KR20220157372A - 해저에 파일을 설치하기 위한 조립체 및 설치 방법 - Google Patents

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KR20220157372A
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guiding
vessel
guide
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제라르두스 페트뤼스 메스커스
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히레마 마린 컨트랙터스 네덜란드 에스이
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Abstract

본 발명은 해저에 파일을 설치하기 위한 조립체에 관한 것으로서, 상기 조립체는 하기의 구성 요소를 포함한다: 선박을 해저에 대한 설치 위치에 유지시키기 위한 위치 선정 강성을 갖는 위치 선정 시스템을 포함하는 선박; 선박에 제공되는 베이스를 포함하며, 파일 설치 동안 파일을 안내하도록 구성된 파일 안내 시스템; 상기 베이스에 연결어 있으며, 파일 설치시 파일을 수용하도록 구성된 제1 안내 장치; 및 파일과 선박 사이의 상대적 움직임을 허용하기 위해 설치 중에 선박과 파일 사이에 탄력적 연결을 제공하기 위한 탄성 부재로서, 연결 강성을 갖는 탄성 부재. 여기서 상기 탄성 부재는 낮은 연결 강성을 지닌 탄력적인 연결을 제공함으로써 설치 위치에서 일련의 파도 스펙트럼보다 긴 설치 기간 동안 파도에 의해 야기되는 파일의 해저 주위로의 선회 운동의 자연 주기를 유지하도록 의도되고 구성된다.

Description

해저에 파일을 설치하기 위한 조립체 및 설치 방법
본 발명은 해저에 파일을 설치하는 분야, 특히 해저에 파일을 설치하기 위한 조립체 및 설치 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 선박에 연결되도록 구성된 파일 안내 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 부유 선박에 연결되도록 구성되고 설치 위치에서 해저에 파일을 설치하는 동안 부유 선박을 설치 위치에 유지하는 것을 돕도록 구성된 파일 안내 시스템 및 해당 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈을 설치할 때, 해저에 파일을 설치해야 하는 경우가 많다. 풍력 터빈의 기초는 일반적으로 설치 위치에서 해저로 구동되는 모노파일로 구성된다.
파일을 해저에 설치하는 것은 설치 과정에서 파일이 넘어지는 경향이 있고 수직성에 대한 좁은 설치 공차가 설정되기 때문에 복잡하다. 파일의 크기가 증가함에 따라 설치는 더 어려워진다. 현재 12 메가 와트의 풍력 터빈이 개발 중이다. 더 큰 풍력 터빈이 예상된다. 모노파일 기초의 크기, 특히 파일의 직경과 높이가 그에 따라 증가하게 된다.
모노파일 기초가 설치되면 크레인으로 파일을 수직으로 들어올려 해저의 원하는 설치 위치에 위치시킨다. 파일 자체의 중량으로 인해 파일은 가라앉게 되고 부분적으로 토양 속으로 침투한다. 이를 자중 침투라고 한다. 이후에 크레인을 분리하고 미리 결정된 침투 깊이, 즉 최종 침투 위치에 도달할 때까지 파일을 지면으로 더 밀어넣기 위해 해머를 파일 상단에 놓는다. 자중 침투와 최종 침투 사이의 첫 번째 단계에서 모노파일은 안정적이지 않다. 따라서 모노파일은 모노파일 자체가 안정적으로 유지될 수 있을 만큼 충분히 지면에 박힐 때까지 똑바로 세워야 한다. 선박에 제공된 파일 안내 시스템은 종종 파일을 고정하는 데 사용된다.
파일이 해수면 위와 아래로 확장됨에 따라 파일은 설치 위치에서 바다 상태를 경험하게 된다. 특히 파일이 아직 최종적이고 안정적인 침투 깊이에 도달하지 않았을 때 파도에 의해 파일이 움직이게 된다. 파일은 해저에 위치한 바닥 끝을 중심으로 회전하는 경향이 있다. 상기 움직임은 파일 안내 시스템에 의해 감지된 후 선박으로 전달된다. 이러한 하중은 클 수 있으므로 파일 안내 시스템과 선박 사이의 연결이 강해야 한다. 상기의 강도 요구는 무거운 구조를 초래하게 된다. 파일의 크기가 증가함에 따라 하중이, 특히 사면으로 증가하여 구조물이 훨씬 더 무거워진다.
전통적으로 모노파일은 해저상에 세워져서 그 위치에서 밀려나지 않고 파일을 고정할 수 있는 잭업 선박을 사용하여 설치된다. 그러나 부유선박을 이용하여 풍력 터빈을 설치하고자 하는 필요가 증가하고 있다. 부유 선박은 더 빠른 경향이 있다. 부유 선박은 더 깊은 수심에 파일을 설치할 수 있다. 잭업 선박이 해저상에 서 있기 때문에 부유선박은 해저 토양 조건에 제한을 받지 않는다.
잭업 선박에 비해 부유 선박의 단점은 부유 선박이 잭업 선박보다 해상 상태에 더 취약하다는 것이다. 바람, 파도 및 해류력이 부유 선박에 작용하여 선박을 제자리에서 밀어낸다. 위치 선정 시스템은 선박을 미리 결정된 위치에 유지하기 위한 것이다.
또한, 파일이 부유 선박에 의해 고정될 때 파일에 가해지는 수평력도 선박에 작용하여 부유 선박을 제자리에서 밀어낸다. 이는 위치 선정 시스템에 의해 중화되어야 한다.
파일은 선회 각도 또는 파일의 경사가 증가할 때 부유 선박에 증가하는 힘으로 밀어내게 된다. 따라서 부유 선박은 파일을 미리 결정된 원하는 방향으로 되돌리기 위해 파일에 증가하는 복원력을 제공해야 한다. 이것은 일반적으로 수직 방향이다. 특정 선회 각도를 넘어서면 선박에 대한 파일의 힘이 너무 커져서 부유 선박이 파일을 상기 원하는 방향으로 다시 선회시키는 데 필요한 힘을 제공할 수 없게 된다.
파일의 선회 운동 대신에 또는 추가하여, 부유 선박 자체는 파도 하중으로 인해 파일을 고정하고 있는 동안 원하는 위치에서 이동할 수 있다. 부유선박이 파일을 잡고 있을 때 파일은 부유선박의 움직임과 함께 회전한다. 따라서, 파일이 차례로 부유선박에 가하는 힘 때문에 부유선박을 원하는 위치로 다시 이동시키는 것이 점점 더 어려워진다.
부유선박에 탑재된 크레인에 의해 파일이 해저까지 내려오면 설치의 복잡성은 더욱 증가한다. 선상 크레인으로 파일을 해저쪽으로 낮추는 것은 파도 및 파일에 대한 선상 크레인의 움직임에 의해 유도되는 파일의 측면 및/또는 스윙 운동으로 인해 어렵다. 이러한 파일의 이동으로 인해 선박 크레인에 과도한 하중이 가해질 수 있다.
파일이 해저에 있고 파일의 하단 끝이 예를 들어 해저 자체에 의해 측 방향으로 억제되면 파일은 더 내려갈 때 점차적으로 해저에 의해 점점 더 지지되고 선상 크레인에 의해서는 덜 지지된다. 선박의 수평이동은 선상크레인의 수평이동에 해당하므로 선박의 이동은 파일 상단의 수평이동으로 해석될 수 있는데, 이는 크레인 리깅라인이 파일의 상부 말단에 수평력을 제공하기 때문이다. 파일의 하단이 횡 방향으로 억제됨에 따라 파일 상단에 가해지는 수평력은 파일이 해저를 중심으로 선회운동을 하게 된다. 파일을 내리는 동안 파일을 잡아주는 파일 안내 시스템을 사용할 때 파일이 기울어질 때 파일 안내 시스템에 가하는 힘이 선박으로 전달된다. 따라서 파일 안내 시스템에 대한 파일의 미는 힘은 선박을 제위치에서 더 멀리 밀어낸다. 선박의 위치 선정 시스템, 특히 동적 위치 시스템이 파일 안내 시스템에 대한 파일의 미는 힘을 상쇄할 수 없어 시스템이 불안정해질 위험이 있다.
본 발명의 목적은 해저에 파일을 설치하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부유 선박을 사용하여 해저에 파일을 설치하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 선박에 제공되도록 구성된 보다 다양한 파일 안내 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파일의 크기를 증가시키기에 적합한 더 효과적인 파일 안내 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에서 적어도 하나의 목적을 달성하기 위해 해저에 파일을 설치하기 위한 하기의 구성요소를 포함하는 조립체가 제공된다:
- 선박을 해저에 상대적인 설치 위치에 유지시키기 위한 위치 선정 강성을 갖는 위치 선정 시스템을 포함하는 선박; 및
- 파일 설치 동안 파일을 안내하도록 구성된 파일 안내 시스템으로서,
선박에 제공되는 베이스,
상기 베이스에 연결된 제1 안내 장치로서, 상기 제1 안내 장치는 파일 설치시 파일을 수용하도록 구성되는, 제1 안내 장치,
파일과 선박 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 설치 중에 선박과 파일 사이에 탄력적 연결을 제공하기 위한 탄성 부재로서, 연결 강성을 갖는 탄성 부재,를 포함하는, 파일 안내 시스템;을 포함하고,
여기서 상기 탄성 부재는 낮은 연결 강성을 지닌 탄력적인 연결을 제공함으로써 설치 위치에서 일련의 파도 스펙트럼보다 긴 설치 기간 동안 파도에 의해 야기되는 파일의 해저 주위로의 선회 운동의 자연 주기를 유지하도록 의도되고 구성된다.
본 발명은 또한 파일 안내 시스템 자체에 관한 것이다.
연결 강성은 해저를 중심으로 파일이 회전하는 자연 주기를 지배적인 파도 주기보다 길게 유지할 수 있을 만큼 충분히 낮아야 한다.
상기 탄성 부재는 파일과 선박 사이에 탄력적이거나 유연한 연결을 제공한다. 탄력적인 연결은 1차 파도에 의해 유발되는 파일의 움직임을 허용한다. 탄력적인 연결의 결과, 파일 안내 시스템, 특히 제1 안내 장치와 선박 사이의 연결에 대한 하중은 더 경직된 연결에 비해 더 낮다. 이러한 효과는 파일 크기의 증가와 관련성이 높아진다.
설치 중 파일을 내리기 위해 선상 크레인을 사용할 때, 파일은 해저에 의해 부분적으로 지지되고 선상 크레인에 의해 부분적으로 지지되며 파일과 선박 사이의 탄력적인 연결은 조립체가 불안정해지는 것을 방지할 수 있다. 파일과 선박 사이의 연결이 너무 단단하거나 너무 뻣뻣하면, 파일의 경사로 인해 파일 안내 시스템을 통해 선박에 대한 파일의 미는 힘이 위치 선정 시스템이 감당할 수 없을 정도로 너무 높을 수 있다. 이것은 특히 동적 위치 선정 시스템과 관련이 있을 수 있다. 위치 선정 시스템이 파일의 미는 힘을 감당할 수 없을 때, 선박 위치의 제어가 상실되고 결과적으로 파일이 넘어질 수 있다.
설치 중에 파일이 해저를 중심으로 회전할 수 있으므로 초기 단계에서 지반의 측면 지지가 영향을 받을 수 있다. 파일의 흔들림으로 인해 해저면 주변의 파일에 대한 측면 지지가 감소한다. 즉 파일이 토양의 일부를 옆으로 이동시킬 수 있다. 이것은 유리하게는 DP 시스템, 그리퍼 프레임 또는 이들의 조합에 의해 파일의 수직도를 조정할 수 있다는 것을 의미한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 탄성 부재는 설치 위치에서 파도 스펙트럼의 우세한 파도 주기의 1.5배보다 긴 자연 주기를 유지하도록 의도되고 구성된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 연결 강성은 우세한 파도 주기보다 더 긴 파일 선회 운동의 자연 주기를 유지하기에는 충분히 낮고, 파일에 안정성을 제공하기에는 충분히 높다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 탄성 부재는 베이스와 제1 안내 장치 사이 및/또는 선박과 베이스 사이에 제공되고, 및/또는 상기 탄성 부재는 제1 안내 장치와 파일 사이에 탄성 연결을 제공하기 위해 제1 안내 장치에 제공된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 베이스에 대해 제1 안내 장치를 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동부를 포함한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 베이스에 대해 제1 안내 장치를 제2 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는데, 제2 방향은 제1 방향에 수직이다.
조립체의 한 구현예에서, 상기 선박은 파일을 설치하는 동안 부유하도록 구성된 부유 선박이다.
조립체의 한 구현예에서, 상기 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템 (이하 DP 시스템) 또는 계류 시스템 또는 이 둘의 조합이다.
선행 기술의 조립체 또는 파일 안내 시스템은 선박과 파일 사이에 보다 경직된 연결을 제공한다. 부유 선박은 계류 또는 DP 시스템에 의해 제자리에 고정된다. 파일이 부유 선박에 의해 고정될 때 파일에 가해지는 수평력은 부유 선박에도 제자리에서 밀어내는 힘으로 작용한다. 파일을 더 단단히 고정하면 DP 시스템이 불안정해질 수 있다. 이러한 DP의 불안정성은 탄성 부재가 제공하는 탄력 연결로 인해 본 발명에 의해 완화된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 안내 장치의 위 또는 아래의 일정 거리에 위치하는 제2 안내 장치를 포함하고, 여기서 상기 제1 및 제2 안내 장치는 파일을 수용하기 위한 안내 개구부를 나타내고, 또한 파일을 유지하기 위해 파일의 외부 표면과 맞물리도록 구성된다.
상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치 사이의 거리는 안내 개구부의 적어도 하나의 직경, 바람직하게는 적어도 두 개의 직경 거리이다.
상기 제2 안내 장치는 부유 선박이 환경 하중 및/또는 파일의 기울어짐으로 인해 설치 위치에서 멀어질 때 복원력을 제공할 수 있다. 파일이 기울어지면 부유 선박을 밀어내게 된다. 따라서 상기 제2 안내 장치는 부유 선박이 더 이상 이동하는 것을 방지한다. 본질적으로 파일의 수직성을 복원하는 데 필요한 힘은 예를 들어 DP 시스템의 추진기에 의해서만 전달될 필요는 없다. 상기 제2 안내 장치는 부유 선박을 설치 위치에 유지시키는데 도움을 준다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 비정렬 방향에서 미리 결정된 제1 방향으로 파일을 재배향하기 위해 파일에 수평 축에 대한 모멘트를 함께 적용하도록 구성된다. 상기 모멘트는 제1 안내 장치에 의해 미리 결정된 제1 방향을 향한 방향으로 파일에 제1 힘을 가하고, 제2 안내 장치를 통해 파일에 제1 힘에 반대되는 제2 힘을 가함으로써 적용된다.
종래 기술의 파일 안내 시스템은 일반적으로 주로 수평의 병진 하중을 가하고 실질적으로 회전 하중, 즉 모멘트를 가하지 않음으로써 부유 선박의 DP 시스템과 상호작용한다. DP 시스템은 회전 하중이 아닌 수평력에 대응하도록 설정되기 때문에, 종래 기술의 파일 안내 시스템은 일반적으로 부유선박의 DP 시스템과 결합되어야 한다.
