KR101824153B1 - 해상 구조물의 자세 유지 시스템 - Google Patents

해상 구조물의 자세 유지 시스템 Download PDF

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Abstract

해상 구조물의 자세 유지 시스템이 개시된다. 해상 구조물의 자세 유지 시스템은 일 단부가 해양 바닥에 설치된 고정 구조물에 고정되어 해상 구조물을 고박시키는 텐션 레그를 따라 승강되는 고정점 이동 유닛; 및 일 단부가 해양 바닥에 설치된 고정 구조물에 고정되어 상기 고정점 이동 유닛을 고박하는 무어링 라인을 포함한다.

Description

해상 구조물의 자세 유지 시스템{Position maintenance system for floating structure}
본 발명은 해상 구조물의 자세 유지 시스템에 관한 것이다.
테너(tethers)나 텐돈(tendons)에 의해 계류되어 오일 및/또는 가스의 해양 생산을 실시하는 텐션 레그 플랫폼(TLP) 등과 같이 다양한 해상 구조물이 심해에서 석유나 천연가스의 생산을 위해 이용되고 있다.
도 1에는 일반적인 텐션 레그 플랫폼(이하, TLP라 칭함)의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 200미터 이상의 대수심 해양에서 사용되는 해상 구조물인 TLP는 부력을 제공하는 다수의 부유체(110)와, 이 부유체(110)의 상부에 설치되는 시설물(120)로 이루어지며, 부유체(110)는 텐돈이라는 인장 부재(130)를 매개로 해양 바닥에 설치된 고정 구조물(도시되지 않음)에 고정 설치된다. 즉, 부유체(110)는 인장 부재(130)의 일정한 장력에 의해 해양 바닥 방향으로 당겨지게 되어, 해상에서 일정한 위치에 고정될 수 있다.
그러나 일반적으로 인장 부재(130)는 고정된 길이로서 부유체(110)에 장력을 제공할 뿐, 해양 환경의 다양한 변화에 적응하여 해상 구조물이 안정적인 자세를 유지하도록 조절되지 못하는 문제점이 있다.
또한 인장 부재(130)는 해상 구조물이 고정될 수 있도록 강하게 당겨져(rigid) 설치되기 때문에, 해상 구조물의 상하 운동이 갑자기 심해지는 경우 등 예상치 못한 인장력이 발생되면, 해상 구조물에 연결된 인장 부재(130)의 연결부위에 크랙이 발생될 수 있다. 발생된 크랙이 주변으로 확장되어 심해진 경우에는 해당 인장 부재(130)를 사용하지 못하는 문제가 발생될 수도 있다.
한국특허공개 제2014-0046681호(TLP의 계류 시스템)
본 발명은 해상 구조물이 다양한 해양 환경의 변화에 관계없이 안정적인 자세를 유지하고, 텐션 레그의 안정성을 확보할 수 있는 해상 구조물의 자세 유지 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일 단부가 해양 바닥에 설치된 고정 구조물에 고정되어 해상 구조물을 고박시키는 텐션 레그를 따라 승강되는 고정점 이동 유닛; 및 일 단부가 해양 바닥에 설치된 고정 구조물에 고정되어 상기 고정점 이동 유닛을 고박하는 무어링 라인을 포함하는 해상 구조물의 자세 유지 시스템이 제공된다.
상기 텐션 레그에 관통 설치되는 상기 고정점 이동 유닛은, 상기 텐션 레그의 길이 방향으로 둘레면에 형성된 랙 기어에 치합되는 피니언 기어; 및 제어기의 제어 신호에 따라 상기 피니언 기어를 회전시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 고정점 이동 유닛은, 상기 텐션 레그를 따라 이동된 상기 고정점 이동 유닛을 이동된 위치에 고정시키는 스토핑 클램프를 더 포함할 수도 있다.
상기 제어기의 제어 신호에 따라, 상기 고정점 이동 유닛의 상승 또는 하강 높이에 상응하도록 상기 무어링 라인의 길이를 조절하는 장력 조절기가 상기 무어링 라인에 장착될 수 있다.
상기 제어기는 상기 해상 구조물을 고박하는 복수의 텐션 레그 각각에 설치된 고정점 이동 유닛들 중 하나 이상이 상이한 높이로 이동되도록 제어할 수도 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 해상 구조물이 다양한 해양 환경의 변화에 관계없이 안정적인 자세를 유지하고, 텐션 레그의 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 텐션 레그 플랫폼(TLP)의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 유지 시스템이 구비된 해상 구조물을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 유지 시스템의 구성을 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 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 유지 시스템이 구비된 해상 구조물을 예시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 유지 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 해상 구조물은 부력을 제공하는 다수의 부유체(110)와, 이 부유체(110)의 상부에 설치되는 시설물(120)로 구성되며, 부유체(110)는 텐션 레그(200)를 매개로 해양 바닥에 설치된 고정 구조물(도시되지 않음)에 고정 설치된다. 즉, 부유체(110)는 인장 부재(130)의 일정한 장력에 의해 해양 바닥 방향으로 당겨지게 되어, 해상에서 일정한 위치에 고정될 수 있다.
