KR101683645B1 - 세로형 공기식 방현재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급격한 접안 에너지의 증대에 대응할 수 있는 세로형 공기식 방현재를 제공한다. 아래쪽의 거울부(3)에 중추(11)가 접속되고, 내부 공간에 소정 양의 밸러스트 수(W)가 수용되고, 몸체부(2)가 내층 고무(4)와 외층 고무(7) 사이에 복수의 보강층(5)이 적층되어 구성되고, 적층되어 상하로 서로 이웃하는 보강층(5) 사이의 코드(6a, 6b)가 교차되어, 통축 방향에 대하여 소정의 코드 각도(A)로 배치되고, 각각의 보강층(5)끼리의 사이에 중간 고무층(8)을 설치하는 동시에, 중립 상태에서 코드 각도(A)를 15° 이상 45° 이하로 설정함으로써, 방현재(1)의 내부 공간에 공기 주입 장치(12)로부터 주입관(12a)을 통하여 추가의 공기(a)를 주입하면, 중간 고무층(8)이 전단 변형되면서 코드 각도(A)가 정지각 정도까지 커져서 몸체부(2)가 확대, 팽창하여 방현재(1)의 에너지 흡수 성능이 신속하게 증대한다.

Description

세로형 공기식 방현재{VERTICAL PNEUMATIC FENDER}

본 발명은 세로형 공기식 방현재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 급격한 접안(接岸) 에너지의 증대에 대응할 수 있는 세로형 공기식 방현재(防舷材)에 관한 것이다.

공기식 방현재에는, 아래쪽의 거울부(鏡部)에 중추(重錘)가 접속되는 동시에, 내부 공간에 소정 양의 밸러스트 수(ballast water)가 수용된 세로형 공기식 방현재가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 세로형 공기식 방현재는, 중추 및 내부 공간에 수용된 밸러스트 수에 의한 연직 하향의 힘과 방현재의 부력을 균형잡아 자세의 안정이 유지된다.

공기식 방현재는 일반적으로 원통상 몸체부의 양단에 볼상(bowl-shaped) 거울부를 구비하고, 몸체부는 내층 고무와 외층 고무 사이에 복수의 보강층이 적층되어 구성되어 있다. 그 보강층은 다수의 코드가 평행하게 가지런히 정렬되어 형성된 코드층이며, 그 코드는 통축(筒軸) 방향에 대하여 소정의 코드 각도로 배치되어 있다. 적층되어 상하로 서로 이웃하는 보강층끼리의 코드는 교차하여 배치되어 있다. 종래에, 코드 각도는 중립 상태에서 정지각 정도(54°내지 55°)로 설정되어 있으므로, 공기식 방현재의 내부에 공기를 주입하여 규정 내압(內壓)으로 해도 몸체부의 크기(길이 및 외경)는 그다지 변하지 않는다.

그런데, 해일 등에 의해 계류 선박의 급격한 요동이 발생하여, 예상 이상의 접안 에너지가 방현재에 부하되어 과잉 압축되면, 안전 밸브가 열려 내부 공간의 공기가 외부로 배출된다. 이때, 안전 밸브가 계속해서 열리면 지나치게 공기가 외부로 배출되어, 최악의 경우, 부력 부족에 의해 방현재가 가라앉아 버린다. 한편, 외부로의 공기 배출 속도에 대하여 방현재가 압축되는 속도가 너무 빠르면, 방현재의 내압이 급격하게 상승하여 최악의 경우에는 터져버릴 위험성이 있다. 그러므로, 급격한 접안 에너지의 증대에 대응할 수 있는 세로형 공기식 방현재가 요구되고 있다.

