KR101814436B1 - 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선 - Google Patents

해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선 Download PDF

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Abstract

해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치는 타워와, 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치 있어서, 블레이드가 각각 탑재되는 복수개의 케이스, 케이스가 각각 거치 및 지지되는 복수개의 버킷을 포함하고, 복수개의 버킷을 연속적으로 타워의 상단 측으로 상승시키는 블레이드 엘리베이터 및 케이스를 버킷으로부터 발전기 몸체 측으로 접근시키는 복수개의 도킹유닛을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선{Wind Turbine Installation Apparatus And Wind Turbine Installation Vessel Comprising The Same}
본 발명은 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 효과적으로 수행할 수 있는 해상 풍력발전기의 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 회전을 얻기 위한 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, 타워의 상측에 블레이드가 설치되고, 블레이드가 바람을 받아 회전함으로써 발전기 몸체가 전력을 생산하도록 설계된다.
해상 풍력발전기는 다양한 방법으로 설치될 수 있다. 일 예로, 육상에서 해상 풍력발전기의 조립작업을 모두 수행한 후 해상으로 운송하여 설치작업을 수행하거나, 해상 풍력발전기를 이루는 부품을 몇 개의 유닛으로 나누어 육상에서 제작한 후 제작된 유닛을 해상으로 옮겨 조립 및 설치작업을 함께 수행하는 방안이 이용되고 있다. 이와 같이 해상 풍력발전기의 운송, 조립 및 설치작업 등을 수행하는 선박을 해상 풍력발전기 설치선(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.
육상에서 해상 풍력발전기의 조립작업을 모두 수행한 후 해상으로 운송하여 설치작업만 수행하는 경우, 해상 풍력발전기의 규모가 매우 크고 그 외형이 복잡하므로 해상 풍력발전기 설치선에 다량의 해상 풍력발전기 적재가 어려워 운송의 효율성이 저하되는 문제점이 있다. 특히 조립을 마친 해상 풍력발전기를 세운 상태로 해상 풍력발전기 설치선에 적재 및 운송할 경우, 운항 시 발생하는 공기저항에 의해 블레이드에 부하가 가해져 해상 풍력발전기의 고장을 초래할 우려가 있다.
이와는 반대로, 각각의 부품들을 해상으로 운송하여 조립 및 설치작업을 함께 수행하는 경우, 조립작업과 설치작업을 순차적으로 각각 수행해야 하므로 공정의 기간이 길어지는 문제점이 있다. 또한 해상 풍력발전기를 구성하는 각 부품 역시 그 크기 및 무게가 매우 대규모이므로, 블레이드 등의 부품들을 이송하거나 상승시키기 위해 대형 크레인 및 많은 인력이 요구되므로 작업의 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 해상 풍력발전기를 구성하는 부품을 조립 및 설치하고자 하는 위치로 효율적으로 이송하고, 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 원활하고 효율적으로 수행할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0082826호(2015. 07. 16. 공개)
본 발명의 실시 예는 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 원활하게 수행할 수 있는 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업의 공정기간을 단축할 수 있는 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 해상 풍력발전기를 구성하는 부품의 적재 및 이송의 효율성을 도모할 수 있는 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단순한 구조로서 해상 풍력발전기를 용이하게 조립 및 설치할 수 있는 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업 위한 인력 및 비용을 절감할 수 있는 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치 있어서, 상기 블레이드가 각각 탑재되는 복수개의 케이스, 상기 케이스가 각각 거치 및 지지되는 복수개의 버킷을 포함하고, 상기 복수개의 버킷을 연속적으로 상기 타워의 상단 측으로 상승시키는 블레이드 엘리베이터 및 상기 케이스를 상기 버킷으로부터 상기 발전기 몸체 측으로 접근시키는 복수개의 도킹유닛을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 블레이드 엘리베이터는 상기 복수개의 버킷의 일측이 연결되어 마련되되 상기 복수개의 버킷을 연속적으로 승강 왕복시키는 캐터필러 벨트 및 상기 캐터필러 벨트를 회전하여 주회시키는 승강구동부를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 도킹유닛은 상기 버킷과 