KR101243786B1 - 해양구조물의 유체 정하중 계측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양구조물의 유체 정하중 계측장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해양에 부유되는 선박 또는 해양구조물 등을 시험대상 해양 모형물로 제작하여 바람 또는 조류력에 따라 가해지는 외력을 측정하기 위한 것으로서, 상기 시험대상 해양 모형물에 설치되는 계측장치와, 상기 계측장치를 시험대상 해양 모형물에 고정하되, 상기 시험대상 해양 모형물이 회전되거나 흔들리는 경우, 그에 따라 회전 및 유동되며 외력을 계측장치에 전달하는 설치구조, 상기 시험대상 해양 모형물을 일정위치에 위치시키되, 시험대상 해양 모형물의 크기 또는 시험대상 해양 모형물에 설치되어 잇는 계측장치의 설치 위치에 따라 길이조절 및 높이조절이 가능한 지지구조로 구성되어, 다양한 해양구조물 및 선박에 바람 또는 조류력에 따라 가해지는 360도의 모든 방향에 따른 외력을 측정할 수 있는 해양구조물의 유체 정하중 계측장치에 관한 것이다.

Description

해양구조물의 유체 정하중 계측장치{FLUID STATIC LOAD MEASURING APPARATUS FOR MARINE STRUCTURE}

본 발명은 바람 및 조류력에 의해, 선박 또는 해양구조물에 가해지는 외력에 따른 정적 하중을 계측할 수 있도록 한 해양구조물의 유체 정하중 계측장치에 관한 것이다.

일반적으로 해양에 부유되는 선박 또는 해양구조물들은 파도, 바람, 조류력 등 복합적인 환경 외력을 받아 거동하게 된다.

이에, 다양한 구조물들을 모형시험을 하여 환경외력을 측정하게 되는데, 이러한 모형시험에서는 복합적인 환경외력을 계측하는 것도 중요하지만, 각각의 환경 외력을 별도로 계측하는 것이 중요하다.

