KR101424565B1 - 건축 부재를 설치하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파일(2) 및 터널 섹션과 같은 건축 부재를 포함하고 있고, 이 건축 부재를 지반 형성부에 설치하기 위한 장치(1)에 관한 것이다. 건축 부재(2)에 타격을 가하기 위한 둘 이상의 유압 충격 드라이버(3)가 건축 부재(2) 상에 장착되어있거나 또는 건축 부재에 작동가능하게 연결된다. 본 발명에 의해, 지름이 5미터를 초과하는 강관을 포함할 수 있는 풍력 터빈을 위한 모노파일, 또는 터널 섹션과 같은, 크기가 큰 건축 부재는 비교적 작은 다수의 충격 드라이버에 의해 설치될 수 있다.
파일, 터널 섹션, 건축 부재, 타격, 충격 파일 드라이버
Description
본 발명은 파일과 같은 건축 부재를 설치하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 지름이 5미터를 초과하는 모노파일, 및 터널 섹션을 지반 형성부에 설치하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 이 장치는 이러한 건축 부재 및 충격 드라이버를 포함하고 있다. 또한 본 발명은 건축 부재 상에 장착되어 있거나 건축 부재에 연결되어 있는 조립체에 관한 것이다.
건축 부재를 지반 형성부에 설치하기 위한 장치는 널리 알려져 있다. 예를 들면, 유럽 특허 출원 0 098 801호에는 왕복 운동을 위해 내부에 충격 웨이트(weight)가 장착 구비된 하우징을 포함하는 유압식 파일 드라이버가 기재되어 있다.
미국 특허 3,595,324호에는 다수의 해머 및 공동 앤빌을 포함하고 있고 이 해머와 앤빌 사이에 패드를 정렬시킨 파일 드라이버가 기재되어 있다. 파일 드라이버는 해머들의 작동을 동기화하기 위한 수단, 동기화되지 않은 해머 작동의 결과를 보정하기 위한 수단, 및/또는 이 수단들의 조합체를 더 포함하고 있다.
본 발명의 목적은 본 머리글에 따른 장치를 향상시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 장치는 건축 부재에 타격을 가하기 위한 둘 이상의 충격 드라이버가 건축 부재 상에 장착되어 있거나 건축 부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다. 각각의 드라이버의 최대 타격 에너지의 범위는 90kJ로부터 3200kJ까지, 보다 바람직하게는 90kJ로부터 900kJ까지, 가장 바람직하게는 150kJ로부터 750kJ까지인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해, 본질적으로 지름이 5미터를 초과하는 강관으로 구성될 수 있는 풍력 터빈을 위한 모노파일, 또는 터널 섹션과 같은, 크기가 큰 건축 부재는 비교적 작은 다수의 충격 드라이버에 의해 설치될 수 있다.
또한, 대부분의 시공 현장에서, 하나 이상의 스페어 드라이버가 존재하는 것이 관례적이다. 본 발명에 의하면, 크기가 큰 하나의 스페어 드라이버와 대조적으로, 비교적 작은 하나 또는 둘의 스페어 드라이버로 만족하여, 상당한 비용이 절약되고 다루기가 훨씬 더 간단해진다.
크기가 큰 건축 부재와 동일하게 크기가 큰 앤빌을 필요로 하지 않고도 큰 건축 부재를 설치할 수 있으므로, 충격 드라이버의 각각은 타격 에너지를 각각의 충격 드라이버로부터 건축 부재에 전달하기 위한 개별적인 앤빌을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 지름이 예를 들면 5미터 또는 그 이상인 앤빌을 제작하고 다루기가 매우 어렵다. 또한, 둘 이상의 작은 앤빌은 하나의 큰 앤빌보다 타격 에너지를 더 유효하게 전달시키는 것은 분명하다.
적어도 대칭의 건축 부재에서는, 충격 드라이버 모두가 동일하거나 실질적으로 동일한 최대 타격 에너지를 가지고 있고 및/또는 건축 부재의 원주 또는 테두리 상에 균일하게 분배 배치되는 것이 또한 바람직하다.
하나 이상의 중심축, 바람직하게는 각각의 충격 웨이트는 앤빌이 덮인 건축 부재벽의 횡단면에서의 각 질량 국부 중심과 정렬되는 것이 또한 바람직하다. 바람직하게 정렬된 충격 웨이트는 건축 부재에서의 벤드력을 감소시키고 이러한 벤드력으로부터 초래되는 소위 "수명 소모량"을 감소시킨다.
