KR101271537B1

KR101271537B1 - 잠수함의 유압시스템 작동방법

Info

Publication number: KR101271537B1
Application number: KR1020110003026A
Authority: KR
Inventors: 마르텐 칼센
Original assignee: 티센크루프 마린 시스템즈 게엠베하
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2013-06-05
Also published as: DE102010004548B4; DE102010004548A1; KR20110083536A; EP2345577A2; EP2345577A3

Abstract

잠수함의 유압시스템을 작동시키는 방법이 제공된다. 유압시스템의 적어도 하나의 장치는 내압선각의 외측에 배치되고, 내압선각의 외측에 배치된 장치의 적어도 작동압력을 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력 이상으로 계속하여 유지시킨다.

Description

잠수함의 유압시스템 작동방법{Method for Operation of a Hydraulic System of a Submarine}

본 발명은 잠수함 뿐만 아니라, 유압설비(hydraulic installation)를 구비한 잠수함의 유압시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.

잠수함의 유압시스템에 의해, 잠항을 고려하면 잠수함을 해수로 플러싱 (flushing)하는 것은 유압시스템으로 물이 유입되어 불리한 상황들을 초래할 수도 있다. 그로 인해, 유압시스템의 유압유가 해수에 의해 오염된다. 그렇게 오염된 유압유는 유압밸브들의 부식손상, 공동현상(cavitaion) 등을 초래하게 된다.

이 배경기술에 대하여, 본 발명의 목적은 유압시스템으로의 해수의 침투를 확실하게 장기간 회피하는 잠수함의 유압시스템을 작동시키는 방법을 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은 이 방법을 수행하기 위한 유압설비를 구비한 잠수함을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1항에 기재된 특징들 뿐만 아니라, 청구항 6항에 기재된 특징들을 갖는 잠수함의 유압시스템을 작동시키기 위한 방법에 의해 달성된다. 더 선호되는 구성들은 종속항들, 상세한 설명 및 도면으로부터 이해될 수 있다.

잠수함의 유압시스템을 작동시키는 발명방법에 의해, 유압시스템의 적어도 하나의 장치(part)는 내압선각의 외측에 배치되고, 내압선각의 외측에 배치된 장치의 적어도 작동압력은 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력(nominal diving pressure) 이상으로 일정하게 유지된다. 이런 방식으로, 내압선각의 외측에 배치되고, 특히 잠항으로 해수에 둘러싸인 유압시스템의 장치로의 물의 침투는 시스템의 본질상 효과적으로 회피할 수 있다. 그러므로, 다른 고압력레벨들이 존재하면, 액체들은 항상 더 높은 압력레벨에서 더 낮은 압력레벨로 이동한다. 그러므로, 유압유는 항상 주변 해수보다 더 높은 압력을 받게 되므로, 유압시스템으로의 해수의 침투는 시스템으로 인해 억제된다.

본 발명의 문맥에서 공칭잠수압력은 잠수함을 위해 설계된 최대잠수압력, 즉 잠수함의 최대로 허용가능한 잠수깊이에서의 잠수압력이다. 그러므로, 공칭잠수압력은 미터에서 최대허용 잠수깊이에 0.101바(bar)를 곱하여 얻어진다.

본 발명의 문맥에서 작동압력은 정적인 상태에서 유압압력시스템의 정적 압력으로서 이해될 수 있다. 그로 인해, 작동압력의 용어는 유압압력시스템의 장치와 관련이 있을 수 있고, 즉, 유압압력시스템의 이 장치의 최저압력일 수 있다. 예를 들면, 유압시스템의 장치는 내압선각의 외측에 배치되고, 내압선각의 외측에 배치되는 컨슈머(consumer) 뿐만 아니라 이 컨슈머로 및/또는 컨슈머로부터의 도관들을 포함한다. 이런 방식으로, 그러한 도관내의 정적압력은 내압선각의 외측에 배치된 유압시스템의 한 장치의 작동압력이다. 연결부들이 해수에 계속하여 노출되므로, 이 영역은 해수의 침투위험에 대하여 접속과 연결부들에는 정말로 특히 위태롭다.

