KR101524214B1 - 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물은, 해저면과 연결된 계류라인을 통하여 해상에 계류하며 셔틀탱커와 하역라인으로 연결된 구조물 본체와, 구조물 본체에 설치되어 구조물 본체의 위치를 제어하는 추력발생부와, 계류라인의 장력을 측정하는 제1 장력측정부, 및 제1 장력측정부에 의해 측정된 장력값이 기준장력 이내가 되도록 추력발생부를 동작시키는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물{Floating structure controlling position of offloading}
본 발명은 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추력을 능동적으로 제어하여 하역 위치의 원활한 제어가 가능한 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물에 관한 것이다.
일반적으로, FPSO(Floating Production Storage and Offloading; 부유식 원유 생산 저장 하역 설비)와 같은 부유식 해상구조물은 계류라인(Mooring line)을 통해 하역 위치에 정박한다. 특히, 육지로부터 멀리 떨어진 원해(遠海)에서 작업하는 부유식 해상구조물의 경우, 바람, 파도, 조류 등의 환경적인 영향을 많이 받게 되므로 터렛(Turret) 계류 방식을 적용하여 해상구조물을 계류하고 있다. 터렛 계류 방식은 해상구조물이 바람, 파도, 조류의 작용 방향에 따라 순응하며 선회하는 계류 방식으로, 계류라인에 연결되는 터렛이 해상구조물의 선회축을 형성하여 해상구조물은 터렛을 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 바람, 파도, 조류의 영향에도 불구하고 해상구조물은 하역 위치에 유지된 채 원하는 작업을 진행할 수 있다.
그러나, 바람, 파도, 조류 등의 환경적인 영향이 심할 경우, 계류라인이 끊어져 해상구조물이 하역 위치를 이탈할 수 있으며, 해상구조물과 셔틀탱커 사이의 거리가 증가하여 하역라인 또는 계선라인이 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해 해상구조물은 적어도 하나의 추진기(Thruster)을 구비하고 있으나, 추진기의 제어에 관한 시스템이 부족한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 추력을 능동적으로 제어하여 하역 위치의 원활한 제어가 가능한 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물은, 해저면과 연결된 계류라인을 통하여 해상에 계류하며 셔틀탱커와 하역라인으로 연결된 구조물 본체와, 상기 구조물 본체에 설치되어 상기 구조물 본체의 위치를 제어하는 추력발생부와, 상기 계류라인의 장력을 측정하는 제1 장력측정부, 및 상기 제1 장력측정부에 의해 측정된 장력값이 기준장력 이내가 되도록 상기 추력발생부를 동작시키는 제어부를 포함한다.
상기 제1 장력측정부는, 상기 계류라인에 고정된 지지부, 및 상기 구조물 본체와 상기 지지부 사이에 개재되어 상기 지지부와 상기 구조물 본체 사이의 압력값을 측정하는 제1 로드셀을 포함할 수 있다.
상기 구조물 본체에 설치되어 전자기파, 초음파, 레이저 중 적어도 하나를 방사하여 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 주변을 통과하는 선박 사이의 거리를 측정하는 거리측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 상기 선박 사이의 거리가 제1 기준거리 이내로 좁혀지면 상기 추력발생부를 제어하여 상기 제1 기준거리 이상으로 유지시키고, 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 상기 선박 사이의 거리가 제2 기준거리 이상으로 벌어지면 상기 추력발생부를 제어하여 상기 제2 기준거리 이내로 유지시킬 수 있다.
상기 구조물 본체에 설치되는 제1 원격측정부와, 상기 셔틀탱커에 설치되며 상기 제1 원격측정부와 전자기파 통신으로 서로 연결된 제2 원격측정부를 더 포함하며, 상기 제1 원격측정부와 상기 제2 원격측정부는 각각 위치정보를 측정하여 서로 교환하고, 상기 제어부는 상기 위치정보를 이용하여 상기 추력발생부를 제어할 수 있다.
상기 구조물 본체에 설치되어 수심을 측정하는 수심측정부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 구조물 본체가 부유하는 위치의 수심의 10~15%에 해당하는 거리만큼 수평방향으로 이격된 추력발생영역을 설정하고, 상기 추력발생영역 이내로 상기 셔틀탱커 또는 상기 선박이 들어오면 상기 추력발생부를 구동할 수 있다.
