KR20230147778A

KR20230147778A - 유압실린더, 유압실린더를 구비하는 스태빙 시스템, 및 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법

Info

Publication number: KR20230147778A
Application number: KR1020220046136A
Authority: KR
Inventors: 류재용; 장승훈
Original assignee: 주식회사케이베츠
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-10-24
Also published as: KR102600428B1

Abstract

해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템, 스태빙 시스템에 구비되는 유압실린더, 및 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물의 설치방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 실린더 본체; 상기 실린더 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 실린더 본체에 대한 유압 공급에 따라 원형 관 형상의 지지 대상물의 반경 방향으로 전진 또는 후진하는 피스톤 어셈블리; 상기 피스톤 어셈블리에 힌지 축을 통해 회전 가능하게 결합되는 연결 로드; 및 상기 연결 로드에 결합되어, 상기 지지 대상물의 외주면에 밀착되는 가압부재를 포함하고, 상기 힌지 축은 상기 지지 대상물의 중심축과 평행하게 배치되고, 상기 가압부재의 가압 면은 상기 지지 대상물의 외주면에 밀착되도록 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더가 제공될 수 있다.

Description

유압실린더, 유압실린더를 구비하는 스태빙 시스템, 및 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법{HYDRAULIC CYLINDER, STABBING SYSTEM INCLUDING THE HYDRAULIC CYLINDER, AND METHOD FOR INSTALLATION OF OFFSHORE JACKET STRUCTURE USING THE STABBING SYSTEM}

본 발명은 유압실린더, 유압실린더를 구비하는 스태빙 시스템, 및 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법에 관한 것이다.

해양구조물, 예를 들어 해양풍력장치 또는 해양시추장치 등이 해중에 설치되면 해수에 의해 부식 또는 오염될 수 있다. 이에 따라, 해저 지층에 고정되게 지지구조물을 설치하고, 해수면 위로 노출되는 지지구조물 상에 플랫폼을 마련한 후에 플랫폼 상에 해양구조물을 설치하는 것이 일반적이다. 이와 같은 지지구조물에는 자켓구조물이 있다.

자켓구조물은 중공체인 복수의 레그와 레그의 하단부에 형성된 받침판을 포함한다.

받침판은 해저 면과 접촉하여, 레그의 상단부는 해수면 위로 노출되어 플랫폼이 형성된다. 그리고, 상호 인접하는 레그는 연결 바에 의해 상호간에 연결될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래 해양자켓구조물은 먼저 자켓구조물의 하부 구조인 자켓 레그(1)를 해저 면에 위치시키고, 다음으로 자켓 레그(1)의 내부로 자켓 파일, 즉 핀 파일(2)을 삽입하여 해저 면에 관입시키고, 다음으로 자켓 레그(1)와 핀 파일(2) 사이에 그라우트(3)를 주입하여 고정시키고, 핀 파일(2)의 내부를 콘크리트로 메우는 방식으로 설치되었다.

종래 해양자켓구조물의 설치방법에 의해 해양구조물을 설치하게 되면 해양구조물 1기당 약 48일이 소요되고, 설치 작업을 진행하는 동안 기상조건 등 다양한 변수로 인해 설치 시간이 더 연장될 수 있었다.

즉, 종래 해양자켓구조물의 설치방법에 의해 해상풍력발전단지를 조성하게 되면 경제적인 측면에서 비효율적이라는 판단 하에 스태빙 시스템을 연구하게 되었다.

또한, 스태빙 시스템은 자켓 레그를 원형 관 형상의 해저 파일에 고정시키기 위해 자켓 레그에 결합되는 스태빙 부재에 구비되는 상부 수평 그리퍼를 포함하고, 상부 수평 그리퍼는 해저 파일의 외주면에 밀착되는 복수의 제2 유압실린더를 포함하는데, 자켓 레그가 해저 파일의 중심에 정렬되지 않은 상태에서는 제2 유압실린더의 가압 면이 해저 파일의 외주면에 제대로 밀착되지 않는 문제도 있었다.