상기 케이스 사이에 마련되는 도킹프레임과, 상기 도킹프레임에 마련되는 랙기어와, 상기 랙기어와 치합되는 피니언기어 및 상기 피니언기어에 구동력을 제공하는 도킹구동부를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 블레이드 엘리베이터는 내측에 상기 복수개의 버킷과 상기 캐터필러 벨트가 수용되는 격납프레임을 더 포함하고, 상기 격납프레임의 수평위치를 조정하는 어져스트유닛을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 승강구동부는 상기 캐터필러 벨트와 연결되어 상기 캐터필러 벨트를 회전 및 지지하는 복수개의 롤러를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 버킷과 상기 도킹프레임 사이에 마련되어 상기 도킹프레임의 이동을 안내하는 이송안내부를 더 포함하고, 상기 이송안내부는 상기 버킷에 마련되되 상기 도킹프레임의 이송방향을 따라 연장 형성되는 가이드돌기 및 상기 도킹프레임에 마련되되 상기 가이드돌기가 인입 가능하게 마련되는 가이드홈을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 어져스트유닛은 상기 격납프레임과 상기 격납프레임이 설치되는 작업장 사이에 마련되는 가이드프레임과, 상기 가이드프레임에 마련되는 가이드브레이스 및 상기 격납프레임에 마련되되 상기 가이드브레이스가 인입 가능하게 마련되는 가이드레일을 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 원활히 수행할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업의 공정기간을 단축할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 해상 풍력발전기를 구성하는 부품의 적재 및 이송을 효율적으로 수행할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 단순한 구조로서 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 구현할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선은 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 위한 투입 인력 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 2의 A 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 케이스 및 도킹유닛에 의해 블레이드가 발전기 몸체 측으로 접근된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 의한 케이스 및 도킹유닛이 블레이드의 조립작업 후 원위치로 복귀한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 의한 케이스의 상단부 또는 상단면이 개방되어 블레이드가 해상 풍력발전기의 설치장치로부터 이탈되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 의한 어져스트유닛을 나타내는 도면으로서, 해상 풍력발전기의 설치장치의 하측면을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 의한 어져스트유닛을 나타내는 측방향 단면도이다.
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 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치(100)를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선(10)을 나타내는 사시도이다. 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치(100)를 나타내는 사시도 및 측면도이며, 도 4는 도 2의 A 부분 확대도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 케이스(110) 및 도킹유닛(130)에 의해 블레이드(B)가 발전기 몸체(H) 측으로 접근된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 실시 예에 의한 케이스(110) 및 도킹유닛(130)이 블레이드(B)의 조립작업 후 원위치로 복귀한 상태 및 본 발명의 실시 예에 의한 케이스(110)의 상단부 또는 상단면(111)이 개방되어 블레이드(B)가 해상 풍력발전기의 설치장치(100)로부터 이탈되는 상태를 나타내는 사시도이다. 또한 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 의한 어져스트유닛(140)을 나타내는 하측면 사시도 및 측방향 단면도이다.
도 1을 참조하면, 해상 풍력발전기는 통상적으로 타워(T)와, 타워(T)의 상단에 마련되는 발전기 몸체(H) 및 발전기 몸체(H)에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드(B)를 포함하여 마련될 수 있다. 타워(T)는 기둥의 형상으로 형성될 수 있으며, 해저 지반에 고정 설치되는 기초구조물(S)의 상부에 설치되어 마련될 수 있다. 블레이드(B) 및 발전기 몸체(H)는 블레이드(B)가 충분한 풍력을 받아 발전할 수 있도록 타워(T)의 상단에 조립 및 설치되어 운용될 수 있다. 복수개의 블레이드(B)는 바람에 의해 회전하면서 발전기 몸체(H)가 전력을 발생시킬 수 있다.
