KR20120138041A - 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽에 관한 것으로, 그 목적은 문풀 내에 설치되는 섭동제어데크와 선수측 벽면을 형성하는 블록에 형성된 인입형 유동안정화부 그리고 문풀의 선미측 벽면의 하단부에 형성된 경사부의 복합적인 조합을 통해 문풀에서 발생되는 유동 교란을 저감시켜 문풀로 인해 발생되는 저항을 저감시킬 수 있도록 한 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명의 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽은 문풀의 선수측 벽면을 형성하는 블록의 저면 일부분을 선체 상부쪽으로 인입가공하여 형성된 인입형 유동안정화부; 상기 선미측 벽면의 하단부를 선미측을 향해 하향 경사지게 가공하여 형성된 경사부; 및 상기 선미측 벽면으로부터 돌출되게 형성되어 문풀 내의 해수 유동을 억제하는 섭동제어데크를 구비하는 것으로 구성된다.

Description

복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽{Drillship with combining form of moonpool structure considering additional resistance control}

본 발명은 문풀 내에 설치되는 섭동제어데크와 문풀의 저부에 형성되는 경사부 및 인입형 유동안정부의 복합적인 조합을 통해 문풀로 인해 발생되는 부가저항을 보다 효과적으로 제어 할 수 있도록 한 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽에 관한 것이다.

드릴쉽의 구조를 살펴보면 시추작업을 위한 파이프를 해저면으로 내려 보내기 위해 선체 중심부에는 선체를 수직으로 관통하는 문풀(moonpool)이 형성되어 있다.

한편 상기 문풀 내부에는 흘수와 같은 높이의 자유 수면이 존재하게 되며, 선박의 운항 시 문풀 내부에는 유동과 더불어 일정한 주기를 갖는 상하 유동이 발생하는 현상이 나타나게 된다. 또한 일정 속도 이상에서는 문풀의 자유 수면이 파랑으로 발전하게 되고, 나아가서는 쇄파까지도 일어나게 된다. 이렇게 발생된 문풀 내부의 파랑은 문풀의 후단벽면을 치기도 하는데 이러한 현상들은 일종의 부가저항으로써 선체 자체에 걸리는 정수 중 저항을 증가시키는 결과를 나타내게 된다.

상기와 같은 문풀 내의 유동 교란에 의해 야기되는 저항 성능 저하를 개선하기 위해 종래에는 도 1과 같이 문풀(50)의 선수부 모서리에 해저방향으로 경사지게 돌출된 경사돌출부(20)를 설치하여 경사돌출부의 끝에서 발생하는 와류(Vortex)를 제어하고, 문풀(50)을 지나는 외부 유동(S20)의 박리각도(θ)를 조절하고자 하였다.

하지만 상기와 같은 유동 교란 저감구조는 작업단(3)에 부가 형성된 경사돌출부(20)가 드릴쉽의 선저 바닥면보다 하부 해저방향으로 돌출되어 선박 건조 시 수심에 의한 제약을 받을 수 있다는 문제점과, 또한 박리 각도를 일정하게 유지하면서 성능 개선을 추구할 경우 경사돌출부(20)가 지나치게 커지게 된다는 문제점과, 또한 경사돌출부(20)의 높이를 일정하게 유지하면서 성능 개선을 추구할 경우 박리 각도가 증가되어 드릴쉽에 작용하는 저항의 평균값이 증가한다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 종래 기술로 도 2와 같이 문풀(50)의 작업단(3)에 인입형 유동안정화부(30)를 형성한 드릴쉽이 연구되고 있다. 도시된 바와 같이 작업단에 형성된 인입형 유동안정화부는 크게 유동유입부(31), 유동평형부(32), 유동박리부(33)로 구성된다. 유동유입부의 경우 드릴쉽의 선수로부터 선저를 따라 흐르는 유동이 인입형 유동안정화부로 유동 박리나 재순환없이 유입되게 하는 역할을 하며, 유동평형부의 경우 상기 유동유입부를 통해 들어온 유동에서 발생한 압력 구배나 속도 구배를 제어하는 역할을 하며, 유동박리부의 경우 문풀 내로 유입되는 유선과 와류의 발생을 제어하는 역할을 한다. 인입형 유동안정화부의 기하학적 특성상 유동박리부의 효과는 유동평형부와 유동유입부를 지나는 유동 특성(압력 구배, 속도 구배, 난류 운동에너지 등)에 의해 영향을 받게 되며, 유동박리부가 가장 효과적으로 유선 박리 및 와류 발생을 제어하도록 유동평형부와 유동유입부의 형상을 설계한다. 그러나 선저를 따라 흐르는 유동의 모멘텀이 높아질 경우 유동유입부 및 유동평형부의 형상 변경만으로 유동박리부로 유입되는 유동 특성을 제어하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 문풀 내에 설치되는 섭동제어데크와 선수측 벽면을 형성하는 블록에 형성된 인입형 유동안정화부 그리고 문풀의 선미측 벽면의 하단부에 형성된 경사부의 복합적인 조합을 통해 문풀에서 발생되는 유동 교란을 저감시켜 문풀로 인해 발생되는 저항을 저감시킬 수 있도록 한 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽은 문풀의 선수측 벽면을 형성하는 블록의 저면 일부분을 선체 상부쪽으로 인입가공하여 형성된 인입형 유동안정화부; 상기 선미측 벽면의 하단부를 선미측을 향해 하향 경사지게 가공하여 형성된 경사부; 및 상기 선미측 벽면으로부터 돌출되게 형성되어 문풀 내의 해수 유동을 억제하는 섭동제어데크를 구비하여 문풀 내의 유동 교란을 저감시킨 것을 특징으로 한다.

