KR20130111649A - 화물 선박에서 탱크들을 지지하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

탱크의 종축을 따라서 이격된 일련의 받침대들을 정착시키는 것에 의해 액화 가스 캐리어의 선창 내에서 화물 탱크들을 지지하기 위한 시스템 및 방법이 개시되며, 상기 받침대들은 선박의 구조적 부품들과 관련하여 위치된다. 이러한 받침대들은 우현 및 좌현 탱크 측부들을 따라서 그 원주 방향 지름 아래에서 탱크에 고정된 목재 또는 다른 임의의 적절한 단열 및 하중 지지 재료로 만들어진다. 받침대들은 수평면으로 구조상의 종방향 스트링거 부설 좌현 및 우현 상에 위치하여 선박의 선체 구조물에 의해 고정되어 지지된다. 종방향 및 횡방향 받침대 움직임은 하나 이상의 받침대들에서 스트링거들에 부착된 스토퍼들에 의해 제어된다. 스토퍼들은 지지 패드들을 통해 받침대들을 접촉하며, 지지 패드들은 한쪽 방향으로 받침대들을 구속하지만 다른 쪽 방향으로는 받침대들의 움직임을 허용한다.

Description

화물 선박에서 탱크들을 지지하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR SUPPORTING TANKS IN A CARGO SHIP}

관련 출원들의 상호 참조

본 출원은 참조에 의해 본원에 통합되는, "해양 적용물에서 액화 벌크 가스를 수용하기 위한 원통형 화물 탱크용 지지 시스템"이라는 명칭으로 2008년 7월 9일자 출원된 미국 특허 가출원 제61/129,639호, 및 "화물 선박에서 탱크들을 지지하기 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2009년 6월 15일자 출원된 미국 특허 출원 제12/484,772호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 액화 가스를 수용하는 독립적인 화물 탱크들을 위한 지지 시스템에 관한 것이고, 특히 큰 지름의 극저온 탱크(cryogenic tank)들이 액화 가스 캐리어들에 안전하게 설치되어 동작되는 것을 가능하게 하는데 유용하다.

현재, 화물 선박의 선창(hold)들 내에 위치된 탱크들에 액화 가스와 다른 물질들을 운반하는 것이 일반적이다. 특히, LPG, 에틸렌 및 LNG와 같은 액화 가스들이 화물 선박의 선창들 내에 영구적으로 부착된 탱크들에서 운반될 수 있는 것이 널리 공지되어 있다.

액화 가스 캐리어들의 설계 및 건조는 국제 가스 캐리어 코드(International Gas Carrier Code, IGC Code)의 적용을 통하여 주로 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)에 의해 규정된다. IGC Code는 넓은 범위의 화물 격납 시스템(cargo containment system)들을 허용한다. 원통형 탱크 시스템은 대략 22,000㎥ 미만의 용량들을 가지는 액화 가스 캐리어들을 위하여 가장 폭 넓게 채택된 격납 시스템이다. 이러한 시스템에 의해, 원통형 탱크들은 2개의 횡방향 새들(transverse saddle)들에 의해 지지되며, 새들들은 원통형 탱크의 각각의 단부 가까이에 하나씩 위치된다. 탱크는 새들 하중들을 안정화하여 탱크 외피 내로 분산시키는 것을 돕도록 각각의 새들에서 내부 링 프레임을 가진다. 2개의 새들 시스템들은 선체와 탱크 사이의 상호 작용 및 결과적인 응력들을 최소화하고, 선체와 탱크 모두는 선박 운동에 의해 부과되는 힘 하에서 구부러진다(flex). 이러한 탱크들의 지름 및 길이는 기술적 및 경제적 제약들에 의해 제한되어서, 지금까지 건조된 공지의 가장 큰 단일 탱크는 약 6,000㎥의 용량을 가지며, 가장 큰 운반 용량은 대략 12,000㎥으로 믿어진다.

보다 큰 액화 가스 캐리어들은 나란히 끼워 맞추어진 2개의 소형 지름 탱크 또는 소위 이열 탱크(bilobe tank)를 채택한다. 이열 탱크는 그 지름의 약 80%에서 서로 교차하는 2개의 평행한, 동일 지름의 수평 실린더들로 이루어진다. 내부 종방향 격벽(bulkhead)은 2개의 "로브(lobe)"들이 연결되는 곳에 끼워 맞추어진다. 원통형 탱크와 마찬가지로, 이열 탱크는 각 단부 가까이에 하나씩 있는 2개의 새들들에 의해 지지된다. 이러한 탱크들은 약 15m의 지름으로 건조된다. 지금까지 건조된 공지의 가장 큰 이러한 탱크는 7,500㎥이고, 이열 탱크들을 채택하는 가장 큰 이러한 액화 가스 캐리어는 약 22,000㎥의 용량을 가진다. 현재, 40,000㎥의 범위에서 더욱 큰 캐리어들에 대한 연구가 진행중이다.

