KR20120020563A

KR20120020563A - 슬로싱 방지장치

Info

Publication number: KR20120020563A
Application number: KR1020100084240A
Authority: KR
Inventors: 황영돈
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08
Also published as: KR101206253B1

Abstract

슬로싱 방지장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치는 탱크 내벽에 다수개의 안내 파이프를 일정간격 이격된 상태로 상하방향으로 설치하여 구성되는 안내부; 탱크 내부의 유체에 부유된 상태로 유체의 부분적 상승 하중에 의해 안내부에 고정되도록 안내 파이프에 안내슬롯을 통하여 상하방향으로 슬라이드 가능하게 설치되는 부유체; 및 탱크 내벽에 구름 접촉된 상태로, 탱크 내벽에 대하여 부유체의 일측을 구름 지지하도록 부유체에 설치되는 지지부를 포함한다.

Description

슬로싱 방지장치{ANTI SLOSHING DEVICE}

본 발명은 슬로싱 방지기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탱크 내부에서 유체의 슬로싱 현상을 억제하는 슬로싱 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들어 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

이러한 액화천연가스(LNG)의 해상 운송은 LNG 수송선에 구비되는 LNG 저장탱크에 저장된 상태로 원거리의 목적지로 운반된다.

LNG 저장탱크는 크게 독립된 독립 탱크타입과 선체 내부에 화물창의 형태로 제작되는 멤브레인 탱크타입으로 분류된다.

독립 탱크타입은 LNG 저장탱크와 이를 지지하는 부분, 및 선체가 서로 독립적이며, 탱크 자체만으로도 충분한 강도를 갖고 있어 외부 충격에 강하다. 따라서 충돌과 좌초로 인한 손상확률이 멤버레인 탱크타입보다 낮다.

멤브레인 탱크타입은 독립 탱크타입과 달리 LNG 저장탱크가 하중을 받지 않고 단순히 화물을 담는 역할만 한다. 따라서 하중은 선체 구조가 담당하며, 내부에 보온재 및 얇은 금속재인 멤브레인을 부착해 두 겹으로 만드는 이중구조 형태를 갖추고 있다.

이러한 LNG 저장탱크(이하, 본 발명의 포괄적 적용범위를 한정하지 않기 위하여 "탱크"로 지칭한다)는 극저온의 LNG(이하, 본 발명의 포괄적 적용범위를 한정하지 않기 위하여 "유체"로 지칭한다)를 안전한 상태로 수송할 수 있도록 설계되어야 함으로, 수밀과 방열 등의 여러 가지 측면에서 안전성이 요구되며, 특히 중요한 기술적 사항중의 하나는 탱크 내 유체의 슬로싱 현상에 대한 방지책이다.

슬로싱 현상은 선박이 다양한 해상 상황에 의해 피칭(pitching)과 롤링(rolling) 운동을 반복하는 동안, 탱크 내부의 유체가 심하게 요동치면서 탱크 내벽을 타고 상승하였다가 자유낙하에 의해 탱크 내벽 또는 바닥에 대하여 충격하중을 발생시키는 현상을 말한다.

즉, 탱크 내부에서는 저장되는 유체의 특성으로 인해 상기 유체가 외부 가진력에 의해 출렁이는 슬로싱(Sloshing) 현상이 발생하며, 이에 따라 유체의 자중과 더불어 슬로싱에 의한 하중이 발생하여 탱크의 내벽에 모멘트 성분의 충격력이 작용한다.

이러한 슬로싱 현상은 선박의 운항 중에 필연적으로 발생하며, 특히, 멤브레인 탱크타입의 경우에는 구조적 특성상 내부재(Internal Structural Members)가 없어 슬로싱 문제에 보다 취약할 수밖에 없다.

이와 같은 슬로싱 문제를 해결하기 위해서는 정확하고 합리적인 방법으로 슬로싱 발생 가능성 및 슬로싱에 의한 하중을 예측하는 기술이 필수적이며, 아울러 슬로싱을 저감할 수 있는 디자인으로 탱크가 설계되어야 한다.

