KR101797427B1 - 해상풍력발전 하부구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 자켓레그와, 상기 복수의 자켓레그를 연결하는 가새부재를 구비하는 자켓부; 상기 자켓부의 상측에 구비되어 해상으로 노출되도록 설치되고, 풍력발전구조물의 설치부를 제공하는 트랜지션피스; 및, 상기 자켓부와 상기 트랜지션피스를 관통하여 설치되고 상단부가 해상으로 노출되도록 설치되며, 하단부가 해저지반에 관입되어 상기 자켓부와 상기 트랜지션피스를 지지하는 지지파일;을 포함하고, 상기 트랜지션피스는, 상기 자켓부의 상부에 위치하는 작업발판; 상기 작업발판의 상부에 설치되고, 상기 지지파일이 관통가능하고 상기 지지파일의 상단부가 돌출가능하게 설치되는 포스트; 및, 상기 작업발판의 상부에 설치되어, 상기 풍력발전구조물이 고정되는 설치부;를 구비하고, 유압장치는 해상에 위치한 상기 지지파일의 상단부와 상기 포스트의 사이에 탈착 가능하게 설치되고, 상기 유압장치에 의해 상기 지지파일에 대하여 상기 트랜지션피스를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스의 연직도를 조정하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물을 제공한다.

Description

해상풍력발전 하부구조물{SUBSTRUCTURE FOR OFFSHORE WIND POWER}

본 발명은 해상풍력발전 하부구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상에서 설치시 연직도의 확보가 용이한 해상풍력발전 하부구조물에 관한 것이다.

해상 구조물은 해저에 고정되는 기초를 가지고 해상에 설치될 수 있는 다양한 구조물을 말하며, 대표적으로는 해상 석유시추 플랫폼 및 해상 풍력발전 장치가 있다.

이러한 해상 구조물은 일반적으로 해저에 고정되어 기초구조를 구성하는 하부구조물과 하부구조물의 상단에 상부구조물을 설치하기 위한 트랜지션피스, 그리고, 트랜지션피스 상에 설치되는 상부구조물로 구성된다.

하부구조물의 종류로는 하부구조물의 형상에 따라 모노파일(monopile)형, 트라이포드(tripod)형, 돌핀(dolphin)형, 자켓(jacket)형, 부유식 구조 등이 있다.

이 중에서 돌핀형과 자켓형은 하부구조물에 수평으로 작용하는 파력에 대해 비교적 안정적인 구조를 가지고 있어 최근에 선호도가 높은 형식에 해당한다.

특히, 자켓형 하부구조물은 상부구조물을 지지하기 위한 트랜지션피스 역할의 Deck용 소재로 콘크리트를 사용해야 하는 단점이 있는 돌핀형 하부구조에 비하여 같은 해상 조건하에서 사용되는 강재량이 줄어들어 경제성 측면에서 유리할 수 있다.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 자켓구조물(4)은 강관으로 구성된 자켓레그(2)와 자켓레그(2)와 자켓레그(2) 사이에 가새부재(3)를 설치하여 자켓구조물(4)을 형성하고, 자켓구조물(4)을 해저에 고정하기 위해 파일(5)을 항타하여 해저지반(B)에 관입시켜 고정한다.

그 과정을 보다 상세히 살펴보면, 자켓레그(2)와 가새부재(3)를 활용하여 자켓구조물(4)을 제작하고, 제작된 자켓구조물(4)을 바지선에 의해 설치 지점까지 운반하고, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 바지선에 의해 운반된 자켓구조물(4)을 해상크레인(1)에 의해 들어올려 해저지반(B)에 거치하고, 해저지반(B)에 거치된 자켓구조물(4)의 자켓레그(2)를 관통하여 파일(5)을 항타하여 자켓구조물(4)을 해저지반(1)에 고정하고, 자켓레그(2), 파일(5)의 내부에 그라우트를 타설한 후, 설치된 자켓구조물(4)의 상측에 트랜지션피스(6)를 용접하여 설치한다.

