KR20210116558A - 석션 앵커들과 그 제조 방법들 - Google Patents
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Abstract
일반적인 측면에서, 구조물들을 수중의 바닥에 고정시키기 위한 석션 앵커들(suction anchors)이 제시된다. 상기 석션 앵커들은 적어도 부분이 시멘트질(cementitious) 재료로 형성되고 폐쇄 단부와 개방 단부를 가지는 튜브형 몸체를 포함한다. 상기 튜브형 몸체는 상기 개방 단부를 위한 개구를 형성하는 에지(edge)를 포함한다. 상기 에지는 수중의 바닥을 침투하도록 구성된다. 상기 석션 앵커들은 또한 상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티를 튜브형 몸체 외부에 유체-결합시키도록 구성된 포트(port)를 포함한다. 상기 석션 앵커들은 추가적으로 튜브형 몸체의 외측 표면으로부터 연장되고 계류 라인에 결합되도록 구성된 패드 아이(pad eye)를 포함한다. 다른 측면에서, 상기 석션 앵커들을 제조하는 방법도 제시된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 "대형 구조물들을 제조, 조립, 수송, 및 설치하기 위한 시스템들과 방법들"이라는 명칭으로 2019년 2월 13일에 출원된 미국 임시출원번호 62/804,952호에 대해 우선권을 주장한다. 상기 우선 출원은 그 전체가 여기에 참조로서 통합된다.
정부 지원
이 발명은 미국 에너지성에 의해 수여된 보조금 DE-SC0018822하에서 정부 지원에 의해 만들어졌다. 정부는 본 발명에서 특정 권리를 가진다.
다음의 설명은 대형 구조물들의 제조, 조립, 수송, 및 설치 뿐만 아니라 이러한 구조물들을 수중의 바닥에 고정시키는데 사용되는 석션 앵커들(suction anchors)에 관한 것이다.
현대의 해양 풍력 터빈들, 육상 풍력 터빈들, 또는 변압기 및 변전소와 같은 다른 장비, 및 수력 장치들, 예컨대 파력 에너지 변환기를 지지하는 많은 높은 타워들, 하부 구조물들(substructures), 및 기초들(여기서 "지지 구조물"로 지칭됨)은 극히 큰 크기로 인해 개개의 부품들로서 또는 조립체로서 도로, 수로, 또는 철로 위에서 수송하기에는 너무 크다. 더욱이, 많은 기존의 현장 제조 방법들, 예컨대 용접 및 종래의 콘크리트 공사는 현대의 풍력 플랜트를 위해 필요한 큰 제조 부피를 위해서는 너무 비싸며 너무 느리다. 몇몇 구현예들에서, 여기서 서술되는 제조 기술들과 공정들은 어떤 기존 기술들과 공정들에 대한 개선을 제공할 수 있다. 예를 들어, 서술된 기술들은, 특정 사례에서, 풍력 및 수력 기술들과 같은 대형 장비 또는 에너지 저장 장치들 또는 다른 타입의 구조물들을 위한 높은 타워들과 기초들의 생산율을 증가시킬 수 있고, 수송 비용을 감소시킬 수 있으며, 또는 자본 비용을 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 조립 방법 및 부분적으로 또는 완전히 조립된 대형 에너지 장치들, 타워들, 하부 구조물들, 장비, 및 기초들을 제조 또는 조립 영역으로부터 설치 위치로 수송하는 방법들은 대형의 특수한 대형의 리프트 잭-업(heavy-lift jack-up) 설비 선박을 이용할 수 없는 영역들에서 필요하다.
해양 및 육상 풍력 터빈들 및 수력 장치들 및 다른 장비를 위한 종래의 타워들, 지지 구조물들, 및 기초들은 일반적으로 압연 및 용접된 강철 실린더형 섹션들로 만들어진다. 다리, 터널, 및 오버헤드 신호와 같은 도로, 수로, 및 철로의 제약들로부터 무게 및 크기 제한으로 인해, 터빈들 및 수력 장치들이 더 크고 더 높을수록 상기 섹션들을 수송하기 위한 비용이 점차 비싸진다. 예를 들어, 육상에서 수송될 수 있는 육상 풍력 터빈을 위한 타워의 최대 직경은 미국 지역들에서 많아도 4.6m보다 작다; 그러나, 160m 높이의 타워의 최적 직경은 대략 8m의 압연 강철로 만들어진다. 해양 풍력 및 파력 장치들을 위한 해양 타워, 하부 구조물(즉, 수면 아래의 타워 부분), 및 기초들은 심지어 현장 또는 인접-위치 제조 방법들을 필요하게 하는 타워들보다 크기가 크다. 예를 들어, 해양 구조물을 위해 사용되는 종래의 강철 자켓 하부 구조물과 기초의 제조는 느리고 매우 비싸다. 해양 풍력 터빈을 위한 1,500톤 자켓 구조물과 타워는 대략 5백만 달러 이상의 비용이 들 수 있다.
여기서 서술되는 것의 몇몇 측면들에서, 현장에서 대형 구조물을 적층 제조(additively manufacture)하거나, 또는 기초 및 타워 부품들을 조립 위치로 수송하기 위한 더 작은 모듈형 섹션들로 제조하는 시스템들과 방법들이 개시된다. 상기 시스템들과 방법들은 또한 대형 구조물을 수중의 바닥(예컨대, 해저면, 호수 바닥, 강 바닥, 등)에 고정시키기 위한 석션 앵커들(또는 그 부분들)을 적층 제조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 대형 구조물은 육상 및 해양 풍력 터빈 또는 수력 장치들을 위한 타워, 하부 구조물, 및 대응되는 기초 구성들을 포함한다. 상기 시스템들과 방법들은 종래의 재료들보다 덜 비싼 적층 재료들(additive materials)을 채용하거나, 또는 더 작은 모듈형 부품들을 제조하기 위해 적층 또는 다른 제조 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 적층 제조 시스템들과 방법들은, 비싼 일시적인 거푸집 없이, 저-비용으로 지역적으로 공급받는 시멘트질(cementitious) 또는 세라믹 재료들을 이용하여 해양 구조물과 타워의 자본 비용을 종래의 제조된 구조물과 비교하여 80%까지 감소시킬 수 있으며, 자동화를 통해 제조 속도를 증가시킬 수 있다.
몇몇 예들에서, 상기 시스템과 방법은, 지지 구조물이 조립되거나 설치되는 위치에 또는 가까이에 설치된 풍력 터빈들을 위한 타워, 하부 구조물, 기초, 석션 앵커, 또는 이들의 임의의 조합을 제조하기 위해, 적층 제조(AM: additive manufacturing), 다른 콘크리트 제조 방법들, 또는 이들의 조합을 사용한다. 이러한 제조는, 각각, 현장 및 인접-위치 제조로 지칭될 수 있다. 수력 장치들, 해양 풍력 터빈 설비, 및 장비의 경우에, 적층 제조, 다른 콘크리트 제조 방법, 또는 이들의 조합은, 터빈들과 기초들이 해양 설치 위치로 해로로 수송되기 전에 조립되고 스테이징되는(staged) 도크(dock) 또는 항구에서 또는 가까이에서 현장 또는 인접 위치 제조를 위해 사용될 수 있다. 적층 제조 방법 또는 다른 제조 방법을 사용하여 현장에서 또는 인접-위치에서 구조물과 기초들을 제조함으로써, 수송은 내륙의 공장에서 설치 위치로부터 멀리 떨어져서 대형 부품들을 제조하는 것보다 실질적으로 쉬워질 수 있으며 값싸게 될 수 있다. 예를 들어, 과도한 크기의 풍력 터빈 타워 섹션들과 기초를 위한 콘크리트를 수송하는 대신에, 하청업자 또는 다른 제조 인원은 이동식 적층 제조 시스템을 비교적 더 작은 양의 적층 제조 재료와 함께 제조 또는 설치 위치로 또는 가까이로 간단하게 이송할 수 있다. 다른 제조 방법들, 예컨대 콘크리트 캐스팅, 매치 캐스팅(match casting), 또는 프리-캐스팅(pre-casting)이 적층 제조 방법을 보충하거나 대체하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 여기서 서술된 구조물 및/또는 기초는 혼성 구조물과 기초들을 생산하기 위해 관련된 기술에 의해 제조될 수 있다. 더 큰 풍력 플랜트 설비들을 위해, 기초를 위해 사용되는 콘크리트 배치 플랜트(concrete batch plant)와 같은 기존의 재료 생산 기반 시설이 상기 제조 시스템을 위한 재료를 생산하기 위해 사용될 수 있다. 이렇게 하면, 여기서 서술되는 시스템과 방법은 과대한 크기의 구조물을 도로, 철로, 또는 수로를 통해 수송하는 비용을 감소시킬 수 있으며, 구조물을 제조하기 위해 요구되는 시간과 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 3D-캐스팅 방법을 사용하여 제작된 예시적인 타워 구조물이며;
도 1b는 3D-캐스팅 방법을 사용하여 제작된 예시적인 타워 섹션이며;
도 2는 3DCP 또는 3D 캐스팅을 사용하여 적층 재료들로부터 대형 구조물들을 제조하기 위한 예시적인 시스템이며;
도 3a는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조된 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 구조물이며;
도 3b는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 석션 앵커 기초 구조물이며;
도 3c는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 중력 기초 구조물이며;
도 3d는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 석션 앵커 기초 구조물이며;
도 3e는 예시적인 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된 것으로 도시된 예시적인 타워, 하부 구조물, 또는 큰 종횡비의 석션 앵커 기초 구조물의 제조, 조립, 또는 이동을 위한 예시적인 수송 시스템이며;
도 3f는 도 3b의 예시적인 기초의 예시적인 기초 구조물 다리 부품과, 단면으로 도시된, 예시적인 중간-섹션이며;
도 3g는 타워, 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 부유식 기초와, 계류 또는 앵커 라인 상의 상향 및 횡방향 힘들에 저항하기 위해 석션 앵커들을 사용하여 해저면에 고정된 제2 기초 시스템을 가진 예시적인 지지 구조물 시스템이며;
도 3h는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 전기 장비가 설치된, 예시적인 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 석션 앵커 기초 구조물이며;
도 4는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 하부 구조물 섹션, 기초 섹션, 고정 시스템, 부력 캐비티들, 및 타워 인터페이스를 포함하는 기초 시스템이며;
도 5a는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 육상에 고정되며 채워진 외부 캐비티들을 가진 기초 섹션을 가지는 기초 구조물 시스템이며;
도 5b는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 해저면에 고정되며 채워진 외부 캐비티들을 가진 기초 섹션을 가지는 기초 구조물 시스템이며;
도 6a는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 해양 환경 내에 배치되며 풍력 터빈 또는 수력 애플리케이션들을 위해 섹션들로 수평으로 제조된 기초이며;
도 6b는 해양 환경 외부의 도 6a의 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초이며;
도 6c는 도 6a 및 6b의 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초의, 단면으로 도시된, 예시적인 중간-섹션이며;
도 7은 3DCP 또는 다른 방법들을 사용하여 제조 가능한, 풍력 터빈 또는 수력 애플리케이션들을 위한 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 시스템(700)이며;
도 8a는 구조물들을 수중의 바닥에 고정시키기 위한 예시적인 석션 앵커의 개략적인 사시도이며;
도 8b는 도 8a의 예시적인 석션 앵커의 개략적인 측면도와 저면도, 및 측면도 및 저면도와 관련된 다양한 단면도들이며;
도 8c는 도 8a의 예시적인 석션 앵커의 개구를 막는 뚜껑에 결합된 예시적인 석션 앵커의 단면도이며;
도 8d는 풍력 터빈 구조물을 수중의 바닥에 고정시키는 도 8a의 예시적인 석션 앵커의 다수의 사례들의 정면도이며;
도 9a는 3D-프린팅된 석션 앵커(3DSA) 유닛들이 제조되고 조립되는 부두로부터 예인선에 의해 수평으로 습식-견인되는 3DSA 유닛들의 그룹의 개략적인 사시도이며;
도 9b는 개방 수역을 따라서 목표 위치까지 예인선에 의해 수평으로 습식-견인되는 도 9a의 조립된 3DSA 유닛들의 개략적인 사시도이며;
도 10a는 설치 공정 중에 크레인에 의해 올려지는 모노 석션 파일의 개략적인 사시도이며;
도 10b는 설치 공정 중에 수역 내부로 잠기는 도10a의 모노 석션 파일의 개략적인 사시도이며;
도 11은 에너지 저장 챔버를 포함하는 예시적인 석션 버킷의 개략적인 단면도이며;
도 12는 3DCP 공정을 사용하여 제조된 예시적인 석션 앵커의 특징들과 이점들의 개략도이다.
