KR102410224B1 - 해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물의 일측에 장착되는 작업 프레임을 포함하고, 작업 프레임에는 관입 유닛이 설치되어 모노파일(monopile)의 해저면에 대한 관입 작업을 수행하며, 설치 대상물의 일측에는 크레인이 장착된 구조로부터, 모노파일을 이용한 해상구조물을 해저면에 용이하게 설치할 수 있도록 한 해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법에 관한 것이다.

Description

해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법{INTERPENETRATION APPARATUS FOR MARINE MONOPILE AND THE INTERPENETRATION METHOD USING THIS}

본 발명은 해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모노파일을 이용한 해상구조물을 해저면에 용이하게 설치할 수 있도록 한 해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법에 관한 것이다.

모노파일(monopile)은 통상 해상풍력 발전소를 건설함에 있어서, 상부의 터빈을 지지하기 위한 지지구조물 중 한 종류이다.

이러한 모노파일은 해상풍력 지지구조물 분야에서 가장 많이 사용되는 해상풍력 지지구조물 형식이다.

예를 들면, 유럽의 경우, 모노파일은 해상풍력 지지구조물의 약 75~80%를 차지하고 있다.

이러한 모노파일은 터빈하중에 따른 축력, 모멘트 등에 대해여 충분한 저항력을 확보하여야 하므로, 해저면의 암반에 확실하게 관입시켜 고정해야 하는 것이다.

상기와 같은 관점에서 발명된 것으로, 등록특허 제10-1549194호의 "모노파일 타입의 해상 풍력발전기 구조물 및 그 설치방법"(이하 선행기술) 등과 같은 것을 들 수 있다.

선행기술은 해저면에 설치되는 하부본체, 하부본체의 상부에 설치되어 타워부와 연결되는 연결부, 하부본체 외주면에 마련되며 연결부를 지지하도록 연결부의 하부에 위치되는 링 부재, 및 하단이 해저면에 회동가능하게 결합되고 상단이 링 부재의 측면에 회동가능하게 결합되는 복수개의 지지부재를 포함하며, 수심에 따른 하부본체 및 연결부의 좌/우 흔들림을 제한시키도록 하는 간극이 하부본체와 링 부재사이에 형성되는 모노파일 타입의 해상 풍력발전기 구조물을 제공한다.

그러나, 선행기술은 연결부를 지지하는 지지부재의 양단부가 각각 연결부와 해저면에 대하여 회동 가능하게 결합된 구조로 되어 있으므로, 회동 연결된 해당 부위에 장시간에 걸친 부식으로 인하여 변형 및 손상됨에 따라 해상에서 지속적으로 발생하는 파랑에 의한 진동과 충격하중으로 인하여 연결부가 균형을 잃고 넘어지는 등의 문제에 직면할 우려가 있었던 것이다.

따라서, 모노파일을 이용한 해상구조물을 해저면에 용이하게 설치할 수 있음은 물론 해저면에 관입 고정된 상태가 확실하고 견고하게 유지될 수 있도록 하는 장치의 개발이 절실한 것이다.

등록특허 제10-1549194호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 모노파일을 이용한 해상구조물을 해저면에 용이하게 설치할 수 있도록 하는 해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물의 일측에 장착되는 작업 프레임; 상기 작업 프레임에 설치되어 해수면으로부터 해저면을 향하여 관입되는 하단부를 가지는 모노파일(monopile)의 관입을 안내하고 유도하도록 상기 모노파일을 수용하는 스프라인 파이프를 포함하며, 상기 스프라인 파이프와 함께 상기 모노파일을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 패턴을 반복하고 상기 스프라인 파이프와 함께 상기 모노파일을 상기 해저면측을 향하여 누름으로써, 상기 모노파일의 하단부를 상기 해저면에 대하여 하강시키는 관입 유닛; 및 상기 설치 대상물의 일측에 장착되어 상기 작업 프레임의 상부측으로부터 상기 모노파일이 수용된 상기 스프라인 파이프를 들어올려 상기 작업 프레임 상의 일정 위치에 위치시키거나, 상기 해저면에 관입된 모노파일을 상기 관입 유닛과의 협력 작업으로 들어올려 회수하는 크레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치를 제공할 수 있을 것이다.

