지며 구조적 유닛은 주조 부분으로서 적어도 부분적으로 형성된다.

벽 섹션이 풍력 터빈 타워의 바닥 부분의 일 부분으로서 이용될 때 풍력 터빈 타워의 강도를 감소시키지 않도록 동시에 충분한 구조적 강성 및 강도를 제공하는 도어를 수용하기 위한 개구를 가지는 풍력 터빈 타워용 벽 섹션에 대한 요구가 있을 수 있다. 또한, 감소된 중량을 가지지만 풍력 터빈 타워 쉘(shell)의 일 부분으로서 적절하게 되도록 충분한 구조적 강성 및 세기를 제공하는 풍력 터빈 타워용 벽 섹션에 대한 요구가 있을 수 있다.

이러한 요구는 독립 청구항들에 따른 주요 구성에 의해 충족될 수 있다. 본 발명의 유용한 실시예들이 독립 청구항들에 의해 개시된다.

일 실시예에 따라 풍력 터빈의 타워용 벽 섹션이 제공되며, 벽 섹션은 벽 섹션의 개구를 둘러싸는 내부 에지; 및 벽 섹션의 두께 방향으로 돌출하고 두께 방향에 대해 횡방향으로 연장하는 돌출부를 포함한다.

벽 섹션은 특히 풍력 터빈 타워의 바닥 부분에서 풍력 터빈 타워의 일 부분 또는 풍력 터빈 타워 쉘의 일 부분을 형성하도록 구성될 수 있다. 벽 섹션은 벽 섹션의 최대 크기의 방향인 두 개의 상이한 측면 방향으로 주로 연장한다. 벽 섹션은 매우 작은 양으로 두 개의 측면 방향에 대해 횡방향으로 두께 방향으로 연장하며, 이러한 양은 벽 섹션의 두께를 나타낸다. 두께는 특히 20 mm 내지 100 mm, 특히 20 mm 내지 75 mm, 추가로 특히 30 mm 내지 50 mm일 수 있다. 수직 방향으로 측방향 크기는 200 cm 내지 400 cm, 특히 약 300 cm 일 수 있고, 다른 측면 방향으로 측면 크기는 특히 타워의 원주위 방향으로 110 cm 내지 300 cm, 특히 약 250 cm일 수 있다.

벽 섹션은 수직 방향으로 형성되는 두 개의 수직 외부 에지를 포함하고 풍력 터빈 타워의 원주위 방향을 따라 형성되는 두 개의 원주위 외부 에지를 포함하는 외부 에지를 포함할 수 있다. 벽 섹션의 중앙 부분에서, 벽 섹션의 내부 에지에 의해 둘러싸이는 개구가 제공된다. 내부 에지는 수직 방향을 따라 형성되는 두 개의 수직 내부 에지 부분 및 각각 상측부 및 하측부에 개구를 한정하는 상부 내부 에지 및 하부 내부 에지를 포함한다. 상부 내부 에지 뿐만 아니라 하부 내부 에지는 만곡 형상(특히 원의 세그먼트)을 가질 수 있거나 직선 형상을 가질 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라, 벽 섹션은 환기를 위한 환기공을 포함할 수 있으며, 벽 섹션 내의 환기공의 개수는 1개 내지 20개, 특히 1개 내지 10개, 더욱 특히 1 내지 3 또는 4개 이상일 수 있다. 환기공(들)은 개구 보다 작은 크기를 가질 수 있다.

개구는 도어를 수용하도록 구성될 수 있다. 개구는 직립 위치에서 사람이 개구(예를 들면 관문)를 횡단할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 크기는 예를 들면 더 큰 부품을 이러한 개구를 통하여 터빈 타워의 내부 내로 전달하기에 또는 이러한 개구를 통하여 터빈으로부터 이러한 부품을 운반하기에 충분하도록 클 수 있다(특히 크기가 2 m 내지 10 m 또는 크기가 2m 내지 5 m).

벽 섹션은 도어를 장착하기 위한 장착 요소를 포함할 수 있다.