이때, 자켓구조물(4)과 트랜지션피스(6)의 설치의 전과정이 해상에 위치한 선박위에서 작업하게 되는데, 특히 가장 마지막 단계인 트랜지션피스(6)의 설치시 해저지반(B)에 설치된 자켓레그(2), 파일(5)을 포함하는 자켓구조물(4)과 트랜지션피스(6)가 직접 용접에 의해 결합되는 이러한 설치과정이 해상에서 이루어지는 관계로 흔들리는 선박 상에서 자켓구조물(4)과 트렌지션피스(6)의 연직도를 정밀하게(예를 들면 0.25도 이내) 맞추기가 어려워, 바람, 파도 등의 주변기상환경이 안 좋은 경우 공사를 진행할 수 없어 시공기간이 지연될 수 있어, 설비의 임대비용이 과대하게 증가될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 자켓구조물(4)과 트랜지션피스(6)를 연결하기 위해서는 자켓레그(2), 자켓레그(2)의 상측에 삽입되는 삽입강재(8-1), 삽입강재에 설치되는 내부삽입경사강관(8-2), 연결강관(8-3), 내부삽입강관(8-4) 및, 트랜지션피스(6) 등의 부재 간에 다수의 용접이 필요한 해상에서의 용접작업으로 인해 자켓구조물(4)과 트랜지션피스(6)의 접합부 용접 자체의 품질확보가 어려울 뿐만 아니라 상부에서 전달되어 내려오는 풍력발전구조물의 진동하중에 의해 접합부에 피로파괴가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

또한, 이러한 단점을 보완하기 위해 해저에 잭업래그를 내려 지지하고 작업대를 해수면 위로 일정 높이로 띄워 고정된 작업대 위에서 해상작업을 진행할 수 있는 잭업바지(Jack-up Barge)를 활용하는 방안을 고려해 볼 수 있으나, 이 경우는 고가의 임대비용 발생으로 인해 사업 전체의 경제성이 감소하는 문제점이 있다.

그리고, 자켓구조물의 자켓레그에 파일을 항타하는 과정에서 시공오차가 발생할 수 있으나, 이러한 시공오차의 조정을 위해 항타된 파일을 다시 인발하여 재설치하는 과정 등으로 인해 시공비용이 과대해지고, 시공기간이 지연될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 해상풍력발전 하부구조물에서 발생되는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.

본 발명은 일 측면으로서, 자켓부를 해저지반에 거치한 상태에서 지지파일을 항타시 발생할 수 있는 시공오차를 유압장치를 활용하여 간이하게 조정하여 해상풍력발전 하부구조물과 이의 상측에 설치되는 풍력발전구조물의 연직도를 확보할 수 있는 해상풍력발전 하부구조물을 제공하고자 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 자켓부에 트랜지션피스를 사전에 설치하여 일체화시킨 상태에서 해상에서 시공함으로써, 해상에서의 용접작업을 최소화하여 자켓부의 접합부에서의 용접품질을 사전에 확보하여 용접 접합부에서 발생할 수 있는 피로파괴의 문제를 해소할 수 있는 해상풍력발전 하부구조물을 제공하고자 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 유압장치를 활용하여 간이하게 해상풍력발전 하부구조물의 연직도를 조절할 수 있어, 해상에서의 해상풍력발전 하부구조물의 설치작업에서의 연직도의 확보를 위해 잭업바지와 같은 고가의 설비를 사용할 필요가 없어 시공비용의 절감이 가능한 해상풍력발전 하부구조물을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 복수의 자켓레그와, 상기 복수의 자켓레그를 연결하는 가새부재를 구비하는 자켓부; 상기 자켓부의 상측에 구비되어 해상으로 노출되도록 설치되고, 풍력발전구조물의 설치부를 제공하는 트랜지션피스; 및, 상기 자켓부와 상기 트랜지션피스를 관통하여 설치되고 상단부가 해상으로 노출되도록 설치되며, 하단부가 해저지반에 관입되어 상기 자켓부와 상기 트랜지션피스를 지지하는 지지파일;을 포함하고, 상기 트랜지션피스는, 상기 자켓부의 상부에 위치하는 작업발판; 상기 작업발판의 상부에 설치되고, 상기 지지파일이 관통가능하고 상기 지지파일의 상단부가 돌출가능하게 설치되는 포스트; 및, 상기 작업발판의 상부에 설치되어, 상기 풍력발전구조물이 고정되는 설치부;를 구비하고, 유압장치는 해상에 위치한 상기 지지파일의 상단부와 상기 포스트의 사이에 탈착 가능하게 설치되고, 상기 유압장치에 의해 상기 지지파일에 대하여 상기 트랜지션피스를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스의 연직도를 조정하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물을 제공한다.

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바람직하게, 자켓부와, 상기 트랜지션피스의 연직도가 조정된 상태에서, 상기 지지파일과 상기 포스트 사이의 공간에는 그라우트로 타설될 수 있다.

바람직하게, 지지파일에는 상기 유압장치의 일측이 고정되는 제1 고정부가 설치되고, 상기 포스트에는 상기 유압장치의 타측이 고정되는 제2 고정부가 설치되며, 상기 고정부는, 상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 그립부재나, 상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면에 축방향으로 제공되는 전단연결재 중에서 택일된 어느 하나로 구비될 수 있다.

