KR20170056245A - 해상 부유물의 횡동요 제어 장치 및 방법 - Google Patents

해상 부유물의 횡동요 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

해상 부유물의 횡동요 제어 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 해상 부유물에 상하 운동이 가능한 중량체를 구비함으로써 해상 부유물이 항해 중인 경우 해상 조건 등에 따라 실시간으로 해상 부유물의 GM(metacentric height)를 제어할 수 있다.

Description

해상 부유물의 횡동요 제어 장치 및 방법{Device and method of controlling roll motion of floating vessel}
본 발명은 해상 부유물의 횡동요 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해상 부유물의 GM(metacentric height)을 제어함으로써 해상 부유물의 횡동요를 제어할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
컨테이너 운반선과 같은 해상 부유물의 경우 해상에서 이동하는 과정에서 여러가지 해상 조건을 만나게 되므로 해상 부유물의 건조 과정 및 화물 등 적재물의 적재 과정에서는 이러한 해상 조건에 따라 해상 부유물이 받는 영향을 고려할 필요가 있다.
특히, 해상 부유물의 안정성과 관련하여 해상 부유물이 폭 방향으로 회전하는 횡동요(roll motion) 현상을 고려할 필요가 있다. 횡동요 현상에 의한 횡방향 운동이 지나치게 커지게 되면 해상 부유물이 해상에서 전복되는 사고가 발생할 수도 있기 때문이다.
이러한 해상 부유물의 횡동요 현상은 해상 부유물의 무게 중심과 메타 센터 사이의 거리를 의미하는 GM(metacentric height) 크기의 영향을 크게 받는다. 좀 더 자세히 설명하면, 무게 중심이 메타 센터보다 아래쪽에 있는 경우에는 해상 부유물에 작용하는 중력과 부력이 해상 부유물의 횡동요에 의한 경사를 제거하는 방향으로 모멘트를 형성하게 되는 안정한 상태가 된다. 반면, 무게 중심이 메타 센터보다 위쪽에 위치하는 경우, 해상 부유물에 작용하는 중력과 부력이 해상 부유물의 횡동요에 의한 경사를 더욱 심화시키는 방향으로 모멘트를 형성하게 되는 불안정한 상태가 되므로 전복될 위험성이 증가한다.
또한, GM은 선박의 횡동요 주기에도 영향을 주는데, 해상 부유물의 GM에 의해 정해지는 횡동요 주기가 해상에서 해상 부유물에 작용하는 파(wave)의 주기와 가까운 경우 공진(resonance) 현상에 의해 작은 파에 의해서도 큰 횡동요가 발생하게 되어 마찬가지로 해상 부유물이 전복될 위험성이 증가하게 된다.
이러한, 해상 부유물의 GM 조절을 위해 해상 부유물에 구비되는 밸러스트 탱크(ballast tank) 내부의 밸러스트 수(water)의 양을 조절하는 방법도 있으나, 이 경우 해상 부유물의 운항 과정에서 해상 조건에 따른 해상 부유물의 GM 조절이 불가능하다는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 해상 부유물에 상하 운동이 가능한 중량체를 구비함으로써 해상 부유물이 항해 중인 경우 해상 조건 등에 따라 실시간으로 해상 부유물의 GM(metacentric height)를 제어할 수 있는 횡동요 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해상 부유물의 횡동요를 제어하는 장치에 있어서, 중량체; 를 포함하며, 상기 중량체를 상하 이동시킴으로써 상기 해상 부유물의 GM(metacentric height)을 조절할 수 있는 횡동요 제어 장치가 제공된다.
상기 중량체가 상하 이동이 가능하도록 상기 중량체에 구동력을 제공하는 운반부; 를 포함할 수 있다.
상기 중량체가 상기 해상 부유물에 대해 일정한 위치에 고정되도록 상기 중량체를 지지하는 지지부; 를 포함할 수 있다.
상기 운반부는 유압 실린더일 수 있다.
