KR20150110874A - 모듈 서포팅 유닛 - Google Patents

Abstract

모듈 서포팅 유닛이 개시된다. 모듈 서포팅 유닛은 해상 부유체의 상부 영역에 배치되는 트러스 구조물의 하부를 형성하는 거더의 하부에 연결되는 서포트 바퀴; 상기 서포트 바퀴의 움직임을 제한하기 위해 상기 서포트 바퀴의 회전이동 가능한 방향에 각각 배치되는 스토퍼; 상기 거더의 일측에 일 단부가 각각 고정 결합되는 복수의 서포트 로드; 및 상기 서포트 로드가 측면방향에서 상기 거더를 지지하도록 복수의 서포트 로드의 타 단부를 각각 고정하는 복수의 러그를 포함한다.

Description

모듈 서포팅 유닛{Module supporting unit}

본 발명은 모듈 서포팅 유닛에 관한 것이다.

액화천연가스 부유식 생산·저장설비(LNG FPSO, Liquefied Natural Gas Floating Production Storage and Offloading)와 같은 해상 부유체는 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 해저를 시추하여 천연가스를 생산하고, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 가공 및 액화시켜 액화천연가스 저장탱크 내에 저장하는 작업을 수행한다.

이를 위해, 한국공개특허 제2012-0020354호(부유식 구조물)에 개시된 바와 같이, 유정으로부터 원유 등을 뽑아 올리는 리프팅 모듈, 정제 모듈 및 저장 탱크뿐 아니라 주거모듈이나 저장중인 원유와 가스를 일시에 배출, 소각시키는 안전시설인 플레어 타워 등의 모듈들이 해상 부유체의 갑판 상부에 구비된다.

구비되는 모듈(즉, 상부 모듈)들은 선체에 마련된 스툴(stool) 상에 설치된다. 복수의 스툴은 바람이나 파도, 조류에 의한 선체의 거동에 의해 서로 방향을 달리하여 유동될 수 있어 상부 모듈과 각 스툴은 어느 정도 상대적 유동은 가능하지만, 상부 모듈의 하중이 지지될 수 있도록 특수한 플렉시블 베어링(Flexible bearing)을 이용하여 상호 연결된다.

그러나 강화 고무로 형성된 플렉시블 베어링의 설치가 복잡하고 제작이 어려우며, 구매 단가가 고가인 문제점이 있다. 또한, 일래스토머(Elastomer)의 스프링 계수와 반력(reation force)간의 오차 발생으로 디멘젼 제어(dimension control)가 어려운 문제점도 있다.

특허문헌 1 : 한국공개특허 제2012-0020354호(부유식 구조물)

본 발명은 강화 고무 재질인 고가의 일래스토머릭 베어링(Elastomeric bearing)을 사용하지 않아 스툴(stool)의 설치가 생략될 수 있어 상부 모듈에 대한 지지 구조가 간단해지는 모듈 서포팅 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상부 모듈의 수직 하중이 서포트 바퀴 및/또는 서포트 로드에 의해 분산되어 수직 방향 디멘젼 유지가 용이하고, 서포트 바퀴의 위치 고정을 위한 스토퍼에 의해 수평 방향 디멘젼 유지가 용이해지는 모듈 서포팅 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 모듈 서포팅 유닛에 가해지는 인장력과 압축력이 분산되고, 선체의 종방향 및 횡방향의 양방향 운동을 포함한 다양한 방향으로의 운동을 효율적으로 보상할 수 있어 선체의 파괴를 방지할 수 있는 모듈 서포팅 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 서포트 바퀴를 지지 구조로 가지는 상부 모듈이 용접 작업없이 위치 고정될 수 있어 상부 모듈이 필요에 따라 자유롭게 위치 이동될 수 있으며, 갑판 상부에 임시 모듈(즉, 설치와 제거가 용이한 상부 모듈)의 설치 및 다양한 조합을 통해 다양한 기능을 수행하는 해상 부유체를 구성할 수 있도록 하는 모듈 서포팅 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 모듈 서포팅 유닛으로서, 해상 부유체의 상부 영역에 배치되는 트러스 구조물의 하부를 형성하는 거더의 하부에 연결되는 서포트 바퀴; 상기 서포트 바퀴의 움직임을 제한하기 위해 상기 서포트 바퀴의 회전이동 가능한 방향에 각각 배치되는 스토퍼; 상기 거더의 일측에 일 단부가 각각 고정 결합되는 복수의 서포트 로드; 및 상기 서포트 로드가 측면방향에서 상기 거더를 지지하도록 복수의 서포트 로드의 타 단부를 각각 고정하는 복수의 러그를 포함하는 모듈 서포팅 유닛이 제공된다.

