KR102403659B1 - 대형 수상부유식 구조 및 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈 - Google Patents

대형 수상부유식 구조 및 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈 Download PDF

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Abstract

본 출원은 대형 수상부유식 구조, 고안전성 대형 수상부유식 구조 및 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈에 관한것 이다. 대형 수상부유식 구조는 하부 복수 부체 (3), 상부구조 (1) 및 중간 연결구조(2)를 포함하고, 하부 복수 부체 (3)는 분산 설치되는 복수의 스트립 형상의 부체를 포함하며, 부체 사이는 일정한 간격을 가지며, 각 부체의 배수 용적의 합계가 부유식 구조의 만재 상태시의 배수 용적보다 크고, 중간 연결구조 (2)는 적어도 수평면과 사귀는 복수의 제1 방향의 연결구조 (21)를 포함하고, 스트립 형상의 부체 각각에 3 개 이상의 서로 이격된 구조인 제1 방향의 연결구조 (21)가 연결되고, 각 중간 연결구조 (2)의 수평방향에서의 단면 폭이 모두 대응되는 스트립 형상의 부체의 폭 보다 작다. 수상부유식 구조는 전체적으로 초 편평 형상을 가진다. 파고 대한 비선형 응답 특성을 구비하기에 파랑하중을 줄일 수 있어, 초대형화를 실현할 수 있으므로 부유식 구조는 탑승자의 생명 안전을 보장할 수 있다.

Description

대형 수상부유식 구조 및 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈
본 발명은 수상부유식 구조에 관한 것이며, 특히 해양작업에 사용되는 신형의 대형 수상부유식 구조 및 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈에 관한 것이다.
대형 수상부유식 구조는 일반적인 수상부유식 구조의 사이즈보다 크고, 주로 큰 면적의 작업 공간을 제공하기 위한 수상부유식 구조이다. 예를 들어, 수상 인공 플로팅 아일랜드, 부유식 공항 등이 있다. 종래 기술로서 해양환경에서 안정될 수 있으며 폭풍에 견딜수 있는 대형 수상부유식 구조중의 하나가 대형 선박이다. 대형 선박은 일반적으로 수선면적이 큰 구조를 이용하기 때문에, 적재 항주에 적합하다. 선박 구조에 작용하는 힘에 대한 분석은 박스형 보(beam)가 탄성지반에 놓이는 것과 유사하며, 선박의 종횡 치수 (즉, 전체 체적)의 증가에 따라 파랑하중의 증가량이 선박 구조의 내하중 능력의 증가량보다 크기 때문에 기존의 선박을 대형화하는데 한계가 있다. 중국의 "해상용 철강선박 분류규칙"에 따르면, 선박에 대한 하중 검사 치수 범위의 최대 등급이 350m <길이 L <500m이다.
수상 안전은 일반적으로 다음 두 가지 타입 또는 체계를 포함한다.
1. 수상 구조물의 구조 안전성
구조 안전성은 구조물의 구조이 각종 외력하에서도 여전히 완전하고 견고한 상태를 유지하는 능력을 의미하며, 주로 구조의 강도, 내피로성, 침몰 방지 능력 및 안정성 등이며, 중국선급사(CCS, China Classification Society) 규범 또는 신뢰 가능한 직접 계산 규범에 의해 검사된다.
2. 탑승자의 생명 안전성
탑승자의 생명 안전을 보장하기 위함에 있고, 주로 선실의 구획, 안정성, 기계 전기 시설, 소방, 구명조치 및 무선 통신 등이며, 국제 해사기구가 규정하는 국제 공약, 당사국의 해양 부문에 의해 규정한 법률, 법령 및 규범에 따라 모니터링 및 관리가 이루어진다.
기존의 각종 선박 및 부유식 구조 플랫폼의 안전성 (구조 안전성 및 인명 안전성을 포함)에는 한계가 있고, 부력은 빈 선실에 의해 제공되기 때문에 어느 정도 의외 파손 또는 작동 오류가 있을 경우 전복 또는 침몰될 위험이 있다. 또한 모든 대형 선박 및 해상 플랫폼의 메터센터 높이(Metacentric height)가 작고, 공선과 만재 사이의 흘수 변화가 크기 때문에 공선 시의 흘수가 얕고 무게 중심이 높으며, 안정성이 규범의 요구를 충족시킬 수 없다. 따라서 밸러스트 수를 추가해야 한다. 부력실은 화물적재실 또는 밸러스트 수 적재실의 기능을 겸해야 하므로, 중실(Solid-core)인 선실구조를 이용해서는 아니된다. 따라서 부력실 중의 일부 선실이 파손될 경우, 부력이 상실되고 안정성이 떨어지는 문제를 초래하며, 대규모적으로 선실이 파손될 경우, 부력이 비대칭적으로 상실되기 때문에 선박이 침몰될 수 있다. 또한 좌초, 좌주 및 선수 방향 제어 능력 상실 등 의외적인 사고는 모두 부유식 구조를 전복시킬 위험이 있다.
따라서, 상기 종래의 선박, 반 잠수식 플랫폼 및 트러스식 플랫폼은 안전 규범을 충족한다 하더라도 극단적인 환경 및 의외적인 조건에서 역시 구조 전체 전복, 침몰 및 선박 위의 사람들의 생명 안전을 확보할 수 없다는 우려가 있다. 부유식 구조가 전복되지 않도록 확실히 확보하고 부유식 구조 위의 사람들의 생명 안전을 보장하는 것은 미해결된 세계적인 난제이다.
한편, 심해와 원해에서 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)은 일반적으로 반 잠수식 구조를 기본모듈로 하고, 3개 또는 3 개 이상의 기본모듈을 연결장치를 이용하여 힌지 연결함으로써 형성되며, 모듈 하나의 사이즈는 일반적으로 400m 이하이고, 플랙시블 연결을 가진 복잡한 "다중 강체(multi-rigid-body)" 시스템이다. 미국 맥더모트사 (McDERMOTT TECHNOLOGY, INC)에서 출원한 중국 발명 특허 "이동 가능한 해상 기지"(MOBILE OFFSHORE BASE) (전리 번호 ZL98808856.8)를 예로 들 수 있다.
반 잠수식 구조의 기본모듈로 구성된 시스템은 극복하기 어려운 일련의 기술적 문제, 안전성 문제 및 경제적 문제가 있어, 거대하고 절박한 해양 개발과 군사적 수요가 있지만, 전세계의 해양 강국이 대량 자원을 투입하여 거의 20년동안 노력해왔어도 여전히 돌파적인 진전을 이루지 못하였고, 초대형 해상부유식 구조물의 산업화 실천도 아직 실현되지 못한 상황이다.
위의 반 잠수식 구조의 기본모듈의 주요 기술적 과제는 다음과 같다.
(1) 기본모듈의 메인 치수가 작다.
반 잠수식 구조의 기본모듈은 전형적인 수선면적이 작은 형태를 사용하여, 구조 형태, 연결장치의 부하, 밸러스트 시스템의 실시 등 여러 요소의 제한을 받기 때문에 메인 치수는 300m를 초과하기 어렵다. 천미터급의 메인 치수의 요구를 실현하기 위해서는 3 개 이상의 기본모듈을 두 번 이상 연결하여야 하므로, 연결의 난이도 및 안전상 리스크를 대폭 증가시켰다.
(2) 기본모듈의 안정성은 하중 변화에 대해 (파랑하중을 포함하지 않음) 많이 민감하고 내요동 안정성 강성이 약하므로, 외부간섭에 의해 요동이 심하고 복원주기가 길다.
반 잠수식 구조의 기본모듈의 기본 특성은 상하 요동 주기가 파랑 스펙트럼의 피크주기보다 훨씬 길어 파랑 내성이 뛰어나지만 이로 인해 부상 상태에서 하중 변화에 대해 극히 민감하게 된다. 부하가 변화됨에 따라, 기본모듈은 진폭이 비교적 큰 거동을 하게 되며, 그 거동주기도 상대적으로 길다. 따라서 기본모듈의 사용 편의성이 대폭 제한됨과 동시에, 기본모듈 사이의 연결의 실시 난이도가 대폭적으로 증가되었다.
위의 고유 특성 때문에, 여러 개의 반 잠수식 구조의 기본모듈을 연결하여 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)를 형성하였을 경우, 다중 강체의 거동 분석 (모듈 사이의 부체 거동의 상호 작용 분석) 예측, 연결장치의 부하 예측, 연결 과정의 안전 리스크 제어 등의 실현이 아주 어렵게 된다.
(3) 기본모듈은 복잡하고 매우 큰 밸러스트 시스템을 갖추어야 한다.
반 잠수식 구조의 기본모듈은 전형적인 칼럼 안정형 구조이며 전형적인 작동 형태으로서 이동 형태, 폭풍 생존 형태 및 정상 작업 형태을 포함한다. 복잡한 밸러스트 시스템 및 밸러스트 제어 시스템을 사용하여야만 각 기능을 실현할 수 있다. 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)에 있어서, 이동 형태과 작업 형태사이의 전환, 화물 하역, 외부하중 변화 등은 대량의 복잡한 밸러스트 수의 증가 / 감소 작업을 전제로 실현할 수 있다. 큰 하중 변화에 대응하기 위한 필요한 밸러스트 수의 증가 / 감소 작업은 공정상 실시하기 매우 어렵다.
(4) 기본모듈의 연결은 매우 복잡한 연결장치가 필요하고 또한 연결작업시 위험성이 있다.
반 잠수식 구조의 기본모듈의 연결작업에서, 파랑 충격 때문에 기본모듈 자체가 거동을 할 수 있고, 또한 연결작업에 의한 하중 변화에 의해 또한 현저한 거동을 하게 된다. 이러한 거동은 상당히 복잡하고 장기간 지속될 수 있다. 두 가지 거동이 겹쳐 합성된 거동은 그 특성에 대한 효과적인 예측 및 제어가 더욱 어렵게 된다. 상기 이유로 연결장치의 과제는 해결하기기 어렵다.
(5) 기본모듈 및 기본모듈이 연결되어 구성된 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)은 사용 제한성이 크다.
반 잠수식 구조의 기본모듈의 고유 특성 때문에, 작업시, 반 잠수 상태이므로 거의 항주 능력이 없고, 또한 대형 선박의 직접 정박은 허용되지 않는 상황이다. 여러 개의 기본모듈을 연결하여 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)을 형성하더라도 항주 능력을 구비하지 않는다.
위의 반 잠수식 구조의 기본모듈의 주요 안전 문제는 다음과 같다.
(1) 기본모듈의 안정성이 약하다. 반 잠수식 구조의 기본모듈의 비 파손시 안정성 및 파손시 안정성은 현재 관련 규범 및 기준을 충족하는 것을 설계기준으로 하여, 작업 형태일 경우, 항주가 불가능하므로, 적절히 항주하여 폭풍을 피할 수 있는 능력을 구비하지 않아 상대적으로 작은 바다 환경에서만 이동 작업을 수행할 수 있다. 또한 기본모듈의 초기 메터센터 높이 (GM)가 매우 작고, 이동 안전성이 약하여, 폭풍, 충돌, 좌초 등 극단적인 상황에 봉착하면 전복하거나 침몰될 수 있다.
반 잠수식 구조의 기본모듈은 구조형태의 원리에 제한되어 있기 때문에 그 안정성의 여유(redundancy)가 작다. 현재 규정의 안정성 검사 요구와 같이, 비 파손시 안정성 검사 조건의 풍속이 100 노트이고, 파손시 안정성 검사의 풍속이 50 노트이므로, 비 파손시 안정성 검사 조건에서 파손시 안정성을 검사할 경우, 요구를 충족하기 아주 어렵다. 따라서, 극단적인 환경에서 파손이 발생될 경우, 안전을 확보하기 어렵기 때문에, 반 잠수식 구조를 기본모듈로 안전성 요구가 높은 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)을 구성하는 것은 적절하지 못하다.
(2) 기본모듈의 밸러스트 시스템의 관리 및 운영이 복잡하다. 반 잠수식 구조의 기본모듈의 각 사용기능 및 작동형태가 주로 복잡한 밸러스트 시스템과 대량의 밸러스트 작업에 의존하기 때문에 밸러스트 조절이 적시적이지 못하거나 또는 정확하지 못할 경우, 기본모듈이 크게 경사질 수 있고 구조응력(structural stress)의 응답이 현저히 떨어져, 매우 큰 사고를 일으킬 수도 있다. 밸러스트 시스템이 고장나면 비참한 결과를 초래할 수 있다.
(3) 기본모듈 전체 구조의 안전 여유(redundancy)가 작다. 반 잠수식 구조의 기본모듈 전체 구조의 여유(redundancy)가 작으므로, 우연한 충돌 또는 칼럼 (하부 부체)이 의외 파손될 경우, 해체 또는 전복 및 침몰을 초래할 수 있다.
(4) 기본모듈의 안전성은 인위적인 요소의 영향을 크게 받는다.
반 잠수식 구조의 기본모듈은 작업자의 숙련도에 대한 요구가 높고, 그 전체에 대한 운영 관리가 복잡하고 안전 운행의 불확실성이 높고, 인위적인 조작 미스가 있을 경우 심각한 안전 사고를 일으키기 쉽다.
위의 반 잠수식 구조의 기본모듈의 주요 경제적 문제는 다음과 같다. 단일 기본모듈의 밸러스트 시스템, 설비, 운영 관리 등의 복잡도가 높고, 대량의 인적자원, 물적 자원 및 경제적 자원의 투입이 필요하여 총체적으로 볼 때 경제적이지 못하다. 여러 개의 기본모듈을 연결하였을 경우에는 위의 각 문제가 더 복잡하게 (상호 간섭을 극복하고, 협동하여 작업할 필요가 있다)되어, 경제성이 더 떨어진다.
상기와 같이, 반 잠수식 구조를 이동 가능한 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈로 하는 경우, 기술, 안전 및 경제적 측면에서 모두 고유적인 결함이 있으며, 이는 초대형 해상부유식 구조물이 산업에 이용되지 못하는 중요한 원인이 된다. 따라서 초대형 해상부유식 구조물을 하루 빨리 산업상에 이용하기 위해 새로운 기본모듈이 요구되고 있다.
본 발명의 하나의 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고 수상 작업환경에서 초대형화 할 수 있고, 우수한 내파성 및 안정성을 가진 부유식 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고 메인 치수를 초대형화 할 수 있고 예측 가능한 극단적인 자연 환경과 극단적인 사고의 경우에도 수상부유식 구조 전체가 효과적이고, 전복, 침몰되지 않는 고안전성의 수상부유식 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고 고안전성 대형 수상부유식 구조를 제공하는 것이다. 파랑하중을 효과적으로 감소시키고 우수한 내파랑 안정성을 제공하며 구조 전체의 완전성, 침몰 방지 성능 및 전복 방지의 측면에서 다중 안전 여유를 향상시키고, 예측 가능한 극단적인 자연 환경과 극단적인 사고의 경우에도 수상부유식 구조 전체가 효과적이고, 전복, 침몰되지 않는 고안전성의 수상부유식 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고 고안전성 대형 수상부유식 구조를 제공하는 것이다. 부유식 구조의 작동과 작업을 단순화하고 인위적인 요인 사고로 인한 안전 리스크를 감소시키고 사고가 발생하더라도 탑승자의 생명 안전을 위협하는 최악의 결과를 피하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고, 고안전성 대형 수상부유식 구조를 제공하는 것이다. 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시, 탑재인원이 배를 포기하지 않더라도 수상부유식 구조를 통하여 배를 포기하고 도망 하는 것보다 더 안전한 생존 보장을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고, 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 기본모듈을 제공하는 것이다. 상기 기본모듈의 치수가 작고, 초대형 해상부유식 구조물을 구성하기 위한 2 개 이상의 모듈의 연결, 복수 모듈의 거동 및 연결장치의 하중 예측이 어렵고, 하중 변화에 민감하며, 복잡한 밸러스트 작업이 필요하고, 작업 상태에서의 항주 능력이 떨어지는 등 주요 기술 과제를 효과적으로 해결할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 종래 기술의 결함을 극복하고 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 기본모듈을 제공하는 것이다. 위의 기본모듈의 안정성, 구조 전체의 안전성 및 복잡한 밸러스트 시스템의 안전성이 떨어지고, 연결작업이 위험하고 복잡한 등의 주요한 안전 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조는， 하부 복수 부체, 상부구조 및 중간 연결구조를 포함하고, 상기 하부 복수 부체는 수평으로 설치된　3 개 이상의 스트립 형상의 부체를 포함하고, 각 부체 사이는 일정한 간격을 가지며, 각 부체의 배수 용적의 합계는 상기 수상부유식 구조의 만재 상태 시의 배수 용적보다 크고, 상기 상부구조는 프레임 구조 또는 박스 구조이며, 상기 중간 연결구조는 적어도 수평면과 사귀는 제1 방향의 연결구조를 포함하고, 상기 제1 방향의 연결구조는 상부 방향으로 연장하는 복수의 부체를 포함하며, 각 상기 스트립 형상의 부체에 3 개 이상의 상기 제1 방향의 연결구조가 연결되고, 상기 제1 방향의 연결구조의 각 부체의 수평 단면 폭이 대응하는 상기 스트립 형상의 부체의 폭보다 작고, 상기 중간 연결구조는 상기 하부 복수 부체 및 상기 상부구조와 연결된다.
일 실시예로서, 상기 하부 복수 부체는 적어도 하나의 방향에서 외곽 치수가 150m보다 크다.
일 실시예로서, 상기 하부 복수 부체는， 각 부체의 단면의 최대 높이 치수 모두가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2보다 작고, 최대 폭 치수가 단면의 최대 높이 치수의 2 배 이하이며, 상기 복수의 부체 중의 서로 인접하는 부체 사이의 순간격은 서로 인접하는 2 개의 부체 중 폭 치수가 큰 부체의 단면 폭 치수의 0.5 배보다 크다.
일 실시예로서, 상기 하부 복수 부체는 각 부체의 총 체적이 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2 배 미만이다.
일 실시예로서, 상기 대형 수상부유식 구조의 하부 복수 부체는 수평방향에서의 길이 및 폭 분포 치수가 상기 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4 배 이상이다.
일 실시예로서, 상기 수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치가 장착된다.
일 실시예로서, 상기 하부 복수 부체 중에서 외측에 위치하는 일부 부체의 내부에 복수의 수밀 격리실이 형성되거나 내부에 경질 비흡수성 재료가 충전되고, 상기 일부 부체의 배수 용적의 합계는 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게와 동일한 양의 물의 체적보다 크고, 및 / 또는 상기 중간 연결구조의 외측에 위치하는 일부 부체의 내부에 복수의 수밀 격리실이 형성되거나 내부에 경질 비흡수성 재료가 충진된다.
일 실시예로서, 상기 제1 방향의 연결구조는 수평방향에서의 전체 단면적이 상기 하부 복수 부체의 정수 홀수선 면적의 약 10 % 내지 30 %이다.
일 실시예로서, 상기 하부 복수 부체는 초대 수선면적 형태를 나타낸다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 상기 단일 대형 수상부유식 구조를 기본모듈로 하여2 개의 상기 기본모듈을 일차적으로 연결하면 치수가 800m 내지 1600m되는 이동 가능한 초대형 해상부유식 구조물 (Very Large Floating Structure, VLFS)를 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조에서, 상기 하부 부체구조는 5 개 이상의 부체를 포함하고, 각 부체 사이는 일정한 간격을 가지며, 상기 하부부체 구조는 초대수선면적 형태를 가지며, 적어도 일부 외측 부체는 실질적으로 중실의 부력실을 채용하며, 상기 실질적으로 중실의 부력실의 배수 용적의 합계는 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크고, 상기 상부구조는 프레임 구조 또는 박스 구조이며, 상기 중간 연결구조는 공간적으로 분산 설치되며, 수평면과 접하여 안전한 복원력을 제공하는 구조를 포함하고, 상기 중간 연결구조는 상기 상부구조 및 상기 하부 부체구조와 일체로 연결되어 상기 하부 부체구조의 외곽의 수평방향의 최소 분포 치수는 상기 고안전성의 대형 수상 대형 부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면 부터의 높이의 4 배 이상이다.
일 실시예로서, 상기 하부 부체구조는 적어도 하나의 방향에서 외곽 치수가 140m보다 크다.
일 실시예로서, 상기 하부 부체구조는 각 부체의 단면의 높이 치수 모두가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2 미만이다.
일 실시예로서, 상기 실질적으로 중실의 부력실 내부는 고밀도로 구획된 부력실 구조이며, 및 / 또는 상기 실질적으로 중실의 부력실 내에 경질 지수(water stop) 재료를 충전하거나 또는 착탈 가능한 경질 지수 재료를 장착한다.
일 실시예로서, 만재 시의 흘수 상태에서 상기 하부 부체구조의 외곽 내의 부체의 수선면적과 부체 구조의 외곽의 면적의 비율이 0.7 이하이다.
일 실시예로서, 상기 부유식 구조는 구조 전체가 수평방향 중의 임의의 방향에서 4개 이상의 경간에 해당하는 사이즈를 가진다.
일 실시예로서, 상기 중간 연결구조를 구성하는 각 부재 및 / 또는 부품 사이에 수평방향으로 설치되는 연결 부재 및 / 또는 연결부재를 구비한다.
일 실시예로서, 상기 중간 연결구조는 외측의 부재가 실질적으로 중실의 부력실 구조이다.
일 실시예로서, 상기 수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치가 장착된다.
일 실시예로, 상기 부유식 구조 전체는 복수의 부정정 유닛으로 이루어진 부정정 조합 공간 구조이다.
일 실시예로, 상기 부유식 구조는 모든 방향에서 적어도 4 개의 부정정 공간 구조 유닛으로 이루어진 연속조합이다.
아래 상기 고안전성 대형 수상부유식 구조의 실시형태를 설명한다.
A. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 극단적 해황의 파랑하중 응답을 절감하는데 유리하고 재료가 전체 강도에 대한 기여 및 효용을 발휘하는데 유리하기 때문에, 플랫폼의 메인 치수가 비교적 크다고 하여도 구조 전체가 여전히 충분한 강도 여유를 가진다.
본 발명에 따르는 하부 부체구조에서 각 부체의 단면 높이 치수 모두가 적용 수역의 최대 파고의 높이의 1/2 미만이다. 따라서 부체의 단면 치수가 비교적 작다. 또한 부체 구조 중 각 부체 사이에 일정한 간격을 두고 설치 되기에, 각 부체가 공간적으로 분산 설치된다. 분산 설치된 부체가, 파랑이 부체를 타고 넘도록 (우회 가능하도록) 유체운동과 에너지 방출에 유리한 조건을 부여하기에 파랑이 부체 사이를 원활하게 흘러지나도록 보장하고, 매우 큰 파랑이 부체에 대한 파괴적인 하중을 줄일 수 있다.
각 부체의 단면의 메인 치수가 최대 파고의 높이보다 작을 경우 (예를 들어 0.5 배)를 예시하였는데, 최대 파고 시 일부 파랑은 부체를 타고 넘어 일부 부체가 파랑에서 이탈되기에, 파랑하중이 파고의 증가에 따라 더 이상 현저하게 증가하지 않는다. 즉 플랫폼의 파랑하중의 파고에 대한 응답에 비선형적인 현상이 나타난다. 따라서, 큰 파랑일 시의 부유식 구조의 파랑하중을 대폭적으로 줄일 수 있다. 선박 구조와 비교하여 동일한 치수의 수상부유식 구조에 있어서, 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조가 받는 파랑하중이 크게 감소되었다. 따라서 구조설계가 동일한 규격, 기준을 충족하는 조건하에서, 선박의 박스 구조에 비해 전체 구조가 더욱 높은 고안정성을 구비한다. 이는 의외의 요인 (사상 최대의 파랑, 구풍 등)에 의해 외부 환경 하중이 증가하였을 때, 본 발명에 따르는 고안전성 대형 부유식 구조가 받는 파랑하중이 더 이상 증가하지 않거나 또는 그 증대량이 아주 작다. 하지만 통상적인 선박이 받는 파랑하중은 급격히 대폭 증가하기 때문에, 본 발명에 따르는 고안전성 대형 부유식 구조가 더욱 높은 구조안전여유를 가진다.
B. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 부정정 조합 공간 구조이므로, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고가 발생했을 때, 일부 구조가 파손되어도 여전히 전체 구조가 해체되지 않는 확실한 안전성을 구비한다.
본 발명의 수상부유식 구조 전체는 부정정 조합 공간 구조를 가진다. 그 전체 구조는 상부 박스 구조, 중간 연결구조 및 하부 부체구조로 이루어진다.
