KR101379021B1 - 수중 변위측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 변위측정장치에 관한 것으로서, 수중에서 움직이는 측정중량물의 상하방향 변위를 측정하는 수중 변위측정장치에 있어, 해저면상에 안착 고정되는 베이스부, 일측이 상기 베이스부에 연결된 연결로프 및 상기 연결로프의 타측에 연결되며 상부로 부력이 발생하여 상기 연결로프가 긴장상태가 되도록 유지시키는 부력발생부를 포함하는 기준부재, 상기 측정중량물에 연결되어 상기 연결로프와 인접된 위치에서 상기 연결로프의 길이방향을 따라 함께 움직이는 안내가이드 및 상기 연결로프와 상기 안내가이드의 상대 변위를 측정하는 측정유닛을 포함하는 수중 변위측정장치가 개시된다.

Description

수중 변위측정장치{Apparatus for Measuring Underwater Displacement}

본 발명은 수중 변위측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중에 위치한 측정중량물의 해류에 의한 움직임을 수중 변위측정장치 에 관한 것이다.

세계적인 천연에너지의 감소로 인한 해양에서의 에너지 발굴 작업이 가속화되면서 이들의 생산 필수조건인 부유식 원유생산 저장설비(FPSO), 드릴쉽(Drillship) 등의 수요가 급증하면서 석유, 가스 등의 채굴작업이 증가하는 추세에 있다.

또한, 현재 전세계적으로 에너지 수요가 증가함으로 인하여, 에너지 개발을 위한 선박 및 해양플랜트 사업이 지속적으로 증대되고 있고, 나아가 대용량이며 정밀제어가 가능한 크레인에 대한 수요가 점점 증가하고 있다.

이와 함께 세계적인 선주 또는 석유회사들은 관련선박이 필수적임과 동시에 심해에서 운용 또는 설치되는 시추장비들(예를 들면, ROV, X-mas tree, BOP, Riser)을 핸들링 해야 하는 크레인 역시 필수품이라 할 수 있다.

또한, 고비용인 공급선에 의존하는 대신 본선에 장착된 리프트 크레인으로서 작업함이 생산적, 경제적으로 매우 효율적인 것이 판명되어, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 선박의 주요장비(X-mas tree, Wellhead등)의 운용을 위한 정밀제어 크레인이 필수적이라 할 수 있다.

이러한 선박용 크레인은 선박에 설치되어 해양 장비나 다른 선박을 인양하거나, 다른 선박에 물건을 옮기고 해저 작업시 작업물을 해저에 이송하는 것 등에 사용되는 것이다.

선박용 크레인은 선박에 설치되어 있기 때문에, 파도에 의해 선박이 상하로 요동(heave)하고, 이에 따라 선박의 상하 요동에 따라 함께 요동하면서 작업물의 위치를 일정하게 유지하기 곤란한 문제가 발생한다.

이와 같은 문제점을 해결하여 작업물의 위치를 일정하게 유지시키기 위한 다양한 장치들이 개발되어 왔다.

이와 같이 개발된 선박용 크레인의 일 예로는 국내 공개특허 2011-0125555 인 `해양 선박용 넉클 크레인의 요동 보상장치`가 있다.

본 발명은 수중 변위측정장치에 관한 것으로서, 해저면상에 위치한 별도의 기준부재를 구비하여 수중에 위치한 측정중량물과의 상대적 위치변화를 감지하여 측정중량물의 변위를 측정하는 수중 변위측정장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 수중 변위측정장치는 수중에서 움직이는 측정중량물의 상하방향 변위를 측정하는 수중 변위측정장치에 있어서, 해저면상에 안착 고정되는 베이스부, 일측이 상기 베이스부에 연결된 연결로프 및 상기 연결로프의 타측에 연결되며 상부로 부력이 발생하여 상기 연결로프가 긴장상태가 되도록 유지시키는 부력발생부를 포함하는 기준부재, 상기 측정중량물에 연결되어 상기 연결로프와 인접된 위치에서 상기 연결로프의 길이방향을 따라 함께 움직이는 안내가이드 및 상기 연결로프와 상기 안내가이드의 상대 변위를 측정하는 측정유닛을 포함한다.

또한, 상기 측정유닛은 상기 측정중량물상에 구비되어 상기 연결로프와 상기 안내가이드의 상대 변위를 측정하는 수중카메라를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결로프는 상기 안내가이드의 위치변화를 감지하여 측정하기 위한 별도의 측정표식이 포함되며, 상기 측정표식은 상기 연결로프의 길이방향을 따라 일정한 거리만큼 이격된 눈금 형태일 수 있다.

