KR20190072641A

KR20190072641A - 부체 구조물

Info

Publication number: KR20190072641A
Application number: KR1020197015865A
Authority: KR
Inventors: 하루키 요시모토; 유지 아와시마
Original assignee: 재팬 마린 유나이티드 코포레이션
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2019-06-25
Also published as: JP6718518B2; KR102257418B1; EP3546337A1; EP3546337A4; CN109982923A; JPWO2018096650A1; WO2018096650A1

Abstract

수직 방향을 따라 연장되는 기둥 형상(柱狀)의 부력체로서 구성된 복수의 칼럼(2)과, 상기 복수의 칼럼(2)을 수평 방향으로 전개한 상태에서 연결하는 연결체(3)를 구비하고, 칼럼(2) 중 적어도 일부(메인 칼럼(2a))의 상부에 상부 구조체(풍차)(4)를 접속하고, 전체를 물 위에서 지지하도록 구성한 부체 구조물(1)에 대하여, 메인 칼럼(2a)에 생기는 부력이 다른 칼럼(2)(사이드 칼럼(2b))보다 커지도록 구성한다.

Description

부체 구조물

본 발명은 예를 들어 해상 발전 시설이나 해상 저장 시설 등, 부력에 의해 물 위에서 지지되는 구조를 갖춘 부체 구조물에 관한 것이다.

최근, 해상에서 풍력 발전이나 태양광 발전, 각종 자원의 채굴이나 제조, 저장 등을 행하기 위한 시설로서 부유형의 부체 구조물이 제안되고 있다.

이러한 부체 구조물에는 「스파형」이나 「세미서브(Semi-Submersible: 반 잠수)형」, 「폰툰(pontoon)형」, 「TLP(Tension Leg Platform: 긴장 계류형)」 등, 다양한 형식(型式)이 있다. 이 중 「세미서브형」이라고 불리우는 형식의 부체 구조물은, 수직 방향을 따라 연장되는 복수의 기둥 형상(柱狀)의 칼럼(column)끼리를, 수평 방향을 따라 연장되는 연결체에 의해 서로 연결하고 있다. 각 칼럼은 내부에 공동을 갖는 부력체이며, 각각이 부력에 의해 물 위에 부유 가능하게 구성되어 있다. 이러한 칼럼을 수평 방향으로 전개하여 서로 연결함으로써, 부체 구조물 전체로서 메타센터(metacenter) 반경을 크게 하여, 복원력을 확보하도록 하고 있다.

각 칼럼은 하부(몰수부(沒水部))가 수면 아래에 잠긴 상태에서 물에 떠있는 한편, 상부는 수면보다 위에 위치하고, 여기에 상부 구조체가 설치된다. 예를 들어, 해상 풍력 발전을 위한 시설로서 상술한 바와 같이 세미서브형 부체 구조물을 사용하는 경우, 상부 구조체로서의 풍차가 복수의 칼럼 중 하나의 상단부에 연결된다.

또한, 세미서브형의 부체 구조물을 기재한 기술 문헌으로서, 예를 들어 하기의 특허문헌 1이나 2 등이 있다. 특허문헌 1에 기재된 부체 구조물(해상 플랫폼)은 3개의 칼럼을 갖추고 있고, 이 중 1개(타워 지지 칼럼) 위에 풍차 타워가 부착되고, 남은 2개의 칼럼은 메타센터 반경을 확보하는 동시에 부력의 밸런스를 조정하기 위한 안정화 칼럼으로서 기능하도록 되어 있다. 한편, 특허문헌 2에 기재된 해상 시설용 부체 구조물은 중앙에 위치하는 1개의 중앙 부체와, 그 주위에 배치된 3개의 외측 부체의 합계 4개의 칼럼을 갖추고 있고, 이 중 중앙 부체의 상부에 풍차가 부착되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2015-16860호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2010-280301호

상기 특허문헌 1에 기재된 부체 구조물의 경우, 3개의 칼럼은 평면에서 보아 정삼각형의 각 정점(頂点)을 이루도록 대칭으로 배치되는데, 그 중의 한 정점을 이루는 타워 지지 칼럼에 풍차 타워가 부착된다. 따라서, 타워 지지 칼럼에 걸리는 중량이 다른 칼럼과 비교하여 현저하게 커지고, 풍차 타워를 포함한 부체 구조물 전체의 중심(重心)은 상기 정삼각형의 중심(中心)으로부터는 크게 어긋난다. 중심(重心)의 어긋남은 부체 구조물의 기울기로 이어지므로, 이 기울기를 방지하기 위해 각 칼럼에 조정용 밸러스트 탱크를 구비하고, 상부 구조체를 부착하지 않은 칼럼에서는 조정용 밸러스트 탱크에 물을 퍼올려서 중량을 크게 하는 것이 일반적이지만, 이를 위해서는 각 칼럼에 조정용 밸러스트 탱크를 위한 큰 용적이 필요하다. 또한, 이와 같이 타워 지지 칼럼의 중량에 맞춰 밸러스트수를 퍼올리고, 타워 지지 칼럼 이외의 칼럼의 중량을 크게 하는 방법에서는 중심(重心)의 위치는 시정되어 부체 구조물 전체의 수평은 확보되지만, 부체 구조물 내에서의 하중의 분포가 불균등해진다. 그 결과, 칼럼끼리를 연결하는 빔에 큰 휨 모멘트(vending moment)가 가해지고, 이 휨 모멘트에 견딜 수 있을 정도로 칼럼 간의 연결 구조를 강화할 필요가 생긴다. 이와 같이, 상기 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 부체 구조물에서는 조정용 밸러스트 탱크의 용량과 빔의 강도의 양면에서 많은 강재가 필요해지고, 이것이 건조(建造) 비용의 상승을 초래한다는 문제가 있었다.