도 1b는 3D-캐스팅 방법을 사용하여 제작된 예시적인 타워 섹션이며;
도 2는 3DCP 또는 3D 캐스팅을 사용하여 적층 재료들로부터 대형 구조물들을 제조하기 위한 예시적인 시스템이며;
도 3a는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조된 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 구조물이며;
도 3b는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 석션 앵커 기초 구조물이며;
도 3c는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 중력 기초 구조물이며;
도 3d는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 석션 앵커 기초 구조물이며;
도 3e는 예시적인 풍력 터빈 로터 나셀 조립체가 설치된 것으로 도시된 예시적인 타워, 하부 구조물, 또는 큰 종횡비의 석션 앵커 기초 구조물의 제조, 조립, 또는 이동을 위한 예시적인 수송 시스템이며;
도 3f는 도 3b의 예시적인 기초의 예시적인 기초 구조물 다리 부품과, 단면으로 도시된, 예시적인 중간-섹션이며;
도 3g는 타워, 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 부유식 기초와, 계류 또는 앵커 라인 상의 상향 및 횡방향 힘들에 저항하기 위해 석션 앵커들을 사용하여 해저면에 고정된 제2 기초 시스템을 가진 예시적인 지지 구조물 시스템이며;
도 3h는 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법들에 의해 제조되며, 전기 장비가 설치된, 예시적인 하부 구조물, 및 큰 종횡비의 석션 앵커 기초 구조물이며;
도 4는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 하부 구조물 섹션, 기초 섹션, 고정 시스템, 부력 캐비티들, 및 타워 인터페이스를 포함하는 기초 시스템이며;
도 5a는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 육상에 고정되며 채워진 외부 캐비티들을 가진 기초 섹션을 가지는 기초 구조물 시스템이며;
도 5b는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 해저면에 고정되며 채워진 외부 캐비티들을 가진 기초 섹션을 가지는 기초 구조물 시스템이며;
도 6a는 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 해양 환경 내에 배치되며 풍력 터빈 또는 수력 애플리케이션들을 위해 섹션들로 수평으로 제조된 기초이며;
도 6b는 해양 환경 외부의 도 6a의 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초이며;
도 6c는 도 6a 및 6b의 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초의, 단면으로 도시된, 예시적인 중간-섹션이며;
도 7은 3DCP 또는 다른 방법들을 사용하여 제조 가능한, 풍력 터빈 또는 수력 애플리케이션들을 위한 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 시스템(700)이며;
도 8a는 구조물들을 수중의 바닥에 고정시키기 위한 예시적인 석션 앵커의 개략적인 사시도이며;
도 8b는 도 8a의 예시적인 석션 앵커의 개략적인 측면도와 저면도, 및 측면도 및 저면도와 관련된 다양한 단면도들이며;
도 8c는 도 8a의 예시적인 석션 앵커의 개구를 막는 뚜껑에 결합된 예시적인 석션 앵커의 단면도이며;
도 8d는 풍력 터빈 구조물을 수중의 바닥에 고정시키는 도 8a의 예시적인 석션 앵커의 다수의 사례들의 정면도이며;
도 9a는 3D-프린팅된 석션 앵커(3DSA) 유닛들이 제조되고 조립되는 부두로부터 예인선에 의해 수평으로 습식-견인되는 3DSA 유닛들의 그룹의 개략적인 사시도이며;
도 9b는 개방 수역을 따라서 목표 위치까지 예인선에 의해 수평으로 습식-견인되는 도 9a의 조립된 3DSA 유닛들의 개략적인 사시도이며;
도 10a는 설치 공정 중에 크레인에 의해 올려지는 모노 석션 파일의 개략적인 사시도이며;
도 10b는 설치 공정 중에 수역 내부로 잠기는 도10a의 모노 석션 파일의 개략적인 사시도이며;
도 11은 에너지 저장 챔버를 포함하는 예시적인 석션 버킷의 개략적인 단면도이며;
도 12는 3DCP 공정을 사용하여 제조된 예시적인 석션 앵커의 특징들과 이점들의 개략도이다.
때때로 "3D 프린팅"으로 지칭되는 적층 제조(additive manufacturing)는 재료들의 적층식 추가에 의해 3차원(3D) 구조물을 형성하기 위해 층상 증착 공정(layered deposition process)을 사용하여 부품들을 생성한다. 시멘트질 또는 세라믹 재료들을 사용하는 적층 제조는, 때때로 3D 콘크리트 프린팅(3DCP: 3D concrete printing)으로 불리며, 대형 구조물, 예컨대 풍력 터빈 또는 수력 장치를 위한 타워, 하부 구조물, 또는 기초를 위해 사용될 수 있다.
도 1a와 1b에 도시된 바와 같이, 여기서 "3D-캐스팅"으로 불리는 3DCP의 빠른 방법은, 외측 및 내측 벽 표면들의 초기 섹션(102, 152)을 일시적인 거푸집 없이 몇 미터 높이까지 또는 더 높게 직접 3D-프린팅하기 위해 적층 제조를 사용한다.
경화 기간 후에, 콘크리트 또는 다른 시멘트질 재료들이 상기 표면들 사이에 주입되거나 또는 "타설(cast)"되어 경화될 수 있다. 벽 섹션의 추가적인 강화를 제공하기 위해, 철근 또는 강섬유 메쉬(fibrous mesh)와 같은 보강 재료가 타설 재료(cast material)의 추가 전에 상기 벽 표면들 사이에 배치될 수 있다. 섬유 보강 재료들은 구조물에 추가되기 전에 벽들 내부에 또는 타설 재료 내부에 혼합될 수 있다. 타설되고 3D 프린팅되거나 타설된 재료들이 충분히 경화된 후에, 추가 섹션들로 상기 벽들 또는 타워의 상부 부분들을 구축함으로써 상기 구조물의 높이를 증가시키기 위해, 적층 재료들의 추가 층들(104, 154)이 3D-캐스팅 부품의 하부 섹션(102, 152)의 상부에 증착될 수 있다. 대안으로서, 들어 올려질 추가 층들(104)의 질량과 무게를 감소시키기 위해, 추가적인 보강 또는 타설 재료들이 초기 및 적층된 벽 표면들 내부에 삽입되기 전에, 벽 표면들의 하나 이상의 추가 섹션들(154)이 제조되어 초기 벽 표면(152) 상에 적층될 수 있다. 어느 경우에나, 수십 또는 수백 미터의 높이에 도달할 수 있는 높은 지지 구조물을 초래하는 추가적인 상부 섹션들을 제조하기 위해 3D-캐스팅 공정은 반복될 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 3DCP 또는 3D 캐스팅을 사용하여 적층 재료들로부터 대형 구조물을 제조하기 위한 예시적인 시스템(200)이 제시된다. 도 2는 반드시 축척에 맞게 도시되지는 않았다. 상기 예시적인 시스템(200)은 제조하기 위한 타워 또는 기초 몸체 부분을 지지하고 위치시키기 위해 고정식 또는 이동식 플랫폼을 포함한다. 상기 시스템(200)은 또한 적층 제조 재료들, 예컨대 시멘트질 또는 다른 재료들을 증착시키기 위해 관절식 아암(articulated arm)에 의해 위치되는 프린트 헤드를 포함한다. 상기 프린트 헤드는 적층 제조 재료 내부에 보강재를 내장시키는 수단을 포함할 수 있다. 상기 시스템(200)은, 프린트 헤드가 적어도 하나의 벽으로 적층 제조 재료를 출력하도록 구성된 관절식 아암의 수직 위치를 조절하기 위해, 추가적으로 플랫폼과 구동 시스템을 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 프린트 헤드는 갠트리 구조물에 의해 지지되는 가동식 아암(moveable arm)을 사용하여 배치된다. 도 2는 플랫폼(203), 가이드(204), 구동 유닛(205), 관절식 아암(206), 프린트 헤드(207), 전달 튜브(208), 지지 아암(209), 및 발(210, 211)을 포함하는 예시적인 시스템(200)을 도시한다. 상기 예시적인 시스템(200)은 제조된 구조물(212)을 지지하고 위치시키기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단은 턴테이블(214), 및 트랙 또는 바퀴들(215)에 의해 위치되는 카트(cart)(213)를 포함할 수 있다. 도 2는 구조물 제조 시스템의 일 예를 도시한다. 다른 실시예들에서는, 더 많거나 더 적거나, 또는 상이한 부품들을 가지는 다른 구조물 제조 시스템들이 사용될 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 예시적인 프린트 헤드(207)는 시멘트질, 세라믹, 보강재, 또는 다른 적층 재료들을 프린팅된 표면상으로 압출함으로써 이들을 증착시키도록 구성된다. 상기 프린트 헤드(207)는 적층 재료들이 증착될 때 이들을 형상화하도록 구성될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 상기 프린트 헤드(207)는, 예컨대 보통 시멘트질 또는 세라믹 재료들을 위한 숏크리트(shotcrete)로 불리는 공정에 의해, 적층 재료들을 표면상으로 분무하도록 구성된다. 숏크리트 공정은 신속한 재료 증착을 허용할 수 있으며, 재료들을 수평으로 또는 아래로부터 증착할 수 있고, 수동으로 또는 자동화된 방식으로 구조물에 추가되는 보강 재료들을 보다 완전히 덮을 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 상기 예시적인 시스템(200)은 구조물(212)의 표면을 마무리하기 위해 하나 이상의 추가적인 부품들(예컨대, 센서들, 아암, 등)을 포함할 수 있다. 이러한 마무리는 심미적인 목적을 위한 것이거나 또는 하나 이상의 몸체 부분들의 결합을 용이하게 하기 위한 것일 수 있다. 적층 제조 중에, 상기 예시적인 시스템(200)은 구조물(212)의 제조 중에 의도적으로 또는 비의도적으로 평탄하지 않은 표면을 생성할 수 있다. 따라서, 예시적인 시스템(200)은 이러한 평탄하지 않은 표면을 매끄럽게 하기 위해 추가적인 부품들을 포함할 수 있다. 상기 추가적인 부품들은 관절식 아암에 부착되거나 또는 하나 이상의 추가적인 아암들로서 추가될 수 있다.
이제, 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 및 3h를 참조하면, 3DCP, 3DCP-캐스팅, 따른 제조 공정들, 또는 제조 실례들의 조합에 의해 제조되는 예시적인 타워와 기초 구조물(300)이 제시된다. 예시적인 지지 구조물들(300)은 타워 또는 하부 구조물 섹션(322), 기초 섹션(323), 고정 섹션(324)(예컨대, 석션 앵커 시스템), 부력 캐비티들(buoyancy cavities)(325), 인터페이스들(326), 및 추가적인 질량체 또는 부력 부품들(329)을 포함할 수 있다.
상기 예시적 지지 구조물들(300)은 단일 부재로서 일체화되어 구축되거나, 또는 체결구들(fasteners), 프스트-텐셔닝 텐던들(post-tensioning tendons), 또는 기타 등등을 사용하여 함께 결합되는 두 개 이상의 분리된 부재들로서 제조될 수 있다. 또한, 몇몇 변형예들에서, 콘크리트 또는 압연 강재 형상으로 만들어진 타워 섹션들과 같은 관련된 구조물들은 타워 높이를 더 연장시키기 위해 타워 또는 하부 구조물 섹션(322)의 상부에 직접 배치되어 결합되거나, 또는 여기서 설명되는 기초들의 상부에 직접 배치될 수 있다. 즉, 여기서 설명되는 구조물들 및/또는 기초들은 혼성 구조물들과 기초들을 제조하기 위해 관련 기술들과 결합될 수 있다. 체결구들 또는 프스트-텐셔닝 텐던들은 또한 상기 구조물에 압축 응력을 적용하고, 이에 의해 콘크리트 내의 인장 하중들의 수와 크기를 감소시킴으로써, 상기 구조물을 더 강화시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 체결구들 또는 프스트-텐셔닝 텐던들은 상기 구조물에 프리-스트레스(pre-stress)를 인가하는 방법의 일부일 수 있다.