바람직하게는, 내압선각의 외측에 배치된 유압시스템의 장치의 작동압력은 동시에 내압선각내에 배치된 장치의 작동압력을 형성하고, 그러면 시스템 장치들의 유압분리가 필요하지 않게 된다.

다른 대체구성에 있어서, 본 발명에 따른 방법으로 내압선각내에 배치된 유압시스템의 장치는 내압선각의 외측에 배치된 장치의 작동압력보다 더 낮은 압력으로 유지된다. 예를 들면, 내압선각내에 배치된 유압시스템의 유압탱크는 대기압력으로 유지될 수도 있다. 이에 의해, 내압선각의 외측에 배치되고 작동압력을 받게 되는 유압시스템의 장치들은 내압선각내에 배치된 장치의 더 낮은 압력으로의 경감으로부터 회피되어야 한다. 예를 들면, 이로써 개방압력이 예측작동압력과 같거나 더 큰 압력제한밸브들이 내압선각내에 구비된다. 이런 방식으로, 내압선각의 외측에 배치된 장치의 예측작동압력보다 더 낮은 압력으로의 경감을 배제할 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 더 바람직한 구성에 있어서, 압력작용의 유압탱크 및/또는 축압기가 작동압력의 근원으로서 사용될 수도 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법으로 유압시스템의 복귀도관의 압력은 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력 이상으로 유지한다. 전형적으로 시스템의 최저압력들은 복귀도관에서 발생하고, 따라서 컨슈머(consumer) 또는 컨슈머들의 하류에서 발생하므로, 유압시스템의 복귀도관에서의 압력에 의한 압력제어가 특히 유리하다. 그러므로, 이 영역에서 압력이 항상 잠수압력 또는 공칭잠수압력 이상으로 유지되는 것이 보장된다면, 유압시스템으로의 해수침투가 억제된다. 그로 인해, 본 발명에 따른 또 다른 구성에 의해, 복귀도관의 압력을 바람직하게는 계속하여 모니터하고, 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력과 비교한다. 복귀압력이 잠수압력 또는 공칭잠수압력에 상응하거나, 복귀압력이 잠수압력 또는 공칭잠수압력보다 훨씬 더 낮은 경우에는, 압력이 잠수함의 공칭잠수압력 또는 잠수압력을 초과할 때까지 입구측에서 압력을 상승시킨다.

일반적으로, 공급 또는 전방도관의 압력은 작동압력차에 의해 더 낮은 복귀압력과 비교하여 상승한다. 그런 다음, 이 작동압력차는 유압작동을 달성하기 위해 이용가능하다. 특히 바람직하게는, 공급압력과 복귀압력은 적어도 60바의 작동압력차를 형성한다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 구성에 의해, 실리콘유는 유압액으로서 사용된다. 유압시스템으로부터의 출구, 특히 주변 해수로의 출구를 고려하면, 실리콘유는 환경적 측면에 있어서 상대적으로 심각하지는 않다. 바람직하게는, 실리콘유는 유압시스템의 단일 유압유로서 사용한다. 대안으로, 실리콘유는 내압선각의 외측에 위치한 유압시스템의 장치에서 유압유로서만 사용하고, 반면에 종래의 유압유는 내압선각내에서 사용한다. 예를 들면, 압력이송기들을 통해 내압선각내에 배치된 유압관들은 내압선각의 외측에 배치된 유압시스템의 장치의 부품들(parts)과 연결되고, 전술한 부품들은, 예를 들면 유압유로 채워진 유압관들의 영역들 및 실리콘유로 채워진 유압관들의 영역들을 서로 분리하는 압력이송 변위실린더들 (pressure-transmiting displacement cylinders)을 통해 실리콘유를 유도한다.

특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 의해 내압선각의 외측에 배치된 장치의 작동압력, 특히 복귀압력은 잠수함의 공칭잠수압력 및 우세잠수압력(prevailing diving pressure)보다 적어도 3바, 바람직하게는 5바 이상으로 유지한다. 이 방법의 또 다른 구성에 있어서, 유압시스템의 낮은 유동손실 및/또는 압력손실이 잠수함의 공칭잠수압력 또는 우세잠수압력 이하로의 도관압력의 감소(예를 들면, 영역적(국지적) 또는 위치적 감소)를 방지한다.

