KR101891511B1 - 선박 예인장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강화된 예인로프를 포함하는 선박 예인장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 예인로프의 절단 사고, 특히 아이 스플라이스 부위의 절단 사고는 예방하면서도, 비상상황 하에서 예인로프를 전략적으로 절단하는 데에도 장애가 되지 않을 뿐만 아니라, 인장강도와 내후성 모두 향상된 예인로프가 장착된 예인장치가 제공된다.

Description

선박 예인장치{A vessel towing apparatus}

본 발명은 선박 예인장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 강화된 예인로프를 포함하는 선박 예인장치에 관한 것이다.

선박 예인장치는 해상에서 좌초되거나 조난된 선박을 예인하기 위한 장치로서, 예인선(tugboat)이 비상상황에 놓인 선박을 제어하여 예인하도록 하는 장치이다. 항해 중에 선박이 고장이 나는 경우에 대비하여 선수(bow)에는 앵커체인 등을 사용하는 장치가 설치되고, 선미(stern)에는 예인로프를 사용하는 장치가 설치되며, 예인선과 피예인선을 연결하는 예인로프를 안내하는 페어리드(fair lead) 등이 설치된다.

예인되는 선박에서는 부이를 구비한 메신저 로프를 선수에 설치된 페어리드 구멍으로 건져 올린 후, 선수에 설치된 앵커체인 등을 사용하는 장치의 로프드럼에 감겨있는 로프 또는 선수 BITT에 연결한다.

이때, 예인장치에 사용되는 예인로프로는 크게 합성섬유 로프와 와이어 로프의 두 가지로 나눌 수 있는데, 근래 들어 대부분의 예인선에서 합성섬유 로프를 사용이 크게 증가하였다. 상대적으로 인장강도가 강한 와이어 로프는 일반적으로 원양항해용으로 사용되며, 합성섬유 로프의 경우 근해 및 연해에서 예인 시에 주로 사용된다. 나일론 로프는 마닐라 섬유 로프보다 평균 2.9배의 인장강도를 가지고 있으며 부드러워 취급이 용이하나, 최근 폴리프로필렌이라는 합성섬유 로프가 등장하면서 나일론 로프보다는 상대적으로 인장강도가 약하지만 비중이 작아 물보다 가벼운 특성이 있고 충격과 내마모에 강하며 가격이 저렴하여 많이 사용하고 있다.

이러한 합성섬유 로프의 단말을 로프의 본체에 찔러 넣는 형태로 로프 단말의 스트랜드를 풀어서 링을 만들어 로프의 몸체와 연결하는 것을 아이 스플라이스라고 한다. 대개 4회 이상을 꼬아넣게 되는데, 이렇게 꼬아넣은 로프가 풀리지 않도록 만들어서 반영구적인 링을 만드는데 그 목적이 있다. 예인선에서는 예인선과 부선을 연결할 때 사용하며, 로프에 아이스플라이스를 만들어서 예인선의 후크 또는 비트와 부선 비트에 걸어 연결하여 예인을 하고 있다. 그런데, 예인선 해양사고로 인한 사망사건 중 예인로프 절단 사고가 큰 비중을 차지하고 있어 이로 인한 인명사고 예방이 필요하며, 특히 아이 스플라이스 부위를 더욱 강화하여 이 부위의 예인로프 절단을 예방할 필요가 높은 실정이다.

한편, 예인로프를 통해 선박을 예인할 때 동력 손실 또는 좌초 등에 따른 비상 시에는 두 선박 사이를 연결하는 예인로프를 빠르게 끊을 필요가 있는 상황도 발생할 수 있다. 따라서 예인로프의 절단 사고, 특히 아이 스플라이스 부위의 절단 사고는 예방하면서도, 비상상황 하에서 예인로프를 전략적으로 절단하는 데에도 장애가 되지 않는 예인로프의 개발이 필요하다.

한국 등록특허 제10-1224909호 한국 등록특허 제10-0516140호 한국 등록특허 제10-0766176호 한국 등록특허 제10-0006638호

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하여, 예인로프을 권취하는 드럼의 회전 속도를 제어함으로써 선박의 예인이 안전하게 이루어질 수 있는 선박 예인장치, 특히 예인로프의 절단 사고, 특히 아이 스플라이스 부위의 절단 사고는 예방하면서도, 비상상황 하에서 예인로프를 전략적으로 절단하는 데에도 장애가 되지 않는 예인로프가 장착된 예인장치를 제공하고자 한다.

이를 위하여 본 발명은 예인로프, 상기 예인로프가 감기며 회전 가능한 드럼, 상기 드럼에 연결되어 정방향이나 역방향으로 회전하며 회전력을 공급하는 에어모터, 상기 에어모터에 압축 공기를 공급하는 에어펌프, 및 상기 에어모터와 상기 에어펌프의 사이의 에어라인에 설치되어 상기 에어모터를 정방향으로 회전시키는 제1 위치와 상기 에어모터를 역방향으로 회전시키는 제2 위치 및 상기 예인로프가 상기 드럼에서 풀릴 때에 발생하는 회전력에 의해 상기 에어모터가 회전하도록 하는 제3 위치의 사이에서 절환 가능한 제어 밸브를 포함하는 선박 예인장치를 제공한다.

