KR101885168B1 - 해양구조물 - Google Patents

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KR101885168B1
KR101885168B1 KR1020170027649A KR20170027649A KR101885168B1 KR 101885168 B1 KR101885168 B1 KR 101885168B1 KR 1020170027649 A KR1020170027649 A KR 1020170027649A KR 20170027649 A KR20170027649 A KR 20170027649A KR 101885168 B1 KR101885168 B1 KR 101885168B1
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박주신
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삼성중공업(주)
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    • E02B17/0818—Equipment specially adapted for raising, lowering, or immobilising the working platform relative to the supporting construction for raising or lowering with racks actuated by pinions

Abstract

본 발명은 해양구조물에 관한 것으로, 본체; 본체를 관통하여 승강 가능하게 설치되는 복수의 레그; 및 복수의 레그 중 적어도 하나의 레그의 상단에 설치되는 크레인을 포함하는 해양구조물을 개시한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 해양구조물의 레그 상단에 크레인을 설치함으로써, 해양구조물의 공간 제약을 극복하고, 공간 활용도를 극대화할 수 있다. 또한, 레그 구조(코드, 랙기어)를 이용하여 크레인을 레그에 고정시키거나 레그에서 분리시킬 수 있으므로, 크레인의 고정 또는 해제를 위한 구조를 단순화할 수 있다.