일본 공개특허공보 제(평)11－117261호

본 발명의 목적은 급격한 접안 에너지의 증대에 대응할 수 있는 세로형 공기식 방현재를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세로형 공기식 방현재는 원통상 몸체부의 양단에 거울부를 구비하고, 상기 몸체부는 내층 고무와 외층 고무 사이에 복수의 보강층이 적층되어 구성되고, 상기 보강층은 다수의 코드가 평행하게 가지런히 정렬되어 형성된 코드층이고, 적층되어 상하로 서로 이웃하는 보강층끼리의 코드가 교차하여 통축 방향에 대하여 소정의 코드 각도로 배치되고, 하측의 거울부에 중추가 접속되는 동시에, 내부 공간에 밸러스트 수가 수용된 세로형 공기식 방현재에 있어서, 각각의 보강층끼리의 사이에 중간 고무층이 설치되고, 중립 상태에서 상기 코드 각도가 15° 이상 45° 이하로 설정되고, 상기 내부 공간에 추가 공기를 주입하는 공기 주입 장치가 접속되어 있고, 상기 내부 공간의 내압을 검지하는 압력 센서를 가지고, 상기 내부 공간을 규정 내압으로 한 중립 상태에서 상기 방현재를 설치 장소에 장착하여 사용하고, 상기 공기식 방현재가 과잉 압축되어 상기 압력 센서가 기준 압력을 초과하는 내압을 검지하면, 상기 공기 주입 장치를 작동시켜, 중립 상태의 상기 내부 공간에 추가의 공기를 주입하는 것에 의하여, 상기 몸체부를 신속하게 팽창시키는 구성으로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 각각의 보강층끼리의 사이에, 팽창시키지 않은 중립 상태에서 중간 고무층이 설치되는 동시에, 적층되어 상하로 서로 이웃하는 보강층끼리의 코드가 교차하여 통축 방향에 대하여 15° 이상 45° 이하의 코드 각도로 배치되어 있으므로, 중립 상태의 방현재에 공기 주입 장치에 의해 추가 공기를 주입하면, 코드 각도가 안정한 정지각까지 커지려고 한다. 그때, 각각의 중간 고무층이 전단 변형되므로, 코드 각도가 원활하게 정지각 정도로까지 커진다. 이것에 의해, 몸체부의 직경이 확장되어 내부 공간의 용적이 신속하게 증대하므로, 에너지 흡수 성능이 신속하고도 대폭적으로 향상한다.

또한, 추가의 공기를 내부 공간에 주입함으로써 내압이 상승하므로, 이 내압 상승에 의해서도 에너지 흡수 성능이 향상한다. 그러므로, 해일 등에 의해 계류 선박의 급격한 요동이 발생하여 급격하게 접안 에너지가 증대되어도 터지는 일 없이 충분히 대응하는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 공기 주입 장치로서는, 예를 들어, 내장 전원 작동 또는 비전기 작동의 공기 주입 봄베(Bombe)를 이용한다. 이러한 공기 주입 봄베라면, 외부 전원을 필요로 하지 않고 급속하게 방현재의 내부 공간에 공기를 주입할 수 있으므로, 정전 등의 긴급사태에도 확실하게 방현재의 흡수 에너지를 대폭으로 향상시키는 것이 가능해진다.

중립 상태에서 상기 중간 고무층의 두께를 예를 들어 1mm 이상 5mm 이하로 한다. 중간 고무층이 1mm 미만이면, 코드 각도를 원활하게 정지 각도 정도까지 크게 하여 몸체부의 직경을 확장시키는 것이 곤란해진다. 한편, 중간 고무층이 5mm를 초과하면 방현재의 중량이 지나치게 커진다.

상기 중간 고무층의 고무의 100% 모듈러스가 0.5MPa 이상 5.0MPa 이하이면, 안정적으로 몸체부의 직경을 충분히 확장시킬 수 있다. 상기 중간 고무층의 고무의 100% 모듈러스가 0.5MPa 미만이면, 몸체부를 수축시켜 직경을 축소시키는 데 시간을 필요로 하여, 원래의 직경으로 되돌아가지 못할 가능성도 있다. 한편, 5.0MPa 초과에서는, 직경 확장 시에 중간 고무층의 전단력이 커져서 변형되기 어려워져 몸체부의 직경을 충분히 확장시키기 어려워진다.