해상 구조물의 안정적 자세 유지 및 텐션 레그의 안정성 확보를 위해, 해상 구조물에는 자세 유지 시스템이 구비된다. 자세 유지 시스템은 고정점 이동 유닛(210), 장력 조절기(230) 및 제어기(320, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
고정점 이동 유닛(210)은 텐션 레그(200)를 따라 상승 또는 하강하도록 텐션 레그(200)를 관통하도록 설치되고, 각각의 고정점 이동 유닛(210)은 연결 라인(215)에 의해 서로 연결된다.
또한 각각의 고정점 이동 유닛(210)은 해양 바닥에 설치된 고정 구조물(도시되지 않음)에 일 단부가 고정된 무어링 라인(220)에 개별적으로 연결되며, 각 무어링 라인(220)에는 텐션 레그(200)를 따라 상승 또는 하강한 고정점 이동 유닛(210)의 높이에 따라 무어링 라인(220)의 길이를 신축(伸縮)시키는 장력 조절기(230)가 구비된다. 장력 조절기(230)는 예를 들어 후술될 제어기(320)의 제어에 의해 무어링 라인(220)을 감거나 풀어 외부로 노출된 무어링 라인(220)의 전체 길이를 변동시키는 장치 등으로 구현될 수 있다.
해상 구조물의 상하 운동이 갑자기 심해지는 경우 등에서 텐션 레그(200)에 예상하지 못한 인장력이 발생될 수 있다. 이 경우, 텐션 레그(200)의 길이가 상대적으로 짧아질수록 인장력에 견디는 강성이 상대적으로 커질 수 있기 때문에, 고정점 이동 유닛(210)을 상승시켜 고정점 이동 유닛(210)으로부터 해상 구조물까지의 거리(L1)를 짧게 조절할 수 있다.
또한 각각의 고정점 이동 유닛(210)은 길이 조절되는 무어링 라인(220)에 의해 고박되어 있기 때문에 해상 구조물의 수직 방향 운동이나 수평 회전 운동인 히브(heave) 및 롤(roll) 모션에 효과적으로 대응하여 해상 구조물의 안정적인 자세 유지 및 텐션 레그(200)의 안정성을 확보할 수 있다.
여기서 연결 라인(215)으로 서로 연결된 각각의 고정점 이동 유닛(210)은 제어기(320)의 제어에 의해 동일 높이로 각각 이동될 수도 있으나, 필요에 따라서는 각각 상이한 높이로 이동 제어될 수도 있음은 당연하다.
이하 도 3을 참조하여 자세 유지 시스템의 구성 및 동작 방법에 대해 설명한다.
도 3을 참조하면, 텐션 레그(200)를 따라 상승 또는 하강 조작되는 고정점 이동 유닛(210)은 복수의 피니언 기어(312)와 각각의 피니언 기어(312)를 회전 구동시키는 구동부(314)를 포함할 수 있다.
텐션 레그(200)는 인장 부재(130)와, 인장 부재(130)의 둘레면에 인장 부재(130)의 길이 방향을 따라 피니언 기어(312)와 맞물려 승강될 수 있도록 형성된 랙 기어(304)로 구성된다.
구동부(314)는 제어기(320)의 제어 신호에 따라 피니언 기어(312)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 회전부와 상기 회전부에 구동 전원을 제공하는 전원부를 포함할 수 있다. 구동부(314)는 케이블 등에 의해 해상 구조물에 구비된 제어기(320)로부터 제어 신호를 공급받을 수 있다. 만일 회전부가 전력 케이블을 통해 해상 구조물의 시설물(120)로부터 구동 전력을 공급받는 경우라면 구동부(314)에서 전원부는 생략될 수도 있다.
즉, 제어기(320)는 센서(325) 또는 해상 구조물에 구비된 제어 시스템으로부터 해양 환경에 대한 정보를 제공받고, 이에 상응하도록 피니언 기어(312)의 회전 방향과 회전량을 제어함으로써 각 텐션 레그(200)에 관통 설치된 고정점 이동 유닛(210)이 해양 환경에 부합되는 위치로 이동되도록 할 수 있다.
소정의 높이로 이동된 고정점 이동 유닛(210)은 랙 기어(304)와 피니언 기어(312)의 치합 구조에 의해 해당 위치에 고정된다. 물론 고정점 이동 유닛(210)이 이동된 위치에서 안정적으로 유지될 수 있도록 하기 위해 고정점 이동 유닛(210)의 상부와 하부 등 다수의 위치에 스토핑 클램프(stopping clamp)가 더 구비될 수도 있다.
소정의 높이로 고정점 이동 유닛(210)이 이동되는 경우, 고정점 이동 유닛(210)을 고박하는 무어링 라인(220)의 길이도 이에 상응하여 조절될 수 있도록 하기 위해 제어기(320)는 장력 조절기(230)로 무어링 라인(220)을 신축하도록 하는 제어 신호를 제공한다. 장력 조절기(230)는 예를 들어 케이블을 통해 제어 신호와 구동 전력을 공급받도록 구성될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 부유체 120 : 시설물
130 : 인장 부재 200 : 텐션 레그
210 : 고정점 이동 유닛 215 : 연결 라인
220 : 무어링 라인 230 : 장력 조절기
304 : 랙 기어 312 : 피니언 기어
314 : 구동부 320 : 제어기

