KR102450895B1 - 터빈 시스템 및 계류 시스템 - Google Patents

Abstract

터빈 시스템은 지지체에 대하여 터빈을 상승시키기 위한 장치를 갖는다. 터빈이 상승될 때의 모션은 원호의 형태를 취한다. 터빈 지지체는 일부 경우에 3개-선체의 변형이다. 또한, 해상에서 터빈 시스템을 제 자리에 앵커링하기 위한 터렛 계류 시스템이 설명된다. 터렛은 터빈 조립체에 부착될 수 있으며 조립체는 육상에 있다. 그 후, 터빈 조립체는 앵커링 라인이 터렛에 부착되는 앵커링 사이트로 견인될 수 있다. 이는 터렛을 조립체에 부착하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있는 특히 거친 해상에서 앵커링 프로세스를 단순화한다. 상류 앵커링 포인트에 앵커링된 상류 부표 및 하류 앵커링 포인트에 앵커링된 하류 부표를 포함하는 대안적인 앵커링 시스템이 또한 설명된다. 이러한 부력식 계류 시스템은 앵커링 케이블에서의 장력의 수직 성분을 감소시키고 터빈에 의해 생성되는 피칭력의 영향을 감소시킨다.

Description

터빈 시스템 및 계류 시스템

본 발명은 예를 들어, 해상 또는 강에서 물의 흐름으로부터 전력을 생성하기 위한 터빈을 배치하는 장치 및 이러한 장치를 설치하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터빈이 배치되어 전력이 국부적인 물의 흐름으로부터 터빈에 의해 생성되는 디바이스가 알려져 있다. 이러한 디바이스는 일반적으로 조력 터빈으로 알려져 있지만, 디바이스는 물이 흐르는 임의의 장소에서 사용될 수 있다. 이러한 장소는 반드시 조류로 인한 것일 필요가 없는 해류가 있는 위치 또는 강과 같은 다른 위치를 포함한다.

조력 터빈 디바이스는 회전자에 의해 라운드 구동되는 하나 이상의 터빈을 갖는다. 풍력 터빈이 3개의 블레이드를 가질 수 있는 것처럼, 가장 통상적인 유형의 회전자는 3개의 블레이드를 갖는다.

조력 터빈 디바이스의 설계자들이 직면한 과제는 비용-효과적인 방식으로 디바이스를 배치, 동작 및 해체하는 방식을 고안하여 또한 동작 사이트에서의 터빈의 유지 보수 및 검사를 가능하게 하는 것이다.

터빈은 동작시 회전자의 최상부가 전체 회전 동안 수면(water surface)을 파괴하지 않도록 하는 깊이에 장착된다. 실제로, 전체 회전 동안 침수 깊이로 알려진 수면 아래의 최소 거리로 블레이드의 팁이 잠수되게 유지되는 것이 권고된다. 이는 예를 들어, 직경의 0.5배인 회전자 직경의 관점에서 주어질 수 있다. 대안적으로, 특정 깊이는 주어진 회전자 크기 및 의도된 어플리케이션에 대해 특정될 수 있으며, 예를 들어, 6.3 m 직경의 회전자의 1.5 m 팁 침수가 요구되는 것으로 특정될 수 있다. 이는 터빈이 수위 위에 있기 위해서 동작 깊이로부터 적정한 거리로 상승되어야 함을 의미한다. 이러한 디바이스의 설계자가 직면하는 과제는, 디바이스가 구축 또는 조립 사이트로부터 이동될 때 터빈이 이러한 동작 위치에 있는 것이 불가능하다는 것이다. 디바이스의 드래프트가 구축 또는 조립 사이트 또는 운송 루트에서 이용 가능한 수심을 초과하기 때문일 수 있다. 대안적으로, 디바이스가 하나의 위치에서 조립된 후 견인에 의해 다른 위치로 운송되는 경우, 터빈 및 회전자가 동작 위치에 배치되면 구축 또는 조립장으로부터 동작 사이트로의 디바이스의 견인에 대한 저항은 비실용적이다. 같은 이유로, 디바이스가 후속적으로 해체되고 다시 해안으로 이동될 때 회전자와 터빈이 동작 위치에 있는 것은 불가능하다.

설계자들에게 추가적인 과제는, 때때로 연안 사이트로부터 디바이스를 제거하지 않고 회전자의 블레이드 또는 터빈 자체 중 하나 이상을 검사, 유지 및 어쩌면 교체할 필요 또는 요구가 있다는 것이다. 대부분의 경우 연안 사이트에 존재하는 높은 해류에서, 수중의 터빈 및 회전자와 함께 이러한 유지 보수 작업을 수행하거나 전체 조립체를 도크(dock) 또는 육지로 복귀시키는 것은 불가능하다.

따라서, 워터 베드(water bed)(예를 들어, 파일, 부유식의 계류 구조체 등을 사용하여 영구적으로 앵커링된 구조)에 비해 상대적으로 고정된 위치에 터빈을 유지하는 많은 방식이 있지만, 조립체를 원하는 동작 위치로 또는 동작 위치로부터 운송하기 위해, 그리고 터빈의 후속 유지 보수를 위해 표면 위로 터빈을 상승시키는 능력으로부터 이들 각각은 큰 이점을 갖는다. 특히, 계류된 디바이스는 발전에 사용될 때 디바이스의 선체로부터 아래쪽으로 하향으로 연장되는 구조 부재 상에 장착된 터빈을 가질 수 있다. 따라서 전체 드래프트는 터빈이 동작하는 동안 항상 완전히 잠수하는 것을 보장하기 위해 회전자의 직경보다 크다. 대부분의 설계에서 드래프트는, 회전자가 디바이스의 선체 아래에 매달려 있기 때문에 회전자의 최상부와 디바이스의 선체의 하측 사이의 안전 간극을 두고 이보다 더 크다. 이는 수면으로부터 이격될 수 있도록 터빈이 상승되어야 하는 거리를 결정한다.

조력 터빈은 중량 면에서 매우 다양하다. 예를 들어, 62 kW 터빈의 중량은 통상적으로 1 t 내지 1.5 t인 반면, 1 MW 터빈은 대략 10O t 내지 200 t이다. 이에 기초하여, 일련의 더 작은 터빈이 중량을 약 24 t로 중량을 유지하면서 대형 터빈이 제공할 수 있는 것과 같은 전력을 제공할 수 있다. 임의의 경우에, 단일의 더 작은 터빈만을 상승시키는 것도 복잡한 동작이 될 수 있으며, 대형 장비를 필요로 한다. 상승 장치를 수용하기 위한 필요로 인해 더 무겁고 더 크기 때문에, 이는 터빈을 상승시키기 위한 장치의 비용 및 전체 조립 비용 모두를 증가시킨다.

구조체가 부력식인 경우, 설치 사이트에서 부력식 조립체를 제 위치에 앵커링시키기 위한 빠르고 편리한 수단을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 양방향 흐름이 있는 경우, 특히 이 흐름이 180°만큼 변경되지 않는 경우 터렛 계류 시스템을 사용하는 것이 통상적이다. 이러한 시스템에서의 기본 아이디어는 흐름 변화에 적응하기 위해 부력식 구조체가 회전 즉, 요잉(yawing)할 수 있는 고정점을 제공하는 것이다. 회전은 부력식 구조체가 풍향계의 마린 아날로그와 매우 유사하게 국부적인 해류에 적응할 수 있게 한다. 이 정렬은 구조체의 응력을 감소시킨다.

부유식 구조체는 앵커링 라인의 일 단부를 워터 베드에 앵커링하고 각 라인의 타 단부를 설치 사이트에서 부유하는 터렛에 부착하여 터렛 계류 시스템에 연결된다. 부유식 구조체는 이 지점에서 터렛이 부유식 구조체에 장착되는 설치 사이트에 부유식 구조체가 도달할 때까지 터렛으로부터 분리된 상태로 유지된다.

이 프로세스는 다양한 이점을 갖는다. 첫째, 많은 적용들(applications)에서, 터렛 계류 시스템의 앵커링 라인이 장착 전에 정확하게 장력을 받는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상승기가 부유식 생산 저장 및 하역(FPSO: Floating Production Storage and Offloading) 구조체까지 오일을 운반할 때, 이들이 과도한 스트레스를 받지 않는 것이 중요하다. 장착 동작은 해상에서 수행되기 때문에, 장착 동작은 복잡할 수 있으며 올바른 정렬을 찾는 동안 상승기에 스트레스로 귀결될 수 있다. 따라서, 상승기 손상을 방지하기 위해 장착 동작 전에 앵커링 라인을 올바르게 텐셔닝(tensioning)하는 것이 바람직하다. 둘째, 이러한 배열은 터렛과 부유식 구조체가 별도로 구축되고 소싱될 수 있게 한다. 마지막으로, 터렛을 분리할 수 있어, 필요한 경우 다양한 부유식 구조체와 교환될 수 있다.

그러나, 위에서 언급한 바와 같이, 특히 거친 물에서는 장착 절차가 복잡할 수 있다. 또한 이 프로세스는 일단 설치되면, 터렛이 해상에 있어야 할 것을 필요로 한다. 이것은 적어도 부분적으로 해상에서 발생해야 하기 때문에 수리 또는 교체가 필요한 경우 상당한 어려움을 초래한다.

본 발명은 위에서 언급한 단점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 양태는 종속항에 제공된 바람직한 특징과 함께 첨부된 독립항에 기재되어 있다.

상술한 단점 중 일부 또는 전부를 해결하기 위한 일반적인 원리가 여기에 개시된다. 구체적으로, 터빈 지지체에 대해 터빈을 상승시키기 위한 장치가 제공되며, 본 장치는, 터빈 지지체에 대해 상향으로 터빈을 이동시키도록 터빈에 상향력을 제공하기 위한 수단; 및 상향력이 터빈에 인가될 때 터빈의 상향 이동의 일부에 대해 피치(pitch) 또는 롤(roll) 축 주위에 원호를 규정하는 경로에서 터빈을 이동시키기 위한 안내 시스템을 포함한다. 예를 들어, 본 장치는 터빈 지지체 및 터빈 지지체에 대해 고정된 풀리(pulley); 풀리를 통해 터빈 지지체를 터빈 지지 빔에 커플링시키기 위한 수단; 및 첫째로 터빈 지지체에 대해 터빈 지지 빔을 상승시키고 둘째로 터빈 지지 빔을 원호형 경로로 이동시키기 위해 커플링시키기 위한 수단에 힘을 인가하기 위한 윈치를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 작동은 유압식일 수 있으며, 다른 경우에 전기 작동이 사용될 수 있다. 일부 경우에, 작동이 수동인 것이 가능할 수도 있다.

원호형 경로는 터빈이 피치 또는 롤 축 즉, 사용시에 예측되는 배향에서 터빈 지지체에 대해 대략 수평 축 주위에서 스윙형 모션을 하는 것으로 귀결될 수 있다. 일반적으로, "스윙(swing)"은 왕복 모션을 의미하는 것이 아니라, 이로부터 터빈이 분리되는 지점에 대한 회전으로 인해 터빈이 원호를 통해 이동하는 모션을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 터빈은 어떤 방식으로 그 스윙의 일부를 겪는 진자처럼 작용한다.

전체 모션은 터빈 지지체의 예상 수위 위로 터빈을 상승시키기에 충분할 수 있다. 이는 터빈의 용이한 현장 검사 및 유지 보수를 가능하게 한다.

또한, 터빈 지지체에 대해 터빈을 상승시키는 방법이 본원에 설명되며, 본 방법은 터빈에 상향력을 가하는 단계; 및 상향력이 상기 터빈에 인가될 때 터빈의 상향 이동의 일부에 대해 피치 또는 롤 축을 중심으로 터빈을 원호형 경로로 이동시키는 단계를 포함한다.

상술한 배열은 둑, 교량, 부두 등과 같은 고정된 플랫폼 상에 장착될 수 있으며, 이는 예를 들어, 하역 선박 또는 스테이징(staging) 영역과 같이 다른 목적을 위해 또한 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 장치는 전용 구조의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 조립체는 강 또는 해양의 워터 베드에 앵커링된 부력식 조립체일 수 있다. 실제로, 조립체는 예를 들어, 수면 아래에서 미리 정해진 깊이로 조립체가 유지될 수 있도록 하는 부유식 및 잠수식일 수도 있다. 이러한 경우에, 조립체는 가변 부력 및/또는 가변 앵커 라인 길이를 가져 터빈을 2-스테이지 프로세스로 상승될 수 있게 한다. 일 단계에서, 부력을 증가시키고 및/또는 앵커 라인을 연장함으로써 조립체가 표면으로 이동하는 한편, 다른 단계에서, 상술한 조립체는 조립체 아래의 그 위치로부터 터빈을 상승시키도록 동작된다. 두 단계가 모두 수행되었을 때, 터빈은 수위 위에 있게 될 것이다.

상술한 방법 및 장치의 일반적인 원리의 특징은 상승될 터빈이 회전 또는 원호 모션을 겪는다는 것이다. 일반적으로, 터빈을 필요한 전체 수직 거리로 단지 상승시키는 것은 회전 모션에 비해 큰 에너지 입력을 필요로 한다. 이는 회전 운동은 상승 이동 중에 시스템의 질량 중심에 대한 변화를 감소시킴으로써 필요한 에너지 입력을 감소시키기 위해 카운터웨이팅 효과(counterweighting effect)를 사용할 수 있기 때문이다.

일부 경우에, 회전 모션이 선형 모션과 조합된다. 터빈을 단순히 표면으로 가져오는 것은 터빈 지지체 자체가 클 것을 필요로 하는데, 그 이유는 터빈이 회전에 의해 표면으로 올 때 그 동작 구성에서의 터빈의 큰 드래프트가 큰 수평 거리로 변환되기 때문이다. 이 수평 거리는 수용할 수 없을 정도로 큰 피치 또는 롤 토크를 생성하는 수평으로 지향된 터빈 지지체에 의해 제공된 레버 아암(lever arm)을 방지하기 위해 큰 지지체를 필요로 한다. 유사하게, 유지 보수, 검사 등을 위해 터빈이 상승되는 경우, 터빈 지지체는 상승 위치에 있을 때 작업자가 터빈에 접근할 수 있을 정도로 충분히 커야 한다.