본 발명에서는 파일에 복원력, 즉 병진하중 대신 복원모멘트를 가함으로써 설치 선박을 제자리에서 밀어내는 반력이 없어짐을 발견하였다. 이것은 DP 시스템이 파일에 가해지는 모멘트로 인한 하중에 민감하지 않기 때문에 파일 안내 시스템이 DP 시스템과 인터페이스를 갖지 않도록 한다. 상기 모멘트는 선박의 안정성에 의해 상쇄된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 파일에 수평으로 각각의 제1 힘 및 제2 힘을 가하도록 구성된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 탄성 부재는 제2 안내 장치와 파일 사이에 탄력적인 연결을 제공하기 위해 제2 안내 장치에 제공된다.
한 구현예에서, 상기 조립체는 파일 안내 시스템에 결합된 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 설치중에 파일의 방향을 측정하기 위한 센서를 포함하며, 여기서 상기 제어 유닛은 상기 센서가 미리 결정된 제1 방향에 대한 파일의 비정렬을 측정할 때 미리 결정된 방향을 향해 제1 안내 장치를 이동시키도록 구성된다.
조립체의 한 구현예에서, 상기 제어 유닛은 비정렬의 변화율을 측정하기 위한 센서를 포함하고, 여기서 상기 제어 유닛은 설정점으로서 제1 방향에 기초하여 파일에 모멘트를 적용하도록 파일 안내 시스템을 작동시키는 PID 제어기를 포함한다.
조립체의 한 구현예에서, 상기 제어 유닛은 부유 선박의 동적 위치 선정 시스템과 연결되어 있지 않다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치는 설치중에 파일을 결합하기 위한 복수의 결합 부재를 포함하며, 여기서 상기 결합 부재는 파일의 원주 둘레에 일정한 간격으로 배치된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 결합 부재는 결합 부재를 파일과 결합하지 않는 제1 외부 위치와 결합 부재가 파일과 맞물리는 내측 위치인 제2 위치 사이에서 안내 개구부의 중심에 대해 결합 부재를 내부 및 외부로 이동시키기 위한 결합 구동부를 통해 대응하는 안내 장치에 연결된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 결합 부재는 파일과 각각의 안내 장치 사이에 탄성 파일 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함한다. 이것은 간단한 구성을 제공한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 각각의 결합 부재는 롤러를 포함한다.
상기 롤러는 탄성 부재일 수 있다. 이 구현예는 특히 간단하고 비용 효율적이다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 탄성 부재의 강성은 조정 부재를 통해 조정 가능하고, 상기 조정 부재는 토양의 강성이 증가함에 따라 파일이 해저로 하향 이동하는 동안 강성을 더 낮은 강성으로 감소시키도록 구성된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 안내 개구부를 개폐하기 위한 개방 부재를 포함하고, 상기 개방 부재는 안내 개구부에 파일을 위치시키기 위한 개방 위치와 파일이 파일 안내 시스템에 의해 둘러싸인 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능하다. 이러한 방식으로 파일은 파일 안내 시스템 내부에 위치할 수 있으며 또한 개방 부재가 개방 위치에 있을 때 선박이 파일을 향해 또는 파일로부터 멀어질 수 있다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 파일을 파도로부터 차폐함으로써 파일에 대한 파도의 하중을 제한하기 위한 차폐 부재를 포함한다.
또한 차폐물은 파일을 박는 과정에서 발생하는 충격파나 소리에 대한 장벽 역할을 하는 경향이 있다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 차폐 부재는 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치를 둘러싸는 차폐벽을 포함한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 차폐벽은 폐쇄되고, 차폐벽의 하단에는 기포 발생 유닛이 제공되며, 상기 기포 유닛은 차폐벽에 의해 나타나는 내부 체적의 내부 및 안내 개구부 주위에 제공되고, 이는 안내 개구부 주변의 버블 스크린을 형성하도록 구성된다. 상기 버블 스크린은 설치 중, 특히 파일을 박을 때의 소음을 줄여준다.
버블 스크린이 비차폐되어 있을 때는 상대적으로 많은 양의 공기가 필요하고, 차폐되어 있을 때는 펌핑하는 데 더 적은 양의 공기를 필요로 한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 복수의 관통 구멍이 상기 차폐벽에 제공된다. 이러한 방식으로 물은 차폐 부재에 의해 나타나는 내부 체적 안팎으로 흐를 수 있다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부는 평면 시점에서 부유 선박의 윤곽을 넘어 확장된다.
조립체의 한 구현예에서, 상기 선박은 파일의 설치 동안 흘수선 위로 잭업되도록 구성된 잭업 선박이며, 상기 위치 선정 강성은 실질적으로 무한하다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제2 안내 장치는 제1 안내 장치에 대해 제3 구동부를 통해 제1 방향으로 및/또는 제4 구동부를 통해 제2 방향으로 이동 가능하다. 이러한 구현예는 조립체 또는 파일 안내 시스템에 다용성을 제공한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제2 안내 장치는 부유 선박 또는 베이스에 견고하게 연결된다. 이러한 구현예는 간단한 구성을 제공한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 메인 프레임을 포함하고, 상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치는 상기 메인 프레임을 통해 서로 연결되며, 상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치는 상기 메인 프레임을 통해 베이스 프레임에 연결되고, 상기 메인 프레임은 제1 방향 및/또는 제2 방향으로 상기 베이스 프레임에 대해 자유롭게 움직일 수 있다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 메인 프레임은 중간 프레임을 통해 상기 베이스 프레임에 연결되고, 상기 메인 프레임은 제1 중간 구동부 및/또는 제2 중간 구동부를 통해 상기 중간 프레임에 연결되고, 상기 메인 프레임은 상기 제1 중간 구동부에 의한 제1 축 및/또는 상기 제2 중간 구동부에 의한 제2 축을 중심으로 상기 중간 프레임에 대해 회전이 가능하다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 방향은 제1 축을 정의하고, 제2 방향은 제2 축을 정의하고, 제1 방향 및 제2 방향은 수평 또는 실질적으로 수평이다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 중간 구동부와 제2 중간 구동부는 중간 프레임에서 메인 프레임을 향해 위쪽으로 연장된다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 중간 구동부는 제1 탄성 부재를 포함하고, 제2 중간 구동부는 제2 탄성 부재를 포함한다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 중간 구동부가 있는 제1 축 및/또는 제2 중간 구동부가 있는 제2 축을 중심으로 메인 프레임을 회전시킴으로써 파일에 모멘트를 가하도록 구성된다.
상기 제1 및 제2 중간 구동부의 위쪽 방향은 모멘트를 구성하는 힘이 위쪽 또는 수직으로 가해질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 파일에 실질적으로 수평으로 제1 힘 및 제2 힘을 가한다. 선박은 수평 하중보다는 수직 하중을 쉽게 보상하기 때문에 제1 및 제2 중간 구동부에 의한 힘의 상향 또는 수직 적용은 파일 안내 시스템과 DP 시스템 사이의 추가 분리를 허용한다.
일 구현예에서, 상기 조립체 또는 파일 안내 시스템은 파일과 선박 사이의 움직임을 완충시키기 위한 완충 부재를 포함한다.
상기 완충 부재는 파도 및/또는 크레인의 움직임으로 인한 파일의 움직임을 감소시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 파일을 해저쪽으로 낮추는 동안 도움이 될 수 있다.
조립체 또는 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 부유 선박의 갑판 위 및/또는 부유 선박의 용골 아래로 연장된다.
본 발명의 제1 양태는 또한 선박을 이용하여 파일을 설치하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) 설치 위치에 이전 조립체 청구항들 중 어느 한 항에 따른 조립체를 제공하는 단계,
b) 파일 안내 시스템에서 파일을 수직 방향으로 배치하는 단계,
c) 파일을 해저로 낮추는 단계, 및
d) 파일을 해저에 설치하는 단계.
여기서, 상기 파일이 자체적으로 안정화되는 침투 깊이에 도달하지 않은 설치 단계에서 파일의 선회 모멘트의 자연 주기는 파일 안내 시스템에 의해 설치 위치의 지배적인 파도 주기보다 길게 유지된다.
설치 단계는 선상 크레인에 의해 적어도 부분적으로 매달린 상태에서 파일을 해저로 낮추고, 파일을 재배치하고, 파일을 지면에 박는 단계일 수 있지만 이에 국한되지는 않는다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일을 해저로 낮추는 동안, 파일의 움직임은 완충 부재에 의해 감소된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 탄성 부재의 연결 강성을 조절하여 설치시 파일의 선회 운동의 자연 주기를 설치 위치의 지배적인 파도 주기보다 길게 유지한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일이 소정의 침투 깊이에 도달했을 때, 파일 선회 모멘트의 자연 주기는 지배적인 파도 주기보다 높은 주기에서 지배적인 파도 주기보다 낮은 주기로 변화된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 완충 부재는 파일의 움직임을 감소시키는 데 사용되며, 및/또는 음의 강성이 지배적인 파도 주기보다 낮은 자연 주기를 달성하기 위해 제공된다.
제2 양태에서, 본 발명은 부유 선박을 이용하여 해저에 파일을 설치하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) 설치 위치에 베이스 프레임을 통해 부유 선박과 부유 선박에 연결된 파일 안내 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 파일 안내 시스템은 파일 설치 동안 파일을 수용하기 위한 안내 개구부를 포함한다,
b) 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부에 파일을 위치시키는 단계,
c) 파일을 해저로 낮추는 단계,
d) 상기 파일의 하단을 해저에 수평 방향으로 고정시키는 단계, 및
e) 상기 파일에 하향력을 가함으로써 파일을 미리 결정된 제1 방향, 특히 수직 방향으로 해저로 하향 이동시키는 단계.
여기서, 적어도 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에 상기 파일이 미리 결정된 제1 방향으로 정렬되지 않은 경우, 파일은 파일 안내 시스템이 있는 파일상의 수평축에 대한 모멘트를 적용함으로써 정렬되지 않은 제2 방향에서 미리 결정된 제1 방향으로 방향이 바뀐다.
복원력 대신 복원 모멘트를 가하면, 반력이 부유 선박을 제자리에서 밀어내지 않는다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 안내 시스템은 제1 안내 장치 및 상기 제1 안내 장치의 위 또는 아래의 일정 거리에 위치한 제2 안내 장치를 포함한다. 여기서 상기 제1 및 제2 안내 장치는 안내 개구부를 나타내며, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 파일을 유지하기 위해 파일의 외부 표면과 맞물리도록 구성된다. 제1 안내 장치를 통해 제1 방향을 향하는 방향으로 파일에 제1 힘을 가하고, 제2 안내 장치를 통해 파일에 제1 힘과 반대되는 제2 힘을 가함으로써 모멘트가 파일에 가해지는데, 여기서 상기 제1 힘과 제2 힘이 함께 모멘트를 구성한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 힘과 제2 힘은 파일에 수평으로 작용한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 파일 안내 시스템과 파일 사이의 파일 연결부 및/또는 파일 안내 시스템과 부유 선박 사이의 선박 연결부는 파일과 부유 선박 사이의 상대적인 움직임을 허용하기 위한 하나 이상의 탄성 부재를 포함한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치는 베이스 프레임에 연결되고 제1 방향으로 제1 구동부를 통해 및/또는 수직인 제2 방향으로 제2 구동부를 통해 베이스 프레임에 대해 이동 가능하다. 여기서 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에 상기 제1 기능부 및/또는 제2 기능부는 부유 선박에 대해 제1 안내 장치를 이동시키는 동안 제1 방향 및 제2 방향에 의해 정의된 평면에서 설치 위치에 대해 제1 안내 장치가 실질적으로 정지 상태를 유지하도록 구성된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치는 파일에 미리 결정된 힘을 가하도록 구성되고, 상기 미리 결정된 힘의 크기는 미리 결정된 제1 방향으로부터 파일의 편차에 기초한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제2 안내 장치는 부유 선박에 견고하게 연결되며, 재배향 동안 제1 안내 장치는 파일에 제1 힘을 가하도록 구성되고 제2 안내 장치는 파일에 제2 힘을 가한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제2 안내 장치는 각각 제1 방향 및/또는 제2 방향으로 제3 구동부 및/또는 제4 구동부를 통해 제1 안내 장치에 대해 이동 가능하다. 재배향 동안 제2 안내 장치는 제1 안내 장치의 반대 방향으로 이동한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템에 결합되는 제어 유닛이 제공되고, 여기서 상기 제어 유닛은 설치 동안 파일의 방향을 측정하기 위한 센서를 포함한다. 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에, 상기 센서는 미리 결정된 제1 방향으로 파일의 비정렬을 측정하며, 파일에 모멘트를 적용하기 위해 파일 안내 시스템을 작동시킨다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제어 유닛은 비정렬의 변화율을 측정하기 위한 센서를 포함하며, 설정 포인트로서의 제1 방향에 기초하여 파일에 모멘트를 적용하도록 파일 안내 시스템을 작동시키는 PID 제어기를 포함한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 힘은 미리 결정된 제1 방향의 방향으로 제1 구동부 및/또는 제2 구동부에 의해 베이스 프레임에 대해 제1 안내 장치를 이동시킴으로써 파일에 가해진다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 방향은 수직 방향 또는 실질적으로 수직 방향이다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 안내 개구부를 개폐하기 위한 개방 부재를 포함하며, 상기 개방 부재는 안내 개구부 내에 파일을 위치시키기 위한 개방 위치와 파일이 안내 개구부에 위치될 때 파일을 둘러싸기 위한 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능하다. 여기서, 단계 b) 이전에는 상기 개방 부재는 개방 위치에 있고, 단계 d) 이후에는 폐쇄 위치에 있다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 부유 선박은 선박을 미리 결정된 지역 내에 유지하도록 구성된 위치 선정 시스템을 포함하며, 상기 제1 안내 장치는 제1 구동부 및/또는 제2 구동부를 통해 상기 사전 결정된 지역에 걸쳐 상기 부유 선박에 대해 이동 가능하다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템이다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 위치 선정 시스템은 스프레드 계류 시스템이다.
상기 방법의 한 구현예에서, d) 단계에서 파일의 자기 중량을 이용하여 파일의 하단이 해저를 뚫고 들어가도록 하거나 파일의 하단을 고정장치에 위치시켜 파일의 하단을 수평방향으로 고정하며, 상기 고정장치는 설치위치의 해저에 위치하며 파일 하단의 수평이동을 방지하도록 구성된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부는 평면 시점에서 부유 선박의 윤곽을 넘어 확장된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치는 설치 동안 파일을 결합하기 위한 복수의 결합 부재를 포함하며, 특히 결합 부재는 단계 e) 동안 파일의 원주 주위에 일정한 간격으로 배치된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 결합 부재는 결합 부재가 파일과 결합하지 않는 제1 위치와 결합 부재가 파일과 결합하는 제2 위치 사이에서 안내 개구부의 중심에 대해 결합 부재를 내부 및 외부로 이동시키기 위한 결합 구동부를 통해 대응하는 안내 장치에 연결된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 결합 부재는 파일과 각각의 안내 장치 사이에 탄력적인 파일 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 각각의 결합 부재는 롤러를 포함한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 탄성 부재의 강성은 조정 부재를 통해 조절이 가능하며, 여기서 상기 조정 부재는 토양의 강성이 증가할 때 파일이 해저로 하향 이동하는 동안 강성을 더 낮은 강성으로 감소시킨다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치는 메인 프레임을 통해 서로 연결되고, 상기 메인 프레임은 베이스 프레임에 연결되며 제1 방향 및/또는 가로 방향의 제2 방향으로 상기 베이스 프레임에 대해 자유롭게 이동할 수 있다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 메인 프레임은 중간 프레임을 통해 베이스 프레임에 연결되는데, 여기서 상기 메인 프레임은 제1 중간 구동부 및/또는 제2 중간 구동부를 통해 중간 프레임에 연결된다. 상기 메인 프레임은 제1 중간 구동부에 의한 제1 축 및/또는 제2 중간 구동부에 의한 횡 방향의 제2 축을 중심으로 중간 프레임에 대해 회전이 가능하다. 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에, 상기 제1 중간 구동부 및/또는 제2 중간 구동부는 부유 선박에 대해 메인 프레임을 이동시키는 동안 파일에 대해 실질적으로 고정된 메인 프레임을 유지하도록 구성된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 제1 방향은 제1 축을 정의하고, 제2 방향은 제2 축을 정의한다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 중간 구동부가 있는 제1 축 및/또는 제2 중간 구동부가 있는 제2 축을 중심으로 메인 프레임을 회전시킴으로써 파일에 모멘트를 가하도록 구성된다.
