KR20120033629A - 용접 파형격벽을 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

용접 파형격벽을 구비한 선박이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선체의 선수미 방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 배치되고, 선체의 갑판과 내측판과 선저내판에 결합된 용접파형부와, 상기 선체의 선고방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 연장되고, 상기 용접파형부에 결합된 횡방향 스트링거를 포함한다.

Description

용접 파형격벽을 구비한 선박{VESSEL HAVING WELDING CORRUGATED PLATE TYPE BULKHEAD}

본 발명은 격벽을 갖는 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접 파형격벽을 구비한 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 액체 또는 유체 화물을 운반하는 선박은 탱커선(tanker), 유조선 등이 있고, 충돌, 좌초 등에 따른 해상오염의 심각성을 고려하여 이중선각(double hull) 구조로 제작되고 있다.

유조선은 원유나 석유제품, 또는 화학약품등의 액체화물을 운반하는 살물(撤物) 운반선 또는 상선의 하나로 널리 사용되고 있고, 대형화 추세에 있다.

유조선 등의 선박에서는 선박의 센터라인을 기준으로 길이방향으로는 종격벽이, 폭 방향으로는 다수의 횡격벽이 상호 결합된 구조로 구성되어 있다. 이러한 격벽은 판과 보강재의 조합(plane bulkhead)으로 이루어질 수 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 유조선(1)은 복수개의 화물창(2)의 사이에 플레인 벌크헤드 구조의 제 1 횡격벽(4)을 가지고 있다.

제 1 횡격벽(4)은 하부 스툴(3a)(lower stool)과 상부 스툴(3b)(upper stool)의 사이에 설치되어 있다.

기존의 스툴(3a, 3b)은 횡하중에 대한 강성을 보전하기 위한 것으로서, 상대적으로 큰 체적과 중량을 갖는 플레어링 박스(flaring box) 형상을 가지고 있다. 즉, 스툴(3a, 3b)이 차지하는 설치 공간 대비 상대적으로 화물창(2)의 화물 적재 공간이 작게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 횡격벽(4)은 플레인 플레이트(4a)와 보강재(4b)(stiffener)의 조합으로 이루어져 있다.

이러한 제 1 횡격벽(4)은 구조적 강성이 허용하는 범위 내에서 6 만톤급 이하의 화물선에서 사용될 뿐, 10 만톤급 이상의 선박에 적용할 경우, 구조적 안전성 문제를 가져올 수 있고, 이와 함께, 더 큰 사이즈의 스툴(3a, 3b)을 요구함에 따라, 상대적으로 무겁고 부피를 더 많이 차지하게 되어 선적 효율이 떨어지는 단점을 갖는다.

종래 기술의 제 1 횡격벽(4)은 하기의 본 발명에서 본 실시예와 대비한 설명에서도 알 수 있듯이, 상대적으로 좌굴에 약할 뿐만 아니라, 동일한 최종 강도 조건 하에서 단면적 대비 상대적으로 큰 중량을 갖는 단점을 가지고 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 다른 기술의 산적화물선(bulk carrier)은 선박의 특성 상 곡물을 싣고 운항하게 되며, 곡물의 하역 시 곡물이 화물창내에 적재되는 현상을 방지하기 위하여, 절곡형 파형격벽구조의 제 2 횡격벽(5)을 채택하고 있다.

제 2 횡격벽(5)는 도 1 또는 도 2에 도시된 제 1 횡격벽(4)에 비해서, 같은 중량일 경우, 좌굴강도 및 휨강도에 유리할 수 있다.

그러나, 종래의 제 2 횡격벽(5)은 파형의 기준부, 경사부, 절곡돌출부 등의 단면 부위가 모두 동일한 두께(a)를 가지고 있기 때문에, 종방향 또는 횡방향 구조적 안전성과 중량을 고려하여 단면 부위별 대비 서로 다른 두께를 가지는 혁신적인 설계가 불가능한 단점이 있다.

또한, 종래의 제 2 횡격벽(5)은 벤딩에 의해 제작됨에 따라, 횡격벽용 철판 두께, 절곡 부위의 벤딩 포스 등을 고려하여 경사각도(b)를 90도로 절곡시키기 매우 어렵다.

또한, 종래의 제 2 횡격벽(5)은 10 만톤급 이상의 선박에 적용하거나, 조선소의 제작 공정에서 다음과 같은 문제점들을 발생시키고 있다.

