KR101954842B1 - 상층 데크가 구비된 부유식 구조물 - Google Patents

상층 데크가 구비된 부유식 구조물 Download PDF

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Abstract

상층 데크가 구비된 부유식 구조물이 개시된다. 상층 데크가 구비된 부유식 구조물은 데크의 상방에 이격되어 위치되는 상층 데크를 구비하되, 상기 상층 데크는 복수의 둘레 부재가 서로 연결되어 외측 둘레를 형성하는 몸체를 가지고, 상기 몸체의 복수 개소에는 레그가 관통 삽입되어 상하 방향으로 통과되도록 하는 레그 수용홀이 형성된다.

Description

상층 데크가 구비된 부유식 구조물{ Floating structure having upper deck}
본 발명은 부유식 구조물에 관한 것이다.
친환경 에너지 개발에 대한 요구의 증대로, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있지만, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다. 예를 들어, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 블레이드의 유의미한 회전을 얻기 위해 일정 수준 이상의 풍속이 보장되어야 하고, 풍력 발전기의 구동 시 발생되는 소음에 따른 공해가 이슈가 되지 않는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경적인 조건을 만족한다고 하더라도, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다.
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 방법이 이용되고 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.
풍력 발전기 설치 선박은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다.
구체적으로, 풍력 발전기 설치 선박은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동하며, 항해 모드에서 레그(leg)는 해수에 의한 저항을 줄이고자 본체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 선박은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 고정한 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어올린다. 본체가 일정 위치에 다다르면, 풍력 발전기 설치 선박은 본체의 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 해저에 박은 후, 본체를 레그를 따라 들어올린다. 잭업 플랫폼은 본체가 해수면에서 이격된 상태에서 시추 작업을 수행하며, 시추 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 시추 위치까지 이동할 수 있다.
그러나, 항해 모드로 부유식 구조물이 이동할 때, 과도하게 긴 레그와 적재 화물의 하중으로 인해 부유식 구조물의 무게 중심이 메인 데크(main deck) 상부 약 19m 지점에 위치하게 된다. 이는 무게 중심의 상승으로 인한 횡동요(rolling) 운동 성능이 나빠져 운항시 위험성이 커지는 문제점이 있다.
또한 제한적인 데크 에어리어에 많은 양의 화물이 적재될 수 없어 수직 적재 방법이 이용되고 있으나, 이는 전술한 횡동요 운동 성능을 보다 저하시키는 원인이 되고 있다.
또한 항해 모드에서 상부로 이동된 레그 자체의 길이로 인해, 레그의 손상을 방지하기 위해 외력에 인한 구조 강도 역시 문제시되고 있다.
한국공개특허 제2015-0093031호(잭업 리그)
본 발명은 부유식 구조물이 항해 모드로 동작할 때 상부로 이동된 레그가 긴 길이에도 불구하고 외력에 강인하도록 하는 보강 구조로 기능하는 상층(上層) 데크가 마련된 부유식 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상층 데크가 레그의 구조적 안정성을 도모할 뿐 아니라 화물의 적재 공간으로도 활용될 수 있는 부유식 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 데크의 상방에 이격되어 위치되는 상층 데크를 구비하되, 상기 상층 데크는 복수의 둘레 부재가 서로 연결되어 외측 둘레를 형성하는 몸체를 가지고, 상기 몸체의 복수 개소에는 레그가 관통 삽입되어 상하 방향으로 통과되도록 하는 레그 수용홀이 형성되는, 상층 데크가 구비된 부유식 구조물이 제공된다.
상기 레그 수용홀에는 접촉 유닛이 구비되고, 상기 접촉 유닛은, 완충 부재가 구비된 완충부; 상기 완충부로부터 레그를 향해 연장된 로드; 및 상기 로드의 단부에 회전 가능하도록 연결되어 상기 레그의 표면에 접촉되는 롤러를 포함할 수 있다.
상기 상층 데크의 몸체는 이격된 둘레 부재를 연결하는 연결 부재를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 몸체의 상부면은 화물 적재 공간으로 기능할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 부유식 구조물이 항해 모드로 동작할 때 상층(上層) 데크가 상부로 이동된 레그가 긴 길이에도 불구하고 외력에 강인하도록 하는 보강 구조로 기능하는 효과가 있다.
또한 상층 데크가 레그의 구조적 안정성을 도모할 뿐 아니라 화물의 적재 공간으로도 활용될 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래기술에 따른 부유식 구조물의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상층 데크가 구비된 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상층 데크의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그 지지부의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그에 접촉되는 상층 데크의 접촉 유닛을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 기구적 구성, 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 종래기술에 따른 부유식 구조물의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 부유식 구조물(100)은 물에 부유할 수 있는 본체(110), 본체(110)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되는 복수의 레그(Leg)(120), 각각의 레그(120)와 본체(110)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(120)를 지지하는 레그 지지부(130)를 포함한다.
