KR101774777B1 - 해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선 - Google Patents

해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선 Download PDF

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Abstract

본 발명의 해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기 설치장치 있어서, 상기 타워와, 상기 발전기 몸체 및 하나의 블레이드만이 조립된 반조립체가 사이에 배치되도록 서로 마주보게 마련된 한 쌍의 메인프레임; 기립된 복수의 반조립체를 상기 한 쌍의 메인프레임 사이로 인입 또는 인출하는 이송유니트; 및 상기 한 쌍의 메인프레임 외측면에 각각 설치되어 상기 발전기 몸체에 미조립된 블레이드를 조립시키는 블레이드 조립부;를 포함하는 해상 풍력발전기 설치장치가 제공될 수 있다.

Description

해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선{Wind turbine installation apparatus and wind turbine installation vessel comprising the same}
본 발명은 해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 원활하고 효율적으로 수행할 수 있는 해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것이다.
친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 이러한 풍력발전기를 설치하기 위해서는 일정한 환경적인 조건이 요구되는데, 예를 들어 풍력발전기가 설치되는 장소는 풍력발전기의 블레이드가 회전하도록 일정 수준의 풍속이 보장될 수 있는 곳이어야 하고, 풍력발전기의 구동 시 발생되는 소음에 의한 공해가 이슈가 되지 않아야 하는 곳이어야 한다. 또한 이러한 환경적인 조건을 만족한다 하더라도 풍력발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 요구된다.
최근에는 이와 같은 환경적인 조건의 제약으로부터 자유로워지기 위해, 풍력발전기를 해상에 설치하는 해상 풍력발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 해상 풍력발전기는 통상적으로 타워, 발전기 몸체 및 블레이드를 포함하며, 이들 각각의 부품들을 육상에서 제작하고 해상으로 운송하여 해상에서 조립 및 설치작업을 함께 수행하거나, 육상에서 해상 풍력발전기의 조립작업을 모두 수행한 후 해상으로 운송하여 해상에서 설치작업만 수행하는 방안이 이용되고 있다.
그러나 각각의 부품들을 해상으로 운송하여 조립 및 설치작업을 함께 수행하는 경우, 조립작업과 설치작업을 순차적으로 각각 수행해야 하므로 공정의 기간이 길어지고 많은 인력이 투입되어야 하며, 특히 해상 풍력발전기 설치선의 구조가 복잡해지는 등 작업의 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
이와는 반대로, 육상에서 해상 풍력발전기의 조립작업을 모두 수행한 후 해상으로 운송하여 설치작업만 수행하는 경우, 해상 풍력발전기의 규모가 매우 크고 그 외형이 복잡하므로 설치선에 다량의 해상 풍력발전기 적재가 어려워 운송의 효율성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 조립을 마친 해상 풍력발전기를 세운 상태로 설치선에 적재 및 운송할 경우, 운항 시 발생하는 공기저항에 의해 해상 풍력발전기의 블레이드에 부하가 가해져 풍력 발전기의 고장을 초래할 우려가 있다.
이에 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치로 효율적으로 운송하고, 해상 풍력발전기의 조립작업과 설치작업을 동시에 수행하여 해상 풍력발전기의 설치를 원활하고 효율적으로 수행할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0082826호(2015. 07. 16. 공개)
본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 부분 조립된 해상 풍력발전기에 의해 적재 및 운송의 효율성을 도모할 수 있으며, 해상의 설치지점에서 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 원활히 수행할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기 설치장치 있어서, 상기 타워와, 상기 발전기 몸체 및 하나의 블레이드만이 조립된 반조립체가 사이에 배치되도록 서로 마주보게 마련된 한 쌍의 메인프레임; 기립된 복수의 반조립체를 상기 한 쌍의 메인프레임 사이로 인입 또는 인출하는 이송유니트; 및 상기 한 쌍의 메인프레임 외측면에 각각 설치되어 상기 발전기 몸체에 미조립된 블레이드를 조립시키는 블레이드 조립부;를 포함하는 해상 풍력발전기 설치장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 블레이드 조립부는, 상기 각 메인프레임의 상단에 회동가능하도록 힌지 결합되는 회동플레이트; 상기 미조립된 블레이드가 거치되고 상기 회동플레이트 상에서 슬라이딩 가능하게 마련되는 거치플레이트; 상기 미조립된 블레이드가 상기 발전기 몸체에 조립되는 각도와 상응하는 각도를 갖도록 상기 회동플레이트와 거치플레이트를 회동시키는 리프트부재; 및 상기 거치플레이트를 상기 반조립체의 발전기 몸체로 접근시키는 도킹부재;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 리프트부재는, 상기 각 메인프레임과 상기 회동플레이트 사이에 마련되는 유압실린더와, 상기 유압실린더에 마련되어 상기 회동플레이트와 결합되는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤은 상기 유압실린더로 제공되는 유압에 의해 작동하며 회동플레이트를 회동시킬 수 있다.