상기 방법의 한 구현예에서, b) 단계는 부유 선박에 제공된 선상 크레인에 의해 수행된다.
상기 방법의 한 구현예에서, b) 단계는 갑판상의 실질적으로 수평인 방향에서 직립 방향으로 파일을 뒤집기 위한 뒤집기 장치에 의해 수행된다.
상기 방법의 한 구현예에서, 상기 파일 안내 시스템은 부유 선박의 갑판 위 및/또는 부유 선박의 용골 아래로 연장된다.
상기 방법의 한 구현예에서, e) 단계는 망치질 도구에 의해 수행된다.
제3 양태에서, 본 발명은 부유 선박에 연결되도록 구성되고 설치 위치에서 해저에 파일을 설치하는 동안 부유 선박을 설치 위치에 유지하는 것을 돕도록 구성된 파일 안내 시스템을 제공하며, 여기서 상기 파일 안내 시스템은
- 파일 안내 시스템이 선박에 연결되도록 구성되는 베이스,
- 상기 베이스에 연결된 제1 안내 장치로서, 상기 제1 안내 장치는 설치 동안 파일을 유지하도록 구성되고, 수평면에서 베이스에 대해 이동이 가능하며 파일을 설치하는 동안 설치 위치에 실질적으로 고정 상태로 유지되도록 구성되는, 제1 안내 장치,
- 파일을 설치하는 동안 설치 위치에 제1 안내 장치를 실질적으로 정지 상태로 유지시키기 위해 수평면에서 베이스에 대해 제1 안내 장치를 이동시키기 위해 제1 안내 장치에 연결된 제1 구동부 및 제2 구동부, 및
- 상기 제1 안내 장치의 위 또는 아래 일정 거리에 위치하며 부유 선박 또는 베이스에 연결된 제2 안내 장치,를 포함하고,
여기서 상기 제2 안내 장치는 설치 동안 파일과 제2 안내 장치 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함하며,
상기 제1 및 제2 안내 장치는 파일을 수용하기 위한 안내 개구부의 윤곽을 나타내며,
상기 제1 안내 장치는 수평면에서 제2 안내 장치에 대해 이동할 수 있다.
상기 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제1 안내 장치는 파일을 견고하게 유지하도록 구성된다.
상기 파일 안내 시스템의 한 구현예에서, 상기 제2 안내 장치는 부유 선박 또는 베이스에 실질적으로 견고하게 연결되고 선박 또는 베이스에 대해 정지 상태를 유지하도록 구성된다.
제3 양태는 또한 설치 위치에서 해저에 파일을 설치하는 동안 부유 선박을 설치 위치에 유지하는 것을 보조하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 하기의 단계로 구성된다:
a) 설치 위치에서 베이스 프레임을 통해 부유 선박에 연결된 제70항 내지 제72항 중 어느 한 항에 따른 부유 선박 및 파일 안내 시스템을 제공하는 단계,
b) 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부에 파일을 위치시키는 단계,
c) 상기 파일을 해저로 낮추는 단계,
d) 상기 파일의 하단을 해저에 수평방향으로 고정시키는 단계, 및
e) 상기 제1 안내 장치를 설치 위치에 대해 실질적으로 고정된 상태로 유지시키는 단계.
환경적 힘 및/또는 파일에 의해 제1 안내 장치에 가해지는 힘으로 인해 선박이 설치 위치에서 멀어질 때, 제2 안내 장치는 설치 위치를 향하는 방향으로 제2 안내 장치 상의 파일에 의해 유도된 힘으로 부유 선박을 설치 위치로 다시 이동시키는 것을 보조한다.
본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 동일한 참조 부호가 유사한 부분을 지정하는 첨부 도면과 함께 하기의 상세한 설명을 참조하면 더 잘 이해되고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 조립체의 한 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 제2 위치에서 도 1의 조립체의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 도 17은 본 발명의 제1, 제2 및 제3 양태에 따른 조립체 및 방법의 구현예의 사시도를 개략적으로 도시하며, 여기서 도 9a, 9b 및 cC는 일반적으로 도 9로 표시되고, 도 10a 및 10b는 일반적으로 도 10으로 표시되며, 도 11a, 및 11b는 일반적으로 도 11로 표시되고, 도 12a 및 12b는 일반적으로 도 12로 표시되며, 도 17a 및 17b는 일반적으로 도 17로 표시된다.
도 18 및 도 19는 안내 장치의 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 20 및 21은 본 발명에 따른 파일 안내 시스템의 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 22 및 23은 본 발명에 따른 조립체의 또 다른 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 24 및 25는 도 22 및 23에 도시된, 특히 차폐 부재가 있는 파일 안내 시스템의 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 26 내지 29는 본 발명에 따른 조립체, 파일 안내 시스템 및 방법의 또 다른 구현예의 사시도를 개략적으로 도시하며, 여기서 도 28a 및28b는 일반적으로 도 28로 표시되고, 도 29a 및 29b는 일반적으로 도 29로 표시된다.
도 30은 본 발명에 따른 조립체, 특히 스프레드 계류 시스템을 갖는 조립체의 또 다른 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 31은 본 발명에 따른 조립체, 특히 잭업 선박이 있는 조립체의 또 다른 구현예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
일반적으로 도 32로 표시되는 도 32a, 32b 및 32c는 본 발명에 따른 방법의 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 33은 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 34는 파일을 미리 결정된 첫 번째 방향으로 이동하는 방법을 개략적으로 보여준다.
도 35는 파일을 설치하는 동안 선박을 설치 위치에 유지시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 한 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 36은 설치 위치에서의 파도 스펙트럼의 그래프를 개략적으로 보여준다.
도 37은 도 1 및 도 2에 도시된 조립체에 따른 구현예와 유사한 질량-스프링 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 38은 본 발명에 따른 조립체의 한 구현예와 유사한 질량-스프링 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 본 발명의 제1 양태에 따라 해저(3)에 파일(2)을 설치하기 위한 조립체(1)의 구현예가 도시되어 있다. 상기 조립체(1)는 해저(3)에 대한 설치 위치(6)에 선박(4)을 유지시키기 위한 위치 선정 시스템을 갖는 부유 선박(23)을 포함한다 (도 32-35 참조). 도시된 구현예에서 상기 부유 선박(23)은 반 잠수 선박(4)이다. 상기 위치 선정 시스템은 설치 위치(6)와 선박(4) 사이에 정의된 위치 선정 강성을 갖는다.
상기 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템일 수 있으며, 여기서 상기 부유 선박(23)은 선박(4) 아래에 제공된 추진기(96)를 활성화하는 제어 시스템을 사용하여 설치 위치(6)에 유지된다. 동적 위치 선정 시스템의 경우, 상기 위치 선정 강성은 일반적으로 제어 시스템에서 프로그래밍되며, 여기서 상기 추진기(96)는 선박(4)이 설치 위치에서 더 멀리 이동하거나 표류할 때, 증가하는 추력을 제공한다.
상기 위치 선정 시스템은 또한 부유 선박(23)에 의해 전개되는 스프레드 계류 시스템(25)일 수 있으며, 상기 위치 선정 강성은 계류 라인의 장력에 의해 정의된다. 도 30은 스프레드 계류 시스템(25)이 있는 조립체(1)를 보여준다.
잭업 선박(61)이 사용되는 경우, 설치 중에 선박(4)이 잭업 다리로 해저(3)에 서 있기 때문에 위치 선정 강성은 실질적으로 무한하다. 도 31은 완전한 선체는 도시되지 않은 흘수선(62) 위에 있는 잭업 선박(61)이 있는 조립체(1)를 보여준다.
상기 파일 안내 시스템(8)은 선박(4)의 데크(85) 위로 및/또는 선박(4)의 용골(86) 아래로 연장된다. 도 31은 파일 안내 시스템(8)의 차폐 벽(55)이 잭업 선박(61)의 용골(86) 아래로 연장되고 제1 안내 장치(10)가 데크(85) 위로 연장되는 것을 보여준다.
상기 조립체(1)는 설치 동안 파일(2)을 안내하도록 구성된 파일 안내 시스템(8)을 더 포함한다. 상기 파일 안내 시스템(8) 자체도 본 발명의 일부이다. 상기 파일 안내 시스템(8)은 선박(4)에 제공된 베이스(9)를 포함한다. 제1 안내 장치(10)는 베이스(9)에 연결된다. 상기 제1 안내 장치(10)는 설치 동안 파일(2)을 수용하도록 구성된다.
탄성 부재(11)는 설치 동안 선박(4)과 파일(2) 사이에 탄력 연결을 제공한다. 상기 탄력 연결은 파일(2)과 선박(4) 사이의 상대적 움직임을 허용한다. 상기 탄성 부재(11)는 연결 강성을 갖는다.
상기 제1 안내 장치(10)는 제1 안내 장치(10)와 파일(2) 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재(11)를 포함한다. 상기 탄성 부재(11)는 베이스(9)와 제1 안내 장치(10) 사이 및/또는 선박(4)과 베이스(9) 사이에 제공될 수 있다.
도 37은 도 1 및 2의 조립체(1)의 개략도이다. 상기 선박(4)은 위치 선정 강성(7)을 갖는 위치 선정 시스템(5)을 통해 설치 위치(6)에 연결된 것으로 볼 수 있다. 상기 위치 선정 시스템(5)은 예를 들어 DP 시스템, 계류 시스템, 또는 잭업 시스템일 수 있다. 잭업 시스템의 경우 상기 위치 선정 강성(7)은 실질적으로 무한하다. 상기 파일(2)은 파일 안내 시스템(8), 특히 제1 안내 장치(10)를 통해 선박(4)에 연결된다. 이 구현예에서 상기 탄성 부재(11)는 제1 안내 장치와 선박 사이, 그리고 제1 안내 장치와 선박 사이에 제공된다. 상기 파일(2)은 역진자로 표시되며 충분히 깊은 침투 깊이에 도달할 때까지는 움직일 수 있다. 또한 완충 부재(73)가 조립체(1) 또는 파일 안내 시스템(8)에 제공되어 선박과 파일(2) 사이의 파일 움직임을 완충시킬 수 있다.
상기 완충 부재(73)는 파일이 크레인(82)에 매달려 있을 때 파도나 설치 위치에 대한 크레인의 움직임으로 인해 파일이 흔들리거나 옆으로 이동할 수 있기 때문에 해저쪽으로 파일을 낮추는 데 도움이 될 수 있다. 상기 완충 부재(73)는 해저를 향해 하강하는 동안 파일의 움직임을 제한할 수 있다. 도 4 및 5에서 파일 안내 시스템(8)이 개방 위치(52)에 있는 동안 파일은 해저쪽으로 하강된다. 해저를 향한 파일의 하강은 또한 파일 안내 시스템이 폐쇄 위치에 있는 동안, 즉 제1 안내 장치(10) 및/또는 제2 안내 장치(26)로 파일을 둘러싸고 있는 동안 수행될 수 있다. 폐쇄 위치에서, 예를 들어 하나 이상의 유압 또는 공압 실린더 또는 전기 모터의 형태인 완충 부재(73)는 파일의 움직임을 효과적인 방식으로 감소시킨다. 또한, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 제1 안내 장치(10)만을 갖는 구현예의 경우, 상기 완충 부재(73)는 해저를 향해 파일을 하강시키는 동안 파일의 움직임을 감소시키는데 데 유리하게 사용될 수 있다.
상기 탄성 부재(11)는 낮은 연결 강성으로 탄력적인 연결을 제공함으로써 설치 중에 파도에 의해 야기된 해저(3)에 대한 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)를 설치 위치(6)에서 파도 스펙트럼(200)의 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지하도록 의도되고 구성된다.
이는 도 36에 도시된 바와 같은 그래프와 관련하여 추가로 설명되며, 여기서 선택된 설치 위치(6)에 대한 파도 스펙트럼(200)이 도시된다. 상기 수평축(201)은 발생하는 파도 주기를 나타낸다. 상기 수직축(202)은 스펙트럼의 밀도를 나타낸다. 라인(203)과 관련된 피크는 설치 위치(6)에서 우세하거나 지배적인 파도 주기(203)를 보여준다. 상기 파일(2)의 선회는 상기 지배적 파도 주기(203)의 기간에 파도에 의해 좌우되는 경향이 있다. 상기 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)가 우세한 파도 주기(203)와 일치할 때, 이것은 파일(2) 움직임의 공진으로 이어질 수 있다. 상기 우세한 파도 주기(203)는 정확한 설치 위치에 따라 다르지만, 설치 중에 6-10초 범위에 있는 경향이 있다.
따라서 파일은 우세한 파도 주기(203)로 인해 공진할 수 있는데, 이것은 피해야 한다. 선행 기술의 조립체 또는 파일 안내 시스템은 파일 움직임의 자연 주기(204)를 우세한 파도 주기(203)보다 낮게 유지함으로써 공진을 방지한다. 이는 파일과 선박 사이에 실질적으로 경직된 또는 단단한 연결을 제공함으로써 달성된다. 이는 1차 파력으로 인한 파일 안내 시스템과 선박 사이의 하중이 커짐으로 인해 건축물이 무거워지는 단점이 있다. 본 발명에서, 파일과 선박 사이에 탄력적인 연결을 제공하면 파일 움직임의 자연 주기(205)가 우세한 파도 주기(203)보다 길어지게 한다는 것이 인식되었다. 이러한 방식으로 파일은 선박 또는 파일 안내 시스템에 대해 이동할 수 있어 파일 안내 시스템의 하중을 줄일 수 있다.
해저(3)에 대한 파일(2)의 선회 또는 진동 운동은 주로 설치 위치에서 1차 파도에 의해 유도된다. 파일(2)의 선회 운동(15)에 의해 파일 안내 시스템(8)에 가해지는 힘은 상당해질 수 있다.
현재 이용 가능한 파일 안내 시스템은 파일(2)을 선박(4)와 파일(2) 사이의 연결에 실질적으로 탄력이 없는 경직된 방식으로 유지함으로써 파일(2)의 회전 문제를 해결한다. 이 방식은 파일(2)의 선회 운동이 최소로 유지되고 파일(2)의 공진이 발생하지 않기 때문에 유리할 수 있다. 파일의 안정성은 위치 선정 시스템에 의해 제공될 수 있다. 그러나 경직된 연결의 단점은 파일 안내 시스템이 높은 하중을 받는다는 것이다. 파일 안내 시스템이 높은 하중을 감당해야 하므로 무겁고 번거로운 구조가 된다. 파일의 크기가 증가함에 따라 하중이 더 높아져 훨씬 더 무겁고 번거로운 구조가 된다.
