KR101994571B1

KR101994571B1 - 비진구상 탱크 및 그것을 구비한 액화 가스 운반선

Info

Publication number: KR101994571B1
Application number: KR1020177027978A
Authority: KR
Inventors: 다카시 오카후지; 가즈히로 히로타; 류스케 다카다; 미치히사 와타나베; 가즈히로 미우라
Original assignee: 미츠비시 조우센 가부시키가이샤
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2019-06-28
Also published as: US20180072387A1; JP6342358B2; WO2016163209A1; EP3282171A4; KR20170121286A; US10450039B2; CN107407461B; EP3282171B1; EP3282171A1; CN107407461A; JP2016200220A

Abstract

본 발명은, 내압과 외압에서 기인하는 응력에 대한 내좌굴성을 충분히 확보하면서, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보한 비진구상 탱크 및 그것을 구비한 액화 가스 운반선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해서, 원통부 (31) 와, 원통부 (31) 의 상방에 연속하도록 배치되는 정상부 (32) 와, 원통부 (31) 의 하방에 연속하도록 배치되는 바닥부 (33) 를 구비하고, 정상부 (32) 는, 반경 R1 의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 정상부 (32) 의 상단에 배치되는 구각부 (35) 와, 원통부 (31) 의 상방 및 구각부 (35) 의 하방의 각각에 연속하도록 배치됨과 함께 반경 R1 보다 작은 반경 R2 의 구체의 일부에 의해 형성되는 트러스부 (34) 를 갖고, 1.0 ＜ R/H1 ＜ 1.5 를 만족하는 비진구상 탱크 (2) 를 제공한다. 여기서, R : 원통부 (31) 의 반경, H1 : 정상부 (32) 의 연직 방향의 높이이다.

Description

비진구상 탱크 및 그것을 구비한 액화 가스 운반선 {NON-SPHERICAL TANK AND LIQUEFIED GAS TRANSPORT VESSEL EQUIPPED WITH SAME}

본 발명은 비진구상 (非眞球狀) 탱크 및 그것을 구비한 액화 가스 운반선에 관한 것이다.

종래, 탱크 내에 액화된 천연 가스 (LNG) 를 저장하여 운반하는 액화 가스 운반선으로서, 선수미 방향을 따라 배치된 복수 개의 탱크와, 복수 개의 탱크의 상반부를 덮는 하나의 연속된 탱크 커버를 구비한 액화 가스 운반선이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 에 개시된 편평 구상 탱크는, 적도부의 상방에 원통부와, 원통부에 연속하여 형성되는 정상부를 구비하고 있다. 특허문헌 1 에서는, 원통부의 반경을 R 로 하고 정상부의 연직 방향의 길이를 H1 로 한 경우, R/H1 = 1.5 가 되도록 하고 있다. 이러한 형상의 편평 구상 탱크로 함으로써, 동일한 높이의 진구상 탱크와 비교하여, 다량의 용적을 확보함과 함께 풍압 저항을 감소시킬 수 있다.

일본 공개특허공보 2012-56429호

액화된 천연 가스가 저장되는 편평 구상 탱크는, 외부로부터의 입열 (入熱) 에 의해서 증발된 천연 가스 등에 의해 채워져 있다. 그 때문에, 편평 구상 탱크의 내부는, 내부에 채워진 천연 가스 등에 의해서 내압이 가해지도록 되어 있다. 또한, 편평 구상 탱크의 외부는, 대기에 의해서 외압이 가해지도록 되어 있다. 편평 구상 탱크는, 각각 곡률이 상이한 복수 부분으로 구성되어 있기 때문에, 특히 소곡률 부분에 내압과 외압에서 기인하는 큰 응력이 발생한다. 이 응력에 대한 내좌굴성이 충분하지 않으면, 소곡률 부분에 좌굴이 생길 가능성이 있다.

발명자들은 응력에 대한 내좌굴성을 검토한 결과, 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이 R/H1 = 1.5 가 되도록 편평 구상 탱크를 설계하면, 내좌굴성이 충분하지 않다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 내좌굴성을 충분히 확보하면서 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보한 비진구상 탱크 및 그것을 구비한 액화 가스 운반선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 일 양태에 관련된 비진구상 탱크는, 액화된 가스를 저장하는 비진구상 탱크로서, 연직 방향을 따라 연장되는 통상 (筒狀) 의 원통부와, 상기 원통부의 상방에 연속하도록 배치됨과 함께 상방을 향하여 돌출되는 경판 (鏡板) 구조의 정상부와, 상기 원통부의 하방에 연속하도록 배치됨과 함께 하방을 향하여 돌출되는 경판 구조의 바닥부를 구비하고, 상기 정상부는, 제 1 반경의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 상기 정상부의 상단에 배치되는 정상부측 구각부 (球殼部) 와, 상기 원통부의 상방 및 상기 정상부측 구각부의 하방의 각각에 연속하도록 배치됨과 함께 상기 제 1 반경보다 작은 제 2 반경의 구체의 일부에 의해 형성되는 정상부측 트러스부를 갖고, 이하의 조건식을 만족하는 비진구상 탱크.

