KR102518321B1 - 캐소드 보호부를 갖는 기초구조물 인터페이스 디바이스 - Google Patents

캐소드 보호부를 갖는 기초구조물 인터페이스 디바이스 Download PDF

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KR102518321B1
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Abstract

본 발명은, 갈바니 부식의 문제를 회피하는 기초구조물 인터페이스에 관한 것이다. 일 양태에 따르면, 본 발명은 제1 금속으로 만들어진 벽들을 가지는 해양 기초구조물 또는 구조물의 벽(22)에서의 개구에 맞물리도록 배열되는 기초구조물 인터페이스 디바이스(20)를 제공한다. 인터페이스 디바이스는 개구의 내측에 맞물리도록 배열되는 치형부들 또는 아암들(24, 44)을 갖는다. 치형부들 또는 아암들(24, 44)에는 갈바니 보호 수단(30, 32, 34, 38)이 제공된다. 일 양태에 따르면, 갈바니 보호 수단(30, 32, 34, 38)은 치형부들 또는 아암들(24, 44) 상에 배열되는 비금속성 접촉 부재를 포함하며, 여기서 비금속성 부재는 개구의 내측과 접촉한다. 일 양태에 따르면, 비금속성 접촉 부재는 세라믹 재료로 만들어진다.

Description

캐소드 보호부를 갖는 기초구조물 인터페이스 디바이스
본 발명은 케이블들(cables) 및 플렉서블들(flexibles)에 관한 것이며, 특히 해저 케이블들이 해양 구조물에 진입하는 풀-인(pull-in) 인터페이스 디바이스들에 관한 것이다.
케이블들(cables), 특히 해양 산업(offshore industry)에서 사용되는 케이블들은 극도로 길고 무거울 수 있다. 케이블들은 종종 하나의 위치로부터 다른 위치로 당겨져야 해서, 수톤까지의 큰 당김 힘들을 요구한다. 케이블들은 종종 환경 및 물리적인 충격들로부터 보호되어야 하며, 그리고 특정한 적용들에서, 케이블들은 케이블과 함께 당겨지고 구조물에 고정되는 보호 도관 내측에 동심으로 배열된다. 이러한 적용의 일 예는 해양 풍력 터빈들, 변전소들(transformer stations) 및 유사한 것 사이에서 이어지는 케이블들이다. 이러한 적용의 다른 예는 해양 채유 플랫폼들(offshore production platforms) 사이에서 이어지는 플렉서블들이다.
이러한 적용에서, 도관이 케이블 배열체의 중량에 의해, 전류들 또는 다른 힘들에 의해, 기초구조물 밖으로 뒤로 당겨지지 않는 것을 보장하기 위해, 도관이 기초구조물의 진입 지점에 고정되는 것이 요망된다. 이러한 문제에 대한 종래 기술의 해결책은 EP2329174에 개시된다. 이 출원서에서 나타나는 바와 같이, 잠금가능한 풀-인 부재(lockable pull-in member)는 도관의 단부에 배열된다. 풀-인 부재는 이의 선단 단부에서 가요성 굽힘 제한 섹션, 및 이의 말단 단부에서 잠금 세그먼트를 포함한다. 가요성 굽힘 제한 섹션은 중합체 재료로 제조되는 반면, 잠금 세그먼트는 진입 홀보다 더 큰 직경을 가지는, 이의 기초구조물에 받침 부분을 갖는 강성의 원통형 강체의 형태이다. 잠금 세그먼트는 받침 부분의 전방의 소정의 거리만큼 이격되는 복수의 편향된, 스프링-로딩된 핑거들(biased, spring-loaded fingers)을 더 포함한다. 연장된 포지션에서 편향되는 핑거들은, 도관이 구조물 밖으로 뒤로 당겨지는 것을 방지하기 위해 개구의 내측에 맞물리도록 스프링 아웃한다(spring out).
