KR101721843B1 - 라이저 어레이의 와유기 진동의 억제 - Google Patents

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Abstract

유동 유체 환경 하의 구조체 어레이를 포함하는 시스템이 제공된다. 상기 어레이는 적어도 3 개의 구조체와, 이들 구조체 중 적어도 2 개에 와유기 진동 억제 장치를 포함한다.

Description

라이저 어레이의 와유기 진동의 억제{VORTEX-INDUCED VIBRATION (VIV) SUPPRESSION OF RISER ARRAYS}
본 발명은 복수 개의 구조체의 항력 및/또는 와유기 진동 (VIV;vortex induced vibration) 을 감소시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
실린더와 같은 깎아지른 형태의 물체의 경우 유동 유체 환경 하에서 유속이 발생할 때마다 와유기 진동을 경험할 수 있다. 이러한 진동은 표면에 가해지는 동역학적 힘의 변동으로 인해 유발될 수도 있으며, 특히, 가해진 힘의 주파수가 구조체의 고유 주파수와 같거나 유사한 경우 구조체의 실질적인 진동을 유발할 수 있다.
천연 가스를 액화 및 기화시키기 위하여 부유식 선박이 사용될 수도 있다. 천연 가스의 냉각 또는 가열에는 해수가 사용될 수도 있다. 온도차를 고려하여 해수의 유입구와 유출구를 분리시키는 것이 바람직할 수도 있다. 소정 깊이의 해수를 포집하거나 부유식 선박으로부터 물을 침전시키기 위하여 복수 개의 라이저 (riser) 가 사용될 수도 있다. 이들 라이저는 와유기 진동에 노출될 수도 있다.
소정 수역 아래에 존재하는 지하 퇴적물로부터 탄화 수소 화합물 등을 시추 및/또는 생산하는 작업을 수행하는 경우, 수중 시추 및 생산 장비는 수류 및 와유기 진동에 노출되어 있다. 이와 같이 와유기 진동에 노출되는 장비의 예에는, 규모가 비교적 작은 라이저 시스템의 배관 설비, 정박용 텐던 (anchoring tendon) 또는 측면 관로를 비롯하여 규모가 비교적 큰 소형 돛대 또는 돛대 부양 시스템 (이하, "돛대"라 함) 의 선체의 수중 실린더를 포함하는 다양한 구조체가 포함된다.
일반적으로, 라이저 배관, 텐던 또는 돛대에 가해지는 응력의 크기는 구조체를 통과하는 수류의 유속 및 구조체의 길이의 함수로서 나타내어질 수 있다. 즉, 유속 및 길이가 증가할수록 응력도 커진다.
소정의 유동 유체 환경 하에서는 선형 구조체에 작용하는 유속이 적정 수준인 경우에도 응력이 야기될 수 있음에 주목하여야 한다. 강 입구 부근이나, 대양에 접어드는 영역 또는 대양의 심해 영역에서 이루어지는 근해 오일 및 가스 시추 시에 이와 같이 적정 수준 이상의 유속과 쉽게 맞닥뜨릴 수 있다.
유동 유체 환경에서 유속에 의해 야기되는 응력의 종류에는 크게 두 가지가 있다. 그 첫 번째 종류의 응력은 유속의 방향과 주로 직교하는 방향으로 구조체를 진동시키는 와류 유기 교번 힘 ("와유기 진동") 에 의해 유발될 수도 있다. 유체가 구조체를 통과하여 유동할 때, 구조체의 각각의 측면으로부터 교번적으로 와류가 발산될 수도 있다. 이러한 와류 발산은 유속에 대해 횡 방향으로 구조체가 요동치도록 하는 힘을 생성하게 된다. 이러한 고조파 부하의 주파수가 구조체의 고유 주파수 중 하나와 유사하다면, 유속에 대해 횡 방향으로 큰 폭의 진동이 발생할 수 있다. 이러한 진동은 구조체 및 용접부의 경도 및 강도에 따라 허용할 수 없는 수준의 짧은 피로 수명을 초래할 수 있다. 사실, 해상 환경에서 높은 유속 조건에 의해 유발되는 응력으로 인해 라이저와 같은 구조체의 파단 및 해저로의 추락이 야기되는 것으로 알려져 왔다.
두 번째 종류의 응력은 유체 유동에 대한 구조체의 저항력으로 인해 유속 방향으로 구조체를 미는 힘인 항력에 의해 유발될 수도 있다. 이러한 항력은 구조체의 와유기 진동에 의해 증폭될 수도 있다. 예를 들어, 와류 발산으로 인해 진동하는 라이저 (수직 관) 의 경우 일반적으로, 그 주위에서 수류가 분열될 확률이 정지 상태의 라이저에서보다 높다. 그 결과, 수류로부터 라이저로 전달되는 에너지의 양이 증가될 수 있어, 항력이 증가될 수 있다.
수중 구조체의 진동 및/또는 항력을 감소시키기 위하여 많은 유형의 장치가 개발되어 왔다. 수중 구조체로부터 발산되는 와류에 의해 유발되는 진동을 감소시키도록 사용되는 전술한 바와 같은 장치 중 일부는 반류 (wake) 의 안정화를 기반으로 작동한다. 이 방법은 유선형 페어링 (fairing), 반류 스플리터 (splitter) 및 플래그 (flag) 의 사용을 포함한다.
수중 구조체로부터 발산되는 와류에 의해 유발되는 진동을 감소시키도록 사용되는 장치들은, 구조체의 길이와 와류 발산과의 상관성을 배제하기 위하여, 구조체 둘레의 유동 경계 층을 조절하는 방식으로 작동될 수도 있다. 이러한 장치로는 슬리브 형태의 장치, 예를 들어, 나선형 스트레이크 (strake), 쉬라우드 (shroud), 페어링, 그리고 실질적으로 원통형의 슬리브가 있다.
바람이 부는 상태 또는 다른 유동 유체 환경 하에서 세장형 구조체는 수중 환경에서 직면하게 되는 바와 견줄만한 와유기 진동 및/또는 항력에 직면할 수 있다. 마찬가지로, 지면으로 멀리까지 연장하여 와유기 진동 및/또는 항력이 지나치게 큰 세장형 구조체의 경우, 와유기 진동 및/또는 항력 감소 장치를 설치하기 위해 작업자가 해당 설치 위치에 도달하기가 너무 어렵고 위험할 수 있으며 비용이 많이 들 수 있다.
유동 유체 환경 하에서 구조체에 작용하는 와유기 진동을 억제하며 항력을 감소시키기 위해 페어링이 사용될 수도 있다. 페어링은 코드 (chord) 대 길이의 비율로 정의될 수도 있으며, 상기 비율은 페어링의 길이가 길수록 커진다. 항력 저항의 관점에서 길이가 긴 페어링이 길이가 짧은 페어링보다 효과적이긴 하지만 길이가 길 경우 불안정할 수도 있다. 길이가 짧은 페어링은 불안정성은 덜하지만, 유동 유체 환경 하에서 항력이 커질 수도 있다.
미국 특허 제 6,223,672 호에는 실질적으로 원통형의 해상 부재에서의 와유기 진동을 억제하기 위한 초단 길이의 페어링이 개시되어 있다. 이러한 초단 길이의 페어링은 둘레가 적어도 대략 270°에 걸쳐 연장하는 해상 부재의 원형 프로파일에 의해 실질적으로 획정되는 전단 가장자리와, 상기 해상 부재, 즉, 라이저의 원형 프로파일을 벗어나 후단 가장자리로 수렴하는 한 쌍의 소정 형상을 갖춘 측면을 구비한다. 상기 개시된 초단 길이의 페어링의 두께 치수와 코드 길이는 코드 대 두께의 비율이 대략 1.20 내지 1.10 사이가 되도록 결정된다. 전술한 바와 같은 미국 특허 제 6,223,672 호는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있다.
미국 특허 제 3,978,804 호에는 소정 수역에서 부유하도록 구성된 구조체, 특히, 수중에 시추공을 형성하기 위한 구조체가 개시되어 있다. 이러한 구조체의 적어도 일부를 해수면 위에 지지하기 위해 부력을 갖춘 부재가 사용된다. 상기 구조체에는 일련의 평행한 다리 부재가 마련되어 수정 수역의 해저 바닥에 위치한 닻에 연결되어 있다. 각각의 다리 부재는, 통상 라이저로 불리우는 대구경 관과 같은, 복수 개의 세장형 부재로 구성되어 있다. 이들 라이저는 평행하게 설치된다. 각각의 레그 부재의 라이저를 따라 수직 방향으로 간격을 두고 스페이서 (spacer) 가 마련되어, (1) 라이저를 고정 간격으로 서로 분리시키는 역할을 하는 한편, (2) 개개의 라이저 (수직 관) 의 고유 주파수 또는 공진 주파수를 라이저를 통과하는 해수의 움직임에 의해 유발되는 플러터 주파수 (flutter frequency) 보다 큰 값으로 변경하는 역할을 한다. 전술한 바와 같은 미국 특허 제 3,978,804 호는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있다.