바람직하게, 제1 고정부와 상기 제2 고정부 중에 적어도 상기 제1 고정부는 상기 지지파일의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 상기 그립부재로 구비되고, 상기 제1 고정부가 설치되는 상기 지지파일의 내부에는 상기 그립부재에 의한 가압에 의해 상기 지지파일이 변형되는 것을 방지하는 보강강관이 구비될 수 있다.

바람직하게, 그립부재는, 상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면을 둘러싸는 그립본체와, 상기 그립본체의 양단부에 형성되고 고정부재에 의해 체결되어 상기 그립본체가 지지파일에 지압력을 가하도록 제공되는 고정플랜지 및, 그립본체에 구비되어 유압장치의 피스톤이 결합되는 유압축결합부를 구비할 수 있다.

바람직하게, 보강강관은, 상기 보강강관이 상측에 구비되어 상기 보강강관을 상기 지지파일의 상단부에 고정하는 고정거치부를 구비할 수 있다.

바람직하게, 지지파일의 내부를 관통하여 설치되고, 해저지반의 하부의 암반부에 고정되는 핀파일;을 더 포함할 수 있다.

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바람직하게, 각각의 상기 지지파일과 상기 포스트 사이에는 적어도 2 이상의 유압장치가 대향되게 배치될 수 있다.

바람직하게, 트랜지션피스는 상기 자켓부에 일체로 형성되고, 상기 포스트와, 상기 지지파일의 상단 사이에 설치된 유압장치의 신장에 의해, 상기 지지파일과 상기 트랜지션피스를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스의 연직도를 조정할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 트랜지션피스와 지지파일의 사이에 설치된 유압장치의 신장에 의해, 상기 지지파일과 상기 트랜지션피스를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스의 연직도를 조정하는 구성을 포함함으로써, 자켓부를 해저지반에 거치한 상태에서 지지파일을 항타시 발생할 수 있는 시공오차를 유압장치를 활용하여 간단하게 조정하여 트랜지션피스와 이의 상측에 설치되는 풍력발전구조물의 연직도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 자켓부에 트랜지션피스를 일체로 형성한 상태에서 해상에서 시공함으로써, 자켓부와 트랜지션피스의 연결을 위한 해상에서의 용접작업이 최소화되어, 해상에서의 작업시간을 단축시키고, 자켓부와 트랜지션피스의 접합부에서의 용접품질을 사전에 확보하여 용접 접합부에서 발생할 수 있는 운용중 피로파괴의 문제를 해소할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 유압장치를 활용하여 간이하게 해상풍력발전 하부구조물의 연직도를 조절할 수 있어, 해상풍력발전 하부구조물의 설치작업에서의 연직도 확보를 위해 잭업바지와 같은 고가의 설비를 사용할 필요가 없어 시공비용의 절감이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 고정부를 상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 그립부재로 구성함으로써, 상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면에 별도의 부재를 잔존시키지 않으면서 유압장치를 용이하게 재사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 그립부재에 의한 가압에 의해 상기 지지파일이 변형되는 것을 방지하는 보강강관의 구성을 포함함으로써, 그립부재에 의해 안정적으로 지지파일에 하중을 전달하면서도, 그립부재에 의해 가해진 지압력을 보강강관이 안정적으로 지지하여 지지파일에 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자켓부와, 상기 트랜지션피스의 연직도가 조정된 상태에서, 상기 지지파일과 상기 포스트 사이의 공간이 그라우트로 타설됨으로써, 지지파일과 포스트가 견고하게 합성되어 자켓부와 트랜지션피스의 연직도가 유지될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 자켓구조물을 설치하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 자켓구조물과 트랜지션피스의 복잡한 연결상세를 분해하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전 하부구조물의 연직도가 조정된 상태를 도시한 도면이다.
도 4a는 자켓부와 트랜지션피스에 유압장치가 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 4b는 도 3의 A-A' 방향의 평면도이다.
도 5는 유압장치에 의해 트랜지션피스와 자켓부의 연직도가 조정되기 전의 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 유압장치에 의해 트랜지션피스와 자켓부의 연직도가 조정된 후의 상태를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 8은 지지파일의 상단과 포스트의 사이에 설치된 유압장치의 다양한 설치예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전 하부구조물에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력발전 하부구조물은 자켓부(100), 트랜지션피스(200), 지지파일(300)을 포함하고, 추가적으로 고정부(400), 보강강관(500), 핀파일(600)을 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 해상풍력발전 하부구조물은 복수의 자켓레그(110)와, 상기 복수의 자켓레그(110)를 연결하는 가새부재(130)를 구비하는 자켓부(100)와, 상기 자켓부(100)의 상측에 구비되어, 풍력발전구조물(T)의 설치부(250)를 제공하는 트랜지션피스(200) 및, 상기 자켓부(100)와 상기 트랜지션피스(200)를 관통하여 설치되고, 해저지반(B)에 관입되어 상기 자켓부(100)와 상기 트랜지션피스(200)를 지지하는 지지파일(300)을 포함할 수 있다.

