WO2021153845A1 - 계류 장치 - Google Patents

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WO2021153845A1
WO2021153845A1 PCT/KR2020/003279 KR2020003279W WO2021153845A1 WO 2021153845 A1 WO2021153845 A1 WO 2021153845A1 KR 2020003279 W KR2020003279 W KR 2020003279W WO 2021153845 A1 WO2021153845 A1 WO 2021153845A1
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WO
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connecting member
weight structure
seabed
mooring device
anchor
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/003279
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤영종
김종길
김주영
전철규
Original Assignee
한국전력기술 주식회사
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/24—Anchors
    • B63B21/26—Anchors securing to bed
    • B63B21/29—Anchors securing to bed by weight, e.g. flukeless weight anchors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a mooring device, and more particularly, to a mooring device used for mooring a floating offshore wind power generator. It relates to a mooring device capable of firmly and stably mooring a fluid.
  • a mooring chain (or mooring rope) 3 It is a catenary type connecting to the floating body 4 (so-called Spar type or semi-submisible type floating body). And, as shown in FIG. 2, the other one fixes the anchor 2 to the seabed 1, and extends the mooring chain (or mooring rope) 3 in the vertical direction from the anchor 2 to increase the tension. It is a taut type in which a floating body (so-called TLP type (Tension Lag Platform type) is anchored by maintaining the tension).
  • the tension type method is excellent in material cost because the mooring line is vertically connected.
  • the bearing capacity of the anchor is weakened, it may cause a problem in the stability of the floating body at the upper part, and the floating offshore wind generator may overturn. There is a possibility.
  • a separate fixing device in order to improve the bearing capacity of the anchor, a separate fixing device must be added, which complicates the installation of the mooring device and increases the cost.
  • the present invention has been devised to solve the above needs, and relates to a mooring device that can be used to moor a floating offshore wind power generator. It is an object of the present invention to provide a mooring device capable of mooring a floating body securely and stably while minimizing it.
  • a mooring device includes: a weight structure that sinks by gravity and is seated on a seabed; An anchor unit fixed to the seabed to anchor the floating body; One end is connected to the floating body, the extension direction is changed via the direction changing part provided in the weight structure, the other end is characterized in that it comprises a connecting member connected to the anchor part.
  • the direction changing part is provided between the first opening opened upwardly, the second opening opened laterally, and the first opening and the second opening to change the extension direction of the connecting member. It is preferable to include a wheel part.
  • the weight structure is formed in a regular polygonal structure, and a plurality of the direction changing parts are provided so that the extension direction of the connecting member is switched in a direction from the center of the regular polygon to each vertex.
  • the direction change part is formed in a tubular shape in which the inlet part open upward and the outlet part open in the side direction are connected to each other so that the connecting member can pass therethrough.
  • a fixing part protruding from the bottom surface of the weight structure so as to be fixed to the seabed.
  • the fixing part may include an insertion part protruding from the bottom surface of the weight structure and inserted into the sea bottom, and a screw part coupled to an outer circumferential surface of the insertion part.
  • a plurality of fixing parts are provided on the bottom surface of the edge of the weight structure.
  • the direction change unit a rotating unit provided to be rotatable about a rotating shaft provided on the weight structure; a locking part provided at one end of the rotating part so that the connecting member is extended by being caught inwardly; and a fixing unit provided at the other end of the rotating unit and fixed to the seabed when the rotating unit is rotated by the tension of the connecting member.
  • the weight structure the body portion forming a space in the center of the auxiliary weight is filled; and a seating part that is radially coupled to the outer surface of the body part and is seated on the seabed, wherein the direction changing part is preferably provided in each of the seating parts.
  • a connecting member extends in a vertical direction from the weight structure to a floating body (eg, a floating body for a floating offshore wind generator) by a direction change unit provided in the weight structure, and is connected, Since the connecting member is extended and anchored in a direction in contact with the seabed from the heavy structure to the anchor part, technical stability and economic efficiency are remarkably improved.
  • the connecting member required for mooring is minimized even in deep water, and since the connecting member is vertically connected from the floating body to the heavy structure, the area required for the installation of the floating offshore wind power generator can be minimized.
  • the connecting member extends in the horizontal direction in contact with the seabed from the weight structure to the anchor part, it is possible to sufficiently secure the traction by the anchor part, thereby providing an effect of firmly and stably mooring the floating body.
  • FIG. 1 and 2 are views schematically showing a mooring device of a conventional offshore floating wind power generator
  • FIG. 3 is a view showing a mooring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view of Figure 3;
  • FIG. 5 is a front view of a mooring device according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a plan view of Fig. 5;
  • FIG. 7 to 9 are views showing an embodiment in which a fixing part is coupled to a weight structure
  • FIG. 10 is a view showing an embodiment to which another type of direction change unit is applied.
  • FIG. 11 is a view showing an embodiment in which another type of weight structure is applied.
  • FIG. 3 is a view showing a mooring apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a plan view of FIG. 3
  • 5 is a front view of a mooring apparatus according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a plan view of FIG. 7 to 9 are views illustrating an embodiment in which a fixing part is coupled to a weight structure.
