KR20220125286A - 스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링(5;105;205;305;404;505)에 관한 것으로, 이 스프링은, 제1 및 제2 단부들(8;108;208;308;408;508), 및 클램프 부재 내에 안착하도록 구성되는 내부 표면(7;107;207;307;407;507), 그리고 상기 관형 부재의 외부 표면에 접촉하도록 구성되는 외부 표면(9;109;209;309;409;509)을 가지는 탄성 본체(6;106;206;306;406;506)를 포함하며, 내부 및 외부 표면들은 제1 및 제2 단부들 사이에서 연장하고 그리고 스프링의 탄성 본체의 강성은 제1 및 제2 단부들 사이의 상기 본체의 길이에 걸쳐 변한다.

Description

스프링

본 발명은 스프링, 그리고 더 구체적으로는 부력 요소들 및 특히 분배된 부력 요소들을 유동관들, 라이저들(raisers) 및 엄빌리칼들(umbilicals)과 같은 수중의 관형 부재들에 고정시키기 위한 클램프 디바이스에서의 사용을 위한 반경방향 하중 스프링(radial load spring)에 관한 것이다.

오일 및 가스는, 라이저들로서 통상적으로 공지되어 있는 파이프들과 같은 강성 또는 가요성 관형 부재들에 의해 해저 아래의 저장소들로부터 표면까지 운반된다. 라이저의 외경은, 라이저 내에서 유동하는 유체들의 제조 사양들, 라이저에서의 장력, 내부 압력, 정수압 및 온도로 인해 상당한 공차들을 겪는다. 따라서, 라이저의 외경은 특히, 라이저를 둘러싸는 물의 정수압 및 또한 라이저 내에서 유동하는 회수된 유체들의 온도 및 압력으로 인해 그의 길이를 따라 변하는 것을 겪는다.

이를 통해 유동하는 탄화수소들과 함께 라이저의 중량은, 얕은 물들에서 표면 시설로부터 지지될 수 있지만, 이는 강한 라이저들 및 수백 미터들에 걸쳐 연장할 수 있는 라이저들의 긴 스트링의 무결성을 유지하기 위한 연결부들을 요구한다. 따라서, 부가의 지지를 제공하기 위해 라이저들에 부력 요소들을 부착하는 것이 보다 경제적이다.

분산 부력 모듈들은 날씨 및 조수 조건들 하에서 선박 움직임의 효과들로부터 해저 종결부를 격리시키기 위해 또는 최적의 사용을 위해 요구되는 포지션에 라이저를 유지하기 위해 라이저들 상에 제공된다. 예를 들어, FPSO(Floating Production Storage and Offtake) 선박과 해저 또는 부유식 해저 구조물 사이의 라이저의 공지된 구성들은 특히, "레이지 S(Lazy S)", "레이지 웨이브(Lazy wave)", "레이지 W(Lazy W)"로 명명되는 구성들을 포함한다.

클램프들은 라이저 주위에 끼워맞춰지고 그리고 부력 모듈을 위한 장착을 제공하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 클램프는 부력 모듈의 일체형 구성요소일 수 있다. 그러나, 라이저에 대한 클램프의 부착은, 유동라인의 실패 또는 부력 모듈을 정확히 부착하고 그리고 위치결정하는 것에 대한 실패로 이어질 수 있는, 라이저에 대한 임의의 손상을 회피하기 위해 신중하게 이루어져야 한다.

전술된 바와 같은 라이저의 내부 및 외부 압력 그리고 온도의 변화들은 라이저의 외경에서의 상당한 변동을 초래할 수 있고, 그리고 이에 따라 클램프에 대한 그의 연결에 영향을 줄 수 있다. 이는, 클램프가 라이저의 외부 표면을 따라 미끄러지는 것을 유발시킬 수 있다. 이는, 부력 모듈의 포지션을 변경시킬 수 있으며, 이는 의도된 포지션으로부터 멀어지는 라이저의 구성에 대한 변경을 초래할 수 있다. 게다가, 사용시에 라이저들에서 발생하는 굽힘 및 인장 변형률들은 강성 클램프들의 정확한 치수결정을 추가로 방해한다.

공지된 부력 모듈들은, 쉘 부재들의 전체 길이를 연장하고 그리고 라이저의 외부 표면에 대해 치수적으로 대응하는 내부 표면 내에 제공되는 반원형 채널을 가지는 아치형 또는 C-형상 쉘 부재들을 포함한다. 복수의 이러한 부재들은 라이저 주위에 위치결정되고 그리고 부력 모듈이 고정될 수 있는 클램프를 제공하기 위해 티타늄 스트랩과 같은 인장된 밴드 또는 KEVLAR 또는 TWARON과 같은 아라미드 섬유들의 밴드로 제위치에 고정된다.

내부 원주방향 오목부는, 클램핑 구성요소가 장착되는 쉘 부재들의 반원형 채널 내에 형성될 수 있다. 클램핑 구성요소는 부력 쉘 부재와 통합될 수 있거나, 오목부 내에 별도로 형성되고 그리고 안착될 수 있다.