미국 특허 제 6,089,022 호에는 재증발 과정을 거친 천연 가스를 육지로 이송하기 전에 운반 용기 내에서 LNG 를 가스화 재처리하기 위한 시스템 및 방법이 개시되어 있다. LNG 의 압력은 실질적으로 LNG 가 액체 상태에 있는 동안 그리고 증발기(들) 를 통과하여 유동하기 전에 상승되며, 상기 증발기는 운반 용기에 배치되어 있다. 상기 용기를 둘러싸고 있는 소정 수역으로부터 취한 해수를 증발기를 통과하여 유동시킴으로써, 천연 가스를 육지의 설비로 하역하기 전에 LNG 를 가열하여 천연 가스로 증발 처리할 수 있다. 전술한 바와 같은 미국 특허 제 6,089,022 호는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있다.
미국 특허 제 6,832,875 호에는 액화 설비와, 천연 가스 수용 부재, 그리고 액화 천연 가스를 저장 및 배출하기 위한 부재가 마련되어 있는 바지선을 구비한 천연 가스를 액화하기 위한 부유식 설비가 개시되어 있다. 상기 액화 설비는 천연 가스의 액화 시에 열이 제거되어 해수로 전달되도록 하는 열 교환기를 포함한다. 상기 바지선에는 또한, 저장조와, 유입구를 구비한 개방 단부형 해수 흡입 도관과, 상기 해수 흡입 도관의 유출구로부터 저장조로 연장하는 연결 도관, 저장조로부터 열 교환기로 해수를 이송하는 펌프, 그리고 열 교환기로부터 제거된 해수를 방출하기 위한 해수 방출 시스템이 마련되어 있다. 상기 연결 도관은 상단부가 저장조 상측에 위치하는 뒤집힌 "U" 자형으로 형성되어 있다. 전술한 바와 같은 미국 특허 제 6,832,875 호는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있다.
따라서, 당 업계에서는 후술하는 바와 같은 하나 이상의 특징, 즉, 종래 기술의 장치 및 방법의 몇몇 단점을 극복할 수 있는, 유동 유체 환경 하에서 구조체에 가해지는 와유기 진동 및/또는 항력을 감소시키기 위한 장치 및 방법과, 유동 유체 환경 하에서 복수 개의 구조체에 가해지는 와유기 진동 및/또는 항력을 감소시키기 위한 장치 및 방법, 그리고 라이저 어레이 또는 번들에 가해지는 와유기 진동 및/또는 항력을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 필요로 한다.
당업자에게는 당 업계의 전술한 및 그외 다른 필요성이 첨부 도면과 특허청구범위를 포함한 본 명세서를 읽음으로써 분명해질 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 적은 개수의 와유기 진동 억제 장치를 사용함으로써 적은 비용으로 구조체의 와유기 진동 및 항력을 감소시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양은 적어도 3 개의 구조체와, 이들 구조체 중 적어도 2 개에 와유기 진동 억제 장치를 포함하는, 유동 유체 환경 하의 구조체 어레이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 태양은 구조체의 10 % 내지 90 % 에 와유기 진동 억제 장치를 설치하는 단계를 포함하는, 구조체 어레이의 와유기 진동 억제 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 이상의 장점으로서, 복수 개의 구조체의 와유기 진동을 감소시키는 개선 효과와, 복수 개의 구조체의 항력을 감소시키는 개선 효과와, 보다 적은 비용으로 와유기 진동을 감소시키는 효과 및/또는 보다 적은 개수의 와유기 진동 장치를 이용하여 복수 개의 구조체의 와유기 진동을 감소시키는 효과를 달성할 수 있다.
당업자에게는 본 발명의 전술한 태양 및 다른 태양이 첨부 도면과 특허청구범위를 포함한 본 명세서를 읽음으로써 분명해질 수 있을 것이다.
본 발명이 본 발명의 실시예를 예시하도록 사용되고 있는 첨부 도면과 아래의 설명을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 실시 가능한 실시예에 따른 해상 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2a 는 와유기 진동 억제 장치(들) 를 구성하는, 관상 구조체의 길이를 따라 설치되어 있는, 하나 이상의 대표적인 스트레이크를 나타낸 상측 단면도이다.
도 2b 는 와유기 진동 억제 장치(들) 를 구성하는, 관상 구조체의 길이를 따라 설치되어 있는, 대표적인 페어링을 나타낸 상측 단면도이다.
도 3a 내지 도 3h 는 다양한 실시예에 따른, 일부 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치를 결합하기 위한 다수의 서로 다른 예시적인 접근법 또는 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 는 하나 이상의 실시예에 따른, 적어도 2 개의, 도시된 실시예에서는 적어도 3 개의 관상 구조체가 상이한 외경을 갖춘, 복수 개의 관상 구조체로 이루어진 예시적인 접근법 또는 구성을 나타낸 도면이다.
도 5 는 하나 이상의 실시예에 따른, 서로 다른 외경 외에도 일부 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 결합되어 있는 점을 제외하고는 도 4 의 접근법 또는 구성과 유사한 일 예의 접근법 또는 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a 는 실시 가능한 실시예에 따른, 부유식 액화 천연 가스 (FLNG) 설비를 포함하는 해상 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6b 는 하나의 특정 실시예에 따른, 9 개의 관상 구조체가 3 X 3 의 사각형 어레이로 배열되어 있는 부유식 액화 천연 가스 (FLNG) 설비의 일 예의 접근법 또는 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 다수의 특정 세부 사항이 상세히 설명된다. 그러나, 이러한 특정 세부 사항 없이 실시예가 실시될 수도 있음을 이해하여야 한다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 각각의 실시예에 있어서, 널리 알려진 구조 및 기술에 대해서는 상세히 도시 및 설명하지 않기로 한다.
도 1
도 1 에는 실시 가능한 실시예에 따른 해상 시스템 (100) 의 일 예가 도시되어 있다.
해상 시스템은, 예를 들어, 해양 표면과 같은 수면 (104) 부근의 표면 구조체 (102) 를 포함한다. 일 예로서, 이러한 표면 구조체는 선박, 바지선, 용기, FPSO (floating production storage and offloading : 부유식 생산 저장 및 하역) 설비, TLP (tension leg platform : 장력 고정식 플랫폼), 돛대, 육상 설비, 육상 플랫폼, 부유식 설비, 부유식 액화 천연 가스 설비 또는 당 업계에 공지되어 있는 다른 부유식 또는 표면 구조체를 포함할 수도 있다.
복수 개의 관상 구조체 (106) 가 상기 표면 구조체에 결합되어 있다. 특정한 일 태양에 있어서, 상기 관상 구조체는 표면 구조체로서의 역할을 하는 부유식 액화 천연 가스 설비에 천연 가스를 냉각시키기 위해 소정 깊이의 냉각수를 제공하는 방법과 함께 사용될 수도 있다. 일 예로서, 상기 관상 구조체는 해상용 라이저 텐셔너 (riser tensioner), 스위블 조인트 (swivel joint), 볼 조인트 (ball joint) 등에 연결될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 관상 구조체는 원형 또는 타원형 단면을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 관상 구조체의 단면이 원형 또는 타원형일 필요는 없으며, 이로만 제한되는 것은 아니지만, 사각형과 같은 기타 다른 단면 형상을 가질 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 2 개의 관상 구조체 (106A, 106B) 가 제공된다. 보다 많은 개수의 관상 구조체, 예를 들어, 적어도 3 개의, 적어도 4 개의, 적어도 6 개의, 적어도 9 개 또는 그 이상의 관상 구조체가 선택적으로 제공될 수도 있다. 적당한 관상 구조체의 예로서, 이로만 제한되는 것은 아니지만, 케이블, 공급선, 라이저, 해상용 라이저, 라이저 파이프, 해상 파이프, 기타 파이프 또는 튜브 등 또는 이들의 조합체가 사용될 수도 있다. 이러한 구조체는 해저 (108) 까지 연장할 수도 있으며 또는 해저 부근까지만 연장할 수도 있다. 일부 경우에 있어서, 상기 구조체를 통해 진흙, 원유, 물 및/또는 다른 유체 또는 전력 또는 전기 신호가 전달될 수도 있다.
상기 관상 구조체는 하나 이상의 상호 연결 가이드 슬리브 또는 다른 스페이서 (110A, 110B) 를 이용하여 함께 물리적으로 연결되거나, 서로에 대해 적소에 유지된다. 스페이서는 관상 구조체를 어레이, 번들, 그룹, 기타 정렬 장치 또는 다른 다수 구성의 연결체 형태로 연결하거나 적소에 유지하는 역할을 한다. 일 예로서, 스페이서는 금속, 플라스틱 또는 그외 다른 충분히 강한 재료로 이루어진 디스크, 플레이트, 직사각형체, 상호 연결된 다각형 바, 바퀴와 바퀴살 형태 또는 기타 다른 형태로 형성될 수도 있다. 이러한 스페이서에는 홀 또는 다른 개구가 형성될 수도 있다. 각각의 홀 또는 개구에 관상 구조체 중 하나가 수용될 수도 있으며 삽입된 상태로 유지될 수도 있다. 스페이서는 또한, 관상 구조체가 비교적 밀접한 상태로 함께 유지되도록 하면서 또한 서로 분리되도록 함으로써, 관상 구조체 사이의 심각한 충돌을 방지하거나, 다시 말해 관상 구조체 사이의 손상을 방지하는 역할을 한다. 하나 이상의 관상 구조체는 스페이서용 구조적 지지부의 역할을 할 수도 있다. 이와 같이 스페이서용 구조적 지지부의 역할을 하는 관상 구조체는 스페이서에 (직접적으로 또는 간접적으로) 연결될 수도 있다. 어레이 또는 그룹을 이루고 있는 다른 관상 구조체의 경우, 이들 관상 구조체가 스페이서에 연결될 필요는 없으며, 대신에, 예를 들어, 원형 또는 타원형의 관상 구조체의 경우 (와유기 진동 억제 장치를 포함하는 또는 포함하지 않는 경우), 구조체의 외경 (외주면의 직경) 이 스페이서의 개구의 직경보다 작을 수도 있다. 선택적으로, 이러한 관상 구조체 (와유기 진동 억제 장치를 포함하는 또는 포함하지 않는 관상 구조체) 의 외경이 스페이서의 개구의 직경과 유사하게 형성되어, 관상 구조체 또는 관상 구조체 상의 와유기 진동 억제 장치와 스페이서가 서로 접촉 (예를 들어, 강제 끼워 맞춤) 하도록 구성될 수도 있다.