본 발명의 실시 예는 종래의 해양자켓구조물의 설치 공법과 비교하여 해양구조물의 설치 시간을 단축시킬 수 있는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템, 스태빙 시스템에 구비되는 유압실린더, 및 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물의 설치방법을 제공한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 실린더 본체; 상기 실린더 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 실린더 본체에 대한 유압 공급에 따라 원형 관 형상의 지지 대상물의 반경 방향으로 전진 또는 후진하는 피스톤 어셈블리; 상기 피스톤 어셈블리에 힌지 축을 통해 회전 가능하게 결합되는 연결 로드; 및 상기 연결 로드에 결합되어, 상기 지지 대상물의 외주면에 밀착되는 가압부재를 포함하고, 상기 힌지 축은 상기 지지 대상물의 중심축과 평행하게 배치되고, 상기 가압부재의 가압 면은 상기 지지 대상물의 외주면에 밀착되도록 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 해저 면에 기 관입된 해저 파일 내로 삽입되는 해양자켓구조물의 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키기 위한 스태빙 시스템에 있어서, 상기 자켓 레그의 외주면에 결합되어 상기 자켓 레그의 원주 방향으로 연장되는 원형 고리 형상으로 형성되는 수평 지지판, 및 상기 수평 지지판의 외측 가장자리를 따라 하향 절곡되어 원형 관 형상으로 형성되는 수직 지지판을 포함하는 스태빙 부재; 상기 수평 지지판에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합되는 복수의 제1 유압실린더를 포함하고, 상기 복수의 제1 유압실린더는 상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내로 삽입되면 상기 해저 파일의 상부 끝단면을 향해 구동하여 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 대해 지지하는 한편 상기 자켓 레그의 수평도를 조절하는 수직 그리퍼; 상기 수직 지지판에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합되는 복수의 제2 유입실린더를 포함하고, 상기 복수의 제2 유압실린더는 상기 해저 파일의 외주면을 향해 구동하여 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키는 상부 수평 그리퍼; 및 상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내에 고정된 상태에서 상기 자켓 레그와 상기 해저 파일 사이의 공간에 그라우트를 주입하는 그라우팅 장치를 포함하고, 상기 제2 유압실린더는, 상기 수직 지지판에 결합되는 실린더 본체; 상기 실린더 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 실린더 본체에 대한 유압 공급에 따라 상기 자켓 레그의 반경 방향으로 전진 또는 후진하는 피스톤 어셈블리; 상기 피스톤 어셈블리에 힌지 축을 통해 회전 가능하게 결합되는 연결 로드; 및 상기 연결 로드에 결합되어, 상기 해저 파일의 외주면에 밀착되는 가압부재를 포함하고, 상기 제2 유압실린더의 상기 힌지 축은 상기 자켓 레그의 중심축과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템이 제공될 수 있다.

상기 가압부재에서 상기 해저 파일의 외주면에 밀착되는 가압 면은 상기 힌지 축과 평행하게 배치되는 원형 관 형상의 상기 해저 파일의 외주면에 밀착되도록 곡률이 형성될 수 있다.

상기 가압 면은 상기 가압 면의 곡률 형성 방향으로 연장되는 복수의 요철 홈을 구비할 수 있다.

상기 자켓 레그의 내주면에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합되는 복수의 제3 유압실린더를 포함하고, 상기 복수의 제3 유압실린더는 상기 해저 파일의 내주면을 향해 구동하여 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키는 하부 수평 그리퍼를 더 포함하고, 상기 하부 수평 그리퍼는 상기 상부 수평 그리퍼의 하측에 배치될 수 있다.

상기 그라우팅 장치는 상기 자켓 레그 내에 설치되며 하부끝단이 상기 자켓 레그의 하단에 관통 연결되어 있어 상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내에 고정된 상태에서 상기 자켓 레그와 상기 해저 파일 사이의 공간에 그라우트를 주입하는 그라우트 관으로 구성되고, 상기 자켓 레그의 하부끝단 외주면과 상기 해저 파일 사이에 구비되는 그라우트 씰과, 상기 수평 지지판과 상기 수직 그리퍼 사이에 구비되는 수직 그리퍼 링을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제5항에 따른 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법에 있어서, 복수의 해저 파일을 해저 면에 관입시키는 단계; 상기 해양자켓구조물의 자켓 레그 각각을 상기 해저 파일 내로 진입시키는 단계; 상기 스태빙 시스템의 스태빙 부재가 상기 해저 파일의 상부 끝단면에 안착되고, 상기 스태빙 시스템의 수직 그리퍼의 작동에 의해 상기 자켓 레그의 수평도를 조절하는 단계; 상기 스태빙 시스템의 상부 수평 그리퍼와 하부 수평 그리퍼를 작동시켜 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키는 단계; 및 상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내에 고정된 상태에서, 상기 스태빙 시스템의 그라우팅 장치를 통해 상기 자켓 레그와 상기 해저 파일 사이의 공간에 그라우트를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치방법이 제공될 수 있다.