본 발명에 따른 잠수함은 전술한 방법에 따른 방법을 수행하기 위한 유압설비를 포함한다. 이로써, 잠수함은 잠수압력을 검출하기 위한 수단 뿐만 아니라, 검출된 잠수압력에 근거하여 내압선각의 외측에 배치된 유압설비의 장치의 적어도 작동압력을 제어하기 위한 수단을 포함한다. 그로 인해, 우세잠수압력을 검출하고, 내압선각의 외측에 배치된 유압설비의 장치의 작동압력을 검출된 잠수압력에 따라 제어하고, 이 방식으로 검출된 잠수압력 이상으로 유지한다. 예를 들면, 잠수압력을 검출하기 위한 수단은 내압선각의 외측에 배치된 하나 이상의 압력센서들이다. 압력센서 또는 압력센서들은 일반적으로 작동압력을 제어하기 위한 수단에 신호-연결된다.

바람직하게는, 작동압력을 제어하기 위한 수단은 유압펌프의 모터용 제어부를 포함하고, 이는 펌프동력을 변경하여 유압시스템의 공급압력을 설정한다. 대안 또는 부가적으로, 작동압력을 제어하기 위한 수단은 작동압력을 검출된 잠수압력 이상으로 유지하는 제어가능한 압력제한밸브에 연결되는 제어부를 포함한다. 유용하게는, 제어부는 압력제한밸브의 개방압력을 설정하기 위해 설계된다. 적당하게는, 개방압력은 예측작동압력과 같거나 그 이상으로 설정된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 잠수함은 복귀압력을 검출하기 위한 수단, 및 검출된 복귀압력에 따라 공급압력을 제어하기 위한 수단을 포함한다. 이로 인해, 압력이 복귀도관의 영역에서 잠수압력 이하로 결코 감소되지 않도록 보장된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 잠수함에 의해 공급압력은 복귀압력에 대해 정해진 작동차이(defined working difference)에서 유지된다.

본 발명에 따른 잠수함의 유압시스템을 작동시키는 방법에 있어서, 내압선각의 외측에 배치된 유압시스템의 장치의 작동압력은 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력 이상으로 일정하게 유지한다. 또한, 내압선각내에 배치되는 장치는 내압선각의 외측에 배치된 장치의 작동압력보다 더 낮은 압력으로 유지된다. 또한, 내압선각의 외측에 배치된 이중작동 변위실린더의 작동실의 압력이 각 경우에 따라 해수압력 이상으로 항상 유지된다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성은 잠수함의 유압시스템으로의 해수침투를 확실하게 방지하는 이점이 있다.

도 1은 잠수함의 유압시스템의 구성을 보여주는 계략도;
도 2는 잠수함의 유압시스템의 다른 구성을 보여주는 계략도; 및
도 3은 잠수함의 유압시스템 구성의 다른 변형을 보여주는 계략도이다.

이하, 본 발명은 도면에 기재된 실시예들로 보다 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 잠수함(5)은 유압설비(hydraulic installation) 형태로 된 유압시스템을 포함한다. 유압설비는 잠수함(5)의 내압선각(15)내에 배치된 장치(part; 10), 및 내압선각(15)의 외측에 배치된 장치(part; 54)를 포함하여 이루어진다. 내압선각(15)내에 배치된 유압설비의 장치(10)는 내압선각(15)의 외측 및 외피(20)내에 배치된 이중작동 변위실린더(dual-acting displacement cylinder; 25)의 형태로 된 컨슈머(consumer; 25)의 유압공급을 위해 설치된다. 그러므로, 여기서 예를 들면, 컨슈머(25)는 피스톤(80)이 두 개의 작동실(40, 42)을 서로 분리하는 이중작동 유압실린더(25)로 형성된다.