한편, 상기 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 해상 시설용 부체 구조물의 경우, 평면시(平面視)에서 3개의 외측 부체가 이루는 정삼각형의 중심(中心)의 위치에 중앙 부체가 배치되고, 이 중앙 부체에 풍차가 부착되므로, 중심(重心)의 어긋남의 문제는 생기지 않는다. 하지만, 이러한 배치에서는 외부 부체와 중앙 부체를 연결하는 구조가 필요하고, 전체 구성이 복잡해져서 역시 건조 비용이 늘어나 버린다. 또한, 중심(重心)의 어긋남에 대응하기 위해 조정용 밸러스트 탱크에 물을 반드시 주입할 필요는 없지만, 중앙 부체와 외측 부체 사이에서 역시 하중에 불균등이 생겨, 중앙 부체와 외부 부체를 연결하는 연결 부재에는 그만한 강도가 요구된다.

본 발명은, 이러한 실정을 감안하여, 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를 시정할 수 있는 부체 구조물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 수직 방향을 따라 연장되는 기둥 형상(柱狀)의 부력체로서 구성된 복수의 칼럼과, 당해 복수의 칼럼을 수평 방향으로 전개한 상태에서 연결하는 연결체를 구비하고, 상기 칼럼 중 적어도 일부의 상부에 상부 구조체를 접속하고, 전체를 물 위에서 지지하도록 구성한 부체 구조물로서, 상기 칼럼 중, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼에 관하여, 상기 칼럼에 발생하는 부력이 다른 칼럼보다 커지도록 구성한 부체 구조물에 관한 것이다.

본 발명의 부체 구조물에 있어서는, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼의 몰수부의 체적을 다른 칼럼보다 크게 할 수 있다.

본 발명의 부체 구조물에 있어서는, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼에, 상기 칼럼으로부터 수평 방향으로 돌출하도록, 내부에 공동을 갖는 로우어 헐(lower hull)를 구비할 수 있다.

본 발명의 부체 구조물에 있어서는, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼의 내부에 상기 상부 구조체 또는 상기 부체 구조물의 운전에 관련된 기기류를 배치할 수 있다.

본 발명의 부체 구조물에 있어서는, 상기 칼럼끼리를 연결하는 연결체 중, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼과의 연결부에 부력체를 구비할 수 있다.

본 발명의 부체 구조물에 의하면, 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를 시정 수 있다는 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 형태를 나타내는 단면도이고, 도 1의 II-II 화살표에서 본 상당도이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예의 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에서의 하중의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에서의 전단력 및 휨 모멘트의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 제 1 참고예의 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 제1 참고예에서의 하중의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 제 1 참고예에서의 전단력 및 휨 모멘트의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예의 형태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에서의 하중의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 제 2 참고예의 형태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7b는 본 발명의 제 2 참고예에서의 하중의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 10a는 본 발명의 그밖의 실시예의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 10b는 본 발명의 그밖의 실시예의 형태를 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시에 의한 부체 구조물의 형태의 일례(제 1 실시예)를 나타내고있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 세미서브형의 부체 구조물(1)은, 수직 방향을 따라 연장되는 4개의 기둥 형상의 칼럼(2)의 하부를 수평 방향을 따라 연장되는 연결체(3)에 의해 서로 연결하여 이루어진다. 4개의 칼럼(2)은 내부에 공동을 갖춘 부력체로서 구성되어 있고, 평면시에서 정사각형의 각 정점을 이루도록 배치되어 있다. 이들 4개의 칼럼(2) 중 1개의 칼럼(메인 칼럼)(2a)의 상부에 상부 구조체(4)가 접속된다. 이렇게 하여, 수평 방향으로 전개한 4개의 칼럼(2)에 의해, 상부 구조체(4)를 접속한 부체 구조물(1) 전체를 물 위에서 지지한다.

메인 칼럼(2a) 및 3개의 사이드 칼럼(2b)은 각각이 적어도 일부를 물속에 잠기게 하여 부력을 발생시키는 원주 형상의 물체이며, 내부에는 각각 공동(21, 22)이 형성되어 있다. 각 공동(21, 22)은, 각 칼럼(2)에 부력을 발생시키는 것 외에, 적어도 일부를 밸러스트 탱크로서 이용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 연결체(3)의 내부에도 공동(31)이 구비되고, 연결체(3)를 필요에 따라 부력을 발생시키는 부력체 또는 밸러스트 탱크로서 이용할 수 있도록 되어 있다.