회전 모션을 선형 모션과 결합하는 모션을 사용하여 터빈이 상승될 때, 큰 터빈 지지체를 필요로 하지 않으면서 에너지 입력 감소의 이점이 달성될 수 있고, 따라서 터빈 조립체의 전체 효율에 크게 기여한다.

이러한 일반적인 원리의 넓은 범위 내에, 많은 예들이 있으며, 각각은 터빈 상승 장치의 효율을 개선하는 문제를 해결하고, 때로는 조합된 선형 및 회전 이동의 듀얼 모션 개념의 일부로서 회전의 듀얼 모션 개념을 이용하는 해결책을 제공한다. 각각 위에 제시된 문제에 대한 밀접한 관련 대안 해결책인 일부 특히 유리한 예들이 본원에 제시된다.

일반적인 원리의 특정 실시예의 예는 터빈 지지체에 대해 터빈을 상승시키기 위한 장치이며, 본 장치는, 터빈 마운트; 터빈 마운트 상에 장착된 터빈; 터빈을 상승시키기 위해 상향력을 제공하기 위한 수단; 및 안내 수단을 포함하고, 안내 수단은 터빈 마운트와 결합되고, 터빈은 안내 수단과 지지체 사이의 결합으로 인해 상향력에 응답하여 피치 또는 롤 축(roll axis) 주위에 원호를 규정하는 경로에서 이동할 수 있다. 이러한 배열은 상술한 일반적인 원리를 구현하는 편리한 방식을 제공한다.

선택적으로, 안내 수단은 피봇(pivot)이고, 터빈은 터빈 지지체에 대해 피봇 가능한 터빈 마운트에 의해 원호로 이동할 수 있다. 대안적으로, 안내 수단은 곡선형 레일 또는 슬롯을 포함할 수 있다. 후자의 경우에, 상향력은 터빈 마운트로 하여금 안내 수단을 따라 슬라이딩하게 할 수 있다. 레일은 터빈이 곡선 경로, 그리고 선택적으로 레일의 정확한 형상을 조정함으로써 경로에 대한 선형 부분도 따라갈 수 있는 기능을 제공한다. 일반적으로, 레일과 같은 안내 수단을 사용하는 것은 터빈이 상승함에 따라 취하는 경로의 매우 정밀한 제어를 가능하게 한다.

일부 실시예에서, 터빈 마운트는 세장형 빔(elongate beam)이다. 이는 비교적 적은 양의 재료를 사용하면서 터빈을 비교적 깊은 드래프트에 위치될 수 있게 한다. 터빈 마운트가 세장형 빔일 때, 일부 실시예에서, 이는 서로에 대해 슬라이딩하도록 배열된 내부 빔 및 외부 빔을 포함하는 텔레스코핑(telescoping) 빔일 수 있으며; 텔레스코핑 빔은 상향력에 응답하여 외부 빔 내측에서 슬라이딩하는 내부 빔에 의해 수축 가능(retractable)하다. 텔레스코핑 빔은 선형 모션을 제공할 뿐만 아니라 임의의 선형 모션으로부터 원호형 모션을 분리하는 유연성을 제공하는 편리한 수단을 제공한다.

선택적으로, 상향력을 제공하기 위한 수단은 외부 빔 내에서 내부 빔을 수축시키기 위한 수단을 포함한다. 내부 빔이 외부 빔 내에서 수축하게 함으로써, 배열의 드래프트가 용이하게 감소될 수 있고, 터빈에 의해 가해지는 모멘트가 감소되며, 이는 터빈을 회전시키기 위해 더 낮은 힘이 요구됨을 의미한다.

일부 예에서, 상향력을 제공하기 위한 수단은 슬라이딩 및 원호형 경로 모션이 순차적으로 발생하게 한다. 모션을 분리함으로써, 터빈이 잘 규정된 경로로 이동하기 때문에 나머지 터빈 지지체의 설계가 단순화될 수 있다.

대안적으로, 상향력을 제공하기 위한 수단은 슬라이딩 및 원호형 경로 모션이 동시에 발생하게 한다. 이는 터빈을 상승시키는 데 걸리는 더 짧은 전체 시간으로 귀결될 수 있다.

내부 빔은 내부 빔이 미리 정해진 지점을 넘어서 외부 빔 내측으로 슬라이딩하는 것을 방지하기 위해 외부 빔과 결합하기 위한 적어도 하나의 정지부를 포함할 수 있다. 이는 슬라이딩 모션을 제한하며, 전체적으로 장치에 대한 손상을 방지하는 것을 도울 수 있다. 이러한 유형의 일부 예에서, 상향력은, 적어도 하나의 정지부가 외부 빔과 결합할 때까지 슬라이딩 작용을 유발하고, 적어도 하나의 정지부가 외부 빔과 일단 접촉하면 텔레스코핑 빔이 안내 수단과 상호 작용함에 따라 터빈으로 하여금 원호를 규정하는 경로로 이동하게 한다. 이는 슬라이딩 모션이 원호 모션으로 원활하게 천이될 수 있게 한다. 적절한 안내 수단의 예는 곡선형 레일 또는 곡선형 슬롯 또는 단순히 피봇식 접속이다. 일부 경우에, 상향력에 응답하여, 텔레스코핑 빔과 안내 수단 사이의 상호 작용은 피봇팅 상호 작용이도록 장치가 배열된다. 회전 액션 전에 텔레스코핑 액션이 발생하면, 터빈과 회전 중심 사이의 거리는 회전 전에 감소된다. 작동 메커니즘이 더 작고 저렴할 수 있기 때문에, 이는 회전을 유발하는 데 필요한 토크를 감소시키고, 이에 의해 효율을 개선하고 비용을 감소시킨다.

일부 경우에, 텔레스코핑 빔의 상단부는 터빈의 중량과 적어도 부분적으로 균형을 이루도록 카운터웨이팅(counterweighting)된다. 이것은, 원호형 모션 동안 터빈을 상승시키기 위해 더 적은 에너지가 소비되기 때문에, 상승 프로세스를 보다 효율적일 수 있게 한다.

선택적으로, 본 장치는, 상향력이 가해질 때 터빈의 상향 이동의 일부에 대해 요 축(yaw axis)을 중심으로 터빈을 회전시키는 수단을 더 포함한다. 이는 터빈이 상승될 때 조립체 또는 터빈에 대한 손상을 방지하기 위해 터빈을 올바르게 지향시키는 것을 도울 수 있다.

요 축 회전은 내부 빔이 외부 빔 내측으로 슬라이딩할 때 내부 빔과 외부 빔 사이의 상호 작용에 의해 유발될 수 있다. 즉, 내부 및 외부 빔의 형태 또는 전체 형상은, 예를 들어, 터빈이 빔 중 하나에 고정되고 빔이 회전하기 때문에, 상대적인 슬라이딩 모션이 또한 필연적으로 터빈의 요 회전을 유발하도록 하는 것일 수 있다.

이러한 상황의 예는, 내부 빔이 외부 빔의 내부 표면 상의 대응하는 오목부와 결합하여 요 축 회전을 유발하는 외부 표면 상의 돌출부들을 갖는 것이다. 특히, 돌출부 및 오목부는 나사부를 포함할 수 있다. 요 회전을 상승 프로세스의 고유한 부분으로 포함함으로써, 요를 독립적으로 제어할 필요가 없으므로, 상승 프로세스가 더 단순하고 사고가 덜 발생한다.

상향력을 제공하기 위한 수단은 단일 메커니즘을 포함할 수 있다. 이는 전체 시스템의 복잡성을 감소시킨다. 적절한 메커니즘의 예는 윈치와 케이블이다. 예를 들어, 케이블은 내부 빔에 부착될 수 있고, 풀리를 통해 윈치로 연장될 수 있다. 선택적으로, 풀리는 외부 빔에 대해 고정된다.

상술한 예 중 일부에서, 지지 구조체 및 터빈이 피봇을 중심으로 쉽게 회전될 수 있게 하여 필요할 때 터빈이 물 밖으로 나올 때까지 상승되도록 하는 베어링 또는 베어링들이 있다. 이는 해안으로부터 동작 사이트로의 디바이스의 이동, 또는 동작 사이트에서 터빈 및 회전자의 유지 보수, 그리고 동작 사이트로부터 해안으로 디바이스를 해체를 용이하게 하기 위한 것이다.

상술한 예 중 일부에서, 지지 구조체는 예를 들어 존재하는 경우 텔레스코핑 지지체를 수축시킴으로써 이들을 회전시키기 전에 상향으로 상승될 수 있다.

위에 제시된 각각의 예에서, 터빈은 조립체의 예상 수위 위로 전체적으로 상승될 수 있다. 이것은 지지체를 견인하기 위한 드래프트를 감소시킬 뿐만 아니라, 터빈이 검사, 유지 보수 등이 될 수 있게 한다. 또한, 터빈이 회전하거나, 원호형 또는 곡선 경로로 이동하거나 선형으로 이동하는 경우, 이는 그 위에 직접 작용하는 힘 때문일 수 있거나, 터빈 마운트, 텔레스코핑 빔 등에 작용하는 힘으로 인한 것일 수 있으며, 이는 터빈과 터빈 마운트, 텔레스코핑 빔 등 사이의 커플링으로 인해 터빈을 이동하게 한다.

일반적인 원리의 특정 실시예의 추가적인 예는 위에 제시된 장치이며, 여기서 터빈 마운트는 터빈 지지체 상에 슬라이딩 가능하게 장착된 프레임이고; 터빈은 프레임 상에 장착되고; 슬라이딩 가능 마운트는 터빈 지지체의 몸체의 홈에서 연장되도록 배열된 돌출부를 포함하고, 홈은 돌출부가 홈을 따라 진행됨에 따라 터빈 및 프레임이 원호형 경로를 따르게 하도록 구성된다. 한번 더, 잘 규정된 형상의 홈을 사용하면 터빈이 상승 프로세스 동안 매우 예측 가능한 경로를 취하게 된다.

본 장치는 상향력을 제공하기 위한 수단을 더 포함하고, 홈은 프레임의 리프팅을 유발하는 제1 부분 및 터빈을 상승시키도록 프레임의 회전을 유발하는 제2 부분을 포함한다. 일부 경우에, 터빈은 수위 위로 상승될 수 있다. 돌출부가 홈의 경로를 따라 병진함에 따라 프레임의 피봇 지점이 변하여, 터빈이 상승함에 따라 원호형 경로를 취하게 된다. 홈의 두 부분은 각각 상승 프로세스에서 다른 역할을 하며, 터빈이 상승할 때 터빈에 의해 취해지는 경로에 대해 제어할 수 있다. 상향력은 윈치 및 케이블에 의해 제공될 수 있다.

이들 예는 (a) 터빈과 회전자가 동작 사이트에 디바이스를 배치하기 위해 수위 위로 상승되어 동작 위치로 용이하게 배치될 수 있고; (b) 하나 이상의 터빈이 동작 사이트로부터 디바이스를 해체하지 않고 터빈을 유지, 검사 또는 심지어 교체하거나 터빈 블레이드를 교체하기 위해 표면으로 가져올 수 있으며 (c) 터빈과 회전자가 그 동작 사이트로부터 디바이스를 해체하기 전에 물 위로 용이하게 가져올 수 있는 수단을 제공한다.

상술한 임의의 예에서, 장치는 터빈을 터빈 지지체의 예상 수위 위로 상승시키도록 구성될 수 있다. 이는 터빈의 현장 검사를 가능하게 한다. 대안적으로, 터빈은 수위 위로 완전히 상승되지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 장치의 드래프트를 감소시켜 장치를 원하는 위치로 견인하는 효율을 향상시킬 수 있다.

상술한 예에서, 원호를 규정하는 경로에서 이동하는 터빈은 스윙 모션일 수 있다.

또한, 부력식 조립체가 본원에 개시되며, 부력식 조립체는 몸체의 하부 표면 상에 제1 개구를 갖는 몸체; 및 앵커링 라인을 조립체에 커플링하기 위한 상단부 및 하단부와 부착점을 포함하는 터렛(turret)으로서, 터렛의 하단부가 제1 개구 아래로 돌출되도록 터렛은 개구 내에 고정되고, 터렛은 몸체에 대해 요 방향으로 회전 가능한, 터렛을 포함하고, 터렛은, 앵커링 라인이 부착점에 커플링되지 않은 제1 배열; 및 앵커링 라인이 부착점에 커플링되는 제2 배열로 구성될 수 있다. 터렛은 전체적으로 조립체가 제1 배열일 때 그리고 제2 배열일 때 (제1 개구 내에서) 부력식 조립체에 고정된 상태로 유지된다. 이는 설치 사이트에 부력식 조립체를 앵커링하기 전에 터렛이 부력식 조립체에 부착되는 이점을 갖는다. 앵커링 전에 터렛을 부착하는 것은 잔잔한 물 또는 심지어 육지에서, 앵커링 사이트로부터 떨어져서 터렛이 조립될 수 있게 하며, 이에 의해 장착 단계의 복잡성을 감소시킨다. 또한 터렛을 별도로 장착하도록 조립체를 배열하는 것은 필요한 경우, 유지 보수 수리 및 교체를 위해 터렛을 잔잔한 물이나 육지로 복귀시킬 수 있는 능력을 제공한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 부력식 조립체는 물(담수 또는 해수)에 부유하도록 배열된 것이다. 예를 들어, FPSO, 보트 및 예를 들어, 오일 추출, 풍력, 파도 또는 조력에 대한 부유식 플랫폼은 모두 본 설명에 따른 부력식 조립체일 수 있다. 조립체를 터렛에 가져오고 장착이 물에서 일어나는 동안 터렛이 바다에서 부유하고 있는 다른 시스템과 대조적으로, 조립체가 조립체의 일부로서 터렛을 제공받는다는 점에서, 터렛은 통합 터렛으로서 고려될 수 있다. 예를 들어, 터렛은 조립체에 영구적으로(그러나 여전히 회전 가능하게) 부착될 수 있다. 대안적으로, 이는 예를 들어 손상 또는 훼손을 방지하기 위해 해상에서 제거하기 어렵도록 장착될 수 있다. 본 설계는 설치 프로세스를 단순화할 뿐만 아니라, 부력식 조립체가 설치 사이트에 도착할 때까지 해양에 부유할 필요가 없기 때문에 특정 구성 요소(예를 들어, 전기 구성 요소 및 인터페이스)가 더 단순하고 더 저렴하게 될 수 있다.