해상 풍력발전기를 구성하는 타워(T), 발전기 몸체(H) 및 블레이드(B)는 해상 풍력발전기 설치선(10)에 탑재되어 기초구조물(S)이 설치된 해상, 즉 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치까지 운송된 후, 조립 및 설치작업이 수행될 수 있다. 해상 풍력발전기 설치선(10)은 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해모드로 이동한 뒤, 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치에 도착한 후에는 해상 풍력발전기 설치선(10)에 마련되는 레그(20)를 잭킹유닛(30)에 의해 하강시켜 해저 지반에 관입시키는 잭업모드로 전환하여 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기 설치선(10)은 후술하는 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치(100)를 포함하여 운용될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기의 설치장치(100)는 블레이드(B)가 각각 탑재되는 복수개의 케이스(110), 케이스(110)를 거치 및 지지하는 복수개의 버킷(121)을 포함하고 복수개의 버킷(121)을 연속적으로 타워(T)의 상단 측으로 상승시키는 블레이드 엘리베이터(120), 복수개의 버킷(121)에 각각 마련되어 블레이드(B)가 탑재된 케이스(110)를 버킷(121)으로부터 발전기 몸체(H) 측으로 접근시키는 복수개의 도킹유닛(130) 및 블레이드 엘리베이터(120)의 격납프레임(126)의 수평위치를 조절하는 어져스트유닛(140)을 포함하여 마련될 수 있다.
케이스(110)는 내부가 빈 육면체 형상으로 형성되어, 내측에 블레이드(B)가 탑재 또는 수용될 수 있다. 케이스(110)는 육상에서 트레일러 등의 운송수단을 통해 블레이드(B)를 공급받아 내측에 블레이드(B)를 적재 및 수용함과 동시에, 해상 풍력발전기의 설치선(10)에 의해 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치까지 운송된 후 후술하는 블레이드 엘리베이터(120)의 버킷(121)에 거치 및 지지되어 타워(T)의 상단 높이까지 상승하여 조립 및 설치작업이 이루어질 수 있다. 케이스(110)는 복수개 블레이드(B)의 연속적인 상승 및 조립작업을 수행할 수 있도록 후술하는 블레이드 엘리베이터(120)의 복수개의 버킷(121)에 상응하는 수만큼 복수개가 마련될 수 있다.
케이스(110)는 이에 탑재된 블레이드(B)가 발전기 몸체(H) 측으로 용이하게 접근할 수 있도록 후술하는 도킹유닛(130)의 도킹프레임(131)에 고정 설치될 수 있다. 또한 케이스(110)는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 트러스 구조로 이루어질 수 있으나, 이는 일 예로서, 블레이드(B)의 보호를 위해 내부가 밀폐된 박스 형상으로 이루지는 등 다양한 구조 및 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 케이스(110)는 탑재된 블레이드(B)가 조립 및 설치작업을 종료한 후, 케이스(110)로부터 용이하게 이탈할 수 있도록 케이스(110)의 상단부 또는 상단면(111)은 개방 가능하게 마련될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
블레이드 엘리베이터(120)는 복수개의 케이스(110)에 각각 탑재된 복수개의 블레이드(B)를 타워(T)의 상단 측으로 연속적으로 상승 및 공급하도록 마련된다.
블레이드 엘리베이터(120)는 각각의 케이스(110)가 거치 및 지지되는 복수개의 버킷(121), 복수개의 버킷(121)의 일단이 연결되어 복수개의 버킷(121)을 연속적으로 승강 왕복시키는 캐터필러 벨트(125), 캐터필러 벨트(125)를 회전하여 주회시키는 승강구동부(미도시) 및 외관을 형성하도록 버킷(121)과 캐터필러 벨트(125)의 외측에 마련되는 격납프레임(126)을 포함하여 마련될 수 있다.
버킷(121)은 복수개의 케이스(110)를 각각 거치 및 지지하도록 복수개가 마련될 수 있다. 버킷(121)의 일면과 케이스(110)의 저면 사이에는 후술하는 도킹유닛(130)의 도킹프레임(131)이 개재되어 마련될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다. 복수개의 버킷(121)은 일측이 무한궤도 형식의 캐터필러 벨트(125)의 외측면에 연결되어 마련되고, 캐터필러 벨트(125)가 회전함으로써 주회되어, 복수개의 버킷(121)과 이에 거치 및 지지되는 복수개의 케이스(110)가 연속적으로 승강 왕복할 수 있다.
