KR20160000549A - 부유식 해양구조물 - Google Patents

Abstract

부유식 해양구조물이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물은, 수면에 대해 상하로 배치되는 복수의 칼럼부를 포함하는 부유체, 및 복수의 칼럼부 사이에서 수면에 대해 경사지게 배치되어 부유체에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지를 감쇄시키는 상하운동 감쇄부를 포함한다.

Description

부유식 해양구조물{FLOATING OFFSHORE-STRUCTURE}

본 발명은 부유식 해양구조물에 관한 것이다.

육상 지하자원이 고갈되고 해저 자원에 대한 관심이 고조됨에 따라, 해저 자원을 개발하기 위해 다양한 해양 플랜트 또는 구조물에 대한 연구가 진행되고 있다. 해양 플랜트 중에서도 시추를 위한 설비의 대표적인 예로 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig), FPSO (floating production storage & offloading unit) 등이 있다.

이러한 부유식 해양구조물은 해상에서 안정적이고 정밀한 작업이 가능하도록 해상에 안정적으로 계류하는 것이 중요하고, 또한 선체의 움직임을 최소화 하는 것이 중요하다. 특히, 바람이나 파고 등 해상 조건이 좋지 않을 경우, 선체에 파력이 작용하여 예를 들어 상하동요(heave)와 같은 큰 운동이 발생하게 되는데, 이때 파력의 에너지가 선체에 직접 작용하여 구조적 피로도(degree of fatigue)를 높일 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0010545호(2014. 01. 27, 반잠수식 해양 구조물)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 부유체의 상하동요를 어느 정도 억제하면서도 파력의 에너지가 부유체에 직접 작용하는 것을 최소화하여, 부유체에 구조적 피로도가 축적되는 것을 최소화할 수 있는 부유식 해양구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수면에 대해 상하로 배치되는 복수의 칼럼부를 포함하는 부유체; 및 상기 복수의 칼럼부 사이에서 수면에 대해 경사지게 배치되어 상기 부유체에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지를 감쇄시키는 상하운동 감쇄부를 포함하는 부유식 해양구조물이 제공된다.

상기 상하운동 감쇄부는 수면을 따라 길이방향으로 연장되는 판형상의 상하운동 감쇄판을 포함할 수 있다.

상기 상하운동 감쇄부는 상기 상하운동 감쇄판의 경사각도를 조절 가능하도록 상기 상하운동 감쇄판을 회전축을 중심으로 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 구동부는, 상기 회전축에서 수직방향으로 연장되는 링크; 및 단부가 상기 링크에 연결되어 상기 회전축을 중심으로 상기 링크를 회전시키는 액추에이터를 포함할 수 있다.

상기 상하운동 감쇄부는 파력의 진행방향에 따라 상기 상하운동 감쇄판의 경사각도가 조절되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수면을 기준으로 복수의 칼럼부 사이에 경사지게 배치되어 부유체에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지를 감쇄시킴으로써, 부유체의 상하동요를 어느 정도 억제하면서도 파력의 에너지가 부유체에 직접 작용하는 것을 최소화하여, 부유체에 구조적 피로도가 축적되는 것을 최소화할 수 있는 부유식 해양구조물을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물의 상하운동 감쇄부의 작동 원리를 설명하기 위하여 도 1의 A부분을 확대한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 해양구조물의 상하운동 감쇄부를 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

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.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 출원에서 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 출원에서, "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.

이하, 본 발명에 따른 부유식 해양구조물의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물의 상하운동 감쇄부의 작동 원리를 설명하기 위하여 도 1의 A부분을 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물(1000)는 부유체(100) 및 상하운동 감쇄부(200)를 포함한다.

예를 들어 반잠수식 시추선과 같은 부유식 해양구조물의 경우, 해상에서 안정적이고 정밀한 작업이 가능하도록 선체, 즉 부유체의 움직임을 최소화 하는 것이 중요하다. 이를 위해 부유체의 상하동요를 억제할 수 있도록 상하동요 억제판과 같은 부가물을 부유체 저면에 부착하는 형태가 개발되고 있다.

그러나, 바람이나 파고 등 해상 조건이 좋지 않을 경우, 부유체에 파력이 작용하여 상하동요와 같은 큰 운동이 발생하게 되는데, 이때 파력의 에너지(주로 상하방향 성분 에너지)가 부유체에 부착된 상하동요 억제판에 직접 작용하여 부유체의 구조적 피로도를 높일 수 있으며, 심한 경우 상하동요 억제판이 파손되어 부유체에 심각한 문제를 초래할 수 있다.

본 실시예에서는, 수면을 기준으로 복수의 칼럼부 사이에 경사지게 배치되어 부유체에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지를 감쇄시킴으로써, 부유체의 상하동요를 어느 정도 억제하면서도 파력의 에너지가 부유체에 직접 작용하는 것을 최소화하여, 부유체에 구조적 피로도가 축적되는 것을 최소화할 수 있는 부유식 해양구조물을 구현할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 부유식 해양구조물(1000)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

부유체(100)는 수면에 수직한 방향으로 배치되는 복수의 칼럼부(110)를 포함할 수 있다. 이때, 칼럼부(110)의 일단부는 수면 아래에 위치할 수 있으며, 그 타단부는 수면 위로 노출되어 데크(120)를 지지할 수 있다.

