KR102626590B1 - 해상 부유체의 계류하중 완충장치 - Google Patents

해상 부유체의 계류하중 완충장치 Download PDF

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Abstract

해상 부유체의 계류하중 완충장치가 제공된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 해상 부유체가 요동하는 경우 상기 요동에 의한 계류체인의 움직임에 따라 복수 개의 완충부재가 인장과 압축을 교번하도록 동작함으로써 계류체인에 의한 계류하중을 보다 효율적으로 완충할 수 있다. 특히, 상기 요동에 의해 계류체인이 움직임에 따라 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나가 인장되는 경우 인장된 텐션 와이어와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재 내 제2 스프링 코일이 압축되고, 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나에 대한 인장이 해제되는 경우 상기 압축된 제2 스프링 코일이 인장됨과 동시에 상기 인장된 제2 스프링 코일에 대응되는 제1 스프링 코일이 압축됨으로써, 해양환경이 급격히 변화하더라도 해양환경에 의한 하중의 옵셋이 허용범위를 벗어나지 않도록 계류체인에 의한 계류하중을 보다 효율적으로 완충할 수 있다.

Description

해상 부유체의 계류하중 완충장치{DAMPING APPRATUS FOR MOORING LOAD OF OFFSHORE FLOATING BODY}
본 발명의 실시예들은 해상 부유체가 요동(heave)하는 과정에서 해상 부유체를 계류시키는 계류체인에 의한 계류하중을 완충하기 위한 기술과 관련된다.
일반적으로 풍력발전(Wind Power)은 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 등의 장치를 이용하여 기계적 에너지로 변환시키고, 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것이다. 이때, 풍력발전은 그 설치 장소에 따라 육상(Onshore type) 풍력발전과 해상(Offshore type) 풍력발전으로 구분되는데, 최근에는 해상 풍력발전 중에서도 하부 부유체가 해저면에 고정되지 않고 해상에 떠있는 형태의 부유식 해상 풍력발전에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 부유식 해상 풍력발전에 적용되는 해상 부유체는 해저면에 고정되는 고정식 해상 풍력발전과 달리 바람, 파랑, 조류 등과 같은 해양환경에 의한 하중의 영향을 받게 된다. 이에 따라, 해상 부유체를 안정적으로 계류시키기 위한 계류체인과 상기 계류체인을 해상 부유체에 연결시키기 위한 페어리드가 상기 해상 부유체와 함께 설치된다.
이때, 계류체인과 페어리드를 설치하는 과정에서 해양환경에 의한 하중의 옵셋(offset)의 허용범위 내에서 페어리드 및 계류체인의 적정용량을 설계하는 것이 일반적이나, 해양환경이 급격히 변화하는 경우 해양환경에 의한 하중의 옵셋이 허용범위를 벗어나는 경우가 종종 발생한다. 이 경우, 해상 풍력발전 장치의 블레이드가 바람을 더 이상 받지 않도록 블레이드의 회전을 제어함으로써 계류체인의 최대 인장으로 인한 계류하중을 조절할 수 있으나, 이러한 해상 풍력발전 장치의 제어 전에 계류체인에 의한 계류하중을 완충하여 해상 부유체 및 해상 풍력발전 장치의 안정성을 확보할 필요가 있다.
