KR20160001740A - 화물창 1차방벽 및 이의 제작유닛 - Google Patents

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Abstract

화물창 1차방벽 및 이의 제작유닛이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 화물창 1차방벽은 평탄부; 및 평탄부로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향과 횡방향의 제1곡면부 및 제2곡면부;를 포함하되, 제1곡면부 및 제2곡면부는, 교차 부위의 주변부에 각각 주름부를 서로 대칭되게 형성한다.

Description

화물창 1차방벽 및 이의 제작유닛{FIRST BARRIER OF CARGO AND MAKING UNIT FOR THE SAME}
본 발명은 화물창 1차방벽 및 이의 제작유닛에 관한 것이다.
극저온 유체(예컨대 LNG)를 운반하는 선박 화물창의 내부 방벽구조는 통상적으로 1차방벽, 상부단열보드, 2차방벽 및 하부단열보드가 결합된 구조이다. 이는 1차방벽에 소량의 극저온 유체의 누출이 있을 경우, 2차방벽에서 해당 유체의 추가적인 누출을 방지하기 위함이다.
이 중 1차방벽은 극저온 유체와 직접 접촉하며, 평탄부 및 열응력에 의한 수축팽창을 위해 교차 부위에 주름부를 가진 종방향 및 횡방향의 곡면부(코러게이션이라고도 함)를 형성한다. 종래에는 이러한 주름부를 제작하기 위해, 예컨대 3ｍ방향으로 펀치(punch)를 이용해 평판을 벤딩(bending)시킨 다음, 펀치 및 나이프(knife) 금형을 이용한 폴딩(folding) 방식으로 주름부를 형성한다.
이러한 방식은 교차 부위를 접을 때에 동일한 방향으로 동일한 힘이 가해져야 하고, 교차 부위의 접혀지는 정도가 동일해야 하는 등 주름부 형태를 일정하게 만들기 위한 환경이 완벽하게 갖추어져야 한다. 그러나, 실제로 동일한 형태의 주름부를 제작하기란 매우 어렵고 조금씩 차이가 난다.
이와 같이, 일정하지 않은 주름부의 형태로 인해 피로하중에 대한 성능을 예측하기가 매우 어려워, 주름부에 피로하중 취약부분이 발생할 수 있는 가능성이 상존할 수 있다.
이는 차후 크랙 발생으로 이어져 극저온 유체가 누출되는 등의 사고 발생의 위험을 높일 수 있다. 상술한 1차방벽의 교차 부위의 다양한 형상 및 관련 기술에 대해서는 한국공개특허 제10-2009-0111141호(2009.10.26. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2009-0111141호(2009.10.26. 공개)
본 발명의 실시 예는 극저온 유체에 의한 열응력에 효과적으로 대응할 수 있고, 피로하중에 대한 성능 예측을 원활하게 수행할 수 있도록 일정한 형태의 교차 부위 및 주름부를 가진 화물창 1차방벽 및 이의 제작유닛을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 평탄부; 및 상기 평탄부로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향과 횡방향의 제1곡면부 및 제2곡면부;를 포함하되, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부는, 상기 교차 부위의 주변부에 각각 주름부를 서로 대칭되게 형성한 화물창 1차방벽이 제공될 수 있다.
상기 교차 부위는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부와 동일한 높이를 가지며, 상단의 단면 형상이 평탄면일 수 있다.
상기 주름부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측으로 볼록하게 형성된 볼록부와, 상기 볼록부를 사이에 두고 상기 볼록부 양측에 오목하게 형성된 오목부를 포함할 수 있다.
상기 볼록부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 상단으로부터 상기 평탄부 쪽으로 너비가 점점 커지는 형태로 형성될 수 있다.
상기 오목부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측방향으로 점점 너비와 깊이가 줄어들며, 평면 형상이 타원형일 수 있다.