이때, 도 4a에 도시된 바와 같이, 트랜지션피스(200)와 상기 지지파일(300)의 사이에는 유압장치(P)가 설치될 수 있고, 설치된 유압장치(P)의 신장에 의해, 상기 지지파일(300)과 상기 트랜지션피스(200)를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스(200)의 연직도를 조정할 수 있다.

이때, 트랜지션피스(200)는 자켓부(100)의 상측에 일체로 형성될 수 있다.

트랜지션피스(200)는 상기 자켓부(100)에 일체로 형성된 상태에서, 상기 트랜지션피스(200)와 상기 지지파일(300)의 사이에 설치된 유압장치(P)의 신장에 의해, 상기 지지파일(300)과 상기 트랜지션피스(200)를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스(200)의 연직도를 조정할 수 있다.

자켓부(100)에 트랜지션피스(200)를 일체로 형성한 상태에서 해상에서 시공될 경우, 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 연결을 위한 해상에서의 용접작업이 최소화되어, 해상에서의 작업시간을 단축시키고, 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 접합부에서의 용접품질을 사전에 확보하여 용접 접합부에서 발생할 수 있는 피로파괴의 문제를 해소할 수 있는 효과가 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상측에 트랜지션피스(200)가 일체로 형성된 자켓부(100)가 해저지반(B)에 거치될 수 있다. 이때, 지지파일(300)은 해저지반(B)에 거치된 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)를 관통하여 자켓레그(110)를 따라 항타되어 해저지반(B)에 근입 및 고정될 수 있다.

이때, 상측에 설치되는 풍력발전구조물(T)의 연직도를 확보하기 위해서는, 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)이 일치되는 것이 바람직하다.

다만, 도 5에 도시된 바와 같이, 자켓부(100)의 자켓레그(110)에 지지파일(300)을 항타시 설치상의 중심축(A2)이 수직축(A1)에서 일정한 각도로 경사지게 설치되어 시공오차가 발생할 수 있다. 즉, 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)은 서로 일치하지 않을 수 있다. 이에 따라, 자켓부(100), 트랜지션피스(200) 및, 그 상측에 설치되는 풍력발전구조물(T)의 연직도에 오차가 발생할 수 있다.

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)은 서로 일치하지 않을 경우 수평하게 설치되어야 하는 트랜지션피스(200)가 수평축(A3)에서 일정한 경사각(θ)을 가지고 설치되고, 결과적으로 트랜지션피스(200)에 구비되는 설치부(250) 역시 수평축(A3)에서 일정한 경사각(θ)을 가지고 설치되어, 설치부(250)에 설치되는 풍력발전구조물(T)도 수평축(A3)에서 일정한 경사각(θ)을 가지고 설치될 수 있다.

이러한 연직도의 오차를 조정하기 위해, 트랜지션피스(200)와 상기 지지파일의 상단(310)의 사이에 유압장치(P)가 설치될 수 있다.

이때, 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 포스트(230)에는 상기 지지파일의 상단(310)이 돌출되도록 설치될 수 있고, 유압장치(P)는 돌출된 상기 지지파일의 상단(310)과 상기 포스트(230)의 사이에 설치될 수 있다.

상기 유압장치(P)는, 상기 제1 고정부(401)와 상기 제2 고정부(402)에 하중을 가하는 일방향 또는 양방향 엑추에이터로 구성될 수 있다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 유압장치(P)는 하나의 실린더와, 실린더 양단부에 피스톤이 각각 형성되는 양방향 엑추에이터로 구성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 유압장치(P)의 실린더에는 유압을 공급하는 유압제공수단이 설치되어, 피스톤을 이동시킬 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 지지파일(300)은 항타설비에 의해 해저지반(B)에 근입되어 고정된다. 그리고, 해저지반(B)에 고정된 지지파일(300)의 반력을 활용하여 유압장치(P)로 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)를 지지파일(300)에 대하여 상대변위시켜 설치상의 중심축(A2)과, 수직축(A1)을 일치시켜 상기 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 연직도를 조정할 수 있다.

구체적으로, 상측에 트랜지션피스(200)가 일체로 형성된 자켓부(100)가 해저지반(B)에 거치될 수 있다. 이때, 지지파일(300)은 해저지반(B)에 거치된 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)를 관통하여 자켓레그(110)를 따라 항타되어 해저지반(B)에 근입 및 고정될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 해저지반(B)에 고정된 지지파일(300)의 반력을 활용하여 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)를 지지파일(300)에 대하여 상대변위시켜 상기 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 연직도를 조정할 수 있다.

