KR20220100336A

KR20220100336A - 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법

Info

Publication number: KR20220100336A
Application number: KR1020210002668A
Authority: KR
Inventors: 김태훈; 김유석; 진병무; 배경태; 김영태
Original assignee: (주)대우건설
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2022-07-15
Also published as: KR102456098B1

Abstract

본 발명은 콘크리트 석션 앵커에 관한 것으로서, 상세하게는 석션 앵커 측벽에 방사상으로 반구 형태의 가이드홈을 형성하고, 가이드홈의 하부에 패드아이를 설치하여 계류선의 계류 체인과 패드아이가 내부에 위치하도록 하여 석션 앵커의 시공시에 패드아이와 계류선의 계류 체인에 의한 관입저항을 감소시키도록 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법에 관한 것이다.

Description

부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법{CONCRETE SUCTION ANCHOR FOR FLOATING STRUCTURE MOORING AND CONSTRUCTION METHOD OF CONCRETE SUCTION ANCHOR USING THEREOF}

풍력 발전 설비는 육상 또는 해상에 설치되어 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔 전력을 생산하는 장치이다.

지구온난화에 따른 환경규제와 화석연료의 수급 불안 등의 문제점이 대두됨으로서 신재생 에너지 생산시스템으로서의 풍력 발전이 각광을 받고 있다.

풍력 발전 설비는 주로 육상에 설치되어 왔으나, 점차적으로 해상 설치가 증가하고 있다. 풍력 발전을 위해 해상은 육상에 비해 바람의 질이 대체로 좋은 편이며, 날개 소음 문제에 있어서도 보다 쉽게 대응할 수 있는 장점이 있다. 특히, 경제성 확보를 위해서는 대규모의 단지 확보가 요망되는데 육상에는 이러한 단지를 구비하기 어려워, 연안이나 근해의 해상이 대단위 해상풍력단지로 떠오르고 있다.

풍력 발전 설비를 해상에 설치하기 위한 구조는 크게 고정식과 부유식으로 나눌 수 있다. 고정식 구조는 육상에서와 같이 구조물이 직접 해저면에 고정되어 환경하중을 구조적 변형으로 대응하는 형식이고, 부유식은 수면에 떠 있으며 자중, 부력, 환경 하중 및 계류력을 받고 있고, 구조물의 자유도 운동으로 환경하중을 이겨내는 방식이다.

최근까지 해상 풍력 발전 설비는 고정식으로 주로 얕은 수심에 설치되었다. 그러나, 고정식 구조는 구조물이 해저면에 고정되어 있어 유리한 조업조건을 제공하지만 수심이 깊어지면, 구조물의 규모가 너무 커지고 피로파괴 위험성을 피하기 어려워진다. 또한, 풍력 발전기의 대형화 추세에 따라 구조물의 제작, 설치에 드는 비용이 천문학적으로 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, 바람은 육상에서 멀어질수록 강하고 일정해지므로 발전효율을 높일 수 있다. 이에 점차 해안으로부터 멀리 떨어져 수심이 깊은 곳에서도 풍력 발전의 개발 필요성이 제기되고 있다. 따라서 수심이 깊어져도 구조물의 크기에 제한을 받지 않는 부유식 풍력 발전 설비에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

부유식 풍력 발전 설비에 적용되는 계류 장치는 해상에 부유하는 부유체 구조물에 계류 라인(Tendons)이 설치되는 방식에 따라 여러 가지 방식으로 나뉘는데, 예를 들어, TLP(Tension Leg Platform) 방식, 현수선(Catenary) 방식, 긴장 방식(Taut Mooring) 등이 있다.

TLP 방식에서는 석션 앵커가 많이 사용되고 있으며, 계류 라인은 긴장력을 유지하기 위하여 수직으로 구조물과 연결되어야만 하기 때문에 석션 파일 앵커 상단 한가운데에 연결하여 사용한다. 즉, 석션 앵커와 구조물 간에 긴장력을 발휘하고, 구조물의 계류 위치와 석션 앵커의 계류 위치가 일대일로 대응되어야만 하기 때문에 정확한 위치에 석션 앵커가 설치되어야만 한다. 이때, 석션 앵커는 컵이 뒤집혀진 형태의 해상 시공 파일로 석션 앵커 상부의 석션 펌프를 사용하여 석션 앵커 내부의 물을 빼냄으로서 석션 앵커의 내외부 압력차를 이용하여 관입시키는 파일이다.