본 발명의 실시예는 탱크 내부에서, 유체의 슬로싱에 의한 상승 하중을 이용하여 유체 상에 떠 있는 부유체를 탱크 내벽에 상승 방향으로 고정되도록 함으로써, 탱크 내 유체의 상승을 억제하여 슬로싱 현상을 최소화하는 슬로싱 방지장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 탱크의 내 측벽에 다수개의 안내 파이프를 일정간격 이격된 상태로 상하방향으로 설치하여 구성되는 안내부; 상기 탱크의 내부 유체에 부유된 상태로 상기 유체의 부분적 상승 하중에 의해 상기 안내부에 고정되도록 상기 안내 파이프에 안내슬롯을 통하여 상하방향으로 슬라이드 가능하게 설치되는 부유체; 및 상기 탱크의 내 측벽에 구름 접촉된 상태로, 상기 탱크의 내 측벽에 대하여 상기 부유체의 일측을 구름 지지하도록 상기 부유체에 설치되는 지지부를 포함하는 슬로싱 방지장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 안내부는 상기 탱크의 내 측벽에 대하여 일정간격 이격된 상태로 배치되는 다수개의 안내 파이프; 및 상기 안내 파이프의 상단과 하단을 상기 탱크의 내 측벽에 고정하는 브라켓으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 안내 파이프는 원형 단면 또는 사각 단면의 스테인리스 스틸재로 구성될 수 있다.

또한, 상기 부유체는 상기 탱크의 내부 유체에 뜨는 일정두께의 판재로 구성되며, 내 측단은 하향 절곡되어 하향 경사면으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 판재는 내유성(耐油性)을 갖는 플라스틱 소재로 구성될 수 있다.

또한, 상기 안내슬롯의 관통내면은 상기 부유체에 수직방향으로 형성되어 상기 안내 파이프에 대하여 상기 부유체를 상하로 안내하는 안내면; 및 상기 부유체의 수직방향에 대하여 일정각 경사지게 형성되어 외력 작용 시, 상기 안내 파이프에 대하여 상기 부유체를 고정 지지하는 고정면으로 구획될 수 있다.

또한, 상기 지지부는 상기 부유체의 외측단에 끼워져 설치되는 연결포켓; 상기 연결포켓에 설치되는 쿠션수단; 및 상기 쿠션수단에 롤러 브라켓을 통하여 설치되어 상기 탱크의 내 측벽에 구름 접촉되는 롤러로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 쿠션수단은 상기 연결포켓에 일체로 구성되는 캡; 상기 롤러 브라켓에 일체로 구성되는 로드; 상기 로드에 끼워진 상태로, 상기 캡에 나사 체결되는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에서 상기 로드에 탄성력을 제공하는 스프링으로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 탱크 내부에서, 부유체를 통하여 유체의 슬로싱에 의한 상승을 억제하여 탱크에 가해지는 충격 하중을 최소화할 수 있다.

또한, 탱크 내 슬로싱 현상이 특히 활발한 유체의 적재량이 약 25% 내지 70%의 범위 내에서 슬로싱 현상을 억제하여 유체에 의한 충격 하중을 최소화할 수 있다.

또한, 유체의 적재량에 대한 제한요소를 제거함은 물론, 유체를 저장하는 탱크, 특히 액화천연가스를 적재하는 탱크의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치가 적용된 탱크 내부의 정 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치의 측 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치에 적용되는 안내 파이프와 안내슬롯의 일례에 의한 투영도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치에 적용되는 안내 파이프와 안내슬롯의 다른 예에 의한 투영도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치에 적용되는 지지부의 확대 단면도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치의 작동 전,후의 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치가 적용된 탱크 내부의 정 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로싱 방지장치(10)는 멤버레인 타입의 LNG 저장탱크(1; 이하, 탱크로 지칭함)에 적용된다. 즉, 탱크(1)의 내 측벽 양 측면과 전,후면 상에 여러 개소(일부 미도시)로 나누어서 구성된다.

이러한 각 슬로싱 방지장치(10)에 대해서는, 이하 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 슬로싱 방지장치(10)는 탱크(1)의 내 측벽(F)에 구성되는 안내부(20)와, 탱크(1)의 내 측벽(F)에 대하여 상기 안내부(20)를 따라 승하강 안내되는 부유체(30), 및 탱크(1)의 내 측벽(F)에 대하여 부유체(30)를 구름 지지하는 지지부(40)로 구성된다.

상기 안내부(20)의 구체적인 구성에 대해서는 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치의 측 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 안내부(20)는 탱크(1)의 내 측벽(F)에 2개씩을 한 쌍으로 하는 안내 파이프(21)를 상하방향으로 설치하여 구성된다.

