KR102209111B1 - 심해용 엄비리컬 케이블 - Google Patents

Abstract

심해용 엄비리컬 케이블이 개시된다. 본 발명에 따른 심해용 엄비리컬 케이블은 높은 정수압에 대한 엄비리컬 케이블의 저항능력 및 내부 지지력을 높여 함몰 현상을 방지할 수 있고, 엄비리컬 케이블 내부에서 필러와 다른 라인들이 면접촉을 이룰 수 있는 설계변경을 통해 구조적인 안정성을 달성할 수 있다.

Description

심해용 엄비리컬 케이블{umbilical cable for deep sea}

본 발명은 심해용 엄비리컬 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심해의 높은 정수압에 대한 저항능력 및 내부 지지력을 높여 함몰 현상을 방지하고, 원형 유지력을 높일 수 있으며, 구조적인 안정성을 향상시켜 신뢰성을 확보할 수 있는 심해용 엄비리컬 케이블에 관한 것이다.

최근 급성장하는 신흥국의 에너지 수요증가, 육지 자원의 고갈 등으로 인하여 에너지 부족과 고유가 현상이 지속되면서 심해 유전 및 해저 자원탐사가 점차 활발해지는 추세이다. 이러한 배경에서 해양 엔지니어링용 케이블인 엄비리컬 케이블(umbilical cable)에 대한 수요도 점차 증가하고 있다.

‘umbilical’은 탯줄이라는 의미가 내포되어 있는데 그만큼 엄비리컬 케이블은 해양 엔지니어링 분야에서 다양하고 중요한 역할을 수행하고 있다.

일반적으로 엄비리컬 케이블은 해양 엔지니어링에 사용되는 복합케이블의 통칭으로 사용되는데, 크게 지질탐사용, 석유 시추용, ROV용 등으로 나뉘며, 해저장비에 연결되어 장비에 전원을 공급하거나 제어하고 모니터링 장비의 신호를 전송하는 역할을 수행한다.

이러한 엄비리컬 케이블은 심해의 높은 정수압, 조류, 파도 등 복잡한 환경에서도 효과적으로 기능을 다할 수 있는 안정성과, 수직 포설에 의한 하중을 견디고 균형을 확보하는 구조설계 기술, 데이터 분석 및 제조 기술을 갖추어야만 개발과 생산이 가능하다.

특히, 심해의 경우, 예를 들어 수심 2,000m에서 대기압의 200배가 되는 등 매우 높은 정수압의 발생하는데, 이러한 높은 압력으로 인해 엄비리컬 케이블의 원형 유지 문제가 대두된다.

엄비리컬 케이블은 해저에서 바닷물이 스며들 수 있는 구조로 이루어져 wet condition을 구현함으로써 정수압에 대한 저항력을 갖도록 설계가 되지만, 실 해역에서는 매우 긴 영역에 걸쳐 배치되기 때문에 완전한 wet condition을 구현하는데 어려움이 많다.

또한, 엄비리컬 케이블 내부 구조상 공극이 많기 때문에 완전한 wet condition이 구현되지 않은 상태에서는 높은 정수압에 의한 함몰(collapse) 현상이 발생할 수 있다.

엄비리컬 케이블의 일 예를 도면을 통해 설명하면, 도 1은 종래의 심해용 엄비리컬 케이블(1)의 단면도로서, 3개의 신호라인(21)을 구비한 코어(20)가 중심부에 위치한다. 상기 신호라인(21)은 심선(21b) 7개가 연선된 신호선(21a)이 쌍으로 구비된 3 pair 구조로 이루어지고, 3개의 신호라인 서로 인접한 중심부에는 중심필러(20a)가 구비된다.

상기 코어(20) 내부의 공극은 컴팩트한 형상 및 높은 진원도를 유지하면서 armor bedding 역할을 동시에 수행할 수 있도록 PE(polyethyene) 충실 압출층(24)으로 채워진다.