한편 상기 섭동제어데크는 문풀의 좌우측 벽면에 연결된 양끝단부 영역이 나머지 중앙부 영역에 비하여 선미측 벽면으로부터 보다 더 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다.

이때 상기 양끝단부 영역의 내측면은 문풀의 좌우측 벽면으로부터 중앙부 영역에 근접할수록 돌출길이가 감소하게 선미측 벽면을 향하여 경사지게 연장된 구조로 형성될 수 있다.

또한 상기 양끝단부 영역의 내측면은 문풀의 좌우측 벽면으로부터 중앙부 영역에 근접할수록 돌출길이가 감소하게 원호를 그리며 연장되게 형성될 수 있다.

한편 상기 섭동제어데크의 내측면에는 충격흡수용 코팅층이 더 형성될 수 있다.

한편 상기 섭동제어데크는 다수 개로 구성되며, 상기 다수 개의 섭동제어데크들은 수직방향으로 상호 이격되도록 선미측 벽면에 설치될 수 있다.

이때 상기 다수 개의 섭동제어데크들은 하부에 위치할수록 돌출길이가 짧게 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 인입형 유동안정화부와 경사부가 해수의 적절한 유동을 유도하여 문의 안으로 유입되는 해수의 유동을 저감시킴으로서 문풀 내 자유 수면을 안정화시키고, 더불어 섭동제어테크가 문풀의 내부로 유입되는 해수의 유동을 억제하여 문풀 내 자유 수면을 보다 효과적으로 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 한 실시예에 따른 드릴쉽에 설치된 돌출형 유동안정화 장치의 형상을 보인 측면도,
도 2 는 종래의 다른 실시예에 따른 드릴쉽에 설치된 인입형 유동안정화부의 형상을 보인 측면도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드릴쉽의 문풀 구조를 나타낸 측면도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드릴쉽의 문풀 구조를 나타낸 평면도,
도 5 는 본 발명에 따른 섭동제어데크의 도 다른 구조를 나타낸 평면도.
도 6 은 본 발명에 따른 섭동제어데크가 다수 개로 구성되어 문풀 내에 설치된 상태를 나타낸 측면도,
도 7 은 본 발명에 따른 복합형 문풀 저항 감소 구조가 구비된 문풀 주변의 해수 유동 상태를 나타낸 측면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드릴쉽의 문풀 구조를 나타낸 측면도를, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드릴쉽의 문풀 구조를 나타낸 평면도를, 도 5는 본 발명에 따른 섭동제어데크의 도 다른 구조를 나타낸 평면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 드릴쉽은 문풀(100) 내의 자유 수면을 안정화시켜 문풀(100)로 인해 선박의 저항 특성이 저하되는 것을 저감시킬 수 있도록 한 것으로, 인입형 유동안정화부(110)와 경사부(120) 및 섭동제어데크(130)가 문풀(100)의 주변에 복합적으로 구성된 것으로 이루어져 있다.

상기 인입형 유동안정화부(110)는 문풀(100)의 선수측 벽면(100a)을 구성하는 블록(140)의 저면 일부분을 선체 상부쪽로 인입되게 형성한 것으로 구성된다. 한편 도 3에는 시추용 장비의 탑재 및 작업의 편의성을 위해 문풀(100)의 선수측에 마련된 작업단의 저면에 인입형 유동안정화부(110)가 형성된 구조가 도시되어 있다.

한편 상기 인입형 유동안정화부(110)는 소정 폭을 갖으며 문풀(100)의 선수측 벽면(100a)의 하단부로부터 선수측을 향하여 소정 길이 연장된 구조로 형성된다. 이때 인입형 유동안정화부(110)의 폭 및 길이는 선박의 크기나 문풀의 크기에 따라 결정될 수 있다.