상기 자켓 레그의 기울기를 측정하는 기울기 센서와, 상기 기울기 센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 수직 그리퍼, 상기 상부 수평 그리퍼, 및 상기 하부 수평 그리퍼의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 기울기 센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 수직 그리퍼를 제어하여 상기 자켓 레그의 수평도를 조절하고, 상기 자켓 레그의 수평이 유지된 상태에서 상기 자켓 레그의 하중 조건을 기반으로 상기 상부 수평 그리퍼와 상기 하부 수평 그리퍼의 작동을 제어하고, 상기 해양자켓구조물의 설치 후, 상기 수직 그리퍼 및 상기 상부 수평 그리퍼 중 적어도 어느 하나 또는, 상기 수직 그리퍼와 상기 상부 수평 그리퍼가 설치된 스태빙 부재는 탈거되어 재활용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 자켓구조물을 해저 면에 먼저 위치시키는 것이 아니라 해저 파일을 항타 과정 등을 거쳐 해저 면에 먼저 관입시킨 후, 스태빙 시스템이 설치된 자켓구조물의 자켓 레그를 관입시키고 스태빙 시스템의 그리퍼를 작동하여 해저 파일과 자켓 레그 사이를 그라우트가 완전히 굳을 때까지 약 24시간 동안 고정시킴으로써, 종래 해양자켓구조물의 설치방법에 따를 경우에 소요되는 해양구조물 1기당 약 48일의 설치 시간을 약 36일로 줄여 약 25%의 단축 효과를 달성할 수 있다.

또한, 해양풍력장치의 지지구조물의 단축된 시공 기간으로 시공비 및 공기 절감의 효과와 사용 장비 소형화 달성으로 인해 설치비용 절감과 해상풍력발전단지의 구축 및 해상풍력발전의 보급 활성화에 기여할 수 있으며, 수직 그리퍼와 상부 수평 그리퍼가 설치되는 스태빙 부재는 시공 후 탈거하여 재활용이 가능하고, 스태빙 시스템에 설치되는 수평 그리퍼는 구조물의 형상, 하중, 지반 조건에 맞추어 상부 수평 그리퍼와 하부 수평 그리퍼가 동시에 설치되거나 하부 수평 그리퍼는 제외할 수 있으며, 하부 수평 그리퍼를 제외할 경우 설계 및 시공 측면에서 공사비와 제작비 절감이 이루어질 수도 있다.

또한, 자켓 레그가 해저 파일의 중심에 정렬되지 않은 상태에서도 상부 수평 그리퍼를 구성하는 제2 유압실린더의 가압 면이 해저 파일의 외주면에 밀착되게 함으로써, 상부 수평 그리퍼가 자켓 레그를 해저 파일에 안정적으로 고정시킬 수 있게 할 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1 내지 도 3은 종래 해양자켓구조물의 설치방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스태빙 시스템이 설치된 해양자켓구조물의 자켓 레그의 단면도이고,
도 5는 도 4의 자켓 레그가 삽입되는 해저 파일의 단면도이고,
도 6은 도 4의 자켓 레그가 도 5의 해저 파일에 삽입 고정된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 7은 도 6의 스태빙 시스템에 의해 자켓 레그와 해저 파일 사이의 공간에 그라우트가 충진된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 8은 도 6의 A - A에서의 단면도이고,
도 9는 도 6의 일부 확대도이고,
도 10 내지 도 12는 도 9의 제2 유압실린더의 동작을 보여주기 위한 도면이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법의 순서도이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는, 명백히 다른 의미로 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 단지 특정 실시 예를 설명하기 위한 것으로 볼 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 있는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 특별한 기재가 없는 한 복수형도 포함하는 것으로 볼 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 기재된 경우, 해당 부분은 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.