그리고, 그 외측에는 코어아머(25)가 구비되어 코어(20) 내부를 보호하고, 인장강도를 보강하며, 상기 코어아머(25) 외측으로는 코어쉬스(26)가 구비될 수 있다.

상기 코어(20) 외측에는 유압라인(11)과 케미컬라인(12)으로 이루어진 유체전송라인이 구비되며, 그 외측으로 내부쉬스(14)와 이중구조로 이루어진 외부아머(15) 및 외부쉬스(16)가 구비되어 내부 구조를 보호하도록 구성된다.

그런데, 전술한 함몰 현상을 방지하기 위하여 종래에는 심해용 엄비리컬 케이블(1) 내부에 원형의 스트링필러(13, string filler)를 삽입하는데, 이러한 스트링필러(13)는 도면에서 보는 바와 같이, 심해용 엄비리컬 케이블(1) 내부에서 코어(20) 및 유체전송라인과 선접촉을 이루게 되므로 구조적으로 불안정하며, 전술한 높은 정수압에서 함몰 현상에 취약한 문제가 있다.

따라서, 위와 같은 문제점을 해결하여 심해의 높은 정수압에 대한 저항능력 및 내부 지지력을 높여 함몰 현상을 방지하고, 원형 유지력을 높일 수 있으며, 구조적인 안정성을 향상시켜 신뢰성을 확보할 수 있는 심해용 엄비리컬 케이블의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시예들은 심해의 높은 정수압에 대한 엄비리컬 케이블의 저항능력 및 내부 지지력을 높여 함몰 현상을 방지고자 한다.

또한, 엄비리컬 케이블 내부에서 필러와 다른 라인들이 면접촉을 이룰 수 있는 설계변경을 통해 접촉면적을 증가시킴으로써 완전한 wet condition이 아니더라도 원형 유지를 가능하게 하고, 구조적인 안정성을 달성하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나 이상의 신호라인을 포함하는 코어와, 상기 코어 주위에 구비되어 유체를 전송하며, 유압작동을 위한 오일을 전송하는 적어도 하나의 유압라인과, 원유의 점성을 낮추도록 분사되는 케미컬을 전송하는 적어도 하나의 케미컬라인을 포함하여 이루어진 복수의 유체전송라인 및, 상기 코어와 유체전송라인 사이에 구비되어 상기 코어 및 유체전송라인과 접촉하되, 상기 코어의 외주면에 대응되는 내주면이 형성되어 상기 코어와 면접촉을 이루는 적어도 하나의 필러를 포함하는 심해용 엄비리컬 케이블이 제공될 수 있다.

상기 필러는, 상기 코어와 접촉하는 내주면이 상기 코어와 면접촉을 이루고, 상기 유압라인과 접촉하는 외주면이 상기 유압라인과 선접촉을 이루도록 구비될 수 있다.

상기 필러는, 상기 코어와 접촉하는 내주면이 이루는 원호의 길이보다 상기 유압라인과 접촉하는 외주면이 이루는 원호의 길이가 더 길도록 구성될 수 있다.

상기 필러는 케이블의 반경 방향으로 일정한 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 필러는 상기 유압라인과 면접촉을 이루도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 심해용 엄비리컬 케이블은 상기 유압전송라인 외측에 구비되며, 외부 충격을 흡수하여 내부의 코어와 유체전송라인을 보호하는 내부쉬스를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 심해용 엄비리컬 케이블은 상기 내부쉬스 외측에 구비되어 내부 구조를 보호하고, 인장강도를 보강하는 이중구조의 외부아머를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 심해용 엄비리컬 케이블은 상기 외부아머 외측에 구비되며, 외부 충격이나 부식 작용으로부터 내부를 보호하는 외부쉬스를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 심해의 높은 정수압에 대한 엄비리컬 케이블의 저항능력 및 내부 지지력을 높여 함몰 현상을 방지할 수 있다.

