KR100727328B1 - 탱크 커버 및 선박 - Google Patents

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사토고이치
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 선체의 상 갑판에 접합되는 하단부의 피로 강도를 충분히 확보하여, 그 피로 수명을 향상시킨다.
(해결수단) 선체의 상 갑판 (11) 위에 일부를 돌출시킨 상태로 선박에 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상 갑판 (11) 위의 돌출 부분을 덮는 탱크 커버 (20) 에 있어서, 상 갑판 (11) 에 접합되는 하단부 (23) 에 그 강도가 보강된 보강부를 형성한다. 보강부를, 하단부 (23) 의 두께를 다른 부분의 두께보다도 두껍게 한 후육부 (30) 로 한다. 보강부 (30) 를, 선체의 폭 방향을 따른 방향의 양 단부에 형성한다.

Description

탱크 커버 및 선박{TANK COVERS AND SHIPS}
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 탱크 커버를 나타내는 측면도이다.
도 2(a) 는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 탱크 커버의 요부를 나타내는 단면도이고, 도 2(b) 는 플레이트가 탱크 커버에 삽입ㆍ용접되는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3 은 후육부의 두께에 관한 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 탱크 커버의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 5 는 선박의 전체 구성을 나타내는 측면도이다.
도 6 은 선체에 세로 방향의 굽힘 모멘트가 발생하여 선체가 변형되었을 때의 상태를 나타내며, (a) 는 측면도, (b) 는 평면도이다.
도 7 은 종래의 탱크 커버의 요부를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 선체
11: 상(上) 갑판
12: 횡 격벽
13: 선측 외판
15: 독립된 구형상의 탱크
20: 탱크 커버
21: 대략 반구형상인 부분
22: 대략 원통형상인 부분
23: 하단부
23A: 가장자리부
30: 후육부 (厚肉部)
31: 플레이트
31A: 경사면
t: 후육부의 두께
P: 후육부에서의 두께 방향의 중심선
본 발명은, 예를 들어 액화 천연 가스 운반선 (LNG 선) 등의 선박에 탑재되는 독립된 구형상의 탱크를 덮기 위한 탱크 커버에 관한 것이다.
LNG 선 등의 선박에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 액화 천연 가스를 수용하는 독립된 구형상의 탱크 (15) 가, 그 일부를 선체 (10) 의 상 갑판 (11) 위에 돌출시킨 상태로 선체 (10) 의 길이 방향 (도 5 에서의 좌우 방향) 을 따라 복수 배열되도록 탑재되어 있다.
이러한 선박에서는, 독립된 구형상의 탱크 (15) 를 외기나 해수로부터 보호하기 위하여 각 독립된 구형상의 탱크 (15) 에서의 상 갑판 (11) 위의 돌출 부분이 각각 탱크 커버 (20) 에 의해 덮여져 있다. 탱크 커버 (20) 는, 대략 반구형상인 부분 (21) 과 대략 원통형상인 부분 (22) 으로 구성된 중공체로서, 그 대략 원통형상인 부분 (22) 의 하단부 (23: 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23)) 가, 선체 (10) 의 상 갑판 (11) 에 대하여 용접에 의해 접합되어 있다.
그런데, 상기한 선박이 파랑 속을 항해할 때에 받는 하중에 의해, 선체 (10) 에 세로 방향의 굽힘 모멘트 (bending moment) 가 발생하면, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 선체 (10) 의 상 갑판 (11) 에 하단부 (23) 가 접합된 탱크 커버 (20) 는 선체 (10) 의 변형과 반대 방향으로 변형되기 때문에, 이 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에는 압축ㆍ인장에 의한 커다란 하중이 발생한다 (도 6(a) 참조). 동시에 대략 원통형상인 부분 (22) 은, 선체 길이 방향으로 신장되는 강제 변형과, 선체의 폭 방향으로 수축되는 강제 변형을 받는다 (도 6(b) 참조). 특히, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 중에서도 그 전후단 (선체 (10) 의 길이 방향을 따른 방향의 양 단부, 도 5 에서의 A 부) 및 좌우단 (선체 (10) 의 폭 방향을 따른 방향의 양 단부, 도 5 에서의 B 부) 에 발생하는 하중과 강제 변형이 매우 커진다.
