KR101236832B1

KR101236832B1 - 해상 풍력 발전기 설치 시스템 및 이를 구비한 선박

Info

Publication number: KR101236832B1
Application number: KR1020110083022A
Authority: KR
Inventors: 박병태; 김홍수; 김종문
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-02-26

Abstract

해상 풍력 발전기 설치 시스템 및 이를 구비한 선박이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템은, 타워의 외측부에 상하 방향으로 형성되는 가이드 랙; 타워를 이동시키도록 선박에 설치되는 크레인 및 선박 일측에 설치되는 타워 이동 및 고정 장치를 포함하되, 타워 이동 및 고정 장치는, 가이드 랙이 구비된 타워를 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 가이드 랙과 맞물릴 수 있는 피니언 및 타워의 높이를 고정시킬 수 있도록 가이드 랙과 선택적으로 맞물릴 수 있는 고정 랙을 포함한다.

Description

해상 풍력 발전기 설치 시스템 및 이를 구비한 선박{OFFSHORE WIND TURBINE GENERATOR INSTALLATION SYSTEM AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 해상 풍력 발전기 설치 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.

친환경인 풍력 에너지를 이용하기 위하여 미국 및 유럽 등에서는 풍력 발전기를 육상 및 해상에 설치를 하고 있다. 그 중 해상에 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 해상에 풍력 발전기를 설치할 수 있는 풍력 발전기 설치 선박이 필요하다.

종래의 풍력 발전기 설치 선박은, 한국　등록 특허 제 10-1013789호에 개시된 바와 같이, 풍력 발전기를 들어 올려 이동시킬 수 있는 큰 용량의 크레인과 선체를 해상에 고정시키기 위하여 선박에 복수의 지지대를 구비하고 지지대를 해저면에 고정시킨 상태에서 선체를 지지대를 따라 해수면 위로 들어 올릴 수 있는 선체 지지 시스템을 구비하였다.

이와 같이 크레인 및 선체 지지 시스템을 구비한 풍력 발전기 설치 선박을 이용하여 풍력 발전기를 설치하는 과정은, 선박에 풍력 발전기의 각 구성 요소들을 실은 상태로 설치 지점까지 운송한 후 선체 지지 시스템을 이용하여 선박을 수면 위로 들어 올리고, 이와 같이 선체가 수면 위에 뜬 상태에서 크레인을 이용하여 풍력 발전기를 해상에 설치하는 순서로 이루어진다.

이 때, 풍력 발전기 설치선의 선체를 해수면 위로 들어 올리는 이유는 크레인을 이용하여 풍력 발전기를 해상에 설치할 때, 선박의 안정성을 확보하기 위해서이다.

　그러나, 이와 같은 종래의 해상 풍력 발전기 설치 선박은 선체 지지 시스템의 지지대의 길이가 무한정 길어질 수 없기 때문에 근해가 아니면 작업을 할 수가 없는 문제점이 있다.

이와 관련하여 해상 풍력 발전기는 근해 뿐 아니라 점점 심해에 설치되는 경우가 많아 지고 있어 심해와 같이 깊이가 깊은 바다에도 해상 풍력 발전기를 용이하게 설치할 수 있는 해상 풍력 발전기 설치 선박의 개발이 필요한 실정이다.

한국　등록 특허 제 10-1013789호

본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기를 설치할 수 있는 해상 풍력 발전기 설치 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 해저에 선체를 고정하지 않은 상태로 해상에 풍력 발전기를 설치할 수 있는 해상 풍력 발전기 설치 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해상 풍력 발전기 설치 시스템으로서, 타워의 외측부에 상하 방향으로 형성되는 가이드 랙; 상기 타워를 이동시키도록 선박에 설치되는 크레인 및 상기 선박 일측에 설치되는 타워 이동 및 고정 장치를 포함하되, 상기 타워 이동 및 고정 장치는, 상기 가이드 랙이 구비된 타워를 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 가이드 랙과 맞물릴 수 있는 피니언 및 상기 타워의 높이를 고정시킬 수 있도록 상기 가이드 랙과 선택적으로 맞물릴 수 있는 고정 랙을 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템이 제공된다.

이 때, 상기 타워 이동 및 고정 장치는, 상기 선박의 일측에 서로 마주보도록 이격 설치되는 한 쌍의 베이스; 및 상기 한 쌍의 베이스 사이에 위치되는 상기 타워의 외주면 측으로 가까워지거나 멀어질 수 있도록 상기 한 쌍의 베이스에 이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 이동부를 포함하되, 상기 한 쌍의 이동부 각각에는 상기 타워의 외주면과 마주보는 일측면에 상기 피니언 및 상기 고정 랙이 형성될 수 있다.

이 때, 상기 한 쌍의 이동부의 서로 마주보는 내측면 각각에는 상기 타워의 일부가 관통할 수 있는 반원형 수용부가 형성되며, 상기 피니언 및 상기 고정 랙은 상기 반원형 수용부의 내주면에 위치될 수 있다.

이 때, 상기 한 쌍의 이동부 각각은 상기 반원형 수용부의 상단부 및 하단부에 각각 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 한 쌍의 이동부 중 어느 하나의 이동부에 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드, 피니언 및 고정 랙은, 다른 어느 하나의 이동부에 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드, 피니언 및 고정 랙과 서로 마주보도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 피니언은 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 피니언은 상하 방향으로 일렬로 배열될 수 있다.

한편, 상기 타워는 상하 방향으로 동일한 지름을 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 타워 가이드는 원호형 내주면을 구비한 가이드 부재를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 타워 가이드는 상기 타워의 외측부에 원주 방향으로 배열된 적어도 하나의 롤러를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 타워 가이드 각각은 상하 방향으로 연장된 판형 가이드 부재를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 타워 가이드 각각은 상하 방향에 수직한 중심축을 중심으로 회전가능하게 형성될 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 타워 가이드 각각을 상기 타워의 반경 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 이동부의 내부에 설치되는 작동 수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 피니언이 상기 타워의 반경 방향으로 이동가능하도록 상기 이동부의 내부에서 상기 피니언을 지지하는 피니언 지지부를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 피니언 지지부는, 상기 피니언을 회전시키기 위한 구동 모터; 상기 구동 모터를 지지하는 구동 모터 고정부; 상기 구동 모터 고정부가 상기 타워의 반경 방향으로 이동가능하도록 상기 구동 모터 고정부를 지지하는 피니언 가이드 및 상기 구동 모터 고정부에 연결되어 상기 구동 모터 고정부를 상기 타워의 반경 방향으로 이동시키는 작동 수단을 포함할 수 있다.

