KR20130143362A - 부유식 구조물 및 그 제어 방법 - Google Patents

부유식 구조물 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식 구조물 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물에 있어서, 물에 부유할 수 있는 본체; 상기 본체를 상하 방향으로 관통하는 레그; 상기 본체와 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키는 레그 지지부; 상기 본체 및 상기 레그 지지부 중 적어도 하나 이상에 제공되며, 상기 레그가 상기 본체에 대해 수직인 상태에서 기울어진 정도를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부의 측정 결과에 따라, 상기 레그가 상기 본체에 대해 수직인 상태로 복귀할 수 있도록 상기 레그에 힘을 가하는 수직유지부를 포함하는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.

Description

부유식 구조물 및 그 제어 방법{Floating structure and control method thereof}
본 발명은 부유식 구조물 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다. 예를 들어, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 블레이드의 유의미한 회전을 얻기 위한 일정 수준 이상의 풍속이 보장될 수 있는 곳이어야 하고, 풍력 발전기의 구동 시 발생되는 소음에 따른 공해가 이슈가 되지 않아야 하는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경적인 조건을 만족한다고 하더라도, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다는 문제가 있다.
최근에는 위와 같은 제약 조건으로부터 상대적으로 자유로운 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 해상 풍력 발전기는 다양한 방법으로 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 선박을 일반적으로 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.
풍력 발전기 설치 선박은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다. 구체적으로, 풍력 발전기 설치 선박은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 본체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 선박은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 박은 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어올린다. 본체가 일정 위치에 다다르게 되면, 풍력 발전기 설치 선박은 본체의 이동을 중지하고 해상 풍력 발전기를 설치하는 작업을 수행하며, 설치가 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 설치 위치까지 이동한다.
한편, 위와 같이 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물의 다른 예로서, 시추 기능을 갖는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)이 있다. 잭업 플랫폼은 시추를 위한 데릭을 포함하며, 항해 모드로 시추 위치까지 이동한 후, 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 박은 후, 본체를 레그를 따라 들어올린다. 잭업 플랫폼은 본체가 해수면에서 이격된 상태에서 시추 작업을 수행하며, 시추 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 시추 위치까지 이동할 수 있다.
그러나, 위와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제가 있다.
부유식 구조물이 작업 중인 동안에는, 레그는 해수면 위에 떠있는 본체로부터 해저까지 연장된 형태를 가진다. 레그에는 바람, 조류, 파도 등의 다양한 종류의 환경 하중이 가해지게 되고, 이에 의해 레그가 본체에 대해 기울어지는 RPD(Rack Phase Difference) 현상이 발생된다. 여기서, RPD는 본체에 대해 레그가 기울어진 상태에서 본체의 저부로부터 레그의 일측 하단부까지의 거리와 레그의 타측 하단부까지의 거리의 차이를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
RPD가 심해지면, 즉 본체에 대해 레그가 기울어진 상태가 심해지면, 레그에 작용하는 본체 및 레그의 하중에 의한 모멘트의 크기가 커지게 되고, 심한 경우에는 레그가 변형 또는 파손되어 부유식 구조물 전체가 좌초할 위험이 있다.
