KR101271684B1 - 횡동요 저감 장치 - Google Patents

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Abstract

횡동요 저감 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 횡동요 저감 장치는 선체에 마련되고, 내부에 유체를 수용하는 탱크; 탱크 내부의 좌우측부에 각각 승강 가능하게 설치되고, 탱크 내부에 수용된 유체의 슬로싱에 의해 탱크의 좌우측벽에 가해지는 충격을 흡수하는 한 쌍의 흡수부; 및 각 흡수부를 승강시키기 위한 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

횡동요 저감 장치{Apparatus for reducing rolling}
본 발명은 횡동요 저감 장치에 관한 것이다.
일반적으로 해상에서 선박은 파도에 의해서 상하동요 및 횡동요 등 다양한 운동을 하게 되며, 이러한 동요현상은 작업성능과 안전을 저해하는 요인으로 작용한다. 특히, 상부갑판 위로 컨테이너를 적재하는 컨테이너선과 같이 무게중심이 높게 형성되는 선박의 경우 횡동요에 의해 전복될 우려가 있으므로 주의해야 한다.
이와 같은 선박의 횡동요를 억제하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 가장 널리 알려진 것이 바로 빌지킬(Bilge Keel)이다. 빌지킬은 판과 같은 부재로서 선저와 선체의 측벽이 만나는 빌지 부분에 부착되는 장치이다. 이와 같은 빌지킬은 선박이 횡동요를 할 때 와류를 발생시키는데, 설치시 부가적인 비용이 크지 않음에 따라 대부분의 선박에 채택되어 사용되고 있다.
또한, 위와 같은 빌지킬 만으로 횡동요 감쇠효과를 충분히 얻지 못할 경우에는 횡동요 감쇠탱크(anti rolling tank)나 핀안정기와 같은 장비를 부가 설치하게 된다. 감쇠탱크는 선박의 중앙부 U자형 물탱크를 설치하여 물탱크 내부 유동의 공진현상을 이용하는 것으로 수동식과 능동식이 모두 사용되고 있다.
그리고 핀안정기는 빌지에 핀을 부착시켜 횡동요에 따라 핀의 각도를 조절함으로써 핀에 양력을 발생시켜 부가적인 복원력과 감쇠력을 발생시키는 횡동요 감쇠장치이다.
그런데, 종래의 횡동요 감쇠방식에서 빌지킬은 저렴한 비용으로 거의 모든 선박에 보편적으로 적용되고 있으나, 횡동요의 감쇠 성능이 우수하지 못하다는 문제가 있었다.
또한, 핀안정기와 감쇠탱크는 설치에 많은 비용과 공간이 소요되어 작동하는데 지속적으로 동력을 소모하는 문제점이 있었다. 더욱이 핀안정기는 일정속도 이상으로 항해할 때만 유효하며 정지 중에는 효과가 없다는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예들은 선박의 횡동요를 효과적으로 저감시키고 내구성이 향상되도록 구성된 횡동요 저감 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 마련되고, 내부에 유체를 수용하는 탱크; 상기 탱크 내부의 좌우측부에 각각 승강 가능하게 설치되고, 상기 탱크 내부에 수용된 유체의 슬로싱에 의해 상기 탱크의 좌우측벽에 가해지는 충격을 흡수하는 한 쌍의 흡수부; 및 상기 각 흡수부를 승강시키기 위한 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 횡동요 저감 장치가 제공된다.
상기 구동부, 상하방향으로 연장되어 상기 각 흡수부에 형성된 관통부에 삽입되고, 외주면에 상기 각 관통부의 내주면에 마련된 암나사와 맞물리는 수나사가 형성된 한 쌍의 로드; 및 상기 각 로드에 구동력을 제공하는 한 쌍의 구동 모터를 포함할 수 있다.
상기 횡동요 저감 장치는 상기 각 로드를 상기 탱크에 대해 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 흡수부는 복수의 관통홀이 형성된 평판 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 각 흡수부는 상기 각 흡수부를 관통하는 지지바를 따라 승강할 수 있다.
