KR102136144B1

KR102136144B1 - 해상구조물의 파일 시공장치

Info

Publication number: KR102136144B1
Application number: KR1020170179191A
Authority: KR
Inventors: 이대용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2020-07-21
Also published as: KR20190077752A

Abstract

파일 설치시 수직도를 보다 용이하게 확보하여, 파일을 보다 정밀하게 시공할 수 있도록, 수직으로 배치되고 하단은 해저로 연장되어 지지되고 내부로 해상구조물의 파일이 삽입되는 케이싱, 상기 케이싱의 하부에 설치되어 상기 파일의 중심을 케이싱 중심에 맞추기 위한 센터링부, 및 상기 케이싱 상부에 설치되어 케이싱 중심축선에 대해 상기 파일의 수평변위시 파일의 상부를 케이싱 중심축선으로 밀어 이동시키는 조절부를 포함하는 해상구조물의 파일 시공장치를 제공한다.

Description

해상구조물의 파일 시공장치{APPARATUS FOR INSTALLING PLIE OF OFFSHORE STRUCTURE}

해상 구조물의 파일을 정밀하게 시공할 수 있도록 된 파일 시공장치를 개시한다.

일반적으로, 해상 구조물은 해저에 고정되는 기초를 가지고 해상에 설치되는 다양한 구조물을 말한다. 대표적인 해상구조물로는 해상 석유시추 플랫폼 및 해상 풍력발전 장치가 있다.

이러한 해상 구조물은 해저에 고정되어 기초 구조를 구성하는 하부구조물과 하부구조물 상에 설치되는 상부구조물로 구성된다. 하부구조물은 파일 형태나 고정 방식 등에 따라 모노파일(monopile), 트라이포드(tripod), 돌핀(dolphin), 자켓(jacket), 부유식 구조 등으로 분류될 수 있다.

예를 들어, 모노파일은 단일의 파일 구조로 해저에 설치된 하나의 파일로 상부구조물을 받쳐 지지하는 구조이다. 모노파일을 해저에 설치함에 있어서 정밀한 수직도 확보가 중요하다. 그러나, 수직도를 정밀하게 확보하기 쉽지 않아 설치 완료 후에는 모노파일이 소정 크기의 경사 각도를 갖게 된다.

이에 종래의 경우 기울어진 모노파일의 기울기 보정을 위해 트랜지션피스(transition piece)가 필수적으로 사용된다. 모노파일 상단에 트랜지션피스를 설치하여 수직도를 확보하고 트랜지션피스를 매개로 상부구조물을 설치함으로써, 모노파일의 기울기를 보상할 수 있다.

트랜지션피스은 통상 두께 60mm 이상의 극후판을 이용하여 제조된다. 이에, 트랜지션피스의 사용은 제조비용 상승 및 풍력발전 등 해상 구조물에 대한 경제성을 악화시키는 주 원인이 된다. 또한, 장기 사용시 트랜지션피스의 연결부위에 부하가 가중되어 균열이나 파괴 등이 빈번하게 발생되는 문제가 있다.

파일 설치시 수직도를 보다 용이하게 확보하여, 파일을 보다 정밀하게 시공할 수 있도록 된 해상구조물의 파일 시공장치를 제공한다.

트랜지션피스의 사용없이 해상 구조물을 설치할 수 있도록 된 해상구조물의파일 시공장치를 제공한다.

본 구현예의 파일 시공장치는, 수직으로 배치되고 하단은 해저로 연장되어 지지되고 내부로 해상구조물의 파일이 삽입되는 케이싱, 상기 케이싱의 하부에 설치되어 상기 파일의 중심을 케이싱 중심에 맞추기 위한 센터링부, 및 상기 케이싱 상부에 설치되어 케이싱 중심축선에 대해 상기 파일의 수평변위시 파일의 상부를 케이싱 중심축선으로 밀어 이동시키는 조절부를 포함할 수 있다.

상기 케이싱에 설치되어 해상의 잭업 설비에 케이싱을 고정하기 위한 케이싱고정구를 더 포함할 수 있다.

상기 케이싱 하부를 이루고 하단은 해저에 박혀 고정되는 하부구조체를 더 포함할 수 있다.

