KR101444325B1 - 해상구조물 설치용 완충장치 - Google Patents

해상구조물 설치용 완충장치 Download PDF

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Abstract

해상구조물 설치용 완충장치를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치는 해상구조물에 설치된 제1구조물과 해상구조물에 추가로 설치되는 제2구조물 간의 완충을 위한 것으로, 제1구조물의 측면 쪽에 설치되며 상하방향으로 길게 연장된 제1완충안내부재; 및 제2구조물의 측면 쪽에 설치되되, 제1완충안내부재와 교차하는 방향으로 길게 연장되는 가로연장부와, 제1완충안내부재에 걸려 설치를 안내할 수 있도록 가로연장부로부터 돌출하는 걸림부를 갖춘 제2완충안내부재를 포함할 수 있다.

Description

해상구조물 설치용 완충장치{SHOCK ABSORBER FOR INSTALLATION OF OFFSHORE STRUCTURES}
본 발명은 탑사이드 모듈과 같은 구조물의 설치를 안내할 수 있고, 설치과정에서 구조물 간의 충격에 의한 파손을 방지할 수 있는 해상구조물 설치용 완충장치에 관한 것이다.
LNG FPSO(Floating Production Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상구조물에는 생산된 천연가스를 저장하는 저장탱크가 설치된다. 또 이러한 해상구조물의 갑판 위에는 천연가스를 처리(예컨데, 천연가스의 생산, 액화 등)를 위한 설비들로, 대략 수백 내지 수천 톤에 이르는 무게를 가지는 탑사이드 모듈(topside module)이 설치된다.
탑사이드 모듈과 같은 구조물은 규모의 차이는 있겠으나 오일 FPSO, LNG 수송선, 유조선, LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박에도 설치될 수 있다. 대한민국 공개특허공보 10-2012-0002218호(2012. 01. 05. 공개)는 LNG FPSO의 선체 상부에 설치되는 탑사이드 모듈의 예을 제시하고 있다.
탑사이드 모듈을 해상구조물 위에 탑재할 때는 해상크레인으로 구조물(탑사이드 모듈)을 하나씩 들어 올려 해상구조물의 갑판으로 이동시킨 후 운송한 구조물을 해상구조물 갑판 위의 정해진 위치에 내려 놓는 방식으로 설치한다. 그런데, 크레인이나 해상구조물은 바람, 파도, 조류 등의 영향으로 흔들림이 생길 수 있기 때문에 구조물의 설치과정에서 크레인에 매달린 구조물과 기존에 설치된 구조물의 충돌이 발생할 수 있고, 이로 인해 구조물의 파손이 발생할 수 있다.
특허문헌1: 대한민국 공개특허공보 10-2012-0002218호(2012. 01. 05. 공개)
본 발명의 실시 예는 해상구조물 위에 탑재되는 구조물의 설치를 안내할 수 있고, 설치과정에서 구조물 간의 충격에 의하여 구조물이 파손되는 것을 방지할 수 있는 해상구조물 설치용 완충장치를 제공하고자 한다.
또 본 발명이 실시 예는 구조물의 설치 후 완충장치를 쉽게 제거할 수 있도록 하는 해상구조물 설치용 완충장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상구조물에 설치된 제1구조물과 해상구조물에 추가로 설치되는 제2구조물 간의 완충을 위한 해상구조물 설치용 완충장치에 있어서, 상기 제1구조물의 측면 쪽에 설치되며 상하방향으로 길게 연장된 제1완충안내부재; 및 상기 제2구조물의 측면 쪽에 설치되되, 상기 제1완충안내부재와 교차하는 방향으로 길게 연장되는 가로연장부와, 상기 제1완충안내부재에 걸려 설치를 안내할 수 있도록 상기 가로연장부로부터 돌출하는 걸림부를 갖춘 제2완충안내부재를 포함하는 해상구조물 설치용 완충장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1완충안내부재는 제1결합장치에 의해 상기 제1구조물의 측면 쪽에 분리와 결합 가능하게 장착되며, 상기 제2완충안내부재는 제2결합장치에 의해 상기 제2구조물의 측면 쪽에 분리와 결합 가능하게 장착될 수 있다.
