KR101814759B1 - 터렛 위치 조정 장치 - Google Patents

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KR101814759B1 KR1020160080827A KR20160080827A KR101814759B1 KR 101814759 B1 KR101814759 B1 KR 101814759B1 KR 1020160080827 A KR1020160080827 A KR 1020160080827A KR 20160080827 A KR20160080827 A KR 20160080827A KR 101814759 B1 KR101814759 B1 KR 101814759B1
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Abstract

터렛 위치 조정 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 문풀에 설치되는 터렛의 위치를 조정하는 터렛 위치 조정 장치는, 상기 선체와 상기 터렛 사이에 설치되어 상기 터렛이 상기 선체에 대해 상대적으로 원활하게 회전하게 하는 베어링부; 상기 터렛의 하부와 해저면 사이에 설치되는 체인을 포함하는 체인부; 상기 터렛의 기울어짐을 센싱하는 센싱부; 상기 센싱부에서 센싱한 값을 해석하여 상기 터렛의 위치를 정상상태로 복귀시키기 위한 베어링 구동신호와 체인 구동신호를 생성하는 제어부; 상기 베어링 구동신호에 따라 상기 베어링부에 마련된 액츄에이터를 구동시켜 상기 터렛을 상기 선체에 대해 밀어주는 척력을 가하는 베어링 구동부; 및 상기 체인 구동신호에 따라 상기 체인의 장력을 변화시키는 체인 구동부를 포함할 수 있다.

Description

터렛 위치 조정 장치{Turret position adjustment device}
본 발명은 터렛 위치 조정 장치에 관한 것이다.
해저에서 가스 또는 원유를 시추하는 시추선(drill ship)이나 LNG-FPSO(부유식 원유생산 하역 저장설비)는 시추를 보조하기 위한 터렛(turret)을 구비하고 있다. 터렛은 보통 선박의 한쪽 선단부, 통상 선수부에 마련된 수직 개구부를 포함하는 문풀(moon pool)에 장착되고, 체인 등에 의해 해저의 광구 플랫폼(subsea well platform)에 고정되어 선박을 계류하게 된다.
또한, 터렛은 선박이 터렛을 중심축으로 하여 상대적인 회전이 가능하도록 선박에 설치되어, 시추작업을 하는 동안 광구 플랫폼으로부터 선박으로의 가스 또는 원유의 이송을 위한 안정적이고 연속적인 이송경로를 제공한다. 즉, 해상의 선박이 가스 또는 원유가 이송되는 동안 바람, 파도 또는 조류에 의해 유동하는 경우에도 선박이 고정된 터렛을 중심축으로 하여 자유롭게 회전할 수 있게 하여, 선박의 유동에 상관없이 가스 또는 원유가 고정된 터렛 내부의 튜브 등을 통하여 안정적으로 이송될 수 있도록 하는 것이다. 이때, 터렛을 중심으로 선박이 회전하도록 하는 구조의 일 예는, 선체의 갑판 및 문풀에 설치된 베어링이 터렛의 헤드 및 측벽과 미끄럼 접촉하도록 구성되어 터렛이 회전 가능하도록 하는 것이다.
하지만, 이러한 터렛 무어링 시스템의 경우에는 선박의 새깅(sagging), 호깅(hogging) 현상에 대해 취약한 점을 가지고 있다.
한국공개특허 10-2015-0107445호 (2015.09.23 공개) - 터렛이 탑재된 선박
본 발명은 베이링부와 체인부를 이용하여 터렛의 위치를 자동 조정하여 새깅 혹은 호깅이 없는 선박의 안정적인 웨더 베이닝(weather vaning)을 가능하게 하여 원유 및 가스가 원활히 생산될 수 있게 하는 터렛 위치 조정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 문풀에 설치되는 터렛의 위치를 조정하는 장치로서, 상기 선체와 상기 터렛 사이에 설치되어 상기 터렛이 상기 선체에 대해 상대적으로 원활하게 회전하게 하는 베어링부; 상기 터렛의 하부와 해저면 사이에 설치되는 체인을 포함하는 체인부; 상기 터렛의 기울어짐을 센싱하는 센싱부; 상기 센싱부에서 센싱한 값을 해석하여 상기 터렛의 위치를 정상상태로 복귀시키기 위한 베어링 구동신호와 체인 구동신호를 생성하는 제어부; 상기 베어링 구동신호에 따라 상기 베어링부에 마련된 액츄에이터를 구동시켜 상기 터렛을 상기 선체에 대해 밀어주는 척력을 가하는 베어링 구동부; 및 상기 체인 구동신호에 따라 상기 체인의 장력을 변화시키는 체인 구동부를 포함하는 터렛 위치 조정 장치가 제공된다.