본 발명에 따르는 상기 부유식 구조는 그 전체 구조가 수평방향중의 임의의 방향에 있어서 4 개 이상의 경간에 해당하는 사이즈를 가진다. 여기서, 1개 경간이란 인접한 2 개의 부체 사이의 거리 및 인접한 2 개의 중간 연결구조 사이의 거리를 말한다. 따라서 수상부유식 구조는 적어도 5 개의 부체, 25개의 기둥 및 공간 상 연속되는 상부 박스 구조 (부정정 유닛)로 구성되는 일체의 구조이다. 구조 역학에 따르면, 2개의 하부 부체, 4개의 기둥 및 그에 대응하는 상부 박스 구조 부분 (반 잠수식 플랫폼과 유사한 부분)으로 하나의 밀폐 부정정 공간 구조 유닛을 구성할 수 있다. 따라서 본 발명의 부유식 구조는 임의의 방향에서 모두 적어도 4개의 부정정 공간 구조 유닛으로 구성진 연속적인 조합으로 이루어진다. 따라서 전체적으로 볼 경우, 본 발명의 부유식 구조는 적어도 16개의 부정정 공간 구조 유닛으로 구성되는 조합구조이기 때문에, 충돌, 좌초 등 사고로 하여 일부 유닛이 파손 (일부 구조 기능상실) 되더라도 전체 구조의 안전에 대한 위협이 되지 않는다. 따라서 구조 전체가 해체 방지면에서 안전 여유를 가진다.
수상부유식 구조에 대한 구조구성분석에서 알 수 있는바와 같이, 그 하부 부체구조, 중간 연결구조 및 상부구조는 각각 수량이 많고 분산 설치되었기에, 구조가 힘을 받을 시, 각 구조 부재가 비교적 밸런스 좋게 협동 가능하므로, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시, 하나 이상의 부정정 공간 구조 유닛의 일부 부재가 파손되어 작동할 수 없게 되더라도 나머지 구조가 여전히 부정정 공간 구조 유닛으로 구성되는 조합구조를 이루기 때문에 정상적으로 작동할 수 있다.
본 발명에서는, 설계 진행 시 다양한 해황 및 사고 통계 자료를 조사하고 합리적인 분석을 진행하여 악렬한 해황의 극단적 하중과 각종 기록상의 사고의 파손력 한계를 예측할 수 있다. 해난 사고인 경우, 기록상의 샘플이 충분히 많고 모두 대표적인 것이기에 이에 기초한 사고 형태 및 한계에 대한 분석은 신뢰할만 한 것이며 당업자가 실시 가능한 것이다. 따라서 플랫폼의 전체 구조의 설계에 도움이 되며, 극단적인 상황에서, 본 발명의 일부 유닛이 연속적으로 많이 파손되는 일이 발생하지 않도록 보장할 수 있어, 본 발명의 부유식 구조가 상기 상황에서도 전체 구조가 해체되지 않는 확실한 안전성을 구비하도록 보장할 수 있다.
통상적인 기술에 의한 선박이나 해상 플랫폼에 있어서, 부재가 그 중요정도 및 힘받는 상태에 따라 핵심부품, 중요부품, 일반부품 등으로 분류되는데, 본 발명의 각 힘 받이 부품은 그 중요정도가 거의 동등하며 또한 서로 지지하므로, "약한" 부품 기능상실에 따른 해당 구조의 연속적인 기능상실 또는 전체가 붕괴되는 위험은 발생하지 않는다.
이에 비해 반 잠수식 플랫폼인 경우, 반 잠수식 플랫폼의 부체의 선실 구획에 한계가 있고, 부체 또는 기둥에 큰 파손이 발생 시 부력실이 파손되거나 대량의 침수가 발생한다. 이러한 경우, 침수량이 응급 배수 시스템의 배수 능력보다 많으면 전체 플랫폼의 부상 상태에 변화가 발생하여, 구조의 응력 악화 등 일련의 연쇄 반응이 일어나므로, 최종적으로 경사, 단절, 나아가서 침몰되는 최악의 결과를 가져올 수 있다.
C. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 하부 부체구조의 각 부체가 사이즈가 작고 분산 설치되어 초대 수선면적 형태의 특징을 가지므로 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 매우 적어 안정성에 미치는 영향이 무시 가능할 정도로 작다.
본 발명에 있어서, 각 부체의 단면 높이 치수 모두가 최대 파고 높이의 1/2보다 작고, 하부 부체구조 중의 각 부체가 일정한 간격을 두고 설치되어, 실질적으로 중실의 부력실의 배수 용적의 총합이 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크다. 또한 만재 시의 흘수 상태에서, 하부 부체구조 외곽내의 부체의 수선면적과 부체 구조의 외곽의 면적의 비율이 70%이하이다.
예를 들어, 해황 환경이 가장 나쁜 북대서양 해역에 있어서, 기록상의 최대 파고가 약 30m이기에, 부체의 최대 단면 높이 약 15m이하이며, 때문에 부체의 치수가 비교적 작다. 또한 실질적으로 중실의 부력실의 배수 용적이 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크기 때문에, 부유식 구조의 정수 흘수선이 반드시 부체의 높이 범위내에 위치한다. 따라서 부유식 구조 전체의 흘수가 매우 얕고, 부체의 정수 흘수선에서 부체의 정상까지의 거리도 상대적으로 작다.
단일 부체의 단면 치수가 작으면 각 부체의 체적도 작으므로 소정의 총 체적을 얻기 위하여서는 부체가 소정의 길이를 가지는것이 필요하며 또한 소정의 수량의 부체가 필요하다. 각 부체를 간격없이 배열하면 "뗏목" 타입의 편평한 형태의 박스식 부체 구조가 이루어지며, 또한 적재력 요구를 충족시키기 위하여 편평 형태의 부체 구조는 반드시 초대 수선면적을 가지며, 그 수선면적이 통상적인 선박 및 해양 부유식 플랫폼보다 훨씬 크다. 또한 초대 수선면적을 가질 경우, 파랑하중에 대한 응답도 반드시 매우 크다. 본 발명에서 복수의 부체를 분산 설치하는것을 통하여 초대 수선면적과 비교적 작은 파랑하중 응답을 동시에 실현하였다. 여기서 수선면적이란, 흘수선 위치의 수평면과 부체가 만나 형성되는 단면을 말하며, 흘수선이란 정수(still-water) 흘수선을 말한다.
총배수량과 총수선면적의 비율로부터 보면, 본 발명은 매우 큰 수선면 면적 및 수선면적 분포를 가진다. 통상적인 선박은 소 수선면의 반잠수식 플랫폼에 비해 대 수선면 구조를 가진다. 본 발명의 부유식 구조는 통상적인 선박에 비하여 "초대 수선면적"의 구조이다. 편평 형태의 구조는 무게 중심이 낮아 메터센터(metacenter)가 매우 높은 특징이 있다. 본 발명의 GM값이 통상적인 플랫폼 및 선박보다 두자릿수 이상 높아, 안정성 문제가 더는 전체 안전성 문제 중의 관건적인 요소가 아니다. 또한 위의 이유 때문에, 본 발명의 상하 요동주기가 약 5 초로써 최대 파랑 시의 스펙트럼 피크 주기보다 훨씬 작고, 큰 파랑 시 아주 양호한 내파랑 안정성을 구비함과 동시에, 부상 상태가 예를 들어 적재량의 대량 변화, 하중 위치 이동, 외부로 부터의 견인 또는 푸시 등과 같은 각종 하중 변화에 민감하지 않아 독특한 "내요동 강성"을 가진다.
D. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 확실한 불침몰 특성을 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서, 하부 부체구조 중 적어도 일부의 외측 부력실이 실질적으로 중실의 부력실을 채용하며, 또한 그 배수 용적의 합계가 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크기 때문에, 구조중의 일부에 그 어떤 파손이 발생했다 하더라도, 부유식 구조 전체가 해체되지 않는 이상 그 구조 전체가 침몰하지 않는 것을 보장할 수 있다.
E. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 전체적으로 초 편평 형태를 나타내며, 초대 메터센터 높이를 구비하기 때문에, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고가 발생하더라도 전체가 전복하지 않기에 사람들의 생명 안전 보장을 위한 기본적인 조건을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 하부 부체구조의 외곽의 수평방향상의 최소 분포 치수가 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4 배 이상이다.
수상부유식 구조는 전체적으로 초 편평 형태를 이루며, 수평방향의 최소 분포 치수와 구조 중심에서 정수 흘수선까지의 거리의 배수를 규정하고 하부 부체의 수선면적의 분산 분포를 요구하기에, 본 발명의 부유식 구조가 초대 복원력 및 복원 팔을 구비하므로, 구조 전체가 매우 큰 메터센터 높이 (업계 기준 대비 2 내지 3자릿수 많음) 및 복원 팔을 구비하기 때문에 극단적인 상황에서도 전복하지 않는다.
본 발명에 따르는 수상부유식 구조에서, 하부 부체구조는 복수의 작은 부체가 분산 설치되어 협동함으로써 충분한 배수 용적과 초대 수선면적을 제공할 수 있어, 매우 큰 수선면적 관성모멘트를 구비하고 메터센터 반경이 매우 크며, 메터센터가 매우 높고 초기 안정성 높이가 아주 크기에, 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 매우 작아 안정성에 미치는 영향이 거의 무시할 수 있을 정도이다. 따라서 대용량의 밸러스트 탱크를 설치할 필요가 없다.
본 발명의 수상부유식 구조는 B/T 비(폭과 흘수의 비)가 매우 크고, 작은 각도로 횡경사 시 매우 큰 복원 팔을 가진다. 또한 중간 구조와 상부구조가 큰 예비 부력을 가지고 있기에, 큰 각도로 경사 시에도 매우 큰 복원 팔을 가진다. 또한, 본 발명의 수상부유식 구조는 복원 팔보다 풍압 모멘트 팔이 상대적으로 짧고, 좌우 요동 각도도 비교적 작다. 각종 비 파손시 안정성 및 파손시 안정성 지표가 기준치보다 훨씬 크고 무게 중심 높이의 극한 허용치도 매우 크다.
또한, 본 발명에서, 하부 부체구조의 적어도 일부 외측 부체가 실질적으로 중실의 부체이기에 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고가 발생하더라도 파손시 안정성이 비 파손시 안정성과 거의 동일하게끔 보장할 수 있다.
수상부유식 구조는 전체적으로 초 편평 형태를 이루며, 부유식 구조의 무게 중심을 상부의 정점으로 하고, 하부 부체구조의 정수 흘수선의 외곽을 하부 저면으로 하는 안정된 불규칙적인 입체 피라미드 형태를 형성한다. 당해 입체 피라미트와 수평면과의 최대 협각은 27도로써 부유식 구조 전체가 무게 중심이 낮은 큰 밑판을 가지고 있는 것에 해당한다. 큰 풍랑일 경우 최대 파형 경사가 1/7이고, 대응 파랑 경사각이 16도 이다. 최악의 횐경에서도, 부유식 구조가 가로로 파랑의 파면에 놓여지므로 부유식 구조가 풍압 횡경사 모멘트 및 파랑하중의 작용에 의해 전복되지 않도록 보장할 수 있다. 좌주 시, 부유식 구조의 수평방향의 사이즈가 제한되어 있기에, 파랑에 의한 왕복 충격 작용하에서 전체 구조가 얕은 바닥에서 이탈할 수 있어 전복되지 않는다. 또한 수심이 얕은 바닥의 각도가 매우 클 때도 충돌이 발생할 뿐 큰 경사각의 좌주는 발생하지 않는다. 또한 부유식 구조가 경사가 완만한 해저 암초 또는 해저 (예를 들어 20도 미만의 경사각)에 부딪혀 부유식 구조가 일정한 경사각을 가지는 경사면에 놓일 경우, 안정된 불규칙적인 입체 피라미드가 형성되어 있기에 부유식 구조가 전복되지 않도록 보장할 수 있다.
본 발명의 수상부유식 구조의 중간 연결구조가 수중에 잠길 때 예비부력을 제공할 수 있기 때문에 부력 제공 구조가 상부 방향으로 분포되는 연속성을 확보할 수 있어, 의외로 큰 경사각 (일측의 외주 부체의 전부 또는 일부가 수중에 잠길) 경우라도 복원 팔이 여전히 정의 값을 가진다. 극단적인 상황에서도 수상부유식 구조는 여전히 충분히 큰 안정성 여유를 가지기에 확실한 전복 방지 기능을 유지할 수 있다. 또한, 상기의 해체되지 않고 파손되더라도 침수하지 않아 침몰되지 않는 등 특성을 감안하면 파손시 안정성 및 비 파손시 안정성이 기본적으로 동일하다. 따라서 본 발명은 탑승자의 생명 안전에 새롭고 독특한 가장 기본적인 안전조건을 제공할 수 있다.
F. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 매우 큰 전체 사이즈와 작업 공간을 가지며, 매우 높은 내파랑 안정성을 구비하기 때문에 기능 및 시설의 전체 레이아웃 설계에 여유 있는 안전 조건을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 하부 부체구조의 적어도 일 방향의 외곽 치수가 140m보다 크다. 일 예로 기재한 수상부유식 구조는 그 길이가 400m이고, 형 깊이가 약 40m이며, 공선 시의 무게 중심 높이가 약15m이고, 전체 폭이 120m이기 때문에, 갑판 면적이 약 48000m2이다. 이에 비해, 길이가 400m인 화물선은 형 폭이 최대로 약 35m이고, 갑판 면적이 약 14000m2이다. 물론, 본 발명의 수상부유식 구조의 작업 공간이 매우 커서 공간이 좁아 수직 다층으로 설치할 필요가 없기에, 기능성적인 전체 레이아웃을 수평방향으로 하기 쉬우므로, 다층 레이아웃에 비해 화재 등 사고 시의 격리 설계 및 탑승인원의 분산 피난에 유리하다.
또한 정상 작업 가능한 5 내지 6급 해황에서, 파랑 스펙트럼의 피크주기에 대응하는 파장의 길이가 약 100m미만이다. 부유식 구조의 요동 진폭은 주로 파장과 부유식 구조의 길이와의 비율에 관계되며, 플랫폼의 각 방향에서의 양호한 내파랑 안정성을 구비하고 특히 작업 가능한 해황에서의 플랫폼의 파랑에 대한 거동 응답을 작게 하기 위하여, 수상부유식 구조의 적어도 일 방향의 치수가 140m보다 크게 한정할 수 있다. 따라서, 부유식 구조는 작업 환경에서 안정성, 내파성이 양호하다.
G. 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 양호한 항주 성능과 선수(heading) 방향 조절 능력을 구비할 수 있다.
본 발명에서, 수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치가 설치되어 있고, 또한 흘수가 얕고 부체가 가늘고 긴 스트립 형상으로 형성되기에 저항이 작아, 대형화인 경우에도 그 항주 속도가 쉽게 6노트 이상까지 도달할 수 있다. 동력 구성면에서, 하부 부체구조의 각 부체의 수선부와 수미부에 복수의 전방위 추진기를 설치할 수 있으며, 이러한 추진기가 전후 일정한 거리를 두고 설치되며 전방위로 회전할 수 있기 때문에, 전방위 추진력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 매우 큰 편향 모멘트를 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 수상부유식 구조에 돛, 직진 추진기 및 방향타 등을 설치하여 실현할 수 있다. 따라서 플랫폼이 양호한 전방위 항주 성능과 뛰어난 선수 방향 제어능력을 구비하고 있어, 사전에 도망함으로써 태풍을 효과적으로 회피할 수 있다. 또한 파랑하중의 변경 수요에 따라 플랫폼과 파랑이 부딛치는 각도를 효과적으로 조절할 수 있다. 또한 플랫폼이 완전히 동력을 상실하였다 하더라도 플랫폼의 각 방향의 메인 치수가 크기 때문에 폭풍속에서 자동적으로 횡파 방향으로 돌아설 수 있는데 이는 통상적인 선박일 경우 장 위험한 상태이다. 하지만 본 플랫폼은 횡방향 안정성이 매우 좋기에 전복 위험은 없다. 때문에 자동적으로 횡파 방향으로 놓이는 경우, 오히려 폭풍이 플랫폼 구조에 대한 가장 큰 위협인 수직 휨모멘트를 크게 감소 시킬 수 있기 때문에, 독특한 자기 적응(self-adapting) 가능한 구조 안전 기능을 구비한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈은 하부 부체구조, 상부구조 및 중간 연결구조를 포함하고, 상기 하부 부체구조 전체는 초대수선면적 형태를 보여주며, 5개 이상의 스트립 형상의 부체를 포함하고, 각 상기 스트립 형상의 부체는 일정한 간격을 두고 설치되고, 각 상기 스트립 형상의 부체의 단면 높이가 적용 수역의 최대 파고보다 낮으며, 각 상기 스트립 형상의 부체의 배수 용적의 합계가 당해 기본모듈의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크고, 상기 상부구조는 프레임 구조 또는 박스 구조이며, 상기 중간 연결구조는 하부 부체구조와 상부구조 사이에 분산 설치되어 수평면과 접하는 소 수선면 구조이며, 각 상기 스트립 형상의 부체에는 5개 이상의 상기 중간 연결구조가 설치되고, 상기 중간 연결구조와 상기 상부구조 및 상기 하부 부체구조가 서로 일체로 연결 됨으로써, 부정정 조합 공간 구조가 형성된다.
기본모듈은 효과적으로 파랑하중을 감소할 수 있는 특징 및 효과적으로 파랑 기진운동에 견디는 능력 및 강한 내요동 안정성 강성를 구비하기 때문에, 기본모듈의 메인 치수를 대폭적으로 증가할 수 있을 뿐만 아니라 파랑중의 기본모듈의 거동 폭 값을 대폭적으로 줄일 수 있다. 따라서 기본모듈을 연결하는 과정중의 상대 요동 운동과 연결 후의 연결장치의 부하를 대폭적으로 줄일 수 있기 때문에 연결작업의 난이도를 대폭적으로 줄일 수 있다. 모든 사용 환경에서, 기본모듈은 자기 적응 전방위 항주능력을 가진다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈의 하부 부체구조에 있어서, 수평방향의 길이방향 및 폭 방향에서의 분포 치수가 상기 기본모듈의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4 배 이상이다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈은 길이가 400m보다 크고 또한 800m 미만이다. 단일 기본모듈은 길이방향의 치수가 400m이고, 과학적이고 합리적인 설계에 의해 그 사이즈가 약 600-800m에 까지 도달할 수 있어, 기본모듈 그 자체가 대형 해양 부유식 구조물이다. 2 개의 기본모듈을 연결하면 천미터급 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)을 형성할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 하부 부체구조의 각 상기 스트립 형상의 부체의 단면 높이 치수 모두가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2 미만이다.
일 실시예로서, 만재 시의 흘수 상태에서, 상기 하부 부체구조의 외곽내의 상기 스트립 형상의 부체의 수선면적과 부체 구조의 외곽 면적의 비율이 0.7 이하이다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈은 최대 총 수직 휨모멘트의 작용하에서의 휨이 길이방향 치수의 1/400보다 작으므로 그 전체 변위량에 의한 "유탄성(Hydroelastic)" 현상이 명확하지 않아 무시할 수 있기 때문에 기본모듈을 여전히 "강체"로 간주하여 설계를 진행할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈엔에는 전방위 추진기가 장착된다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈의 수선부, 수미부 및 / 또는 현측에 2개 이상의 연결용 케이블 견인 장치가 설치된다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈의 수선부, 수미부 및 / 또는 현측에 모듈 사이를 연결 또는 분리하는 연결장치가 설치된다.
일 실시예로서, 상기 연결장치는 전자기적 연결장치 및 / 또는 기계적 연결장치이다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈 전체는 복수의 부정정 유닛으로 이루어진 부정정 조합 공간 구조이다.
일 실시예로서, 상기 기본모듈은 모든 방향에서 적어도 4 개의 부정정 공간 구조 유닛으로 이루어진 연속조합이다.
일 실시예로서, 수평면과 접하는 중간 연결구조는 수평방향에서의 전체 단면적이 상기 하부 부체구조의 정수 흘수선 위치에서의 수선면적의 약 10 % 내지 30 %이다.
위의 기술 방안으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조의 원리와 유익한 효과가 다음과 같다.
1. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 대형화 가능 하다(단면이 작은 부체가 비선형 응답 특성을 가지기에 파랑하중을 감소시킬 수 있다). 도 11을 참조하면, 계산 결과 및 실험 데이터에 대한 분석을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조에서, 파랑의 파 폭이 작을 경우 즉 파랑이 부체 위를 타고 넘지 않을 경우, 파랑의 휨모멘트는 선형 주파수 영역의 파랑의 휨모멘트 값과 기본적으로 동일하다. 파랑의 파 폭이 클 경우 즉 파랑이 부체 위를 타고 넘을 경우, 파랑의 휨 모멘트의 증가 폭이 파고가 높아짐에 따라 점차 점차적으로 감소되어, 상대적으로 현저한 비선형 응답 특성을 보여 준다. 또한 극대 파고 시, 선형 파랑 응답의 휨모멘트 보다 대폭적으로 작아 진다. 따라서 부유식 구조의 대형화에 유리한 조건을 제공할 수 있다.
2. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조가 매우 우수한 내파성을 구비하고 있어 메인 치수가 대응하는 스펙트럼의 피크 주기에서 흔히 볼 수 있는 파장보다 크다. 상하 요동주기가 약 5 초 이하로써 파랑 스펙트럼의 피크주기보다 훨씬 작기 때문에 공진이 발생하지 않는다.
3. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 큰 탑재 능력을 가지고 있고, 2004년 원소기씨의 특허에 비해， 부체 사이의 간격을 1배의 간격으로부터 0.5배 간격까지 축소하였지만, 여전히 파랑하중을 감소하는 특징을 구비하고있다. 이에 대하여 구체적인 자료와 도 12를 제공하였다. 따라서 동일한 폭의 조건에서 더욱 많은 부체를 설치할 수 있어 더욱 큰 탑재 능력을 획득할 수 있다.
4. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 하부가 스트립 형상의 복수의 부체 구조이고 또한 분산 설치되기에, 구조의 B/T 비가 매우 크고 매우 큰 수선면적 관성모멘트를 가지며, 전체의 등가 횡단면이 초 편평 형태를 나타내고, 그 가로방향 메터센터 반경이 매우 크고 메터센터 높이 (GM 값)가 통상적인 구조에 비해 두자릿수로 증가된다. 본 발명에서, 중간 구조도 일정한 수선면적 및 배수 용적을 구비하고 있기 때문에, 큰 각도의 경사가 발생 시 중간 구조도 수중에 잠기면 부력과 복원 모멘트를 제공할 수 있다. 따라서 바람, 파랑 및 기타 횡경사 요인이 동시에 부유식 구조에 작용한다 하더라도 확실한 전복 방지 능력을 유지할 수 있다.
5. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 "절대 침몰하지 않는 성능"을 구비하고 있는데, 이는 주로 실질적으로 중실의 부력실을 이용하여 실현한다. 실질적으로 중실의 부력실의 배수 용적의 합계가 당해 부유식 구조의 만재 시 무게와 동일한 양의 물의 체적보다 크다.
6. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 "절대로 전복하지 않는" 특징을 구비한다. 전체적으로 초 편평 형태를 이용하여 안정적인 삼각형 구조를 형성하고 있다.
7. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 전체 구조 완전성을 유지하기 위한 다중 중복성(multi-redundancy)을 구비하여, 중간 연결구조는 복수의 분산된 구조 부재를 이용하여 하부의 복수의 부체와 상부 구조를 연결한다. 일부분 구조가 실효되더라도 전체 구조는 실효되지 않는다.
8. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 "재료의 이용률이 향상된" 구조 형식을 가지며, 상부구조, 중간 연결구조 및 하부 복수 부체로 구성된 전체 구조가 구조 강도 재료의 이용 효율이 비교적 높은 "工"자형 단면과 유사하다.
9. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 매우 적고, 매우 큰 횡방향 메터센터 높이를 구비하고 있어, 대용량의 통상적인 밸러스트 탱크를 설치할 필요가 없다.
10. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 폭풍 환경에서 양호한 생존 능력을 가진다. 당해 부유식 구조의 폭이 일정한 사이즈를 갖고 있을 뿐만 아니라 가로방향 메터센터가 일정한 값을 가지기 때문에, 풍압 경사 모멘트와 파랑 경사 모멘트 등 각종 불리한 요인이 동시에 구조 전체에 작용하더라도 여전히 충분한 안정성을 확보할 수 있다. 극히 불리한 상황에서, 동력을 상실하고 자동적으로 횡파 방향으로 놓인다 하더라도 여전히 전체 구조의 안전성을 보장할 수 있다 (선박인 경우 이러한 특징을 구비하지 않기에, 선수 방향을 조절하여 파랑을 맞이 하는 방향으로 변경하여야만 안전을 보장할 수 있다).
11. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 파랑 차단 효과를 구비하고 있어, 양호한 수상 정박 조건을 형성할 수 있다. 부유식 구조의 전체 사이즈가 크고 분산되어 있는 부체가 소파 특성을 구비하고 있어, 구조의 바람 등진 측 및 파랑 등진 측에 큰 면적의 파랑없는 구역을 형성할 수 있다. 구조 자체가 양호한 안정성을 구비하고 있기에 충분히 큰 계류 능력을 제공할 수 있어 선박이 직접 정박할 수 있는 조건을 제공할 수 있다.
12. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 인류가 해양을 개발 및 이용하는 능력을 대폭적으로 향상시킬 수 있다. 큰 사이즈, 높은 탑재 능력, 고안정성, 고안전성을 구비하고 있으므로, "수상 육지"를 제공할 수 있다. 이를 통해 더욱 많은 종류의 육지에 사용되는 기술, 설비, 작업 방법 및 인원을 비교적 쉽게 수상 작업에 이전할 수 있기 때문에, 전통적인 선박 및 기존의 해상 플랫폼 기술에 비해, 통상적인 선박 및 해상 플랫폼이 제공할 수 없는 더욱 크고 더욱 강한 탑재 능력을 제공할 수 있다.
13. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 파랑중의 거동이 매우 작을 뿐만 아니라 부하 불균형에 의한 부상 상태의 변화가 적기 때문에, 화물 선적 및 고정(Binding) 작업의 난이도가 낮으 (간단하)므로 선적 효율이 향상된다. 큰 사이즈, 높은 탑재 능력, 고안정성 등 특징을 구비하기 때문에, 부유식 구조는 부하 불균형에 민감하지 않아 부하 불균형에 의한 경사가 작다. 선박의 선적에 비해, 요구 조건이 많이 낮아지고 작업 과정이 간단하게 되어 비용을 절감할 수 있다.
14. 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 양호한 항주 성능과 조종 성능을 구비하고, 메인 사이즈가 대략 동등한 경우, 대형 바지선(barge), 반 잠수식 플랫폼에 비해 흘수가 더욱 얕고 저항이 더욱 작기 때문에, 높은 항주 속도, 더욱 양호한 항주 안정성 및 통과성, 뛰어난 선수 방향 제어능력을 구비한다. 태풍을 피하기 위해 필요한 8 내지 10노트의 기본적인 항주 속도를 쉽게 실현할 수 있다. 또한 파랑하중 변경 수요에 따라 플랫폼과 파랑이 부딪히는 각도를 효과적으로 조절할 수 있다.
15. 작은 단면이 분산 설치되는 스트립 형상의 복수의 부체는, 배수량이 동일한 경우, 부체의 수량이 많을 수록 각 부체의 단면적이 작아진다. 부체의 단면 사이즈가 최대 파고보다 훨씬 작을 경우, 통삭적인 파랑하중 분석의 선형 이론을 적용할 수 없다. 당해 이론에 의하면, 부체의 파랑하중은 파고의 제곱에 비례한다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는, 큰 파랑중에 위치 시 일부 파랑이 부체 위를 타고 넘고 일부 부체의 하측이 파랑에서 이탈된다 (도2 참조), 이 경우, 파랑하중은 파고의 증가에 따라 급격히 증가하지 않는다. 따라서, 부체에 가해지는 하중의 파고 변화에 대한 비선형 응답 (도11 참조) 현상이 발생하여, 하중 응답의 한계값이 대폭적으로 감소한다. 또한, 작은 부체의 분산 설치는 부체의 상하 요동 운동 상태하에서의 "부가 질량"을 감소시키기 위하여 독특한 효과가 있다. 해당 효과는 각 부체 사이의 간격이 0.5D를 초과시 나타난다 (도12 참조). 도12는 원주 스트립 형상의 부체 사이에 간격이 없거나 0.5m 이상의 간격이 있을 경우, 상하 요동시 부가 질량이 원 주파수(circular frequency) 변화에 따라 변화하는 상황을 보여 준다. 간격이 없는 경우의 추가 질량이 간격을 두고 분산 복수 부체의 경우보다 훨씬 크고, 이러한 차이가 0.5D이상이 된 후부터는 간격의 증가에 따라 현저하게 변화하지 않는 것으로 나타났다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조는 큰 파랑를 만났을 때, 전체적인 파랑하중 응답이 대폭적으로 작아지기에, 부체 구조를 통상적인 사이즈 이상으로 대형화를 실현할 수 있다. 플랫폼의 메인 치수의 증가에 따라, 본 발명의 실시예에 따르는 부유식 구조의 내파성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부체의 파랑에 대한 거동 응답을 저감할 수 있다. 또한, 부체 구조의 관성 부하를 대폭적으로 줄일 수 있다.
16. 복수 부체의 또 하나의 특징은 초대 수선면적을 가짐과 동시에 각 부체가 분산 설치되고, 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 매우 적어 안정성에 미치는 영향이 무시할 정도로 작은 것이다. 따라서 복수의 부체에 상응하는 경질 지수 재료를 충전하여 중실화 할 수 있다. 따라서 부체 하우징이 파손되더라도 부력 감소가 발생하지 않기에 그 어떤 파손 시 안정성도 비 파손시 안정성과 대략 동일하다.
17. 상부구조의 주요한 작용 중의 하나는, 그 단면 면적이 부유식 구조의 횡단면의 관성모멘트에 대한 공헌과 하부 복수 부체의 단면 면적이 부유식 구조의 횡단면의 관성모멘트에 대한 공헌이 거의 동일하게 되도록 하여, 전체 강도 구조의 분포를 보다 합리하게 하는 것이다. 또 다른 하나의 작용은, 큰 공간의 수상 작업 선실과 대 면적의 상단 갑판을 제공하는 것이다. 상부구조는 공간 프레임 구조와 박스 (통상적인 쉘) 구조의 두가지 방식으로 실현할 수 있다. 공간 프레임 구조는 보와 기둥을 강성 연결 방식으로 연결하여 하중 수용체계를 구성하는 구조이며, 보와 기둥이 협동하여 사용 과정중에 발생하는 각종 하중에 대항한다. 공간 프레임 구조를 이용하면, 상부구조의 설계가 보다 자유로워질 뿐만 아니라 전체 구조의 설계 난이도가 대폭적으로 낮아진다.
18. 수상부유식 구조는 매우 높은 고안전성을 구비한다.
분산식 멀티 부체를 이용하여 전체적으로 초 편평한 형태의 부정정 공간 구조를 형성하고, 복수의 부체가 초대 수선면 구조이며, 또한 하부 복수 부체에 경질 비흡수성 재료를 충전할 수 있기 때문에, 전체 구조의 강도 및 안정성 면에서 확실한 여유가 있다. 일부 구조의 파손이 전체 구조의 안전성에 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라, 일부 구조의 파손이 연쇄 반응을 유발하여 부유식 구조 전체가 연속적으로 파손되는 현상이 발생하지 않으므로 보다 높은 고안전성을 구비한다. 수상부유식 구조는 전체적으로 초 편평 형태를 가지며, 수평 치수와 구조의 무게 중심에서 정수 흘수선까지의 거리의 배수를 규정함 으로써 전체 구조가 매우 큰 메터센터 높이 (업계 기준 대비 2 내지 3자릿수 많음) 및 복원 팔을 구비하기 때문에 극단적인 상황에서도 전복하지 않아 확실한 기본적인 안전성을 제공할 수 있다.
19. 기존 선박 및 해상 플랫폼의 전복 방지 능력에는 한계가 있는데, 전복을 초래하는 외부 요인과 인위적인 조작 미스가 랜덤적으로 발생하기 때문에 확률적 방법으로 처리할 수 밖에 없다. 하지만, 본 발명은 초 편평 공간 구조, 중실의 복수의 부체, 예비 부력을 제공 가능한 중간 연결구조 등의 조합 구조를 이용하여, 최악의 해황 및 "극단적인 사고 발생 조건"하에서의 전복 방지 기능을 확보할 수 있다. 침몰 방지, 전복 방지의 능력에 대하여, "확률적"으로부터 "안정적"인 변화를 실현 한다. 선박 및 해상 플랫폼의 가장 기본적인 안전 규범, 특히 탑승자의 생명 안전 규범에 대하여, 육지상의 관련 규범을 참조하여 대규모적인 조절, 간략화 및 삭제를 진행할 수 있어 인류의 해양 활동에 혁신적인 변화를 가져올 수 있다.
총적으로, 본 발명에 따르는 수상부유식 구조의 주요 특징은, 파랑하중이 작고 사이즈가 크고 탑재 능력이 크며 흘수가 얕고 내파성이 우수하며 안전성이 높고 큰 작업 공간을 형성할 수 있는 것이다.
위의 기술 방안으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조의 유익한 효과는 다음과 같다.
1. 수상부유식 구조는 여러가지 유익한 고안전성을 구비하고 있어 해양 세계에 대한 탐색 및 개발에 있어서의 어려운 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 전체적으로 하부 부체구조, 상부구조 및 중간 연결구조의 조합에 의해 전체가 초 편평한 부정정 조합 공간 구조를 구성하고, 하부 부체구조중의 외측 부분의 부체는 실질적으로 중실의 부체이며, 상기 실질적으로 중실의 부체의 배수 용적의 합계가 당해 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크고, 하부 부체구조는 분산 설치될 뿐만 아니라 초대 수선면 구조를 형성한다. 위의 기술 조치들이 유기적으로 결합 및 서로 협동하는 것을 통하여, 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조가 파랑하중에 대한 응답이 작고 거동 응답이 작고 양호한 내파성과 적재 능력을 가지도록 한다. 또한 수상부유식 구조는 안정성이 좋아 안정성에 대한 계산 및 체크를 대폭적으로 간략화 할 수 있으므로 설계 작업량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한 해황, 작업 하중 변화에 민감하지 않으므로, 구조의 "안정성"을 확보하기 위해 설치하는 복잡한 적재 및 밸러스트의 요구를 대폭적으로 간략화 할 수 있기에, 안정성 문제로 대용량의 밸러스트 탱크를 설치하고 복잡한 밸러스트 작업을 진행할 필요가 없다. 하지만 대용량의 밸러스트 탱크인 경우 안전성과 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에, 대용량 밸러스트 탱크가 규정을 초과하여 선실 파손이 발생 시 전복이나 침몰이 발생할 가능성이 있다. 만약 선박의 빈 공간을 중실로 형성하면, 선박 공선시에 밸러스트 충전 작업을 실시할 수 없어 흘수가 너무 얕게 되어 그 안정성을 보장할 수 없다. 마찬가지로, 반 잠수식 플랫폼의 하부 부체 및 기둥의 빈 공간을 중실로 형성하면, 밸러스트 충전 작업을 실시할 수 없어, 반 잠수 작업상태와 비반잠수 작업상태사이의 전환을 실현할 수 없게 된다 (반 잠수 상태에서 항주할 수 없고, 비반잠수상태에서 작업을 실시할 수 없음). 따라서 선박과 반 잠수식 플랫폼인 경우, 이러한 기능을 실현하려면 반드시 밸러스트 탱크를 설치하여야 한다.
본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 전체 구조의 안전성이 확보 가능하며, 그 구조 기능상실의 메커니즘이 선박 및 반 잠수식 플랫폼과는 근본적으로 다르다. 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시, 구조에 국부적인 파손이 발생할 수도 있지만, 더욱 악렬한 상황의 발생을 야기시키지 않으므로, 부유식 구조 전체가 단절 및 해체되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다. 따라서 사고 발생 후, 구조 자체에 의해 제공되는 매우 큰 안전 공간과 대량의 물자를 이용하여 많은 인원들이 생존을 유지하면서 구조를 기다릴 수 있기 때문에, 탈출 과정 중 및 배를 포기 한 후 있을 수 있는 인원 실종 및 생명 유지시간 한계에 따른 생명위험을 회피할 수 있어, 탑승자의 생명 안전에 가장 기본적이고 확실한 보장을 제공할 수 있다.
기존의 선박과 해상 플랫폼의 전복 방지 능력 및 침몰 방지 성능에 한계가 있어, 전복 및 침몰을 초래하는 외부 요인과 인위적인 조작 미스가 랜덤적으로 발생하기 때문에 확률적인 방법으로 처리할 수 밖에 없다. 하지만, 본 발명은 초 편평한 부정정 조합 공간 구조, 실질적으로 중실의 부체, 분산 설치되어 안전 복원력을 제공하는 중간 연결구조, 초대 수선면적 형태의 하부 부체구조 등의 기술적 수단의 조합을 이용하여, "예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시의 전복 방지, 침몰 방지 능력 "을 실현하고, 전복 방지 및 침몰 방지의 능력에 대하여, "확률적"으로부터 "안정적"인 변화를 실현한다. 선박 및 해상 플랫폼의 가장 기본적인 안전 규범, 특히 탑승자의 생명 안전 규범에 대한 육지상의 관련 규범을 참조하여 대규모적인 조절, 간략화 및 삭제를 진행할 수 있어 인류의 해양 활동에 혁신적인 변화를 가져올 수 있다.
2. 수상부유식 구조의 안전성이 인위적인 요인에 의한 영향에 대한 민감성을 줄임으로써 관리 시스템의 복잡성과 운영 비용을 대폭적으로 절감할 수 있다.
본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조 자체가 고안전성을 구비하고 있어, 그 어떤 사용 기능에 관하여 인위적인 요인에 의한 조작 실수가 발생한다 하더라도, 탑승자의 부상, 사망 등 재난적인 결과가 발생하지 않는다. 따라서 조작 실수가 수상부유식 구조의 전체 안전에 대한 영향을 대폭적으로 낮출 수 있어 수상 부유식 구조의 관리 시스템 및 운영 프로세스를 효과적으로 간략화 할 수 있다. 수상부유식 구조 자체의 안전성을 향상시킴으로써 시장 진입, 사용, 관리 및 운영 등 각 방면에서 매우 유리하다.
3. 수상부유식 구조의 범용성을 크게 향상시킴으로써 부유식 구조에 관한 설계의 사용기능에 대한 의존성을 크게 감소시켰다.
본 발명에 따르는 수상부유식 구조의 상부구조는 공간 프레임 구조와 박스 (통상적인 쉘) 구조의 두 가지 방식으로 실현 가능하다. 공간 프레임 구조를 이용하면, 상부구조의 설계가 보다 자유로워진다.
프레임 구조는 보와 기둥을 강성 연결 방식으로 연결하여 하중수용 체계를 구성하는 구조이며, 보와 기둥으로 이루어진 공간 프레임으로 사용 과정중에 발생하는 각종 하중에 대하여 대응한다.
또한, 상기 상부구조의 기둥-보식 구조는 구조 안전성 레벨의 요구를 충족하는 그 어떤 형태의 기둥-보식 구조라도 좋다. 예를 들어, 복수의 세로방향 또는 가로방향의 트러스식 지지구조를 이용하여 상부구조를 구성하여 많은 기능선실로 구획할 수 있다.
기둥-보로 이루어진 공간 프레임 구조를 이용하여 상부구조를 실현할 경우, 전통적인 선박 및 수상 부체 구조의 설계에 비해, 상부구조의 구조 설계의 자유도 (영활성이라고도 함)가 대폭적으로 향상되어, 상부 기능 선실의 설계 및 레이아웃을 자유롭게 변화 가능하다. 이에 따라 상부구조의 개선 가능한 마진이 상당히 커져 주요 하중수용 구조가 보, 기둥 및 기타 지지구조 (없을 수도 있음)이고, 기타 부재 (갑판, 작업 선실 사이의 구획 부재, 작업선실의 상하 판 등)는 일부 기능 하중만을 수용하고 수상부유식 구조의 전체에 작용하는 힘의 수용에는 참여하지 않는, 주요 하중수용 구조가 아닌 구조로 설계 가능하다. 상기 특성에 따르면, 수상부유식 구조 중의 주요 하중수용 구조가 아닌 구조를, 일부 기능 하중을 충족하는 전제하에서 임의로 변경 하더라도 전체 구조가 힘을 수용하는 상태에는 아무런 영향도 주지 않는다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 부식방지를 위한 비용을 크게 절감시키기 위하여 비금속 재료를 이용할 수도 있다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 조립 (비 용접) 방식으로 주요 하중수용 구조에 연결될 수 있다.
4, 수상부유식 구조의 사용 안전성과 편리성을 대폭 향상시켰다.
본 발명에 따르는 수상부유식 구조의 하부 부체구조는 분산 설치되는 작은 사이즈의 부체를 이용하므로, 초대 수선면적과 아주 큰 초기 안정성 (GM) 값을 가지며, 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 작기 때문에, 대용량의 밸러스트 탱크를 설치할 필요가 없고, 통상적인 비 파손시 안정성과 최악 환경 요인 중첩 시 안정성 등을 체크할 필요가 없다. 이는 적재 전체 질량이 임의의 방향의 50 % 영역에 집중되는 부하 불균형도 포함한다. 본 발명에 따르는 수상부유식 구조는 고안전성을 가지고, "안정성" 및 "내파성"도 매우 좋고, 각종의 하중 변화에 민감하지 않기 때문에, 독특한 강성 및 내요동 능력을 가진다. 따라서 종래 기술의 선박의 사용 기능에 관련되는 특징이 크게 제한되는 것에 대해, 본 발명의 부유식 구조의 부동한 사용기능에 대한 범용성을 크게 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 대형 선박이 개방 수역에서 본 발명에 따르는 플랫폼에 직접 정박할 수 있다.
본 발명에 따르는 수상부유식 구조는 구조 전체가 중부가 빈 공간 구조이며, 흘수선 이상의 중간 연결구조의 공간 점유비율이 작기 때문에 갑판 상하부의 공기 유동장(flow field)의 차이가 크지 않아, 부유식 구조의 갑판 위에서의 기류 유동장의 이변을 줄일 수 있다. 따라서, 통상적인 박스형 부체 (선박)에 비해, 각종 항공기의 이착륙에 보다 안전하고 안정적인 공기 유동장 공간을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르는 수상부유식 구조는 초대 면적의 상면 공간 및 초대 체적의 상부 작업선실을 구비하고 있을 뿐만 아니라, 상부구조와 하부 부체 사이에 초대 체적의 사용 가능한 공간을 구비하며, 수면에 가까운 위치에 초대 사이즈의 작업 영역을 구비하기 때문에, 각종 탑재, 리프트 온/오프 등 조작 기능을 쉽게 실현할 수 있다. 그 전체 기능적인 레이아웃이 주로 평면에 따라 제공되므로, 세로방향에서 다층으로 설치되는 방식에 비해, 수상부유식 구조에 많은 사람들이 밀집되어 있는 경우, 화재와 같은 사고에 대한 격리 설계 및 인원들의 분산 탈출에 유리하다.
본 발명에 따르는 수상부유식 구조의 중실의 부체는 분리 가능한 방식으로 충전할 수 있으며, 구조의 수리 및 정기 점검을 간단하고 쉽게 진행할 수 있다.
이상 내용을 정리하면, 본 발명에 따르는 고안전성 대형 수상부유식 구조는 아래와 같은 특징을 구비한다. 안정성이 높고, 안전성이 높으며, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시 대촉적인 요동이 없고 해체되지도 않으며 전복되지도 않고 침몰되지도 않는 효과를 구비한다. 또한 범용성이 뛰어나, 구조 전체가 사용기능에 대한 의존도가 낮고, 상부구조가 공간 프레임 형식을 채용하기 때문에 설계 자유도가 대폭적으로 높아진다. 또한 사용이 양호하여 조작인원의 종합 소질과 구조 전체의 운행 관리에 대한 요구가 비교적 낮다. 또한 사이즈가 크고 흘수가 얕고 내파성이 뛰어날 뿐만 아니라 큰 작업 면적과 큰 작업 공간을 구비한다.
이하, 상술한 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 실시형태에 관하여 설명하기로 한다.
A. 본 발명에 따르는 기본모듈은 파랑하중 응답 절감에 유리하고, 기본모듈의 메인 치수가 매우 큰 경우라도 여전히 충분한 강도와 강성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르는 하부 부체구조에서, 각 부체를 모두 단면 면적이 작은 스트립 형상의 부체로 하고, 또한 부체 구조에서 각 부체가 일정한 간격을 두고 설치 함으로써 각 부체가 공간중에서 분산 설치되도록 한다. 분산 설치되는 부체는 파랑이 부체를 타고 넘도록(우회 가능하도록) 유체 운동과 에너지 방출에 유리한 조건을 부여하기 때문에 파랑이 부체 사이를 원활하게 유동하도록 보장할 수 있어 매우 큰 파랑이 부체에 대한 파괴적인 하중을 줄일 수 있다.
단일 부체의 단면의 메인 치수가 최대 파고의 높이보다 작을 경우 (예를 들어 0.5 배)를 예시하였는데, 최대 파고 시 일부 파랑은 부체를 타고 넘어 일부 부체가 파랑으로부터 이탈되기 때문에, 파랑하중이 파고의 증가에 따라 더 이상 현저하게 증가하지 않는다. 즉 플랫폼의 파랑하중의 파고에 대한 응답에 비선형적인 현상이 나타난다. 따라서 큰 파랑일 시의 부유식 구조의 파랑하중을 대폭적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 횡단면이 "工"자형 단면과 유사하고, 상부구조와 하부 부체구조가 상하 플랜지에 해당되며, 중간 연결구조가 중간판에 해당되기 때문에 재료의 효용을 충분히 발휘할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 재료의 효용을 충분히 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 파랑하중을 줄일 수 있기 때문에, 사이즈가 큰 경우에도 기본모듈이 충분한 강도와 강성을 가지도록 쉽게 보장할 수 있어, 유탄성 현상이 기본모듈의 부하 계산에 대한 복잡한 영향을 회피할 수 있다. 본 발명에 따르는 기본모듈은, 각종 통상적인 부유식 구조에 비해 더욱 큰 메인 치수를 가지며, "강체"로 간주하여 구조 설계를 진행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따르는 기본모듈은 사이즈가 600m 정도에 도달할 경우에도, 극단적인 해황에서 여전히 강도 요구를 충족할 수 있다. 최대 총 수직 휨모멘트가 작용 시, 총 수직방향 휨이 기본모듈의 길이의 1/400 이하 이다.
B. 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 하부 부체구조의 각 부체가 사이즈가 작고 분산 설치되며, 또한 초대 수선면적 형태의 특징을 가지므로, 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 안정성에 미치는 영향이 매우 작아 공선 시와 만재 시에 모두 매우 높은 고안정성을 구비한다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 각 부체의 단면 높이가 모두 작고, 하부 부체구조에서 각 부체가 일정한 간격을 두고 설치된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 정수 흘수선이 반드시 부체의 높이 범위내에 위치하기 때문에, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈 전체의 흘수가 매우 얕게 된다.
단일 부체의 단면 치수가 작고, 각 부체의 체적도 작으므로, 일정한 총 배수 용적을 얻기 위하여서는 일정한 길이와 수량을 가지는 부체가 필요하다. 각 부체가 간격 없이 배열되면, "뗏목" 형태의 편평한 박스식 부체 구조가 이루어 지며, 또한 적재력 요구를 충족시키기 위해서는, 편평 부체 구조가 반드시 아주 큰 수선면적을 구비하며, 그 수선면적이 통상적인 선박 및 해양 부유식 플랫폼보다 훨씬 크다. 여기서 큰 수선면적일 경우, 일반적으로 파랑하중에 대한 응답도 반드시 매우 크다. 하지만 본 발명에서는, 복수의 부체를 분산 설치함으로써 아무리 큰 수선면적임에도 불구하고 파랑하중에 대한 작은 응답을 실현하였다. 여기서 수선면적이란, 흘수선 위치의 수평면과 부체가 만나 형성되는 단면의 면적을 말한다. 또한 파랑중에서 흘수선이 변화하기에, 부체의 높이 범위를 초과하는 경우도 있으므로, 여기서 말하는 흘수선은 정수 흘수선을 가리킨다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 하부 복수 부체의 수평방향중의 길이방향 및 폭 방향에서의 분포 치수가 상기 기본모듈이 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4배 이상이다. 때문에 기본모듈 전체가 초 편평 형태를 이루고, 무게 중심이 낮고 메터센터가 매우 크다는 특징을 구비한다. 기본모듈의 GM 값이 통상적인 플랫폼 및 선박보다 2 자릿수 이상 높다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 각 부체가 분산 설치되고, 정수 흘수선에서 부체 상부까지의 거리가 작기 때문에, 파랑이 부체를 순조롭게 통과하거나 또는 부체를 타고 넘는데 유리하기에 파랑하중을 효과적으로 줄일 수 있다.
기본모듈은 파랑하중의 기진에 의한 거동 응답이 작고, 반 잠수식 플랫폼의 거동 응답과 거의 동일하다. 또한 양자의 실현 메커니즘이 전혀 다르다. 반 잠수식 플랫폼은 전형적인 소 수선면적 형태의 구조이며, 내요동 안정성 강성가 작다. 이에 비해, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 초대 수선면적 형태의 구조이며, 내요동 안정성 강성도 매우 크다.
또한 기본모듈은 초대 수선면적 형태의 구조이고 부체가 분산 설치되기 때문에, 강한 복원력과 복원 모멘트를 구비하여, 하중 변화가 발생 시 나타 나는 거동 변화가 매우 작다. 반 잠수식 플랫폼에 비해, 큰 내요동 안정성 강성를 가지며, 하중 변화에 의해 야기되는 요동 거동 응답이 적어도 한 자릿수 작다.
C. 본 발명에 따르는 기본모듈 사이의 연결을 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명에 따르는 기본모듈은 수선부, 수미부 및 / 또는 현측에 연결을 위한 2 개 이상의 케이블 견인 장치가 설치될 뿐만 아니라, 상기 기본모듈의 수선부, 수미부 및 / 또는 현측에 모듈 사이를 연결 또는 분리하기 위한 연결장치가 설치된다.