  • 10 is a view showing an embodiment to which a different type of direction change unit is applied
  • FIG. 11 is a view showing an embodiment to which a different type of weight structure is applied.
  • Figures 12 to 15 are views showing a modified example of the outer shape of the weight structure.
  • the mooring apparatus 100 relates to an apparatus for mooring a floating body floating on the water surface.
  • the mooring device 100 of the present invention may be used to fix a floating offshore wind generator floating on the sea level.
  • the mooring device 100 includes a weight structure 10 , an anchor part 20 , and a connection member 30 .
  • the weight structure 10 sinks by gravity and is seated on the sea floor.
  • the weight structure 10 has a weight sufficient to fix a floating body such as a floating offshore wind power generator.
  • the weight structure 10 may be made of reinforced concrete or steel frame concrete. Of course, the material of the weight structure 10 is not limited thereto, and may be formed of various materials.
  • a lug 50 for lifting and installing is formed on the upper portion of the weight structure 10 .
  • the weight structure 10 includes a direction changing part 11 for changing the extending direction of the connecting member 30 .
  • the direction changing part 11 is such that the portion of the connecting member 30 extending upwardly from the direction changing part 11 is vertically disposed downward from the floating body, and the direction changing part 11 The portion extending toward the seabed by the horizontal direction is arranged to extend.
  • the anchor part 20 is fixed to the seabed and is provided to anchor the floating body. According to the present embodiment, a plurality of the anchor units 20 are provided and fixed to the sea front to moored the floating body together with the weight structure 10 .
  • the connecting member 30 is configured to connect the anchor part 20 and the floating body.
  • the connecting member 30 may be a chain or a wire rope typically employed in a mooring device.
  • One end of the connecting member 30 is connected to the floating body, and the other end is connected to the anchor unit 20 .
  • the direction of the connecting member 30 is changed while passing through the direction changing part 11 provided in the weight structure 10 .
  • the weight structure 10 is formed in a regular polygonal structure.
  • the direction changing part 11 allows the extension direction of the connecting member 30 to be switched from the center of the regular polygon toward each vertex. That is, the vertically downwardly extending connection member 30 is converted to a direction toward the side of the weight structure 10 by the direction changing part 11 .
  • the direction change unit 11 converts the extension direction of the extension member 30 to a horizontal direction.
  • the weight structure 10 is formed in a square shape, and the connecting member 30 moves in the direction of the arrow by the direction changing part 11 .
  • the shape of the weight structure 10 may be variously modified, such as a triangle, a square, a pentagon, and a hexagon.
  • a plurality of the direction changing parts 11 are provided in the weight structure 10 , and a plurality of the connecting members 30 are provided to pass through each direction changing part 11 .
  • the direction changing part 11 includes a first opening 111 , a second opening 112 , and a wheel part 113 .
  • the first opening 111 is an upwardly opened portion, and the connecting member 30 vertically extends upward through the first opening 111 .
  • the second opening 112 is a laterally open portion, and the connecting member 30 horizontally extends in the lateral direction through the second opening 112 .
  • the wheel part 113 is provided between the first opening 111 and the second opening 112 to change the extending direction of the connecting member 30 .
  • the wheel part 113 is in contact with the connection member 30 . That is, the direction of the connecting member 30 is changed by being bent in the wheel part 113 .
  • the extending direction of the connecting member 30 is changed by the direction changing part 11 of the weight structure 10 .
  • the connecting member 30 extends vertically downward from the floating body to the weight structure 10 .
  • the connecting member 30 from the weight structure 10 to the anchor part 20 extends horizontally.
  • This structure has the effect of simultaneously providing the advantages of each method by simultaneously implementing the catenary type and the taut type in the so-called mooring method.
  • the suspension line method is a method of mooring the floating body by installing a mooring chain (or mooring rope) in an oblique line from the floating body to the sea floor. Since the chain is extended diagonally, the length of the chain or rope required in the case of deep water increases, which increases the cost, increases the occupancy and use area of the floating offshore wind turbine, increases the usage fee, and also affects the fishing activities of fishing boats. There are problems that can be directly in the way.
  • a mooring chain (or mooring rope) is installed vertically from the floating body to the sea floor to moor the floating body. Since the chain is vertically extended, the arrangement area of the floating wind turbine can be reduced, and there are advantages in that there is little interference with fishing activities. However, there is a technical problem in that the chain must be firmly fixed vertically on the seabed and installed to maintain a strong tensile force.
  • the connecting member 30 is vertically disposed by the weight structure 10 sinking by gravity to the seabed from the floating body to the direction changing part 11 . Accordingly, the present invention may provide the advantages of a tension-type mooring scheme. That is, since the connecting member 30 is vertically disposed, the cost required for the expensive connecting member 30 can be reduced, and the occupancy or use area of the public water surface required for the floating offshore wind power generator can be reduced. . In addition, it provides the advantage of not excessively disturbing the fishing activities of fishing vessels.