캐터필러 벨트(125)는 승강구동부(미도시)로부터 동력을 전달받아 회전 및 주회될 수 있다. 승강구동부는 캐터필러 벨트(125)의 내측에 연결되어 마련되는 복수개의 롤러(128)를 포함할 수 있으며, 복수개의 롤러(128)는 캐터필러 벨트(125)의 내측에 연결되어 캐터필러 벨트(125)의 회전을 발생시키고, 캐터필러 벨트(125)를 지지할 수 있다. 캐터필러 벨트(125)의 외측에는 복수개의 버킷(121)이 연속적으로 연결되어 마련된다. 승강구동부는 도면에는 도시되지 않았으나, 롤러(128)가 설치되는 복수개의 지지프레임(127)에 설치되어 각각의 롤러(128)에 동시에 동력을 제공하거나, 하나의 롤러(128)에 동력을 제공하여 캐터필러 벨터의 회전을 구현하는 등 다양한 방식에 의해 작동되는 경우를 포함한다.
격납프레임(126)은 복수개의 버킷(121) 및 캐터필러 벨트(125)를 수용하도록 마련된다. 격납프레임(126)은 및 캐터필러 벨트(125)의 저면과 복수개의 버킷(121)의 측면을 덮도록 형성되어, 복수개의 버킷(121)이 격납프레임(126)의 내측에서 안정적으로 승강 왕복하도록 마련될 수 있다. 격납프레임(126)의 양측단에는 복수개의 롤러(128)의 회전축이 설치 및 지지되는 지지프레임(127)이 높이 방향을 따라 복수개 설치될 수 있다.
도킹유닛(130)은 버킷(121)에 거치 및 지지된 케이스(110)를 버킷(121)으로부터 발전기 몸체(H) 측으로 접근시키기 위해 복수개의 버킷(121)에 각각 복수개 마련된다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 도킹유닛(130)은 버킷(121)과 케이스(110) 사이에 마련되는 도킹프레임(131)과, 도킹프레임(131)에 마련되는 랙기어(132)와, 랙기어(132)에 치합되는 피니언기어(133) 및 피니언기어(133)에 구동력을 제공하는 도킹구동부(미도시)를 포함하여 마련될 수 있다.
도킹프레임(131)은 버킷(121)의 일면과 케이스(110)의 저면 사이에 게재되어 마련될 수 있다. 랙기어(132)는 도킹프레임(131)의 양측부에 마련될 수 있으며, 피니언기어(133)는 버킷(121)의 일면에 복수개가 설치되되 랙기어(132)와 치합되도록 마련될 수 있다. 도킹구동부(미도시)는 복수개의 피니언기어(133)에 구동력을 제공하고, 구동력을 전달받은 피니언기어(133)가 회전함으로써, 랙기어(132)가 마련되는 도킹프레임(131)이 이동하게 되고, 이로써 도킹프레임(131)과 이에 거치 및 지지되는 케이스(110)와 케이스(110)에 탑재되는 블레이드(B)가 발전기 몸체(H) 측으로 접근하여 블레이드(B)의 조립작업을 원활히 수행할 수 있다.
블레이드(B)의 조립작업을 완료한 후에는 후차적으로 진행되는 블레이드(B)의 조립작업을 위해, 발전기 몸체(H)의 회전과 동시에 조립작업이 완료된 블레이드(B)가 케이스(110)로부터 이탈될 필요가 있다. 이를 위해 도 7을 참조하면, 조립작업이 완료된 블레이드(B)의 케이스(110)로부터 상방향 이탈을 용이하게 수행할 수 있도록 케이스(110)의 상단부 또는 상단면(111)은 개방 가능하게 마련될 수 있다. 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 케이스(110)가 트러스 구조로 이루어지는 경우에는 발전기 몸체(H) 측 케이스(110)의 프레임이 힌지 결합되어 개방될 수 있으나, 당해 구조에 한정되는 것은 아니며, 조립작업이 완료된 블레이드(B)가 케이스(110)로부터 안정적으로 이탈될 수 있다면 다양한 구조에 의해 상단부 또는 상단면(111)이 개방되는 경우를 포함한다.