유압장치(P)의 일측은 상기 트랜지션피스(200)에 고정되고, 타측은 상기 지지파일(300)에 고정되어 상기 트랜지션피스(200)의 연직도가 조절될 수 있다. 이와 같이, 트랜지션피스(200)의 연직도를 확보함으로써, 트랜지션피스(200)의 상측에 설치되는 풍력발전구조물(T)의 연직도를 확보할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 유압장치(P)에 의해 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)을 일치시켜 연직도를 조절할 수 있고, 연직도가 조정된 후에는 도 3에 도시된 바와 같이, 유압장치(P)는 제거되어 다른 해상풍력발전 하부구조물의 설치에 재사용될 수 있다.

트랜지션피스(200)는 작업발판(210), 포스트(230) 및, 설치부(250)를 포함할 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 트랜지션피스(200)는 자켓부(100)의 상부에 설치되는 작업발판(210)과, 상기 작업발판(210)의 상부에 설치되고, 상기 지지파일(300)이 관통가능하게 설치되는 포스트(230) 및, 상기 작업발판(210)의 상부에 설치되어, 상기 풍력발전구조물(T)이 고정되는 설치부(250)를 포함할 수 있다.

작업발판(210)은 자켓부(100)의 상부에 설치되고, 작업발판(210)은 상기 유압장치(P)를 트랜지션피스(200)의 포스트(230)와 지지파일의 상단(310)에 설치시 작업공간을 제공하고, 상측에서 전달되는 풍력발전구조물(T)의 하중을 자켓부(100)로 연계하여 전달하는 역할을 한다.

도 4a 및, 도 4b에 도시된 바와 같이, 포스트(230)는 작업발판(210)의 상부에 설치되고, 상기 포스트(230)는 지지파일(300)이 관통 가능하게 구비될 수 있다.

포스트(230)에 설치된 제2 고정부(402)에는 유압장치(P)의 하단이 결합될 수 있고, 지지파일의 상단(310)에 설치된 제1 고정부(401)에는 유압장치(P)의 상단이 결합될 수 있다.

포스트(230)는 지지파일(300)에 일대일로 대응되게 설치되고, 지지파일(300)은 포스트(230), 작업발판(210) 및, 자켓부(100)의 자켓레그(110)를 관통하여 해저지반(B)에 근입 및 고정될 수 있다.

설치부(250)는 상기 작업발판(210)의 상부에 구비되는 원통형의 부재로 구비될 수 있고, 설치부(250)의 상측에는 플랜지부가 구비될 수 있고, 풍력발전구조물(T)의 하측에는 플랜지부에 대응되는 형태의 플랜지부가 설치될 수 있고, 볼트부재 등에 의해 체결되어 풍력발전구조물(T)은 트랜지션피스(200)의 설치부(250)에 연결될 수 있다.

이때, 설치부(250)와 상기 포스트(230) 사이에는 대각방향으로 제공되는 보강지지부(270)가 구비될 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 포스트(230)에는 상기 지지파일의 상단(310)이 돌출되도록 설치될 수 있다.

도 5 및, 도 6에 도시된 바와 같이, 유압장치(P)는 돌출된 상기 지지파일의 상단(310)과 상기 포스트(230)의 사이에 설치될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상측에 트랜지션피스(200)가 일체로 형성된 자켓부(100)가 해저지반(B)에 거치될 수 있다. 이때, 지지파일(300)은 해저지반(B)에 거치된 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)를 관통하여 자켓레그(110)를 따라 항타되어 해저지반(B)에 근입 및 고정될 수 있다.

도 5 및, 도 6에 도시된 바와 같이, 해저지반(B)에 고정된 지지파일(300)의 반력을 활용하여, 유압장치(P)의 신장에 의해 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)를 지지파일(300)에 대하여 상대변위시켜 상기 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 연직도를 조정할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 지지파일(300)을 트랜지션피스(200)의 포스트(230), 작업발판(210) 및, 자켓레그(110)를 관통하여 해저지반(B)에 관입시킬 수 있고, 지지파일(300)의 항타시의 시공오차로 인해 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)이 일정한 각도로 경사지게 설치되어 시공오차가 발생할 수 있다. 즉, 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)은 서로 일치하지 않을 수 있다.

이때, 도 5의 확대된 부분을 참조하면, 우측에 도시된 유압장치(P)를 신장시켜 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 연직도를 조정할 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)을 일치시킬 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 지지파일(300)은 해저지반(B)에 고정되고, 지지파일(300)의 내부를 관통하여 항타되는 핀파일(600)은 암반부(C)에 고정된 상태이다.

유압장치(P)에 의해 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 연직도가 조정되더라도, 지지파일(300)과 핀파일(600)은 해저지반(B)과 암반부(C)에 고정된 상태여서 지지파일(300)과 핀파일(600)의 연직도는 조정되지 않는다.

