KR20160084243A - 잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템 - Google Patents

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KR20160084243A
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buoyancy
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박장익
문정윤
김대성
임병권
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오션어스(주)
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 잠수식 계류장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치는, 부력을 발생시키는 부력체와, 부력체와 결합되며 내부에 평형수 또는 기체를 주입하여 부력을 조절하는 가변 부력체와, 내부에 압축기체를 저장하고 가변 부력체에 기체를 주입하는 압축기체탱크와, 외부와 통신하는 통신부와, 통신부로부터 제어신호를 인가받아 압축기체탱크를 제어하여 가변 부력체의 부력을 조절하는 제어부, 및 부력체 또는 가변 부력체 중 어느 하나와 해저면을 연결하는 계류라인을 포함할 수 있다.

Description

잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템{Submersible mooring apparatus and submersible mooring system having the same}
본 발명은 잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부력을 조절하여 수중으로 하강하거나 해수면으로 상승할 수 있는 잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박과 같이 해상에 부유하며 작업을 수행하는 각종 해양구조물은 바람, 파도, 해류 등의 외력에 대항하여 위치를 유지시키기 위한 계류장치를 필요로 한다. 이 때, 계류장치로는 주로 터렛(turret)이 사용된다. 터렛을 이용한 계류방식은 외력이 작용하는 방향에 순응하여 해양구조물을 선회시키는 계류방식으로, 해양구조물은 계류라인에 연결된 터렛을 선회축으로 회전할 수 있다. 따라서, 해양구조물은 외력의 영향에도 불구하고 일정한 위치에 계류하며 작업을 수행할 수 있다. 이러한 터렛은 해양구조물과 일체로 형성되거나 독립적으로 형성할 수 있다.
한편, 터렛과 해양구조물이 서로 독립적으로 형성되는 경우, 터렛은 해저면과 연결된 계류라인에 의해 일정한 위치에 부유하며, 근접한 해양구조물과 체결되어 해양구조물을 계류시킬 수 있다. 그러나, 터렛은 해수면 상에 항시 부유하고 있어 항해하는 타 해양구조물 또는 유빙(流氷)과 충돌할 가능성이 있으며, 태풍과 같은 가혹한 기상 상황에서 해양구조물을 지탱하기 어려운 문제가 있다. 또한, 바람, 파도, 조류 등과 같은 외력이 강하게 작용할 경우, 계류라인에 작용하는 장력이 증가하여 계류라인이 파손될 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0118109호 2010. 11. 04
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 부력을 조절하여 수중으로 하강하거나 해수면으로 상승할 수 있는 잠수식 계류장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 부력을 조절하여 수중으로 하강하거나 해수면으로 상승할 수 있는 잠수식 계류장치를 포함하는 잠수식 계류시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 잠수식 계류시스템은, 부력을 발생시키는 부력체와, 상기 부력체와 결합되며 내부에 평형수 또는 기체를 주입하여 부력을 조절하는 가변 부력체와, 내부에 압축기체를 저장하고 상기 가변 부력체에 기체를 주입하는 압축기체탱크와, 외부와 통신하는 통신부와, 상기 통신부로부터 제어신호를 인가받아 상기 압축기체탱크를 제어하여 상기 가변 부력체의 부력을 조절하는 제어부, 및 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체 중 어느 하나와 해저면을 연결하는 계류라인을 포함한다.
상기 부력체는 해치로 밀폐되어 부력을 유지하는 수용공간을 내부에 포함하고, 상기 수용공간 내부에 상기 압축기체탱크가 수용될 수 있다.
상기 압축기체탱크는 내부에 압축기체를 충전하는 기체충전관을 더 포함하며, 상기 기체충전관은 상기 해치를 통하여 외부와 연결될 수 있다.
상기 부력체는 상기 가변 부력체 상부에 위치하고, 상기 부력체와 상기 가변 부력체는 콘(cone) 형상을 이룰 수 있다.
상기 가변 부력체를 수직으로 관통하여 삽입되며, 일 측 단부는 상기 수용공간에 위치하고 타 측 단부는 수중에 위치하는 적어도 하나의 연결관을 더 포함할 수 있다.