미국공개특허 US2010/0067989 (2010.05.18. 공개) 미국공개특허 US2008/0247827 (2008.10.09. 공개)
본 발명의 실시예들은 환경 부하에 의해 레그가 본체에 대해 기울어지는 정도를 줄일 수 있는 부유식 구조물 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 레그의 손상을 방지할 수 있는 부유식 구조물 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 안정적으로 오랜 시간 동안 운용할 수 있는 부유식 구조물 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물에 있어서, 물에 부유할 수 있는 본체; 상기 본체를 상하 방향으로 관통하는 레그; 상기 본체와 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키는 레그 지지부; 상기 본체 및 상기 레그 지지부 중 적어도 하나 이상에 제공되며, 상기 레그가 상기 본체에 대해 수직인 상태에서 기울어진 정도를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부의 측정 결과에 따라, 상기 레그가 상기 본체에 대해 수직인 상태로 복귀할 수 있도록 상기 레그에 힘을 가하는 수직유지부를 포함하는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 레그는, 상하 방향으로 연장되는 기둥부; 상기 기둥부를 연결하는 연결부; 및 상기 기둥부에 제공되는 랙 기어를 포함하고, 상기 수직유지부는 상기 기둥부 또는 상기 랙 기어에 힘을 가하는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 수직유지부는, 바디; 상기 바디에 인출입되는 로드; 및 상기 로드에 연결되며 상기 레그에 선택적으로 접촉되어 힘을 가하는 롤러를 포함하는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 수직유지부는 상기 레그를 둘러싸는 형태의 다층 구조로 배치되며, 상기 레그가 상기 본체에 대해 일정 수준 이상 기울어진 경우, 하나 이상의 상기 수직유지부 중 일부만 상기 레그에 힘을 가할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 상대적으로 높은 위치에 배치되는 제 1 센서; 및 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 제 2 센서를 포함하는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서는 상기 레그를 둘러싸는 형태로 다수 개가 배치되는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 본체에 형성된 레그웰에는 상기 레그의 충돌 시 충격을 흡수하는 웨어플레이트가 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물의 제어 방법에 있어서, 기울기 감지부를 통해 레그가 본체에 대해 수직인 상태에서 기울어져 있는 정도를 측정하는 기울기 감지 단계; 상기 기울기 감지 단계에서 측정된 상기 레그의 기울기가 기 설정된 범위 내인지 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라, 수직유지부 구동부를 통해 상기 레그에 상기 기울어져 있는 정도를 줄이는 방향으로 힘을 가하는 단계를 포함하는 부유식 구조물의 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 기울기 감지부는, 상기 레그를 지지하는 레그 지지부의 내측벽과 상기 레그와의 거리, 및 상기 본체에 형성된 레그웰의 측벽과 상기 레그와의 거리를 통해 상기 레그의 기울기를 측정하는 부유식 구조물의 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 기울기 감지부는, 상기 레그가 기울어진 상태에서 상기 레그를 지지하는 레그 지지부의 내측벽 및 상기 본체에 형성된 레그웰의 측벽에 접촉하여 가하는 압력을 기초로 상기 레그의 기울기를 측정하는 부유식 구조물의 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 수직유지부 구동부는, 상기 레그가 기울어진 방향과 반대 방향의 모멘트가 상기 레그에 작용할 수 있도록 수직유지부를 제어하는 부유식 구조물의 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 본체에 대한 레그의 기울기를 실시간으로 측정하여 레그의 기울기를 조절할 수 있다.
또한, 레그의 기울기가 커진 경우 레그의 기울기를 줄이기 위해 직접적으로 레그에 외력을 가함으로써 레그의 기울기를 줄일 수 있다.
또한, 레그의 기울기를 제어함으로써 레그에 가해지는 모멘트의 크기가 커짐으로 인해 발생되는 손상을 예방할 수 있다.
또한, 본체가 기울어지는 현상을 예방하고, 레그의 손상을 방지함으로써 오랜 시간 동안 안정적으로 부유식 구조물을 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면.
도 3은 도 2의 I-I'로 절개된 모습을 보여주는 단면도.
도 4는 도 1의 레그가 본체에 대해 기울어졌을 때 레그에 힘을 가하는 모습을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 5는 도 1의 부유식 구조물의 구성을 보여주는 블럭도.
도 6은 도 1의 부유식 구조물의 제어 방법을 보여주는 순서도.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부유식 구조물의 잭업 상태를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물(1)은 물에 부유할 수 있는 본체(10), 본체(10)를 상하 방향으로 관통하는 레그(Leg, 20), 레그(20)와 본체(10)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(20)를 지지하는 레그 지지부(30)를 포함한다.
부유식 구조물(1)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)일 수 있으며, 본 실시예에서는 부유식 구조물(1)이 풍력 발전기 설치 선박인 것을 예로 들어 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 후술할 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물은 모두 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
본체(10)는 도 1에 도시된 것처럼, 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 본체(10)는 레그(20) 및 레그 지지부(30)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다.
본체(10)에는 부유식 구조물(1)의 기능에 따른 피적재물(2)이 적재될 수 있다. 본 실시예의 경우, 본체(10)에는 해상 풍력 발전기의 부품인, 블레이드와 나셀, 타워 등이 피적재물(2)로서 적재될 수 있으며, 피적재물(2)을 본체(10)에 고정시키는 적재 유닛(12)이 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 피적재물(2)의 종류 및 적재 방식은 일 예에 불과하며, 피적재물(2)은 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양한 형태로 적재될 수 있다. 예를 들어, 블레이드와 나셀은 서로 분리된 상태로 적재될 수 있으며, 부유식 구조물(1)이 잭업 플랫폼인 경우 피적재물(2)은 라이저 파이프일 수 있다.
