KR20170107628A - 해양구조물 설치선박 - Google Patents

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KR20170107628A
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Abstract

해양구조물 설치선박을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박은 선체; 선체를 지지하는 다리와, 다리를 승강시키는 재킹구동부를 갖춘 복수의 재킹장치; 선체 하부에 설치되며 해양구조물을 지지한 상태로 승강하는 하부승강장치; 및 선체 상부에 설치되며 해양구조물을 결속해 승강시키는 상부승강장치를 포함한다.

Description

해양구조물 설치선박{Offshore structure installation ship}
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.
풍력발전기와 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 풍력발전기의 운송 및 설치를 수행하는 설치선박의 예를 제시하고 있다. 이 설치선박은 풍력발전기의 부품들을 적재한 상태로 해상 작업위치로 이동한다. 작업위치로 이동한 후에는 잭킹시스템의 다리를 해저에 내려 선체를 해수면으로부터 상승시킨 상태에서 기초구조물 위에 풍력발전기의 부품들을 조립하는 설치작업을 수행한다.
그러나 이러한 설치선박은 설치작업을 하는 과정에서 재킹시스템을 이용해 선체 전체를 높은 위치까지 들어 올려야 하기 때문에 다리의 길이가 길고 부피가 큰 대용량의 재킹시스템을 채용해야 했다. 또 풍력발전기처럼 높이가 높은 해양구조물을 설치할 경우 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 해양구조물의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 해양구조물 설치선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체를 지지하는 다리와, 상기 다리를 승강시키는 재킹구동부를 갖춘 복수의 재킹장치; 상기 선체 하부에 설치되며 해양구조물을 지지한 상태로 승강하는 하부승강장치; 및 상기 선체 상부에 설치되며 해양구조물을 결속해 승강시키는 상부승강장치를 포함하는 해양구조물 설치선박이 제공될 수 있다.
상기 선체는 상하로 관통되고 선미 쪽으로 개방된 문풀을 포함할 수 있다.
상기 선체는 상기 문풀의 상측 테두리를 이루며 선미방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이딩프레임을 포함할 수 있다.
상기 하부승강장치는 상기 문풀 하측에 마련되어 해양구조물을 지지하며, 부력조절에 의해 승강할 수 있는 하측지지부; 상기 하측지지부와 상기 선체를 연결하여 상기 하측지지부의 승강을 안내하는 승강안내부; 및 상기 하측지지부에 설치되어 해양구조물 하부를 결속하며, 상기 하측지지부에 설치된 레일을 따라 이동할 수 있는 하부결속장치를 포함할 수 있다.
상기 승강안내부는 상기 하측지지부로부터 상방으로 연장되며 상기 선체에 슬라이딩 가능하게 지지된 복수의 지지바를 포함할 수 있다.
상기 하부결속장치는 상기 레일을 따라 이동하는 이동프레임; 및 상기 이동프레임에 설치되어 상기 해양구조물 하부를 결속하거나 결속 해제하는 하부결속유닛을 포함할 수 있다.
상기 상부승강장치는 상기 슬라이딩프레임 양측으로부터 각각 상방으로 연장되며 상호 평행하게 배치된 복수의 지주; 상기 지주를 따라 승강하도록 설치된 승강프레임; 및 상기 승강프레임에 설치되며 상기 해양구조물을 결속하거나 결속을 해제하는 상부결속유닛을 포함할 수 있다.
상기 해양구조물이 풍력발전기일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박은 풍력발전기의 타워구조물과 같은 해양구조물을 수중에 내리면서 조립할 수 있고, 조립된 구조물을 하부승강장치와 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 하측지지부가 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 12는 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박의 측면도로, 설치선박의 운용방법 및 이용하여 해상에 풍력발전기를 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 풍력발전기처럼 크고 높은 해양구조물을 해상에서 조립해 설치하는데 이용할 수 있다. 아래는 해양구조물의 일 예로써 해상에 풍력발전기를 설치하는 경우를 위주로 설명하지만, 이 설치선박(100)을 이용해 설치할 수 있는 해양구조물이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 해양구조물 설치선박(100)은 설치할 해양구조물의 부품들을 탑재해 운송하는 선체(110), 해상 작업영역에 이르러 설치작업을 수행하기 위해 선체(110)를 승강시키는 복수의 재킹장치(160), 설치작업을 수행하는 크레인(150)을 구비한다.
재킹장치(160)는 선체(110)의 설치된 복수의 재킹구동부(161)와, 각 재킹구동부(161)에 각각 승강 가능하게 설치된 복수의 다리(162)를 구비한다. 각 재킹구동부(161)는 도면에 나타내지는 않았지만, 다리(162)에 길이방향으로 마련되는 기어에 치합된 피니언기어와, 피니언기어를 회전시켜 다리의 승강을 구현하는 구동모터를 포함할 수 있다.