중립 상태에서 상기 중간 고무층의 두께가 외주측(外周側)의 중간 고무층만큼 두꺼워져 있는 사양(仕樣)으로 할 수도 있다. 몸체부의 직경 확장 시에, 외측의 중간 고무층만큼 큰 전단 변형이 필요해질 수 있으므로, 이 사양에 의하면, 일부의 중간 고무층에 지나치게 큰 부하가 발생하는 것을 방지하는 데에는 유리해진다.

도 1은 본 발명의 세로형 공기식 방현재의 사용 상태를 예시하는 설명도이다.
도 2는 중립 상태의 도 1의 세로형 공기식 방현재의 몸체부의 보강층의 상태를 일부 잘라내어 예시하는 설명도이다.
도 3은 도 2의 거울부의 보강층의 상태를 예시하는 설명도이다.
도 4는 도 2의 세로형 공기식 방현재의 몸체부의 일부 확대 단면도이다.
도 5는 몸체부의 직경을 확장시켰을 때의 보강층의 상태를 일부 잘라내어 예시하는 설명도이다.

아래에서, 본 발명의 세로형 공기식 방현재를 도면에 나타낸 실시 형태에 기초하여 설명한다.

도 1 내지 도 3에 예시하는 바와 같이, 본 발명의 세로형 공기식 방현재(1)(이하, 방현재(1)이라고 한다)는 원통상 몸체부(2)의 양단에 볼상 거울부(3)를 구비하고 있다. 각각의 거울부(3)에는 구금부(口金部)(9)가 설치되어 있다. 방현재(1)의 내부 공간에는 소정 양의 밸러스트 수(W)가 수용되어 있다.

상측의 거울부(3)의 구금부(9)에는 안전 밸브(10)가 설치되고, 이 구금부(9) 또는 그 주변에는 압력 센서(13)가 설치되어 있다. 안전 밸브(10)는, 방현재(1)의 내압이 미리 설정되어 있는 상한 압력을 초과할 때에 밸브가 열려 내부 공간의 공기(a)를 외부로 배출하여 내압을 저감시킨다. 압력 센서(13)는 방현재(1)의 내압을 검지(檢知)한다.

상측의 거울부(3)의 구금부(9)에는, 또한, 공기 주입 장치(12)의 주입관(12a)이 접속되어 있다. 주입관(12a)은 파이프나 호스, 혹은 이들의 상당물(相當物)이고, 공기 주입 장치(12)는 통상적으로 정지되어 있고, 주입관(12a)은 닫혀져 있다. 공기 주입 장치(12)는 필요 시에 방현재(1)의 내부 공간에 추가의 공기(a)를 주입한다. 공기 주입 장치(12)로서는, 예를 들어, 내장 전원 작동 또는 비전기 작동의 공기 주입 봄베를 이용한다.

하측의 거울부(3)의 구금부(9)에는 중추(11)가 접속되어 있다. 또한, 각각의 구금부(9)에는 가이 체인(14)의 일단부가 접속되어 있다. 각각의 가이 체인(14)의 타단부는 앵커 등을 통하여 안벽(岸壁)(16)에 고정되어 있다.

이 방현재(1)에는, 밸러스트 수(W)와 중추(11)에 의해 연직 하향의 힘이 가해지고, 이 연직 하향의 힘과 방현재(1)의 부력이 균형을 이루어 방현재(1)는 양단의 거울부(3)를 상하 방향으로 한 세워진 자세를 유지하고 있다.

도 4에 예시하는 바와 같이, 몸체부(2)는 내층 고무(4)와 외층 고무(7) 사이에 복수의 보강층(5)이 적층되어 구성되어 있다. 이 실시 형태에서는 6층의 보강층(5: 5a 내지 5f)이 적층되어 있다. 보강층(5)의 적층수는, 예를 들어 6 내지 12 정도이다. 각각의 보강층(5)끼리의 사이에는 중간 고무층(8: 8a 내지 8e)이 설치되어 있다.

