KR20170035521A - 해양구조물 설치선박 - Google Patents

Abstract

해양구조물 설치선박을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박은 선체; 선체 하부에 설치되며 해양구조물을 지지한 상태로 수중에서 승강하는 수중승강장치; 및 선체 상부에 설치되며 해양구조물을 결속한 상태로 선체 상부에서 승강하는 상부승강장치를 포함한다.

Description

해양구조물 설치선박{Offshore structure installation vessel}

본 발명은 해양구조물 설치선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양구조물을 수중에 내리면서 조립할 수 있고, 해양구조물 조립 후 쉽게 상승시켜 설치를 수행할 수 있는 해양구조물 설치선박에 관한 것이다.

풍력터빈과 같은 구조물을 해상에 설치할 때는 육상에서 제작된 구조물의 부품들을 선박에 실어 해상의 작업위치로 옮기고, 해상의 작업위치에 도착하여 부품들을 조립하는 설치작업을 수행한다.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0015961호(2014,.02.07. 공개)는 해상에서 풍력터빈의 운송 및 설치를 수행하는 설치선박의 예를 제시하고 있다. 이 설치선박은 풍력터빈의 부품들을 적재한 상태로 해상 작업위치로 이동한다. 작업위치로 이동한 후에는 잭킹시스템의 다리를 해저에 내려 선체를 해수면으로부터 상승시킨 상태에서 기초구조물 위에 풍력터빈의 부품들을 조립하는 설치작업을 수행한다.

그러나 이러한 설치선박은 설치작업을 하는 과정에서 재킹시스템을 이용해 선체 전체를 들어 올리기 때문에 재킹시스템에 큰 부하가 걸릴 뿐 아니라, 설치가 진행되어 갈수록 선체를 높게 상승시켜야 했다.

또 이러한 설치선박을 이용해 풍력터빈처럼 높이가 높은 해상구조물을 설치할 때는 설치가 진행되어 갈수록 크레인작업 및 작업자가 부품들을 연결하는 작업 등을 고공에서 수행해야 하기 때문에 설치작업에 어려움이 있었다.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0015961호(2014,.02.07. 공개)

본 발명의 실시 예는 해상에 설치되는 해양구조물의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 해양구조물 설치선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체 하부에 설치되며 해양구조물을 지지한 상태로 수중에서 승강하는 수중승강장치; 및 상기 선체 상부에 설치되며 상기 해양구조물을 결속한 상태로 상기 선체 상부에서 승강하는 상부승강장치를 포함하는 해양구조물 설치선박이 제공될 수 있다.

상기 선체는 상기 해양구조물의 설치작업을 위해 상하로 관통되게 형성되고 상기 선체의 측면 쪽으로 개방된 개방부를 포함할 수 있다.

상기 수중승강장치는 부력조절에 의해 승강하는 잠수체와, 상기 잠수체와 상기 선체를 연결하여 상기 잠수체의 승강을 안내하는 승강안내부를 포함할 수 있다.

상기 승강안내부는 상기 잠수체로부터 상방으로 연장되며 상기 선체에 슬라이딩 가능하게 지지된 복수의 지지바를 포함할 수 있다.

상기 잠수체는 상기 선체의 개방부 하측에 대응하도록 형성된 개방부를 포함하고, 상기 수중승강장치는 상기 잠수체의 개방부 위에 설치되어 상기 해양구조물의 하부를 지지하는 하측지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 하측지지부는 상기 잠수체 위에 이동 가능하게 설치된 이동부재와, 상기 이동부재에 설치되어 상기 해양구조물 하부를 결속하거나 결속을 해제하는 하부결속장치를 포함할 수 있다.

