KR102474069B1 - 레그 위치 조정 장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물 - Google Patents

Abstract

부유식 구조물의 레그 웰에서 레그의 위치 조정이 가능한 레그 위치 조정 장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물이 소개된다.
이 중에서 레그 위치 조정 장치는 레그를 승강시키기 위한 승강 유닛과, 승강 유닛이 장착되는 지지 프레임과, 레그 웰의 가장자리부를 따라 연장 형성되는 가이드 레일과, 지지 프레임이 가이드 레일을 따라 이동되도록 지지 프레임에 설치되는 스키드 유닛을 포함할 수 있다.

Description

레그 위치 조정 장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물{APPARATUS FOR ADJUSTING POSITION OF LEG AND FLOATING STRUCTURE HAVING THE SAME}

본 발명은 레그 위치 조정 장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물에 관한 것이다.

해상 풍력 발전기는 다양한 방법으로 해상에 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 부유식 구조물을 일반적으로 풍력 발전기 설치 부유식 구조물(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.

풍력 발전기 설치 부유식 구조물은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다. 예컨대, 풍력 발전기 설치 부유식 구조물은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 선체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 부유식 구조물은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 스퍼드캔을 해저에 박아 고정한다.

그런데, 종래 부유식 구조물의 경우, 해저면에 대한 스퍼드캔의 고정시, 해저면의 위치에 따라 토양 특성 및 토질 구성이 다르기 때문에, 스퍼드캔을 해저면에 고정시키기 위해서는 해저면의 저항력 이상의 하중을 필요로 한다.

이에 해저면의 특성을 고려한 위치 조정을 통해 레그를 해저면에 안정적으로 고정하기 위한 기술이 요구되고 있다.

특허문헌: 국내 등록특허 10-1399934호 (2014. 05. 21. 등록)

본 발명의 실시예들은 레그의 위치 조정을 통해 레그를 해저면에 안정적으로 고정할 수 있는 레그 위치 조정 장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 레그 위치 조정 장치는, 부유식 구조물의 레그 웰에서 레그의 위치를 조정하는 레그 위치 조정 장치로서, 레그를 승강시키기 위한 승강 유닛; 상기 승강 유닛이 장착되는 지지 프레임; 상기 레그 웰의 가장자리부를 따라 연장 형성되는 가이드 레일; 및 상기 지지 프레임이 상기 가이드 레일을 따라 이동되도록 상기 지지 프레임에 설치되는 스키드 유닛을 포함할 수 있다.

이때, 본 발명은 해저면의 상태를 측정하는 감지센서; 및 상기 감지센서에서 측정된 상기 해저면의 상태를 고려하여, 상기 레그가 안정적으로 착지 가능한 지점으로 이동되도록 상기 스키드 유닛의 이동을 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스키드 유닛은 본체; 상기 가이드 레일을 지지하도록 상기 본체에 장착되는 가이드 휠; 및 상기 본체가 상기 가이드 레일을 따라 이동되도록 외면이 적어도 상기 가이드 레일에 접촉되게 상기 본체에 장착되는 구동 휠을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물은, 항해 모드 및 잭업 모드로 운용가능한 선체; 상기 선체를 해저에 고정하기 위해 상기 선체에 제공되는 레그; 및 상기 레그의 위치가 조정되도록 상술한 레그 위치 조정 장치를 포함할 수 있다.

이때, 상기 레그 위치 조정 장치는 상기 선체의 항해 모드로 운용시, 상기 스키드 유닛을 통해 상기 레그를 상기 가이드 레일의 일측으로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 해저면의 토양 특성 및 토질 구성이 서로 다른 특성을 고려하여, 레그의 위치를 조정함으로써, 해저면에 대한 레그의 안정적인 고정이 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그 위치 조정 장치를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 도 2의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그 위치 조정 장치의 제어 로직을 도시한 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.