특히, 본 발명의 일 구현예에 따른 예인로프는 복수 개의 제1 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 코어 스트랜드, 복수 개의 제2 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 제1 외주 스트랜드, 및 복수 개의 제3 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 제2 외주 스트랜드를 포함하고, 상기 코어 스트랜드를 동심축으로 상기 코어 스트랜드 외측에서 상기 제1 외주 스트랜드와 상기 제2 외주 스트랜드가 서로 연선되어 이루어진다.

본 발명의 여러 구현예에 따르면, 드럼에 장착된 에어모터가 드럼의 회전 속도를 제어할 수 있으므로 선박의 예인이 안전하고 편리하게 이루어질 수 있고, 또한 별도의 구동 장치를 장착할 필요가 없이 에어모터를 구동함으로써 드럼에 로프나 와이어와 같은 예인로프를 감을 수 있으며, 본 발명이 적용될 수 있는 선박 예인장치의 드럼에 장착된 에어모터는 드럼의 회전 속도를 감속시키는 감속 브레이크 기능을 하므로 선박의 예인이 안전하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 특히 예인로프의 절단 사고, 특히 아이 스플라이스 부위의 절단 사고는 예방하면서도, 비상상황 하에서 예인로프를 전략적으로 절단하는 데에도 장애가 되지 않을 뿐만 아니라, 인장강도와 내후성 모두 향상된 예인로프가 장착된 예인장치가 제공된다.

도 1 및 2는 본 발명에 따른 예인로프를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 선박 예인장치를 개략적으로 나타내는 공압 회로도이다.
도 4는 도 3의 선박 예인장치에 구비되는 에어모터와 연결된 감속기의 단면도이다.
도 5는 도 4의 감속기와 결합된 에어모터의 축직각 단면도이다.
도 6은 에어모터의 케이싱의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 7은 도 6의 에어모터의 케이싱의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 8은 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.
도 9는 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.
도 10은 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.
도 11은 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.
도 12는 도 3의 선박 예인장치에 구비된 제어 밸브의 회로도이다.
도 13은 도 3의 선박 예인장치에 구비되는 제어 밸브의 정면 단면도이다.
도 14는 도 13의 제어 밸브의 P-R2 선을 따라 취한 측면 단면도이다.
도 15는 도 13의 제어 밸브의 P-R1 선을 따라 취한 측면 단면도이다.
도 16는 도 13의 제어 밸브의 P-A 선을 따라 취한 측면 단면도이다.
도 17은 도 13의 제어 밸브의 P-B 선을 따라 취한 측면 단면도이다.
도 18은 도 3의 선박 예인장치가 에어모터를 구동하여 로프를 낙하시키는 상태의 공압 회로도이다.
도 19은 도 3의 선박 예인장치가 에어모터를 구동하여 로프를 상승시키는 상태의 공압 회로도이다.
도 20은 본 발명이 적용될 수 있는 선박 예인장치에 구비된 제어 밸브의 회로도이다.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명의 일 측면은 예인로프, 상기 예인로프가 감기며 회전 가능한 드럼, 상기 드럼에 연결되어 정방향이나 역방향으로 회전하며 회전력을 공급하는 에어모터, 상기 에어모터에 압축 공기를 공급하는 에어펌프, 및 상기 에어모터와 상기 에어펌프의 사이의 에어라인에 설치되어 상기 에어모터를 정방향으로 회전시키는 제1 위치와 상기 에어모터를 역방향으로 회전시키는 제2 위치 및 상기 예인로프가 상기 드럼에서 풀릴 때에 발생하는 회전력에 의해 상기 에어모터가 회전하도록 하는 제3 위치의 사이에서 절환 가능한 제어 밸브를 포함하는 선박 예인장치에 관한 것이다.

이때, 상기 에어모터는 공기가 유입되고 배출되는 제1 포트와 제2 포트를 구비하고, 상기 제어 밸브는 상기 제1 위치에 있을 때에 상기 제1 포트를 상기 에어펌프에 연결하고 상기 제2 포트를 배기 라인에 연결하며, 상기 제2 위치에 있을 때에 상기 제2 포트를 상기 에어펌프에 연결하고 상기 제1 포트를 배기 라인에 연결하며, 상기 제3 위치에 있을 때에 상기 제1 포트와 제2 포트를 각각 배기 라인에 연결한다.

또한, 상기 제어 밸브는 상기 제3 위치에 있을 때 상기 에어모터의 회전에 저항하는 저항력을 부여하며, 상기 제어 밸브가 상기 제3 위치에 있을 때 상기 제1 포트나 상기 제2 포트 중 적어도 하나는 쓰로틀(throttle)을 개재하여 상기 배기 라인에 연결된다.

