KR102499196B1 - 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수상에서 석션 버켓의 지중으로의 관입시의 깊이, 경사도, 수심, 석션버켓의 내외부 차압, 펌프 전후단의 차압, 유량 등과 같은 검출데이터를 기반으로 실시간으로 분석 및 제어하여 석션버켓의 설치하도록;
상부에 구조물이 구비되는 상판과, 상기 상판의 하부로 내부에 석션공간을 형성하며 연장형성되는 스커트를 구비하는 석션버켓과; 상기 석션버켓의 내부의 물을 외부로 배수하여 상기 석션버켓의 내부의 압력을 저하시켜 압력차이를 형성하도록 된 펌프와; 상기 펌프의 구동을 선택적으로 제어하도록 된 제어수단;을 포함하는 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템에 있어서; 상기 제어수단은, 석션압력검출수단과 수평도검출수단과 수심검출수단과 흡배수압력검출수단 및 유량검출수단을 통해 검출 및 연산되는 석션 버켓의 지중으로의 관입시의 경사도와 석션버켓의 내외부 차압과 펌프 전후단의 차압과 유량 및 관입깊이와 수심을 각각 실시간으로 분석하여 설정된 데이터에 맞춤되게 상기 펌프를 구동제어하도록 되며; 상기 펌프가 플랫폼에 설치되어 가이드레일을 따라 해수면에 근접할 있도록 되는 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 제공한다.

Description

수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템{Elevated platform system for penetration and pull-out of suction bucket}

본 발명은, 주로 해상 풍력터빈, 기상탑 등과 같은 해상구조물을 설치할 때 기초설비로 적용되는 석션 버켓의 설치와 인발하도록 된 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템에 관한 것이다.

구체적으로는, 수상의 펌프 플랫폼을 이용하여 석션 버켓의 지중으로의 관입시의 깊이, 경사도, 수심, 석션버켓의 내외부 차압, 펌프 전후단의 차압, 유량 등과 같은 검출데이터를 기반으로 실시간으로 분석 및 제어하여 석션버켓이 설치되도록 함으로써, 잠수인원의 필요없이 작업자는 최소화하고 설치작업의 정밀도를 극대화하도록 된 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 해상구조물은 해저에 고정되는 기초를 가지고 해상에 설치될 수 있는 다양한 구조물을 말하며, 대표적으로는 해상 풍력터빈, 기상탑 등이 있다.

이러한 해상구조물은 해저에 고정되는 기초구조가 구비되며, 상기 기초구조로는 비교적 얕은 수심에서 적용되는 모노파일(Monopile)형, 수심이 깊어질수록 트라이포드 파일(Tripod Pile), 자켓 파일(Jacket Pile), 석션 버켓(Suction Bucket) 기초 등이 있다.

상기에서 석션 버켓 기초는, 뒤집어진 컵(버켓) 형태의 기초로서, 석션 압력을 이용하여 시공하게 된다.

이러한 석션 버켓 기초는, 지반 위에 노출되는 상판과 근입되는 스커트로 구성된다.

그리고 석션 버켓 기초를 해저지반에 내려놓으면 자중에 의해 일정깊이만큼 스커트가 관입되며, 그 상태에서 석션 버켓 기초 내부의 물을 외부로 배수하면 내부의 압력이 저하되어 내/외부 압력차에 의하여 스커트가 완전히 관입되면서 석션 버켓 기초의 설치가 완료된다.

이와 같은 석션 버켓 기초는 관입을 위해 대형 굴착 및 항타 장비가 불필요 하므로 경제성이 우수하며, 상판 단면적에 비례하여 관입력이 발생되므로 대형 기초설치에 유리한 장점을 가진다.

한국특허출원번호 제10-2021-0157862호(명칭: 해상 풍력 발전 장치/2021.11.16.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 해저면에 일부 삽입되어 해상 풍력 발전 장치를 고정하는 버켓으로서, 하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부에 상기 해저면의 토사가 유입되는 공간이 형성되며, 회전축으로부터 회전력을 전달받아 회전하여 상기 해저면에 관입되는 바디; 및 상기 바디의 외면에 나사산 형상으로 형성되고, 상기 바디가 상기 해저면에 관입될 때 상기 해저면의 상기 토사를 밀어내 상기 바디가 관입될 공간을 형성하며, 상기 해저면에 관입된 상기 바디에 작용되는 장력에 대한 저항력을 가지는 스크류를 포함하는 버켓이 기재되어 있다.

