KR20170004373A - 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치 - Google Patents

Abstract

반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인해 발생하는 불균형은 물론 폰툰에서 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성 감소를 최소화하기 위해 폰툰의 탑 레벨에 폰툰에서 컬럼으로의 흘수 변경으로 인한 기선으로부터 횡메타 센터까지의 연직 높이(KMC)가 감소되는 것을 방지하도록 마련되는 제1 부력체; 및 상기 제1 부력체의 해양 측으로 장착되어 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 선체 중앙에서 부심까지의 수평거리(LCB)를 변경시켜 균형을 유지시키는 제2 부력체;를 포함하는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치를 제공한다.
그에 따라 설치시 간섭이나 불편함 없이 단시간 내에 신속하게 이루어짐은 물론 안정적으로 균일한 균형 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 효과를 가진다.

Description

반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치{Balance compensation system for the semi-submersible offshore pontoon}

본 발명은 반잠수식 해양구조물의 폰툰에 적용되는 균형 보상장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인해 발생하는 불균형은 물론 폰툰에서 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성(Stability) 감소를 최소화할 수 있도록 최소한의 부피를 가지면서 간단한 구조로 인해 폰툰으로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있음은 물론 특히 안벽단계에서도 장착이 간편하게 이루어져 전체적인 균형을 균일하게 유지할 수 있도록 한 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치에 관한 것이다.

일반적으로 반잠수식 해양구조물은 부력을 형성하는 폰툰(pontoon)과, 폰톤의 상측에 위치하는 메인데크(main deck)와, 폰툰과 메인데크를 연결하는 복수의 컬럼(column)을 포함한다.

이러한 반잠수식 해양구조물은 해저에 매장된 원유와 가스를 시추하는 시추설비로 사용됨으로써, 안정된 시추작업을 수행할 수 있음은 물론 깊고 거치 바다에서도 시추작업이 가능하다.

이러한 통상적인 반잠수식 해양구조물은 모든 장비들이 탑재된 상태에서 안정적으로 부유될 수 있도록 설계된다.

다시 말해서, 반잠수식 해양구조물의 선체(hull) 사이즈가 결정되면 운송 흘수에서의 배수량이 결정되고, 이 배수량에서 반잠수식 해양구조물의 경하중량(LUW)과 사양서 또는 피드(feed)에서 요하는 loding을 해서 남은 양의 밸러스트 탱크에 주수하여 운송시 요구되는 흘수의 균형을 유지해야 한다.

그러나 반잠수식 해양구조물의 중량 증가는 물론 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 남아 있는 밸러스트 양으로 균형을 조정할 수 없는 상황이 발생하였다.

이러한 단점을 보완하고자 폰툰 간의 각 내측면에 추가적으로 각각의 스폰손(sponson)을 장착함에 따라 추가 부력으로 인한 추가 밸러스팅 양을 확보하여 운송시 요구되는 흘수의 균형을 유지하도록 하고 있는 실정이다.

그러나 스폰손은 큰 부피를 가짐에 따라 설치가 상당히 번거롭고 불편할 뿐만 아니라 특히 인접한 각종 설비로 인해 설치조건 또한 상당히 까다로운 단점도 가진다. 이때, 스폰손의 사이즈가 클 경우 추가 부력 또한 크게 발생하나 LUW 또한 크게 증가하는 단점을 가진다.

상기와 같이 반잠수식 해양구조물과 관련된 선행기술에는 대한민국 공개실용신안 제20-2013-0007159호(이하 '특허문헌 1'이라 한다)에 게시된 바와 같이 운항시에 추가적인 저항을 발생시키지 않으면서 시추 작업을 포함하는 작업 시에 횡동요을 저감시킬 수 있도록 하는 기술이 제안된바 있다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2013-0062327호(이하 '특허문헌 2'라 한다)에는 무결빙 수역(ice-free waters)과 결빙 수역에 모두 적합한 반잠수식 선박과 같은 기술도 제안된바 있다.

또, 대한민국 공개특허 제10-2015-0055758호(이하 '특허문헌 3'이라 한다)에는 운송 조건(transit condition)에서는 선택적으로 폰툰의 배수량을 늘리도록 하고, 운전 조건(operation condition)에서는 폰툰의 배수량을 줄일 수 있도록 하며, 디멘션(dimension)이 지나치게 커지지 않도록 하여 콤팩트한 디멘션을 갖는 기술도 제안된바 있다.

