KR100956092B1 - 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치 및 이를 이용한부유식 해양 설비 - Google Patents

부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치 및 이를 이용한부유식 해양 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치 및 이를 이용한 부유식 해양 설비에 관한 것으로서, 해양 설비와 구조물 사이에 설치되며, 구조물을 승강시키는 다수의 실린더와, 구조물이 수평 자세를 유지한 상태에서 해양 설비가 틸팅될 수 있도록 마련되는 자세 유지 연결부와, 해양 설비의 움직임에 의한 실린더 내부의 압력 변화에 따라 실린더로부터 유체가 공급되거나 실린더에 유체가 공급되도록 하여 실린더 각각의 내부 압력이 서로 평형을 이루게 됨으로써 구조물의 수평을 유지시키는 압력 평형 유지부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 부유식 해양 설비가 파력 등 외부 환경으로 인해 틸팅 등의 움직임이 발생하더라도 해양 설비에 설치되는 타워 칼럼 등과 같은 구조물이 수평을 유지하도록 함으로써 구조물이 가지는 본래의 기능을 제대로 수행할 수 있도록 함과 아울러 안전도를 확보하고, 구조물의 수평 유지가 실린더의 내부 압력 평형으로 인해 자발적으로 실시되도록 함으로써 구조물의 틸팅을 감지하는 구성이나 구조물의 자세 복원을 위한 복잡한 구성을 회피할 뿐만 아니라 수평 자세로의 복귀를 위한 에너지 공급을 필요로 하지 않으며, 이로 인해 경제적인 설치 및 사용을 가능하도록 하는 효과를 가지고 있다.
해양 설비, 타워 칼럼, 실린더, 볼, 볼하우징, 수평 유지

Description

부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치 및 이를 이용한 부유식 해양 설비{HORIZONTAL LEVELING APPARATUS FOR A FACILITY AND A FLOATING SEA EQUIPMENT USING THE SAME}
본 발명은 부유식 해양 설비가 파력 등 외부 환경으로 인해 틸팅 등의 움직임이 발생하더라도 해양 설비에 설치된 구조물이 실린더 내부 압력의 평형으로 인해 자발적으로 수평을 유지하도록 하는 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치 및 이를 이용한 부유식 해양 설비에 관한 것이다.
최근에는 에너지 사용의 급격한 증가로 인해 해저 유정의 개발을 위하여 부유식 해양 설비의 발주 및 제작이 활발하게 진행되고 있다.
한편, 이러한 부유식 해양 설비는 원유의 생산 과정에서 발생되는 가스를 태우거나, 다시 유정 내로 주입하는 방법을 사용하고 있으나, 가스의 경제적 가치 증가와 환경오염을 최소화하기 위해서 가스의 상업 생산에 대한 필요성이 대두됨으로써 유정에서 생산된 가스의 불순물을 제거하기 위한 탑 형태의 구조물인 "타워 칼럼(Tower column)"들이 필요하게 되었다.
종래의 타워 칼럼을 가지는 부유식 해양 설비를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 부유식 해양 설비를 도시한 정면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 부유식 해양 설비(1) 상면에 다수의 타워 칼럼(2)이 설치된다.
이와 같은, 종래의 타워 칼럼은 정제 성능과 안전성이 수평을 유지하는 것과 밀접한 관계를 가지고 있음에도 해양 설비(1)에 고정됨으로써 해양 설비(1)가 파력 등의 외부 요인으로 인해 움직일 때 함께 움직이게 된다. 따라서, 부유식 해양 설비(1)의 경우 타워 칼럼(2)의 수평 유지는 매우 중요하며, 이를 가능하도록 하는 장치의 개발이 필요하게 되었다.
상기한 바와 같은, 종래의 기술에 따른 부유식 해양 설비는 수평 유지가 어렵기 때문에 고정된 구조물의 흔들림이 심하다는 문제점을 가지고 있었다.
특히, 구조물 중 유정에서 생산된 가스의 불순물을 제거하기 위한 타워 칼럼의 경우 부유식 해양 설비의 특성상 파력 등과 같은 외력에 의한 움직임이 발생하여 수평을 유지하는 것이 불가능하며, 이로 인해 가스 내에 포함된 불순물로 인해 설비의 효율 저하를 가져올 뿐만 아니라 폭발을 유발시키는 치명적인 원인을 제공하며, 이로 인해 가스 생산 설비의 안정적인 생산을 불가능하게 하는 문제점을 가지고 있었다.