전술한 바와 같은 관상 구조체는 일반적으로 수류 (112) 를 갖춘 물에 배치된다. 수류 (112) 는 관상 구조체의 유체 역학적 항력 및/또는 와유기 진동을 유발할 수도 있다. 또한, 스페이서 (예를 들어, 스페이서 (110A)) 가 함께 결합 또는 배치되어 있는 관상 구조체의 어레이에 있어서, 어레이의 하나의 관상 구조체에 수류 (112) 에 의해 직접적으로 야기되는 와유기 진동이 어레이의 다른 관상 구조체에 부과될 수도 있다. 이러한 와유기 진동은 일반적으로 바람직하지 못하며, 이러한 와유기 진동을 억제하지 않는 경우, 관상 구조체의 손상, 피로 파괴 또는 심지어 조기 작동 불능을 초래할 수도 있다. 따라서, 일반적으로, 관상 구조체의 와유기 진동을 감소시키는 것이 바람직하다.
일부 실시예에 있어서, 와유기 진동을 억제하도록 와유기 진동 억제 장치가 사용될 수도 있다. 실시예를 실시하기에 적당한 와유기 진동 억제 장치 또는 구조체의 예에는, 후술하는 바로만 제한되는 것은 아니지만, 스트레이크, 페어링, 헤닝 (Henning) 장치, 쉬라우드, 반류 스플리터 및 기타 다른 유형의 와유기 진동 억제 장치 또는 구조체가 포함된다.
적당한 와유기 진동 억제 장치는, 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있는, 미국 특허 출원 제 10/839,781 호 (대리인 서류 번호 제 TH 1433 호), 미국 특허 출원 제 11/400,365 호 (대리인 서류 번호 제 TH 0541 호), 미국 특허 출원 제 11/419,964 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2508 호), 미국 특허 출원 제 11/420,838 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2876 호), 미국 특허 출원 제 60/781,846 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2969 호), 미국 특허 출원 제 60/805,136 호 (대리인 서류 번호 제 TH 1500 호), 미국 특허 출원 제 60/866,968 호 (대리인 서류 번호 제 TH 3112 호), 미국 특허 출원 제 60/866,972 호 (대리인 서류 번호 제 TH 3190 호), 미국 특허 제 5,410,979 호, 미국 특허 제 5,410,979 호, 미국 특허 제 5,421,413 호, 미국 특허 제 6,179,524 호, 미국 특허 제 6,223,672 호, 미국 특허 제 6,561,734 호, 미국 특허 제 6,565,287 호, 미국 특허 제 6,571,878 호, 미국 특허 제 6,685,394 호, 미국 특허 제 6,702,026 호, 미국 특허 제 7,017,666 호 및 미국 특허 제 7,070,361 호에 개시되어 있다.
와유기 진동 억제 장치의 적당한 설치 방법은, 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있는, 미국 특허 출원 제 10/784,536 호 (대리인 서류 번호 제 TH 1853.04 호), 미국 특허 출원 제 10/848,547 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2463 호), 미국 특허 출원 제 11/596,437 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2900 호), 미국 특허 출원 제 11/468,690 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2926 호), 미국 특허 출원 제 11/612,203 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2875 호), 미국 특허 출원 제 60/806,882 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2879 호), 미국 특허 출원 제 60/826,553 호 (대리인 서류 번호 제 TH 2842 호), 미국 특허 제 6,695,539 호, 미국 특허 제 6,928,709 호, 및 미국 특허 제 6,994,492 호에 개시되어 있다.
와유기 진동 억제 장치는 관상 부재가 소정 수역에 배치되기 전후에 관상 부재 (예를 들어, 부력 재료 및 라이저) 에 설치될 수도 있다.
이러한 와유기 진동 억제 장치는 조개 껍질 형상으로 형성될 수도 있으며, 예를 들어, ROV 와 작동될 수도 있는 기구와 같은, 힌지에 대향하는 폐쇄 기구를 이용하여 힌지 연결될 수도 있다.
또한, 와유기 진동 억제 장치의 단부에 구리 플레이트가 제공되어 인접한 와유기 진동 억제 장치 또는 칼라 (collar) 와 함께 바람 개비를 구성할 수도 있다. 와유기 진동 억제 장치는 부분적으로 구리로 제조될 수도 있다.
도 2a 및 도 2b
도 2a 및 도 2b 에는 2 개의 공통 유형의 와유기 진동 억제 장치 또는 구조체가 도시되어 있다. 각각의 장치 또는 구조체는 하나 이상의 실시예를 수행하기에 적당하다.
도 2a 는 와유기 진동 억제 장치(들) 를 구성하는, 관상 구조체 (206) 의 길이를 따라 설치되어 있는, 하나 이상의 대표적인 스트레이크 (220) 를 나타낸 상측 단면도이다. 도시된 스트레이크(들) 는 관상 구조체의 둘레를 덮고 있거나 감겨 있으며 관상 구조체에 연결되는 것으로 설명될 수도 있는 나선형 스트레이크일 수도 있다.
도 2b 는 와유기 진동 억제 장치(들) 를 구성하는, 관상 구조체 (206) 의 길이를 따라 설치되어 있으며 관상 구조체에 연결되는 것으로 설명될 수도 있는, 대표적인 페어링 (222) 을 나타낸 상측 단면도이다. 상기 페어링은 돌출부 (224) 와 꼬리부 (226) 를 구비한다. 이러한 페어링은 해양의 수류에 따라 관상 구조체의 둘레에서 선회할 수도 있다.
도 1 을 다시 참조하면, 가장 좌측의 관상 구조체 (106A) 에는 하나 이상의 와유기 진동 억제 장치 또는 구조체 (114A, 114B) 가 마련되어 서로 연결되어 있다. 이들 와유기 진동 억제 장치가 관상 구조체의 길이를 따라 이동하는 것을 방지하도록 통상의 칼라 (도시하지 않음) 가 사용될 수도 있다. 가장 우측의 관상 구조체 (106B) 에는 와유기 진동 억제 장치 또는 구조체가 결합되어 있지 않다.
일부 실시예에 따르면, 복수 개의 라이저 또는 다른 관상 구조체 전체에 또는 일부에만 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다. 이러한 실시예에 있어서는, 복수 개의 관상 구조체 중 다른 하나 이상의 관상 구조체에는 와유기 진동 억제 장치가 연결되지 않을 수도 있다.
일부 관상 구조체로부터 와유기 진동 억제 장치를 생략(다시 말해, 일부 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치를 제공)함으로써, 소정의 잠재적인 장점을 제공할 수도 있다. 그 일 장점으로서, 모든 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치를 제공하는 것은 전체 장비의 비용을 증가시키는 경향이 있다. 다른 장점으로서, 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있지 않은 관상 구조체와 비교하여, 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치를 설치하는 것은 어려운 작업이며, 시간이 많이 들고 및/또는 비용이 많이 드는 작업이다. 와유기 진동 억제 장치는 관상 구조체의 부피를 증가시키며, 조작을 어렵게 만들고, 정렬을 어렵게 만들며 및/또는 스페이서와의 결합을 어렵게 만들 수도 있다. 마찬가지로, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 경우, 예를 들어, 세정, 검사 및/또는 수리가 보다 어려우며, 시간이 많이 들고 및/또는 비용이 보다 많이 드는 단점을 나타낼 수도 있다.
통상적으로, 관상 구조체의 대략 20 % 내지 대략 80 % 에 와유기 진동 억제 장치가 결합될 수도 있다. 경우에 따라서는, 관상 구조체의 대략 30 % 내지 대략 70 % 에 와유기 진동 억제 장치가 결합될 수도 있다. 또한, 일부 경우에는, 관상 구조체의 대략 40 % 내지 대략 60 % 에 와유기 진동 억제 장치가 결합될 수도 있다.
와유기 진동 억제 장치가 관상 구조체의 전체 길이를 따라 설치될 필요는 없다. 다시 말해, 적용 밀도(총 길이와 비교하여 와유기 진동 억제 장치가 차지하고 있는 구조체의 길이)는 1 미만일 수도 있다. 또한, 상기 적용 밀도를 관상 구조체의 길이의 비율로서 나타낼 수도 있으며 100 % 미만의 값을 가질 수도 있다. 통상적으로, 적용 밀도는 대략 50 % 내지 대략 100 % 의, 예를 들어, 대략 60 % 내지 대략 90 % 의 범위일 수도 있다. 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 개수 또는 비율은 관상 구조체의 선택 적용 밀도를 증가시킴에 따라 감소될 수도 있다. 반대로, 필요한 경우, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 개수 또는 비율을 증가시킴으로써 적용 밀도를 감소시킬 수도 있다.
