KR101208676B1 - 선박용 벨마우스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박용 벨마우스의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 저비용, 경량화 및 고강도를 이루어낼 수 있으며, 물 또는 기름에 의한 산화부식에 취약했던 종래 기술의 문제를 효율적으로 개선할 수 있고, 선박의 항해시 내진동성이 우수한 선박용 벨마우스에 관한 것으로서, 상하 관통되고, 상협하광으로 형성된 본체와, 상기 본체의 상부와 연통되고, 연결관이 삽입되어 점탄성 접착제를 매개로 결합되는 플랜지와, 상기 본체의 하부 내면에 형성된 복수의 리브를 포함하고, 상기 본체, 플랜지 및 리브는, 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)에 의해 일체로 제작되고, 상기 플랜지는, 외주면에 복수의 볼트홀이 관통 형성되고, 상기 연결관이 내부로 삽입되면 상기 볼트홀에 볼트를 결합시켜 상기 연결관의 외주면을 압박 고정하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 벨마우스{BELL MOUTH FOR SHIP}
본 발명은 유조선의 카고나 밸러스트수를 흡입 및 배출하는 선박용 벨마우스에 관한 것이다.
화물의 운송을 목적으로 하는 화물선은 거주설비를 간소화하고, 선창을 크게 하여 하역 설비에 중점을 두어 일시에 대량의 화물을 안전하고, 신속하게 운반하도록 설계된다.
이러한 화물선은 운송화물의 종류에 따라 크게 원유와 석유화합물 등을 운송하는 유조선과, 철광석 및 곡물 등을 운송하는 건하물선과, 두 가지 화물을 동시에 운송하는 겸용선으로 분류할 수 있다.
상기 유조선은 액상의 화물(Cargo)을 드럼(Drum) 등의 용기에 넣지 않고, 선창 내에 직접 산적하여 운송하는 화물선으로서, 원유를 운송하는 원유운반선, 정유한 석유제품을 운송하는 정유운반선, 특정 화학제품을 운송하는 화학제품운반선 및 가스류를 액화시켜 운송하는 가스운반선 등이 있다.
이러한 유조선은 액상의 화물, 즉 카고의 취급을 위해 마련되는 카고 핸들링 시스템이 설치되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 카고 핸들링 시스템(10)은 선체(20)의 좌우측에 위치함과 아울러 길이방향으로 배열되는 다수의 카고 탱크(11, 12)와, 카고 탱크(11, 12)마다 설치되어 카고의 양하역을 위해 카고를 흡입 및 배출하는 다수의 벨마우스(13)와, 상기 벨마우스(13)에 연결되어 카고의 양하역을 위한 통로를 제공하는 연결관(14)을 포함하여 이루어진다.
상기 벨마우스(13)는 유조선에 있어서 액상의 화물, 즉 카고를 흡입 및 배출하기 위한 것일 뿐만 아니라, 선박 항해시 선박의 균형을 위해 바닷물, 즉 밸러스트수를 흡입 및 배출하는 것으로도 사용된다.
이러한 종래의 선박용 벨마우스(13)는 스틸, 즉 강재로 제작되는데 제작 단가가 비싸며, 무게가 많이 나가기 때문에 운반, 제작, 설치 및 해제시 상당히 불편한 문제가 있다. 또한, 벨마우스(13) 부근에서 유체의 흡입 및 배출에 의한 유속이 강해 와류에 의한 캐비테이션으로 충격 및 진동에 의한 파손에 취약하고, 특히 바닷물이나 기름에 의한 산화부식으로 인해 사용 수명이 짧아 빈번한 교체가 이루어져야 하는 문제가 있다.
더욱이, 선박의 항해시 파도나 악천후에 의해 선박 내부에 진동이 발생하게 되고, 이러한 진동은 벨마우스(13)에도 전달되어 진동에 따른 파손 위험이 잔존하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 선박용 벨마우스의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 저비용, 경량화 및 고강도를 이루어낼 수 있으며, 물 또는 기름에 의한 산화부식에 취약했던 종래 기술의 문제를 효율적으로 개선할 수 있고, 선박의 항해시 내진동성이 우수한 선박용 벨마우스를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박용 벨마우스는, 상하 관통되고, 상협하광으로 형성된 본체와, 상기 본체의 상부와 연통되고, 연결관이 삽입되어 점탄성 접착제를 매개로 결합되는 플랜지와, 상기 본체의 하부 내면에 형성된 복수의 리브를 포함하고, 상기 본체, 플랜지 및 리브는, 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)에 의해 일체로 제작되고, 상기 플랜지는, 외주면에 복수의 볼트홀이 관통 형성되고, 상기 연결관이 내부로 삽입되면 상기 볼트홀에 볼트를 결합시켜 상기 연결관의 외주면을 압박 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점탄성 접착제는 에폭시인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 볼트는, 무두렌치볼트인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결관이 상기 플랜지의 내부로 삽입될 때 상기 연결관의 하단이 상기 본체의 상단에 걸리도록 상기 본체의 상단 내부에 돌출 형성된 걸림턱을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 걸림턱은, 상기 본체, 플랜지 및 리브와 함께 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)에 의해 일체로 제작된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 선박용 벨마우스는, 본체와 플랜지 및 리브를 일체로 섬유강화 복합소재로 제작함으로써 벨마우스의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 와류에 의한 캐비텐이션의 진동 및 충격하중을 쉽게 견딜 수 있어 고강도를 이루어낼 수 있으며, 저가이면서도 비중이 훨씬 낮아 생산성 향상 및 경량화를 실현할 수 있다.
