KR101750889B1 - 부유식 구조물의 레그 고정 장치 - Google Patents

Abstract

부유식 구조물의 레그 고정 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상하 방향으로 이동하는 레그가 제공되는 선체; 상기 레그를 승강시키기 위해 상기 선체에 제공되는 잭 케이스; 및 상기 잭 케이스 내부에 제공되며, 상기 레그에 외력을 제공하여 상기 레그의 해저 지반 침투력을 증가시키는 레그 고정 유닛을 포함하는 부유식 구조물의 레그 고정 장치가 제공될 수 있다.

Description

부유식 구조물의 레그 고정 장치{APPARATUS FOR FIXATION OF LEG IN FLOATING STRUCTURE}

본 발명은 부유식 구조물의 레그 고정 장치에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전 세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경 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 이슈화되지 않는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경 조건을 만족한다고 하더라도, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다.

최근, 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.

이러한 풍력 발전기 설치 선박은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jack-up 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 선체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 선박은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저 지반에 고정한 후, 선체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 선체를 레그를 따라 들어 올린다. 선체가 일정 위치에 도달하면, 풍력 발전기 설치 선박은 선체의 이동을 중지하고 해상 풍력 발전기를 설치하는 작업을 수행하며, 설치가 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 설치 위치까지 이동한다.

한편, 위와 같이 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물의 다른 예로서, 시추 기능을 갖는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)이 있다. 잭업 플랫폼은 시추를 위한 데릭을 포함하며, 항해 모드로 시추 위치까지 이동한 후, 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저 지반에 고정하고, 선체를 레그를 따라 들어올린다. 잭업 플랫폼은 선체가 해수면에서 이격된 상태에서 시추 작업을 수행하며, 시추 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 시추 위치까지 이동할 수 있다.

이러한 부유식 구조물은 잭업 모드에서 레그를 해저 지반에 침투(penetration) 시킨다. 레그의 하단부에는 해저 지반으로의 침투를 용이하게 하고 파지력을 높이기 위한 스퍼드 캔(spud-can)이 제공되며, 레그는 해저 지반으로 일정 깊이 침투함으로써 스퍼드 캔이 해저 지반에 고정된다.

그러나 종래 부유식 구조물은 레그가 해저 지반에 고정될 때 부유식 구조물의 하중을 레그에 실어서 스퍼드 캔을 침투시키는 바, 해저 지반이 연약 지반이 아닌 단단한 층으로 이루어져 있으면 스퍼트 캔의 침투가 어려워 레그가 안정적으로 고정되지 못하게 되고 이에 따라 부유식 구조물이 전복되는 사고를 초래할 수 있다.

한국공개특허 10-2014-0006244

본 발명의 실시예는, 해저 지반이 단단하여 부유식 구조물의 하중 만으로 레그의 안정적인 고정이 어려운 경우 레그에 추가적인 외력을 가함으로써 레그를 해저 지반에 안정적으로 고정시킬 수 있는 부유식 구조물의 레그 고정장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상하 방향으로 이동하는 레그가 제공되는 선체; 상기 레그를 승강시키기 위해 상기 선체에 제공되는 잭 케이스; 및 상기 잭 케이스 내부에 제공되며, 상기 레그에 외력을 제공하여 상기 레그의 해저 지반 침투력을 증가시키는 레그 고정 유닛을 포함하는 부유식 구조물의 레그 고정 장치가 제공될 수 있다.

상기 레그 고정 유닛은, 외력 발생 수단; 상기 외력 발생 수단으로부터 외력을 제공받아 상기 잭 케이스 내부에서 상하 방향으로 이동되는 이동수단; 및 상기 이동수단으로부터 돌출되어 상기 레그 일측에 걸리는 고정수단을 포함할 수 있다.

또한 상기 잭 케이스의 내부에는, 상기 이동수단의 이동을 안내하기 위해 상하 방향으로 가이드 레일이 설치될 수 있다.

상기 이동수단은 상기 가이드 레일에 끼워지는 바퀴부를 포함할 수 있다.

상기 외력 발생 수단은, 작동 유체에 의해 길이 신축되는 유압 실린더일 수 있다.

상기 외력 발생 수단에 제어신호를 송신하여 상기 이동수단을 상승 또는 하강시키고, 상기 고정수단에 제어신호를 송신하여 필요시 상기 고정수단을 돌출시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의하면, 해저 지반이 단단하여 부유식 구조물의 하중 만으로 레그가 쉽게 해저 지반에 침투하기 어려운 경우 레그에 추가적인 외력을 가함으로써 레그를 해저 지반에 안정적으로 고정시킬 수 있다.