또한, 상기 제1결합장치는 상기 제1구조물의 측면 쪽에 마련된 제1결합홈과, 상기 제1완충안내부재에 마련되며 상기 제1결합홈으로 진입하여 걸려서 결속되는 걸림턱을 갖춘 제1결합부재를 포함하고, 상기 제2결합장치는 상기 제2구조물의 측면 쪽에 마련된 제2결합홈과, 상기 제2완충안내부재의 가로연장부에 마련되며 상기 제2결합홈으로 진입하여 걸려서 결속되는 걸림턱을 갖춘 제2결합부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1완충안내부재와 상기 제2완충안내부재의 가로연장부는 내부가 빈 원통형태이고, 설계하중 이상의 외력 작용 시 소성변형에 의해 충격을 흡수할 수 있는 강재에 의해 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1완충안내부재와 상기 제2완충안내부재의 가로연장부는 각각 외경이 490 ~ 520mm, 두께가 5~8mm인 일반강재에 의해 마련될 수 있다.
또한, 상기 제2완충안내부재는 충격의 분산을 위해 상호 상하로 이격된 위치에 복수개가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치는 제2구조물(추가로 설치되는 구조물)의 측면으로부터 돌출된 상태를 유지하는 제2완충안내부재가 제1구조물(이미 설치된 구조물)의 측면으로부터 돌출된 상태를 유지하는 제1완충안내부재에 접하기 때문에 구조물의 설치과정에서 구조물 간의 충격에 의하여 구조물이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치는 제1완충안내부재와 제2완충안내부재를 각각 걸어서 결합시키는 방식으로 분리와 결합 가능하게 장착하기 때문에 제1 및 제2구조물의 설치 후 완충장치를 쉽게 제거할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치는 제2완충안내부재의 가로연장부가 제1완충안내부재와 교차하는 방향으로 길게 연장되기 때문에 설치과정에서 제2구조물의 흔들림이 생기더라도 제2완충안내부재 가로연장부가 제1완충안내부재로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 구조물 간의 충돌을 방지하면서 안정적인 설치를 구현할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치는 제2완충안내부재의 걸림부가 제1완충안내부재에 걸리기 때문에 제2구조물을 설치하는 과정에서 제2구조물의 정확한 설치를 안내할 수 있다.
도 1은 해상구조물의 갑판 위에 해상크레인을 이용하여 탑사이드 모듈과 같은 구조물을 설치하는 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치가 적용된 구조물들의 설치 예를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치의 측면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치의 측면도로, 제1완충안내부재 및 제2완충안내부재가 소성변형 되면서 충격을 흡수하는 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 해상구조물 설치용 완충장치의 제1완충안내장치와 제2완충안내장치가 각각 제1구조물과 제2구조물에 장착되는 예를 나타낸 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것일 뿐, 본 발명이 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 LNG FPSO와 같은 해상구조물의 갑판 위에 해상크레인을 이용하여 탑사이드 모듈과 같은 구조물을 설치하는 예를 나타낸다. 탑사이드 모듈(30,40)은 예를 들어 LNG FPSO의 경우, LNG 처리 모듈, 천연가스 액화모듈, 천연가스 기화모듈, 발전모듈, 터릿모듈 등일 수 있다. 이러한 설비들은 통상 육상에서 모듈화된 상태로 제작된 후 해상구조물(10)의 갑판(11) 위에 탑재될 수 있고, 그 무게가 수백 내지 수천톤에 이르는 거대 구조물이다. 여기서 해상구조물(10)은 부유상태를 유지하는 FPSO의 선체이거나 수심이 ?은 해역에 고정상태로 설치된 해상플랜트의 플랫폼일 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 해상구조물(10)의 갑판(11) 위에는 구조물(30,40 탑사이드 모듈 등)을 설치하기 위해 정해진 위치마다 다수의 지지부들(12)이 마련되어 있고, 구조물(30,40)은 육상으로부터 해상크레인(20)에 의해 옮겨진 후 해상구조물(10) 갑판(11) 위의 지지부(12)에 놓이는 방식으로 탑재된다.
