KR20210001292A - 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물 - Google Patents

Abstract

횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체; 상기 본체를 상하 방향으로 관통하며 상기 본체를 지지하고, 수평 방향으로 배치되는 수평 부재가 구비된 레그; 상기 레그의 일측에 제공되며, 상기 레그의 기울기를 감지하는 기울기 감지부; 상기 레그의 수평 부재에 상기 수평 부재를 따라 이동 가능하게 제공되며, 중량체로 구성되는 웨이트부; 및 상기 감지부의 감지 신호를 받아 상기 레그의 기울기를 판단하고, 상기 레그의 기울기에 따라 상기 웨이트부를 이동시키는 제어부를 포함하는 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

Description

횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE HAVING LEG FOR PREVENTING ROLLING}

본 발명은 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다.

예를 들어, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 블레이드의 유의미한 회전을 얻기 위한 일정 수준 이상의 풍속이 보장될 수 있는 곳이어야 하고, 풍력 발전기의 구동 시 발생되는 소음에 따른 공해가 이슈화되지 않아야 하는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경적인 조건을 만족한다고 하더라도 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다는 문제가 있다.

최근에는 위와 같은 제약 조건으로부터 상대적으로 자유로운 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 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 선박을 일반적으로 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.

풍력 발전기 설치 선박은 작업 특성상, 항해 모드와 잭업 모드로 운용될 수 있다. 구체적으로, 풍력 발전기 설치 선박은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 본체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다.

그 후, 풍력 발전기 설치 선박은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 박은 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어 올린다. 본체가 일정 위치에 다다르게 되면 풍력 발전기 설치 선박은 본체의 이동을 중지하고 해상 풍력 발전기를 설치하는 작업을 수행하며, 설치가 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 설치 위치까지 이동한다.

상기한 풍력 발전기 설치 선박과 같은 부유식 구조물이 작업 중인 동안에, 레그는 해수면 위에 떠 있는 본체로부터 해저까지 연장된 형태를 갖는데, 레그에는 바람, 조류, 파도 등과 같은 다양한 종류의 환경 하중이 가해지게 되고, 이에 의해 레그가 좌우로 기울어지는 요동, 즉 횡동요 현상이 발생될 수 있다.

이와 같은 레그의 횡동요 현상이 심해지면 레그에 작용하는 본체 및 레그의 하중에 의한 모멘트의 크기가 증대되어 심한 경우 레그가 변형 또는 파손될 수 있으며, 부유식 구조물 전체가 좌초할 위험이 있다.

한국공개특허 제10-2013-143362호

본 발명의 실시예는, 풍력 발전기 설치 선박과 같은 부유식 구조물의 레그에 횡동요 현상이 발생할 때 레그의 기울기를 실시간 감지하여 그 기울기에 따라 레그의 무게 중심을 순간적으로 이동시킴으로써 횡동요를 방지하는 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본체; 상기 본체를 상하 방향으로 관통하며 상기 본체를 지지하고, 수평 방향으로 연장되는 수평 부재를 포함하는 레그; 상기 레그의 일측에 제공되며, 상기 레그의 기울기를 감지하여 감지 신호를 발생시키는 기울기 감지부; 상기 레그의 수평 부재에 상기 수평 부재를 따라 이동 가능하게 제공되는 웨이트부; 및 상기 기울기 감지부의 감지 신호를 받아 상기 레그의 기울기를 판단하고, 상기 레그의 기울기에 따라 상기 웨이트부를 이동시키는 제어부를 포함하는, 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

또한 상기 웨이트부는, 몸체; 및 상기 몸체에 구동 가능하게 설치되며, 상기 수평 부재에 접촉되어 상기 몸체가 상기 수평 부재를 따라 움직이도록 하는 구동 휠을 포함할 수 있다.

또한 웨이트부는 상기 몸체의 일측에 제공되며, 외부의 전기적 신호를 받아 자화되면, 상기 수평 부재에 부착되어 상기 몸체가 상기 수평 부재상에서 이동하는 것을 방지하는 전자석부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 수평 부재는 복수 개가 제공되고, 복수 개의 상기 수평 부재는 상기 레그의 높이 방향을 따라 간격을 두고 이격 배치되며, 상기 웨이트부는 복수 개가 제공되고, 복수 개의 상기 웨이트부는 복수 개의 상기 수평 부재에 각각 하나씩 제공될 수 있다.

