KR20140076940A - 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

인입 가능한 스러스터를 구비한 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박은, 스러스터; 스러스터의 상부에 결합되며, 스러스터를 구동시키는 캐니스터; 스러스터 및 캐니스터가 삽입되어 승강되도록 선체의 높이방향으로 관통 형성된 트렁크; 스러스터 및 캐니스터를 트렁크의 내부에서 승강시키는 승강장치; 및 트렁크의 내벽과 캐니스터의 외벽 사이에 마련되어, 운항 중 해수가 트렁크의 내부에서 흘수선의 상부로 상승하는 것을 방지하는 해수상승 방지유닛을 포함하며, 해수상승 방지유닛은, 트렁크의 내벽과 캐니스터의 외벽 사이에 선체의 높이방향으로 상호 이격되게 마련되되, 트렁크의 내벽 둘레를 따라 배치된 복수의 격벽을 포함한다.

Description

인입 가능한 스러스터를 구비한 선박{A VESSEL WITH RETRACTABLE THRUSTER}

본 발명은, 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박에 관한 것이다.

국제적인 급격한 산업화 현상과 공업발전 추이에 따라, 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 전세계적 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

이와 같은 이유로, 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었으며, 따라서 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이런 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 선박이 개발되고 있다.

종래의 해저 시추 선박은, 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 특정지점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫홈이 주로 사용되었다.

그러나, 최근에는 첨단의 시추 장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위 드릴쉽(drill ship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.

이러한 드릴쉽 등과 같은 선박은, 그 위치를 자주 옮겨야 하는 작업 조건 때문에 예인선 없이 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 제작된다.

또한, 드릴쉽 등과 같은 선박은, 기존의 계류 장치를 사용하지 않으면서도 험한 해상 조건에서 선박의 위치를 일정 시추 지점에 안전하게 유지할 수 있도록 하는 자기위치 제어 시스템(dynamic positioning system)을 구비하고 있다.

이와 같은 선박의 메인(Main) 추진과 자기위치 제어에 사용되는 핵심적인 장비가 추진장치의 일종인 아지무스 스러스터(azimuth thruster, 이하 "스러스터"라고 함)이다.

스러스터는 주로 선체의 바닥면 하부에 위치되고, 360도 회전 가능한 프로펠러를 구비하고 있어 선박을 추진, 역추진 또는 회전시킬 수 있는, 추진 및 위치제어 겸용의 추진기이다.

예를들어, 상기 스러스터는 메인 스러스터와 러더에 의한 선박 제어가 불가능한 경우, 즉 조류 및 파도 등 외란에 대해 선박을 목적하는 위치에 유지시키는 자기위치 제어를 수행하고자 하는 경우와 선박을 항구 및 해상 구조물에 접안하고자 하는 경우 등에도 사용될 수 있다.

여기서, 선박의 자기위치 제어를 위해 선체의 바닥면 하부에 배치한 스러스트의 위치를 자기위치 제어 모드(dynamic positioning mode, 이하 "DP모드"라 함)라 한다.

그러나, 스러스터는 DP모드에서 선박의 위치제어를 위해 유용하나, 선박 운항 중에는 선체의 바닥면 하부로 돌출된 구조를 갖기 때문에 저항체가 되며 선박의 운항효율을 저하시키게 된다.

또한, DP모드에서 다이버가 선체 바닥면 하부, 즉 해수면 아래에서 상기 스러스터를 설치, 해제, 수리, 보수 등의 작업을 수행해야 하므로 작업이 위험하고 복잡하여 작업효율이 저하된다.

또한, 선박 운항 중 스러스터의 고장 시에는 특히 수리, 보수를 위한 작업이 복잡하고, 선체의 하부에서 돌출된 구조로 인하여 선체 수리를 위해 도크에 집입하는 데에도 어려움이 따른다.

상기한 문제점을 해결하기 위해, 자기위치 제어 시에는 선체 외부로 돌출되고, 운항 중에는 선체 내부로 스러스터를 인입하는 방법들이 제안되고 있다.

먼저, 스러스터 자체를 인입(retractable)하는 방법은 추진력을 발생시키는 프로펠러를 본체축의 하단부에 설치하고, 상기 본체축을 선체의 내부에 설치한 가이드부재를 따라 상승시켜 스러스터 자체를 선체 내부로 인입하는 것이다.

이러한 방법은 스러스터의 추진력에 대하여 프로펠러가 설치된 본체축의 강성에 한계가 있으므로 중소형 선박에 주로 사용된다.

또한, 이는 선박의 운항 시에 선체의 내부에 스러스터가 인입된 상태(일명, "Transit mode"라고 함)에서 저항을 줄이기 위한 목적으로 개발된 것이어서 상기 스러스터를 수리, 보수 등을 함에 있어서 다이버가 여전히 해수면 아래에서 작업을 하여야 하는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 스러스터 자체를 인입하는 방법에 따른 문제점을 해소하고 대형 선박에도 적용하며, 또한 종래의 본체축의 강성한계를 극복하기 위하여 스러스터의 상부에 상기 스러스터를 지지하는 캐니스터(canister)를 설치하고, 선체의 내부에 선박의 흘수선의 상부까지 스러스터와 캐니스터를 상승시키는 방법이 제안되고 있다.