상기 상부승강장치는 상기 선체의 개방부 양측으로부터 각각 상방으로 연장되며 상호 평행하게 배치된 복수의 지지프레임과, 상기 지지프레임을 따라 승강하도록 설치된 승강프레임과, 상기 승강프레임에 설치되며 상기 해양구조물을 결속하거나 결속을 해제하는 상부결속장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체 하부에서 승강하는 수중승강장치 위에 타워구조물을 적층하는 방식으로 조립하되, 타워구조물을 수중에 내리면서 조립을 진행하는 타워구조물 조립단계; 조립된 타워구조물을 수중에 내린 상태에서 타워구조물 상부를 상기 선체 상부에 마련된 상부승강장치의 결속장치로 결속하고, 타워구조물 상부에 나셀과 블레이드를 조립하는 단계; 나셀과 블레이드 조립 후 상기 수중승강장치와 상기 상부승강장치를 이용해 조립된 풍력터빈을 상승시키는 상승단계; 및 상기 상승단계 후 상기 선체를 이동시켜 조립된 풍력터빈을 해상 기초구조물 위에 설치하는 단계를 포함하는 해상 풍력터빈 설치방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박은 풍력터빈의 타워구조물과 같은 해양구조물을 수중에 내리면서 조립할 수 있고, 조립된 구조물을 수중승강장치와 상부승강장치를 이용해 상승시킬 수 있기 때문에 대부분의 조립작업이 선체의 갑판과 인접한 높이에서 이루어지도록 할 수 있다. 즉 조립작업 대부분을 선체의 갑판 근처에서 수행할 수 있기 때문에 해양구조물의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예에 따른 설치선박은 잠수체가 부력에 의해 상승하면서 조립된 해양구조물을 밀어 올리기 때문에 수중에 내리며 조립한 구조물을 쉽게 상승시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박의 사시도이다.
도 2 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박의 측면도로, 설치선박을 이용하여 해상에 풍력터빈을 설치하는 예를 단계적으로 보여준다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박을 나타낸다. 이 설치선박(100)은 풍력터빈처럼 크고 높은 해양구조물을 해상에서 조립해 설치하는데 이용할 수 있다. 아래는 해양구조물의 일 예로써 해상에 풍력터빈을 설치하는 경우를 위주로 설명하지만, 이 설치선박(100)을 이용해 설치할 수 있는 해양구조물이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 설치선박(100)은 해상에 부유하는 선체(110), 선체(110) 하부에 승강 가능하게 설치되는 수중승강장치(120), 선체(110) 상부에 설치되는 상부승강장치(140)를 포함한다. 선체(110) 상부에는 풍력터빈과 같은 해양구조물의 설치작업을 수행하는 크레인(150)이 설치되고, 선체(110)의 갑판에는 설치할 해양구조물의 부품들(10,20,30)이 적재될 수 있다.

선체(110)는 풍력터빈 타워구조물(10)처럼 높이가 높은 구조물의 설치작업을 수행할 수 있도록 일측에 상하로 관통되게 형성되며, 한쪽이 선체(110)의 측면 쪽(둘레 쪽)으로 개방된 개방부(111)를 구비한다.

수중승강장치(120)는 선체(110)의 하부에 선체(110)와 대응하는 크기로 마련되며 부력조절에 의해 승강할 수 있는 잠수체(121)와, 잠수체(121)와 선체(110)를 연결해 잠수체(121)의 승강을 안내하는 승강안내부(122)를 구비한다.

승강안내부(122)는 도 1에 도시한 바와 같이, 잠수체(121)의 사방 모서리 쪽으로부터 각각 상방으로 길게 연장되며, 선체(110)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 복수의 지지바(122a)를 포함할 수 있다.

승강안내부(122)는 잠수체(121)가 선체(110)의 하부에서 승강궤적을 유지하며 승강하도록 안내하고, 수류의 영향에도 잠수체(121)가 선체(110)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 여기서는 일 예로써 복수의 지지바(122a) 형태의 승강안내부(122)를 제시하였으나, 승강안내부(122)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 승강안내부는 선체(110)와 잠수체(121)를 연결하면서 잠수체(121)의 승강을 안내할 수 있는 형태로 다양하게 변경될 수 있다.

잠수체(121)는 그 내부의 밸러스트탱크(미도시)에 해수를 채우거나 배출시키는 방식으로 부력을 조절할 수 있고, 이를 통해 도 2와 도 3의 예처럼 잠수 깊이를 조절할 수 있다. 또 수중에서 뜨지도 가라앉지도 않는 중성부력 상태를 유지할 수 있다.

잠수체(121)는 도 1에 도시한 바와 같이, 선체(110)의 개방부(111) 하측에 선체의 개방부(111)와 대응하는 크기로 형성된 개방부(123)를 포함한다. 잠수체(121)에 형성된 개방부(123) 역시 풍력터빈 타워구조물(10) 등의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있도록 잠수체(121)의 상하로 관통된 형태이고, 측면 쪽으로 개방된다.

수중승강장치(120)는 잠수체(121)의 개방부(123) 위에 설치되어 타워구조물(10)의 하부를 지지할 수 있는 하측지지부(130)를 구비한다.