한편, 상기 고정 랙을 상기 타워의 반경 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 이동부 내측에 설치되는 작동 수단을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 고정 랙은 상하 방향에 수직한 중심축을 중심으로 회전가능하게 형성될 수 있다.

한편, 상기 작동 수단은 유압 실린더일 수 있다.

이 때, 상기 타워는 상하 방향으로 하측부가 상측부보다 점진적으로 넓어지는 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

이 때, 상기 가이드 랙은 상기 타워의 중심을 기준으로 상기 타워의 반대편 외주면에 상기 타워와 일체로 형성될 수 있다.

한편, 상기 타워에는 상기 타워의 외측에 가이드 랙이 위치될 수 있도록 상기 타워의 외주부에 설치될 수 있는 한 쌍의 가이드 랙 설치대가 설치되되, 상기 한 쌍의 가이드 랙 설치대 각각은 상기 타워의 상단부에서 반대편에 위치되는 가이드 랙 설치대의 상단부와 결합될 수 있는 상부 결합부; 상기 타워의 하단부에서 상기 반대편에 위치되는 가이드 랙 설치대의 하단부와 결합될 수 있는 하부 결합부 및 상기 상부 결합부 및 하부 결합부 사이를 연결하되 상기 타워의 반경 방향 일측면에 가이드 랙이 형성된 수직 연결부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 선박의 일측에는 상기 선박의 일 측방향으로 개방되되 상기 선박의 상하를 관통하는 개구가 형성되며, 상기 타워 이동 및 고정 장치의 상기 베이스가 상기 개구의 내측부에 위치되는, 선박이 제공된다.

이 때, 개구는 상기 선박의 후방측으로 개방될 수 있다.

한편, 타워 이동 및 고정 장치는 상기 선박의 후단부에 설치될 수 있다.

한편, 상기 선박의 선수 및 선미 측 하부에는 사이드 스러스터(side thruster)가 설치될 수 있다.

이 때, 상기 선미측 하부에는 상기 개구의 양 측부에 한 쌍의 사이드 스러스터가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 이용하면 선박을 해저에 고정시키지 않고도 해상에 풍력 발전기를 용이하게 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 의하여 설치될 수 있는 타워의 사시도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 개략도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치의 이동부가 작동하는 상태를 나타낸 평면도이다.
도 5은 도 2에서 A-A' 의 단면도이다.
도 6는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치에 타워 가이드 롤러가 설치된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 설치될 수 있는 타워에 가이드 랙 설치대가 설치되기 전 상태를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 설치될 수 있는 타워에 타워 가이드 랙 설치대가 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 9은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 설치될 수 있는 타워의 사시도이다.
도 10는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치의 내부 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치에서 제 1 타워 가이드의 사시도이다.
도 12은 도 9에서 제 1 피니언을 구동시키기 위한 구동부의 개략적인 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박을 도시한 평면도이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 의하여 설치될 수 있는 타워의 사시도이다. 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 개략도이다. 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치의 이동부가 작동하는 상태를 나타낸 평면도이다. 도 5은 도 3에서 A-A' 의 단면도이다. 도 6는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치에 타워 가이드 롤러가 설치된 상태를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)은 해상에 풍력발전기(도 16의 4)를 설치하기 위한 시스템으로서, 풍력발전기(4)의 타워(5)에 타워의 상하 이동을 가이드하기 위한 가이드 랙(8)을 설치하고, 가이드 랙(8)이 설치된 타워(5)를 선박에 설치되는 크레인(20)과 타워 이동 및 고정 장치(100)를 이용하여 해상에 설치하도록 구성된다.

보다 상세히, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)에 있어서, 타워(5)의 외주면에는 가이드 랙(8)이 설치된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 타워(5)는 상하 방향으로 동일한 지름을 갖는 원통형으로 형성될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 이용하여 해상에 풍력발전기(4)를 설치할 때, 선박에 설치되는 타워 이동 및 고정 장치(100)에 의하여 이동 및 고정되는 타워(5)는 풍력발전기(4)의 타워 전체이거나 또는 높이 방향으로 원통형인 복수 개의 타워 블록을 조립하여 구성되는 타워의 일 부분으로서, 하나의 타워 블록일 수도 있다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 타워(5)의 외주면에 형성되는 가이드 랙(8)은 타워와 일체로 형성되며, 타워(5)의 중심을 기준으로 서로 반대편에 타워(5)의 상하 방향으로 수직하게 형성된다. 이 때, 본 실시예에 따르면 가이드 랙(8)은 서로 180도의 간격으로 한 쌍으로 이루어 질 수 있으나, 두 쌍의 가이드 랙이 서로 90도의 간격으로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)은 선박의 선체 일측에 형성된 타워 이동 및 고정 장치(100)를 이용하여 타워(5)의 외주에 형성된 가이드 랙(8)을 선체의 상하 방향으로 이동시킴으로써 타워(5)의 높이를 조절하여 풍력 발전기를 조립하고, 이와 같이 조립된 풍력 발전기를 해상에 설치할 수 있다.

보다 상세히, 도 2 내지 도 4을 참조하면, 선박(1)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)의 크레인(20) 및 타워 이동 및 고정 장치(100)가 설치된다.

크레인(20)은, 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)의 갑판 상에 설치되어 풍력발전기(4)를 조립하는 과정에서 풍력발전기(4)의 일 구성 요소들, 예를 들어, 나셀(도 16의 6), 블레이드(도 16의 7) 및 타워(5)의 타워 블록들을 들어 올리는 역할을 한다.

크레인(20)은 크레인(20)의 일단에 형성된 인양 고리(22)를 풍력 발전기의 구성 요소 일 측에 걸어 구성요소들을 들어 올리고, 이와 같이 들어 올려진 구성 요소를 타워 이동 및 고정 장치(100)로 운반한다.

