KR101411520B1 - 부유식 구조물의 지지레그 장치 - Google Patents

Abstract

부유식 구조물의 지지레그 장치가개시된다. 본 발명의 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물의 지지레그 장치는, 상기 잭업 모드에서 상기 부유식 구조물을 지지하는 레그; 상기 레그의 하부에 장착되는 스퍼드캔; 상기 스퍼드캔의 옆면에 회동가능하게 수납된 플랩; 및 상기 플랩을 구동시켜 상기 스퍼드캔의 바깥쪽으로 돌출되도록 하는 구동수단을 포함한다.

Description

부유식 구조물의 지지레그 장치{SUPPORTING LEG APPRATUSOF FLOATING STRUCTURE}

본 발명은 부유식 구조물의 지지레그 장치에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다. 예를 들어, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 블레이드의 유의미한 회전을 얻기 위한 일정 수준 이상의 풍속이 보장될 수 있는 곳이어야 하고, 풍력 발전기의 구동 시 발생되는 소음에 따른 공해가 이슈가 되지 않아야 하는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경적인 조건을 만족한다고 하더라도, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다.

최근에는 위와 같은 제약 조건으로부터 상대적으로 자유로운 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 해상 풍력 발전기는 다양한 방법으로 설치될 수 있으나, 일반적으로 부품을 몇 개의 유닛으로 나누어 육상에서 제작한 후, 제작된 유닛을 해상으로 옮겨 조립하는 방법으로 설치되고 있다.

육상에서 제작된 해상 풍력 발전기의 유닛을 해상으로 옮기고, 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 선박을 일반적으로 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.

풍력 발전기 설치 선박은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다. 구체적으로, 풍력 발전기 설치 선박은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 본체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 선박은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 박은 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어올린다. 본체가 일정 위치에 다다르게 되면, 풍력 발전기 설치 선박은 본체의 이동을 중지하고 해상 풍력 발전기를 설치하는 작업을 수행하며, 설치가 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 설치 위치까지 이동한다.

부유식 구조물은 잭업 모드에서 레그를 해저에 침투시킨다. 레그의 하단부에는 해저로의 침투를 용이하게 하고, 파지력을 높이기 위한 스퍼드캔(Spud-can)이 제공되며, 레그는 스퍼드캔이 해저로 일정 깊이 침투함으로써 해저에 고정된다.

일반적으로 스퍼드캔은 본체의 제어에 따라 기 설정된 속도로 해저로 침투하는데, 해저의 강도가 예상보다 낮거나 해저에 빈 공간이 있는 경우, 스퍼드캔은 본체의 제어와 무관하게 순간적으로 또는 예상보다 빠른 속도로 깊게 침투될 수 있으며(이러한 문제를 펀치 스루(Punch through)라고 한다), 그에 의해 본체는 균형을 잃고 난파할 수 있다.

(특허문헌 1) 미국공개특허 US2010/0067989 (2010.05.18. 공개)

(특허문헌 2) 미국공개특허 US2008/0247827 (2008.10.09. 공개)

본 발명의 일 실시예는 스퍼드캔의 옆면에 스퍼드캔의 바깥쪽으로 펼칠 수 있는 플랩을 통하여 부유식 구조물의 자세 안정성을 높일 수 있는 부유식 구조물 의 지지레그 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물의 지지레그 장치는 상기 잭업 모드에서 상기 부유식 구조물을 지지하는 레그; 상기 레그의 하부에 장착되는 스퍼드캔; 상기 스퍼드캔의 옆면에 회동가능하게 수납된 플랩: 및 상기 플랩을 구동시켜 상기 스퍼드팬의 바깥쪽으로 돌출되도록 하는 구동수단을 포함한다.

플랩은 스퍼드캔의 옆면에 대응되는 플레이트; 및 플레이트에 부착되어 회동하는 회동부재를 포함하고, 스퍼드캔은 상기 회동부재가 회동하는 통로를 제공하는 회동홈을 포함할 수 있다.

구동수단은 스퍼드캔 내부에 회동부재의 하부에 형성된 나사부와 나사결합되는 회전나사 및 상기 회전나사를 회전하는 구동모터를 포함할 수 있다.