  • the connecting member 30 extends from the direction changing part 11 to the anchor part 20 in contact with the seabed. Since the connecting member 30 extends in contact with the seabed, and the anchor part 20 is coupled to the end of the extension member 30, the tensile force at the anchor point does not act vertically or diagonally, but horizontally. it will work Therefore, the stability of the mooring apparatus 100 is improved by increasing the fixing force.
  • the connecting member 30 is extended in contact with the seabed and the anchor part 20 is provided at the end thereof, it can be constructed to have sufficient fixing force even in deep water.
  • the present invention provides an effect that can be easily installed without the need to add a separate complicated fixing device for improving the fixing force, such as the tension type method. That is, when the mooring device 100 according to the present invention is applied to a TLP type (Tension Leg Platform Type) floating offshore wind generator that requires vertical tension, the mooring device must be fixed to the seabed. can solve the problem
  • FIG. 5 to 11 show a mooring apparatus 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are assigned to the components having the same actions or functions as those of Fig. 3, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the mooring apparatus 100 is different from the ring-ring conversion unit in comparison with the embodiment of FIG. 3 .
  • Other configurations are substantially the same as those of FIG. 3 .
  • the inlet part 114 opened upward and the outlet part 115 opened laterally are connected to each other so that the connection member 30 can pass through.
  • the inside of the tubular shape is formed so that the connecting member 30 can escape by being made of a gently curved surface.
  • a lug 50 for lifting and installing is formed on the upper portion of the weight structure 10 .
  • the extension direction of the connecting member 30 is changed while passing through the tubular direction changer 11 . It extends vertically from the inlet 114 to the floating body, and extends from the outlet 115 to the anchor 20 in a direction in contact with the sea floor. Actions and effects according to the present embodiment are substantially the same as those of the embodiment according to FIG. 3 .
  • the embodiment according to FIGS. 7 to 9 further includes a fixing part 40 to fix the weight structure 10 to the seabed.
  • the fixing part 40 is formed to protrude from the bottom surface of the weight structure 10 so as to be fixedly embedded in the seabed.
  • the fixing part 40 includes an insertion part 41 and a screw part 42 .
  • the insertion part 41 is formed to protrude from the bottom surface of the weight structure 10 so as to be inserted into the seabed.
  • the screw part 42 is a spiral blade coupled to the outer circumferential surface of the insertion part 41, so that the fixing part 40 can be easily inserted into the seabed, and the inserted fixing part 40 is is not easily separated from the seabed. Accordingly, the screw-type fixing part 40 provides an effect of sufficiently improving the gripping force while resisting the strong tensile force due to the buoyancy caused by the floating body.
  • the fixing part 40 may be formed in a pile type. Like the screw type, the pile also withstands the strong tensile force formed by the buoyancy of the floating body and improves the gripping force of the heavy structure 10 .
  • a plurality of fixing parts 40 may be provided on the bottom surface of the edge of the weight structure 10 .
  • the fixing part 40 is formed on the edge of the weight structure 10 in the form of a cone to improve the traction force in the vertical direction of the weight structure 10
  • the extension member 30 is the weight structure 10 . It acts to withstand the tensile force when extending from the side of the structure 10 in a direction in contact with the sea floor.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which the configuration of the direction change unit 11 is different from that of FIG. 3 .
  • the direction changing unit 11 applied to the present embodiment includes a rotating unit 61 , a locking unit 62 , and a fixing unit 63 .
  • the rotating part 61 is provided to be rotatable about the rotating shaft 60 provided on the weight structure 10 .
  • the rotation unit 61 includes a shaft hole 611 into which the rotation shaft 60 is inserted, and a first rotation bar 612 and a second rotation bar 613 extending in opposite directions with respect to the shaft hole 611 . do.
  • the locking part 62 is provided at one end of the rotating part 61 so that the connecting member 30 is caught inwardly and extended. According to the present embodiment, the locking part 62 is provided at an end of the first rotating bar 612 .
  • the connecting member 30 extending from the engaging part 62 toward the floating body extends in a vertical direction.
  • the connecting member 30 extending from the locking part 62 to the sea floor is extended in the vertical direction so that its direction is changed to face the sea floor.
  • the fixing unit 63 is provided at the other end of the rotating unit 61 and is fixed to the seabed when the rotating unit 61 is rotated by the tension of the connecting member 30 .
  • the fixing unit 63 is coupled to the end of the second rotating bar 613 and is formed in a hook shape so that the second rotating bar 613 digs into the seabed while the weight structure (10) is fixed on the sea floor.
  • the rotatable fixing part 40 allows the weight structure 10 to be fixed in the vertical direction, and to sufficiently withstand the tensile force of the connecting member 30 pulled to the side by the anchor part 20 . .
  • the weight structure 10 applied to the present embodiment includes a body portion 71 and a seating portion 72 .
