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선박 대형화 추세에 따라 최근 많이 건조되는 1만 2000 TEU 급 컨테이너선에는 70㎜ 두께의 철판이 사용되는데, 향후 1만 6000 TEU급까지 규모가 커질 경우 80㎜ 강판이 사용될 예정입니다.

TEU는 길이 20ft의 컨테이너 박스 1개를 나타내는 단위이며, 컨테이너 전용선의 적재용량은 TEU단위로 표기합니다.

즉 1만 6000 TEU 컨테이너선은 우리가 일상적으로 볼 수 있는 컨테이너 1만 6000개를 적재할 수 있다는 뜻입니다.

한국원자력연구원 중성자과학연구부 우완측 박사와 성백석 박사는 지난 2007년부터 4년간에 걸친 연구개발 끝에 연구용원자로 하나로(HANARO)에서 생산된 중성자를 이용해서 80㎜ 두께 철판까지 검사할 수 있는 세계 최대 투과력을 가진 중성자 잔류 응력 측정 장치(RSI; Residual Stress Instrument)를 개발했습니다.

실험 중인 70㎜ 두께 철판

실험 중인 시편과 중성자 조사용 슬릿


중성자의 회절 특성을 이용한 중성자 잔류 응력 측정 장치는 다른 비파괴 검사 장치에 비해 검사 가능한 철판 두께가 가장 두꺼운 검사 장치로, 지금까지는 영국 ISIS의 중성자 잔류 응력 측정 장치가 60㎜ 두께의 강관 검사에 성공한 게 최고였습니다.

연구팀은 중성자 빔 세기를 극대화하고 퍼짐을 방지함으로써 이보다 20㎜ 더 두꺼운 80㎜의 철판을 검사할 수 있는 장치를 개발했습니다.

지금까지는 이처럼 두꺼운 철판을 검사할 수 있는 장치가 없어서 재료의 건전성을 정확히 검사하기 힘들었습니다.

이번에 원자력연구원이 개발된 장치로 80㎜ 두께의 철판까지 검사함으로써 국내 조선업체들이 건조하는 선박의 물리적 안전 특성을 정확하게 파악해서 설계에 반영할 수 있게 됐습니다.

이번에 개발된 중성자 잔류 응력 측정 장치는 선박 건조용 철판, 원전 핵심부품 용접부의 응력 분포 및 결함 여부 검사 등을 통해 산업 재료의 구조적 안전성 확립이 향상될 것으로 기대되고 있습니다.

 연구팀은 포스코의 의뢰를 받아 대형 컨테이너선에 사용되는 80㎜ 두께의 후판강재부 및 용접접합부의 잔류 응력 측정 및 미세구조를 분석하는 위탁과제를 수행 중입니다.

이번 측정 장치를 통해 원자력 발전소의 원자로 압력용기 용접 부위의 잔류 응력을 측정해서 원전의 안전성을 향상시키는 데도 장치를 활용할 계획입니다.

또 개발된 장치를 국내외 연구자들에게 개방해 산업체, 대학 및 연구소에서 잔류 응력 측정 업무를 의뢰받아 수행할 예정입니다.

<하나로(HANARO)와 연결된 빔 조사부, 검출기>

연구용 원자로 하나로와중성자 잔류 응력 측정장치

중성자 빔 라인과 시료 테이블 및 검출기


 용  어  설  명

잔류 응력 :
재료 자체에 내재된 불균일한 힘의 분포. 대부분의 산업용 소재들은 부품 내부에 유해한 잔류 응력을 가지고 있으며 이는 갑작스런 균열, 파괴 및 수명 단축 현상을 일으킨다.

중성자 잔류 응력 측정장치 :
중성자를 사용해서 재료를 구성하는 원자들 사이의 거리로부터 잔류 응력을 측정해서 재료의 비파괴 검사에 이용하는 장치. 자동차, 항공기, 철강 및 조선업 등의 각종 기계 부품 균열, 피로, 파단 현상을 규명하는데 쓰인다.

회절(diffraction) :
빛과 같은 파동이 장애물(물질)을 만났을 때 물질 내부의 원자들 사이를 투과하면서 뒤쪽으로 휘어져 도달하는 현상. 회절 무늬를 분석하면 물질의 성분과 위치에 대한 정보를 얻을 수 있다.

