KR101019051B1 - 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 관한 것으로서, 해양 플랫폼의 갑판 및 상부 구조물을 지지하는 하나 이상의 칼럼과, 각 칼럼의 외주면을 따라 설치되어 일정한 속도로 입사되는 정상조류 운동을 최대한 교란하여 규칙적인 와류 발생의 방해로 와류유발운동을 감쇠시킬 수 있는 와류억제부재를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 하부 구조물에 해당하는 수직한 각 칼럼의 외주면에 와류유발운동을 억제시킬 수 있는 와류억제부재를 설치함으로써, 전체적인 해양 플랫폼의 동요를 감쇠시켜서 생산 효율을 증대시키는 효과가 있다.
해양 플랫폼, 감쇠장치, 칼럼, 와류

Description

해양 플랫폼의 동요 감쇠장치{APPARATUS FOR ROLL DAMPING OF OFFSHORE PLATFORM}
본 발명은 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 깊은 흘수의 복수 칼럼을 갖는 해양 플랫폼의 경우 조류 환경에 의해 진동이 발생할 수 있는데, 이 진동을 감쇠시킬 수 있는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 관한 것이다.
해양 석유/가스 시추 및 생산을 위한 작업에는 시추, 생산 및 저장장비와 작업자거주설비가 배치되는 것으로 때로는 "리그(rig)"로 불리는 선체 또는 플랫폼이 준비되어야 한다.
일반적으로 해양플랫폼은 "고정형" 플랫폼과 "부유형" 플랫폼의 두 종류 중 하나가 이용된다.
고정형 플랫폼은 해저면에 직접 또는 간접적으로 배치되는 지지각에 의하여 지지되는 장비데크로 구성된다. 이들은 비교적 안정된 반면에, "볼드페이트(Baldpate)" 타워라고도 불리는 소위 컴플라이언트 파일드 타워(compliant piled tower:CPT)"가 1648 피트(약 500 m)의 깊이에도 설치될 수 있다고는 하나 전형적으 로 이들은 비교적 얕은 수심, 즉 약 500 피트(약 152 m)의 깊이에 제한적으로 설치된다.
반면에 부유형 플랫폼은 전형적으로 약 500 피트(약 152 m) 이상의 수심에 사용되며, 해저면에 고정된 계류라인에 의하여, 또는 플랫폼의 일측 또는 양측에 배치된 동력스러스터에 의하여 유정지(well site)상에서 위치가 고정된다. 비록 부유형 플랫폼은 바람이나 해양조건에 따르는 이들의 움직임 때문에 설치하는 것이 복잡하기는 하여도 실질적으로 이들이 고정형 플랫폼에 비하여 더 깊은 수심에 설치될 수 있으며 더욱이 이동 가능하여 다른 유정지로 이동하기 쉽다는 잇점을 가진다. 종래의 부유형 플랫폼에는 소위 "시추선(drill ship)", "반잠수형 플랫폼" (semi-submersible) 및 "스파(spar)형 플랫폼", "텐션-레그형 플랫폼(tension-leg platform: TLP)"을 포함하는 여러 가지 형태의 것이 있다.
도 1에서는 깊은 흘수로 와류유기운동을 일으키는 종래의 심흘수 반잠수형 플랫폼의 사시도이다.
갑판(10) 및 상부 구조물(12)을 지지하는 4개의 칼럼(column:20)이 수직하게 설치된다. 그리고 인접하는 4개의 칼럼(20)을 상호 연결하는 폰툰(pontoon:30)이 설치된다.
폰툰(30)은, 수면하의 물속에 잠기어 소정 크기의 부력을 제공하기 위한 것이다.
그런데, 석유/가스의 탐사, 시추, 생산, 저장 및 가스소각작업을 위하여 사용되는 심흘수 반잠수형 플랫폼의 경우 비교적 가늘고 기다란 형상의 칼럼이 조류 환경에 의해 진동이 발생되어 전체적인 해양 플랫폼의 운용 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
예를 들어, 복수의 칼럼은 어떠한 조건하에서 해양설치 과정 중에 이들의 균형과 안정상의 제어면에서 다른 형태의 플랫폼에 비하여 다루기가 비교적 복잡할 수 있다. 특히 이들의 길고 가느다란 형상 때문에, 강한 조류에 의한 와류유발운동(Vortex Induced Motion)을 일으키기 쉽다.