각각의 버킷(121)과 도킹프레임(131) 사이에는 도킹프레임(131)의 안정적인 이동을 위해 이송안내부(150)가 마련될 수 있다. 이송안내부(150)는 버킷(121)의 일면에 마련되되 도킹프레임(131)의 이송방향을 따라 연장 형성되는 가이드돌기(151) 및 도킹프레임(131)의 저면에 마련되되 가이드돌기(151)가 인입 가능하게 마련되는 가이드홈(153)을 포함할 수 있다.
가이드돌기(151)는 버킷(121)으로부터 멀어질수록 그 단면형상이 확장되는 걸림턱(152)을 포함할 수 있다. 블레이드(B)가 블레이드 엘리베이터(120)에 의해 타워(T)의 상단 측으로 상승되고, 도킹유닛(130)에 의해 발전기 몸체(H) 측으로 접근하여 블레이드(B)의 조립 및 설치작업을 완료된 후에는 내부가 빈 케이스(110) 및 당해 케이스(110)가 거치 및 지지되는 버킷(121)이 하강하게 된다. 이 경우, 케이스(110) 및 도킹프레임(131)이 버킷(121)으로부터 이탈할 우려가 있다. 이에 가이드돌기(151)가 걸림턱(152)을 구비하여 케이스(110) 및 도킹프레임(131)이 하강하는 경우에도 버킷(121)으로부터 안정적으로 결합상태를 유지할 수 있다. 가이드돌기(151)와 걸림턱(152) 및 이들이 인입되는 가이드홈(153)의 형상은 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 자명하다 할 것이다.
도 4에서는 가이드돌기(151) 및 걸림턱(152)이 버킷(121)의 일면에 마련되고, 가이드홈(153)이 도킹프레임(131)의 저면에 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 이와는 반대로 가이드돌기(151) 및 걸림턱(152)이 도킹프레임(131)의 저면에 마련되고 가이드홈(153)이 버킷(121)의 일면에 마련되어 도킹프레임(131)의 이동을 안내하는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
통상적으로 해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 진행하기 전에 해상 풍력발전기 설치선(10)의 레그(20)를 해저 지반에 관입시켜 해상 풍력발전기 설치선(10)의 잭업모드 전환을 수행한다. 해상 풍력발전기 설치선(10)의 잭업모드 전환 후, 블레이드 엘리베이터(120)에 의한 블레이드(B)의 타워(T) 상단 측으로의 상승 및 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 발전기 몸체(H) 측으로의 접근 시, 그 수평위치가 맞지 않을 경우 블레이드(B)의 조립 및 설치작업이 어려워 진다. 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 접근 방향 및 위치를 맞추기 위해 해상 풍력발전기 설치선(10)의 잭업모드를 재수행할 경우 공정기간이 길어지고, 불필요한 작업 추가에 의한 공정의 비효율을 초래하게 된다.
이에 어져스트유닛(140)이 블레이드 엘리베이터(120)의 격납프레임(126)의 수평위치를 조정하도록 마련된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 어져스트유닛(140)은 격납프레임(126)과 격납프레임(126)이 설치되는 작업장 사이에 게재되는 가이드프레임(141)과, 가이드프레임(141)에 마련되는 가이드브레이스(142) 및 격납프레임(126)에 마련되되 가이드브레이스(142)가 인입 가능하게 마련되는 가이드레일(143)을 포함하여 마련될 수 있다.
가이드프레임(141)은 격납프레임(126)의 저면과 격납프레임(126)이 설치되는 해상 풍력발전기 설치선(10)의 갑판 등의 작업장의 상면 사이에 게재되어 마련될 수 있다. 가이드프레임(141)은 해상 풍력발전기 설치선(10)의 갑판 등의 작업장의 상면에 설치되고, 블레이드 엘리베이터(120)의 격납프레임(126)은 가이드프레임(141) 상에 수평방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 가이드프레임(141)에는 가이드브레이스(142)가 수평방향, 구체적으로 도킹유닛(130)의 케이스(110) 이송방향과 수직한 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 도 9에서는 가이드브레이스(142)의 단면 형상이 사각의 형상인 것으로 도시되어 있으나, 격납프레임(126)의 수평위치를 안정적으로 조정할 수 있다면 다양한 형상으로 이루어지는 경우를 포함한다. 가이드레일(143)은 격납프레임(126)이 가이드프레임(141)과 접하는 면, 즉 격납프레임(126)의 저면에 가이드브레이스(142)가 인입 가능하게 마련될 수 있다. 가이드레일(143)은 가이드브레이스(142)의 형성 방향과 나란한 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다. 이로써 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 발전기 몸체(H) 측으로의 접근 시 그 수평위치가 맞지 않은 경우 블레이드 엘리베이터(120)의 격납프레임(126)을 가이드프레임(141) 상에서 이동하여 그 수평위치를 조정할 수 있다.