여기서, 도 1과 도 2에 제시한 것과 같이, 상기 예인로프는 복수 개의 제1 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 코어 스트랜드, 복수 개의 제2 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 제1 외주 스트랜드, 및 복수 개의 제3 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 제2 외주 스트랜드를 포함하고, 상기 코어 스트랜드를 동심축으로 상기 코어 스트랜드 외측에서 상기 제1 외주 스트랜드와 상기 제2 외주 스트랜드가 서로 연선되어 이루어진다.

상기 예인로프는 본체부, 말단부, 및 상기 본체부와 상기 말단부를 연결하는 과도부로 구성되며, 상기 말단부의 직경은 상기 본체부의 직경의 1.1 내지 1.5배이고, 상기 과도부의 직경은 상기 본체부에서 상기 말단부로 갈수록 상기 본체부의 직경에서 상기 말단부의 직경으로 점진적으로 증가하는 구조를 갖는다.

상기 본체부와 상기 과도부 및 상기 말단부의 각각의 길이는, 예인선에서 피예인선까지의 초기 연결 길이를 기준으로, 100 : 0.01 내지 5 : 0.01 내지 10의 길이 비율로 구성된다.

상기 각 부분의 직경은 각 부분에 위치하는 원사의 개수나 각 원사들의 직경을 본체부에서 말단부로 갈수록 증가시켜 조절할 수도 있다. 이때 코어 스트랜드, 또는 제1 외주 스트랜드, 또는 제2 외주 스트랜드 각각의 직경을 증가시킬 수도 있고, 또는 이들 둘 이상의 직경을 동시에 증가시킴으로써 직경을 조절할 수도 있다. 코어 스트랜드가 아니라 상기 제1 외주 스트랜드와 상기 제2 외주 스트랜드만의 직경을 말단부로 갈수록 증가시킴으로써, 비상상황에서 전략적으로 로프의 본체부를 절단함에 장애가 되지 않고, 전체 로프의 중량 증가도 최소화하면서도, 말단부 아이슬라이스 부위의 절단 사고 가능성을 차단하고 예인선 해양사고를 최소화할 수 있음을 확인하였다.

상기 제1 합성수지, 상기 제2 합성수지, 상기 제3 합성수지는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 및 이들 2종 이상의 블렌드 또는 공중합체 중에서 선택될 수 있다.

다만, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 합성수지는 나일론이고, 상기 제2 합성수지는 폴리프로필렌이며, 상기 제3 합성수지는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)이다. 이러한 조합의 합성수지를 사용함으로써 아이 스플라이스된 예인로프의 인장강도와 내후성이 향상될 수 있음을 확인하였다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 외주 스트랜드와 상기 제2 외주 스트랜드에는 무기질 세라믹 코팅되고, 상기 무기질 세라믹은 졸-겔 반응을 통해 코팅된 실리카 나노입자이다. 이러한 과정을 통해서, 해수에 장시간 노출되더라도 해양 생물이 부착되는 것을 차단함과 동시에, 예인로프의 인장강도와 내후을 더욱 크게 향상시켜 사용 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다는 점을 확인하였다.

이하에서는, 위에서 설명한 여러 구현예의 예인로프를 포함하면서 본 발명에 적용될 수 있는, 한국 등록특허 제10-1291136호의 예인장치에 대해서 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하는바, 이하의 설명은 본 발명을 더욱 자세히 이하해가 위한 것일 뿐, 본 발명이 이러한 구조에 한정되는 것이 아니다.

도 3에서와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 선박 예인장치는 해상에서 좌초되거나 조난된 선박을 예인하기 위한 장치이다. 선박 예인장치는 선미에 설치되며, 드럼(10)과, 드럼(10)을 회전시키는 에어모터(30)와, 에어펌프(40)와, 제어 밸브(50)를 구비한다.

드럼(10)은 예인선에 연결될 예인로프를 감아 보관하도록, 선박의 선미에 회전 가능하게 설치된다. 도 3은 예인로프의 일예로 로프(11)가 드럼(10)에 감기어 있는 것을 도시한다. 드럼(10)이 회전함으로써 로프(11)가 드럼(10)으로부터 바다를 향해 풀려나가거나, 로프(11)가 드럼(10)에 다시 감길 수 있다.

참고로, 본 발명이 적용될 수 있는 예인장치에서는 로프(11)가 드럼(10)에서 풀려나가도록 드럼(10)이 회전하는 방향을 정방향이라고 말하고, 로프(11)가 드럼(10)에 감기도록 드럼(10)이 회전하는 방향을 역방향이라고 말한다.

도 4는 도 3의 선박 예인장치에 구비되는 에어모터와 연결된 감속기의 단면도이고, 도 5는 도4의 감속기와 결합된 에어모터의 축직각 단면도이다.

일 구현예에 따르면, 에어모터 회전체에 베인(vane) 5개가 삽입되어 있는데, 회전체와 베인 사이에 스프링을 넣게 되면 모터 회전 시 베인의 피스톤 왕복 운동이 원활해질 수 있다.

