KR100903087B1

KR100903087B1 - 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱

Info

Publication number: KR100903087B1
Application number: KR1020080098054A
Authority: KR
Inventors: 김종련
Original assignee: 지씨테크(주)
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2009-06-15

Abstract

본 발명은 선박 엔진의 구동으로 인해 발생하는 횡방향 진동을 흡수하고, 특히 공진시 발생하는 횡방향 진동의 진폭을 줄여서 선체(Hull)로 전달되는 진동을 최소화시키고, 필요시 특정 RPM에서 선체와 엔진의 공진이 발생했을 때는 탑 브레이싱을 차단시켜 선체에서 엔진쪽으로 전달되는 진동과 엔진에서 선체쪽으로 전달되는 진동을 차단시키는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱은, 선체에 일단이 결합된 실린더, 상기 실린더 내에 수용된 램, 상기 램의 일단부에 결합되는 제1 피스톤, 실린더 내벽과 램 사이에 위치하는 제2 피스톤, 실린더 내부에서 상기 제1 및 제2 피스톤에 의해 구획되는 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버, 메인챔버에 연결된 축압기, 제1 피스톤 내에 설치한 체크밸브, 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버에 유압과 공압을 보충하기 위한 충진밸브를 포함하여 구성되고, 양측에 각각 구면베어링이 삽입된 트란스퍼 베리어를 상기 램과 엔진측 용접패드에 설치된 베어링 커버에 각각 삽입시켜, 상기 2개의 트란스퍼 베리어를 로크너트로 연결시켜 구성된다.

탑 브레이싱, 쌍방향, 선박, 진동, 트란스퍼 베리어, 구면베어링, 로크너트

Description

선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱{Double acting type hydraulic top bracing for reducing the vibration from engine}

본 발명은 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱(Top bracing)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 엔진의 구동으로 인해 발생하는 횡방향 진동을 흡수하고, 특히 공진시 발생하는 횡방향 진동의 진폭을 줄여서 선체(Hull)로 전달되는 진동을 최소화시키고, 필요시 특정 RPM에서 선체와 엔진의 공진이 발생했을 때는 탑 브레이싱을 차단시켜 선체에서 엔진쪽으로 전달되는 진동과 엔진에서 선체쪽으로 전달되는 진동을 차단시키는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱을 제공하기 위한 것이다.

일반적으로 대형 선박에 사용되는 엔진은 출력이 크기 때문에 엔진에서 발생하는 진동이 그대로 선체에 전달될 경우, 선체 진동이 증대되어 주변기기의 내구성을 저하시키고, 아울러 엔진에도 무리가 가기 때문에 엔진의 진동을 흡수 상쇄시켜 선체에 전달되는 진동량을 줄이기 위하여 브레이싱이 사용되고 있다.

대표적으로 사용되었던 브레이싱으로는 바 타입(bar type)과 유압실린더 타입이 있는데, 바 타입은 엔진과 선체 사이에 바(bar)를 설치하여 바(bar)에 의하여 엔진과 선체를 유동성이 없는 상태로 구조물을 단순히 고정시키고 있는 형태이다. 이와 같은 구조로 인하여 엔진에서 발생하는 진동 흡수가 곤란하며, 엔진 진동에 의해 바 타입 탑 브레이싱의 용접부에 균열이 생기기 쉽다는 단점이 있고, 유압실린더 타입은 바 타입에 비하여 충격에 대한 강도는 우수하지만, 충분한 진동 흡수력이 없고 유압을 공급하기 위한 펌프나 유압 라인과 같은 많은 설비를 함께 갖추어야 하고, 장시간 사용시 연결부위에 누유(淚油)가 발생되기 쉽고, 실(seal) 및 웨어링(wear-ring)의 마모된 입자가 여과기(filter)를 막기 때문에 여과기를 수시로 청소해줘야 한다는 단점이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 출현한 기술이 특허등록 제250789호 '선박 엔진 진동 감쇄용 브레이싱장치'인데 도 1을 참조하여 간략히 설명하면, 브레이싱장치는 선체에 고정되는 실린더(1), 실린더에 수용되는 피스톤(2), 실린더의 내벽과 피스톤 사이의 보조피스톤(3), 피스톤의 선단에 고정된 플랜지(4), 실린더 커버와 플랜지 사이의 메인챔버(5), 플랜지와 보조피스톤 사이의 보조챔버(6), 보조피스톤과 실린더 커버 사이의 에어챔버(7), 피스톤의 중앙에 복원스프링과 플런져가 삽입되며 에어챔버와 도통되도록 된 삽입플런져홈(70) 및 피스톤 및 엔진을 연결하는 조인터(9)를 주요 구성으로 하여, 엔진 진동을 실린더로 전달하는 피스톤의 압력을 분산시켜 흡수 상쇄시키도록 구성되고, 보조피스톤을 움직여 에어챔버의 체적을 변화시켜 플런져의 복원력을 조절하도록 되어 있다.