그리고 한국특허출원번호 제10-2016-0011338호(명칭: 석션 파일을 관통하여 설치되는 내부말뚝을 갖춘 복합말뚝 시공방법/2016.01.29.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 하부가 개방된 적어도 한 개 이상의 석션 파일에 대해서, 상기 석션 파일의 상부에 적어도 한 곳 이상의 일부가 개방된 개구부와 상기 개구부를 연결하는 외부 케이싱이 수면 밖으로 연장된 상기 석션 파일을 수중 지반에 안착시켜 자중으로 관입 시키는 공정과; 상기 외부 케이싱 내부의 수위를 저하 시켜 상기 석션 파일 내부의 수압을 조절하고, 이때 발생하는 상기 석션 파일 내, 외부의 수압차를 이용하여 상기 석션 파일을 지중에 관입시키는 공정과; 상기 석션 파일의 지중 관입이 마무리된 후 상기 외부 케이싱의 안쪽을 관통하는 상기 내부 말뚝을 상기 석션 파일 내의 지면까지 내려놓는 공정과; 상기 외부 케이싱을 반력단으로 유압 압입부를 이용하여 상기 내부 말뚝을 기반암까지 압입시키는 공정; 및 상기 내부 말뚝이 기반암에 도달한 후 상기 내부 말뚝과 상기 외부 케이싱을 시멘트 성분의 결합재료를 이용하여 결합시키는 공정을 포함하는 말뚝 시공 방법이 기재되어 있다.

한편, 한국특허출원번호 제10-2016-0164445호(명칭: 해상구조물용 석션 버켓 기초 및 이를 포함하는 해상구조물/2016.12.05.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 적어도 하나의 석션홀이 형성된 상판 및 해저지반에 근입되는 스커트를 구비하는 뒤집어진 컵 모양의 석션버켓; 상기 석션버켓의 상측에 일단이 결합되고 타단에 플렌지부를 구비하는 원통형상의 버켓연결부; 상기 플렌지에 결합되며, 내주면에 제1암나사부가 형성된 제1조절플렌지; 일단이 상기 제1조절플렌지에 삽입되어 나사결합을 하도록 외주면의 일단측에 상기 제1암나사부에 대응되는 제1수나사부가 형성되고, 외주면의 타단측에는 제1수나사부와 반대방향으로 형성된 제2수나사부가 형성된 원통형상의 높이조절부; 상기 높이조절부의 타단측이 삽입되도록 내주면에 상기 제2수나사부에 대응되는 제2암나사부가 형성된 제2조절플렌지; 및 상기 제2조절플렌지와 결합되는 플렌지부를 구비하는 다리연결부;를 포함하는 석션 버켓 기초가 기재되어 있다.

또한 한국특허출원번호 제10-2014-0072211호(명칭: 해상 풍력발전 지지구조물 및 그 시공방법/2014.06.13.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 해저면에 설치되어 상부가 해상으로 돌출되게 구비되며 돌출된 상면에 풍력발전기가 안착되어 해상풍력 지지구조물과 석션버켓 파일이 분리 시공되는 해상풍력 지지구조물로서, 상기 해저면에 진공 흡입에 의하여 삽입 시공되도록 하면에 개구 형성되며 콘크리트 재질로 형성된 원통 형상의 석션버켓부와; 상기 석션버켓부의 상부에 설치되며 내부에 중공이 형성된 원추 형상의 지지부와; 상기 지지부의 상부에 상기 해상으로 돌출되도록 일정 길이 연장 형성되며, 내부에 중공이 형성된 연장부를; 포함하며, 상기 지지부와 상기 연장부는 일체로 형성되고 상기 석션버켓부와 상기 지지부는 별도로 형성되어 상호 결합되는 지지구조물이 기재되어 있다.

