KR20160126380A

KR20160126380A - 반잠수식 해양구조물

Info

Publication number: KR20160126380A
Application number: KR1020150057366A
Authority: KR
Inventors: 이지훈
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-11-02

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 반잠수식 해양구조물이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물은, 해상에 부유하는 구조체와, 일단부가 구조체에 연결되고 타단부가 해저면에 고정되어 구조체를 고정하는 복수 개의 텐던, 및 구조체 하방의 수중에 위치하며 텐던을 가압하여 중앙으로 집중시키는 고정체를 포함할 수 있다.

Description

반잠수식 해양구조물{SEMI-SUBMERSIBLE STRUCTURE}

본 발명은 반잠수식 해양구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운동 성능을 향상시킬 수 있는 반잠수식 해양구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 심해에서 운용되는 반잠수식 해양구조물 중 하나인 텐션 레그 플랫폼(Tension Leg Platform, TLP)은 텐던(tendon or tension leg)이라 불리는 굵은 고장력 파이프 또는 케이블에 의해 해저면의 앵커 템플레이트 박스(anchor templates box)와 연결되어 일정 위치에 유지된다. 다시 말해, 텐던은 해수면 위에 떠있는 구조체가 정적 평형위치보다 약간 가라앉도록 잡아당기며, 구조체의 잉여 부력에 의해 항상 인장력이 걸리게 되어 구조체가 수평 운동을 하더라도 복원력이 발생하여 구조체를 원위치로 복귀시킬 수 있다. 이러한 텐션 레그 플랫폼은 반잠수식의 부유체이므로, 수평 운동을 통해 파랑하중이 경감되고 어떤 해상상태에서도 인장을 받고 있는 텐던에 의해 상하운동이 억제되어 파랑중 운동 성능이 좋은 특징이 있다.

한편, 텐던은 해수면 아래에 잠기는 구조체의 하단부에 연결되는데, 최근 구조체의 운동성을 향상시키기 위하여 구조체의 일 측에 구조체의 무게중심으로부터 최대한 이격 배치되도록 별도의 구조물을 설치한 후, 별도의 구조물에 텐던을 연결하고 있다. 따라서, 텐던의 장력 작용점이 구조체의 무게중심으로부터 멀어져 모멘트가 증가하게 되며, 이로 인해, 구조체의 운동 성능이 향상될 수 있다.

그러나, 텐던이 연결되는 별도의 구조물은 파도, 조류 등의 외력에 의해 구조체로부터 탈리(脫離)될 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0051917호 2014.05.02

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 운동 성능을 향상시킬 수 있는 반잠수식 해양구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물은, 해상에 부유하는 구조체와, 일단부가 상기 구조체에 연결되고 타단부가 해저면에 고정되어 상기 구조체를 고정하는 복수 개의 텐던, 및 상기 구조체 하방의 수중에 위치하며 상기 텐던을 가압하여 중앙으로 집중시키는 고정체를 포함한다.

상기 고정체는 중앙이 수직으로 관통되어 관통홀이 형성되고, 상기 텐던은 상기 관통홀을 통과할 수 있다.

상기 관통홀의 너비는 상기 텐던 사이의 거리보다 작을 수 있다.

상기 고정체는 부력체를 더 포함할 수 있다.

상기 고정체는 부력과 상기 텐던의 장력이 평형을 이루는 위치에 부유할 수 있다.

상기 관통홀 내측에 상기 텐던과 접하는 복수 개의 가이드 롤러를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수 개의 텐던을 가압하여 중앙으로 집중시킴으로써, 텐던의 인장력이 작용하는 방향을 구조체로부터 경사지게 배치할 수 있다. 따라서, 인장력이 작용하는 방향에 직교하는 구조체의 무게중심과 인장력의 작용점 사이의 길이가 증가하게 되며, 이로 인해, 모멘트가 증가하여 구조체의 운동성능이 향상될 수 있다.