도 1은 부유식 구조물의 잭업 상태를 나타낸 측면도,
도 2는 부유식 구조물의 레그와 잭 케이스 결합관계를 개략적으로 나타낸 도1의 A-A선을 보인 평면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 레그 고정장치를 나타낸 구성도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 레그 고정장치의 작동 과정을 설명하기 위한 작용 상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 부유식 구조물의 잭업 상태를 나타낸 측면도이고, 도 2는 부유식 구조물의 레그와 잭 케이스 결합관계를 개략적으로 나타낸 도1의 평면도이다.

먼저 도1 및 도2를 참조하면, 본 발명에서 설명되는 부유식 구조물(10)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)일 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물(10)은 모두 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

또한 부유식 구조물(10)의 레그(20)는 선체(11)에 상하방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있는데, 해저 지반에 대한 지지력을 향상시키기 위해 해저 지반의 지형에 맞추어 레그(20)의 높이 및 지지 구조가 가변될 수 있다.

상기 레그(20)는 선체(11)를 상하 방향으로 관통하여 설치되고, 작업 상태에서 선체(11)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 보유하며, 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 레그(20)의 하단부에는 부유식 구조물(10)을 해저 지반에 안정적으로 고정하기 위한 스퍼드 캔(21)이 제공될 수 있다. 상기 스퍼드 캔(21)은 해저 지반으로의 침투를 용이하게 하기 위해 하부가 뾰족한 구조로 형성될 수 있으며 해저 지면에 맞닿아 레그(20)를 충분히 지지할 수 있도록 넓은 면적을 가질 수 있다.

또한, 부유식 구조물(10)의 선체(11)에는 상기 레그(20)를 승강시키기 위한 잭 케이스(30)가 제공될 수 있다. 상기 잭 케이스(30)는 레그(20)의 승강을 위한 구동장치가 구비될 수 있다.

이하, 도3 내지 도5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 레그 고정장치에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 레그 고정장치를 나타낸 구성도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 레그 고정장치의 작동 과정을 설명하기 위한 작용 상태도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 선체(11), 잭 케이스(30) 및 레그 고정 유닛(100)을 포함할 수 있다.

상기 선체(11)에는 선체(11)를 관통하여 상하 방향으로 이동하는 레그(20)가 제공될 수 있다. 상기 레그(20)에 대해서는 앞에서 이미 설명하였고 일반적으로 널리 알려진 공지기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 잭 케이스(30)는 상기 레그(20)를 승강시키기 위해 상기 선체(11)에 제공되는 구성으로서, 상기 잭 케이스(30)에는 레그(20)의 승강에 필요한 구동장치가 구비될 수 있다.

상기 레그 고정 유닛(100)은 도3에 도시된 바와 같이 상기 잭 케이스(30) 내부에 제공될 수 있으며, 상기 레그(20)에 외력을 제공하여 상기 레그(20)의 해저 지반 침투력을 향상시킬 수 있다.

상기 레그 고정 유닛(100)은 해저 지반이 단단하여 선체(11) 자중만으로 스퍼드 캔(21)의 침투가 어려워 레그(20)가 해저 지반에 안정적으로 고정되기 어려울 때 상기 레그(20)에 선체(11) 자중 이외의 별도 외력을 제공하여 스퍼드 캔(21)의 해저 지반 침투를 지원함으로써 레그(20)가 해저 지반에 안정적으로 고정되도록 할 수 있다.

상기 레그 고정 유닛(100)은 외력 발생 수단(110)과, 이동수단(120) 및 고정수단(130)을 포함할 수 있다.

상기 외력 발생 수단(110)은 상기 레그(20)에 외력을 제공하기 위해 외력을 발생시키는 구성으로서, 상기 외력 발생 수단(110)에는 여러 가지 다양한 수단이 구현될 수 있으나 본 실시예는 오일 또는 공기와 같은 작동 유체를 통해 유압을 발생시켜 길이가 신축되는 유압 실린더로 구현될 수 있다.

또한 상기 이동수단(120)은 상기 외력 발생 수단(110)으로부터 외력을 제공받아 상기 잭 케이스(30) 내부에서 상하 방향으로 이동되는 구성으로서, 상기 외력 발생 수단(110)으로부터 제공받은 외력을 상기 레그(20)에 전달할 수 있도록 강체(rigid body)로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 외력 발생 수단(110)에서 생성된 외력은 상기 이동수단(120)에 제공되고, 상기 이동수단(120)은 외력을 제공받아 상기 잭 케이스(30) 내부에서 하강 또는 상승될 수 있다.

상기 고정수단(130)은 상기 이동수단(120)으로부터 상기 레그(20)를 향해 돌출되어 상기 레그(20) 일측에 걸리는 구성이다. 상기 고정수단(130)은 필요시 상기 이동수단(120)에서 연장되거나 이동수단(120) 내부로 삽입될 수 있다. 상기 레그(20)에는 상기 고정수단(130)이 용이하게 걸리도록 걸림홈(20a)이 형성될 수 있다. 상기 걸림홈(20a)은 별도로 형성될 수도 있고, 레그에 이미 형성되어 있는 랙 기어(rack gear)가 걸림홈(20a)의 역할을 할 수도 있다.