즉, 부유식 해양 설비에 타워 칼럼이 고정되어 있기 때문에 외부의 요인에 따라 운동하는 부유식 생산설비가 수평을 유지하는 것은 불가능하며, 이로 인해 타워 칼럼은 수평 유지가 어려워져서 정제 성능이 제대로 발휘되지 않아 정제를 마친 가스에 많은 불순물이 포함되며, 이러한 불순물의 제거를 위해 재 정제 과정을 거치게 됨으로써 장치의 효율성이 저하되고, 재 정제에서도 불순물을 완벽하게 제거하지 못할 경우 전체 장치의 폭발까지 유발하게 되는 원인을 제공하게 된다.
이와 같은 종래의 부유식 해양 설비는 상기한 바와 같은 타워 칼럼과 같은 구조물뿐만 아니라 헬기의 착륙장소를 제공하는 착륙 시설, 작업자가 거주하는 거주 시설 등의 구조물도 경우에 따라 안전도와 활용도를 높이기 위하여 수평을 유지시킬 필요성을 가진다 하겠다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부유식 해양 설비가 외부에서 작용하는 파력 등의 외력에 의해 움직이더라도 해양 설비에 설치된 구조물이 수평을 유지하도록 함으로써 구조물 본래의 기능을 제대로 수행할 수 있도록 함과 아울러 안전도를 확보하도록 한다.
본 발명의 일 실시예로서 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치는, 부유식 해양 설비에 설치된 구조물을 수평으로 유지시키는 장치로서, 해양 설비와 구조물 사이에 설치되며, 구조물을 승강시키는 다수의 실린더와, 구조물이 수평 자세를 유지한 상태에서 해양 설비가 틸팅될 수 있도록 마련되는 자세 유지 연결부와, 해양 설비의 움직임에 의한 실린더 내부의 압력 변화에 따라 실린더로부터 유체가 공급되거나 실린더에 유체가 공급되도록 하여 실린더 각각의 내부 압력이 서로 평형을 이루게 됨으로써 구조물의 수평을 유지시키는 압력 평형 유지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예로서 구조물 수평 유지장치를 가지는 부유식 해양 설비는, 구조물이 설치되는 부유식 해양 설비에 있어서, 해양 설비와 구조물 사이에 설치되며, 구조물을 승강시키는 다수의 실린더와, 구조물이 수평 자세를 유지한 상태에서 해양 설비가 틸팅될 수 있도록 마련되는 자세 유지 연결부와, 해양 설비의 움직임에 의한 실린더 내부의 압력 변화에 따라 실린더로부터 유체가 공급되거나 실린더에 유체가 공급되도록 하여 실린더 각각의 내부 압력이 서로 평형을 이루게 됨으로써 구조물의 수평을 유지시키는 압력 평형 유지부를 포함하는 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치가 구조물과 해양 설비 사이에 설치되어 구조물의 수평을 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 부유식 해양 설비가 파력 등 외부 환경으로 인해 틸팅 등의 움직임이 발생하더라도 해양 설비에 설치되는 타워 칼럼 등과 같은 구조물이 수평을 유지하도록 함으로써 구조물이 가지는 본래의 기능을 제대로 수행할 수 있도록 함과 아울러 안전도를 확보하고, 구조물의 수평 유지가 실린더의 내부 압력 평형으로 인해 자발적으로 실시되도록 함으로써 구조물의 틸팅을 감지하는 구성이나 구조물의 자세 복원을 위한 복잡한 구성을 회피할 뿐만 아니라 수평 자세로의 복귀를 위한 에너지 공급을 필요로 하지 않으며, 이로 인해 경제적인 설치 및 사용을 가능하도록 하는 효과를 가지고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치를 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치(200)는 해양 설비(100)와 구조 물(300) 사이에 설치되는 다수의 실린더(210)와, 구조물(300)로부터 해양 설비(100)가 틸팅될 수 있도록 마련되는 자세 유지 연결부(220)와, 실린더(210) 각각의 내부 압력이 서로 평형을 이루도록 하는 압력 평형 유지부(230)를 포함한다.
본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치(200)는 다수의 실린더(210)가 구조물(300) 하부에 직접 설치될 수 있으나, 실린더(210) 상에 구조물(300)이 쉽게 설치되도록 함과 아울러 실린더(210)의 배치를 용이하도록 하기 위하여 구조물(300)과 실린더(210)를 서로 연결시키는 레벨 플레이트(240)를 더 포함할 수 있으며, 이를 위해 레벨 플레이트(240)는 구조물(300) 하부에 고정되어 다수의 실린더(210) 상에 설치된다.
