WO2024214865A1 - 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치 - Google Patents

초대형 풍력 발전기용 크레인 장치 Download PDF

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WO2024214865A1
WO2024214865A1 PCT/KR2023/007823 KR2023007823W WO2024214865A1 WO 2024214865 A1 WO2024214865 A1 WO 2024214865A1 KR 2023007823 W KR2023007823 W KR 2023007823W WO 2024214865 A1 WO2024214865 A1 WO 2024214865A1
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tower
hook
crane
crane boom
crane device
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최원혁
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Osi Lab Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/18—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
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    • B66C23/26—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes for use on building sites; constructed, e.g. with separable parts, to facilitate rapid assembly or dismantling, for operation at successively higher levels, for transport by road or rail
    • B66C23/34—Self-erecting cranes, i.e. with hoisting gear adapted for crane erection purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/62—Constructional features or details
    • B66C23/82—Luffing gear

Definitions

  • the present disclosure relates to a crane device for an ultra-large wind turbine.
  • Wind turbines are rapidly becoming larger in size for economic efficiency and efficiency. For example, wind turbines using 15 MW turbines are being developed and installed. Wind turbines are installed on land or at sea, and are mainly installed using crane devices. In particular, when installing wind turbines at sea, offshore wind installation vessels (WTIV) equipped with crane devices are used.
  • WTIV offshore wind installation vessels
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2022-0095402 (Patent Document 1) published on July 7, 2022, an offshore wind turbine installation vessel (WTIV) equipped with a crane device is disclosed.
  • WTIV offshore wind turbine installation vessel
  • ultra-large wind power generators such as wind power generators using 17 MW turbines and wind power generators using 20 MW turbines, are being developed.
  • a crane device capable of installing or maintaining equipment weighing 1,500 tons or more at an altitude of 150 m or more is required.
  • an offshore wind installation vessel (WTIV) equipped with a crane device capable of installing or maintaining equipment weighing 1,500 tons or more at an altitude of 150 m or more is required.
  • the x-axis or y-axis position of the hook transporting the equipment can be controlled to some extent by rotating the crane device (e.g., the main body or the support frame).
  • the crane device e.g., the main body or the support frame.
  • Patent Document 1 Korean Publication No. 10-2022-0095402.
  • the purpose of the technology described in the present invention is to provide a crane device for an ultra-large wind power generator, which can minimize the overall size by using a tower structure having a multi-stage structure, can accurately and stably control the positions of the hook in the x-axis, y-axis and z-axis directions by moving the crane boom by using a crane boom drive structure, can move the hook by using a hook position adjustment structure and can move the tower structure by using a skidding structure, and can replace a counterweight by using the crane boom drive structure.
  • a hook position adjusting structure including a first hook; a first hook adjusting portion configured to vertically raise or lower the first hook and to adjust a first horizontal position of the first hook; a crane boom having one end connected to the hook position adjusting structure; a tower structure including at least a first tower, a second tower, and a first tower driving portion, wherein the first tower driving portion is configured to vertically drive the first tower so that the first tower is positioned between a first tower initial position in which the first tower is stored inside or outside the second tower and a first tower maximum elevation position in which the first tower can vertically rise from the first tower initial position;
  • a crane device is provided, which includes a crane boom drive structure connected to the crane boom and the first tower and driving the crane boom so that the crane boom is positioned between a crane boom initial position where the crane boom is stored and a maximum drive position at which the crane boom can be rotated about the other end of the crane boom from the crane boom initial position
  • a crane device for an ultra-large wind power generator in which the overall size can be minimized by using a tower structure having a multi-stage structure, the position of the hook in the x-axis, y-axis, and z-axis directions can be accurately and stably controlled by moving the crane boom by using a crane boom drive structure, the hook by using a hook position adjustment structure, and the tower structure by using a skidding structure, and the counterweight can be replaced by using the crane boom drive structure.
  • a crane device for an ultra-large wind power generator capable of efficiently, stably and safely installing or maintaining equipment of an ultra-large wind power generator weighing 1,500 tons or more at an altitude of 150 m or more, particularly on land or at sea.
  • FIG. 1 is a drawing showing an exemplary configuration of a crane device for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control unit of a crane device for an ultra-large wind power generator and components connected to the control unit according to an embodiment of the technology described herein.
  • FIG. 3 is a drawing exemplarily showing processing performed by a control unit of a crane device for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein.
  • FIGS. 4 to 9 are drawings showing the operation of a crane device for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein.
  • FIG. 1 is a drawing showing an exemplary configuration of a crane device (100) for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control unit (190) of a crane device (100) for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein and configurations related to the control unit (190).
  • a crane device (100) for an ultra-large wind power generator includes a first hook (110), a hook position adjustment structure (120), a crane boom (130), a tower structure (140), a crane boom drive structure (150), and a skidding structure (160).
  • the crane device (100) for an ultra-large wind power generator may further include a second hook (115), a support structure (135), a main body (170), a leg structure (180), a control unit (190), and a wind speed measuring device (195).
  • the crane device (100) for an extra-large wind power generator is also referred to simply as a “crane device (100)” hereinafter.
  • the first hook (110) is used, for example, to transport equipment of a very large wind turbine, and can transport equipment of a very large wind turbine using a configuration such as the LT5048 full tower lifting yoke or the LT975 Blade dragon of Liftra.
  • the crane device (100) further includes a second hook (115), the second hook (115) is substantially identical to the first hook (110).
  • the first hook (110) and the second hook (115) can transport equipment of a very large wind turbine using a configuration such as the aforementioned LT5048 full-tower lifting yoke.
  • the hook position adjustment structure (120) includes a first hook adjustment unit (121) configured to raise or lower the first hook (110) in the vertical direction and adjust the first horizontal position of the first hook (110).
  • first horizontal direction be orthogonal to the second horizontal direction described later.
  • the first horizontal direction is also referred to as the y-axis direction
  • the second horizontal direction is also referred to as the x-axis direction
  • the vertical direction is also referred to as the z-axis direction.
  • the hook position adjustment structure (120) includes a second hook adjustment unit (125) configured to raise or lower the second hook (115) in the vertical direction and adjust the first horizontal position of the second hook (115).
  • the first hook adjustment unit (121) and the second hook adjustment unit (125) be configured to vertically raise or lower the first hook (110) and the second hook (115) so that the heights of the first hook (110) and the second hook (115) are the same. If the heights of the first hook (110) and the second hook (115) are not the same, the posture of a configuration such as a full-tower lifting yoke connected to the first hook (110) and the second hook (115) may not be stable, and as a result, the posture of equipment of an ultra-large wind power generator connected to the full-tower lifting yoke may also not be stable.
  • first hook (110) and the second hook (115) be vertically raised or lowered so that the heights of the first hook (110) and the second hook (115) are the same.
  • the first hook adjustment unit (121) and the second hook adjustment unit (125) can be implemented using, for example, a configuration such as a cable connected to the first hook (110) and the second hook (115), respectively, and a winder for winding the cable.
  • the first hook adjustment unit (121) is configured to adjust the position of the first hook (110) in the first horizontal direction (i.e., y direction), and the second hook adjustment unit (125) is configured to adjust the position of the second hook (115) in the first horizontal direction (i.e., y direction).
  • the first horizontal direction (i.e., y-direction) position of the first hook (110) can be adjusted and the first horizontal direction (i.e., y-direction) position of the second hook (115) can be adjusted.
  • first hook adjustment unit (121) and the second hook adjustment unit (125) may be configured to adjust the gap between the first hook (110) and the second hook (115) to a predetermined gap.
