KR101323755B1 - 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치 선박은 풍력 발전기 설치 선박의 레그 코드 하부에 결합되는 것으로, 내부에 적어도 하나 이상의 수용부가 형성되는 스퍼드 하우징부; 상기 수용부에 상하로 이동 가능하도록 수용되는 스퍼드부; 및 상기 스퍼드 하우징부 하부면에 설치되는 것으로, 상기 수용부 하부를 개폐시키는 개폐부를 포함한다.

Description

풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조 {SPUD STRUCTURE FOR WIND TURBINE INSTALLATION VESSEL}
본 발명은 스퍼드 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 발전기 설치 선박을 해저면에 고정시키기 위한 스퍼드 구조에 관한 것이다.
친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기에 대한 설치 역시 전세계적으로 활발해지고 있는 추세이다. 그런데, 많은 수의 풍력 발전기를 육상에 구축하기 위해서는 까다로운 입지적 조건이 요구된다. 예를 들면, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 발전 가능한 수준으로 블레이드를 회전시키기 위하여 일정 기준 이상의 풍속이 보장되는 곳이어야 하고, 풍력 발전기 구동시 소음이 많이 발생하기 때문에 거주지와는 이격된 곳이어야 한다는 조건 등이 그것이다.
따라서, 최근에는 상술한 육상에서의 입지적 조건과 같은 영향으로부터 상대적으로 자유로운 해상에 풍력 발전기 건설을 추진하는 것이 점차 확대되고 있는 실정이다. 이를 위해, 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이 활용되고 있으며, 이러한 풍력 발전기 설치 선박은 육지에서 만들어진 풍력 발전기를 해상으로 운반함으로써 해상에서 풍력 발전기 설치 작업을 가능케 하는 역할을 수행하고 있다.
도 1은 풍력 발전기 설치 선박(10)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 풍력 발전기 설치 선박(10)은 선상에 육지에서 만들어진 풍력 발전기의 구성품들(예를 들면, 블레이드, 나셀, 타워 등)을 적재하고 있으며, 해상에 풍력 발전기(1)를 설치하기 위한 장비들이 구비되어 있다.
또한, 풍력 발전기 설치 선박(10)은 선체를 관통하여 상하로 이동 가능하도록 설치되는 복수 개의 레그(20)를 구비하고 있다. 레그(20)는 풍력 발전기 설치 선박(10)이 항해할 때에는 상승하고, 풍력 발전기 설치 선박(10)이 풍력 발전기를 설치하기 위해 정박할 때에는 해저면에 맞닿도록 하강하여 선체를 해수면 위로 들어올리는 역할(소위 Jack-up mode)을 수행한다.
도 2는 도 1의 풍력 발전기 설치 선박(10)에서 레그(20)의 하부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 레그(20)는 여러 가지 형태로 형성될 수 있으나 통상적으로는 고강도 스틸로 형성된 복수개의 레그 코드(21)를 수평 브레이스(22) 및 대각선 브레이스(23)와 같은 보강재로 보강함으로써 형성된다. 한편, 수평 브레이스(22) 및 대각선 브레이스(23)는 복수 개의 격자를 이루도록 연결될 수 있으나(도 1 참조), 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 수평 브레이스(22) 및 대각선 브레이스(23)의 설치 형태를 단순화하여 도시하였음을 밝혀둔다.
또한, 레그(20) 하부에는 해저면과 맞닿는 스퍼드부(30)가 결합되어 있다. 스퍼드부(30)는 레그 코드(21)와 결합되는 스퍼드 본체(31)와, 스퍼드 본체(31) 하부면에 형성되는 스퍼드 캔(32)을 포함한다. 스퍼드 본체(31)의 측면에는 레그 코드(21)가 용접 설치되고 , 스퍼드 캔(32)은 해저면에 인입되어 고정될 수 있도록 단부가 뾰족한 형상으로 형성되는 것이 일반적이다.