1.0 ＜ R/H1 ＜ 1.5 (1)

여기서, R : 상기 원통부의 반경, H1 : 상기 정상부의 연직 방향의 높이이다.

본 발명의 일 양태에 관련된 비진구상 탱크에 의하면, 정상부측 트러스부는 정상부측 구각부보다 소직경이기 때문에, 정상부측 트러스부의 근방에 응력이 발생한다. 본 양태에 관련된 비진구상 탱크는, 원통부의 반경을 R 로 하고, 정상부의 연직 방향의 높이를 H1 로 한 경우, 1.0 ＜ R/H1 ＜ 1.5 가 되는 형상으로 되어 있다.

발명자들이 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 응력 해석을 실시한 결과, R/H1 ＜ 1.5 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 정상부측 트러스부의 근방에 발생하는 응력에 대하여 충분한 내좌굴성을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, R/H1 ＞ 1.0 이 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 양태에 관련된 비진구상 탱크에 의하면, 내좌굴성을 충분히 확보하면서 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보한 비진구상 탱크를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 비진구상 탱크에서는, 상기 정상부측 구각부를 형성하는 상기 제 1 반경의 구체의 중심 위치는, 상기 정상부측 구각부와 상기 정상부측 트러스부가 접속되는 접속 위치와 그 정상부측 트러스부를 형성하는 상기 제 2 반경의 구체의 중심 위치를 연결하는 연장선 상에 배치되는 구성으로 해도 된다.

본 구성에 의하면, 정상부측 구각부와 정상부측 트러스부가 접속되는 접속 위치에 있어서, 정상부측 구각부의 접선 방향과 정상부측 트러스부의 접선 방향이 일치한다. 그 때문에, 정상부측 구각부와 정상부측 트러스부가, 이들 접속 위치에 있어서 매끄럽게 접속된다.

이와 같이 함으로써, 정상부측 구각부와 정상부측 트러스부가 접속되는 접속 위치에 있어서 응력이 집중되는 문제를 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 비진구상 탱크에서는, 이하의 조건식을 만족하는 구성으로 해도 된다.

1.0 ≤ R/H2 ＜ 1.5 (2)

여기서, H2 : 상기 바닥부의 연직 방향의 높이이다.

본 구성의 비진구상 탱크에 의하면, 원통부의 반경을 R 로 하고, 바닥부의 연직 방향의 높이를 H2 로 한 경우, 1.0 ≤ R/H2 ＜ 1.5 가 되는 형상으로 되어 있다.

발명자들이 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 응력 해석을 실시한 결과, R/H2 ＜ 1.5 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 바닥부측 트러스부의 근방에 발생하는 응력에 대하여 충분한 내좌굴성을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, R/H2 ≥ 1.0 이 되는 형상의 편평 구상 탱크로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

상기한 비진구상 탱크에 있어서, 상기 바닥부는, 제 3 반경의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 상기 바닥부의 하단에 배치되는 제 1 바닥부측 구각부와, 상기 제 1 바닥부측 구각부의 상방에 연속하도록 배치됨과 함께 상기 제 3 반경보다 작은 제 4 반경의 구체의 일부에 의해 형성되는 바닥부측 트러스부를 갖는 것이어도 된다.

이와 같이 함으로써, 원통부의 하방을 적절한 비진구상으로 하여, 내좌굴성을 충분히 확보하면서 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

상기한 비진구상 탱크에 있어서, 상기 제 1 바닥부측 구각부를 형성하는 상기 제 3 반경의 구체의 중심 위치는, 상기 제 1 바닥부측 구각부와 상기 바닥부측 트러스부가 접속되는 접속 위치와 그 바닥부측 트러스부를 형성하는 상기 제 4 반경의 구체의 중심 위치를 연결하는 연장선 상에 배치되도록 해도 된다.

이러한 비진구상 탱크에 의하면, 제 1 바닥부측 구각부와 바닥부측 트러스부가 접속되는 접속 위치에 있어서, 제 1 바닥부측 구각부의 접선 방향과 바닥부측 트러스부의 접선 방향이 일치한다. 그 때문에, 제 1 바닥부측 구각부와 바닥부측 트러스부가, 이들 접속 위치에 있어서 매끄럽게 접속된다.

이와 같이 함으로써, 제 1 바닥부측 구각부와 바닥부측 트러스부가 접속되는 접속 위치에 있어서 응력이 집중되는 문제를 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 비진구상 탱크에서는, 이하의 조건식을 만족하도록 해도 된다.

