KR20110026147A - Ｔｌｐ에서의 텐던의 장력 조정장치 및 텐던 장력 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, TLP에서 텐던의 장력을 조정하기 위한 텐던 장력 조정장치에 관한신호것으로서, 신호에 따라 정방향 또는 역방향의 회전 운동을 발생시키는 모터와, 상기 텐던의 종단부에 설치되며, 상기 모터에 의한 정역 양방향의 회전을 병진 운동으로 변환해, 상기 텐던의 장력을 가변시키는 텐던 장력 조정부를 포함한다.

텐던, 길이 조정, 밸러스팅, 스크류

Description

ＴＬＰ에서의 텐던의 장력 조정장치 및 텐던 장력 제어 시스템{APPARATUS FOR ADJUSTING TENSION OF TENDON AND TENSION COTROL SYSTEM USING THE SAME IN TESNIONED LEG PLATFORM}

본 발명은 TLP(Tensioned Leg Platform)에서 텐던의 장력을 조절하는 장치 및이를 이용하는 장력 제어 장치 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 해양에서 가스 또는 석유를 생산하는 분야에서, 채굴 및/또는 시추용의 텐션 레그 플랫폼(tensioned leg platform; TLP) 등의 시추선이 알려져 있다. TLP는 비교적 심해에서 가스 또는 석유의 채굴 및 시추에 이용되고 있다. TLP는 해저에 앵커 고정된 파운데이션에 연결되는 수직 텐던(밧줄이라고도 하며 '테더(tether)'와 혼용함)을 이용하여 계류된다. 텐던은 부분적으로 잠수되어 있는 TLP 선체의 부력에 의해 인장된다.

통상, TLP는 수평 평저선의 선체 구조와 플랫폼을 지지하는 여러 개의 칼럼을 구비한다. 그러한 선체 구조는 칼럼 및 플랫폼에 부력을 제공한다. TLP는 텐던 과 파일(pile)에 의해 해저 바닥에 고정되며, 텐던에 있어서의 부력에 기인한 장력에 의해 정지 상태로 유지된다.

선체는 일반적으로 밸러스팅(ballasting) 설치 중에 안정성 요건을 충족시키도록 여러 개의 수밀(水密) 구획으로 분할되어 있다. TLP는 설치 중에 텐던에 장력을 가하여, 언제든지 설계 한계치 내에서 플랫폼을 유지하도록 디밸러스팅 된다.

디밸러스팅 작업은 TLP의 공진 주파수가 주변의 물의 고유 주기와 동일해지는 시간을 최소화하도록 신속하게 이루어진다. 디밸러스팅을 신속하게 하기 위해, TLP에는 통상 고용량 펌프를 수용하는 하나 이상의 펌프실이 마련된다. 그러나, 설치가 일단 완료되면, 단지 미미한 현장 마무리 조절만이 수행되기 때문에, 그러한 펌프들은 더 이상의 고용량일 필요는 없다.

사용이 제한된 대형 펌프를 영구적으로 설치하는 것에 대한 자본 투자를 최소화하기 위해, 대안적인 TLP 구조는 고용량의 수중 펌프(submersible pump)를 일시적으로 수용하도록 밸러스트 구획과 유통하는 단일의 케이슨(cassion)을 사용하고 있다. 원격 작동되는 대형 밸브가 선체의 하부에 위치하여, 특정 밸러스트 탱크로부터 펌프 케이슨으로의 흐름을 허용하거나 차단한다. 이러한 밸브 및 이와 관련된 설비 및 제어 장치는 검사, 유지보수, 수리 및/또는 교환을 필요로 하며, 그 결과 비용이 많이 들 수 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 제안되어진 기술 중 하나의 기술이 국제출원 PCT/US2004/005893호에 개제된 방식으로, 첨부한 도 1 및 도 2에 도시되어진 기술로서, 밸러스트 및 디밸러스트 시스템은 갑판(104) 및 선체(102)를 지지하는 4개의 칼럼(1, 2, 3, 4)을 구비하는 TLP(tension leg platform)(100)에 사용되는 것이 바람직하다. 선체(102)는 15개의 내부 밸러스트 탱크를 구비한다. 상기 선체(102)에서 가장 바깥쪽에 설치된 탱크는 4개의 영구 밸러스트 탱크(11, 21, 31, 41)이다.