또한, 엄비리컬 케이블 내부에서 필러와 다른 라인들이 면접촉을 이룰 수 있는 설계변경을 통해 접촉면적을 증가시킴으로써 완전한 wet condition이 아니더라도 원형 유지를 가능하게 하고, 구조적인 안정성을 달성할 수 있다.

도 1은 종래의 심해용 엄비리컬 케이블의 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블의 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블의 사시도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블의 단면도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블의 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 심해용 엄비리컬 케이블(1000)은 크게, 적어도 하나 이상의 신호라인(210)을 포함하는 코어(200)와, 상기 코어(200) 주위에 구비되어 유체를 전송하는 복수의 유체전송라인 및, 상기 코어(200)와 유체전송라인 사이에 구비되는 필러(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 코어(200)는 electric cable로서 본 실시예에서는 3개의 신호라인(210)을 구비하여 해저에 구비된 시추장비에 제어신호를 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 신호라인(210)은 심선(214) 7개가 연선된 신호선(212)이 쌍으로 구비된 3 pair 구조로 이루어질 수 있다.

상기 코어(200) 중심부에는 중심필러(201)가 구비되어, 상기 3개의 신호라인(210)이 상기 중심필러(201)를 중심으로 대칭되게 배치된다.

상기 코어(200) 내부의 공극은 컴팩트한 형상 및 높은 진원도를 유지하면서 armor bedding 역할을 동시에 수행할 수 있도록 PE(polyethyene) 충실 압출층(24)으로 채워진다.

상기 PE 충실 압출층(240) 외측으로는 코어아머(250)가 구비되어 코어(200) 내부를 보호하고, 인장강도를 보강하며, 상기 코어아머(250) 외측으로는 코어쉬스(260)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 PE 충실 압출층(240)은 내측은 PVC(polyvinyl chloride)층으로 이루어지고, 외측은 HDPE(high density polyethylene)층으로 이루어진 이중 튜브압출층으로 대체 가능하며, 이 경우 상기 신호라인(210)과 이중 튜브압출층 사이의 공극에는 스트링필러와 얀(yarn)으로 채워 구성하는 것이 가능하다.

상기 코어(200) 주변에는 복수의 유체전송라인이 배치되는데, 상기 유체전송라인은 유압작동을 위한 오일을 전송하는 적어도 하나의 유압라인(110)과, 원유의 점성을 낮추도록 분사되는 케미컬을 전송하는 적어도 하나의 케미컬라인(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 유압라인(110)은 유압실린더 등 유압 구동을 위한 장비에 유압을 전달할 수 있도록 오일(oil)이 유동하는 통로를 이룬다. 상기 유압라인(110)은 내측이 나일론(nylon) 재질로 이루어지고 그 위를 아라미드(aramid) 얀(yarn)의 편조구체가 둘러싸도록 이루어질 수 있다. 그리고, 최외측은 폴리우레탄(polyurethane) 재질로 구성될 수 있다.

상기 유압라인(110)은 상기 코어(200) 주위에 3개씩 집합을 이루어 총 9개가 구비될 수 있으며, 3개로 이루어진 집합 사이 사이에는 상기 케미컬라인(120)이 각각 구비되어 총 3개의 케미컬라인(120)이 배치될 수 있다.

상기 케미컬라인(120)은 원유 즉, crude oil에 분사하여 점성을 떨어뜨리기 위하여 화합물을 전송하는 역할을 수행한다. 원유에 분사할 수 있도록 전송되는 화합물로는 예를 들어 글리콜린 알코올이 사용될 수 있다.

상기 케미컬라인(120)의 내측에는 정수압에 견디며 유연성을 유지할 수 있도록 스테인레스 스틸 재질의 carcass 구조가 형성되고, 그 위가 나일론(nylon)재질로 이루어진다. 그리고, 그 위를 아라미드(aramid) 얀(yarn)의 편조구체가 둘러싸도록 이루어질 수 있다. 그리고 최외측은 나일론으로 이루어질 수 있는데 전송되는 케미컬의 통기를 위해서 천공이 이루어질 수 있다.