한국특허출원번호 제10-2021-0157862호(2021.11.16.) 한국특허출원번호 제10-2016-0011338호(2016.01.29.) 한국특허출원번호 제10-2016-0164445호(2016.12.05.) 한국특허출원번호 제10-2014-0072211호(2014.06.13.)

그러나 상기와 같은 종래의 석션 버켓 기초들은, 석션버켓의 내부에서 물을 외부로 배수하면서 관입시키는 작업이 수중에서 이루어짐에 따라, 잠수원 등과 같은 특수숙련자들이 필수적으로 투입되어야만 하며, 그 투입인원이 다수로 이루어질 수 밖에 없어 작업성 및 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

아울러, 시설하고자 하는 지반 및 기타 환경적인 요인에 의해 관입시 석션 버켓 내 지반의 융기, 불균일한 지반조건 등으로 인하여 석션작업이 제대로 이루어지는 않음은 물론, 수직(수평)도 조절이 상당히 어려워 작업품질이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 현재 국내외에서 석션버켓 내부의 물을 배수하기 위해 수중펌프를 사용하는데 이로 인해 펌프의 탈부착, 양수, 펌프의 제어 등이 쉽지 않아 펌프를 회수하지 못하거나 고가의 로봇 장비를 활용해야잠 작업이 가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 해상 풍력터빈, 기상탑 등과 같은 해상구조물을 설치할 때 기초설비로 적용되는 것으로, 수상에서 석션 버켓의 지중으로의 관입시의 깊이, 경사도, 수심, 석션버켓의 내외부 차압, 펌프 전후단의 차압, 유량 등과 같은 검출데이터를 기반으로 실시간으로 분석 및 제어하여 석션버켓이 설치되도록 함으로써, 잠수인원의 필요없이 작업자는 최소화하고 설치작업의 정밀도를 극대화하도록 된 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템은, 상부에 구조물이 구비되는 상판과, 상기 상판의 하부로 내부에 석션공간을 형성하며 연장형성되는 스커트를 구비하는 석션버켓과; 상기 석션버켓의 내부의 물을 외부로 배수하여 상기 석션버켓의 내부의 압력을 저하시켜 압력차이를 형성하도록 된 펌프와; 상기 펌프의 구동을 선택적으로 제어하도록 된 제어수단;을 포함하는 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템에 있어서; 상기 펌프는, 해수면의 상부에 배치되어 구동되며; 상기 석션버켓에는, 내부와 외부의 압력을 검출하여 실시간으로 내외부의 압력차이를 검출하도록 된 석션압력검출수단과, 상기 상판의 수평도를 실시간으로 검출하도록 된 수평도검출수단과 상기 석션버켓의 수심을 실시간으로 검출하도록 된 수심검출수단이 구비되고; 상기 펌프에는, 흡입측압력과 배출측압력을 각각 검출하도록 된 흡배수압력검출수단들과 흡배수유량을 검출하도록 된 유량검출수단을 각각 구비하며; 상기 제어수단은, 상기 석션압력검출수단과 상기 수평도검출수단과 상기 수심검출수단과 상기 흡배수압력검출수단 및 상기 유량검출수단을 통해 검출 및 연산되는 석션 버켓의 지중으로의 관입시의 경사도와 석션버켓의 내외부 차압과 펌프 전후단의 차압과 유량 및 관입깊이와 수심을 각각 실시간으로 분석하여 설정된 데이터에 맞춤되게 상기 펌프를 구동제어하도록 되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어수단은, 시설하고자 하는 해저토양의 마찰력이 '구조물의 자중+석션압x버켓단면적' 보다 작게 형성되도록 하는 상기 석션압을 최소석션압으로 설정하고, 해저토양의 분사(噴砂;sand boiling) 및 폐색(閉塞;soil plugging)')을 피할 수 있는 석션압을 최대석션압으로 설정하며, 상기 최고석션압과 상기 최대석션압의 사이를 목표석션압으로 하여 상기 펌프를 구동제어하도록 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템은, 해상 풍력터빈, 기상탑 등과 같은 해상구조물을 설치할 때, 지중으로 관입되는 석션버켓을 기초설비로 하여 시설되며, 석션버켓의 지중으로의 관입작업이 수상에서의 펌프구동을 통해 구현됨에 따라, 잠수인원의 필요없이 작업자는 최소화하도록 됨으로써, 작업성이 향상되는 효과를 가진다.

