하역장치가 장착된 모바일하버 선박은 새로운 해상운송시스템 개념으로, 특정 정박지에서 대형 컨테이너 선박에 계류하여 해상상태 3 이하 조건에서 신속하면서 효율적인 컨테이너 하역작업을 수행하는 것이다. 모바일하버와 관련한 주요 연구로는 고속하역시스템, 부유체 구조 설계, 안벽하역시스템 해석 및 작업크레인 설계 등의 원천기술 개발을 중심으로 수행되었다. 본 연구는 모바일하버 선박의 하역작업 중 동적안정성 확보를 위한 계류안정화시스템을 개발하고자 하는 것으로, 국내외 계류장치에 대한 현황 분석을 기초로 현재 선박에 탑재되어 있는 의장장치인 윈치시스템에 계류안정화 기능을 추가시킨 포지셔닝윈치를 개발하여 모선과의 상대운동을 최소화하는 방안에 대한 개념설계를 제안한다.
하역장치가 장착된 모바일하버 선박은 새로운 해상운송시스템 개념으로, 특정 정박지에서 대형 컨테이너 선박에 계류하여 해상상태 3 이하 조건에서 신속하면서 효율적인 컨테이너 하역작업을 수행하는 것이다. 모바일하버와 관련한 주요 연구로는 고속하역시스템, 부유체 구조 설계, 안벽하역시스템 해석 및 작업크레인 설계 등의 원천기술 개발을 중심으로 수행되었다. 본 연구는 모바일하버 선박의 하역작업 중 동적안정성 확보를 위한 계류안정화시스템을 개발하고자 하는 것으로, 국내외 계류장치에 대한 현황 분석을 기초로 현재 선박에 탑재되어 있는 의장장치인 윈치시스템에 계류안정화 기능을 추가시킨 포지셔닝윈치를 개발하여 모선과의 상대운동을 최소화하는 방안에 대한 개념설계를 제안한다.
Mobile Harbor(MH) is a new paradigm for maritime transport system introduced in Korea, the target of which is to carry out ship-to-ship cargo operation rapidly and effectively even under a condition of sea state 3. A MH ship is moored alongside a large container vessel anchored at the defined anchor...
Mobile Harbor(MH) is a new paradigm for maritime transport system introduced in Korea, the target of which is to carry out ship-to-ship cargo operation rapidly and effectively even under a condition of sea state 3. A MH ship is moored alongside a large container vessel anchored at the defined anchorage and also equipped with gantry cranes for handling containers. The MH study concerned includes rapid container handling system, optimum design for floating structure, hybrid berthing & cargo operation system, design for cargo handling crane, etc. This paper is to deal with a conceptual design of a stabilized mooring system and mooring equipment under a condition of ship-to-ship mooring. In this connection, we suggest a positioning control winch system in order to control heave motions of the MH ship which is to add constant brakepower and stabilized function to an auto-tension winch and mooring equipment used currently in large container ships.
Mobile Harbor(MH) is a new paradigm for maritime transport system introduced in Korea, the target of which is to carry out ship-to-ship cargo operation rapidly and effectively even under a condition of sea state 3. A MH ship is moored alongside a large container vessel anchored at the defined anchorage and also equipped with gantry cranes for handling containers. The MH study concerned includes rapid container handling system, optimum design for floating structure, hybrid berthing & cargo operation system, design for cargo handling crane, etc. This paper is to deal with a conceptual design of a stabilized mooring system and mooring equipment under a condition of ship-to-ship mooring. In this connection, we suggest a positioning control winch system in order to control heave motions of the MH ship which is to add constant brakepower and stabilized function to an auto-tension winch and mooring equipment used currently in large container ships.
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문제 정의
MH 전용선박에 탑재되는 하역용 크레인 원천기술로 특정 외력조건 하에서도 선체동요와 무관하게 안정적인 하역작업이 가능토록 크레인 구조물의 역학적인 모멘트 중심을 연구 개발한 기술이다. 국내 카이스트 MH사업단에서 원천기술을 개발하여 실용화를 검토하고 있는 단계이다.
본 연구는 MH 선박과 모선과의 상하(Heave, z축) 상대운동을 동조시키기 위한 계류안정화시스템 개념설계로, 기본 설계 방향은 현재 선박에 탑재되어 있는 통신 및 계류 설비와 의장 장치를 최대한 활용하여 계류안정화시스템에 필요한 요소기술의 개발 및 부분적인 개량 등과 같은 방법을 통해 구현하고자 하는 것이다. 이를 위하여 선박에 탑재되는 Winch system에 계류안정화 기능을 추가시킨 Positioning winch control system을 개발하여 MPM(Multi Point Mooring) 형태의 계류 방식을 적용한 계류안정화시스템을 제시하고자 한다.