상기 베어링부는 상기 선체의 갑판과 상기 터렛의 헤드몸체 사이에 설치되어 상기 터렛을 축방향으로 지지하는 액시얼 베어링과, 상기 문풀의 내벽과 상기 터렛의 축몸체 사이에 설치되어 상기 터렛을 원심 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링을 포함할 수 있다.
상기 베어링 구동부는, 상기 액시얼 베어링과 함께 설치되어 상기 터렛을 축방향으로 밀어주는 액시얼 액츄에이터와, 상기 레이디얼 베어링과 함께 설치되어 상기 터렛을 원심 방향으로 밀어주는 레이디얼 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 센싱부는, 상기 액시얼 베어링에 설치되는 제1 로드셀과, 상기 레이디얼 베어링에 설치되는 제2 로드셀과, 상기 헤드몸체 및 상기 체인테이블 중 적어도 하나에 설치되는 수평센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 체인테이블은 상기 터렛의 하부에 고정 결합되는 메인 바디와, 일단이 상기 메인 바디의 끝단에 힌지 결합하고 관통구를 통해 통과하는 상기 체인의 일 지점이 고정 체결되는 서브 바디를 포함하되, 상기 체인 구동신호에 의해 상기 서브 바디가 상기 메인 바디에 대해 힌지축을 중심으로 회동 제어될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 베어링부와 체인부를 이용하여 터렛의 위치를 자동 조정하여 새깅 혹은 호깅이 없는 선박의 안정적인 웨더 베이닝을 가능하게 하여 원유 및 가스가 원활히 생산될 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 장치가 설치된 터렛 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 방법의 순서도,
도 4는 터렛이 기울어진 경우를 나타낸 도면,
도 5는 체인테이블을 이용한 터렛 위치 2차 보정 모습을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 장치가 설치된 터렛 시스템을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 방법의 순서도이며, 도 4는 터렛이 기울어진 경우를 나타낸 도면이고, 도 5는 체인테이블을 이용한 터렛 위치 2차 보정 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5에는 선체(1), 문풀(2), 터렛(10), 헤드몸체(11), 축몸체(12), 액시얼 지지부(20a, 20b, 이하 '20'으로 통칭하기도 함), 레이디얼 지지부(30a, 30b, 이하 '30'으로 통칭하기도 함), 체인(3a, 3b), 수평센서(40a, 40b, 이하 '40'으로 통칭하기도 함), 베어링부(110), 체인부(120), 센싱부(130), 제어부(140), 베어링 구동부(150), 체인 구동부(160), 체인테이블(121), 메인 바디(123), 서브 바디(125a, 125b), 힌지축(127a, 127b)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터렛 위치 조정 장치는 터렛의 회전을 원활하게 해주는 베어링부와 터렛을 고정시키는 체인부를 이용하여 터렛의 위치를 보정해 주는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 터렛(10)은 축몸체(12)와 헤드몸체(11)를 포함하며, 헤드몸체(11)가 선체(1)의 갑판과 평행하게 수평으로 놓여지고 축몸체(12)가 선체(1)에 형성된 문풀(2) 내에서 수직하게 놓여진 경우를 정상상태로 가정하기로 한다. 여기서, 터렛(10)의 축방향은 수직방향을 나타낸다. 터렛(10)이 정상상태에서 있을 때 축몸체(12)의 대부분이 문풀(2)의 내벽으로부터 일정하게 이격되도록 배치되어 원활한 회전이 일어나도록 할 수 있게 된다.
터렛(10)과 선체(1) 사이에는 액시얼 지지부(20)와 레이디얼 지지부(30)가 설치될 수 있다.
액시얼(axial) 지지부(20)는 터렛의 헤드몸체(11)와 선체(1)의 갑판 사이에 설치되며, 터렛(10)의 축방향 하중을 지지한다.
