해양 크레인 하중표
하중표의 각 칸을 읽는 방법, 해상 상태에 따른 허용 하중 감소의 원인, 동적 계수가 하중에 따라 달라지는 이유, 히브 보상과 충격 흡수로 회복할 수 있는 용량을 설명합니다.
- 크레인 하중표는 각 작업 반경에서의 안전 작업 하중(SWL)을 제시합니다. 해양 크레인 하중표에는 유의파고 (H_s), 별로 동적 계수 \psi.
- 인양 중 가장 불리한 반경과 예보 파고 이상인 첫 H_s 구간이 만나는 칸을 읽습니다. 이 칸의 값은 총 허용 하중으로, 후크와 리깅 및 기타 매달린 장비의 자중을 빼야 합니다.
- 표준 DNV-ST-0378에 따르면 해양 크레인의 \psi 는 작업 하중이 2,500 kN 이하일 때 최소 1.3입니다. 후크와 하중 사이의 상대 속도 및 크레인 강성이 커지면 이 값도 커집니다.
- 동적 계수 \psi 를 매달린 질량으로 계산하면 하중이 줄어들수록 계수가 커지므로 하중과 계수를 함께 풀어야 합니다. 10 t 정격을 (\psi = 1.30) 에서 상대 속도 1.25 m/s에 적용하면, 고정 계수로 얻는 7.2 t가 아니라 6.50 t가 됩니다.
크레인 하중표는 크레인이 각 작업 반경, 붐 길이 및 각도에서 안전하게 들어 올릴 수 있는 최대 작업 하중을 규정합니다. 해양에서는 후크, 하중, 갑판, 해수면이 서로 상대적으로 움직입니다. 따라서 하중표는 해상 상태에 따라 허용 하중을 낮춥니다. 각 파고 열에서는 정격에 적용된 동적 계수와 해당 해상 상태의 더 큰 계수의 비율로 정격을 조정합니다. 올바른 칸을 읽는 것이 해양 인양 검토의 첫 단계입니다.
하중표의 한 칸을 읽는 방법
예시 A는 설명용 해양 주 후크 하중표입니다. 각 파고 열은 정격에 고정 계수를 적용하며, 여기서는 \psi_{\text{rating}} = 1.30:
| 작업 반경 | 정격ψ 1.30 | Hs ≤ 2.0 mψ ≈ 1.5 | Hs ≤ 2.5 mψ ≈ 1.7 | Hs ≤ 3.0 mψ ≈ 1.95 |
|---|---|---|---|---|
| 12 m | 10.0 t | 8.7 t | 7.6 t | 6.7 t |
| 16 m | 8.4 t | 7.3 t | 6.4 t | 5.6 t |
| 20 m | 6.9 t | 6.0 t | 5.3 t | 4.6 t |
| 24 m | 5.6 t | 4.9 t | 4.3 t | 3.7 t |
설명용 하중표입니다. 인증된 하중표에는 적용 규칙, 계수 및 파고 구간이 명시됩니다.
- 작업 반경의 행을 찾습니다. 인양 경로에서 가장 불리한 지점의 작업 반경을 사용합니다. 붐을 눕힐수록 작업 반경은 커지고 용량은 줄어듭니다.
- 해상 상태의 열을 선택합니다. 작업 시 예보 유의파고를 기준으로, 그 값 이상인 첫 구간까지 올려 잡습니다. 두 열 사이에 있으면 더 불리한 열을 적용합니다.
- 교차하는 칸을 읽습니다. 20 m와 H_s \le 2.5\ \text{m} 에서 칸의 값은 5.3 t입니다. 이는 순 화물 하중이 아닌 매달린 하중의 총 허용치입니다.
- 산정 기준을 확인합니다. 인증된 하중표의 H_s 칸은 승인된 허용치이므로 표시된 값을 그대로 사용합니다. 정격과 매달린 질량에서 계산한 \psi 를 이용해 허용치를 직접 구한다면 질량과 계수를 함께 풀어야 합니다(아래 참조).