그런데, 이와 같은 풍력 발전기 설치 선박(10)의 스퍼드 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있었다. 첫째, 레그 코드(21)가 스퍼드 본체(31)의 측면을 따라 용접 설치되므로, 레그(20)를 하강시켜 선체를 들어올림에 있어 레그 코드(21)에 과도한 응력집중 현상이 발생하였다. 둘째, 선박이 항해 중일 때, 스퍼드 캔(32)의 형상으로 인해 와류현상이 발생하여 스퍼드 캔(32)이 상기 선박에 대하여 저항체로 작용할 뿐만 아니라, 마찰저항으로 인해 스퍼드 캔(32)의 수명이 짧아지는 현상이 나타났다.
따라서, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 풍력 발전기 설치 선박(10)의 스퍼드 구조가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예들은 스퍼드부를 스퍼드 하우징부에 수용 가능한 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기 설치 선박의 레그 코드 하부에 결합되는 것으로, 내부에 적어도 하나 이상의 수용부가 형성되는 스퍼드 하우징부; 상기 수용부에 상하로 이동 가능하도록 수용되는 스퍼드부; 및 상기 스퍼드 하우징부 하부면에 설치되는 것으로, 상기 수용부 하부를 개폐시키는 개폐부를 포함하는, 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조가 제공될 수 있다.
이 때, 상기 레그 코드 하단이 상기 스퍼드 하우징부의 상부면에 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 레그 코드 하단 및 상기 스퍼드 하우징부 상부면이 결합되는 부분에 형성되는 것으로, 상기 레그 코드를 제1 인입부로 인입시켜 고정시키는 코드 기초부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스퍼드부는, 상기 코드 기초부의 제2 인입부로 인입 가능하도록 설치되어 상하로 직선 운동하는 구동 플런저; 상기 구동 플런저 하부에 결합되는 스퍼드 본체; 및 상기 스퍼드 본체 하부에 결합되는 스퍼드 캔을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 스퍼드 캔의 단부는 뾰족한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수용부에 설치되어 상기 스퍼드부를 상하로 이동 시키는 랙 앤 피니언 시스템을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 랙 앤 피니언 시스템은, 상기 수용부 내부 벽면에 각각 설치되는 랙(rack)부; 및 상기 스퍼드부 외면에 상기 랙부와 대응되어 설치되는 피니언(pinion)부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 개폐부는 상기 스퍼드 하우징부 하부면에 설치되는 슬라이딩 도어인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 스퍼드부를 스퍼드 하우징부에 수용 가능하도록 함으로써, 스퍼드부의 형상에 따른 와류 발생을 방지할 수 있다.
또한, 레그 코드를 스퍼드 하우징부의 상부면에 결합하고 레그 코드 보강을 위한 코드 기초부를 형성함으로써, 선체의 수직하중에 의한 레그 코드의 응력 집중 현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 스퍼드 하우징부 하부면에 개폐부를 형성함으로써, 스퍼드부가 스퍼드 하우징부 내부에 수용되는 경우에도 수밀성을 유지하여 스퍼드부를 보호 가능하다.
도 1은 풍력 발전기 설치 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 풍력 발전기 설치 선박에서 레그(20)의 하부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 A부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 스퍼드부의 작동도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조(100, 이하 스퍼드 구조)는 레그 코드(110) 하부에 결합되는 스퍼드 하우징부(120)와, 스퍼드 하우징부(120)에 수용되는 스퍼드부(140) 및 스퍼드 하우징부(120) 하부면에 설치되는 개폐부(160)를 포함한다.
레그 코드(110)는 고강도 스틸로 형성되는 것으로, 풍력 발전기 설치 선박의 레그를 이루는 부재에 해당한다. 레그 코드(110)는 복수 개가 수평 브레이스(111) 및 대각선 브레이스(112)와 같은 보강재로 보강되어 상기 레그를 구성하도록 배치된다. 이와 관련하여 수평 브레이스(111) 및 대각선 브레이스(112)는 복수 개의 격자를 이루도록 연결될 수 있으나, 도 3에서는 설명의 편의를 위하여 수평 브레이스(111) 및 대각선 브레이스(112)의 설치 형태를 단순화하여 도시하였음을 밝혀둔다.