본 연구는 MH 선박과 모선과의 상하(Heave, z축) 상대운동을 동조시키기 위한 계류안정화시스템 개념설계로, 기본 설계 방향은 현재 선박에 탑재되어 있는 통신 및 계류 설비와 의장 장치를 최대한 활용하여 계류안정화시스템에 필요한 요소기술의 개발 및 부분적인 개량 등과 같은 방법을 통해 구현하고자 하는 것이다. 이를 위하여 선박에 탑재되는 Winch system에 계류안정화 기능을 추가시킨 Positioning winch control system을 개발하여 MPM(Multi Point Mooring) 형태의 계류 방식을 적용한 계류안정화시스템을 제시하고자 한다.
제안 방법
1) 국내외 계류시스템 관련 기술동향 등을 분석하여 해상에서 Ship to Ship 계류에 적합한 방식을 모선(4 points mooring)과 MH(2 mooring lines & 2 points mooring) 선박으로 구분하여 선체 및 하역안정성 확보가 가능토록 제안하였다.
2) 특정 외력 하에서 모선과 MH 선박의 선체동요를 최소화하는 물리적인 계류안정화시스템을 위하여 일반선박용 윈치에 특수한 기능을 부가하여 개념설계를 구현하였다.
또한 계류안정화시스템의 기본설계 방향은 특수 장치 탑재에 따른 선가상승 및 MH 선박의 갑판상 활용 가능한 여유 공간들을 충분하게 고려하도록 한다. 따라서 현재 일반 선박에서 이용되고 있는 추진, 통신 및 계류 장비 이외에 별도 특별한 장치를 설비하지 않고, 의장품으로 널리 이용되고 있는 장비를 개량하거나 일부 기능을 부수적으로 추가하는 다음과 같은 기술개발로 구현한다.
본 연구에서 제시한 MH 선박의 최적 계류안정화시스템은 기존 중·대형 선박이나 해상구조물에서 활용되고 있는 MPM을 응용한 것으로, 특정 외력조건 하에서 모선과 MH 선박이 신속한 하역작업이 가능토록 MH 선박의 z방향 운동성분인 Heave 요소를 물리적으로 최소화하는 장치를 개발하여 제안하였다.
본 연구에서 제시한 MH 선박의 최적 계류안정화시스템은 기존 중·대형 선박이나 해상구조물에서 활용되고 있는 MPM을 응용한 것으로, 특정 외력조건 하에서 모선과 MH 선박이 신속한 하역작업이 가능토록 MH 선박의 z방향 운동성분인 Heave 요소를 물리적으로 최소화하는 장치를 개발하여 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 최적계류시스템 및 계류안정화시스템은 실제 해상에서 활용 가능한 실용적인 측면에서 접근했으며, 특히 윈치의 경우 일반선박에서 사용하고 있는 윈치시스템에 부수적인 기능을 추가하여 개발하는 방안을 제안하였으며, 연구 결과를 요약하여 정리하면 다음과 같다.
이론/모형
10과 같이 실시간으로 변화하는 장력의 변화(FT)를 윈치 동작 설정치(FO)와 상호 비교하여 윈치의 최대하중 범위내에서 일정한 장력을 유지한다. 이러한 기능을 확보하기 위해서 원치의 하중을 실시간으로 평가하는 대용량 Load cell을 장착하고, 가급적 빠른 시간내에 반응할 수 있도록 윈치의 속도제어는 인버터 방식을 이용한다.
성능/효과
3) 계류안정화시스템은 현재 운항중인 모선은 별다른 구조적인 변경없이 MH에 특수한 장치를 설비해야 하고, 이러한 특수한 장비는 가급적 선박에 장착되는 의장품을 활용하여 개발되어야 한다.
3) 계류안정화시스템의 개념설계는 특정 외력조건 하에서 Heave의 상대운동을 최대한 억제하여 하역안정성을 도모할 수 있도록 설계했고, 선체 동적동요를 제어하기 위해 필요한 Positioning constant brake system의 기능과 성능을 제시하였다.
4) 본 연구에서 제안하는 최적 계류방식 및 계류안정화시스템은 현재 운항중인 모선에 별다른 구조적인 변경없이 활용이 가능하고, MH 선박에 탑재되어야 하는 의장장치에 특수한 기능을 추가하여 구현함으로써 경제성 및 실용성을 고려하여 개발하였다.