여기서, 상기 작업 프레임은, 상기 설치 대상물의 일측에 설치되는 베이스 빔과, 상기 베이스 빔의 일단부에 직교되게 설치되는 제1 측면 빔과, 상기 제1 측면 빔과 평행하게 복수로 배치되어 상기 베이스 빔에 장착되는 제1 지지 빔을 포함하여 상기 작업 프레임의 좌측 또는 우측을 형성하는 제1 받침 지지부와, 상기 베이스 빔의 타단부에 직교되게 설치되는 제2 측면 빔과, 상기 제2 측면 빔과 평행하게 복수로 배치되어 상기 베이스 빔에 장착되는 제2 지지 빔을 포함하여 상기 작업 프레임의 우측 또는 좌측을 형성하는 제2 받침 지지부와, 상기 베이스 빔과 평행하게 상기 제1 받침 지지부와 상기 제2 받침 지지부와 직교되게 일직선상에 배치되는 중간 연결 빔과, 상기 제1 측면 빔과 상기 제1 지지 빔 각각에 대하여 직교하며, 상기 제1 받침 지지부의 상부측에 배치되는 복수의 제3 지지 빔들에 의하여 형성되는 제3 받침 지지부와, 상기 제2 측면 빔과 상기 제2 지지 빔 각각에 대하여 직교하며, 상기 제2 받침 지지부의 상부측에 배치되는 복수의 제4 지지 빔들에 의하여 형성되는 제4 받침 지지부를 포함하며, 상기 스프라인 파이프는, 상기 중간 연결 빔과 상기 제1 받침 지지부와 상기 제2 받침 지지부의 내측 영역을 이루는 문풀(moon pool) 상에 배치되어 지지되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 관입 유닛은, 중공인 상기 모노파일의 하단부 가장자리를 따라 형성되는 제1 톱니와, 상기 모노파일의 하부측 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되는 외부 관입 나사산과, 상기 모노파일의 하부측 내주면을 따라 나선 형상으로 형성되는 내부 관입 나사산과, 상기 모노파일의 외주면에 장착되어 상기 외부 관입 나사산의 상부측에 배치되는 세굴(洗掘) 방지 캡과, 상기 세굴 방지 캡의 하면에 장착되어 상기 모노파일의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며, 하단부 가장자리를 따라 제2 톱니가 형성되는 외부지지 버킷과, 상기 세굴 방지 캡의 하면에 장착되어 상기 모노파일의 외주면과 마주보는 내주면을 가지면서, 상기 외부지지 버킷의 내주면과 마주보는 외주면을 가지며, 하단부 가장자리를 따라 제3 톱니가 형성되는 중앙지지 버킷을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관입 유닛은, 상기 세굴 방지 캡의 상면에 배치되어 상기 모노파일의 외주면과 상기 중앙지지 버킷의 내주면 사이의 공간과 연통되고, 상기 모노파일이 상기 해저면에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제1 배출밸브와, 상기 세굴 방지 캡의 상면에 배치되어 상기 중앙지지 버킷의 외주면과 상기 외부지지 버킷의 내주면 사이의 공간과 연통되고, 상기 모노파일이 상기 해저면에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제2 배출밸브와, 상기 모노파일의 외주면에 장착되어 상기 모노파일의 내부 공간과 연통되고 상기 세굴 방지 캡의 상면보다 상부측에 배치되며, 상기 모노파일이 상기 해저면에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제3 배출밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 관입 유닛은, 상기 스프라인 파이프의 외주면을 따라 상하 방향으로 돌출되어 방사상으로 배치되는 기어 리브와 맞물리는 스프라켓 가이드 기어를 포함하며, 상기 스프라켓 가이드 기어가 구동력을 전달받아, 상기 스프라인 파이프와 함께 상기 스프라인 파이프에 내장된 상기 모노파일을 시계방향으로 180도 회전후 반시계방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향으로 180도 회전후 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하는 회전부와, 상기 스프라인 파이프의 상면에 구비되어 상기 모노파일의 상단부를 고정하는 승강커버를 포함하며, 상기 승강커버와 연결되어 상기 작업 프레임의 양측으로부터 가해지는 구동력을 전달받아 정, 역회전하는 상기 스프라인 파이프를 누르는 가압부와, 상기 모노파일이 정, 역회전하면서 가압되어 상기 해저면에 고정되도록 유도하는 것으로, 상기 작업 프레임의 일측에 배치되어 상기 스프라인 파이프의 외주면 일측에 대하여 근접 또는 이격 가능하게 구비되는 제1 대차와, 상기 작업 프레임의 타측에 배치되어 상기 스프라인 파이프의 외주면 타측에 대하여 근접 또는 이격 가능하게 구비되는 제2 대차를 포함하며, 상기 제1 대차 및 상기 제2 대차에 각각 상기 가압부의 일부와 상기 회전부의 일부가 장착되는 회전가압 유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물에 구비된 작업 프레임에, 스프라인 파이프를 모노파일에 끼운 것을 배치시키고, 상기 스프라인 파이프를 시계방향 또는 반시계 방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향 또는 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하면서 상기 스프라인 파이프의 상부측에서부터 압력을 가함으로써, 상기 모노파일의 하단부를 해저면에 관입시키는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치를 이용한 모노파일 관입 방법을 제공할 수도 있을 것이다.

또한, 본 발명은 스프라인 파이프를 모노파일에 끼워 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물에 고박시키고 모노파일을 설치 대상물에 구비된 작업 프레임의 일정 위치에 배치한 다음, 상기 모노파일이 해저면에 심어지게 될 자리를 정하여 관입시킬 준비를 하는 제1 단계; 상기 설치 대상물의 일측에 구비된 발전기를 기동시키고 장치의 전원을 ON한 다음, 유압유와 엔진오일과 엔진 냉각수, 압력 유체와, 수직도 감지를 위한 IMU 센서와, 전압을 포함한 제어 시스템을 점검한 다음, 제어 시스템의 조작을 위한 디스플레이 패널에 상기 점검한 내용을 출력하는 제2 단계; 압력 유체의 압력으로 작동되는 유체 펌프를 작동시키고, 상기 유체 펌프의 압력을 점검한 다음, 상기 스프라인 파이프의 외주면에 형성된 기어 리브와 맞물린 스프라켓 가이드 기어의 외측 가장자리를 따라 형성된 외부 가이드 래칫 기어 이에 제1 걸림쇠 및 제2 걸림쇠가 맞물려 래칫 결합되도록 하는 제3 단계; 상기 제1 걸림쇠와 상기 제2 걸림쇠가 구비된 회전 걸림쇠 가이드의 정, 역회전 동작이 가능하도록, 상기 회전 걸림쇠 가이드의 외측 가장자리 양측에 회동 가능하게 결합된 제1 회전 실린더와 제2 회전 실린더의 자동 또는 수동 운전 여부를 선택한 다음, 상기 제1 회전 실린더와 상기 제2 회전 실린더에 가해지는 유체 압력에 의하여 상기 스프라인 파이프가 시계방향 또는 반시계 방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향 또는 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하는 제4 단계; 및 상기 스프라인 파이프의 상단부 면 중심으로부터 돌출된 지지봉에 결합된 베어링에 결합되는 누름커버의 양측에 연결된 제1 누름 와이어와 제2 누름 와이어에 각각 연결된 제1 누름 실린더와 제2 누름 실린더에 가해지는 유체 압력에 의하여 상기 스프라인 파이프의 상부측으로부터 가해지는 압력으로 상기 모노파일의 하단부가 상기 해저면에 관입되어지되, 상기 제4 단계에서 상기 스프라인 파이프가 시계방향으로 180도 회전후 반시계 방향으로 회전하려할 때 또는 반시계방향으로 180도 회전후 시계 방향으로 회전하려할 때 상기 제1 누름 실린더와 상기 제2 누름 실린더에 가해지는 유체 압력은 자동적으로 해제되는 제5 단계를 포함하며, 상기 제4 단계와 상기 제5 단계가 순차적으로 반복됨으로써 상기 모노파일의 상기 해저면에 대한 관입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치를 이용한 모노파일 관입 방법을 제공할 수도 있음은 물론일 것이다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 모노파일을 정, 역회전시키는 동작을 반복하면서 내리누르며 해저면에 관입시키므로 모노파일을 이용한 해상구조물을 해저면에 용이하게 설치할 수 있게 된다는 특장점을 가진다.

특히, 본 발명은 모노파일의 내, 외부에 관입용 나사산이 형성되어 있으므로, 해저면의 상태에 따라 자갈과 같은 장애물을 파쇄하며 용이하게 관입될 수 있음은 물론, 관입 고정된 상태가 확실하고 견고하게 유지될 수 있다는 특장점을 가진다.