상기 유압라인(110)과 케미컬라인(120)으로 이루어진 유체전송라인의 개수와 크기 형태 및 배치 등은 도 2 내지 도 4에 도시된 예에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 필요에 따라 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.

한편, 상기 코어(200)와 유체전송라인 사이에는 상기 코어(200) 또는 유체전송라인 중 적어도 하나와 면접촉을 이루는 필러(130)가 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래에는 엄비리컬 케이블 내부에 원형의 스트링필러(string filler)가 배치되었는데, 이러한 스트링필러는 다른 라인들과 선접촉을 이루게 되므로 구조적으로 불안정하며, 높은 정수압에서 함몰 현상에 취약한 문제가 있었다.

이와 달리 본 발명에 따른 심해용 엄비리컬 케이블(1000)에 적용되는 필러(130)는 코어(200) 또는 유체전송라인 중 적어도 하나와 면접촉을 이룸으로써 내부 지지력을 높이고 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 필러(130)는 상기 코어(200)와 유체전송라인 사이에 구비되어 상기 코어(200) 및 유체전송라인과 접촉하되, 상기 코어(200)의 외주면에 대응되는 내주면이 형성되어 상기 코어(200)와 면접촉을 이루도록 구성될 수 있다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 필러(130)는 상기 코어(200)와 면접촉하는 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 필러(130)는 내주측이 상기 코어(200)의 외주면과 대응되는 형상으로 이루어져 코어(200)의 외주면 일부와 면접촉을 이룬다.

여기서, 상기 필러(130)는 상기 코어(200)와 상기 유압라인(110) 사이에 3개가 구비되는데, 상기 필러(130)의 구체적인 개수, 크기 및 배치는 필요에 따라 변형 실시될 수 있다.

이때 상기 필러(130)는 상기 코어(200)와 접촉하는 내주면이 상기 코어(200)와 면접촉을 이루는 한편, 상기 유압라인(110)과 접촉하는 외주면이 상기 유압라인과 선접촉을 이루게 된다.

그리고, 도 2와 도 3에 도시된 것처럼, 상기 필러(130)는 상기 코어(200)와 접촉하는 내주면이 이루는 원호의 길이보다 상기 유압라인(110)과 접촉하는 외주면이 이루는 원호의 길이가 더 길게 형성된다.

상기와 같은 면접촉 필러(130)를 내부에 배치함으로써 심해용 엄비리컬 케이블(1000)의 collapse resistance를 개선할 수 있으며, 코어와 유체전송라인 간의 접촉 면적을 증가시켜 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 면접촉 필러(130)의 적용으로 종래에 비해 cavity 발생이 적고, 높은 정수압에 대한 저항력을 높일 수 있으며, 심해에서 완전한 wet condition이 이루어지지 않더라도 진원도 유지에 유리한 장점이 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 필러(130')는 상기 유압라인(110)과 면접촉을 이루도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 필러(130')는 상기 유압라인(110)과 면접촉하는 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 필러(130')는 외주측이 상기 유압라인(110)의 외주면과 대응되는 형상으로 이루어져 유압라인(110)의 외주면 일부와 면접촉을 이룬다.

본 실시예에서 하나의 필러(130')가 3개의 유압라인(110)과 만나게 되므로, 상기 필러(130')는 상기 각각의 유압라인(110)과 접촉하는 부분이 면접촉을 이루는 형상으로 형성될 수 있다.

본 실시 예에서는 상기 필러(130')가 상기 코어(200) 및 유압라인(110)과 모두 면접촉을 이루는 형상으로 이루어졌지만, 이전 실시예에서와 같이 코어(200)와만 면접촉을 이루거나 이와 달리 유압라인(110)이나 케미컬라인(120) 등 유체전송라인과만 면접촉을 이루도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 필러(130)의 구체적인 형상은 상기 코어(200)와 유체전송라인의 개수와 크기, 형태 및 배치에 따라 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

상기 유압라인(110)과 케미컬라인(120)을 포함하는 유체전송라인 외측으로는 내부쉬스(140) 구비될 수 있다. 상기 내부쉬스(140)는 외부 충격을 흡수함으로써 그 내부의 코어(200)와 유체전송라인을 보호하는 역할을 수행하며, PVC, PE, PU 등 열가소성 및 열경화성 원료가 모두 사용 가능하다.