또한, 어떤 구성요소 “상”으로 기재된 경우, 해당 구성요소의 위 또는 아래를 의미하고, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결” 또는 “결합”된다고 기재된 경우, 해당 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되는 경우뿐만 아니라, 해당 구성요소가 또 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결 또는 결합되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 어떤 구성요소를 설명하는데 있어서 제1, 제2 등의 용어를 사용할 수 있지만, 이러한 용어는 해당 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등을 한정하고자 하는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스태빙 시스템이 설치된 해양자켓구조물의 자켓 레그의 단면도이고, 도 5는 도 4의 자켓 레그가 삽입되는 해저 파일의 단면도이고, 도 6은 도 4의 자켓 레그가 도 5의 해저 파일에 삽입 고정된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 7은 도 6의 스태빙 시스템에 의해 자켓 레그와 해저 파일 사이의 공간에 그라우트가 충진된 상태를 보여주는 단면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스태빙 시스템(100)은 해저 면에 기 관입된 해저 파일(10) 내로 삽입되는 해양자켓구조물의 자켓 레그(1)를 해저 파일(10)에 고정시키기 위한 것으로써, 스태빙 부재(20), 수직 그리퍼(30), 수평 그리퍼(40) 및 그라우팅 장치를 포함할 수 있고, 기울기 센서 및 제어부를 더 포함할 수도 있다.

스태빙 부재(20)는 자켓 레그(1)의 외주면에 설치되어 자켓 레그(1)가 해저 파일(10) 내로 삽입되면 해저 파일(10)의 상부 끝단면에 의해 지지되도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 스태빙 부재(20)는 수평 지지판(21) 및 수직 지지판(22)을 포함할 수 있다.

수평 지지판(21)은 자켓 레그(1)의 외주면에 결합될 수 있고, 자켓 레그(1)의 원주 방향으로 연장되는 원형 고리 형상으로 형성되어 해저 파일(10)의 상부 끝단면 상에 안착될 수 있다.

수직 지지판(22)은 수평 지지판(21)의 외측 가장자리를 따라 하향 절곡되어 형성될 수 있고, 수평 지지판(21)의 외측 가장자리를 따라 연장되는 원형 관 형상일 수 있다.

수직 그리퍼(30)는 수평 지지판(21)에 결합되는 복수의 제1 유압실린더를 포함할 수 있다. 복수의 제1 유압실린더는 수평 지지판(21)에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합될 수 있고, 자켓 레그(1)가 해저 파일(10) 내로 삽입되면 해저 파일(10)의 상부 끝단면을 향해 제1 유압실린더의 피스톤이 상하 방향으로 구동되어 자켓 레그(1)를 해저 파일(10)에 대해 지지하는 한편 자켓 레그(1)의 수평도를 조절할 수 있다.

수평 그리퍼(40)는 자켓 레그(1)를 해저 파일(10)에 고정시킬 수 있고, 이를 위해 상부 수평 그리퍼(41)를 포함할 수 있으며, 하부 수평 그리퍼(42)를 더 포함할 수도 있다.

상부 수평 그리퍼(41)는 수직 지지판(22)에 결합되는 복수의 제2 유압실린더를 포함할 수 있다. 복수의 제2 유압실린더는 수직 지지판(22)에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합될 수 있고, 해저 파일(10)의 외주면을 향해 제2 유압실린더의 피스톤이 수평 방향으로 구동하여 자켓 레그(1)를 해저 파일(10)에 고정시킬 수 있다.

하부 수평 그리퍼(42)는 자켓 레그(1)의 내주면에 결합되는 복수의 제3 유압실린더를 포함할 수 있다. 복수의 제3 유압실린더는 자켓 레그(1)의 내주면에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합될 수 있고, 해저 파일(10)의 내주면을 향해 제3 유압실린더의 피스톤이 수평 방향으로 구동하여 자켓 레그(1)를 해저 파일(10)에 고정시킬 수 있다.

하부 수평 그리퍼(42)는 상부 수평 그리퍼(41) 보다 낮은 높이에 배치될 수 있다.

예를 들어, 스태빙 시스템(100)에 4개의 제1 유압실린더가 구비될 수 있고, 8개 내지 12개의 제2 유압실린더가 구비될 수 있으며, 4개의 제3 유압실린더가 구비될 수 있다.

해양자켓구조물의 자켓 레그(1) 1개당 4개의 제1 유압실린더가 해저 파일(10)의 상부에 위치하여 3개 내지 4개의 자켓 레그(1)로 구성된 해양자켓구조물의 수평을 유지할 수 있으며, 자켓 레그(1)에 설치되는 제1 유압실린더 1기당 용량은 196ton일 수 있다(3개의 자켓 레그(1)로 구성된 해양자켓구조물 기준). 이는 자켓 레그(1) 1개당 4개의 제1 유압실린더가 설치됨으로써 3개의 자켓 레그(1)로 구성된 해양자켓구조물 1200ton의 하중을 최대 2353ton의 유압실린더 출력으로 수평도 조절이 가능하게 할 수 있다.

