KR101947670B1 - 부유식 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항해가 가능하고, 수상에서 작업을 수행하는 부유식 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른, 부유식 구조물은, 물에 부유될 수 있고, 크레인(Crane)이 제공되는 본체와; 상기 본체를 상하 방향으로 관통하는 레그와; 상기 레그가 통과할 수 있도록 상기 본체에 제공되고, 상기 레그를 가이드하는 레그웰과; 상기 레그웰 내에 위치하고, 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키며 상기 레그를 지지하는 레그 지지부를 포함하되, 상기 레그는, 상기 본체의 선수에 인접한 영역 및 선미에 인접한 영역에 제공되는 제 1 레그와; 상기 본체의 중앙 영역에 제공되는 제 2 레그를 포함하며, 상기 제 2 레그의 길이는 상기 제 1 레그의 길이에 비해 짧게 제공된다.

Description

부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE}
본 발명은 본체를 지지하는 레그가 제공된 부유식 구조물에 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 필요하다는 문제가 있다.
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.
도 1은 일반적인 부유식 구조물(1)을 나타낸 사시도이다. 도 1을 참조하면, 풍력 발전기 설치 선박 등 해상에 대형 구조물을 설치하는 부유식 구조물(1)은 해상에서 작업 수행 시 본체(2)를 지지하는 레그(3)가 제공된다. 일반적으로 복수개로 제공되는 레그(3)는 서로 길이가 동일하게 제공된다. 또한, 레그(3)는 본체(2)의 선수에 인접한 영역 및 선미에 인접한 영역에 각각 2개씩 제공되거나, 본체(2)의 선수에 인접한 영역 및 선미에 인접한 영역에 각각 2개씩 제공되고, 그 사이에 2개의 레그(3)가 더 제공되는 경우가 있다. 후자의 경우, 본체(2)의 중앙영역에 레그(3)가 더 제공되는 만큼 크레인(4) 운용 시 레그(3)와의 간섭이 발생될 가능성이 높다.
한국 공개특허 10-2013-0143362
본 발명은 크레인과 레그 간의 간섭을 줄일 수 있는 부유식 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 항해가 가능하고, 수상에서 작업을 수행하는 부유식 구조물을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 부유식 구조물은, 물에 부유될 수 있고, 크레인(Crane)이 제공되는 본체와; 상기 본체를 상하 방향으로 관통하는 레그와; 상기 레그가 통과할 수 있도록 상기 본체에 제공되고, 상기 레그를 가이드하는 레그웰과; 상기 레그웰 내에 위치하고, 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키며 상기 레그를 지지하는 레그 지지부를 포함하되, 상기 레그는, 상기 본체의 선수에 인접한 영역 및 선미에 인접한 영역에 제공되는 제 1 레그와; 상기 본체의 중앙 영역에 제공되는 제 2 레그를 포함하며, 상기 제 2 레그의 길이는 상기 제 1 레그의 길이에 비해 짧게 제공된다.
상기 레그웰은, 상기 제 1 레그가 통과되고, 상기 제 1 레그를 가이드 하는 제 1 레그웰과; 상기 제 2 레그가 통과되고, 상기 제 2 레그를 가이드 하는 제 2 레그웰을 포함하되, 상기 제 2 레그웰은 상기 제 1 레그웰보다 낮은 위치에 설치된다.
상기 구조물은 해상에 풍력 발전기를 설치하는 풍력 발전기 설치 선박(WTIV)으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 본 발명의 부유식 구조물은 크레인과 레그 간의 간섭을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 부유식 구조물을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 구조물을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 도 2의 레그의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2에 표시된 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 도 4에 표시된 B-B선을 따라 절취한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유식 구조물(10)을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 부유식 구조물(10)은 항해가 가능하고, 해상에 구조물을 설치하는 작업을 수행하는 선박 또는 해상 구조물일 수 있다. 예를 들면, 부유식 구조물(10)은 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 부유식 구조물(10)은 본체(100), 레그(200), 레그 지지부(300, 도 4 참조) 및 레그웰(400)을 포함한다.
본체(100)는 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(100)는 레그(200) 및 레그 지지부(300)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다.
본체(100)에는 부유식 구조물(10)의 기능에 따른 피적재물이 적재될 수 있다. 예를 들면, 부유식 구조물(10)이 풍력 발전기 설치 선박으로 제공된 경우, 본체(100)에는 해상 풍력 발전기의 부품인 블레이드, 나셀, 타워 등이 피적재물로서 적재될 수 있으며, 피적재물을 본체(100)에 고정시키는 적재 유닛이 제공될 수 있다. 또한, 본체(100)에는 해상 풍력 발전기 등의 해상 구조물을 설치 시, 블레이드, 나셀, 타워 등의 피적재물을 지지하고 이송하는 크레인(Crane, 500)이 제공된다. 상술한 피적재물의 종류 및 적재 방식은 일 예에 불과하며, 피적재물은 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양한 형태로 적재될 수 있다. 예를 들어, 블레이드와 나셀은 서로 분리된 상태로 적재될 수 있으며, 부유식 구조물(10)이 잭업 플랫폼인 경우 피적재물은 라이저 파이프일 수 있다.
