KR101332655B1 - 텐션 레그 플랫폼장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 텐션 레그 플랫폼장치에 관한 것으로서, 부유식 플랫폼 위에 지지되어 수면 위에 설치되는 구조물과, 상기 플랫폼을 결합 및 지지하며 대략 수직으로 배열된 복수의 칼럼과, 상기 칼럼을 지지하는 동시에 해저 바닥에 연결되는 텐션 레그를 포함하여 구성된 텐션 레그 플랫폼장치에 있어서, 서로 마주보는 텐션 레그의 상부에 양단이 연결되며 해저 바닥까지 중간부가 연장되는 텐션 케이블; 해저 바닥에 고정되어 상기 텐션 레그의 상부로부터 해저 바닥까지 연장되는 상기 텐션 케이블이 경유한 상태로 방향 전환되도록 하는 풀리; 상기 풀리에 정,역 방향의 회전력을 제공하는 풀리구동부; 및, 상기 텐션 케이블의 장력에 대한 감지 신호를 입력받아 상기 풀리구동부의 구동을 선택적으로 제어하는 제어부를 구비한 기울기 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

텐션 레그 플랫폼장치{TENSION-LEG PLATFORM APPARATUS}

본 발명은 텐션 레그 플랫폼장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 텐션 레그 플랫폼 위에 설치되는 구조물의 자세 변화시에 텐션 케이블의 진행 방향에 대하여 역방향으로 텐션 케이블을 능동적으로 제어할 수 있도록 한 텐션 레그 플랫폼장치에 관한 것이다.

해양의 석유 및 가스 산업 분야에서, 채굴, 시추 및 발전용 텐션 레그 플랫폼(tension leg platform;TLP)은 널리 알려져 있다.

상기 TLP는 비교적 심해에서 채굴, 시추 및 발전에 사용되는 부유 플랫폼 타입으로 해저에 앵커 고정된 기저에 연결되는 텐션 레그를 이용하여 연결된다.

이때, 상기 텐션 레그는 부분적으로 잠수되어 있는 TLP 선체의 부력에 의해 인장된다.

예컨대, 텐션 레그 플랫폼장치는 도 1 및 2에 도시한 바와 같이 플랫폼(1)이 수직 칼럼(2)에 의해 수면 위에 지지되는 부유식 상부장치(3), 즉 구조물을 포함한다.

상기 칼럼(2)은 해저 바닥으로부터 연결된 다수의 부유식 텐던을 포함하는 텐션 레그 조립체(4)에 의해 해저 바닥에 연결된다.

그런데, 이와 같은 구성으로 이루어진 종래 기술에 따른 텐션 레그 플랫폼장치는, 파랑 하중 및 풍 하중 등의 외력의 영향을 받을 경우 그 지지기반의 반력이 매우 크게 나타나며, 특히 풍 하중이 작용할 경우 모멘트에 의해 한쪽 텐션 레그 조립체(4)에 하중이 집중되는 현상이 발생하게 된다.

이에 따라 수직방향의 케이블(5)을 다수 설치하거나 상기 케이블(5)을 교차되게 설치하여 모멘트 및 반력을 감쇄시킬 수 있도록 하였다.

그러나, 이들 구조들은 여전히 수동적인 형태로, 예상치 못한 긴 파랑 하중과 같은 외력에 의해 상기 케이블(5)에서 과도한 스트레스가 발생하게 되어 플랫폼(1) 위에 설치되는 구조물의 안정성이 급감하게 되므로 상기 구조물이 전복될 위험을 내포하고 있다.

미국등록특허 제4,468,157(1984.8.28)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 파랑 하중과 풍 하중에 따른 텐션 레그 플랫폼 위에 설치되는 구조물의 자세 변화시에 역진자 원리를 이용하여 텐션 케이블의 진행 방향에 대하여 역방향으로 텐션 케이블을 능동적으로 제어할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치는, 부유식 플랫폼 위에 지지되어 수면 위에 설치되는 구조물과, 상기 플랫폼을 결합 및 지지하며 수직으로 배열된 복수의 칼럼과, 상기 칼럼을 지지하는 동시에 해저 바닥에 연결되는 텐션 레그를 포함하여 구성된 텐션 레그 플랫폼장치에 있어서, 서로 마주보는 텐션 레그의 상부에 양단이 연결되며 해저 바닥까지 중간부가 연장되는 텐션 케이블; 해저 바닥에 고정되어 상기 텐션 레그의 상부로부터 해저 바닥까지 연장되는 상기 텐션 케이블이 경유한 상태로 방향 전환되도록 하는 풀리; 상기 풀리에 정,역 방향의 회전력을 제공하는 풀리구동부; 및, 상기 텐션 케이블의 장력에 대한 감지 신호를 입력받아 상기 풀리구동부의 구동을 선택적으로 제어하는 제어부를 구비한 기울기 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 텐션 케이블은, 서로의 텐션 레그에 서로 평행하거나 교차되게 연결되며, 해저 바닥까지 팽팽하게 당겨져 풀리의 회전 구동에 의해 연동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 풀리구동부는, 상기 풀리에 연결되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 정방향 또는 역방향의 회전 운동을 발생시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 속도 제어를 통해 풀리의 토크를 제어하는 감속기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 외력에 의해 발생하는 텐션 케이블의 장력 변화를 감지하는 감지센서와, 상기 감지센서의 감지신호를 전달받아 전기적인 제어신호를 상기 풀리구동부에 전송하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치에 의하면, 역진자 원리를 이용하여 텐션 케이블의 진행 방향에 대하여 역방향으로 텐션 케이블을 능동적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 풍력발전시설 등의 구조물 아래의 하부 구조를 안정화시킬 수 있으며, 지지점의 이탈 가능성을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 텐션 레그 플랫폼장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치의 작동 상태를 나타내는 작동도이다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 부유식 플랫폼(100) 위에 지지되어 수면 위에 설치되는 구조물(200)과, 상기 플랫폼(100)을 결합 및 지지하며 대략 수직으로 배열된 복수의 칼럼(300)과, 상기 칼럼(300)을 지지하는 동시에 해저 바닥에 연결되는 텐션 레그(400)를 포함하여 구성된다.