한국등록특허공보 제10-2404207호(2022.05.26)
본 발명의 실시예들은 해상 부유체의 요동에 의해 계류체인이 움직이는 경우 계류체인에 의한 계류하중이 가해지는 방향에 따라 상호 대향하는 스프링 코일의 쌍이 인장과 압축을 교번하도록 동작하여 계류체인에 의한 계류하중을 완충하기 위한 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 해상 부유체가 요동(heave)하는 과정에서 상기 해상 부유체를 계류시키는 계류체인에 의한 계류하중을 완충하기 위한 해상 부유체의 계류하중 완충장치로서, 상기 계류하중 완충장치의 상부에 마련되어 상기 계류체인의 일단을 고정시키는 샤클 커넥터; 상기 계류하중 완충장치의 하부에 마련되고, 상기 계류체인의 타단이 관통할 수 있도록 관통홀이 형성되는 구 형상의 볼 스토퍼(ball stopper); 상기 볼 스토퍼의 상측에서 상기 볼 스토퍼와 인접하게 형성되고, 내부에 소정 크기의 중공부가 형성됨에 따라 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직이는 경우 상기 볼 스토퍼의 적어도 일부가 상기 중공부에 수용된 상태에서 제자리 회전할 수 있도록 상기 볼 스토퍼의 회전운동을 가이드하는 벨 마우스(bell mouth); 상기 계류하중 완충장치의 상부에서 소정 간격을 두고 복수 개 마련되는 제1 완충부재; 상기 제1 완충부재와 대응되는 위치에서 상기 제1 완충부재와 소정 간격 이격되도록 상기 벨 마우스의 상면에 복수 개 마련되는 제2 완충부재; 상기 제1 완충부재와 상기 제2 완충부재를 상호 연결시키는 복수 개의 연결부재; 상기 제1 완충부재와 상기 제2 완충부재 사이에 마련되어 상기 연결부재와 수직하게 연결되는 트랜스퍼 플레이트(transfer plate); 및 일단이 상기 트랜스퍼 플레이트에 연결되고 타단이 상기 벨 마우스를 관통한 후 상기 볼 스토퍼의 외면에 장착됨에 따라 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직이는 경우 상기 볼 스토퍼의 회전운동과 연동하여 인장되는 복수 개의 텐션 와이어(tension wire)를 포함하는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치가 제공된다.
상기 제1 완충부재는, 제1 스프링 코일 및 상기 제1 스프링 코일을 감싸는 제1 실린더 부재로 이루어지며, 상기 제2 완충부재는, 제2 스프링 코일 및 상기 제2 스프링 코일을 감싸는 제2 실린더 부재로 이루어지고, 상기 연결부재는, 상기 제1 스프링 코일 및 상기 제2 스프링 코일과 각각 연결되어 연장되는 로더 암(loader arm), 및 상기 제1 실린더 부재 및 상기 제2 실린더 부재와 각각 연결되어 연장되는 고정 암(fixed arm)으로 이루어지며, 상기 로더 암 및 상기 고정 암에는, 상기 트랜스퍼 플레이트와 상기 로더 암 및 상기 고정 암을 상호 연결시키기 위한 로더(loader)가 마련될 수 있다.
상기 로더는, 상기 로더 암에 고정되며, 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직이는 경우 상기 계류체인에 의한 계류하중이 가해지는 방향으로 상기 고정 암을 따라 움직일 수 있다.
상기 텐션 와이어는, 상기 제2 완충부재로부터 설정된 거리 이내의 위치에서 연장되도록 상기 제2 완충부재의 개수만큼 복수 개 마련되며, 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직임에 따라 상기 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나가 인장되는 경우 인장된 텐션 와이어와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재 내 제2 스프링 코일이 압축되고, 상기 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나에 대한 인장이 해제되는 경우 상기 압축된 제2 스프링 코일이 인장됨과 동시에 상기 인장된 제2 스프링 코일에 대응되는 제1 스프링 코일이 압축될 수 있다.
상기 제1 스프링 코일 및 상기 제1 스프링 코일에 대응되는 제2 스프링 코일은, 상기 요동에 의한 상기 계류체인의 움직임에 따라 인장과 압축을 교번하도록 동작하되, 상기 요동에 의한 상기 계류체인의 움직임에 따라 복수 개의 상기 제2 스프링 코일 중 적어도 하나가 서로 다르게 동작할 수 있다.
