KR20200062245A - 소용돌이 유도 진동(viv) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링된 원통형 요소 - Google Patents

소용돌이 유도 진동(viv) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링된 원통형 요소 Download PDF

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Abstract

물에 잠기도록 적응된 일반적으로 원통형인 요소(10)가 설명된다. 일반적으로 원통형인 요소(10)는 사용 시에 물과 접촉하는 외부 표면(11)을 갖는다. 외부 표면(11)은 표면(11) 상에 제공되는 적어도 2 개의 열들의 반복되는 형상들(20), 예를 들어, 육각형들(20)을 가지며, 여기서 반복되는 형상들(20)의 각각의 열은 홈 배열체(30)에 의해 다른 또는 인접한 열(들)로부터 분리된다. 열 내의 각각의 형상(20)은 적어도 하나의 홈(30)에 의해 인접한 형상 또는 각각의 인접한 형상(20)으로부터 분리된다. 표면(11)의 이러한 구성은 일반적으로 원통형인 요소가 수역 내에 잠길 때 일반적으로 원통형인 요소(10)에 작용할 수 있는 소용돌이 유도 진동(Vortex Induced Vibration)(VIV) 및/또는 항력(drag)을 감소시킨다.

Description

소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링된 원통형 요소
본 발명은 소용돌이 유도 진동(Vortex Induced Vibration)(VIV)을 방지하고 그리고 실질적으로 원통형인 물체들이 수역(body of water) 내에 위치 결정되고 그리고/또는 근해(offshore) 환경과 같은 수류 흐름 내에서 작동하고 있을 때 이러한 실질적으로 원통형인 물체들 상에 발생하는 항력(drag)을 감소시키는 것에 관한 것이다. 이러한 원통형 물체들은 일반적으로 다음과 같다:
― 분산 부력 모듈들(Distributed buoyancy modules)(DBM);
― 드릴 라이저 부력(DRB); 및
― 전통적으로 VIV 스트레이크들(strakes)로 사용되고, 이미 물에 이미 설치된 기존의 DRB 모듈들의 외부 표면 상으로 새로 장착될 수 있는 원통형 슈라우드들(shrouds), 여기서 상기 기존의 DRB 모듈은 현재 이와 관련된 VIV 감소를 가지고 있지 않다(또는, 가지고 있다면, 조작자는 이러한 기존의 VIV 감소를 개선된 버전으로 대체하기를 원함).
유체 역학에서, 소용돌이 유도 진동들(VIV)은 외부 유체 흐름과 상호 작용하는 몸체들 상에 유도되어, 이러한 흐름에서의 주기적인 불규칙성들에 의해 생성되는 모션들 ― 또는 생성하는 모션 ― 이다.
전형적인 예는 수중 실린더의 VIV이다. 당업자는 실린더를 물(예를 들어, 수영장 또는 심지어 물통에 담긴 물)에 넣고 이를 그의 축에 수직인 방향으로 물을 통해 이동시킴으로써 기본적으로 어떻게 이것이 발생하는지를 매우 간단하게 관찰할 수 있다. 실제 유체들은 항상 약간의 점도를 나타내므로, 실린더 주위의 흐름은 그의 표면과 접촉하는 동안 느려져서, 소위 경계층을 형성할 것이다. 그러나, 어떤 시점에서, 이 경계층은 그의 과도한 곡률로 인해 몸체와 분리될 수 있다. 이어서, 표면을 따라 압력 분포를 변화시키는 소용돌이들이 형성된다. 소용돌이들이 (그의 중간 평면에 대해) 몸체 주위에 대칭으로 형성되지 않으면, 몸체의 각각의 측면에서 서로 다른 리프트 힘들이 발생하여, 이에 따라 흐름에 대해 횡 방향인 모션으로 이어진다. 이러한 모션은 (일반적인 공명의 경우에 예상되는 것과는 다르게) 제한된 모션 진폭을 야기하는 방식으로 소용돌이 형성의 성질을 변화시킨다.
따라서 원통형 물체들이 근해 환경과 같은 수류 흐름 내에서 일반적으로 수면과 해저 사이의 그리고 가능하게는 수면으로부터 해저까지의 물기둥 내에 위치 결정되어 그 안에서 작동하고 있을 때 원통형 물체들 상의 VIV를 감소시키거나 또는 최소화하는 것이 중요하다.
종래에는, 여러 가지 방법들로 VIV를 감소시키도록 시도하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 오스트레일리아, 6166, WA, 헨더슨(Henderson)의 매트릭스 컴파지트스 앤드 엔지니어링은 MATRIX LGS™ 시스템(PCT 특허 공개 번호 WO2016/205900에 설명되어 있음)을 생산하며, 이는 수역 내에 배치된 원통형 구조(예를 들어, 해양 라이저, 엄빌리컬(umbilical), 케이블 또는 파이프라인) 주위에 배치된 원통형 요소를 포함하며, 여기서 원통형 요소는 VIV를 감소시키도록 적응된 복수의 종 방향으로 연장되는 융기된 몸체 부분들을 포함한다.
또한, 미국, 텍사스 77073, 휴스턴의 트렐레보그(Trelleborg)는 미국, 텍사스 77094-1810, 휴스턴의 다이아몬드 오프쇼어 드릴링, 인크.(Diamond Offshore Drilling, Inc.)와 공동으로 나선형 부력 시스템을 생산하고, 이 시스템은 (해양 드릴링 라이저들, 중재 라이저들, 점퍼들, 긴 파이프라인 스팬들, 생산 라이저들, 엄빌리컬들, 흐름 라인들 및 전력 케이블들과 같은) 부력 지지체를 필요로 하는 수역 내에 배치된 원통형 구조 주위에 배치되도록 배열되고, 여기서 나선형 부력 시스템은 부력 재료로 형성된 2 개의 절반 쉘들로 이루어진 실린더를 포함하고, 여기서 실린더는 수역 내에서 지지될 구조 주위에 배치되고, 여기서 실린더는 그의 길이를 따라 그의 외부 표면 상에 형성되는 나선형 홈들을 포함한다. 나선형 부력 시스템의 추가 세부 사항들은 미국 특허 US 8,443,896 B2 및 US 9,322,221 B2에서 볼 수 있다.
본 발명에 따르면, 수역 내에 잠기도록 적응된 일반적으로 원통형인 요소가 제공되며, 이러한 일반적으로 원통형인 요소는 사용 시에 물과 접촉하도록 배열되는 외부 표면을 가지며, 외부 표면은: ―
그 위에 제공되는 적어도 2 개의 열들의 반복되는 형상들을 포함하고,
반복되는 형상들의 각각의 열은 홈 배열체에 의해 각각의 인접한 열로부터 분리되고, 열 내의 각각의 형상은 적어도 하나의 홈에 의해 인접한 형상들로부터 분리되고;
일반적으로 원통형인 요소의 외부 표면은 이러한 일반적으로 원통형인 요소에 작용하는 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시킨다.
바람직하게는, 각각의 열 내의 반복되는 형상들의 각각은 동일하다. 이는 각각의 열 내에서 형상들의 개수를 최대화하는 이점을 갖는다.
바람직하게는, 외부 표면 상에 제공된 각각의 열은, 외부 표면 상에 제공된 모든 형상들이 동일하도록, 각각의 다른 열의 형상들과 동일한 반복되는 형상들을 포함한다.
형상들은 삼각형들, 정사각형들, 직사각형들 또는 오각형들일 수 있지만, 그러나 가장 바람직하게는 형상들은 육각형이다. 이는 외부 표면 상에 제공된 주어진 표면적에 대한 형상들의 총 개수를 최대화하는 이점을 제공한다. 가장 바람직하게는, 상기 주어진 표면적은 육각형 테셀레이션(tessellation)을 포함한다. 이는 육각형 패턴들이 VIV 억제 효율을 개선시키는 보다 바람직한 흐름 패턴을 생성한다는 추가의 이점을 제공한다; 이것에 대한 몇 가지 이유들이 존재하지만, 그러나 주된 또는 가장 중요한 이유들 중 하나는 육각형 패턴들 및 에워싸는 홈 배열체가 일반적으로 원통형인 요소 상의 항력을 최소화하면서 복수의 흐름 분리 포인트들을 제공한다는 점이다.
바람직하게는, 대부분의 외부 표면 및 보다 바람직하게는 일반적으로 원통형인 요소의 전체 외부 표면은, 각각의 인접한 3 개의 육각형들은 각각의 이웃하는 꼭짓점에서 만나고 나머지 육각형들은 일반적으로 원통형인 요소의 전체 외부 표면을 가로질러 그 배열을 반복하는 육각형 테셀레이션을 포함한다.
전형적으로, 각각의 형상, 바람직하게는 각각의 육각형 형상의 2 개의 인접한 변들 사이의 꼭짓점은 반경을 포함하고, 바람직하게는 날카로운 코너를 포함하지 않으며, 더욱 바람직하게는, 각각의 육각형 형상의 각각의 인접한 한 쌍의 변들 사이의 각각의 꼭짓점은 5 mm 내지 250 mm의 반경을 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 반경은 150 mm 내지 250 mm이다.
전형적으로, 육각형들의 배열체는 서로에 대해 적층된 육각형들의 열들을 포함하고, 각각의 열은 홈들의 배열체에 의해 다음의 상부 또는 하부 열로부터 분리된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일반적으로 원통형인 요소의 외부 표면 상의 육각형들의 배열체는 외부 표면의 원주 둘레에 등거리로 이격된 엇갈린 행들의 형태인 것으로 간주될 수 있으며, 여기서 임의의 하나의 행은 (제1 행과 비교할 때 육각형의 높이의 절반만큼 엇갈리는) 다음의 인접하는 행과 밀접하게 피팅되고(closely fits), 일반적으로 원통형인 요소를 둘러싸는 다른 행들에 대해서도 마찬가지이다.
당업자는 육각형들이 홈 배열체들로 인해 외부 표면으로부터 바깥쪽으로 돌출하고 이러한 육각형 테셀레이션이 그 위에 제공되어 있는 외부 표면이 각각의 열 및/또는 행 내에서 그리고/또는 전체 외부 표면에 걸쳐 형상들의 개수를 최대화하는 큰 이점을 제공하고 이에 따라 이는 일반적으로 원통형인 요소에 가능한 가장 효율적인 VIV 및/또는 항력 감소를 제공한다는 큰 이점을 갖는다는 것을 이해할 것이다.