상기 플랫폼(100)은 수중에 잠기거나 부분적으로 부유하여 칼럼(300)을 매개로 텐션 레그(400)에 지지되어 있다.

또한, 상기 칼럼(300)은 텐션 레그 플랫폼장치의 중심에 대해 대칭적으로 배열되며, 서로 이격 설치되어 있다.

상기 텐션 레그(400)는 측면 하중을 일정한 한도 내에서 지탱하여 주는 구조물(200)로서, 텐던(tendon)으로 이루어져 해저 바닥에 고정되며 부력에 기인한 장력에 의해 구조물(200)의 정지 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 구성된 텐션 레그 플랫폼장치에 따르면, 상기 플랫폼(100)의 부력이 텐션 레그(400)의 장력을 항상 일정하게 유지하므로 플랫폼(100)의 상하 운동이 감쇄되어 구조물(200)의 안정성을 제공하게 된다.

이 외에도, 상기 텐션 레그 플랫폼장치에는 예상치 못한 긴 파랑 하중 등의 외력이 작용 시에 상기 텐션 레그(400)에 작용하는 하중을 각각의 텐던에 분배하여 구조물(200)의 흔들림을 최대한 억제함으로써 구조물(200)의 균형을 유지하도록 하는 기울기 조정부(10)가 구비되어 있다.

상기 기울기 조정부(10)는 서로 마주보는 텐션 레그(400)의 상부에 양단이 연결되며 해저 바닥까지 중간부가 연장되는 텐션 케이블(11)과, 해저 바닥에 고정되어 상기 텐션 레그(400)의 상부로부터 해저 바닥까지 연장되는 상기 텐션 케이블(11)이 경유한 상태로 방향 전환되도록 하는 풀리(12)와, 상기 풀리(12)에 정,역 방향의 회전력을 제공하는 풀리구동부(13)와, 상기 텐션 케이블(11)의 장력 관련 감지신호를 입력받아 상기 풀리구동부(13)의 구동을 선택적으로 제어하는 제어부(14)를 포함하여 구성된다.

상기 텐션 케이블(11)은 서로의 텐션 레그(400)에 서로 평행하거나 교차되게 연결되며, 해저 바닥까지 팽팽하게 당겨져 풀리(12)의 회전 구동에 의해 원활하게 연동할 수 있도록 일정한 장력을 유지하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 텐션 케이블(11)이 슬립이 발생하지 않고 한층 더 원활하게 회전할 수 있도록 벨트 또는 체인 등으로 구성될 수 있다.

상기 풀리구동부(13)는 상기 풀리(12)에 연결되어 상기 제어부(14)의 제어신호에 따라 정방향 또는 역방향의 회전 운동을 발생시키는 구동모터(13a)와, 상기 구동모터(13a)의 속도 제어를 통해 풀리(12)의 토크를 제어하는 감속기(13b)를 포함하게 된다.

이때, 상기 풀리구동부(13)는 상기 풀리(12)와 구동모터(13a)가 모터 축을 매개로 직접 축 연결되거나 벨트 또는 체인을 매개로 간접적으로 연결 가능한 한편, 해저 바닥에 설치되므로 덮개를 통해 외부의 해수가 유입되는 것을 차단토록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부(14)는 상기 파랑 하중 및 풍 하중 등의 외력에 의해 발생하는 텐션 케이블(11)의 장력 변화를 감지하는 감지센서(14a)와, 상기 감지센서(14a)의 감지신호를 전달받아 전기적인 제어신호를 상기 풀리구동부(13)에 전송하는 컨트롤러(14b)로 이루어져 있다.

이때, 상기 장력 변화를 감지하는 감지센서(14a) 이외에도, 상기 구조물(200)의 자세 변화시에, 구조물(200)의 기울기 또는 이동 거리 등을 측정할 수 있는 다른 센서도 적용 가능하다.