상기 탱크의 좌우측벽에 대향하여 상기 탱크의 좌우측부에 각각 배치되고, 표면에 복수의 관통홀이 형성된 한 쌍의 다공판을 더 포함하고, 상기 각 다공판과 상기 탱크의 좌우측벽 사이에 상기 각 흡수부가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 탱크 내부에 수용된 유체가 좌우방향으로 왕복이동하면서 반횡동요 모멘트를 발생시킴으로써 선박의 횡동요를 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 탱크 내부의 좌우측부에 흡수부가 승강 가능하게 배치됨으로써 탱크의 좌우측벽에 가해지는 슬로싱 충격을 효과적으로 저감하고, 탱크의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치를 구비한 선박의 횡단면을 후방에서 바라본 개략적인 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치를 후방 상측에서 바라본 개략적인 사시도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치가 횡동요를 저감하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일하거나 대응하는 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치를 구비한 선박의 횡단면을 후방에서 바라본 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치를 후방 상측에서 바라본 개략적인 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 횡동요 저감장치(1)는 탱크(10)와, 한 쌍의 흡수부(31, 32)와, 구동부(50)를 포함한다.
탱크(10)는 내부에 유체(A)를 수용한다. 탱크(10) 내부에 수용된 유체(A)는 선체(5)가 횡동요할 때 선체(5)의 횡단면의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측을 왕복이동하며 반횡동요 모멘트를 발생시켜 선체(5)의 횡동요를 저감시킨다.
탱크(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 선체(5)의 상부에 위치할 수 있으나 이에 국한되지 않고 선체의 형상 등에 따라 탱크의 위치가 변경될 수 있다.
탱크(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 선체(5)의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측으로 연장 형성된다. 이 경우, 탱크(10)는 도 1에서 도시된 바와 같이 선체(5)의 중심선(CL)에 대해 좌우대칭으로 이루어질 수 있다.
한 쌍의 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부에 설치된다. 흡수부(31, 32)는 각각 탱크(10) 내부에 수용된 유체(A)의 슬로싱에 의해 탱크(10)의 좌측벽(11) 및 우측벽(12)에 가해지는 충격을 흡수하기 위한 것으로, 탱크(10) 내부의 좌측부 및 우측부에 배치된다.
각 흡수부(31, 32)는 도 2에 도시된 바와 같이 좌우방향 및 전후방향으로 연장된 평판 형상으로 이루어질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
각 흡수부(31, 32)가 평판 형상으로 이루어진 경우. 각 흡수부(31, 32)는 표면에 복수의 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다. 이 경우, 관통홀(미도시)은 좌우방향(즉, 선체의 폭방향)으로 연장된 형태를 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
각 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부의 유체(A)의 슬로싱 충격을 흡수하도록 탄성 재질을 포함하여 이루어진다. 이 경우, 흡수부(31, 32)는 슬로싱 충격에 의해 쉽게 손상되는 것을 방지하도록 적절한 강성을 가진다. 또한, 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부에서 유체(A)에 반복적으로 접하기 때문에 내식성이 강한 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
각 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부에 승강 가능하게 설치된다. 이 경우, 각 흡수부(31, 32)는 도 2에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 연장되고 각 흡수부(31, 32)의 코너부를 관통하는 지지바(21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29)를 따라 승강할 수 있다. 이 경우, 지지바(21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29)는 각 흡수부(31, 32)가 승강할 때 각 흡수부(31, 32)를 가이드하고, 각 흡수부(31, 32)를 효과적으로 지지할 수 있다. 또는 도시되지 않았으나 흡수부는 다양한 방식으로 탱크 내부에 승강 가능하게 설치될 수 있다.
흡수부(31, 32)는 도 1에 도시된 바와 같이 탱크(10) 내부의 유체(A)가 잠잠할 때 유체(A)의 표면보다 상측에 위치하도록 위치 조정된다. 이 경우, 흡수부(31, 32)는 선체(10)의 횡동요에 의해 탱크(10) 내부의 유체가 동요할 때, 동요된 유체가 흡수부(31, 32)의 저면과 직접 만날 수 있도록 위치 조정된다.
흡수부(31, 32)의 위치 조정은 후술하는 구동부(50)에 의해 이루어질 수 있다. 흡수부(31, 32)에 대한 위치 조정이 완료되면 구동부(50)의 작동이 종료되고 흡수부(31, 32)는 해당 위치에 고정된 상태를 유지할 수 있다.
흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부의 유체(A)의 양에 따라 탱크(10)의 바닥면으로부터의 높이가 조절되도록 승강할 수 있다. 즉, 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부의 유체(A)가 잠잠할 때 유체(A)의 표면보다 상측에 위치해야 하기 때문에 흡수부(31, 32)의 높이는 탱크(10) 내부의 유체(A)의 양에 따라 결정된다.