상기 추력발생영역은 상기 구조물 본체로부터의 거리에 따라 복수의 구간으로 분할되며, 상기 제어부는 상기 구조물 본체와 근접한 구간일수록 상기 추력발생부의 추력을 점차 증가시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 계류라인이 연결된 지점을 중심으로 상기 구조물 본체의 연장방향을 기준방향이라고 할 때, 상기 셔틀탱커의 선수방향이 상기 기준방향으로부터 기준각도 이상 벗어나면 상기 추력발생부를 제어하여 상기 기준각도 이내로 위치시킬 수 있다.
상기 구조물 본체에 설치되는 제1 원격측정부와, 상기 셔틀탱커에 설치되며 상기 제1 원격측정부와 전자기파 통신으로 서로 연결된 제2 원격측정부를 더 포함하며, 상기 제1 원격측정부와 상기 제2 원격측정부는 각각 선수각정보를 측정하여 서로 교환하고, 상기 제어부는 상기 선수각정보를 이용하여 상기 추력발생부를 제어할 수 있다.
상기 추력발생부는 상기 구조물 본체의 기준방향과 상기 셔틀탱커의 선수방향 사이의 사잇각을 상기 하역라인의 허용 곡률반경 이내로 제어할 수 있다.
상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커를 계선시키는 계선라인의 장력을 측정하는 제2 장력부를 더 포함하며, 상기 제2 장력부는 상기 계선라인과 연결되는 후크부와 상기 구조물 본체에 상기 후크부를 고정하는 윈치부 사이에 개재되어 상기 후크부와 상기 윈치부 사이의 압력값을 측정하는 제2 로드셀을 포함할 수 있다.
상기 구조물 본체는 터렛(Turret)을 통하여 상기 계류라인과 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 추력발생부를 통해 하역 위치의 제어가 가능하여 구조물 본체를 계류하는 계류라인의 파손을 방지할 수 있으며, 구조물 본체와 셔틀탱커 또는 주변 선박과의 충돌을 방지할 수 있다. 또한, 하역라인의 파손을 방지할 수 있고, 구조물 본체와 셔틀탱커를 연결하는 계선라인의 전단을 방지할 수 있다. 따라서, 원활하게 하역 작업을 진행할 수 있으며, 이로 인해, 작업 효율이 증가하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물이 해상에 계류하는 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 제1 장력측정부의 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 구조물 본체가 셔틀탱커 또는 주변 선박과의 거리를 측정하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 추력발생영역을 도시한 도면이다.
도 6은 구조물 본체와 셔틀탱커의 사잇각을 측정하는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 제2 장력측정부의 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 추력 발생부의 추력 변화 모습을 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물이 해상에 계류하는 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물(1)은 해상에 계류하며 해양 플랜트나 시추선에서 뽑아낸 원유를 정제하고 이를 저장해서 셔틀탱커(100)나 기타 이송장소에 하역을 할 수 있는 특수선박으로, 예를 들어, FPSO(Floating Production Storage and Offloading)로 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정될 것은 아니며, 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물(1)은 해상에 계류된 상태로 작업하는 각종 구조물을 통칭할 수 있다.
하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물(1)은 계류라인(M)의 장력, 주변 선박(200)과의 거리, 셔틀탱커(100)와의 선수각, 및 셔틀탱커(100)와의 거리에 따라 추력발생부(20)를 동작하여 하역 위치의 제어가 가능하다. 따라서, 계류라인(M), 계선라인(H), 하역라인(L)의 파손을 방지할 수 있으며, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 주변 선박(200)과의 충돌을 방지할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 제1 장력측정부의 모습을 도시한 단면도이고, 도 4는 구조물 본체가 셔틀탱커 또는 주변 선박과의 거리를 측정하는 모습을 도시한 도면이다. 도 5는 추력발생영역을 도시한 도면이고, 도 6은 구조물 본체와 셔틀탱커의 사잇각을 측정하는 모습을 도시한 도면이고, 도 7은 제2 장력측정부의 모습을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물(1)은 해상에 계류되는 구조물 본체(10)와, 상기 구조물 본체(10)의 위치를 제어하는 추력발생부(20)와, 제1 장력측정부(30), 및 제1 장력측정부(30)와 추력발생부(20)를 연계하는 제어부(40)를 포함한다.