그리고, 본 발명은 기존의 바지선이나 해상 크레인 또는 부유식 해상구조물과 같은 기존의 시설을 활용하여 작업 프레임과 관입 유닛 등을 추가적으로 설치하기만 하면, 모노파일의 관입 작업을 용이하게 수행할 수 있으므로, 범용성의 측면에서 매우 우수한 발명이라 할 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 해상 크레인을 이용하여 해저면에 관입된 모노파일을 관입시 관입 유닛을 작동시켰던 방향과 반대 방향으로 가동시킴으로써 해저면으로부터 관입된 모노파일을 회수할 수 있으므로, 몇 번이든 재사용이 가능하기 때문에 경제적인 측면에서도 매우 효율적인 발명이라 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 전체적인 외관을 나타낸 사시 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 작업 프레임의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 모노파일의 해수면 아래 부분과 내부 구조를 도시한 일부 절개 사시 개념도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 관입 유닛중 회전부의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 관입 유닛중 가압부의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 모노파일과 결합되는 돌출파일의 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치를 이용한 모노파일 관입 방법을 도시한 플로우 차트
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 유압 회로 연결 상태를 도시한 블록 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 전체적인 외관을 나타낸 사시 개념도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 작업 프레임(100)의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 모노파일(200)의 해수면(910) 아래 부분과 내부 구조를 도시한 일부 절개 사시 개념도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 관입 유닛중 회전부(600)의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 관입 유닛중 가압부(700)의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 주요부인 모노파일(200)과 결합되는 돌출파일(270)의 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치를 이용한 모노파일 관입 방법을 도시한 플로우 차트

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치의 유압 회로 연결 상태를 도시한 블록 개념도이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물(400)의 일측에 장착되는 작업 프레임(100)을 포함하고, 작업 프레임(100)에는 관입 유닛이 설치되어 모노파일(200, monopile)의 해저면(920)에 대한 관입 작업을 수행하며, 설치 대상물(400)의 일측에는 크레인(300)이 장착된 구조임을 파악할 수 있다.

관입 유닛은 작업 프레임(100)에 설치되어 해수면(910)으로부터 해저면(920)을 향하여 관입되는 하단부를 가지는 모노파일(200)의 관입을 안내하고 유도하도록 모노파일(200)을 수용하는 스프라인 파이프(500)를 포함할 수 있다.

여기서, 관입 유닛은 스프라인 파이프(500)와 함께 모노파일(200)을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 패턴을 반복하고 스프라인 파이프(500)와 함께 모노파일(200)을 해저면(920)측을 향하여 누름으로써, 모노파일(200)의 하단부를 해저면(920)에 대하여 하강시키는 동작을 수행할 수도 있을 것이다.

또한, 크레인(300)은 설치 대상물(400)의 일측에 장착되어 작업 프레임(100)의 상부측으로부터 모노파일(200)이 수용된 스프라인 파이프(500)를 들어올려 작업 프레임(100) 상의 일정 위치에 위치시키거나, 해저면(920)에 관입된 모노파일을 관입 유닛과의 협력 작업으로 들어올려 회수하는 역할을 수행할 수도 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용도 가능하며 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론일 것이다.

우선, 작업 프레임(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이 설치 대상물(400)의 일측에 설치되는 베이스 빔(101)에 제1, 2 받침 지지부(110, 120)와, 중간 연결 빔(102)과, 제3, 4 받침 지지부(130, 140)를 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수 있을 것이다.

여기서, 제1 받침 지지부(110)는 베이스 빔(101)의 일단부에 직교되게 설치되는 제1 측면 빔(111)과, 제1 측면 빔(111)과 평행하게 복수로 배치되어 베이스 빔(101)에 장착되는 제1 지지 빔(112)을 포함하여 작업 프레임(100)의 좌측 또는 우측을 형성하는 것이다.

이때, 제2 받침 지지부(120)는 베이스 빔(101)의 타단부에 직교되게 설치되는 제2 측면 빔(121)과, 제2 측면 빔(121)과 평행하게 복수로 배치되어 베이스 빔(101)에 장착되는 제2 지지 빔(122)을 포함하여 작업 프레임(100)의 우측 또는 좌측을 형성하는 것이다.

그리고, 중간 연결 빔(102)은 베이스 빔(101)과 평행하게 제1 받침 지지부(110)와 제2 받침 지지부(120)와 직교되게 일직선상에 배치되는 것으로, 보강 골조의 역할을 수행하게 된다.

또한, 제3 받침 지지부(130)는 제1 측면 빔(111)과 제1 지지 빔(112) 각각에 대하여 직교하며, 제1 받침 지지부(110)의 상부측에 배치되는 복수의 제3 지지 빔(132)들에 의하여 형성되는 것이다.

아울러, 제4 받침 지지부(140)는 제2 측면 빔(121)과 제2 지지 빔(122) 각각에 대하여 직교하며, 제2 받침 지지부(120)의 상부측에 배치되는 복수의 제4 지지 빔(142)들에 의하여 형성되는 것이다.

따라서, 스프라인 파이프(500)는, 중간 연결 빔(102)과 제1 받침 지지부(110)와 제2 받침 지지부(120)의 내측 영역을 이루는 문풀(103, moon pool) 상에 배치되어 지지되는 것을 파악할 수 있다.

한편, 관입 유닛은, 도 3에 도시된 바와 같이 해저면(920)에 관입되는 과정에서 발생하는 자갈과 뻘 및 해수 등을 파쇄하고 배출시키면서 확실하게 해저면(920)에 관입 고정될 수 있게 중공인 모노파일(200)의 내, 외부에 나사산이 형성된 구조의 실시예를 적용할 수도 있을 것이다.

우선, 중공인 모노파일(200)의 하단부 가장자리를 따라 제1 톱니(201)가 형성됨으로써, 해저면(920)의 뻘과 자갈을 파쇄하고 치워내면서 모노파일(200)이 관입되게 할 수 있을 것이다.

그리고, 모노파일(200)의 하부측 외주면을 따라 외부 관입 나사산(210)이 나선 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 모노파일(200)의 하부측 내주면을 따라 내부 관입 나사산(220)이 나선 형상으로 형성될 수 있을 것이다.

여기서, 모노파일(200)의 외주면에는 세굴(洗掘) 방지 캡(230)이 장착되어 외부 관입 나사산(210)의 상부측에 배치될 수 있을 것이다.

이때, 세굴 방지 캡(230)의 하면에는 외부지지 버킷(240)이 장착되어 모노파일(200)의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며, 외부지지 버킷(240)의 하단부 가장자리를 따라 제2 톱니(241)가 형성될 수도 있을 것이다.

또한, 세굴 방지 캡(230)의 하면에는 중앙지지 버킷(250)이 장착되어 모노파일(200)의 외주면과 마주보는 내주면을 가지면서, 외부지지 버킷(240)의 내주면과 마주보는 외주면을 가지며, 중앙지지 버킷(250)의 하단부 가장자리를 따라 제3 톱니(251)가 형성될 수도 있음은 물론이다.

여기서, 외부 관입 나사산(210) 및 내부 관입 나사산(220)의 피치(pitch)는 모노파일(200)의 상하 방향을 따라 일정하거나 가변되게 형성될 수 있을 것이다.

즉, 모노파일(200)이 해저면(920)에 효과적으로 관입되고 고정될 수 있도록 전술한 피치는 해저면(920)의 상태와 환경 및 상황에 따라 변형 및 응용 설계할 수 있음은 물론이다.