그러나, 상기 브레이싱장치는 첫째, 실린더 내에 스프링이 설치되어 있기 때문에 힘 조절이 유효 적절하지 못하며, 둘째, 스프링의 잦은 신축으로 인한 소음 및 파손의 우려가 있고, 셋째, 플런저 내의 오일 압력이 높기 때문에 압력이 약한 에어챔버 쪽으로 누유현상이 발생되며, 넷째 차단막이 없기 때문에 엔진에서 힘이 전달되지 않는 경우에는 플런져 내부로 에어가 유입되어 오일과 섞이게 되며, 다섯째, 메인챔버와 보조챔버 사이에 체크밸브가 설치되어 있어 한 방향으로만 오일이 이동하고 반대방향으로는 이동할 수 없기 때문에 만일 선체에서 공진이 발생하였을 때는 서로 간에 전달되는 진동을 차단 또는 줄여 주지 못 할 뿐만 아니라 더 큰 진동을 유발시킬 수 있다. 이는 브레이싱의 주목적인 엔진보호 및 주변기기의 내구성을 향상시키는 목적을 기대할 수 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 출원인이 개발하여 등록받은 것이 특허 제609051호 '선박 엔진의 진동 감쇄용 유압 탑 브레이싱'인데, 도 2를 참조하여 간략히 설명하면, 상기 탑 브레이싱은 선체에 일단(一端)이 결합된 실린더(1'), 실린더 내에서 전후방향으로 이동하는 램(ram; 2'), 램의 일단부(一端部)에 결합되는 제1 피스톤(4'), 실린더 내벽과 램 사이에 위치하는 제2 피스톤(3'), 실린더 내부는 상기 제1 및 제2 피스톤에 의해 구획된 메인챔버(5')와 보 조챔버(6') 및 에어챔버(7'), 램과 엔진측을 연결하는 트란스퍼 베리어(9')로 구성되고, 메인챔버에는 축압기를 연결하고, 제1 피스톤 내에는 체크밸브를 설치하여, 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버에 유압과 공압을 보충하기 위한 충진밸브를 연결시켜 구성한 것이다.