각각의 변형으로 인하여 탱크와 선체 사이의 상호 작용은 복잡하고, 지지 지점들의 수를 2개로 제한한다. 이러한 탱크의 지름은 화물 선박의 밀도, 탱크의 설계 압력, 새들 공간, 조립 제약들 및 경제적 요인들에 의해 사실상 제한된다.

각각의 탱크를 위한 2개의 지지 새들들의 제한은 매우 크고 고집중된 하중들을 선박의 하부 구조물에 부과한다. 이러한 "점" 하중들은 총 적재된 선박의 배수량(ship's displacement)(물에서의 중량)의 25%를 초과할 수 있다. 그러므로, 이러한 집중된 하중들은 거더(girder)들과 격자틀 구조(grillage)의 복잡한 시스템의 방식에 의해 선체 구조물 전체에 걸쳐서 분산되어야만 한다. 이러한 선체들은 제작하는데 어려우며, 화물 하중이 선박의 길이를 따라서 고르게 분산되는 선체보다 많은 강재를 요구한다.

상기 탱크 형태들의 모두는 IGC code에 따라서 C형 탱크들로서 설계된다. C형 탱크들은 일반적으로 ASME 섹션 Ⅷ 분류 2와 같은 지상의 압력 용기(land-based pressure vessel) 코드에 따르도록 설계된다. 그러나, 동적 하중들로 인하여, 이러한 탱크들은 해상에 있기 쉬우며, IGC Code는 지상의 탱크들과 비교하여 액화 가스 캐리어 탱크들이 증가된 설계 압력, 가속력, 및 안전 계수로 설계되는 것을 요구한다. 그러므로, C형 탱크들은 때때로 그 수명 동안 이것들이 실제로 경험하는 것보다 상당히 높은 압력 및 하중으로 설계된다. 이러한 것은 두꺼운 외피 재료 두께, 높은 탱크 중량 및 초과 비용을 유발한다. 대부분의 액화 가스들이 대기압에서 운반되기 때문에, C형 탱크는 중량 및 비용에서 결점이 있다.

구형 탱크(spherical tank)들은 액화 가스들, 통상 -162℃에서 액화되는 천연 가스를 운반하도록 사용된다. 이러한 탱크들은 IGC Code의 B형 탱크로서 설계된다. B형은 탱크들이 그 수명 동안 선박에 의해 실제로 경험할 수 있는 압력, 가속도, 및 피로 수명으로 설계되는 것을 허용한다. 실제 예상되는 설계 하중들을 결정하는 것은 시간 소모적이고 값비싼 공정이지만, 이러한 탱크들은 C형 탱크와 비교하여 보다 얇은 재료 두께 및 중량으로 설계될 수 있다. 그러나, 구형 탱크들은 제조가 비싸고, 대체로 대형 액화 천연 가스(LNG) 캐리어들에서만 사용된다. 지금까지 건조된 가장 큰 탱크들은 약 43m의 지름과 약 40,000㎥의 체적을 가진다. 비용 결점에 부가하여, 구형 탱크들은 선박의 화물 선창 뿐만 아니라 원통형 탱크들에 있는 이용 가능한 공간을 이용하지 못하며, 그러므로 보다 큰 선박은 동일한 운반 용량을 얻도록 설계되어야만 한다.

독립적인 프리즘형(prismatic) 탱크들은 가능한 가장 큰 범위로 선박의 형태를 이용하도록 형상화되는 주로 평탄 표면들로 건조된다. 이러한 탱크들은 B형 탱크들 또는 A형 탱크들일 수 있다. A형 탱크들은 1차적으로 액화 가스 탱크 누설 또는 고장을 보호하여야만 함으로써 주위 선박 선체 구조물이 2차 액체 배리어로서 작용할 것을 요구한다. 그러므로, 주위 선박 선체 구조물은, 액화 가스(통상, LPG, 프로판 또는 암모니아)의 비등 온도에서 인성 및 내크랙성을 유지하는 값비싼 저온 강재(low temperature steel)로 건조되어야만 한다. B형 프리즘형 탱크들은 완전한 2차 배리어를 필요로 하지 않으며, 그러므로 선체는 정상적인 선박 강재로 크게 건조될 수 있다. B형 구형 탱크와 마찬가지로, 피로 또는 크랙 전파의 위험성을 최소화하도록 상당한 상세 응력 분석이 요구된다. 두 탱크 형태들은 오일 탱커의 내부 선체 구조물과 유사하게 중요한 내부 지지 구조물을 가진다. 비록 프리즘형 탱크들이 원통형 또는 구형 탱크들이 행하는 것보다 좋은 선체에서의 체적 효율을 가질지라도, 이것들은 상당히 많은 재료를 요구하고, 제한된 설계 압력을 가진다.

