KR20130096788A - 해저 파이프라인 부설용 부력장치 및 이를 포함하는 파이프 라인 부설선 - Google Patents

Abstract

해저 파이프라인 부설용 부력장치가 개시된다. 본 실시 예에 따른 해저 파이프라인 부설용 부력장치는 부설선으로부터 해저면에 부설되는 파이프라인의 둘레를 감싸며 파이프라인의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 부력체를 구비한 해저 파이프라인 부설용 부력장치에 있어서, 부력체에는 파이프라인의 외면과 접촉하며 전후로 이동 가능한 프로브를 갖는 변위 측정용 센서장치가 구비된다.

Description

해저 파이프라인 부설용 부력장치 및 이를 포함하는 파이프 라인 부설선{BUOY FOR PIPELINE LAYING IN SUBSEA AND PIPELINE LAYING VESSEL}

본 발명은 파이프 라인 부설선에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해저에 파이프라인의 부설시 사용되는 부력장치 및 이를 포함하는 파이프 라인 부설선 에 관한 것이다.

해저에 파이프라인을 부설(laying)하기 위한 부설선은 연해 또는 심해를 이동하며 선체에 마련된 파이프 부설 시스템을 이용하여 해저에 파이프라인을 부설한다. 파이프라인은 부설선에서 단위길이의 각 파이프섹션들을 용접에 의해 서로 연결되어 해저에 투하된다.

이러한 파이프 부설선은 파이프를 부설하는 방법에 따라서 S-lay 및 J-lay 방법이 사용되고 있다.

S-lay 방법은, 파이프라인이 파이프 부설경로를 따라 부설선으로부터 투하되는 경우 스팅거(stinger)라고 알려진 경사진 아치형 램프(ramp)의 도움을 받아 비교적 큰 곡률반경의 S형 진로를 따라 하강하여 해저에 부설된다. 따라서, 이러한 S-lay 방법은 이미 부설된 파이프라인의 하중에 의해 파이프라인이 스팅거를 벗어나는 지점에서 파이프의 만곡에 의한 소성변형을 줄 위험을 가지므로 비교적 얕은 깊이의 천해에서 파이프라인을 부설하는데 주로 사용된다.

J-lay 방법은, 부설선으로부터 투하되는 파이프라인은 수직 또는 급경사를 가지는 램프를 따라 하강하여 해저에 부설된다. 따라서, 파이프라인은 소성변형이 일어남이 없이 해저로 가라앉을 수 있게 되므로 비교적 수심이 깊은 심해에 부설하는데 주로 사용된다.

한편, 파이프라인을 해저에 부설하는 동안 그 수중 중량에 따른 파이프라인의 급속한 하강을 방지하도록 파이프라인에 부력장치를 매달아 수중에 투하하는 파이프 부설방법이 이용되고 있다. 이러한 파이프 부설방법은 부력장치를 파이프라인에 매달은 상태에서 일정 수심까지 파이프라인을 해중에 하강시키고, 부설위치에서는 파이프라인으로부터 부력장치를 분리하는 방법이 사용되고 있다.

본 발명의 실시 예는 파이프라인의 부설시 파이프라인의 좌굴여부를 계측할 수 있는 파이프라인 부설용 부력장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 파이프라인 부설용 부력장치로부터 계측된 파이프라인의 좌굴여부를 수신할 수 있는 파이프라인 부설선을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부설선으로부터 해저면에 부설되는 상기 파이프라인의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 부력체를 구비한 해저 파이프라인 부설용 부력장치에 있어서, 상기 부력체는 상기 파이프라인의 외면의 변위를 측정하는 센서장치를 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 센서장치는 상기 파이프라인의 외면과 접촉하며 전후로 이동 가능한 프로브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 부력체가 상기 파이프라인을 따라 이동시 상기 센서장치에 의해 계측된 변위의 변화량을 기준으로 상기 파이프라인의 좌굴여부를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서장치는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 변위측정센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서장치는 상기 부력체의 둘레방향을 따라 다수개 이격 배치될 수 있다.

또한, 상기 센서장치에 의해 계측된 신호를 상기 부설선의 관제시스템에 전송하기 위한 송수신부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 부력체를 상기 파이프라인에 지지시키도록 상기 부력체에 설치되는 클램핑장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 클램핑장치는 상기 파이프라인의 외면을 가압하거나 가압을 해제하여 상기 부력체가 상기 파이프라인과 함께 해저로 이동하거나 상기 파이프라인의 이동과 반대방향으로 이동되도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 부력체는 개폐 가능한 한 쌍의 회전바디를 구비하고, 상기 파이프라인은 상기 한 쌍의 회전바디 내부에 수용되고, 상기 프로브는 상기 한 쌍의 회전바디와 상기 파이프라인 사이에 위치되며 그 단부가 상기 파이프라인의 외면에 접촉하도록 배치될 수 있다.