또한 상기 복수의 웨이트부는 서로 다른 중량을 갖도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의하면, 부유식 구조물의 레그에 횡동요 현상이 발생할 때 레그의 기울기를 감지하고 그 기울기에 따라 레그의 무게 중심을 이동시켜 레그의 자세를 바로 잡음으로써 레그의 횡동요 현상을 억제할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 부유식 구조물에서 횡동요가 발생한 상태를 나타낸 측면도이다.
도 3은 도 1의 부유식 구조물에서 레그를 확대하여 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3의 상태에서 횡동요가 발생하였을 때 웨이트부가 이동하면서 레그의 자세를 바로 잡는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물에서 도 3의 웨이트부를 확대하여 나타낸 도면이다.

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.

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 방지용 레그(200)가 구비된 부유식 구조물(10)에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 방지용 레그(200)가 구비된 부유식 구조물(10)은 본체(100), 레그(200), 기울기 감지부(300), 웨이트부(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.

본체(100)는 부유식 구조물(10)의 선체를 의미하는 것으로서, 여기서 부유식 구조물(10)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV)뿐만 아니라 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)도 포함될 수 있으나, 이하에서는 풍력 발전기 설치 선박을 예로 들어 설명한다.

본체(100)는 부유 가능한 직사각형 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 일반적인 상선에 비해 폭이 넓고 높이가 낮으며 길이가 짧은 구조로 형성될 수 있다. 그러나 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 기술 사상에 따른 본체(100)는 레그(200) 및 레그 지지부가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다.

본체(100)는 부유식 구조물(10)의 기능에 따른 피적재물이 적재될 수 있다. 본체(100)에는 해상 풍력 발전기의 부품인, 블레이드와 나셀, 타워 등이 피적재물로 적재될 수 있으며, 피적재물을 본체(100)에 고정시키는 적재 유닛이 제공될 수 있다.

여기에서 피적재물의 종류 및 적재 방식은 일 예에 불과하며, 피적재물은 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양한 형태로 적재될 수 있다. 예컨대, 블레이드와 나셀은 서로 분리된 상태로 적재될 수 있으며, 부유식 구조물(10)이 잭업 플랫폼인 경우 피적재물은 라이저 파이프일 수 있다.

한편, 레그(200)는 본체(100)를 상하 방향으로 관통하며 본체(100)를 지지하는 구성으로서, 레그는 수평 방향으로 배치되는 수평 부재(210)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 수평 방향은 수평면과 완전히 나란한 방향에 한정되지 않고 수평면에 대하여 약간 기울어진 방향까지 포함하는 개념으로 정의될 수 있다.

레그(200)는 부유식 구조물(10)의 사용 목적에 따라 복수 개가 제공될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 본체(100)를 상하 방향으로 관통하도록 설치될 수 있다.

레그(200)는 본체(100)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같은 잭업 모드 상태에서 본체(100)의 하중을 견디면서 지지할 수 있다. 레그(200)는 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

레그(200)는 본체(100)와의 관계에서 상하 방향의 상대 운동을 수행하게 되는데, 여기에서 상대 운동이라는 것은 레그(200)가 본체(100)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(100)가 레그(200)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념이다.

한편, 기울기 감지부(300)는 레그(200)의 일측에 제공되는 것으로서, 레그(200)에 가해지는 바람, 조류, 파도 등과 같은 다양한 종류의 환경 하중에 의해 레그(200)가 기울어지는 횡동요 현상이 발생할 때 레그(200)의 기울기를 측정하기 위한 구성이다.

기울기 감지부(300)는 레그(200)의 기울기를 감지함으로써 레그(200)에 횡동요 현상이 발생하는지를 판단하는 기초 자료로 사용될 수 있다. 또한, 기울기 감지부(300)는 레그(200)의 기울기에 비례하는 소정의 감지 신호를 송출할 수 있다. 이러한 기울기 감지부(300)는 다른 구조물과 간섭되지 않도록 레그(200)의 최 상부에 제공될 수 있다.

