[논문]세계 최대 갠트리 크레인

류기수

문제 정의

1) VISION ; 금세기 중의 가능한 빠른 시기에 국제 해운의 GHG Zero 배출을 목표로 한다.
마지막으로 [서론]에서 소개한 내년 삼사분기 싱가포르 주롱 조선소에 설치되어 가동될 세계 최대의 15,000톤 갠트리크레인 설계가 최근 국내에서 완료되어 발주자, 감리자, 제작사 간의 긴밀한 공조로 가공, 조립되고 있는 개념도([그림 8]) 와 이미 선박 시장에 큰 영향을 미치고 있는 온실가스(GHG)배출 규제 등에 대한 해양환경보호위원회 회의록 속보[13]를 소개하며 글을 맺는다.

제안 방법

따라서 개념 설계가 전체 프로젝트에서 가장 중요하기에, 발주자 요구가 반영된 기술 사양서의 매 문구는 비용을 감안해서 실행 가능한 사항들에 관해서만 명료하게 기술하며, 제작 기간이 상당한 대형 트롤리, 보기, 휠(Wheel) 등에 대해서는 공기 문제 등이 발생하지 않도록 계약시 발주자와 제작자 목록(Maker List)에 상호 서명한 후 일정에 맞추어 조치되도록 한다. 또한 계약전후 인용된 일반 배치도, 초기 중앙부 거더 단면도에 관련된 자료, 실적, 초기 계산서 등은 문서화 하여, 프로젝트 진행 도중 발주자, 감리자가 수정을 요구할 경우 역학적으로 충분히 협의할 수 있도록 사전에 준비하여 대비해야 한다.
)로부터 골리앗 크레인 2기를 약 1억 달러에 수주했다고 밝혔다. 상상인선박기계는 세계 굴지 크레인 제작사들과 경쟁한 끝에 설계, 제작, 시운전을 포함한 턴키 방식으로 수주를 따냈다. 상상인선박기계가 수주한 골리앗 크레인은 현존하는 크레인 중에 가장 크다는 것이 회사측 설명이다.
그리고 육상 제작 블록들을 몇 개 총조립하여 해상 크레인으로 부유 도크(Floating Dock)에 안착시켜 선체를 완성한 후부유 도크를 침강시켜 진수하는 공법으로 메가 블록(Mega Block), [그림 7]의 기가 블록(Giga Block), 테라 블록(Tera Block)을 제작하고 있으며, 테라 블록의 경우 최대 길이는 100여 미터(m), 중량은 12,000여 톤(ton) 정도이다. 이에 따라 탑재 용접량과 탑재 수량 감소, 선행의장 극대화와 지상화를 실현시켰다. 하지만 기상 조건에 따른 해상 상태에 절대적인 영향을 받는다는 취약점이 있다.
전체적인 설계 과정은 거더에 대한 개념설계와 레그까지의 기본설계, 기계 장치와 전기 장치를 포함하여 강재 발주 근간이 되는 탑재 블록 단위의 상세설계, 이후 현장 작업성을 고려한 생산설계인 공작도, 일품도와 네스팅(Nesting)으로 이루어지며, 대형 크레인의 경우 1,000여종의 도면으로 구성되어 있다. 선박과 유사하게 기술 협회 규정, 발주자가 서명한 기술사양서(Technical Specification)에 따라 진행되며, 상세 설계도면까지는 발주자(Buyer)와 감리자(3rd Party)의 승인을 받아야 한다.
주요 구성재인 거더, 레그의 부재 칫수를 결정하기 위해서는 [그림 5]와 같은 강체(Rigid Frame)의 구속 조건(EndCondition)을 고려한 고정보와 지지대로 단순화하여, 구조역학의 연속보(Continuous Beam)의 한 해법인 3-모우멘트 이론에 따라 계산한다. 즉 소각법(Slope Deflection Method)의 경계 조건에 대한 연속보의 각 지지점에 발생된 전단력과 굽힘 모우멘트를 산출한 후, 기술 협회에서 규정한 조합으로 블록당 요구되는 전단 두께와 횡단면계수를 계산한다.

대상 데이터

벨딩은 갠트리 시스템을 키가 큰 프레스(Press)를 들어 올리고 운반하기 위해 수평 위치로 내려놓는 실용적인 방법으로 생각했다. 이 시스템의 각 레그는 3개의 102mm 보어(Bore), 단일 스테이지(Stage), 덤프 트럭 실린더(Dump Truck Cylinder)를 직선형으로 배치하고 간단한 구조 기반에 용접하여 구성되어 있었다. 이 구조 보어에는 주행 휠(Wheel)이 설치되지는 않았지만, 기계적인 작동으로 이동시킬 수 있었고, 레그당 34톤의 중량물을 2.

이론/모형

먼저 1913년 설립된 독일의 콕스 크레인(KOCKS CRANE[7]이 설계하는 방식이며, 이중 거더로 구성함을 특징으로 하고 있다[그림3]. 즉 모든 하중을 중립축 상단에 가하며 이중 거더의 양단을 연결하여 동시 구동하는 트롤리(Trolley)와, 거더 사이에 위치한 트롤리를 이용하여 부양물을 권상시키는 구조로서, 중립축 하단의 구조적 필요 관성모멘트(Moment ofInertia)에 따른 단면 계수 증가에 의해 최하부판 두께가 결정 되지만, 제철소가 생산 가능하여 구매할 수 있는 압연 강재의 극후판 최대 두께를 감안해야 한다.
주요 구성재인 거더, 레그의 부재 칫수를 결정하기 위해서는 [그림 5]와 같은 강체(Rigid Frame)의 구속 조건(EndCondition)을 고려한 고정보와 지지대로 단순화하여, 구조역학의 연속보(Continuous Beam)의 한 해법인 3-모우멘트 이론에 따라 계산한다. 즉 소각법(Slope Deflection Method)의 경계 조건에 대한 연속보의 각 지지점에 발생된 전단력과 굽힘 모우멘트를 산출한 후, 기술 협회에서 규정한 조합으로 블록당 요구되는 전단 두께와 횡단면계수를 계산한다.

