KR101444421B1

KR101444421B1 - 파이프 구조체

Info

Publication number: KR101444421B1
Application number: KR1020130024028A
Authority: KR
Inventors: 황도진; 김태무; 박용환
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-30
Also published as: KR20140111103A

Abstract

파이프 구조체가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체는 유체 중에 설치되는 원형 단면 형상의 파이프부 및 파이프부의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 유체가 파이프부의 외주면을 따라 흐르도록 유체의 흐름을 가이드하는 가이드부를 포함한다.

Description

파이프 구조체{PIPE STRUCTURE}

본 발명은 파이프 구조체에 관한 것이다.

해양에서 석유, 가스를 시추 및 생산하기 위한 주요 시설물로는 해양 플랫폼, 부유식 원유 생산 저장설비(Floating Production, Storage and Offloading Equipment), 해상풍력발전기, 수중 파이프 라인 등이 있을 수 있다.

그리고, 이러한 주요 해양 시설물에 수반되는 부수적인 시설물 중 하나로 유체의 이송 또는 지지를 위한 파이프 구조체가 있을 수 있다.

그런데, 해양 시설물의 파이프 구조체는 주로 단순한 원형 단면을 가지고 있으며, 대부분 수중에 잠겨진 상태로 있기 때문에, 해상파 및 조류 등의 유체 흐름에 의해 파이프 구조체 주위에 주기적으로 와류(Vortex)가 발생할 수 있다.

이와 같이 파이프 구조체 주변에 발생하는 와류에 의해 유체 흐름과 수평 또는 수직한 방향으로 진동이 발생할 수 있으며, 이를 와유기진동(VIV : Vortex Induced Vibration)이라고 한다.

이러한 와유기진동은 파이프 구조체에 동적 불안정을 일으켜 해양 시설물의 손상을 야기하거나, 심지어 해양 시설물이 전복되는 현상이 일어날 수 있다는 문제가 있어 그 발생을 최소화할 필요가 있다.

특히, 심해의 유정을 개발하기 위한 전세계적인 관심이 최근 증가하고 있으나, 심해에 설치되는 라이저 등과 같은 파이프 구조체는 강한 해류, 파이프의 낮은 고유진동수, 지지구조 설치의 제약 등에 따라 와유기진동이 더욱 빈번하게 발생할 수 있으므로, 이에 대한 효과적인 대안 마련이 시급한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0030067호 (2011.03.23.)

본 발명의 실시예는 와유기진동의 발생을 방지하여 해양 시설물의 안정성을 확보할 수 있는 파이프 구조체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체 중에 설치되는 원형 단면 형상의 파이프부 및 파이프부의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 유체가 파이프부의 외주면을 따라 흐르도록 유체의 흐름을 가이드하는 가이드부를 포함하는 파이프 구조체가 제공된다.

여기서, 가이드부는 파이프부의 외주면과 슬라이딩 가능하도록 파이프부의 외주면을 커버하는 회전관, 회전관의 일면이 길이 방향을 따라 개방되고 회전관의 반대면이 길이 방향을 따라 일면보다 크게 개방되도록 회전관을 커버하는 가이드판 및 회전관과 가이드판이 이격되어 결합되도록 회전관과 가이드판 사이에 개재되는 지지부재를 포함할 수 있다.

가이드부는 일면의 일부가 길이 방향을 따라 개방되고 반대면의 일부가 길이 방향을 따라 일면의 일부보다 크게 개방되도록 파이프부를 커버하는 가이드관 및 가이드관이 파이프부의 외주면을 따라 회전 가능하도록 파이프부와 가이드관 사이에 개재되는 베어링을 포함할 수 있다.

그리고, 가이드부는 서로 개별적으로 회전 가능하도록 파이프부의 길이 방향을 따라 복수로 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 파이프부의 외주면에 설치되는 가이드부가 회전하면서 유체가 파이프부의 외주면을 따라 흐르도록 가이드함으로써, 파이프부 주변에 와류가 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 파이프 구조체의 와유기진동을 방지하여 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체에서 유체의 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 구조체를 나타낸 사시도.

본 발명의 실시예에 따른 파이프 구조체를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체를 나타낸 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체에서 유체의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체(1000)는 파이프부(100) 및 가이드부(200)를 포함한다.

파이프부(100)는 유체(10) 중에 설치되는 원형 단면 형상을 갖는 부분으로, 길이 방향으로 세장한 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 파이프부(100)는 내부가 빈 구조로 형성되어 석유, 가스 등이 이송되는 통로 역할을 수행하거나, 내부가 막힌 구조로 형성되어 지지대 등의 구조용 부재 역할을 수행할 수 있는 등 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

가이드부(200)는 파이프부(100)의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 유체(10)가 파이프부(100)의 외주면을 따라 흐르도록 유체(10)의 흐름을 가이드하는 부분으로, 유체(10)의 경계층 박리를 억제할 수 있다.