복수의 다리(162)는 상하방향으로 길이가 긴 트러스형 철골구조물로 마련될 수 있고, 도 3의 예처럼 그 하단이 해저면에 내려진 상태로 선체(110)를 지지할 수 있다. 선체(110)는 재킹구동부(161)의 동작에 의해 다리(162)를 따라 승강하여 그 높이가 조절될 수 있다.
설치선박(100)이 운항할 때는 도 2에 도시한 바와 같이, 재킹장치 다리(162)가 상승한 상태를 유지한다. 그리고 설치선박(100)이 작업영역에 도착한 후에는 도 3에 도시한 바와 같이, 재킹장치(160)를 동작시켜 다리(162)를 해저면에 내리고, 선체(110)를 상승시켜 선체(110)가 수면으로부터 이격되도록 함으로써 파도나 해류의 영향 없이 안정된 설치작업을 수행할 수 있다.
선체(110)는 풍력발전기 타워구조물(10)처럼 높이가 높은 구조물의 설치작업을 수행할 수 있도록 선미 쪽에 상하로 관통되고, 선미 방향으로 개방된 문풀(111)과, 문풀(111)의 상측 테두리를 이루며 선미방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이딩프레임(112)을 구비한다. 슬라이딩프레임(112)은 선체(110)에 슬라이딩 가능하게 지지된 상태에서 자체 구동부(미도시)의 동작에 의해 선미 방향으로 이동할 수 있다.
또 설치선박(110)은 문풀(111)이 위치하는 선미 쪽 선체(110)의 하부에서 해양구조물을 지지한 상태로 승강하는 하부승강장치(120)와, 선체(110)의 상부에서 해양구조물을 결속해 승강시키는 상부승강장치(140)를 포함한다.
하부승강장치(120)는 문풀(111) 하측에 마련되어 해양구조물을 지지하며 부력조절에 의해 승강할 수 있는 하측지지부(121), 하측지지부(121)와 선체(110)를 연결하여 하측지지부(121)의 승강을 안내하는 승강안내부(122), 하측지지부(121)에 설치되어 해양구조물 하부를 결속하거나 결속 해제하는 하부결속장치(130)를 구비한다.
승강안내부(122)는 하측지지부(121)의 양측으로부터 각각 상방으로 연장되며, 선체(110)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 복수의 지지바를 포함할 수 있다. 이러한 승강안내부(122)는 하측지지부(121)가 선체(110)의 하부에서 승강궤적을 유지하며 승강하도록 안내하고, 수류의 영향에도 하측지지부(121)가 선체(110)로부터 이탈하는 것을 방지한다.
하측지지부(121)는 그 내부의 밸러스트탱크(미도시)에 해수를 채우거나 배출시키는 방식으로 부력을 조절할 수 있고, 이를 통해 수중에서 승강할 수 있으며, 수중에서 뜨지도 가라앉지도 않는 중성부력 상태를 유지할 수 있다.
하부결속장치(130)는 설치 중인 해양구조물 하부를 결속할 수 있도록 선체(110)의 문풀(111) 영역 내에 설치된다. 또 해양구조물을 결속한 상태에서 하측지지부(121)에 설치된 두 레일(131)을 따라 문풀(111)의 선미 쪽 개방방향으로 이동할 수 있다.
하부결속장치(130)는 하측지지부(121) 상면에 설치된 레일(131)을 따라 이동하는 이동프레임(132)과, 이동프레임(132)에 설치되어 조립되는 해양구조물 하부를 결속해 지지하는 하부결속유닛(133)을 구비한다. 이동프레임(132)은 도면에 나타내지는 않았지만, 이동을 구현하는 구동장치를 포함한다.
하부결속유닛(133)은 이동프레임(132)에 설치되어 구조물 하부를 양측으로부터 결속할 수 있는 두 클램핑부재(133a)와, 두 클램핑부재(133a)를 동작시키는 구동부(133b)를 포함한다.
하부결속장치(130)는 도 8과 도 9에 도시한 바와 같이, 풍력발전기와 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 하측지지부(121) 위에서 이동할 수 있다.
상부승강장치(140)는 도 1에 도시한 바와 같이, 슬라이딩프레임(112) 양측으로부터 각각 상방으로 길게 연장되며 상호 평행하게 배치된 복수의 지주(141), 지주(141)를 따라 승강하도록 설치된 승강프레임(142), 승강프레임(142)에 설치되며 조립된 해양구조물(10)을 결속하거나 결속을 해제하는 상부결속유닛(143)을 구비한다.