바람직하게는, 일반적으로 원통형인 요소는 사용 시에 수역 내에 위치되는 실질적으로 원통형인 구조 주위에 배치되도록 추가로 적응되고, 여기서 원통형 구조는 라이저, 엄빌리컬, 점퍼, 긴 파이프라인 스팬, 흐름 라인, 전력 케이블 등일 수 있다.
일반적으로 원통형인 요소는 분산 부력 모듈(DBM), 드릴 라이저 부력(DRB)일 수 있거나, 또는 VIV 스트레이크로서 사용되는 원통형 슈라우드의 형상일 수 있다. 원통형 요소가 분산 부력 모듈(DBM) 또는 드릴 라이저 부력(DRB)인 경우, 이는 일반적으로, 합쳐질 때 수역 내에 위치된 실질적으로 원통형인 구조를 둘러싸고 일반적으로 수역 내에 위치된 실질적으로 원통형인 구조의 부상(floatation)을 돕기 위해 부력을 포함하는 2 개의 반원형 쉘들 또는 4 개의 1/4 원형 쉘들과 같은 다중 부품 쉘들의 형상으로 제공된다.
전형적으로, 일반적으로 원통형인 요소가 DRB인 경우, 이는 개별 쉘들이 서로 겹쳐져서(one on top of another) 적층될 수 있도록 적층 플랫들(stacking flats)을 더 포함한다.
전형적으로, 일반적으로 원통형인 요소가 DBM인 경우, 이는 DBM의 운송을 돕기 위해 스트랩(strap) 및/또는 리프팅 홀들을 더 포함한다.
원통형 요소가 VIV 스트레이크로서 사용되는 원통형 슈라우드의 형태인 경우, 이는 절반들로(즉, 합쳐질 때 원통형 구조를 그 주위로 감싸거나 또는 둘러싸고 일반적으로 원통형인 요소를 형성하는 각각 180 °의 2 개의 분할된 반원형 피스들(pieces)로) 제조될 수 있다. 대안적으로, 원통형 슈라우드는 3 분의 1로(즉, 합쳐질 때 원통형 구조를 그 주위로 감싸고 일반적으로 원통형인 요소를 형성하는 각각 120 °의 3 개의 분할된 원주 피스들로) 제조될 수 있다. 대안적으로, 원통형 요소가 VIV 스트레이크로서 사용되는 원통형 슈라우드의 형태인 경우, 이는 단면이 C 자형일 수 있고, 전형적으로 수역 내에 위치된 실질적으로 원통형인 구조의 전체 길이에 걸쳐 미끄러질 수 있도록 일 측면에서 전체 길이를 따라 형성된 슬릿(slit)을 포함한다. 원통형 요소가 VIV 스트레이크로서 사용되는 원통형 슈라우드의 형태인 경우, 이는 전형적으로 스트랩 리세스들 및/또는 소켓 및 스피곳(spigot)/볼트 및 너트 배열체들을 그의 각각의 단부 상에 그리고/또는 그의 종 방향 길이를 따라 포함한다(특히 위에서 설명한 바와 같이 ⅓ 또는 절반 구성으로 제공되는 경우).
대안적으로, 일반적으로 원통형인 요소는 일반적으로 그 외부 표면 상에, 해저 도관과 같은 실질적으로 원통형인 구조와 일체형으로 형성될 수 있다. 선택적으로, 일반적으로 원통형인 요소의 내부 표면 또는 관통 보어는 해저 도관의 외부 표면에 직접 접합된다. 선택적으로, 보호 코팅층이 전형적으로 동축 방식으로 일반적으로 원통형인 요소의 내부 표면 또는 관통 보어와 해저 도관의 외부 표면 사이에 제공될 수 있고, 이러한 경우, 보호 코팅층은 바람직하게는 그의 외부 및 내부 표면들 각각 상의 각각의 표면에 접합된다.
전형적으로, 일반적으로 원통형인 요소가 수역 내에 위치된 실질적으로 원통형인 구조 주위로부터 우발적으로 제거되는 것을 방지하기 위해 타이들(ties) 또는 스트랩들이 제공된다.
바람직하게는, 상기 홈 배열체들은 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 0.01 내지 0.1 배의 프로파일 깊이를 갖는 홈을 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 홈 배열체들은 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 대략 0.05 배의 프로파일 깊이를 갖는 홈을 포함한다.
바람직하게는, 상기 홈 배열체들은 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 0.04 내지 0.3 배의 프로파일 폭을 갖는 홈을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 홈 배열체들은 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 0.25 내지 0.3 배의 프로파일 폭을 갖는 홈을 포함한다.
홈 배열체는 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는 홈을 포함할 수 있다.
홈 배열체는 더 바람직하게는 일반적으로 원통형인 요소의 반경에 대해 40 내지 80 도로 각도를 이룰 수 있는 각도를 이룬 측면들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 홈 배열체의 각도를 이룬 측면들은 일반적으로 원통형인 요소의 반경에 대해 60 도의 영역에서 각도를 이룰 수 있다.
대안적으로, 홈 배열체의 프로파일은 완전 원형(즉, 반원형)일 수 있고, 여기서 컷의 직경은 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 0.03 내지 0.15 배일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 홈 배열체들은 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 0.07 내지 0.09 배의 컷의 직경을 갖는 홈을 포함한다.
전형적으로, 각각의 열의 형상들에 대한 홈 배열체는 상부 홈 및 하부 홈을 포함하고, 여기서 상부 및 하부 홈들의 각각은 상기 각각의 홈들이 일반적으로 원통형인 요소의 360 도 둘레에서 연속적이도록 해당 종 방향 단면에서 일반적으로 원통형인 요소의 전체 360 도 원주를 포위한다(즉, 이는 별도의 시작 또는 단부 포인트를 갖지 않음). 이는 본 발명의 홈 배열체들이 종래의 나선형 홈들보다 훨씬 더 큰 커버리지의 홈들을 제공하기 때문에 종래의 나선형 홈들만큼 깊게 커팅될 필요가 없다는 종래의 나선형 홈들에 비해 상당한 이점을 갖는다. 추가적으로, 홈들에 대한 별도의 시작 또는 단부 포인트가 없기 때문에, 이들은 홈 배열체와 접촉하는 물 및 이에 따라 일반적으로 원통형인 요소의 외부 표면에 대해 훨씬 더 매끄러운 출구 포인트를 제공한다.
상기 형상들은 5 mm 내지 250 mm 범위, 보다 바람직하게는 50 mm 내지 70 mm 범위일 수 있는 반경 에지들을 갖는 코너들을 포함할 수 있다.
바람직하게는 홈 배열체는 일반적으로 원통형인 요소의 원주 둘레를 탐색할 때 물의 흐름에 대해 적어도 하나의 바람직하게는 복수의 분리된 경로들을 제공하여, 일반적으로 원통형인 요소의 외주 주위에서 한 측면으로부터 다른 측면으로 흐르는 물(일반적으로 원통형인 요소가 그 일반적으로 원통형인 요소를 지나 흐르는 수역 내에서 실질적으로 수직인 경우에 발생함)은 다수의 흐름 분리 포인트들을 만난다. 바람직하게는, 상기 흐름 분리 포인트들은 육각형 형상들의 코너 포인트들을 포함하거나, 또는 대안적으로 흐름 분리 포인트들은 육각형 형상들의 측면 부분을 포함할 수 있다. 전형적으로, 일반적으로 원통형인 요소의 한 측면에서 다른 측면으로 홈 배열체 내에서 흐름 경로를 따라 흐르는 물은 흐름 분리 포인트를 만나게 되고, 이 포인트에서 이것은 제1 흐름 경로 및 제2 흐름 경로로 분리될 것이다. 바람직하게는, 일반적으로 원통형인 요소의 외부 표면 주위에 제공되고 바람직하게는 일반적으로 원통형인 요소의 180 도 주위로 흐르는 물과 마주치는 다수의 흐름 분리 포인트들이 있다. 특히 육각형 형상들의 각각의 열을 따라 그리고/또는 각각의 행을 따라 볼 때 엇갈린 형상들의 배열체에 의해 제공되는 이러한 흐름 분리 특성은 훨씬 더 큰 흐름 분리를 제공하고, 이는 VIV를 크게 감소시키며, 이는 본 발명의 실시예들에 상당한 기술적 이점들을 제공한다. 바람직하게는, 흐름 분리 포인트는 형상의 코너를 포함하고, 선택적으로 흐름 분리 포인트는 90 도 미만으로 이루어져, 일반적으로 원통형인 요소의 항력 계수를 가능한 한 낮게 유지하기 위해, 홈 배열체에서 흐르는 물은 90 도 미만만큼 방향을 변경하도록 강제된다. 선택적으로 흐름 분리 포인트는 60 도일 수 있어서, 홈 배열체에서 흐르는 물은, 물이 육각형 형상 주위에서 2 개의 경로들 중 어떤 것을 취하는지와 상관없이, 60 도만큼 방향을 변경하도록 강제되어 이에 따라 일반적으로 원통형인 요소의 항력 계수는 가능한 한 낮게 유지된다.
바람직하게는, 반복되는 형상들의 깊이는 각각의 형상의 에지에서 코너의 반경과 실질적으로 동일하다.
선택적으로, 원주 방향으로 홈의 폭은 0.50 내지 0.60을 곱한 요소의 최외측 반경과 실질적으로 동일하다. 또한, 선택적으로, 대각선 방향으로 홈의 폭은 0.55 내지 0.60을 곱한 요소의 최외측 반경과 실질적으로 동일하다.
바람직하게는, 반복되는 형상 각도는 각각의 코너의 둘러싸인 각도가 120 도로 고정된 동일한 변의 균일한 형상의 육각형을 포함한다.
바람직하게는, 형상 패턴은 일반적으로 원통형인 요소의 원주 둘레에 열마다 등거리로 이격된 3 개의 고정된 120 °로 둘러싸인 각도 육각형들의 복수의 열들을 포함하고, 선택적으로 인접한 열은 3 개의 유사한 형상의 육각형들을 포함하지만, 그러나 위상으로부터 절반 피치(즉, 60 °)만큼 오프셋되어 있다.
