KR101454775B1 - 동요 억제 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양구조물 또는 선박이 파도 등에 의해 발생할 수 있는 롤링(rolling), 피칭(pitching), 히브(heave) 등의 동요를 효과적으로 억제하기 위한 동요 억제 장치에 관한 것이다
동요 억제 장치는, 해양구조물 또는 선박의 수면 아래 부분의 일측에 돌출 형성된 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트에 인접한 적어도 하나의 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 탄성 결합하는 탄성 부재를 포함한다.

Description

동요 억제 장치{Apparatus for attenuating vibration}

본 발명은 동요(動搖) 억제 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해양구조물 또는 선박이 파도 등에 의해 발생할 수 있는 롤링(rolling), 피칭(pitching), 히브(heave) 등의 동요를 효과적으로 억제하기 위한 동요 억제 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박이나 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO, floating production storage and offloading) 등의 해양구조물은 운행 중 또는 정지시에 항상 파도에 의해 영향을 받는다. 따라서, 선박이나 해양구조물은 항상 롤링(rolling), 피칭(pitching), 히브(heave) 등을 불리는 동요 상태에 놓이게 된다.

예를 들어, 해양구조물 중의 하나인 텐션 레그 플래폼(TLP, tension leg platform)은 해양에서 단독으로 계류 중에 원유를 시추 또는 생산하는 장치로서, 주기적으로 파도에 노출된다. 이때, 해양구조물에 영향을 주는 파도의 진동수가 해양구조물의 고유 진동수와 일치하는 경우, 공진 현상이 발생하여 진동의 폭이 증가하여 해양구조물의 동요가 심하게 된다. 이 경우 해양구조물은 진동에 의해 파손될 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 선박과 해양구조물은 각종 장치와 부가물을 이용하여 각종 동요를 억제하기 위하여 노력한다. 선박과 해양 구조물의 진동을 억제하기 위하여 가장 보편적으로 사용되는 부가물은 선체의 측부로 돌출된 빌지킬이다.

이러한 빌지킬은 1차적 감쇄 효과를 갖고 있으나, 빌지킬의 크기나 형상 등을 고려할 때, 선박이나 해양 구조물의 진동을 효과적으로 감쇄하는데 한계를 가지고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0008331호 2012. 1. 30

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 해양구조물 또는 선박이 파도 등에 의해 발생할 수 있는 롤링(rolling), 피칭(pitching), 히브(heave) 등의 동요를 효과적으로 억제하기 위한 동요 억제 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 동요 억제 장치는, 해양구조물 또는 선박의 수면 아래 부분의 일측에 돌출 형성된 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트에 인접한 적어도 하나의 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 탄성 결합하는 탄성 부재를 포함한다.

상기 제1 플레이트는 수평면과 평행을 이루는 수평부와, 상기 수평부에 경사를 이루며 결합된 경사부를 포함할 수 있다.

상기 제2 플레이트는 상기 수평부와 상기 경사부에 각각 탄성 결합될 수있다.

상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 서로 동일 평면상에 배치될 수 있다.

상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 서로 평행하게 배치되며 상기 탄성부재는 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치될 수 있다.

상기 제2 플레이트는 복수 개로 분할 형성되어 각각 독립적으로 상기 제1 플레이트에 탄성 결합될 수 있다.

상기 제2 플레이트는 복수 개로 형성되어 상기 제1 플레이트를 사이에 두고 상기 제1 플레이트의 양면에 각각 결합될 수 있다.

선박 또는 해양구조물의 수면 아래 부분에 본 발명에 따른 동요 억제 장치를 부착함으로써, 선박 또는 해양구조물의 롤링, 피칭, 히브 등의 동요를 효과적으로 제어할 수 있다.

특히, 선박 또는 해양구조물이 일정한 진동수로 진동을 하는 경우, 동요 억제 장치는 일종의 동흡진기 역할을 하여 동요를 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

또한, 동요 억제 장치는 기존의 선박 또는 해양구조물에 간단하게 부착이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동요 억제 장치가 부착된 해양구조물의 사시도이다.
도 2는 도 1의 동요 억제 장치를 확대한 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 동요 억제 장치를 A-A 선으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 동요 억제 장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치가 부착된 해양구조물의 부분 사시도이다.
도 6은 도 5의 동요 억제 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치가 부착된 해양구조물의 부분 사시도이다.
도 8은 도 7의 동요 억제 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예 따른 동요 억제 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동요 억제 장치가 부착된 해양구조물의 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동요 억제 장치(100)는 선박 또는 해양구조물에 부착되어, 파도에 의한 선박 또는 해양구조물의 동요를 억제하기 위한 장치이다. 여기서, 선박 또는 해양구조물이라 함은, 해상에 부유하거나 고정되어 있는 모든 사실상 모든 구조체를 의미하는 것으로서, 자체 동력 또는 다른 추진체의 도움을 받아 이동이 가능하거나 이동 불가능한 구조물을 모두 의미한다. 즉, 몸체의 일부분이 수면 아래에 위치하여 해수에 의한 영향을 받는 모든 구조물을 의미한다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 해양구조물 중의 하나인 텐션 레그 플래폼(TLP, tension leg platform)에 부착된 동요 억제 장치를 예로써 설명하나, 동요 억제 장치는 상기 정의에 의한 선박 또는 해양구조물 중 어떠한 것에도 적용될 수 있을 것이다.