이에, 일정방향에서 가해지는 외력뿐만 아니라, 전방향(360도)에 걸친 외력을 계측할 수 있도록 하고, 모형구조물의 크기 및 외력계측장치를 모형구조물의 어느 위치에 설치하느냐에 따라 높이 또는 길이가 조절되어, 환경외력을 측정하고자 하는 모형구조물을 원하는 소정위치에 확실하게 위치시켜 더욱 정확한 외력 측정이 가능해지는 계측장치의 개발 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해양에 부유되어 있는 시험대상 해양 모형물(선박 또는 해양구조물 등)에 있어서, 바람 및 조류력 등에 의해 시험대상 해양 모형물에 가해지는 외력을 측정하되, 360도의 모든방향으로부터 가해지는 환경외력을 계측할 수 있도록 함과 동시에, 외력을 측정하고자 하는 시험대상 해양 모형물의 크기에 따라, 또는 시험대상 해양 모형물에 설치되는 계측장치의 설치 위치에 따라 길이 변환 및 높이 변환이 가능한 지지구조를 구비하는 해양구조물의 유체 정하중 계측장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 부유되는 시험대상 해양 모형물(10); 상기 시험대상 해양 모형물(10)의 횡과 종방향에 소정간격 이격되어 대응배치되는 지지관체(11); 상기 시험대상 해양 모형물(10)에 설치되어, 바람 또는 조류력에 의해 시험대상 해양 모형물(10)에 가해지는 360도 전방향의 외력에 대한 정하중을 계측하는 계측장치(20); 상기 계측장치(20)를 시험대상 해양 모형물(10)에 고정하기 위한 설치구조(30); 상기 계측장치(20)를 지지관체(11)에 고정연결하되, 상기 시험대상 해양 모형물(10)의 크기 또는 계측장치(20)의 설치위치에 따라 길이 및 높이가 조절가능한 지지구조(40); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계측장치(20)는 복수개의 로드셀이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 설치구조(30)는 상부를 향해 설치축(32)을 돌출형성하며 상기 시험대상 해양 모형물(10)의 상면에 고정설치되는 선박 거치부(31); 상단에는 계측장치(20)가 고정설치되고, 하단에는 상기 설치축(32)이 회전가능토록 끼움결합되는 결합공(36)이 천공형성되는 고정 중단체(33); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정 중단체(33)는 상기 결합공(36) 내에 설치축(32)이 기울어질 수 있는 소정공간(S)을 형성하여, 상기 설치축이 파도 또는 조류력으로 인하여 소정공간 내에서 고정 중단체와 접촉되어, 시험대상 해양 모형물에 가해진 360도 전방향의 외력을 계측장치로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지구조(40)는 상기 지지관체(11)에 고정설치되는 수직대(41); 상기 수직대(41)에 일단이 결합되어 수평설치되며, 상기 수직대(41)의 길이방향으로 상, 하 이동이 가능한 수평대(42); 상기 수평대(42)의 타단에 일측이 길이조절가능토록 결합되고, 타측은 계측장치(20)에 고정결합되는 조절대(43); 상기 수직대(41)와 수평대(42)에 양단이 각각 위치가 조절되어 고정됨으로써, 상기 수평대(42)의 타단이 하단으로 쳐지지 않도록 지지하는 보조대(44); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 시험대상 해양 모형물의 크기 및 시험대상 해양 모형물에 설치되는 계측장치의 설치 위치에 따라, 길이조절 및 높이조절이 되어 상기 시험대상 해양 모형물을 외력측정을 위한 지정공간에 고정시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 Free tension 적용으로 Slacking 현상이 발생되지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 시험대상 해양 모형물에 있어서, 모든 방향(360도)의 외력에 대한 정하중(Static Load)를 계측할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 계측장치를 복수개 설치하여 계측함으로써, 계측 오류를 최소화할 수 있고, 다양한 방향의 외력을 합산하여 계측이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해양구조물의 유체 정하중 계측장치의 설치모습을 나타낸 일실시예의 평면도.
도 2는 도 1의 일측면도이며, 지지구조의 상, 하 높이조절을 나타낸 일실시예의 작동도.
도 3은 본 발명에 따른 지지구조의 좌, 우 길이조절을 나타낸 일실시예의 작동도.
도 4는 본 발명에 따른 시험대상 해양 모형물의 거동에 의한 설치축의 움직임을 나타낸 일실시예의 작동도.
도 5는 본 발명에 따른 시험대상 해양 모형물의 회전에 의한 설치축의 회전을 나타낸 일실시예의 작동도.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해양구조물의 유체 정하중 계측장치를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양구조물의 유체 정하중 계측장치는 시험대상 해양 모형물(10), 계측장치(20), 설치구조(30), 지지구조(40)를 포함한다.

상기 시험대상 해양 모형물(10)은 바람 및 조류력에 가해지는 외력(F)을 측정하기 위한 대상물로써, 해양에 부유되는 선박 및 다양한 해양구조물이 그 대상이 된다.

즉, 외력측정의 대상이 되는 대상물을 모형으로 제작하여 이를 가지고 외력을 측정하게 된다. (물론, 상기 시험대상 해양 모형물이 부유될 수 있는 바닷물, 물 등과 같은 유체로 채워진 시험공간 및 상기 바람 및 조류 또는 파도 등은 일정 시험공간 내에서 사용자가 인위적으로 발생시켜야 함은 당연할 것이다.)