예를 들어, 양방향 로딩된 부력 모듈은 2개의 반환형 쉘 부재들을 사용하는 도 1에서 도시되며, 각각의 반환형 쉘 부재들은, 이들의 내부 면들을 따라 함께 보내어질 때, 2개의 모듈들이 관형 부재를 둘러싸도록 모듈의 내부 면에 내부 반원형 채널을 갖는다.

이러한 실시예에서, 클램핑 구성요소는 반원형 채널의 원주방향 오목부에 장착되는 스프링을 포함한다. 일부 공지된 설계들에서, 직사각형 또는 입방체 블록들 형태의 복수의 탄성 스프링들은, 반원형 채널의 원주방향 오목부 주위에 3개의 블록들의 2개의 열들을 갖는 중앙에 위치되는 어레이(array)로 배열된다. 2개의 부력 모듈들이 관형 부재 주위에 함께 보내짐에 따라, 스프링들의 외부 표면은 관형 부재의 외부 원주부 주위의 상이한 지점들에서 관형 부재에 접촉하여, 부력 모듈과 라이저의 외부 표면 사이에 탄성 쿠션을 제공하고 그리고 관형 부재 주위에 부력 모듈로부터의 하중 및 후속하는 접촉 압력을 분배한다.

비록 부력 모듈들 및 클램프들이 요구된다면 보다 많은 수의 부재들로 형성될 수 있지만, 부력 모듈의 쉘 부재들 및 대응하는 클램핑 구성요소들의 수는 전형적으로 2개 내지 4개일 수 있다.

성능 제한들은, 보다 거친 바다 상태들에서의 보다 큰 부력 하중들 및 전개에 대처하기 위해, 그리고 라이저 또는 다른 관현 부재가 작동 조건들 하에서 팽창하고 그리고 수축함에 따라 보다 큰 라이저 변형률들 및 보다 조밀한 라이저 굽힘 반경들 그리고 이들 반경들의 변화의 높은 속도들을 수용하기 위해 클램프들에 대한 요구들로 끊임없이 도전되고 있다.

전형적으로, 클램핑 구성요소들의 수가 감소함에 따라, 라이저의 외부 표면 주위에 인가된 반경방향 하중의 분배가 변할 것이다. 클램핑 구성요소들의 수를 감소시키는 것은, 각각의 클램핑 구성요소의 스프링들이 라이저의 외부 곡선형 표면 주위에서 보다 큰 거리만큼 연장하며, 그리고 이는 관형 부재의 원주부에 대한 불균일한 힘 및 압력 분배로 이어질 수 있는 것을 의미한다. 극도의 경우에, 특히 2개의 구성요소 부력 모듈 및 클램프가 전개될 때, 이는 외부 단부들에서보다 부력 모듈의 클램핑 구성요소의 중심을 향해 인가되는 보다 높은 힘으로 이어질 수 있다. 이는, 파이프가 이론적으로 클램핑 세그먼트의 중심에서 파쇄되고 그리고 라이저의 붕괴로 이어질 수 있는 외부 단부들에서의 벌징(bulging)으로 이어질 수 있다.

공지된 클램프는 캡스턴 효과(capstan effect)에 대해 완화할 때 그리고 클램프의 개별적인 구성요소들에 의해 인가되고 그리고 경험되는 하중들을 균일화할 때 이전에 공지된 공구들보다 상당한 이점을 제공하지만, 출원인은 전에 언급된 효과들을 추가로 완화시키는 수정된 클램프를 개발하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술된 문제들을 극복하거나 적어도 완화시키는 부력 모듈의 클램핑 구성요소를 위한 개선된 스프링을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 위에서 제시된 문제들을 극복하거나 적어도 완화시키는, 관형 부재들 상에 부력 모듈들을 장착하기 위한 클램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 추가의 목적은, 주어진 라이저 구성을 유지하기 위해 요구되는 부력을 제공하도록 라이저와 같은 관형 부재 주위에 클램핑되는 다수의 원주방향으로 오프셋된 부재들로 형성될 수 있는 부력 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링이 제공되며, 스프링은, 제1 및 제2 단부들, 및 클램프 부재 내에 안착하도록 구성되는 내부 표면, 그리고 관형 부재의 외부 표면에 접촉하도록 구성되는 외부 표면을 가지는 탄성 본체를 포함하며, 내부 및 외부 표면들은 제1 및 제2 단부들 사이에서 연장하고 그리고 스프링의 탄성 본체의 강성은 제1 및 제2 단부들 사이의 본체의 길이에 걸쳐 변한다.

선택적으로, 스프링의 본체는 아치형이다.

선택적으로, 강성은 본체의 중심에서보다 탄성 본체의 제1 및 제2 단부들을 향해 더 높다.

선택적으로 또한, 본체의 강성은 제1 및 제2 단부들로부터 본체의 중심을 향해 점진적으로 변한다.

선택적으로, 본체의 외부 표면은 형태에서 파동이다.

선택적으로, 이는, 스프링의 외부 표면을 따른 피크들 또는 마루들(crests) 및 트로프들(troughs)을 갖는 복수의 돌출부들 또는 파동들의 형태를 취할 수 있다.

편리하게는, 스프링의 외부 표면 상의 마루들은 인접한 트로프로부터의 동일한 높이를 각각 가질 수 있다.

대안적으로, 인접한 트로프에 대한 스프링의 외부 표면 상의 마루들의 높이는 상이할 수 있다.