이러한 석션 앵커의 일례로 본 출원인에 의해 출원된 국내 등록특허 제10-1546484호인 원위치에서 수직 인발이 가능한 석션 파일 앵커 시공방법이 개시되어 있다.

상기 원위치에서 수직 인발이 가능한 석션 파일 앵커 시공방법은 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 제작된 석션 파일 앵커(100)를 설치 위치까지 운반선을 이용하여 운반한 상태에서 계류 라인(140)의 일끝단을 석션 앵커(110)의 제 1인발 고리(113)에 고정시키고, 계류 라인(140)의 일끝단 상단을 석션 파일(120)의 유압 클램프(126)에 고정시켜 수직을 유지시키고, 계류 라인(140)의 타끝단을 설치선(150)의 제 2윈치(153)와 연결시키며, 와이어(W)의 양단을 석션 파일(120)의 제 2인발 고리(122)와 설치선(150)의 제 1윈치(151)에 연결시킨 상태에서 제 1윈치(151)와, 제 2윈치(153)를 동작시켜 석션 파일 앵커(100)를 설치 위치로 하강시키면서 석션 파일(120)의 밸브(124)를 개방시켜 석션 파일 앵커(100) 내부에 물을 채워 자중에 의해 지반에 일부 매립되도록 한다. 이때, 석션 파일(120)의 밸브(124)가 개방되면 앵커(110)와 석션 파일(120)이 서로 연통되기 때문에 이들 내부로 물이 채워지고, 자중에 의해 하강된다(S100).

석션 파일 앵커(100)가 지반에 일부 매립된 상태에서 도 7에 도시된 바와 같이 밸브(124)를 닫고, 제 1윈치(151)와, 제 2윈치(153) 및 석션 펌프(125)를 동작시키면 석션압에 의해 석션 파일 앵커(100)가 지반에 관입되는 데, 설계 깊이까지 관입시킨다(S110). 이때, 계류 라인(140)은 석션 파일 앵커(100)의 측면에서 수직을 유지하면서 지반으로 삽입되게 된다.

석션 파일 앵커(100)가 설계 깊이로 관입되면, 유압 펌프(155)를 동작시켜 유압 장치(130)의 유압 실린더(135)와 석션 파일(120)의 유압 클램프(126)로 유압을 공급하면 앵커(110)에서 석션 파일(120)과 유압 장치(130)가 분리되고, 유압 클램프(126)에서 계류 라인(140)이 분리되는데, 이들이 분리된 상태에서 제 1윈치(151)를 동작시켜 와이어(W)를 당겨 석션 파일(120)과 유압 장치(130)를 인발시킨다(S120). 이때, 와이어(W)를 수직으로 인발하여 석션 파일(120)이 수직으로 인발시킨다.

이어서, 석션 파일(120)과 유압 장치(130)가 인발되면, 제 2윈치(153)를 동작시켜 계류 라인(140)을 인발하여 이에 긴장력을 도입시킨다(S130). 이때, 인발된 석션 파일(120)과 유압 장치(130)는 재이용된다.

계속해서 긴장력이 도입된 계류 라인(140)에 해상 구조물(1)을 연결시킨다.

상기 원위치에서 수직 인발이 가능한 석션 파일 앵커 시공방법은 앵커를 해저 지반 내부에 관입하기 위하여 기존 석션 파일 하단에 동일 직경의 앵커를 연결하고, 석션 파일을 관입하여 지반 내부 깊숙하게 앵커를 위치시켜 수직 인발저항력을 극대화시킨다. 또한 계류선은 앵커가 놓인 연직 상부로 작용시키도록 하였다.

그러나, 이러한 종래의 원위치에서 수직 인발이 가능한 석션 파일 앵커 시공방법은 연결 부위와 계류선이 석션 앵커 상부에 위치하게 되는데, 관입 저항이 크게 되면 원하는 깊이까지 설치가 어려운 문제점이 있다.