아울러, 석션압력검출수단과 수평도검출수단과 수심검출수단과 흡배수압력검출수단 및 유량검출수단을 통해 검출 및 연산되는 석션버켓의 지중으로의 관입시의 경사도와 석션버켓의 내외부 차압과 펌프 전후단의 차압과 유량 및 관입깊이와 수심을 각각 실시간으로 분석하여 제어하면서 펌프의 구동조건에 맞춤되는 펌프구동을 구현함으로써, 설치작업의 정밀도를 극대화하여, 작업품질이 향상되는 효과를 가진다.

또한 펌프시스템이 수상 플랫폼에 설치되어 있어 부식 혹은 방수문제나 펌프회수를 위한 잠수부가 필요치 않으며 펌프의 작동상태와 운전을 위한 접근이 용이한 특성을 갖는다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 보인 개략 예시도.
도 2는, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 구성하는 석션버켓을 보인 개략 사시 예시도.
도 3은, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 구성하는 펌프의 설치상태를 보인 플랫폼 및 플랫폼의 상하 이동을 위한 가이드레일장치의 개략 사시 예시도.
도 4는, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 구성하는 펌프를 보인 개략 사시 예시도.
도 5 및 도 6은, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 구성하는 흡입관과 배출관에 구비된 상향만곡절곡부의 예시를 보인 개략 예시도.
도 7 및 도 8은, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템에 의하여 석션버켓이 관입되는 상태를 보인 개략 예시도.
도 9는, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템의 설치 제어를 위한 전기적 연결관계를 보인 개략 예시도.
도 10은, 본 실시 예의 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 구성하는 석션버켓이 관입을 할 때의 동작상태를 보인 개략 예시도.
도 11은, 본 실시 예의 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 구성하는 석션버켓이 인발을 할 때의 동작상태를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지 도 11은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)을 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)은, 해상 풍력터빈, 기상탑 등과 같은 해상구조물을 설치할 때, 지중으로 관입되는 석션버켓을 기초설비로 하여 시설되는 것에 적합하게 적용된다.

이러한 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)은, 상부에 구조물(100)(타워)이 구비되는 상판(21)과, 상기 상판(21)의 하부로 내부에 석션공간을 형성하며 연장형성되는 스커트(22)를 구비하는 석션버켓(2)과; 상기 석션버켓(2)의 내부의 물을 외부로 배수하여 상기 석션버켓(2)의 내부의 압력을 저하시켜 압력차이를 형성하도록 된 펌프(3)와; 상기 펌프(3)의 구동을 선택적으로 제어하도록 된 제어수단(61);을 포함한다.

즉, 상기 석션버켓(2)을 수중으로 입사시키고, 시설하고자 하는 지표면이 위치시킨 후, 사용자에 의해 설정되는 구동데이터에 따른 상기 제어수단(61)의 제어에 따라 상기 펌프(3)를 구동하여 상기 석션버켓(2)의 석션공간에 잔존하는 물을 외부로 배출하여 상기 석션버켓(2)의 외부수압과 내부수압의 압력차를 형성하게 된다.

이와 같이, 상기 석션버켓(2)의 내외부의 압력차이의 발생에 따라, 상기 석션버켓(2)의 스커트(22)부위가 지중으로 관압되면서 시설된다.

상기에서 석션버켓(2)에는, 상기 펌프(3)의 흡입구와 연결호스(4)를 통해 공간적으로 연결되는 배수구(23)가 구비되어, 상기 석션공간의 물의 상기 연결호스(4)를 통해 상기 펌프(3)를 경유하여 외부로 배수하도록 될 수 있다.

상기와 같은 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 펌프(3)는, 해수면의 상부에 배치되어 구동된다.

즉, 상기 펌프(3)가 플랫폼(300)을 통해 해상에 배치된 상태에서 구동이 이루어지게 되며, 이에 따라, 구조적 및 작동의 안정성이 확보된다.