상기 1차방벽은 일정 크기의 블록형으로 제작되고, 각각의 상기 1차방벽에 형성된 상기 주름부 간의 간격 조절을 위해, 상기 1차방벽 사이에 개재되어 용접 접합되는 보정편을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 블록형의 펀치부; 상기 펀치부와 대응되는 형상으로 마련된 다이; 및 상기 펀치부와 상기 다이 사이에 개재된 평판형의 블랭크부재;를 포함하되, 상기 펀치부는, 평탄부와, 상기 평탄부로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향의 제1곡면부 및 횡방향의 제2곡면부를 포함하고, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부는 상기 교차 부위의 주변부에 각각 주름부를 서로 대칭되게 형성하며, 상기 주름부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 상단으로부터 상기 평탄부 쪽으로 너비가 점점 커지는 형태로 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측에 볼록하게 형성된 볼록부와, 상기 볼록부를 사이에 두고 상기 볼록부 양측에 오목하게 형성되되, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측방향으로 점점 너비와 깊이가 줄어들며, 평면 형상이 타원형으로 마련된 오목부를 포함하고, 상기 다이는, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부에 대응되는 함몰부를 형성하고, 상기 함몰부 부위에 상기 펀치부의 볼록부 및 상기 오목부에 각각 대응되는 음각부와 양각부를 형성하며, 상기 블랭크부재를 상기 펀치부에 의한 가압으로 성형하여 블록형 1차방벽으로 제작하는 화물창 1차방벽 제작유닛이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 화물창 1차방벽 및 이의 제작유닛은 일정한 형태의 교차 부위 및 주름부를 가진 1차방벽을 제공하여, 극저온 유체에 의한 열응력에 효과적으로 대응할 수 있고, 피로하중에 대한 성능 예측을 원활하게 수행할 수 있다.
또, 블록형으로 1차방벽을 제조하여 제공함으로써, 동일한 형태의 1차방벽 제조작업을 효과적으로 수행하고, 방벽 설치작업의 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블록형으로 제작된 화물창 1차방벽의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 1차방벽의 측면 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 1차방벽의 주름부를 확대한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 1차방벽을 제작하는 제작유닛의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제작유닛 중 펀치부의 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 제작유닛 중 다이의 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 1차방벽을 보정편을 이용하여 서로 연결시키는 형태를 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 극저온 유체(예컨대, 액화천연가스(LNG))를 저장하는 선박 화물창의 1차방벽(100)은 극저온 유체와 직접 접촉되는 부분으로 일정 크기의 블록형으로 제작될 수 있다. 이러한 1차방벽(100)은 예컨대 스테인리스 스틸 등과 같은 금속 소재로 제작될 수 있다.
1차방벽(100)은 평탄부(110)와, 평탄부(110)로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향의 제1곡면부(121) 및 횡방향의 제2곡면부(122)를 포함한다. 제1곡면부(121) 및 제2곡면부(122)는 교차 부위(130)의 주변부에 주름부(140)를 서로 대칭되게 형성한다.
여기서, 도 2에 도시한 바와 같이 교차 부위(130)는 평탄부(110)를 기준으로 곡면부(121,122) 높이(H1)와 동일한 높이(H2)를 가지며, 상단의 단면 형상이 평탄면(131)으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 주름부(140)는 곡면부(121,122)의 중심선(X1)을 기준으로 양측으로 볼록하게 형성된 볼록부(141)와, 볼록부(141)를 사이에 두고 볼록부(141) 양측에 오목하게 형성된 오목부(142)를 포함한다.
볼록부(141)는 곡면부(121,122)의 상단으로부터 평탄부(110) 쪽으로 너비가 점점 커지는 형태로 중심선(X1)을 기준으로 곡면부(121,122) 양측에 대칭되게 형성될 수 있다. 오목부(142)는 곡면부(121,122)의 중심선(X1)을 기준으로 양측방향으로 점점 너비와 깊이가 줄어들며, 평면 형상이 타원형으로 형성될 수 있다. 이러한 블록부(141)와 오목부(142) 형상은 많은 실험 결과 극저온 환경에서 보다 효과적으로 열응력에 대응할 수 있는 효과를 나타내었다.
