KR20190071513A - 부유식 구조물의 크레인 시스템 - Google Patents

부유식 구조물의 크레인 시스템 Download PDF

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Abstract

부유식 구조물의 크레인 시스템이 개시된다. 크레인 시스템은 본체에 형성된 레그웰을 관통한 레그를 관통시키는 레그웰이 형성된 승강부; 상기 레그를 관통시키는 구멍이 형성되고, 상기 승강부와 회동 가능하도록 안착된 안착부; 및 크레인 붐이 연결되고, 상기 안착부에 설치되는 크레인 바디를 포함한다.

Description

부유식 구조물의 크레인 시스템{Crane elevating system for floating marine structure}
본 발명은 부유식 구조물의 크레인 시스템에 관한 것이다.
친환경 에너지 개발의 요구 증대에 따라 풍력 발전기 등 친환경 발전 시스템이 각광받고 있다. 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 다양한 요구 조건이 만족되어야 하며, 구체적으로 블레이드의 회전을 위해 일정 수준의 풍속이 요구되고, 풍력 발전기 구동에 따른 소음 문제가 야기되지 않아야 하며, 넓은 면적의 공간이 요구된다.
이러한 요구 조건에 따라 최근에는 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증대되고 있다.
해상 풍력 발전기는 일반적으로 부품을 몇 개의 유닛으로 나누어 육상에서 제작한 후, 제작된 유닛을 해상으로 옮겨 조립하는 방법으로 설치된다.
이때, 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이 이용된다. 풍력 발전기 설치 선박은 항해 모드(Transit Mode)로 풍력 발전기 설치 위치까지 이동하고, 잭업 모드(Jackup Mode)로 전환하여 레그(leg)를 내려 해저에 고정한 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어올린다. 본체가 일정 위치에 다다르게 되면, 풍력 발전기 설치 선박은 본체의 이동을 중지하고, 크레인을 이용하여 해상 풍력 발전기 설치 작업을 수행한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 해상에서 풍력 발전기 설치 등을 실시하는 부유식 구조물(100)은 해저에 일 단부가 고정된 레그(115)를 따라 본체(110)를 일정 높이까지 상승시킨 후, 설치된 크레인 시스템(120)을 이용하여 풍력 발전기(150) 등의 설치 작업을 실시한다.
일반적으로 수면 상부로 약 50 내지 100m 정도 높이의 풍력발전기 타워가 설치되고 그 위에 너셀(nacelle)과 블레이드(blade)가 설치되고 있다. 향후 10MW이상 급의 풍력 발전기 타워의 높이는 120m 이상일 것으로 예상되고 있다.
이러한 작업 높이를 고려할 때, 부유식 구조물(100)에 설치되는 크레인 붐을 더 길게 형성하여야 하거나, 크레인 시스템(120)을 더 높게 위치시켜야 한다.
그러나, 크레인 붐의 길이를 늘리는 것은 운항 안정성을 저해할 뿐 아니라 가시성 불량을 야기하는 문제점이 있다.
또한 크레인 시스템(120)의 설치 위치를 높이는 것은 외부 하중에 의한 모멘트 증가 등으로 인해 선박의 안정성을 저해하는 문제점도 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 관한 이해를 도모하기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 널리 알려진 종래기술인 것으로 단정될 수는 없다.
한국등록특허 제1013789호(해상용 풍력발전기 설치방법 및 그 장치) 한국등록특허 제1313244호(풍력 발전기 설치작업 선박 및 풍력 발전기 설치작업 선박의 승강 방법)
본 발명은 본체를 승강시키기 위한 구조물인 레그를 이용하여 크레인 시스템이 승강될 수 있어, 크레인 붐의 길이를 연장하지 않더라도 더 높은 위치까지 설치 작업이 가능할 뿐 아니라 부유식 구조물의 운항 안정성 및 구조적 안정성을 저해하지 않는 부유식 구조물의 크레인 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본체에 형성된 레그웰을 관통한 레그를 관통시키는 레그웰이 형성된 승강부; 상기 레그를 관통시키는 구멍이 형성되고, 상기 승강부와 회동 가능하도록 안착된 안착부; 및 크레인 붐이 연결되고, 상기 안착부에 설치되는 크레인 바디를 포함하는 부유식 구조물의 크레인 시스템이 제공된다.
상기 레그를 관통시키는 레그웰이 형성되고, 상기 본체와 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키는 레그 가이드부가 상기 승강부의 하부에 배치될 수 있다.
상기 승강부는 랙 기어가 형성된 상기 레그와 체결되는 제1 피니언 기어와 상기 제1 피니언 기어를 구동시키는 제1 구동 장치를 포함하고, 상기 레그 가이드부는 상기 레그와 체결되는 제2 피니언 기어와 상기 제2 피니언 기어를 구동시키는 제2 구동 장치를 포함하되, 상기 부유식 구조물이 항해 모드 또는 잭업 모드로 기능하도록 하기 위해, 컨트롤러는 상기 제1 구동 장치 및 제2 구동 장치가 동일한 속도로 상기 레그를 들어올리거나 내리도록 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 제1 구동 장치만을 구동 제어하여 상기 레그를 따라 상기 승강부가 상승되거나 하강되도록 할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본체를 승강시키기 위한 구조물인 레그를 이용하여 크레인 시스템이 승강될 수 있어, 크레인 붐의 길이를 연장하지 않더라도 더 높은 위치까지 설치 작업이 가능할 뿐 아니라 부유식 구조물의 운항 안정성 및 구조적 안정성을 저해하지 않는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 부유식 구조물의 풍력 발전기 설치 과정을 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물에 설치되는 크레인 시스템의 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 시스템의 동작 상태를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물에 설치되는 크레인 시스템의 형상을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 시스템의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 부유식 구조물(100)은 물에 부유할 수 있는 본체(110), 본체(110)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되는 레그(115), 레그(115)와 본체(110)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(115)를 지지하는 레그 가이드부(260), 임의의 레그(115)에 설치되는 크레인 시스템(200)을 포함한다. 여기서, 크레인 시스템(200)은 하나 이상의 레그(115)에 각각 설치될 수 있다.
