KR102070855B1 - 해상 풍력 발전기 설치용 선박 - Google Patents

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Abstract

해상 풍력 발전기 설치용 선박이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박은 선체; 상기 선체의 갑판 상에 배치되고, 상기 선체에 대해 상하 방향으로 회전가능 하도록 일단부가 상기 선체에 힌지 결합되는 지지대; 허브와 블레이드와 나셀이 조립된 블레이드-나셀 조립체를 탑재한 상태로 이동 가능하고, 상기 지지대에 고정되는 대차부; 및 상기 지지대를 상하 방향으로 회전 시키는 회전 구동부를 포함한다.

Description

해상 풍력 발전기 설치용 선박{Ship for installing sea wind power generator}
본 발명은 해상 풍력 발전기 설치용 선박에 관한 것이다.
해상 풍력 발전기를 설치하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 기초부를 구성하는 타워를 설치하고, 그 이후에 나셀, 그리고 블레이드를 설치함으로서 작업은 종료된다.
통상적으로 타워의 경우 크레인의 성능 및 용량에 문제가 없다면 설치하는데 큰 문제는 없으나, 나셀과 블레이드의 경우 설치준비부터 완료까지 상당한 작업시간이 필요하며, 고정밀의 난이도를 요구한다.
등록특허 제10-1342138호(2013.12.13. 공고)
본 발명의 실시예는, 나셀과 블레이드의 설치가 용이한 해상 풍력 발전기 설치용 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체의 갑판 상에 배치되고, 상기 선체에 대해 상하 방향으로 회전가능 하도록 일단부가 상기 선체에 힌지 결합되는 지지대; 허브와 블레이드와 나셀이 조립된 블레이드-나셀 조립체를 탑재한 상태로 이동 가능하고, 상기 지지대에 고정되는 대차부; 및 상기 지지대를 상하 방향으로 회전 시키는 회전 구동부를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치용 선박이 제공될 수 있다.
상기 대차부는, 바퀴를 구비한 몸체; 및 상기 허브를 상기 몸체에 고정시키는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 고정부는, 상기 허브를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 허브의 중심을 향해 신축하는 다수의 실린더; 및 상기 실린더의 끝단에 고정되고 상기 허브를 압박하는 압박 부재를 포함할 수 있다.
상기 대차부는 고정 수단에 의해 상기 지지대에 고정되고, 상기 고정 수단은, 상기 몸체와 마주보는 상기 지지대에 대해 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동 가능하도록 상기 몸체에 결합되고, 상기 지지대에 형성된 삽입홈에 삽입되는 핀 부재를 포함할 수 있다.
상기 지지대는 상기 갑판에 형성된 오목한 수용부에 수용되고, 상기 지지대가 직립한 상태에서 상기 선체가 해상에 설치된 타워에 접근할 때 상기 타워가 지나가는 통로를 제공하는 통로부가 형성될 수 있다.
상기 해상 풍력 발전기 설치용 선박은 상하 연장된 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 선체에 설치된 회전 부재를 더 포함하고, 상기 지지대의 일단부는 상기 회전 부재에 상하 방향으로 회전 가능하도록 힌지 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 허브와 블레이드와 나셀이 조립된 블레이드-나셀 조립체를 탑재한 대차부를 지지대에 고정한 상태에서 해상 풍력 발전기를 설치함으로써, 설치 장소에서 블레이드와, 나셀을 별도로 타워 설치하는 번거로움이 해소되어 해상 풍력 발전기 설치 공정이 간단해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박의 측면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 선박에서 지지대가 선체에 대해 회전한 상태를 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1에 도시된 선박의 평면도로서, 도 1에 도시된 블레이드-나셀 조립체를 생략한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대차부를 측면에서 바라본 도면이고,
도 5는 도 4의 AA 선에 따른 단면도이고,
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정의 일부를 설명하는 도면이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박의 측면도이고,
도 9는는 도 8에 도시된 선박에서 지지대가 선체에 대해 회전한 상태를 나타내는 도면이고,
도 10은 도 9에 도시된 선박의 평면도로서, 도 9에 도시된 블레이드-나셀 조립체를 생락한 도면이고,
도 11은 도 8 및 도 9에 도시된 지지대의 회전을 제한하는 회전 제한 수단의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 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 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.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박의 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선박에서 지지대가 선체에 대해 회전한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 선박의 평면도로서, 도 1에 도시된 블레이드-나셀 조립체를 생략한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대차부를 측면에서 바라본 도면이고, 도 5는 도 4의 AA 선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(10)은 선체(100)와, 지지대(200)와, 대차부(300)와, 회전 구동부(500)를 포함한다.