이를 위해, 상기 시험대상 해양 모형물(10)은 해양과 같은 물 위에 부유되도록 하고, 부유된 시험대상 해양 모형물(10)의 주변, 즉 시험대상 해양 모형물(10)의 외곽에서 X축과 Y축으로 지지관체(11)를 각각 설치한다.(이때, 상기 지지관체(11) 및 후술될 지지구조(40) 모두 시험대상 해양 모형물(10)이 부유되는 수면에서 상부로 소정간격 이격되어 설치가 되도록 한다.) 이러한, 상기 지지관체(11)는 시험대상 해양 모형물(10)이 부유되는 위치를 고정하기 위한 후술될 지지구조(40)를 고정시키기 위한 것이며, 시험대상 해양 모형물(10)이 부유되는 시험공간 외부에는 이러한 X축과 Y축의 지지관체(11)를 모두 지지하기 위한 별도의 지지관체 고정부(12)가 더 구비되어 있어야 함은 당연하다.

상기 계측장치(20)는 전술된 시험대상 해양 모형물(10)에 고정설치되어, 상기 시험대상 해양 모형물(10)이 바람 또는 조류력에 의해 흔들리거나 회전되는 등으로 거동될 시, 시험대상 해양 모형물(10)에 가해지는 외력이 작용하는 방향과 크기를 계측하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 로드셀(2axis Load Cell)이 사용된다.

상기 로드셀은 시험대상 해양 모형물(10)에 가해지는 외력에 따라 가해지는 정하중(정적 하중, Static Load)을 측정하기 위한 것으로, 상기 로드셀은 공지된 기술이기에 상세히 설명은 생략한다.

더불어, 본 발명에서는 계측장치(20)를 복수개 사용하는데, 복수개중 하나는 시험대상 해양 모형물(10)의 X축방향으로 설치된 지지관체(11)에 지지구조(40)를 통해 연결되도록 하고, 다른 하나는 시험대상 해양 모형물(10)의 Y축 방향으로 설치된 지지관체(11)에 연결되도록 또 다른 지지구조(40)를 통해 시험대상 해양 모형물(10)에 설치고정한다.

전술된 바와 같이, 본 발명에서의 계측장치(20)는 로드셀이 사용되고, 이러한 로드셀을 복수개 설치하여 외력을 계측함으로써, 단일개를 가지고 계측하는 경우에 비해 계측오류를 최소화할 수 있고, 설치된 복수개의 로드셀 각각에서 계측된 다양한 방향(전(全)방위, 360도)의 외력을 합산하는 계측 또한 가능해 지는 것이다.

상기 설치구조(30)는 전술된 계측장치(20)를 시험대상 해양 모형물(10)에 설치고정함과 동시에, 시험대상 해양 모형물(10)에 가해지는 외력을 계측장치(20)로 전달하여, 상기 계측장치(20)에서 외력에 대한 정하중 계측이 가능해지도록 한다.

이를 위한, 상기 설치구조(30)는 선박 거치부(31), 고정 중단체(33)로 이루어진다.

상기 선박 거치부(31)는 저면이 시험대상 해양 모형물(10)의 상면에 고정설치되며, 상면 중심에서는 상부를 향해 설치축(32)이 돌출형성되도록 한다. 즉, 상기 선박 거치부(31)는 시험대상 해양 모형물(10)에 고정설치되어 있는 것이기에, 상기 선박 거치부(31)가 회전되거나 흔들리며 거동될 시, 선박 거치부(31)와 동일하게 움직이게 되는 것이다.

상기 고정 중단체(33)는 하단부에 회전부(34)를 형성하는데, 상기 회전부(34)는 내부에 베어링(35)이 구비되어 있으며, 베어링(35)의 내측에는 결합공(36)이 천공형성되어 있다. 즉, 상기 설치축(32)이 고정 중단체(33)의 저면에서부터 길이방향으로 결합공(36)에 끼워지게 되는 것인데, 이러한, 상기 결합공(36)에 끼워진 설치축(32)은 상기 결합공(36) 내에서 소정각도로 기울어질 수 있도록 소정공간(S)을 형성하도록 한다. 또한, 이러한, 상기 고정 중단체(33)의 상단부에는 체결편(37)이 돌출형성되어, 전술된 계측장치(20)의 저면에 형성된 체결홈(21)에 상기 체결편(37)이 대응되며 끼워져 결합고정되도록 한다.