메인 칼럼(2a)의 하부에는 직경 방향 외측을 향해 수평 방향으로 돌출하도록 로우어 헐(23)이 구비되어 있다. 이 로우어 헐(23)은 메인 칼럼(2a)의 상하 방향의 움직임에 대한 물의 저항을 증대시키고, 흔들림을 감쇠시키는 히브 플레이트(heave plate)로서의 역할에 더하여, 내부에 메인 칼럼(2a) 내의 공동(21)과 일체적으로 형성한 공동(24)에 의해 메인 칼럼(2a)에 부력을 부가하는 기능도 갖추고있다. 바꿔 말하면, 메인 칼럼(2a) 내의 공동(21)은 하부에 갖춘 공동(24)의 분만큼 직경 방향으로 넓고, 용적도 커져 있다. 한편, 3개의 사이드 칼럼(2b)의 하부에는, 수평 방향으로 돌출하도록, 사이드 칼럼(2b)의 흔들림을 감쇠시키는 히브 플레이트로서 기능하는 푸팅(footing)(25)이 형성되어 있는데, 이 푸팅(25)은 내부에 공동을 갖추고 있지 않고, 부력체로서 구성되어 있지는 않다.

메인 칼럼(2a)의 로우어 헐(23)이나, 사이드 칼럼(2b)의 푸팅(25)에는 도시하지 않은 계류삭(a mooring cable)이 접속되어 있고, 부체 구조물(1)은 이러한 계류삭을 통해 물밑에 계류되어, 소정의 수역에 체류한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 메인 칼럼(2a) 내의 공동(21) 하부의 공동(24) 내에는 펌프(26)가 설치되어 있고, 이 펌프(26)와 사이드 칼럼(2b) 내의 공동(22) 사이는 연결체(3) 내의 공동(31)에 배치된 송수(送水) 파이프(32)에 의해 연락되어 있다. 그리고, 펌프(26)에 의해 부체 구조물(1)의 외부에서 퍼올린 물을 메인 칼럼(2a)의 공동(21)이나 사이드 칼럼(2b) 내의 공동(22), 연결체(3) 내의 공동(31)에 송급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 메인 칼럼(2a) 내의 공동(21) 내지 공동(24)에는 그밖에도 필요에 따라 각종 제어 장치나 전원 공급 장치 등을 갖춘 기계실(도시하지 않음) 등이 구비된다.

상부 구조체(4)는 예를 들어 풍력 발전용의 풍차이고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 지주(支柱)(41), 나셀(nacelle)(42), 블레이드(43)를 구비하여 구성된다. 지주(41)는 메인 칼럼(2a)의 상단에 구비한 접속부(27)를 통해 메인 칼럼(2a) 위에 세워서 설치되고, 나셀(42)은 내부에 도시하지 않은 발전기를 구비하여 블레이드(43)의 회전에 의해 전력을 발생하게 되어 있다. 또한, 상부 구조체(4)는 여기에 도시한 바와 같은 풍력 발전 설비에 한정되지 않는다. 예를 들어, 태양광 발전 설비라도 좋고, 그밖에, 상부 구조체(4)로서는 각종의 관측 설비나 통신 설비, 조명 설비나 채굴 설비 등, 물 위에 설치될 수 있는 각종 설비가 상정된다.

다음으로, 상기한 본 제 1 실시예의 작용을 설명한다.

부체 구조물(1)을 해양 등에서의 소정의 위치에 설치할 때는, 예를 들어, 연안부의 공장에서 부체 구조물(1)이나, 상부 구조체인 풍차(4)의 지주(41)나 블레이드(43) 등을 따로따로 제조하고 나서, 이것들을 선박 등에 의해 설치할 곳의 해역까지 예항(曳航)한다. 예항에 있어서, 부체 구조물(1)은 가능한 한 물속에 잠기는 부분이 적은 편이 물로부터 받는 저항이 작아, 선박의 연비를 억제할 수 있다. 따라서, 칼럼(2)(메인 칼럼(2a), 사이드 칼럼(2b))이나 로우어 헐(23), 연결체(3)의 내부의 공동(21, 22, 24, 31)에 주입하는 밸러스트수는 최소한의 양으로 하고, 예를 들어 로우어 헐(23)의 상면 부근을 흘수선으로 하는 상태에서 예항을 행한다.

설치할 곳의 해역에 도착하면, 부체 구조물(1)의 메인 칼럼(2a) 상부에 갖춘 접속부(27)에 풍차(4)의 지주(41)를 세워서 설치하고, 나셀(42)에 블레이드(43)를 부착한다. 이때, 메인 칼럼(2a) 내의 공동(21) 하부의 공동(24) 내에 갖춘 펌프(26)로부터 송수 파이프(32)를 통해 사이드 칼럼(2b)이나 연결체(3) 내의 공동(22, 31)에 적절히 밸러스트수를 보내고, 공동(22, 31)의 일부를 조정용 밸러스트 탱크로서 부체 구조물(1)의 밸런스를 조정하여, 물속에서 안정시킨다. 또한, 필요에 따라, 메인 칼럼(2a) 내지 로우어 헐(23) 내의 공동(21, 24) 내에도 물을 주입한다. 이 공정에 의해, 부체 구조물(1)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 상부에 풍차(4)를 지지하여 수평으로 설치된다. 이 때, 흘수는 각 칼럼(2)의 상하 방향 중간 정도 부근에 위치한다.