도 4를 참조하면, 상술한 화물창의 1차방벽(100)은 딥 드로잉(deep drawing) 방식으로 제작유닛에 의해 제작될 수 있다. 제작유닛은 펀치부(200) 및 다이(300)를 포함하며, 펀치부(200) 및 다이(300) 사이에는 도 1의 1차방벽(100)으로 제작되는 평판형의 블랭크부재(101)가 개재된다. 이러한 제작유닛을 통해 일정한 형태의 교차 부위 및 주름부를 가진 도 1의 1차방벽(100)을 간편하게 제작할 수 있으며, 이는 곧 피로하중에 대한 성능 예측을 원활하게 수행할 수 있도록 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 펀치부(200)는 평탄부(210)와, 평탄부(210)로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향의 제1곡면부(221) 및 횡방향의 제2곡면부(222)를 포함한다. 제1곡면부(221) 및 제2곡면부(222)는 교차 부위(230)의 주변부에 각각 주름부(240)를 서로 대칭되게 형성한다. 주름부(240)는 곡면부(221,222)의 상단으로부터 평탄부(210) 쪽으로 너비가 점점 커지는 형태로 곡면부(221,222)의 중심선(X2)을 기준으로 양측에 볼록하게 형성된 볼록부(241)와, 볼록부(241)를 사이에 두고 볼록부(241) 양측에 오목하게 형성되되, 곡면부(221,222)의 중심선(X2)을 기준으로 양측방향으로 점점 너비와 깊이가 줄어들며, 평면 형상이 타원형으로 마련된 오목부(242)를 포함하는 블록형으로 제작된다. 이와 같이, 펀치부(200)는 상술한 블록형의 1차방벽(100)과 동일한 형상을 갖도록 제작될 수 있다. 이러한 펀치부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 거꾸로 뒤집힌 상태로 블랭크부재(101) 위에 놓이게 된다.
다이(300)는 도 6에 도시한 바와 같이, 펀치부(200)와 대응되는 형상으로 마련되어, 펀치부(200)에 의해 블랭크부재(101)가 가압된 경우, 다이(300)에 의해 블랭크부재(101)의 벤딩이 이루어져, 블랭크부재(101)가 상술한 도 1의 1차방벽(100)의 형상으로 성형되도록 한다. 이를 위해 다이(300)는 곡면부(221,222)에 대응되는 함몰부(310)를 형성하고, 함몰부(310)에 도 5에 도시된 펀치부(200)의 볼록부(241) 및 오목부(242)에 각각 대응되는 음각부(311)와 양각부(312)를 형성한다. 함몰부(310)의 중심선(X3)이 교차하는 부위(P)로부터 인접한 양각부(312)에 이르는 부위는 상술한 1차방벽(100)의 평탄면(131, 도 2 참조)을 형성하면서 자연스럽게 연속되도록 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상술한 제작유닛에 의해 제작된 1차방벽(100)간 연결 및 1차방벽(100)에 형성된 주름부(103) 간의 간격 조절을 위해, 1차방벽(100) 사이에 직선형 보정편(150)이 개재될 수 있다.
상술한 제작유닛에 의한 딥 드로잉 방식을 사용하게 되면 벤딩작업이 이루어진 블랭크부재(101)의 크기는 일정 부분 줄어들게 된다. 이로 인해 성형이 완료된 1차방벽(100) 블록 하나의 전체길이가 설정된 길이보다 짧아지게 되는데, 설정된 크기를 맞추기 위해 주름부(140) 간의 거리를 보정해주는 보정편(150)이 사용된다. 주름부(140) 간의 거리는 피로하중이 결정되는 중요한 요소이기 때문에 일정하게 유지될 필요가 있기 때문이다.
