KR20140098208A

KR20140098208A - 해양 모노파일 기초용 베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조

Info

Publication number: KR20140098208A
Application number: KR1020147017601A
Authority: KR
Inventors: 루돌프 에이 홀
Original assignee: 키스톤 엔지니어링 인코포레이티드
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-08-07
Also published as: EP2785921A4; PT2785921T; US8888414B2; EP2785921B1; EP2785921A1; US20130156509A1; WO2013082031A1; DK2785921T3; CA2858354A1; PL2785921T3

Abstract

베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조는 대구경 실린더 형상의 모노파일을 부속물을 포함하는 대구경 실린더 형상의 완충 섹션부에 연결하기 위해 종래의 완충-모노파일 기초로 이용될 수 있다. 그라우트 실린더 연결구조는 실린더 형상의 모노파일과, 모노파일을 수용하는 실린더 형상의 완충 섹션부와, 모노파일과 완충 섹션부 사이에 형성된 환형부와, 환형부 내에 배치되는 제1 및 제2 베어링 소자를 포함한다. 제1 베어링 소자는 완충 섹션부에 부착되고 제2 베어링 소자는 모노파일에 부착된다. 환형부는 제1 및 제2 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부와 모노파일 간에 힘과 모멘트를 전달하도록 그라우트로 채워진다.

Description

해양 모노파일 기초용 베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조{GROUTED CYLINDRICAL CONNECTION UTILIZING BEARING SURFACES FOR OFFSHORE MONOPILE FOUNDATIONS}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2011년 11월 28일 자로 출원된 미국 출원 제61/564,109호 및 2011년 12월 6일자로 출원된 미국 출원 제61/567,490의 우선권 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 참조로서 본 출원에 통합된다.

본 발명은 전반적으로 해양 구조물, 특히 해양에 위치되는 풍력 터빈 발전기를 지지하기 위해 통상적으로 채용되는 모노파일 기초(monopile foundation)에 관한 것이다. 특히, 개시된 실시예는 풍력 터빈 타워를 지지하는 완충 섹션부(transition section) 및 완충 섹션부로부터 해저 아래의 토양 지층으로 힘과 모멘트를 전달하는 모노파일 또는 단일의 기초 소자 간의 그라우트 실린더 연결구조에 관한 것이다.

종래의 완충-모노파일 기초는 바다 표면의 위로 연장하도록 적절한 길이를 가진, 전형적으로 해저에 박아넣는 대구경(large diameter) 실린더 형상의 모노파일을 채용한다. 대구경 완충 섹션부는, 풍력 터빈 타워 플랜지에 대한 연결을 위한 정합 플랜지와 함께 접근, 후퇴, 유지보수, 케이블 지지 또는 장비 지지를 위한 부속물을 포함하며, 완충부 내의 안착 지점 상에 일시로 지지될 때까지 모노파일 위에서 상승 및 하강하게 된다. 안착 지점에는 박혀진 모노파일이 수직 공차에서 벗어나면, 그 수직 공차를 완수하도록 완충부를 조정하기 위해 유압식 레벨링 시스템 또는 다른 수단이 구비된다. 허용 가능한 공차 내로 수직 보정이 이루어진 후, 모노파일과 완충부 간의 환형 공간을 그라우트로 채움으로써 완충 섹션부가 모노파일에 연결된다. 완충 섹션부에 작용하는 힘과 모멘트는 그라우트를 통해 모노파일 내로 전달되는데, 이는 주로 주로 전단(shear)에 의해 이루어진다. 완충 섹션부의 내벽과 모노파일의 외벽 간의 밀착성을 증가시키기 위해, 전단 키(shear keys)(전형적인 동심 열(concentric rows)의 용접 비드(weld beads) 또는 롤형 평탄 바(rolled flat bars))가 환형부의 양 표면에 적용된다. 그러나, 최근의 오랜 기간의 경험을 통해 파손 매커니즘(failure mechanism)때문에 종래의 그라우트 실린더 연결구조로부터 벗어날 필요가 있다는 것을 알게 되었다. 그라우트 파손을 완화시키는 일반적인 해결책은 모노파일 및 완충 섹션부에 원추형 섹션부(conical sections)를 추가하는 것이다. 그러나, 이러한 해결책은 상당한 비용을 추가하고 대구경 원추형 섹션부의 공급에 한계가 있다. 또한, 실린더 섹션부를 갖는 완충 섹션부에 해양 풍력 터빈 타워를 설치할 경우 모노파일에 힘과 모멘트를 전달하기 위한 적절한 강도를 가지며 바람과 파도에 의해 유도되는 광범위한 순환적 하중으로 인한 우수한 내피로(fatigue resistance) 특성을 갖는 그라우트 연결구조가 필요하게 된다.