해상구조물(10) 위에 구조물(30,40)을 설치할 때는 도 2에 도시한 바와 같이, 해상구조물(10) 위에 먼저 설치가 완료된 구조물(30)이 있을 수 있고, 이러한 구조물(30)과 인접한 위치에 새로 옮겨지는 구조물(40)이 설치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 갑판(11) 위에 이미 설치가 완료된 구조물을 제1구조물(30)이라 하고, 제1구조물(30)에 인접하여 추가로 설치되는 구조물을 제2구조물(40)이라 한다.
한편, 구조물들(30,40)을 설치할 때는 바람, 파도, 조류 등의 영향으로 해상크레인(20)이나 해상구조물(10)이 흔들릴 수 있기 때문에 추가로 설치하는 제2구조물(40)을 이미 설치된 제1구조물(30) 쪽으로 근접시키는 과정에서 제1구조물(30)과 제2구조물(40)의 충돌이 발생할 수 있다. 따라서 제1구조물(30)과 제2구조물(40)에는 설치를 안내함과 동시에 제2구조물(40)과 제1구조물(30)의 충돌에 의한 파손을 방지하는 것으로 본 실시 예에 따른 완충장치(100)가 설치될 수 있다.
도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 완충장치(100)는 제1구조물(30)의 측면 쪽에 설치되는 제1완충안내부재(110)와, 제1완충안내부재(110)가 설치된 제1구조물(30)의 측면과 대면하는 제2구조물(40)의 측면 쪽에 설치되는 제2완충안내부재(120)를 포함한다.
제1완충안내부재(110)는 도 3과 도 7에 도시한 바와 같이, 제2구조물(40)의 설치를 안내할 수 있도록 상하방향으로 길게 연장된다. 또 제1구조물(30)의 측면으로부터 돌출한 상태를 유지하는 가운데 복수의 제1결합장치(130)에 의하여 제1구조물(30)의 측면 쪽에 분리와 결합이 가능하게 장착된다.
제1완충안내부재(110)의 장착을 구현하는 제1결합장치(130)는 도 7에 도시한 바와 같이, 제1구조물(30)의 측면 쪽에 마련된 제1결합홈(131)과, 제1완충안내부재(110)에 마련되며 제1결함홈(131)으로 진입하여 걸려서 결속되는 걸림턱(132a)을 갖춘 제1결합부재(132)를 구비한다.
이러한 제1결합장치(130)는 제1완충안내부재(110)를 설치할 때 제1결합부재(132)를 제1결합홈(131)에 걸어서 장착할 수 있도록 함으로써 제1완충안내부재(110)의 손쉬운 설치를 구현할 수 있다. 또 제1결합부재(132)를 제1결합홈(131)에 결합시킨 후에는 복수의 고정나사(133)를 체결함으로써 견고한 결합상태가 유지되도록 할 수도 있다. 그리고 제1구조물(30)과 제2구조물(40)의 설치를 모두 완료한 후에는 제1결합부재(132)를 제1결합홈(131)으로부터 분리함으로써 제1완충안내부재(110)를 제1구조물(30)로부터 쉽게 분리할 수 있다.
제2완충안내부재(120)는 도 4와 도 7에 도시한 바와 같이, 제2구조물(40)의 측면 쪽에 돌출하도록 설치된다. 또 제2완충안내부재(120)는 제1완충안내부재(110)와 교차하는 방향으로 길게 연장되는 가로연장부(121)와, 제1완충안내부재(110)에 걸려 설치를 안내할 수 있도록 가로연장부(121)로부터 제1구조물(30)의 측면 방향으로 돌출하는 걸림부(122)를 구비한다.