상기 하부구조체는 상기 케이싱 하단에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

상기 센터링부는 케이싱 내측에 원주방향을 따라 간격을 두고 설치되고, 케이싱 내측으로 돌출되어 상기 파일 외주면에 접하는 적어도 3개 이상의 지지판을 포함할 수 있다.

상기 지지판은 케이싱 중심을 향해 원호형태로 볼록하게 만곡된 구조일 수 있다.

상기 지지판은 상기 케이싱에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

상기 지지판은 상기 하부구조체에 설치될 수 있다.

상기 조절부는 케이싱 외주면을 따라 간격을 두고 설치되고, 케이싱 내측으로 연장되어 파일을 케이싱 중심쪽으로 가압하는 적어도 3개 이상의 가압로드, 상기 케이싱에 설치되고 각 가압로드에 연결되어 각 가압로드를 개별 구동하는 구동실린더를 포함할 수 있다.

상기 조절부는 상기 가압로드 선단에 설치되고 파일 외측에 접하는 패드를 더 포함할 수 있다.

본 구현예에 의하면, 파일의 수직도를 용이하고 효과적으로 확보하면서 해저에 정밀하게 시공할 수 있게 된다.

트랜지션피스를 사용하지 않고도 해상 구조물을 설치할 수 있어, 트랜지션피스 제조와 사용에 따른 비용을 절감하고 전체적인 시공 기간을 단축할 수 있게 된다.

또한, 트랜지션피스 사용시 발생되는 트랜지션피스와 하부구조물 사이 연결구간의 균열과 파괴의 위험성을 원천적으로 차단하여 해상구조물의 안전성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 해상구조물의 파일 시공장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 해상구조물의 파일 시공장치로 도 1의 A 부분을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 해상구조물의 파일 시공장치의 하부 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 해상구조물의 파일 시공장치의 상부 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 실시예는 모노 파일 방식의 해상 구조물에 있어서 모노 파일을 해저에 시공하기 위한 장치를 예로서 설명한다. 본 실시예는 이에 한정되지 않으며 모노 파일 외에 다양한 해상 구조물에 대한 파일 시공을 위한 장치에 적용가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 해상구조물의 파일 시공장치를 개략적으로 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 가이, 본 실시예의 시공장치는, 수직으로 배치되고 하단은 해저로 연장되어 지지되고 내부로 해상구조물의 파일(100)이 삽입되는 케이싱(10), 케이싱(10)의 하부에 설치되어 파일(100)의 중심을 케이싱(10) 중심에 맞추기 위한 센터링부(20), 및 케이싱(10) 상부에 설치되어 케이싱(10) 중심축선(L)에 대해 파일(100)의 수평변위시 파일(100)의 상부를 케이싱(10) 중심축선(L)으로 밀어 이동시키는 조절부(30)를 포함할 수 있다.

파일(100)은 케이싱(10) 내부로 삽입되며, 케이싱(10) 상부에 배치된 해머(200)의 타격에 의해 해저에 박혀 설치된다. 이 과정에서 수직으로 배치된 케이싱(10) 내부에서 파일(100)의 하부와 상부가 각각 센터링부(20)와 조절부(30)에 의해 수직도가 조절되어 케이싱(10)의 중심축선(L)을 따라 수직으로 정밀하게 해저에 설치될 수 있다.

케이싱(10)은 상하단이 개방된 관구조물일 수 있다. 케이싱(10)의 내부로 파일(100)이 삽입된다. 케이싱(10)은 파일(100)과 간섭되지 않도록 파일(100)보다 충분히 큰 직경으로 형성될 수 있다. 케이싱(10)은 해저를 향해 길게 연장된다. 케이싱(10)은 수직상태로 해저에 고정 설치된다. 케이싱(10)이 수직 상태로 지지될 수 있도록 하단은 해저에 박혀 지지된다.