풍력 터빈 타워에 의해 작용되는 힘과 모멘트를 전달하기 위해 베어링 표면을 이용하는 그라우트 실린더 연결구조가 완충 섹션부를 모노파일에 연결시키는 대안적인 방법을 제공하고, 이 방법은 전술된 원추형 섹션의 그라우트 연결 방법을 이용하는 것과 비교하여 비용을 상당히 절감시키고 공급을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라우트 실린더 연결구조(grouted cylindrical connection)는 실린더 형상의 모노파일(monopile)과, 모노파일을 수용하는 실린더 형상의 완충 섹션부(transition section)와, 모노파일과 완충 섹션부 사이에 형성되는 환형부(annulus)와, 환형부 내에 배치되는 제1 및 제2 베어링 소자(first and second bearing elements)를 포함한다. 제1 베어링 소자는 완충 섹션부에 부착되고 제2 베어링 소자는 모노파일에 부착된다. 환형부는 그라우트로 채워져 제1 및 제2 베어링 소자 사이의 그라우트(grout)를 통해 완충 섹션부와 모노파일 간에 힘(force)과 모멘트(moment)를 전달한다.

이제, 장치, 시스템 및 방법이 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 연속하는 원주 베어링 소자들을 이용하는 개시된 실시예에 따른 완충 섹션부과 모노파일 어셈블리들의 입면 단면도이다.
도 2는 연속하는 원주 그라우트-충전 하프 파이프 베어링 소자들(continuous circumferential grout-filled half pipe bearing elements)을 도시한 입면 단면도이다.
도 3은 균등하게 이격된 원주 분할형 베어링 소자들을 이용하는 개시된 실시예에 따른 완충 섹션부와 모노파일 어셈블리의 입면 단면도이다.
도 4는 동일한 길이의 베어링 소자들의 하프 파이프 캡 단부를 갖는 균등하게 이격된 원주 분할형 그라우트-충전 하프 파이프들을 도시한 입면 단면도이다.
도 5는 균등하게 이격된 원주 분할형 베이링 소자들을 이용하는 개시된 실시예에 따라 모노파일 위에서 완충 섹션부가 하강하는 동안의 완충 섹션부와 모노파일의 입면 단면도이다.
도 6a는 균등하게 이격된 원주 분할형 베어링 소자들을 이용하는 개시된 실시예에 따라 모노파일 위에서 완충 섹션부가 하강하는 동안의 완충 섹션부와 모노파일의 평면 절단도이다.
도 6b는 균등하게 이격된 원주 분할형 베어링 소자를 이용하는 개시된 실시예에 따라 모노파일에 그라우트 완충 섹션부를 도시한 평면 단면도이다.