즉, 종래에서는 하부 스툴 또는 상부 스툴로 횡격벽을 지지함에 따라 화물 운반 경제상 상대적으로 많은 화물을 적재할 수 없다.

또한, 종래에서는 화물 운반 경제성만을 고려하여 스툴을 없애는 경우, 선박 자체의 구조적 안전성이 떨어질 수 있고, 반면 동일한 강성 유지를 위해서 상대적으로 많은 보강재를 사용할 경우, 선박 자체 중량이 증가되는 단점이 있다.

또한, 종래에서는 스툴 없이 제 2 횡격벽과 같은 절곡형 파형격벽구조를 선체 내부에 형성하려고 할 때, 절곡형 파형격벽구조가 벤딩에 의해 제작되기 때문에, 기존 선체의 종강도 부재와 연속성을 유지할 수 있도록 어떻게 결합되어야 하는지에 대한 대안이 없고, 이에 따라, 선박의 종방향(예: 선수미방향) 또는 횡방향(예: 선폭방향)의 강성을 안전하게 유지하는 점에 대해서 많은 연구와 노력이 필요하다.

즉, 종래에서는 제 2 횡격벽이 벤딩될 때 발생하는 곡률로 인하여, 종강도 부재 및 횡강도 부재가 교차될 경우, 부재의 연결성 및 정도를 관리하기에 상당한 단점을 지니고 있다.

또한, 종래의 절곡형 파형격벽구조의 제 2 횡격벽이 10 만톤급 이상의 선박에 적용되기 위해서는 더욱 더 큰 대형 벤딩 기계 설비가 조선소에 갖추어져야 하는 현실적인 문제점도 발생되고 있다.

또한, 종래의 제 2 횡격벽은 절곡된 파형을 가지고 있으므로, 판부재의 정도, 즉 치수 정확도 관리가 힘든 단점을 가지고 있다.

본 발명의 실시예는 WCP(WELDING CORRUGATED PLATE)형식의 용접 파형격벽을 제공함으로써, 정도 유지가 쉽고 제작이 용이하며 구조적 강성이 뛰어나고, 기존의 스툴(stool)을 제거하여 선박의 적재 용량을 증가시키면서도 구조적으로 안전한 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 선수미 방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 배치되고, 선체의 갑판과 내측판과 선저내판에 결합된 용접파형부와, 선체의 선고방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 연장되고, 용접파형부에 결합된 횡방향 스트링거를 포함하는 용접 파형격벽을 구비한 선박이 제공될 수 있다.

또한, 용접파형부는 폭(width)보다 길이(length)가 상대적으로 긴 스트립 형상의 베이스판, 측판, 돌출판을 용접에 의해 직각 파형을 이루도록 결합한 것일 수 있다.

또한, 용접파형부는 단면계수를 증가시키고 중량을 감소시키는 부재치수선정(local scantling)에 의해 베이스판, 측판, 돌출판의 판두께를 서로 다르게 형성한 것일 수 있다.

또한, 용접파형부는 베이스판을 지지하도록 선저내판과 선저외판 사이에 결합된 웨브 프레임과, 돌출판을 지지하도록 선폭방향을 따라 이격배치되어 선저내판과 선저외판 사이에 결합된 복수개의 부분형 거더 플레이트를 더 포함할 수 있다.

또한, 횡방향 스트링거는 용접파형부의 직각 파형에 대응한 산형상과 골형상을 갖는 일측 변과, 일측 변의 반대쪽에 형성된 자유단 형식의 타측 변과, 선체의 내측판 또는 중앙격벽에 고정되는 양단부를 포함할 수 있다.

또한, 용접파형부와 선저내판의 연결지점에는 복수개의 브래킷판이 더 결합되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시예는 WCP(WELDING CORRUGATED PLATE)형의 용접 파형격벽에 의해 10 만톤급 이상의 선박에 적용되더라도, 별도의 대형 벤딩 기계 설비없이 제작이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 기존의 하부 스툴 또는 상부 스툴을 제거한 구조로서, 화물 운반 경제상 상대적으로 많은 화물을 적재할 수 있고, 스툴을 갖는 선박 대비 상대적으로 선박 중량을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 판부재를 용접에 의해 각도 90도를 이루도록 형성한 용접파형부를 제공함에 따라, 용접파형부와 그 주변 부재와의 정도를 상대적으로 용이하게 맞출 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 용접에 의해 제작됨에 따라 판부재의 절단 및 가공이 매우 용이하고, 과도하거나 동일한 판두께를 사용하지 않고도, 외부 하중에 따라, 적절한 판두께를 배치할 수 있는 설계가 가능하다.

