DNV-RP-N103: 해양 작업의 모델링 및 해석

권장 지침 DNV-RP-N103 의 개요

DNV가 발행하는 권장 실무 지침(RP)의 제목은 해양 작업의 모델링 및 해석입니다. 처음에는 DNV-RP-H103으로 시작해 2009년 4월 에 최초 발행되었고, 마지막으로 2014년 2월에 발행되었습니다. 이후 2017년 7월 에 DNVGL-RP-N103로 대체되었습니다. 이 개정에서는 문서 코드, 회사명과 참고 문헌이 바뀌었습니다. 2021년 DNV의 명칭 변경에 따라 DNV-RP-N103이 되었으며, 2021년 9월에 개정되었습니다. 검색 결과와 오래된 인양 계획에는 여전히 RP-H103이 인용되며, 이 페이지에서 다루는 방법은 두 문서에 모두 나옵니다.

DNV는 현행 판을 RP-N103 페이지에 게시합니다. 전문은 무료 Veracity 로그인과 유료 Explorer+ 구독이 필요한 DNV Rules and Standards Explorer에서 볼 수 있습니다. 목차와 첫 번째 절은 무료로 열람할 수 있고, DNV는 1회 14일 체험판을 제공합니다. 이전 DNV-RP-H103 판은 DNV의 이전 문서 보관소에서 무료 PDF로 제공되어 참고 자료로 사용할 수 있습니다. 프로젝트에는 해당 기준서에서 지정한 판을 적용합니다.

적용 범위

문서의 주요 절은 다음과 같습니다(제1절은 서론이며, 번호는 원문 기준).

1. 일반 해석 방법. 파랑과 파랑 스펙트럼, 대형 및 소형 구조물에 작용하는 파랑 하중.
2. 파랑 구역을 통과하는 인양, 일반. 수면을 통과하는 물체에 작용하는 하중, 유체동역학 계수, 계산 방법, 문풀을 통한 인양, 안정성.
3. 파랑 구역을 통과하는 인양, 간이 방법. 정적 중량, 유체동역학적 힘, 슬링 이완 기준, 용량 검토와 스냅 하중. 대부분의 스플래시 존 인양 검토는 이 부분에서 시작합니다.
4. 심해 하강. 케이블 힘, 하강 시스템의 고유 주기와 공진, 케이블 이완, 히브 보상과 섬유 로프.
5. 해저 착저와 회수. 착저 충격, 스커트 관입, 흡입 및 수평 조정에 의한 설치, 기초 구조물의 회수.
6. 예인. 수면 및 수중 예인.
7. 기상 기준과 작업 가능성. 예보 불확실성, 운용 가능성 및 기상 지속성 통계.
8. 인양 작업. 경량 및 중량물 인양, 크레인 선단 운동, 선박 간 연성 운동, 바지선 갑판에서 들어 올리기.

부록에는 일반적인 형상에 대한 부가 질량 및 항력 계수와 물리 상수가 실려 있습니다. 항력 계수 대부분은 정상류에 대한 값입니다. 파랑 구역에서는 진동류 값을 사용하며, 일반적으로 2~3배 높습니다. CFD나 모형 시험 결과가 없으면 일반적인 해저 구조물에 대해 C_D \ge 2.5 을 제시합니다. 해저 인양 에 관한 당사 글은 형상과 속도에 따라 항력과 부가 질량이 어떻게 달라지는지 보여 줍니다.

스플래시 존 인양을 위한 간이 방법

제4절은 전체 시뮬레이션 대신 몇 가지 대표값을 사용해 파랑 구역을 통과하며 하강하는 물체의 하중을 보수적으로 처음 추정합니다. 물체가 파장에 비해 작고, 공진 증폭 없이 크레인 선단을 따르며, 물체와 물 사이의 수직 상대 운동이 지배적이라고 가정합니다. 아래 절 번호는 이 권장 실무 지침의 번호입니다.

정적 중량(4.2). 공기 중 질량과 배수 체적으로 구한 수중 중량:

물체가 잠긴 뒤 내부에 물이 차는 경우 최소값과 최대값을 구합니다. 슬링 이완 검토에는 최소값을, 용량 검토에는 최대값을 사용합니다.

파랑 주기(4.3.2). 파랑 주기를 고려할 경우, 해석은 다음 범위의 영점 상향 통과 주기를 포함합니다:

설계 유의파고 H_s에 대해 적용합니다. 주기와 무관한 파랑 운동학을 사용하는 RP의 대안은 T_z \ge 10.6 \sqrt{H_s / g}인 경우에만 유효하며, 해석에는 두 방법 중 하나를 사용합니다.

상대 속도. 후크 하강 속도 v_c는 보통 0.5 m/s이며, 크레인 선단의 합성 속도 v_{ct} 와 물 입자 속도 v_w에 더합니다. 이 방법은 두 속도를 독립적인 것으로 취급합니다:

힘의 성분(4.3.5~4.3.8). 물체가 수면을 통과할 때 네 가지 힘이 작용합니다(그림 1). 수면에 부딪히는 부위에 작용하며 충돌 속도의 제곱에 따라 증가하는 슬래밍 힘, 상대 속도의 제곱에 따른 항력, 크레인 선단에 의해 가속되는 물체 질량과 부가 질량의 합 (M + A_{33})\, a_{ct}, 및 파랑에 의해 가속되는 배수량에 해당하는 물의 질량과 부가 질량의 합 (\rho V + A_{33})\, a_w을 결합한 질량력, 그리고 물체에 대한 수면의 상하 운동에 따라 달라지는 변동 부력 \rho g\, \delta V입니다.