첨부된 도면들은 본 개시의 현재 예시적인 실시예들을 도시하고, 위에 주어진 일반적인 설명 및 아래에 주어진 실시예들의 상세한 설명과 함께, 예로서 본 개시의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
다음의 설명에서, 유사한 부분들은 명세서 및 도면들 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호들로 각각 표시된다. 도면들은 반드시 축척대로 도시되는 것은 아니다. 본 발명의 특정 특징들은 스케일이 과장되거나 또는 다소 개략적인 형태로 도시될 수 있으며, 종래의 요소들의 일부 세부 사항들은 명확성 및 간결성을 위해 도시되지 않을 수 있다. 본 발명은 상이한 형태들의 실시예들이 발생하기 쉽다. 본 발명의 특정 실시예들이 도면들에 도시되고, 본 명세서에서 상세히 설명될 것이며, 본 개시는 본 발명의 원리들의 예시로 간주되어야 하고 본 발명을 본 명세서에 도시되고 설명된 것으로 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 아래에서 논의되는 실시예들의 상이한 교시들이 원하는 결과들을 생성하기 위해 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합들로 채용될 수 있다는 것을 충분히 인식해야 한다.
관련 기술 분야의 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 양태들은 단독으로 또는 다른 양태들 중 하나 이상과 조합하여 실시될 수 있다. 본 발명의 다양한 양태들은 본 발명의 다른 양태들의 하나 이상의 선택적 특징들과 조합하여 선택적으로 제공될 수 있다. 또한, 일 실시예와 관련하여 설명된 선택적 특징들은 전형적으로 본 발명의 다른 실시예들에서 단독으로 또는 다른 특징들과 함께 조합될 수도 있다. 추가적으로, 본 명세서에 개시된 임의의 특징은 본 발명을 형성하기 위해 단독으로 또는 본 명세서의 다른 특징들과 집합적으로 조합될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들 및 양태들이 첨부 도면들을 참조하여 이제 상세하게 설명될 것이다. 본 발명의 또 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 다수의 예시적인 실시예들 및 양태들 및 구현들을 도시하는 도면들을 포함하여, 본 발명의 전체 설명으로부터 용이하게 명백하다. 본 발명은 또한 다른 및 상이한 실시예들 및 양태들이 가능하며, 그의 몇몇 세부 사항들은 모두 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 관점들에서 수정될 수 있다.
문헌들, 행위들, 재료들, 디바이스들, 물품들 등에 대한 임의의 논의는 오직 본 발명에 대한 맥락을 제공하기 위한 목적으로만 본 명세서에 포함된다. 이들 사안들 중 임의의 것 또는 전부가 종래 기술 기초들의 일부를 형성하거나 또는 본 발명과 관련된 분야에서 일반적인 지식이라는 것을 암시하거나 또는 나타내지 않는다.
따라서, 도면들 및 설명들은 사실상 예시적인 것으로 간주되며 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 및 어구는 설명적인 목적들로만 사용되며, 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "포함하는(including, comprising)", "갖는(having)", "함유하는(containing)" 또는 "포함하는("involving")"과 같은 언어 및 이들의 변형들은 광범위하고 그 이후에 열거된 주제, 등가물들 및 인용되지 않은 추가의 주제를 포함하도록 의도되며, 다른 첨가제들, 구성 요소들, 정수들 또는 단계들을 배제하도록 의도되지 않는다. 본 개시에서, 조성, 요소 또는 요소들의 그룹 앞에 전이 문구 "포함하는"이 선행될 때마다, "본질적으로 구성되는", "구성되는", "구성된 그룹으로부터 선택되는", "포함하는" 또는 "이다"와 같은 전이 문구들이 이들 조성, 요소 또는 요소들의 그룹의 인용 앞에 선행하는 것과 동일한 조성, 요소 또는 요소들의 그룹, 또는 그 반대의 경우도 또한 고려된다는 것을 이해해야 한다. 본 개시에서, "전형적으로" 또는 "선택적으로"라는 단어들은 특정 예들에 존재하지만 그러나 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 것들에서는 생략될 수 있는 본 발명의 선택적인 또는 비-필수적 특징들을 나타내도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시 내의 모든 수치 값들은 "약"에 의해 변형되는 것으로 이해된다. 본 명세서에 설명된 장치의 구성 요소들을 (제한들 없이) 포함하여 본 명세서에 설명된 모든 단일 형태들의 요소들, 또는 임의의 다른 구성 요소들은 그의 복수의 형태들을 포함하는 것으로 이해되며, 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로서만 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라, 수역 내에 잠기고 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링되도록 적응되는 일반적으로 원통형인 요소의 제1 실시예의 측면도이다.
도 2는 도 1의 일반적으로 원통형인 요소의 사용 시의 최하부 단부의 사시도이다.
도 3은 도 1의 일반적으로 원통형인 요소(10)의 중간 부분(10M)의 측면도이며, 일반적으로 원통형인 요소(10)의 외부 표면을 보다 상세하게 도시한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따라 수역 내에 잠기고 VIV 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링되도록 적응되는 일반적으로 원통형인 요소의 추가의 실시예들의 측면도들의 3 차원 표현들이다.
도 5a 내지 도 5f는 도 4a 내지 도 4f의 측면도들의 선 도면들이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 5a 내지 도 5f의 사시도들이다.
도 6g는 특히 치수 예들을 나타내는 도 4d, 도 5d 및 도 6d의 일반적으로 원통형인 요소에 적용된 가장 바람직한 테셀레이션 패턴의 다른 사시도이다.
도 7a는 수역 내에 위치된 라이저와 같은 도관 형태의 일반적으로 원통형인 구조의 외부 표면에/그 주변에 고정된 분산 부력 모듈(DBM) 형태의 일반적으로 원통형인 요소의 또 다른 실시예의 사시도이고, 여기서 DBM는 본 발명에 따른 것이다.
도 7b는 다른 정합되는 반원형 절반 쉘에 연결될 때 함께 도 7a의 DBM를 형성하는 반원형 절반 쉘들 중 하나의 위에서 본 사시도이다.
도 7c는 도 7b의 반원형 절반 쉘의 측면도이다.
도 7d는 도 7b의 반도체 절반 쉘의 아래로부터의 사시도이다.
도 8a는 수역 내에 위치된 드릴 라이저와 드릴 라이저의 외주 주위에 위치된 5 개의 도체의 배열체 형태의 일반적으로 원통형인 구조의 외부 표면에/그 주변에 고정된 드릴 라이저 부력(DRB) 형태의 일반적으로 원통형인 요소의 또 다른 실시예의 사시도이고, 여기서 DRB는 본 발명에 따른 것이다.
도 8b는 도 8a의 DRB 및 드릴 라이저/도체 배열체이지만, 그러나 당업자의 이해의 명확성을 돕기 위해 DRB의 하나의 섹션의 하나의 반원형 절반 쉘이 제거된 상태이다.
도 8c는 도 8b의 DRB 및 드릴 라이저/도체 배열체이지만, 그러나 DRB의 하나의 섹션의 하나의 반원형 절반 쉘이 제거된 섹션만을 도시한다.
도 8d는 도 8a의 DRB 및 드릴 라이저/도체 배열체의 상부 노출된 단부의 확대도이다.
도 8e는 분리되어 도시된 DRB의 하나의 섹션의 사시도이다.
도 8f는 도 8e에 도시된 DRB의 하나의 섹션의 하나의 반원형 절반 쉘의 하나의 (외부) 측의 사시도이다.
도 8g는 도 8f에 도시된 DRB의 반원형 절반 쉘의 다른 (내부) 측의 사시도이다.
도 8h는 도 8e의 DRB를 통한 단면도이다.
도 8i는 도 8a의 DRB의 외부 표면 상에 제공된 바와 같은 하나의 육각형 형상 및 에워싸는 홈 배열체의 확대 측면도이다.
도 8j는 직사각형 또는 정사각형 프로파일(즉, "U" 형상의 프로파일)을 갖는 것으로서 도 8a의 DRB의 외부 표면 상에 제공된 홈 배열체의 홈의 제1 예의 단면도이다.
도 8k는 테이퍼형/각도를 이룬 측면 프로파일(즉, "U" 및 "V" 형상의 프로파일 사이의 단면)을 갖는 것으로서 도 8a의 DRB의 외부 표면 상에 제공된 홈 배열체의 홈의 제2 예의 단면도이다.
도 8l은 반원형 또는 완전 원형 프로파일을 갖는 것으로서 도 8a의 DRB의 외부 표면 상에 제공된 홈 배열체의 홈의 제3 예의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 수역 내에 잠기고 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링되도록 적응되고, 주위에 합쳐질 때 파이프와 같은 해저 도관이 서로 볼트 연결되어 (이러한 도관을 해저에 처음 설치할 때 또는 이미 해저에 설치된 이러한 도관에 새로 장착될 때) 해저 도관에 대한 원통형 슈라우드로서 작용할 수 있는 특히 2 개의 반원형 부분 쉘들의 형태인 일반적으로 원통형인 요소의 실시예의 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라 수역 내에 잠기고 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링되도록 적응되고, 주위에 합쳐질 때 파이프와 같은 해저 도관이 서로 스트랩 연결되어 (이러한 도관을 해저에 처음 설치할 때 또는 이미 해저에 설치된 이러한 도관에 새로 장착될 때) 해저 도관에 대한 원통형 슈라우드로서 작용할 수 있는 특히 2 개의 반원형 부분 쉘들의 형태인 일반적으로 원통형인 요소의 추가의 실시예의 사시도들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따라 수역 내에 잠기고 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링되도록 적응되고, 주위에 합쳐질 때 파이프와 같은 해저 도관이 서로 볼트 또는 스트랩 연결되어 (이러한 도관을 해저에 처음 설치할 때 또는 이미 해저에 설치된 이러한 도관에 새로 장착될 때) 해저 도관에 대한 원통형 슈라우드로서 작용할 수 있는 특히 2 개의 반원형 부분 쉘들의 형태인 일반적으로 원통형인 요소의 또 다른 실시예의 사시도들이고, 여기서 2 개의 반원형 쉘들은 각각 (일반적으로 성형된 재료인) 나머지 재료 내에 형성된 반원형 원통형 가요성 기판을 포함한다.