탱크(10)의 바닥면에 대한 흡수부(31, 32)의 높이를 조정하기 위해 구동부(50)가 사용된다. 즉, 구동부(50)는 흡수부(31, 32)를 승강시키기 위한 구동력을 제공한다.
구동부(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 로드(51, 52)와, 한 쌍의 구동모터(56, 57)를 포함할 수 있다. 각 로드(51, 52)는 상하방향으로 연장되어 각 흡수부(31, 32)에 형성된 관통부(31a, 32a)에 삽입되고, 각 로드(51, 52)의 외주면에는 각 관통부(31a, 32a)의 내주면에 마련된 암나사와 맞물리는 수나사(51a, 52a)가 형성된다. 각 로드(51, 52)의 하단은 탱크(10)의 바닥면에 마련된 회전 지지부(41, 42)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 각 구동모터(56, 57)는 각 로드(51, 52)를 회전시킨다. 각 구동모터(56, 57)는 탱크(10)의 상면에 배치될 수 있다.
이와 같이 구성된 구동부(50)는 구동 모터(56, 57)가 로드(51, 52)를 회전시키면 암나사를 구비한 흡수부(31, 32)가 수나사를 구비한 로드(51, 52)를 따라 이동하도록 작동된다. 이 경우, 구동모터(56, 57)의 회전방향에 따라 흡수부(31, 32)는 승강 또는 하강하게 된다. 한편, 구동 모터(56, 57)가 정지되면 로드(51, 52)의 회전이 멈추고 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 내부에서 위치 고정될 수 있다.
한편, 구동부(50)에 포함된 구동 모터 및 로드의 개수는 당업자가 용이하게 변형할 수 있을 것이다.
대안적으로, 도시되지 않았으나 흡수부를 승강시키기 위한 다양한 방식의 구동부가 제안될 수 있다. 예를 들어, 체인 및 스프로킷 등을 포함하는 체인 방식의 구동부 또는 렉 및 피니언을 포함하는 렉 피니언 방식의 구동부가 제안될 수 있다.
본 실시예에 따른 횡동요 저감 장치는 한 쌍의 격벽(71, 72)을 더 포함할 수 있다. 각 격벽(71, 72)은 탱크(10)의 좌측벽(11) 및 우측벽(12)에 대향하여 탱크(10)의 좌우측부에 배치된다. 이 경우, 각 흡수부(31, 32)는 각 격벽(71)과 탱크(10)의 좌우측벽(11, 12) 사이에 배치된다.
각 격벽(71, 72)은 표면에 복수의 관통홀(71a, 72a)이 형성된 다공판 형상으로 이루어질 수 있다.
각 격벽(71, 72)은 탱크(10) 내부의 유체가 선체(10)의 횡동요에 대한 반횡동요 모멘트를 발생시키도록 선체(5)의 횡단면의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측을 왕복 이동할 때, 이동 유체(A)에 의한 충격이 탱크(10)의 좌측벽(11) 및 우측벽(12)에 직접적으로 가해지는 것을 방지한다. 즉, 각 격벽(71, 72)은 유체(A)가 탱크(10)의 좌측벽(11) 및 우측벽(12)을 충격하기 전에 유체(A)의 충격력을 감쇠한다. 유체(A)는 각 격벽(71, 72)에 형성된 복수의 관통홀(71a, 72a)을 통해 이동할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치가 횡동요를 저감하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4에서 W1으로 표시된 화살표는 선체(5)의 횡동요에 의해 유발되는 수용된 유체(A)의 이동 방향을 나타내고, W2 및 W3로 표시된 화살표는 유체(A)가 W1 방향으로 이동함에 따라 유발되는 유체(A)의 표면의 이동 방향을 낸다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 횡동요가 저감되는 과정을 설명한다. 여기서, 도 3 및 도 4에 도시된 흡수부(31, 32)는 탱크(10) 바닥면에 대한 위치 조정이 완료된 상태이며, 흡수부(31, 32)의 위치 조정에 대한 메커니즘은 앞의 설명으로 대신한다.
먼저 도 3을 참조하면, 선체(5)가 횡동요하여 R1방향으로 회전한다. 이 경우, 탱크(10)에 수용된 유체(A)는 관성에 의해 상대적으로 W1 방향, 즉 탱크(10)의 우측 방향으로 이동한다. 유체(A)가 탱크(10)의 우측부로 이동하면, 유체(A)의 자중에 의해 선체(10)가 R1방향으로 회전하는 것을 방해하는 반횡동요 모멘트(Anti-rolling moment)인 모멘트(M1)가 발생되고, 선체(10)의 횡동요는 저감된다.