구체적으로, 파이프부(100)가 원형 단면 형상인 경우 파이프부(100)의 외주면을 따라 흐르는 유체(10)는 경계층에서 박리가 일어날 수 있다. 이러한 유체(10)의 경계층 박리는 파이프부(100) 주변의 압력 편차를 일으키게 되고, 이에 따라 파이프부(100) 주변에 와류가 발생할 수 있다.

따라서, 유체(10)가 경계층에서 박리되지 않고 최대한 파이프부(100)의 외주면을 따라 흐르도록 유체(10)의 흐름을 유도할 필요가 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 파이프 구조체(1000)는 도 3에 도시된 바와 같이, 파이프부(100)에 회전 가능하게 설치되는 가이드부(200)를 통해 유체(10)가 경계층에서 박리되지 않고 파이프부(100)의 외주면을 따라 흐르도록 유체(10)의 흐름을 가이드하여 와류의 발생을 방지할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체(10)가 파이프부(100)의 좌측면으로부터 우측면으로 흐르는 경우, 가이드부(200)는 유체(10)가 파이프부(100)의 외주면을 따라 좌측면에서 우측면으로 흐르도록 가이드할 수 있다.

그리고, 유체(10)가 파이프부(100)의 정면에서 후면으로 흐르도록 유체(10)의 흐름 방향이 바뀌게되면, 가이드부(200)가 파이프부(100)를 따라 90°회전하여, 유체(10)가 파이프부(100)의 외주면을 따라 정면에서 후면으로 흐르도록 가이드할 수 있다.

이와 같이, 파이프부(100)의 외주면에 설치되는 가이드부(200)가 회전하면서 유체(10)가 파이프부(100)의 외주면을 따라 흐르도록 가이드함으로써, 파이프부(100) 주변에 와류가 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 파이프 구조체(1000)의 와유기진동을 방지하여 안정성을 확보할 수 있다.

여기서, 가이드부(200)는 회전관(210), 가이드판(220) 및 지지부재(230)를 포함할 수 있다.

회전관(210)은 파이프부(100)의 외주면과 슬라이딩 가능하도록 파이프부(100)의 외주면을 커버하는 부분으로, 파이프부(100)의 외주면과 슬라이딩 됨으로써 가이드부(200)가 파이프부(100)에 대하여 회전하도록 할 수 있다.

구체적으로, 회전관(210)은 내경이 파이프부(100)의 외경보다 크게 형성되는 파이프 구조의 부재로서, 회전관(210)의 내주면과 파이프부(100)의 외주면이 서로 접촉되도록 회전관(210)의 내부에 파이프부(100)가 삽입될 수 있다.

이에 따라, 회전관(210)의 내주면과 파이프부(100)의 외주면이 서로 슬라이딩 되면서 회전관(210)이 파이프부(100)에 대하여 회전할 수 있다. 이 경우, 회전관(210)의 내주면과 파이프부(100)의 외주면 사이에는 원활한 슬라이딩이 이루어질 수 있도록 윤활제 또는 윤활 부재가 개재될 수 있다.

가이드판(220)은 회전관(210)의 일면이 길이 방향을 따라 개방되고 회전관(210)의 반대면이 길이 방향을 따라 일면보다 크게 개방되도록 회전관(210)을 커버하는 부분으로, 회전관(210)과 함께 파이프부(100)에 대하여 회전하면서 유체(10)의 흐름을 가이드할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 상대적으로 크게 개방된 좌측면을 통해 유체(10)가 유입되면 가이드판(220)의 내주면을 따라 유체(10)가 흐른 후, 상대적으로 작게 개방된 일면을 통해 유체(10)가 빠져나갈 수 있다.

이 과정에서 가이드판(220)과 마찰되는 유체(10)는 가이드판(220)이 유체(10)의 흐름 방향을 따라 회전하도록 압력을 가할 수 있다. 따라서, 유체(10)의 흐름이 바뀌더라도 그에 대응되도록 가이드판(220)이 회전함으로써, 유체(10)가 회전관(210)의 외주면을 따라 흐르도록 유체(10)의 흐름을 가이드할 수 있다.

지지부재(230)는 회전관(210)과 가이드판(220)이 이격되어 결합되도록 회전관(210)과 가이드판(220) 사이에 개재되는 부분으로, 회전관(210)과 가이드판(220)이 함께 회전하도록 회전관(210)과 가이드판(220)을 서로 연결할 수 있다.

또한, 지지부재(230)는 유체(10)가 회전관(210)과 가이드판(220) 사이로 통과할 수 있도록 회전관(210)과 가이드판(220)을 서로 이격시킬 수 있다.

한편, 도 1에서는 복수의 지지부재(230)가 양단에 배치된 구성을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 지지부재(230)가 회전관(210)과 가이드판(220) 사이에서의 유체(10)의 흐름까지도 가이드하도록 특정 개수 및 간격으로 배치될 수 있는 등 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 파이프 구조체(1000)에서, 가이드부(200)는 회전관(210), 가이드판(220) 및 지지부재(230)를 포함하여, 보다 용이하고 효과적으로 유체(10)의 흐름을 가이드할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 파이프 구조체(1000)에서, 가이드부(200)는 서로 개별적으로 회전 가능하도록 파이프부(100)의 길이 방향을 따라 복수로 설치될 수 있다.

