KR101138316B1 - 해상 풍력 발전기 설치선 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해상에서 풍력 타워를 설치하기 위한 풍력 발전기 설치선을 회전형 유압 액추에이터와 이에 나사 결합되어 승/하강되는 스크류형 잭-업 레그를 매개로 해저면에 대해 보다 견고하게 지지될 수 있도록 함으로써 유압 액추에이터와 잭-업 레그 사이의 접촉 면적의 증가로 인한 중량물의 인양 능력을 향상시킴과 더불어 풍력 발전기 설치선의 재화 중량 및 작업 수심을 증가시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선체(10)에 설치되는 회전형 유압 액추에이터(12); 상기 회전형 유압 액추에이터(12)에 나사 결합되어 상기 선체(10)에 대해 수직방향으로 승/하강하는 스크류형 잭-업 레그(14); 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 종단부에 설치되는 천공용 나선 스크류(16); 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(18); 및 상기 회전형 유압 액추에이터(12)를 작동시키고 상기 엔코더(18)를 통해 검출되는 정보를 매개로 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 조절하고 상기 천공용 나선 스크류(16)의 작동을 조절하는 제어부를 구비한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선체(10)에 설치되는 회전형 유압 액추에이터(12); 상기 회전형 유압 액추에이터(12)에 나사 결합되어 상기 선체(10)에 대해 수직방향으로 승/하강하는 스크류형 잭-업 레그(14); 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 종단부에 설치되는 천공용 나선 스크류(16); 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(18); 및 상기 회전형 유압 액추에이터(12)를 작동시키고 상기 엔코더(18)를 통해 검출되는 정보를 매개로 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 조절하고 상기 천공용 나선 스크류(16)의 작동을 조절하는 제어부를 구비한다.
Description
본 발명은 해상에서 풍력 발전을 위한 타워를 해저면에 고정시켜 설치하기 위한 플랫폼 형태의 해상 풍력 발전기 설치선에 관한 것이다.
일반적으로 해상에 설치되는 풍력 발전기는 플랫폼 형태의 선박에 의해 운반된 다음, 선박에 구비된 타워 컨트롤 데릭(Tower control derrick) 등을 이용하여 그 설치작업이 이루어지게 된다. 이때, 풍력 발전기 설치선은 바람이나 조류, 파도 등에 따른 해양 환경 조건에 의해 그 위치가 변화하게 되므로 정해진 위치에 풍력 발전기를 설치하는 데에는 많은 어려움이 있게 된다.
이에 따라, 종래에는 랙과 피니언(Rack and Pinion) 방식 또는 유압 실린더 방식으로 동작되는 장비를 이용하여 선체로부터 레그를 수직한 방향으로 하강시켜 해상에서 선체의 위치를 일정하게 유지하게 된다.
그런데, 기존 유압 실린더 방식의 경우에는 레그를 올려주기 위한 실린더가 12개 정도, 포지셔닝을 위한 실린더가 6개 정도 필요하므로, 선박에 4개의 레그가 구비될 경우 전체적으로 필요한 실린더의 수량은 총 72개 정도가 된다.
따라서, 각각의 실린더를 제어하기 위한 제어 시스템이 복잡하게 되고, 유압 시스템도 상당히 복잡해지는 단점이 있게 된다. 또한, 종래 랙과 피니언 방식 또는 유압 실린더 방식의 경우, 레그의 하중을 지지하는 부위의 면적이 작기 때문에 큰 하중을 견디기 위해서는 그 만큼 장비의 용량이 커져야 하는 부담이 있게 된다.