즉, 스러스터와 캐니스터를 인입하는 방법은 선체에 캐니스터 및 스러스터를 수직으로 승강시키는 수직터널, 즉 트렁크를 설치하고, 상기 트렁크 내부에서 캐니스터와 스러스터를 승강시키는 것이다.

한편, 스러스터와 캐니스터를 설치하는 상기와 같은 방법은, 선박을 목적하는 위치에 유지시키는 자기위치 제어를 수행하고자 하는 경우에는 스러스터가 선체의 바닥면으로부터 돌출되고 캐니스터의 저면이 트렁크의 하부 끝단부까지 내려가게 되므로, 트렁크 내부로의 해수 침투에 대한 위험성이 작다.

그러나, 스러스터 및 캐니스터가 트렁크의 내부로 인입된 경우에 트렁크의 하부 끝단부가 개방되므로 해수가 트렁크 내부로 유입된다.

특히, 선박의 운항 시 파랑에 의해 선박이 롤링, 피칭운동 등을 함에 따라 트렁크 내부에 유입된 해수는 스러스터와 캐니스터 사이의 간극을 따라 선박의 흘수선보다 높은 위치까지 상승되고, 상승된 해수는 선박의 흘수선 근처에 마련된 정비공간부를 침수시켜 작업자의 안전을 해하며, 또한 트렁크 내부에 마련된 각종 장비를 침수시켜 각종 장비들의 고장원인이 되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 특2001-0108293 (글로벌 마린 인코포레이티드) 2001.12.07.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 운항 중 파랑에 의해 선체가 롤링, 피칭 운동 등을 함에 따라 해수가 트렁크의 내부에서 흘수선의 상부로 상승하는 것을 방지할 수 있는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스러스터; 상기 스러스터의 상부에 결합되며, 상기 스러스터를 구동시키는 캐니스터; 상기 스러스터 및 상기 캐니스터가 삽입되어 승강되도록 선체의 높이방향으로 관통 형성된 트렁크; 상기 스러스터 및 상기 캐니스터를 상기 트렁크의 내부에서 승강시키는 승강장치; 및 상기 트렁크의 내벽과 상기 캐니스터의 외벽 사이에 마련되어, 운항 중 해수가 상기 트렁크의 내부에서 흘수선의 상부로 상승하는 것을 방지하는 해수상승 방지유닛을 포함하며, 상기 해수상승 방지유닛은, 상기 트렁크의 내벽과 상기 캐니스터의 외벽 사이에 상기 선체의 높이방향으로 상호 이격되게 마련되되, 상기 트렁크의 내벽 둘레를 따라 배치된 복수의 격벽을 포함하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박이 제공될 수 있다.

상기 복수의 격벽 각각은, 상기 트렁크의 내벽에서 상기 캐니스터의 외벽방향으로 돌출되며, 일단부가 상기 캐니스터의 외벽으로부터 이격될 수 있다.

상기 복수의 격벽 각각은 상기 트렁크의 내벽에서 상기 캐니스터의 외벽방향으로 출몰가능하게 설치되며, 상기 해수상승 방지유닛은, 상기 복수의 격벽 각각에 연결되되, 상기 격벽을 캐니스터의 외벽방향으로 출몰가능하게 하는 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 격벽 각각은, 일단부가 하방으로 절곡되게 형성될 수 있다.

운항 중 상기 스러스터가 상기 선체의 바닥면과 흘수선 사이에 위치된 경우에, 상기 복수의 격벽 중 가장 아래에 위치한 최하단 격벽은 상기 캐니스터의 바닥면에 인접되게 배치될 수 있다.

상기 트렁크 내부에서 상기 최하단 격벽의 정규화된 수직위치(normalized vertical position,H)는,

일 수 있다.

여기서, H₁은 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 최하단 격벽의 높이이고, H₂는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 캐니스터의 바닥면 높이이고, H₃는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 구동모터의 높이이다.

상기 선체의 높이방향으로 상호 이격되게 마련된 상기 복수의 격벽 사이의 정규화된 간격(normalized distance,D)은,

일 수 있다.

여기서, D₁은 상기 선체의 높이방향으로 마련된 상기 복수의 격벽 사이의 간격이고, H₂는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 캐니스터의 바닥면 높이이고, H₃는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 구동모터의 높이이다.

상기 복수의 격벽 각각의 일단부와 상기 캐니스터의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(normalized clearance, C)는,

일 수 있다.

여기서, C₁은 상기 격벽의 일단부와 상기 캐니스터의 외벽 사이의 이격거리이고, C₂는 상기 트렁크의 내벽과 상기 캐니스터의 외벽 사이의 이격거리이다.

