KR20170025133A - 문풀 내의 와류 저감 시스템 - Google Patents

문풀 내의 와류 저감 시스템 Download PDF

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윤자문
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이대희
임혁진
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Abstract

문풀 내의 와류 저감 시스템이 개시된다. 문풀 내의 와류 저감 시스템은 문풀 내부 공간으로 해수를 분사하기 위해 문풀의 선수부에 구비되는 해수 분사 유닛; 및 상기 선수부에 대향하는 선미부의 문풀 벽에 부착된 힌지부에 결합되어 회동 가능하도록 장착된 와류 저감판을 포함한다.

Description

문풀 내의 와류 저감 시스템{System for reducing vortex in moon-pool}
본 발명은 문풀 내의 와류 저감 시스템에 관한 것이다.
해저의 오일이나 가스를 시추하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 해상에 부유하는 드릴쉽으로부터 라이저(1)가 해저면을 향해 수직으로 연장 설치되고, 라이저(1) 내부에는 드릴 비트(4)가 단부에 형성된 드릴 파이프(2)가 삽입 설치된다. 또한 라이저(1)가 설치된 경로의 해저면에는 폭발 방지기(BOP, Blowout Preventer)(5)가 설치된다.
이와 같이 드릴쉽은 시추 작업을 위한 파이프 등을 해저면으로 내려보내기 위해 선체 중심부에 선체를 수직으로 관통하는 문풀(moon-pool)(210)이 형성된다.
한편 도 2에 도시된 바와 같이, 문풀(210) 내부에는 흘수와 같은 높이의 자유 수면이 존재하게 되고, 드릴쉽(200)의 운항 시 문풀(210) 내부 공간에 유입되어 있는 해수와 선체 외부의 해수간의 상대적인 유동으로 인해 문풀(210) 내에서 불규칙한 와류(vortex)가 발생된다.
그러나 문풀(210) 내에 발생된 와류는 문풀(210) 벽에 주기적으로 충돌하면서 선체 저항을 크게 증가시켜 운항 속도를 저하시키고, 연료 소모량을 증가시키며, 또한 선체에 진동을 발생시켜 선체에 손상을 야기하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2013-0066019호(드릴쉽 문풀내 해수유동 저감장치)
본 발명은 문풀 내부 공간 내에 해수 경계층을 발생시켜 문풀 내부 공간에 유입된 해수와 선박 외부의 해수간의 유수 흐름을 분리시킴으로써, 문풀의 존재에 의한 선체 저항 증가를 억제하고 문풀 내부 공간에서의 와류 발생을 최소화할 수 있는 문풀 내의 와류 저감 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 구비된 문풀 내부 공간에 발생하는 와류를 저감하기 위한 시스템으로서, 문풀 내부 공간으로 해수를 분사하기 위해 문풀의 선수부에 구비되는 해수 분사 유닛; 및 상기 선수부에 대향하는 선미부의 문풀 벽에 부착된 힌지부에 결합되어 회동 가능하도록 장착된 와류 저감판을 포함하는 문풀 내의 와류 저감 시스템이 제공된다.
상기 선미부에 구비되고, 상기 힌지부를 회전 중심으로 하여 상기 와류 저감판이 회전되도록 가압하기 위해, 직선 방향으로 길이가 연장되거나 수축되도록 동작하는 신축부가 더 포함될 수 있다.
상기 해수 분사 유닛은, 해수를 저장하는 발라스트 탱크; 및 상기 발라스트 탱크로부터 해수 공급 라인을 통해 공급되는 해수를 미리 지정된 압력으로 상기 문풀 내부 공간에 분사하는 해수 분사용 펌프부를 포함할 수 있다.
상기 해수 분사용 펌프부는, 복수의 해수 분사 노즐; 및 연결된 하나 이상의 해수 분사 노즐에 미리 지정된 압력으로 해수를 공급하는 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 해수 분사 노즐은 상기 선수부의 문풀 벽 하부에 이격 배치될 수 있다.
상기 해수 분사용 펌프부는 상기 복수의 해수 분사 노즐의 수직 위치를 조절하기 위한 승강 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 신축부는 해상 조건 및 상기 선박의 운항 속도 중 하나 이상에 따라 상기 와류 저감판을 미리 지정된 각도로 회전시키도록 제어될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 문풀 내부 공간 내에 해수 경계층을 발생시켜 문풀 내부 공간에 유입된 해수와 선박 외부의 해수간의 유수 흐름을 분리시킴으로써, 문풀의 존재에 의한 선체 저항 증가를 억제하고 문풀 내부 공간에서의 와류 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 시추 드릴링 과정을 나타낸 도면.
도 2는 문풀이 구비된 선박에서의 와류 발생 개념을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 문풀 내의 와류 저감 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축부와 와류 저감판간의 연결 구조를 나타낸 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, 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 문풀 내의 와류 저감 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축부와 와류 저감판간의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 자유 수면이 형성되고 문풀 벽에 의해 구획된 관통 구역은 문풀 내부 공간(302), 문풀 내부 공간(302)에 문풀 벽으로 접해진 선수 구역은 선수부(304) 및 문풀 내부 공간(302)에 문풀 벽으로 접해진 선미 구역은 선미부(306)라 칭하기로 한다.
