KR101462580B1 - 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템이 개시된다. 본 발명의 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템은, 데릭에 마련되어 크라운 블록의 수직운동을 능동적으로 보상하는 히브모션 능동보상부; 데릭에 마련되어 크라운 블록의 수직운동을 수동으로 보상하는 히브모션 수동보상부; 및 히브모션 수동보상부의 유체공급라인에 마련되어 비상시에 유체공급라인을 차단하되 유체공급라인의 차단은 적어도 2 이상의 차단작동부에서 공급되는 유체를 이용하여 작동되는 아이솔레이션밸브유닛을 포함한다.

Description

해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템{HEAVE COMPENSATOR CONTROL SYSTEM FOR A MARINE STRUCTURE}
본 발명은, 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 드릴 파이프의 절단 등 비상시에 유체의 흐름을 안정적으로 제어할 수 있는 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템에 관한 것이다.
국제적인 급격한 산업화 현상과 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 오일의 안정적인 생산과 공급이 전 지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.
이러한 이유로 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해유전의 개발이 경제에 적합한 다양한 해양 구조물이 개발되고 있다.
이러한 해양 구조물에는 부유식 해양설비, 반잠수식 해양설비, 고정식 해양설비, 승강식해양설비, 시추선 등과 같은 다양한 형태가 있다.
해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위해서는 각종 시추장비를 갖춘 해양 구조물 내에 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위한 라이저(riser) 또는 드릴 파이프(drill pipe)등을 고정시켜 해저면까지 내려보내어 시추 작업을 실시한다.
이 때, 라이저 또는 드릴 파이프 등은 해저 수천 미터를 내려가므로 파도나 해상 조건에 의한 시추선의 움직임이 과도하게 발생하면 라이저 또는 드릴 파이프 등에 손상이 발생하게 되고, 이는 시추작업의 중단을 초래하여 많은 재정적인 손해가 발생하게 된다.
따라서, 해저의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 시추하기 위해서는 육상플랜트의 시추장비와는 달리 시추선의 움직임을 보상하는 장치(compensator)가 필요하다.
시추선이 해상 조건에 대해 영향을 받아 움직이는 경우 선박은 병진운동(전후동요(surge), 좌우동요(sway), 상하동요(heave))과 회전운동(횡동요(roll), 종동요(pitch), 선수동요(yaw))으로 정의되는 선체운동을 하게 되며, 이러한 선체운동이 최소화되도록 설계하여 해저와 연결되는 시추장비들의 손상을 방지해야한다.
이러한 해상에서의 선체운동은 밸러스트(ballast) 시스템과 DP(dynamic positioning) 시스템에 의해 상당부분 보상이 이루어지고 있으나, 상하동요(heave)는 별도의 보상장치인 상하동요 보상장치(heave Compensator)가 필요하다.
상하동요 보상장치의 구동방식으로는 전기와 유압을 이용하는 2가지 방식이 있다. 전기식 상하동요 보상장치의 경우에는 드로웍스(drawworks)를 이용하여 와이어(wire)를 통해 보상(compensating)하는 것이고, 유압식 상하동요 보상장치의 경우에는 드로웍스(drawworks)에 별도의 유압실린더를 추가로 사용하여 보상(compensating)을 하는 방식이다.
이러한 상하동요 보상장치는 시추장비의 수명 및 시추기간 등에 막대한 영향을 미치므로 시추 비용을 감소시키기 위해서는 상하동요 보상장치의 신뢰성 향상에 대한 많은 연구가 필요하다.
특히 시추 작업 중에 드릴 파이프의 이탈이나 절단 등의 비상 상황이 발생되면 인명 피해는 물론 막대한 경제적 손실까지 입히는 결과를 초래할 수 있으므로, 이러한 사고를 사전에 안정적으로 예방할 수 있는 개선책이 요구된다.
한국특허공개공보 제10-2012-0035432호(주식회사 칸) 2012. 04. 16
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 시추 작업시에 드릴 파이프의 절단 등으로 인해 비상 상황이 발생되었을 경우 유체의 공급라인을 안정적이고 신속히 차단하여 비상 사고의 발생을 예방할 수 있는 해양구조물의 히브켐펜세이터 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 데릭에 마련되어 크라운 블록의 수직운동을 능동적으로 보상하는 히브모션 능동보상부; 상기 데릭에 마련되어 상기 크라운 블록의 수직운동을 수동으로 보상하는 히브모션 수동보상부; 및 상기 히브모션 수동보상부의 유체공급라인에 마련되어 비상시에 상기 유체공급라인을 차단하되 상기 유체공급라인의 차단은 적어도 2 이상의 차단작동부에서 공급되는 유체를 이용하여 작동되는 아이솔레이션밸브유닛을 포함하는 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템이 제공될 수 있다.
