KR101601025B1 - 운동 감쇠 기능을 갖는 해양 구조물용 플랫폼 및 이를 갖는 반잠수식 해양 구조물 - Google Patents

운동 감쇠 기능을 갖는 해양 구조물용 플랫폼 및 이를 갖는 반잠수식 해양 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수 내에 배치되며, 격자 상으로 서로 연결되는 수평 연결부와; 상기 수평 연결부의 사방 모서리부에서 상기 해수 상으로 돌출되도록 세워져 설치되는 수직 연결부; 및 상기 사방 모서리부 각각에서, 상기 수직 연결부로부터 이웃하는 상기 수평 연결부를 따라 연장되며, 상하로의 갭을 이루도록 판 상으로 형성되는 운동 감쇠부를 포함하는 해양 구조물용 플랫폼을 제공한다.

Description

운동 감쇠 기능을 갖는 해양 구조물용 플랫폼 및 이를 갖는 반잠수식 해양 구조물{MOTION ATTENUATING PLATFORM FOR OFFSHORE STRUCTURES AND MARINE SEMI-SUBMERSIBLE STRUCTURES EQUIPPED WITH IT}
본 발명은 해양 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상에서의 상하동요, 횡동요 및 종동요 운동을 효율적으로 감쇠시킬 수 있는 운동 감쇠 기능을 갖는 해양 구조물용 플랫폼 및 이를 갖는 반잠수식 해양 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 해상에서의 복합발전 구조물과 같은 반잠수식 해상 구조물은 상부 갑판 상에 천공을 위한 고가의 드릴링 시스템을 구비하고 있으며, 해상에서 부유된 채 일정한 위치에 계류되어 사용된다.
예컨대, 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 해상 구조물의 경우, 드릴링 작업시 각종 장비들이 드릴링 리그선의 상부 갑판에서 해저까지 연장되어 있기 때문에, 드릴링 리그선의 상하 움직임에 매우 큰 영향을 받게 된다.
즉, 반잠수식 해상 구조물은 해상에서 부유된 채 사용되므로, 필연적으로 해수의 유동에 의해 움직임이 발생할수 밖에 없다.
즉, 해상에서 해상 구조물의 상하동요, 횡동요 및 종동요 운동이 지속적으로 발생되면, 이는 해상 구조물에 설치되는 각종 드릴링 장비들의 성능에 큰 영향을 미치며, 나아가서는 드릴링 장비들이 파손될 우려가 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2010-0090991호(공개일 : 2010년 08월 18일)가 있다.
본 발명의 목적은, 해상에서의 상하(heave)동요, 횡(roll)동요 및 종(pitch)동요 운동을 효율적으로 감쇠시켜 해상 구조물을 해상에서 안정적으로 계류시키도록 할 수 있는 운동 감쇠 기능을 갖는 해양 구조물용 플랫폼 및 이를 갖는 반잠수식 해양 구조물을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 폰툰(pontoon)과 칼럼(column)이 연결되는 부분에서의 지지력을 향상시켜, 해상에서의 구조물 안정을 도모할 수 있는 운동 감쇠 기능을 갖는 해양 구조물용 플랫폼 및 이를 갖는 반잠수식 해양 구조물을 제공함에 있다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명은 해수 내에 배치되며, 격자 상으로 서로 연결되는 수평 연결부와; 상기 수평 연결부의 사방 모서리부에서 상기 해수 상으로 돌출되도록 세워져 설치되는 수직 연결부; 및 상기 사방 모서리부 각각에서, 상기 수직 연결부로부터 이웃하는 상기 수평 연결부를 따라 연장되며, 상하로의 갭을 이루도록 판 상으로 형성되는 운동 감쇠부를 포함하는 해양 구조물용 플랫폼을 제공한다.