또한, 상기 도킹부재는, 상기 거치플레이트에 마련되는 랙기어와, 상기 회동플레이트에 마련되어 상기 랙기어와 치합되는 피니언기어 및 상기 피니언기어에 구동력을 제공하는 구동모터를 구비할 수 있다.
또한, 상기 이송유니트는, 상기 한 쌍의 메인프레임 내측면에 각각 수평방향으로 길게 마련되는 레일부; 및 상기 반조립체를 결속하여 상기 한 쌍의 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 반조립체에 착탈 가능하게 마련되는 지지부재;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 레일부는 상기 메인프레임의 상측에 형성되는 상부레일 및 상기 메인프레임의 하측에 형성되는 하부레일로 마련될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 상기 상부레일에 이동 가능하게 설치되는 상부지그 및 상기 하부레일에 이동 가능하게 설치되는 하부지그로 마련될 수 있다.
또한, 상기 상부지그 및 하부지그는 각각 한 쌍으로 이루어져 상기 상부지그 및 하부지그가 위치된 부분의 상기 반조립체를 감싸도록 형성되되, 상기 상부지그는 반조립체에 설치된 하나의 블레이드와 함께 타워의 상측을 지지하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 상부지그 및 한 쌍의 하부지그는 각각 상기 상부레일과 하부레일에 이동 가능하게 설치되는 고정패널과, 상기 고정패널에 회전 가능하게 장착되는 회동패널을 구비할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 메인프레임에는 상기 상부레일 및 하부레일이 연장되어 형성되는 상부 보조레일과 하부 보조레일이 마련될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기를 해상의 설치 지점에 설치하기 위한 해상 풍력발전기 설치선에 있어서, 후방에 문풀(moon pool)이 형성된 선박본체; 상기 선박본체에 승하강되도록 설치되며, 상기 선박본체가 해상에서 수직방향으로 부유할 수 있도록 해상에서 상기 선박본체의 위치를 고정시키는 다수의 잭킹유니트; 상기 문풀을 중심으로 서로 마주보게 배치되어 상기 선박본체의 길이방향으로 설치된 한 쌍의 메인프레임; 상기 타워와, 상기 발전기 몸체 및 하나의 블레이드만이 조립된 복수의 반조립체를 기립된 상태로 상기 한 쌍의 메인프레임 사이로 인입 또는 인출하는 이송유니트; 및 상기 한 쌍의 메인프레임 외측면에 각각 설치되어 상기 발전기 몸체에 미조립된 블레이드를 조립시키는 블레이드 조립부;를 포함하고, 상기 블레이드 조립부에 의해 블레이드의 조립이 완료된 완성조립체인 풍력발전기는 상기 이송유니트를 통해 상기 문풀로 이동되어 상기 문풀의 하부에 위치한 기조구조물에 설치되는 해상 풍력발전기 설치선이 제공될 수 있다.
또한, 상기 이송유니트는, 상기 한 쌍의 메인프레임 내측면에 각각 수평방향으로 길게 설치되는 레일부; 및 상기 반조립체를 결속하여 상기 한 쌍의 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 반조립체에 착탈 가능하게 마련되는 지지부재;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 메인프레임에는 상기 레일부가 연장되어 형성되는 보조레일부가 마련될 수 있다.
또한, 상기 기초구조물에 설치가 완료된 해상 풍력발전기를 결속한 지지부재는 상기 보조레일부로 이동되어 상기 보조레일부에 수납될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 타워, 발전기 몸체 및 복수의 블레이드 중 하나의 블레이드가 미리 조립된 반조립체를 통해 적재 및 운송의 효율성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 브레이드만 설치된 상태로 운송됨에 따라 운항 시 공기저항에 의해 블레이드에 발생하는 부하를 최소화할 수 있다.