스퍼드 하우징부(120)는 레그 코드(110) 하부에 결합되는 것으로, 내부에는 적어도 1 이상의 수용부(121)가 형성된다. 수용부(121)는 스퍼드부(140)가 수용되는 공간에 해당되며, 스퍼드부(140) 크기에 대응하여 형성될 수 있다.
한편, 레그 코드(110)와 스퍼드 하우징부(120)의 결합 시에, 레그 코드(110) 하단이 스퍼드 하우징부(120)의 상부면에 결합되도록 할 수 있다. 이 때, 레그 코드(110) 및 스퍼드 하우징부(120)의 결합 부위에는 코드 기초부(130)가 설치되어, 레그 코드(110) 하부를 코드 기초부(130) 내부로 인입시켜 설치하는 것이 가능하다.
여기에서 코드 기초부(130)는 레그 코드(110) 및 스퍼드 하우징부(120)의 결합 부위를 보강하는 역할을 수행할 수 있으며, 코드 기초부(130)의 형상은 한정되지 아니한다. 예를 들면, 코드 기초부(130)의 상부면이 하부면보다 좁은 형상으로 형성됨으로써, 레그 코드(110)의 하중을 스퍼드 하우징부(120)에 안정적으로 전달시키는 것이 가능하다. 한편, 레그 코드(110)와 코드 기초부(130)를 결합시키는 방법과 코드 기초부(130)와 스퍼드 하우징부(120)를 결합시키는 방법은 특정되지 아니하며, 예를 들어 용접 결합을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼드 구조(100)에서는 레그 코드(110)를 스퍼드 하우징부(120)의 측면이 아닌 상부면에 결합시킴으로써, 레그 코드(110)를 하강시켜 선체를 들어올릴 때에 레그 코드(110)에 발생하는 과도한 응력 집중 현상을 감소시킬 수 있다.
스퍼드부(140)는 스퍼드 하우징부(120)의 수용부(121)에 상하로 이동 가능하도록 수용되어 설치될 수 있다. 스퍼드부(140)는 레그 코드(110)가 하강할 때, 수용부(121) 외부로 돌출되도록 이동하여 해저면을 뚫고 들어감으로써 선체를 고정시키는 역할을 수행한다. 한편, 스퍼드부(140)의 동작과 관련해서는 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
개폐부(160)는 스퍼드 하우징부(120)의 하부면에 설치되는 것으로, 수용부(121) 하부를 개폐시키는 역할을 수행한다. 즉, 개폐부(160)는 수용부(121)에 스퍼드부(140)가 수용되어 있는 경우에는 수용부(121) 하부를 폐쇄시키고, 스퍼드부(140)가 하강하여 수용부(121) 외부로 돌출되는 경우에는 수용부(121) 하부를 개방시키도록 작동된다. 따라서, 개폐부(160)는 스퍼드부(140)가 수용부(121)에 수용되어 있을 때에 수용부(121)를 폐쇄함으로써, 수용부(121)에 해수가 침입하는 것을 막는 역할을 수행할 수 있다.
개폐부(160)는 수용부(121) 하부를 개폐할 수 있는 구성이면 되고 특정 구성으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 개폐부(160)는 슬라이딩 도어일 수 있다. 즉, 스퍼드 하우징부(120) 하부면에 슬라이딩 도어가 수용될 수 있도록 공간을 형성하고, 상기 슬라이딩 도어가 상기 공간 내외부로 슬라이딩 하여 수용부(121)를 개폐시킬 수 있도록 구성하는 것이 가능하다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해서 개폐부(160)가 슬라이딩 도어로 구성된 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼드 구조(100)에서는 선박이 항해 중인 경우에 스퍼드부(140)를 스퍼드 하우징부(120)의 수용부(121)에 수용시키고 개폐부(160)로 수용부(121) 하부를 폐쇄시킴으로써, 스퍼드부(140)가 외부로 노출되어 있는 상태에서 항해 시에 발생 가능한 와류 현상을 방지할 수 있다.
도 4는 도 3에서 A부분을 확대하여 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼드 구조(100)에서 스퍼드부(140)는 구동 플런저(141)와, 구동 플런저(141) 하부에 결합되는 스퍼드 본체(143) 및 스퍼드 본체(143) 하부에 결합되는 스퍼드 캔(145)을 포함할 수 있다.
