KR101135210B1 - 플랫폼의 위치 유지를 위해 진동절연을 이용하는 이동 항구 - Google Patents

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Abstract

해상에 정박한 선박과의 사이에서 화물을 선적 또는 하역하는 동안 플랫폼의 위치를 일정하게 유지할 수 있는 이동항구가 개시된다.
이동항구는, 선적 또는 하역할 화물이 적재되는 상부 데크, 화물을 선적 및 하역하는 동안 상부 데크가 선박과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치, 상부 데크의 아래쪽에 마련되고 해면과 접촉하는 하부 데크, 및 상부 데크와 하부 데크의 사이에 배치되고, 해상의 파랑에 의해 하부 데크의 위치가 변동하더라도 상부 데크의 위치를 선택된 기준 위치로 유지시키기 위한 상부 데크 위치조절장치를 포함한다.
이동항구, 상부 데크, 하부 데크, 진동절연, 위치제어

Description

플랫폼의 위치 유지를 위해 진동절연을 이용하는 이동 항구{Mobile Harbor Using Vibration Isolation for Positioning Platform}
본 발명은 플랫폼의 위치를 유지할 수 있는 이동항구에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 해상에 정박한 선박과의 사이에서 화물을 선적 또는 하역하는 동안 플랫폼의 위치를 일정하게 유지할 수 있는 이동항구 및 그 방법에 관한 것이다.
선박을 이용한 해상운송은 타 운송수단에 비해 에너지를 적게 사용하며 수송 비용도 저렴하기 때문에, 국제 교역의 많은 부분이 해상운송을 이용하고 있다. 최근에는, 선박의 수송량을 증가시켜 경제성을 확보하기 위하여, 컨테이너선과 같은 해상운송에 이용되는 선박이 대형화하는 추세이다. 이에 따라 대형 선박을 접안시킬 수 있는 계류시설 및 하역시설을 구비한 항만이 요구된다.
그러나, 대형 컨테이너 선박을 접안시킬 수 있는 항구는 국내외에 많지 않으며, 이러한 항구를 건설하려면 많은 경비가 요구된다. 또한, 화물의 선적과 하역이 소수의 대형 항구에만 집중되기 때문에, 대형 항구 근처의 도로는 선적 또는 하 역 화물을 이송하기 위한 차량의 증가로 교통 체증이 유발된다.
위와 같은 문제를 해결하기 위한 한가지 방안으로서, 본 출원인에 의해 제안된 한국특허출원 제10-2008-41981호에는 선박을 항만의 안벽에 접안시키지 않고 육지로부터 떨어진 해상에 정박시킨 채로 화물을 선적 및 하역할 수 있도록 하는 이동항구가 개시되어 있다. 도 1은 위 출원의 이동항구를 개략적으로 도시한 것이다. 이동항구(1)는 화물을 선적 또는 하역하기 위한 설비가 설치되는 플랫폼(200), 선박 또는 부두에 접속할 수 있도록 하는 완충접속장치(300) 및 자체 추진수단(700) 등을 포함하고 있다. 이동항구(1)에서는 부양 시스템(400)을 이용하여 플랫폼(200)의 수면으로부터의 높이를 일정하게 유지하고, 안정장치(500)를 이용하여 플랫폼(200)의 평형상태를 유지한다. 다만, 위 출원에서는 해상의 파랑이 이동항구(1)의 플랫폼(200)의 자세에 미치는 영향을 감소시키는 방안에 대해서 검토되지 않았다.
본 발명은 해상의 파랑에도 불구하고 플랫폼의 위치를 일정하게 유지하여 안정적으로 선적 및 하역 작업을 수행할 수 있는 이동항구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따라, 해상에 위치한 선박에 접속하여 화물을 선적 및 하역하는 이동항구로서, 선적 또는 하역할 화물이 적재되는 공간을 구비하는 상부 데크; 선박과 상기 상부 데크 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비 및 상기 상부 데크 상에서 화물을 이송하기 위한 이송 설비를 구비하는 화물 이송 장치; 화물을 선적 및 하역하는 동안 상기 상부 데크가 선박과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치; 해상에서 이동할 수 있도록 하는 자체 추진장치; 상기 상부 데크의 아래쪽에 마련되고 해면과 접촉하는 하부 데크; 및 상기 상부 데크와 상기 하부 데크의 사이에 배치되고, 해상의 파랑에 의해 상기 하부 데크의 위치가 변동하더라도 상기 상부 데크의 위치를 일정하게 유지시키기 위한 상부 데크 위치조절장치를 포함하는 이동항구가 제공된다.