이 때, 크레인(20)은 타워 이동 및 고정 장치(100)가 설치되지 않은 다른 선박에 별개로 설치된 크레인을 이용할 수도 있다. 크레인(20)은 해상 풍력 발전기 설치를 위한 선박에 일반적으로 구비되어 있는 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)의 선수 및 선미 측 하부에는 사이드 스러스터(side thruster; 12)가 설치된다. 사이드 스러스터(12)는 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)이 해상에 풍력 발전기(4)를 설치하는 동안 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)의 자세 및 위치를 제어하기 위한 것이다. 이 때, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)의 선미 측에는, 선미 방향으로 개방되되 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)의 상하를 관통하는 개구(3)의 양 측부에 한 쌍의 사이드 스러스터(12a, 12b)가 설치될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)은 사이드 스러스터(12)를 구비함으로써 심해와 같이 깊이가 깊은 바다의 해상에 풍력 발전기(4)를 설치할 때 해상 풍력 발전기 설치 선박(2)의 위치 및 자세를 안정적으로 제어할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 타워 이동 및 고정 장치(100)는 선박의 일측에 설치되는 한 쌍의 베이스(102a,102b) 및 상기 한 쌍의 베이스(102a,102b)에 이동가능하게 설치되는 이동부(104a, 104b)를 포함한다.

이 때, 도 5를 참조하면, 이동부(104a, 104b)에는 타워(5)에 설치되는 가이드 랙(8)과 맞물릴 수 있는 피니언(120a, 130a, 140a, 120b, 130b, 140b) 및 고정 랙(150a, 150b)이 설치된다.

보다 상세히, 도 2 및 도 3을 참조하면, 타워 이동 및 고정 장치(100)의 베이스(102a, 102b)는, 선박의 일 측방향으로 개방되되 선박의 상하를 관통하는 개구(3)의 내측부에 한 쌍이 서로 마주보도록 이격되게 설치된다.

상기 개구(3)는 선박(1)의 후방측으로 개방된 형태로 이루어지며, 선체의 폭 방향으로 선체의 중앙에 위치되어 개구(3)의 중심이 선체의 길이 방향 중심과 일치하도록 형성된다. 이 때, 개구(3)는 타워(5)의 지름보다 큰 폭을 갖도록 형성된다.

상기 베이스(102a, 102b)는 개구(3)를 중심으로 선체의 양측부에 고정적으로 형성된다.

베이스(102a, 102b)는 타워 이동 및 고정 장치(100)의 각각의 구성 요소들이 설치되는 기초부를 형성한다.

상기 베이스(102a, 102b)에는 개구(3)의 중앙을 중심으로 한 쌍의 이동부(104a, 104b)가 서로 마주보도록 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍력 발전기가 설치될 때 풍력발전기(4)의 각 구성 요소, 예를 들어 타워(5)의 타워 블록은 타워 이동 및 고정 장치(100)의 베이스(102a, 102b) 사이, 즉 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 사이에 위치되어 선체에 대하여 상하 방향으로 이동하도록 형성된다.

도 3 및 도 4을 참조하면, 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 각각은 서로 마주보는 일측면에 풍력발전기(4)의 일 구성요소, 즉 타워(5)의 일부가 수용될 수 있도록 예를 들어 반원형 단면을 가지며 상하 방향으로 연장된 공간으로 형성되는 수용부(105a, 105b)를 구비한다. 이 때, 수용부는 반원형이 아닌 다른 형태의 단면을 갖는 공간으로 형성될 수도 있다.

그리고 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 수용부(105a, 105b)가 형성된 한 쌍의 이동부(104a, 104b)는 서로 근접하거나 서로 멀어지는 방향으로 이동할 수 있도록 형성된다.

이 때, 이동부(104a, 104b)의 이동 방향은 선체의 폭 방향일 수 있다.

도 5를 참조하면, 이와 같이 베이스(102a, 102b)에 대하여 이동부(104a, 104b)를 선체의 측방향으로 이동시킬 수 있도록 이동부(104a, 104b)와 베이스(102a, 102b) 사이에는 이동부 가이드(106a, 106b)가 형성되고, 이동부(104a, 104b) 전체를 이동시키기 위한 작동 수단(미도시)이 베이스에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 이동부(104a, 104b)가 서로 접근하여 가장 가까이 위치된 상태에서 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 내측의 수용부(105a, 105b) 내주면에 위치되는 이동 기어부(118a, 118b)의 복수의 피니언(120a, 130a, 140a, 120b, 130b, 140b)이 타워(5)의 외주면에 위치되는 가이드 랙(8)과 맞물릴 수 있도록 형성되고, 이와 같은 상태에서 타워(5)가 상하 방향으로 이동할 수 있도록 형성된다.

한 쌍의 이동부(104a, 104b)는 타워(5)가 상하 방향으로 이동하거나 풍력발전기(4)가 조립되고 있는 상태에서는 서로 근접하여 가장 가까운 상태를 유지하고 타워(5) 및 풍력발전기(4)의 조립이 완료된 상태에서는 타워(5) 및 풍력발전기(4)로부터 이격되어 서로 멀어진 상태를 유지하도록 형성된다.

한편, 도 5를 참조하면, 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 각각에 형성된 반원형 수용부(105a, 105b)의 내주면에는 제 1 타워 가이드(110a, 110b), 이동 기어부(118a, 118b), 고정 랙(150a, 150b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)가 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 각각에 형성된 제 1 타워 가이드(210a, 210b), 이동 기어부(118a, 118b), 고정 랙(150a, 150b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)는 반원형 수용부(105a, 105b)의 중심을 기준으로 서로 대칭으로 마주보도록 형성된다.

그리고 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 각각에 형성된 제 1 타워 가이드(210a, 210b), 이동 기어부(118a, 118b), 고정 랙(150a, 150b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)는 한 쌍으로 이루어지며 서로 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.

이하에서는 도 5의 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 각각에 형성된 제 1 타워 가이드(210a, 210b), 이동 기어부(118a, 118b), 고정 랙(150a, 150b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)의 구성 중 우측에 도시된 구성을 중심으로 각 구성요소에 대하여 설명한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 이동부(104a)의 반원형 수용부(105a) 내주면에 설치되는 이동 기어부(118a)는 타워(5)의 외주면에 형성된 가이드 랙(8)과 맞물려 가이드 랙(8)을 상측 및 하측 방향으로 이동시키기 위한 구성이다.

