KR101724445B1 - 해양 구조물 및 피니언 부재 - Google Patents

해양 구조물 및 피니언 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 구조물에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 해양 구조물은 복수의 레그가 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 복수의 레그에 의해 해저면에 지지되어 해수면 위로 상승되는 해양 구조물 본체; 및 레그를 승강시키도록 해양 구조물 본체에 제공되고, 레그에 형성된 랙에 기어 결합되는 피니언 부재를 포함하는 잭킹 시스템을 포함한다. 피니언 부재는 둘레 방향을 따라 복수의 톱니가 형성된 피니언 몸체; 및 복수의 톱니의 표면에 착탈 가능하게 결합된 복수의 팁부재를 포함한다.

Description

해양 구조물 및 피니언 부재{OFFSHORE STURECTURE AND PINION MEMBER}
본 발명은 해양 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양 구조물을 지지하는 레그를 승강하기 위한 잭킹 시스템의 피니언 부재에 관한 것이다.
시추를 위한 잭업 리그(jack-up rig)와 같은 해양 구조물은 일반 선박과는 달리 정해진 해역에 설치되어 미션을 완료할 때까지는 그 위치에서만 움직이지 않고 작업을 진행한다. 잭업 모드(jack-up mode) 시 사용하게 되는 레그(leg) 구조는 설치 해역에서 파도, 조류, 바람과 같은 외부 환경 하중에 충분히 견뎌낼 수 있는 구조 강성을 확보하기 위하여 고강도 재질로 이루어지고, 환경 하중을 적게 받도록 설계되고 있다. 현재 사용되고 있는 잭업 리그의 손상 사례는 크게 두 가지가 있다. 한가지는 레그 구조를 지면 하부에 침하시키면서 발생하는 펀치-스루(punch-through) 현상에 의한 손상과, 두번째는 극심한 환경 하중에 레그 구조에 과도한 하중이 전달되어, 잭킹 시스템(jacking system)에서 랙(rack)의 직접적인 하중을 버티는 피니언 기어(pinion gear)의 손상이다. 이 시스템은 수시로 레그를 승강시켜야 하기 때문에, 랙과 피니언 기어의 허용공차가 일정하게 유지되지 않는 경우에도 피니언 기어 팁 부분에서 손상이 발생하게 된다. 피니언 기재의 팁 부분에 손상이 발생하게 되면, 잭킹 시스템에서 원활하게 승강 하중을 작용시키기 어려우며, 주변부 피니언에 오버로드(overload)가 발생하여 시스템 및 구동계 자체의 고장의 원인이 되고 있다. 피니언 기어에 마모 또는 손상 발생시 전체 피니언 기어를 잭킹 시스템에서 분리한 후 새로운 피니언 기어로 교체해야 하므로, 유지/보수에 오랜 시간이 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 해양 구조물의 레그를 승강시키는 잭킹 시스템의 피니언 기어의 마모/손상부 보수를 효율적으로 수행할 수 있는 피니언 부재 및 이를 구비한 해양 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 해양 구조물은 복수의 레그가 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 상기 복수의 레그에 의해 해저면에 지지되어 해수면 위로 상승되는 해양 구조물 본체; 및 상기 레그를 승강시키도록 상기 해양 구조물 본체에 제공되고, 상기 레그에 형성된 랙에 기어 결합되는 피니언 부재를 포함하는 잭킹 시스템을 포함하고, 상기 피니언 부재는, 둘레 방향을 따라 복수의 톱니가 형성된 피니언 몸체; 및 상기 복수의 톱니의 표면에 착탈 가능하게 결합된 복수의 팁부재를 포함한다.
상기 피니언 부재는 상기 복수의 팁부재를 상기 복수의 톱니에 고정시키는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
상기 팁부재는 상기 톱니와 대응하는 형상을 가지며, 상기 톱니는 선단의 양측에 제1 나사부를 갖는 체결홈을 가지고, 상기 팁부재는 상기 제1 나사부와 대응하는 위치에 제2 나사부를 갖는 체결공이 관통 형성되고, 상기 고정부재는 상기 체결공 및 상기 체결홈에 나사 결합되는 나사부재를 포함할 수 있다.
상기 나사부재의 두부는 상기 랙과 접촉하지 않도록 상기 팁부재 안으로 매립될 수 있다.
