KR100426112B1 - 터릿 지지 베어링 구조물 및 터릿 지지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저에 고정되고 적어도 상부 베어링 조립체(34)에 의하여 선박 선체(14)에 연결되는 터릿(20)을 구비하여 선체가 터릿을 중심으로 풍향에 따라 이동할 수 있는 해양 시스템에 관한 것으로, 상기 상부 베어링 조립체는 신뢰성이 높고 저렴하게 제작된다. 어떤 구성에 있어서, 상부 베어링 조립체는 계면(44)에서 서로 인접하게 마주하는 상부 슬라이더 베어링 링(40) 및 하부 슬라이더 베어링 링(42)을 포함하며, 상부 베어링 링은 터릿에 고정되고, 하부 베어링 링은 소정량의 엘라스토머 재료(102)를 통하여 선체에 지지된다. 엘라스토머 재료는 계면의 일측에서 간극을 개방하지 않고 터릿 상부 부분이 약간 기울 수 있게 한다. 하부 베어링 링은 세그먼트(112A, 112B)로 분리되어, 터릿이 많이 기울어지면 가압 윤활유가 하나 또는 여러 개의 세그먼트로부터 누출될 수 있으며, 하부 베어링 링은 터릿이 기우는 중에 상승하기 시작한다. 다른 구성에 있어서, 원형으로 배치된 베어링 장치(202)가 마련되고, 각각의 베어링 장치는 실린더(224) 및 피스톤(226)과, 베어링 장치에 공급되는 가압 유체의 공급원을 포함한다.

Description

터릿 지지 베어링 구조물 및 터릿 지지 방법{A BEARING STRUCTURE FOR ROTATABLY SUPPORTING A TURRET ON A VESSEL HULL AND A METHOD FOR THE SAME}

종래에는, 상부 베어링 조립체는 롤러 베어링이었는데, 롤러 베어링은 롤러가 구르기 전에 터릿이 단지 몇 도만 회전하도록 마찰이 작다. 그러나, 롤러 베어링의 사용에는 심각한 단점이 있다. 한 가지 단점으로는, 신뢰성 있는 롤러 베어링이 개별적인 롤러의 응집력에 저항하는 강도를 제공하도록 기계 가공 전에 단조되는 관로(raceway)를 필요로 한다는 것이다. 현재, 직경 8 m 이상의 관로를 단조할 수 있는 단조 장치는 세상에 존재하지 않는다. 어떤 큰 터릿은 12 m에 이르는 직경을 갖는다. 관로는 함께 용접되는 단조된 세그먼트로 형성될 수 있지만, 이렇게 하면 부하 상태에서의 관로 표면의 불균일성과 강도가 약화된다. 또한, 큰 롤러 베어링은 비용적으로 매우 고가이다. 터릿의 중량을 선박 선체에 지지하여 전술한 단점을 극복하는 상부 베어링 구조물, 특히 직경 8 m 이상의 큰 터릿용 베어링 구조물은 가치 있는 것이다.

해양 시스템(offshore system)의 한 형태는 선박 선체의 문 풀(moon pool) 또는 선체의 외부에 놓이는 터릿과, 선박을 풍향에 따라 터릿 둘레에서 이동할 수 있게 하는(수직 축선을 중심으로 제한 없이 회전할 수 있게 하는) 베어링 구조물을 포함한다. 터릿은 해저에 고정되고, 유체 라인은 일반적으로 해저에 있는 유정 또는 파이프 라인으로부터 터릿에까지 연장된다. 베어링 구조물은 상부 베어링 조립체를 포함하며, 하부 베어링 조립체를 포함하는 경우도 있다. 상부 베어링 조립체는 터릿의 중량과, 계류 구조물(mooring structure) 및 그에 부착된 호스의 중량을 지지하며, 이들의 중량은 수천 톤에 이를 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 해양 시스템의 부분 단면도.

도 2는 도 1의 시스템의 상부 베어링 조립체의 일부를 도시한 단면도.

도 3은 도 2의 상부 베어링 조립체의 일부를 도시한 도면으로, 터릿이 충분하게 기울어져 상부 베어링 링의 일측이 하부 베어링 링으로부터 상승된 상태를 나타내는 도면.

도 4는 도 1의 선 4-4를 따라 취한 도면으로, 하부 베어링 링을 도시하는 도면.

도 5는 도 4의 하부 베어링 링의 부분 사시도.

도 5a는 도 5에 도시된 것 대신에 사용될 수 있는 대안적인 베어링 링의 부분 사시도.

도 6은 도 5의 선 6-6을 따라 취한 도면으로, 상부 베어링 링의 일부를 도시하는 도면.

도 7은 도 5의 선 7-7 따라 취한 도면으로, 상부 베어링 링의 일부를 도시하는 도면.

도 8은 도 2의 상부 베어링 조립체의 유량 제어 장치의 개략적인 다이어그램.

도 9는 도 4의 하부 베어링과 가압 윤활유 공급원의 부분 평면도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예의 상부 베어링 조립체의 부분 사시도.

도 11은 도 10의 상부 베어링 조립체의 베어링 장치 중 하나의 단면도.