이동 기어부(118a)는 복수의 피니언(120a, 130a, 140a) 및 이를 구동하기 위한 구동 수단, 예를 들어 구동 모터(미도시)를 포함한다.

복수의 피니언(120a, 130a, 140a)은 반원형 수용부(105a)의 내주면 내측으로 피니언(120a, 130a, 140a)의 기어부(124, 134, 144)가 돌출될 수 있도록 이동부(104a)의 내측에 회전축(122, 132, 142)을 중심으로 회전가능하게 설치된다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 피니언(120a, 130a, 140a)은 복수 개로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 일측의 이동부(104a)에 3개의 피니언(120a, 130a, 140a)이 설치된다.

3개의 피니언(120a, 130a, 140a)은 동일한 크기를 가지며 동일한 속도 및 회전 방향으로 회전하도록 제어된다.

이 때, 3개의 피니언(120a, 130a, 140a)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 나란하게 배열된다. 3개의 피니언(120a, 130a, 140a)은 각각 도시되지 아니한 별개의 구동 모터에 연결되어 개별적으로 회전되거나 또는 하나의 구동 모터에 의하여 동시에 회전되도록 구성될 수 있다.

한편, 복수의 피니언(120a, 130a, 140a) 하측에는 고정 랙(150a)이 설치된다. 고정 랙(150a)은 일면, 즉 반원형 수용부(105a)의 내주면이 향하는 방향의 일면에 복수의 랙(153)이 부분적으로 형성된 판형 부재(152)를 포함한다.

상기 판형 부재(152)는 이동부(104a) 내측에 설치되는 작동 수단(154)에 의하여 타워(5)의 반경 방향으로, 즉 도 4에서 볼 때 횡방향으로 이동될 수 있도록 형성된다. 이 때, 작동 수단(154)은 유압 실린더일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 랙(150a)은 타워(5)가 소정의 높이에 위치된 상태에서 타워(5)의 가이드 랙(8)과 결합하여 타워(5)가 상하 방향으로 이동하지 못하도록 타워(5)를 위치 고정하는 스토퍼의 역할을 한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정 랙(150a)을 타워(5)의 중앙으로부터 외측 방향으로 후퇴시킬 경우 타워(5)가 피니언(120a, 130a, 140a, 120b, 130b, 140b)의 회전에 따라 상측 또는 하측 방향으로 이동될 수 있으며, 고정 랙(150a)이 타워(5)의 반경 방향 중심 측으로 전진하여 타워(5)의 가이드 랙(8)에 결합될 경우 타워(5)의 상하 방향 이동이 고정될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 수용부(105a, 105b)의 상단부 및 하단부에는 제 1 타워 가이드(110a, 110b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)가 설치된다.

제 1 타워 가이드(110a, 110b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)는 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 사이에 형성된 한 쌍의 수용부(105a, 105b)가 형성하는 타워 이동 공간을 지나 타워(5)가 상하 방향으로 이동할 때, 타워(5)가 안정적으로 수직한 상태를 유지하여 한 쌍의 이동부(104a, 104b) 사이를 이동할 수 있도록 하기 위한 가이드 부재이다.

보다 상세히, 본 실시예에서 제 1 타워 가이드(110a, 110b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)는 도 4에 도시된 바와 같이 원호형으로 형성되어 반원형 수용부(105a, 105b)의 내주면을 따라 설치된 가이드 부재일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 타워(5)가 상하 방향으로 이동할 때 제 1 타워 가이드(110a, 110b) 및 제 2 타워 가이드(160a, 160b)의 내주면은 타워(5)에 접한 상태를 유지하며, 이에 따라 타워(5)가 흔들리지 않고 상하 방향으로 이동될 수 있다.

한편, 본 발명의 제 1 및 제 2 타워 가이드(110a 및 110b, 160a 및 160b)는 도 6에 도시된 바와 같이 반원형 수용부(105a)의 내주면 측에 설치된 복수의 롤러(112a, 112b) 형태로 이루어질 수도 있다.

이 때, 복수의 롤러(112a, 112b)는 반원형 수용부(105a, 105b)의 내주면을 따라 동일한 간격으로 이격 설치되도록 형성된다. 이와 같은 복수의 롤러(112a, 112b)는 타워(5)가 상하 방향으로 이동할 때 롤러(112a, 112b)의 일측이 타워(5)의 외주면과 접하여 타워(5)를 가이드 하도록 형성된다.

한편, 풍력발전기(4)의 타워(5) 외측면에 설치되는 가이드 랙(8)은 도 1에 도시된 바와 같이 타워(5)와 일체로 형성될 수도 있으나, 후술하는 가이드 랙 설치대(30)에 의하여 타워(5)에 설치될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 설치될 수 있는 타워에 가이드 랙 설치대가 설치되기 전 상태를 나타낸 사시도이다. 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박에 설치될 수 있는 타워에 타워 가이드 랙 설치대가 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 가이드 랙(8)이 설치되지 않은 일반적인 구조의 타워(5)에 설치될 수 있는 가이드 랙 설치대(30)는 제 1 가이드 랙 설치대(30a) 및 제 2 가이드 랙 설치대(30b)를 포함한다.

제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)는 각각 상부 지지대(32a, 32b), 수직 연결부(36a, 36b) 및 하부 지지대(34a, 34b)로 이루어진다.

제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 상부 지지대(32a, 32b)는 각각 타워(5)의 상단부에 결합될 수 있는 반원형인 타워 결합홈(39a, 39b)을 일측부에 구비한 판형 부재로 형성된다.

상부 지지대(32a, 32b)의 타워 결합홈(39a, 39b)의 반대편 모서리부는, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 가이드 랙 설치대(30a, 30b)가 설치된 타워(5)가 타워 이동 및 고정 장치(100)의 이동부의 내측면에 대응하도록, 예를 들어, 반원형 등으로 형성될 수 있다.