상기 톱니는 상기 피니언 몸체의 회전축과 나란한 방향으로 형성된 제1 가이드부를 가지며, 상기 팁부재는 상기 제1 가이드부와 슬라이드 결합되는 제2 가이드부를 가질 수 있다.
상기 해양구조물은 상기 잭킹 시스템에 설치되고, 상기 팁부재의 표면에 이르는 거리를 측정하는 거리센서; 및 상기 거리센서의 측정값에 기초하여 상기 팁부재의 마모 또는 손상 상태를 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 해양 구조물을 지지하기 위한 레그의 랙에 기어 결합되어 상기 레그를 상하 방향으로 구동하기 위한 피니언 부재로서, 둘레 방향을 따라 일정 간격으로 복수의 톱니가 형성된 피니언 몸체; 및 상기 복수의 톱니의 표면에 착탈 가능하게 결합된 복수의 팁부재를 포함하는 피니언 부재가 제공된다.
본 발명의 실시 예에 의하면 해양구조물의 잭킹 시스템을 구성하는 피니언 부재의 마모/손상부 보수를 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 잭업 시스템을 갖는 해양구조물을 예시적으로 보여주는 측면도이다.
도 2는 잭업 시스템을 갖는 해양구조물의 예시적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 'A-A'에 따른 단면도이다.
도 4는 레그와 가이드의 조립 상태를 예시한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피니언 부재(120)의 사시도이다.
도 6은 도 5의 'C'부를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양구조물을 구성하는 거리센서(140)에 의해 피니언 기어의 마모 또는 손상을 검사하는 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 피니언 기어의 마모 또는 손상을 검사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 피니언 부재의 일부를 보여주는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시 예에 따른 피니언 부재는 드릴쉽(drillship), 잭업 리그(jack-up rig), 풍력발전기 설치선과 같은 해양구조물의 잭업 시스템에 제공될 수 있다. 이하에서 먼저 해양 구조물의 잭업 시스템에 대해 설명한 다음, 본 실시 예에 다른 피니언 부재에 대해 설명한다.
도 1은 잭업 시스템을 갖는 해양구조물을 예시적으로 보여주는 측면도이다. 도 2는 잭업 시스템을 갖는 해양구조물의 예시적인 평면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 해양구조물(200)에는 풍력 발전기 설치 또는 시추 등의 작업을 위하여 해양 구조물 본체에 해당하는 선체(210)를 해수면 위로 상승시키기 위한 잭업 시스템(jack-up system)이 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 잭업 시스템은 가이드(Guide)(230)와 레그(Leg)(240) 및 피니언 기어로 제공될 수 있다.
레그(240)는 해양구조물(200)의 선체(210)를 상하 방향으로 관통하여 설치될 수 있다. 여기서 '상하 방향'은 중력 방향과 나란한 방향을 의미한다. 여기서 나란하다는 것은 수학적이거나 기하학적인 평행을 의미하는 것이 아니라 기계적인 가공오차 등을 고려한 넓은 범주의 나란함을 의미한다. 레그(240)는 일 예로, 삼각 기둥의 형태로 이루어질 수 있으며, 레그(240)에는 하나 이상의 랙(Rack)(241)이 상하 방향으로 제공될 수 있다. 해양구조물(200)에는 복수의 레그(240)가 분산 설치될 수 있다. 이에 따라, 해양구조물(200)은 이의 선체(210)가 해수면 위로 상승되었을 때 선체(210)의 하중이 복수의 레그(240)로 분산되어 안정적으로 지지될 수 있다.
레그(240)의 하단부에는 베이스 플레이트(242)가 제공될 수 있다. 베이스 플레이트(242)는 레그(240)의 하강시 해저면에 접하여 선체(210)의 하중이 견고히 지지되도록 할 수 있다. 가이드(230)는 레그(240)의 승강을 가이드할 수 있다. 가이드(230)는 하우징(231), 상부 가이드(232), 그리고 하부 가이드(233)를 포함할 수 있다. 상부 가이드(232)와 하부 가이드(233)는 하우징(231)에 수용되어 각각 선체(210)의 상부 측과 하부 측에서 레그(240)의 승강을 가이드할 수 있다.