격납프레임(126)의 수평위치 조절 시, 격납프레임(126)을 가이드브레이스(142) 또는 가이드레일(143)의 형성 방향을 따라 작업자가 직접 밀어주어 수평위치를 조절할 수 있으며, 이와는 달리, 도면에는 도시하지 않았으나 어져스트유닛(140)에 마련되는 위치조정모터(미도시)가 가이드프레임(141) 상에서 격납프레임(126)의 위치를 조정할 수도 있다.
도 8 및 도 9에서는 가이드브레이스(142)가 가이드프레임(141)에 마련되고, 가이드브레이스(142)가 인입되는 가이드레일(143)이 격납프레임(126)에 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 이와는 반대로 가이드브레이스(142)가 격납프레임(126)의 저면에 돌출되어 마련되고, 가이드브레이스(142)가 인입되는 가이드레일(143)이 가이드프레임(141)에 마련되어 격납프레임(126)의 수평위치를 조정하는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
도 8 및 도 9에서는 어져스트유닛(140)의 가이드프레임(141)이 해상 풍력발전기 설치선(10)의 갑판 등의 작업장 상에 고정 설치된 것으로 도시되어 있으나, 가이드프레임(141)이 작업장 상에 회전 가능하게 설치되어 격납프레임(126)의 수평방향을 조정하도록 마련될 수 있다.
일 예로, 블레이드 엘리베이터(120)에 의한 블레이드(B)의 상승 및 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 발전기 몸체(H)로의 접근 시, 접근방향 또는 접근각도가 블레이드(B)의 조립방향 또는 조립각도와 맞지 않은 경우가 발생할 수 있다. 이에 어져스트유닛(140)의 가이드프레임(141)이 작업장 상에 회전 가능하게 설치되어, 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 발전기 몸체(H)로의 접근방향 또는 접근각도를 조절 가능하게 마련될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발전기 설치장치(100)의 작동에 대해 설명한다.
해상 풍력발전기의 조립 및 설치작업을 위해 해상 풍력발전기 설치선(10)에 타워(T) 및 발전기 몸체(H)를 적재함과 동시에, 복수개의 블레이드(B)는 트레일러 등의 운송수단을 통해 블레이드 엘리베이터(120)의 각각의 버킷(121)에 거치 및 지지되는 케이스(110)에 탑재시킨다. 블레이드(B)의 탑재가 완료된 케이스(110)와 이를 거치 및 지지하는 버킷(121)은 블레이드 엘리베이터(120)의 캐터필러 벨트(125)의 회전에 의해 상승시킴과 동시에, 내부가 빈 케이스(110)와 이를 거치 및 지지하는 버킷(121)이 하강하여 블레이드(B)의 탑재위치에 놓이게 된다. 이와 같은 방식을 통해 복수개의 블레이드(B)를 복수개의 케이스(110)에 각각 탑재시킨다.
복수개의 블레이드(B)의 복수개의 케이스(110)로의 탑재가 완료된 후, 해상 풍력발전기 설치선(10)은 항해모드를 통해 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치까지 이동하게 된다. 해상 풍력발전기 설치선(10)이 해상 풍력발전기를 설치하고자 하는 위치까지 이동한 후에는 해상 풍력발전기 설치선(10)에 마련되는 레그(20)를 잭킹유닛(30)에 의해 하강시켜 레그(20)를 해저 지반에 관입시킨 후 선체를 해수면으로부터 소정의 높이 상승시키는 잭업모드로 전환하게 된다. 잭업모드 전환 후에는 해상 풍력발전기 설치선(10)에 설치된 크레인(C)을 이용하여 해저 지반에 고정 설치된 기초구조물(S)의 상단에 타워(T) 및 발전기 몸체(H)의 조립작업을 수행한다.