이와 같은 인입형 유동안정화부(110)는 선수측 단부(110a)로부터 선미측을 향해 완만한 곡선면이나 경사면을 형성하면서 블록(140) 내부로 연장된 뒤, 다시 완만한 곡선면이나 경사면을 형성하면서 선수측 벽면(100a)의 하단부로 연장되는 구조를 갖도록 형성되며, 비록 도면상에는 도시되지 않았으나 중앙부에 수평구간이 더 구비될 수도 있다.

상기와 같은 인입형 유동안정화부(110)는 선박 운항 시, 블록(140)의 하부에서 해수의 유동이 S100(도 7에 도시됨)과 같은 흐름을 형성하면서 문풀(100)로부터 멀어지게 되므로, 해수의 유동이 문풀(100)의 내부로 유입되는 것을 방지하게 된다.

상기 경사부(120)는 문풀(100)의 선미측 벽면(100b)의 하단부에서 형성되어 인입형 유동안정화부(110)에 의해 형성된 해수 유동이 선미측 벽면(100b)을 통해 문풀(100)의 내부로 유입되는 것을 저감시키는 것이다.

이러한 경사부(120)는 선미측 벽면(100b)의 하단부를 선미측을 향하여 하향 경사진 구조로 가공한 것으로 구성되어 S100과 같은 해수 유동이 경사부(120)에 부딪칠 경우, 해수가 문풀(100)의 내부로 유입되지 않고 그대로 선미측을 향해 유동하도록 유도하게 된다.

상기와 같이 인입형 유동안정화부(110)와 경사부(120)를 이용하여 문풀(100)의 내부로 유입되는 해수 유동을 억제하여 문풀(100) 내 자유 수면을 비교적 안정된 상태로 유지시킬 수 있으나, 일부 해수는 문풀(100)의 내부로 유입되어 문풀(100) 내 유동 교란을 발생시키게 된다.

상기 섭동제어데크(130)는 문풀(100) 내로 유입되는 해수의 유동을 억제하여 문풀(100) 내 유동 교란의 발생을 억제하는 것으로, 선미측 벽면(100b)으로부터 선수측을 향하여 돌출된 구조로 형성된다. 이러한 섭동제어데크(130)는 수평하게 연장되도록 형성될 수도 있고, 상부 또는 하부를 향하여 소정 각도 기울어진 채로 연장되게 형성될 수도 있다.

한편 상기 섭동제어데크(130)는 문풀(100)의 좌우측 벽면(100c,100d)에 연결되는 양끝단부 영역(131)이 나머지 중앙부 영역(132)에 비하여 선미측 벽면(100b)으로부터 보다 더 돌출된 구조로 형성되어 있다. 이는 선미측 벽면(100b)을 타고 유입되는 해수의 유동은 좌우측 벽면(100c,100d)으로 분산되어 문풀(100)의 중앙부로 유입되는 해수 유동량은 상대적으로 적으며, 또한 시추장비에 설치되고 문풀(100)을 통해 해저로 연장되는 드릴파이프의 흔들림에 의해 드릴파이프와 섭동제어데크(130)의 충돌이 발생될 수 있으나, 상기와 같이 해수 유동 제어에 효과적인 양끝단부 영역(131)의 돌출길이(L1)는 증가시키고 중앙부 영역(132)의 돌출길이(L2)는 감소시킴으로써 섭동제어데크(130)로 인한 불필요한 중량증가를 방지하고, 해수 유동억제를 위한 충분한 면적을 확보하면서도 드릴파이프와 섭동제어데크(130)의 충돌을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같은 섭동제어데크(130)의 양끝단부 영역(131)은 일정한 돌출길이를 갖는 사각형의 평면구조로 형성될 수도 있으나, 양끝단부 영역(131)의 내측면(131a)이 문풀(100)의 좌우측 벽면(100c,100d)으로부터 중앙부 영역(132)에 근접할수록 돌출길이가 감소하게 선미측 벽면(100b)을 향하여 경사지게 연장되게 형성되거나(도 4 참조), 또는 양끝단부 영역(131)의 내측면(131a)이 문풀(100)의 좌우측 벽면(100c,100d)으로부터 중앙부 영역(132)에 근접할수록 돌출길이가 감소하게 원호를 그리며 연장되게 형성됨으로써 중량이나 충돌방지 측면에서 보다 효과적인 섭동제어데크(130)의 구성이 가능하게 된다(도 5 참조).