후속연구
MH와 같이 선박간 계류상태에서 하역작업이 수행되는 모선과 MH 선박간의 상대적인 동적거동을 제어할 수 있는 계류시스템과는 다소 적용 목적이 상이하다. 다만 FPSO Double anchor system, Accommodation barge 및 Heave compensation 계류 기능 등은 MH 계류안정화시스템의 개념설계에 직간접적으로 응용이 가능할 것으로 사료된다.
계류안정화시스템의 원천기술은 일반선박의 계선장비로 활용되고 있는 윈치시스템에, 다음과 같은 기능을 추가 구현하여 개발함으로써 해상부에 연결되는 계류라인을 실시간으로 제어하여 계류안정화를 도모한다. 또한 본 연구에서 제시하는 계류안정화시스템은 향후 개발 예정인 모선과 MH 선박에 설치되는 DGPS위치측정 시스템과 Ballasting제어 시스템을 상호 연계하여 통합적인 하역제어시스템으로 구현하여야 한다.
따라서 MH 계류안정화시스템은 모선과 MH 선박을 분류하여 검토하되 특정 외력 하에서 모선과 MH 선박의 선체동요를 최소화하는 물리적인 계류안정화시스템에 대한 설계기술이 필요하다. 또한 하역작업의 안정화를 위해 필수적인 z방향의 Heave운동을 최대한 억제 가능한 물리적인 제어장치의 개발이 필요하다.
본 연구는 MH 선박의 계류안정화시스템에 대한 개념설계로, 향후 제안된 최적 계류방법 및 계류안정화시스템에 대한 계류안정성 이론해석과 함께 해상 실선시험 등을 실시하여 실효성 및 타당성 검증이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
신속한 컨테이너 화물의 하역작업을 수행하기 위해서는, 이러한 모선과 MH 선박 간의 상이한 선체동요를 일체화하거나 상대운동 변위가 최소화될 수 있는 물리적인 계류시스템장치를 설계해야 하는 이유는?
모선인 8,000 TEU급 이상 초대형 컨테이너 선박의 양 현측에 MH 선박이 2척 이상이 동시 계류하여 하역작업을 하게 되면, 모선과 MH 선박에 동일한 외력(바람, 해·조류, 파도 등)이 작용하더라도 선박 규모의 차이로 인한 서로 상이한 선체 운동이 일어나게 된다. 따라서 신속한 컨테이너 화물의 하역작업을 수행하기 위해서는, 이러한 모선과 MH 선박간의 상이한 선체동요를 일체화하거나 상대운동 변위가 최소화될 수 있는 물리적인 계류시스템장치를 설계해야 한다.
MOB란?
MOB는 미국에서 개발한 것으로 천수해역에서 심수해역까지 이용이 가능하도록 서로 연결된 아주 긴 부유형 구조물이며, 전략적인 장비, 인원수송, 편익시설과 같은 육상기지를 대신하는 구조물이다(William et al, 2001; NIST, 1998). MOB의 기술적 가능성 검토는 2000년 12월 미국 해군연구소가 실시하였고, MOB의 설계는 최대 길이가 2km에 육박하여 화물비행기의 이착륙이 가능하고 어떤 날씨에서도 견디며 설계수명이 40년으로 추정되고 있다.
모바일하버란?
모바일하버(MH, Mobile Harbor)는 Fig.1과 같이 하역장치가 장착된 중·소형급 컨테이너 운반선 개념으로 해상상태 3이하의 조건에서 특정 정박지에 정박중인 8,000 TEU급 이상의 대형 컨테이너 양현에 최대 4척의 중·소형 MH 선박이 동시에 계류하여 신속하면서도 효율적인 컨테이너 화물 하역작업을 수행하는 개념을 의미한다.
참고문헌 (9)
이중우, 국승기, 정대득, 양상용, 김태형(2010), "모바일하버 적정 후보지 선정 및 평가", 2010년도 항해항만학회 공동학술대회 논문집, pp.221-224.
American Petroleum Institute(2005), Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating structure, API Recommended practice 2SK, 3rd Edition, pp.84-85.
Kanazawa, M., Daiki, K., Taketama, T., Horiba, S. and Matsubara, M.(2002), “Airplane-Landing Practice at Mega-Float Airport Model”, Proceedings of The Twelfth International Offshore and Polar Engineering Conference, Kitakyushu, Japan, May 26-31, pp.253-260.
Menon, B.(1998), “DP Performance Analysis Requirements for Mobile Offshore Bases”, Marine Technology Society Dynamic Positioning Conference (October 13-14), pp.1-10.
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William, R. and Falzarano, J.(2001), “Transit Draft Heave Motion Analysis of the Mobile Offshore Base (MOB) Using Reverse MI/SO Techniques”, Proceedings of the Eleventh (2001) International Offshore and Polar Engineering Conference Stavanger, Norway, June 17-22. pp.256-263.
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