드럼(10)의 회전축(12)에는 감속기(20)를 개재하여 에어모터(30)가 연결된다. 감속기(20)는 에어모터(30)에 발생한 회전력을 드럼(10)에 전달하는 기능을 하며, 에어모터(30)의 회전 속도를 드럼(10)을 구동하기에 적합한 회전 속도로 변환하기 위한 복수 개의 기어들(21, 22, 23)을 구비한다.

그러나, 에어모터(30)가 감속기(20)를 개재하여 드럼(10)을 구동하는 이와 같은 구성에 한정되지 않는다. 즉 에어모터(30)의 용량과 드럼(10)의 중량이나 크기에 따라 회전 속도의 감속이 필요 없는 경우에는, 에어모터(30)가 드럼(10)에 직접 연결될 수도 있다.

에어모터(30)는 에어펌프(40)로부터 압축 공기를 공급받아 구동되며, 압축 공기의 공급 방향에 따라 정방향이나 역방향으로 회전할 수 있다. 에어모터(30)는 마모가 적기 때문에 주기적으로 부품을 교환할 필요성이 적어 내구성이 좋으며, 방폭 성능이 우수하여 누전에 의한 감전이나 전기 스파크에 의한 폭발 등의 사고가 발생할 염려가 없다.

에어모터(30)는 공기가 유입되거나 배출되는 제1 포트(31) 및 제2 포트(32)를 구비한다. 따라서 제1 포트(31)에 에어펌프(40)의 압축 공기가 공급되면 에어모터(30)가 드럼(10)을 정방향으로 회전시킬 수 있고, 제2 포트(32)에 압축 공기가 공급되면 에어모터(30)가 드럼(10)을 역방향으로 회전시킬 수 있다.

도 6은 에어모터의 케이싱의 구조를 나타내는 정면도이고, 도 7은 도 6의 에어모터의 케이싱의 구조를 나타내는 측면도이며, 도 8은 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.

에어모터(30)는 케이싱(80)과, 로터(90)와, 베인들(91)을 구비한다. 케이싱(80)에는 챔버(83)와 제1 포트(31) 및 제2 포트(32)가 형성된다. 챔버(83)에는 제1 포트(31)와 제2 포트(32)가 연결되므로, 외부로부터 챔버(83)로 공기가 유입되거나 배출될 수 있다.

로터(90)는 원통 형상으로 이루어지며, 챔버(83)에 회전 가능하게 삽입된다. 로터(90)의 원주면에는 복수 개의 홈들(92)이 형성되는데, 홈들(92)은 로터(90)의 축 방향을 따라 연장된다. 각각의 홈(92)에는 베인(91)이 로터(90)의 방사 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 따라서 로터(90)가 챔버(83) 내에서 회전하면, 홈(92)에 삽입된 베인(91)은 원심력의 작용으로 인해 홈(92)을 따라 로터(90)의 외측을 향하는 방사 방향으로 이동하려는 움직임을 갖는다.

챔버(83)는 로터(90)의 원주면에 대응하는 반원으로 형성되는 지지부(81)와, 지지부(81)에 연결되며 로터(90)의 원주면에서 외측으로 연장되며 로터(90)를 둘러싸도록 타원으로 형성되는 안내부(82)를 구비한다. 지지부(81)는 로터(90)의 원주면의 대략 절반의 부분을 지지한다. 로터(90)는 지지부(81)에 밀착된 상태로 케이싱(80)에 설치되어, 지지부(81)에 의해 지지되며 회전할 수 있다.

안내부(82)는 로터(90)의 원주면보다 외측으로 연장되므로, 안내부(82)와 로터(90)의 사이에는 챔버(83) 내로 유입된 공기가 흐르며 압축될 수 있는 공간이 형성된다. 또한 안내부(82)는 베인들(91)이 로터(90)의 원주면에서 외측으로 슬라이딩 이동하도록 안내한다.

제1 포트(31)는 로터(90)의 일측에서 안내부(82)가 시작되는 부분(82a)에 연결되고, 제2 포트(32)는 로터(90)의 타측에서 안내부(82)가 끝나는 부분(82b)에 연결된다. 이와 같은 구성에 의해 제1 포트(31)를 통해 공급된 공기는 안내부(82)로 유입된 후, 제2 포트(32)로 배출될 수 있고, 반대로 제2 포트(32)를 통해 공급된 공기는 안내부(82)로 유입된 후 제1 포트(31)로 배출될 수 있다.

도 9는 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이고, 도 10은 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 동 상태도이며, 도 11은 도 3의 선박 예인장치에 구비된 에어모터의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.

도 8 내지 도 11에서 제시한 바와 같이, 제1 포트(31)로부터 공기가 공급되어 제2 포트(32)로 배출되는 작용을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 제1 포트(31)를 통해 공급된 공기는 로터(90)의 안내부(82)의 좌측에서 유입된다. 이에 의해 베인(91)의 좌측에 공기의 압력이 작용함에 따라 로터(90)가 반시계 방향으로 회전한다. 도 7과 도 8에 도시된 것과 같이 압축된 공기가 안내부(82)를 통과함으로써, 로터(90)가 반시계 방향으로 회전한다. 이와 같은 작용을 거쳐 압축 공기의 위치 에너지가 로터(90)를 회전시키는 회전 운동 에너지의 형태로 변환된다. 안내부(82)를 통과한 공기는 도 11와 같이 제2 포트(32)를 통해 케이싱(80)의 외부로 배출된다.