터렛이 조립체에 대해 요 방향으로 회전 가능한 경우, 터렛은 조립체의 요 축을 중심으로 회전할 수 있음을 의미한다. 물론, 대칭에 의해, 터렛이 정지 상태로 유지되면, 회전 장착은 조립체가 터렛에 의해 제공된 고정점을 중심으로 회전(요잉(yawing))할 수 있게 한다.

선택적으로, 몸체의 상부 표면에 제2 개구가 있고, 제1 개구 및 제2 개구는 부력식 조립체를 통해 연장되는 중공 튜브(hollow tube)를 형성하고, 선택적으로 터렛은 부력식 조립체의 상부 표면의 개구를 넘어 연장된다. 이러한 배열은 터렛이 위로부터 크레인을 사용하여 한 쌍의 개구를 통해 당겨질 수 있기 때문에 장착 단계를 더욱 단순화시킨다. 대안적으로, 2개의 개구 및 중공 튜브는 한 쌍의 힌지형 하프 튜브(half tube)에 의해 형성될 수 있어, 힌지를 작동시키는 것은 터렛이 닫힐 때 터렛을 파지하는 데 사용될 수 있고 2개의 하프가 함께 모여 완전한 튜브를 형성한다.

터렛은, 터렛이 중심으로 회전할 수 있는 요 축을 따른 방향으로 개구 또는 개구들 내에서 슬라이딩 가능할 수 있다. 위에서 제시한 바와 같이, 터렛은 육지의 부력식 조립체에 맞출 수 있다. 슬라이딩 가능한 터렛을 제공함으로써, 터렛이 제1 개구 아래로 돌출되는 정도가 변경될 수 있으며, 예를 들어, 터렛의 하단부가 방해받지 않고 부력식 조립체가 슬립웨이 또는 부둣가에 놓일 수 있게 한다. 이러한 방식으로 터렛을 수축시키는 것은 또한 드래프트를 감소시키는 것을 도울 수 있고, 따라서 부력식 조립체를 설치 사이트로 견인하는 동안 항력을 감소시킬 수 있다. 일단 부력식 조립체가 제 위치에 있으면, 터렛이 유리하게 하향될 수 있어, 부착 지점이 부력식 조립체 몸체의 벌크 아래에 있게 되어, 터렛 중심으로 회전할 때 조립체 자체와 간섭하지 않고 앵커링 라인이 (수면에 대해 더 얕은 각도로) 더 넓게 확산될 수 있게 한다. 이는 또한 앵커 라인과 조립체 아래로 돌출하는 조립체의 임의의 부분 예를 들어, 수력 터빈 및 그 블레이드 사이의 더 큰 간극이 있게 한다.

예를 들어, 제1 배열은 터렛이 제1 방향으로 슬라이딩하는 전체 범위에서 배열되는 제1 위치에 있는 터렛에 추가로 대응할 수 있으며, 터렛은 상기 제1 개구로부터 제1 거리로 돌출되고; 제2 배열은 터렛이 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 슬라이딩하는 전체 범위에서 배열되는 제2 위치에 있는 터렛에 추가로 대응할 수 있으며, 터렛은 제1 개구로부터 제2 거리로 돌출되고, 제2 거리는 제1 거리보다 크다. 위에 제시한 바와 같이, 이들 각각의 위치에 터렛을 배열하는 것은 부력식 조립체의 장착 및 앵커링 스테이지 모두에 유리할 수 있다.

터렛이 슬라이딩 가능할 때, 몸체의 하부 표면의 개구는 터렛이 제1 위치에 있을 때 터렛이 제1 개구 아래로 돌출되는 거리보다 큰 깊이를 갖는 리세스(recess)에 위치될 수 있다. 유사하게, 터렛이 슬라이딩 가능하지 않을 때, 몸체의 하부 표면의 개구는 터렛이 제1 개구 아래로 돌출되는 거리보다 큰 깊이를 갖는 리세스에 위치될 수 있다. 리세스 내의 이 위치는 부력식 조립체가 넓고 편평한 베이스를 가질 수 있게 하며, 이는 터렛을 부력식 조립체에 장착하는 것을 돕기 위해 육지의 편평한 표면에 놓일 수 있으며, 일단 장착된 터렛은 편평한 표면과 접촉할 필요가 없다. 이는 터렛이 장착되는 동안 절차의 전체 부분 중에 조립체에 안정성을 제공할 수 있다. 각각의 경우에, 리세스는 단순히 선체의 주 외부 표면으로부터 다시 설정되는 영역이 존재한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 조립체의 하부 표면에 원뿔형 또는 원통형 구멍이 있을 수 있다. 마찬가지로, 선체는 제1 개구가 위치되는 오버행(overhang)을 제공하기 위해 외부 에지에서 급격하게 상향으로 굴곡될 수 있다.

선택적으로, 부착점은 근위 단부에서 터렛에 커플링된 적어도 하나의 주요 라인을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 터렛 주위에 등거리로 이격된 2개 이상의 주요 라인이 있을 수 있다. 주요 라인은 앵커링 링크의 일부를 제공하기에 충분히 강하지만, 주요 라인이 앵커링 라인보다 상당히 짧다는 점에서 앵커링 라인과 구별된다. 주요 라인은 터렛에 직접 연결되어, 앵커링 라인이 터렛으로부터 분리된 지점에 연결될 수 있는 수단을 제공한다. 구체적으로, 주요 라인은 5 미터와 15 미터 길이 사이일 수 있으며, 이는 실제 관심 있는 대부분의 수역의 바닥에 도달하기에는 너무 짧다. 그러나, 터렛 이외의 곳에 앵커 라인이 부착될 수 있도록 하는 것이 목적이다. 예를 들어, 부력식 조립체는 주요 라인 또는 각각의 주요 라인의 원위 단부를 부력식 조립체에 가역적으로 커플링시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 주요 라인은 부력식 조립체의 데크 또는 상부 표면에 놓일 수 있고, 앵커 라인은 조립체 표면 상의 (주요 라인을 통해) 부력식 조립체에 연결될 수 있다. 이는 터렛에 직접 접근해야 하는 것보다 연결 프로세스를 더 안전하고 단순하게 만든다. 각각의 주요 라인은 단일 앵커링 라인 또는 복수의 라인에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 각각의 주요 라인은 2개의 앵커링 라인에 커플링되도록 구성될 수 있다. 이것은 확산 앵커링 시스템이 구현될 수 있게 한다.

주요 라인 또는 각각의 주요 라인은 근위 단부에서 터렛의 하단부에서 방사상으로 배열된 플랜지(flange)에 커플링될 수 있다. 플랜지의 목적은 주요 라인이 터렛의 중심으로부터 떨어진 터렛과 커플링되는 지점을 이격시키는 것이다. 주요 라인은 유연하기 때문에 예를 들어, 국부적인 해류와 자체적으로 재정렬하는 전체 조립체를 통해 터렛의 비틀림에 대해 매우 작은 저항을 제공할 수 있으며, 이는 앵커링 라인/주요 라인이 얽히거나 지나치게 스트레스를 받는 것으로 이어질 수 있다. 터렛의 중심과 주요 라인의 부착점 사이에 단단한 섹션을 제공함으로써, 터렛의 회전에 대응하기 위해 주요 라인에 의해 제공되는 토크가 증가되어, 터렛 비틀림의 가능성을 감소시킨다.

주요 라인이 사용되는 경우, 주요 라인 또는 각각의 주요 라인의 원위 단부는 앵커링 라인을 부력식 조립체에 부착하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다. 이 커넥터는 하나 이상의 앵커링 라인이 각각의 주요 라인에 부착될 수 있는 편리한 수단을 제공한다. 예를 들어, 일부 예에서, 커넥터 또는 각각의 커넥터는 2개의 앵커링 라인에 연결되도록 구성된다.

터렛은 전력 케이블을 수용하도록 구성된 축 방향 채널을 가질 수 있다. 부력식 조립체가 예를 들어, 부유식 풍력, 파력 또는 조력 시스템으로서 전력을 생성하기 위한 경우, 전력은 필요한 곳으로 전달되어야 한다. 통상적으로 이것은 해저 케이블에 의할 것이다. 일반적으로 조립체를 워터 베드에 기계적으로 앵커링하기 위한 연결 지점은 전기 케이블의 스트레싱을 피하기 위해, 이러한 전기 케이블에 대한 연결 지점과 동일하지 않은 것이 바람직하다. 터렛을 통해 케이블을 공급함으로써, 기계적(즉, 하중 지지) 및 전기적 연결이 분리될 수 있어, 각각 다른 것에 대한 특정 제약에 의해 방해받지 않고 의도된 기능을 수행할 수 있게 하는 것이 유리하다. 이를 위해, 전력 케이블에 연결하기 위해 터렛 상단부에 슬립 링(slip ring)과 같은 전기 인터페이스가 있을 수 있다.

조립체는 전력 케이블에 부착되고 채널을 통해 전력 케이블을 당기는 것을 돕는 케이블 풀 라인(cable pull)을 더 포함할 수 있다. 거친 바다에서 좁은 개구를 통해 케이블을 공급하는 것이 어려울 수 있으며, 케이블 풀 라인은 케이블이 올바르게 자리잡도록 하는 것을 보장하는 데 크게 도움이 될 수 있다.

또한, 부력식 터빈 장치가 본원에 개시되며, 부력식 터빈 장치는, 제1 세장형 선체; 제1 선체의 길이와 근사적으로 동일한 길이를 갖는 제2 세장형 선체; 제1 선체와 제2 선체 사이에 위치된 제3 세장형 선체; 제1 선체 및 제2 선체를 제3 선체의 원위 단부에 연결하는 하나 이상의 크로스 빔; 제1 선체와 제3 선체 사이에 장착된 적어도 하나의 터빈을 포함하는 터빈 조립체; 및 제2 선체와 제3 선체 사이에 장착된 적어도 하나의 터빈을 포함하는 터빈 조립체를 포함하고, 각각의 선체는 터빈 조립체의 원위 단부에서 다른 선체와 정렬되고; 제3 선체는 근위 단부에서 터렛 앵커링 시스템을 갖는다. 제3 선체는 워터 베드에 장치를 앵커링하기 위한 편리하고 안정적인 위치를 제공하여, 이를 국부적인 해류와 정렬할 수 있게 한다. 이러한 분리는 앵커링 시스템이 큰 풋프린트를 가질 수 있게 하여 안정성을 제공한다. 이러한 이점을 제공하기 위해서, 제1 선체 및 제2 선체는 제3 선체의 원위 극단에서 제3 선체에 연결될 필요는 없지만, 단지 원위 단부를 향할 필요가 있음에 유의한다. 즉, 크로스 빔과 제3 선체 사이의 접촉점은 제3 선체의 극도의 원위 단부에 있을 필요는 없지만, 제3 선체의 원위 부분에 위치되어, 제1 선체 및 제2 선체가 제3 선체의 원위 단부 근처에서 제3 선체와 나란히 있다.

일부 예에서, 중앙 선체는 특히 피칭 모멘트에 대한 저항을 제공하는 것을 도울 수 있는 전방(또는 근위) 단부를 향해 집중된 추가적인 부력(예를 들어, 다른 2개의 선체에 대해)을 갖는다. 다른 예에서, 중앙 선체는 근위 단부(터렛 앵커가 위치 단부, 즉 상류)에서 더 넓을 수 있다. 또 다른 예에서, 제3의 중앙 선체는 제1 선체 및 제2 선체보다 길다. 이러한 연장된 제3 선체의 추가 길이는 제1 선체 및 제2 선체의 근위 단부를 넘어 돌출될 수 있다. 이러한 배열은 터렛 앵커링 시스템을 터빈으로부터 더 멀리 위치시킬 뿐만 아니라, 추가적인 부력이 제3 선체의 전방(근위 단부)에 제공될 수 있게 한다. 증가된 부력과 세장형 중앙 선체의 조합은 제3 선체의 레버 아암을 증가시켜 피칭 모멘트에 대한 저항을 허용한다. 일부 예에서, 중앙 선체가 세장형 선체이고, 전방(근위) 단부에서 더 넓거나 근위 단부에서 더 많은 부력이 있는 상술한 특징은 피칭에 대한 저항을 향상시키기 위해 함께 조합될 수 있다.

예를 들어, 일부 경우에 제3 선체는 제1 선체 또는 제2 선체 길이의 적어도 1.5배이다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 경우에, 제3 선체는, 조립체가 사용 중이고 터빈이 제1 구성에 있을 때 수위 아래 터빈의 거리의 적어도 1.5배이다. 이러한 치수는 비교적 얕은 물에서도 넓게 확산된 계류 시스템을 허용한다.

터빈 조립체는 제1 선체와 및 제3 선체 사이의 복수의 터빈 및/또는 제2 선체와 제3 선체 사이의 복수의 터빈을 포함할 수 있다. 터빈 수를 증가시키는 것은 전체적으로 장치에 의해 발생되는 전력량을 증가시킬 수 있다.

터빈은 이들이 조립체의 예상 수위 아래에 있는 제1 구성 및 터빈이 조립체의 예상 수위 위에 있는 제2 구성으로 구성될 수 있다. 2개의 구성을 통해 사용자는 검사, 유지 보수, 견인 등을 위해 터빈을 상승시키고 발전을 위해 터빈을 하강시킬 수 있다.

터빈 장치는, 제2 구성에 있을 때 터빈에 가까이 위치되거나 위치될 수 있는 플랫폼을 더 포함할 수 있다. 이는 작업자가 수리 및/또는 검사를 수행하기 위한 편리한 장소를 제공한다.

터빈 장치는 제1 구성 또는 제2 구성에서 터빈을 구성하고 이들 2개의 구성 사이에서 터빈을 천이시키기 위해 사용될 수 있는, 위에서 제시된 터빈 지지체에 대해 터빈을 상승시키기 위한 임의의 장치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 3개의 선체는 터빈이 이에 대해 상승되는 터빈 지지체를 형성한다.

선택적으로, 제3 선체는 전체 조립체에 대한 제어 시스템을 포함한다. 이러한 집중화를 통해 제1 선체 및 제2 선체를 훨씬 더 단순하고 저렴하게 제조할 수 있다.