R1/R2 ＜ 2.5 (3)

R2/R ＞ 0.4 (4)

여기서, R1 : 상기 제 1 반경, R2 : 상기 제 2 반경이다.

발명자들이 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 응력 해석을 실시한 결과, 상기한 (3), (4) 의 조건식을 만족하는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 정상부측 트러스부의 근방에 발생하는 응력에 대하여 확실한 내좌굴성을 갖는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 함으로써, 정상부측 구각부와 정상부측 트러스부가 접속되는 접속 위치에 있어서 응력이 집중되는 문제를 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 운반선은, 상기 중 어느 하나의 비진구상 탱크와, 그 비진구상 탱크의 상반부를 덮음과 함께, 선수미 방향 및 선폭 방향을 따라 연장되는 탱크 커버를 구비한다.

이와 같이 함으로써, 내좌굴성을 충분히 확보하면서 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보한 비진구상 탱크를 구비하는 액화 가스 운반선을 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 내좌굴성을 충분히 확보하면서 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보한 비진구상 탱크 및 그것을 구비한 액화 가스 운반선을 제공할 수 있다.

도 1a 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선의 우측면도이다.
도 1b 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선의 평면도이다.
도 2 는 도 1a 의 Ⅱ-Ⅱ 화살표 방향 단면도이다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선의 도면으로, 도 1a 의 A-A 화살표 방향 단면도이다.
도 3b 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선의 도면으로, 도 1a 의 B-B 화살표 방향 단면도이다.
도 4 는 도 1a 의 Ⅳ-Ⅳ 화살표 방향 단면도이다.
도 5 는 편평 구상 탱크를 나타내는 측면도이다.
도 6 은 R/H1 에 대한 R1/R2 의 관계를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a, 도 1b, 도 3a 및 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선 (본 실시형태에서는 「LNG 선」) (1) 은, 예를 들어, 4 개의 알루미늄제의 비진구상 탱크 (「편평 구상 탱크」라고도 말한다) (2) 를 구비한 선박으로, 이들 알루미늄제의 비진구상 탱크 (2) 는 각각, 그 내부에 액화 가스 (본 실시형태에서는 저온에서 액화된 천연 가스) 를 저장할 수 있도록 구성된 것이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 이들 비진구상 탱크 (2) 는 각각, 원통형의 스커트 (3) 를 개재하여 선체 (5) 에 지지되어 있다. 스커트 (3) 는, 그 상단부가 비진구상 탱크 (2) 의 적도 위치에 배치되도록, 그 하단부가 파운데이션 데크 (4) 상에 고정되어 있다. 이와 같이, 비진구상 탱크 (2) 의 중량은, 스커트 (3) 를 통해서 선체 (5) 에서 받도록 되어 있다.

여기서 적도 위치란, 후술하는 원통부 (31) 의 하단 위치이다. 원통부 (31) 는, 그 하단 위치에 있어서 스커트 (3) 의 상단부에 접속된다.

도 1a, 도 1b, 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 이들 비진구상 탱크 (2) 의 상반부는, 정상면 (7b) 을 갖는 탱크 커버 (7) 에 의해 덮여져 있다. 탱크 커버 (7) 는, 그 하단부가 상갑판 (6) 상에 고정됨과 함께, 선수미 방향 및 선폭 방향을 따라 연장되는 하나의 연속된 부재로 되어 있다.

탱크 커버 (7) 와 상갑판 (6) 사이에, 신축 조인트는 일체 형성되어 있지 않고, 탱크 커버 (7) 는 강체 구조로 되어 있다. 즉, 탱크 커버 (7) 는 선체 (5) 와 함께, 선급 협회의 룰 등에서 요구되는 선박의 종(縱)강도를 확보하는 구조로 되어 있다. 여기서 종강도란, 선수미 방향 (종방향) 에 대하여, 자중 (自重), 적재되는 화물, 물결의 힘에 의해 발생하는 굽힘의 힘 및 전단력에 대한 강도를 말한다. 도 2 중의 부호 8, 9 는 각각, 종통격벽, 선측 외판을 나타내고 있다.

도 1a 내지 도 4 에 나타내는 바와 같이, 선체 (5) 의 선저부에는, 선수미 방향 및 선폭 방향을 따라서 복수 개 (본 실시형태에서는 17 개) 의 밸러스트 탱크 (10) 가 형성되어 있다.

이들 밸러스트 탱크 (10) 중, 선수에 가장 가까운 위치에 배치된 밸러스트 탱크 (10) 이외의 밸러스트 탱크 (10) 는 각각, 상부를 구성하는 벽부 (12) 를 구비하고 있다. 벽부 (12) 는, 비진구상 탱크 (2) 의 둘레 방향을 따름과 함께, 비진구상 탱크 (2) 의 바닥부 상방을 둘러싸도록 배치되어 있다. 밸러스트 탱크 (10) 의 하부는, 선체 (5) 의 선측 외판 (9) 및 선저 (선저 외판) (11) 를 따라서, 선수미 방향에 배치되어 있다.

