KR20130141239A - 해저용 파이프 - Google Patents

Abstract

해저용 파이프가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 중공 원통형의 파이프몸체부; 및 파이프몸체부 외주면의 일측 또는 양측에 돌출 형성된 진동저감부;를 포함하는 해저용 파이프가 개시된다.

Description

해저용 파이프 {PIPE FOR UNDERSEA}

본 발명은 해저용 파이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저에 설치되어 가스, 원유 등의 각종 수송물을 이송하기 위한 해저용 파이프에 관한 것이다.

심해 자원 개발이 활성화되면서, 해저 환경 하에서 가스, 원유 등을 수송하기 위해 해저면이나 해저면 인근에 각종 해저용 파이프가 설치되어 사용되고 있다. 일반적으로 상기와 같은 해저용 파이프는 원형 단면 형상으로 형성되어 내측으로 가스, 원유 등이 이송되게 된다.

그러나 육상의 경우와 달리, 해저 환경 하에서는 해수의 유동이나 해류 등에 의한 영향이 해저용 파이프의 설계에 반영되어야 한다. 예를 들면, 공개특허공보 제10-2010-0085776호에서는 해저 망간 단괴 채광을 위한 양광관에 있어서 심해 해유에 따른 항력을 감소시키는 양광관을 개시하고 있다.

특히, 해저용 파이프의 경우 해류에 의해 주기적인 진동 현상이 발생될 수 있다. 즉, 해저용 파이프는 해류에 의해 항력이나 양력을 받게 되는데, 상기와 같은 항력이나 양력이 주기적으로 변동되면서, 해저용 파이프에 지속적인 진동 현상을 일으키게 된다. 일반적으로 해저용 파이프는 해저면 등에 구조물을 통해 고정 설치되기 때문에, 상기와 같은 주기적인 진동 현상은 해저용 파이프에 피로 하중을 누적시키게 되며, 장시간 시속될 경우 해저용 파이프의 손상이나 파손을 가져올 수 있다.

공개특허공보 제10-2010-0085776호 (2010년 07월 29일 공개)

본 발명의 실시예들은, 해저 환경 하에서 해류 등에 의한 진동을 저감시킬 수 있는 해저용 파이프를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 중공 원통형의 파이프몸체부; 및 상기 파이프몸체부 외주면의 일측 또는 양측에 돌출 형성된 진동저감부;를 포함하는 해저용 파이프가 제공될 수 있다.

이때, 상기 진동저감부는, 상기 해저용 파이프가 설치되는 지역의 해류 방향에 대응되도록 상기 파이프몸체부 외주면의 일측 또는 양측에 돌출 형성될 수 있다.

또한, 상기 진동저감부는, 횡단면상, 상기 파이프몸체부 외주면에서 반경 방향으로 돌출되어 형성되는 최대 돌출 지점 및 상기 최대 돌출 지점을 중심으로 상기 파이프몸체부의 외주면을 향해 경사지게 형성된 곡면을 형성할 수 있다.

이때, 상기 진동저감부는, 상기 파이프몸체부 외주면에서 상기 최대 돌출 지점까지의 길이가, 상기 파이프몸체부 외경의 3 내지 7 퍼센트(%)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 진동저감부는, 상기 파이프몸체부의 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 진동저감부는, 내측에 케이블을 수용하는 케이블수용부를 포함할 수 있따.

이때, 상기 진동저감부는, 상기 케이블수용부를 개폐시킬 수 있도록, 일측단이 상기 파이프몸체부의 외주면에 힌지 결합되고, 타측단은 상기 파이프몸체부의 외주면에 착탈 가능하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 해저용 파이프는, 진동저감부를 구비하여 해류에 의한 해저용 파이프의 진동 현상 및 피로 하중 축적을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해저용 파이프를 보여주는 부분 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 해저용 파이프의 진동 감소 효과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해저용 파이프를 보여주는 부분 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해저용 파이프를 보여주는 부분 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 해저용 파이프의 설치 모습을 보여주는 사용 상태도이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해저용 파이프에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 해저용 파이프를 보여주는 부분 단면 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)는, 파이프몸체부(110) 및 진동저감부(120)를 포함할 수 있다.

파이프몸체부(110)는 중공 원통형으로 형성될 수 있으며, 내측으로는 가스, 원유 등의 각종 수송물이 이송된다. 또한, 파이프몸체부(110)는 각종 수송물이 목적지까지 이송될 수 있도록 길이방향으로 길게 연장 형성되어 각종 수송물의 이송경로를 제공할 수 있다.

