KR100350812B1

KR100350812B1 - 선박의 횡동요 감쇠장치 및 방법

Info

Publication number: KR100350812B1
Application number: KR1020010028785A
Authority: KR
Inventors: 이호섭
Original assignee: 주식회사 수퍼센츄리
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2002-08-30
Also published as: KR20010070569A

Abstract

본 발명은 선박의 횡동요 감쇠장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 횡동요각 감지센서와 횡동요 각속도센서를 이용하여 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도를 각각 계측하고, 상기 계측된 자료를 중앙제어장치에 입력하여 평균주기 및 순간주기를 연산하는 단계와; 감쇠장치에 내재된 작동수의 주기가 상기 연산된 평균주기에 적합하도록 유체흐름제어장치를 최적 위치에 고정시키고, 횡동요 각도가 커져 작동수가 윙탱크부의 천장을 칠 정도로 최대 수위에 물이 도달하면 제1, 2, 3, 4 공기밸브를 닫아 감요효과가 감소되는 것을 최소화하는 단계와; 순간주기가 평균주기보다 길어질 때는 하부탱크부 작동수의 높이 및 선박의 횡경사 각도, 횡동요 각속도에 따라 최고의 효율을 발휘할 수 있도록 상기 제1, 2, 3, 4 공기밸브의 개폐각도 및 개폐주기를 조절하는 단계와; 송풍기를 작동하여 탱크 내부 작동수 높이, 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도에 따라 최대 감요효과를 가지도록 상기 하부탱크부 작동수를 강제로 이동시키는 제어프로그램을 작동하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 횡동요 감쇠방법 및 장치이다.

이러한 본 발명은 횡동요 감쇠장치의 제어요소인 작동수 및 공기를 각각 또는 동시에 제어할 수 있으므로 시스템 유연성 및 안전성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

선박의 횡동요 감쇠장치 및 방법{METHOD FOR ANTI-ROLLING A SHIP AND THERE OF APPARATUS}

본 발명은 선박의 횡동요 감쇠장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체중에 부유하고 있는 선박이 파도 등에 의해 불필요하게 과도한 횡방향 동요운동(ROLLING)을 할 경우, 이 횡동요를 인위적으로 감쇠시킴으로써 선박을 안전하게 운항할 수 있도록 한 선박의 횡동요 감쇠장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박의 횡동요 감쇠장치의 일 실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 선박의 횡동요 감쇠장치의 다른 실시예를 도시한 구성도이다.

현재, 선박에 적용되고 있는 횡동요 감쇠방법으로는 'U'형 감요수조를 이용하는 방법, 핀안정기(FIN STABILIZER)를 이용하는 방법, 자이로안정기(GYRO-STABILIZER) 및 만곡부용골(BILGE KEEL)을 설치하는 방법 등이 주로 사용되고 있으며, 선박의 운항 목적에 따라 선박 설계시 적합한 시스템을 선정하게 된다.

상기와 같은 여러 횡동요 감쇠방법중 도 1에 도시된 것은 U-형 감요수조(1) 내의 작동수의 흐름을 직접 제어하는 방법으로서, 상기 U-형 감요수조(1)의 하부탱크부(18) 중앙부에 설치된 유체흐름제어장치(7)(Flow Control Unit)를 조정하여 상기 하부탱크부(18) 내의 유체가 유동되는 단면적을 변화시킴으로써 횡동요 주기가 제어된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 U-형 감요수조(1)는 횡동요각(ROLL ANGLE) 감지센서(4) 및 타각지시기(14) 등으로부터 선박의 자세 및 운항상태의 신호를 중앙제어장치(23)가 입력받아 선박의 운동상태가 설정된 횡동요 범위를 초과할 경우, 횡동요주기 제어용 중앙제어장치(23)를 작동시켜 유체흐름제어장치(7)의 개도각(OPENING ANGLE)를 2∼4개의 스텝으로 정해진 각도로 조절함으로써 횡동요를 감쇠시킨다.

횡동요 감쇠장치 정지시에는 상기 제1 공기밸브(11-1)를 완전히 폐쇄(Full Close)시켜 상기 하부탱크부(18) 내의 유체가 유동되지 않게 제어한다.