본 발명의 일실시예에 따르면, 터릿을 선박 선체에 지지하도록 상부 베어링 조립체가 제공되고, 이 조립체는 8 m 이상의 직경으로 구성될 수 있고, 롤러 베어링보다 적은 비용으로 구성될 수 있다. 상부 베어링 조립체는 상부 및 하부 슬라이더 베어링 링을 포함하며, 이들 베어링 링은 상부 베어링 링이 터릿에 연결된 상태로 계면(interface)에 인접하여 마주 놓인다. 가압 윤활유 공급원이 계면에 연결되고, 그에 따라 계면에서의 대부분의 부하는 압력 윤활유에 의하여 흡수된다. 하부 베어링 링을 선체 상에 지지하는 지지 구조물은 축을 중심으로 간격을 두고 있는 소정량의 엘라스토머 재료를 포함하는데, 이렇게 하면 터릿의 상부 부분이 기울어질 때 하부 베어링 링이 약간 기울어질 수 있게 된다.

하부 베어링 링과 같은 베어링 링 중 하나는 복수의 유체 시일을 포함할 수 있으며, 이 시일은 베어링 링을 원주 방향으로 간격을 두고 있는 세그먼트로 분할한다. 가압 윤활유 공급원은 각 세그먼트에 가압 윤활유를 개별적으로 공급하는 복수의 출구를 포함한다. 따라서, 터릿이 크게 기울어져 상부 베어링 링의 일측이 하부 베어링 링의 대응측으로부터 상승되는 경우, 그다지 상승되지 않은 세그먼트의 나머지 부분에 유체의 압력이 유지된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 터릿을 선체 상에서 지지하도록 원형으로 배열될 수 있는 복수의 베어링 장치가 마련된다. 각각의 베어링 장치는 실린더 및 피스톤을 포함하며, 하나는 터릿 베어링 표면에, 다른 하나는 선박 선체의 베어링 표면에 맞닿게 놓인다. 베어링 표면에 대한 피스톤의 힘이 주로 가압 유체에 의하여 흡수되는 상태로 가압 유체 공급원이 각 베어링 장치에 결합된다.

본 발명의 신규한 특징은 첨부된 청구범위에 구체적으로 기재되어 있다. 본 발명은 첨부 도면을 참고로 한 이하의 설명으로부터 가장 잘 이해된다.

도 1은 터릿(20)을 수용하는 수직 개구 또는 문 풀(16)(moon pool)이 선체(14)에 마련되어 있는 선박(12)을 포함하는 해양 시스템(10)을 예시한다. 계류 구조물(22)이 터릿으로부터 해저(24)로 연장하여 선박의 부유를 제한한다. 예시된 계류 구조물은 여러 개의 길고 무거운 체인을 포함하며, 이 체인은 커티너리 곡선(catenary curve)의 형태로 계류 구조물을 따라 해저로 연장되지만, 수직 상승기(vertical riser) 및 그 외의 계류 구조물이 이용될 수도 있다. 해저의 유정 또는 해저의 파이프 라인으로부터 터릿에까지 유체 도관(26)이 연장된다. 선체(14)는 풍향에 따라 이동할 수 있는데, 다시 말하면 풍향 및 해류의 변경에 따라 수직 축선(30)을 중심으로 제한 없이 회전할 수 있다. 그러나, 터릿(20)은 대개 회전 불가능한데, 다시 말하면 제한 없이 회전할 수 없고, 일반적으로 약 10 °이상 회전하지 않는다.

터릿을 선체에 회전 가능하게 연결하는 베어링 구조물(32)은 상부 베어링 조립체(34)와 하부 베어링 조립체(36)를 포함한다. 일반적으로, 상부 베어링 조립체(34)는 터릿의 수직 중량 및 그 터릿 상의 부하를 거의 또는 전부 지지한다. 도 1에 도시된 바와 같이 터릿의 길이가 크고, 터릿의 하부(35)가 선체 바닥 근처에 위치하는 경우에는, 하부 베어링 조립체(36)가 마련되어, 일반적으로 반경 방향의 부하, 즉 선박이 체인에 인장을 증가시키는 방향으로 부유될 때 하나의 체인으로부터의 부하의 수평 성분을 대부분 감당한다. 그러나, 상부 베어링 조립체(34)에 약간의 반경 방향 지지 능력을 제공하는 것이 일반적으로 필요하다. 혹독한 날씨에서, 터릿 및/또는 선체는 변형될 수 있는데, 그런 경우 터릿의 상부(39)가 기울어질 수도 있다. 롤러 베어링 조립체에서는, 기울어지는 것이 상측 및 하측의 롤러 세트에 의하여 회피되지만, 이 경우 롤러 베어링의 비용이 더욱 증가된다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 계면(44)에서 서로 인접하게 마주하는 상부 슬라이더 베어링 링(40) 및 하부 슬라이더 베어링 링(42)을 포함하는 상부 베어링 조립체가 형성된다. 상부 베어링 링(40)은 터릿에 연결되고, 하부 베어링 링(42)은 지지 구조물(46)을 통하여 선박 선체에 연결되는 하부 링 구조물(80)의 일부로서 도시되어 있다. 오일, 수용성 윤활유 또는 심지어 물, 또는 그 외의 액체와 같은 가압 윤활유의 공급원(50)은 계면(44)에 연결되어 그곳에 가압 유체 윤활유를 도포한다. 도시된 공급원은 저장조(52) 및 펌프(54)를 구비하며, 이 펌프는 고압 상태의 유체를 저장조(52)로부터 계면(44)으로 인도되는 통로(56)를 통하여 송출한다. 터릿이 심하게 기울지 않으면, 한 쌍의 시일(60, 62)이 윤활유가 계면의 영역으로부터 누설되는 것을 방지한다. 반경 방향 내측 베어링 부분(64) 및 외측 베어링 부분(66)은 반경 방향 계면 영역(70)을 형성하여, 상부 베어링 조립체에 반경 방향 지지 능력을 제공한다. 선체가 좌우로 또는 앞뒤로 흔들리는 경우에는, 저압 시일(74, 76)이 윤활유의 누설을 방지한다.