기울기 감지부(300)는 기울기를 감지하여 그에 상응하는 감지 신호를 출력할 수 있는 다양한 종류의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 기울기 감지부(300)는 자이로 센서를 포함할 수 있다.

또한 웨이트부(400)는 레그(200)에 횡동요 현상이 발생하여 레그(200)가 기울어졌을 때 레그(200)의 무게 중심을 이동시켜 기울어진 레그(200)의 자세를 바로 잡기 위한 구성으로서, 웨이트부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 레그(200)의 수평 부재(210)에 제공될 수 있다.

이러한 웨이트부(400)는 소정의 중량을 갖는 중량체로 구성되며, 수평 부재(210)를 따라 이동될 수 있다. 도 3과 같이 레그(200)가 어느 일 방향으로 기울어진 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 웨이트부(400)가 그 반대 방향으로 이동하면 레그(200)의 무게 중심이 이동되어 기울어진 레그(200)의 자세를 바로 잡을 수 있다.

도 5를 참조하면, 웨이트부(400)는 몸체(410) 및 구동 휠(420)을 포함할 수 있다.

몸체(410)는 웨이트부(400)의 전체적인 외관을 이루며 레그(200)의 무게 중심이 레그(200)의 수평 부재(210) 상에서 이동되도록 소정의 무게를 갖는 중량체로 이루어질 수 있다.

몸체(410)가 수평 부재(210) 상에서 이탈되지 않고 수평 부재(210)를 따라 움직일 수 있도록 몸체(410)의 중심에는 수평 부재(210)가 관통하는 관통공(411)이 형성될 수 있다. 또한, 웨이트부(400)는 레그(200)에 착탈 가능하도록 필요에 따라 커버(412)를 포함할 수 있다.

또한 구동 휠(420)은 몸체(410)에 구동 가능하게 설치되고, 구동 휠(420)은 레그(200)의 수평 부재(210)에 접촉될 수 있다. 구동 휠(420)이 구동될 때 수평 부재(210)와의 마찰력에 의해 구동 휠(420)은 몸체(410)를 수평 부재(210)가 연장되는 방향을 따라 이동시킬 수 있다.

구동 휠(420)은 외부의 전기적 신호(예컨대, 제어부(500)의 제어 신호)에 의해 구동될 수 있으며, 정회전 또는 역회전 구동이 가능하여 수평 부재(210) 상에서 전진 또는 후진하도록 구성될 수 있다.

웨이트부(400)는 전자석부(430)를 더 포함할 수도 있다.

전자석부(430)는 도 5에 도시된 바와 같이 몸체(410)의 일측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 전자석부(430)는 수평 부재(210)와 마주보도록 배치될 수 있다. 또한 전자석부(430)는 외부의 전기적 신호(예컨대, 제어부(500)의 제어 신호)에 의해 자화되어 자력이 생성되는 바, 전자석부(430)가 자화되면 자성체로 이루어진 수평 부재(210)에 부착되어 몸체(410)를 수평 부재(210)에 고정시키므로 몸체(410)가 수평 부재(210) 상에서 이동하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 레그(200)에 횡동요가 발생하여 레그(200)가 기울어졌을 때 이를 바로 잡기 위하여 웨이트부(400)가 수평 부재(210)를 따라 어느 일 방향으로 움직이고, 웨이트부(400)의 이동에 의해 레그(200)의 무게 중심이 이동하여 레그(200)의 기울어진 자세가 바로 잡히면 웨이트부(400)는 해당 위치에 고정되기 위하여 전자석부(430)를 매개로 해당 위치에 고정될 수 있다.

한편, 제어부(500)는 기울기 감지부(300)에서 송출된 감지 신호를 받아 레그(200)의 기울기를 판단할 수 있다. 제어부(500)는 감지 신호의 값을 분석하여 레그(200)가 기울어지지 않고 정상적인 자세를 유지하고 있는 것으로 판단되면, 웨이트부(400)를 제어하지 않는다.