선택적으로, 제3 선체는 제1 선체 및 제2 선체에 대한 추가 부력을 포함한다. 이는 장치에 안정성을 제공하는 데 도움이 될 수 있다.

제3 선체의 부력은 가변적일 수 있다. 이는 장치가 안정성을 희생시키지 않으면서 다른 터빈 구성을 채용할 수 있게 한다.

제3 선체는 수중익(hydrofoil)을 더 포함할 수 있다. 수중익은 조립체를 안정화하고 이를 국부적인 흐름과 정렬하는 데 도움이 될 수 있다.

일부 경우에, 터빈은 선체의 원위 단부를 넘어 위치되는 방식으로 상승된다. 다른 경우에, 인접 선체 사이의 분리는 인접 선체 사이의 터빈 조립체를 상승시키기에 충분하다. 이를 통해 터빈을 선체 사이에 올릴 수 있어, 공간을 절약하고 안정성을 향상시킨다.

하나 이상의 선체는 근위 단부에서 유선화될 수 있다. 이는 원하는 계류 위치로 및 그로부터 견인 장치의 효율을 향상시킨다.

상술한 터빈 조립체는 상술한 앵커링 시스템을 포함할 수 있다.

터렛 앵커링 시스템을 갖는 부력식 조립체를 앵커링하는 방법이 본원에 또한 설명되며, 본 방법은 (a) 앵커링 시스템의 터렛을 부력식 조립체에 부착하는 단계; (b) 조립체를 설치 사이트로 운송하는 단계; 및 (c) 복수의 앵커링 라인을 터렛에 부착하는 단계를 포함한다. 상술한 바와 같이, 개별적으로 그리고 조립체에 앵커링하기 전에 터렛을 장착하는 것은, 잔잔한 물 또는 심지어 육지에서 일어날 수 있기 때문에 터렛의 설치를 단순화시킬 수 있다.

터렛이 최고 위치에 있는 제1 위치와 터렛이 최저 위치에 있는 제2 위치 사이에서 터렛은 대체로 수직 방향으로 슬라이딩 가능할 수 있다. 위에서 제시한 바와 같이, 터렛은 육지에서 부력식 조립체에 장착될 수 있다. 슬라이딩 가능한 터렛을 제공함으로써, 터렛이 제1 개구 아래로 돌출되는 정도가 변경될 수 있어, 예를 들어, 터렛의 하단부가 방해받지 않고 부력식 조립체가 슬립웨이 또는 부둣가에 놓일 수 있게 한다. 이러한 방식으로 터렛을 수축시키는 것은 또한 드래프트를 감소시키고 따라서 부력식 조립체를 설치 사이트로 견인하는 동안 항력을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 일단 부력식 조립체가 제 위치에 있으면, 부착점이 부력식 조립체 몸체의 벌크 아래에 있도록 터렛이 유리하게 하강될 수 있어, 터렛을 중심으로 회전할 때 조립체 자체와 간섭하지 않고 (수면에 더 얕은 각도로) 앵커링 라인이 더 넓게 확산될 수 있게 한다.

위에서 제시된 바와 같이, 터렛은 설치 프로세스의 상이한 부분 동안 특정 구성인 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 터렛은 단계 (a) 동안 제1 위치에 있을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로 터렛은 단계 (b) 동안 제1 위치에 있을 수 있다. 터렛은 단계(b)와 (c) 사이, 또는 단계 (c) 동안 또는 실제로 단계 (c) 후에 제2 위치에 배치될 수 있다.

설치 사이트에서의 조립체의 도달 전에, 앵커링 라인들의 각각의 제1 단부는 해저에 앵커링되고, 앵커링 라인들의 각각의 제2 단부는 설치 사이트에서 부표에 부착될 수 있다. 선택적으로, 예를 들어, 부유식 조력, 파력 또는 풍력 발전소로부터 육지로 전력을 전달하기 위해 전력 케이블이 또한 부표에 부착될 수 있다.

부표에 부착된 전력 케이블이 있는 경우에, 전력 케이블은 (d) 전력 케이블을 부력식 조립체의 상부 표면 상의 홀더로 이동시킴으로써 조립체에 유리하게 연결될 수 있다. 또한 선택적으로, 본 방법은 (e) 터렛의 중공 코어(hollow core)를 통해 전력 케이블을 당기는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 선택적으로, 본 방법은 (f) 전력 케이블을 부력식 조립체의 전기 인터페이스에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다.

단계 (c)는 앵커링 사이트의 만조 정조(slack high tide)에서 제1 앵커링 라인을 부착시키는 단계를 유리하게 포함한다. 이를 통해 조립체 상에 국부적인 흐름으로 인한 힘이 없으면서 제1 라인이 조립체에 연결될 수 있게 하며, 이에 의해 설치를 단순화한다. 일부 예에서, 제1 앵커링 라인은 만조 정조 후 흐름 방향에 대한 상류 앵커링 라인이다. 이는 조류가 재개될 때, 조립체가 제 위치에 안정적으로 고정되어 나머지 앵커링 라인이 부착될 수 있게 하는 것을 의미한다.

일단 단계 (c)가 수행되면, 앵커링 라인은 팽팽히 당겨질 수 있다. 이는 계류 시스템을 국부적인 조건에 적응시키기 위해 장치가 제 위치에 고정된 상태에서 장력이 변경될 수 있게 한다.

이 예에서 사용된 부력식 조립체는 위에서 제시된 관련 이점과 함께, 상술된 3개-선체의 변형일 수 있다.

터빈 시스템은 동작시 상당한 추력을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 대부분의 계류형 부력식 터빈 조립체는, 터빈이 조립체의 본체로부터 오프셋되고, 통상적으로 조립체의 본체 아래의 물 안으로 매달리도록 배열된다. 큰 추력과 조합된 이러한 오프셋은, 터빈의 오프셋으로 인해 큰 추력이 큰 모멘트를 생성하기 때문에 조립체의 상당한 피칭 모션을 유발한다. 이러한 피칭 모멘트는 터빈이 국부적인 유체 흐름과 잘못 정렬되게 할 수 있어 효과를 감소시키며 또한 계류 시스템을 긴장시킬 수 있다.

또한 이 문제를 해결하기 위한 계류(mooring) 시스템이 본원에 개시된다. 구체적으로 터빈 조립체에 대한 계류 시스템은, 앵커링 라인에 의해 상류 부표에 연결되는 상류 앵커링 포인트로서, 상류 부표는 터빈 조립체의 상류 단부에 복수의 밧줄에 의해 연결되는, 상류 앵커링 포인트; 및 앵커링 라인에 의해 하류 부표에 연결되는 하류 앵커링 포인트로서, 하류 부표는 터빈 조립체의 하류 단부에 복수의 밧줄에 의해 연결되는, 하류 앵커링 포인트를 포함한다. 일부 예에서, 부표를 터빈 조립체에 연결하는 밧줄은 실질적으로 수평이다. 계류 시스템의 중간 지점으로서의 부표는 밧줄이 수평으로 배열되는 것을 돕는다. 일부 경우에, 전체 밧줄은 본질적으로 수평이다. 다른 경우에, 밧줄은 근사적으로 수평 각도로 터빈 조립체에 부착되지만, 부표와 터빈 조립체 사이에서 약간 처진다. 어느 경우이든, 계류 시스템의 수직 성분은 부표의 존재에 의해 실질적으로 감소된다. 이는 시스템에서 피칭 모멘트를 감소시키는 데 도움이 된다.

일부 경우에, 터빈 조립체는 다중-선체 선박을 포함하고 선체 당 부표 당 하나의 밧줄이 있다. 다른 요 모션도 저항되기 때문에, 이는 계류 시스템에서 더 높은 정도의 안정성을 제공한다.

각각의 부표는 적어도 10 톤의 부력을 가질 수 있다. 이는 시스템에 대한 양호한 수준의 안정성을 제공한다.

제37항 내지 제40항 중 어느 한 항에 따른 계류 시스템에서, 각각의 부표는 적어도 5 m의 길이 및 적어도 1 m의 직경을 갖는다. 이러한 치수는 부표가 충분한 부력을 갖도록 쉽게 만들어질 수 있게 한다. 각각의 부표는 중공형, 공기 충진형 또는 폼(foam) 충진형 등일 수 있으며, 이들 모두는 쉽게 이용할 수 있는 재료이다.

계류 시스템은 실질적으로 수직 힘 성분을 갖지 않지 않을 수 있다. 또한, 계류 시스템은 피칭(pitching)력에 대응하도록 작용할 수 있다. 위에 제시한 바와 같이, 피칭력은 불안정한 계류를 유발할 수 있으므로 계류 시스템의 수직 성분을 제거함으로써 이에 대응하여 계류 시스템의 안정성을 향상시킨다.

이러한 부력식 계류 시스템은, 감소된 피칭이 강한 흐름 조건 하에서도 부유식 터빈 디바이스를 안정화시키는 것을 도울 수 있기 때문에, 상술한 많은 부유식 터빈 디바이스와 함께 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 세 장형 선체를 갖는 터빈 조립체는 유리하게는 부력식 계류 시스템을 사용하여 계류될 수 있다. 상류 부표와 3개의 선체 각각 사이에 3개의 계류 라인이 부착될 수 있다. 3개의 추가 계류 라인이 하류 부표와 3개의 선체의 각각 사이에 부착될 수 있다. 이러한 방식으로, 터빈 조립체의 안정적인 앵커링이 달성될 수 있다.

지지체에 대해 터빈을 상승시키기 위한 장치는 제1, 제2 및 제3 세장형 선체를 갖는 터빈 조립체와 함께 사용될 수 있다. 이 조합은 3개의 선체 변형에 편리한 기능을 제공한다.

유사하게, 터렛 계류 시스템은 지지체에 대해 터빈을 상승시키기 위한 장치와 함께 유리하게 사용될 수 있다. 터렛 계류는 터빈이 배치될 때에도 앵커링 케이블로부터 떨어지도록 앵커링 케이블을 장치로 가져오도록 배열될 수 있다. 조립체를 제 위치에 앵커링한 상태에서 터빈이 상승된 후 전력을 생산하기 위해 하강될 수 있으므로, 터빈을 선택적으로 상승 및 하강시키는 능력은 조립체의 설치 프로세스를 단순화한다.

터렛 계류는 유리하게는 제1, 제2 및 제3 세장형 선체를 갖는 터빈 조립체와 함께 사용될 수 있다. 터렛 계류 시스템과 부유식 터빈 조립체의 조합에 대한 특별한 문제는 터빈의 드래프트가 너무 커서, 조립체가 변하는 흐름에서 요잉할 때 터빈이 계류 라인에 충돌할 위험이 있다는 것이다. 이는 계류 라인 손상으로 이어질 수 있으며, 결국 앵커링 시스템의 고장으로 이어질 수 있다. 세장형 중앙 선체를 제공함으로써 터렛 계류와 터빈 사이의 수평 거리가 증가된다. 이는 앵커링 케이블의 고정된 각도를 위해 터빈에서 더 큰 드래프트를 허용한다. 마찬가지로, 고정 드래프트의 경우, 이는 앵커링 케이블이 수평과 더 작은 각도를 이루도록 하여 보다 안정적인 앵커링 시스템을 제공한다. 터렛 계류의 특성으로 인해, 이러한 방식으로 선체의 외부 쌍이 연장될 필요가 없기 때문에 이러한 디바이스의 전체 질량과 복잡성은 상대적으로 낮게 유지된다.

본 발명의 실시예가 이하 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1a는 터빈이 배치된 구성에 있는 터빈을 상승시키기 위한 장치를 포함하는 터빈 조립체의 예의 사시도를 나타낸다.
도 1b는 터빈이 상승된 위치에 있는 도 1a의 터빈 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 1c는 터빈을 상승시키기 위한 장치의 동작의 상세를 제공하는 도 1a 및 도 1b의 터빈 조립체의 측면도를 나타낸다.
도 2a는 터빈이 배치된 구성에 있는 터빈을 상승시키기 위한 제2 장치를 포함하는 터빈 조립체의 다른 예의 사시도를 나타낸다.
도 2b 내지 도 2d는 장치에 의해 상승되는 터빈의 점진적인 스테이지에서, 도 2a의 터빈 조립체의 측면도를 나타낸다.
도 3a는 터빈이 배치된 구성에 있는 터빈을 상승시키기 위한 장치를 포함하는 터빈 조립체의 또 다른 예의 사시도를 나타낸다.
도 3b는 장치가 터빈을 부분적으로 상승시키도록 동작되는 도 3a의 터빈 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 3c는 장치가 터빈을 완전히 상승시키도록 동작된 도 3a 및 도 3b의 터빈 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 4a는 터빈이 상승된 구성에 있는 터빈을 상승시키기 위한 장치를 포함하는 터빈 조립체의 또 다른 예를 나타낸다.
도 4b는 터빈이 배치된 구성에 있는 도 4b의 터빈 조립체를 나타낸다.
도 4c는 앵커링 시스템을 포함하는 도 4b의 터빈 조립체의 평면도를 나타낸다.
도 4d는 도 4c에 나타낸 터빈 조립체의 측면도를 나타낸다.
도 5a는 설치 사이트에 설치하기 전의 터렛 계류 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 5b는 설치 사이트에 설치하는 동안 도 5a의 터렛 계류 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 5c는 설치 사이트에서 장래의 설치 단계 동안의 도 5a 및 도 5b의 터렛 계류 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 5d는 설치 사이트에서 더 장래의 설치 단계 동안의 도 5a 내지 도 5c의 터렛 계류 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 6은 도 1 내지 도 5의 터빈 조립체를 계류하는데 적절한 계류 시스템의 사시도를 나타낸다.

일반적으로, 부유식 조력 에너지 디바이스는 동작 사이트에 계류되어 있다. 조력 터빈과 그 회전자는 지지 구조체에서 디바이스의 선체 아래에 유지되어 해양 또는 강의 흐름이 동작 사이트에서 흐를 때 터빈이 회전할 수 있어, 전기를 생성한다. 이러한 동작 조건에서 터빈과 회전자를 포함한 디바이스의 전체 드래프트는 크다. 동작 사이트에의 디바이스의 배치를 위해, 그리고 후속 유지 보수, 검사 및 해체를 위해, 터빈과 회전자가 물 위에 있어 디바이스의 드래프트가 이 때 단지 디바이스의 선체의 드래프트인 것이 바람직하다. 본원에 제시된 예에서, 터빈을 배치하기 위해 터빈이 현수되는 구조체는 베어링에 대해 하향으로 회전될 수 있고, 이어서 터빈은 다시 용이하게 상향으로 회전될 수 있어, 디바이스의 해체 전에 물 밖으로 나온다. 이러한 회전 또는 스윙 모션은 선형 이동과 결합된다. 이러한 모션의 결합은 컴팩트하고 효율적인 터빈 조립체를 제공할 수 있다.