상기 아이솔레이션밸브유닛은, 상기 유체공급라인에 마련되어 비상시에 상기 유체공급라인을 차단하는 아이솔레이션밸브; 상기 히브모션 수동보상부의 정상 작동시에 상기 아이솔레이션밸브로 유체를 공급하여 상기 유체공급라인으로 유체가 공급될 수 있도록 상기 아이솔레이션밸브를 개방시키는 개방작동부; 및 비상시에 상기 아이솔레이션밸브로 유체를 공급하여 상기 유체공급라인을 차단시키는 상기 2 이상의 차단작동부를 포함할 수 있다.
상기 히브모션 능동보상부는, 상기 크라운 블록에 연결되어 상기 크라운 블록의 수직운동을 보상하는 능동보상실린더; 선체에 마련되어 상기 능동보상실린더로 유압을 공급하는 유압파워유닛; 상기 능동보상실린더와 상기 유압파워유닛을 연결하는 라인에 마련되어 상기 능동보상실린더로 공급되는 유압을 제어하는 서보밸브; 및 선체에 마련되어 파도에 의해 발생되는 상기 선체의 승강 동작을 감지하는 모션레퍼런스유닛을 포함할 수 있다.
상기 히브모션 수동보상부는, 일측부는 상기 데릭에 결합되고 타측부는 상기 크라운 블록을 지지하도록 연결되어 상기 크라운 블록의 수직 운동을 보상하는 복수의 수동보상실린더; 상기 데릭에 마련되어 상기 복수의 수동보상실린더와 연결되는 복수의 어큐뮬레이터; 및 선체에 마련되며 상기 복수의 어큐뮬레이터로 공기를 공급하는 에어공급유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 시추 작업시에 드릴 파이프의 절단 등으로 인해 비상 상황이 발생되었을 경우 아이솔레이션밸브를 차단시키는 차단작동부를 2 이상 두어 어느 하나의 차단작동부가 작동되지 않더라도 다른 차단작동부로 아이솔레이션밸브를 차단시킬 수 있어 안전 사고의 발생을 이중으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 에어공급유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 아이솔레이션밸브유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 아이솔레이션밸브를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 9는 도 4에 도시된 아이솔레이션밸브의 작동 상태도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시 예에서 해양 구조물은 시추를 위한 설비를 갖추고 있는 구조물을 의미하므로, 반잠수정, 잠수정, 시추선(drill ship), 함재정(barge rigs), 플랫폼 시추설비(platform rigs) 등과 같은 시추 설비를 모두 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 에어공급유닛을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 아이솔레이션밸브유닛을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 아이솔레이션밸브를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5 내지 도 9는 도 3에 도시된 아이솔레이션밸브의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템은, 데릭(Derrick)에 마련되어 크라운 블록(CB, Crown Block)의 수직운동을 능동적으로 보상하는 히브모션 능동보상부(100)와, 데릭에 마련되어 크라운 블록(CB)의 수직운동을 수동으로 보상하는 히브모션 수동보상부(200)와, 히브모션 수동보상부(200)의 유체공급라인(FL)에 마련되어 비상시에 유체공급라인(FL)을 차단하는 아이솔레이션밸브유닛(300)을 구비한다.
히브모션 능동보상부(100)는, 해양에서 시추 작업 시 파도에 의해 발생되는 해양구조물의 상승 또는 하강(승강) 동작을 상쇄시켜 시추 장치가 일정한 힘으로 시추 작업을 진행할 수 있도록 하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 히브모션 능동보상부(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크라운 블록(CB)에 하측부가 연결되어 크라운 블록(CB)의 수직운동을 보상하는 능동보상실린더(110)와, 선체에 마련되어 능동보상실린더(110)로 유압을 공급하는 유압파워유닛(120)과, 능동보상실린더(110)와 유압파워유닛(120)을 연결하는 라인에 마련되어 능동보상실린더(110)로 공급되는 유압을 제어하는 서보밸브(130)와, 선체에 마련되어 파도에 의해 발생되는 선체의 승강 동작을 감지하는 모션레퍼런스유닛(140, Motion Reference Unit)과, 능동보상실린더(110)의 상측부로 연결되는 라인과 능동보상실린더(110)의 하측부로 연결되는 라인을 연결하는 라인에 마련되는 제1 바이패스밸브(150)를 포함한다.
히브모션 능동보상부(100)의 능동보상실린더(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 내부에 실린더 로드(111)가 마련되며, 실린더 로드(111)는 능동보상실린더(110)의 상측부와 하측부로 유출입되는 유압에 의해 상하 방향으로 이동된다.
또한 실린더 로드(111)의 하측부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크라운 블록(CB)이 연결되어 있으므로, 실린더 로드(111)가 상하 방향으로 이동되면 크라운 블록(CB)과 크라운 블록(CB)에 와이어 로프(Wire Rope)로 연결된 트래블링 블록(TB, Traveling Block)도 상하 방향으로 이동된다. 따라서 능동보상실린더(110)가 크라운 블록(CB)의 승강을 제어하면 트래블링 블록(TB)의 승강도 제어할 수 있다.
