모형실험을 통한 모래지반에서 석션버켓기초의 관입저항력 평가

김근수(Keunsoo Kim),권오순(Osoon Kwon),오명학(Myounghak Oh),장인성(Insung Jang) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.6

석션버켓기초는 펌프로 버켓 내부의 물을 외부로 배출할 때 발생한 압력차로 지반에 설치되는 기초이다. 버켓기초는 외해의 플랫폼이나 석유?가스 시추시설을 계류시키기 위한 앵커로 주로 사용되었으나, 최근 유럽을 중심으로 해상풍력발전의 기초로 적용되기 시작하면서 국내에서도 큰 관심을 받고 있다. 석션버켓기초의 관입저항력 산정은 석션버켓기초를 성공적으로 시공하기 위해 고려해야 할 주요 사항 중의 하나이다. 본 연구는 석션버켓기초를 관입시킬 때 필요한 관입력을 평가하기 위해 실내모형실험을 수행하였다. 실내모형실험은 압입설치 및 석션설치에서 측정한 관입저항력을 관입성능평가에서 많이 사용되는 기존의 이론식과 비교하여 강도감소계수의 적절한 범위를 검토하였다. Suction bucket foundation is installed with the differential pressure created by pumping water out of bucket. Bucket foundation has usually been utilized in mooring anchor for offshore platform or floating oil and gas production facilities in the open sea. After suction bucket foundation successfully was applied as the foundation for offshore wind turbines in Europe, it recently attracts much attention in Korea, too. To estimate the penetration resistance of the suction bucket foundation is one of the important matters that should be considered during its installation. This study carried out a series of model tests to investigate the penetration resistance of suction bucket foundation. And the mobilized soil strength factor was reviewed through comparing the experimental results by two installation ways (e.g., push-in-load and suction) and the results calculated by the conventional equation.

세굴에 기인한 해상풍력터빈 펜타팟 석션버켓 지지구조물의 극한한계상태 위험도 평가

김영진(Young Jin Kim),Ngo Duc Vu,김동현(Dong Hyawn Kim) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.6

5.5MW 해상풍력터빈을 위해 새로 개발된 펜타팟 석션버켓 지지구조물의 극한한계상태 위험도 평가를 진행하였다. 유의파고, 유의파 주기, 조류속 등 해양 환경조건을 고려한 세굴확률을 위험(hazard)으로 산정하였다. 석션버켓 지지구조물 기초의 극한한계상태 파괴기준을 적용하여 세굴 깊이에 따른 취약도를 산정하였다. 극한한계상태는 기초구조물의 지지력을 이용하여 정의하였다. 해저드와 취약도를 이용하여 펜타팟 석션버켓의 위험도를 산정하였다. The scour risk assessment was conducted for ultimate limit state of newly developed penta pod suction bucket support structures for a 5.5 MW offshore wind turbine. The hazard was found by using an empirical formula for scour depth suitable for considering marine environmental conditions such as significant wave height, significant wave period, and current velocity. The scour fragility curve was calculated by using allowable bearing capacity criteria of suction foundation. The scour risk was assessed by combining the scour hazard and the scour fragility.

석션버켓을 기초로한 해양구조물의 시공(해상기상탑 및 해상풍력터빈)

곽대진(Kwag, Daejin),홍관영(Hong, Kwanyoung),이태환(Lee, Taehwan) 한국연안방재학회 2017 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2017 No.-

최근 국내외로 해상풍력단지 개발이 확대되고 있는데, 국내의 경우 서남해와 제주도를 중심으로 해상기상탑과 해상풍력터빈이 다수 설치되고 있다. 특히 기초 내외부의 수압차를 이용하여 무소음, 무진동으로 기초를 관입하는 개념의 석션버켓 기초는 해상공사의 경제성과 친환경성 측면에서 주목 받으면서 해상기상탑과 해상풍력터빈에 적용을 점차 확대해 나가고 있다.