아울러, 수중으로의 투입인원이 없어 작업의 안전성이 향상될 수 있다.

상기에서 펌프(3)는, 해상에 구비되는 선박 및 바지선 등에 시설되어 해상에 배치될 수 있는 것으로, 사용자의 선택에 따라 적합하게 적용될 수 있다.

상기에서 선박 및 바지선 등에는, 상기 펌프(3)를 상기 플랫폼(300)을 통해 받침하여 지지하며 상기 플랫폼(300)의 높이를 조절하도록 된 가이드레일(200)이 구비될 수 있다.

즉, 상기 가이드레일(200)을 통해 상기 펌프(3)가 설치된 상기 플랫폼(300)의 높이를 자유로이 조절하여 사용시에는, 해수면과 근접되게 위치시키고, 비사용시에는, 해수면에서 이격시켜 보관 및 보수작업을 안정적으로 수행하게 될 수 있다.

한편, 상기 펌프(3)의 흡입구에는 상기 연결호스(4)의 단부가 결속되어 물을 유입받도록 된 흡입관(51)이 구비되고, 배출구에는 외부로 물을 배출하도록 된 배출관(52)이 구비된다.

즉, 상기 펌프(3)의 펌프실에 공간적으로 연결된 상기 흡입구와 상기 배출구에 각각 구비되는 상기 흡입관(51)과 상기 배출관(52)을 통해 상기 펌프실로의 물의 흡입 및 배출이 이루어지게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 흡입관(51)과 상기 배출관(52)에는, 각각 상기 펌프실보다 높은 수위를 형성하는 상향만곡절곡부(53)들이 각각 구비된다.

즉, 각각의 상기 상향만곡절곡부(53)들을 통해 상기 흡입관(51)과 상기 배출관(52)의 각각의 종단과 상기 펌프실의 수위보다 상기 흡입관(51)과 상기 배출관(52)들의 각각의 내부에서의 수위가 높게 형성되어, 상기 펌프실의 내부에 물이 충수된 상태를 안정되게 형성하도록 됨에 따라, 자흡이 용이하게 된다.

이에 따라, 펌프(3)의 구동이 중지되더라도 펌프(3)의 자흡상태가 훼손되지 않아 추후 펌프(3)의 재구동시에도 상기 석션버켓(2)에 대한 물의 배출작업이 안정적으로 이루어지게 된다.

따라서, 상기 제어수단(61)의 제어에 따라, 상기 펌프(3)의 구동제어가 정밀하게 이루어지더라도 펌프(3)의 구동이 안정적으로 이루어지게 되어, 작업품질이 향상될 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 석션버켓(2)에는, 내부와 외부의 압력을 검출하여 실시간으로 내외부의 압력차이를 검출하도록 된 석션압력검출수단(71)과, 상기 상판(21)의 수평도를 실시간으로 검출하도록 된 수평도검출수단(72)과 상기 석션버켓(2)의 수심을 실시간으로 검출하도록 된 수심검출수단(73)이 구비된다.

즉, 상기 석션압력검출수단(71)과 상기 수평도검출수단(72)과 상기 수심검출수단(73) 등을 통해 수중에서의 상기 석션버켓(2)에 대한 내외부의 압력차이와, 상기 상판(21)의 수평도 및 수심을 각각 실시간으로 검출하여 상기 제어수단(61)으로 유무선을 통해 전달하게 된다.

이에 따라, 상기 제어수단(61)에서 상기 석션버켓(2)에 대한 내외부의 압력차이와, 상기 상판(21)의 수평도 및 수심을 각각 실시간으로 연산하여 설정된 데이터에 따른 펌프(3)의 구동을 수행하게 될 수 있다.

상기에서 석션압력검출수단(71)과 상기 수평도검출수단(72)과 상기 수심검출수단(73)은, 상기 석션버켓(2)에 탈부착되는 별도의 센싱모듈(7)에 각각 구비되어, 통합적으로 관리하도록 될 수 있는 것으로, 사용자의 선택에 따라 각각 적합하게 적용될 수 있다.