예를 들어, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에, 선체 (10) 의 상 갑판 (11) 을 향하여 압축되는 하중 및 내측 (도 7 에서의 우측) 을 향하여 수축되는 강제 변형이 발생하면, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 가 그 탱크 커버 (20) 의 내측 (도 7 에서의 우측) 을 향하여 휘어지듯이 변형되고, 도 7 의 우측 부분에 나타낸 것과 같은 축(軸) 응력과 굽힘 응력이 합성된 토탈 응력이 하단부 (23) 에 작용한다.
이러한 응력이 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에 작용하는 것에서, 상기 선박에서는 그 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 의 피로 강도를 확보하는 것이 매우 중요해졌다.
이에 대하여, 특허 문헌 1 에는, 인접하는 독립된 구형상의 탱크 (15) 가 수용되는 스페이스끼리를 구획하는 선체 (10) 의 횡 격벽 (12) 에 커다란 개구부를 형성하고, 이 횡 격벽 (12) 을 유연(柔軟) 구조로 함으로써 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에 작용하는 응력의 완화를 꾀한 기술이 기재되어 있다.
(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 평1-164696호
이 특허 문헌 1 에 기재된 기술에서는, 특히 커다란 하중이 작용하는 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 전후단 및 좌우단 중 전후단에 작용하는 응력에 대해서는, 이 전후단이 유연 구조인 횡 격벽 (12) 의 바로 상측에 배치되어 있기 때문에 충분한 완화를 꾀할 수 있다.
그러나, 하단부 (23) 에서의 좌우단에 작용하는 응력에 대해서는 이 좌우단이 강체(剛體) 구조인 선측 외판 (13) 의 바로 상측에 배치되어 있기 때문에, 충분한 완화를 꾀하기가 불가능하게 되어 있었다. 따라서, 특허 문헌 1 에 기재된 기술로는, 최근에 요구되고 있는 피로 강도의 높은 기준을 충족시키기가 어려웠다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 선체의 상 갑판에 접합 되는 하단부의 피로 강도를 충분히 확보하여, 그 피로 수명을 향상시킬 수 있는 탱크 커버 및 이것을 구비한 선박을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하고, 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 탱크 커버는, 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 선박에 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분을 덮는 탱크 커버로서, 상기 상 갑판에 접합되는 하단부에 그 강도가 보강된 보강부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이고, 또한, 본 발명에 의한 선박은, 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분이 본 발명의 탱크 커버에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해서 첨부한 도면을 참조하면서 설명하지만, 상기 서술한 종래 기술과 동일한 부분에는 동일한 부호를 사용하여 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제 1 실시형태에 의한 탱크 커버 (20) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상측에 위치하는 대략 반구형상인 부분 (21) 과 하측에 위치하는 대략 원통형상인 부분 (22) 으로 구성된 중공체로서, 그 대략 원통형상인 부분 (22) 의 하단부 (23: 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23)) 에서의 가장자리부 (23A) 가 선체 (10) 의 상 갑판 (11) 에 대하여 용접에 의해 접합되어 있다.
그리고, 탱크 커버 (20) 를 구성하고 있는 대략 원통형상인 부분 (22) 의 하 단부 (23) 에서의 탱크 커버 중심선의 좌우단, 즉 하단부 (23) 에서의 선체 (10) 의 폭 방향을 따른 방향의 양 단부에는 그 강도가 보강된 보강부로서의 후육부 (30) 가 각각 형성되어 있다.
후육부 (30) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23: 가장자리부 (23A) 를 포함한다) 의 두께가 국소적으로 증가되어진 것으로, 이 후육부 (30) 를 제외한 다른 부분 (대략 원통형상인 부분 (22)) 의 두께 (t1: 예를 들어 t1=20㎜) 보다도 두꺼운 두께 (t: 예를 들어 t=50㎜) 를 가지고 있다. 보강부 (30) 의 크기는, 직경 20m 의 구형으로 된 탱크 커버의 경우, 둘레 방향의 폭이 약 5m, 높이가 약 500㎜ 로 되어 있다.