돌출부는 리브, 벌지(bulge) 또는 벽 섹션으로 인가되는 일반적인 지지 구조물로서 형성될 수 있다. 돌출부는 벽 섹션의 강도 또는 구조적 강성을 증가시키도록 설계될 수 있다. 돌출부와 관계없이, 벽 섹션은 균일한 두께를 가질 수 있다. 돌출부는 벽 섹션의 중앙 부분에 있는 개구에 의해 감소된 강도를 보상하도록 벽 섹션의 보강 또는 지지를 제공할 수 있다. 이에 의해, 벽 섹션은 풍력 터빈 타워의 구조적 강성 및 강도에 역효과를 미치지 않고 풍력 터빈 타워에 대한 쉘 부분으로서 이용되기에 적절하다.

돌출부는 1 mm 내지 200 mm, 특히 20 mm 내지 60 mm, 특히 30 mm 내지 50 mm, 특히 약 40 mm의 두께 및/또는 폭을 가질 수 있다. 돌출부는 특히 강과 같은 금속을 포함할 수 있다. 돌출부는 볼트를 이용함으로써 또는 용접에 의한 것과 같이, 벽 섹션으로 고정될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 돌출부(하나 또는 둘 이상의 돌출부)는 돌출부를 포함하는 벽 섹션을 캐스팅하는 것에 의한 것과 같이, 벽 섹션과 일체로 형성된다. 개구는 벽 섹션을 캐스팅한 후 컷 아웃(cut out)될 수 있다. 선택적으로, 벽 섹션은 금속을 롤링하는 단계, 금속을 벤딩하는 단계 및 밴드 금속에 돌출부를 장착하는 단계의 제조 단계를 포함할 수 있다. 이에 의해, 제조 비용이 감소될 수 있으며, 동시에 풍력 터빈 타워 내로 통합되기에 적절한 벽 섹션을 제공한다.

일 실시예에 따라, 돌출부의 지오메트리(geometry), 재료, 크기 및 배치는 컴퓨터 모델링 계산으로부터 유도될 수 있다.

일 실시예에 따라 돌출부는 내부 에지의 일 부분에 평행하고 및/또는 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분에 평행한 두께 방향에 대해 횡방향으로 연장한다. 이에 의해 돌출부는 원주위(수평) 리브 보강을 제공할 수 있거나 또한 벽 섹션의 수직 리브 보강 및/또는 대각선 보강을 제공할 수 있다. 특히, 돌출부는 벽 섹션의 외부 에지로부터 이격하여 배치될 수 있으며 또한 벽 섹션의 내부 에지로부터 이격하여 배치될 수 있다. 돌출부는 예를 들면 벽 섹션의 외부 에지와 벽 섹션의 내부 에지 사이에 배치될 수 있다. 이에 의해, 벽 섹션의 강성 및 강도가 개선될 수 있고 벽 섹션의 전체 두께를 증가시키지 않고 증가되어 벽 섹션의 중량을 감소시키고 또한 벽 섹션의 비용을 감소시킬 수 있다.

일 실시예에 따라 돌출부는 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 내부 에지의 일 부분 사이로 연장한다. 특히, 돌출부는 외부 에지의 부분까지 및/또는 벽 섹션의 내부 에지의 부분까지 연장할 수 있다. 따라서, 돌출부는 항상 외부 에지의 부분으로부터 내부 에지의 부분으로 연장할 수 있다. 이에 의해, 특히 개구의 영역에서 또는 개구를 둘러싸는 영역에서 벽 섹션은 벽 섹션의 강도를 증가시키도록 돌출부에 의해 보강되는 것이 유용하다.

일 실시예에 따라, 돌출부는 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 마주하는 외부 에지의 다른 부분 사이로 종방향으로 연장한다. 특히, 돌출부는 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분으로부터 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 마주하는 외부 에지의 다른 부분으로 항상 연장할 수 있다. 따라서, 돌출부는 벽 섹션의 전체 측면 크기를 가로질러 양 측면 방향, 즉 수직 방향 및 원주위(수평) 방향으로 연장할 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출부는 벽 섹션의 전체 측면 크기를 가로질러 연장하지 않지만 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 외부 에지의 다른 부분 사이로 측면 크기의 약 60 내지 80%로 연장한다. 이에 의해, 중량은 감소되고 동시에 개구 둘레의 지역의 강도 및 세기를 증가시키도록 특히 개구 둘레의 지역이 강화될 수 있다.