이와 같이 구성된 텐션 레그 플랫폼장치는 역진자 원리를 이용한 것으로, 상기 플랫폼(100) 상의 구조물(200)이 해저 바닥에 고정된 풀리(12)를 중심으로 역진자 운동을 하면서 좌,우 방향으로 이동하되, 상기 텐션 케이블(11)에 대한 기울기 조정부(10)의 제어를 통해 텐션 레그(400)에 작용하는 측면 하중에 대한 균형을 유지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 텐션 레그 플랫폼장치의 작용에 대해 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 풍력발전시설 등의 구조물(200)이 예상치 못한 긴 파랑 하중과 같은 외력에 의해 자세 변화시, 제어부(14)의 감지센서(14a)는 텐션 케이블(11)의 장력 변화를 감지한다.

상기 감지센서(14a)의 감지신호는 제어부(14)의 컨트롤러(14b)에 즉각 전송되고 이와 같은 감지신호를 전달받은 상기 제어부(14)는 이미 설정되어 있는 제어로직에 따라 상기 감지신호를 판단하여 풀리구동부(13)에 제어신호를 전송한다.

즉, 상기 제어부(14)는, 설정되어 있는 설정 기준 값 이상으로 텐션 케이블(11)의 장력신호가 입력될 경우 상기 풀리구동부(13)에 장력 조절을 위한 제어신호를 전송하게 되고, 이에 반해 상기 풀리구동부(13)에 설정 기준 값 미만으로 텐션 케이블(11)의 장력신호가 입력될 경우 상기 풀리구동부(13)에 제어신호를 전송하지 않도록 설정되어 있다.

상기 풀리구동부(13)에 상기 제어부(14)의 제어신호가 입력되면 상기 풀리구동부(13)의 구동모터(13a)와 감속기(13b)는 적절한 정,역방향의 회전 구동을 통해 풀리(12)가 연동하도록 한다.

이때, 구조물(200)이 기울어지는 방향의 텐션 케이블(11)에 작용하는 하중과 장력은 반대쪽에 위치한 텐션 케이블(11)에 작용하는 하중과 장력보다 더 큰 하중과 장력을 받게 되므로 상기 풀리구동부(13)는 각각의 텐션 케이블(11)의 하중과 장력이 평형 상태를 유지하도록 작용한다.

즉, 상기 풀리구동부(13)는, 고 하중과 고 장력이 작용하는 방향에 위치한 텐션 케이블(11)을 잡아당기는 방향으로 풀리(12)가 회전할 수 있도록 제어한다.

이로 인해, 상기 구조물(200)에 대한 상기 텐션 레그(400)가 대략 수직 상태를 유지할 수 있게 되므로 구조물(200)의 균형을 유지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 텐션 케이블(11)의 실시간 장력 변화를 감지하여 파랑 하중 및 풍 하중의 연성 작용에 의한 다양한 조건에 대하여 능동적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 구조물(200) 아래의 하부 구조를 안정화시킬 수 있으며, 지지점의 이탈 가능성을 현저히 줄일 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.

10 : 기울기 조정부 11 : 텐션 케이블
12 : 풀리 13 : 풀리구동부
13a : 구동모터 13b : 감속기
14 : 제어부 14a : 감지센서
14b : 컨트롤러

Claims (4)

1. 부유식 플랫폼 위에 지지되어 수면 위에 설치되는 구조물과, 상기 플랫폼을 결합 및 지지하며 수직으로 배열된 복수의 칼럼과, 상기 칼럼을 지지하는 동시에 해저 바닥에 연결되는 텐션 레그를 포함하여 구성된 텐션 레그 플랫폼장치에 있어서,
   서로 마주보는 텐션 레그의 상부에 양단이 연결되며 해저 바닥까지 중간부가 연장되는 텐션 케이블;
   해저 바닥에 고정되어 상기 텐션 레그의 상부로부터 해저 바닥까지 연장되는 상기 텐션 케이블이 경유한 상태로 방향 전환되도록 하는 풀리;
   상기 풀리에 정,역 방향의 회전력을 제공하는 풀리구동부; 및,
   상기 텐션 케이블의 장력에 대한 감지 신호를 입력받아 상기 풀리구동부의 구동을 선택적으로 제어하는 제어부를 구비한 기울기 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 텐션 레그 플랫폼장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 텐션 케이블은,
   서로의 텐션 레그에 서로 평행하거나 교차되게 연결되며,
   해저 바닥까지 팽팽하게 당겨져 풀리의 회전 구동에 의해 연동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 텐션 레그 플랫폼장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 풀리구동부는,
   상기 풀리에 연결되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 정방향 또는 역방향의 회전 운동을 발생시키는 구동모터와,
   상기 구동모터의 속도 제어를 통해 풀리의 토크를 제어하는 감속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 텐션 레그 플랫폼장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   외력에 의해 발생하는 텐션 케이블의 장력 변화를 감지하는 감지센서와,
   상기 감지센서의 감지신호를 전달받아 전기적인 제어신호를 상기 풀리구동부에 전송하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 텐션 레그 플랫폼장치.

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