한편, 제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 상부 지지대(32a, 32b)의 타워 결합홈(39a, 39b)의 양측부는 타워(5)의 상단부에서 서로 마주보는 상태에서 상호 결합되도록 형성된다. 이를 위하여 반원형인 타워 결합홈(39a, 39b)의 양측부에는 예를 들어, 상호 끼워 맞춤 결합될 수 있는 형태로 이루어지는 제 1 및 제 2 상부 결합부(33a, 33b)가 형성된다.

이 때, 제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 제 1 및 제 2 상부 결합부(33a, 33b)는 볼트와 같은 체결 부재(미도시)에 의하여 체결될 수 있다.

한편, 제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 하부 지지대(34a, 34b)는 상부 지지대(30a, 30b)와 유사한 구조로 이루어질 수 있는 바 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 지지대(30a, 30b) 및 하부 지지대(34a, 34b) 사이에는 수직 연결부(36a, 36b)가 형성된다.

수직 연결부(36a, 36b)는 상하 방향으로 연장되어 상측단이 상부 지지대(30a, 30b)의 하측면에 결합되며 하측단이 하부 지지대(34a, 34b)의 상측면에 결합된 바 형태의 부재로 이루어진다.

수직 연결부(36a, 36b)의 일측면, 즉 타워(5)의 반경 방향으로 외측 방향을 향하는 일측면에는 가이드 랙(38a, 38b)이 형성된다. 이 때 제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 각각의 가이드 랙(38a, 38b)은 도 7에 도시된 바와 같이 서로 반대 방향 일측면에 형성된다.

이 때, 제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 각각의 가이드 랙(38a, 38b)은 서로 평행하게 배열된다.

이에 따라, 가이드 랙(8)이 형성되지 않은 타워(5)의 외측면에 제 1 및 제 2 가이드 랙 설치대(30a, 30b)가 결합되면, 가이드 랙 설치대(30a, 30b)가 장착된 타워(5)는, 가이드 랙(8)이 설치된 타워(5)와 유사하게 본 발명의 일 실시예에 따른 타워 이동 및 고정 장치에 의하여 이동가능하게 형성될 수 있으며, 이에 따라 타워 이동 및 고정 장치(100)를 이용하여 해상에 풍력발전기(4)를 설치하는데 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 가이드 랙 설치대(30a, 30b)가 설치되는 타워(5)는, 도 1에 도시된 타워(5)와 달리 상단부 및 하단부의 단면의 넓이가 동일하게 형성될 수도 있으나, 그와 달리 하측 방향으로 갈수록 지름이 점차적으로 넓어지는 형태로 이루어질 수 있다.

이와 같이 상단부 및 하단부의 단면의 넓이가 다른 경우 가이드 랙 설치대(30a, 30b)의 상부 지지대(32a, 32b) 및 하부 지지대(34a, 34b)의 타워 결합홈의 넓이가 타워(5)의 상단부 및 하단부에 대응하도록 구성하면 상단부 및 하단부의 넓이가 서로 다른 타워에도 가이드 랙(8)을 용이하게 설치할 수 있다. 이 때, 타워(5)의 상단부 및 하단부의 넓이 및 높이에 따라 다양한 크기 및 형태의 가이드 랙 설치대(30a, 30b)를 제공하는 것도 가능할 것이다.

한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 상하 방향으로 단면의 넓이가 달라지는 구조를 갖는 타워(5′)를 해상에 설치할 수 있는 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)이 제공된다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 구비한 선박에 설치될 수 있는 타워의 사시도이다. 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치의 내부 구조를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박의 타워 이동 및 고정 장치에서 제 1 타워 가이드의 사시도이다. 도 12은 도 10에서 제 1 피니언을 구동시키기 위한 구동부의 개략적인 구성도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 이용하여 설치될 수 있는 타워(5')는 타워(5')의 지름이 상단부로부터 하단부로 갈수록 점진적으로 넓어지는 형태를 갖는다.

이 때, 도 9를 참조하면, 타워(5')의 외주면에는 가이드 랙(8)이 서로 반대편에서 상하 방향으로 연장되도록 설치된다. 이 때, 가이드 랙(8)의 구조는 제 1 실시예에서 설명한 가이드 랙(8)의 구조와 동일하게 형성될 수 있는 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 적용할 수 있는 경우로서, 도 9에서는 타워(5')의 지름이 하측으로 갈수록 넓어지는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템은 타워의 지름이 상하 방향으로 동일하지 않고 작아지거나 또는 넓어지는 경우와 같이 타워(5′)의 지름이 달라지는 구성에 적용될 수 있다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이 타워(5′)의 지름이 달라지는 형태의 타워(5′)를 이동시키거나 정지시키기 위하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)의 타워 이동 및 고정 장치(200)는 이동부에 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드와 복수의 피니언이 타워(5′)의 반경 방향으로 이동될 수 있는 구조 갖는다. 이하 도 10 내지 도 12를 참조하여 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 설명함에 있어 제 1 실시예와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 하고 제 1 실시예와 구별되는 구성을 중심으로 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 이 때, 타워 이동 및 고정 장치는 한 쌍의 이동부가 대칭으로 형성되므로, 도 10에 도시된 바와 같이 일측의 이동부를 중심으로 타워 이동 및 고정 장치의 구성을 설명하도록 한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 타워 이동 및 고정 장치(200)의 제 1 및 제 2 타워 가이드(210a, 260a)는 상하 방향으로 연장된 직사각 판재 형상의 가이드 부재(212a, 262a) 및 상기 가이드 부재(212a, 262a)를 타워의 반경 방향으로 이동시키기 위한 작동 수단(214a, 264a)을 포함한다.

가이드 부재(212a, 262a)는 제 1 실시예에서 이동부(104a)의 반원형 수용부(105a)의 내주면에 형성된 원호형 부재와 달리 직사각형 판재 형태로 이루어질 수 있다. 이 때, 가이드 부재(212a, 262a)의 일면은 타워(5′)의 외주면과 마주보는 일면이 타워(5′)의 외주면에 접할 때 타워(5′)의 외주면에 밀착되도록 탄력성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.

한편 가이드 부재(212a, 262a)에는 가이드 부재를 이동시키기 위한 작동 수단(214a, 264a)이 설치된다. 작동 수단(214a, 264a)은 가이드 부재(212a, 262a)가 타워(5′)의 반경 방향으로 이동될 수 있도록 한다. 이 때, 작동 수단(214a, 264a)은 유압 실린더일 수 있다.