밸러스트 탱크 (10) 의 상부를 구성하는 벽부 (12) 가, 비진구상 탱크 (2) 의 둘레 방향을 따름과 함께, 비진구상 탱크 (2) 의 바닥부 상방을 둘러싸도록 배치되어 있기 때문에, 이들 밸러스트 탱크 (10) 의 상부를 비진구상 탱크 (2) 를 지지하는 스커트 (3) 의 일부로서 유용할 수 있어, 스커트 (3) 를 구성하는 재료의 총량을 저감시킬 수 있으므로, 건조 비용의 저감화를 꾀할 수 있다.

도 1a, 도 1b, 도 2, 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 액화 가스 운반선 (1) 의 좌현측 및 우현측에는, 선측 외판 (9) 을 따라 워크웨이 (통로) (20) 가 각각 하나씩 형성되어 있다.

워크웨이 (20) 는, 하역 작업을 실시하기 위해서 착안 (着岸) 한 터미널 (도시 생략) 에 설치되어 있는 갱웨이 래더 (현측 사닥다리) 가 걸쳐서 가설됨과 함께, 승무원 및 작업원 등이 오가는 통로로서의 역할을 하는 것이다.

도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 워크웨이 (20) 는, 탱크 커버 (7) 의 측면 (7a) 에서부터 외측을 향하여 연장되는 워크 데크 (21) 와, 상갑판 (6) 에서부터 수직 상방 (또는 탱크 커버 (7) 의 측면 (7a) 에서부터 비스듬한 상방) 을 향하여 연장되고, 워크 데크 (21) 의 하면을 지지하는 복수 개의 지지 부재 (22) 를 구비하고 있다.

도 1a 및 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 워크웨이 (20) 는, 대응하는 선측 외판 (9) 을 따라, 하우스 (거주구) (23) 의 전면 (前面) 으로부터 탱크 커버 (7) 의 측면 (7a) 앞단까지 연장되어 있다. 또한, 워크 데크 (21) 의 양단 (도 1a 및 도 1b 에 있어서 좌단 및 우단) 에는, 워크 데크 (21) 상에서부터 상갑판 (6) 상으로 내리기 위한, 또는 상갑판 (6) 상으로부터 워크 데크 (21) 상으로 오르기 위한 계단 (도시 생략) 이 각각 장착되어 있다.

선저 (11) 로부터 워크 데크 (21) 의 상면까지의 높이 (수직 거리) L (m) 은, 선저 (11) 로부터 상갑판 (6) 의 상면까지의 높이 D (m)＋2 (m) 보다도 크고, 40 (m) 보다도 작은 범위 내이면서, 또한, (취항 후에) 착안이 예정되어 있는 터미널에 설치된 갱웨이 래더 전부를 걸쳐서 가설할 수 있는 높이로 설정되어 있다.

본 실시형태에서는, 착안이 예정되어 있는 터미널에 설치된 갱웨이 래더의 가동 범위에 맞춰 배치된 워크웨이 (20) 의 상면에, 갱웨이 래더가 걸쳐서 가설되도록 되어 있다. 그 때문에, 상갑판 (6) 이 낮은 위치에 배치되어 있는 경우에도, 착안이 예정되어 있는 터미널에 설치된 갱웨이 래더 전부를 걸쳐서 가설할 수 있어, 터미널에 설치된 갱웨이 래더에 대한 적합성을 양호한 것으로 할 수 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6 을 참조하여, 본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 의 형상에 대해서 설명한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 비진구상 탱크 (2) 는, 연직 방향의 길이 (H＋H1＋H2) 가 원통부 (31) 의 직경 (2·R) 보다 짧은 편평 구상으로 되어 있다. 비진구상 탱크 (2) 는, 진구와 비교하여 편평하고 약간 사각형에 가까운 구상, 바꿔 말하면, 선체 (5) 의 내측에 낭비되는 공간의 발생이 적고, 또한, 선체 (5) 의 상방으로의 돌출량이 적지 않은 형상의 탱크이다.

또, 비진구상 탱크 (2) 의 연직 방향의 길이 (H＋H1＋H2) 를, 원통부 (31) 의 반경의 2.5 배 (2.5·R) 보다 짧게 하는 범위로 해도 된다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 비진구상 탱크 (2) 는, 원통부 (31) 와, 정상부 (32) 와, 바닥부 (33) 를 구비한다.

원통부 (31) 는, 축선 (X) 을 따른 방향 (연직 방향) 으로 연장되는 통상의 부분이다. 원통부 (31) 의 축선 (X) 둘레의 반경은 R 로 되어 있다.