한편, 수직 그리퍼(30)와 해저 파일(10)의 상부 사이에는 해저 파일(10)에 직접적인 응력 집중이 가해지지 않게 하기 위해 수직 그리퍼 링(23)이 구비될 수 있고, 수직 그리퍼 링(23)은 시공 전 태그 용접으로 해저 파일(10)에 접합될 수 있고, 수평도를 맞추는 시공 중에 분리될 수 있다.

또한, 상부 수평 그리퍼(41)에는 수직 그리퍼(30) 및 하부 수평 그리퍼(42)보다 많은 개수의 유압실린더가 요구될 수 있다. 그 이유로 상부 수평 그리퍼(41)의 위치는 수평으로 작용하는 파력과 파동에 의한 모멘트가 집중되는 지점이며, 수중 마찰계수를 고려한 전체 해양자켓구조물의 무게를 해저 파일(10)에 고정해야 하므로 상대적으로 많은 개수의 유압실린더가 필요할 수 있다. 해양자켓구조물의 예상되는 최대 하중은 1200ton이며 수중에서의 steel과 steel이 맞닿는 마찰계수 0.2, Morrison 법칙을 활용한 파동 주기 1초, 파고 1.5m, 깊이 30m, 자켓 레그(1)의 지름 2.6m의 조건을 적용한 수평 파력 1989kN과 모멘트 624000kNmm를 고려해 상부 수평 그리퍼(41)의 유압실린더 1기당 최대 출력 용량을 316ton으로 설계할 수 있다(10개의 유압실린더). 이 수치는 마찰계수를 고려한 해양자켓구조물 자체 하중(6000ton)과 파력과 모멘트에 의해 발생할 수 있는 해저 파일(10)과 자켓 레그(1)의 간격을 1mm 이내로 유지할 수 있다.

하부 수평 그리퍼(42)에는 해저 파일(10) 상부에서의 잔여 모멘트의 영향을 막는 역할과 상부 수평 그리퍼(41)의 기능과 같이 마찰계수를 고려해 해양자켓구조물을 지지하는 목적이 있을 수 있다. 하부 수평 그리퍼(42)의 제원과 유압실린더의 출력은 상부 수평 그리퍼(41)와 같고 유압실린더의 개수에서만 차이가 있을 수 있다. 하지만, 해양조건과 환경에 따라 상부 수평 그리퍼(41)의 유압실린더의 개수를 증가시킨다면, 하부 수평 그리퍼(42)는 설계에 포함되지 않을 수 있다. 해양자켓구조물에서 수평 기울기와 해저 파일(10)과의 고정에 이상이 없다면, 그라우트(3)의 주입이 진행될 수 있다.

또한, 그라우트 공법을 위해서 쉐어키가 해저 파일(10) 내에 설치되어 있어 상부 수평 그리퍼(41)의 위치는 해저 파일(10) 밖에 위치해 해양자켓구조물의 설치 시에 발생할지 모르는 쉐어키의 간섭을 사전에 방지하며, 이를 위해 하부 수평 그리퍼(42)와의 거리는 충분한 이격 거리인 약 7m로 설계할 수 있다.

또한, 수평 그리퍼(40)는 해저 파일(10)의 외주면 측으로 구동되는 상부 수평 그리퍼(41)와 해저 파일(10)의 내주면 측으로 구동되는 하부 수평 그리퍼(42)로 구성될 수 있고, 스태빙 시스템(100)에 설치되는 수평 그리퍼(40)는 구조물의 형상, 하중, 지반 조건에 맞추어 상부 수평 그리퍼(41)와 하부 수평 그리퍼(42)가 동시에 설치되거나 하부 수평 그리퍼(42)는 제외될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 수평 그리퍼(40) 중 하부 수평 그리퍼(42)를 제외하게 될 경우 시공 측면에서 공사비와 제작비 절감이 가능한 장점을 갖게 될 수 있다.

그라우팅 장치는 자켓 레그(1) 내에 설치되며 하부끝단이 자켓 레그(1)의 하단에 관통 연결되어 있어 자켓 레그(1)가 해저 파일(10) 내에 고정된 상태에서 자켓 레그(1)와 해저 파일(10) 사이의 공간에 그라우트(3)를 주입하는 그라우트 관(50)으로 구성될 수 있다.

