KR101818519B1 - 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물의 횡동요를 저감시키기 위한 횡동요 저감 탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡동요 저감 탱크의 내부에 개구를 갖는 복수의 내부벽을 설치한 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물의 횡동요를 감소시키기 위해 설치되는 횡동요 저감 탱크로서, 상기 해상 구조물의 선체 내부에서 좌우현 방향으로 연장되며 내부에 유체가 수용되는 탱크 본체와; 상기 탱크 본체의 내부에서 서로 간격을 두고 이격되어 설치되는 복수의 내부 벽들과; 상기 내부 벽에 형성되는 개구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물이 제공된다.

Description

횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물 {ANTI-ROLLING TANK AND A MARINE STRUCTURE HAVING THE TANK}

본 발명은 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물의 횡동요를 저감시키기 위한 횡동요 저감 탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡동요 저감 탱크의 내부에 개구를 갖는 복수의 내부벽을 설치한 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물에 관한 것이다.

선박의 횡동요를 제어하기 위한 방법 중 하나로서 횡동요 저감 탱크(Anti-rolling tank)가 중소형 선박뿐만 아니라 대형선박에서도 사용되고 있다.

일반적으로 횡동요 저감 탱크는, 외부로부터 동력이 전달되거나 별도의 제어를 행하지 않는 수동형(passive type)과, 동력이나 제어가 가해지는 능동형(active type)으로 구분되는데, 수동형의 경우에는 1911년 Frahm이 U-튜브 타입(tube type)의 횡동요 저감 탱크를 개발하고, Stigter가 이를 이론적으로 규명하고 해석을 수행함에 따라 많은 선박에 적용되어 왔다. 수동형은 별도의 동력 및 제어가 필요하지 않아 간편하다는 장점이 있는 반면, 선박의 고유 횡동요 주기를 벗어난 주파수 영역에서는, 오히려 횡동요 저감 탱크를 사용하지 않을 때보다 횡동요가 더 크게 발생하는 단점이 있다. 이런 문제를 보완하기 위해서 능동형 횡동요 저감 탱크가 도입되었다. 독일의 Intering사는 대표적인 능동형 횡동요 저감 탱크의 제작사인데, 공기밸브를 개폐시켜가면서 주기 변화를 줄 수 있는 시스템을 개발하였다.

한편, 탱크의 형상에 따라 횡동요 저감 탱크는 자유면 타입(free surface type)의 횡동요 저감 탱크와 U-튜브 타입의 횡동요 저감 탱크로 나눌 수 있는데, 기본적으로는 횡동요 저감 탱크 내부에 수용된 유체의 고유진동수를 이용한다는 점에서 원리는 같다고 할 수 있다.

횡동요 저감 탱크는 선박의 횡동요를 줄이기 위한 것이 목적이므로, 선박이 운동함에 따라 내부 유체가 주기적으로 좌/우 방향으로 원활히 유동할 수 있도록 만들어져야 한다. 그러므로, 일반적으로는 유체의 흐름을 막는 내부재는 가능한 사용하지 않는 것이 좋다.

하지만 수동형 횡동요 저감 탱크를 사용하는 경우에는, 선박의 횡동요 주기 근처에서는 선박의 횡동요를 줄여주지만 주기에서 멀어지는 주파수 영역에서는 오히려 선박의 횡동요가 커지는 단점이 있다.

예를 들어, 횡동요 저감 탱크를 사용하지 않는 경우에는 주파수비가 대략 1인 공진점 주위에서 선박은 횡동요가 피크값을 갖게 되는데, 횡동요 저감 탱크를 사용하는 경우에는 피크였던 주파수비가 대략 1인 공진점에서 선박의 횡동요가 거의 없을 정도로 감소되지만, 주파수비가 대략 0.8과 1.1 근방에서 각각 새로운 피크를 갖게 되면서 오히려 이런 구간에서는 횡동요 저감 탱크를 사용하지 않는 경우보다 안 좋은 결과를 얻게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 횡동요 저감 탱크의 내부 유동에 댐핑(damping)을 증가시키는 방법이 있는데, 이렇게 되면 뚜렷하던 두 개의 피크가 뭉개지면서, 거의 전 주기영역에서 완만한 형태의 횡동요 값을 갖게 된다.