또한, 본체(10)에는 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다.
레그(20)는 부유식 구조물(1)의 사용 목적에 따라 다수 개가 제공될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 본체(10)의 좌현과 우현에 각각 한 쌍씩, 총 4개의 레그(20)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하겠다.
레그(20)는 본체(10)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되며, 본체(10)에는 레그(20)가 통과하는 레그웰(Leg Well, 도 4, W)이 형성된다. 레그(20)는 본체(10)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 도 2의 잭업 상태에서 본체(10)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성되며, 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 레그(20)가 삼각 트러스 구조로 형성되는 것을 예로 들어 설명하겠다.
레그 지지부(30)는 레그(20)가 통과할 수 있도록 레그웰에 대응되는 위치에 설치되며, 레그(20)와 본체(10)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(20)를 지지한다. 구체적으로, 레그 지지부(30)는 모터 등의 구동장치(도 3, 34)를 구비하며, 구동장치(34)의 작동에 의해 레그(20)를 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 본체(10)를 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 레그 지지부(30)에는 피니언 기어(35) 및 모터(34)가 설치되고, 레그(20)에는 랙 기어(24)가 형성되어, 피니언 기어(35)과 랙 기어(24)의 연동에 의해 레그(20)와 본체(10)의 상하 방향의 상대 운동이 이뤄질 수 있다.
본 실시예에서 레그(20)와 본체(10)의 "상하 방향의 상대 운동"은 레그(20)가 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(10)가 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해될 것이다.
한편, 본체(10)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물(2)을 운반하여 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인(40)이 제공될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(1)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다.
부유식 구조물(1)은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 일반 항해 모드에서, 부유식 구조물(1)은 레그(20)에 의한 저항을 줄이고자 레그(20)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.
부유식 구조물(1)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 레그(20)를 내리기 위한 정확한 위치를 잡을 수 있다. 자동 위치 제어는 레그(20)가 하강하여 해저에 닿을 때까지 지속될 수 있다.
이후, 부유식 구조물(1)은 잭업 모드로 전환하여 레그(20)를 해저(B)에 박는다. 이 과정에서, 레그(20)는 중력 및 레그 지지부(30)의 구동장치에 의해 본체(10)의 하방으로 이동될 수 있다.
레그(20)의 하단부가 해저(B)에 닿게 되면, 레그(20)는 더 이상 하방으로 이동할 수 없게 된다. 이 상태에서, 부유식 구조물(1)은 레그 지지부(30)의 구동장치를 작동시켜 본체(10)를 레그(20)를 따라 상방으로 이동시킨다. 본체(10)의 하중은 레그(20)를 해저(B)로 침투시키는 힘으로 작용하게 되고, 그에 의해, 레그(20)는 해저(B)로 침투하여 고정된다.
본체(10)를 레그(20)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 본체(10)는 해수면(S)으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 본체(10)가 해수면(S)으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.
부유식 구조물(1)은 잭업 상태에서 크레인(40)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하며, 설치 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다시 운항을 개시할 수 있다.
상기와 같은 부유식 구조물(1)의 잭업 상태로의 전환 방법은 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 도 2의 I-I'로 절개된 모습을 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 1의 레그가 본체에 대해 기울어졌을 때 레그에 외력을 가하는 모습을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 레그(20)는 상하 방향으로 연장되는 다수 개의 기둥부(22), 기둥부(22)를 연결하는 연결부(26), 기둥부(22)에 설치되는 랙 기어(24)를 포함할 수 있다.
레그(20)는 상방에서 보았을 때 삼각형 형태를 가질 수 있으며, 기둥부(22)는 삼각형의 꼭지점 위치에 배치될 수 있다. 연결부(26)는 기둥부(22)에 가해지는 하중을 지지하기 위해 다수 개가 기둥부(22)를 서로 연결하도록 제공될 수 있다.
랙 기어(24)는 기둥부(22)의 양측에 각각 형성될 수 있으며, 기둥부(22)의 연장 방향을 따라 연장될 수 있다. 하나의 기둥부(22)에 제공되는 한 쌍의 랙 기어(24)는 레그(20)가 레그 지지부(30)에 안정적으로 지지될 수 있도록 서로 대칭 형태로 배치될 수 있다.