구조물 본체(10)는 원유의 생산 및 처리기능을 하는 상부설비(Topside)와 저장기능을 하는 하부 선체구조(Hull)로 구성되며, 해저면(S)과 연결된 계류라인(M)을 통하여 해상에 계류한다. 계류라인(M)은 와이어 또는 합성 섬유 종류의 로프(rope) 또는 체인(chain) 부재로, 일 측이 해저면(S)에 고정된 앵커부재(도시되지 않음)에 연결되고 타 측은 구조물 본체(10)에 회전 가능하게 결합된 터렛(T)에 연결된다. 다시 말해, 구조물 본체(10)는 터렛(T)을 통해 계류라인(M)과 연결되며, 터렛(T)을 중심으로 선회할 수 있다. 따라서, 바람, 파도, 조류의 작용 방향에 따라 선회하며 하역 위치에 유지될 수 있다. 구조물 본체(10)는 셔틀탱커(100)와 하역라인(L)으로 연결되어 정제된 원유를 셔틀탱커(100)에 하역한다.
셔틀탱커(100)는 정제된 원유를 하역받아 육지로 나르는 이송 선박으로, 계선라인(H)을 통해 구조물 본체(10)와 계선되며, 하역라인(L)을 통해 원유를 공급받는다. 계선라인(H)은 계류라인(M)과 같이 와이어 또는 합성 섬유 종류의 로프 또는 체인 부재로 형성되며, 하역라인(L)은 굴절 가능한 호스(Hose) 부재로 형성될 수 있다. 셔틀탱커(100)는 원유를 하역받는 동안 일정한 위치를 유지하고 있어야 하므로, 인공위성을 이용하여 선박의 정확한 위치를 파악하고 선박의 위치를 항상 일정하게 유지시키는 자동위치유지장치(DPS; Dynamic Positioning System)을 구비한다. 따라서, 셔틀탱커(100)는 구조물 본체(10)와 이격된 거리를 유지하며 원유를 하역받을 수 있다.
한편, 구조물 본체(10)에는 적어도 하나의 추력발생부(20)가 설치된다. 추력발생부(20)는 추진력을 발생시켜 구조물 본체(10)의 위치를 제어하는 것으로, 선수 또는 선미의 하부에 설치될 수 있다. 추력발생부(20)는 구조물 본체(10)에 작용하는 바람, 파도, 조류 등의 환경적인 영향이 심할 경우 작동하여 구조물 본체(10)를 하역 위치에 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 구조물 본체(10)가 터렛(T)을 중심으로 선회하는 경우 작동하여 구조물 본체(10)의 방향을 강제로 돌릴 수도 있다. 추력발생부(20)는 필요에 따라 구조물 본체(10)의 외부로 돌출되거나 내부로 삽입될 수 있으며, 선회하여 추진 방향을 바꿀 수도 있다. 추력발생부(20)는 프로펠러를 회전시켜 추진력을 발생시키며, 예를 들어, 접이식 추진기(Retractable thruster)나 아지무스 추진기(azimuth thruster)로 형성될 수 있다.
또한, 구조물 본체(10)에는 제1 장력측정부(30)가 구비된다. 제1 장력측정부(30)는 구조물 본체(10)를 계류하는 계류라인(M)의 장력을 측정하는 것으로, 지지부(31)와 제1 로드셀(32)을 포함한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 계류라인(M)은 구조물 본체(10)의 일 측, 예를 들어, 터렛(T)이나 데크를 수직으로 관통하여 구조물 본체(10)의 하방으로 노출되며, 해저면(S)에 고정된 앵커부재에 연결된다. 따라서, 계류라인(M)은 구조물 본체(10)를 해상에 계류하며 지속적으로 장력(F)을 받게 된다. 여기서, 장력이라 함은, 계류라인(M)에 걸리는 힘의 크기를 의미한다. 계류라인(M)에 작용하는 장력(F)이 기준장력 이상이 될 경우, 계류라인(M)이 변형되거나 파손될 수 있으며, 이로 인해, 구조물 본체(10)가 하역 위치를 이탈할 수 있다. 따라서, 제1 장력측정부(30)는 계류라인(M)의 장력을 측정하고 감시하여 계류라인(M)의 변형 및 파손을 예방한다.
지지부(31)는 구조물 본체(10)에 수직으로 배치되는 계류라인(M)에 횡방향으로 고정되는 것으로, 일정한 두께를 갖는 블록 형상의 부재로 형성될 수 있다. 즉, 계류라인(M)은 횡방향으로 배치된 지지부(31)의 상면을 수직으로 관통하여 지지부(31)와 고정된다. 이러한 지지부(31)는 일 측이 구조물 본체(10)에 접하는데, 이 때, 구조물 본체(10)와 지지부(31) 사이에는 제1 로드셀(32)이 개재된다.