해상풍력 석션버켓 기초의 기울기 제어 모형실험

김유석(Kim You Seok),배경태(Bae Kyung Tae),이종필(Lee Jong Pil),정진욱(Joung Jin wook),추연욱(Choo Yun Wook) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.2

This paper presents an experimental result of tilting control for a suction bucket foundation consisting of internal cells. The tilting control was implemented by separately controlling pressure difference between each cell. The 1/100 scale model was used and installed in sand. The model was made of acrylic, and was designed to observe the insides of the cells the during the test. A series of tilting control tests for the model foundation was carried out with multiple combinations of positive and/or negative pressure applied to each cell. It was found that the tilting control enabled suction bucket foundation to be repositioned over 1° during installation, and 0.25° during operation. Sand boiling was observed inside the cells in some cases, concluding that methods mitigating sand boiling should be adopted. 본 연구는 석션버켓 기초의 기울기 제어에 대한 모형실험으로 단일형 석션버켓 기초 내부에 여러 개의 격실을 두고 각 격실 내부 압력을 독립적으로 조절하여 모형 석션버켓 기초의 기울기를 제어하는 실험을 수행하였다. 모형의 크기는 실제크기의 1/100로 하였고 모래지반에서 수행되었다. 모형은 아크릴로 제작하였으며 실험 중 내부격실의 변화를 육안으로 관찰할 수 있도록 하였다. 각 격실별로 정압 및 부압을 다양하게 조합하여 모형기초의 기울기 제어 실험을 수행하였다. 실험결과 시공중에서 는 1°이상의 기울기 제어가 가능하였으며 운용중에는 0.25°의 기울기 제어가 가능한 것으로 나타났다. 일부 case에서 격실 내에서 보일링이 관찰되어 보일링 저감대책이 필요할 것으로 사료된다.

경로점을 가지는 해상풍력 석션버켓 기초의 기울기 제어 모형실험

김유석(Kim, You-Seok),이종필(Lee, Jong-Pil) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.3

해상풍력단지개발에서 단일형 석션버켓 기초의 기울기 제어는 중요한 문제이다. 단일형 석션버켓 기초의 경우에는 내부에 격실을 마련하고 각 격실의 압력을 제어하는 것으로부터 기초의 기울기 제어가 가능하다. 단 각 격실의 압력은 미세하게 제어가 가능하여야 한다. 이에 대한 연구들이 수행되었으나 기울기 제어에 대한 방법론에 대해서는 구체적으로 언급이 되지 않고 있다. 본 연구에서는 3개의 내부격실을 둔 단일형 석션버켓 기초의 기울기 제어에 대한 모형실험을 실시하였다. 모형석션 기초의 기울기 제어를 위해서 격실내부압력을 각기 제어하여 실험을 수행하였다. 모형은 실제크기의 1:100으로 제작하였고 모래지반으로 수행하였다. 각 격실별로 부압 및 정압을 4가지로 조합하여 모형기초의 기울기 제어 실험을 수행하였다. 실험결과 시공 중 및 운용 중에 대해서 5°의 기울기 제어가 가능하였다. 운용중의 경우에는 부압만으로는 모형기초의 기울기 제어가 한계가 있어 정압을 조합하여 5°의 기울기 제어를 실현하였다. In offshore wind farms, tilting control based on a single-basket suction bucket foundation is a significant problem. In a single-basket suction bucket foundation, the tilting control of the foundation is possible by arranging the cells inside and controlling the pressure of each cell. However, the pressure of each cell must be finely controlled. Studies on this topic have been conducted, but no specific tilting control method has been developed. This paper presents experimental model results for tilting control obtained during the installation of a suction bucket foundation consisting of three internal cells. Tilting control was performed by independently controlling the internal pressure of each cell. A 1:100 scale model was used, and the ground condition was sandy. Four cases of tilting control tests for the model foundation were used with multiple combinations of internal positive, negative, or both pressures of each cell. It was found that the tilting control was within 5° during the installation and operation stages. There was a tilting control limit for operation based on the model with only negative pressure; therefore, 5° tilting control was achieved by combining the positive pressure.