도 3은 도 1의 'A-A'에 따른 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 레그(240)의 랙(241)에는 상하 방향을 따라 기어가 형성될 수 있다. 하우징(231)의 내부에는 피니언 부재(120)의 기어(234)가 랙(241)과 기어 결합하도록 제공될 수 있다. 이에 따라 레그(240)는 피니언 부재(120)의 기어(234)의 회전에 따라 랙(241)이 상하로 이동함에 따라 승강할 수 있다. 미설명부호 140은 피니언 부재(120)의 마모 또는 손상을 검출하기 위한 거리센서이다.
도 4는 레그와 가이드의 조립 상태를 예시한 횡단면도이다. 도 4를 참조하면, 레그(240)에는 세 개의 랙(241)이 120°간격으로 제공될 수 있다. 도 3과 도 4에 나타낸 실시 예의 경우, 가이드(230)에는 하우징(231), 상부 가이드(232), 그리고 하부 가이드(233)가 각각 세 개씩 제공될 수 있다. 일 예로 하부 가이드(233)는 랙(241)과 약간의 간격을 두고 레그(240)의 승강을 가이드하게 된다. 이하에서 해양구조물의 잭업 시스템을 구성하는 피니언 부재(120)에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피니언 부재(120)의 사시도이다. 도 6은 도 5의 'C'부를 확대하여 보여주는 단면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 피니언 부재(120)는 피니언 몸체(122)와, 복수의 팁부재(124) 및 고정부재(126)를 포함한다.
피니언 몸체(122)는 대략 원판 형태로 이루어질 수 있다. 피니언 몸체(122)에는 랙에 기어 결합되는 복수의 톱니(122a)가 둘레 방향을 따라 형성된다. 각 톱니(122a)의 양 측면에는 제1 나사부(예컨대, 암나사부)를 갖는 체결홈(122b)이 요입 형성된다.
팁부재(124)는 톱니(122a)의 외면, 즉 선단면과 측면에 착탈 가능하게 결합된다. 팁부재(124)는 톱니(122a)와 대응하는 형상을 갖는다. 즉 팁부재(124)는 톱니(122a)와 동일한 형상의 공간부(124a)를 가지며, 이 공간부(124a)에 톱니(122a)가 끼워진다. 팁부재(124)는 톱니(122a)에 형성된 제1 나사부와 대응하는 위치에 제2 나사부를 갖는 체결공(124b)이 관통 형성된다. 체결공(124b)은 팁부재(124)의 공간부(124a)에 톱니(122a)가 위치한 상태에서 체결홈(122b)과 연통되는 위치에 형성된다.
고정부재(126)는 팁부재(124)를 톱니(122a)의 외면에 고정시킨다. 일 실시 예로, 고정부재(126)는 팁부재(124)의 체결공(124b) 및 톱니(122a)의 체결홈(122b)에 나사 결합되는 나사부재로 제공될 수 있다. 고정부재(126)는 톱니(122a)와 팁부재(124)의 양측면에 각각 결합되어, 팁부재(124)를 톱니(122a)에 고정시킨다. 나사부재(126)의 두부는 랙과 접촉하지 않도록 팁부재(124) 안으로 매립될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양구조물을 구성하는 거리센서(140)에 의해 피니언 기어의 마모 또는 손상을 검사하는 것을 보여주는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 피니언 기어의 마모 또는 손상을 검사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 거리센서(140)는 피니언 부재의 톱니(122a)에 결합된 팁부재(124)와 근거리에 설치되어, 팁부재(124)에 이르는 거리를 측정하여 팁부재(124)의 마모 또는 손상을 검사한다.
도 8에서 실선은 팁부재(124)가 마모 또는 손상되지 않은 경우 거리센서(140)의 측정값을 나타내고, 점선은 팁부재(124)에 마모 또는 손상이 발생한 경우의 거리센서(140)의 측정값을 나타낸다. 팁부재(124)에 마모 또는 손상이 발생한 경우, 거리센서(140)의 측정값이 팁부재(124)가 마모 또는 손상되지 않았을 때에 비해 마모/손상량(D) 만큼 증가한다.