비동기식 박아넣기가 예를 들면 토질의 저항력이 낮거나 파일에 작용하는 힘이 비교적 작아야하는 현장에서 유용할 수 있더라도, 본 발명에 따른 장치는 건축 부재에 가해지는 타격을 바람직하게 10ms이내로, 보다 바람직하게 5ms이내로, 가장 바람직하게 2ms이내로 동기화시키기 위한 제어 시스템을 포함하고 있는 것이 일반적으로 바람직하다. 타격을 동기화시킴으로써, 수명 소모량이 더 감소하고 타격의 에너지가 더 유효하게 건축 부재에 전해진다.
본 발명은 또한 파일, 상세하게는 지름이 5미터를 초과하는 모노파일, 또는 터널 섹션과 같은 하나의 건축 부재 상에 장착되어 있거나 건축 부재에 연결되어 있고, 공통의 프레임 상에 장착되는 둘 이상의 충격 드라이버를 포함하고 있는 조립체에 관한 것이고, 이 프레임은 건축 부재의 치수에 따라 바람직하게 조정될 수 있다.
본 발명은 또한 파일 또는 터널 섹션과 같은 건축 부재를 지반 형성부에 설치하는 방법에 관한 것이고, 이 방법은:
- 건축 부재를 적소에 가져오는 단계,
- 둘 이상의 충격 드라이버를 건축 부재에 각각 장착하거나 건축 부재에 연결하는 단계,
- 둘 이상의 충격 드라이버를 동시에 작동시킴으로써 건축 부재를 지반 형성부에 박아넣는 단계를 포함하고 있다.
타격은 10ms이내로, 바람직하게는 5ms이내로, 보다 바람직하게는 2ms이내로 동기화되는 것이 바람직하다.
본 발명은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예를 도시하는 이하의 첨부 도면을 참조로 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 모노파일에 장착된 네 개의 유압식 드라이버를 포함하고 있는 본 발명에 따른 장치의 사시도이다.
도 2는 드라이버에 의해 가해지는 타격을 동기화시키는 수단을 도시하는 개략도이다.
도 3은 드라이버에 의해 가해지는 타격을 동기화시키는 다른 수단을 도시하는 개략도이다.
이 바람직한 장치(1)는, 이 경우에 있어서 풍력 터빈을 위한 소위 수직의 모노파일(2)인 기초 건축부재, 및 파일(2)의 상부 테두리 상에 균일하게 분배 배치되어있는, 즉 90°로 이격되어있는 네 개의 유압 충격 드라이버(3)를 포함하고 있고, 이 파일(2)은 지름이 6미터인 강관으로 구성되어있다. 유압 충격 드라이버(3)는 종래 기술에 잘 알려져 있으며 크레인으로 유압 충격 드라이버(3)를 들어올리고 다루기 위한 아이(eye)(5)가 상단부에 제공된 하우징(4)을 포함하고 있고, 왕복 운동을 위해 하우징의 내부에 충격 웨이트가 장착 구비되어있다. 이러한 드라이버의 상세한 내용을 위하여, 유럽 특허 출원 0 095 801호가 참조될 수도 있다. 바람직한 드라이버는 아이에이취시 하이드로해머 비.브이.(IHC Hydrohammer B.V.)의 S-90~S-900 및 SC-100~SC-250 해머이다. 이 일 실시예에서는, S-280이 사용되었다.
유압 충격 드라이버(3)는 파일(2)에 각각 장착되어 있다. 하지만, 프레임(미도시)으로 드라이버들을 상호 연결할 수도 있고, 파일의 치수에 따라 조정될 수 있고 예를 들면 포개어 끼워넣을 수 있는 두 개의 교차하는 보(beam)를 포함하고 있다. 이 경우, 적소에 옮겨진 파일에 드라이버의 조립체 및 프레임이 장착될 수 있고, 또는 드라이버의 조립체, 프레임, 및 파일이 온전히 그대로 적소에 옮겨질 수 있다.
또한, 유압 충격 드라이버(3)는 프레임에 장착되는, 바람직하게는 소위 파워 팩, 예를 들면 아이에이취시 하이드로해머 비.브이.의 두 개의 P-1600W인 두 유압 압력원(미도시)에 유체 연결기(6)를 통해 연결된다. 하우징(4)의 일체 부분으로 형성된 상부 및 하부 부속 장치(7)는 유압 충격 드라이버(3)를 리더 가이드 또는 상기 프레임에 고정하는 것을 만족시킬 수 있다. 대신에, 모든 드라이버를 단일의 압력원에 연결하거나 각각의 드라이버를 개개의 압력원에 연결할 수도 있다.