그리고, 선박의 위치를 일정하게 유지하기 위한 레그는 수면을 관통한 상태에서 그 종단부가 해저면에 고정되는 방식이기 때문에 수면과 접하는 부위에서 해수의 흐름에 의해 발생하는 와류 유동으로부터 하중을 받게 되고, 이러한 유동에 의한 하중은 플랫폼 형태의 선체에 가해지는 지속적인 진동으로 귀결되므로 장비의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 작업 환경에도 나쁜 영향을 미치게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 해상에서 풍력 타워를 설치하기 위한 풍력 발전기 설치선을 회전형 유압 액추에이터와 이에 나사 결합되어 승/하강되는 스크류형 잭-업 레그를 매개로 해저면에 대해 보다 견고하게 지지될 수 있도록 함으로써 유압 액추에이터와 잭-업 레그 사이의 접촉 면적의 증가로 인한 중량물의 인양(Elevation) 능력을 향상시키고, 해수의 흐름에 의한 진동 저감에도 효과적이면서 풍력 발전기 설치선의 재화 중량 및 작업 수심을 증가시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 플랫폼 형태의 선체;
상기 선체에 설치되고 외부 구동원으로부터 제공되는 작동압으로 동작하는 회전형 유압 액추에이터;
상기 회전형 유압 액추에이터에 나사 결합되어 상기 회전형 유압 액추에이터로부터 제공되는 회전력을 전달받아 상기 선체에 대해 수직방향으로 승/하강하는 스크류형 잭-업 레그;
상기 스크류형 잭-업 레그의 종단부에 설치되고 외부 구동원으로부터 제공되는 작동력을 기반으로 회전하여 지반을 뚫는 천공용 나선 스크류;
상기 스크류형 잭-업 레그의 회전각을 검출하기 위한 엔코더; 및
상기 회전형 유압 액추에이터를 작동시키고, 상기 엔코더를 통해 검출되는 상기 스크류형 잭-업 레그의 회전각에 따라 상기 스크류형 잭-업 레그의 승/하강 거리를 조절하고 상기 천공용 나선 스크류의 작동을 조절하는 제어부를 구비하는 해상 풍력 발전기 설치선을 제시한다.
본 발명에 있어, 상기 회전형 유압 액추에이터는 내부에 압력실을 형성하는 몸체와, 상기 압력실 내에서 외부로부터 제공되는 작동압에 의해 회전 가능하도록 설치되고 내주면에 상기 스크류형 잭-업 레그와의 나사 결합을 위한 나선홈이 형성되는 로터 및, 상기 로터의 외주면에서 상기 압력실을 향해 방사상으로 이동 가능하게 설치되어 작동압을 받는 다수의 블레이드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 스크류형 잭-업 레그의 외부에 달라붙은 이물질의 제거를 위한 스크레이퍼를 더 포함하고, 상기 스크류형 잭-업 레그는 종단부에 외부로부터 입력되는 하중의 정도를 검출하는 로드셀을 설치하고, 상기 제어부는 상기 로드셀로부터 검출되는 외부 하중에 따라 상기 천공용 나선 스크류에 대한 동작 제어를 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 해상 풍력 발전기 설치선에 의하면, 회전형 유압 액추에이터에 대해 나사 결합되어 승/하강이 조절되는 스크류형 잭-업 레그를 갖춤에 따라 해저면에 보다 견고하게 지지될 수 있으므로 보다 큰 중량물의 풍력 타워를 인양하여 설치할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 풍력 발전기 설치선은 유압 액추에이터와 잭-업 레그 사이의 접촉 부위를 나사 결합에 의한 구조를 갖춤에 따라 이들 사이의 접촉 면적의 확장에 따른 하중 지지력을 증가시킬 수 있고, 이는 해상에서 이루어지는 풍력 타워의 설치를 위한 인양시 풍력 발전기 설치선은 해저면에 대해 보다 견고하게 지지될 수 있으므로 종국에는 풍력 발전기 설치선에 대한 인양 능력의 향상 효과로 귀결되는 것이다.
또한, 본 발명은 유압 액추에이터와 잭-업 레그 사이의 접촉 면적의 증대로 인한 인양 능력의 향상을 통해 풍력 발전기 설치선에 대한 재화 중량 및 작업 수심을 증가시킬 수 있으므로, 풍력 타워의 중량이나 설치 해역의 수심과 같은 작업의 제약 요건으로부터 보다 자유롭게 되는 효과를 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 해상 풍력 발전기 설치선의 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 회전형 유압 액추에이터의 세부 구성을 도시한 단면도.