  • the body portion 71 is formed with a space portion 73 filled with an auxiliary weight in the center. 11, the body portion 71 is formed in a cylindrical shape having a space therein. Of course, the shape of the body portion 71 is sufficient as long as the space portion 73 is present, and the shape is not limited to the shape of a cylinder.
  • the space 73 may be filled with a rock or concrete weight 74 .
  • the fixing part 40 may be added to the body part 71 on the bottom surface. Lugs 50 for installation and lifting are disposed on the upper surface of the body part 71 at regular intervals.
  • the seating portion 72 is radially coupled to the outer circumferential surface of the body portion 71 to be seated on the seabed. An area in which the body part 71 contacts the seabed can be increased by the seating part 72 .
  • the weight structure 10 is formed on the seating portion 72 . Any one of the shapes applied to the above-described embodiments may be applied to the configuration of the weight structure 10 .

Abstract

본 발명은 계류장치에 관한 것이다. 이러한 계류 장치는, 중력에 의해 가라앉아 해저면에 안착되는 중량구조물; 해저면에 정착되어 부유체를 앵커링하는 앵커부; 일단부는 상기 부유체에 연결되고, 상기 중량구조물에 마련된 방향전환부를 경유하여 연장 방향이 변경되고, 타단부는 상기 앵커부에 연결되는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

계류 장치
본 발명은 계류 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부유식 해상 풍력 발전기를 계류시키는데 사용되는 계류 장치에 관한 것으로, 깊은 수심에서도 계류에 소요되는 연결부재의 길이를 최소화하고 설치 면적을 최소화하면서도, 부유체를 견고하고 안정적으로 계류시킬 수 있도록 한 계류 장치에 관한 것이다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 종래 부유식 해상 풍력 발전기에서 부유체를 고정하는 위해서 크게 2가지 방식이 사용된다.
도1에 도시된 바와 같이, 그 하나는 해저면(1)에 다수의 앵커(2)를 여러 방향으로 끌어서 해저면 깊숙히 박아 넣고, 각각을 계류 체인(또는 계류 로프)(3)를 이용하여 사선으로 부유체(4)(소위 Spar type 또는 Semi-submisible type에서의 부유체)와 연결하는 현수선 방식(Catenary Type)이다. 그리고 도2에 도시된 바와 같이, 나머지 하나는 해저면(1)에 앵커(2)를 고정하고, 상기 앵커(2)로부터 수직한 방향으로 계류 체인(또는 계류 로프)(3)를 연장시켜서 텐션(tension)을 유지하여 부유체(소위 TLP type(Tension Lag Platform type)를 계류시키는 인장식 방식(Taut Type)이다.
현수식 방식은 수심이 깊은 경우, 계류선의 길이가 크게 증가하여 경제성이 저하되고, 계류선이 사선으로 연장되어 설치되므로 부유식 해상 풍력 발전기를 설치하기 위한 설치면적이 증가하는 문제가 있다.
한편, 인장식 방식은, 계류선이 수직으로 연결되므로 자재비의 경제성이 우수하나, 앵커의 지지력이 약화되는 경우 상부에 있는 부유체의 안정성에 문제를 야기할 수 있고, 부유식 해상 풍력 발전기가 전복될 가능성이 있다. 또한, 앵커의 지지력을 향상시키기 위해서 별도의 고정장치를 부가하여야 하며, 이는 계류 장치의 설치를 복잡하게 하고 비용을 증가시키는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해결하기 위해 안출된 것으로, 부유식 해상 풍력 발전기를 계류시키는데 사용될 수 있는 계류 장치에 관한 것으로, 깊은 수심에서도 계류에 소요되는 연결부재의 길이를 최소화하고 설치 면적을 최소화하면서도, 부유체를 견고하고 안정적으로 계류시킬 수 있도록 한 계류 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 계류장치는, 중력에 의해 가라앉아 해저면에 안착되는 중량구조물; 해저면에 정착되어 부유체를 앵커링하는 앵커부; 일단부는 상기 부유체에 연결되고, 상기 중량구조물에 마련된 방향전환부를 경유하여 연장 방향이 변경되고, 타단부는 상기 앵커부에 연결되는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향전환부는, 상방향으로 개방된 제1 개방구, 측방향으로 개방된 제2 개방부, 및 상기 제1 개방구와 상기 제2 개방부 사이에 마련되어 상기 연결부재의 연장 방향을 전환하는 휠부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중량구조물은 정다각형 구조로 형성되며, 상기 방향전환부는 상기 정다각형의 중심에서 각 꼭지점을 향하는 방향으로 상기 연결부재의 연장 방향이 전환되도록 복수 개 마련된 것이 바람직하다.
또한, 상기 방향전환부는, 상기 연결부재가 관통하여 지나갈 수 있도록, 상방향으로 개방된 입구부와 측방향으로 개방된 출구부가 서로 연결된 관형으로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 해저면에 박혀서 고정되도록, 상기 중량구조물의 저면으로부터 돌출 형성되는 고정부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정부는, 상기 중량구조물의 저면으로부터 돌출되어 상기 해저면에 삽입되는 삽입부와 상기 삽입부의 외주면에 결합되는 스크류부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정부는, 상기 중량구조물의 가장자리 저면에 복수개 마련된 것이 바람직하다.