일 실시예에서, 인접한 트로프들에 대해 스프링의 중심에 가장 근접한 스프링의 외부 표면 상의 마루들의 높이는, 스프링의 제1 및 제2 단부들에 대해 보다 근접한 마루들의 높이보다 더 높을 수 있다.

대안적으로, 인접한 트로프들에 대해 스프링의 중심에 가장 근접한 스프링의 외부 표면 상의 마루들의 높이는 인접한 트로프들에 대해 스프링의 제1 및 제2 단부들에 보다 근접한 마루들의 높이보다 더 작을 수 있다.

대안적으로, 공극들은 본체의 길이를 따라 본체의 강성을 변경시키기 위해 본체에 형성된다.

편리하게는, 공극들은 제1 및 제2 단부들 사이의 스프링의 길이에 걸쳐 상이한 체적들 및/또는 형상들을 갖는다.

편리하게는, 스프링의 제1 및 제2 단부들에 인접한 공극들은 스프링의 중심에 보다 근접한 공극들보다 체적 및/또는 크기가 더 작을 수 있다.

선택적으로, 탄성 본체는 일부 실시예들에서 니트릴 고무일 수 있는 고무를 포함한다.

선택적으로 또는 대안적으로, 탄성 본체는 폴리우레탄을 포함한다.

선택적으로 또는 대안적으로, 탄성 본체는 섬유 보강된 플라스틱들을 포함한다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 관형 부재에 대한 부착을 위한 클램프 구성요소가 제공되며, 클램프 구성요소는 하우징 및, 하우징의 내부 면 상의 시트 내에 장착되는 본 발명의 제1 양태에 따른 스프링을 포함한다.

유리하게는, 클램프 본체는 복수의 클램프 구성요소들을 포함하며, 각각의 클램프 구성요소들은 하우징 및 그 위에 장착되는 스프링 부재를 갖는다.

선택적으로, 클램프는 2개, 3개, 4개 또는 일부 다른 수의 클램프 구성요소들을 가질 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 제2 양태에 따른 복수의 클램프 구성요소들 및 상기 구성요소들을 관형 부재 주위에 고정시키기 위한 인장 수단을 포함하는 클램프가 제공된다.

바람직하게는, 인장 수단은 클램프를 둘러싸는 밴드(band)를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로써 설명될 것이다.
도 1은 공지된 양방향 로딩된 스프링을 포함하는 부력 모듈의 사시도이다.
도 2a는, 스프링이 관형 부재와 접촉하게 될 때, 본 발명의 제1 실시예의 클램프 스프링의 개략도이다.
도 2b는, 하중이 가해지는 경우의 스프링의 변형을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는, 도 3b에서 도시되는, 하중이 가해지는 경우의 스프링의 변형을 갖는 본 발명의 추가 실시예의 개략도들이다.
도 4a 및 도 4b는 도 4b에서 도시되는, 하중이 가해지는 경우의 스프링의 변형을 갖는 본 발명의 또한 추가 실시예의 개략도들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 5b에서 도시되는, 하중이 가해지는 경우의 스프링의 변형을 갖는, 본 발명의 추가의 대안적인 실시예의 개략도들이다.
도 6a 및 도 6b는, 도 6b에서 도시되는 하중이 가해지는 경우의 스프링의 변형을 갖는 본 발명의 또한 다른 대안적인 실시예의 개략도들이다.
도 7의 a는 본 발명의 또한 추가의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 7의 b는 도 7의 a의 스프링의 일부의 확대 상세도이다.

이제 도면들을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예는 도 2a에서 도시된다. 도 2a는 라이저(riser), 파이프(pipe), 엄블리컬(umbilical) 등과 같은 관형 부재의 외부 원주부 주위에 부력 모듈을 장착하기 위한 클램프의 구성요소의 세그먼트를 통한 단면도를 도시한다.

클램프 구성요소(1)는 관형 부재의 외부 표면 주위에 장착되도록 구성되는 하우징(2)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 클램프는, 구성요소의 최상부 표면으로부터 구성요소의 저부 표면까지 내부 표면을 따라 연장하는 반원형 채널(3)을 각각 갖는, 유사하게 성형된 제2 구성요소를 갖는다.

2개의 클램프 구성요소들이 관형 부재 주위에 가져올 때, 클램프는 클램프를 통해 채널 내에 유지될 것인 관형 부재를 둘러쌀 것이다.

하우징의 반원형 채널(3)의 표면은, 클램프가 관형 부재의 외부 표면 주위에 고정될 때 힘들을 흡수하기 위해 스프링(5)을 위한 시트(4)로서 작용한다.

스프링은, 클램프의 하우징 상에 장착될 때 아치 형태를 가지는 탄성 본체(6)를 포함한다. 본체(6)는 바람직하게는 고무, 니트릴 고무, 폴리우레탄, 섬유 보강 플라스틱 또는 이들의 조합들과 같은 재료로 형성된다. 이는, 클램프 구성요소가 관형 부재의 외부 표면에 대해 강제되며 그리고 탄성 본체가 클램프 하우징과 관형 부재의 외부 표면 사이에서 압착됨에 따라, 탄성 본체가 힘을 흡수하는 것을 허용한다.