정상부 (32) 는, 원통부 (31) 의 상방에 연속하도록 배치됨과 함께 축선 (X) 을 따라 상방을 향하여 돌출되는 경판 구조로 되어 있다. 정상부 (32) 의 연직 방향의 높이는 H1 로 되어 있다. 정상부 (32) 는, 트러스부 (34) (정상부측 트러스부) 와, 구각부 (35) (정상부측 구각부) 를 갖는다.

구각부 (35) 는, 반경 R1 (제 1 반경) 의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 정상부 (32) 의 상단 (T) 에 배치되는 부분이다.

트러스부 (34) 는, 반경 R2 (제 2 반경) 의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 원통부 (31) 의 상방 및 구각부 (35) 의 하방의 각각에 연속하도록 배치되는 부분이다. 트러스부 (34) 를 형성하는 구체의 반경 R2 는, 구각부 (35) 를 형성하는 구체의 반경 R1 보다 작게 되어 있다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 구각부 (35) 를 형성하는 반경 R1 의 구체의 중심 위치 (O1) 는, 구각부 (35) 와 트러스부 (34) 가 접속되는 접속 위치 (C1) 와 트러스부 (34) 를 형성하는 반경 R2 의 구체의 중심 위치 (O2) 를 연결하는 연장선 상에 배치되어 있다.

바닥부 (33) 는, 원통부 (31) 의 하방에 연속하도록 배치됨과 함께 축선 (X) 을 따라 하방을 향하여 돌출되는 경판 구조로 되어 있다. 바닥부 (33) 의 연직 방향의 높이는 H2 로 되어 있다. 바닥부 (33) 는, 제 1 구각부 (38) (제 1 바닥부측 구각부) 와, 트러스부 (37) 와, 제 2 구각부 (36) (제 2 바닥부측 구각부) 를 갖는다.

제 1 구각부 (38) 는, 반경 R3 (제 3 반경) 의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 바닥부 (33) 의 하단 (B) 에 배치되는 부분이다.

제 2 구각부 (36) 는, 원통부 (31) 의 반경 R 과 동일 직경의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 원통부 (31) 의 하방에 연속하도록 배치되는 부분이다.

트러스부 (37) 는, 반경 R4 (제 4 반경) 의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 제 1 구각부 (38) 의 상방 및 제 2 구각부 (36) 의 하방의 각각에 연속하도록 배치되는 부분이다. 트러스부 (37) 를 형성하는 구체의 반경 R4 는, 제 1 구각부 (38) 를 형성하는 구체의 반경 R3 보다 작게 되어 있다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 구각부 (38) 를 형성하는 반경 R3 의 구체의 중심 위치 (O3) 는, 제 1 구각부 (38) 와 트러스부 (37) 가 접속되는 접속 위치 (C2) 와 트러스부 (37) 를 형성하는 반경 R4 의 구체의 중심 위치 (O4) 를 연결하는 연장선 상에 배치되어 있다.

또한, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 2 구각부 (36) 를 형성하는 반경 R 의 구체의 중심 위치 (O5) 는, 제 2 구각부 (36) 와 트러스부 (37) 가 접속되는 접속 위치 (C3) 와 트러스부 (37) 를 형성하는 반경 R4 의 구체의 중심 위치 (O4) 를 연결하는 연장선 상에 배치되어 있다.

여기서, 정상부 (32) 의 트러스부 (34) 를 형성하는 반경 R2 의 구체의 중심각을 θ1 로 한 경우, 이하의 식 (1) 이 성립한다.

R = R1·COSθ1＋R2·(1－COSθ1) (1)

여기서, R2 = α·R, R1 = β·R 로 한 경우, 식 (1) 은 이하의 식 (2) 로 변형된다.

R =β·R·COSθ1＋α·R(1－COSθ1) (2)

식 (2) 를 변형하면 이하의 식 (3) 이 된다.

β =(1－α＋α·COSθ1)/COSθ1 (3)

또, 전술한 바와 같이 R2 = α·R, R1 = β·R 로 하였기 때문에, 이하의 식 (4) 가 성립한다.

β/α = R1/R2 (4)

이와 같이, β 는, α 와 θ1 의 함수가 되기 때문에, α 와 θ1 이 결정되면 β 의 값이 정해진다.

또한, 정상부 (32) 의 높이 H1 에 관해서, 이하의 식 (5) 가 성립한다.

H1 = R1－(R1－R2)·COS(90°－θ1) (5)

이 식은, R2 = α·R, R1 = β·R 의 관계로부터, 이하의 식 (6) 으로 변형된다.

H1 = β·R－(β·R－α·R)·COS(90°－θ1) (6)

전술한 바와 같이 β 가 α 와 θ1 의 함수가 되기 때문에, 정상부 (32) 의 높이 H1 도 α 와 θ1 의 함수가 된다.

