KR101370663B1 - 터렛 무어링 시스템 - Google Patents

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KR101370663B1
KR101370663B1 KR1020130039618A KR20130039618A KR101370663B1 KR 101370663 B1 KR101370663 B1 KR 101370663B1 KR 1020130039618 A KR1020130039618 A KR 1020130039618A KR 20130039618 A KR20130039618 A KR 20130039618A KR 101370663 B1 KR101370663 B1 KR 101370663B1
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turret
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서장훈
유영목
황창호
김병우
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

터렛 무어링 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 터렛 무어링 시스템은 상부몸체와 하부몸체를 포함하고, 상하로 관통된 선체의 문풀에 설치되며, 문풀 상측에 마련된 휠베어링 및 제1패드베어링 중 하나 이상에 의해 상부몸체가 지지되는 터렛; 터렛의 하중을 감지하는 감지센서; 휠베어링 및 제1패드베어링 중 하나 이상을 이동시키는 승강부; 및 감지된 하중을 기초로 승강부의 동작을 제어하여 휠베어링 및 제1패드베어링 중 하나 이상에 의해 상부몸체가 지지되도록 하는 제어부;를 포함한다.

Description

터렛 무어링 시스템{TURRET MOORING SYSTEM }
본 발명은 터렛 무어링 시스템에 관한 것이다.
부유식 원유생산 및 저장설비(FPSO, Floating Production Storage Offloading) 및 부유식 저장설비(FSO, Floating Storage Offloading)와 같은 선박(해양구조물)은 해상의 작업위치에 계류상태를 유지하면서 작업을 수행한다.
이때, 터렛 무어링 시스템(Turret mooring system)은 선박으로부터 내린 체인 등을 해저면에 고정시키는 방식으로 선박을 해상의 작업위치에 계류시킨다. 또, 터렛 무어링 시스템은 파도, 해류, 바람, 너울의 영향이 크고 해상 조건이 열악한 곳에서 선박에 외력이 가해질 때 선박이 터렛(Turret)을 중심으로 자연스럽게 회전할 수 있도록 한다.
터렛은 해저 유정에 설치된 라이저 등을 포함하는 파이프와 선박을 서로 연결시킨다. 여기서, 라이저는 유정에서 채취한 석유, 천연 가스 등을 선박의 저장공간으로 이동시키는 파이프이다. 또, 터렛은 외력에 의한 하중으로부터 선박을 보호하며, 이를 위해 선박에 가해지는 풍하중, 파랑하중 등에 의한 영향을 최소한으로 줄이기 위해 선박의 회전축 역할을 수행한다.
한편, 선박 회전 시 터렛 상부의 구조물이 함께 회전함에 따라 대부분의 터렛 하중이 터렛을 지지하는 상부베어링에 집중된다. 이와 관련하여 국제공개특허 WO 98/31585(1998.07.23 공개일)는 보기휠(Bogie wheel) 타입의 상부베어링에 의해 터렛의 하중을 지지하는 기술을 공개한 바 있다.
그러나, 터렛 하중을 지지하기 위해 상부베어링에 대한 과도한 설계가 이루어지고 있는 반면, 평소 터렛 무어링 시스템 운용 시, 터렛에 의해 작용하는 하중은 실제 측정해 보면 풍향계(Weathervane) 효과에 의해 대부분 그렇게 크지 않는 경우가 많다. 따라서, 투자된 설비에 비해 운용상에 비효율적인 면이 있다.
국제공개특허 WO 98/31585(1998.07.23 공개일)
본 발명의 실시 예는 터렛 하중이 기 설정된 값보다 작은 경우에는 패드베어링에 의해 지지되고, 터렛 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우 휠베어링에 의해 추가적으로 지지되도록 함으로써, 운용비용 및 운용 효율성을 높일 수 있는 터렛 무어링 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부몸체와 하부몸체를 포함하고, 상하로 관통된 선체의 문풀에 설치되며, 상기 문풀 상측에 마련된 휠베어링 및 제1패드베어링 중 하나 이상에 의해 상기 상부몸체가 지지되는 터렛; 상기 터렛의 하중을 감지하는 감지센서; 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링 중 하나 이상을 이동시키는 승강부; 및 상기 감지된 하중을 기초로 상기 승강부의 동작을 제어하여 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링 중 하나 이상에 의해 상기 상부몸체가 지지되도록 하는 제어부;를 포함하는 터렛 무어링 시스템이 제공될 수 있다.