  • first hook adjustment unit (121) and the second hook adjustment unit (125) may adjust the gap between the first hook (110) and the second hook (115) according to a predetermined gap suitable for the LT5048 full tower lifting yoke or the LT975 blade dragon.
  • the first hook adjustment unit (121) and the second hook adjustment unit (125) can be implemented using a configuration such as a hydraulic cylinder, for example, to adjust the position of the first horizontal direction (i.e., y direction) of the first hook (110) and the position of the second hook (115) in the first horizontal direction (i.e., y direction).
  • the crane device (100) includes a first hook (110) and a second hook (115).
  • One end of the crane boom (130) is fixedly connected to a hook position adjustment structure (120).
  • the other end of the crane boom (130) is connected to a tower structure (140), more specifically, a first tower (141 in FIG. 7).
  • the crane boom (130) is rotatably driven by a crane boom drive structure (150).
  • the tower structure (140) includes at least a first tower (141), a second tower (143 of FIG. 7), and a first tower drive unit (145 of FIG. 7).
  • the first tower (141) may be configured to be extendable in a telescopic manner with respect to the second tower (143).
  • the first tower drive unit (145) is configured to vertically drive the first tower (141) so that the first tower (141) is positioned between a first tower initial position (i.e., a position in which the first tower (141) is maximally retracted into or out of the second tower (143) in a telescopic manner) in which the first tower (141) can vertically rise from the first tower initial position (i.e., a position in which the first tower (141) is maximally extended from the second tower (143) in a telescopic manner).
  • the first tower drive unit (145) can be implemented using a configuration such as a hydraulic cylinder, for example.
  • the tower structure (140) may be implemented by a multi-stage structure having three or more towers rather than a two-stage structure of the first tower (141) and the second tower (143).
  • the tower structure (140) may further include a third tower (not shown) and a second tower drive unit (not shown). Similar to the above, the second tower (143) may be configured to be telescopically extendable with respect to the third tower.
  • the second tower drive unit is configured to vertically drive the second tower (143) so that the second tower (143) is positioned between a second tower initial position (i.e., a position where the second tower (143) is maximally retracted into or out of the third tower in a telescopic manner) where the second tower (143) is stored inside or outside the third tower and a second tower maximum elevation position (i.e., a position where the second tower (143) is maximally extended from the third tower in a telescopic manner) where the second tower (143) can vertically ascend from the second tower initial position.
  • the second tower drive unit may be implemented using a configuration such as a hydraulic cylinder, for example.
  • the overall height of the tower structure (140) can be minimized.
  • the overall height of the tower structure (140) which is the main component of the crane device (100)
  • the overall height of the crane device (100) can also be minimized. Accordingly, the influence of the crane device (100) on the external environment can also be minimized.
  • the crane boom drive structure (150) is connected to the crane boom (130) and the tower structure (140), more specifically, to the first tower (141).
  • the crane boom drive structure (150) is configured to drive the crane boom (130) so that the crane boom (130) is positioned between the initial position of the crane boom where the crane boom (130) is stored and the maximum drive position at which the crane boom (130) can be rotated and driven around the other end of the crane boom (130) from the initial position of the crane boom.
  • the crane boom drive structure (150) includes, for example, a cable (151) connected to the crane boom (130), a connection structure (153) connected to the crane boom (130) and the tower structure (140), and a winch (155) that drives the cable (151) through the connection structure (153).
  • connection structure (153) is implemented using, for example, a wheel structure, and is configured to drive the crane boom (130) by winding or releasing the winch (155) cable (151).
  • the crane device (100) When driving a crane boom (130) using a winch (155), the crane device (100) can stably drive the crane boom (130) even without using a counterweight.
  • the crane boom drive structure (150) can drive the crane boom (130) to adjust the vertical position of the crane boom (130) (and the positions in the first horizontal direction and the second horizontal direction).
  • the skidding structure (160) is connected to the tower structure (140) and is configured to move the tower structure (140) in a second horizontal direction (i.e., the x-direction) different from the first horizontal direction.
  • the crane device (100) may further include a support structure (135).
  • the support structure (135) is connected to the other end of the crane boom (130) and the first tower (141), and is configured to support the crane boom (130) and the first tower (141) when the crane boom (130) is driven by the crane boom drive structure (150).
  • the support structure (135) is configured to support the crane boom (130) and the first tower (141) at a predetermined angle.
  • the support structure (135) can be implemented using a connecting structure such as a cable, a wheel structure, a winch, or a hydraulic cylinder, for example.
  • the crane device (100) further includes a main body (170).
  • At least a skidding structure (160) is arranged on the main body (170).
  • a winch (155) of a crane boom driving structure (150) is also arranged on the main body (170).
  • a rail (173) is provided that enables the skidding structure (160) to move the tower structure (140) in a second horizontal direction (i.e., x-direction).
  • the skidding structure (160) can move the tower structure (140) in the second horizontal direction (i.e., x-direction) by moving on the rail (173).
  • the crane device (100) may further include a leg structure (180) including a leg (181) arranged on a main body (170) and a leg drive unit (183) configured to raise or lower the leg (181).
  • a leg structure (180) including a leg (181) arranged on a main body (170) and a leg drive unit (183) configured to raise or lower the leg (181).
  • the leg (181) can be used, for example, to secure the crane device (100) to the ground when using the crane device (100) at sea.
  • the leg (181) can also be used to raise the crane device (100), more specifically, the offshore wind power installation vessel (WTIV) equipped with the crane device (100), from the sea surface by a certain height.
  • WTIV offshore wind power installation vessel
  • the leg drive unit (183) can be implemented using a configuration such as a hydraulic cylinder, for example.
  • the main body (170) may be provided with a recess (176) arranged between rails (173).
  • the location where equipment of an ultra-large wind power generator is installed may be a corresponding location within the recess (176). Therefore, the crane device (100) can be operated more efficiently by the recess (176).
  • control unit (190) is configured to control the configuration of the crane device (100), such as the hook position adjustment structure (120), the support structure (135), the tower structure (140), the crane boom drive structure (150), the skidding structure (160), the leg structure (180), and the wind speed measuring device (195), based on a control signal.
  • the control unit (190) may include one or more processors, and may control the configuration of the crane device (100) described above using a control signal generated based on a user command input from an operator of the crane device (100) using one or more input devices or generated automatically.
  • FIG. 3 is a drawing exemplarily showing processing performed by a control unit (190) of a crane device (100) for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein
  • FIGS. 4 to 9 are drawings showing the operation of a crane device (100) for an ultra-large wind power generator according to an embodiment of the technology described herein.
  • control unit (190) the processing performed by the control unit (190) will be described in detail.
  • control unit (190) can perform a process (P100) of moving the crane boom (130) to a crane boom working position between the crane boom initial position and the maximum driving position.
  • the control unit (190) controls, for example, the crane boom driving structure (150), more specifically, the winch (155), to move the crane boom (130) to the crane boom working position between the crane boom initial position and the maximum driving position.
  • the initial position of the crane boom refers to a position where the crane boom (130) is stored in a folded state, as illustrated in FIG. 4.
  • the maximum drive position of the crane boom (130) refers to the position in which the crane boom (130) is rotated to the maximum extent by the crane boom drive structure (150), as illustrated in FIG. 6, for example.
  • the crane boom working position is between the crane boom initial position and the maximum drive position, and may be designated as the maximum drive position, for example, as illustrated in Fig. 6, but is not limited thereto.
  • a state is shown in which a crane boom (130) is moved through processing P100.
  • a cable (151) may be supported by a support structure (135).