유압장치(P)에 의해 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)는 연직도가 조정되어, 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)이 일치하지만, 지지파일(300)과 핀파일(600)은 연직도가 조정되지 않아, 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)이 일치하지 않는다.

구체적으로, 자켓부(100)와, 자켓부(100)와 일체로 형성되는 트랜지션피스(200)는 유압장치(P)에 의해 연직도가 조정되면 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)이 일치되어, 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 연직도가 확보될 수 있다. 나아가, 트랜지션피스(200)의 설치부(250)에 설치되는 풍력발전구조물(T)의 연직도 또한 확보될 수 있다.

반면에, 지지파일(300)과 핀파일(600)은 해저지반(B)과 암반부(C)에 고정된 상태여서 유압장치(P)에 의해 연직도가 조정되지 않는다.

도 3의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 트랜지션피스(200)와 자켓부(100)의 연직도가 조정된 상태에서, 상기 지지파일(300)과 상기 포스트(230) 사이의 공간에는 그라우트(G)가 타설될 수 있다. 물론, 지지파일(300)과 포스트(230) 사이의 공간뿐 아니라 지지파일(300)의 내부에도 그라우트(G)가 타설될 수 있다.

지지파일(300)과 포스트(230) 사이의 공간에 그라우트(G)가 충진되는 공간을 마련하여, 지지파일(300)의 항타시 발생할 수 있는 시공오차를 조정할 수 있는 여유공간을 마련하여 시공오차를 용이하게 흡수할 수 있고, 경화된 그라우트(G)에 의해 지지파일(300)과 포스트(230)가 견고하게 합성되어 자켓부(100)와 트랜지션피스(200)의 연직도가 유지될 수 있는 효과가 있다.

해상에서 시공되는 자켓부(100), 트랜지션피스(200) 및, 지지파일(300)의 시공에서 발생되는 시공오차의 크기가 다소 크더라도, 지지파일(300)과 포스트(230) 사이에 형성된 여유공간의 조정에 의해 시공오차가 용이하게 수정될 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 지지파일(300)에는 상기 유압장치(P)의 일측이 고정되는 제1 고정부(401)가 설치되고, 상기 포스트(230)에는 상기 유압장치(P)의 타측이 고정되는 제2 고정부(402)가 설치될 수 있다.

상기 유압장치(P)의 상측은 상기 지지파일의 상단(310)에 형성된 제1 고정부(401)에 고정되고, 상기 유압장치(P)의 하측은 트랜지션피스(200)의 상기 포스트(230)에 형성된 제2 고정부(402)에 고정될 수 있다.

유압장치(P)는 제1 고정부(401)와 제2 고정부(402)에 탈착 가능하게 설치될 수 있고, 유압장치(P)의 신장에 의해 풍력발전구조물(T)이 설치되는 설치부(250)가 형성되는 트랜지션피스(200)의 연직도가 확보된 상태에서, 트랜지션피스(200)와 지지파일(300)을 용접 접합하여 트랜지션피스(200)와 지지파일(300)을 고정한 상태에서 유압장치(P)를 제거할 수 있고, 유압장치(P)는 다른 해상풍력발전 하부구조물의 설치에 다시 활용될 수 있다.

고정부(400)가 그립부재(410)로 구비되는 경우에는 탈착이 용이하여 유압장치(P)의 재사용이 용이한 효과가 있다.

도 7a 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 고정부(400)는 상기 지지파일(300) 또는 상기 포스트(230)의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 그립부재(410)나, 상기 지지파일(300) 또는 상기 포스트(230)의 외주면에 축방향으로 제공되는 전단연결재(430) 중에서 택일된 어느 하나로 구비될 수 있다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(401)는 그립부재(410)로 구비되고, 제2 고정부(402)는 전단연결재(430)로 구비될 수 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(401)와 제2 고정부(402)는 모두 그립부재(410)로 구비될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(401)와 제2 고정부(402)를 모두 전단연결재(430)로 구비될 수 있다. 이때, 전단연결재(430)는 상기 지지파일(300) 또는 상기 포스트(230)의 외주면에 축방향으로 연장되는 형태의 판상의 부재로 구비될 수 있다. 이때, 전단연결재(430)에는 유압장치(P)의 피스톤이 결합되는 피스톤결합부(431)가 구비될 수 있다.

도 7a 및, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(401)와 상기 제2 고정부(402) 중에 적어도 상기 제1 고정부(401)는 상기 지지파일(300)의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 상기 그립부재(410)로 구비될 수 있다.

이때, 제1 고정부(401)가 설치되는 상기 지지파일(300)의 내부에는 상기 그립부재(410)에 의한 가압에 의해 상기 지지파일(300)이 변형되는 것을 방지하는 보강강관(500)이 구비될 수 있다.