상기 압축기체탱크와 상기 가변 부력체 사이를 연결하여 상기 압축기체탱크에 저장된 기체를 가변 부력체로 주입하는 제1 유동라인을 개폐하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 밸브와, 상기 가변 부력체에 수용된 기체를 외부로 배출하는 제2 유동라인을 개폐하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 일 측이 내측으로 만입되어 형성된 노치부를 더 포함하되, 상기 노치부는 복수 개가 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 중앙을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 노치부를 통과하도록 절단된 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 횡단면 형상에서, 상기 노치부는 다각형을 이룰 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 잠수식 계류시스템은, 잠수식 계류장치와 상기 잠수식 계류장치에 의해 해상에 계류되는 해양구조물을 포함하여 이루어지며, 상기 잠수식 계류장치는, 부력을 발생시키는 부력체와, 상기 부력체와 결합되며, 내부에 평형수 또는 기체를 주입하여 부력을 조절하는 가변 부력체와, 내부에 압축기체를 저장하고 상기 가변 부력체에 기체를 주입하는 압축기체탱크와, 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체 중 어느 하나와 해저면을 연결하는 계류라인, 및 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 일 측이 내측으로 만입되어 형성되며, 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 중앙을 중심으로 대칭되게 배치되는 복수 개의 노치부를 포함하고, 상기 해양구조물은, 상기 잠수식 계류장치의 외측에 배치된 베어링부와, 상기 베어링부 상단에 안착되며 상기 베어링을 따라 상기 잠수식 계류장치를 중심으로 회전하는 고정링, 및 상기 고정링 상단에 안착되며, 상기 잠수식 계류장치를 향하여 슬라이딩 이동하여 상기 노치부에 삽입 고정되는 복수 개의 스토퍼를 포함한다.
상기 고정링에 고정되어 상기 스토퍼를 슬라이딩 이동시키며, 유압, 공압 또는 전기로 동작하는 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 노치부를 통과하도록 절단된 상기 부력체 또는 가변 부력체의 횡단면 형상에서, 상기 노치부는 다각형을 이룰 수 있다.
상기 해양구조물에 설치되며 상기 잠수식 계류장치의 외주면에 접하여 회전하는 복수 개의 가이드 휠을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 계류장치를 해수면 아래로 잠수시킬 수 있다. 따라서, 항해하는 타 해양구조물 또는 유빙과 계류장치가 서로 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 잠수식 계류장치는 태풍과 같은 가혹한 기상 상황에서는 해양구조물로부터 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 해양구조물은 기상 상황이 좋은 지역으로 쉽게 피날할 수 있으며, 잠수식 계류장치는 바람, 파도 등의 외력에 의한 영향이 적은 수중으로 신속하게 잠수할 수 있다.
잠수식 계류장치가 수중으로 잠수하면, 계류라인에 작용하는 장력을 현저하게 줄일 수 있어 계류라인의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치를 도시한 저면 사시도이다.
도 2는 도 1의 잠수식 계류장치의 종단면도이다.
도 3은 잠수식 계류시스템을 도시한 절개 사시도이다.
도 4는 도 3의 잠수식 계류시스템의 종단면도이다.
도 5는 노치부에 스토퍼가 삽입되는 모습을 도시한 절개 사시도이다.
도 6은 잠수식 계류장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치의 사용예를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템은 선박과 같은 각종 해양구조물을 해상의 일 지점에 계류시키기 위한 것으로서, 해저의 지하자원을 선적하거나 해저의 장비를 조작할 수 있도록 각종 장비를 연결하는 역할을 한다. 즉, 잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템은 해양구조물이 해저 설비를 이용하여 작업할 수 있도록 해양구조물을 일정 범위 내에 계류시킨다. 여기서 해양구조물이라 함은, 해상에 부유하는 각종 구조물을 통칭하는 개념으로, 선박과 같이 추진력을 갖는 구조물뿐만 아니라 바지선 등에 의해 견인되는 추진력을 갖추지 못한 구조물도 포함한다.
잠수식 계류장치 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템은 계류장치를 해수면 아래로 잠수시킬 수 있다. 따라서, 항해하는 타 해양구조물 또는 유빙과 계류장치가 서로 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 잠수식 계류장치는 태풍과 같은 가혹한 기상 상황에서는 해양구조물로부터 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 해양구조물은 기상 상황이 좋은 지역으로 쉽게 피날할 수 있으며, 잠수식 계류장치는 바람, 파도 등의 외력에 의한 영향이 적은 수중으로 신속하게 잠수할 수 있다. 잠수식 계류장치가 수중으로 잠수하면, 계류라인에 작용하는 장력을 현저하게 줄일 수 있어 계류라인의 파손을 방지할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 잠수식 계류장치(1) 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템(100)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치를 도시한 저면 사시도이고, 도 2는 도 1의 잠수식 계류장치의 종단면도이다. 도 3은 잠수식 계류시스템을 도시한 절개 사시도이고, 도 4는 도 3의 잠수식 계류시스템의 종단면도이고, 도 5는 노치부에 스토퍼가 삽입되는 모습을 도시한 절개 사시도이다.
본 발명에 따른 잠수식 계류장치(1)는 부력체(10)와, 가변 부력체(20)와, 압축기체탱크(30)와, 통신부(60)와, 제어부(50), 및 계류라인(40)을 포함한다. 본 발명에 따른 잠수식 계류시스템(100)은 잠수식 계류장치(1)와 잠수식 계류장치(1)에 의해 해상에 계류되는 해양구조물(도 8의 200 참조)을 포함하며, 잠수식 계류장치(1)는 부력체(10)와 가변 부력체(20)와 압축기체탱크(30)와 계류라인(40) 및 노치부(80)를 포함하고, 해양구조물(200)은 베어링부(110)와, 고정링(120), 및 스토퍼(130)를 포함한다.