허용 하중 감소의 원인
용량이 크게 줄어드는 주된 원인은 상대 속도와 장력의 급격한 변화입니다.
- 움직이는 갑판에서 인양을 시작할 때. 보급선 갑판이 내려가는 동안 후크가 올라가면 슬링이 느슨한 상태에서 거의 순간적으로 완전히 하중을 받게 되어 스냅 하중이 정적 하중을 크게 초과할 수 있습니다.
- 스플래시 존. 하중이 수면을 통과할 때 부력, 항력, 부가 질량 및 파 입자의 속도가 빠르게 변합니다.
- 크레인과 와이어의 탄성. 크레인, 와이어, 슬링 및 하중은 스프링 질량계처럼 거동하므로 빠른 움직임이나 부적절한 타이밍은 최대 하중을 키웁니다.
- 짧은 순간의 사건. 갑판에서 인양을 시작하거나 착지하거나 걸릴 때는 평균 해상 상태가 허용 가능해 보여도 최대 후크 하중이 발생할 수 있습니다.
하중표의 동적 계수 \psi 는 크레인에 작용하는 이러한 효과를 하나의 값으로 나타냅니다. 특정 인양을 해석해 얻는 동적 증폭 계수(DAF)와 관련은 있지만 같은 값은 아닙니다. 자세한 내용은 동적 증폭 계수.
동적 계수 계산 방법
보급선에서 인양할 때 후크와 하중 사이의 상대 속도는 권상 속도와 크레인 선단 및 갑판의 수직 속도가 결합된 값입니다.
여기서 v_L 는 권상 속도, v_c 는 선박 운동에 따른 크레인 선단 속도, v_d 는 파도에 따른 갑판 속도입니다. 이 값들은 선박 응답 데이터, 계측된 운동, 시간 영역 시뮬레이션 또는 데이터가 부족할 때 보수적인 규칙값에서 얻습니다. 그다음 상대 속도, 크레인과 와이어의 강성 k 및 총 매달린 질량 m:
이는 DNV-ST-0378의 \psi = 1 + V_R\sqrt{C/(W g)} [4.1.3.2]의 식을 다음 치환을 사용해 다시 쓴 것입니다: W = m g 및 C = k; v_c 와 v_d 는 DNV에서 각각 V_t 와 V_{\text{in}}에 해당합니다. 이 표준은 작업 하중 2,500 kN 이하인 해양 크레인에 최소 1.3을 적용합니다. 최소 권상 속도를 포함한 세부 사항은 DNV-ST-0378.
고정 ψ와 질량 의존 ψ: 두 가지 답
12 m에서 정격 10 t, \psi = 1.30에 상대 속도 1.25 m/s와 강성 400 kN/m를 적용합니다. 10 t에서 공식으로 계산하면 다음과 같습니다.
예시 B는 \psi 가 고정되어 있는지에 따라 이 정격의 허용치가 어떻게 달라지는지 보여 줍니다.
| ψ의 입력 방식 | 계산 | 총 허용 하중 |
|---|---|---|
| 고정 입력값(규칙표 또는 해석 결과) | 10 \times 1.30 / 1.8 | 7.2 t 계수 \psi = 1.8 |
| 크레인 자체의 공식, \psi(m) | 다음 식을 풉니다: m\,\psi(m) = 13\ \text{t}, 여기서 \psi(m) = 1 + 2.54842/\sqrt{m} | 6.50 t 계수 \psi \approx 2.00 |
공식을 사용하면 하중이 가벼울수록 계수가 커지므로 두 조건을 동시에 만족하는 값을 구해야 합니다.
이는 10 t 정격보다 약 35 % 낮습니다. 간단한 비율식을 사용하기 전에 계수가 실제로 질량과 무관한지 확인해야 합니다.
총 허용 하중은 순 화물 하중이 아닙니다
위의 모든 값은 매달린 하중의 총 허용치입니다. 순 페이로드 허용치는 매달린 장비의 자중을 뺀 나머지입니다.