한편, 석션 앵커를 수직으로 인발하는 경우가 아닌 긴장 계류(Taut Mooring)이나 현수 계류(Catenary Mooring)의 경우와 같이 경사지게 인발 저항력을 가지는 경우에는 부유체 구조물과 석션 앵커가 연결된 계류선(Mooring Line)의 연결 부위(Padeye) 위치는 석션 앵커가 해저면에 매립된 경우 앵커 측벽에 설치하는 것이 더욱 더 인발 저항을 극대화할 수 있다. 일반적으로 그 위치는 도 7에 도시된 바와 같이 석션 앵커의 벽체 하단으로 중간 이하에 최적의 인발 작용점이 위치한다.

또한, 연결부위와 계류선의 인발 각도 중요한 인발 저항에 대한 인자로서 도 8에 도시된 바와 같이 동일한 석션 앵커로 볼 때 가운데 연직 인발보다는 경사 인발이 더 크며, 그보다는 벽체에 연결부위를 설치하는 것이 더 크다(P0＜P1＜P2＜P3).

그리고, 최적의 인발 저항을 구하려고 한다면 도 8에 도시된 바와 같이 전체 석션 앵커의 길이 방향으로 중간 이하에 설치하는 것이 좋다. 그러나 석션 앵커를 석션 파일과 같이 석션압으로 관입하는 석션 앵커의 경우 석션 앵커 설치시 벽을 따라 관입 저항이 발생되는데, 계류선이 석션 앵커 밖에 나와 있는 경우에는 연결부위 뿐 아니라 계류선도 석션 앵커의 관입을 저항하게 된다. 따라서 현실적으로 연결 부위를 더 석션 앵커 하단방향으로 내리려고 하여도 관입 저항에 때문에 석션 앵커 상부에 설치하게 된다. 이렇게 되면 최적의 연결 부위 위치에 놓지 못하므로 인하여 본래 설계에서 의도하지 않는 석션 앵커의 지름이나 길이를 더 키워야 하는 문제점이 발생한다.

또한, 부유식 해상 풍력 발전 단지와 같이 규칙적인 부유체가 많이 설치되는 경우에는 수심 등에 따라 석션 앵커를 공유하는 데, 이 경우 석션 앵커 하나에 하나의 연결 부위 뿐만 아니고 3개 이상의 연결 부위(Padeye)를 함께 두어 복수의 부유체 구조물의 계류에 적용되어야 하는 데, 상기 원위치에서 수직 인발이 가능한 석션 파일 앵커 시공방법은 1개의 석션 앵커가 1개의 부유체 구조물과 연결되기 때문에 적용이 불가능한 문제점이 있다.

국내 등록특허 제10-1546484호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석션 앵커 측벽에 방사상으로 반구 형태의 가이드홈을 형성하고, 가이드홈의 하부에 패드아이를 설치하여 계류선의 계류 체인과 패드아이가 내부에 위치하도록 하여 석션 앵커의 시공시에 패드아이와 계류선의 계류 체인에 의한 관입 저항을 감소시키도록 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 석션 앵커 측벽에 계류 라인이 삽입되는 가이드홈 입구에 여닫이문 형태의 개폐 부재를 설치하여 관입시 가이드홈 내부로 외부의 토사가 안으로 유입되는 것을 차단하고, 계류 라인을 경사 인발시 개폐 부재가 개방되어 미간섭되도록 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또, 본 발명은 석션 앵커를 콘크리트 구조체로 제작함으로써 자중을 증대시켜 인발 저항을 극대화시키고, 방사상으로 복수의 가이드홈과 패드아이를 설치함으로써 부유식 해상 풍력 발전 단지와 같이 규칙적인 부유체 구조물과 연결이 가능하도록 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