도 1을 참조하면, 해양구조물(1)은 수면 위에 위치하는 상부 구조물(10)과, 수면 아래에 위치하는 하부 구조물(30)과, 상부 구조물(10)과 하부 구조물(30)을 연결하는 컬럼(20)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동요 억제 장치(100)는 해양구조물(1)의 수면 아래 부분에 위치하는 하부 구조물(30)의 일측에 돌출 형성된다. 동요 억제 장치(100)는 수중에 위치하여 해양구조물(1)이 롤링(rolling) 또는 히브(heave) 운동을 할 때, 물에 의한 저항을 발생시켜 동요를 억제하는 작용을 한다. 따라서, 동요 억제 장치(100)는 해양구조물(1)의 롤링과 히브 운동을 모두 감쇄할 수 있다.

동요 억제 장치(100)는 해양구조물(1)의 수면 아래 부분에 수평 방향을 따라 부착될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 해양구조물(1)의 네 면에 모두 설치가 될 수 있으며, 필요에 따라서는 서로 대칭이 되는 양면에만 설치될 수 있다.

동요 억제 장치(100)는 수평부(111)와 경사부(112)를 모두 포함하는 제1 플레이트(110)를 포함하여, 히브와 롤링 운동을 모두 제어할 수 있으며, 제1 플레이트(110)에 탄성 결합된 제2 플레이트(120)를 포함하여, 히브와 롤링의 감쇄 효과를 높일 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 동요 억제 장치(100)에 관하여 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 동요 억제 장치를 확대한 부분 사시도이고, 도 3은 도 2의 동요 억제 장치를 A-A 선으로 절단한 단면도이고, 도 4는 도 1의 동요 억제 장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동요 억제 장치(100)는 해양구조물(1)의 수면 아래 부분의 일측에 돌출 형성된 제1 플레이트(110)와, 제1 플레이트(110)와 평행하게 배치된 제2 플레이트(120)와, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)를 결합하는 탄성부재(130)를 포함한다.

제1 플레이트(110)는 평판 형상으로 형성되어 해양구조물(1)의 하부 구조물(30)에 수평 방향으로 부착될 수 있다. 즉, 제1 플레이트(110)는 수평면과 평행하게 배치되어 해양구조물(1)의 히브 운동을 효과적으로 제어할 수 있도록 배치될 수 있다.

다만, 제1 플레이트(110)는 수평면과 평행하게 부착되는 것에 한정될 것은 아니며, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 수평면과 평행을 이루는 수평부(111)와, 수평부(111)에 경사를 이루며 부착된 경사부(112)를 포함할 수 있다.

경사부(112)는 수평부(111)에 연장되어, 수평부(111)로부터 비스듬하게 아래로 경사지거나, 위로 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 경사부(112)는 해양구조물(1)의 부착 위치에 따라 아래로 경사지거나, 위로 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같은, 경사부(112)는 동요 억제 장치(100)가 해양구조물(1)의 모서리 부분에 부착될 때, 롤링 운동 제어에 효과적일 수 있다. 즉, 해양구조물(1)이 회전 운동을 할 때, 경사부(112)는 수직 방향으로 저항력을 받게 되어 해양구조물(1)의 회전 운동을 감쇄시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 동요 억제 장치(100)는 하부 구조물(30)에 수평부(111)가 부착되고, 경사부(112)는 수평부(111)에 연장되어 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니며, 하부 구조물(30)에 경사부(112)가 부착되고 수평부(111)가 경사부(112)로부터 연장될 수도 있을 것이다.

제2 플레이트(120)는 분할 형성되어, 제2 수평 플레이트(120a)와 제2 경사 플레이트(120b)를 포함할 수 있다. 제2 수평 플레이트(120a)와 제2 경사 플레이트(120b)는 수평부(111)와 경사부(112)에 각각 탄성 결합될 수 있으며, 제1 플레이트(110)의 양면 또는 일면에 결합될 수 있다.

제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)에 탄성 결합되어 있어, 해양구조물(1)의 움직임으로 인하여 발생되는 해수와의 저항력을 감쇄하는 역할을 한다. 해양구조물(1)이 움직일 때, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)는 동시에 해수에 의한 저항력을 받는다.