상기 타워 및 지지 구조물 섹션(322)과 기초 요소들(323)은 수직 또는 수평으로 배치된 타워와 다리들에 의해 적층 또는 다른 제조 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 도 3f에 도시된 예에서, 도 3b에 도시된 기초를 위한 기초 지지 요소("다리")는 수직으로 배치된 다리에 의해 각각 2미터 높이의 10개의 섹션들로 구축된다. 도 3f의 A-A 단면은 제조될 수 있는 중간 섹션들 중 하나의 예이다. 3D 캐스팅 제조 공정에서, 다리들의 내측 및 외측 표면 프로파일들과 임의의 내부 특징들, 예컨대 캐비티들(cavities)은 대략 2인치 높이까지 연속적인 층들로 프린팅될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 섹션 높이가 대략 1 내지 3미터에 도달한 후에 그리고 추가 타설 재료들이 섹션에 추가되기 전에, 보강재들(예컨대, 유리섬유, 현무암, 또는 철근 또는 강섬유)이 각각의 섹션 내의 내측 및 외측 표면들 사이에 배치될 수 있다. 벽들이 강화된 후에, 어쩌면 보강 섬유들이 혼합된, 시멘트질, 세라믹, 또는 다른 적층 재료들이 내측 및 외측 표면들 사이의 부피 내에 주입된다. 예시적인 보강 디자인은 다리에 가해지는 하중을 견디고, 아마도 수동적인 철근 배치의 필요성을 제거하기 위해 공학적 시멘트질 합성물(ECC: Engineered Cementitious Composite) 콘크리트와 층들 및 섹션들 전체에 걸친 포스트-텐셔닝을 사용하는 것이다. 상기 ECC 콘크리트는 강재, 폴리머, 또는 유기질 섬유와 같은 특별히 선택된 짧은 랜덤 섬유들로 보강된 모르타르 기반 합성물을 포함할 수 있다. 타설 재료들이 강화된 후에, 다음의 3DCP-캐스팅 섹션을 위한 상기 내측 및 외측 표면들은 이전 섹션상에 프린팅될 수 있다. 섹션-상-섹션 제조 공정은 다리들과 일부 콘크리트 풍력 터빈 타워를 위한 매치-캐스팅(match-casting)으로 알려진 콘크리트 제조 공정과 유사할 수 있다. 3DCP 매치-캐스팅은 하부 섹션들의 상부에 새로운 섹션들을 프린팅함으로써 층들 사이에 값비싼 모르타르 또는 기계 가공 작업들에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 몇몇 예들에서, 프린팅 후에, 3DCP 부품들은 재료들에 따라 4주까지의 기간 동안 양생된다. 그 다음에, 상기 섹션들을 다양한 방향들로 강화시키기 위해, 상기 섹션들은 조립 중에 프스트 텐셔닝 로드, 텐던 또는 체결구 등을 사용하여 다양한 방향들로, 예컨대 추가 층들과 매치-캐스팅된 조인트들을 가로질러 포스트-텐셔닝될 수 있다. 다음으로, 추가적인 3DCP 부품들, 예컨대 석션 앵커(suction anchor)(324), 하부 구조물 및 타워(322), 또는 둘 다는 포스트 텐셔닝 로드, 텐던 또는 체결구를 사용하여 상기 구조물에 부착될 수 있다.
도면들에 도시된 예시적인 구조물들(322, 323)은 육상 풍력 시스템을 위해 지면 위에 있거나, 해양 애플리케이션들을 위해 해저면 위에 있을 수 있다. 그러나, 몇몇 변형예들에서, 상기 구조물들(322, 323)은 전체적으로 또는 부분적으로 지면 아래에, 또는 해역에서 전개되는 구조물의 경우 해저면 아래에 있을 수 있다. 추가적으로, 상기 구조물들(322, 323, 329)은 해양 애플리케이션에서 수면 위로 연장될 수 있다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 및 3h는 일반적으로 실린더형의 타워 또는 지지 구조물(322)을 도시한다. 이 실린더 형상은 연속적이거나 또는 기초(323), 다른 구조물 또는 타워 섹션들(322), 또는 풍력 또는 파력 에너지 발생 장치(328), 또는 장비(334)와의 하나 또는 다수의 인터페이스들(326)을 가질 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 타워 또는 하부 구조물(322), 또는 기초(323)는 다른 형상, 예컨대 정사각형, 피라미드, 절두체(frustum), 다각형, 또는 다른 형상일 수 있다. 타워 구조물(322)의 벽은 출입구 또는 구조적 지지체와 같은 비교적 복잡한 기하구조, 배플(baffle), 도관, 작업 플랫폼(327), 또는 주문에 따라 만들 수 있는 기하구조를 포함할 수 있다.
상기 지지 구조물 시스템(300)은 육상 설비를 위해 지면과 접속하거나, 또는 해양 바닥-고정식 설비를 위해 해저면과 접속하는 바닥-고정식 기초(fixed-bottom foundation)로서 사용될 수 있다. 이제, 도 3g를 참조하면, 다른 해양 설비들에서, 기초 구조물 시스템(300)은 부유식 풍력 터빈 기초(323)로서 사용될 수 있다. 부유식 풍력 터빈 기초 구조물 시스템(300)의 움직임은 케이블들, 체인들, 또는 다른 타입의 계류(mooring) 또는 앵커 라인들(anchor lines)(331)을 사용하여 억제될 수 있다. 해저면 상의 기초 시스템들(323) 중 하나 이상은 계류 또는 앵커 라인들에 작용하는 상향 및 횡방향 힘들에 저항하기 위해 사용될 수 있다. 해저면 상의 기초 시스템(323)은 석션 앵커 시스템(324), 밸러스트(ballast) 또는 부력 캐비티들(buoyancy cavities)(325), 추가적인 부력 또는 질량체들, 및 하나 이상의 계류 또는 앵커 라인들(331)을 포함할 수 있다. 상기 부유식 기초 시스템(300)과 해저면에 고정되는 기초 시스템(323)은 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f 및 3h의 기초 시스템들에 대해 설명된 것과 유사한 방법들을 사용하여 조립, 수송, 또는 설치될 수 있다.
도 3g의 예에서, 부유식 하부 구조물 시스템(300)과 고정 시스템(323)은, 부유식 하부 구조물 시스템(300)이 완전히 또는 부분적으로 수면(330) 아래의 부력 질량체들(buoyancy masses)(329)과 캐비티들(325)에 의해 수직으로 계류되는 텐션 레그 플랫폼 구성으로 지칭될 수 있다. 다른 예시적인 구성들에서, 부유식 기초 시스템(300)은 부력 질량체들(329)과 캐비티들(325)이 수면 위로 부분적으로 연장되는 반잠수형 구성으로 구성될 수 있다. 상기 계류 라인들은 현수선(catenary) 또는 반-타우트(semi-taut) 계류와 같은 다른 형태를 취할 수 있다. 다른 예들에서, 부유식 풍력 터빈 기초(300)는 부유식 바지선 기초(floating barge foundation) 또는 스파 기초(spar foundation)의 형태를 가질 수 있다. 즉, 해저면 상의 기초 섹션(323)은 다양한 부유식 지지 구조물들을 고정 또는 계류시키는 수단으로서 사용될 수 있다.
이제, 도 3h를 참조하면, 다른 해양 설비들에서, 여기서 설명된 기초 구조물 시스템은 선택적으로 다른 타입의 장비(334), 예컨대 풍력 또는 파력 에너지 장치들로부터의 전기를 컨디션닝하는데 필요한 전기 장비 또는 인클로저, 또는 풍력 또는 파력 에너지 장치들로부터의 전기를 사용하여 수소를 생산하는데 필요한 전기분해 장비를 지지하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 지지 구조물(300)은 타워 또는 하부 구조물 섹션(322), 기초 섹션(323), 고정 시스템(324)(예컨대, 석션 앵커 시스템), 부력 캐비티들(325), 인터페이스들(326), 및 추가적인 질량체 또는 부력 요소들(329)을 포함할 수 있다. 장비 기초 시스템(300)의 구성 요소들은 3D 콘크리트 프린팅 또는 다른 콘크리트 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 도 3a-3g의 시스템들에 대해 설명된 것과 유사한 방법을 사용하여 조립, 수송, 또는 설치될 수 있다.
상기 기초 섹션(323)은 아암들을 가지지 않거나 다수의 아암들을 가지도록 제조될 수 있다. 몇몇 사례들에서, 예컨대 도 4a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g 및 3h에 도시된 바와 같이, 기초 섹션(323)은 세 개의 아암들을 가진다. 구조물들(323 및 322)의 질량은 풍력 터빈 시스템이 바람 또는 물의 부하로 인해 전복되는 것을 방지하도록 작용할 수 있다. 상기 기초 섹션(323)은 아암들을 관통하여 삽입되거나 아암들에 부착된 석션 앵커들을 사용하여 해저면에 더 고정될 수 있다. 해양 설비의 경우에, 강철 또는 시멘트질 석션 앵커들(324)은 대안으로서 기초를 해저면에 고정시키기 위해 아암들에 체결되거나, 또는 석션 앵커들은 예를 들어 3DCP 또는 3DCP 캐스팅 공정, 또는 다른 제조 공정을 사용하여 일체화된 요소들로서 구축될 수 있다. 특히 두꺼운 벽의 석션 앵커들 위해, 해저면의 침투를 용이하게 하기 위해, 상기 석션 앵커의 바닥 내부에 얇은 나이프 에지(knife edge) 또는 표면이 추가되거나 내장될 수 있다. 석션 앵커들(석션 케이슨(caisson) 또는 석션 파일(pile)로 불리기도 함)은 해저 퇴적물 내에 매립되는 뒤집힌 버킷으로서 효과적으로 설명될 수 있다. 이 실시예는 석션 앵커의 스커트 내부에 음압을 밀어 넣거나 및/또는 음압을 생성함으로써 달성될 수 있다. 이 기술들은 둘 다 케이슨을 수중의 바닥(또는 해저면) 내부에 고정시키는 효과를 가진다. 상기 기초 섹션(323)은 또한 설치 공정을 반대로 수행함으로써, 즉 공기, 물, 또는 다른 유체로 케이슨 스커트 내부에 압력을 적용함으로써 신속하게 제거될 수 있다.
상기 기초 섹션(323)을 제조하기 위해 사용되는 적층 재료들의 양은, 캐비티들(325)을 구조물 내의 응력들이 낮아지는 경향이 있고 더 적은 재료들이 필요하게 되는 영역들에서 구조물 내에 통합시킴으로써 감소될 수 있다. 또한, 상기 캐비티들(325)은 커버들을 사용하여 밀봉되거나, 또는 기초 내에 챔버들을 생성하기 위해 3DCP, 3DCP 캐스팅, 또는 다른 제조 방법들을 사용하여 타워(325) 또는 기초(323)의 부분으로서 제조된 표면들에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 챔버들은 기초 섹션(323), 타워(322), 및, 선택적으로, 타워(322)에 부착된 풍력 터빈 또는 수력 장치(328)의 수송 및 설치를 돕기 위해 부력을 생성하는데 사용될 수 있다. 대안으로서, 상기 캐비티들(325)은, 구조물의 설치 후에 바람 또는 파도의 부하로부터 구조물의 전복에 저항하기 위해 추가적인 무게를 제공하도록 물, 모래, 철광석, 재생 파쇄 콘크리트, 자갈, 돌 또는 다른 재료들로 채워질 수 있다.
상기 지지 구조물(300)은, 강철 용접, 슬립 성형된 콘크리트, 캐스트 콘크리트, 또는 프리-캐스트 콘크리트와 같은 종래의 제조 방법들과 비교하여, 비용을 감소시킬 수 있고, 더 작은 질량을 가질 수 있으며, 더 작은 폐기물을 발생시킬 수 있으며, 더 빠른 제조를 허용할 수 있고, 현장 또는 인접-위치 제조를 포함할 수 있다. 적층 제조 방법은, 여전히 저비용의 적층 재료들과 보강재들을 사용하면서 콘크리트 제조를 위해 요구되는 일시적인 거푸집의 필요성을 감소시킴으로써, 비용과 제조 폐기물을 감소시키고 제조 속도를 증가시키기 위해 구조물(300)을 제조하는데 사용될 수 있다. 자동화 적층 제조 공정은 종래의 방법들보다 더 적은 작업자들을 사용하여 속도를 증가시키고 비용을 더 감소시킬 수 있다. 다른 제조 공정, 예컨대 콘크리트 캐스팅, 매치 캐스팅, 슬립 성형, 또는 프리-캐스팅은 적층 제조 방법을 대신하거나 또는 적층 제조 방법과 함께 사용될 수 있다. 적층 제조 공정, 및 더 작은 모듈형 부품들에 의한 다른 콘크리트 제조 공정은 인접-위치 또는 현장에서 제조를 용이하게 하고, 이에 의해 도로, 철로 또는 수로를 통한 대형 구조물 또는 섹션들의 수송을 감소시킴으로써 비용을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 강철 구조물과 비교하여, 여기서 설명된 적층 및 모듈형 콘크리트 제조 공정은 값비싸고 느린 용접 공정, 용접 검사, 및 프라이머와 페인트와 같은 표면 마무리의 필요성을 제거할 수 있다. 더욱이, 3DCP 공정에 의해 사용되는 시멘트질 재료들은 질량당 기준으로 일반적으로 강철 구조물보다 훨씬 적은 비용이 든다.
이제, 도 3c와 3d를 참조하면, 3DCP 또는 다른 콘크리트 제조 공정에 의해 제조된 예시적인 풍력 터빈, 타워, 및 대형 종횡비의 기초 구조물(323)이 제시된다. 도 3c와 3d의 예시적인 기초 구조물들(323)은 기초 구조물 아암들의 길이와 종횡비에 의해 도 3a와 3b의 예시적인 기초 구조물과 상이하다. 도 3c와 3d의 기초들(323)의 기초 아암들은 도 3a와 3b에서보다 특징적으로 더 길고, 에너지 발생 장치(328)의 에너지 캡처 기구(mechanism)의 크기에 비해 더 길다. 도 3a와 3b에 비해 도 3c와 3d의 더 긴 기초 아암들은 기초 구조물(300)의 조립, 수송, 설치, 및 제거 중에 기초와 구조물(300)의 안정성을 증가시키며, 극심한 바람과 파도 기후 상태 중에 기초 구조물(300)의 전복에 대한 저항성을 증가시킨다. 하부 구조물 요소들(300)을 위해 시멘트질 재료들의 사용과, 낮은 종횡비의 아암들은 중력 시스템의 낮은 중심을 초래하며, 이는, 선택적으로 에너지 수집 장치(328)가 설치된, 지지 구조물(300)의 수송 중 안정성에 더 도움을 준다.