한편, 진동저감부(120)는 해저 환경 하에서 해류 등으로 인한 파이프몸체부(110)의 진동을 저감시키기 위한 것으로, 파이프몸체부(110) 외주면의 일측 또는 양측에 돌출 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 진동저감부(120)는 파이프몸체부(110)의 길이방향을 따라 형성될 수 있으며, 파이프몸체부(110)의 외주면에서 반경 방향으로 소정정도 돌출되어 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 횡단면도를 중심으로 설명하면, 진동저감부(120)는 횡단면상 파이프몸체부(110)의 외주면에서 반경 반경으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 진동저감부(120)는 파이프몸체부(110) 외주면에서 최대 이격된 최대 돌출 지점(M)을 중심으로 파이프몸체부(110)의 외주면을 향해 경사진 곡면(S1. S2)을 형성할 수 있다. 이때, 상기의 경사진 곡면(S1, S2)는 해류 등으로 인한 저항을 저감시키기 위하여 유선형의 곡면으로 형성될 수 있다.

보다 바람직하게는, 진동저감부(120)는 파이프몸체부(110)의 외주면에서 최대 돌출 지점(M)까지의 길이(D)가 파이프몸체부(110) 외경(R)의 3 내지 7 퍼센트(%)로 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 진동저감부(120)의 반경 방향 최대 길이(D)는 파이프몸체부(110) 외경(R)의 3 내지 7 퍼센트로 형성될 수 있다.

이는 진동저감부(120)의 돌출 정도가 지나치게 미약한 경우(즉, 파이프몸체부(110) 외경(R)의 3 퍼센트 미만인 경우), 진동저감부(120)로 인한 진동 저감 효과가 다소 미약해질 수 있으며, 반대로, 진동저감부(120)가 지나치게 돌출 형성된 경우(즉, 파이프몸체부(110) 외경(R)의 7 퍼센트 초과인 경우), 제작이 곤란하고 진동저감부(120)에 편하중 등이 작용될 수 있는 점을 고려한 것이다.

한편, 진동저감부(120)는 해저용 파이프(100)가 설치되는 지역의 해류 방향을 고려하여, 해류 방향을 따라 파이프몸체부(110) 외주면 일측 또는 양측에 서로 대응되도록 돌출 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 해류 방향에 대응되도록 진동저감부(120)가 파이프몸체부(110) 외주면 양측에 형성된 경우를 예시하였다.

상기와 같은 경우, 진동저감부(120)로 인해 파이프몸체부(110)로 유입되는 해류의 전방 압력이 감소되는 한편, 파이프몸체부(110) 후류에서의 와류(vortex) 또한 감소되어, 진동 저감의 효과가 보다 증대될 수 있다. 다만, 필요에 따라, 진동저감부(120)는 파이프몸체부(110)의 일측에만 돌출 형성될 수도 있으며, 이러한 경우에도 소정정도의 진동 저감 효과를 기대할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기와 같은 진동저감부(120)는 파이프몸체부(110)로 유입되는 해류의 흐름을 개선시킴으로써, 해저 환경 하에서 해류로 인한 파이프몸체부(110)의 진동을 저감시키게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 해저용 파이프의 진동 저감 효과를 보여주는 그래프이다.

도 2의 (a)는 종래 일반적인 해저용 파이프와 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)의 시계열 저항값을 보여주는 그래프로, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 항력계수(drag coefficient)를 나타낸다. 또한, 도 2의 (b)는 종래 일반적인 해저용 파이프와 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)의 시계열 양력값을 보여주는 그래프로, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 양력계수(lift coefficient)을 나타낸다.

이때, 종래 일반적인 해저용 파이프는 원형 단면 형상의 파이프를 대상으로 하였으며, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)는 해류 방향에 따라 파이프몸체부(110)의 양측에 파이프몸체부(110) 직경의 5 퍼센트로 진동저감부(120)를 돌출 형성한 것을 대상으로 하였다.

도 2 의 (a)에서 볼 수 있듯이, 종래 일반적인 해저용 파이프에 비해, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)를 적용하는 경우, 평균적인 항력계수가 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다. 이는 진동저감부(120)에 의해 해저용 파이프(100)의 전체적인 형상이 유선형을 이룸으로서, 해류가 유입되는 전류 부분에서의 유체압력이 감소되는 한편, 해저용 파이프(100)의 외주면을 따라 자연스러운 유동 흐름을 형성하여 후류 부분에서의 와류를 줄여주기 때문이다.