기초구조물 풀-인 인터페이스의 다른 예는, 2016년 6월 9일자로 출원된 US 62/347367으로부터의 우선권을 주장하는, PCT/EP2017/063695에서의 본 출원인에 의한 발명이며, 이의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다. 그 문헌에서 설명된 바와 같이, 본 명세서는 케이블이 배열되는 가요성의 세장형의 원통형 도관의 선단 단부에 대한 연결을 위한 세장형 풀-인 부재를 포함하는 기초구조물 인터페이스 디바이스를 제공한다. 풀-인 부재는 길이 방향의 중심 보어를 갖는다. 풀-인 부재의 말단 단부에서, 미끄럼가능한 슬리브는 풀-인 부재의 둘레에 배열된다. 미끄럼가능한 슬리브는 풀-인 부재의 길이 방향으로 미끄러지도록 배열된다. 미끄럼가능한 슬리브는 이의 기초구조물에 받침 부분을 가지며, 받침 부분은, 풀-인 디바이스가 당겨질 수 있는 기초구조물의 개구보다 직경이 더 크다. 미끄럼가능한 슬리브는 링키지(linkage)에 의해 이의 전방 단부에서 연장가능한 치형 부재들에 연결되며, 이에 의해 슬리브의 길이 방향 이동은 치형 부재들의 측 방향 연장부로 전달되며, 이 치형 부재들은, 인터페이스 디바이스가 밖으로 당겨지는 것을 방지하기 위해 기초구조물의 개구의 내측에 맞물린다.
전술된 인터페이스 디바이스들이 삽입된 해양 기초구조물들은 전형적으로 금속, 예컨대 탄소 강으로 만들어진다. 개구의 내측에 맞물리는 전술된 인터페이스 디바이스들의 치형부들 또는 아암들은 마찬가지로 금속으로 만들어진다. 해수의 염분이 함유된 환경 때문에, 인터페이스의 치형부들과 기초구조물의 내측 벽 사이의 금속 대 금속 접촉은 갈바니 부식(galvanic corrosion)(또한, 이종금속 접촉부식(bimetallic corrosion)으로 불림)을 유발시킬 것이다. 이러한 인터페이스 디바이스들이 종종 20년 이상의 예상되는 수명을 가지기 때문에, 이러한 갈바니 부식은 개구의 주변에서 벽 구역을 약화시킬 수 있다. 해저 케이블들로부터의 가끔의 극도의 당김 힘들로 인해, 이는 인터페이스 디바이스의 치명적인 고장으로 이어질 수 있다.
본 발명은 갈바니 부식의 문제를 회피하는 기초구조물 인터페이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 일 양태에 따르면, 본 발명은 제1 금속으로 만들어진 벽들을 가지는 해양 기초구조물 또는 구조물의 벽의 개구에 맞물리도록 배열되는 기초구조물 인터페이스 디바이스를 제공한다. 인터페이스 디바이스는 개구의 내측에 맞물리도록 배열되는 치형부들 또는 아암들을 갖는다. 치형부들 또는 아암들에는 갈바니 보호 수단이 제공된다.
일 양태에 따르면, 갈바니 보호 수단은 치형부들 또는 아암들 상에 배열되는 비금속성 접촉 부재를 포함하며, 여기서 비금속성 부재는 개구의 내측과 접촉한다.
일 실시예에서, 비금속성 부재(I)는, 알루미늄 산화물(Al2O3) 세라믹, 예를 들어 Frialit®F99.7과 같은 세라믹 재료로 만들어진다. 대안적인 재료들은 지르코니아(Zr02), 실리콘 카바이드(SIC), 실리콘 나이트라이드(SI3N4) 또는 마그네시아 부분 안정화 지르코니아(Magnesia partially stabilized Zirconia)(Zr02, MgO)의 세라믹들을 포함한다.
일 양태에 따르면, 세라믹 접촉 부재는 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부로 통합되는 하나 이상의 세라믹 볼들이다. 다른 양태에 따르면, 세라믹 접촉 부재는 치형부들 또는 아암들의 최상부로 통합되는 세라믹 로드이다. 또 다른 양태에 따르면, 세라믹 접촉 부재는 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부 상의 캡 또는 커버이다.
제2 실시예에서, 비금속성 접촉 부재는 고무, 폴리우레탄, 탄성 중합체(elastomeric polymer), 에폭시 등으로 만들어진다.
제3 실시예에서, 전체 치형부들 또는 아암들은 비금속성 재료로 만들어진다.
제4 실시예에서, 치형부들 또는 아암들은 기초구조물 벽들과 동일한 금속 재료로 만들어진다.