즉, 본 발명의 실시예의 용접파형부는 폭(width)보다 길이(length)가 상대적으로 긴 스트립 형상의 베이스판, 측판, 돌출판을 용접에 의해 직각 파형을 이루도록 결합시키되, 베이스판, 측판, 돌출판 각각의 판두께가 서로 다르게 구성되어 최적화된 설계가 가능하고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 스툴을 사용하지 않고 선체의 종강도 부재와의 연속을 확보하기 위해, 웨브 프레임 대비 상대적으로 중량이 작은 복수개의 부분형 거더 플레이트(partial girder plate)를 구비하여, 웨브 프레임의 추가 사용에 따른 중량 증가를 방지할 수 있고, 선저내판과의 연결성을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 횡방향 스트링거(trans. stringer)를 구비하여 소성힌지 붕괴에 따른 특성치를 양호하게 할 수 있고, 중량을 고려하여 최적화된 붕괴패턴을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 복수개의 브래킷판을 구비하여 피로하중 등과 같이 코너 부위에 집중되는 집중하중을 분산시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박의 제 1 횡격벽의 부분 단면도이다.
도 3은 종래 다른 기술의 산적화물선(bulk carrier)의 제 2 횡격벽의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 파형격벽을 구비한 선박의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 용접파형부의 부분 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 용접파형부를 포함한 용접 파형격벽의 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 용접 파형격벽이 선체에 탑재된 상태의 사시도이다.
도 8은 종래 기술과 본 실시예간 부재치수선정(local scantling)을 비교하여 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 종래 기술과 본 실시예간 좌굴과 최종강도 비교 그래프이다.
도 10은 스툴이 없는 구조에서 변형 거동을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 파형격벽을 구비한 선박의 측면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 용접파형부의 부분 단면도이다. 또한, 도 6은 도 5에 도시된 용접파형부를 포함한 용접 파형격벽의 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 용접 파형격벽이 선체에 탑재된 상태의 사시도이다.

도 4를 참조하면, 용접 파형격벽(100)을 갖는 본 실시예는 10만톤 이상의 유조선, 상선 등과 같이 복수개의 화물창(20)을 갖는 선체(10)에 적용될 수 있다.

본 실시예는 선체(10)의 선수미 방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 배치되고, 선체(10)의 갑판과 내측판과 선저내판에 결합된 용접파형부(110)와, 이런 선체(10)의 선고방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 연장되고, 용접파형부(110)에 결합된 하나 또는 하나 이상의 횡방향 스트링거(120)(도 6 및 도 7참조)를 포함할 수 있다.

도 4 내지 도 7에서 알 수 있듯이, 용접 파형격벽(100)의 상부 또는 하부에는 기존의 스툴(stool) 구조가 없다.

따라서, 본 실시예는 용접 파형격벽(100)에 의해 기존의 스툴이 차지했던 공간 대비 상대적으로 많은 화물 적재 공간을 확보할 수 있으면서도, 하기에 설명할 바와 같이 구조적 중량을 작게하면서 안전성을 확보할 수 있다.

도 5를 참조하면, 용접 파형격벽(100)의 용접파형부(110)는 폭(width)보다 길이(length)가 상대적으로 긴 스트립 형상의 베이스판(111)과, 이런 베이스판(111)에 각각 수직하게 용접된 측판(112)과, 이런 측판(112)에 수직하게 용접된 돌출판(113)을 포함하고, 복수개의 베이스판(111), 측판(112), 돌출판(113)들이 연속적으로 직각 파형을 이루도록 결합되어 있을 수 있다.

이때, 용접파형부(110)의 베이스판(111), 측판(112), 돌출판(113) 각각의 판두께는 하기의 [표 1]에서도 알 수 있듯이, 단면계수를 증가시키고 중량을 감소시키는 부재치수선정(local scantling)에 의해 서로 다르게 형성될 수 있다.

또한, 각각의 베이스판(111)은 선저측 횡방향의 웨브 프레임(이하, 웨브 프레임이라 약칭 함)이 배치될 제 1 기준선(WL)을 따라 선폭방향으로 이격 배치될 수 있다.