구동 플런저(141)는 유압 방식 등을 통하여 스퍼드부(140)를 상하 이동 시키는 역할을 수행하는 것으로, 스퍼드 하우징부(120) 상부면에 설치되는 코드 기초부(130) 하부에 인입되어 설치되는 것이 가능하다. 예를 들어, 코드 기초부(130)는 상부에 제1 인입부(131)가 형성되고, 하부에 제2 인입부(132)가 형성될 수 있다. 이 때, 제1 인입부(131)에는 레그 코드(110)가 인입되어 설치되고, 제2 인입부(132)에는 구동 플런저(141)가 인입되어 설치되는 것이 가능하다. 이 때, 구동 플런저(141)의 구동을 위하여 코드 기초부(130)를 유압 등의 동력이 전달 가능하도록 구성하는 것이 가능하며, 특정 구성으로 한정되지는 않는다.
스퍼드 본체(143)는 구동 플런저(141) 하부에 결합되어 형성되는 것으로, 구동 플런저(141)의 상하 운동에 따라 구동 플런저(141)와 일체로 동작할 수 있다.
스퍼드 캔(145)은 스퍼드 본체(143) 하부에 결합되어 형성되는 것으로, 스퍼드부(140)의 하강시 해저면에 인입되어 고정될 수 있도록 단부가 뾰족한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 스퍼드부(140)의 상하 이동 수단으로, 스퍼드 하우징부(120)의 수용부(121)에는 랙 앤 피니언 시스템(150)이 더 설치될 수 있다. 여기에서 랙 앤 피니언 시스템(150)이란 단면이 직사각형이고 한쪽 면에만 톱니가 있는 막대(랙)와 상기 톱니에 대응되어 형성되는 작은 기어(피니언)가 맞물려 돌아가는 기계장치를 의미한다. 또한, 본 실시예에서는 구동 플런저(141)와 랙 앤 피니언 시스템(150)이 동시에 설치되었으나, 둘 중 어느 하나만 설치되어 구동될 수도 있음은 물론이다.
상기 랙 앤 피니언 시스템(150)은 랙(rack)부(151) 및 피니언(pinion)부(152)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 랙부(151)는 수용부(121) 내부 벽면에 고정되어 설치되고, 피니언부(152)는 스퍼드 본체(143)에 설치될 수 있다. 따라서, 피니언부(152)의 회전에 의해 스퍼드부(140)가 상하 방향으로 랙부(151)와 평행하게 움직일 수 있다. 이 때, 스퍼드 하우징부(120) 내부에는 피니언부(152)의 구동을 위한 모터 등을 포함하는 구동부(미도시)가 설치될 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 스퍼드부(140)의 작동도이다. 도 5를 참조하면, 풍력 발전기 설치 선박이 항해 중일 때에, 스퍼드부(140)는 스퍼드 하우징부(120)의 수용부(121)에 수용되어 있다. 스퍼드부(140)의 구동 플런저(141)는 코드 기초부(130) 하부에 인입되어 있는 상태이고, 스퍼드 본체(143)에 형성된 피니언부(152)는 수용부(121) 내부 벽면에 형성된 랙부(151)에 맞물린 채로 고정되어 있는 상태이다. 한편, 스퍼드 하우징부(120)의 하부면에 설치된 개폐부(160)는 수용부(121) 하부를 폐쇄하고 있는 상태를 유지함으로써, 해수가 수용부(121)로 침입하는 것을 막는다. 따라서, 상기 풍력 발전기 설치 선박의 항해 중에, 스퍼드부가 돌출되어 있을 때 발생하는 와류 현상이 일어나지 않는다.
한편, 도 6을 참조하면, 풍력 발전기 설치 선박이 풍력 발전기 설치를 위하여 정박하고자 하는 경우에 레그를 구성하는 레그 코드(110)가 하강하게 되며, 레그 코드(110)의 하강에 따라 레그 코드(110) 하부에 결합되어 있는 스퍼드 하우징부(120)가 해저면에 맞닿게 된다. 이 때, 개폐부(160)는 수용부(121)를 개방시키고, 수용부(121)에 수용되어 있는 스퍼드부(140)가 하강하게 된다.