한편, 횡동요 저감 탱크를 거주구역의 아래에 위치시키는 경우, 선체 내부에 있는 보강벽들의 연속성을 확보해 주어야 구조 안전성을 확보할 수 있으며, 나아가 프로펠러, 엔진 등의 기진원으로부터 전달되는 진동 문제를 줄일 수 있게 된다. 그러나, 보강벽들의 연속성을 만족시키기 위해 횡동요 저감 탱크의 내부에 내부벽을 설치할 경우, 횡동요 저감 탱크 내부의 유체 이동을 어렵게 할 우려가 있으므로, 구조 및 진동 관점뿐만 아니라 횡동요 저감 탱크의 성능까지 고려하여 횡동요 저감 탱크를 설계할 필요가 있다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 횡동요 저감 탱크의 내부에 개구를 갖는 복수의 내부벽을 설치함으로써 횡동요 저감 탱크의 성능을 저하시키지 않으면서도 구조 안전성을 향상시키고 진동에 의한 영향을 저감시킬 수 있는 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물의 횡동요를 감소시키기 위해 설치되는 횡동요 저감 탱크로서, 상기 해상 구조물의 선체 내부에서 좌우현 방향으로 연장되며 내부에 유체가 수용되는 탱크 본체와; 상기 탱크 본체의 내부에서 서로 간격을 두고 이격되어 설치되는 복수의 내부 벽들과; 상기 내부 벽에 형성되는 개구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크가 제공된다.

상기 횡동요 저감 탱크의 내부에 수용된 유체의 유동을 허용하지만 이 내부 유동으로 인한 공진이 발생하지 않도록, 상기 개구는 복수의 상기 내부 벽에 대하여 서로 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 내부 벽의 설치위치는 상기 해상 구조물의 보강 벽의 설치위치와 일치하여 상기 내부 벽은 상기 보강 벽과 일직선상으로 연장되는 것이 바람직하다.

상기 탱크 본체의 내부에 설치되는 복수의 상기 내부 벽들 중에서 좌현측 절반과 우현측 절반은 서로 대칭인 형태의 개구를 갖는 것이 바람직하다.

상기 탱크 본체의 내부에 설치되는 복수의 상기 내부 벽들 중에서 좌현측 절반 혹은 우현측 절반에 포함되는 내부 벽들끼리는 서로 상이한 개구를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물로서, 선체의 갑판 상에 설치되는 거주구역과; 상기 거주구역의 아래에서 상기 선체 내에 배치되는 횡동요 저감 탱크; 를 포함하며, 상기 횡동요 저감 탱크는, 상기 해상 구조물의 좌우현 방향으로 연장되며 내부에 유체가 수용되는 탱크 본체와, 상기 탱크 본체의 내부에서 서로 간격을 두고 이격되어 설치되는 복수의 내부 벽들과, 상기 내부 벽에 형성되는 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크를 가지는 해상 구조물이 제공된다.

상기 선체의 내부에는 선체 보강을 위한 복수의 보강 벽이 설치되고, 상기 횡동요 저감 탱크 내부의 상기 내부 벽과 상기 보강 벽은 일직선상으로 연장되는 것이 바람직하다.

상기 횡동요 저감 탱크의 내부에 수용된 유체의 유동을 허용하지만 이 내부 유동으로 인한 공진이 발생하지 않도록, 상기 개구는 복수의 상기 내부 벽에 대하여 서로 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 개구를 갖는 복수의 내부벽을 내부에 설치한 횡동요 저감 탱크 및 이를 가지는 해상 구조물이 제공된다.