부유식 해상풍력 발전 설비가 설치된 부유체 구조물을 계류하기 위한 콘크리트 석션 앵커에 있어서, 철근과 인장재 및 콘크리트로 상면이 폐쇄된 원통형으로 제작되고, 상면에 수직으로 석션 밸브를 구비하는 석션 파이프와 유로 밸브를 구비하는 유로 파이프가 각각 설치되며, 계류선의 윈치에 감겨진 계류 라인이 인입되도록 길이 방향 중심점을 기준으로 방사상으로 외측벽 상부에서 하단까지 수직으로 반구 형태의 제 1가이드홈이 형성되고, 상기 제 1가이드홈의 하단에 패드아이가 설치되며, 상면에 복수의 클램프 결합 고리가 설치되는 석션 앵커와; 철근과 인장재 및 콘크리트로 상면이 폐쇄된 원통형으로 제작되되, 상기 석션 앵커의 길이보다 짧게 형성되고, 상면에 상기 석션 파이프와 유로 파이프가 관통되는 관통홀이 형성되며, 상면에 상기 석션 파이프에 결합되는 석션 펌프가 고정 설치되고, 상기 석션 앵커의 제 1가이드홈과 동일 위치에 동일 형상으로 제 2가이드홈이 수직으로 형성되고, 설치선의 윈치에 감겨지고 크레인과 연결된 설치 라인이 연결되어 수직으로 승하강되도록 상면 중앙에 인양 고리가 형성되는 설치 유틸리티와; 각각의 상기 설치 유틸리티의 제 2가이드홈 상면에 설치되어 상기 계류선의 계류 라인을 고정 및 분리하는 계류 라인용 클램프; 및 상기 설치 유틸리티의 저면에서 상기 석션 앵커의 복수의 클램프 결합 고리와 대응되는 위치에 각각 설치되어 상기 설치 유틸리티와 석션 앵커를 분리시키는 분리용 클램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 제 1, 2가이드홈은 외측면에는 길이 방향으로 복수의 개폐 부재가 설치된다.

여기에서 또한, 상기 개폐 부재는 외측으로만 벌어지는 여닫이 타입이다.

여기에서 또, 상기 석션 펌프의 유입구와 상기 파이프의 단부에는 상기 석션 펌프와 석션 파이프가 원터치 타입으로 분해 결합되도록 커플러가 구비된다.

여기에서 또, 상기 계류 라인용 클램프와 분리용 클램프는 유압, 전기, 공압, 수동 중 어느 하나의 방식에 의해 동작된다

여기에서 또, 상기 설치 유틸리티는 상기 석션 앵커가 해저면에 관입되면 분리후 수거되어 재이용된다.

본 발명의 다른 특징은,

상기 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법에 있어서, 석션 앵커의 상면에 설치 유틸리티를 결합한 상태에서 설치선의 크레인과 연결된 설치 라인을 인양 고리에 연결하고, 계류선의 계류 라인을 계류 라인용 클램프를 관통하여 패드아이에 결합시킨 상태에서 상기 크레인을 이용하여 해수면에 상기 설치 유틸리티가 수면 위에 떠 있는 위치까지 하강시킨 다음 유로 밸브를 열고, 석션 밸브를 닫아 수중에 상기 석션 앵커와 설치 유틸리티를 투입시키는 투입 공정과; 상기 석션 앵커가 해저면에 닿은 다음 자중에 의해 일부 관입시키는 자중 관입 공정과; 상기 석션 앵커가 자중에 의해 일부 관입되면 상기 유로 밸브를 닫고, 상기 석션 밸브를 연 다음 상기 석션 펌프를 동작시켜 석션압에 의해 상기 석션 앵커를 해저면에 관입시키는 석션 관입 공정과; 석션 관입이 완료되면, 상기 석션 펌프를 오프시키고, 석션 밸브를 닫은 다음 계류 라인용 클램프를 개방하여 상기 계류 라인을 해저지반에 내리는 계류 라인 분리 공정과; 분리용 클램프를 개방하여 상기 설치 유틸리티를 석션 앵커에서 분리시켜 인양하는 설치 유틸리티 인양 공정; 및 상기 계류선이 상기 계류 라인을 상기 부유체 구조물로 끌어서 상기 부유체 구조물에 연결하는 계류 라인 연결 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 계류선은 상기 석션 앵커를 기준으로 방사형으로 거리를 두고 위치하고, 상기 설치 라인의 하강에 맞춰 상기 계류 라인을 풀어준다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 및 이를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법에 따르면, 석션 앵커 측벽에 방사상으로 반구 형태의 가이드홈을 형성하고, 가이드홈의 하부에 패드아이를 설치하여 계류선의 계류 라인과 패드아이가 내부에 위치하도록 하여 석션 앵커의 시공시에 패드아이와 계류선의 계류 라인에 의한 관입 저항을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 석션 앵커 측벽에 계류 라인이 삽입되는 가이드홈 입구에 여닫이문 형태의 개폐 부재를 설치하여 관입시 가이드홈 내부로 외부의 토사가 안으로 유입되는 것을 차단하고, 계류 라인을 경사 인발시 개폐 부재가 개방되어 미간섭되어 계류 라인을 경사 방향으로 유지시킬 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 석션 앵커를 콘크리트 구조체로 제작함으로써 자중을 증대시켜 인발 저항을 극대화시키고, 방사상으로 복수의 가이드홈과 패드아이를 설치함으로써 부유식 해상 풍력 발전 단지와 같이 규칙적인 부유체 구조물과 연결하여 사용할 수 있다.