상기 서포트 바퀴는 탄성을 가지는 고무 재질로 형성될 수 있다.

상기 스토퍼는 상기 서포트 바퀴측의 높이가 상대적으로 낮은 높이를 가지도록 슬로프 형상으로 형성될 수 있다.

상기 서포트 로드의 양 단부는 상기 거더 및 상기 러그와 회전 가능하도록 각각 고정 결합될 수 있다.

상기 서포트 바퀴 및 상기 복수의 서포트 로드는 상기 해상 부유체와 상기 거더 간의 상대 이동을 허용하여 상기 해상 부유체 측의 요동에 의한 거더 측의 운동을 보상할 수 있다.

상기 스토퍼 및 상기 복수의 러그는 상기 해상 부유체의 갑판 상부에 고정 설치될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 강화 고무 재질인 고가의 일래스토머릭 베어링(Elastomeric bearing)을 사용하지 않아 스툴(stool)의 설치가 생략될 수 있어 상부 모듈에 대한 지지 구조가 간단해지는 효과가 있다.

또한 상부 모듈의 수직 하중이 서포트 바퀴 및/또는 서포트 로드에 의해 분산되어 수직 방향 디멘젼 유지가 용이하고, 서포트 바퀴의 위치 고정을 위한 스토퍼에 의해 수평 방향 디멘젼 유지가 용이해지는 효과도 있다.

또한 모듈 서포팅 유닛에 가해지는 인장력과 압축력이 분산되고, 선체의 종방향 및 횡방향의 양방향 운동을 포함한 다양한 방향으로의 운동을 효율적으로 보상할 수 있어 선체의 파괴를 방지할 수 있는 효과도 있다.

또한 서포트 바퀴를 지지 구조로 가지는 상부 모듈이 용접 작업없이 위치 고정될 수 있어 상부 모듈이 필요에 따라 자유롭게 위치 이동될 수 있으며, 갑판 상부에 임시 모듈(즉, 설치와 제거가 용이한 상부 모듈)의 설치 및 다양한 조합을 통해 다양한 기능을 수행하는 해상 부유체를 구성할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 상부 모듈을 지지하는 지지 구조의 설계시 요구되는 최적화된 움직임을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 D 영역에서 스툴(stool)을 이용한 종래의 고정 형태를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 K 영역의 확대도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 서포팅 유닛의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 서포팅 유닛의 반력 제공 원리를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 상부 모듈을 지지하는 지지 구조의 설계시 요구되는 최적화된 움직임을 개략적으로 나타낸 도면이다. 참고로 도시된 큰 화살표는 선박의 진행 방향을 나타낸다.

일반적으로 항해중인 선박은 6방향의 운동을 가지게 되며, 이는 선체의 길이 방향의 수평축에 대한 전후동요(surging, 서징), 선체의 길이 방향의 수평축에 대한 회전동요(rolling, 롤링), 선체의 횡방향 수평축을 따라 움직이는 좌우동요(swaying, 스웨잉), 선체의 횡방향 수평축에 대한 회전운동(pitching, 피칭), 선체의 연직축 방향으로의 상하동요(heaving, 히빙) 및 선체의 연직축 방향으로 한 회전동요(yawing, 요잉) 으로 구별될 수 있다.

이러한 선박의 운동에 의해 갑판 상부에 설치되는 모듈(즉, 상부 모듈)의 응력 변동 및 변위의 영향을 최소화하기 위해 상부 모듈을 지지하는 4 방향 지지부는 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 다른 움직임을 가지도록 설계된다.

구체적으로 도 1의 A 영역은 선박의 종방향(즉, 선체의 선수와 선미를 잇는 가상의 라인을 따라 형성되는 방향) 움직임에 대응되도록 설계되고, B 영역은 선박의 종방향 및 횡방향(즉, 종방향의 가로 방향)의 움직임에 대한 거동이 없도록 선체에 구속되도록 설계된다. 또한, 도 1의 C 영역은 선체의 횡방향 움직임에 대응되도록 설계되고, D 영역은 선체의 종방향 및 횡방향 움직임에 대응되도록 설계된다.

이러한 설계에 의해서 갑판 상부 모듈은 선체의 거동으로 인한 변위로부터 자유롭게 되고, 선체와 상부 모듈 간의 모멘트 전달로 인해 발생되는 응력 변동이 최소화된다.

도 2에는 도 1의 D 영역에서 특수 장치에 의해 스툴에 연결되는 상태가 개략적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 K 영역의 확대도가 도시되어 있다.