승강프레임(142)은 그 양측이 복수의 지주(141)에 승강 가능하게 지지된다. 승강프레임(142)은 도면에 나타내지는 않았지만, 지주(141)를 따라 승강하도록 동작하는 구동장치와, 정지상태 유지를 위한 브레이크를 포함할 수 있다. 또 구동장치는 지주(141)의 길이방향으로 길게 마련되는 랙기어, 랙기어에 치합되는 피니언기어, 피니언기어를 회전시키는 구동모터를 포함하는 형태일 수 있다.
상부결속유닛(143)은 조립된 해양구조물(10) 외면을 결속하는 두 클램핑부재(143a)와, 이들 클램핑부재(143a)를 동작시키는 구동부(143b)를 포함할 수 있다.
상부승강장치(140)는 도 11에 도시한 바와 같이, 조립 중인 해양구조물 또는 조립이 완료된 해양구조물(10)을 결속한 상태로 승강할 수 있다. 또 슬라이딩프레임(112)이 이동함에 따라 슬라이딩프레임(112)과 함께 이동할 수 있다. 따라서 도 11의 예처럼 조립된 해양구조물의 최종설치를 위해 상부승강장치(140)가 해양구조물을 결속해 상승한 상태에서 슬라이딩프레임(112)이 이동함으로써 조립된 해양구조물을 최종 설치위치로 이동시킬 수 있다.
다음은 도 4 내지 도 12를 참조하면서 본 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박의 운용 및 이를 이용하여 해상에 풍력발전기를 설치하는 방법을 설명한다.
해상에 풍력발전기를 설치할 때는 도 4에 도시한 바와 같이, 풍력발전기 타워구조물(10) 중에서 상측 타워구조물(10a)을 먼저 조립한다. 이때는 크레인(150)으로 타워구조물(10)의 부품(10a)을 인양한 상태에서 선체(110)의 문풀(111)을 통하여 하부승강장치(120)의 하측지지부(121) 위에 타워구조물(10a)을 수직으로 세워서 설치하고, 타워구조물(10a) 하부를 하부결속유닛(133)으로 결속한다. 이어서 그 위에 타워구조물의 부품(10a)을 적층시키고 볼트를 체결해 조립한다. 이때 상부승강장치(140)의 승강프레임(142)과 상부결속유닛(143)은 작업에 방해되지 않도록 상부로 올려둘 수 있다.
조립을 진행하면서 타워구조물(10)의 높이가 높아지면, 도 5에 도시한 바와 같이, 하부승강장치(120)의 하측지지부(121)를 수중에 내리는 방식으로 적층된 타워구조물(10a)을 수중으로 내린다. 이처럼 타워구조물(10a)을 수중에 내리면서 조립하면, 크레인(150)의 높이를 높이지 않고서도 조립작업을 수행할 수 있고, 작업자가 선체(110) 위에서 타워구조물(10)의 조립작업을 수행할 수 있기 때문에 조립작업을 용이하게 수행할 수 있다.
상측 타워구조물(10a)의 조립이 완료되면, 도 6에 도시한 예처럼, 상부승강장치(140)의 승강프레임(142)을 하강시켜 상부결속유닛(143)으로 타워구조물(10)의 상부를 결속해 지지한다. 이후 타워구조물(10a) 상부에 나셀(20)을 조립하고, 이어서 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 상부결속유닛(143)을 상승시킴과 동시에 하측지지부(121)를 상승시킴으로써 이제까지 조립된 풍력발전기를 상승시킨다. 하측지지부(121)는 부력을 이용해 상승하면서 조립된 풍력발전기를 밀어 올릴 수 있기 때문에 풍력발전기를 쉽게 상승시킬 수 있다.
또 상부결속유닛(143)은 도 7에 도시한 바와 같이, 하부결속유닛(133)의 결속을 푼 상태에서 타워구조물(10a)을 결속한 상태에서 상승함으로써 이제까지 조립된 풍력발전기 구조물을 추가로 상승시킬 수 있다.
이후 하측지지부(121)에 설치된 하부결속장치(130)는 도 8에 도시한 바와 같이, 측방으로 약간 이동하고, 크레인(150)은 도 9에 도시한 바와 같이, 이미 조립된 상측 타워구조물(10a)과 간섭되지 않는 위치의 하측지지부(121) 위에 나머지 하측 타워구조물(10b)의 조립을 수행한다. 하측 타워구조물(10b)을 조립할 때도 하부결속장치(130)는 하측 타워구조물(10b) 하부를 결속한다. 하측지지부(121)는 필요 시 상측 타워구조물(10a)을 조립할 때와 마찬가지로 수중으로 하강할 수 있다.
하측 타워구조물(10b)의 조립이 완료된 후에는 도 10에 도시한 바와 같이, 하부결속장치(130)를 이동시켜 조립된 하측 타워구조물(10b)이 상부결속유닛(143)에 지지된 상측 타워구조물(10a) 하부로 이동하도록 하고, 이어서 상부결속유닛(143)을 내려 상측 타워구조물(10a)과 하측 타워구조물(10b)을 연결한다.