여기에서, 각 칼럼(2) 중 상부에 풍차(4)가 접속되는 메인 칼럼(2a)에는 다른 사이드 칼럼(2b)과 비교하여 현저히 큰 중량이 가해진다. 한편으로, 메인 칼럼(2a)에서는, 하부에 로우어 헐(23)이 설치되어 있는 만큼, 사이드 칼럼(2b)과 비교하여 몰수부의 체적이 크고, 따라서 발생하는 부력도 크다. 이 부력에 의해, 메인 칼럼(2a)에 상부 구조체(4)로부터 가해지는 중량에 대항하여, 사이드 칼럼(2b)과의 사이에서 하중의 분포의 불균형을 시정하여 부체 구조물(1) 전체의 밸런스를 유지하도록 하고 있다.

상술한 바와 같은 부체 구조물(1)에서의 중량이나 부력, 및 이로 인해 발생하는 휨 모멘트 등의 분포를 도 3a 내지 도 3c를 이용하여 설명한다. 도 3a는 부체 구조물(1)을 메인 칼럼(2a) 및 이것과 대각선 상에 위치하는 사이드 칼럼(2b)을 지나는 단면에서 본 개략도이고, 도 3b는 이 단면에서의 중량이나 부력의 분포를 나타내고 있다.

도 3b의 파선은 도 3a에 나타내는 각 부에 가해지는 중량(하향의 하중)을 나타내고 있다. 우측에 위치하는 메인 칼럼(2a)에서는 상부에 풍차(4)가 접속되어 있으므로, 좌측의 사이드 칼럼(2b)과 비교하여 큰 중량이 가해지고 있다. 또한, 도 3b의 일점 쇄선은 부체 구조물(1)의 각 부에 가해지는 부력(상향의 하중)을 나타내고 있고, 로우어 헐(23)을 갖춘 메인 칼럼(2a)에서는 사이드 칼럼(2b)과 비교하여 큰 부력이 발생하였다. 그리고, 도 3b의 실선은 상기 중량과 부력의 합계로서의 하중을 나타내고 있다. 메인 칼럼(2a)에서 약간 하향, 사이드 칼럼(2b)에서 약간 상향의 하중이 가해져 있고, 부체 구조물(1) 전체에서는 합계값이 제로가 되어 균형이 잡힌다.

도 3c는 상술한 바와 같은 하중의 분포에 의해 부체 구조물(1) 각 장소에 발생하는 전단력, 및 휨 모멘트의 분포를 나타내고 있다. 도 3c에 파선으로 나타내는 전단력(수직 방향의 힘)은 도 3b에 실선으로 나타낸 하중 곡선의 적분으로서 나타나고, 또한, 도 3c에 실선으로 나타내는 휨 모멘트는 전단력의 적분으로서 나타난다. 여기에 나타낸 예에서는, 휨 모멘트는 연결체(3)의 왼쪽으로 기운 위치에서 가장 커지는 분포를 나타낸다.

참고예로서, 종래의 일반적인 부체 구조물에서의 중량 등의 분포를 도 4a 내지 도 4c에 나타낸다. 도 4a에 나타내는 바와 같이, 본 제 1 참고예의 부체 구조물(101)의 경우, 메인 칼럼(102a)에 로우어 헐(23)(도 3a 참조)과 같은 추가의 부력체를 갖추지 않고, 메인 칼럼(102a)과 사이드 칼럼(102b) 사이에서 몰수부의 체적에 차는 없다. 따라서, 각 칼럼(102)(메인 칼럼(102a) 및 사이드 칼럼(102b))에 걸리는 부력은 동일하다. 이러한 구성의 부체 구조물(101)에 있어서, 메인 칼럼(102a)과 사이드 칼럼(102b) 사이에서 밸런스를 유지하기 위해서는, 사이드 칼럼(102b) 내의 공동(122)에 밸러스트수(W)를 주입하는 것이 일반적이다.

본 제 1 참고예의 부체 구조물(101)에서는, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 파선으로 나타내는 중량(아래 방향의 하중)은, 도면 중 좌측의 사이드 칼럼(102b)에 있어서, 상기 제 1 실시예의 사이드 칼럼(2b)보다 밸러스트수(W)분만큼 커진다(도 3b 참조). 또한, 일점 쇄선으로 나타내는 부력(윗방향의 하중)은 메인 칼럼(102a)과 사이드 칼럼(102b)에서 같다.