상기 볼 스토퍼의 내부에는, 복수 개의 돌출부재를 갖는 체인 풀리(chain pulley)가 마련되며, 상기 체인 풀리는, 상기 계류체인이 인장 또는 압축됨에 따라 상기 계류체인의 상하운동과 연동하여 회전운동하고, 상기 계류체인이 설정된 크기 이상으로 인장되는 경우 상기 복수 개의 돌출부재 중 하나가 상기 계류체인에 걸려 상기 계류체인을 고정시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 해상 부유체가 요동하는 경우 상기 요동에 의한 계류체인의 움직임에 따라 복수 개의 완충부재가 인장과 압축을 교번하도록 동작함으로써 계류체인에 의한 계류하중을 보다 효율적으로 완충할 수 있다. 특히, 상기 요동에 의해 계류체인이 움직임에 따라 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나가 인장되는 경우 인장된 텐션 와이어와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재 내 제2 스프링 코일이 압축되고, 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나에 대한 인장이 해제되는 경우 상기 압축된 제2 스프링 코일이 인장됨과 동시에 상기 인장된 제2 스프링 코일에 대응되는 제1 스프링 코일이 압축됨으로써, 해양환경이 급격히 변화하더라도 해양환경에 의한 하중의 옵셋이 허용범위를 벗어나지 않도록 계류체인에 의한 계류하중을 보다 효율적으로 완충할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체의 예시
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체가 요동에 따라 움직이는 과정을 나타낸 예시
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치의 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치의 세부구성들에 대한 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치의 세부구성들에 대한 단면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치의 세부구성들에 대한 확대도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치의 세부구성들에 대한 확대도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류체인의 움직임에 따라 계류하중 완충장치가 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 계류체인의 움직임에 따라 계류하중 완충장치가 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류체인의 움직임에 따라 체인 풀리가 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체(100)의 예시이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체(100)는 해상에 설치되는 부유 구조물로서, 예를 들어 부유식 해상풍력 장치(미도시)가 결합될 수 있다. 해상 부유체(100)는 밸러스트 컬럼(102), 하부 지지체(104) 및 중앙 부유물(106)로 이루어질 수 있다.
밸러스트 컬럼(102)은 횡단면이 원형인 원통 형상, 즉 내부가 빈 중공의 실린더 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 밸러스트 컬럼(102)의 내부에는 평형수(ballast water)가 채워져 원하는 수심에서 해상 부유체(100)가 부유되도록 할 수 있다. 밸러스트 컬럼(102)의 길이 방향에 직교하는 외주면은 원형으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 밸러스트 컬럼(102)이 해상에 설치되는 경우 밸러스트 컬럼(102)에 작용하는 조류 또는 파력에 의한 영향이 그 작용 방향에 상관없이 일정할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 밸러스트 컬럼(102)은 중앙 부유물(106)을 중심으로 일정한 각도 간격(예를 들어, 120도 간격)으로 이격되어 복수 개 형성될 수 있으며, 이에 따라 해상 부유체(100)가 쓰러지지 않도록 균형을 이룰 수 있다.
하부 지지체(104)는 밸러스트 컬럼(102)과 마찬가지로 횡단면이 원형인 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 하부 지지체(104)는 밸러스트 컬럼(102)의 하부에 구비되어 밸러스트 컬럼(102)을 지지할 수 있다. 하부 지지체(104)는 밸러스트 컬럼(102)을 지지할 수 있도록 부력을 가지는 부유물로서, 다양한 부력 구조물로 형성될 수 있다. 또한, 하부 지치체(104)의 직경은 밸러스트 컬럼(102)의 직경보다 클 수 있다.
이때, 하부 지지체(104)의 일측에는 후술할 계류체인을 해상 부유체(100)에 연결시키기 위한 페어리드(108)가 하나 이상 장착될 수 있다. 페어리드(108) 및 계류체인에 대해서는 이하의 도면들을 참조하여 후술하기로 한다.
중앙 부유물(106)은 해상 풍력발전 부유체(100)의 중앙 부분에 형성될 수 있으며, 중앙 부유물(106)의 상면에 부유식 해상풍력 장치의 타워가 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체(100)가 요동에 따라 움직이는 과정을 나타낸 예시이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체(100)는 바람, 파랑, 조류 등과 같은 해양환경에 의한 하중의 영향을 받게 되며, 이에 따라 수시로 요동(heave)하게 된다.
도 2를 참조하면, 해상 부유체(100)에는 해상 부유체(100)를 안정적으로 계류시키기 위한 계류체인(110)과 상기 계류체인(110)을 해상 부유체(100)에 연결시키기 위한 페어리드(108)가 설치된다. 계류체인(110)은 해저면의 석션앵커(112)에 고정되며, 해상 부유체(100)는 계류체인(110)에 의해 해상에서 안정적으로 계류될 수 있다.