아울러, 해상의 설치지점에서 반조립체에 블레이드만 조립하여 기초구조물에 설치함으로써 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 동시에 원활히 수행하여 공정기간을 단축할 수 있는 효과를 가진다.
이에 따라, 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 위한 투입 인력 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치가 구비된 설치선을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 해상 풍력발전기 설치선의 후방측을 나타내는 후면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치에 반조립체 및 블레이드가 적재된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 해상 풍력발전기 설치선을 나타내는 측면도이다.
도 5는 도 3의 해상 풍력발전기 설치장치에 적재된 반조립체를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치에 구비된 이송유니트의 지지부재가 반조립체에 설치된 상태를 나타내는 부분 발췌 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치에 구비된 블레이드 조립부를 나타내는 부분 발췌 사시도이다.
도 8은 블레이드 조립부의 리프트부재를 통해 회동플레이트 및 거치플레이트가 작동되는 상태를 나타내는 후면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 블레이드 조립부의 도킹부재를 통해 거치플레이트의 블레이드가 발전기 몸체에 설치되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치에 의해 블레이드가 조립된 해상 풍력발전기가 완성된 상태를 나타내는 후면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선의 문풀에 기초구조물이 위치된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선이 기초구조물이 마련된 설치 지점에서 고정된 상태를 나타내는 측면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선에서 조립된 조립체(해상 풍력발전기)가 기초구조물에 설치된 상태를 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치에 마련된 이송유니트의 지지부재가 해상 풍력발전기로부터 탈거된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선에 마련된 보조프레임으로 지지부재가 이송되어 수납된 상태를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치가 구비된 설치선을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 해상 풍력발전기 설치선의 후방측을 나타내는 후면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선(10)은 후방에 문풀(moon pool : 13)이 형성된 선박본체(11)와, 상기 선박본체(11)에 승하강되도록 설치되어 해상에서 선박본체(11)의 위치를 고정시키는 다수의 잭킹유니트(15) 및 조립이 완료되지 않은 풍력발전기를 적재하여 해상의 설치 지점에서 조립을 완료시켜 설치하는 해상 풍력발전기 설치장치(100)를 포함한다. 여기서, 문풀(13)은 풍력발전기를 해상에 설치하기 위해 해상에 마련된 기초구조물(도 12의 'P' 참조)이 위치되는 부분이고, 잭킹유니트(15)는 기초구조물(P)에 풍력발전기(도 14의 '20' 참조)를 설치시 선박본체(11)를 해상에서 수직방향으로 부유시켜 고정시키는 장치이다. 이러한 해상 풍력발전기 설치선(10)의 문풀(13)에 기초구조물(P)을 위치시켜 설치선(10)을 고정하는 구조에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
한편, 풍력발전기(20)는 도 15에 도시된 바와 같이, 타워(21)와, 상기 타워(21)의 상단에 마련되는 발전기 몸체(22) 및 상기 발전기 몸체(22)에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드(23)를 구비한다. 이러한 풍력발전기(20)는 통상적으로 사용되며, 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 해상 풍력발전기 설치장치(100)는 반조립체(도 5의 '25' 참조)가 배치되는 메인프레임(110)과, 반조립체(25)를 메인프레임(110)으로 인입 또는 인출하는 이송유니트 및 메인프레임(110)의 외측에 설치되어 반조립체(25)를 완성조립체(20)로 조립시키는 블레이드 조립부(130)를 포함한다. 여기서, 반조립체(25)는 풍력발전기(30)가 부분 조립된 상태를 의미하는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 타워(21)와, 발전기 몸체(22) 및 복수의 블레이드(23) 중 하나의 블레이드(23)만이 조립되어 구성된다.