도 3을 참조하면, 선박 예인장치는 에어펌프(40)의 압축 공기를 에어모터(30)에 공급하고, 에어모터(30)의 공기를 외부로 배출하기 위한 공압 제어용 에어라인을 구비한다. 공압 제어용 에어라인에는 제어 밸브(50)가 설치되어 에어펌프(40)로부터 에어모터(30)로 공급되는 공기의 방향과 유량을 제어한다.

공압 제어용 에어라인은, 에어펌프(40)와 제어 밸브(50)의 펌프 통로(P)를 연결하는 펌프 라인(71)과, 에어모터(30)에 압축 공기를 공급하기 위한 제1 공급 라인(72) 및 제2 공급 라인(73)과, 에어모터(30)의 공기를 외부로 배출하기 위한 제1 배기 라인(aR) 및 제2 배기 라인(bR) 등을 구비한다.

제1 공급 라인(72)은 제어 밸브(50)의 제1 공급 통로(A)를 에어모터(30)의 제1 포트(31)에 연결하고, 제2 공급 라인(73)은 제어 밸브(50)의 제2 공급 통로(B)를 에어모터(30)의 제2 포트(32)에 연결한다.

제1 배기 라인(aR)은 에어모터(30)의 제2 포트(32)를 제1 쓰로틀(74)을 개재하여 제어 밸브(50)의 제1 배기 통로(R1)로 연결하고, 제2 배기 라인(bR)은 에어모터(30)의 제1 포트(31)를 제2 쓰로틀(75)을 개재하여 제어 밸브(50)의 제2 배기 통로(R2)로 연결한다.

도 12는 도 3의 선박 예인장치에 구비된 제어 밸브의 회로도이다.

도 12에 도시된 제어 밸브(50)의 도면의 좌측 부분은 제1 위치(55a)에 해당하여 펌프 통로(P)가 제1 공급 통로(A)와 연결되고, 제1 배기 라인(aR)이 제1 배기 통로(R1)에 연결된다. 도면에서 우측 부분은 제어 밸브(50)의 제2 위치(55c)에 해당하여, 펌프 통로(P)가 제2 공급 통로(B)와 연결되고, 제2 배기 라인(bR)이 제2 배기 통로(R2)에 연결된다. 도면에서 중앙 부분은 제어 밸브(50)의 제3 위치(55b)에 해당하여, 펌프 통로(P)의 제1 공급 통로(A)와 제2 공급 통로(B)에 대한 연결이 모두 차단되고, 제1 배기 라인(aR)은 제1 배기 통로(R1)에 연결되고, 제2 배기 라인(bR)은 제2 배기 통로(R2)에 연결된다.

제어 밸브(50)의 우측에는 절환 레버(57)가 설치되므로, 작업자가 절환 레버(57)를 조작하여 제어 밸브(50)를 제1 위치, 제2 위치, 또는 제3 위치의 어느 하나의 위치로 절환시킬 수 있다.

도 13은 도 3의 선박 예인장치에 구비되는 제어 밸브의 정면 단면도이고, 도 14는 도 13의 제어 밸브의 P-R2 선을 따라 취한 측면 단면도이며, 도 15는 도 13의 제어 밸브의 P-R1 선을 따라 취한 측면 단면도이고, 도 16은 도 13의 제어 밸브의 P-A 선을 따라 취한 측면 단면도이고, 도 17은 도 13의 제어 밸브의 P-B 선을 따라 취한 측면 단면도이다. 도 13 내지 도 17은 도 12에 도시된 것과 같은 제어 밸브(50)의 회로가 실제로 구현된 7포트 방향 절환 밸브를 나타낸다.

제어 밸브(50)는, 펌프 통로(P)와, 제1 공급 통로(A) 및 제2 공급 통로(B)와, 제1 배기 통로(R1) 및 제2 배기 통로(R2) 등이 형성된 원형의 실린더(51)와, 실린더(51)에 회전 가능하게 배치되는 스풀(52)을 구비한다. 스풀(52)은 도 11에 도시된 중심점(O)을 중심으로 회전할 수 있다.

스풀(52)이 실린더(51) 내에서 회전함에 따라, 펌프 통로(P)가 제1 공급 통로(A)나 제2 공급 통로(B)에 연결되고, 제1 배기 라인(aR)이나 제2 배기 라인(bR)이 제1 배기 통로(R1)와 제2 배기 통로(R2)를 통해 외기로 연결된다. 제어 밸브(50)에 의한 통로들의 연결 관계는 이하에서 상술한다.

스풀(52)의 외주면에는 펌프 통로(P)를 제1 공급 통로(A)나 제2 공급 통로(B)에 연결하기 위한 펌프 연결부(SP)와, 제1 배기 라인(aR)과 제1 배기 통로(R1)를 연결하고 제2 배기 라인(bR)과 제2 배기 통로(R2)를 연결하기 위한 배기 연결부(SR, SR1, SR2)가 형성된다.