또한, 상기 부력발생부는 상기 기준부재가 안착되는 해저면의 깊이에 따라 상기 연결로프가 상하방향으로 배치되도록 부력이 조절될 수 있다.

또한, 상기 부력발생부는 내부에 수용공간이 형성되어 기체를 수용하여 부력을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 안내가이드는 적어도 두 개 이상으로 구성되어 상기 연결로프의 길이방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 측정유닛은 상기 안내가이드상에 구비되어 상기 연결로프의 길이방향에 따른 상기 안내가이드의 위치변화를 감지하는 감지센서가 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 수중 변위측정장치는 다음과 같은 효과가 있다.

해저의 측정중량물에서 외부로 연결되어 외부의 움직임에 의해 해저에서 측정중량물과 함께 움직이는 안내가이드 및 이와 별도로 분리되어 해저면상에 구비되어 외부의 움직임과 분리된 기준부재를 구비하여 외부요인으로 인해서 기준부재에 대한 측정중량물의 상대적 움직임을 측정함으로써, 측정중량물이 해저에 깊이 있더라도 정확한 움직임을 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기준부재는 소정의 길이를 가지며 수직으로 배치되고 길이방향을 따라 눈금 형태의 측정표식을 구비한 연결로프를 가지고, 측정중량물에 연결되며 연결로프의 길이방향에 따른 일부를 감싸도록 구성되어 연결로프를 따라 움직이는 안내가이드를 가짐으로써, 측정중량물의 움직임에 따라 안내가이드와 연결로프의 상대적인 이동거리를 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중 변위측정장치가 선박에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 도 1의 수중 변위측정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 도 1의 연결로프에 형성된 측정표식에 대해서 나타낸 도면;
도 4는 도 1의 수중 변위측정장치에서 측정중량물의 움직임이 일어나지 않은 상태를 나타낸 도면;
도 5는 도 1의 수중 변위측정장치에서 해류에 의한 측정중량물의 움직임이 측정표식에 의해 감지되는 상태를 나타낸 도면; 및
도 6은 도 1의 수중 변위측정장치에서 측정유닛의 변형된 형태를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 수중 변위측정장치는 다양하게 적용될 수 있으며, 본 실시예 에서는 해수면상에 위치한 선박의 AHC크레인에서 해저에 위치한 측정중량물의 움직임을 측정하는 형태에 대해서 설명한다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서 측정중량물을 포함한 구성을 통해 설명한다.

먼저, 도 1및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 변위측정장치의 구성에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중 변위측정장치가 선박(S)에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고 도 2는 도 1의 수중 변위측정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수중 변위측정장치는 크게 기준부재(100), 안내가이드(200) 및 측정유닛(300)으로 구성되며, 상기 기준부재(100)는 해저면(B)상에 위치하여 상기 선박(S)의 움직임에 영향을 받지 않도록 별도로 분리되어 배치되고, 상기 안내가이드(200)는 상기 선박(S)에 연결되며 해저면(B)에서 일정높이 이격된 상부에 배치되어 상기 선박(S)의 움직임에 의한 측정중량물(H)의 위치변화 정도를 상기 기준부재(100)와 비교하여 측정하는 장치이다.

상기 측정중량물(H)은 별도의 로프를 이용하여 상기 선박(S)에 연결되며 해저면(B)에서부터 소정거리 이격되어 상부에 배치되며 상기 선박(S)의 움직임에 따라 이동을 한다. 여기서, 상기 선박(S)은 해수면상에 위치하여 파도나 해류 등에 의해서 움직이게 되고, 이에 따라 상기 로프에 의해서 연결된 상기 측정중량물(H)도 함께 움직이게 된다.

상기 기준부재(100)은 상기 선박(S)과는 별도로 분리되어 있으며, 크게 베이스부(110), 연결로프(120) 및 부력발생부(130)를 포함하여 구성되어 수중 변위측정장치의 기준이 된다.

상기 베이스부(110)은 일정한 무게 및 비중을 가지며 이에 따라 해저면(B)상에 위치할 수 있도록 한다. 본 실시예에서 상기 베이스부(110)는 자중에 의해서 해저면(B)상에 안착되어야 하기 때문에 해수보다 밀도가 커야 한다

상기 연결로프(120)는 소정의 길이를 가지며 일측이 상기 베이스부(110)에 연결된다. 상기 연결로프(120)는 다양한 재질 및 형상으로 형성될 수 있으며 밧줄, 체인 등이 사용될 수 있다.