상기 중량체가 상하 이동 중인 경우 상기 지지부는 상기 중량체의 반대 방향을 향하여 이동하고, 상기 중량체가 상하 이동을 완료한 경우 상기 지지부는 상기 중량체를 향하여 이동함으로써 상기 중량체를 지지할 수 있다.
상기 지지부는 복수의 톱니 구조를 가지며, 상기 복수의 톱니는 각각 개별적으로 이동 가능할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상 부유물의 횡동요를 제어하는 방법에 있어서, 상기 해상 부유물에 구비된 중량체를 상하 이동하여 상기 해상 부유물의 GM(metacentric height)을 조절함으로써 상기 해상 부유물의 횡동요 주기를 제어하는 횡동요 제어 방법이 제공된다.
상기 중량체의 상하 운동은 상기 중량체가 상하 이동이 가능하도록 상기 중량체에 구동력을 제공하는 운반부에 의해 이루어질 수 있다.
상기 중량체의 상하 운동이 완료되는 경우 상기 중량체는 상기 중량체를 상기 해상 부유물에 대하여 일정한 위치에 고정시키는 지지부에 의해 지지될 수 있다.
상기 중량체가 상하 이동 중인 경우 상기 지지부는 상기 중량체의 반대 방향을 향하여 이동하고, 상기 중량체가 상하 이동을 완료한 경우 상기 지지부는 상기 중량체를 향하여 이동함으로써 상기 중량체를 지지할 수 있다.
상기 지지부는 복수의 톱니 구조를 가지며, 상기 복수의 톱니는 각각 개별적으로 이동 가능할 수 있다.
본 발명에 따르면 해상 부유물에 상하 운동이 가능한 중량체를 구비함으로써 해상 부유물이 항해 중인 경우 해상 조건 등에 따라 실시간으로 해상 부유물의 GM(metacentric height)를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 횡동요 제어 장치가 적용될 수 있는 해상 부유물의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명될 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 제어 장치가 적용될 수 있는 해상 부유물의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 해상 부유물(1)이 구비된다. 본 발명이 적용될 수 있는 해상 부유물(1)은 컨테이너를 운반하는 컨테이너 운반선일 수 있다. 그러나, 이는 단순히 예시적인 것에 불과하며 본 발명은 해상을 부유하는 여러 형태의 해상 부유물(floating vessel)에 적용될 수 있다.
또한, 해상 부유물(1)에는 여러 종류의 적재물(2)이 탑재될 수 있다. 해상 부유물(1)이 컨테이너 운반선인 경우 적재물(2)은 컨테이너를 포함할 수 있다. 그러나, 적재물(2)의 종류 역시 이에 제한되지 않으며 해상 부유물의 종류에 따라 적재물(2) 역시 다양한 종류를 가질 수 있음은 물론이다.
한편, 해상 부유물(1)에는 해상 부유물(1)의 운전을 담당하는 선실(3)이 구비될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 해상 부유물의 운항 과정에서 원활한 시야 확보를 위해 선실(3)은 선수 측에 가깝게 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면 해상 부유물(1)에는 본 발명에 따른 횡동요 제어 장치가 구비되는 공간(5)이 형성된다. 여기서 공간(5)이란 적재물(2) 등이 탑재되지 않아 횡동요 제어 장치가 설치되기 충분한 영역을 제공하는 곳이다. 공간(5)은 해상 부유물 데크 하부의 영역 중 선실(3)의 하부에 형성될 수 있다.
