KR20150133358A - 횡동요 저감장치 - Google Patents

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KR20150133358A KR1020140059780A KR20140059780A KR20150133358A KR 20150133358 A KR20150133358 A KR 20150133358A KR 1020140059780 A KR1020140059780 A KR 1020140059780A KR 20140059780 A KR20140059780 A KR 20140059780A KR 20150133358 A KR20150133358 A KR 20150133358A
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이성균
이현호
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 횡동요 저감장치에 관한 것으로서, 선박 또는 해양구조물에 마련되고, 내부에 유체를 수용하는 탱크; 및 상기 탱크의 내부에 배치되어 유체의 이동을 통해 전기에너지를 생산하는 내부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 횡동요 저감장치는, 탱크의 좌우측벽에 대향하여 탱크의 좌우측벽부에 각각 배치되고, 전기에너지를 생산하는 내부재가 포함되도록 구성함으로써, 횡동요 고유주기에서의 운동응답을 효율적으로 감소시킬 수 있어, 선박 또는 해양구조물의 안정성과 해상 작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 탱크 내부에 수용된 유체의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있어, 선박 또는 해양구조물의 전기에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

횡동요 저감장치{Roll stabilization device}
본 발명은 선박 또는 해양구조물의 횡동요 저감장치에 관한 것이다.
선박 또는 해양구조물은 바람이나 해수 유동 등에 의해 여러 방향의 운동을 하게 되는데, 이러한 해양구조물의 운동 중에서 횡동요(rolling)는 피칭(pitching)이나 요잉(yawing) 등과 같은 다른 모드의 운동에 비하여 감쇠 계수가 매우 작으며, 이는 온화한 해상에서도 큰 횡동요 운동을 유발시키는 요인이 되어 왔다.
그러므로 해상에서의 안정성과 작업성을 위하여 횡동요를 감소시키는 장치로 빌지 킬(bilge-keel)을 주로 사용해 왔다. 빌지 킬은 선박 등의 좌우 요동인 횡동요를 감소시키기 위한 것으로서, 판과 같은 부재를 사용하여 선저와 선박 측벽이 만나는 선박의 좌우 빌지 스트레이크(bilge strake)에 길이방향으로 길게 부착되는 장치이다. 이와 같은 빌지 킬 선박이 횡동요를 할 때 와류를 발생시키는데, 설치시 부가적인 비용이 많지 않음에 따라 대부분의 선박에 채택되어 사용되고 있다.
또한, 횡동요를 감소시키기 위한 장치로 안티-롤링 탱크(anti-rolling tank)나 핀 스태빌라이저(fin stabilizer)를 사용하고 있다. 안티-롤링 탱크는 선박에 물탱크를 설치하여 물탱크 내부 유동의 공진현상을 이용하는 것으로 수동식과 능동식이 모두 사용되고 있다. 그리고 핀 스태빌라이저는 빌지에 핀을 부착시켜 횡동요에 따라 핀의 각도를 조절함으로써 핀에 양력을 발생시켜 부가적인 복원력과 감쇠력을 발생시킨다.
상기한 빌지 킬은 여러 가지 위험성으로 인해 선박의 빌지 반경과 선측 그리고 선저를 벗어나게 설계할 수 없기 때문에 횡동요의 감쇠 성능을 증대시키는데 한계가 있다. 빌지 킬 만으로 횡동요 감쇠효과를 충분히 얻지 못할 경우에는 안티-롤링 탱크나 핀 스태빌라이저와 같은 장비를 부가 설치하여 사용하기도 한다.
안티-롤링 탱크는, 횡동요 고유주기에서의 운동응답을 효율적으로 감소시키기 위해 선박에 장착되고 있으며, 크게 U-타입(U-type)과 직사각형 형태인 플룸-타입(Flume-type)으로 구분될 수 있다. 그 중에서도 플룸-타입이 초대형 컨테이너선과 같은 대형 선박에 활발히 적용되고 있다. 안티-롤링 탱크를 적용하면, 횡동요 고유주기에서는 횡동요 응답이 줄어들지만, 고유주기보다 크거나 낮은 주기에서 안티-롤링 탱크로 인해 횡동요 응답이 오히려 증가하는 현상이 발생하고 있다.
이러한 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 안티-롤링 탱크 내부에 격벽 또는 기둥과 같은 내부재를 설치하여, 안티-롤링 탱크 내부의 유동을 교란시키고 있다.
