KR20140025803A - 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수면 상부에 프로펠러를 배치하여 풍력을 이용하여 부유식 해양 구조물의 위치를 유지할 수 있도록 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 DP 제어기를 포함하는 동적 위치 유지 시스템으로서, 상기 부유식 해양 구조물에 설치되어 풍력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러를 회전시키는 모터를 포함하되, 상기 프로펠러는 상기 DP 제어기에 의해 제어되며, 해수면의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템이 제공된다.

Description

부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DYNAMIC POSITIONING OF VESSEL}
본 발명은 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면 상부에 프로펠러를 배치하여 풍력을 이용하여 부유식 해양 구조물의 위치를 유지할 수 있도록 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업 발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 들어내고 있으며, 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다.
따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.
이러한 해양의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 정제 및 저장할 수 있는 FPSO(Floating Production Storage Offloading), 드릴쉽 등의 부유식 구조물이 점진적으로 늘어나고 있다. 이러한 부유식 구조물은 특성상 일정 위치에서 오랜 작업을 수행하기 때문에 조류 및 풍향, 풍속 파고에 의하여 흔들림이나, 위치변화가 적을 수록 보다 안전한 유전 개발을 이룰 수 있고, 시추작업이 완료된 어느 한 장소에서 다른 장소로 이동하는데 소요되는 시간 및 조작성은 가능한 짧고 간단할 수록 좋다. 이때 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변하는 현상은 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템(Dynamic Positioning System)에 의해 해소될 수 있다.
종래의 동적 위치 유지 시스템은 360도 방향 전환이 가능한 여러기의 회전 프로펠러가 부유식 해양 구조물의 하부(선저)에 부착되어 해수면 하부에서 추력을 발생시켜 위치를 제어하였다.
이와 같은 종래의 동적 위치 유치 시스템은 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위해 추력을 발생시키는 프로펠러와, 그 프로펠러에 동력을 공급하는 모터를 포함하는데, 모터는 선체 내부에 위치되어 있다.
그러나 프로펠러는 해수면에 잠긴 부유식 해양 구조물의 하부에 있어, 계류중이거나 항해중에 유지보수가 필요한 경우 다이버가 수중으로 들어가 작업하므로 프로펠러가 해수면 상부에 설치되어 유지보수가 용이한 동적 위치 유지 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 해수면 상부에 프로펠러를 설치하여 풍력을 이용하여 부유식 해양 구조물의 위치를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 계류중이거나 항해중에 프로펠러의 유지보수가 용이한 부유식 해양 구조물의 동적 위치 유지 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 DP 제어기를 포함하는 동적 위치 유지 시스템으로서, 상기 부유식 해양 구조물에 설치되어 풍력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러를 회전시키는 모터를 포함하되, 상기 프로펠러는 상기 DP 제어기에 의해 제어되며, 해수면의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템이 제공된다.
상기 프로펠러는 상기 부유식 해양 구조물의 양 측면에 각각 설치되는 것이 바람직하다.
상기 프로펠러는 복수개이며, 상기 부유식 해양 구조물의 좌현에 위치한 프로펠러와 상기 부유식 해양 구조물의 우현에 위치한 프로펠러는 일직선상에 있는 것이 바람직하다.
상기 프로펠러는 풍향을 조절하는 조향제어캡이 설치된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 위치 유지 시스템은 상기 부유식 해상 구조물의 전후 방향으로의 위치를 유지시키는 추력장치를 더 포함하고, 상기 추력장치는 상기 DP 제어기에 의해 추력이 제어되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부유식 해양 구조물에 설치되고 해수면의 상부에 위치한 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 모터를 포함하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법으로서, 상기 부유식 해양 구조물의 위치 제어에 필요한 정보를 측정하는 단계; 상기 측정된 정보에 기반하여 상기 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 제어신호를 상기 프로펠러를 구동시키는 모터에 제공하는 단계를 포함하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법이 제공된다.
상기 제어신호는 상기 프로펠러에 설치된 조향제어캡의 풍향을 조절하기 위한 풍향조절용 제어신호를 포함하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법은 상기 생성하는 단계 이후에, 상기 풍향조절용제어신호에 기초하여 상기 조향제어캡의 풍향을 조절하는 단계를 더 포함하는 것이바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 해수면 상부에 프로펠러를 설치하여 풍력을 이용하여 부유식 해양 구조물의 위치를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 계류중이거나 항해중에 프로펠러의 유지보수가 용이한 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 프로펠러에 설치된 조향제어캡에 의해 원하는 방향으로 풍향을 조절할 수 있는 효과도 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면 부유식 해양 구조물의 좌현과 우현에 일직선상에 설치된 프로펠러에 의해 수직 방향 무게중심과 가까운 곳에서 추력을 발생하므로 종래 부유식 해양 구조물의 하부에 설치된 스러스터에 비해 부유식 해양 구조물의 롤링(Rolling) 발생을 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 프로펠러에 설치된 조향제어캡을 설명하기 위한 평면도, 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 프로펠러에 설치된 조향제어캡을 설명하기 위한 평면도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 동적 위치 유지 시스템은 부유식 해양 구조물(10)의 양 측면에 설치된 프로펠러(21)와, 프로펠러(21)에 동력을 발생시키는 모터(22)와, 부유식 해양 구조물(10)이 한 지점에 머물기 위한 제어신호를 생성하는 DP 제어기(미도시)를 포함하여 구성된다.