판단부(도시생략)는 거리센서(140)의 측정값에 기초하여 팁부재(124)의 마모 또는 손상 상태를 판단한다. 일 실시 예에서, 마모/손상량(D)이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 피니언 부재가 마모 또는 손상되었음을 알리는 정보와, 피니언 부재 중 어떤 팁부재(124)가 마모 또는 손상되었는지 정보가 제어시스템으로 제공된다.
이후 작업자는 고정부재(126)를 해체하여 피니언 부재 중 마모 또는 손상이 발생한 팁부재(124)를 새로운 팁부재로 교체할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 전체 피니언 부재를 교체하지 않고, 마모 또는 손상이 발생한 팁부재(124) 만을 교체하면 되기 때문에, 유지/보수 비용이 절감되고, 피니언 부재의 유지/보수 작업을 신속하게 행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 피니언 부재의 일부를 보여주는 도면이다. 도 9의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다. 도 9를 참조하면, 톱니(122a)의 양 측면에는 제1 가이드부(122c)가 형성될 수 있다. 일 실시 예로, 제1 가이드부(122c)는 톱니(122a)의 측면부로부터 돌출된 돌기 형태로 제공될 수 있다. 제1 가이드부(122c)는 피니언 몸체(122)의 회전축과 나란한 방향으로 형성될 수 있다.
팁부재(124)는 제1 가이드부(122c)와 슬라이드 결합되는 제2 가이드부(124c)를 가질 수 있다. 제2 가이드부(124c)는 톱니(122a)와 접촉하는 팁부재(124)의 접촉면에 형성될 수 있다. 일 실시 예로, 제2 가이드부(124c)는 팁부재(124)에 요입 형성된 가이드홈으로 제공될 수 있다. 다른 예로, 톱니(122a)에 형성된 제1 가이드부(122c)가 가이드홈으로 제공되고, 팁부재(124)에 형성된 제2 가이드부(124c)가 돌기 형태로 제공될 수도 있다. 도 9의 실시 예에 의하면, 팁부재(124)를 톱니(122a)에 슬라이드식으로 해체 및 결합할 수 있어, 팁부재(124)의 교체를 용이하게 수행할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
120: 피니언 부재 122: 피니언 몸체
122a: 톱니 122b: 체결홈
122c: 제1 가이드부 124: 팁부재
124a: 공간부 124b: 체결공
124c: 제2 가이드부 126: 고정부재
140: 거리센서 200: 해양구조물
210: 선체 230: 가이드
240: 레그

Claims (6)

  1. 복수의 레그가 상하 방향으로 관통하도록 설치되고, 상기 복수의 레그에 의해 해저면에 지지되어 해수면 위로 상승되는 해양 구조물 본체; 및
    상기 레그를 승강시키도록 상기 해양 구조물 본체에 제공되고, 상기 레그에 형성된 랙에 기어 결합되는 피니언 부재를 포함하는 잭킹 시스템을 포함하고,
    상기 피니언 부재는,
    둘레 방향을 따라 복수의 톱니가 형성된 피니언 몸체; 및
    상기 복수의 톱니의 표면에 착탈 가능하게 결합된 복수의 팁부재를 포함하는 해양 구조물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피니언 부재는 상기 복수의 팁부재를 상기 복수의 톱니에 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 해양 구조물.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 팁부재는 상기 톱니와 대응하는 형상을 가지며,
    상기 톱니는 선단의 양측에 제1 나사부를 갖는 체결홈을 가지고,
    상기 팁부재는 상기 제1 나사부와 대응하는 위치에 제2 나사부를 갖는 체결공이 관통 형성되고,
    상기 고정부재는 상기 체결공 및 상기 체결홈에 나사 결합되는 나사부재를 포함하는 해양 구조물.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 나사부재의 두부는 상기 랙과 접촉하지 않도록 상기 팁부재 안으로 매립되는 해양 구조물.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 톱니는 상기 피니언 몸체의 회전축과 나란한 방향으로 형성된 제1 가이드부를 가지며,
    상기 팁부재는 상기 제1 가이드부와 슬라이드 결합되는 제2 가이드부를 가지는 해양 구조물.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 잭킹 시스템에 설치되고, 상기 팁부재의 표면에 이르는 거리를 측정하는 거리센서; 및
    상기 거리센서의 측정값에 기초하여 상기 팁부재의 마모 또는 손상 상태를 판단하는 판단부를 더 포함하는 해양 구조물.
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