그에 따라 본 발명에 의하면, 횡동요 저감 탱크의 성능을 저하시키지 않으면서도 구조 안전성을 향상시키고 진동에 의한 영향을 저감시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 횡동요 저감 탱크의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 횡동요 저감 탱크가 설치된 해상 구조물의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 횡동요 저감 탱크의 횡동요 저감효과를 확인하기 위한 모형시험의 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 횡동요 저감 탱크를 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 해상 구조물이란, 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 플랜트와 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 Oil 또는 LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 플랜트뿐만 아니라 화물선, 컨테이너선, LNG 수송선 등과 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 횡동요 저감 탱크(20)는, 해상 구조물의 선체 내부에서 좌우현 방향으로 길게 연장되는 대략 직육면체 형상의 탱크 본체(21)와, 이 탱크 본체(21)의 내부에서 서로 간격을 두고 이격되어 설치되는 복수의 내부 벽(23)들과, 이들 복수의 내부 벽(23)에 형성되는 개구(25)를 포함한다.

횡동요 저감 탱크(20)의 해상 구조물(10)의 거주구역(15) 아래에 설치되는 경우, 탱크 본체(21)의 내부에 배치되는 내부 벽(23)들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 해상 구조물(10)의 선체(11) 내부에 보강을 위해 설치되는 복수의 보강 벽(12)들과 일직선상으로 연속되게 설치된다. 그에 따라 갑판(13)의 상부에 설치되는 거주구역(15)의 하중이 내부 벽(23)을 통해 보강 벽(12)으로 전달되어 지지될 수 있어 구조적인 안전성을 확보할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 횡동요 저감 탱크(20)의 탱크 본체(21) 내부에 설치되는 내부 벽(23)은 대략 일정한 간격을 두고 이격된 상태로 배열될 수 있다. 전술한 바와 같이, 내부 벽(23)들의 간격은 선체(11) 내부의 보강 벽(12)들의 간격과 동일하다.

각각의 내부 벽(23)에는 횡동요 저감 탱크(20) 내부에서의 유체의 자유로운 유동을 위해 하나 이상의 개구(25)가 형성된다. 개구(25)의 크기 및 배치 위치는 모든 내부 벽(23)에 있어서 동일하지 않게 정해지는 것이 바람직하다. 도 1을 참조하면, 예를 들어 탱크 본체(21)의 내부에는 총 6개의 내부 벽(23)들이 설치되어 있으며, 좌현측 절반, 즉 좌현측 3개의 내부 벽과 우현측 절반, 즉 우현측 3개의 내부 벽은 서로 대칭인 개구 형상을 갖지만, 좌현측 또는 우현측에 위치되는 내부 벽끼리는 서로 상이한 개구 형상을 갖는다.

예를 들어, 좌현에서 첫번째 내부 벽(23)과 우현에서 첫번째 내부 벽(23)은 중심 부위에 형성된 하나의 개구(25)를 가지며, 좌현에서 두번째 내부 벽(23)과 우현에서 두번째 내부 벽(23)은 중심 부위에 나란히 형성된 2개의 개구(25)를 가지며, 좌현에서 세번째 내부 벽(23)과 우현에서 세번째 내부 벽(23)은 가장자리 부위에 형성된 2개의 개구(25)를 가질 수 있다.

본 발명의 횡동요 저감 탱크(20)에 따르면, 전술한 바와 같이 서로 엇갈리게 형성된 개구(25)를 갖는 복수의 내부 벽(23)들이 탱크 본체(21)의 내부에 배치되어 있으므로, 내부에 수용된 유체의 유동을 허용하지만 이러한 내부 유동으로 인한 공진이 발생하지 않는 구조를 갖는다.