액시얼 지지부(20)는 터렛(10)의 축방향으로 걸리는 터렛(10)의 하중을 지지하면서 터렛(10)이 원활하게 회전되도록 하는 액시얼 베어링(axial bearing)과, 터렛(10)의 축방향과 평행한 방향으로 힘을 가하는 액시얼 액츄에이터를 포함한다.
액시얼 지지부(20)는 제1 로드셀(load cell)을 더 포함할 수 있다. 제1 로드셀은 축방향으로 걸리는 터렛 하중을 측정하여 제1 로드 신호로 출력한다.
레이디얼(radial) 지지부(30)는 터렛의 축몸체(12)와 문풀(2) 내벽 사이에 설치되며, 터렛(10)의 수직축에 직각인 방향(원심 방향)으로의 하중을 지지한다.
레이디얼 지지부(30)는 터렛(10)의 축방향에 수직으로 걸리는 터렛(10)의 하중을 지지하면서 터렛(10)이 원활하게 회전되도록 하는 레이디얼 베어링(radial bearing)과, 터렛(10)의 축방향과 수직한 방향으로 힘을 가하는 레이디얼 액츄에이터를 포함한다.
레이디얼 지지부(30)는 제2 로드셀을 더 포함할 수 있다. 제2 로드셀은 축방향에 수직으로 걸리는 터렛 하중을 측정하여 제2 로드 신호로 출력한다.
액시얼 베어링과 레이디얼 베어링은 베어링부(110)에 포함되고, 액시얼 액츄에이터와 레이디얼 액츄에이터는 베어링 구동부(150)에 포함되며, 제1 로드셀과 제2 로드셀은 센싱부(130)에 포함된다.
체인(3)은 해저면에 고정되어 선체(1)을 해상의 작업위치에 계류시키기 위한 것이다. 체인(3)은 터렛(10)의 내측으로부터 터렛 하부에 마련된 체인테이블(121)을 통과하여 해저로 연장되어 설치된다.
터렛(10)의 헤드몸체(11) 및/또는 터렛 하부의 체인테이블(121)에는 수평상태를 알려주는 수평센서(40)가 설치될 수 있다. 수평센서(40)는 예컨대 트리브락(tribrach)일 수 있으며, 센싱부(130)에 포함될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 터렛 위치 보정 장치(100)는 베어링부(110), 체인부(120), 센싱부(130), 제어부(140), 베어링 구동부(150), 체인 구동부(160)를 포함한다.
베어링부(110)는 터렛(10)을 축방향과 원심 방향으로 각각 지지하는 액시얼 베어링과 레이디얼 베어링을 포함한다.
체인부(120)는 터렛 하부에서 해저면에 연장 설치되는 체인(3)과, 터렛 하부에 설치되며 체인(3)이 관통되는 체인테이블(121)을 포함한다.
센싱부(130)는 베어링부(110)에 설치되어 선체(1)에 대한 터렛(10)의 상대적인 기울어짐을 센싱한다(단계 S200). 센싱부(130)는 액시얼 지지부(20)에 포함되어 제1 로드 신호를 생성하는 제1 로드셀, 레이디얼 지지부(30)에 포함되어 제2 로드 신호를 생성하는 제2 로드셀을 포함할 수 있다.
또한, 센싱부(130)는 터렛의 헤드몸체(11) 및 터렛 하부의 체인테이블(121) 중 적어도 하나에 설치되는 수평센서(40)를 포함하여, 터렛(10)의 수평상태를 센싱할 수도 있다.
제어부(140)는 센싱부(130)에서 센싱한 기울어짐 정보(제1 로드 신호, 제2 로드 신호, 수평상태 신호)를 이용하여 터렛(10)의 현재 위치를 판단한다. 터렛(10)이 선체(1)에 대해 미리 정해진 정상상태의 위치에 놓여져 있지 않고, 일측으로 기울어진 경우 제어부(140)는 센싱부(130)에서 출력된 제1 로드 신호, 제2 로드 신호 및 수평상태 신호를 해석하여 그 기울어진 방향 및 기울어진 정도(예컨대, 각도)를 판단할 수 있다.