더욱 자세히 설명하면, 상기 설치축(32)은 시험대상 해양 모형물(10)에 고정되어 있는 상태이기에, 상기 시험대상 해양 모형물(10)의 회전하게 되면 설치축(32) 또한 회전하게 되는데, 상기 설치축(32)은 결합공(36) 내에서 베어링(35)에 의해 원활한 회전을 할 수 있게 된다. 물론, 상기 시험대상 해양 모형물(10) 및 설치축(32)이 회전되어도 고정 중단체(33)와 계측장치(20)는 수직설치된 상태로 회전되지 않는다.

또한, 상기 시험대상 해양 모형물(10)이 외부에서 가해진 바람 또는 조류력에 의해 좌, 우, 전방, 후방으로 흔들리며 거동되는 경우,(도 4의 'F1') 그에 따라 상기 선박 거치부(31)의 설치축(32) 또한 동일하게 흔들리게 되는데, 이때, 상기 결합공(36) 내에 형성되어 있는 소정공간(S) 내에서 흔들려 일방향으로 기울어지게 된다. 이렇게 결합공(36) 내 소정공간(S)에서 기울어지는 설치축(32)은 결합공(36) 내에 부딪히게 되고,(도 4의 'F2') 이러한 외력은 고정 중단체(33) 전체에 전달되어 고정 중단체(33) 상부에 고정설치되어 있는 로드셀로 시험대상 해양 모형물(10)에 가해진 외력이 전달이 된다.

(외력을 전달받아 계측한 로드셀은 이후 별도의 처리장비(PC 등)와 전기적으로 연결되어, 계측자료를 분석 및 저장할 수 있음은 당연할 것이다.)

상기 지지구조(40)는 전술된 계측장치(20)를 지지관체(11)에 고정연결하기 위한 것으로서, 일단은 지지관체(11)에 고정되고, 타단은 계측장치(20)의 외주연에 고정결합된다.

이러한, 상기 지지구조(40)는 수직대(41), 수평대(42), 조절대(43), 보조대(44)로 이루어져, 시험대상 해양 모형물(10)의 크기 또는 계측장치(20)가 시험대상 해양 모형물(10)에 설치되어 있는 위치에 따라, 상, 하로의 높이조절 및 좌, 우로의 길이조절이 된다.

상기 수직대(41)는 지면과 수평을 이루는 지지관체(11)에 수직으로 고정설치된다.

상기 수평대(42)는 일단이 전술된 수직대(41)에 결합되어 지면과 수평을 이루도록 하되, 상기 수평대(42)에 결합되는 일단이 수평대(42)와 고정수단(볼트, 너트 등이 사용되며, 이는 후술될 또 다른 고정수단에도 동일하게 적용된다, B)에 의해 착탈이 가능토록 하여, 상기 수직대(41)의 길이방향으로 향해, 상, 하로 이동이 가능하도록 한다.

상기 조절대(43)는 일측이 수평대(42)의 타단에 내입되어 결합되고, 타측은 계측장치(20)의 외주연에 결합고정되되, 상기 수평대(42)에 내입되는 일측을 수평대(42)의 타단 내부 또는 외부로 내입 또는 토출시키며 좌, 우 방향으로 길이조절되도록 한 후, 고정수단에 의해 고정되도록 한다.

