KR20160073706A - 부유식 구조물 - Google Patents

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KR20160073706A
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Abstract

본 발명은 부유식 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본체; 상기 본체에 대해상하 방향으로 이동하는 레그; 및 상기 레그에 연결되고, 상기 해저면에 안착되어 상기 레그를 지지하는 레그 지지 유닛을 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

Description

부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE}
본 발명은 부유식 구조물에 관한 것이다.
잭업 플랫폼(Jack-up Platform), MODU(Mobile Offshore Drilling Unit, 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 등과 같은 부유식 구조물은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jack-up Mode)로 운용될 수 있다.
구체적으로, 부유식 구조물은 시추 또는 해양 설비 설치 등의 작업을 위해 시추 지점 또는 설치 지점까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 부유식 구조물의 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 본체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다.
부유식 구조물이 일정 지점에 다다르면 부유식 구조물은 잭업 모드로 전환하여 시추 또는 설치 작업을 수행할 수 있다. 잭업 모드에서 부유식 구조물은 레그를 내려 해저(Seabed)에 박은 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어올린다. 즉, 레그의 하단부가 해저에 침투됨으로써 레그 및 본체는 해저에 의해 지지될 수 있다. 그 후 작업이 완료되면 부유식 구조물은 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 목적 지점까지 이동할 수 있다.
그러나 종래의 부유식 구조물은 해저 지반이 붕괴될 경우 해저로 침투한스퍼드캔이 해저에 의해 안정적으로 지지될 수 없으며, 이에 따라 레그가 일측으로 기울어지는 문제가 발생될 수 있으며, 더 나아가 본체가 침몰되는 사고가 발생될 수 있다.
미국공개특허 2008/0247827
본 발명의 실시예들은, 레그의 지지력이 향상될 수 있고 본체의 침몰을 방지할 수 있는 부유식 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본체; 상기 본체에 대해상하 방향으로 이동하는 레그; 및 상기 레그에 연결되고, 상기 해저면에 안착되어 상기 레그를 지지하는 레그 지지 유닛을 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 레그 지지 유닛은, 상기 레그 외측면에 연결되고 상기 레그의 외측으로 펼쳐져서 상기 해저면에 안착되는 지지부; 및 상기 지지부를 상기 레그에 대해 회전 가능하게 연결하는 연결부를 포함하는 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지부의 회전 각도를 제한하는 각도 제한부를 더 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지부는, 상기 연결부에 연결되는 지지판; 및 상기 지지판에 연결되고 개방 공간을 갖는 지지 프레임을 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지부의 회전 각도를 조절하는 각도 조절부를 더 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 각도 조절부는, 상기 작동핀이 직선 왕복 구동하는 유압 실린더이고, 상기 지지부는 상기 지지부의 가압에 의해 회전 각도가 조절되는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 레그에는 상기 레그의 길이 방향과 수직하게 회전축이 연결되고, 상기 연결부는, 상기 회전축에 탈부착 가능하게 연결되는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 레그의 지지력이 향상될 수 있고 본체의 침몰을 방지할 수 있는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물의 잭업 모드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 레그에 레그 지지 유닛이 제공된 모습을 자세히 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 레그 지지 유닛의 연결부의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 연결부의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 레그 지지 유닛의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 도 2의 레그 지지 유닛의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10은 도 5의 레그 지지 유닛의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1의 부유식 구조물의 항해 모드를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 기술 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 레그(20)에 레그 지지 유닛(100)이 제공된 모습을 자세히 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 일 예로, 해상에 부유할 수 있는 본체(11), 본체(11)를 상하 방향으로 관통하는 레그(Leg, 20), 레그(20)와 본체(11)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(20)를 지지하는 레그 가이드부(30)를 포함할 수 있다.
또한, 본체(11)는 블레이드와 나셀, 타워 등을 운반하여 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인(40)과, 해저(B)를 시추하는 파이프를 설치하는 데릭(Derrick, 미도시)을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 부유식 구조물(10)은 풍력 발전기를 설치하거나 시추 작업을 선택적으로 수행할 수 있다.