유체흐름제어장치(7) 및 상기 제1 공기밸브(11-1)는 유압동력원(9)으로부터 발생된 구동력을 제공받아 유압식 제3 액추에이터(8-3)와 제1 액추에이터(8-1)를 구동에 의하여 개폐된다.

그러나 이와 같은 시스템은 횡동요각 및 타각 등을 횡동요 감쇠장치의 작동에 필요한 주요 입력자료로 이용하고 횡동요 각속도(ROLL ANGULAR VELOCITY)에 대한 정보는 입력변수로 사용하지 않아 횡동요 주기 변화에 대한 응답(RESPONSE)이 정확하지 않게 된다.

그리고 유체흐름제어장치(7) 및 제1 공기밸브(11)의 제1 액추에이터(8-1)를 랙-피니언 방식의 회전형 유압식 액추에이터(8)를 사용함으로써 작동시간이 길어지게 되어, 선박의 횡동요 주기 변화가 심할 경우 제 때에 적합한 횡동요 적응제어가 곤란하여 탑승자 및 선박의 안전에 위험을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 유체흐름제어장치(7)의 개도각(OPENING ANGLE)을 2∼4개의 정해진 벙위의 각도에서만 조정 가능하므로, 다양한 주기제어에 대한 선택의 범위가 좁게 되어 효율이 떨어진다.

종래 기술의 또 다른 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1, 2 공기배관(10-1, 10-2)내의 공기 흐름 여부를 제어함으로써 작동수의 흐름을 제어는 방법으로, 폐회로인 U-형 감요수조(1)의 좌ㆍ우현 탱크 사이를 연결한 제1, 2 공기배관(10-1, 10-2) 상에 개폐용 제1, 2 공기밸브(11-1, 11-2)의 개폐주기를 조절함으로써 좌ㆍ우현 탱크간의 공기 유동을 제어하여 횡동요 주기를 제어하는 방법이다.

상기 횡동요 감쇠장치는 횡동요각(ROLL ANGLE) 감지센서(4) 및 횡동요 각속도센서(5) 등으로부터 선박의 자세 및 운항상태를 입력받아 선박의 상태가 설정된 횡동요 범위를 초과할 경우, U-형 감요수조(1)의 좌.우현 윙탱크부(17)를 연결한 제1, 2 공기배관(10-1, 10-2)에 설치된 제1, 2 공기밸브(11-1, 11-2)를 주기 제어용 국부조종반(2)과 주기 제어용 원격조종반(3)의 출력단에 연결된 중앙제어장치(23)의 제어신호에 따라 개폐된다.

이때 상기 제1, 2 공기밸브(11-1, 11-2)는 공압동력원(9)으로부터 발생된 구동력을 받아 제1, 2 액추에이터(8-1, 8-2)의 구동에 의하여 개폐된다.

그러나 상기 횡동요 감쇠장치는 압축성 유체인 공기의 흐름만을 제어하므로U-형 감요수조(1)의 좌ㆍ우현 윙탱크부(17) 내부에 밀폐된 공기의 자체 압축에 의해 작동수의 유동제어가 원활하지 않아 횡동요 주기의 제어효율이 감소되며, 또한 이러한 이유에 의해 제1, 2 공기밸브(11-1, 11-2)의 개폐가 신속해야 함은 물론이고, 개폐 횟수가 많게 되어 상기 제1, 2 공기밸브(11-1, 11-2)의 수명이 단축되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 횡동요 상태 등 필요에 따라 U-형 감요수조 하부탱크부의 작동수 흐름 및 공기배관을 통한 공기 흐름을 동시에 제어할 수 있도록 한 선박의 횡동요 감쇠방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상술한 목적은 횡동요각 감지센서와 횡동요 각속도센서를 이용하여 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도를 각각 계측하고, 상기 계측된 자료를 중앙제어장치에 입력하여 평균주기 및 순간주기를 연산하는 단계와; 감쇠장치에 내재된 작동수의 주기가 상기 연산된 평균주기에 적합하도록 유체흐름제어장치를 최적 위치에 고정시키고, 횡동요 각도가 커져 작동수가 윙탱크부의 천장을 칠 정도로 최대 수위에 물이 도달하면 제1, 2, 3, 4 공기밸브를 닫아 감요효과가 감소되는 것을 최소화하는 단계와; 순간주기가 평균주기보다 길어질 때는 하부탱크부 작동수의 높이 및 선박의 횡경사 각도, 횡동요 각속도에 따라 최고의 효율을 발휘할 수 있도록 상기 제1, 2, 3, 4 공기밸브의 개폐각도 및 개폐주기를 조절하는 단계와; 송풍기를 작동하여 탱크 내부 작동수 높이, 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도에 따라 최대 감요효과를 가지도록 상기 하부탱크부 작동수를 강제로 이동시키는 제어프로그램을 작동하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 횡동요 감쇠방법 및 장치에 의해 달성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박의 횡동요 감쇠장치의 일 실시예를 도