와류유발운동은 비교적 일정한 속도의 조류가 구조물의 칼럼에 입사될 때 칼럼 후방에 발생하는 규칙적인 주기를 갖고 발생하는 와류로 인해 구조물에 조류의 입사방향과 직각 방향으로 반대되는 외력이 작용하여 발생하는 운동을 말한다. 웨이브 파티클 모션(wave particle motion)이 상대적으로 큰 수면 근처에서는 조류 입사류를 파입자 운동이 교란하여 와류유발운동의 가진이 상대적으로 큰 문제가 되지 않으므로 비교적 낮은 흘수를 갖는 칼럼의 경우 와류유발운동이 큰 문제가 되지 않을 수도 있으나, 특히, 40m 이상의 깊은 흘수의 복수 칼럼을 갖는 구조물의 경우 파입자 운동의 크기가 작아 조류 입사류를 거의 교란하지 못하여 조류로 인한 진동이 발생되어 전체 해양 플랫폼의 운용 효율을 저하시키게 된다.
따라서 본 발명에서는, 각 칼럼의 수직한 외주면을 따라 복수의 서로 다른 크기의 원형 홀을 갖는 와류억제부재를 부착 설치함으로써, 와류억제부재에 형성된 복수의 홀을 통해 일정한 속도로 입사되는 정상조류 운동을 최대한 교란하여 규칙적인 와류 발생을 방해하여 와류유발운동을 감쇠시킬 수 있는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 있어서, 해양 플랫폼의 갑판 및 상부 구조물을 지지하는 하나 이상의 칼럼과, 편평한 판상에 서로 다른 직경의 홀이 하나 이상 형성되며, 각 칼럼의 외주면을 따라 설치되어 일정한 속도로 입사되는 정상조류 운동을 최대한 교란하여 규칙적인 와류 발생의 방해로 와류유발운동을 감쇠시킬 수 있는 와류억제부재를 포함하는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치를 제공한다.
삭제
또한, 와류억제부재는, 각 칼럼의 축 방향 모서리를 따라 나선형으로 설치되어, 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭인 것을 특징으로 한다.
또, 대각선 방향에서 마주하는 칼럼의 와류억제부재는 서로 같은 방향을 향하도록 배치되고, 이웃하는 칼럼의 와류억제부재는 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 즉, 각 칼럼들 간의 와류억제부재 설치 위치는 서로 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭인 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에서의 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 따르 면, 하부 구조물에 해당하는 수직한 각 칼럼의 외주면에 와류유발운동을 억제시킬 수 있는 와류억제부재를 설치함으로써, 전체적인 해양 플랫폼의 동요를 감쇠시켜서 생산 효율을 증대시키는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해양 플랫폼의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 따라 와류의 유동 상태를 보여주는 평단면도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 해양 플랫폼(100)은, 통상 데크라 불리는 갑판(102) 및 상부 구조물(104)과, 이들을 지지하는 하부 구조물에 해당하는 칼럼(column:110)이 수직하게 설치된다. 칼럼(110)은 원통형 또는 다각형으로 3개 내지 4개의 설치가 바람직하며, 이들 칼럼(110)을 상호 연결하는 폰툰(pontoon:120)이 설치된다.
폰툰(120)은, 수면하의 물속에 잠기어 소정 크기의 부력을 제공하기 위한 것이다.
이러한 플랫폼(100)의 칼럼(110)에 일정한 속도로 입사되는 정상조류 운동을 최대한 교란하여 규칙적인 와류 발생의 방해로 와류유발운동을 감쇠시킬 수 있는 와류억제부재(130)가 설치된다.
와류억제부재(130)는 수압이나 강한 조류에 견딜 수 있는 정도의 재질이면 가능하며, 편평한 사각의 판상으로 이루어지고, 판상에는 서로 다른 직경의 홀(132)이 하나 이상 형성된다.