또한, 텐던을 별도의 구조물에 설치하지 않고 구조체에 직접 설치하면 되므로, 구조적으로 더욱 안정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 반잠수식 해양구조물의 고정체를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 고정체를 A-A'선으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 4는 반잠수식 해양구조물의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물은 고장력 파이프 또는 케이블에 의해 해저면의 앵커 템플레이트 박스와 연결되어 일정한 위치에 유지되는 구조물로서, 예를 들어, 심해에서 석유, 가스 등과 같은 해양 자원을 시추 및 생산하는 작업을 수행하는 텐션 레그 플랫폼일 수 있다.

반잠수식 해양구조물은 복수 개의 텐던을 가압하여 중앙으로 집중시킴으로써, 텐던의 인장력이 작용하는 방향을 구조체로부터 경사지게 배치할 수 있다. 따라서, 인장력이 작용하는 방향에 직교하는 구조체의 무게중심과 인장력의 작용점 사이의 길이가 증가하게 되며, 이로 인해, 모멘트가 증가하여 구조체의 운동성능이 향상될 수 있다. 또한, 텐던을 별도의 구조물에 설치하지 않고 구조체에 직접 설치하면 되므로, 구조적으로 더욱 안정될 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 반잠수식 해양구조물(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 반잠수식 해양구조물의 고정체를 확대하여 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 고정체를 A-A'선으로 절단하여 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 반잠수식 해양구조물(1)은 구조체(10)와, 복수 개의 텐던(20), 및 고정체(30)를 포함한다.

구조체(10)는 해상에 부유하며, 데크(10a)와 복수 개의 칼럼(10b), 및 폰툰(10c)으로 구성된다.

데크(10a)는 해양 자원의 시추 및 생산을 위한 작업공간을 제공하는 것으로, 판 또는 박스 형태로 형성될 수 있다. 데크(10a)는 상부에 크레인(crane)과 같은 각종 설비들이 설치될 수 있으며, 중앙에 시추 작업을 위한 문풀(moon pool, 도시되지 않음)이 관통 형성될 수 있다. 이 때, 문풀의 상방에는 시추 작업 시 각종 파이프를 연결 및 지지하는 트러스(truss) 구조의 데릭(derrick, 11)이 설치될 수 있다. 도면 상에는 데크(10a)가 사각 판 형태로 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 데크(10a)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 데크(10a)의 하부에는 복수 개의 칼럼(10b)이 결합된다.

칼럼(10b)은 데크(10a)를 지지하는 것으로, 데크(10a)의 하부에 수직으로 결합될 수 있다. 그러나, 칼럼(10b)이 데크(10a)의 하부에 수직으로 결합되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 칼럼(10b)은 데크(10a)의 하부에 경사지게 결합될 수도 있다. 칼럼(10b)은 내부에 공간이 형성된 통 형태로 형성될 수 있으며, 데크(10a)의 각 모서리 측에 결합되어 데크(10a)를 지지할 수 있다. 그러나, 칼럼(10b)이 데크(10a)의 각 모서리 측에 결합되는 것으로 한정될 것은 아니며, 칼럼(10b)의 배치 위치 및 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 칼럼(10b)이 원통 형태로 형성된 것으로 한정될 것은 아니며, 칼럼(10b)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 칼럼(10b)은 폰툰(10c)과 함께 구조체(10)에 부력을 제공할 수도 있으며, 폰툰(10c)에 의해 서로 연결된다.

폰툰(10c)은 구조체(10)에 부력을 제공하는 것으로, 복수 개의 칼럼(10b)을 수평 방향으로 연결한다. 즉, 폰툰(10c)은 부력체로 형성되며, 단일 또는 복수 개로 형성되어 복수 개의 칼럼(10b)을 연결할 수 있다. 예를 들어, 폰툰(10c)이 단일 개로 형성되는 경우, 복수 개의 칼럼(10b)은 하단부가 폰툰(10c)의 상면에 결합되거나 측면부가 폰툰(10c)의 외측면에 결합될 수 있다. 반대로, 폰툰(10c)이 복수 개로 형성되는 경우, 각각의 폰툰(10c)은 서로 나란하게 연장되는 두 개의 칼럼(10b) 사이에 수평 방향으로 배치되어 양단이 각각 칼럼(10b)의 외측면 하부에 결합될 수 있다. 도면 상에는 폰툰(10c)이 원통 형태로 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 폰툰(10c)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 구조체(10)는 복수 개의 텐던(20)에 의해 고정될 수 있다.