연결 과정중에 있어서, 2 개 이상의 케이블을 이용하여 견인을 진행함과 동시에 2 개의 기본모듈의 전방위 추진기가 서로 반대 방향으로 추진하여 케이블의 장력을 유지하도록 한다. 견인 장치의 인장력과 추진기의 추진력을 제어하는 것을 통하여 2개의 기본모듈이 제어상태에서 서로 접근하도록 함과 동시에, 기본모듈 사이의 위치 잡기 및 방향 안내를 실현 한다. 이를 통하여 큰 질량을 가지는 기본모듈 사이의 접촉 하중을 최소화하고 접촉 하중에 의한 모듈 구조의 파손을 방지할 수 있다.
연결장치의 실현 방식으로서, 기계적 구조, 전자기적 구조 등 성숙된 프로세스의 실시 경험을 가지고 있는 방법을 사용할 수 있어, 쾌속 연결 및 쾌속 분리를 간단하게 실현할 수 있다. 또한 기본모듈 사이의 횡방향의 연결을 실현하기 위해 연결장치를 기본모듈의 현측에 설치할 수 있다.
연결장치의 기본모듈의 단부에 위치한 설치 위치와 수량의 부동한 조합에 따라 기본모듈사이를 "힌지 연결"할 것인지 또는 "강성 연결"할 것인지 쉽게 제어할 수 있다. 예를 들어, 기본모듈의 단부의 상하에 각각 4 개 총 8 개의 연결장치를 설치하고, 상단의 4 개의 연결장치만 연결하면 "힌지 연결"을 실현할 수 있고, 단부 상하의 8 개의 연결장치를 모두 연결하면 "강성 연결 "을 실현할 수 있다.
D. 본 발명에 따르는 기본모듈은 고안전성을 구비한다.
본 발명에 따르는 기본모듈은 부정정 조합 공간 구조이고, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시, 일부 구조가 파손 되더라도 전체 구조가 해체되지 않는 확실한 안전성을 구비한다.
기본모듈은 상부 박스 구조, 중간 연결구조 및 하부 부체구조로 이루어 진다. 하부 부체구조는 5 개 이상의 스트립 형상의 부체를 포함하고, 각 스트립 형상의 부체는 수평면과 접하는 5 개 이상의 소 수선면 구조를 구비하기 때문에, 기본모듈의 구조 전체는 수평방향중의 임의의 방향에 있어서 4 개 이상의 경간에 해당하는 사이즈를 가진다. 여기서, 한개 경간이란, 서로 인접한 2 개의 스트립 형상의 부체 사이의 거리와 서로 인접한 2 개의 중간 연결구조 사이의 거리를 말한다. 따라서 기본모듈은 적어도 5 개의 스트립 형상의 부체, 25 개의 기둥 및 공간에서 연속되는 상부 박스 구조 (부정정 유닛)으로 구성된 전체 구조이다. 구조 역학에 관한 지식에 따르면, 2 개의 하부 스트립 형상의 부체, 4 개의 기둥 및 그것에 대응하는 상부 박스 구조 부분 (반 잠수식 플랫폼과 유사함)으로 하나의 밀폐된 부정정 공간 구조 유닛을 구성할 수 있기 때문에, 본 발명의 기본모듈은 임의의 방향에서도 모두 적어도 4 개의 부정정 공간 구조 유닛으로 이루어는 연속 조합이다. 따라서, 전체적으로 볼 시, 본 발명의 기본모듈은 적어도 16 개의 부정정 공간 구조 유닛으로 구성되는 조합구조이기 때문에, 충돌, 좌초 등 사고로 인해 일부 유닛이 파손 (국부적인 구조가 기능 상실) 되더라도 전체 구조의 안전을 위협하지 않는다. 따라서 전체 구조가 해체 방지 면에서 매우 큰 안전 여유가 있다.
기본모듈에 대한 구조 분석으로부터 알 수 있는 바와 같이, 그 하부 부체구조와 중간 연결구조는 각각 수량이 많고 분산 설치되고, 구조에 힘이 작용 시 각 구조 부재는 비교적"균형적"인 방식으로 협동하기에, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시, 하나 이상의 부정정 공간 구조 유닛의 일부 부재가 파손되여 작동하지 못한다 하더라도, 나머지 구조가 여전히 부정정 공간 구조유닛으로 구성되는 조합 구조를 이루기 때문에 여전히 정상적으로 작동할 수 있다.
통상적인 기술의 선박이나 해상 플랫폼에서 부재가 그 중요성과 힘받는 상태에 따라 핵심 부품, 중요 부품, 일반 부품 등으로 분류된다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 각 힘받이 부재은 그 중요 정도가 거의 동등하고, 또한 서로 지원하므로, "약한" 부재의 기능상실에 따른 해당 구조의 연속적인 기능상실 또는 전체가 붕괴되는 위험은 발생하지 않는다.
반 잠수식 플랫폼과 비교하면, 반 잠수식 플랫폼의 부체의 선실 구획에는 한계가 있어, 부체 또는 기둥이 엄중한 파손이 발생 시, 부력실의 파손이나 대량의 침수가 발생한다. 이 경우, 침수량이 응급 배수 시스템의 배수 능력을 초과하면, 전체 플랫폼의 부상 상태에 변화가 발생하여 구조의 응력 악화 등 일련의 연쇄 반응이 일어 나므로, 최종적으로 경사, 단절, 더 나아가서 침몰되는 최악의 결과를 초래할 수 있다.
E. 본 발명에 따르는 기본모듈은 각종 작동 상태에서, 상시 자율 항주 능력을 구비한다.
기본모듈에는 전방위 추진기가 설치되어 있기 때문에 뛰어난 기동능력을 구비한다.
본 발명에서, 기본모듈에 전방위 추진기가 설치되어 있고 흘수가 얕기에, 부체가 가늘고 긴 스트립 형상으로 형성되면 저항이 작아 대형화의 조건하에서도 비교적 빠른 항주 속도를 실현할 수 있다. 동력 구성면에서, 하부 부체구조의 각 스트립 형상의 부체의 수선부와 수미부에 복수의 전방위 추진기를 설치할 수 있으며, 이러한 추진기의 전후방향에서 일정한 거리를 가질 뿐만 아니라 전방위로 회전할 수 있기 때문에, 전방위 추진력을 제공할 뿐만 아니라 필요에 따라 매우 큰 편향 모멘트를 발생할 수 있어 뛰어난 선수 방향 제어능력을 구비한다. 구체적으로, 기본모듈에 돛, 직진 추진기 및 방향타 등을 설치하여 실현 가능하며, 기본모듈이 전후방향, 가로방향, 경사 방향 및 제자리에서의 회전을 포함한 뛰여난 자율 기동 능력을 구비할 수 있다. 또한 안전 요구에 따라, 기본모듈과 파랑이 부딛치는 각도를 효과적으로 조절할 수 있다. 사전 탈출 및 회피 능력을 가지고 있어 폭풍을 효과적으로 피할 수 있다. 또한 기본모듈은 동력에 의한 위치 잡기 기능을 쉽게 실현할 수 있다.
상술한 기술 방안으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 기본모듈은 아래와 같은 유익한 효과를 구비한다.
1. 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 대형화 할 수 있다.
하부 부체구조는 초대 수선면적 형태를 가지고 있어 파랑하중을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 뛰어난 안정성을 가지며, 전체가 "工"자형에 유사한 단면 구조를 구비하기 때문에, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈 자체가 대형화를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 내파성을 구비한다. 또한 반 잠수 플랫폼에 비해, 본 발명은 고유 거동주기를 악렬한 해황에서의 파랑 스펙트럼 에너지가 집중적으로 분포되는 영역 밖의 짧은 주기측으로 설계하였다. 따라서 기본모듈의 고유 거동주기가 약 5 초 정도 이고, 파랑 에너지의 당해 주기 이하 에서의 분포가 매우 적기 때문에 우수한 내파성을 실현할 수 있다.
기본모듈의 사이즈가 400 내지 800m에 도달하기에, 한번의 연결만으로 치수가 800m 내지 1600m가 되는 초대형 해상부유식 구조물을 구성할 수 있다.
2. 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)을 실현하는데 유리하다.
본 발명과 반 잠수식의 소 수선면 구조는 모두 우수한 내파성을 구비한다. 하지만 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈에 대해 연결작업을 진행하는 문제에 관하여, 본 발명은 더욱 큰 장점을 구비한다. 파랑의 기진운동과 하중 변화가 함께 작용 시, 기본모듈의 거동 폭 값과 응답주기가 모두 작다. 즉, 우수한 내요동 안정성 강성를 구비하기 때문에, 모듈 간의 연결 작업에 유리하다. 하중 변화에 의한 요동 거동 응답은 반 잠수식 구조보다 적어도 한 자릿수 작다. 또한 일단 요동이 발생하면, 반 잠수식 구조인 경우 약간 차수의 왕복 주기가 지나서야 정지 하는데, 본 발명의 기본모듈인 경우 매우 빨리 정지 하기 때문에 기본모듈의 연결작업이 복잡할 때 모듈 사이의 상대 운동을 감소시키는데 유리하다.
기본모듈은 효과적으로 파랑하중을 저감하는 특징을 가지고, 효과적으로 파랑 기진운동에 견디는 능력을 가지며, 강한 내요동 안정성 강성를 구비하기 때문에, 기본모듈의 파랑중에서의 거동 폭 값을 대폭적으로 줄일 수 있다. 또한 기본모듈 사이를 연결하는 과정중의 상대 요동 운동과 연결 후의 연결장치의 부하를 대폭적으로 줄일 수 있기 때문에 연결작업 프로세스가 간단해 지고 연결작업의 난이도가 낮아지고 조작성이 우수하다. 대용량의 밸러스트 수를 이용하여 평형을 조절할 필요가 없고, 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 운영의 복잡성을 대폭적으로 간략화 시켰다.
3. 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 대형 선박이 직접 정박할 수 있는 조건을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 파랑 차단 효과를 구비하여, 양호한 수상 정박 조건을 형성할 수 있다. 기본모듈은 사이즈가 크고 분산되어 있는 부체가 소파 특성을 구비하고 있어, 구조의 바람 등진 측 및 파랑 등진 측에 큰 면적의 파랑 없는 구역을 형성할 수 있다. 구조 자체가 양호한 안정성을 구비하기에 충분히 큰 계류 능력을 제공할 수 있어 선박이 직접 정박할 수 있는 조건을 제공할 수 있다.
4. 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 뛰어난 범용성을 구비하고 있어, 구조 설계의 사용기능에 대한 의존성을 크게 저감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 상부구조는 공간 프레임 구조와 박스 (통상적인 쉘) 구조의 두가지 방식으로 실현할 수 있다. 공간 프레임 구조를 이용하면, 상부구조의 설계가 보다 자유로워진다.
프레임 구조는 보와 기둥을 강성 연결 방식으로 연결하여 하중수용 체계를 구성하는 구조이며, 보와 기둥으로 이루어진 공간 프레임으로 사용 과정중에 발생하는 각종 하중에 대해 함께 대항한다.
또한, 상기 상부구조의 기둥-보식 구조는 구조 안전성 레벨의 요구를 충족하는 그 어떤 형태의 기둥-보식 구조라도 좋다. 예를 들어, 복수의 세로방향 또는 가로방향의 트러스식 지지구조를 이용하여 상부구조를 구성하여 많은 기능 선실로 구획할 수 있다.
기둥-보로 이루어진 공간 프레임 구조를 이용하여 상부구조를 실현할 경우, 전통적인 선박 및 수상 부체 구조의 설계에 비해, 상부구조의 구조 설계의 자유도 (영활성이라고도 함)가 대폭적으로 향상되어, 상부 기능 선실의 설계 및 레이아웃을 자유롭게 변화 가능하다. 이에 따라 상부구조의 개선 가능한 마진이 상당히 커져 주요 하중수용 구조가 보, 기둥 및 기타 지지구조 (없을 수도 있음)이고, 기타 부재 (갑판, 작업 선실 사이의 구획 부재, 작업선실의 상하 판 등)는 일부 기능 하중만을 수용하고 기본모듈의 전체 구조에 작용하는 힘의 수용에는 참여하지 않는, 주요 하중수용 구조가 아닌 구조로 설계 가능하다. 상기 특성에 따르면, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 주요 하중수용 구조가 아닌 구조를, 일부 기능 하중을 충족하는 전제하에서 임의로 변경 하더라도 전체 구조가 힘을 수용하는(받는) 상태에는 아무런 영향도 주지 않는다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 부식방지를 위한 코스트를 크게 절감시키기 위하여 비금속 재료를 이용할 수도 있다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 조립 (비 용접) 방식으로 주요 하중수용 구조에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 뛰어난 "안정성", 하중 변화에 대하여 민감하지 않는 등 특성을 구비하고 있기 때문에, 종래 기술의 선박의 사용기능에 관련되는 특징이 제한되는 것과는 달리, 부유식 구조의 부동한 사용기능에 대한 범용성을 크게 향상시킬 수 있다.
5. 이동 가능한 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 사용 편리성과 전체의 안전성을 크게 향상시켰다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 하부 부체구조는 분산 설치되는 작은 사이즈의 부체를 사용하므로 큰 수선면적과 큰 메터센터 높이 (GM)를 구비하고 있어 공선 시와 만재 시의 흘수 변화가 작기 때문에 대용량의 밸러스트 탱크를 설치할 필요가 없다.
기본모듈의 GM 값이 수백미터까지 도달하여 통상적인 반잠수 플랫폼보다 1 내지 2 자릿수 높기 때문에 허용하는 무게 중심 높이의 한계가 백미터급까지 달한다. 따라서 기본모듈 위에 예를 들어 임의의 현측의 대형 리프팅 설비, 초고 레이더 안테나, 수상 관람차, 관광 타워 등 높은 대형 시설을 쉽게 설치할 수 있기 때문에 이동 가능한 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 응용 범위가 더욱 넓어질 수 있어 매우 큰 상업적 가치를 가진다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 만재 시의 작업 상태에서 흘수가 얕고, 또한 자율 항주 능력을 구비하기 때문에, 사용 가능한 수역이 광범위하다. 이에 비해 반 잠수식 구조의 기본모듈은 얕은 바다에서의 작업에 적합하지 않고, 심해 작업 시 항주 불가할 뿐만 아니라 이동시에는 작업을 진행할 수 없다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 구조 전체가 중부가 빈 공간 구조이며, 흘수선 이상의 중간 연결구조의 공간 점유률이 작기 때문에, 구조가 공기 유동장에 대한 간섭이 작아 부유식 구조의 갑판 위에서의 기류 유동장의 이변을 줄일 수 있다. 따라서, 통상적인 박스 형 부체 (선박)에 비해, 각종 항공기의 이착륙에 보다 안전한 조건을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 초대 면적의 상면 공간 및 초대 체적의 상부 작업선실을 구비할 뿐만 아니라, 각종 사용기능을 편하게 실현할 수 있다. 또한 그 전체 기능성적인 레이아웃이 주로 평면에 따라 제공되기 때문에, 주로 세로방향에서 다층으로 설치되는 방식에 비해, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈에 많은 사람들이 밀집되어 있는 경우, 화재와 같은 사고에 대한 격리 설계 및 인원들의 탈출에 유리하다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은, 예를 들어 갑판 상방의 고공 구역, 상부 갑판 구역, 중간 선실 구역, 수면 구역, 수하 구역, 측현 구역 등 다층의 개발 가능한 작업 공간을 구비하기 때문에, 이동 가능한 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 사용 기능을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈의 실질적으로 중실의 부체는 분리 가능한 방식으로 충전할 수 있으며, 구조 수리 및 정기 점검을 간단하고 쉽게 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예는 기본모듈 중 적어도 일부의 외측 부체는 실질적으로 중실의 부력실을 채용하며, 그 배수 용적의 합계가 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크기 때문에, 구조중의 일부에 그 어떤 파손이 발생했다 하더라도, 기본모듈의 전체 구조가 해체되지 않는 이상 그 구조 전체가 침몰하지 않는 것을 확실하게 보장할 수 있어, 전체 구조의 안전성이 양호하다는 특징을 구비한다.
총적으로, 본 발명에 따르는 이동 가능한 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)의 기본모듈의 주요 특징은, 구조 자체가 대형화 가능하고, 파랑하중이 작고, 내파성이 우수하며, 안정성이 뛰어고, 가변 하중의 변화에 민감하지 않다. 또한 연결을 통해 쉽게 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)을 구성할 수 있으며, 연결작업 프로세스가 간단하고, 연결작업의 난이도가 낮으며, 조작성이 우수하고, 연결장치의 부하가 작다. 또한 뛰어난 범용성을 구비하고 있어, 구조 전체가 사용기능에 대한 의존성이 낮고, 상부구조가 공간 프레임 형식을 사용하기에 설계의 자유도가 대폭 향상된다. 또한 각종 작동상태에서, 자율 전방위 항주 능력, 기동 능력 및 양호한 안전성을 구비하며, 다층의 개발 가능한 작업 공간을 구비한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조를 정면에서 볼 때의 단면 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조의 측면 구조 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조를 내려다 볼 때의 단면 구조 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조의 기둥이 부력을 제공하지 않을 때 전복 테스트 데이터이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조의 기둥이 부력을 제공할 때의 전복 테스트 데이터이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼을 정면에서 볼 때의 단면 구조 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼 측면 구조 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼의 평면에서 볼 단면 구조 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조 전체가 가로로 파랑의 파면에 설치될 때의 예시적인 안정성 분석 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조가 좌주될 때의 예시적인 안정성 분석 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조를 예시적으로 파랑하중 분석을 진행한 모식도이다.
도 12은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조를 예시적으로 상하 요동 분석을 진행한 모식도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼의 정면에서 본 단면 구조 모식도이다.
도 14은 본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼의 측면 구조 모식도이다.
도 15은 본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼을 내려다 볼 때의 단면 구조 모식도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조의 부정정 유닛의 모식도 중의 하나이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조의 부정정 유닛의 모식도 중의 다른 하나이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 고안전성 대형 수상부유식 구조의 부정정 유닛의 모식도 중의 또 다른 하나이다.
도 19은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 정면 구조 모식도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 측면 구조 모식도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈을 내려다 볼 때의 단면 구조 모식도이다.
도 22은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 기둥이 부력을 제공하지 않을 때의 전복 테스트 실험 데이터이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 기둥이 부력을 제공할 때의 전복 테스트 실험 데이터이다.
도 24은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼의 기본모듈의 정면 구조 모식도이다.
도 25은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼의 기본모듈의 측면 구조 모식도이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈에 의해 예시된 대형 해상부유식 플랫폼의 기본모듈을 내려다 볼 때의 단면 구조 모식도이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈 전체가 가로로 파랑의 파면에 설치될 때의 예시적인 안정성 분석 모식도이다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈이 좌주될 때의 예시적인 안정성 분석 모식도이다.
도 29은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈을 예시적으로 파랑하중 분석을 진행한 모식도이다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈을 예시적으로 상하 요동 분석을 진행한 모식도이다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈을 조립하는 조립단계 중의 하나이다.
도 32은 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈을 조립하는 조립단계 중의 다른 하나이다.
용어에 대한 설명
"고안전성"
대형 수상부유식 구조는, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고 발생 시, 전체 구조가 해체되지 않고 전복되지 않으며 침몰되지 않는 것을 획실히 보장할 수 있는 기본적인 안전 특성을 구비한다. 따라서 각종 최악의 사고 발생 시 탑재인원이 "배를 포기"하지 않아도 생명 안전을 지킬 수 있다. 본 발명의 고안전성은 해양작업중의 소위 통상적인 안전성과 본질적인 차이가 있다. 통상적인 안전성은 확률 이론중의 작은 기능상실 확률을 보장하는 것을 특징으로 하는"유한 안전성"을 말하며, 본 발명의 고안전성은 수상부유식 구조가 기본 안전특성면에서 확실성을 구비하고 있는 것을 가리킨다. 또한, 본 발명의 상기 고안전성은 재료 결함, 설계 결함 및 가공 제조 결함에 의한 불안전 요소 등은 고려하지 않는다.
"부체 구조"
복수의 부체로 이루어지는 조합을 가리킨다. 수상부유식 구조에 필요한 부력을 제공한다. 여기서 필요한 부력이란, 수상부유식 구조의 적재 능력 및 정상적인 안정성에 필요한 부력을 가리킨다. 본 발명의 부체 구조는 복수의 부체의 각종 조합일 수 있고, 복수의 부체가 수평면에 분산 설치된 것일 수도 있고, 복수의 부체와 필요한 연결 부재를 하나의 상대적으로 독립적인 입체 구조로 조립한 것 일 수도 있다. 또한 부력을 제공하기 위해서는 부체 구조가 반드시 파랑 하중을 견딜 수 있어야 한다. 본 발명에 있어서, 부체 구조가 구체적인 상황에 따라, 수상부유식 구조 전체에 작용하는 힘의 수용에 참여 하거나, 수상부유식 구조 전체에 작용하는 힘의 수용에는 참여하지 않고 일부 파랑의 하중만을 받을 수 있다.
"실질적으로 중실의 부체"
파손 시 투과율이 작은 부체 (예를 들어, 파손 침투성 <10 %)를 말하며, 파손 되더라도 안정성 및 침몰 방지 능력이 영향을 받지 않는다. 내부 밀폐 조치를 취한 부력실 구조 및 수상부유식 구조의 중간 연결구조와 직접 연결되는 경질 중실의 수밀 구조를 포함한다.
"부정정 조합 공간 구조"
수상부유식 구조 전체가 입체 구조 임과 동시에 부정정 구조 인 것을 가리킨다. 그 전체 구조는 상부 박스 구조, 중간 연결구조와 하부 부체구조의 조합으로 구성된다. 상부 박스 구조는 보강 리브를 구비하는 판 구조의 조합으로 구성 된다. 보강 리브는 판재 및 / 또는 각종 형재일 수 있다. 형재는 H형강, L형강, U형강 등일 수 있다. 박스 구조는, 많은 기둥-보 및 / 또는 지지 부재에 의해 형성된 프레임 구조, 내외부의 보강 리브를 구비하는 판 구조의 조합으로 구성할 수 있다. 상부 박스 구조는 그 자신이 공간상 연속되는 부정정 유닛이다. 중간 연결구조는 분산 설치되는 기둥 구조 및 / 또는 빔 구조로 이루어지는 프레임 구조일 수 있고, 분산 설치되는 바 구조로 이루어진 공간 트러스 구조일 수도 있고, 프레임 구조와 트러스 구조의 합리적인 조합으로 구성되는 것일 수도 있다. 부체 구조는 복수의 부체의 각종 조합이며, 복수의 부체를 수평면에 분산 설치하여 이루어지는 개공이 형성된 망상 시트 구조일 수 있고, 복수의 부체와 필요한 연결 부재를 상대적으로 독립적인 입체 구조로 조립한 구조일 수도 있다.
"중간 연결구조"
하부 부체구조와 상부구조 사이에 연결되는 각 구조 또는 부재를 포함한다. 수평면과 접하는 중간 연결구조는 안전 복원력을 제공한다.
"안전 복원력"
부유식 구조가 큰 경사각 요동이 발생 시 수평면과 접하는 중간 연결구조가 수중에 잠겨 일정한 배수 용적을 가지기 때문에 부력을 제공할 수 있다. 비교적 큰 복원 팔을 구비하기에 복원 모멘트를 형성하여, 부유식 구조의 총 복원 모멘트가 바람, 파랑 등의 연합 작용하에서 부유식 구조가 받는 최대 전복 모멘트보다 크게 된다. 따라서 부유식 구조는 전복하지 않는 안전성을 구비할 수 있기 때문에 수평면과 접하는 중간 연결구조가 제공하는 복원력을 "안전 복원력"이라고 말한다.
"스트립 형상의 부체"
세로방향의 치수가 가로방향의 치수보다 훨씬 큰 수밀 케이스를 말한다. 수상부유식 구조에 필요한 부력을 제공한다. 여기서 필요한 부력이란, 부유식 구조를 수면에 부상시키기 위하여 필요한 부력을 가리킨다.
"예비부력"
본 발명의 "상기 제1 방향의 연결구조는, 상부 방향으로 연장되며 예비부력을 제공하는 복수의 부체를 포함한다"에서의 "예비부력"이란, 부유식 구조가 큰 경사각으로 기울어 질 경우, 제1 방향의 연결구조의 부체가 수중에 잠겨 일정한 수선면적과 부력을 제공할 수 있는데, 비교적 큰 분산 거리를 가지고 있을 뿐만 아니라 비교적 큰 복원 팔을 가지고 있어 매우 큰 복원 모멘트를 제공할 수 있는 것을 가리킨다.