도 3a 내지 도 3h
도 3a 내지 도 3h 에는 다양한 실시예에 따른, 어레이, 번들, 그룹 또는 다른 복수 개의 관상 구조체 중 일부 관상 구조체와 연결되어 있는 와유기 진동 억제 장치의 다수의 서로 다른 예시적인 접근법 또는 구성이 도시되어 있다. 이들 도면은 스페이서 (110A) 및 복수 개의 관상 구조체 (106) 를 통과하는 도 1 의 선 3/4/5 를 따라 취한 단면도이다. 스페이서는 어레이, 번들, 그룹, 다른 정렬 장치 또는 다른 복수 개의 구성 요소의 결합체의 형태로 관상 구조체를 함께 결합시키거나 관상 구조체를 서로에 대해 적소에 유지하는 역할을 한다.
도면에서, 원형이 관상 구조체를 나타낸다. 관상 구조체가 스페이서 (110A) 의 개구의 전체 단면적을 차지할 필요는 없음을 이해하여야 한다. 빗금이 그려진 원은 와유기 진동 억제 장치가 결합되어 있는 관상 구조체를 나타낸다. 빗금이 그려지지 않은 원은 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있지 않은 관상 구조체를 나타낸다. 도 3a 내지 도 3h 에 와유기 진동 억제 장치가 어레이 형태의 일부 관상 구조체 (예를 들어, 모든 관상 구조체 미만) 에만 연결되는 구성의 서로 다른 예가 도시되어 있긴 하지만, 다른 실시예에 있어서, 와유기 진동 억제 장치가 어레이의 각각의 관상 구조체에 연결될 수도 있다. 전술한 유형 중 하나의 와유기 진동 억제 장치가 적당하다.
도 3a 내지 도 3f 에는 3 X 3 의 사각형 어레이 형태, 특히 실질적으로 정사각형 어레이 형태로 배열되어 있는 9 개의 관상 구조체의 접근법 또는 구성이 도시되어 있다.
도 3a에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 3 X 3 의 사각형 어레이 중 전부 4 개의 모서리 위치의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 제 1 구성이 도시되어 있다.
3 X 3 의 사각형 어레이의 4 개의 모서리 위치 (106A, 106C, 106G, 106l) 에 각각 관상 구조체가 마련되어 있다. 본 명세서에서, 상기 모서리 위치는 각각, 상부 좌측 모서리 (106A), 상부 우측 모서리 (106C), 하부 좌측 모서리 (106G) 및 하부 우측 모서리 (106l) 로 지시된다. 이러한 어레이에는 또한, 4 개의 측면 중앙 위치 (106B, 106D, 106F, 106H) 에 각각 관상 구조체가 마련되어 있다. 본 명세서에서, 상기 측면 중앙 위치는 각각, 상측면 (106B), 하측면 (106H), 우측면 (106F) 및 좌측면 (106D) 으로 지시된다. 이러한 모서리 위치 및 측면 위치가 조합되어 어레이의 둘레부를 형성한다. 3 X 3 의 사각형 어레이의 중심 위치 (106E) 에 또한, 하나의 관상 구조체가 마련되어 있다.
4 개의 모서리 위치의 4 개의 관상 구조체만이 와유기 진동 억제 장치와 연결되어 있다. 이들 4 개의 관상 구조체는 전체 어레이의 와유기 진동을 억제하는 것을 돕는 역할을 한다. 유리하게는, 이러한 장치는 견고하며 해류의 접근 각도에 민감하게 반응하지 않는다.
와유기 진동을 억제하는 기능에 추가하여, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 경우 와류 발산 주파수가 종종, 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체에서보다 낮다. 다시 말해, 와유기 진동 억제 장치는 속이 텅 빈 관상 구조체에 비해 해당 관상 구조체의 와유기 진동의 여기 (excitation) 주파수의 "이조 (detune)" 또는 감소를 초진할 수도 있다. 이것은 어레이의 "주파수 분리 (frequency dissociation)" 를 증가시킬 수도 있다. 주파수가 서로 다른 관상 구조체의 경우 진동수가 일치할 가능성이 희박하다. 결과적으로, 어레이의 진동이 감소될 수도 있다.
와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체는 실질적으로, 와유기 진동 억제 장치가 결합되어 있지 않은 다른 관상 구조체와 산포 배치되거나, 상호 삽입 관계로 배치되거나, 그렇지 않으면 교호 배치된다. 어레이의 둘레부 상의 하나 걸러 하나씩의 관상 구조체마다 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다. 이러한 교호 배열에 있어서는, 인접한 관상 구조체의 여기 주파수가 서로 달라지는 경향이 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 주파수 분리에 의하면 관상 구조체의 진동이 합쳐질 가능성이 희박하며 어레이의 전체 진동이 감소될 수도 있다.
전술한 바와 같은 구성에 있어서, 관상 구조체의 9 개 중 4 개 또는 대략 44 % 에는 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 4 개 또는 50 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다.
도 3b 에는 일 실시예에 따른, 어레이의 모두 4 개의 모서리 위치의 관상 구조체 및 중심 위치의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 제 2 구성이 도시되어 있다. 이러한 구성은, 중심 위치의 관상 구조체에 추가로 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 점을 제외하고는, 도 3a 의 구성과 유사하다.
전술한 바와 같이, 상기 구성에 있어서, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체는 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체와 실질적으로 교호 상태로 배치되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 둘레부 상의 하나 걸러 하나씩의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 이러한 교호 배치에 의하면, 와유기 진동으로 인한 손상을 감소시킬 수 있도록 주파수 분리도를 증가시킬 수도 있다.
전술한 구성에서, 관상 구조체 9 개중 5 개 또는 대략 55 % 에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 4 개 또는 50 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다.
도 3c 에는 일 실시예에 따른, 어레이의 모두 4 개의 측면 중앙 위치의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 제 3 구성이 도시되어 있다. 이러한 구성은, 모서리 위치 대신 측면 위치의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다는 점에서, 도 3a 의 구성과 실질적으로 상반된다.
전술한 바와 같이, 상기 구성에 있어서, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체는 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체와 실질적으로 교호 상태로 배치되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 둘레부 상의 하나 걸러 하나씩의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 이러한 교호 배치에 의하면, 와유기 진동으로 인한 손상을 감소시킬 수 있도록 주파수 분리도를 증가시킬 수도 있다.
전술한 구성에서, 관상 구조체 9 개중 4 개 또는 대략 44 % 에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 4 개 또는 50 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다.
주된 해양, 강 또는 다른 유동 유체의 수류가 공지되어 있는 경우, 보다 적은 개수 또는 비율의 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체를 이용하여서도 충분한 억제 또는 감쇄 효과를 달성할 수도 있다. 특히, 하나 이상의 실시예에 있어서, 어레이는 주된 해류와 마주하는 전방 열에 배열되어 있는 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 비율이 보다 높아지도록 정렬될 수도 있다.
도 3d 에는 일 실시예에 따른, 주된 해류를 제일 먼저 경험하게 되는 어레이의 전방 열을 구성하는 3 개의 모서리 위치의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 제 4 구성이 도시되어 있다. 이러한 구성은 하부 좌측 모서리 위치의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있지 않은 점을 제외하고는 도 3a 의 구성과 유사하다.
화살표를 사용하여 주된 해류가 지시되어 있다. 본 명세서에 사용되고 있는 바와 같이, "주된" 해류는 평균적인 또는 가장 일반적인 방향을 포함하는 평균적인 또는 가장 일반적인 해류이다.
어레이의 상측면 및 우측면 상의 5 개의 관상 구조체가 전방 열을 구성한다. 이 제 1 전방 열이 주된 해류를 제일 먼저 경험하게 된다.
전술한 바와 같은 구성에서는, 관상 구조체 9 개중 3 개 또는 대략 33 % 가 와유기 진동 억제 장치와 결합되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 3 개 또는 대략 37 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 전방 열 상의 5 개 중 3 개 또는 심지어 대략 60 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다.
전방 열 상의 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 비율이 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체의 비율보다 높다는 점에 주목하여야 한다. 이들 관상 구조체는 주된 해류를 제일 먼저 경험하게 되며 최고 유속의 해류를 경험하게 되는 관상 구조체이다. 유속이 높아질수록 관상 구조체가 최악으로 심각한 와유기 진동을 경험하게 될 확률도 높아진다. 추가적으로, 전방 열을 따라 교호 배치가 사용되고 있다. 이러한 배치는 주파수 분리도를 증가시키는 것을 돕는다.
더욱이, 상기 어레이는 상부 우측 모서리 위치에 있는 관상 구조체가 다른 모든 관상 구조체에 앞서 주된 해류를 제일 먼저 경험하도록 정렬되어 있다. 상기 해당 관상 구조체는 최고 유속의 해류를 경험하게 되며 따라서 비교적 대규모의 와유기 진동을 경험하게 된다. 그러나, 유리하게는, 상기 관상 구조체에 하나 이상의 와유기 진동 억제 장치가 제공된다.