또한, 해상 부유물(1)에는 해상 부유물의 구역을 구획하기 위한 격벽(10)이 구비될 수 있다. 격벽(10)에 의해 횡동요 제어 장치가 설치되는 공간(5)이 형성될 수 있다. 격벽(10)은 적재물(2)이 적재되는 구역과 적재물(2)이 적재되지 않는 구역을 구획하기 위해 구비될 수 있으며, 해상 부유물(1)이 컨테이너 운반선인 경우 격벽(10)은 컨테이너가 적재되는 구역과 컨테이너가 적재되지 않는 구역을 구획하기 위해 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡동요 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 횡동요 제어 장치(20)는 해상 부유물에 구비되는 격벽(10) 사이에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 따른 횡동요 제어 장치(20)는 상하 이동이 가능한 중량체(22), 중량체(22)가 상하 이동이 가능하도록 중량체(22)에 구동력을 제공하는 운반부(24) 및 중량체(22)가 해상 부유물에 대해 일정한 위치에 고정되도록 중량체(22)를 지지하는 지지부(24)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 기재되는 '상하 운동'은 연직 방향으로 이동하는 경우만을 의미하는 것으로 한정 해석되는 것은 아니며 비스듬한 사선 방향으로 이동하더라도 운동 전 지점과 운동 후 지점에서 중량체의 높이가 달라지는 경우를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
중량체(22)는 중량체(22)의 상하 운동에 따라 해상 부유물의 GM(metacentric height)을 충분히 변화시킬 수 있는 정도의 중량을 가진 구성이다. 여기서 '충분히'는 해상 부유물이 항해하는 해상 조건에 따라 해상 부유물의 전복이 발생할 수 있을 정도의 지나친 횡동요 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있을 정도로 해상 부유물의 GM을 조절할 수 있는 정도인 것으로 해석될 수 있다. 중량체(22)는 다양한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 중량체(22)는 콘크리트 재질일 수 있다.
중량체(22)를 상하 이동시키는 운반부(24)는 실린더 구조를 가질 수 있다. 즉, 운반부(24)는 실린더 내부의 압력을 조절함으로써 중량체(22)의 상하 운동을 조절할 수 있다. 운반부(24)는 예를 들어, 유압 실린더 구조를 가질 수 있다.
중량체(22)가 해상 부유물에 대해 일정한 위치에 고정되도록 중량체(22)를 지지하는 지지부(26)는 중량체(22)의 상하 운동 여부에 따라 중량체(22)를 향하여 또는 중량체(22)의 반대 방향을 향하여(도 2를 참조하면 오른쪽 또는 왼쪽) 이동할 수 있다. 즉, 지지부(26)는 중량체(22)가 상하 운동할 수 있도록 중량체(22)의 반대 방향을 향하여 이동할 수 있고, 중량체(22)가 상하 운동을 완료하는 경우에는 중량체(22)를 향하여 이동함으로써 중량체(22)를 지지할 수 있다.
또한, 중량체(22)는 톱니(28)를 포함할 수 있다. 톱니(28)는 복수일 수 있다. 톱니(28)가 복수일 경우 각각의 톱니(28)는 다른 톱니의 움직임에 구애받지 않고 개별적으로 이동할 수 있다. 이하, 전술한 내용 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따르면 횡동요 제어 장치를 이용한 횡동요 제어 방법을 설명하도록 한다.
해상 부유물의 GM 조절을 위해 중량체(22)를 하강시켜야 할 필요가 있는 경우, 지지부(26)는 바깥쪽으로 이동한다. 지지부(26)가 복수의 톱니(28)를 갖는 경우 중량체(22)의 하강이 완료되는 위치에 구비되는 톱니(28)를 제외한 다른 톱니들은 모두 바깥쪽으로 이동할 수 있다. 또는, 지지부(26)가 복수의 톱니(28)를 갖는 경우 중량체(22)가 하강하면서 중량체(22)가 지나치는 톱니들만 바깥쪽으로 이동할 수 있다.
중량체(22)의 하강 및 하강 속도는 운반부(24)에 의해 조절된다. 운반부(24)가 유압 실린더 구조(또는, 다른 형태의 실린더 구조)인 경우 유압 실린더 내의 압력을 조절함으로써 중량체(22)의 하강 및 하강 속도가 조절될 수 있다.
중량체(22)의 하강이 완료되면 중량체(22)는 미리 안쪽으로 돌출되어 있던 톱니에 의해 지지된다.
해상 부유물의 무게 중심이 메타 센터보다 낮은 상태를 기준으로 살펴보면, 중량체(22)가 하강하는 경우 무게 중심이 하강하게 되므로 GM이 증가하게 된다. 따라서, 복원력이 증가하게 되고 횡동요의 주기가 감소하게 된다.