도 1a는 스윙 및 선형 모션의 조합을 사용하는 부유식 터빈 조립체(100)의 예를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 3개의 부력식 선체(102a-c)(총괄적으로 102로 지칭됨)가 3동선(trimaran) 구성으로 배열된다. 각각의 선체(102)는 의도된 국부적인 흐름에 대응하는 방향으로 유선화된다. 선체(102)는 크로스 빔(104a-b)(총괄적으로 104로 지칭됨)에 의해 서로 고정된 거리로 유지된다. 또한, 4개의 터빈(108)이 장착되는 빔(106)이 각각 텔레스코핑 지지체(110)의 형태로 터빈 마운트의 하단부에 제공된다. 2개의 터빈(108)이 각각의 인접한 선체(102)의 쌍 사이에 장착된다.

도면에서, 터빈(108)은 의도된 흐름에 대해 횡방향으로 배향된다는 점에서, 터빈(108)은 요잉된(yawed) 배향으로 나타내어진다. 정상 동작에서, 터빈(108)은 국부 흐름과 터빈을 정렬시키기 위해 나타낸 배향으로 근사적으로 90° 회전될 것이다. 그러나, 터빈(108)을 상승시키기 위한 준비에서, 국부적인 흐름과의 상호 작용에 의해 발생된 힘을 감소시키기 위해 터빈을 요잉하는 것이 유리하다. 또한, 블레이드의 직경이 상당히 클 수 있기 때문에, 터빈을 상승시키기 전에 터빈(108)을 요잉하는 것은 선체(102) 사이에 요구되는 간격을 감소시킬 수 있다. 이는 인접한 선체(102) 사이에 단일 터빈(108)만이 존재할 수 있는 더 작은 설계에 특히 중요하다.

또한, 도면에는 각 터빈(108)마다 하나씩 4개의 플랫폼(112)이 나타내어져 있다. 플랫폼(112)은 레일의 세트 상에 장착되어, 이들이 대응하는 텔레스코핑 지지체(110)를 향하여 또는 이로부터 멀어지게 이동할 수 있게 한다.

이제 도 1b를 고려한다. 여기서, 동일한 부유식 터빈 조립체(100)가 도 1a에서와 같이 나타내어져 있지만, 터빈(108)은 사용시 조립체의 예상 수위 위로 상승되어 있다. 텔레스코핑 지지체(110)는 이제 실질적으로 수평으로 놓여 있고 터빈(108)은 물로부터 떨어져 있음을 알 수 있다. 터빈(108)의 검사 또는 유지 보수는 각각의 플랫폼(112)으로부터 달성될 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(112) 중 2개는 (도 1a의 위치와 비교하여) 도 1b의 터빈에 더 가까이 이동한 것으로 나타내어져 있다. 터빈(108)의 모든 부분에 접근하기 위해, 플랫폼(112)은 필요한 경우 서로 독립적으로 레일을 따라 이동될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 조립체(100)의 부분과 충돌하지 않고 터빈(108)이 위로 스윙할 수 있는 충분한 공간을 허용하기 위하여, 플랫폼은 터빈(108)이 상승될 때 플랫폼(112)에 대해 디폴트 위치인 빔(106)으로부터 가장 먼 거리에 있다.

도 1c는 장치가 도 1a에 나타낸 배열로부터 도 1b의 배열로 천이하도록 터빈(108)을 상승시키기 위한 장치를 나타내는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 조립체의 측면도를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 텔레스코핑 지지체(110)는 조립체(100)의 나머지에 피봇식으로 장착된다. 일부 경우에, 피봇식 장착은 그 축을 중심으로 피봇할 수 있는 방식으로 빔(106)을 장착함으로써 제공된다. 다른 경우에, 텔레스코핑 지지체(110)는 빔(106)에 피봇식으로 부착되며, 따라서 회전할 필요가 없다. 빔(106)보다는 지지체(110)를 피봇식으로 장착하면 터빈(108)이 서로 독립적으로 상승될 수 있다.

임의의 경우에, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 텔레스코핑 지지체(110)는 축(114)을 중심으로 조립체(100)에 대해 피봇될 수 있다. 텔레스코핑 지지체는 터빈(108) 및 상부(116b)를 지지하는 하부(116a)를 포함한다. 이 경우, 하부 (116a)는 중공인 상부(116b) 내측에 끼워질 수 있다. 이는 하부(여기서는 내부)(116a)가 상부(또는 이 경우 외부)(116b) 내에서 슬라이딩할 수 있게 하여, 조립체(100)의 전체 드래프트를 감소시킨다.

상부(116b)에는 그 상단에 풀리(118)가 제공된다. 케이블(120)은 하부(116a)에 부착되고 풀리(118)를 통해 윈치(120)로 공급된다. 윈치가 활성화될 때, 케이블은 텔레스코핑 지지체(110)의 하부(116a)를 당기고, 이를 상부(116b) 내로 슬라이딩하게 함으로써 하부(116a)를 상승시킨다. 도 1c에서, 케이블 상의 화살표는 윈치(120)의 작용에 의해 텔레스코핑 지지체(110)에 가해지는 힘의 방향을 나타낸다. 미리 정해진 상승 높이에서, 하부(116a)의 외측부의 정지부가 상부(116b)와 결합하여 조립체(100)에 대해 하부(116a)의 추가 상승을 방지한다. 이 지점에서, 텔레스코핑 지지체를 후방으로 피봇하게 하는 윈치의 추가적인 동작에 의해 텔레스코핑 지지체(110)의 단부에서 터빈(108)을 스윙시킨다. 단일 동작에서 터빈(108)을 수위 위로 완전히 상승시키는 동작 전체에 걸쳐 윈치(122)가 연속적으로 동작될 수 있다. 터빈(108)을 상승시키기 위한 장치의 설계는 단일 디바이스, 이 경우 윈치(122)가 일정한 모션을 제공할 수 있도록 배열되며, 이는 선형 및 회전 모션: 각각 텔레스코픽 슬라이드 및 피봇팅 스윙이 조합을 야기한다는 점에 유의한다. 예를 들어, 공압식/유압식, 랙(rack) 및 피니언(pinion) 등과 같은 상향력을 제공하기 위한 임의의 적절한 디바이스가 사용될 수 있다.

이러한 메커니즘이 나타내어져 있지 않지만, 터빈(108)은 상승함에 따라 요잉하도록 구성될 수 있다. 이는 요(yaw) 각도의 제어를 허용하기 위해 각각의 터빈(108)에 모터 또는 다른 회전 디바이스를 제공함으로써 달성될 수 있다. 브레이크와 관련하여, 이러한 시스템은 또한 터빈(108)을 국부적인 흐름과 보다 정밀하게 정렬시킬 뿐만 아니라 상승 동작 동안 정렬을 제어 및 고정하는 데 사용될 수 있다.

대안적으로, 하부(116a)는 그 외부 표면 상에 돌출부를 포함할 수 있고 상부(116b)의 내부 표면에 오목부(indentation)가 있을 수 있다. 하부(116a)가 상부(116b) 내로 슬라이딩함에 따라, 돌출부는 오목부와 상호 작용하여 요잉 모션을 유발한다. 특정 예로서, 하부(116a) 상의 외부 스크류 나사는 상부(116b) 상의 대응하는 내부 스크류 나사와 상호 작용하여 하부(116a)의 회전(요잉) 운동을 유발하며, 이는 터빈(108)을 함께 가져와서, 상승 동작 중에 원하는 양으로 회전시킬 것이다. 단일 상승 디바이스(예를 들어, 윈치(122))는 이에 의해 단일 모션으로 3개의 부분 모션(슬라이드, 요 및 스윙)을 제공할 수 있음에 유의한다.

터빈(108)을 원하는 대로 어느 한 방향으로 요잉하도록 배열할 수 있다. 몇몇 경우에, 이들은 항상 서로 동일한 회전 방향으로 요잉하는 반면, 다른 경우에, 인접한 터빈(108)이 반대 회전 방향으로 요잉된다. 어느 경우이든, 일부 조립체는 인접한 터빈(108) 사이에서 플랫폼(112)을 공유하므로, 더 적은 플랫폼(112)이 제공될 필요가 있다. 예를 들어, 터빈(108)의 한 부분을 검사하기 위해 한 쌍의 플랫폼 사이에 단일 슬라이딩 플랫폼(112)이 제공될 수 있는 반면, 터빈(108)의 다른 부분은 가장 가까운 선체(102)의 일부에 대해 서서 검사될 수 있다.

이제 도 2a를 고려하면, 터빈을 상승시키기 위해 선형 및 회전 모션의 조합을 사용하는 부력식 터빈 조립체(200)의 다른 예가 나타내어져 있다. 여기서, 조립체는 한 쌍의 대칭 분할 선체(202a 및 202b)(총괄적으로 202라 칭함)를 포함한다. 각각의 선체는 도 1a 내지 도 1c의 선체와 유사하지만, 그 도면에서와 같이 인접한 선체 사이에 터빈을 장착하는 대신, 도 2a의 조립체(200)는 터빈 지지 빔(210)이 연장되는 갭을 갖는 2개의 부분으로 형성된 선체를 가져, 터빈(208)에 대한 적절한 장착 지점을 제공한다. 선체(202)의 다양한 부분은 프레임(204)에 의해 서로에 대해 고정된 위치에 이를 유지하기 위해 함께 연결된다.

프레임(204)은 또한 각각의 터빈에 대한 레일(224a 및 224b)(총괄적으로 224로 지칭됨)을 수용한다. 터빈 지지 빔(210)은 레일을 따라 슬라이딩할 수 있도록 레일(224)에 각각 연결된다.

이 장치를 사용하여 터빈(208)을 상승시키는 프로세스가 도 2b 내지 도 2d에 상세하게 나타내어져 있으며, 이는 배치된 구성으로부터 상승된 구성으로의 진행을 나타낸다. 터빈 지지 빔(210)에 상향력이 가해짐에 따라, 터빈 지지 빔(210)이 레일(224)을 따라 드래그될 때 각각의 터빈 지지 빔(210)과 조립체(200) 사이의 접촉점이 변한다. 레일(224)의 곡률로 인해, 터빈 지지 빔(210)은 이동함에 따라 회전하여 터빈(208)의 스윙 모션을 한 번 더 유발한다. 이 프로세스는, 터빈 지지 빔(210)이 실질적으로 수평이 될 때까지 계속된다. 지지 빔(210)이 실질적으로 수평인 경우에도, 안정성 및/또는 검사 등을 위해 지지 빔(210) 및 터빈(208)을 더 잘 위치시키기 위해 레일을 따라 계속 이동할 수 있다. 한번 더, 레일(224)의 배열은 (윈치 및 케이블 또는 도시되지 않은 도 1a 내지 도 1c의 배열에서의 사용을 위해 제시된 것과 같은 임의의 다른 적절한 디바이스와 같은) 단일 디바이스가 선형 및 회전 양태를 포함하는 비교적 복잡한 모션을 제공할 수 있게 한다. 각 터빈이 취하는 정확한 경로는 레일의 특정 형상에 의해 결정된다.

레일에 의해 제공되는 회전 및 선형 모션 이외에, 다른 모션이 가능하다. 예를 들어, 터빈 지지 빔(210)은 도 1a 내지 도 1c와 관련하여 설명된 것과 같은 텔레스코핑 빔일 수 있다. 이는 지지 빔(210)이 레일을 따라 드래그되기 전에 수직 모션이 발생할 수 있게 한다. 이러한 아이디어의 추가적인 개발은 상술한 요잉 모션을 포함하는 것으로, 이에 의해 돌출부 및 오목부는 상호 작용하여 텔레스코핑 빔의 내부 부분이 상승 프로세스 동안 요잉되게 한다.

도 2a 내지 도 2d에 나타낸 경우에, 분할 선체 배열은 각 선체(202)의 2개의 부분 사이의 갭이 상대적으로 작게 되도록 터빈이 상승됨에 따른 터빈(208)의 요잉 모션을 포함한다. 따라서, 이들 설계에서 상승 프로세스의 일부로서 요잉 피처를 포함시키는 것이 특히 유리하다. 이 설계의 다른 예에서, 선체는 분할되지 않고 터빈은 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 배열과 매우 유사한 2개의 인접한 선체 사이에 유지된다. 이 경우에, 레일(224)은 선체(202) 대신에 프레임(204) 상으로 올라간다.

이제 터빈을 상승시키기 위해 조합된 회전 및 선형 모션의 일반적인 원리를 사용하여 터빈 조립체(300)의 제3 예를 나타내는 도 3a를 참조한다. 한번 더, 조립체(300)는 3동선 배열로 배열된 3개의 선체(302a-c)(총괄적으로 302로 지칭됨)를 포함한다. 3개의 선체(302)는 크로스 빔을 포함하는 지지 구조체(304)에 의해 서로 이격되어 유지된다. 4개의 터빈(308)은 프레임(326) 상의 조립체(300) 아래에 유지된다. 프레임(326)의 상부는 선체(302)의 내측(즉, 다른 선체(302)와 대향하는 임의의 주어진 선체(302)의 측)을 따라 진행되는 홈(328)과의 상호 작용에 의해 조립체(300)에 유지된다. 프레임(326)은 프레임의 상부에 제공된 돌출부(330)에 의해 이 홈과 결합한다.

3동선 배열은 프레임(326)이 각각의 인접한 쌍의 선체(302) 사이의 조립체 아래에 매달릴 공간을 제공한다. 따라서, 각각 2개의 터빈(308)을 갖는 2개의 프레임(326)이 3동선 배열에 제공된다.

