KR101230357B1 - 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치 - Google Patents

방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 풍력발전 설비, 해양관측 시설 및 해상 교각 등 해양 착저식(着底式) 주상체(柱狀體)(10) 구조물을 설치하는 장치에 관한 것으로, 바지선, 폰툰(pontoon) 또는 자력 추진 선박 등의 부체(浮體)(20)에 주상체(10)가 다수의 구동선(72)을 통하여 결속되되, 평면상 구동선(72)은 주상체(10)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치되고, 주상체(10)와 결속된 구동선(72)의 타측 단부는 부체(20)에 고정된 윈치(winch)(71)에 연결되며, 부체(20)의 상부에는 직립 구조물로서 하단부가 부체(20)에 고정된 지지프레임(30)이 설치되고, 주상체(10)의 상부가 지지프레임(30)에 결속되어, 상기 다수의 구동선(72)이 각각에 연결된 윈치(71)에 의하여 독립적으로 구동됨에 따라 주상체(10)가 승강 및 전, 후, 좌, 우로 이동될 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 해상크레인(25) 등 대용량 고비용 장비의 동원 없이도 해상 주상체(10)의 신속하고 안정적인 설치가 가능하며, 이로써 해상 주상체(10)의 설치 공기를 단축하고 공사비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치{RADIAL WIRE DRIVE TYPE MARINE COLUMN STRUCTURE CONSTRUCTION APPARATUS}
본 발명은 해상 풍력발전 설비, 해양관측 시설 및 해상 교각 등 해양 착저식(着底式) 주상체(柱狀體)(10) 구조물을 설치하는 장치에 관한 것으로, 바지선, 폰툰(pontoon) 또는 자력 추진 선박 등의 부체(浮體)(20)에 주상체(10)가 다수의 구동선(72)을 통하여 결속되되, 평면상 구동선(72)은 주상체(10)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치되고, 주상체(10)와 결속된 구동선(72)의 타측 단부는 부체(20)에 고정된 윈치(winch)(71)에 연결되며, 부체(20)의 상부에는 직립 구조물로서 하단부가 부체(20)에 고정된 지지프레임(30)이 설치되고, 주상체(10)의 상부가 지지프레임(30)에 결속되어, 상기 다수의 구동선(72)이 각각에 연결된 윈치(71)에 의하여 독립적으로 구동됨에 따라 주상체(10)가 승강 및 전, 후, 좌, 우로 이동될 수 있도록 한 것이다.
해양 착저식 구조물은 해저 지반에 구조물의 하부가 고정되는 구조물로서, 자중에 의하여 구조물의 기초(11)가 해저 지면에 고정되거나, 해저 지반에 구조물의 기초(11)가 관입 또는 매설되어 고정되는 방식으로 설치된다.
해양 착저식 구조물 중 해상 풍력발전 설비, 해양관측 시설 및 해상 교각 등 장주형(長柱形) 구조를 가지는 주상체(柱狀體)(10) 구조물은 도 1에서와 같이 수면 하부의 기초(11)와 수면 상부의 주상체(10) 본체가 분할 시공되는 것이 일반적이다.
즉, 도 1에 예시된 해상 풍력발전 설비의 시공에서와 같이, 해저 지반에 고정되고 상단이 수면에 노출되는 기초(11)를 우선 시공한 후, 지상에서 완성된 상부 주상체(10)를 기초(11) 상부에 결속하는 방식으로 작업이 진행되며, 이러한 주상체(10)의 이동 및 거치는 동 도면에 도시된 바와 같이 예인선(26)에 의하여 예인되는 해상크레인(25)에 의하여 수행된다.
이러한 해양 착저식 구조물 설치장치 관련 기술로는 일본 공개특허공보 특개2011-525223호 및 대한민국 등록특허공보 제1046648호를 들 수 있다.
해상크레인(25)에 의한 해상 주상체(10)의 설치는 도 1에서와 같이, 해상크레인(25)의 지브(jib) 선단에 주상체(10)를 결속하여 설치 지점으로 이동한 후, 지브의 각도 및 결속선 연장을 조절하여 기초(11)에 주상체(10)를 거치 및 고정하는 방식으로 진행되는데, 해상크레인(25)은 육상 크레인과 달리 지면에 크레인 본체를 고정할 수 없으므로 육중한 구조물의 결속 및 이동과정에서 전도(轉倒)될 우려가 있는 바, 전도를 유발하는 모멘트를 극복할 수 있도록 크레인 본체는 물론 부선(艀船) 및 구동설비 전반에 있어서 육상 크레인을 월등히 상회하는 규모가 요구된다.