와류억제부재(130)는 각 칼럼(110)의 축 방향 외주면을 따라 넓은 면적이 조류에 부딪힐 수 있도록 설치되되, 바람직하게는 칼럼(110)의 상부측에서 시계 혹은 반시계 방향으로 모서리부를 따라 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭을 이루도록 나선형으로 설치된다. 그리고 도 4에서의 각 평단면도와 같이 대각선 방향에서 마주하는 칼럼(110)의 와류억제부재(130)는 서로 같은 방향을 향하도록 배치되고, 이웃하는 칼럼(110)의 와류억제부재(130)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 따라서 각 칼럼(110)들 간의 와류억제부재(130) 설치 위치는 서로 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭인 것이 바람직하다.
이와 같은 구조로 이루어진 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치의 작용은 다음과 같이 이루어진다.
"심흘수 반잠수형 플랫폼" (deep draft semi-submersible)과 "텐션-레그형 플랫폼(tension-leg platform: TLP)" 및 "스파(spar)형 플랫폼" 등의 부유형 해양 플랫폼(100)에는 깊은 흘수를 갖는 복수의 칼럼(110) 구조로 하여 예인되거나 강한 조류시 와류유발운동(VIM)이 발생된다.
따라서 본 발명에서는 이 와류유발운동을 각 칼럼(110)에 설치된 와류억제부재(130)를 통하여 최대한 억제함으로써, 전체적인 해양 플랫폼(100)의 동요를 감쇠시키게 된다.
즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 각 칼럼(110)의 모서리부를 따라 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭을 이루도록 형성되고, 더욱이 대각선 방향에서 마주하는 칼럼(110)의 와류억제부재(130)는 서로 같은 방향을 향하도록 배치되고, 이웃하는 칼럼(110)의 와류억제부재(130)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치됨으로써, 조류가 각 칼럼(110)의 어느 방향으로 입사되더라도 와류가 발생이 억제될 수 있다. 특히, 와류억제부재(130)에서는 일정한 속도로 입사되는 정상 조류가 복수의 홀(132)을 통과하면서 최대한 교란됨으로써, 진동을 발생시킬 수 있는 정상적인 와류가 와해되어 와류유발운동을 감소시킬 수 있다.
여기서 복수의 홀(132)은 서로 다른 직경으로 형성됨으로 하여 일정 직경의 홀보다는 정상 조류를 와해 시키는데 유리하며, 더욱이 각 칼럼(110)에 비대칭을 이루도록 와류억제부재(130)가 나선형으로 설치되어 조류를 교란시킴이 유리하다.
따라서 심흘수 복수 칼럼(110)의 하부 구조물을 가지는 해양 플랫폼(100)이 일정 속도로 예인되거나 일정 속도의 조류가 지속적으로 입사되는 경우, 칼럼(110)의 후방에 발생하는 와류에 인한 규칙적인 좌, 우 동요 운동을 와류억제부재(130)를 통하여 실질적으로 감쇠시키거나 제거할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 대하여 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1에서는 종래의 반잠수형 플랫폼의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치의 정면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 해양 플랫폼의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 따라 와류의 유동 상태를 보여주는 평단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 해양 플랫폼 102 : 갑판
104 : 상부 구조물 110 : 칼럼
120 : 폰툰 130 : 와류억제부재
132 : 홀

Claims (5)

  1. 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치에 있어서,
    상기 해양 플랫폼의 갑판 및 상부 구조물을 지지하는 하나 이상의 칼럼과,
    편평한 판상에 서로 다른 직경의 홀이 하나 이상 형성되며, 상기 각 칼럼의 외주면을 따라 설치되어 일정한 속도로 입사되는 정상조류 운동을 교란하여 규칙적인 와류 발생의 방해로 와류유발운동을 감쇠시킬 수 있는 와류억제부재
    를 포함하는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 와류억제부재는,
    상기 각 칼럼의 축 방향 모서리를 따라 나선형으로 설치되어, 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    대각선 방향에서 마주하는 상기 칼럼의 상기 와류억제부재는 서로 같은 방향 을 향하도록 배치되고, 이웃하는 상기 칼럼의 상기 와류억제부재는 서로 반대 방향을 향하도록 것을 특징으로 하는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    칼럼들 간의 상기 와류억제부재 설치 위치는 서로 상, 하, 좌, 우 방향으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 해양 플랫폼의 동요 감쇠장치.
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