다른 양태에 따르면, 이전의 실시예들 중 임의의 실시예와 함께 사용하여, 본 발명은, 플랩들이 후퇴된 포지션에 있을 때 치형부들 또는 아암들 위에 배열되는 플랩들을 가지는 탄성의(elastomeric) 피복을 제공한다. 플랩들은 치형부들 또는 아암들 위에 배열되어, 치형부들 또는 아암들이 연장할 때, 플랩들은 바깥쪽으로 밀릴 것이고, 그리고 아암들의 최상부와 벽 개구의 내측 사이에 끼워넣어지게 될 것이다. 이러한 양태는 1차 갈바니 보호 수단, 또는 이전의 실시예들 중 실시예에 대한 부속물(supplement)일 수 있으며, 이에 의해 부가의 보호를 제공하는 범퍼로서 기능한다.
제5 실시예에서, 인터페이스 디바이스의 치형부들 또는 아암들은, 그의 원주부 주위에 간격을 두고 내장되는 비금속 접촉 부재를 가지는 리테이닝 링으로 교체된다.
갈바니 보호 접촉 부재의 부가의 기능(상이한 갈바니 전위(galvanic potential)의 금속들 사이의 절연을 제공하는 것과는 다름)은, 하중들이 높을 때 접촉 지점으로서의 역할을 할 수 있으며, 그리고 접촉 표면들은 작은, 비균일하거나, 공지되지 않은/가변 각도를 갖는다. 갈바니 보호 재료는 작은 구역들 상에서 높은 충격 힘들에 대해 노출될 것이다. 갈바니 보호 재료는 또한, 피크 하중들을 완충하고 이에 의해 감소시키는 것을 제공할 수 있다.
보호 재료가 설치된 기계적인 부품(예를 들어, 리테이닝 치형부들 또는 아암들)은 통상적으로 고력강(high-strength steel)으로 만들어진다. 기계 부품은 또한 (부분적으로 또는 완전하게) 보호 재료 자체로 만들어질 수 있다.
금속 부품에서 보호 부재의 설치는 수개의 방식들로 이루어질 수 있다. 세라믹 볼들이 사용된다면, 시트는 금속 부품에 대한 하중들의 양호한 분배를 제공하기 위해 볼과 동일한 형상을 갖는다. 볼은 크림프-칼라(crimp-collar), 용접된 링, 스레드형 링(threaded ring), 볼트형 플랜지(bolted flange) 또는 접착제를 사용하여 대응하는 홀에 고정될 수 있다. 하중의 방향이 시트 상에 있고 그리고 볼을 금속 부품에 고정하는 디바이스 상에 있지 않는 것이 중요하다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부로 통합되는 세라믹 볼을 가지는 본 발명의 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 단면도이다.
도 3은 도 2로부터의 상세 단면도이다.
도 4는 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부로 통합되는 세라믹 볼을 가지는 대안적인 실시예의 상세 사시도이다.
도 5는 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부로 통합되는 세라믹 팁 또는 캡을 갖는 대안적인 실시예의 상세 사시도이다.
도 6은 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부로 통합되는 볼 또는 로드를 예시하는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 치형부들 또는 아암들의 최상부 단부로 통합되는 복수의 세라믹 볼들을 가지는 대안적인 실시예의 사시도들이다.
도 8a 및 도 8b는, 각각 세라믹 볼을 가지고 그리고 세라믹 볼을 가지지 않는 실시예들과 사용되는 플랩들을 갖는 탄성 슬리브를 도시하는 사시도이다.
도 9는 통합된 세라믹 볼들을 갖는 리테이닝 링을 가지는 대안적인 실시예의 사시도이다.