  • processing P100 is performed in a state where the first tower (141) is positioned at the first tower initial position and the crane boom (130) is positioned at the crane boom initial position, as shown in Fig. 4. That is, after the crane boom (130) is moved to the crane boom working position, processing P200 described below is performed.
  • control unit (190) can perform processing (P200) to move the first tower (141) to a first tower working position between the first tower initial position and the first tower maximum elevation position.
  • the tower structure (140) is not moved from the initial position of the first tower as shown in FIG. 4. However, if necessary, for example, when equipment of a very large wind power generator must be installed or maintained at an altitude of 150 m, the height of the tower structure (140) must also be increased.
  • control unit (190) can control, for example, the tower structure (140), more specifically, the first tower drive unit (145), to move the first tower (141) to a first tower working position between the first tower initial position and the first tower maximum elevation position.
  • Fig. 7 the first tower (141) is shown in a state where it has been vertically moved through processing P200 in the state of Fig. 6.
  • Figure 8 is a drawing that enlarges the state of Figure 7, and illustrates a state in which the first tower (141) rises from the second tower (143) using the first tower drive unit (145).
  • the first tower working position is the first tower initial position and the first tower maximum rising position, and may be designated as the first tower maximum rising position, for example, as shown in Fig. 7, but is not limited thereto.
  • the control unit (190) can perform a process (not shown) for moving the second tower (143) to a second tower working position between the second tower initial position and the second tower maximum elevation position.
  • the process for moving the second tower (143) is similar to the process P200 described above, so a detailed description is omitted.
  • control unit (190) can perform processing (P300) for adjusting the first horizontal direction position of the first hook (110).
  • control unit (190) can control the first hook adjustment unit (121) to adjust the first horizontal direction position of the first hook (110).
  • control unit (190) can perform a process (P400) of raising or lowering the first hook (110).
  • control unit (190) controls the first hook adjustment unit (121) to lower the first hook (100) from the hook position adjustment structure (120), as shown in FIG. 6, for example.
  • the first hook (100) is raised or lowered to install or maintain equipment of a very large wind turbine.
  • the control unit (190) can perform a process of adjusting the first horizontal direction position of the second hook (115) and a process of raising or lowering the second hook (115) substantially the same as the processes P300 and P400.
  • the control unit (190) can control the first hook adjustment unit (121) and the second hook adjustment unit (125) to adjust the gap between the first hook (110) and the second hook (115) to a predetermined gap.
  • control unit (190) can perform processing (P500) to move the tower structure (140) in the second horizontal direction.
  • control unit (190) can control the skidding structure (160) to move the tower structure (140) from the position shown in FIG. 7 to the position shown in FIG. 9, for example.
  • the crane device (100) By moving the tower structure (140) in the second horizontal direction, the crane device (100) can be operated more smoothly.
  • control unit (190) can perform processing (P600) to move the first tower (141) from the first tower working position to the first tower initial position.
  • control unit (190) can move the first tower (141) from the first tower working position to the first tower initial position.
  • control unit (190) can perform processing (P700) of moving the crane boom (130) from the crane boom working position to the crane boom initial position.
  • control unit (190) can move the crane boom (130) from the crane boom working position to the crane boom initial position.
  • treatment P700 is performed after treatment P600. That is, for stable operation of the crane device (100), treatment P700 is performed after treatment P600.
  • the crane device (100) may include a wind speed meter (195) for measuring wind speed.
  • control unit (190) can perform processing (P800) that performs the aforementioned processing P100 to P500.
  • the above-described processing P100 to processing P500 can be performed only when the wind speed is below the critical wind speed.
  • control unit (190) can perform processing (P900) for generating an alarm signal indicating that the aforementioned processing P600 and processing P700 are to be performed when the wind speed measured by the wind speed meter (195) exceeds a pre-designated threshold wind speed, and outputting the alarm signal to a pre-designated user terminal.
  • the control unit (190) generates an alarm signal and outputs the alarm signal to a user terminal, such as a mobile communication terminal or a computing device, of an operator of the crane device (100). Accordingly, the operator of the crane device (100) can input a user input to, for example, organize the currently performed task and perform the aforementioned processing P600 to P700 based on the alarm signal, thereby generating a control signal.
  • the crane device (100) may include a main body (170) and a leg structure (180). That is, when the crane device (100) is used at sea, the leg structure (180) is used.
  • the control unit (190) can perform processing (P1000) to move the leg (180) to a main body fixing position by controlling the leg structure (180) before performing processing P100 to processing P500.
  • the main body fixing position is a position where the offshore wind power installation vessel (WTIV) equipped with the crane device (100) is fixed to the floor or raised to a certain height from the sea surface.
  • the offshore wind power installation vessel (WTIV) can be raised to a certain height from the sea surface, thereby reducing the influence of the offshore wind power installation vessel (WTIV) on waves.
  • the technology described herein may be applied to the processing performed by the control unit (190) of the aforementioned crane device (100) for an ultra-large wind power generator to a method of controlling the crane device (100) for an ultra-large wind power generator.
  • the features of the crane device (100) for an ultra-large wind power generator according to the technology described herein can also be applied to a method for controlling the crane device (100) for an ultra-large wind power generator according to the technology described herein.
  • Support structure 140 Tower structure
  • a crane device for an ultra-large wind power generator in which the overall size can be minimized by using a tower structure having a multi-stage structure, the position of the hook in the x-axis, y-axis, and z-axis directions can be accurately and stably controlled by moving the crane boom by using a crane boom drive structure, the hook by using a hook position adjustment structure, and the tower structure by using a skidding structure, and the counterweight can be replaced by using the crane boom drive structure.
  • a crane device for an ultra-large wind power generator capable of efficiently, stably and safely installing or maintaining equipment of an ultra-large wind power generator weighing 1,500 tons or more at an altitude of 150 m or more, particularly on land or at sea.

Landscapes

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Abstract

본원에서 설명되는 기술에 따르면, 제1 후크; 후크 위치 조절 구조; 일단부가 상기 후크 위치 조절 구조에 접속되는 크레인 붐; 적어도 제1 타워와 제2 타워와 제1 타워 구동부를 포함하고, 상기 제1 타워 구동부는 제1 타워 초기 위치와 제1 타워 최대 상승 위치 사이에 위치하도록 상기 제1 타워를 수직 방향으로 구동하도록 구성되는 타워 구조; 상기 크레인 붐 및 상기 제1 타워에 연결되며, 크레인 붐 초기 위치와 최대 구동 위치 사이에 위치하도록 상기 크레인 붐을 구동하는 크레인 붐 구동 구조; 및 상기 타워 구조에 연결되며, 상기 타워 구조를 이동하도록 구성된 스키딩 구조를 포함하는 크레인 장치가 제공된다.

Description

초대형 풍력 발전기용 크레인 장치
본 개시(開示)는 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치에 대한 것이다.
풍력 발전기는 경제성 및 효율성을 위하여 그 크기가 급속히 대형화되고 있다. 예컨대 15 MW급 터빈을 이용한 풍력 발전기가 개발되어 설치되고 있다. 풍력 발전기는 예컨대 해상 또는 육상에 설치되며, 크레인 장치를 이용하여 주로 설치된다. 특히 해상에 풍력 발전기를 설치하는 경우, 예컨대 크레인 장치를 구비하는 해상 풍력 설치선(WTIV)을 이용한다.
예컨대 2022년 7월 7일자로 공개된 한국공개특허 제10-2022-0095402호(특허문헌 1)에서는, 크레인 장치를 구비하는 해상 풍력 설치선(WTIV)이 개시된다.