비진구상 탱크 (2) 의 정상부 (32) 의 형상을 설계하는 경우, 그 형상이 진구에 가까울수록 압축 응력이 작아져 용적이 작아진다. 반대로, 사각형에 가까울수록 압축 응력이 커져 용적이 커진다.

요컨대, 도 5 에 나타내는 R/H1 의 값이 커질 (원통부 (31) 의 반경에 대하여 정상부 (32) 의 높이 H1 가 낮아질) 수록 용적이 커지지만, 압축 응력도 커져 버린다.

그 때문에, 비진구상 탱크 (2) 는, 압축 응력에 의한 내좌굴성을 충분히 확보할 수 있는 범위에서 R/H1 의 값이 커지도록 형상을 설계하는 것이 바람직하다.

발명자들은, 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의해 압축 응력을 해석한 결과, 정상부 (32) 의 트러스부 (34) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대한 내좌굴성을 만족하기 위해서는, 이하의 식 (7), (8) 을 만족할 필요가 있다는 지견을 얻었다. 또, 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에서는, 압축 응력에 의해 변형이 생긴 후의 형상에 근거하는 응력 해석을 실시하기 때문에, 미소 변형 이론에 근거하는 유한 요소법과 비교하여 압축 응력에 대한 여유도가 크다. 즉, 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 해석 결과쪽이, 보다 큰 압축 응력에 대해서 내좌굴성을 구비한다는 결과가 된다.

α ＞ 0.4 (7)

β/α ＜ 2.5 (8)

여기서, R2 = α·R 이기 때문에 식 (7) 은, 트러스부 (34) 를 형성하는 구체의 반경 R2 를 원통부 (31) 의 반경에 대하여 어느 정도 보다 크게 하지 않으면 트러스부 (34) 의 근방에 좌굴이 생겨 버리는 것을 의미한다.

또한, 식 (4) 로부터 β/α = R1/R2 이기 때문에 식 (8) 은, 트러스부 (34) 를 형성하는 구체의 반경 R2 를 구각부 (35) 를 형성하는 구체의 반경 R1 에 대하여 어느 정도 크게 하지 않으면 트러스부 (34) 의 근방에 좌굴이 생겨 버리는 것을 의미한다.

이와 같이, 정상부 (32) 의 내좌굴성을 확보하기 위해서는 식 (7), (8) 의 조건을 만족할 필요가 있다. 한편, 용적을 크게 하기 위해서는 R/H1 의 값을 크게 할 필요가 있다.

그래서, 발명자들은, 식 (3), (6) 의 변수 α, θ1 의 값을 변화시키면서, R/H1 과 R1/R2 (즉 β/α) 의 관계를 나타내는 도 6 의 그래프를 얻었다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 식 (7), (8) 의 조건을 만족하기 위해서는, R/H1 을 이하의 식 (9) 의 범위로 설정할 필요가 있다.

1.0 ＜ R/H1 ＜ 1.5 (9)

R/H1 ＜ 1.5 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 트러스부 (34) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대하여 충분한 내좌굴성을 갖는 것이 된다. 또한, R/H1 ＞ 1.0 이 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

식 (7), (8) 의 조건을 만족하기 위해서는, R/H1 을 이하의 식 (10) 의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

1.2 ≤ R/H1 ≤ 1.45 (10)

R/H1 ≤ 1.45 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 트러스부 (34) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대하여 확실한 내좌굴성을 갖는 것이 된다. 또한, R/H1 ≥ 1.2 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 보다 많이 확보할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 정상부 (32) 의 트러스부 (34) 를 형성하는 구체의 반경 R2 쪽이, 바닥부 (33) 의 트러스부 (37) 를 형성하는 구체의 반경 R4 보다 작다. 그 때문에, 정상부 (32) 의 트러스부 (34) 에 가해지는 압축 응력쪽이, 바닥부 (33) 의 트러스부 (37) 에 가해지는 압축 응력보다 크다. 그 때문에, 본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 의 내좌굴성을 평가하기 위해서는, 정상부 (32) 의 트러스부 (34) 에 가해지는 압축 응력에 대한 내좌굴성을 평가할 필요가 있다. 바닥부 (33) 의 트러스부 (37) 를 형성하는 구체의 반경 R4 가 큰 것은, 밸러스트 탱크 (10) 와 접촉하지 않는 형상으로 하기 위해서이다.

여기서, 바닥부 (33) 의 트러스부 (37) 를 형성하는 반경 R4 의 구체의 중심각을 θ2 로 하고, 바닥부 (33) 의 제 2 구각부 (36) 를 형성하는 반경 R 의 구체의 중심각을 θ3 으로 한 경우, 이하의 식 (11) 이 성립한다.

R·COSθ4 = R6·COS(θ4＋θ5)＋R5·(COSθ4－COS(θ4＋θ5)) (11)

여기서, R6 = δ·R, R5 = γ·R 로 한 경우, 식 (11) 은 이하의 식 (12) 로 변형된다.