도 13에 도시된 위치에서 제어 밸브(50)가 제3 위치에 있는 상태이므로, 펌프 연결부(SP)의 위치로 인해 제1 공급 통로(A) 및 제2 공급 통로(B)에 대한 펌프 통로(P)의 연결이 차단된다. 또한 좌측의 배기 연결부(SR1)에 의해 제1 배기 라인(aR)과 제1 배기 통로(R1)가 연결되고, 우측의 배기 연결부(SR2)에 의해 제2 배기 라인(bR)과 제2 배기 통로(R2)가 연결된다.

도 13에 도시된 상태에서 스풀(52)이 반시계 방향으로 약 45도 회전한 상태는 제어 밸브(50)의 제1 위치에 해당한다. 이 상태에서는 펌프 연결부(SP)가 펌프 통로(P)와 제1 공급 통로(A)를 연결하고, 배기 연결부(SR)가 제1 배기 통로(R1)와 제1 배기 라인(aR)을 연결한다.

도 13에 도시된 상태에서 스풀(52)이 시계 방향으로 약 45도 회전한 상태는 제어 밸브(50)의 제2 위치에 해당한다. 이 상태에서는 펌프 연결부(SP)가 펌프 통로(P)와 제2 공급 통로(B)를 연결하고, 배기 연결부(SR)가 제2 배기 통로(R2)와 제2 배기 라인(bR)을 연결한다.

상술한 구성으로 이루어지는 선박 예인장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 제어 밸브(50)의 위치(제3 위치)에 따르면, 펌프 통로(P)와 제1 공급 통로(A) 및 제2 공급 통로(B)의 연결은 차단되므로 제1 공급 라인(72)과 제2 공급 라인(73)을 통한 에어펌프(40)의 압축 공기의 공급이 차단된다. 또한 에어모터(30)의 제1 포트(31)는 제2 배기 라인(bR)을 통해 외기로 연결되고, 제2 포트(32)는 제1 배기 라인(aR)을 통해 외기로 연결된다.

그러므로 제어 밸브(50)가 도 3의 제3 위치에 있을 때에는 로프(11)가 드럼(10)에서 풀릴 때에 발생하는 회전력에 의해 에어모터(30)가 자유롭게 회전할 수 있다. 로프(11)가 중력에 의해 자유 낙하함에 따라 드럼(10)에 회전력이 발생하며, 이 회전력이 감속기(20)를 통해 에어모터(30)로 전달된다. 에어모터(30)는 정방향으로 회전하므로, 외부의 공기가 제2 배기 라인(bR)을 통해 에어모터(30)의 제1 포트(31)로 유입된다. 동시에 에어모터(30)를 통과한 공기는 제1 포트(31)를 거쳐 제1 배기 라인(aR)을 통해 외부로 배출된다.

이와 같이 로프(11)의 하강으로 인해 드럼(10)이 회전하는 동안, 제1 배기 라인(aR)에 배치된 제1 쓰로틀(74)이 에어모터(30)의 회전에 저항하는 저항력을 발생시킬 수 있다. 즉 에어모터(30)가 회전하며 발생한 공기의 흐름이 제1 배기 라인(aR)을 통과할 때에 통로의 면적이 급격히 좁아지는 제1 쓰로틀(74)에 의하여 배출되는 공기의 양이 미리 정해진 유량으로 적정하게 조절되어 저항력이 발생하므로, 에어모터(30)는 자유롭게 회전하지 못한다. 이러한 작용으로 인해 로프(11)가 드럼(10)에서 풀려 자유 하강하는 동안, 선박 예인장치가 드럼(10)의 회전을 방해함으로써 로프(11)를 안전속도로 감속하여 낙하시키는 감속 브레이크 기능을 수행할 수 있다.

도 18은 도 3의 선박 예인장치가 에어모터를 구동하여 로프를 낙하시키는 상태의 공압 회로도이다.

도 18에 도시된 상태는 제어 밸브(50)가 제1 위치에 있는 상태이며, 드럼(10)과 에어모터(30)가 정방향으로 회전한다. 이 상태에서는, 제어 밸브(50)의 펌프 통로(P)가 제1 공급 통로(A)와 연결되고 제2 공급 통로(B)는 차단되어, 에어모터(30)의 제1 포트(31)에 에어펌프(40)의 압축 공기가 공급된다. 또한 제1 배기 라인(aR)에 의해 에어모터(30)의 제2 포트(32)가 외기로 연결된다. 이와 같이 에어펌프(40)의 압축 공기가 에어모터(30)를 정방향으로 회전 구동함으로써 드럼(10)에서 로프(11)를 풀어내는 작업이 안전하게 이루어질 수 있다.

도 19는 도 3의 선박 예인장치가 에어모터를 구동하여 로프를 상승시키는 상태의 공압 회로도이다.