W1방향으로 이동하는 유체(A)은 탱크(10)의 우측벽(12)을 직접 충격하기 전에 탱크(10)의 우측부에 배치된 격벽(72)에 의해 감쇠된다. 이에 따라, 탱크(10)의 우측벽(12)에 가해지는 슬로싱 충격이 저감될 수 있다.
유체(A)가 W1방향으로 이동함에 따라, 탱크(10)의 좌측부에 위치하는 유체(A)의 표면이 W2방향으로 하강하고, 탱크(10)의 우측부에 위치하는 유체(A)의 표면이 W3방향으로 상승한다. 이 경우, 탱크(10)의 우측부에 위치하는 흡수부(32)는 W3방향으로 상승하는 유체(A)의 충격 에너지를 흡수함으로써 탱크(10)의 우측벽(12)에 가해지는 슬로싱 충격을 저감시킨다.
이 후, 선체(10)는 R1방향으로의 회전을 멈추고 도 4와 같이 R2방향으로 회전한다. 이 경우, 도 4에 볼 때 탱크(10)의 내부에 수용된 유체(A)는 관성에 의해 상대적으로 W1 방향, 즉 탱크(10)의 좌측 방향으로 이동한다. 유체(A)가 탱크(10)의 좌측부로 이동하면, 유체(A)의 자중에 의해 선체(10)가 R2방향으로 회전하는 것을 방해하는 반횡동요 모멘트(Anti-rolling moment)인 모멘트(M2)가 발생되고, 선체(10)의 횡동요는 저감된다.
W1방향으로 이동하는 유체(A)은 탱크(10)의 좌측벽(11)을 직접 충격하기 전에 탱크(10)의 좌측부에 배치된 격벽(71)에 의해 감쇠된다. 이에 따라, 탱크(10)의 좌측벽(11)에 가해지는 슬로싱 충격이 저감될 수 있다.
유체(A)가 W1방향으로 이동함에 따라, 탱크(10)의 좌측부에 위치하는 유체(A)의 표면이 W2방향으로 상승하고, 탱크(10)의 우측부에 위치하는 유체(A)의 표면이 W3방향으로 하강한다. 이 경우, 탱크(10)의 좌측부에 위치하는 흡수부(31)는 W2방향으로 상승하는 유체(A)의 충격 에너지를 흡수함으로써 탱크(10)의 좌측벽(11)에 가해지는 슬로싱 충격을 저감시킨다.
한편, 본 실시예에 따르면, 흡수부의 탱크 바닥면에 대한 높이를 조절하기 위해 센서부(미도시)와 제어부(미도시)가 사용될 수 있다. 센서부(미도시)는 선체의 횡동요의 발생 및 횡동요의 크기 등을 감지할 수 있다. 제어부(미도시)는 센서부로부터 감지된 신호를 기초로 흡수부의 높이를 조절할 수 있다. 보다 상세히, 제어부는 센서부에 의해 감지된 신호를 수신하고, 미리 획득한 탱크 내부에 수용된 유체의 양에 따라 흡수부의 높이를 조절할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 탱크
31, 32 : 흡수부
50 : 구동부
51, 52 : 로드
56, 57 : 구동모터

Claims (6)

  1. 선체에 마련되고, 내부에 유체를 수용하는 탱크;
    상기 탱크 내부의 좌우측부에 각각 승강 가능하게 설치되고, 상기 탱크 내부에 수용된 유체의 슬로싱에 의해 상기 탱크의 좌우측벽에 가해지는 충격을 흡수하는 한 쌍의 흡수부;
    상기 각 흡수부를 승강시키기 위한 구동력을 제공하는 구동부; 및
    상기 탱크의 좌우측벽에 대향하여 상기 탱크의 좌우측부에 각각 배치되고, 다공판 형상으로 이루어진 한 쌍의 격벽을 포함하고,
    상기 각 격벽과 상기 탱크의 좌우측벽 사이에 상기 각 흡수부가 배치되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상하방향으로 연장되어 상기 각 흡수부에 형성된 관통부에 삽입되고, 외주면에 상기 각 관통부의 내주면에 마련된 암나사와 맞물리는 수나사가 형성된 한 쌍의 로드; 및
    상기 각 로드에 구동력을 제공하는 한 쌍의 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 로드를 상기 탱크에 대해 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수부는 복수의 관통홀이 형성된 평판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 흡수부는 상기 각 흡수부를 관통하는 지지바를 따라 승강하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  6. 삭제
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