"초대 수선면적 형태"
분산 설치되는 큰 수선면적 형태를 가리킨다. 수선면적 형태란, 본 발명의 중요한 특징의 하나 로서, 해양작업 분야에서 수선면적 형태에 관한 구체적인 정의는 아직 없다. 본 발명에서 말하는 수선면적 형태는, 총 수선면적과 총 배수량 사이의 관계 (공선 시와 만재 시의 부유식 구조의 흘수 변화의 크기에 직접 관련됨) 및 수선면적 분포와 하중 분포 사이의 관계(적재 분포와 부상 상태의 변화의 크기에 직접 관련됨)에 주목하고, 안정성, 부유식 구조의 하중 변화에 대한 응답 및 내파성 등 중요한 특성에 영향을 준다. 습관적으로 볼때, 해양작업 분야에서, 통상적인 선박은 전형적인 대 수선면 구조를 이루며, 그 구조 특징이 큰 수선면적 형태로 인식 되고 있다. "소 수선면 구조"는 통상적인 선박의 대 수선면적 형태라는 특징에 대비하여 일컫는 것이며, 구체적인 수선면적 데이터에 따라 구분 되는 것은 아니다. 예를 들어, 반 잠수식 플랫폼은 전형적인 소 수선면 구조이다. 본 발명의 "초대 수선면적 형태"도 통상적인 선박의 대 수선면적 형태에 대비하여 일컫는 것이다. 본 발명의 부체 구조는 흘수 변화가 통상적인 선박보다 훨씬 작을 뿐만 아니라 부체가 분산 설치되는데, 통상적인 선박과 구별하기 위하여 해당 특징을 초대 수선면적 형태라고 부른다. 또한 "초대 수선면적 형태"의 부유식 구조의 상하 요동, 좌우 요동 및 전후 요동의 고유주기는 최악의 해황 시의 파랑 스펙트럼의 피크 주기보다 짧다.
"만재 상태"
수상부유식 구조의 최대 적재 시의 상태를 가리킨다.
"상부구조"
수상부유식 구조의 전체 구조를 형성하기 위하여 설치할 필요가 있으며, 수면에서 떨어져 있어 정상 상태에서 큰 파랑이라도 파랑이 닿지 못하는 공간 구조(부재)를 가리킨다. 상부구조는 프레임 구조 또는 박스 구조 일 수 있다. 그 상부에 갑판을 설치할 수 있으며, 그 내부에 작업 선실, 거주 선실, 각종 기능 선실 등을 설치할 수 있다.
"최대 파고"
최대 파고는 부동한 수역에서 부동하고, 동일한 수역에서의 통계 데이터라 하더라도 모두 동일한 것은 아니다. 본 발명의 최대 파고는 해당 수역의 설계 참고문헌에 기재된 가장 큰 최대 파고를 가리킨다.
"경질 비흡수성 재료"
비중이 물보다 작고, 흡수율이 매우 낮은 재료를 가리킨다.
이 경질 비흡수성 재료를 이용하여 부체를 충전하면, 부체의 임의의 선실이 파손 되더라도 부력을 잃지 않기 때문에, 파손시 안정성이 비 파손시 안정성과 거의 동일하다.
"극단적인 사고 발생 조건"
이력정보에 기록되어 있는, 충돌, 좌초, 좌주 등 특유한 상황을 가리킨다.
"내요동 안정성 강성"
물의 힘에 의한 복원력 및 모멘트의 강성을 가리키며, 수선면 면적 및 수선면 면적 모멘트에 의해 결정된다. 수선면 면적 및 수선면 면적 모멘트가 크면 클수록 내요동 안정성 강성이 크며, 이는 외부 간섭에 대항하는 능력이 강하다는 것을 의미한다.
"하중 변화"
환경 하중 (예를 들어, 파랑하중, 풍압하중 등) 이외의 하중을 말하며, 예를 들어, 화물 하역, 화물 이동, 연결 작업, 현측 화물 리프트 온 작업, 선박의 정박, 항공기의 이착륙 등에 의해 발생하는 하중을 포함할 수 있다.
또한 화재 및 폭발 등이 발생 시, 수상부유식 구조의 구조 안전 및 탑승인원의 안전에 엄중한 영향을 주지만, 이는 부체 구조에 특유한 것이 아니기 때문에, 본 발명에서 이를 고려하지 않는다.
이하, 본 발명의 특징 및 이점을 나타내는 전형적인 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명은 각 실시예에서 다양하게 변화될 수 있고 그 변화는 모두 본 발명의 범위에 속한다. 설명 및 도면은 설명하기 위한 것에 불과하며, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조는 각종 선박이 직접 정박할 수 있도록 부유식 종합 보장 기지일 수 있으며, 갑판에 대형 하역 기계가 설치됨으로써, 하역, 중계 수송 및 저장 기능을 제공할 수 있다. 그 기본구조는 초 편평 공간 구조이며, 주로 상부구조, 중간 연결구조 및 하부 복수 부체 (하부 부체구조)를 포함한다. 이것은 기존의 선박이나 해상 플랫폼과 전혀 다른 새로운 유형의 부체이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조를 정면에서 볼 때의 단면 구조 모식도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조의 측면 구조 모식도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조를 내려다 볼 때의 단면 구조 모식도이다. 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조는 주로 상부구조(1), 중간 연결구조(2) 및 하부 복수 부체(3)(하부 부체구조)를 포함한다. 당해 수상부유식 구조의 수평방향 길이 (L)와 폭 (B)은 모두 수상부유식 구조가 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이 (H)의 4 배 이상이다. 전체적으로 편평 형태의 외형을 가지기 때문에 부유식 구조는 우수한 "안정성"을 가질 수 있다.
상부구조(1)의 상면과 하면은 상하 갑판을 이루며, 중간갑판을 추가 설정할 수 있다. 상하 갑판은 구조 전체에 작용하는 힘을 받는다. 도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 일 실시형태에서 상부구조(1)는 프레임 구조에 의한 강성 구조일 수 있으며, 상부구조(1) 내에 많은 선실을 형성할 수 있다.
프레임 구조는 보(beam)와 기둥이 연결되어 이루어진 것이며, 하중수용 체계를 구성하는 구조이다. 즉, 보와 기둥은 프레임을 구성하여 사용과정에서 발생되는 수평하중과 수직하중에 대하여 함께 대항한다.
도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 예시한 실시예에서 상부구조(1) 내에는 높이 방향으로 1층 또는 2 층 이상인 다층 구조가 형성되도록 마련될 수 있다. 각층에 복수의 선실이 설치될 수 있으며, 선실의 레이아웃는 기능 요구에 따라 설정될 수 있다. 각 선실의 주요 구조 지지부재는 세로방향의 적어도 3 개 기둥 및 가로방향의 상부 연결 보를 사용할 수 있다. 연결보(tie beam)는 상부 또는 하부에서 기둥을 연결할 수 있다. 가로보(cross beam)와 기둥 사이는 예를 들어 분지식 케이싱 조인트와 같은 연결부재를 통해 연결된다. 각 부품들 사이는 용접 연결, 코킹 연결, 볼트 연결 또는 쾌속 걸림 연결을 통해 연결될 수 있다. 이로써 가로보와 기둥에 의해 주요한 안정 구조 지지체가 구성된다. 상부구조(1)의 전체 구조가 구조 안전성 레벨의 요구를 충족할 수 있도록 가로보와 기둥 사이에 로드 브레이싱 또는 트러스식 지지구조를 추가할 수 있다.
또한, 상부구조(1) 내는 가로보와 기둥 또는 기타 로드 지지구조에 의해 강성지지구조가 구성될 수 있으며, 예를 들어, 건축물의 실내 구조 방식을 참조하여 판재로 각 기능 선실을 밀페하여 형성할 수 있다. 벽판은 하중수용 구조가 아니기 때문에, 예를 들어 알루미늄 허니콤 패널, 암면 복합판, 경질 철골 조합 벽체 등 경질 판재를 사용할 수 있다. 또한 난연판재를 사용하는 것이 바람직하다. 상부판과 바닥판은 강판 또는 기타 하중수용판을 사용할 수 있다.
또한, 상기 상부구조(1)의 보-기둥식 구조는 구조 안전성 레벨의 요구를 충족하는 임의의 형식의 보-기둥식 구조일 수 있다. 예를 들어, 복수의 세로방향 또는 가로방향 트러스식 지지구조를 사용하여 상부구조(1)를 구성하여 복수의 기능 선실을 구획할 수 있다.
공간 보-기둥식으로 프레임 구조를 형성하여 상부구조를 실현할 경우, 기존의 선박과 수상 부체 구조의 설계에 비해, 상부구조(1)의 구조 설계의 자유도 (영활성)가 대폭 향상되어 상부 기능 선실의 레이아웃 설계를 자유롭게 변화할 수 있다. 이에 따라 상부구조(1)의 개선 여지가 대폭 증가되어, 주요 하중수용 구조 즉 보, 기둥 및 기타 지지구조 (없어도 됨) 외에 기타 부재 (작업선실 사이의 구획 부재, 작업선실 상하판 등)는 모두 주요 하중수용 구조가 아닌 구조로 설계할 수 있어, 일부 기능 하중만 수용하고 수상부유식 구조의 전체 구조에 작용하는 힘을 받지 않는다. 위의 특성에 따라, 일부 기능 하중을 충족하는 한 수상부유식 구조의 주요 하중수용 구조가 아닌 구조가 임의로 변경되어도 전체 구조의 힘 받이에 영향을 미치지 않는다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 부식방지를 위한 비용을 크게 감소시키기 위해, 비금속 재료를 이용할 수도 있다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 조립(비용접) 방식으로 주요 하중수용 구조에 연결될 수 있다.
또 다른 실시형태에서 상부구조(1)는 박스 구조로 이루어진 강성 구조 층일 수 있다. 주요 하중수용 구조는 공간 판-보 구조이며, 선실의 횡 격벽, 수직 트러스 재료, 선실의 상하 갑판 등을 구성하는 부재는 모두 힘받이 구조의 부재로서 수직 강도 계산에 참여한다.
여기서 박스 구조는 복수의 서로 제한하는 판부재로 이루어진 공간식 박스 구조이며, 각 판부재는 각각 일부 하중을 수용하며, 네 모서리에서 미정의 분포의 휨모멘트(distributed moment)를 받도록 구성된다.
예를 들어, 상부구조(1)는 갑판, 둘레벽 및 몇개의 세로방향 및 가로방향의 격벽으로 이루어진 공간 박스 구조일 수 있다. 갑판은 예를 들어 주 갑판, 중간갑판, 하갑판 등 여러 층으로 마련될 수 있다. 상부구조(1)의 본체는 예비부력을 제공하도록 설계할 수 있으며, 즉 상부구조(1)의 본체는 수밀성 또는 일정한 수밀성을 갖도록 형성될 수 있다. 상부구조(1)의 본체는 일체로 형성된 박스 구조일 수 있고, 예를 들면 "田" 자형, "井"자형, "△"자형과 같은 복수의 종횡 박스 구조의 조합일 수 있다.
예를 들어, 상부구조(1)는 종횡 혼합 뼈대 형식을 사용할 수 있다. 각 영역의 주 보 방향이 다르고, 주 보의 길이방향에 수직하는 방향에서 서로 간격이 다른 보강 프레임이 설치된다. 모든 주요 측벽 뼈대는 수평으로 설치되고, 모든 내벽은 세로방향 보강재를 사용한다. 프레임 구조는 기존의 선박 또는 수상부유식 구조의 선실에 사용되는 일반적인 구조이기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 상기 상부구조(1)는 박스 구조와 프레임식 구조를 조합한 구조일 수 있다. 예를 들어, 프레임식 구조에 세로방향 또는 가로방향 판-보를 추가하여 구조의 강도를 향상시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 박스 구조를 주로 하는 구조에 각종 기둥 및 가로보를 추가하여 보강할 수 있다. 또 예를 들면, 상부구조(1)의 중부에 프레임식 구조를 적용하고, 외주 및 / 또는 바닥층은 박스 구조를 적용할 수 있다.
본 발명 실시예의 상부구조(1)는 전체가 사용수역의 최대 파고(wave height)에 놓인다. 상부구조(1)에 형성된 복수의 선실은 밀봉 가능한 선실로 마련될 수 있으며, 다층으로 구획된 선실 구조일 경우, 일반적으로 적어도 중부이하의 선실은 밀봉된 상태이며, 구체적인 내용은 기존의 선실 구조를 참조할 수 있다. 이와 같이, 극단적인 환경에 놓일 때, 하부 복수 부체(3)가 고장난 경우에도 상부구조(1)에 의해 여전히 부상 상태를 유지할 수 있다.
도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 일 실시형태에서 중간 연결구조(2)는 수평면과 사귀는 제1 방향의 연결구조(21)를 포함하며, 제1 방향의 연결구조(21)은 복수의 서로 간격을 두고 있는 부체를 포함한다. 복수의 부체의 상부 방향으로의 연장으로 보면 된다. 이 부분의 부체는 특수 기능을 가진 부체이기 때문에, 극단적인 조건에서 부유식 구조 전체가 극단적인 큰 각도로 경사되었을 경우, 제1 방향의 연결구조 (21)의 복수의 서로 간격을 두고 있는 부체는 수중에 잠겨 예비부력을 제공할 수 있다. 또한 복원 팔(righting arm)이 비교적 길기 때문에 전체적으로 큰 복원 모멘트가 발생하게 되므로, 부유식 구조 전체의 안정성을 더 확보할 수 있다.
예를 들어, 현재 설계 계산 및 실험 데이터에 의하면, 제1 방향의 연결구조(21)의 횡단면 면적의 합이 하부 복수 부체(3) 정수에서의 흘수부분의 수선면적의 5 %보다 크고, 최외측 제1 방향의 연결구조 (21)로부터 부유식 구조의 무게 중심까지의 거리가 부유식 구조의 무게 중심에서 수면까지의 거리의 2 배보다 클 경우, 부유식 구조의 총 복원 모멘트는 가능하게 나타날 수 있는 바람, 파랑 등에 의해 부유식 구조에 작용하는 최대 전복 모멘트보다 클 수 있기 때문에 부유식 구조는 전복하지 않는 안전성을 구비한다.
본 발명의 실시예에서 상기 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 부체는 물에 접촉하는 복수의 부체식 연결구조일 수 있다. 이러한 부체식 연결구조의 수평 단면의 폭이 연결되는 부표(31)의 수선면의 폭 미만이다. 여기서 "폭"은 스트립 형상의 부표(31)의 길이방향에 수직되는 치수를 가리킨다. 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 부체는 기둥식 구조일 수 있고, 편평상의 상하로 연장된 중공의 연결구조일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 부체는 서로 간격을 두고 설치되기 때문에, 파랑이 자나갈 수 있어 부유식 구조 전체에 작용하는 외부하중이 감소되어 안전성을 확보할 수 있다. 본 단락에서 말하는 복수의 부체식 연결구조는 하나의 부표(31)에 연결되는 3 개 이상의 서로 간격을 두는 부체식 연결구조를 가리킨다.
제1 방향의 연결구조 (21)는 복수의 수직의 중공 밀폐구조인 기둥을 포함할 수 있다. 기둥은 외형에 따라 원기둥, 사각기둥, 등단면 기둥 및 가변단면 기둥으로 나뉜다. 기둥 대부분이 등단면 원기둥이고 소부분이 사각기둥일 수 있다. 분석을 통해, 본 실시예의 부유식 연결기둥은 수용되는 외부하중이 작다는 우세를 가지며 또한 지지강도도 뛰어난다. 하부 복수 부체(3)는 분산 설치된 복수의 스트립 형상의 부표(31)를 포함하고, 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 기둥식 부체가 복수의 열로 설치되고 각 열에서 각 기둥이 각각 일정한 간격을 두고 설치될 수 있다. 기둥의 배열은 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)의 배열에 의해 정해지며, 원칙상 복수의 기둥이 간격을 두고 각 부표(31)에 연결된다. 기둥과 상부구조 및 하부 복수 부체(3)의 연결부분의 전면 및 후면 측에 중공 구조인 챔퍼(Chamfer) 접속부를 설치할 수 있다. 기둥과 상부구조 및 하부 복수 부체(3)의 연결부분은 표준 박스로 구성된 조인트 구조를 사용할 수도 있다. 또한 상부구조에 사람 또는 화물을 운송하기 위해, 기둥 (21) 내에 에스컬레이터 또는 계단 등의 운송 시설을 설치할 수 있다.
도 4는 제1 방향의 연결구조 (21)가 부력을 제공하지 않을 경우, 수상부유식 구조에 전복 테스트를 수행한 데이터를 나타낸 것이다. 횡 경사각이 10도를 초과하면, 수상부유식 구조의 복원 팔이 정의 값에서 급속히 감소되고, 횡 경사각이 45도를 초과하면 복원 팔이 부의 값이 되어, 반대로 부유식 구조의 전복을 가속시키게 된다. 부호의 설명은 다음과 같다.
부호 의미 단위
V3V4 침수부위
GZ 복원 팔 m
EPHI 복원 팔 곡선과 횡 경사각의 좌표축에 의해 둘러싸인 면적 m2
MOM 풍속이 100km 일 때의 풍압 횡경사모멘트 팔 m
FREEBOARD 건현
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 부체식 연결구조의 전체 단면적은 하부 복수 부체(3)의 정수 홀수선 면적의 약 10 % 내지 30 %이기 때문에, 부체의 상부 방향으로의 분포의 연속성을 확보할 수 있고, 최대 경사각 (한측 스트립 형상의 부체가 완전히 물속에 잠김) 때도 복원 팔이 여전히 정의 값으로 유지된다. 따라서 극단적인 상황에서도 수상부유식 구조의 뛰어난 전복 방지 성능을 유지할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에의 부유식 구조는 복수의 수평면을 따라 연장하는 제 2 방향의 연결구조 (22)를 선택적으로 설치할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제 2 방향의 연결구조 (22)의 기둥은 강판을 용접하여 형성할 수 있고, 내부에 선실 구획판 또는 보강판이 설치될 수 있다. 예컨대, 도 13 내지 도 15에 나타낸 실시예에서, 인접한 부표(31) 사이에 복수의 제 2 방향의 연결구조 (22)가 연결될 수 있고, 제 2 방향의 연결구조(22)는 부표(31)를 따라 세로 방향에서 간격을 두고 복수개 설치되어 있다. 또한 부표(31)의 연장방향에 수직되는 연결대를 포함할 수 있고, 부표(31)의 연장방향과 교차하는 연결대를 포함할 수도 있다. 제 2 방향의 연결구조 (22)는 중공의 밀폐구조인 연결대일 수 있고, 연결대의 단면은 물방울 형태, 날개 형태 또는 다른 유선형태로 형성될 수 있으며, 항주시의 저항을 줄이기 위해, 상기 연결대의 단면 형상을 수평면에 평행하도록 형성할 수 있다. 연결대는 전체가 각 부표(31)에 연결되어 부표 (31)에 용접, 코킹 또는 나사연결 방식으로 고정연결될 수도 있다. 또한 연결대 전체를 각 부표(31)에 삽입하여 각 부표(31)의 구조 보에 연결될 수 있다. 연결대 대신 연결 날개 등의 연결구조를 적용할 수도 있다. 연결대는 각 부표(31)에 수직으로 연결될 수 있고, 부표(31)에 경사지게 연결될 수 있다. 이와 같이 연결대 (22)를 이용하여 하부 복수 부체(3)의 구조 안정성을 향상시킬 수 있다. 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 하부 복수 부체(3)의 일 실시예에서, 하부 복수 부체(3)는 복수의 스트립 형상 부표(31)를 포함하며, 구체적으로 적어도 3개 또는 3 개 이상의 스트립 형상 부표(31)를 포함할 수 있다. 이러한 스트립 형상 부표 (31)는 일정한 간격을 두고 평행되게 설치된다. 당해 수상부유식 구조가 공선 상태 또는 만재 상태에서 홀수선이 항상 하부 복수 부체(3)의 높이 범위내에 위치하도록, 각 부체의 배수 용적의 합계를 상기 수상부유식 구조의 만재 상태시의 배수 용적보다 크도록 설정하는 것이 주요한 요구이다. 따라서 적재 능력이 강한 하중 변화에 민감하지 않는 특대 수선면 부유식 구조를 실현할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 실시예에서, 복수의 스트립 형상 부표(31)는 모두 수상부유식 구조의 세로방향을 따라 일정한 간격을 두고 평행되게 설치된다. 하부 복수 부체(3)는 복수의 부표(31)가 조합하여 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 서로 다른 형태인 부체가 종횡으로 교차 조합하여 구성될 수도 있다. 즉, 각 부표(31) 사이에 적당한 간격을 두는 것을 통해 파랑 작용을 해소시킬 수 있으면 된다.
각 부표(31)는 주로 복수의 종횡 보강구조 및 하우징 플레이트 프레임에 의해 수밀 케이스를 구성할 수 있다. 구조는 수밀성 및 강도를 확보할 필요가 있다. 부표(31)의 단면의 최대 높이는 적용 수역의 최대 파고의 높이의 1/2보다 작은 치수로 선택할 수 있다. 최대 폭의 치수는 단면의 최대 높이 치수의 2 배 이하의 치수로 선택할 수 있다. 하부 복수 부체(3)의 인접한 부표(31) 사이의 순간격은 인접한 두 부체 중의 폭 치수가 큰 부표(31)의 단면 폭 치수의 0.5 배보다 크도록 선택할 수 있다.
부체의 총 체적은 작고 복수의 설계 파고에 비해 사이즈가 작은 부체로 분산되어 파랑의 부유식 구조에 대한 하중을 절감하는데 유리하다. 한편, 본 발명의 부유식 구조의 메인 치수가 매우 크고, 상대적 수선면 면적이 크며, 부체의 건현이 작지만, 여전히 충분한 복원 모멘트를 제공할 수 있다. 파랑의 파고가 원통형 부체의 직경보다 현저히 작을 때, 원통형 부표(31)의 분포 길이는 보통 여러 파장을 초과할 수 있으며, 또한 폭 방향으로 복수의 원통형 부체가 병렬로 설치되어 있다. 수많은 파랑이 부유식 구조에 대한 작용력이 서로 상쇄되기 때문에, 부유식 구조는 자세 안정성을 쉽게 잘 유지할 수 있다.
또한 각 부표(31)의 배수 용적의 합계를 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2 배 이하로 선택한다. 수상부유식 구조의 정수 홀수선이 대략 각 부표(31)의 상반 부위에 놓이도록 한다. 하나의 대안으로 부유식 구조의 가변 하중에 대응하는 배수 용적을 각 부표(31)의 총 체적의 1/4 이하로 선택한다. 이 범위에서 가능한 한 많은 부체를 설치하여 부유식 구조의 적재 능력을 증대시킨다.
도면에 나타낸 구체적인 실시예에서, 하부 복수 부체(3)는 동일 평면에 있는 직경 및 길이가 거의 동일하고 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 스트립 형상 부표(31)(도면에 사이즈가 동일한 부체가 동일 평면 내에 설치되었지만, 사이즈가 서로 다른 부체에 의해 형성될 수도 있으며, 동일 평면에 위치하지 않아도 된다)를 포함할 수 있다. 여기서 각 부표(31)는 세로방향이 부유식 구조의 세로방향을 따라 간격 두고 배열된다. 부표(31) 개수는 총 9개이고, 중간에 하나, 양측에 각각 4 개를 대칭하여 설치한다. 부표(31)의 단면은 원형, 타원형, 사각형 또는 기타 기하형상일 수 있다. 동일 치수의 부표(31)의 파랑응답 또는 하중응답이 일치되는 것을 피하고 응력의 집중되거나 또는 공진 위험의 발생을 피하기 위해, 각 부표(31)는 사이즈가 다른 예를 들어 외곽 치수가 서로 다른 부표(31)를 조합하여 사용할 수도 있다.
복수의 부체의 최외측의 몇개 부표(31) 내에, 예를 들어 폴리스티렌 발포 플라스틱과 같은 경질 비흡수성 재료(311)를 충전시키는 것이 바람직하다. 도면에 나타낸 구체적인 실시예에서, 좌우 양측 각각 3 개씩 총 6 개의 부표(31)를 충전시켜, 당해 6 개의 부표(31)에 의해 제공된 총 부력은 부유식 구조 전체의 자중에 해당하는 배수량의 약 1.1 배이다. 이에 의해, 수상부유식 구조는 충돌, 좌초에 의한 부체 하우징 파손이 발생된 경우에도 6 개의 충전된 부표 (31)가 부력 상실되지 않으며, 따라서 부체의 부력 상실에 의한 수상부유식 구조의 전복 또는 침몰이 발생되지 않기 때문에 실용 가치가 크다.