아울러, 상기 펌프(3)에는, 흡입측압력과 배출측압력을 각각 검출하도록 된 흡배수압력검출수단(81)들과 흡배수유량을 검출하도록 된 유량검출수단(82)을 각각 구비된다.

즉, 상기 흡배수압력검출수단(81) 및 상기 유량검출수단(82) 등을 통해 상기 펌프(3) 전후단의 차압과 유량을 각각 실시간으로 검출하여 상기 제어수단(61)으로 유무선을 통해 전달하게 된다.

이에 따라, 상기 제어수단(61)에서 상기 펌프(3)에 대한 전후단의 차압과 유량을 각각 실시간으로 연산하여 설정된 데이터에 따른 펌프(3)의 구동을 수행하게 될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 제어수단(61)은, 상기 석션압력검출수단(71)과 상기 수평도검출수단(72)과 상기 수심검출수단(73)과 상기 흡배수압력검출수단(81) 및 상기 유량검출수단(82)을 통해 검출 및 연산되는 석션 버켓(2)의 지중으로의 관입시의 경사도와 석션버켓(2)의 내외부 차압과 펌프(3) 전후단의 차압과 유량 및 관입깊이와 수심을 각각 실시간으로 분석하여 설정된 데이터에 맞춤되게 상기 펌프(3)를 구동제어하도록 되어 있다.

즉, 상기 석션압력검출수단(71)과 상기 수평도검출수단(72)과 상기 수심검출수단(73)과 상기 흡배수압력검출수단(81) 및 상기 유량검출수단(82)을 통해 검출 및 연산되는 상기 석션버켓(2)의 지중으로의 관입시의 경사도와, 상기 석션버켓(2)의 내외부 차압과, 상기 펌프(3) 전후단의 차압 및 유량과 수심을 각각 실시간으로 분석하여 제어하면서 상기 펌프(3)의 구동조건에 맞춤되는 펌프구동을 구현하게 된다.

이에 따라, 상기 석션버켓(2)의 설치작업의 정밀도를 극대화하여, 작업품질이 향상된다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 제어수단(61)은, 시설하고자 하는 해저토양의 지질분석을 통해 구한 마찰력이 '구조물의 자중+석션압x버켓단면적' 작게 형성되도록 하는 상기 석션압을 최소석션압으로 수치계산을 통헤 미리 설정하고, 해저토양의 분사(噴砂;sand boiling) 및 폐색(閉塞;soil plugging)을 피할 수 있는 석션압을 최대석션압으로 마찬가지로 미리 설정하며, 상기 최고석션압과 상기 최대석션압의 사이를 목표석션압으로 하여 상기 펌프(3)를 구동제어하도록 되어 있다.

즉, 상기 제어수단(61)에는, 사용자에 의해 상기 최고석션압과 상기 최대석션압의 사이를 목표석션압으로 하여 상기 펌프(3)를 구동제어하도록 설정된 구동데이터가 설정되어, 상기 펌프(3)를 구동을 실시간으로 자동제어하도록 되어 있다

이에 따라, 상기 석션버켓(2)의 설치작업이 더욱 안정적으로 이루어지게 된다.

한편, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)은, 도 10 및 도 11에서 도시된 바와 같이, 상기 펌프(3) 1기를 통해 상기 석션버켓(2)의 관입과 인발을 동시에 수행하게 될 수 있으며, 이를 통해 유체 계통이 단순하고 효율적으로 이루어질 수 있어, 비용이 절감되고 유지보수가 간단하며, 펌프(3) 설치 및 작동을 위해 별도의 잠수부를 고용할 필요가 없어 작업성 및 경제성을 향상시키게 될 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 제어수단(61)에 설정되는 구동데이터에 따른 제어상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 검출된 상기 석션버켓(2)의 수압와 수심을 연산하여 상기 석션버켓(2)의 지중으로의 관입 깊이(h)를 검출한다.

아울러, 검출된 상기 석션버켓(2)의 내외부의 압력차를 연산하여 석션압(S)을 연산하여 검출한다.