상세하게 설명하면, 후육부 (30) 는, 둘레 방향의 전체 둘레 및 높이 방향의 전체 길이에 걸쳐 대략 일정한 두께 (t1) 를 갖는 대략 원통형상인 부분에 대하여, 그 하단부 (23) 에 이음매 (J) 를 형성하고, 그 밑에 소정 두께의 플레이트 (31) 를 삽입ㆍ용접함으로써 구성된 것이다 (도 2(b) 참조). 이 플레이트 (31) 는, 탱크 커버 (20) 의 안팎에서 이 플레이트의 전체 둘레에 걸쳐 용접되어 있다.
또한, 후육부 (30) 를, 그 두께 방향에 따른 단면에서 보았을 때에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 후육부 (30) 에서의 두께 방향의 중심선 (P) 과, 후육부 (30) 를 제외한 다른 부분 (후육부 (30) 의 상측과 연속되어 있는 대략 원통형상인 부분 (22)) 에서의 두께 방향의 중심선 (P1) 이 대략 동일 직선 상에 위치되어 있다.
또, 후육부 (30) 를 구성하기 위해 하단부 (23) 에 삽입된 플레이트 (31) 는 , 그 상단부가 비스듬하게 기울어진 경사면 (31A) 으로 되어 있고, 후육부 (30) 와 그 상측과 연속되어 있는 대략 원통형상인 부분 (22) 의 접속 부분의 두께에 대해서는, 후육부 (30) 의 두께 (t) 에서 다른 부분의 두께 (t1) 까지 대략 일정한 변화 경향에 의해 점차 축소되도록 되어 있다.
이러한 구성을 갖는 본 제 1 실시형태에 의한 탱크 커버 (20) 에서는, 선체 (10) 에 세로 방향의 굽힘 모멘트가 발생함으로써, 이 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 좌우단에 대하여 상 갑판 (11) 을 향하여 압축되는 하중 (도 2 중의 흰색 화살표) 및 내측 (도 2 에서의 우측) 을 향하여 수축되는 강제 변형 (도 2 중의 검은색 화살표) 이 발생하면, 도 2 의 중앙 부분에 나타내는 바와 같이, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 탱크 커버 중심선의 좌우단에 형성된 후육부 (30) 가 그 탱크 커버 (20) 의 내측 (도 2 에서의 우측) 을 향하여 휘어지도록 변형된다.
여기서, 본 제 1 실시형태에 있어서는, 도 2 의 우측 부분에 나타내는 축 응력과 굽힘 응력이 후육부 (30) 에 작용하게 되는 것이지만, 후육부 (30) 에 작용하는 축 응력은 후육부 (30) 의 단면적이 증가함에 따라 감소되고, 또한 후육부 (30) 에 작용하는 굽힘 응력도 후육부 (30) 의 단면 계수가 증가함에 따라 감소된다.
이 때문에, 이들 축 응력과 굽힘 응력이 합성된 토탈 응력이 후육부 (30) 를 형성하지 않은 경우와 비교하여 대폭 감소되어, 피로 강도가 가장 심해지는 경향이 있는 부분, 즉 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 좌우단에 대하여 작용하는 응력을 충분히 완화시킬 수 있다.
이것에 의해, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 의 피로 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있어, 탱크 커버 (20) 의 피로 수명을 매우 향상시키는 결과로 이어지는 것이다.
여기서, 상기 후육부 (30) 의 두께 (t) 에 관해서 생각해 본다. 도 3 의 그래프에서 나타내는 바와 같이, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에 가해지는 강제 변위량이 일정한 조건하에서는 후육부 (30) 의 두께 (t) 가 커짐에 따라서 그 강성도 높아지기 때문에, 후육부 (30) 에 작용하는 분담 하중도 커지게 된다. 이 분담 하중이 지나치게 커지면, 후육부 (30) 의 두께 (t) 로 분담 하중을 나눈 값이 후육부 (30) 에 작용하는 응력이라는 점에서 이 응력이 약간 저하된다고는 하지만, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에 작용하고 있는 전체 응력의 밸런스가 크게 무너져, 이 후육부 (30) 에 의한 응력 완화 효과가 미미해질 우려가 생긴다.