다시말해, 전술한 피치는 모노파일(200)의 상하 방향을 따라 동일하고 일정하게 형성되도록 할 수도 있을 것이다.

또한, 전술한 피치는 모노파일(200)의 하단부로부터 상부측으로 갈수록 점차 커지도록 하거나, 점차 작아지도록 하는 등의 응용 및 변형 설계 또한 가능할 것이다.

아울러, 외부지지 버킷(240)과 중앙지지 버킷(250)은 해저면(920)에 관입된 모노파일(200)을 더욱 확실하고 견고하게 고정시키는 역할을 하게 되며, 전술한 외부지지 버킷(240)과 중앙지지 버킷(250)의 갯수는 해저면(920)의 상황 및 환경에 따라 복수, 구체적으로는 2 내지 5 개 정도의 범위 내에서 가감하여 설치될 수 있을 것이다.

또한, 세굴 방지 캡(230)의 하면으로부터 외부지지 버킷(240)의 하단부 가장자리까지의 거리(이하 제1 거리)와, 세굴 방지 캡(230)의 하면으로부터 중앙지지 버킷(250)의 하단부 가장자리까지의 거리(이하 제2 거리)는 같거나 다르게 설계 제작될 수 있을 것이다.

여기서, 제2 거리는 제1 거리보다 크거나 같게 형성될 수도 있음은 물론이다.

이때, 외부지지 버킷(240)과 중앙지지 버킷(250)의 상하 방향의 길이와 외경 또는 내경의 비율은 해저면(920)의 환경에 따라 적절히 변경하여 작업을 수행할 수 있을 것이다.

또한, 제1 톱니(201)와 제2 톱니(241) 및 제3 톱니(251)는 모노파일(200)이 관입 작업을 수행할 때 뻘과 암석 등과 같은 해저면(920)의 장애물을 파쇄하는 역할을 수행하기 위하여 마련된 것이다.

아울러, 모노파일(200)의 관입은 외부지지 버킷(240) 및 중앙지지 버킷(250)의 상단부 가장자리가 해저면(920)에 도달할 때 까지 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 관입 유닛은, 세굴 방지 캡(230)을 구성하는 것으로, 모노파일(200)의 외주면에 장착되는 내부 가장자리를 가지며 외주면에 대하여 직교하는 상면을 가지는 원판 형상의 방지 커버편(231)을 더 구비할 수도 있다.

또한, 관입 유닛은, 세굴 방지 캡(230)을 구성하는 것으로, 방지 커버편(231)의 가장자리로부터 하향 경사지게 절곡 연장되는 경사면을 가지는 커버 날개편(232)을 더 구비할 수도 있을 것이다.

여기서, 외부지지 버킷(240)의 상단부와 중앙지지 버킷(250)의 상단부는 방지 커버편(231)의 하면에 장착되는 것을 파악할 수 있다.

한편, 관입 유닛은, 모노파일(200)의 외주면을 따라 방사상으로 배치되어 방지 커버편(231)과 모노파일(200)을 상호 연결하는 복수의 보강지지 리브(202)를 더 구비할 수도 있을 것이다.

또한, 관입 유닛은, 세굴 방지 캡(230)의 상면에 배치되어 모노파일(200)의 외주면과 중앙지지 버킷(250)의 내주면 사이의 공간과 연통되고, 모노파일(200)이 해저면(920)에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제1 배출밸브(261)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 세굴 방지 캡(230)의 상면에 배치되어 중앙지지 버킷(250)의 외주면과 외부지지 버킷(240)의 내주면 사이의 공간과 연통되고, 모노파일(200)이 해저면(920)에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제2 배출밸브(262)를 더 구비할 수도 있다.

또한, 관입 유닛은, 모노파일(200)의 외주면에 장착되어 모노파일(200)의 내부 공간과 연통되고 세굴 방지 캡(230)의 상면보다 상부측에 배치되며, 모노파일(200)이 해저면(920)에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제3 배출밸브(263)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

한편, 관입 유닛은 도 1 및 도 2와 함께, 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴보면, 모노파일(200)을 정, 역회전시키는 회전부(600)와, 모노파일(200)을 가압하여 내리누르는 가압부(700)와, 회전부(600)와 가압부(700)의 설치 공간과 면적을 제공하고 회전 및 가압 동작을 유도하는 회전가압 유도부(800)를 포함할 수 있을 것이다.

우선, 회전부(600)는 스프라인 파이프(500)의 외주면을 따라 상하 방향으로 돌출되어 방사상으로 배치되는 기어 리브(510)와 맞물리는 스프라켓 가이드 기어(610)를 포함할 수 있다.

회전부(600)는 스프라켓 가이드 기어(610)가 구동력을 전달받아, 스프라인 파이프(500)와 함께 스프라인 파이프(500)에 내장된 모노파일(200)을 시계방향으로 180도 회전후 반시계방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향으로 180도 회전후 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하게 된다.

가압부(700)는 스프라인 파이프(500)의 상면에 구비되어 모노파일(200)의 상단부를 고정하는 승강커버(710)를 포함하며, 승강커버(710)와 연결되어 작업 프레임(100)의 양측으로부터 가해지는 구동력을 전달받아 정, 역회전하는 스프라인 파이프(500)를 누르는 동작을 수행하게 된다.

회전가압 유도부(800)는 제1, 2 대차(810, 820)를 포함할 수 있다.

제1 대차(810)는 모노파일(200)이 정, 역회전하면서 가압되어 해저면(920)에 고정되도록 유도하는 것으로, 작업 프레임(100)의 일측에 배치되어 스프라인 파이프(500)의 외주면 일측에 대하여 근접 또는 이격 가능하게 구비되는 것이다.

제2 대차(820)는 작업 프레임(100)의 타측에 배치되어 스프라인 파이프(500)의 외주면 타측에 대하여 근접 또는 이격 가능하게 구비되는 것이다.

따라서, 제1 대차(810) 및 제2 대차(820)에 각각 가압부(700)의 일부와 회전부(600)의 일부가 장착되는 것을 파악할 수 있다.