탄성 본체(6)의 내부 표면(7)은 하우징의 시트(4) 내에 장착되도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 시트(4)는 반원형 채널의 아치형 표면에 의해 제공된다. 비록 일부 실시예들에서, 스프링이 하우징의 최상부 표면과 하부 표면 사이에서 완전히 연장될 수 있지만, 스프링은 하우징의 최상부 단부와 하부 단부 사이에서 동일한 거리에 있는 포지션에 장착될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 하우징의 상부 단부와 하부 단부 사이의 스프링의 포지션은, 요구된다면, 수정될 수 있다.

스프링은 반원형 채널(3)의 일 단부에 인접한 포지션으로부터 반원형 채널의 다른 단부에 인접한 포지션으로 연장된다. 도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 스프링은 반원형 채널의 시작부에 인접하게 장착되지만, 이로부터 이격된다. 따라서, 스프링은 하우징(4)의 반원형 채널(3)의 오목한 아치형 표면의 길이보다 약간 더 작은 길이를 갖는다.

예시된 실시예(이 중 1개만이 도시됨)의 탄성 본체(6)의 외부 단부들(8)은, 반원형 채널(3)의 중심을 향해 안쪽으로 테이퍼지며, 그리고 탄성 본체(6)의 외부 표면의 길이는 본체의 내부 표면의 길이보다 더 짧다. 스프링의 성능은, 스프링의 단부들의 테이퍼 각도를 변경함으로써 조정될 수 있다.

도시된 실시예에서, 스프링의 탄성 본체(6)의 강성은 일 단부로부터 다른 단부까지 본체의 길이를 따라 변한다. 이러한 실시예에서, 탄성 본체의 외부 표면(9)은 트로프들(11)에 의해 분리되는 둥근 피크들(10)을 갖는 파동 형태를 갖는다. 피크들(10)에서의 내부 표면(7)으로부터 외부 표면(9)까지의 탄성 본체(6)의 두께는 스프링의 트로프들(11)에서의 내부 표면(7)으로부터 외부 표면(9)까지의 두께보다 더 크다. 더욱이, 각각의 개별적인 피크의 폭은 중심 피크로부터 스프링의 단부들에서의 외부 피크들을 향해 증가한다. 피크들의 구역들에서의 스프링의 강성은, 트로프들의 구역들에서의 스프링의 강성보다 더 크며, 그리고 이에 따라, 스프링의 강성은 스프링의 중심에서보다 단부들에서 더 높다.

예시된 실시예에서, 탄성 본체의 외부 단부(8)에 가장 근접한 제1 트로프(11)의 깊이는 탄성 본체의 중심에서의 트로프(11')의 깊이보다 더 작다. 이러한 실시예에서, 트로프들(11)의 깊이는 최외부 트로프들과 중심 트로프 사이에서 점진적으로 증가한다. 대안적인 실시예들에서, 트로프들의 깊이는 본체의 길이를 따라 동일할 수 있다.

도시되는 바와 같은 파동 외부 표면을 갖는 탄성 본체를 형성함으로써, 종래 기술의 클램프들에서 설명되는 바와 같이, 탄성 재료의 중실형 블록보다 본체에서 보다 큰 가요성을 제공하는 핑거들(fingers)이 본체(6)에 형성된다.

클램프 구성요소들(1)이 도 2b에서 도시되는 바와 같이 관형 부재의 외부 표면 주위에 처음에 함께 가져옴에 따라, 스프링의 탄성 본체의 외부 표면(9) 상의 피크들(10)은 관형 부재의 외부 원주부에 접촉한다. 클램프의 구성요소들이 관형 부재의 외부 표면에 대해 눌려짐에 따라, 탄성 본체(6)는 클램프 구성요소의 하우징(2)과 관형 부재의 외부 표면 사이에서 압축된다. 스프링의 핑거들은 관형 부재의 외부 표면 주위에서 압축되고 그리고 당겨진다. 도 2에서 도시되는 바와 같이, 외부 표면의 둥근 피크들(10)은 실질적으로 트로프들을 폐쇄하는 트로프들(11) 내로 바깥쪽으로 분산된다. 이는, 클램프 스프링과 관형 부재의 외부 표면 사이의 인터페이스의 원주방향 길이가 종래 기술의 스프링들로 현재 이용가능한 것보다 더 큰 것을 보장하고, 그리고 또한 중심으로부터 외부 단부들(8)까지 스프링 내의 압력의 균질화된 분배를 제공하여, 이것이 클램프 구성요소들이 조여짐에 따라 관형 부재의 비정상적 변형을 방지하는 것을 보장한다.

따라서, 도 2a 및 도 2b에서 도시되는 클램프 구성요소의 스프링(5)은 현재 공지된 스프링들에 걸쳐 개선된 성능을 제공한다. 설명된 실시예에서, 클램프 구성요소는, 관형 부재 주위에 부력 모듈을 위한 앵커 지점(anchor point)을 제공하기 위해 관형 부재의 외부 표면 상에 장착되는 것으로 의도된다. 대안적으로, 클램프 구성요소는 부력 모듈 내에 일체로 형성될 수 있으며, 그리고 클램프 구성요소의 하우징(2)은 예를 들어, 양방향 로딩된 모듈(bi-directional loaded module)에서 C-형상 부력 쉘 부재일 수 있거나, 대안적으로, 본 산업에서 공지된 바와 같은 멀티-세그먼트 부력 모듈의 일부를 형성하도록 의도되는 아치형 쉘 세그먼트일 수 있다.