하부 링 구조물(80)은 상부가 개방된 링형 채널(86)을 형성하며, 이 채널은 터릿에 고정된 상부 베어링 부분(82)을 수용한다. 계면(44)에 가압 윤활유가 도포됨에도 불구하고, 전술한 구조와 시일, 그리고 어떤 누설된 오일도 저장조(52)로 복귀시키는84와 같은 복귀 통로 때문에 오일의 누설은 최소로 된다. 터릿이 기울어지는 것과 상부 베어링 부분(82)의 일측이 대응하게 상승되는 것을 방지하는 홀드다운 베어링(holddown bearing)을 구비하지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 터릿 및 선체를 강화시키기 위해 홀드다운 베어링을 사용하면 비용이 증가되기 때문이다.

도 3은 터릿이 기울어져 상부 슬라이더 베어링 링(40)의 일측이 계면(44)과 하부 슬라이더 베어링 링(42)으로부터 상승된 상태를 도시한다. 그러한 상승으로 인하여, 시일(60, 62)은 가압 윤활유를 계면 영역에 유지하지 못한다. 본 발명에 있어서는, 그러한 가압 윤활유를 유지하지 않고, 밸브(94)를 통하여 윤활유 저장조에 연결되는 유출 통로를 통하여 가압 윤활유를 배출시키고 있다. 밸브(94)는 압력이 소정 레벨을 초과하는 경우에만 유체의 배출을 허용하며, 이 레벨은 반경 방향의 계면 영역(70)에 유지된 레벨보다 크다. 예컨대, 계면(44)의 압력이 일반적으로 107 kPa(15 psi)로 유지되고, 반경 방향 계면(64)의 압력이 10 kPa(1.5 psi)로 유지되는 경우, 밸브(94)는 20 kPa(3 psi) 이상의 압력에 도달할 때 개방될 수 있다. 기울어짐으로 인해 계면(44)에서의 유체 압력이 갑자기 감소되고, 그 결과 유지되는 완화된 가압 유체는 상부 베어링 링(40)의 상승 측부에 단지 작은 상향 힘만을 가한다. 계면의 대향 측부가 가압 유체에 의하여 계속적으로 지지되는 것을 보장하도록 이하에 기술되는 방법이 채용된다.

기울어짐에 의해 야기되는 계면(44)에서의 유체 압력의 갑작스런 감소는 그 기울어짐이 미량인 경우에도 발생한다. 출원인은 하부 베어링 부분(80)을 선박 선체에 지지하는 지지 구조물(46)을 적절하게 선택함으로써, 경사량이 큰 경우에만 일측에서 윤활유 압력의 갑작스런 해제가 생기는 구조물을 설계하였다. 지지 구조물(46)은 복수의 지지부(100)를 포함하며, 각각의 지지부는 소정량의 엘라스토머 재료(102)를 포함한다. 엘라스토머 재료(102)는 강판(104)에 의하여 분리되는 판 형태의 엘라스토머 재료이다. 엘라스토머 재료(102)는 압축 상태이지만, 압축량은 그것에 가해지는 부하에 따라 변동한다. 터릿이 기울어지고, 그에 따라 하부 베어링 부분(80)의 일측 상의 부하가 갑자기 크게 감소되면, 이전의 압축된 엘라스토머 재료(102)는 팽창하고, 그에 의하여 상부 베어링 링과 하부 베어링 링을 함께 밀접하게 유지할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지지 구조물(46)은 복수의 지지부(100)를 포함하며, 이 도면은 축선(30)을 중심으로 원주 방향으로 간격을 두고 12개의 지지부(100)가 배치되어 있는 시스템을 보여준다. 그러므로, 상부 베어링 조립체용 지지 구조물에 엘라스토머 재료를 이용함으로써, 일측부의 상승 없이 상부 슬라이더 베어링 링을 하부의 슬라이더 베어링 링에 대하여 완만하게 기울어지게 할 수 있다. 그러나, 상승이 발생하는 경우, 하부 베어링 링으로부터 상승되는 상부 베어링 링의 측부에서 윤활유 압력이 갑자기 감소하여, 기울어지는 양을 감소시킨다.