본 실시 예의 일측면에 따르면, 상기에 기재된 해저 파이프라인 부설용 부력장치와, 상기 파이프라인의 해수면 진입을 안내하는 스팅거를 포함하는 파이프라인 부설선이 제공될 수 있다.

또한, 상기 센서장치와 데이터 통신을 수행하는 관제시스템을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예의 해저 파이프라인 부설용 부력장치는 파이프라인의 부설시 파이프라인의 좌굴여부를 계측할 수 있게 되므로 부설작업의 신뢰성이 향상되게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해저 파이프라인 부설용 부력장치를 이용하여 해저에 파이프라인을 부설하는 선박을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프라인에 배치된 부력장치의 내부를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프라인에 배치된 부력장치가 분리되는 동작상태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑장치의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 클램핑장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부력장치가 파이프라인에 부착되어 투하된 상태를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 부력장치가 설정수심구간에서 상하 왕복 운동하는 상태를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 하나의 부력장치에 설치되는 다수의 클램핑장치의 각 정압실 용적 변화를 설명하기 위한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 클램핑장치를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 클램핑장치의 동작 상태도이다.
도 12는 도 2의 I-I선에 따른 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 의한 파이프라인의 좌굴여부를 계측하기 위한 부력장치의 제어 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 의한 파이프라인의 외면을 따라 이동하는 센서장치의 동작 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해저 파이프라인 부설용 부력장치를 이용하여 해저에 파이프라인을 부설하는 선박을 나타낸 것이다. 먼저, 본 실시 예에서는 S-lay 방식에 의하여 파이프라인을 부설하는 방법을 설명하나, 이는 일 예에 불과한 것으로, 파이프라인을 부설하는 방식으로 J-lay, Reel-lay 등의 경우에도 적용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 해저 파이프라인의 부설방법은 부설선(10)의 작업라인을 따라 이동하여 조립된 파이프라인(20)이 부설선(10)으로부터 스팅거(30)를 통해 해수면에 진입된 후 해중에 하강하면서 해저의 부설위치에 부설되도록 마련될 수 있다.

즉, 부설선(10)에는 단위 길이의 다수의 파이프 섹션이 구비되고, 각 파이프 섹션들은 작업라인의 경로에 설치된 다수의 작업스테이션(12)을 지나면서 일체로 연결되는 길이가 긴 파이프라인(20)을 이루게 된다.

다수의 작업스테이션(12)은 용접 전 단위 길이의 파이프 섹션들의 단부를 베벨링하기 위한 스테이션, 단위 길이의 파이프 섹션을 연결하기 위한 다수의 용접 스테이션, 연결된 파이프 섹션의 용접 부분을 검사 및 코팅을 위한 검사 스테이션 및 코팅 스테이션을 포함한다.

작업라인에서 조립된 파이프라인(20)은 선미부에 설치되는 스팅거(30)에 지지되어 해수면에 진입되고, 해수면에 진입된 파이프라인(20)은 그 자중에 의하여 하강하게 된다.

수중에 하강하는 파이프라인(20)의 투입속도는 부설선(10)의 속도에 따라 작업라인에 설치된 장력기(15)를 통해 제어되면서 해저면의 부설위치에 가라앉게 된다.

이때, 스팅거(30)에는 부설선(10)과 해저면 사이에 위치하는 파이프라인(20)의 하중에 의하여 큰 응력이 걸리게 되므로 파이프라인(20)의 무게를 줄이기 위한 부력장치(40)가 파이프라인(20)의 길이를 따라 다수개 이격 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프라인에 배치된 부력장치의 내부를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프라인에 배치된 부력장치가 분리되는 동작상태를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 부력장치(40)는 파이프라인(20)의 둘레를 감싸는 중공형태의 길이가 긴 부력체(41)를 구비하고, 부력체(41)에는 파이프라인(20)의 하중을 줄이기 위한 부력물질이 구비될 수 있다.

이러한 부력체(41)는 회전축(42)을 중심으로 상호 회전 가능하게 마련된 한 쌍의 회전바디(43,44)를 구비하고, 한 쌍의 회전바디(43,44)의 자유단부(45,46)에는 각각 서로 교호되도록 돌출되어 결속홀(47,48)이 마련될 수 있다.