터빈(308)을 상승시키기 위해, 프레임을 통해 상향력이 가해진다. 상향력은 돌출부(330)가 홈(328)을 따라 진행함에 따라 프레임(326) 및 터빈(308)이 돌출부(330)를 중심으로 피봇할 뿐만 아니라 선형 모션으로 이동함으로써 스윙하게 한다. 이러한 방식으로, 회전 모션이 돌출부(330)에 의해 제공된 접촉점 주위의 프레임(326)의 피봇 이동에 의해 제공되며, 선형 모션은 돌출부(330)가 홈(328)을 가로지르는 것에 따라 피봇 점 자체를 이동시킴으로써 제공된다.

도 3b 및 도 3c는 돌출부(330)가 홈(328)을 따라 슬라이딩함에 따라 상승 프로세스에서의 점진적인 모멘트를 나타낸다. 홈(328)은 반전된 V자 형상을 가지며, 이는 돌출부의 선형 모션의 초기 부분이 하향 각도에서 계속되기 전에 상향으로 각도를 이루는 것을 의미한다. 이동의 제1 스테이지는 반전된 V의 제1 레그(leg)를 따라 돌출부가 이동함에 따라 주로 수직이고, 돌출부가 반전된 V의 제2 레그를 따라 진행함에 따라 더욱 원호형으로 된다. 상승 동작이 완료되면, 터빈(308)은 도 3c에 나타낸 바와 같이 국부적인 수위 위에 있다. 나타내지는 않았지만, 도 1a 내지 도 1c에서의 것(요소 112)과 같은 슬라이딩 가능 플랫폼이 터빈이 상승될 때 터빈의 정밀한 검사 및 유지 보수를 가능하게 하도록 포함될 수 있다.

이전과 같이, 상향력을 제공하는 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있지만, 적절하게 배치된 풀리를 갖는 윈치 및 케이블 시스템이 단일 디바이스를 사용하여 전체 이동을 완료하기 위해 사용될 수 있다.

상술한 터빈 상승 시스템이 목적에 따라 제작된 부유식 플랫폼과 관련하여 나타내어져 있다. 그러나, 동일한 원리가 둑, 부두 등과 같은 고정식 구조체에 장착된 터빈에 동일하게 적용될 수 있다. 유사하게, 나타낸 각각의 터빈 조립체는 2개 또는 4개의 터빈을 갖지만, 원리는 임의의 개수의 터빈에 동일하게 적용될 수 있다. 모든 경우에, 터빈은 지속적인 상향력을 가함으로써 또는 예를 들어, 윈치(또는 다른 디바이스)를 잠금으로써 상승 위치에 잠겨질 수 있다. 힘이 제거되거나 윈치 또는 다른 디바이스가 잠금 해제되면, 터빈을 하강시키기 위한 프로세스는 상승 동작을 역으로 수행함으로써 진행된다. 이러한 절차 동안, 터빈의 하강 속도를 늦추기 위해 작은 상향력이 터빈에 여전히 가해질 수 있다. 이는 터빈 및/또는 조립체에 대해 전체적으로 손상을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.

일반적으로, 예에 나타낸 각각의 텔레스코핑 지지체는 외부 부분 내에서 슬라이딩하는 내부 부분을 포함하고, 외부 부분은 터빈 조립체에 대해 고정된 상태를 유지한다. 이 상호 작용의 중요한 양태는 2개의 부분 사이의 상대 모션이다. 따라서, 조립체의 일반적인 동작에 영향을 미치지 않으면서, 외부 부분은 내부 부분 위로 슬라이딩하도록 배열될 수 있으며, 이는 조립체의 나머지에 대해 고정된 상태로 유지된다.

통상적으로, 복수의 터빈이 존재하지만, 모든 터빈이 상승될 필요는 없는 경우(예를 들어, 하나의 터빈만 결함이 발생하여 검사가 필요한 경우), 터빈은 대칭 방식으로 상승하여 비대칭 터빈 배치로 인해 원하지 않는 요력(yaw force)이 발생하지 않음을 보장한다. 예를 들어, 도 1a를 고려한다. 이 예에서, 선체(102c)에 가장 가까운 터빈(108)이 자체적으로 상승되면, 조립체에 작용하는 추력의 분포가 변할 것이다. 구체적으로, 선체(102a 및 102b) 사이의 2개의 터빈(108)으로부터의 결합된 추력은 선체(102b 및 102c) 사이의 하나의 나머지 터빈(108)으로부터의 추력의 약 2배일 것이다. 이 불균형 추력은 조립체(100)를 요잉시켜, 앵커링 시스템에 원하지 않고 불균형한 긴장을 가한다. 이 상황은 선체(102a)에 가장 가까운 터빈(108)을 또한 상승시킴으로써 상당히 개선될 수 있다. 일반적으로, 조립체의 대칭을 따르는 위에서 강조된 것과 같은 쌍으로 터빈을 상승시키는 것은 앵커링 시스템에서 과도한 긴장을 방지하는 데 유리하다.

도 1a 내지 도 3c에 나타낸 대부분의 배열은 터빈이 피칭 방향으로 스윙하는 것을 나타내지만, 일부 실시예에서 롤 모션을 통합함으로써 터빈을 상승시키는 것이 또한 가능하다(또는 실제로 이 둘의 조합). 이를 수행하기 위한 메커니즘은 리프팅 장치가 조립체의 나머지에 대해 90°(피치 대신 롤 모션을 제공) 또는 어떤 다른 각도(피치 및 롤의 조합을 제공)로 회전되는 것을 제외하고는 위에서 제시된 것과 매우 유사하다.

이제 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 또 다른 터빈 장치(500)가 나타내어져 있다. 터빈 장치(500)는 한 쌍의 크로스 빔(504)에 의해 3동선 배열로 함께 연결된 3개의 세장형 선체(502a-c)(총괄적으로 502로 칭함)를 포함한다. 선체는 서로 근사적으로 동일한 길이를 갖는 제1 및 제2 외부 선체(502a, 502b)를 포함한다. 제3의 중앙 선체(502c)는 제1 및 제2 선체(502a, 502b)보다 길다. 일부 예에서, 중앙 선체는 외부 선체 길이의 적어도 1.5배이다.

크로스 빔(504)은 한 쌍의 빔을 포함할 수 있고, 하나는 제1 선체(502a)를 제3의 중앙 선체(502c)에 연결하기 위한 것이고 다른 하나는 제2 선체(502b)를 중앙 선체(502c)에 연결하기 위한 것이다. 대안적으로, 크로스 빔 베이(bay)는 함께 일체로 형성되어 단일 크로스 빔을 형성한다. 실제로, 추가적인 강성을 위해 선체의 길이를 따라 이격된 하나 초과의 이러한 크로스 빔(또는 크로스 빔 세트)이 있을 수 있다.

3개의 선체(502) 모두는 터빈 장치(500)의 원위 단부에서 서로 근사적으로 정렬되는데, 이는 제3의 중앙 선체(502c)가 제1 및 제2 선체(502a, 502b)의 근위 단부를 넘어 연장됨을 의미한다. 터렛 앵커링 시스템(540)은 중앙 선체(502c)의 근위 단부에 제공된다. 이러한 배열은 터빈 장치(500)가 국부적인 흐름 방향의 변화에 응답하여 터렛 앵커링 시스템(540)이 터빈 장치(500)에 연결되는 지점을 중심으로 회전할 수 있게 한다. 특히, 터빈 장치가 조력 위치에 설치될 때, 장치(500)는 장치(500)가 조류의 유입 및 다시 조류의 유출로부터 전력을 유도할 수 있도록 근사적으로 180° 회전할 수 있다. 이러한 자유 회전 배열로 인해, 장치(500)의 근위 단부는 또한 장치(500)의 상류 단부이다. 조립체의 회전 성능은 중앙 선체(502c)의 하측에 장착된 수중익(548)에 의해 향상된다. 이는 또한 수류에서 장치의 취급을 향상시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 3개의 선체(502)는 그 원위 단부에서 정렬되지 않는다. 대신에, 선체의 원위 단부 사이에 작은 오프셋이 있을 수 있다. 통상적으로, 항상 그런 것은 아니지만, 제1 및 제2 선체(502a, 502b)는 전체 길이를 따라 서로 정렬되지만, 그 원위 단부는 제3 선체(502c)의 원위 단부로부터 오프셋될 수 있다.

2개의 터빈 조립체가 인접한 선체(502) 사이에 장착된다. 도 4a 및 도 4b에 나타낸 예에서, 각각의 터빈 조립체는 2개의 터빈(508)을 포함하며, 이는 제1 선체와 제3 선체(502a 및 502c) 사이에 장착된 2개의 터빈(508)이 있고 제2 선체와 제3 선체(502b 및 502c) 사이에 장착된 2개의 추가 터빈(508)이 있음을 의미한다. 일부 예에서, 터빈 조립체의 터빈(508)의 개수는 2개보다 크거나 작을 수 있다.

도 4a 및 도 4b에 나타낸 장치의 도면의 비교는 터빈이 예상 수위 위로 상승될 수 있음을 나타내며; 도 4a는 터빈(508)을 상승 구성으로 나타내는 반면, 도 4b는 터빈을 하강되거나 배치된 구성으로 나타낸다. 도 4a 및 도 4b에서, 터빈을 상승시키기 위해 사용된 장치는 상술한 도 1a 내지 도 1c와 관련하여 설명된 장치이다. 그러나, 터빈을 상승시키기 위해 본원에 설명된 임의의 장치가 포함될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에는 나타내지 않았지만, 터빈이 상승된 위치에 있을 때 터빈의 검사 및/또는 유지 보수를 용이하게 하기 위해 이동 가능한 플랫폼이 포함될 수 있다.

터빈 조립체는 터빈(508)이 장치(500)의 원위 단부로부터 매달리는 방식으로 상승되는 것으로 나타내어져 있다. 터빈(508)을 이 위치로 끌어올림으로써, 장치의 선체(502)는 이들이 다르게 이격될 수 있었던 것보다 함께 약간 더 가깝게 이격될 수 있다. 그러나, 일부 배열에서, 터빈은 선체 사이에서 상승되며, 이 경우 크로스 빔(504)에 의해 결정된 선체(502)의 간격은 적어도 터빈 조립체만큼 넓다.

중앙 선체(502c)는 전체 조립체에 대한 집중화된 제어 및 동작 모듈(538)을 포함한다. 이는 터빈을 상승시키기 위한 장치; 예를 들어, 결함이 검출되면 생산을 정지하는 개별 터빈; 가변 부력 구성 요소; 앵커링 시스템 조정; 전력 출력 또는 생성; 수중익 각도; 안전 피처에 대한 제어의 임의의 것 또는 모두를 포함할 수 있다.

일부 예에서, 이것은 필요하지 않으며, 제어는 선체 전체에 걸쳐 분산된다. 일부 경우, 추가적인 안전 피처로서 제어 장치에 리던던시(redundancy)가 있을 수도 있다.

중앙 선체(502c)는 외부 선체(502a 및 502b)에 대한 추가 부력 부분을 포함할 수 있다. 또한, 임의의 선체(502)는 범람 가능한 밸러스트 탱크와 같은 가변 부력 수단을 포함할 수 있다. 이는 터빈(508)이 배치된 구성에 있을 때와 비교하여 터빈(508)이 상승된 구성에 있을 때 경험하는 힘의 변화에 장치(500)가 적응하도록 도울 수 있다.

특히, 장치(500)에 대한 가변 부력은 장치를 의도된 앵커링 위치로 또는 그로부터 견인하는 데 유리할 수 있다. 이러한 견인 동작을 지원하기 위해, 터빈(508)이 상승될 수 있게 하는 것 외에도, 하나 이상의 선체(502)가 유선형 단부를 갖도록 배열될 수 있다. 터렛 앵커링 시스템(540)은 견인을 위한 편리한 부착점을 제공하고, 결과적으로 선체(들)(502)의 근위 단부는 유선형으로 되어야 한다.

도 4c 및 도 4d는 각각 계류 시스템을 강조하는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 장치의 평면도 및 측면도를 나타낸다. 4개의 앵커링 케이블(544a-d)(총괄적으로 544로 지칭함)은 워터 베드 상의 4개의 각각의 앵커링 포인트(542a-d)(총괄적으로 542로 지칭함)에 피라미드 배열로 확산된다. 이 배열의 큰 풋프린트는 장치가 터렛(540)을 중심으로 회전할 수 있는 동안 안정적인 앵커링 시스템을 제공한다. 통상적으로, 앵커 라인(544)은 워터 베드와 만나는 수평과 20° 이하의 각도를 이룬다.

터빈(508)이 배치된 구성에 있을 때, 제3 중앙 선체(502c)는 통상적으로 수위 아래의 터빈(508)의 최저 부분의 예상 깊이의 적어도 1.5배이다. 이는 장치(500)가 터렛 주위에서 스윙함에 따라 앵커 라인과 터빈(508) 사이의 간극(546)에 직접 영향을 미친다. 터빈(508)의 최저 부분의 예상 깊이에 비해 중앙 선체(502c)의 길이를 증가시키는 것은 앵커 라인(544)이 워터 베드와 만나는 수평과 대응하여 더 작은 각도를 이룰 수 있게 한다. 이는 차례로 계류 시스템의 더 큰 확산으로 이어져서, 보다 안정적인 배열을 만든다. 이는 앵커 라인(544)이 원하는 안정성을 달성하기에 충분히 확산될 수 있게 하는 충분한 깊이가 없을 수 있는 얕은 수역에서 특히 유리하다.

일부 예에서, 중앙 선체(502c)는 피칭 모멘트에 저항을 제공하는 것을 도울 수 있는 (터렛 앵커링 시스템(540)에 근접한) 근위 단부에 집중된 추가 부력을 갖는다. 다른 예에서, 중앙 선체(502c)는 예를 들어 근위 단부에서 가장 넓은 지점으로 테이퍼링함으로써 근위 단부(터렛 앵커(540)가 위치하는 단부, 즉 상류)에서 더 넓을 수 있다. 증가된 부력을 제공하는 것 외에도, 이러한 설계는 장치의 전방(원위) 단부에서 항력을 또한 증가시킬 수 있으며, 이는 피칭 모멘트에 대한 안정성을 제공하는 데 추가로 도움이 된다. 증가된 부력과 세장형 중앙 선체의 조합은 제3 선체의 레버 아암을 증가시킴으로써 피칭 모멘트에 대한 저항을 허용한다. 일부 예에서, 중앙 선체가 세장형 선체이고, 전방(근위) 단부에서 더 넓거나 근위 단부에서 더 큰 부력이 있는 상술한 피처가 함께 조합될 수 있다. 중앙 선체가 없는 것과 같이 짝수의(예를 들어, 2개) 선체가 있는 경우, 대칭적으로 배열된 선체의 하나 이상의 쌍에는 상술한 바와 같이, 그 상류 단부에서 증가된 부력 또는 ("상류 단부"가 예를 들어, 조류 효과로 인해 변하는 경우에) 각 단부에서의 가변 부력 수단 중 어느 하나가 제공될 수 있다.