표1에서 표현된 바와 같이, S-h 곡선으로부터 동일한 관입깊이에 해당하는 최대 석션압과 최소석션압의 중간 영역의 값으로 운전되도록 상기 펌프(3)의 밸브개도와 rpm을 조절하여 관입작업을 진행시킬 수 있다.

상기에서 제어수단(61)의 구동데이터는, 상기 석션버켓(2) 및 방수구조물 전체의 수중 무게 W와 석션압 S에 버켓 수평 단면적 A를 곱한 값의 합 W + SA가 상기 석션버켓(2)의 관입력에 해당되며, 상기 석션버켓(2)이 해저 토양에 의해 생기는 마찰력이 저항값 F이고, W + SA = F가 되도록 하는 S가 최소석션압으로 설정한다.

상기에서 제어수단(61)의 구동데이터는, 석션압을 증가시키면 관입력은 증가하지만 토양의 특성에 따라서 모래인 경우는 sand boiling 형상이 발생하며 진흙인 경우는 soil plugging 현상이 발생하게 되며, 이 압력에 도달되는 석션압 S를 최대 석션압으로 설정한다.

상기에서 제어수단(61)의 구동데이터는, 표1에서 최대석션압과 최소석션압의 중간값 근방에 형성되는 운전곡선을 목표석션압으로 하여 상기 펌프(3)를 구동제어하도록 설정한다.

상기에서 제어수단(61)의 구동데이터는, 검출되는 경사도 정보를 바탕으로 상기 석션버켓(2) (1개(mono-pod)도 가능하지만 보통 3(tri-pod)개 혹은 4개(quad-pod))에 독립적으로 연결된 펌프(3)의 작동을 자동 조절하여 관입 시 경사각을 지정된 범위 안으로 올 수 있도록 제어하도록 설정될 수 있다.

한편, 상기 수평도검출수단(72)을 통한 경사도 측정은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

상기 석션버켓(2)의 상판(21)에 구비되는 상기 구조물(100)(타워)의 중앙에 해당하는 축이 지평면과 수직이 되는 경우가 경사가 없는 경우에는, 어느 석션버켓(2) 방향으로 기울어졌는지를 감지한다.

그리고, 상기 석션버켓(2)에 대하여 상기 펌프(3)의 흡입량을 증가시키고, 나머지 석션 버켓에 연결된 상기 펌프(3)들의 흡입량은 감소시키면서, 설정된 범위의 경사 오차 이내에 들어올 때까지 상기 펌프(3)의 유량조절을 상기와 같은 방법으로 반복하여 조절할 수 있다.

한편, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템(1)에서, 상기 펌프(3)는, 필요흡입 수두가 작동 범위에서 1 m 이하가 되는 것을 적용한다.

이때, 상기 펌프(3)에 연결되는 흡입부의 직경은 펌프(3)가 선정되면 정해지나, 배관 내경을 펌프(3)에서 정해진 내경으로 사용하면 필요흡입수두에 문제가 발생한다.

그 이유는 배관 마찰에 따른 손실수두 때문이다. 배관 마찰 손실수두는 다음 식으로 정해진다.

위 식에서

이 손실수두이며,

는 배관 길이와 직경의 비,

는 배관 내부의 평균 유속,

는 중력가속도이다.

따라서

을 줄이기 위해서는 D를 키우고 (배관의 내경을 키우고) D가 커짐으로써 V도 줄게 되어 결국

이 줄어들게 된다. 배관 길이와 내경은

이 펌프의 필요흡입수두를 를 넘지 않도록 설계 한다.

K는 배관의 표면 조도에 관련되며 레이놀즈 수의 함수이다.

레이놀즈 수와 K를 정확히 구할 수 있는 프로그램을 작성하여 계산에 활용한다.

K를 줄이기 위해서 배관 내면이 매끈하도록 형성한다.

그리고, 상기 펌프(3)를 선상에 설치하면 보통 선박의 펌프(3) 설치 위치는 해수면으로부터 2~3 m 이상이 된다.