대한민국 공개실용신안 제20-2013-0007159호 대한민국 공개특허 제10-2013-0062327호 대한민국 공개특허 제10-2015-0055758호

그러나 특허문헌 1 내지 3 또한 반잠수식 해양구조물에서의 중량 증가는 물론 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 남아 있는 밸러스트 양으로 균형을 조정할 수 없는 상황이 발생하였을 때 폰툰 간의 각 내측면에 추가적으로 부피가 큰 각각 스폰손(sponson)을 부착시킴으로써, 상기 스폰손을 구비함으로 인한 문제점을 그대로 가진다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인해 발생하는 불균형은 물론 폰툰에서 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성(Stability) 감소를 최소화할 수 있도록 최소한의 부피를 가지면서 간단한 구조로 인해 폰툰으로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있음은 물론 특히 안벽단계에서도 장착이 간편하게 이루어져 전체적인 균형을 균일하게 유지할 수 있는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인한 균형을 유지함은 물론 폰툰에서의 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성 감소를 최소화하기 위해 폰툰에 구비되는 균형 보상장치로서, 상기 균형 보상장치는 폰툰의 탑 레벨을 기준으로 폰툰에서 컬럼으로의 흘수 변경으로 인한 기선으로부터 횡메타 센터까지의 연직 높이(KMC, Transverse metacentric height above base line in meter)가 감소되는 것을 방지하도록 마련되는 제1 부력체; 및 상기 제1 부력체의 해양 측으로 장착되어 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 선체 중앙에서 부심까지의 수평거리(LCB, Longitudinal center of buoyancy from midship in meter)를 변경시켜 균형을 유지시키는 제2 부력체;를 포함한다.

상기 제1 부력체는 일측이 폰툰의 탑 레벨에 고정되며, 타측으로 폰툰으로부터 해양 측으로 돌출되게 구비된다.

상기 제2 부력체는 폰툰으로부터 해양으로 돌출된 제1 부력체의 일면과 직교되는 수직 방향으로 구비된다.

상기 제1 부력체에 장착되는 제2 부력체의 일면은 폰툰의 측면과 접촉되지 않고 이격되게 형성된다.

상기 제1 부력체는 폰툰의 폭과 대응되는 폭으로 형성되며, 상기 제2 부력체는 제1 부력체와 대응되는 폭으로 형성된다.

본 발명은 반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인해 발생하는 불균형은 물론 폰툰에서 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성 감소를 최소화할 수 있도록 최소한의 부피를 가지면서 간단한 구조로 인해 폰툰으로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 작은 부피로 인한 설치 시 간섭이나 불편함 없이 단시간 내에 신속하게 이루어질 수 있음은 물론 용접면적 최소화 및 도장의 손상 또한 최소화하면서 수면하부의 용접부위를 생략할 수 있는 현저한 효과와 함께 안벽단계에서도 지연 없이 단시간 내에 장착할 수 있어 안정적으로 균일한 균형 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 불균형이 발생한 시점에도 번거롭거나 불편함 없이 신속하게 설치하여 단시간 내에 균일한 상태로 균형을 유지할 수 있는 효과도 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 폰툰에 구비된 평면도,
도 2는 도 1에 따른 측면도,
도 3은 본 발명과 종래 스폰손과의 실험 데이터를 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 폰툰에 구비된 평면도이며, 도 2는 도 1에 따른 측면도이다.

도시된 바와 같이 해양에서 부유된 반잠수식 해양구조물(도시하지 않음)에 설계치 이상의 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인한 균형을 유지함은 물론 폰툰에서의 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성 감소를 최소화하기 위해 폰툰(100)에 구비되는 균형 보상장치(1)를 제시한다. 본원에서는 균형 보상장치가 폰툰의 선미에 마련된 일 예로 설명한다.

본 발명은 반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인해 발생하는 불균형은 물론 폰툰에서 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성(Stability) 감소를 최소화할 수 있도록 최소한의 부피를 가지면서 간단한 구조로 인해 폰툰으로의 설치가 용이하게 이루어질 수 있음은 물론 특히 안벽단계에서도 장착이 간편하게 이루어져 전체적인 균형을 균일하게 유지할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명에 따른 균형 보상장치(1)는 폰툰(100)의 탑 레벨(TL)을 기준으로 폰툰(100)에서 컬럼으로의 흘수 변경으로 인한 기선으로부터 횡메타 센터까지의 연직 높이(KMT, Transverse metacentric height above base line in meter)가 감소되는 것을 방지하도록 마련되는 제1 부력체(10); 및 상기 제1 부력체(10)의 해양 측으로 장착되어 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 선체 중앙에서 부심까지의 수평거리(LCB, Longitudinal center of buoyancy from midship in meter)를 변경시켜 균형을 유지시키는 제2 부력체(20);를 포함한다. 이때, 제2 부력체(20)의 상면은 제1 부력체(10)와 동일한 면을 이루도록 설치하는 것이 바람직하다.