부력체(10)는 부력을 발생시키는 것으로, 자체 부력을 갖는 재료로 형성되거나 내부가 빈 부력탱크 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 부력체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 수용공간(10a)이 형성될 수 있으며, 수용공간(10a)은 해치(11)로 밀폐되어 부력을 유지할 수 있다. 도면 상에는, 해치(11)가 부력체(10)의 상면에 힌지(hinge) 결합된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 해치(11)의 위치, 및 결합 방법은 다양하게 변형될 수 있다. 부력체(10)의 일 측에는 가변 부력체(20)가 결합된다.
가변 부력체(20)는 내부에 평형수 또는 기체를 주입하여 부력을 조절하는 것으로, 밸러스트(ballast) 탱크 형태로 형성될 수 있다. 즉, 가변 부력체(20)의 내부에 평형수가 주입될 경우, 부력이 감소하여 부력체(10) 및 가변 부력체(20)가 해수면 아래로 하강할 수 있다. 반대로, 가변 부력체(20)의 내부에 기체가 주입될 경우, 부력이 증가하여 부력체(10) 및 가변 부력체(20)가 해수면 상에 부유할 수 있다.
가변 부력체(20)는 부력체(10)의 하면에 고정 결합될 수 있다. 다시 말해, 부력체(10)는 가변 부력체(20)의 상부에 위치하며, 부력체(10)와 가변 부력체(20)는 콘(cone) 형상을 이룰 수 있다. 가변 부력체(20)가 부력체(10)의 하면에 고정 결합됨으로써, 평형수 또는 기체의 유출입이 용이하게 이루어질 수 있다. 즉, 가변 부력체(20)의 하면을 관통하여 형성된 관통홀(20a)을 통해 평형수가 용이하게 유입 또는 유출될 수 있으며, 후술할 압축기체탱크(30)로부터 기체가 용이하게 유입될 수 있다. 또한, 부력체(10)와 가변 부력체(20)가 콘 형상을 이룸으로써, 부력체(10)의 내부 공간 면적보다 가변 부력체(20)의 내부 공간 면적이 더 크게 형성될 수 있다. 따라서, 가변 부력체(20)의 내부에 더 많은 양의 평형수 또는 기체를 수용할 수 있으며, 이로 인해, 가변 부력체(20)의 부력 조절이 용이하게 이루어질 수 있다. 그러나, 가변 부력체(20)가 부력체(10)의 하면에 고정 결합되고, 부력체(10)와 가변 부력체(20)가 콘 형상을 이루는 것으로 한정될 것은 아니며, 가변 부력체(20)가 결합되는 위치, 및 부력체(10)와 가변 부력체(20)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 가변 부력체(20)는 압축기체탱크(30)로부터 기체를 주입받는다.
압축기체탱크(30)는 내부에 압축기체를 저장하여 가변 부력체(20)에 기체를 주입하는 것으로, 수용공간(10a) 내부에 수용될 수 있다. 즉, 압축기체탱크(30)는 부력체(10)의 수용공간(10a) 내에 위치하며, 제1 유동라인(31)을 통해 가변 부력체(20)에 기체를 주입한다. 제1 유동라인(31)은 압축기체탱크(30)와 가변 부력체(20) 사이를 연결하는 중공형의 관으로, 압축기체탱크(30)에 저장된 기체를 가변 부력체(20)로 주입한다. 제1 유동라인(31)은 부력체(10)를 관통하여 압축기체탱크(30)와 가변 부력체(20)를 연결하며, 적어도 하나의 제1 밸브(31a)에 의해 개폐될 수 있다. 이 때, 제1 유동라인(31)은 가변 부력체(20)의 내부에 기체를 직접 또는 간접적으로 주입할 수 있다. 제1 유동라인(31)이 가변 부력체(20)의 내부에 기체를 간접적으로 주입하는 경우, 제1 유동라인(31)은 단부에 유연한 재질의 에어튜브(도시되지 않음)가 결합될 수 있다. 에어튜브는 가변 부력체(20)의 내부에 위치할 수 있으며, 제1 유동라인(31)을 통해 주입된 기체에 의해 팽창되어 가변 부력체(20)에 부력을 제공할 수 있다. 압축기체탱크(30)의 일 측에는 기체충전관(33)이 연결된다.
기체충전관(33)은 압축기체탱크(30)의 내부에 압축기체를 충전하기 위한 중공형의 관으로, 해치(11)를 통하여 외부와 연결될 수 있다. 다시 말해, 기체충전관(33)은 일 측이 압축기체탱크(30)에 연결되고 타 측이 해양구조물(200)의 공급장치(도시되지 않음)와 착탈 가능하게 연결되어, 공급장치로부터 공급되는 압축기체를 압축기체탱크(30)의 내부에 주입할 수 있다. 압축기체탱크(30)의 일 측에 기체충전관(33)이 연결됨으로써, 압축기체탱크(30) 및 가변 부력체(20)에 지속적으로 기체가 주입될 수 있으며, 이로 인해, 가변 부력체(20)의 부력 조절이 원활하게 이루어질 수 있다. 기체충전관(33) 상에는 적어도 하나의 제어밸브(33a)가 설치되어 압축기체의 유동을 제어할 수 있다.