상기 부력발생부(130)는 상기 연결로프(120)의 타측에 연결되어 상기 연결로프(120)가 해저로 가라앉지 않고 수직에 근접하게 배치되도록 부력을 공급한다.

상기 부력발생부(130)에 의해서 상기 베이스부(110)와 연결된 상기 연결로프(120)의 일측이 하부방향에 위치하고 상기 부력발생부(130)에 연결된 상기 연결로프(120)의 타측이 상부방향에 위치한다. 여기서, 상기 연결로프(120)의 배치는 상기 부력발생부(130)가 받는 부력의 정도에 따라 달라진다.

한편, 상기 부력발생부(130)는 상기 연결로프(120)의 무게를 지탱할 수 있을 만큼의 부력을 가지고 있어야 하지만, 상기 베이스부(110)를 해저면(B)에서부터 들어올리면 안 된다. 상기 베이스부(110)가 해저면(B)에서부터 들어올려지면, 해류에 의해서 상기 베이스부(110)가 이동할 수 있기 때문에 정확한 측정을 하기 어렵다. 상기 베이스부(110)에 의해서 수중 변위측정장치가 동작하는 상태에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 상기 기준부재(100)는 해저면(B)의 깊이에 따라 발생하는 수압에 대응하도록 상기 베이스부(110)의 무게 및 상기 부력발생부(130)의 크기를 조절하여 해저면(B)의 깊이에 따라 조절이 가능하게 구성된다.

본 실시예에서 상기 부력발생부(130)는 내부에 수용공간이 형성되어 기체를 수용하여 부력을 발생시키도록 구성된다.

상기 기준부재(100)의 구성을 다시 살펴보면, 상기 베이스부(110), 상기 연결로프(120) 및 상기 부력발생부(130)로 구성되어 상기 선박(S)으로부터 독립적으로 분리되어 배치되며 상기 베이스부(110)가 해저면(B)상에 위치하고 상기 부력발생부(130)가 상기 베이스부(110)의 상부에 배치되며 상기 연결로프(120)의 양측 끝단부에 각각 연결됨으로써 상기 연결로프(120)가 수직방향에 근접하도록 배치된다.

상기 안내가이드(200)는 상기 측정중량물(H)에 연결되어 상기 연결로프와 인접된 위치에서 상기 연결로프의 길이방향을 따라 함께 움직이도록 구성된다.

본 실시예에서 상기 안내가이드(200)는 상기 측정중량물(H)의 일측에서 상기 연결로프(120)의 길이방향에 따른 일부를 감싸도록 구성된다. 이와 같이 구성된 상기 안내가이드(200)는 상기 측정중량물(H)과 고정되어 결합되어있기 때문에 상기 선박(S)의 움직임에 따라 상기 측정중량물(H)이 움직이는 경우, 함께 움직이게 되고, 이에 따라 상기 안내가이드(200)는 상기 연결로프(120)의 길이방향을 따라 이동하게 된다.

여기서, 상기 측정중량물(H)이 파도에 의한 상하방향이 안이 좌우방향으로 움직이더라도 상기 연결로프(120)의 일측이 상기 베이스부(110)에 의해서 고정되어 있기 때문에 상기 안내가이드(200)는 상기 연결로프(120)를 따라 위치가 이동하게 된다.

상기 측정유닛(300)는 상기 측정중량물(H) 또는 상기 안내가이드(200)상에 배치되어 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)의 상대적 위치변화를 측정한다. 즉, 상기 측정유닛(300)는 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)는 해저에 위치하기 때문에 외부에서 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)의 정확한 상대적 위치변화를 감지하기 위해서 구비된다.

본 실시예에서 상기 측정유닛(300)는 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)의 움직임을 측정하기 위해서 수중카메라로 구성되어 상기 측정중량물(H)상에 결합된다.

이와 같이 상기 안내가이드(200) 및 상기 측정유닛(300)이 구성됨으로써, 상기 선박(S)의 움직임에 따라 상기 측정중량물(H)이 움직이는 것에 대해서 상기 기준부재(100)를 기준으로 하여 상대적 움직임을 측정 함으로써, 상기 선박(S)에서 상기 측정중량물(H)의 움직임 정도를 측정할 수 있다.