제2완충안내부재(120)는 가로연장부(121)가 제2결합장치(140)에 의하여 제2구조물(40) 측면 쪽에 분리와 결합이 가능하게 장착된다. 제2결합장치(140)도 도 7에 도시한 바와 같이, 제1결합장치(130)와 마찬가지로 제2구조물(40)에 마련되는 제2결합홈(141)과, 가로연장부(121)에 마련되며 제2결합홈(141)에 진입하여 걸려서 결속되는 걸림턱(142a)을 갖춘 제2결합부재(142)를 구비한다.
따라서 제2결합장치(140)도 제2완충안내부재(120)를 설치할 때 제2결합부재(142)를 제2결합홈(141)에 걸어서 장착할 수 있도록 하고, 제1구조물(30)과 제2구조물(40)의 설치를 완료한 후 제2완충안내부재(120)를 제2구조물(40)로부터 쉽게 분리할 수 있도록 한다. 제2결합장치(140)도 제2결합부재(142)를 제2결합홈(141)에 결합시킨 후에 복수의 고정나사(143)를 체결함으로써 견고한 결합상태가 유지되도록 할 수 있다.
한편 본 실시 예는 제1완충안내부재(110)를 제1구조물(30)에 장착시키는 제1결합장치(130)와 제2완충안내부재(120)를 제2구조물(40)에 장착시키는 제2결합장치(140)가 슬라이드 방식으로 끼워져 결합되는 형태를 제시하고 있으나, 제1 및 제2결합장치(130,140)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2결합장치(130,140)는 추후 분리가 가능하도록 복수의 고정나사를 체결하여 제1 및 제2완충안내부재(110,120)가 제1 및 제2구조물(30,40)에 직접 고정되는 방식일 수도 있다.
이러한 완충장치(100)는 제2구조물(40)의 설치과정에서 제2구조물(40)의 측면으로부터 돌출된 상태를 유지하는 제2완충안내부재(120)가 제1구조물(30)의 측면으로부터 돌출된 상태를 유지하는 제1완충안내부재(110)에 접하게 됨으로써 제2구조물(40)이 제1구조물(30)에 직접 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
또 제2완충안내부재(120)는 가로연장부(121)가 제1완충안내부재(110)와 교차하는 방향으로 길게 연장되기 때문에 설치과정에서 제2구조물(40)의 흔들림이 생기더라도 제2완충안내부재(120) 가로연장부(121)가 제1완충안내부재(110)로부터 이탈하지 않는다. 따라서 흔들림이 생기는 경우에도 두 구조물(30,40) 간의 충돌을 방지하면서 안정적인 설치를 구현할 수 있다.
또 제2완충안내부재(120)는 걸림부(122)가 제1완충안내부재(110)에 걸리기 때문에 제2구조물(40)을 설치하는 과정에서 제2구조물(40)의 정확한 설치를 안내할 수 있다. 즉 제2구조물(40)은 도 4에 도시한 바와 같이, 제2완충안내부재(120)의 가로연장부(121)가 제1완충안내부재(110)에 지지된 상태에서 걸림부(122)가 제1완충안내부재(110)에 걸려 상하방향으로 안내될 수 있기 때문에 이 상태에서 해상크레인(20)이 제2구조물(40)을 내리는 동작으로 안정되고 정확한 설치를 구현할 수 있다.
제1완충안내부재(110), 그리고 제2완충안내부재(120)의 가로연장부(121)는 도 5의 예처럼 설계하중 이상의 외력이 작용할 때 자체가 소성변형되면서 충격을 흡수할 수 있는 강재에 의해 마련될 수 있고, 내부가 빈 원통형태로 마련될 수 있다.
제1완충안내부재(110)와 제2완충안내부재(120)의 가로연장부(121)가 원통형으로 마련되면, 상호 접촉면적을 최소화하여 마찰저항을 줄일 수 있기 때문에 원활한 설치를 안내할 수 있고, 제2완충안내부재(120)의 가로연장부(121)가 제1완충안내부재(110) 외면에 접한 상태에서 제2구조물(40)의 자유도를 높일 수 있다.