도 4 및 도 5는 하부 슬라이더 베어링 링(42)의 구조를 예시한다. 베어링 링은 터릿 축선(30)을 중심으로 원주 방향으로 간격을 두고 있는 세그먼트(112)를 형성하는 리세스(110)를 포함한다. 도시된 특정 링은 이러한 세그먼트를 6개(112A ~ 112F) 포함하며, 각각의 세그먼트는 60 °의 각도(A)를 두고 대응한다. 리세스는 반경 방향 내측 및 외측 활주면 또는 영역(114, 116)을 남겨두고, 그 사이에 리세스가 마련된다. 시일(60, 62)(도 5 참고)이 내측 및 외측 활주면의 홈에 각각 놓인다. 도 6은 상부 베어링 링(40)의 하면(120)이 반경 방향 외측 활주면(116)에 인접하게 놓이고, 그 사이에 윤활유의 막(122)이 있는 것을 도시한다. 도 5는 출구(123)가 각 리세스에 연결되어 전체 리세스에 가압 오일을 공급하는 것을 도시한다. 리세스(110)는 가압 윤활유를 분배한다. 윤활유의 압력이 유지되는 한, 고압 시일(60, 62) 사이의 계면의 전체 폭에서 상부 베어링 링에 상향 힘을 제공한다. 도 9는 유체를 리세스로 운반하는 각 흐름 라인(127)과 차단 밸브(125)가 일렬로 연결되는 것을 도시한다. 각각의 밸브(125)는 밸브 하류 측의 압력이 상류 측의 압력 이하로 7 kPa(1 psi)로 강하되는 경우 흐름을 차단한다.

윤활 압력이 손실되는 경우에 하부 링 상에 상부 링을 지지하는 내측 활주면(114) 및 외측 활주면(116)이 마련된다. 리세스의 존재로 인하여, 상부 및 하부 베어링의 단지 감소된 표면 영역만을 정밀하게 마무리(예컨대, 연삭 및/또는 폴리싱에 의함)하는 것이 필요하며, 이들 감소된 표면 영역은 내측 활주면(114) 및 외측 활주면(116)과 상부 베어링 링의 대응 영역(117)이다. 윤활유 압력이 손실되는 경우, 마모는 내면 및 외면에 집중되지만, 이는 단지 어쩌다 발생하는 것으로 기대된다. 베어링 링의 표면 영역(118, 119)은 마무리되지 않고 남겨질 수 있으며, 이로 인하여 비용이 감소된다. 각각의 베어링 링(40, 42)은 함께 용접되거나 주조된 부품으로 구성될 수 있는데, 그 이유는 이들 베어링 링이 롤러와 같이 큰 응집력을 견딜 필요가 없기 때문이다.

본 발명에 따르면, 세그먼트(112A, 112B)(도 5 참고)는 세그먼트 시일(124)에 의하여 서로 밀봉된다. 각각의 세그먼트 시일은 하부 베어링 링(42)의 스포크 영역(130)에 형성된 반경 방향 홈(126)에 놓여진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 스포크 영역(130)은 내측 활주면(114) 및 외측 활주면(116)으로부터 약간 오목하게 되는 것이 바람직하며, 그에 따라 스포크 영역(130)은 정밀하게 마무리될 필요가 없다. 또한, 세그먼트 시일(124)은 내측 활주면 시일(60) 및 외측 활주면 시일(62)을 밀봉하지 않을 수도 있다. 그러나, 세그먼트 시일(124)을 통하여 약간의 누설이 발생하는 것은 해롭지 않은데, 그 이유는 이러한 누설이 터릿의 경사로 인하여 압력이 갑자기 낮아지는 인접 세그먼트에 단지 매우 적은 가압 윤활유의 흐름만을 허용하기 때문이다.

서로 밀봉되는 세그먼트를 이용하는 대신에, 연속적인 하부 슬라이더 베어링 링을 이용하는 것도 가능하다. 도 5a는 이러한 연속적인 하부 베어링 링의 일부를 42X로 도시한다. 선체에 하부 슬라이더 베어링 링을 지지하는 지지 구조물(46)에 엘라스토머 재료(102)(도 2 참고)가 있음으로 인하여, 매우 큰 경사력(tilt force)이 발생하는 경우를 제외하고는, 윤활유 압력이 손실되지 않는다.