또한, 그라우트(3)의 효과적인 밀실성과 충진성을 위해 그라우트 씰(51)이 자켓 레그(1)의 하단에 설치될 수 있다. 그라우트 씰(51)은 자켓 레그(1)의 하부끝단 외주면과 해저 파일(10) 사이에 구비될 수 있다.

기울기 센서는 설치 단계에서 자켓 레그(1)의 기울기를 측정할 수 있고, 제어부는 기울기 센서에서 측정된 값을 기반으로 수직 그리퍼(30), 상부 수평 그리퍼(41) 및 하부 수평 그리퍼(42)의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 기울기 센서에서 측정된 값을 기반으로 수직 그리퍼(30)를 제어하여 자켓 레그(1)의 수평도를 조절할 수 있고, 자켓 레그(1)의 수평이 유지된 상태에서 자켓 레그(1)의 하중 조건을 기반으로 상부 수평 그리퍼(41)와 하부 수평 그리퍼(42)의 작동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 수직 그리퍼(30)의 역할은 해양자켓구조물의 전체적인 수평을 맞추기 위해 설계될 수 있고, 수직 그리퍼(30)는 해양자켓구조물의 무게보다 더 큰 유압으로 지지할 수 있도록 설계될 수 있다.

한편, 하부 수평 그리퍼(42)는 해양자켓구조물의 설치 후 매립되어 재사용이 불가할 수 있지만, 수직 그리퍼(30) 및 상부 수평 그리퍼(41) 중 적어도 어느 하나 또는, 수직 그리퍼(30)와 상부 수평 그리퍼(41)가 설치된 스태빙 부재(20)는 탈거되어 재활용될 수도 있다.

도 8은 도 6의 A - A에서의 단면도이고, 도 9는 도 6의 일부 확대도이고, 도 10 내지 도 12는 도 9의 제2 유압실린더의 동작을 보여주기 위한 도면이다.

도 8 내지 도 12를 참조하면, 상부 수평 그리퍼(41)를 구성하는 복수의 제2 유압실린더는 수직 지지판(22)에 결합되어 수직 지지판(22)의 원주 방향으로 상호간에 이격되도록 배치될 수 있으며, 복수의 제2 유압실린더 각각은 실린더 본체(41a), 피스톤 어셈블리(41b), 연결 로드(41c), 힌지 축(41d) 및 가압부재(41e)를 포함할 수 있다.

실린더 본체(41a)는 수직 지지판(22)의 외주면에 결합될 수 있다.

피스톤 어셈블리(41b)는 실린더 본체(41a)에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있고, 실린더 본체(41a)에 대한 유압 공급에 따라 자켓 레그(1)의 중심을 향해 자켓 레그(1)의 반경 방향으로 전진 또는 후진할 수 있다. 이를 위해, 수직 지지판(22)에는 피스톤 어셈블리(41b) 및 연결 로드(41c)가 출입할 수 있는 관통 홀이 형성될 수 있다.

연결 로드(41c)는 힌지 축(41d)을 통해 피스톤 어셈블리(41b)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

힌지 축(41d)은 자켓 레그(1)의 중심축과 평행하게 배치될 수 있다.

따라서, 자켓 레그(1)의 수평도는 조절된 반면 수직도가 유지되지 않은 상태, 즉 자켓 레그(1)의 중심축과 해저 파일(10)의 중심축이 서로 정렬되지 않거나 서로 이격되어 평행하게 배치된 상태에서는 연결 로드(41c)가 힌지 축(41d)을 중심으로 회전하여 연결 로드(41c)에 결합된 가압부재(41e)가 해저 파일(10)의 외주면에 밀착되게 할 수 있다.

가압부재(41e)의 가압 면(41f)은 힌지 축(41d)과 평행하게 배치되는 원형 관 형상의 해저 파일(10)의 외주면에 밀착되도록 곡률을 가질 수 있다. 즉, 가압 면(41f)을 힌지 축(41d)에 수직한 임의의 평면으로 절단하면 동일한 곡률 반경을 가지는 곡선이 얻어질 수 있다.

또한, 가압 면(41f)은 해저 파일(10)과의 마찰력 증가를 위해 가압 면(41f)의 곡률 형성 방향으로 연장되는 복수의 요철 홈(41g)을 구비할 수도 있다.