도 3c와 3d의 예들에서, 기초 아암들은 에너지 장치의 블레이드들의 길이의 대략 적어도 1/4이며, 반면에, 도 3b에서, 기초 아암들은 블레이드 길이의 대략 1/8이다. 더욱이, 도3c와 3d의 예들에서, 기초 아암 길이는 기초 아암 폭과 아암 높이에 비해 더 크며, 이는 도 3a와 3b의 기초보다 더 큰 종횡비를 가진 것으로 설명될 수 있다. 도 3c와 3d에 도시된 예에서, 높이에 대한 아암 길이의 기초(323) 종횡비는 대략 5:1 이며, 아는 도 3b에서 대략 2:1의 종횡비보다 실질적으로 더 크다.
도 3a와 3b의 더 작은 종횡비의 기초들(323)의 디자인과 유사하게, 도 3c와 3d의 더 큰 종횡비의 기초들(323)은 구조물 내에서 구조물 내의 응력들이 낮아지는 경향이 있고 더 적은 재료들이 필요한 영역들 내에 캐비티들(325)을 포함할 수 있다. 상기 캐비티들(325)은 커버를 사용하여 밀봉되거나, 또는 기초 내에 챔버들을 생성하기 위해 3DCP, 3DCP-캐스팅, 또는 다른 제조 방법들을 사용하여 타워(322) 또는 기초(323)의 부분으로서 제조된 표면들에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 캐비티들(325)은, 수송 중에 추가적인 밸러스트와 안정성을 제공하기 위해 또는 구조물의 설치 후에 바람 또는 파도의 부하로부터 구조물의 전복에 저항하기 위해, 모래, 철광석, 재생 파쇄 콘크리트, 자갈, 돌 또는 다른 재료들로 채워질 수 있다. 상기 챔버들은, 선택적으로, 타워(322)에 부착된 풍력 터빈 또는 수력 장치(328)을 가진, 지지 구조물(300)의 수송, 설치, 및 제거 중에 도움을 주기 위해 부력을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 부력은 지지 구조물과 에너지 장치 조립체가 낮은 비용의 예인선 또는 다른 선박에 의해 한 지역에서 다른 지역으로 견인되도록 허용할 수 있으며, 이는 일반적으로 수송 및 설치를 위해 사용되는 대형의 전문 대형 리프트 설치 선박의 사용 없이 잠수식 시추선이 지지되고 예인되는 방식과 유사하다.
추가적인 질량체 또는 부력 요소들(329)은, 이 위치로부터 저 위치로 수송 중에 그리고 설치 중에 도움을 주기 위해 추가적인 부력을 제공하기 위해, 체결구들, 포스트-텐셔닝 텐던들, 기타 등등을 사용하여 기초(323), 타워 또는 하부 구조물(322) 내에 통합되거나 부착될 수 있다. 상기 부력 요소들(329)은, 수송 중 바람 또는 파도 부하에 의한 힘들에 기인하여 기울어진 자세의 기초(323)를 곧바로 세우는 복원력을 제공함으로써 구조물의 안정성을 증가시키기 위해, 수송 중, 또는 설치 중에 수면 위로 부분적으로 연장되도록 크기가 부여될 수 있다. 상기 부력 요소들(329) 또는 기초 다리들(323)은 부력을 제공하기 위해 수면 아래의 부교로서 기능하는, 선택적으로, 수면 위로 연장된 칼럼들을 가진, 실린더 형태로 제조될 수 있다. 설치 위치에 있을 때, 부력 요소들(329) 또는 부교 구조물들은 지지 구조물(300)이 해저면 쪽으로 낮아지도록 제어되는 형식으로 잠긴다. 상기 부력 요소들(329)은, 풍력 터빈 시스템이 바람 또는 물의 부하로 인해 전복되는 것을 방지하기 위해, 설치 후에 추가적인 질량체를 제공하는데 사용될 수 있다. 상기 추가적인 질량체 또는 부력 요소들(329)은, 도 3c에 도시된 바와 같이, 기초(323)에 영구적으로 부착되거나, 또는, 도 3d에 도시된 바와 같이, 배치될 수 있는 다른 지지 구조물들(300)과 함께 재사용하기 위해 설치 후 제거를 용이하게 하기 위해 임시적으로 부착될 수 있다.
이제, 도 3e를 참조하면, 선택적으로, 풍력 터빈 또는 수력 장치(328)를 가진, 예시적인 타워, 하부 구조물, 기초 시스템(300), 및, 선택적으로, 에너지 수집 장치(328)가 설치된 지지 구조물 시스템(300)을 부두로부터 해상으로 수송하기 위한 해상 선박(330)이 제시된다. 또한, 이용 가능한 수심이 오직 지지 구조물의 부력만에 의해 부유되기에는 충분히 깊지 않은 위치에서, 예컨대, 많은 미국 항구들에서, 지지 구조물(300)과 에너지 수집 장치(328)가 이 위치에서 저 위치로 수송되기 위해 부유될 수 있도록 하기 위해, 수송 선박(330)이 지지 구조물(300) 또는 에너지 장치(328)의 수송을 위해 사용될 수 있다.
상기 해양 선박 시스템(330)은, 기초 시스템(300)을 지지하기 위한 플랫폼(332), 부력 기구(mechanism)(333), 및 기초 시스템 요소들(300)을 위해 간격을 제공하기 위한 다양한 기하구조적 특징들을 포함한다. 상기 해양 선박 시스템(330)은 추력기들 또는 다른 수단들에 의해 자체-추진되거나, 또는 예인선 또는 다른 추진 선박에 의해 견인 또는 밀려갈 수 있다. 상기 해양 선박 플랫폼(332)은 수송 또는 저장 중의 기초 시스템 요소들(300)을 고정시키는 수단을 포함할 수 있다. 해양 선박 플랫폼(330)은 구조물 내에서 구조물 내의 응력들이 낮아지는 경향이 있고 더 적은 재료가 필요한 영역들 내에 캐비티들을 포함할 수 있다. 상기 캐비티들은, 바람 또는 파도의 부하로부터 구조물의 전복에 저항하도록 추가적인 밸러스트와 안정성을 제공하기 위해, 물, 모래, 철광석, 재생 파쇄 콘크리트, 자갈, 돌 또는 다른 재료들로 채워질 수 있다. 상기 캐비티들은 선박과 임의의 화물의 부유를 위한 부력을 생성하는데 사용될 수 있다. 추가적인 해양 선박 부력 기구들(333)은 지지 구조물 시스템 또는 에너지 수집 장치(328)를 가지거나 가지지 않은 해양 선박을 낮추거나 들어올리는 것을 보조하는데 사용될 수 있다. 부력 시스템(333)은, 수송 중에 선박(330), 지지 구조물(300), 또는 에너지 장치(328)에 작용하는 바람, 파도, 또는 중력 부하에 의한 힘들로부터 기인할 수 있는 기울어진 위치로부터 선박(330)을 직립되도록 하는 복원력을 제공함으로써, 들어올리거나 낮추는 중에 구조물의 안정성을 증가시키는데 사용될 수 있다.
상기 해양 선박(330)은, 심각한 날씨의 기간 중에, 또는 유용할 수 있는 다른 다양한 상황들에서, 선적, 하역 중에 안정성을 제공하기 위해 도킹(docking) 중에 견고하게 지지되도록 설계될 수 있다. 이러한 지지는, 예를 들어, 선박 플랫폼(332)의 바닥을 항구 해저면상에, 또는 해저면에 고정된 제조된 지지체들상에 놓이도록 낮춤으로써 제공될 수 있다. 상기 해양 선박은 플랫폼으로부터 지면 아래로 하향 연장될 수 있는 하나 또는 다수의 잭킹 레그들(jacking legs)을 사용하여 해저면에 의해 지지될 수 있다.
상기 해양 선박 시스템은 기초 시스템(300)과 선택적으로 에너지 장치(328)를 조립하는데 사용될 수 있으며, 추가적인 조립, 설치, 또는 기초 시스템 또는 에너지 장치의 제거의 목적으로 이 위치에서 저 위치로 수송하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술들은 다음의 공정들 중 하나, 몇몇, 또는 모두를 포함할 수 있다: 1) 부두에서 또는 선박(330) 상에서 지지 구조물 시스템(300)과 선택적으로 에너지 장치(328)의 조립 또는 부분적인 조립; 2) 크레인, 자체-추진 모듈형 수송장치 또는 기타 등등을 사용하여 해양 선박 시스템(330) 상으로 조립된 또는 부분 조립된 시스템의 이동; 3) 해양 선박(330) 상에 있는 동안 기초 시스템(300) 또는 에너지 장치(328)의 추가 조립; 4) 추가 조립을 위해 다른 위치로 해양 선박(330), 지지 구조물(300), 또는 에너지 시스템(328)의 부유 및 수송; 5) 부유 및 임시적인 계류를 가진 선택적인 대기 위치로 수송 또는 최종 설치 위치로 수송; 6) 선박 시스템으로부터 기초 시스템(300)이 부유될 수 있을 때까지 해양 선박 시스템(330)의 하강; 7) 항구 또는 다음 작업 위치로 수송하기 위한 해양 선박 시스템(330)의 상승; 8) 최종 설치를 위해 예인선 또는 다른 선박들에 의한 지지 구조물(300)과 선택적으로 에너지 장치(328)의 이동 및 배치; 9) 해저면으로 기초 시스템(300)과 선택적으로 에너지 장치(328)의 제어된 하강; 10) 기초 시스템을 해저면에 고정시키기 위해 필요한 최종 작업들, 예컨대 제공된 경우에 석션 앵커들(324)의 비움(evacuating) 또는 부력 챔버들(325) 및 기구들(329)의 잠수; 11) 필요할 경우 지지 구조물(300) 또는 에너지 수집 장치(328)를 위한 추가 조립 작업들; 및 12) 재사용을 위해 보조 기초 시스템 부력 기구들(329)의 제거, 부유, 및 수송.
해양 선박 시스템은 또한 에너지 시스템의 작업 또는 실행 계획(logistics)을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 해양 선박 시스템은, 관련된 전술한 단계들을 대략적으로 반대 순서로 진행함으로써 기초 시스템 또는 에너지 장치를 제거, 점검, 또는 분해하는 방법의 일부로서 사용될 수 있다. 다른 예로서, 해양 선박 시스템은 또한, 전술한 기초 시스템(300)에서 설명된 바와 같이 해저면에 고정되거나 해저면에 견고하게 고정되기 보다는 계류된 다양한 디자인의 부유식 풍력 터빈 기초들(즉, 예컨대, 반-잠수식 풍력 또는 바지 터빈 기초들) 수송하기 위해 사용될 수 있다.
이제, 도 4를 참조하면, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 시스템(400)이 제시되며, 이는 하부 구조물 섹션(432), 기초 섹션(433), 고정 시스템(434), 캐비티들(435), 및 타워 인터페이스(436)를 포함한다. 상기 시스템(400)은 아암들이 없고 오직 하나의 (모노-버킷으로 지칭되는) 석션-앵커를 가진다는 점에서 도 3의 지지 구조물 시스템(300)과 상이하다. 이러한 특징들은 상기 시스템(400)이 더 작은 직경과 잠재적으로 더 작은 질량을 가질 수 있도록 한다. 상기 기초 섹션(433)은 석션 앵커를 포함하며, 이는 실린더 형상일 수 있지만, 다른 형상들, 예컨대 육각형 형상 또는 정사각형 형상을 가질 수도 있다. 상기 석션 앵커는 하부 구조물 섹션(432) 내에 일체화되거나, 또는 대안으로서, 하부 구조물과 기초 벽들을 통해 연장되는 볼트들 또는 텐셔닝 케이블들을 사용하여 하부 구조물 섹션(432)에 체결되거나, 또는 타워와 기초 내부에 체결될 수 있다. 상기 석션 앵커는 시멘트질 재료들, 세라믹 재료들, 금속 재료들, 또는 이들의 임의의 조합으로 만들어질 수 있다. 특히 콘크리트로 만들어질 수 있는 두꺼운 벽의 석션 파일들을 위해, 해저면의 침투를 용이하게 하기 위해, 강철 또는 다른 재료로 만들어진 얇은 나이프 에지 또는 표면(434)이 석션 파일의 바닥에 추가될 수 있다. 상기 캐비티들(435)은, 물을 공기 또는 발포체와 같은 저밀도 재료로 대체함으로써 부력을 제공하기 위해, 또는 시스템(300)에 밸러스트 재료를 추가하기 위해, 구조물의 질량을 감소시킬 목적으로 기능하는 부피들이다.