가변 부력체(20)에 수용된 기체는 제2 유동라인(32)을 통해 외부로 배출된다. 제2 유동라인(32)은 가변 부력체(20)의 내부 공간과 외부를 연결하는 중공형의 관으로, 적어도 하나의 제2 밸브(32a)에 의해 개폐될 수 있다. 도면 상에는 제2 유동라인(32)이 수직으로 굴절되어, 일 측이 부력체(10)와 가변 부력체(20)를 관통하여 가변 부력체(20)의 내부 공간과 연통되고, 타 측이 부력체(10)를 관통하여 외부와 연통되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 제2 유동라인(32)의 형상 및 배치 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 제2 유동라인(32)은 일자 구조로 형성될 수 있으며, 가변 부력체(20)를 관통하여 일 측이 가변 부력체(20)의 내부 공간과 연통되고 타 측이 외부와 연통될 수도 있다.
제1 유동라인(31)의 제1 밸브(31a)와 제2 유동라인(32)의 제2 밸브(32a)는 각각 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(50)는 압축기체탱크(30), 즉, 제1 밸브(31a)와 제2 밸브(32a)의 동작을 제어하여 가변 부력체(20)의 부력을 조절하는 것으로, 수용공간(10a) 내에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제어부(50)는 외부와 통신하는 통신부(60)로부터 제어신호를 인가받아 제1 밸브(31a) 또는 제2 밸브(32a)를 제어하며, 통신부(60)는 예를 들어, 음파 또는 초음파를 통하여 외부와 통신할 수 있다.
예를 들어, 유빙(도 7의 I 참조) 등의 장애물이 감지된 경우, 통신부(60)는 제어부(50)에 제1 제어신호를 인가하며, 제어부(50)는 제1 제어신호에 따라 제1 밸브(31a)를 폐쇄하고 제2 밸브(32a)를 개방할 수 있다. 따라서, 가변 부력체(20) 내부에 수용된 기체가 제2 유동라인(32)을 통해 외부로 배출됨과 동시에 관통홀(20a)을 통해 가변 부력체(20) 내부에 평형수가 유입될 수 있다. 이로 인해, 가변 부력체(20)는 부력이 감소하게 되며, 부력체(10) 및 가변 부력체(20)는 해수면 아래로 하강하여 장애물과의 충돌을 방지할 수 있다.
반대로, 잠수식 계류장치(1)에 계류될 해양구조물(200)이 감지된 경우, 통신부(60)는 제어부(50)에 제2 제어신호를 인가하며, 제어부(50)는 제2 제어신호에 따라 제1 밸브(31a)를 개방하고 제2 밸브(32a)를 폐쇄할 수 있다. 따라서, 제1 유동라인(31)을 통해 가변 부력체(20) 내부에 기체가 유입됨과 동시에 가변 부력체(20) 내부에 수용된 평형수가 관통홀(20a)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이로 인해, 가변 부력체(20)는 부력이 증가하게 되며, 부력체(10) 및 가변 부력체(20)는 해수면 상에 부유하여 해양구조물(200)과 체결될 수 있다.
한편, 부력체(10) 또는 가변 부력체(20) 중 어느 하나에는 계류라인(40)이 연결될 수 있다. 계류라인(40)은 부력체(10) 또는 가변 부력체(20) 중 어느 하나와 해저면(도 7의 S 참조)을 연결하는 것으로, 쇠로 이루어진 고리가 직렬로 연결된 체인(chain) 형태로 이루어질 수 있다. 그러나, 계류라인(40)이 체인 형태로 이루어지는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 계류라인(40)은 일정한 두께를 갖는 줄(hawser) 형태로 이루어질 수도 있다. 계류라인(40)은 일단부가 해저면(도 7의 S 참조)에 고정된 앵커부재(도 7의 41 참조)에 고정되며, 타단부가 부력체(10) 또는 가변 부력체(20) 중 어느 하나에 연결된다. 이하, 계류라인(40)이 가변 부력체(20)에 연결된 구조를 보다 중점적으로 설명한다.
가변 부력체(20)는 외측면에 지지부(21)가 결합되며, 지지부(21)는 복수 개가 일정 간격 이격되어 배치된다. 도면 상에는 가변 부력체(20)의 외측면에 4개의 지지부(21)가 결합된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 지지부(21)의 개수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 각각의 지지부(21)에는 체인 가이드부(22)가 힌지 결합된다. 체인 가이드부(22)는 계류라인(40)의 일단부를 고정 및 지지하며, 지지부(21)에 힌지 결합되어 힌지축을 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 부력체(10) 및 가변 부력체(20)가 상승 또는 하강하면, 체인 가이드부(22)가 힌지축을 중심으로 회전하여 계류라인(40)의 변형 및 파손을 최소화할 수 있다.