히브모션 능동보상부(100)의 유압파워유닛(120)은, 능동보상실린더(110)로 유압을 공급하는 것으로서 오일이 저장되는 오일탱크(미도시)와, 오일탱크에 저장된 오일을 능동보상실린더(110)로 펌핑하는 펌프(미도시)를 포함할 수 있다.
히브모션 능동보상부(100)의 서보밸브(130)는, 유압파워유닛(120)으로부터 공급되는 유압을 후술하는 모션레퍼런스유닛(140)에서 측정된 데이터를 기초로 제어하는 역할을 한다.
히브모션 능동보상부(100)의 모션레퍼런스유닛(140)은, 파도에 의해 발생되는 해양구조물의 승강 동작을 감지하여 제어부(미도시)로 변위 데이터를 보내고, 제어부에서는 이 변위 데이터를 기초로 서보밸브(130)의 개폐 정도를 제어한다.
히브모션 능동보상부(100)의 제1 바이패스밸브(150)는, 능동보상실린더(110)의 하강시에 개방되어 능동보상실린더(110)의 하측부로부터 배출되는 유량이 능동보상실린더(110)의 상측부로 공급되도록 하여 응답속도의 보상과 능동보상실린더(110)가 크라운 블록(CB)을 누르는 힘이 지나치게 높아지지 않도록 하는 역할을 한다.
히브모션 능동보상부(100)의 작동을 간략히 설명하면, 유압파워유닛(120)에서 공급되는 유압유는 서보밸브(130)에서 제어되어 능동보상실린더(110)의 실린더 로드(111)의 변위를 능동적으로 제어한다. 서보밸브(130)에서의 제어는 모션레퍼런스유닛(140)으로부터 측정된 선체의 히브 모션(Heave Motion)을 이용한다.
히브모션 수동보상부(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크라운 블록(CB)의 하측부에 배치되어 크라운 블록(CB)에 와이어 로프로 연결된 트래블링 블록(TB)에 작용하는 하중을 지탱하되 파도의 의해 발생되는 해양구조물의 상하 움직임을 보상하여 자기 위치를 보지(保持)하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 히브모션 수동보상부(200)는, 하측부는 데릭에 결합되고 상측부는 크라운 블록(CB)을 지지하도록 연결되어 크라운 블록(CB)의 수직 운동을 보상하는 복수의 수동보상실린더(210)와, 데릭에 마련되어 복수의 수동보상실린더(210)와 연결되는 복수의 어큐뮬레이터(220)와, 선체에 마련되며 복수의 어큐뮬레이터(220)로 공기를 공급하는 에어공급유닛(230)을 포함한다.
히브모션 수동보상부(200)의 수동보상실린더(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 어큐뮬레이터(220)와 연결되며, 수동보상실린더(210)의 내부 체적(VA)은 어큐뮬레이터(220)의 오일이 저장된 내부 체적(VB)과 같을 수 있다.
따라서 수동보상실린더(210)의 스트로크(Stroke) 만큼 어큐뮬레이터(220)도 이동되며, 수동보상실린더(210)와 어큐뮬레이터(220)의 내부에 저장된 오일의 상대 이동에 의해 수동보상실린더(210)는 상승 또는 하강하게 된다.
또한 수동보상실린더(210)로 가해지는 하중은 후술하는 어큐뮬레이터(220)로 공급되는 고압의 공기에 의해 지지될 수 있다.
전술한 수동보상실린더(210)와 어큐뮬레이터(220)에 관한 내용은 수동보상실린더(210)와 어큐뮬레이터(220)를 복수로 마련하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
히브모션 수동보상부(200)의 어큐뮬레이터(220)는, 후술하는 에어공급유닛(230)에서 공급되는 고압의 공기를 유압력으로 변환시켜 수동보상실린더(210)를 지지함으로써 수동보상실린더(210)를 작동시키는 역할을 한다.
본 실시 예에서 어큐뮬레이터(220)의 내부는 오일이 채워지는 공간과 공기가 채워지는 공간으로 구획되어 있고, 공기가 채워지는 공간은 에어공급유닛(230)과 연결되어 있다. 그리고 오일이 채워지는 공간의 체적(VB)은 전술한 바와 같이 수동보상실린더(210)의 내부 체적(VA)과 같을 수 있다.