도 3은 해상 풍력 발전기 설치선에서 해저면을 향해 잭-업 레그를 하강시키는 과정을 도시한 도면.
도 4는 해저면에 대해 잭-업 레그의 설치가 종료된 상태를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 회전형 유압 액추에이터의 세부 구성을 도시한 단면도.
도 3은 해상 풍력 발전기 설치선에서 해저면을 향해 잭-업 레그를 하강시키는 과정을 도시한 도면.
도 4는 해저면에 대해 잭-업 레그의 설치가 종료된 상태를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해상 풍력 발전기 설치선은 플랫폼 형태의 선체(10)로 이루어지고, 상기 선체(10)의 가장자리 부위에는 각각 외부 구동원으로부터 제공되는 작동압을 매개로 동작하는 다수의 회전형 유압 액추에이터(12)가 설치된다.
상기 회전형 유압 액추에이터(12)에는 스크류형 잭-업 레그(14)가 나사 체결의 방식으로 상대 이동이 가능하도록 개별적으로 결합되어 있는 바, 상기 스크류형 잭-업 레그(14)는 상기 회전형 유압 액추에이터(12)로부터 제공되는 회전력을 전달받아 상기 선체(10)에 대해 수직한 방향으로 승/하강하게 된다. 이때, 상기 선체(10)에 대한 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리는 상기 회전형 유압 액추에이터(12)의 회전 정도에 따라 종속적으로 결정된다.
상기 스크류형 잭-업 레그(14)는 종단부에 천공용 나선 스크류(16)를 설치한다. 상기 천공용 나선 스크류(16)는 외부 구동원으로부터 제공되는 작동력을 기반으로 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 종단부에서 자유롭게 회전함으로써 해저면에 위치한 지반을 보다 용이하게 뚫을 수 있는 역할을 수행한다. 이때, 상기 천공용 나선 스크류(16)는 외부 구동원으로부터 제공되는 작동력의 전달방향에 따라 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 종단부에서 정/역 방향으로 회전함으로써 해저면에 대해 상기 스크류형 잭-업 레그(14)를 견고하게 고정시키거나 해저면으로부터 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 이탈을 도모하게 된다. 이 경우, 상기 회전형 유압 액추에이터(12)와 상기 천공용 나선 스크류(16)를 각각 구동시키기 위한 외부 구동원은 일반적인 형태의 유/공압설비나 전동설비 등 다양한 형태의 장비로서 회전력을 제공할 수 있는 것이라면 어느 것이나 무방하다.
상기 회전형 유압 액추에이터(12)는 동작시 회전각의 정도를 실시간으로 검출하기 위한 엔코더(18)를 구비하는 데, 상기 엔코더(18)는 상기 회전형 유압 액추에이터(12)에 의한 상기 잭-업 레그(14)에 대한 회전각을 검출하여 제어부로 출력하게 된다. 이에 따라 상기 제어부는 상기 엔코더(18)로부터 검출되는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각을 매개로 상기 선체(10)에 대한 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 보다 정밀하게 판단할 수 있게 된다.
또한, 상기 제어부는 상기 선체(10)에 대해 다수로 구비되는 상기 회전형 유압 액추에이터(12)의 작동을 각각 선택적으로 조절할 수 있게 된다. 이때 상기 제어부는 상기 엔코더(18)를 통해 검출되는 각각의 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각에 따라 상기 선체(10)에 대한 상기 스크류형 잭-업 레그(14)에 대한 개별적인 승/하강 거리를 산출하고, 이로부터 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 피드백 제어할 수 있게 된다. 부연하자면, 상기 제어부는 상기 엔코더(18)를 통해 검출되는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각을 통해 상기 선체(10)에 대한 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 적절하게 조절함으로써 상기 선체(10)로부터 해저면까지의 거리가 상이한 해역에서 상기 선체(10)에 대한 보다 안정적인 정박을 유도할 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 회전형 유압 액추에이터(12)는 중공형의 몸체(12a)와, 상기 몸체(12a)의 내부에서 외부로부터 제공되는 작동압에 의해 회전하는 로터(12b) 및, 상기 로터(12b)의 외주면에 대해 상기 몸체(12a)의 내주면을 향해 방사상으로 이동 가능하게 설치되는 다수의 블레이드(12c)를 구비한다. 또한, 상기 몸체(12a)의 내부에는 상기 로터(12b)와의 사이에 외부로부터 제공되는 작동압을 상기 블레이드(12c)에 전달하여 상기 로터(12b)의 회전을 유도하는 압력실(12d)을 형성하고, 상기 로터(12b)의 내주면은 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 외주면과의 나사 결합을 위한 나선홈(12e)을 형성한다.