가변 부력체(20)에는 적어도 하나의 연결관(70)이 관통된다. 연결관(70)은 해저로 연장되는 라이저(riser, 도 4의 R 참조)와 해양구조물(200)에 연결되는 유동라인(210)을 서로 연결하는 중공형의 관으로, 가변 부력체(20)를 수직으로 관통하여 삽입된다. 다시 말해, 연결관(70)은 일 측 단부가 수용공간(10a)에 위치하고 타 측 단부는 가변 부력체(20)를 관통하여 수중에 위치할 수 있다. 이 때, 연결관(70)과 유동라인(210) 사이에는 보조 연결관(220)과 스위블관(230)이 개재될 수 있다. 보조 연결관(220)은 중공형의 관으로, 연결관(70)에 착탈 가능하게 결합된다. 보조 연결관(220)은 연결관(70)으로부터 수직으로 연장되며, 필요에 따라 생략될 수 있다. 스위블관(230)은 일 측이 보조 연결관(220)에 착탈 가능하게 결합되고 타 측이 유동라인(210)에 회전 가능하게 결합된다. 보조연결관(220) 또는 연결관(70)과 유동라인(210) 사이에 스위블관(230)이 결합됨으로써, 라이저(R)의 꼬임이 방지되어 천연가스, 원유 등의 채굴이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 부력체(10) 또는 가변 부력체(20)의 일 측에는 노치부(80)가 형성된다. 노치부(80)는 부력체(10) 또는 가변 부력체(20)의 일 측이 내측으로 만입되어 형성되며, 복수 개가 부력체(10) 또는 가변 부력체(20)의 중앙을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다. 이 때, 노치부(80)를 통과하도록 절단된 부력체(10) 또는 가변 부력체(20)의 횡단면 형상에서, 노치부(80)는 다각형을 이룰 수 있다. 부력체(10) 또는 가변 부력체(20)의 일 측에 노치부(80)가 형성됨으로써, 후술할 스토퍼(130)가 삽입 고정될 수 있으며, 이로 인해, 잠수식 계류장치(1)와 해양구조물(200)이 서로 체결될 수 있다. 이하, 부력체(10)의 일 측에 노치부(80)가 형성된 구조를 보다 중점적으로 설명한다.
도 3 및 5를 참조하여 설명하면, 노치부(80)는 부력체(10)의 외측면이 내측으로 만입되어 형성되며, 복수 개가 부력체(10)의 중앙을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다. 이 때, 노치부(80)를 통과하도록 절단된 부력체(10)의 횡단면 형상에서, 노치부(80)는 다각형을 이룰 수 있다. 노치부(80)가 다각형을 이룸으로써, 스토퍼(130)의 삽입 및 이탈이 용이하며, 스토퍼(130)가 노치부(80)에 밀착될 수 있어 잠수식 계류장치(1)와 해양구조물(200)이 견고하게 체결될 수 있다. 도면 상에는 부력체(10)의 외측면에 6개의 노치부(80)가 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 노치부(80)의 수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 또한, 도면 상에는 노치부(80)가 사다리꼴 형상으로 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 노치부(80)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
이러한 잠수식 계류장치(1)는 해양구조물(200)에 체결되어 해양구조물(200)을 해상에 계류시키며, 잠수식 계류시스템(100)은 잠수식 계류장치(1)와, 베어링부(110), 고정링(120), 스토퍼(130)를 포함하는 해양구조물(200)을 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 베어링부(110)는 일정한 두께를 갖는 링 형상의 부재로, 해양구조물(200)에 설치된다. 다시 말해, 베어링부(110)는 잠수식 계류장치(1)가 수용되는 해양구조물(200)의 터렛룸(200a)에 회전 가능하게 설치되며, 잠수식 계류장치(1)의 외측에 배치되어 잠수식 계류장치(1)를 둘러싼다. 도면 상에는 터렛룸(200a)이 해양구조물(200)의 선수부와 선미부 사이에 위치한 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 터렛룸(200a)은 선수부 또는 선미부에 위치할 수도 있다. 베어링부(110)는 상단에 고정링(120)이 안착된다.
고정링(120)은 일정한 두께를 갖는 링 형상의 부재로, 베어링부(110)의 상단에 안착되어 베어링부(110)를 따라 잠수식 계류장치(1)를 중심으로 회전할 수 있다. 즉, 베어링부(110)와 고정링(120)은 내주면 중앙에 잠수식 계류장치(1)가 관통 삽입되며, 잠수식 계류장치(1)를 중심으로 회전할 수 있다. 이 때, 고정링(120)은 베어링부(110)에 비해 내주면이 작게 형성되어, 콘 형상을 이루는 부력체(10)의 외측면에 최대한 근접할 수 있다. 고정링(120)은 상단에 복수 개의 스토퍼(130)가 안착된다.