시한 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 선박의 횡동요 감쇠장치의 다른 실시예를 도시한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 선박의 횡동요 감쇠장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: U-형 감요수조 2: 국부조종반

3: 원격조종반 4: 횡동요각도감지센서

5: 횡동요각속도센서 6: 탱크수위감지센서

7: 유체흐름제어장치 8: 액추에이터

9: 동력원 10: 공기배관

11: 공기밸브 12: 넘침방지플레이트

13: 보조배관시스템 14: 타각지시기

15: 리미트스위치 16: 포텐시오메터

17: 윙탱크 18: 하부탱크

19: 분할벽 20: 에큐물레이터

21: 공기압식 22: 유압식

23: 중앙제어장치 24: 송풍기

이하에서는, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 선박의 횡동요 감쇠장치의 구성도로서, 상기 U-형 감요수조(1)를 이용한 횡동요 감쇠장치는 격벽(19)에 의해 좌ㆍ우현 윙탱크부(17) 내부가 각각 2개의 제1 윙탱크(17-1), 제2 윙탱크(17-2)로 분활된 이중의 탱크구조로 형성되어 하측의 하부탱크부(18)와 연결되어 구성된다.

좌ㆍ우현의 상기 제1 윙탱크(17-1)는 제1 공기밸브(11-1)가 제1 액추에이터(8-1)와 연결되어 개재된 제1 공기배관(10-1)으로 연통 설치되며, 상기 제1 윙탱크(17-1)의 내측에 각각 형성된 제2 윙탱크(17-2)는 제2 공기밸브(11-2)가 제2 액추에이터(8-2)와 연결되어 개재된 제2 공기배관(10-2)으로 연통 설치된다.

상기 하부탱크부(18) 내부에는 수직형, 수평형 및 직선형 등 여러 가지 형상으로 제작된 유체흐름제어장치(7)가 내설되어 포텐시오미터(16)가 부설된 외부의 제3 액추에이터(8-3)와 연결된다.

상기 좌현 제1 윙탱크(17-1) 외측으로는 제4 액추에이터(8-4)가 부설된 제3 공기밸브(11-3)가 개재되어 송풍기(24)의 일측과 연통 설치된다.

상기 우현 제1 윙탱크(17-1) 외측으로는 제5 액추에이터(8-5)가 부설된 제4공기밸브(11-4)가 개재되어 상기 송풍기(24)의 타측과 연통 설치 된다.

상기 제1 윙탱크(17-1)와 하부탱크부(18) 경계인 자유수면 측 외주면에는 리미트스위치(15-1, 15-2)가 부설된 탱크수위감지센서(6-1, 6-2)가 각각 연통되어 설치된다.

상기 제1, 2, 3, 4, 5 액추에이터(8-1, 8-2, 8-3, 8-4, 8-5)와 포텐시오미터(16)는 중앙제어장치(23)에 신호가 입출력되게 연결된다.

상기 중앙제어장치(23) 입력단에는 횡동요각 감지센서(4)의 출력단과 횡동요 각속도센서(5)의 출력단이 병합되어 연결되며, 또한 국부조정반(2)의 출력단과 원격조정반(3)의 출력단이 병합되어 연결되고 그리고 타각지시기(14)의 출력단이 연결된다.

상기 제1, 2, 3, 4, 5 액추에이터(8-1, 8-2, 8-3, 8-4, 8-5)는 유압동력원(9)와 연결된다.

상기 제1, 2, 3, 4 공기배관(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)의 탱크측 입구에는 작동수가 넘치지 않도록 넘침방지플레이트(미도시)가 설치되며, 이 제1, 2, 3, 4 공기배관(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)의 최하부 지점에 별도의 배수관이 설치된다.

