KR20150062482A - 횡동요 저감장치 - Google Patents

Abstract

횡동요 저감장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡동요 저감장치는, 선체에 결합되며 내부에 유체가 수용되는 탱크; 선체에 대해 적어도 일부분이 슬라이딩 가능하게 결합되어 유체가 가하는 하중에 따라 적어도 일부분이 슬라이딩되어 탱크에서 발생되는 유체의 슬로싱 충격을 저감시키는 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛을 포함한다.

Description

횡동요 저감장치{APPARATUS FOR REDUCING ROLLING}

본 발명은, 횡동요 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탱크에서 발생되는 유체의 슬로싱 충격을 저감시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 선박은 파도에 의해서 상하동요 및 횡동요 등 다양한 운동을 하게 되며, 이러한 동요현상은 작업성능과 안전을 저해하는 요인으로 작용한다.

선박의 동요는, 그 움직임의 양상에 따라 선박의 길이 방향의 운동인 전후동요(surging), 폭방향의 운동인 좌우동요(swaying), 상하방향의 운동인 상하동요(heaving)와, 전후동요, 좌우동요, 상하동요의 운동방향 축에 대한 회전운동인 횡동요(rolling), 종동요(pitching), 선수동요(yawing) 등 6자유도 운동의 조합으로 나타난다.

횡동요는, 해상파 주기와의 공진이 자주 발생하고, 공진시의 응답이 매우 큰 특성을 갖고 있다.

특히, 상부갑판 위로 컨테이너를 적재하는 컨테이너선과 같이 무게중심이 높게 형성되는 선박의 경우, 횡동요에 의해 전복될 우려가 있으므로 주의해야 한다.

이와 같은 선박의 횡동요를 억제하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 가장 널리 알려진 것이 바로 빌지킬(Bilge Keel)이다.

빌지킬은, 판과 같은 부재로서 선저와 선체의 측벽이 만나는 빌지 부분에 부착되는 장치이다.

이와 같은 빌지킬은, 선박이 횡동요를 할 때 와류를 발생시키는데, 설치시 부가적인 비용이 크지 않음에 따라 대부분의 선박에 채택되어 사용되고 있다.

또한, 위와 같은 빌지킬 만으로 횡동요 감쇠효과를 충분히 얻지 못할 경우에는, 횡동요 감쇠탱크(anti rolling tank)나 핀안정기와 같은 장비를 부가 설치하게 된다.

감쇠탱크는, 선박의 중앙부 U자형 물탱크를 설치하여 물탱크 내부 유동의 공진현상을 이용하는 것으로 수동식과 능동식이 모두 사용되고 있다.

그리고 핀안정기는, 빌지에 핀을 부착시켜 횡동요에 따라 핀의 각도를 조절함으로써 핀에 양력을 발생시켜 부가적인 복원력과 감쇠력을 발생시키는 횡동요 감쇠장치이다.

그런데, 종래의 횡동요 감쇠방식에서 빌지킬은, 저렴한 비용으로 거의 모든 선박에 보편적으로 적용되고 있으나, 횡동요의 감쇠 성능이 우수하지 못하다는 문제점이 있다.

또한, 핀안정기와 감쇠탱크는 설치에 많은 비용과 공간이 소요되어 작동하는데 지속적으로 동력을 소모하는 문제점이 있다.

대한민국 공개번호 제10-2013-0003500호(2013.01.09.공개)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 탱크에서 발생되는 유체의 슬로싱 충격을 저감시키는 횡동요 저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 결합되며, 내부에 유체가 수용되는 탱크; 및 상기 선체에 대해 적어도 일부분이 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 유체가 가하는 하중에 따라 적어도 일부분이 슬라이딩되어 상기 탱크에서 발생되는 상기 유체의 슬로싱 충격을 저감시키는 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛을 포함할 수 있다.