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KAIST가 파도치는 해상에서 대형 선박 간의 자동 도킹이 이루어지는 모바일하버 신기술을 실제 바다에서 시연했습니다.

움직이는 항구로 불리는 모바일하버를 상용화하기 위해서는 선박 간 자동도킹 기술이 필수적입니다.

수심이 낮아 항만에 접안할 수 없는 대형 컨테이너선의 하역작업을 위해서는 해상에 떠있는 컨테이너선에 모바일하버가 다가가 측면에 밀착해야 되기 때문입니다.

파도와 바람의 영향으로 끊임없이 움직이는 두 부유체를 안전하고 신속하게 측면으로 밀착해 일정 거리를 유지하는 것은 매우 어려운 기술입니다.

기존에는 선원들이 로프를 주고받아 계류해 시간이 매우 오래 걸리고 사고의 우려는 물론 응급상황에 신속하게 대처할 수 없었습니다.

모바일하버 원천기술의 하나로 개발된 자동도킹시스템은 파도치는 바다에서 선박 간 충돌을 방지하면서 두 선박을 신속하고 안정적으로 연결하는 기술입니다.

세계적으로 그 필요성이 대두되어 왔지만 기술적 한계로 상용화가 이루어지지 않았다고 합니다.

이날 공개시연에서는 모바일하버 역할을 하는 바지선을 컨테이너선에 해당하는 선박에 근접시키고, 자동으로 도킹을 한 후 상호계류를 유지시키는 정상작동 상황과 비상상황 발생 시의 대처 과정 등이 전개됐습니다.

■ 운용시나리오

시제품 구성


KAIST 모바일하버 연구팀은 로봇기술을 기반으로 파도가 치는 해상 특성을 극복하는 자동도킹 기술을 조선·해양 기자재 전문기업인 미래산업기계와 해양설비 설계 전문회사 오션스페이스와 공동 개발했습니다.

모바일하버는 두 선박이 파도와 바람의 영향에도 불구하고 안전하게 하역작업을 할 수 있는 새로운 기술로 로봇팔, 진공 흡착패드, 윈치, 펜더로 구성된 융복합 시스템입니다.

해양산업에서 대형 선박 간 계류 및 해상에서 상하역 문제의 해결 필요성은 꾸준히 대두되었으나 기술적 어려움으로 인해 시도되지 못했던 어려운 숙제를 모바일하버 개발로 해결한 셈이라고 합니다.

KAIST는 오는 6월 29일, 컨테이너를 해상에서 정밀하고 안전하게 상하역하는 안정화 크레인 기술과 자동도킹시스템 기술을 종합한 모바일하버 통합 공개시연 행사를 가질 계획입니다.


이 시연에는 국내외 전문가들뿐만 아니라 모바일하버 기술에 관심이 많은 미국 ONR(미해군성 연구개발국) 연구책임자들과 사업화에 관심을 표명한 해외 인사들이 대거 참관할 예정이라고 합니다.

• 총 4개의 관절로 구성되어 상하좌우 상대운동에 대응하며, 다단 실린더 적용으로 능동모드 또는 수동모드 전환 가능• 로봇암 내부를 진공챔버 공간으로 활용하여 소형화 및 경량화 구현 • 크기 : 3.2m (격납 시 1.9m)



도킹시스템 1기당 4개의 흡착섹션으로 구성되며, 곡면에도 흡착 가능• 센서를 통한 거리 탐지 및 진공압 측정• 흡착패드 용량 ․시연용 : 6.6ton (모바일하버 : 9.4ton)• 흡착패드 크기 ․시연용 : 1.7×1.7m (모바일하버 : 2.2×2.2m)

• 윈치 용량 ․시연용 : 6.6ton ․모바일하버 : 9.4ton• 계류라인 작용력 ․시연용 : 5.3ton ․모바일하버 : 7.54ton












시 연 모 델

▪ 모바일하버용 부유체

48m(L) x 15m(W) x 3.3m(H)

▪ 컨테이너선용 부유체 (한우리호)

93m(L) x 15m(W) x 7.2m(H)

▪ 도킹시스템

6.0m(L) x 4.2m(W) x 3.2m(H)



 

 

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