또한, 해상크레인(25)을 통한 주상체(10)의 운반 내지 설치 전과정의 설비 조작에 있어서 고도로 전문화된 작업 인력이 소요될 뿐 아니라, 상단부만이 지브 선단에 결속된 주상체(10)가 운반 및 설치되정에서 요동하여 파손되는 위험이 상존하는 문제점이 있다.
특히, 도 1에서와 같이, 해상크레인(25)의 작업 특성상 해상크레인(25)의 부선과 설치대상 주상체(10)가 상당거리 이격된 상태에서 기초(11)와 주상체(10)의 연결작업이 진행될 수 밖에 없으므로, 별도의 소형 선박 및 잠수부 등을 동원한 수중작업이 필수적으로 수반되어 시공 편의성 및 안전성이 심각하게 저하되는 문제점이 있다.
이렇듯 종래의 해상 주상체(10) 설치 방식은 대용량 고비용 장비의 동원을 수반할 뿐 아니라, 그에 따라 예인선(26) 등 부속 장비의 규모 또한 확대될 수 밖에 없고, 장비는 물론 작업 인력의 수급 또한 용이하지 않으므로 공기 지연이 유발되며, 수중작업으로 인한 안전상 문제점이 상존하는 등, 시공성, 안전성 및 경제성에 있어서 심각한 문제점을 가진다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 해양 착저식(着底式) 주상체(柱狀體)(10)를 설치하는 장치에 있어서, 수면에 부유하는 부체(浮體)(20)에 주상체(10)가 다수의 구동선(72)을 통하여 결속되되, 평면상 구동선(72)은 주상체(10)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치되고, 주상체(10)와 결속된 구동선(72)의 타측 단부는 부체(20)에 고정된 윈치(71)에 연결되며, 부체(20)의 상부에는 직립 구조물로서 하단부가 부체(20)에 고정된 지지프레임(30)이 설치되고, 주상체(10)의 상부가 지지프레임(30)에 결속되어, 상기 다수의 구동선(72)이 각각에 연결된 윈치(71)에 의하여 독립적으로 구동됨에 따라 주상체(10)가 이동함을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치이다.
또한, 상기 지지프레임(30)의 전면에는 주상체(10)가 결속된 상태로 지지프레임(30)의 종방향으로 상승 및 하강하는 승강대(40)가 설치되되, 승강대(40)의 전면에는 중심부가 승강대(40)와 회동축(43)으로 연결되고 양 측단에 돌출대(45)가 형성된 회동판(44)이 결합되고, 회동판(44) 양 측단의 돌출대(45)에는 선단에 포착판(47)이 형성된 포착축(46)이 각각 결합되어, 포착판(47) 사이에 주상체(10)가 압착 고정된 상태에서 상기 구동선(72)이 구동됨에 따라 승강대(40)가 승강되고, 회동판(44)이 회동축(43)을 축으로 회전하며, 포착판(47)이 포착축(46)을 축으로 회전함을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치이자, 상기 지지프레임(30) 내부에는 지지프레임(30)의 종방향으로 승강하는 균형추(60)가 설치되고, 지지프레임(30)의 상단에는 평형풀리(61)가 설치되어, 평형풀리(61)를 경유하는 연결선(69)을 통하여 승강대(40)와 균형추(60)가 연결됨을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치이며, 상기 균형추(60)는 내부에 저수공간이 형성되고 내, 외부를 연통하는 주수구(65) 및 배수구(66)가 설치된 중공체(中空體)로서, 주수구(65)를 통하여 물을 주입함에 따라 자중이 증가하고, 배수구(66)를 통하여 물을 배출함에 따라 자중이 감소함을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치이다.