유체(10)는 깊이에 따라 흐름의 방향 내지 세기가 서로 다를 수 있고, 이에 따라 유체(10)에 의해 파이프부(100)에 가해지는 압력 등이 깊이에 따라 서로 다를 수 있다.

따라서, 가이드부(200)를 파이프부(100)의 길이 방향을 따라 복수로 설치하여, 서로 개별적으로 회전 가능하도록 구성함으로써, 유체(10)의 깊이에 따른 개별적인 상황에 보다 유연하고 효과적으로 대처할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 구조체를 나타낸 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 구조체(2000)에서, 가이드부(200)는 가이드관(240) 및 베어링(250)을 포함할 수 있다.

가이드관(240)은 일면의 일부가 길이 방향을 따라 개방되고 반대면의 일부가 길이 방향을 따라 일면의 일부보다 크게 개방되도록 파이프부(100)를 커버하는 부분으로, 파이프부(100)에 대하여 회전하면서 유체(10)의 흐름을 가이드할 수 있다.

구체적으로, 가이드관(240)은 내경이 파이프부(100)의 외경보다 크게 형성되는 파이프 구조의 부재로서, 가이드관(240)의 내주면과 파이프부(100)의 외주면 사이에 베어링(250)이 개재되어, 가이드관(240)이 파이프부(100)에 대하여 회전할 수 있다.

이 경우, 유체(10)는 상대적으로 크게 개방된 면을 통해 가이드관(240)의 내주면과 파이프부(100)의 외주면 사이로 유입되고, 가이드관(240)의 내주면을 따라 흐른 후, 상대적으로 작게 개방된 면을 통해 빠져나갈 수 있다.

이 과정에서 가이드관(240)의 내주면과 마찰되는 유체(10)는 가이드관(240)이 유체(10)의 흐름 방향을 따라 회전하도록 압력을 가할 수 있다. 따라서, 유체(10)의 흐름이 바뀌더라도 그에 대응되도록 가이드관(240)이 회전함으로써, 유체(10)가 파이프부(100)의 외주면을 따라 흐르도록 유체(10)의 흐름을 가이드할 수 있다.

한편, 도 4에서는 가이드관(240)의 양면 중 중앙 부분이 개방된 형상을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 가이드관(240)의 양면 중 단부 부분이 개방되도록 형성되는 등, 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

베어링(250)은 가이드관(240)이 파이프부(100)의 외주면을 따라 회전 가능하도록 파이프부(100)와 가이드관(240) 사이에 개재되는 부분으로, 가이드관(240)이 파이프부(100)와 일정 간격 이격되도록 지지하면서 가이드관(240)을 회전시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 파이프 구조체(2000)는, 가이드부(200)가 가이드관(240) 및 베어링(250)을 포함하여, 구조를 보다 단순화하면서도 효과적으로 유체(10)의 흐름을 가이드할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 구조체(2000)는 상술한 구성을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 구조체(1000)와 구성이 동일 또는 유사하므로, 중복되는 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 유체 100: 파이프부
200: 가이드부 210: 회전관
220: 가이드판 230: 지지부재
240: 가이드관 250: 베어링
1000, 2000: 파이프 구조체

Claims

유체 중에 설치되는 원형 단면 형상의 파이프부; 및
상기 파이프부의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 상기 유체가 상기 파이프부의 외주면을 따라 흐르도록 상기 유체의 흐름을 가이드하는 가이드부;를 포함하되,
상기 가이드부는
상기 파이프부의 외주면과 슬라이딩 가능하도록 상기 파이프부의 외주면을 커버하는 회전관,
상기 회전관의 일면이 길이 방향을 따라 개방되고 상기 회전관의 반대면이 길이 방향을 따라 상기 일면보다 크게 개방되도록 상기 회전관을 커버하는 가이드판, 및
상기 회전관과 상기 가이드판이 이격되어 결합되도록 상기 회전관과 상기 가이드판 사이에 개재되는 지지부재를 포함하는 파이프 구조체.
삭제
유체 중에 설치되는 원형 단면 형상의 파이프부; 및
상기 파이프부의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 상기 유체가 상기 파이프부의 외주면을 따라 흐르도록 상기 유체의 흐름을 가이드하는 가이드부;를 포함하되,
가이드부는
일면의 일부가 길이 방향을 따라 개방되고 반대면의 일부가 길이 방향을 따라 상기 일면의 일부보다 크게 개방되도록 상기 파이프부를 커버하는 가이드관, 및
상기 가이드관이 상기 파이프부의 외주면을 따라 회전 가능하도록 상기 파이프부와 상기 가이드관 사이에 개재되는 베어링을 포함하는 파이프 구조체.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 가이드부는 서로 개별적으로 회전 가능하도록 상기 파이프부의 길이 방향을 따라 복수로 설치되는 파이프 구조체.