본체(11)는 부유 가능한 다양한 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 레그웰(미도시)을 포함할 수 있다. 레그웰은 레그 가이드부(30)에서 레그(20)가 삽입되어 통과되는 공간을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
본체(11)는 항해 모드 및 잭업 모드로 운용될 수 있으며, 잭업 모드 시에 레그(20)에 의해 지지될 수 있다.
레그(20)는 본체(11)의 레그웰을 상하 방향으로 관통하도록 설치되며, 본체(11)의 하방으로 이동하여 해저(B)에 고정됨으로써 본체(11)를 지지할 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 수 있다.
레그(20) 하단에는 스퍼드캔(26)이 장착될 수 있으며 스퍼드캔(26)은 해저(B)로 침투하여 해저(B)에 박힐 수 있다. 스퍼드캔(26)은 해저(B)로 침투하기 용이한 형태를 가질 수 있으며, 이로써 레그(20)가 해저(B)로 용이하게 침투되게 할 수 있다.
레그(20)는 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 레그(20)가 사각 트러스 구조로 형성되는 것을 예로 들어 설명한다.
구체적으로 레그(20)는 기둥의 역할을 하는 다수 개의 코드(21), 코드(21)의 길이 방향을 따라 코드(21)에 연결된 랙기어(미도시), 그리고 다수 개의 코드(21)를 연결하는 브레이스(23)를 포함할 수 있다.
그리고 레그 지지 유닛(100)이 제공되는 레그(20) 부분에는 회전축(25) 및 브래킷(22)이 제공될 수 있다. 회전축(25)에는 후술되는 연결부(120)가 연결될 수 있으며, 브래킷(22)에는 후술되는 각도 제한부(140) 또는 각도 조절부(도 5, 150)가 연결될 수 있다. 브래킷(22)은 연결되는 각도 제한부(140) 및 각도 도절부(150)의 구조에 따라 그 형태 및 크기 등이 변경될 수 있다.
본 실시예에서 코드(21)와 코드(21) 사이에는 각각 하나의 회전축(25) 및 브래킷(22)이 제공된 것으로 도시되었으나, 회전축(25) 및 브래킷(22)은 복수 개가 레그(20)의 길이 방향을 따라 다양한 높이에 제공될 수 있으며, 또한 회전축(25) 및 브래킷(22)이 레그(20)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 장착될 수도 있다. 그리고 이 경우, 레그 지지 유닛(100)의 장착 높이 역시 변경될 수 있다.
한편, 레그 지지 유닛(100)은 잭업 모드시 해저(B)에 안착되어 레그(20)를 지지하는 기능을 갖는 것으로, 레그(20) 길이 방향에 따라 형성된 평면 중 적어도 일면에 제공될 수 있으며, 도시된 바와 같이 레그(20)의 전면에 복수 개가 제공될 수도 있다. 본 실시예에서는 레그(20)가 사각 트러스 구조를 갖고, 총 4개의 레그 지지 유닛(100)이 레그(20)의 4면에 제공된 것을 일 예로 하여 설명한다.
레그 지지 유닛(100)은 레그(20)를 지지하는 지지부(110), 지지부(110)와 레그(20)를 연결하는 연결부(120)를 포함할 수 있다.
지지부(110)는 해저(B)에 안착되어 레그(20)를 지지할 수 있으며 연결부(120)에 의해 레그(20)와 연결될 수 있다. 지지부(110)는 개방된 부분이 없는 판재 형태의 지지판(111) 및 지지판(111)에 연결되고 개방 공간(113)을 갖는 지지 프레임(112)을 포함할 수 있다.
지지판(111)은 연결부(120)와 연결될 수 있고, 해수면 아래로 이동할 경우 해수의 유동 저항 또는 부력으로 인해 수평 방향으로 펼쳐질 수 있으며, 지지 프레임(112)은 개방 공간(113)을 가져서 해저(B) 상에 돌출된 부분이 개방 공간(113)을 통해 튀어나올 수 있다.