선체(100)는 수면에 부유한다. 선체(100)에는 발라스트 탱크(미도시)가 형성되어 선체(100)의 흘수가 조절될 수 있다.
선체(100)에는 아지무스 스러스터와 같은 전방향 추진 장치(101)가 설치될 수 있다. 이때, 해상 풍력 발전기를 설치할 때 선체(100)의 동적 위치가 효과적으로 제어될 수 있다.
선체(100)에는 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정에서 선체(100)가 해상으로 돌출되어 설치된 타워에 접근할 때 타워가 지나가는 통로를 제공하는 통로부(110)가 형성될 수 있다. 통로부(110)는 선체(100)를 상하로 관통하고, 선체(100)의 일측에서 지지대(200)와 선체(100)의 힌지축(H) 쪽으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 이에 대해 후술한다.
지지대(200)는 선체(100)의 갑판(103) 상에 배치된다. 지지대(200)는 갑판(103)에 형성된 오목한 수용부(130)에 수용될 수 있다. 이때, 수용부(130)에 수용된 지지대(200)의 상면은 갑판(103)의 나머지 영역의 상면과 동일 평면상에 놓일 수 있다.
지지대(200)는 선체(100)에 대해 상하 방향으로 회전 가능하도록 일단부가 선체(100)에 힌지 결합된다. 이때, 지지대(200)는 수평 방향(ex. 선체의 폭 방향)으로 연장된 회전 중심축(X1)을 중심으로 회전할 수 있다. 선체(100)에 대한 지지대(200)의 힌지축(H)은 회전 중심축(X1) 상에 놓인다.
지지대(200)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또는 지지대(200)는 박스 형상을 가질 수 있다.
대차부(300)는 블레이드-나셀 조립체(1000)를 탑재한 상태로 이동 가능하다. 블레이드-나셀 조립체(1000)는 허브(1100)와 블레이드(1200)와 나셀(1300)이 조립된 조립체이다. 블레이드-나셀 조립체(1000)는 허브(1100)의 전방부가 고정된 상태로 대차부(300)에 탑재될 수 있다.
대차부(300)는 블레이드-나셀 조립체(1000)를 탑재한 상태에서 육지에서 지지대(200) 위로 이동할 수 있다. 대차부(300)는 독자적으로 보유한 구동원(ex. 구동 모터 또는 엔진)을 통해 이동하거나 외부 장치에 의해 견인되는 방식으로 이동할 수 있다. 한편, 대차부(300)는 레일 따라 이동할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
대차부(300)는 지지대(200)에 고정될 수 있다. 이에 대해 후술한다.
본 실시예에서 대차부(300)는 몸체(310)와, 고정부(330)를 포함할 수 있다.
몸체(310)는 바퀴(315)를 구비한다. 몸체(310)에는 바퀴(315)에 구동력을 전달하는 구동원(ex. 구동 모터)이 배치될 수 있다. 몸체(310)에는 허브(110)의 적어도 일부가 수용되는 수용홈(311)이 형성될 수 있다.
고정부(330)는 허브(1100)를 몸체(310)에 고정시킨다.
예컨대, 고정부(330)는 도 4 및 도 5와 같이 다수의 실린더(331)와, 압박 부재(333)를 포함할 수 있다. 다수의 실린더(331)는 몸체(310)에 지지된다. 다수의 실린더(331)는 허브(1100)를 중심으로 방사상으로 배치되고, 허브(1100)의 중심을 향해 신축한다. 압박 부재(333)는 실린더(331)의 끝단에 고정되고 실린더(331)가 신장할 때 허브(1100)의 전방부를 압박한다.
이러한 압박 부재(333)는 허브(1100)의 전방부를 압박하여 몸체(310)에 고정시킨다.
도 4를 참조하면, 대차부(300)는 고정 수단(400)에 의해 지지대(200)에 고정된다.
예컨대, 고정 수단(400)은 핀 부재(410)를 포함할 수 있다. 핀 부재(410)는 몸체(310)와 마주보는 지지대(200)에 대해 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동 가능하도록 몸체(310)에 결합된다.
이에 대응하여 지지대(200)에는 지지대(200)에 가까워지는 핀 부재(410)의 일단부가 삽입되는 삽입홈(210)이 형성된다.
