KR20150011413A - 창살형 외벽을 지닌 세미리그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 폰툰(10)과 컬럼(20)을 구비하는 세미리그에 있어서: 수선면(WS)에서의 리그면적을 축소하도록 각각의 컬럼(20)의 주변에 외벽(35)을 동심상으로 배치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 구조물에서 해양파에 의한 주기적 히브 운동을 완화하여 작업 인원을 보호하고 장비 성능을 유지하는 효과가 있다.

Description

창살형 외벽을 지닌 세미리그{SEMI-RIG having latticed outer wall}

본 발명은 창살형 외벽을 지닌 세미리그에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 구조물에서 해양파에 의한 주기적 히브 운동을 완화하기 위한 창살형 외벽을 지닌 세미리그에 관한 것이다.

드릴링 리그선(Drilling RIG)과 같은 반잠수식 해상 구조물은 상부 갑판 상에 천공을 위한 고가의 드릴링 시스템(drilling system)을 구비하고 있으며, 해상에서 부유된 채 일정한 위치에 계류되어 사용된다. 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 해상 구조물의 경우, 드릴링 작업시 각종 장비들이 드릴링 리그선의 상부 갑판에서 해저까지 연장되어 있기 때문에, 드릴링 리그선의 상하 움직임에 매우 큰 영향을 받게 된다.

즉, 반잠수식 해상 구조물은 해상에서 부유된 채 사용되므로, 필연적으로 해수의 유동에 의해 움직임이 발생할 수밖에 없는데, 이러한 움직임 중 상하방향의 운동인 히브(heave) 운동의 크기와 상하방향 가속도는 각종 드릴링 장비들의 성능에 큰 영향을 미치며, 나아가서는 드릴링 장비들이 파손될 우려가 있다.

상하주기운동(Heave and Pitch motion)관점에서 해양구조물의 설계 시 가장 중요한 문제는 해역의 파 주기와 구조물의 고유 주기를 다르게 만드는 것이다. 보통 세미 리그는 해양 구조물의 고유주기를 파 주기보다 크게 만듦으로써 상하운동의 크기와 가속도를 작게 만들고자 한다. 해양구조물의 고유주기는 수선면에서서 해양구조물의 질량, 부가질량, 단면적에 따라 결정되는데, 설계자가 선택할 수 있는 변화요소로 수선면의 단면적을 선택하는 것이 일반적이다. 즉, 세미리그의 경우 수선면에서 단면적을 감소시킴으로써, 구조물의 상하운동 고유주기를 해역의 파 주기보다 크게 만들어 주고 있다.

이와 관련되는 선행특허의 일예로서, 한국 공개특허공보 제2008-0102737호는 상하주기운동(Heave and Pitch motion)을 줄이기 위해 수선면적이 최소화 되도록, 수면을 중심으로 상하 길이방향으로 단일 부이(Single Buoy) 형상 또는 반잠수식(Semi-submersible) 형상을 가지며, 제 1 라이저를 통해 해저로부터 원유 또는 천연가스를 생산하는 생산플랫폼을 구비한다. 이에 따라, 해양파의 상하주기운동으로 인한 오프쇼어 작업 상의 각종 위험을 방지하는 효과를 기대한다.

다른 예로서, 한국 공개특허공보 제2012-0004183호는 반잠수식 구조물의 폰툰에 있어서, 중앙부의 단면적이 선수부와 선미부의 단면적에 비하여 작게 형성되고, 폰툰은 상기 중앙부로부터 벗어난 부분의 상부에 칼럼이 마련되는 구조를 제안한다. 이에 따라, 상하방향 운동의 진폭 감소로 인해 유리한 가동성을 확보하여 해상 환경의 악화로 인해 발생하는 작업 중지기간(down tine)을 줄이는 효과를 기대한다.

그러나, 전자의 선행특허에 의하면 수선면적 뿐아니라 탑사이드 면적도 축소되어 반잠수식 시추의 장점을 발휘하기 곤란하고, 후자의 선행특허는 폰툰의 형상 변화를 요지로 하므로 칼럼 부분의 수선면적을 축소에 의한 히브운동 감소를 기대할 수 없다.

1. 한국 공개특허공보 제2008-0102737호 "해양파주기 운동 방지 및 대용량 저장을 위한 해양 구조물"(공개일자 : 2008. 11. 26.) 2. 한국 공개특허공보 제2012-0004183호 "반잠수식 구조물의 폰툰"(공개일자 : 2012. 1. 12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 구조물에서 해양파에 의한 주기적 히브 운동을 완화하여 작업 인원을 보호하고 장비 성능을 유지하기 위한 창살형 외벽을 지닌 세미리그를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 폰툰과 컬럼을 구비하는 세미리그에 있어서: 수선면에서의 리그면적을 축소하도록 각각의 컬럼의 주변에 외벽을 동심상으로 배치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 외벽은 전둘레를 일체 연결하여 폐쇄한 관체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 외벽은 해양파의 통과를 허용하도록 다수의 통공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 통공은 외벽에서 수선면의 중심으로 상하로 연장되는 설정영역에 국한되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 컬럼은 동심상으로 내벽을 더 구비하는 구성도 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 구조물에서 해양파에 의한 주기적 히브 운동을 완화하여 작업 인원을 보호하고 장비 성능을 유지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세미리그를 부분확대와 함께 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 세미리그의 변형예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 세미리그의 외벽 형태를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 다수의 폰툰(10)과 컬럼(20)을 구비하는 세미리그에 관하여 제안한다. 데크 위에 다양한 시추설비들을 구비하는 세미리그는 폰툰(10)과 컬럼(20)을 개재하여 반잠수식으로 설치되는 구조물이다. 연결대(15)로 이어진 2개의 폰툰(10) 상에 4개의 컬럼(20)이 고정되는 것을 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 세미리그와 같은 부유체가 수면에 잠길 때 수선면(WS)을 줄이면 해양파에 의한 수직 운동을 감소하여 동적 안정성을 증대할 수 있다.