칼럼부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 수면 위로 노출된 데크(120)를 지지하기 위한 구성으로, 도면을 참조하면 예를 들어 4개가 수면에 수직한 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 서로 이격되어 배치된 칼럼부(110) 사이에는 후술할 상하운동 감쇄판(210)이 배치될 수 있다.

데크(120)의 상부에는 해양 플랜트에 요구되는 다양한 설비들을 포함하는 톱사이드 구조물(140)이 배치될 수 있다.

그리고, 칼럼부(110)의 일단부에는 부유식 해양구조물(1000)의 부력을 조절할 수 있도록 예를 들어 밸러스트 탱크를 구비한 폰툰(130)이 배치될 수 있다.

상하운동 감쇄부(200)는 수면을 기준으로 복수의 칼럼부(110) 사이에 경사지게 배치됨으로써 부유체(100)에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지를 감쇄시킬 수 있다.

구체적으로, 상하운동 감쇄부(200)는 수면을 따라 길이방향으로 연장되는 판형상의 상하운동 감쇄판(210)을 포함할 수 있다.

여기서, 파력(wave force)은 크게 두 가지 에너지를 포함할 수 있다. 하나는 진행방향의 수평으로 작용하는 수평방향 성분 에너지(x축 방향 운동)일 수 있으며, 다른 하나는 진행방향의 수직으로 작용하는 상하방향 성분 에너지(y축 방향 운동)일 수 있다.

종래의 상하동요 억제판은 앞서 언급한 바와 같이 파력의 상하방향 성분 에너지를 이용하여 부유체의 상하동요를 억제하는 장치이다. 따라서, 바람이나 파고 등 해상 조건이 좋지 않을 경우에는 파력의 에너지(주로 상하방향 성분 에너지)가 부유체에 부착된 상하동요 억제판에 직접 작용하여 부유체의 피로도를 높이거나 심한 경우 상하동요 억제판이 파손되어 부유체에 심각한 문제를 초래할 수 있다.

이를 해결하기 위해, 본 실시예에서는 상하운동 감쇄판(210)이 수면에 대해 경사지도록 배치됨으로써, 부유체(100)가 파력에 의해 상하운동시 상기 파력의 상하방향 성분 에너지의 일부가 수평방향 성분 에너지로 변환되도록 구현할 수 있다.

즉, 상하운동 감쇄판(210)이 수면에 평행한 수평선을 기준으로 소정의 각도로 경사짐으로써, 상하운동 감쇄판(210)이 수면에 대해 평행한 것과 비교하여, 파력이 상하운동 감쇄판(210)의 하면 또는 상면을 직접 타격하는 것을 감쇄시킬 수 있다. 이를 통해, 상하운동 감쇄판(210)에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지의 크기를 구조물이 견딜 수 있을 정도로 감쇄시킬 있다.

따라서, 바람이나 파고 등 해상 조건이 좋지 않아 파력의 에너지가 상하운동 감쇄판(210)에 크게 작용하더라도 파력의 상하방향 성분 에너지의 적어도 일부를 수평방향 성분 에너지, 즉 파력의 진행방향 성분 에너지로 변환시킬 수 있어, 상하운동 감쇄판(210)이나 심한 경우 부유체(100)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상하운동 감쇄부(200)의 작동원리를 설명하면, 상하운동 감쇄판(210)은 부유체(100)의 중심부를 기준으로 그 좌우측에 복수개가 설치될 수 있다.

이 경우, 복수의 상하운동 감쇄판(210) 중 일부(도 1을 기준으로 볼 때, 좌측에 배치된 상하운동 감쇄판)는 그 상면이 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사지게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 상하운동 감쇄판(210) 중 나머지(도면 상의 우측에 배치된 상하운동 감쇄판)는 그 하면이 상기 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사지게 배치될 수 있다.

예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 파력이 부유체(100)의 좌측에서 우측으로 진행하는 경우를 살펴보면, 부유체(100)의 좌측에 위치하는 상하운동 감쇄판(210)은 그 상면이 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사지게 배치될 수 있다.

따라서, 파력이 상하운동 감쇄판(210)의 상면을 따고 넘어가면서(도 1의 좌측 화살표 참조) 상하운동 감쇄판(210)에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지의 적어도 일부를 수평방향 성분 에너지로 변환시킬 수 있다. 즉, 경사진 상하운동 감쇄판(210)을 이용하여 파도의 상하방향 흐름의 일부는 흘려 보내고 그 일부만을 막음으로써 구조물에 가해지는 에너지를 감쇄시킬 수 있다.