상기 문풀은 상측에 계단형의 단차를 형성하고, 상기 상부몸체와 제1단차부 사이에는 상기 제1패드베어링이 배치되고, 상기 상부몸체와 상기 제1단차부 하위의 제2단차부 사이에는 상기 휠베어링이 배치되며, 상기 휠베어링과 상기 제1패드베어링은 수직방향의 힘을 지지하는 수직베어링을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 상부몸체가 상기 제1패드베어링에 의해 지지된 상태에서 상기 감지된 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 휠베어링을 상방향으로 이동시켜 상기 상부몸체가 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링에 의해 지지되도록 할 수 있다.
상기 휠베어링은 상기 상부몸체의 주변에 배치되고, 상기 제1패드베어링은 상기 상부몸체의 하부에 배치되며, 상기 휠베어링은 수평방향의 힘을 지지하는 레이디얼 베어링을 포함하고, 상기 제1패드베어링은 수직방향의 힘을 지지하는 수직베어링을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 상부몸체가 상기 제1패드베어링에 의해 지지된 상태에서 상기 감지된 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 휠베어링을 상기 상부몸체의 측면 쪽으로 이동시켜 상기 상부몸체가 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링에 의해 지지되도록 할 수 있다.
상기 문풀 내측 주변부와 상기 하부몸체 사이에 개재된 제3패드베어링을 더 포함하고, 감지센서는 상기 선체에서 상기 제1패드베어링, 상기 제2패드베어링 및 상기 제3패드베어링이 장착된 부위의 하부에 각각 설치될 수 있다.
상기 문풀 하부의 내측 주변부에는 돌출부가 형성되고, 상기 하부몸체는 상기 돌출부 상부에 배치된 제2패드베어링에 의해 지지되는 플랜지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터렛 무어링 시스템은 터렛 하중이 기 설정된 값보다 작은 경우에는 패드베어링에 의해 지지되고, 터렛 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우 휠베어링에 의해 추가적으로 지지되도록 함으로써, 운용비용 및 운용 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터렛 무어링 시스템을 구비한 선박의 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 터렛 무어링 시스템의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 상기 도 2의 터렛 무어링 시스템에서 문풀 상측에 마련된 휠베어링과 패드베어링의 배치형태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2의 터렛 무어링 시스템에서 터렛 하중의 감지된 정보에 따른 휠베어링의 동작을 나타내기 위해 도 2의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 5는 상기 도 2의 터렛 무어링 시스템의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 상기 도 5의 터렛 무어링 시스템에서 문풀 상측에 마련된 휠베어링과 패드베어링의 배치형태를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터렛 무어링 시스템을 구비한 선박의 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 터렛 무어링 시스템의 구성을 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 3은 도 2의 터렛 무어링 시스템에서 문풀 상측에 마련된 휠베어링과 패드베어링의 배치형태를 나타내는 단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터렛 무어링 시스템(100)은 선박(1)을 해상의 작업위치에 계류시킬 수 있다. 선박(1)은 부유식 원유생산 및 저장설비(FPSO)나 부유식 저장설비(FSO)처럼 해상에 계류된 상태에서 작업을 수행하고, 필요 시 이동이 가능한 부유식 구조물을 포함한다. 또, 터렛 무어링 시스템(100)은 파도, 해류, 바람, 너울 등의 영향으로 선박(1)에 외력이 작용할 때 선박(1)이 터렛(20)을 중심으로 계류 상태에서 회전하도록 한다. 이러한 터렛 무어링 시스템(100)은 터렛(20), 감지센서(30), 승강부(40) 및 제어부를 포함한다.