이때, 계류체인(110)과 페어리드(108)를 설치하는 과정에서 해양환경에 의한 하중의 옵셋(offset)의 허용범위 내에서 페어리드(108) 및 계류체인(110)의 적정용량을 설계하는 것이 일반적이나, 해양환경이 급격히 변화하는 경우 해양환경에 의한 하중의 옵셋이 허용범위를 벗어나 해상 부유체(100)가 초기위치로부터 이동하는 경우가 종종 발생한다. 이 경우, 계류체인(110)이 초기장력(pretension)에 따른 초기위치로부터 인장됨에 따라 계류하중이 급격히 증가할 수 있으며 이로 인해 해상 부유체(100)의 부유 안정성이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 후술할 계류하중 완충장치(200)를 통해 해상 부유체(100)가 요동하는 과정에서 계류체인(110)에 의한 계류하중을 완충하여 해상 부유체의 안정성을 확보할 수 있도록 하였다. 이하에서는, 도 3 내지 도 10을 참조하여 계류하중 완충장치(200)의 세부구성에 대해 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치(200)의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치(200)는 회전 암(114)을 통해 페어리드(108)에 연결되며, 체인 커넥터(202), 케이싱부(204), 볼 스토퍼(208, ball stopper), 벨 마우스(210, bell mouth) 등의 구성을 포함할 수 있다.
회전 암(114)은 페어리드(108)의 일 단부에 연결되어 상하방향으로 회전할 수 있도록 구성된다.
체인 커넥터(202)는 계류하중 완충장치(200)의 상부에서 회전 암(114)의 끝단에 연결되어 좌우방향으로 회전할 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 체인 커넥터(202)의 일단은 회전 암(114)에 연결되어 좌우방향으로 회전하며, 체인 커넥터(202)의 타단은 후술할 케이싱부(204) 내의 세부구성들을 지지하는 플레이트(plate)로서 기능할 수 있다.
케이싱부(204)는 계류하중 완충장치(200)의 세부구성들을 외부 충격으로부터 보호한다. 후술할 바와 같이, 케이싱부(204)의 내부에는 제1 완충부재(212), 제2 완충부재(214), 연결부재(216), 트랜스퍼 플레이트(218), 텐션 와이어(220), 로더(222) 등이 마련될 수 있다. 또한, 케이싱부(204)의 외면에는 상술한 계류하중 완충장치(200)의 세부구성들을 설치 및 보수하는 데 활용되는 작업홀(204a)이 하나 이상 형성될 수 있다. 작업자 또는 ROV(Remotely Operated Vehicle)는 작업홀(204a)을 통해 계류하중 완충장치(200)의 세부구성들을 설치하거나 보수할 수 있다.
볼 스토퍼(208)는 구 형상으로 이루어져 계류하중 완충장치(200)의 하부에 마련된다.
벨 마우스(210)는 볼 스토퍼(208)의 상측에서 볼 스토퍼(208)와 인접하게 형성된다.
케이싱부(204) 내의 세부구성들, 볼 스토퍼(208) 및 벨 마우스(210)에 대해서는 이하의 도면들을 참조하여 후술하기로 한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류하중 완충장치(200)의 세부구성들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 계류하중 완충장치(200)는 상술한 체인 커넥터(202) 및 케이싱부(204) 외에도 샤클 커넥터(206), 볼 스토퍼(208), 벨 마우스(210), 제1 완충부재(212), 제2 완충부재(214), 연결부재(216), 트랜스퍼 플레이트(218), 텐션 와이어(220) 및 로더(222)를 더 포함할 수 있다.
샤클 커넥터(206)는 계류하중 완충장치(200)의 상부에 마련되어 계류체인(110)의 일단을 고정시킨다. 샤클 커넥터(206)는 체인 커넥터(202)의 하면, 즉 하부측 플레이트에 형성될 수 있다. 샤클 커넥터(206)는 고리 형상의 샤클을 구비하며, 계류체인(110)의 일단이 상기 샤클에 걸려 고정될 수 있다.
볼 스토퍼(208)는 계류하중 완충장치(200)의 하부에 마련되고, 계류체인(110)의 타단이 관통할 수 있도록 관통홀(208a)이 형성되는 구 형상으로 이루어진다. 후술할 바와 같이, 볼 스토퍼(208)는 벨 마우스(210)의 내부에 형성된 중공부(G)에 적어도 일부가 수용될 수 있으며, 해상 부유체(200)가 요동하면서 계류체인(110)이 움직임에 따라 벨 마우스(210)의 중공부(G)에서 제자리 회전할 수 있다. 또한, 볼 스토퍼(208)의 외면에는 복수 개의 텐션 와이어(220)가 장착될 수 있으며, 상기 요동에 의해 계류체인(110)이 움직이는 경우 텐션 와이어(220)가 볼 스토퍼(208)의 회전운동과 연동하여 인장될 수 있다.