이와 같이 선박의 횡동요를 억제하기 위한 다양한 기술 개발과 함께, 횡동요 고유주기에서의 운동응답을 효율적으로 감소시키기 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
국내 등록특허공보 제10-1164085호 (등록일: 2012.07.03.)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 횡동요 고유주기에서의 운동응답을 효율적으로 감소시키면서 탱크 내부에 수용된 유체의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있는 선박 또는 해양구조물의 횡동요 저감장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 횡동요 저감장치는, 선박 또는 해양구조물에 마련되고, 내부에 유체를 수용하는 탱크; 및 상기 탱크의 내부에 배치되어 유체의 이동을 통해 전기에너지를 생산하는 내부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 탱크는, 직사각형 형태인 플룸-타입 형상일 수 있다.
구체적으로, 상기 내부재는, 상기 탱크의 좌우측벽에 대향하여 상기 탱크의 좌우측벽부에 각각 배치되어 한 쌍을 이루거나, 상기 좌우측벽부에 더하여 상기 탱크의 중앙부 또는 다른 부분에 추가 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 내부재는, 상기 탱크 내부에 수용된 상기 유체의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산하는 수력발전기가 복수 개 배열되어 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 수력발전기는, 일정한 간격을 두고 적어도 한 줄 이상으로 배열하거나, 일정한 간격을 두고 지그재그 형태로 배열할 수 있다.
구체적으로, 상기 내부재는, 격벽을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 격벽은, 상기 수력발전기와 상기 탱크의 좌우측벽 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 격벽은, 표면에 복수의 관통홀이 형성된 다공판 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 횡동요 저감장치는, 탱크의 좌우측벽에 대향하여 탱크의 좌우측벽부에 각각 배치되고, 전기에너지를 생산하는 내부재가 포함되도록 구성함으로써, 횡동요 고유주기에서의 운동응답을 효율적으로 감소시킬 수 있어, 선박 또는 해양구조물의 안정성과 해상 작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 탱크 내부에 수용된 유체의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있어, 선박 또는 해양구조물의 전기에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치가 구비된 선박 또는 해양구조물의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치의 사시도이다.
도 3은 선박 또는 해양구조물에 횡동요 저감장치 설치 유무에 따른 횡동요 주기에 대한 횡동요 응답을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치가 선박 또는 해상구조물의 횡동요를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치가 구비된 선박 또는 해양구조물의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치의 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치(100)는, 탱크(110), 제1 및 제2 내부재(120, 130)를 포함한다.
탱크(110)는 선박 또는 해양구조물(10)에 마련되고, 내부에 유체(F)를 수용할 수 있으며, 후술할 제1 및 제2 내부재(120, 130)가 내부에 설치될 수 있다. 탱크(110) 내부에 수용된 유체(F)는 선박 또는 해양구조물(10)이 횡동요할 때 횡단면의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측을 왕복 이동하며, 반횡동요 모멘트를 발생시켜 선박 또는 해양구조물(10)의 횡동요를 저감시킬 수 있다. 여기서, 선박 또는 해양구조물(10)은 해상에서 원유나 천연가스를 생산/공급하는 플랜트 등을 탑재한 구조물, 예를 들면, FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FPSO(Liquefied Natural Gas Floating Production Storage Offloading), FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등의 구조물이나, 컨테이너선, 여객선, 화물선 그 밖의 다양한 목적을 가진 선박도 해당될 수 있다.
탱크(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 선박 또는 해양구조물(10)의 상부에 위치할 수 있으나, 이에 국한되지 않고 선박 또는 해양구조물(10)의 형상 등에 따라 탱크(110)의 위치가 변경될 수 있다.
탱크(110)는, 선박 또는 해양구조물(10)의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측으로 연장 형성될 수 있다. 이 경우, 탱크(10)는 선박 또는 해양구조물(10)의 중심선(CL)에 대해 좌우대칭으로 이루어질 수 있다. 이러한 탱크(110)의 형상은, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌측벽(111)과 우측벽(112)을 포함하는 직사각형 형태인 플룸-타입(Flume-type)일 수 있다.
제1 및 제2 내부재(120, 130)는, 탱크(110)의 좌우측벽(111, 112)에 대향하여 탱크(110)의 좌우측벽부에 각각 배치되어 한 쌍을 이루고, 유체(F)의 이동을 통해 전기에너지를 생산할 수 있다. 본 실시예에서는 한 쌍의 내부재(120, 130)가 탱크(110)의 좌우측벽부에 배치되는 것으로 설명하였지만, 한 쌍의 내부재(120, 130)뿐만 아니라 중앙부 또는 필요에 따라 다른 부분에도 추가 배치할 수 있음은 물론이다.
제1 및 제2 내부재(120, 130) 각각은, 탱크(110) 내부의 유체(F)가 선박 또는 해양구조물(10)의 횡동요에 대한 반횡동요 모멘트를 발생시키도록 선박 또는 해양구조물(10) 횡단면의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측을 왕복 이동할 때, 이동 유체(F)에 의한 충격이 탱크(110)의 좌측벽(111) 및 우측벽(112)에 직접적으로 가해지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 내부재(120, 130) 각각은 유체(F)가 탱크(110)의 좌측벽(111) 및 우측벽(112)을 충격하기 전에 유체(F)의 충격력을 감쇠시킬 수 있게 한다.