삽입홈(210)은 지지대(200)에 비스듬한 형태로 형성될 수 있고, 핀 부재(410)도 삽입홈(210)에 삽입되도록 몸체(310)에 대해 비스듬하게 설치될 수 있다. 이 경우, 핀 부재(410)가 지지대(200)에 비스듬하게 박히게 되어 대차부(300)가 지지대(200)에 안정적으로 고정될 수 있다.
고정 수단(400)은 신축 동작하는 구동부(430)을 더 포함할 수 있다. 구동부(430)는 핀 부재(410)를 삽입홈(210)에 삽입시키기 위한 구동력을 제공한다. 구동부(430)는 몸체(310)에 지지된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 회전 구동부(500)는 지지대(200)를 상하 방향으로 회전시킨다. 예컨대, 회전 구동부(500)는 도 1과 같이 선체(100)에 포개진 지지대(200)를 도 2와 같이 선체(100)에 대해 직립하도록 지지대(200)를 회전시킬 수 있다.
예컨대, 회전 구동부(500)는 일단이 선체(100)에 지지되고, 타단이 지지대(200)의 일부를 지지한 상태로 신축 동작할 수 있다. 이러한 형태의 회전 구동부(500)는 텔레스코픽 붐 또는 유압 실린더를 포함할 수 있다. 이러한 형태의 회전 구동부(500)는 타단이 지지대(200)에 힌지 결합하여 지지대(200)와 회전 구동부(500)의 결합 부위에 회전 자유도를 제공한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정의 일부를 설명하는 도면이다.
이하, 도 1, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박(10)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정을 설명한다.
먼저, 도 1과 같이 블레이드-나셀 조립체(1000)를 탑재한 대차부(300)가 지지대(200)에 고정된 상태로 선박(10)은 설치 장소로 이동한다.
이후, 도 6과 같이 선박(10)이 설치 장소에 도달하면 지지대(200)가 선체(100)에 대해 회전하여 세워지고, 선체(100)는 설치 장소에 미리 설치된 타워(2000)에 접근한다. 이때, 선체(100)에 설치된 전방향 추진 장치(101)가 작동하여 선체(100)의 동적 위치를 제어한다.
이후, 도 7과 같이 블레이드-나셀 조립체(1000)가 타워(2000)와 결합하기 위한 결합 위치에 놓이게 된다. 이때, 선체(100)에 설치된 전방향 추진 장치(101)와 선체(100)의 흘수를 조절하는 방식으로 블레이드-나셀 조립체(1000)가 결합 위치에 놓이게 미세 조정한다.
이후, 도시되지 않았으나 블레이드-나셀 조립체(1000)가 타워(2000)에 용접 또는 볼팅 방식 등으로 결합되면, 블레이드-나셀 조립체(1000)에 대한 대차부(300)의 고정 동작이 해제되고, 선체(100)는 타워(2000)로부터 멀어진다.
위와 같은 본 실시예에 따르면, 설치 장소에서 블레이드(1200)와, 나셀(1300)을 별도로 타워(2000)에 설치하는 번거로움이 해소되어 해상 풍력 발전기 설치 공정이 간단해진다.
한편, 해상 풍력 발전기를 운용하는 과정에서 블레이드-나셀 조립체(1000)의 유지보수가 필요한 경우, 본 실시예에 따른 선박(10)을 이용하면 블레이드-나셀 조립체(1000)의 유지보수를 용이하게 수행할 수 있다.
보다 상세히, 블레이드-나셀 조립체(1000)의 유지보수가 필요한 경우, 선박(10)은 타워(2000)에 접근하고 지지대(200)에 고정된 대차부(300)는 블레이드-나셀 조립체(1000)를 고정시킨다.
이후, 블레이드-나셀 조립체(1000)는 타워(2000)에서 분리된다. 이후, 선박(10)이 타워(2000)에서 멀어지고, 지지대(200)는 선체(100)에 포개지도록 회전하여 갑판(103)에 지지된다.
이후, 작업자는 블레이드-나셀 조립체(1000)에 대한 유지보수작업을 수행할 수 있다. 이때, 작업자는 선체(100)의 갑판(103) 또는 지지대(200) 위에서 안정적으로 유지 보수 작업을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치용 선박의 측면도이고, 도 9는 도 1에 도시된 선박에서 지지대가 선체에 대해 회전한 상태를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 선박의 평면도로서, 도 9에 도시된 블레이드-나셀 조립체를 생락한 도면이다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(10')은 회전 부재(600)를 포함한다는 점에서 앞선 실시예에 따른 선박(10)과 다르다.