본체(110)는 예를 들어 직사각형 형태 등의 평면 구조를 가질 수 있으며, 부유식 구조물(100)이 풍력 발전기를 설치하기 위한 용도로 사용되는 경우 블레이드, 너셀, 타워 등이 적재될 수 있다.
본체(110)에 형성된 레그웰을 통과하도록 설치되는 레그(115)는 부유식 구조물(100)의 사용 목적에 따라 다수개가 이용될 수 있으며, 본 실시예의 부유식 구조물(100)에는 좌현과 우현에 각각 한쌍씩 총 4개의 레그(115)가 이용될 수 있다.
레그(115)는 예를 들어 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본체(110) 및 후술될 레그 가이드부(260) 등에 형성되는 레그웰이 레그(115)의 형상에 대응하는 형상 및 크기로 형성될 것임은 당연하다.
레그 가이드부(260)는 레그(115)가 통과할 수 있는 레그웰에 대응되는 위치에 설치되고, 레그 가이드부(260)에도 본체에 형성된 레그웰과 동일한 레그웰이 형성되며, 레그(115)와 본체(110)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(115)를 지지한다.
레그 가이드부(260)는 도시된 바와 같이 상방으로 돌출 형성될 수도 있으나, 본체(110) 내부로 매립되는 형태로 설치될 수도 있다.
레그 가이드부(260)의 구성은 당업자에게 자명한 사항이므로, 이에 관해 간략히 설명하면, 레그 가이드부(260)는 모터 등의 구동 장치(이하, 제1 구동 장치라 칭함)를 구비하며, 제1 구동 장치의 작동에 의해 레그(115)를 본체(110)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 본체(110)를 레그(115)에 대해 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 레그 가이드부(260)에는 피니언 기어 및 모터가 설치되고, 레그(115)에는 랙 기어가 형성되어, 피니언 기어와 랙 기어의 연동에 의해 레그(115)와 본체(110)의 상하 방향의 상대 운동이 이루어질 수 있다.
크레인 시스템(200)은 승강부(210), 안착부(220), 크레인 바디(230) 및 크레인 붐(240)을 포함할 수 있다.
승강부(210)는 레그웰이 형성되어 레그(115)에 관통 결합되며, 레그 가이드부(260)의 상부에 배치된다.
승강부(210)는 레그 가이드부(260)와 마찬가지로 모터 등의 구동 장치(이하, 제2 구동 장치라 칭함)를 구비하며, 제2 구동 장치의 작동에 의해 레그(115)를 본체(110)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 본체(110)를 레그(115)에 대해 상하 방향으로 이동시키거나, 크레인 시스템(200)이 레그(115)를 따라 상승하거나 하강하도록 한다. 예를 들면, 승강부(210)에는 피니언 기어 및 모터가 설치되고, 랙 기어가 형성된 레그(115)와 랙 피니언 기어 연동 구조로 크레인 시스템(200)이 레그(115)를 따라 상승하거나 하강되도록 한다.
레그 가이드부(260)에 구비된 제1 구동 장치와 승강부(210)에 구비된 제2 구동 장치는 컨트롤러(250)의 제어에 따라 구동될 수 있다.
예를 들어, 항해 모드로 부유식 구조물(100)가 동작하는 경우, 컨트롤러(250)는 제1 구동 장치와 제2 구동 장치가 레그(115)를 들어올리는 방향으로 동일한 속도로 회전하도록 제어할 수 있다.
또한, 잭업 모드로 부유식 구조물(100)가 동작하는 경우, 컨트롤러(250)는 제1 구동 장치와 제2 구동 장치가 레그(115)를 내리는 방향으로 동일한 속도로 회전하도록 제어할 수 있다.
그러나, 부유식 구조물(100)의 본체(110)가 해수면으로부터 일정 거리 이격되어 고정된 상태에서 크레인 시스템(200)만을 레그 가이드부(260)의 상부인 임의의 높이로 상승시키거나 하강하고자 하는 경우, 도 3의 (b)에 예시된 바와 같이, 컨트롤러(250) 또는 후술될 컨트롤박스(control box)는 제2 구동 장치만이 상응하는 방향 및 회전량으로 회전하도록 제어하여 크레인 시스템(200)이 레그(115)를 따라 상승하거나 하강하도록 조작할 수 있다.
안착부(210)는 승강부(210)에 회동 가능하도록 안착된다. 안착부(220)는 승강부(210)에 예를 들어, 스위블 힌지 타입 등과 같이 수평 방향으로 회동 가능한 구조로 결합되며, 안착부(220)의 회동 조작을 위해 모터 등의 동력 장치와 랙 기어/피니언 기어 등의 동력 전달 수단이 구비될 수 있다.
안착부(220)의 중앙부에도 레그(115)가 통과할 수 있는 구멍이 형성될 수 있으며, 예를 들어 안착부(220)에 형성되는 구멍은 승강부(210)에 구비된 레그웰에 비해 상대적으로 큰 크기로 형성될 수 있다.
크레인 바디(230)는 물체를 들어올릴 수 있는 동력을 제공하는 구동 장치를 포함하며, 작업자가 탑승하여 크레인 시스템(200)을 조작할 수 있는 컨트롤 박스를 포함할 수 있다. 크레인 바디(230)에는 크레인 붐(240)의 일 단부가 고정된다.
크레인 바디(230)에도 안착부(220)와 마찬가지로 레그(115)가 통과할 수 있는 구멍이 형성되거나(도 2의 (b) 참조), 안착부(220)의 일 측에 배치될 수 있다.
즉, 크레인 시스템(200)이 레그(115)를 따라 상승하거나 하강할 때 레그(115)는 승강부(210)에 형성된 레그웰, 안착부(220) 등에 형성된 구멍을 통과한 상태로 유지될 것이다.
전술한 바와 같이, 레그(115)와 랙 기어 및 피니언 기어 연동 구조로 체결되고, 피니언 기어를 구동시키는 제2 구동 장치를 구비하는 승강부(210)가 컨트롤러(250) 또는/및 컨트롤 박스의 제어에 의해 레그(115)를 따라 승강 또는 하강함으로써 크레인 시스템(200)이 작업상 필요한 높이로 이동될 수 있으며, 안착부(220)가 승강부(210)와 회동 가능하도록 결합됨으로써 작업자는 작업상 필요한 자세로 크레인 붐(240)을 회전시킬 수 있는 특징이 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 부유식 구조물(100)의 크레인 시스템(200)은 크레인 붐(240)의 길이를 연장하거나, 승강 조작되기 위한 독립 구조물을 구비하지 않더라도 레그(115)를 따라 적절한 높이로 승강 조작될 수 있는 장점이 있다.
만일 크레인 시스템(200)을 보다 높은 위치로 이동시키고자 하는 경우라면 크레인 시스템(200)이 설치된 레그(115)의 길이만을 연장하면 충분할 것이며, 이때 크레인 시스템(200)의 상승 최고 높이에 상응하는 전력 케이블이 전력 공급을 위해 설치됨은 당연하다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 부유식 구조물 110 : 본체
115 : 레그 120, 200 : 크레인 시스템
210 : 승강부 220 : 안착부
230 : 크레인 바디 240 : 크레인 붐
250 : 컨트롤러 260 : 레그 가이드부