히브모션 수동보상부(200)의 에어공급유닛(230)은, 복수의 어큐뮬레이터(220)로 고압의 공기를 공급하는 것으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 고압의 공기를 생성시키는 에어컴프레셔(231)와, 에어컴프레셔(231)와 복수의 어큐뮬레이터(220)를 연결하는 라인에 마련되어 그 라인을 자동으로 개폐시키는 메인밸브(232)와, 에어컴프레셔(231)에서 생성된 공기가 메인밸브(232)로 공급되기 전에 저장되는 공기저장탱크(233)와, 메인밸브(232)가 고장 시 메인밸브(232)를 우회하여 공기가 공급되도록 하며 자동으로 개폐되는 제2 바이패스밸브(234)와, 메인밸브(232)와 복수의 어큐뮬레이터(220)를 연결하는 라인에서 분기되는 라인에 마련되어 히브모션 수동보상부(200)의 안정상 문제 발생 시 라인 내의 고압의 공기를 제거하여 안전을 확보할 수 있는 벤트밸브(235)와, 에어컴프레셔(231)와 메인밸브(232) 사이의 라인에 복수로 마련되며 수동으로 작동되는 개폐밸브(236)를 포함한다.
에어공급유닛(230)의 공기저장탱크(233)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 에어컴프레셔(231)와 메인밸브(232)를 연결하는 라인에 병렬로 마련되어 충분한 공기를 저장할 수 있다. 또한 어큐뮬레이터(220)에서 많은 공기가 필요한 경우 각각의 공기저장탱크(233)를 모두 개방시켜 충분한 공기를 공급할 수도 있고, 공기의 필요가 적은 경우 어느 하나의 공기저장탱크(233)만을 개방시켜 공기를 공급할 수도 있다.
아이솔레이션밸브유닛(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 수동보상실린더(210)와 복수의 어큐뮬레이터(220)를 연결하는 라인에 마련되어 드릴 파이프 등의 이탈 또는 절단 등의 비상 상황 발생시에 전술한 라인을 차단함으로써 수동보상실린더(210)로 유압이 공급되지 않도록 하여 위험 사고의 발생을 방지하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 아이솔레이션밸브유닛(300)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 수동보상실린더(210)와 복수의 어큐뮬레이터(220)를 연결하는 유체공급라인(FL)에 마련되어 비상시에 유체공급라인(FL)을 차단하는 아이솔레이션밸브(400)와, 히브모션 수동보상부(200)가 정상적으로 작동되는 경우 아이솔레이션밸브(400)에 유체를 공급하여 아이솔레이션밸브(400)를 개방된 상태로 유지시키는 개방작동부(500)와, 비상시에 아이솔레이션밸브(400)로 유체를 공급하여 아이솔레이션밸브(400)의 유체 통로를 차단시키는 2 이상의 차단작동부(600)와, 개방작동부(500)와 2 이상의 차단작동부(600)를 미리 결정된 압력으로 유지시키는 아이솔어큐뮬레이터(700)와, 아이솔레이션밸브(400)로 유입되는 유체공급라인(FL)에서 분기되어 아이솔어큐뮬레이터(700)로 연결되는 라인에 마련되어 비상 시 아이솔어큐뮬레이터(700)로 고압 다량의 유체가 공급되는 것을 막아 아이솔어큐뮬레이터(700)의 파손을 방지하는 파손방지부(800)를 포함한다.
아이솔레이션밸브(400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 수동보상실린더(210)와 어큐뮬레이터(220)를 연결하는 유체공급라인(FL)에 마련되어 정상적인 상태에서는 개방(도 5 참조)되어 유체공급라인(FL)의 유체가 흐르도록 하고, 드릴 파이프 등의 절단과 같은 비상시에는 유체공급라인(FL)을 통해 유체가 흐르지 않도록 유체 통로를 차단(도 6 참조)한다.
본 실시 예에서 아이솔레이션밸브(400)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 공급되는 유체의 이동통로가 되는 제1 공간부(411a)와 제1 공간부(411a)를 개폐시키기 위해 공급되는 유체의 저장공간이 되는 제2 공간부(412a)가 마련된 밸브 바디(410)와, 밸브 바디(410)에 마련되어 이동통로를 개폐시키는 밸브 샤프트(420)와, 밸브 바디(410)의 제1 공간부(411a)에 마련되어 밸브 샤프트(420)를 탄성 지지하는 탄성체(430)를 포함한다.
아이솔레이션밸브(400)의 밸브 바디(410)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 공간부(411a)가 마련되며 유체가 유출입되는 통로가 되는 제1 바디(411)와, 제1 공간부(411a)를 개폐시키기 위해 밸브 샤프트(420)를 이동시키는 유체의 통로가 되는 오픈홀(412b)과 클로즈홀(412c)이 마련된 제2 바디(412)와, 제2 바디(412)에 탈착 가능하게 결합되어 밸브 샤프트(420)의 일측을 지지하는 캡(413)을 포함한다.
본 실시 예에서 제1 공간부(411a)와 제2 공간부(412a)는 유체가 이동되지 않도록 서로 밀폐될 수 있고, 제1 공간부(411a)는 순환되는 오일의 이동통로가 되고 제2 공간부(412a)는 밸브 샤프트(420)를 이동시키기 위한 유체의 저장 장소이므로 제1 공간부(411a)의 체적은 제2 공간부(412a)의 체적보다 클 수 있다.