유압 충격 드라이브(3)의 각각의 하단부는 플랜지(8) 및 볼트에 의해 U자형 파일 슬리브(9)에 부착되어, 파일(2) 벽의 측면, 및 시트 파일을 박아넣을 때 사용되는 것과 같은 앤빌(10) 둘 다에 접하게 된다. 앤빌(10)은 유압 충격 드라이버(3)에 의해 가해지는 타격 에너지를 파일(2)에 유효하게 전달하도록 파일(2)의 상부 테두리의 접선 방향으로 그 길이가 비교적 길다.
작동 중, 파일(2)이 지반 형성부에 대하여 위치되고, 개개의 유압 충격 드라이버(3)가 파일(2)에 장착되고, 그리고 파일(2)은 제어 유닛에 의해 5ms이내로 동기화되는 타격에 의하여 지반 형성부 내에 박아 넣어진다.
동기화는 여러 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면 근접 스위치(바람직한), 유압 압력 게이지 또는 가속도계와 같은 센서를 각각의 드라이브에 각각 제공하고, 드라이브 중 하나를 '마스터'로 지정하고 다른 드라이브를 '슬레이브'로 지정하고, 각각의 드라이브에 대한 충격 모멘트를 산출 또는 측정하고, 슬레이브의 각각에 대해 마스터의 충격 모멘트와의 차이를 전형적으로 밀리세컨즈 단위로 산출하고, 그리고 이 산출된 차이만큼 슬레이브의 타격 타이밍을 조정함으로써 이루어지는 방법을 들 수 있다.
제 1의 바람직한 대안의 실시예에 있어서, 필요 낙하 시간 및 개개 드라이브의 각 충격 웨이트에 의해 가해지는 에너지는 여러 리프팅 높이에 대해서 정해진다. 이러한 정보를 기초로, 제어 유닛은 타격이 실질적으로 동시에 가해지도록, 미리 선택된 타격 에너지 및 웨이트의 낙하 시간에 상응하는 높이로 각각의 웨이트를 들어올리도록 구동시킬 것이다.
도 2에 도시된 바와 같은 제 2 대안의 실시예에 있어서, 하우징(12) 내에 왕복운동가능하게 장착된 충격 분동(11)을 각각 포함하고 있는 모든 유압 충격 드라이버(3)는 단일의 드라이버로서 제어되고, 유동 조정 밸브(13, 14)를 통해 유압식 제어 시스템에 연결된다. 이 시스템은 하나 이상의 유압 압력원(15), 제 1 밸브(17)를 통해 각 유압 충격 드라이버(3)의 압력 라인(18)에 연결된 고압 어큐뮬레이터(16), 및 제 2 밸브(20)를 통해 각 유압 충격 드라이버(3)의 복귀 라인(21)에 연결된 저압 어큐뮬레이터(19)를 포함하고 있다. 제 1 밸브(17)가 개방될 때, 압축된 유압 유체가 유압 충격 드라이버(3) 상에 분포되고 충격 분동(11)이 들어 올려진다. 유동 조정 밸브(13)는 실질적으로 동일한 유압 유체량이 실질적으로 동일한 비율로 유압 충격 드라이버(3)의 각각에 유동하여, 충격 분동(11)을 동기화시키는 것을 가능케 한다. 제 1 밸브(17)가 폐쇄되고 제 2 밸브(20)가 개방될 때, 충격 분동(11)은 낙하하고 실질적으로 동일한 유압 유체량이 각각의 유압 충격 드라이버(3)로부터 유동 조정 밸브(14)를 통하여 유동하여, 또한 충격 분동(11)을 동기화시킨다.
도 3에 도시된 바와 같은 제 3 대안의 실시예에 있어서, 유동 조정 밸브는 유압 충격 드라이버(3)를 형성한 유압식 제어 시스템과 유압식으로 분리되는 동기식 실린더(22)로 대체된다. 피스톤(23)이 견고하게 상호 연결되고 피스톤 모두 각각의 실린더(22)에 대한 동일한 적소에 있다. 또한, 압력 라인 및 복귀 라인(18, 21)에는 비-복귀 밸브(24, 25)가 제공된다. 제 1 밸브(17)가 개방될 때, 압축된 유압 유체는 실린더(22) 상에 분포되고 모든 피스톤(23)은 실질적으로 동일한 거리만큼 옮겨진다. 결과로서, 유압 유체는 압력 라인(18) 및 비-복귀 밸브(24)를 통해 각 유압 충격 드라이버(3)로 유동한다. 견고하게 상호 연결된 피스톤은 실질적으로 동일한 유압 유체량이 실질적으로 동일한 비율로 각각의 유압 충격 드라이브(3)에 유동하여, 충격 분동(11)을 동기화시키는 것을 가능케 한다. 제 1 밸브(17)가 폐쇄되고 제 2 밸브(20)가 개방될 때, 충격 분동(11)이 낙하하고 실질적으로 동일한 유압 유체량이 동일한 비율로 각 유압 충격 드라이버(3)로부터 모두 유동하여 피스톤(23)을 바깥쪽으로 몰아, 또한 충격 분동(11)을 동기화시킨다.