도 12는 본 발명에 따라 수역 내에 잠기고 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키도록 프로파일링되도록 적응되고, 이에 대해 이를 접합함으로써 이러한 도관을 제조할 때 해저 도관에 확실하게 일체형으로 장착되는 일반적으로 원통형인 요소의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 수역(도시되지 않음) 내에 잠기도록 적응된 일반적으로 원통형인 요소(10)의 일 실시예를 도시한다. 일반적으로 원통형인 요소(10)는 실질적으로 관형이며, 관통 보어(15) 및 외부 표면(11)을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 일반적으로 원통형인 요소(10)는 사용 시에 수역 내에 위치되는 실질적으로 원통형인 구조(도시되지 않음)의 실제(즉, 일체형) 외부 표면일 수 있으며, 여기서 실질적으로 원통형인 구조는 라이저(도시되지 않음), 엄빌리컬, 점퍼, 긴 파이프라인 스팬, 흐름 라인, 전력 케이블 등일 수 있다. 대안적으로 그리고 더욱 바람직하게는, 실질적으로 원통형인 요소(10)는 상기 실질적으로 원통형인 구조(도시되지 않음)와 별개의 실질적으로 관형인 구성 요소이며, 여기서 사용 시에 실질적으로 원통형인 요소(10)는 상기 일반적으로 원통형인 구조 주위에 배치되도록 적응되어, 일반적으로 원통형인 구조는 일반적으로 원통형인 요소(10)의 관통 보어(15) 내에 위치되어, 일반적으로 원통형인 요소(10)는 그 안에 위치된 상기 일반적으로 원통형인 구조의 섹션을 둘러싸고, 따라서 그 안에 위치된 일반적인 원통형 구조에 대한 슬리브처럼 작용한다.
중요하게는, 모든 실시예들에서, 일반적으로 원통형인 요소(10)는 그 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 그의 외부 표면(11) 상에 반복되는 형상들(20)의 배열체 또는 패턴이 제공되며, 이는 일반적으로 원통형인 요소(10)에 작용하는 소용돌이 유도 진동(VIV) 및/또는 항력을 감소시키는 작용을 한다(따라서 일반적으로 원통형인 요소(10)의 관통 보어(15) 내에 위치된 임의의 실질적으로 원통형인 구조 상의 VIV 및/또는 항력을 감소시키도록 작용을 함).
당업자는 형상들(20) 및 형상들(20) 주위에 제공된 홈들(30)의 배열체의 조합이 균일한 (편평한) 외부 표면(11)을 갖는 원통형 구조와 비교하여 소용돌이들(도시되지 않음)이 형성되는 방식을 변경시킨다는 것을 이해할 것이다. 당업자는 또한 상기 외부 표면(11)을 갖는 일반적으로 원통형인 요소(10)를 제공한다는 것은, 해저에 사용되는 일부 원통형 구조들 또는 관 형상부들 주위에 일반적으로 추가적으로 제공될 수 있는 추가적인 (종래의) VIV 스트레이크들이 필요하지 않을 것이라는 것을 의미할 것이라는 것을 인식할 것인데, 왜냐하면 일반적으로 원통형인 요소(10)는 VIV 및/또는 항력의 충분한 그리고 가능하게는 충분한 것 초과의 감소를 제공할 것이기 때문이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 원통형인 요소(10)는 상부 단부(12U) 및 하부 단부(12L)를 포함하고, 특정 적용에 필요한 바와 같이 물 내에서 배치되기에 충분한 길이를 포함한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 외부 표면(11)은 복수의 반복되는 형상들(20)을 포함하고, 여기서 각각의 바람직한 형상(20)은 육각형이므로, 일반적으로 원통형인 요소(10)의 대부분의 외부 표면(11) 또는 보다 바람직하게는 전체 외부 표면(11)은 육각형 테셀레이션(21)을 포함하고, 여기서 각각의 3 개의 인접한 육각형들(20)(예를 들어, 도 3에서 도시된 육각형들(20A, 20B 및 20C))은 각각의 이웃하는 꼭짓점(22)에서 만나고, 나머지 육각형들(20)은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 전체 외부 표면(11)을 가로질러 그 배열을 반복한다.
당업자는 각각의 육각형 형상(20)의 2 개의 인접한 변들 사이의 각각의 꼭짓점(22)은 날카로운 코너가 아닌 반경을 포함하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 각각의 육각형 형상(20)의 각각의 인접한 쌍의 변들 사이의 각각의 꼭짓점(22)은 5 mm 내지 250 mm의 반경을 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 반경은 150 mm 내지 250 mm이라는 것을 알아야 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 실시예에서, 육각형들(20)의 배열체는 또한 서로 겹쳐져서 적층된 육각형들(20)의 열들(40A, 40B, 40C, 40D)의 관점에서 또한 고려될 수 있으며, 각각의 열(40)은 홈들(30)의 배열체에 의해 다음의 상부 또는 하부 열(40)로부터 분리된다.
추가로, 일반적으로 원통형인 요소(10)의 외부 표면(11) 상의 육각형들(20)의 배열체는 외부 표면(11)의 원주 둘레에서 등거리로 이격된 엇갈린 행들(50)의 형태인 것으로 고려될 수 있고, 여기서 도 3에 도시된 제1 행(50A)은 다음 행(50B)(제1 행(50A)과 비교할 때 육각형(20)의 높이의 절반만큼 엇갈리게 되어 있음)과 밀접하게 피팅되고, 도 3에 도시되어 있는 다른 행들(50C, 50D 및 50E)에 대해서도 마찬가지이다.
당업자는 홈 배열체들(30)로 인해 육각형들(20)이 외부 표면(11)으로부터 바깥쪽으로 돌출되어 있는, 이러한 육각형 테셀레이션(21)이 자체적으로 제공되어 있는 외부 표면(11)이 각각의 열(40) 및/또는 행(50) 내의 그리고/또는 외부 표면(11)의 전체 표면에 걸친 형상들(20)의 개수를 최대화하는 큰 이점을 제공하고 따라서 이것은 일반적으로 원통형인 요소(10)에 가능한 가장 효율적인 VIV 및/또는 항력 감소를 제공한다는 큰 이점을 갖는다는 점을 이해할 것이다.
형상들(20) 및 홈 배열체들(30)은 홈 배열체(30) 및 육각형 테셀레이션(21)이 그 위에 제공되어 있는 일체형 원-피스 구성 요소로서 일반적으로 원통형인 요소(10)를 성형하는 것과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 일반적으로 원통형인 요소(10)의 외부 표면(11) 상에 형성될 수 있다(그리고 이러한 성형 작업은 펌핑, 사출 또는 로토-성형 작업일 수 있음). 대안적으로, 일반적으로 원통형인 요소(10)는 균질한 관형부로 시작될 수 있고, 홈 배열체들(30)이 균질한 관형부(도시되지 않음)의 외부 표면 내로 커팅될 수 있어, 형상들(20)의 배열체 및 특히 외부 표면(11) 상에 제공된 육각형 테셀레이션(21)의 바람직한 배열을 형성할 수 있다. 다른 적절한 제조 기술들이 또한 사용될 수 있다. 덜 바람직한 제조 기술은 균질한 관형부를 가지고, 접착제 또는 나사들 등과 같은 일부 적합한 고정 수단에 의해 형상들(20)을 그러한 육각형 테셀레이션(21) 배열로 균질한 관형부(도시되지 않음)의 외부 표면(11)에 고정시켜 홈 배열체들(30)이 다양한 고정된 형상들(20) 사이의 결과적인 갭들 또는 채널들에 의해 제공되는 것이다.
육각형 테셀레이션(21)은 VIV를 감소시키는데 매우 효율적이며, 실제로 이는 1.4 e5 내지 4.2 e6 범위의 레이놀즈 수에 대해 VIV를 최소 80 % 감소시키고 또한 항력을 1.2 미만으로 감소시키도록 설계된다.
홈 배열체들(30)의 치수들은 다음과 같다: ―
홈 프로파일의 깊이는 일반적으로 원통형인 요소(10)의 외경(OD)의 0.01 내지 0.1 배와 동일하며, 바람직한 홈 배열체(30)는 일반적으로 원통형인 요소(10)의 OD의 0.02 내지 0.03 배와 동일한 프로파일의 깊이를 갖는다;
프로파일의 폭은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 OD의 0.04 내지 0.1 배와 동일하며, 일반적으로 원통형인 요소(10)의 OD의 0.05 내지 0.07 배와 동일한 바람직한 프로파일의 폭을 갖는다;
홈 배열체(30)는 일반적으로 원통형인 요소(10)의 반경에 대해 40 내지 80 도로 각도를 이룰 수 있는 각도를 이룬 측면들(60)을 일반적으로 포함하고, 바람직하게는 홈 배열체(30)의 각도를 이룬 측면들(60)은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 반경에 대해 60 도의 영역에서 각도를 이룬다;
대안적으로, 홈 배열체(30)의 프로파일은 완전한 원형일 수 있고, 여기서 컷의 직경은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 OD의 0.03 내지 0.15 배와 동일할 수 있고, 보다 바람직하게는 완전 원형으로 배열될 때 상기 홈 배열체들(30)은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 OD의 0.07 내지 0.09 배와 동일한 컷의 직경을 갖는 홈을 포함한다.
당업자는 따라서 육각형 테셀레이션(21)(따라서 육각형 테셀레이션(21) 내의 각각의 열(40) 및/또는 각각의 행(50))은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 360 도 원주 전체를 포위한다는 것을 이해할 것이고, 또한, 각각의 열(40)의 상부 및 하부 측들에서의 각각의 홈(30)은 이것이 별도의 시작점 또는 종료 포인트를 갖지 않도록 외부 표면(11)의 360 도 주위에서 연속적이라는 것을 이해할 것이다. 이는, 홈 배열체(30)가 (완전히 "평활한" 외부 표면과 비교할 때) 외부 표면(11)과 접촉하게 되는 물에 대해 훨씬 더 평활한 출구 포인트를 제공하기 때문에, VIV 감소 및/또는 항력 감소 측면에서 상당한 이점들을 제공한다.