성능/효과

2) 효율목표 ; 2008년 대비 2030년까지 연비 효율을 최소한 40% 개선하고, 2050년까지 70% 개선하기 위하여 노력한다.
시장 점유율을 70% 이상으로 끌어올린 2008년, ZPMC의 순이익은 업계 평균을 훌쩍 웃돌았다. 가격과 품질, 기술면에서 모두 자신감을 갖게 된 ZPMC는 크레인의 모든 부품을 자체 생산할 수 있다는 확신을 갖게 됐다. ZPMC가 크레인의 모든 부품에 대한 평생 보증과 함께 공짜 유지보수 서비스를 하게 된 배경이다.
갠트리 크레인은 선박 건조 공정에 가장 큰 영향을 미침으로, 초기 계획시 도크에서 요구되는 작업 유형, 최대 권상 블록의 중량, 비대칭 부양 작업 등 제반 필요 사항 등을 종합적으로 감안한다. 이어 자중과 최대 하중에 부응할 거더의 높이, 거더 폭과 두께 등은 횡단면에 대한 이차관성모멘트에 결정적이며, 이때 확정된 기본 치수가 전체 강재 물량을 좌우함으로 경제적인 설계를 해야 한다.
이때 모델링(Modelling)에 반영되는 주요 구성재는 거더, 레그, 보기와 실빔이며, 후크와 트롤리 등도 추가로 반영해야 하고, 경계 조건은 [그림 5]처럼 보기의 휠에 가해진 수직과 수평 방향의 지내력이며, [그림 6]과 같이 최대 권상 하중일때 트롤리의 위치를 변경시키며, 풍하중, 자중, 지진 등을 함께 고려한 다양한 하중에 대한 구조 해석 수행으로, 기술 협회 규정에 대비해서 충분한 구조안정성이 확보되었음을 확인한다.

후속연구

다음은 1933년에 창립한 핀란드에 위치한 꼬네 크레인(KONE CRANE)[8]의 단일 거더 형식이다[그림4]. 거더의 횡단면 중립축의 상단과 하단에 하중을 가할 수 있으며, 부양물을 지탱하는 로프(Rope) 배치와 그에 따른 중립축 하단의 구조 횡단면적 필요량를 고려하여 다단구조로 설계함으로서 소요되는 강재의 최적화를 도모할 수 있지만, 단일이기에 권상 용량에는 한계가 있다.
이는 2020년 발효 예정인 황산화물 상향 규제, 이미 시행중인 질산화물 배출 규제, 부분적으로 시행되고 있는 평형수 배출 규제, 시행 예정인 이산화탄소 배출 규제 등으로 신조 발주가 늘어날 것으로 추정되고, LNG 추진 기관, 연료 전지 추진 기관, 태양광과 풍력 추진 기관 등 보다 획기적인 선박 주기관이 기존 디젤 기관을 대체할 전망에 따른 결과이다. 따라서 향후 선박 시장에서 조선소 간의 에너지 효율화, 건조와 탑재 기술, 운항 경제성 등의 경쟁력이 기존에 비해 더욱 확연한 수주 성패의 가늠자가 될 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	트랜스포터는 공장과 실외에서 작업한 블록, 각종 의장품과 구조물을 어떻게 운송하는가?	선박의 기초가 되는 철판부터 각종 부품은 주로 지게차로 상하역하며, 트랜스포터는 공장과 실외에서 작업한 블록, 각종 의장품과 구조물을 전후좌우 원하는 방향으로 즉시 변침하며 운송한다. 그리고 강재 입고부터 블록 이동, 조립은 천장크레인, 지브(Jib) 크레인, 갠트리(Gantry) 크레인과 해상 크레인으로 수행되며, 그 가운데 주행과 횡행 모두 가능한 드라이도크(Dry Dock)에 설치된 현재 세계 최대 갠트리 크레인은 [그림 2] 현대중공업의 1,650톤 크레인이다.
	자중과 권상물 중량 등에 의한 변형(Deflection)이 수평선에 대해 상방으로 생기도록 하며, 이 변형량을 캠버(Camber)라 하고 규정 이내 발생되도록 해야 하는 이유는?	한편 구조적으로 갠트리 크레인은 항상 중앙부가 양단보다 상부에 위치하는 컨테이너 운반선 (Container Carrier)처럼 호깅 상태(Hogging Condition)이다. 따라서 자중과 권상물 중량 등에 의한 변형(Deflection)이 수평선에 대해 상방으로 생기도록 하며, 이 변형량을 캠버(Camber)라 하고 규정 이내 발생되도록 해야 한다.
	선박의 신조, 개조, 폐선 과정에서 사용되는 부재와 블록(Block)의 운송 수단은 무엇인가?	선박의 신조, 개조, 폐선 과정에서 부재와 블록(Block)의 운송 수단은 거의 대부분이 지게차, 트랜스포터(Transporter)와 크레인(Crane)이다.

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