스토퍼(130)는 노치부(80)의 내측면 형상에 대응하는 블록 형상의 부재로, 잠수식 계류장치(1)를 향하여 슬라이딩 이동하여 노치부(80)에 삽입 고정된다. 즉, 복수 개의 스토퍼(130)가 각각 잠수식 계류장치(1)를 향하여 슬라이딩 이동하여 노치부(80)에 삽입 고정되면, 잠수식 계류장치(1)와 해양구조물(200)이 서로 체결될 수 있다. 각각의 스토퍼(130)는 적어도 하나의 액츄에이터(140)에 의해 슬라이딩 이동한다.
액츄에이터(140)는 고정링(120)의 상단에 안착되어 고정되며, 일 측이 스토퍼(130)와 연결되어 스토퍼(130)를 슬라이딩 이동시킨다. 액츄에이터(140)는 유압실린더나 공압실린더로 이루어져 유압 또는 공압으로 동작하거나, 전기로 동작할 수 있다. 그러나, 스토퍼(130)가 액츄에이터(140)에 의해 슬라이딩 이동하는 것으로 한정될 것은 아니며, 스토퍼(130)를 슬라이딩 이동시킬 수 있는 다양한 구조로 변형될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(130)는 가이드레일을 따라 슬라이딩 이동하거나 모터에 의해 슬라이딩 이동할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 베어링부(110)와 고정링(120)은 잠수식 계류장치(1)를 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 스위블관(230)에 의해 잠수식 계류장치(1)가 회전하는 경우, 고정링(120)에 안착된 액츄에이터(140)와 스토퍼(130)도 회전할 수 있으며, 이로 인해, 스토퍼(130)가 노치부(80)에 삽입된 상태로 유지될 수 있다. 또한, 고정링(120)은 내주면이 부력체(10)의 외측면에 최대한 밀착되므로, 액츄에이터(140)와 스토퍼(130)를 안정적으로 지지할 수 있으며, 이로 인해, 액츄에이터(140)와 스토퍼(130)의 동작이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 해양구조물(200)에는 복수 개의 가이드 휠(150)이 설치될 수 있다. 각각의 가이드 휠(150)은 터렛룸(200a)의 내측면에 결합된 회전축(150a)에 회전 가능하게 결합되며, 잠수식 계류장치(1)의 외주면에 접하여 회전할 수 있다. 즉, 스위블관(230)에 의해 잠수식 계류장치(1)가 회전하는 경우, 가이드 휠(150)은 부력체(10) 또는 가변 부력체(20)의 외주면에 접하며 회전하여 잠수식 계류장치(1)의 회전을 도울 수 있다. 복수 개의 가이드 휠(150)은 일정 간격 이격되어 배치되며, 각각 독립적으로 회전할 수 있다.
또한, 해양구조물(200)에는 수밀부재(160)가 설치될 수 있다. 수밀부재(160)는 터렛룸(200a)과 잠수식 계류장치(1) 사이를 밀폐하기 위한 것으로, 링 형상의 부재로 형성될 수 있다. 수밀부재(160)는 터렛룸(200a)과 잠수식 계류장치(1), 특히, 가변 부력체(20) 사이의 간격을 줄여 해수가 터렛룸(200a)의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 그러나, 수밀부재(160)가 터렛룸(200a)의 내측면에 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 수밀부재(160)는 가변 부력체(20)의 외측면에 설치될 수도 있다. 또한, 수밀부재(160)가 링 형상의 부재로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 수밀부재(160)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 잠수식 계류장치(1)의 동작에 관해 좀 더 상세히 설명한다.
도 6은 잠수식 계류장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치(1) 및 그를 포함하는 잠수식 계류시스템(100)은 계류장치를 해수면 아래로 잠수시킬 수 있다. 따라서, 항해하는 타 해양구조물 또는 유빙(I)과 계류장치가 서로 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 잠수식 계류장치(1)는 태풍과 같은 가혹한 기상 상황에서는 해양구조물로(200)부터 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, 해양구조물(200)은 기상 상황이 좋은 지역으로 쉽게 피날할 수 있으며, 잠수식 계류장치(1)는 바람, 파도 등의 외력에 의한 영향이 적은 수중으로 신속하게 잠수할 수 있다. 잠수식 계류장치(1)가 수중으로 잠수하면, 계류라인(40)에 작용하는 장력을 현저하게 줄일 수 있어 계류라인(40)의 파손을 방지할 수 있다.
도 6의 (a)는 잠수식 계류장치가 하강하여 해수면 아래에 위치하는 모습을 도시한 도면이고, 도 6의 (b)는 잠수식 계류장치가 상승하여 해수면 상에 위치하는 모습을 도시한 도면이다.
먼저 도 6의 (a)를 참조하여 설명하면, 잠수식 계류장치(1)는 해수면 아래에 위치할 수 있다.