이와 같이, 지지파일(300)에 설치되는 제1 고정부(401)가 그립부재(410)로 구비되는 이유는 상측에 설치되는 풍력발전구조물(T)의 크기에 따라, 해상풍력발전 하부구조물을 구성하는 지지파일(300) 부재의 규격이 변할 수 있기 때문이다.

반면에, 포스트(230)의 경우는 포스트(230)에 그립부재(410)가 설치되는 경우에도, 포스트(230)의 내부로 지지파일(300)이 관통되어 설치되기 때문에 지지파일(300)에 의해 포스트(230)가 보강지지되어 그립부재(410)의 가압력에 의해 포스트(230)에 변형이 발생될 가능성이 적고, 포스트(230)는 규격화된 부재가 아니기 때문에 포스트(230)를 구성하는 강관부재의 두께를 두껍게 하는 것이 가능하기에 제2 고정부(402)가 설치되는 포스트(230)의 내부에는 보강강관(500)이 설치될 필요성이 적다.

도 7a 및, 도 7b에 도시된 바와 같이, 그립부재(410)는 그립본체(411), 고정플랜지(413) 및, 피스톤결합부(415)를 구비할 수 있다.

그립부재(410)는 상기 지지파일(300) 또는 상기 포스트(230)의 외주면을 둘러싸는 그립본체(411)와, 상기 그립본체(411)의 양단부에 형성되고 고정부재(417)에 의해 체결되어 상기 그립본체(411)가 지지파일(300)에 지압력을 가하도록 제공되는 고정플랜지(413) 및, 그립본체(411)에 구비되어 유압장치(P)의 피스톤이 결합되는 피스톤결합부(415)를 구비할 수 있다.

이때, 그립본체(411)는 분할형의 부재로 구비될 수 있는데, 분할된 그립본체(411)는 고정플랜지(413)를 체결하는 볼트부재 등의 고정부재(417)에 의해 지지파일(300) 외부에 지압력을 가하도록 구성될 수 있다.

보강강관(500)은 보강강관(500)을 상기 지지파일(300)의 상단부에 고정하는 고정거치부(510)를 구비할 수 있고, 고정거치부(510)는 보강강관(500)의 상측에 용접 등에 의해 설치되고, 지지파일(300)의 상단부에 거치될 수 있다.

고정거치부(510)는 'ㄷ'자형의 단면을 가지는 형태로 구비되어 지지파일(300)의 상단부에 거치되어 보강강관(500)을 고정할 수 있다.

도 5 및, 도 6에 도시된 바와 같이, 해상풍력발전 하부구조물은 지지파일(300)의 내부를 관통하여 설치되고, 상기 해저지반(B)의 하부의 암반부(C)에 고정되는 핀파일(600)을 더 포함할 수 있다.

핀파일(600)은 지지파일(300)이 해저지반(B)에 근입된 상태에서, 지지파일(300)의 내부를 관통하여 설치될 수 있다.

핀파일(600)은 RCD(Reverse Circulation Drill)에 의해 천공된 암반부(C)에 핀파일(600)이 관입되고, 핀파일(600)이 설치된 후 그라우팅 작업 및, 핀파일(600) 내부에 콘크리트채움 작업이 이루어질 수 있다.

작업발판(210)은 판상의 다각형부재로 구비될 수 있고, 작업발판(210)의 다각형부재의 모서리영역에는 각각 상기 포스트(230)가 상기 지지파일(300)에 일대일로 대응되게 설치될 수 있다.

이때, 모서리영역에 설치된 상기 포스트(230)와 상기 지지파일(300)의 사이에는 각각 상기 유압장치(P)가 설치되고, 상기 유압장치(P)는 제어부에 의해 동시에 제어되어 상기 트랜지션피스(200)의 연직도가 자동적으로 조정될 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 작업발판(210)은 판상형의 사각형의 부재로 구비될 수 있고, 각각의 모서리영역에는 각각 포스트(230)가 배치될 수 있고, 각각의 포스트(230)에는 지지파일(300)이 항타되어 설치될 수 있다. 이때, 지지파일(300)의 항타시 발생된 시공오차에 의해 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)이 불일치할 수 있고, 제어부가 각각의 유압장치(P)를 동시에 제어하여 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)을 일치시킬 수 있다.