상기와 같은 해상 풍력발전기 설치장치(100)는 설치선(10)에 설치되어 해상의 설치 지점까지 운행된 후, 반조립체(25)를 완성조립체(20) 즉, 풍력발전기(20)의 조립을 완료시키는 조립작업 및 조립이 완료된 완성조립체(20)를 기초구조물(P)에 설치하는 설치작업을 수행하도록 한다. 이때, 도 1 및 도 2에는 반조립체(25)와, 반조립체(25)를 완성조립체(20)로 조립하기 위하여 미조립된 블레이드(23)가 적재되지 않은 상태를 나타낸 것으로서, 상기 반조립체(25)와, 미조립된 블레이드(23)가 적재된 상태를 나타내는 도 3 및 도 4를 참조하여 해상 풍력발전기 설치장치(100)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 메인프레임(110)은 한 쌍으로 이루어져 문풀(13)을 중심으로 서로 마주보게 배치되며 선박본체(11)에 길이방향으로 설치된다. 이러한 한 쌍의 메인프레임(110) 사이에는 반조립체(25)가 기립된 상태로 배치되게 소정의 공간이 마련된다. 즉, 도시된 바와 같이 메인프레임(110) 사이에 복수의 반조립체(25)가 배치되며, 이 반조립체(25)는 후술할 이송유니트의 지지부재(125)에 의해 결속된 상태로 안정적으로 적재된다.
이송유니트는 기립된 복수의 반조립체(25)를 한 쌍의 메인프레임(110) 사이로 인입 또는 인출하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 이송유니트는 한 쌍의 메인프레임(110) 내측면에 각각 수평방향으로 길게 마련되는 레일부(121, 122) 및 상기 반조립체(25)를 결속하여 상기 한 쌍의 레일부(121, 122)를 따라 이동 가능하게 설치되며 반조립체(25)에 착탈 가능하게 마련되는 지지부재(125)를 구비한다.
상기 레일부(121, 122)는 메인프레임(110)의 상측에 형성되는 상부레일(121) 및 메인프레임(110)의 하측에 형성되는 하부레일(122)로 마련된다. 또한, 한 쌍의 메인프레임(110)에는 상부레일(121) 및 하부레일(122)이 연장되어 형성되는 상부 보조레일(121a)과 하부 보조레일(122a)이 마련된다. 도시된 바에 따르면, 상부 보조레일(121a)은 상부레일(121)의 상측에 연장 형성되어 상부레일(121)과 연결되도록 형성된다. 하부 보조레일(122a)은 하부레일(122)의 길이방향으로 연장되어 형성된다. 이러한 상부 보조레일(121a)과 하부 보조레일(122a)은 후술할 지지부재(125)를 수납하기 위하여 마련된 것으로서 아래에서 다시 설명하기로 한다.
상기 지지부재(125)는 반조립체(25)를 결속하여 서로 마주보는 한 쌍의 레일부(121, 122)를 따라 이동 가능하게 설치된다. 이러한 지지부재(125)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상부레일(121)에 이동 가능하게 설치되는 상부지그(126) 및 하부레일(122)에 이동 가능하게 설치되는 하부지그(127)로 마련된다.
상기 상부지그(126) 및 하부지그(127)는 각각 한 쌍으로 이루어진다. 이에, 한 쌍의 상부지그(126)는 한 쌍의 상부지그(126) 사이에 위치된 부분의 반조립체(25)를 감싸도록 형성되고, 한 쌍의 하부지그(127)는 한 쌍의 하부지그(127) 사이에 위치된 부분의 반조립체(25)를 감싸도록 형성된다. 도시된 바에 따르면, 하부지그(127)는 반조립체(25)의 타워(21) 하측을 감싸도록 설치되고, 상부지그(126)는 반조립체(25)에 설치된 하나의 블레이드(23)와 함께 타워(21)의 상측을 감싸도록 설치된다.
상기와 같은 상부지그(126) 및 하부지그(127)가 반조립체(25)를 감싸도록 설치되기 위하여, 상부지그(126) 및 하부지그(127)는 탈착 가능한 구조를 갖는다. 예를 들면, 한 쌍의 상부지그(126) 및 한 쌍의 하부지그(127)는 각각 회동가능한 구조를 갖는다. 도 15를 참조하면, 상부지그(126)는 상부레일(121)에 이동 가능하게 설치되는 상부 고정패널(126a)과, 상부 고정패널(126a)에 회전 가능하게 장착되는 상부 회동패널(126b)을 구비한다. 또한, 하부지그(127)는 하부레일(122)에 이동 가능하게 설치되는 하부 고정패널(127a)과, 하부 고정패널(127a)에 회전 가능하게 장착되는 하부 회동패널(127b)을 구비한다. 이러한 한 쌍의 상부지그(126)와 하부지그(127)는 서로 마주하는 회동패널(126b, 127b)을 사이에 반조립체(25)를 두고 소정각도 회동됨으로써 반조립체(25)를 결속하여 지지하거나 반조립체(25)가 이동 가능하게 결속 해제될 수 있게 된다.