여기서, 상기 안내가이드(200)는 고리형태로 형성되며 상기 연결로프(120)의 일부를 감싸되 상기 연결로프(120)와 접촉할 수도 있고 접촉하지 않을 수도 있다. 하지만, 상기 선박(S)의 움직임에 따라 상기 측정중량물(H)이 움직이는 정도를 정확하게 측정하기 위해서는 상기 안내가이드(200)와 상기 연결로프(120)와의 접촉으로 인한 마찰력이 방해가 되지 않도록 접촉하지 않게 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 통해서 상기 선박(S)의 움직임에 따라서 측정중량물(H)이 움직이는 정도를 측정하여 이를 기준으로 상기 선박(S)과 측정중량물(H)의 움직임 정도를 보정할 수 있다. 즉, 상기 선박(S)은 별도의 AHC(Active Heave Compensation Mode)크레인(C)의 구비하여 상기 측정중량물(H)과 연결함으로써, 상기 측정중량물(H)이 해류에 의한 상기 선박(S)의 움직임에 따라 움직이는 것을 줄일 수 있다.

하지만, 이와 같이 상기 측정중량물(H)의 움직임을 최소화하기 위해서는 AHC크레인(C)의 보정 정도를 정밀하게 조절하여야 하고 이에 따라 상기 기준부재(100)와 안내가이드(200)의 상대적 움직임을 정확히 알아야 한다. 그래서 상기 선박(S)의 움직임에 따른 상기 측정중량물(H)의 움직임 정도를 정확하게 측정하여 이에 대응하게 AHC크레인(C)을 조절할 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여 상기 연결로프(120)의 구성에 대해서 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 도 1의 연결로프(120)에 형성된 측정표식(122)에 대해서 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연결로프(120)는 상기 안내가이드(200)와의 움직임 정도를 정확하게 측정하기 위한 별도의 측정표식(122)이 구비된다. 상기 측정표식(122)은 상기 연결로프(120)상에 구비되며 본 실시예에서 상기 측정표식(122)은 상기 연결로프(120)의 길이방향을 따라서 균일한 간격을 가진 눈금 형태로 형성된다.

이와 별도로 상기 안내가이드(200)는 상기 연결로프(120) 방향으로 돌출되도록 형성되어 상기 측정표식(122)에 의해서 상기 연결로프(120)를 따라 상기 안내가이드(200)가 움직인 상대적 거리를 측정하기 위한 돌출부(210)가 구비된다.

그래서 상기 돌출부(210)와 상기 측정표식(122)의 상대적 위치변화를 통해서 상기 측정중량물(H)의 움직임 정도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 측정유닛(300)인 수중카메라는 상기 돌출부(210)와 상기 측정표식(122)의 움직임을 촬영한다.

이와 같이 상기 연결로프(120)는 상기 측정표식(122)을 구비함으로써, 상기 연결로프(120)에 대한 상기 측정중량물(H)의 상대적 움직임을 수치로 나타내어 정확하게 측정할 수 있다.

한편, 상기 연결로프(120)는 해저에서 위치하기 때문에 눈금형태의 상기 측정표식(122)은 형광물질 또는 자체발광이 가능하도록 구성될 수 있으며 특별히 이와 같은 형태로 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 도 4및 도 5를 참조하여 상기 선박(S)의 움직임에 따른 상기 측정중량물(H)의 움직임에 따라 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)의 상대적 위치변화에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 도 1의 수중 변위측정장치에서 측정중량물(H)의 움직임이 일어나지 않은 상태를 나타낸 도면이고 도 5는 도 1의 수중 변위측정장치에서 해류에 의한 측정중량물(H)의 움직임이 측정표식(122)에 의해 감지되는 상태를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 4를 살펴보면 상기 선박(S)이 움직이지 않은 상태로써 상기 측정중량물(H)이 움직이지 않아 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)의 상대적 움직임이 없는 상대이다.

그래서 상기 연결로프(120)에 구비된 상기 측정표식(122)의 일 지점 위치에 상기 돌출부(210)가 대응하도록 배치된다.

하지만, 도 5와 같이 해류 또는 파도에 의해서 상기 선박(S)이 움직이는 경우, 상기 측정중량물(H)은 상기 선박(S)에 연결되어 있기 때문에 함께 움직이고 이에 따라서 상기 측정중량물(H)에 결합된 상기 안내가이드(200)는 상기 기준부재(100)와 상대적인 위치변화가 일어난다.