도 8은 상부 슬라이더 베어링 링(40)과 하부 슬라이더 베어링 링(42) 사이의 계면에서 유체의 압력을 제어하는 유체 제어 장치(140)를 예시한다. 통상적으로, 선박은 긴 기간(여러 시간) 동안 어느 방향으로도 단지 몇 도 이하의 최소 회전을 하는 상태로 소정의 방향을 향하게 유지된다. 펌프에 대한 마모를 최소화하고 고압 윤활유가 필요하지 않을 때 누설을 방지하도록, 본 발명에 있어서는 선체가 회전하지 않을 때 가압 윤활유의 공급이 중단된다. 도 2는 터릿에 의하여 상부 슬라이더 베어링 링(40)에 전달되는 토크를 감지하는 센서(142)를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 토크 센서(142)는 출력치를 제어 회로(144)에 전송하고, 여기서 토크 센서는 감지된 토크에 따라 저항이 변하는 저항기이다. 토크가 거의 또는 전혀 감지되지 않은 경우에는, 제어 회로가 스위치(146)를 열어서, 펌프의 가동을 위해 공급원(150)으로부터 전기, 유압 또는 공압이 펌프(54)를 통하여 흐르는 것을 방지한다. 토크 센서가 소정 레벨을 초과한 토크를 감지하는 경우, 제어 회로(144)는 스위치(146)를 닫아서 펌프를 가동하기 시작하고, 그에 따라 펌프는 윤활유를 저장조(52)로부터 하부 베어링 링(42)을 향하여 송출한다.

일례로, 선박의 선체는 터릿의 수직 축선을 중심으로 5 °회전하고, 또한 터릿이 선체와 함께 회전하며, 그 결과 도 1에 도시된 커티너리 체인(catenary chain) 상에 인장이 증가하며, 이에 의해 터릿은 그 초기 위치로 회전 복귀되려 하게 된다. 이러한 레벨의 토크가 감지되는 경우, 제어 회로는 펌프를 가동시킬 수 있다. 윤활유 압력은 그래프(152)에 의해 도시한 바와 같이 증가한다. 제어 회로는 윤활유가 따라 흐르는 경로를 구속할 수 있는 밸브(154)를 제어하여 압력을 변경시킨다. 그래프(156)에 도시된 바와 같이, 밸브(154)는, 충분한 작동 윤활유 압력에 도달될 때 윤활유 압력을 1분의 시간 동안 매 2 초마다 5 %씩 증가 및 감소시킴에 의하여 윤활유 압력을 조절하도록 작동된다. 이러한 윤활유 압력의 조절은 상부 및 하부 베어링 링의 계면에서의 정지 마찰을 극복하는 것을 지원하며, 그에 따라 터릿을 그 정지 위치로 용이하게 회전 복귀시킬 수 있다(체인이 비틀리지 않음). 그 후에, 윤활유 압력은 예컨대 터릿 상의 수직 부하에 반응하여 변함없이 유지되거나 변경될 수 있다.

선박이 풍향에 따라 이동하면, 선박은 10 분당 1 회전의 매우 낮은 회전 속도로 회전하고, 거의 항상 분당 1 회전 이하의 속도로 회전한다. 직경이 20 m이고 회전 속도가 분당 1 회전인 베어링 링에 있어서, 베어링 링의 표면은 1 m/sec 또는 2 miles/hr의 속도로 이동한다. 그 결과, 상부 베어링 링의 회전 속도는 베어링 성능에 거의 영향을 끼치지 않는다. 또한, 회전이 빠르거나 한 방향으로 연속적이지 않기 때문에, 마찰 손실은 중요하지 않고 적절한 토크로 회전할 수 있는 능력만이 중요하다.

본 발명에 따르면, 윤활유 압력을 제어하고, 그에 따라 전체의 10 %와 같은 상당한 중량이 내부 활주면(114) 및 외부 활주면(116)에 의하여 지지되는 것이 바람직하다(도 5 참고). 일례로서, 베어링 링의 평균 직경(B)(도 4 참고)은 20 m이고, 각 베어링 링의 폭(C)은 1.5 m이며, 외측 활주면과 내측 활주면의 폭(D)(도 6 참고)은 각각 20 ㎝ 이다. 상부 및 하부 베어링 링에 의하여 지지되는 하향 부하는 2천 미터톤이다. 윤활유 압력이 약 15 psi 또는 107 kPa이면 전체 중량을 가압 윤활유 상에 지지할 수 있지만, 내부 및 외부 활주면이 약 10 %를 지지하여 96 kPa의 윤활유 압력이 이용될 수 있다. 윤활유 압력은 도 2의 센서(142)와 대략 동일 위치에 배치된 부하 센서(load sensor)를 이용하여 부하에 따라 조절될 수 있다.

도 10은 베어링 장치(202)의 그룹을 포함하는 다른 상부 베어링 조립체(200)를 도시한다. 베어링 장치는 터릿(206)의 상부 베어링 부분(204)을 선박 선체(212)의 하부 베어링 부분(210)에 지지한다. 베어링 장치(202)는 터릿의 회전 축선(216)과 동심인 원형 트랙(214)으로 한정된다. 원형 트랙은 선체의 내부 트랙 벽(220) 및 외부 트랙 벽(222)에 의하여 형성된다.

도 11은 각각의 베어링 장치(202)가 상부 요소(224) 및 하부 요소(226)를 포함하는 것을 도시한다. 상부 요소는 터릿 베어링 부분의 상부 베어링 표면(232)에 대하여 맞닿게 지지되는 상면(230)을 포함한다. 하부 요소는 상부 요소 내에 놓인다. 하부 요소는 적어도 그 시일(236)이 선체의 하부 베어링 부분의 하부 베어링 표면(238)에 대하여 맞닿게 지지되는 하면(234)을 포함한다. 오일과 같은 가압 유체(240)(예컨대, 100 psi)가 장치(202) 내에 놓여 요소를 멀리 밀어낸다.