그러나 현재까지 15 MW급 풍력 발전기를 설치할 수 있는 해상 풍력 설치선(WTIV)의 수는 매우 적다. 따라서 풍력 발전기를 해상에 설치하기 위해서는 해상 풍력 설치선이 사용 가능할 때까지 대기하여야 한다.
이러한 상황에서, 초대형 풍력 발전기, 예컨대 17 MW급 터빈을 이용한 풍력 발전기 및 20 MW급 터빈을 이용한 풍력 발전기가 개발되고 있다.
초대형 풍력 발전기를 설치 또는 유지 보수(maintenance)하기 위해서는, 예컨대 높이 150m 이상의 고도에 1,500톤 이상의 기자재를 설치 또는 유지 보수할 수 있는 크레인 장치가 필요하다. 또한 초대형 풍력 발전기를 해상에 설치 또는 유지 보수하는 경우에는, 예컨대 높이 150m 이상의 고도에 1,500톤 이상의 기자재를 설치 또는 유지 보수할 수 있는 크레인 장치를 구비하는 해상 풍력 설치선(WTIV)이 필요하다.
그러나 현재까지 이러한 초대형 풍력 발전기를 설치하기 위한 크레인 장치는 개발되지 못하고 있다. 초대형 풍력 발전기를 설치하기 위해서 크레인 장치 역시 대형화되어야 한다. 그러나 크레인 장치를 대형화하는 경우, 바람(해상의 경우 바람 및 파도)에 따른 진동과 같은 외부 환경에 따른 영향 역시 그에 비례하여 커지므로, 안정적으로 초대형 풍력 발전기를 설치할 수 없는 경우가 있다.
또한 크레인 장치를 대형화하는 경우, 크레인 장치의 운반 및 보관 역시 어렵다. 예컨대 강풍이 부는 경우, 예컨대 크레인 장치를 이용하여 초대형 풍력 발전기의 기자재를 설치하던 도중이라도, 안전을 위해서 설치 작업을 중단하고 크레인 장치를 안정적인 상태로 보관하여야 한다. 그러나 크레인 장치를 대형화하는 경우 크레인 장치를 안정적인 상태로 보관하는 것에도 시간이 소요된다.
또한 크레인 장치를 이용하여 초대형 풍력 발전기의 기자재를 정확하게 x축, y축 및 z축으로 움직이는 것도 어렵다. 예컨대 일반적인 풍력 발전기의 기자재를 설치하는 경우, 예컨대 크레인 장치(예컨대 본체 또는 지지 프레임)의 회전 이동을 통하여 기자재를 운반하는 후크의 x축 또는 y축 위치를 어느 정도 제어할 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이 높이 150m 이상의 고도에 1,500톤 이상의 기자재를 설치하는 경우에는, 내구성 및 안정성을 고려하면 크레인 장치의 회전 이동을 위해서는 복잡하고 고가의 부품이 필요하며, 따라서 크레인 장치의 제조 비용 및 유지 보수 비용 역시 증가한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2022-0095402호.
본원에서 설명되는 기술의 목적은, 다단 구조를 가지는 타워 구조를 이용하여 전체적인 크기를 최소화할 수 있고, 크레인 붐 구동 구조를 이용하여 크레인 붐을 이동하고 후크 위치 조절 구조를 이용하여 후크를 이동하고 스키딩 구조를 이용하여 타워 구조를 이동하는 것에 의해서 후크의 x축, y축 및 z축 방향이 위치를 정확하고 안정적으로 제어할 수 있고, 크레인 붐 구동 구조를 이용하여 카운터웨이트를 대체할 수 있는 것인 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본원에서 설명되는 기술의 일 형태에 따르면, 제1 후크(hook); 상기 제1 후크를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 그리고 상기 제1 후크의 제1 수평 방향의 위치를 조정하도록 구성되는 제1 후크 조정부를 포함하는 후크 위치 조절 구조; 일단부(一端部)가 상기 후크 위치 조절 구조에 접속되는 크레인 붐(boom); 적어도 제1 타워(tower)와 제2 타워와 제1 타워 구동부를 포함하고, 상기 제1 타워 구동부는 상기 제1 타워가 상기 제2 타워의 내측 또는 외측에 보관되는 제1 타워 초기 위치와 상기 제1 타워가 상기 제1 타워 초기 위치로부터 수직 방향으로 상승 가능한 제1 타워 최대 상승 위치 사이에 위치하도록 상기 제1 타워를 수직 방향으로 구동하도록 구성되는 타워 구조; 상기 크레인 붐 및 상기 제1 타워에 연결되며, 상기 크레인 붐이 보관되는 크레인 붐 초기 위치와 상기 크레인 붐이 상기 크레인 붐 초기 위치로부터 상기 크레인 붐의 타단부(他端部)를 중심으로 하여 회전 구동 가능한 최대 구동 위치 사이에 위치하도록 상기 크레인 붐을 구동하는 크레인 붐 구동 구조; 및 상기 타워 구조에 연결되며, 상기 타워 구조를 상기 제1 수평 방향과는 다른 제2 수평 방향으로 이동하도록 구성된 스키딩(skidding) 구조를 포함하는 크레인 장치가 제공된다.
본원에서 설명되는 기술에 따르면, 다단 구조를 가지는 타워 구조를 이용하여 전체적인 크기를 최소화할 수 있고, 크레인 붐 구동 구조를 이용하여 크레인 붐을 이동하고 후크 위치 조절 구조를 이용하여 후크를 이동하고 스키딩 구조를 이용하여 타워 구조를 이동하는 것에 의해서 후크의 x축, y축 및 z축 방향이 위치를 정확하고 안정적으로 제어할 수 있고, 크레인 붐 구동 구조를 이용하여 카운터웨이트를 대체할 수 있는 것인 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치를 제공할 수 있다.
본원에서 설명되는 기술에 따르면, 특히 육상 또는 해상에서 높이 150m 이상의 고도에 1,500톤 이상의 초대형 풍력 발전기의 기자재를 효율적이고 안정적이며 안전하게 설치 또는 유지 보수할 수 있는 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치의 제어부 및 제어부에 연결되는 구성들을 나타내는 블록도.
도 3은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치의 제어부에 의해 수행되는 처리를 예시적으로 나타내는 도면
도 4 내지 도 9는 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치의 동작을 나타내는 도면.
이하, 본원에서 설명되는 기술에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다. 한편 본원에서 설명되는 기술의 실시예를 설명하기 위한 도면들에서, 설명의 편의를 위해서 실제 구성 중 일부만을 도시하거나 일부를 생략하여 도시하거나 변형하여 도시하거나 또는 축척이 다르게 도시될 수 있다.
<실시예>
도 1은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)의 예시적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)의 제어부(190) 및 제어부(190)와 관련된 구성들을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)는, 제1 후크(110)와, 후크 위치 조절 구조(120)와, 크레인 붐(130)과, 타워 구조(140)와, 크레인 붐 구동 구조(150)와, 스키딩 구조(160)를 포함한다. 또한 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)는 제2 후크(115)와, 지지 구조(135)와, 본체(170)와, 레그 구조(180)와, 제어부(190)와, 풍속 측정기(195)를 더 포함할 수도 있다.
초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)는 이하 단순히 "크레인 장치(100)"라고도 지칭된다.
제1 후크(110)는 예컨대 초대형 풍력 발전기의 기자재를 운반하기 위하여 사용되며, 리프트라(Liftra) 사의 LT5048 풀타워 리프팅 요크(Full tower lifting yoke) 또는 LT975 블레이드 드레곤(Blade dragon)과 같은 구성을 이용하여 초대형 풍력 발전기의 기자재를 운반할 수 있다.