한 쌍의 회전바디(43,44)는 회전축(42)을 중심으로 회전되어 열리도록 마련되고, 내부에는 파이프라인(20)을 수용하는 중공부(41a)가 마련된 원통형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 한 쌍의 회전바디(43,44)가 닫힌 경우에는 그 자유단부(45,46)에서 바디부(41)의 길이를 따라 서로 교대로 배치되는 결속홀(47,48)은 서로 맞물린 상태로 일렬로 정렬되게 되고, 일렬로 배치된 결속홀(47,48)을 순차적으로 관통하여 지나도록 설치되는 결속와이어(50)에 의해 한 쌍의 회전바디(43,44)는 서로 결속된 상태를 유지하게 된다.

이러한 결속와이어(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 일단이 부설선(10)에 설치되는 권취기(60)에 의해 감긴 상태를 유지하고, 타단은 파이프라인(20)의 길이방향을 따라 이격 배치되는 다수의 부력장치(40) 중 최하측에 배치되는 부력장치(40a)에 연결된 상태로 배치될 수 있다.

즉, 결속와이어(50)는 최하측 부력장치(40a)의 일측에 고정되어 파이프라인(20)의 길이방향을 따라 이격 배치되는 다수의 부력장치(40)의 각 결속홀(47,48)을 순차적으로 관통하여 지나도록 마련됨으로써 다수의 부력장치(40)를 서로 연결시킨다.

이러한 결속와이어(50)는 강성이 큰 금속재질로 형성되고, 분리시 마찰저항에 의한 영향을 줄이도록 내마모성 및 윤활성이 우수한 비철금속소재로 형성될 수 있다.

또한, 결속와이어(50)의 단부가 연결된 최하측의 부력장치(40a)에는 도 3에 도시된 바와 같이 결속와이어(50)와 최하측의 부력장치(40a)를 연결하기 위한 와이어 고정부(55)가 마련될 수 있다.

와이어 고정부(55)는 결속와이어(50)와 부력장치(40a)를 분리 가능하게 연결하기 위한 것으로서, 통상의 폭발볼트(explosive bolt)로 구비될 수 있다.

이러한 와이어 고정부(55)는 부설선(10)에서 원격작동에 의하여 작동되거나, 결속와이어(50)의 당김력에 의한 점화에 의하여 폭발되도록 구비될 수 있다. 이는 공지된 구성에 해당하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이러한 구조를 통하여, 최하측의 부력장치(40a)에 연결된 결속와이어(50)가 연결 해제되어 권취기(60)에 의해 당겨지는 경우에는 결속와이어(50)는 다수의 부력장치(40)의 각 결속홀(47,48)에서 순차적으로 벗어나게 되고, 이에 따라, 파이프라인(20)을 감싸는 한 쌍의 바디부(43,44)는 열리게 되므로 파이프라인(20)의 길이를 따라 이격 배치된 다수의 부력장치(40)는 최하측의 부력장치(40a)부터 파이프라인(20)에서 순차적으로 분리되어 해수면을 향해 떠오르게 된다.

다시 도 2를 참조하면, 본 실시 예의 부력장치(40)는 부력체(41)에 설치되며 파이프라인(20)의 둘레를 감싸는 부력체(41)를 파이프라인(20)에 고정시키기 위한 클램핑장치(60)를 구비할 수 있다.

클램핑장치(60)는 부력체(41)의 내벽에서 길이방향을 따라 다수개 배치되고, 파이프라인(20)이 설정된 수심구간에서 하강하는 동안에는 부력체(41)를 파이프라인(20)과 함께 하강되도록 구속하고, 설정된 수심구간을 벗어나는 경우에는 부력체(41)를 파이프라인(20)으로부터 구속 해제하기 위한 장치이다.

한편, 본 실시 예의 부력체(41)는 설정된 수심구간에서는 수심에 의한 압력차에 따라 동작되는 클램핑장치(60)에 의해 파이프라인(20)을 따라 자율적으로 상하 왕복 운동하도록 구비될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑장치의 내부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑장치의 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 부력체(41)를 설정된 수심구간에서 수심에 의한 압력차에 따라 상하로 왕복이동 시키기 위한 클램핑장치(60)는 부력체(41)의 내벽에 설치되는 실린더(61)와, 실린더(61) 내부의 챔버(62)를 정압실(63)과 변압실(64)로 구획하는 피스톤부재(70)와, 피스톤부재(70)와 연결되어 파이프라인(20)의 외면을 가압하기 위한 가압부재(80)와, 정압실(63)의 용적을 가변하도록 정압실(63)의 일측을 형성하는 압력조절피스톤(90)을 포함한다.

