KR101259142B1 - 슬로싱 테스트 장치 - Google Patents

Abstract

슬로싱 테스트 장치가 개시된다. 상기 슬로싱 테스트 장치는, 시험체가 설치되는 테스트 베드와; 상기 테스트 베드에 수직 방향으로 설치되는 가이드 프레임; 및 상기 시험체를 향하여 이동하도록 상기 가이드 프레임에 가이드되며, 액체가 채워지는 액체주머니를 포함한다.

Description

슬로싱 테스트 장치{Appratus for testing sloshing}

본 발명은 슬로싱 테스트 장치에 관한 것이다.

원유나 액화천연가스 등 액체를 운반하는 선박들은 육상 구조물과는 달리 운항 중 파랑에 기인하는 6 자유도 운동을 하게 된다. 이로 인해 선박의 화물창 내부의 유체 유동에 기인하는 슬로싱(sloshing)같은 현상이 발생하며, 그 결과 선체에는 큰 충격력이 작용하게 된다.

즉, 선박의 운동에 따른 화물창의 운동이 유체의 운동에너지를 계속 증가시켜서 큰 유체 유동을 유발하여, 주기가 화물창의 고유 주기와 가까워지면 큰 충격하중이 작용하게 되며 이것이 선체의 손상을 유발하는 것이다. 따라서 슬로싱 문제로 인한 선체에 대한 구조적인 강도 보강의 필요성과 함께 슬로싱 현상에 대한 실험적 연구가 필요하다.

현재 이러한 슬로싱 현상에 의한 구조물의 반응 및 유체 충격 순간 구조물에 전달되는 유체압을 조사하기 위하여 wet drop test 및 dry drop test가 수행되고 있다.

wet drop test는 수조에 고여진 유체에 구조물을 떨어뜨려 유체와의 충돌에 의한 구조물의 반응을 살펴보는 방법이고, dry drop test는 유체가 아닌 단단한 물체를 구조물에 낙하시켜 충격에 의한 구조물의 반응을 살펴보는 방법이다.

그러나, 실제에 있어서는 구조물에 대해 유체가 움직여 구조물에 충격을 가하기 때문에 상기의 wet drop test 및 dry drop test가 실제 현상을 정확히 모사한다고 볼 수 없다. 따라서, 보다 정확한 슬로싱 현상을 실험적으로 연구하기 위해서는 보다 실제와 가까운 슬로싱 테스트 장치가 필요하다.

본 발명은 정확한 슬로싱 현상을 실험적으로 연구하기 위해서 보다 실제와 가까운 슬로싱 테스트 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시험체가 설치되는 테스트 베드와; 상기 테스트 베드에 수직 방향으로 설치되는 가이드 프레임; 및 상기 시험체를 향하여 이동하도록 상기 가이드 프레임에 가이드되며, 액체가 채워지는 액체주머니를 포함하는 슬로싱 테스트 장치가 제공된다.

상기 액체주머니는 상기 시험체를 향하여 낙하되어 상기 시험체에 충격을 가할 수 있다.

상기 액체주머니를 상기 가이드 프레임을 따라 승강시키는 리프트를 더 포함할 수 있으며, 상기 리프트는, 상기 액체주머니를 시험체를 향하여 상승시켜 상기 시험체에 충격을 가할 수 있다.

상기 리프트는, 상기 가이드 프레임의 상단에 결합되는 리프트 지지부와; 상기 리프트 지지부 상에 회전 가능하게 결합되는 권취드럼과; 상기 권취드럼에 감기거나 풀리는 와이어; 및 상기 권취드럼을 회전시키는 모터를 포함할 수 있으며, 상기 액체주머니는 상기 와이어에 결합될 수 있다.

상기 시험체와 상기 액체주머니의 서로 대향하는 면은 동일 크기일 수 있다.

상기 시험체와 상기 액체주머니의 서로 대향하는 면은 서로 경사를 이룰 수 있다.

상기 시험체는, 멤브레인 타입의 액화천연가스 운반선의 단열구조를 모사한 것일 수 있다.