벨 마우스(210)는 볼 스토퍼(208)의 회전운동을 가이드하는 장치이다. 벨 마우스(210)는 볼 스토퍼(208)의 상측에서 볼 스토퍼(208)와 인접하게 형성되고, 내부에 소정 크기의 중공부(G)가 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 벨 마우스(210)는 상측에서 하측으로 갈수록 단면이 좁아지는 테이퍼(tapered) 형상 또는 종(bell) 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 벨 마우스(210)의 내부에는 중공부(G)가 형성되어 계류체인(110)이 관통할 수 있다. 또한, 상기 중공부(G)에는 볼 스토퍼(208)의 적어도 일부(예를 들어, 볼 스토퍼(208)의 절반)가 수용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 벨 마우스(210)의 중공부(G)는 상기 요동에 의해 계류체인(110)이 움직이는 경우 볼 스토퍼(208)가 중공부(G)에 수용된 상태에서 제자리 회전할 수 있도록 볼 스토퍼(208)의 회전운동을 가이드할 수 있다.
제1 완충부재(212)는 계류하중 완충장치(200)의 상부에서 소정 간격을 두고 복수 개 마련된다. 제1 완충부재(212)는 제1 스프링 코일(212a) 및 제1 스프링 코일(212a)을 감싸는 제1 실린더 부재(212b)로 이루어질 수 있다.
제2 완충부재(214)는 제1 완충부재(212)와 대응되는 위치에서 제1 완충부재(212)와 소정 간격 이격되도록 벨 마우스(210)의 상면에 복수 개 마련된다. 제2 완충부재(214)는 제2 스프링 코일(214a) 및 제2 스프링 코일(214a)을 감싸는 제2 실린더 부재(214b)로 이루어질 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 완충부재(212) 및 제2 완충부재(214)는 계류하중 완충장치(200)의 상부와 하부에서 각각 상호 대향하도록 복수 개 마련될 수 있다. 일 예시로서, 제1 완충부재(212)는 계류하중 완충장치(200)의 상부에서 소정 간격 이격되도록 3개 마련될 수 있으며, 제2 완충부재(214)는 계류하중 완충장치(200)의 하부에서 제1 완충부재(212)와 대향하도록 3개 마련될 수 있다. 이때, 제1 완충부재(212) 및 제2 완충부재(214)는 소정 간격 이격되도록 형성될 수 있으며, 후술할 바와 같이 연결부재(216)가 제1 완충부재(212) 및 제2 완충부재(214)를 각각 상호 연결시킬 수 있다.
연결부재(216)는 제1 완충부재(212)와 제2 완충부재(214)를 상호 연결시킨다. 연결부재(216)는 복수 개의 로더 암(216a, loader arm) 및 복수 개의 고정 암(216b, fixed arm)으로 이루어질 수 있다.
로더 암(216a)은 바(bar) 형상으로 이루어지며, 제1 스프링 코일(212a) 및 제2 스프링 코일(214a)과 각각 연결되어 연장된다.
고정 암(216b)은 바 형상으로 이루어지며, 제1 실린더 부재(212b) 및 제2 실린더 부재(214b)와 각각 연결되어 연장된다.
트랜스퍼 플레이트(218, transfer plate)는 제1 완충부재(212)와 제2 완충부재(214) 사이에 마련되어 연결부재(216)와 수직하게 연결된다. 트랜스퍼 플레이트(218)는 소정 크기의 판 형상으로 이루어지며, 계류체인(110)이 관통하기 위한 관통홀(218a)을 구비할 수 있다.
또한, 트랜스퍼 플레이트(218)의 적어도 일 단부에는 지지부재(218b)가 연장 형성될 수 있다. 지지부재(218b)는 후술할 로더(220)를 통해 연결부재(216)와 수직하게 연결될 수 있다. 지지부재(218b)는 예를 들어, 트랜스퍼 플레이트(218)의 적어도 일 단부에서 소정 간격을 두고 방사형으로 연장 형성될 수 있다.