Description

해양구조물{OFFSHORE STRUCTURE}
본 발명은 해양구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잭업 시스템(jack-up system)을 갖는 해양구조물에 관한 것이다.
잭업 리그(jack-up rig), 시추선(drill-ship), 풍력발전기 설치선(wind turbine installation vessel)과 같은 해양구조물은 일정 해역에서 레그(leg)에 의해 해저면에 지지된 상태로 시추나 풍력발전기 설치 등의 작업을 수행하며, 레그를 승강시키기 위해 잭업 시스템(jack-up system)을 갖는다. 잭업 시스템은 잭업 모드 시에 레그를 해저면으로 하강시켜, 해양구조물의 선체(hull) 및 캔틸레버(cantilever) 부분을 수면 위로 들어올리게 된다. 이를 위해, 레그는 설치 해역의 수면으로부터 해저면까지 하강할 수 있는 길이를 가지며, 파도와 조류 등의 환경 하중에 견뎌낼 수 있도록 고강도 재질 및 구조로 설계된다. 또한 잭업 시스템은 레그를 안정적으로 지지 및 승강시킬 수 있도록 강성이 우수한 구조로 설계된다.
잭업 리그는 일반적으로 오일, 가스를 시추/생산하는데 이용되기 때문에, 이와 같은 기능을 할 수 있도록 여러 가지 필요 장비들을 선내에 보유하고 있어야 한다. 그러나, 해양구조물의 크기에 비례하여 높은 구조강도 확보가 요구되고, 건조 비용이 증가하기 때문에, 해양구조물의 크기를 증가시키는데 한계가 있으며, 공간 여유가 없는 배열의 특징으로 인해, 크레인의 위치를 선정하여 배치하기 어려운 것이 현실이다.
따라서 종래의 잭킹 시스템을 구비한 해양구조물은 주변 구조물과의 간섭 혹은 제약사항으로 인해, 요구되는 사양을 만족시키는 크레인을 구비하지 못하며, 이로 인해 중량물을 들어올리는 등의 기능에 많은 제약이 따르고 있다. 이러한 치명적인 단점으로 인하여, 지금까지 상용화된 잭업 리그는 크레인으로 운용 가능한 영역이 70% 이하로 제한된다.
잭업 리그의 잭케이스(jackcase)에 지지대를 설치하여 크레인을 지지하는 경우, 캔틸레버 회전체 운동에 의해 크레인 지지대가 구조적으로 취약한 문제가 있다. 이러한 단점으로 인하여, 안전 사용 하중을 최소화하여 크레인 설계를 해야 하며, 안전 사용 하중보다 무거운 중량물을 이동해야 하는 상황이 발생하면, 별도의 바지에 탑재된 크레인을 이용하여야 하는 등 번거로움이 발생하고 있다.
본 발명은 본체를 승강시키는 레그의 상단부에 크레인이 설치된 해양구조물을 제공한다.
또한 본 발명은 레그의 상단부에 크레인을 탈착시킬 수 있는 해양구조물을 제공한다.
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 해양구조물은 본체; 상기 본체를 관통하여 승강 가능하게 설치되는 복수의 레그; 및 상기 복수의 레그 중 적어도 하나의 레그의 상단에 설치되는 크레인을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 해양구조물은 상기 크레인을 상기 레그의 상단에 분리 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레그는 다수의 기둥를 포함하고, 상기 다수의 기둥은 각각 코드와 상기 코드를 따라 형성된 랙기어를 포함하며, 상기 고정부는, 상기 크레인을 지지하는 지지대; 및 상기 지지대의 하부에 결합되고, 상기 다수의 기둥의 랙기어에 각각 체결되는 다수의 체결부를 포함할 수 있다.
상기 체결부는, 몸체부; 상기 몸체부의 양측에 회전 가능하게 설치되고, 상기 랙기어에 맞물려 상기 몸체부를 상기 레그에 고정시키는 한 쌍의 결합부; 및 상기 결합부를 회전 구동하는 구동부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 체결부는 상기 한 쌍의 결합부 간의 거리를 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 본체를 승강시키는 레그의 상단부에 크레인이 설치된 해양구조물이 제공된다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면 레그의 상단부에 크레인을 탈착시킬 수 있는 해양구조물이 제공된다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 'A'부 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 크레인과 고정부를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 'B'부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 고정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 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 실시예를 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 발명의 실시예에 따른 해양구조물은 본체; 본체를 관통하여 승강 가능하게 설치되는 복수의 레그; 적어도 하나의 레그의 상단에 설치되는 크레인; 및 크레인을 레그의 상단에 분리 가능하게 고정시키는 고정부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면 크레인을 레그의 상단에 설치하여, 해양구조물의 크레인 설치 공간의 제약으로 인한 문제를 해소하고, 크레인과 주변 구조물 간의 간섭을 줄여 크레인 작업 반경 및 활용도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물(100)의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물(100)의 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물(100)은 본체(110), 잭케이스(120), 레그부(130), 크레인(140), 및 고정부(150)를 포함한다.