일 실시예에 따라 벽 섹션은 개구와 외부 에지의 원주위 측면 부분 사이, 개구와 외부 에지의 수직한 상부 부분 및/또는 개구와 외부 에지의 수직한 하부 부분 사이에 배치되는 추가의 돌출부를 더 포함한다. 특히, 추가의 돌출부는 벽 섹션의 부가적인 보강을 제공할 수 있다. 특히, 추가의 돌출부는 특히 개구를 둘러싸는 영역 내의 벽 섹션을 효과적으로 구조적으로 지지하도록 개구를 둘러쌀 수 있다.

벽 섹션의 두께 방향으로 돌출하고 수직 방향, 원주위 방향, 및/또는 원주위 방향과 수직 방향 사이의 방향으로 연장하는 하나 또는 둘 이상의 부가 돌출부가 제공될 수 있다.

일 실시예에 따라, 벽 섹션의 두께는 외부 에지로부터 벽 섹션의 내부 에지를 향하여(및 이에 따라 개구를 향하여) 증가된다. 이에 의해, 벽 섹션의 두께는 두께 방향으로 돌출하는 돌출부의 두께를 고려하지 않고 결정된다. 따라서, 돌출부의 두께는 이러한 한정에서 벽 섹션의 두께를 결정하기 위해 고려하지 않는다. 벽 섹션의 외부 에지로부터 내부 에지를 향한 두께의 증가는 50 내지 200%, 특히 55 내지 150%가 될 수 있다. 따라서, 외부 에지에서 벽 섹션의 두께는 약 10 mm 내지 70 mm, 특히 20 mm 내지 50 mm, 더욱 특별하게는 25 mm 내지 40 mm, 특히 약 32 mm이고 내부 에지에서 벽 섹션의 두께는 10 mm 내지 150 mm, 특히 75 mm 내지 125 mm, 특히 약 100 mm가 될 수 있다. 따라서, 두께는 외부 에지로부터 내부 에지로 1.5 내지 4, 특히 2 내지 3.5, 특히 약 3배(a factor of) 만큼 증가할 수 있다. 이에 의해, 벽 섹션의 구조적 강성 및 강도는 구조적 세기를 손상시키지 않고 벽 섹션의 전체 구역에 걸쳐 균일한 방식으로 벽 섹션의 전체 두께를 증가시키기 위해 요구하지 않고 개선될 수 있다.

주조(cast) 벽 섹션은 개구에 의해 손실된 강도를 생성하도록 개구 둘레에 증가될 수 있는 판 두께를 가질 수 있다. 조금씩 판 두께를 증가시킴으로써, 모든 방향으로 내부 쉘의 큰 관성 모멘트가 작은 재료로 발생될 수 있으며, 이러한 내부 쉘의 큰 모멘트는 특히 개구 둘레에 집중된다는 것이 이용될 수 있다.

일 실시예에 따라, 벽 섹션은 볼록면 및 오목면을 포함하며, 돌출부는 오목면에 배치된다. 오목면은 조립된 풍력 터빈 타워의 내부면의 일 부분을 제공하는 표면일 수 있다. 오목면에 돌출부를 배치하는 것은 볼록면에 돌출부를 배치하는 것에 비해 강화된 구조적 강성 및 강도를 초래할 수 있다.

일 실시예에 따라 벽 섹션은 원통형 세그먼트 또는 원뿔형 세그먼트를 가진다. 특히, 벽 섹션은 적어도 개략적으로 원통형 세그먼트 또는 원뿔형 세그먼트를 가질 수 있다. 이에 의해, 벽 섹션은 용이하게 풍력 터빈 타워 쉘 내에 삽입될 수 있다. 실린더는 일 실시예에 따라 200 cm 내지 800 cm, 특히 350 cm 내지 450 cm의 직경을 가질 수 있다.

일 실시예에 따라, 벽 섹션은 주조 금속을 포함한다. 벽 섹션은 다수의 주조 금속 부분으로부터 조립될 수 있거나 일체로 형성된 주조 금속 구조물로서 제조될 수 있다. 이에 의해, 벽 섹션이 서로 고정되어야 하는 다수의 부분들로부터 조립되지 않아도 되므로, 제조 공정을 단순화하는 것이 가능하다. 주조 벽 섹션은 풍력 터빈 타워 쉘의 쉘 부분으로서 적절한 형상을 가질 수 있고 돌출부가 벽 섹션의 두께 방향으로 돌출하여 형성되도록 하는 형상을 가질 수 있다.