이때, 트랜스퍼 플레이트(218)의 일 단부와 지지부재(218b)가 연결되는 부분에는 힌지(218c)가 형성될 수 있다. 트랜스퍼 플레이트(218)에는 불균형적인 인장 또는 압축력이 작용할 수 있으므로, 힌지(218c)는 트랜스퍼 플레이트(218)의 일 단부와 지지부재(218b) 사이에서 마련되어 트랜스퍼 플레이트(218)가 어느 한쪽으로 비대칭적으로 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
로더(220)는 트랜스퍼 플레이트(218)와 로더 암(216a) 및 고정 암(216b)을 상호 연결시키는 부품으로서, 지지부재(218b)에 의해 지지될 수 있다. 상술한 바와 같이, 로더 암(216a)은 제1 스프링 코일(212a) 및 제2 스프링 코일(214a)과 각각 연결되어 연장되며, 고정 암(216b)은 제1 실린더 부재(212b) 및 제2 실린더 부재(214b)와 각각 연결되어 연장될 수 있다. 또한, 로더(220)는 로더 암(216a)에 고정되며, 상기 요동에 의해 계류체인(110)이 움직이는 경우 계류체인(110)에 의한 계류하중이 가해지는 방향으로 고정 암(216b)을 따라 움직일 수 있다. 즉, 로더(220)는 로더 암(216a)과 함께 고정 암(216b)을 따라 상하방향으로 움직일 수 있다.
텐션 와이어(222)는 상기 요동에 의해 계류체인(110)이 움직이는 경우 볼 스토퍼(208)의 회전운동과 연동하여 인장된다. 이를 위해, 텐션 와이어(222)의 일단은 트랜스퍼 플레이트(218)에 연결되고, 텐션 와이어(222)의 타단은 벨 마우스(210)를 관통한 후 볼 스토퍼(208)의 외면에 장착될 수 있다.
이때, 텐션 와이어(222)는 제2 완충부재(214)로부터 설정된 거리 이내의 위치에서 연장되도록 제2 완충부재(214)의 개수만큼 복수 개 마련될 수 있다. 일 예시로서, 텐션 와이어(222)는 제2 완충부재(214)로부터 설정된 거리 이내의 위치에서 계류하중 완충장치(200)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 한편, 도 4 내지 도 7에서는 설명의 편의상 텐션 와이어(222)가 3개 형성되는 것으로 도시하였으나, 텐션 와이어(222)의 개수가 특별히 한정되는 것은 아니다. 텐션 와이어(222)의 개수는 예를 들어, 제1 완충부재(212) 및 제2 완충부재(214)의 개수에 대응되도록 달라질 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 계류체인(110)의 움직임에 따라 계류하중 완충장치(200)가 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 요동에 의해 계류체인(110)이 움직임에 따라 복수 개의 텐션 와이어(222) 중 적어도 하나가 인장될 수 있다. 이 경우, 인장된 텐션 와이어(222)와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재(214) 내 제2 스프링 코일(214a)은 압축되고, 압축된 제2 스프링 코일(214a)과 대응되는 제1 스프링 코일(212a)은 인장될 수 있다. 또한, 인장된 텐션 와이어(222)가 아닌 다른 텐션 와이어(222)는 압축될 수 있으며, 압축된 텐션 와이어(222)와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재(214) 내 제2 스프링 코일(214a)은 인장될 수 있다.
이후, 복수 개의 텐션 와이어(222) 중 적어도 하나에 대한 인장이 해제되는 경우 상기 압축된 제2 스프링 코일(214a)이 인장됨과 동시에 상기 인장된 제2 스프링 코일(214a)에 대응되는 제1 스프링 코일(212a)이 압축될 수 있다. 이때, 볼 스토퍼(208)는 계류체인(110)의 초기장력을 넘어서는 인장력이 발생함에 따라 벨 마우스(210)의 중공부(G)에서 제자리 회전하게 되며, 상기 인장력을 텐션 와이어(222)에 전달하게 된다.
상술한 바와 같이, 제1 스프링 코일(212a) 및 제1 스프링 코일(212a)에 대응되는 제2 스프링 코일(214a)은 상기 요동에 의한 계류체인(110)의 움직임에 따라 인장과 압축을 교번하도록 동작할 수 있으며, 이러한 교번 동작에 따라 계류체인(110)에 의한 계류하중을 보다 효율적으로 완충할 수 있다.