당업자는 또한 육각형 테셀레이션(21)이 외부 표면(11) 상에 제공된 가장 바람직한 형상 프로파일이지만, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 다른 적절한 형상들과 같은 다른 덜 바람직한 형상들(20)이 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 보다 바람직한 적합한 형상들은 대칭을 갖는 형상들이다(따라서 테셀레이션에서 함께 밀접하게 피팅될 수 있음). 또한 바람직하게는, 테셀레이션(21) 내의 모든 형상들(20)은 외부 표면(11) 상에 피팅되거나 또는 제공될 수 있는 형상들(20)의 개수를 증가시키기 위해 서로 동일하고, 따라서 별도의 열들(40) 내에 다른 형상들이 제공될 수 있지만, 테셀레이션 내의 모든 형상들(20)이 동일한 것이 바람직하고, 모든 형상들이 육각형들(20)이고 따라서 테셀레이션이 육각형 테셀레이션(21)인 것이 가장 바람직하다. 또한 바람직하게는, 홈 배열체(30)는 일반적으로 원통형인 요소(10)의 원주 둘레를 탐색할 때 물의 흐름에 대해 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 분리된 경로들을 제공하므로, 일반적으로 원통형인 요소(10)의 외주 주위에서 한 측면으로부터 다른 측면으로 따르는 물(일반적으로 원통형인 요소(10)가 그 일반적으로 원통형인 요소(10)를 지나 흐르는 수역 내에서 실질적으로 수직인 경우에 발생함)은 육각형 형상들(20)의 코너 포인트들(23)의 형태의 다수의 흐름 분리 포인트들(23)을 만난다. 예를 들어, 도 3에서 좌측으로부터 우측으로 홈 배열체(20) 내에서 흐름 경로(25A)를 따라 흐르는 물은 흐름 분리 포인트(23A)를 만날 것이고, 이 포인트에서 이는 흐름(25A1) 및 흐름(25A2)으로 분리될 것이다. 또한, 도 3에서 좌측으로부터 우측으로 홈 배열체(20) 내에서 흐름 경로(25B)를 따라 흐르는 물은 흐름 분리 포인트(23B)를 만날 것이고, 이 포인트에서 이는 흐름(25B1) 및 흐름(25B2)으로 분리될 것이다. 다른 예로서, 도 3에서 좌측으로부터 우측으로 홈 배열체(20) 내에서 흐름 경로(25C)를 따라 흐르는 물은 흐름 분리 포인트(23C)를 만날 것이고, 이 포인트에서 이는 흐름(25C1) 및 흐름(25C2)으로 분리될 것이다. 특히 각각의 열(40)을 따라 그리고/또는 각각의 행(50)을 따라 볼 때 엇갈린 형상들(20)의 배열에 의해 제공되는 이러한 흐름 분리 특성은 상당히 더 큰 흐름 분리를 제공하고, 이는 차례로 VIV를 크게 감소시키며, 이는 본 발명의 실시예들에 상당한 기술적 이점들을 제공한다. 또한, 본 발명의 이러한 예시적인 실시예에서, 바람직하게는, 흐름 분리 포인트(23)(즉, 형상의 코너(23))는 90 도보다 작아서, (예를 들어, 흐름 경로(25A)를 따라) 홈 배열체(20)에서 흐르는 물은 일반적으로 원통형인 요소(10)의 항력 계수를 가능한 한 낮게 유지하기 위해 90 도 미만으로 방향을 변화시키도록 강제된다. 따라서, 육각형 테셀레이션(21)을 채용하는 실시예에서, 흐름 분리 포인트(23)(즉, 형상의 코너(23))는 60 도가 되어, (예를 들어, 흐름 경로(25A)를 따라) 홈 배열체(20)에서 흐르는 물은 물이 육각형 형상(20C) 주위에서 취하는 2 개의 경로들(즉, 경로(23A1 또는 25A2))에 상관없이 60 도만큼 방향을 변화시키도록 강제되고, 따라서 일반적으로 원통형인 요소(10)의 항력 계수는 가능한 한 낮게 유지된다.
일반적으로 원통형인 요소(10) 및 그 위에 제공된 형상들(20)은 임의의 적합한 재료로 형성되고, 적합한 재료는 물 내에서 부력을 갖는 재료일 수 있다.
표면 테셀레이션의 대안적인 구성들은 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 간결성을 위해, 모든 구성들 사이에서 특징들이 동일한 경우, 이들의 세부 사항들은 반복되지 않을 것이며, 독자는 위의 단락들을 참조하도록 한다. 유사한 특징들은 X10, X11 포맷으로 표시되며, 여기서 마지막 숫자들은 도 1 내지 도 3에 표시된 특징을 나타낸다.
도 4 내지 도 6a는 원형 포인트들을 갖는, 요소(210)의 종 방향 축 및 횡 방향 축으로부터 오프셋된 축을 따라 세장형인, 반복되는 육각형 형상들(220)을 포함하는 외부 표면(211)을 갖는 원통형 요소(210)를 도시한다. 형상들(220) 사이에는 홈들(230)이 있다. 원통형 요소(210)는 이전과 같이 상부 단부(212U) 및 하부 단부(212L)를 갖는다. 홈들(230) 내에서 요소(210) 주위를 흐르는 물은 육각형 형상들(220)의 적어도 하나의 꼭짓점(223)과 만나고, 상이한 흐름 경로들을 따라 분할된다. 도 1 내지 도 3에 예시된 홈들(30) 및 형상들(20)의 구성과 비교하여, 요소(210) 주위를 이동하는 물은 일반적으로 항상 원통형 요소(210)의 축들에 대한 오프셋 각도로 지향될 것이다(한편, 도 1에서는, 예를 들어, 일부 홈들(30)은 요소(10)의 횡 방향 축 또는 평면과 정렬된다는 것을 알 수 있음).
도 4 내지 도 6b는 원형 포인트들을 갖는 세장형 육각형 반복되는 형상들(320)을 포함하는 외부 표면(311)을 갖는 원통형 요소(310)를 다시 도시하고 있지만, 그러나 이 예에서의 형상들(320)은 도 4 내지 도 6a에서의 형상들보다 덜 세장형이다. 형상들(320)의 세장형은 원통형 요소(310)의 종 방향 축 및 횡 방향 축으로부터 오프셋된 각각의 형상(320)의 축을 따라 다시 이루어진다. 이전과 같이 홈들(330)을 따라 흐르는 물은 형상들(320)의 꼭짓점들(323)과 만나고 별개의 흐름 경로들로 분할된다. 홈들(330)은 요소(310)의 종 방향 및 횡 방향에 대해 각도를 이룬다.
도 4 내지 도 6c는 육각형 형상들(420)이 반복되는 외부 표면(411)을 갖는 원통형 요소(410)를 도시한다. 형상들(420)은 원통형 요소(410)의 종 방향 축 및 횡 방향 축으로부터 오프셋된 축을 따라 다시 세장형이다. 그러나, 이 예에서, 형상들(420)은 도 4 내지 도 6a 및 도 4 내지 도 6b에 도시된 것들보다 적은 정도로 세장형이고, 각각의 형상(420)의 꼭짓점들(423)은 더 작은 반경을 가지며, 따라서 더 뾰족하다. 홈들(430)에서 요소(410) 주위를 흐르는 물은 형상들(420)의 적어도 하나의 꼭짓점(423)과 만나지만, 그러나 형상(420)의 편평한 측면(424) 또는 편평한 측면(424)의 일부를 향해 지향될 수도 있다. 물은 상이한 흐름 경로들로 분할되고, 그리고/또는 형상(420)의 편평한 측면(424)에 의해 전환된다.
도 4 내지 도 6d는 표면(511)을 가로질러 반복되는 패턴으로 육각형 형상들(520)을 포함하는 외부 표면(511)을 갖는 원통형 요소(510)를 도시한다. 홈들(530)은 형상들(520)을 서로 이격시킨다. 이 예에서, 홈들(530)은 도 1 내지 도 3에 도시된 홈들(30)보다 더 넓은데, 즉, 형상들(520)은 도 1 내지 도 3의 형상들(20)보다 더 이격되어 있다. 형상들(520)은 도 1 내지 도 3에 도시된 예에서 형상들(20)의 정렬과 비교하여 회전되어, 이들은 이제 포인트-측이 아래로 된다(즉, 형상들(520)은 적어도 2 개의 꼭짓점들(523A, 523B, 523C, 523D)이 원통형 요소(510)의 종 방향 축을 따라 정렬되도록 도 1 내지 도 3에 도시된 형상들(20)의 배열체에 대해 30 °만큼 회전되었음). 여기에 설명된 형상들 및 홈들의 다양한 배열체들의 각각 위의 그리고 그 주위의 물 흐름에 대한 컴퓨터 모델들에서, 도 4 내지 도 6d에 도시된 배열체는 VIV를 감소시키는데 특히 효과적인 것으로 밝혀졌고, 따라서 이것은 일반적으로 원통형인 요소(510)의 표면(511) 상에 적용되는 가장 바람직한 테셀레이션 패턴이다. 홈들(530)에서 요소(510) 주위로 흐르는 물은 형상들(520) 중 적어도 하나의 꼭짓점(523)과 만나지만, 그러나 형상(520)의 편평한 측면(524A, 524B) 또는 편평한 측면(524A, 524B)의 일부를 향해 지향될 수도 있다. 물은 상이한 흐름 경로들로 분할되고, 그리고/또는 형상(520)의 편평한 측면(524A, 524B)에 의해 전환된다.
도 4 내지 도 6e는 원통형 요소의 종 방향 축을 따라 세장형인 육각형 형상들(620)을 포함하는 외부 표면(611)을 갖는 원통형 요소(610)를 도시한다. 형상들(620)은 표면(611)을 가로질러 반복 패턴으로 배열된다. 유사하게, 도 4 내지 도 6d에서, 형상들(620)은 2 개 이상의 꼭짓점들(623A, 623B, 623C, 623D)이 원통형 요소(610)의 종 방향 축을 따라 정렬되도록 배열된다. 물은 홈들(630) 주위로 흐르고, 일반적으로 원통형인 요소(610) 주위를 이동할 때 적어도 하나의 형상(620)의 뾰족한 코너/꼭짓점(623)과 만난다. 이것은 이전과 같이 상이한 흐름 경로들을 따라 흐름을 분할하는 역할을 한다. 흐름은 또한 형상(620)의 편평한 측면(624A, 624B) 또는 편평한 측면(624A, 624B)의 일부를 향해 지향될 수도 있다.
도 4 내지 도 6f는 표면(711)을 가로질러 반복되는 패턴으로 육각형 형상들(720)을 포함하는 외부 표면(711)을 갖는 원통형 요소(710)를 도시한다. 홈들(730)은 형상들(720)을 서로 이격시킨다. 형상들(720)은 원통형 요소(710)의 종 방향 축을 따라 세장형이고, 도 4 내지 도 6d 및 도 4 내지 도 6e에 도시된 형상들(520, 620)과 비교하여 비교적 조밀하게 패킹된다. 형상들(720)의 세장형은 도 4 내지 도 6e의 형상들(620)보다 더 크고, 원통형 요소(710)의 종 방향 축을 따라 정렬되는 2 개의 비교적 예각인 꼭짓점들(723A, 723B)을 초래한다. 홈들(730)에서 원통형 요소(710) 주위를 흐르는 물은 형상(720)의 꼭짓점(예를 들어, 상부 꼭짓점(723A))과 만날 수 있거나, 또는 형상(720)의 편평한 측면(724) 또는 편평한 측면(724)의 일부를 향해 흐를 수 있다. 홈들(430)을 통해 흐르고 형상(720)의 꼭짓점(723A)과 접촉하는 물은 상이한 흐름 경로들로 분할될 수 있다. 홈들(730)을 따라 그리고 형상(720)의 편평한 섹션(724) 내로 흐르는 물은 홈들(730) 내에서 다른 방향으로 흐르도록 전환될 수 있다.