본 발명의 전술된 실시예는 공지된 스프링들 및 클램핑 구성요소들에 걸쳐 중요한 이점들을 제공하는 것으로 고려되지만, 공지된 설계들을 통해 유사한 또는 추가적으로 개선된 작동 특성들을 제공하는 대안적인 실시예들이 또한 예상된다.

본 발명의 추가의 실시예는 도 3a 및 도 3b에서 예시된다. 이러한 실시예에서, 도면 부호들은 참조의 용이성을 위해 100만큼 증가된다. 이러한 실시예에서, 클램프 구성요소의 하우징(102)은 이전의 실시예에서 설명된 바와 같다.

이러한 실시예의 외부 표면(109)은, 트로프들의 깊이의 점진적인 증가보다는, 트로프들(111)의 깊이가 상대적으로 얕은 외부 트로프로부터 상당히 깊은 중심 트로프(111')로 증가하도록 수정된다. 따라서, 본체의 단부들(108)을 향한 탄성 본체(106)의 두께는, 본체의 중심에서의 두께보다 더 크며, 그리고, 그 결과, 탄성 본체(106)의 강성은, 강성이 본체의 중심에서보다 본체의 단부들을 향해 보다 커지도록 외부 단부들(108) 사이의 본체의 길이를 따라 변한다.

더욱이, 이러한 실시예에서, 탄성 본체(106)의 외부 단부들(108)은, 외부 단부들이 클램프 구성요소의 중심을 향해 여전히 테이퍼지는 반면, 이러한 실시예에서, 본체의 외부 단부들은 반원형 채널(103)의 단부들을 넘어 클램핑 하우징(102)의 외부 단부들에 평행한 평면에서 연장하도록 수정된다.

도 3b에서 도시되는 바와 같이, 클램프 구성요소(101)가 관형 부재의 외부 표면에 대해 눌려짐에 따라, 스프링(105)의 핑거들은 함께 눌려지며, 그리고 본체(106)의 내부 표면(107)은 관형 부재의 외부 원주부 주위에 당겨져, 따라서 본체의 길이를 따라 탄성 본체(106) 내에서 하중을 분산시킨다.

본체의 단부들이 테이퍼지는 각도는 스프링의 성능을 조정하기 위해 변경될 수 있다. 테이퍼 각도를 변경하는 것은, 스프링이 휴지 상태일 때, 즉 외부 표면(109)이 관형 부재의 외부 표면과 접촉하게 되기 전에, 숄더(112)의 각도 포지션, 및, 스프링이 로딩하에 있을 때, 즉, 스프링이 하우징과 관형 부재 사이에서 압축될 때 (관형 튜브의 중심에 대한) 숄더의 후속하는 각도 포지션의 제어를 허용한다.

본 발명의 또한 추가의 실시예는 도 4a 및 도 4b에서 예시된다. 이러한 실시예에서, 도면 부호들은 참조의 용이성을 위해 200만큼 증가된다. 이러한 실시예에서, 클램프 구성요소(201)의 하우징(202)은 이전의 실시예에서 설명된 바와 같다.

이러한 실시예에서, 탄성 본체의 외부 단부들(208)은, 내부 표면(207)의 단부와 실질적인 직각을 형성하며, 그리고 외부 표면(209)의 최외부 피크는 평탄 숄더 부분(212)에 의해 대체된다. 트로프들(211)에 의해 분리되는 둥근 피크들(210)은 탄성 본체(206)의 양 단부에서의 2개의 평탄 숄더 부분들(212) 사이의 외부 표면에 형성된다. 이러한 실시예에서, 트로프는 평탄 숄더(212)의 내부 단부와 상대적으로 얕은 최외부 피크(210) 사이에 형성되며, 그리고 트로프들은 최외부 트로프와 탄성 본체의 중심 사이에서 깊이가 증가한다.

도 4b에서 도시되는 바와 같이, 하우징(202)과 관형 부재의 외부 표면 사이에서 스프링이 압축됨에 따라, 탄성 본체의 외부 표면(209)의 단부들에서의 평탄 숄더(212)는 관형 부재의 외부 표면과 접촉하고 그리고 탄성 본체와 관형 부재의 외부 표면 사이의 증가된 마찰 구역을 제공한다. 그의 길이를 따른 상이한 지점들에서 본체의 깊이의 변동에 의해 유발되는 탄성 본체의 강성의 변동으로 인해, 탄성 본체의 중간으로부터 외부 단부들(208)을 향하는 로딩 및 압력 분포는 종래 기술의 스프링들보다 개선된다.