제1 부력체(10)는 반잠수식 해양구조물에 설계치 이상의 중량증가 시 폰툰에서 컬럼으로의 발라스팅이 이루어지게 되는 데, 이때 급격하게 안정성이 감소하는 것을 방지한다. 즉, 폰툰의 탑 레벨을 기준으로 폰툰에서 컬럼으로 흘수 변경으로 인한 기선으로부터 횡메타 센터까지의 연직 높이가 감소함에 따라 급격하게 안정성이 감소하게 되고, 이때 제1 부력체에 의해 이러한 급격한 안정성 감소를 방지하여 균형을 유지하게 된다.

제2 부력체(20)는 반잠수식 해양구조물에 설계치 이상의 중량증가와 함께 길이방향에 대한 무게중심의 변경이 발생하게 됨에 따라 증가된 중량으로 인해 가해지는 부분의 폰툰이 운송시 요구되는 흘수 보다 더 침수하게 됨에 따라 전체적으로 반잠수식 해양구조물이 불균형 상태로 부유된다.

그로 인해 각종 장비는 물론 시설물에 악영향을 미치게 됨에 따라 이러한 불균형 상황을 종래 폰툰의 내측면에 부피가 큰 각각의 스폰손을 설치할 필요없이 작은 부피를 가지면서 간단한 구조에 의해 균일한 균형을 유지할 수 있도록 한다.

다시 말해서, 폰툰(100)의 탑 레벨(TL)에 마련되는 제1 부력체(10)에 의하여 중량증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 따른 불균형으로 인한 폰툰(100)에서 컬럼으로의 흘수 변경으로 인한 기선으로부터 횡메타 센터까지의 연직 높이를 감소시키는 것을 최소화한다.

아울러, 상기 제1 부력체(10)에 해양 측으로 장착된 제2 부력체(20)는 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 선체 중앙에서 부심까지의 수평거리를 변경시킴에 따라 균일한 균형을 유지시킬 수 있는 조건을 가지는 것이다.

그에 따라 본 발명은 최소한의 부피를 가지면서 간단한 구조로 폰툰에 구비됨으로써, 종래 폰툰에 구비되는 스폰손과 같이 부피가 크고 설치 또한 상당히 번거롭고 불편한 단점을 해소할 수 있다.

더욱이, 최소한의 부피를 가짐에 따라 설치 또한 단시간 내에 신속하게 이루어질 수 있음은 물론 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 불균형이 발생하는 시점에서 조속하게 설치하여 균일한 균형 또한 신속하게 유지할 수 있는 장점도 가진다.

또한, 최소한의 부피로 인한 용접면적 최소화 및 도장의 손상 또한 최소화하면서 수면하부의 용접부위를 생략할 수 있는 조건과 함께 특히, 안벽단계에서도 지연 없이 단시간 내에 장착할 수 있어 안정적으로 균일한 균형 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 조건을 가지게 된다.

그리고 본 발명의 균형 보상장치(1)인 상기 제1 부력체(10)는 일측이 폰툰(100)의 탑 레벨(TL)에 통상적인 용접 또는 브래킷이나 볼팅 등에 의해 고정되며, 타측으로 폰툰(100)으로부터 해양 측으로 돌출되게 구비된다. 이때, 제1 부력체(10)는 폰툰(100)의 탑레벨(TL)에 공지된 방식으로 탈착 가능하게 구비하여도 무방하다. 아울러, 제1 부력체는 제2 부력체를 지지할 수 있는 용접범위를 가질 수 있도록 하며, 높이 방향이나 길이 방향으로의 제한은 없으나 최적설계 측면에서 계산결과에 따른 제한된 높이와 길이로 결정하는 것이 바람직하다 할 것이다. 또, 상기 제1 부력체(10)는 안정된 구조를 가질 수 있도록 폰툰(100)의 폭과 대응되는 폭으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 부력체(20)는 폰툰(100)으로부터 해양으로 돌출된 제1 부력체(10)의 일면과 직교되는 수직 방향으로 통상적인 용접 또는 브래킷이나 볼팅 등에 의해 장착 고정된다. 즉, 제1 부력체에 제2 부력체가 장착 고정된 상태는 한글 자음의 기억("ㄱ")자 형태이다. 이때, 제2 부력체 또한 제1 부력체와 공지된 방식에 의해 탈착 가능하게 구비하여도 무방하다. 아울러, 상기 제2 부력체의 하부의 위치는 Transit level - (1% of LBP)/2 수준에서 형성되는 것이 이상적이며, 상부의 위치 또한 Transit level + (1% of LBP)/2 수준에 형성하는 것이 이상적이다 하겠으나, 이는 제1 부력체와 연계하여 적정하게 결정하는 것이 바람직하다 하겠다. 또, 상기 제2 부력체(20) 또한 제1 부력체(10)와 대응되는 폭으로 형성하여 안정적인 구조를 가질 수 있도록 한다.