또한, 본체(100)에는 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다.
레그(200)는 부유식 구조물(1)의 사용 목적에 따라 다수 개가 제공될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 레그(200)는 제 1 레그(201) 및 제 2 레그(202)를 포함한다.
제 1 레그(201)는 본체(100)의 선수에 인접한 영역(110) 및 본체(100)의 선미에 인접한 영역(120)에 제공된다. 제 1 레그(201)는 본체(100)의 선수에 인접한 영역(110) 및 본체(100)의 선미에 인접한 영역(120)에 각각 한 쌍씩, 총 4개가 제공될 수 있다.
제 2 레그(202)는 본체(100)의 중앙 영역(130)에 제공된다. 제 2 레그(202)는 중앙 영역(130)의 좌현 및 우현에 각각 하나씩, 2개가 제공될 수 있다. 제 2 레그(202)의 길이는 제 1 레그(201)의 길이에 비해 짧게 제공된다. 따라서, 크레인(500) 운용 시 제 2 레그(202)와 간섭되는 경우를 줄일 수 있다.
레그(200)는 본체(100)를 상하 방향으로 관통하도록 설치된다. 본체(100)에는 레그(200)가 통과하는 레그웰(Leg Well, 도 4, 400)이 제공된다. 레그웰(400)은 레그(200)의 상하 이동을 가이드 한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 레그웰(400)은 제 1 레그웰(401) 및 제 2 레그웰(402)을 포함한다.
제 1 레그웰(401)은 제 1 레그(201)가 통과된다. 제 1 레그웰(401)은 제 1 레그(201)의 상하 이동을 가이드 한다. 제 2 레그웰(402)은 제 2 레그(202)가 통과된다. 제 2 레그웰(402)은 제 2 레그(202)의 상하 이동을 가이드한다. 제 2 레그웰(402)은 제 1 레그웰(401) 보다 낮은 위치에 설치된다. 따라서, 제 2 레그(202)가 제 1 레그(201)보다 짧게 제공되는 경우에도, 제 2 레그(202)가 제 1 레그(201)와 동일한 길이로 제공되는 경우와 유사한 높이까지 본체(100)를 상승시키는 것이 가능하다.
레그(200)는 본체(100)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 도 2의 잭업 상태에서 본체(100)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 레그(200)의 일부를 보여주는 사시도이다. 도 3을 참조하면, 레그(200)는 상하 방향으로 연장되는 다수 개의 기둥부(220), 기둥부(220)를 연결하는 연결부(260), 기둥부(220)에 설치되는 랙 기어부(240)를 포함할 수 있다.
레그(200)는 상방에서 보았을 때 삼각형 형태를 가질 수 있으며, 기둥부(220)는 삼각형의 꼭지점 위치에 배치될 수 있다. 연결부(260)는 기둥부(220)에 가해지는 하중을 지지하기 위해 다수 개가 기둥부(220)를 서로 연결하도록 제공될 수 있다.
랙 기어부(240)는 기둥부(220)의 양측에 각각 형성될 수 있으며, 기둥부(220)의 연장 방향을 따라 연장될 수 있다. 하나의 기둥부(220)에 제공되는 한 쌍의 상기 랙 기어부(240)는 레그 지지부(300)에 안정적으로 지지되도록 서로 대칭 형태로 배치될 수 있다.
본 실시 예에서는 레그(200)가 삼각 트러스 구조로 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 레그(200)의 형태는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 한 레그(200)는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 레그(200)는 상방에서 보았을 때, 사각형 형태로 제공될 수 있으며, 원통형으로 제공될 수도 있다. 또한, 상기 랙 기어부(240)는 다른 배치를 가질 수도 있다.
레그 지지부(300, 도 4 참조)는 레그(200)의 승강을 가이드할 수 있도록 레그웰(400)에 대응되는 위치에 설치된다. 일 예로, 레그 지지부(300)는 레그웰(400)의 수용공간에 설치되어 레그(200)와 본체(100)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(200)를 지지한다.
본 실시 예에서 레그(200)와 본체(100)의 "상하 방향의 상대 운동"은 레그(200)가 본체(100)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(100)가 레그(200)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해될 것이다.
위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(10)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다. 항해 모드는 부유식 구조물(10)이 해상을 이동하는 경우의 부유식 구조물(10)의 모드(Mode)를 의미한다. 잭업 모드는 해상 구조물 설치 작업 등을 수행하기 위해 레그(200)를 내려 해저에 박은 후, 본체(100)가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체(100)를 레그(200) 를 따라 들어올리는 모드이다.
부유식 구조물(10)은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 일반 항해 모드에서, 부유식 구조물(1)은 레그(200)에 의한 저항을 줄이고자 레그(20)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.
부유식 구조물(10)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 레그(200)를 내리기 위한 정확한 위치를 잡을 수 있다. 자동 위치 제어는 레그(200)가 하강하여 해저에 닿을 때까지 지속될 수 있다.