부력체(10)는 내부에 수용공간(10a)이 형성되며, 수용공간(10a)은 해치(11)로 밀폐되어 부력을 유지한다. 부력체(10)는 하부에 가변 부력체(20)가 결합된다. 가변 부력체(20)는 관통홀(20a)을 통해 평형수를 유출입하거나 제1 유동라인(31) 및 제2 유동라인(32)을 통해 기체를 유출입한다. 제1 밸브(31a)에 의해 개폐되는 제1 유동라인(31)은 일단부가 압축기체탱크(30)에 연결되며, 압축기체탱크(30)는 수용공간(10a) 내부에 위치한다. 압축기체탱크(30)는 일 측에 연결된 기체충전관(33)을 통해 기체를 제공받으며, 기체충전관(33)은 제어밸브(33a)에 의해 개폐된다. 제2 유동라인(32)은 일단부가 부력체(10)의 하부와 가변 부력체(20)의 상부를 관통하며, 타단부는 굴절되어 부력체(10)의 측부를 관통한다. 제2 유동라인(32)은 제2 밸브(32a)에 의해 개폐된다. 제1 밸브(31a)와 제2 밸브(32a)는 제어부(50)와 전기적으로 연결되며, 제어부(50)는 부력체(10)의 외측에 위치하는 통신부(60)로부터 제어신호를 인가받아 제1 밸브(31a) 또는 제2 밸브(32a)를 제어한다. 가변 부력체(20)의 일 측에는 해저면(S)과 연결되는 계류라인(40)이 연결된다.
통신부(60)에 해양구조물(200)로부터 송출되는 음파 또는 초음파가 감지되지 않거나 유빙(I) 등의 장애물이 감지되는 경우, 통신부(60)는 제어부(50)에 제1 제어신호를 인가한다. 제어부(50)는 수신된 제1 제어신호에 따라 제1 밸브(31a)를 폐쇄하고 제2 밸브(32a)를 개방한다. 이 때, 제어밸브(33a)는 폐쇄된 상태로 유지될 수 있다. 제2 밸브(32a)가 개방됨으로써, 가변 부력체(20) 내부에 수용된 기체가 제2 유동라인(32)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이와 동시에, 관통홀(20a)을 통해 가변 부력체(20) 내부에 평형수가 유입될 수 있다. 따라서, 가변 부력체(20)는 부력이 점차 감소하게 되며, 부력체(10) 및 가변 부력체(20)는 해수면 아래로 하강할 수 있다. 잠수식 계류장치(1)가 해수면 아래로 하강함에 따라, 장애물과의 충돌을 방지할 수 있으며, 계류라인(40)에 걸리는 장력이 감소하여 계류라인(40)의 파손을 방지할 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하여 설명하면, 잠수식 계류장치(1)는 해수면 상에 부유할 수 있다.
통신부(60)에 해양구조물(200)로부터 송출되는 음파 또는 초음파가 감지되는 경우, 통신부(60)는 제어부(50)에 제2 제어신호를 인가한다. 제어부(50)는 수신된 제2 제어신호에 따라 제1 밸브(31a)를 개방하고 제2 밸브(32a)를 폐쇄한다. 이 때, 제어밸브(33a)는 폐쇄된 상태로 유지될 수 있다. 제1 밸브(31a)가 개방됨으로써, 압축기체탱크(30)에 저장된 기체가 제1 유동라인(31)을 통해 가변 부력체(20) 내부에 유입될 수 있다. 이와 동시에, 가변 부력체(20) 내부에 수용된 평형수가 관통홀(20a)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 가변 부력체(20)는 부력이 점차 증가하게 되며, 부력체(10) 및 가변 부력체(20)는 상승하여 해수면 상에 부유할 수 있다. 잠수식 계류장치(1)가 해수면 상에 부유함에 따라, 계류될 해양구조물(200)과의 체결이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수식 계류장치의 사용예를 도시한 도면이다.
잠수식 계류장치(1)는 각종 해양구조물(200)을 해상의 일 지점에 계류시키기 위한 것으로서, 해저면(S)에 고정된 앵커부재(41)와 연결되는 계류라인(40)에 의해 일정한 위치에 계류될 수 있다. 잠수식 계류장치(1)는 도 7에 도시된 바와 같이, 해수면 아래에 위치하여 유빙(I)과 잠수식 계류장치(1)가 서로 충돌하는 것을 방지할 수 있으며, 파도, 바람 등의 외력에 노출되지 않아 장치 수명이 증가할 수 있다.
잠수식 계류장치(1)는 도 8에 도시된 바와 같이, 해수면 아래에 위치한 상태로 외부와 통신하며, 해양구조물(200)은 통신부(60)와 위치 정보를 주고받으며 이동하여 잠수식 계류장치(1)의 상방에 위치할 수 있다. 이 때, 해양구조물(200)은 인공위성을 이용하여 해양구조물(200)의 위치를 제어하는 자동위치유지장치(DPS; Dynamic Positioning System)를 동작하여 잠수식 계류장치(1)의 상방에 위치된 상태를 유지할 수 있다.