따라서, 후육부 (30) 의 두께 (t) 에 대해서는, 상기한 바와 같은 문제를 발생시키지 않고, 이 후육부 (30) 에 의한 응력 완화 효과가 최대가 되는 최적치를 발견하여 적절히 설정해 주는 것이 바람직하다.
또, 상기와 동일한 이유로, 후육부 (30) 의 높이를 지나치게 크게 하거나 (예를 들어, 후육부 (30) 의 높이를, 대략 원통형상인 부분 (22) 과 대략 반구형상인 부분 (21) 의 교차 능선부인 너클 (knuckle) 부까지 연장한다), 후육부 (30) 의 둘레 방향 (대략 원통형상인 부분 (22) 의 둘레 방향) 에서의 길이를 지나치게 길게 하거나 해도 후육부 (30) 에 의한 응력 완화 효과가 미미해질 우려가 생기기 때문에, 이들 높이 및 둘레 방향의 길이에 대해서도 후육부 (30) 에 의한 응력 완화 효과가 최대가 되는 최적치를 발견하여 적절히 설정해 주는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 첨부한 도면을 참조하면서 설명하고, 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 사용하여 그 설명을 생략한다.
본 제 2 실시형태에 의한 탱크 커버 (20) 에 있어서, 후육부 (30) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 둘레 방향의 전체 둘레 및 높이 방향의 전체 길이에 걸쳐 대략 일정한 두께 (t1) 를 갖는 대략 원통형상인 부분에 대하여, 그 하단부 (23) 의 좌우단에서의 내측 (도 4 에 있어서의 우측) 에만 판두께가 증가하도록 소정 두께의 플레이트 (31) 를 삽입함으로써 구성된 것이다.
또한, 후육부 (30) 를, 그 두께 방향에 따른 단면에서 보았을 때에는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 후육부 (30) 에서의 두께 방향의 중심선 (P) 과, 후육부 (30) 를 제외한 다른 부분 (후육부 (30) 의 상측과 연속되어 있는 대략 원통형상인 부분 (22)) 에서의 두께 방향의 중심선 (P1) 이 대략 동일 직선 상에 위치되는 일이 없이, 후육부 (30) 에서의 두께 방향의 중심선 (P) 이 다른 부분에서의 두께 방향의 중심선 (P1) 보다도 탱크 커버 (20) 의 내측 (도 4 에서의 우측) 으로 편심되어 있다.
이러한 구성을 갖는 본 제 2 실시형태에 의한 탱크 커버 (20) 에서도, 선체 (10) 에 세로 방향의 굽힘 모멘트가 발생함으로써 이 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 좌우단에 대하여 상 갑판 (11) 을 향하여 압축되는 하중 (도 4 중의 흰색 화살표) 및 내측 (도 4 에서의 우측) 을 향하여 수축되는 강제 변형 (도 4 중 의 검은색 화살표) 이 발생하면, 도 4 의 중앙 부분에 나타내는 바와 같이, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 탱크 커버 중심선의 좌우단에 형성된 후육부 (30) 가 그 탱크 커버 (20) 의 내측 (도 4 에서의 우측) 을 향하여 휘어지도록 변형된다.
여기서, 본 제 2 실시형태에 있어서는, 후육부 (30) 의 중심선 (P) 이 상기한 바와 같이 탱크 커버 (20) 의 내측으로 편심되어져 있기 때문에, 후육부 (30) 가 탱크 커버 (20) 의 내측으로 휘어질 때의 통상적인 굽힘 모멘트와는 반대 방향의 부가적인 굽힘 모멘트가 발생하므로, 도 4 의 우측 부분에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태와 동일한 축 응력 및 굽힘 응력뿐만 아니라, 상기 부가적인 굽힘 모멘트에 의한 캔슬측의 굽힘 응력이 후육부 (30) 에 작용하게 된다.