본 발명의 실시예들은, 해수가 트렁크의 내부에서 흘수선의 상부로 상승하는 것을 방지함으로써, 작업 안정성을 향상시킬 수 있으며 또한 트렁크 내부에 마련된 각종 장비가 해수에 침수되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인입 가능한 스러스터를 구비한 나타내는 부분절개도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터가 제1 위치에 위치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터가 제2 위치에 위치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터가 제3 위치에 위치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 실시예의 해수상승 방지유닛의 유무에 따른 트렁크 내부에서의 해수의 상태를 나타내는 부분절개도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 복수의 격벽 중 최하단 격벽의 정규화된 수직위치에 따른 정규화된 해수 상승높이를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 복수의 격벽 사이의 정규화된 간격에 따른 정규화된 해수 상승높이를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 복수의 격벽 각각의 일단부와 캐니스터의 외벽 사이의 정규화된 이격거리에 따른 정규화된 해수 상승높이를 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 실시예에 따른 격벽의 형상에 따른 해수의 상승 속도 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 격벽의 형상에 따른 해수의 상승 속도 분포를 나타내는 그래프이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 실시예에 따른 선박은 해저 원유를 시추하는 드릴쉽, 사람이나 화물을 이송하는 선박, 액화천연가스-부유식 생산저장설비(LNG-FPSO : Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading), 부유식 원유 저장 설비(FSU : Floating Storage Unit) 등 부유식 해상 구조물을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박을 나타내는 부분절개도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터가 제1 위치에 위치한 상태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터가 제2 위치에 위치한 상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 A-A 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터가 제3 위치에 위치한 상태를 나타내는 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 실시예의 해수상승 방지유닛의 유무에 따른 트렁크 내부에서의 해수의 상태를 나타내는 부분절개도이고, 도 7은 본 실시예에 따른 복수의 격벽 중 최하단 격벽의 정규화된 수직위치에 따른 정규화된 해수 상승높이를 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 실시예에 따른 복수의 격벽 사이의 정규화된 간격에 따른 정규화된 해수 상승높이를 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 실시예에 따른 복수의 격벽 각각의 일단부와 캐니스터의 외벽 사이의 정규화된 이격거리에 따른 정규화된 해수 상승높이를 나타내는 그래프이고, 도 10 및 도 11은 본 실시예에 따른 격벽의 형상에 따른 해수의 상승 속도 분포를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 실시예에 따른 격벽의 형상에 따른 해수의 상승 속도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박은, 스러스터(200)와, 스러스터(200)의 상부에 결합되며 스러스터(200)를 구동시키는 구동장치(미도시)가 내부에 설치된 캐니스터(300)와, 스러스터(200) 및 캐니스터(300)가 삽입되어 승강도록 선체(100)의 높이방향으로 관통 형성된 트렁크(400)와, 스러스터(200) 및 캐니스터(300)를 트렁크(400)의 내부에서 승강시키는 승강시키는 승강장치(500)와, 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이에 마련되어 운항 중 파랑에 의한 선체(100)의 요동에 의해 해수가 트렁크(400)의 내부에서 흘수선(150)의 상부로 상승하는 것을 방지하는 해수상승 방지유닛(600)을 포함한다.

스러스터(200)는 선체의 바닥면(110) 하부에 배치되어, 선박을 추진, 역추진 또는 회전시키고 또한 선박의 자기위치 제어를 위해 추진력을 제공하는 역할을 한다.

특히, 본 실시예에서 스러스터(200)는 특정 위치로 선박을 이동시키고, 그 위치에서 선박을 유지하는 자기위치 제어를 위해 주로 사용된다.

스러스터(200)는 선체(100)의 선미부 및 선수부에 복수 개 마련된다.

선박을 이동시키는 경우에 선수부에 위치한 스러스터(200)는 저항체가 되므로 트렁크(400)의 내부로 인입하고, 선미부에 위치한 스러스터(200)를 이용하여 추진력을 제공한다.

그리고, 선박의 자기위치를 제어하는 경우에 선수부 및 선미부에 위치한 스러스터(200)를 선체의 바닥면(110)으로부터 하부로 돌출시켜 자기위치를 제어한다.

또한, 본 실시예에서 스러스터(200)는 추진과 자기위치 제어에 사용되는 선회식 스러스터(azimuth thruster)를 사용하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고 선체의 바닥면(110) 하부에 설치하여 선체(100)에 추진력 등을 제공하는 추진장치도 이에 해당될 수 있다.

한편, 이하에서 설명하는 스러스터(200)는 선회식 스러스터를 예를들어 설명하기로 한다.

스러스터(200)는, 원형 노즐 보호판(250)의 내부에 배치되어 회전에 따라 추진력을 제공하는 프로펠러(210)와, 내부에 기어장치로 구성된 동력전달장치(미도시)를 구비하여 프로펠러(210)에 회전력을 전달하는 허브(230)를 포함한다.

허브(230)는 캐니스터(300)의 내부에 설치한 구동장치(미도시)로부터 전달된 동력을 수직축(270)을 통하여 전달받고, 전달된 동력을 내부에 설치된 동력전달장치(미도시)를 통하여 프로펠러(210)에 회전력을 제공한다.