또한, 이러한 정렬에 의하면 보다 많은 개수의 관상 구조체가 다른 상류 또는 전방 열의 관상 구조체의 반류에 직접 또는 바로 하류에 배치됨에 주목하여야 한다. 반류는 분리 유동 영역을 일컫는 것으로서, 일부 경우에, 중실체 둘레에서의 유체 유동에 의해 유발되는 중실체 하류의 난류를 일컫는다. 유체의 평균 유속은 반류에서 낮아지는 경향이 있다. 그 결과, 이러한 하류의 관상 구조체는 보다 느린 유속의 해류를 경험하게 되며 따라서 와유기 진동이 보다 적게 나타난다. 또한, 다른 관상 구조체의 반류에 위치하여 보다 낮은 유속을 경험하게 되는 관상 구조체는 보다 낮은 와류 발산 주파수 및/또는 여기 주파수를 나타내는 경향이 있다. 이에 따라, 진동 감소를 촉진하는 어레이의 주파수 분리가 보다 더 촉진된다.
도 3a 와 비교하여, 하부 좌측 모서리 위치의 관상 구조체에는 하나 이상의 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있지 않다. 상기 관상 구조체는 다수의 상류 관상 구조체의 하류에 위치하며 비교적 감소된 유속의 해류를 경험하게 된다. 이에 따라, 와유기 진동 억제 장치(들) 를 생략하기에 비교적 양호한 후보지라고 할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 실시예에 있어서, 어레이의 다른 모든 관상 구조체가 주된 해류를 경험한 후 마지막으로 상기 해류를 경험하게 되는 관상 구조체에는 하나 이상의 와유기 진동 억제 장치(들) 가 제공되지 않을 수도 있다.
전방 열 상에서 심지어 보다 강한 억제 효과를 나타내는 장치 또는 구성이 고려 가능하다. 도 3e 에는 일 실시예에 따라, 주된 해류를 제일 먼저 경험하게 되는 어레이의 전방 열의 위치의 4 개의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 제 5 구성이 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 주된 해류가 화살표를 사용하여 지시되어 있다. 상기 어레이는 상부 우측 모서리 위치의 관상 구조체가 제일 먼저 주된 해류를 경험하도록 정렬되어 있다. 이러한 정렬에 의하면 상류 관상 구조체의 반류에 보다 많은 개수의 관상 구조체가 배치된다.
어레이의 상측면 및 우측면 상의 5 개의 관상 구조체가 주된 해류를 제일 먼저 경험하게 되는 전방 열을 구성한다. 본 실시예에 있어서, 전방 열 상의 모두 4 개의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있다.
전술한 구성에 있어서, 관상 구조체 9 개 중 4 개 또는 대략 44 % 에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 4 개 또는 50 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 전방 열 상의 5 개 중 4 개 또는 심지어 80 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 이에 따라, 전술한 장치 또는 구성에 있어서, 전방 열의 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 개수가 심지어 전방 열을 제외한 열의 나머지 관상 구조체의 개수보다 많다.
도 3f 에는 일 실시예에 따라, 어레이의 전방 열의 단 하나의 관상 구조체 및 전방 열의 하류 위치의 3 개의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 연결되어 있는 제 5 구성이 도시되어 있다. 이러한 구성은 전방 열에서의 강한 억제 효과보다는 주파수 분리에 보다 좌우된다.
주된 해류가 화살표를 사용하여 지시되어 있다. 어레이의 상측면 및 우측면 상의 5 개의 관상 구조체가 주된 해류를 제일 먼저 경험하는 전방 열을 구성한다. 이 경우, 전방 열 상의 단 하나의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다.
상기 어레이는 주된 해류를 제일 먼저 경험하게 되는 상부 우측 모서리 위치의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 연결되도록 정렬되어 있다. 이러한 정렬에 의하면 또한, 상류 관상 구조체의 반류에 보다 많은 개수의 관상 구조체가 배치된다. 어레이의 다른 모든 관상 구조체 이후에 가장 마지막으로 주된 해류를 경험하게 되는 하부 좌측 관상 구조체에는 와유기 진동 억제 장치(들) 가 마련되어 있지 않음에 주목하여야 한다.
전술한 구성에 있어서, 관상 구조체 9 개 중 4 개 또는 대략 44 % 에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 3 개 또는 대략 37 % 이상의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 전방 열 상의 5 개 중 한 개 또는 20 % 의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다.
도 3a 내지 도 3f 의 3 X 3 의 사각형 어레이가 반드시 필요한 것은 아니다. 변형예에 있어서, 복수 개의 관상 구조체의 개수 및/또는 형태는 다양한 방식으로 변경될 수도 있다 (예를 들어, 원형, 별 형상, 삼각형 등).
도 3g 에는 일 실시예에 따른, 12 개의 관상 구조체가 4 X 3 의 사각형 어레이를 구성하는 다른 예의 구성이 도시되어 있다. 이러한 구성에 있어서는, 전방 열에서의 충분한 수준의 억제 효과 및 충분한 수준의 주파수 분리가 혼용되어 사용되고 있다.
주된 해류가 화살표를 사용하여 도시되어 있다. 상기 어레이는 와유기 진동 억제 장치를 구비한 상부 우측 모서리 위치의 관상 구조체가 제일 먼저 주된 해류를 경험하도록 정렬되어 있다. 이러한 정렬에 의하면 또한, 상류 관상 구조체의 반류에 보다 많은 개수의 관상 구조체가 배치된다.
더욱이, 이와 같이 비교적 크기가 큰 어레이에 있어서는, 보다 많은 개수의 관상 구조체의 간섭 및 반류 효과로 인해 고유 주파수 분리가 비규적 대규모로 이루어지는 경향이 있다. 또한, 와유기 진동 억제 효과를 발휘하는 보다 적은 개수의 관상 구조체로도 진동을 효과적으로 감소시킬 수도 있다. 결과적으로, 이러한 비교적 크기가 큰 어레이에 있어서는 일반적으로, 적정 개수의 관상 구조체로 이루어진 작은 크기의 어레이와 비교하여, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체를 보다 적은 개수로 또는 보다 적은 비율로 사용할 수 있다. 12 개 초과의 라이저를 갖는 어레이를 위해, 관상 구조체의 25 % 가 특별한 구현예에 따른 와유기 진동 억제 장치를 가질 수도 있다.
전술한 구성에 있어서, 관상 구조체 12 개 중 6 개 또는 50 % 에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 둘레부 상의 10 개 중 4 개 또는 40 % 의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 전방 열 상의 6 개 중 2 개 또는 대략 33 % 의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다.
사각형을 제외한 형태의 어레이가 또한 적당할 수도 있다. 도 3h 에는 일 실시예에 따른, 9 개의 관상 구조체가 동심원 어레이 형태로 배열되어 있는 또 다른 예의 구성이 도시되어 있다. 이 경우, 상기 동심 어레이는 원형이다. 선택적으로, 상기 어레이가 타원형, 달걀형, 별 형상, 삼각형 등의 형태를 나타낼 수도 있다.
주된 해류를 지시하도록 화살표가 사용되고 있다. 상기 어레이는 와유기 진동 억제 장치가 결합되어 있는 관상 구조체가 제일 먼저 주된 해류를 경험하도록 정렬되어 있다.
와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체는 실질적으로 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체와 교호 상태로 배치되어 있다. 전술한 바와 같이, 둘레부 상의 하나 걸러 하나씩의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다.
전술한 구성에 있어서, 관상 구조체 9 개 중 4 개 또는 대략 44 % 에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 둘레부 상의 8 개 중 4 개 또는 50 % 의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다. 전방 열 상의 5 개 중 3 개 또는 60 % 의 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있다.
도 3a 내지 도 3h 의 구성에 있어서, 와유기 진동 억제 장치는 선택적으로 통상적인 구성으로 형성될 수도 있으며, 와유기 진동 억제 장치에 통상 사용되는 적당한 재료로 구성될 수도 있다. 필요한 경우, 하나 이상의 실시예에 있어서, 와유기 진동 억제 장치와의 충돌 또는 접촉이 발생한 경우 기계적 손상을 방지하기 위하여, 예를 들어, 커버, 캡, 범퍼 등과 같은 보호 구조체가 선택적으로 와유기 진동 억제 장치 내에 마련될 수도 있다. 상기 보호 구조체는 예를 들어, 고무, 플라스틱, 발포체 등과 같은 유연한, 탄성의 또는 연질 재료를 포함할 수도 있다. 일 태양에 있어서, 선택적으로, 와유기 진동 억제 장치의 단면의 단부 부분의 외경이 억제 장치의 단면의 나머지 부분의 외경보다 작아지도록 와유기 진동 억제 장치가 테이퍼지게 형성될 수도 있으며, 이러한 구성은 스페이서를 통한 설치 및/또는 삽입을 촉진할 수도 있다. 대표적인 예로서, 와유기 진동 억제 장치가 설치되어 있는 관상 구조체가 스페이서의 개구를 통하여 삽입되는 경우, 초기에 개구를 통하여 삽입되는 억제 장치의 일 단부가 외경이 보다 작아지도록 테이퍼지게 형성되면, 억제 장치/관상 구조체를 개구와 정렬하여 개구 내로 삽입하기가 보다 용이해진다.
도 3a 내지 도 3h 의 구성에 있어서, 하나 이상의 실시예에 따르면, 단일 유형 및/또는 크기의 와유기 진동 억제 장치를 사용하는 것이 아니라, 반드시 필요한 것은 아니지만, 복수 개의 서로 다른 유형 및/또는 크기의 와유기 진동 억제 장치가 선택적으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있는 일부 라이저에는 제 1 유형의 와유기 진동 억제 장치 (예를 들어, 스트레이크) 가 마련될 수도 있으며, 다른 일부에는 상이한 제 2 유형의 와유기 진동 억제 장치 (예를 들어, 페어링) 가 마련될 수도 있다. 상이한 유형의 와유기 진동 억제 장치를 사용하기 위한 일 전략은 라이저의 여기 주파수를 변경하며 및/또는 어레이의 주파수 분리를 증가시키는 것일 수도 있다. 이러한 상이한 유형은 추가적인 주파수 분리 효과를 제공하도록 서로 교호적으로 이루어질 수도 있다.