그래서 상기 안내가이드(200)는 상기 연결로프(120)의 길이방향을 따라 움직이며, 도 5는 상기 측정중량물(H)이 상부방향으로 움직인 상태로써 상기 안내가이드(200)가 상기 연결로프(120)를 따라 상부방향으로 이동한다.

이와 같이 상기 안내가이드(200)가 상기 연결로프(120)를 따라서 움직임으로써, 상기 돌출부(210)에 대응하던 상기 측정표식(122)의 눈금이 이동하여 상기 안내가이드(200)가 상기 연결로프(120)를 따라 이동한 거리를 측정할 수 있다.

그래서 상기 측정유닛(300)가 상기 돌출부(210)와 대응된 위치의 상기 측정표식(122)이 움직이는 것을 관측한다.

이와 같이 구성된 수중 변위측정장치는 해수면에 위치한 상기 선박(S)이 AHC크레인(C)을 구비한 경우, 상기 측정중량물(H)의 움직임을 측정하여 피드백 함으로써 AHC크레인(C)의 MRU(motion Reference Unit)시스템 세팅에 적용하여 보다 효과적으로 AHC크레인(C)이 동작하도록 할 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하여 측정유닛(300)의 변형된 형태에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 도 1의 수중 변위측정장치에서 측정유닛(300)의 변형된 형태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 측정유닛(300)는 앞서 상술한 수중카메라가 아닌 센서형태로 형성된다. 보다 상세하게는 감지센서(310)로 구성되어 상기 안내가이드(200)상에 배치된다.

그래서 상기 연결로프(120)에 형성된 상기 측정표식(122)과 대향하게 배치되어 상기 연결로프(120)에 형성된 눈금형태의 상기 측정표식(122)이 움직임에 따라 상기 감지센서(310)가 상기 연결로프(120)와의 이동거리를 측정한다.

이와 같이 상기 측정유닛(300)가 상기 감지센서(310)로 구성됨으로써 별도의 상기 수중카메라를 구비하지 않더라도 상기 연결로프(120)와 상기 안내가이드(200)의 상대적인 위치변화에 대해 감지할 뿐만 아니라 이동 거리도 함께 측정할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 기준부재 110: 베이스부
120: 연결로프 122: 측정표식
130: 부력발생부 200: 안내가이드
300: 측정유닛 310: 감지센서
H: 측정중량물 S: 선박
B: 해저면 C: AHC크레인

Claims (7)

1. 수중에서 움직이는 측정중량물의 상하방향 변위를 측정하는 수중 변위측정장치에 있어서,
   해저면상에 안착 고정되는 베이스부, 일측이 상기 베이스부에 연결된 연결로프 및 상기 연결로프의 타측에 연결되며 상부로 부력이 발생하여 상기 연결로프가 긴장상태가 되도록 유지시키는 부력발생부를 포함하는 기준부재;
   상기 측정중량물에 연결되어 상기 연결로프와 인접된 위치에서 상기 연결로프의 길이방향을 따라 함께 움직이는 안내가이드; 및
   상기 연결로프와 상기 안내가이드의 상대 변위를 측정하는 측정유닛;을 포함하며,
   상기 부력발생부는 상기 기준부재가 안착되는 해저면의 깊이에 따라 상기 연결로프가 상하방향으로 배치되도록 부력이 조절되는 수중 변위측정장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 측정유닛은 상기 측정중량물상에 구비되어 상기 연결로프와 상기 안내가이드의 상대 변위를 측정하는 수중카메라를 포함하는 수중 변위측정장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연결로프는 상기 안내가이드의 위치변화를 감지하여 측정하기 위한 별도의 측정표식이 포함되며,
   상기 측정표식은 상기 연결로프의 길이방향을 따라 일정한 거리만큼 이격된 눈금 형태인 수중 변위측정장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 부력발생부는 내부에 수용공간이 형성되어 기체를 수용하여 부력을 발생시키는 수중 변위측정장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스부는, 자중에 의해서 상기 기준부재가 해저면상에 고정되도록 하는 수중 변위측정장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 측정유닛은 상기 안내가이드상에 구비되어 상기 연결로프의 길이방향에 따른 상기 안내가이드의 위치변화를 감지하는 감지센서를 포함하는 수중 변위측정장치.

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