그리고, 상기 회전형 유압 액추에이터(12)는 하부에 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 외부에 달라붙은 이물질의 제거를 위한 스크레이퍼를 구비하는 바, 상기 스크레이퍼는 상기 회전형 유압 액추에이터(12)의 작동에 따른 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강시 외부에 달라붙은 이물질을 제거하여 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 외주면에 형성된 나선부(14a)와 상기 로터(12b)의 내주면에 형성된 나선홈(12e) 사이의 접촉시 이상 마모에 의한 손상을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 스크류형 잭-업 레그(14)는 종단부에 외부로부터 입력되는 하중의 정도를 검출하는 로드셀(20)을 설치하고 있는 바, 상기 로드셀(20)은 상기 회전형 유압 액추에이터(12)의 작동에 따른 상기 스크류형 잭-업 레그(14)가 해저면의 지반을 뚫고 들어갈 때 상기 천공용 나선 스크류(16)에 전달되는 하중을 검출하게 된다. 이때 상기 제어부는 상기 로드셀(20)을 통해 적정 이상의 하중값을 검출하면, 상기 천공용 나선 스크류(16)를 동작시켜 해저면의 지반 내로 상기 스크류형 잭-업 레그(14)가 보다 용이하게 박힐 수 있도록 해 준다.
아울러, 상기 회전형 유압 액추에이터(12)의 로터(12b) 내주면에 형성된 나선홈(12e)과 나사 결합되는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)는 외주면에 나선부(14a)를 갖추고 있으므로, 해역에 정박중 상기 플랫폼 형태의 선체(10)가 해류에 의해 받게 되는 와류유동(Vortex)을 감속시킬 수 있으므로 선체(10)의 측면 방향 진동 및 하중을 감소시킬 수 있게 된다. 특히, 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 조절시 상기 엔코더(18)는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 보다 정밀하게 계측할 수 있으므로 상기 선체(10)를 해역에서 보다 안정적으로 정박시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 스크류형 잭-업 레그(14)가 해저면에 대해 지지된 상태에서 상기 로드셀(20)은 하중의 분포를 지속적으로 센싱하여 상기 제어부로 출력하게 되므로, 상기 선체(10)를 지지하는 다수의 스크류형 잭-업 레그(14)중 특정의 스크류형 잭-업 레그(14)에서 과다한 하중이 인가되면 이를 즉시 검출함으로서 스크류형 잭-업 레그(14)의 구조적 한계를 벗어나지 않도록 하는 감시 역할을 수행하게 된다. 예컨대 해저면의 침하 등의 발생시 상기 로드셀(20)을 통해 검출되는 하중 변화를 매개로 상기 제어부는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)에 대한 개별적인 승/하강 거리를 추가적으로 조절할 수 있으므로 해역에서 상기 선체(10)의 전복 사고와 같은 이상 상황의 발생을 보다 효과적으로 예방할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 회전형 유압 액추에이터(12)의 로터(12b)에 형성된 나선홈(12e)과 상기 스크류형 잭-업 레그(14)에 형성된 나선부(14a) 사이에서 이루어지는 접촉 면적의 확장을 통해 보다 큰 하중을 분산하여 받을 수 있으므로 풍력 발전기 설치선에 대한 재화 중량을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 한 번의 작업에서 보다 큰 중량 또는 많은 풍력 타워의 설치를 가능하게 한다.