작동 수단(214a, 264a)의 단부에 결합된 가이드 부재(212a, 262a)는 상하 방향에 수직한 축(216a, 266a)을 중심으로 회전할 수 있도록 형성된다. 이 때 가이드 부재(212a, 262a)의 회전축(216a, 266a)은 상하 방향으로 가이드 부재(212a, 262a)의 중앙에 위치될 수 있다.

이와 같이 가이드 부재(212a, 262a)가 회전축(216a, 266a)을 중심으로 회전될 수 있도록 하는 것은, 도 10에 도시된 바와 같이, 가이드 부재(212a, 262a)가 타워(5′)의 외주면을 가이드하기 위하여 타워(5′)의 반경 방향으로 타워에 접근하도록 이동하였을 때 타워(5′)의 외주면의 기울기에 따라 경사지게 형성될 수 있도록 하기 위함이다.

만일 가이드 부재(212a, 262a)가 작동 수단에 의하여 타워(5′)의 반경 방향으로 이동하기만 하고 타워(5′)의 기울기에 따라 경사지게 회전되지 않으면 타워(5′)가 가이드 부재(212a, 262a)에 의하여 원활하게 가이드되지 않는다.

한편, 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)에 있어서 가이드 부재는 제 1 실시예에서 예시한 바와 같이 가이드 롤러로 구성될 수도 있다.

이와 같이 가이드 부재가 가이드 롤러로 구성된 경우, 가이드 롤러도 또한 작동 수단(214a, 264a)에 의하여 타워의 반경 방향으로 이동될 수 있도록 형성된다. 이와 같이 형성됨으로써, 타워 이동 및 고정 장치(100)에 의하여 상하 방향으로 이동되는 타워(5′)의 지름에 따라 가이드 롤러가 타워(5′)에 접촉한 상태로 타워(5′)의 이동을 가이드할 수 있다.

한편, 제 2 실시예에 따르면, 복수의 피니언(220a, 230a, 240a) 각각은 각각의 회전축(222, 232, 242)을 중심으로 회전가능하게 형성되되, 앞서 설명한 제 1 및 제 2 타워 가이드(212a, 262a)와 유사하게 작동 수단에 의하여 타워(5′)의 반경 방향으로 이동될 수 있도록 형성된다.

이를 위하여 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)의 타워 이동 및 고정 장치는 피니언(220a, 230a, 240a)을 작동적으로 지지하는 피니언 지지부를 구비한다.

이 때, 복수의 피니언(220a, 230a, 240a) 각각은 개별적인 피니언 지지부에 의하여 개별적으로 작동하도록 구성될 수 있다.

도 12에는 복수의 피니언 중 가장 상측에 위치되는 제 1 피니언(220a)을 지지하는 피니언 지지부(270)의 개략적이 구성이 도시되어 있다.

도 10 및 도 12를 참조하면, 피니언 지지부(270) 는 구동 모터(272), 구동 모터 고정부(274), 피니언 가이드(276) 및 작동 수단(278)을 포함한다.

구동 모터(272)는 피니언(220a)을 회전가능하게 지지한다. 이 때, 구동 모터(272)는 구동 모터 고정부(274)에 의하여 지지된다. 이에 따라, 구동모터(272) 및 구동 모터(272)에 의하여 회전가능하게 지지되는 피니언(220a)은 구동 모터 고정부(274)와 일체로 이동가능하게 형성된다.

구동 모터 고정부(274)는 유압실린더와 같은 작동 수단(278)에 의하여 타워(5′)의 반경 방향으로 이동가능하게 형성되며, 구동 모터 고정부(274)가 작동 수단(278)에 의하여 이동될 때 구동 모터 고정부(274)를 가이드 하기 위하여 이동부(104a, 104b) 내부 일측에는 구동 모터 고정부 가이드(276)가 형성된다.

이와 같은 구성에 따라 작동 수단(278)을 작동시키면 피니언(220a) 및 구동 모터(272)가 고정된 구동 모터 고정부(274)가 타워의 반경 방향으로 이동될 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 도 10에서, 이동부(204a)의 반원형 수용부(205a)에 상하 방향으로 일렬로 배열된 제 1 타워 가이드(210a)의 가이드 부재(212a), 복수의 피니언(220a, 230a, 240a) 및 제 2 타워 가이드(260a)의 가이드 부재(262a)가 타워(5′)의 중심으로부터 이격된 거리가 도시되지 아니한 제어부에 의하여 개별적으로 조절될 수 있도록 형성된다.

이에 따라, 본 발명의 제 2 실시에에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)은 타워(5′)의 지름이 상하 방향으로 달라지는 경우에도 타워(5′)의 외주면에 형성된 가이드 랙(8)과 피니언(220a, 230a, 240a)이 체결된 상태가 유지되며, 안정적으로 타워의 상하 방향 이동이 가이드될 수 있다.

한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 이동부(204a)에 설치되는 고정 랙(250a)도 작동 수단(254)에 의하여 타워의 반경 방향으로 이동가능하게 형성된다.

이 때, 고정 랙(250a)도 상하 방향에 수직한 축(256a)을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 고정 랙(250a)의 회전축(256a)은 상하 방향으로 고정 랙(250a)의 중앙에 위치될 수 있다. 이와 같이 고정 랙(250a)이 상하 방향에 수직한 축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 이유는 전술한 제 1 및 제 2 타워 가이드가 상하 방향에 수직한 축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 이유와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)은, 제 1 실시예와 달리, 타워 이동 및 고정 장치(200)의 이동부내에 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드와 복수의 피니언이 타워(5′)의 반경 방향으로 이동될 수 있으며, 제 1 및 제 2 타워 가이드와 고정 랙이 상하 방향에 수직한 축을 중심으로 회전할 수 있는 구조를 가짐으로써 지름이 변경되는 구조를 갖는 타워를 상하 방향으로 안정적으로 이동시키거나 또는 높이 고정시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 구비한 선박을 도시한 평면도이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 구비한 선박은 타워 이동 및 고정 장치(300)가 선박의 후단부에 설치되는 점을 제외하고는 앞서 설명한 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 구성과 동일하게 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템은, 선박의 후단부에 설치되는 타워 이동 및 고정 장치(300)의 베이스 및 이동부가 모듈화된 상태로 조립된 후 소정의 선박의 후단부에 결합되도록 형성될 수 있다.