실트질 모래지반에 설치된 해상풍력 석션버켓기초의 신뢰성 해석

윤길림(Gil Lim Yoon),이진학(Jin Hak Yi),배경태(Kyung Tae Bae),김선빈(Sun Bin Kim) 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.12

본 논문에서는 서남해 해상풍력 실증단지 해역을 대상으로 석션버켓기초의 지지력에 대한 신뢰성 분석에 대한 내용을 다루었다. 5MW급 해상풍력터빈의 콘크리트 석션버켓기초를 선정하여 기초 설치 후 연직지지력과 수평지지력에 대한 파괴확률을 계산하고 설계변수의 민감도를 분석하였다. AFOSM을 이용한 신뢰성해석을 수행한 결과, 기초-지반 분리거동 시 연직지지력에 대한 파괴확률이 가장 큰 것으로 나타났으며 기초지반의 단위중량과 내부마찰각이 지배적인 영향인자임을 확인하였다. This paper deals with the reliability analysis of foundation for an offshore wind turbine system. Reliability analyses were carried out for suction bucket foundation considering the uncertainties in soil and structural parameters. In reliability analysis, the vertical and lateral resistances are defined as base limit states. The case studies were carried out using the preliminarily designed foundations at western-south mainland sea of Korea. From reliability analyses, vertical resistance for free-slip condition has overall lower reliability index, and submerged unit weight and internal friction angle of seabed soil are governing factors in vertical and lateral resistance in this case.

CO2 해저 주입 시스템 기초에 사용되는 석션펌프 패키지에 관한 연구

강현(Hyoun Kang),권오순(Osoon Kwon) 한국에너지기후변화학회 2024 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2024 No.5

실내실험을 통한 트라이포드 석션버켓의 수직도 자동제어 기술의 검증

신진화,이주형 한국풍력에너지학회 2022 풍력에너지저널 Vol.13 No.4

In general, a tripod-shaped foundation secures its verticality by repeating penetration and drawing when suction penetration is performed. These repetitive tasks not only require a skilled operator, but are also less efficient. In this study, an automatic slope control system was developed to verify the slope control performance based on tripod suction in a sandy soil environment. The slope of the tripod suction base was measured, and the relative height of each suction bucket was calculated from the center of the tripod with a formula. The control program reduces the pump output of the suction bucket that penetrates too quickly by controlling the suction pressure of each suction bucket by sending an on/off signal to the suction pump according to the relative height. With such repetitive work, the relative height converges to 0 and the verticality of the structure can be secured while suction penetration is performed. As a result of the experiment, the effect of controlling the slope depending on the optimal limit setting height and penetration depth was confirmed, and a vertical degree within 0.5° was ensured. When installing a tripod suction bucket, the automatic tilt control method using the relative height is efficient without relying on the experience of the operator.

해상풍력터빈 펜타포드 석션버켓 지지구조물의 극한한계상태 세굴 위험도 평가

김영진(Young-Jin Kim),Ngo Duc Vu,김동현(Dong-Hyawn Kim) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.6

파라미터 변화에 따른 석션버켓기초에 발생하는 세굴현상에 대한 수치해석 연구

박선호(Sunho Park),송성진(Seongjin Song),왕해청(Haiqing Wang),정태환(Taehwan Joung),신윤섭(Yunsup Shin) 한국해양공학회 2017 韓國海洋工學會誌 Vol.31 No.4

In the case of fixed offshore wind turbines, scouring phenomena have been reported around sub-structures as a result of currents, which seriously damage the structural stability. A parametric study of the various sub-structures of a fixed offshore wind turbine was performed to investigate their effects on the scouring phenomena. For a suction bucket foundation and monopile, the effects of the stick-up heights and water depth were studied, respectively. The open source libraries, called OpenFOAM, were used to simulate a violent flow around a foundation. The numerical methods were selected based on a two-dimensional analysis of a suction bucket. Based on the results for various stick-up heights, a larger scouring region was observed with an increase in the stick-up height because of the down-wash flow around a foundation. Based on the results for various monopile water depths, the water depth had an insignificant effect on the scouring.