현재 사용 가능한 파일 안내 시스템의 경우 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)가 설치 위치에서 지배적 파도 주기(203)보다 낮게 유지되는 반면, 본 발명에서는 파일(2)과 선박(4) 사이에 탄력 연결을 제공함으로써 선회 운동(15)의 자연 주기(205)가 지배적 파도 주기(203)보다 더 오래 유지될 수 있으며, 여기서 상기 탄력 연결은 낮은 강성을 갖는다. 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)가 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지되면 공진이 방지된다. 탄력적인 파일(2)-선박(4) 연결을 갖는 파일 안내 시스템(8)은 강직한 파일(2)-선박(4)연결을 갖는 현재 이용 가능한 파일 안내 시스템(8)과 비교하여 더 낮은 하중을 받게 된다. 본 발명에 따른 파일 안내 시스템(8)의 이점은 덜 무겁고 덜 번거로운 구조를 가질 수 있다는 것이다. 파일의 크기가 증가함에 따라 이러한 긍정적인 효과는 더욱 두드러진다.
따라서, 상기 탄성 부재(11)는 파일(2)의 움직임을 제한하면서 동시에 파일(2) 운동의 공진을 방지할 수 있다.
선상 크레인에 의해 파일이 해저로 내려지면 파일 자체의 무게로 인해 파일이 해저로 가라앉기 때문에 파일은 점차적으로 해저에 의해 더 많이 지지되고 크레인에 의해서는 덜 지지되게 된다. 파일이 선상 크레인(82)에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 해저에 의해서도 적어도 부분적으로 지지되는 설치 단계 동안, 설치 위치에 대한 선박 및 이에 따른 크레인의 수평 이동은 파일 상단의 수평 이동을 유발할 수 있다. 상기 상단의 수평 이동은 크레인 리깅 라인에 의해 파일 상단에 가해지는 수평력에 따른다. 파일의 하단이 해저나 진흙 매트에 의해 수평으로 고정되기 때문에 파일 상단의 수평 이동으로 인해 파일이 해저를 중심으로 회전하게 된다. 파일이 파일 안내 시스템(8)에 위치되고 이에 의해 둘러싸일 때, 파일은 선회 운동으로 인해 파일 안내 시스템을 밀어낼 것이다. 파일 안내 시스템에 대한 파일의 미는 힘은 선박을 제위치에서 더 멀리 이동시킨다. 상대적으로 강직하거나 단단한 연결을 가진 파일 안내 시스템을 사용할 때, 상기 미는 힘은 위치 선정 시스템이 대응할 수 있는 것보다 높을 수 있다. 특히 동적 위치 선정 시스템은 파일의 상기 미는 힘에 대응하지 못할 수 있다. 이런 일이 발생하면 선박 위치의 제어가 상실될 수 있고 선박이 파일를 끌어올릴 수 있다. 본 발명에 따라 덜 경직되고 더 부드러운 연결을 제공함으로써 파일은 선박을 제자리에서 밀어내지 않고 안정적으로 유지될 수 있다.
선상 크레인에 의해 파일이 해저로 내려지면 파일 자체의 무게로 인해 파일이 해저로 가라앉기 때문에 파일은 점차적으로 해저에 의해 더 많이 지지되고 크레인에 의해서는 덜 지지된다. 파일이 선상 크레인(82)에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 해저에 의해서도 적어도 부분적으로 지지되는 설치 단계 동안, 파일이 더 이상 안정적이지 않고 넘어질 수 있는 상황이 발생할 수 있다. 탄성 부재(11)는 파일의 선회 운동의 자연 주기(205)를 지배적 파도주기(203)보다 길게 유지함으로써 이러한 불안정한 상황을 방지할 수 있다.
탄성 부재(11)는 설치 위치에서 파도 스펙트럼(200)의 지배적 파도 주기(203)의 1.5배보다 긴 상기 자연 주기(205)를 유지하도록 의도되고 구성된다.
상기 연결 강성은 파일(2)의 선회 운동의 자연 주기(205)를 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지하기에 충분히 낮고, 파일(2)에 안정성을 제공하기에는 충분히 높다.
상기 파일 안내 시스템(8)은 베이스(9)에 대해 제1 안내 장치(10)를 제1 방향(20)으로 이동시키기 위한 제1 구동부(19)를 포함한다.
상기 파일 안내 시스템(8)은 베이스(9)에 대해 제1 안내 장치(10)를 제2 방향(22)으로 이동시키기 위한 제2 구동부(21)를 포함하며, 제2 방향(22)은 제1 방향(20)에 수직이다. 예를 들어 도 9B 또는 도 10B를 참조.
상기 선박(4)은 파일(2)을 설치하는 동안 부유하도록 구성된 부유 선박(23)이다.
상기 파일(2)은 미리 결정된 제1 방향(33)으로 설치되도록 되어 있다 (도 1). 이는 일반적으로 수직 방향이지만 약간 기울어진 방향일 수도 있다. 설치 중에 파일(2)이 미리 결정된 제1 방향(33)과 정렬되지 않은 방향으로 기울어지면 파일(2)은 미리 결정된 제1 방향(33)으로 다시 이동해야 한다. 정렬되지 않은 방향(32)(도 2)에서 미리 결정된 제1 방향(33)으로 파일(2)을 뒤로 이동시키는 것은 베이스(9) 또는 선박(4)에 대해 제1 안내 장치(10)를 이동함으로써 수행될 수 있다. 제1 구동부(19) 및 제2 구동부(21)는 제1 안내 장치(10)를 미리 결정된 제1 방향(33)으로 이동시키는 데 사용될 수 있다. 따라서 상기 제1 안내 장치(10)는 미리 결정된 방향을 향하는 방향(35)으로 파일(2)에 제1 힘(34)을 가한다.
상기 파일(2)을 미리 결정된 방향(33)으로 다시 이동시키는 것은 또한 부유 선박(23)을 미리 결정된 방향을 향한 방향(35)으로 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 제1 안내 장치(10)를 이동시키는 것과 부유 선박(23)을 이동시키는 것의 조합도 가능하다.
도 3 내지 도 17을 보면, 설치 위치(6)에 파일(2)을 설치하기 위한 본 발명에 따른 방법과 함께 본 발명에 따른 조립체(1)의 또 다른 구현예가 도시되어 있다.
상기 조립체(1)는 도 1에 기재된 파일 안내 시스템(8)을 포함한다. 또한, 상기 파일 안내 시스템(8)은 제1 안내 장치(10) 아래의 일정 거리(27)에 위치된 제2 안내 장치(26)를 포함한다. 상기 제1 안내 장치(10) 위에 제2 안내 장치(26)를 제공하는 것도 가능하다.
제1 안내 장치와 제2 안내 장치 사이의 거리(27)는 안내 개구부의 적어도 하나의 직경(D1), 바람직하게는 적어도 두 개의 직경(D1) 거리이다. 상기 거리(27)는 또한 파일 직경(D2)으로 나타낼 수 있으며, 여기서 상기 거리(27)는 적어도 하나의 파일 직경(D2), 바람직하게는 적어도 2개의 파일 직경(D2) 거리이다 (도 9B 참조).
도 38은 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)를 갖는 파일 안내 시스템(8)을 포함하는 조립체(1)의 개략도이다. 상기 제2 안내 장치(26)는 스프링으로 도시되어 있다. 상기 선박(4)은 위치 선정 강성(7)을 갖는 위치 선정 시스템(5)을 통해 설치 위치(6)에 연결되는 것으로 볼 수 있다. 상기 위치 선정 시스템(5)은 예를 들어 DP 시스템, 계류 시스템, 또는 잭업 시스템일 수 있다. 잭업 시스템의 경우 위치 선정 강성(7)은 실질적으로 무한하다. 상기 파일(2)은 파일 안내 시스템(8), 특히 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)를 통해 선박(4)에 연결된다. 상기 탄성 부재(11)는 제2 안내 장치(26)를 통해 제1 안내 장치와 선박 사이, 제1 안내 장치(10)와 파일 사이, 그리고 파일(2)과 선박 사이에 제공된다. 상기 파일(2)은 역진자로 표시되며 충분히 깊은 침투 깊이에 도달할 때까지 움직일 수 있다. 또한 완충 부재(73)가 조립체(1) 또는 파일 안내 시스템(8)에 제공되어 용기와 파일(2) 사이의 파일의 움직임을 완화시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 안내 장치(10, 26)는 파일(2)을 수용하기 위한 안내 개구부(28)를 나타낸다. 상기 제1 및 제2 안내 장치(10, 26)는 파일(2)을 유지하기 위해 파일(2)의 외부 표면(29)과 맞물리도록 구성된다.
상기 파일 안내 시스템(8)의 안내 개구부(28)는 평면 시점에서 부유 선박(23)의 윤곽(81)을 넘어 연장된다 (예를 들어 도 10B의 평면도 참조).
상기 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 비정렬 방향(32)에서 미리 결정된 제1 방향(33)으로 파일(2)을 재배향하기 위해 파일(2)에 수평 축(31)을 중심으로 모멘트(30)를 함께 적용하도록 구성된다. 상기 모멘트(30)는 제1 힘(34) 및 제2 힘(36)을 파일(2)에 가함으로써 가해진다. 상기 제1 힘(34)은 제1 안내 장치(10)에 의해 미리 결정된 제1 방향(33)을 향하는 방향(35)으로 가해진다. 상기 제2 힘(36)은 제2 안내 장치(26)를 통해 가해진다. 상기 제2 힘(36)의 방향은 제1 힘(34)과 반대이다. 이는 도 32와 관련하여 더 설명될 것이다.
상기 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 파일(2)에 수평으로 각각 제1 힘(34) 및 제2 힘(36)을 가한다.
상기 제2 안내 장치(26)는 제2 안내 장치(26)와 파일(2) 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재(11)를 포함 할 수 있다.
상기 조립체(1)는 파일 안내 시스템(8)에 결합된 제어 유닛(도시되지 않음)을 포함한다. 상기 제어 유닛은 설치 동안 파일(2)의 방향을 측정하기 위한 센서를 포함한다. 상기 센서가 미리 결정된 방향(33)에 대한 파일(2)의 비정렬성을 측정할 때, 상기 제어 유닛은 제1 안내 장치(10)를 제1(19) 및/또는 제2 구동부(21)를 통해 미리 결정된 방향으로 이동시키도록 구성된다.
상기 제어 유닛은 비정렬의 변화율을 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있고, 여기서 상기 제어 유닛은 제1 방향(33)에 기초하여 파일(2)에 모멘트(30)를 적용하도록 파일 안내 시스템(8)을 작동시키는 PID 제어기(48)를 포함한다.
상기 제어 유닛은 부유 선박(23)의 동적 위치 선정 시스템과 결합되거나 결합되지 않을 수 있다.
상기 제1 안내 장치(10) 및/또는 제2 안내 장치(26)는 설치 동안 파일(2)을 결합하기 위한 복수의 결합 부재(41)를 포함한다. 도시된 구현예에서는 안내 장치당 4개의 결합 부재(41)가 있다. 다른 수의 결합 부재(41)가 있을 수도 있다.
상기 결합 부재(41)는 파일(2)의 원주 주위, 즉 안내 개구부(28) 주위에 일정한 간격으로 배치된다.
상기 결합 부재(41)는 결합 구동부(43)를 통해 대응하는 안내 장치에 연결된다. 상기 결합 부재(41)는 제2 안내 장치(26)에 대한 도 18 및 도 19에 도시되어 있다. 이는 제1 안내 장치(10)에 대해서도 유사할 수 있다. 상기 결합 작동부(43)는 제1 외측 위치(45)(도 9B) 사이에서 안내 개구부(28)의 중심(44)에 대해 결합 부재(41)를 내측 및 외측으로 이동시킨다. 여기서 상기 결합 부재(41)는 파일(2)과 결합하지 않고, 제2 내측 위치(46)(도 9c)에서 상기 결합 부재(41)는 파일(2)과 결합한다.
상기 결합 부재(41)는 파일(2)과 각각의 안내 장치 사이에 탄력 연결(2)을 제공하기 위한 탄성 부재(11)를 포함한다.
각각의 결합 부재(41)는 롤러(48)를 포함한다. 상기 롤러(48)는 탄성 부재(11)일 수 있다.
상기 탄성 부재(11)는 유압 실린더, 공압 실린더, 및/또는 전기 구동부를 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재(11)의 강성은 조정 부재(49)를 통해 조정될 수 있다. 상기 조정 부재(49)는 토양의 강성이 증가함에 따라 파일(2)이 해저(3)로 하향 이동하는 동안 강성을 더 낮은 강성으로 감소시키도록 구성된다.
토양 조건에 따라 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)는 파일(2)이 해저(3)로 더 깊숙이 침투할 때 일반적으로 감소할 것이다. 어떤 의미에서 파일(2)은 더 단단해진다. 이렇게 추가된 강성은 조립체(1)의 전체 강성에 영향을 준다. 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)가 지배적 파도 주기(203)에 너무 가까워지는 것을 방지하기 위해, 연결 강성을 감소시키는 것이 요구될 수 있다. 이는 탄성 부재(11)의 강성을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
상기 조정 부재(49)는 예를 들어 결합 구동부(43)에 통합될 수 있으며, 여기서 결합 구동부(43)는 다양한 수준의 탄성을 제공하도록 구성된다.
상기 파일 안내 시스템(8)은 안내 개구부(28)를 개폐하기 위한 개방 부재(51)를 포함한다. 상기 개방 부재(51)는 개방 위치(52)(도 20)와 폐쇄 위치(53)(도 21) 사이에서 이동 가능하다. 상기 개방 위치(52)는 파일(2)이 안내 개구부(28)에 위치되도록 허용한다(도 3 내지 5 참조). 상기 개방 위치(52)는 또한 도 17에 도시된 바와 같이 선박(4)이 파일(2)로부터 수평으로 멀어지도록 이동할 수 있게 한다.
상기 개방 부재(51)의 폐쇄 위치(53)는 예를 들어 제1 안내 장치(10)에 대한 도 6에 도시되어 있다. 제1 및 제2 안내 장치(26) 모두에 대해 폐쇄 위치(53)가 예를 들어 도 7 내지 도 15에 도시되어 있다. 폐쇄 위치(53)에서 파일(2)은 파일 안내 시스템(8)에 의해 둘러싸여 있다.
상기 개방 부재(51)는 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 개방 구동부(88)에 의해 이동될 수 있다. 상기 개방 부재(51)는 개방 위치(52)와 폐쇄 위치(53) 사이에서 각각의 회전 축을 중심으로 회전할 수 있는 2개의 팔(89)을 포함한다. 상기 개방 구동부(88)는 팔(89)과 프레임에 연결된다. 각각의 팔(89)은 결합 부재(41)를 포함한다.