캐니스터(300)는 스러스터(200)의 상부에 결합되어 스러스터(200)에 동력을 전달하는 역할을 한다. 또한, 캐니스터(300)는 스러스터(200)를 지지하는 역할도 한다.

스러스터(200)가 선체의 바닥면(110) 하부에서 동작하는 경우에 캐니스터(300)는 스러스터(200)의 추진력에 대하여 스러스터(200)를 지지하고 선체의 바닥면(110) 하부에 위치하는 스러스터(200)의 위치를 유지시킨다.

본 실시예에서 캐니스터(300)는 다수의 격실(미도시)로 구성되며, 각각의 격실은 상호 격리되게 형성된다. 격실 내부에는 스러스터(200)의 프로펠러(210)를 구동하기 위한 구동장치(미도시)가 설치된다.

한편, 캐니스터(300)에는 내부에 출입할 수 있도록 입출구(미도시)가 형성된다. 그리고, 캐니스터(300)는 승강장치(500)에 의해 트렁크(400)의 내부, 즉 공간부(410)에서 승강하게 되는데, 이때, 캐니스터(300)에 결합된 스러스터(200)도 함께 승강된다.

트렁크(400)는 스러스터(200) 및 캐니스터(300)가 승강하는 통로 역할을 한다.

트렁크(400)는 선체의 바닥면(110)에서 갑판(130, deck)까지 개구(開口)되게, 즉 선체(100)의 높이방향으로 수직되게 관통 형성된다.

즉, 트렁크(400)의 내부에 공간부(410)가 형성되고, 공간부(410)에서 스러스터(200) 및 캐니스터(300)가 삽입되어 승강된다. 이러한 공간부(410)와 트렁크(400)는 선체(100) 내부와 수밀되는 구조를 갖는다.

또한 본 실시예에서 트렁크(400)는 선체(100)의 길이방향을 중심축으로 좌우 대칭되게 선체(100)의 선미부, 선수부에 복수 개 형성되며, 선박의 추진력 및 자기위치 제어를 위해 공간부(410)에서 스러스터(200)와 캐니스터(300)를 수직으로 승강시킨다.

그리고, 도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 트렁크(400)의 하부 끝단부에 위치한 내벽 둘레를 따라 공간부(410)의 내부로 돌출된 스토퍼(450)를 설치한다. 그리고, 캐니스터(300)의 하부에 위치한 외벽에는 스토퍼(450)에 안착되는 돌출부(310)를 설치한다.

스토퍼(450)는 트렁크(400)의 하부 내벽 둘레를 따라 소정간격 이격되게 복수 개 설치되거나 트렁크(400) 하부 내벽 둘레를 따라 연속되게 일체로 설치될 수 있다.

그리고, 돌출부(310)는 스토퍼(450)에 대응되게 캐니스터(300)의 하부 외벽 둘레를 따라 소정간격 이격되게 복수 개 설치되거나 캐니스터(300)의 하부 외벽을 따라 연속되게 일체로 설치될 수 있다.

이와 같이, 트렁크(400)의 하부 및 캐니스터(300)의 하부에 각각 스토퍼(450) 및 돌출부(310)를 설치하여, 스러스터(200) 및 캐니스터(300)가 정해진 범위를 벗어나 하강하는 것을 방지함은 물론 도 2에서 도시한 바와 같이 스토퍼(450)와 둘출부(310)를 각각 트렁크(400)의 내벽 및 캐니스터(200)의 외벽에 설치하고 이를 상호 밀착하여 해수가 트렁크(400)의 하부에서 상부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

승강장치(500)는 스러스터(200) 및 캐니스터(300)를 트렁크(400)의 공간부(410)에서 승강시키는 역할을 한다.

보다 상세하게는 승강장치(500)는, 도 2에서 도시한 바와 같이 스러스터(200)를 선체의 바닥면(110) 하측에 배치하여 선체(100)의 자기위치 제어를 할 수 있도록 하는 제1 위치(일명, Dynamic positioning mode)와, 도 3에서 도시한 바와 같이 선수부에 위치한 스러스터(200)를 선체의 바닥면(110)과 선체가 해수에 잠기는 흘수선(150) 사이로 인입하여 선박의 운항 시에 저항을 줄이도록 하는 제2 위치(일명, Transit mode)와, 도 4에서 도시한 바와 같이 스러스터(200)를 흘수선(150)의 상측에 배치하여 설치, 해제, 수리, 보수 등의 작업을 수행하는 제3 위치(일명, Maintenance mode)에 위치되게 할 수 있다.

한편, 제3 위치에서 스러스터(200)에 대한 수리, 보수 등의 작업을 수행하는 경우에 스러스터(200)에 대한 접근성을 용이하게 하고 안전하게 작업을 실현할 수 있도록, 트렁크(400)의 내벽에는 흘수선(150)의 상부에 정비공간부(430)가 형성된다.

정비공간부(430)는 흘수선(150)의 상부에 위치하며, 작업자가 스러스터(200)의 프로펠러(210) 등을 분리한 후 적재할 수 있도록 충분한 공간이 확보된다.