본 발명의 추가의 실시예는 도면들의 도 5a 및 도 5b에서 예시된다. 이러한 실시예에서, 도면 부호들은 참조의 용이성을 위해 300만큼 증가된다. 이러한 실시예에서, 클램프 구성요소(301)의 하우징(302)은, 반원형 채널(303)의 표면의 외부 단부들이 클램프 하우징의 외부 단부들에 수직으로 연장하는 직선 부분들(313)에서 종결되도록 수정된다. 탄성 본체(306)의 내부 표면(307)은, 직각 내부 숄더가 하우징(313)의 직선 부분과 탄성 본체의 단부 사이에 형성되도록 각각의 외부 단부들(308)에서 일치하도록 수정된다. 따라서, 이러한 실시예에서, 탄성 본체의 외부 단부들(308)은 하우징의 외부 단부들과 동일한 평면 내에서 연장하고 그리고 하우징의 외부 단부들의 연속부를 형성한다.

스프링(305)은 이러한 실시예에서, 외부 표면(309)의 파동들이 스프링의 본체(306) 내에 캡슐화된 공극들(314)에 의해 대체된다는 점에서 추가적으로 수정된다. 예시된 실시예에서, 공극들은 실질적으로 원형이고, 그리고 상부 표면으로부터 하부 표면까지 탄성 본체를 통해 연장한다. 일부 비예시적인 실시예들에서, 공극들은 상이한 형상들을 가질 수 있거나, 상부로부터 하부 표면까지 본체를 통해 연장하지 않을 수 있지만, 탄성 본체 내에 완전히 캡슐화될 수 있다. 공극들의 체적은 본체의 단부 내에서 최외부 공극으로부터 본체의 중심에 있는 공극까지 본체의 길이를 따라 점진적으로 증가한다.

도 5b에서 도시되는 바와 같이, 클램프 구성요소(301)가 하우징(302)과 관형 부재의 외부 표면 사이에서 압축됨에 따라, 스프링(305)의 본체 내의 공극들(314)은, 스프링이 제어된 방식으로 변형되는 것을 허용하며, 그리고 스프링의 길이에 걸친 로딩 및 압력 분포는 종래 기술의 스프링들보다 개선된다. 이러한 실시예는, 스프링(305)과 관형 부재의 외부 표면 사이의 접촉 인터페이스가 본체의 전체 외부 표면(309)에 걸쳐 연장한다는 점에서 추가의 개선을 제공한다.

스프링 내에 배치되는 공극들(314)의 직경 및 간격은, 공극들이 압축됨에 따라 보다 큰 공극들과 일치하는 높은 압축 영역들로 인해, 스프링의 중심에서의 고유한 피크 로드 및 압력이 감소되는 것을 보장하기 위해, 스프링의 강성이 맞춰지거나 조정되도록 수정될 수 있다. 스프링의 단부들을 향해, 공극들의 직경은 점진적으로 감소되거나, 공극들은 일부 실시예들에서, 보다 작은 직경의 공극들과 일치하거나 공극들이 완전히 없는 (큰 직경 공극들을 갖는 스프링의 구역들과 비교할 때) 낮은 압축 영역들을 생성하기 위해 완전히 제거될 수 있다.

추가의 실시예는 도 6a 및 도 6b에서 설명된다. 이러한 실시예에서, 도면 부호들은 참조의 용이성을 위해 400만큼 증가된다. 이러한 실시예에서, 클램프 구성요소(401)의 하우징(402)은 전술된 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예와 유사하게 수정된다. 따라서, 반원형 채널(403)의 표면의 외부 단부들은 클램프 하우징의 외부 단부들에 수직으로 연장하는 직선 부분들(413)에서 종결된다.

이러한 실시예에서, 탄성 본체(406)의 내부 표면(407)은 아치형 부분으로부터 선형 부분까지 반원형 채널(403)의 방향의 변경을 따르기 위해 각각의 외부 단부들(408)에서 일치하도록 수정된다. 그러나, 이러한 실시예에서, 탄성 본체(406)의 단부들은 절두되고, 그리고 시트(404)의 선형 부분(413)을 따라 완전히 연장하지 않지만, 선형 부분(413)이 하우징(402)의 외부 단부와 만나는 지점 전에 종결된다.

이러한 실시예의 탄성 본체(406)의 외부 단부들(408)은 외부 표면(409)의 단부들에 평탄 숄더(412)를 제공하도록 추가적으로 수정된다. 그러나, 평탄 숄더가 외부 표면에서 제1 트로프 내로 직접적으로 이어지는 이전의 실시예와는 달리, 이러한 실시예에서, 본체의 외부 표면은 평탄 숄더(412)를 따라 연장하지만, 그 후, 본체의 외부 단부들을 향해 뒤로 접어져, 따라서 평탄 숄더(412) 아래에 언더컷(415)을 형성하기 전에, 탄성 본체의 내부 표면(407)을 향해 실질적으로 90도 각도로 아래로 접어진다. 언더컷의 개방 단부로부터, 외부 표면(409)은 둥근 홈들(417)에 의해 분리되는 일련의 둥근 돌출부들(416)에 의해 주름진다(undulated). 예시된 실시예에서, 각각의 돌출부들은, 비록 일부 실시예들에서 돌출부들의 높이가 변경될 수 있는 것이 예상되지만, 본체의 내부 표면(407)으로부터 유사한 높이를 갖는다. 각각의 돌출부의 높이는 본체의 단부들(408)의 높이보다 더 작다. 따라서, 이러한 실시예에서, 클램핑 구성요소들이 관형 부재의 외부 표면과 접촉하게 될 때, 탄성 본체의 단부들에서의 평탄 숄더(412)는 처음에 관형 부재의 외부 표면과 접촉한다.