부유식 구조물(100)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)일 수 있다.
본체(110)는 도시된 바와 같이, 부유 가능한 직사각형 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 이외에도 폭이 넓고 높이가 낮으며 길이가 짧은 구조 등 다양한 임의의 입체적 구조를 가질 수도 있다.
본체(110)에는 부유식 구조물(100)의 기능에 따른 피적재물(102)이 적재될 수 있다. 피적재물(102)은 예를 들어 해상 풍력 발전기의 부품인, 블레이드와 나셀, 타워 등이거나 잭업 플랫폼에서의 라이저 파이프 등일 수 있다. 또한 본체(110)에는 피적재물(102)을 본체(110)에 고정시키는 적재 유닛(112)이 구비될 수도 있다. 그리고 본체(110)에는 도시되지 않았으나 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치가 구비될 수 있다.
레그(120)는 부유식 구조물(100)의 사용 목적에 따라 다수 개로 구비될 수 있으며, 예를 들어 본체(110)의 좌현과 우현에 각각 한 쌍씩, 총 4개의 레그(120)가 구비될 수 있다.
레그(120)는 본체(110)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되며, 본체(110)에는 레그(120)가 통과하는 레그웰(Leg Well)이 형성된다. 레그(120)는 본체(110)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 잭업 상태에서 본체(110)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성되며, 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
레그 지지부(130)는 레그(120)가 통과할 수 있도록 레그웰에 대응되는 위치에 설치되며, 레그(120)와 본체(110)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(120)를 지지한다.
구체적으로, 레그 지지부(130)는 모터 등의 구동장치를 구비하며, 구동장치의 작동에 의해 레그(120)를 본체(110)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 본체(110)를 레그(120)에 대해 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 여기서, 레그(120)와 본체(110)의 상하 방향의 상대 운동은 레그(120)가 본체(110)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(110)가 레그(120)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것이 모두 포함하는 개념이다.
한편, 본체(110)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물(102)을 운반하여 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인(140)이 구비될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(100)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다.
부유식 구조물(100)은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서, 부유식 구조물(100)은 레그(120)에 의한 저항을 줄이고자 레그(120)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.
그러나, 레그를 상측 방향으로 이동시켜 부유식 구조물(100)이 항해 모드로 운용될 때, 상측 방향으로 이동된 레그의 긴 길이로 인해 레그의 구조적 안정성이 문제될 뿐 아니라, 선박의 무게 중심이 상승하여 횡동요 운동 성능이 나빠져 이에 대한 개선이 요구된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상층 데크가 구비된 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상층 데크의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그 지지부의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그에 접촉되는 상층 데크의 접촉 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에는 부유식 구조물(100)이 잭업 모드로 운용되는 경우가 도시되어 있다.
부유식 구조물(100)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 레그(20)를 내리기 위한 정확한 위치를 결정할 수 있고, 자동 위치 제어는 레그(120)가 하강하여 해저에 닿을 때까지 지속될 수 있다.
이후, 부유식 구조물(100)은 잭업 모드로 전환하여 레그(120)를 해저에 박아 고정시킨다. 이 과정에서, 레그(120)는 중력 및 레그 지지부(130)의 구동장치(도 4 참조)에 의해 본체(110)의 하방으로 이동될 수 있다.
도 4를 참조하면, 레그 지지부(130)는 레그(120)가 관통 삽입되어 상하 방향으로 통과되는 레그 수용홀이 형성된 케이스(422)를 포함하고, 레그 수용홀은 레그(120)의 종단면 형상에 대응되는 예를 들어 삼각형 형상의 구멍일 수 있다.
도시된 바와 같이, 레그(120)는 상하 방향으로 연장되는 다수개의 기둥부(410)와 기둥부(410)의 측면에 설치되는 랙 기어(412)를 포함한다. 레그(120)가 예를 들어 종단면 형상이 복수의 기둥부(410)로 구성되는 삼각형 형상 등으로 형성되는 경우, 각 기둥부(410)를 연결하는 연결부가 더 포함될 수 있다.
케이스(422)에는 외부로 노출되도록 수용되어 레그(120)의 랙 기어(412)에 치합되는 하나 이상의 피니언 기어(424)와, 각각의 피니언 기어(424)를 소정의 방향으로 회전시키는 모터(426)가 구비된다. 모터(426)는 미리 지정된 제어 수단에 의해 회전 제어될 수 있으며, 모터(426)의 구동에 의해 피니언 기어(424)가 지정된 방향으로 회전되어 레그(120)와 본체(110)간의 상하 방향의 상대 운동을 발생시킨다.