하측지지부(130)는 잠수체(121)의 상면에 설치된 레일(131)을 따라 이동할 수 있도록 설치된 이동부재(132)와, 이동부재(132)에 설치되어 조립되는 해양구조물 하부를 결속해 지지하는 하부결속장치(133)를 포함할 수 있다.

이동부재(132)는 도 2에 도시한 예처럼 조립되는 구조물 하부를 지지할 수 있도록 잠수체(121)의 개방부(123) 양측에 걸치는 형태로 설치되며, 필요에 따라 레일(131)을 따라 전후로 이동하여 설치작업에 간섭되지 않도록 할 수 있다. 도면에 상세히 나타내지 않았지만, 이동부재(132)에는 이동을 구현하는 구동장치가 설치될 수 있다.

하부결속장치(133)는 이동부재(132) 위에 진퇴 가능하게 설치되어 구조물 하부를 결속할 수 있는 두 클램핑부재(133a)와, 두 클램핑부재(133a)를 동작시키는 구동부(133b)를 포함할 수 있다.

하측지지부(130)는 도 7에 도시한 바와 같이, 풍력터빈과 같은 구조물을 조립하는 경우에 상측 타워구조물(10a)의 조립을 완료한 후, 하측 타워구조물(10b)을 조립하기 위해 레일(131)을 따라 측방으로 이동할 수 있다. 즉 기 조립된 상측 타워구조물(10a)과 간섭없이 크레인(150) 작업을 수행하기 위해 측방으로 이동할 수 있다.

상부승강장치(140)는 도 1에 도시한 바와 같이, 선체(110)의 개방부(111) 양측으로부터 각각 상방으로 길게 연장되며 상호 평행하게 배치된 두 지지프레임(141), 지지프레임(141)을 따라 승강하도록 설치된 승강프레임(142), 승강프레임(142)에 설치되며 조립된 구조물(10)을 결속하거나 결속을 해제하는 상부결속장치(143)를 포함한다.

승강프레임(142)은 양측이 두 지지프레임(141)에 승강 가능하게 지지된다. 승강프레임(142)은 도면에 나타내지는 않았지만, 지지프레임(141)을 따라 승강하도록 동작하는 구동장치와, 정지상태 유지를 위한 브레이크를 포함할 수 있다. 또 구동장치는 지지프레임(141)의 길이방향으로 길게 마련되는 랙기어, 랙기어에 치합되는 피니언기어, 피니언기어를 회전시키는 구동모터를 포함하는 형태일 수 있다.

상부결속장치(143)는 조립된 구조물(10) 외면을 결속하는 두 클램핑부재(143a)와 이들 클램핑부재(143a)를 동작시키는 구동부(143b)를 포함할 수 있다.

상부승강장치(140)는 도 7과 도 10에 도시한 바와 같이, 조립 중인 구조물 또는 조립이 완료된 구조물(10)을 결속한 상태로 승강할 수 있다.

다음은 도 2 내지 도 11을 참조하면서 본 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박을 이용하여 해상에 풍력터빈을 설치하는 방법을 설명한다.

해상에 풍력터빈을 설치할 때는 도 2에 도시한 바와 같이, 풍력터빈 타워구조물(10) 중에서 상측 타워구조물(10a)을 먼저 조립한다. 이때는 크레인(150)으로 타워구조물(10)의 부품(10a)을 인양한 상태에서 선체(110)의 개구부(111)를 통하여 수중승강장치(120)의 잠수체(121) 개구부(123)에 설치된 하측지지부(130) 위에 타워구조물(10)을 수직으로 세워서 설치하고, 타워구조물(10) 하부를 하부결속장치(133)로 결속한다. 이어서 그 위에 타워구조물(10)의 부품(10a)을 적층시키고 볼트를 체결해 조립한다. 이때 상부승강장치(140)의 승강프레임(142)과 상부결속장치(143)는 작업에 방해되지 않도록 상부로 올려둘 수 있다.

조립을 진행하면서 타워구조물(10)의 높이가 높아지면, 도 3에 도시한 바와 같이, 수중승강장치(120)의 잠수체(121)를 수중에 내리는 방식으로 적층되어 조립된 타워구조물(10)을 수중으로 내린다. 이처럼 타워구조물(10)을 수중에 내리면서 조립하면, 크레인(150)의 높이를 높이지 않고서도 조립작업을 수행할 수 있고, 작업자가 선체(110)의 갑판과 인접한 위치에서 타워구조물(10)의 조립작업을 수행할 수 있기 때문에 조립작업을 용이하게 수행할 수 있다.