도 6g는 일반적으로 원통형인 요소(510)의 표면(511) 상에 적용된 가장 바람직한 테셀레이션 패턴의 예시적인 치수들을 도시한다. 이 예에서, 일반적으로 원통형인 요소(510)는 다음의 예시적인 치수들을 갖는다: ―
· (요소(510)의) 외경(510D) = 1222 mm(및 이에 따라 최외측 반경(510OR) = 611 mm)
· GDepth(520D)(홈 깊이, 즉 각각의 형상(520)의 높이) = 60 mm
· (각 형상(520)의 에지에서의 코너의) 반경(520R) = 60 mm
· 따라서 GDepth(520D) = 반경(520R)
· (중심점(C)으로부터 외부 표면(511)까지 요소(510)의) 내부 반경(520IR) = 551 mm
· GCircumferential(530C)(원주 둘레의 방향으로 2 개의 인접한 형상들(520) 사이 내의 홈의 폭) = 319.972 mm
· GDiagonal(530D)(도 6g에 표시된 2 개의 인접한 그리고 평행한 편평한 측면들(524a, 524c) 사이의 대각선 방향으로의 2 개의 인접한 형상들(520) 사이 내의 홈의 폭) = 350.054 mm
당업자는 다양한 치수들이 특정 용도의 적용의 요구들에 따라 변하기 쉬우며, 특히 해당 원통형 요소(510)의 내부 반경(520IR)에 따라 변할 것이지만, 그러나 다양한 치수들(예를 들어, GDepth(520D), 반경(520R), GCircumferential(530C) 및 GDiagonal(530D))은 모두 바람직하게는 추후에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 내부 반경(520IR)의 비교적 고정된 비라는 것을 이해할 것이다. 간단히 말해서, 해당 원통형 요소(510)의 내부 반경(520IR)이 클수록, GDepth(520D)는 더 커지지만 그러나 둘 사이의 상대 비율들은 바람직하게는 실질적으로 일정한데, 왜냐하면 상대적 치수들은 이제 설명되는 바와 같이 일부 공통의 특징 비들을 공유하기 때문이다. 도 4 내지 도 6에 도시된 모든 예들에서, 원통형 요소에 의해 향상되는 VIV 억제를 발생시키는 일부 공통의 특징 비들이 식별되었다. 이것들은 다음과 같다:
· GDepth(즉, 반복되는 형상들의 깊이) = (요소의) 최외측 직경에 0.05을 곱한 값
· GDepth(즉, 반복되는 형상들의 깊이) = (각 형상의 에지에서의 코너의) 반경
· GCircumferential(원주 방향의 홈의 폭) = 요소의 최외측 반경에 0.50 내지 0.60을 곱한 값(예를 들어, 도 6g에 도시된 예의 경우, 최외측 반경(510OR) = 611 mm에 0.525를 곱한 값 = 약 320 mm)
· GDiagonal(대각선 방향으로의 홈의 폭) = 요소의 최외측 반경에 0.55 내지 0.60을 곱한 값(예를 들어, 도 6g에 표시된 예의 경우, 최외측 반경(510OR) = 611 mm에 0.572를 곱한 값 = 약 350 mm)
· 반복되는 형상 각도 = 각각의 코너의 둘러싸인 각도가 120으로 고정된, 동일한 변의 그리고 균일한 형상의 육각형
· 바람직한 형상 패턴은 일반적으로 원통형인 요소의 원주 둘레에 열마다 등거리로 이격된 3 개의 고정된 120 °로 둘러싸인 각도 육각형의 복수의 열들을 포함하고, 인접한 열은 3 개의 유사한 형상의 육각형들을 포함하지만 그러나 위상으로부터 절반 피치만큼(즉, 60 °) 오프셋되는데, 즉 도 6g에 도시된 그 패턴이다.
일반적으로 원통형인 요소(10)에 대한 3 개의 주요 적용 분야들이 존재하며, 이들은 다음과 같다:
분산 부력 모듈들(DBM)(62) ― 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같음
DBM들(62)은 일반적으로 표면 선박(도시되지 않음) 또는 플랫폼과 해저 구조(도시되지 않음) 사이의 수역 내에서 연장되는 라이저(64)와 같은 도관(64)의 외부 상의 선택된 포인트들에서 사용되고, 여기서 DBM(62)의 기능은 (예를 들어, 도관(64)이 "레이지(lazy) 웨이브" 또는 "레이지 S" 구성으로 설치될 수 있도록 하기 위해) 필요한 위치에서 도관(64)에 부력을 제공하는 것이다. 일반적으로 원통형인 요소(10)는 DBM(62)의 외부에 클램핑 또는 스트랩들과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 고정될 수 있지만, 그러나 보다 바람직하게는, 일반적으로 원통형인 요소(10)는 요소(10)의 외부 표면(11)이 DBM(62)의 (일체형) 외부 표면(11)이 되도록 DBM(62)와 완전히 일체형이고, 이 시나리오에서, DBM(62)는 일체형 실린더가 아니라, 그 대신에 합쳐질 때 경우 라이저(64)의 외부 표면 주위에 실린더 또는 슬리브를 형성하는 2 개의 절반 쉘들(62U; 62L)의 형태로 제공된다. DBM(62)의 대부분 또는 전부는 부력 재료로 형성된다. DBM(62) 형태의 일반적으로 원통형인 요소에는 DBM(62) 형태의 일반적으로 원통형인 요소의 운송, 설치 및 고정을 용이하게 하기 위해 적합한 스트랩 리세스들(66) 및 리프팅 홀들(68)이 제공된다.
드릴 라이저 부력( DRB )(70) ― 도 8a 내지 도 8l에 도시된 바와 같음
DRB 모듈들(70)은 일반적으로 라이저(71)의 전체 길이를 따라 피팅되고, 이러한 라이저는 일반적으로 그들의 길이를 따라 그들의 외주 둘레에 제공된 도체들(72)의 배열체를 가지며 ― 도 8a에는 5 개가 도시되어 있는데, 특히 심층수 및 극심층수에서 사용되는 라이저(71)이며, 드릴링 라이저(71)의 무게를 관리 가능한 수준으로 감소시킨다. 일반적으로 원통형인 요소(10)는 a) DRB의 외부 표면에 적용, 고정 또는 달리 고정하기에 적합하거나 또는 더욱 바람직하게는 b) 도 8a에 도시된 바와 같이 DRB(70)의 외부 표면은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 외부 표면(11)의 성형된 프로파일을 일체형으로 포함할 수 있다. DRB(70)는 전형적으로 (도 8a 내지 도 8h에 도시된 바와 같이) 절반 쉘들(70L; 70R)로 제공되거나 또는 쿼터 쉘들(도시되지 않음)로 제공되는데, 이들은 합쳐질 때 드릴 라이저(71)와 도체 배열체(72)를 에워싼다/둘러싼다. 이러한 DRB(70)(도시되지 않음)에는 바람직하게는 개별 쉘들(70L; 70R)이 서로 겹쳐져서 적층되는 것을 허용하기 위해 적층 플랫들이 제공된다. 2 개의 절반 쉘들(70L; 70R)은 바람직하게는 상부 및 하부 단부들에서 각각의 절반 쉘(70L; 70R)의 양 측면 상에 제공된 볼트 홀들(75)을 통과하고 너트들(도시되지 않음)로 제 위치에 고정되어 2 개의 절반 쉘들(70L; 70R)을 서로를 향해/서로 대항하여 잡아당기고/압축하는 볼트들(도시되지 않음)과 같은 적절한 고정 수단에 의해 라이저(71) 및 도체 배열체(72) 주위에 서로 고정된다.
VIV 스트레이크들로서 전통적으로 사용되는 원통형 슈라우드들
― 도 1 내지 도 3에 기초한 제1 실시예
케이블들, 흐름 라인들, 파이프들 및 파이프라인들과 같은 특정 수중 도관에는 일반적으로 VIV를 감소시키는 작용을 하는 반경 방향으로 연장되는 나선형 배열된 핀들(fins)을 포함하는 해저 VIV 억제 스트레이크들이 통상적으로 제공될 수 있다. 이러한 통상적인 핀들을 제공하는 대신에, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 외부 표면(11)을 갖는 일반적으로 원통형인 요소(10)가 그 대신에 사용될 수 있고, 여기서 일반적으로 원통형인 요소(10)는 전형적으로 일 측면을 따라 전체적으로 형성된 슬릿을 가질 것이고, 여기서 일반적으로 원통형인 요소(10)는 따라서 C 자형이고, 개방되어 있으며, 보호될 케이블, 흐름 라인 또는 파이프라인의 원주 둘레에 피팅되어, C 자형의 일반적으로 원통형인 요소(10)는 슬리브와 매우 유사하게, 그것이 주위에 배치되는 케이블들, 흐름 라인 또는 파이프라인의 섹션을 완전히 둘러싼다.
VIV 스트레이크들로서 전통적으로 사용되는 원통형 슈라우드들
― 도 9에 도시된 바와 같은 제2 실시예
도 1 내지 도 3의 C 자형의 일반적으로 원통형인 요소(10)에 대한 대안적인 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이 일반적으로 원통형인 요소(100A)(그의 외부 표면(111) 상에 제공된 이미 설명된 바와 같은 육각형 테셀레이션(21)을 가짐)는 해저 케이블, 가요성 점퍼, 흐름 라인, 라이저, 파이프 또는 파이프라인과 같은 해저 도관(110)에 장착되도록 제공될 수 있다(이러한 도관을 해저에 처음 설치할 때 또는 이미 해저에 설치된 이러한 도관(110)을 새로 장착할 때).