R·COSθ4 = δ·R·COS(θ4＋θ5)＋γ·R·(COSθ4－COS(θ4＋θ5)) (12)

식 (12) 를 변형하면 이하의 식 (13) 이 된다.

δ = (1－γ)·COSθ4/COS(θ4＋θ5)＋γ (13)

이와 같이, δ 는, γ 와 θ4, θ5 의 함수가 되기 때문에, γ, θ4, θ5 가 결정되면 δ 의 값이 정해진다.

비진구상 탱크 (2) 의 바닥부 (33) 의 형상을 설계하는 경우, 그 형상이 진구에 가까울수록 압축 응력이 작아져 용적이 작아진다. 반대로, 사각형에 가까울수록 압축 응력이 커져 용적이 커진다.

요컨대, 도 6 에 나타내는 R/H2 의 값이 커질 (원통부 (31) 의 반경에 대하여 바닥부 (33) 의 높이 H2 가 낮아질) 수록 용적이 커지지만, 압축 응력도 커져 버린다.

그 때문에, 비진구상 탱크 (2) 는, 압축 응력에 의한 내좌굴성을 충분히 확보할 수 있는 범위이면서, 또한 밸러스트 탱크 (10) 에 접촉하지 않는 범위에서 R/H2 의 값이 커지도록 형상을 설계하는 것이 바람직하다.

발명자들은, 정상부 (32) 와 동일하게 바닥부 (33) 에 대해서도 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의해 압축 응력을 해석한 결과, R/H2 를 이하의 식 (14) 의 범위로 설정하는 것이 바람직하다는 지견을 얻었다.

1.0 ≤ R/H2 ＜ 1.5 (14)

R/H2 ＜ 1.5 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 트러스부 (37) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대하여 충분한 내좌굴성을 갖는 것이 된다. 또한, R/H2 ≥ 1.0 이 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

이상 설명한 본 실시형태의 액화 가스 운반선 (1) 이 구비하는 비진구상 탱크 (2) 가 나타내는 작용 및 효과에 대해서 설명한다.

본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 에 의하면, 트러스부 (34) 는 구각부 (35) 보다 소직경이기 때문에, 트러스부 (34) 의 근방에 압축 응력이 발생한다. 본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 는, 원통부 (31) 의 반경을 R 로 하고, 정상부 (32) 의 연직 방향의 높이를 H1 로 한 경우, 1.0 ＜ R/H1 ＜ 1.5 가 되는 형상으로 되어 있다.

발명자들이 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 압축 응력 해석을 실시한 결과, R/H1 ＜ 1.5 가 되는 형상의 비진구상 탱크로 함으로써, 트러스부 (34) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대하여 충분한 내좌굴성을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, R/H1 ＞ 1.0 이 되는 형상의 비진구상 탱크 (2) 로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 에 의하면, 내좌굴성을 충분히 확보하면서 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 에 의하면, 구각부 (35) 와 트러스부 (34) 가 접속되는 접속 위치 (C1) 에 있어서, 구각부 (35) 의 접선 방향과 트러스부 (34) 의 접선 방향이 일치한다. 그 때문에, 구각부 (35) 와 트러스부 (34) 가, 이들의 접속 위치 (C1) 에 있어서 매끄럽게 접속된다.

이와 같이 함으로써, 구각부 (35) 와 트러스부 (34) 가 접속되는 접속 위치 (C1) 에 있어서 압축 응력이 집중되는 문제를 억제할 수 있다.

본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 에 의하면, 원통부 (31) 의 반경을 R 로 하고, 바닥부 (33) 의 연직 방향의 높이를 H2 로 한 경우, 1.0 ≤ R/H2 ＜ 1.5 가 되는 형상으로 되어 있다.

발명자들이 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 압축 응력 해석을 실시한 결과, R/H2 ＜ 1.5 가 되는 형상의 비진구상 탱크 (2) 로 함으로써, 트러스부 (37) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대하여 충분한 내좌굴성을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, R/H2 ≥ 1.0 이 되는 형상의 비진구상 탱크 (2) 로 함으로써, 진구상 탱크와 비교하여 용적을 충분히 확보할 수 있다.

본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 에 의하면, 제 1 구각부 (38) 와 트러스부 (37) 가 접속되는 접속 위치 (C2) 에 있어서, 제 1 구각부 (38) 의 접선 방향과 트러스부 (37) 의 접선 방향이 일치한다. 그 때문에, 제 1 구각부 (38) 와 트러스부 (37) 가, 이들의 접속 위치 (C2) 에 있어서 매끄럽게 접속된다. 마찬가지로, 제 2 구각부 (36) 와 트러스부 (37) 가 접속되는 접속 위치 (C3) 에 있어서, 제 2 구각부 (36) 의 접선 방향과 트러스부 (37) 의 접선 방향이 일치한다. 그 때문에, 제 2 구각부 (36) 와 트러스부 (37) 가, 이들의 접속 위치 (C3) 에 있어서 매끄럽게 접속된다.