상기 하부탱크부(18)의 유체흐름 제어장치(7) 및 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)의 구동원은 대상 선박의 구성 요구조건에 따라 공기압식(Pneumatic Type) 또는 유압식(Hydraulic Type)으로 구성되며, 상기 유체흐름제어장치(7)의 형태는 수직형, 수평형 및 직선형 등이 될 수 있고, 상기 제1, 2, 3, 4, 5 액추에이터(8-1, 8-2, 8-3, 8-4, 8-5)의 형식은 회전식, 피스톤식 또는나사식 등 모두 적용 가능하다.

또한 동력의 차단 등 비상시를 대비하여 별도의 어큐뮬레이터(미도시)로부터 일정시간 동안 횡동요 감쇠장치의 작동이 유지될 수 있으며 수동으로도 작동 될 수 있다.

리밋스위치(15-1, 15-2)가 부설된 탱크수위감지장치(6)에 의하여 하부탱크부(18) 내에서의 수위변화에 따른 횡동요각이 감시 및 제어용 입력자료로 활용되고 이 횡동요각이 설정된 제한치를 초과할 경우, 경보발생 및 횡동요 감쇠장치의 작동을 정지시키는 신호를 내 보내게 된다.

주기 조종용 제어패널은 조타실의 원격조정반(3) 및 U-형감요수조(1) 근방의 국부조종반(2)으로 구성되어 이에 선택스위치를 설치하여 하나의 조종반에서만 작동된다.

선박의 횡동요 상태는 횡동요 각도 감지장치(4), 횡동요 각속도계(5)로부터 입력받는 방법 및 각 탱크에 설치한 탱크수위 감지장치(6)로부터의 수위를 입력받는 방법을 가능하게 구성하여 시스템 신뢰성을 확보토록 한다.

강제송풍기(24)를 설치하여 좌·우현 윙탱크(17)의 수위를 임의로 조절가능하게 함으로써 횡동요 감쇠효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 안티 힐링(ANTI HEELING) 장치로도 사용할 수 있도록 구성된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 방법으로 작동된다.

횡동요각 감지센서(4)와 횡동요 각속도센서(5)에 의하여 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도가 각각 계측되고, 이렇게 계측된 자료는 중앙제어장치(23) 내의마이크로프로세서(25)에 의해 평균주기 및 순간주기가 산출된다.

상기와 같이 산출된 평균주기에 적합한 하부탱크부 내부의 작동수의 주기가 유지되도록 유체흐름제어장치(7)를 최적의 위치로 유동시키고, 횡동요 각도가 커져 하부탱크부(18) 내부 작동수가 제1, 2 윙탱크(17-1, 17-2)의 천장을 치는 것을 방지하기 위해 설정된 최대수위에 작동수가 도달하면 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)를 페쇄하여 감요효과가 감소되는 것을 최소화 시킨다.

또한, 순간주기가 평균주기보다 길어질 때는 상기 하부탱크부(18) 내의 작동수의 높이 및 선박의 횡경사 각도, 횡동요 각속도에 따라 최고의 효율을 발휘할 수 있도록 상기 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)의 개폐각도 및 개폐주기가 조절된다.

그리고, 정해진 횡동요 각도 이상으로 선박이 횡동요를 하게 되면 상기와 같은 제어방법에 의해서 감쇠장치가 작동되며, 파랑이 잔잔하여 정해진 횡동요 각도 이하가 되면 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)가 폐쇄되어 상기 하부탱크부(18)의 작동수로 인한 복원력 감소효과가 최소화 된다.

상기와 같은 제어시스템이 작동하기 위해서는 추파(FOLLOWING SEA)나 추사파(STERN QUARTERING SEA)로 인해 선박의 횡동요 주기가 길어질 경우, 선박의 고속선회시 또는 급속한 침로 변경시, 그리고 풍압에 의해 적재된 화물이 한쪽으로 유동되어 선박이 경사될 시 등과 같은 조건에서 선박의 횡동요 주기가 제어범위 내에 들어올 정도로 보장될 때 유체흐름제어장치(7)가 길어진 주기에 적합하도록 위치가 조절되고, 상기와 같은 경우에서 선박의 복원력이 상실되는 것을 방지하기 위해 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)를 폐쇄시켜 경보를 발생시키며 이와 동시에 장치를 일시정지시키는 제어프로그램이 작동된다.