보정편(150)은 1차방벽(100)의 평탄부(110)와 곡면부(121,122)에 대응되게 평탄접합부(151)와 곡면접합부(152)를 형성하고 있으며, 양측의 1차방벽(100)에 용접 접합될 수 있다.
한편, 1차방벽은 그 복잡한 형상으로 인해 재료의 항복응력을 허용하는 디자인 컨셉을 가지고 있다. 그러므로 응력보다는 소성변형률을 기준으로 피로강도를 평가하게 된다. 이때 가해지는 1차방벽의 열하중은, 아래 [수학식 1]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 1]
1차방벽 열하중 = 온도변화량 * 열팽창계수 * 주름부간 거리
여기서, 1차방벽의 중앙을 기준으로 대칭조건을 사용하여 가로 세로 방향으로 0.43㎜씩 잡아 당겨 테스트를 수행한 경우, 종래의 MKIII 타입과 본 발명의 1차방벽(100) 소성변형률을 비교하면 각각 0.41％(종래)와 0.23％(본 발명)로 본 발명이 피로강도 측면에서 우수한 효과를 보였다.
상술한 실시 예에서 제시된 1차방벽(100) 형태는 2차방벽(미도시)에도 그대로 적용될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
100: 1차방벽 110: 평탄부
121: 제1곡면부 122: 제2곡면부
130: 교차 부위 140: 주름부
141: 볼록부 142: 오목부
150: 보정편 200: 펀치부
300: 다이

Claims (7)

  1. 평탄부; 및
    상기 평탄부로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향과 횡방향의 제1곡면부 및 제2곡면부;를 포함하되,
    상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부는,
    상기 교차 부위의 주변부에 각각 주름부를 서로 대칭되게 형성한 화물창 1차방벽.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교차 부위는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부와 동일한 높이를 가지며, 상단의 단면 형상이 평탄면인 화물창 1차방벽.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주름부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측으로 볼록하게 형성된 볼록부와,
    상기 볼록부를 사이에 두고 상기 볼록부 양측에 오목하게 형성된 오목부를 포함하는 화물창 1차방벽.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 상단으로부터 상기 평탄부 쪽으로 너비가 점점 커지는 형태로 형성된 화물창 1차방벽.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측방향으로 점점 너비와 깊이가 줄어들며, 평면 형상이 타원형인 화물창 1차방벽.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 1차방벽은 일정 크기의 블록형으로 제작되고,
    각각의 상기 1차방벽에 형성된 상기 주름부 간의 간격 조절을 위해, 상기 1차방벽 사이에 개재되어 용접 접합되는 보정편을 더 포함하는 화물창 1차방벽.
  7. 블록형의 펀치부;
    상기 펀치부와 대응되는 형상으로 마련된 다이; 및
    상기 펀치부와 상기 다이 사이에 개재된 평판형의 블랭크부재;를 포함하되,
    상기 펀치부는,
    평탄부와, 상기 평탄부로부터 돌출된 형상으로 서로 교차되게 형성된 종방향의 제1곡면부 및 횡방향의 제2곡면부를 포함하고, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부는 상기 교차 부위의 주변부에 각각 주름부를 서로 대칭되게 형성하며, 상기 주름부는 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 상단으로부터 상기 평탄부 쪽으로 너비가 점점 커지는 형태로 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측에 볼록하게 형성된 볼록부와, 상기 볼록부를 사이에 두고 상기 볼록부 양측에 오목하게 형성되되, 상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부의 중심선을 기준으로 양측방향으로 점점 너비와 깊이가 줄어들며, 평면 형상이 타원형으로 마련된 오목부를 포함하고,
    상기 다이는,
    상기 제1곡면부 및 상기 제2곡면부에 대응되는 함몰부를 형성하고, 상기 함몰부 부위에 상기 펀치부의 볼록부 및 상기 오목부에 각각 대응되는 음각부와 양각부를 형성하며,
    상기 블랭크부재를 상기 펀치부에 의한 가압으로 성형하여 블록형 1차방벽으로 제작하는 화물창 1차방벽 제작유닛.
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