일 실시예에 따라, 주조 금속은 강, 특히 DIN 표준 17182에 따른 GS-20Mn5V 강 또는 GS-20Mn5V 강과 적어도 개략적으로 동일한 특성을 가지는 강 또는 S355 강과 적어도 개략적으로 동일한 특성을 가지는 강을 포함한다. 이에 의해, 주조 강으로 제조된 벽 섹션은 풍력 터빈 타워의 다른 벽 세그먼트에 충분히 용접가능할 수 있다.

일 실시예에 따라, 주조 금속은 상술된 금속에 대해 열등한 특성을 가지는 강을 포함한다.

일 실시예에 따라 벽 섹션은 공기의 통로를 위해 적용된 하나 이상의(또는 둘 이상, 특히 1 내지 10) 구멍을 더 포함한다.

일 실시예에 따라 상술된 벽 섹션의 일 실시예를 포함하고 타워 벽 부분을 포함하는 풍력 터빈 타워가 제공되며, 벽 섹션은 벽 섹션의 외부 에지의 적어도 일 부분에서 타워 벽 부분으로 연결된다. 벽 섹션을 타워 벽 부분에 연결함으로써, 풍력 터빈 타워의 적어도 벽 부분이 조립될 수 있다. 벽 섹션의 외부 에지는 수직 방향으로 연장하는 부분들 및 수평(원주위) 방향으로 연장하는 부분들을 포함할 수 있다. 수직 방향은 풍력 터빈 타워의 대칭 축선에 대해 적어도 개략적으로 평행하게 될 수 있다. 원주위 방향은 수직 방향에 대해 적어도 개략적으로 수직할 수 있다. 풍력 터빈 타워 벽 또는 풍력 터빈 타워 쉘 내에 벽 섹션을 이용함으로써, 풍력 터빈 타워는 비용을 감소하면서 동시에 간단한 방식으로 제조될 수 있다.

일 실시예에 따라, 타워 벽 부분은 용접에 의해 벽 섹션으로 연결된다. 용접은 벽 섹션의 외부 에지의 적어도 일 부분을 타워 벽 부분의 에지로 연결하도록 수행될 수 있다. 타워 벽 부분과 벽 섹션 사이의 충분히 강한 연결부를 용접하는 것에 의해 부가 장착 요소를 요구하지 않고 제공될 수 있다. 일 실시예에서 벽 부분은 볼트 또는 스크류를 이용하여 벽 섹션으로 연결된다.

일 실시예에 따라, 돌출부는 벽 섹션 내의 개구에 의한 상기 타워의 강도의 감소를 보상하기 위해 적용된다. 특히, 강도의 감도는 벽 섹션 내에 돌출부를 제공함으로써 적어도(예를 들면 풍력 터빈의 용량에 따라) 50%, 특히 75%, 더욱 특히 90%, 더욱 특히 100% 만큼 보상될 수 있다. 다른 실시예에 따라 타워의 강도는 타워의 하부 부분에 돌출부를 가지는 벽 섹션을 제공함으로써 벽 섹션을 가지지 않는 타워에 비해 더 강화될 수 있다(특히 10% 초과 만큼). 따라서, 타워는 높은 풍속을 가지는 거친 환경에 위치될 수 있다.

일 실시예에 따라, 풍력 터빈 타워를 제조하기 위한 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 풍력 터빈 타워용 벽 섹션을 제조하는 단계, 및 타워 벽 부분으로 벽 섹션을 조립 및 장착하는 단계를 포함하며 벽 섹션은 벽 섹션의 개구를 둘러싸는 내부 에지; 및 벽 섹션의 두께 방향으로 돌출하고 두께 방향에 대해 횡방향으로 연장하는 돌출부를 포함한다.