또한, 연결관을 플랜지에 점탄성 접착제를 매개로 삽입시킴과 동시에 볼트 결합시켜 선박의 항해시 파도나 악천후에도 내진동성을 확보하여 선박용 벨마우스의 견고한 고정을 이루어낼 수 있다.
도 1은 일반적인 선박용 카고 핸들링 시스템에 관한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 선박용 벨마우스의 제1 실시예를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2의 실시예의 측단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 선박용 벨마우스의 제2 실시예를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 실시예의 측단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선박용 벨마우스의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 벨마우스는 본체(100), 플랜지(200), 리브(300)를 포함하여 이루어지고, 걸림턱(400)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 플랜지(200)는 볼트(202)가 결합되는 볼트홀(201)을 포함한다.
본 발명의 선박용 벨마우스는 선박의 카고 핸들링 시스템에서 카고, 즉 액상의 화물을 흡입 및 배출하는 것으로서 또는 선박의 균형을 위해 바닷물, 즉 밸러스트수를 흡입 및 배출하는 흡입구나 배출구로서 사용된다. 이때, 본 발명의 선박용 벨마우스는 펌프(미도시)와 연결된 연결관(210)과 상기 플랜지(200)가 결합되어 본 발명의 선박용 벨마우스에서 흡입된 카고나 밸러스트수는 상기 연결관(210)을 통해 이동한다.
이러한 본 발명의 선박용 벨마우스는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 상하 관통되고, 상협하광으로 형성된 본체(100)와, 상기 본체(100)의 상부에 연결관(210)이 결합되도록 형성된 플랜지(200)와, 상기 본체(100)의 하부 내면에 형성된 복수의 리브(300)를 포함하여 이루어진다. 본체(100)는 하단면이 원형 또는 타원형으로서 유체의 흡입 및 배출이 용이하도록 제작되며, 플랜지(200)는 상기 본체(100)의 상부와 연통되고, 연결관(210)이 삽입되어 점탄성 접착제(220)를 매개로 결합된다. 리브(300)는 3개 또는 4개로 복수가 구비되어 상기 본체(100)의 하부 내면에 형성되며, 상기 리브(300)는 본체(100)의 하부로 흡입되는 유체가 회전하지 않고, 정상유동이 이루어질 수 있도록 도와준다. 특히, 상기 리브(300)는 상기 본체(100)의 하단면으로부터 하방으로 돌출되도록 형성되어 선체의 바닥면과 일정 거리를 유지한 채 고정될 수 있고, 유체의 흡입 및 배출을 보다 용이하게 한다.
상기와 같은 본체(100), 플랜지(200) 및 리브(300)는 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성이 우수한 섬유강화 복합소재(FRP: Fiber Reinforced Plastics)로 제작되는 것에 그 특징이 있다. 상기 섬유강화 복합소재는 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 수지로 다층 접착하여 경화시킨 복합재료로서, 철강 소재에 비하여 경량으로 구조물을 만들 수 있는 것은 물론, 제작이 용이하고 기계적인 강도는 오히려 향상될 수 있다. 특히, 상기 섬유강화 복합소재는 고분자 재료에 첨가되는 섬유재의 종류에 따라 강도를 조절할 수 있고, 비중이 1.6 정도로 제작할 수 있어서 비중이 7.85인 강철 소재에 비하여 매우 경량으로 제작할 수 있는 이점이 있다. 즉, 종래의 강철 소재인 선박용 벨마우스에 비하여 본 발명의 섬유강화 복합소재로 제작된 선박용 벨마우스는 경량으로 설치 및 작업의 편리성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위한 섬유재로 사용되는 소재로는 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유, 보론섬유, SiC섬유 및 Al2O3섬유 등이 있으며, 상기 섬유재는 그 방향성에 따라 일정한 방향성 없이 산개되어 있는 Non-Axial Type, 일방향성을 갖는 Mono-Axial Type, 이방향성을 갖는 Biaxial Type 및 그 이상의 방향성을 갖는 Multi-Axial Type 등으로 구별된다. 상기 섬유강화 복합소재는 전술한 섬유재 각각의 소재 및 그 방향성에 따라 기계적 물성이 달라진다. 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위해 전술한 섬유재를 다층 접착하는 수지로는 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지가 이용된다.