아울러, 상기 제1 부력체(10)에 장착되는 제2 부력체(20)의 일면, 즉 제1 부력체(10)로 장착되는 면은 폰툰(100)의 측면과 접촉되지 않고 이격(S)되게 형성함으로써, 용접 등과 같은 장착 작업이나 유지 보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이로써, 본 발명은 최소한의 부피를 가지면서 간단한 구조에 의해 반잠수식 해양구조물에 설계치 이상의 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인한 불균형을 균일한 균형을 유지할 수 있는 조건을 가진다.

한편, 상기한 본 발명의 균형 보상장치와 종래 설치된 스폰손과의 동일 조건에 대하여 도 3을 참고하여 실험한 데이터는 하기와 같다.

기존 Sponson 치수

길이: 37.7 폭: 2.8 높이 8.78 m

Volume: 895 m3(per each) X 2 = 1790 m3

Sponson 부착에 따른 트림 보정

Max.Moment : ((1790x1.025) 600(sponson 2개중량)) x 52 = 64200 T-M

기존 Sponson을 부착하지 않고 선미에 본 발명의 균형 보상장치 부착시 비교(전후 Volume 동일한 조건으로 비교)

Transit 흘수의 배수량: 40750 T

LCB: 0 → -1.82 m로 이동(40750x1.82 = 74165 T-M 확보),

Ballast 양 확보: 1190(1790-600(중량증가) → 610(1210-600(중량증가)) = 610x52 = 31720 T-M

중량/LCG변화: 600(LCG:0) → 600(LCG: -60m) = 36000 T-M(negative)

기존대비 선미에 부력체 부착시 69900 T-M 모멘트 확보

상기한 실험 결과에서와 같이 기존 Sponson대비 5700 MT의 모멘트를 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명은 폰툰으로 최소한의 부피를 가짐에 따라 설치 또한 단시간 내에 신속하게 이루어질 수 있음은 물론 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 불균형이 발생하는 시점에서 조속하게 설치하여 균일한 균형을 신속하게 유지할 수 있다.

또한, 최소한의 부피로 인한 용접면적 최소화 및 도장의 손상 또한 최소화하면서 수면하부의 용접부위를 생략할 수 있는 조건과 함께 특히, 안벽단계에서도 지연 없이 단시간 내에 장착할 수 있어 안정적으로 균일한 균형 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 조건을 가지게 된다.

1 : 균형 보상장치
10 : 제1 부력체 20 : 제2 부력체

Claims (5)

1. 반잠수식 해양구조물에 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경으로 인한 균형을 유지함은 물론 폰툰에서의 컬럼으로의 발라스팅 중 급격한 안정성 감소를 최소화하기 위해 폰툰에 구비되는 균형 보상장치로서,
   상기 균형 보상장치는 폰툰의 탑 레벨을 기준으로 폰툰에서 컬럼으로의 흘수 변경으로 인한 기선으로부터 횡메타 센터까지의 연직 높이(KMT)가 감소되는 것을 방지하도록 마련되는 제1 부력체; 및
   상기 제1 부력체의 해양 측으로 장착되어 중량 증가와 길이방향에 대한 무게중심의 변경에 대하여 선체 중앙에서 부심까지의 수평거리(LCB)를 변경시켜 균형을 유지시키는 제2 부력체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부력체는 일측이 폰툰의 탑 레벨에 고정되며, 타측으로 폰툰으로부터 해양 측으로 돌출되게 구비되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 부력체는 폰툰으로부터 해양으로 돌출된 제1 부력체의 일면과 직교되는 수직 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 부력체에 장착되는 제2 부력체의 일면은 폰툰의 측면과 접촉되지 않고 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 부력체는 폰툰의 폭과 대응되는 폭으로 형성되며, 상기 제2 부력체는 제1 부력체와 대응되는 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반잠수식 해양구조물의 폰툰용 균형 보상장치.
   

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