KR20200069022A - 지반침하 방지장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물 - Google Patents

지반침하 방지장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물 Download PDF

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KR20200069022A KR1020180156104A KR20180156104A KR20200069022A KR 20200069022 A KR20200069022 A KR 20200069022A KR 1020180156104 A KR1020180156104 A KR 1020180156104A KR 20180156104 A KR20180156104 A KR 20180156104A KR 20200069022 A KR20200069022 A KR 20200069022A
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Abstract

지반침하 방지장치 및 부유식 구조물이 소개된다.
이 중에서 지반침하 방지장치는 부유식 구조물의 레그에서 승강 이동이 가능한 카트와, 카트에 회전 가능하게 장착되고 레그가 고정되는 지반에 지지되도록 전개되는 복수의 지지 핀을 포함하는 지지 유닛과, 카트를 레그의 길이방향으로 안내하는 가이드 빔을 포함할 수 있다.

Description

지반침하 방지장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물{APPARATUS FOR PREVENTING GROUND SUBSIDENCE AND FLOATING STRUCTURE HAVING THE SAME}
본 발명은 지반침하 방지장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물에 관한 것이다.
해상 풍력 발전기는 다양한 방법으로 설치될 수 있으나, 일반적으로 부품을 몇 개의 유닛으로 나누어 육상에서 제작한 후, 제작된 유닛을 해상으로 옮겨 조립하는 방법으로 설치되고 있다. 육상에서 제작된 해상 풍력 발전기의 유닛을 해상으로 옮기고, 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 부유식 구조물을 일반적으로 풍력 발전기 설치 부유식 구조물(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.
풍력 발전기 설치 부유식 구조물은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용될 수 있다. 예컨대, 풍력 발전기 설치 부유식 구조물은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 선체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 부유식 구조물은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 스퍼드캔을 해저에 박아 고정한다.
그런데, 종래 부유식 구조물의 경우, 스퍼드캔이 지반에 관입되면, 지반의 토양 특성 및 토질 구성에 따라 레그에 기울어짐이 발생될 수 있다. 아울러, 레그를 지반에 고정시키는 과정에서, 해저경사 불일치, 레그 편심하중 발생 등으로 인해, 복수의 레그 중 어느 하나의 레그에 손상이 야기될 수 있다.
특허문헌: 국내 등록특허 10-1625490호 (2016. 05. 31. 등록)
본 발명의 실시예들은 레그를 지반에 안정적으로 고정할 수 있는 지반침하 방지장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 지반침하 방지장치는, 부유식 구조물의 레그에서 승강 이동이 가능한 카트; 상기 카트에 회전 가능하게 장착되고, 상기 레그가 고정되는 지반에 지지되도록 전개되는 복수의 지지 핀을 포함하는 지지 유닛; 및 상기 카트를 상기 레그의 길이방향으로 안내하는 가이드 빔을 포함할 수 있다.
이때, 상기 지지 유닛은 상기 카트에 회전 가능하게 장착되는 지지 파이프; 상기 지지 파이프에 입출 가능하게 장착되는 복수의 지지 핀; 상기 지지 파이프에서 상기 복수의 지지 핀이 인출될 때, 상기 복수의 지지 핀이 펼쳐지도록 상기 복수의 지지 핀 사이에 인장력을 제공하는 탄성부재; 상기 지지 파이프에서 상기 지지 핀을 인출시키기 위한 작동력을 상기 지지 핀에 제공하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드 빔은 상기 카트의 단부에 설치되는 서포터; 및 상기 서포터의 장착되고, 자기력을 이용하여 상기 레그에 부착 가능한 마그네틱 휠을 포함할 수 있다.
또한, 상기 카트는 본체; 상기 본체에 장착되는 바퀴; 상기 레그의 렉기어에 맞물리도록 상기 본체에 설치되는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전시키기 위한 구동력을 상기 구동기어에 제공하는 구동모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물은, 잭업 모드로 운용가능한 선체; 상기 선체를 해저에 고정하기 위해 상기 선체의 레그웰에 제공되는 레그; 및 상기 레그에 장착 가능한 상술한 지반침하 방지장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 복수의 지지 핀을 지면 상측에 전개시킴으로써, 지면과의 마찰력을 높일 수 있고, 나아가, 레그를 지반에 안정적으로 고정할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물에서, 지반침하 방지장치가 레그의 하측으로 이동한 상태를 도시한 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반침하 방지장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3의 "A"부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반침하 