또한, 상기 방향전환부는, 상기 중량구조물에 마련된 회전축을 중심으로 회전 가능하게 마련되는 회전부; 상기 회전부의 일단부에 마련되어, 상기 연결부재가 내측으로 걸려서 연장되도록 하는 걸림부; 및 상기 회전부의 타단부에 마련되어, 상기 연결부재의 장력에 의해 상기 회전부가 회전할 때 상기 해저면에 정착되는 정착부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중량구조물은, 중심부에 보조중량물이 채워지는 공간부를 형성한 바디부; 및 상기 바디부의 외면에 방사상으로 결합되어 상기 해저면에 안착되는 안착부를 포함하며, 상기 방향전환부는 상기 안착부에 각각 마련된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 계류 장치는, 중량구조물에 마련된 방향전환부에 의해 상기 중량구조물로부터 부유체(예컨대, 부유식 해상 풍력 발전기를 위한 부유체)까지는 연결부재가 수직한 방향으로 연장되어 연결되고, 상기 중량구조물로부터 앵커부까지는 해저면에 접하는 방향으로 상기 연결부재가 연장되어 앵커링되므로, 기술적 안정성 및 경제성이 현저히 향상된다.
즉, 깊은 수심에서도 계류에 소요되는 연결부재를 최소화하고, 부유체로부터 중량구조물까지는 상기 연결부재가 수직으로 연결되므로 부유식 해상 풍력 발전기의 설치에 소요되는 면적을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 중량구조물로부터 앵커부까지는 해저면에 접하는 수평 방향으로 상기 연결부재가 연장되어서 앵커부에 의한 접지력을 충분히 확보할 수 있으므로, 부유체를 견고하고 안정적으로 계류시키는 효과를 제공한다.
도1 및 도2는 종래 해상 부유식 풍력발전기의 계류장치를 개략적으로 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류장치를 도시한 도면,
도4는 도3의 평면도,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 계류장치의 정면도,
도6은 도5의 평면도,
도7 내지 도9는 중량구조물에 고정부가 결합된 실시예를 도시한 도면,
도10은 다른 형태의 방향전환부가 적용된 실시예를 도시한 도면,
도11은 다른 형태의 중량구조물이 작용된 실시예를 도시한 도면,
도12 내지 도15는 중량구조물의 외형의 변형례를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계류장치를 도시한 도면이고, 도4는 도3의 평면도이다. 도5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 계류장치의 정면도이고, 도6은 도5의 평면도이다. 도7 내지 도9는 중량구조물에 고정부가 결합된 실시예를 도시한 도면이다. 도10은 다른 형태의 방향전환부가 적용된 실시예를 도시한 도면이고, 도11은 다른 형태의 중량구조물이 작용된 실시예를 도시한 도면이다. 그리고 도12 내지 도15는 중량구조물의 외형의 변형례를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 계류 장치(100)는, 수면에 부유하는 부유체를 계류시키는 장치와 관련된다. 본 발명의 계류 장치(100)는, 해수면에 부유하는 부유식 해상풍력 발전기를 고정하기 위해서 사용될 수 있다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예에 따른 계류 장치(100)는, 중량구조물(10), 앵커부(20), 및 연결부재(30)를 포함한다.
상기 중량구조물(10)은 중력에 의해 가라앉아 해저면에 안착된다. 상기 중량구조물(10)은 부유식 해상 풍력발전기와 같은 부유체를 고정할 수 있을 정도의 중량을 갖는다. 상기 중량구조물(10)은 철근 콘크리트로 또는 철골 콘크리트로 제작될 수 있다. 물론, 상기 중량구조물(10)의 재질은 이에 한정되지 않으며, 다양한 재질로 형성될 수 있다. 상기 중량구조물(10)의 상부에는 인양 및 설치를 위한 러그(50)가 형성된다.
본 실시예에 따르면, 상기 중량구조물(10)은 연결부재(30)의 연장 방향을 변경하는 방향전환부(11)를 구비한다. 상기 방향전환부(11)는, 상기 방향전환부(11)로부터 상측으로 연장되는 상기 연결부재(30)의 부분은 상기 부유체로부터 하방을 향하여 수직하게 배치되도록 하고, 상기 방향전환부(11)에 의해 상기 해저면을 향하여 연장되는 부분은 수평 방향으로 연장되어 배치되도록 한다.
상기 앵커부(20)는 상기 해저면에 정착되어 상기 부유체를 앵커링하기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 앵커부(20)는 복수 개가 마련되어 상기 해전면에 정착되어 상기 중량구조물(10)과 함께 상기 부유체를 계류시킨다.