구체적으로, 스퍼드부(140)의 구동 플런저(141)가 하부 방향으로 이동하면, 구동 플런저(141)로부터 힘을 전달받은 스퍼드 본체(143) 역시 하부 방향으로 이동한다. 동시에 스퍼드 본체(143)에 형성된 피니언부(152)는 수용부(121) 내부 벽면에 형성된 랙부(151)의 하단에 위치될 때까지 랙부(151)와 맞물려 회전하여 아래 방향으로 이동함으로써 스퍼드부(140)가 하강하게 된다.
스퍼드부(140)는 스퍼드 본체(143)의 하부면이 수용부(121)의 하단과 일치할 때까지 하강한 후에 하강 동작을 중지하게 된다. 이 때, 스퍼드 본체(143) 하부에 결합된 스퍼드 캔(145)은 해저면을 뚫고 들어가 상기 해저면에 고정됨으로써, 상기 풍력 발전기 설치 선박이 정박될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조(100)에 있어, 스퍼드부(140)를 스퍼드 하우징부(120)에 수용 가능하도록 하고, 스퍼드 하우징부(120) 하부면에 개폐부(160)를 형성함으로써, 스퍼드부(140)가 스퍼드 하우징부(120) 내부에 수용되어 항해하는 경우에 스퍼드부(140)에 의한 와류 발생을 방지하여 선체에 작용하는 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 레그 코드(110)를 스퍼드 하우징부(120)의 상부면에 결합하고 레그 코드(110) 보강을 위한 코드 기초부(130)를 형성함으로써, 선체의 수직하중에 의한 레그 코드(110)의 응력 집중 현상을 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1: 풍력 발전기 10: 풍력 발전기 설치 선박
20: 레그 21: 레그 코드
22: 수평 브레이스 23: 대각선 브레이스
30: 스퍼드부 31: 스퍼드 본체
32: 스퍼드 캔 100: 스퍼드 구조
110: 레그 코드 120: 스퍼드 하우징부
121: 수용부 130: 코드기초부
131: 제1 인입부 132: 제2 인입부
140: 스퍼드부 141: 구동 플런저
143: 스퍼드 본체 145: 스퍼드 캔
150: 랙 앤 피니언 시스템 151: 랙부
152: 피니언부 160: 개폐부

Claims (8)

  1. 풍력 발전기 설치 선박의 레그 코드 하부에 결합되는 것으로, 내부에 적어도 하나 이상의 수용부가 형성되는 스퍼드 하우징부;
    상기 수용부에 상하로 이동 가능하도록 설치되어 상기 수용부에 수용되는 스퍼드부; 및
    상기 스퍼드 하우징부 하부면에 설치되는 것으로, 상기 스퍼드부가 상기 수용부에 수용되었을 때에 상기 수용부 하부를 개폐시키는 개폐부를 포함하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레그 코드 하단이 상기 스퍼드 하우징부의 상부면에 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 레그 코드 하단 및 상기 스퍼드 하우징부 상부면이 결합되는 부분에 형성되는 것으로, 상기 레그 코드를 제1 인입부로 인입시켜 고정시키는 코드 기초부를 더 포함하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스퍼드부는,
    상기 코드 기초부의 제2 인입부로 인입 가능하도록 설치되어 상하로 직선 운동하는 구동 플런저;
    상기 구동 플런저 하부에 결합되는 스퍼드 본체; 및
    상기 스퍼드 본체 하부에 결합되는 스퍼드 캔을 포함하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스퍼드 캔의 단부는 뾰족한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수용부에 설치되어 상기 스퍼드부를 상하로 이동 시키는 랙 앤 피니언 시스템을 더 포함하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 랙 앤 피니언 시스템은,
    상기 수용부 내부 벽면에 각각 설치되는 랙(rack)부; 및
    상기 스퍼드부 외면에 상기 랙부와 대응되어 설치되는 피니언(pinion)부를 포함하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 개폐부는 상기 스퍼드 하우징부 하부면에 설치되는 슬라이딩 도어인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 설치 선박의 스퍼드 구조.
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