제1 로드셀(32)은 지지부(31)와 구조물 본체(10) 사이의 압력값을 측정하는 것으로, 압력센서 또는 하중센서로 형성될 수 있다. 제1 로드셀(32)은 링 형상으로 형성되어 구조물 본체(10)와 지지부(31)의 접촉 부분을 따라 개재될 수 있으나, 이에 한정될 것은 아니며, 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 제1 로드셀(32)은 블록 형상으로 형성되어 구조물 본체(10)를 관통하는 계류라인(M)의 양측으로 각각 쌍을 이루어 배치될 수도 있다. 제1 로드셀(32)이 쌍을 이루어 배치될 경우, 측정된 장력을 서로 비교하여 더욱 정확환 장력값을 도출해낼 수 있다. 그러나, 제1 로드셀(32)이 압력값을 측정하는 것으로 한정될 것은 아니며, 물체의 인장방향의 변형을 감지하는 스트레인 게이지(Strain gauge)로 형성될 수도 있다.
계류라인(M)에 장력(F)이 작용할 경우, 계류라인(M)은 지지부(31)를 가압하게 되며, 지지부(31)와 구조물 본체(10) 사이에 개재된 제1 로드셀(32)은 장력에 해당하는 압력 또는 하중을 받게 된다. 예를 들어, 계류라인(M)에 장력이 많이 걸리는 경우, 제1 로드셀(32)이 받는 압력 또는 하중이 증가하게 되며, 반대로, 장력이 적게 걸리는 경우, 제1 로드셀(32)이 받는 압력 또는 하중은 감소하게 된다. 제1 장력측정부(30)는 제1 로드셀(32)에 작용하는 압력값 또는 하중값을 바탕으로 계류라인(M)에 걸리는 장력을 도출할 수 있으며, 도출된 장력값을 제어부(40)에 전송한다.
제어부(40)는 제1 장력측정부(30)에 의해 측정된 계류라인(M)의 장력값이 기준장력 이내가 되도록 추력발생부(20)를 동작하여 구조물 본체(10)의 위치를 제어하는 것으로, 제1 장력측정부(30)와 추력발생부(20)를 서로 연계한다. 다시 말해, 제어부(40)는 제1 장력측정부(30)로부터 전송된 장력값이 기준장력 이하인지 판단하고, 기준장력 이상일 경우, 기준장력 이내가 되도록 추력발생부(20)를 동작한다. 또한, 제어부(40)는 측정된 장력값과 기준장력 사이의 격차에 따라 단계별로 추력발생부(20)의 추력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 측정된 장력값과 기준장력 사이의 격차가 큰 경우, 제어부(40)는 추력발생부(20)에 작동신호를 제공하여 추력발생부(20)의 추력을 증가시킬 수 있다. 반대로, 측정된 장력값과 기준장력 사이의 격차가 작은 경우, 제어부(40)는 추력발생부(20)의 추력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 효율적으로 추력발생부(20)를 작동시킬 수 있으며, 추력발생부(20)의 작동 과다로 에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 구조물 본체(10)에는 거리측정부(50)가 구비된다. 거리측정부(50)는 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 주변을 통과하는 선박(200) 사이의 거리를 측정하는 것으로, 구조물 본체(10)의 일 측에 설치된다. 거리측정부(50)는 전자기파, 초음파, 레이저 중 적어도 하나를 방사하여 거리를 측정할 수 있으며, 원거리에 있는 선박(200)과의 거리도 측정할 수 있다. 이하, 거리측정부(50)가 전자기파를 방사하여 거리를 측정하는 레이더(radar) 방식으로 형성되는 구조에 관하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 4의 (a)를 참조하여 설명하면, 전자기파의 일종인 마이크로파는 파장이 짧아서 빛과 같은 직진성을 가지며, 안테나 등을 통해 방사된 마이크로파는 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)까지 직선으로 진행한 후 반사되어 돌아온다. 이 때, 반사되어 돌아오는 마이크로파의 시간을 측정하여 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)까지의 거리, 방향 등을 알아낼 수 있으며, 이러한 정보를 통해 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)의 위치도 도출할 수 있다.