실린더(61)는 내부에 챔버(62)를 갖는 중공의 원통 형상으로 이루어져 부력체(41)에 일측(61a)이 고정되고, 타측(61b)은 부력체(41)의 중공부(41a)를 향해 일부분이 돌출되도록 배치될 수 있다.

실린더(61)의 돌출된 부분의 단부에는 변압실(64)의 일측을 형성하도록 슬라이딩 베어링(65)이 마련될 수 있다. 슬라이딩 베어링(65)은 외주면이 실린더(61)의 내주면에 결합되고, 그 중앙부에는 가압부재(80)의 미끄럼 이동을 지지하는 베어링부(65a)가 구비될 수 있다.

또한, 슬라이딩 베어링(65)은 베어링부(65a)의 외측 둘레를 따라 절개되어 중공부(41a) 내에 존재하는 해수를 변압실(64)로 유입하기 위한 연통홀(65b)이 구비될 수 있다.

피스톤부재(70)는 실린더(61) 내부의 챔버(62)를 두 개의 독립된 공간으로 분할하도록 일측이 개방된 원통 형상으로 이루어져 챔버(62) 내에서 이동 가능하게 설치될 수 있다.

피스톤부재(70)에 의해 구획되는 정압실(63)은 일정압력을 가지도록 압축가스가 채워진 상태로 설정되고, 변압실(64)은 외부의 해수가 유입되도록 하여 수심에 따라 압력이 가변될 수 있도록 설정될 수 있다.

이를 위해, 정압실(63)은 피스톤부재(70)와 압력조절피스톤(90)에 의해 밀폐된 상태를 유지하고, 변압실(64)은 해수의 자유로운 유출입이 이루어지도록 외부 해수와 연통하는 해수유로(67)가 마련될 수 있다. 이러한 해수유로(67)는 변압실(64) 내부로 외부 해수의 원활한 유입을 유도하도록 실린더(61)의 원주방향을 따라 다수개 이격 배치될 수 있다.

가압부재(80)는 정압실(63)과 변압실(64)의 압력차이에 따라 이동하는 피스톤부재(70)와 함께 전후로 이동 가능하게 설치되어, 파이프라인(20)의 외면을 가압하는 위치와 파이프라인(20)의 외면을 가압 해제하는 위치 사이에서 이동하도록 마련될 수 있다.

이러한 가압부재(80)는 일측이 피스톤부재(70)와 연결되고, 타측이 슬라이딩 베어링(65)의 베어링부(65a)에 지지되는 로드부(81)와, 로드부(81)의 타측 단부에 설치되어 파이프라인(20)의 외면과 접촉하는 지지부(82)를 구비할 수 있다.

지지부(82)는 파이프라인(20)의 외면과의 접촉면적을 증가시키도록 파이프라인(20)의 외면과 동일한 곡률을 가진 오목한 곡선형태로 이루어지고, 파이프라인(20)의 외면과 접촉하는 부분에는 마찰력을 증가시키기 위한 마찰패드(83)가 설치될 수 있다.

이러한 지지부(82)는 파이프라인(20) 외면과의 마찰접촉을 통해 부력체(41)가 파이프라인(20)의 길이를 따라 이동되는 것을 제한하기 위한 것으로서 그 형상에 있어서 제한되는 것은 아니다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이 지지부(82)는 파이프라인(20) 외면과 구름 접촉하는 롤러부재(82a)를 포함할 수 있다.

압력조절피스톤(90)은 정압실(63)의 일측을 형성하는 피스톤부(91)와, 피스톤부(91)에서 연장되어 부력체(41)의 외부로 돌출되며 일부분에 나사산이 형성된 체결로드(92)와, 체결로드(92)의 단부에서 반경방향으로 확장되는 헤드부(93)를 포함할 수 있다.

피스톤부(91)는 일측이 개방된 원통형상으로 이루어지고, 외주면이 실린더(61) 내면에 밀착되어 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있다. 또한, 피스톤부(91)는 정압실(63)의 용적을 가변함에 따라 정압실(63) 내의 압축가스를 압축하여 정압실(63)의 압력을 설정하는 기능을 수행한다.

이러한 피스톤부(91)의 이동은 부력체(41)의 외부로 연장되는 헤드부(93)를 조임에 의해 이루어질 수 있다. 헤드부(93)는 육각기둥 형태로 마련되어 체결 토크를 제공하는 유압식, 전동식 또는 에어식 토크렌치(미도시)에 의하여 회전될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 클램핑장치의 동작에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부력장치가 파이프라인에 부착되어 투하된 상태를 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 부력장치가 설정수심구간에서 상하 왕복 운동하는 상태를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 해저에 부설되는 파이프라인(20)의 길이를 따라 이격 배치되는 부력장치(40)는 부설선(10)에서 투하되기 전 압력조절피스톤(90)을 통해 정압실(63)의 압력을 초기 설정하여 파이프라인(20)에 부착된 상태로 해중에 투하되게 된다.