전술한 도 1의 D 영역에서 사용되는 종래의 중형 및 대형 부유식 해상 구조물의 상부 모듈과 스툴(stool)(20)을 연결하는 특수 장치는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 모듈과 스툴(20)의 접촉 영역에서 상부 모듈의 종방향 및 횡방향 움직임을 허용하기 위해서 베어링 패드(E)를 구비한다.

특수 장치의 베어링 패드(E)로는 일래스토머릭 베어링(Elastomeric Bearing)이 주로 사용된다. 일래스토머릭 베어링은 두께 0.7~2mm의 탄성체(일래스토머)와 이와 거의 같은 두께의 금속 심(shim)을 교대로 밀착 적층시켜 제작한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 모듈의 하부 영역과 스툴(20) 사이에 배치된다.

구체적으로, 상부 모듈의 하부를 형성하는 거더(girder)(10)와 스툴(20)의 사이에는 제1 일래스토머(elastomer)(E1)가 배치되고, 거더(10)와 스툴(20)의 양 측면 공간에는 제2 일래스토머(E2)가 각각 배치된다.

이러한 일래스토머릭 베어링은 강화 고무로 되어 있어 제작이 어렵고, 제1 일래스토머(E1)와 제2 일래스토머(E2)로 구성되어 거더(10)와 스툴(20) 사이의 공간에 각각 설치되므로 설치 과정에서 제1 일래스토머(E1)와 제2 일래스토머(E2)의 세팅된 위치가 변경될 수 있다.

또한 제1 일래스토머(E1)는 상부 모듈에서 발생되는 수직 하중을 선체로 전달하는 역할을 하는 데, 제1 일래스토머(E1)는 탄성체로 이루어져 있으므로 누적된 하중의 영향으로 탄성계수의 변동이 발생되어 처음에 계산된 수치와 오차가 생겨 정확한 수치의 수직 하중 전달력 계산이 어려운 문제점도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 서포팅 유닛의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 서포팅 유닛의 반력 제공 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 해상 부유체의 상부 영역에 배치되는 트러스 구조물의 하부를 형성하는 거더(10)의 하부에 상부 모듈을 하부에서 지지하기 위한 서포트 바퀴((410)가 결합되고, 서포트 바퀴((410)의 움직임을 소정의 범위로 제한하기 위한 스토퍼(420)가 선체의 상부 갑판에 고정되어 서포트 바퀴((410)의 주변에 배치된다.

서포트 바퀴((410)는 예를 들어 고무 재질의 자동차 타이어와 유사하게 형성될 수 있다.

또한, 서포트 바퀴((410)를 중심으로 양측에 각각 배치되는 스토퍼(420)는 서포트 바퀴(410) 측이 상대적으로 낮은 높이를 가지는 예를 들어 호 형상 또는 삼각형인 슬로프(slope) 구조로 형성됨으로써 선체의 운동에 따른 상부 모듈의 요동시 서포트 바퀴(410)가 제한된 범위에서만 움직이도록 할 수 있다.

서포트 바퀴(410)가 상부 모듈을 지지하기 위한 복수의 위치에 각각 장착될 수도 있고, 서포트 바퀴(410)와 스토퍼(420)의 배치 방향이 서포트 바퀴(410)의 회전 이동을 제한하여 상부 모듈이 안정적으로 지지되도록 결정될 수 있음은 당연하다.

거더(10)의 복수 위치는 각각 측면 방향에서 지지하기 위한 서포트 로드(430)의 일 단부에 회전 가능하도록 고정 결합되고, 서포트 로드(430)의 타 단부는 각각 대응되는 러그(440)에 회전 가능하도록 결합된다.

서포트 로드(430)의 일단은 선체의 갑판 상부에 고정 배치된 러그(440)에 회전 가능하도록 결합되어, 선체의 운동에 따른 상부 모듈에서 가해지는 하중에 대한 반력을 제공할 뿐 아니라 상부 모듈의 요동시 상부 모듈의 이동 변위량을 제한하는 역할을 수행할 수 있다. 서포트 로드(430)는 예를 들어 금속 재질로 형성될 수도 있으나, 소정 크기 이내의 탄성을 가지는 재질로 형성될 수도 있음은 당연하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 모듈 서포팅 유닛은 종래의 상부 모듈 고정 방식과 달리 스툴(stool)과 강화 고무 재질의 일래스토머릭 베어링을 구비할 필요가 없고, 스토퍼(420)와 러그(440)를 이용하여 서포트 바퀴(410)의 이탈을 방지하는 구조를 취하고 있으며, 서포트 바퀴(410)와 서포트 로드(430)의 동작에 의해 인장력과 압축력이 분산되고 힘의 방향이 전환되어 선체의 피로를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 5에는 모듈 서포팅 유닛의 반력 제공 원리가 도시되어 있다.