좌초 또는 충돌에 의한 화물 선창(cargo hold)의 범람(flooding)의 경우에, 화물 탱크는 화물 선창의 상부 부분을 통한 부양 및 파손으로부터 방지되어야만 한다. 종래의 C형 탱크들에 의하면, 이러한 것은 2개의 링 프레임들의 방식에 의해 탱크의 상부측에 배치된 4개의 대형 브라켓들에 의해 통상 달성된다. 부양 하중(floatation load)은 그런 다음 브라켓들을 통해 상부 선체 측부들로 전달된다. 구형 탱크들에 의하면, 탱크 적도(tank equator)는 소위 스커트를 통해 선박의 구조물에 용접되고, 그러므로 지지 구조는 또한 부양에 대항하여 탱크를 유지한다. 프리즘형 탱크들에 의하면, 홀드 다운(hold down)은, 탱크들의 상부측들 상에 위치되고 대단히 많은 위치들에서 선박의 측면들에 부착된 브라켓들에 의해 달성된다.

탱크의 종축을 따라서 이격된 일련의 받침대(pedestal)들을 정착시키는(establishing) 것에 의해 액화 가스 캐리어의 선창 내에서 화물 탱크들을 지지하기 위한 시스템 및 방법이 개시되며, 상기 받침대들은 선박의 구조적 부품들과 관련하여 위치된다. 이러한 받침대들은 우현 및 좌현 탱크측(port tank side)들 모두를 따라서 그 원주 방향 지름 아래의 탱크에 고정된 목재 또는 다른 적절한 단열 및 하중 지지 재료(thermal insulating and load bearing material)로 만들어진다. 받침대들은 수평면으로 구조적 종방향 스트링거 부설 좌현(structural longitudinal stringers laying port) 및 우현 상에 위치하여 선박의 선체 구조물에 의해 고정되어 지지된다. 종방향 및 횡방향 받침대 움직임은 하나 이상의 받침대들에서 스트링거들에 부착된 스토퍼(stop)들에 의해 제어된다. 스토퍼들은 지지 패드(bearing pad)들을 통해 받침대들을 접촉하며, 지지 패드들은 한쪽 방향으로 받침대들을 구속하지만 다른 쪽 방향으로는 받침대들의 움직임을 허용한다. 지지 패드들은 받침대와 스토퍼 사이의 마찰을 감소시키고, 이에 의해 필요한 방향으로의 자유 운동을 허용한다.

이러한 방식으로, 원통형 C형 탱크들의 제조 이점을 더한 B형 화물 탱크들의 중량 및 재료 두께 이점들을 가지는 원통형 화물 탱크들은 구형 탱크들보다 나은 화물 공간 이용, 프리즘 또는 C형 탱크들의 감소된 재료 및 제조 비용을 제공할 수 있다. 부가적으로, 이격된 받침대들은 탱크 또는 탱크들로부터 선박의 선체 구조물 내로 하중들의 고른 분산을 조장하고, 이에 의해 보다 간단하고 가벼운 선체 구조를 가능하게 하는 한편, 과도한 선체 휘어짐(deflection)을 제거하고 슬로싱 하중(sloshing load)들로 인한 예민함을 감소시킨다. 받침대들, 스토퍼들, 및 지지 패드들의 설계는 열전달을 최소화하고, 악영향 없이 정상적인 화물 탱크 및 선체 휘어짐을 허용한다. 15,000㎥ 이상의 단일 탱크 용량이 본원에 기술된 개념에 의해 실현될 수 있다.