중간 압력의 면 시일(236)(face seal)은 하부 요소의 하면(234)을 하부 베어링 표면(238)에 대하여 밀봉한다. 중간 압력의 반경 방향 시일(242)은 하부 요소의 외측과 상부 요소의 내측 사이의 간극(244)을 밀봉한다. 그 결과, 가압 유체(240)는 요소들 사이에 포획되어, 상부 요소를 상방으로 미는 한편, 하부 요소를 하방으로 압박한다. 하부 요소 상의 하향 힘은 링형 영역(250) 내의 면적에 유체의 압력을 곱한 것과 동일하다. 가압 유체는 원의 직경(252)에 걸쳐 하부 베어링 표면(238)에 대하여 직접적으로 압박된다. 도 11로부터 베어링 장치는 직경(252 + 2 ×250)이 높이(254)보다 크다는 것을 알 수 있다.

요소(224, 226)가 실린더(반드시 원통형일 필요는 없음) 및 피스톤과 유사하게 작동하여, 상부 요소는 2 ㎝에 이르는 적절한 양만큼 상방 또는 하방으로 이동할 수 있다. 간극(244)은 상부 요소가 적어도 0.5 °이상, 바람직하게는 1 °이상 기울어질 수 있도록 충분히 크다(대부분의 피스톤은 그 실린더 내에서 1/4 °이하만큼 기울어질 수 있다). 그 결과, 터릿 및/또는 선체가 혹독한 기후에서 변형되어 베어링 표면(232, 238) 사이의 거리(254)가 약간 변경되거나, 터릿 및/또는 선체가 평행으로부터 멀어지게 기울어지는 경우에도, 베어링 장치는 여전히 터릿을 선체에 지지할 수 있다. 통상적으로, 이러한 치우침으로 인하여, 터릿의 일측에서의 베어링 장치를 위한 거리는 증가하는 한편, 터릿의 반대측에서의 베어링 장치를 위한 거리는 감소한다. 일례로서, 각 베어링 장치의 외경은 1 m 이다.

도 10은 매니폴드(262)를 통하여 유체 도관(264)에 연결되는 가압 유체 공급원(260)을 도시하며, 상기 각각의 유체 도관은 베어링 장치(202) 중 하나로 연장한다. 단지 2 개당 하나의 베어링 장치만이 가압 오일을 수용하며, 예비 베어링 장치로 사용될 수 있는 다른 베어링 장치로 터릿을 지지한다. 도 11은 상부 요소의 구멍(270)과, 이 구멍(270)에 결합되는 도관의 파이프(272)를 도시하며, 이 파이프는 터릿 부분(204)의 구멍(274)을 통하여 연장된다. 파이프의 상단은 스위벌 조인트(276)를 통하여 파이프(264)에 연결되고, 이 파이프는 매니폴드로부터 연장한다. 베어링 장치(202)는 터릿이 회전함에 따라 터릿과 함께 회전하지만, 베어링 장치는 그 자체의 축선(278)을 중심으로 회전할 수도 있다.

터릿이 회전할 때(예컨대, 수십 도만큼), 상부 또는 외부 요소(224)의 외벽(280)은 내부 트랙 벽(220) 및 외부 트랙 벽(222)을 따라 활주하거나, 한 트랙 벽에서는 회전하고 다른 트랙 벽에서는 활주할 수 있다. 제로 압력 근처의 윤활유가 마찰을 최소화하도록 요소의 내부에 유지된다. 저압 시일(282, 284)은 선박이 기울어지는 경우에 유출을 방지하며, 중력 파이프(286)는 초과의 오일을 저장조로 복귀시킬 수 있다. 도 11은 터릿의 상단부를 그것의 축선에 대해 센터링되게 유지하는 반경 방향 베어링(290)을 지지하는 외벽의 연장부(288)를 가상선으로 도시한다.

오일의 압력은 상부 요소(224)를 하부 요소의 상면(290) 위에 유지하거나 하부 요소의 하면(292)을 하부 베어링 표면(238) 위에 유지하는 데 요구되는 압력보다 약간 낮게 설정될 수 있다. 그 결과, 상부 요소는 표면(290)에 대하여 약한 힘으로 압박될 수 있다. 이로 인한 장점은 터릿 상의 부하 또는 유체 압력의 적은 변동으로 터릿이 상승 또는 하강하지 않는다는 것이다. 바람직하게는, 압력은 터릿 중량이 어느 정도 이상 증가할 때(계류 체인이 해저로부터 들어올려질 때와 같이) 유체 압력이 증가하도록 조절된다. 압력은 도 11의 상태를 유지하도록 긴밀하게 조절될 수 있다. 손상된 베어링 장치를 교체할 수 있도록 도어(294)가 마련되기는 하지만, 예비 베어링 장치가 이미 존재한다.