방지장치의 제어 로직을 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물에서, 지반침하 방지장치가 레그의 하측으로 이동한 상태를 도시한 상태도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물(1)은, 잭업 모드로 운용 가능한 선체(20)와, 선체(20)에 마련되는 레그(30)와, 지반에 대해서 레그(30)를 지지하기 위해 레그(30)에서 이동 가능한 지반침하 방지장치(10)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 선체(20)는 부유 가능한 직사각형 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 일반적인 상선(예: 컨테이너선)에 비해 폭이 넓고 높이가 낮으며 길이가 짧은 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상에 따른 선체(20)는 레그(30)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다. 선체(20)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물이 적재될 수 있고, 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인이 제공될 수 있다.
이 선체(20)는 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jackup Mode)로 운용 가능한 풍력 발전기 설치 부유식 구조물의 선체일 수 있다. 이에 따라, 선체(20)는 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한 후, 잭업 모드로 전환하여 스퍼드캔(40)을 통해 레그(30)를 지반(G)에 고정할 수 있다.
본 실시예에서 선체(20)는 풍력 발전기 설치 부유식 구조물의 선체인 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 선체(20)는 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물의 선체를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 그리고 부유식 구조물은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jackup Platform)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 후술할 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물은 모두 본발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
레그(30)는 잭업 모드로 운용가능한 선체(20)에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치됨으로써, 스퍼드캔(40)을 통해 선체(20)를 해저에 고정할 수 있다. 아울러, 레그(30)는 선체(20)에 이격 설치되는 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 레그(30)는 선체(20)에 이격 형성된 복수의 레그웰에 복수가 설치될 수 있다.
레그(30)에는 스퍼드캔(40)을 통해 해저의 고정시, 지반(G)에 레그(30)를 안정적으로 고정시킬 수 있는 지반침하 방지장치(10)가 장착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반침하 방지장치를 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3의 "A"부분을 확대하여 도시한 확대도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반침하 방지장치의 제어 로직을 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반침하 방지장치(10)는, 카트(100), 지지 유닛(200), 가이드 빔(300), 감지센서(400) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 카트(100)는 부유식 구조물의 레그(30)에서 승강 이동이 가능한 구성으로, 레그(30)의 상하방향으로 이동 가능하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 카트(100)는 본체(110)와, 본체(110)의 하부에 장착되는 바퀴(120)와, 레그(30)의 렉기어(31)에 맞물리도록 본체(110)의 하부에 설치되는 구동기어(130)와, 구동기어(130)를 회전시키기 위한 구동력을 구동기어(130)에 제공하는 구동모터(140)로 구성될 수 있다.
이에 따라, 구동모터(140)의 작동에 의해 구동기어(130)가 일방향 또는 타방향으로 회전되면, 구동기어(130)는 레그(30)의 렉기어(31)에 맞물린 상태에서, 레그(30)의 상방향 또는 하방향으로 이동될 수 있다. 결국, 카트(100)는 구동모터(140)의 작동에 의해 레그(30)의 레그(30)의 상방향 또는 하방향으로 이동될 수 있다.
물론, 카트(100)는 구동기어(130) 및 구동모터(140) 이외에도, 레그(30)에서 승강이 가능한 다양한 구성으로 변경될 수 있음은 물론이다. 일 예로, 카트(100)는 윈치와이어를 통해 선체에 설치된 별도의 윈치모터와 구동 연결될 수도 있을 것이다.
지지 유닛(200)은 카트(100)에 장착되어, 레그(30)를 지반에 안정적으로 지지할 수 있다.
이를 위해, 지지 유닛(200)은 중공의 지지 파이프(210)와, 지지 파이프(210)에 입출 가능하게 장착되는 복수의 지지 핀(220)과, 지지 파이프(210)에서 복수의 지지 핀(220)이 인출될 때, 복수의 지지 핀(220)이 펼쳐지도록 복수의 지지 핀(220) 사이에 전개력을 제공하는 탄성부재(230)와, 지지 파이프(210)에서 지지 핀(220)을 인출시키기 위한 작동력을 지지 핀(220)에 제공하는 액츄에이터(240)를 포함할 수 있다.