본 발명에 따른 이동항구는 해상의 파랑에도 불구하고 플랫폼의 위치를 일 정하게 유지하여, 선박과의 사이에서 화물의 선적 및 하역 작업을 안정적으로 수행할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동항구가 도시되어 있다. 이동항구는 화물이 적재되는 공간이 마련된 상부 데크(10), 상기 상부 데크(10)의 아래쪽에 마련되고 해면과 접촉하는 하부 데크(20) 및 상부 데크(10)와 하부 데크(20)를 연결하고 상부 데크(20)의 위치를 기준 위치에 유지시키기 위한 상부 데크 위치조절장치(30)를 포함한다.
상부 데크(10)의 상면에는 화물이 적재될 수 있으며, 크레인 등과 같이 선 박과의 사이에서 화물을 선적 또는 하역하는 설비와 화물이송열차 등과 같이 화물을 이송하는 설비가 설치된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선박과의 사이에서 화물을 선적 또는 하역하는 설비로서, 화물용 데크(50)가 제공될 수 있다. 선박과 이동항구의 거리가 충분히 가까워지면 이동항구는 완충접속장치(300)을 이용하여 선박과 접속한다. 화물용 데크(50)는 승하강 장치(52)에 의해 선박의 갑판과 같은 높이까지 승강하거나 상부 데크(10)의 상면과 동일한 높이까지 하강할 수 있다. 또한, 화물용 데크(50)는 화물의 원활한 이송을 위해 회전할 수 있는 것이 좋다. 이를 위해 화물용 데크를 회전시키기 위한 데크 회전장치가 제공된다. 화물을 선적 및 하역하기 위한 다른 형태의 설비로서, 로봇형 크레인(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 로봇형 크레인은 선적/하역시 선박의 측면부와 접속한 상태를 유지한다. 바람직하게는, 상부 데크(10)는 필요한 강성을 유지하면서도 무게를 줄이기 위해 금속 재질로 된 벌집 모양의 구조체를 사이에 두고 콘크리트 재질로 된 상판과 하판이 접착된 구조를 갖는다.
하부 데크(20)는 상부 데크(10)의 아래쪽에 배치되며 해면과 접촉한다. 하부 데크(20)는 복수개의 부동(浮動; floating) 유닛으로 이루어질 수 있다. 부동 유닛은 상부 데크(10)와 동일한 면적에 걸쳐 마련되거나, 상부 데크(10)의 각 모서리에 대응하는 위치에만 마련될 수 있다. 부동 유닛의 개수와 위치는 상부 데크(10)의 위치를 유지하기 위해 적절한 방식으로 제공될 수 있으며, 전술한 방식에 한정되지 않는다. 각 부동 유닛은 인접하는 다른 부동 유닛과 탄성을 갖는 부재(22)에 의해 연결되는 것이 좋다. 각 부동 유닛은 내부에 유체가 채워질 수 있는 챔버가 마련되고 이 챔버에는 유체를 공급 및 배출시킬 수 있는 배관이 연결될 수 있다. 이로써 각 부동 유닛의 챔버에 유체를 공급하거나 배출시킴으로써 밸러스트 기능을 수행하도록 한다.
하부 데크(20)와 상부 데크(10)는 상부 데크 위치조절장치(30)에 의해 연결된다. 상부 데크 위치조절장치(30)는 해면과 접촉한 하부 데크의 운동이 상부 데크(10)에 전달되지 않도록 하여 상부 데크(10)의 기준 위치를 유지시킨다. 하부 데크(20)가 복수개의 부동 유닛으로 이루어진 경우, 각 부동 유닛은 상부 데크 위치조절장치(30)에 의해 상부 데크(10)와 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상부 데크 위치조절장치(30)는 하부 데크(20)의 파랑에 의한 진동이 상부 데크(10)로 전달되지 않도록 차단하는 진동절연장치(30)인 것이 바람직하다. 진동절연장치(30)는 서로 병렬로 연결된 탄성 부재와 감쇠 부재를 포함한다. 하부 데크(20)의 각 부동 유닛의 운동은 탄성 부재와 감쇠 부재가 협력하여 진동절연(vibration isolation)시킴으로써 상부 데크(10)에 전달되지 않도록 차단된다. 상부 데크(10)의 하중은 하부 데크(20)의 전체 부동 유닛의 탄성 부재에 의해 지지된다.
진동절연장치(30)의 공진주파수보다 작은 주파수 대역에서는 전달률(transmissibility)이 실질적으로 1이기 때문에, 각 부동 유닛의 진동이 그대로 상부 데크(10)로 전달되게 된다. 따라서, 상부 데크(10)에 전달되는 진동을 효과적으로 차단하기 위해서는 파랑의 진동의 주된 주파수 대역보다 낮은 쪽에 진동절연장치(30)의 공진주파수가 위치해야 한다. 진동절연장치(30)의 공진주파수는 탄성 부재의 탄성 계수의 제곱근에 비례하므로, 탄성 부재의 탄성 계수를 작게 설계하여 진동절연장치(30)의 공진주파수를 작게 함으로써, 파랑에 의해 각 부동 유닛에 전달되는 진동이 대부분 차단할 수 있도록 한다.