그에 따라, 엇갈린 형태의 개구로 인해 구조 안전성을 확보하면서 진동을 줄이고 내부 유체에 의한 충격하중을 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 의하면, 내부 벽을 이용하여 내부 유동에 댐핑 효과를 발생함으로써, 전 주기 영역에서 횡동요 저감 탱크의 효과를 확보할 수 있다. 이 경우, 개구들이 엇갈려 있으므로, 횡동요 저감 탱크의 공진 주기에서 급격한 wave의 발생이 억제되고 유체충격력이 발생하지 않는다. 한편, 횡동요 저감 탱크를 사용하는 이유는, 선박의 복원성이 너무 좋은 경우인데, 횡동요 저감 탱크를 사용하면 자유표면효과(Free surface effect)에 따라 복원성이 줄게 되고, 선박의 횡동요 주기가 길어지게 되어 전체적으로 횡동요가 줄어드는 효과가 있게 된다. 따라서, 횡동요 저감 탱크의 효과는 내부 유동의 동적 효과 뿐만 아니라 정적 효과(자유표면효과)에 기인하는 부분도 크다. 또한, 내부 벽(23)이 보강 벽(12)과 연속성을 가지고 가기 때문에 구조 안전성을 높일 수 있다. 또한, 구조 연속성 때문에 거주구역(15)이 해상 구조물(10)의 전후로 움직이는 진동 모드에 대해서 보다 높은 강성을 갖게 되어 진동을 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 횡동요 저감 탱크에 대하여, 1m barge를 이용하여 모형시험을 수행하였는데, 계측한 결과는 도 3에 도시된 바와 같다. 사각형은 횡동요 저감 탱크를 사용하지 경우이고, 삼각형은 횡동요 저감 탱크를 사용했지만 내부재가 없는 경우, 즉, 내부 벽이 없는 경우이고, 동그라미는 본 발명과 같이 내부 벽에 개구를 엇갈리게 형성한 경우이다. 도 3을 통하여 본 발명의 횡동요 저감 탱크가 횡동요를 효율적으로 저감시키고 있음을 알 수 있다.

이상과 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

10 : 해상 구조물 11 : 선체
12 : 보강 벽 13 : 갑판
15 : 거주구역 20 : 횡동요 저감 탱크
21 : 탱크 본체 23 : 내부 벽
25 : 개구

Claims (8)

1. 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물의 횡동요를 감소시키기 위해 설치되는 횡동요 저감 탱크로서,
   상기 해상 구조물의 선체 내부에서 좌우현 방향으로 연장되며 내부에 유체가 수용되는 탱크 본체와;
   상기 탱크 본체의 내부에서 서로 간격을 두고 이격되어 설치되는 복수의 내부 벽들과;
   상기 내부 벽에 형성되는 개구;
   를 포함하며,
   상기 횡동요 저감 탱크의 내부에 수용된 유체의 유동을 허용하지만 이 내부 유동으로 인한 공진이 발생하지 않도록, 상기 개구는 복수의 상기 내부 벽에 대하여 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부 벽의 설치위치는 상기 해상 구조물의 보강 벽의 설치위치와 일치하여 상기 내부 벽은 상기 보강 벽과 일직선상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 탱크 본체의 내부에 설치되는 복수의 상기 내부 벽들 중에서 좌현측 절반과 우현측 절반은 서로 대칭인 형태의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 탱크 본체의 내부에 설치되는 복수의 상기 내부 벽들 중에서 좌현측 절반 혹은 우현측 절반에 포함되는 내부 벽들끼리는 서로 상이한 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크.
6. 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 구조물로서,
   선체의 갑판 상에 설치되는 거주구역과;
   상기 거주구역의 아래에서 상기 선체 내에 배치되는 횡동요 저감 탱크; 를 포함하며,
   상기 횡동요 저감 탱크는, 상기 해상 구조물의 좌우현 방향으로 연장되며 내부에 유체가 수용되는 탱크 본체와, 상기 탱크 본체의 내부에서 서로 간격을 두고 이격되어 설치되는 복수의 내부 벽들과, 상기 내부 벽에 형성되는 개구를 포함하며,
   상기 횡동요 저감 탱크의 내부에 수용된 유체의 유동을 허용하지만 이 내부 유동으로 인한 공진이 발생하지 않도록, 상기 개구는 복수의 상기 내부 벽에 대하여 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크를 가지는 해상 구조물.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 선체의 내부에는 선체 보강을 위한 복수의 보강 벽이 설치되고, 상기 횡동요 저감 탱크 내부의 상기 내부 벽과 상기 보강 벽은 일직선상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감 탱크를 가지는 해상 구조물.
8. 삭제

Images