해상 부유물의 GM 조절을 위해 중량체(22)를 상승시켜야 할 필요가 있는 경우에도 역시 지지부(26)는 바깥쪽으로 이동한다. 지지부(26)가 복수의 톱니를 갖는 경우 중량체(22)의 상승이 완료되는 위치에 구비되는 톱니(28)를 제외한 다른 톱니들은 모두 바깥쪽으로 이동할 수 있다. 또는, 지지부(26)가 복수의 톱니(28)를 갖는 경우 중량체(22)가 상승하면서 중량체(22)가 지나치는 톱니들만 바깥쪽으로 이동할 수 있다.
중량체(22)의 상승이 완료되면 중량체(22)는 미리 안쪽으로 돌출되어 있던 톱니에 의해 지지된다.
해상 부유물의 무게 중심이 메타 센터보다 낮은 상태를 기준으로 살펴보면, 중량체(22)가 상승하는 경우 무게 중심이 상승하게 되므로 GM이 감소하게 된다. 따라서, 복원력이 증가하게 되고 횡동요의 주기가 감소하게 된다.
이와 같이 중량체(22)의 상하 운동을 조절함으로써 해상 부유물의 GM을 조절할 수 있어 해상 조건에 따라 실시간으로 해상 부유물이 가져야 할 적절한 GM을 갖도록 할 수 있다. 또한, 해상 부유물의 GM을 조절함으로써 해상 부유물에 닿는 파(wave)의 주기에 따라 실시간으로 해상 부유물의 횡동요 주기를 조절할 수 있어 해상 부유물의 안정성이 증가한다.
1 - 해상 부유물
2 - 적재물
3 - 선실
5 - 공간
10 - 격벽
20 - 횡동요 제어 장치
22 - 중량체
24 - 운반부
26 - 지지부
28 - 톱니

Claims (11)

  1. 해상 부유물의 횡동요를 제어하는 장치에 있어서,
    중량체; 를 포함하며,
    상기 중량체를 상하 이동시킴으로써 상기 해상 부유물의 GM(metacentric height)을 조절할 수 있는,
    횡동요 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중량체가 상하 이동이 가능하도록 상기 중량체에 구동력을 제공하는 운반부; 를 포함하는,
    횡동요 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중량체가 상기 해상 부유물에 대해 일정한 위치에 고정되도록 상기 중량체를 지지하는 지지부; 를 포함하는,
    횡동요 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 운반부는 유압 실린더인,
    횡동요 제어 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 중량체가 상하 이동 중인 경우 상기 지지부는 상기 중량체의 반대 방향을 향하여 이동하고,
    상기 중량체가 상하 이동을 완료한 경우 상기 지지부는 상기 중량체를 향하여 이동함으로써 상기 중량체를 지지하는,
    횡동요 제어 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지부는 복수의 톱니 구조를 가지며,
    상기 복수의 톱니는 각각 개별적으로 이동 가능한,
    횡동요 제어 장치.
  7. 해상 부유물의 횡동요를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 해상 부유물에 구비된 중량체를 상하 이동하여 상기 해상 부유물의 GM(metacentric height)을 조절함으로써 상기 해상 부유물의 횡동요 주기를 제어하는,
    횡동요 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 중량체의 상하 운동은 상기 중량체가 상하 이동이 가능하도록 상기 중량체에 구동력을 제공하는 운반부에 의해 이루어지는,
    횡동요 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 중량체의 상하 운동이 완료되는 경우 상기 중량체는 상기 중량체를 상기 해상 부유물에 대하여 일정한 위치에 고정시키는 지지부에 의해 지지되는,
    횡동요 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 중량체가 상하 이동 중인 경우 상기 지지부는 상기 중량체의 반대 방향을 향하여 이동하고,
    상기 중량체가 상하 이동을 완료한 경우 상기 지지부는 상기 중량체를 향하여 이동함으로써 상기 중량체를 지지하는,
    횡동요 제어 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 지지부는 복수의 톱니 구조를 가지며,
    상기 복수의 톱니는 각각 개별적으로 이동 가능한,
    횡동요 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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