진동을 감소시키기 위한 다른 방법은 복수 개의 상이한 외경을 갖춘 관상 구조체를 사용하는 것이다. 따라서, 복수 개의 라이저 또는 다른 관상 구조체에 관한 다른 실시예에 있어서, 적어도 2 개의 라이저 또는 다른 관상 구조체는 서로 다른 외경을 갖추고 있다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 적어도 3 개의 관상 구조체가 서로 다른 외경을 가질 수도 있다.
관상 구조체의 직경은 와류 발산 주파수 및 와유기 진동 공진 주파수에 영향을 미친다. 특히, 비교적 큰 유체 동역학적 직경을 갖춘 관상 구조체는 유체 동역학적 직경이 비교적 작은 관상 구조체와 비교하여 와류 발산 주파수 및 여기 주파수가 낮다. 결과적으로, 그룹, 어레이, 번들 또는 다른 복수 개의 구성 요소의 결합체 형태의 서로 다른 외경을 갖춘 관상 구조체를 제공하는 것은 어레이의 주파수 분리 레벨을 증가시킴으로써 그룹, 어레이, 번들 또는 다른 복수 개의 구성 요소의 결합체의 진동 주파수의 "이조 (detune)" 를 촉진할 수도 있다.
추가적으로, 상류 관상 구조체는 통상적으로 반류의 하류 관상 구조체보다 높은 발산 주파수를 나타낸다. 그 결과, 비교적 직경이 큰 관상 구조체가 비교적 직경이 작은 관상 구조체의 하류에 위치하는 경우 일반적으로 주파수 분리 효과가 커질 수 있다.
하나 이상의 실시예에 있어서, 주된 해류에 대하여, 비교적 직경이 큰 관상 구조체는 비교적 직경이 작은 구조체의 반류 또는 하류에 위치할 수도 있다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 주된 해류에 대하여, 복수 개의 상류 관상 구조체의 평균 직경이 반류의 복수 개의 하류 관상 구조체의 평균 직경보다 작을 수도 있다.
통상적으로, 가장 큰 직경은 가장 작은 직경보다 5 % 내지 200 % 더 클 수도 있다(가장 작은 직경의 백분율로서 표현). 종종, 가장 큰 직경이 가장 작은 직경보다 10 % 내지 150 % 더 클 수도 있다. 경우에 따라, 가장 큰 직경은 가장 작은 직경보다 25 % 내지 100 % 더 클 수도 있다. 그러나, 이러한 범위가 공지되어 있는 직경차로만 제한되는 것은 아니다.
하나 이상의 실시예에 있어서, 관상 구조체의 외경을 증가시키기 위하여 관상 구조체의 외측에 외장 또는 다른 피복재가 포함될 수도 있다. 용어 '피복재' 는 페인트와 같은 도포 공정 등으로만 제한되는 것은 아니지만, 보다 광범위하게는 관상 구조체의 외측에 결합되는 재료를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 관상 구조체의 외경을 증가시키는 한편 복수 개의 서로 다른 외경을 제공하기 위하여, 복수 개의 서로 다른 두께를 갖는 피복재가 서로 다른 관상 구조체의 외측에 마련될 수도 있다. 이러한 피복재는 직경을 증가시키는 목적 외에 다른 용도로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 피복재가 관상 구조체 내부의 유체를 열적으로 절연시키기 위한 열적 절연체를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 피복재가 부력 재료를 포함할 수도 있다.
도 4
도 4 에는 하나 이상의 실시예에 따른, 적어도 2 개의, 도시된 실시예에서는 적어도 3 개의 관상 구조체가 상이한 외경을 갖춘, 복수 개의 관상 구조체로 이루어진 예시적인 접근법 또는 구성이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 도면은 스페이서 (110A) 와 복수 개의 관상 구조체 (106) 를 통과하는 도 1의 선 3/4/5 을 따라 취한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f 와 유사하게, 9 개의 관상 구조체가 3 X 3 의 사각형 어레이로 배치되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 중심 위치의 관상 구조체 (106E) 와 4 개의 모서리 위치의 4 개의 관상 구조체 (106A, 106C, 106G, 106l) 는 모두 제 1 외경을 갖추고 있다. 상측면 중앙 위치의 관상 구조체 (106B) 와 우측면 중앙 위치의 관상 구조체 (106F) 는 모두 제 2 외경을 갖추고 있다. 좌측면 중앙 위치의 관상 구조체 (106D) 와 하측면 중앙 위치의 관상 구조체 (106H) 는 모두 제 3 외경을 갖추고 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 외경이 제 2 외경보다 작을 수도 있으며, 제 2 외경은 제 3 외경보다 작을 수도 있다. 필요한 경우, 하나 이상의 관상 구조체는 전술한 3 개의 직경과 상이한 또 다른 제 4 외경을 갖출 수도 있다.
주된 해류를 나타내도록 화살표가 사용되고 있다. 좌측면의 직경이 보다 큰 관상 구조체 (106D) 가 상측면의 직경이 보다 작은 관상 구조체 (106B) 의 하류 및 반류에 위치한다. 마찬가지로, 하측면의 직경이 보다 큰 관상 구조체 (106H) 가 우측면의 직경이 보다 작은 관상 구조체 (106F) 의 하류 및 반류에 위치한다. 상류 관상 구조체의 평균 직경 (예를 들어, 106B, 106C, 106F) 이 반류의 하류 관상 구조체의 평균 직경 (예를 들어, 106D, 106H, 106G) 보다 작다.
도 5
또한, 일부 관상 구조체 상에 와유기 진동 억제 장치가 마련되어 있는 서로 다른 직경을 갖춘 관상 구조체의 조합체를 사용할 수 있다. 도 5 에는 하나 이상의 실시예에 따른, 서로 다른 외경 외에도 일부 관상 구조체에 와유기 진동 억제 장치가 결합되어 있는 점을 제외하고는 도 4 의 접근법 또는 구성과 유사한 일 예의 접근법 또는 구성이 도시되어 있다.
일 실시예에 있어서, 빗금이 그려진 원은 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체를 나타내며, 빗금이 그려지지 않은 원은 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체를 나타낸다.
다른 실시예에 있어서, 빗금이 그려진 원은 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 관상 구조체를 나타내며, 빗금이 그려지지 않은 원은 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체를 나타낸다.
상이한 외경 및 와유기 진동 억제 장치는 모두 진동 감소에 기여할 수도 있다. 일반적으로, 외경 변화가 클수록, 특정 실시에서의 진동을 충분히 감소시키기 위해 필요한 와유기 진동 억제 장치의 개수(9 개일 수도 있음)는 줄어든다. 마찬가지로, 와유기 진동 억제 장치의 개수가 증가할수록, 특정 실시에서의 진동을 충분히 감소시키기 위해 필요한 외경 변화도 줄어든다(변화가 없을 수도 있음).
본 발명의 범위가 도 4 및 도 5 에 도시된 특정 구성으로만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 개시된 바와 같은 장점을 갖는 다른 다양한 장치 또는 구성이 당업자에게는 분명하게 이해될 수 있을 것이다.
진동을 다루기 위한 또 다른 접근법으로서, 일차적으로 와유기 진동 억제를 목적으로 하는 것과는 달리, 완충 효과를 추가하며, 주파수 분리를 달성하고 또는 상이한 발산 주파수를 야기하는 것을 일차적인 목적으로 하는 장치 또는 구조체가 어레이 또는 다른 연관되거나 연결되어 있는 복수 개의 관상 구조체의 일부를 구성하거나 이와 연결될 수도 있음을 또한 고려할 수 있다. 이러한 구성은 전체 시스템의 진동 억제 효과를 증가시킬 수도 있다. 이러한 장치의 예에는, 나선형 축 방향 핀 (fin), 비나선형 축 방향 핀 및 원주 방향 핀이 포함된다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 핀 또는 다른 장치 또는 구조체는 가요성일 수도 있으며, 또는 완충 효과를 보다 더 제공하기 위하여 가요성 재료를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 해상 생물을 끌어당기는 피복재 (해상 생물을 억제하는 대신) 가 완충 효과를 증대시키도록 관상 구조물의 외측에 추가될 수도 있다.
다른 실시예로서, 연관 또는 연결 관상 구조체의 조립 방법이 제공된다. 이 조립 방법은 우선 하나 이상의 스페이서가 연결되어 있는 구조적 지지부의 역할을 하는 관상 구조체를 설치하는 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3f 에 도시된 바와 같은 사각형 어레이에 있어서, 중심의 관상 구조체 (예를 들어, 구조체 (106E)) 가 우선 구조적 지지부의 길이 (예를 들어, 구조적 지지부의 복수 개의 섹션의 길이) 를 따라 하나 이상의 스페이서에 연결될 수도 있다. 이후, 다른 하나 이상의 관상 구조체가 개별적으로 나사 체결, 삽입 또는 그외 다른 방식으로 스페이서의 개구를 통하여 도입될 수도 있다. 관상 구조체는 개구를 통하여 도입되기 이전에 와유기 진동 억제 장치와 연결될 수도 있으며, 또는 도입된 이후에 와유기 진동 억제 장치와 연결될 수도 있다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 최종 조립체의 경우, 전체는 아니지만 일부의 관상 구조체가 와유기 진동 억제 장치와 연결된다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 최종 조립체의 경우, 다수의 관상 구조체가, 일부 경우에는 적어도 3 개의 관상 구조체가 서로 다른 외경을 가질 수도 있다.