그러나 상기 탑 브레이싱은 트란스퍼 베리어의 일측으로만 구면베어링이 설치되어 있기 때문에 한쪽 방향으로만 작용하는 단동방식(Single acting type)으로, 구체적으로 설명드리면, 선체측으로부터 엔진쪽으로 힘(압축력)이 작용할 때는 탑 브레이싱이 진동을 잡아주지만, 그 반대방향으로 힘(인장력)이 작용할 때는 일정 이상의 힘을 잡아주지 못하기 때문에, 선체와 엔진 사이에 설치하는 탑 브레이싱을 엔진의 좌우 양측에 설치해줘야만 하므로 공간을 많이 차지하게 되어, 한정된 좁은 선체 공간에서 다른 장치들과의 간섭 등 선체(Hull) 설계에 있어서 구조적으로 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은, 선체와 엔진 사이에 작용하는 인장력과 압축력을 모두를 흡수하여 선박 엔진의 구동으로 인해 발생하는 횡방향 진동을 줄여주고, 특히 공진시 발생하는 횡방향 진동의 진폭을 줄여서 선체(Hull)로 전달되는 진동을 최소화시켜 주변기기의 내구성을 증대시킬 수 있는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 선박의 엔진과 선체 사이에 설치되는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱은, 선체에 일단(一端)이 결합된 실린더, 상기 실린더 내에 수용된 램(ram), 상기 램의 일단부(一端部)에 결합되는 제1 피스톤, 실린더 내벽과 램 사이에 위치하는 제2 피스톤, 실린더 내부에서 상기 제1 및 제2 피스톤에 의해 구획되는 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버, 메인챔버에 연결된 축압기, 제1 피스톤 내에 설치한 체크밸브, 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버에 유압과 공압을 보충하기 위한 충진밸브를 포함하여 구성되고, 양측에 각각 구면베어링이 삽입된 트란스퍼 베리어(transfer barrier)를 상기 램과 엔진측 용접패드에 설치된 베어링 커버에 각각 삽입시켜, 상기 2개의 트란스퍼 베리어를 로크너트(lock nut)로 연결시켜 구성한 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 메인챔버와 보조챔버 사이에 릴리프밸브(relief valve)와 솔레노이드밸브를 더 설치하고, 에어챔버에 공급되는 에어를 차단시키고, 솔레노이드밸브를 작동시키는 수단을 더 포함하며, 축압기에는 유량을 미세하게 조절할 수 있는 스로틀밸브(throttle valve)를 더 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱은, 선체와 엔진 사이에 작용하는 인장력과 압축력을 모두 흡수하여 선박 엔진의 구동으로 인해 발생하는 횡방향 진동을 흡수하고, 특히 공진시 발생하는 횡방향 진동의 진폭을 줄여서 선체로 전달되는 진동을 차단시키거나 줄여주고, 특정 RPM에서 선체와 엔진에서 동시에 공진이 발생했을 때는 탑 브레이싱을 차단시켜서 선체에서 엔진쪽으로 전달되는 진동과 엔진에서 선체쪽으로 전달되는 진동을 차단시킬 수 있다.

특히 선체와 엔진 사이에 작용하는 인장력과 압축력을 모두 흡수해 주기 때문에 기존의 단동식(Single acting type)은 엔진의 양측에 설치해야 했지만, 본 발명에 따른 쌍방향 작동식은 엔진의 일측에만 설치해도 충분히 진동을 흡수해 줄 수 있어 한정된 좁은 선체 공간을 넓게 활용할 수 있으므로 선체 설계면에서도 유용하다.

본 발명에 따른 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱은, 선체에 일단(一端)이 결합된 실린더(12), 상기 실린더(12) 내에 수용된 램(ram; 14), 상기 램(14)의 일단부(一端部)에 결합되는 제1 피스톤(15), 실린더 내벽과 램(14) 사이에 위치하는 제2 피스톤(16), 실린더 내부(즉, 실린더의 바닥과 실린더 커버(13) 사이)를 상기 제1 및 제2 피스톤(15, 16)에 의해 메인챔버(17)와 보조챔버(18) 및 에어챔버(19)로 구획하고, 메인챔버(17)에는 축압기(20)가 연결되며, 제1 피스톤(15) 내에는 체크밸브(24)를 설치하고, 메인챔버(17)와 보조챔버(18) 및 에어챔버(19)에 유압과 공압을 보충하기 위한 충진밸브(미도시)를 포함하여 구성되고, 양측에 각각 구면베어링(32, 32')이 삽입된 트란스퍼 베리어(transfer barrier; 31, 31')를 상기 램(14)과 엔진측 용접패드(11')에 설치된 베어링 커버에 각각 삽입시켜, 상기 2개의 트란스퍼 베리어(31, 31')에서 구면베어링(32, 32')이 각각 삽입된 타단(他端)끼리를 로크너트(lock nut; 30)로 연결시켜 구성한 것이다. 물론 트란스퍼 베리어(31, 31')가 로크너트(30)로 연결된 부위에는 나사산이 형성되어 있어야 할 것이다.

