KR100450038B1 - 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치에 관한 것으로, 특히 해상에서 작업을 하거나 항해하는 부유식 해양구조물과 선박의 횡동요를 효과적으로 억제함으로써 승선감과 작업성능을 향상시키고 나아가 운항안전성과 작업안전성을을 도모함에 있다. 본 발명의 구성을 좀더 구체적으로 설명하면 상부는 챔버 구멍(11)과 콘트롤 밸브(13)가 구비되어 개폐가 조절되고, 하부는 개방되어 개방면(12)이 구비된 챔버부(10)가 선체 외부에 설치되는 횡요 감쇠장치에 있어서,

상면 중앙에 밸브축(13-1)이 구비된 밸브(13)가 내재된 챔버 구멍(11)과, 그 외측에서 상기 밸브축(13-1)과 연결되는 구동모터(14)와, 선체 내부에서 상기 구동모터(14)를 제어하는 제어기(15) 및 운동계측센서(16)와, 선체와 탈착되기 위하여 상면 내측에 고정공(17-1)이 구비된 다수의 돌출체(17)와, 하면 내측에 돌출편(18)이 형성된 챔버부(10);

상부는 상기 챔버부(10)의 상면 일측에 접하기 위하여 하면이 선체와 수직으로 형성된 힌지용 브라켓(21)과, 힌지(21-1)에 의해 일측이 상기 브라켓(21)과 연결되고 타측은 구멍(22-1)이 형성되어 고정볼트(23)에 의해 고정되는 "ㄱ"형 고정편(22)과, 하부는 상기 돌출편(18)을 수용하기 위한 수용함체(24)가 설치되는 선체 고정부(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치{Anti-Rolling Device by Using Removable Pneumatic Chamber}

본 발명은 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치에 관한 것으로, 특히 해상에서 작업을 하거나 항해하는 부유식 해양구조물과 선박의 횡동요를 효과적으로 억제함으로써 승선감과 작업성능을 향상시키고 나아가 운항안전성과 작업안전성을 도모함에 있다. 특히 횡동요 저감장치의 작동효과가 선속의 유무, 내부 장착시와 외부 부착시에 관계없이 그 차이가 없도록 하여 기존의 횡동요 저감장치와 달리 외부 부착이 가능하게 함으로써 기존의 선박 및 구조물에도 탈착이 용이하게 하여 다양한 용도와 목적에 사용될 수 있도록 하기에 적당하도록 밑이 개방된 공기챔버를 선박의 양현에 장치하고 공기챔버의 지붕(위 뚜껑)은 밸브 제어에 의해 구멍(orifice)을 조절할 수 있도록 하여 저항증가를 최소화시키는 공기챔버를 이용한 다목적 횡요감쇠장치에 관한 것이다.

일반적으로 해상을 항해하거나 해상작업을 위한 선박, 부유식 해상구조물은 파도로 인한 동요를 하게 되며 이러한 선박의 동요는 승객, 작업자의 승선감과 작업성능을 떨어뜨릴 뿐 아니라 심한 경우 전복에 이르는 경우도 있다. 선박의 동요는 그 움직임의 양상에 따라 선박의 길이 방향의 운동인 전후 동요(surging), 폭방향의 운동인 좌우동요(swaying), 상하방향의 운동인 상하동요(heaving)와 전후, 좌우, 상하동요 운동방향 축에 대한 회전운동인 횡동요(rolling), 종동요(pitching), 선수동요(yawing)등 6자유도운동의 조합으로 나타난다. 그 중에서도 횡동요는 해상파 주기와의 공진이 자주 발생하고 공진시의 그 응답이 매우 큰 특성을 가지고 있어 횡동요 저감장치가 많이 제안되었다.