앞에서는 본 발명의 상세한 설명이 더욱 잘 이해될 수 있게 하기 위하여 본 발명의 특징 및 기술적 이점들을 폭넓게 약술하였다. 본 발명의 청구항들의 요지를 형성하는 본 발명의 추가의 특징들과 이점들은 추후에 기술될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위하여 변경 또는 다른 구조를 설계하기 위한 기본으로서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 예측하여야 한다. 또한, 이러한 등가의 구성이 첨부된 특허청구범위에 설정된 바와 같은 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 예측하여야 한다. 추가의 목적들 및 이점들과 함께, 동작의 구성 및 방법에 관하여, 본 발명의 특징으로 믿어지는 신규의 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 고려할 때 다음의 설명으로부터 더 잘 이해할 것이다. 그러나, 각각의 도면들은 단지 예시 및 설명의 목적을 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 제한들의 정의로서 의도되지 않는다는 것을 명백히 이해할 것이다.

본 발명의 보다 완전한 이해를 위하여 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명을 참조한다.

도 1은 탱크 배열을 가지는 액화 가스 캐리어의 평면도.
도 2는 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법에 의해 지지되는, 선미를 향해 본 화물 탱크의 단면도.
도 2a 및 도 2b는 각각 우현 및 좌현의 확대 단면도.
도 3 및 도 4는 각각 본 명세서에 기술되는 시스템 및 방법에 의해 지지되는 화물 탱크의 측면도 및 평면도.
도 5a 및 도 5b는 액화 가스 캐리어들에 사용하기 위한 종래의 지지 배열을 구비한 원통형 C형 탱크의 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에서 구성된 받침대들을 가지는 탱크의 한 실시예를 도시한 도면.

도 1은 액화 가스 캐리어에 배열된 화물 탱크(20-1 내지 20-4)들을 가지는 액화 가스 캐리어(10)의 평면도이다. 화물 탱크들이 선박의 종축을 따라서 직선으로 도시되었지만, 본 명세서에 기술된 개념들은 탱크들의 임의의 배치 및 임의의 수의 탱크와 함께 사용될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.

도 2는 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법에 의해 지지되는 탱크(20)의 단면도를 도시한다. 본 발명의 지지 시스템을 용이하게 하기 위하여, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 횡방향 웨브 프레임(11)들 및 종방향 격벽(13)들 또는 거더(14)들로 구성된 선박의 선체 구조물 내로 통합되는 종방향 스트링거(12)와 같은 지지 구조물을 부가하는 것이 유익하다. 구조물(12, 13, 14)들은 바람직하게 연속 구조물들이지만, 이것들은 불연속적일 수 있으며 단지 필요한 경우에만 배치될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.

본 발명의 발명 개념들을 기술하기 전에, 도 5a 및 도 5b에 대하여 도시된 바와 같은 종래의 지지 구조물을 검토하는 것이 유용할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 원통형 탱크(20)는 링 프레임(52)에 의해 내면적으로 지지된다.

도 5b에서, 횡방향 새들(51)은 선박의 바닥(57) 및 측면 선체(58)에 의해 지지된다. 전형적으로, 탱크와 강재 새들 사이에는 목재 지지물(54)이 있다. 각각의 링 프레임(52)에서, 홀드 다운 브라켓(56)은 외피에 부착된다. 홀드 다운 브라켓(56)은 탱크의 부양을 방지하도록 스토퍼(55)와 함께 선박의 측면 선체(58)를 가압한다. 홀드 다운 브라켓(56)은 탱크의 좌현측 및 우현측 상에 있다. 탱크의 한 쪽 단부의 바닥에는 종방향 스토퍼(53)가 있다. 종방향 스토퍼 외에, 이러한 동일한 구조는 도 5a에 도시된 바와 같이 탱크(20)의 다른 쪽 단부에서 반복된다. 각각의 새들은 고정된 탱크 하중의 대략 50%를 지지하고, 이러한 하중은 선박 운동으로 인하여 거의 2배일 수 있다. 이러한 하중 하에서, 선체와 탱크 모두는 복잡한 상호 작용으로 상당히 꺾이게 되며, 이에 의해, 화물 탱크와 지지 구조물 모두에서 응력을 증가시킨다. 구조적인 고장을 방지하도록, 무겁고 복잡한 지지 구조가 상세한 구조 분석을 사용하여 설계되어야만 한다.

지금 본 발명의 개념으로 되돌아와서, 도 2, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 탱크(20, 도 6에서 홀로 직립하는)는 도 3에서 확대하여 도시된 바와 같이 선박의 화물 선창의 길이를 따라서 종방향으로 분산된 일련의 지지 구조물들 상에 효과적으로 위치한다. 또한, 도 2, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종방향 스트링거들(12)은, 종방향 선체 굽힘(longitudinal hull bending)으로부터 유래되는 휘어짐들이 최소인 선박 선체의 중립축 근처의 레벨에서 화물 탱크(20)를 지지한다.