이와 같이 함으로써, 제 1 구각부 (38) 와 트러스부 (37) 가 접속되는 접속 위치 (C2), 및 제 2 구각부 (36) 와 트러스부 (37) 가 접속되는 접속 위치 (C3) 에 있어서 압축 응력이 집중되는 문제를 억제할 수 있다.

본 실시형태의 비진구상 탱크 (2) 는, 이하의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

R/H1 ≤ 1.45

R1/R2 ＜ 2.5

R2/R ＞ 0.4

여기서, R1 : 상기 제 1 반경, R2 : 상기 제 2 반경이다.

발명자들이 대변형 이론에 근거하는 유한 요소법에 의한 압축 응력 해석을 실시한 결과, 상기 조건식을 만족하는 형상의 비진구상 탱크 (2) 로 함으로써, 트러스부 (34) 의 근방에 발생하는 압축 응력에 대하여 확실한 내좌굴성을 갖는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 함으로써, 구각부 (35) 와 트러스부 (34) 가 접속되는 접속 위치 (C1) 에 있어서 압축 응력이 집중되는 문제를 억제할 수 있다.

1 : 액화 가스 운반선
2 : 비진구상 탱크
31 : 원통부
32 : 정상부
33 : 바닥부
34 : 트러스부 (정상부측 트러스부)
35 : 구각부 (정상부측 구각부)
36 : 제 2 구각부 (제 2 바닥부측 구각부)
37 : 트러스부 (바닥부측 트러스부)
38 : 제 1 구각부 (제 1 바닥부측 구각부)
B : 하단
C1, C2, C3 : 접속 위치
O1, O2, O3, O4 : 중심 위치
T : 상단
X : 축선

Claims

액화된 가스를 저장하는 비진구상 탱크로서,
연직 방향을 따라 연장되는 통상의 원통부와,
상기 원통부의 상방에 연속하도록 배치됨과 함께 상방을 향하여 돌출되는 경판 구조의 정상부와,
상기 원통부의 하방에 연속하도록 배치됨과 함께 하방을 향하여 돌출되는 경판 구조의 바닥부를 구비하고,
상기 정상부는,
제 1 반경의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 상기 정상부의 상단에 배치되는 정상부측 구각부와,
상기 원통부의 상방 및 상기 정상부측 구각부의 하방의 각각에 연속하도록 배치됨과 함께 상기 제 1 반경보다 작은 제 2 반경의 구체의 일부에 의해 형성되는 정상부측 트러스부를 갖고,
이하의 조건식을 만족하는 비진구상 탱크.
1.2 ≤ R/H1 ≤ 1.45 (1)
R1/R2 ＜ 2.5 (2)
R2/R ＞ 0.4 (3)
여기서, R : 상기 원통부의 반경, R1 : 상기 제 1 반경, R2 : 상기 제 2 반경, H1 : 상기 정상부의 연직 방향의 높이이다.
제 1 항에 있어서,
상기 정상부측 구각부를 형성하는 상기 제 1 반경의 구체의 중심 위치는, 상기 정상부측 구각부와 상기 정상부측 트러스부가 접속되는 접속 위치와 그 정상부측 트러스부를 형성하는 상기 제 2 반경의 구체의 중심 위치를 연결하는 연장선 상에 배치되는 비진구상 탱크.
제 1 항에 있어서,
이하의 조건식을 만족하는 비진구상 탱크.
1.0 ≤ R/H2 ＜ 1.5 (4)
여기서, H2 : 상기 바닥부의 연직 방향의 높이이다.
제 3 항에 있어서,
상기 바닥부는,
제 3 반경의 구체의 일부에 의해 형성됨과 함께 상기 바닥부의 하단에 배치되는 제 1 바닥부측 구각부와,
상기 제 1 바닥부측 구각부의 상방에 연속하도록 배치됨과 함께 상기 제 3 반경보다 작은 제 4 반경의 구체의 일부에 의해 형성되는 바닥부측 트러스부를 갖는 비진구상 탱크.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 바닥부측 구각부를 형성하는 상기 제 3 반경의 구체의 중심 위치는, 상기 제 1 바닥부측 구각부와 상기 바닥부측 트러스부가 접속되는 접속 위치와 그 바닥부측 트러스부를 형성하는 상기 제 4 반경의 구체의 중심 위치를 연결하는 연장선 상에 배치되는 비진구상 탱크.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 비진구상 탱크와,
그 비진구상 탱크의 상반부를 덮음과 함께, 선수미 방향 및 선폭 방향을 따라 연장되는 탱크 커버를 구비하는 액화 가스 운반선.