또한, 케이싱(10)의 지지를 위해 별도의 케이싱 고정구(14)가 케이싱(10) 상부에 설치되어 해상의 구조물에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 케이싱 고정구(14)가 케이싱(10) 상부를 해상의 잭업(jackup) 설비(300)에 고정할 수 있다. 이에, 케이싱(10)은 상부가 케이싱 고정구(14)를 매개로 잭업 설비(300)에 고정되고 하단은 해저에 박혀 단단히 고정된다. 이에, 케이싱(10)은 수직인 상태를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

본 실시예에서, 케이싱(10)의 하부는 케이싱(10)에서 분리 가능한 구조일 수 있다. 즉, 케이싱(10)의 하부에는 해저에 박혀 고정되는 하부구조체(12)가 착탈가능하게 결합될 수 있다. 이와 같이, 케이싱(10)의 하단을 별도의 하부구조체(12)로 케이싱(10)에서 분리 가능한 구조로 형성함으로써, 필요시 케이싱(10)에서 하부구조체(12)만을 교체하여 사용할 수 있게 된다.

케이싱(10)과 하부구조체(12)는 예를 들어, 볼트와 너트를 이용하여 체결 또는 분리할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(10) 하단과 이에 결합되는 하부구조체(12)의 상단에는 각각 볼트 체결홀이 형성된 플랜지(16)가 구비된다. 이에 플랜지를 맞대고 볼트체결홀을 통해 볼트(17)와 너트(18)를 조립하여 체결함으로써, 케이싱(10)에 하부구조체(12)를 결합시킬 수 있다.

하부구조체(12)는 하단이 해저에 깊숙히 박히는 구조물로 손상이 발생하는 경우, 케이싱(10) 전체를 교체하지 않고 케이싱(10)에서 하부구조체(12)만을 교체할 수 있다. 이에, 사용가능한 케이싱(10)의 불필요한 교체를 최소화하고 수명을 연장할 수 있으며, 교체에 따른 비용을 최소화할 수 있게 된다.

본 실시예에서, 센터링부(20)는 케이싱(10)의 하부를 이루는 하부구조체(12) 내측에 설치될 수 있다. 언급한 바와 같이, 하부구조체(12)는 케이싱(10)에서 분리가능하므로, 필요시 하부구조체(12)를 케이싱(10)에서 분리하여 내부의 센터링부(20)를 간편하게 수리 또는 교체할 수 있다.

본 실시예에서, 센터링부(20)는 케이싱(10) 내측에 원주방향을 따라 간격을 두고 설치되고, 케이싱(10) 내측으로 돌출되어 파일(100) 외주면에 접하는 다수개의 지지판(22)을 포함할 수 있다.

지지판(22)은 케이싱(10) 내에서 파일(100)의 하단을 케이싱(10) 중심쪽으로 가압하여 파일(100)의 중심을 케이싱(10) 중심에 일치시킨다.

지지판(22)은 원호형태로 만곡된 판 구조물일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지지판(22)은 케이싱(10) 중심을 향해 원호형태로 볼록하게 만곡된 구조일 수 있다. 이에, 지지판(22)의 볼록한 면이 파일(100) 외주면에 접하여 파일(100)과의 접촉 및 그에 따른 마찰을 최소화하면서 파일(100)을 지지할 수 있게 된다.

지지판(22)은 케이싱(10) 내에서 파일(100)을 적어도 3 곳에서 지지한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지지판(22)은 원주방향으로 120°간격으로 3개가 설치될 수 있다. 지지판(22)의 설치 개수는 3개에 한정되지 않으며 4개 이상 복수개로 설치될 수 있다. 지지판(22)이 원주방향을 따라 3곳 이상에서 파일(100)을 지지함으로써, 파일(100)이 케이싱(10) 내에서 안정적으로 지지된다.

지지판(22)은 하부구조체(12)에 착탈가능하게 설치된다. 이에, 필요시 하부구조체(12)에서 지지판(22)을 분리 교체할 수 있다.

본 실시예에서, 지지판(22)은 파일(100)의 외경에 맞춰 다양한 크기로 구비될 수 있다. 이에, 파일(100)의 외경에 맞춰 해당 지지판(22)을 하부구조체(12)에 설치함으로써, 파일(100)의 중심을 케이싱(10) 중심에 맞처 파일(100) 하부를 지지할 수 있게 된다.