본 실시 예에서 제1 바디(411)의 내부 좌측부에는 탄성체(430)의 일측이 지지되는 지지홈(411b)이 마련되고, 우측부에는 밸브 샤프트(420)의 플랜지(421)가 밀착되어 오일의 이동통로를 차단할 수 있도록 절곡될 수 있다.
또한 제1 바디에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 배출홀(411c)이 마련될 수 있고, 제1 공간부(411a)의 내부로 유입된 유체는 복수의 배출홀(411c)를 통해서 배출된 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 수동보상실린더(210)로 공급된다.
그리고 제1 바디(411)의 우측부는 도 4에 개방된 것으로 도시되어 있으나, 이는 나머지 부분이 생략된 것으로 제1 바디(411)의 우측부는 밀폐되어 있고, 오일이 유입되는 홀이 마련된다.
본 실시 예에서 캡(413)의 중앙부에는 밸브 샤프트(420)가 관통되는 지지홀(413a)이 마련되고, 이 지지홀(413a)의 주변에는 실링부재(미도시)가 마련되어 지지홀(413a)과 밸브 샤프트(420) 사이의 공간으로 오일이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 예에서 제2 바디(412)의 오픈홀(412b)로는 개방작동부(500)를 통해서 공급되는 오일이 유입되어 밸브 샤프트(420)를 오른쪽으로 밀어 밀폐된 제1 공간부(411a)를 개방(도 9 참조)시키고, 클로즈홀(412c)로는 차단작동부(600)를 통해서 공급되는 오일이 유입되어 밸브 샤프트(420)를 왼쪽으로 밀어 제1 공간부(411a)를 차단(도 8 참조)시킨다.
아이솔레이션밸브(400)의 밸브 샤프트(420)는, 밸브 바디(410)의 내부에서 도 4를 기준으로 좌우로 이동되어 제1 공간부(411a)를 개방 또는 차단시킴으로써 유체공급라인(FL)의 오일 흐름을 개방 또는 차단시키는 역할을 한다.
본 실시 예에서 밸브 샤프트(420)의 우측단부에는 오일 통로를 차단시키는 플랜지(421)가 마련되고, 중심부에는 탄성체(430)의 우측부가 지지되는 시트(422)가 마련된다. 또한 제2 공간부(412a) 영역의 밸브 샤프트(420)에는 제2 공간부(412a)를 밀폐된 공간으로 구획하는 개폐가이드 돌출부(423)가 마련되고, 개폐가이드 돌출부(423)와 제2 공간부(412a)의 내벽 사이에는 구획된 공간으로 오일이 누설되는 것을 방지하기 위해 실링부재(미도시)가 마련될 수 있다.
아이솔레이션밸브(400)의 탄성체(430)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 바디(411)의 지지홈(411b)과 밸브 샤프트(420)의 시트(422) 사이에 마련되어 밸브 샤프트(420)에 탄성력을 가하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 탄성체(430)는 아이솔레이션밸브(400)가 개방된 상태에서는 제2 바디(412)의 오픈홀(412b)을 통해서 유입되는 오일과 함께 밸브 샤프트(420)를 지지하는 역할을 하고, 아이솔레이션밸브(400)가 차단된 상태에서는 제1 공간부(411a)로 유입되는 다량의 유체에 의해 수축되고 수축된 상태는 클로즈홀(412c)을 통해서 유입되는 오일에 의해 유지된다.
즉 본 실시 예에서 탄성체(430)는 정상 작동 상태에서 제1 공간부(411a)로 유체가 유입되도록 밸브 샤프트(420)를 지지하는 탄성력을 갖도록 설계되며, 제1 공간부(411a)로 유입되는 유량이 설계된 유량을 넘는 경우 수축되도록 설계될 수 있다.
따라서 제1 공간부(411a)로 미리 설계된 유량 이상의 유량이 유입되면 탄성체(430)가 수축되어 제1 공간부(411a)의 유체 통로는 차단되고, 이러한 상태는 클로즈홀(412c)을 통해서 제2 공간부(412a)로 유입되는 오일에 의해 유지된다.
개방작동부(500)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체저장탱크(FT)와 아이솔레이션밸브(400)를 연결하는 라인에 마련되어 정상 상태에서 유체공급라인(FL)을 통해 오일이 흐를수 있도록 아이솔레이션밸브(400)를 개방(도 9 참조)시키는 역할을 한다.