모사된 상기 단열구조 중 1차 방벽은, 상기 액체주머니의 상기 시험체에 대향하는 면을 구성하며, 모사된 상기 단열구조 중 나머지는, 상기 시험체를 구성할 수 있다.

상기 액체주머니의 상기 1차 방벽의 내면에는 압력센서가 부착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 정확한 슬로싱 현상을 실험적으로 연구하기 위해서 보다 실제와 가까운 슬로싱 테스트를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 정면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 정면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 슬로싱 테스트 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 정면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 슬로싱 테스트 장치(10), 테스트 베드(12), 가이드 프레임(14), 액체주머니(16), 시험체(18), 가이드홈(20), 가이드편(22), 2차 단열패널(24), 2차 방벽(26), 1차 단열패널(28), 1차 방벽(30), 주름부(32), 압력센서(34)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치(10)는, 시험체(18)가 설치되는 테스트 베드(12)와; 상기 테스트 베드(12)에 수직 방향으로 설치되는 가이드 프레임(14)과; 상기 시험체(18)를 향하여 이동하도록 상기 가이드 프레임(14)에 가이드되며, 액체가 채워지는 액체주머니(16)를 포함하여, 정확한 슬로싱 현상을 실험적으로 연구하기 위해서 보다 실제와 가까운 슬로싱 테스트를 수행할 수 있다.

테스트 베드(12)는 시험대상 구조물의 일부를 이루는 시험체(18)가 설치되는 곳으로, 강판 등으로 구성될 수 있다.

가이드 프레임(14)은 테스트 베드(12)에 대해 수직 방향으로 설치되어, 후술할 액체주머니(16)가 테스트 베드(12) 상의 시험체(18)를 향하여 이동되도록 한다. 본 실시예에서는 테스트 베드(12)가 가이드 프레임(14)의 하부에 위치하여 액체주머니(16)가 가이드 프레임(14)을 따라 낙하하여 시험체(18)에 충격을 가하도록 구성되었으나, 테스트 베드(12)를 가이드 프레임(14)의 상부에 설치하고 액체주머니(16)를 가이드 프레임(14)을 따라 잡아당겨 시험체(18)에 충격을 가하도록 구성할 수 있다(도 3 및 도 4 참조).

액체주머니(16)는 시험체(18)를 향하여 이동되도록 가이드 프레임(14)에 의해 가이드되며, 내부에 액체가 채워진다. 실제와 유사하게 구조물에 대해 액체가 움직여 구조물에 충격을 가하도록 액체주머니(16)에 액체를 채워 시험체(18)에 충격을 가하도록 구성한다.

액체주머니(16)는 유연성의 재질로 이루어져 튜브 형태로 제작되며 액체가 채워짐에 따라 일정 형상을 유지한다. 본 실시예에서는 액체가 채워지면 육면체 형상을 갖도록 구성한 형태를 제시한다. 이외에, 실험의 목적에 따라 다양한 형태로 구성할 수 있다. 예를 들면, 액체가 채워진 경우 원주 형태를 이루도록 하거나, 액체주머니(16)의 시험체(18)에 대한 대향면이 실제 충격을 가하는 유체의 형상과 유사하게 구성할 수 있다.

그리고, 화물창 내의 액체가 화물창의 측벽에 대하여 경사를 가지고 충격을 가할 수 있으므로, 시험체(18)와 액체주머니(16)의 서로 대향하는 면은 서로 경사를 이루도록 할 수 있다. 예를 들면, 테스트 베드(12) 상에 시험체(18)의 상면이 평평하게 유지된 경우 시험체(18)의 상면에 대해 액체주머니(16)의 하면이 경사를 이루도록 하거나, 액체주머니(16)의 하면이 평평하게 구성된 경우 액체주머니(16)의 하면에 대해 시험체(18)의 상면이 경사지도록 할 수 있다.

시험체(18)와 액체주머니(16)의 서로 대향하는 면은 동일 크기로 형성할 수 있다. 도 1을 참조하면, 액체주머니(16)의 하면과 시험체(18)의 상면의 크기를 동일하게 구성하고 액체주머니(16)의 낙하에 따라 액체주머니(16)의 하면과 시험체(18)의 상면이 서로 면접되도록 하여 충격 압력을 구할 수 있다.