클램프 구성요소들(401)이 관형 부재의 외부 표면에 대해 눌려짐에 따라, 본체의 단부들에서의 평탄 숄더는 본체의 단부들과 관형 부재의 외부 표면 사이에서 압축되고 그리고 탄성 본체의 중심을 향해 관형 부재 주위에서 분산된다. 스프링의 추가의 압축은 둥근 돌출부들(416)이 관형 부재의 외부 표면과 접촉하게 하고, 그리고 돌출부들이 홈들(417)로 변형하도록 돌출부들을 가압한다. 이러한 실시예는, 클램핑 구성요소(401)가 구성요소의 중심으로부터 외부 단부들을 향해 장착되는 관형 부재의 원주부 주위에서 하중 및 압력을 분산시키고, 그리고 이에 따라, 힘들이 스프링의 중심을 향해 집중되게 될 수 있는 스프링의 하중 및 압력 하에서, 관형 부재가 접힘 또는 좌굴하는 위험을 완화시키는 상당히 개선된 스프링을 제공한다.

추가의 실시예는 도 7의 a 및 도 7의 b에서 설명된다. 이러한 실시예에서, 도면 부호들은 참조의 용이성을 위해 500만큼 증가된다. 이러한 실시예에서, 클램프 구성요소(501)의 하우징(502)은 전술된 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예와 유사하게 수정된다. 따라서, 반원형 채널(503)의 표면의 외부 단부들은 클램프 하우징의 외부 단부들에 수직으로 연장하는 직선 부분들(513)에서 종결된다.

이러한 실시예의 탄성 본체(506)의 외부 단부들(508)은 외부 표면(509)의 단부들에서의 평탄 숄더(512) 및 평탄 숄더(512) 아래의 언더컷(515)을 제공하도록 유사하게 수정된다.

이러한 실시예에서, 외부 표면(509)에는 깊고 둥근 홈들(517)에 의해 분리되는 일련의 절두원추형 돌출부들(516)이 형성된다. 돌출부들의 높이는 본체의 길이를 따라 변한다. 도시된 실시예에서, 본체의 중심에 있는 돌출부들의 높이는 본체의 단부들에서의 돌출부들의 높이보다 더 작다. 다른 실시예들에서, 돌출부들 모두는 본체의 내부 표면(507)으로부터 동일한 높이를 가질 수 있다.

각각의 돌출부의 높이는 본체의 단부들(508)의 높이보다 더 작다. 따라서, 이러한 실시예에서, 클램핑 구성요소들이 관형 부재의 외부 표면과 접촉하게 될 때, 탄성 본체의 단부들에서의 평탄 숄더(512)는 처음에 관형 부재의 외부 표면과 접촉한다.

클램프 구성요소들(501)이 관형 부재의 외부 표면에 대해 눌려짐에 따라, 본체의 단부들에서의 평탄 숄더는 본체의 단부들과 관형 부재의 외부 표면 사이에서 압축되고 그리고 탄성 본체의 중심을 향해 관형 부재 주위에서 분산된다. 스프링의 추가의 압축은 절두원추형 돌출부들(516)이 관형 부재의 외부 표면과 접촉하게 하고, 그리고 돌출부들이 홈들(517)로 변형하도록 돌출부들을 가압한다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예와 같이, 이러한 실시예는, 클램핑 구성요소(501)가 구성요소의 중심으로부터 외부 단부들을 향해 장착되는 관형 부재의 원주부 주위에서 하중 및 압력을 분산시키고, 그리고 이에 따라, 힘들이 스프링의 중심을 향해 집중되게 될 수 있는 스프링의 하중 및 압력 하에서, 관형 부재가 접힘 또는 좌굴하는 위험을 완화시키는 상당히 개선된 스프링을 제공한다.

스프링의 강성에 영향을 주는 특징들이, 예를 들어, 도 5a 및 도 5b의 공극들을 스프링 내로 포함하거나 다른 예들 중 임의의 예에서 설명되는 단부들로 예들 중 임의의 예의 스프링들의 단부들을 수정함으로써, 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예를 수정함으로써 조합되는, 전술된 실시예들의 변동들이 또한 예상된다.

위에서 유의된 바와 같이, 각각의 실시예들에서, 클램프 구성요소는 하우징 및 하우징의 시트 내에 장착되는 스프링 부재와 함께 설명된다. 물론, 당업자에게는, 설명된 실시예들 중 임의의 실시예가 부력 모듈이 장착되는 클램프로 포함될 수 있거나, 대안적으로 클램프 구성요소의 하우징이 부력 모듈 자체의 적합한 형상의 부분에 의해 대체될 것이도록 부력 모듈 내에 일체로 형성된다.

위의 실시예들 중 임의의 실시예와 관련하여 설명된 바와 같은 스프링은, 종래 기술의 디바이스들과 관련하여 설명된 본래의 스프링들을 본 발명에 따른 수정된 스프링으로 대체함으로써 현재의 부력 모듈들에 대해 개조될 수 있다. 이는, 부력 모듈들의 기존의 스탁(stock)에 본 발명의 이점들을 제공하는 비용 효율적인 방식을 제공한다.