즉 유체저장탱크(FT)에서 공급되는 오일은 개방작동부(500)를 거쳐 아이솔레이션밸브(400)의 오픈홀(412b)로 유입되며, 오픈홀(412b)로 유입된 유체는 밸브 샤프트(420)를 도 4를 기준으로 우측으로 이동시킨다. 그 결과 제1 공간부(411a)로 유입되는 오일은 제1 공간부(411a)의 외부로 배출된 후 유체공급라인(FL)을 통해 수동보상실린더(210)로 공급될 수 있다. 이때 오프홀(412b)로 오일을 공급하지 않더라도 탄성체(430)가 원래의 상태로 팽창되어 있으므로 탄성체(430)의 탄성력으로 개방된 상태를 계속 유지할 수 있다.
본 실시 예에서 개방작동부(500)는, 유체저장탱크(FT)와 아이솔레이션밸브(400)를 연결하는 라인에 마련되어 이 라인을 선택적으로 차단시키는 제1 솔레노이드밸브(510)와, 제1 솔레노이드밸브(510)의 후단의 라인과 아이솔레이션밸브(400)를 연결하는 라인에 마련되며 일반 상태에서 클로즈되어 있는 제2 솔레노이드밸브(520)를 포함한다.
본 실시 예에서 제1 솔레노이드밸브(510)와 제2 솔레노이드밸브(520)를 연결하는 라인의 유지보수가 필요한 경우 제1 솔레노이드밸브(510)와 제2 솔레노이드밸브(520)를 클로즈한 후 전술한 라인을 유지보수할 수도 있다.
차단작동부(600)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체저장탱크(FT)와 아이솔레이션밸브(400)를 연결하는 라인에 2개가 병렬로 마련되어 어느 하나의 차단작동부(610)가 고장 또는 작동되지 않더라도 다른 하나의 차단작동부(620)로 아이솔레이션밸브(400)를 차단시켜 아이솔레이션밸브(400)를 비상시에 안정적으로 차단할 수 있는 역할을 한다.
본 실시 예에서 차단작동부(600)는 전술한 라인에 병렬로 각각 마련되는 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620), 상시오픈부(630)를 포함하며, 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620)는 정상 상태 즉 아이솔레이션밸브(400)를 통해 유체가 흐르는 경우에는 클로즈된 상태를 유지한다.
따라서 유체저장탱크(FT)에서 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620)를 통해 공급되는 오일은 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620)에서 차단되므로 아이솔레이션밸브(400)의 클로즈홀(412c)로 유입되지 않으므로 밸브 샤프트(420)는 개방된 위치를 유지하게 된다.
하지만 드릴 파이프의 절단이나 이탈 등과 같은 비상 사고의 발생 시 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620)는 인가되는 신호에 의해 개방된 상태로 바뀌게 되어, 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(520)에 의해 막힌 유로가 개방된다.
그 결과 아이솔레이션밸브(400)의 클로즈홀(412c)로 오일이 유입되고, 미리 설계된 이상의 유량의 유입으로 수축된 탄성체(430)에 의해 제1 공간부(411a)의 유체 통로를 차단시킨 밸브 샤프트(420)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 클로즈홀(412c)로 유입되는 오일에 의해 차단된 상태를 유지한다. 따라서 유체공급라인(FL)으로 오일이 흐르지 않게 된다.
본 실시 예에서 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620)는 솔레노이드밸브를 포함할 수 있고, 각각의 선단 라인에 마련되는 압력 트랜스미터(PT)를 포함할 수 있다. 한편 본 실시 예에서 압력 트랜스미터(PT)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수로 마련될 수 있다.
상시오픈부(630)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 차단작동부(610)와 제2 차단작동부(620)의 선단 라인에 마련되며 상시 오픈 상태로 유지되어 차단작동부(600) 라인의 유지보수 필요시 클로즈될 수 있다.
본 실시 예에서 상시오픈부(630)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 차단작동부(620)와 아이솔레이션밸브(400)를 연결하는 라인에 마련되는 제3 솔레노이드밸브(631)와, 제3 솔레노이드밸브(631)와 아이솔레이션밸브(400)를 연결하는 라인에 마련되는 제4 솔레노이드밸브(632)를 포함할 수 있다.
아이솔어큐뮬레이터(700)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 아이솔레이션밸브(400)의 선단 유체공급라인(FL)에서 분기되는 분기라인(LS)의 단부에 마련되어 개방작동부(500)와 차단작동부(600)의 밸브를 미리 결정된 압력으로 유지시키는 역할을 한다. 이 경우 개방작동부(500)와 차단작동부(600)의 응답 속도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
파손방지부(800)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 아이솔어큐뮬레이터(700)의 선단 분기라인(LS)에 마련되며, 분기라인(LS)에서 급속히 압력이 증가되거나 유량이 증가되는 경우 이러한 증가를 감소시켜 아이솔어큐뮬레이터(700)의 파손을 방지하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 파손방지부(800)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 아이솔어큐뮬레이터(700)로 오일이 공급되는 것을 차단하는 제1 체크밸브(810)와, 제1 체크밸브(810)가 마련되는 라인과 병렬로 배치되는 라인에 마련되어 통과되는 오일의 양을 서서히 증가시키는 스로틀밸브(820)를 포함한다.