상기 제2 안내 장치(26)는 제3 구동부(미도시)를 통해 제1 방향(20)으로 및/또는 제4 구동부(64)를 통해 제2 방향(22)으로 제1 안내 장치(10)에 대해 이동할 수 있다. 도 18 및 도 19에는, 제2 안내 장치(26)를 선박(4)을 향하여 그리고 멀어지도록, 즉 제2 방향(22)으로 이동시키기 위한 2개의 제4 구동부(64)가 도시되어 있다. 도 19는 도 18에 도시된 바와 같은 제2 안내 장치(26)의 위치에 대해 선박(4)으로부터 바깥쪽 위치에 있는 제2 안내 장치(26)를 보여준다. 상기 제4 구동부(64)는 베이스(9) 또는 선박(4) 자체에 연결될 수 있다.
상기 제2 안내 장치(26)는 제1 안내 장치(10)와 독립적으로 이동 가능하다. 따라서, 상기 제2 안내 장치(26)는 제1 안내 장치(10)에 대해 상대적으로 이동할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 상기 제2 안내 장치(26)는 부유 선박(23) 또는 베이스(9)에 견고하게 연결된다. 이러한 방식으로, 상기 제2 안내 장치(26)는 선박(4)에 대해 정지 상태를 유지한다.
도 22 내지 25는 본 발명에 따른 조립체(1) 및 파일 안내 시스템(8)의 또 다른 구현예를 보여준다. 상기 조립체(1)는 이전 도면의 조립체(1) 및 파일 안내 시스템(8)과 동일한 특징을 포함할 수 있다. 도 20 내지 도 23에 도시된 구현예에서는 파일(2)을 파도로부터 차폐함으로써 파일(2)에 대한 파도 하중을 제한하기 위한 차폐 부재(54)를 더 포함한다.
상기 차폐 부재(54)는 제2 안내 장치(26)를 둘러싸는 차폐 벽(55)을 포함한다. 상기 차폐 부재(54)는 또한 제1 안내 장치(10)를 둘러쌀 수 있다.
상기 차폐 벽(55)은 어떤 물도 벽을 통과해 흐를 수 없도록 폐쇄될 수 있다. 상기 차폐 벽(55)에 복수의 관통 구멍을 제공하는 것도 가능하다.
상기 차폐 벽(55)의 하단부(56)에는 기포 발성 유닛이 제공되며, 도 23은 상기 차폐 벽(55)의 일부가 제거되어 기포 유닛에 의해 생성된 기포를 보여준다. 상기 기포 발성 유닛은 차폐 벽(55)에 의해 정의된 내부 체적(58) 내부 및 안내 개구부(28) 주위, 즉 파일(2) 주위에 제공된다. 상기 기포 발생 유닛은 안내 개구부(28) 주위에 기포 스크린(59)을 형성한다. 상기 버블 스크린(59)은 파일(2) 구동 중 소음을 줄이는 데 도움이 된다. 소음 감소는 종종 소음 규제로 인해 파일 설치를 위한 시간의 범위가 예를 들어 일광 동안으로 제한되기 때문에 유익하다. 일광 이후에는 최대 허용 소음이 낮아진다. 상기 버블 스크린을 사용하여 일광 후 허용 소음 이내로 설치 소음을 감소시킬 수 있으므로 작업성이 향상된다.
도 26 내지 도 29를 보면, 본 발명에 따른 조립체(1) 및 파일 안내 시스템(8)의 또 다른 구현예가 도시되어 있다. 상기 조립체(1)는 선박(4) 및 파일 안내 시스템(8)을 포함한다. 도면에 도시된 선박(4)은 부유 선박(23), 특히 반 잠수식 선박(4)이다. 상기 선박은 잭업 선박(61)일 수도 있다.
상기 파일 안내 시스템(8)은 메인 프레임(65)을 포함한다. 상기 제1 안내 장치(10)와 제2 안내 장치(26)는 메인 프레임(65)을 통해 서로 연결된다. 상기 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 메인 프레임(65)을 통해 베이스 프레임(9)에 연결된다. 상기 메인 프레임(65)은 제1 방향(20) 및/또는 제2 방향(22)으로 베이스 프레임(9)에 대해 자유롭게 이동할 수 있다.
자유롭게 움직일 수 있다는 것은 베이스 프레임(9)에 대해 메인 프레임(65)을 움직이는데 구동부가 필요없다는 것을 의미한다. 파일(2)이 선박(4)에 대해 이동할 때, 메인 프레임(65)은 파일(2)에 의해 베이스 프레임(9)에 대해 적어도 하나의 방향(20, 22)으로 자유롭게 이동될 수 있다.
상기 메인 프레임(65)은 중간 프레임(66)을 통해 베이스 프레임(9)에 연결된다. 상기 메인 프레임(65)은 또한 중간 프레임(66)에 대해 자유롭게 움직일 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 메인 프레임(65)은 베이스 프레임(9)에 대해 적어도 두 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.
제1 방향(20)은 제1 축(69)을 정의하고(도 28B), 제2 방향(22)은 제2 축(70)을 정의한다. 제1 방향(20) 및 제2 방향(22)은 수평 또는 실질적으로 수평이다.
상기 메인 프레임(65)은 제1 중간 구동부(67) 및/또는 제2 중간 구동부를 통해 중간 프레임(66)에 연결되며, 그 중 하나가 도 28B에 도시되어 있다. 다른 중간 구동부는 도시된 제1 중간 구동부(67) 뒤의 일정 거리에 제공된다. 제1 및 제2 중간 구동부는 제1 중간 구동부(67)에 의한 제1 축(69) 및/또는 제2 중간 구동부에 의한 제2 축(70)을 중심으로 중간 프레임(66)에 대해 메인 프레임(65)을 회전시키도록 구성된다.
제1 및 제2 중간 구동부 모두가 도 28B에 도시된 바와 같이 수축 위치에서 연장 위치(90)로 또는 그 반대로 이동할 때, 메인 프레임(65)은 제1 방향(20)에 평행한 제1 축(69)을 중심으로 선회한다. 상기 메인 프레임(65)은 도 28B에 도시된 바와 같이 선회 포인트(91)를 중심으로 회전한다. 상기 선회점(91)은 볼 조인트일 수 있다.
제1 중간 구동부(67)가 제2 중간 구동부에 대해 이동할 때 메인 프레임(65)은 제2 축(70)을 중심으로 선회한다 (도 29B). 제1 및 제2 중간 구동부에 의한 제1 축(69) 및 제2 축(70)에 의해 정의된 평면 내에서 다른 축을 중심으로 메인 프레임(65)을 회전시키는 것도 가능하다. 이는 예를 들어 평면 시점에서 제1 중간 구동부(67), 제2 중간 구동부 및 선회점 사이의 삼각 구성에 의해 달성될 수 있다.
제1 중간 구동부(67)와 제2 중간 구동부(67)는 중간 프레임(66)으로부터 메인 프레임(65)을 향해 위쪽으로, 바람직하게는 수직으로 연장된다.
탄성 부재(11)는 제1 및/또는 제2 중간 구동부 옆에 제공될 수 있으며, 하나 이상의 탄성 부재(11)는 메인 프레임(65)을 중간 프레임(66) 또는 베이스 프레임(9)에 연결한다.
탄성 부재(11)는 도 1 내지 25에 도시된 구현예와 유사하게 제1 및/또는 제2 안내 장치(10, 26)에 추가로 제공될 수 있다. 탄성 롤러는 탄성 부재(11)의 역할을 할 수 있다.
상기 탄성 부재(11)의 강성은 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)가 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지되도록 선택될 수 있다.
제1 중간 구동부(67)는 제1 탄성 부재(11)를 포함할 수 있고, 제2 중간 구동부(67)는 제2 탄성 부재(11)를 포함할 수 있다. 탄성 기능은 구동부에서 통합될 수 있다.
상향 또는 수직으로 연장되는 중간 구동부(67) 및/또는 탄성 부재(11)는 하중이 선박(4)에 의해 주로 수직으로 수용되는 구현예를 초래한다. 선박(4)은 수평 하중보다 수직 하중을 더 잘 처리할 수 있다. 수평 하중은 선박(4)의 추진기(96)에 의해 능동적으로 상쇄되어야 하는 반면, 수직 하중은 선박(4)의 부력에 의해 상쇄될 수 있다.
상기 파일 안내 시스템(8)은 제1 중간 구동부(67)가 있는 제1 축(69) 및/또는 제2 중간 구동부가 있는 제2 축(70)을 중심으로 메인 프레임(65)을 회전시켜 파일(2)에 모멘트(30)를 가하도록 구성된다. 이러한 방식으로 제1 안내 장치(10)는 파일(2)에 제1 힘(34)을 가하고 제2 안내 장치(26)는 파일(2)에 반대의 제2 힘(36)을 가한다.
모든 구현예에서 파일(2)과 선박(4) 사이의 움직임을 완화하기 위해 완충 부재가 제공될 수 있다. 상기 완충 기능은 하나 이상의 구동부에 통합될 수 있다.
상기 완충 부재(73)는 설치 동안 파일이 그 자체로 안정적인 침투 깊이에 도달할 때, 즉 파일이 직립 상태를 유지하기 위해 유지될 필요가 없는 경우에 유용하다. 도 36에 화살표(206)로 표시된 것처럼 파일 움직임의 자연 주기가 자연 주기 205에서 자연 주기 204로 이동하는 지점이 설치 중에 오게 된다. 파일의 움직임은 침투 깊이가 증가함에 따라 더 경직되기 때문이다. 상기 파일의 움직임은 지배적 파도 주기를 겪어야 한다. 공진을 일으키지 않고 이 과정을 인도하기 위해 상기 파일의 움직임은 완충 부재에 의해 감소될 수 있다. 자연 주기 205를 자연 주기 204로 가져오기 위해 음의 강성을 제공하는 것도 가능하다.
상기 메인 프레임(65)은 안내 개구부(28)를 개폐하기 위한 개방 부재(51)를 포함한다. 상기 개방 부재(51)는 도어 회전축(92)을 중심으로 회전할 수 있는 도어 형태이다.
균형추(93)는 메인 프레임(65)의 단부(94)에 제공될 수 있다. 이것은 메인 프레임(65)을 직립으로 유지하기 위한 복원력을 제공할 수 있고, 이에 의해 파일(2)을 직립으로 유지한다. 상기 균형추는 선회점(91)으로부터 일정 거리에 있는 중간 구동부(67)에 또는 그 근처에 위치한다.
도 3 내지 도 30에 기재된 바와 같이 상기 파일 안내 시스템(8)은 또한 설치 위치에서 파일(2)을 해저(3)에 설치하는 동안 부유 선박(23)을 설치 위치(6)에 유지하는 것을 보조하는 데 적합하다. 상기 파일 안내 시스템(8)은 베이스(9)를 포함하며, 이를 통해 파일 안내 시스템(8)이 선박(4)에 연결된다.
상기 제1 안내 장치(10)는 베이스(9)에 연결되며 이는 설치 동안 파일(2)을 고정하도록 구성된다. 상기 제1 안내 장치(10)는 수평면에서 베이스(9)에 대해 이동 가능하고 파일(2)을 설치하는 동안 설치 위치(6)에 대해 실질적으로 정지 상태를 유지하도록 구성된다.
제1 안내 장치(10)에 연결된 제1 구동부(19) 및 제2 구동부(21)는 파일(2) 설치 동안 제1 안내 장치(10)를 설치 위치(6)에 대해 실질적으로 고정된 상태로 유지하기 위해 수평면에서 베이스(9)에 대해 제1 안내 장치(10)를 이동시킬 수 있다.
제2 안내 장치(26)가 제1 안내 장치(10) 아래의 일정 거리(27)에 제공되고 위치된다. 상기 제2 안내 장치(26)는 제1 안내 장치(10)의 위에 위치될 수도 있다. 상기 제2 안내 장치(26)는 부유 선박(23) 또는 베이스(9)에 연결된다.
상기 제2 안내 장치(26)는 제1 안내 장치(10)만 있는 기존의 파일 안내 시스템에 효과적인 추가 장치이다. 왜냐하면 상기 제2 안내 장치(26)는 선박(4)이 설치 위치로부터 멀어질 때 파일(2)을 통해 해저(3)와 선박(4) 사이에 고정 효과를 제공하기 때문이다. 상기 고정 효과는 동적 위치 선정 시스템 또는 부유 선박(23)을 설치 위치에 유지시키기 위한 스프레드 계류 위치 선정 시스템에 의해 요구되는 힘을 감소시킨다.
상기 제2 안내 장치(26)는 설치 동안 파일(2)과 제2 안내 장치(26) 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재(11)를 포함한다.
상기 제1 안내 장치(10)는 수평면에서 제2 안내 장치(26)에 대해 이동이 가능하다.
상기 제1 안내 장치(10)는 선박(4) 또는 베이스(9)에 대해 이동하는 동안 파일(2)을 견고하게 유지하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 안내 장치(26)는 부유 선박(23) 또는 베이스(9)에 실질적으로 견고하게 연결되고 선박(4) 또는 베이스(9)에 대해 정지 상태를 유지하도록 구성된다.
선박(4)이 위치로부터 멀어질 때, 제2 안내 장치(26)는 파일(2)과 맞물리게 된다. 따라서, 선박(4)은 이전에 설명된 제2 힘(36)으로 제2 안내 장치(26)를 통해 파일(2)을 밀어낸다. 제1 안내 장치(10)가 설치 위치에 대해 고정된 상태로 유지되기 때문에, 밀려난 파일(2)은 이전에 설명된 제1 힘(34)과 유사한, 제1 안내 장치(10)에 의해 가해지는 제1 힘(34)을 받게 된다. 따라서 제1 안내 장치(10)와 제2 안내 장치(26)의 조합은 선박(4)이 멀어지는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 이것은 파일(2)의 하단부가 수평으로 고정될 때 작동하고 파일(2)의 해저(3)로의 침투 깊이가 증가함에 따라 증가한다.
운용
제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)를 포함하는 본 발명에 따른 조립체(1) 및 파일 안내 시스템(8)은 다중 적용을 갖는다.
첫 번째 적용은 파일 안내 시스템(8)이 설치 위치에서 파일(2)의 선회 모멘트(30)의 자연 주기(205)를 지배적 파도 주기(203)보다 더 길게 유지하기 위한 탄성 부재(11)를 포함하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 설치 위치에 본 발명에 따른 조립체(1)를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 파일(2)을 파일 안내 시스템(8)에 수직 방향(74)으로 위치시키는 단계를 포함한다. 리프팅 도구(94)가 파일(2)에 연결되고 크레인(82)은 파일 안내 시스템(8)에서 파일(2)을 들어 올려 위치시킨다. 개방 부재(51)는 파일(2)이 제1 및 제2 안내 장치(10, 26)에 의해 뚜렷이 나타나는 안내 개구부(28)에 위치될 수 있도록 개방 위치(52)에 있다.
다음 단계는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 파일(2)를 해저로 내리는 것이다. 상기 개방 부재(51)는 여전히 개방 위치(52)에 있다. 상기 개방 부재(51)가 폐쇄 위치(53)에 있는 상태에서 파일(2)을 해저(3)로 내리는 것도 역시 가능하다. 해저쪽으로 파일을 내리는 동안 완충 부재(73)는 파일의 움직임을 완충할 수 있다.
다음으로 파일(2)이 해저(3)에 설치된다 (도 13 및 14 참조). 개방 부재(51)는 폐쇄 위치(53)에 있다. 파일 구동 도구(87), 예를 들어 해머는 크레인(82)을 통해 파일(2)의 상부에 부착된다. 상기 파일 구동 도구(87)는 파일(2)을 목표 깊이까지 해저(3) 내로 구동시킨다.