파이프라인(20)의 길이를 따라 이격 배치되는 다수의 부력장치(40)는 각각 클램핑장치(60)의 정압실(63) 압력이 서로 다른 상태로 마련된다. 즉, 다수의 부력장치(40) 중 최하측에 위치하는 제1부력장치(40a)에 구비된 클램핑장치(60)의 정압실(63) 압력은 다른 부력장치(40)에 구비된 클램핑장치(60)의 정압실(63) 압력보다 상대적으로 큰 압력을 가진 상태로 마련되고, 최하측의 제1부력장치(40a)의 상부에 순차적으로 배치되는 부력장치(40)에 각각 구비된 클램핑장치(60)의 정압실(63) 압력은 순차적으로 줄어들도록 마련될 수 있다.

이는 수심에 따라 변화하는 압력에 대응하여 각 부력장치(40)가 설정수심구간(H)에서 클램핑장치(60)의 동작에 의해 파이프라인(20)을 따라 상하로 왕복 이동하도록 하기 위함이다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이 부력장치(40)에 구비된 클램핑장치(60)는 부력체(41)가 상하 이동하기 위한 설정수심구간(H)에서 변화하는 수압에 응답하여 파이프라인(20)의 외면을 가압 및 가압 해제하도록 설정될 수 있다.

여기서, 설정수심구간(H)은 다수의 부력장치(40)가 각각 미리 설정된 수심(h1-h2) 사이에서 왕복 이동하는 구간을 의미한다.

이때, 다수의 부력장치(40)의 각 클램핑장치(60)의 정압실(63)의 압력은 해당하는 설정수심구간(H)의 최대수심(h2)에 해당하는 압력보다는 작은 압력을 가지도록 설정될 수 있다.

따라서, 부력장치(40)가 제2수위(h2)에 위치되는 경우에는 외부의 해수가 클램핑장치(60)의 변압실(64)로 유입되게 되고, 피스톤부재(70)는 해수의 압력에 의하여 정압실(63) 쪽으로 이동하게 되므로, 피스톤부재(70)에 연결된 가압부재(80)는 피스톤부재(70)와 함께 이동되어 파이프라인(20)의 외면으로부터 이격되게 된다.

이에 의해, 부력장치(40)는 파이프라인(20)의 길이를 따라 상부쪽으로 이동하게 된다. 이때, 부력장치(40)가 상부로 이동하는 동안 변압실(64)은 외부 해수와 연통하도록 마련되므로 변압실(64)의 압력은 수심의 변화에 따라 가변되게 된다.

그리고, 정압실(63)의 압력보다 작은 압력을 가지는 제1수위(h1)에 부력장치(40)가 위치되는 경우에는 변압실(64)의 압력은 정압실(63)의 압력보다 낮게 되므로 가압부재(80)는 정압실(63)의 압력에 의해 파이프라인(20)의 외면을 가압하게 된다. 이에 따라 부력장치(40)는 부설되는 파이프라인(20)의 진행방향을 따라 파이프라인(20)과 함께 이동하게 된다.

즉, 부력장치(40)가 제1수위(h1)에 위치되는 경우에는 클램핑장치(60)의 가압부재(80)는 정압실(63)의 압력에 의해 파이프라인(20)의 외면을 가압하고, 부력장치(40)가 제2수위(h2)에 위치되는 경우에는 가압부재(80)는 변압실(64)의 압력에 의해 파이프라인(20)의 외면을 가압 해제하게 된다.

한편, 본 실시 예에서는 하나의 부력장치(40)의 길이방향을 따라 이격 배치되는 다수의 클램핑장치(60)의 각 정압실(63)의 압력은 모두 동일하도록 마련되었으나, 상하로 이동하는 설정수심구간(H)의 증가를 위하여 도 9에 도시한 바와 같이 하나의 부력장치(40)에 설치되는 다수의 클램핑장치(60)의 각 정압실(63)의 압력은 서로 다르게 형성할 수 있음은 물론이다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 클램핑장치에 대하여 설명한다. 이하에서는 본 발명의 동일한 기능을 가지는 구성요소에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 클램핑장치를 나타낸 것이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 클램핑장치의 동작 상태도이다.