한편, 상기 상부지그(126)와 하부지그(127)가 반조립체(25)를 결속하기 위하여, 각 상부 회동패널(126b)과 하부 회동패널(127b)에는 소정 형상의 홈이 형성된다. 이 홈은 한 쌍의 회동패널(126b, 127b)이 접속된 경우 한 쌍의 회동패널(126b, 127b) 사이에 위치된 반조립체(25)를 감싸도록 관통공을 갖도록 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치장치에 구비된 블레이드 조립부를 나타내는 부분 발췌 사시도이고, 도 8은 블레이드 조립부의 리프트부재를 통해 회동플레이트 및 거치플레이트가 작동되는 상태를 나타내는 후면도이며, 도 9 및 도 10은 각각 블레이드 조립부의 도킹부재를 통해 거치플레이트의 블레이드가 발전기 몸체에 설치되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 11은 상기 해상 풍력발전기 설치장치에 의해 블레이드가 조립된 해상 풍력발전기가 완성된 상태를 나타내는 후면도이다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 블레이드 조립부(130)는 한 쌍의 메인프레임(110)의 외측면에 각각 설치된다. 이러한 블레이드 조립부(130)에는 반조립체(25)에 미설치된 블레이드(23)가 거치되고, 이 블레이드(23)를 반조립체(25)에 조립시키는 역할을 수행한다. 이때, 블레이드 조립부(130)는 메인프레임(110)의 수평방향으로 복수개 설치될 수 있다. 바람직하게는, 한 쌍의 메인프레임(110) 사이에 적재되는 반조립체(25)의 개수와 동일한 개수로 설치될 수 있다. 또한, 각 블레이드 조립부(130)는 반조립체(25)가 배치된 위치와 대응되는 부분에 설치된다.
보다 구체적으로, 블레이드 조립부(130)는 각 메인프레임(110)의 상단에 회동가능하도록 결합되는 회동플레이트(131)와, 미조립된 블레이드(23)가 거치되고 회동플레이트(131) 상에서 슬라이딩 가능하게 마련되는 거치플레이트(132)와, 미조립된 블레이드(23)가 발전기 몸체(22)에 조립되는 각도와 상응하는 각도를 갖도록 회동플레이트(131)와 거치플레이트(132)를 회동시키는 리프트부재(134) 및, 거치플레이트(132)를 반조립체(25)의 발전기 몸체(22)로 접근시키는 도킹부재(136)를 구비한다.
회동플레이트(131)는 소정 면적을 갖는 판 형상으로 마련되어 거치플레이트(132)를 안정적으로 지지하도록 이루어질 수 있다. 이러한 회동플레이트(131)는 상측 단부가 메인프레임(110)에 회동가능하도록 힌지 결합될 수 있다. 이에, 회동플레이트(131)는 리프트부재(134)에 의해 가압되어 힌지 결합부를 중심으로 회동하게 된다.
거치플레이트(132)는 회동플레이트(131) 상에서 슬라이딩 가능하게 설치된다. 즉, 거치플레이트(132)는 도킹부재(136)에 의해 반조립체(125)를 향하여 이동가능하게 설치된다. 이러한 거치플레이트(132) 상에는 반조립체(25)에 설치하기 위한 미조립된 블레이드(23)를 지지하도록 거치부(133)가 마련된다. 거치부(133)는 미조립된 블레이드(23)를 안정적으로 잡아주도록 소정 위치에 복수개 형성된다.
리프트부재(134)는 각 메인프레임(110)과 회동플레이트(131) 사이에 마련되어 메인프레임(110)의 외측면에 설치되는 유압실린더(134a)와, 상기 유압실린더(134a)에 마련되어 회동플레이트(131)와 결합되는 피스톤(134b)을 구비한다. 이러한 리프트부재(134)는 유압식 구조로서, 유압실린더(134a)로 유압이 제공되면 피스톤(134b)이 동작하도록 형성된다. 즉, 피스톤(134b)이 이동하며 회동플레이트(131)를 가압함으로써 회동시키게 된다. 또한, 유압실린더(134a)의 유압이 제거되면 피스톤(134b)과 함께 회동플레이트(131) 및 거치플레이트(132)가 원래의 위치로 복귀된다. 이때, 전술한 바와 같이, 피스톤(134b)에 의해 회동되는 회동플레이트(131)와 거치플레이트(132)는 미조립된 블레이드(23)가 발전기 몸체(22)에 조립되는 각도와 상응하는 각도를 갖는 위치까지 회동될 수 있다.