터렛(20)은 상부몸체(21)와 하부몸체(22)를 포함한다. 상부몸체(21)는 상하로 관통된 선체(2)의 문풀(10) 상부에 마련된 상부베어링에 의해 지지된다. 상부베어링은 선체(2)의 문풀(10) 상부에 상부몸체(21)를 연결 및 정렬시킨다. 이때, 상부몸체(21) 상측에는 멀티 스위벌(Swivel) 어셈블리로서, 프로세스 유체와 다른 시그널을 터렛(20)으로부터 프로세스 플랜트로 전달하는 FTS(Fluid Transfer System)(6)와, 매너폴드로서 FTS(6)와 터렛(20)을 연결하는 링크를 제공하는 TTS(Turret Transfer System)(5)가 구비된다.
상부베어링은 휠베어링(61) 및 제1패드베어링(62)을 포함한다. 휠베어링(61)은 롤러 타입 및 휠 타입의 베어링을 포함할 수 있다. 휠베어링(61)은 수직 휠(63)과 휠(63)을 회전 가능하게 지지하는 지지축(65)을 포함하며, 지지축(65) 하부에는 후술할 승강부(40)가 마련될 수 있다.
제1패드베어링(62)은 상부몸체(21) 하부에 마련된 슬라이딩부(23)와 접촉되어 선체(2)가 외력에 의해 자연스럽게 슬라이딩되도록 한다. 휠베어링(61)과 제1패드베어링(62)은 터렛(20)의 하중 등 수직방향의 힘을 지지하는 수직베어링(Vertical bearing)으로 마련될 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상술한 제1패드베어링(62)은 분할된 세그먼트 단위로 구성되어 상부몸체(21)가 설치되는 문풀(10) 주변부에 배치될 수 있다. 또, 휠베어링(61)은 각 제1패드베어링(62)의 대응되는 위치에 각각 하나 이상씩 설치될 수 있다. 이때, 터렛(20) 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우에는 제1패드베어링(62)과 휠베어링(61)에 의해 이중적으로 터렛(20)이 지지된다. 이를 통해, 상대적으로 가격이 저렴한 제1패드베어링(62)에 비해 상대적으로 고가인 휠베어링(61)의 개수를 줄이면서, 터렛(20) 하중을 효과적으로 지지할 수 있다.
여기서, 선체(2)에 형성된 문풀(10)은 상측에 계단형의 단차를 갖는 형태로 마련될 수 있다. 이때, 상부몸체(21) 또한 이에 대응되는 단차를 가진 형상으로 마련될 수 있다. 상부몸체(21)와 제1단차부(3) 사이에는 제1패드베어링(62)이 배치되고, 상부몸체(21)와 제1단차부(3) 하위의 제2단차부(4) 사이에는 휠베어링(61)이 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 하부몸체(22)는 문풀(10) 하부에 마련된 하부베어링에 의해 지지된다. 하부베어링은 선체(2)의 문풀(10) 하부에 하부몸체(22)를 연결 및 정렬시킨다. 하부베어링은 제2패드베어링(72)과 제3패드베어링(74)을 포함할 수 있다.
제2패드베어링(72)은 문풀(10) 하부의 내측 주변부에 돌출되게 마련된 돌출부(15) 상부에 설치되며, 하부몸체(22)의 플랜지부(22a)를 지지한다. 이때, 플랜지부(22a) 하부에는 제2패드베어링(72)이 슬라이딩되는 슬라이딩부(24)가 마련될 수 있다. 종래에는 일체형 케이스 형태로 터렛 몸체가 마련되어 터렛 몸체가 상부베어링만으로 지지되었으므로, 상당한 하중이 상부베어링에 집중되었다. 본 실시 예에서는 하부몸체(22)가 돌출부(15) 상부에 마련된 제2패드베어링(72)에 의해 지지되므로, 상부몸체(21)가 제1패드베어링(62)만으로 지지되는 경우에도 터렛(20) 하중이 상대적으로 줄어들게 된다.
제3패드베어링(74)은 문풀(10) 내측 주변부의 상측 및 하측 부위에 마련되어 수평방향의 힘을 지지한다. 하부몸체(22)의 주변부에는 제3패드베어링(74)에 대응되는 슬라이딩부(25)가 마련될 수 있다.