도 10에 도시한 클램핑장치(60)에는 수심에 의한 압력차이에 따라 이동하도록 실린더(61)의 챔버(62)를 구획하는 피스톤부재(100)는 실린더(61) 내면에 결합된 신축 가능한 벨로우즈(101)와, 벨로우즈(101)에 결합되어 변압실(64)에 유입된 해수의 압력 변화에 따라 챔버(62) 내에서 이동하는 다이아프램(103)을 구비할 수 있다.

벨로우즈(101)은 챔버(62) 내부를 정압실(63)과 변압실(64)로 구획하도록 챔버(62)의 내주면에 결합되고, 벨로우즈(101)의 중앙부분에는 벨로우즈(101)를 개재시킨 상태로 결합되는 다이아프램(103)이 마련될 수 있다.

또한, 다이아프램(103)의 양측은 다이아프램(103)의 안정적 이동을 위한 한 쌍의 탄성부재(104,105)에 지지된 상태로 배치될 수 있다. 이러한 탄성부재(104,405)는 다이아프램(103)의 이동시 선형 특성을 가지도록 동일한 탄성계수를 갖도록 마련될 수 있다.

이러한 구성을 통하여, 정압실(61)의 압력에 의해 변압실(64) 쪽으로 가압되는 다이아프램(103)에 연결된 가압부재(80)는 파이프라인(20)의 외면을 가압한 위치에 배치되고, 부력체(41)가 설정 수심 이하로 하강된 경우에는 변압실(64)에 유입된 해수의 압력에 의하여 다이아프램(103)은 도 11에 도시된 바와 같이 정압실(63) 쪽으로 가압되어 이동함에 따라 다이아프램(103)에 연결된 가압부재(80)는 파이프라인(20)의 외면으로부터 이격된 위치에 배치되게 된다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 부력장치를 이용하여 파이프라인의 부설시 파이프라인의 좌굴여부를 검출하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 아래에서는 본 실시 예의 클램핑장치를 이용하여 부력체가 파이프라인을 따라 상하 이동하는 구조에 적용되는 것을 설명하나 이에 한정되지 않음을 밝힌다. 즉, 파이프라인의 부설시 부력체가 파이프라인을 따라 이동하는 구조를 가지는 것이라면, 클램핑장치의 구조는 제한되지 않는다. 도 12는 도 2의 I-I선에 따른 단면도이다.

도 2 및 도 12를 참조하면, 본 실시 예의 부력체(41)의 일측에는 부력체(41)가 클램핑 해제되어 파이프라인(20)을 따라 이동시 부설되는 파이프라인(20)의 좌굴(buckling)여부를 측정하기 위한 센서장치(200)가 구비될 수 있다.

센서장치(200)는 부력체(41)가 파이프라인(20)의 길이를 따라 부상되는 경우 파이프라인(20)의 외면(21)과 접촉하여 이동하는 프로브(210)를 갖는 변위 측정센서를 포함할 수 있다.

이러한 변위 측정센서는 프로브(210)에 의한 기계적 입력변위가 1차코일과 2차코일 사이에서 발생되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스 변화를 이용하여 변위의 변화를 측정하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)로 구성될 수 있다. 본 실시 예에서는 변위 측정센서로 LVDT를 적용하여 설명하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 파이프라인(20)의 외면을 따라 이동하는 프로브(210)의 위치 변화를 감지할 수 있는 별도의 센서를 통하여 프로브(210)의 변화하는 변위를 감지할 수 있음은 물론이다.

센서장치(200)의 프로브(210)는 부력체(41)의 반경방향에 대해 전후로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 또한, 센서장치(200)는 부력체(41)의 둘레방향, 즉 원통형상의 부력체(41)의 원주방향을 따라 서로 이격 배치되어 다수개 구비될 수 있다.

한편, 본 실시 예의 센서장치(200)는 파이프라인의 외면의 변위를 측정하기 위한 접촉식 프로브(210)를 사용한 구성을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 센서장치(200)는 비접촉식 변위측정센서를 포함할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 의한 파이프라인의 좌굴여부를 계측하기 위한 부력장치의 제어 블록도이다.

도 13을 참조하면, 부력장치(40)는 센서장치(200), 제어부(220), 검사부(230), 송수신부(250) 및 저장부(240)를 포함한다. 부력장치(40)에 포함된 각 모듈의 동작에 필요한 전원은 배터리와 전선케이블 등을 통하여 공급될 수 있다.

센서장치(200)는 부력체(41)가 클램핑장치(60)의 해제동작에 의해 파이프라인(20)으로부터 구속이 해제되어 파이프라인(20)의 길이를 따라 부상시 파이프라인(20)의 외면(21)과 접촉된 상태로 이동하는 프로브(210)의 변위를 계측하고, 계측된 변위 값을 출력하여 제어부(220)로 전송한다.