이때, 기둥부(22)는 원통 형상을 가질 수 있으며, 랙 기어(24)가 기둥부(22)의 중앙부를 가로질러 기둥부(22)의 양측으로 돌출되는 형태로 형성될 수 있다.
상기와 같은 레그(20)의 형태는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 한 레그(20)는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 레그(20)는 상방에서 보았을 때, 사각형 형태로 제공될 수 있으며, 원통형으로 제공될 수도 있다. 또한, 랙 기어(24)는 다른 배치를 가질 수도 있다.
레그 지지부(30)는 레그(20)가 상하 방향으로 통과되는 레그 수용부(32)을 형성하는 케이스(31)를 포함한다. 레그 수용부(32)는 레그(20)의 종단면 형상, 즉 전체적으로 삼각형 형상의 구멍일 수 있으며, 삼각형의 꼭지점 부분에는 랙 기어(24)와 연동할 수 있는 피니언 기어(35)가 수용되는 피니언 기어 수용부(33)가 마련될 수 있다. 또한, 케이스(31)에는 피니언 기어(35)를 회전시키는 모터 등의 구동장치(34)가 마련된다.
피니언 기어(35) 및 구동장치(34)는 하나의 기둥부(22)의 양측에 다수 개가 서로 쌍을 이루도록 배치될 수 있으며, 본 실시예에서는 3쌍이 배치되는 것을 예로 도시하였다.
한편, 케이스(31) 및 본체(10)에는 레그(20)가 기울어진 정도를 측정하기 위한 센서부가 제공된다. 센서부는 바람, 파도 등 외부의 환경 하중이나 기타의 원인으로 발생될 수 있는 외력에 의해 레그(20)가 본체(10)에 대해 수직인 상태에서 기울어진 정도(이하 "레그의 기울기"라 한다)를 측정할 수 있다. 여기에서, 레그(20)가 본체(10)에 대해 수직인 상태를 원 상태라고 하며, 원상태에서 기울어진 상태를 기운 상태라고 할 수 있다.
센서부는 상대적으로 높은 위치에 배치되는 제 1 센서(51)와 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 제 2 센서(52)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)는 서로 다른 높이에 제공된다.
제 1 센서(51)는 레그 지지부(30)의 상단부에 제공될 수 있으며, 구체적으로 레그(20)와 레그 지지부(30)의 내측벽 사이의 거리를 측정할 수 있는 거리 감지 센서일 수 있다. 제 1 센서(51)는 레그(20)의 둘레를 따라 다수 개가 제공될 수 있으며, 일 예로, 제 1 센서(51)는 레그(20)의 기둥부(22)와 마주보는 위치에 각각 1개씩 제공되어, 기둥부(22)와 레그 지지부(30)의 내측벽 사이의 거리를 측정할 수 있다.
제 2 센서(52)는 레그웰(W)의 하단부에 제공되며, 제 1 센서(51)와 마찬가지로 레그(20)와 레그웰(W)의 측벽 사이의 거리를 측정할 수 있는 거리 감지 센서일 수 있다. 이때, 제 2 센서(52)는 레그웰(W)의 하단부에 위치하여 레그(20)와 본체(10)의 직접적인 충돌을 방지하는 웨어플레이트(wear plate, 101)의 하측에 위치할 수 있다.
제 2 센서(52)는 제 1 센서(52)와 마찬가지로 레그(20)의 둘레를 따라 다수 개가 제공될 수 있으며, 일 예로 레그(20)의 기둥부(22)와 마주보는 위치에 각각 1개씩 제공되어, 기둥부(22)와 레그웰(W)의 측벽 사이의 거리를 측정할 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 센서(51)는 레그 지지부(30)의 상단부에 제공되고, 제 2 센서(52)는 레그웰(W)의 하단부에 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 제 1 센서(51)는 제 2 센서(52)보다 상대적으로 높은 위치에 제공되면 충분하다. 예를 들어, 제 1 센서(51)는 레그 지지부(30)로부터 소정 높이 돌출된 위치에 제공될 수도 있으며, 제 2 센서(52)는 웨어플레이트(101)의 상측에 위치될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)는 거리 감지 센서인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이는 일 예에 불과하며 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)는 가압력을 측정하는 압력센서일 수도 있으며, 이 경우 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)는 레그(20)와 접촉 가능한 위치, 또는 레그(20)의 기울어진 정도에 따라 다른 크기의 힘을 받을 수 있는 위치(예, 웨어플레이트의 일측)에 제공되어, 레그(20)의 접촉에 따른 압력을 측정할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 서로 다른 높이에 각각 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 둘 중 어느 하나가 생략되어도 무방하다. 즉, 센서부는 제 1 센서(51) 또는 제 2 센서(52) 만으로 구성될 수도 있다. 다만, 보다 정확한 레그(20)의 기울기 측정을 위해서는 서로 다른 두 개 이상의 높이에서 측정하는 것이 바람직할 것이다.