즉, 안내부(20)는 상기 탱크(1)의 내 측벽(F)에 대하여 2개의 안내 파이프(21)가 상호 일정간격 이격된 상태로 수직방향으로 상기 내 측벽(F)에 대하여 평행하게 배치되고, 각 안내 파이프(21)는 그 상단과 하단이 브라켓(23)을 통하여 상기 탱크(1)의 내 측벽(F)에 고정된다.

이때, 브라켓(23)은 상기 안내 파이프(21)의 상단과 하단이 각각 끼워지도록 일 단부에 끼움단(25)이 형성된다.

즉, 각 브라켓(23)은 그 끼움단(25)을 통하여 상기 안내 파이프(21)의 상단 및 하단에 끼워진 상태로 용접되어 안내 파이프(21)에 일체로 고정된다.

또한, 상기 각 브라켓(23)은 탱크(1)의 내 측벽(F) 상부와 하부에 각각 그 타단이 용접되어 상기 안내 파이프(21)를 탱크(1)의 내 측벽(F)에 고정한다.

여기서, 안내 파이프(21)는 그 재질이 스테인리스 스틸소재를 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

그리고 상기 부유체(30)의 구체적인 구성에 대해서는 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 상기 부유체(30)는 안내부(20)의 각 안내 파이프(21)에 안내슬롯(S)을 통하여 상하방향으로 슬라이드 가능하게 설치된다.

여기서, 부유체(30)는 탱크(1) 내부의 유체에 뜨는 일정두께의 판재로 구성되며, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 상기 부유체(30)는 내유성(耐油性)을 갖는 플라스틱 소재의 판재로 구성될 수 있으며, 내부에 공기층(미도시)을 형성하여 상기 유체에 부력을 이용하여 뜰 수 있는 내유성을 갖는 경금속의 중공소재로도 구성될 수 있다.

또한, 부유체(30)는 그 내측 선단이 하향 절곡되어 하향 경사면(31)으로 형성되며, 슬로싱에 의해 상승하는 유체의 유동을 하측으로 안내한다.

이러한 부유체(30) 상의 안내슬롯(S)에 대해서는 안내 파이프(21)와 함께, 이하 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치에 적용되는 안내 파이프(21)와 안내슬롯(S)의 일례에 의한 투영도이다.

도 4를 참조하면, 상기 안내슬롯(S)은 상기 부유체(30) 상의 양측 2개소에 형성된 상태로, 안내 파이프(21)를 따라 부유체(30)가 상하방향으로 이동되도록 하는데, 이러한 안내슬롯(S)은 그 관통내면이 안내면(S1)과 고정면(S2)으로 구분된다.

여기서, 상기 안내 파이프(21)는 원형의 파이프로 형성되며, 상기 안내슬롯(S) 역시 원형의 관통내면을 갖는다.

즉, 상기 안내슬롯(S)의 안내면(S1)은 부유체(30)에 수직방향으로 형성되어 상기 안내 파이프(21)에 대하여 상기 부유체(30)를 상하방향으로 안내하는 슬립면이 된다.

또한, 상기 안내슬롯(S)의 고정면(S2)은 부유체(30)의 수직방향에 대하여 일정각 경사지게 형성되어 외력인 유체의 상승 하중이 부유체(30)에 작용하여 부유체(30)의 내측 선단이 들리면서 경사지게 되는 경우, 상기 안내 파이프(21)에 접촉되어 안내 파이프(21)에 대하여 부유체(30)가 상승하지 못하게 고정하는 지지면이 된다.

본 실시예에서는 수직방향에 대하여 고정면(S2)이 갖는 일정각(θ)은 10°내지 20°의 범위 내에서 결정되어야 유체의 상승 하중에 의해 안내 파이프(21)에 대한 부유체(30)의 고정작동을 신뢰성 있게 이룬다.

이러한 구성의 부유체(30)는 탱크(1) 내부의 유체에 부유되어 수평을 유지한 상태에서는 상기 탱크(1) 내 유체의 적재량에 따라 그 안내슬롯(S)의 안내면(S1)을 통하여 안내 파이프(21)에 슬립되면서 상하방향으로 슬라이드 이동된다.

반면, 상기 부유체(30)는 유체에 의한 부분적 상승 하중(E)이 작용하여 수평을 유지하지 못하고, 그 내측 선단이 들리는 경우에 안내슬롯(S)의 고정면(S2)을 통하여 안내 파이프(21)에 지지되어 상승하지 않게 된다.