도 10은 도 9의 단면도이다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, 일 양태에 따른 본 발명은 구조물의 수중 벽(22)의 개구를 통과하도록 배열되는 기초구조물 인터페이스 디바이스(20)를 제공한다. 이러한 구조물들의 예들은, 예를 들어, 해양 풍력 터빈의 기초구조물 또는 유사한 해양 기초구조물을 포함한다. 인터페이스 디바이스는 통상적으로 구조물의 내부 내로의 케이블의 진입을 위한 풀-인 디바이스로서 사용된다. 이러한 인터페이스 디바이스들은, 케이블이 인터페이스 디바이스를 개구 밖으로 당기는 것을 방지하기 위해 개구의 내측 벽에 맞물리는 수단을 갖는다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, 이러한 수단은, 이 수단이 개구로 당겨질 때, 인터페이스 디바이스의 통상적으로 원통체로부터 바깥 방향으로 연장하도록 배열되는 복수의 치형부들 또는 아암들(24)일 수 있다. 도 1에서 도시되는 실시예에서, 치형부들 또는 아암들(24)은, 치형부들 또는 아암들(24)을 가동 슬리브(26)에 연결시키는 링키지(linkage)를 통해 연장한다. 슬리브(26)의 말단 단부에서, 받침부(28)는 개구보다 더 큰 직경을 갖는다. 인터페이스 디바이스는, 받침부(28)가 벽(22)의 외부 측과 접촉하게 될 때까지, 기초구조물로 당겨진다. 추가의 당김 힘들은 치형부들 또는 아암들(24)이 이들의 연장된 포지션으로 회전되는 것을 허용한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 치형부들 또는 아암들(24) 중 하나 이상은 때때로 벽(22)의 내부 측과 접촉할 것이다. 벽(22)은 통상적으로 제1 금속, 예를 들어, 탄소 강으로 제조된다. 치형부들 또는 아암들(24)은 통상적으로 제2 금속, 예를 들어 고력강으로 제조된다. 2개의 금속들이 상이한 갈바니 전위를 가지는 상이한 재료를 가지기 때문에, 2개 사이의 갈바니 부식의 위험이 존재한다. 따라서, 치형부들 또는 아암들은, 이들의 단부들에 배열되고, 치형부들 또는 아암들의 금속성 부분 대신에, 비금속성 접촉 부재가 내부 벽과 접촉하게 되도록 포지셔닝되는 비금속성 접촉 부재를 포함한다.
도 1에서 도시되는 실시예에서, 접촉 부재는 세라믹 볼(30)이다. 도 2 및 도 3은 세라믹 볼(30)과 벽(22) 사이의 접촉 지점을 예시한다.
도 4에서 도시되는 실시예에서, 비금속성 접촉 부재는 세라믹 로드(32)이다.
도 5에서 도시되는 실시예에서, 비금속성 접촉 부재는 치형부들 또는 아암들(24)의 단부에 배열되는 캡 또는 팁(34)이다.
세라믹 볼(30) 또는 세라믹 로드(32)는 도 6에서 도시되는 바와 같이 아암들(24)의 단부로 통합된다. 일 양태에 따라, 볼은 오목부에 배열되며, 이 때 치형부들 또는 아암들(24)의 단부는 볼을 제자리에 유지하기 위해 볼에 대해 클림핑된다(crimped). 대안적으로 볼 또는 로드는 당 분야에서 공지된 아교접착 또는 다른 수단들에 의해 부착될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 치형부들 또는 아암들(24)의 단부들로 통합되는 복수의 세라믹 볼들(30)을 예시한다.
일 양태에 따라, 도 8a 및 도 8b에서 도시되는 바와 같이, 본 발명은 인터페이스 디바이스(중첩 아암들(24))의 원주부 주위에 배열되는 복수의 플랩들(38)을 가지는 슬리브(36)를 제공한다. 플랩들(38)은, 아암들(24)이 이들의 후퇴된 포지션일 때, 아암들(24) 위에 포지셔닝된다. 도 8a 및 도 8b로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 아암들(24)은 아암들이 연장함에 따라 플랩들(38)을 위로 가압할 것이며, 아암들과 벽(22)의 내측 사이에 플랩들을 끼워넣는다. 슬리브(36)는, 도 8a에서 도시되는 바와 같이 또는, 도 8b에서 도시되는 바와 같이, 아암들(24)이 접촉 부재를 가지지 않는 경우의 본 발명의 실시예에서, 접촉 부재를 포함하는 본 발명의 실시예들과 활용될 수 있다. 후자의 경우에, 플랩들의 재료는 갈바니 보호를 제공하며, 그리고 전자의 경우에, 플랩들은 접촉 부재를 보호하거나 쿠셔닝하는 적어도 범퍼 효과를 제공한다.