또한, 제1 및 제2 내부재(120, 130) 각각은, 탱크(110) 내부에 수용된 유체(F)의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있도록, 프로펠러 수력발전기, 물레방아 수력발전기, 터빈 수력발전기 등의 수력발전기(123)를 복수 개 배열하여 이루어질 수 있다.
복수 개의 수력발전기(123)의 배열 방법은, 일정한 간격을 두고 적어도 한 줄 이상으로 배열하거나, 일정한 간격을 두고 지그재그 형태로 배열하는 등, 다양하게 구현할 수 있다.
제1 및 제2 내부재(120, 130)를 구성하는 복수 개의 수력발전기(123) 각각은, 유체의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있는 장치라 정의되며, 본 발명의 실시예의 경우 일반적으로 사용되고 있는 수력발전기의 구성을 포함할 수 있으므로, 본 발명에 적용되는 수력발전기(123)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
이에 따라, 유체(F)는 제1 및 제2 내부재(120, 130)를 이루는 복수 개의 수력발전기(123) 사이를 통해 탱크(110)의 좌측벽(111) 또는 우측벽(112)으로 이동할 수 있다.
복수 개의 수력발전기(123)로 구성되는 제1 및 제2 내부재(120, 130)는, 격벽(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 격벽은, 수력발전기(123)와 탱크(10)의 좌우측벽(111, 112) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 격벽은, 표면에 복수의 관통홀이 형성된 다공판 형상으로 이루어질 수 있고, 탱크(110) 내부의 유체가 선박 또는 해양구조물(10)의 횡동요에 대한 반횡동요 모멘트를 발생시키도록 선박 또는 해양구조물(10) 횡단면의 중심선(CL)을 기준으로 좌우측을 왕복 이동할 때, 복수 개의 수력발전기(123)와 함께 이동 유체(F)에 의한 충격이 탱크(110)의 좌측벽(111) 및 우측벽(112)에 직접적으로 가해지는 것을 더욱 방지할 수 있다.
도 3은 선박 또는 해양구조물에 횡동요 저감장치 설치 유무에 따른 횡동요 주기에 대한 횡동요 응답을 나타낸 그래프로서, 제1 곡선(P1)은 선박 또는 해양구조물(10)에 탱크(110)가 설치되지 않았을 때이고, 제2 곡선(P2)은 선박 또는 해양구조물(10)에 탱크(110)가 설치되었을 때이고, 제3 곡선(P3)은 선박 또는 해양구조물(10)에 탱크(110)와 제1 및 제2 내부재(120, 130)가 설치했을 때이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 곡선(P2)은, 제1 곡선(P1)과 비교하여 횡동요 고유주기에서는 횡동요 응답이 줄어들지만, 횡동요 고유주기보다 크거나 낮은 주기에서는 횡동요 응답이 오히려 증가하는 현상이 발생한 것을 알 수 있다. 그리고 제3 곡선(P3)은, 제2 곡선(P2)과 비교하여 횡동요 고유주기에서 횡동요 응답이 줄어들었을 뿐만 아니라, 제1 곡선(P1) 또는 제2 곡선(P2)에 나타난 횡동요 고유주기보다 크거나 낮은 주기에서 횡동요 응답이 증가하지 않음을 알 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 저감장치가 선박 또는 해상구조물의 횡동요를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 선박 또는 해상구조물의 횡동요가 저감되는 과정을 설명한다.
먼저, 도 4를 참조하면, 선박 또는 해양구조물(10)이 횡동요하여 좌측 방향(R1)으로 기울어지면, 탱크(110)에 수용된 유체(F)는 관성에 의해 상대적으로 제1 화살표(W1) 방향, 즉 탱크(110)의 우측 방향으로 이동한다. 유체(F)가 탱크(110)의 우측부로 이동하면, 유체(F)의 자중에 의해 선박 또는 해양구조물(10)이 좌측 방향(R1)으로 기울어지는 것을 방해하는 반횡동요 모멘트(Anti-rolling moment)인 제1 모멘트(M1)가 발생되어, 선박 또는 해양구조물(10)의 횡동요는 저감될 수 있다. 이 경우가 도 3에 도시된 그래프에서 제2 곡선(P2)에 해당된다 할 수 있다.