상기 TLP를 텐던에 대해 예인 및 설치하는 데에 일시적으로만 사용되는 11개의 탱크가 선체(102) 내에 마련된다. 이러한 임시 밸러스트 탱크 중 4개(12, 22, 32, 42)는 상기 4개의 영구 밸러스트 탱크(11, 21, 31, 41)의 안쪽에 인접하여 위치하고; 4개의 임시 밸러스트 탱크(13, 23, 33, 43)는 각각 상기 칼럼(1, 2, 3, 4)의 베이스에 위치하며; 3개의 중앙 탱크는 베이스 중앙 탱크(5), 동쪽 윙 탱크(6) 및 서쪽 윙 탱크(7)이다.

상기 밸러스트 탱크는 TLP(100)의 4개의 칼럼(1, 2, 3, 4)을 통해 이용된다. 각각의 칼럼(1, 2, 3, 4)은 4개의 개별적인 펌프 케이슨(54)을 포함한다. 상기 펌프 케이슨은 외경이 20 인치이고, 강철 또는 복합 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

각 탱크는 하나의 펌프 케이슨(54)에 연결되며; 상기 케이슨은 상기 탱크의 방출 및 충전 모두에 사용된다. 칼럼 당 4개의 펌프 케이슨(54)이 있기 때문에, 하나의 펌프 케이슨(54)은 2개의 펌프 케이슨(54)과 연결된 상기 중앙 탱크를 제외한, 각각의 임시 또는 영구 밸러스트 탱크에 연결된다.

각 칼럼(1, 2, 3, 4) 내에 있어서, 상기 4개의 펌프 케이슨은 추가적인 구조 지지를 위해 단일 케이슨(52) 내에 집합적으로 수용된다.

상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 TLP의 밸러스트 및 디밸러스트 시스템은 TLP의 특성상 밸러스팅이 무너지는 경우 안정성을 상실할 수 있으므로 신속한 밸러스팅을 필요로 함에도 불구하고 밸러스트수(ballast water)의 양을 조절하여 구조물에 작용하는 잉여 부력을 조절하는 기존의 방식으로는 밸러스트수의 충진과 배출에 따른 시간적 지연으로 많은 작업 시간이 소요되며, 이러한 작업시간의 단축을 위해서는 추가적인 장치(ex. Buoyancy module)를 필요로 함에 따른 유지비용의상승이 문제점으로 제시되었다.

또한, 구조물의 수밀 격벽 각각에는 다수의 펌프와 파이프 및 이를 운영하기 위한 제반 시설들을 설치해야 하기 때문에 제작 및 설치 시에 원가의 상승 원인으로 작용하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, TLP에서 해당 텐던에 작용하는 텐션(tension)/ 프리텐션(pre-tension)을 신속하게 조절할 수 있는 텐던의 장력 조정장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 텐던의 종단부에 모터로부터 발생된 회전운동을 병진 운동으로 변환시키는 수단을 구비한 텐던의 장력 조절장치를 이용해, 주변 환경에 따라 적응적으로 해당 텐던에 작용하는 텐션/프리텐션을 제어하도록 하는 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템은, 해저에 앵커 고정된 파운데이션에 연결되는 복수의 수직 텐던의 장력에 의해 고정되는 부유체인 밸러스트 시스템으로서, 상기 부유체의 각 요부에 위치하며 해당 위치에서 부유체의 평형상태를 감지하는 다수의 평형상태감지부와, 상기 복수의 텐던의 장력을 감지하는 다수의 텐던장력감지부와, 상기 복수의 텐던에 대해 각각 일대일로 구비되며 입력되는 제어신호에 의해 해당 텐던에 걸리는 장력을 조절하는 텐던 장력 조정장치와, 상기 다수의 평형상태감지부 및 상기 다수의 텐던장력감지부로부터 실시간적으로 감지되어 입력되는 정보를 기준으로 평형상태 유지를 위해 장력을 조절하여야 하는 텐던과 그 조절정도에 따른 정보를 상기 텐던 장력 조정장치측에 입력시키는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템은, 상기 부유체에 부분적으로 구비되며, 해수의 유입과 배출을 통해 상기 부유체의 평형 상태를 유지하도록 하되, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 텐던 장력 조정장치를 통한 밸러스팅 동작을 보조하는 밸러스트수 제어 시스템을 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템은, 상기 텐던 장력 조정장치는 입력되는 제어신호에 의해 정방향과 역방향으로 회전하는 모터와; 대응하는 텐던의 종단부에 위치하며 상기 모터로부터 발생된 회전운동을 병진 운동으로 변환시켜 상기 텐던의 길이를 줄이거나 늘어나게 함으로써 텐던의 장력을 가변시키 는 장력가변부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템은, 상기 평형상태감지부는 자이로 센서를 사용하며, 상기 장력가변부는 스크류 잭을 사용하거나 혹은 모터와 턴버클의 조합을 사용한다.