다른 양태에 따르면, 비금속성 접촉 부재는, 제1 금속성 부재가 제2 금속성 부재와 접촉하게 되는 임의의 상황에서 활용될 수 있다. 도 9 및 도 10은 금속성 부재(47)의 개구를 통과하는 원통체(40)를 도시한다. 원통체(40)에 부착되는 금속성 칼라(44)는, 원통체(40)가 금속성 부재(47)를 통해 당겨지거나 밀리는 것을 방지한다. 갈바니 부식을 방지하기 위해, 금속성 칼라(44)는 복수의 세라믹 볼(30)의 자신의 전방을 향하는 표면에서 통합된다.
접촉 부재의 세라믹 재료는, 재료가 주어진 적용의 힘들을 견딜 수 있는 한, 임의의 적합한 세라믹 재료일 수 있다. 이러한 세라믹 재료는 알루미늄 산화물(Al2O3) 세라믹(예를 들어, Frialit®F99.7)을 포함한다. 대안적인 재료들은 지르코니아(Zr02), 실리콘 카바이드(SIC), 실리콘 나이트라이드(SI3N4) 또는 마그네시아 부분 안정화 지르코니아(Zr02, MgO)의 세라믹들을 포함한다. 다른 비금속성 재료들, 예를 들어, 고무, 폴리우레탄, 탄성 중합체, 에폭시 또는 그 유사물은 또한 주어진 상황들에서 활용될 수 있다. 슬리브(36)는 임의의 적합한 가요성 재료, 예를 들어 탄성 중합체 재료, 플라스틱, 고무 등으로 만들어질 수 있다.

Claims (9)

  1. 기초구조물 인터페이스 디바이스(foundation interface device)(20)로서,
    상기 기초구조물 인터페이스 디바이스는 해저(subsea) 기초구조물의 벽(22)의 개구 내로 당겨지도록 배열되는 원통체를 포함하며, 상기 기초구조물 인터페이스 디바이스는, 상기 벽(22)의 내측 부분에 맞물려 이에 의해 상기 기초구조물 인터페이스 디바이스가 상기 개구 밖으로 뒤로 당겨지는 것을 방지하도록 배열되는 하나 이상의 연장가능한 아암 또는 치형부들(24, 44)을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 연장가능한 아암 또는 치형부들은, 상기 아암들 또는 치형부들의 단부에 배열되고 상기 벽의 내측 표면에서 상기 하나 이상의 연장가능한 아암 또는 치형부들 사이의 접촉 지점 또는 지점들로서의 역할을 하는 하나 이상의 세라믹 접촉 부재들(ceramic contact members)(30, 32, 34, 38)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기초구조물 인터페이스 디바이스(20).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 세라믹 접촉 부재는 상기 치형부들 또는 아암들의 단부의 소켓(socket)에 배열되는 세라믹 볼(ceramic ball)(30)인,
    기초구조물 인터페이스 디바이스(20).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 세라믹 접촉 부재는 세라믹 로드(ceramic rod)(32)인,
    기초구조물 인터페이스 디바이스(20).
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 세라믹 접촉 부재는 세라믹 캡(ceramic cap)(34)인,
    기초구조물 인터페이스 디바이스(20).
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아암들 또는 치형부들이 후퇴된 제1 포지션에 있을 때 상기 아암들 또는 치형부들 위에 배열되는 탄성의 가요성 재료(elastomeric flexible material)를 더 포함하며, 상기 재료는, 상기 아암들 또는 치형부들이 연장된 제2의 포지션에 있을 때 상기 아암들 또는 치형부들과 상기 벽의 내측 표면 사이에 끼워넣어지도록(sandwiched) 구성되는,
    기초구조물 인터페이스 디바이스(20).
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 세라믹 접촉 부재는 알루미늄 산화물(Al2O3) 세라믹, 또는 지르코니아(Zr02), 실리콘 카바이드(SIC), 실리콘 나이트라이드(SI3N4) 또는 마그네시아 부분 안정화 지르코니아(Magnesia partially stabilized Zirconia)(Zr02, MgO)의 세라믹들로 만들어진,
    기초구조물 인터페이스 디바이스(20).
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020197021285A 2016-12-21 2017-12-20 캐소드 보호부를 갖는 기초구조물 인터페이스 디바이스 KR102518321B1 (ko)

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