이들 고려 사항은 도 4a 내지 도 4d에 나타낸 실시예와 관련하여 제기되지만, 터빈 추력으로 인한 피칭 모멘트에 저항하기 위해 터빈 조립체의 상류 단부에 추가 부력을 포함시키는 일반적인 원리는 본원에서 논의되는 모든 실시예에 적용될 수 있다. 디바이스가 국부적인 흐름에 응답하여 요잉하지 않고 고정되어 유지되는 경우, 예들 들어 조류에 응답하여 시간에 따라 변할 수 있는 상류 단부에서의 부력을 선택적으로 증가시키기 위해 디바이스의 어느 한 단부(상류/하류)에서 가변 부력 요소를 사용함으로써 상류 단부가 더 큰 부력을 갖도록 될 수 있다.

유사하게, 중앙 선체(502c)가 근위(상류) 단부에서 더 넓은 설계가 본원에 개시된 모든 설계에 적용될 수 있다. 장치가 3개 이외의 개수의 선체를 포함하는 경우, 하나 이상의 선체는 더 넓은 상류 단부를 가질 수 있어서, 드래그를 증가시키고 피칭 모멘트에 저항할 수 있다. 더 많은 짝수의 선체가 있는 경우, 대칭으로 배열된 하나 이상의 쌍의 선체는 선체의 가장 넓은 지점을 포함하는 상류 단부를 가질 수 있다. (예를 들어, 조류 효과로 인해) 상류 단부가 변하는 경우, 가장 얇은 중간 영역으로부터 원위 및 근위 단부 모두에서 한 쌍의 가장 넓은 지점까지 테이퍼링되는 모래 시계 형상을 갖는 선체의 대칭 배열이 제공될 수 있다. 가장 넓은 부분의 효과를 무효화하지 않기 위해, 선체는 (위에서 볼 때) 예리한 정점 각도를 갖는 한 쌍의 이등변 삼각형의 형상을 형성할 수 있어, 모래 시계 선체의 하류 부분이 선체의 상류 단부보다 유체 흐름 방향으로 더욱 유선형이다.

마지막으로, 중앙 선체(또는 3개 초과의 선체들이 있는 선체들)는, 중앙 선체가 다른 선체의 근위 및 원위 단부를 넘어 연장되도록 세장형일 수 있다. 이는 국부적인 흐름 방향이 예를 들어, 조류로 인해 변할 때 양쪽 흐름 방향으로 더 긴 레버 아암을 허용한다.

상술한 논의에서, 선체의 대칭 배열은 장치의 근위 단부로부터 장치의 원위 단부까지 연장되는 대칭 라인에 대해 대칭적인 배열이다. 이는 드래그 또는 부력의 비대칭성으로 인해 장치가 어떠한 요 또는 롤 모션도 발생시키지 않도록 보장하는 것을 돕는다.

이제 도 5a를 참조하면, 터렛 계류 시스템(600)이 상세하게 나타내어져 있다. 이는 예를 들어, 이전의 도 4a 내지 도 4d에 나타낸 터렛 계류 시스템일 수 있다. 터렛(654)은 부력식 조립체(652)의 단부에 장착된다. 터렛은, 조립체(652)가 조립되고 그 안에 이미 장착된 터렛(654)이 제공된다는 점에서 조립체의 필수 부분을 형성한다. 예를 들어, 터렛(654)은, 이를 위해 (터렛(654)을 포함하여) 전체 조립체(652)가 잔잔한 물 또는 심지어 육지로 복귀되어 터렛(654)에 대한 보다 쉬운 접근을 제공하는 것이 고안되는 수리, 교체, 유지 보수 등의 통상적이지 않은 경우를 제외하고는 터렛이 조립체(652)로부터 제거되도록 의도되지 않는다는 점에서 조립체(652)에 영구적으로 부착될 수 있다.

조립체(652)는 상술한 바와 같은 조립체일 수 있거나, FPSO, 선박, 부유식 풍력 플랫폼 등일 수 있다. 실제로, 일부 적용에서, 터렛(654)은 조립체(652)의 단부에 장착될 필요는 없지만, 원하는 적용에 따라 중앙, 측면 등에 장착될 수 있다. 터렛(654)은 조립체(652)의 상부 표면의 개구를 통해, 조립체를 통해, 그리고 하부 표면으로부터 연장되어, 조립체로부터 하향으로 일정 거리로 돌출되어 있다. 일부 예에서, 상부 표면에는 개구가 없을 수 있고, 터렛(654)의 상부는 하부 표면에서만 돌출하는 조립체(652)의 몸체 내에 완전히 위치된다. 터렛(654)은 부력식 조립체(652)에 회전 가능하게 장착된다. 이는 예를 들어, 국부적인 흐름 방향의 변화와 같은 외부의 힘이 조립체에 작용할 때, 터렛이 예를 들어 워터 베드에 대해 동일 배향으로 유지되는 동안 조립체가 주위로 스윙할 수 있음을 의미한다.

도면에 나타낸 바와 같이, 조립체의 부력 및 조립체가 동작할 것으로 예상되는 조건(예를 들어, 동일한 디바이스가 담수보다 염수에서 더 높게 부유할 것이다)에 기초하여 도출되는 예상 수위(656)가 있다. 터렛(654)의 하단부는 각각의 경우에 예상 수위(656) 아래로 연장된다. 일부 경우에, 터렛(654)은 부력식 조립체(652)에 (회전 가능하게 장착되는 것에 추가하여) 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있어, 수직 방향으로(즉, 수중으로 또는 물 밖으로) 이동할 수 있게 한다. 이는 조립체가 설치 사이트로 견인될 때 조립체(652)에 대한 드래그를 감소시키는 것을 지원할 수 있다. 또한, 모든 실시예에서 필요하지는 않지만, 도 5a 내지 도 5d에 나타낸 조립체는 개구가 위치된 조립체(652)의 하부 표면에 리세스를 포함한다. 이는 터렛(654)이 조립체(652)의 최하부 위로 상승될 수 있음을 의미한다. 특히, 조립체(652)의 베이스는 편평할 수 있거나 이와 다르게 편평한 표면 상에 안정적으로 놓일 수 있다. 이 경우, 터렛(654)은 편평한 표면에 놓일 때 터렛(654)의 최하부가 조립체(652)에 대한 지지점 위에 있도록 슬라이딩할 수 있다. 즉, 터렛(654)은 조립체(652)가 편평한 표면 상에 안정적으로 놓일 수 있는 능력을 방해하지 않도록 충분히 멀리 상승될 수 있다. 일부 경우에, 터렛(654)은 최저 부분이 조립체(656)의 예상 수위 위에 있도록 충분히 멀리 슬라이딩할 수 있다. 실제로, 리세스로 인해, 터렛(654)은 상술한 배열이 유효하도록 슬라이딩 가능할 필요도 없다. 리세스가 조립체(652)의 일 단부에서 단일의 상승된 부분으로서 나타내어져 있지만, 일부 경우에 리세스는 조립체(652)의 하부 표면에서 원통형 또는 원뿔형 오목부로서 형성될 수 있다.

터렛(654)의 하단부에는 제1 및 제2 주요 라인(660a, 660b)에 대한 부착점(658)이 있다. 주요 라인(660)은 부력식 조립체(652)의 상부 표면에 고정되지만, 적절한 부착 수단(662), 예를 들어 클립, 클램프, 파나마 리드(panama lead) 등이 있다. 이는 조립체(652)를 앵커링 라인에 연결하는 것을 지원하기 위해 리드가 필요할 때 접근 가능하다는 것을 보장한다. 이러한 방식으로 주요 라인의 사용은 예를 들어, 수중일 수 있는 터렛(654)의 베이스에 접근할 필요 없이 앵커링 라인이 조립체(652)에 편리하게 연결될 수 있게 한다. 2개의 주요 라인이 나타내어져 있지만, 일부 예에서는 이보다 많거나 적을 수 있다. 예를 들어, 어떠한 주요 라인을 가질 필요도 없고, 대신에 앵커 라인은 터렛에 직접 부착될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예는 터렛(654) 주위에 배열된 3개, 4개 이상의 주요 라인을 가질 수 있다.

주요 라인(660)은 조립체(652)를 워터 베드에 앵커링시키기에 불충분하게 길다. 이들은 예를 들어 5 미터와 15 미터 길이 사이, 예를 들어, 약 8 미터 길이일 수 있다. 아래에서 알 수 있는 바와 같이, 이들은 여전히 조립체(652)를 앵커링시키기에 충분히 강해야 한다. 예를 들어, 이들은 비교적 작은 조립체(652)에 대해 38 mm 직경의 강철 케이블일 수 있다.

주요 라인(660)은 터렛(654)의 베이스에서 플랜지(664)에 부착된다. 엄격하게 필요하지는 않지만, 플랜지는 주요 라인(660)을 직접 부착함으로써 또는 시스템을 직접 터렛(654)에 앵커링함으로써 제공되는 것보다 워터 베드에 비해 터렛 비틀림에 대한 더 큰 정도의 저항을 제공한다.

터렛(654)의 중공 코어를 통해 연장되고, 터렛(654)의 최상부에 제1 단부(666a)를 갖고, 터렛(654)의 바닥으로부터 연장되고 주요 라인에 대해 사용된 것과 같은 임시 부착을 위한 유사한 수단(662)을 사용하여 조립체(652)의 상부 표면에 클립핑되는 제2 단부(666b)를 갖는 전력 케이블 풀-인(pull-in) 라인(666)이 또한 제공된다.

마지막으로, 전기 인터페이스(668)가 터렛의 최상부에 제공된다. 이는 전력 케이블이 제 위치에 놓인 상태에서 인터페이스가 방해되지 않게 유지될 수 있도록 제거 가능하거나 적어도 슬라이드 가능하게 부착될 수 있다.

이제 동일한 참조 번호가 동일한 부분을 지칭하는 도 5b를 참조하면, 설치 사이트에서 조립체(652)의 설치 프로세스의 제1 스테이지가 나타내어져 있다. 일부 실시예에서, 이 스테이지는 만조 정조(slack high tide)에서 수행된다. 정조 기간에 단계를 수행하는 것은 원하지 않는 흐름이 앵커 라인을 조립체에 연결하는 프로세스를 방해하는 것을 방지한다. 구체적으로 만조 정조에서 단계를 수행하는 것은, 앵커 라인이 올바르게 인장될 때 시스템이 경험할 것으로 예상되는 최대 팽창을 처리하기에 충분히 긴 것을 보장한다.

도 5b에 나타낸 상황은 제1 및 제2 앵커링 라인(670a, 670b)을 제1 주요 라인(660a)에 부착하는 것을 포함한다. 나타낸 예에서, 주요 라인(660a)은 그 단부에 삼각형 커넥터를 갖는다. 삼각형 커넥터는 앵커링 라인(670)이 이에 연결될 수 있는 2개의 부착점을 갖는다. 조립체(652)에 대한 앵커링 라인(670)의 부착은, 국부적인 흐름이 픽업되고 설치 프로세스를 복잡하게 하기 전에 만조 정조가 제한된 기간 동안에만 지속되므로, 설치에 있어 최우선 순위이다.

설치 사이트에 조립체(652)가 도착하기 전에, 앵커링 라인(670)은 이미 워터 베드에 앵커링되어 있다. 앵커링 라인(670)의 용이한 회수를 가능하게 하기 위해, 라인이 이에 커플링된 상태로 단지 부표가 바다에 남겨질 수 있다. 또한, 임의의 다른 인프라스트럭처, 예를 들어, 전력을 조립체(652)에 제공하거나 조립체(652)에 의해 발생된 전력을 해안으로 전달하기 위한 전력 케이블(674) 또는 워터 베드로부터 표면으로 오일 및 가스를 운반하는 상승기(riser)가 부표에 부착될 수 있다.

일단 조립체(652)가 설치 사이트에 도달하면, 앵커 라인(670)은 부표로부터 커플링 해제되어 주요 라인(660)에 대한 부착 수단(662) 근처의 조립체(652)의 상부 표면으로 이송된다. 또한, 전력 케이블(674)이 또한 부표에 커플링되는 경우에, 이들은 동시에 조립체의 상부 표면을 따라 놓인다. 이들 이러한 부분이 제 위치에 있으면, 앵커링 라인(670)은 주요 라인(660)에 연결되고 물로 되돌아간다. 이는 조립체(652)에 대한 앵커링 라인(670)의 신속하고 단순한 부착으로 귀결된다. 일반적으로, 우선 연결된 앵커링 라인(670)은 만조 정조가 끝나고 흐름이 흐르기 시작할 때 상류 라인이 될 라인이며, 이는 이러한 조건 하에서 안정적인 배열로 귀결되기 때문이다.

각각의 앵커링 라인(670)은 워터 베드에 도달하기에 충분히 길다. 또한, 조립체가 제자리에 안정적으로 앵커링되도록 보장하기 위해 충분한 강도가 필요하다. 예를 들어, 총 4개의 고정 라인(670)을 갖는 비교적 작은 조립체(652)는 각각의 라인이 직경 32mm인 강철 케이블을 가질 수 있다. 조류가 조립체(652)에 대한 주된 힘의 방향을 변화시킬 것이기 때문에, 어느 라인이 상류 라인이든 조립체에 대해 전체 지지를 제공하는 경우가 종종 있으며, 여기서 임의의 주어진 시간에 상류인 라인은 조류 방향에 따라 변한다. 이 경우, 근사적으로 절반의 앵커링 라인(670)은 이러한 조력에 대해 조립체(652)를 안정적으로 앵커링하기에 충분히 강해야 하며, 그 이유는 상류 절반만이 실제로 장력을 받는 반면 하류 라인은 느슨할 수 있기 때문이다.