또한, 각각의 돌출판(113)은 하기에 설명할 부분형 거더 플레이트(partial girder plate)가 배치될 제 2 기준선(GL)을 따라 상기 베이스판(111)과 지그재그식으로 이격 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 용접파형부(110)는 베이스판(111)을 지지하도록 선저내판(11)과 선저외판(12) 사이에 결합된 웨브 프레임(130)과, 돌출판(113)을 지지하도록 선폭방향을 따라 이격배치되어 선저내판(11)과 선저외판(12) 사이에 결합된 복수개의 부분형 거더 플레이트(140)를 더 포함하여 용접 파형격벽(100)으로 구성될 수 있다.

용접 파형격벽(100)에서 용접파형부(110), 횡방향 스트링거(120), 웨브 프레임(130), 부분형 거더 플레이트(140) 등은 판(plate) 부재로 구성되어 있고 직각으로 연결되어 있기 때문에, 주요 부재(primary member)와 부가 부재(secondary member)간 연결 특성 차이가 발생되지 않을 수 있고, 연결성이 양호할 수 있다. 이러한 특성 상 조합하중 작용 시 휨 강성 및 좌굴강도가 용접 파형격벽(100)을 통해 상대적으로 크게 나타날 수 있다.

여기서, 웨브 프레임(130)과 부분형 거더 플레이트(140)는 선저내판(11)과 선저외판(12)의 사이에서 결합되고, 선저내판(11)를 개재한 상태에서, 용접파형부(110)에 각각 대응되는 구성요소인 베이스판(111) 또는 돌출판(113)을 지지할 수 있다.

용접 파형격벽(100)은 부분형 거더 플레이트(140)를 사용함에 따라, 별도의 선저측 웨브 프레임 추가에 비해 상대적으로 중량을 줄이면서, 종하중에 대해서도 충분한 휨 강성을 가질 수 있고, 선저내판(11) 및 그 하부의 구조물과의 연결성을 개선시킬 수 있다.

또한, 용접 파형격벽(100)은 용접파형부(110)와 선저내판(11) 또는 데크와의 연결지점에 복수개의 브래킷판(150)을 더 구비할 수 있다.

도 7을 참조하면, 각각의 횡방향 스트링거(120)는 용접파형부(110)의 직각 파형에 대응한 산형상과 골형상을 갖는 일측 변과, 이런 일측 변의 반대쪽에 형성된 자유단 형식의 타측 변과, 선체(10)의 내측판(13) 또는 중앙격벽(14)에 고정되는 양단부를 포함하여 구성될 수 있다.

이런 횡방향 스트링거(120)의 일측 변에 형성된 산형상과 골형상은 용접파형부(110)의 직각 파형에 치합될 수 있는 직각 파형이므로, 역시 정도 관리가 용이하고, 용접파형부(110)의 기밀한 결합이 가능할 수 있다.

횡방향 스트링거(120)는 선체(10)의 좌현과 우현을 쌍으로 하여 선고방향을 따라 복수개로 마련될 수 있다.

복수개의 브래킷판(150)은 앞서 언급한 바와 같이, 용접파형부(110)와 선저내판(11) 또는 데크(15)와의 연결지점에 결합되어 있을 수 있다.

브래킷판(150)은 피로하중 등과 같이 코너 부위에 집중되는 집중하중을 분산시키는 역할을 담당할 수 있다.

도 8은 종래 기술과 본 실시예간 부재치수선정(local scantling)을 비교하여 설명하기 위한 단면도들이다.

도 8을 하기의 표 1과 병행 참조하면, 본 발명의 용접 파형격벽(100)은 기존의 플레인 벌크헤드 구조의 제 1 횡격벽(4)과의 부재치수선정에 따라, 단면계수가 증가됨을 알 수 있고, 20%의 중량 절감이 가능함을 확인 할 수 있다.

앞서 언급하였듯이, 본 실시예의 용접 파형격벽(100)은 개별적인 판(plate) 단위의 용접 가능한 구조를 나타내고 있다. 따라서, 종래의 제 1 횡격벽(4)을 플레인 플레이트와 보강재로 치환하였을 경우, 위와 같이 비교가 가능하다.

도 9는 종래 기술과 본 실시예간 좌굴과 최종강도 비교 그래프로서, 횡하중이 작용한 경우에 대한 좌굴과 최종강도의 해석에 대한 결과를 나타내고 있다.

도 9를 참조하면, 종래 기술인 비교예 1은 보강재를 갖는 횡격벽에 해당하고, 비교예 2는 보강재가 없는 플레인 벌크헤드형 횡격벽에 해당한다.