이하에서 파손 방지부의 작동을 간략히 설명한다. 아이솔어큐뮬레이터(700)로 공급되는 유량이 급속히 증가하거나 압력이 증가되는 경우 제1 체크밸브(810)에 의해 아이솔어큐뮬레이터(700)로 직접 오일이 공급되지 않는다. 이 경우 스로틀밸브(820)를 통해 오일의 흐름이 우회되는 데 스로틀밸브(820) 자체가 통과되는 유체의 양을 서서히 통과시키는 특성이 있으므로 아이솔어큐뮬레이터(700)로 가해지는 충격은 감소된다.
한편 본 실시 예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분기 라인에 마련되어 유체 내의 이물질을 제거하는 필터부(900)와, 아이솔레이션밸브(400)로 공급되는 유체가 아이솔레이션밸브(400)를 바이패스하여 수동보상실린더(210)로 공급되도록 하는 바이패스부(1000)와, 오일보충라인(OL)에 마련되는 초기작동부(1100)와, 분기라인(LS)에 마련되어 필터부(900)로 공급되는 유체의 흐름을 개폐하는 분기라인밸브(1200)를 포함한다.
필터부(900)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 파손방지부(800)의 선단라인에 마련되어 분기라인(LS)으로 공급되는 유체내의 이물질을 필터링하는 인라인 필터(910)와, 인라인 필터(910)의 선단라인에 마련되어 선단라인을 개폐시키는 제1 볼밸브(920)와, 인라인 필터(910)의 후단라인에 마련되어 후단라인으로부터 오일이 역류되는 것을 방지하는 제2 체크밸브(930)를 포함한다.
바이패스부(1000)는, 수동보상실린더(210)로 흐르는 또는 수동보상실린더(210)에서 공급되는 오일이 아이솔레이션밸브(400)를 거치지 않고 흐르도록 하는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 아아솔레이션밸브의 선단의 유체공급라인(FL)과 그 후단의 유체공급라인(FL)을 연결하는 바이패스라인(1010)과, 바이패스라인(1010)에 마련되는 제3 바이패스밸브(1020)를 포함한다.
초기작동부(1100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 오일보충라인(OL)에 마련되어 히브모션 수동보상부(200)의 초기 작동시에 유체공급라인(FL)으로 유체를 공급하는 것으로서, 오일보충라인(OL)에 마련되는 제2 볼밸브(1110)와, 제2 볼밸브(1110)와 병렬로 배치되도록 오일보충라인(OL)에 마련되어 유체공급라인(FL)의 오일이 역류되는 것을 방지하는 제3 체크밸브(1120)를 포함한다.
미설명부호 DW는 드로우 워크(Draw Work)이고, DA는 데드 라인 앵커(Dead Line Anchor)이다.
이하에서 전술한 도면을 참조하여 본 실시예의 작동 상태를 간략히 설명한다.
먼저 드릴 파이프 등의 절단 또는 이탈 등의 사고가 일어나지 않은 정상 상태에서 히브모션 수동부상부의 복수의 수동보상실린더(210)와 복수의 어큐뮬레이터(220)를 연결하는 유체공급라인(FL)에 마련된 아이솔레이션밸브(400)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 개방된 상태이므로 유체공급라인(FL)으로 유체가 공급되어 크라운 블록(CB) 등의 수직 운동을 보상한다.
다음으로 드릴 파이프가 절단되는 등의 비상 시에는 제1 공간부(411a)로 유입되는 오일의 유량이 미리 설계된 유량을 초과하므로 초과되어 유입되는 유량에 의해 탄성체(430)가 수축된다.
탄성체(430)가 수축되면 밸브 샤프트(420)가 탄성체(430)의 수축 방향으로 이동되므로 제1 공간부(411a)의 유체 통로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 닫혀진다.
이후에, 도7에 도시된 바와 같이, 클로즈된 차단작동부(600)가 개방되어 차단작동부(600)를 통해 오일이 아이솔레이션밸브(400)의 클로즈홀(412c)로 유입된다. 클로즈홀(412c)로 오일이 유입되면, 유입된 오일의 압력에 의해 밸브 샤프트(420)는 제1 공간부(411a)를 차단시킨 상태를 유지하게 된다. 아이솔레이션밸브(400)의 차단에 의해 유체공급라인(FL)이 차단되므로 수동보상실린더(210)로 더 이상 오일이 공급되지 않아 추가적인 사고의 발생을 방지할 수 있다.
마지막으로 비상 상황이 종료된 경우 차단작동부(600)의 밸브를 닫아 클로즈홀(412c)로 공급되는 오일을 차단한 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 개방작동부(500)의 밸브를 개방시킨다.