한편, 제2 유압실린더는 수중 30m 이하에서도 성능, 예를 들어 유압실린더의 속도, 출력 등의 저하 없이 작동할 수 있고, 수중에서도 약 100ton 이상의 출력 성능을 발휘할 수 있다. 이는 제1 유압실린더 및 제3 유압실린더에서도 마찬가지로 적용될 수도 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법의 순서도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스태빙 시스템(100)을 이용한 해양자켓구조물 설치방법은 해저 파일을 관입하는 단계(S1), 해저 파일 내로 자켓 레그를 삽입하는 단계(S2), 스태빙 시스템의 수직 그리퍼를 통해 자켓 레그의 수평도를 조절하는 단계(S3), 스태빙 시스템의 수평 그리퍼를 통해 자켓 레그를 해저 파일에 고정시키는 단계(S4), 및 자켓 레그와 해저 파일 사이의 공간에 그라우팅하는 단계(S5)를 포함할 수 있다.

먼저, 도 5에 도시된 것처럼, 복수의 해저 파일(10)을 해저 면에 관입시킬 수 있다(S1).

다음으로, 도 6에 도시된 것처럼, 해양자켓구조물의 자켓 레그(1) 각각을 해저 파일(10) 내에 진입시킬 수 있고(S2), 스태빙 시스템(100)의 스태빙 부재(20)가 해저 파일(10)의 상부 끝단면에 안착되고 스태빙 시스템(100)의 수직 그리퍼(30)의 작동에 의해 자켓 레그(1)의 수평도를 조절할 수 있으며(S3), 스태빙 시스템(100)의 상부 수평 그리퍼(41)와 하부 수평 그리퍼(42)를 작동시켜 자켓 레그(1)를 해저 파일(10)에 고정시킬 수 있다(S4).

한편, 스태빙 시스템(100)의 그리퍼는 해양자켓구조물의 설치를 위한 수중 작업 도구일 수 있다.

또한, 스태빙 시스템(100)을 적용해 기존의 방식과 같은 안정성을 확보하기 위한 조건으로는 자켓 레그(1)가 해저 파일(10)에 완벽히 고정된 상태에서 그라우트 관(50)을 통해 해저 파일(10)과 자켓 레그(1) 사이의 공간에 그라우트(3)가 주입되어야 하고, 그라우트(3)가 완전히 굳는 약 24시간 동안 1mm 이내의 이격만이 허용될 수 있다.

또한, 해양자켓구조물의 기울기는 0.25도 이상이 되지 않도록 설계되어야 한다.

다음으로, 자켓 레그(1)가 해저 파일(10) 내에 고정된 상태에서 스태빙 시스템(100)의 그라우팅 장치를 통해 자켓 레그(1)와 해저 파일(10) 사이의 공간에 그라우트(3)를 주입할 수 있다(S5).

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 실시 예를 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1: 자켓 레그 3: 그라우트
10: 해저 파일 20: 스태빙 부재
21: 수평 지지판 22: 수직 지지판
23: 수직 그리퍼 링 30: 수직 그리퍼
40: 수평 그리퍼 41: 상부 수평 그리퍼
42: 하부 수평 그리퍼 50: 그라우트 관
51: 그라우트 씰 100: 스태빙 시스템