하나의 실시예에서, 받침대(26)들은 탱크의 종축에 평행한 탱크의 각 측부를 따라서 일정 간격으로 있는 탱크 지지물(27)의 바닥면 아래에 위치된다. 받침대들은 유익하게 선박의 웨브 프레임(11)에 대응하는 위치들에 위치된다. 바람직한 실시예는 받침대들이 탱크에 장착되지만, 대안적인 실시예는 스트링거들을 따라서 받침대들을 위치시킬 수 있어서, 받침대들은 탱크의 종방향 지지물과 짝을 이룬다. 이러한 실시예에서, 스토퍼들이 탱크 지지물 상에 있을 수 있다.

탱크의 단부들은 반구형, Kloeber 또는 다른 적절한 형태일 수 있으며, 양쪽 단부들에서 동일할 것을 필요로 하지 않는다. 탱크 지름은 25m 이상일 수 있다. 탱크의 원통 길이 대 지름 비는 주로 2개의 요인들에 의해 제한된다. 첫 번째는 유체 정역학 및 화물 탱크 하중 하에서의 선체의 변형 및 탱크 변형시의 그 영향이다. 선체 변형은 화물 선창 격벽들 사이의 거리의 제곱으로서 변한다. 그러므로, 보다 짧은 선창은 상당히 적은 선체 변형을 유발하게 된다.

두 번째 중요한 길이 대 지름 비 요인은 슬로싱 하중들의 제한이다. 원통형 탱크에서의 횡방향 슬로싱은 전체 탱크 하중에서 거의 영향을 미치지 않는다는 것은 널리 공지되어 있다. 그러나, 원통형 탱크에서 종방향에서의 슬로싱은 몇가지 요인들에 좌우되며, 그 중 가장 중요한 것은 그 지름에 대한 탱크의 길이이다. 전형적으로 C형 원통형 탱크들은 3 : 1까지의 길이 대 지름 비들을 가지며, 슬로싱 하중들을 감소시키도록 새들 링 프레임에 부착된 탱크의 단부들 가까이에 있는 제수 격벽(swash bulkhead)들을 이용한다. 그러나, 15m 이상의 탱크 지름들로는, 제수 격벽들의 사용은 기술적인 도전이 된다. 2 : 1 아래로 원통 길이 대 지름 비를 제한하는 것에 의하여, 종방향 슬로싱 하중들은 제수 격벽들의 필요성을 제거하도록 충분히 작을 수 있다. 보다 작은 지름의 탱크들을 위하여, 보다 큰 길이 대 지름 비는 하나 이상의 제수 격벽들과 관련하여 수행될 수 있다.

원통형 화물 탱크의 축은 선박의 배 전체의 종방향으로 수평으로 배향된다(oriented). 상기된 바와 같이, 탱크는 탱크의 수평 중심축(601, 도 6에서)에 평행하고 다소 그 아래에 있는 양측부들 상에서 일정 간격으로 배열된 받침대(26)들에 의해 지지된다. 받침대(26)들은 한 실시예에서 함침된 적층 목재(laminated wood) 또는 다른 적절한 단열 및 하중 지지 재료로 구성되며, 탱크 하부의 종방향 거더(29)에 고정된다. 수직 지지물(27)들은 하부 거더(29)와 상부 거더(28) 사이에 보강을 제공한다. 도시된 실시예에서, 탱크 지지물(602, 도 6)는 상부 거더(28), 하부 거더(29) 및 수직 보강재(27)에서의 용접부(24)들에 의해 탱크의 측부들에 용접된다. 받침대들은 종방향 스트링거(12)에 의해 탱크 및 그 화물의 중량 및 수직 하중을 선박 구조물에 전달한다.

유사하게, 받침대들은 탱크 및 그 화물의 횡방향 및 종방향 하중들을 종방향 스트링거(12)에 고정된 스토퍼(30 및 41, 각각 도 3 및 도 4에 도시됨)들로 전달한다. 스토퍼들은 한쪽 방향으로의 받침대의 움직임을 구속하지만, 예상되는 탱크의 열팽창 및 열수축, 탱크와 선박 구조물의 예상되는 휘어짐, 및 서로에 대한 그 상호 작용을 수용하도록 다른 방향으로의 움직임을 허용한다. 스토퍼들은 받침대와 스토퍼 사이에 슬립을 촉진하도록 함침된 목재, 광택진 스테인리스강, 테프론 등과 같은 저마찰 계수의 표면을 가지는 지지 패드들을 통합한다.