제어부(140)에는 터렛(10)이 수평상태에 있을 때의 제1 로드 신호, 제2 로드 신호 및 수평상태 신호가 별도의 저장부(미도시)에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우 현재 센싱된 제1 로드 신호, 제2 로드 신호 및 수평상태 신호와 기 저장된 제1 로드 신호, 제2 로드 신호 및 수평상태 신호를 비교하여 그 차이를 해석함으로써, 터렛(10)의 기울어진 방향 및 기울어진 정도를 판단할 수 있다.
터렛(10)이 기울어진 방향 및 기울어진 정도가 판단된 경우, 제어부(140)는 1차적으로 터렛(10)에 대해 척력을 가하여 그 기울어짐을 바로잡을 수 있도록 베어링 구동부(150)를 구동시키는 베어링 구동신호를 생성하여 출력할 수 있다(단계 S210).
베어링 구동신호는 액시얼 베어링 구동신호와 레이디얼 베어링 구동신호를 포함한다. 액시얼 베어링 구동신호는 터렛의 헤드몸체(11) 중에서 타 부분에 비해 낮게 위치하는 부분에 대해 상방으로 힘을 가하여 헤드몸체(11)가 수평으로 놓여질 수 있게 한다(화살표 A 참조). 이 경우 터렛의 헤드몸체(11) 중에서 상대적으로 높게 위치하는 부분, 즉 상방으로 힘을 가하는 부분의 반대편에 대해서는 상방으로의 지지력을 제거하여 헤드몸체(11)가 원활히 수평으로 놓여지게 할 수 있다.
레이디얼 베어링 구동신호는 터렛의 축몸체(12) 중에서 문풀(2) 내벽에 근접한 부분에 대해 원심 방향으로 힘을 가하여 축몸체(12)가 수직으로 놓여질 수 있게 한다(화살표 B 참조). 이 경우 터렛의 축몸체(12) 중에서 문풀(2) 내벽으로부터 상대적으로 멀리 위치하는 부분, 즉 원심 방향으로 힘을 가하는 부분의 반대편에 대해서는 원심 방향으로의 지지력을 제거하여 축몸체(12)가 원활히 수직으로 놓여지게 할 수 있다.
베어링 구동부(150)는 제어부(140)에서 생성된 베어링 구동신호에 따라 액시얼 액츄에이터 및 레이디얼 액츄에이터를 구동시켜 터렛(10)의 헤드몸체(11)가 수평으로 놓여지고 축몸체(12)가 수직으로 놓여지도록 터렛(10)을 이동시킬 수 있다(위치 1차 조정)(단계 S220).
이 경우 구동신호와 액츄에이터 간의 미스매치, 액츄에이터의 구동 제한 등으로 인해 터렛(10)이 완전한 수평상태에 놓여지지 못할 수도 있다.
이를 위해, 본 실시예에서는 2차적으로 체인부(120)를 이용하여 장력(특히, 인력)을 가함으로써 터렛(10)의 위치를 추가적으로 조정할 수 있다(2차 위치 조정).
체인부(120)는 체인(3)에 장력을 가하는 체인테이블(121)을 포함한다. 체인테이블(121)은 메인 바디(123)와, 메인 바디(123)에 대해 회동하는 서브 바디(125)를 포함한다. 서브 바디(125)는 일단이 메인 바디(123)의 끝단에 힌지 결합되어 있어, 힌지축(127)을 중심으로 메인 바디(123)와 소정 경사를 이루도록 회동 가능한 구조를 가진다.
서브 바디(125)에는 관통구가 형성되어 있어, 체인(3)이 관통구를 통해 터렛 하부에서 해저로 연장되어 설치된다. 서브 바디(125)에는 체인 잠금 수단이 마련되어 있어, 관통구를 통과하는 체인(3)을 고정시킬 수 있다.
터렛(10)의 현재 위치에 따라 터렛(10)의 하부에 설치된 체인(3)에 대해 가해져야 하는 장력의 방향이 결정될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 것과 같이 터렛(10)이 기울어진 경우에는 제1 체인(3a)에는 좌하방으로의 장력이 가해지고 제2 체인(3b)에는 좌상방으로의 장력이 가해져야 할 것이다.
이 경우 도 5를 참조하면, 정해진 장력의 방향에 따라 서브 바디(125)를 메인 바디(123)에 대해 회동시켜 서브 바디(125)에 고정된 체인(3)에 대해 원하는 방향으로의 장력이 가해지게 할 수 있다.