회전 부재(600)는 선체(100)에 상하 방향으로 연장된 회전 중심축(X2)을 중심으로 회전하도록 선체(100)에 설치된다. 회전 부재(600)는 별도의 구동부(미도시)에 의해 회전 동작할 수 있다.
지지대(200)는 회전 부재(600)에 상하 방향으로 회전 가능하도록 힌지 결합될 수 있다. 이때, 선체(100)에 대한 지지대(200)의 힌지축(H)는 평 방향(ex. 선체의 폭 방향)으로 연장된 회전 중심축(X1) 상에 놓인다.
지지대(200)는 도 8과 같이 선체(100)에 포개진 상태에서 회전 구동부(도 2의 500 참조)에 의해 회전하여 도 9와 같이 선체(100)에 대해 세워진다. 회전 구동부(도 2의 500 참조)는 선체(100)를 도 9와 같이 세운 후 선체(100)와 분리되어 원래 자리로 원상 복귀될 수 있다.
이후, 회전 제한 수단(700)에 의해 회전 부재(600)에 대한 지지대(200)의 회전이 제한될 수 있다. 예컨대, 도 11을 참조하면, 회전 제한 수단(700)은 지지대(200)의 힌지축(H)에 결합된 기어부(710)와 상기 기어부(710)의 톱니(711) 사이에 끼워져 기어부(710)의 회전을 제한하는 회전 제한 부재(730)를 포함할 수 있다. 참고로 도 11은 도 8 및 도 9에 도시된 지지대의 회전을 제한하는 회전 제한 수단의 일례를 나타내는 도면이다.
회전 제한 부재(730)가 도 11과 같이 기어부(710)의 톱니(711) 사이에 끼워지면 기어부(710), 기어부(710)와 결합된 힌지축(H) 및 힌지축(H)과 결합된 지지대(200)의 회전이 제한될 수 있다. 한편, 도시되지 않았으나 회전 제한 부재(730)가 기어부(710)의 톱니(711) 사이에서 분리되면 지지대(200)는 회전 부재(600)에 대해 회전 가능하다.
본 실시예에서 선체(100)에는 다수의 통로부(110)가 형성될 수 있다.
다수의 통로부(110)는 선체(100)의 전방부, 후방부, 좌측부 및 우측부 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
이 경우, 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정에서 타워가 배치되는 통로부(110)를 임의로 선택하고 선택된 통로부(110)에 대응하여 지지대(200)를 회전시킨 상태에서 블레이드-나셀 조립체(1000)를 타워에 결합시킬 수 있어 설치 용이성이 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 선박
100 : 선체
110 : 통로부
130 : 수용부
200 : 지지대
300 : 대차부
310 : 몸체
330 : 고정부
400 : 고정 수단
410 : 핀 부재
500 : 회전 구동부
600 : 회전 부재
700 : 회전 제한 수단

Claims (6)

  1. 선체;
    상기 선체의 갑판 상에 배치되고, 상기 선체에 대해 상하 방향으로 회전가능 하도록 일단부가 상기 선체에 힌지 결합되는 지지대;
    허브와 블레이드와 나셀이 조립된 블레이드-나셀 조립체를 탑재한 상태로 이동 가능하고, 고정 수단에 의해 상기 지지대에 고정되는 대차부; 및
    상기 지지대를 상하 방향으로 회전 시키는 회전 구동부를 포함하고,
    상기 대차부는,
    바퀴를 구비한 몸체; 및
    상기 허브를 상기 몸체에 고정시키는 고정부를 포함하고,
    상기 고정 수단은,
    상기 몸체와 마주보는 상기 지지대에 대해 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동 가능하도록 상기 몸체에 결합되고, 상기 지지대에 형성된 삽입홈에 삽입되는 핀 부재를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치용 선박.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 허브를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 허브의 중심을 향해 신축하는 다수의 실린더; 및
    상기 실린더의 끝단에 고정되고 상기 허브를 압박하는 압박 부재를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치용 선박.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지대는 상기 갑판에 형성된 오목한 수용부에 수용되고,
    상기 지지대가 직립한 상태에서 상기 선체가 해상에 설치된 타워에 접근할 때 상기 타워가 지나가는 통로를 제공하는 통로부가 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치용 선박.
  6. 제1항에 있어서,
    상하 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 선체에 설치된 회전 부재를 더 포함하고,
    상기 지지대의 일단부는 상기 회전 부재에 상기 선체의 폭 방향으로 연장된 회전 중심축을 중심으로 회전하도록 힌지 결합되는, 해상 풍력 발전기 설치용 선박.
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