기술된 바와 같이, 받침대들은 도 2, 도 2a, 도 2b, 및 도 6에 도시된 바와 같이 탱크(20)의 외측에 용접된(24, 또는 달리 고정된) 하부 종방향 거더(29) 아래에 고정된다. 거더(29)는 탱크로부터 받침대들 내로 종방향 및 횡방향 하중들을 운반하도록 설계된다. 탱크의 각 측부 상의 하부 거더들은 수평면에 위치되고, 그 높이는 탱크 외피(203)와 그 수평 중심축 사이이다. 바닥 위의 수평면의 높이는 가장 낮은 전체적인 굽힘 및 전단 응력들이 원통형 탱크 상에 부과되는 높이를 계산하는 것에 의해 결정된다. 바닥 위의 높이는 탱크의 기하학적 형태와 선박의 운동에 의해 탱크에 부과되는 힘에 의해 변한다. 하부 종방향 거더(29)의 높이는 대체로 탱크 바닥 위의 탱크 지름의 20% 내지 40%이다. 이 높이는 선체 거더의 중립축 근처여서, 종방향 선체 굽힘(longitudinal hull bending)에 기인하는 수직 변형(deflection)들을 최소화한다.

보다 작은 상부 종방향 거더(28)는 탱크를 추가로 보강하도록 작용하고, 도 2, 도 2a, 도 2b 및 도 6에 도시된 바와 같이 탱크(20)의 외측에 용접된다(24, 또는 달리 고정된다). 상부 및 하부 거더들은 받침대들의 위치에서 탱크의 종축을 따라서 위치된 일련의 외부 수직 보강재(27)들에 의해 연결된다. 각각의 받침대에 있는 탱크 내부 링 프레임(25)은 횡방향 및 수직 탱크 하중들을 받침대들에 전달하기 위한 1차 구조물 부재로서 작용한다. 수직 보강재(27)들은 링 프레임(25)으로부터 하부 종방향 거더(29)들을 통해 받침대들로 수직 및 횡방향 하중들을 전달한다. 받침대들과 링 프레임들의 공간은 선박의 횡방향 웨브 프레임 공간과 대체로 일치하게 된다. 링 프레임들이 일부 상황에서 탱크 외부에 있지만, 선박의 최대폭(beam)이 대체로 주어진 화물 용량에 대해 제한됨에 따라서, 외부 링 프레임은 탱크 사이즈, 그러므로, 주어진 최대폭의 선박에 대한 화물 운반 용량을 감소시키게 된다.

기술된 바와 같이, 선박의 선체는 선체의 각 측부 상의 받침대들의 바닥의 높이에서 종방향 선반(longitudinal shelf) 또는 스트링거(12)를 통합한다. 지지 패드는 스트링거와 받침대들 사이에 끼워 맞추어질 수 있다. 스트링거들은 탱크로부터 선박의 웨브 프레임들로 수직 및 횡방향 하중들을 분산시키는 수직 프레임(15, 도 2a 및 도 2b)들에 의해 지지된다. 수직 및 횡방향 지지물들의 반복 특성은 탱크 하중들을 상당히 고르게 선체 구조물 내로 분산시킨다. 이러한 것은 C형 탱크 선체와 비교할 때 직선의 전향하고(forward) 단순화된 선체 구조물 레이아웃을 허용한다. 받침대들은 서로에 대해 대략 같은 높이이고, 선박의 흘수선(waterline)과 같은 높이이다. 링 프레임들이 받침대들로부터 하중들을 지지하여 분산시키도록 작용하고 현재의 해상 실무(marine practice)보다 훨씬 큰 지름들을 구비한 화물 탱크들의 설계를 허용하는 것을 주목하여야 하여야 한다.

탱크는 받침대(26)들 상에 위치하는 탱크의 중량에 의해 수직으로 하향하여 회전 운동에 대해 고정되고, 받침대들은 순차적으로 선박의 구조물에 의해 지지된다. 선창의 범람의 경우에, 탱크는 각각의 받침대, 또는 필요하다면 3개의 받침대들 중 최소에서, 2개의 각 측부들에 위치된 체인(204) 또는 유사한 홀드 다운 디바이스들에 의해 부양하는 것으로부터 느슨하게 유지된다. 각 받침대에 위치될 수 있는 홀드 다운 디바이스들은 범람된 선창에서 지지물들(27)과 동일 위치에서 화물 탱크의 부양력들을 분산시킬 수 있으며, 그럼으로써 화물 탱크 및 선체 구조물 모두를 단순화할 수 있다. 체인(204)들 또는 유사한 홀드 다운 디바이스들은 동일한 방지 목적을 달성하도록 종방향 스트링거(12), 격벽(13) 또는 유사한 위치에 부착될 수 있다.