본 발명을 통하여, 해상크레인(25) 등 대용량 고비용 장비의 동원 없이도 해상 주상체(10)의 신속하고 안정적인 설치가 가능하며, 이로써 해상 주상체(10)의 설치 공기를 단축하고 공사비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
특히, 주상체(10)에 방사상으로 결속된 구동선(72)을 독립적으로 구동함으로써 주상체(10)의 위치 및 자세를 미세하고 정확하게 조절할 수 있을 뿐 아니라, 주상체(10) 상부를 지지하는 승강대(40)를 구성하고, 승강대(40)를 승강 구동함에 있어서는 승강대(40)와 평형풀리(61)를 통하여 연결되는 균형추(60)를 구성함으로써, 구동선(72)을 구동하는 윈치(71)의 소요 출력을 절감하고 전체 장치의 제작비는 물론 운용 및 유지 비용을 절감하는 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 해상 시설물 설치방식 설명도
도 2는 본 발명의 사용상태 사시도
도 3은 본 발명의 요부발췌 부분절단 사시도
도 4는 본 발명을 통한 해상 주상체 설치방식 설명도
도 5는 승강대가 적용된 본 발명의 일 실시예 사시도
도 6은 도 5 실시예의 요부발췌 부분절단 사시도
도 7은 도 5 실시예의 승강대 발췌 사시도
도 8은 균형추가 적용된 본 발명의 일 실시예 사시도
도 9는 도 8 실시예의 요부발췌 사시도
도 10은 본 발명의 수조형 균형추 예시도
도 11은 본 발명의 변형된 실시예 사시도
본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 2는 본 발명의 외관을 도시한 사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 해수면에 부유하는 부체(浮體)(20)와, 부체(20)에 적재되는 설치 대상 주상체(10)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치된 다수의 윈치(winch)(71) 및 윈치(71)와 연결되고 주상체(10)에 결속되는 다수의 구동선(72) 등으로 구성된다.
즉, 도 3 및 도 4의 상부 평면도에서와 같이, 주상체(10)에 결속되는 강연선 등의 구동선(72)은 평면상 주상체(10)를 중심으로 방사상으로 배치되는데, 최소 3개 이상의 구동선(72)이 주상체(10)에 결속되며, 평면상 각각의 구동선(72)이 이루는 각(角)은 동일하게 설정된다.
또한 도 2에서와 같이, 부체(20)의 상부에는 직립 구조물로서 하단부가 부체(20)에 고정된 지지프레임(30)이 설치되고, 주상체(10)의 상부가 지지프레임(30)에 결속되며, 지지프레임(30)과 주상체(10)간의 결속은 지지프레임(30) 전면(前面)에 돌출된 한쌍의 돌출대(45)에 포착축(46) 및 포착판(47)을 구성하여 양측의 포착판(47)이 주상체(10)의 외주면을 압박함으로써 이루어지게 되는데, 주상체(10)의 운송시에는 포착판(47)의 압착력을 강력하게 유지하였다가 설치 계획 지점에 도달한 후 구동선(72)을 구동하여 주상체(10)의 위치 및 자세를 조절할 시에는 포착판(47)의 압착력을 이완하여 미세한 유격(裕隔)을 형성함으로써 주상체(10)가 포착판(47) 사이를 이탈하지는 않되 미세한 활동이 가능하도록 한다.
도시된 실시예에 있어서 부체(20)는 한쌍의 소형 부체(20)가 평행하게 이격된 상태로 연결되고, 부체(20)간 이격부에 주상체(10)가 위치하도록 구성되어 있으나, 단일 부체(20)가 적용될 수도 있으며, 단일 부체(20)가 적용되는 경우 주상체(10) 및 주상체(10)에 결속된 구동선(72) 등의 구동수단이 부체(20) 외부로 돌출되어 설치되게 된다.
또한, 도시된 실시예에서는 주상체(10) 외주면에 결속된 구동선(72)과 부체(20) 상면에 고정된 윈치(71)를 연결함에 있어서, 부체(20) 상면에 돌출된 풀리지지대(74)를 설치하고 풀리지지대(74) 상단에 구동풀리(73)를 설치하고 구동선(72)이 구동풀리(73)를 경유하여 윈치(71)에 연결되도록 구성되어 있으나, 구동풀리(73)를 생략하고 풀리지지대(74) 상단에 윈치(71)를 설치하는 등 다양한 변형이 가능하며, 이러한 구동선(72)의 구동 경로상 부속 장치는 현장 여건 등을 고려하여 당업자가 선택할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.
