KR101167924B1 - 선박의 문풀부 저항 감소구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 문풀부 저항 감소구조에 관한 것으로서, 선박의 데크와 해저 사이의 통로를 한정하도록 설치되는 문풀과, 선박의 선수부측 선저에 일정 크기로 오목하게 형성되어 문풀에 앞서 1차로 유체 흐름을 교란하고, 교란된 유체 흐름으로 슬로싱 모션을 억제하여 문풀에 의한 저항을 감소시킬 수 있는 저항감소부를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 문풀에 앞서는 선수부의 선저에 일정 크기로 오목한 저항감소부를 복수개 형성시킴으로써, 문풀로 인한 선박의 저항증가, 속도저하, 연료소모 증가 등을 최소화 할 수 있어 별도로 문풀의 벽면에 부가물이 설치된 구조물 보다 비용 및 관리측면에서 유리한 효과를 가진다.

선박, 데크, 문풀, 저항, 볼텍스

Description

선박의 문풀부 저항 감소구조{STRUCTURE FOR RESISTOR REDUCTION OF DRILLSHIP MOONPOOL}

본 발명은 선박의 문풀부 저항 감소구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 문풀을 통한 해수의 역류, 문풀 내의 과다한 해수 유동에 의한 저항 증가를 감소 또는 억제시킬 수 있는 선박의 문풀부 저항 감소구조에 관한 것이다.

급격한 산업 및 공업이 발전함에 따라 석유사용량은 해마다 증가하고 있고 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 큰 문제로 떠오르고 있다.

이에 최근에는 기술적으로 시추가 어려울 뿐만 아니라 경제성이 없어서 무시되어 왔던 군소의 한계유전이나 심해유저의 개발이 경제성을 가지게 되었으며 해저자원 개발기술의 발달과 더불어 이러한 유전개발에 적합한 시추설비를 구비한 선박이 개발되고 있다.

종래의 해양시추장비는 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 주로 계류장치를 이용하여 해상의 일점에 정박한 상태에서 해저 시추작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼이 주로 사용되었다.

그러나 최근에는 첨단의 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해 할 수 있도록 보다 선박에 가까운 형태로 제작된 시추선이 개발되어 해양 시추에 사용되고 있다.

이러한 시추선은 군소 유전 개발을 위해 위치를 자주 옮겨야 하는 조건 때문으로 시추 성능뿐만 아니라 최적의 항해성능을 가지도록 설계 되어야 한다.

그러나 시추선의 중앙에는 시추 파이프를 해저바닥으로 내려 보내기 위한 큰 개구부(문풀:Moon-pool)가 형성되어 있다. 이러한 문풀은 시추선의 용도측면에서 필수 불가결한 구조이지만, 선박의 정박시 작업 안전성이나 항해 안전성, 성능의 측면에서는 매우 불리한 구조이다.

문풀 내부로 유입되고 유출되는 유동과 선체외부와의 상대적인 운동으로 야기되는 수면의 주기적 진동현상, 이에 따른 선체운동으로 인하여, 시추선의 항해시에 저항증가가 생기고 이로 인해 속도감소, 연료소모량 증가가 수반된다.

이러한 저항증가는 문풀이 없는 경우에 비하여 크게는 50%까지 차이를 보이고 있다. 또한, 시추작업을 위해 시추선이 정박하고 있는 동안에도 파도에 의한 선체운동과의 문풀 내부유동의 공진현상으로 문풀내부의 해수가 데크위로 넘쳐 올라오는 현상은 시추작업의 안전성에 큰 영향을 줄 수 있다.

이러한 문풀 저항의 주된 원인은 선수쪽 문풀 내부의 입구에서 생성되는 볼텍스(vortex)가 문풀 내부 유동장에 교란을 일으키며 흘러 문풀 내부의 선미쪽 벽면에 부딪치면서 압력의 상승으로 인해 수면이 상승되고 수면파가 생기기 때문이 다.

일정시간이 경과하면 수면의 상대운동과 볼텍스 생성이 연동되어 수면의 주기적인 진동과 선박의 운동이 일어난다.

도 1은 종래 선박의 저항감소를 위한 문풀부가물이 설치된 선박의 단면도로서, 문풀의 선저쪽 입구의 좌, 우 벽면(2)에 힌지(8) 구조로 회동 가능하도록 설치된 한 쌍의 개폐판(7)이 설치된다. 그리고 개폐판(7)을 회동시키기 위한 구동수단으로 유압실린더(1)가 문풀 내부의 좌, 우현 벽면(2)에 설치된다.