이 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 오픈홀(412b)로 오일이 유입되어 밸브 샤프트(420)를, 도 9에 도시된 바와 같이, 우측으로 이동시킨다. 밸브 샤프트(420)가 우측으로 이동되면 닫혀있던 제1 공간부(411a)의 유체 통로가 개방되어 유체공급라인(FL)을 통해 유체가 흐르게 된다.
이후에, 도 5에 도시된 바와 같이, 개방작동부(500)의 밸브를 닫더라도 탄성체(430)가 원래대로 원상 복귀되고, 제1 공간부(411a)로 유입되는 오일의 유량도 미리 설계된 범위 내의 유량이므로 밸브 샤프트(420)는 탄성체(430)에 지지되어 개방된 상태를 유지하게 된다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 시추 작업시에 드릴 파이프의 절단 등으로 인해 비상 상황이 발생되었을 경우 아이솔레이션밸브를 차단시키는 차단작동부를 2 이상 두어 어느 하나의 차단작동부가 작동되지 않더라도 다른 차단작동부로 아이솔레이션밸브를 차단시킬 수 있어 안전 사고의 발생을 이중으로 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 히브모션 능동보상부 110 : 능동보상실린더
120 : 유압파워유닛 130 : 서보밸브
140 : 모션레퍼런스유닛 150 : 제1 바이패스밸브
200 : 히브모션 수동보상부 210 : 수동보상실린더
220 : 어큐뮬레이터 230 : 에어공급유닛
300 : 아이솔레이션밸브유닛 400 : 아이솔레이션밸브
410 : 밸브 바디 420 : 밸브 샤프트
430 : 탄성체 500 : 개방작동부
510 : 제1 솔레노이드밸브 520 : 제2 솔레노이드밸브
600 : 차단작동부 610 : 제1 차단작동부
620 : 제2 차단작동부 630 : 상시오픈부
700 : 아이솔어큐뮬레이터 800 : 파손방지부
810 : 제1 체크밸브 820 : 스로틀밸브
900 : 필터부 910 : 인라인 필터
920 : 제1 볼밸브 930 : 제2 체크밸브
1000 : 바이패스부 1010 : 바이패스라인
1030 : 제3 바이패스밸브 1100 : 초기작동부
1110 제2 볼밸브 1120 : 제3 체크밸브
CB : 크라운 블록 DA : 데드라인앵커
DW : 드로우 워크 FL : 유체공급라인
FT : 유체저장탱크 LS : 분기라인
LV : 분기라인밸브 OL : 오일보충라인
TB : 트래블링 블록

Claims (4)

  1. 데릭에 마련되어 크라운 블록의 수직운동을 능동적으로 보상하는 히브모션 능동보상부;
    상기 데릭에 마련되어 상기 크라운 블록의 수직운동을 수동으로 보상하는 히브모션 수동보상부; 및
    상기 히브모션 수동보상부의 유체공급라인에 마련되어 비상시에 상기 유체공급라인을 차단하되 상기 유체공급라인의 차단은 적어도 2 이상의 차단작동부에서 공급되는 유체를 이용하여 작동되는 아이솔레이션밸브유닛을 포함하고,
    상기 아이솔레이션밸브유닛은,
    상기 유체공급라인에 마련되어 비상시에 상기 유체공급라인을 차단하는 아이솔레이션밸브;
    상기 히브모션 수동보상부의 정상 작동시에 상기 아이솔레이션밸브로 유체를 공급하여 상기 유체공급라인으로 유체가 공급될 수 있도록 상기 아이솔레이션밸브를 개방시키는 개방작동부; 및
    비상시에 상기 아이솔레이션밸브로 유체를 공급하여 상기 유체공급라인을 차단시키는 상기 2 이상의 차단작동부를 포함하는 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 히브모션 능동보상부는,
    상기 크라운 블록에 하측부가 연결되어 상기 크라운 블록의 수직운동을 보상하는 능동보상실린더;
    선체에 마련되어 상기 능동보상실린더로 유압을 공급하는 유압파워유닛;
    상기 능동보상실린더와 상기 유압파워유닛을 연결하는 라인에 마련되어 상기 능동보상실린더로 공급되는 유압을 제어하는 서보밸브; 및
    선체에 마련되어 파도에 의해 발생되는 상기 선체의 승강 동작을 감지하는 모션레퍼런스유닛을 포함하는 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 히브모션 수동보상부는,
    일측부는 상기 데릭에 결합되고 타측부는 상기 크라운 블록을 지지하도록 연결되어 상기 크라운 블록의 수직 운동을 보상하는 복수의 수동보상실린더;
    상기 데릭에 마련되어 상기 복수의 수동보상실린더와 연결되는 복수의 어큐뮬레이터; 및
    선체에 마련되며 상기 복수의 어큐뮬레이터로 공기를 공급하는 에어공급유닛을 포함하는 해양구조물의 히브컴펜세이터 제어시스템.
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