좀더 정확한 측정이 요구되는 경우, 예를 들면 큰 공동 콘크리트 (모노)파일과 같이 기초 건축부재가 비교적 깨지기 쉬운 경우, 또는 지반 형성부의 성질이 박아넣기를 어렵게 하는 경우, 어큐뮬레이터 및 스트레인 게이지와 같은 센서가 기초 건축부재 자체에 제공될 수 있다. 이러한 센서로 획득한 데이터는 타격을 동기화시키고 건축 부재에 가해지는 에너지의 분배뿐만 아니라 건축 부재에의 벤드력 및 이러한 벤드력으로부터 초래되는 수명 소모량을 산출하도록 사용될 수 있다.
유압 액체의 유동 및 밸브의 타이밍, 및 그에 따른 램(타격 에너지)의 스트로크 및 진동수 각각은 서로 독립적으로 조정될 수 있고, 타격을 효과적으로 동기화시키고 균일화하도록 사용될 수 있기 때문에, 유압식 드라이버가 본 발명에 따른 장치에서 특히 사용하기 적합하다는 것을 알 수 있다.
터널 섹션과 같은 건축 부재가 경사진 상태로 또는 수평으로 지반 형성부에 박아 넣어질 때, 스프링, 바람직하게는 압축 가스를 포함하는 실질적인 기밀 챔버를 포함하고 있는 드라이버를 사용하는 것이 바람직하고, 이 기밀 챔버는 램의 부분, 바람직하게는 램의 상부 표면과 상호 유체연결된다. 드라이버가 경사진 상태 또는 수평 상태인 경우라도, 유압식 드라이버의 경우에서와 같이, 가스를 압착하는 방향으로 램을 이동시킴으로써, 예를 들면 압력 상태의 액체 공급원에 의해, 결과로서 램은 예를 들면 2g의 가속도로 압축 가스에 의해 가속화될 수 있다. 또한, 가스의 압력은 충격 모멘트를 제어함에 따라 드라이버 및/또는 타격 에너지를 동기화시키기 위한 파라미터로서도 사용될 수 있고, 타격 에너지는 가스의 압력을 증가시키고 감소시킴에 따라 각각 증가하거나 감소할 수 있다. 소위 압력 캡이 장착된 드라이버의 상세한 내용을 위하여 유럽 특허 출원 0 095 801호가 참조될 수도 있다. 본래 잘 알려진, 소위 쿠션을 앤빌에 제공하여 타격의 지속 기간을 연장함으로써 동기화가 용이하게 될 수 있다. 이러한 쿠션의 바람직한 재료는 플라스틱 및 목재이다.
상기의 설명으로부터, 본 발명에 있어서, 풍력 터빈을 위한 모노파일 또는 터널 섹션과 같은 크기가 큰 건축 부재들은 비교적 작은 다수의 드라이버에 의해 설치될 수 있음이 명백하다.
본 발명은 위에 설명한 실시예들로 한정되지않고, 청구항의 범위 내에서 다양한 방식으로 변형될 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 비대칭 또는 비-선대칭의 건축 부재를 지반 형성부에 박아넣기 위해 사용될 수 있다. 형상 및 크기 모두의 관점에 있어서, 예를 들면 건축 부재가 비교적 두께가 굵은 부분을 하나 이상 가진 경우, 둘 이상의 드라이버를 사용함으로써 타격에 의해 전해진 에너지의 분배는 비대칭 또는 비-선대칭인 건축 부재의 요구조건에 정밀하게 조정될 수 있다.
또한, 모두 동일한 최대 타격 에너지를 갖는 충격 드라이버를 사용하는 대신에, 상이한 최대 타격 에너지들은 가지고 있고 예를 들면 균일한 타격을 가하도록 작동하는 드라이버를 사용할 수도 있다. 또한 건축 부재를 지반 형성부에 박아넣는 중에, 균일하지않은 타격들을 가함으로써 건축 부재의 배향이 보정될 수 있음을 알 수 있다.