개시된 실시예에 따른 해양 모노파일 기초용 베어링 표면을 이용한 그리우팅된 원통형 연결구조의 예시적인 실시예는 실린더 모노파일에 그라우트 실린더 완충 섹션부에 설치되는 해양 풍력 터빈의 나셀(nacelle), 회전자, 블레이드(blade) 및 지지 타워와 관련되어 설명될 것이다. 그러나, 개시된 실시예가 불필요하게 모호하게 되는 것을 피하기 위해, 이하의 설명은 블록도로 도시되거나 그렇지 않으면 요약될 수 있는 공지의 구조 및 장치를 생략한다. 설명을 위해, 다수의 특정된 세부 사항이 개시된 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 서술된다. 개시된 실시예는 특정된 세부 사항을 넘어서서 다양한 방식으로 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 개시된 시스템 및 방법은 환형부들이 크거나 작고, 연속적이거나 분할된 베어링 소자 또는 베어링 소자의 다른 구성을 갖는, 그라우트로 채워지거나 비워진 하프 파이프들로 구성되거나 크거나 작은 직경의 완충 섹션부와 모노파일 간의 그라우트 실린더 연결구조에 일반적으로 적용되고 확장될 수 있다. 더욱이, 도면에서는 예시적인 거리 및 스케일이 도시되어 있지만, 시스템 및 방법은 특정한 구현에 적합하도록 변형될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라우트 실린더 연결구조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 형상의 모노파일(1)과, 모노파일(1)을 수용하는 실린더 형상의 완충 섹션부(4)와, 모노파일(1)과 완충 섹션부(4) 사이에 형성된 환형부와, 환형부 내에 배치된 제1 및 제2 베어링 소자(15a, 15b)를 포함한다. 제1 베어링 소자(15a)는 완충 섹션부(4)에 부착되고 제2 베어링 소자(15b)는 모노파일(1)에 부착된다. 환형부는 그라우트로 채워지며, 제1 및 제2 베어링 소자(15a, 15b) 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부(4)와 모노파일(1) 간의 힘과 모멘트가 전달된다. 완충 섹션부(4)의 직경은 모노파일(1)의 직경 보다 크다. 제1 베어링 소자(15a)는 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착되고, 제2 베어링 소자(15b)는 모노파일(1)의 외벽에 부착된다. 제1 베어링 소자(15a)는 완충 섹션부(4)의 내벽의 원주 상에 연속적으로 형성될 수 있다. 제2 베어링 소자(15b)는 모노파일(1)의 외벽의 원주 상에 연속적으로 형성될 수 있다. 제1 베어링 소자(15a)는 완충 섹션부(4)의 내벽의 반경에 대해 감겨 있고 완충 섹션부(4)의 내벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프일 수 있고, 제2 베어링 소자는 모노파일(1)의 외벽의 반경에 대해 감겨 있고 모노파일(1)의 외벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프일 수 있다. 그라우트 실린더 연결구조는 환형부를 밀폐시키기 위해 모노파일(1)의 외벽과 완충 섹션부(4)의 내벽 사이에 위치되는 가요성 밀봉재(flexible seal)(11)를 포함한다. 그라우트 실린더 연결구조는 제1 및 제2 베어링 소자(15a, 15b) 중 적어도 하나에 설치되는 센트럴라이저(centralizer)(17)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그라우트 실린더 연결구조를 형성하는 방법은 적어도 하나의 제1 베어링 소자(15a)가 부착되는 실린더 형상의 완충 섹션부(4)를 제공하는 단계와, 적어도 하나의 제2 베어링 소자(15b)가 부착되는 실린더 형상의 모노파일(1)을 제공하는 단계와, 모노파일(1)과 완충 섹션부(4) 사이에 환형부를 형성하기 위해 모노파일(1)의 축 방향을 따라 모노파일(1) 위에서 완충 섹션부(4)를 하강시키는 단계와, 제1 및 제2 베어링 소자(15a, 15b) 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부(4)와 모노파일(1) 간에 힘과 모멘트를 전달하기 위해 그라우트로 환형부를 채우는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 베어링 소자(15a, 15b)는 환형부 내에 위치된다.

도 1은 연속 원주 베어링 소자(15a, 15b)를 이용한 모노파일(1)과 완충 섹션부(4) 어셈블리의 입면 절단도이다. 모노파일(1)은 바다 바닥(3)에 박히거나 그렇지 않으면 바다 바닥(3)을 관통하고 바다 표면(6) 위로 연장된다. 완충 섹션부(4)는, 완충 섹션부(4)의 안착 지점(landing points)(8)이 모노파일의 상단(2)에 안착되고 완충 섹션부의 바닥(7)이 바다 표면(6) 아래로 연장될 때까지, 모노파일(1) 위에서 하강하게 된다. 완충 섹션부의 상단(5)은 안착 지점(8)과 합체되는 유압 수단 또는 다른 수단을 이용하여 높이가 조절된다. 상부 연속 원주 베어링 소자(15a)는 완충 섹션부(4)의 내벽 상의 센트럴라이저(9a, 9b) 사이의 중간의 완충 섹션부(4)의 내벽 상의 피봇 높이(pivot elevation)(10)에 위치된다. 센트럴라이저(17)는 그라우트 유동을 위한 적절한 환형의 간격을 유지시키기 위해 상부 연속 베어링 소자(15a)에 설치된다. 하부 연속 베어링 소자(15b)는 상부 연속 베어링 소자(15a)의 아래의 모노파일(1)의 외벽에 부착된다. 모노파일(1)과 완충 섹션부(4) 사이에 형성되는 환형부는 그라우트(12)로 채워진다. 환형의 공간은 가요성 밀봉재(11)로 바닥에서 밀폐된다. 그라우트는 그라우트 배관(13)을 통해 그라우트 분배기(14)로 펌핑된다. 그라우트 실린더 연결구조는 완충 섹션부(4)에 작용하는 수직력(19), 수평력(20), 전도 모멘트(21) 및 비틀림 모멘트(22)를 베어링 소자(15a, 15b) 사이의 그라우트를 통해 모노파일(1)로 그리고 토양 지층으로 전달한다.