본 발명의 선박용 벨마우스는 유체의 흡입 및 배출시 결합된 연결관(210)을 통해 한 곳에서 다른 곳으로 카고 또는 밸러스트수를 이동시키는데, 상기 연결관(210)은 도 3 및 5에 도시된 바와 같이 본체(100)의 상부에 연통된 플랜지(200)에 삽입되어 점탄성 접착제(220)를 매개로 결합된다. 이때, 상기 플랜지(200)의 내주면 또는 연결관(210)의 외주면에 점탄성 접착제(220)를 도포한 후 상기 연결관(210)을 플랜지(200)의 내부로 삽입시킨다. 다만, 상기 점탄성 접착제(220)는 즉시 경화되는 것이 아니라 온도에 따라 경화시간이 달라진다. 따라서, 점탄성 접착제(220)가 경화될 때까지 상기 플랜지(200)와 연결관(210)의 결합된 상태를 고정시켜 줄 필요가 있다. 즉, 상기 플랜지(200)는 외주면에 복수의 볼트홀(201)이 관통 형성되고, 상기 연결관(210)이 내부로 삽입되면 상기 볼트홀(201)에 볼트(202)를 결합시켜 상기 연결관(210)의 외주면을 압박 고정한다. 따라서, 상기 플랜지(200) 내부로 연결관(210)이 삽입됨과 동시에 점탄성 접착제(220)를 매개로 본딩 결합되고, 이때 상기 플랜지(220)의 외주면에 형성된 볼트홀(201)에 볼트(202)를 결합시켜 상기 볼트(202)의 끝단부가 상기 연결관(210)의 외주면을 압박 고정하게 되며, 결국 플랜지(220) 내부로 연결관(210)이 삽입된 상태에서 점탄성 접착제(220)가 경화되어 플랜지(220)와 연결관(210)의 견고한 결합을 이루어낼 수 있다.
상기 점탄성 접착제(220)에 있어서 점탄성은 하중에 의한 빠른 변형에는 어긋나는 탄성을 나타내고, 느린 변형에서는 점성 유동을 나타내는 역학적인 성질을 말하며, 이런한 특성을 가진 물체를 점탄성체라고 한다. 즉, 상기 점탄성 접착제(220)는 점탄성을 가진 접착제로서 일반적으로 에폭시 계열, 실리콘 계열 또는 우레탄 계열 등이 널리 사용된다. 그 중에서도 에폭시 계열은 경화시 중량 변화율이 작고, 비틀림이나 변형이 없어 내구성이 뛰어나며, 경화 후 응력변화에 따른 내구성이 우수한 특징이 있어 본 발명의 점탄성 접착제(220)의 소재로서 가장 바람직하다.
상기 플랜지(220) 내부로 연결관(210)이 삽입되어 점탄성 접착제(220)를 매개로 결합된 후 플랜지(220)의 외주면에 형성된 볼트홀(201)을 통해 결합된 볼트(202)에 의해 연결관(210)은 압박 고정되는데, 상기 볼트(202)는 상기 볼트홀(201)을 관통하여 상기 연결관(210)의 외주면을 압박할 수 있는 것이라면 어떠한 볼트라도 상관없다. 다만, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 일반적인 볼트(201)인 경우에는 플랜지(220)의 외주면 밖으로 머리가 튀어나오는 등 외부 작업시 튀어나온 볼트(201)에 걸리거나 외관이 미려하지 않다는 문제가 있다. 이러한 문제를 방지코자 상기 볼트(201)는 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 무두볼트를 사용하여 플랜지(220)의 내부로 삽입되도록 할 수 있으며, 볼트(201)의 회전력이 용이하게 전달되도록 무두렌치볼트를 사용할 수 있다.