상기 연결부재(30)는, 상기 앵커부(20)와 상기 부유체를 연결하는 구성이다. 상기 연결부재(30)는 통상적으로 계류 장치에 채용되는 체인 또는 와이어로프 등이 사용될 수 있다. 상기 연결부재(30)의 일단부는 상기 부유체에 연결되고, 타단부는 상기 앵커부(20)에 연결된다. 이때, 상기 연결부재(30)는 상기 중량구조물(10)에 마련된 방향전환부(11)를 경유하면서 방향이 연장 방향이 변경된다.
본 실시예에 따르면, 상기 중량구조물(10)은 정다각형 구조로 형성된다. 상기 방향전환부(11)는, 상기 정다각형의 중심에서 각 꼭지점을 향하는 방향으로 상기 연결부재(30)의 연장 방향이 전환되도록 한다. 즉, 수직 하방 연장되는 상기 연결부재(30)는, 상기 방향전환부(11)에 의해 그 연장 방향이 상기 중량구조물(10)의 측면을 향하는 방향으로 전환된다. 상기 해저면이 수평한 경우, 상기 방향전환부(11)는 연장결부재(30)의 연장 방향을 수평 방향으로 전환한다.
본 실시예에 따르면, 도4에 도시된 바와 같이 상기 중량구조물(10)은 정사각형 형상으로 형성되고, 상기 방향전환부(11)에 의해 연결부재(30)는 화살표 방향으로 나아가게 된다. 물론, 도12 내지 도15에 도시된 바와 같이, 상기 중량구조물(10)의 형상은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등 다양하게 변형될 수 있다.
상기 방향전환부(11)는 상기 중량구조물(10)에 복수 개가 마련되고, 상기 연결부재(30)는 각 방향전환부(11)를 경유하도록 복수개 마련된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방향전환부(11)는 제1 개방구(111), 제2 개방구(112), 및 휠부(113)를 포함한다.
상기 제1 개방구(111)는 상방향으로 개방된 부분으로, 상기 제1 개방구(111)를 통해 상기 연결부재(30)는 상방으로 수직하게 연장된다.
상기 제2 개방구(112)는 측방향으로 개방된 부분으로, 상기 제2 개방구(112)를 통해 상기 연결부재(30)는 측방향으로 수평하게 연장된다.
상기 휠부(113)는, 상기 제1 개방구(111)와 상기 제2 개방구(112) 사이에 마련되어 상기 연결부재(30)의 연장 방향을 전환한다. 상기 휠부(113)는 상기 연결부재(30)와 접촉된다. 즉, 상기 연결부재(30)는 상기 휠부(113)에서 그 방향이 꺾여서 변경된다.
이하, 상기 구성에 따른 계류 장치(100)의 작용 내지 효과를 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 계류 장치(100)는, 중량구조물(10)의 방향전환부(11)에 의해 연결부재(30)의 연장 방향이 변경된다. 상기 연결부재(30)는 부유체로부터 상기 중량구조물(10)까지는 수직 하방으로 연장된다.
또한, 상기 중량구조물(10)로부터 상기 앵커부(20)까지의 상기 연결부재(30)는 수평으로 연장된다. 이러한 구조는 소위 계류 방식에 있어서, 현수선 방식(Catenary Type)과 인장식 방식(Taut Type)을 동시에 구현하여 각 방식의 장점을 동시에 제공하는 효과를 작용한다.
구체적으로, 현수선 방식은 계류용 체인(또는 계류용 로프)을 부유체로부터 해저면까지 사선으로 설치하여 부유체를 계류시키는 방식이다. 체인이 사선으로 연장되는 방식이기 때문에 수심이 깊은 경우에 필요한 체인 내지 로프의 길이가 길어져 비용이 증가하고, 부유식 해상 풍력발전기의 점유 및 사용 면적을 증가시켜서 사용료를 증가시키며, 어선들의 어업 활동에도 직접적인 방해가 될 수 있는 문제가 있다.
한편, 인장식 방식은 계류용 체인(또는 계류용 로프)을 부유체로부터 해저면까지 수직으로 설치하여 부유체를 계류시키는 방식이다. 체인이 수직으로 연장되는 방식이므로, 부유식 풍력발전기의 배치 면적을 축소시킬 수 있고, 어업 활동에 방해가 적다는 장점이 있다. 그러나 해저면에 체인을 수직으로 단단히 고정하고, 인장력을 강하게 유지하도록 설치해야 하는 기술적 문제점을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 연결부재(30)는 상기 부유체로부터 상기 방향전환부(11)까지 해저면에 중력에 의해 가라앉는 중량구조물(10)에 의해 수직으로 배치된다. 따라서, 본 발명은 인장식 계류 방식의 장점을 제공할 수 있다. 즉, 수직으로 연결부재(30)를 배치하므로, 고가의 연결부재(30)에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 부유식 해상 풍력발전기에 소요되는 공유수면의 점유 내지 사용 면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 어선들의 어업 활동을 지나치게 방해하지 않는 장점을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 연결부재(30)는 상기 방향전환부(11)로부터 상기 앵커부(20)까지는 해저면에 접하여 연장된다. 상기 연결부재(30)가 해저면에 접하여 연장고, 상기 연장부재(30)의 단부에 앵커부(20)가 결합되므로, 앵커지점(Anchor Point)에서 인장력은 수직 또는 사선으로 작용하지 않고 수평으로 작용하게 된다. 따라서, 고정력을 높여 계류 장치(100)의 안정성을 향상시킨다.