본 실시예에서 승강장치(500)는 캐니스터(300)의 외벽에 선체(100)의 높이방향으로 마련된 랙기어(510)와, 랙기어(510)와 치합되어 회전되는 피니언기어(530)와, 피니언기어(530)에 연결되어 피니언기어(530)에 회전력을 제공하는 구동모터(550)를 포함한다.

구동모터(550)의 회전력에 의해 피니언기어(530)가 회전되고, 피니언기어(530)에 치합된 랙기어(510)가 트렁크(400)의 내부에서 승강됨에 따라, 스러스터(200) 및 캐니스터(300)가 제1 내지 제3 위치로 승강된다.

즉, 스러스터(200) 및 캐니스터(300)는 구동모터(550) 및 피니언기어(530)의 정회전 및 역회전 동작에 의해 트렁크(400)의 내부, 즉 공간부(410)에서 승강된다.

한편, 트렁크(400)의 내벽에는 구동모터(550)가 안착되는 구동모터 안착부(440)가 마련되며, 구동모터 안착부(440)는 트렁크(400)의 내벽에 마련된 정비공간부(430)의 상부에 형성된다.

본 실시예에서 승강장치(500)는 랙기어(510), 피니언기어(530) 및 구동모터(550)를 포함하나, 이에 한정되지 않고 승강장치(500)는 스러스터(200) 및 캐니스터(300)를 트렁크(400)의 내부에서 승강시킬 수 있는 수단이면 어느 것이든 사용 가능하다.

예를들어, 본 실시예에서는 도시되지 않았으나, 승강장치(500)는 캐니스터(300)에 연결되는 케이블(미도시)과, 선체(100)의 갑판(130)에 설치되되 케이블을 권취하는 케이블 권취유닛(미도시)을 포함할 수 있다.

여기서 케이블은 와이어로프, 체인 등이 사용될 수 있으며, 케이블 권취유닛은 윈치 등이 사용될 수 있다.

즉, 케이블의 일단부를 캐니스터(300)에 연결하고, 케이블의 타단부를 케이블 권취유닛에 감거나 푸는 동작을 반복함으로써 스러스터(200) 및 캐니스터(300)를 트렁크(400)의 공간부(410)에서 승강시킬 수 있다.

또한, 승강장치(500)는 선체(100)의 갑판(130)에 수직되게 설치한 프레임(미도시)에 엑츄에이터(미도시)를 결합하고, 엑츄에이터를 캐니스터(300)의 상부에 연결시켜 스러스터(200) 및 캐니스터(300)를 트렁크(400)의 공간부(410)에서 승강시킬 수 있다.

여기서, 엑츄에이터(510)는 유압식 실린더, 공압식 실린더 및 이들을 조합한 것 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박은, 스러스터(200)가 제1, 2, 3 위치에서 안정되게 위치되도록 캐니스터(300)를 트렁크(400)에 고정하는 락킹장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.

락킹장치는 파랑 등의 외란에 대해 캐니스터(300)가 이동되어 트렁크(400)의 내벽에 충돌되는 것을 방지하는 역할을 한다.

락킹장치는 트렁크(400)의 공간부(410), 즉 트렁크(400)의 내벽에 상호 소정간격 이격되게 설치한 복수 개의 락킹 핀(미도시)과, 캐니스터(300)의 외측벽에 상호 소정간격 이격되게 형성되어 복수 개의 락킹 핀이 삽입되는 복수 개의 홈부(미도시)를 포함한다. 여기서 락킹 핀은 유압 시스템에 의해 공간부(410)로 출몰하도록 설치될 수 있다.

스러스터(200)가 제1, 2, 3 위치 중 원하는 위치에 도달한 것으로 판단된 경우에, 승강장치(500)를 정지시키고 락킹 핀을 공간부(410)로 돌출시켜 홈부에 삽입한다.

락킹 핀과 홈부의 결합에 의해 캐니스터(300)는 공간부(410) 상에 고정되고, 스러스터(200)를 원하는 위치에 안정되게 배치할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 해수상승 방지유닛(600)은 운항 중 파랑 등 외란에 의해 해수가 트렁크(400)의 내부에서 상승하여 구동모터(550) 등 트렁크(400)의 내부에 마련된 각종 장비를 침수시키는 것을 방지하는 역할을 한다.

도 5는 선박의 운항 중 파랑에 의해 선체(100)가 롤링, 피칭 운동 등을 함에 따라 해수가 트렁크(400)의 내부에서 흘수선(150)의 상부로 상승하는 것을 나타내는 것이다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 운항 중 파랑에 의한 선체(100)의 요동으로 해수의 일부가 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이의 간극을 따라 흘수선(150) 상부로 상승되어 정비공간부(430)의 상부에 마련된 구동모터(550)를 침수시킬 수 있다.

따라서, 종래에는 침수로 의한 구동모터(550)의 고장원인을 해결하기 위해, 방수모터 등의 고가의 장비를 사용하여야 하는 문제점이 있었다.

이처럼, 종래와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 6에서 도시한 바와 같이 본 실시예에서 해수상승 방지유닛(600)은, 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이에 선체(100)의 높이방향으로 상호 이격되게 마련되되 트렁크(400)의 내벽 둘레를 따라 배치된 복수의 격벽(610)을 포함한다.