또한 운항중 승무원이 위험을 느껴 작동을 멈추고자 할 때는 선박이 최대 횡동요각을 유지하는 순간에 상기 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)를 폐쇄시켜 하부탱크부(18) 내부의 수위의 불균형을 최소화 시키기 위해 바이패스밸브(BY-PASS VALVE: 미도시)를 작동시켜 작동수의 수위를 조절한다.

그리고 보다 높은 횡동요 감소효과를 얻기 위해서 제어프로그램에 따른 송풍기(24)를 작동시켜 하부탱크부(18)의 작동수를 강제로 이송시키며 이로 인한 작동수 높이, 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도를 최적의 감요효과가 발생되게 최적제어 시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 횡동요 감쇠장치의 제어요소인 작동수 및 공기를 각각 또는 동시에 제어할 수 있으므로 시스템 유연성 및 안전성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

선박의 좌우현 내측에 U형으로 형성되며, 그 상방에 동력원(9)으로부터 동력을 전달받은 제1, 2 액추에이터(8-1, 8-2)가 부설된 제1, 2 공기밸브(11-1, 11-2)를 가진 제1, 2 공기배관(10-1, 10-2)의 양단이 격벽에 의해 분리된 상부에 각각 연통설치되고, 하부중앙에는 외부의 제3 액추에이터(8-3)와 연결된 유체흐름제어장치(7)가 입설되는 제1, 2 윙탱크(17-1, 17-2) 및 하부탱크부(18)로 구성된 U-형 감요수조(1)와;

상기 제3 액추에이터(8-3)에 결합된 포텐쇼미터(16)의 출력단과, 횡동요각각 감지센서(4) 및 횡동요 각속도센서(5)가 병합된 출력단과 연결되며 국부조정반(2) 및 원격조정반(3)이 병합된 출력단과, 타각지시기(14)의 출력단이 각각 연결된 중앙제어장치(23)에 있어서;

상기 감요수조(1)의 좌현 제1 윙탱크(17-1) 외측에 일측이 연통되며 제4 액추에이터(8-4)가 부설된 제3 공기밸브(11-3)가 개재되는 제3 공기배관(10-3)과;

상기 제3 공기배관(10-3) 타측에 일측이 연통되어 설치되는 송풍기(24)와;

상기 송풍기(24)의 타측에 일측이 연통되며 제5 액추에이터(8-5)가 부설된 제4 공기밸브(11-4)가 개재되어 타측이 상기 우현 제1 윙탱크(17-1)에 연통 설치되는 제4 공기배관(10-4)과;

상기 좌ㆍ우현 제1 윙탱크(17-1)와 하부탱크부(18)를 구분하는 자유수면의 외주면에 연통설치되는 상ㆍ하 리밋스위치(15-1, 15-2)가 부설된 좌ㆍ우측 탱크수위감지센서(6-1, 6-2)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선박의 횡동요 감쇠장치.
횡동요각 감지센서(4)와 횡동요 각속도센서(5)를 이용하여 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도를 각각 계측하고, 상기 계측된 자료를 중앙제어장치(23)에 입력하여 평균주기 및 순간주기를 연산하는 단계와;

감쇠장치에 내재된 작동수의 주기가 상기 연산된 평균주기에 적합하도록 유체흐름제어장치(7)를 최적 위치에 고정시키고, 횡동요 각도가 커져 작동수가 윙탱크부(17)의 천장을 칠 정도로 최대 수위에 물이 도달하면 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)를 닫아 감요효과가 감소되는 것을 최소화하는 단계와;

순간주기가 평균주기보다 길어질 때는 하부탱크부(18) 작동수의 높이 및 선박의 횡경사 각도, 횡동요 각속도에 따라 최고의 효율을 발휘할 수 있도록 상기 제1, 2, 3, 4 공기밸브(11-1, 11-2, 11-3, 11-4)의 개폐각도 및 개폐주기를 조절하는 단계와;

송풍기(24)를 작동하여 탱크 내부 작동수 높이, 선박의 횡경사 각도 및 횡동요 각속도에 따라 최대 감요효과를 가지도록 상기 하부탱크부(18) 작동수를 강제로 이동시키는 제어프로그램을 작동하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 횡동요 감쇠방법.