한편, 상기 연결관(210)이 플랜지(220)의 내부로 삽입될 때 본체(100)의 상단과 플랜지(220)는 연통되어 있어 연결관(210)의 끝단이 본체(100)의 내부까지 계속적으로 삽입될 수도 있다. 연결관(210)이 본체(100) 내부까지 삽입된다면 본체(100)의 하단으로부터 상단까지 제대로 된 유체의 흡입이 이루어지지 못할 수 있다. 이러한 문제를 원천적으로 방지하고, 연결관(210)이 플랜지(220)와 정확하게 결합될 수 있도록 하기 위하여 연결관(210)이 본체(100) 내부로 더 이상 삽입되지 않도록 걸림턱(400)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 걸림턱(400)은 상기 연결관(210)이 상기 플랜지(200)의 내부로 삽입될 때 상기 연결관(210)의 하단이 상기 본체(100)의 상단에 걸리도록 상기 본체(100)의 상단 내부에 돌출 형성된다. 상기와 같은 걸림턱(400)을 통해 연결관(210)의 끝단부가 걸림턱(400)에 걸려 하방으로 더 이상 삽입되지 않음은 물론이고, 플랜지(200)와 연결관(210) 사이에 개재되는 점탄성 접착제(220) 역시 걸림턱(400)을 벗어날 수 없어 플랜지(200)와 연결관(210) 사이에서 낭비 없이 접착에만 사용될 수 있다. 이때, 상기 걸림턱(400) 역시 상기 본체(100), 플랜지(200) 및 리브(300)와 함께 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)에 의해 일체로 제작될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 선박용 벨마우스는 종래 스틸 재질의 선박용 벨마우스가 용접 결합되는 것과 달리, 섬유강화 복합소재로 된 플랜지(200)가 연결관(210)과 간단히 점탄성 접착제(220)를 매개로 본딩 결합됨과 동시에 볼트 고정되어 용접 불량에 의한 누수 또는 누유를 원천적으로 방지할 수 있음은 물론, 보다 견고한 결합을 이루어낼 수 있고, 선박의 항해시 파도나 악천후 등에 의한 진동에도 점탄성 접착제(220)를 매개로 한 플랜지(200)와 연결관(210)의 결합에 내진동성을 부여할 수 있다.
본 발명의 선박용 벨마우스의 제작 및 설치 방법에 대해 살펴보면, 상기 본체(100), 플랜지(200) 및 리브(300)의 형상을 갖는 틀(미도시)을 먼저 준비하고, 상기 틀의 내표면에 왁스층을 형성한 다음, 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 수지로 다층 접착하여 경화시킨 후, 상기 틀을 떼어낸다. 이때, 상기 본체(100)의 상단에 걸림턱(400)을 형성하는 경우에는 상기 걸림턱(400)의 형상이 더해질 수 있다. 다음으로, 상기 플랜지(200)의 외주면에 복수의 볼트홀(201)을 뚫은 후 상기 본체(100), 플랜지(200) 및 리브(300)의 외표면에 겔코우트용 수지(미도시)를 코팅하여 외관을 미려하게 함과 동시에 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성을 더욱 강화시킴으로써 바닷물 및 기름에 의한 산화부식의 문제를 보다 효율적으로 개선할 수 있다. 상기와 같이 제작된 본 발명의 선박용 벨마우스를 연결관(210)에 설치하게 되는데, 연결관(210)의 외주면 또는 플랜지(200)의 내주면에 점탄성 접착제(220)를 도포하고, 연결관(210)을 플랜지(200)의 내부로 삽입시킨다. 삽입된 연결관(210)은 플랜지(200)와 점탄성 접착제(220)를 매개로 본딩 결합되는데, 이때 점탄성 접착제(220)가 경화될 때까지 플랜지(200)에 삽입된 연결관(210)을 고정시키도록 플랜지(200)의 외주면에 형성된 볼트홀(201)에 볼트(202)를 결합시켜 볼트(202)의 끝단부가 상기 연결관(210)의 외주면을 압박 고정하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 본체
200 : 플랜지
201 : 볼트홀 202 : 볼트
210 : 연결관 220 : 점탄성 접착제
300 : 리브
400 : 걸림턱

Claims (5)

  1. 상하 관통되고, 상협하광으로 형성된 본체와,
    상기 본체의 상부와 연통되고, 연결관이 삽입되어 점탄성 접착제를 매개로 결합되는 플랜지와,
    상기 본체의 하부 내면에 형성된 복수의 리브를 포함하고,
    상기 본체, 플랜지 및 리브는,
    유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)에 의해 일체로 제작되고,
    상기 플랜지는,
    외주면에 복수의 볼트홀이 관통 형성되고, 상기 연결관이 내부로 삽입되면 상기 볼트홀에 볼트를 결합시켜 상기 연결관의 외주면을 압박 고정하고,
    상기 연결관이 상기 플랜지의 내부로 삽입될 때 상기 연결관의 하단이 상기 본체의 상단에 걸리도록 상기 본체의 상단 내부에 돌출 형성된 걸림턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 벨마우스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점탄성 접착제는 에폭시인 것을 특징으로 하는 선박용 벨마우스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 볼트는,
    무두렌치볼트인 것을 특징으로 하는 선박용 벨마우스.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 걸림턱은,
    상기 본체, 플랜지 및 리브와 함께 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)에 의해 일체로 제작된 것을 특징으로 하는 선박용 벨마우스.
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