본 발명을 통한 해상 주상체(10) 설치는 도 4의 타원내 확대부에서와 같이, 최소 3개 이상의 구동선(72)이 각각에 연결된 윈치(71)에 의하여 독립적으로 구동됨에 따라 주상체(10)가 승강 및 전, 후, 좌, 우로 미세하게 이동됨으로써, 설치 계획지점에 기 구축된 기초(11)에 정확하게 연결될 수 있게 되며, 이로써 대형 해상크레인(25)의 동원 없이도 해상 주상체(10)의 정확하고 신속한 설치가 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 주상체(10)의 상단부는 지지프레임(30)에 결속되며, 주상체(10) 위치 또는 자세의 미세한 이동이 필요한 기초(11)와의 연결 작업시에는 포착판(47)의 압착력을 이완하여 미세한 유격을 형성함으로써 주상체(10)가 포착판(47) 사이를 이탈하지는 않되 미세한 활동이 가능하게 되는데, 이 과정에서 주상체(10)의 외주면이 손상되거나 주상체(10)가 지지프레임(30)으로부터 이탈될 수 있는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 도 5 내지 도 7에서와 같이 주상체(10)와 지지프레임(30)간 결속부가 자유롭게 승강됨은 물론 평면상 직교하는 회전축을 축으로 자유롭게 회전될 수 있도록 함으로써, 주상체(10)와 지지프레임(30)의 견고한 결속상태를 유지하면서도 주상체(10)의 승강 및 전, 후, 좌, 우 전방향으로의 미동을 보장하였다.
이러한 주상체(10)의 자유로운 미동은 지지프레임(30) 전면에 설치되어 주상체(10)가 결속된 상태로 지지프레임(30)의 종방향으로 상승 및 하강하는 승강대(40)에 의하여 달성되며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5 및 도 6에서와 같이, 승강대(40)는 평면상 C자형 단면을 가지도록 절곡된 판체로 구성되어 양 측벽 사이에 지지프레임(30)이 결합되는데, 지지프레임(30)의 양 측면에는 주행레일(35)이 설치되고, 도 6의 승강대(40) 발췌 배면 사시도에서와 같이 승강대(40)의 내부 즉, 양 측벽 내면에 상기 주행레일(35)에 결합되는 다수의 주행로울러(41)가 설치되어, 승강대(40)의 원활한 승강 활동이 가능하게 된다.
또한, 도 7에서와 같이, 승강대(40)의 전면(前面)에는 중심부가 자유롭게 회전 가능하도록 승강대(40)와 회동축(43)으로 연결되고 양 측단에 돌출대(45)가 형성된 회동판(44)이 결합되며, 회동판(44) 양 측단의 돌출대(45)에는 선단에 포착판(47)이 형성된 포착축(46)이 각각 자유롭게 회전 가능하도록 결합되어, 포착판(47) 사이에 고정되는 주상체(10)는 서로 직교하는 회동축(43) 및 포착축(46)을 축으로 자유롭게 회전가능한 상태가 된다.
따라서, 윈치(71)가 작동하여 구동선(72)이 취출됨에 따라 구동선(72)에 결속된 주상체(10)가 승강 또는 전, 후, 좌, 우로 요동하게 되어도 승강대(40), 회동판(44) 및 포착판(47)이 동반 이동하게 되므로, 주상체(10)와 지지프레임(30)간 결속은 유지되면서도 주상체(10)의 전방향 미동이 보장되는 것이다.
도 8 내지 도 10은 균형추(均衡錘)(60)가 적용된 본 발명의 일 실시예를 도시한 것으로, 도 8 및 도 9에서와 같이, 지지프레임(30) 내부에는 지지프레임(30)의 종방향으로 승강하는 균형추(60)를 설치하고, 지지프레임(30)의 상단에는 평형풀리(61)를 설치하며, 평형풀리(61)를 경유하는 강연선 등의 연결선(69)을 통하여 승강대(40)와 균형추(60)가 연결함으로써, 구동선(72)을 구동하여 주상체(10) 및 승강대(40)를 승강시키는 윈치(71)의 소요 출력을 대폭 절감할 수 있다.