이제, 도 5a와 5b를 참조하면, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 구조물 시스템(500)이 제시되며, 여기서 기초 섹션(543)은 모래, 철광석, 재생 콘크리트 또는 다른 재료들로 채워진 외부 캐비티들을 포함한다. 도 5a는 육상에 고정된 시스템(500)의 하나의 변형을 제시한다. 도 5b는 해저면 상에 고정된 시스템(500)의 다른 변형을 제시한다. 채워진 외부 캐비티들은, 바람 또는 물의 부하로부터 구조물의 전복에 저항하기 위해 요구되는 무게를 제공하기 위해 석션 파일을 대체하거나, 또는 전복시키는 힘들에 대해 추가적인 저항을 제공하기 위해 석션 파일과 함께 작용할 수 있다.
이제, 도 6a-6b를 참조하면, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초(600)이 제시되며, 이는 풍력 터빈 또는 수력 애플리케이션들을 위해 3DCP, 3DCP-캐스팅 방법들, 또는 다른 제조 방법들을 사용하여 섹션들로 수평으로 제조된다. 다른 변형들에서, 타워, 하부 구조물, 및 기초(600)는 수직으로 제조될 수 있다. 도 6a는 해양 환경에서 설치되고 해저면에 고정된 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초(600)를 제시한다. 도 6c는 도 6a와 6b의 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초의, 단면으로 도시된, 예시적인 중간-섹션(650)을 제시한다.
상기 타워 섹션은 수직으로 배치된 타워로 제조될 수 있으며, 3D-캐스팅 섹션들(652, 654)은 수평으로 제조될 수 있다. 이러한 수평 제조는 도 3의 시스템(300)과 유사할 수 있다. 도시된 예에서, 일체화된 일차 중앙 타워/하부 구조물/기초 지지 부재(이하에서는 "타워")는 각각 2m 높이의 4 개의 섹션들로 수평으로 배치된 타워로 구성된다. 상기 타워의 내측 및 외측 표면 프로파일들과 내부 특징들, 예컨대 캐비티들은 대략 2 인치 높이까지의 연속적인 층들로 프린팅된다. 필요할 경우, 섹션 높이가 대략 1 내지 3미터에 도달한 후에, 그리고 추가 타설 재료들이 섹션에 추가되기 전에, 보강재들(예컨대, 유리섬유, 현무암, 또는 강재 철근 또는 섬유들)이 각각의 섹션에서 내측 및 외측 표면들 사이에 배치될 수 있다. 벽들이 강화된 후에, 시멘트질, 세라믹, 또는 다른 적층 재료들은 - 선택적으로 보강 섬유들과 혼합되며 - 내측 및 외측 표면들 사이의 부피 내부로 주입된다. 몇몇 변형예들에서, 보강은 타워에 가해지는 부하를 견디기 위해 공학적 시멘트질 합성물(ECC: Engineered Cementitious Composite) 콘크리트와 층들 및 섹션들 전체에 걸친 포스트-텐셔닝을 사용하여 달성될 수 있다. 이 보강은 수동 철근 배치의 필요성을 잠재적으로 제거할 수 있다. 상기 ECC 콘크리트는 강재, 폴리머, 또는 유기질 섬유와 같은 특별히 선택된 짧은 랜덤 섬유들로 보강된 모르타르 기반 합성물을 포함할 수 있다. 타설 재료들이 강화된 후에, 다음의 3DCP-캐스팅 섹션을 위한 내측 및 외측 표면들은 이전 섹션상에 프린팅될 수 있다. 섹션-상-섹션 제조 공정은 다리들과 일부 콘크리트 풍력 터빈 타워를 위한 매치-캐스팅(match-casting)으로 알려진 콘크리트 제조 공정과 유사할 수 있다. 3DCP 매치-캐스팅은 하부 섹션들의 상부에 새로운 섹션들을 프린팅함으로써 층들 사이에 값비싼 모르타르 또는 기계 가공 작업들에 대한 필요성을 제거한다. 프린팅 후에, 3DCP 부품들은 재료들에 따라 4주까지의 기간 동안 양생된다. 그 다음에, 타워 "발"과 같은 추가적인 3DCP 부품들, 제거 가능한 상부 타워 섹션, 및 플랩(flap)이 포스트 텐셔닝 로드, 텐던 또는 체결구를 사용하여 구조물에 부착될 수 있다.
해양 구조물을 위한 타워 및 기초 부품들은 도크 상에서, 또는 드라이 도크 내에서 수평으로 제조되고 조립되도록 설계될 수 있다. 크레인 또는 해상 이동 리프트 및 보트 진수와 같은 다양한 방법들이 조립된 타워와 플랩 조립체를 도크로부터 해상으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 3DCP 제조의 유연성은 일체화된 부력 챔버들이 지지 구조물 또는 타워 내에 통합되도록 허용하며 완전히 조립된 파력 에너지 장치가 값싸고 쉽게 이용 가능한 예인선을 사용하여 설치 위치로 수평으로 부유되도록 허용한다. 설치 위치에 도달한 후에, 부력 챔버들은 시스템(600)을 제어된 방식으로 잠수시키고 수직으로 회전시키기 위해 잠길 수 있다. 그 다음에, 상기 부력 챔버들은, 전복시키는 힘에 저항하기 위한 밸러스트를 제공하기 위해, 모래와 같은 준설된 재료, 또는 철광석, 재상 파쇄 콘크리트와 같은 지역적으로 이용 가능한 재료로 채워질 수 있다.
이제, 도 7을 참조하면, 예시적인 타워, 하부 구조물, 및 기초 시스템(700)이 제시되며, 이는 풍력 터빈 또는 수력 애플리케이션을 위해 3DCP 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 예시적인 시스템(700)은, 3DCP 방법을 위한 추가적인 애플리케이션들의 예로서 3DCP 방법에 의해 제조된 플랩(flap)(752)을 가진 것으로 도시된다. 예시적인 시스템(700)의 주된 요소들은 다수의 타워 사이드 부재들(753), 타워 중심 칼럼(754), 다수의 석션 앵커들(755)을 포함한다. 타워 및 기초 요소들은 일체형 부재로서 제조되거나, 또는 체결구들 또는 텐션 케이블들에 의해 연결되는 별도의 부재들로서 제조될 수 있다. 3D-프린팅 또는 3D-캐스팅은 상기 요소들을 제조하는데 사용될 수 있다. 사이드 부재들(753) 내의 캐비티들(756)은 추가적인 부력 또는 밸러스트를 위해 둘러싸이거나, 또는 대안으로서, 타워와 기초에 가해지는 파도와 해류의 부하를 감소시키기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 개방된 상태로 남을 수 있다.
여기서 서술된 것의 일부 측면들에서, 여기서 설명된 시스템들과 방법들은 또한 구조물을 수중의 바닥(예컨대, 해저면, 호수 바닥, 강 바닥, 등)에 고정시키기 위해 석션 앵커(또는 그 부분들)를 적층 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 구조물들은, 예를 들어, 해양 풍력 터빈을 위한 타워, 지지 구조물, 및 기초에 대응될 수 있다. 그러나, 다른 타입의 구조물들도 가능하다. 미국 해양 풍력 자원 영역의 대략 60%는 60m보다 더 깊은 수역 내에 있으며, 이는 종래의 바닥-고정식 하부 구조물에 대해서는 너무 깊다. 그러나, 부유식 풍력 터빈들은, 특히 위치 유지 및 계류와 관련하여 몇몇의 도전과제들, 예컨대, 높은 앵커 제조 및 설치 비용, 설치 위치 정확성, 설치 시간, 강한 바람 내의 설치, 파도, 및 해류 상태, 계류 내항성능(sea-keeping performance), 및 구조적 신뢰성에 직면하고 있다.
더 얕은 부유 위치들(예컨대, 100m까지)에서는, 도전적인 파도 레짐(challenging wave regime)과 - 특히 현수 시스템에 의해 - 감소된 계류 유체역학적 강성 둘 다에 의해 촉진되는 라인 스냅-부하(snap-load)를 방지하기 위한 필요성 때문에 계류가 특히 요구된다. 이는 증가된 라인 및 앵커 부하들, 특히 종래의 매립 앵커들에 의해 쉽게 처리될 수 없는 사이클 수직 부하들을 동반한다. 이 경우에, 파도 유도 부하에 의해 유발된 해저면 응력들은 심토 내부로 전파되며 액화 가능성으로 이어지는 공극수 압력을 증가시킨다. 더 깊은 수역(예컨대, 250-1000m)에서는, 계류 라인들은 기록, 무거우며, 비싸다. 더욱이, 강철 현수식 계류의 경우에, 무거운 라인은 부유식 기초에 대한 요구를 증가시키며 어업 작업에 영향을 주는 넓은 점유 면적을 가진다.
석션 앵커들은, 거의 모든 물 깊이에 설치될 수 있고, 모든 방향의 부하 인가를 견딜 수 있으며, 높은 위치 정확도로 설치될 수 있기 때문에, 바람직한 부유식 터빈 앵커 해법이다. 석션 앵커들은 60m보다 깊은 모든 물 깊이들에서, 사실상 임의의 부유식 구조물 구성(예컨대, 반-잠수식, 바지, 스파(spar), 및 텐션 레그)과 함께, 그리고 임의의 계류 레이아웃(예컨대, 현수식, 반-타우트(semi-taut), 및 타우트)으로 사용 가능하다. 석션 앵커들은 신속한 설치 속도를 제공하고, 다-방향 부하에 대해 저항하며, 계류 점유 면적을 감소시키고, 설치 위치 정확도를 향상시키며, 공유된 계류 및 합성 계류 라인과 잘 협동한다. 그러나, 석션 앵커들은, 부분적으로는 많은 강철의 양과 대규모의 제조 노동력에 기안하며, 부분적으로는 배치를 위해 사용되는 특수한 앵커 핸들링 선박 때문에, 높은 비용과 연관된다. 추가적으로, 많은 나라들은 국내에서 석션 버킷들을 제조하기에 효율적인 기존의 공급 체인을 가지고 있지 않기 때문에 강철 앵커들을 수입한다.
여기서 설명된 시스템과 방법은 3D 콘크리트 프린팅된 석션 앵커들(3DSA)을 구현하는데 사용될 수 있다. 3DSA는 산업계에서 이미 존재하는 고정 해법들에 의해 제공된 이점들을 이용하며 혁신적이고, 비용-파괴적인 디자인으로 결합한다. 3DSA는 또한 비싸지 않고 쉽게-이용 가능한 예인선에 의해 설치 위치로 부유될 수 있는 저-비용 석션 앵커를 제조하기 위해, 지역적으로 이용 가능한 콘크리트 재료로 저-비용 3D 콘크리트 프린팅 기술을 사용한다.
이제, 도 8a를 참조하면, 구조물을 수중의 바닥에 고정시키기 위한 예시적인 석션 앵커(800)의 개략적인 사시도가 제시된다. 예시적인 석션 앵커(800)는 석션 파일, 석션 케이슨, 석션 버킷, 또는 석션 설치 케이슨 앵커로 지칭될 수도 있다. 도 8b는 도 8a의 예시적인 석션 앵커(800)의 개략적인 측면도와 저면도를 제시하며, 측면도와 저면도에 관련된 다양한 단면도들을 포함한다. 도 8c는 예시적인 석션 앵커(800)의 개구를 막는 뚜껑(820)에 결합된 도 8a의 예시적인 석션 앵커(800)의 단면도를 제시한다. 단면도는 예시적인 석션 앵커(800)를 길이방향의 중간-평면에서 2등분하는 중간-평면에 의해 생성된다. 예시적인 석션 앵커(800)는 수중의 바닥 내부로 잠기거나 침투하도록 구성될 수 있으며, 침투한 때, 예컨대, 예시적인 석션 앵커(800)의 외측 표면에 대한 물의 압력에 의해 매립된 상태로 유지된다. 수중의 바닥의 예들은 대양저, 해저면, 호수 바닥, 또는 강 바닥을 포함한다. 도 8d는 풍력 터빈 구조물(850)을 수중의 바닥(852)에 고정시키는 도 8a의 예시적인 석션 앵커(800)의 다수의 사례들의 개략적인 정면도이다.