화물이 아닌 후크 아래의 모든 것이 자중에 포함됩니다. 후크 블록, 로핑, 리깅, 스프레더 및 기타 매달린 장비가 이에 해당합니다. 하중 전달 경로에 있는 히브 보상 장치나 충격 흡수 장치도 자중에 포함되므로 그 무게 역시 허용치에서 빼야 합니다.
용량을 회복하는 방법
동적 하중 때문에 하중표의 허용 용량이 줄어듭니다. 최대 하중을 결정하는 경우는 두 가지이며, 세 번째 경우에는 능동 제어가 필요합니다.
| 최대 하중의 원인 | 도움이 되는 장치 | 작동 방식 |
|---|---|---|
| 단일 사건: 갑판에서 인양, 스냅 또는 과하중 | POLARIS 크레인 충격 흡수 장치 | 속도 차이를 후크 하중으로 전달하는 대신 스트로크와 감쇠로 흡수합니다. 사건 사이에 복귀할 시간이 필요합니다. |
| 반복되는 파랑 운동: 스플래시 존, 수중 인양 | 수동 히브 보상: RIGEL 또는 CYGNUS. 적응형 수동 히브 보상: ANTARES, 인양 중 하중이 변할 때(예: 공기 중에서 수중으로 이동하거나 단계적으로 착지할 때) 감쇠를 자동 제어합니다. | 하중을 크레인 선단의 히브 운동에서 분리하여 하중에서의 상대 속도와 인양 DAF를 파도가 지날 때마다 낮게 유지합니다. |
| 수동 장치로는 충족할 수 없는 잔류 운동 제한 | 능동 히브 보상, 예를 들어 VEGA (개발 중) | 운동을 측정하고 그 반대 방향으로 하중을 구동합니다. 이러한 성능이 필요한 경우에 사용합니다. |
운용 관리가 시작 조건을 결정합니다. 권상 속도를 제어하고, 갑판에서 부드럽게 들어 올리며, 재접촉을 피하고, 공진을 일으키는 해상 상태를 피하며, 적절한 기상 창을 선택해야 합니다. 히브 보상 장치나 충격 흡수 장치를 사용한 인양이라도 크레인의 인증된 하중표가 바뀌는 것은 아닙니다. 실제 인양에서 발생하는 동적 하중이 낮아집니다.
이 페이지의 수치로 보면 회복 가능한 용량은 다음과 같습니다. 10 t 정격의 동적 하중 한도는 13 t(10 t × 1.30)입니다. 보상이 없는 계산 예시에서는 6.50 t가 허용됩니다. 인양 해석 결과 히브 보상 장치가 최대 하중을 정적 하중의 1.3배로 제한한다면, 13 t / 1.3으로 전체 10 t를 감당할 수 있습니다. 이 산정 근거는 크레인 제조사 또는 선급과 해상 보증 검사원의 승인을 받아야 합니다. 충격 흡수 장치의 경우 DNV-ST-0378 는 검사원이 입회한 계산과 시험으로 효과를 입증하고 별도로 합의한 경우에만 유압 댐퍼의 효과를 인정합니다[5.2.9.10]. 제품을 처음 검토할 때는 선정 가이드.
하중표의 근거가 되는 표준
해양 크레인 하중표에는 해당 크레인이 인증받은 규칙이 적용됩니다: DNV-ST-0378 는 DNV 인증 해양 및 플랫폼 크레인에, EN 13852-1 은 유럽에, API 2C는 해양 페데스털 크레인에 적용됩니다. 하중 전달 경로의 히브 보상 장치는 DNV-ST-0378 에 따라 설계하고 DNV-RP-N202에 따라 검증합니다. 인양 작업 전체에는 DNV-ST-N001이 적용되며, 동적 해석에는 DNV-RP-N103 을 참조합니다. 자세한 내용은 해양 인양 관련 DNV 표준.