도 2는 피봇 높이(10)에서 센트럴라이저(17)와 함께 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착되고 그라우트(18)로 채워진 상부 연속 하프 파이프 베어링 소자(15a)와, 모노파일(1)의 외벽에 부착되고 그라우트(18)로 채워진 하부 연속 하프 파이프 베어링 소자(15b)와, 모노파일(1)의 외벽과 완충 섹션부(4)의 내벽 사이에 형성되고 그라우트(12)로 채워진 환형 공간을 도시한 입면 절단도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라우트 실린더 연결구조에 있어서, 제1 베어링 소자는 완충 섹션부(4)의 내벽의 원주 상에 부분적으로 형성되는 적어도 하나의 제1 분할형 베어링 소자(16b)를 포함할 수 있고, 제2 베어링 소자는 모노파일(1)의 외벽의 원주 상에 부분적으로 형성된 적어도 하나의 제2 분할형 베어링 소자(16a)를 포함할 수 있다. 제1 분할형 베어링 소자 및 제2 분할형 베어링 소자는 모노파일의 축 방향에 있어서 길이 방향으로 정렬될 수 있다. 그라우트 실린더 연결구조는 환형부 내에서 완충 섹션부 및 모노파일 중 적어도 하나에 부착되고 모노파일(1)의 축 방향에 있어서 제1 및 제2 분할형 베어링 소자(16b, 16a)와 정렬되는 적어도 하나의 제3 분할형 베어링 소자(16c)를 포함할 수 있다. 제1 베어링 소자는 완충 섹션부(4)의 내벽의 원주 상에 형성된 다수의 제1 분할형 베어링 소자를 포함할 수 있고, 제2 베어링 소자는 모노파일(1)의 외벽의 원주 상에 형성된 다수의 제2 분할형 베어링 소자를 포함할 수 있다. 다수의 제1 분할형 베어링 소자는 이웃하는 제1 분할형 베어링 소자로부터 균등하게 이격될 수 있고, 다수의 제2 분할형 베어링 소자는 이웃하는 제2 분할형 베어링 소자로부터 균등하게 이격될 수 있다. 이웃하는 제2 분할형 베어링 소자 간의 거리는 제1 분할형 베어링 소자의 길이 보다 클 수 있다. 그라우트 실린더 연결구조는 제1 및 제2 분할형 베어링 소자의 각 단부에 배치되어 용접되는 캡(caps)(23)을 포함할 수 있다.

도 3은 균등하게 이격된 원주 분할형 베어링 소자(16a, 16b, 16c)를 이용하는 모노파일(1) 및 완충 섹션부(4) 어셈블리의 입면 절단도이다. 모노파일(1)은 바다 바닥(3)에 박히거나 그렇지 않으면 바다 바닥(3)을 관통하고 바다 표면(6) 위로 연장된다. 완충 섹션부(4)는, 완충 섹션부(4)의 안착 지점(8)이 모노파일의 상단(2)에 안착되고 완충 섹션부의 바닥(7)이 바다 표면(6) 아래로 연장될 때까지, 모노파일(1) 위에서 하강하게 된다. 완충 섹션부의 상단(5)은 안착 지점(8)과 합체되는 유압 수단 또는 다른 수단을 이용하여 높이가 조절된다. 중간 원주 분할형 베어링 소자(16a)는 완충 섹션부(4)의 내벽 상의 센트럴라이저(9a, 9b) 사이의 중간에서 모노파일(1)의 외벽 상의 피봇 높이(10)에 위치된다. 센트럴라이저(17)은 그라우트 유동을 위한 적절한 환형의 간격을 유지시키기 위해 중간 분할형 베어링 소자(16a)에 설치된다. 상부 분할형 베어링 소자(16b)는 피봇 높이(10) 위에서 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착되고, 하부 분할형 베어링 소자(16c)는 피봇 높이(10) 아래에서 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착된다. 모노파일(1)과 완충 섹션부(4) 사이에 형성되는 환형부는 그라우트(12)로 채워진다. 환형의 공간은 가요성 밀봉재(11)로 바닥에서 밀폐된다. 그라우트는 그라우트 배관(13)을 통해 그라우트 분배기(grout distributor)(14)로 펌핑된다. 그라우트 실린더 연결구조는 완충 섹션부(4)에 작용하는 수직력(19), 수평력(20), 전도 모멘트(21) 및 비틀림 모멘트(22)를 베어링 소자(16a, 16b, 16c) 사이의 그라우트를 통해 모노파일(1)로 그리고 토양 지층으로 전달한다.