크레인 장치(100)가 제2 후크(115)를 더 포함하는 경우, 제2 후크(115)는 제1 후크(110)와 실질적으로 동일하다.
제1 후크(110) 및 제2 후크(115)는, 예컨대 전술한 LT5048 풀타워 리프팅 요크와 같은 구성을 이용하여, 초대형 풍력 발전기의 기자재를 운반할 수 있다.
후크 위치 조절 구조(120)는, 제1 후크(110)를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 그리고 제1 후크(110)의 제1 수평 방향의 위치를 조정하도록 구성되는 제1 후크 조정부(121)를 포함한다.
제1 수평 방향은 후술하는 제2 수평 방향과 직교하는 것이 바람직하다.
이하에서, 제1 수평 방향은 y축 방향, 제2 수평 방향은 x축 방향이라고도 지칭되며, 수직 방향은 z축 방향이라고도 지칭된다.
크레인 장치(100)가 제2 후크(115)를 더 포함하는 경우, 후크 위치 조절 구조(120)는, 제2 후크(115)를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 그리고 제2 후크(115)의 제1 수평 방향의 위치를 조정하도록 구성되는 제2 후크 조정부(125)를 포함한다.
크레인 장치(100)가 제2 후크(115)를 더 포함하는 경우, 제1 후크 조정부(121) 및 제2 후크 조정부(125)는, 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)의 높이가 동일하도록 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 구성되는 것이 바람직하다. 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)의 높이가 동일하지 않다면, 예컨대 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)에 연결되는 풀타워 리프팅 요크와 같은 구성의 자세가 안정적이지 못할 수 있고, 그 결과, 풀타워 리프팅 요크에 연결되는 초대형 풍력 발전기의 기자재의 자세 역시 안정적이지 못할 수 있다. 따라서, 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)의 높이가 동일하도록 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)는 수직 방향으로 상승 또는 하강되는 것이 바람직하다. 제1 후크 조정부(121) 및 제2 후크 조정부(125)는 예컨대 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)에 각각 연결되는 케이블과 케이블을 권회하는 권회기와 같은 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 후크 조정부(121)는 제1 후크(110)의 제1 수평 방향(즉, y방향)의 위치를 조정하도록 구성되고, 제2 후크 조정부(125)는 제2 후크(115)의 제1 수평 방향(즉, y방향)의 위치를 조정하도록 구성된다.
즉 본 실시예에 따르면, 제1 후크(110) 및 제2 후크(115) 각각의 x방향의 위치 및 z방향의 위치가 고정된 상태에서도 제1 후크(110)의 제1 수평 방향(즉, y방향)의 위치를 조정하고 제2 후크(115)의 제1 수평 방향(즉, y방향)의 위치를 조정할 수 있다.
또한 제1 후크 조정부(121) 및 제2 후크 조정부(125)는 제1 후크(110)와 제2 후크(115) 사이의 간격을 미리 지정된 간격으로 조정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, LT5048 풀타워 리프팅 요크 또는 LT975 블레이드 드레곤에 적합하도록 미리 지정된 간격에 따라서, 제1 후크 조정부(121) 및 제2 후크 조정부(125)는 제1 후크(110)와 제2 후크(115) 사이의 간격을 조정할 수 있다.
제1 후크 조정부(121) 및 제2 후크 조정부(125)는, 제1 후크(110)의 제1 수평 방향(즉, y방향)의 위치와 제2 후크(115)의 제1 수평 방향(즉, y방향)의 위치를 조정하기 위해서, 예컨대 유압 실린더와 같은 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
이하, 크레인 장치(100)가 제1 후크(110) 및 제2 후크(115)를 포함하는 것을 가정하여, 본 실시예를 보다 상세히 설명한다.
크레인 붐(130)은 일단부가 후크 위치 조절 구조(120)에 고정적으로 접속된다. 크레인 붐(130)의 타단부는 타워 구조(140), 보다 구체적으로 제1 타워(도 7의 141)에 연결된다. 크레인 붐(130)은 크레인 붐 구동 구조(150)에 의해서 회전 구동된다.
타워 구조(140)는 적어도 제1 타워(141)와 제2 타워(도 7의 143)와 제1 타워 구동부(도 7의 145)를 포함한다. 제1 타워(141)는 제2 타워(143)에 대해서 텔레스코픽(telescopic) 방식으로 연장 가능하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 타워 구동부(145)는 제1 타워(141)가 제2 타워(143)의 내측 또는 외측에 보관되는 제1 타워 초기 위치(즉 텔레스코픽 방식에서 제1 타워(141)가 제2 타워(143) 내부 또는 외부로 최대한 수축된 위치)와 제1 타워(141)가 제1 타워 초기 위치로부터 수직 방향으로 상승 가능한 제1 타워 최대 상승 위치(즉, 텔레스코픽 방식에서 제1 타워(141)가 제2 타워(143)로부터 최대한 연장된 위치) 사이에 위치하도록 제1 타워(141)를 수직 방향으로 구동하도록 구성된다. 제1 타워 구동부(145)는 예컨대 유압 실린더와 같은 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
타워 구조(140)는 제1 타워(141)와 제2 타워(143)의 2단 구조가 아니라 3개 이상의 타워를 구비하는 다단 구조에 의해서 구현될 수도 있다.
즉, 타워 구조(140)는 제3 타워(미도시) 및 제2 타워 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 유사하게, 제2 타워(143)는 제3 타워에 대해서 텔레스코픽 방식으로 연장 가능하도록 구성될 수 있다. 그 경우, 제2 타워 구동부는, 제2 타워(143)가 제3 타워의 내측 또는 외측에 보관되는 제2 타워 초기 위치(즉 텔레스코픽 방식에서 제2 타워(143)가 제3 타워 내부 또는 외부로 최대한 수축된 위치)와 제2 타워(143)가 제2 타워 초기 위치로부터 수직 방향으로 상승 가능한 제2 타워 최대 상승 위치(즉, 텔레스코픽 방식에서 제2 타워(143)가 제3 타워로부터 최대한 연장된 위치) 사이에 위치하도록 제2 타워(143)를 수직 방향으로 구동하도록 구성된다. 제2 타워 구동부는 예컨대 유압 실린더와 같은 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
이와 같이 타워 구조(140)를 다단 구조를 이용하여 구성하는 경우, 타워 구조(140)의 전체적인 높이를 최소화할 수 있다. 예컨대 높이 150m 이상의 고도에 사용하도록 크레인 장치(100)를 구성하는 경우라도, 크레인 장치(100)의 주요 구성인 타워 구조(140)의 전체적인 높이를 최소화할 수 있으므로, 크레인 장치(100)의 전체적인 높이 역시 최소화할 수 있다. 따라서, 크레인 장치(100)가 외부 환경에 따른 영향을 받는 것 역시 최소화할 수 있다.
크레인 붐 구동 구조(150)는 크레인 붐(130) 및 타워 구조(140), 보다 구체적으로 제1 타워(141)에 연결된다. 크레인 붐 구동 구조(150)는, 크레인 붐(130)이 보관되는 크레인 붐 초기 위치와 크레인 붐(130)이 크레인 붐 초기 위치로부터 크레인 붐(130)의 타단부를 중심으로 하여 회전 구동 가능한 최대 구동 위치 사이에 위치하도록 크레인 붐(130)을 구동하도록 구성된다.