본 발명의 다른 측면에 따라, TLP에서 텐던의 장력을 조정하기 위한 텐던 장력 조정장치가 제공된다. 상기 텐던 장력 조장장치는 신호에 따라 정방향 또는 역방향의 회전 운동을 발생시키는 모터와, 상기 텐던의 종단부에 설치되며, 상기 모터에 의한 정역 양방향의 회전을 병진 운동으로 변환해, 상기 텐던의 장력을 가변시키는 텐던 장력 조정부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 텐던 장력 조정부는 스크류 잭을 이용한 병진 운동에 의해 상기 텐던을 올리거나 내려 그 텐던의 길이를 조절한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 텐던 장력 조정부는 턴버클을 이용한 병진 운동에 의해 상기 텐던을 올리거나 내려 그 텐던의 길이를 조절한다.

본 발명은 기존 TLP의 밸러스트 시스템을 이용하여 프리텐션(pre-tension)을 조절하는 방법에 비해 텐션 컨트롤 시간을 현저히 줄일 수 있으며, 원격 제어가 가능한 장비를 선택함으로써 실시간 텐션 컨트롤이 가능하고, 더욱이 기존의 밸러스트 시스템과 펌프 시스템의 설치 개소를 최소화하여 제작/작업 원가를 줄 일 수 있 는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템의 블록 구성 예시도로서, 상기 TLP의 각 요부에 위치하며 해당 위치에서 TLP의 평형상태를 감지하는 자이로 센서로 이루어진 다수의 평형상태감지부(210)와, 상기 TLP의 위치고정을 위해 구비되어있는 복수의 텐던(통상적으로 4개 내지 16개: T)의 장력을 감지하는 다수의 텐던장력감지부(205)와, 상기 복수의 텐던에 대해 각각 일대일로 구비되며 입력되는 제어신호에 의해 해당 텐던(T)에 걸리는 장력을 조절하는 텐던 장력 조정장치(240)와, 상기 다수의 평형상태감지부(210) 및 상기 다수의 텐던장력감지부(205)로부터 실시간적으로 감지되어 입력되는 TLP의 평형상태 및 텐던들의 장력에 대한 정보를 기준으로 평형상태 유지를 위해 장력을 조절하여야 하는 텐던(T)과 그 조절정도에 따른 정보를 상기 텐던 장력 조정장치(240a 내지 240n: 240으로 통칭)측에 입력시키는 제어부(220); 및 상기 TLP 전체에 걸쳐 형성되었던 종래 기술과 달리 부분적으로 구비되며, 해수의 유입과 배출을 통해 상기 TLP의 평형 상태를 유지하도록 하되, 상기 제어부(220)의 제어에 의해 상기 텐던 장력 조정장 치(240)를 통한 밸러스팅 동작을 보조하는 밸러스트 수 제어 시스템(230)으로 구성된다.