제어부(40)는 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 선박(200) 사이의 거리가 너무 근접하거나 이격되지 않도록 추력발생부(20)를 동작하여 구조물 본체(10)의 위치를 제어하는 것으로, 거리측정부(50)와 추력발생부(20)를 서로 연계한다. 다시 말해, 제어부(40)는 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 선박(200) 사이의 거리가 제1 기준거리(D1) 이내로 좁혀지면 추력발생부(20)를 제어하여 제1 기준거리(D1) 이상으로 유지시키고, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 선박(200) 사이의 거리가 제2 기준거리(D2) 이상으로 벌어지면 추력발생부(20)를 제어하여 제2 기준거리(D2) 이내로 유지시킨다. 여기서, 제1 기준거리(D1), 제2 기준거리(D2)라 함은, 특정한 수치값으로 한정될 것은 아니며, 구조물 본체(10)나 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)의 크기 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 특히, 제어부(40)는 측정된 거리값에 따라 단계별로 추력발생부(20)의 추력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 측정된 거리값이 제1 기준거리(D1) 이내 또는 제2 기준거리(D2) 이상일 경우, 제어부(40)는 추력발생부(20)에 작동신호를 제공하여 추력발생부(20)의 추력을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 선박(200) 사이의 거리는 항상 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 구조물 본체(10)에는 제1 원격측정부(60)가 구비되고, 셔틀탱커(100)에는 제2 원격측정부(70)가 구비된다.
도 4의 (b)를 참조하여 설명하면, 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 현재의 위치를 측정하는 위치센서의 일종으로, 각각 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)에 설치된다. 제2 원격측정부(70)는 제1 원격측정부(60)와 전자기파 통신으로 서로 연결된다. 따라서, 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 각각 위치정보를 측정하여 서로 교환할 수 있으며, 제어부(40)는 위치정보를 이용하여 추력발생부(20)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 GPS(Global Positioning System) 수신기로 형성되어 인공위성에서 보내는 신호를 수신하여 현재의 위치를 계산할 수 있다. 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)가 GPS 수신기로 형성될 경우, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)의 위치정보를 실시간으로 측정 및 교환할 수 있다. 따라서, 제어부(40)는 위치정보를 바탕으로 추력발생부(20)를 제어하여 하역 작업 시 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)가 너무 근접하게 배치되어 서로 충돌하거나, 너무 이격되게 배치되어 하역라인(L)이 파손되거나 계선라인(H)에 과도한 장력이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 구조물 본체(10)에는 수심측정부(80)가 구비된다. 수심측정부(80)는 구조물 본체(10)가 부유하는 위치의 수심을 측정하는 것으로, 방사된 초음파가 해저면(S)에 반사되어 돌아오기까지의 시간을 측정하여 수심을 계산한다.
도 5를 참조하여 설명하면, 제어부(40)는 구조물 본체(10)가 부유하는 위치의 총 수심의 10~15%에 해당하는 거리만큼 수평방향으로 이격된 추력발생영역을 설정하고, 추력발생영역 이내로 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)이 들어오면 추력발생부(20)를 구동한다.
구조물 본체(10)가 부유하는 위치의 수심의 10~15%에 해당하는 거리는 하역 작업 시 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)가 이격되어야 하는 최소 거리를 의미하며, 이 거리가 유지되지 않을 경우, 하역라인(L)이 과도하게 굴절되어 원유의 하역이 제대로 이루어지지 않게 된다. 따라서, 총 수심의 10~15%에 해당하는 거리만큼 수평방향으로 이격된 추력발생영역을 설정하고, 추력발생영역 이내로 셔틀탱커(100)가 들어오면 추력발생부(20)를 구동함으로써, 최소 이격 거리를 유지할 수 있다.
추력발생영역은 구조물 본체(10)로부터의 거리에 따라 복수의 구간으로 분할되며, 제어부(40)는 구조물 본체(10)와 근접한 구간일수록 추력발생부(20)의 추력을 점차 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 추력발생영역은 3개의 구간으로 분할되며, 구간 1은 구조물 본체(10)로부터 가장 이격된 구간이고, 구간 3은 구조물 본체(10)에 가장 근접한 구간일 수 있다. 구간 1에 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)이 진입한 경우, 제어부(40)는 추력발생부(20)에 작동신호를 제공하여 추력발생부(20)가 전체 추력의 30%에 해당하는 추력을 발생하도록 제어하며, 구간 3에 셔틀탱커(100) 또는 선박(200)이 진입한 경우, 추력발생부(20)가 전체 추력의 90%에 해당하는 추력을 발생하도록 제어할 수 있다. 즉, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 선박(200) 사이의 거리가 가까울수록 추력발생부(20)는 추력을 증가하여 이격 거리를 증가시킨다.