플레이트의 과도한 회동을 방지하는 스톱퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 스퍼드캔에 장착된 플랩을 펼침에 의하여 부유식 구조물의 자세 안정성을 높일 수 있다. 또한, 해저에서의 지반 약화로 인한 펀치 스루를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물을 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면이고,
도 3은 도 1 부유식 구조물의 레그 하부에 부착되는 스퍼드캔의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 플랩이 도 3 스퍼드캔의 옆면에 부착되어 펼쳐지는 상태를 나타내는 일부 개략 사시도이고,
도 5는 도 4의 단면도이고,
도 6은 플랩이 펼쳐진 스퍼드캔의 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물(1)은 물에 부유할 수 있는 본체(10), 본체(10)를 상하 방향으로 관통하는 레그(Leg, 20) 및 레그(20)와 본체(10)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(20)를 지지하는 레그 지지부(30)를 포함할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)일 수 있으며, 본 실시예에서는 부유식 구조물(1)이 풍력 발전기 설치 선박인 것을 예로 들어 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 후술할 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물은 모두 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

본체(10)는 도 1에 도시된 것처럼, 부유 가능한 직사각형 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 일반적인 상선(예: 컨테이너선)에 비해 폭이 넓고 높이가 낮으며 길이가 짧은 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상에 따른 본체(10)는 레그(20) 및 레그 지지부(30)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다.

본체(10)에는 부유식 구조물(1)의 기능에 따른 피적재물(2)이 적재될 수 있다. 본 실시예의 경우, 본체(10)에는 해상 풍력 발전기의 부품인, 블레이드와 나셀, 타워 등이 피적재물(2)로서 적재될 수 있으며, 피적재물(2)을 본체(10)에 고정시키는 적재 유닛(12)이 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 피적재물(2)의 종류 및 적재 방식은 일 예에 불과하며, 피적재물(2)은 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양한 형태로 적재될 수 있다. 예를 들어, 블레이드와 나셀은 서로 분리된 상태로 적재될 수 있으며, 부유식 구조물(1)이 잭업 플랫폼인 경우 피적재물(2)은 라이저 파이프일 수 있다.

또한, 본체(10)에는 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다.

레그(20)는 부유식 구조물(1)의 사용 목적에 따라 다수 개가 제공될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 본체(10)의 좌현과 우현에 각각 한 쌍씩, 총 4개의 레그(20)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하겠다.

레그(20)는 본체(10)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되며, 본체(10)에는 레그(20)가 통과하는 레그웰(Leg Well, 미도시)이 형성된다. 레그(20)는 본체(10)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 도 2의 잭업 상태에서 본체(10)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성되며, 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 레그(20)가 원기둥 구조 형성되는 것을 예로 들어 설명하겠다.

레그 지지부(30)는 레그(20)가 통과할 수 있도록 레그웰에 대응되는 위치에 설치되며, 레그(20)와 본체(10)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(20)를 지지한다. 구체적으로, 레그 지지부(30)는 모터 등의 구동장치를 구비하며, 구동장치의 작동에 의해 레그(20)를 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 본체(10)를 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 레그 지지부(30)에는 피니언 기어 및 모터가 설치되고, 레그(20)에는 랙 기어가 형성되어, 피니언과 랙의 연동에 의해 레그(20)와 본체(10)의 상하 방향의 상대 운동이 이뤄질 수 있다.

본 실시예에서 레그(20)와 본체(10)의 "상하 방향의 상대 운동"은 레그(20)가 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(10)가 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해될 것이다.

한편, 본체(10)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물(2)을 운반하여 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인(40)이 제공될 수 있다.

위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(1)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다.

부유식 구조물(1)은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 일반 항해 모드에서, 부유식 구조물(1)은 레그(20)에 의한 저항을 줄이고자 레그(20)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 레그(20)를 내리기 위한 정확한 위치를 잡을 수 있다. 자동 위치 제어는 레그(20)가 하강하여 해저에 닿을 때까지 지속될 수 있다.

이후, 부유식 구조물(1)은 잭업 모드로 전환하여 레그(20)를 해저(B)에 박는다. 이 과정에서, 레그(20)는 중력 및 레그 지지부(30)의 구동장치에 의해 본체(10)의 하방으로 이동될 수 있다.

레그(20)의 하단부가 해저(B)에 닿게 되면, 레그(20)는 더 이상 하방으로 이동할 수 없게 된다. 이 상태에서, 부유식 구조물(1)은 레그 지지부(30)의 구동장치를 작동시켜 본체(10)를 레그(20)를 따라 상방으로 이동시킨다. 본체(10)의 하중은 레그(20)를 해저(B)로 침투시키는 힘으로 작용하게 되고, 그에 의해, 레그(20)는 해저(B)로 침투하여 고정된다.

본체(10)를 레그(20)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 본체(10)는 해수면(S)으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 본체(10)가 해수면(S)으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 잭업 상태에서 크레인(40)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하며, 설치 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다시 운항을 개시할 수 있다.