격벽(610)은 일자형 또는 일단부가 하방으로 절곡된 "ㄱ"자형 플레이트 형상으로 형성되며, 트렁크(400)의 내벽에서 캐니스터(300)의 외벽방향으로 돌출된다.

그리고, 설치 및 제작 오차, 사후 검사를 위해 격벽(610)과 캐니스터(300)의 외벽방향 길이는 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이의 간극보다 작은 값을 갖기 때문에 격벽(610)의 일단부는 캐니스터(300)의 외벽으로부터 이격되게 배치된다.

한편, 복수의 격벽(610)이 선체(100)의 높이방향으로 상호 이격되게 배치되는 경우에 있어, 복수의 격벽(610) 중 최하단 격벽(P)의 위치, 선체(100)의 높이방향의 복수의 격벽(610)간의 간격 및 캐니스터(300)의 외벽에 인접한 격벽(610)의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리에 따라 해수 상승높이가 달라질 수 있다.

따라서, 해수의 상승을 억제하기 위해 복수의 격벽(610)의 배치를 파악하여야 한다. 여기서 도 7 내지 도 9는 일자형의 플레이트 형상을 갖는 격벽(610)을 이용한 그래프이다.

먼저, 복수의 격벽(610)의 위치, 특히 복수의 격벽(610) 중 최하단 격벽(P)의 위치에 따라 해수의 상승높이가 달라지므로, 본 실시예에 따른 복수의 격벽(610) 중 최하단 격벽(P)의 위치는 다음과 같다.

도 7을 참조하면, 복수의 격벽(610) 중 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(normalized vertical position,H)는 [수학식 1]에서와 같이 정의된다.

여기서, H₁은 선체(100)의 바닥면으로부터 최하단 격벽(P)의 높이이고, H₂는 선체(100)의 바닥면으로부터 캐니스터(300)의 바닥면 높이이고, H₃는 선체(100)의 바닥면으로부터 구동모터(550)의 높이이다.

그리고, 복수의 격벽(610) 중 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(H)에 따른 트렁크(400)의 내부에서의 정규화된 해수의 상승높이(normalized water height,W)는 [수학식 2]에서와 같이 정의된다.

여기서, W₁은 선체(100)의 바닥면으로부터 상승하는 해수의 높이이다.

도 7은 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(H)에 따른 정규화된 해수의 상승높이(W)를 나타내는 것으로서, 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(H)가 0에 가까울수록 해수면 상승이 낮음을 나타낸다.

즉, 운항 중 스러스터(200) 및 캐니스터(300)가 제2 위치로 상승된 상태에서, 최하단 격벽(P)의 수직위치가 캐니스터(300)의 바닥면 위치에 가까울수록 해수의 상승높이는 낮아진다.

특히, 도 7에서 도시한 바와 같이, 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(H)가 0.3을 초과한 경우에 정규화된 해수의 상승높이(W)가 급격하게 증가한다.

그러므로, 본 실시예에서는 해수의 상승높이를 낮추기 위하여, [수학식 3]에서와 같이 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(H)가 0.3 이하가 되도록 한다.

다음으로, 선체(100)의 높이방향으로 이격된 복수의 격벽(610) 상호간의 수직간격에 따라 해수의 상승높이가 달라지므로, [수학식 3]에 따라 결정된 최하단 격벽(P)의 위치에 대한 선체(100)의 높이방향으로 상호 이격된 복수의 격벽(610) 사이의 간격은 다음과 같다.

도 8을 참조하면, 선체(100)의 높이방향으로 상호 이격되게 마련된 복수의 격벽(610) 사이의 정규화된 간격(normalized distance,D)은 [수학식 4]에서와 같이 정의된다.

여기서, D₁은 선체(100)의 높이방향으로 마련된 복수의 격벽(610) 사이의 간격이다.

도 8은 복수의 격벽(610) 사이의 정규화된 간격(D)에 따른 정규화된 해수의 상승높이(W)를 나타내는 것으로서, 복수의 격벽(610) 사이의 정규화된 간격(D)가 0.23 인 경우에 정규화된 해수의 상승높이(W)가 가장 낮음을 나타낸다.

또한, 도 8은 복수의 격벽(610) 사이의 정규화된 간격(D)가 0.15 미만이거나 0.35초과인 경우에, 복수의 격벽(610)에 의한 해수상승 방지효과가 크게 저하됨을 나타낸다.

그러므로, 본 실시예에서는 해수의 상승높이를 낮추기 위하여, [수학식 5]에서와 같이 복수의 격벽(610) 사이의 정규화된 간격(D)이 0.15 이상이고 0.35 이하가 되도록 한다.

다음으로, 캐니스터(300)의 외벽에 인접한 격벽(610)의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리에 따라 해수의 상승높이가 달라지므로, [수학식 3]에 따라 결정된 최하단 격벽(P)의 위치 및 [수학식 5]에 따라 결정된 복수의 격벽(610) 사이의 간격에 대한 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리는 다음과 같다.