Claims (4)

  1. 본체에 형성된 레그웰을 관통한 레그를 관통시키는 레그웰이 형성된 승강부;
    상기 레그를 관통시키는 구멍이 형성되고, 상기 승강부와 회동 가능하도록 안착된 안착부; 및
    크레인 붐이 연결되고, 상기 안착부에 설치되는 크레인 바디를 포함하는 부유식 구조물의 크레인 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레그를 관통시키는 레그웰이 형성되고, 상기 본체와 상기 레그를 상하 방향으로 상대 운동시키는 레그 가이드부가 상기 승강부의 하부에 배치되는, 부유식 구조물의 크레인 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 승강부는 랙 기어가 형성된 상기 레그와 체결되는 제1 피니언 기어와 상기 제1 피니언 기어를 구동시키는 제1 구동 장치를 포함하고,
    상기 레그 가이드부는 상기 레그와 체결되는 제2 피니언 기어와 상기 제2 피니언 기어를 구동시키는 제2 구동 장치를 포함하되,
    상기 부유식 구조물이 항해 모드 또는 잭업 모드로 기능하도록 하기 위해, 컨트롤러는 상기 제1 구동 장치 및 제2 구동 장치가 동일한 속도로 상기 레그를 들어올리거나 내리도록 제어하는, 부유식 구조물의 크레인 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 구동 장치만을 구동 제어하여 상기 레그를 따라 상기 승강부가 상승되거나 하강되도록 하는, 부유식 구조물의 크레인 시스템.
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