슬래밍 힘과 항력은 동위상으로 작용하고, 질량력과 변동 부력은 180° 위상차로 작용하므로 다음과 같이 결합합니다(4.3.9):

물체에 작용하는 특성 총힘은 다음과 같습니다(4.4.2):

스풀처럼 슬링마다 하중이 다른 긴 물체는 이 방법보다 정교한 해석이 필요합니다.

슬링 이완과 스냅 하중

유체동역학적 힘이 물체를 위로 들어 올리는 힘이 자중에 의한 하향 힘보다 크면 슬링이 느슨해지고, 잠시 뒤 다시 팽팽해지면서 충격을 받습니다. 간이 방법에서는 슬링 이완 기준(4.4.3)을 적용해 이를 방지합니다:

이는 최소 정적 중량과 상향 유체동역학적 힘으로 검토하는 슬링 이완 시작점에 대한 10 % 여유입니다. 인양의 기상 기준은 이 조건을 만족하도록 정합니다.

스냅 하중을 피할 수 없는 경우, RP는 식(4.7)에 따라 스냅 시 속도와 인양 시스템의 강성 K 및 물체 질량과 그 히브 방향 부가 질량을 이용해 하중 크기를 구합니다:

총힘은 F_{\text{static}} + F_{\text{snap}}. 같은 식은 움직이는 갑판에서 물체를 들어 올릴 때의 스냅 하중에도 적용됩니다.

용량 검토(4.4.4)에서는 최대 정적 중량을 사용한 두 총힘 중 더 큰 값, 즉 F_{\text{static,max}} + F_{\text{hyd}} 또는 F_{\text{static,max}} + F_{\text{snap}}을 택하고, 이를 인양 표준에 사용할 공기 중 중량 기준 계수로 변환합니다:

당사의 동적 증폭 계수 글은 스냅 하중과 DAF를 더 자세히 설명합니다.

히브 보상 장치가 반영되는 위치

간이 방법에서 히브 보상 장치는 한 곳에 반영됩니다. 인양 강성에 포함되는 낮은 강성의 스프링입니다 K (4.3.3.4). 이에 따라 스냅 하중이 줄어듭니다. 강성이 낮아지면 인양 시스템의 고유 주기도 길어집니다:

여기서 m L 은 인양 와이어의 질량이고 \theta 는 그 영향을 나타내는 계수입니다. 따라서 RP는 공진 위험을 검토할 때도 보상 장치를 같은 방식으로 포함합니다. 공진 증폭 자체는 간이 방법의 범위 밖이며, 이 방법은 보상 장치에 의한 물체 운동 감소도 반영하지 않습니다. 둘 다 시간 영역 해석이 필요합니다.

RP는 제한 조건도 제시합니다(4.7.7). 수동 보상 장치의 스트로크가 끝나서는 안 됩니다. 스트로크가 끝나면 피크 하중이 매우 커지고 인양 시스템이 파손될 수 있기 때문입니다. 각 하중 사례에서 사용 가능한 스트로크를 검토할 때는 정적 중량이 공기 중에서 수중으로 바뀌며 이동하는 평형점, 회수 시 갇힌 물, 해당되는 경우 피스톤에 작용하는 수압을 고려합니다.

간이 방법을 넘어서는 해석

간이 방법에서 스냅 하중 위험이 나타나거나, 물체가 파랑에 비해 크거나, 인양 조건이 공진에 가까우면 RP는 더 정확한 방법(제3절)을 제시합니다. 규칙 설계파 접근법, 불규칙파 시간 영역 해석, 국부 유동에 대한 CFD가 이에 해당합니다. 시간 영역 모델은 와이어, 리깅 및 보상 장치를 포함해 전체 인양 과정을 추적하고 장력, 운동, 스트로크를 시계열로 산출합니다. 보상 장치에 의한 물체 운동 감소를 반영할 수 있는 것도 이 단계이며, CONSTELLATION이 수행하는 작업입니다.

문서 RP-N103 의 보상 장치 용량 산정 활용

해석에서 하중과 운동을 구하고, 이를 바탕으로 보상 장치의 용량을 정합니다:

RP 자체는 제5.4절에서 수동 히브 보상 장치를 크레인 선단의 와이어 위에 있는 스프링 및 댐퍼로 모델링하고, 효율 e = 1 – |G(\omega)|로 성능을 평가합니다. 여기서 G(\omega) 은 보상 장치 상단 운동에 대한 물체 운동의 비입니다. DNV-RP-N202은 DNV의 히브 보상 시스템 권장 실무 지침(발행 판 2024-06)이며, 프로젝트에서 지정한 경우 보상 장치 자체에 적용합니다. 당사의 수동 히브 보상 글은 스트로크와 가스 체적이 응답을 어떻게 결정하는지 보여 줍니다.