도 9를 참조하면, 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(normalized clearance,C)는 [수학식 6]에서와 같이 정의된다.

여기서, C₁은 격벽(610)의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리이고, C₂는 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리이다.

도 9는 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(C)에 따른 정규화된 해수의 상승높이(W)를 나타내는 것으로서, 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(C)가 0.65 이상인 경우에 정규화된 해수의 상승높이(W)가 급격히 감소함을 나타낸다.

즉, 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리가 짧을수록 해수상승 방지효과가 증가된다.

그러므로, 본 실시예에서는 해수의 상승높이를 낮추기 위하여, [수학식 7]에서와 같이 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(C)가 0.65 이상이고 1 미만이 되도록 한다.

그리고, 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리를 조절할 수 있도록, 플레이트 형상의 격벽(610)은 트렁크(400)의 내벽에 수납된 상태에서, 구동부(630)의 동작에 의해 캐니스터(300)의 외벽방향으로 출몰가능하게 구성될 수 있다.

이때, 격벽(610)을 출몰가능하게 하기 위해, 해수상승 방지유닛(600)은 격벽(610)에 연결되어 격벽(610)을 캐니스터(300)의 외벽방향으로 출몰가능하게 하는 구동부(630)를 더 포함한다.

구동부(630)의 동작에 의해 격벽(610)의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리를 조절할 수도 있다.

여기서, 구동부(630)는 격벽(610)에 연결되어 신장 및 수축함에 따라 격벽(610)을 출몰가능하게 하는 엑츄에이터를 포함한다.

상기와 같이, 선박의 운항 중 트렁크(400)의 내벽에 수납된 격벽(610)은 구동부(630)의 동작에 의해 캐니스터(300)의 외벽방향으로 돌출되어 파랑에 의한 선박의 요동에도 불구하고 해수가 흘수선(150)의 상부로 상승되는 것을 방지한다.

한편, 격벽(610)이 일단부가 하방으로 절곡된 "ㄱ"형상으로 형성된 플레이트 형상을 갖는 경우에 일자형 플레이트 형상보다 해수의 상승속도를 더욱 감소시킬 수 있다.

도 10은 격벽(610)이 일자형 플레이트 형상을 가지며, 격벽(610) 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(C)가 0.6인 경우에 있어 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이에서 해수의 상승속도 분포를 나타내는 도면이다.

그리고, 도 11은 격벽(610)이 일단부가 하방으로 절곡된 "ㄱ"자형 플레이트 형상을 가지며, 격벽(610) 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(C)가 0.6인 경우에 있어 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이에서 해수의 상승속도 분포를 나타내는 도면이다.

도 10과 도 11을 비교하면, 격벽(610)의 일단부에 인접한 부분에서 "ㄱ"자형의 플레이트에 의한 와류의 크기가 일자형의 플레이트에 의한 와류의 크기보다 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

따라서, "ㄱ"자형의 플레이트의 일단부에 의해 형성된 와류가 일자형의 플레이트의 일단부에 의해 형성된 와류보다 더 많은 해수의 상승에너지를 빼앗고, 이로써 해수의 상승동력이 감소함에 따라 해수의 상승높이도 저감된다.

도 12는 트렁크(400)의 내벽을 기준으로 캐니스터(300)의 외벽까지의 수평위치에 따른 일자형 플레이트와 "ㄱ"자형 플레이트에 의한 해수의 상승속도를 나타내는 것이다.

여기서, 수평위치는 트렁크(400)의 내벽에서 캐니스터(300)의 외벽방향으로 이동함에 따른 위치로 정의되며, 수평위치가 0인 경우에는 트렁크(400)의 내벽에 해당되고, 수평위치가 1인 경우에는 캐니스터(300)의 외벽에 해당된다.

도 12에서 도시한 바와 같이, 격벽(610)을 "ㄱ"형상의 플레이트로 형성한 경우에 해수의 상승속도를 낮출 수 있으므로, 일자형 플레이트보다 해수의 상승을 더욱 억제하는 효과를 가지며 또한, "ㄱ"형상의 플레이트를 트렁크(400)의 내벽에서 캐니스터(300)의 외벽방향으로 돌출되는 거리를 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 선박을 운항하고자 하는 경우 선체(100)에 가해지는 저항을 최소로 하기 위해 스러스터(200)를 제2 위치로 상승시킨다. 따라서, 트렁크(400)의 하부를 통하여 해수가 트렁크(400)의 내부로 유입된다.

유입된 해수는 선박의 운항 중에, 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이의 간극을 따라 트렁크(400)의 상부로 상승될 수 있으며, 또한, 파랑에 의한 선체(100)의 요동으로 해수의 일부가 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이의 간극을 따라 흘수선(150) 상부로 상승되어 정비공간부(430)의 상부에 마련된 구동모터(550)를 침수시킬 수 있다.

따라서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 해수의 상승을 방지하기 위하여 트렁크(400)의 내벽과 캐니스터(300)의 외벽 사이에 선체(100)의 높이방향으로 상호 이격되게 마련된 복수의 격벽(610)을 설치한다.