지지판(111)은 지지력을 제공할 수 있는 다양한 재질로 제작될 수 있으며, 지지판(111)은 일 예로 해수보다 밀도가 높은 금속으로 제작될 수 있다. 지지판(111)이 해수보다 밀도가 높은 금속일 경우, 지지판(111)은 레그(20)가 해수면(S) 아래로 하강할 때 레그(20)의 하강에 따라 발생하는 해수의 유동 저항에 의해 수평방향으로 펼쳐질 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나 지지부(110)에 지지부(100)를 펼치거나 접을 수 있는 별도의 구동 장치가 제공될 수 있으며, 이 때 구동 장치는 원격으로 제어될 수도 있다.
또한, 지지판(111)은 탄소 섬유와 같이 해수보다 밀도는 작지만 강성이 큰 물질로 제작될 수도 있다. 지지판(111)의 밀도가 해수보다 작을 경우 지지판(111)은 부력에 의해 펼쳐질 수 있다. 그러나 지지판(111)은 전술된 구조 및 재질로 제작되는 것으로 한정되는 것은 아니며 레그(20)에 대해 접히거나 펼쳐질 수 있는 다양한 구조를 작고 다양한 재질로 제작될 수 있다.
그리고 전술된 지지부(110)는 지지판(111) 또는 지지 프레임(112) 중 어느 하나의 구조만을 가질 수도 있다.
연결부(120)는 지지부(110)를 레그(20)에 회전 가능하게 연결시킬 수 있다. 연결부(120)는 전술된 회전축(25)이 삽입될 수 있는 관 형태일 수 있으며, 연결부(120)는 상기 회전축(25)을 중심으로 회전될 수 있다. 그리고 연결부(120)는 상기 지지부(110)에 연결되거나 일체로 형성될 수도 있고 회전축(25)에 탈부착이 가능하게 장착될 수 있다.
도 3은 도 2의 레그 지지 유닛(100)의 연결부(120)의 일 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 연결부(120')의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
연결부(120)는 회전축(25)에 탈부착 가능하게 장착될 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, 연결부(120)는 일 예로 힌지(122)를 중심으로 서로 멀어지거나 가까워질 수 있는 한 쌍의 고리 부재(121) 및 한 쌍의 상기 고리 부재(121)를 결합시키는 고정 부재(123)를 포함할 수 있다.
또한 연결부(120)의 다른 예로, 도 4를 참조하면 연결부(120')는 힌지(122)를 중심으로 서로 멀어지거나 가까워질 수 있는 한 쌍의 고리 부재(121')를 포함할 수 있으며, 한 쌍의 상기 고리 부재(121')에는 서로 억지 끼움될 수 있는 끼움부(124)가 형성될 수 있다. 그러나 연결부(120)는 전술된 구조 이외에도 회전축(25)에 탈부착 가능하게 장착되는 다양한 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 레그 지지 유닛(100)은 각도 제한부(140) 및 각도 조절부(150) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 2의 레그 지지 유닛(100)의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 각도 제한부(140)는 지지부(110)의 회전 각도를 제한하는 것으로, 그 제한 각도가 일정할 수 있다. 각도 제한부(140)는 일 예로 브래킷(22)에 연결된 각도 제한바(141) 및 각도 제한바(141)에 연결된 각도 제한 부재(142)를 포함할 수 있다. 각도 제한바(141)는 레그(20)에서부터 외측으로 돌출되게 브래킷(22)과 연결될 수 있으며, 각도 제한 부재(142)는 각도 제한바(141)의 하측에 장착될 수 있다.
본 실시예에서는 각도 제한바(141)가 수평 방향으로 제공된 것으로 도시하였으나 제한하고자 하는 지지부(110)의 회전 각도에 따라 각도 제한바(141)의 배치 각도 역시 변경될 수 있다.