각각의 보강층(5)은, 다수의 코드(6a(6b))가 평행하게 가지런히 정렬되어 형성된 코드층이다. 적층되어 서로 이웃하는 보강층(5)끼리의 코드(6a, 6b)가 교차하여, 몸체부(2)의 통축 방향(통축심(筒軸心)(CL))에 대하여 소정의 코드 각도(A)로 배치되어 있다. 즉, 내주측(內周側) 제1층의 보강층(5a), 제3층의 보강층(5c) 및 제5층의 보강층(5e)은 동일한 방향의 코드 각도(A)이다. 내주측 제2층의 보강층(5b), 제4층의 보강층(5d) 및 제6층의 보강층(5f)은 동일한 방향의 코드 각도(A)인 한편, 이 코드 각도(A)는 보강층(5a, 5c, 5e)과는 반대 방향으로 되어 있다.

코드(6a, 6b)로서는 스틸 코드나 유기 섬유 코드 등이 이용된다. 코드(6a, 6b)의 외경은, 예를 들어 0.5mm 이상 1.5mm 이하 정도이다.

거울부(3)는, 내층 고무(4)와 외층 고무(7) 사이에 복수의 보강층이 적층되어 구성되어 있다. 방사상으로 연장 설치된 코드(6c)로 형성된 보강층(코드층)과 원주 방향으로 연장 설치된 코드(6d)로 형성된 보강층(코드층)이 교호로 적층되어 있다. 코드(6c, 6d)의 사양은 기본적으로 몸체부(2)의 보강층(5)의 코드(6a, 6b)와 동일하다.

본 발명의 방현재(1)는, 중립 상태에서, 중간 고무층(8)의 두께가 1mm 이상 5mm 이하, 코드 각도(A)가 15° 이상 45° 이하로 설정되어 있다. 중립 상태란, 방현재(1)의 내부 공간이 통상적인 사용 시의 규정 내압으로 되어 있는 상태이다. 규정 내압은, 예를 들어 50 ㎪ 이상 100 ㎪ 이하 정도이다.

종래의 공기식 방현재에서는, 반경 방향으로 서로 이웃하는 보강층끼리의 사이에는 양쪽을 접착하기 위한 매우 얇은 접착 고무밖에 개재되어 있지 않다. 본 발명에서는, 도 4에 예시하는 바와 같이, 접착 고무 외에 특별히 중간 고무층(8)을 개재시키고 있다. 중간 고무층(8)을 형성하는 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 부틸 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 등이 이용된다.

내층 고무(4)를 형성하는 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 부틸 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 등이 이용된다. 외층 고무(7)을 형성하는 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 고무 등이 이용된다. 방현재(1)가 중립 상태에 있어서, 내층 고무(4)의 두께는, 예를 들어 2mm 이상 5mm 이하 정도, 외층 고무(7)의 두께는, 예를 들어 3mm 이상 12mm 이하 정도이다.

방현재(1)를 실제로 설치 장소에 장착하여 사용하는 경우에는, 구금부(9)에 설치된 밸브를 통하여 내부 공간에 밸러스트 수(W)를 주입하는 동시에, 공기(a)를 주입한다. 공기(a)를 주입하여 규정 내압으로 만든 중립 상태에서, 각각의 보강층(5)의 코드(6a, 6b)의 코드 각도(A)는 15° 이상 45° 이하가 된다. 이 상태에서는 공기 주입 장치(12)는 정지한 상태이다.

방현재(1)는 통상적으로, 이 중립 상태에서 사용되고, 안벽(16)에 계류되는 선박(15)이 맞닿아 접한다. 여기서, 예를 들어, 해일 등에 의해, 안벽(16)에 계류되어 있는 선박(15)이 급격하게 요동하여 방현재(1)가 과잉으로 압축되면 방현재(1)의 내압이 비정상적으로 상승한다. 이때, 압력 센서(13)가 기준 압력을 초과하는 내압을 검지하면, 공기 주입 장치(12)를 작동시키는 구성으로 되어 있다. 기준 압력은 중립 상태의 규정 압력보다 정해진 압력만큼 높게 설정된 방현재(1)가 터지지 않는 압력이다.