해양구조물(200)이 잠수식 계류장치(1)의 상방에 위치하면, 잠수식 계류장치(1)는 도 9에 도시된 바와 같이, 부력을 증가시켜 상승할 수 있다. 잠수식 계류장치(1)가 상승하여 터렛룸(200a)에 수용되면, 잠수식 계류시스템(100)이 동작하여 잠수식 계류장치(1)와 해양구조물(200)을 체결시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 잠수식 계류장치 10: 부력체
10a: 수용공간 11: 해치
20: 가변 부력체 20a: 관통홀
21: 지지부 22: 체인 가이드부
30: 압축기체탱크 31: 제1 유동라인
31a: 제1 밸브 32: 제2 유동라인
32a: 제2 밸브 33: 기체충전관
33a: 제어밸브 40: 계류라인
41: 앵커부재 50: 제어부
60: 통신부 70: 연결관
80: 노치부 100: 잠수식 계류시스템
110: 베어링부 120: 고정링
130: 스토퍼 140: 액츄에이터
150: 가이드 휠 150a: 회전축
160: 수밀부재 200: 해양구조물
200a: 터렛룸 210: 유동라인
220: 보조 연결관 230: 스위블관
I: 유빙 R: 라이저
S: 해저면

Claims (12)

  1. 부력을 발생시키는 부력체;
    상기 부력체와 결합되며, 내부에 평형수 또는 기체를 주입하여 부력을 조절하는 가변 부력체;
    내부에 압축기체를 저장하고 상기 가변 부력체에 기체를 주입하는 압축기체탱크;
    외부와 통신하는 통신부;
    상기 통신부로부터 제어신호를 인가받아 상기 압축기체탱크를 제어하여 상기 가변 부력체의 부력을 조절하는 제어부; 및
    상기 부력체 또는 상기 가변 부력체 중 어느 하나와 해저면을 연결하는 계류라인을 포함하는 잠수식 계류장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 부력체는 해치로 밀폐되어 부력을 유지하는 수용공간을 내부에 포함하고, 상기 수용공간 내부에 상기 압축기체탱크가 수용되는 잠수식 계류장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 압축기체탱크는 내부에 압축기체를 충전하는 기체충전관을 더 포함하며, 상기 기체충전관은 상기 해치를 통하여 외부와 연결되는 잠수식 계류장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 부력체는 상기 가변 부력체 상부에 위치하고, 상기 부력체와 상기 가변 부력체는 콘(cone) 형상을 이루는 잠수식 계류장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 가변 부력체를 수직으로 관통하여 삽입되며, 일 측 단부는 상기 수용공간에 위치하고 타 측 단부는 수중에 위치하는 적어도 하나의 연결관을 더 포함하는 잠수식 계류장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 압축기체탱크와 상기 가변 부력체 사이를 연결하여 상기 압축기체탱크에 저장된 기체를 가변 부력체로 주입하는 제1 유동라인을 개폐하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 밸브; 및
    상기 가변 부력체에 수용된 기체를 외부로 배출하는 제2 유동라인을 개폐하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 밸브를 더 포함하는 잠수식 계류장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 일 측이 내측으로 만입되어 형성된 노치부를 더 포함하되,
    상기 노치부는 복수 개가 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 중앙을 중심으로 대칭되게 배치되는 잠수식 계류장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 노치부를 통과하도록 절단된 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 횡단면 형상에서, 상기 노치부는 다각형을 이루는 잠수식 계류장치.
  9. 잠수식 계류장치와 상기 잠수식 계류장치에 의해 해상에 계류되는 해양구조물을 포함하여 이루어지는 잠수식 계류시스템에 있어서,
    상기 잠수식 계류장치는,
    부력을 발생시키는 부력체;
    상기 부력체와 결합되며, 내부에 평형수 또는 기체를 주입하여 부력을 조절하는 가변 부력체;
    내부에 압축기체를 저장하고 상기 가변 부력체에 기체를 주입하는 압축기체탱크;
    상기 부력체 또는 상기 가변 부력체 중 어느 하나와 해저면을 연결하는 계류라인; 및
    상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 일 측이 내측으로 만입되어 형성되며, 상기 부력체 또는 상기 가변 부력체의 중앙을 중심으로 대칭되게 배치되는 복수 개의 노치부를 포함하고,
    상기 해양구조물은,
    상기 잠수식 계류장치의 외측에 배치된 베어링부;
    상기 베어링부 상단에 안착되며 상기 베어링을 따라 상기 잠수식 계류장치를 중심으로 회전하는 고정링; 및
    상기 고정링 상단에 안착되며, 상기 잠수식 계류장치를 향하여 슬라이딩 이동하여 상기 노치부에 삽입 고정되는 복수 개의 스토퍼를 포함하여 이루어지는 잠수식 계류시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 고정링에 고정되어 상기 스토퍼를 슬라이딩 이동시키며, 유압, 공압 또는 전기로 동작하는 액츄에이터를 더 포함하는 잠수식 계류시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 노치부를 통과하도록 절단된 상기 부력체 또는 가변 부력체의 횡단면 형상에서, 상기 노치부는 다각형을 이루는 잠수식 계류시스템.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 해양구조물에 설치되며 상기 잠수식 계류장치의 외주면에 접하여 회전하는 복수 개의 가이드 휠을 더 포함하는 잠수식 계류시스템.
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