이러한 완충장치(100)는 현장의 설치조건을 고려해 유한요소법을 이용하여 구조해석을 한 결과, 다음과 같은 경우에 양호한 완충성능을 발휘할 수 있음을 확인하였다. 적용되는 구조물(30,40)의 무게가 6200ton 이하이고 충돌속도가 0.15m/s인 조건에서 제1완충안내부재(110), 그리고 제2완충안내부재(120)의 가로연장부(121)는 외경이 각각 490 ~ 520mm, 두께가 5~8mm인 일반강재(mild steel) 조건에서 충돌에너지를 가장 효과적으로 흡수할 수 있는 것으로 확인되었다. 여기서 일반강재라 함은 항복강도 (fy)가 235MPa, 극한강도 (fu) 가 400 MPa인 강재를 의미한다.
한편, 이러한 완충장치(100)는 도 6에 도시한 예처럼 제2구조물(40)에 설치되는 제2완충안내부재(120)를 상하로 복수개 설치할 수 있다. 즉 상하로 상호 이격된 위치에 복수의 제2완충안내부재(120)를 설치할 수도 있다. 이처럼 제2완충안내부재(120)를 복수개 설치하면, 제1완충안내부재(110)에 가해지는 충격을 분산시킬 수 있게 되므로 제1완충안내부재(110) 또는 제2완충안내부재(120)의 국부적인 소성변형을 줄일 수 있다. 따라서 제1구조물(30)과 제2구조물(40)을 안전하게 보호하면서 안정된 설치를 구현할 수 있다.
10: 해양구조물, 30: 제1구조물,
40: 제2구조물, 100: 완충장치,
110: 제1완충안내부재, 120: 제2완충안내부재,
121: 가로연장부, 122: 걸림부,
130: 제1결합장치, 140: 제2결합장치.

Claims (6)

  1. 해상구조물에 설치된 제1구조물과 해상구조물에 추가로 설치되는 제2구조물 간의 완충을 위한 해상구조물 설치용 완충장치에 있어서,
    상기 제1구조물의 측면 쪽에 설치되되, 제1결합장치에 의해 분리와 결합 가능하게 장착되며 상하방향으로 길게 연장된 제1완충안내부재; 및
    상기 제2구조물의 측면 쪽에 설치되되, 제2결합장치에 의해 분리와 결합 가능하게 장착되며 상기 제1완충안내부재와 교차하는 방향으로 길게 연장되는 가로연장부와, 상기 제1완충안내부재에 걸려 설치를 안내할 수 있도록 상기 가로연장부로부터 돌출하는 걸림부를 갖춘 제2완충안내부재를 포함하고,
    상기 제1결합장치는 상기 제1구조물의 측면 쪽에 마련된 제1결합홈과, 상기 제1완충안내부재에 마련되며 상기 제1결합홈으로 진입하여 걸려서 결속되는 걸림턱을 갖춘 제1결합부재를 포함하고,
    상기 제2결합장치는 상기 제2구조물의 측면 쪽에 마련된 제2결합홈과, 상기 제2완충안내부재의 가로연장부에 마련되며 상기 제2결합홈으로 진입하여 걸려서 결속되는 걸림턱을 갖춘 제2결합부재를 포함하는 해상구조물 설치용 완충장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1완충안내부재와 상기 제2완충안내부재의 가로연장부는 내부가 빈 원통형태이고, 설계하중 이상의 외력 작용 시 소성변형에 의해 충격을 흡수할 수 있는 강재에 의해 마련되는 해상구조물 설치용 완충장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1완충안내부재와 상기 제2완충안내부재의 가로연장부는 각각 외경이 490 ~ 520mm, 두께가 5~8mm인 일반강재에 의해 마련되는 해상구조물 설치용 완충장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2완충안내부재는 충격의 분산을 위해 상호 상하로 이격된 위치에 복수개가 설치되는 해상구조물 설치용 완충장치.
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