보다 상세하게 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 크레인 붐 구동 구조(150)는, 예컨대, 크레인 붐(130)에 연결되는 케이블(151)과, 크레인 붐(130) 및 타워 구조(140)에 연결되는 접속 구조(153)와, 케이블(151)을 접속 구조(153)를 통하여 구동하는 윈치(155)를 포함한다.
접속 구조(153)는 예컨대 휠(wheel) 구조를 이용하여 구현되며, 윈치(155)가 케이블(151)을 감거나 푸는 것에 의해서 크레인 붐(130)을 구동하도록 구성된다.
윈치(155)를 이용하여 크레인 붐(130)을 구동하는 경우, 크레인 장치(100)는 카운터웨이트를 이용하지 않더라도 크레인 붐(130)을 안정적으로 구동할 수 있다.
크레인 붐 구동 구조(150)는 크레인 붐(130)을 구동하여 크레인 붐(130)의 수직 방향의 위치(그리고 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향의 위치)를 조정할 수 있다.
스키딩 구조(160)는 타워 구조(140)에 연결되며, 타워 구조(140)를 제1 수평 방향과는 다른 제2 수평 방향(즉, x방향)으로 이동하도록 구성된다.
도 1을 참조하면, 크레인 장치(100)는 지지 구조(135)를 더 포함할 수 있다. 지지 구조(135)는 크레인 붐(130)의 타단부와 제1 타워(141)에 연결되며, 크레인 붐 구동 구조(150)에 의해서 크레인 붐(130)이 구동될 때 크레인 붐(130)과 제1 타워(141)를 지지하도록 구성된다.
예컨대 크레인 붐(130)이 크레인 붐 초기 위치와 최대 구동 위치 사이에 있을 때, 지지 구조(135)는 크레인 붐(130)과 제1 타워(141)를 소정의 각도로 지지하도록 구성된다. 지지 구조(135)는 예컨대 케이블, 휠 구조와 같은 접속 구조, 윈치 또는 유압 실린더와 같은 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 크레인 장치(100)는 본체(170)를 더 포함한다.
본체(170) 상에는, 적어도 스키딩 구조(160)가 배치된다. 또한 크레인 붐 구동 구조(150)의 윈치(155) 역시 본체(170) 상에 배치된다.
본체 상에는, 스키딩 구조(160)가 타워 구조(140)를 제2 수평 방향(즉 x방향)으로 이동 가능하도록 구성되는 레일(173)이 구비된다.
스키딩 구조(160)는 레일(173) 상을 이동하는 것에 의해서, 타워 구조(140)를 제2 수평 방향(즉, x방향)으로 이동할 수 있다.
도 1을 참조하면, 크레인 장치(100)는 본체(170)에 배치되는 레그(leg)(181) 및 레그(181)를 상승 또는 하강하도록 구성되는 레그 구동부(183)를 포함하는 레그 구조(180)를 더 포함할 수 있다.
레그(181)는 예컨대 해상에서 크레인 장치(100)를 이용하는 경우, 크레인 장치(100)를 바닥에 고정하기 위해서 사용될 수 있다. 레그(181)는 크레인 장치(100), 보다 구체적으로는 크레인 장치(100)가 구비된 해상 풍력 설치선(WTIV)을 해수면으로부터 일정 높이만큼 상승시키기 위해서 사용될 수도 있다. 레그(181)를 이용하여 해상 풍력 설치선(WTIV)을 해수면으로부터 일정 높이만큼 상승시키는 것에 의해서, 해상 풍력 설치선(WTIV)이 파도에 의해서 영향을 받는 것을 감소시킬 수 있다.
레그 구동부(183)는 예컨대 유압 실린더와 같은 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본체(170)는 레일(173) 사이에 배치되는 요부(凹部)(176)를 구비할 수 있다. 예컨대, 초대형 풍력 발전기의 기자재를 설치하는 위치는 요부(176) 내에 대응하는 위치일 수 있다. 따라서 요부(176)에 의해서, 크레인 장치(100)를 보다 효율적으로 운용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어부(190)는 제어 신호를 기초로 후크 위치 조절 구조(120), 지지 구조(135), 타워 구조(140), 크레인 붐 구동 구조(150), 스키딩 구조(160), 레그 구조(180) 및 풍속 측정기(195)와 같은 크레인 장치(100)의 구성을 제어하도록 구성된다. 제어부(190)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있고, 하나 이상의 입력 장치를 이용하여 크레인 장치(100)의 작업자로부터 입력되는 사용자 명령을 기초로 생성되거나 또는 자동적으로 생성되는 제어 신호를 이용하여 전술한 크레인 장치(100)의 구성을 제어할 수 있다.
도 3은 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)의 제어부(190)에 의해 수행되는 처리를 예시적으로 나타내는 도면이고, 도 4 내지 도 9는 본원에서 설명되는 기술의 실시예에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)의 동작을 나타내는 도면이다.
이하 도 3 내지 도 9를 참조하여, 제어부(190)가 수행하는 처리에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 크레인 붐(130)을 크레인 붐 초기 위치와 최대 구동 위치 사이의 크레인 붐 작업 위치로 이동하는 처리(P100)를 수행할 수 있다. 제어부(190)는 예컨대 크레인 붐 구동 구조(150), 보다 구체적으로는 윈치(155)를 제어하여, 크레인 붐(130)을 크레인 붐 초기 위치와 최대 구동 위치 사이의 크레인 붐 작업 위치로 이동한다.
크레인 붐 초기 위치는, 예컨대 도 4에 도시되듯이 크레인 붐(130)이 접힌 상태로 보관되는 위치를 지칭한다.
크레인 붐(130)의 최대 구동 위치는 예컨대 도 6에 도시되듯이, 크레인 붐(130)이 크레인 붐 구동 구조(150)에 의해서 최대한도로 회전 구동된 상태에서의 위치를 지칭한다.
크레인 붐 작업 위치는 크레인 붐 초기 위치와 최대 구동 위치 사이이며, 예컨대 도 6에 도시되듯이 최대 구동 위치로 지정될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 5에서는, 크레인 붐(130)이 처리 P100을 통하여 이동되는 도중의 상태를 도시한다. 도 5를 참조하면, 크레인 붐(130)이 처리 P100을 통하여 이동되는 도중에, 케이블(151)은 지지 구조(135)에 의해서 지지될 수도 있다.
바람직하게는, 처리 P100은 도 4에 도시되듯이 제1 타워(141)가 제1 타워 초기 위치에 위치하고 크레인 붐(130)이 크레인 붐 초기 위치에 위치한 상태에서 수행된다. 즉, 크레인 붐(130)을 크레인 붐 작업 위치로 이동한 후, 후술하는 처리 P200을 수행한다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 제1 타워(141)를 제1 타워 초기 위치와 제1 타워 최대 상승 위치 사이의 제1 타워 작업 위치로 이동하는 처리(P200)를 수행할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 타워 구조(140)는 도 4에 도시된 제1 타워 초기 위치에서 이동되지 않는다. 그러나 필요한 경우, 예컨대 높이 150m의 고도에서 초대형 풍력 발전기의 기자재를 설치하거나 유지 보수해야 하는 경우, 타워 구조(140)의 높이 또한 높아져야 한다.
따라서, 제어부(190)는 예컨대 타워 구조(140), 보다 구체적으로는 제1 타워 구동부(145)를 제어하여, 제1 타워(141)를 제1 타워 초기 위치와 제1 타워 최대 상승 위치 사이의 제1 타워 작업 위치로 이동할 수 있다.
도 7에서는, 도 6의 상태에서 제1 타워(141)가 처리 P200을 통하여 수직 이동된 상태를 도시한다.