전술된 각각의 실시예들은 고정 나사들 또는 와셔들을 통해 클램프 구성요소들에 기계식으로 고정될 수 있다. 애퍼처들(apertures) 및/또는 공동들은 탄성 본체의 단부들을 통해 그리고/또는 본체의 길이를 따라 제공될 수 있다. 대안적으로, 스프링들은, 예를 들어 접착제를 사용하여, 클램프 구성요소들에 직접적으로 본드될(bonded) 수 있다. 이러한 경우에, 애퍼처들 및/또는 공동들이 요구되지 않을 것이다.

전술된 바와 같은 실시예들은 관형 부재들의 외경들의 변경으로 인해 스프링들의 요구되는 원주방향 길이에 기초하여 돌출부들의 수를 증가시키거나 감소시킴으로써 수정될 수 있다. 더욱이, 스프링들의 전체 두께, 폭, 및 길이는 수정될 수 있다.

본 발명이 다중 본체 클램프의 세그먼트들과 관형 부재, 예컨대 라이저, 엄빌리칼, 파이프 등 사이의 접촉 압력의 분배에 대해 개선된 해결책을 제공한다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 이는, 압력의 집중이 잠재적으로 관형 부재의 분쇄로 이어질 수 있는 압력의 불균일한 분배로 인한 관형 부재의 붕괴를 완화시킨다.

본 발명은 비용 효율적인 해결책을 제공하며, 이에 의해 접촉 압력은 관형 부재의 외부 표면 주위에서 보다 균일하게 분포된다. 피크 압력들을 감소시킴으로써, 근해의 클램핑된 장비의 크기, 즉, 중량 및 업리프트(uplift)는 통상 값들을 넘어 증가될 수 있다.

Claims (21)

1. 관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프(clamp)를 위한 스프링(spring)으로서,
   상기 스프링은, 제1 및 제2 단부들, 및 클램프 부재 내에 안착하도록 구성되는 내부 표면, 그리고 상기 관형 부재의 외부 표면에 접촉하도록 구성되는 외부 표면을 가지는 탄성 본체를 포함하며, 상기 내부 및 외부 표면들은 상기 제1 및 제2 단부들 사이에서 연장하고, 그리고 상기 스프링의 탄성 본체의 강성은 상기 제1 및 제2 단부들 사이의 상기 본체의 길이에 걸쳐 변하는,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 스프링의 본체는 아치형인,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 강성은 상기 본체의 중심에서보다 상기 탄성 본체의 제1 및 제2 단부들을 향해 더 높은,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 본체의 강성은 상기 제1 및 제2 단부들로부터 상기 본체의 중심을 향해 점진적으로 변하는,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체의 외부 표면은 형태에서 파동(undulating)인,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 본체의 외부 표면은 상기 스프링의 외부 표면을 따른 복수의 피크들(peaks) 및 트로프들(troughs)을 포함하는,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 스프링의 외부 표면 상의 상기 피크들은 상기 인접한 트로프에 대해 동일한 높이를 각각 가지는,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 인접한 트로프에 대한 상기 스프링의 외부 표면 상의 상기 피크들의 높이는 상기 스프링의 길이를 따라 변하는,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 인접한 트로프들에 대해 상기 스프링의 중심에 가장 근접한 상기 스프링의 외부 표면 상의 피크들의 높이는, 상기 스프링의 제1 및 제2 단부들에 대해 보다 근접한 상기 피크들의 높이보다 더 높은,
   관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
10. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공극들은 상기 본체에 형성되는,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 공극들은 상기 제1 및 제2 단부들 사이의 상기 스프링의 길이에 걸쳐 상이한 체적들 및/또는 형상들을 가지는,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 스프링의 제1 및 제2 단부들에 인접한 공극들은, 상기 스프링의 중심에 보다 근접한 상기 공극들보다 체적 및/또는 크기가 더 작은,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 본체는 고무를 포함하는,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 탄성 본체는 니트릴 고무(nitrile rubber)를 포함하는,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
15. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 본체는 폴리우레탄을 포함하는,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
16. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 본체는 섬유 보강된 플라스틱들을 포함하는,
    관형 부재에 대한 부착을 위해 적합한 클램프를 위한 스프링.
17. 관형 부재에 대한 부착을 위한 클램프 구성요소로서,
    상기 클램프 구성요소는, 하우징, 및 상기 하우징의 내부 면 상의 시트 내에 장착되는, 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 스프링을 포함하는,
    관형 부재에 대한 부착을 위한 클램프 구성요소.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 클램프 본체는 복수의 클램프 구성요소들을 포함하며, 상기 각각의 클램프 구성요소들은 하우징 및 그 위에 장착되는 스프링 부재를 가지는,
    관형 부재에 대한 부착을 위한 클램프 구성요소.
19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서,
    상기 클램프는 2개, 3개 또는 4개의 클램프 구성요소들을 가지는,
    관형 부재에 대한 부착을 위한 클램프 구성요소.
20. 클램프로서,
    상기 클램프는, 제17 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 클램프 구성요소들 및 상기 구성요소들을 관형 부재 주위에 고정시키기 위한 인장 수단을 포함하는,
    클램프.
21. 제20 항에 있어서,
    상기 인장 수단은 상기 클램프를 둘러싸는 밴드(band)를 포함하는,
    클램프.

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