예컨대, 액츄에이터(240)의 작동력이 복수의 지지 핀(220)에 제공되면, 복수의 지지 핀(220)은 지지 파이프(210)에서 인출되는데, 이때, 탄성부재(230)는 복수의 지지 핀(220) 사이에 전개력을 제공함으로써, 복수의 지지 핀(220)이 지지 파이프(210)에서 인출되면서 방사 형태로 펼쳐지도록 할 수 있다.
그리고 지지 유닛(200)의 지지 파이프(210)는 텔레스코픽 형태(telescopic type)로 길이 조정이 가능한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 지지 파이프(210)는 제 1 파이프(211)와, 제 1 파이프(211)에 입출 가능하게 연결되는 제 2 파이프(212)로 구성될 수 있다. 지지 파이프(210)에서 지지 핀(220)이 인출될 때, 제 1 파이프(211)는 액츄에이터(240)에 의해 지지 핀(220)의 인출방향으로 제 1 파이프(211)에서 이동될 수 있다.
아울러, 지지 유닛(200)은 카트(100)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 이를 위해, 지지 유닛(200)에는 카트(100)와 회전가능하게 연결되도록 지지 파이프(210)의 단부에 마련되는 회전 기어(미도시)와, 회전 기어를 회전시키기 위한 회전 모터(미도시)가 마련될 수 있다. 이로써, 회전 모터가 작동되면, 회전 기어가 회전되면서, 지지 파이프(210)는 카트(100)에서 소정 각도 회전될 수 있다.
예를 들어, 지반침하 방지장치(10)를 통해 레그(30)를 지반에 안정적으로 고정하고자 하는 경우, 지지 파이프(210)는 레그(30)와 직각 형태로 펼쳐지도록 카트(100)에서 회전될 수 있다. 지반침하 방지장치(10)를 선체 내로 회수하거나 레그(30)에서 이동시키고자 하는 경우, 지지 파이프(210)는 레그(30)와 나란하도록 카트(100)에서 회전될 수 있다.
가이드 빔(300)은 카트(100)를 레그(30)의 길이방향으로 안내하기 위한 서포터(310), 마그네틱 휠(320) 및 탄성스프링(330)을 포함할 수 있다. 여기서, 서포터(310)는 카트(100)의 단부에 절곡되어 연장 설치될 수 있다. 마그네틱 휠(320)은 자기력을 이용하여 레그(30)에 부착될 수 있다. 마그네틱 휠(320)은 레그(30)에 소정 크기의 자기장을 제공함으로써, 레그(30)의 표면에 부착된 상태에서 레그(30)에서 이동될 수 있다. 그리고 탄성스프링(330)은 서포터(310)와 마그네틱 휠(320) 사이를 탄성적으로 연결할 수 있고, 서포터(310)와 카트(100) 사이를 탄성적으로 연결할 수 있다.
감지센서(400)는 지반에 대한 스퍼드캔(40)의 관입 위치를 감지하기 위한 위치센서일 수 있다. 이 감지센서(400)는 스퍼드캔(40)의 관입 위치를 감지한 후, 관입 위치에 대한 정보를 컨트롤러(500)에 인가할 수 있다.
감지센서(400)는 스퍼드캔(40)의 측부 또는 상부에 설치될 수 있다. 물론, 감지센서(400)는 스퍼드캔(40)의 측부 또는 상부 이외에도, 지반에 대한 스퍼드캔(40)의 관입 위치를 감지하기 위한 다양한 위치에 설치될 수 있다.
컨트롤러(500)는 감지센서(400)로부터 스퍼드캔(40)의 관입 위치에 대한 정보를 인가받을 수 있고, 인가받은 스퍼드캔(40)의 관입 위치가 기 설정된 기준을 벗어나면, 카트(100)가 스퍼드캔(40)을 향해 이동되도록 카트(100)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(500)는 스퍼드캔(40)의 관입 위치가 기 설정된 기준을 벗어나면, 카트(100)의 구동모터(140)에 작동신호를 인가함으로써, 카트(100)를 스퍼드캔(40)이 위치한 지점으로 이동시킬 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 부유식 구조물이 항해 모드로 이동한 후 해상 풍력 발전기의 설치 지점에 도달하면, 부유식 구조물은 잭업 모드로 전환하여 레그(30)를 해저로 하강시킨다.
이때, 지반에 대한 레그(30)의 안정적인 고정이 필요하거나, 스퍼드캔(40)의 관입 위치가 기 설정된 기준을 벗어나면, 지반침하 방지장치(10)는 레그(30)의 하방향으로 이동될 수 있다. 예컨대, 구동모터(140)의 작동에 의해, 구동기어(130)가 회전되면, 구동기어(130)는 레그(30)의 렉기어(31)에 맞물린 상태에서, 카트(100)를 레그(30)의 하방향으로 이동시킬 수 있다.
지반침하 방지장치(10)가 스퍼드캔 또는 지반에 근접하게 위치되면, 지반침하 방지장치(10)의 지지 파이프(210)는 레그(30)와 직각 형태로 펼쳐지도록 카트(100)에서 회전될 수 있다. 그리고 액츄에이터(240)의 작동력이 복수의 지지 핀(220)에 제공되면서, 복수의 지지 핀(220)은 지지 파이프(210)에서 인출될 수 있다. 이때, 탄성부재(230)는 복수의 지지 핀(220) 사이에서 전개력을 제공하므로, 복수의 지지 핀(220)이 지지 파이프(210)에서 인출되면서 방사 형태로 펼쳐지도록 할 수 있다.
이와 같이, 지반침하 방지장치(10)가 지반에 근접하게 위치된 상태에서, 복수의 지지 핀(220)이 지지 파이프(210)에서 펼쳐지면, 복수의 지지 핀(220)은 지면과의 마찰력을 높일 수 있고, 복수의 지지 핀(220) 사이 공간으로 소일이 갇히도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 복수의 지지 핀을 지면 상측에 전개시킴으로써, 지면과의 마찰력을 높일 수 있고, 이를 통해, 레그를 지반에 안정적으로 고정할 수 있다는 등의 우수한 장점을 갖는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 :카트 110 :본체
120 :바퀴 130 :구동 기어
140 :구동모터 200 :지지 유닛
300 :가이드 빔 310 :서포터
320 :마그네틱 휠 400 :감지 센서
500 :컨트롤러