이 때, 모듈화된 형태의 타워 이동 및 고정 장치(300)가 설치될 수 있는 위치는 선박의 후단부에만 한정되지 아니하며, 선박의 형태에 따라 선박의 측면부 또는 선단부에 위치될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템의 타워 이동 및 고정 장치는 크레인을 구비한 크레인선 혹은 바지선 등과 같이 다양한 선박에 설치될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따라 타워 이동 및 고정 장치(300)를 모듈화하여 선박의 후단부에 결합시킬 경우, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서와 같이 선박에 후방측으로 개방된 개구가 형성되지 않은 선박에서도, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 이용하여 해상에 풍력 발전기를 용이하게 설치할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박을 이용하여 해상에 풍력 발전기를 설치하는 과정을 설명한다.

도 14 내지 도 19은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템을 구비한 선박을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하는 과정을 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 구비한 선박을 이용하여 해상에 풍력발전기(4)를 설치하기 위하여 우선 구성 요소별, 예를 들어, 복수의 타워 블록(도 15의 5a, 5b), 나셀(도 16의 6) 및 블레이드(16의 7) 등으로 분리된 상태의 풍력 발전기를 선박에 적재하여, 풍력 발전기를 설치하고자 하는 해상의 일 지점까지 운반한다.

이 때 풍력발전기(4)를 설치하고자 하는 해상의 일 지점에는 완전히 조립된 상태의 풍력 발전기를 위치시키기 위한 풍력 발전기 설치대(도 17의 9)가 해저의 바닥면에 설치된다.

풍력발전기(4)를 설치하고자 하는 해상의 일 지점 근처에서 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템(10)을 구비한 선박(1)을 정지시킨 후, 도 14에 도시된 바와 같이, 우선 타워(5)의 가장 하부에 위치되는 제 1 타워 블록(5a)을 크레인(20)으로 이동하여 타워 이동 및 고정 장치(100)의 이동부 중앙에 위치시킨다. 그리고 타워 이동 및 고정 장치(100)를 이용하여 제 1 타워 블록(5a)을 하측 방향으로 이동시켜 제 1 타워 블록(5a)이 소정의 높이에 위치되도록 한다.

그리고, 크레인을 이용하여, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 타워 블록(5a) 상부에 제 2 타워 블록(5b)을 위치시키고, 제 1 타워 블록(5a) 및 제 2 타워 블록(5b)을 상호 결합시킨다. 이 때, 제 1 타워 블록(5a) 및 제 2 타워 블록(5b)의 결합은 공지된 타워 결합 방법을 이용하여 이루어질 수 있는 바 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이 제 1 타워 블록(5a) 및 제 2 타워 블록(5b)을 결합시킨 후 타워 이동 및 고정 장치(100)를 이용하여 제 2 타워 블록(5b)을 하측 방향으로 이동시킨 후 제 2 타워 블록(5b) 위에 추가적인 타워 블록의 설치가 필요한 경우 추가의 타워 블록을 차례로 결합한다.

타워(5)를 형성하는 복수의 타워 블록을 모두 결합한 후, 도 16에 도시된 바와 같이 타워(5)의 상단부에 블레이드(7) 및 나셀(6)을 결합한다. 이 때, 풍력 발전기 타워(5)의 상단부는 크레인(20)이 나셀(6)을 타워의 상단부에 위치시키기 용이한 정도의 높이에 위치된다. 한편, 블레이드(7) 및 나셀(6)을 타워(5)에 결합시키는 순서는 풍력발전기(4)의 조립 순서에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

이와 같이 블레이드(7) 및 나셀(6)이 타워(5)에 결합되면 풍력 발전기 설치대(9)에 설치되기 전 상태의 풍력발전기(4)의 조립이 완료된다.

이와 같이 풍력발전기(4)의 조립이 완료된 상태에서, 도 17에 도시된 바와 같이 풍력발전기(4)를 타워 이동 및 고정 장치(100)를 이용하여 상측 방향으로 이동시켜 풍력발전기(4)의 하단부가 선저면 부근 위치까지 높아지도록 한 후, 선박(1)을 이동시켜 풍력발전기(4)의 하단부가 풍력 발전기 설치대(9)의 상측에 위치되도록 한다.

이와 같이 풍력발전기(4)의 하단부가 풍력 발전기 설치대(9)의 상측에 위치되도록 선박의 위치를 정렬한 상태에서, 도 18에 도시된 바와 같이, 풍력발전기(4)를 하측 방향으로 이동시켜 풍력 발전기 설치대(9)에 결합되도록 한다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전기 설치 선박(1)은 사이드 스러스터(12)를 이용하여 해상에 풍력 발전기(4)를 설치할 때 해상 풍력 발전기 설치 선박(2)의 위치 및 자세를 안정적으로 제어하여, 풍력 발전기 설치대에 풍력 발전기가 안정적으로 결합될 수 있도록 한다.

그리고, 풍력발전기(4)의 하단부가 풍력 발전기 설치대(9) 상에 결합된 상태에서 풍력발전기(4)의 하단부를 풍력 발전기 설치대(9)에 완전히 결합시킨다.

이와 같이 풍력발전기(4)가 풍력 발전기 설치대(9)에 완전히 결합될 때까지 타워 이동 및 고정 장치(100)의 피니언들은 타워(5)의 가이드 랙에 맞물려 있는 상태를 유지하며, 타워(5)의 높이가 고정되어야 하는 경우 고정 랙이 타워의 가이드 랙과 맞물리도록 형성된다.

풍력발전기(4)를 풍력 발전기 설치대(9)에 완전히 결합시킨 후에 타워 이동 및 고정 장치(100)의 이동부를 타워의 반경 방향으로 타워로부터 멀어지도록 이동시키면 풍력 발전기와 선박이 분리된다.

이와 같이 선박(1)이 풍력발전기(4)와 분리된 상태에서 선박(1)을 전방측으로 이동시키면, 도 19에 도시된 바와 같이, 선박(1)의 개구로부터 풍력발전기(4)가 후방측으로 빠져나온다.