도 5의 (a)에 예시된 바와 같이, 선박의 운동으로 인해 수직 상방에서 모듈 서포팅 유닛에 하중이 작용되면, 고무 재질의 서포트 바퀴(410)가 반력을 제공하도록 구성된다.

또한 도 5의 (b)에 예시된 바와 같이, 선박의 운동으로 인해 수직 상방으로 모듈 서포팅 유닛에 하중이 작용되면, 거더(10)를 측면 방향에서 고정하는 서포트 로드(430)의 인장력으로 반력을 제공하도록 구성된다.

전술한 바와 같이, 수직 방향으로 모듈 서포팅 유닛에 하중이 작용되면, 서포트 바퀴(410) 및/또는 서포트 로드(430)가 종래기술에 따른 고정 구조에서의 제1 일래스토머(E1, 도 3 참조)와 같이 수직 하중 전달 기능을 수행하고, 이로 인해 수직 방향 디멘젼 유지가 용이해질 수 있다.

그러나 만일 도 5의 (c)에 예시된 바와 같이, 선박의 운동으로 인해 수평 방향(즉, 선체의 선수 또는 선미 방향)으로 하중이 발생되면, 스토퍼(420)가 반력을 제공하도록 구성된다. 즉, 모듈 서포팅 유닛의 스토퍼(420)는 종래기술에 따른 고정 구조에서의 제2 일래스토머(E2, 도 3 참조)의 기능을 수행한다.

또한 만일 도 5의 (d)에 예시된 바와 같이, 선박의 운동으로 인해 종방향의 굽힘 모멘트가 발생되면, 서포트 바퀴(410)의 구름 동작 및 서포트 로드(430)의 양 단부의 회전 동작에 의해 상부 모듈로부터의 하중이 분산, 상쇄될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 간단한 구조의 모듈 서포팅 유닛은 선박의 운동으로 인해 상부 모듈에 가해지는 하중을 분산시키거나 상쇄시켜 상부 모듈을 안정적으로 지지할 수 있는 특징을 가진다.

또한 상부 모듈의 지지 구조를 본 실시예에 따른 모듈 서포팅 유닛들로 구성하는 경우, 상부 모듈이 해상 부유체의 상부 갑판에 고정 설치될 필요가 없어 서포트 바퀴(410)를 회전시켜 상부 모듈의 자유로운 위치 이동이 가능해질 수 있을 뿐 아니라 상부 모듈을 임시 모듈(즉, 설치와 제거가 용이한 모듈)로 구성하여 임시 모듈간의 다양한 조합을 통해 다양한 기능을 수행하는 해상 부유체를 구성할 수 있는 특징도 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 거더 20 : 스툴
410 : 서포트 바퀴 420 : 스토퍼
430 : 서포트 로드 440 : 러그

Claims (6)

1. 모듈 서포팅 유닛으로서,
   해상 부유체의 상부 영역에 배치되는 구조물의 하부를 형성하는 거더의 하부에 연결되는 서포트 바퀴;
   상기 서포트 바퀴의 움직임을 제한하기 위해 상기 서포트 바퀴의 회전이동 가능한 방향에 각각 배치되는 스토퍼;
   상기 거더의 일측에 일 단부가 각각 고정 결합되는 복수의 서포트 로드; 및
   상기 복수의 서포트 로드의 타 단부를 각각 고정하는 복수의 러그를 포함하는 모듈 서포팅 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서포트 바퀴는 탄성을 가지는 고무 재질로 형성되는, 모듈 서포팅 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스토퍼는 상기 서포트 바퀴측의 높이가 상대적으로 낮은 높이를 가지도록 슬로프 형상으로 형성되는, 모듈 서포팅 유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 서포트 로드의 양 단부는 상기 거더 및 상기 러그와 회전 가능하도록 각각 고정 결합되는, 모듈 서포팅 유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 서포트 바퀴 및 상기 복수의 서포트 로드는 상기 해상 부유체와 상기 거더 간의 상대 이동을 허용하여 상기 해상 부유체 측의 요동에 의한 거더 측의 운동을 보상하는, 모듈 서포팅 유닛.
6. 제1항에 있어서,
   상기 스토퍼 및 상기 복수의 러그는 상기 해상 부유체의 갑판 상부에 고정 설치되는, 모듈 서포팅 유닛.

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