이때 상기 텐던 장력 조정장치(240)는 입력되는 제어신호에 의해 정방향과 역방향으로 회전하는 모터(M)와; 대응하는 텐던(T)의 종단부에 위치하며 상기 모터(M)로부터 발생된 회전운동을 병진 운동으로 변환시켜 상기 텐던(T)의 길이를 줄이거나 늘어나게 함으로써 텐던(T)의 장력을 가변시키는 장력가변부(G)로 구성된다. 본 명세서의 상세한 설명 및 청구항에서 소개되는 텐던 장력 조정장치(240)는, 본 명세서에서 소개되는 텐던 장력 시스템으로의 이용에 매우 잘 부합되지만, 그러한 이용에 제한되어서는 아니되고, 텐던의 장력 조정이 요구되는 TLP에서 다양한 방식으로 이용될 수 있다는 것에 유의한다.

이때 상기 장력가변부는 스크류 잭을 사용하거나 혹은 모터와 턴버클의 조합을 사용하는 데, 첨부한 도 4에는 모터와 턴버클의 조합으로 이루어진 예를 도시하였으며, 첨부한 도 5에서는 스크류 잭을 사용한 예를 도시하였다.

상술한 바와 같이 장력가변부를 구현할 수 있는 이유는 TLP의 평형 상태를 유지하는데 필요한 텐던(T)의 길이변화의 폭은 1~2m의 길이조정으로 충분하기 때문이다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제어부(220)에서는 TLP의 각 요부에 위치하며 해당 위치에서 TLP의 평형상태를 감지하는 자이로 센서로 이루어진 다수의 평형상태감지부(210)와, 다수의 텐던 장력감지부(205)로부터 상시 실시간적으로 평형상태에 따른 감지신호와 텐던의 장력에 대한 감지신호를 입력받는다.

이때 임의의 시점에서 평형상태감지부(210)로부터 및/또는 상기 텐던장력감지부(205)로부터 임계범위를 벗어나는 불평형 상태에 따른 감지신호가 발생되면, 이를 감지한 제어부(220)에서는 각 평형상태감지부(210) 및 각 텐던장력감지부(205)에서 발생되는 신호를 기준으로 통상적으로 4개 내지 16개정도 구비되어지는 텐던(T)중 장력을 높이거나 낮추어야 할 대상을 선별한다.

이를 통해 선별된 평형상태 유지를 위해 장력을 조절하여야 하는 텐던(T)에 대응하는 텐던 장력 조정장치(240)측에 장력 조절의 정도에 따른 정보를 발생시키고, 밸러스트수 제어 시스템(230)측에 이를 통지한다.

상기 텐던 장력 제어 시스템(230)은 상기 TLP 전체에 걸쳐 형성되었던 종래 기술과 달리 부분적으로 구비되며, 밸러스트수(ballast water)의 유입과 배출을 통해 상기 TLP의 평형 상태를 유지하도록 하되, 상기 제어부(220)의 제어에 의해 상기 텐던 장력 조정장치(240)를 통한 밸러스팅 동작을 보조한다.

이때 상기 텐던 장력 조정장치(240)는 제어부(220)에서 입력되는 제어신호에 의해 모터(M)가 정방향과 역방향으로 회전하게 된다.

따라서 상기 텐던(T)의 종단부에 위치하며 상기 모터(M)로부터 발생된 회전운동을 병진 운동으로 변환시켜 상기 텐던(T)의 길이를 줄이거나 늘어나게 함으로써 텐던(T)의 전체 길이를 1~2m의 범위에서 조정하게 된다.

즉, 텐던(T)의 길이가 길어지면 장력이 줄어드는 것이며, 텐던(T)의 길이가 짧아지면 장력이 늘어나는 것이다.

이때 상기 장력가변부는 스크류 잭을 사용하거나 혹은 모터와 턴버클의 조합을 사용하는 데, 첨부한 도 4에는 모터와 턴버클의 조합으로 이루어진 예를 도시하였으며, 첨부한 도 5에서는 스크류 잭을 사용한 예를 도시하였다.