Claims (16)
- 건축 부재(2)를 포함하고 있고, 상기 건축 부재를 지반 형성부에 설치하기 위한 장치(1)에 있어서,상기 건축 부재(2)에 타격을 가하고 90kJ 내지 3200kJ의 최대 타격 에너지를 가지며 하우징(12)의 내부에 왕복 운동 가능하게 설치된 충격 분동(11)을 구비하는 둘 이상의 유압 충격 드라이버(3)는, 상기 건축 부재(2) 상에 장착되어 있거나 상기 건축 부재(2)에 연결되어 있고,상기 장치(1)는 상기 건축 부재(2)에 가해지는 타격을 동기화시키기 위한 제어 시스템을 구비하며,상기 제어 시스템은 상기 유압 충격 드라이버들(3) 각각에 연결되고 상기 유압 충격 드라이버들 각각을 개별적으로 작동시켜 상기 타격을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유압 충격 드라이버들(3) 각각의 최대 타격 에너지의 범위는 90kJ로부터 900kJ까지 이거나 150kJ로부터 750kJ까지인 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유압 충격 드라이버들(3) 각각은 타격 에너지를 상기 유압 충격 드라이버(3) 각각으로부터 상기 건축 부재(2)에 전달하기 위한 개별적인 앤빌(9)을 포함하되, 상기 앤빌(9)은 상기 유압 충격 드라이버(3) 각각을 상기 건축 부재(2)에 연결하는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 유압 충격 드라이버들(3) 각각의 타격 지속 기간을 연장하도록 하나 이상의 상기 앤빌(9)에는 쿠션이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유압 충격 드라이버들(3) 모두는 동일한 최대 타격 에너지를 가지고 있고, 상기 건축 부재(2)의 원주 또는 테두리 상에 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 타격을 5ms이내로 동기화시키는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 드라이버들 중 하나를 '마스터'로 지정하고 다른 드라이버들을 '슬레이브'로 지정하고, 상기 드라이버들 각각에 대한 충격 모멘트를 산출 또는 측정하고, 상기 슬레이브들 각각에 대해 상기 마스터의 충격 모멘트와의 차이를 산출하고, 이 산출된 차이만큼 상기 슬레이브들의 타격 타이밍을 조정하는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유압 충격 드라이버들(3) 중 적어도 하나의 타격 에너지량 및 타격 진동수는 서로 독립적으로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 타격을 동기화시키기 위한 제어 시스템은 동기식 유압 제어 실린더(22)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 동기식 유압 제어 실린더(22)는 견고하게 상호 연결되는 피스톤들(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하기 위한 장치.
- 건축 부재(2) 상에 장착되거나 건축 부재(2)에 연결되고, 공통의 프레임 상에 장착되는 둘 이상의 유압 충격 드라이버(3)를 포함하고,상기 유압 충격 드라이버(3)는 상기 건축 부재(2)에 타격을 가하고, 90kJ 내지 3200kJ의 최대 타격 에너지를 가지며, 하우징(12)의 내부에 왕복 운동 가능하게 설치된 충격 분동(11)을 구비하며,상기 건축 부재(2)에 가해지는 타격을 동기화시키기 위한 제어 시스템을 구비하며,상기 제어 시스템은 상기 유압 충격 드라이버들(3) 각각에 연결되고 상기 유압 충격 드라이버들 각각을 개별적으로 작동시켜 상기 타격을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 조립체.
- 제 13 항에 있어서, 상기 공통의 프레임은 상기 건축 부재(2)의 치수에 따라 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
- 건축 부재(2)를 지반 형성부에 설치하는 방법으로서:건축 부재(2)를 적소에 가져오는 단계;상기 건축 부재(2)에 타격을 가하고, 90kJ 내지 3200kJ의 최대 타격 에너지를 가지며, 하우징(12)의 내부에 왕복 운동 가능하게 설치된 충격 분동(11)을 구비하는 둘 이상의 유압 충격 드라이버(3)를, 상기 건축 부재(2)에 각각 장착하거나 상기 건축 부재(2)에 연결하는 단계; 및상기 둘 이상의 유압 충격 드라이버(3)를 동시에 작동시킴으로써 상기 건축 부재(2)를 상기 지반 형성부에 박아넣는 단계;를 구비하고,상기 유압 충격 드라이버들 각각은 상기 건축 부재(2)에 가해지는 타격을 동기화시키기 위한 제어 시스템에 연결되며, 상기 제어 시스템은 상기 유압 충격 드라이버들 각각을 개별적으로 작동시켜 상기 타격을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 타격은 5ms이내로 동기화되는 것을 특징으로 하는 건축 부재를 설치하는 방법.
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