상기 운동 감쇠부는, 상기 갭을 이루고, 상기 수평 연결부의 내측을 따라 개구되는 한 쌍의 운동 감쇠판을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수평 연결부에 에워싸이는 상기 한 쌍의 운동 감쇠판 각각의 외측 둘레는, 다각 또는 원형 또는 부채꼴 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 운동 감쇠판에는, 상하를 따라 관통되는 와류 유도홀이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 와류 유도홀은, 상기 수직 연결부의 일부를 노출시키도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 수평 연결부에 에워싸이는 상기 와류 유도홀의 내주 일부는, 상기 한 쌍의 운동 감쇠판 각각의 외측 둘레 형상과 상응하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 운동 감쇠판의 사이 공간에는, 상기 한 쌍의 운동 감쇠판 각각을 연결하여 지지하는 하나 또는 다수의 수직 보강 부재가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 수직 보강 부재는, 원통 또는 원기둥 형상 또는 사각통 또는 사각 기둥 또는 I빔 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 운동 감쇠판 중 적어도 하나에는, 방사형 보강 부재가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 방사형 보강 부재는, 상기 운동 감쇠판의 내측면을 따라 상기 수직 보강 부재의 둘레와, 상기 운동 감쇠판의 둘레를 연결하도록 형성될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 상술한 해양 구조물용 플랫폼을 포함하는 반잠수식 해양 구조물을 제공한다.
본 발명은, 해상에서의 상하동요, 횡동요 및 종동요 운동을 효율적으로 감쇠시켜 해상 구조물을 해상에서 안정적으로 계류시키도록 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 폰툰과 칼럼이 연결되는 부분에서의 지지력을 향상시켜, 해상에서의 구조물 안정을 도모할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 해양 구조물용 플랫폼을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 표시 부호 A의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 운동 감쇠판들의 결합 전 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따르는 운동 감쇠부의 다양한 형상의 예를 보여주는 도면들이다.
도 5는 본 발명에 따르는 보강부를 보여주는 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따르는 운동 감쇠부에 수직 및 방사형 보강 부재가 설치되는 예를 보여주는 사시도들이다.
도 8은 본 발명에 따르는 운동 감쇠부에 와류 유도홀이 형성되는 예를 보여주는 사시도이다.
도 9는 운동 감쇠부가 설치되지 않은 해양 구조물과, 본 발명의 해양 구조물과의 공진 운동응답과, 공진 운동주기를 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 해양 구조물용 플랫폼을 갖는 해양 구조물을 설명한다.
본 발명의 해양 구조물은 반잠수식 해양 구조물로서, 해상에 계류되어 복합 발전을 수행하는 설비이다.
도 1은 본 발명의 해양 구조물용 플랫폼을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 표시 부호 A의 확대 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따르는 운동 감쇠판들의 결합 전 상태를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조 하면, 본 발명의 해양 구조물은 해양 구조물용 플랫폼을 갖는다.
상기 해양 구조물용 플랫폼은 크게 수평 연결부(100)와, 수직 연결부(200)와, 운동 감쇠부(300)로 구성된다.
수평 연결부(100)
상기 수평 연결부(100)는 격자 형상으로 형성되며, 해상에 배치된다. 여기서, 상기 수평 연결부(100)는 폰툰(pontoon, 110)으로 형성된다.
즉, 상기 수평 연결부(100)는 격자 형상의 프레임을 형성하는 폰툰(110)으로 구성된다.
물론, 본 발명에서는 수평 연결부(100)가 격자 형상으로 형성되는 예를 대표적인 예로 설명하지만, 격자 형상 이외의 다른 형상도 가능하다.
수직 연결부(200)
본 발명에 따르는 수직 연결부(200)는 수직 프레임과 같은 형상을 갖는 컬럼(column, 210)으로 구성된다.
상기 수직 연결부(200)는 수평 연결부(100)의 사방 모서리부에서 수평 연결부(100)를 기준으로 수직을 이루도록 설치된다.
따라서, 수직 연결부(200)는 총 4개로 구성될 수 있다.
또한, 4개의 수직 연결부(200)는 수평 연결부(100)의 사방 모서리부에서 해상으로 돌출될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 수직 연결부들(200)의 상단에는 해양 구조물의 갑판이 설치될 수 있다.