이 후, 부유식 구조물(10)은 잭업 모드로 전환하여 레그(200)를 해저에 박는다. 이 과정에서, 레그(200)는 중력 및 레그 지지부(300)의 구동장치에 의해 본체(100)의 하방으로 이동될 수 있다.
레그(200)의 하단부가 해저에 닿게 되면, 레그(200)는 더 이상 하방으로 이동할 수 없게 된다. 이 상태에서, 부유식 구조물(10)은 레그 지지부(300)의 구동장치를 작동시켜 본체(100)를 레그(200)를 따라 상방으로 이동시킨다. 본체(100)의 하중은 레그(200)를 해저로 침투시키는 힘으로 작용하게 되고, 그에 의해, 레그(200)는 해저로 침투하여 고정된다.
본체(100)를 레그(200)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 본체(100)는 해수면으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 본체(100)가 해수면으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.
부유식 구조물(10)은 잭업 상태에서 크레인(500)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하며, 설치 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다시 운항을 개시할 수 있다.
상기와 같은 부유식 구조물(10)의 잭업 상태로의 전환 방법은 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.
도 4는 도 2에 표시된 A-A선을 따라 절취한 단면도이다. 도 5는 도 4에 표시된 B-B선을 따라 절취한 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 레그웰(400)은 레그(200)의 기둥부(220) 일부가 수용되는 수용공간(113)을 갖는 바디(112)들과, 이들을 상호 연결 지지하는 측벽(118)들을 포함한다. 레그웰(400)은 삼각 트러스 구조의 레그(200)가 통과할 수 있는 삼각형 공간을 제공한다.
바디(112)는 내측면(112a)과 바닥면(112b)을 갖고 수용 공간(113)을 제공한다. 수용공간(113)에는 레그(200)의 기둥부(220) 일부 그리고 레그 지지부(300), 댐핑 부재(400) 그리고 받침부재(500)가 수용될 수 있다.
레그 지지부(300)는 모터(330) 등의 구동장치를 구비하며, 구동장치의 작동에 의해 레그(200)를 본체(100)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 본체(100)를 레그(200)에 대해 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 레그 지지부(300)의 케이스(310)에는 피니언 기어(320) 및 모터(330)가 설치되고, 레그(200)에는 랙 기어(240)가 형성되어, 피니언 기어(320)과 랙 기어(240)의 연동에 의해 레그(200)와 본체(100)의 상하 방향의 상대 운동이 이뤄질 수 있다. 레그 지지부(300)의 케이스(310)는 일면에 피니언 기어(320)의 일부가 노출되는 개구를 가진다.
레그 지지부(300)의 피니언 기어(320)는 하나의 기둥부(220)의 양측에 형성된 랙 기어(240) 각각에 대해 복수 개가 배치될 수 있으며, 본 실시 예에서는 일측의 랙 기어(240)에 대해 3개의 피니언 기어(320)가 케이스(312)의 상하방향으로 배치되는 것을 예로 도시하였다. 그러나, 이는 단지 일 예에 불과하며, 하나의 랙 기어(240)에 대해 배치되는 피니언 기어의 개수는 이로 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 랙 기어(240)에 대해 피니언 기어가 8~12개가 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 부유식 구조물(10)은 본체(100)의 중앙 영역에 제공된 제 2 레그(202)를 본체(100)의 선수에 인접한 영역(110) 및 선미에 인접한 영역(120)에 제공된 제 1 레그(201)에 비해 짧게 제공함으로써, 크레인(500)과 레그(200) 간의 간섭을 줄일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 부유식 구조물 100: 본체
200: 레그 201: 제 1 레그
202: 제 2 레그 300: 레그 지지부
400: 레그웰 401: 제 1 레그웰
402: 제 2 레그웰 500: 크레인

Claims (3)

  1. 항해가 가능하고, 수상에서의 작업을 수행하는 구조물에 있어서,
    물에 부유될 수 있고, 크레인(Crane)이 제공되는 본체와;
    상기 본체를 상하 방향으로 관통하는 레그와;
    상기 레그가 통과할 수 있도록 상기 본체에 제공되고, 상기 레그를 가이드하는 레그웰과;
    상기 레그웰 내에 위치하고, 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키며 상기 레그를 지지하는 레그 지지부를 포함하되,
    상기 레그는,
    상기 본체의 선수에 인접한 영역 및 선미에 인접한 영역에 제공되는 제 1 레그와;
    상기 본체의 중앙 영역에 제공되는 제 2 레그를 포함하며,
    상기 제 2 레그의 길이는 상기 제 1 레그의 길이에 비해 짧게 제공되고,
    상기 레그웰은,
    상기 제 1 레그가 통과되고, 상기 제 1 레그를 가이드 하는 제 1 레그웰과;
    상기 제 2 레그가 통과되고, 상기 제 2 레그를 가이드 하는 제 2 레그웰을 포함하되,
    상기 제 2 레그웰은 상기 제 1 레그웰보다 낮은 위치에 설치되고,
    상기 구조물은 해상에 풍력 발전기를 설치하는 풍력 발전기 설치 선박(WTIV)으로 제공되는 부유식 구조물.
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