지지판(22)의 크기라 함은 원호형태로 만곡된 지지판(22)의 길이 또는 하부구조체(12)에 설치되었을 때, 하부구조체(12) 내면에서 중심쪽으로 돌출된 크기로 이해할 수 있다. 지지판(22)의 크기를 달리함으로써, 원주방향을 따라 지지판(22)에 의해 형성되는 원의 크기가 달라지게 된다. 이에, 파일(100) 외경에 맞춰 적절한 크기의 지지판(22)을 설치함으로써, 파일(100)이 지지판(22) 사이를 지나면서 파일(100) 중심이 케이싱(10) 중심에 맞춰지고, 이 상태로 지지판(22)이 파일(100) 하부를 지지하게 된다.

조절부(30)는 해머(200)에 의한 파일(100) 항타 과정에서 파일(100)에 수평변위가 발생하여 기울어진 경우 파일(100) 상부를 이동시켜 파일(100)을 수직상태로 맞추게 된다.

이를 위해, 본 실시예의 조절부(30)는 케이싱(10) 외주면을 따라 간격을 두고 설치되고, 케이싱(10) 내측으로 연장되어 파일(100)을 케이싱(10) 중심쪽으로 가압하는 적어도 3개 이상의 가압로드(32), 케이싱(10)에 설치되고 각 가압로드(32)에 연결되어 각 가압로드(32)를 개별 구동하는 구동실린더(34)를 포함할 수 있다.

구동실린더(34)는 케이싱(10)에 브라켓(36)을 매개로 고정설치될 수 있다. 구동실린더(34)는 케이싱(10)의 중심을 향해 설치될 수 있다. 구동실린더(34)의 피스톤로드 선단에 가압로드(32)가 설치된다. 가압로드(32)는 케이싱(10)의 중심을 향해 직선 이동하여 기울어진 파일(100)을 케이싱(10) 중심으로 밀어 이동시킨다.

이에, 수직으로 배치된 케이싱(10) 중심축선(L)에 파일(100)의 중심축선(L)이 일치되면서 파일(100)의 수평변위가 해소되어 수직도가 확보된다.

본 실시예에서, 가압로드(32)는 케이싱(10) 원주방향을 따라 적어도 3 곳에 설치될 수 있다. 각 가압로드(32)에 구동실린더(34)가 개별적으로 설치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가압로드(32)는 원주방향으로 120°간격으로 3개가 설치될 수 있다. 가압로드(32)의 설치 개수는 3개에 한정되지 않으며 4개 이상 복수개로 설치될 수 있다. 가압로드(32)가 원주방향을 따라 3곳 이상에서 파일(100)을 가압하여 이동시킴으로써, 파일(100)이 어느 방향으로 기울어지더라도 파일(100)을 케이싱(10)의 중심축으로 용이하게 이동시킬 수 있게 된다.

가압로드(32) 선단에는 파일(100) 외측에 접하는 패드(38)가 더 설치될 수 있다. 패드(38)는 실질적으로 파일(100) 측면에 접하는 부재로, 파일(100)을 향해 원호형태로 불록하게 만곡된 구조일 수 있다. 이에, 패드(38)의 볼록한 면이 파일(100) 외주면에 접하여 파일(100)과의 접촉 및 그에 따른 마찰을 최소화하면서 파일(100)을 지지할 수 있게 된다.

이하, 본 실시예의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

파일(100) 시공을 위해 먼저 케이싱(10)을 해저에 수직 상태로 설치한다. 케이싱(10)은 하단에 하부구조체(12)를 설치하고, 하부구조체(12) 내에는 파일(100)의 직경에 대응하는 크기의 지지판(22)을 설치한다. 준비된 케이싱(10)은 하부구조체(12)를 해저에 박아 하부를 고정하고 상부는 별도의 케이싱 고정구(14)를 이용하여 잭업 설비(300)에 고정한다. 이에, 케이싱(10)은 수직 상태로 해상에 지지된다.

수직으로 배치된 케이싱(10) 내부로 파일(100)을 삽입하여 지지하고, 이 상태에서 파일(100) 상부를 해머(200)로 타격하여 파일(100)을 시공한다.

파일(100)은 케이싱(10)의 하부에 배치된 지지판(22)을 지나면서 케이싱(10)의 중심축선(L)으로 유도된다. 이에, 파일(100)은 케이싱(10)의 중심축선(L)을 따라 해저에 박히게 되며, 파일(100)의 하부는 지지판(22)에 의해 지지된다.