운동 감쇠부(300)
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명에서는, 수평 연결부(100)의 사방 모서리부에서는 두 개의 폰툰(110)과, 두 개의 폰툰(110) 모서리에서 수직을 이루는 하나의 컬럼(210)으로 구성되는 부분이 총 4부분을 이룬다.
이하, 상기 4부분을 모서리 영역(EA)이라 한다. 이에 따라, 본 발명에 따르는 수평 연결부(100)와 수직 연결부들(200)의 사이에는 4개의 모서리 영역(EA)이 형성된다.
본 발명에 따르는 운동 감쇠부(300)는 상술한 4개의 모서리 영역(EA)에 설치된다.
도 2 및 도 3을 참조 하면, 상기 운동 감쇠부(300)는 한 쌍의 운동 감쇠판(310)으로 구성된다.
여기서, 상기 한 쌍의 운동 감쇠판(310)의 크기 및 형상은 동일하게 형성되는 것이 좋다.
상기 운동 감쇠판(310)은 서로 직각을 이루는 한 쌍의 연결면(S1)과, 상기 한 쌍의 연결면(S1)을 연결하여 외측 둘레를 이루는 둘레면(S2)으로 형성되는 판 몸체(plate body)로 구성된다.
즉, 상기 판 몸체의 일단 모서리는 상기 컬럼(210)에 연결되고, 상기 한 쌍의 연결면(S1)은 상기 일단 모서리로부터 이웃하는 두 개의 폰툰(110)을 따라 연장된다.
또한, 상기 둘레면(S2)은 다각 형상으로 형성되며, 바람직하게 3개의 면을 이루도록 절개되어 형성될 수 있다.
그리고, 상기 판 몸체의 일단 모서리는 해당 컬럼(210)의 둘레에 끼워지도록 형성되고, 용접 방식을 통해 연결되는 것이 좋다.
또한, 판 몸체의 연결면(S1)을 형성하는 부분은 두 개의 폰툰(110)의 상면 또는 하면에 용접 방식을 통해 설치되는 것이 좋다.
한편, 상기 한 쌍의 운동 감쇠판(310)은 상측 운동 감쇠판(311)과, 하측 운동 감쇠판(312)으로 구성된다.
상기 상측 및 하측 운동 감쇠판(311,312)은 서로 동일한 형상으로 형성되며, 모서리 영역(EA) 각각에 설치된다.
상기 상측 운동 감쇠판(311)은 해당 모서리 영역(EA)에서, 두 개의 폰툰(110)의 상면에 설치되고, 상기 하측 운동 감쇠판(312)은 상기 해당 모서리 영역(EA)에서, 상기 두 개의 폰툰(210)의 하면에 설치된다.
따라서, 상기 상측 및 하측 운동 감쇠판(311,312)은 상하를 따라 서로 마주보도록 배치된다.
상기 상측 및 하측 운동 감쇠판(311,312)의 사이에는 갭(G)을 이루는 공간이 형성되며, 일측으로 개구되는 형상을 이룬다.
본 발명에서는 상기와 같이 4군데의 모서리 영역(EA) 각각에서, 2개의 폰툰(110)의 상면과 하면에서 각각의 운동 감쇠판(310)이 설치되기 때문에, 지지력이 증가될 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명에서와 같이 폰툰(11)의 상면과 하면에 상측 및 하측 운동 감쇠판(311,312)을 부착하는 이유는, 폰툰(110)의 하측에만 운동 감쇠판이 설치되는 경우에 비하여, 상측 및 하측 운동 감쇠판(311,312)을 개별적으로 분리 및 이격을 통해 운동 감쇠판(310)의 쉘(shell)만의 두께를 이루도록 함으로써, 와류가 발생하는 지점의 두께를 감소시키기 위함이다.
여기서, 댐핑 플레이트(Damping Plate)인 운동 감쇠판(310)의 두께는 커질 수록 와류 발생이 줄어들어 점성 감쇠가 감소한다.
이에 따라, 와류 발생이 증가하여 점성 감쇠도 증가하고, 운동 저감효과를 극대화 시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 운동 감쇠판(310)을 각각의 모서리 영역(EA)에서 단일의 판 구성이 아닌, 상하로 분리하여 구성함으로써, 구조물 운동저감에 유리할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따르는 운동 감쇠부의 다양한 형상의 예를 보여주는 도면들이다.