그러므로, 본 발명은 터릿을 선박 선체에 지지하는 상부 베어링 조립체를 제공하며, 이 조립체는 매우 큰 크기와 적절한 비용으로 신뢰성 있게 제작될 수 있다. 한 조립체에서, 상부 베어링 조립체는 계면에서 인접하게 놓여 있는 상부 및 하부 슬라이더 베어링 링을 포함하며, 계면의 가압 윤활유가 중량의 대부분을 지지하는 것이 바람직하다. 하부 베어링 링은 터릿 축선을 중심으로 간격을 두고 있는 소정량의 엘라스토머 재료에 의하여 지지될 수 있다. 하부 베어링 링과 같은 베어링 링 중 하나는 원주 방향으로 간격을 둔 섹터로 분리되어 모든 섹터에서의 압력 손실을 방지할 수 있다. 그 외의 조립체에서, 피스톤 및 실린더를 형성하는 복수의 베어링 장치는 트랙에 의해 구속되고 가압 유체에 의하여 떨어지게 치우칠 수 있으며, 그에 따라 베어링 장치는 터릿을 선박 선체에 지지한다. 상부 베어링 구조는 해저 유정으로부터 탄화수소를 생성하는 것을 포함한 많은 다양한 용도로 이용되는 선박과 그러한 유정을 뚫는 시추선에 유용하다.

이제까지, 본 발명의 특정 실시예를 예시하고 설명하였지만, 당업자는 변형 및 수정을 용이하게 수행할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 결과적으로 청구범위가 이러한 변형물 및 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (14)

1. 선박 선체(212) 상에서 터릿(206)을 회전 가능하게 지지하는 베어링 구조물(32)로서, 상기 베어링 구조물은 상부 베어링 조립체(200)를 포함하며, 상기 선박 선체는 바다에 떠다니고, 풍향에 따라 이동 가능하고, 수직 개구(16)를 형성하며, 상기 터릿은 상기 개구 내에 배치되며, 상기 선박 선체는 상기 터릿으로부터 해저로 연장되는 계류 구조물(22)에 의해 계류되는 것인 베어링 구조물에 있어서,

   상기 상부 베어링 조립체는 서로 실질적으로 마주하는 베어링 표면(232, 238)을 갖는 상부 및 하부 베어링 부분(204, 210)을 포함하며, 상부 베어링 부분은 상기 터릿에 연결되고, 상기 하부 베어링 부분은 상기 선박 선체에 연결되며,

   상기 상부 베어링 표면과 하부 베어링 표면 사이에는 복수의 개별적인 베어링 장치(202)가 배치되며, 각각의 베어링 장치는 상기 상부 및 하부 베어링 표면에 대하여 각각 맞닿게 놓이는 상면(230) 및 하면(234)을 갖는 상부 및 하부 요소(224, 226)를 포함하며, 상기 상부 및 하부 요소들은 상기 베어링 표면 중 하나 이상에 대하여 활주 가능하며, 상기 상부 및 하부 요소는 멀어지는 방향으로 편향되지만 서로에 대하여 대략 수직으로 이동 가능하며,

   각각의 상기 베어링 장치는 그 직경이 상기 상면과 하면 사이에서 측정된 높이보다 커서, 이동시에도 안정성을 제공하는 것인 베어링 구조물.
2. 제1항에 있어서, 상기 요소 중 하나는 실린더(224)를 형성하고, 다른 하나는 일부가 상기 실린더 내에 놓이는 피스톤(226)을 형성하며, 이 피스톤은 상기 피스톤의 외측을 실린더의 내측에 대하여 밀봉하는 반경방향 시일(242)을 포함하며, 상기 피스톤의 외측과 상기 실린더의 내측 사이에는 충분한 간격이 존재하여 상기 각 베어링 장치의 상부 및 하부 요소가 서로에 대하여 0.5 °이상 경사질 수 있게 되어, 터릿을 저마찰 회전하도록 지지하면서도 상기 선박 선체가 변형되도록 하는 것인 베어링 구조물.
3. 제1항에 있어서, 상기 하부 베어링 부분은 동심의 내측 및 외측 트랙 벽(220, 222)을 포함하여 그 사이에 원형 트랙(214)을 형성하며, 상기 베어링 장치는 상기 트랙 사이에 배치되며, 상기 하부 베어링 표면에 윤활재(240)가 있어 상기 트랙 벽 사이에 구속되는 것인 베어링 구조물.
4. 제1항에 있어서, 상기 상부 및 하부 요소 사이에는 공동이 형성되고,

   상기 상부 및 하부 요소를 서로 멀어지는 방향으로 편향시키도록 상기 공동에 가압 유체(240)를 공급하는 수단을 포함하며,

   상기 상부 및 하부 요소 중 제1 요소는 피스톤(226)을 형성하고, 상기 상부 및 하부 요소 중 제2 요소는 상기 피스톤의 적어도 일부를 둘러싸는 실린더(224)를 형성하며, 상기 상부 및 하부 요소 중 하나는 상기 피스톤이 상기 실린더에 대하여 수직으로 이동할 때 상기 상부 및 하부 요소 중 다른 하나에 대하여 밀봉하는 반경방향 시일(242)을 구비하며, 상기 피스톤은 상기 베어링 표면 중 대응하는 베어링 표면으로 이어져 있는 개구와, 상기 개구 둘레에서 상기 대응하는 베어링 표면에 대하여 밀봉되는 둘레부(234)를 구비하며, 상기 개구는 상기 밀봉된 둘레부 내 영역의 대부분을 점유하는 것인 베어링 구조물.
5. 제1항에 있어서, 상기 베어링 장치들은 링 내에 배치되고,