이와 같이 해저면에 접하여 연결부재(30)를 연장시키고 그 단부에 앵커부(20)가 마련되므로, 깊은 수심에서도 충분한 고정력을 갖도록 시공할 수 있다. 본 발명은, 인장식 방식과 같이 고정력을 향상시키기 위한 별도의 복잡한 고정장치를 부가할 필요없이 간편하게 시공 설치할 수 있는 효과를 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 계류 장치(100)는, 수직 인장력을 요구하는 TLP 타입(Tension Leg Platform Type)의 부유식 해상 풍력 발전기에 적용하는 경우 계류 장치를 해저면에 고정해야 하는 고정장치에 대한 기술적 문제를 해결할 수 있다.
도5 내지 도11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 계류 장치(100)를 도시한 것이다. 도5 내지 도11의 실시예에 있어서, 도3과 동일한 작용 내지 기능을 하는 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하며, 그 구체적인 설명은 생략한다.
도5 및 도6을 참조하면, 본 실시예에 따른 계류 장치(100)는 도3의 실시예와 비교하여 방환전환부가 상이하다. 그외 구성은 도3의 구성과 실질적으로 동일하다. 본 실시예에 따른 방향전환부(11)는, 상기 연결부재(30)가 관통하여 지나갈 수 있도록, 상방향으로 개방된 입구부(114)와 측방향으로 개방된 출구부(115)가 서로 연결된 관형으로 형성된다. 상기 관형의 내부는 완만한 곡면으로 이루어져서 상기 연결부재(30)가 빠져나올 수 있도록 형성된다. 상기 중량구조물(10)의 상부에는 인양 및 설치를 위한 러그(50)가 형성된다.
상기 연결부재(30)는 상기 관형의 방향 전환부(11)를 통과하면서 연장 방향이 변경된다. 상기 입구부(114)로부터 부유체까지는 수직으로 연장되고, 상기 출구부(115)로부터 앵커부(20)까지는 해저면에 접하는 방향으로 연장되는 것은 동일하다. 본 실시예에 따른 작용 내지 효과는, 도3에 따른 실시예의 작용 내지 효과와 실질적으로 동일하다.
도7 내지 도9에 따른 실시예는, 상기 중량구조물(10)을 해저면에 고정시키기 위해서 고정부(40)를 더 포함한다. 상기 고정부(40)는 상기 해저면에 박혀서 고정되도록 상기 중량구조물(10)의 저면으로부터 돌출 형성된다.
도7의 실시예에 따르면, 상기 고정부(40)는 삽입부(41)와 스크류부(42)를 포함한다.
상기 삽입부(41)는 상기 해저면에 삽입될 수 있도록, 상기 중량구조물(10)의 저면으로부터 돌출 형성된다. 상기 스크류부(42)는, 상기 삽입부(41)의 외주면에 결합되는 나선형의 날개로써, 상기 고정부(40)를 상기 해저면에 쉽게 삽입할 수 있도록 하고, 삽입된 상기 고정부(40)가 상기 해저면으로부터 쉽게 이탈되지 않도록 한다. 따라서, 상기 스크류 형태의 고정부(40)는, 부유체에 의한 부력에 의한 강한 인장력을 버티면서 접지력을 충분히 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 도8에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(40)는 파일(Pile) 타입으로 형성될 수 있다. 상기 파일 역시 상기 스크류 타입과 마찬가지로, 부유체의 부력에 의해 형성되는 강한 인장력을 버티고 중량구조물(10)의 접지력을 향상시킨다.
그리고, 도9에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(40)는 상기 중량구조물(10)의 가장자리 저면에 복수개 마련될 수 있다. 상기 고정부(40)는 콘(Corn) 타입으로 상기 중량구조물(10)의 가장자리에 형성되어, 상기 중량구조물(10)의 수직 방향으로의 접지력을 향상시키고, 상기 연장부재(30)가 상기 중량구조물(10)의 측면으로부터 상기 해저면에 접하는 방향으로 연장될 때의 인장력을 버텨내는 작용을 한다.
도10은, 도3과 비교하여 방향전환부(11)의 구성이 상이한 실시예를 도시한다. 도10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 적용된 방향전환부(11)는, 회전부(61), 걸림부(62), 및 정착부(63)를 포함한다.
상기 회전부(61)는 상기 중량구조물(10)에 마련된 회전축(60)을 중심으로 회전 가능하게 마련된다. 상기 회전부(61)는 상기 회전축(60)이 삽입되는 축공(611)과, 상기 축공(611)에 대하여 서로 반대 방향으로 연장되는 제1 회전바(612) 및 제2 회전바(613)를 포함한다.