본 발명의 가장 큰 기술적 특징이 트란스퍼 베리어(31, 31')의 양측 모두에 구면베어링(32. 32')을 설치했다는 것인데, 종래에는 도 2에 도시된 것과 같이 각 트란스퍼 베리어(31, 31')의 일측에만 구면베어링이 설치되어 있기 때문에 선체와 엔진 사이에 작용하는 인장력과 압축력을 일방향에서만 흡수하고, 타방향으로 작용할 때는 흡수할 수 없었기 때문에 엔진의 양측으로 탑 브레이싱을 설치했어야 했는데, 양방향 모두에 구면베어링을 설치함으로써, 엔진의 일측에만 탑 브레이싱을 설치하더라도 선체와 엔진 사이에 작용하는 인장력과 압축력을 양방향 모두에 대하여 흡수 가능하게 된 것이다.

메인챔버(17)와 보조챔버(18) 사이에 릴리프밸브(relief valve; 21)가 설치되는데, 릴리프밸브(21)는 설정된 일정 이상의 압력이 작용하게 되면 밸브가 열려서 압력을 낮춰 주는 역할을 하는 것이고, 제1 피스톤(15) 자체에 설치된 체크밸브(24)는 오일(oil)이 한쪽 방향으로만, 즉 보조챔버(18)에서 메인챔버(17) 방향으로만 오일이 이동할 수 있게 작동된다.

또한 특정 진동값 이상이 선체와 엔진에서 발생되었을 때는 메인챔버(17)와 보조챔버(18) 사이에 설치된 솔레노이드밸브(23)를 작동시켜 탑 브레이싱을 차단시킨다. 이때 상기 솔레노이드밸브(23)는 메인챔버(17)의 높은 압력을 보조챔버(18)로 바이패스시키는 역할을 한다.

축압기(20) 내의 가스는 메인챔버(17)의 오일 압력이 높아지게 되면, 축압 기(20) 내부의 체적이 줄어들면서 오일의 압력을 흡수하고, 반대로 메인챔버(17) 오일 압력이 떨어지게 되면, 오일의 체적이 줄어든 만큼 축압기(20) 내부의 체적이 늘어나 오일의 압력을 높여주는 역할을 한다. 탑 브레이싱에 선체나 엔진으로부터 축압기(20)와 릴리프밸브(21)의 설정 압력보다 낮은 힘이 가해질 경우에는 메인챔버(17)의 유압이 증가하게 되고, 이 경우에는 축압기(20)가 상기 힘을 흡수하게 된다.

탑 브레이싱에 더 큰 힘이 가해지게 되면, 즉 릴리프밸브(21)에 설정된 압력보다 큰 힘이 가해지게 되면 릴리프밸브(21)가 열려서 메인챔버(17)에 있는 오일이 보조챔버(18)로 유입되고, 이와 같이 오일이 유입되는 동안 보조챔버(18)와 에어챔버(19)의 압력이 같아질 때까지 제2 피스톤(16)이 에어챔버(19) 쪽으로 후퇴하면서 에어챔버(19)가 이 힘을 흡수하게 된다.

역하중을 받는 경우, 즉 엔진이나 선체가 서로 멀어지는 경우에는 메인챔버(17)의 유압이 감소하게 된다. 이와 동시에 에어챔버(19) 내부의 압축된 공기가 제2 피스톤(16)을 보조챔버(18) 쪽으로 밀어내고, 보조챔버(18) 내부의 오일이 메인챔버(17)와 보조챔버(18) 및 에어챔버(19)의 압력이 모두 같아질 때까지 제1 피스톤(15) 내에 설치된 체크밸브(24)를 통하여 메인챔버(17)로 흘러들어가게 된다.