또한, 상기 요동에 의한 계류체인(110)의 움직임에 따라 복수 개의 제2 스프링 코일(214a) 중 적어도 하나는 서로 다르게 동작할 수 있다. 일 예시로서, 상기 요동에 의한 계류체인(110)의 움직임에 따라 첫 번째 제2 스프링 코일(214a)과 두 번째 제2 스프링 코일(214a)은 압축되고, 세 번째 제2 스프링 코일(214a)은 인장될 수 있다. 다른 예시로서, 상기 요동에 의한 계류체인(110)의 움직임에 따라 첫 번째 제2 스프링 코일(214a)은 압축되고, 두 번째 제2 스프링 코일(214a)과 세 번째 제2 스프링 코일(214a)은 인장될 수 있다. 이와 같이, 상기 요동에 의한 계류체인(110)의 움직임에 따라 복수 개의 제2 스프링 코일(214a) 중 적어도 하나가 서로 다르게 동작하며, 각각의 제1 스프링 코일(212a) 및 제2 스프링 코일(214a)이 인장과 압축을 교번하도록 동작함으로써 계류체인(110)에 의한 계류하중이 보다 효율적으로 완충될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류체인(110)의 움직임에 따라 체인 풀리(224)가 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 볼 스토퍼(208)의 내부에는 복수 개의 돌출부재(224a)를 갖는 체인 풀리(224, chain pulley)가 마련될 수 있다. 체인 풀리(224)는 계류체인(110)이 인장 또는 압축됨에 따라 계류체인(110)의 상하운동과 연동하여 회전운동할 수 있다. 이때, 계류체인(110)이 설정된 크기 이상으로 인장되는 경우, 상기 복수 개의 돌출부재(224a) 중 하나가 계류체인(110)에 걸려 상기 계류체인(110)을 고정시킬 수 있다.
체인 풀리(224)는 계류체인(110)이 당겨지는 경우 일 방향으로 회전운동할 수 있으며, 이 경우 계류체인(110)이 복수 개의 돌출부재(224a) 중 하나에 걸려 고정될 수 있다. 반대로, 체인 풀리(224)는 계류체인(110)이 느슨해지는 경우 상기 일 방향과 반대방향으로 회전운동할 수 있으며, 이에 따라 돌출부재(224a)에 걸렸던 계류체인(110)이 풀릴 수 있다.
계류체인(110)에 계류하중이 작용하여 계류체인(110)이 체인 풀리(224)에 의해 고정되는 경우, 계류체인(110)에 의한 계류하중에 의해 볼 스토퍼(208)가 회전하게 된다. 이 경우, 복수 개의 텐션 와이어(222) 중 적어도 하나가 인장하게 된다. 또한, 인장된 텐션 와이어(222)와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재(214) 내 제2 스프링 코일(214a)은 압축되고, 압축된 제2 스프링 코일(214a)과 대응되는 제1 스프링 코일(212a)은 인장될 수 있다. 또한, 복수 개의 텐션 와이어(222) 중 적어도 하나에 대한 인장이 해제되는 경우 상기 압축된 제2 스프링 코일(214a)이 인장됨과 동시에 상기 인장된 제2 스프링 코일(214a)에 대응되는 제1 스프링 코일(212a)이 압축될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 해상 부유체
102 : 밸러스트 컬럼
104 : 하부 지지체
106 : 중앙 부유물
108 : 페어리드
110 : 계류체인
112 : 석션앵커
114 : 회전 암
200 : 계류하중 완충장치
202 : 체인 커넥터
204 : 케이싱부
204a : 작업홀
206 : 샤클 커넥터
208 : 볼 스토퍼
208a : 관통홀
210 : 벨 마우스
G : 중공부
212 : 제1 완충부재
212a : 제1 스프링 코일
212b : 제1 실린더 부재
214 : 제2 완충부재
214a : 제2 스프링 코일
214b : 제2 실린더 부재
216 : 연결부재
216a : 로더 암
216b : 고정 암
218 : 트랜스퍼 플레이트
218a : 관통홀
218b : 지지부재
218c : 힌지
220 : 로더
222 : 텐션 와이어
224 : 체인 풀리
224a : 돌출부재

Claims (6)

  1. 해상 부유체가 요동(heave)하는 과정에서 상기 해상 부유체를 계류시키는 계류체인에 의한 계류하중을 완충하기 위한 해상 부유체의 계류하중 완충장치로서,
    상기 계류하중 완충장치의 상부에 마련되어 상기 계류체인의 일단을 고정시키는 샤클 커넥터;
    상기 계류하중 완충장치의 하부에 마련되고, 상기 계류체인의 타단이 관통할 수 있도록 관통홀이 형성되는 구 형상의 볼 스토퍼(ball stopper);