상기 내부쉬스(140) 외측으로는 외부아머(150)가 구비될 수 있다. 본 실시예에서 상기 외부아머(150)는 이중구조로 이루어져 있는데, 내부 구조를 보호함과 아울러 심해용 엄비리컬 케이블(1000)의 인장강도를 보강하는 역할을 함께 수행할 수 있다.

상기 외부아머(150) 외측으로는 외부시스(160)가 구비될 수 있다. 상기 외부쉬스(160)는 심해용 엄비리컬 케이블(1000)의 최외곽에 구비되어 외부 충격이나 부식 작용으로부터 심해용 엄비리컬 케이블(1000)을 보호한다. 상기 외부쉬스(160)는 내마모성, 내부식성, UV protection이 우수한 HDPE 등의 원료가 사용 가능하다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 심해용 엄비리컬 케이블은 높은 정수압에 대한 엄비리컬 케이블의 저항능력 및 내부 지지력을 높여 함몰 현상을 방지할 수 있고, 엄비리컬 케이블 내부에서 필러와 다른 라인들이 면접촉을 이룰 수 있는 설계변경을 통해 접촉면적을 증가시킴으로써 완전한 wet condition이 아니더라도 원형 유지를 가능하게 하고, 구조적인 안정성을 달성할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000 : 심해용 엄비리컬 케이블 20 : 코어
110 : 유압라인 120 : 케미컬라인
130 : 필러 140 : 내부쉬스
150 : 외부아머 160 : 외부쉬스

Claims (8)

1. 적어도 하나 이상의 신호라인을 포함하는 코어;
   원유의 점성을 낮추기 위한 케미컬을 전송하며 상기 코어 둘레를 따라 이격 배치되는 복수 개의 케미컬라인;
   상기 코어 둘레를 따라 상기 케미컬라인의 외주면과 측면이 접촉하도록 번갈아 배치되며, 상기 코어의 외주면에 대응되는 내주면이 면접촉을 이루는 복수 개의 필러;
   유압작동을 위한 오일을 전송하며, 각각의 상기 필러 외주면에 복수 개가 접촉되도록 배치되는 복수 개의 유압라인;
   복수 개의 상기 유압라인 및 복수 개의 상기 케미컬라인 외측에 충격 흡수를 위하여 구비되는 내부쉬스;
   상기 내부쉬스 외측에 배치되는 외부아머; 및,
   상기 외부아머 외측에 배치되는 외부쉬스;를 포함하고,
   상기 케미컬라인의 외경이 상기 유압라인의 외경보다 크고, 복수 개의 상기 필러는 상기 코어와 접촉하는 내주면이 이루는 원호의 길이보다 상기 유압라인과 접촉하는 외주면이 이루는 원호의 길이가 더 긴 부채꼴 형상으로 구성되며, 상기 필러의 두께는 상기 케미컬라인과 상기 유압라인의 외경의 차이에 대응하는 크기를 가지도록 구성되어, 상기 내부쉬스는 복수 개의 상기 유압라인 및 복수 개의 상기 케이컬라인이 각각 내접되도록 복수 개의 상기 유압라인 및 복수 개의 상기 케이컬라인을 감싸는 것을 특징으로 하는 심해용 엄비리컬 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 필러는,
   상기 코어와 접촉하는 내주면이 상기 코어와 면접촉을 이루고, 상기 유압라인과 접촉하는 외주면이 상기 유압라인과 선접촉을 이루도록 구비되는 것을 특징으로 하는 심해용 엄비리컬 케이블.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 필러의 외주면은 복수 개의 상기 유압라인과 각각 면접촉을 이루는 것을 특징으로 하는 심해용 엄비리컬 케이블.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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