텐던(20)은 고장력의 파이프(pipe) 또는 케이블(cable)로, 일단부가 구조체(10)에 연결되고 타단부가 해저면에 고정되어 구조체(10)를 고정한다. 구체적으로, 텐던(20)은 일단부가 칼럼(10b) 또는 폰툰(10c)에 연결되며, 타단부가 해저면에 설치된 앵커 템플레이트 박스(B)에 고정되어 구조체(10)를 고정한다. 이 때, 텐던(20)은 구조체(10)가 정적 평형위치보다 약간 가라앉도록 당겨진 상태에서 고정되므로, 구조체(10)의 잉여 부력에 의해 항상 인장력이 걸리게 된다. 따라서, 반잠수식 해양구조물(1)은 텐던(20)의 복원력에 의해 일정 위치에 유지될 수 있다. 도면 상에는 각각의 칼럼(10b)에 하나의 텐던(20)이 연결된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 각각의 칼럼(10b)에 복수 개의 텐던(20)이 연결될 수도 있다. 또한, 텐던(20)이 칼럼(10b) 또는 폰툰(10c)에 직접 연결되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 텐던(20)은 별도의 부재(도시되지 않음)를 통해 칼럼(10b) 또는 폰툰(10c)에 간접적으로 연결될 수도 있다.

구조체(10)에 연결된 복수 개의 텐던(20)은 고정체(30)에 의해 가압될 수 있다.

고정체(30)는 텐던(20)을 가압하여 중앙으로 집중시키는 것으로, 구조체(10) 하방의 수중에 위치할 수 있다. 다시 말해, 고정체(30)는 해상에 부유하는 구조체(10)의 하방에 위치하여 수중에 배치되며, 복수 개의 텐던(20)을 각각 가압하여 중앙으로 집중시킨다. 고정체(30)가 텐던(20)을 중앙으로 집중시킴으로써, 텐던(20)의 인장력이 작용하는 방향이 구조체(10)로부터 경사지게 배치된다. 따라서, 인장력이 작용하는 방향에 직교하는 구조체(10)의 무게중심과 인장력의 작용점 사이의 길이가 증가하게 되며, 이로 인해, 구조체(10)의 무게중심과 인장력의 작용점 사이의 길이에 인장력을 곱한 값인 모멘트(moment)가 증가하게 된다. 즉, 텐던(20)의 인장력이 구조체(10)로부터 수직하게 작용하는 종래의 경우보다 구조체(10)의 무게중심에 대한 모멘트가 증가하여 구조체(10)의 전체적인 운동성능이 향상될 수 있다. 구조체(10)의 운동성능이 향상됨에 따라 반잠수식 해양구조물(1)은 외력에 대해 보다 유연하게 대응할 수 있으며, 구조체(10)에 별도의 구조물을 결합하여 텐던(20)을 연결하지 않아도 되므로 구조적으로 좀 더 안정될 수 있다.

고정체(30)는 일정한 두께를 갖되 횡단면이 원형 또는 다각형인 판 또는 통 형상의 부재로, 중앙이 수직으로 관통되어 관통홀(30a)이 형성될 수 있다. 관통홀(30a)은 원통 또는 다각통 형태로 고정체(30)를 수직으로 관통할 수 있으며, 복수 개의 텐던(20)은 관통홀(30a)을 통과할 수 있다. 이 때, 관통홀(30a)의 너비(S2)는 도 3에 도시된 바와 같이, 텐던(20) 사이의 거리(S1)보다 작게 형성되므로, 복수 개의 텐던(20)은 관통홀(30a)을 통과하며 구조체(10)로부터 경사지게 배치될 수 있다. 즉, 각각의 텐던(20)은 구조체(10)로부터 고정체(30)의 관통홀(30a)을 향하여 점차 모이다가, 관통홀(30a)을 통과한 후 관통홀(30a)로부터 앵커 템플레이트 박스(B)를 향하여 점차 퍼지게 된다. 여기서, 관통홀(30a)의 너비(S2)라 함은 관통홀(30a)의 수평 방향 길이를 통칭하며, 관통홀(30a)의 형상에 국한되지 않는다. 예를 들어, 관통홀(30a)이 원통 형태로 고정체(30)를 관통하는 경우, 관통홀(30a)의 너비(S2)는 관통홀(30a)의 직경을 의미할 수 있다.또한, 고정체(30)는 부력체를 더 포함할 수 있다. 이 때, 고정체(30)는 내부에 공간이 형성되어 자체가 부력체로 형성되거나, 일 측에 별도의 부력체가 결합될 수 있다. 이하, 고정체(30) 자체가 부력체로 형성된 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