한편, 구조물(300)은 부유식 해양 설비(100)에 설치되는 헬기의 착륙 시설이거나 거주 시설 등 다양한 용도나 구조를 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 유정에서 생산된 가스로부터 불순물을 제거하는 타워 칼럼(tower column)을 예로 들어 설명하기로 하겠다.
실린더(210)는 다수로 이루어지고, 부유식 해양 설비(100)와 구조물(300) 사이에 설치되고, 피스톤 로드(211)가 상하로 왕복 운동하도록 본체(212)가 수직되게 위치하며, 이를 위해 본체(212)가 해양 설비(100)상에 고정됨과 아울러 피스톤 로드(211)가 구조물(300)측, 즉 레벨 플레이트(240) 하면에 고정되고, 본체(212)에 유체의 유입 및 배출을 위한 입력 포트(213)와 출력 포트(214)가 각각 마련되며, 유체의 유입에 의해 팽창함으로써 구조물(300)을 상승시키고, 유체의 배출에 의해 수축함으로써 구조물(300)을 하강시킨다.
실린더(210)는 해양 설비(100)와 구조물(300) 사이에 일렬을 이루도록 1차원적으로 설치됨으로써 좌.우 방향의 수평을 조절하도록 할 수 있으나, 해양 설비(100)가 모든 방향에서 틸팅이 발생하는 점을 고려할 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 평면상에서 가로방향과 세로방향의 2차원으로 배열되도록 설치됨이 바람직하다.
자세 유지 연결부(220)는 구조물(300)이 수평 자세를 유지한 상태에서 해양 설비(100)가 파력 등과 같은 외력에 의해 틸팅(tilting)될 수 있도록 마련된다.
자세 유지 연결부(220)는 해양 설비(100)의 움직임에도 불구하고 구조물(300)이 수평을 이루도록 하기 위한 다양한 연결 구조를 가질 수 있으며, 실린더(210)와 구조물(300) 사이 또는 실린더(210)와 해양 설비(100) 사이에 각각 마련되어 볼 결합되는 볼(221)과 볼하우징(222)으로 이루어짐이 바람직하며, 본 실시예에서는 피스톤 로드(211) 끝단에 볼(221)이 구비되고, 구조물(300)이 설치된 레벨 플레이트(240) 하면에 볼하우징(222)이 구비됨으로써 볼하우징(222) 내측에 볼(221)이 여러 방향으로 회전할 수 있도록 하여 구조물(300)로부터 해양 설비(100)가 틸팅될 수 있도록 한다.
압력 평형 유지부(230)는 해양 설비(100)의 움직임에 의한 실린더(210) 내부의 압력 변화에 따라 실린더(210)의 출력 포트(214)로부터 제 1 라인(231)을 통해 유체가 내측으로 공급되거나, 실린더(210)의 입력 포트(213)에 제 2 라인(232)을 통해 유체가 공급되도록 함으로써 실린더(210) 각각의 내부 압력이 서로 평형을 이루어서 구조물(300)의 수평을 유지시킨다.
즉, 초기에 실린더(210)들이 구조물(300)의 평형을 유지시키기 위한 내부 압력을 가지도록 셋팅된 상태에서 해양 설비(100)의 움직임에 따라 해양 설비(100)가 상승하는 측에 위치하는 실린더(210)는 순간적으로 압축되어 내부의 압력이 상승하게 됨으로써 출력 포트(214)를 통해서 압력 평형 유지부(230)로 유체를 공급하면, 실린더(210) 전체가 압력 평형 유지부(230)에 의해 단일의 유체 폐회로(closed-loop)를 이루도록 서로 연결됨으로써 실린더(210) 각각의 내부 압력이 서로 평형을 유지하도록 하는 성질에 의해 해양 설비(100)가 하강하는 측에 위치함으로써 순간적으로 내부 압력이 감소되는 실린더(210)의 입력 포트(213)로 유체를 공급하여 내부 압력이 감소된 실린더(210)가 팽창하도록 하고, 이로 인해 구조물(300)이 수평 상태를 유지하도록 한다.
본 발명에 따른 구조물 수평 유지장치를 가지는 부유식 해양 설비(100)는 상면에 구조물(300)이 설치되며, 해양 설비(100)는 구조물(300)과의 사이에 본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치(200)가 설치됨으로써 구조물의 수평을 유지하도록 하며, 구조물 수평 유지장치(200)에 대해서는 이미 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
한편, 구조물(300)은 헬기의 착륙 시설이나 거주 시설 등과 같은 다양한 용도나 구조를 가진 시설이며, 일 예로 효율성 증대 및 안전도 유지를 위하여 수평 유지가 필요한 타워 칼럼(tower column)으로서 유정에서 생산된 가스의 불순물을 제거하게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치 및 이를 이용한 부유식 해양 설비의 작용 및 작동을 설명하면 다음과 같다.