다시 도 2를 참조하면, 레그(120)의 하단부가 해저에 닿게 되면, 레그(120)는 더 이상 하방으로 이동할 수 없게 되고, 이 상태에서 부유식 구조물(100)은 레그 지지부(130)의 모터(426)를 작동시켜 본체(110)를 레그(120)를 따라 상방으로 이동시킨다. 본체(110)의 하중은 레그(120)를 해저로 침투시키는 힘으로 작용하게 되고, 그에 의해, 레그(120)는 해저로 침투하여 고정된다.
본체(110)를 레그(120)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 본체(110)는 해수면으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 본체(110)가 해수면으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.
잭업 상태에서, 부유식 구조물(100)은 크레인(140)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하는 등의 지시된 작업을 수행할 수 있다.
이후, 잭업 상태에서의 작업이 완료되면 부유식 구조물(100)은 레그(120)를 상측 방향으로 이동시키게 되고, 상측 방향으로 이동된 레그(120)의 구조적 안정성을 도모하기 위해 부유식 구조물(100)에는 상층 데크(210)가 마련된다.
이때, 크레인(140)은 작업시 상층 데크(210)와 간섭되지 않는 높이 및 위치로 설치될 수 있을 것이다.
상층 데크(210)는 도 2에 예시된 바와 같이 레그 지지부(130)의 상부에 위치되고, 복수의 위치에서 각각 지지 부재에 의해 지지된다. 지지부재는 예를 들어 거주구(220)이거나, 데크 또는 레그 지지부(130)에서 수직 방향으로 설치된 서포트(230) 등으로 다양할 수 있다.
상층 데크(210)는 지지 부재를 생략하여 레그 지지부(130)의 상부면에 접촉되어 지지되도록 할 수도 있으나, 데크에 적재될 화물의 높이를 고려하여 적절한 높이로 이격 설치되도록 하기 위해 적절한 지지 부재의 높이가 선정될 수 있음은 당연하다.
또한 상층 데크(210)는 도 3에 예시된 바와 같이, 8자 형상의 몸체를 가지도록 형성되어, 내부의 관통 영역에는 큰 높이를 가지는 화물이 데크에 설치될 수 있도록 하고, 몸체 상부면에는 추가적인 화물 적재 공간으로 활용하도록 할 수도 있다.
상층 데크(210)의 몸체는 외측 둘레(예를 들어 ㅁ자 형상)를 형성하기 위해 서로 연결되는 복수의 둘레 부재와, 이격된 둘레 부재를 연결하는 연결 부재로 구성될 수 있다. 데크에 적재되는 화물의 부피와 높이를 고려하여 상층 데크(210)의 몸체는 둘레 부재만으로 구성된 ㅁ자 형상으로 형성될 수도 있고, 연결 부재가 추가적으로 구비된 8자 형상, 田자 형상 등으로 형성될 수도 있을 것이다. 몸체 상부면이 화물 적재 공간으로 활용될 수 있도록 하기 위해 둘레 부재와 연결 부재가 적합한 폭을 가지도록 형성됨은 당연하다.
그리고, 상층 데크(210)의 몸체(예를 들어, 둘레 부재) 복수 개소에는 레그(120)가 관통 삽입되어 상하 방향으로 통과되도록 하는 레그 수용홀(310)이 형성된다. 레그 수용홀(310)의 형상이 레그(120)의 형상에 상응하도록 형성됨은 당연하다.
도 2에 예시된 바와 같이, 부유식 구조물(100)에 구비되는 각각의 레그(120)는 본체(110)에 형성된 대응되는 레그웰(Leg Well), 레그 지지부(130)에 형성된 대응되는 레그 수용홀 및 상층 데크(210)에 형성된 대응되는 레그 수용홀(310)을 각각 통과하도록 위치된다.
즉, 상층 데크(210)에 형성된 레그 수용홀(310)은 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동하는 레그(120)를 지지하고, 레그(120)의 움직임을 효과적으로 제한함으로써 레그(120)의 구조적 안정성을 확보하도록 하여, 상층 데크(210)가 추가적인 화물 적재 공간뿐 아니라 보강 구조로서 기능하도록 한다.
상층 데크(210)가 보강 구조로 기능하도록 하기 위해, 도 5에 예시된 바와 같이, 상층 데크(210)의 레그 수용홀(310)에는 복수개의 접촉 유닛(510)이 구비된다.
각각의 접촉 유닛(510)은 완충부(512), 완충부(512)로부터 레그(120)를 향해 연장된 로드(514), 로드(514)에 연결되며 레그(120)에 접촉되는 롤러(516)를 포함할 수 있다.
완충부(512)는 로드(514)에 연결된 롤러(516)가 레그(120)에 대한 접촉 상태를 유지하도록 하되, 레그(120)가 외력에 의해 순간적으로 기울임 상태가 발생되는 경우 로드(514)를 통해 전달되는 충격을 완화하기 위해 스프링 등의 완충 부재가 구비될 수 있다.
롤러(516)는 로드(514)의 단부에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 레그(120)에 직접 접촉되어 레그(120)에 힘을 가할 수 있다. 롤러(516)가 회전 가능하게 제공되므로, 레그(120)의 상하 방향 이동에 저항을 발생시키지 않으면서도 로드(514)와 완충부(512)에 의해 측면 방향으로의 기울어짐 등에 대해 저항을 발생시켜 레그(120)의 구조적 안정성을 도모할 수 있다.
본 실시예에서, 레그(120)에 직접 접촉하는 수단이 롤러(516)인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 롤러(516) 대신 레그(120)의 랙 기어(412)에 치합되는 피니언 기어 형상이거나 기둥부(410)의 형상에 대응되는 플레이트 등일 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상층 데크(210)가 구비된 부유식 구조물(100)은 항해 모드로 운용되는 경우에도 상측 방향으로 이동된 레그(120)의 구조적 안정성을 도모할 수 있을 뿐 아니라, 상층 데크(210)의 몸체 면을 추가적인 화물 적재 공간으로 활용할 수 있는 특징이 있다.
또한 이제까지 관련 도면을 참조하여, 상층 데크(210)가 한 개의 층으로 구비되는 경우를 중심으로 설명하였으나, 상층 데크(210)는 수직 방향으로 각각 이격되어 복수의 층을 형성하도록 구비될 수도 있음은 당연하다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 부유식 구조물 102 : 피적재물
110: 본체 120 : 레그
130 : 레그 지지부 140 : 크레인
210 : 상층 데크 220 : 거주구
230 : 서포트 310 : 레그 수용홀
410 : 기둥부 412 : 랙 기어
422 : 케이스 424 : 피니언 기어
426 : 모터 510 : 접촉 유닛
512 : 완충부 514 : 로드
516 : 롤러