상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은, 일단부가 상기 탱크 상단부에 상대 회동 가능하게 결합되고, 타단부가 상기 탱크의 저벽부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합될 수 있다.

상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은, 일단부가 상기 탱크의 상단부에 상대 회동 가능하게 결합되는 격벽 본체부; 및 상기 격벽 본체부의 내부에 적어도 일부분이 삽입 및 인출 가능하게 상기 격벽 본체부에 결합되어 상기 유체가 가하는 하중에 따라 상기 탱크의 격벽부를 슬라이딩 이동하는 신축부를 포함할 수 있다.

상기 격벽 본체부는, 내부에 상기 신축부가 삽입 가능한 수용부가 형성되고, 외면에는 복수의 관통공이 형성되어 상기 탱크의 측벽을 타고 승강하려는 유체의 유속을 감속시켜 술로싱 충격을 흡수할 수 있다.

상기 신축부는, 상기 유체가 가하는 하중에 따라 상기 격벽 본체부의 내면을 따라 슬라이딩 가능한 가이드부재; 및 상기 가이드부재의 말단부에 마련되어 상기 탱크의 저벽부에 슬라이딩 가능하게 접촉되는 롤러부재를 포함할 수 있다.

상기 가이드부재는 상기 격벽 본체부의 내면에서 상기 가이드부재의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능한 LM 블록(LM block)이며, 상기 롤러부재는 외면이 상기 탱크의 저벽부와의 접촉시에 발생되는 충격에 대해 완충 가능한 탄성 재질로 마련되는 회전 캐스터일 수 있다.

상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은, 상기 격벽 본체부의 내부에 마련되어 상기 신축부의 이동 범위를 제한하며 상기 신축부와 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 신축부 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 신축부 스토퍼는, 상기 신축부와 상기 격벽 본체부와 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 유압식 댐퍼일 수 있다.

상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은, 상기 탱크의 상단부에 마련되어 상기 격벽 본체부의 상기 일단부가 결합되는 회전 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은, 좌측 및 우측에 상호 이격되게 배치되어 한쌍으로 마련될 수 있다.

상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은, 상기 탱크의 저벽과 접촉하되 상기 한쌍의 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛 상호 간의 충돌을 방지하도록 슬라이딩 범위를 제한하는 탄성재질의 슬라이딩 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 탱크에서 유체가 가하는 하중에 따라 슬라이딩 됨으로써 유체의 슬로싱 충격을 저감시키는 횡동요 저감장치가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡동요 저감장치의 일부 단면도이다.
도 2는 도 1의 횡동요 저감장치의 동작을 나타낸 일부 단면도이다.
도 3은 탱크 내의 유체가 스타보드로 이동시의 탱크 내의 격벽이동 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4는 탱크 내의 유체가 포트로 이동시의 탱크 내의 격벽이동 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5는 횡동요 저감장치가 장착된 선박의 모습을 나타낸 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡동요 저감장치의 일부 단면도이고, 도 2는 도 1의 횡동요 저감장치의 동작을 나타낸 일부 단면도이며, 도 3은 탱크 내의 유체가 스타보드로 이동시의 탱크 내의 격벽이동 모습을 나타낸 단면도이고, 도 4는 탱크 내의 유체가 포트로 이동시의 탱크 내의 격벽이동 모습을 나타낸 단면도이며, 도 5는 횡동요 저감장치가 장착된 선박의 모습을 나타낸 단면도이다.

이하에서 도 1 내지 도 5에 도시된 횡동요 저감장치(1)의 구성을 먼저 설명한 후에, 추후에 동작을 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 횡동용 저감장치(1)는, 탱크(100)와, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)을 포함한다.

먼저, 탱크(100)는, 선체에 결합되며, 내부에 유체가 수용된다.

다음으로, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 선체에 대해 적어도 일부분이 슬라이딩 가능하게 결합된다.