그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물을 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물(1)은, 잭업 모드로 운용 가능한 선체(20)와, 선체(20)에 마련되는 레그(30)와, 레그(30)의 하단부에 제공되는 레그 위치 조정 장치(10)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 선체(20)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 선체(20)는 레그(30)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다. 이 선체(20)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물이 적재될 수 있고, 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인이 제공될 수 있다.

선체(20)는 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용 가능한 풍력 발전기 설치 부유식 구조물의 선체일 수 있다. 이에 따라, 선체(20)는 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한 후, 잭업 모드로 전환하여 스퍼드캔을 통해 레그(30)를 해저에 고정할 수 있다.

본 실시예에서 선체(20)는 풍력 발전기 설치 부유식 구조물의 선체인 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 선체(20)는 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물의 선체를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 그리고 부유식 구조물은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jackup Platform)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 후술할 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물은 모두 본발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

레그(30)는 잭업 모드로 운용가능한 선체(20)에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치됨으로써, 스퍼드캔을 통해 선체(20)를 해저에 고정할 수 있다. 아울러, 레그(30)는 선체(20)에 이격 설치되는 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 레그(30)는 선체(20)에 형성된 레그 웰(W)에 복수가 설치될 수 있고, 레그(30)는 선체(20)의 레그 웰(W)에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그 위치 조정 장치를 확대하여 도시한 확대도이고, 도 3은 도 2의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 부분 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레그 위치 조정 장치의 제어 로직을 도시한 블록도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 레그 위치 조정 장치(10)는 잭업 모드로 운용시, 부유식 구조물의 레그 웰(W)에서 레그(30)의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 레그 위치 조정 장치(10)는 항해 모드로 운용시, 스키드 유닛(400)을 통해 레그(30)를 가이드 레일(300)의 일측으로 이동시킬 수 있다.

이를 위해, 레그 위치 조정 장치(10)는, 승강 유닛(100), 지지 프레임(200), 가이드 레일(300), 스키드 유닛(400), 감지센서(500) 및 컨트롤러(600)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 승강 유닛(100)은 레그(30)를 승강시키기 위한 구성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 승강 유닛(100)은 레그(30)의 코드(31)에 맞물리도록 지지 프레임(200)에 장착되는 승강 기어(110)와, 승강 기어(110)에 구동력을 제공하는 승강 모터(120)로 구성될 수 있다.

이에 따라, 승강 모터(120)의 작동에 의해 승강 기어(110)가 일방향 또는 타방향으로 회전되면, 레그(30)는 승강 기어(110)의 회전력을 코드(31)를 통해 전달받아, 승강 기어(110)의 회전에 따라 상방향 또는 하방향으로 이동될 수 있다. 물론, 승강 기어(110) 및 승강 모터(120) 이외에도, 승강 유닛(100)은 레그(30)를 승하강시키기 위한 다양한 구성으로 변경될 수 있음은 물론이다.

지지 프레임(200)은 승강 유닛(100)을 지지하기 위한 지지 구조물로, 가이드 레일(300)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 가이드 레일(300)에 설치될 수 있다. 지지 프레임(200)의 상부에는 가이드 레일(300)을 따라 이동 가능한 적어도 하나 이상의 스키드 유닛(400)이 설치될 수 있고, 지지 프레임(200)의 하부에는 복수의 레그(30)를 구속하는 동시에, 복수의 레그(30)를 승하강시키기 위한 복수의 승강 유닛(100)이 장착될 수 있다.

본 실시예에서는 지지 프레임(200)은 복수의 스키드 유닛(400) 및 승강 유닛(100)이 장착이 이루어지는 사각 프레임 형태로 구성되지만, 지지 프레임(200)의 형태는 이에 한정되지 아니하며, 지지 프레임(200)은 삼각 프레임 또는 오각 프레임 형태로 제공될 수 있을 것이다.

가이드 레일(300)은 지지 프레임(200)의 이동을 안내하기 위한 레일 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 가이드 레일(300)에는 지지 프레임(200)이 슬라이딩 이동이 가능한 레일홈(301)이 형성될 수 있다.