레그(20)가 기울어지지 않고, 본체(10)에 대해 수직인 상태를 유지할 때에는, 다수 개의 제 1 센서(51)에서 측정된 거리의 차, 및 다수 개의 제 2 센서(52)에서 측정된 거리의 차가 모두 0에 가까울 것이다(이상적인 경우에는 0임). 또한, 본체(10)의 위에서 보았을 때, 동일한 위치에 제공된 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)에서 측정된 거리의 차도 0에 가까울 것이다.
그러나, 레그(20)가 각종 외력에 의해 본체(10)에 대해 기울어진 경우, 다수 개의 제 1 센서(51)에서 측정된 거리의 차, 또는, 다수 개의 제 2 센서(52)에서 측정된 거리의 차, 또는, 본체(10)의 위에서 보았을 때 동일한 위치에 제공된 제 1 센서(51)와 제 2 센서(52)에서 측정된 거리의 차가 0이 아니게 될 것이다.
도 4에 도시된 상황을 예로 들면, 레그(20)는 바람, 파도 등의 외력에 의해 본체(10)에 의해 우측으로 θ만큼 기울어져 있다.
이 경우, 레그(20)의 좌측의 제 1 센서(51)에서 측정된 값은 우측의 제 1 센서(52)에서 측정된 값보다 작을 수 있다. 또한, 레그(20)의 좌측의 제 2 센서(52)에서 측정된 값은 우측의 제 2 센서(52)에서 측정된 값보다 클 수 있다. 또한, 레그(20)의 좌측의 제 1 센서(51)에서 측정된 값은 좌측의 제 2 센서(52)에서 측정된 값보다 클 수 있다.
즉, 레그(20)가 기울어져 있는 것에 의해 각각의 센서(51, 52)에서 측정된 값이 변화되므로, 센서(51, 52)에서 측정된 값을 바탕으로 레그(20)가 기울어진 상태를 역으로 추정해 낼 수 있다.
부유식 구조물(1)은 레그(20)가 일정 수준 이상 기울어져 있다고 판단되는 경우, 레그(20)가 기울어진 정도를 줄이기 위한 수직유지부(60)를 구비한다.
수직유지부(60)는 레그 지지부(30) 및 본체(10) 중 적어도 하나 이상에 제공될 수 있으며, 본 실시예에서는 레그 지지부(30)와 본체(10) 모두에 제공되는 것을 예로 도시하였다.
수직유지부(60)는 레그(20)의 기둥부(22) 또는 랙 기어(24)에 직접적으로 힘을 가하여 레그(20)의 기울기를 변경시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서는 수직유지부(60)가 기둥부(22)에 힘을 가하는 것을 예로 들어 도시하였지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 수직유지부(60)는 랙 기어(24)에 힘을 가할 수 있도록 배치될 수도 있다.
구체적으로, 수직유지부(60)는 바디(61), 바디(61)로부터 레그(20)를 향해 인출입되는 로드(62), 로드(62)에 연결되며 레그(20)에 선택적으로 접촉되는 롤러(63)를 포함할 수 있다.
바디(61)와 로드(62)는 롤러(63)를 왕복 운동시킬 수 있는 구성이면 족하며, 일 예로, 유압실린더의 실린더와 피스톤 로드일 수 있다. 즉, 바디(61)의 내부에는 유체가 충진될 수 있는 공간이 형성되며, 로드(62)는 바디(61) 내부의 유체의 충진 상태에 따라 왕복 직선 운동을 할 수 있다.