그리고, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 유체가 가하는 하중에 따라 적어도 일부분이 슬라이딩되어 탱크(100)에서 발생되는 유체의 슬로싱(Sloshing) 충격을 저감시키는 역할을 한다.

여기서 슬로싱이란, 유체와 유체를 담고 있는 용기 사이에서 발생하는 상대적 운동을 말한다.

따라서, 유체화물 운송시 운반용기 내부에서 발생하는 슬로싱 현상은 운반용기에 충격력을 발생시켜 구조물의 파손을 초래할 수 있다.

이러한 슬로싱 충격을 저감시키기 위한 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 본 실시예에서 일단부가 탱크(100) 상단부에 상대 회동 가능하게 결합되고, 타단부가 탱크(100)의 저벽부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합된다.

그러므로 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 본 실시예에서와 같이 탱크(100)의 좌측 및 우측에 상호 이격되게 배치되어 한 쌍으로 마련될 수 있다.

따라서, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은(300)은, 한 쌍의 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300) 상호 간의 충돌을 방지하는 슬라이딩 스토퍼(390)를 더 포함할 수 있다.

슬라이딩 스토퍼(390)는, 탱크(100)의 저벽과 접촉하되 후술할 롤러부재(332)의 앞단부에 마련되어, 한 쌍의 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300) 상호 간의 충돌을 방지하도록 슬라이딩 범위를 제한하는데 탄성재질로 마련될 수 있다.

이는, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)이, 본 실시예의 경우 탱크(100)의 좌측 및 우측에 상호 이격되게 배치되어 한 쌍으로 마련되는데, 이 경우 좌측 및 우측의 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)이 서로 접촉하여 충격을 가하는 것을 막기 위함이다.

이를 자세히 살펴보면, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 격벽 본체부(310)와, 신축부(330)를 포함한다.

먼저, 격벽 본체부(310)는, 일단부가 탱크(100)의 상단부에 상대 회동 가능하게 결합될 수 있다.

그리고 격벽 본체부(310)는, 내부에 후술할 신축부(330)가 삽입 가능한 수용부가 형성된다.

또한, 격벽 본체부(310)는, 외면에는 복수의 관통공(미도시)이 형성되어 탱크(100)의 측벽을 타고 승강하려는 유체의 유속을 감속시켜 슬로싱 충격을 흡수하는 역할을 한다.

본 실시예에서 격벽 본체부(310)의 외면은, 좌우방향 및 전후방향으로 연장된 평판 형상의 다공판으로 이루어지나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 당연하다 할 것이다.

한편, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 격벽 본체부(310)의 내부에 마련되어 후술할 신축부(330)의 이동 범위를 제한하며, 신축부(330)와 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 신축부 스토퍼(350)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 신축부 스토퍼(350)는, 신축부(330)와 격벽 본체부(310)가 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 유압식 댐퍼일 수 있다.

본 실시예에서 신축부 스토퍼(350)는, 유압식 댐퍼가 적용되었으나, 충격을 흡수할 수 있는 공압식 댐퍼, 스프링, 고무, 공기 및 기타 탄성재질로 만들어진 것들이 적용될 수 있으며, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 당연하다 할 것이다.

또한, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 탱크(100)의 상단부에 마련되어 격벽 본체부(310)의 일단부가 결합되는 회전 베어링(370)을 더 포함할 수 있다.

따라서, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 격벽 본체부(310)에 대해 상대회동 가능하게 결합될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 신축부(330)는, 격벽 본체부(310)의 내부에 적어도 일부분이 삽입 및 인출 가능하게 격벽 본체부(310)에 결합된다.

따라서 신축부(330)는, 유체가 가하는 하중에 따라 탱크(100)의 격벽부를 슬라이딩 이동하는 역할을 한다.

구체적으로, 신축부(330)는, 가이드부재(331)와, 롤러부재(332)를 포함한다.

우선, 가이드부재(331)는, 유체가 가하는 하중에 따라 격벽 본체부(310)의 내면을 따라 슬라이딩 가능하게 동작된다.