도킹부재(136)는 회동플레이트(131) 및 거치플레이트(132)가 리프트부재(134)에 의해 반조립체(25)의 발전기 몸체(22)와 조립되는 위치까지 회동된 경우, 상기 거치플레이트(132)를 발전기 몸체(22) 측으로 슬라이딩 이동시키는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 도킹부재(136)는 거치플레이트(132)에 마련되는 랙기어(137)와, 회동플레이트(131)에 마련되어 랙기어(137)와 치합되는 피니언기어(138) 및 상기 피니언기어(138)에 구동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 구비한다. 이러한 도킹부재(136)는 랙-피니언 기어조립 구조를 갖는 것으로서, 회전력을 직선운동을 변환하는 구조를 갖는다. 즉, 구동모터를 통하여 회전되는 피니언기어(138)와 치합된 랙기어(137)가 피니언기어(138)의 회전방향에 따라 직선이동하게 된다. 이때, 랙기어(137)는 거치플레이트(132)의 양측면 중 적어도 어느 하나의 측면에 길이방향으로 형성될 수 있으나, 안정적으로 이동시키기 위하여 거치플레이트(132)의 양측면에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 피니언기어(138)는 랙기어(137)가 형성된 위치에 각각 마련되어야 한다.
부가적으로, 도킹부재(136)를 통해 거치플레이트(132)가 회동플레이트(131)로부터 슬라이딩 이동시 거치플레이트(132)가 안정적으로 이동하도록 거치플레이트(132)와 회동플레이트(131) 사이에 가이드 구조(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들면, 거치플레이트(132)와 마주하는 회동플레이트(131)의 일면에 거치플레이트(131)의 이동방향으로 돌기라인(미도시) 또는 홈라인(미도시)이 형성되고, 이와 대응하는 거치플레이트(132)의 일면에 돌기라인 또는 홈라인과 결합되는 홈라인 또는 돌기라인이 형성될 수 있다. 즉, 돌기와 홈의 결합에 따라 거치플레이트(132)가 이동시 가이드되어 안정적으로 이동될 수 있게 된다.
상기와 같이 도킹부재(136)에 의해 미조립된 블레이드(23)가 반조립체(25)에 설치되면, 블레이드 조립부(130)가 원위치로 복귀된다. 이때, 거치부(133)는 블레이드(23)가 거치플레이트(132)로부터 용이하게 이탈되도록 결속을 해지하는 구조를 갖는다. 예컨대, 거치부(133)가 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 거치부(133)가 벌어지도록 마련될 수 있다. 이에, 반조립체(25)에 블레이드(23)를 결합시킨 후, 블레이드 조립부(130)가 원위치로 복귀되는 동작에서 주위 구조물의 방해를 받지않고 원상태로 복귀되게 된다. 이러한 블레이드 조립부(130)에 의해 조립이 완료된 완성조립체(20)는 풍력발전기의 완성품으로서, 완성조립체(20)를 해상의 설치 지점에 마련된 기초구조물(P)에 설치하게 된다.
그러면, 상기와 같은 구조를 갖는 해상 풍력발전기 설치장치(100)가 마련된 설치선(10)을 통하여 기초구조물(P)에 풍력발전기(20)를 설치하는 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 풍력발전기의 반조립체(25) 및 미조립된 블레이드(23)가 적재된 해상 풍력발전기 설치선(10)이 풍력발전기(20)를 설치하기 위한 해상의 설치 지점까지 운항하게 된다.
즉, 풍력발전기(20)를 설치 지점에 설치하기 위하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 설치선(10)의 후방에 형성된 문풀(13)에 기초구조물(P)이 위치하게 된다.