대표적인 횡동요 저감장치는 빌지키일(bilge keel), 횡요감쇠 탱크(anti-rolling tank)와 안정핀 장치(fin-stabilizer)를 들 수 있다. 빌지 키일은 선체 빌지(bilge)에 길이방향으로 좁고 긴 판(plate)을 부착하여 횡동요시 빌지 키일(bilge keel)에서 와류를 발생시켜 횡동요 감쇠력(damping force)을 증가시킴으로써 공진시 횡동요 응답을 감소시켜 준다. 이 방법은 가장 저렴하고 설치가 용이하나 그 효과는 가장 낮다. 횡동요 감쇠 탱크(anti-rolling tank)는 U자형 튜브구조를 선체 내부(주로 중앙부)에 설치하고 튜브 구조 속에 액체(물)을 채워 U자형 튜브내 액체유동 공진을 유발하여 횡동요의 공진점을 이동시키고 아울러 횡동요 운동감쇠력을 발생시켜 횡동요 공진시의 응답을 낮춰주는 장치이다. 이 장치는 우선 설치 공간을 많이 차지하고 횡동요 주기가 짧을 때는 효율이 좋지 않으며 경우에 따라 오히려 동요가 증폭될 수 있다. 안정핀 장치(Fin-stabilizer)는 선체의 양현 빌지(bilge) 근처에 날개를 달고 횡동요의 각도와 회전율, 가속도를 측정하여 날개의 각도를 능동제어함으로써 부가적인 감쇠력, 복원력을 발생시켜 횡동요 응답수준을 대폭 감소시킬 수 있다. 그러나, 안정핀 장치(Fin-stabilizer)는 가장 효과가 좋은 것으로 알려 있으나 선속이 10-15노트 이상인 경우에만 효과적이며 가장 고가이고 작동을 위한 추가 동력이 필요하다는 문제점이 있다.

또한, '배의 로링방지방치'라는 명칭으로 국내 공개실용신안공보 제1999-36638호(출원번호 제1998-2572호: 1998.02.23)가 있으나, 이는 도 1에 나타난 바와 같이, 선체 외부에 셀(2)을 설치하고 각 셀에 장치한 콘트롤 밸브(1)와 각 셀로 공급하는 압축공기 파이프(6)로 구성된 것을 특징으로 하는 장치이나, 탈착식이 아닌 고정식으로 설치되어 횡요 감쇠효과가 적을 때에는 저항을 크게 증가시키게 되고 셀(2)이 곡선 형상이므로 선박 건조의 곤란과 제조원가 상승의 원인이 되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 밑이 개방된 공기챔버를 각각 원통 또는 유선형 단면으로 하여 선박의 양현에 장치하고 공기챔버 지붕(위 뚜껑)의 공기 유통량은 간단한 밸브 조작을 통해 구멍(orifice)의 크기를 조절할 수 있도록함과 동시에 공기챔버를 탈착식으로하여 설치가 매우 용이하고, 역학적으로는 공기챔버내의 공기의 압축성질과 구멍(orifice)을 통과하는 공기유동에 의한 감쇠력을 이용한 것이므로 선박의 정지시나 항해시 그 효과를 극대화 할 수 있는 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치를 제공하는 데 있다..

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치는, 상부는 챔버 구멍과 콘트롤 밸브가 구비되어 개폐가 조절되고, 하부는 개방되어 개방면이 구비된 챔버부가 선체 외부에 설치되는 횡요 감쇠장치에 있어서, 상면 중앙에 밸브축과 연결되며 수평되게 설치된 밸브를 내재한 챔버 구멍과, 그 외측에서 상기 밸브축과 연결되는 구동모터와, 선체 내부에서 상기 구동모터를 제어하는 제어기 및 운동계측센서와, 선체와 탈착되기 위하여 상면 내측에 고정공이 구비된 다수의 돌출체와, 하면 내측에 돌출편이 형성된 챔버부; 상부는 상기 챔버부의 상면 일측에 접하기 위하여 하면이 선체와 수직으로 형성된 힌지용 브라켓과, 힌지에 의해 일측이 상기 브라켓과 연결되고 타측은 구멍이 형성되어 고정볼트에 의해 고정되는 "ㄱ"형 고정편과, 하부는 상기 돌출편을 수용하기 위한 수용함체가 설치되는 선체 고정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 종래기술에 의한 장치를 설치한 선체의 정단면도이고,