본 발명의 실시예는 상이한 주요 구성을 참조하여 설명되었다는 것을 주목하여야 한다. 특히, 일부 실시예들은 방법 타입 청구항들을 참조하여 설명된 반면 다른 실시예들은 장치 타입 청구항들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 기술분야의 기술자는 다르게 표시되지 않는 경우, 하나의 타입의 주요 구성에 속하는 특징들의 소정의 조합 또한 특히 방법 타입 청구항들의 특징들과 장치 타입 청구항들의 특징 사이의, 상이한 주요 구성들에 관련된 특징들 사이의 소정의 조합에 부가하여, 본 서류로 공개되는 것으로 고려되는 상술되고 후술되는 설명으로부터 얻게 될 것이다.

본 발명의 위에서 한정된 양태 및 추가의 양태는 앞으로 설명되는 실시예의 예들로부터 명백하고 실시예의 예들을 참조하여 설명된다. 본 발명은 실시예들의 예들을 참조하여 앞으로 더욱 상세하게 설명될 것이지만 본 발명은 실시예들의 예로 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 지금부터 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실예로서, 도 1a는 일 실시예에 따른 풍력 터빈 타워용 벽 섹션의 측면도를 개략적으로 보여주며, 도 1b는 일 실시예에 따른 삽입된 벽 섹션을 구비한 풍력 터빈 타워의 일부 단면 처리된 평면도이며,
도 2는 풍력 터빈 타워용 벽 섹션으로서, 도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 풍력 터빈 타워용 벽 섹션의 측면도 및 일 실시예에 따른 벽 섹션의 단면도들이며,
도 3은 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 실시예에 따른 풍력 터빈 타워용 벽 섹션을 삽입한 풍력 터빈 타워의 일 부분을 사시도로 개략적으로 도시하며,
도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 따른 풍력 터빈 타워용 벽 섹션을 도시한다.

도면이 개략적으로 도시된다. 상이한 도면들에서, 유사하거나 동일한 요소들에는 동일한 도면 부호 또는 대응하는 도면 부호와 첫번째 숫자만 상이한 도면부호가 제공된다.

도 1a는 일 실시예에 따라 풍력 터빈 타워를 위한 벽 섹션(110)의 측면도를 개략적으로 보여준다. 도시된 실시예에서, 벽 섹션은 DIN 표준 17182에 따라 강 GS-20Mn5V를 포함하는 일체로 형성된 주조 금속 부분이다. 이러한 강은 2.1 e5 MPa의 종탄성계수(Young's module), 0.3의 포아송 비(Poisson's ratio), 7.85 e(-6) kg/mm³, 355 MPa의 인장 항복 강도(tensile yield strength), 및 1.2의 강에 대한 부분 계수(partial coefficient)를 가지는 강 S355의 재료 특성과 유사한 특성을 가진다.

도 1a에 도시된 벽 섹션(101)은 수직 방향(103) 및 수평 방향(105)으로 연장하는 판형 구조물을 포함한다. 벽 섹션(101)은 두 개의 수직 외부 에지(107), 및 상부 수평 에지(109) 및 하부 수평 에지(111)를 가진다. 벽 섹션(101)의 중앙 부분에서, 사람이 개구(113)를 횡단하도록 하는 적절한 크기를 가지는 개구(113)가 제공된다. 개구는 벽 섹션(101)의 두 개의 수직 내부 에지(115) 및 벽 섹션(101)의 두 개의 수평 내부 에지(117)에 의해 둘러싸인다.

벽 섹션(101)의 두께 방향은 도 1a의 도면 평면에 대해 수직하게 형성된다. 수평 방향(105)으로 벽 섹션(101)의 크기는 사용에 종속될 수 있으며 100 cm 내지 500 cm, 특히 200 cm 내지 300 cm일 수 있거나 상이한 크기를 가질 수 있다. 수직 방향(103)으로 벽 섹션(101)의 크기는 250 cm 내지 350 cm일 수 있다. 방향들(103 및 105)에 대해 수직한 두께 방향으로의 벽 섹션의 두께는 20 mm 내지 150 mm, 특히 30 mm 내지 100 mm일 수 있다. 일 실시예에 따라 벽 섹션의 두께(벽 섹션에 제공된 어떠한 돌출부에도 관계없이)는 전체 두께 섹션에 걸쳐 균일하며 30 mm 내지 50 mm의 두께를 가진다. 또 다른 실시예에 따라, 두께(어떠한 돌출부에도 관계없이)는 수직 방향(103)과 수평 방향(105)으로의 크기에 걸쳐 변화되며, 특히 벽 섹션의 두께는 벽 섹션(101)의 외부 에지(107, 109)로부터 내부 에지(115, 117)를 향하여 증가한다. 외부 에지(107, 109)는 직선형 에지이다. 또한 내부 에지(115, 117)는 또한 서로 수직하게 형성되는 에지(115, 117)가 연결되는 위치에서 라운드형(rounded) 부분을 포함한다.