한편, 관입 유닛은, 도 4에 도시된 바와 같이 회전부(600)의 스프라켓 가이드 기어(610)를 구성하는 것으로, 링 형상의 가이드 본체(612)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전부(600)의 스프라켓 가이드 기어(610)를 구성하는 것으로, 기어 리브(510)가 일정 정도의 유격을 허용하며 맞물리도록 가이드 본체(612)의 내측 가장자리를 따라 절개 형성되는 내부 가이드 기어 홈(611)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전부(600)의 스프라켓 가이드 기어(610)를 구성하는 것으로, 가이드 본체(612)의 외측 가장자리를 따라 돌출 형성되는 복수의 외부 가이드 래칫 기어 이(613)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전부(600)를 구성하는 것으로, 스프라켓 가이드 기어(610)의 외측 가장자리와 마주보는 내측 가장자리를 가지는 링 형상의 회전 걸림쇠 가이드(620)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전부(600)를 구성하는 것으로, 회전 걸림쇠 가이드(620)의 내측 가장자리 일측으로부터 경사지게 돌출된 제1 브라켓(641)에 결합됨과 동시에 탄성 지지되며, 외부 가이드 래칫 기어 이(613)에 걸림 고정되는 제1 걸림쇠(631)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전부(600)를 구성하는 것으로, 회전 걸림쇠 가이드(620)의 내측 가장자리 타측으로부터 경사지게 돌출된 제2 브라켓(642)에 결합됨과 동시에 탄성 지지되며, 외부 가이드 래칫 기어 이(613)에 걸림 고정되는 제2 걸림쇠(632)를 더 구비할 수 있다.

또한, 관입 유닛은, 회전부(600)를 구성하는 것으로, 회전 걸림쇠 가이드(620)의 외측 가장자리 일측에 회동 가능하게 결합되는 제1 회전 로드(651)를 출입 가능하게 수용하며 유체압으로 제1 회전 로드(651)의 출입 동작을 수행하는 제1 회전 실린더(650)를 더 구비할 수 있다.

아울러, 관입 유닛은, 회전부(600)를 구성하는 것으로, 회전 걸림쇠 가이드(620)의 외측 가장자리 타측에 회동 가능하게 결합되는 제2 회전 로드(661)를 출입 가능하게 수용하며 유체압으로 제2 회전 로드(661)의 출입 동작을 수행하는 제2 회전 실린더(660)를 더 구비할 수도 있다.

여기서, 제1 회전 실린더(650)는 제1 대차(810)에, 제2 회전 실린더(660)는 제2 대차(820)에 각각 회동 가능하게 설치되는 것을 파악할 수 있다.

이때, 가이드 본체(612)는, 원호 형상의 제1 본체 분할편(612a)과, 원호 형상의 제2 본체 분할편(612b)을 포함하며, 제1 본체 분할편(612a)의 양단부와 제2 본체 분할편(612b)의 양단부가 탈착 결합됨으로써 링 형상으로 형성되는 것을 알 수 있다.

또한, 회전 걸림쇠 가이드(620)는, 원호 형상의 제1 가이드 분할편(620a)과, 원호 형상의 제2 가이드 분할편(620b)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

여기서, 제1 가이드 분할편(620a)의 내측 가장자리 중심부에 돌출된 제1 브라켓(641)에 제1 탄발 스프링(641s)이 결합될 수 있다.

이때, 제2 가이드 분할편(620b)의 내측 가장자리 중심부에 돌출된 제2 브라켓(642)에 제2 탄발 스프링(642s)이 결합될 수 있다.

그리고, 제1 가이드 분할편(620a)의 외측 가장자리 중심부에 제1 로드결합 브라켓(621)이 돌출되어 제1 회전 로드(651)의 말단부와 회동 가능하게 결합될 수 있다.

그리고, 제2 가이드 분할편(620b)의 외측 가장자리 중심부에 제2 로드결합 브라켓(622)이 돌출되어 제2 회전 로드(661)의 말단부와 회동 가능하게 결합될 수 있다.

따라서, 제1 가이드 분할편(620a)의 양단부와 제2 가이드 분할편(620b)의 양단부가 탈착 결합됨으로써 링 형상으로 형성되는 것을 파악할 수 있다.

한편, 회전부(600)는, 제1 걸림쇠(631)와 제1 브라켓(641)의 결합을 지지하며 제1 브라켓(641)에 대하여 경사지게 연결됨과 동시에 제1 걸림쇠(631)에 고정되는 제1 지지편(643)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 회전부(600)는, 제1 지지편(643)과 제1 걸림쇠(631)를 관통하는 상하 양단부를 가지는 제1 회동지지 핀(643p)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 회전부(600)는, 제1 회동지지 핀(643p)의 상하 양단부를 지지하며 제1 가이드 분할편(620a)의 내측 가장자리 중심부에 장착되는 제1 핀 지지 가이드(671)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 회전부(600)는, 제2 걸림쇠(632)와 제2 브라켓(642)의 결합을 지지하며 제2 브라켓(642)에 대하여 경사지게 연결됨과 동시에 제2 걸림쇠(632)에 고정되는 제2 지지편(644)을 더 구비할 수 있다.

또한, 회전부(600)는, 제2 지지편(644)과 제2 걸림쇠(632)를 관통하는 상하 양단부를 가지는 제2 회동지지 핀(644p)을 더 구비할 수도 있다.

아울러, 회전부(600)는, 제2 회동지지 핀(644p)의 상하 양단부를 지지하며 제2 가이드 분할편(620b)의 내측 가장자리 중심부에 장착되는 제2 핀 지지 가이드(672)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

한편, 관입 유닛은, 도 5에 도시된 바와 같이 가압부(700)를 구성하는 것으로, 승강커버(710)의 상면으로부터 돌출된 지지봉(711)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 가압부(700)를 구성하는 것으로, 지지봉(711)에 결합되어 지지봉(711)을 회전 지지하는 베어링(712)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 가압부(700)를 구성하는 것으로, 베어링(712)을 수용하는 하면을 구비하며 승강커버(710)의 상부측에 배치되는 누름커버(720)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 가압부(700)를 구성하는 것으로, 누름커버(720)의 일측에 장착되는 제1 누름 와이어(721)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 가압부(700)를 구성하는 것으로, 제1 누름 와이어(721)의 말단부와 연결되는 제1 누름 로드(731)를 출입 가능하게 수용하며 유체압으로 제1 누름 로드(731)의 출입 동작을 수행하는 제1 누름 실린더(730)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 가압부(700)를 구성하는 것으로, 누름커버(720)의 타측에 장착되는 제2 누름 와이어(722)를 더 구비할 수 있다.

또한, 관입 유닛은, 가압부(700)를 구성하는 것으로, 제2 누름 와이어(722)의 말단부와 연결되는 제2 누름 로드(741)를 출입 가능하게 수용하며 유체압으로 제2 누름 로드(741)의 출입 동작을 수행하는 제2 누름 실린더(740)를 더 구비할 수 있다.

따라서, 제1 누름 실린더(730)는 제1 대차(810)에, 제2 누름 실린더(740)는 제2 대차(820)에 각각 회동 가능하게 설치되는 것을 파악할 수 있다.