파일(2)이 목표 깊이에 도달하면 파일(2) 구동 도구가 파일(2)의 상단에서 제거된다. 도 15 내지 17은 상기 파일 구동 도구를 제거하고 개방 부재(51)를 개방 위치(52)로 이동시키고 선박(4)을 설치된 파일(2)로부터 멀어지게 이동시키는 다음 단계를 도시한다 (도 17B).
설치 중 파일(2)의 선회 모멘트(30)의 자연 주기(205)는 파일 안내 시스템(8)에 의해 설치 위치(6)에서 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지된다.
파일(2)을 설치하는 동안, 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)는 탄성 부재(11)의 연결 강성을 조정함으로써 설치 위치(6)에서 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지된다. 이것은 도 9 내지 도 12에 도시되어 있으며, 여기서 파일(2)은 선박(4)에 대해 선회한다.
도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 안내 장치(26)는 선박(4)에 견고하게 연결된다. 따라서, 상기 제2 안내 장치(26)는 정지 상태를 유지한다. 상기 제2 안내 장치(26)는 파일(2)의 선회 운동(15)의 자연 주기(205)를 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지하기 위한 탄성 부재(11)를 포함한다. 상기 방법에서, 제2 안내 장치(26)가 선박(4)에 대해 및/또는 제1 안내 장치(10)에 대해 이동할 수도 있다.
도 9에서 파일(2)은 실질적으로 수직 위치에 있다. 이것은 파일(2)이 설치될 방향으로 원하는 미리 결정된 제1 방향(33)이다. 결합 부재(41)는 비결합 위치(도 9B)에서 결합 부재(41)가 파일(2)과 결합하는 결합 위치(도 9C)로 이동된다.
도 10은 선회 위치, 즉 정렬되지 않은 위치(32)에 있는 파일(2)을 보여준다. 제1 안내 장치(10)는 베이스(9)에 대해 제1 방향(20.1)으로 이동한다. 도 10B는 베이스(9)와 제1 안내 장치(10) 사이의 제1 구동부(19) 형태에서 두 개의 탄성 부재(11)가 파일(2)의 압력에 의해 내측 및 외측으로 각각 이동되는 것을 보여준다. 결합 부재(41)에 제공된 탄성 부재(11)는 내측으로 이동된다. 정반대 방향의 결합 부재(41)는 이 시점에서 유휴 상태일 수 있다. 그들은 도 10B에 도시된 바와 같이 파일(2)과 접촉할 필요가 없다.
도 11은 도 10B의 방향(20.1)과 반대 방향(20.2)으로의 파일(2)의 선회 운동(15)을 보여준다.
도 12는 선박(4)으로부터 멀어지는 방향으로 회전하는 파일(2)을 도시한다. 중간 프레임(66)과 제1 안내 장치(10) 사이의 제2 구동부(21) 및/또는 탄성 부재(11)는 제1 안내 장치(10)가 파일(2)과 함께 외측으로 이동할 수 있게 한다.
상기 탄성 부재(11)는 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이 파일(2)과 파일 안내 시스템(8) 사이의 상대적 움직임을 허용한다. 이는 파일(2)이 더 견고하게 고정되는 종래 기술에 따른 파일 안내 시스템(8)과 비교하여 선박(4)에 대한 더 낮은 하중을 초래한다.
도 22 내지 25 및 도 26 내지 29에 도시된 파일 안내 시스템(8)은 또한 상기 설명된 방법을 수행하기에 적합하다. 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템, 스프레드 계류 시스템(25) 또는 잭업 시스템(95)일 수 있다.
두 번째 적용은 파일(2)을 부유 선박(23)으로 해저(3)에 설치하는 방법에 관한 것으로, 여기서 비정렬 방향(32)에서 미리 결정된 방향으로 파일(2)을 재배향하기 위해 모멘트(30)가 파일(2)에 가해진다.
상기 방법은 하기의 단계로 구성된다:
a) 설치 위치에 베이스 프레임(9)을 통해 부유 선박(23)과 부유 선박(23)에 연결된 파일 안내 시스템(8)을 제공하는 단계로서, 상기 파일 안내 시스템(8)은 파일 설치 동안 파일(2)을 수용하기 위한 안내 개구부(28)를 포함한다,
b) 상기 파일 안내 시스템(8)의 안내 개구부(28)에 파일(2)을 위치시키는 단계 (도 3 및 4 참조),
c) 파일(2)을 해저로 낮추는 단계 (도 5 참조),
d) 상기 파일(2)의 하단을 해저(3)에 수평 방향(미도시)으로 고정시키는 단계, 및
e) 상기 파일(2)에 하향력을 가함으로써 파일(2)을 미리 결정된 제1 방향(33), 특히 수직 방향으로 해저(3)로 하향 이동시키는 단계 (도 13 및 14 참조).
적어도 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에 상기 파일(2)이 미리 결정된 제1 방향(33)으로 정렬되지 않은 경우, 파일(2)은 파일 안내 시스템(8)이 있는 파일(2)상의 수평축(31)에 대한 모멘트(30)를 적용함으로써 정렬되지 않은 제2 방향(32)에서 미리 결정된 제1 방향(33)으로 방향이 바뀐다.
풍력 터빈의 설치를 위해 상기 제1 방향(33)은 일반적으로 수직 방향 또는 실질적으로 수직 방향이다.
단계 b)는 부유 선박(23)에 제공된 선상 크레인(82)에 의해 수행될 수 있다.
단계 b)는 또한 파일(2)을 데크(85) 상의 실질적으로 수평인 방향에서 수직 방향(74)으로 세우기 위한 뒤집기 장치(미도시)에 의해 수행될 수 있다.
단계 e)는 망치질 도구(87), 예를 들어 진동 망치질 도구(87)에 의해 수행될 수 있다. 다른 공지된 도구도 사용 가능하다.
단계 d)에서 파일(2)의 자체 중량을 이용하여 파일(2)의 하단부가 해저로 침투하도록 하여 파일(2)의 하단부를 수평방향으로 고정할 수 있다. 상기 파일(2)은 해저(3) 속으로 침투하여 파일(2)의 바닥을 수평면에 고정시킨다. 상기 파일(2)의 하단부를 유지 장치(미도시)에 위치시킴으로써 파일(2)의 하단부를 고정하는 것도 가능하다. 상기 유지 장치는 설치 위치(6)의 해저(3)에 위치하며 파일(2) 하단의 수평 이동을 방지하도록 구성된다. 알려진 유지 장치는 예를 들어 진흙 매트이다.
모멘트(30)를 적용하기 위해 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 파일(2)을 유지하기 위해 파일(2)의 외부 표면(29)과 맞물린다. 상기 모멘트(30)는 제1 방향(33)을 향한 방향(35)으로 제1 안내 장치(10)를 통해 파일(2)에 제1 힘(34)을 가하고, 제2 안내 장치(26)를 통해 제1 힘(34)과 반대되는 제2 힘(36)을 파일(2)에 가함으로써 파일(2)에 적용된다. 상기 제1 힘(34)과 제2 힘(36)은 함께 모멘트(30)를 구성한다.
상기 제1 힘(34)은 제1 구동부(19) 및/또는 제2 구동부(21)에 의해 베이스 프레임(9)에 대해 제1 안내 장치(10)를 미리 결정된 제1 방향(33)의 방향으로 이동시킴으로써 파일(2)에 가해진다.
상기 제1 힘(34) 및 제2 힘(36)은 파일(2)에 실질적으로 수평으로 작용한다.
제1 안내 장치(10)가 파일(2)에 가하는 제1 힘(34)은 미리 결정된 힘일 수 있다. 상기 미리 결정된 힘의 크기는 미리 결정된 제1 방향(33)으로부터 파일(2)의 편차에 기초한다. 파일(2)의 편차가 커지면 미리 결정된 힘도 커지며, 그 반대도 마찬가지이다.
방향을 측정하고 이에 따라 미리 결정된 제1 방향(33)으로부터 파일(2)의 편차를 측정하기 위해 파일 안내 시스템(8)에 결합된 제어 유닛(미도시)이 제공된다. 상기 제어 유닛은 설치 동안 파일(2)의 방향을 측정하기 위한 센서(미도시)를 포함한다. 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에 상기 센서가 미리 결정된 제1 방향(33)으로 파일(2)의 비정렬을 측정할 때 상기 제어 유닛은 파일(2)에 모멘트(30)를 적용하기 위해 파일 안내 시스템(8)을 작동시킨다.
상기 제어 유닛은 비정렬의 변화율을 측정하기 위한 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛은 설정 포인트로서의 제1 방향(33)에 기초하여 파일(2)에 모멘트(30)를 적용하도록 파일 안내 시스템(8)을 작동시키는 PID 제어기(미도시)를 더 포함한다.
적어도 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후, 또는 단계 d) 이후에 제1 구동부(19) 및/또는 제2 구동부(21)는 제1 안내 장치(10)가 부유 선박(23)에 대해 이동하는 동안 제1 방향(20) 및 제2 방향(22)에 의해 정의된 평면에서 설치 위치(6)에 대해 제1 안내 장치(10)를 실질적으로 정지 상태로 유지하도록 구성될 수 있다. 이는 선박(4)을 제위치, 즉 설치 위치에 유지하는 데 도움이 된다.
부유 선박(23)은 부유 선박(23)을 미리 결정된 영역 내에 유지시키도록 구성된 위치 선정 시스템을 포함한다. 제1 안내 장치(10)는 제1 구동부(19) 및/또는 제2 구동부(21)를 통해 미리 결정된 영역에 걸쳐 부유 선박(23)에 대해 이동할 수 있다.
상기 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템 또는 스프레드 계류 시스템(25)일 수 있다.
제2 안내 장치(26)가 재배향 동안 부유 선박(23)에 견고하게 연결된 구현예에서, 제1 안내 장치(10)는 파일(2)에 제1 힘(34)을 가하고 제2 안내 장치(26)는 파일(2)에 제2 힘(36)을 가한다. 이 경우 제2 안내 장치(26)는 파일(2)에 제2 힘(36)을 수동적으로 가하는데, 이는 제1 안내 장치(10)가 제2 안내 장치(26)에 대해 파일(2)을 밀기 때문이다. 어떤 의미에서 파일(2)은 제2 안내 장치(26)에 제2 힘(36)을 가한다. 작용은 반작용이기 때문에, 제2 안내 장치(26)는 제1 안내 장치(10)에 의해 가해지는 제1 힘(34)과 반대 방향으로 파일(2)에 제2 힘(36)을 가한다.
제2 안내 장치(26)가 제1 안내 장치(10)에 대해 제3 구동부(63) 및/또는 제4 구동부를 통해 제1 방향(20) 및/또는 제2 방향(22)으로 각각 이동할 수 있는 구현예에서, 재배향 동안 상기 제2 안내 장치(26)는 제1 안내 장치(10)의 반대 방향으로 이동한다. 제2 안내 장치(26)가 부유 선박(23)에 견고하게 연결된 구현예와 비교하여, 본 구현예는 제2 안내 장치(26)가 파일(2)에 제2 힘(36)을 능동적으로 가할 수 있게 한다.
단계 b) 전에는 개방 부재(51)가 개방 위치(52)에 있고, 단계 d) 이후에는 개방 부재(51)가 폐쇄 위치(53)에 있다.
단계 b) 이전에, 결합 부재(41)는 제1 외측 위치(45), 즉 비결합 위치(도 9a)에 있을 수 있다. 파일(2)이 안내 개구부(28)에 위치했을 때, 결합 부재(41)는 파일(2)의 외부 표면(29)을 결합하기 위한 각각의 결합 구동부(43)에 의해 두 번째 결합 위치(46)(도 9b)의 내측으로 방사상으로 이동된다. 개방 부재(51)가 파일(2)을 둘러싸는 폐쇄 위치(53)에 있으면 결합 부재(41)는 바람직하게는 그들의 결합 위치로 이동된다.
단계 e) 동안 결합 부재(41)는 파일(2)의 원주(42) 주위에 일정한 간격으로 배치된다.
단계 e)가 완료되면, 결합 부재(41)는 그들의 제1 위치로 다시 이동된다.
파일(2)이 목표 깊이에 도달했을 때, 즉 단계 e)가 완료되었을 때, 개방 부재(51)는 개방 위치(52)로 이동된다. 이러한 방식으로 선박(4)은 파일(2)에서 멀어질 수 있다.
각각의 결합 부재(41)는 파일(2)과 각각의 안내 장치 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재(11)를 포함할 수 있다.
단계 e) 동안 파일(2)이 해저(3) 안으로 점점 더 깊이 박힐 때 이것은 일반적으로 파일(2)의 강성에 영향을 미친다. 즉, 파일(2)은 더 경직된다. 이것은 파일의 움직임과 그 자연 주기(205)에 영향을 미친다. 파일 움직임의 자연 주기(205)가 지배적 파도 주기(203)보다 더 길게 유지되도록 하기 위해 탄성 부재(11)는 조정 부재(49)를 통해 조정 가능하다. 상기 조정 부재(49)는 파일(2)이 해저(3)로 하향 이동하는 동안 토양의 강성이 증가할 때 따라서 파일(2)의 강성이 증가할 때 그 강성을 더 낮은 강성으로 감소시킬 수 있다. 이것은 미리 결정된 토양의 계산에 기초하여 수행될 수 있으며, 여기서 각 침투 깊이에 대해 연결 강성이 미리 결정된다.
상기 방법은 또한 도 26 내지 도 29에 도시된 구현예에 의해 수행될 수 있으며, 여기서 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 메인 프레임(65)을 통해 서로 연결된다. 상기 메인 프레임(65)은 베이스 프레임(9)에 연결되며 제1 방향(20) 및/또는 횡 방향인 제2 방향(22)으로 베이스 프레임(9)에 대해 자유롭게 이동할 수 있다.
상기 메인 프레임(65)은 제1 중간 구동부(67)에 의한 제1 축(69) 및/또는 제2 중간 기능부에 의한 횡 방향의 제2 축(70)을 중심으로 중간 프레임(66)에 대해 회전 가능하다. 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에, 상기 제1 중간 구동부(67) 및/또는 제2 중간 구동부는 부유 선박(23)에 대해 메인 프레임(65)을 이동시키는 동안 파일(2)에 대해 실질적으로 고정된 메인 프레임(65)을 유지한다.
메인 프레임(65)이 있는 파일 안내 시스템(8)은 제1 중간 구동부(67)가 있는 제1 축(69) 및/또는 제2 중간 구동부(68)가 있는 제2 축(70)을 중심으로 메인 프레임(65)을 회전시켜 파일(2)에 모멘트(30)를 가한다 (도 33 참조).
또 다른 적용에서, 설치 위치의 해저(3)에 파일(2)을 설치하는 동안 부유 선박(23)을 설치 위치(6)에 유지하는 것을 돕는 방법이 제공된다. 상기 방법은 하기의 단계로 구성된다:
a) 부유 선박(23) 및 설치 위치에서 상기 부유 선박(23)에 연결된 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)를 포함하는 파일 안내 시스템(8)을 제공하는 단계,
b) 상기 파일 안내 시스템(8)의 안내 개구부(28)에 파일(2)을 위치시키는 단계 (도 3 및 4 참조),
c) 파일(2)을 해저로 낮추는 단계 (도 4 및 5 참조),
d) 상기 파일(2)의 하단을 해저(3)에 수평 방향으로 고정시키는 단계, 및
e) 상기 제1 안내 장치(10)를 설치 위치에 대해 실질적으로 고정된 상태로 유지시키는 단계.