한편, 각 부동 유닛의 탄성 부재가 갖는 탄성 계수를 작게 설계하더라도 파랑에 의해 각 부동 유닛에 전달되는 일부 저주파수 진동은 진동절연장치(30)의 공진주파수보다 작은 대역을 가질 수 있다. 도 6에는, 이런 저주파수 진동에 의해 상부 데크(10)가 진동하는 것을 억제하기 위한 변형례가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상부 데크 위치조절장치(30)는 수동 진동절연장치(passive vibration isolator; 32), 능동 진동절연(active vibration isolation) 및 위치제어(position control)를 위한 액추에이터(actuator; 34) 및 상부 데크(10)의 위치, 특히, 상부 데크(10)의 고도(높이)를 측정하기 위한 센서(도시되지 않음)를 포함한다. 이러한 장치를 이용하면, 공진주파수 근처 및 그 이상의 주파수 대역에서는 수동 진동절연장치와 능동 진동절연장치에 의해 진동이 감소되며, 영(0) 근처에서 공진주파수보다 작은 주파수까지의 대역에서는 위치제어에 의해 진동이 저감된다. 또한, 선박으로부터 화물을 하역하거나 이동항구로부터 선박으로 화물을 선적하는 경우, 이동항구 상부 데크(10)의 무게가 달라진다. 이에 따라, 능동 진동절연 및 위치제어에 관련된 제어 파라미터가 변경될 수 있다. 능동 진동절연 및 위치제어를 담당하는 제어장치는 화물의 선적 또는 하역에 따른 상부 데크(10)의 무게 변동을 고려하여 제어 매개변수(parameter)를 실시간으로 조정할 수 있다.
이동항구는 서로 직교하는 방향으로 배치-예를 들어, 이동항구의 길이방향 및 이동항구의 폭방향으로 배치-되어 각 방향에 대한 추진력을 제공하는 2개의 프로펠러형 추진장치를 포함한다. 추가로, 이동항구의 미세 이동 또는 정지시에 이용하기 위하여 복수개의 스러스터를 포함하는 것이 좋다. 즉, 이동항구는 부두에서 선박을 향해 이동하는 경우 프로펠러형 추진장치를 이용하고 선박에 근접하면 복수개의 스러스터를 이용해서 위치를 미세 조정하며 정지시에도 스러스터를 이용할 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이동항구는 이동시 및 선적/하역 작업시 파랑을 차단하기 위한 차단 부재(40)를 갖는다. 차단 부재(40)는 이동항구의 이동시에는 상승하여 상부 데크(10)로 해수가 침입하는 것을 방지하며(도 5 참조), 이동항구의 선적/하역 작업시에는 파랑이 하부 데크(20)의 운동에 영향을 미치지 못하도록 하부 데크(20)의 측면으로 하강한다(도 3 및 4 참조). 차단 부재의 상승 및 하강은 힌지 방식 또는 직승하강 방식으로 이루어질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래의 이동항구의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동항구를 개념적으로 도시한 도면.