한편, 관입 유닛은, 다시 도 2를 참조하여 살펴보면, 회전가압 유도부(800)의 제1 대차(810)를 구성하는 것으로, 작업 프레임(100)의 일측에 구비된 복수의 제3 지지 빔(132)들 각각을 따라 구름 접촉하며 왕복 가능한 복수의 제1 이동 휠(811)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전가압 유도부(800)의 제1 대차(810)를 구성하는 것으로, 복수의 제1 이동 휠(811)이 장착되는 저면과, 제1 회전 실린더(650)와 제1 누름 실린더(730)가 각각 회동 가능하게 장착되는 상면을 가지는 제1 운영판(812)을 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전가압 유도부(800)의 제1 대차(810)를 구성하는 것으로, 제1 운영판(812)의 일측 가장자리에 장착되며 스프라인 파이프(500)의 외주면 일측과 대응하는 원호 형상의 제1 내측 절개부(813c)를 가지는 제1 작업 가이드(813)를 더 구비할 수 있다.

그리고, 관입 유닛은, 회전가압 유도부(800)의 제2 대차(820)를 구성하는 것으로, 작업 프레임(100)의 타측에 구비된 복수의 제4 지지 빔(142)들 각각을 따라 구름 접촉하며 왕복 가능한 복수의 제2 이동 휠(821)을 더 구비할 수 있다.

또한, 관입 유닛은, 회전가압 유도부(800)의 제2 대차(820)를 구성하는 것으로, 복수의 제2 이동 휠(821)이 장착되는 저면과, 제2 회전 실린더(660)와 제2 누름 실린더(740)가 각각 회동 가능하게 장착되는 상면을 가지는 제2 운영판(822)을 더 구비할 수 있다.

아울러, 관입 유닛은, 회전가압 유도부(800)의 제2 대차(820)를 구성하는 것으로, 제2 운영판(822)의 일측 가장자리에 장착되며 스프라인 파이프(500)의 외주면 타측과 대응하는 원호 형상의 제2 내측 절개부(823c)를 가지는 제2 작업 가이드(823)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

한편, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 해수면(910)위로 돌출된 해상관측 구조물 등을 추가적으로 설치할 수 있는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

우선, 모노파일(200)의 상단부 가장자리를 따라 연결용의 제1 플랜지(203)가 연장 형성될 수 있다.

여기서, 모노파일(200)의 상부측에는 돌출파일(270, protrude pile)이 배치될 수 있으며, 돌출파일(270)의 하단부 가장자리를 따라 제2 플랜지(273)가 연장 형성되어 제1 플랜지(203)와 체결될 수 있다.

이때, 돌출파일(270)의 상단부에는 설치 플레이트(271)가 구비될 수 있다.

그리고, 설치 플레이트(271)의 가장자리를 따라 난간 구조물(272)이 설치될 수 있다.

그리고, 설치 플레이트(271)상에는 항로표지 장비(이하 미도시)와, 기상관측 장비(이하 미도시) 등이 설치될 수 있다.

그리고, 설치 플레이트(271)의 일측에는 점검구(274)가 관통되어 전술한 각종 장비의 접근이 가능하게 될 것이다.

또한, 점검구(274)와 연결되도록 돌출파일(270)의 외주면을 따라 접근용 사다리(275)가 형성될 수 있으며, 돌출파일(270)의 외주면을 따라 상하 방향으로 이격하여 배치되고 접근용 사다리(275)가 관통하는 복수의 중간접근 난간대(276)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 해저면의 모노파일 관입 장치를 이용하여 모노파일을 관입하는 방법에 대하여 도 7 및 도 8을 참조하여 다음과 같이 살펴보고자 한다.

우선, 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물(400)에 구비된 작업 프레임(100)에, 스프라인 파이프(500)를 모노파일(200)에 끼운 것을 배치시킨다.

이후, 스프라인 파이프(500)를 시계방향 또는 반시계 방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향 또는 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하면서 스프라인 파이프(500)의 상부측에서부터 압력을 가함으로써, 모노파일(200)의 하단부를 해저면(920)에 관입시키게 되는 것이다.

전술한 관입 방법을 좀 더 상세하게 살펴보기로 한다.

우선, 작업자는 스프라인 파이프(500)를 모노파일(200)에 끼워 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물(400)에 고박시키고 모노파일(200)을 설치 대상물(400)에 구비된 작업 프레임(100)의 일정 위치에 배치한 다음, 모노파일(200)이 해저면(920)에 심어지게 될 자리를 정하여 관입시킬 준비를 한다(S1: 제1 단계).

이후, 작업자는 설치 대상물(400)의 일측에 구비된 발전기를 기동시키고 장치의 전원을 ON한 다음, 유압유와 엔진오일과 엔진 냉각수, 압력 유체와, 수직도 감지를 위한 IMU 센서와, 전압을 포함한 제어 시스템을 점검한 다음, 제어 시스템의 조작을 위한 디스플레이 패널에 점검한 내용을 출력한다(S2: 제2 단계).

계속하여, 압력 유체의 압력으로 작동되는 유체 펌프를 작동시키고, 유체 펌프의 압력을 점검한 다음, 스프라인 파이프(500)의 외주면에 형성된 기어 리브(510)와 맞물린 스프라켓 가이드 기어(610)의 외측 가장자리를 따라 형성된 외부 가이드 래칫 기어 이(613)에 제1 걸림쇠(631) 및 제2 걸림쇠(632)가 맞물려 래칫 결합되도록 한다(S3: 제3 단계).

다음으로, 제1 걸림쇠(631)와 제2 걸림쇠(632)가 구비된 회전 걸림쇠 가이드(620)의 정, 역회전 동작이 가능하도록, 회전 걸림쇠 가이드(620)의 외측 가장자리 양측에 회동 가능하게 결합된 제1 회전 실린더(650)와 제2 회전 실린더(660)의 자동 또는 수동 운전 여부를 선택한다.

이후, 제1 회전 실린더(650)와 제2 회전 실린더(660)에 가해지는 유체 압력에 의하여 스프라인 파이프(500)가 시계방향 또는 반시계 방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향 또는 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하게 된다(S4: 제4 단계).

계속하여, 스프라인 파이프(500)의 상단부 면 중심으로부터 돌출된 지지봉(711)에 결합된 베어링(712)에 결합되는 누름커버(720)의 양측에 연결된 제1 누름 와이어(721)와 제2 누름 와이어(722)에 각각 연결된 제1 누름 실린더(730)와 제2 누름 실린더(740)에 가해지는 유체 압력에 의하여 스프라인 파이프(500)의 상부측으로부터 가해지는 압력으로 모노파일(200)의 하단부가 해저면(920)에 관입되는 것이다.

이때, 제4 단계(S4)에서 스프라인 파이프(500)가 시계방향으로 180도 회전후 반시계 방향으로 회전하려할 때 또는 반시계방향으로 180도 회전후 시계 방향으로 회전하려할 때 제1 누름 실린더(730)와 제2 누름 실린더(740)에 가해지는 유체 압력은 자동적으로 해제된다(S5: 제5 단계).