상기 석션 앵커(800)는 적어도 부분적으로 시멘트질 재료로 형성되며 폐쇄 단부(804)와 개방 단부(806)를 가지는 튜브형 몸체(802)를 포함한다. 시멘트질 재료로 형성된 상기 튜브형 몸체(802)의 부분은, 예컨대, 3DCP 또는 3D-캐스팅 공정에 의해, 연속적으로 증착된 시멘트질 재료들의 층들을 포함할 수 있다. 이러한 공정은 (예컨대, 압출, 분무, 프린팅, 등을 통해) 유동성 시멘트질 재료를 조작할 수 있으며, 이는 그 뒤에 고체화된 시멘트질 재료로 경화된다. 예를 들어, 유동성 시멘트질 재료는 연속적인 층들로서 증착될 수 있으며, 이들은 고체화된 몸체로 경화된다. 연속적인 층들은 이후의 층이 이전의 층과 직접 접촉되도록 서로의 상부에 배치될 수 있다. 그러나, 인접한 층들 사이에 중간 구조물들, 예컨대 지지 메쉬, 철근, 등이 가능하다. 그 다음에, 고체화된 몸체는 튜브형 몸체(802)의 부분 또는 전부를 형성한다. 상기 튜브형 몸체(802)는 개방 단부(806)의 개구를 형성하며 수중의 바닥(852)을 침투하도록 구성된 에지(808)를 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 에지(808)는 개방 단부*806)의 개구를 향해 테이퍼진다. 이 변형예에서, 상기 테이퍼는 수중의 바닥(852)을 침투하기에 충분히 뾰족하지만 기계적으로 결함(예컨대, 크랙 파괴, 등)이 없는 팁(tip)에서 끝날 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 상기 에지(808)는 금속 또는 금속 합금(예컨대, 강철)로 형성된다. 이 변형예에서, 상기 에지(808)는 시멘트질 재료에 접합되도록 구성된 표면들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 표면들은 시멘트질 재료와 접합되기 위해 (또는 이러한 접합을 향상시키기 위해) 텍스처(texture)를 가지거나 화학적으로 처리될 수 있다.
많은 구현예들에서, 둘레 벽(810)은 튜브형 몸체(802)의 형상을 정의한다. 상기 둘레 벽(810)은 일정하거나 또는 폐쇄 단부(804)로부터 개방 단부(806)까지 변하는 단면을 가질 수 있다. 단면의 예들은 원형 단면, 정사각형 단면, 육각형 단면, 사인파 형상의 단면, 및 리브가 형성된 단면을 포함한다. 다른 단면들도 가능하다. 도 8a-8d에서, 상기 튜브형 몸체(802)는 폐쇄 단부(804)의 반구형 테이퍼를 제외하고는 폐쇄 단부(804)로부터 개방 단부(806)까지 다소 일정한 원형 단면을 가진 둘레 벽(810)을 포함한다. 반구형 테이퍼를 따라서, 원형 단면의 형상은 일정하게 유지되지만, 그 단면의 반경은 폐쇄 단부(804)의 (반경이 0인) 정점에 도달할 때까지 감소한다.
또한, 예시적인 석션 앵커(800)는 튜브형 몸체(802) 내부의 캐비티(816)(또는 캐비티(816)의 각개의 부분들)를 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합시키도록 구성된 하나 이상의 포트들(ports)(812, 813, 814)(도는 해치들)을 포함한다. 상기 하나 이상의 포트들(812, 814)(또는 해치들)은 둘레 벽(810)을 관통하도록 배치되거나 또는 둘레 벽(810) 내에 오리피스를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 포트들(812, 814)(또는 해치들)은 흡입 소스(예컨대, 펌프), 유체 소스(예컨대, 공기 압축기), 또는 둘 다가 예시적인 석션 앵커(800)에 결합하게 허용하도록 구성될 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 하나 이상의 포트들(812, 814) 중 일부 또는 전부는 금속(예컨대, 강철)으로 형성된다. 몇몇 변형예들에서, 상기 캐비티(816)는 폐쇄 단부(804)로부터 개방 단부(806)(또는 그 개구)까지 중단되지 않고 연장된다. 예를 들어, 튜브형 몸체(802)는 단순한 버킷 형상을 정의할 수 있다. 이 변형예에서, 예시적인 석션 앵커(802)는 캐비티(816)를 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합시키기 위해 단일 포트를 포함할 수 있다. 다른 변형예들에서, 도 8b와 8c에 도시된 바와 같이, 캐비티(816)는 폐쇄 단부(804)로부터 개방 단부(806)(또는 그 개구)까지 연장되며 캐비티(816)를 챔버들로 분할하는 하나 이상의 벽들에 의해 중단된다. 각각의 챔버는 단일의, 각개의 포트를 통해 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합될 수 있다. 이러한 유체 결합은 예시적인 석션 앵커(800) 내부의 도관들에 의해 허용될 수 있다.
상기 예시적인 석션 앵커(800)는 추가적으로 튜브형 몸체(802)의 외측 표면으로부터 연장되고 계류 라인에 결합되도록 구성된 패드 아이(pad eye)(818)를 포함한다. 예를 들어, 상기 패드 아이(818)는 튜브형 몸체의 외측 표면으로부터 연장되고 케이블을 부착하기 위한 구멍을 포함하는 플레이트 구조물일 수 있다. 그러나, 상기 패드 아이(818)의 다른 구성들도 가능하다. 상기 패드 아이(818)는 수중 바닥(852)에 배치 중에 예시적인 석션 앵커(800)에 적용되는 부하들에 저항할 수 있으며, 예시적인 석션 앵커(802)의 핸들링을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 패드 아이(818)는 예시적인 석션 앵커(800)가 트럭 또는 보트와 같은 수송 차량에 적재되고 하역되도록 허용할 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 상기 패드 아이(818)는 튜브형 몸체(802)의 측부에서 외측 표면으로부터 연장된다. 이 변형예에서, 상기 패드 아이(818)는 예시적인 석션 앵커(800)가, 배치될 때, 수직(예컨대, 축방향) 및 접선 부하에 추가하여, 튜브형 몸체(802)에 적용되는 수평(예컨대, 횡방향) 부하에 더 양호하게 저항하도록 허용한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 패드 아이(818)는 튜브형 몸체(802)의 폐쇄 단부(804)의 정점에서 외측 표면으로부터 연장된다. 이러한 변형예에서, 상기 패드 아이(818)는 예시적인 석션 앵커(800)가, 배치된 때, 수평(예컨대, 횡방향 및 접선 부하들에 추가하여, 튜브형 몸체(802)에 적용되는 수직(예컨대, 축방향) 부하에 더 양호하게 저항하도록 허용할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 예시적인 석션 앵커(800)는 튜브형 몸체(802)의 에지(808)를 수용하며 개방 단부(806)의 개구를 막도록 구성된 뚜껑(820)을 포함한다. 튜브형 몸체(802)에 결합된 때, 상기 뚜껑(802)은 개방 단부(806)의 개구를 덮고 에지(808)와 밀봉을 형성하며, 이에 의해 캐비티(816)를 둘러싼다. 이 구성에서, 상기 뚜껑(802)은 캐비티(816)를 부력 챔버로 효과적으로 변환시킬 수 있다. 예시적인 석션 앵커(800)의 배치 중에, 뚜껑(820)은 개방 단부(806)의 개구를 막고 캐비티(816) 내부의 공기를 밀봉하기 위해 튜브형 몸체(802)에 결합될 수 있다. 따라서, 예시적인 석션 앵커(800)는 수상에서 부유할 수 있으며, 이와 같이, 수상에서 목표 위치로 수송 가능하다. 예를 들어, 패드 아이(818)는 목표 위치로 예시적인 석션 앵커(800)의 수평 견인을 위해 케이블을 통해 예인선에 결합될 수 있다. 몇몇 사례들에서, 상기 뚜껑(820)은 예시적인 석션 앵커(802)의 배치를 돕기 위해 하나 이상의 패드 아이들을 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(802)은 플라스틱(예컨대, ABS), 고무, 금속(예컨대, 강철), 또는 이들의 몇몇 조합으로 형성될 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 상기 뚜껑(802)은 적어도 부분적으로 시멘트질 재료로 형성된다. 시멘트질 재료로 형성된 상기 뚜껑(802)의 부분은 연속적으로 증착된, 예컨대, 3DCP 또는 3DCP-캐스팅 공정에 의해 증착된, 시멘트질 재료들의 층들을 포함할 수 있다. 이러한 변형예들에서, 상기 뚜껑(802)은 상기 에지(808)와 밀봉을 형성하는데 보조하기 위해 플라스틱 또는 고무의 가스켓 또는 O-링을 포함할 수 있다.
상기 예시적인 석션 앵커(800)는 수상에서의 수송을 허용하기(또는 보조하기) 위해 다른 특징들을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 예시적인 석션 앵커(800)는 튜브형 몸체(802)의 캐비티(816) 내부에 배치된 풍선을 포함한다. 석션 앵커(800)의 배치 중에, 상기 풍선은 팽창되며 튜브형 몸체(802)는 수상에 배치된다. 예시적인 석션 앵커(800)가 목표 위치로 부유된 후에, 상기 풍선은 수축되고, 이에 따라 예시적인 석션 앵커(800)가 수중으로 잠수되도록 허용한다. 상기 풍선은 예시적인 석션 앵커(800)가 완전히 잠수되기 전에 캐비티(816)로부터 제거될 수 있다. 대안으로서, 예시적인 석션 앵커(800)가 수중 바닥(852)으로 내려갈 때 상기 풍선은 수축된 상태로 캐비티(816) 내에 유지될 수 있다.
상기 풍선은 팽창된 때 캐비티(816)의 부분 또는 전부를 차지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 튜브형 몸체(802)가 단순한 버킷 형상으로 형성된 경우에, 상기 풍선은 캐비티(816)의 전체를 차지하도록 팽창될 수 있다. 그러나, 캐비티(816)가 챔버들로 분할된 경우에, 상기 풍선은 특정 챔버, 예컨대 튜브형 몸체(802)의 마지막 챔버(예컨대, 개방 단부(806)에 인접한 스커트 챔버)를 차지하도록 구성될 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 상기 풍선은 캐비티(816) 내에서 뚜껑(820)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 변형예들에서, 상기 뚜껑(820)은 풍선이 수축되기 전에 튜브형 몸체(802)로부터 제거된다.
몇몇 구현예들에서, 예컨대 도 8B와 8C에 도시된 바와 같이, 튜브형 몸체(802)는 튜브형 몸체(802) 내부의 캐비티(816)를 스커트 챔버(824)와 적어도 하나의 부력 챔버(826)로 분할하는 하나 이상의 내부 벽들(822)을 포함한다. 상기 스커트 챔버(824)는 개방 단부(806)와 에지(808)를 포함하며 제1 포트(812)를 통해 튜브형 몸체(802)의 외부와 유체 결합된다. 스커트 챔버와 적어도 하나의 부력 챔버(826)는 둘 다 예시적인 석션 앵커(800)의 부유 능력을 제어하기 위해 유체(예컨대, 물, 공기, 등)를 수용하고 배출하도록 구성된다. 이러한 구현예들에서, 예시적인 석션 앵커(800)는 제2 포트(814)를 포함하며, 적어도 하나의 부력 챔버(826)는 제2 포트(814)를 통해 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합된다. 많은 변형예들에서, 하나 이상의 내부 벽들(822)은 적어도 부분적으로 시멘트질 재료들로 형성된다. 시멘트질 재료들로 형성된 하나 이상의 내부 벽들(822)의 부분은 연속적으로 증착된, 예컨대 3DCP 또는 3DCP-캐스팅 공정에 의해 증착된, 시멘트질 재료들의 층들을 포함할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 적어도 하나의 부력 챔버(826)는 튜브형 몸체(802)의 폐쇄 단부(804)에 인접한 제1 부력 챔버(826a)와, 제1 부력 챔버(826a)와 스커트 챔버(824) 사이의 제2 부력 챔버(826b)를 포함한다. 상기 제1 부력 챔버(826a)는 폐쇄 단부(804)를 형성하는 둘레 벽(810)의 부분을 포함할 수 있다. 많은 변형예들에서, 제1 부력 챔버(826a)는 제2 포트(814)를 통해 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합되며, 제2 부력 챔버(826b)는 제3 포트를 통해 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합된다. 몇몇 변형예들에서, 제2 부력 챔버(826b)는, 도 8b와 8c에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 내부 벽들(822)에 의해 다수의 서브-챔버들로 분할될 수 있다. 다수의 서브-챔버들은 제2 부력 챔버(826b)를 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합시키는 단일의 포트를 공유할 수 있다. 대안으로서, 각각의 서브-챔버는 각개의 포트를 통해 튜브형 몸체(802)의 외부에 유체 결합될 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 다수의 서브-챔버들은 하나 이상의 내부 벽들(822) 내의 구멍들 또는 오리피스들을 통해 서로 유체 결합된다.