도 4는 피봇 높이(10)에서 센트럴라이저(17)와 함께 모노파일(1)의 외벽에 부착되고 그라우트(18)로 채워진 중간 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16a)와, 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착되고 피봇 높이(10)의 위와 아래에 위치되고 그라우트(18)로 채워진 상부 및 하부 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16b, 16c)와, 모노파일(1)의 외벽과 완충 섹션부(4)의 내벽 사이에 형성되고 그라우트(12)로 채워진 환형 공간을 도시한 입면 절단도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라우트 실린더 연결구조를 형성하는 방법은, 제1 분할형 베어링 소자가 부착되는 실린더 형상의 완충 섹션부(4)를 제공하는 단계와, 제2 분할형 베어링 소자가 부착되는 실린더 형상의 모노파일(1)을 제공하는 단계와, 제1 분할형 베어링 소자가 제2 분할형 베어링 소자의 간격(gap)을 통과하도록 하기 위해 모노파일(1) 위에서 완충 섹션부를 하강시키는 단계와, 제1 및 제2 베어링 소자가 모노파일(1)의 축 방향에 있어서 길이 방향으로 정렬되는 상태로 제1 분할형 베어링 소자와 제2 분할형 베어링 소자를 정렬시키기도록 완충 섹션부(4)를 회전시키는 단계와, 제1 및 제2 분할 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부(4)와 모노파일(1) 간에 힘과 모멘트를 전달하기 위해 실린더 형상의 모노파일(1)과 실린더 형상의 완충 섹션부(4) 사이의 환형부를 그라우트로 채우는 단계를 포함한다.

도 5는 모노파일(1) 위에서 완충 섹션부(4)의 하강 동안의 모노파일(1)과 완충 섹션부(4)의 입면 단면도로서, 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착된 하부 분할형 하프 파이프(16c)가 모노파일(1)의 외벽에 부착된 중간 분할형 하프 파이프 베어링 소자 사이의 간격을 통과하는 것을 도시한다.

도 6a는 완충 섹션부(4)의 내벽에 부착된 상부 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16b) 아래의 하부 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16c)가 모노파일(1)의 외벽에 부착된 중간 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16a) 사이를 통과한 상태에서 모노파일(1) 위에서 완충 섹션부(4)의 하강 동안의 모노파일(1)과 완충 섹션부(4)를 도시한 평면 절단도이다. 하프 파이프 캡(23)은 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16a, 16b, 16c)의 단부에 부착된다.

도 6b는 상부, 중간 및 하부 분할형 하프 파이프 베어링 소자(16a, 16b, 16c)가 정렬된(또는 수직으로 적층된) 상태에서 환형부 내의 그라우트(12)에 의해 연결된 완충 섹션부(4)과 모노파일(1)를 도시한 평면 절단도이다.

전술된 논의로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제시된 장치, 시스템 및 방법은 전술된 원추형 섹션부의 그라우트 연결 방법을 이용하는 것과 비교하여 비용을 상당히 절감시키고 공급을 향상시킬 수 있는, 풍력 터빈 타워에 의해 작용되는 힘과 모멘트를 전달하기 위해 베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조를 제공하고 완충 섹션부를 모노파일에 연결시키는 대안적인 방법을 제시한다. 그 방법은 작동 중의 풍력 터빈 타워 어셈블리에서 생성된 전체 힘과 모멘트 및 극단의 하중 현상을 하부 구조에 전달되도록 하는 방식으로 부재들이 결합되도록 한다. 개시된 실시예에 따르면, 그라우트 연결구조의 설계는 비용을 최소화시키고 공급 옵션을 최대화시키면서 피로 성능, 강성 및 하중 전달을 최대화시킨다. 또한, 그렇게 함으로써, 베어링 소자는 수직의 우력으로서 전도 모멘트와 축력을 수직 압축으로 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부로부터 모노파일로 전달하도록 하는 방식으로 완충 섹션부의 내벽과 모노파일의 외벽에 부착된다. 또한, 수평 우력으로서의 전도 모멘트 및 전단력은 수평 압축으로 모노파일의 내벽 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부로부터 모노파일로 전달된다.

자세히 전술된 구조로서, 연속 원주 베어링 소자 및 동일한 길이를 갖는 균등하게 이격된 원주 분할형 베어링 소자가 구현된다. 연속 원주 베어링 소자의 경우에는, 수직 전단을 받는 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽 사이의 그라우트가 전도 모멘트의 상방향 우력에 저항한다. 반대로, 분할형 베어링 소자의 경우에는, 베어링 소자 사이의 그라우트에서 베어링 내의 전도 모멘트의 상방향 및 하방향 우력 모두에 저항한다. 또한, 개시된 실시예로서, 분할형 베어링 소자는 비틀림 모멘트를 수평의 전단으로 모노파일의 외벽과 완충 섹션부의 이웃한 내벽 사이의 그라우트를 통해 전달한다.