제1 서브 바디(125a)는 제1 힌지축(127a)을 중심으로 시계 방향으로 회동하여 제1 체인(3a)에 대해 좌하방으로의 장력을 가해줄 수 있다.
제2 서브 바디(125b)는 제2 힌지축(127b)을 중심으로 시계 방향으로 회동하여 제2 체인(3b)에 대해 좌상방으로의 장력을 가해줄 수 있다.
즉, 제어부(140)는 이와 같이 터렛(10) 위치를 조정하기 위한 각 체인(3)에 대한 장력의 방향을 결정하여 체인 구동신호를 생성하고(단계 S230) 체인 구동부(160)는 체인 구동신호에 따라 체인테이블(121)을 구동시켜 터렛(10)의 위치가 2차적으로 조정되도록 한다.
본 실시예에서는 베어링부를 통한 척력을 이용한 방식으로 터렛의 위치를 1차 조정하고, 체인부를 통한 장력(특히 인력)을 이용한 방식으로 터렛의 위치를 2차 조정함으로써 보다 정교하면서도 신속하게 터렛을 정상상태의 위치로 조정할 수 있게 된다. 따라서, 새깅 및 호깅이 없는 상태에서 웨더 베이닝이 가능하도록 하여 원유 및 가스 생산이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 선체 2: 문풀
3a, 3b: 체인 10: 터렛
11: 헤드몸체 12: 축몸체
20a, 20b: 액시얼 지지부 30a, 30b: 레이디얼 지지부
100: 터렛 위치 조정 장치 110: 베어링부
120: 체인부 130: 센싱부
140: 제어부 150: 베어링 구동부
160: 체인 구동부

Claims (5)

  1. 선체의 문풀에 설치되는 터렛의 위치를 조정하는 장치로서,
    상기 선체와 상기 터렛 사이에 설치되어 상기 터렛이 상기 선체에 대해 상대적으로 원활하게 회전하게 하는 베어링부;
    상기 터렛의 하부와 해저면 사이에 설치되는 체인과, 상기 터렛의 하부에 설치되어 상기 체인이 관통하며 상기 체인이 장력을 가하는 체인테이블을 포함하는 체인부;
    상기 터렛의 기울어짐을 센싱하는 센싱부;
    상기 센싱부에서 센싱한 값을 해석하여 상기 터렛의 위치를 정상상태로 복귀시키기 위한 베어링 구동신호와 체인 구동신호를 생성하는 제어부;
    상기 베어링 구동신호에 따라 상기 베어링부에 마련된 액츄에이터를 구동시켜 상기 터렛을 상기 선체에 대해 밀어주는 척력을 가하는 베어링 구동부; 및
    상기 체인 구동신호에 따라 상기 체인의 장력을 변화시키는 체인 구동부를 포함하되,
    상기 체인테이블은 상기 터렛의 하부에 고정 결합되는 메인 바디와, 일단이 상기 메인 바디의 끝단에 힌지 결합하고 관통구를 통해 통과하는 상기 체인의 일 지점이 고정 체결되는 서브 바디를 포함하며,
    상기 체인 구동신호에 의해 상기 서브 바디가 상기 메인 바디에 대해 힌지축을 중심으로 회동 제어되는 터렛 위치 조정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링부는 상기 선체의 갑판과 상기 터렛의 헤드몸체 사이에 설치되어 상기 터렛을 축방향으로 지지하는 액시얼 베어링과, 상기 문풀의 내벽과 상기 터렛의 축몸체 사이에 설치되어 상기 터렛을 원심 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링을 포함하는 터렛 위치 조정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베어링 구동부는, 상기 액시얼 베어링과 함께 설치되어 상기 터렛을 축방향으로 밀어주는 액시얼 액츄에이터와, 상기 레이디얼 베어링과 함께 설치되어 상기 터렛을 원심 방향으로 밀어주는 레이디얼 액츄에이터를 포함하는 터렛 위치 조정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 액시얼 베어링에 설치되는 제1 로드셀과, 상기 레이디얼 베어링에 설치되는 제2 로드셀과, 상기 헤드몸체 및 상기 체인테이블 중 적어도 하나에 설치되는 수평센서 중 하나 이상을 포함하는 터렛 위치 조정 장치.
  5. 삭제
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