지지프레임(30) 내부에 설치되는 균형추(60)는 승강대(40) 및 승강대(40)에 결속되는 주상체(10)의 자중을 상쇄하게 되는데, 도 8의 타원내 확대부에서와 같이, 균형추(60)의 측단부에 유도로울러(62)를 설치하고 지지프레임(30)의 내부에는 유도로울러(62)를 유도하는 유도레일(63)을 설치하여 균형추(60)의 원활한 승강 활동이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
도 10은 이러한 균형추(60)를 설치 및 운용함에 있어서, 수조(水槽)형 균형추(60)가 적용된 상태를 예시한 것으로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 내부에 저수공간이 형성되고 내, 외부를 연통하는 주수구(65) 및 개폐식 배수구(66)가 설치된 중공체(中空體) 형태로 균형추(60)를 구성함으로써, 주수구(65)를 통하여 물을 주입함에 따라 균형추(60)의 자중이 증가하고, 배수구(66)를 개방하여 물을 배출함에 따라 균형추(60)의 자중이 감소할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 해상 주상체(10) 설치장치는 다양한 규격의 주상체(10)의 운송 및 설치에 적용이 가능하여야 할 뿐 아니라, 주상체(10)의 설치가 완료된 후 철수시에는 전체 장치의 중량을 낮추는 것이 유리하므로, 전술한 주조형 균형추(60)를 통하여 구조물의 변경 또는 교체 없이도 균형추(60)의 중량을 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써, 해상 주상체(10) 설치장치의 호환성, 운용 편의성 및 경제성 측면에서 큰 이점을 얻을 수 있다.
한편, 도 11은 지지프레임(30)의 전, 후 양측에 각각 주상체(10)를 적재한 실시예를 도시한 것으로, 이를 통하여 다수의 주상체(10)를 동시에 운송할 수 있다.
10 : 주상체(柱狀體)
11 : 기초
20 : 부체(浮體)
25 : 해상크레인
26 : 예인선
30 : 지지프레임
35 : 주행레일
40 : 승강대
41 : 주행로울러
43 : 회동축
44 : 회동판
45 : 돌출대
46 : 포착축
47 : 포착판
60 : 균형추
61 : 평형풀리
62 : 유도로울러
63 : 유도레일
65 : 주수구
66 : 배수구
69 : 연결선
71 : 윈치(winch)
72 : 구동선
73 : 구동풀리
74 : 풀리지지대

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 해양 착저식(着底式) 주상체(柱狀體)(10)를 설치하는 장치로서, 수면에 부유하는 부체(浮體)(20)에 주상체(10)가 다수의 구동선(72)을 통하여 결속되되, 평면상 구동선(72)은 주상체(10)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치되고, 주상체(10)와 결속된 구동선(72)의 타측 단부는 부체(20)에 고정된 윈치(71)에 연결되며, 부체(20)의 상부에는 직립 구조물로서 하단부가 부체(20)에 고정된 지지프레임(30)이 설치되고, 주상체(10)의 상부가 지지프레임(30)에 결속되어, 상기 다수의 구동선(72)이 각각에 연결된 윈치(71)에 의하여 독립적으로 구동됨에 따라 주상체(10)가 이동하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치에 있어서,
    지지프레임(30)의 전면에는 주상체(10)가 결속된 상태로 지지프레임(30)의 종방향으로 상승 및 하강하는 승강대(40)가 설치되되, 승강대(40)의 전면에는 중심부가 승강대(40)와 회동축(43)으로 연결되고 양 측단에 돌출대(45)가 형성된 회동판(44)이 결합되고;
    회동판(44) 양 측단의 돌출대(45)에는 선단에 포착판(47)이 형성된 포착축(46)이 각각 결합되어, 포착판(47) 사이에 주상체(10)가 압착 고정된 상태에서 상기 구동선(72)이 구동됨에 따라 승강대(40)가 승강되고, 회동판(44)이 회동축(43)을 축으로 회전하며, 포착판(47)이 포착축(46)을 축으로 회전함을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    지지프레임(30) 내부에는 지지프레임(30)의 종방향으로 승강하는 균형추(60)가 설치되고;
    지지프레임(30)의 상단에는 평형풀리(61)가 설치되어, 평형풀리(61)를 경유하는 연결선(69)을 통하여 승강대(40)와 균형추(60)가 연결됨을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    균형추(60)는 내부에 저수공간이 형성되고 내, 외부를 연통하는 주수구(65) 및 배수구(66)가 설치된 중공체(中空體)로서, 주수구(65)를 통하여 물을 주입함에 따라 자중이 증가하고, 배수구(66)를 통하여 물을 배출함에 따라 자중이 감소함을 특징으로 하는 방사상 결선 구동식 해상 주상체 설치장치.
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