전술된 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 설명된 장치, 시스템 및 방법은 완충 섹션부의 내벽의 반경에 대해 감겨 있고 완충 섹션부의 내벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프 및 모노파일의 외벽의 반경에 대해 감겨 있고 모노파일의 외벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프가 베어링 소자로서 기능하도록 한다. 분할형 베어링 소자의 경우에는, 하프 파이프 캡은 하프 파이프 세그먼트의 단부에 용접된다. 또한, 설명된 장치, 시스템 및 방법으로서, 분할형 베어링 소자의 경우는 완충 섹션부가 설치 중에 모노파일 위에서 하강하게될 수 있도록 하고 완충 섹션부의 내벽 상의 분할형 베어링 소자가 모노파일의 외벽 상의 분할형 베어링 소자 사이의 간격을 통과할 수 있도록 완충 섹션부가 모노파일에 정렬될 것을 요한다. 완충 섹션부는 완충 섹션부의 내벽 상의 분할형 베어링 소자를 모노파일의 그 벽의 분할형 베어링 소자의 바로 위와 아래에서 정렬시키기 위해 회전된다.

설명된 장치, 시스템 및 방법에 따르면, 베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조는 편익을 위해 필요한 전체 강도를 개선시킬 수 있고, 베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조는 원추형 완충 섹션부 및 모노파일에 대한 필요성을 제거하고, 이에 따라 비용을 절감시키고 공급을 증가시킨다. 또한, 풍력 터빈 타워의 중량으로 인한 수직력은 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자 사이의 그라우트 내에서의 압축에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다.

추가로, 전도 모멘트의 수직 우력는 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자 사이의 그라우트 내의 압축에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다. 또한, 수평력 및 전도 모멘트의 수평 우력은 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽 사이의 그라우트 내의 압축에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다. 또한, 비틀림 모멘트는 모노파일의 외벽과 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자 간의 전단에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다. 그렇게 함으로써, 베어링 소자는 베어링 소자의 베어링 표면 사이의 그라우트를 통해 수직력, 수평력, 수직 전도 모멘트 우력 및 수평 전도 모멘트 우력의 전달할 수 있도록 하고 그라우트 연결구조의 피로 성능을 최대화시킨다. 따라서, 그라우트-충전 하프 파이프 베어링 소자 및 파이프 캡 단부를 갖는 분할형 그라우트-충전 하프 파이프 베어링 소자는 편익을 위해 필요한 전체 강도를 개선시키고 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽의 용접물의 피로 성능을 최대화시킨다.

개시된 실시예는 소자가 작동 중의 풍력 터빈 타워 어셈블리에서 생성되는 전체 힘과 모멘트 및 극단의 하중 현상이 하부 구조에 전달되도록 하는 방식으로 연결되는 방법을 제공한다. 개시된 실시예에 따르면, 그라우트 연결구조의 설계는 비용을 절감시키고 공급 옵션을 최대화시키면서 피로 성능, 강성 및 하중 전달을 최대화시킨다.

개시된 실시예는 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자가 수직의 우력으로서의 전도 모멘트 및 축력을 완충 섹션부로부터 모노파일로 수직 압축을 받는 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 전달하도록 한다.

개시된 실시예에 따르면, 수평의 우력으로서의 전도 모멘트와 수평의 전단력은 수평의 압축을 받는 모노파일의 내벽 사이의 그라우트를 통해 완충 섹션부로부터 모노파일로 전달된다.

개시된 실시예는 연속 원주 베어링 소자 및 동일한 길이를 갖고 균등하게 이격된 원주 분할형 베어링 소자를 감안한다. 연속 원주 분할형 베어링 소자의 경우에는 수직의 전단을 받는 모노파일의 외벽과 완충 섹션부의 내벽 사이의 그라우트가 전도 모멘트의 상방 및 하방 우력의 모두에 저항한다. 반대로, 분할형 베어링 소자의 경우에는 베어링 소자 사이의 그라우트에서 베어링 내의 전도 모멘트의 상방 및 하방 우력의 모두에 저항한다.

또한, 개시된 실시예로서, 분할형 베어링 소자는 이웃한 완충 섹션부 사이의 그라우트를 통해 모노파일의 외벽으로 수평 전단의 비틀림 모멘트를 전달한다.

개시된 실시예는 완충 섹션부의 내벽의 반경에 대해 감겨 있고 완충 섹션부의 내벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프 및 모노파일의 외벽의 반경에 대해 감겨 있고 모노파일의 외벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프가 베어링 소자로 기능하도록 한다. 분할형 베어링 소자의 경우에는, 하프 파이프 캡이 하프 파이프 세그먼트의 단부에 용접될 수 있다.

이러한 장치, 시스템 및 방법으로서, 분할형 베어링 소자의 경우에는 완충 섹션부가 모노파일에 정렬되도록 할 것을 요하고, 이에 따라 완충 섹션부가 설치 과정에서 모노파일 위에서 하강하게 될 수 있고, 완충 섹션부의 내벽 상의 분할형 베어링 소자는 모노파일의 외벽 상의 분할형 베어링 소자 간의 간격을 통과할 수 있다. 완충 섹션부는 완충 섹션부의 내벽 상의 분할형 베어링 소자를 모노파일의 그 벽의 분할형 베어링 소자의 바로 위와 아래에서 정렬시키기 위해 회전된다.