또한 특정 RPM에서 선체에서 진동이 발생했을 때, 그 진동이 엔진에 전달되 어 엔진에 무리를 주는 위험한 상황을 야기시키게 되므로, 이때 선체에서 발생한 진동을 엔진 쪽으로 전달되지 못하게 차단시켜 주어야 하는데, 이때의 작동 관계를 살펴보면, 에어챔버(19)로 공급되는 에어가 차단됨과 동시에, 메인챔버(17)와 보조챔버(18) 사이에 설치된 솔레노이드밸브(23)가 작동하여 메인챔버(17)에 있는 오일이 빠지게 되고 보조챔버(18)의 오일이 증가하면서, 메인챔버(17)와 보조챔버(18) 및 에어챔버(19)의 압력이 같아질 때까지 제2 피스톤(16)이 에어챔버(19) 쪽으로 이동하게 된다. 이 결과로 선체의 진동이 엔진 쪽으로 전달되지 않고 차단되어 엔진을 보호하게 된다. 물론 도시하지는 않았지만, 특정 RPM을 감지하여 탑 브레이싱에 공급되는 에어를 차단시킴과 동시에 솔레노이드밸브(23)를 작동시켜주는 수단을 설치하여야 하는 것은 당연하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래기술의 브레이싱 장치의 반단면도이다.

도 2는 종래기술의 탑 브레이싱의 반단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱를 장착한 상태를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱의 작동관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱을 장착했을 때 선체와 엔진이 기울어진 경우를 도시한 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***

11 : 용접패드(welding plate) 12 : 실린더

13 : 실린더 커버 14 : 램(Ram)

15 : 제1 피스톤 16 : 제2 피스톤

17 : 메인챔버(main chamber) 18 : 보조챔버

19 : 에어챔버(air chamber) 20 : 축압기(Accumulator)

21 : 릴리프밸브(relief valve) 23 : 솔레노이드밸브

24 : 체크밸브(check valve) 30 : 로크너트(lock nut)

31, 31' : 트란스퍼 베리어(transfer barrier)

32, 32' : 구면베어링

Claims

선체에 일단(一端)이 결합된 실린더, 상기 실린더 내에 수용된 램(ram), 상기 램의 일단부(一端部)에 결합되는 제1 피스톤, 실린더 내벽과 램 사이에 위치하는 제2 피스톤, 실린더 내부를 상기 제1 및 제2 피스톤에 의해 구획되는 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버, 메인챔버에 연결된 축압기, 제1 피스톤 내에 설치한 체크밸브, 메인챔버와 보조챔버 및 에어챔버에 유압과 공압을 보충하기 위한 충진밸브를 포함하여 구성되어, 선박의 엔진과 선체 사이에 설치되는 선박 엔진의 진동 감쇄용 유압 탑 브레이싱에 있어서, 상기 탑 브레이싱은

양측에 각각 구면베어링이 삽입된 트란스퍼 베리어(transfer barrier)를 상기 램과 엔진측 용접패드에 설치된 베어링 커버에 각각 삽입시켜, 상기 2개의 트란스퍼 베리어를 로크너트(lock nut)로 연결시켜 구성한 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱.
제1항에 있어서,

상기 체크밸브는 상기 보조챔버에서 메인챔버 방향으로만 오일이 이동할 수 있게 작동되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱.
제1항에 있어서,

상기 메인챔버와 보조챔버 사이에 릴리프밸브(relief valve)를 더 설치한 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱.
제3항에 있어서,

상기 메인챔버와 보조챔버 사이에 솔레노이드밸브를 더 설치한 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱.
제4항에 있어서,

상기 에어챔버에 공급되는 에어를 차단시키고, 상기 솔레노이드밸브를 작동시키는 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱.
삭제
제1항에 있어서,

상기 축압기에는 유량을 조절할 수 있는 스로틀밸브(throttle valve)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 진동 감쇄용 쌍방향 작동식 유압 탑 브레이싱.