가이드 프레임(14)의 길이 방향을 따라 가이드홈(20)을 형성하고, 액체주머니(16)의 측면에는 가이드홈(20)에 삽입되어 슬라이딩되도록 가이드편(22)을 형성하여 액체주머니(16)가 가이드 프레임(14)을 따라 가이드 되도록 할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 가이드 프레임(14)을 따라 액체주머니(16)가 가이드 될 수 있도록 다양한 형태로 구성할 수 있다. 예를 들면, 가이드홈(20)에 삽입되어 슬라이딩되도록 액체주머니(16)에 롤러를 부착하는 것도 가능하다.

한편, 가이드프레임과 액체주머니(16) 사이에 리니어 모터 시스템(미도시)을 부착하여 액체주머니(16)의 이동속도를 조절할 수 있다.

시험체(18)는 멤브레인 타입의 액화천연가스 운반선의 단열구조를 모사한 것일 수 있다. 즉, 실제 멤브레인 타입의 액화천연가스 운반선의 단열구조와 동일하게 시험체(18)를 제작하여 이에 대해 액체주머니(16)를 낙하하여 슬로싱 테스트를 수행할 수 있다.

멤브레인 타입의 액화천연가스 운반선의 단열구조는, 선체에 부착되는 2차 단열패널과, 상기 2차 단열패널 상에 부착되는 2차 방벽과, 상기 2차 방벽 상에 부착되는 1차 단열패널 및 상기 1차 단열패널 상에 부착되는 1차 방벽을 포함할 수 있고, 이를 모사하여 시험체(18)는, 2차 단열패널(24)과, 상기 2차 단열패널(24) 상에 부착되는 2차 방벽(26)과, 상기 2차 방벽(26) 상에 부착되는 1차 단열패널(28) 및 상기 1차 단열패널(28) 상에 부착되는 1차 방벽(30)으로 구성할 수 있다.

한편, 모사된 단열구조의 1차 방벽(30)은 액체주머니(16)의 시험체(18)에 대향하는 면을 구성하고, 모사된 단열구조의 나머지는 시험체(18)를 구성하도록 할 수 있다.

도 1을 참조하면, 액체주머니(16)의 하면을 멤브레인 타입의 액화천연가스 운반선의 단열구조 중 1차 방벽(30)과 동일하게 구성하고, 액체주머니(16)의 안쪽의 1차 방벽(30)의 내면에 압력센서(34)를 부착하여, 액체주머니(16)와 시험체(18)의 충돌 순간 1차 방벽(30)에 작용하는 압력을 액체주머니(16)의 안쪽면에 위치한 1차 방벽(30)에서 측정함으로써 시험체(18)의 단열재에 작용하는 압력을 측정할 수 있다.

또한, 1차 방벽(30)에는 주름부(32)가 형성되어 있는데, 이러한 방법에 의하여 액체주머니(16)의 충격에 의하여 주름부(32)에 어떠한 구조적 변형이 발생하는지 알 수 있고, 이러한 구조적 변형이 발생할 때 1차 방벽(30)에 작용하는 압력이 1차 방벽(30)을 통하여 시험체(18)의 단열재로 어떻게 전달되는지 평가할 수 있다.

압력센서(34)는 1차 방벽(30)의 내면에 고루 부착되어 충돌 시 1차 방벽(30)의 전면에 대하여 발생하는 압력을 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치의 정면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 슬로싱 테스트 장치(20), 테스트 베드(12), 가이드 프레임(14), 액체주머니(16), 시험체(18), 가이드홈(20), 가이드편(22), 2차 단열패널(24), 2차 방벽(26), 1차 단열패널(28), 1차 방벽(30), 주름부(32), 압력센서(34), 리프트(36), 권취드럼(38), 와이어(40), 리프트 지지부(41), 모터(42)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치(20)는 상기 일 실시예에 따른 슬로싱 테스트 장치와 달리, 리프트(36)를 이용하여 액체주머니(16)를 가이드 프레임(14)의 하단에서 상단으로 이동시켜 가이드 프레임(14)의 상부에 위치하는 시험체(18)에 충격을 가하도록 구성한 형태이다.