제어부(220)는 센서장치(200)에 의해 계측된 변위 값을 수집하고, 계측된 변위 값을 기초로 파이프라인(20)의 좌굴여부를 판단한다. 이때, 제어부(220)는 후술할 저장부(240)에 저장된 제어정보 또는 외부장치(260,270)로부터 수신한 제어정보를 기초로 부력장치(40)에 포함된 각 모듈(200,230,240,250,260)을 제어할 수 있다.

이러한 제어부(220)는 부력장치(40)에 포함된 각각의 모듈(200,230,240,250,260)의 제어동작을 수행하도록 다수의 컴퓨터 명령을 수행하는 CPU(Central Processing Unit)를 구비한 마이크로프로세서 (microprocessor), 마이크로컨트롤러(microcontroller) 등으로 이루어질 수 있다.

검사부(230)는 파이프라인(20)의 좌굴여부를 판단하는 기준이 되는 기준데이터를 비교하여 파이프라인(20)의 좌굴여부를 판단한다. 예컨대, 검사부(230)는 부설되는 파이프라인(20)의 직경, 길이 또는 형상에 대한 기준데이터를 기초로 계측된 데이터와 대비하여 좌굴여부에 대한 판단을 수행한다.

이러한 검사부(230)는 파이프라인(20)이 좌굴된 것으로 판단되면 송수신부(250)를 통해 관리자에게 해당 사실을 통보할 수 있다.

송수신부(250)는 외부장치(260,270)와 데이터 송수신을 수행한다. 이러한, 송수신부(250)는 초음파를 발진 및 수신하는 트랜스듀서 및 송수신회로를 포함할 수 있다.

외부장치(260,270)는 부력장치(40) 내에 설치되어 부력장치(40)의 각 장비들을 감시하고 제어하는 로컬제어시스템(260)과, 부설선(10)에 설치되어 로컬제어시스템(260) 또는 각 모듈들 중 하나 이상과 데이터 통신을 수행하는 관제시스템(270)을 포함할 수 있다.

제어부(220)는 로컬제어시스템(260) 또는 관제시스템(270)으로부터 수신한 제어정보 또는 미리 설정된 제어정보를 기초로 부력장치(40)의 각 장치들을 제어하여 원격 제어가 수행되도록 할 수 있다.

로컬제어시스템(260)은 부력체(41) 내에 설치되어 부력체(41)의 각 장치들을 제어할 수 있다. 예컨대, 부력체(41)에 설치된 클램핑장치(60)가 별도의 구동원에 의해 동작되는 경우에는 클램핑장치(60)의 동작 제어를 수행하도록 제어부(220)에 제어정보를 전달할 수 있다. 또한, 부력장치(40)가 부력체(41)의 개폐동작을 위한 별도의 록킹장치를 가지는 경우에는 록킹장치의 동작 제어를 위한 제어정보를 전달하고, 별도의 센싱장치들이 구비된 경우에는 이에 해당하는 제어정보들을 제어부(220)에 전달할 수 있다.

관제시스템(270)은 로컬제어시스템(260)과 통신을 수행하며, 각종 제어정보 등을 로컬제어시스템(260)으로 전달하여 부력체(40)가 원격 제어될 수 있도록 한다. 또한, 관제시스템(270)은 송수신부(250)에 의해 전달되는 파이프라인(20)의 좌굴여부에 대한 정보를 전달받아 실시간으로 모니터링을 수행할 수 있다. 이러한, 관제시스템(270)은 송수신부(250)를 통해 직접 센서장치(200)에 의해 계측된 변위 데이터를 전달받아 파이프라인(20)의 좌굴여부를 판단하여 모니터링을 수행하거나, 검사부(230)에 의해 판단된 좌굴여부에 대한 결과를 수신하여 모니터링을 수행할 수 있다.

저장부(240)는 부설되는 파이프라인(20)의 기초정보에 대한 각종 데이터 정보를 저장한다. 예컨대, 데이터 정보는 미리 설정된 제어정보 또는 외부장치(260,270)로부터 수신한 제어정보를 포함한다. 미리 설정된 제어정보 및 외부장치(260,270)로부터 수신한 제어정보는 부력장치(40)의 각 모듈들을 제어하기 위한 프로그램, 알고리즘, 제어명령, 파이프라인(40)의 직경, 형상, 길이 및 용접부위 등의 정보를 포함할 수 있다. 또한, 저장부(240)는 파이프라인(20)의 좌굴여부를 검사한 결과데이터 및 좌굴여부를 판단하는 기준이 되는 기준데이터를 포함할 수 있다. 저장부(240)에 저장된 값들은 송수신부(250)를 통해 관제시스템(270)으로 전달되어 관리자에 의해 모니터링될 수 있다.