따라서, 제4 단계(S4)와 제5 단계(S5)가 순차적으로 반복됨으로써 모노파일(200)의 해저면(920)에 대한 관입이 이루어지게 되는 것이다.

여기서, 제1 회전 실린더(650)와 제1 누름 실린더(730)가 장착된 제1 대차(810)와, 제2 회전 실린더(660)와 제2 누름 실린더(740)가 장착된 제2 대차(820)가 각각, 작업 프레임(100)의 좌우 양측에서 서로 근접하도록 이동하게 된다.

따라서, 외부 가이드 래칫 기어 이(613)에 제1 걸림쇠(631) 및 제2 걸림쇠(632)가 각각 맞물려 래칫 결합되는 것을 파악할 수 있다.

이때, 제4 단계(S4)와 제5 단계(S5)가 순차적으로 반복되는 과정에서, 유압유와 엔진오일과 압력 유체의 압력을 검지하는 압력센서와, IMU센서와, 온도센서 및 압력유체의 유체면 위치를 감지하는 센서 등의 이상 여부를 제어 시스템에 의하여 실시간으로 모니터링하며, 이상 발생시 장치의 작동을 정지시킬 수도 있을 것이다.

또한, 제4 단계(S4)와 제5 단계(S5)가 순차적으로 반복된 후 모노파일(200)이 해저면(920)에 관입된 깊이를 측정하는 작업이 추가적으로 이루어질 수 있다.

아울러, 설치 대상물(400)의 일측에 구비된 소나를 이용하여 해저면(920)을 모니터링하는 작업이 추가적으로 이루어질 수도 있을 것이다.

전술한 추가 작업들이 완료된 후 모노파일(200)의 관입 작업이 완료된다.

이상과 같이 본 발명은 모노파일을 이용한 해상구조물을 해저면에 용이하게 설치할 수 있도록 하는 해저면의 모노파일 관입 장치 및 이것을 이용한 모노파일 관입 방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...작업 프레임
101...베이스 빔
102...중간 연결 빔
103...문풀
110...제1 받침 지지부
111...제1 측면 빔
112...제1 지지 빔
120...제2 받침 지지부
121...제2 측면 빔
122...제2 지지 빔
130...제3 받침 지지부
132...제3 지지 빔
140...제4 받침 지지부
142...제4 지지 빔
200...모노파일
201...제1 톱니
202...보강지지 리브
203...제1 플랜지
210...외부 관입 나사산
220...내부 관입 나사산
230...세굴 방지 캡
231...방지 커버편
232...커버 날개편
240...외부지지 버킷
241...제2 톱니
250...중앙지지 버킷
251...제3 톱니
261...제1 배출밸브
262...제2 배출밸브
263...제3 배출밸브
270...돌출파일
271...설치 플레이트
272...난간 구조물
273...제2 플랜지
274...점검구
275...접근용 사다리
276...중간접근 난간대
300...크레인
400...설치 대상물
500...스프라인 파이프
510...기어 리브
600...회전부
610...스프라켓 가이드 기어
611...내부 가이드 기어 홈
612...가이드 본체
612a...제1 본체 분할편
612b...제2 본체 분할편
613...외부 가이드 래칫 기어 이
620...회전 걸림쇠 가이드
620a...제1 가이드 분할편
620b...제2 가이드 분할편
621...제1 로드결합 브라켓
622...제2 로드결합 브라켓
631...제1 걸림쇠
632...제2 걸림쇠
641...제1 브라켓
641s...제1 탄발 스프링
642...제2 브라켓
642s...제2 탄발 스프링
643...제1 지지편
643p...제1 회동지지 핀
644...제2 지지편
644p...제2 회동지지 핀
650...제1 회전 실린더
651...제1 회전 로드
660...제2 회전 실린더
661...제2 회전 로드
671...제1 핀 지지 가이드
672...제2 핀 지지 가이드
700...가압부
710...승강커버
711...지지봉
712...베어링
720...누름커버
721...제1 누름 와이어
722...제2 누름 와이어
730...제1 누름 실린더
731...제1 누름 로드
740...제2 누름 실린더
741...제2 누름 로드
800...회전가압 유도부
810...제1 대차
811...제1 이동 휠
812...제1 운영판
813...제1 작업 가이드
813c...제1 내측 절개부
820...제2 대차
821...제2 이동 휠
822...제2 운영판
823...제2 작업 가이드
823c...제2 내측 절개부
910...해수면
920...해저면
S1...제1 단계
S2...제2 단계
S3...제3 단계
S4...제4 단계
S5...제5 단계

Claims (7)

