KR20110092564A

KR20110092564A - 스케그의 최적화 형상

Info

Publication number: KR20110092564A
Application number: KR1020100012046A
Authority: KR
Inventors: 박진석; 강원식
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-18

Abstract

본 발명은 드릴 쉽(Drill Ship)의 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)에 적용되는 스케그(Skeg)의 형상에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상하 및 좌우가 대칭인 눈(Eye) 모양이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스케그의 최적화 형상에 관한 것이다.

Description

스케그의 최적화 형상{Optimized Shape of Skeg}

본 발명은 드릴 쉽(Drill Ship)의 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)에 적용되는 스케그(Skeg)의 형상에 관한 것이다.

해양구조물이란 육지와 연결된 어떤 구조도 갖지 않은 채 어떤 날씨 조건 하에서도 바다의 한 지점에 머물러 있을 수 있는 구조물을 말한다.

해양구조물이 쓰이는 곳은 다양하다. 해저유전이나 가스의 개발과 생산을 위해 설치되기도 하고, 대형 유조선의 접안을 위한 항만 구조물로 쓰이기도 한다. 대형 유조선이 정박하려면 그만한 수심이 필요하고 따라서 준설이 여의치 않을 때는 아예 깊은 곳까지 젯티와 돌핀을 연장하여 항만을 만들어야 하기 때문이다. 이를 일명 오프쇼어 마린 터미널(Offshore Marine Terminal)이라 한다. 근자에 와서는 발전소나 석유저장시설, 어업 중계기지 등을 위해 해양구조물이 만들어지기도 한다.

해양구조물 제작용 재료를 살펴보면, 가장 많이 쓰이는 재료는 역시 철강이다. 이때 바다 밑에 들어가는 부분은 원형 단면을 갖는 강관을 사용하는데, 이는 단면 형상이 파도나 해류의 힘을 되도록 적게 받기 때문이며, 또 다른 이유로는 강관 파일을 기초용으로 사용할 수 있도록 하고, 구조물 설치 시 부력을 받을 수 있게 하는 등을 들 수가 있다.

바다 위 상부 구조에는 제작이 쉽고 유지보수가 용이한 H-빔 등의 형강이 사용된다. 철강재는 부식이 잘 되고 고착성 해양 생물이 잘 자라는 등의 단점에도 불구하고 제작과 설치의 용이성, 설계의 명확성, 구조의 견고성 등의 이점으로 해양구조물의 재료로 가장 널리 사용되고 있다.

깊은 수심과 단단한 해저 지질을 갖는 지역에서는 콘크리트 구조물이 많이 사용된다. 콘크리트는 내식성이 강하고 자중만으로도 안정된 상태를 유지할 수 있다. 거대한 원통형 콘크리트는 그 내부를 유류 등의 저장시설로 사용할 수 있으며, 운반 및 설치, 그리고 구조물의 검사도 용이하게 수행할 수 있다. 그러나 제작이 힘들고 해저 지질 조건이 제약되는 등, 그 사용이 북해나 극지방으로 제한되는 단점이 있다.

해양구조물을 그 성격상으로 구분하면 크게 부유식 구조물, 고정식 구조물, 유동식 구조물의 세 가지로 나눌 수 있는데, 그 중 부유식 구조물의 대표적인 예로 드릴 쉽(Drill Ship)(도 1)을 들 수 있다.

드릴 쉽은 심해의 가스 혹은 오일을 직접적으로 시추하는 장비를 갖춘 선박으로, 조류, 파도 및 풍향 등 외부의 해상조건에도 불구하고 지속적인 작업이 가능하도록 설계되어 있다.

드릴 쉽은 자력추진이 가능하여 기동력이 있으나, 고정성은 무어링(Mooring) 또는 동적위치유지시스템(Dynamic Positioning System: DPS) 등으로 확보되기 때문에 악천후 시에는 롤링, 피칭 등의 현상이 발생하여 조업을 어렵게 한다.

한편, 해양구조물의 계류시스템에는 일점계류시스템, 다점계류시스템, 동적위치유지시스템의 세 가지가 있는데, 그 중 동적위치유지시스템은 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 해양구조물의 위치검지를 행하고, 소정의 위치를 유지하기 위하여 필요한 추진기, 보조추진기(Thruster)의 작동량을 계산, 작동시키는 것이다(도 2).

동적위치유지시스템의 정도는 수심에 대한 수평이동량의 비율(%)로 표시되는데, 100미터 정도의 수심에서 1% 정도이다. 수심의 증대와 함께 이 비율도 증대된다. 특히 라이저를 가지는 해양구조물에서는 이것이 5% 정도까지가 한계로, 10%가 되면 라이저에 굽힘과 파손이 생기기 때문에 동적위치유지시스템의 정도는 신중히 유지하는 것이 필요하다. 계류방식에 의한 해양구조물의 위치 유지는 백 미터 이상의 수심에서 적용되는 예도 있으나, 수심의 증대와 함께 동적위치유지시스템의 이용이 유리하다.