벽 섹션(101)의 강도를 증가시키기 위해, 벽 섹션은 다수의 돌출부(119, 121, 123 및 125)를 포함한다. 돌출부는 두께 방향으로, 즉 벽 섹션으로부터 도 1a의 도면 평면에 대해 수직하게 돌출하여, 강화 리브를 형성한다. 돌출부(119, 125)는 수직 방향(103)으로 연장하고, 돌출부(121, 123)는 수평 방향(105)으로 연장한다. 특히, 돌출부(119)는 벽 섹션(101)의 상부 수평 외부 에지(109)와 하부 수평 외부 에지(111) 사이로 연장한다. 돌출부(125)는 수평 내부 에지(117)로부터 벽 섹션(101)의 수평 상부 외부 에지(109) 및 하부 수평 외부 에지(111)를 향하여 연장한다. 돌출부(121)는 개구(113) 위 및 아래 배치되고 수직 외부 에지들(107) 사이로 연장하며, 이들의 크기는 수평 방향(105)으로 벽 섹션의 전체 크기의 약 80%가 된다. 돌출부(123)는 수직 내부 에지(115)로부터 수직 외부 에지(107)로 연장하지만 수직 외부 에지와 수직 내부 에지 사이의 전체 길이에 걸치지(span) 않고 단지 약 70% 내지 90%에 걸친다. 돌출부는 특히 벽 섹션(101)의 기계적 안정성을 증가시키는 리브 또는 벌지로서 고려될 수 있으며, 돌출부는 벽 섹션(101)의 강도를 증가시키기 위해 보강을 제공한다.

도 1b는 풍력 터빈 타워(126) 내에 통합될 때 도 1a에 도시된 벽 섹션(101)의 일부 단면 처리된 평면도를 보여준다. 풍력 터빈 타워 부분(127)은 원형 단면을 가지는 실린더의 세그먼트이다. 실린더의 직경은 350 cm 내지 450 cm일 수 있다. 실린더 세그먼트(127)의 두께("a")는 30 mm 내지 40 mm일 수 있다. 실린더 세그먼트(127)는 압연 강으로 형성될 수 있다.

벽 섹션(101)은 수직 외부 에지(107)에서 실린더 세그먼트(127)에 용접된다. 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같이, 벽 섹션(101)의 돌출부(119, 125)는 벽 섹션(101)의 오목면(129)에 형성된다. 오목면(129)은 풍력 터빈 타워(126)의 내부면의 일 부분을 나타낸다. 도 1b로부터 볼 수 있는 바와 같이, 돌출부(119, 125)의 두께와 관계없을 때 벽 섹션(101)의 두께("d")가 균일하다.

다른 실시예들은 돌출부(119, 121, 123 및 125)와 상이한 방향으로 작동하고 상이한 위치에 있는 부가 돌출부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라 벽 섹션(101)은 일체로 형성된 주조 금속 부분이 아니고 강을 압연하고 강을 굽히고 굽혀진 강판으로 리브를 장착함으로써 제조된다.