이로 인해 상기 펌프(3)의 유효흡입수두에 영향을 주므로 이 문제를 해소하기 위해, 본 실시 예에 의한 수상 석션 버켓시스템(1)에서는, 상기 가이드레일(200)에 별도의 건식 플랫폼(300)을 구비하고, 상기 플랫폼(300)에 상기 펌프(3)를 장착하여 최대한 해수면에 가깝게 위치하도록 선택적으로 조절가능하게 형성되어 있다.

상기에서 가이드레일(200)은, 조수간만의 차이에 따라 상기 플랫폼(300)이 해수면에 최대한 근접하도록 상기 플랫폼(300)이 상하이동할 수 있도록 기능한다.

한편, 상기 석션버켓(2) 전체의 수중 무게를 W, 석션버켓(2) 상부 내부와 석션버켓(2) 상부 외부의 압력차를 P, 석션버켓(2) 수평 단면적을 A, 석션버켓(2)의 해저 토양 마찰력을 F, 크레인의 인장력을 C라 할 때

가 되어야 인발이 가능하다.

따라서 상기 석션버켓(2) 내외부의 차압이

가 되도록 하는 인발 차압 P를 내도록 하는 펌프(3)의 토출수두를 구동데이터에 설정하여, 상기 석션버켓(2)의 관입과 인발을 동시에 수행하도록 제어한다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템
100 : 구조물 200 : 가이드레일
300 : 플랫폼
2 : 석션버켓 21 : 상판
22 : 스커트 23 : 배수구
3 : 펌프 4 : 연결호스
51 : 흡입관 52 : 배출관
53 : 상향만곡절곡부 61 : 제어수단
7 : 센싱모듈 71 : 석션압력검출수단
72 : 수평도검출수단 73 : 수심검출수단
81 : 흡배수압력검출수단
82 : 유량검출수단

Claims (2)

1. 상부에 구조물이 구비되는 상판과, 상기 상판의 하부로 내부에 석션공간을 형성하며 연장형성되는 스커트를 구비하는 석션버켓과; 상기 석션버켓의 내부의 물을 외부로 배수하여 상기 석션버켓의 내부의 압력을 저하시켜 압력차이를 형성하도록 된 펌프와; 상기 펌프의 구동을 선택적으로 제어하도록 된 제어수단;을 포함하는 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템에 있어서;
   상기 펌프는,
   해수면의 상부에 위치하며 조수간만에 따라 해수면에 근접되도록 상하이동이 가능하게 위치되는 플랫폼에 배치되어 구동되며;
   상기 석션버켓에는,
   내부와 외부의 압력을 검출하여 실시간으로 내외부의 압력차이를 검출하도록 된 석션압력검출수단과, 상기 상판의 수평도를 실시간으로 검출하도록 된 수평도검출수단과 상기 석션버켓의 수심을 실시간으로 검출하도록 된 수심검출수단이 구비되고;
   상기 펌프에는,
   흡입측압력과 배출측압력을 각각 검출하도록 된 흡배수압력검출수단들과 흡배수유량을 검출하도록 된 유량검출수단을 각각 구비하며;
   상기 제어수단은,
   상기 석션압력검출수단과 상기 수평도검출수단과 상기 수심검출수단과 상기 흡배수압력검출수단 및 상기 유량검출수단을 통해 검출 및 연산되는 석션 버켓의 지중으로의 관입시의 경사도와 석션버켓의 내외부 차압과 펌프 전후단의 차압과 유량 및 관입깊이와 수심을 각각 실시간으로 분석하여 설정된 데이터에 맞춤되게 상기 펌프를 구동제어하도록 되는 것을 특징으로 하는 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서;
   상기 제어수단은,
   시설하고자 하는 해저토양의 마찰력이 '구조물의 자중+석션압x버켓단면적' 보다 작게 형성되도록 하는 상기 석션압을 최소석션압으로 설정하고,
   해저토양의 분사(噴砂;sand boiling) 및 폐색(閉塞;soil plugging)을 피할 수 있는 석션압을 최대석션압으로 설정하며,
   상기 최소석션압과 상기 최대석션압의 사이를 목표석션압으로 하여 상기 펌프를 구동제어하도록 되는 것을 특징으로 하는 수상 석션 버켓 관입 인발 플랫폼 시스템.

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