자주 묻는 질문
크레인 하중표란 무엇인가요?
크레인이 각 작업 반경, 붐 길이 및 각도에서 안전하게 들어 올릴 수 있는 최대 작업 하중을 나타낸 표입니다. 해양 크레인 하중표에는 유의파고별 열도 있으며, 각 열의 허용 하중은 해상 운동에 따른 동적 계수로 조정됩니다.
해양 크레인 하중표는 어떻게 읽나요?
인양 중 가장 불리한 작업 반경의 행을 찾고, 예보 유의파고 이상인 첫 구간의 열을 선택한 다음 교차하는 칸을 읽습니다. 이 값이 매달린 하중의 총 허용치입니다. 여기서 후크, 리깅 및 기타 매달린 장비의 무게를 빼면 순 페이로드가 나옵니다.
해양 크레인에는 어떤 동적 계수가 적용되나요?
표준 DNV-ST-0378 에 따르면 해양 크레인의 동적 계수는 작업 하중 2,500 kN 이하에서 최소 1.3입니다. 실제 값은 후크와 하중 사이의 상대 속도, 크레인 강성 및 매달린 질량에 따라 결정됩니다. 이 페이지의 설명용 하중표에서는 Hs 2.0 m에서 약 1.5, 2.5 m에서 약 1.7, 3.0 m에서 약 1.95입니다.
동적 계수로 허용 하중을 어떻게 계산하나요?
계수가 고정되어 있다면 총 허용 하중 = 정격 \times\,\psi_{\text{rating}}/\psi_{\text{sea state}}입니다. 이 페이지의 예시에서는 10 t × 1.30 / 1.8 = 7.2 t입니다. 계수가 크레인의 공식에서 나오고 질량에 따라 달라진다면 질량과 계수를 함께 풀어야 합니다. 같은 10 t 정격에서 허용치는 6.50 t이며 계수는 \psi = 2.00.
히브 보상으로 크레인 용량이 증가하나요?
크레인의 인증된 하중표는 바뀌지 않습니다. 후크와 하중 사이의 상대 운동을 줄여 실제 인양에서 발생하는 동적 하중을 낮춥니다. 이 페이지의 계산 예시에서 인양 해석 결과 최대 하중이 정적 하중의 1.3배라면, 10 t 정격의 13 t 동적 하중 한도로 보상 상태에서 전체 10 t를 감당할 수 있습니다. 보상이 없을 때의 6.50 t와 비교됩니다. 이 산정 근거는 크레인 제조사 또는 선급과 해상 보증 검사원의 승인을 받아야 합니다.
동적 계수와 DAF는 어떻게 다른가요?
동적 계수 \psi 는 크레인과 하중표의 설계 기준이 되는 크레인 규칙의 계수입니다. 동적 증폭 계수(DAF)는 특정 인양을 해석하여 얻는 최대 하중 대 정적 하중의 비율입니다.
근거 및 출처
- DNV-ST-0378, 2019년 7월판(2021년 10월 개정): 동적 계수 [4.1.3], 해양 크레인의 최소값과 상대 속도 [8.2.2], 파고별 하중표 [8.2.4], 유압 댐퍼 [5.2.9.10].
- 예시 A와 B 및 계산 사례는 명시된 입력값을 사용한 설명용 자료입니다. 수치는 표시된 대로 반올림했으며 이 페이지의 공식으로 정확히 다시 계산할 수 있습니다.
- EN 13852-1 크레인, 해양 크레인, 범용 해양 크레인; API Spec 2C 해양 페데스털 장착 크레인.
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해양 인양 하중 사례: ND 기준 비교 수치
Norwegian Dynamics의 자체 시간 영역 시뮬레이션을 통해 수동 히브 보상이 있을 때와 없을 때 실제 인양에서 측정되는 값을 보여 줍니다. 이 자료는 어떤 표준도 재현하지 않습니다. 핵심은 표준에 실리지 않은 이 수치들입니다.