이에 더하여, 제1 화살표(W1) 방향으로 이동하는 유체(F)는 탱크(110)의 우측벽(112)을 직접 충격하기 전에 탱크(110)의 우측부에 배치된 제2 내부재(130)에 의해 감쇠되어, 탱크(110)의 우측벽(112)에 가해지는 슬로싱 충격을 저감시킬 뿐만 아니라 횡동요를 더욱 저감시킬 수 있다. 이 경우가 도 3에 도시된 그래프에서 제3 곡선(P3)에 해당된다 할 수 있다.
이때, 탱크(110)의 우측부에 배치된 제2 내부재(130)를 구성하는 복수 개의 수력발전기(123)는, 우측 방향으로 이동하는 유체(F)의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있게 된다.
이후, 선박 또는 해양구조물(10)은 좌측 방향(R1)으로의 회전을 멈추고, 도 5와 같이 우측 방향(R2)으로 기울어지게 된다.
탱크(110)에 수용된 유체(F)는 관성에 의해 상대적으로 제2 화살표(W2) 방향, 즉 탱크(110)의 좌측 방향으로 이동한다. 유체(F)가 탱크(110)의 좌측부로 이동하면, 유체(F)의 자중에 의해 선박 또는 해양구조물(10)이 우측 방향(R2)으로 기울어지는 것을 방해하는 반횡동요 모멘트(Anti-rolling moment)인 제2 모멘트(M2)가 발생되어, 선박 또는 해양구조물(10)의 횡동요는 저감될 수 있다. 이 경우가 도 3에 도시된 그래프에서 제2 곡선(P2)에 해당된다 할 수 있다.
이에 더하여, 제2 화살표(W2) 방향으로 이동하는 유체(F)는 탱크(110)의 좌측벽(111)을 직접 충격하기 전에 탱크(110)의 좌측부에 배치된 제1 내부재(120)에 의해 감쇠되어, 탱크(110)의 좌측벽(111)에 가해지는 슬로싱 충격을 저감시킬 뿐만 아니라 횡동요를 더욱 저감시킬 수 있다. 이 경우가 도 3에 도시된 그래프에서 제3 곡선(P3)에 해당된다 할 수 있다.
이때, 탱크(110)의 좌측부에 배치된 제1 내부재(120)를 구성하는 복수 개의 수력발전기(123)는, 우측 방향으로 이동하는 유체(F)의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 횡동요 저감장치(100)는, 탱크(110)에 수용된 유체(F)의 수위를 계측할 수 있는 수위계측장비(도시하지 않음)를 비롯하여 제어부(도시하지 않음) 등의 관련 장비가 사용될 수 있다. 제1 및 제2 내부재(120, 130)를 구성하는 복수 개의 수력발전기(123)로부터 얻어지는 전기에너지는, 횡동요 저감장치(100)의 관련 장비들을 운용하는데 사용할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 탱크(110)의 좌우측벽(111, 112)에 대향하여 탱크(110)의 좌우측벽부에 각각 배치되고, 전기에너지를 생산하는 한 쌍의 내부재(120, 130)가 포함되도록 구성함으로써, 횡동요 고유주기에서의 운동응답을 효율적으로 감소시킬 수 있어, 선박 또는 해양구조물(10)의 안정성과 해상 작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 탱크(110) 내부에 수용된 유체(F)의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있어, 선박 또는 해양구조물(10)의 전기에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 선박 또는 해양구조물 100: 횡동요 저감장치
110: 탱크 111: 좌측벽
112: 우측벽 120: 제1 내부재
130: 제2 내부재 123: 수력발전기

Claims (8)

  1. 선박 또는 해양구조물에 마련되고, 내부에 유체를 수용하는 탱크; 및
    상기 탱크의 내부에 배치되어 유체의 이동을 통해 전기에너지를 생산하는 내부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크는,
    직사각형 형태인 플룸-타입 형상인 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내부재는,
    상기 탱크의 좌우측벽에 대향하여 상기 탱크의 좌우측벽부에 각각 배치되어 한 쌍을 이루거나, 상기 좌우측벽부에 더하여 상기 탱크의 중앙부 또는 다른 부분에 추가 배치되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 내부재는,
    상기 탱크 내부에 수용된 상기 유체의 운동에너지로부터 전기에너지를 생산하는 수력발전기가 복수 개 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 복수 개의 수력발전기는,
    일정한 간격을 두고 적어도 한 줄 이상으로 배열하거나, 일정한 간격을 두고 지그재그 형태로 배열하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 내부재는,
    격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 격벽은,
    상기 수력발전기와 상기 탱크의 좌우측벽 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 격벽은,
    표면에 복수의 관통홀이 형성된 다공판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107140147A (zh) * 2017-04-26 2017-09-08 哈尔滨工程大学 一种新型船用减摇装置
KR20180003142A (ko) * 2016-06-30 2018-01-09 삼성중공업 주식회사 액화가스 저장탱크, 이의 슬로싱 방지 장치 및 방법

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