또 다른 실시예로서, 연결 또는 연관 관상 구조체의 진동을 억제하기 위한 방법이 제공된다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 진동은 결합 또는 연관 어레이 또는 그룹의 일부 관상 구조체에만 연결되어 있는 와유기 진동 억제 장치에 의해 억제된다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 복수 개의 외경 (예를 들어, 적어도 3 개의 서로 다른 외경) 을 갖춘 관상 구조물은 복수 개의 서로 다른 주파수로 진동할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b
도 6a 에는 실시 가능한 실시예에 따른 해상 시스템의 일 예가 도시되어 있다. 해상 시스템은 해양 표면 (104) 상의/내부의 부유식 액화 천연 가스 (FLNG) 설비 (602) 를 포함한다. FLNG 설비는 표면 구조체의 일 특정 예이다. 이러한 FLNG 설비는 천연 가스를 냉각하여 액화시킬 수도 있으며, 또는 선택적으로 LNG 를 가열하여 기화시킬 수도 있다. FLNG 설비 (602) 와 연결된 어레이 또는 그룹의 하나 이상의 관상 구조체가 해양으로부터 설비로 물을 운반하도록 사용될 수도 있다. 선택적으로, 라이저 어레이가 시추용 라이저 어레이, 생산용 라이저 어레이, TLP 텐던 등으로서 사용될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 해상 시스템 (600) 은 복수 개의 관상 구조체 또는 라이저 (606)(예를 들어, 9 개의 관상 구조체) 를 포함한다. 각각의 라이저는 제 1 단부와 제 2 단부를 구비한다. 제 1 단부는 FLNG 설비에 연결되어 있다. 제 2 단부는 일반적으로 해양으로 하방으로 돌출되지만, 해저에 도달할 필요는 없다. 일 예로서, 제 2 단부는 대략 130 m 내지 170 m 의 깊이까지 연장할 수도 있지만, 필수 조건은 아니다. 해류로 인해, 관상 구조체 (606) 가 대략 40°의 각도로 수직 방향으로부터 편향될 수도 있다 (도시하지 않음). 이러한 편향을 수용하기 위하여, 관상 구조체 (606) 가 스위블 조인트, 볼 조인트, 라이저 행거 또는 다른 선회 가능한 또는 힌지 운동 가능한 결합 수단과 연결될 수도 있다.
관상 구조체 (606) 는 복수 개의 가이드 슬리브 또는 스페이서 (601A, 610B, 610C) 와 물리적으로 연관되거나 함께 연결된다. 상기 스페이서에는 개구가 마련되어, 개구를 통하여 각각의 관상 구조체가 배치된다. 일 실시예에 있어서, 관상 구조체가 서로 충돌하는 것을 방지하기에 충분한 개수의 스페이서가 제공될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 일부 또는 전체 관상 구조체 (606) 가 물 흡입 라이저로서 소용될 수도 있다. 물 흡입 라이저는 소정 깊이에서부터 냉각수 (640) 를 흡입하여 흡입 냉각수를 FLNG 설비로 상방으로 운반할 수도 있다. 상기 냉각수는 천연 가스를 냉각시켜 액화시키는 것을 돕도록 FLNG 설비의 열 교환기로 주입될 수도 있다. 열 교환기의 유출구에서 나온 가열된 상태의 해양수는 해양 표면으로 다시 방출될 수도 있으며, 또는 선택적으로 다른 라이저 또는 라이저 세트를 이용하여 소정 깊이로 운반될 수도 있다.
필요한 경우, 각각의 관상 구조체 (606) 의 저부에 필터가 선택적으로 연결될 수도 있다. 상기 필터는 토양, 해상 생물체 (예를 들어, 해초, 조류, 물고기 등) 등이 관상 구조체에 들어가는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다. 시간이 경과 함에 따라 필터가 막힐 수도 있다. 이러한 필터는 그러나, 세정이 비교적 어려운 편이다. 예를 들어, 필터를 세정할 수 있도록 어레이로부터 하나 이상의 관상 구조체 (606) 를 제거하는 것은 비용이 많이 들며, 노동 집약적이면서 및/또는 시간이 많이 드는 작업이다. 하나 이상의 실시예에 있어서는, 필터가 막힐 때마다 매번 관상 구조체를 제거하는 대신, 어레이 또는 그룹이 과잉 물 흡입 관상 구조체 (라이저) 를 포함함으로써 상기 과잉 물 흡입 관상 구조체가 일부 필터의 막힘 현상이 발생한 후에도 적절한 양의 물을 흡입하도록 할 수도 있다. 일 태양에 있어서, 관상 구조체는 그 필터가 막힐 때까지 사용될 수도 있으며, 이후, 해당 라인으로부터 제거될 수도 있으며, 깨끗한 필터를 구비한 새로운 관상 구조체가 새롭게 라인 상에 장착될 수도 있다. 다른 태양에 있어서, 와유기 진동 억제 장치를 구비한 관상 구조체의 경우, 일차적으로 와유기 진동의 억제를 위해 사용되긴 하지만 물을 흡입하도록 사용되지는 않을 수도 있으며 이 경우 필터를 구비하지 않을 수도 있는 반면, 와유기 진동 억제 장치를 구비하지 않은 텅 빈 관상 구조체의 경우 필터를 구비할 수도 있으며, 따라서 물 흡입용으로 사용될 수도 있다. 상기 텅 빈 관상 구조체는 필터가 막힌 경우 복구가 보다 용이한 편이다.
도 6b 에는 하나의 특정 실시예에 따른, 9 개의 관상 구조체 (라이저) 가 3 X 3 의 사각형 어레이로 배열되어 있는 일 예의 접근법 또는 구성이 도시되어 있다. 상기 도면은 복수 개의 관상 구조체 (606) 를 통과하는 도 6a 의 선 6B 를 따라 취한 단면도이다.
상기 어레이는 둘레부를 따라 배열된 8 개의 관상 구조체와 중심 위치의 하나의 라이저로 구성되어 있다. 상기 둘레부를 따라 배열된 8 개의 관상 구조체는 FLNG 설비에 냉각수를 제공하기 위한 물 흡입 라이저의 역할을 할 수도 있다. 상기 중심 위치의 관상 구조체는 스페이서용 구조적 지지 구조체 (라이저) 의 역할을 할 수도 있다. 상기 중심 위치의 라이저는 표면으로 물을 운반하는 기능을 수행할 수도 있으며 또는 수행하지 않을 수도 있다 (즉, 물 흡입 라이저의 역할을 수행할 수도 또는 수행하지 않을 수도 있다).
일 특정 실시예에 있어서, 상기 둘레부를 따라 배열된 8 개의 관상 구조체는 외경이 대략 42 inch 일 수도 있으며 벽 두께가 대략 1 inch 일 수도 있는 반면, 상기 중심 위치의 구조적 관상 구조체는 외경이 대략 24 inch 일 수도 있으며 두께가 대략 0.75 inch 일 수도 있다. 상기 둘레부를 따라 배치된 8 개의 관상 구조체는 대략 하나의 외경에 맞먹는 간격 또는 대략 42 inch 의 간격으로 등간격으로 이격 배치될 수도 있다. FLNG 설비 (602) 에 충분한 양의 냉각수를 제공하기 위하여, 일 실시예에 있어서, 각각의 관상 구조체가 한번에 작동될 필요는 없을 수도 있다. 따라서, 하나 이상의 관상 구조체는 과잉 물 흡입 라이저로서의 역할을 수행할 수도 있다.
일 예의 접근법 또는 구성에 있어서, 3 X 3 의 사각형 어레이의 모두 4 개의 모서리 위치의 관상 구조체에만 와유기 진동 억제 장치가 마련될 수도 있다. 선택적으로, 본 명세서에 개시된 다른 장치 또는 구성이 선택적으로 사용될 수도 있다.
예 1
나선형 스트레이크를 구비한 그리고 구비하지 않은 축소형의 3 X 3 의 라이저 어레이 모델에 대하여 탱크 시험을 수행하였다. 나선형 스트레이크가 포함된 경우 이들 나선형 스트레이크는 어레이의 4 개의 모서리 라이저에만 제공하였다. 이러한 구성은 도 3a 에 도시된 구성과 유사하다. 시험 값 및 시험 결과 값이 아래의 표 1 에 요약되어 있다.
수온
(F)		 시험 설명 속도 범위
(ft/sec)		 최대 rms A/D
61 텅 빈 파이프 번들
(3개의 스페이서를 구비한 9개의 파이프), 0°방향		 0.2-3.2 0.602
78 4개의 모서리 라이저 상의 스트레이크(0.2D 높이),
0°방향		 0.2-3.6 0.059
79 4개의 모서리 라이저 상의 스트레이크(0.2D 높이),
22.5°방향		 0.2-3.6 0.008
82 4개의 모서리 라이저 상의 스트레이크(0.2D 높이),
45°방향		 0.2-3.6 0.008
서로 다른 수온에서 시험하였다. 속도 범위는 유속을 나타낸다. 최대 rms A/D 는 시험 속도 범위에서의 최대 운동량 (오차를 제곱해서 평균한 값의 제곱근 (root-mean-square) 의 값) 을 나타내며 진동을 측정한 값이다. 최대 rms A/D 가 작을수록, 라이저 상의 진동량도 작아진다. 이러한 결과 값은 9 개의 라이저 어레이의 4 개의 모서리 라이저에만 나선형 스트레이크를 제공하여도 상당한 와유기 진동 감소를 달성하기에 충분하다는 것을 나타낸다.