즉, 풍력 발전기 설치선과 같이 해저면에 대해 상기 선체(10)의 하중을 보다 견고하게 지지하여야 하는 경우, 상기 회전형 유압 액추에이터(12)와 이에 의해 승/하강 거리가 조절되는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 설치 수량은 기존의 랙 피니언 타입의 레그 또는 실린더 타입의 레그 보다 작게 설정하여도 무방하게 된다. 이 결과, 유압 시스템의 수량 및 그 용량을 증가시키지 않아도 풍력 발전기 설치선의 재화 중량을 유지할 수 있고, 이를 통해 설치선의 건조시 비용 증가에 대한 부담을 덜 수 있게 된다.
이와 더불어 본 발명은 유압 시스템의 경우에도 기존 풍력 발전기 설치선에 적용되는 랙과 피니언 방식 또는 유압 실린더 방식에 비해 회전형 유압 액추에이터(12)와 스크류형 잭-업 레그(14) 사이의 나사 결합에 의한 접촉면적의 증대를 통해 보다 적은 수량으로도 필요한 작업 하중을 만족시킬 수 있으므로 더욱 간략하게 구성할 수 있게 된다.
또한, 풍력 발전기 설치선에 의한 풍력 타워의 운반에 있어서도 재화 중량의 증가에 따른 적재할 수 있는 풍력 타워의 수량을 증가시킬 수 있고, 특히 설치에 소요되는 기간의 단축 및 소요 선박의 감소를 도모할 수 있는 긍정적인 순환구조를 만들어 선박의 수주 경쟁력에도 월등한 지위를 선점할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10-선체 12-회전형 유압 액추에이터
12a-몸체 12b-로터
12c-블레이드 12d-압력실
12e-나선홈 14-스크류형 잭-업 레그
14a-나선부 16-천공용 나선 스크류
18-엔코더 20-로드셀
12a-몸체 12b-로터
12c-블레이드 12d-압력실
12e-나선홈 14-스크류형 잭-업 레그
14a-나선부 16-천공용 나선 스크류
18-엔코더 20-로드셀
Claims (4)
- 선체(10);
상기 선체(10)에 설치되어 작동압에 의해 동작하는 회전형 유압 액추에이터(12);
상기 회전형 유압 액추에이터(12)에 나사 결합되어 상기 회전형 유압 액추에이터(12)로부터 제공되는 회전력을 전달받아 상기 선체(10)에 대해 수직방향으로 승/하강하는 스크류형 잭-업 레그(14);
상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 종단부에 설치되어 작동력에 의해 동작하는 천공용 나선 스크류(16);
상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(18); 및
상기 회전형 유압 액추에이터(12)를 작동시키고 상기 엔코더(18)를 통해 검출되는 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 회전각에 따라 상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 승/하강 거리를 조절하고 상기 천공용 나선 스크류(16)의 작동을 조절하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치선. - 청구항 1에 있어서,
상기 회전형 유압 액추에이터(12)는 내부에 압력실(12d)을 형성하는 몸체(12a)와, 상기 압력실(12d) 내에서 회전 가능하게 설치되고 내주면에 상기 스크류형 잭-업 레그(14)와의 나사 결합을 위한 나선홈(12e)을 형성하는 로터(12b) 및, 상기 로터(12b)의 외주면에서 상기 압력실(12d)을 향해 방사상으로 이동 가능하게 설치되어 작동압을 받는 다수의 블레이드(12c)를 구비하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치선. - 청구항 1에 있어서,
상기 스크류형 잭-업 레그(14)의 외부에 달라붙은 이물질의 제거를 위한 스크레이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치선. - 청구항 1에 있어서,
상기 스크류형 잭-업 레그(14)는 종단부에 하중의 정도를 검출하는 로드셀(20)을 설치하고, 상기 제어부는 상기 로드셀(20)로부터 검출되는 하중에 따라 상기 천공용 나선 스크류(16)에 대한 동작 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전기 설치선.
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