풍력발전기(4)가 선박(1)의 개구로부터 완전히 빠져 나오면 풍력 발전기의 설치가 완료된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 선박 2 갑판
3 개구 4 풍력 발전기
5 타워 6 나셀
8 랙 10 풍력 발전기 설치 시스템
20 크레인 30 가이드 랙 설치대
100 200 300 타워 이동 및 고정 장치 102a 102b 베이스
104a 104b 이동부 106a 106b 이동부 가이드
110a 110b 제 1 타워 가이드 118a 118b 이동기어부
120a 120b 220a 220b 제 1 피니언
130a 130b 230a 230b 제 2 피니언
140a 140b 240a 240b 제 3 피니언
150a 150b 250a 250b 고정 랙
160a 160b 260a 260b 제 2 타워 가이드

Claims

해상 풍력 발전기 설치 시스템으로서,
타워의 외측부에 상하 방향으로 형성되는 가이드 랙;
상기 타워를 이동시키도록 선박에 설치되는 크레인 및
상기 선박 일측에 설치되는 타워 이동 및 고정 장치를 포함하되,
상기 타워 이동 및 고정 장치는,
상기 가이드 랙이 구비된 타워를 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 가이드 랙과 맞물릴 수 있는 피니언 및
상기 타워의 높이를 고정시킬 수 있도록 상기 가이드 랙과 선택적으로 맞물릴 수 있는 고정 랙을 포함하는,
해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 타워 이동 및 고정 장치는,
상기 선박의 일측에 서로 마주보도록 이격 설치되는 한 쌍의 베이스; 및
상기 한 쌍의 베이스 사이에 위치되는 상기 타워의 외주면 측으로 가까워지거나 멀어질 수 있도록 상기 한 쌍의 베이스에 이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 이동부를 포함하되,
상기 한 쌍의 이동부 각각은 상기 타워의 외주면과 마주보는 일측면에 상기 피니언 및 상기 고정 랙이 형성되는,
해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 한 쌍의 이동부의 서로 마주보는 내측면 각각에는 상기 타워의 일부가 관통할 수 있는 반원형 수용부가 형성되며,
상기 피니언 및 상기 고정 랙은 상기 반원형 수용부의 내주면에 위치되는,
해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 한 쌍의 이동부 각각은 상기 반원형 수용부의 상단부 및 하단부에 각각 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드를 더 포함하는,
해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 한 쌍의 이동부 중 어느 하나의 이동부에 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드, 피니언 및 고정 랙은, 다른 어느 하나의 이동부에 설치되는 제 1 및 제 2 타워 가이드, 피니언 및 고정 랙과 서로 마주보도록 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 피니언은 복수 개로 형성되며,
상기 복수 개의 피니언은 상하 방향으로 일렬로 배열되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 타워는 상하 방향으로 동일한 지름을 갖도록 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 타워 가이드는 원호형 내주면을 구비한 가이드 부재를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 타워 가이드는 상기 타워의 외측부에 원주 방향으로 배열된 적어도 하나의 롤러를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 타워 가이드 각각은 상하 방향으로 연장된 판형 가이드 부재를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 타워 가이드 각각은 상하 방향에 수직한 중심축을 중심으로 회전가능하게 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 타워 가이드 각각을 상기 타워의 반경 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 이동부의 내부에 설치되는 작동 수단을 더 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 피니언이 상기 타워의 반경 방향으로 이동가능하도록 상기 이동부의 내부에서 상기 피니언을 지지하는 피니언 지지부를 더 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 피니언 지지부는,
상기 피니언을 회전시키기 위한 구동 모터;
상기 구동 모터를 지지하는 구동 모터 고정부;
상기 구동 모터 고정부가 상기 타워의 반경 방향으로 이동가능하도록 상기 구동 모터 고정부를 지지하는 피니언 가이드 및
상기 구동 모터 고정부에 연결되어 상기 구동 모터 고정부를 상기 타워의 반경 방향으로 이동시키는 작동 수단을 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 고정 랙을 상기 타워의 반경 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 이동부 내측에 설치되는 작동 수단을 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 고정 랙은 상하 방향에 수직한 중심축을 중심으로 회전가능하게 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 12 항, 제 14 항 및 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 수단은 유압 실린더인, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 9 항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타워는 상하 방향으로 하측부가 상측부보다 점진적으로 넓어지는 단면을 갖도록 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 18항에 있어서,
상기 가이드 랙은 상기 타워와 일체로 형성되는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 타워에는 상기 타워의 외측에 가이드 랙이 위치될 수 있도록 상기 타워의 외주부에 설치될 수 있는 한 쌍의 가이드 랙 설치대가 설치되되,
상기 한 쌍의 가이드 랙 설치대 각각은
상기 타워의 상단부에서 반대편에 위치되는 가이드 랙 설치대의 상단부와 결합될 수 있는 상부 결합부;
상기 타워의 하단부에서 상기 반대편에 위치되는 가이드 랙 설치대의 하단부와 결합될 수 있는 하부 결합부 및
상기 상부 결합부 및 하부 결합부 사이를 연결하되 상기 타워의 반경 방향 일측면에 가이드 랙이 형성된 수직 연결부를 포함하는, 해상 풍력 발전기 설치 시스템.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 해상 풍력 발전기 설치 시스템이 설치된 선박으로서,
상기 선박의 일측에는 상기 선박의 일 측방향으로 개방되되 상기 선박의 상하를 관통하는 개구가 형성되며, 상기 타워 이동 및 고정 장치의 상기 베이스가 상기 개구의 내측부에 위치되는, 선박.
제 21 항에 있어서,
상기 개구는 상기 선박의 후방측으로 개방된 것을 특징으로 하는, 선박.
제 21 항에 있어서,
상기 타워 이동 및 고정 장치가 상기 선박의 후단부에 설치된 것을 특징으로 하는, 선박.
제 21 항에 있어서,
상기 선박의 선수 및 선미 측 하부에 사이드 스러스터(side thruster)가 설치된 것을 특징으로 하는, 선박.
제 24 항에 있어서,
상기 선미측 하부에는 상기 개구의 양 측부에 한 쌍의 사이드 스러스터가 설치되는, 선박.