그리고, 중량과 부력의 합계값으로서의 하중은, 도 4b에 실선으로 나타내는 바와 같이, 메인 칼럼(102a)에서 아래 방향으로, 사이드 칼럼(102b)에서 윗방향으로 가해지고, 그 절대값은 상기 제 1 실시예(도 3b 참조)와 비교하여 모두 크다. 따라서, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 하중의 적분으로서의 전단력, 및 상기 전단력의 적분인 휨 모멘트도 상기 제 1 실시예(도 3c 참조)보다도 크다.

이와 같이, 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같은 제 1 실시예의 부체 구조물(1)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같은 제 1 참고예의 부체 구조물(101)과 비교하여, 연결체(3)에 발생하는 전단력이나 휨 모멘트가 작다. 따라서, 연결체(3)의 요구 강도가 작고, 연결체(3)에 사용하는 강재의 중량을 삭감할 수 있다. 또한, 도 4에 나타내는 제 1 참고예의 부체 구조물(101)의 경우, 사이드 칼럼(102b) 내의 공동(122)에는 상부 구조체(4)를 접속하는 메인 칼럼(102a)과 밸런스를 취하기 위한 조정용 밸러스트 탱크로 할 공간이 필요하다. 제 1 실시예의 부체 구조물(1)에서는 이 조정용 밸러스트 탱크를 위한 용적이 불필요하므로, 사이드 칼럼(2b) 전체를 작게 할 수 있고, 이것도 강재의 중량 삭감에 도움이 된다(다만, 메인 칼럼(2a)에는 로우어 헐(23)의 분만큼 많은 강재가 필요해지지만, 사이드 칼럼(2b)에서의 삭감분보다는 적게 든다). 본원 출원인의 시산(試算)에 의하면, 제 1 실시예의 부체 구조물(1)에서는, 제 1 참고예에 의한 부체 구조물(101)과 비교하여, 배수량을 예를 들어 약 2% 정도나 삭감할 수 있다.

또한, 본 제 1 실시예의 부체 구조물(1)에서는 메인 칼럼(2a) 내의 공동(21) 하부에 펌프(26), 그밖의 기기류를 넣은 기계실을 설치해 두었다. 상부 구조체(4)와 관련된 기기류(예를 들어, 상부 구조체(4)가 도 1에 나타내는 바와 같은 풍차인 경우에는, 전력의 변환이나 송출에 관한 기기나, 풍차(4)의 제어 장치 등)는 가급적 상부 구조체(4)에 가까운 위치에 설치하는 것이 배선이나 배관의 관계상 가장 효율적이며, 또한, 그밖의 기기류(펌프(26)나 그 제어 장치 등)도 가급적 같은 개소에 함께 배치하는 편이 간편하기 때문이다. 여기서, 본 제 1 실시예에서는, 메인 칼럼(2a)의 하부에 로우어 헐(23)을 구비하고 있고, 공동(24)의 분만큼 공동(21)이 넓어져 있으므로, 여기에 상술한 바와 같은 각종 기기류를 설치함에 있어서 레이아웃을 짜기 쉽다는 이점도 있다.

이상과 같이, 상기 본 제 1 실시예에서는, 수직 방향을 따라 연장되는 기둥 형상의 부력체로서 구성된 복수의 칼럼(2)과, 상기 복수의 칼럼(2)을 수평 방향으로 전개한 상태에서 연결하는 연결체(3)를 구비하고, 칼럼(2) 중 적어도 일부(메인 칼럼(2a))의 상부에 상부 구조체(풍차)(4)를 접속하여, 전체를 물 위에서 지지하도록 구성한 부체 구조물(1)에 대하여, 칼럼(2) 중 상부 구조체(4)로부터 다른 칼럼(2)에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼(2)(메인 칼럼(2a))에 관한 것으로, 상기 메인 칼럼(2a)에 발생하는 부력이 다른 칼럼(2)(사이드 칼럼(2b))보다 커지도록 구성하고 있으므로, 상부 구조체(4)로부터의 하중에 대항하도록 메인 칼럼(2a)에 부력을 부여함으로써, 칼럼(2) 사이에서의 하중의 분포의 불균형을 시정하고, 연결체(3)에 발생하는 휨 모멘트를 저감할 수 있다.

또한, 본 제 1 실시예에서는, 메인 칼럼(2a)의 몰수부의 체적을 다른 칼럼(2)(사이드 칼럼(2b))보다 크게 구성하고 있으므로, 상부 구조체(4)로부터의 하중에 대항하는 부력을 메인 칼럼(2a)에 대하여 적절하게 부여할 수 있다.

또한, 본 제 1 실시예에서는, 메인 칼럼(2a)의 하부에 상기 메인 칼럼(2a)으로부터 수평 방향으로 돌출하도록 내부에 공동을 갖는 로우어 헐(23)을 구비하고 있으므로, 상기 로우어 헐(23)에 의해, 메인 칼럼(2a)의 상하 방향의 움직임에 대한 물의 저항을 증대시켜, 흔들림을 감쇄시킬 수 있다.