내압선각(15)내에 배치된 유압설비의 장치(10)는 유압유, 여기서는 실리콘유(35)를 포함하는 내압유압탱크(30)를 포함한다. 유압탱크(30) 뿐만 아니라 그 안에 들어있는 실리콘유(35)는 잠수함(5)의 공칭잠수압력을 5바(bar) 초과하는 압력을 받게 된다. 유압탱크(30)는 복귀도관(45)을 통해 변위실린더(25)의 두 개의 작동실(40, 42)중 하나에 연결된다. 내압선각(15)내의 복귀도관(45)은, 내압선각벽을 통해 유도되고 변위실린더(25)의 작동실(40, 42)에 각각 연결되는 두 개의 도관(52) 중 하나의 도관에 복귀도관(45)을 연결하는 4/2방향 전환밸브(50)의 제1접속부에 연결한다. 이 방식으로, 복귀도관(45)에 연결된 변위실린더(25)의 작동실(40, 42)은 항상 잠수함(5)의 공칭잠수압력 이상의 압력이 작용하게 된다. 이 압력은 또한 내압선각(15) 외측에 배치된 유압설비의 장치(54)의 작동압력을 형성하고, 유압설비는 내압선각(15)의 외측에 놓이는 변위실린더(25) 및 도관(52)의 섹션들로 형성된다.

유압탱크(30)는 또한 도관(60)을 거쳐 내압선각(15)내에 배치된 축압기(55)에 연결된다. 도관(60)은 실리콘유(35)를 유압탱크(30) 외부로 수송하는 유압펌프(65)의 출구를 축압기(55)에 연결시킨다. 유압펌프(65) 및 축압기(55)는, 예를 들면 80바의 유압작동압력차로 유압탱크(30)의 탱크압력을 초과하는 수송압력 및 축압기 압력을 위해 설계되었다.

도관(52) 중 하나의 도관을 거쳐 변위실린더(25)의 작동실(40, 42)중 하나에 도관(60)을 연결하는 공급관(70)은 도관(60)으로부터 분기된다. 이를 위한 공급관(70)은 4/2방향 전환밸브(50)의 제2접속부에 연결되어, 4/2방향 전환밸브(50)는 복귀도관(45)에 도관(52) 중 하나의 도관을 연결하고, 공급관(70)에 나머지 다른 도관(52)을 각각 연결하거나, 또는 변위실린더(25)의 피스톤로드(80)의 이동방향에 따라 그 역으로도 연결되도록 작동된다.

시스템은 내압유압탱크(30)내의 실리콘유(35)가 잠수함(5)의 공칭잠수압력을 5바(bar) 초과하는 압력을 받도록 설정된다. 유압펌프(65)는 공급관(70)내의 실리콘유(35)의 압력을 80바의 작동압력차만큼 추가로 증가시킨다. 이로 인해, 공급관(70), 복귀도관(45) 및 작동실(40, 42)은 잠수함(5)의 공칭잠수압력 이상의 압력으로 유지된다.

공칭잠수압력 및 그 이상으로 가해지는 작동압력이 항상 더 크게 작용하므로, 항상 공칭잠수압력 이하인 잠수함(5)의 우세잠수압력은 작동실(40, 42), 공급관(70) 또는 복귀도관(45)으로 물을 침투시킬 정도로 충분하지 않다.

도 2에 도시된 잠수함(5')의 유압설비의 구성은 도 1에 도시된 잠수함(5)의 유압설비의 구성과 실질적으로 상응한다. 전술한 잠수함(5)과 달리, 잠수함(5')은 내압유압탱크(30)가 아니라 단지 대기압력을 받는 유압탱크(30')를 구비한다. 대신에, 유압탱크(30')와 4/2방향 전환밸브(50)사이의 복귀도관(45)은 압력제한밸브(85')를 포함한다. 이 압력제한밸브(85')는 작동압력 이하의 복귀도관(45)의 압력강하를 방지한다. 이로써, 압력제한밸브(85')로 인해, 개방압력은 유지되는 작동압력의 레벨에서 선택하게 된다.