이 때문에, 이들 축 응력과 굽힘 응력과 캔슬측의 굽힘 응력이 합성된 토탈 응력이 후육부 (30) 를 형성하지 않은 경우와 비교하여 대폭 감소하고, 거기에 추가하여 특히 축 응력과 굽힘 응력이 중첩되는 후육부 (30) 의 내측에 작용하는 응력을 캔슬측의 굽힘 응력에 의해 감소시킬 수 있어, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 의 피로 강도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 서술한 각 실시형태에 있어서는, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 탱크 커버 중심선의 좌우단에만 후육부 (30) 를 형성하고 있지만, 필요에 따라 다른 부분에 형성할 수도 있다. 예를 들어, 선체 (10) 의 횡 격벽 (12) 을 유연 구조로 하지 않은 경우에는, 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에서의 좌우단과 마찬가지로 피로 강도가 가장 심해지는 하단부 (23) 의 탱크 커버 중심선의 전후단에도 후육부 (30) 를 형성할 수 있다.
또한, 상기 서술한 각 실시형태에 있어서는 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에 형성되는 보강부를 후육부 (30) 로 하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 탱크 커버 (20) 의 하단부 (23) 에 대하여 보강부로서의 스티프너 (stiffner: 리브) 를 형성하는 것도 고려할 수 있다.
또한, 상기 서술한 각 실시형태의 탱크 커버 (20) 는, LNG 선뿐만 아니라 예를 들어 DME (디메틸에테르) 선 등의 선박 등에 탑재된 독립된 구형상의 탱크를 덮기 위한 것이어도 상관없다. 즉, 독립된 구형 탱크가 탑재된 선박이라면 본 발명을 유효하게 활용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 압축ㆍ인장에 의한 커다란 하중이 발생하는 탱크 커버의 하단부에 대하여 보강부를 형성함으로써, 이 하단부에 작용하는 응력을 충분히 완화하여 탱크 커버의 하단부의 피로 강도를 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 보강부가 상기 하단부의 두께를 다른 부분의 두께보다도 두껍게 한 후육부로 되어 있으면, 구성이 간략하면서도 하단부에 작용하는 응력을 충분히 완화시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 보강부가 상기 선체의 폭 방향을 따른 방향의 양 단부에 형성되어 있으면, 피로 강도가 가장 심해지는 경향이 있는 부분에 대하여 작용하는 응력을 완화시킬 수 있어, 탱크 커버의 하단부의 피로 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 보강부가 상기 후육부로 되어 있는 경우에는, 상기 후육부에서의 두께 방향의 중심선이 다른 부분에서의 두께 방향의 중심선보다도 그 탱크 커버의 내측으로 편심되어 있을 수도 있다.
이러한 구성으로 하면, 탱크 커버의 하단부가 그 탱크 커버의 내측으로 휘어질 때의 통상적인 굽힘 모멘트와는 반대 방향의 부가적인 굽힘 모멘트가 발생하기 때문에, 이 부가적인 굽힘 모멘트에 의한 굽힘 응력에 의해 하단부에 작용하는 통상적인 굽힘 모멘트에 의한 굽힘 응력을 캔슬할 수 있어, 탱크 커버의 하단부의 피로 강도를 보다 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 선박에 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분을 덮는 탱크 커버로서,
    상기 상 갑판에 접합되는 하단부에, 그 강도가 보강된 보강부가 형성되고,
    상기 보강부는, 상기 하단부의 두께를 다른 부분의 두께보다도 두껍게 한 후육부로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탱크 커버.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강부는, 상기 선체의 폭 방향을 따른 방향의 탱크 커버 중심선의 양 단부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탱크 커버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 후육부에서의 두께 방향의 중심선이 다른 부분에서의 두께 방향의 중심선보다도 그 탱크 커버의 내측으로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 탱크 커버.
  5. 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분이, 제 1 항에 기재된 탱크 커버에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 선박.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 후육부에서의 두께 방향의 중심선이 다른 부분에서의 두께 방향의 중심선보다도 그 탱크 커버의 내측으로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 탱크 커버.
  7. 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분이, 제 3 항에 기재된 탱크 커버에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 선박.
  8. 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분이, 제 4 항에 기재된 탱크 커버에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 선박.
  9. 선체의 상 갑판 위에 일부를 돌출시킨 상태로 탑재되는 독립된 구형상의 탱크의, 상기 상 갑판 위의 돌출 부분이, 제 6 항에 기재된 탱크 커버에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 선박.
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