도 3 및 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동항구의 화물용 데크의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동항구가 이동할 때의 차단 부재의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 2에 도시된 이동항구의 변형례로서, 능동진동절연 및 위치조절에 의해 상부 데크에 전달되는 저주파수진동을 차단하기 위한 이동항구를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 상부 데크
20: 하부 데크
22: 탄성부재
30: 위치조절장치
32: 수동 진동절연장치
34: 엑추에이터
40: 차단부재
50: 화물용 데크
52: 승하강 장치

Claims (15)

  1. 해상에 위치한 선박에 접속하여 화물을 선적 및 하역하는 이동항구로서,
    선적 또는 하역할 화물이 적재되는 공간을 구비하는 상부 데크;
    선박과 상기 상부 데크 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비 및 상기 상부 데크 상에서 화물을 이송하기 위한 이송 설비를 구비하는 화물 이송 장치;
    화물을 선적 및 하역하는 동안 상기 상부 데크가 선박과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치;
    해상에서 이동할 수 있도록 하는 자체 추진장치;
    상기 상부 데크의 아래쪽에 마련되고, 해면과 접촉하여 해상의 파랑에 따라 서로 독립적으로 위치가 변동하는 적어도 2개의 부동(浮動; floating) 부재를 구비하는 하부 데크; 및
    상기 하부 데크의 상하 운동에 의해 발생되는 상기 상부 데크의 상하 운동의 크기를 감소시키기 위하여 상기 상부 데크와 상기 하부 데크의 사이에 배치되고, 해상의 파랑에 의한 상기 각 부동 부재의 상하운동이 상기 상부 데크로 전달되지 않도록 감소시키는 진동절연(vibration isolation) 장치를 구비하는 상부 데크 위치조절장치
    를 포함하는 이동항구.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동절연장치는 탄성 부재와 감쇠 부재가 병렬로 연결되어 이루어지는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 데크는 상기 각 부동 부재를 인접한 다른 부동 부재와 연결하는 탄성 부재를 더 구비하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 데크의 각 부동 부재는 내부에 유체를 채울 수 있는 공간 및 이 공간에 유체를 공급하거나 배출시킬 수 있는 배관 장치를 구비함으로써 밸러스트 기능을 제공하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 데크는, 상부 데크의 윗면을 제공하는 상부 판재; 상기 하부 데크와 마주보는 하부 판재; 및 상기 상부 판재와 상기 하부 판재의 사이에 배치되는 금속 재질의 벌집모양 구조체를 구비하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 자체 추진장치는, 이동항구의 주된 이동시 이용되며, 서로 직교하는 방향으로 배치된 2개의 프로펠러형 추진장치; 및 이동항구의 낮은 속도 이동시 또는 정지시 이용되는 복수개의 스러스터를 구비하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 화물 이송 장치의 선박과 상기 상부 데크 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비는, 상기 상부 데크에 마련되는 화물용 데크; 및 상기 화물용 데 크를 접속한 선박의 갑판 높이까지 승하강시키기 위한 승하강 장치를 구비하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 화물 이송 장치의 선박과 상기 상부 데크 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비는, 상기 화물용 데크를 회전시키기 위한 데크 회전장치를 더 구비하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 화물 이송 장치의 선박과 상기 상부 데크 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비는, 선박의 측면부와 접속한 상태로 화물을 선적 또는 하역하기 위한 로봇형 크레인 장치인
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 데크의 측면에 마련되며, 이동시에는 상기 상부 데크 위로 해수 가 진입하는 것을 차단하고, 선적 또는 하역 작업을 위해 정지한 상태일 경우에는 파랑을 차단하는 차단 부재; 및
    이동시에는 상기 차단 부재를 상기 상부 데크의 측면으로 상승시키고, 선적 또는 하역 작업을 위해 정지한 상태일 경우에는 상기 차단 부재는 상기 하부 데크의 측면으로 하강시키는 구동장치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동항구.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부데크 위치조절장치는 위치제어장치를 더 구비하며,
    상기 상부데크 위치조절장치의 진동절연장치는 해상의 파랑에 의한 상기 각 부동 부재의 제1 주파수 대역의 운동이 상기 상부 데크로 전달되지 않도록 감소시키고,
    상기 상부데크 위치조절장치의 위치제어장치는 해상의 파랑에 의한 상기 각 부동 부재의 제2 주파수 대역의 운동이 상기 상부 데크로 전달되지 않도록 감소시키는 것을 특징으로 하는 이동항구.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 진동절연장치는, 상기 제1 주파수 대역 내에 있는 특정 주파수 대역의 진동을 절연시키기 위한 수동(passive) 진동절연소자; 및 상기 수동 진동절연소자에 의해 절연되지 않는 상기 제1 주파수 대역 내에 있는 다른 주파수 대역의 진동을 절연시키기 위한 능동(active) 진동절연장치를 구비하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 위치제어장치는 상기 상부 데크가 미리 선택된 기준 고도를 유지하도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 이동항구.
  15. 해상에 위치한 선박에 접속하여 화물을 선적 및 하역하는 이동항구로서,
    선적 또는 하역할 화물이 적재되는 공간을 구비하는 상부 데크;
    선박과 상기 상부 데크 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비 및 상기 상부 데크 상에서 화물을 이송하기 위한 이송 설비를 구비하는 화물 이송 장치;
    화물을 선적 및 하역하는 동안 상기 상부 데크가 선박과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치;
    해상에서 이동할 수 있도록 하는 자체 추진장치;
    상기 상부 데크의 아래쪽에 마련되고 해면과 접촉하며, 해상의 파랑에 따라 서로 독립적으로 위치가 변동하는 적어도 2개의 하부 데크; 및
    상기 상부 데크와 각각의 상기 하부 데크의 사이에 배치되고, 해상의 파랑에 의한 상기 각 하부 데크의 상하 운동이 상기 상부 데크로 전달되지 않도록 감소시키는 진동절연장치
    를 포함하는 이동항구.
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