도 4를 참조하여, 동요 억제 장치(100)의 동작 과정을 상세히 설명한다.

제1 플레이트(110)는 해양구조물(1)에 직접 고정되어 있어, 직접적인 저항력을 발생시켜 해양구조물(1)의 움직임을 제한한다. 그러나, 제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)에 탄성 결합되어 있어, 제2 플레이트(120)에 작용하는 저항력은 해양구조물(1)에 직접 전달되지 않는다.

제2 플레이트(120)에 작용하는 저항력은 탄성부재(130)를 통하여 제1 플레이트(110)와 해양구조물(1)에 전달된다. 즉, 제2 플레이트(120)에 작용하는 저항력은 1차적으로 탄성부재(130)에 일부 흡수가 되고, 탄성부재(130)의 복원력에 의해 2차적으로 다시 해양구조물(1)에 전달된다. 이와 같은 구조는 일종의 동흡진기 역할을 할 수 있어, 일정한 주기로 동요하는 해양구조물(1)의 운동을 효과적으로 제어할 수 있다.

특히, 제2 수평 플레이트(120a)와 제2 경사 플레이트(120b)는 수평부(111)와 경사부(112)에 각각 탄성 결합되어 있어, 주기적인 히브 운동뿐만 아니라, 주기적인 롤링 운동에 대해서도 효과적으로 억제 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 제1 플레이트(110)는 해양구조물(1)에 고정된 돌출 구조물로서, 해류나 파도 등에 의한 힘을 해양구조물(1)에 직접 전달할 수 있다. 이와 같은 힘은 해양구조물(1)에 또 다른 동요를 발생시키는 원동력이 될 수 있다.

반면에, 제2 플레이트(120)는 해류나 파도 등에 의한 힘을 1차적으로 감쇄하여, 그 힘이 직접 해양구조물(1)에 전달되는 것을 방지할 수 있어, 해양구조물(1)의 동요를 억제하는 효과를 높일 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치가 부착된 해양구조물의 부분 사시도이고, 도 6은 도 5의 동요 억제 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치(200)는 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)가 서로 동일 평면상에 배치된다. 구체적으로, 제1 플레이트(210)는 해양구조물(1)의 일측에 돌출되어 형성되며, 제2 플레이트(220)는 제1 플레이트(210)에 연장되어, 동일 평면을 이루도록 배치된다.

제2 플레이트(220)는 탄성부재(230)를 매개로 제1 플레이트(210)에 결합될 수 있다. 탄성부재(230)는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 용수철 형태로 한정될 것은 아니다. 예를 들어, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)는 힌지 결합을 할 수 있으며, 힌지 부분이 탄성을 갖고 있어 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 사이에 탄성 결합이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 사이를 고무와 같은 탄성체를 결합하여 연결할 수도 있다.

제1 플레이트(210)는 이전 실시예에서 설명한 바와 같이 해양구조물(1)에 직접 연결되어, 해양구조물(1)의 운동을 직접 감쇄시킬 수 있으며, 제2 플레이트(220)는 탄성부재(230)를 매개로 해양구조물(1)의 운동을 감쇄시킬 수 있다.

도 6을 참조하면, 해양구조물(1)이 상하 운동을 할 때, 제1 플레이트(210)는 해양구조물(1)과 동일하게 운동을 하지만, 제2 플레이트(220)는 제1 플레이트(210)를 따라가는 운동을 하게 된다. 따라서, 제2 플레이트(220)는 제1 플레이트(210)와 일정 각도를 이루며 반복 운동을 하게 된다. 이와 같은 제2 플레이트(220)의 동작은 전술한 바와 같이, 동흡진기와 같은 역할을 하면서 해양구조물(1)의 주기적인 운동을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)는 반드시 동일 평면상에 배치되는 것에 한정할 것은 아니며, 서로 일정한 경사각을 유지하면 결합될 수 있다. 즉, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)는 해양구조물(1)의 부착 위치에 따라 서로의 결합 각을 조절할 수 있다.

또한, 필요에 따라서는 제2 플레이트(220)의 말단부에 또 다른 탄성 결합을 하는 플레이트(도시하지 않음)를 추가할 수도 있으며, 제1 플레이트(210) 또는 제2 플레이트(220)에 평행을 이루는 또 다른 플레이트(도시하지 않음)을 더 포함할 수도 있다. 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)의 결합 형태와 그 수는 해양구조물(1)의 크기 및 운동 형태에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치가 부착된 해양구조물의 부분 사시도이고, 도 8은 도 7의 동요 억제 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동요 억제 장치(300)는 제2 플레이트(320)가 복수 개로 분할되어 독립적으로 제1 플레이트(110)에 탄성 결합된다. 구체적으로, 제1 플레이트(110)는 수평부(111)와 경사부(112)를 포함하며, 해양구조물(1)의 일측에 돌출 형성되고, 제2 플레이트(320)는 수평부(111)와 경사부(112)에 각각 독립적으로 탄성결합 될 수 있다.