도 2a는 일 실시예에 따라 벽 섹션(201)의 측면도를 개략적으로 보여준다. 벽 섹션(201)의 치수는 mm의 단위로 도면에 주어진다. 개구(213)는 직선 형상을 가지는 두 개의 수직방향으로 연장하는 내부 에지(215) 및 611.4 mm의 반경을 가지는 원형 세그먼트의 형상을 가지는 두 개의 내부 에지(217)에 의해 한정된다. 이러한 특별한 둥그스름한 형상은 벽 섹션(201)의 안정성을 증가시킨다. 도 1a에 도시된 실시예와 달리 도 2a에 도시된 벽 섹션(201)은 단지 개구(213)를 실질적으로 둘러싸는 4개의 돌출부(219 및 221)를 포함한다. 다른 실시예는 벽 섹션(201)을 위한 더 큰 다수의 돌출부를 포함한다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 벽 섹션(201)의 실시예에 대해 도 2a에 도시된 벽 섹션(201)의 실시예의 차이는 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 벽 섹션(201)이 수직 방향(203) 및 수평 방향(205)에 걸쳐 가변 두께를 가져서 도 2a의 도면 평면에 대해 수직한 두께 방향으로의 두께가 외부 에지(207, 209 및 211)로부터 벽 섹션(201)의 내부 에지(215 및 217)를 향하여 증가하도록 한다. 벽 섹션(201)의 프로파일은 단면도로 도시된 도 2b 및 도 2c로부터 명백하다. 두께가 외부 에지(209)에서 32 mm로부터 내부 에지(217)에서 100 mm까지 증가하는 것이 명백하다. 또한, 도 2c로부터 명백한 바와 같이, 벽 섹션의 두께는 수직 외부 에지(207)에서 40 mm로부터 단조롭게 수직 내부 에지(215)에서 102 mm까지 증가한다. 이에 의해, 벽 섹션(201)의 강도 및 구조적 세기는 32 mm 또는 40 mm의 균일한 두께를 가지는 벽 섹션에 비해 증가된다. 또한, 돌출부(219 및 221)는 벽 섹션의 기계적 세기를 강화한다.

일 실시예에 따라, 하나 또는 둘 이상의 돌출부는 도 1a 및 도 1b에 도시된 벽 섹션(101) 및 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 벽 섹션(201)의 볼록면으로 적용될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따라 풍력 터빈 타워(326)의 일 부분을 개략적으로 도시한다. 풍력 터빈 타워(326)는 풍력 터빈 타워용 벽 구조물 또는 쉘 구조물을 제공하는 세그먼트(327)를 포함한다. 세그먼트(327)는 원뿔형 형상 또는 실린더형 형상을 가질 수 있다. 수리 요원을 위한 풍력 터빈 타워(326)의 내부로의 출입을 제공하도록, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 벽 섹션(201)이 벽 섹션의 에지(207, 209)에서 타워 세그먼트(327)로 용접된다. 수리 요원은 이어서 개구(213)를 경유하여 타워(326)의 내부로 들어갈 수 있다. 개구(213)는 도시되지 않은 장착 요소에 의해 벽 섹션(201)으로 회전가능하게 연결될 수 있는 도어에 의해 폐쇄될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 따라 벽 섹션(401)을 개략적으로 보여준다. 벽 섹션(401)은 도 1 및 도 2에 도시된 벽 섹션(101 및 201)과 유사하게 구성되지만 벽 섹션(401)이 대칭 축선(거울 축선)(433)에 대해 대칭으로 배치되는 돌출부(430)를 포함한다는 점에서 상이하며, 이러한 돌출부(430)는 대각선 방향으로(즉, 수직 방향(403)과 수평 방향(405) 사이의 방향으로) 배치된다. 이에 의해 수평 방향(405)과의 경사 각도는 20°내지 70°, 특히 30°내지 60°, 특히 약 45°일 수 있다.

도 4b의 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 돌출부(430)는 벽 섹션(401)으로부터 양(P) 만큼 돌출되며, P는 30 mm 내지 80 mm, 특히 약 60 mm일 수 있다. 또한, 벽 섹션(401) 및 돌출부의 두께(t)는 유사한 크기이며, 30 mm 내지 50 mm, 특히 약 40 mm일 수 있다. 돌출부와 벽 섹션의 외부면 사이의 에지는 라운드처리되어 30 mm 내지 50 mm, 특히 40 mm일 수 있는 반경(R)을 가진다.