도 3을 참조하면, 문풀 내의 와류 저감 시스템은 선수부(304)에 구비되는 해수 분사 유닛, 선미부(306)에 구비되는 와류 저감판(330)과 신축부(340)을 포함할 수 있다.
해수 분사 유닛은 발라스트 탱크(Ballast Tank)(310), 제1 밸브(315) 및 해수 분사용 펌프부(Water Spray)(320)를 포함할 수 있다.
제1 밸브(315)는 해수를 저장하는 발라스트 탱크(310)와 해수 분사용 펌프부(320)를 연결하는 해수 공급 라인상에 개재(介在)되고, 제어부(370)의 제어에 의해 해수 공급 라인을 개폐한다. 제1 밸브(315)는 전자 제어될 수 있는 예를 들어 솔레노이드 밸브일 수 있고, 해수 공급 라인상에 복수로 구비될 수도 있다.
해수 분사용 펌프부(320)는 문풀 내부 공간(302)에 해수를 분사하기 위해 선수부(304)의 문풀 벽에 폭 방향으로 이격되어 순차 배치된 복수의 해수 분사 노즐과, 해수 공급 라인을 통해 공급되는 해수를 소정의 압력으로 연결된 해수 분사 노즐에 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.
여기서, 펌프는 문풀 내부 공간(302)에 분사될 해수의 배출량 및 배출 속도에 따라 하나 이상 설치될 수 있고, 각각의 펌프에는 둘 이상의 해수 분사 노즐이 연결될 수 있다.
여기서, 해수 분사 노즐은 문풀 내부 공간(302)에 유입된 해수와 선박 외부의 해수간에 유수 흐름이 분리되도록 문풀 내부 공간(302)에 해수 경계층을 발생시키기 위해 선수부(304)의 문풀 벽 하부에 설치될 수 있을 것이다.
만일 해수 분사용 펌프부(320)가 해수 분사 노즐의 높이를 조절하기 위한 승강 수단을 더 구비하는 경우라면, 문풀 내부 공간(302)의 와류 발생 높이에 상응하도록 해수 분사 노즐의 위치가 조절될 수도 있을 것이다.
또한 선미부(306)에는 신축부(340)가 설치되고, 선미부(306)의 문풀 벽에는 힌지부(335)를 개재(介在)하여 결합되고 신축부(340)에 의해 경사 각도가 조절되는 와류 저감판(330)이 장착된다.
신축부(340)는 예를 들어 텔레스코픽 붐(Telescopic Boom)과 같이, 다단의 붐(boom)을 망원경식으로 넣고 빼내어 그 길이를 연장 수축하는 수단이다. 신축부(340)는 예를 들어 유압, 공기압 등으로 구동되는 실린더 구성으로 형성될 수 있다.
힌지부(335)를 개재하여 선미부(306)의 문풀 벽에 결합되는 와류 저감판(330)은 신축부(340)의 직선 길이 연장 또는 수축에 따라 힌지부(335)를 중심으로 문풀 내부 공간(302)에서 회전된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 신축부(340)의 단부는 롤러(360)와 결합되고, 와류 저감판(330)의 측면에는 롤러(360)의 이동 경로를 제한하기 위한 가이드(365)가 부착된다.
이는, 신축부(340)가 소정의 길이로 연장되거나 수축되는 경우, 와류 저감판(330)은 힌지부(335)를 중심으로 회전하기 때문에, 직선 방향으로만 그 길이가 연장 또는 수축되는 신축부(340)의 단부가 와류 저감판(330)의 측면을 따라 이동될 수 있도록 함으로써, 와류 저감판(330)과 신축부(340)의 안정적이 결합이 가능하고, 또한 신축부(340)가 제공하는 압력이 와류 저감판(330)에 온전히 전달될 수 있도록 하기 위함이다.
다시 도 3을 참조하면, 와류 저감판(330)은 선미부(306)의 문풀 벽 하부에 배치될 수 있으며, 와류 저감판(330)이 보다 큰 회전 각도로 회전 조작될 수 있도록 하기 위해, 와류 저감판(330)에 접촉되는 선미부(306)의 문풀 벽 하부 형상은 문풀 내부 공간(302)이 넓어지도록 예를 들어 선미 방향으로 경사진 각도를 가지거나 역 ㄱ자 형상으로 형성될 수 있다.
또한 와류 저감판(330)은 선미부(306)의 문풀 벽에 폭 방향으로 길게 형성된 판(板) 형상으로 형성될 수 있으며, 와류 저감판(330)이 전체적으로 지정된 회전 각도로 회전 조작될 수 있도록 하기 위해 신축부(340)는 선체의 폭 방향으로 이격되어 복수로 배치될 수 있을 것이다.
해상 환경 조건 및 드릴쉽의 이동 속도를 참조하여, 제어부(370)는 와류 저감판(330)의 회전 각도를 결정할 수 있고, 결정된 회전 각도로 와류 저감판(330)이 회전되도록 신축부(340)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(370)는 잔잔한 해상에서의 일반 드릴링 작업 환경에서는 와류 저감판(330)이 수직한 각도로 세워지도록 할 수 있다. 이로 인해, 문풀 내부 공간(302)은 사각 기둥의 형상으로 형성될 수 있을 것이다.
또한 예를 들어 드릴쉽의 이동이 요구될 때, 해상 환경이 양호한 경우에는 상대적으로 작은 회전 각도로 와류 저감판(330)이 회전하도록 신축부(340)가 제어될 수 있고, 상대적으로 해상 환경이 나쁘거나 빠른 속도의 이동이 요구되는 경우에는 와류 저감판(330)이 상대적으로 큰 회전 각도로 회전하도록 신축부(340)가 제어될 수 있을 것이다.
물론 해상 환경 조건 및 드릴쉽의 이동 속도에 따라 와류 발생을 최소화하는 와류 저감판(330)의 회전 각도는 실험적, 통계적 방법으로 결정될 수 있을 것이다.
제어부(370)는 와류 저감 시스템에 구비된 각 구성요소의 동작을 제어한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 라이저 2 : 드릴 파이프
4 : 드릴 비트 5 : 폭발 방지기
200 : 드릴쉽 210 : 문풀
302 : 문풀 내부 공간 304 : 선수부
306 : 선미부 310 : 발라스트 탱크
315 : 밸브 320 : 해수 분사용 펌프부
330 : 와류 저감판 335 : 힌지부
340 : 신축부 360 : 롤러
365 : 가이드 370 : 제어부