각각의 포스트(230)에는 포스트(230)가 설치된 지점의 수평도를 측정하는 수평도 측정센서가 구비될 수 있고, 수평도 측정센서에서 감지된 신호가 제어부로 전달되며, 제어부는 각각의 모서리 영역에 설치된 유압장치(P)를 신장하도록 제어하여 트랜지션피스(200)의 설치상의 중심축(A2)과 수직축(A1)을 일치시켜 연직도를 조절할 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 지지파일(300)과 상기 포스트(230) 사이에는 적어도 2 이상의 유압장치(P)가 대향되게 배치될 수 있다. 이와 같이 유압장치(P)가 대향되게 배치됨으로써, 포스트(230), 작업발판(210), 자켓레그(110)를 관통하여 설치되는 지지파일(300)이 유압장치(P)에 의해 용이하게 위치조정이 될 수 있다.

먼저, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1: 해상크레인 2: 자켓레그
3: 가새부재 4: 자켓구조물
5: 파일 6: 트랜지션피스
8-1: 삽입강재 8-2: 내부삽입경사강관
8-3: 연결강관 8-4: 내부삽입강관
100: 자켓부 110: 자켓레그
130: 가새부재 200: 트랜지션피스
210: 작업발판 230: 포스트
250: 설치부 270: 보강지지부
300: 지지파일 310: 지지파일의 상단
400: 고정부 401: 제1 고정부
402: 제2 고정부 410: 그립부재
411: 그립본체 413: 고정플랜지
415: 피스톤결합부 417: 고정부재
430: 전단연결재 431: 피스톤결합부
500: 보강강관 510: 고정거치부
600: 핀파일
A1: 수직축 A2: 설치상의 중심축
A3: 수평축 B: 해저지반
C: 암반부 G: 그라우트
P: 유압장치 T: 풍력발전구조물
θ: 경사각

Claims (9)

1. 복수의 자켓레그와, 상기 복수의 자켓레그를 연결하는 가새부재를 구비하는 자켓부;
   상기 자켓부의 상측에 구비되어 해상으로 노출되도록 설치되고, 풍력발전구조물의 설치부를 제공하는 트랜지션피스; 및,
   상기 자켓부와 상기 트랜지션피스를 관통하여 설치되고, 상단부가 해상으로 노출되도록 설치되며, 하단부가 해저지반에 관입되어 상기 자켓부와 상기 트랜지션피스를 지지하는 지지파일;을 포함하고,
   상기 트랜지션피스는,
   상기 자켓부의 상부에 위치하는 작업발판;
   상기 작업발판의 상부에 설치되고, 상기 지지파일이 관통가능하고 상기 지지파일의 상단부가 돌출가능하게 설치되는 포스트; 및,
   상기 작업발판의 상부에 설치되어, 상기 풍력발전구조물이 고정되는 설치부;를 구비하고,
   유압장치는 해상에 위치한 상기 지지파일의 상단부와 상기 포스트의 사이에 탈착 가능하게 설치되고,
   상기 유압장치에 의해 상기 지지파일에 대하여 상기 트랜지션피스를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스의 연직도를 조정하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자켓부와, 상기 트랜지션피스의 연직도가 조정된 상태에서, 상기 지지파일과 상기 포스트 사이의 공간에는 그라우트로 타설되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 지지파일에는 상기 유압장치의 일측이 고정되는 제1 고정부가 설치되고,
   상기 포스트에는 상기 유압장치의 타측이 고정되는 제2 고정부가 설치되며,
   상기 고정부는,
   상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 그립부재나, 상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면에 축방향으로 제공되는 전단연결재 중에서 택일된 어느 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부 중에 적어도 상기 제1 고정부는 상기 지지파일의 외주면을 둘러싸도록 구비되는 상기 그립부재로 구비되고,
   상기 제1 고정부가 설치되는 상기 지지파일의 내부에는 상기 그립부재에 의한 가압에 의해 상기 지지파일이 변형되는 것을 방지하는 보강강관이 구비되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 그립부재는,
   상기 지지파일 또는 상기 포스트의 외주면을 둘러싸는 그립본체와, 상기 그립본체의 양단부에 형성되고 고정부재에 의해 체결되어 상기 그립본체가 지지파일에 지압력을 가하도록 제공되는 고정플랜지 및, 그립본체에 구비되어 유압장치의 피스톤이 결합되는 피스톤결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
6. 제4항에 있어서, 상기 보강강관은,
   상기 보강강관이 상측에 구비되어 상기 보강강관을 상기 지지파일의 상단부에 고정하는 고정거치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 지지파일의 내부를 관통하여 설치되고, 상기 해저지반의 하부의 암반부에 고정되는 핀파일;을 더 포함하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
8. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 지지파일과 상기 포스트 사이에는 적어도 2 이상의 유압장치가 대향되게 배치되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 트랜지션피스는 상기 자켓부에 일체로 형성되고,
   상기 포스트와, 상기 지지파일의 상단 사이에 설치된 유압장치의 신장에 의해, 상기 지지파일과 상기 트랜지션피스를 상대변위시켜 상기 트랜지션피스의 연직도를 조정되는 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 하부구조물.
   

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