Claims (5)

  1. 부유식 구조물의 레그에서 승강 이동이 가능한 카트;
    상기 카트에 회전 가능하게 장착되고, 상기 레그가 고정되는 지반에 지지되도록 전개되는 복수의 지지 핀을 포함하는 지지 유닛; 및
    상기 카트를 상기 레그의 길이방향으로 안내하는 가이드 빔을 포함하는 지반침하 방지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 유닛은
    상기 카트에 회전 가능하게 장착되는 지지 파이프;
    상기 지지 파이프에 입출 가능하게 장착되는 복수의 지지 핀;
    상기 지지 파이프에서 상기 복수의 지지 핀이 인출될 때, 상기 복수의 지지 핀이 펼쳐지도록 상기 복수의 지지 핀 사이에 전개력을 제공하는 탄성부재; 및
    상기 지지 파이프에서 상기 지지 핀을 인출시키기 위한 작동력을 상기 지지 핀에 제공하는 액츄에이터를 포함하는 지반침하 방지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 빔은
    상기 카트의 단부에 설치되는 서포터; 및
    상기 서포터의 장착되고, 자기력을 이용하여 상기 레그에 부착 가능한 마그네틱 휠을 포함하는 지반침하 방지장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 카트는
    본체;
    상기 본체에 장착되는 바퀴;
    상기 레그의 렉기어에 맞물리도록 상기 본체에 설치되는 구동기어; 및
    상기 구동기어를 회전시키기 위한 구동력을 상기 구동기어에 제공하는 구동모터를 포함하는 지반침하 방지장치.
  5. 잭업 모드로 운용가능한 선체;
    상기 선체를 해저에 고정하기 위해 상기 선체의 레그웰에 제공되는 레그; 및
    상기 레그에 장착 가능한 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 지반침하 방지장치를 포함하는 부유식 구조물.
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KR1020180156104A KR20200069022A (ko) 2018-12-06 2018-12-06 지반침하 방지장치 및 이를 포함하는 부유식 구조물

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KR102305036B1 (ko) * 2021-06-14 2021-09-27 삼보씨엠씨 주식회사 탈부착 풋팅

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101625490B1 (ko) 2014-07-07 2016-05-31 삼성중공업 주식회사 레그를 포함하는 부유식 구조물

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