횡방향 위치는 선박의 한쪽 측부(도시된 실시예에서는 우현측) 상에서만 유익하게 배치되는 도 4에 도시된 횡방향 스토퍼(30)들에 의해 제어된다. 이러한 단일 측부 배치는 그런 다음 탱크가 구속되지 않은 측부에서 자유로이 팽창하여 접촉하는 것을 허용한다.

도 4는 탱크(20)의 측면 길이를 따라서 각각의 받침대(200)에 있는 횡방향 스토퍼(30)들을 도시한다. 탱크가 선박 측부 상에서만 횡방향으로 유지되면, 횡방향 하중들은 선박의 선체의 그 측부로 전달된다. 지지되지 않는 탱크 측부는 횡방향으로 움직여 변형 및 열수축을 수용하는데 자유롭다.

링 프레임들은 내부 압력과 화물의 정적 및 동적 하중들을 운반하고 이러한 하중들을 웨브 프레임들 또는 1차 구조물 부재들에 위치된 지지물들로 전달하도록 작용한다. C형 탱크들에서 외피 만에 의해 운반되던 종방향 굽힘 모멘트들은 다수의 지지물들의 가까운 간격에 의해 제거된다. 지지물들의 상대적으로 가까운 간격은 지지물들 사이의 탱크 및 선체 모두의 변형을 대폭적으로 감소시킨다. 따라서 외피는 비슷한 용량의 C형 탱크들 보다 더 얇게 만들어질 수 있다. 외피는 가요성 방수막으로서 구조적 하중을 지탱하는 C형 탱크의 외피보다 더 많은 변형들을 흡수한다.

필요하다면, 탱크의 측면 길이를 따라서 선박 양측부 상에 횡방향 스토퍼들을 배치하는 것이 가능하다. 이러한 횡방향 스토퍼 시스템의 변수들은 예를 들어 탱크의 양측부 상의 횡방향 스토퍼들의 사용일 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 횡방향 하중들은 선박의 양측부로 거의 고르게 전달될 수 있다. 다음의 예시적 변수들이 예측될 수 있다:

a) 받침대 당 하나의 선내 횡방향 스토퍼 좌현(inboard transverse stop port) 및 하나의 선내 횡방향 스토퍼 우현;

b) 받침대 당 선내 및 선외(outboard) 스토퍼들 좌현 및 하나의 선내 스토퍼 우현; 및

c) 받침대 당 선내 및 선외 스토퍼들 좌현 및 선내 및 선외 스토퍼들 우현.

c)의 경우에, 한 세트의 스토퍼들이 "저온(cold)" 탱크 상태에서 받침대와 접촉하게 되는 선내 스토퍼와 "고온(warm)" 탱크 상태에서 받침대와의 접촉을 가지는 선외 스토퍼를 위해 배열될 수 있으며, 즉, 스토퍼들은 탱크가 횡방향 스토퍼들에서의 구속(binding)없이 열사이클을 통해 팽창 및 수축할 수 있도록 배열된다. 또 다른 구성에 있어서, 방금 기술된 선외 횡방향 스토퍼는 받침대와 스토퍼 사이의 틈을 최소화하도록 탱크가 냉각된 후에 조정될 수 있다.

이상적인 횡방향 스토퍼 설계 해결 수단은 무수한 변수들에 좌우되고, 선체 구조물, 탱크 사이즈, 액화 가스 밀도, 압력 등에 좌우되는 각각의 선박 설계에 대해 상이할 수 있다.