타워(T) 및 발전기 몸체(H)의 조립작업이 완료한 후에는 블레이드(B)의 조립작업을 수행하게 된다. 블레이드(B)의 조립작업은 블레이드(B)를 발전기 몸체(H)가 설치된 타워(T)의 상단 측으로의 상승공정, 블레이드(B)의 발전기 몸체(H) 측으로의 접근공정 및 블레이드(B)와 발전기 몸체(H)의 결합공정을 포함하게 된다.
블레이드(B)의 상승공정을 위해 블레이드 엘리베이터(120)는 블레이드(B)가 탑재된 케이스(110)를 발전기 몸체(H)가 설치된 타워(T)의 상단 측으로 상승시키게 된다. 구체적으로, 블레이드(B)가 탑재된 케이스(110)는 승강구동부의 작동에 의해 캐터필러 벨트(125)가 회전 및 주회함으로써 케이스(110)가 거치 및 지지된 버킷(121)이 상승하여 구현될 수 있다. 블레이드 엘리베이터(120)에 의해 블레이드(B)의 상승공정이 완료된 후에는 도킹유닛(130)에 의해 블레이드(B)가 탑재된 케이스(110)가 발전기 몸체(H) 측으로 접근시키는 블레이드(B)의 접근공정이 수행될 수 있다. 도킹유닛(130)에 의해 발전기 몸체(H)로 블레이드(B)가 접근하게 되면, 작업자는 블레이드(B)와 발전기 몸체(H)의 결합공정을 수행하게 되고, 조립작업이 완료된 블레이드(B)는 후차적으로 진행되는 블레이드(B)의 연속적인 조립작업을 위해, 발전기 몸체(H)에 블레이드(B)가 조립되는 허브를 회전시킴과 동시에, 조립작업이 완료된 블레이드(B)가 개방된 케이스(110)의 상단부 또는 상단면(111)을 통해 케이스(110)로부터 이탈될 수 있다.
후차적으로 진행되는 블레이드(B)의 조립작업을 위해 조립작업이 완료되어 블레이드(B)가 이탈된 빈 케이스(110)와 이를 거치 및 지지하는 버킷(121)은 케터필러 벨트의 회전에 의해 하강이 이루어짐과 동시에, 후차적으로 조립작업이 수행될 블레이드(B)가 탑재된 케이스(110)와 이를 거치 및 지지하는 버킷(121)이 타워(T)의 상단 측으로 상승하게 된다. 상승된 블레이드(B)는 전술한 접근공정 및 결합공정을 통해 블레이드(B)의 조립작업이 연속적으로 수행될 수 있다.
한편 블레이드(B)의 조립작업을 위해 블레이드 엘리베이터(120)에 의한 블레이드(B)의 상승공정 및 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 접근공정 시, 해상 풍력발전기 설치선(10)의 잭업모드 전환 위치 및 방향이 해상 풍력발전기의 블레이드(B)의 조립위치 및 조립방향과 일치하지 않을 수 있다. 이 경우, 블레이드 엘리베이터(120)는 해상 풍력발전기 설치선(10)의 갑판 등 블레이드 엘리베이터(120)의 격납프레임(126)이 설치되는 작업장 상에서 어져스트유닛(140)에 의해 그 세밀한 위치 및 방향이 조정될 수 있다. 구체적으로 어져스트유닛(140)은 도킹유닛(130)에 의한 블레이드(B)의 접근 방향과 수직한 방향으로 블레이드(B)의 수평위치를 조정할 수 있으며, 블레이드(B)의 조립방향이 발전기 몸체(H)가 놓여지는 방향과 일치하지 않는 경우에는 어져스트유닛(140)의 가이드프레임(141)이 회전하여 블레이드(B)의 수평방향이 조정되어 블레이드(B)의 조립작업을 원활하고 안정적으로 수행할 수 있게 한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 해상 풍력발저기의 설치장치(100) 및 이를 포함하는 해상 풍력발전기 설치선(10)은 블레이드 엘리베이터(120)에 의해 해상 풍력발전기의 블레이드(B) 조립 및 설치작업을 연속적으로 수행할 수 있으므로 작업의 효율성이 향상되고 공정기간을 단축할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
나아가, 복수개의 블레이드(B)를 각각의 케이스(110)에 안정적으로 탑재하여 해상 풍력발전기의 설치 위치까지 안정적으로 이송할 수 있으므로, 해상 풍력발전기 설치선(10)의 적재 성능이 향상되고, 해상 풍력발전기 설치선(10)의 공간활용도가 개선되는 효과를 가질 수 있다.