상측 타워구조물(10a)의 조립이 완료되면, 도 3에 도시한 예처럼, 상부승강장치(140)의 승강프레임(142)을 하강시켜 상부결속장치(143)로 타워구조물(10)의 상부를 결속해 지지한다. 이후 도 4에 도시한 바와 같이, 타워구조물(10) 상부에 나셀(20)을 조립하고, 이어서 도 5에 도시한 바와 같이, 나셀(20)에 블레이드(30)를 조립한다.

나셀(20)과 블레이드(30)의 조립작업도 선체(110)의 갑판 근처에서 이루어지기 때문에 조립작업을 용이하게 수행할 수 있다. 조립과정에서 하측에 위치하는 블레이드(30)는 일부가 수중에 잠길 수 있다.

나셀(20)과 블레이드(30)의 조립이 완료된 후에는 도 6에 도시한 바와 같이, 상부결속장치(143)의 결속을 약간 풀어준 상태에서 잠수체(121)를 상승시킴으로써 이제까지 조립된 풍력터빈을 상승시킨다. 잠수체(121)가 부력에 의해 상승하면서 조립된 풍력터빈을 밀어 올리므로 풍력터빈을 쉽게 상승시킬 수 있다. 이때 상부결속장치(143)는 약간 결속을 푼 상태로 타워구조물(10)을 지지함으로써 타워구조물(10)이 넘어지지 않고 상승하도록 하고, 하부결속장치(133)는 타워구조물(10) 하부의 결속을 유지함으로써 안정된 상승이 이루어지도록 한다.

이러한 작업 후 상부결속장치(143)는 도 6의 상태에서 타워구조물(10)의 외면을 결속하고, 하부결속장치(133)는 결속을 풀어준다. 그리고 상부결속장치(143)는 도 7에 도시한 바와 같이, 타워구조물(10)을 결속한 상태에서 승강프레임(142)의 동작에 의해 상승함으로써 이제까지 조립된 풍력터빈 구조물을 상승시킨다.

이후 잠수체(121)에 설치된 하측지지부(130)는 도 7에 도시한 바와 같이, 이미 조립된 상측 타워구조물(10a)과 간섭되지 않도록 측방으로 약간 이동하고, 크레인(150)은 위치가 변경된 하측지지부(130) 위에 나머지 하측 타워구조물(10b)의 조립을 수행한다. 이때는 하측 타워구조물(10b)을 조립할 때도 상측 타워구조물(10a)을 조립할 때와 마찬가지로 잠수체(121)를 수중에 내리면서 조립작업을 진행한다.

하측 타워구조물(10b)의 조립이 완료된 후에는 도 8에 도시한 바와 같이, 하측지지부(130)를 이동시켜 조립된 하측 타워구조물(10b)이 상부결속장치(143)에 지지된 상측 타워구조물(10a) 하부로 이동하도록 하고, 도 9에 도시한 바와 같이, 상부결속장치(143)를 내려 상측 타워구조물(10a)과 하측 타워구조물(10b)을 연결한다. 타워구조물(10) 연결을 마친 후에는 상부결속장치(143)가 결속을 풀고 하강한 상태에서 잠수체(121)가 상승하여 조립된 풍력터빈을 상승시킨다. 물론 이때는 하부결속장치(133)가 풍력터빈 타워구조물(10) 하부를 결속한 상태를 유지하므로 풍력터빈을 안정적으로 상승시킬 수 있다.

잠수체(121)를 상승시켜 조립된 풍력터빈을 상승시킨 후에는 도 10에 도시한 바와 같이, 상부결속장치(143)로 타워구조물(10)을 결속한 상태에서 하부결속장치(133)의 결속을 풀고, 상부결속장치(143)를 상승시켜 조립이 완료된 풍력터빈을 약간 더 상승시킨다. 그리고 하측지지부(130)는 도 11과 같이 최종 설치작업에서 기초구조물(150)과 간섭되지 않도록 잠수체(121)의 개구부(123) 상부를 벗어나도록 이동시킨다.

이 상태에서 선체(110)는 도 11에 도시한 바와 같이, 기초구조물(50)이 설치된 설치영역으로 이동해 조립된 풍력터빈을 기초구조물(50) 위에 설치한다. 이때는 해상에 미리 설치된 기초구조물(50)의 상부가 잠수체(121)와 선체(110)의 개구부(111,123)로 진입하도록 선체(110)를 이동시켜 기초구조물(50)이 조립된 풍력터빈의 하부에 위치하도록 한 상태에서 상부결속장치(143)를 하강시켜 타워구조물(10)을 기초구조물(50) 위에 조립한다.