한편, 드릴 쉽에 적용되는 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)(도 3)는, 동적위치유지시스템을 통한 6기 내지 8기의 보조추진기(Thruster)가 독립적으로 작동하여 조류, 파도 및 풍향 등의 해상조건에서 드릴 쉽의 움직임에 관한 정보를 분석하고 360도로 회전하면서 드릴 쉽의 위치를 제어하는 프로펠러이다.

이때 선미에 설치된 아지무스 보조추진기에 적용되는 종래의 스케그(Skeg) 형상은 도 4에 도시된 바와 같은데, 그것이 마치 손톱의 형상을 닮았다고 하여 이를 핑거네일(Fingernail-Type) 타입이라고 부른다. 여기서 스케그란 선박(드릴 쉽)의 키 하단을 지탱하며 프로펠러(Azimuth Thruster)를 보수하기 위하여 돌출한 구조물을 의미한다.

그런데, 이러한 핑거네일 타입의 스케그는 비대칭의 3차원 곡면 형상을 하고 있어 제작(특히, 곡가공)하기가 매우 어려운 단점이 있다. 또한 선미 방향으로 치우치게 개방된 형상을 하고 있어 드릴 쉽의 전진 작동을 제어하는 데는 유리하나 후진 작동을 제어하는 데에는 한계가 있다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 드릴 쉽(Drill Ship)의 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)에 적용되는 스케그(Skeg)의 형상을 개선함으로써, 제작의 용이성과 다양한 구조적, 기능적 장점을 확보하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 드릴 쉽(Drill Ship)의 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)에 적용되는 스케그(Skeg)의 형상을 상하 및 좌우가 대칭인 눈(Eye) 모양이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스케그의 최적화 형상을 제시한다.

본 발명에 따른 스케그(Skeg)는 상하 및 좌우 대칭의 2차원 곡면 형상을 하고 있어 제작(특히, 곡가공)하기가 종래의 핑거네일 타입의 스케그에 비하여 월등히 쉬운 장점이 있다. 그리고 스케그 구조의 최적화를 통하여 중량(Weight) 절감 및 와류저항 최소화의 효과를 이끌어 낼 수 있다. 또한 드릴 쉽의 선수미 및 좌우현 방향으로 대칭이 되도록 개방된 형상을 하고 있어 드릴 쉽의 전진 및 후진, 좌현 및 우현 작동(위치)을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 발생한다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

도 1은 드릴 쉽(Drill Ship)의 모습.
도 2는 동적위치유지시스템(Dynamic Positioning System: DPS)의 작동구조 및 원리.
도 3은 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)의 모습.
도 4는 아지무스 보조추진기에 적용되는 종래의 스케그(Skeg)의 형상(Bottom Plan).
도 5는 본 발명에 따른 스케그의 형상(Bottom Plan).
도 6은 본 발명에 따른 스케그의 구조 해석이 이루어지는 일 예.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명에 따른 스케그의 형상을 보여준다.

본 발명에서는, 드릴 쉽(Drill Ship)의 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)에 적용되는 스케그(Skeg)의 형상을 상하 및 좌우가 대칭인 눈(Eye) 모양이 되도록 하였다. 본 발명에서는 이를 아이 타입(Eye-Type)의 스케그라고 부르기로 한다.

이러한 아이 타입의 스케그는 상하 및 좌우 대칭의 2차원 곡면 형상을 하고 있어 제작(특히, 곡가공)하기가 종래의 핑거네일 타입의 스케그에 비하여 월등히 쉬운 장점이 있다. 그리고 스케그 구조의 최적화를 통하여 중량(Weight) 절감 및 와류저항 최소화의 효과를 이끌어 낼 수 있다. 또한 드릴 쉽의 선수미 및 좌우현 방향으로 대칭이 되도록 개방된 형상을 하고 있어 드릴 쉽의 전진 및 후진, 좌현 및 우현 작동(위치)을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 발생한다.

도 6은 본 발명에 따른 스케그의 구조 해석이 이루어지는 일 예를 보여준다.

본 발명의 구조 해석 결과에 따르면, 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)의 작동(Opertaion) 회전 각도에 따른 Load Case의 해석 결과에서 최대 Von-Mises Stress 값은 84.7 MPa로 Acceptance Criteria인 164 MPa를 만족하며, Buckling Check의 결과(f=0.302)도 Allowable(f=1)을 만족하는 것으로 드러났다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

드릴 쉽(Drill Ship)의 아지무스 보조추진기(Azimuth Thruster)에 적용되는 스케그(Skeg)의 형상을 상하 및 좌우가 대칭인 눈(Eye) 모양이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스케그의 최적화 형상.