이때, 부유체(100)의 좌측 상의 상하운동 감쇄판(210)과 달리, 부유체(100)의 우측에 위치하는 상하운동 감쇄판(210)은 그 하면이 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사지게 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 상하운동 감쇄판(210) 중 적어도 일부의 하면은 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사지게 배치됨으로써 부유체(100)의 상하동요를 어는 정도 억제하는 저항체로 작용할 수 있다.

결과적으로 부유체(100)에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지의 크기를 부유체(100)가 견딜 수 있을 정도의 적정 수준으로 감쇄시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 복수의 상하운동 감쇄판(210) 중 일부는 그 상면이 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사지고, 복수의 상하운동 감쇄판(210) 중 나머지는 그 하면이 파력의 진행방향(10)에 대향하도록 경사짐으로써, 부유체(100)의 상하동요를 어느 정도 억제하면서도 동시에 파력의 에너지가 부유체(100)에 과도하게 작용하는 것을 최소화할 수 있다.

결과적으로 부유체(100))에 구조적 피로도가 축적되는 것을 최소화할 수 있는 부유식 해양구조물(1000)을 구현할 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 상하운동 감쇄부(200)는 상하운동 감쇄판(210)의 경사각도를 필요에 따라 조절 가능하도록 상하운동 감쇄판(210)을 회전축(220)을 중심으로 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 상하운동 감쇄판(210)의 기울기 각도가 필요에 따라 조절됨으로써, 평상시에는 상하운동 감쇄판(210)의 기울기를 수면에 평행하도록 각도 조절할 수 있어 부유체(100)의 상하동요 억제력을 최대한으로 확보할 수 있다. 그리고, 해상 조건이 좋지 않을 때에는 상하운동 감쇄판(210)의 기울기를 적정한 각도로 경사지게 조절할 수 있어 부유체(100)의 상하동요를 어느 정도 억제하면서도 동시에 파력의 에너지가 부유체(100)에 과도하게 작용하는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로 구동부는 회전축(220)을 회전시키는 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 모터는 칼럼부(110) 내측에 배치될 수 있으며, 후술할 제어부(미도시)와 연결되어 제어부의 신호에 따라 구동될 수 있다.

또한, 상하운동 감쇄부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 파력의 진행방향에 따라 상하운동 감쇄판(210)의 경사각도가 조절되도록 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 해양구조물(2000)의 상하운동 감쇄부(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 해양구조물(2000)에서, 상하운동 감쇄판(210)은 전술한 실시예와 달리 회전축(220)에서 수직방향으로 연장되는 링크(230) 및 이러한 링크(230)를 회전축(220)을 중심으로 회전시키는 액추에이터(240)에 의해 작동할 수 있다.

여기서, 회전축(220)은 판형상의 상하운동 감쇄판(210)의 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 액추에이터(240)가 길이방향으로 신축 운동함으로써, 액추에이터(240)의 일단과 연결된 링크(230)가 회전축(220)을 중심으로 축회전할 수 있으며, 그 결과 상하운동 감쇄판(210)의 기울기가 조절될 수 있다.

여기서, 액추에이터(240)는 예를 들어 유압식 또는 공압식 실린더를 포함할 수 있다. 그리고, 액추에이터(240)의 타단은 예를 들어 칼럼부(110) 내측에 지지될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 해양구조물(2000)은 상술한 상하운동 감쇄부(200)의 세부 구성을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해양구조물(1000)과 구성이 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허등록청구범위에 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.

1000, 2000: 부유식 해양구조물 10: 파력의 진행방향
100: 부유체 110: 칼럼부
120: 데크 130: 폰툰
140: 톱사이드 구조물 200: 상하운동 감쇄부
210: 상하운동 감쇄판 220: 회전축
230: 링크 240: 액추에이터

Claims (5)

1. 수면에 대해 상하로 배치되는 복수의 칼럼부를 포함하는 부유체; 및
   상기 복수의 칼럼부 사이에서 수면에 대해 경사지게 배치되어 상기 부유체에 작용하는 파력의 상하방향 성분 에너지를 감쇄시키는 상하운동 감쇄부를 포함하는 부유식 해양구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상하운동 감쇄부는 수면을 따라 길이방향으로 연장되는 판형상의 상하운동 감쇄판을 포함하는 부유식 해양구조물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 상하운동 감쇄부는 상기 상하운동 감쇄판의 경사각도를 조절 가능하도록 상기 상하운동 감쇄판을 회전축을 중심으로 회전시키는 구동부를 더 포함하는 부유식 해양구조물.
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동부는
   상기 회전축에서 수직방향으로 연장되는 링크; 및
   단부가 상기 링크에 연결되어 상기 회전축을 중심으로 상기 링크를 회전시키는 액추에이터를 포함하는 부유식 해양구조물.
5. 제3항에 있어서,
   상기 상하운동 감쇄부는 파력의 진행방향에 따라 상기 상하운동 감쇄판의 경사각도가 조절되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 부유식 해양구조물.

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