도 1 내지 도 6은 종래의 원위치에서 수직 인발이 가능한 석션 파일 앵커 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일반적인 석션 앵커의 패드 아이 위치에 다른 수평 인발 저항력을 나타낸 도면이다.
도 8은 일반적인 석션 앵커의 패드 아이 위치에 다른 인발 저항력의 크기를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 A-A 부분 단면도이다.
도 11은 도 9의 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커중 개폐 부재의 구성을 나타낸 부분 확대 평면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커중 개폐 부재의 구성을 나타낸 부분 정면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커가 부유식 해상풍력 발전단지에 설치된 모습을 나타낸 예시도이다.
도 15 내지 도 19는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법의 시공 과정을 설명하기 위한 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 10은 도 9의 A-A 부분 단면도이며, 도 11은 도 9의 평면도이고, 도 12는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커 중 개폐 부재의 구성을 나타낸 부분 확대 평면도이며, 도 13은 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커중 개폐 부재의 구성을 나타낸 부분 정면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커가 부유식 해상풍력 발전단지에 설치된 모습을 나타낸 예시도이다.

도 9 내지 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커(1)는 석션 앵커(10)와, 설치 유틸리티(20)와, 계류 라인용 클램프(30) 및 분리용 클램프(40)로 구성된다.

먼저, 석션 앵커(10)는 철근과 인장재(Tendon) 및 콘크리트로 상면이 폐쇄된 원통형으로 제작되고, 상면에 수직으로 석션 밸브(V1)를 구비하는 석션 파이프(P1)와 유로 밸브(V2)를 구비하는 유로 파이프(P2)가 각각 설치되며, 계류선의 윈치에 감겨진 체인 타입의 계류 라인(L1)이 내부로 인입되도록 길이 방향 중심점을 기준으로 방사상으로 외측벽 상부에서 하단까지 수직으로 반구 형태의 제 1가이드홈(11)이 형성되고, 제 1가이드홈(11)의 하단에 계류 라인(L1)의 단부가 결합 고정되는 패드아이(13)가 설치되며, 상면에 복수의 클램프 결합 고리(15)가 설치된다.

그리고, 설치 유틸리티(20)는 석션 앵커(10)와 동일하게 철근과 인장재 및 콘크리트로 상면이 폐쇄된 원통형으로 제작되되, 석션 앵커(10)의 길이보다 짧게 형성되고, 상면에 석션 파이프(P1)와 유로 파이프(P2)가 관통되는 관통홀(H)이 형성되며, 상면에 석션 파이프(P1)와 결합되는 석션 펌프(23)가 고정 설치되고, 석션 앵커(10)의 제 1가이드홈(11)과 동일 위치에 동일 형상으로 제 2가이드홈(21)이 외측 전체에 수직으로 형성되고, 설치선의 윈치에 감겨지고 크레인과 연결된 설치 라인(L2)이 연결되어 수직으로 승하강되도록 상면 중앙에 인양 고리(25)가 형성된다. 이때, 설치 유틸리티(20)는 석션 앵커(10)가 해저면에 관입되면 분리후 수거되어 재이용된다.

또한, 계류 라인용 클램프(30)는 각각의 설치 유틸리티(20)의 제 2가이드홈(21) 상면에 설치되어 계류선의 계류 라인(L1)을 고정 및 분리한다. 이때, 계류 라인용 클램프(30)는 집게 형태로서 유압, 전기, 공압, 수동 중 어느 하나의 방식에 의해 동작된다.

또, 분리용 클램프(40)는 설치 유틸리티(20)의 저면에서 석션 앵커(10)의 복수의 클램프 결합 고리(15)와 대응되는 위치에 각각 설치되어 설치 유틸리티(20)와 석션 앵커(10)를 분리시킨다. 이때, 분리용 클램프(40)는 집게 형태로서 유압, 전기, 공압, 수동 중 어느 하나의 방식에 의해 동작된다.