상기 보조대(44)는 수평대(42)의 상단에서 일단이 수직대(41)에 결합되고, 타단은 수평대(42)의 타단 외주연에 결합되는 것으로서, 상기 수평대(42)의 타단이 하단으로 쳐지지 않도록 지지하기 위한 것이다. 이러한, 상기 보조대(44)의 일단 또한, 수직대(41)의 길이방향으로 상, 하 이동이 가능하고, 보조대(44)의 타단 또한 수평대(42)의 길이방향으로 좌, 우로 이동되며 고정수단에 의해 위치가 고정될 수 있음이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 시험대상 해양 모형물 11: 지지관체
12: 지지관체 고정부 20: 계측장치
21: 체결홈 30: 설치구조
31: 선박 거치부 32: 설치축
33: 고정 중단체 34: 회전부
35: 베어링 36: 결합공
37: 체결편 40: 지지구조
41: 수직대 42: 수평대
43: 조절대 44: 보조대
S: 소정공간

Claims (5)

1. 부유되는 시험대상 해양 모형물(10);
   상기 시험대상 해양 모형물(10)의 횡과 종방향에 소정간격 이격되어 대응배치되는 지지관체(11);
   상기 시험대상 해양 모형물(10)에 설치되어, 바람 또는 조류력에 의해 시험대상 해양 모형물(10)에 가해지는 360도 전방향의 외력에 대한 정하중을 계측하는 계측장치(20);
   상기 계측장치(20)를 시험대상 해양 모형물(10)에 고정하기 위한 설치구조(30);
   상기 계측장치(20)를 지지관체(11)에 고정연결하되, 상기 시험대상 해양 모형물(10)의 크기 또는 계측장치(20)의 설치위치에 따라 길이 및 높이가 조절가능한 지지구조(40);
   시험대상 해양 모형물(10)이 부유되는 시험공간 외부에 설치되어, X축과 Y축으로 설치된 지지관체(11)를 모두 지지하는 지지관체 고정부(12); 를 포함하여 이루어지되,
   상기 계측장치(20)는 복수개의 로드셀이 사용되어 외력을 계측하되, 설치된 복수개의 로드셀 각각에서 계측된 전(全)방위의 외력을 합산하는 계측이 가능하며,
   상기 설치구조(30)는 상부를 향해 설치축(32)을 돌출형성하며 상기 시험대상 해양 모형물(10)의 상면에 고정설치되는 선박 거치부(31)와, 상단에는 계측장치(20)가 고정설치되고, 하단에는 상기 설치축(32)이 회전가능토록 끼움결합되는 결합공(36)이 천공형성되어, 상기 결합공(36) 내 베어링(35)에 의해 설치축(32)이 원활히 회전되도록 하는 고정 중단체(33)로 이루어지고,
   상기 고정 중단체(33)는 결합공(36) 내에 설치축(32)이 기울어질 수 있는 소정공간(S)을 형성하여, 상기 설치축이 파도 또는 조류력으로 인하여 소정공간 내에서 고정 중단체와 접촉되어, 시험대상 해양 모형물에 가해진 360도 전방향의 외력을 계측장치로 전달하며,
   상기 지지구조(40)는 지지관체(11)에 고정설치되는 수직대(41)와, 상기 수직대(41)에 일단이 고정수단에 의해 결합되어 수평설치되며, 상기 수직대(41)의 길이방향으로 상, 하 이동이 가능한 수평대(42)와, 일측이 수평대(42)의 타단에 내입되어 결합되고, 타측은 계측장치(20)의 외주연에 결합고정되되, 상기 수평대(42)에 내입되는 일측을 수평대(42)의 타단 내부 또는 외부로 내입 또는 토출시키며 좌, 우 방향으로 길이조절되도록 한 후, 고정수단에 의해 고정되는 조절대(43)와, 상기 수직대(41)와 수평대(42)에 양단이 각각 위치가 조절되어 고정됨으로써, 상기 수평대(42)의 타단이 하단으로 쳐지지 않도록 지지하되, 상기 수직대(41)의 길이방향으로 상, 하 이동이 가능하고, 수평대(42)의 길이방향으로도 좌, 우로 이동되며 고정수단에 의해 위치가 고정가능한 보조대(44)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 유체 정하중 계측장치.
   
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