해양 설비(100)가 수평인 경우 구조물(300), 예컨대 타워 칼럼도 수평을 이루도록 실린더(210) 내부에 압력이 셋팅된 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이, 해양 설비(100)가 파력 등의 외부 요인으로 인해 우측이 상승하게 되면, A측에 위치하는 실린더(210)는 순간적으로 수축하게 됨으로써 내부 압력이 상승하고, 이로 인해 A측의 실린더(210)로부터 유체가 배출되어 압력 평형 유지부(230; 도 2에 도시)로 공급된다.
압력 평형 유지부(230)로 유체가 공급되면, 실린더(210) 전체가 압력 평형 유지부(230)에 의해 서로 연결되어 단일의 유체 폐회로(closed-loop)를 이루게 됨으로써 실린더(210)들의 내부 압력이 서로 평형을 유지하려는 성질에 의해서 B측에 위치함으로써 순간적으로 내부 압력이 감소되는 실린더(210)로 압력 평형 유지부(230)의 유체가 공급되어 팽창되며, 이로 인해 레벨 플레이트(240)와 함께 구조물(300)은 해양 설비(100)의 틸팅에도 불구하고 실린더(210)들의 내부 압력 평형을 유지하기 위한 수축과 팽창에 의해 수평을 유지하게 된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 해양 설비(100)가 왼쪽이 상승하는 경우에도 B측의 실린더(210)들은 순간적으로 수축하는 대신, 실린더(210)들의 내부 압력이 평형을 유지하려는 성질에 의해 A측의 실린더(210)는 팽창함으로써 구조물(300)은 수평을 유지하게 된다.
이러한 구조물(300)의 수평 유지는 상기한 바와 같이, 좌.우측으로 1차원적 으로 수행될 뿐만 아니라 2차원적으로 배열되는 실린더(210)들에 의하여 2차원적으로도 수행된다.
한편, 자세 유지 연결부(220), 일 예로 볼 결합된 볼(221)과 볼하우징(222)에 의해 해양 설비(100)의 틸팅으로 인해 실린더(210)들이 함께 틸팅되더라도 레벨 플레이트(240)상의 구조물(300)은 수평을 유지할 수 있게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 부유식 해양 설비를 도시한 정면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치를 도시한 구성도이고,
도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치의 작용을 설명하기 위한 정면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 해양 설비 200 : 수평 유지장치
210 : 실린더 211 : 피스톤 로드
212 : 본체 213 : 입력 포트
214 : 출력 포트 220 : 자세 유지 연결부
221 : 볼 222 : 볼하우징
230 : 압력 평형 유지부 231 : 제 1 라인
232 : 제 2 라인 240 : 레벨 플레이트
300 : 구조물

Claims (6)

  1. 부유식 해양 설비에 설치된 구조물을 수평으로 유지시키는 장치로서,
    상기 해양 설비와 상기 구조물 사이에 설치되며, 상기 구조물을 승강시키는 다수의 실린더와,
    상기 구조물이 수평 자세를 유지한 상태에서 상기 해양 설비가 틸팅될 수 있도록 마련되는 자세 유지 연결부와,
    상기 해양 설비의 움직임에 의한 상기 실린더 내부의 압력 변화에 따라 상기 실린더로부터 유체가 공급되거나 상기 실린더에 유체가 공급되도록 하여 상기 실린더 각각의 내부 압력이 서로 평형을 이루게 됨으로써 상기 구조물의 수평을 유지시키는 압력 평형 유지부
    를 포함하는 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 실린더는,
    평면상에서 2차원으로 배열되도록 설치되는 것
    을 특징으로 하는 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자세 유지 연결부는,
    상기 실린더와 상기 구조물 사이 또는 상기 실린더와 상기 해양 설비 사이에 각각 마련되어 볼 결합되는 볼과 볼하우징으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 하부에 고정되어 상기 다수의 실린더 상에 설치되는 레벨 플레이트
    를 더 포함하는 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치.
  5. 구조물이 설치되는 부유식 해양 설비에 있어서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 기재된 부유식 해양 설비의 구조물 수평 유지장치가 상기 구조물과 상기 해양 설비 사이에 설치되어 상기 구조물의 수평을 유지하도록 하는 것
    을 특징으로 하는 구조물 수평 유지장치를 가지는 부유식 해양 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조물은,
    유정에서 생산된 가스의 불순물을 제거하기 위한 타워 칼럼인 것
    을 특징으로 하는 구조물 수평 유지 장치를 가지는 부유식 해양 설비.
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