이러한 하부몸체(22)는 하부에 선체(2)와 해저면 또는 해저유정을 연결시키는 칼럼(26)을 결속시키는 무어링테이블(22b)을 마련한다. 여기서, 칼럼(26)은 라이저(Riser)(7), 엄빌리컬(Umbilical)(미도시) 및 무어링체인(Mooring chain)(8) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 라이저(7), 엄빌리컬, 무어링체인(8)은 튜브(9) 속에 내삽되어 보호될 수 있다.
감지센서(30)는 터렛(20)의 하중을 감지한다. 감지센서(30)는 예컨대, 선체(2)에서 제1패드베어링(62), 제2패드베어링(72) 및 제3패드베어링(74)이 장착된 부위의 하부에 각각 설치될 수 있다. 이와 같이, 상부몸체(21)와 하부몸체(22)에 의해 하중이 작용하는 부분에 감지센서(30)를 설치함으로써, 보다 효과적인 터렛(20) 하중에 대한 감지가 이루어질 수 있다. 그러나, 터렛(20)의 하중을 감지할 수 있는 위치라면 특정 위치에 한정되지는 않는다.
승강부(40)는 상부몸체(21)를 지지하는 휠베어링(61) 및 제1패드베어링(62) 중 하나 이상을 이동시킨다. 승강부(40)는 유압 장치 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 승강부(40)는 휠베어링(61)의 지지축(65)을 이동시켜 휠(63)이 상부몸체(21) 하부를 지지하도록 할 수 있다. 또, 승강부(40)는 세그먼트 단위로 분할된 각각의 제1패드베어링(62) 하부에 연결되어 제1패드베어링(62)을 이동시킬 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 제1패드베어링(62)이 상부몸체(21)를 고정적으로 지지하고 있는 상태에서, 터렛(20) 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우 승강부(40)에 의해 휠베어링(61)이 이동하여 상부몸체(21)를 지지하도록 구현할 수 있다.
제어부는 감지센서(30)에 의해 감지된 하중을 기초로 승강부(40)의 동작을 제어하여 휠베어링(61) 및 제1패드베어링(62) 중 하나 이상에 의해 상부몸체(21)가 지지되도록 한다. 여기서, 제어부는 설치위치를 한정하지 않으므로 도면에 도시하지 않았다.
도 4는 도 2의 터렛 무어링 시스템에서 터렛 하중의 감지된 정보에 따른 휠베어링의 동작을 나타내기 위해 도 2의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 상술한 제어부는 상부몸체(21)가 제1패드베어링(62)에 의해 지지된 상태에서 감지센서(30)에 의해 감지된 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 휠베어링(61)을 상방향으로 이동시켜 상부몸체(21)가 휠베어링(61) 및 제1패드베어링(62)에 의해 지지되도록 한다. 이때, 상부몸체(21) 하단에는 휠베어링(61)이 접촉되는 부위에 레일(R)이 마련될 수 있다.
이는, 터렛(20) 하중이 기 설정된 값보다 작은 경우에는 제1패드베어링(62)에 의해 지지되고, 터렛(20) 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우에는 휠베어링(61)에 의해 추가적으로 지지되도록 함으로써, 터렛 무어링 시스템(100)의 운용 비용 및 운용 효율성을 높이기 위함이다.
즉, 평소 운용 시에는 실제 터렛(20)에 의해 작용하는 하중이 크지 않은 경우가 대부분이므로, 제1패드베어링(62)에 의해 터렛(20)이 지지된다. 이때, 상술한 바와 같이 제2패드베어링(72)에 의해 하부몸체(22)가 지지되므로, 상부몸체(21)가 제1패드베어링(62)만으로 지지되는 경우에도 터렛(20) 하중이 상대적으로 줄어들 수 있다. 그리고, 터렛(20) 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우에는 제1패드베어링(62)과 휠베어링(61)에 의해 이중적으로 터렛(20)이 지지된다. 이를 통해, 상대적으로 가격이 저렴한 제1패드베어링(62)에 비해 상대적으로 고가인 휠베어링(61)의 개수를 줄일 수 있고, 보다 효율적인 시스템(100) 운용이 이루어질 수 있다.