따라서 가이드부재(331)는, 격벽 본체부(310)의 내면에서 길이방향을 따라 슬라이딩 가능한 LM 블록(LM Block)일 수 있다.

본 실시예에서 가이드부재(331)는, LM 블록이 적용되었으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 당연하며, 따라서 장치의 내면을 슬라이딩 가능하게 하는 기구들이 적용될 수도 있을 것이다.

다음으로, 롤러부재(332)는, 가이드부재(331)의 말단부에 마련되어 탱크(100)의 저벽부에 슬라이딩 가능하게 접촉되는 역할을 한다.

구체적으로 롤러부재(332)는, 외면이 탱크(100)의 저벽부와의 접촉시에 발생되는 충격에 대해 완충 가능한 탄성 재질로 마련되는 회전 캐스터일 수 있다.

본 실시예에서 롤러부재(332)는, 회전 캐스터가 적용되었으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 당연하며, 따라서 적재된 물건을 이동하기 쉽게 하는 바퀴, 롤더 등이 적용될 수도 있을 것이다.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 횡동요 저감장치(1)의 동작을 설명하도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 선박이 횡동요가 발생되는 환경에서 운항될 때, 탱크(100)의 내부에서는 슬로싱 유동이 측면으로 이동하여 스타보드(Stbd,Star board) 벽면에 충격을 가하게 된다.

이러한 슬로싱 충격이 가해질 때, 유체 유동(Fluid Flow)이 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)을 밀어주게 되면, 탱크(100)의 측면을 타고 올라가려는 유동의 유속을 감속시키게 된다.

이를 자세히 살펴보면, 유체는 이동하는 방향으로 슬라이딩되고, 탱크(100) 좌우측에 설치된 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은 유체가 가하는 하중에 의해서 유체가 이동하는 방향으로 자동으로 슬라이딩되면서 신장되게 된다.

즉, 가이드부재(331)는 유체가 가하는 하중에 따라 격벽 본체부(310)의 내면을 따라 슬라이딩하게 된다.

그러면, 가이드부재(331)의 말단부에 마련되어 있는 롤러부재(332)는 탱크(100)의 저벽부에 슬라이딩 가능하게 접촉되어 충격에도 견딜 수 있고, 부드럽게 진행할 수 있게 한다.

이렇게 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)은, 탱크(100)의 측면을 타고 올라가려는 유동의 유속을 감속시켜 슬로싱 충격압력을 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한, 탱크(100)의 좌측 및 우측의 유체가 이동하면서, 슬라이딩되는 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)을 밀면서 에너지를 사용함으로써, 유체의 속도가 감소되는 효과도 얻게 되는 것이다.

이 경우 신축부 스토퍼(350)는, 격벽 본체부(310)의 내부에 마련되어 신축부(330)가 수축되는 경우에 이동 범위를 제한하며, 신축부(330)와 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다.

이러한 동작과 마찬가지로, 슬라이딩 스토퍼(390)는, 탱크(100)의 저벽과 접촉하되 롤러부재(332)의 앞단부에 마련되어, 한 쌍의 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300) 상호 간의 충돌을 방지하도록 슬라이딩 범위를 제한하는 역할을 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 선박이 횡동요가 발생되는 환경에서 운항될 때, 탱크(100)의 내부에서는 슬로싱 유동이 측면으로 이동하여 포트(Port) 벽면에 충격을 가하게 된다.

이 경우에는, 전술한 본 실시예에 따른 동작과 반대 방향으로 움직이게 되므로 이하에서는 설명을 생략하도록 한다.

도 5에 도시된 것은, 본 실시예에 따른 횡동요 저감장치(1)가 선박에서 동작하는 모습의 단면도를 나타낸 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 유체의 유동이 스타보드 또는 포트로 좌우 이동하게 되는 경우, 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛(300)이 유체가 가하는 하중에 의해서 유체가 이동하는 방향으로 자동으로 슬라이딩되면서 신장된다.