또한, 롤러(63)는 로드(62)의 단부에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 레그(20)에 직접 접촉되어 레그(20)에 힘을 가할 수 있다. 롤러(63)가 회전 가능하게 제공되므로, 수직유지부(60)의 작용에 의해 레그(20)의 기울기가 변하더라도 롤러(63)가 그에 대응되게 회전되는 바, 수직유지부(60)와 레그(20)의 접촉 상태는 안정적으로 유지될 수 있다.
본 실시예에서, 레그(20)에 직접 접촉하는 수단으로서 롤러(63)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 롤러(63) 대신 기둥부(22)의 형상에 대응되는 플레이트가 제공될 수도 있다.
수직유지부(60)는 레그(20)가 기울어진 방향을 변화시킬 수 있도록 레그(20)의 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 수직유지부(60)가 레그(20)의 3개의 기둥부(22)에 각각 힘을 가할 수 있도록 기둥부(22)의 바깥쪽에 배치되는 것을 예로 들어 도시하였다. 이때, 수직유지부(60)는 롤러(63)에 의해 가해지는 힘의 방향이 레그(20)의 중심을 향하도록 배치될 수 있다.
또한, 수직유지부(60)는 하나의 기둥부(22)에 대해 서로 다른 높이에서 힘을 가할 수 있도록 상하 방향으로 다수 개가 제공될 수 있다. 즉, 수직유지부(60)는 레그(20)를 둘러싸는 형태의 다층 구조로 배치될 수 있으며, 하나의 높이에 다수 개가 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 레그 지지부(30)의 케이스(31), 특히, 피니언 기어(35)와 구동장치(34)의 하측에 하나가 배치되고, 본체(10)에 두 개가 제공되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나, 본 발명의 사상은 수직유지부(60)의 위치 및 개수에 제한되지 않는다.
수직유지부(60)는 레그(20)가 기울어져 있는 경우, 레그(20)가 기울어진 각도를 줄이기 위해 레그(20)에 힘을 가한다. 레그(20)가 도 4에 도시된 것처럼 우측으로 θ만큼 기울어져 있는 경우, 레그(20)의 우측, 상부에 배치된 수직유지부(60)는 레그(20)를 좌측으로 밀고, 레그(20)의 좌측, 하부에 배치된 수직유지부(60)는 레그(20)를 우측으로 밀 수 있다. 이때, 나머지 수직유지부(60)들은 롤러(63)를 바디(61) 방향으로 후퇴시켜 레그(20)에 접촉되지 않은 상태를 유지할 수 있다. 이와 같이 수직유지부(60)를 사용해 레그(20)에 힘이 가해지면, 레그(20)에는 기울어진 방향과 반대 방향의 모멘트가 작용하게 되고, 그에 의해 레그(20)는 본체(10)와 수직인 상태로 돌아가게 된다.
도 5는 도 1의 부유식 구조물의 구성을 보여주는 블럭도이고, 도 6은 도 1의 부유식 구조물의 제어 방법을 보여주는 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 부유식 구조물(1)은 구성요소들을 제어하는 제어부(200)를 포함할 수 있다. 제어부(200)는 레그(20)가 기울어진 상태를 감지하는 기울기 감지부(220)와, 레그(20)에 힘을 가하는 수직유지부(60)를 구동하는 수직유지부 구동부(230)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(200), 기울기 감지부(220) 및 수직유지부 구동부(230)의 제어에 필요한 정보를 저장하는 메모리(210) 및 상기의 구성 요소들에 전원을 공급하는 전원공급부(미도시)를 제어할 수 있다.
메모리(210)에는 레그(20)에 외력을 가해 기울어진 상태를 바로잡을 것인지를 판단하기 위한 기준이 되는 기울기 정보가 저장될 수 있다. 이때, 기울기 정보는 실제 레그(20)가 본체(10)에 대해 기울어진 각도를 포함하거나, 제 1 센서(51) 및 제 2 센서(52)에서 감지한 값들 사이의 차이 등의 정보를 포함할 수 있다.
또한, 메모리(210)에는 레그(20)가 기울어진 상태라고 판단되었을 때, 구동되어야 할 수직유지부(60)의 위치, 개수 등이 저장될 수 있으며, 수직유지부(60)에서 가해야할 힘의 크기도 저장될 수 있다. 이와 같은 정보는 레그(20)의 기울어진 정도에 따라 다르게 셋팅될 수 있다.