도 4를 참조 하면, 본 발명에 따르는 운동 감쇠판은 도 1 내지 도 3 및 도 4의 (a)에 도시된 형상으로 형성될 수도 있고, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시되는 바와 같이 사각 및 삼각의 플레이트 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 도 4(d)에 도시되는 바와 같이, 부채꼴 또는 원형의 플레이트 형상으로 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따르는 보강부를 보여주는 사시도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따르는 운동 감쇠부에 수직 및 방사형 보강 부재가 설치되는 예를 보여주는 사시도들이다.
도 5 내지 도 7을 참조 하면, 본 발명에 따르는 운동 감쇠부(300)는 보강부(400)를 갖는다.
상기 보강부(400)는 수직 보강 부재(410)와, 방사형 보강 부재(420)로 구성된다.
상기 수직 보강 부재(410)는 하나 또는 다수로 마련되어, 한 쌍의 운동 감쇠판(310)의 사이에 설치된다.
상기 수직 보강 부재(410)는 원통 또는 원기둥 형상 또는 사각통 또는 사각 기둥 또는 I빔 형상으로 형성된다.
상기 수직 보강 부재(410)의 상단은 상측 운동 감쇠판(311)의 하면을 지지하고, 하단은 하측 운동 감쇠판(312)의 상면을 지지한다.
바람직하게, 상기 수직 보강 부재(410)는 상측 및 하측 운동 감쇠판(311,312)에 용접 방식으로 고정되는 것이 좋다.
또한, 상기 수직 보강 부재(410)가 단일개로 설치되는 경우, 운동 감쇠판(310)의 중심부에 설치되는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 한 쌍의 운동 감쇠판(310) 중 적어도 하나에는 방사형 보강 부재(420)가 설치된다.
상기 방사형 보강 부재(420)는 상기 운동 감쇠판(310)의 내측면을 따라 상기 수직 보강 부재(410)의 둘레와, 상기 운동 감쇠판(310)의 둘레를 연결하도록 설치된다.
도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 방사형 보강 부재(420)가 하측 운동 감쇠판(312)에 설치되는 경우를 설명한다.
상기 방사형 보강 부재(420, Radial Stiffener)는 수직 보강 부재(410)의 둘레로부터 방사상을 이루어 연장 형성된다.
여기서, 상기 방사형 보강 부재(420)의 끝단은 하측 운동 감쇠판(312)의 외곽 둘레에 연결되도록 형성된다.
상기와 같은 구성에 의해, 본 발명에서의 4부분의 모서리 영역(EA)에 각각 설치되는 운동 감쇠부(300)에서, 운동 감쇠판(310)은 상술한 수직 보강 부재(410) 및 방사형 보강 부재(420)에 의해 지지되기 때문에, 해상에서의 파랑과 같은 외력이 가해지는 경우 뒤틀리거나 하는 등의 문제를 해결함과 아울러, 외력을 용이하게 분산시켜 소실시킬 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명에 따르는 운동 감쇠부에 와류 유도홀이 형성되는 예를 보여주는 사시도이다.
도 8을 참조 하면, 본 발명에 따르는 운동 감쇠부(300)에는 와류 유도홀(320)이 형성된다.
상기 와류 유도홀(320)은 한 쌍의 운동 감쇠판(310)을 관통하도록 형성되며, 바람직하게, 해당 모서리 영역(EA)에서의 컬럼(210)이 노출되도록 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 와류 유도홀(320)의 형상은 운동 감쇠판(310)의 형상에 상응하는 형상으로 형성되는 것이 좋다.
따라서, 본 발명에서, 4군데의 모서리 영역(EA)에 설치되는 각각의 운동 감쇠부(300)에 와류 유도홀(320)이 형성됨으로써, 각 모서리 영역(EA)에는 와류가 용이하게 형성되어 구조물의 운동을 효율적으로 저감시킬 수 있는 잇점이 있다.