상술한 바와 같이 장력가변부를 구현할 수 있는 이유는 TLP의 평형 상태를 유지하는데 필요한 텐던(T)의 길이변화의 폭은 1~2m로 충분하기 때문이다.

이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 실시간적으로 텐션 컨트롤이 가능하기 때문에 텐션 컨트롤 시간을 현저히 줄일 수 있으며, 밸러스트수를 이용한 기존 방식의 밸러스트 및 디밸러스트 시스템을 부유체 전반에 걸쳐 구성하는 것이 아니라 부분적이고 보완적으로 활용함으로써 생산 단가를 낮출 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 4개의 내부 펌프 케이슨 및 상기 펌프 케이슨과 밸러스트 탱크 사이의 관련 배관을 각각 포함하는 4개의 칼럼을 보여주는 도 2의 선 1-1을 따라 취한 TLP의 상단면도

도 2는 종래기술에 따른 도 1의 선 2-2를 따라 취한 상기 TLP의 측단면도

도 3은 본 발명에 따른 TLP에서 텐던 장력 제어 시스템의 블록 구성 예시도

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 TLP에서 텐던 장력 제어 시스템의 장력가변부 구성 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

205: 텐던장력감지부

210 : 평형상태감지부

220 : 제어부

230 : 밸러스트수 제어 시스템

240 : 텐던 장력 조정장치

M : 모터

G : 장력가변부

T : 텐던

Claims (8)

1. TLP에서 텐던의 장력을 조정하기 위한 텐던 장력 조정장치로서,

   신호에 따라 정방향 또는 역방향의 회전 운동을 발생시키는 모터; 및

   상기 텐던의 종단부에 설치되며, 상기 모터에 의한 정역 양방향의 회전을 병진 운동으로 변환해, 상기 텐던의 장력을 가변시키는 텐던 장력 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 조정장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 텐던 장력 조정부는 스크류 잭을 이용한 병진 운동에 의해 상기 텐던을 올리거나 내려 그 텐던의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 조정장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 텐던 장력 조정부는 턴버클을 이용한 병진 운동에 의해 상기 텐던을 올리거나 내려 그 텐던의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 조정장치.
4. 해저에 앵커 고정된 파운데이션에 연결되는 복수의 수직 텐던의 장력에 의해 고정되는 부유체인 밸러스트 시스템에 있어서,

   상기 부유체의 각 요부에 위치하며 해당 위치에서 부유체의 평형상태를 감지하는 다수의 평형상태감지부와;

   상기 복수의 텐던의 장력을 감지하는 다수의 텐던장력감지부와;

   상기 복수의 텐던에 대해 각각 일대일로 구비되며 입력되는 제어신호에 의해 해당 텐던에 걸리는 장력을 조절하는 텐던 장력 조정장치; 및

   상기 다수의 평형상태감지부 및 상기 다수의 텐던장력감지부로부터 실시간적으로 감지되어 입력되는 정보를 기준으로 평형상태 유지를 위해 장력을 조절하여야 하는 텐던과 그 조절정도에 따른 정보를 상기 텐던 장력 조정장치측에 입력시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 부유체에 부분적으로 구비되며, 해수의 유입과 배출을 통해 상기 부유체의 평형 상태를 유지하도록 하되, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 텐던 장력 조정장치를 통한 밸러스팅 동작을 보조하는 밸러스트수 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 텐던 장력 조정장치는 입력되는 제어신호에 의해 정방향과 역방향으로 회전하는 모터와;

   대응하는 텐던의 종단부에 위치하며 상기 모터로부터 발생된 회전운동을 병진 운동으로 변환시켜 상기 텐던의 길이를 줄이거나 늘어나게 함으로써 텐던의 장력을 가변시키는 장력가변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 평형상태감지부는 자이로 센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 장력가변부는 스크류 잭을 사용하거나 혹은 모터와 턴버클의 조합을 사용하는 것을 특징으로 하는 TLP에서의 텐던 장력 제어 시스템.

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