가이드 레일(300)은 레그 웰(W)의 가장자리부에서 레그 웰(W)의 길이방향으로 연장 형성될 수 있다. 일 예로, 레그 웰(W)의 가장자리부가 직선 형태로 구성되면, 가이드 레일(300) 또한 직선 형태로 제공될 수 있고, 레그 웰(W)의 가장자리부가 곡선 형태로 형성되면, 가이드 레일(300) 또한 곡선 형태로 제공될 수 있다.

스키드 유닛(400)은 지지 프레임(200)이 가이드 레일(300)을 따라 이동되도록 지지 프레임(200)에 설치될 수 있다. 이러한 스키드 유닛(400)은 본체(410)와, 가이드 레일(300)의 측부를 지지하도록 가능하도록 본체(410)에 장착되는 가이드 휠(420)과, 본체(410)가 가이드 레일(300)을 따라 이동되도록 외면이 적어도 가이드 레일(300)에 접촉되게 본체(410)에 장착되는 구동 휠(430)과, 구동 휠(430)에 구동력을 제공하는 구동 모터(440)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 구동 모터(440)의 작동에 의해 구동 휠(430)이 회전되면, 스키드 유닛(400)은 구동 휠(430)의 회전에 의해 가이드 레일(300)의 일방향 또는 타방향으로 이동될 수 있다. 결국, 지지 프레임(200)에 구속된 레그(30)는, 스키드 유닛(400)의 작동에 따라, 가이드 레일(300)을 따라 이동될 수 있다.

감지센서(500)는 스퍼드캔의 안착이 이루어지는 해저면의 상태를 측정하기 위한 측정장치(카메라 포함)로, 해저면의 기울기 및 지질 상태와, 스퍼드캔의 안착에 필요한 기타 정보를 감지할 수 있다. 감지센서(500)에서 감지된 해저면에 대한 측정 정보는 컨트롤러(600)로 인가될 수 있다.

컨트롤러(600)는 해저면에 대한 측정 정보를 감지센서(500)로부터 인가받을 수 있고, 인가받은 해저면에 대한 측정 정보를 이용하여, 레그(30)의 안정적인 안착에 적합한 해저면의 다른 위치로 레그(30)를 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 감지센서(500)에서 측정된 해저면에 대한 측정 정보가 레그(30)의 안착을 위해 요구된 안전 기준에 미달되는 것으로 판단되면, 컨트롤러(600)는 레그(30)를 해저면의 안전한 위치로 이동시키기 위한 작동신호를 스키드 유닛(400)에 제공할 수 있다. 이때, 컨트롤러(600)는 감지센서(500)에서 측정된 해저면의 상태를 고려하여, 레그(30)의 승강 높이가 조절되도록 승강 유닛(100)을 제어할 수 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 부유식 구조물(1)이 항해 모드로 이동한 후 해상 풍력 발전기의 설치 지점에 도달하면, 부유식 구조물(1)은 잭업 모드로 전환하여 레그(30)를 해저로 하강시킨다. 이때, 레그 위치 조정 장치(10)는 해저면으로 이동하는 레그(30)의 위치를 조절함으로써, 레그(30)를 해저면의 안정한 지점에 고정시킬 수 있다.

예를 들어, 해저면의 기울기 및 지질 상태가 감지 센서에서 측정되면, 감지센서(500)에서 감지된 해저면에 대한 측정 정보는 컨트롤러(600)로 인가된다. 이때, 컨트롤러(600)는 인가받은 해저면에 대한 측정 정보를 이용하여, 레그(30)의 안정적인 안착에 적합한 해저면의 다른 위치로 레그(30)를 이동시키기 위한 작동 신호를 스키드 유닛(400)의 구동 모터(440)에 인가할 수 있다.