타워구조물(10) 연결을 마친 후에는 하부결속유닛(133)이 타워구조물(10) 하단의 결속을 풀고, 상부결속유닛(143)이 타워구조물(10)을 결속한 상태에서 약간 상승해 타워구조물(10) 하단이 하측지지부(121)로부터 이격되도록 한다. 이후 슬라이딩프레임(112)은 도 11에 도시한 바와 같이, 상부승강장치(140)와 함께 선미 쪽으로 이동하여 조립된 풍력발전기가 기초구조물(50) 위로 위치하도록 한다.
이 상태에서 도 12에 도시한 바와 같이, 상부결속유닛(143)이 소정구간 하강하여 조립된 풍력발전기를 기초구조물(50) 위에 안착시킨 후 이들을 체결한다. 타워구조물(10)을 기초구조물(50)에 체결한 후에는 상부결속유닛(143)의 결속을 풀고 슬라이딩프레임(112)이 선체 쪽으로 이동함으로써 설치를 완료한다.
이처럼 본 실시 예에 따른 해양구조물 설치선박(100)은 풍력발전기의 타워구조물(10)을 수중에 내리면서 조립할 수 있고, 조립된 구조물을 하부승강장치(120)와 상부승강장치(140)를 이용해 상승시킬 수 있기 때문에 대부분의 풍력발전기 조립작업이 선체(110)의 상면과 인접한 높이에서 이루어지도록 할 수 있다. 즉 조립작업 대부분을 선체(110)의 상면 근처에서 수행하여 고공작업을 하지 않아도 되기 때문에 풍력발전기의 해상 설치작업을 용이하게 수행할 수 있다.
한편, 본 실시 예는 풍력발전기의 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 8, 도 9, 도 10에 도시한 단계들(하측 타워구조물을 조립해 연결하는 공정들)을 생략하고, 도 7의 단계에서 곧 바로 도 11의 단계를 수행할 수도 있다.
10: 타워구조물, 20: 나셀,
30: 블레이드, 100: 설치선박,
110: 선체, 111: 문풀,
112: 슬라이딩프레임, 120: 하부승강장치,
121: 하측지지부, 122: 승강안내부,
130: 하부결속장치, 132: 이동부재,
133: 하부결속유닛, 140: 상부승강장치,
141: 지주, 142: 승강프레임,
143: 상부결속유닛, 150: 크레인,
160: 재킹장치.

Claims (8)

  1. 선체;
    상기 선체를 지지하는 다리와, 상기 다리를 승강시키는 재킹구동부를 갖춘 복수의 재킹장치;
    상기 선체 하부에 설치되며 해양구조물을 지지한 상태로 승강하는 하부승강장치; 및
    상기 선체 상부에 설치되며 해양구조물을 결속해 승강시키는 상부승강장치를 포함하는 해양구조물 설치선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선체는 상하로 관통되고 선미 쪽으로 개방된 문풀을 포함하는 해양구조물 설치선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선체는 상기 문풀의 상측 테두리를 이루며 선미방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이딩프레임을 포함하는 해양구조물 설치선박.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하부승강장치는,
    상기 문풀 하측에 마련되어 해양구조물을 지지하며, 부력조절에 의해 승강할 수 있는 하측지지부;
    상기 하측지지부와 상기 선체를 연결하여 상기 하측지지부의 승강을 안내하는 승강안내부; 및
    상기 하측지지부에 설치되어 해양구조물 하부를 결속하며, 상기 하측지지부에 설치된 레일을 따라 이동할 수 있는 하부결속장치를 포함하는 해양구조물 설치선박.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 승강안내부는 상기 하측지지부로부터 상방으로 연장되며 상기 선체에 슬라이딩 가능하게 지지된 복수의 지지바를 포함하는 해양구조물 설치선박.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하부결속장치는
    상기 레일을 따라 이동하는 이동프레임; 및
    상기 이동프레임에 설치되어 상기 해양구조물 하부를 결속하거나 결속 해제하는 하부결속유닛을 포함하는 해양구조물 설치선박.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 상부승강장치는,
    상기 슬라이딩프레임 양측으로부터 각각 상방으로 연장되며 상호 평행하게 배치된 복수의 지주;
    상기 지주를 따라 승강하도록 설치된 승강프레임; 및
    상기 승강프레임에 설치되며 상기 해양구조물을 결속하거나 결속을 해제하는 상부결속유닛을 포함하는 해양구조물 설치선박.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 해양구조물이 풍력발전기인 것을 특징으로 하는 해양구조물 설치선박.
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