또한 상기 섭동제어데크(130)에는 드릴파이프나 기타 시추장비와의 충돌 시 충격의 완화를 위한 충격흡수용 코팅층(133)이 더 형성될 수 있으며, 이러한 충격흡수용 코팅층(133)은 섭동제어데크(130)의 내측면에 고무와 같은 탄성재를 부착하거나 또는 우레탄 코팅층을 형성하는 것으로 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 섭동제어데크가 다수 개로 구성되어 문풀 내에 설치된 상태를 나타낸 측면도를 도시하고 있다.

또한 상기 섭동제어데크(130)는 다수 개로 구성될 수 있으며, 다수 개의 섭동제어데크(130)들은 수직방향으로 상호 이격된 구조로 선미측 벽면(100b)에 설치된다.

이와 같이 수직방향으로 상호 이격되게 설치되는 다수 개의 섭동제어데크(130)들은 동일한 돌출길이를 갖도록 구성될 수도 있으나, 가장 상단부에 위치한 섭동제어데크(130)의 돌출길이가 가장 길고 하부로 갈수록 돌출길이가 점차적으로 감소하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는 문풀(100)의 하부에서 유입되는 해수의 유동을 돌출길이가 서로 다른 섭동제어데크(130)들이 순차적으로 억제하고, 더불어 최하단부에 위치한 섭동제어데크(130)와 드릴파이프 사이에 충분한 공간을 확보하여 드릴파이프의 충분한 유동공간을 확보할 수 있기 때문이다.

도 7은 본 발명에 따른 복합형 문풀 저항 감소 구조가 구비된 문풀 주변의 해수 유동 상태를 나타낸 측면도이다.

상기와 같은 구조의 인입형 유동안정화부(110)와 경사부(120) 및 섭동제어데크(130)를 구비하는 드릴쉽은 운항 시, 선수측으로부터 문풀(100)을 향해 유동하는 해수가 인입형 유동안정화부(110)의 내부로 유입되어 S100과 같은 흐름을 형성하면서 문풀(100)로부터 멀어지게 되므로 해수의 유동이 문풀(100)로 유입되는 것을 감소시키게 되고, 선미측 벽면(100b)을 향해 유동하는 해수 중 일부는 경사부(120)에 의해 유도되어 선미측을 향해 그대로 유동하게 되며, 선미측 벽면(100b)을 향해 유동하는 해수 중 나머지 해수의 유동(S110)은 선미측 벽면(100b)에 형성된 섭동제어데크(130)에 의해 차단됨으로써 문풀(100) 내의 유동이 교란되지 않고 안정된 상태를 유지하여 문풀(100)에 의하여 선박의 저항 특성이 저하되는 것을 효과적으로 저감시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(100) : 문풀 (110) : 인입형 유동안정화부
(120) : 경사부 (130) : 섭동제어데크
(131) : 양끝단부 영역 (132) : 중앙부 영역
(133) : 충격흡수용 코팅층 (140) : 블록

Claims (7)

1. 문풀(100)의 선수측 벽면(100a)을 형성하는 블록(140)의 저면 일부분을 선체 상부쪽으로 인입가공하여 형성된 인입형 유동안정화부(110);
   상기 선미측 벽면(100b)의 하단부를 선미측을 향해 하향 경사지게 가공하여 형성된 경사부(120); 및
   상기 선미측 벽면(100b)으로부터 돌출되게 형성되어 문풀(100) 내의 해수 유동을 억제하는 섭동제어데크(130)를 구비하여 문풀(100) 내의 유동 교란을 저감시킨 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 섭동제어데크(130)는 문풀(100)의 좌우측 벽면(100c,100d)에 연결된 양끝단부 영역(131)이 나머지 중앙부 영역(132)에 비하여 선미측 벽면(100b)으로부터 보다 더 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 양끝단부 영역(131)의 내측면(131a)은 문풀(100)의 좌우측 벽면(100c,100d)으로부터 중앙부 영역(132)에 근접할수록 돌출길이가 감소하게 선미측 벽면(100b)을 향하여 경사지게 연장된 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 양끝단부 영역(131)의 내측면(131a)은 문풀(100)의 좌우측 벽면(100c,100d)으로부터 중앙부 영역(132)에 근접할수록 돌출길이가 감소하게 원호를 그리며 연장된 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 섭동제어데크(130)의 내측면(131a)에는 충격흡수용 코팅층(133)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 섭동제어데크(130)는 다수 개로 구성되며,
   상기 다수 개의 섭동제어데크(130)들은 수직방향으로 상호 이격되도록 선미측 벽면(100b)에 설치된 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 다수 개의 섭동제어데크(130)들은 하부에 위치할수록 돌출길이가 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 복합형 문풀 저항 저감 구조를 갖는 드릴쉽.

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