이어서, 제 1, 2가이드홈(11, 21)은 외측면에는 길이 방향으로 복수의 개폐 부재(50)가 설치되는 데, 개폐 부재(50)는 외측으로만 벌어지는 여닫이 타입이다.

계속해서, 석션 펌프(23)의 유입구와 석션 파이프(P1)의 단부에는 석션 펌프(23)와 석션 파이프(P1)가 원터치 타입으로 분해 결합되도록 커플러(60)가 설치된다.

이하, 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 15 내지 도 19는 본 발명에 따른 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법의 시공 과정을 설명하기 위한 설명도이다.

먼저, 도 15에 도시된 바와 같이 석션 앵커(10)의 상면에 설치 유틸리티(20)를 결합한 상태에서 설치선(S1)의 크레인(C)과 연결된 설치 라인(L2)을 인양 고리(25)에 연결하고, 계류선(S2)의 계류 라인(L1)을 계류 라인용 클램프(30)를 관통하여 패드아이(13)에 결합시킨 상태에서 크레인(C)을 이용하여 해수면에 설치 유틸리티(20)가 수면 위에 떠 있는 위치까지 하강시킨 다음 유로 밸브(V2)를 열고, 석션 밸브(V1)를 닫아 수중에 석션 앵커(10)와 설치 유틸리티(20)를 투입시킨다. 이때, 보조선(S2)들은 석션 앵커(10) 주변부로 방사형으로 거리를 두고 위치하면서 설치 라인(L2)의 하강에 맞춰 윈치(W)를 풀어 계류 라인(L1)을 함께 하강시켜 설치 라인(L2)과 엉키는 것을 방지한다.

도 16에 도시된 바와 같이 석션 앵커(10)가 해저면에 닿은 다음 자중에 의해 일부가 관입된다. 이때, 석션 앵커(10)가 자중에 의해 관입시 설치 라인(L2)과 계류 라인(L1)이 미간섭되도록 이들을 하강시킨다.

석션 앵커(10)가 자중에 의해 일부 관입이 완료되면, 도 17에 도시된 바와 같이 유로 밸브(V2)를 닫고, 석션 밸브(V1)를 연 다음 석션 펌프(23)를 동작시켜 석션압에 의해 석션 앵커(10)를 해저면에 관입시킨다. 이때, 석션 앵커(10)가 자중에 의해 관입시 설치 라인(L2)과 계류 라인(L1)이 미간섭되도록 이들을 하강시킨다. 이때, 패드아이(13)와 계류 라인(L1)이 석션 앵커(10)의 내측에 위치하기 때문에 석션 앵커(10)의 측면이 평면을 형성하므로 석션 앵커(10)를 관입시 벽체를 따라 발생하는 관입 저항을 감소시킬 수 있다.

석션 파일(10)의 석션 관입이 완료되면, 석션 펌프(23)를 오프시키고, 석션 밸브(V1)를 닫은 다음 계류 라인용 클램프(30)를 개방하여 계류 라인(L1)을 해저지반에 내린다.

그리고, 도 18에 도시된 바와 같이 분리용 클램프(40)를 개방하여 설치 유틸리티(20)를 석션 앵커(10)에서 분리시켜 크레인(C)으로 인양하여 설치선(S1)에 수거한다.

설치 유틸리티(20)의 인양이 완료되면, 도 19에 도시된 바와 같이 계류선(S2)으로 계류 라인(L1)을 부유체 구조물(F) 측으로 끌어당겨서 부유체 구조물(F)에 연결한다. 이때, 계류선(S2)으로 계류 라인(L1)을 당기면 제 1가이드홈(11)에 설치된 개폐 부재(50)가 개방되면서 계류 라인(L1)이 경사 방향으로 당겨져 석션 앵커(10)를 경사 인발시킨다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 석션 앵커 20 : 설치 유틸리티
30 : 계류 라인용 클램프 40 : 분리용 클램프
50 : 개폐 부재 60 : 커플러
L1 : 계류 라인 L2 : 설치 라인
S1 : 설치선 S2 : 계류선