몇몇 변형예들에서, 예컨대 도 8b와 8c에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 내부 벽들(822)은 튜브형 몸체(802)의 캐비티(816)를 제1 도관(828)과 제2 도관(830)으로 추가 분할한다. 상기 제1 도관(828)은 스커트 챔버(824)를 제1 포트(812)에 유체 결합시킬 수 있으며, 제2 도관(830)은 적어도 하나의 부력 챔버(826)를 제2 포트(814)에 유체 결합시킬 수 있다. 상기 제1 및 제2 도관들(828, 830)은 적어도 부분적으로 시멘트질 재료들로 형성될 수 있다. 그러나, 상기 제1 및 제2 도관들(828, 830)은 다른 재료, 예컨대 금속(예컨대, 강철) 또는 플라스틱(예컨대, ABS)으로 형성된 부분들을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 튜브형 몸체(802)와 적어도 하나의 내부 벽들(822)은 적어도 부분적으로 시멘트질 재료로 형성될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 시멘트질 재료는 시멘트질 재료를 기계적으로 강화시키기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어, 시멘트질 재료는 이를 관통하도록 배치된 포스트-텐셔닝 장치를 포함할 수 있다. 상기 포스트-텐셔닝 장치는 시멘트질 재료 내의 채널을 통과하며 인장 상태로 설정된 케이블을 포함할 수 있다. 상기 케이블은 시멘트질 재료와 직접 접촉될 수 있다(또는 시멘트질 재료에 접합될 수 있다). 대안으로서, 상기 케이블은 시멘트질 재료 내에 매립되어 채널을 형성하는 도관을 통해 배치될 수 있다. 인장 상태는 케이블이 압축 압력 또는 압축력을 시멘트질 재료에 적용하도록 허용할 수 있다. 다른 예에서, 시멘트질 재료는 그 내부에 배치된 보강 요소들을 포함할 수 있다. 상기 보강 요소들은 섬유, 메쉬, 철근, 기타 등등으로서 구성될 수 있으며, 시멘트질 재료 내부에 혼합될 수 있다(드리고 시멘트질 재료에 접합될 수 있다). 강재, 현무암, 폴리머, 또는 유리와 같은 다양한 재료들이 보강 요소들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다른 재료들도 가능하다.
작업 중에, 예시적인 석션 앵커(800)는 배치, 자체-침투, 매립, 및 제거를 포함하는 다수의 단계들의 사용을 통해 전환될 수 있다. 배치 단계에서, 예시적인 석션 앵커(800)(또는 3DSA)와 뚜껑(820)은 3DSA 유닛으로 제조되고 조립되며, 선택적으로 다른 유닛들에 연결되고, 보통의 예인선에 의해 설치 위치로 수평으로 습식-견인된다. 도 9a는 3DSA 유닛들(900)이 제조되고 조립되는 부두(904)로부터 예인선(902)에 의해 수평으로 습식-견인되는 3DSA 유닛들(900)의 그룹의 개략적인 사시도를 제시한다. 상기 부두(904)는 3DCP 또는 3D-케스팅 공정에 의해 석션 앵커들(908), 뚜껑들(910), 또는 둘 다를 제조하기 위한 시스템들(906)을 포함한다. 도 9b는 개방 수역을 따라서 목표 위치까지 예인선(902)에 의해 수평으로 습식-견인되는 도 9a의 조립된 3DSA 유닛들(900)의 개략적인 사시도를 제시한다. 예컨대, 도 10a와 10b에 도시된 바와 같이, 유사한 접근이 자체-설치 모노 파일을 위해 성공적인 것으로 증명되었다. 3DSA 유닛들(900)을 설치 위치로 수송하기 위한 앵커 핸들링 선박 또는 바지의 갑판상에 배치하는 것과 같이 보다 전통적인 석션 앵커 수송 및 설치 방법들이 원하는 경우에 사용될 수 있다.
이제, 다시 도 8a-8d를 참조하면, 목표 위치에서, 스커트 챔버(8240(또는 캐비티(816))를 잠기게 함으로써 뚜껑(820)이 제거된다. 펌프와 밸브 시스템을 통해 제어되는 방식으로 적어도 하나의 부력 챔버(826)를 물로 채움으로써 예시적인 석션 앵커(800)는 하강된다.
예시적인 석션 앵커(800)가 수중 바닥(852) 상으로 하강된 후에, 스커트 챔버(824)(또는 튜브형 몸체(802))의 에지(808)는 수중 바닥(852) 내부로 침투하고, 스커트 챔버(8240(또는 튜브형 몸체(802))는 자체-무게하에서 토양의 상태와 예시적인 석션 앵커(800)의 특성에 따라 그 높이의 대략 60%까지 부분적으로 매립된다. 이러한 매립은 수중 바닥(852) 내부로의 예시적인 석션 앵커(800)의 자체-침투에 대응된다. 시멘트질 재료를 포함함으로써, 예시적인 석션 앵커(800)는 종래의 디자인에 비해 더 무겁다. 적당히 무거운 질량은 스커트 챔버(821)(또는 튜브형 몸체(802))의 자체-침투 깊이를 증가시키고, 직경, 길이, 및 비용을 감소시킴으로써 예시적인 석션 앵커(800)의 리프트 및 전복 성능을 증가시키기 때문에, 이 무거운 구축물은 배치와 상승작용한다.
매립 단계 중에, 수중 바닥(852) 내부로의 매립(또는 추가 매립)은 예컨대, 하나 이상의 포트들(812, 8140(또는 해치들)을 통해 스커트 챔버(824)(또는 캐비티(816) 밖으로 물의 펌핑에 의해 초래된 차압(pressure differential)에 의해 달성된다. 이러한 펌핑은 "부압(underpressure)"으로 불리는 것을 생성하며, 이는 물을 펌핑 배출할 때 스커트 챔버(824)(또는 캐비티(816)) 내부에서 발달된 (주위 압력에 대한) 음의 차압이다. 스커트 챔버(824)(또는 캐비티(816))를 형성하는 벽들을 가로지르는 결과적인 차압은 예시적인 석션 앵커(800)를 수중 바닥(852) 내부로 효과적으로 민다. 그 다음에, 3DSA 펌프들과 뚜껑(820)은 재사용을 위해 항구측 출발 지점(예컨대, 도크, 부두, 등)으로 복귀된다. 도 8d는 상이한 타입의 구조물들을 고정시키는 예시적인 석션 앵커(800)의 사례들, 예컨대, 반-잠수식 구조물들(즉, 좌측의 풍력 터빈 구조물(850))과 스파 기초들(즉, 우측의 풍력 터빈 구조물(850))을 도시한다. 도 8d는 또한 타우트와 반-타우트 계류(좌측) 및 슬랙(slack) 또는 현수식 계류(우측)를 포함하는 상이한 계류 타입들에 의해 풍력 터빈 구조물들(850)에 결합된 예시적인 석션 앵커(800)를 도시한다. 제거를 위해, 예시적인 석션 앵커(800)는 사용 후 매립 공정을 반대로 진행함으로써, 예컨대, 스커트 챔버(824)(또는 캐비티(816)) 내부에 과압(over pressure)을 적용함으로써 회수될 수 있다. 과압은 예시적인 석션 앵커(800)를 추출하기 위해 스커트 챔버(824)(또는 캐비티(816)) 밖으로 물을 펌핑할 때 튜브형 몸체(802) 내부의 (주위 압력에 대해) 양의 차압이다. 이러한 펌핑은 또한 공기 압축기의 작용에 의해 공기를 스커트 챔버(824)(또는 캐비티(816) 내부로 도입하는 것을 포함한다.
몇몇 구현예들에서, 예시적인 석션 버킷(800)은 각각 에너지(예컨대, 유압 에너지, 전기 에너지, 등)를 저장 및 공급하기 위해 물을 저장 및 방출하도록 구성된 에너지 저장 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 튜브형 몸체(802)의 폐쇄 단부(804)는 적어도 부분적으로 시멘트질 재료로 형성된 에너지 저장 챔버에 결합될 수 있다. 상기 에너지 저장 챔버는 3DCP 또는 3D-캐스팅 공정에 의해 제조될 수 있다. 도 11은 에너지 저장 챔버(1102)를 포함하는 예시적인 석션 버킷(1100)의 개략적인 단면도를 제시한다. 예시적인 석션 버킷(1100)은 도 8a-8d와 관련하여 설명된 예시적인 석션 버킷과 유사할 수 있다. 예시적인 석션 버킷(1100)은 폐쇄 단부(1106)와 개방 단부(1108)를 가진 튜브형 몸체(1104)를 포함하며, 또한 포트 또는 해치(미도시)와 다수의 패드 아이들(1110)을 포함한다. 상기 튜브형 몸체(1104)는 평평한 표면(1112)을 따라서 에너지 저장 챔버(1102)에 결합된다.
상기 에너지 저장 챔버(1102)는 물을 저장 및 방출하도록 구성된 챔버(1114)를 포함한다. 상기 에너지 저장 챔버(1102)는 또한 상기 챔버(1114) 내부의 내부 도관 또는 실린더(1116)에 의해 형성된 펌프 터빈 웰(well)을 포함한다. 상기 에너지 저장 챔버(1102)는 추가적으로 전기 에너지를 수력 에너지로 (그리고 반대로) 변환하도록 구성된 하나 이상의 터빈들 또는 펌프들(1118)을 포함한다. 전기 케이블(1120)은 하나 이상의 터빈들 또는 펌프들(1118)을 전기 에너지의 소스, 예컨대 풍력 터빈에 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 전기 케이블(1120)은 또한 하나 이상의 터빈들 또는 펌프들(11180을 전기 에너지의 싱크(sink), 예컨대 전기 에너지의 소비자(예컨대, 전기 장비)에 전기적으로 연결할 수 있다. 몇몇 변형예들에서, 상기 에너지 저장 챔버(1102)는 수중 바닥에 구조물의 고정을 용이하게 하기 위해 패드 아이들(1122)을 포함할 수 있다. 상기 패드 아이들(1122)은 또한, 예컨대, 배치, 자체-침투, 매립, 및 제거 중에, 예시적인 석션 버킷(1100)의 핸들링과 조작을 용이하게 할 수 있다.
여기서 설명된 바와 같은, 3DCP 석션 앵커들은 압연 강철 플레이트에 의해 제조되고 특수하고 비싼 앵커-핸들링 선박을 통해 설치되는 종래의 석션 버킷들과 비교하여 설치 비용을 80%까지 감소시킬 수 있다. 도 12는 3DCP 공정을 사용하여 제조된 예시적인 석션 앵커의 특징들과 이점들의 개략도를 제시한다. 더욱이, 3DCP 석션 앵커들은 나라의 모든 지역 가까이에 위치한 기존의 콘크리트 공급 체인들을 사용하여 제조될 수 있다. 3D 콘크리트 프린팅 또는 3DCP는 비교적 새로운 콘크리트 제조 기술이며, 제조 거푸집을 제거하고, 자동화를 증가시킴으로써 그리고 저-비용, 부식-저항, 및 지역적으로 이용 가능한 콘크리트 재료를 사용함으로써 제조 자본 비용을 감소시킨다. 몇몇의 콘크리트 제조 방법들은 3D 석션 앵커 모듈들(예컨대, 프리캐스트 보강 콘크리트, 캐스트 인 플레이스 콘크리트, 또는 슬립 형성 콘크리트)의 제조가 가능하지만, 3DCP는 자동화된 현장 제조의 범위와 복잡한 형상의 제조 능력으로 인해 가장 큰 비용 감소의 가능성이 있다.
상기 3DCP 공정은 종래의 거푸집의 구축 없이 기능적으로 최적화된 형상 내부에 최적의 재료 분배를 가능하게 한다. 예를 들어, 스커트 챔버의 에지를 형성하는 벽들은 추가적인 제조 또는 공구 사용 없이 매립이 용이하도록 쉽게 테이퍼질 수 있다. 마찬가지로, 3D 석션 앵커들은 수평 습식-견인을 위한 필요한 부력을 실현하기 위해 빈 챔버들을 구비할 수 있다. 이러한 구획된 부유 챔버들은 부상에 저항하기 위한 추가적인 구조적 용량과 질량을 제공하며, 다양한 챔버과 포스트-텐셔닝 보강 챔버들 중 공압용 내부 덕트들은 프린팅 고정에서 제조되고 일체화된다.
상기 3DSA들은, 애플리케이션 요건과 크기에 따라, 필요할 경우 일체형으로 또는 서브-모듈들로, 부두(예컨대, 도 9a 참조)에서 직접 제조될 수 있다. 3DCP 공정은 수밀 결합을 보장하기 위해 미리-제조된 뚜껑 다음에 3D 석션 앵커를 프린트할 수 있다. 상기 석션 앵커들은 스커트 챔버의 주변부를 따라서 배치된 텐던 잭에 의해 포스트-텐셔닝될 수 있다. 상기 석션 앵커들은 또한 공압 밸브들, 펌프 커넥터들, 하부 플러그들을 구비할 수 있으며, 그 다음에 압력 테스트될 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 석션 앵커를 제조하는 방법은 튜브형 몸체의 적어도 부분을 형성하기 위해 유동성 시멘트질(cementitious) 재료의 층들을 서로의 상부에 증착시키는 단계를 포함한다. 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들은 후속 층이 이전 층과 직접 접촉하도록 서로의 상부의 연속적으로 증착될 수 있다. 상기 유동성 시멘트질 재료는 고체화된 시멘트질 재료로 경화될 수 있다. 상기 튜브형 몸체는 폐쇄 단부와 개방 단부를 포함한다. 상기 튜브형 몸체는 또한 상기 개방 단부를 위한 개구를 형성하며 수중의 바닥을 침투하도록 구성된 에지(edge)를 포함한다. 상기 튜브형 몸체는 추가적으로 상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티(cavity)의 적어도 부분을 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체-결합시키도록 구성된 포트(port)를 포함한다. 상기 방법은 또한 패드 아이(pad eye)를 상기 튜브형 몸체의 외부 벽에 고정시키는 단계를 포함한다. 상기 패드 아니는 계류 라인에 결합되도록 구성된다. 몇몇 변형예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 상기 튜브형 몸체의 형상을 정의하는 둘레 벽(perimeter wall)을 포함한다.