그리고, 케이싱(10) 상부에 설치된 가압로드(32)는 구동실린더(34)의 구동에 따라 파일(100)을 가압하여 파일(100)의 중심이 케이싱(10) 중심에 맞춰지도록 파일(100)을 이동한다. 이에, 파일(100)은 수직으로 배치된 케이싱(10)의 중심축선(L)에 맞춰 수직으로 배치된 상태를 유지한다.

해머(200)에 의한 항타 과정에서 파일(100)이 기울어져 수평변위가 발생하게 되면, 구동실린더(34)가 구동되어 기울어진 파일(100)을 밀어 이동시키게 된다. 구동실린더(34)가 구동되면 해당 구동실린더(34)에 연결된 가압로드(32)가 파일(100)을 가압하여 밀게 된다. 이에, 파일(100)이 가압로드(32)에 의해 밀려 케이싱(10)의 중심축쪽으로 이동된다. 따라서, 파일(100)의 수평변위가 해소되며 파일(100)은 수직 상태를 유지할 수 있게 된다.

이와 같이, 파일(100)이 기울어지는 경우 바로 케이싱(10) 상부의 조절부(30)가 파일(100)의 기울어짐을 바로 잡아줌으로써, 파일(100)을 수직 상태로 유지하면서 항타 공정을 수행할 수 있게 된다. 따라서 해머(200)로 파일(100)을 타격하여 해저에 설치하는 과정에서, 파일(100)의 수직도를 유지하면서 파일(100)을 정밀하게 수직 상태로 시공할 수 있게 된다.

파일(100)을 수직으로 시공함으로써, 기울기 보정을 위한 별도의 트랜지션피스를 사용하지 않고도 바로 파일(100) 상부에 풍력발전설비 등의 상부구조물을 설치할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 케이싱 12 : 하부구조체
14 : 케이싱고정구 20 : 센터링부
22 : 지지판 30 : 조절부
32 : 가압로드 34 : 구동실린더
36 : 브라켓 38 : 패드

Claims

수직으로 배치되고 하단은 해저로 연장되어 지지되고 내부로 해상구조물의 파일이 삽입되는 케이싱,
상기 케이싱의 하부에 설치되어 상기 파일의 중심을 케이싱 중심에 맞추기 위한 센터링부,
상기 케이싱 상부에 설치되어 케이싱 중심축선에 대해 상기 파일의 수평변위시 파일의 상부를 케이싱 중심축선으로 밀어 이동시키는 조절부, 및
상기 케이싱 하부를 이루고 하단은 해저에 박혀 고정되는 하부구조체
를 포함하고,
상기 하부구조체의 상단은 상기 케이싱 하단에 착탈가능하게 결합되는 해상구조물의 파일 시공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 케이싱에 설치되어 해상의 잭업 설비에 케이싱을 고정하기 위한 케이싱고정구를 더 포함하는 해상구조물의 파일 시공장치.
삭제
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조절부는 케이싱 외주면을 따라 간격을 두고 설치되고, 케이싱 내측으로 연장되어 파일을 케이싱 중심쪽으로 가압하는 적어도 3개 이상의 가압로드, 및 상기 케이싱에 설치되고 각 가압로드에 연결되어 각 가압로드를 개별 구동하는 구동실린더를 포함하는 해상구조물의 파일 시공장치.
제 5 항에 있어서,
상기 조절부는 상기 가압로드 선단에 설치되고 파일 외측에 접하는 패드를 더 포함하는 해상구조물의 파일 시공장치.
제 5 항에 있어서,
상기 센터링부는 케이싱 내측에 원주방향을 따라 간격을 두고 설치되고, 케이싱 내측으로 돌출되어 상기 파일 외주면에 접하는 적어도 3개 이상의 지지판을 포함하는 해상구조물의 파일 시공장치.
제 7 항에 있어서,
상기 지지판은 케이싱 중심을 향해 원호형태로 볼록하게 만곡된 해상구조물의 파일 시공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 지지판은 상기 케이싱에 착탈가능하게 결합되는 해상구조물의 파일 시공장치.