Claims

부유식 해상풍력 발전 설비가 설치된 부유체 구조물을 계류하기 위한 콘크리트 석션 앵커에 있어서,
철근과 인장재 및 콘크리트로 상면이 폐쇄된 원통형으로 제작되고, 상면에 수직으로 석션 밸브를 구비하는 석션 파이프와 유로 밸브를 구비하는 유로 파이프가 각각 설치되며, 계류선의 윈치에 감겨진 계류 라인이 인입되도록 길이 방향 중심점을 기준으로 방사상으로 외측벽 상부에서 하단까지 수직으로 반구 형태의 제 1가이드홈이 형성되고, 상기 제 1가이드홈의 하단에 패드아이가 설치되며, 상면에 복수의 클램프 결합 고리가 설치되는 석션 앵커와;
철근과 인장재 및 콘크리트로 상면이 폐쇄된 원통형으로 제작되되, 상기 석션 앵커의 길이보다 짧게 형성되고, 상면에 상기 석션 파이프와 유로 파이프가 관통되는 관통홀이 형성되며, 상면에 상기 석션 파이프에 결합되는 석션 펌프가 고정 설치되고, 상기 석션 앵커의 제 1가이드홈과 동일 위치에 동일 형상으로 제 2가이드홈이 수직으로 형성되고, 설치선의 윈치에 감겨지고 크레인과 연결된 설치 라인이 연결되어 수직으로 승하강되도록 상면 중앙에 인양 고리가 형성되는 설치 유틸리티와;
각각의 상기 설치 유틸리티의 제 2가이드홈 상면에 설치되어 상기 계류선의 계류 라인을 고정 및 분리하는 계류 라인용 클램프; 및
상기 설치 유틸리티의 저면에서 상기 석션 앵커의 복수의 클램프 결합 고리와 대응되는 위치에 각각 설치되어 상기 설치 유틸리티와 석션 앵커를 분리시키는 분리용 클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2가이드홈은,
외측면에는 길이 방향으로 복수의 개폐 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커.
제 2 항에 있어서,
상기 개폐 부재는,
외측으로만 벌어지는 여닫이 타입인 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커.
제 1 항에 있어서,
상기 석션 펌프의 유입구와 상기 파이프의 단부에는,
상기 석션 펌프와 석션 파이프가 원터치 타입으로 분해 결합되도록 커플러가 구비되는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커.
제 1 항에 있어서,
상기 계류 라인용 클램프와 분리용 클램프는,
유압, 전기, 공압, 수동 중 어느 하나의 방식에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커.
제 1 항에 있어서,
상기 설치 유틸리티는,
상기 석션 앵커가 해저면에 관입되면 분리후 수거되어 재이용되는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커.
제 1 항의 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법에 있어서,
석션 앵커의 상면에 설치 유틸리티를 결합한 상태에서 설치선의 크레인과 연결된 설치 라인을 인양 고리에 연결하고, 계류선의 계류 라인을 계류 라인용 클램프를 관통하여 패드아이에 결합시킨 상태에서 상기 크레인을 이용하여 해수면에 상기 설치 유틸리티가 수면 위에 떠 있는 위치까지 하강시킨 다음 유로 밸브를 열고, 석션 밸브를 닫아 수중에 상기 석션 앵커와 설치 유틸리티를 투입시키는 투입 공정과;
상기 석션 앵커가 해저면에 닿은 다음 자중에 의해 일부 관입시키는 자중 관입 공정과;
상기 석션 앵커가 자중에 의해 일부 관입되면 상기 유로 밸브를 닫고, 상기 석션 밸브를 연 다음 상기 석션 펌프를 동작시켜 석션압에 의해 상기 석션 앵커를 해저면에 관입시키는 석션 관입 공정과;
석션 관입이 완료되면, 상기 석션 펌프를 오프시키고, 석션 밸브를 닫은 다음 계류 라인용 클램프를 개방하여 상기 계류 라인을 해저지반에 내리는 계류 라인 분리 공정과;
분리용 클램프를 개방하여 상기 설치 유틸리티를 석션 앵커에서 분리시켜 인양하는 설치 유틸리티 인양 공정; 및
상기 계류선이 상기 계류 라인을 상기 부유체 구조물로 끌어서 상기 부유체 구조물에 연결하는 계류 라인 연결 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법.
제 7 항에 있어서,
상기 계류선은,
상기 석션 앵커를 기준으로 방사형으로 거리를 두고 위치하고, 상기 설치 라인의 하강에 맞춰 상기 계류 라인을 풀어주는 것을 특징으로 하는 부유체 구조물 계류용 콘크리트 석션 앵커를 이용한 콘크리트 석션 앵커 시공방법.