또한, 본 제 1 실시예에서는, 메인 칼럼(2a)의 내부에 상부 구조체(4) 또는 부체 구조물(1)의 운전에 관련된 기기류를 배치하고 있으므로, 여기에 상술한 바와 같은 각종 기기류를 설치함에 있어 공간이 넓고, 레이아웃을 짜기 쉽다.

따라서, 상기 본 제 1 실시예에 의하면, 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를 시정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시에 의한 부체 구조물의 형태의 다른 일례(제 2 실시예)를 나타내고 있다. 기본적인 구성은 상술한 제 1 실시예의 부체 구조물(1)(도 1 및 도 2 참조)과 동일하지만, 본 제 2 실시예의 부체 구조물(201)의 경우, 칼럼의 배치가 상기 제 1 실시예와는 다르다.

본 제 2 실시예의 부체 구조물(201)에서는, 4개의 칼럼(202) 중 3개의 사이드 칼럼(202b)이 평면시에서 정삼각형의 각 정점을 이루도록 배치되어 있고, 메인 칼럼(202a)은 사이드 칼럼(202b)이 이루는 삼각형의 중심에 위치하고 있다. 중앙의 메인 칼럼(202a)과 주변의 사이드 칼럼(202b) 사이는 연결체(203)에 의해 연결되어 있고, 메인 칼럼(202a)의 상부에 상부 구조체인 풍차(4)가 접속되어 있다. 즉, 상기 특허문헌 2에 기재된 부체 구조물과 공통되는 배치이다.

단, 본 제 2 실시예의 경우, 메인 칼럼(202a)의 하부에 히브 플레이트 겸 부력체로서의 로우어 헐(223)이 구비되어 있다. 한편, 사이드 칼럼(202b)의 하부에는 히브 플레이트로서의 푸팅(225)이 구비되어 있을 뿐, 로우어 헐(223)만큼, 메인 칼럼(202a)에는 사이드 칼럼(202b)보다도 큰 부력이 발생하게 되어 있다.

상술한 바와 같은 부체 구조물(201)에서는 칼럼(202)끼리를 연결하는 연결체(203)의 구성이 상술한 제 1 실시예에 연결체(3)(도 1 및 도 2 참조)에 비해 복잡은 하지만, 상기 특허문헌 2에 기재된 부체 구조물과 비교하면 칼럼 사이의 역학적인 불균형이 시정되어 있다. 이하, 설명한다.

먼저, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 본 제 2 실시예의 부체 구조물(201)에서는 메인 칼럼(202a)에 상부 구조체(4)가 접속되어 있고, 따라서, 도 6b에 파선으로 나타내는 바와 같이, 하향으로 가해지는 하중은 중앙의 메인 칼럼(202a)에서 좌우의 사이드 칼럼(202b)보다도 현저히 크다. 한편, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 메인 칼럼(202a)의 하부에는 로우어 헐(223)이 구비되어 있으므로, 도 6b에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 중앙의 메인 칼럼(202a)에 가해지는 부력(상향의 하중)은 좌우의 사이드 칼럼(202b)보다도 크다. 그 결과, 도 6b에 실선으로 나타내는 바와 같이, 상기 중량과 부력의 합계로서의 하중은 메인 칼럼(202a)에서 약간 하향, 사이드 칼럼(202b)에서 약간 상향이 된다.

도 7a는 상기 제 2 실시예의 참고예로서의 부체 구조물의 형태의 일례(제 2 참고예)를 나타내고 있다. 본 제 2 참고예의 부체 구조물(301)은 상기 특허문헌 2에 기재된 부체 구조물과 동일한 구성이며, 평면시에서 정삼각형의 각 정점을 이루는 3개의 사이드 칼럼(302b)의 중심에 메인 칼럼(302a)을 놓고, 상기 메인 칼럼(302a)과 사이드 칼럼(302b) 사이를 연결체(303)에 의해 연결한 배치는 상기 제 2 실시예(도 5 및 도 6a 참조)와 공통이다. 단, 이 제 2 실시예에서는, 메인 칼럼(302a)에는 로우어 헐을 구비하지 않고, 사이드 칼럼(302b)에 로우어 헐(323)을 구비하고 있는 점에서 제 2 실시예와는 다르다.

이러한 구성으로 한 경우, 도 7b에 파선으로 나타내는 바와 같이, 하향의 하중의 분포는 상기 제 2 실시예와 대체로 유사하다(도 6b 참조. 단, 메인 칼럼(302a)에서는 로우어 헐을 구비하고 있지 않은 분만큼 하중이 약간 작고, 반대로 사이드 칼럼(302b)에서는 로우어 헐(323)의 분만큼 커져 있다). 한편, 일점 쇄선으로 나타내는 부력은 메인 칼럼(302a)에서 작고, 사이드 칼럼(302b)에서 크다. 그 결과, 하중의 합계는, 실선으로 나타내는 바와 같이, 중앙의 메인 칼럼(302a)에서 하향으로 크고, 좌우의 사이드 칼럼(302b)에서 상향으로 커져 있다.