또한, 제1 방향의 연결구조(21)의 각 부체는 파손된 경우에도 침수되지 않고 복원 모멘트를 제공할 수 있도록 경질 비흡수성 재료가 충전될 수 있다. 또한 모든 부체에 경질 비흡수성 재료가 충전될 수 있고, 마찬가지로 부표(31)일 경우, 외주 측의 부체식 연결구조에만 경질 비흡수성 재료가 충전될 수 있다. 이에 따라 수상부유식 구조의 안전성을 크게 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조에 있어서, 제1 방향의 연결구조 (21)가 하부 복수 부체(3)에 결합되어 파랑에 대한 수선면 가변한 부체 구조를 형성하여, 파랑하중을 효과적으로 감소시켰다. 본 발명의 실시예의 부유식 구조는 제1 방향의 연결구조(21)만 설치되어 부체 사이에 큰 공간의 무 장애 수면 작업 공간을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 수상부유식 구조에는 구동장치 및 방향제어장치가 설치되고, 구체적으로 각 부표(31)에 복수의 추진장치(4)가 설치되고, 이러한 추진장치는 전방위 추진기(Azimuth Thruster)를 적용할 수 있다. 극단적 해황을 피해야 할 경우, 수상부유식 구조는 전향 및 급속 항주할 수 있고, 항주 속도가 10 노트에 달할 수 있다. 복수의 전방위 추진기의 협동에 의해 자동 위치 확인 기능을 실현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 대형 수상부유식 구조는 전체적으로 강성인 상부구조(1), 중간 연결구조(2) 및 하부 복수 부체(3)를 포함하고, 단면 전체가 "工"자 형태에 가깝다. 상부구조는 "工"자형 단면의 상부 플랜지에 해당하며, 하부 복수 부체(3)는 "工"자 형태 단면의 하부 플랜지에 해당하며, 중간 연결구조(2)는 "工"자 형태 단면의 복부판에 해당한다. 합리적인 구조 설계를 통해, 예를 들어, 부유식 구조의 중립축 횡단면의 관성모멘트에 대한 하부 복수 부체(3)의 단면면적 및 상부구조(1)의 단면면적의 공헌은 대체 같으며, 하부 복수 부체(3) 단면의 관성모멘트와 상부구조(1)의 단면의 관성모멘트가 대체 같으며, 당해 수상부유식 구조의 중립축을 수상부유식 구조의 중부에 설치할 수 있다. 이에 따라, 상부구조(1), 하부 복수 부체(3)(강재)가 모두 최고 효율로 작용할 수 있으며, 최소 강재 사용량으로 최대 강도 (인장, 가압, 굽힘, 전단, 비틀림 등의 종합 작용에 대항 )를 획득할 수 있기 때문에 구조 재료 (강재)의 활용도를 크게 향상시킨다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르는 구체적인 실시예는 다음과 같다.
도면에 예시한 바와 같이, 당해 부유식 구조의 사용 해역에서 가능하게 나타날 수 있는 최대 파고 통계값이 28m이다. 당해 부유식 구조의 상부구조는 3 층 갑판인 박스 구조로 설계되어, 당해 부유식 구조의 고강도 갑판을 구성한다. 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이, 상부구조의 길이는 600m, 폭은 130m, 높이는 10m로 할 수 있다. 따라서, 7.8 만m²의 상부면 전통갑판(complete deck) 및 23.4 만m²의 상부 선실을 제공할 수 있다.
당해 부유식 구조의 하부 복수 부체(3)는 형태 동일하면서도 서로 독립적으로 세로방향으로 설치된 9 개의 부표(31)(스트립 형상의 부체라고도 함)을 포함하고, 부유식 구조 전체에 부력을 제공한다. 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이, 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)의 횡단면은 동일한 둥근 사각형으로 설계될 수 있고, 각 부표(31) 길이는 600m, 높이는 11.5m, 최대 폭은 8.8m, 부표(31) 사이의 간격은 6m로 설정할 수 있다. 9 개의 부표(31)의 외부 테두리 사이의 분포 간격은 130m로 설정할 수 있으며, 복수의 부체는 총 약 546,000m3의 배수 용적을 제공한다. 복수의 부체의 수선면적의 합은 47400m2달할 수 있다. 부유식 구조의 최대 배수량이 약 335,000 톤이고 그중 자중이 약 175,000 톤이며, 설계 재화중량이 약 185,000 톤이다. 설계 만재 상태일 경우, 흘수는 약 7.7m이며, 공선 때의 흘수는 약 4.7m이다. 공선와 만재 사이의 흘수 변화가 약 2.9m이다. 공선 시의 부유식 구조의 무게 중심(G)에서 정수면까지의 높이 (H)가 약 23.4m이다. 당해 부유식 구조 복수의 부체의 수평방향에서의 길이방향의 분포 치수는 상기 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 25 배이며, 폭 방향의 분포 치수는 상기 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 5.56 배이다.
설계파 (design wave, 수정후의 사인파) 높이가 22m이며, 파장이 621m 일 때, 부체의 최대 총 수직 휨모멘트의 예측값이 약 9.76E10NM이다. 중앙부의 최대 구조응력이 약 220MP (허용응력이 320MP)이며, 구조 전체의 굴절이 약 1/500이며, "강체"의 요건을 충족한다.
제1 방향의 연결구조 (21)는 둥근 직사각형으로 형성되는 중공인 기둥체이며 길이는 약 10m이고 너비는 약 6m이며 높이는 약 28m 이다. 제1 방향의 연결구조(21)의 횡단면 면적이 60m2이다. 각 스트립 형상의 부체에 12 개의 제1 방향의 연결구조 (21)가 동일한 간격으로 설치되고 9 개의 부체에 총 108 개가 설치된다. 따라서, 총 횡단면 면적은 약 6048m2이고 복수의 부체 수선면의 13 %를 차지한다.
당해 부유식 구조에서 1 개의 부표(31)의 체적가 60720m3이며, 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 배수 용적이 335,000m3이기 때문에, 최외측 6 개의 부표(31)의 내부 공간에 경질 비흡수성 재료 (311)가 충전되는 경우, 배수 용적이 약 364,000m3가 되고 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 배수 용적보다 크다.
도 2와 같이, 각 부표(31) 수선부와 수미부에 각각 구동장치 및 방향제어장치 (4)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 도면에 나타낸 바와 같이, 수선부와 수미부에 각각 전기 추진 전방위 조타 (steering oar)를 설치하여 총 22 대를 설치한다. 따라서 부유식 구조를 위해 우수한 구동력과 전방위 제어능력을 제공한다.
제 2 실시예
1. 요약
도 6, 도 7 및 도 8은 초대형 해상부유식 구조의 실시예를 도시한다. 당해 부유식 구조는 바다에서의 항주에 적합하도록 설정되고 18 개의 전방위 추진기(4)에 의해 추진되는 해상 대형 부유식 구조이다. 노천의 상갑판 또는 기타 갑판에 대형화물, 헬리콥터, 컨테이너 등을 적재할 수 있으며, 또한 석유 저장, 냉장화물의 저장, 생활 시설 등을 제공할 수도 있다.
2. 구조
당해 부유식 구조는 전체적으로 구조 분명한 3개 부분 즉 상부구조(1), 하부 복수 부체(3) 및 상부구조(1)와 하부 복수 부체(3)를 연결하는 중간 연결구조(2) (도 6, 도 7 및 도 8)로 나뉜다.
1) 상부구조(1)
당해 부유식 구조의 상부구조(1)는 2 층 갑판 구조 (갑판 A 내지 갑판 B)를 가진 박스 구조로 형성되어 당해 부유식 구조의 고강도 갑판을 구성한다. 상부구조(1)의 길이는 310m, 폭은 90m이며, 면적 27900m2인 대형화물 및 대형 컨테이너 창고, 헬리콥터 계류장, 레크리에이션 스포츠 경기장 (골프 등) 및 화물 임시 보관소 등에 적합한 평탄한 전통상갑판을 제공할 수 있다.
상부구조(1)에는 주로 기름 물 분리기 실, 이산화탄소 실, 기관실 국소 물 소화 설비 실, 보조 기기 설비, 냉각수 실, 담수 실, 음용물 실, 양묘기 유압 장치 실, 오수 처리 장비실, 오수 실, 빗물 정화 장치 실, 해수 담수화 장치 실, 오수 처리 장치 실, 압축기 실, 유압 펌프실 등이 설치된다.
2) 하부 복수 부체(3)
당해 부유식 구조는 형태 동일하면서도 서로 독립적으로 유선 외형을 갖는 세로방향으로 설치된 9 개의 부표(31)를 포함하며, 부유식 구조 전체에 부력을 제공한다. 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)는 동일한 물방울 형태의 단면을 가지며, 길이가 310m, 높이가 7.5m, 최대 폭이 5m, 부체 사이 간격이 5.5m로 설정하였다. 9 개의 부체는 총 84500 톤의 배수량을 제공할 수 있고 설계 만재 상태일 때, 흘수가 6.0m이며, 68000 톤의 배수량을 제공할 수 있다.
각 부표(31) 수선부와 수미부에 각각 전방위 조타(steering oar)가 설치되어 부유식 구조에 우수한 구동력 및 방향 제어능력을 제공한다.
3) 중간 연결기구(2)
중간 연결기구(2)는 주로 복수의 제1 방향의 연결구조(21)를 포함한다. 부표 (31)와 상부구조(1) 사이는 제1 방향의 연결구조(21)에 의해 연결된다. 제1 방향의 연결구조(21)는 수직기둥과 경사기둥을 포함하고, 이 두가지 기둥은 트러스식 지지구조를 구성할 수 있다.
3.메인 치수
총 길이 310m
두 기둥 사이의 간격 310m
형 폭 90m
형 깊이 22.3m
여름 만재 흘수 (형) 6m
구조 흘수 (형) 6m
배수량 (여름 만재 흘수) ~68000t
4. 기능
본 부유식 구조는 공간 분포식 구조 형식으로 설계된 비교적 큰 내부 저장 공간과 상층 갑판 면적을 제공할 수 있고, 민간사용 목적 또는 특수사용 목적으로 다양하게 사용할 수 있다.
1) 선박의 정박 (만톤급 이하), 하역 기능 (크레인, RO / RO 방식, 반송 벨트에 의한 하역)을 제공할 수 있다.
2) 섬 개발 및 건설의 보장을 제공한다. 정박 가능 선박은 공무 선박, 보급선, 수송선, 어선, 유람선 등이 있다.
3) 드라이 벌크화물, 컨테이너, RO / RO화물, 대형 구조 부품, 냉장화물 등을 포함한 물자의 저장, 분류, 중계 수송 기능을 제공할 수 있다.
4) 정박하는 섬에 대한 전기 공급, 물품 공급, 중계 수송을 제공할 수 있다 (산호 섬에서 말뚝 기초의 시공이 어렵기 때문에, 부유식 부두 형식 등의 생활 지원 수단을 적용한다).
5) 해상 선박에 공급 기능을 제공한다. 연료, 담수 및 생활용품을 보충공급하고, 크루즈 운행 시간을 증가시키며, 크루즈 빈도 및 기동성을 향상시킨다.
6) 해상 통신 기지국에 사용된 통신 신호 커버리지를 증대시키고, 해상 경찰, 선박 탑재인원 및 주변 해역의 작업자 및 어민에게 편리한 통신 서비스를 제공할 수 있다.
7) 부유식 구조의 주변 해역의 해상 작업자 및 섬사람에게 항주 안전과 구원 보장 기능을 제공할 수 있고, 부유식 구조는 의료 센터, 긴급 구조 (헬리콥터, 고속 보트), 구원의 기능을 제공할 수 있다.
8) 해상 경찰 선박의 정박 휴식 (오락 헬스장), 선원 체류 보장을 제공할 수 있다.
9) 헬리콥터의 이착륙, 통신, 모니터링, 레이더, 나비, 헬리콥터 격납고 (갑판에 설치)를 제공할 수 있다.
5. 주요 특징
실시예의 바람직한 범위내의 부유식 구조의 특징은 다음과 같다.
1) 당해 부유식 구조의 하부 부체는 9 개의 스트립 형상의 부체가 수평으로 설치되고, 인접한 각 부체 사이의 간격이 5.5m이다. 당해 부유식 구조의 각 부체의 총 체적이 82400m3이고, 만재 시의 배수 용적 66340m3보다 크다. 부유식 구조의 상부구조는 박스형 구조이며, 중간 연결구조는 수직기둥, 교차 경사지지재 (경사기둥), 가로 수평 막대 및 수평지지 부품으로 이루어진 트러스 구조이다. 위의 3 가지 구조 부분이 서로 연결되어 일체적인 부정정(Statically indeterminate) 공간 구조를 형성한다.
2) 당해 부유식 구조의 길이는 310m이다. 따라서, 실시예의 바람직한 범위의 외곽의 적어도 한 방향의 치수가 150m를 초과하는 특징을 충족한다.
3) 당해 부유식 구조의 각 부체의 높이가 7.5m이고 폭이 5.0m이며, 적용 수역의 최대 파고가 23m 이상이다. 따라서, 실시예의 바람직한 범위 내의 각 부체의 단면의 최대 높이 치수가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2보다 작고, 최대 폭 치수가 단면의 최대 높이 치수의 2 배 이하인 특징을 충족한다. 인접한 부체 사이의 순간격이 5.5m이기 때문에 실시예의 바람직한 범위 내의 인접한 각 부체 사이의 순간격이 인접한 2 개의 부체 중 폭 치수 큰 부체의 단면 폭 치수의 0.5 배 더 크다는 특징을 충족한다.
4) 당해 부유식 구조의 각 부체의 총 체적이 82400m3이며, 만재시의 배수 용적이 66340m3되므로, 실시예의 바람직한 범위 내의 각 부체의 총 체적이 부유식 구조의 만재 시 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2배 미만이라는 특징을 충족한다.
5) 당해 부유식 구조는 길이가 310m(L)이며, 폭이 90m(B)이며, 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 거리는 14.5m (H)이다. 따라서, 상기 실시예의 바람직한 범위의 수상부유식 구조의 수평방향에서의 길이 및 폭 분포 치수가 부유식 구조가 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4 배 이상이 되는 특징을 가진다.
6) 당해 부유식 구조는 18 대 전방위 추진기(4)를 구비하여 부유식 구조가 자기 항주 능력을 가지게 되며, 전방위 추진기(5)의 방위각을 조절하여 부유식 구조의 항주 방향을 제어할 수 있다. 이것은 위의 실시예의 바람직한 범위 내의 상기 수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치를 설치하는 특징을 충족한다.
7) 당해 부유식 구조는 각 부체 체적이 9156m3이며, 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 배수 용적이 66340m3이기 때문에, 8 개의 부체의 내부 공간에 경질 비흡수성 재료(311)를 충전시키면 총 배수 용적이 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크다. 따라서, 상기 실시예의 바람직한 범위의 특징을 충족한다.
상기 실시형태에 대해 다음과 같이 설명한다.
A. 본 발명에 따르는 수상부유식 구조는 전체적으로 상당히 큰 사이즈를 가질 수 있다.
통상적인 작업 가능한 4-5급의 해황에서 파랑 스펙트럼의 피크주기에 대응하는 파장의 길이가 약 100m 미만이다. 부유식 구조의 요동 진폭이 주로 파장과 부유식 구조의 총 길이의 비율에 관련되며, 부유식 구조의 세로방향에서의 우수한 거동 응답 성을 유지하기 위해 부유식 구조의 길이방향의 사이즈를 150m보다 크도록 제한한다. 따라서, 부유식 구조는 작업환경에 따라 대형화할 수 있으며 안정적이다.
극단적인 해황에서 설계 파고가 22m, 파장이 621m에 달할 경우에도 본 발명의 메인 치수가 600m에 달하는 수상부유식 구조는 각 규범, 기준을 충족과 동시에 "강체"의 규정을 충족할 수 있다.
B. 수상부유식 구조 복수 부체의 총 체적, 예비부력 및 홀수선 위치의 실시예를 예시하였다.
각 부체 배수 용적의 합계가 상기 수상부유식 구조의 만재 상태시의 배수 용적보다 크도록 요구하는 동시에 부체의 단면 치수를 제한함으로써, 하부 부체는 전체 높이가 작고 수량이 많으며 전체적으로 편평 형태로 분포되며 홀수선 면적이 통상적인 선박 및 해양 부유식 플랫폼보다 훨씬 크다.
복수의 부체의 총 체적이 수상부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2 배 이하로 되는 것을 예시하였다. 따라서 수상부유식 구조의 만재 시, 부체 예비부력이 전 중량의 1 배 이하 된다. 부체의 단면이 일치할 경우, 홀수선은 부체의 높이 범위내에 있고, 예비부력이 수상부유식 구조의 총 무게의 1 배 좌우일 경우, 홀수선은 부체의 1/2 높이의 곳에 위치할 것이다. 따라서, 가변 하중이 작용하는 경우 통상적인 선박에 비해 부유식 구조의 흘수 변화가 훨씬 작다. 통상적인 선박이 수선면적이 큰 구조이기 때문에 통상적인 선박에 비하여 본 발명의 부유식 구조는 "특대 수선면" 인 구조이다.
C. 부체의 총 체적이 체적가 작은 여러부체에 분산된다.
부체의 단면의 최대 높이 치수가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2보다 작고, 최대 폭 치수가 단면의 최대 높이 치수의 2 배 이하인 것을 예시하였다. 복수의 부체층의 인접한 각 부체 사이의 순산격이 인접한 2 개의 부체 중 폭 치수 큰 부체의 단면 폭 치수의 0.5 배보다 큰 것을 예시하였다. 일반적으로 최대 파고가 약 30m이기 때문에, 부체의 단면의 최대 높이 치수가 약 15m 이하이고, 치대 폭 치수가 약 30m 이하이며, 인접한 부체 사이의 순간격이 약 15m보다 크다. 부체의 단면 치수가 작으면 각 부체의 체적도 작으므로, 일정한 총 체적을 가지기 위해 부체는 일정한 길이와 수량을 가져야 한다. 또한 각 부체가 분산 설치되는 것을 요구하며, 부체의 간격은 파랑이 부체 사이에서 원활하게 유동하도록 보장하여 파랑의 운동 에너지를 해소하기 위한 것이다. 각 부체의 단면의 메인 치수가 최대 파고의 높이보다 훨씬 작을 경우 (예를 들어 0.5 배)를 예시하였으며, 최대 파고시 일부 파랑은 부체를 타고 넘어 일부 부체가 파랑에서 이탈되어 파랑하중이 파고의 증가에 의해 더 이상 증가하지 않는다. 즉 부유식 구조의 파랑하중의 파고에 대한 응답이 비선형적인 현상이 나타났다. 따라서, 큰 파랑일 때의 부유식 구조의 파랑하중을 대폭적으로 줄일수 있다. 또한 정홀수선은 부체의 상반부에 설계되어, 파고가 클 때 파랑이 부체의 표면을 타고 넘어 부체의 순간 상실된 부력의 수치와 중력의 수치가 동등하지 않아, 새로운 균형상태로 되기 위해 부체가 세로방향으로 어느 정도 가라앉(침하)아야 한다. 새로운 균형상태에서 파랑의 운동 에너지가 수심의 증대와 함께 작아지므로 파랑하중이 원래 상태보다 더 한층 작아진다.
또한 작은 부체일 경우, 부유식 구조 전체의 흘수가 얕아진다. 부체를 분산함으로써 파랑이 부체를 통과할 수 있는 유체운동 조건을 마련하였다. 또한 수선면적이 분산하여 설치되어 초대 복원력 및 복원 모멘트를 가지게되어, 구조가 우수한 안정성을 가질수 있다. 여러 개의 작은 부체가 분산 설치되어 협동할 때 충분한 배수 용적과 특대 수선면적을 제공할 수 있으므로, 동일한 조건에서 공선와 만재 사이의의 흘수 변화가 작다. 따라서 안정성이 매우 높아 대용량 밸러스트 탱크를 설치할 필요가 없다. 스트립 형상의 부체는 장방형 형태 부체 구조를 말하며, 부유식 구조의 구조 전체의 힘받이 부품의 일부로 되는 한편, 항주 저항을 감소시키는 작용을 함으로써, 비교적 작은 침수 면적의 길이 폭 비에서도 항주 방향의 안정성을 유지할 수 있다.
D. 중간 연결구조의 제1 방향의 연결구조가 부체식 연결구조이다.
중간 연결구조의 제1 방향의 연결구조가 부체식 연결구조이고, 예비부력을 제공하며 부체의 상부 방향 분포의 연속성을 보장함으로써 의외의 큰 경사각이 나타날 경우(일 측 스트립 형상의 부체가 전부 수중에 잠겨)에도, 복원 팔이 여전히 정의 값이 된다. 극단적인 상황에서도 수상부유식 구조가 여전히 충분한 안정성의 여유(redundancy)가 있고 확실한 전복 대항 능력을 유지할 수 있다.
E. 상기 대형 수상부유식 구조의 수평방향에서의 분포 치수가 상기 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 거리의 4 배 이상이 된다.
도 9 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 대형 수상부유식 구조의 수평방향의 길이 및 폭 분포 치수가 상기 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 거리의 4 배 이상이 된다. 즉, 부체의 폭 방향에서의 치수가 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 거리의 4 배보다 크다. 따라서, 부유식 구조의 수평 단면 전체가 초 편평 형태로 된다. 도 9와 같이, 부유식 구조 복수 부체의 정수 흘수선 및 복수의 부체 두 최외측 지점에서 무게 중심까지의 두 변에 의해 안정된 삼각형이 형성되고, 상기 삼각형의 협각이 최대 27도 이다. 큰 풍랑일 경우 최대 파형 경사가 1/7이고, 대응 파랑 경사각이 16도 이다. 최악의 환경하에서도 부유식 구조가 가로로 파랑의 파면에 놓여 지므로 부유식 구조가 풍압 횡경사 모멘트 및 파랑하중의 작용에 의해 전복되지 않도록 보장할 수 있다.
다양한 각도의 얕은 바닥에 좌주 시, 안정적인 삼각형에 의해 부유식 구조가 전복되지 않도록 보장할 수 있다. 도10은 부유식 구조가 비교적 큰 경사각의 얕은 바닥에 좌초될 때 (예를 들어 20도 경사각 미만), 전복하지 않는 원리를 모식 적으로 나타낸 도면이다.
F. 수상부유식 구조는 기동 성능과 헤드 방향 조절 능력을 가진다.
수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치가 설치된 것을 예시하였고, 구체적으로 복수의 부체의 각 부체의 수선부와 수미부에 복수의 전방위 추진기를 설치하고 이러한 추진기의 전후 거리가 아주 크며, 전방위 회전할 수 있기 때문에 전방위 추진력을 제공함과 동시에 필요에 따라 매우 큰 편향 모멘트를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 수상부유식 구조에 돛, 직진 추진기 및 방향타 등을 설치하여 얻을 수 있다.
제 3 구체적 실시예
1. 요약
도 13, 도 14 및 도 15는 초대형 해상부유식 구조의 실시예를 나타낸 도면이다. 당해 부유식 구조는 바다에서의 항주에 적합한 18 개의 전방위 추진기(4)에 의해 추진되는 해상 대형 부유식 구조이다. 노천의 상갑판 또는 기타 갑판에 대형화물, 헬리콥터, 컨테이너 등을 적재할 수 있으며, 또한 석유 저장, 냉장화물의 저장, 생활 시설 등을 제공할 수도 있다.
2. 구조
당해 부유식 구조는 전체적으로 구조 분명한 3개 부분 즉 상부구조(1), 하부 복수 부체(3) 및 상부구조(1)와 하부 복수 부체 (3)를 연결하는 중간 연결구조(2) (도 6, 도 7 및 도 8)로 나뉜다.
1) 상부구조(1)
당해 부유식 구조의 상부구조(1)는 2 층 갑판 구조 (갑판 A 내지 갑판 B)를 가진 박스 구조로 형성되어 당해 부유식 구조의 고강도 갑판을 구성한다. 상부구조(1)의 길이는 310m, 폭 90m이며, 면적 27900m2인 대형화물 및 대형 컨테이너 창고 헬리콥터 계류장, 레크리에이션 스포츠 경기장 (골프 등) 및 화물 임시 보관소 등에 적합한 평탄한 전통갑판강판을 제공할 수 있다.
상부구조(1)에는 주로 기름 물 분리기 실, 이산화탄소 실, 기관실 국소 물 소화 설비 실, 보조 기기 설비, 냉각수 실, 담수 실, 음용물 실, 양묘기의 유압 장치 실, 오수 처리 장비실, 오수 실, 빗물 정화 장치 실, 해수 담수화 장치 실, 오수 처리 장치 실, 압축기 실, 유압 펌프실 등이 설치된다.
2) 하부 복수 부체(3)
당해 부유식 구조는 형태 동일하면서도 서로 독립적으로 유선 외형을 갖는 세로방향으로 설치된 9 개의 부표(31)를 포함하며, 부유식 구조 전체에 부력을 제공한다. 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)는 동일한 물방울 형태의 단면을 가지며, 길이가 310m, 높이가 7.5m, 최대 폭이 5m, 부체 사이 간격이 5.5m로 설정하였다. 9 개의 부체는 총 84500 톤의 배수량을 제공할 수 있고 설계 만재 상태일 때, 흘수 6.0m이며, 68000 톤의 배수량을 제공할 수 있다.
각 부표(31) 수선부와 수미부에 각각 전방위 조타가 설치되어 부유식 구조에 우수한 구동력 및 방향 제어능력을 제공한다.
3) 중간 연결기구(2)
중간 연결기구(2)는 주로 제1 방향의 연결구조 (21)과 제 2 방향의 연결구조 (22)를 포함한다. 부표 (31)와 상부구조(1) 사이는 제1 방향의 연결구조(21)에 의해 연결되고, 9 개의 부표(31)들이 제 2 방향의 연결구조(22)에 의해 연결된다. 제1 방향의 연결구조(21)는 수직기둥과 경사기둥을 포함하고, 이 두가지 기둥은 일체적인 트러스식 지지구조를 구조할 수 있다. 제 2 방향의 연결구조 (22)는 9 개의 부표(31)를 연결하는 수평 트러스일 수 있다. 상기 트러스는 수직기둥의 횡단면에 설치될 수 있으며, 교차 경사지지재로 구성된다.