이에 비해, 본 실시예는 앞서 설명한 용접 파형격벽을 의미한다.

비교예 1 또는 비교예 2는 상대적으로 플레인 플레이트보다 약한 강성을 지닌 보강재에서 좌굴 및 항복이 발생하여, 하중 증가에 따라 플레인 플레이트에 좌굴과 항복이 연속적으로 진전되는 붕괴거동을 나타낸다.

이러한 구조물의 기본적인 붕괴특성에 기인하여, 비교예 1 또는 비교예 2과 본 실시예에 따른 구조물간 거동 그래프는 상당한 차이를 나타나게 되며, 이때, 본 실시예의 용접 파형격벽이 상대적으로 높은 최종강도를 나타내고 있다.

반면, 본 실시예에서는 좌굴 및 항복이 발생하는 부위가 바로 최종강도 지점과 상당히 근접해 있다. 그러나, 실제의 설계하중을 고려하였을 경우, 충분히 큰 강성을 보유하고 있기 때문에 문제는 되지 않는다.

또한, 최종강도만을 비교하였을 경우, 본 실시예가 약 0.12MPa(예: 12m 수두)정도의 강도상 여유를 지니고 있음을 확인하였다.

도 10은 스툴이 없는 구조에서 변형 거동을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 종래 기술과 같이, 스툴(3a, 3b)이 있는 경우, 상대적으로 짧은 스팬(span) 길이(L1)를 갖는다.

반면, 스툴이 없는 경우, 상대적으로 긴 스팬 길이(L2)를 갖는다.

이렇게 스툴이 없는 경우, 상대적으로 긴 스팬 길이(L2)를 갖고, 횡방향 스트링거가 없는 경우(Case-A), 횡하중(P) 작용에 따라 소성힌지 붕괴(M)가 발생한다. 긴 스팬 길이(L2)에 따라 휨강성이 크게 감소한 결과이다.

그러나, 이러한 단점을 보완하기 위하여, 본 실시예와 같이 용접 파형격벽(100)에서는 횡방향 스트링거(120)가 설치되어 있고(Case-B), 이를 통해 스팬 간격을 줄이는 효과를 발휘하여, 앞서와 같이 횡하중(P)이 작용할 때, 소성힌지 붕괴(M) 대신, 국부처짐(N)이 횡방향 스트링거(120) 사이에 발생될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예는 횡방향 스트링거(120)에 의해 붕괴패턴이 국부적으로 발생될 수 있도록 제어할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 기실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

100 : 용접 파형격벽 110 : 용접파형부
120 : 횡방향 스트링거 130 : 웨브 프레임
140 : 부분형 거더 플레이트

Claims (6)

1. 선체의 선수미 방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 배치되고, 선체의 갑판과 내측판과 선저내판에 결합된 용접파형부와,
   상기 선체의 선고방향을 따라 이격되어 선폭방향으로 연장되고, 상기 용접파형부에 결합된 횡방향 스트링거를 포함하는
   용접 파형격벽을 구비한 선박.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 용접파형부는
   폭(width)보다 길이(length)가 상대적으로 긴 스트립 형상의 베이스판, 측판, 돌출판을 용접에 의해 직각 파형을 이루도록 결합한 것을 특징으로 하는
   용접 파형격벽을 구비한 선박.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 용접파형부는
   단면계수를 증가시키고 중량을 감소시키는 부재치수선정(local scantling)에 의해 상기 베이스판, 측판, 돌출판의 판두께를 서로 다르게 형성한 것을 특징으로 하는
   용접 파형격벽을 구비한 선박.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 용접파형부는
   상기 베이스판을 지지하도록 선저내판과 선저외판 사이에 결합된 웨브 프레임과,
   상기 돌출판을 지지하도록 선폭방향을 따라 이격배치되어 선저내판과 선저외판 사이에 결합된 복수개의 부분형 거더 플레이트를 더 포함하는
   용접 파형격벽을 구비한 선박.
   
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 횡방향 스트링거는
   상기 용접파형부의 직각 파형에 대응한 산형상과 골형상을 갖는 일측 변과,
   상기 일측 변의 반대쪽에 형성된 자유단 형식의 타측 변과,
   상기 선체의 내측판 또는 중앙격벽에 고정되는 양단부를 포함하는
   용접 파형격벽을 구비한 선박.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 용접파형부와 선저내판의 연결지점에는 복수개의 브래킷판이 더 결합되어 있는
   용접 파형격벽을 구비한 선박.

Images