따라서, 탱크(100)의 측면을 타고 올라가려는 유동의 유속을 감속시켜 슬로싱 충격압력을 줄이고, 탱크(100) 좌측 및 우측의 유체가 이동시 슬라이딩되는 격벽을 밀게 되면서 에너지를 사용함으로써 유속이 감소되는 효과도 얻게 된다.

이와 같은 동작으로, 탱크(100)에서 유체가 가하는 하중에 따라 슬라이딩 됨으로써 유체의 슬로싱 충격을 저감시키게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 탱크 300 : 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛
310 : 격벽 본체부 330 : 신축부
350 : 신축부 스토퍼 370 : 회전 베어링
390 : 슬라이딩 스토퍼 1 : 횡동요 저감장치

Claims (11)

1. 선체에 결합되며, 내부에 유체가 수용되는 탱크; 및
   상기 선체에 대해 적어도 일부분이 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 유체가 가하는 하중에 따라 적어도 일부분이 슬라이딩되어 상기 탱크에서 발생되는 상기 유체의 슬로싱 충격을 저감시키는 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛을 포함하는 횡동요 저감장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은,
   일단부가 상기 탱크 상단부에 상대 회동 가능하게 결합되고, 타단부가 상기 탱크의 저벽부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 횡동요 저감장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은,
   일단부가 상기 탱크의 상단부에 상대 회동 가능하게 결합되는 격벽 본체부; 및
   상기 격벽 본체부의 내부에 적어도 일부분이 삽입 및 인출 가능하게 상기 격벽 본체부에 결합되어 상기 유체가 가하는 하중에 따라 상기 탱크의 격벽부를 슬라이딩 이동하는 신축부를 포함하는 횡동요 저감장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 격벽 본체부는,
   내부에 상기 신축부가 삽입 가능한 수용부가 형성되고, 외면에는 복수의 관통공이 형성되어 상기 탱크의 측벽을 타고 승강하려는 유체의 유속을 감속시켜 슬로싱 충격을 흡수하는 횡동요 저감장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 신축부는,
   상기 유체가 가하는 하중에 따라 상기 격벽 본체부의 내면을 따라 슬라이딩 가능한 가이드부재; 및
   상기 가이드부재의 말단부에 마련되어 상기 탱크의 저벽부에 슬라이딩 가능하게 접촉되는 롤러부재를 포함하는 횡동요 저감장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가이드부재는 상기 격벽 본체부의 내면에서 상기 가이드부재의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능한 LM 블록(LM block)이며,
   상기 롤러부재는 외면이 상기 탱크의 저벽부와의 접촉시에 발생되는 충격에 대해 완충 가능한 탄성 재질로 마련되는 회전 캐스터인 횡동요 저감장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은,
   상기 격벽 본체부의 내부에 마련되어 상기 신축부의 이동 범위를 제한하며 상기 신축부와 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 신축부 스토퍼를 더 포함하는 횡동요 저감장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 신축부 스토퍼는,
   상기 신축부와 상기 격벽 본체부와 접촉시에 발생하는 충격을 흡수하는 유압식 댐퍼인 횡동요 저감장치.
9. 제3항에 있어서,
   상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은,
   상기 탱크의 상단부에 마련되어 상기 격벽 본체부의 상기 일단부가 결합되는 회전 베어링을 더 포함하는 횡동요 저감장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은,
    좌측 및 우측에 상호 이격되게 배치되어 한 쌍으로 마련되는 횡동요 저감장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛은,
    상기 탱크의 저벽과 접촉하되 상기 한쌍의 횡동요저감 슬라이딩 격벽유닛 상호 간의 충돌을 방지하도록 슬라이딩 범위를 제한하는 탄성재질의 슬라이딩 스토퍼를 더 포함하는 횡동요 저감장치.

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