몇몇 구현예들에서, 상기 방법은 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 고체화된 시멘트질 재료의 층들로 경화시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 상기 방법은 상기 층들을 증착시키기 전에 상기 유동성 시멘트질 재료 내에 보강 요소들을 배치하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들 내에 지지 구조물을 매립하는 것을 포함한다. 상기 지지 구조물은 메쉬, 케이지, 또는 강철, 현무암, 또는 유리 섬유로 형성된 결합된 로드들 또는 바들의 조립체를 포함할 수 있다. 추가 구현예들에서, 상기 방법은 상기 지지 구조물의 적어도 부분을 형성하기 위해 철근 요소들을 서로 결합시키는 단계를 포함한다.
몇몇 구현예들에서, 상기 튜브형 몸체는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 관통하는 채널을 포함한다. 이 구현예들에서, 상기 방법은, 상기 채널을 통해 포스트-텐셔닝 장치(post-tensioning device)를 배치하는 단계와, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들이 고체화된 시멘트질 재료의 층들로 경화된 후에 상기 포스트-텐셔닝 장치를 인장시키는 단계를 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 채널을 형성하기 위해 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들 내부에 공간을 남겨두는 것을 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 방법은 상기 층들이 경화되기 전에 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 관통하는 도관을 삽입하는 단계를 포함한다. 상기 도관은 상기 유동성 재료의 층들을 관통하는 채널을 형성한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들 내에 도관을 매립하는 것을 포함한다. 상기 도관은 상기 유동성 재료의 층들을 관통하는 채널을 형성한다.
몇몇 구현예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 서로의 상부에 분무하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 서로의 상부에 프린팅하는 것을 포함한다.
몇몇 구현예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 제1 부분과 제2 부분을 포함한다. 이러한 구현예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 제1 부분을 형성하기 위해 유동성 시멘트질 재료의 제1 층들을 서로의 상부에 증착시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 제1 부분을 고체화시키기 위해 상기 유동성 시멘트질 재료의 제1 층들을 경화시키는 단계와, 상기 제2 부분을 형성하기 위해 상기 고체화된 제1 부분 상에 유동성 시멘트질 재료의 제2 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 상기 제2 층들은 서로의 상부에 증착된다.
몇몇 구현예들에서, 상기 튜브형 몸체는 상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티를 스커트 챔버(skirt chamber)와 적어도 하나의 부력 챔버(buoyancy chamber)로 분할하는 하나 이상의 내부 벽들을 포함한다. 상기 스커트 챔버는 상기 튜브형 몸체의 개방 단부와 에지를 포함하고, 상기 포트는 상기 스커트 챔버를 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체 결합시킨다. 상기 튜브형 몸체는 또한 상기 적어도 하나의 부력 챔버를 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체 결합시키도록 구성된 제2 포트를 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 상기 하나 이상의 내부 벽들을 포함한다.
몇몇 구현예들에서, 상기 튜브형 몸체의 에지는 금속으로 형성된다. 이 구현예들에서, 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 에지의 표면을 유동성 시멘트질 재료의 하나 이상의 층들과 접촉시키는 것을 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 방법은 상기 포트를 상기 지지 구조물에 결합시키는 단계를 포함한다. 몇몇 변형예들에서, 상기 패드 아이를 외부 벽에 고정시키는 단계는 상기 패드 아이를 상기 지지 구조물에 결합시키는 단계를 포함한다. 상기 지지 구조물은 상기 패드 아이에 인접한 상기 외부 벽을 보강하도록 구성된 부분을 포함한다.
이 명세서는 많은 상세사항들을 포함하고 있지만, 이들은 청구될 수 있는 것들의 범위에 대한 제한으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 구체적인 예들에 특정된 특징들의 설명으로서 이해되어야 한다. 별도의 구현예들의 맥락에서 이 명세서에서 설명되거나 도면들에 도시된 특정 특징들은 조합될 수 있다. 반대로, 단일 구현예의 맥락에서 설명되거나 도시된 다양한 특징들도 별도로 또는 임의의 적합한 서브-조합으로 다수의 실시예들에서 구현될 수 있다.
유사하게, 작업들이 도면들에 특정 순서로 도시되지만, 이는 이러한 작업들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 할 것을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안되며, 원하는 결과를 달성하기 위해 모든 도시된 작업들이 수행되어야 하는 것으로서 이해되어서는 안된다. 특정 상황에서, 다중 작업과 병행 처리가 유리할 수 있다. 더욱이, 위에서 설명된 구현예들에서 다양한 시스템 구성요소들의 분리는 이러한 분리가 모든 구현예들에서 요구되는 것으로서 이해되어서는 안되며, 설명된 구성요소들과 시스템들은 일반적으로 단일의 제품으로 함께 통합되거나 다수의 제품으로 팩킹될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
많은 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 만들어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 다른 실시예들은 본 개시의 범위 내이다.
Claims (37)
- 석션 앵커(suction anchor)를 제조하는 방법으로서:
튜브형 몸체의 적어도 부분을 형성하기 위해 유동성 시멘트질(cementitious) 재료의 층들을 서로의 상부에 증착시키는 단계로서, 상기 유동성 시멘트질 재료는 고체화된 시멘트질 재료로 경화될 수 있는, 단계; 및
패드 아이(pad eye)를 상기 튜브형 몸체의 외부 벽에 고정시키는 단계로서, 상기 패드 아니는 계류 라인에 결합되도록 구성되는, 단계;를 포함하며,
상기 튜브형 몸체는:
폐쇄 단부와 개방 단부,
상기 개방 단부를 위한 개구를 형성하며 수중의 바닥을 침투하도록 구성된 에지(edge), 및
상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티(cavity)의 적어도 부분을 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체-결합시키도록 구성된 포트(port);를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 상기 튜브형 몸체의 형상을 정의하는 둘레 벽(perimeter wall)을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 고체화된 시멘트질 재료의 층들로 경화시키는 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 층들을 증착시키기 전에 상기 유동성 시멘트질 재료 내에 보강 요소들을 배치하는 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들 내에 지지 구조물을 매립하는 것을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제5항에 있어서, 상기 방법은:
상기 지지 구조물의 적어도 부분을 형성하기 위해 철근 요소들을 서로 결합시키는 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 튜브형 몸체는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 관통하는 채널을 포함하며;
상기 방법은:
상기 채널을 통해 포스트-텐셔닝 장치(post-tensioning device)를 배치하는 단계, 및
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들이 고체화된 시멘트질 재료의 층들로 경화된 후에 상기 포스트-텐셔닝 장치를 인장시키는 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 채널을 형성하기 위해 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들 내부에 공간을 남겨두는 것을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 층들이 경화되기 전에 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 관통하는 도관을 삽입하는 단계를 포함하며, 상기 도관은 상기 채널을 형성하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들 내에 도관을 매립하는 것을 포함하며, 상기 도관은 상기 채널을 형성하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 서로의 상부에 분무하는 것을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 서로의 상부에 프린팅하는 것을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 제1 부분과 제2 부분을 포함하며;
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는:
상기 제1 부분을 형성하기 위해 유동성 시멘트질 재료의 제1 층들을 서로의 상부에 증착시키는 단계,
상기 제1 부분을 고체화시키기 위해 상기 유동성 시멘트질 재료의 제1 층들을 경화시키는 단계,
상기 제2 부분을 형성하기 위해 상기 고체화된 제1 부분 상에 유동성 시멘트질 재료의 제2 층들을 증착시키는 단계로서, 상기 제2 층들은 서로의 상부에 증착되는, 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 튜브형 몸체는:
상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티를 스커트 챔버(skirt chamber)와 적어도 하나의 부력 챔버(buoyancy chamber)로 분할하는 하나 이상의 내부 벽들로서, 상기 스커트 챔버는 상기 튜브형 몸체의 개방 단부와 에지를 포함하고, 상기 포트는 상기 스커트 챔버를 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체 결합시키는, 하나 이상의 내부 벽들; 및
상기 적어도 하나의 부력 챔버를 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체 결합시키도록 구성된 제2 포트;를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 상기 하나 이상의 내부 벽들을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 튜브형 몸체의 에지는 금속으로 형성되며;
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들을 증착시키는 단계는 상기 에지의 표면을 유동성 시멘트질 재료의 하나 이상의 층들과 접촉시키는 것을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유동성 시멘트질 재료의 층들에 의해 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분 내에 매립되도록 구성된 지지 구조물을 조립하는 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 포트를 상기 지지 구조물에 결합시키는 단계를 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 패드 아이를 외부 벽에 고정시키는 단계는 상기 패드 아이를 상기 지지 구조물에 결합시키는 단계를 포함하며, 상기 지지 구조물은 상기 패드 아이에 인접한 상기 외부 벽을 보강하도록 구성된 부분을 포함하는, 석션 앵커를 제조하는 방법. - 구조물들을 수중의 바닥에 고정시키기 위한 석션 앵커(suction anchor)로서, 상기 석션 앵커는:
적어도 부분적으로 시멘트질 재료들로 형성되고 폐쇄 단부와 개방 단부를 가지는 튜브형 몸체로서, 상기 튜브형 몸체는 상기 개방 단부를 위한 개구를 정의하는 에지를 포함하고, 상기 에지는 수중의 바닥을 침투하도록 구성되는, 튜브형 몸체;
상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티의 적어도 부분을 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체-결합시키도록 구성된 포트; 및
상기 튜브형 몸체의 외측 표면으로부터 연장되고 계류 라인에 결합되도록 구성된 패드 아이;를 포함하는 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 튜브형 몸체의 에지를 수용하며 상기 개방 단부의 개구를 막도록 구성된 뚜껑을 포함하는, 석션 앵커. - 제21항에 있어서,
상기 뚜껑은 적어도 부분적으로 시멘트질 재료로 형성되는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 튜브형 몸체의 에지는 상기 개방 단부의 개구를 향해 테이퍼지는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 튜브형 몸체의 에지는 금속으로 형성되는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
시멘트질 재료로 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 연속적으로 증착된 시멘트질 재료들의 층들을 포함하는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
시멘트질 재료로 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 관통하도록 배치된 포트스-텐셔닝 장치를 포함하는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
시멘트질 재료로 형성된 상기 튜브형 몸체의 부분은 내부에 배치된 보강 요소들을 포함하는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 튜브형 몸체는 상기 튜브형 몸체 내부의 캐비티를 스커트 챔버(skirt chamber)와 적어도 하나의 부력 챔버(buoyancy chamber)로 분할하는 하나 이상의 내부 벽들을 포함하고, 상기 스커트 챔버는 상기 개방 단부와 에지를 포함하며;
상기 포트는 제1 포트이며, 상기 스커트 챔버는 상기 제1 포트를 통해 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체 결합되며;
상기 석션 앵커는 제2 포트를 포함하고, 상기 적어도 하나의 부력 챔버는 상기 제2 포트를 통해 상기 튜브형 몸체의 외부에 유체 결합되는, 석션 앵커. - 제28항에 있어서,
상기 하나 이상의 내부 벽들은 적어도 부분적으로 시멘트질 재료들로 형성되는, 석션 앵커. - 제29항에 있어서,
시멘트질 재료들로 형성된 상기 하나 이상의 내부 벽들의 부분은 관통하도록 배치된 포스트-텐셔닝 장치를 포함하는, 석션 앵커. - 제29항에 있어서,
시멘트질 재료들로 형성된 상기 하나 이상의 내부 벽들의 부분은 내부에 배치된 보강 요소들을 포함하는, 석션 앵커. - 제28항에 있어서,
상기 하나 이상의 내부 벽들은 상기 튜브형 몸체의 캐비티를 제1 도관과 제2 도관으로 더 분할하며, 상기 제1 도관은 상기 스커트 챔버를 상기 제1 포트에 유체 결합시키고, 상기 제2 도관은 상기 적어도 하나의 부력 챔버를 상기 제2 포트에 유체 결합시키는, 석션 앵커. - 제28항에 있어서,
상기 적어도 하나의 부력 챔버는 상기 튜브형 몸체의 폐쇄 단부에 인접한 제1 부력 챔버와, 상기 제1 부력 챔버와 상기 스커트 챔버 사이의 제2 부력 챔버를 포함하는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 튜브형 몸체의 캐비티 내부에 배치된 풍선을 포함하는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 패드 아이는 상기 튜브형 몸체의 측부에서 외측 표면으로부터 연장되는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 패드 아이는 상기 튜브형 몸체의 폐쇄 단부의 정점에서 외측 표면으로부터 연장되는, 석션 앵커. - 제20항에 있어서,
상기 튜브형 몸체에 결합된 에너지 저장 챔버를 포함하며, 상기 에너지 저장 챔버는 각각 에너지를 저장 및 공급하기 위해 물을 저장 및 방출하도록 구성되는, 석션 앵커.
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