DP 제어기는 부유식 해양 구조물의 위치 제어에 필요한 정보를 측정하기 위한 계측기(미도시)에 연결되어, 계측기로부터 측정값을 받아 부유식 해양 구조물의 위치 유지를 위한 제어신호를 생성한다.
동적 위치 유지 시스템(Dynamic Positioning System)이 적용되는 부유식 해양 구조물로는 프로펠러, 즉 스러스터를 이용하여 자기 위치 유지를 수행할 필요가 있는 드립쉽(drillship), 쇄빙선, 드릴링 리그(drilling rig), 셔틀 탱커(shuttle tanker), FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG-RV(LNG-Regasfication Vessel), 극지 항해 화물선, 여객선 등을 비롯한 다양한 선박이 포함될 수 있다.
계측기는 위치 계측기, 풍량계, 운동 계측기, 자이로스코프 등을 포함하고, 위치 계측기는 GPS이거나, 차동 위치계측기(DGPS, Differencial GPS)일 수 있다. 이와 같은 위치 계측기는 부유식 해양 구조물의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기에 출력한다. 또한 위치 계측기는 부유식 해양 구조물에 대한 상대적인 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기에 출력하는 팬빔, Cyscan(레이저 반사 이용), Artemis 혹은 RadaScan(마이크로파 반사 이용) 및 Acoustic Sensor(수중 음파 이용) 중 적어도 하나를 포함한다.
풍량계는 풍향 및 풍속을 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기에 출력한다.
운동 계측기(Motiuon Reference Uint, MRU)는 부유식 해양 구조물의 자세, 즉 피치, 롤, 히브를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기에 출력한다.
자이로스코프는 부유식 해양 구조물의 헤딩 각도를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기에 출력한다.
DP 제어기는 이와 같은 계측기로부터 출력된 외력정보에 기초하여 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러(21)에 동력을 발생시키는 모터(22)에 출력한다. 여기서 DP 제어기는 조작 스테이션을 통해 오퍼레이터의 명령을 입력받는다.
프로펠러(21)는 부유식 해양 구조물의 전후 방향으로의 위치를 유지시키며 DP 제어기에 의해 그 추력이 제어된다. 본 실시예에서는 프로펠러(21)를 DP 제어기에 의해 제어되는 것으로 설명하고 있으나, 선택적으로 별도의 제어기를 사용하여 프로펠러(21)를 제어할 수도 있다.
이와 같은 프로펠러(21)는 해수면(A)의 상부에 설치된다. 프로펠러(21)가 설치되는 부유식 해양 구조물의 위치는 프로펠러(21)가 일으키는 바람으로 인해 바닷물이 날리지 않을 정도의 위치이며, 바람직하게는 메인 데크(main deck)와 가까운 위치이다.
또한 해수면(A)의 하부에 추력장치(30)가 구비될 수 있다. 상기 추력장치(30)는 고정식 프로펠러가 구비될 수 있다. 다른 실시예로 상기 추력장치(30)가 추가적으로 azimuth 스러스트를 포함할 수도 있다.
따라서 본 실시예에서 상기 DP 제어기는 주된 자세 제어 추력이 프로펠러(21)를 사용한다. 하지만, 다른 실시예로 상기 DP제어기는 주된 자세 제어 추력이 프로펠러(21)와 추력장치(30), 예를 들면 azimuth 스러스트 중 어느 하나를 선택적으로 사용하도록 제어할 수 있다. 또는 프로펠러(21)를 주된 추력으로 사용되도록 제어하고 azimuth 스러스트를 보조적 추력으로 사용되도록 제어하는 실시예도 가능하다.
모터(22)는 프로펠러(21)에 동력을 전달하여 프로펠러(21)를 회전시킨다. 도 1에서 프로펠러(21)에 의한 추력 방향을 화살표로 표시하고 있다.
프로펠러(21)의 회전에 의해 발생되는 풍력으로 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지할 수 있다.
이와 같은 프로펠러(21)는 부유식 해양 구조물의 양측면에 각각 설치된다. 또한 부유식 해양 구조물의 좌현에 위치한 프로펠러와 우현에 위치한 프로펠러는 일직선상에 있으며, 도 1에서 보듯이 세쌍이 설치될 수 있다.
또한 프로펠러(21)는 풍향을 조절하기 위한 조향제어캡(23)이 설치된다. 조향 제어캡(23)은 도 2에 평면도에 도시되어 있으며, 프로펠러(21)의 입구에서 풍향을 조절할 수 있다.
또한 프로펠러(21)에 연결된 모터(22)에 의해 조향제어캡(23)이 조절되어, 조절된 조향제어캡(23)을 통해 풍향을 조절할 수 있다.