도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100A)는 반원형 쉘들(102a, 102b)의 2 개의 부분 또는 한 쌍을 포함하고, 이들은 이러한 도관(110)(도 9에 파이프(110)가 도시되어 있음) 주위에 합쳐질 때 쉘들(102a, 102b)이 주위에 배치되는 도관(110)의 해당 섹션을 360 도만큼 완전히 포위한다. 절반 쉘들(102a, 102b)은 절반 쉘들(102a, 102b)의 측벽을 통해 전체적으로 형성된 볼트 홀들(105)을 통과하고 볼트들 및 와셔들(106b)에 의해 제 위치에 고정될 수 있는 나사산 볼트(104)와 같은 적절한 개수의 체결 수단(일반적으로 원통형인 요소(100)의 각각의 단부에서 도 9에 도시된 2 개의 이러한 체결 수단)에 의해 서로 고정될 수 있다. 따라서, 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100A)는 도관(110)에 대한 슈라우드 또는 슬리브로서 작용하여, 이에 따라 그의 외부 표면(111) 상에 제공된 육각형 테셀레이션(21)에 의해 해저 VIV 억제를 도관(110)에 제공한다.
반원형 쉘들(102a, 102b)의 2 개의 부분 또는 쌍은 전형적으로 폴리우레탄(PU) 등과 같은 비교적 가볍고 비교적 강하고 비-취성인 재료로 형성된다. 추가적으로, 조작자가 도관(110)에 부력을 추가하는 것을 요구하는 경우, 폴리스티렌(도시되지 않음) 또는 다른 적절한 재료와 같은 부력 재료가 일반적으로 원통형인 요소(100A)의 관통 보어의 내부 표면에 첨가될 수 있다(따라서, 부력 재료는 일반적으로 원통형인 요소(100A)의 내부 관통 보어와 도관(110)의 외부 표면 사이의 고리에 있게 됨).
슬리브와 매우 유사하게, 도관(110)의 전체 길이 또는 충분한 길이가 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100A; 100B)에 의해 완전히 둘러싸일 때까지, 제1 일반적으로 원통형인 요소(100A)와 동일한 추가적인 일반적으로 원통형인 요소(100B)가 제1 일반적으로 원통형인 요소(100A) 등의 각각의 단부에 인접하여 제공될 수 있다.
각각의 일반적으로 원통형인 요소(100)는 일 단부(예를 들어, 사용 시에 하부 단부일 수 있음)에서 외부 단부 표면(109) 상에 그리고 다른 단부(사용 시에 최상부 단부일 수 있음)에서는 내부 단부 표면(108) 상에 제공된 적합하게 형상화된 협력 또는 정합 표면을 구비할 수 있다. 정합 표면들은 반경 방향으로 작용하는 텅 및 홈 배열체들 등과 같은 적합하게 형상화된 협력 표면들일 수 있다. 도관(110) 주위에 설치하는 동안, 제2 일반적으로 원통형인 요소(100B)는 도관(110) 주위에 배치되고, 그의 상부 단부(108)는 제1 일반적으로 원통형인 요소(100A)의 최하부 단부의 외부 정합 표면(109)에 대해 내부 정합 표면이 중첩 방식으로 위치되어 있어, 각각의 반경 방향으로 작용하는 텅 및 홈 배열체들은 서로 정합된다. 이러한 설치 방법은 일반적으로 원통형인 요소들(100)에 의해 VIV 억제를 필요로 하는 도관(110)의 길이를 따라 반복되며, 각각의 반경 방향으로 작용하는 텅 및 홈 배열체들은 인접한 일반적으로 원통형인 요소들(100A; 100B)의 축 방향 분리를 방지한다.
VIV 스트레이크들로서 전통적으로 사용되는 원통형 슈라우드들
― 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같은 제3 실시예
도 10a 및 도 10b는 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100)에 대한 일반적으로 원통형인 요소(120)의 대안적인 실시예를 도시하고, 여기서 도 10에 도시된 바와 같은 일반적으로 원통형인 요소(120)는 그의 외부 표면(131) 상에 제공된 이미 전술한 바와 같이 육각형 테셀레이션(21)을 다시 포함한다.
그러나, 도 10의 일반적으로 원통형인 요소(120)는 도 10의 일반적으로 원통형인 요소(120)가 다른 체결 수단에 의해 도관(110) 상에 설치되고 도관 주위에 고정된다는 점에서 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100)와 상이하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 반원형 쉘들(122a, 122b)의 2 개의 부분들 또는 쌍의 각각의 외부 표면은 각각의 절반 쉘(122a, 122b)의 외부 표면(141) 상의 동일한 종 방향 포지션에서 각각의 반원형 리세스 또는 홈(123a, 123b)을 포함한다. 반원형 쉘들(122a, 122b)의 2 개의 부분들 또는 쌍의 각각의 각각의 단부에는 각각의 반원형 리세스 또는 홈(123a, 123b)이 있으므로, 2 개의 절반 쉘들(122, 122b)이 해저 도관(110) 주위에 합쳐질 때, 2 개의 각각의 반원형 리세스들(123a, 123b)은 리세스(123) 내에서 2 개의 절반 쉘들(122, 122b)의 360 도 원주 둘레에 위치된 원형 스트랩(134)을 수용하기에 충분한 폭의 완전히 원형인 리세스(123)를 형성하도록 결합되고, 여기서 스트랩(134)은 2 개의 절반 쉘들(122, 122b)이 해저 도관(110) 주위에서 서로 고정되거나 또는 로킹되도록 타이 또는 로크(135)에 의해 리세스(123) 내에서 조여지고 고정된다. 2 개의 리세스들(123a, 123b)이 도 10a에 도시되어 있고, 하나의 리세스(123a)는 사용 시 최상부 단부(128)에 인접하게 제공되고, 다른 리세스(123b)는 일반적으로 원통형인 요소(120)의 사용 시 최하부 단부(129)에 인접하여 제공되지만 그러나 추가의 리세스들(123)이 필요하다면 일반적으로 원통형인 요소(120)의 길이를 따라 이격되어 추가적으로 제공될 수도 있다(특히 일반적으로 원통형인 요소(120)가 특히 긴 경우).
다른 모든 면들에서(도 9의 외부 단부 표면(109)과 유사한 외부 단부 표면(129)을 갖는 것을 포함하고 그리고 도 9의 내부 단부 표면(108)과 유사한 내부 단부 표면(128)을 갖는 것을 포함함), 도 10의 일반적인 원통형 요소(120)는 도 9의 일반적인 원통형 요소(100)와 유사하고, 해저 케이블, 가요성 점퍼, 흐름 라인, 라이저, 파이프 또는 파이프라인과 같은 유사한 해저 도관들(110) 주위에 동일한 VIV 억제 목적으로 설치될 수 있다(이러한 도관(110)을 해저에 처음 설치할 때 또는 이미 해저에 설치된 이러한 도관(110)을 새로 장착할 때).
VIV 스트레이크들로서 전통적으로 사용되는 원통형 슈라우드들
― 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같은 제4 실시예
도 11a 및 도 11b는 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100) 및 도 10a 및 도 도 10b의 일반적으로 원통형인 요소(120)에 대한 일반적으로 원통형인 요소(140)의 다른 대안적인 실시예를 도시하고 있고(도 11a 및 도 11b에 그의 단지 하나의 절반만이 도시되어 있음), 여기서 도 11a 및 도 11b에 도시된 일반적으로 원통형인 요소(140)는 그의 외부 표면(141) 상에 제공된 이미 설명된 바와 같이 육각형 테셀레이션(21)을 다시 포함한다.
도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)는 다음과 같은 임의의 적절한 체결 수단에 의해 도관(110) 상에 설치되고 그리고 도관 주위에 고정될 수 있다:―
― 볼트 홀들(도 11a 및 도 11b에 도시되지 않음)을 통과하고 도 9에 도시된 체결 수단과 유사한 방식으로 볼트들 및 와셔들(106b)에 의해 제 위치에 고정되는 나사산 볼트(104); 또는
― 원형 스트랩(134)이 리세스(도 11a 및 도 11b에 도시되지 않음) 내에서 일반적으로 원통형인 요소(140)의 360 도 원주 둘레 주위에 위치되고, 여기서 스트랩(134)은 2 개의 절반 쉘들(142)이 해저 도관(110) 주위에서 서로 고정되거나 또는 로킹되도록 타이 또는 로크(135)에 의해 리세스 내에서 조여지고 고정된다.
그러나, 도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)의 2 개의 절반 쉘들(142)의 각각은 2 개의 절반 쉘들(142)이 각각 절반 쉘(142)을 형성하는 나머지 재료(일반적으로 성형된 폴리우레탄임) 내에 형성된 반원형 원통형 가요성 기판(145)을 포함한다는 점에서 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100) 및 도 10의 일반적으로 원통형인 요소(120)의 2 개의 절반 쉘들과는 상이하다. 반원형 원통형 가요성 기판(145)은 그의 무게(142)를 감소시키기 위해 그의 측벽을 통해 형성된 큰 복수의 홀들(146)을 포함한다. 가요성 기판은 바람직하게는 적합한 가요성 재료로 형성되고, 절반 쉘(142)은 전형적으로, 기판(145)이 PU에 의해 둘러싸이고 PU에 의해 캡슐화되지만 그러나 PU가 일단 경화되면 PU에 백본을 제공하도록, PU를 몰드 내로 그리고 기판(145) 주위에 주입하는 것에 의해 제조된다. 따라서, 가요성 기판(145)은 다른 실시예들에 비해 일반적으로 원통형인 요소(140)의 더 큰 유연성, 감소된 재료 요구량 및 비교적 개선된 제품 내구성을 가능하게 한다.
도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)의 이러한 실시예는 그것의 주어진 두께(T2)가 도 9의 일반적으로 원통형인 요소(100) 및 도 10a 및 도 10b의 일반적으로 원통형인 요소(120)의 동일한 두께보다 더 강할 것이라는 이점을 갖는다. 따라서, 도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)의 이러한 실시예는 그의 힘을 희생하지 않고 그것이 더 얇게 제조될 수 있다는 이점을 갖는다(도 10b에 도시된 바와 같이 일반적으로 원통형인 요소(120)의 비교적 두꺼운 측벽(T1)과 비교하여 도 11a에 도시된 바와 같은 일반적으로 원통형인 요소(140)의 비교적 얇은 측벽(T2)을 참조). 따라서, 도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)의 측벽 두께(T2)는 도 10a 및 도 10b의 일반적으로 원통형인 요소(120)의 측벽 두께(T1)보다 작고, 도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)는 다른 실시예들보다 상당히 더 가벼울 것이므로 이에 따라 도관(110) 상에 설치하기에 더 용이할 것이다.