통상의 실시와 유사하게, 베어링 소자를 갖는 실린더 모노파일 및 완충 섹션부는 유압식 또는 다른 수단에 의해 완충부를 같은 높이로 조절함으로써 타워 정합 플랜지가 터빈 타워의 수직성 요건(verticality requirements)에 대해 허용 오차 내에 있도록 한다. 같은 높이로 조절한 이후에, 그라우트는 배관을 통해 완충 섹션부의 바닥에서 그라우트 분배기 내로 펌핑될 수 있다. 그라우트 분배기로부터의 그라우트는 완충 섹션부의 그 벽의 포트를 통해 완충 섹션부의 내벽 및 모노파일의 외벽 사이에 형성된 환형부로 들어간다. 환형부는 그라우트 분배기 포트 아래에서 완충 섹션부에 부착된 가요성 밀봉재로 바닥에서 밀폐된다.

앞서 개시된 실시예와 함께, 아래의 장점들이 실현된다.

베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조는 편익을 위해 필요한 전체 강도를 개선시킬 수 있다.

베어링 표면을 이용한 그라우트 실린더 연결구조는 원추형 완충 섹션부 및 모노파일에 대한 필요성을 제거하고, 이에 의해 비용을 절감하고 공급을 향상시킨다.

풍력 터빈 타워의 중량으로 인한 수직력은 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자 사이의 그라우트 내에서의 압축에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다.

전도 모멘트의 수직 우력은 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자 사이의 그라우트 내에서의 압축에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다.

수평력 및 전도 모멘트의 수평 우력은 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽 사이의 그라우트 내에서의 압축에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다.

비틀림 모멘트는 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽에 부착된 베어링 소자 사이의 전단에 의해 모노파일과 완충 섹션부 간에 전달될 수 있다.

베어링 소자는 베어링 소자의 베어링 표면 사이의 그라우트을 통해 수직력, 수평력, 수직 전도 모멘트 우력 및 수평 전도 모멘트 우력을 전달하도록 하고 그라우트 연결구조의 피로 성능을 최대화시킨다.

그라우트-충전 하프 파이프 베어링 소자 및 파이프 캡 단부를 갖는 분할된 그라우트-충전 하프 파이프의 베어링 소자는 편익의 위해 필요한 전체 강도를 향상시키고 모노파일의 외벽 및 완충 섹션부의 내벽의 용접물의 피로 성능을 최대화시킨다.

본 개시의 다양한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예는 이에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 실시예는 통상의 기술자에 의해 변경, 수정 그리고 응용될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예는 전술되고 도시된 세부 사항에 제한되지 않을 뿐만 아니라, 모든 그와 같은 수정 및 변경도 포함한다.

1: 모노파일
3: 바다 바닥
4: 완충 섹션부
6: 바다 표면
8: 안착 지점
10: 피봇 높이
11: 가용성 밀봉재
12: 그라우트
13: 구라우트 배관
15a: 제1 베어링 소자
15b: 제2 베어링 소자
17: 센트럴라이저