도 19에 도시된 상태는 제어 밸브(50)가 제2 위치에 있는 상태이며, 드럼(10)과 에어모터(30)가 역방향으로 회전한다. 이 상태에서는, 제어 밸브(50)의 펌프 통로(P)가 제2 공급 통로(B)와 연결되고 제1 공급 통로(A)는 차단되어, 에어모터(30)의 제2 포트(32)에 에어펌프(40)의 압축 공기가 공급된다. 또한 제2 배기 라인(bR)에 의해 에어모터(30)의 제1 포트(31)가 외기로 연결된다.

종래의 선박 예인장치에서는 드럼을 역방향으로 구동하여 로프를 감기 위해서는 별도로 준비된 동력 장치를 드럼에 연결하여야 하므로 대단히 불편하였다. 그러나 상술한 바와 같이 에어펌프(40)의 압축 공기가 드럼(10)에 장착된 에어모터(30)를 역방향으로 회전 구동함으로써 드럼(10)에 로프(11)를 다시 감는 작업이 편리하고 원활하게 수행될 수 있다.

도 20은은 본 발명이 적용될 수 있는 선박 예인장치에 구비될 수 있는 제어 밸브의 회로도이다.

도 7에 나타난 실시예에 관한 선박 예인장치의 제어 밸브는 레버에 의해 절환되는 수동식 밸브이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 18은 제어 밸브(150)에 전기 신호가 인가됨에 따라 작동되는 솔레노이드식 전자 제어 밸브가 적용된 예를 나타낸다. 이외에도 제어 밸브에는, 예를 들어, 파일럿 공기 압력에 의해 작동되는 파일럿 공기압 작동식 제어 밸브 등이 사용될 수도 있다.

도 20에서 제어 밸브(150)의 좌측 부분은 제1 위치(155a), 우측 부분은 제2 위치(155c), 중앙 부분은 제3 위치(155b)에 해당한다.

제어 밸브(150)가 제3 위치(155b)에 있을 때에는 펌프 통로(P)의 제1 공급 통로(A)와 제2 공급 통로(B)에 대한 연결이 모두 차단되고, 제1 배기 라인(aR)은 제1 배기 통로(R1)에 연결되고, 제2 배기 라인(bR)은 제2 배기 통로(R2)에 연결된다. 이때에 제1 배기 라인(aR)과 제1 배기 통로(R1)를 연결하는 유로에는 쓰로틀(174)이 형성된다. 쓰로틀(174)은 로프가 드럼에서 풀려나갈 때에 발생하는 회전력에 의해 에어모터가 회전할 때에, 에어모터로부터 배출되는 공기의 흐름에 저항을 부여한다.

도 3에 나타난 실시예에 관한 선박 예인장치에서는, 로프의 자유 하강으로 인해 에어모터가 자유 회전할 때에 공기의 흐름에 저항력을 부여하여 브레이크 기능을 구현하기 위해, 에어모터의 포트를 쓰로틀을 개재하여 배기 라인에 연결하였다. 그러나 도 18의 실시예에서는 에어라인에 쓰로틀을 설치하는 대신, 제어 밸브(150)의 내부에 쓰로틀(174)을 구비함으로써 에어모터의 회전을 방해하는 브레이크 기능을 구현할 수 있다.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.

실시예

실시예 1

폴리프로필렌 원사로 구성된 코어 스트랜드를 동심축으로, 폴리프로필렌 원사로 구성된 외주 스트랜드와 폴리프로필렌 원사로 구성된 외주 스트랜드를 서로 연선하여 예인로프를 제작하였다. 이때, 말단부의 두께(70 mm)는 본체부 두께(50 mm)의 1.4배가 되도록 각 부위를 구성하는 원사의 개수를 증가시키면서 각 부위 로프의 직경을 조절하였으며, 아이 스플라이스는 통상적으로 행해지는 방법에 의해 수행하였다.

비교예

로프의 부위에 무관하게 원사의 개수를 동일하게 사용하여 로프의 두께를 실질적으로 균일하게 제작한 것을 제외하고는, 위 실시예 1과 동일하게 예인로프를 제작하였다.

실시예 2

나일론 원사로 구성된 코어 스트랜드를 동심축으로, 폴리프로필렌 원사로 구성된 외주 스트랜드와 초고분자량 폴리에틸렌 원사로 구성된 외주 스트랜드를 사용한 것을 제외하고는, 위 실시예 1과 동일하게 예인로프를 제작하였다.

실시예 3

위 실시예 2에서 사용된 폴리프로필렌 외주 스트랜드와 초고분자량 폴리에틸렌 외주 스트랜드는 각각 다음과 같은 방법으로 표면에 무기질 세라믹을 코팅하여 사용한 것을 제외하고는, 위 실시예 2와 동일하게 예인로프를 제작하였다.

우선, 상온에서 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS) : 아연 아세테이트(zinc acetate) : 에탄올 : 물 : HCl = 1 : 0.1~0.5 : 1~4 : 1~8 : 0.01~0.05의 몰비로 혼합하고 교반하여 pH 3~4의 투명한 졸 분산액을 얻은 후, 상기 졸 분산액을 상기 외주 스트랜드 각각의 표면에 스프레이하고, 여기에 황산을 0.001~0.01 중량%의 농도로 희석시킨 산 촉매를 스프레이한 후, 50~80℃로 2~3 시간 동안 반응시켜 무기질 세라믹 코팅을 수행하였다.