고정체(30)는 관통홀(30a)의 외측으로 내부에 공간부(30b)가 형성되어 부력체로 형성되며, 공간부(30b)는 단일로 형성되거나 적어도 하나의 격벽(도시되지 않음)에 의해 복수 개로 분할 형성될 수 있다. 이러한 고정체(30)는 전술한 바와 같이 구조체(10)의 하방에 위치하여 수중에 배치되되, 부력과 텐던(20)의 장력이 평형을 이루는 위치에 부유할 수 있다. 다시 말해, 고정체(30)는 중력과 대향되는 상방으로 부력을 받게 되며, 이와 동시에, 관통홀(30a)을 통과하며 가압된 텐던(20)의 장력에 의해 텐던(20)이 퍼지는 방향, 즉, 외향(外向)으로 힘을 받게 된다. 따라서, 고정체(30)는 상방으로 작용하는 부력과 외향으로 작용하는 텐던(20)의 장력이 평형을 이루는 위치에 일정하게 부유할 수 있다.

한편, 관통홀(30a)의 내측에는 가이드 롤러(40)가 설치될 수 있다. 가이드 롤러(40)는 관통홀(30a)의 내측에 회전 가능하게 결합되며, 복수 개로 형성되어 각각의 텐던(20)과 접할 수 있다. 관통홀(30a)의 내측에 가이드 롤러(40)가 설치됨으로써, 텐던(20)이 마모 또는 손상 또는 파손되는 것을 최소화할 수 있다. 각각의 가이드 롤러(40)는 외주면을 따라 가이드홈(40a)이 형성될 수 있으며, 텐던(20)은 일 측이 가이드홈(40a)에 삽입되어 가이드 롤러(40)로부터 이탈하지 않고 가이드 롤러(40)에 밀착될 수 있다. 또한, 각각의 가이드 롤러(40)는 회전축(41)을 중심으로 회전하며, 회전축(41)은 양단이 각각 고정체(30)로부터 관통홀(30a)을 향하여 돌출 결합된 지지부(31)에 결합될 수 있다. 그러나, 가이드 롤러(40)의 회전축(41)이 지지부(31)에 결합되는 것으로 한정될 것은 아니며, 가이드 롤러(40)의 결합 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 관통홀(30a)의 내측에 4개의 가이드 롤러(40)가 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 고정체(30)의 형상 및 크기에 따라 가이드 롤(40)의 설치 개수는 다양하게 변형될 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 반잠수식 해양구조물(1)의 동작에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

도 4는 반잠수식 해양구조물의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반잠수식 해양구조물(1)은 복수 개의 텐던(20)을 가압하여 중앙으로 집중시킴으로써, 텐던(20)의 인장력이 작용하는 방향을 구조체(10)로부터 경사지게 배치할 수 있다. 따라서, 인장력이 작용하는 방향에 직교하는 구조체(10)의 무게중심과 인장력의 작용점 사이의 길이가 증가하게 되며, 이로 인해, 모멘트가 증가하여 구조체(10)의 운동성능이 향상될 수 있다. 또한, 텐던(20)을 별도의 구조물에 설치하지 않고 구조체(10)에 직접 설치하면 되므로, 구조적으로 더욱 안정될 수 있다.