공기 주입 장치(12)가 작동하면 방현재(1)의 내부 공간에 추가의 공기(a)가 즉석에서 주입된다. 추가의 공기(a)의 주입에 의해, 각각의 보강층(5)의 코드(6a, 6b)의 코드 각도(A)가 안정한 정지각 정도(54° 이상 55° 이하)까지 커지려고 한다. 그때, 중간 고무층(8)이 존재하고 있으므로, 각각의 중간 고무층(8)이 적당하게 전단 변형된다. 이것에 의해, 도 5에 예시하는 바와 같이, 코드 각도(A)가 원활하게 정지각 정도까지 변화하므로, 신속하게 몸체부(2)의 직경을 크게 확장시켜 팽창시키는 것이 가능해진다.

예를 들어, 추가의 공기(a)를 주입하여 몸체부(2)를 최대로 직경 확장, 팽창시킨 상태에서, 방현재(1)의 내압은 예를 들어 150 ㎪ 정도이다.

중립 상태의 코드 각도(A)가 15° 미만에서는, 코드 각도(A)를 정지각 정도로 크게 하려면 중간 고무층(8)에 지나치게 큰 전단 응력이 발생하여 바람직하지 않다. 한편, 코드 각도(A)가 45° 초과에서는, 중립 상태에서 추가의 공기(a)를 주입할 때의 몸체부(2)의 직경 확장 정도가 작아진다. 그러므로, 중립 상태에서 코드 각도(A)를 15° 이상 45° 이하로 설정하고 있다.

상기와 같이 방현재(1)가 과잉 압축될 때, 몸체부(2)의 직경이 확장되어 내부 공간의 용적이 신속하게 증대하여 허용 압축량이 증가한다. 그러므로, 방현재(1)의 에너지 흡수 성능이 신속하고도 대폭적으로 향상한다. 또한, 추가의 공기(a)를 내부 공간에 주입함으로써 내압이 상승하므로, 이 내압 상승에 의해서도 방현재(1)의 에너지 흡수 성능이 향상한다. 따라서, 계류하고 있는 선박(15)에 급격한 요동이 발생하여 접안 에너지가 급격하게 증대해도, 방현재(1)는 터지는 일 없이 충분히 대응하는 것이 가능해진다.

또한, 방현재(1)의 내압이 더욱 상승하여 상한 내압을 초과할 때에는, 안전 밸브(10)가 열려서 내부 공간의 공기(a)를 외부로 배출하여 내압을 저감시킨다. 공기(a)를 외부로 계속 배출시켜 방현재(1)의 내압이 하한 내압 이하가 된 경우는, 압력 센서(13)가 이를 검지하여, 공기 주입 장치(12)를 작동시켜 추가의 공기(a)를 내부 공간에 주입하여 규정 내압으로 한다.

공기 주입 장치(12)로서, 내장 전원으로 작동하는 공기 주입 봄베 또는 비전기 작동(기계식으로 밸브 열림 작동한다)의 공기 주입 봄베를 이용하면, 외부 전원을 필요로 하지 않고 급속히 방현재(1)의 내부 공간에 추가의 공기(a)를 주입할 수 있다. 그러므로, 정전 등의 긴급사태여도 확실하게 방현재(1)의 흡수 에너지를 대폭적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

이 실시 형태와 같이, 방현재(1)의 상하 단부를 각각 가이 체인(14)에 의해 안벽(16)에 유지시킴으로써, 방현재(1)가 부주의하게 흘러가는 것을 방지할 수 있다.