도 1에서, 본 발명에 따르면 수선면(WS)에서의 리그면적(Aw; 도시 생략)을 축소하도록 각각의 컬럼(20)의 주변에 외벽(35)을 동심상으로 배치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도시에서 2개의 폰툰(10)이 대향하는 중심선을 종방향(X축), 이 중심선에 직교하는 방향을 횡방향(Y축), 컬럼(20)이 연결되는 방향을 수직방향(Z축)으로 명명한다. 수선면(WS)에 위치하는 컬럼(20)의 면적을 축소하고 그 외측의 종방향과 횡방향에 외벽(35)으로 보강하여 전체적인 리그면적을 축소한다. 다만 리그면적이 지나치게 작을 경우 횡복원력이 감소하는 문제가 나타날 수 있다. 수선면(WS)의 리그면적의 축소로 운동성능을 향상하는 외에 구조적인 강도를 만족하면서 복원력(GM) 손실에 의한 전복사고를 방지하는 설계요소를 고려해야 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 외벽(35)은 전둘레를 일체 연결하여 폐쇄한 관체로 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 최적안을 도출하기 위해 수작업에 의한 계산과 컴퓨터 시뮬레이션을 채용한다. 일예로, ANSYS 등의 프로그램은 반잠수식 시추선을 비롯한 다양한 해양 구조물과 선박의 구조해석에 적절하다. 부유체(Floating-body)의 운동은 RAO(Response amplitude operators)를 통하여 시간에 따른 변화 상태로 시뮬레이션도 가능하다. 외벽(35)이 컬럼(20)을 감싸는 관체로 형성되면 구조적 안정성이 향상됨이 확인된다. 물론 외벽(35)의 모서리 부분은 일정한 곡률을 지닌 라운드 형태로 형성하는 것이 유리하다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 외벽(35)은 해양파의 통과를 허용하도록 다수의 통공(40)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 외벽(35)에 의한 이중의 기둥 구조를 채용하되 후술하는 것처럼 창살과 같이 다수의 통공(40)을 형성하여 물의 이동을 자유롭게 한다. 통공(40)은 각형으로 예시하지만 원형이나 타원형을 적용할 수도 있다. 이에 따라 수선면(WS) 부근에서 리그면적을 축소하면서 이중 구조의 기둥에 의한 구조적인 안전성도 확보할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 통공(40)은 외벽(35)에서 수선면(WS)의 중심으로 상하로 연장되는 설정영역(DA)에 국한되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 해양구조물의 수직방향 운동응답을 개선하기 위하여 작업해역에서 주로 나타나는 파도의 주기를 피하도록 설계되는 것이 중요하다. 통상 작업해역의 파 주기 보다 큰 영역에 구조물의 고유 주기를 위치하게 한다. 이러한 관점에서 설정영역(DA)을 결정하여 통공(40)을 밀집적으로 배치한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 컬럼(20)은 동심상으로 내벽(25)을 더 구비하는 구성도 가능하다. 전술한 바와 같이 수선면(WS)에서의 리그면적을 줄이는 것이 중요하지만, 구조물의 구조적인 안전성을 위해서는 컬럼(20)과 동심상에 내벽(25)을 더 설치할 수 있다. 이는 세미리그의 수직방향에 필수적으로 탑재되는 설비들의 작동 신뢰성과 내구성을 확보하는 측면에서 유리하다.

도 3은 외벽(35) 상에 다수의 통공(40)을 배치하는 패턴을 2가지로 예시한다. 수평방향(X축과 Y축) 및 수직방향(Z축)으로 일정하게 배열하는 제1안과, 지그재그 패턴으로 엇갈리게 배열하는 제2안이 가능하다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 의하면 제1안의 패턴이 종합적인 관점에서 다소 유리한 것으로 나타난다. 경우에 따라서는 외벽(35)의 4면에 대하여 제1안과 제2안을 병용할 수도 있다.

한편, 본 발명의 어느 실시예나 세미리그의 전체적인 RAO 특성은 쌍동선과 유사한 형태를 나타내며, 리그면적을 축소함에 따라 상하진동 감소에 유리함을 확인할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 폰툰 15: 연결대
20: 컬럼 25: 내벽
30: 수직대 35: 외벽
40: 통공 DA: 설정영역
WS: 수선면

Claims (5)

1. 다수의 폰툰(10)과 컬럼(20)을 구비하는 세미리그에 있어서:
   수선면(WS)에서의 리그면적을 축소하도록 각각의 컬럼(20)의 주변에 외벽(35)을 동심상으로 배치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 창살형 외벽을 지닌 세미리그.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외벽(35)은 전둘레를 일체 연결하여 폐쇄한 관체로 형성되는 것을 특징으로 하는 창살형 외벽을 지닌 세미리그.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 외벽(35)은 해양파의 통과를 허용하도록 다수의 통공(40)을 구비하는 것을 특징으로 하는 창살형 외벽을 지닌 세미리그.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 통공(40)은 외벽(35)에서 수선면(WS)의 중심으로 상하로 연장되는 설정영역(DA)에 국한되어 형성되는 것을 특징으로 하는 창살형 외벽을 지닌 세미리그.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 컬럼(20)은 동심상으로 내벽(25)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 창살형 외벽을 지닌 세미리그.

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