각도 제한 부재(142)는 지지부(110)의 상측에서 지지부(110)를 가압할 수 있으며, 각도 제한 부재(142)의 가압 시 지지부(110)의 파손을 방지하기 위해서 각도 제한부재(142)는 탄성 물질 또는 합성 수지 등으로 제작될 수 있다.
도 7은 도 2의 레그 지지 유닛(100')의 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 8 내지 도 10은 도 5의 레그 지지 유닛(100')의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예는 전술된 실시예와 비교하여 레그 지지 유닛(100')이 각도 제한부(140) 대신 각도 조절부(150)를 포함하는 것에 차이가 있을 뿐이므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 상기 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 각도 조절부(150)는 지지부(110)의 회전 각도를 다양하게 조절할 수 있는 것으로, 일 예로 유압 실린더일 수 있다. 각도 조절부(150)가 유압 실린더일 경우 유압 실린더로부터 외측으로 연장되게 직선 왕복 구동하는 작동핀(151)의 길이에 따라 지지부(110)의 회전 각도가 조절될 수 있다.
이하에서는 각도 조절부(150)가 유압 실린더인 경우를 일 예로 하여 설명한다. 유압 실린더(150) 몸체는 브래킷(22') 저면에 상하 방향으로 연결될 수 있으며, 유압 실린더(150)의 작동핀(151)은 지지부(110)의 상측에서 상하로 이동할 수 있다. 작동핀(151)이 하측으로 이동시 지지부(110)는 하측으로 가압될 수 있으며, 지지부(110) 회전 각도는 감소될 수 있다. 그리고 작동핀(151)이 상측으로 이동시 지지부(110)를 가압하는 가압력은 감소될 수 있으며 이에 따라 지지부(110)의 회전 각도는 증가될 수 있다. 이때, 작동핀(151)이 지지부(110)와 접촉하는 단부에는 지지부(110)의 손상을 방지할 수 있는 접촉 패드(152)가 제공될 수 있으며, 접촉 패드(152)는 일 예로 탄성 물질 또는 합성 수지 등으로 제작될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도 11은 도 1의 부유식 구조물(10)의 항해 모드를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 부유식 구조물(10)은 해상 풍력 발전기를 설치하거나 시추 작업을 하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동될 수 있다. 그리고 부유식 구조물(10)이 잭업 모드로 전환되기 이전에, 레그(20)가 침투되어야 하는 해저(B)의 지질 및 지형 정보가 사전에 조사될 수 있다. 조사된 해저(B) 지질 및 지형에서 레그(20)가 안정적으로 지지되기 어려울 경우, 본 실시예에 따른 레그 지지 유닛(100)의 연결부(120)를 회전축(25)에 장착시킬 수 있다.
또한, 해저(B)의 지질 및 지형에 따라 지지부(110)의 구조를 달리하여 레그 지지 유닛(100)을 회전축(25)에 장착시킬 수 있다. 일 예로, 해저(B)의 지질이 고르고 돌출된 부분이 없는 경우 레그 지지 유닛(100)의 지지부(110)는 하나의 지지판(111)으로만 구성될 수 있다.
레그(20)에 레그 지지 유닛(100)이 장착되면, 레그 지지 유닛(100)은 해수면(S) 상측에 위치할 수 있으며, 지지부(110)는 중력에 의해 회전축(25)을 중심으로 하측으로 길게 펼쳐질 수 있다.
그리고 부유식 구조물(10)은 목적 위치까지 이동한 후, 도 1에서와 같이 잭업 모드로 전환하여 레그(20)를 해저(B)에 박는다. 이 과정에서, 레그(20)는 중력 및 레그 가이드부(30)의 구동장치에 의해 본체(10)의 하방으로 이동될 수 있다. 그리고 이 때 지지판(111)은 개방된 부분이 없는 판재이므로 해수의 저항 또는 부력을 효율적으로 받을 수 있으며, 해수의 저항 또는 부력에 의해서 지지부(110)는 회전축(22)을 중심으로 상측으로 회전할 수 있으며, 이에 따라 지지부(110)는 레그(20)를 중심으로 외측으로 펼쳐질 수 있다.