중간 고무층(8)의 두께가 1mm 미만에서는 몸체부(2)의 직경을 확장시킬 때에 충분히 전단 변형시키기 어렵고, 5mm 초과에서는 방현재(1)의 중량이 지나치게 커진다. 그러므로, 중간 고무층(8)의 두께는 1mm 이상 5mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

중간 고무층(8)을 형성하는 고무의 100% 모듈러스는 0.5MPa 이상 5.0MPa 이하인 것이 보다 바람직하다. 중간 고무층(8)의 100% 모듈러스가 0.5MPa 미만에서는, 몸체부(2)를 수축시켜 직경을 축소시키는 데에 시간을 필요로 하여, 원래의 직경으로 되돌아가지 못할 가능성도 있다. 한편, 5.0MPa 초과에서는, 몸체부(2)의 직경을 확장시킬 때에 중간 고무층(8)의 전단력이 커져서 변형되기 어려워져 충분히 직경을 확장시키기 어려워진다.

이 실시 형태에서는, 중립 상태에 있어서, 모든 중간 고무층(8)의 두께가 동일해져 있으나, 중간 고무층(8)의 두께가 외주측의 중간 고무층(8)만큼 두꺼운 사양으로 할 수도 있다. 몸체부(2)의 직경이 확장될 때에, 외측의 중간 고무층(8)만큼 큰 전단 변형이 필요해질 수 있으므로, 이 사양에 의하면, 몸체부(2)의 직경을 확장시켰을 때에 일부의 중간 고무층(8)에 지나치게 큰 부하가 발생하는 것을 방지하기에는 유리해진다.

1: 공기식 방현재
2: 몸체부
3: 거울부
4: 내층 고무
5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f: 보강층
6a, 6b, 6c, 6d: 코드
7: 외층 고무
8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e: 중간 고무층
9: 구금부
10: 안전 밸브
11: 중추
12: 공기 주입 장치
12a: 주입관
13: 압력 센서
14: 가이 체인
15: 선박
16: 안벽
W: 밸러스트 수

Claims (5)

1. 원통상 몸체부의 양단에 거울부를 구비하고, 상기 몸체부는 내층 고무와 외층 고무 사이에 복수의 보강층이 적층되어 구성되고, 상기 보강층은 다수의 코드가 평행하게 가지런히 정렬되어 형성된 코드층이고, 적층되어 상하로 서로 이웃하는 보강층끼리의 코드가 교차하여 통축 방향에 대하여 소정의 코드 각도로 배치되고, 하측의 거울부에 중추가 접속되는 동시에, 내부 공간에 밸러스트 수가 수용된 세로형 공기식 방현재에 있어서,
   각각의 보강층끼리의 사이에 중간 고무층이 설치되고, 중립 상태에서 상기 코드 각도가 15° 이상 45° 이하로 설정되고, 상기 내부 공간에 추가의 공기를 주입하는 공기 주입 장치가 접속되어 있고,
   상기 내부 공간의 내압을 검지하는 압력 센서를 가지고,
   상기 내부 공간을 규정 내압으로 한 중립 상태에서 상기 방현재를 설치 장소에 장착하여 사용하고, 상기 공기식 방현재가 과잉 압축되어 상기 압력 센서가 기준 압력을 초과하는 내압을 검지하면, 상기 공기 주입 장치를 작동시켜, 중립 상태의 상기 내부 공간에 추가의 공기를 주입하는 것에 의하여, 상기 몸체부를 신속하게 팽창시키는 구성으로 한 것을 특징으로 하는, 세로형 공기식 방현재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공기 주입 장치가 내장 전원 작동 또는 비전기 작동의 공기 주입 봄베인, 세로형 공기식 방현재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강층의 적층수가 6 내지 12이고, 중립 상태에서 상기 중간 고무층의 두께가 1mm 이상 5mm 이하인, 세로형 공기식 방현재.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 중간 고무층의 고무의 100% 모듈러스가 0.5MPa 이상 5.0MPa 이하인, 세로형 공기식 방현재.
5. 제3항에 있어서,
   중립 상태에서 상기 중간 고무층의 두께가 외주측의 중간 고무층만큼 두꺼워져 있는, 세로형 공기식 방현재.

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