상기와 같은 부유식 구조물(1)의 잭업 상태로의 전환 방법은 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

도 3은 도 1 부유식 구조물의 레그 하부에 부착되는 스퍼드캔의 사시도를 보여주며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 플랩이 도 3 스퍼드캔의 옆면에 부착되어 펼쳐지는 상태를 나타내는 일부 개략 사시도를 보여준다. 한편, 도 5는 도 4의 단면도이며, 도 6은 플랩이 펼쳐진 스퍼드캔의 평면도를 보여준다.

도 3 내지 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 지지레그 장치는 잭업 모드에서 부유식 구조물(1)을 지지하는 레그(20), 레그(20)의 하부에 장착되는 스퍼드캔(50), 스퍼드캔(50)의 옆면에 회동가능하게 수납된 플랩(100) 및 플랩(100)을 구동시켜 스퍼드캔(50)의 바깥으로 돌출되도록 하는 구동수단(미도시)를 포함할 수 있다.

레그(20)는 잭업 모드에서 부유식 구조물의 본체(10)를 지지하는 역할을 한다. 레그(20)는 해저면에서 부유식 구조물 본체(10)를 안정적으로 지지하기 위하여 하단부에 스퍼드캔(Spud-Can)(50)을 장착할 수 있다.

레그(20) 하부에는 스퍼드캔(50)이 부착되며, 스퍼드캔(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 레그(20)의 해저 고정 시, 해저에 실질적으로 고정되는 것으로, 해저에 침투가 용이한 구조일 수 있다. 예컨데, 하단부가 쐐기 형태로 이루어져 레그(20)의 하강 시, 해저에 단단히 박히거나 해저 내부로 침투될 수 있다.

스퍼드캔(50)은 통상, 상,하부가 콘 형태로 형성되고, 전체적으로 육각 또는 팔각의 원반 형태로 형성될 수 있고, 이와 달리 상,하부가 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔 등의 다각뿔 형태로 이루어지는 다면체로 구성되거나 전체적으로 원형의 원반 형태로 구성될 수도 있다.

도 4및 5를 참조하면, 플랩(100)은 스퍼드캔(50)의 옆면에 회동가능하게 수납되어, 스퍼드캔(50)의 해저로 침투 시에 펼쳐질 수 있다. 플랩(100)은 스퍼드캔(50)의 옆면으로 펼쳐지는 구조로 이루어져, 스퍼드캔(50)의 표면적을 넓혀주는 효과를 가져 부유식 구조물(1)의 자세 안정성을 향상시킬 수 있다.

플랩(100)은 스퍼드캔(50)의 옆면에 대응되는 플레이트(120)와, 상기 플레이트(120)에 수직으로 부착되는 회동부재(140)를 포함할 수 있다.

플레이트(120)는 스퍼드캔(50)의 옆면과 동일한 크기 또는 상대적으로 작은 크기로서, 그 형태는 임의의 평면 형상으로 이루어질 수 있다.

회동부재(140)는 플레이트(120)의 면 상에 수직으로 결합되어 회동함으로써, 플레이트(120)를 스퍼드캔(50)의 바깥으로 펼쳐지도록 할 수 있다. 회동부재(140)는 하부에 나사부(142)를 포함하여, 구동수단(미도시)에 의한 구동력을 플레이드(120)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 회동부재(140)는 부채꼴 형상으로 그 상면은 힌지축(54)에 의해 스퍼드캔(50)과 결합되고, 하면에는 나사부(142)가 형성될 수 있다.

한편, 스퍼드캔(50)은 옆면에 회동홈(52)을 포함하여, 회동부재(140)가 회동하는 통로를 제공할 수 있다. 또한, 플랩(100)의 회동부재(140)가 회동홈(52)에 삽입되면, 플랩(100)의 플레이트(120)는 스퍼드캔(50)의 옆면에 밀착될 수 있다.

한편, 구동수단(미도시)은 회동부재(140)의 하부에 형성된 나사부(142)와 나사결합되는 회전나사(150)와, 상기 회전나사(150)를 회전하는 구동모터(160)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 구동수단(미도시)은 구동모터(160)를 회전시켜 회전나사(150)와 결합하여 회동부재(140)를 회동시킴으로써, 플랩(100)의 플레이트(120)를 스퍼드캔(50) 바깥쪽으로 펼칠 수 있다.

또한, 스퍼드캔(50)에는 플레이트(120)의 과도한 회동을 방지하는 스톱퍼(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 또한, 플레이트(120)의 단부에는 파지력을 높일 수 있는 톱니부를 더 포함할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 부유식 구조물의 펀치 스루 방지 스퍼드캔(50)을 작동을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

레그(20) 하부의 스퍼드캔(50)은 잭업 모드에서 부유식 구조물의 하중에 의하여 해저로 침투할 수 있다. 이 경우, 해저로 침투된 스퍼드캔(50)은 부유식 구조물을 안정적으로 지지하기 위하여 해저에 소정의 깊이만큼 침투하여 고정될 수 있다. 좀 더 안정적 지지를 위하여, 스퍼드캔(50)의 침투가 계속되면서 일정 깊이에서 구동수단(미도시)을 동작시킴으로써 플랩(100)의 플레이트(120)을 스퍼드캔(50)의 바깥쪽으로 펼칠 수 있다.