도 2는 본 발명의 장치를 설치한 선체의 전체 사시도 및 상세도이며,

도 3은 본 발명의 장치를 선체에 설치하는 구조의 사시도이고,

도 4는 챔버 구멍의 크기 변화에 따른 성능의 변화를 나타내는 도표이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 챔버부 11 : 챔버구멍

12 : 개방면 13 :(콘트롤)밸브

13-1 : 밸브축 14 : (구동)모터

15 : 제어기 16 : 운동계측센서

17 : (상면)돌출체 17-1 : 고정공

18 : (하면)돌출편 20 : (선체)고정부

21 : 브라켓 21-1 : 힌지

22 : "ㄱ"형 고정편 22-1 : 구멍

23 : 고정볼트 24 : 수용함체

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명, 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치 의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

이에 도시된 바와 같이, 도 1은 앞에서 설명한 종래기술에 관한 선체의 정단면도이고, 도 2는 본 발명의 장치를 설치한 선체의 전체 사시도 및 상세도이며, 도 3은 본 발명의 장치를 선체에 설치하는 구조의 사시도이고, 도 4는 챔버 구멍의 크기 변화에 따른 성능의 변화를 나타내는 도표이다.

도 2는 선체 고정부(20)가 설치된 선체 외판에 다수의 챔버부(10)를 장착한 선체의 사시도와 상기 챔버부(10)와 챔버구멍(11) 등을 상세하게 보여주는 도면으로서, 상기 각 챔버부(10)의 챔버구멍(11) 내부에는 챔버 내부의 에어(공기)를 제어하는 콘트롤 밸브(13)가 밸브축(13-1)을 구비하며 수평되게 설치되고, 상기 밸브축(13-1)은 선체에 설치된 운동계측센서(16) 및 제어기(15)에 의해 제어되는 구동 모터(14)와 연결되기 위하여 챔버구멍(11) 외부로 돌출되어 있다. 따라서 선체의 횡요를 감지한 센서(16)가 제어기(15)에 감지 자료를 보내면 모터(14)가 각각의 콘트롤 밸브(13)의 각도를 조절하게 되는 것이다. 그리고 상기 챔버부(10)는 선체와 탈착되기 위하여 선체 방향 내측 상면에 고정공(17-1)이 구비된 다수의 돌출체(17)가 선체에 부착된 "ㄱ"형 고정편(22) 및 고정볼트(23)에 의해 고정되게 형성되어 있으며 하면 내측에도 돌출편(18)이 선체에 부착된 수용함체(24)에 삽입되기 위하여 다수 형성되어 있다.

이하, 도 3에 대하여 설명하면 도 3은 본 발명의 챔버부를 선체에 설치하는 구조의 사시도로서, 선체 고정부(20)는 위에서 설명한 바와 같이 "ㄱ"형 고정편(22)이 선체에 부착된 힌지용 브라켓(21)과 힌지(21-1)에 의해 연결되는데 상기 브라켓(21)의 하면은 선체와 수직으로 형성되어 상기 돌출체(17)의 상면과 밀착되며 고정되게 하기 위한 것이다. 그리고, 고정볼트(23)가 "ㄱ"형 고정편(22) 타측의 구멍(22-1)과 돌출체(17)의 고정공(17-1)을 관통하며 챔버부(10)를 선체에 고정시킨다. 상기 고정볼트(23)는 선체의 진동 및 챔버부(10)의 요동에 따른 돌출체(17)의 이탈을 방지하기 위하여 와셔(23-1)를 삽입한다.