제2 플레이트(320)는 제2 수평 플레이트(320a)와 제2 경사 플레이트(320b)를 포함하여, 수평부(111)와 경사부(112)에 각각 독립적으로 결합됨으로써, 해양구조물(1)의 동요를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 수평 플레이트(320a)와 제2 경사 플레이트(320b)는 수평부(111)와 경사부(112)에 각각 다른 탄성계수를 갖는 탄성부재(130)에 의해 결합될 수 있다.

해양구조물(1)의 롤링과 히브 특성이 서로 다른 주기를 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 수평 플레이트(320a)와 제2 경사 플레이트(320b)는 수평부(111)와 경사부(112)에 각각 서로 다른 탄성계수를 갖는 탄성부재(130)로 결합되어, 롤링과 히브를 효과적으로 제어할 수 있다.

또한, 같은 수평부(111)와 경사부(112)에 결합되는 제2 플레이트(320)의 경우에도 인접한 제2 플레이트(320)에 결합된는 탄성부재(130)의 탄성계수를 다르게 조절할 수 있다. 예를 들어, 해양구조물(1)에 입력되는 외력의 주기 특성이 복합된 주기 특성을 가질 때, 탄성부재(130)의 탄성계수를 서로 다르게 조절할 수 있다.

다시 말하여, 제2 플레이트(320)는 결합되는 탄성부재(130)의 탄성계수를 조절하여 몇 개의 그룹으로 나누고, 각 제2 플레이트(320)의 그룹을 제1 플레이트(110) 상에 균일하게 배열할 수 있다.

제2 플레이트(320)는 형상과 면적을 다양하게 변화시킬 수 있다. 실제로 제2 플레이트(320)에 의해 제어되는 해양구조물(1)의 운동량은 제2 플레이트(320)와 제1 플레이트(110) 사이의 탄성부재(130)의 탄성계수뿐만 아니라 제2 플레이트(320)의 면적이 크게 영향을 줄 수 있다. 따라서, 제2 플레이트(320)의 면적을 적절히 조절하면, 해양구조물(1)의 동요를 효과적으로 제어할 수 있다.

제2 플레이트(320)는 제1 플레이트(110)의 양면에 결합된 탄성부재(130)의 탄성계수를 서로 다르게 조절할 수도 있으며, 양면에 결합된 제2 플레이트(320)의 면적을 다르게 조절할 수도 있다.

도 8을 참조하면, 제2 플레이트(320)는 해양구조물(1)이 상하로 운동을 할 때, 반드시 제1 플레이트(110)의 수직 방향으로 이동하는 것은 아니며, 다양한 방향으로 움직이며 힘을 감쇄시킬 수 있다. 이러한 제2 플레이트(320)의 움직임은 해양구조물(1)의 미세 요동을 효과적으로 제어할 수 있다.

또한, 해류나 파도 등이 직접적으로 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(320)에 외력을 가할 경우, 해양구조물(1)이 직접 영향을 받아 동요가 발생할 수 있다. 이때, 제2 플레이트(320)는 1차적으로 외력을 감쇄하여 해양구조물(1)이 받는 영향을 최소화할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 해양구조물 10: 상부 구조물
20: 컬럼 30: 하부 구조물
100: 동요 억제 장치 110, 210: 제1 플레이트
111: 수평부 112: 경사부
120, 220, 320: 제2 플레이트 130: 탄성 부재

Claims (7)

1. 해양구조물 또는 선박의 수면 아래 부분의 일측에 돌출 형성된 제1 플레이트;
   상기 제1 플레이트에 인접한 적어도 하나의 제2 플레이트; 및
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 탄성 결합하는 탄성 부재를 포함하되,
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 서로 평행하게 배치되며, 상기 탄성부재는 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되는 동요 억제 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 플레이트는 수평면과 평행을 이루는 수평부와, 상기 수평부에 경사를 이루며 결합된 경사부를 포함하는 동요 억제 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 플레이트는 상기 수평부와 상기 경사부에 각각 탄성 결합되는 동요 억제 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 플레이트는 복수 개로 분할 형성되어 각각 독립적으로 상기 제1 플레이트에 탄성 결합되는 동요 억제 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 플레이트는 복수 개로 형성되어 상기 제1 플레이트를 사이에 두고 상기 제1 플레이트의 양면에 각각 결합되는 동요 억제 장치.
   

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