또한, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)의 경우, 항력계수의 변동(fluctuation) 폭이 종래에 비해 감소됨을 확인할 수 있다. 따라서 해류 등으로 인해 해저용 파이프(100)에 작용되는 주기적인 저항력의 변동 폭이 소정정도 줄어들 수 있으며, 주기적인 저항력 변동으로 인한 해저용 파이프(100)의 진동 현상 또한 저감될 수 있다.

한편, 도 2의 (b)를 참고하면, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)의 경우, 종래 일반적인 해저용 파이프에 비해, 양력계수의 변동 폭을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(100)의 경우, 양력계수의 평균값은 종래와 큰 차이가 없으나, 양력계수의 주기적인 변동 폭은 종래에 비해 감소하게 됨을 확인할 수 있다.

상기와 같은 양력계수의 변동 폭 감소는 후류 부분에서의 와류가 감소되기 때문이며, 이와 같은 경우, 해저용 파이프(100)에 가해지는 양력의 변동이 줄어들게 되는 바, 양력 변동으로 인한 해저용 파이프(100)의 주기적인 진동이 저감되게 된다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해저용 파이프에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 해저용 파이프를 보여주는 부분 단면 사시도이다.

도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(200)는 파이프몸체부(210) 및 진동저감부(220)를 포함할 수 있다.

파이프몸체부(210)는 전술한 제 1 실시예의 파이프몸체부(110)와 대응된다. 다만, 본 실시예에 따른 파이프몸체부(210)는 일단 또는 양단에 플랜지부(211)를 구비할 수 있다. 플랜지부(211)는 본 실시예에 따른 해저용 파이프(200)를 다른 해저용 파이프에 연결시키기 위한 것으로, 필요에 따라, 종래의 해저용 파이프 라인에서 일부 구간만을 본 실시예에 따른 해저용 파이프(200)로 교체할 수 있도록 한다. 즉, 종래 기설된 해저용 파이프 라인에서, 해류의 영향을 심하게 받는 구간(예를 들면, 해저면에서 일정간격 이상 이격된 구간)의 일부 파이프 라인을, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(200)로 교체할 수 있도록 한다.

한편, 진동저감부(220)는 전술한 제 1 실시예의 진동저감부(120)와 대응된다. 다만, 본 실시예에 따른 진동저감부(220)는 내측에 소정정도의 공간부가 마련되어, 케이블(C)을 수용할 수 있는 케이블수용부(221)가 구비될 수 있다.

통상적으로, 심해저 등에 설치되는 해저용 파이프 라인에는 동력 전달, 각종 제어신호 송수신, 하이드레이트(hydrate) 방지를 위한 화학물질 공급 등을 위해 다수의 케이블 라인이 함께 설치되고 있다. 종래의 경우, 상기와 같은 케이블 라인은 해저용 파이프 라인의 주변에 복잡하여 얽혀 있는 형태로 설치되고 있었으나, 이러한 경우, 케이블 라인이 해류에 의한 피로하중을 받거나, 외부 물체에 의해 손상될 가능성이 상존하였다.

본 실시예에 따른 해저용 파이프(200)는 진동저감부(220)의 내측 공간부를 케이블수용부(221)로 활용함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결하고, 케이블(C) 보호의 기능을 겸비할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 진동저감부(220)의 외측면은, 전술한 제 1 실시예의 진동저감부(120)와 같이 해류 방향을 따라 유선형으로 돌출되어, 해류로 인한 해저용 파이프(200)의 진동을 저감시키게 된다. 이에 대하여는 전술한 바 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해저용 파이프에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 해저용 파이프를 보여주는 부분 단면 사시도이다.

도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 해저용 파이프(300)는 파이프몸체부(310) 및 진동저감부(320)를 포함할 수 있다.

파이프몸체부(310)는 전술한 제 1, 2 실시예의 파이프몸체부(110, 210)와 대응되는 것으로, 전술한 바와 동일 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.