타워구조물(10)을 기초구조물(50)에 설치한 후에는 상부결속장치(143)의 결속을 풀고 선체(110)가 이동함으로써 해상 풍력터빈의 설치를 완료한다.

이처럼 본 실시 예에 따른 설치선박(100)은 풍력터빈의 타워구조물(10)을 수중에 내리면서 조립할 수 있고, 조립된 구조물을 수중승강장치(120)와 상부승강장치(140)를 이용해 상승시킬 수 있기 때문에 대부분의 풍력터빈 조립작업이 선체(110)의 갑판과 인접한 높이에서 이루어지도록 할 수 있다. 즉 조립작업 대부분을 선체(110)의 갑판 근처에서 수행하여 고공작업을 하지 않아도 되기 때문에 풍력터빈의 해상 설치작업을 용이하게 수행할 수 있다.

본 실시 예에 따른 설치선박(100)은 잠수체(121)가 부력에 의해 상승하면서 조립된 풍력터빈 구조물을 밀어 올리기 때문에 수중에 내리며 조립한 구조물을 쉽게 상승시킬 수 있다.

한편, 본 실시 예는 풍력터빈의 타워구조물(10)의 길이가 길어서 상측 타워구조물(10a)을 먼저 조립하고, 이후 하측 타워구조물(10b)을 조립한 후 이들을 상호 연결시키는 예를 설명하였으나, 타워구조물(10)의 길이가 짧을 경우에는 도 7, 도 8, 도 9에 도시한 단계들(하측 타워구조물을 조립해 연결하는 공정들)을 생략하고, 도 6의 단계에서 곧 바로 도 10의 단계를 수행할 수도 있다.

10: 타워구조물, 20: 나셀,
30: 블레이드, 100: 설치선박,
110: 선체, 111: 선체의 개방부,
120: 수중승강장치, 121: 잠수체,
122: 승강안내부, 123: 잠수체의 개방부,
130: 하측지지부, 132: 이동부재,
133: 하부결속장치, 140: 상부승강장치,
141: 지지프레임, 142: 승강프레임,
143: 상부결속장치, 150: 크레인.

Claims (8)

1. 선체;
   상기 선체 하부에 설치되며 해양구조물을 지지한 상태로 수중에서 승강하는 수중승강장치; 및
   상기 선체 상부에 설치되며 상기 해양구조물을 결속한 상태로 상기 선체 상부에서 승강하는 상부승강장치를 포함하는 해양구조물 설치선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 선체는 상기 해양구조물의 설치작업을 위해 상하로 관통되게 형성되고 상기 선체의 측면 쪽으로 개방된 개방부를 포함하는 해양구조물 설치선박.
3. 제2항에 있어서,
   상기 수중승강장치는,
   부력조절에 의해 승강하는 잠수체; 및
   상기 잠수체와 상기 선체를 연결하여 상기 잠수체의 승강을 안내하는 승강안내부를 포함하는 해양구조물 설치선박.
4. 제3항에 있어서,
   상기 승강안내부는 상기 잠수체로부터 상방으로 연장되며 상기 선체에 슬라이딩 가능하게 지지된 복수의 지지바를 포함하는 해양구조물 설치선박.
5. 제3항에 있어서,
   상기 잠수체는 상기 선체의 개방부 하측에 대응하도록 형성된 개방부를 포함하고,
   상기 수중승강장치는 상기 잠수체의 개방부 위에 설치되어 상기 해양구조물의 하부를 지지하는 하측지지부를 더 포함하는 해양구조물 설치선박.
6. 제5항에 있어서,
   상기 하측지지부는,
   상기 잠수체 위에 이동 가능하게 설치된 이동부재; 및
   상기 이동부재에 설치되어 상기 해양구조물 하부를 결속하거나 결속 해제하는 하부결속장치를 포함하는 해양구조물 설치선박.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상부승강장치는,
   상기 선체의 개방부 양측으로부터 각각 상방으로 연장되며 상호 평행하게 배치된 복수의 지지프레임;
   상기 지지프레임을 따라 승강하도록 설치된 승강프레임; 및
   상기 승강프레임에 설치되며 상기 해양구조물을 결속하거나 결속을 해제하는 상부결속장치를 포함하는 해양구조물 설치선박.
8. 제1항에 있어서,
   상기 해양구조물이 해상에 설치되는 풍력터빈인 것을 특징으로 하는 해양구조물 설치선박.
   

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