종방향 위치는 도시된 바와 같이 탱크의 좌현측 및 우현측에 배치될 수 있는 종방향 스토퍼(41, 도 4)들에 의해 제어된다. 스토퍼들은, 하부 거더(29)에 고정되고 전후 방향으로의 종방향 하중들을 수용하는 크기의 받침대들 상에서 작용한다. 단지 한 세트의 스토퍼들 좌현 및 우현이 끼워 맞추어지는데 필요하고, 이것들은 충전 및 방출 파이프들이 탱크에 연결되는 탱크 돔(205)의 종방향 위치에서 대체로 좌현 및 우현에 위치된다. 이러한 스토퍼 위치는 탱크 파이프들과 선박의 구조물 사이에 고정 위치를 유지하도록 적재 파이프들(도시되지 않음)로부터 종방향으로 떨어져 탱크가 팽창 및 수축하는 것을 허용한다. 탱크(32)의 후방 단부는 도 3에 도시된 바와 같이 선박의 후방 단부에 가장 가까우며, 탱크(31)의 전방 단부는 선박의 전방 단부에 가장 가깝다. 탱크 돔(205)은 통상 후방 단부에서 원통형 탱크의 상부에 장착된 수직 원통형 둥근 지붕(vertical cylindrical cupola)이다. 이것은 증기의 수집을 위한 무액체 증기 공간(liquid free vapor space)으로서 작용한다. 화물 탱크 배관, 충전 라인, 펌프 방출, 증기 라인 등은 돔을 통해 탱크에 침투한다.

횡방향 스토퍼들은 종방향으로의 탱크의 움직임을 허용한다. 종방향 스토퍼들은 단지 횡방향으로만 움직임을 허용한다. 스토퍼들과 받침대들 상에 장착된 지지 패드들 사이에는 틈이 존재할 수 있다. 종방향 및 횡방향 스토퍼들의 목적은 서로에 불필요한 응력들을 부과함이 없이 탱크와 선박의 선체의 휘어짐을 허용하는 것이다. 일부 지점에서, 탱크 및/또는 선박의 선체의 휘어짐은 원하지 않거나 또는 안전하지 않게 되고, 그러므로 시스템은 수용 가능한 제한 내에서 휘어짐을 유지하도록 설계되고, 탱크 또는 선박이 너무 크게 건조되는 것을 요구하지 않는다.

비록 본 발명과 그 이점들이 상세하게 기술되었을지라도, 다양한 변형들, 대체들 및 대안들이 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 만들어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 범위는 명세서에 기술된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계들의 특정 실시예들로 한정되도록 의도되지 않는다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 명세서에 기술된 대응하는 실시예들과 동일한 기능을 실질적으로 수행하고 동일한 결과를 실질적으로 달성하는 현재 존재하거나 또는 추후에 개발되는 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계들이 본 발명에 따라서 이용될 수 있다는 것을 본 발명의 개시로부터 용이하게 예측할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 이러한 공정들, 기계들, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법들, 또는 단계들을 그 범위 내에 포함하도록 의도된다.

Claims (1)

1. 화물 선창(cargo hold)을 포함하는 화물 선박에서 사용하기 위한 화물 탱크 지지 시스템으로서, 상기 선창은 2개의 단부들, 2개의 측부들, 바닥 및 상부를 가지며, 상기 선창은 상기 선창 내에서 횡방향 및 종방향 구조물 부재들을 사용하고, 상기 횡방향 구조물 부재들은 상기 화물 선창 내에서 규칙적인 간격들로 이격되는, 상기 화물 탱크 지지 시스템에 있어서,
   상기 선박의 종축에 평행하게 배열된 종축을 구비하는 원통형 화물 탱크로서, 상기 화물 탱크가, 상기 선창 내에 상기 화물 탱크가 끼워 맞추어지는 것을 허용하도록 상기 선창보다 충분히 작은, 상기 원통형 화물 탱크;
   상기 화물 탱크 종축에 수직인 배열로 상기 화물 탱크를 따라서 위치되어 고정되는, 각 화물 탱크를 위한 다수의 화물 탱크 링 프레임들, 지지물들, 및 받침대들을 포함하며;
   이에 의해, 상기 링 프레임들, 지지물들, 및 받침대들은 상기 선박의 주요 횡방향 웨브 프레임들(web frames)에 대응하여 상기 화물 탱크의 종축에 평행하게 상기 화물 탱크의 각 측부를 따라서 복수의 간격을 두고 이격되어서, 상기 링 프레임들은 정적 및 동적 화물 탱크 부하들을 상기 지지물들 및 받침대들 내로 전달하도록 작용하며; 이에 의해, 상기 지지물들 및 받침대들은 상기 대응하는 주요 횡방향 웨브 프레임들에 연결된 지지 패드들 및 스토퍼들에 의해 상기 정적 및 동적 화물 탱크 부하들을 상기 선박의 선체로 전달하며,
   상기 받침대들 중의 하나에 위치하는 홀드-다운 디바이스가 상기 횡방향 웨브 프레임에 부착되고, 상기 지지물들 중의 하나는 상부 및 하부 거더(girder)사이에 위치하는, 화물 탱크 지지 시스템.

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