기울기 감지부(220)는 레그(20)가 본체(10)에 대해 기울어진 정도를 판단하는 것으로서, 제 1 센서(51) 및 제 2 센서(52)에서 감지한 값을 기초로 레그(20)의 기울어진 정도를 판단한다. 경우에 따라서는 센서부가 직접 기울기 감지부(220)에 대응될 수 있다. 다시 말하면, 기울기 감지부(220)는 제 1 센서(51) 및 제 2 센서(52)로 구성될 수 있다.
또한, 수직유지부 구동부(230)는 제어부(200)의 신호에 따라 수직유지부(60)에 구동신호를 인가한다. 구동신호에는 롤러(63)를 통해 레그(20)에 가해야 할 힘의 크기, 또는 로드(62)의 이동거리가 포함될 수 있다.
기울기 감지부(220)는 제 1 센서(51) 및 제 2 센서(52)에서 얻은 값을 기초로 레그(20)의 기울기에 대한 정보를 제어부(200)에 전송한다(S110).
제어부(200)는 기울기 감지부(220)로부터 전달받은 레그(20)의 기울기와 메모리(210)에 저장되어 있던 기 설정된 기울기 범위를 비교한다(S120). 여기서, 기 설정된 기울기 범위는 부유식 구조물(1)의 안전성을 고려하여, 수 도(ㅀ)의 범위 내로 셋팅될 수 있다.
레그(20)의 기울기가 기 설정된 범위를 벗어나는 경우는 레그(20)가 많이 기울어진 상태이므로, 레그(20)가 본체(10) 또는 레그 지지부(30) 등과 충돌하여 레그(20) 또는 본체(10), 레그 지지부(30)에 손상이 발생되거나, 레그(20)에 과도한 모멘트가 가해져 레그(20)가 변형, 파괴되는 등의 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 제어부(200)는 수직유지부 구동부(230)에 구동 신호를 인가하여, 레그(20)의 기울기를 줄이는 방향으로 수직유지부(60)가 힘을 가하도록 한다(S130). 이때, 레그(20)의 기울기를 줄이는 방향은 레그(20)가 본체(10)와 수직을 이루도록 하는 방향을 의미할 수 있다.
또한, 제어부(200)는 레그(20)에 힘을 가할 때, 도 4에 개시된 것처럼 일부의 수직유지부(60)만 레그(20)에 접촉하여 힘을 가하고, 일부의 수직유지부(60)는 레그(20)에 접촉되지 않도록 제어할 수도 있다.
만약, 레그(20)의 기울기가 기 설정된 범위를 벗어나지 않는 경우에는 레그(20)의 손상에 대한 염려가 없는 상황이므로, 제어부(200)는 수직유지부 구동부(230)에 구동 신호를 인가하여 수직유지부(60)가 레그(20)에 힘을 가하지 않도록 할 수 있다. 구체적으로, 롤러(63)와 기둥부(22)의 접촉 상태를 해제시킬 수 있다.
상기와 같은 일련의 과정은 실시간으로 이뤄질 수 있다. 구체적으로, 기울기 감지부(220)는 부유식 구조물(1)이 잭업 모드일 때 실시간으로 레그(20)의 기울기를 측정하여 제어부(200)에 기울기 정보를 전달할 수 있다. 제어부(200)는 이를 바탕으로 실시간으로 수직유지부 구동부(230)를 제어하여, 수직유지부(60)가 레그(20)에 가하는 힘을 실시간으로 조절할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물(1) 및 그 제어 방법에 의하면, 본체(10)에 대한 레그(20)의 기울기를 실시간으로 측정하여 레그(20)의 기울기를 조절할 수 있다.
구체적으로, 실시간으로 감지되는 레그(20)의 기울기에 따라 수직유지부(60)에 의해 레그(20)에 힘이 가해지고, 이에 의해 레그(20)는 본체(10)에 대해 소정의 각도 범위 내에서만 기울어질 수 있다.
따라서, 레그(20)가 본체(10) 또는 레그 지지부(30) 등과 충돌하여 레그(20) 또는 본체(10), 레그 지지부(30)에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 레그(20)가 과도하게 기울어짐으로써 발생될 수 있는 과도한 모멘트를 예방할 수 있으므로 레그(20)가 변형, 파괴되는 등의 손상을 예방할 수 있다.