Claims

실린더 형상의 모노파일;
상기 모노파일을 수용하는 실린더 형상의 완충 섹션부 -상기 모노파일 및 상기 완충 섹션부 사이에 환형부가 형성됨-; 및
상기 환형부 내에 배치된 제1 베어링 소자 및 제2 베어링 소자 -상기 제1 베어링 소자는 상기 완충 섹션부에 부착되고 상기 제2 베어링 소자는 상기 모노파일에 부착됨-를 구비하고,
상기 환형부는 상기 제1 베어링 소자 및 상기 제2 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 힘과 모멘트를 상기 완충 섹션부 및 상기 모노파일 간에 전달하기 위해 그라우트로 채워지는
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 완충 섹션부의 직경은 상기 모노파일의 직경보다 큰
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 베어링 소자는 상기 모노파일의 외벽에 부착되고, 상기 제2 베어링 소자는 상기 완충 섹션부의 내벽에 부착되는
그라우팅식 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 베어링 소자는 상기 완충 섹션부의 내벽의 원주 상에 연속적으로 형성되고,
상기 제2 베어링 소자는 상기 모노파일의 외벽의 원주 상에 연속적으로 형성되는
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 베어링 소자는 상기 완충 섹션부의 내벽의 원주 상에 부분적으로 형성되는 적어도 하나의 제1 분할형 베어링 소자를 포함하고,
상기 제2 베어링 소자는 상기 모노파일의 외벽의 원주 상에 부분적으로 형성되는 적어도 하나의 제2 분할형 베어링 소자를 포함하는
그라우트 실린더 연결구조.
제5항에 있어서,
상기 제1 분할형 베어링 소자 및 상기 제2 분할형 베어링 소자의 각 단부에 배치되어 용접되는 캡을 더 구비하는
그라우트 실린더 연결구조.
제5항에 있어서,
상기 제1 분할형 베어링 소자 및 상기 제2 분할형 베어링 소자는 상기 모노파일의 축 방향을 따라 길이 방향으로 정렬되어 있는
그라우트 실린더 연결구조.
제7항에 있어서,
상기 환형부 내에서 상기 완충 섹션부와 상기 모노파일 중 적어도 하나에 부착되고 상기 모노파일의 축 방향에 있어서 상기 제1 분할형 베어링 소자와 상기 제2 분할형 베어링 소자와 정렬되는 적어도 하나의 제3 분할형 베어링 소자를 더 구비하는
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 베어링 소자는 상기 완충 섹션부의 내벽의 원주 상에 형성된 다수의 제1 분할형 베어링 소자를 포함하고,
상기 제2 베어링 소자는 상기 모노파일의 외벽의 원주 상에 형성된 다수의 제2 분할형 베어링 소자를 포함하는
그라우트 실린더 연결구조.
제9항에 있어서,
상기 다수의 제1 분할형 베어링 소자는 이웃한 제1 분할형 베어링 소자로부터 균등하게 이격되고,
상기 다수의 제2 분할형 베어링 소자는 이웃한 제2 분할형 베어링 소자로부터 균등하게 이격되는
그라우트 실린더 연결구조.
제9항에 있어서,
상기 제1 분할형 베어링 소자의 길이보다 이웃한 제2 분할형 베어링 소자 간의 거리가 긴
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 베어링 소자는 상기 완충 섹션부의 내벽의 반경에 대해 감겨 있고 상기 완충 섹션부의 내벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 파이프이고,
상기 제2 베어링 소자는 상기 모노파일의 외벽의 반경에 대해 감겨 있고 상기 모노파일의 외벽에 용접된 그라우트로 채워진 하프 하이프인
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 환형부를 밀폐시키기 위해 상기 모노파일의 외벽과 상기 완충 섹션부의 내벽 사이에 위치되는 가요성 밀봉재를 더 구비하는
그라우트 실린더 연결구조.
제1항에 있어서,
상기 제1 베어링 소자와 상기 제2 베어링 소자 중 적어도 하나에 설치되는 센트럴라이저를 더 구비하는
그라우트 실린더 연결구조.
적어도 하나의 제1 베어링 소자가 부착되는 실린더 형상의 완충 섹션부를 제공하는 단계;
적어도 하나의 제2 베어링 소자가 부착되는 실린더 형상의 모노파일을 제공하는 단계;
상기 모노파일과 상기 완충 섹션부 사이에 환형부를 형성하도록 상기 모노파일의 축 방향을 따라 상기 모노파일 위에서 상기 완충 섹션부를 하강시키는 단계 -상기 제1 베어링 소자 및 상기 제2 베어링 소자는 상기 환형체 내에 위치됨 - ; 및
상기 제1 베어링 소자 및 상기 제2 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 상기 완충 섹션부와 상기 모노파일 간에 힘과 모멘트를 전달하도록 그라우트로 상기 환형부를 채우는 단계;를 구비하는
그라우트 실린더 연결구조를 형성하는 방법.
제1 분할형 베어링 소자가 부착되는 실린더 형상의 완충 섹션부를 제공하는 단계;
제1 분할형 베어링 소자가 부착되는 실린더 형상의 모노파일을 제공하는 단계;
상기 제1 분할형 베어링 소자가 상기 제2 분할형 베어링 소자 간의 간격을 통과하도록 하기 위해 상기 모노파일 위에서 상기 완충 섹션부를 하강시키는 단계;
상기 제1 분할형 베어링 소자 및 상기 제2 분할형 베어링 소자가 상기 모노파일의 축 방향에 있어서 길이 방향으로 정렬되는 상태로 상기 제1 분할형 베어링 소자와 상기 제2 분할형 베어링 소자를 정렬시키기도록 상기 완충 섹션부를 회전시키는 단계; 및
상기 제1 베어링 소자 및 상기 제2 베어링 소자 사이의 그라우트를 통해 힘과 모멘트를 상기 완충 섹션부 및 상기 모노파일 간에 전달하도록 실린더 형상의 상기 모노파일과 실린더 형상의 상기 완충 섹션부 사이의 환형부를 그라우트로 채우는 단계;를 구비하는
그라우트 실린더 연결구조를 형성하는 방법.