일 실시예에 따라 벽 섹션의 지오메트리, 제조 재료 및 다른 기계적 매개변수는 최적화되어 삽입된 벽 섹션을 가지는 풍력 터빈 타워는 개구가 없는 타워에 대한 관성 모멘트와 동일하거나 더 큰 관성 모멘트를 가진다. 특히, 3개의 강도(수평 방향으로의 변위 및 또 다른 수평 방향 및 수직 방향 둘레의 두 개의 회전)가 토폴로지(topology) 최적화, 지오메트리 최적화 시뮬레이션(simulation)에서 억제로서 이용될 수 있다. 또한 캐스팅 억제 뿐만 아니라 대칭 억제가 고려될 수 있다. 이에 의해, 형상 최적화는 풍력 터빈 타워의 전체 강도를 변화시키지 않도록 적용된다. 특히, 유한 요소 분석을 이용하는 시뮬레이션이 수행될 수 있다. 특히, 전단력의 영향, 뿐만 아니라 굽힘 모멘트의 영향, 수직 방향 둘레로 인가되는 토크의 영향 및 변형 로드에 의해 발생되는 영향이 분석될 수 있다. 특히, 폰-미제스 응력(Von Mises Stress)은 최상의 성능을 보여주는 벽 섹션의 설계를 선택하도록 상이한 설계 배치를 위해 분석될 수 있다.

용어 "포함하는(comprising)"은 다른 요소 또는 단계들을 제외하지 않으며, "하나의("a" 또는 "an")"는 복수를 제외하지 않는다. 또한 상이한 실시예들과 관련하여 설명된 요소가 조합될 수 있다. 또한 청구범위 내의 도면부호는 청구항들의 범위를 제한하는 것으로서 구성되지 않아야 한다는 점에 주목하여야 한다.

Claims

풍력 터빈의 타워용 벽 섹션(101, 201)으로서,
상기 벽 섹션의 개구(113, 213)를 둘러싸는 내부 에지(115, 117; 215, 217);
상기 벽 섹션의 두께 방향으로 돌출하고 상기 두께 방향에 대해 횡방향으로(103, 105; 203, 205)으로 연장하는 돌출부(119, 121, 123, 125; 219, 221)를 포함하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 내부 에지의 일 부분에 대해 평행한 및/또는 상기 벽 섹션의 외부 에지(107, 109, 111; 207, 209, 211)에 대해 평행한 두께 방향에 대해 횡방향으로 연장하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 돌출부(123, 125)는 상기 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 상기 벽 섹션의 내부 에지의 일 부분 사이로 종방향으로 연장하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌출부(119, 121; 219, 221)는 상기 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 상기 벽 섹션의 외부 에지의 일 부분과 마주하는 상기 외부 에지의 또 다른 부분 사이로 종방향으로 연장하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽 섹션은 상기 개구와 외부 에지의 원주위 측부 부분 사이, 상기 개구 와 상기 외부 에지의 수직한 상부 부분 사이 및/또는 상기 개구와 상기 외부 에지의 수직한 하부 부분 사이로 배치되는 추가의 돌출부를 포함하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽 섹션의 두께는 상기 벽 섹션의 외부 에지로부터 내부 에지를 향하여 증가하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽 섹션은 볼록면(130) 및 오목면(129)을 포함하며, 상기 돌출부는 상기 오목면에 배치되는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽 섹션은 실린더 세그먼트의 형상을 가지는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽 섹션은 주조 금속을 포함하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 9 항에 있어서,
상기 주조 금속은 강, 특히 DIN 표준 17182에 따른 GS-20Mn5V 강 또는 GS-20Mn5V 강과 적어도 거의 동일한 특성을 가지는 강 또는 S355 강과 적어도 거의 동일한 특성을 가지는 강을 포함하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
공기의 통과를 위해 이루어진 하나 이상의 구멍을 더 포함하는,
풍력 터빈의 타워용 벽 섹션.
풍력 터빈 타워로서,
타워 벽 부분(127, 327); 및
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 벽 섹션(101, 201)으로서, 상기 벽 섹션의 외부 에지의 적어도 일 부분에서 상기 타워 벽 부분으로 연결되는, 벽 섹션을 포함하는,
풍력 터빈 타워.
제 12 항에 있어서,
상기 타워 벽 부분은 용접에 의해 상기 벽 섹션으로 연결되는,
풍력 터빈 타워.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 벽 섹션 내의 상기 개구에 의한 상기 타워의 강도(stiffness)의 감소를 보상하도록 이루어진,
풍력 터빈 타워.