한편, 이미 해저에 침투된 경우에는 스퍼드캔(50) 주위로 토양이 빽빽하게 둘러싼 상태여서 플랩(100)의 플레이트(120) 펼침이 용이하지 않을 수 있다. 이 경우에는 구동수단(미도시)에 의하여 플레이트(120)를 소정의 각도만큼 바깥쪽으로 스윙 아웃시키는 스윙 아웃 준비(Swing Out Preparation)를 수행하고, 부유식 구조물의 하중에 의하여 래그(20)가 서서히 해저로 침투하면서 소정 각도로 열려진 플레이트(120) 및 스퍼드캔(50)의 측면 사이로 토양이 침투함으로써, 플레이트(120)의 회동을 유도할 수 있다. 이에 따라, 플레이트(120)는 풀 스윙 아웃(Full Swing Out) 상태로 펼쳐질 수 있다. 이 때, 플레이트(120)가 임계 범위까지 회동한 경우에 스톱퍼(미도시)에 의해 플레이트(120) 회동을 멈추게 하여, 부유식 구조물(1)의 지지면적을 가능한 넓게 가져갈 수 있다. 다른 예로서, 구동수단(미도시)의 파워를 조절하여 플레이트(120)의 회동을 멈추게 할 수도 있다.

한편, 다른 작동 실시예로서 잭업 모드에서의 승강을 통하여 부유식 구조물을 상승시키는 경우, 래그(20)의 하부에 장착된 스퍼드캔(100)은 해저로 침투할 수 있다. 다만, 스퍼드캔(100)이 위치한 해저의 지반이 약하거나 비어 있는 경우 순간적으로 스퍼드캔(100)이 이동됨으로써 펀치 스루(Punch through) 현상이 발생할 수 있다. 이에, 본 실시예에서는 스윙 아웃 준비 이후에 부유식 구조물(1)의 자중에 의하여 계속적으로 스퍼드캔(100)이 해저로 침투하는 경우, 플레이트(120)의 회동을 자동적으로 이루어지게 할 수 있다. 이는 구동수단(미도시)을 제어하거나 또는 일정 각도로 열린 플레이트(120) 및 스퍼드캔(50)의 측면 사이에 토양이 침투하여 자동적으로 플레이트(120)가 회동되도록 할 수 있다. 플레이트(120)의 자동 회동에 따라 해저 지반과 맞닿는 단면적을 크게 할 수 있고, 이에 따라 부유식 구조물(1)의 안정성 향상을 할 수 있다. 또한 갑작스런 하강이 이루어지는 펀치 스루도 방지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예들에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

1 : 부유식 구조물 2 : 피적재물
10 : 본체 20 : 레그
30 : 레그 지지부 40 : 크레인
50 : 스퍼드캔 52 : 회동홈
54 : 힌지축 100 : 플랩
120 : 플레이트 140 : 회동부재
142 : 나사부 150 : 회전나사
160 : 구동모터

Claims (4)

1. 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물의 지지레그 장치에 있어서,
   상기 잭업 모드에서 상기 부유식 구조물을 지지하는 레그;
   상기 레그의 하부에 장착되는 스퍼드캔;
   상기 스퍼드캔의 옆면에 회동가능하게 수납된 플랩; 및,
   상기 플랩을 구동시켜 상기 스퍼드캔의 바깥으로 돌출되도록 하는 구동수단을 포함하는, 부유식 구조물 지지레그 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플랩은,
   상기 스퍼드캔의 옆면에 대응되는 플레이트; 및
   상기 플레이트에 부착되어 회동하는 회동부재를 포함하고,
   상기 스퍼드캔은 상기 회동부재가 회동하는 통로를 제공하는 회동홈을 포함하는, 부유식 구조물 지지레그 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동수단은
   상기 스퍼드캔내부에 상기 회동부재의 하부에 형성된 나사부와 나사결합되는 회전나사; 및
   상기 회전나사를 회전하는 구동모터를 포함하는, 부유식 구조물 지지레그 장치.
4. 제2항 또는 3항에 있어서,
   상기 플레이트의 과도한 회동을 방지하는 스톱퍼를 더 포함하는, 부유식 구조물 지지레그 장치.

Images