3. 메인 치수
총 길이 310m
두 기둥 사이의 간격 310m
형 폭 90m
형 깊이 22.3m
여름 만재 흘수 (형) 6m
구조 흘수 (형) 6m
배수량 (여름 만재 흘수) ~68000t
4. 기능
본 부유식 구조는 공간 분포식 구조 형식으로 설계된 비교적 큰 내부 저장 공간과 상층 갑판 면적을 제공할 수 있고, 민간사용 목적 및 특수사용 목적으로 다양하게 사용할 수 있다.
1) 선박의 정박 (만톤급 이하), 하역의 기능 (크레인, RO / RO 방식, 반송 벨트에 의한 하역)을 제공할 수 있다.
2) 섬 개발 및 건설의 보장을 제공한다. 정박 가능 선박은 공무 선박, 보급선, 수송선, 어선, 유람선 등이 있다.
3) 드라이 벌크화물, 컨테이너, RO / RO화물, 대형 구조 부품, 냉장화물 등을 포함한 물자의 저장, 분류, 중계 수송 기능을 제공할 수 있다.
4) 정박하는 섬에 대한 전기 공급, 물품 공급, 중계 수송을 제공할 수 있다. (산호 섬에서 말뚝 기초의 시공이 어렵기 때문에, 부유식 부두 형식 등의 생활 지원 수단을 적용한다).
5) 해상 선박에 공급 기능을 제공한다. 연료, 담수 및 생활용품을 보충공급하고, 크루즈 운행 기간을 증가시키며, 크루즈 빈도 및 기동성을 향상시킨다.
6) 해상 통신 기지국에 사용된 통신 신호 커버리지를 증대시키고, 해상 경찰, 선박 탑재인원 및 주변 해역의 작업자 및 어민에게 편리한 통신 서비스를 제공할 수 있다.
7) 부유식 구조의 주변 해역의 해상 작업자 및 섬사람에게 항주 안전과 구원 보장 기능을 제공할 수 있고, 부유식 구조는 의료 센터, 긴급 구조 (헬리콥터, 고속 보트) 구원의 기능을 제공할 수 있다.
8) 해상 경찰 선박의 정박 휴식 (오락 헬스장), 선원 체류 보장을 제공할 수 있다.
9) 헬리콥터의 이착륙, 통신, 모니터링, 레이더, 나비, 헬리콥터 격납고 (갑판에 설치)를 제공할 수 있다.
5. 주요 특징
실시예의 바람직한 범위내의 부유식 구조의 특징은 다음과 같다.
1) 당해 부유식 구조의 하부 부체는 9 개의 스트립 형상의 부체가 수평으로 설치되고, 인접한 각 부체 사이의 간격이 5.5m이다. 당해 부유식 구조의 각 부체의 총 체적이 82400m3이고, 만재 시의 배수 용적의66340m3보다 크다. 부유식 구조의 상부구조는 박스형 구조이며, 중간 연결구조가 수직기둥, 교차 경사지지재 (경사기둥), 가로 수평 막대 및 수평지지 부품으로 이루어진 트러스 구조이다. 위의 3 가지 구조 부분이 서로 연결되어 일체적인 부정정 공간 구조를 형성된다.
2) 당해 부유식 구조의 길이는 310m이다. 따라서, 실시예의 바람직한 범위의 외곽의 적어도 한 방향의 치수가 150m를 초과하는 특징을 충족한다.
3) 당해 부유식 구조의 각 부체의 높이가 7.5m이고 폭이 5.0m이며, 적용 수역의 최대 파고가 23m 이상이다. 따라서, 실시예의 바람직한 범위 내의 각 부체의 단면의 최대 높이 치수가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2보다 작고, 최대 폭 치수가 단면의 최대 높이 치수의 2 배 이하인 특징을 충족한다. 인접한 부체 사이의 순간격이 5.5m이기 때문에 실시예의 바람직한 범위 내의 인접한 각 부체 사이의 순각격이 인접한 2 개의 부체 중 폭 치수 큰 부체의 단면 폭 치수의 0.5 배 더 크다는 특징을 충족한다.
4) 당해 부유식 구조의 각 부체의 총 체적이 82400m3이며, 만재시의 배수 용적이 66340m3되므로, 실시예의 바람직한 범위 내의 각 부체의 총 체적이 부유식 구조의 만재 시 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2 배 미만이다는 특징을 충족한다.
5) 당해 부유식 구조는 길이가 310m (L)이며, 폭이 90m (B)이며, 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 거리는 14.5m (H)이다. 따라서, 상기의 실시예의 바람직한 범위의 수상부유식 구조의 수평방향에서의 길이 및 폭 분포 치수가 부유식 구조가 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4 배 이상이 되는 특징을 가진다.
6) 당해 부유식 구조는 18 대 전방위 추진기(4)를 구비하여 부유식 구조가 자기 항주 능력을 가지게 되며, 전방위 추진기(5)의 방위각을 조절하여 부유식 구조의 항주 방향을 제어할 수 있다. 이것은 위의 실시예의 바람직한 범위 내의 상기 수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치를 설치하는 특징을 충족한다.
7) 당해 부유식 구조는 각 부체의 체적이 9156m3이며, 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 배수 용적이 66340m3이기 때문에, 8 개의 부체의 내부 공간에 경질 비흡수성 재료(311)를 충전시키면 총 배수 용적이 부유식 구조의 총 무게에 해당하는 물의 체적보다 크다. 따라서, 상기 실시예의 바람직한 범위의 특징을 충족한다.
수상부유식 구조는 적어도 5 개의 부체와 25 개의 기둥 및 공간상 연속되는 상부 박스 구조로 구성된 일체적인 구조이다. 도 16 내지 도 18에 나타낸 바와 같이, 구조 역학에 따르면, 2 개의 하부 부체, 4 개의 기둥 및 이에 대응되는 상부 박스 구조 부분 (반 잠수식 플랫폼과 유사)에 의해 하나의 밀폐 부정정 공간 구조 유닛을 형성할 수 있기 때문에, 본 발명의 부유식 구조는 임의의 방향에서 적어도 4 개의 부정정(Statically Indeterminate) 공간 구조 유닛이 연속적으로 조합 구성되어, 전체적으로, 본 발명의 부유식 구조는 적어도 16 개의 부정정 공간 구조 유닛에 의해 구성된 조합 구조이기 때문에, 구조 전체가 해체방지의 여유(redundancy)가 있다.
수상부유식 구조의 구조에 대한 분석으로부터 알 수 있는 바, 하부 부체구조, 중간 연결구조는 모두 수량이 많고 또한 분산하여 설치되어, 구조가 힘을 받을 때, 각 구조 부재가 비교적 균일하게 협동하여 작업함으로, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고를 당하는 경우, 하나 이상의 부정정 공간 구조 유닛의 일부 부재가 파손되여 작동할 수 없다 하더라도 나머지 구조가 여전히 부정정 공간 구조 유닛으로 구성된 조합 구조이기 때문에 제대로 동작할 수 있다.
본 발명은 설계할 때 다양한 해황 및 사고 통계 자료를 조사하고 합리적인 분석을 진행하여 악렬한 해황의 극단적 하중과 각종 기록에 남겼던 사고형태의 파손력 한계값을 예측할수 있다. 현대 해난 사고에 대해 이력정보에 기록되어 있는 샘플이 충분히 많고 또한 대표적인 것이 있으므로 이에 기초하여 분석한 사고형태와 한계값은 신뢰성이 크고, 또한 당업자가 실시할 수 있는 것이다. 따라서 플랫폼 전체 구조 설계에 도움이 된다. 따라서 극단적인 상황에서 본 발명의 부유식 구조의 복수의 일부 유닛이 연이어 파손되는 것을 피할 수 있다. 즉, 본 발명의 부유식 구조는 위의 상황에서도 전체 구조가 해체되지 않는 확실한 안전성을 확보할 수 있다.
통상적인 기술에 의한 선박이나 해상 플랫폼은 부재 중요성과 힘받는 상태에 따라 핵심부품, 중요부품, 일반부품 등으로 나뉘며, 본 발명의 각 힘받이 부분의 중요 정도는 거의 동등하다. 또한 서로 지지할 수 있으므로 "약한" 부재의 기능상실에 의해 관련 구조가 연이어 기능상실되거나 전체가 붕괴되는 위험이 존재하지 않는다.
이에 대해 반 잠수식 플랫폼인 경우, 반 잠수식 플랫폼의 임의 부체 또는 기둥이 파손되면 부력실이 침수되어 전체 구조의 응력이 떨어질 수 있다. 적시적으로 처리하지 못할 경우, 경사 또는 단열 심지어 전복되는 최악의 결과를 가져올 수 있다.
기본모듈의 구체적인 실시예
본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈은 구체적으로 두개 이상의 기본모듈이 수상에서 서로 연결되어 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)를 구성할 수 있다. 당해 초대형 수상부유식 구조물은 부유식 종합 보장 기지로 될 수 있으며, 각종 선박의 직접 정박을 제공하고, 갑판에 대형 하역 기계가 설치됨으로써, 하역, 중계 운송 및 저장 기능을 제공할 수 있다. 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 기본구조는 초 편평 공간 구조를 선택할 수 있으며, 주로 하부 부체구조와 상부구조 및 중간 연결구조를 포함한다.
도 19 내지 도 21에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈은 상부구조(1)과 중간 연결구조(2) 하부 부체구조 (3)를 포함한다. 당해 초대형 수상부유식 구조물의 기본모듈은 수평방향에서의 길이 또는 폭이 초대형 해상부유식 구조물의 기본모듈의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이 (H)의 4 배 이상이며, 전체적으로 초 편평 형태의 외형을 나타낸다.
예를 들어, 기본모듈은 적어도 5 개의 부체와 25 개의 기둥 (도면에 예시한 수량이 더 많다)과 공간에서 연속되는 상부 박스 구조에 의해 구성된 일체적인 구조이다. 구조 역학에 따르면, 2 개의 하부 부체, 4 개의 기둥 및 이에 대응하는 상부 박스 구조 부분 (반 잠수식 플랫폼과 유사함)에 의해 하나의 밀폐 부정정 공간 구조 유닛을 구성할 수 있다. 때문에, 본 발명의 기본모듈은 임의의 방향에서 적어도 4 개의 부정정 공간 구조 유닛이 연속적으로 조합 구성되어, 전체적으로, 본 발명의 기본모듈은 적어도 16 개의 부정정 공간 구조 유닛에 의해 구성된 조합 구조이기 때문에, 구조 전체가 해체 방지의 여유(redundancy)가 아주 크다.
기본모듈의 구조에 대한 분석으로부터 알 수 있는 바, 하부 부체구조, 중간 연결구조는 모두 수량이 많고 분산하여 설치되어, 구조가 힘을 받을 때, 각 구조 부재가 비교적 균일하게 협동하여 작업함으로, 예측 가능한 최악의 해황 및 이력정보에 기록되어 있는 최악의 충돌, 좌초, 좌주, 화물 이상 변위 등 사고를 당하는 경우, 하나 이상의 부정정 공간 구조 유닛의 일부 부재가 파손되여 작동할 수 없다 하더라도 나머지 구조가 여전히 부정정 공간 구조 유닛으로 구성된 조합 구조이기 때문에 제대로 동작할 수 있다.
본 발명은 설계할 때 다양한 해황 및 사고 통계 자료를 조사하고 합리적인 분석을 진행하여 악렬한 해황의 극단적 하중과 각종 이력정보에 기록되어 있는 사고형태의 파손력 한계값을 예측할 수 있다. 현대 해난 사고에 이력정보에 기록되어 있는 샘플이 충분히 많고 또한 대표적인 것이 있으므로 이에 기초하여 분석한 사고형태와 한계값은 신뢰성이 크고, 또한 당업자가 실시할 수 있는 것이다. 따라서 플랫폼의 전체 구조의 설계에 도움이 된다. 따라서 극단적인 상황에서 본 발명의 기본모듈의 복수의 일부 유닛이 연이어 파손되는 것을 피할 수 있다. 즉, 본 발명의 기본모듈은 위의 상황에서도 전체 구조가 해체되지 않는 확실한 안전성을 확보할 수 있다.
통상적인 기술에 의한 선박이나 해상 플랫폼은 부재 중요성과 힘받는 상태에 따라 핵심부품, 중요부품, 일반부품 등으로 나뉘며, 본 발명의 각 힘받이 부분의 중요 정도는 거의 동등하다. 또한 서로 지지할 수 있으므로 "약한" 부재 기능상실에 의해 관련 구조가 연이어 기능상실되거나 전체 붕괴되는 위험이 존재하지 않는다.
이에 대해 반 잠수식 플랫폼인 경우, 반 잠수식 플랫폼의 모든 부체 또는 기둥이 파손되면 부력실이 침수되어 전체 구조의 응력이 떨어질 수 있다. 적시적으로 처리하지 못할 경우, 경사 또는 단열 심지어 전복되는 최악의 결과를 가져올 수 있다.
도 19 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 상부구조(1)의 상면과 하면이 상하 갑판을 이루며, 중간갑판을 추가 설정할 수 있다. 상하 갑판은 구조 전체에 작용하는 힘을 받는다. 일 실시형태에서 상부구조(1)는 프레임 구조에 의한 강성 구조일 수 있으며, 상부구조(1) 내에 많은 선실을 형성할 수 있다.
프레임 구조는 보와 기둥이 연결되어 이루어진 것이며, 하중수용 체계를 구성하는 구조이다. 즉, 보와 기둥은 프레임을 구성하여, 사용과정에 발생되는 수평하중과 수직하중에 함께 대항한다.
도 19 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 예시한 실시예에서, 상부구조(1) 내에는 높이 방향으로 1 층 또는 2 층 이상인 다층구조로 설계할 수 있다. 각층에 복수의 선실이 설치될 수 있으며, 선실의 설치는 기능 요구에 따라 설정될 수 있다. 각 선실의 주요 구조 지지부재는 세로방향의 적어도 3 개 기둥 및 가로방향의 상부 연결 보를 사용할 수 있다. 연결보는 상부 또는 하부에서 기둥을 연결할 수 있다. 가로보와 기둥 사이는 예를 들어 분지식 케이싱 조인트와 같은 연결부재를 통해 연결된다. 각 부품들 사이는 용접 연결, 코킹 연결, 볼트 연결 또는 쾌속 걸림 연결을 통해 연결될 수 있다. 이로써 가로보와 기둥에 의해 주요한 안정 구조 지지체가 구성된다. 상부구조(1)의 전체 구조가 구조 안전성 레벨의 요구를 충족할 수 있도록 가로보와 기둥 사이에 로드 브레이싱 또는 트러스식 지지구조를 추가할 수 있다.
또한 상부구조(1) 내는 가로보과 기둥 또는 기타의 로드 지지구조에 의해 강성지지구조가 구성될 수 있으며, 예를 들어, 건축물의 실내 구조 방식을 참조하여 판재로 각 기능 선실을 밀페하여 형성할 수 있다. 벽판은 하중수용 구조가 아니기 때문에, 예를 들어 알루미늄 허니콤 패널, 암면 복합판, 경질 철골 벽체 등 경질 판재를 사용할 수 있다. 또한 난연판재를 사용하는 것이 바람직하다. 상부판과 바닥판은 강판 또는 기타의 하중수용판을 사용할 수 있다.
또한, 상기 상부구조(1)의 보-기둥식 구조는 구조 안전성 레벨의 요구를 충족하는 임의의 형식의 보-기둥식 구조일 수 있다. 예를 들어, 복수의 세로방향 또는 가로방향 트러스식 지지구조를 사용하여 상부구조(1)을 구성하여 복수의 기능 선실을 구획할 수 있다.
공간 보-기둥식으로 프레임 구조를 형성하여 상부구조를 실현할 경우, 기존의 선박과 수상 부체 구조의 설계에 비해 상부구조(1)의 구조 설계의 자유도 (영활성)가 대폭 향상되어 상부 기능 선실의 레이아웃 설계가 자유롭게 변화할 수 있다. 이에 따라 상부구조(1)의 개선 여지가 대폭 증가되어, 주요 하중수용 구조 즉 보, 기둥 및 기타 지지구조 (없어도 됨) 외에 기타 부재 (작업선실 사이의 구획 부재, 작업선실 상하판 등)는 모두 주요 하중수용 구조가 아닌 구조로 설계할 수 있어, 일부 기능 하중만 수용하고, 기본모듈 구조 전체에 작용하는 힘을 받지 않는다. 위의 특성에 따라, 일부 기능 하중을 충족하는 한 기본모듈의 주요 하중수용 구조가 아닌 구조가 임의로 변경되어도 전체 구조의 힘받이에 영향을 미치지 않는다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 부식방지를 위한 비용을 크게 감소시키기 위해, 비금속 재료를 이용할 수도 있다. 주요 하중수용 구조가 아닌 구조는 조립 (비용접) 방식으로 주요 하중수용 구조에 연결될 수 있다.
또 다른 실시형태에서 상부구조(1)는 박스 구조로 이루어진 강성 구조 층일 수 있다. 주요 하중수용 구조는 공간 판-보 구조이며, 선실의 횡 격벽, 수직 트러스 재료, 선실의 상하 갑판 등을 구성하는 부재는 모두 힘받이 구조의 부재로서 수직 강도 계산에 참여한다.
여기서 박스 구조는 복수의 서로 제한하는 판부재로 이루어진 공간식 박스 구조이며, 각 판부재가 각각 일부 하중 수용하며, 네 모서리에서 휨모멘트를 받도록 구성된다.
예를 들어, 상부구조(1) 갑판과 둘레벽과 및 몇개의 세로방향 및 가로방향의 격벽으로 이루어진 공간 박스 구조일 수 있다. 갑판은 예를 들어 주 갑판, 중간갑판, 하갑판 등 여러 층으로 마련될 수 있다. 상부구조(1)의 본체는 예비부력을 제공하도록 설계될 수 있으며, 즉 상부구조(1)의 본체는 수밀성 또는 일정한 수밀성을 갖도록 형성될 수 있다. 상부구조(1)의 본체는 일체로 형성된 박스 구조일 수 있고, 예를 들면 "田"자형 "井"자형 "△"자형과 같은 복수의 종횡 박스 구조의 조합일 수 있다.
예를 들어, 상부구조(1)는 종횡 혼합 뼈대 형식을 사용할 수 있다. 각 영역의 주 보 방향이 다르고, 주 보의 길이방향에 수직하는 방향에서 서로 간격이 다른 보강 프레임이 설치된다. 모든 주요 측벽 뼈대는 수평으로 설치되고, 모든 내벽은 세로방향 보강재를 사용한다. 프레임 구조는 기존의 선박 또는 수상 기본모듈의 선실에 사용되는 일반적인 구조이기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 상기 상부구조(1)는 박스 구조와 프레임식 구조를 조합한 구조일 수 있다. 예를 들어, 프레임식 구조에 세로방향 또는 가로방향 판-보를 추가하여 구조의 강도를 향상시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 박스 구조를 주로하는 구조에 각종 기둥 및 가로보를 추가하여 보강할 수 있다. 또 예를 들면, 상부구조(1)의 중부에 프레임식 구조를 적용하고, 외주 및 / 또는 바닥층은 박스 구조를 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예의 상부구조(1)는 전체가 사용수역의 최대 파고에 놓인다. 상부구조(1)에 형성된 복수의 선실은 밀봉 가능한 선실로 마련될 수 있으며, 다층으로 구획된 선실 구조일 경우, 일반적으로 적어도 중부이하의 선실은 밀봉된 상태이며 구체적인 내용은 기존의 선실 구조를 참조할 수 있다. 이와 같이, 극단적인 환경에 놓일 때, 하부 복수 부체(3)가 고장난 경우에도 상부구조(1)에 의해 여전히 부상 상태를 유지할 수 있다.
도 19 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 일 실시형태에서 중간 연결구조(2)는 수평면과 사귀는 제1 방향의 연결구조(21)를 포함하고, 제1 방향의 연결구조(21)은 복수의 서로 간격을 두고 있는 부체를 포함한다. 복수의 부체의 상부 방향으로의 연장으로 보면 된다. 이 부분의 부체는 특수 기능을 가진 부체이기 때문에, 극단적인 조건에서 기본모듈 전체가 극단적인 큰 각도로 경사되었을 경우, 제1 방향의 연결구조 (21)의 복수의 서로 간격을 두고 있는 부체는 수중에 잠겨 부력을 제공할 수 있다. 또한 복원 팔이 비교적 길기 ‹š문에 전체적으로 큰 복원 모멘트가 발생하게 되므로, 기본모듈 전체의 안정성을 더 확보할 수 있다.
또한 기본모듈이 크게 경사되었을 경우, 수평면과 접하는 중간 연결구조가 수중에 잠겨져 안전힌 복원력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 설계 계산 및 실험 데이터에 의하면, 수평면과 접하는 중간 연결구조의 횡단면 면적의 합계가 하부 복수 부체(3) 정수에서의 흘수부분의 수선면적의 5 %보다 크고, 최외측의 수평면과 접하는 중간 연결구조에서 기본모듈의 무게 중심까지의 거리가 기본모듈의 무게 중심의 수면부터의 거리의 2 배보다 클 경우, 기본모듈의 총 복원 모멘트는 가능하게 나타날 수 있는 바람, 파랑 등에 의해 기본모듈에 작용하는 최대 전복 모멘트보다 클수 있기 때문에 기본모듈은 전복하지 안전성을 구비한다. 본 발명에 기재된 중간 연결구조의 수선면적이 작다는 특징에 의해, 기둥 구조를 사용할 경우, 구조의 외관상 통상적인 반 잠수식 플랫폼과 유사하지만, 다른 점이라면 이 부분 기둥 구조는 기본모듈이 크게 경사지거나 또는 큰 파랑이 하부 부체구조를 타고 넘을 시, 일부만 수중에 잠기며, 플랫폼 전체가 수직방향으로 침하하여 당해 기둥 구조가 지속적으로 수중에 침하되는 현상이 발생되지 않는다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 제1 방향의 연결구조(21)만 설치될 수 있다. 따라서 부체 사이에 큰 공간의 무 장애의 수면 작업 공간을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 수선면이 작은 특징을 갖는 중간 연결구조(2)에서 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 부체는 수면과 교차하는 복수의 부체식 연결구조일 수 있다. 이러한 부체식 연결구조의 수평 단면의 폭이 연결되는 부표(31)의 수선면의 폭 미만이다. 여기서 "폭"은 스트립 형상의 부표(31)의 길이방향에 수직되는 치수를 가리킨다. 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 부체는 기둥식 구조일 수 있고, 편평상의 상하로 연장된 중공의 연결구조 일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 부체는 서로 간격을 두고 설치되기 때문에, 파랑이 자나갈 수 있어 플랫폼 전체에 작용하는 외부하중이 감소되어 안전성을 확보할 수 있다. 본 단락에서 말하는 복수의 부체식 연결구조는 하나의 부표(31)에 연결되는 5 개 이상의 서로 간격을 두는 부체식 연결구조를 가리킨다.
제1 방향의 연결구조 (21)는 복수의 수직의 중공 밀폐구조의 기둥을 포함할 수 있다. 기둥은 외형에 따라 원기둥, 사각기둥, 등단면 기둥 및 가변단면 기둥으로 나뉜다. 기둥은 대부분이 등단면 원기둥이고 소부분이 사각기둥일 수 있다. 분석을 통해 본 실시예의 부유식 연결기둥은 수용하는 외부하중이 작다는 우세를 가지며 또한 지지강도도 뛰어난다. 하부 복수 부체(3)는 분산 설치된 복수의 스트립 형상의 부표(31)를 포함하고, 제1 방향의 연결구조(21)의 복수의 기둥식 부체가 복수의 열로 설치되고 각 열에서 각 기둥이 각각 일정한 간격을 두고 설치될 수 있다. 기둥의 배열은 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)의 배열에 의해 정해지며, 원칙상 복수의 기둥이 간격을 두고 각 부표(31)에 연결된다. 기둥과 상부구조 및 하부 복수 부체(3)의 연결부분의 전면 및 후면 측에 중공 구조인 챔퍼 접속부를 설치할 수 있다. 기둥과 상부구조 및 하부 복수 부체(3)의 연결부분은 표준 박스로 구성된 조인트 구조를 사용할 수도 있다. 또한 상부구조에 사람 또는 화물을 운송하기 위해, 기둥 (21) 내에 에스컬레이터 또는 계단 등 운송 시설을 설치할 수 있다.
도 22는 제1 방향의 연결구조 (21)가 부력을 제공하지 않을 경우, 기본모듈에 전복 테스트를 수행한 데이터를 나타낸 것이다. 횡 경사각이 10도를 초과하면, 기본모듈의 복원 팔이 정의 값에서 급속히 감소되고, 횡 경사각이 45도를 초과하면 복원 팔이 부의 값이 되어, 반대로 기본모듈의 전복을 가속 시키게 된다. 부호의 설명은 다음과 같다.