   상기 상부 베어링 부분과 하부 베어링 부분 사이에서, 상기 링 내에 배치된 하나 이상의 예비 베어링 장치를 포함하며, 이 예비 베어링 장치는 상기 상부 베어링 부분을 상기 하부 베어링 부분 상에서 지지하도록 서로 멀어지는 방향으로 편향되지 않는 상부 요소 및 하부 요소를 구비하여, 상기 상부 및 하부 베어링 부분 사이로 상기 예비 베어링 장치를 이동시킬 필요 없이 상기 베어링 장치들 중 하나를 대체할 수 있는 예비 베어링 장치를 형성하는 것인 베어링 구조물.
6. 선박 선체 구조물(212) 상에서 터릿 구조물(206)을 회전 가능하게 지지하는 베어링 구조물(32)로서, 상기 베어링 구조물은 상부 베어링 조립체(200)를 포함하며, 상기 선박 선체 구조물은 바다에 떠다니고, 풍향에 따라 이동 가능하고, 수직 개구(16)를 형성하며, 상기 터릿 구조물은 상기 개구 내에 배치되며, 상기 선박 선체 구조물은 상기 터릿 구조물로부터 해저로 연장되는 계류 장치(22)에 의해 계류되는 것인 베어링 구조물에 있어서,

   상기 상부 베어링 조립체는 서로 실질적으로 마주하는 링형 베어링 표면(232, 238)을 갖는 상부 및 하부 베어링 부분(204, 210)을 포함하며, 상부 베어링 부분은 상기 터릿 구조물에 연결되고, 하부 베어링 부분은 상기 선박 선체 구조물에 연결되며, 상기 구조물들 중 하나 이상은 상기 링형 베어링 표면의 내측 및 외측에 대략 수직한 내측 및 외측 트랙 벽(220, 222)을 형성하며,

   상기 상부 및 하부 베어링 표면 사이에서, 상기 내측 및 외측 트랙 벽 사이에는 복수의 개별적인 베어링 장치(202)가 배치되며, 각각의 베어링 장치는 상기 상부 및 하부 베어링 표면에 대하여 각각 맞닿게 놓이는 상부 및 하부 요소(224, 226)를 포함하며, 상기 상부 및 하부 요소 중 제1 요소(224)는 상기 베어링 표면 중 제1 베어링 표면에 대하여 가압하는 면(230)을 갖는 실린더를 형성하며, 상기 상부 및 하부 요소 중 제2 요소(226)는 상기 실린더 내에서 수직으로 이동 가능한 피스톤을 형성하며, 이 피스톤은 상기 베어링 표면 중 제2 베어링 표면에 대하여 맞닿게 놓이는 면 시일(236)을 구비하며, 상기 상부 및 하부 요소 중 하나는 상기 피스톤이 상하 방향으로 이동할 때 상기 피스톤을 상기 실린더에 대하여 밀봉하는 반경방향 시일(242)을 구비하며,

   상기 상부 및 하부 요소를 멀어지는 방향으로 편향시키도록 상기 상부 및 요소 사이에 가압 유체를 공급하는 수단(264)을 구비하는 것인 베어링 구조물.
7. 제6항에 있어서, 상기 각각의 피스톤은 평면도에서 볼 때 상기 면 시일 내 영역이 피스톤의 영역의 절반보다 큰 것인 베어링 구조물.
8. 상부 베어링 표면을 갖는 상부 베어링 부분을 구비하는 터릿을 하부 베어링 표면을 갖는 하부 베어링 부분을 구비하는 선체 상에 지지하는 터릿 지지 방법으로서,

   상기 상부 및 하부 베어링 표면은 서로 실질적으로 마주하며,

   상측 및 하측 단부를 각각 구비하며 하방으로 볼 때 미리 정해진 영역을 가지는 가압 오일 저장조(quantities)를 상기 베어링 표면 사이에 형성하는 단계와,

   각 저장조의 제1 단부의 상기 영역의 대부분을 제1의 베어링 표면에 대하여 직접적으로 압박하면서, 상기 제1 베어링 표면을 따라 활주할 수 있는 제1 요소에 의하여 상기 저장조의 제1 단부의 경계를 한정하는 단계와,

   각 저장조의 제2 단부를 상기 베어링 표면들 중 제2 베어링 표면에 고정하는 단계

   를 포함하는 터릿 지지 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2 단부를 고정하는 단계는 상기 제2 베어링 부분에 고정되는 제2 요소에 의하여 각 저장조의 상기 제2 단부를 한정하는 것을 포함하며, 상기 제2 요소는 상기 제1 요소 중 대응하는 것에 대하여 수직으로 활주할 수 있으면서, 상부 및 하부 요소 사이에 반경방향 시일을 제공하는 것인 터릿 지지 방법.
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