선박(4)이 설치 위치(6)로부터 멀어질 때 제2 안내 장치(26)는 제2 안내 장치(26) 상의 파일(2)에 의해 유도된 힘에 의해 부유 선박(23)을 설치 위치(6)로 다시 이동시키는 것을 보조한다.
이 방법의 장점은 부유 선박(23)이 선박(4)을 미리 결정된 영역 내에 유지시키기 위한 동적 위치 선정 시스템을 포함할 때, 제1 안내 장치(10)를 제어하기 위해 제공될 수 있는 제어 유닛이 부유 선박(23)의 동적 위치 선정 시스템과 결합될 필요가 없다는 것이다.
정렬되지 않은 파일(2)을 미리 결정된 제1 방향(33)으로 다시 이동시키는 방법은 도 3 내지 25에 도시된 파일 안내 시스템(8)에 대한 도 32에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 방법은 도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같은 메인 프레임을 포함하는 파일 안내 시스템(8)에 대한 도 33에 개략적으로 도시되어 있다.
도 32a는 미리 결정된 제1 방향(33)의 파일(2)을 보여준다. 선박(4)은 설치 위치(6)에 위치된다. 파일(2)은 토양, 즉 해저(3)에 수평으로 고정된다. 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 시작 위치, 즉 설치 위치에 있다.
도 32b는 기울어진 위치, 즉 정렬되지 않은 위치(32)에 있는 파일(2)을 도시한다. 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)는 여전히 시작 위치에 있다. 파일(2)은 제1 안내 장치(10)와 맞물려 선박(4)을 밀어낸다.
도 32c는 정렬되지 않은 위치(32)에 있는 파일(2)과 설치 위치에서 멀어진 위치에 있는 선박(4)을 보여준다. 상기 선박(4)은 도 32B에 도시된 바와 같이 제1 안내 장치(10) 상의 파일(2)의 힘으로 인해 이동되었다.
파일(2)을 미리 결정된 제1 방향(33)으로 다시 이동시키기 위해, 제1 안내 장치(10)는 설치 위치를 향해 이동된다. 따라서 제1 안내 장치(10)의 우측은 파일(2)의 우측에 제1 힘(34)을 가한다. 제2 안내 장치(26)에 대한 제1 안내 장치(10)의 이동은 파일(2)에 제2 힘(36)이 가해지는 결과를 낳는다. 상기 제2 힘(36)은 제2 안내 장치(26)의 좌측과 함께 파일(2)의 좌측에 가해진다. 제1 힘(34)과 제2 힘(36)은 함께 파일(2)에 가해지는 모멘트(30)를 구성한다. 파일(2)은 미리 결정된 제1 방향(33)으로 다시 이동된다. 또한, 부유 선박(23)도 설치 위치를 향해 다시 이동된다.
도 33은 도 32C에 도시된 것과 동일한 위치에 있는 파일(2) 및 선박(4)을 개략적으로 도시한다. 상기 모멘트(30)는 수평력 대신에 탄성 부재 및/또는 제3 및 제4 구동부(67,68)를 통한 수직력을 통해 가해진다. 수직력은 선박(4)에 가해지는 반면 파일(2)에 가해지는 힘은 수평력이다.
도 34는 제2 안내 장치(26)가 아닌 제1 안내 장치(10)만을 갖는 파일 안내 시스템(8) 및 부유 선박(23)을 포함하는 조립체(1)의 예를 개략적으로 도시한다. 파일(2)이 기울어지면 선박(4)은 설치 위치에서 밀려난다. 파일(2)을 미리 결정된 제1 방향(33)으로 다시 이동시키기 위해, 선박(4)은 추진기(96)를 통해 모든 힘을 제공해야 한다.
도 35는 파일 안내 시스템(8) 및 선박(4)을 설치 위치에 유지하는 것을 돕는 방법을 개략적으로 도시한다. 도 35에서 선박(4)은 설치 위치로부터 떨어진 위치에 도시되어 있다. 파일(2)의 하단부는 해저(3)에 수평으로 고정된다. 선박(4)을 설치 위치로 다시 이동시키기 위해, 제1 안내 장치(10)는 설치 위치에 대해 정지 상태로 유지된다. 선박(4)이 움직이면 제2 안내 장치(26)도 함께 움직인다. 선박(4) 및 이에 따른 제2 안내 장치(26)가 미리 결정된 위치를 넘어 이동하면 이는 제2 안내 장치(26)에 파일(2)에 의해 가해지는 제2 힘(36)을 초래할 것이다. 제2 힘(36)은 파일(2)의 좌측과 함께 제2 안내 장치(26)의 좌측에 가해진다. 제1 안내 장치(10)는 제1 힘(34)을 가한다. 이 힘은 선박(4)을 설치 위치에 유지시키거나 적어도 선박(4)이 미리 결정된 위치를 넘어 이동하는 것을 방지한다. 본 발명은 선박(4)을 설치 위치에 유지시키기 위해 추진기에 의해 요구되는 힘의 양을 감소시킨다.
파일(2)이 안정적인 침투 깊이에 도달하면 파일 안내 시스템(8)은 파일 유지 장치 또는 파일 고정 장치의 역할을 하게 된다. 파일 안내 시스템(8)은 안정적인 파일에 연결된 상태로 유지될 수 있으며, 그 동안 파일에 대해 다른 작업, 예를 들어 풍력 터빈의 배치가 수행될 수 있다. 연결된 파일 안내 시스템(8), 또는 파일 유지 또는 파일 고정 시스템은 선박을 제위치에 유지하기 위한 선박(4)의 위치 선정 시스템을 보조하거나 대체할 수도 있다. 파일은 하중의 적어도 일부를 차지한다. 탄성 부재의 사용은 시스템의 부하를 감소시킨다. 탄성 부재는 선박의 급등 및 흔들림 주기가 지배적 파도 주기보다 길어지도록 능동적으로 조정될 수 있다. 이것은 제1 안내 장치(10) 및 제2 안내 장치(26)가 있는 파일 안내 시스템(8)은 물론 제1 안내 장치(10)만 있는 파일 안내 시스템(8)에서도 작동된다. 따라서, 탄성 부재(11)는 설치 동안 파도에 의해 야기된 해저 주위로의 파일의 선회 운동의 자연 주기(205)를 설치 위치에서 파도 스펙트럼(200)의 지배적 파도 주기(203)보다 더 길게 유지하도록 구성되는 대신에, 파일 고정 시스템용 탄성 부재(11)는 낮은 연결 강성을 갖는 탄력 연결을 제공함으로써 지배적 파도 주기보다 선박의 급등 및 흔들림 주기를 더 길게 유지하도록 구성된다.
필요에 따라, 본 발명의 상세한 구현예가 여기에 개시된다; 그러나, 개시된 구현예는 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 예시일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 여기에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 청구범위에 대한 기초로서 그리고 실질적으로 임의의 적절하게 상세한 구조에서 본 발명을 다양하게 채택하도록 당 업자에게 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 및 문구는 제한하고자 하는 것이 아니라, 본 발명을 이해할 수 있는 설명을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 사용된 용어 "a" 또는 "an"은 하나 또는 하나 이상으로 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "다른 것"은 적어도 두 번째 것 또는 그 이상의 것으로 정의된다. 본 명세서에서 사용된 용어 "지님" 및/또는 "가짐"은 포함하는 것으로 정의된다 (즉, 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는 공개 언어). 청구범위의 참조 부호는 청구범위 또는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
특정 조치가 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 사실이 이러한 조치의 조합을 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (81)

  1. 해저(3)에 파일(2)을 설치하기 위한 조립체(1)로서,
    - 선박을 해저에 상대적인 설치 위치(6)에 유지시키기 위한 위치 선정 강성(7)을 갖는 위치 선정 시스템(5)을 포함하는, 선박(4); 및
    - 파일 설치 동안 파일을 안내하도록 구성된 파일 안내 시스템(8)으로서,
    선박에 제공되는 베이스(9),
    상기 베이스에 연결된 제1 안내 장치(10)로서, 상기 제1 안내 장치는 파일 설치시 파일을 수용하도록 구성되는 제1 안내 장치(10), 및
    파일과 선박 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 설치 중에 선박과 파일 사이에 탄력적 연결을 제공하기 위한 탄성 부재로서, 연결 강성(13)을 갖는 탄성 부재(11)를 포함하는, 파일 안내 시스템(8);을 포함하고,
    여기서 상기 탄성 부재는 낮은 연결 강성으로 탄력 연결을 제공함으로써 설치 위치에서 설치하는 동안 파도에 의해 야기된 해저 주위의 파일의 선회 운동의 자연 주기를 파도 스펙트럼(200)의 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지하도록 의도되고 구성되는, 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 부재는 설치 위치에서 파도 스펙트럼의 지배적 파도 주기의 1.5배보다 긴 자연 주기를 유지하도록 의도되고 구성되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결 강성은 파일의 선회 운동의 자연 주기를 지배적 파도 주기보다 길게 유지하기에 충분히 낮고, 파일에 안정성을 제공하기에는 충분히 높은 것을 특징으로 하는 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 부재는 베이스와 제1 안내 장치 사이 및/또는 선박과 베이스 사이에 제공되고 및/또는 상기 제1 안내 장치는 제1 안내 장치와 파일 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 방향(20)으로 베이스에 대해 제1 안내 장치를 이동시키기 위한 제1 구동부(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 제2 방향(22)으로 베이스에 대해 제1 안내 장치를 이동시키기 위한 제2 구동부(21)를 포함하고, 상기 제2 방향은 가로 방향, 특히 제1 방향에 수직인 것을 특징으로 하는 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선박은 파일의 설치 동안 부유하도록 구성된 부유 선박(23)인 것을 특징으로 하는 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템 또는 계류 시스템(25) 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 안내 장치의 위 또는 아래의 일정 거리(27)에 위치된 제2 안내 장치(26)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 안내 장치는 파일을 수용하기 위한 안내 개구부(28)를 정의하며, 이들 제1 및 제2 안내 장치는 파일을 유지하기 위해 파일의 외부 표면(29)과 맞물리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 비정렬 방향(32)에서 미리 결정된 제1 방향(33)으로 파일을 재배향하기 위해 파일에 수평축(31)을 중심으로 모멘트(30)를 함께 가하도록 구성되며, 상기 모멘트는 제1 안내 장치에 의해 미리 결정된 제1 방향(35)으로 파일에 제1 힘(34)을 가하고 제2 안내 장치를 통해 파일에 제1 힘과 반대되는 제2 힘(36)을 가함으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 각각 제1 힘 및 제2 힘을 파일에 수평으로 가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제2 안내 장치와 파일 사이에 탄력적 연결을 제공하기 위해 제2 안내 장치에 탄성 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조립체는 파일 안내 시스템에 결합된 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 설치중에 파일의 방향을 측정하기 위한 센서를 포함하며, 여기서 상기 제어 유닛은 상기 센서가 미리 결정된 제1 방향에 대한 파일의 비정렬을 측정할 때 미리 결정된 방향을 향해 제1 안내 장치를 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 유닛은 비정렬의 변화율을 측정하기 위한 센서를 포함하고, 여기서 상기 제어 유닛은 설정점으로서 제1 방향에 기초하여 파일에 모멘트를 적용하도록 파일 안내 시스템을 작동시키는 PID 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제어 유닛은 부유 선박의 동적 위치 선정 시스템과 연결되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 조립체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치는 설치중에 파일을 결합하기 위한 복수의 결합 부재(41)를 포함하며, 여기서 상기 결합 부재는 파일의 원주 둘레에 일정한 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 결합 부재는 결합 부재를 파일과 결합하지 않는 제1 외부 위치(45)와 결합 부재가 파일과 맞물리는 내측 위치(46)인 제2 위치 사이에서 안내 개구부의 중심에 대해 결합 부재를 내부 및 외부로 이동시키기 위한 결합 구동부(43)를 통해 대응하는 안내 장치에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 결합 부재는 파일과 각각의 안내 장치 사이에 탄성 파일 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 각각의 결합 부재는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 부재의 강성은 조정 부재(49)를 통해 조정 가능하고, 상기 조정 부재는 토양의 강성이 증가함에 따라 파일이 해저로 하향(50) 이동하는 동안 강성을 더 낮은 강성으로 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 안내 개구부를 개폐하기 위한 개방 부재(51)를 포함하고, 상기 개방 부재는 안내 개구부에 파일을 위치시키기 위한 개방 위치(52)와 파일이 파일 안내 시스템에 의해 둘러싸인 폐쇄 위치(53) 사이에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 조립체.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 파일을 파도로부터 차폐함으로써 파일에 대한 파도의 하중을 제한하기 위한 차폐 부재(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  23. 제22항에 있어서, 상기 차폐 부재는 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치를 둘러싸는 차폐벽(55)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  24. 제23항에 있어서, 상기 차폐벽은 폐쇄되고, 차폐벽의 하단(56)에는 기포 발생 유닛(57)이 제공되며, 상기 기포 유닛은 차폐벽에 의해 나타나는 내부 체적(58)의 내부 및 안내 개구부 주위에 제공되고, 이는 안내 개구부 주변의 버블 스크린(59)을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 차폐벽에 복수의 관통 구멍이 제공되는 것을 특징으로 하는 조립체.
  26. 제7항 또는 제8항을 제외한 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선박은 파일의 설치 동안 흘수선(62) 위로 잭업되도록 구성된 잭업 선박(61)이며, 상기 위치 선정 강성은 실질적으로 무한한 것을 특징으로 하는 조립체.
  27. 제5항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 안내 장치는 제1 안내 장치에 대해 제3 구동부를 통해 제1 방향으로 및/또는 제4 구동부를 통해 제2 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 조립체.
  28. 제12항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 안내 장치는 부유 선박 또는 베이스에 견고하게 연결된 것을 특징으로 하는 조립체.