즉, 제 2 참고예의 부체 구조물(301)(도 7 참조)의 경우, 제 1 참고예의 부체 구조물(101)(도 4 참조)과는 달리, 상부 구조체(4)의 중량과 밸런스를 잡기 위한 밸러스트수를 사이드 칼럼(302b)에 반드시 주입할 필요는 없지만, 상부 구조체(4)로부터 큰 하중이 가해지는 메인 칼럼(302a)과 사이드 칼럼(302b)과의 사이에는 역시 하중의 불균형이 존재하고 있고, 이로써, 연결체(303)에 큰 전단력 내지 휨 모멘트가 발생하였다. 제 2 실시예(도 5 및 도 6 참조)의 부체 구조물(201)에서는, 상부 구조체(4)가 접속되는 메인 칼럼(202a)에 로우어 헐(223)을 설치하여 부력을 크게 하고, 상부 구조체(4)의 중량에 대항함으로써, 사이드 칼럼(202b)과의 사이에서 하중의 불균형을 작게 하고 있다.

그 결과, 제 2 실시예의 부체 구조물(201)에서는 연결체(203)의 요구 강도를 작게 하고, 연결체(203)에 필요한 강재의 양을 삭감할 수 있다. 또한, 중앙의 메인 칼럼(202a)에는 용적이 큰 로우어 헐(223)이 필요해지지만, 주변에 위치하는 사이드 칼럼(202b)에는 로우어 헐의 설치는 불필요하거나, 설치한다 해도 작아도 좋다. 따라서, 부체 구조물(201) 전체에 드는 강재의 양을 적게 할 수 있다.

그밖의 작용 효과에 대해서는 상술한 제 1 실시예(도 1 내지 도 3 참조)와 동일하므로 생략하겠지만, 상기 본 제 2 실시예에 의해서도 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를 시정할 수있다.

도 8은 본 발명의 실시에 의한 부체 구조물의 형태의 또 다른 일례(제 3 실시예)를 나타내고 있다. 본 제 3 실시예의 경우, 부체 구조물(401)을 구성하는 칼럼(402)의 상부에 접속되는 상부 구조체(5)가 풍차가 아니라 크레인이며, 이에 따라, 연결체(403) 등의 구성이 상기 제 1 실시예(도 1 및 도 2 참조)나 제 2 실시예(도 5 참조)와는 다르다.

본 제 3 실시예의 부체 구조물(401)에서는, 4개의 칼럼(402)의 상부끼리가 상부 연결체(403a)에 의해, 하부끼리가 하부 연결체(403b)에 의해 각각 연결되어 있다. 상부 연결체(403a)는 4개의 칼럼(402)의 상단에서 평면시에서 대략 정사각형상의 수평면을 이루고 있고, 4개의 칼럼(402)은 상부 연결체(403a)가 이루는 정사각형의 각 정점의 위치에 배치되어 있다. 하부 연결체(403b)는 칼럼(402)의 하단끼리를 정사각형의 변을 이루도록 연결하고 있다. 그리고, 상부 연결체(403a)가 이루는 면 위에 크레인인 상부 구조체(5)가 설치된다.

이러한 구성으로 한 경우, 상부 구조체인 크레인(5)의 중심(重心)의 바로 아래에 칼럼(402) 중 어느 하나가 위치하는 것은 아니고, 크레인(5)의 중량에 의한 하향의 하중은 상부 연결체(403a)를 통해 4개의 칼럼(402) 각각에 가해지게 된다. 단, 크레인(5)의 중심(重心)의 위치는 평면시에서 4개의 칼럼(402) 전체의 중심과 일치하고는 있지 않고, 편심된 상태로 되어 있다. 따라서, 4개의 칼럼(402)에 크레인(5)에서 가해지는 하중은 균등하지 않아, 칼럼(402) 사이에서 치우침이 발생하고 있다. 도 8에 나타낸 상태에서는, 크레인(5)의 중심(重心)은 4개의 칼럼(402)의 중심에 대하여 도면 중 우측에 편심되어 있고, 우단에 위치하는 칼럼(402)에 특히 큰 하향의 하중이 걸려 있다. 따라서, 본 제 3 실시예의 부체 구조물(401)에서는 도면 중 우측의 칼럼(402)에 구비한 로우어 헐(423)을 다른 칼럼(402)의 로우어 헐(423)보다도 크게 하고, 도면 중 우측의 칼럼(402)에 큰 부력을 발생시킴으로써, 칼럼(402) 사이에서 하중의 균형을 꾀하고 있다.

그밖의 작용 효과에 대해서는 상술한 제 1 실시예(도 1 내지 도 3 참조)와 동일하므로 생략하지만, 상기 본 제 3 실시예에 의해서도 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를 시정할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시에 의한 부체 구조물의 형태의 또 다른 일례(제 4 실시예)를 나타내고 있다. 기본적인 구성은 상기 제 1 실시예(도 1 및 도 2 참조)와 동일하지만, 본 제 4 실시예의 부체 구조물(501)의 경우, 각 칼럼(502)끼리를 연결하는 연결체(503) 중 메인 칼럼(502a)과의 연결부에 해당하는 위치에 부력체(533)를 구비하고, 이 부력체(533)에 의해, 상부 구조체(4)를 상부에 접속시킨 메인 칼럼(502a)에 부력을 발생시키도록 되어 있다.