구조체(10)는 데크(10a)와 복수 개의 칼럼(10b), 및 폰툰(10c)을 포함하며, 데크(10a)의 하부에 수직으로 결합된 복수 개의 칼럼(10b)은 폰툰(10c)에 의해 서로 수평 방향으로 연결된다. 텐던(20)의 일단부는 칼럼(10b) 또는 폰툰(10c)에 연결되며, 타단부는 해저면에 위치한 앵커 템플레이트 박스(B)에 고정된다. 구조체(10)는 정적 평형위치보다 약간 가라앉은 상태에서 텐던(20)에 의해 고정되므로, 텐던(20)에는 구조체(10)의 잉여 부력에 의해 항상 인장력이 걸리게 된다. 이러한 텐던(20)은 구조체(10) 하방의 수중에 위치한 고정체(30)의 관통홀(30a)을 통과하며 가압되어 중앙으로 집중된다. 즉, 텐던(20)은 구조체(10)로부터 관통홀(30a)를 향하여 점차 모이다가 관통홀(30a)로부터 앵커 템플레이트 박스(B)를 향하여 점차 퍼지게 된다. 이 때, 고정체(30)는 부력과 텐던(20)의 장력이 평형을 이루는 위치에 일정하게 부유할 수 있다.고정체(30)가 텐던(20)을 가압하여 중앙으로 집중시킴으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 텐던(20)의 인장력(F')이 작용하는 방향이 구조체(10)로부터 경사지게 배치된다. 다시 말해, 종래에는 텐던(20)의 인장력(F)이 작용하는 방향이 구조체(10)로부터 수직하게 배치되었으나, 본 발명에 따른 반잠수식 해양구조물(1)은 고정체(30)가 텐던(20)을 가압하여 중앙으로 집중시키므로, 인장력(F')이 작용하는 방향이 구조체(10)로부터 경사지게 배치된다. 따라서, 인장력(F')이 작용하는 방향에 직교하는 구조체(10)의 무게중심(G.C)과 인장력(F') 사이의 직선 길이(L')가 종래의 직선 길이(L)보다 증가하게 되며, 이로 인해, 인장력(F')과 직선 길이(L')의 곱인 구조체(10)의 무게중심(G.C)에 대한 모멘트가 증가하게 된다. 무게중심(G.C)에 대한 모멘트가 증가함에 따라 구조체(10)의 전체적인 운동성능이 향상되며, 이로 인해, 반잠수식 해양구조물(1)은 외력에 대해 보다 유연하게 대응할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 반잠수식 해양구조물(1)은 외력에 의해 요동하더라도 원래의 위치로 신속하게 복귀될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 반잠수식 해양구조물 10: 구조체
10a: 데크 10b: 칼럼
10c: 폰툰 11: 데릭
20: 텐던 30: 고정체
30a: 관통홀 30b: 공간부
31: 지지부 40: 가이드 롤러
40a: 가이드홈 41: 회전축
B: 앵커 템플레이트 박스

Claims

해상에 부유하는 구조체;
일단부가 상기 구조체에 연결되고 타단부가 해저면에 고정되어 상기 구조체를 고정하는 복수 개의 텐던; 및
상기 구조체 하방의 수중에 위치하며, 상기 텐던을 가압하여 중앙으로 집중시키는 고정체를 포함하는 반잠수식 해양구조물.
제1 항에 있어서, 상기 고정체는 중앙이 수직으로 관통되어 관통홀이 형성되고, 상기 텐던은 상기 관통홀을 통과하는 반잠수식 해양구조물.
제2 항에 있어서, 상기 관통홀의 너비는 상기 텐던 사이의 거리보다 작은 반잠수식 해양구조물.
제3 항에 있어서, 상기 고정체는 부력체를 더 포함하는 반잠수식 해양구조물.
제4 항에 있어서, 상기 고정체는 부력과 상기 텐던의 장력이 평형을 이루는 위치에 부유하는 반잠수식 해양구조물.
제2 항에 있어서, 상기 관통홀 내측에 상기 텐던과 접하는 복수 개의 가이드 롤러를 더 포함하는 반잠수식 해양구조물.