해양구조물(100)은 예를 들어, 원유, 가스, 해저광물 등의 탐사, 채취, 시추, 가공, 정제, 재기화, 풍력 발전 설비, 저장이나 수송을 위한 터미널 설비 등을 탑재하여 목적으로 하는 해양 작업을 수행할 수 있다. 도시된 예에서, 해양구조물(100)은 웰헤드(well-head)로부터 라이저(riser)(40)를 통해 원유를 시추하도록 제공되나, 본 발명은 예시되지 않은 다양한 목적 및 용도를 갖는 해양 구조물에 적용될 수 있으며, 특정 용도나 목적으로 한정되지는 않는다.
도시된 예에서 본체(110)는 대략 삼각형의 형상으로 이루어져 있으나, 직사각형, 혹은 그 밖의 다양한 형태를 갖도록 제공될 수도 있다. 일 실시예로, 본체(110)에는 시추 파이프 등의 설치를 위한 문풀(moonpool)이 제공될 수 있다. 또한, 본체(110)에는 해양구조물(100)의 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다.
레그부(130)는 본체(110)에 설치된 잭케이스(120)에 의해 지지되도록 설치된다. 레그부(130)는 본체(110)에 대해 승강하도록 설치된다. 레그부(130)는 본체(110)에 분산 설치된 복수의 레그(132, 134, 136)를 포함할 수 있다. 본체(110)는 레그부(130)에 의하여 잭업(jack-up)되기 이전에는 해수면에 부유하고, 잭업 모드에서 레그부(130)에 의해 지지될 수 있다. 해양구조물(100)은 본체(110)가 해수면 위로 상승되었을 때 본체(110)의 하중이 복수의 레그(132, 134, 136)로 분산되어 안정적으로 지지될 수 있다.
레그들(132, 134, 136)은 본체(110)에 상하 방향(Z)으로 이동 가능하게 설치된다. 본체(110)는 레그들(132, 134, 136)을 상하 방향(Z)으로 상대 운동시키는 승강구동장치(미도시)를 구비한다. 본체(110)에는 레그부(130)의 승강을 위한 승강구동장치의 작동을 제어하는 제어부(미도시)가 마련될 수 있다. 레그들(132, 134, 136)은 본체(110)를 지지하는데 필요한 적절한 개수로 구비될 수 있다. 도시된 예에서는 본체(110)에 3개의 레그(132, 134, 136)가 정삼각형의 꼭지점 부분에 설치되어 있으나, 레그의 설치 개수 및 설치 위치는 이에 제한되지 않으며, 해양구조물의 목적이나 용도, 규모 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
레그부(130)는 본체(110)를 상하 방향(Z)으로 관통하도록 설치되고, 잭업(jack-up) 상태에서 본체(110)의 하중을 견딜 수 있는 강성 및 구조를 갖도록 형성된다. 레그부(130)는 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 혹은 그 밖의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 레그부(130)는 잭업 모드 시에 선체(hull) 및 캔틸레버(cantilever) 부분을 포함하는 본체(110)를 수면 위로 들어올리기 위해 본체(110)에 대해 해저면 측으로 하강되며, 해저(50)에 대해 본체(110)를 지지하게 된다.
각 레그(132, 134, 136)의 하단부에는 스퍼드캔(130a)이 구비될 수 있다. 스퍼드캔(130a)은 레그(132, 134, 136)의 하단을 해저(50)에 안정적으로 고정시키기 위해 제공될 수 있다. 스퍼드캔(130a)은 잭업(jack-up) 모드에서 해저(50) 지반으로 침투(penetration)될 수 있다. 스퍼드캔(130a)은 레그부(130)의 안정적인 고정을 위해 레그부(130)보다 넓은 평면적을 갖도록 형성될 수 있다.
잭케이스(120)는 내부 공간을 가지며, 내부 공간에는 레그부(130)를 승강시키기 위한 모터, 기어 등을 갖는 잭킹 유닛(jacking unit)이 설치될 수 있다. 잭킹 유닛의 작동에 의해 레그들(132, 134, 136)이 본체(110)에 대해 상하 방향(Z)으로 이동되거나, 본체(110)가 레그들(132, 134, 136)에 대해 상하 방향(Z)으로 이동될 수 있다.
잭킹 유닛은 예를 들어, 레그부(130)에 길이 방향을 따라 형성된 랙(rack) 기어와 결합하는 피니언(pinion) 기어 및 피니언 기어를 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있다. 피니언과 랙의 연동에 의해 본체(110)와 레그부(130) 사이에 상하 방향으로 상대 운동이 이루어질 수 있다.
잭케이스(120)는 레그(132, 134, 136) 마다 제공될 수 있다. 잭케이스(120)는 본체(110)의 메인 데크에 제공될 수 있다. 잭케이스(120)는 상부 측에 설치된 상부 가이드와 하부 측에 설치된 하부 가이드를 포함할 수 있다. 상부 가이드는 본체(110)의 주갑판 측에 제공되고, 하부 가이드는 본체(110) 내부에 제공될 수 있다. 상부 가이드와 하부 가이드는 레그부(130)의 승강을 가이드할 수 있다.
일 실시예로, 레그(132, 134, 136)는 대략 삼각 기둥의 형태로 이루어질 수 있다. 레그(132, 134, 136)는 코드(chord)라고 불리우는 3개의 기둥과, 각 기둥에 길이 방향을 따라 형성된 랙(Rack) 기어로 이루어질 수 있다. 기둥들은 120°간격으로 제공될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로, 각각의 레그(132, 134, 136)는 4개 이상의 기둥으로 제공될 수도 있다. 기둥들은 다수의 브레이스(brace) 구조물에 의해 상호 간에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 크레인(140)은 레그(132, 134, 136)의 상단에 설치될 수 있다. 도시된 예에서, 모든 레그들(132, 134, 136)에 각각 크레인(140)이 설치되어 있으나, 레그들(132, 134, 136) 중 일부에만 크레인(140)이 설치되는 것도 가능하다.
크레인(140)은 해양 작업을 위해 필요한 구조물(예를 들어, 라이저, 케이싱 등)을 이동시키는 등의 작업을 수행할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 잭업 모드 상태에서 레그는 잭케이스 상단으로 최소 3m 이상 돌출되어 있기 때문에, 크레인(140)이 여타 구조물과 간섭되지 않는다.