도 8은 도 7의 상태를 확대하여 도시하는 도면이며, 제1 타워(141)가 제1 타워 구동부(145)를 이용하여 제2 타워(143)로부터 상승한 상태를 도시한다.
제1 타워 작업 위치는 제1 타워 초기 위치와 제1 타워 최대 상승 위치이며, 예컨대 도 7에 도시되듯이 제1 타워 최대 상승 위치로 지정될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
타워 구조(140)가 전술한 제3 타워(미도시)를 포함하는 경우, 제어부(190)는 제2 타워(143)를 제2 타워 초기 위치와 제2 타워 최대 상승 위치 사이의 제2 타워 작업 위치로 이동하는 처리(미도시)를 수행할 수 있다. 제2 타워(143)를 이동하는 처리는 전술한 처리 P200과 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 제1 후크(110)의 제1 수평 방향의 위치를 조정하는 처리(P300)를 수행할 수 있다.
즉 제어부(190)는 제1 후크 조정부(121)를 제어하여 제1 후크(110)의 제1 수평 방향의 위치를 조정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 제1 후크(110)를 상승 또는 하강하는 처리(P400)을 수행할 수 있다.
즉 제어부(190)는 제1 후크 조정부(121)를 제어하여 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 제1 후크(100)가 후크 위치 조절 구조(120)로부터 하강시킬 수 있다.
처리 P400을 통해서, 제1 후크(100)는 초대형 풍력 발전기의 기자재를 설치 또는 유지 보수하기 위해서 상승 또는 하강된다.
한편 크레인 장치(100)가 제2 후크(115)를 더 포함하는 경우, 제어부(190)는 처리 P300 및 처리 P400과 실질적으로 동일하게 제2 후크(115)의 제1 수평 방향의 위치를 조정하는 처리 및 제2 후크(115)를 상승 또는 하강하는 처리를 수행할 수 있다. 또는 제어부(190)는 제1 후크 조정부(121) 및 제2 후크 조정부(125)를 제어하여 제1 후크(110)와 제2 후크(115) 사이의 간격을 미리 지정된 간격으로 조정할 수 도 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 타워 구조(140)를 제2 수평 방향으로 이동하는 처리(P500)를 수행할 수 있다.
즉 제어부(190)는 스키딩 구조(160)를 제어하여, 타워 구조(140)를 예컨대 도 7에 도시된 위치로부터 도 9에 도시된 위치로 이동할 수 있다.
타워 구조(140)를 제2 수평 방향으로 이동하는 것에 의해서, 크레인 장치(100)를 보다 원활하게 운용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 제1 타워(141)를 제1 타워 작업 위치로부터 제1 타워 초기 위치로 이동하는 처리(P600)를 수행할 수 있다.
예컨대 크레인 장치(100)를 이용하여 초대형 풍력 발전기의 기자재를 설치 또는 유지 보수를 완료한 경우 또는 강풍이 부는 경우, 제어부(190)는 제1 타워(141)를 제1 타워 작업 위치로부터 제1 타워 초기 위치로 이동할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(190)는 크레인 붐(130)을 크레인 붐 작업 위치로부터 크레인 붐 초기 위치로 이동하는 처리(P700)를 수행할 수 있다.
즉, 예컨대 크레인 장치(100)를 이용하여 초대형 풍력 발전기의 기자재를 설치 또는 유지 보수를 완료한 경우 또는 강풍이 부는 경우, 제어부(190)는 크레인 붐(130)을 크레인 붐 작업 위치로부터 크레인 붐 초기 위치로 이동할 수 있다.
바람직하게는, 처리 P700은 처리 P600 이후에 수행된다. 즉 크레인 장치(100)의 안정적인 운용을 위해서, 처리 P700은 처리 P600 이후에 수행된다.
전술한 바와 같이 크레인 장치(100)는 풍속을 측정하는 풍속 측정기(195)를 포함할 수 있다.
그 경우, 도 3을 참조하면, 제어부(190)는 풍속 측정기(195)에 의해서 측정된 풍속이 미리 지정된 임계 풍속 이하인 경우, 전술한 처리 P100 내지 처리 P500을 수행하는 처리(P800)를 수행할 수 있다.
즉, 크레인 장치(100)의 안정적인 운용을 위해서, 풍속이 임계 풍속 이하인 경우에만, 전술한 처리 P100 내지 처리 P500을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(190)는 풍속 측정기(195)에 의해서 측정된 풍속이 미리 지정된 임계 풍속 초과인 경우, 전술한 처리 P600과 처리 P700을 수행하는 것을 나타내는 알람 신호를 생성하여 미리 지정된 사용자 단말기로 알람 신호를 출력하는 처리(P900)를 수행할 수 있다.
즉, 풍속이 임계 풍속 초과인 경우, 크레인 장치(100)의 안정적인 작업이 불가능하며 위험할 수도 있다. 따라서, 제어부(190)는 알람 신호를 생성하고, 예컨대 크레인 장치(100)의 작업자의 이동 통신 단말기 또는 컴퓨팅 장치와 같은 사용자 단말기로 알람 신호를 출력한다. 따라서, 크레인 장치(100)의 작업자는 알람 신호를 기초로 예컨대 현재 수행되던 작업을 정리하고 전술한 처리 P600 내지 처리 P700을 수행하는 사용자 입력을 입력하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
한편 전술하듯이, 크레인 장치(100)는 본체(170)와 레그 구조(180)를 포함할 수 있다. 즉 해상에서 크레인 장치(100)를 사용하는 경우, 레그 구조(180)가 이용된다.
그 경우, 도 3을 참조하면, 제어부(190)는 처리 P100 내지 처리 P500을 수행하기 이전에, 레그 구조(180)를 제어하여 레그(180)를 본체 고정 위치로 이동하는 처리(P1000)를 수행할 수 있다. 본체 고정 위치는 크레인 장치(100)가 구비된 해상 풍력 설치선(WTIV)을 바닥에 고정하거나 해수면으로부터 일정 높이만큼 상승시킨 위치이다. 처리 P1000을 수행하는 것에 의해서, 해상 풍력 설치선(WTIV)을 해수면으로부터 일정 높이만큼 상승시킬 수 있으므로, 해상 풍력 설치선(WTIV)이 파도에 의해서 영향을 받는 것을 감소시킬 수 있다.
<다른 실시예>
비록 본원에서 설명되는 기술의 실시예가 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본원에서 설명되는 기술을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본원에서 설명되는 기술이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본원에서 설명되는 기술의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
예컨대, 본원에서 설명되는 기술은 전술한 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)의 제어부(190)가 수행하는 처리는 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)를 제어하는 방법에 적용될 수도 있다.
본원에서 설명되는 기술에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)의 특징들은 본원에서 설명되는 기술에 따른 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치(100)를 제어하는 방법에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
따라서 본 명세서에 설명된 실시예들은 본원에서 설명되는 기술을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본원에서 설명되는 기술의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본원에서 설명되는 기술의 권리 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본원에서 설명되는 기술의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치
110: 제1 후크 115: 제2 후크
120: 후크 위치 조절 구조 130: 크레인 붐
135: 지지 구조 140: 타워 구조
141: 제1 타워 143: 제2 타워
145: 제1 타워 구동부 150: 크레인 붐 구동 구조
160: 스키딩 구조 170: 본체
180: 레그 구조 190: 제어부
195: 풍속 측정기
본원에서 설명되는 기술에 따르면, 다단 구조를 가지는 타워 구조를 이용하여 전체적인 크기를 최소화할 수 있고, 크레인 붐 구동 구조를 이용하여 크레인 붐을 이동하고 후크 위치 조절 구조를 이용하여 후크를 이동하고 스키딩 구조를 이용하여 타워 구조를 이동하는 것에 의해서 후크의 x축, y축 및 z축 방향이 위치를 정확하고 안정적으로 제어할 수 있고, 크레인 붐 구동 구조를 이용하여 카운터웨이트를 대체할 수 있는 것인 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치를 제공할 수 있다.