Claims (5)

  1. 일 단부가 해양 바닥에 설치된 고정 구조물에 고정되어 해상 구조물을 고박시키는 텐션 레그를 따라 승강되는 고정점 이동 유닛; 및
    일 단부가 해양 바닥에 설치된 고정 구조물에 고정되어 상기 고정점 이동 유닛을 고박하는 무어링 라인을 포함하되,
    제어기의 제어에 의해 상기 고정점 이동 유닛이 상기 텐션 레그를 따라 상승 또는 하강하도록 이동되면, 상기 무어링 라인에 고박된 상기 고정점 이동 유닛이 이동된 위치에 상응하도록 상기 텐션 레그의 인장력은 변화되고,
    상기 제어기의 제어에 의해, 상기 고정점 이동 유닛이 상승 또는 하강된 높이에 상응하도록 상기 무어링 라인의 길이를 조절하는 장력 조절기가 상기 무어링 라인에 장착되는, 해상 구조물의 자세 유지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 텐션 레그에 관통 설치되는 상기 고정점 이동 유닛은,
    상기 텐션 레그의 길이 방향으로 둘레면에 형성된 랙 기어에 치합되는 피니언 기어; 및
    상기 제어기의 제어 신호에 따라 상기 피니언 기어를 회전시키는 구동부를 포함하는, 해상 구조물의 자세 유지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정점 이동 유닛은,
    상기 텐션 레그를 따라 이동된 상기 고정점 이동 유닛을 이동된 위치에 고정시키는 스토핑 클램프를 더 포함하는, 해상 구조물의 자세 유지 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 해상 구조물은 복수의 텐션 레그에 의해 고박되고,
    상기 제어기는 상기 해상 구조물을 고박하는 복수의 텐션 레그 각각에 설치된 고정점 이동 유닛들 중 하나 이상이 상이한 높이로 이동되도록 제어하는, 해상 구조물의 자세 유지 시스템.
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