그러나, 제어부(500)는 레그(200)가 기울어진 것으로 판단되면 레그(200)의 기울기에 따라 소정의 제어 신호를 웨이트부(400)에 보내어 웨이트부(400)를 이동시킬 수 있다. 제어부(500)는 기울기 감지부(300)의 감지 신호에 따라 웨이트부(400)를 이동 거리 및 이동 방향을 산출하고, 산출된 위치로 웨이트부(400)를 이동시킬 수 있다.

레그(200)가 기울어진 방향에 따라 웨이트부(400)의 이동 방향이 결정되며, 레그(200)가 기울어진 정도에 따라 웨이트부(400)의 이동 거리 또는 위치가 결정될 수 있는바, 이는 실험적으로 구해져 제어부(500)에 미리 입력될 수 있다. 예컨대, 레그(200)의 기울어진 정도가 크다면 웨이트부(400)가 최초 위치로부터 이동하는 거리 역시 증가될 수 있다.

이러한 웨이트부(400)는 레그(200)의 기울어짐을 바로 잡기 위하여 1개가 제공될 수도 있지만, 신속하고 정확하게 레그(200)의 기울어짐을 해소하기 위하여 복수 개가 제공될 수도 있다.

따라서, 웨이트부(400)는 레그(200)의 높이 방향을 따라 상하로 간격을 두고 이격 배치되는 수평 부재(210)에 각각 설치될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 레그(200)에 횡동요가 발생하여 레그(200)가 기울어졌을 때 복수 개의 웨이트부(400)가 레그(200)의 기울어짐을 바로 잡기 위하여 소정의 위치로 이동될 수 있다.

복수의 웨이트부(400)는 무게가 서로 다르도록 구성될 수도 있다. 또한, 복수의 웨이트부(400)의 무게는 각각 제어부(500)에 미리 입력될 수 있고, 제어부(500)는 레그(200)의 기울기를 판단하여 기울어진 레그(200)를 바로 잡는데 필요한 무게 중심을 산출하여 그에 맞게 각각의 웨이트부(400)의 위치를 제어할 수 있다. 웨이트부(400)의 무게가 서로 다르기 때문에 제어부(500)는 각각의 웨이트부(400)의 이동 위치를 서로 다르도록 제어할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

10 : 부유식 구조물
100 : 본체 200 : 레그
210 : 수평 부재 300 : 기울기 감지부
400 : 웨이트부 410 : 몸체
420 : 구동 휠 430 : 전자석부
500 : 제어부

Claims (5)

1. 본체;
   상기 본체를 상하 방향으로 관통하며 상기 본체를 지지하고, 수평 방향으로 연장되는 수평 부재를 포함하는 레그;
   상기 레그의 일측에 제공되며, 상기 레그의 기울기를 감지하여 감지 신호를 발생시키는 기울기 감지부;
   상기 레그의 수평 부재에 상기 수평 부재를 따라 이동 가능하게 제공되는 웨이트부; 및
   상기 기울기 감지부의 감지 신호를 받아 상기 레그의 기울기를 판단하고, 상기 레그의 기울기에 따라 상기 웨이트부를 이동시키는 제어부;
   를 포함하는, 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 웨이트부는,
   몸체; 및
   상기 몸체에 구동 가능하게 설치되며, 상기 수평 부재에 접촉되어 상기 몸체가 상기 수평 부재를 따라 움직이도록 하는 구동 휠;
   을 포함하는, 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 웨이트부는
   상기 몸체의 일측에 제공되며, 외부의 전기적 신호를 받아 자화되면, 상기 수평 부재에 부착되어 상기 몸체가 상기 수평 부재상에서 이동하는 것을 방지하는 전자석부를 더 포함하는, 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 수평 부재는 복수 개가 제공되고,
   복수 개의 상기 수평 부재는 상기 레그의 높이 방향을 따라 간격을 두고 이격 배치되며,
   상기 웨이트부는 복수 개가 제공되고,
   복수 개의 상기 웨이트부는 복수 개의 상기 수평 부재에 각각 하나씩 제공되는, 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 복수의 웨이트부는 서로 다른 중량을 갖도록 구성되는, 횡동요 방지용 레그가 구비된 부유식 구조물.

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