본원에서 설명되는 기술에 따르면, 특히 육상 또는 해상에서 높이 150m 이상의 고도에 1,500톤 이상의 초대형 풍력 발전기의 기자재를 효율적이고 안정적이며 안전하게 설치 또는 유지 보수할 수 있는 초대형 풍력 발전기용 크레인 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 제1 후크(hook);
    상기 제1 후크를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 그리고 상기 제1 후크의 제1 수평 방향의 위치를 조정하도록 구성되는 제1 후크 조정부를 포함하는 후크 위치 조절 구조;
    일단부(一端部)가 상기 후크 위치 조절 구조에 접속되는 크레인 붐(boom);
    적어도 제1 타워(tower)와 제2 타워와 제1 타워 구동부를 포함하고, 상기 제1 타워 구동부는 상기 제1 타워가 상기 제2 타워의 내측 또는 외측에 보관되는 제1 타워 초기 위치와 상기 제1 타워가 상기 제1 타워 초기 위치로부터 수직 방향으로 상승 가능한 제1 타워 최대 상승 위치 사이에 위치하도록 상기 제1 타워를 수직 방향으로 구동하도록 구성되는 타워 구조;
    상기 크레인 붐 및 상기 제1 타워에 연결되며, 상기 크레인 붐이 보관되는 크레인 붐 초기 위치와 상기 크레인 붐이 상기 크레인 붐 초기 위치로부터 상기 크레인 붐의 타단부(他端部)를 중심으로 하여 회전 구동 가능한 최대 구동 위치 사이에 위치하도록 상기 크레인 붐을 구동하는 크레인 붐 구동 구조; 및
    상기 타워 구조에 연결되며, 상기 타워 구조를 상기 제1 수평 방향과는 다른 제2 수평 방향으로 이동하도록 구성된 스키딩(skidding) 구조
    를 포함하는 크레인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 후크를 더 포함하고,
    상기 후크 위치 조절 구조는, 상기 제2 후크를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 그리고 상기 제2 후크의 상기 제1 수평 방향의 위치를 조정하도록 구성되는 제2 후크 조정부를 더 포함하는 것인 크레인 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 후크 조정부 및 상기 제2 후크 조정부는, 상기 제1 후크 및 상기 제2 후크의 높이가 동일하도록 상기 제1 후크 및 상기 제2 후크를 수직 방향으로 상승 또는 하강하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 후크 조정부 및 상기 제2 후크 조정부는, 상기 제1 후크 및 상기 제2 후크 사이의 간격을 조정하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 타워는 상기 제2 타워에 대해서 텔레스코픽(telescopic) 방식으로 연장 가능하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 크레인 붐 구동 구조는,
    상기 크레인 붐에 연결되는 케이블;
    상기 제1 타워에 연결되는 접속 구조; 및
    상기 제1 케이블을 상기 접속 구조를 통하여 구동하는 윈치
    를 포함하는 것인 크레인 장치
  7. 제1항에 있어서,
    상기 크레인 붐의 상기 타단부와 상기 제1 타워에 연결되며, 상기 크레인 붐 구동 구조에 의해서 상기 크레인 붐이 구동될 때 상기 크레인 붐과 상기 제1 타워를 지지하는 지지 구조
    를 더 포함하는 크레인 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 스키딩 구조가 배치되고, 상기 스키딩 구조가 상기 타워 구조를 상기 제2 수평 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 레일을 구비하는 본체
    를 더 포함하는 크레인 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 본체에 배치되는 레그(leg) 및 상기 레그를 상승 또는 하강하도록 구성되는 레그 구동부를 포함하는 레그 구조
    를 더 포함하는 크레인 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 본체는 레일 사이에 배치되는 요부(凹部)를 구비하는 것인 크레인 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수평 방향과 상기 제2 수평 방향은 직교하는 것인 크레인 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 타워 구조는,
    제3 타워 및 제2 타워 구동부를 더 포함하고,
    상기 제2 타워 구동부는 상기 제2 타워가 상기 제3 타워의 내측 또는 외측에 보관되는 제2 타워 초기 위치와 상기 제2 타워가 상기 제2 타워 초기 위치로부터 수직 방향으로 상승 가능한 제2 타워 최대 상승 위치 사이에 위치하도록 상기 제2 타워를 수직 방향으로 구동하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 타워는 상기 제3 타워에 대해서 텔레스코픽 방식으로 연장 가능하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    제어 신호를 기초로 상기 후크 위치 조절 구조, 상기 타워 구조, 상기 크레인 붐 구동 구조 및 상기 스키딩 구조를 제어하여, (a) 상기 크레인 붐을 상기 크레인 붐 초기 위치와 상기 최대 구동 위치 사이의 크레인 붐 작업 위치로 이동하는 처리와, (b) 상기 제1 타워를 상기 제1 타워 초기 위치와 상기 제1 타워 최대 상승 위치 사이의 제1 타워 작업 위치로 이동하는 처리와, (c) 상기 제1 후크의 상기 제1 수평 방형의 위치를 조정하는 처리와, (d) 상기 제1 후크를 상승 또는 하강하는 처리와, (e) 상기 타워 구조를 상기 제2 수평 방향으로 이동하는 처리를 수행하도록 구성되는 제어부
    를 더 포함하는 크레인 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처리 (a)는, 상기 제1 타워가 상기 제1 타워 초기 위치에 위치하고 상기 크레인 붐이 상기 크레인 붐 초기 위치에 위치한 상태에서 수행되는 것인 크레인 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    (f) 상기 제1 타워를 상기 제1 타워 작업 위치로부터 상기 제1 타워 초기 위치로 이동하는 처리; 및
    (g) 상기 크레인 붐을 상기 크레인 붐 작업 위치로부터 상기 크레인 붐 초기 위치로 이동하는 처리
    를 더 수행하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리 (g)는, 상기 처리 (f) 이후에 수행되는 것인 크레인 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    풍속을 측정하는 풍속 측정기
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는, (h) 상기 풍속 측정기에 의해서 측정된 풍속이 미리 지정된 임계 풍속 이하인 경우, 상기 처리 (a) 내지 상기 처리 (e)를 수행하는 처리를 더 수행하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    풍속을 측정하는 풍속 측정기
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는, (i) 상기 풍속 측정기에 의해서 측정된 풍속이 미리 지정된 임계 풍속 초과인 경우, 상기 처리 (f)와 상기 처리 (g)를 수행하는 것을 나타내는 알람 신호를 생성하여 미리 지정된 사용자 단말기로 상기 알람 신호를 출력하는 처리를 더 수행하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    적어도 상기 스키딩 구조가 배치되고, 상기 스키딩 구조가 상기 타워 구조를 상기 제2 수평 방향으로 이동 가능하도록 레일을 구비하는 본체; 및
    상기 본체에 배치되는 레그 및 상기 레그를 상승 또는 하강하도록 구성되는 레그 구동부를 포함하는 레그 구조
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는, (j) 상기 처리 (a) 내지 상기 처리 (e)를 수행하기 이전에, 상기 레그 구조를 제어하여 상기 레그를 본체 고정 위치로 이동하는 처리를 더 수행하도록 구성되는 것인 크레인 장치.
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