따라서, 오랜 시간 동안 안정적으로 부유식 구조물(1)이 운용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 수직유지부(60)가 레그(20)에 미는 힘을 가하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 수직유지부(60)는 레그(20)에 당기는 힘을 가하는 것으로 제공될 수도 있다. 이 경우, 수직유지부(60)는 레그(20)에 자유 이동 가능한 상태로 연결되어 있다가, 제어부(200)의 제어에 따라 레그(20)에 당기는 힘을 가할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물 및 그 제어 방법의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1 : 부유식 구조물 10 : 본체
12 : 적재 유닛 101 : 웨어플레이트
20 : 레그 22 : 기둥부
24 : 랙 기어 30 : 레그 지지부
31 : 케이스 32 : 레그 수용부
33 : 피니언 기어 수용부 34 : 구동장치
35 : 피니언 기어 40 : 크레인
51 : 제 1 센서 52 : 제 2 센서
60 : 수직유지부 61 : 바디
62 : 로드 63 : 롤러
200 : 제어부 210 : 메모리
220 : 기울기 감지부 230 : 수직유지부 구동부

Claims (11)

  1. 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물에 있어서,
    물에 부유할 수 있는 본체;
    상기 본체를 상하 방향으로 관통하는 레그;
    상기 본체와 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키는 레그 지지부;
    상기 본체 및 상기 레그 지지부 중 하나 이상에 제공되며, 상기 레그가 상기 본체에 대해 수직인 상태에서 기울어진 정도를 측정하는 센싱부; 및
    상기 센싱부의 측정 결과에 따라, 상기 레그가 상기 본체에 대해 수직인 상태로 복귀할 수 있도록 상기 레그에 힘을 가하는 수직유지부를 포함하는 부유식 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레그는,
    상하 방향으로 연장되는 기둥부;
    상기 기둥부를 연결하는 연결부; 및
    상기 기둥부에 제공되는 랙 기어를 포함하고,
    상기 수직유지부는 상기 기둥부 또는 상기 랙 기어에 힘을 가하는 부유식 구조물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수직유지부는,
    바디;
    상기 바디에 인출입되는 로드; 및
    상기 로드에 연결되며 상기 레그에 선택적으로 접촉되어 힘을 가하는 롤러를 포함하는 부유식 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수직유지부는 상기 레그를 둘러싸는 형태의 다층 구조로 배치되며,
    상기 레그가 상기 본체에 대해 일정 수준 이상 기울어진 경우, 하나 이상의 상기 수직유지부 중 일부만 상기 레그에 힘을 가하는 부유식 구조물.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상대적으로 높은 위치에 배치되는 제 1 센서; 및
    상대적으로 낮은 위치에 배치되는 제 2 센서를 포함하는 부유식 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서는 상기 레그를 둘러싸는 형태로 다수 개가 배치되는 부유식 구조물.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체의 레그웰에는 상기 레그의 충돌 시 충격을 흡수하는 웨어플레이트가 배치되는 부유식 구조물.
  8. 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물의 제어 방법에 있어서,
    기울기 감지부를 통해 레그가 본체에 대해 수직인 상태에서 기울어져 있는 정도를 측정하는 기울기 감지 단계;
    상기 기울기 감지 단계에서 측정된 상기 레그의 기울기가 기 설정된 범위 내인지 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 따라, 수직유지부 구동부를 통해 상기 레그에 상기 기울어져 있는 정도를 줄이는 방향으로 힘을 가하는 단계를 포함하는 부유식 구조물의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기울기 감지부는,
    상기 레그를 지지하는 레그 지지부의 내측벽과 상기 레그와의 거리, 및 상기 본체에 형성된 레그웰의 측벽과 상기 레그와의 거리를 통해 상기 레그의 기울기를 측정하는 부유식 구조물의 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기울기 감지부는,
    상기 레그가 기울어진 상태에서 상기 레그를 지지하는 레그 지지부의 내측벽 및 상기 본체에 형성된 레그웰의 측벽에 접촉하여 가하는 압력을 기초로 상기 레그의 기울기를 측정하는 부유식 구조물의 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 수직유지부 구동부는,
    상기 레그가 기울어진 방향과 반대 방향의 모멘트가 상기 레그에 작용할 수 있도록 수직유지부를 제어하는 부유식 구조물의 제어 방법.
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