조작자는 일반적으로 다음과 같은 단계에 의해 도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)를 이미 설치된 해저 도관(110)의 외부 표면 상으로 새로 장착할 수 있을 것이다:―
― 항해 선박/보트의 문풀(moonpool)(도시되지 않음)을 통해 해저 도관(110)을 물 밖으로 끌어당기는 단계;
― 일반적으로 원통형인 요소(140)를 해저 도관(140)의 외부 표면(141) 상으로 설치하는 단계; 및
― 적용된 일반적으로 원통형인 요소(140)가 그의 외부 표면 상으로 장착되어 있는 해저 도관(110)을 문풀을 통해 물 속으로 다시 하강시키는 단계.
도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)의 이러한 실시예는, 그것이 다른 실시예들보다 외경이 더 얇기 때문에, 해저 도관(110)이, 문풀을 다시 통과하는 것이 가능하지 않을 다른 더 넓은 실시예들(예를 들어, 100, 120)과 비교하여, 해저 도관(110)의 외경보다 더 넓은 개구를 갖는 문풀을 통해 당겨져야 하는 상황들에서 이미 설치된 해저 도관(110) 상으로 새로 장착하는 것이 더 쉽고/가능할 것이라는 또 다른 중요한 이점을 갖는다.
도 11a 및 도 11b의 일반적으로 원통형인 요소(140)는 따라서 도관(110)에 대한 슈라우드 또는 슬리브로서 작용하고, 이에 의해 그의 외부 표면(141) 상에 제공된 육각형 테셀레이션(21)에 의해 도관(110)에 해저 VIV 억제를 제공한다.
일반적으로 원통형인 요소의 실시예들(100, 120, 140) 중 임의의 하나는 조작자에 의해 선택되어 기존의 해저 도관 보호 시스템/부력 시스템을 적절하게 교체할 수 있다.
VIV 스트레이크들로서 전통적으로 사용되는 원통형 슈라우드들
― 도 12에 도시되고 해저 도관 상으로 직접 설치되는 제5 실시예
도 1 내지 도 3의 C 자형의 일반적으로 원통형인 요소(10)에 대한 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같은 일반적으로 원통형인 요소(160)(그의 외부 표면(161) 상에 제공된 이전에 설명된 바와 같은 육각형 테셀레이션(21)을 가짐)는 이에 대해 이를 접합함으로써 이러한 도관(110)의 제조 시에 해저 케이블, 가요성 점퍼, 흐름 라인, 라이저, 파이프 또는 파이프라인과 같은 해저 도관(110)에 확실하게 일체형으로 피팅될 수 있다.
따라서, 도 12의 일반적으로 원통형인 요소(160)는 해저 도관(110)에 일체형 외부 시스(sheath) 또는 커버링을 형성하고, (일반적으로 도관(110)의 전체 길이가 되는) 이것이 커버하는 도관(110)의 해당 종 방향 섹션을 따라 360 도만큼 모두 도관(110)을 완전히 포위한다.
도 12의 일반적으로 원통형인 요소(160)의 내부 표면(163)은 도관(110)의 외부 표면(111)에 직접 접합될 수 있거나, 또는 원통형 도관 또는 파이프 절연/코팅(165)은 일반적으로 원통형인 요소(160)의 내부 표면(163)과 도관(110)의 외부 표면(111) 사이에 동축 방식으로 선택적으로 삽입될 수 있으며, 바람직하게는 여기에 모두 접합된다. 파이프 절연/코팅(165)은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 파이프 절연/코팅(165)은 조작자가 도관(110)에 부력을 추가하는 것을 필요로 경우 폴리스티렌(도시되지 않음)과 같은 부력 재료 또는 다른 적절한 부력 재료로 형성될 수 있다.
따라서, 도 12의 일반적으로 원통형인 요소(160)는 도관(110)에 대한 슈라우드 또는 슬리브로서 작용하여, 이에 따라 그의 외부 표면(161) 상에 제공된 육각형 테셀레이션(21)에 의해 도관(110)에 해저 VIV 억제를 제공한다.
특히 해저 환경들 내에서 VIV 감소 및/또는 항력 감소가 요구되는 경우에, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 본 발명에 따른 실시예들의 다른 적용들이 가능하다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 위에서 설명한 실시예들에 대한 수정들 및 개선들이 이루어질 수 있다.

Claims (31)

  1. 수역(body of water) 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소로서,
    상기 원통형 요소는 사용 시에 물과 접촉하도록 배열되는 외부 표면을 가지며,
    상기 외부 표면은,
    그 위에 제공되는 적어도 2 개의 열들(rows)의 반복되는 형상들을 포함하고,
    반복되는 형상들의 각각의 열은 홈 배열체(groove arrangement)에 의해 각각의 인접한 열로부터 분리되고, 열 내의 각각의 형상은 적어도 하나의 홈에 의해 인접한 형상들로부터 분리되며;
    상기 원통형 요소의 상기 외부 표면은 상기 원통형 요소에 작용하는 소용돌이 유도 진동(Vortex Induced Vibration)(VIV) 및/또는 항력(drag)을 감소시키는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  2. 제1 항에 있어서,
    각각의 열 내의 상기 반복되는 형상들의 각각은 동일한,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 외부 표면 상에 제공된 각각의 열은, 상기 외부 표면 상에 제공된 모든 상기 형상들이 동일하도록, 각각의 다른 열의 상기 형상들과 동일한 반복되는 형상들을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형상들은 적어도 3 개의 변들(sides)을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 형상들은 육각형 형상을 형성하도록 6 개의 변들을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반복되는 형상들은 테셀레이션(tessellation)으로 상기 외부 표면 상에 배열되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 원통형 요소의 상기 외부 표면은, 육각형 테셀레이션(hexagonal tessellation)을 포함하고, 상기 육각형 테셀레이션은 3 개의 인접한 육각형 형상들 각각이 이웃하는 꼭짓점들(adjoining vertices)에서 만나고 상기 육각형 형상들의 나머지는 상기 원통형 요소의 상기 외부 표면을 가로질러 그 배열을 반복하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 반복되는 형상의 2 개의 인접한 변들 사이의 적어도 하나의 꼭짓점은 반경을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 반복되는 형상은 상기 홈 배열체들로 인해 상기 원통형 요소의 상기 외부 표면으로부터 돌출되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 요소는 사용 시에 상기 수역 내에 위치되는 실질적으로 원통형인 구조 주위에 배치되도록 적응되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 원통형 요소는 합쳐질 때 상기 실질적으로 원통형인 구조를 둘러싸는 2 개 이상의 섹션들로 형성되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 원통형 요소는 단면이 C 자형이고, 그리고 상기 원통형 구조의 길이에 걸쳐 미끄러질 수 있도록 일 측면에서 전체 길이를 따라 형성된 슬릿(slit)을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  13. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 요소는 사용 시에 상기 수역 내에 위치되는 실질적으로 원통형인 구조와 일체형으로 형성되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 배열체는 각도를 이룬 측면들(angled side faces)을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 각도를 이룬 측면들은 상기 일반적으로 원통형인 요소의 상기 반경에 대해 40 내지 80 도 각도를 이루는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  16. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 배열체는 반원형 프로파일(semi-circular profile)을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 홈 배열체의 폭은 상기 원통형 요소의 최외측 반경의 0.50 내지 0.60 배의 범위 내에 있는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  18. 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 열의 반복되는 형상들에 대한 상기 홈 배열체는 상부 홈 및 하부 홈을 포함하고, 상기 상부 및 하부 홈들의 각각은 상기 상부 및 하부 홈들의 각각은 상기 원통형 요소 주위에서 연속적이도록 상기 일반적으로 원통형인 요소의 전체 360 도 원주를 포위하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  19. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 배열체는 상기 원통형 요소의 상기 원주 둘레로 물의 흐름이 따르도록 적어도 하나의 분리된 경로를 제공하여, 상기 홈 배열체 내에서 흐르는 물은 적어도 하나의 흐름 분리 포인트(flow separation point)를 만나는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 흐름 분리 포인트는 형상의 2 개의 변들이 만나는 상기 형상의 꼭짓점을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  21. 제19 항 또는 제20 항에 있어서,
    상기 흐름 분리 포인트는 상기 형상의 변을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  22. 제19 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 배열체 내에서 흐르는 물이 흐름 분리 포인트를 만날 때, 상기 물 흐름의 적어도 일부의 방향이 90 ° 미만만큼 변화되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  23. 제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    합쳐질 때 상기 수역 내에 위치된 상기 실질적으로 원통형인 구조를 둘러싸고, 상기 수역 내에 위치된 상기 실질적으로 원통형인 구조의 부상(floatation)을 돕는 부력(buoyancy)을 전형적으로 포함하는 다중 부품 원형 쉘들(multiple part circular shells)로 제공되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  24. 제23 항에 있어서,
    개별 쉘들이 서로 겹쳐져서(one on top of another) 적층될 수 있도록 적층 플랫들(stacking flats)을 더 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  25. 제23 항 또는 제24 항에 있어서,
    사용 시에 수역 내에 위치되는 실질적으로 원통형인 구조 주위에서 상기 쉘들을 서로 결합시키는 것을 돕는 스트랩(strap) 및/또는 볼트 홀들(bolt holes)을 더 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  26. 제23 항 또는 제24 항에 있어서,
    상기 원통형 요소 또는 그 쉘들의 운송을 돕기 위해 스트랩 및/또는 리프팅 홀들(lifting holes)을 더 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  27. 제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일반적으로 원통형인 요소의 내부 표면/관통 보어(throughbore)는 해저 도관(subsea conduit)의 외부 표면에 직접 접합되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  28. 제26 항에 있어서,
    보호 코팅층이 상기 일반적으로 원통형인 요소의 상기 내부 표면/관통 보어와 상기 해저 도관의 상기 외부 표면 사이에 동축 방식으로 제공되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  29. 제27 항에 있어서,
    상기 보호 코팅층은 그의 외부 및 내부 표면들 각각 상의 각각의 표면에 접합되는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  30. 제1 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 배열체들은 상기 일반적으로 원통형인 요소의 외경(OD)의 0.01 내지 0.1 배의 프로파일 깊이를 갖는 홈을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 홈 배열체들은 상기 일반적으로 원통형인 요소의 최외측 직경(OD)의 대략 0.05 배의 프로파일 깊이를 갖는 홈을 포함하는,
    수역 내에 잠기도록 적응된 원통형 요소.
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