이제 설치 프로세스의 나중 스테이지가 나타내어지는 도 5c를 참조한다. 여기서, 조류가 유출되기 시작하고, 화살표(676)로 나타낸 방향으로 순 흐름이 존재한다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 주요 라인(660a)에 커플링된 앵커링 라인(670a, 670b)은 이 흐름(676)에 대해 상류이고, 조류의 방향이 다시 변할 때까지 조립체가 안정적으로 계류된다. 이는 나머지 단계가 완료될 수 있는 수 시간이 기간을 제공한다.

다음 스테이지는 부표로부터 2개의 추가 앵커링 라인(670c, 670d)을 회수하여 제2 주요 라인(660b)의 단부에서 이들을 커넥터(672b)에 연결하는 것이다. 한번 더, 앵커링 라인(670)이 이러한 방식으로 연결되었을 때, 라인(660, 670) 및 커넥터(672)는 계류 프로세스를 완료하기 위해 선외로 푸싱될 수 있다. 최종의 선택적 단계는 필요한 경우 계류 시스템의 임의의 추가 텐셔닝을 수행하는 것이다.

물론, 상이한 개수의 주요 라인(660) 및/또는 앵커 라인(670)이 존재하는 경우, 동일한 일반적인 프로세스에 후속하여 조립체(652)를 제 위치에 앵커링할 수 있다. 이러한 프로세스는 다음과 같이 요약될 수 있다:

1. 터렛(654)이 통합된 조립체(652)를 조립하고 앵커링 라인(670)을 워터 베드에 앵커링하고, 상단부는 부표 상에 유지한다;

2. 조립체(652)를 설치 사이트로 가져온다;

3. 상류 앵커링 라인(670)을 (존재하는 경우, 주요 라인(660)을 통해) 조립체(652)에 커플링한다;

4. 나머지 앵커링 라인(670)을 (존재하는 경우, 주요 라인(660)을 통해) 조립체(652)에 커플링한다.

마지막으로, 이제 조립체(652)가 안정적으로 제 위치에 앵커링되었으므로, 도 5d에 나타낸 단계들이 수행될 수 있다. 전력 케이블(674)은 케이블 풀-인 라인(666)에 연결되고 풀-인 라인의 제1 단부(666a)는 터렛(654)의 중공 코어를 통해 전력 케이블(674)을 드래깅하도록 당겨진다. 스내치 블록(snatch block)(678)이 이 프로세스를 지원하는 데 사용될 수 있다. 일단 이것이 완료되면, 전력 케이블(674)은 전기 인터페이스(668)(예를 들어, 전기 슬립 링(slip ring))에 연결될 수 있고, 전기 인터페이스는 위치로 하강될 수 있고, 물 손상 또는 다른 환경적 영향에 대해 밀봉될 수 있으며, 장치는 사용할 준비가 된다.

본 시스템은, 터렛이 잔잔한 물이나 육지에서 끼워질 수 있기 때문에 설치 절차가 상당히 단순화된다는 이점을 갖는다. 또한, 인터페이스는, 조립체가 설치될 준비가 될 때까지 조립체 상에 (따라서 잠재적으로 육지 상에) 남아 있는 통합된 터렛의 일부를 형성하기 때문에 전기 연결/인터페이스가 오랜 기간동안 물 안에 남아있을 필요가 없다. 마지막으로, 연결부의 전기 인터페이스와 부하 지지 부분은 분리되어 유지된다.

본 시스템은 터빈 조립체, 예를 들어, 조력 터빈 디바이스와 함께 사용될 때 특히 유리하다. 조력 터빈 디바이스가 동작 중일 때(즉, 전력을 생성할 때), 상류 라인은 부하를 받는 반면, 하류 라인은 느슨해질 수 있다. 조류의 방향이 주기적으로 역전되므로, 이는 조류 사이클 동안 어느 시점에서 각 라인이 느슨해질 것임을 의미한다. 라인이 느슨한 동안 라인의 텐셔닝에 대한 조정이 이루어질 수 있으므로, 라인을 부력식 조립체에 커플링하기 전에 라인이 올바르게 텐셔닝되었는지를 보장하는 것이 덜 중요하다.

예를 들어, 이 상황을 상승기를 갖는 FPSO와 대조한다. 상승기는 단연코 이러한 시스템의 가장 취약한 요소이고 항상 실질적으로 고정된 위치에 유지되어야 한다. 따라서 설치 전의 앵커링 라인의 올바른 텐셔닝이 중요하다. 이러한 경우, 각 라인은 약 20t 또는 30t의 장력을 필요로 할 수 있는 반면, 동작 부하는 이의 10배일 수 있다. 이러한 이유로, 터렛이 FPSO와 독립적으로 바다에서 텐셔닝되고 일단 라인이 올바르게 텐셔닝되면 바다에서 조립체에 장착되는 이러한 경우에 종래의 터렛 시스템을 사용하는 것이 최상인 것으로 종종 고려된다.

마지막으로, 본 시스템의 터렛은 부력식 조립체의 벌크 아래로의 돌출로 인해 터빈 시스템에 특히 적합하다. 터빈은 동작시 회전자의 최상부가 전체 회전 동안 수면을 파괴하지 않도록 하는 깊이에 장착된다. 실제로, 전체 회전 동안 침수 깊이로 알려진 수면 아래의 최소 거리로 블레이드의 팁이 잠수되어 유지되는 것이 권고된다. 이는 예를 들어, 직경의 0.5배인 회전자 직경의 함수로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 특정 깊이는 주어진 회전자 크기 및 의도된 적용에 대해 특정될 수 있고, 예를 들어, 6.3 m 직경의 회전자는 1.5m 팁 침수를 필요로 하는 것으로 특정될 수 있다. 이는 앵커링 라인이 수면에 대해 만들 수 있는 각도에 영향을 준다.

이러한 각도는 비교적 작은 것, 예를 들어 20°인 것이 일반적으로 바람직하다. 전체 회전 동안 터빈 블레이드의 최저 범위가 수면 아래 수 미터인 경우, 이 각도가 증가하지 않으면 블레이드가 앵커링 라인에 충돌할 위험이 있다. 더 긴 터렛(즉, 조립체 아래로 또한 연장되는 터렛)을 제공함으로써, 이 효과가 대응될 수 있으며, 작은 앵커링 라인 각도가 한번 더 가능하다. 이는 터렛이 슬라이딩 가능할 때에 더욱 더 이와 같이 적용된다.

대안은 터렛 앵커링 포인트를 터빈으로부터 더 멀리(수평으로) 이격시키는 것인데, 이는 부력식 조립체의 완전한 재설계를 필요로 하며, 어떠한 경우에도 더 긴 터렛을 제공하는 것보다 훨씬 더 비싸다. 일부 경우에, 이러한 방식으로 터렛이 유리하게 얼마나 멀리 연장될 수 있는지에 대한 제한이 있을 수 있다. 터렛은 앵커링 시스템과 부력식 조립체 사이의 유일한 접촉점이므로 하중을 많이 받는 베어링이다. 터렛이 길면 터렛을 통해 조립체에 더 큰 모멘트가 작용한다. 이는 차례로 터렛에 대한 베어링이 더 단단해질 것을 필요로 하며, 이는 차례로 비용을 증가시킨다.

이제 도 4를 참조하면, 터빈 조립체와 함께 사용하도록 특별히 구성된 계류 시스템(400)이 나타내어져 있다. 특히, 도 1a 내지 도 3c에 나타낸 터빈 조립체는 이러한 시스템을 사용하여 단단히 앵커링될 수 있다.

계류 시스템은 앵커링 라인(432a)에 의해 상류 부표(434a)에 연결된 워터 베드(미도시) 상의 상류 앵커링 포인트를 포함한다. 상류 부표(434a)에는 3개의 밧줄(436a)이 추가로 제공되며, 이는 각각 터빈 조립체의 상이한 선체에 커플링된다. 터빈 조립체가 3개의 선체를 갖기 때문에 이 경우에 3개의 밧줄(436a)이 있다.

유사하게, 계류 시스템은 앵커링 라인(432b)에 의해 하류 부표(434b)에 연결된 워터 베드(미도시) 상의 하류 앵커링 포인트를 포함한다. 하류 부표(434b)에는 3개의 밧줄(436b)이 추가로 제공되며, 이는 각각 터빈 조립체의 상이한 선체에 커플링된다. 터빈 조립체가 3개의 선체를 갖기 때문에 이 경우에 3개의 밧줄(436b)이 존재한다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 선체에 커플링된 복수의 밧줄이 있을 수 있다. 또한, 터빈 조립체에는 임의의 개수의 선체가 있을 수 있는데, 선체를 수용하기 위해 밧줄의 수도 변경될 수 있음을 의미한다.

이 도면에 나타낸 터빈(408)은 조립체의 본체 아래의 물로 아래로 연장된다. 큰 추력과 결합된 이러한 오프셋은 터빈(408)의 오프셋으로 인해 큰 추력이 큰 모멘트를 발생시키기 때문에 조립체의 상당한 피칭 모션을 유발한다. 워터 베드와 조립체 사이의 계류 시스템의 중간 지점으로서 부표(434)의 사용은 계류 시스템의 수직 성분의 대부분 또는 전부를 제거한다. 이러한 배열에서, 밧줄이 터빈 조립체에 커플링되어 수평과 매우 작은(또는 없음) 각도를 이룬다. 이는 터빈 조립체에 의해 발생된 큰 피칭력에 저항하도록 적응된 계류 시스템을 제공하는데 도움이 될 수 있다.

이를 달성하기 위해, 부표(434)는 밧줄 및 앵커 라인에 많은 양의 장력을 도입기 위하여 물에서 큰 양의 부력을 가져야 하며, 이는 밧줄을 수평으로 유지하는 것을 돕는다. 예를 들어, 4개의 터빈 시스템의 경우, 부표 당 적어도 10 톤의 부력이 이를 달성하는 데 도움이 된다. 더 큰 조립체는 부표의 더 큰 부력을 필요로 한다. 마찬가지로, 예를 들어, 단지 2개의 터빈을 갖는 더 작은 터빈 조립체의 경우, 부표(434)의 부력이 그다지 클 필요는 없다.

부표(434)는 예를 들어 중공 용기, 예를 들어, 중공 강철 실린더로 이루어질 수 있거나, 부력성 폼(foam) 등으로 충진될 수 있다. 통상적으로, 요구되는 부력을 달성하기 위해, 부표는 약 5 m 길이 및 1 m 직경의 실린더이다. 일부 경우에, 부표는 가변 부력을 가질 수 있는데, 예를 들어, 계류 시스템이 변화하는 물 조건 또는 터빈의 일부 또는 전부를 상승시키는 것과 같이, 터빈 조립체의 변화에 적응할 수 있게 한다.

Claims (85)

1. 터빈 지지체에 대해 터빈을 상승시키기 위한 장치로서,
   터빈 마운트;
   상기 터빈 마운트 상에 장착된 터빈;
   상기 터빈을 상승시키기 위해 상향력을 제공하기 위한 수단;
   상기 상향력이 가해질 때 상기 터빈의 상향 이동의 일부에 대해 요 축(yaw axis)을 중심으로 터빈을 회전시키는 수단; 및
   안내 수단;을 포함하고,
   상기 안내 수단은 상기 터빈 마운트와 결합되고, 상기 터빈은 상기 안내 수단과 상기 지지체 사이의 결합으로 인해 상기 상향력에 응답하여 피치 또는 롤 축(roll axis) 주위에 원호를 규정하는 경로에서 이동할 수 있는, 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안내 수단은 피봇(pivot)이고, 상기 터빈은 상기 터빈 지지체에 대해 피봇 가능한 상기 터빈 마운트에 의해 원호로 이동할 수 있는, 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 안내 수단은 곡선형 레일 또는 슬롯을 포함하는, 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상향력은 상기 터빈 마운트로 하여금 상기 안내 수단을 따라 슬라이딩하게 하는, 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 터빈 마운트는 세장형 빔(elongate beam)인, 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 세장형 빔은 서로에 대해 슬라이딩하도록 배열된 내부 빔 및 외부 빔을 포함하는 텔레스코핑 빔(telescoping beam)이고;
   상기 텔레스코핑 빔은 상기 상향력에 응답하여 상기 외부 빔 내측에서 슬라이딩하는 상기 내부 빔에 의해 수축 가능한(retractable), 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상향력을 제공하기 위한 상기 수단은 상기 외부 빔 내에서 상기 내부 빔을 수축시키기 위한 수단을 포함하는, 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상향력을 제공하기 위한 상기 수단은 슬라이딩 및 원호형 경로 모션이 순차적으로 발생하게 하는, 장치.
9. 제6항에 있어서,
   상향력을 제공하기 위한 상기 수단은 슬라이딩 및 원호형 경로 모션이 동시에 발생하게 하는, 장치.
10. 제6항에 있어서,
    상기 내부 빔은 상기 내부 빔이 미리 정해진 지점을 넘어서 상기 외부 빔 내측으로 슬라이딩하는 것을 방지하기 위해 상기 외부 빔과 결합하기 위한 적어도 하나의 정지부를 포함하는, 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 상향력은, 상기 적어도 하나의 정지부가 상기 외부 빔과 결합할 때까지 슬라이딩 작용을 유발하고, 상기 적어도 하나의 정지부가 상기 외부 빔과 일단 접촉하면 상기 텔레스코핑 빔이 상기 안내 수단과 일단 상호 작용함에 따라 상기 터빈으로 하여금 원호를 규정하는 경로로 이동하게 하는, 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 텔레스코핑 빔과 상기 안내 수단 사이의 상호 작용은 피봇팅 상호 작용인, 장치.
13. 제6항에 있어서,
    상기 텔레스코핑 빔의 상단부는 상기 터빈의 중량과 적어도 부분적으로 균형을 이루도록 카운터웨이팅(counterweighting)되는, 장치.
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15. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 마운트는 상기 터빈 지지체 상에 슬라이딩 가능하게 장착된 프레임이고;
    상기 터빈은 상기 프레임 상에 장착되고;
    상기 슬라이딩 가능한 마운트는 상기 터빈 지지체의 몸체의 홈에서 연장되도록 배열된 돌출부를 포함하고, 상기 홈은 상기 돌출부가 상기 홈을 따라 진행됨에 따라 상기 터빈 및 상기 프레임이 원호형 경로를 따르게 하도록 구성되는, 장치.
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