Claims (4)

  1. 상하 방향으로 관통하도록 복수의 레그가 설치된 부유체인 본체;
    상기 복수의 레그와 상기 본체를 상하 방향으로 상대 운동시키며, 복수의 레그를 각각 지지하도록 상기 본체에 설치되는 복수의 레그 지지부;
    상기 복수의 레그가 각각 상하 방향으로 관통 삽입되는 복수의 레그 수용홀이 몸체의 복수 개소에 각각 형성되고, 상기 본체의 상부면인 데크의 상방에 이격되어 위치되는 상층 데크를 포함하되,
    상기 상층 데크의 상기 몸체는 외측 둘레를 가지도록 복수의 둘레 부재가 서로 연결되어 형성되고,
    상기 레그 수용홀에는 접촉 유닛이 구비되며,
    상기 접촉 유닛은,
    완충 부재가 구비된 완충부;
    상기 완충부로부터 레그를 향해 연장된 로드; 및
    상기 복수의 레그 지지부에 의해 상기 본체가 상기 복수의 레그를 따라 해수면 상부로 상승될 때 상기 본체의 이동을 억제하지 않으면서 상기 상층 데크가 상기 본체와 함께 상기 복수의 레그를 따라 상승되도록 하기 위해, 상기 로드의 단부에 회전 가능하도록 연결되어 상기 레그의 표면에 접촉되는 롤러를 포함하며,
    상기 완충부는 상응하는 레그가 측면 방향으로 기울어져 롤러와 로드를 통해 가해지는 충격을 완화시키는, 상층 데크가 구비된 부유식 구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상층 데크의 몸체는 이격된 둘레 부재를 연결하는 연결 부재를 더 포함하여 형성되는, 상층 데크가 구비된 부유식 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 상부면은 화물 적재 공간으로 기능하는, 상층 데크가 구비된 부유식 구조물.
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