KR20150011414A - 세로버팀대를 이용한 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 2개 이상의 수직대(30)를 인접하도록 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. 또한 수선면 감소에 따라 줄어든 횡 복원력을 확보하는 효과가 있다.

Description

세로버팀대를 이용한 세미리그{SEMI-RIG using vertical brace}

본 발명은 세로버팀대를 이용한 세미리그에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 드릴링 리그선과 같은 반잠수식 구조물에서 해양파에 의한 주기적 히브 운동을 완화하기 위한 세로버팀대를 이용한 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) 운동이나 상하방향 가속도는 각종 드릴링 장비들의 성능에 큰 영향을 미치며, 나아가서는 드릴링 장비들이 파손될 우려가 있다.

이와 관련되는 선행특허의 일예로서, 한국 공개특허공보 제2008-0102737호는 상하주기운동(Heave and Pitch motion)을 없애기 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.

또한 칼럼 부분의 수선면적 감소에 따른 복원력의 감소로 인해, 구조물의 횡 복원성이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 수선면 감소를 통해 상하방향 운동성능을 좋게 함과 동시에, 감소한 횡복원력을 상쇄시켜줄 수 있는 부가적인 구조물이 필요하다.

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 세로버팀대를 이용한 세미리그를 제공하는 데 있다.

또한 수선면 감소에 따라 줄어든 횡복원력을 상쇄시켜줄 수 있는 부가적인 구조물의 형상을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 폰툰과 컬럼을 구비하는 세미리그에 있어서: 수선면에서의 리그면적을 축소하도록 각각의 컬럼의 주변에 2개 이상의 수직대를 인접하도록 배치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 수직대는 각각의 컬럼을 중심으로 하는 원주상에 균형을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 수직대는 컬럼과 지지판을 개재하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 컬럼은 수선면 상하의 설정된 길이에 걸쳐 지지판이 없는 공백부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 수직대의 하단부는 폰툰에서 연장되는 보조폰툰을 이용하여 지지하는 것을 특징으로 한다.

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

또한, 최소한의 횡복원력을 확보하는 효과가 있다

도 1은 본 발명에 따른 세미리그를 부분확대와 함께 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 세미리그의 변형예를 나타내는 모식도
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 세미리그를 완성하는 과정에서 제시된 모델의 비교도

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 2개 이상의 수직대(30)를 인접하도록 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 작은 단면적을 지닌 수직대(30)로 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 수직대(30)는 각각의 컬럼(20)을 중심으로 하는 원주상에 균형을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 2개의 수직대(30)라면 180˚ 간격의 횡방향 대향 위치에 배치되고, 3개의 수직대라면 120˚ 간격의 삼각형 위치에 배치된다. 이때, 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.

도 3에서, (a)와 같이 컬럼(20)만 사용하는 통상적인 배치와 (b)와 같이 단면을 축소한 컬럼(20)과 수직대(30)를 사용하는 배치를 비교한다. 단순화한 대칭 구조의 모델 형태를 설정하여 파도의 입사각을 일정 각도 단위로 변화시켜가면서 RAO 특성을 살피는 과정을 거친다. 어느 모델이나 전체적인 RAO 특성은 쌍동선과 유사한 형태를 나타내지만, 도 3(b)와 같이 리그면적을 축소하면 상하진동 감소에 유리함을 확인할 수 있다.

이때, 복원력(GM)의 측면에서 도 4의 실험 모델이 비교될 수 있다. 통상적으로 복원력은 무게중심의 위치와 부력중심의 위치에 의하여 결정된다. 복원력이 양인 경우 안정 상태로 되고 음이 되면 불안정 상태로 되어 전복의 위험성이 높아진다. 도 4(a)는 각 컬럼(20)에 인접한 수직대(30)를 종방향으로 배치한 모델이고, 도 4(b)는 각 컬럼(20)에 인접한 수직대(30)를 횡방향으로 배치한 모델이다. 양 모델의 비교에 의하면 도 4(b)의 모델이 리그면적 축소, RAO, 복원력(GM) 측면에서 가장 유리하여 최종안으로 채택된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 수직대(30)는 컬럼(20)과 지지판(35)을 개재하여 연결되는 것을 특징으로 한다. 도 4(b)의 모델의 설계를 구체화하는 과정에서 컬럼(20)과 수직대(30) 간의 구조적 약점을 보완하기 위해 지지판(35)을 개재하는 방안이 채택된다. 지지판(35)은 일정한 두께의 강판을 사용하여 컬럼(20)과 수직대(30) 사이에 용접으로 고정한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 컬럼(20)은 수선면(WS) 상하의 설정된 길이에 걸쳐 지지판(35)이 없는 공백부(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 컬럼(20)과 수직대(30) 사이에 지지판(35)이 연결되면 구조적 안정성이 높아지는 대신 수선면(WS)의 리그면적이 증가한다. 이에, 평상시 수선면(WS)을 기준으로 상하로 설정된 길이에 걸쳐 지지판(35)을 생략하는 것이 바람직하다. 공백부(25)의 길이는 부유체가 설치되는 해상 영역의 환경을 고려하여 결정한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 수직대(30)의 하단부는 폰툰(10)에서 연장되는 보조폰툰(40)을 이용하여 지지하는 것을 특징으로 한다. 폰툰(10)의 폭이 충분하게 큰 경우에는 수직대(30)를 직접 고정하지만, 폰툰(10)의 형상 변경으로 폭이 축소되는 경우 보조폰툰(40)을 개재하여 수직대(30)를 고정한다.

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: 공백부
30: 수직대 35: 지지판
40: 보조폰툰 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 2개 이상의 수직대(30)를 인접하도록 배치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세로버팀대를 이용한 세미리그.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직대(30)는 각각의 컬럼(20)을 중심으로 하는 원주상에 균형을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 세로버팀대를 이용한 세미리그.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 수직대(30)는 컬럼(20)과 지지판(35)을 개재하여 연결되는 것을 특징으로 하는 세로버팀대를 이용한 세미리그.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 컬럼(20)은 수선면(WS) 상하의 설정된 길이에 걸쳐 지지판(35)이 없는 공백부(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 세로버팀대를 이용한 세미리그.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직대(30)의 하단부는 폰툰(10)에서 연장되는 보조폰툰(40)을 이용하여 지지하는 것을 특징으로 하는 세로버팀대를 이용한 세미리그.

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