또한, 선체에 부착된 힌지용 브라켓(21)의 아래에는 상기 챔버부(10)의 길이에 맞추어 선체 하부에 수용함체(24)가 설치되는데 이는 챔버부(10)의 돌출편(18)을 삽입.수용하기 위한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치의

작동원리는 횡동요로 인한 수면의 상승을 공기챔버 내의 공기의 압축성질을 이용하여 억제하는 복원력 향상 작용과 압축된 공기가 작은 구멍(orifice)를 통과하면서 잃게 되는 운동에너지의 소산작용을 횡동요의 감쇠력으로 이용하는 것이다. 정해진크기의 공기챔버의 횡동요 저감성능은 대상 구조물의 크기, 횡동요 주기, 해상상태에 따라 작은 구멍(orifice)의 크기를 간단한 밸브조작에 의해 최적화 시킬 수 있다

도 4는 공기챔버 구멍(orifice)의 크기를 변화시킴에 따라 그 성능이 달라지는 것을 보여준다. (가)는 개방비(챔버의 개방면에 대한 챔버 구멍의 면적)를 0.00073(0.073%)로 한 경우이고 (나), (다), (라)는 상기 개방비를 각각 0.00165, 0.00294, 0.00661로 한 경우이다. 여기서 (나)와 (다)는 다른 경우에 비해 감쇠효과가 우수한 것이 뚜렷하게 나타나며, 이 두가지 경우 중에서 (다)는 (나)에 비해 시간이 지나면서 진폭의 감소가 빠르게 나타나는 것을 보여주고 있으며, 이는 공기챔버 구멍 크기를 적절하게 함으로써 공기챔버 효과를 극대화 할 수 있음을 보여준다. 또한, 공기챔버에 대한 강제 동요 실험을 동요주파수를 변화시키면서 주파수별 최적 구멍 크기를 찾아내고 구멍 크기를 밸브를 통해 제어함으로써 운동의 주기에 따라 최적의 성능을 발휘할 수 있음을 나타낸다. 따라서 단지 공기구멍의 크기만을 제어함으로써 최적의 감쇠효율을 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 의한 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치는 외부 부착형 이기 때문에 공기챔버의 부착 위치 최적화가 가능하며, 새로건조되는 선박(구조물)뿐만 아니라 현재 운항중인 선박의 내항성능 향상에도 널리 쓰일 수 있다. 또한, 본 발명은 선체 내부에도 설치가 가능하지만 기본적으로 외부에 탈착이 가능하므로 설치가 매우 용이하고 역학적으로 공기챔버내의 공기의 압축성질과 챔버구멍을 통과하는 공기유동에 의한 감쇠력을 이용한 것이므로 선박의 정지시나 항해시 그 효과가 확실하며 아주 간단한 밸브 조작을 통해 챔버구멍의 크기를 조절함으로써 그 효과를 극대화 할 수 있다.

Claims (3)

1. 상부는 챔버 구멍(11)과 콘트롤 밸브(13)가 구비되어 개폐가 조절되고, 하부는 개방되어 개방면(12)이 구비된 챔버부(10)가 선체 외부에 설치되는 횡요 감쇠장치에 있어서,

   상면 중앙에 밸브축(13-1)과 연결되며 수평되게 설치된 밸브(13)를 내재한 챔버 구멍(11)과, 그 외측에서 상기 밸브축(13-1)과 연결되는 구동모터(14)와, 선체 내부에서 상기 구동모터(14)를 제어하는 제어기(15) 및 운동계측센서(16)와, 선체와 탈착되기 위하여 상면 내측에 고정공(17-1)이 구비된 다수의 돌출체(17)와, 하면 내측에 돌출편(18)이 형성된 챔버부(10);

   상부는 상기 챔버부(10)의 상면 일측에 접하기 위하여 하면이 선체와 수직으로 형성된 힌지용 브라켓(21)과, 힌지(21-1)에 의해 일측이 상기 브라켓(21)과 연결되고 타측은 구멍(22-1)이 형성되어 고정볼트(23)에 의해 고정되는 "ㄱ"형 고정편(22)과, 하부는 상기 돌출편(18)을 수용하기 위한 수용함체(24)가 설치되는 선체 고정부(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치.
2. (삭제)
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고정볼트(23)는 선체의 진동 및 챔버부(10)의 요동에 따른 돌출체(17)의 이탈을 방지하기 위하여 와셔(23-1)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 공기챔버를 이용한 탈착식 횡요감쇠장치.