진동저감부(320)는 전술한 제 1, 2 실시예의 진동저감부(120, 220)와 대응되는 것으로, 본 실시예에 따른 진동저감부(320) 또한 전술한 제 2 실시예의 진동저감부(220)와 같이 내측에 케이블수용부(321)가 구비될 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 진동저감부(320)는 전술한 제 2 실시예의 진동저감부(220)와 달리 내측의 케이블수용부(321)를 개폐시킬 수 있도록 형성된다. 즉, 본 실시예에 따른 진동저감부(320)는 유선형의 플레이트 형태로 형성되어, 일측단이 파이프몸체부(310)의 외주면에 힌지 결합되고, 타측단이 파이프몸체부(310)의 외주면에 착탈 가능하도록 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 진동저감부(320)는 도 4를 기준으로 상측단에 복수개의 힌지 결합부(322)가 마련될 수 있으며, 상기와 같은 복수개의 힌지 결합부(322)가 파이프몸체부(310)의 길이방향을 따라 이격 배치되어, 진동저감부(320)의 상측단을 파이프몸체부(310)의 외주면에 힌지 결합시킬 수 있다. 또한, 진동저감부(320)의 하측단에는 길이방향을 따라 복수개의 결합돌기(323)가 형성될 수 있으며, 파이프몸체부(310)의 외주면에는 상기와 같은 복수개의 결합돌기(323)에 대응되는 결합편(미표기)이 형성되어, 진동저감부(320)의 하측단이 파이프몸체부(310)의 외주면에 착탈 가능하도록 형성될 수 있다.

상기와 같은 경우, 진동저감부(320)는 상측단의 힌지 결합부(322)를 중심으로 회동되어 내측의 케이블수용부(321)를 개폐시킬 수 있으며, 필요에 따라, 케이블수용부(321) 내측의 케이블(C)을 인출하거나, 케이블수용부(321) 내에 추가로 케이블(C)을 포설할 수 있게 된다. 따라서 해저용 파이프(300)에 설치되는 케이블(C)의 유지관리가 보다 용이해질 수 있다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 해저용 파이프의 사용 및 설치에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 해저용 파이프의 설치 모습을 보여주는 사용 상태도이다.

도 5를 참고하면, 본 실시예들에 따른 해저용 파이프(100, 200, 300)는 해저에 설치되는 파이프 라인의 전 구간에 걸쳐 설치될 수도 있으나, 필요에 따라, 해류의 영향을 크게 받는 일부 구간에만 설치될 수도 있다.

예를 들면, 본 실시예들에 따른 해저용 파이프(100, 200, 300)는 해저면(P)에서 소정간격 이상 이격된 구간의 파이프 라인에만 일부 설치될 수 있다. 해저면(P)에 근접한 부근에서는 해저면(P)으로 인한 저항이나 장애물 등으로 인해 해저용 파이프(100, 200, 300)에 작용되는 해류의 영향이 비교적 작을 수 있다. 그러나 해저 지형이나 파이프 라인의 형태 등에 따라, 파이프 라인의 일부 구간은 해저면(P)과 소정간격 이격되도록 형성될 수 있으며, 상기와 같은 일부 구간은 해류의 영향을 직접적으로 받게 되어, 해류로 인한 진동 발생 및 피로 하중 축적이 특히 문제되게 된다.

본 실시예들에 따른 해저용 파이프(100, 200, 300)는 기 설치된 파이프 라인이나 신규 설치되는 파이프 라인 등에서 상기와 같은 일부 구간에 설치됨으로써, 적은 비용으로도 진동 발생 및 피로 하중 축적을 방지할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100, 200, 300: 해저용 파이프 110, 120, 130: 파이프몸체부
120, 220, 320: 진동저감부

Claims (7)

1. 중공 원통형의 파이프몸체부; 및
   상기 파이프몸체부 외주면의 일측 또는 양측에 돌출 형성된 진동저감부;를 포함하는 해저용 파이프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동저감부는, 상기 해저용 파이프가 설치되는 지역의 해류 방향에 대응되도록 상기 파이프몸체부 외주면의 일측 또는 양측에 돌출 형성된 해저용 파이프.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동저감부는,
   횡단면상, 상기 파이프몸체부 외주면에서 반경 방향으로 돌출되어 형성되는 최대 돌출 지점 및
   상기 최대 돌출 지점을 중심으로 상기 파이프몸체부의 외주면을 향해 경사지게 형성된 곡면을 포함하는 해저용 파이프.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 진동저감부는, 상기 파이프몸체부 외주면에서 상기 최대 돌출 지점까지의 길이가, 상기 파이프몸체부 외경의 3 내지 7 퍼센트(%)로 형성된 해저용 파이프.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동저감부는, 상기 파이프몸체부의 길이방향을 따라 연장 형성된 해저용 파이프.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동저감부는, 내측에 케이블을 수용하는 케이블수용부를 포함하는 해저용 파이프.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 진동저감부는, 상기 케이블수용부를 개폐시킬 수 있도록, 일측단이 상기 파이프몸체부의 외주면에 힌지 결합되고, 타측단은 상기 파이프몸체부의 외주면에 착탈 가능한 해저용 파이프.

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