이러한 구조를 갖는 문풀부가물은 한 쌍의 개폐판(7)이 유압실린더(1)에 의해 힌지(8)를 중심으로 회동하여 선저에 위치한 문풀 입구를 개폐하게 됨으로써 문풀입구에서 발생하는 볼텍스를 차단하는 역할을 한다.

선박의 운항중에는 도 1의 경우처럼, 개폐판(7)에 의해 문풀 입구가 폐쇄되고 선박의 시추 작업시에는 유압실린더(1)의 조작을 통해 개폐판(7)을 문풀 좌, 우현의 벽면(2) 쪽으로 회동 시킴으로써 문풀을 개방한다.

선박의 운항중에는 선저에 위치한 문풀 입구가 완벽히 밀폐된 상태이기 때문에 문풀 내부의 선미, 선수측 벽면에 수면파가 쌓이는 것을 방지하여 저항감소를 자연스럽게 유도할 수 있다.

그러나, 문풀의 내부 벽면(2)에 개폐판(7)과 같은 부가물들을 부착함으로써, 시추시 라이저 핸들링(riser handling)의 어려움 및 잦은 유지보수가 필요한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 문풀에 앞서는 선수부의 선저에 일정 크기로 오목한 저항감소부를 복수개 형성시킴으로써, 선박의 운항에 따라 저항감소부에서 1차로 유체 흐름이 교란되고, 교란된 유체 흐름이 문풀로 유입되면서 일부는 슬로싱 모션을 일으키게 되고, 또 다른 일부는 슬로싱 모션을 억제하는 역할을 하면서 선박의 문풀부 저항 감소구조를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 선박의 데크와 해저 사이의 통로를 한정하도록 설치되는 문풀과, 선박의 선수부측 선저에 일정 크기로 오목하게 형성되어 문풀에 앞서 1차로 유체 흐름을 교란하고, 교란된 유체 흐름으로 슬로싱 모션을 억제하여 문풀에 의한 저항을 감소시킬 수 있는 저항감소부를 포함하는 선박의 문풀부 저항 감소구조를 제공한다.

그리고 저항감소부는 원형 또는 다각형의 오목한 홈으로 형성될 수 있다.

더욱이 하나 이상의 저항감소부가 일렬 배치 또는 삼각 배치되거나, 하나 이상의 저항감소부가 군락을 이루어 선박의 선수부를 따라 간격 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명의 선박의 문풀부 저항 감소구조에 의하면, 문풀에 앞서는 선수부의 선저에 일정 크기로 오목한 저항감소부를 복수개 형성시킴으로써, 문풀로 인한 선박의 저항증가, 속도저하, 연료소모 증가 등을 최소화 할 수 있어 별도로 문풀의 벽면에 부가물이 설치된 구조물 보다 비용 및 관리측면에서 유리한 효과를 가진다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 하지만, 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 문풀부 저항 감소구조를 가지는 선박의 개략도이고, 도 3은 A-A선 단면도이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 문풀부 저항 감소구조의 배치도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시형태에서 선박의 문풀부 저항 감소구조는, 선박(100)에 설치되는 문풀(110)과, 선박(100)의 선수부측 선저에 형성되어 문풀(110)에 의한 저항을 감소시킬 수 있는 저항감소부(120)를 포함할 수 있다.

여기서 선박(100)은, 드릴쉽(drill ship) 또는 천연가스 저장 및 생산설비선(FPSO:Floating Production, Storage and Offloading) 등과 같은 것은 해상구조물일 수 있다.

그리고 이러한 선박(100)에는 데크(102:deck)로부터 드릴링 장치, 시추 파이 프 등의 시추장비가 해저 바닥으로 내려 보내지는 통로로 사용되는 문풀(110)이 형성될 수 있다.

문풀(110)은, 선박(100)의 중심부 즉, 선박(100)의 앞쪽에 배치된 선수부(104), 선박(100)의 뒤쪽에 배치된 선미부(106)의 사이에 수직으로 관통하여 형성될 수 있다.

한편, 선박(100)의 선수부(104)측 선저에 저항감소부(120)가 형성될 수 있다.

저항감소부(120)는, 문풀(110)의 앞에서 선박(100)의 진행에 따른 유체 흐름을 1차로 교란하고, 교란된 유체 흐름으로 슬로싱 모션(Sloshing Motion)을 억제하여 문풀(110)에 의한 저항을 감소시킬 수 있도록 하는 것으로서, 도 3에서와 같이 일정 크기로 원형 또는 직사각형, 삼각형 등의 다각형의 오목한 홈 형상을 가질 수 있다.