도 3은 도 2의 'A'부 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 크레인(140)과 고정부(150)를 보여주는 사시도이다. 도 3을 참조하면, 고정부(150)는 크레인(140)을 레그(10)의 상단에 분리 가능하게 고정시키도록 제공된다.
일 실시예에서, 크레인(140)은 고정부(150)의 상부에 고정 설치된다. 고정부(150)는 지지대(151)와, 지지대(151) 하부에 결합된 다수의 체결부(152)를 포함할 수 있다. 체결부(152)는 레그(132)를 이루는 기둥의 코드(132a)에 마련된 랙기어(132b)에 체결될 수 있다.
체결부(152)는 레그(132)의 기둥 개수만큼 지지대(151)에 결합될 수 있다. 도시와 같이, 레그(132)의 기둥이 3개인 경우, 지지대(151)에 3개의 체결부(152)가 마련된다. 체결부들(152)은 레그(132)를 중심으로 일정 간격을 이루어, 레그(132)의 기둥들과 같은 배열을 갖도록 형성될 수 있다.
도 4는 도 3의 'B'부 확대도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 체결부(152)는 몸체부(1521), 한 쌍의 측면부(1522), 조절부(1523), 한 쌍의 결합부(1524), 및 구동부(1525)를 포함한다. 측면부(1522)는 몸체부(1521)의 양측에 각각 제공된다. 한 쌍의 측면부(1522)는 레그(132)의 코드(132a) 양측에 형성된 한 쌍의 랙기어(132b)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
조절부(1523)는 레그(132)의 기둥 크기에 따라 한 쌍의 결합부(1524) 간의 거리를 조절한다. 조절부(1523)에 의해 한 쌍의 결합부(1524) 간의 폭 조절이 가능하므로, 레그(132)의 기둥 크기(코드의 폭)가 다르더라도 설치가 가능하다. 조절부(1523)는 예시적으로, 몸체부(1521) 내에 설치된 유압 실린더(1523a)로 구성될 수 있으며, 유압 실린더(1523a)의 로드를 신축시켜 측면부(1522)를 수평 방향으로 구동할 수 있다.
결합부(1524)의 상단은 측면부(1522)에 회전 가능하게 결합된다. 결합부(1524)는 레그(132)의 기둥과 대향하는 측면에 랙기어(132b)와 상보적인 형상의 랙 결합부(1524a)를 구비한다. 결합부(1524)는 랙기어(132b)에 맞물려 몸체부(1521)를 레그(132)에 고정시킨다.
구동부(1525)는 결합부(1524)를 회전 구동시킨다. 구동부(1525)는 결합부(1524)를 힌지를 중심으로 회전시키는 구동수단, 예를 들어 구동모터/감속기, 유압실린더 등으로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물을 구성하는 고정부(150)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 먼저 대형 크레인을 이용하여 고정부(150)의 각 체결부(152)가 레그(132)의 코드들(132a) 상부에 위치하도록 배치시킨다. 각 체결부(152)가 코드(132a)의 상부에 배치되면, 조절부(1523)에 의해 레그(132)의 기둥 폭에 일치되도록 한 쌍의 측면부(1522)의 간격을 조절한 다음, 구동부(1525)에 의해 결합부(1524)를 회전시켜 랙 결합부(1524a)를 레그(132)의 랙기어(132b)에 결합시킨다. 이에 따라, 크레인(140)을 레그(132)의 상단에 설치할 수 있다.
반대로, 크레인(140)을 레그(132)에서 해체시에는, 구동부(1525)에 의해 결합부(1524)를 회동시켜 각 체결부(152)를 랙기어(132b)로부터 분리시킨 후, 지지대(151)를 이동시켜 지지대(151) 상의 크레인(140)을 레그(132)로부터 분리시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 해양구조물의 레그 상단에 크레인을 설치함으로써, 해양구조물의 공간 제약을 극복하고, 공간 활용도를 극대화할 수 있다. 또한, 레그 구조(코드, 랙기어)를 이용하여 크레인을 레그에 고정시키거나 레그에서 분리시킬 수 있으므로, 크레인의 고정 또는 해제를 위한 구조를 단순화할 수 있다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 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.
40: 라이저 50: 해저
100: 해양구조물 110: 본체
120: 잭케이스 130: 레그부
132, 134, 136: 레그 132a: 코드
132b: 랙기어 140: 크레인
150: 고정부 152: 체결부
1521: 몸체부 1522: 측면부
1523: 조절부 1524: 결합부
1525: 구동부

Claims (5)

  1. 본체;
    상기 본체를 관통하여 승강 가능하게 설치되는 복수의 레그;
    상기 복수의 레그 중 적어도 하나의 레그의 상단에 설치되는 크레인; 및
    상기 크레인을 상기 레그의 상단에 분리 가능하게 고정시키는 고정부;를 포함하고,
    상기 레그는 다수의 기둥을 포함하고,
    상기 기둥은 코드와 상기 코드를 따라 형성된 랙기어를 포함하며,
    상기 고정부는,
    상기 크레인을 지지하는 지지대; 및
    상기 지지대에 결합되고, 상기 다수의 기둥의 랙기어에 체결되는 다수의 체결부;를 포함하는 해양구조물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 체결부는,
    몸체부;
    상기 몸체부의 양측에 회전 가능하게 설치되고, 상기 랙기어에 맞물려 상기 몸체부를 상기 레그에 고정시키는 한 쌍의 결합부; 및
    상기 결합부를 회전 구동하는 구동부를 포함하는 해양구조물.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 체결부는 상기 한 쌍의 결합부 간의 거리를 조절하는 조절부를 더 포함하는 해양구조물.
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