    상기 볼 스토퍼의 상측에서 상기 볼 스토퍼와 인접하게 형성되고, 내부에 소정 크기의 중공부가 형성됨에 따라 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직이는 경우 상기 볼 스토퍼의 적어도 일부가 상기 중공부에 수용된 상태에서 제자리 회전할 수 있도록 상기 볼 스토퍼의 회전운동을 가이드하는 벨 마우스(bell mouth);
    상기 계류하중 완충장치의 상부에서 소정 간격을 두고 복수 개 마련되는 제1 완충부재;
    상기 제1 완충부재와 대응되는 위치에서 상기 제1 완충부재와 소정 간격 이격되도록 상기 벨 마우스의 상면에 복수 개 마련되는 제2 완충부재;
    상기 제1 완충부재와 상기 제2 완충부재를 상호 연결시키는 복수 개의 연결부재;
    상기 제1 완충부재와 상기 제2 완충부재 사이에 마련되어 상기 연결부재와 수직하게 연결되는 트랜스퍼 플레이트(transfer plate); 및
    일단이 상기 트랜스퍼 플레이트에 연결되고 타단이 상기 벨 마우스를 관통한 후 상기 볼 스토퍼의 외면에 장착됨에 따라 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직이는 경우 상기 볼 스토퍼의 회전운동과 연동하여 인장되는 복수 개의 텐션 와이어(tension wire)를 포함하는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 완충부재는, 제1 스프링 코일 및 상기 제1 스프링 코일을 감싸는 제1 실린더 부재로 이루어지며,
    상기 제2 완충부재는, 제2 스프링 코일 및 상기 제2 스프링 코일을 감싸는 제2 실린더 부재로 이루어지고,
    상기 연결부재는, 상기 제1 스프링 코일 및 상기 제2 스프링 코일과 각각 연결되어 연장되는 로더 암(loader arm), 및 상기 제1 실린더 부재 및 상기 제2 실린더 부재와 각각 연결되어 연장되는 고정 암(fixed arm)으로 이루어지며,
    상기 로더 암 및 상기 고정 암에는, 상기 트랜스퍼 플레이트와 상기 로더 암 및 상기 고정 암을 상호 연결시키기 위한 로더(loader)가 마련되는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 로더는, 상기 로더 암에 고정되며, 상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직이는 경우 상기 계류체인에 의한 계류하중이 가해지는 방향으로 상기 고정 암을 따라 움직이는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 텐션 와이어는, 상기 제2 완충부재로부터 설정된 거리 이내의 위치에서 연장되도록 상기 제2 완충부재의 개수만큼 복수 개 마련되며,
    상기 요동에 의해 상기 계류체인이 움직임에 따라 상기 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나가 인장되는 경우 인장된 텐션 와이어와 가장 가까이 위치하는 제2 완충부재 내 제2 스프링 코일이 압축되고, 상기 복수 개의 텐션 와이어 중 적어도 하나에 대한 인장이 해제되는 경우 상기 압축된 제2 스프링 코일이 인장됨과 동시에 상기 인장된 제2 스프링 코일에 대응되는 제1 스프링 코일이 압축되는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 스프링 코일 및 상기 제1 스프링 코일에 대응되는 제2 스프링 코일은, 상기 요동에 의한 상기 계류체인의 움직임에 따라 인장과 압축을 교번하도록 동작하되,
    상기 요동에 의한 상기 계류체인의 움직임에 따라 복수 개의 상기 제2 스프링 코일 중 적어도 하나가 서로 다르게 동작하는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼 스토퍼의 내부에는, 복수 개의 돌출부재를 갖는 체인 풀리(chain pulley)가 마련되며,
    상기 체인 풀리는, 상기 계류체인이 인장 또는 압축됨에 따라 상기 계류체인의 상하운동과 연동하여 회전운동하고,
    상기 계류체인이 설정된 크기 이상으로 인장되는 경우 상기 복수 개의 돌출부재 중 하나가 상기 계류체인에 걸려 상기 계류체인을 고정시키는, 해상 부유체의 계류하중 완충장치.
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