여기서, 휠베어링(61)에 의해 터렛(20)이 지지된 상태에서 제1패드베어링(62)을 하방향으로 이동시켜 휠베어링(61)만으로 터렛(20)을 지지할 수도 있다. 또, 터렛(20) 하중이 기 설정된 값보다 작은 경우 다시 제1패드베어링(62)을 상방향으로 이동시켜 터렛(20)을 지지한 상태에서 휠베어링(61)을 하방향으로 이동시킬 수도 있다.
도 5는 도 2의 터렛 무어링 시스템의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 6은 도 5의 터렛 무어링 시스템에서 문풀 상측에 마련된 휠베어링과 패드베어링의 배치형태를 나타내는 단면도이다.
한편, 도 5와 도 6을 참조하면, 상술한 휠베어링(61)은 상부몸체(21)의 주변에 배치되고, 제1패드베어링(62)은 상부몸체(21)의 하부에 배치될 수 있다. 이때, 휠베어링(61)은 수평방향의 힘을 지지하는 레이디얼 베어링을 포함하고, 제1패드베어링(62)은 수직방향의 힘을 지지하는 수직베어링을 포함할 수 있다. 이 경우, 상술한 제어부는 상부몸체(21)가 제1패드베어링(62)에 의해 지지된 상태에서 감지센서(30)에 의해 감지된 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우, 휠베어링(61)을 상부몸체(21)의 측면 쪽으로 이동시켜 상부몸체(21)가 휠베어링(61) 및 제1패드베어링(62)에 의해 지지되도록 한다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1: 선박 10: 문풀
20: 터렛 21: 상부몸체
22: 하부몸체 23~25: 슬라이딩부
30: 감지센서 40: 승강부
61: 휠베어링 62,72,74: 패드베어링
100: 터렛 무어링 시스템

Claims (7)

  1. 상부몸체와 하부몸체를 포함하고, 상하로 관통된 선체의 문풀에 설치되며, 상기 문풀 상측에 마련된 휠베어링 및 제1패드베어링 중 하나 이상에 의해 상기 상부몸체가 지지되는 터렛;
    상기 터렛의 하중을 감지하는 감지센서;
    상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링 중 하나 이상을 이동시키는 승강부; 및
    상기 감지된 하중을 기초로 상기 승강부의 동작을 제어하여 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링 중 하나 이상에 의해 상기 상부몸체가 지지되도록 하는 제어부;를 포함하는 터렛 무어링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 문풀은 상측에 계단형의 단차를 형성하고, 상기 상부몸체와 제1단차부 사이에는 상기 제1패드베어링이 배치되고, 상기 상부몸체와 상기 제1단차부 하위의 제2단차부 사이에는 상기 휠베어링이 배치되며, 상기 휠베어링과 상기 제1패드베어링은 수직방향의 힘을 지지하는 수직베어링을 포함하는 터렛 무어링 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상부몸체가 상기 제1패드베어링에 의해 지지된 상태에서 상기 감지된 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 휠베어링을 상방향으로 이동시켜 상기 상부몸체가 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링에 의해 지지되도록 하는 터렛 무어링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 휠베어링은 상기 상부몸체의 주변에 배치되고, 상기 제1패드베어링은 상기 상부몸체의 하부에 배치되며, 상기 휠베어링은 수평방향의 힘을 지지하는 레이디얼 베어링을 포함하고, 상기 제1패드베어링은 수직방향의 힘을 지지하는 수직베어링을 포함하는 터렛 무어링 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상부몸체가 상기 제1패드베어링에 의해 지지된 상태에서 상기 감지된 하중이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 휠베어링을 상기 상부몸체의 측면 쪽으로 이동시켜 상기 상부몸체가 상기 휠베어링 및 상기 제1패드베어링에 의해 지지되도록 하는 터렛 무어링 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 문풀 하부의 내측 주변부에는 돌출부가 형성되고, 상기 하부몸체는 상기 돌출부 상부에 배치된 제2패드베어링에 의해 지지되는 플랜지부를 포함하는 터렛 무어링 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 문풀 내측 주변부와 상기 하부몸체 사이에 개재된 제3패드베어링을 더 포함하고, 상기 감지센서는 상기 선체에서 상기 제1패드베어링, 상기 제2패드베어링 및 상기 제3패드베어링이 장착된 부위의 하부에 각각 설치된 터렛 무어링 시스템.
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