한편, 제어부(40)는 계류라인(M)이 연결된 지점을 중심으로 구조물 본체(10)의 연장방향을 기준방향이라고 할 때, 셔틀탱커(100)의 선수방향이 기준방향으로부터 기준각도 이상 벗어나면 추력발생부(20)를 제어하여 기준각도 이내로 위치시킨다. 하역 작업 시, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)는 직렬로 배치되되 기준각도 이내로 배치되어야 하며, 기준각도를 벗어날 경우, 하역라인(L)이 과도하게 굴절되어 하역이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 제어부(40)는 셔틀탱커(100)의 선수방향이 구조물 본체(10)의 기준방향으로부터 기준각도 이내로 위치하도록 추력발생부(20)를 제어한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 구조물 본체(10)에는 제1 원격측정부(60)가 구비되고, 셔틀탱커(100)에는 제2 원격측정부(70)가 구비된다.
제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 선수각을 측정하는 방위센서(Heading sensor)의 일종으로, 각각 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)에 설치된다. 여기서, 선수각이라 함은, 물체의 앞부분, 즉, 구조물 본체(10) 또는 셔틀탱커(100)의 선수 부분이 임의의 기준좌표로부터 벗어난 각도를 의미한다. 예를 들어, 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 수평 평면 상에서 각도를 측정하는 gyro 방식으로 선수각을 측정할 수 있다. 그러나, 이에 한정될 것은 아니며, 수직 평면 상에서 각도를 측정하는 MRU(Motion Reference Unit)로 형성될 수도 있다. 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 각각 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)의 무게중심 또는 중심선에 설치되며, 제2 원격측정부(70)는 제1 원격측정부(60)와 전자기파 통신으로 서로 연결된다. 따라서, 제1 원격측정부(60)와 제2 원격측정부(70)는 각각 선수각정보를 측정하여 서로 교환할 수 있으며, 제어부(40)는 선수각정보를 이용하여 추력발생부(20)를 제어할 수 있다.
이 때, 추력발생부(20)는 구조물 본체(10)의 기준방향과 셔틀탱커(100)의 선수방향 사이의 사잇각(θ)을 하역라인(L)의 허용 곡률반경 이내로 제어할 수 있다. 전술한 대로, 하역 작업 시, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)는 직렬로 배치되되 기준각도 이내로 배치되며, 이 때, 하역라인(L)은 부분적으로 굴절될 수 있다. 즉, 하역라인(L)은 일정한 곡률반경을 가지며, 허용 곡률반경 이내로 굴절될 경우 하역이 정상적으로 이루어진다. 따라서, 추력발생부(20)는 구조물 본체(10)의 기준방향과 셔틀탱커(100)의 선수방향이 형성하는 사잇각(θ)이 하역라인(L)의 허용 곡률반경 이내가 되도록 제어하여 원활한 하역 작업이 진행되도록 할 수 있다.
또한, 구조물 본체(10)에는 제2 장력측정부(90)가 구비된다. 제2 장력측정부(90)는 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)를 계선시키는 계선라인(H)의 장력을 측정하는 것으로, 제2 로드셀(93)을 포함한다.
도 7을 참조하여 설명하면, 계선라인(H)은 일 측이 셔틀탱커(100)의 권취부(C)에 연결되고, 타 측은 구조물 본체(10)의 후크부(91)에 연결된다. 즉, 권취부(C)에 권취된 계선라인(H)은 권출되어 후크부(91)에 걸리게 되며, 이로 인해, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)는 서로 계선된다. 따라서, 계선라인(H)은 지속적으로 장력을 받게 되며, 계선라인(H)에 작용하는 장력이 기준장력 이상이 될 경우, 계선라인(H)이 변형되거나 파손되어 셔틀탱커(100)가 하역 위치를 이탈할 수 있다. 따라서, 제2 장력측정부(90)는 계선라인(H)의 장력을 측정하고 감시하여 계선라인(H)의 변형 및 파손을 예방한다.
후크부(91)는 계선라인(H)과 연결되는 것으로, 고리 형태로 부재로 형성된다. 후크부(91)는 구조물 본체(10)의 일 측에 고정 설치된 윈치부(92)에 의해 구조물 본체(10)에 고정되며, 후크부(91)와 윈치부(92) 사이에는 제2 로드셀(93)이 개재된다. 제2 로드셀(93)은 후크부(91)와 윈치부(92) 사이의 압력값을 측정하는 것으로, 전술한 제1 로드셀(32)과 같이 압력센서 또는 힘센서로 형성될 수 있다.