이러한 저장부(240)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

또한, 도 13에 도시된 각 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 파이프라인의 좌굴여부를 판단하는 방법에 대하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 실시 예에 의한 파이프라인의 외면을 따라 이동하는 센서장치의 동작 상태도이다.

먼저, 파이프라인(20)의 부설시 그 수중하중을 줄이기 위한 부력체(41)는 클램핑장치(60)의 구속에 의해 파이프라인(20)과 함께 하강하고, 소정 깊이에서는 클램핑장치(60)의 구속 해제에 의해 파이프라인(20)의 길이를 따라 이동하면서 부상하게 된다.

이때, 도 14에 도시된 바와 같이 센서장치(200)의 프로브(210)는 파이프라인(20)의 외면(21)과 접촉된 상태로 이동하면서, 프로브(210)에 의해 계측된 연속적인 변위 데이터를 제어부(220)에 전송하고, 제어부(220)는 전송된 변위 데이터를 기준으로 파이프라인(20)의 좌굴여부를 판단한다.

즉, 프로브(210)에 의해 계측되어 전송된 변위 데이터를 통해 처리된 결과 데이터가 부설되는 파이프라인(20)의 기준 데이터와 비교하여 다른 경우에는 파이프라인(20)이 좌굴 변형된 것으로 판단하고, 송수신부(250)를 통해 관제시스템(270)에 전달한다. 그러나, 제어부(220)는 프로브(210)에 의해 계측된 신호만을 송수신부(250)를 통해 관제시스템(270)에 전달할 수 있다. 이 경우에는 관제시스템(270)에서 전송된 계측 데이터를 기초로 파이프라인(20)의 변형여부를 판단할 수 있다.

이에 따라, 부설선(10)에서 파이프라인(20)의 부설작업을 수행하는 동안 관리자는 수중에서 부설되는 파이프라인(20)의 변형 여부를 실시간으로 관찰할 수 있게 되므로 부설되는 파이프라인(20)의 작업 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 부설선, 20: 파이프라인,
30: 스팅거, 40: 부력장치,
41: 부력체, 43,44: 회전바디,
47,48: 결속홀, 50: 결속와이어,
60: 클램핑장치, 61: 실린더,
63: 정압실, 64: 변압실,
70: 피스톤부재, 80: 가압부재,
90: 압력조절피스톤, 200: 센서장치,
210: 프로브, 220: 제어부,
270: 관제시스템.

Claims (11)

1. 부설선으로부터 해저면에 부설되는 상기 파이프라인의 길이방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 부력체를 구비한 해저 파이프라인 부설용 부력장치에 있어서,
   상기 부력체는 상기 파이프라인의 외면의 변위를 측정하는 센서장치를 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 센서장치는 상기 파이프라인의 외면과 접촉하며 전후로 이동 가능한 프로브를 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 부력체가 상기 파이프라인을 따라 이동시 상기 센서장치에 의해 계측된 변위의 변화량을 기준으로 상기 파이프라인의 좌굴여부를 판단하는 제어부를 더 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 센서장치는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 변위측정센서를 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 센서장치는 상기 부력체의 둘레방향을 따라 다수개 이격 배치되는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 센서장치에 의해 계측된 신호를 상기 부설선의 관제시스템에 전송하기 위한 송수신부를 더 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 부력체를 상기 파이프라인에 지지시키도록 상기 부력체에 설치되는 클램핑장치를 더 포함하는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 클램핑장치는 상기 파이프라인의 외면을 가압하거나 가압을 해제하여 상기 부력체가 상기 파이프라인과 함께 해저로 이동하거나 상기 파이프라인의 이동과 반대방향으로 이동되도록 설치되는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 부력체는 개폐 가능한 한 쌍의 회전바디를 구비하고, 상기 파이프라인은 상기 한 쌍의 회전바디 내부에 수용되고,
   상기 프로브는 상기 한 쌍의 회전바디와 상기 파이프라인 사이에 위치되며 그 단부가 상기 파이프라인의 외면에 접촉하도록 배치되는 해저 파이프라인 부설용 부력장치.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 해저 파이프라인 부설용 부력장치와,
    상기 파이프라인의 해수면 진입을 안내하는 스팅거를 포함하는 파이프라인 부설선.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 센서장치와 데이터 통신을 수행하는 관제시스템을 포함하는 파이프라인 부설선.

Images