스퍼드캔(26) 및 레그(20)의 해저(B) 침투가 완료되면, 지지부(110)는 해저(B)에 안착되어 레그(20)를 지지할 수 있다. 이 때 지지 프레임(112)이 개방 공간(113)을 가져서 해저(B)의 돌출된 부분이 존재할 경우에도 지지부(110)는 해저(B)에 안정적으로 안착될 수 있다.
그리고 레그 지지 유닛(100)이 각도 제한부(140)를 가질 경우 도 4에서와 같이 지지부(110)가 일정 각도를 갖고 해저(B)에 안착될 수 있으며, 레그 지지 유닛(100)이 각도 조절부(150)를 가질 경우에는 지지부(110)가 도 6에서와 같이 해저(B)의 각도에 따라서 지지부(110)를 가압할 수 있다. 따라서 해저(B)의 경사도에 따라 지지부(110)의 각도가 조절될 수 있으며, 이에 따라 지지부(110)가 해저(B)에 안정적으로 안착될 수 있다.
그리고 다시 본체(11)가 항해 모드로 전환될 경우, 레그(20)의 상승과 함께 레그 지지 유닛(100)은 해수면(S) 위로 노출될 수 있으며, 이에 따라 지지부(110)는 하측으로 회전될 수 있다.
본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 레그(20)가 해저(B)로 침투되어 고정되는 것 이외에 별도로 레그(20)를 지지할 수 있는 레그 지지 유닛(100)을 포함하므로 해저(B) 붕괴 시에도 레그(20)가 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 연결부(120)가 탈부착 가능한 구조를 가지므로 해저(B) 지질 및 지형에 대응되는 지지부(110)를 갖는 레그 지지 유닛(100)이 선택적으로 회전축(22)에 장착될 수 있다. 또한 해저(B) 경사도에 대응되게 지지부(110)의 각도가 변경될 수 있으므로 지지부(110)가 해저(B)에 안정적으로 안착될 수 있으며, 이에 따라 레그(20)가 레그 지지 유닛(100)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 기술 사상의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 기술 사상의 범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 기술 사상의 범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이고, 그와 같은 실시는 모두 본 기술 사상의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 부유식 구조물 11: 본체
20: 레그 30: 레그 가이드부
100: 레그 지지 유닛 110: 지지부
111: 지지판 112: 지지 프레임
120: 연결부 140: 각도 제한부
150: 각도 조절부

Claims (7)

  1. 본체;
    상기 본체에 대해상하 방향으로 이동하는 레그; 및
    상기 레그에 연결되고, 상기 해저면에 안착되어 상기 레그를 지지하는 레그 지지 유닛을 포함하는 부유식 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레그 지지 유닛은
    상기 레그 외측면에 연결되고 상기 레그의 외측으로 펼쳐져서 상기 해저면에 안착되는 지지부; 및
    상기 지지부를 상기 레그에 대해 회전 가능하게 연결하는 연결부를 포함하는 부유식 구조물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부의 회전 각도를 제한하는 각도 제한부를 더 포함하는 부유식 구조물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 연결부에 연결되는 지지판; 및
    상기 지지판에 연결되고 개방 공간을 갖는 지지 프레임을 포함하는 부유식 구조물.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부의 회전 각도를 조절하는 각도 조절부를 더 포함하는 부유식 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 각도 조절부는,
    상기 작동핀이 직선 왕복 구동하는 유압 실린더이고,
    상기 지지부는 상기 지지부의 가압에 의해 회전 각도가 조절되는 부유식 구조물.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 레그에는 상기 레그의 길이 방향과 수직하게 회전축이 연결되고,
    상기 연결부는,
    상기 회전축에 탈부착 가능하게 연결되는 부유식 구조물.
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