컨트롤러(600)의 작동신호가 구동 모터(440)에 인가되면, 구동 모터(440)의 작동에 의해 구동 휠(430)이 회전되면서, 지지 프레임(200)은 가이드 레일(300)을 따라 이동될 수 있다. 결국, 레그(30)는 지지 프레임(200)의 이동에 의해, 해저면에 대한 안정적인 안착이 가능한 위치로 이동될 수 있다.

한편, 부유식 구조물(1)의 이동을 위해, 복수의 레그(30)가 선체(20)의 상방향으로 이동된 경우, 복수의 레그(30)는 스키드 유닛(400)을 통해 가이드 레일(300)의 일측으로 이동될 수 있다. 이를 통해, 선체(20)의 항해 모드시, 레그(30)에 의한 공기 저항을 줄일 수 있고, 선체(20)에서 복수의 레그(30)를 효율적으로 관리할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 해저면의 토양 특성 및 토질 구성이 서로 다른 특성을 고려하여, 레그의 위치를 조정함으로써, 해저면에 대한 레그의 안정적인 고정이 가능하다는 등의 우수한 장점을 갖는다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

100 :승강 유닛 110 :승강 기어
200 :지지 프레임 300 :가이드 레일
400 :스키드 유닛 410 :본체
420 :가이드 휠 430 :구동 휠
440 :구동 모터
500 :감지센서 600 :컨트롤러

Claims (5)

1. 부유식 구조물의 레그 웰에서 레그의 위치 조정이 가능한 레그 위치 조정 장치로서,
   레그를 승강시키기 위한 승강 유닛;
   상기 승강 유닛이 장착되는 지지 프레임;
   상기 레그 웰의 가장자리부를 따라 연장 형성되는 가이드 레일;
   상기 지지 프레임이 상기 가이드 레일을 따라 이동되도록 상기 지지 프레임에 설치되는 스키드 유닛;
   해저면의 상태를 측정하는 감지센서; 및
   상기 감지센서에서 측정된 상기 해저면의 상태를 고려하여, 상기 레그가 안정적으로 착지 가능한 지점으로 이동되도록 상기 스키드 유닛의 이동을 조절하고, 상기 감지센서에서 측정된 상기 해저면의 상태를 고려하여, 상기 레그의 승강 높이가 조절되도록 상기 승강 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 레그 위치 조정 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스키드 유닛은
   본체;
   상기 가이드 레일을 지지하도록 상기 본체에 장착되는 가이드 휠; 및
   상기 본체가 상기 가이드 레일을 따라 이동되도록 외면이 적어도 상기 가이드 레일에 접촉되게 상기 본체에 장착되는 구동 휠을 포함하는 레그 위치 조정 장치.
4. 항해 모드 및 잭업 모드로 운용가능한 선체;
   상기 선체를 해저에 고정하기 위해 상기 선체에 제공되는 레그; 및
   상기 레그의 위치가 조정되도록 하는 레그 위치 조정 장치를 포함하고,
   상기 레그 위치 조정 장치는
   레그를 승강시키기 위한 승강 유닛;
   상기 승강 유닛이 장착되는 지지 프레임;
   레그 웰의 가장자리부를 따라 연장 형성되는 가이드 레일;
   상기 지지 프레임이 상기 가이드 레일을 따라 이동되도록 상기 지지 프레임에 설치되는 스키드 유닛;
   해저면의 상태를 측정하는 감지센서; 및
   상기 감지센서에서 측정된 상기 해저면의 상태를 고려하여, 상기 레그가 안정적으로 착지 가능한 지점으로 이동되도록 상기 스키드 유닛의 이동을 조절하고, 상기 감지센서에서 측정된 상기 해저면의 상태를 고려하여, 상기 레그의 승강 높이가 조절되도록 상기 승강 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 부유식 구조물.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 레그 위치 조정 장치는
   상기 선체의 항해 모드로 운용시, 상기 스키드 유닛을 통해 상기 레그를 상기 가이드 레일의 일측으로 이동시키는 부유식 구조물.

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