이렇게 한 경우, 메인 칼럼(502a)에 부력을 부여함에 있어서, 메인 칼럼(502a) 자체의 구조에 손을 댈 필요가 없이, 연결체(503)의 설계를 변경하면 된다. 메인 칼럼(502a)에는 다양한 기기류가 설치되므로, 내부의 구조나 레이아웃에 관해서 그다지 자유롭지 않은 경우가 있지만, 연결체(503)인 경우 부력체(533)를 구비함에 있어서 설계에 비교적 제약이 적다는 이점이 있다.

이와 같이, 상기 본 제 4 실시예에서는, 칼럼(502)끼리를 연결하는 연결체(503) 중 상부 구조체(4)로부터 다른 칼럼(502)에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼(502)(메인 칼럼(502a))과의 연결부에 부력체(533)를 구비하고 있으므로, 메인 칼럼(502a)의 구조를 변경하지 않고 상기 메인 칼럼(502a)에 대하여 부력을 부여할 수 있다.

그밖의 작용 효과에 대해서는 상술한 제 1 실시예(도 1 내지 도 3 참조)와 동일하므로 생략하지만, 상기 본 제 4 실시예에 의해서도 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를 시정할 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시에 의한 부체 구조물의 형태의 그밖의 예를 나타내고 있다. 도 10a에 나타낸 바와 같이, 칼럼의 갯수를 3개로 할 수도 있고, 또한, 도시는 생략하지만 5개 이상으로 해도 좋다. 칼럼의 배치나 연결체의 구조도 상부 구조체의 종류나 구조 기타 조건에 맞춰서 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 상기 제 1 실시예(도 1 및 도 2 참조)와 같이 메인 칼럼에 로어 헐을 구비하거나, 상기 제 4 실시예(도 9 참조)와 같이 연결체에 부력체를 구비하는 것 이외에, 도 10b에 나타내는 바와 같이 칼럼 자체의 지름을 변경함으로써 큰 부력을 부여할 수도 있다. 혹은, 도시는 생략하지만, 기존의 칼럼 혹은 연결체에 대하여, 부력체를 밖에서부터 부착함으로써 부력을 부여하는 것도 가능하다. 이 경우, 부체 구조물의 건조에 드는 강재를 삭감한다는 것은 불가능하지만, 예를 들어 부체 구조물을 건설한 후에 상부 구조체를 바꾸거나, 혹은 추가하거나 하는 경우에는 유효하다. 그밖에, 칼럼에 대하여 적절히 부력을 부여할 수 있는 한도 내에서, 본 발명의 부체 구조물은 다양한 구성을 취할 수 있다.

이러한 각 실시예에 의해서도 구조의 대형화나 고강도화를 극력 회피하고, 건조에 드는 비용을 억제하면서 하중의 밸런스를을 시정할 수 있다.

또한, 본 발명의 부체 구조물은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

1 부체 구조물
2 칼럼
2a 칼럼(메인 칼럼)
2b 칼럼(사이드 칼럼)
3 연결체
4 상부 구조체(풍차)
5 상부 구조체(크레인)
23 로우어 헐(lower hull)
201 부체 구조물
202 칼럼
202a 칼럼(메인 칼럼)
202b 칼럼(사이드 칼럼)
203 연결체
223 로우어 헐
401 부체 구조물
402 칼럼
403 연결체
403a 연결체(상부 연결체)
403b 연결체(하부 연결체)
423 로우어 헐
501 부체 구조물
502 칼럼
502a 칼럼(메인 칼럼)
502b 칼럼(사이드 칼럼)
503 연결체
533 부력체

Claims

수직 방향을 따라 연장되는 기둥 형상의 부력체로서 구성된 복수의 칼럼과, 상기 복수의 칼럼을 수평 방향으로 전개한 상태에서 연결하는 연결체를 구비하고, 상기 칼럼 중 적어도 일부의 상부에 상부 구조체를 접속하고, 전체를 물 위에서 지지하도록 구성된 부체 구조물로서,
상기 칼럼 중, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼에 관하여, 상기 칼럼에 발생하는 부력이 다른 칼럼보다 커지도록 구성한 부체 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼의 몰수부의 체적을 다른 칼럼보다 크게 구성한, 부체 구조물.
제 2 항에 있어서, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼의 하부에, 상기 칼럼으로부터 수평 방향으로 돌출하도록, 내부에 공동을 갖는 로어 헐(lower hull)을 구비한, 부체 구조물.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼의 내부에, 상기 상부 구조체 또는 상기 부체 구조물의 운전에 관련되는 기기류를 배치한, 부체 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 칼럼끼리를 연결하는 연결체 중, 상기 상부 구조체로부터 다른 칼럼에 가해지는 보다 큰 하중이 하향으로 가해지는 칼럼과의 연결부에 부력체를 구비한, 부체 구조물.