리프트(36)는 액체주머니(16)가 가이드 프레임(14)을 따라 시험체(18)를 향하여 이동하도록 액체주머니(16)를 승강시킨다.

본 실시예에서는 테스트 베드(12)가 가이드 프레임(14)의 상부에 설치되어 있고, 액체주머니(16)가 가이드 프레임(14)의 하부에 위치한다. 시험체(18)는 액체주머니(16)의 상면과 대향하도록 테스트 베드(12)의 하면에 부착되며 리프트(36)에 의해 액체주머니(16)가 상승함에 따라 액체주머니(16)가 시험체(18)에 충격을 가하게 된다.

본 실시예에 따른 리프트(36)는, 가이드 프레임(14)의 상단에 결합되는 리프트 지지부(41)와, 리프트 지지부(41)상에 회전 가능하게 결합되는 권취드럼(38)과, 권취드럼(38)에 감기거나 풀리는 와이어(40)와, 권취드럼(38)을 회전시키는 모터(42)를 포함한다.

와이어(40)의 일단은 액체주머니(16)에 결합되며, 모터(42)의 회전에 따라 액체주머니(16)를 승강시킬 수 있다. 모터(42)의 회전속도를 조절하여 액체주머니(16)가 시험체(18)에 충돌하는 속도를 조절할 수 있다.

이외의 구성요소는 상술한 바와 동일하거나 유사하므로 그 설명을 생략하기로 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

10, 20 : 슬로싱 테스트 장치 12 : 테스트 베드
14 : 가이드 프레임 16 : 액체주머니
18 : 시험체 20 : 가이드홈
22 : 가이드편 24 : 2차 단열패널
26 : 2차 방벽 28 : 1차 단열패널
30 : 1차 방벽 32 : 주름부
34 : 압력센서 36 : 리프트
38 : 권취드럼 40 : 와이어
41 : 리프트 지지부 42 : 모터

Claims (9)

1. 멤브레인 타입의 액화천연가스 운반선의 단열구조를 모사한 시험체가 설치되는 테스트 베드와;
   상기 테스트 베드에 수직 방향으로 설치되는 가이드 프레임; 및
   상기 시험체를 향하여 이동하도록 상기 가이드 프레임에 가이드되며, 액체가 채워지는 액체주머니를 포함하고,
   모사된 상기 단열구조 중 1차 방벽은, 상기 액체주머니의 상기 시험체에 대향하는 면을 구성하며,
   모사된 상기 단열구조 중 나머지는, 상기 시험체를 구성하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 액체주머니는 상기 시험체를 향하여 낙하되어 상기 시험체에 충격을 가하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 액체주머니를 상기 가이드 프레임을 따라 승강시키는 리프트를 더 포함하며,
   상기 리프트는,
   상기 액체주머니를 시험체를 향하여 상승시켜 상기 시험체에 충격을 가하는 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 리프트는,
   상기 가이드 프레임의 상단에 결합되는 리프트 지지부와;
   상기 리프트 지지부 상에 회전 가능하게 결합되는 권취드럼과;
   상기 권취드럼에 감기거나 풀리는 와이어; 및
   상기 권취드럼을 회전시키는 모터를 포함하며,
   상기 액체주머니는 상기 와이어에 결합되는 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 시험체와 상기 액체주머니의 서로 대향하는 면은 동일 크기인 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   
6. 시험체가 설치되는 테스트 베드와;
   상기 테스트 베드에 수직 방향으로 설치되는 가이드 프레임; 및
   상기 시험체를 향하여 이동하도록 상기 가이드 프레임에 가이드되며, 액체가 채워지는 액체주머니를 포함하고,
   상기 시험체와 상기 액체주머니의 서로 대향하는 면은 서로 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 액체주머니의 상기 1차 방벽의 내면에는 압력센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 슬로싱 테스트 장치.
   

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