이 상태에서, 기초구조물(P)에 풍력발전기(20)를 안정적으로 설치하기 위해, 설치선(10)을 해상에 고정시키는 동작을 수행하게 된다. 도 13에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력발전기 설치선이 기초구조물이 마련된 설치 지점에서 고정된 상태를 나타낸다. 도면을 참조하면, 설치선(10)은 선박몸체(11)에 형성된 잭킹유니트(15)를 통해 해상에서 수직방향으로 부유되어 고정된다. 잭킹유니트(15)는 선박본체(11)에 대해 수직 이동 가능하게 장착되며 해저면에 삽입되는 레그(16) 및 상기 레그(16)를 승하강시키며 이동 가능하게 감싸도록 선박본체(11)에 마련되는 레그지지대(17)를 구비한다. 즉, 레그(16)가 레그지지대(17)로부터 하강하여 해저면에 삽입됨에 따라 선박본체(11)가 고정되게 된다. 이러한 잭킹유니트(15)는 다수개로 이루어질 수 있다. 예컨대, 잭킹유니트(15)는 선박본체(11)의 가장자리 영역에 4개가 구비될 수 있다.
상기와 같이 선박본체(11)가 해상에 고정되면, 블레이드 조립체(130)를 통하여 반조립체(25)에 미조립된 블레이드(23)를 조립하게 된다. 즉, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같 블레이드 조립체(130)를 통해 완성조립체(20)인 풍력발전기의 조립이 완료된다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이 조립이 완료된 풍력발전기(20)가 이송유니트를 통하여 기초구조물(P)의 상부까지 이송된 뒤, 타워(21)의 하단부를 기초구조물(P)에 고정한다. 여기서, 타워(21)의 하단부를 기초구조물(P)에 설치 시 잭킹유니트(15)를 통하여 레그(16)를 승강시킴에 따라 선박본체(11)를 하측으로 이동시켜 타워(21)의 하단부와 기초구조물(P)을 접촉시킬 수 있다.
상기 풍력발전기(20)가 기초구조물(P)에 고정되면, 이송유니트의 지지부재(125)를 풍력발전기(20)로부터 이탈시켜 결속을 해제시키게 된다. 즉, 도 15에 도시된 바와 같이, 상부지그(126)와 하부지그(127)의 회동패널(126b, 127b)이 회동됨에 따라 결속을 해제시키게 된다.
한편, 결속이 해제된 상부지그(126)와 하부지그(127)는 또 다른 설치 지점의 기초구조물(P)에 풍력발전기(20)를 설치시 방해되지 않도록, 각각 상부레일(121)과 연결된 상부 보조레일(121a) 및 하부레일(122)과 연결된 하부 보조레일(122a)로 이동되어 수납된다.
결과적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 해상 풍력발전기 설치장치(100) 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선(10)을 이용하여 전술된 설치동작을 수행함으로써, 풍력발전기(20)의 적재 및 운송의 효율성을 도모할 수 있으며, 해상의 설치지점에서 풍력발전기(20)의 조립 및 설치작업을 원활히 수행할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 해상 풍력발전기 설치선 13 : 문풀(moon pool)
15 : 잭킹유니트 20 : 풍력발전기(완성조립체)
23 : 블레이드 25 : 반조립체
100 : 해상 풍력발전기 설치장치 110 : 메인프레임
121 : 상부레일 121a : 상부 보조레일
122 : 하부레일 122a : 하부 보조레일
126 : 상부지그 127 : 하부지그
130 : 블레이드 조립부 131 : 회동플레이트
132 : 거치플레이트 133 : 거치부
134 : 리프트부재 136 : 도킹부재

Claims (14)

  1. 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기 설치장치에 있어서,
    상기 타워와, 상기 발전기 몸체 및 하나의 블레이드만이 조립된 반조립체가 사이에 배치되도록 서로 마주보게 마련된 한 쌍의 메인프레임;
    기립된 복수의 반조립체를 상기 한 쌍의 메인프레임 사이로 인입 또는 인출하는 이송유니트; 및
    상기 한 쌍의 메인프레임 외측면에 각각 설치되어 상기 발전기 몸체에 미조립된 블레이드를 조립시키는 블레이드 조립부;를 포함하는 해상 풍력발전기 설치장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 조립부는,
    상기 각 메인프레임의 상단에 회동가능하도록 힌지 결합되는 회동플레이트;
    상기 미조립된 블레이드가 거치되고 상기 회동플레이트 상에서 슬라이딩 가능하게 마련되는 거치플레이트;
    상기 미조립된 블레이드가 상기 발전기 몸체에 조립되는 각도와 상응하는 각도를 갖도록 상기 회동플레이트와 거치플레이트를 회동시키는 리프트부재; 및