  29. 제10항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 메인 프레임(65)을 포함하고, 상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치는 상기 메인 프레임을 통해 서로 연결되며, 상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치는 상기 메인 프레임을 통해 베이스 프레임에 연결되고, 상기 메인 프레임은 제1 방향 및/또는 제2 방향으로 상기 베이스 프레임에 대해 자유롭게 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
  30. 제29항에 있어서, 상기 메인 프레임은 중간 프레임(66)을 통해 상기 베이스 프레임에 연결되고, 상기 메인 프레임은 제1 중간 구동부(67) 및/또는 제2 중간 구동부(68)를 통해 상기 중간 프레임에 연결되고, 상기 메인 프레임은 상기 제1 중간 구동부에 의한 제1 축(69) 및/또는 상기 제2 중간 구동부에 의한 제2 축(70)을 중심으로 상기 중간 프레임에 대해 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 조립체.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 제1 방향은 제1 축을 정의하고, 제2 방향은 제2 축을 정의하고, 제1 방향 및 제2 방향은 수평 또는 실질적으로 수평인 것을 특징으로 하는 조립체.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 제1 중간 구동부와 제2 중간 구동부는 중간 프레임에서 메인 프레임을 향해 위쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
  33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 중간 구동부는 제1 탄성 부재를 포함하고, 제2 중간 구동부는 제2 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 중간 구동부가 있는 제1 축 및/또는 제2 중간 구동부가 있는 제2 축을 중심으로 메인 프레임을 회전시킴으로써 파일에 모멘트를 가하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
  35. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 파일과 선박 사이의 움직임을 완충시키기 위한 완충 부재(73)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
  36. 부유 선박에 연결되도록 구성되고, 설치 위치에서 해저에 파일을 설치하는 동안 부유 선박을 설치 위치에 유지하는 것을 돕도록 구성된, 파일 안내 시스템(8)으로서,
    - 파일 안내 시스템이 선박에 연결되도록 구성되는 베이스(9),
    - 설치 동안 파일을 유지하도록 구성되고, 상기 베이스에 연결된 제1 안내 장치(10) 및
    - 파일과 선박 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 설치 중에 선박과 파일 사이에 탄력적 연결을 제공하기 위한 탄성 부재로서, 연결 강성을 갖는 탄성 부재(11)를 포함하고,
    여기서 상기 탄성 부재는 낮은 연결 강성을 지닌 탄력적인 연결을 제공함으로써 설치 기간 동안 파도에 의해 야기되는 파일의 해저 주위로의 선회 운동의 자연 주기(205)를 파도 스펙트럼의 지배적 파도 주기(203)보다 길게 유지하도록 의도되고 구성되는, 파일 안내 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 안내 장치의 위 또는 아래 일정 거리에 위치한 제2 안내 장치(26)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 안내 장치는 파일을 수용하기 위한 안내 개구부를 뚜렷이 나타내며, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 파일을 유지하기 위해 파일의 외부 표면(29)과 맞물리도록 구성되고, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 비정렬 방향으로부터 미리 결정된 제1 방향으로 파일을 재배향하기 위해 파일에 수평축에 대한 모멘트(30)를 함께 가하도록 구성되고, 상기 모멘트는 제1 안내 장치에 의해 미리 결정된 제1 방향으로 파일에 제1 힘(34)을 가하고 제2 안내 장치를 통해 파일에 제1 힘과 반대되는 제2 힘(36)을 가함으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  38. 선박을 이용하여 파일을 설치하는 방법으로서,
    a) 설치 위치(6)에 이전의 조립체 청구항들 중 어느 한 항에 따른 조립체를 제공하는 단계,
    b) 파일 안내 시스템에서 파일을 수직 방향으로 배치하는 단계,
    c) 파일을 해저로 낮추는 단계, 및
    d) 파일을 해저에 설치하는 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 파일이 자체적으로 안정화되는 침투 깊이에 도달하지 않은 설치 단계에서 파일의 선회 모멘트의 자연 주기는 파일 안내 시스템에 의해 설치 위치의 지배적인 파도 주기보다 길게 유지되는, 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 탄성 부재의 연결 강성을 조절함으로써 설치시 파일회전 모멘트의 자연 주기를 설치 위치의 지배적 파도 주기보다 길게 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제38항 또는 제39항에 있어서, 상기 파일이 소정의 침투 깊이에 도달했을 때, 파일 선회 모멘트의 자연 주기(205)는 지배적인 파도 주기(203)보다 높은 자연 주기에서 지배적인 파도 주기보다 낮은 자연 주기(204)로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 완충 부재는 파일의 움직임을 감소시키는 데 사용되며, 및/또는 음의 강성이 지배적인 파도 주기보다 낮은 자연 주기(204)를 달성하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 부유 선박을 이용하여 파일을 해저에 설치하는 방법으로서,
    a) 설치 위치에 베이스 프레임을 통해 부유 선박과 부유 선박에 연결된 파일 안내 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 파일 안내 시스템은 파일 설치 동안 파일을 수용하기 위한 안내 개구부를 포함하는 단계,
    b) 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부에 파일을 위치시키는 단계,
    c) 파일을 해저로 낮추는 단계,
    d) 상기 파일의 하단을 해저에 수평 방향으로 고정시키는 단계, 및
    e) 상기 파일에 하향력을 가함으로써 파일을 미리 결정된 제1 방향, 특히 수직 방향으로 해저로 하향 이동시키는 단계를 포함하고,
    여기서, 적어도 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에 상기 파일이 미리 결정된 제1 방향으로 정렬되지 않은 경우, 파일은 파일 안내 시스템이 있는 파일상의 수평축에 대한 모멘트를 적용함으로써 정렬되지 않은 제2 방향에서 미리 결정된 제1 방향으로 방향이 바뀌는, 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 안내 시스템은 제1 안내 장치 및 상기 제1 안내 장치의 위 또는 아래의 일정 거리에 위치한 제2 안내 장치를 포함하고, 상기 제1 및 제2 안내 장치는 안내 개구부를 나타내며, 상기 제1 안내 장치 및 제2 안내 장치는 파일을 유지하기 위해 파일의 외부 표면과 맞물리도록 구성되고, 상기 제1 안내 장치를 통해 제1 방향을 향하는 방향으로 파일에 제1 힘을 가하고, 상기 제2 안내 장치를 통해 파일에 제1 힘과 반대되는 제2 힘을 가함으로써 모멘트가 파일에 가해지는데, 여기서 상기 제1 힘과 제2 힘이 함께 모멘트를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 제1 힘과 제2 힘은 파일에 수평으로 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 파일 안내 시스템과 파일 사이의 파일 연결부 및/또는 파일 안내 시스템과 부유 선박 사이의 선박 연결부는 파일과 부유 선박 사이의 상대적인 움직임을 허용하기 위한 하나 이상의 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제43항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 장치는 베이스 프레임에 연결되고 제1 방향으로 제1 구동부를 통해 및/또는 수직인 제2 방향으로 제2 구동부를 통해 베이스 프레임에 대해 이동 가능하며, 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에 상기 제1 기능부 및/또는 제2 기능부는 부유 선박에 대해 제1 안내 장치를 이동시키는 동안 제1 방향 및 제2 방향에 의해 정의된 평면에서 설치 위치에 대해 제1 안내 장치가 실질적으로 정지 상태를 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 장치는 파일에 미리 결정된 힘을 가하도록 구성되고, 상기 미리 결정된 힘의 크기는 미리 결정된 제1 방향으로부터 파일의 편차에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 제2 안내 장치는 부유 선박에 견고하게 연결되며, 재배향 동안 제1 안내 장치는 파일에 제1 힘을 가하도록 구성되고 제2 안내 장치는 파일에 제2 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 제2 안내 장치는 각각 제1 방향 및/또는 제2 방향으로 제3 구동부 및/또는 제4 구동부를 통해 제1 안내 장치에 대해 이동 가능하고, 재배향 동안 제2 안내 장치는 제1 안내 장치의 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제42항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템에 결합되는 제어 유닛이 제공되고, 여기서 상기 제어 유닛은 설치 동안 파일의 방향을 측정하기 위한 센서를 포함하며, 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에, 상기 센서는 미리 결정된 제1 방향으로 파일의 비정렬을 측정하고, 파일에 모멘트를 적용하기 위해 파일 안내 시스템을 작동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 제어 유닛은 비정렬의 변화율을 측정하기 위한 센서를 포함하며, 설정 포인트로서의 제1 방향에 기초하여 파일에 모멘트를 적용하도록 파일 안내 시스템을 작동시키는 PID 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제43항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 힘은 미리 결정된 제1 방향의 방향으로 제1 구동부 및/또는 제2 구동부에 의해 베이스 프레임에 대해 제1 안내 장치를 이동시킴으로써 파일에 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제42항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방향은 수직 방향 또는 실질적으로 수직 방향인 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제42항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 안내 개구부를 개폐하기 위한 개방 부재를 포함하며, 상기 개방 부재는 안내 개구부 내에 파일을 위치시키기 위한 개방 위치와 파일이 안내 개구부에 위치될 때 파일을 둘러싸기 위한 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 여기서, 단계 b) 이전에는 상기 개방 부재는 개방 위치에 있고, 단계 d) 이후에는 폐쇄 위치에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제43항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부유 선박은 선박을 미리 결정된 지역 내에 유지하도록 구성된 위치 선정 시스템을 포함하며, 상기 제1 안내 장치는 제1 구동부 및/또는 제2 구동부를 통해 미리 결정된 지역에 걸쳐 상기 부유 선박에 대해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 위치 선정 시스템은 동적 위치 선정 시스템인 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제55항에 있어서, 상기 위치 선정 시스템은 스프레드 계류 시스템 또는 둘의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제42항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 d) 단계에서 파일의 자기 중량을 이용하여 파일의 하단이 해저를 뚫고 들어가도록 하거나 파일의 하단을 고정장치에 위치시켜 파일의 하단을 수평방향으로 고정하며, 상기 고정장치는 설치위치의 해저에 위치하며 파일 하단의 수평이동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제42항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부는 평면 시점에서 부유 선박의 윤곽을 넘어 확장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제43항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치는 설치 동안 파일을 결합하기 위한 복수의 결합 부재를 포함하며, 특히 결합 부재는 단계 e) 동안 파일의 원주 주위에 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 결합 부재는 결합 부재가 파일과 결합하지 않는 제1 위치와 결합 부재가 파일과 결합하는 제2 위치 사이에서 안내 개구부의 중심에 대해 결합 부재를 내부 및 외부로 이동시키기 위한 결합 구동부를 통해 대응하는 안내 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 결합 부재는 파일과 각각의 안내 장치 사이에 탄력적인 파일 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제62항에 있어서, 각각의 결합 부재는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제45항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 부재의 강성은 조정 부재를 통해 조절이 가능하며, 여기서 상기 조정 부재는 토양의 강성이 증가할 때 파일이 해저로 하향 이동하는 동안 강성을 더 낮은 강성으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제43항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 장치와 제2 안내 장치는 메인 프레임을 통해 서로 연결되고, 상기 메인 프레임은 베이스 프레임에 연결되며 제1 방향 및/또는 가로 방향의 제2 방향으로 상기 베이스 프레임에 대해 자유롭게 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제65항에 있어서, 상기 메인 프레임은 중간 프레임을 통해 베이스 프레임에 연결되고, 여기서 상기 메인 프레임은 제1 중간 구동부 및/또는 제2 중간 구동부를 통해 중간 프레임에 연결되며, 상기 메인 프레임은 제1 중간 구동부에 의한 제1 축 및/또는 제2 중간 구동부에 의한 횡 방향의 제2 축을 중심으로 중간 프레임에 대해 회전이 가능하고, 단계 e) 동안 또는 단계 d) 이후에, 상기 제1 중간 구동부 및/또는 제2 중간 구동부는 부유 선박에 대해 메인 프레임을 이동시키는 동안 파일에 대해 실질적으로 고정된 메인 프레임을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제66항에 있어서, 상기 제1 방향은 제1 축을 정의하고, 제2 방향은 제2 축을 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제66항 또는 제67항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 제1 중간 구동부가 있는 제1 축 및/또는 제2 중간 구동부가 있는 제2 축을 중심으로 메인 프레임을 회전시킴으로써 파일에 모멘트를 가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  69. 제42항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 b) 단계는 부유 선박에 제공된 선상 크레인에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제42항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 b) 단계는 갑판상의 실질적으로 수평인 방향에서 직립 방향으로 파일을 뒤집기 위한 뒤집기 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제42항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 부유 선박의 갑판 위 및/또는 부유 선박의 용골 아래로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  72. 제42항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 e) 단계는 망치질 도구에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  73. 부유 선박에 연결되도록 구성되고 설치 위치에서 해저에 파일을 설치하는 동안 부유 선박을 설치 위치에 유지하는 것을 돕도록 구성된, 파일 안내 시스템으로서,
    - 파일 안내 시스템이 선박에 연결되도록 구성되는 베이스,
    - 상기 베이스에 연결된 제1 안내 장치로서, 상기 제1 안내 장치는 설치 동안 파일을 유지하도록 구성되고, 수평면에서 베이스에 대해 이동이 가능하며 파일을 설치하는 동안 설치 위치에 실질적으로 고정 상태로 유지되도록 구성되는, 제1 안내 장치,
    - 파일을 설치하는 동안 설치 위치에 제1 안내 장치를 실질적으로 정지 상태로 유지시키기 위해 수평면에서 베이스에 대해 제1 안내 장치를 이동시키기 위해 제1 안내 장치에 연결된 제1 구동부 및 제2 구동부, 및
    - 상기 제1 안내 장치의 위 또는 아래 일정 거리에 위치하며 부유 선박 또는 베이스에 연결된 제2 안내 장치,를 포함하고,
    여기서 상기 제2 안내 장치는 설치 동안 파일과 제2 안내 장치 사이에 탄력 연결을 제공하기 위한 탄성 부재를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 안내 장치는 파일을 수용하기 위한 안내 개구부의 윤곽을 나타내며,
    상기 제1 안내 장치는 수평면에서 제2 안내 장치에 대해 이동할 수 있는, 파일 안내 시스템.
  74. 제73항에 있어서, 상기 제1 안내 장치는 파일을 견고하게 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  75. 제73항 또는 제74항에 있어서, 상기 제2 안내 장치는 부유 선박 또는 베이스에 실질적으로 견고하게 연결되고 선박 또는 베이스에 대해 정지 상태를 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  76. 제73항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 장치 및/또는 제2 안내 장치는 설치중에 파일을 결합하기 위한 복수의 결합 부재(41)를 포함하며, 여기서 상기 결합 부재는 파일의 원주 둘레에 일정한 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  77. 제76항에 있어서, 상기 각각의 결합 부재는 롤러를 포함하며, 여기서 상기 롤러는 탄성 부재인 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  78. 제73항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 부재의 강성은 조정 부재(49)를 통해 조정 가능하고, 상기 조정 부재는 토양의 강성이 증가함에 따라 파일이 해저로 하향(50) 이동하는 동안 강성을 더 낮은 강성으로 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  79. 제73항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 안내 개구부를 개폐하기 위한 개방 부재(51)를 포함하고, 상기 개방 부재는 안내 개구부에 파일을 위치시키기 위한 개방 위치(52)와 파일이 파일 안내 시스템에 의해 둘러싸인 폐쇄 위치(53) 사이에서 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  80. 제73항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일 안내 시스템은 파일을 파도로부터 차폐함으로써 파일에 대한 파도의 하중을 제한하기 위한 차폐 부재(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일 안내 시스템.
  81. 설치 위치에서 해저에 파일을 설치하는 동안 부유 선박을 설치 위치에 유지하는 것을 보조하는 방법으로서,
    a) 설치 위치에서 베이스를 통해 부유 선박에 연결된 제73항 내지 제80항 중 어느 한 항에 따른 부유 선박 및 파일 안내 시스템을 제공하는 단계,
    b) 상기 파일 안내 시스템의 안내 개구부에 파일을 위치시키는 단계,
    c) 상기 파일을 해저로 낮추는 단계,
    d) 상기 파일의 하단을 해저에 수평방향으로 고정시키는 단계, 및
    e) 상기 제1 안내 장치를 설치 위치에 대해 실질적으로 고정된 상태로 유지시키는 단계를 포함하고,
    여기서 환경적 힘 및/또는 파일에 의해 제1 안내 장치에 가해지는 힘으로 인해 선박이 설치 위치에서 멀어질 때, 제2 안내 장치는 설치 위치를 향하는 방향으로 제2 안내 장치 상의 파일에 의해 유도된 힘으로 부유 선박을 설치 위치로 다시 이동시키는 것을 보조하는, 방법.
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