여기서, 상기 유체의 상승 하중(E)이라 함은 탱크(1) 내 슬로싱 현상으로 발생하는 유체의 유동에 의한 충격 하중을 말한다.

한편, 도 4에서는 상기한 안내 파이프(21)와 안내슬롯(S)이 원형의 파이프와 원형의 관통내면이 적용되었으나, 이에 한정되지 않는다.

즉, 상기한 안내 파이프(21)와 안내슬롯(S)의 다른 예로, 도 5를 참조하면, 상기 안내 파이프(21)는 사각의 파이프로 구성되고, 이에 대한 안내슬롯은 사각의 관통내면으로 구성될 수 있다.

이러한 안내 파이프(21)와 안내슬롯(S)의 관통내면이 사각 단면으로 구성되어도 상기 부유체(30)는 원형 단면일 때와 동일한 작동을 이룬다.

그리고 상기 지지부(40)의 구체적인 구성에 대해서는 이하, 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치에 적용되는 지지부의 확대 단면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 지지부(40)는 탱크(1)의 내 측벽(F)에 구름 접촉된 상태로, 상기 탱크(1)의 내 측벽(F)에 대하여 상기 부유체(30)의 외 측단을 구름 지지하도록 탱크(1)의 내 측벽에 대응하는 상기 부유체(30)의 외 측단에 설치된다.

즉, 상기 지지부(40)는 부유체(30)의 외 측단을 감싸도록 연결포켓(41)이 끼워져 체결된다.

연결포켓(41)에는 쿠션수단(45)이 구성되고, 쿠션수단(45)에는 롤러 브라켓(43)을 통하여 롤러(47)가 설치되어 상기 탱크(1)의 내 측벽(F)에 구름 접촉된다.

여기서, 상기 쿠션수단(45)은 연결포켓(41)에 일체로 구성되는 캡(51)과, 상기 롤러 브라켓(43)에 일체로 구성되는 로드(53)를 포함한다.

상기 로드(53)에는 하우징(55)이 끼워진 상태로 상기 캡(51)에 나사 체결되고, 상기 하우징(55)의 내부에는 상기 로드(53)를 외측으로 밀도록 탄성력을 제공하는 스프링(57)이 개재된다.

이러한 구성의 지지부(40)는 상기 롤러(47)가 쿠션수단(45)의 스프링(57)을 통하여 제공되는 탄성력을 이용하여 탱크(1)의 내 측벽(F)에 대하여 부유체(30)를 구름 지지되도록 함으로써, 탱크(1) 내 유체의 출렁임에 의한 부유체(30)의 심한 요동을 방지한다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 슬로싱 방지장치(10)의 작동에 대하여 이하, 도 7과 도 8을 통하여 설명한다.

도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지장치의 작동 전,후의 상태도이다.

먼저, 도 7을 참조하면, 탱크(1) 내 유체의 유동이 심하지 않거나, 유동이 없을 때에는 부유체(30)가 유체에 떠 있는 상태로, 유체의 슬로싱 현상이 심한 경우에 비하여 비교적 수평을 유지하여 유체의 적재량에 따라 안내 파이프(21)에 대하여 상하방향으로 슬라이드 이동 가능한 상태가 된다.

즉, 부유체(30)가 탱크(1) 내부의 유체에 부유되어 수평을 유지하는 상태에서는 그 안내슬롯(S)의 안내면(S1)을 통하여 안내 파이프(21)에 슬립되면서 상하방향으로 슬라이드 이동되는 원리이다.

한편, 도 8을 참조하면, 탱크(1) 내 유체가 슬로싱 현상에 의해 유동이 심할 때에는 유체가 부분적으로 탱크(1)의 내 측벽(F)을 타고 상승하게 되는데, 이때 상기 유체의 상승 하중(E)에 의해 부유체(30)는 그 내측 선단이 들려 경사지게 된다.

그러면, 상기 부유체(30)는 안내 파이프(21)에 대하여 고정되며, 그 고정위치에서 유체의 상승을 억제함과 동시에, 그 내측 선단의 하향 경사면(31)을 통하여 상승하는 유체를 다시 탱크(1)의 하부로 안내함으로써 유체의 슬로싱 현상을 최소화한다.