Claims

실린더 본체;
상기 실린더 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 실린더 본체에 대한 유압 공급에 따라 원형 관 형상의 지지 대상물의 반경 방향으로 전진 또는 후진하는 피스톤 어셈블리;
상기 피스톤 어셈블리에 힌지 축을 통해 회전 가능하게 결합되는 연결 로드; 및
상기 연결 로드에 결합되어, 상기 지지 대상물의 외주면에 밀착되는 가압부재를 포함하고,
상기 힌지 축은 상기 지지 대상물의 중심축과 평행하게 배치되고,
상기 가압부재의 가압 면은 상기 지지 대상물의 외주면에 밀착되도록 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더.
해저 면에 기 관입된 해저 파일 내로 삽입되는 해양자켓구조물의 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키기 위한 스태빙 시스템에 있어서,
상기 자켓 레그의 외주면에 결합되어 상기 자켓 레그의 원주 방향으로 연장되는 원형 고리 형상으로 형성되는 수평 지지판, 및 상기 수평 지지판의 외측 가장자리를 따라 하향 절곡되어 원형 관 형상으로 형성되는 수직 지지판을 포함하는 스태빙 부재;
상기 수평 지지판에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합되는 복수의 제1 유압실린더를 포함하고, 상기 복수의 제1 유압실린더는 상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내로 삽입되면 상기 해저 파일의 상부 끝단면을 향해 구동하여 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 대해 지지하는 한편 상기 자켓 레그의 수평도를 조절하는 수직 그리퍼;
상기 수직 지지판에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합되는 복수의 제2 유입실린더를 포함하고, 상기 복수의 제2 유압실린더는 상기 해저 파일의 외주면을 향해 구동하여 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키는 상부 수평 그리퍼; 및
상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내에 고정된 상태에서 상기 자켓 레그와 상기 해저 파일 사이의 공간에 그라우트를 주입하는 그라우팅 장치를 포함하고,
상기 제2 유압실린더는,
상기 수직 지지판에 결합되는 실린더 본체;
상기 실린더 본체에 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 실린더 본체에 대한 유압 공급에 따라 상기 자켓 레그의 반경 방향으로 전진 또는 후진하는 피스톤 어셈블리;
상기 피스톤 어셈블리에 힌지 축을 통해 회전 가능하게 결합되는 연결 로드; 및
상기 연결 로드에 결합되어, 상기 해저 파일의 외주면에 밀착되는 가압부재를 포함하고,
상기 제2 유압실린더의 상기 힌지 축은 상기 자켓 레그의 중심축과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가압부재에서 상기 해저 파일의 외주면에 밀착되는 가압 면은 상기 힌지 축과 평행하게 배치되는 원형 관 형상의 상기 해저 파일의 외주면에 밀착되도록 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템.
제3항에 있어서,
상기 가압 면은 상기 가압 면의 곡률 형성 방향으로 연장되는 복수의 요철 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템.
제2항에 있어서,
상기 자켓 레그의 내주면에 원주 방향으로 상호간 이격 배치되도록 결합되는 복수의 제3 유압실린더를 포함하고, 상기 복수의 제3 유압실린더는 상기 해저 파일의 내주면을 향해 구동하여 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키는 하부 수평 그리퍼를 더 포함하고,
상기 하부 수평 그리퍼는 상기 상부 수평 그리퍼의 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템.
제2항에 있어서,
상기 그라우팅 장치는 상기 자켓 레그 내에 설치되며 하부끝단이 상기 자켓 레그의 하단에 관통 연결되어 있어 상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내에 고정된 상태에서 상기 자켓 레그와 상기 해저 파일 사이의 공간에 그라우트를 주입하는 그라우트 관으로 구성되고,
상기 자켓 레그의 하부끝단 외주면과 상기 해저 파일 사이에 구비되는 그라우트 씰과, 상기 수평 지지판과 상기 수직 그리퍼 사이에 구비되는 수직 그리퍼 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템.
제5항에 따른 해양자켓구조물 설치를 위한 스태빙 시스템을 이용한 해양자켓구조물 설치방법에 있어서,
복수의 해저 파일을 해저 면에 관입시키는 단계;
상기 해양자켓구조물의 자켓 레그 각각을 상기 해저 파일 내로 진입시키는 단계;
상기 스태빙 시스템의 스태빙 부재가 상기 해저 파일의 상부 끝단면에 안착되고, 상기 스태빙 시스템의 수직 그리퍼의 작동에 의해 상기 자켓 레그의 수평도를 조절하는 단계;
상기 스태빙 시스템의 상부 수평 그리퍼와 하부 수평 그리퍼를 작동시켜 상기 자켓 레그를 상기 해저 파일에 고정시키는 단계; 및
상기 자켓 레그가 상기 해저 파일 내에 고정된 상태에서, 상기 스태빙 시스템의 그라우팅 장치를 통해 상기 자켓 레그와 상기 해저 파일 사이의 공간에 그라우트를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치방법.
제7항에 있어서,
상기 자켓 레그의 기울기를 측정하는 기울기 센서와, 상기 기울기 센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 수직 그리퍼, 상기 상부 수평 그리퍼, 및 상기 하부 수평 그리퍼의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 기울기 센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 수직 그리퍼를 제어하여 상기 자켓 레그의 수평도를 조절하고, 상기 자켓 레그의 수평이 유지된 상태에서 상기 자켓 레그의 하중 조건을 기반으로 상기 상부 수평 그리퍼와 상기 하부 수평 그리퍼의 작동을 제어하고,
상기 해양자켓구조물의 설치 후, 상기 수직 그리퍼 및 상기 상부 수평 그리퍼 중 적어도 어느 하나 또는, 상기 수직 그리퍼와 상기 상부 수평 그리퍼가 설치된 스태빙 부재는 탈거되어 재활용되는 것을 특징으로 하는 해양자켓구조물 설치방법.