계선라인(H)에 장력이 작용할 경우, 계선라인(H)은 후크부(91)를 당기게 되며, 후크부(91)와 윈치부(92) 사이에 개재된 제2 로드셀(93)은 장력에 해당하는 압력 또는 힘을 받게 된다. 예를 들어, 계선라인(H)에 장력이 많이 걸리는 경우, 제2 로드셀(93)이 받는 압력 또는 힘이 증가하게 되며, 반대로 장력이 적게 걸리는 경우, 제2 로드셀(93)이 받는 압력 또는 힘이 감소하게 된다. 제2 장력측정부(90)는 제2 로드셀(93)에 작용하는 압력값 또는 힘값을 바탕으로 계선라인(H)에 걸리는 장력을 도출할 수 있으며, 도출된 장력값을 제어부(40)에 전송한다.
제어부(40)는 제2 장력측정부(90)와 추력발생부(20)를 서로 연계하며, 계선라인(H)의 장력값이 기준장력 이내가 되도록 추력발생부(20)를 동작하여 구조물 본체(10)의 위치를 제어한다. 다시 말해, 제어부(40)는 제2 장력측정부(90)로부터 전송된 장력값이 기준장력 이하인지 판단하고, 기준장력 이상일 경우, 기준장력 이내가 되도록 추력발생부(20)를 동작한다.
도 8은 추력 발생부의 추력 변화 모습을 도시한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물(1)은, 계류라인(M)의 장력, 주변 선박(200)과의 거리, 셔틀탱커(100)와의 선수각, 및 셔틀탱커(100)와의 거리에 따라 추력발생부(20)를 동작하여 하역 위치 및 추력 방향의 제어가 가능하다. 따라서, 계류라인(M), 계선라인(H), 하역라인(L)의 파손을 방지할 수 있으며, 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100) 또는 주변 선박(200)과의 충돌을 방지할 수 있다.
도 8을 참조하여 설명하면, 추력발생부(20)는 제1 장력측정부(30)로부터 측정된 계류라인(M)의 장력값이 클수록 추력을 증가시킨다. 계류라인(M)에 작용하는 장력값이 크다는 것은 구조물 본체(10)가 하역 위치를 이탈하려는 힘이 강함을 의미한다. 따라서, 추력발생부(20)는 추력을 증가시켜 계류라인(M)에 걸리는 장력을 감소시키고, 구조물 본체(10)가 하역 위치를 이탈하지 않도록 제어한다.
또한, 추력발생부(20)는 주변 선박(200) 사이의 거리값이 작을수록 추력을 증가시킨다. 주변 선박(200)과의 거리값이 작다는 것은 구조물 본체(10)와 선박(200)이 근접함을 의미한다. 따라서, 추력발생부(20)는 추력을 증가시켜 구조물 본체(10)가 선박(200)으로부터 멀리 이격되도록 제어한다.
또한, 추력발생부(20)는 구조물 본체(10)의 기준방향과 셔틀탱커(100)의 선수방향이 형성하는 선수각값이 증가할수록 추력을 증가시킨다. 선수각값이 크다는 것은 셔틀탱커(100)의 선수방향이 구조물 본체(10)의 기준방향으로부터 많이 벗어났음을 의미한다. 따라서, 추력발생부(20)는 추력을 증가시켜 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)의 선수각이 기준각도 이내, 특히, 하역라인(L)의 허용 곡률반경 이내가 되도록 제어한다.