도 9는 운동 감쇠부가 설치되지 않은 해양 구조물과, 본 발명의 해양 구조물과의 공진 운동응답과, 공진 운동주기를 비교한 그래프이다.
도 9를 참조 하면, (a)는 상하(heave)동요 결과이고, (b)는 종(pitch)동요 결과이다.
상기 (a) 및 (b) 각각은, 운동 감쇠부가 설치되지 않은 해양 구조물(w/o Damping Plate)과, 본 발명의 해양 구조물(w/ Damping Plate)과의 공진 운동응답과, 공진 운동주기의 비교 결과이다.
상기 (a)와 (b)는 수치 해석을 통해 얻은 결과이며, 이의 결과에서와 같이 상하동요 및 종동요는, 운동 감쇠부가 설치되지 않은 해양 구조물에 비해 본 발명(w/ Damping Plate)의 경우가 공진 운동응답이 저감되고 공진 운동주기가 장주기(저주파수) 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
여기서, RAO(Response Amplitude Operator)는 구조물의 운동 크기를 나타내는 지표이고, 'Wave frequency'는 파랑의 특성을 나타내는 지표이다.
상기의 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는, 해상에서의 상하동요, 횡동요 및 종동요 운동을 효율적으로 감쇠시켜 해양 구조물을 해상에서 안정적으로 계류시키도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는 폰툰과 칼럼이 연결되는 부분에서의 지지력을 향상시켜, 해상에서의 구조물 안정을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 해양 구조물용 플랫폼을 갖는 해양 구조물에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 수평 연결부
110 : 폰툰
200 : 수직 연결부
210 : 컬럼
300 : 운동 감쇠부
310 : 운동 감쇠판
311 : 상측 운동 감쇠판
312 : 하측 운동 감쇠판
320 : 와류 유도홀
400 : 보강부
410 : 수직 보강 부재
420 : 방사형 보강 부재
EA : 모서리 영역

Claims (9)

  1. 해상에 배치되며, 격자 상으로 서로 연결되는 수평 연결부;
    상기 수평 연결부의 사방 모서리부에서 상기 해상으로 돌출되도록 세워져 설치되는 수직 연결부; 및
    상기 사방 모서리부 각각에서, 상기 수직 연결부로부터 이웃하는 상기 수평 연결부를 따라 연장되며, 상하로의 갭을 이루도록 판 상으로 형성되는 운동 감쇠부를 포함하고,
    상기 운동 감쇠부는, 상기 갭을 이루고, 상기 수평 연결부의 내측을 따라 개구되는 한 쌍의 운동 감쇠판을 포함하고,
    상기 한 쌍의 운동 감쇠판의 사이 공간에는, 상기 한 쌍의 운동 감쇠판 각각을 연결하여 지지하는 하나 또는 다수의 수직 보강 부재가 설치되고,
    상기 한 쌍의 운동 감쇠판 중 적어도 하나에는, 상기 수직 보강 부재의 둘레로부터 방사상을 이루어 연장되는 방사형 보강 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물용 플랫폼.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 연결부에 에워싸이는 상기 한 쌍의 운동 감쇠판 각각의 외측 둘레는, 다각 또는 원형 또는 부채꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물용 플랫폼.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 운동 감쇠판에는, 상하를 따라 관통되는 와류 유도홀이 형성되되,
    상기 와류 유도홀은,
    상기 수직 연결부의 일부를 노출시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물용 플랫폼.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수평 연결부에 에워싸이는 상기 와류 유도홀의 내주 일부는,
    상기 한 쌍의 운동 감쇠판 각각의 외측 둘레 형상과 상응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물용 플랫폼.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 보강 부재는,
    원통 또는 원기둥 형상 또는 사각통 또는 사각 기둥 또는 I빔 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물용 플랫폼.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 방사형 보강 부재는,
    상기 운동 감쇠판의 내측면을 따라 상기 수직 보강 부재의 둘레와, 상기 운동 감쇠판의 둘레를 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 구조물용 플랫폼.
  9. 제1항, 제3항 내지 제5항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항의 해양 구조물용 플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양 구조물.
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