시험예

인장강도 시험은 ISO 1346의 기준에 따라서 수행하였으며, 아이 스플라이스되지 않은 로프의 인장강도도 함께 측정하여 아이 스플라이스된 예인로프의 인장강도와 비교하였다. 그 결과, 위 비교예에서 제작한 예인로프의 경우 아이 스플라이스되지 않은 로프와 비교하여 89~91% 수준으로 인장강도가 저하되는 반면, 실시예 1에서 제작한 예인로프의 경우 아이 스플라이스되지 않은 로프와 비교하여 평균 93% 수준으로 인장강도가 증가함을 확인하였다.

또한, 내후 환경 하에서의 인장강도 변화도 관찰하였는데, KS K ISO 105-B04에서 정하는 방법에 따라서 예인로프를 내후견뢰도 시험기(Xenon lamp 13W)로 48시간 동안 조사한 후에, 인장강도를 측정하여 비교하였다. 그 결과, 실시예 1에서 제작한 예인로프의 경우에는 가속화된 내후 환경에 노출되기 전에 비해 노출된 후에 인장강도가 평균 12.5% 인장강도가 저하되는 반면, 실시예 2와 실시예 3에서 제작한 예인로프는 인장강도 감소폭이 각각 3.5%와 0.3%로, 내후성이 크게 증가되었음을 확인하였다.

10: 코어 스트랜드
20: 제1 외주 스트랜드
30: 제2 외주 스트랜드
100: 본체
200: 과도부
300: 말단부

Claims (4)

1. 예인로프, 상기 예인로프가 감기며 회전 가능한 드럼, 상기 드럼에 연결되어 정방향이나 역방향으로 회전하며 회전력을 공급하는 에어모터, 상기 에어모터에 압축 공기를 공급하는 에어펌프, 및 상기 에어모터와 상기 에어펌프의 사이의 에어라인에 설치되어 상기 에어모터를 정방향으로 회전시키는 제1 위치와 상기 에어모터를 역방향으로 회전시키는 제2 위치 및 상기 예인로프가 상기 드럼에서 풀릴 때에 발생하는 회전력에 의해 상기 에어모터가 회전하도록 하는 제3 위치의 사이에서 절환 가능한 제어 밸브를 포함하는 선박 예인장치로서,
   상기 예인로프는 복수 개의 제1 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 코어 스트랜드, 복수 개의 제2 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 제1 외주 스트랜드, 및 복수 개의 제3 합성수지 원사가 동심축을 기준으로 서로 연선되어 구성되는 제2 외주 스트랜드를 포함하고, 상기 코어 스트랜드를 동심축으로 상기 코어 스트랜드 외측에서 상기 제1 외주 스트랜드와 상기 제2 외주 스트랜드가 서로 연선되어 이루어지며,
   상기 예인로프는 본체부, 말단부, 및 상기 본체부와 상기 말단부를 연결하는 과도부로 구성되며, 상기 말단부의 직경은 상기 본체부의 직경의 1.1 내지 1.5배이고, 상기 과도부의 직경은 상기 본체부에서 상기 말단부로 갈수록 상기 본체부의 직경에서 상기 말단부의 직경으로 점진적으로 증가하며,
   상기 본체부와 상기 과도부 및 상기 말단부의 각각의 길이는, 예인선에서 피예인선까지의 초기 연결 길이를 기준으로, 100 : 0.01 내지 5 : 0.01 내지 10의 길이 비율로 구성되고,
   상기 에어모터는 공기가 유입되고 배출되는 제1 포트와 제2 포트를 구비하고, 상기 제어 밸브는 상기 제1 위치에 있을 때에 상기 제1 포트를 상기 에어펌프에 연결하고 상기 제2 포트를 배기 라인에 연결하며, 상기 제2 위치에 있을 때에 상기 제2 포트를 상기 에어펌프에 연결하고 상기 제1 포트를 배기 라인에 연결하며, 상기 제3 위치에 있을 때에 상기 제1 포트와 제2 포트를 각각 배기 라인에 연결하고,
   상기 제어 밸브는 상기 제3 위치에 있을 때 상기 에어모터의 회전에 저항하는 저항력을 부여하며, 상기 제어 밸브가 상기 제3 위치에 있을 때 상기 제1 포트나 상기 제2 포트 중 적어도 하나는 쓰로틀(throttle)을 개재하여 상기 배기 라인에 연결되고, 상기 제1 합성수지는 나일론이고, 상기 제2 합성수지는 폴리프로필렌이며, 상기 제3 합성수지는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)이며,상기 제1 외주 스트랜드와 상기 제2 외주 스트랜드에는 무기질 세라믹 코팅되고,
   상기 무기질 세라믹은 졸-겔 반응을 통해 코팅된 실리카 나노입자인 것을 특징으로 하는 선박 예인장치.
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