덧붙여, 저항감소부(120)의 형태와 홈 깊이는 문풀(110)에 유입되는 유체 흐름의 교란에 목적이 있으므로 저항감소부(120)의 내부에서 슬로싱 모션을 일으킬 정도의 규모가 되어서는 안되고, 유체의 흐름을 교란시킬 수 있을 정도의 크기로 홈 깊이는 1m 이하일 수 있다.

이러한 저항감소부(120)는 문풀(110)에 앞서 하나가 설치될 수도 있으나, 도 4a에서와 같이, 하나 이상의 저항감소부(120)가 선수부(104)와 직교 하는 방향으로 일렬 배치되거나, 도 4b에서는 하나 이상의 저항감소부(120)가 삼각 배치되고, 또한 도 4c에서는 하나 이상의 저항감소부(120)가 선박(100)의 진행 방향을 따라 선 수부(104)에 일렬 배치될 수 있다.

더욱이 도 4d에서는 하나 이상의 저항감소부(120)가 군락을 이루어 도 4a, 도 4b, 도 4c가 차례로 혼용되어 선박(100)의 선수부를 따라 간격 이격되어 배치될 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 선박의 문풀부 저항 감소구조는 다음과 같이 이루어진다.

선박(100)의 중앙에 형성되어 시추 장비들을 해저로 내려 보내기 위한 문풀(110)의 내부로 유입되고 유출되는 유체와 선체 외부와의 상대적인 운동으로 야기되는 수면의 주기적 진동 현상, 이에 따른 선체 운동으로 인하여 선박(100)의 항해시에 저항 증가가 생기고 이로인해 속도감소, 연료소모량 증가가 수반될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 선수부(104)의 선저에 일정 크기 홈의 저항감소부(120)를 설치함으로써, 종래에 유체가 문풀(110)에 이르러 흐름이 교란되면서 슬로싱 모션을 일으켜 큰 내부 저항을 야기시키던 것과 달리, 저항감소부(120)에 의해 1차로 유체 흐름이 교란되고, 교란된 유체 흐름이 문풀(110)로 유입되면서 일부는 슬로싱 모션을 하게 되고, 다른 일부는 슬로싱 모션을 억제하는 역할을 하면서 저항 감소가 이루어질 수 있다.

더욱이 하나 이상의 저항감소부(120)가 일렬 또는 삼각 형태로 배치되거나 하나 이상의 저항감소부(120)가 군락 형태로 배치된 경우에는 유체의 흐름이 상쇄되어 효과를 더욱 높일 수 있다.

그러므로 상술한 바에 따르면, 선수부(104)의 선저에 일정 크기로 오목한 저항감소부(120)를 복수개 형성시킴으로써, 문풀(110)로 인한 선박의 저항증가, 속도저하, 연료소모 증가 등을 최소화 할 수 있어 별도로 문풀(110)의 벽면에 부가물이 설치된 구조물 보다 비용 및 관리측면에서 유리한 이점을 가진다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 선박의 문풀부 저항 감소구조의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 용이하게 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

도 1은 종래에 선박의 저항감소를 위한 문풀 부가물이 설치된 선박의 단면도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 문풀부 저항 감소구조를 가지는 선박의 개략도이고,

도 3은 A-A선 단면도이고,

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 문풀부 저항 감소구조의 배치도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 선박 102 : 데크

104 : 선수부 106 : 선미부

110 : 문풀 120 : 저항감소부

Claims (4)

1. 선박의 데크(deck)와 해저 사이의 통로를 한정하도록 설치되는 문풀(moonpool)과,

   상기 선박의 선수부측 선저에 오목하게 형성되어 상기 문풀에 앞서 1차로 유체 흐름을 교란하고, 교란된 유체 흐름으로 슬로싱 모션을 억제하여 상기 문풀에 의한 저항을 감소시킬 수 있는 저항감소부를 포함하고,

   하나 이상의 상기 저항감소부가 군락을 이루어 상기 선박의 선수부를 따라 간격 이격되어 배치되는

   선박의 문풀부 저항 감소구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저항감소부는 원형 또는 다각형의 오목한 홈으로 형성되는 선박의 문풀부 저항 감소구조.
3. 제 1 항 내지 2 항에 있어서,

   하나 이상의 상기 저항감소부가 일렬 배치 또는 삼각 배치되는 선박의 문풀부 저항 감소구조.
4. 삭제

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