뿐만 아니라, 단순한 구조로서 블레이드(B)의 조립 및 설치작업을 용이하게 수행할 수 있으므로 설비 구축을 위한 비용을 절감할 수 있으며, 블레이드(B)의 타워(T) 상단 측으로의 상승 및 블레이드(B)의 발전기 몸체(H)로의 접근을 위한 추가적인 인력을 절약할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 해상 풍력발전기 설치선 20: 레그
30: 잭킹유닛 100: 해상 풍력발전기의 설치장치
110: 케이스 120: 블레이드 엘리베이터
121: 버킷 125: 캐터필러 벨트
126: 격납프레임 128: 롤러
130: 도킹유닛 131: 도킹프레임
132: 랙기어 133: 피니언기어
140: 어져스트유닛 141: 가이드프레임
142: 가이드브레이스 143: 가이드레일
150: 이송안내부 151: 가이드돌기
152: 걸림턱 153: 가이드홈

Claims (7)

  1. 타워와, 상기 타워의 상단에 마련되는 발전기 몸체 및 상기 발전기 몸체에 회전 가능하게 마련되는 복수개의 블레이드를 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치 있어서,
    상기 블레이드가 각각 탑재되는 복수개의 케이스;
    상기 케이스가 각각 거치 및 지지되는 복수개의 버킷을 포함하고, 상기 복수개의 버킷을 연속적으로 상기 타워의 상단 측으로 상승시키는 블레이드 엘리베이터; 및
    상기 케이스를 상기 버킷으로부터 상기 발전기 몸체 측으로 접근시키도록 상기 복수개의 버킷에 각각 마련되는 복수개의 도킹유닛을 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 엘리베이터는
    상기 복수개의 버킷의 일측이 연결되어 마련되되 상기 복수개의 버킷을 연속적으로 승강 왕복시키는 캐터필러 벨트 및 상기 캐터필러 벨트를 회전하여 주회시키는 승강구동부를 더 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도킹유닛은
    상기 버킷과 상기 케이스 사이에 마련되는 도킹프레임과, 상기 도킹프레임에 마련되는 랙기어와, 상기 랙기어와 치합되는 피니언기어 및 상기 피니언기어에 구동력을 제공하는 도킹구동부를 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 블레이드 엘리베이터는 내측에 상기 복수개의 버킷과 상기 캐터필러 벨트가 수용되는 격납프레임을 더 포함하고,
    상기 격납프레임의 수평위치를 조정하는 어져스트유닛을 더 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 승강구동부는
    상기 캐터필러 벨트와 연결되어 상기 캐터필러 벨트를 회전 및 지지하는 복수개의 롤러를 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 버킷과 상기 도킹프레임 사이에 마련되어 상기 도킹프레임의 이동을 안내하는 이송안내부를 더 포함하고,
    상기 이송안내부는
    상기 버킷에 마련되되 상기 도킹프레임의 이송방향을 따라 연장 형성되는 가이드돌기 및 상기 도킹프레임에 마련되되 상기 가이드돌기가 인입 가능하게 마련되는 가이드홈을 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 어져스트유닛은
    상기 격납프레임과 상기 격납프레임이 설치되는 작업장 사이에 마련되는 가이드프레임과, 상기 가이드프레임에 마련되는 가이드브레이스 및 상기 격납프레임에 마련되되 상기 가이드브레이스가 인입 가능하게 마련되는 가이드레일을 포함하는 해상 풍력발전기의 설치장치.

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