조향제어캡(20)은 좌우 약 20도 정도로 움직임이 가능하며, 풍향을 횡방향 이외의 방향으로 조절될 수 있다.
해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러(21)만으로 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 어려운 경우, 즉 DP 제어기는 해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러(21)를 구동시키도록 모터(22)에 제어신호를 제공한 후에 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 벗어나는지 여부를 판단하고 판단결과, 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 벗어나는 경우 부유식 해양 구조물의 하부에 설치된 고정식 프로펠러(30)를 구동시키도록 제어한다.
추력장치인 고정식 프로펠러(30)는 360도 선회가 가능하도록 다수, 예컨대 선미측과 선수측에 각각 설치되는 전(全)방향 추진기이고, 부유식 해양 구조물이 자유롭게 추진 및 역추진 또는 선회할 수 있도록 추진력을 발생시킨다.
또한 고정식 프로펠러(30)는 부유식 해양 구조물의 선미측 또는 선수측에 두개, 또는 선미측과 선수측에 두개씩 설치될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해양 구조물의 동적 유지 시스템의 위치 유지 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면 DP 제어기는 부유식 해양 구조물의 위치 제어에 필요한 정보를 측정한다(S11). 위치 제어 필요한 정보는 GPS 또는 DGPS에 의해 측정된 부유식 해양 구조물의 위치, 풍량계에 의해 측정된 풍향 및 풍속, 운동 게측기에 의해 측정된 부유식 해양 구조물의 자세, 자이로스코프에 의해 측정된 부유식 해양 구조물의 헤딩 각도를 포함한다.
DP 제어기는 측정된 위치 제어에 필요한 정보를 기반으로 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성한다(S13). 여기서 제어신호는 해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러 중 어느 프로펠러의 구동을 지시하기 위한 제어신호를 포함한다.
DP 제어기는 생성된 제어신호를 해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러(21)를 구동시키는 모터(22)에 제어신호를 제공한다(S15).
이렇게 함으로써 해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러(21)의 구동에 따른 풍력에 의해 추력이 발생되어 부유식 해양 구조물을 제어할 수 있다. 특히 해수면(A)의 상부에 프로펠러(21)가 설치됨에 따라 계류 또는 항해중에 프로펠러(21)의 고장시 다이버 없이 용이하게 유지보수가 가능하다.
이상에서는 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위해 해수면(A)의 상부에 설치된 프로펠러(21)를 구동시키도록 모터(22)를 제어하는 것으로 설명하였지만, 모터(22)를 제외하는 것외에도 프로펠러(21)를 덮는 조향제어캡(23)의 위치를 제어기하기 위한 제어신호를 생성하여 생성된 제어신호에 따라 조향제어캡(23)이 조절되어 풍향을 조절할 수 있음에 따라 부유식 해양 구조물의 정해진 위치에서 유지될 수 있도록 하는데 기여할 수 있다.
또한 해수면(A) 위인 부유식 해상 구조물의 양 측면에 설치된 프로펠러(21)를 모두 구동시키더라도 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 벗어나는 경우 또는 부유식 해양 구조물이 앞/뒤 방향으로의 급격한 이동이 요구될 경우 DP 제어기는 부유식 해양 구조물의 하부에 설치된 추력장치(30)를 구동시키기 위한 모터를 제어하여 부유식 해양 구조물이 한 지점에서 위치 유치될 수 있도록 한다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
10 : 부유식 해양 구조물 21 : 프로펠러
22 : 모터 23 : 조향제어캡
30 : 추력장치

Claims (7)

  1. 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 DP 제어기를 포함하는 동적 위치 유지 시스템으로서,
    상기 부유식 해양 구조물에 설치되어 풍력을 발생시키는 프로펠러; 및
    상기 프로펠러를 회전시키는 모터를 포함하되,
    상기 프로펠러는 상기 DP 제어기에 의해 제어되며, 해수면의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로펠러는 상기 부유식 해양 구조물의 양 측면에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로펠러는 복수개이며,
    상기 부유식 해양 구조물의 좌현에 위치한 프로펠러와 상기 부유식 해양 구조물의 우현에 위치한 프로펠러는 일직선상에 있는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로펠러는 풍향을 조절하는 조향제어캡이 설치된 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부유식 해상 구조물의 전후 방향으로의 위치를 유지시키는 추력장치를 더 포함하고,
    상기 추력장치는 상기 DP 제어기에 의해 추력이 제어되는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  6. 부유식 해양 구조물에 설치되고 해수면의 상부에 위치한 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 모터를 포함하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법으로서,
    상기 부유식 해양 구조물의 위치 제어에 필요한 정보를 측정하는 단계;
    상기 측정된 정보에 기반하여 상기 부유식 해양 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제어신호를 상기 프로펠러를 구동시키는 모터에 제공하는 단계를 포함하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어신호는
    상기 프로펠러에 설치된 조향제어캡의 풍향을 조절하기 위한 풍향조절용 제어신호를 포함하고,
    상기 생성하는 단계 이후에,
    상기 풍향조절용제어신호에 기초하여 상기 조향제어캡의 풍향을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법.
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