즉, 상기 부유체(30)는 유체의 부분적 상승 하중(E)이 작용하면, 그 내측 선단의 하향 경사면(31)이 들려 수평을 유지하지 못하고 경사지게 되는데, 이때, 그 안내슬롯(S)의 고정면(S2)이 안내 파이프(21)에 지지되어 부유체(30)의 상승을 방지하게 되는 원리이다.

이로써, 본 실시예에 따른 슬로싱 방지장치(10)는 탱크(1) 내 유체의 슬로싱 현상이 특히 활발하게 진행되는 약 25% 내지 70%의 적재량에서 효과적으로 작동하여 슬로싱에 의한 충격 하중을 최소화하게 되며, 유체의 적재량에 대한 제한요소를 제거함은 물론, 유체를 저장하는 탱크, 특히 액화천연가스를 적재하는 탱크의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있다.

이상에서, 본 실시예에 의한 슬로싱 저감을 위한 슬로싱 방지장치는 멤브레인(Membrane) 타입의 LNG선의 탱크에 적용된 경우를 예로 하여 설명하였으나, 이러한 본 실시예의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으며, 그 적용 범위로 연료용 탱크 등에 적용될 수 있음은 당연하다.

또한, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 탱크 10: 슬로싱 방지장치
20: 안내부 21: 안내 파이프
23: 브라켓 25: 끼움단
30: 부유체 31: 하향 경사면
40: 지지부 41: 연결포켓
43: 롤러 브라켓 45: 쿠션수단
47: 롤러 51: 캡
53: 로드 55: 하우징
57: 스프링 F: 측벽
S: 안내슬롯 S1: 안내면
S2: 고정면 E: 상승 하중

Claims

탱크의 내 측벽에 다수개의 안내 파이프를 일정간격 이격된 상태로 상하방향으로 설치하여 구성되는 안내부;
상기 탱크의 내부 유체에 부유된 상태로 상기 유체의 부분적 상승 하중에 의해 상기 안내부에 고정되도록 상기 안내 파이프에 안내슬롯을 통하여 상하방향으로 슬라이드 가능하게 설치되는 부유체; 및
상기 탱크의 내 측벽에 구름 접촉된 상태로, 상기 탱크의 내 측벽에 대하여 상기 부유체의 일측을 구름 지지하도록 상기 부유체에 설치되는 지지부를 포함하는 슬로싱 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 안내부는
상기 탱크의 내 측벽에 대하여 일정간격 이격된 상태로 배치되는 다수개의 안내 파이프; 및
상기 안내 파이프의 상단과 하단을 상기 탱크의 내 측벽에 고정하는 브라켓으로 구성되는 슬로싱 방지장치.
제2항에 있어서,
상기 안내 파이프는
원형 단면 또는 사각 단면의 스테인리스 스틸재로 구성되는 슬로싱 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 부유체는
상기 탱크의 내부 유체에 뜨는 일정두께의 판재로 구성되며, 내 측단은 하향 절곡되어 하향 경사면으로 형성되는 슬로싱 방지장치.
제4항에 있어서,
상기 판재는
내유성(耐油性)을 갖는 플라스틱 소재로 구성되는 슬로싱 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 안내슬롯의 관통내면은
상기 부유체에 수직방향으로 형성되어 상기 안내 파이프에 대하여 상기 부유체를 상하로 안내하는 안내면; 및
상기 부유체의 수직방향에 대하여 일정각 경사지게 형성되어 외력 작용 시, 상기 안내 파이프에 대하여 상기 부유체를 고정 지지하는 고정면으로 구획되는 슬로싱 방지장치.
제1항에 있어서,
상기 지지부는
상기 부유체의 외측단에 끼워져 설치되는 연결포켓;
상기 연결포켓에 설치되는 쿠션수단; 및
상기 쿠션수단에 롤러 브라켓을 통하여 설치되어 상기 탱크의 내 측벽에 구름 접촉되는 롤러로 구성되는 슬로싱 방지장치.
제7항에 있어서,
상기 쿠션수단은
상기 연결포켓에 일체로 구성되는 캡;
상기 롤러 브라켓에 일체로 구성되는 로드;
상기 로드에 끼워진 상태로, 상기 캡에 나사 체결되는 하우징; 및
상기 하우징의 내부에서 상기 로드에 탄성력을 제공하는 스프링으로 구성되는 슬로싱 방지장치.