상기 걸림부(62)는, 상기 회전부(61)의 일단부에 마련되어, 상기 연결부재(30)가 내측으로 걸려서 연장되도록 한다. 본 실시예에 따르면, 상기 제1 회전바(612)의 단부에 상기 걸림부(62)가 마련된다. 상기 걸림부(62)로부터 상기 부유체를 향하여 연장되는 상기 연결부재(30)는 수직한 방향으로 연장된다. 상기 걸림부(62)로부터 상기 해저면으로 연장되는 연결부재(30)는 상기 수직한 방향에서 그 방향이 해저면을 향하도록 변경되어 연장된다.
상기 정착부(63)는, 상기 회전부(61)의 타단부에 마련되어, 상기 연결부재(30)의 장력에 의해 상기 회전부(61)가 회전할 때 상기 해저면에 정착된다. 본 실시예에 따르면, 상기 정착부(63)는 상기 제2 회전바(613)에 단부에 결합되고, 갈고리 형으로 형성되어 상기 제2 회전바(613)가 상기 해저면을 파고 들면서 상기 중량구조물(10)을 해저면에 정착시킨다. 상기 회전형의 고정부(40)는, 상기 중량구조물(10)이 수직 방향으로 정착되도록 하면서도, 앵커부(20)에 의해 연결부재(30)가 측면으로 당겨지는 인장력을 충분히 견뎌낼 수 있도록 한다.
도11은, 도3과 비교하여 중량구조물(10)의 구성이 상이한 실시예를 도시한 것이다. 도11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 적용된 상기 중량구조물(10)은, 바디부(71) 및 안착부(72)를 포함한다.
상기 바디부(71)는 중심부에 보조중량이 채워지는 공간부(73)가 형성된다. 도11에 도시된 바와 같이, 상기 바디부(71)는 내부에 공간이 있는 실린더 형태로 형성된다. 물론, 상기 바디부(71)의 형상은 상기 공간부(73)가 존재하면 족하며, 그 형상은 실린더의 형태로 제한되지 않는다. 상기 공간부(73)에는 암석 또는 콘크리트 중량물(74)이 채워질 수 있다. 상기 바디부(71)는 상기 해저면과의 접지력을 향상시키기 위해서, 상기한 고정부(40)가 저면에 부가될 수 있다. 상기 바디부(71)의 상면에는 일정 간격으로 이격되어 설치 및 인양을 위한 러그(50)가 배치된다.
상기 안착부(72)는, 상기 바디부(71)의 외주면에 방사상으로 결합되어 상기 해저면에 안착된다. 상기 안착부(72)에 의해 상기 바디부(71)가 상기 해저면에 접촉하는 면적을 증대시킬 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 중량구조물(10)는 상기 안착부(72)에 형성된다. 상기 중량구조물(10)의 구성은 상기한 실시예들에 적용된 형태 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

Claims (9)

  1. 중력에 의해 가라앉아 해저면에 안착되는 중량구조물;
    해저면에 정착되어 부유체를 앵커링하는 앵커부;
    일단부는 상기 부유체에 연결되고, 상기 중량구조물에 마련된 방향전환부를 경유하여 연장 방향이 변경되고, 타단부는 상기 앵커부에 연결되는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 계류장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향전환부는,
    상방향으로 개방된 제1 개방구, 측방향으로 개방된 제2 개방부, 및 상기 제1 개방구와 상기 제2 개방부 사이에 마련되어 상기 연결부재의 연장 방향을 전환하는 휠부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중량구조물은 정다각형 구조로 형성되며,
    상기 방향전환부는 상기 정다각형의 중심에서 각 꼭지점을 향하는 방향으로 상기 연결부재의 연장 방향이 전환되도록 복수 개 마련된 것을 특징으로 하는 계류장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방향전환부는,
    상기 연결부재가 관통하여 지나갈 수 있도록, 상방향으로 개방된 입구부와 측방향으로 개방된 출구부가 서로 연결된 관형으로 형성된 것을 특징으로 하는 계류장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 해저면에 박혀서 고정되도록, 상기 중량구조물의 저면으로부터 돌출 형성되는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계류장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 중량구조물의 저면으로부터 돌출되어 상기 해저면에 삽입되는 삽입부와 상기 삽입부의 외주면에 결합되는 스크류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계류장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고정부는, 상기 중량구조물의 가장자리 저면에 복수개 마련된 것을 특징으로 하는 계류장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방향전환부는,
    상기 중량구조물에 마련된 회전축을 중심으로 회전 가능하게 마련되는 회전부;
    상기 회전부의 일단부에 마련되어, 상기 연결부재가 내측으로 걸려서 연장되도록 하는 걸림부; 및
    상기 회전부의 타단부에 마련되어, 상기 연결부재의 장력에 의해 상기 회전부가 회전할 때 상기 해저면에 정착되는 정착부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계류장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중량구조물은,
    중심부에 보조중량물이 채워지는 공간부를 형성한 바디부; 및
    상기 바디부의 외면에 방사상으로 결합되어 상기 해저면에 안착되는 안착부를 포함하며,
    상기 방향전환부는 상기 안착부에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 계류장치.
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