Claims (6)

  1. 선박에 구비된 문풀 내부 공간에 발생하는 와류를 저감하기 위한 시스템으로서,
    문풀 내부 공간으로 해수를 분사하기 위해 문풀의 선수부에 구비되는 해수 분사 유닛; 및
    상기 선수부에 대향하는 선미부의 문풀 벽에 부착된 힌지부에 결합되어 회동 가능하도록 장착된 와류 저감판을 포함하는 문풀 내의 와류 저감 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선미부에 구비되고, 상기 힌지부를 회전 중심으로 하여 상기 와류 저감판이 회전되도록 가압하기 위해, 직선 방향으로 길이가 연장되거나 수축되도록 동작하는 신축부를 더 포함하는 문풀 내의 와류 저감 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해수 분사 유닛은
    해수를 저장하는 발라스트 탱크; 및
    상기 발라스트 탱크로부터 해수 공급 라인을 통해 공급되는 해수를 미리 지정된 압력으로 상기 문풀 내부 공간에 분사하는 해수 분사용 펌프부를 포함하는, 문풀 내의 와류 저감 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 해수 분사용 펌프부는,
    복수의 해수 분사 노즐; 및
    연결된 하나 이상의 해수 분사 노즐에 미리 지정된 압력으로 해수를 공급하는 하나 이상의 펌프를 포함하되,
    상기 복수의 해수 분사 노즐은 상기 선수부의 문풀 벽 하부에 이격 배치되는, 문풀 내의 와류 저감 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 해수 분사용 펌프부는 상기 복수의 해수 분사 노즐의 수직 위치를 조절하기 위한 승강 수단을 더 포함하는, 문풀 내의 와류 저감 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신축부는 해상 조건 및 상기 선박의 운항 속도 중 하나 이상에 따라 상기 와류 저감판을 미리 지정된 각도로 회전시키도록 제어되는, 문풀 내의 와류 저감 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130066019A (ko) 2011-12-12 2013-06-20 현대중공업 주식회사 드릴쉽 문풀내 해수유동 저감장치

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