복수의 격벽(610)에 의한 해수상승 방지효과는 복수의 격벽(610) 중 최하단 격벽(P)의 위치, 선체(100)의 높이방향의 복수의 격벽(610)간의 간격 및 캐니스터(300)의 외벽에 인접한 격벽(610)의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 이격거리에 따라 달라진다.

따라서, 본 실시예에서는 해수의 상승높이를 낮추기 위하여, 최하단 격벽(P)의 정규화된 수직위치(H)는 [수학식 3]에서와 같이 0.3 이하가 되도록 하고, 최하단 격벽(P)의 위치에 대한 선체(100)의 높이방향으로 상호 이격된 복수의 격벽(610) 사이의 정규화된 간격(D)은 [수학식 5]에서와 같이 0.15 이상이고 0.35 이하가 되도록 하며, 복수의 격벽(610) 각각의 일단부와 캐니스터(300)의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(C)는 [수학식 7]에서와 같이 0.65 이상이고 1 미만이 되도록 한다.

또한, 격벽(610)을 일단부가 "ㄱ"자 형상을 갖는 플레이트로 제작함으로써, 일자형 플레이트 형상을 갖는 격벽(610)보다 해수의 상승높이를 더욱 낮출 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 선체 110: 선체의 바닥면
130: 갑판 150: 흘수선
200: 스러스터 210: 프로펠러
230: 허브 250: 원형 노즐 보호판
270: 수직축 300: 캐니스터
310: 돌출부 400: 트렁크
410: 공간부 430: 정비공간부
440: 구동모터 안착부 450: 스토퍼
500: 승강장치 510: 랙기어
530: 피니언기어 550: 구동모터
600: 해수상승 방지유닛 610: 격벽
P: 최하단 격벽 630: 구동부

Claims (8)

1. 스러스터;
   상기 스러스터의 상부에 결합되며, 상기 스러스터를 구동시키는 캐니스터;
   상기 스러스터 및 상기 캐니스터가 삽입되어 승강되도록 선체의 높이방향으로 관통 형성된 트렁크;
   상기 스러스터 및 상기 캐니스터를 상기 트렁크의 내부에서 승강시키는 승강장치; 및
   상기 트렁크의 내벽과 상기 캐니스터의 외벽 사이에 마련되어, 운항 중 해수가 상기 트렁크의 내부에서 흘수선의 상부로 상승하는 것을 방지하는 해수상승 방지유닛을 포함하며,
   상기 해수상승 방지유닛은,
   상기 트렁크의 내벽과 상기 캐니스터의 외벽 사이에 상기 선체의 높이방향으로 상호 이격되게 마련되되, 상기 트렁크의 내벽 둘레를 따라 배치된 복수의 격벽을 포함하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 격벽 각각은,
   상기 트렁크의 내벽에서 상기 캐니스터의 외벽방향으로 돌출되며, 일단부가 상기 캐니스터의 외벽으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 격벽 각각은 상기 트렁크의 내벽에서 상기 캐니스터의 외벽방향으로 출몰가능하게 설치되며,
   상기 해수상승 방지유닛은,
   상기 복수의 격벽 각각에 연결되되, 상기 격벽을 캐니스터의 외벽방향으로 출몰가능하게 하는 구동부를 더 포함하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
4. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 격벽 각각은,
   일단부가 하방으로 절곡되게 형성된 것을 특징으로 하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
5. 제2항에 있어서,
   운항 중 상기 스러스터가 상기 선체의 바닥면과 흘수선 사이에 위치된 경우에, 상기 복수의 격벽 중 가장 아래에 위치한 최하단 격벽은 상기 캐니스터의 바닥면에 인접되게 배치되는 것을 특징으로 하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
6. 제5항에 있어서,
   상기 트렁크 내부에서 상기 최하단 격벽의 정규화된 수직위치(normalized vertical position,H)는,
   

   

   인 것을 특징으로 하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
   여기서, H₁은 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 최하단 격벽의 높이이고, H₂는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 캐니스터의 바닥면 높이이고, H₃는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 구동모터의 높이이다.
7. 제6항에 있어서,
   상기 선체의 높이방향으로 상호 이격되게 마련된 상기 복수의 격벽 사이의 정규화된 간격(normalized distance,D)은,
   

   

   인 것을 특징으로 하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
   여기서, D₁은 상기 선체의 높이방향으로 마련된 상기 복수의 격벽 사이의 간격이고, H₂는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 캐니스터의 바닥면 높이이고, H₃는 상기 선체의 바닥면으로부터 상기 구동모터의 높이이다.
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 격벽 각각의 일단부와 상기 캐니스터의 외벽 사이의 정규화된 이격거리(normalized clearance, C)는,
   

   

   인 것을 특징으로 하는 인입 가능한 스러스터를 구비한 선박.
   여기서, C₁은 상기 격벽의 일단부와 상기 캐니스터의 외벽 사이의 이격거리이고, C₂는 상기 트렁크의 내벽과 상기 캐니스터의 외벽 사이의 이격거리이다.

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