    상기 거치플레이트를 상기 반조립체의 발전기 몸체로 접근시키는 도킹부재;를 구비하는 해상 풍력발전기 설치장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리프트부재는,
    상기 각 메인프레임과 상기 회동플레이트 사이에 마련되는 유압실린더와, 상기 유압실린더에 마련되어 상기 회동플레이트와 결합되는 피스톤을 구비하고,
    상기 피스톤은 상기 유압실린더로 제공되는 유압에 의해 작동하며 회동플레이트를 회동시키는 해상 풍력발전기 설치장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도킹부재는,
    상기 거치플레이트에 마련되는 랙기어와, 상기 회동플레이트에 마련되어 상기 랙기어와 치합되는 피니언기어 및 상기 피니언기어에 구동력을 제공하는 구동모터를 구비하는 해상 풍력발전기 설치장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송유니트는,
    상기 한 쌍의 메인프레임 내측면에 각각 수평방향으로 길게 마련되는 레일부; 및
    상기 반조립체를 결속하여 상기 한 쌍의 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 반조립체에 착탈 가능하게 마련되는 지지부재;를 구비하는 해상 풍력발전기 설치장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레일부는 상기 메인프레임의 상측에 형성되는 상부레일 및 상기 메인프레임의 하측에 형성되는 하부레일로 마련되는 해상 풍력발전기 설치장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 상부레일에 이동 가능하게 설치되는 상부지그 및 상기 하부레일에 이동 가능하게 설치되는 하부지그로 마련되는 해상 풍력발전기 설치장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부지그 및 하부지그는 각각 한 쌍으로 이루어져 상기 상부지그 및 하부지그가 위치된 부분의 상기 반조립체를 감싸도록 형성되되,
    상기 상부지그는 반조립체에 설치된 하나의 블레이드와 함께 타워의 상측을 지지하도록 마련되는 해상 풍력발전기 설치장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 상부지그 및 한 쌍의 하부지그는 각각 상기 상부레일과 하부레일에 이동 가능하게 설치되는 고정패널과, 상기 고정패널에 회전 가능하게 장착되는 회동패널을 구비하는 해상 풍력발전기 설치장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 메인프레임에는 상기 상부레일 및 하부레일이 연장되어 형성되는 상부 보조레일과 하부 보조레일이 마련되는 해상 풍력발전기 설치장치.
  11. 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기를 해상의 설치 지점에 설치하기 위한 해상 풍력발전기 설치선에 있어서,
    후방에 문풀(moon pool)이 형성된 선박본체;
    상기 선박본체에 승하강되도록 설치되며, 상기 선박본체가 해상에서 수직방향으로 부유할 수 있도록 해상에서 상기 선박본체의 위치를 고정시키는 다수의 잭킹유니트;
    상기 문풀을 중심으로 서로 마주보게 배치되어 상기 선박본체의 길이방향으로 설치된 한 쌍의 메인프레임;
    상기 타워와, 상기 발전기 몸체 및 하나의 블레이드만이 조립된 복수의 반조립체를 기립된 상태로 상기 한 쌍의 메인프레임 사이로 인입 또는 인출하는 이송유니트; 및
    상기 한 쌍의 메인프레임 외측면에 각각 설치되어 상기 발전기 몸체에 미조립된 블레이드를 조립시키는 블레이드 조립부;를 포함하고,
    상기 블레이드 조립부에 의해 블레이드의 조립이 완료된 완성조립체인 풍력발전기는 상기 이송유니트를 통해 상기 문풀로 이동되어 상기 문풀의 하부에 위치한 기초구조물에 설치되는 해상 풍력발전기 설치선.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이송유니트는,
    상기 한 쌍의 메인프레임 내측면에 각각 수평방향으로 길게 설치되는 레일부; 및
    상기 반조립체를 결속하여 상기 한 쌍의 레일부를 따라 이동 가능하게 설치되며 상기 반조립체에 착탈 가능하게 마련되는 지지부재;를 구비하는 해상 풍력발전기 설치선.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 메인프레임에는 상기 레일부가 연장되어 형성되는 보조레일부가 마련되는 해상 풍력발전기 설치선..
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기초구조물에 설치가 완료된 해상 풍력발전기를 결속한 지지부재는 상기 보조레일부로 이동되어 상기 보조레일부에 수납되는 해상 풍력발전기 설치선.

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