부호 의미 단위
V3V4 침수 부위
GZ 복원 팔 m
EPHI 복원 팔 곡선과 횡 경사각의 좌표축에 의해 둘러싸인 면적 m2
MOM 풍속이 100km 일 때의 풍압 횡경사 모멘트 팔 m
FREEBOARD 건현
도 23에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 부체식 연결구조의 전체 단면적은 하부 복수 부체(3)의 정수 홀수선 면적의 약 10 % 내지 30 %이기 때문에, 부체의 상부 방향으로의 분포의 연속성을 확보할 수 있고, 최대 경사각 (한측 스트립 형상의 부체가 완전히 물속에 잠김) 때도 복원 팔이 여전히 정의 값으로 유지된다. 따라서 극단적인 상황에서도 기본모듈의 뛰어난 전복 방지 성능을 유지할 수 있다.
도 19 내지 도 21과 같이 하부 복수 부체(3) 일 실시예에서, 하부 복수 부체(3)는 복수의 스트립 형상 부표(31)를 포함하며, 구체적으로 적어도 5 개 이상의 스트립 형상 부표(31)를 포함할 수 있다. 이러한 스트립 형상 부표 (31)는 일정한 간격을 두고 평행되게 설치된다. 당해 기본모듈이 공선 상태 또는 만재 상태에서 홀수선이 항상 하부 복수 부체(3)의 높이 범위내에 위치하도록, 각 부체의 배수 용적의 합계를 상기 기본모듈의 만재 상태시의 배수 용적보다 크도록 설정하는 것이 주요한 요구이다. 따라서 적재 능력이 강한 하중 변화에 민감하지 특대 수선면 기본모듈을 실현할 수 있다. 도 19 내지 도 21에 나타낸 실시예에서, 복수의 스트립 형상 부표(31)는 모두 기본모듈의 세로방향을 따라 일정한 간격을 두고 평행되게 설치된다. 하부 복수 부체(3)는 복수의 부표(31)가 조합하여 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 서로 다른 형태인 부체가 종횡으로 교차 조합하여 구성될 수도 있다. 즉, 각 부표(31)사이에 적당한 간격을 두는 것을 통해 파랑 작용을 해소시킬 수 있으면 된다.
각 부표(31)는 주로 복수의 종횡 보강구조 및 하우징 플레이트 프레임에 의해 수밀 케이스를 구성할 수 있다. 구조는 수밀성 및 강도를 확보할 필요가 있다. 부표(31)의 단면의 최대 높이는 적용 수역의 최대 파고의 높이의 1/2보다 작은 치수로 선택할 수 있다. 최대 폭의 치수는 단면의 최대 높이 치수의 2 배 이하의 치수로 선택할 수 있다. 하부 복수 부체(3)의 인접한 부표(31) 사이의 순간격은 인접한 두 부체 중의 폭 치수가 큰 부표(31)의 단면 폭 치수의 0.5 배보다 크도록 선택할 수 있다.
또한 각 부표(31)의 배수 용적의 합계를 기본모듈의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2 배 이하로 선택한다. 기본모듈의 정수 홀수선이 대략 각 부표(31)의 상반 부위에 놓이도록 한다. 하나의 대안으로 기본모듈의 가변 하중에 대응하는 배수 용적을 각 부표(31)의 총 체적의 1/4 이하로 선택한다. 이 범위에서 가능한 한 많은 부체를 설치하여 기본모듈의 적재 능력을 증대시킨다.
도면에 나타낸 구체적인 실시예에서, 하부 복수 부체(3)는 동일 평면에 있는 직경 및 길이가 대략 동일하고 일정한 간격을 두고 설치되는 복수의 스트립 형상 부표(31)(도면에 사이즈가 동일 평면 내에 설치되었지만, 사이즈가 서로 다른 부체에 의해 형성될 수도 있으며, 동일 평면에 위치하지 않아도 된다)를 포함할 수 있다. 여기서 각 부표(31)는 세로방향이 기본모듈의 세로방향을 따라 간격을 두고 배열된다. 부표(31) 개수는 총 11 개이고, 중간에 하나, 양측에 각각 5 개를 대칭하여 설치한다. 부표(31)의 단면은 원형, 타원형, 사각형 또는 기타 기하형상일 수 있다. 각 부표(31)는 사이즈가 다른 예를 들어 외곽 치수가 서로 다른 부표(31)를 조합하여 사용할 수도 있다.
복수의 부체의 최외측의 몇개 부표(31) 내에, 예를 들어 폴리스티렌 발포 플라스틱과 같은 경질 비흡수성 재료(311)를 충전시키는 것이 바람직하다. 도면에 나타낸 구체적인 실시예에서, 좌우 양측 각각 4 개씩 총 8 개의 부표(31)를 충전시켜, 당해 8 개의 부표(31)에 의해 제공된 총 부력은 기본모듈 전체의 자중에 해당하는 배수량의 약 1.2 배이다. 이에 의해, 기본모듈은 충돌, 좌초에 의한 부체 하우징 파손이 발생된 경우에도 8 개의 충전된 부표 (31)가 부력 상실되지 않으며, 따라서 부체의 부력 상실에 의한 기본모듈의 전복 또는 침몰이 발생되지 않기 때문에 실용가치가 크다.
또한 부표(31)는 스트립 형상에 한정되지 않으며, 다른 하나의 실시예에서 하부 복수 부체(3)는 분산하여 설치된 복수의 독립적인 부체를 포함할 수 있으며, 부체의 형태는 원구형체, 타원체 등 기본모듈에 적용할 수 있는 생각할 수 있는 다양한 형상일 수 있다.
또한, 또 다른 실시예에서, 하부 복수 부체(3)는 다양한 형태의 부체의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 스트립 형상 부표로 이루어진 하부 복수 부체(3)에 기초하여 분산 설치된 복수의 독립적인 부체를 더 포함할 수 있으며, 부체의 형상은 원구형체, 타원체 등 기본모듈에 적용할 수 있는 생각할 수 있는 다양한 형상일 수 있다.
또한, 제1 방향의 연결구조(21)의 각 부체는 파손된 경우에도 침수되지 않고 복원 모멘트를 제공할 수 있도록 경질 비흡수성 재료가 충전될 수 있다. 또한, 모든 부표(31)에 경질 비흡수성 재료가 충전될 수 있고, 마찬가지로 부표(31)의 경우, 외주 측의 부체식 연결구조에만 경질 비흡수성 재료가 충전될 수 있다. 이에 따라 기본모듈의 안전성을 크게 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 대형 기본모듈에 있어서, 수선이 작은 제1 방향의 연결구조 (21)가 하부 복수 부체(3)에 결합되어 파랑에 대한 수선면 가벼한 부체 구조를 형성하여, 파랑하중을 효과적으로 감소시켰다.
본 발명의 실시예에서, 기본모듈에는 구동장치 및 방향제어장치가 설치되고, 구체적으로 각 부표(31)에 복수의 추진장치(4)가 설치되고, 이러한 추진장치(4)는 전방위 추진기를 적용할 수 있다. 극단적 해황을 피해야 할 경우, 기본모듈은 전향 및 급속 항주할 수 있고, 항주 속도가 10 노트에 달할 수 있다. 복수의 전방위 추진기(4)의 협동에 의해 자동 위치 확인 기능을 실현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 기본모듈은 전체적으로 강성의 상부구조(1), 중간 연결구조(2) 및 하부 복수 부체(3)를 포함하고, 단면 전체가 "工"자 형태에 가깝다. 상부구조는 "工"자 형태 단면의 상부 플랜지에 해당하며, 하부 복수 부체(3)는 "工"자 형태 단면의 하부 플랜지에 해당하며, 중간 연결구조(2)는 "工"자 형태 단면의 복부판에 해당한다. 합리적인 구조 설계를 통해, 예를 들어, 기본모듈의 중립축 횡단면의 관성모멘트에 대한 하부 복수 부체(3)의 단면면적 및 상부구조(1)의 단면면적의 공헌은 대체 같으며, 하부 복수 부체(3) 단면의 관성모멘트와 상부구조(1)의 단면의 관성모멘트가 대체 같으며, 당해 기본모듈의 중립축을 기본모듈의 중부 위치에 설계할 수 있다. 이에 따라 상부구조(1), 하부 복수 부체(3)(강재) 보두 최고 효율로 작용할 수 있으며, 최소 강재 사용량으로 최대 강도 (인장, 가압, 굽힘, 전단, 비틀림 등의 종합 작용에 대항 )를 획득할 수 있기 때문에 구조 재료 (강재)의 활용도를 크게 향상시킨다.
단일 기본모듈의 길이방향의 치수가 400m이상이고, 과학적이고 합리적인 설계에 의해 그 사이즈가 약 600-800m에 달할 수 있다. 기본모듈 자체가 대형 해양 부유식 구조물이며, 2 개의 기본모듈은 일자척으로 연결되면 천미터급 초대형 해상부유식 구조물 (VLFS)을 형성할 수 있다.
도 19 내지 도 20과 같이 예시적인 실시예에서, 각 기본모듈의 수선부, 수미부 및 / 또는 현측에 연결을 위한 2 개 이상의 케이블 견인 장치 (11)가 설치될 수 있다. 도 19, 도 20에 예시한 바와 같이, 상부구조(1)의 수선부, 수미부의 단면에 각각 2 개의 케이블 견인 장치 (11)가 설치되어 있다. 예를 들어, 케이블 견인 장치 (11)는 주로 호이스트, 잠금 장치 및 케이블(13) 등 부품을 포함한다. 기본모듈의 수선부, 수미부의 단면에 삼각형의 레이아웃의 케이블 견인 시스템을 형성하도록, 수선부, 수미부의 제1 방향의 연결구조(21)의 하부에 각각 1 개의 케이블 견인 장치 (11)가 설치된다. 또한, 케이블 견인 시스템의 레이아웃은 다른 조합에 의해 형성될 수 있다. 도 20과 같이, 위의 방식으로 현측에 가로 케이블 견인 시스템을 형성할 수 있다.
도 19 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 기본모듈의 수선부, 수미부 및 / 또는 현측에 모듈사이를 연결 또는 분리하기 위한 연결장치 (12)가 설치된다. 연결장치 (12)는 전자기적 연결장치 또는 기계적 연결장치일 수 있고, 이 두 가지의 조합일 수 있다. 연결장치 (12)는 상부구조(1) 또는 하부 부체구조(3)의 수선부, 수미부 및 / 또는 현측 또는 두 가지의 조합일 수 있으며, 기본모듈 사이의 강성 연결을 실현한다. 또한, 연결장치 (12)의 수량 및 위치를 원하는대로 설정할 수 있으며, 또한 수요에 따라 힌지로 연결될 수도 있다.
도 31 내지 도 32와 같이 기본모듈의 연결은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 두 기본모듈의 케이블 견인 장치 (11)가 케이블(13)을 통해 연결된다. 다음 2 개의 기본모듈의 전방위 추진기(4)가 서로 반대 방향으로 추진하여, 케이블 (13)이 팽팽하기 시작하고, 두 기본모듈이 서로 멀어지는 것을 제한한다. 또한, 호이스트를 작동시킴으로써 인장력(T)이 추진력 (F)보다 크도록 케이블 (13)을 계속 감아, 두 기본모듈의 각 연결장치 (12)가 서로 결합할 때까지 2 개의 기본모듈을 서로 접근시켜, 각 연결장치 (12)의 잠금을 이룬다.
연결할 때, 케이블의 팽팽함이 지속되도록 두 기본모듈의 전방위 추진기(4)가 지속적으로 서로 반대 방향으로 추진되도록 요구한다. 케이블 견인 장치(11)의 인장력 (T) 및 추진기(4)의 반향 추잔력 (F)을 제어하여 2 개의 기본모듈이 제어받는 상태에서 서로 접근되는 것을 실현함과 동시에, 기본모듈 사이의 위치확인 및 방향 안내를 실현한다. 따라서 큰 질량을 가진 기본모듈 사이의 접촉 하중을 최소화하고 접촉 하중이 모듈 구조에 대한 파손을 피한다.
도 24 내지 도 26에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예에 비해 본 발명의 또 다른 실시예의 차이점은 중간 연결구조(2)는 제 2 방향의 연결구조 (22)를 더 구비하고, 제 2 방향의 연결구조 (22)는 수평으로 설치된 보 구조이며, 강판을 용접하는 것을 통해 구성될 수 있으며, 내부에 선실 구획판 또는 보강판이 설치될 수 있다. 또한, 예컨대 도 19 내지 도 21에 나타낸 실시예에서, 인접한 부표(31) 사이에 복수의 제 2 방향의 연결구조 (22)가 연결되고, 제 2 방향의 연결구조(22)가 부표(31)의 세로방향을 따라 간격을 두고 복수개 설치된다. 또한 부표(31)의 연장방향에 수직되는 연결대를 포함할 수도 있으며, 부표(31)의 연장방향과 교차하는 연결대를 포함할 수 있다. 제 2 방향의 연결구조 (22)는 중공의 밀폐구조인 연결대일 수 있고, 연결대의 단면은 물방울 형태, 날개 형태 또는 다른 유선형태로 형성될 수 있으며, 항주시의 저항을 줄이기 위해, 상기 연결대의 단면 형상을 수평면에 평행하도록 형성할 수 있다. 연결대는 전체가 각 부표(31)에 연결되어 부표 (31)에 용접, 코킹 또는 나사연결 방식으로 고정연결될 수도 있다, 또한 연결대 전체를 각 부표(31)에 삽입하여 각 부표(31)의 구조 보에 연결될 수 있다. 연결대 대신 연결 날개 등의 연결구조를 적용할 수도 있다. 연결대는 각 부표(31)에 수직으로 연결될 수 있고, 부표(31)에 경사지게 연결될 수 있다. 이와 같이 제 2 방향의 연결구조(22)를 이용하여 하부 복수 부체(3)의 구조 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 19 내지 도 21에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르는 구체적인 실시예는 다음과 같다.
도면에 예시한 바와 같이, 당해 기본모듈의 사용 해역에서 가능하게 나타날 수 있는 최대 파고 통계값이 약 22m이다. 당해 기본모듈의 상부구조는 3 층 갑판인 박스 구조로 설계되어, 당해 기본모듈의 고강도 갑판을 구성한다. 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이, 상부구조의 길이는 600m, 폭은 151m, 높이는 13m로 할 수 있다. 따라서, 9.06 만m²의 상부면 전통갑판 및 27.18 만m²의 상부 선실을 제공할 수 있다.
당해 기본모듈의 하부 복수 부체(3)는 형태이 동일하면서도 서로 독립적으로 세로방향으로 설치된 11 개의 부표(31)(스트립 형상의 부체이라고도 함)을 포함 기본모듈 전체에 부력을 제공한다. 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이, 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)의 횡단면은 동일한 둥근 사각형으로 설계될 수 있고, 각 부표(31) 길이는 600m, 높이는 11.5m, 최대 폭은 8.8m, 부표(31) 사이의 간격은 6m로 설정한다. 11 개의 부표(31)의 외부 테두리 사이의 분포 간격을 151m로 설정할 수 있으며, 복수의 부체는 총 약 667000m3의 배수 용적을 제공한다. 복수의 부체의 수선면적의 합은 57800m2달할 수 있다. 기본모듈의 최대 배수량이 약 410000 톤이고 그중 자중이 약 190,000 톤이며, 설계 재화중량이 약 20 만 톤이다. 설계 만재 상태일 경우, 흘수는 약 7.3m이며, 공선 때의 흘수는 약 4.8m이다. 공선와 만재 사이의 흘수 변화가 약 2.5m이다. 공선 시의 기본모듈의 무게 중심 (G)에서 정수면까지의 높이 (H)가 약 25m이다. 당해 기본모듈의 복수의 부체의 폭 방향의 분포 치수는 상기 기본모듈이 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 6.04 배이다.
설계파 (수정후의 사인파) 높이가 22m이며, 파장이 621m 일 때, 부체의 최대 총 수직 휨모멘트의 예측값이 약 9.76E10NM이다. 중앙부의 최대 구조응력이 약 220MP (허용응력이 320MP)이며, 구조 전체의 굴절이 약 1/500이며, "강체"의 규정을 충족한다.
제1 방향의 연결구조 (21)는 둥근 직사각형으로 형성되는 중공인 기둥체이며 길이는 약 10m이고 너비는 약 6m이며 높이는 약 28m 이다. 제1 방향의 연결구조(21)의 횡단면 면적이 60m2이다. 각 스트립 형상의 부체에 15 개의 제1 방향의 연결구조 (21)가 동일한 간격으로 설치되고 11 개의 부체에 총 165 개가 설치된다. 따라서, 총 횡단면 면적은 약 9900m2이고 복수의 부체 수선면의 17.1 %를 차지한다.
당해 기본모듈에서 1개의 부표(31)의 체적가 60720m3이며, 기본모듈의 총 무게에 해당하는 배수 용적이 410,000m3이기 때문에, 최외측 8 개의 부표(31)의 내부 공간에 경질 비흡수성 재료(311) 가 충진되는 경우, 배수 용적이 약 485760m3가 되고, 기본모듈의 총 무게에 해당하는 배수 용적보다 크다.
도 20과 같이, 각 부표(31) 수선부와 수미부에 각각 구동장치 및 방향제어장치 (4)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 도면에 나타낸 바와 같이, 수선부와 수미부에 각각 전기 추진 전방위 조타를 설치하여 총 22 대를 설치한다. 따라서 기본모듈를 위해 우수한 구동력과 전방위 제어능력을 제공한다.
또 하나의 구체적인 실시예
1. 요약
도 24, 도 25 및 도 26은 초대형 해상 기본모듈의 구조의 실시예를 도시한다. 당해 기본모듈은 바다에서의 항주에 적합하도록 설정되고 22 개의 전방위 추진기(4)에 의해 추진되는 해상 대형 기본모듈이다. 노천의 상갑판 또는 기타의 갑판에 대형화물, 헬리콥터, 컨테이너 등을 적재할 수 있으며, 또한 석유 저장, 냉장화물의 저장, 생활 시설 등을 제공할 수도 있다.
도면에 예시한 바와 같이, 당해 기본모듈의 사용 해역에서 가능하게 나타날 수 있는 최대 파고 통계값이 약 22m이다. 당해 기본모듈의 상부구조는 3 층 갑판인 박스 구조로 설계되어, 당해 기본모듈의 고강도 갑판을 구성한다. 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이, 상부구조의 길이는 600m, 폭 151m, 높이는 13m로 할 수 있다. 따라서, 9.06 만m²의 상부면 전통갑판 및 27.18 만m²의 상부 선실을 제공할 수 있다.
당해 기본모듈의 하부 복수 부체(3)는 형태 동일하면서도 서로 독립적으로 세로방향으로 설치된 11 개의 부표(31)(스트립 형상의 부체라고도 함)을 포함하고, 기본모듈 전체에 부력을 제공한다. 예를 들어, 도면에 나타낸 바와 같이, 하부 복수 부체(3) 각 부표(31)의 횡단면은 동일한 둥근 사각형으로 설계될 수 있고, 각 부표(31) 길이는 600m, 높이는 11.5m, 최대 폭은 8.8m, 부표(31) 사이의 간격은 6m로 설정할 수 있다. 11 개의 부표(31)의 외부 테두리 사이의 분포 간격은 151m로 설정할 수 있으며, 복수의 부체는 총 약 667000m3의 배수 용적을 제공한다. 복수의 부체의 수선면적의 합은 57800m2 달할 수 있다. 기본모듈의 최대 배수량이 약 410,000 톤이고 그중 자중이 약 200,000 톤이며, 설계 재화중량이 약 20 만 톤이다. 설계 만재 상태일 경우, 흘수는 약 7.5m이며, 공선 때의 흘수는 약 5m이다. 공선와 만재 사이의 흘수 변화가 약 2.5m이다. 공선 시의 기본모듈의 무게 중심(G)에서 정수면까지의 높이 (H)가 약 25m이다. 당해 기본모듈의 복수의 부체의 폭 방향의 분포 치수는 상기 기본모듈이 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 6.04 배이다.
설계파 (수정후의 사인파) 높이가 22m이며, 파장이 621m 일 때, 부체의 최대 총 수직 휨모멘트의 예측값이 약 9.76E10NM이다. 중앙부의 최대 구조응력이 약 220MP (허용응력이 320MP)이며, 구조 전체의 굴절이 약 1/500이며, "강체"의 요건을 충족한다.
제1 방향의 연결구조 (21)는 둥근 직사각형으로 형성되는 중공인 기둥체이며 길이는 약 10m이고 너비는 약 6m이며 높이는 약 28m 이다. 제1 방향의 연결구조(21)의 횡단면 면적이 60m2이다. 각 스트립 형상의 부체에 15 개의 제1 방향의 연결구조 (21)가 동일한 간격으로 설치되고 11 개의 부체에 총 165 개가 설치된다. 따라서, 총 횡단면 면적은 약 9900m2이고 복수의 부체 수선면의 17.1 %를 차지한다. 중간 연결구조(2)는 제 2 방향의 연결구조 (22)를 더 구비하고, 제 2 방향의 연결구조 (22)는 수평으로 설치된 보 구조이며, 강판을 용접하는 것을 통해 구성될 수 있으며, 내부에 선실 구획판 또는 보강판이 설치될 수 있다.
당해 기본모듈에서 1개의 부표(31)의 체적가 60720m3이며, 기본모듈의 총 무게에 해당하는 배수 용적이 410,000m3이기 때문에, 최외측 8 개의 부표(31)의 내부 공간에 경질 비흡수성 재료(311)가 충진되는 경우, 배수 용적이 약 485,760m3가 되고 기본모듈의 총 무게에 해당하는 배수 용적보다 크다.
도 20과 같이 각 부표(31) 수선부와 수미부에 각각 구동장치 및 방향제어장치 (4)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 도면에 나타낸 바와 같이, 수선부와 수미부에 각각 전기 추진 전방위 조타를 설치하여 총 22 대를 설치한다. 따라서 기본모듈를 위해 우수한 구동력과 잔방향 제어능력을 제공한다.
특별한 한정이 없는 한 본 발명에 사용되는 용어는 당업자가 일반적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 본 발명에 설명되는 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위를 한정하고 하는 것은 아니다. 당업자에게 본 발명의 범위내에서 각종 기타 대체, 변경 및 개선할 수 있기 때문에, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구항에 준한다.

Claims (27)

  1. 하부 복수 부체, 상부구조 및 중간 연결구조를 포함하고,
    상기 하부 복수 부체는 수평으로 설치된　3 개 이상의 스트립 형상의 부체를 포함하고, 각 부체 사이는 일정한 간격을 가지며, 각 부체의 배수 용적의 합계는 상기 수상부유식 구조의 만재 상태 시의 배수 용적보다 크고,
    상기 상부구조는 프레임 구조 또는 박스 구조이며,
    상기 중간 연결구조는 적어도 수평면과 사귀는 제1 방향의 연결구조를 포함하고, 상기 제1 방향의 연결구조는, 상부 방향으로 연장되며 예비부력을 제공하는 복수의 부체를 포함하며, 각 상기 스트립 형상의 부체에 3 개 이상의 상기 제1 방향의 연결구조가 연결되고, 상기 제1 방향의 연결구조의 각 부체의 수평 단면 폭이 대응하는 상기 스트립 형상의 부체의 폭보다 작고, 상기 중간 연결구조는 상기 하부 복수 부체 및 상기 상부구조와 연결되며,
    상기 하부 복수 부체는, 각 부체의 단면의 최대 높이 치수 모두가 적용 수역의 최대 파고 높이의 1/2 보다 작고, 상기 복수의 부체 중의 서로 인접하는 부체 사이의 순간격은 서로 인접하는 2개의 부체 중 폭 치수가 큰 부체의 단면 폭 치수의 0.5 배보다 크며,
    상기 대형 수상부유식 구조의 하부 복수 부체는 수평방향에서의 길이 및 폭 분포 치수가 상기 수상부유식 구조의 공선 시의 무게 중심의 정수면부터의 높이의 4배 이상인 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 복수 부체는 적어도 하나의 방향에서 외곽 치수가 150m보다 큰 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 복수 부체는, 최대 폭 치수가 단면의 최대 높이 치수의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부 복수 부체는 각 부체의 총 체적이 부유식 구조의 만재 시의 총 무게에 해당하는 물의 체적의 2 배보다 작은 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
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  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수상부유식 구조에 구동장치 및 방향제어장치가 장착되는 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 복수 부체 중에서 외측에 위치하는 일부 부체의 내부에 복수의 수밀 격리실이 형성되거나 내부에 경질 비흡수성 재료가 충전되고, 상기 일부 부체의 배수 용적의 합계는 당해 부유식 구조의 만재 시의 총 무게와 동일한 양의 물의 체적보다 크고, 및 / 또는
    상기 중간 연결구조의 외측에 위치하는 일부 부체의 내부에 복수의 수밀 격리실이 형성되거나, 내부에 경질 비흡수성 재료가 충진되는 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 방향의 연결구조는 수평방향에서의 전체 단면적이 상기 하부 복수 부체의 정수 홀수선 면적의 약 10 % 내지 30 % 인 것을 특징으로 하는 대형 수상부유식 구조.
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