마지막으로, 추력발생부(20)는 셔틀탱커(100) 사이의 거리값이 작을수록 추력을 증가시킨다. 셔틀탱커(100)와의 거리값이 작다는 것은 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)가 근접함을 의미한다. 하역 작업을 위해서는 구조물 본체(10)와 셔틀탱커(100)가 어느 정도 근접하게 배치되어야 하나, 과도하게 근접할 경우, 하역라인(L)이 굴절되어 하역이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 추력발생부(20)는 추력을 증가시켜 구조물 본체(10)가 셔틀탱커(100)와 최소 이격거리를 유지하도록 제어한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물
10: 구조물 본체 20: 추력발생부
30: 제1 장력측정부 31: 지지부
32: 제1 로드셀 40: 제어부
50: 거리측정부 60: 제1 원격측정부
70: 제2 원격측정부 80: 수심측정부
90: 제2 장력측정부 91: 후크부
92: 윈치부 93: 제2 로드셀
100: 셔틀탱커 200: 선박
F: 장력 H: 계선라인
L: 하역라인 M: 계류라인
S: 해저면 T: 터렛

Claims (11)

  1. 해저면과 연결된 계류라인을 통하여 해상에 계류하며 셔틀탱커와 하역라인으로 연결된 구조물 본체;
    상기 구조물 본체에 설치되어 상기 구조물 본체의 위치를 제어하는 추력발생부;
    상기 계류라인의 장력을 측정하는 제1 장력측정부; 및
    상기 제1 장력측정부에 의해 측정된 장력값이 기준장력 이내가 되도록 상기 추력발생부를 동작시키는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 계류라인이 연결된 지점을 중심으로 상기 구조물 본체의 연장방향을 기준방향이라고 할 때, 상기 셔틀탱커의 선수방향이 상기 기준방향으로부터 기준각도 이상 벗어나면 상기 추력발생부를 제어하여 상기 기준각도 이내로 위치시키는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 장력측정부는,
    상기 계류라인에 고정된 지지부, 및
    상기 구조물 본체와 상기 지지부 사이에 개재되어 상기 지지부와 상기 구조물 본체 사이의 압력값을 측정하는 제1 로드셀을 포함하는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 구조물 본체에 설치되어 전자기파, 초음파, 레이저 중 적어도 하나를 방사하여 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 주변을 통과하는 선박 사이의 거리를 측정하는 거리측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 상기 선박 사이의 거리가 제1 기준거리 이내로 좁혀지면 상기 추력발생부를 제어하여 상기 제1 기준거리 이상으로 유지시키고, 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 상기 선박 사이의 거리가 제2 기준거리 이상으로 벌어지면 상기 추력발생부를 제어하여 상기 제2 기준거리 이내로 유지시키는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 구조물 본체에 설치되는 제1 원격측정부;
    상기 셔틀탱커에 설치되며 상기 제1 원격측정부와 전자기파 통신으로 서로 연결된 제2 원격측정부를 더 포함하며,
    상기 제1 원격측정부와 상기 제2 원격측정부는 각각 위치정보를 측정하여 서로 교환하고, 상기 제어부는 상기 위치정보를 이용하여 상기 추력발생부를 제어하는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  5. 해저면과 연결된 계류라인을 통하여 해상에 계류하며 셔틀탱커와 하역라인으로 연결된 구조물 본체;
    상기 구조물 본체에 설치되어 상기 구조물 본체의 위치를 제어하는 추력발생부;
    상기 계류라인의 장력을 측정하는 제1 장력측정부;
    상기 제1 장력측정부에 의해 측정된 장력값이 기준장력 이내가 되도록 상기 추력발생부를 동작시키는 제어부; 및
    상기 구조물 본체에 설치되어 전자기파, 초음파, 레이저 중 적어도 하나를 방사하여 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커 또는 주변을 통과하는 선박 사이의 거리를 측정하는 거리측정부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 구조물 본체가 부유하는 위치의 수심의 10~15%에 해당하는 거리만큼 수평방향으로 이격된 추력발생영역을 설정하고, 상기 추력발생영역 이내로 상기 셔틀탱커 또는 상기 선박이 들어오면 상기 추력발생부를 구동하는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 추력발생영역은 상기 구조물 본체로부터의 거리에 따라 복수의 구간으로 분할되며,
    상기 제어부는 상기 구조물 본체와 근접한 구간일수록 상기 추력발생부의 추력을 점차 증가시키는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서, 상기 구조물 본체에 설치되는 제1 원격측정부;
    상기 셔틀탱커에 설치되며 상기 제1 원격측정부와 전자기파 통신으로 서로 연결된 제2 원격측정부를 더 포함하며,
    상기 제1 원격측정부와 상기 제2 원격측정부는 각각 선수각정보를 측정하여 서로 교환하고, 상기 제어부는 상기 선수각정보를 이용하여 상기 추력발생부를 제어하는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 추력발생부는 상기 구조물 본체의 기준방향과 상기 셔틀탱커의 선수방향 사이의 사잇각을 상기 하역라인의 허용 곡률반경 이내로 제어하는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 구조물 본체와 상기 셔틀탱커를 계선시키는 계선라인의 장력을 측정하는 제2 장력측정부를 더 포함하며, 상기 제2 장력측정부는 상기 계선라인과 연결되는 후크부와 상기 구조물 본체에 상기 후크부를 고정하는 윈치부 사이에 개재되어 상기 후크부와 상기 윈치부 사이의 압력값을 측정하는 제2 로드셀을 포함하는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 구조물 본체는 터렛(Turret)을 통하여 상기 계류라인과 연결되는 하역 위치의 제어가 용이한 부유식 해상구조물.
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