1. 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물의 일측에 장착되는 작업 프레임;
   상기 작업 프레임에 설치되어 해수면으로부터 해저면을 향하여 관입되는 하단부를 가지는 모노파일(monopile)의 관입을 안내하고 유도하도록 상기 모노파일을 수용하는 스프라인 파이프를 포함하며, 상기 스프라인 파이프와 함께 상기 모노파일을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 패턴을 반복하고 상기 스프라인 파이프와 함께 상기 모노파일을 상기 해저면측을 향하여 누름으로써, 상기 모노파일의 하단부를 상기 해저면에 대하여 하강시키는 관입 유닛; 및
   상기 설치 대상물의 일측에 장착되어 상기 작업 프레임의 상부측으로부터 상기 모노파일이 수용된 상기 스프라인 파이프를 들어올려 상기 작업 프레임 상의 일정 위치에 위치시키거나, 상기 해저면에 관입된 모노파일을 상기 관입 유닛과의 협력 작업으로 들어올려 회수하는 크레인을 포함하며,
   상기 작업 프레임은,
   상기 설치 대상물의 일측에 설치되는 베이스 빔과,
   상기 베이스 빔의 일단부에 직교되게 설치되는 제1 측면 빔과, 상기 제1 측면 빔과 평행하게 복수로 배치되어 상기 베이스 빔에 장착되는 제1 지지 빔을 포함하여 상기 작업 프레임의 좌측 또는 우측을 형성하는 제1 받침 지지부와,
   상기 베이스 빔의 타단부에 직교되게 설치되는 제2 측면 빔과, 상기 제2 측면 빔과 평행하게 복수로 배치되어 상기 베이스 빔에 장착되는 제2 지지 빔을 포함하여 상기 작업 프레임의 우측 또는 좌측을 형성하는 제2 받침 지지부와,
   상기 베이스 빔과 평행하게 상기 제1 받침 지지부와 상기 제2 받침 지지부와 직교되게 일직선상에 배치되는 중간 연결 빔과,
   상기 제1 측면 빔과 상기 제1 지지 빔 각각에 대하여 직교하며, 상기 제1 받침 지지부의 상부측에 배치되는 복수의 제3 지지 빔들에 의하여 형성되는 제3 받침 지지부와,
   상기 제2 측면 빔과 상기 제2 지지 빔 각각에 대하여 직교하며, 상기 제2 받침 지지부의 상부측에 배치되는 복수의 제4 지지 빔들에 의하여 형성되는 제4 받침 지지부를 포함하며,
   상기 스프라인 파이프는, 상기 중간 연결 빔과 상기 제1 받침 지지부와 상기 제2 받침 지지부의 내측 영역을 이루는 문풀(moon pool) 상에 배치되어 지지되는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 관입 유닛은,
   중공인 상기 모노파일의 하단부 가장자리를 따라 형성되는 제1 톱니와,
   상기 모노파일의 하부측 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되는 외부 관입 나사산과,
   상기 모노파일의 하부측 내주면을 따라 나선 형상으로 형성되는 내부 관입 나사산과,
   상기 모노파일의 외주면에 장착되어 상기 외부 관입 나사산의 상부측에 배치되는 세굴(洗掘) 방지 캡과,
   상기 세굴 방지 캡의 하면에 장착되어 상기 모노파일의 외주면과 마주보는 내주면을 가지며, 하단부 가장자리를 따라 제2 톱니가 형성되는 외부지지 버킷과,
   상기 세굴 방지 캡의 하면에 장착되어 상기 모노파일의 외주면과 마주보는 내주면을 가지면서, 상기 외부지지 버킷의 내주면과 마주보는 외주면을 가지며, 하단부 가장자리를 따라 제3 톱니가 형성되는 중앙지지 버킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 관입 유닛은,
   상기 세굴 방지 캡의 상면에 배치되어 상기 모노파일의 외주면과 상기 중앙지지 버킷의 내주면 사이의 공간과 연통되고, 상기 모노파일이 상기 해저면에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제1 배출밸브와,
   상기 세굴 방지 캡의 상면에 배치되어 상기 중앙지지 버킷의 외주면과 상기 외부지지 버킷의 내주면 사이의 공간과 연통되고, 상기 모노파일이 상기 해저면에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제2 배출밸브와,
   상기 모노파일의 외주면에 장착되어 상기 모노파일의 내부 공간과 연통되고 상기 세굴 방지 캡의 상면보다 상부측에 배치되며, 상기 모노파일이 상기 해저면에 관입되는 과정에서 발생하는 물과 뻘 및 에어를 배출시키는 제3 배출밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 관입 유닛은,
   상기 스프라인 파이프의 외주면을 따라 상하 방향으로 돌출되어 방사상으로 배치되는 기어 리브와 맞물리는 스프라켓 가이드 기어를 포함하며, 상기 스프라켓 가이드 기어가 구동력을 전달받아, 상기 스프라인 파이프와 함께 상기 스프라인 파이프에 내장된 상기 모노파일을 시계방향으로 180도 회전후 반시계방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향으로 180도 회전후 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하는 회전부와,
   상기 스프라인 파이프의 상면에 구비되어 상기 모노파일의 상단부를 고정하는 승강커버를 포함하며, 상기 승강커버와 연결되어 상기 작업 프레임의 양측으로부터 가해지는 구동력을 전달받아 정, 역회전하는 상기 스프라인 파이프를 누르는 가압부와,
   상기 모노파일이 정, 역회전하면서 가압되어 상기 해저면에 고정되도록 유도하는 것으로, 상기 작업 프레임의 일측에 배치되어 상기 스프라인 파이프의 외주면 일측에 대하여 근접 또는 이격 가능하게 구비되는 제1 대차와, 상기 작업 프레임의 타측에 배치되어 상기 스프라인 파이프의 외주면 타측에 대하여 근접 또는 이격 가능하게 구비되는 제2 대차를 포함하며, 상기 제1 대차 및 상기 제2 대차에 각각 상기 가압부의 일부와 상기 회전부의 일부가 장착되는 회전가압 유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치.
   
6. 삭제
7. 스프라인 파이프를 모노파일에 끼워 선체나 해상부유식 구조물을 포함한 설치 대상물에 고박시키고 모노파일을 설치 대상물에 구비된 작업 프레임의 일정 위치에 배치한 다음, 상기 모노파일이 해저면에 심어지게 될 자리를 정하여 관입시킬 준비를 하는 제1 단계;
   상기 설치 대상물의 일측에 구비된 발전기를 기동시키고 장치의 전원을 ON한 다음, 유압유와 엔진오일과 엔진 냉각수, 압력 유체와, 수직도 감지를 위한 IMU 센서와, 전압을 포함한 제어 시스템을 점검한 다음, 제어 시스템의 조작을 위한 디스플레이 패널에 상기 점검한 내용을 출력하는 제2 단계;
   압력 유체의 압력으로 작동되는 유체 펌프를 작동시키고, 상기 유체 펌프의 압력을 점검한 다음, 상기 스프라인 파이프의 외주면에 형성된 기어 리브와 맞물린 스프라켓 가이드 기어의 외측 가장자리를 따라 형성된 외부 가이드 래칫 기어 이에 제1 걸림쇠 및 제2 걸림쇠가 맞물려 래칫 결합되도록 하는 제3 단계;
   상기 제1 걸림쇠와 상기 제2 걸림쇠가 구비된 회전 걸림쇠 가이드의 정, 역회전 동작이 가능하도록, 상기 회전 걸림쇠 가이드의 외측 가장자리 양측에 회동 가능하게 결합된 제1 회전 실린더와 제2 회전 실린더의 자동 또는 수동 운전 여부를 선택한 다음, 상기 제1 회전 실린더와 상기 제2 회전 실린더에 가해지는 유체 압력에 의하여 상기 스프라인 파이프가 시계방향 또는 반시계 방향으로 180도 회전시키거나 반시계방향 또는 시계방향으로 180도 회전시키는 패턴을 반복하는 제4 단계; 및
   상기 스프라인 파이프의 상단부 면 중심으로부터 돌출된 지지봉에 결합된 베어링에 결합되는 누름커버의 양측에 연결된 제1 누름 와이어와 제2 누름 와이어에 각각 연결된 제1 누름 실린더와 제2 누름 실린더에 가해지는 유체 압력에 의하여 상기 스프라인 파이프의 상부측으로부터 가해지는 압력으로 상기 모노파일의 하단부가 상기 해저면에 관입되어지되, 상기 제4 단계에서 상기 스프라인 파이프가 시계방향으로 180도 회전후 반시계 방향으로 회전하려할 때 또는 반시계방향으로 180도 회전후 시계 방향으로 회전하려할 때 상기 제1 누름 실린더와 상기 제2 누름 실린더에 가해지는 유체 압력은 자동적으로 해제되는 제5 단계를 포함하며,
   상기 제4 단계와 상기 제5 단계가 순차적으로 반복됨으로써 상기 모노파일의 상기 해저면에 대한 관입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 해저면의 모노파일 관입 장치를 이용한 모노파일 관입 방법.
   

Images