상기 고정수단(130)은 유압 실린더로 구현될 수도 있고 신축 가능한 커넥팅 로드를 갖는 모터로 구현될 수도 있는바, 이를 구현하는 것은 당업자가 용이하게 할 수 있으므로 자세한 설명 및 도면의 도시는 생략한다.

상기 고정수단(130)이 상기 레그(20)에 걸리면 상기 이동수단(120)이 하강 또는 상승할 때 상기 레그(20)에 외력을 전달하여 상기 레그(20)를 함께 하강 또는 상승시킬 수 있다.

따라서, 레그(20)를 해저 지반에 고정할 때 해저 지반이 단단하여 상기 레그(20)의 침투가 어려운 경우 상기 고정수단(130)을 돌출시켜 상기 레그(20)에 걸어 상기 이동수단(120)과 레그(20)를 서로 연결한 후 상기 외력 발생 수단(110)을 작동시켜 상기 이동수단(120)을 잭 케이스(30) 내부에서 하강시키면 상기 이동수단(120)이 하강하면서 외력이 레그(20)에도 전달되어 상기 레그(20)의 해저 지반 침투력을 증가시킬 수 있다.

이때, 상기 잭 케이스(30)의 내부에는 상기 이동수단(120)의 이동을 안내하기 위해 상하 방향으로 배치되는 가이드 레일(140)이 설치될 수 있다. 상기 가이드 레일(140)은 상기 이동수단(120)이 잭 케이스(30) 내부에서 기 설정된 경로를 따라 원활하게 이동되도록 안내하는 것으로서, "ㄷ"자 형 채널(channel)이 사용될 수 있다.

또한, 상기 이동수단(120)은 상기 가이드 레일(140)을 따라 용이하게 이동될 수 있도록 바퀴부(121)를 포함할 수 있다. 상기 바퀴부(121)는 상기 가이드 레일(140)에 끼워져 가이드 레일(140)을 따라 움직일 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 제어부(200)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(200)는 상기 외력 발생 수단(110)에 제어신호를 송신하여 상기 이동수단(120)을 상승 또는 하강시키고, 상기 고정수단(130)에도 제어신호를 송신하여 필요시 상기 고정수단(130)을 돌출시킬 수 있다.

구체적으로, 해저 지반이 단단하여 상기 레그(20)에 추가적인 외력을 제공할 필요가 있을 때 도4에 도시된 바와 같이 상기 제어부(200)는 상기 고정수단(130)에 제어신호를 송신하여 상기 고정수단(130)이 상기 레그(20)에 걸리도록 할 수 있다. 그 다음, 도5에 도시된 바와 같이 상기 외력 발생 수단(110)에 제어신호를 송신하여 상기 이동수단(120)을 하강시킬 수 있다. 상기 이동수단(120)은 상기 가이드 레일(140)에 의해 안내되어 하방으로 이동하게 되는데, 상기 이동수단(120)이 하강함에 따라 상기 레그(20)도 하방으로 이동하게 되어 레그(20)의 해저 지반 침투력을 증가시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

10 : 부유식 구조물 11 : 선체
20 : 레그 20a : 걸림홈
21 : 스퍼드 캔 30 : 잭 케이스
100 : 레그 고정 유닛 110 : 외력 발생 수단
120 : 이동수단 121 : 바퀴부
130 : 고정수단 140 : 가이드 레일
200 : 제어부

Claims (6)

1. 상하 방향으로 이동하는 레그가 제공되는 선체;
   상기 레그를 승강시키기 위해 상기 선체에 제공되는 잭 케이스; 및
   상기 잭 케이스 내부에 제공되며, 상기 레그에 외력을 제공하여 상기 레그의 해저 지반 침투력을 증가시키는 레그 고정 유닛을 포함하고,
   상기 레그 고정 유닛은,
   외력 발생 수단;
   상기 외력 발생 수단으로부터 외력을 제공받아 상기 잭 케이스 내부에서 상하 방향으로 이동되는 이동수단; 및
   상기 이동수단으로부터 돌출되어 상기 레그 일측에 걸리는 고정수단을 포함하며,
   상기 잭 케이스의 내부에는, 상기 이동수단의 이동을 안내하기 위해 상하 방향으로 가이드 레일이 설치된, 부유식 구조물의 레그 고정 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 이동수단은 상기 가이드 레일에 끼워지는 바퀴부를 포함하는 부유식 구조물의 레그 고정 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 외력 발생 수단은, 작동 유체에 의해 길이가 신축되는 실린더인, 부유식 구조물의 레그 고정 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 외력 발생 수단에 제어신호를 송신하여 상기 이동수단을 상승 또는 하강시키고, 상기 고정수단에 제어신호를 송신하여 필요시 상기 고정수단을 돌출시키는 제어부를 더 포함하는 부유식 구조물의 레그 고정 장치.

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