본 발명의 영역이 공지된 바와 같은 특정한 수준의 와유기 진동 억제 또는 완충 효과를 달성하기 위한 용도로만 제한되는 것은 아니다. 특정 실시에 적절한 와유기 진동 억제 또는 완충 수준은 일 실시로부터 다른 실시에 이르기까지 광범위하게 변할 수도 있다. 이것은, 부분적으로는, 해양 유속, 관상 구조체의 길이 및 구성 재료의 변화, 보수적 설계 정도 등에 기인할 수도 있다.
전술한 설명 내용에 있어서는, 설명의 편의를 위해, 실시예의 철저한 이해를 돕기 위하여 다수의 특정한 세부 사항이 설명되어 있다. 그러나, 당업자라면 이러한 특정한 세부 사항 중 일부를 생략하여도 하나 이상의 다른 실시예가 이루어질 수도 있음을 분명하게 알 수 있을 것이다. 전술한 특정 실시예는 본 발명을 제한하고자 하는 의도로 제공된 것이 아니라 단지 본 발명을 예시하기 위해 주어진 것이다. 본 발명의 영역은 전술한 특정 예에 의해 결정되는 것이 아니라, 이하의 특허청구범위에 의해서만 결정된다. 또 다른 예로서, 널리 알려진 구조체, 장치 및 작동과 관련하여 명확한 이해를 돕기 위하여 세부 사항 없이 블럭도의 형태로 도시되어 있다. 적절한 경우에 한하여, 전체 도면에 걸쳐 선택적으로 유사한 특징을 나타낼 수도 있는 대응하는 또는 유사한 구성 요소를 지시하기 위해 도면 부호 또는 도면 부호의 끝 부분이 반복 기재되어 있다.
예시적인 실시예
일 실시예에 있어서, 유동 유체 환경 하의 구조체 어레이를 포함하는 시스템이 개시되어 있다. 상기 어레이는 적어도 3 개의 구조체와, 이들 구조체 중 적어도 2 개에 와유기 진동 억제 장치를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 구조체 어레이는 소정 수역 내에 마련되어 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 구조체의 적어도 하나의 단부는 부유식 선박에 연결되어 있다. 일부 실시예에 있어서, 와유기 진동 억제 장치가 구조체 중 20 % 내지 80 % 에 설치되어 있다. 일부 실시예에 있어서, 와유기 진동 억제 장치는 구조체 중 30 % 내지 60 % 에 설치되어 있다. 일부 실시예에 있어서, 구조체는 구조체의 길이를 따라 복수 개의 위치에서 서로 결합되어 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 어레이는 적어도 하나의 내부 구조체와, 상기 내부 구조체를 중심으로 둘레부를 형성하는 복수 개의 외부 구조체를 포함하며, 상기 와유기 진동 억제 장치는 외부 구조체 중 40 % 내지 65 % 에 설치된다. 일부 실시예에 있어서, 상기 유동 유체 환경은 주된 수류 방향을 포함하며, 제일 먼저 주된 수류와 맞닥뜨리는 어레이의 구조체는 적어도 하나의 와유기 진동 억제 장치를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 시스템은 또한, 스트레이크 및 페어링으로부터 선택되는 와유기 진동 억제 장치를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 와유기 진동 억제 장치는 적어도 2 개의 서로 다른 유형의 장치를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 어레이는 제 1 구조체를 포함하며, 이 제 1 구조체의 직경이 제 2 구조체의 직경보다 적어도 20 % 더 크다. 일부 실시예에 있어서, 유동 유체 환경은 주된 수류 방향을 포함하며, 제일 먼저 주된 수류와 맞닥뜨리는 어레이의 구조체의 직경이 어레이의 다른 구조체보다 직경이 적어도 15 % 작다. 일부 실시예에 있어서, 상기 어레이는 적어도 6 개의 구조체를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 구조체는 관상체를 포함하며, 각각의 관상체에는 유체 이송을 위한 개구가 전체적으로 관통 형성되어 있다.
일 실시예에 있어서, 구조체 어레이의 와유기 진동을 억제하기 위한 방법으로서, 상기 구조체 중 10 % 내지 90 % 에 와유기 진동 억제 장치를 설치하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 또한, 복수 개의 구조체를 서로 연결시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 또한, 제 1 구조체의 직경이 제 2 구조체의 직경보다 적어도 30 % 더 커지도록 적어도 하나의 구조체의 직경을 변경하는 단계를 포함한다.
일부 시스템에 있어서, 상기 구조체는 구조체의 길이를 따라 복수 개의 위치에서 서로 결합되며, 상기 와류 유기 진동 억제 장치가 구조체 중 적어도 두 개에 마련되고, 상기 구조체 중 적어도 하나에는 와류 유기 진동 억제 장치가 마련되지 않으며, 상기 와류 유기 진동 억제 장치는 구조체 중 20% 내지 90%에 설치된다. 이러한 시스템의 일부 실시예에 있어서, 상기 와류 유기 진동 억제 장치는 상기 구조체 중 40% 내지 70%에 설치된다.
전술한 본 발명의 명세서에 전체에 걸쳐 "일 실시예", "실시예" 또는 "하나 이상의 실시예" 는 예를 들어, 본 발명의 실시에 포함될 수도 있는 특정한 특징을 의미하는 것임을 또한 이해하여야 한다. 마찬가지로, 전술한 설명 내용에 있어서, 다양한 특징이 때때로 개시 내용을 합리화하며 다양한 본 발명의 태양의 이해를 돕기 위한 목적으로 단일 실시예, 도면 또는 그 설명 내용에서 함께 조합되어 있음을 이해하여야 한다. 그러나, 개시된 방법이 본 발명이 각각의 청구항에 명백하게 인용된 바 이상의 특징을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 대신, 이하의 특허청구범위가 반영하는 바와 같이, 본 발명의 태양은 개시된 단일 실시예에서 설명되고 있는 모든 특징들 미만의 특징을 포함하는 것으로 이해될 수도 있다. 예를 들어, 특정하게 규정되어 있거나 청구되어 있지 않은 한, 도면에 도시된 부유식 구조체 또는 부유식 액화 가스 설비가 본 발명의 일부를 구성하는 것으로 의도되는 것은 아니다. 따라서, 상세한 설명에 후속하는 이하의 특허청구범위는 상기 상세한 설명에 명백하게 인용되고 있으며, 각각의 청구항이 독립적으로 본 발명의 별개의 실시예로서 이해되어야 한다.
100 : 해상 시스템 102 : 표면 구조체
104 : 수면 106 : 관상 구조체
108 : 해저 110A, 110B: 스페이서
112 : 수류

Claims (26)

  1. 적어도 세 개의 구조체를 포함하는, 유체 유동 환경 하의 구조체 어레이; 그리고
    상기 구조체 중 적어도 두 개에 마련되는 와류 유기 진동 억제 장치를 포함하며,
    상기 구조체 중 적어도 하나에는 와류 유기 진동 억제 장치가 마련되지 않고,
    상기 유체 유동 환경은 주된 수류 방향을 포함하며,
    상기 주된 수류와 제일 먼저 맞닥뜨리는 상기 어레이의 구조체는 적어도 하나의 와류 유기 진동 억제 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체 어레이는 일 수역 내에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 구조체는 각각, 부유식 용기(vessel)에 연결되는 제 1 단부와, 하방으로 물속으로 돌출되는 제 2 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와류 유기 진동 억제 장치는 구조체 중 20% 내지 80%에 설치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조체는 구조체의 길이를 따라 복수 개의 위치에서 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 적어도 하나의 내부 구조체와, 이 내부 구조체를 중심으로 둘레부를 형성하는 복수 개의 외부 구조체를 포함하며,
    상기 와류 유기 진동 억제 장치는 외부 구조체 중 40% 내지 65%에 설치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주된 수류와 제일 먼저 맞닥뜨리는 상기 어레이의 구조체는 어레이의 다른 구조체보다 적어도 15% 더 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와류 유기 진동 억제 장치는 스트레이크(strake) 및 페어링(fairing)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와류 유기 진동 억제 장치는 적어도 두 개의 서로 다른 유형의 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조체 어레이의 제 1 구조체의 직경이 구조체 어레이의 제 2 구조체의 직경보다 적어도 20% 더 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 적어도 여섯 개의 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조체는 관상체를 포함하며, 각각의 관상체에는 전체적으로 제 2 단부를 통하여 제 1 단부로 소정의 깊이에 있는 수역으로부터 물을 끌어올리는 이송을 위한 개구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 세 개의 구조체는 소정의 깊이에 있는 물을 흡수하고 표면으로 물을 운반하기 위해 배치된 물 흡수 라이저(riser) 인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 라이저는 서로 평행하게 배치되고,
    상기 라이저를 서로에 대해 적소에 유지하도록 라이저를 따라 수직 방향으로 이격 배치된 스페이서(spacer)가 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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