도 3에 도시된 잠수함(5")에 대해, 내압선각(15)내에 위치하는 유압설비의 장치(10")의 유압탱크(30")는 내압 방식으로 설계된다. 도 1 및 도 2에 도시된 잠수함(5) 및 잠수함(5')과 다르게, 복귀도관(45) 및 공급관(70)내의 압력은 잠수함(5")의 공칭잠수압력 이상으로 유지하는 것이 아니라, 잠수함(5")의 우세잠수압력 이상으로 유지한다.

이를 위해, 제어가능한 압력제한밸브(85")가 4/2방향 전환밸브(50)와 유압탱크(30") 사이의 복귀도관(45)상에 구비되고, 잠수함(5")의 우세잠수압력보다 5바 더 큰 압력으로 복귀도관(45)내의 압력을 유지한다. 유압설비의 이러한 (가변)압력은 작동압력을 형성한다. 이를 위해, 우세잠수압력은, 내압선각(15)의 외측에 배치되고 제어부(95")에 신호연결된 압력센서의 형태로 된 압력계(90")로 검출한다. 제어부(95")는 압력계(90")로 측정한 압력을 얻게 되고, 5바 더 큰 개방압력에서 압력제한밸브(85")를 작동시킨다. 압력제한밸브(85")는, 제어변수로서 복귀도관(45)의 압력설정에 해당하는 신호를 제어부(95")로 피드백하는 압력계(미도시)를 더 구비한다. 제어부(95")는 도관(60)내에 우세한 축압기압력을 더 검출한다.

변위실린더(25)의 구동에 필요한 작동압력차를 유지하기 위해, 제어부(95")는 도관(60) 및 복귀도관(45)에서 검출된 압력에 따라 유압펌프(65")의 모터(100")를 작동시킨다. 모터(100")의 회전속도 및 이로 인해 생성된 유압펌프(65")의 회전속도와 압력은, 60 내지 80바의 예측작동압력차가 도관(60)내에 우세한 압력 및 복귀도관(45)의 컨슈머측 장치내의 압력간에 설정될 때까지 증가하게 된다.

그러므로, 작동실(40, 42)의 압력은 각 경우에 우세한 해수압력 이상으로 항상 유지되어, 공급관(70), 작동실(40, 42) 및 복귀도관(45)으로 침투하는 해수를 확실하게 방지한다.

5, 5', 5" : 잠수함 10. 10',10" : 유압설비의 장치
15 : 내압선각 20 : 외피
25 : 컨슈머, 변위실린더 30, 30', 30" : 유압탱크
40, 42 : 작동실 45 : 복귀도관
50 : 4/2방향 전환밸브 52 : 도관
54 : 유압설비의 장치 55 : 축압기
60 : 도관 65, 65" : 유압펌프
70 : 공급관 80 : 피스톤
85, 85" : 압력제한밸브 90" : 압력계
95" : 제어부 100" : 모터

Claims

잠수함의 유압시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
유압시스템의 적어도 하나의 장치(54)는 내압선각(15)의 외측에 배치되고, 상기 내압선각(15)의 외측에 배치된 상기 장치(54)의 적어도 작동압력을 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력 이상으로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 잠수함의 유압시스템 작동방법.
제 1항에 있어서, 유압시스템의 장치(10, 10', 10")를 구비하고, 상기 내압선각(15)내에 배치되는 상기 장치는 상기 내압선각의 외측에 배치된 장치의 작동압력보다 더 낮은 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 유압시스템 작동방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유압시스템의 복귀압력을 잠수함의 잠수압력 또는 공칭잠수압력 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 유압시스템 작동방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 실리콘유(35)를 유압액으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 유압시스템 작동방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내압선각(15)의 외측에 배치된 상기 장치(54)의 작동압력, 특히 복귀압력은 잠수함의 공칭잠수압력 또는 우세잠수압력 이상인 적어도 3바(bar)를 유지하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 유압시스템 작동방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내압선각(15)의 외측에 배치된 상기 장치(54)의 작동압력, 특히 복귀압력은 잠수함의 공칭잠수압력 또는 우세잠수압력 이상인 적어도 5바(bar)를 유지하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 유압시스템 작동방법.
잠수함에 있어서,
제 1항 또는 제 2항에 따른 방법을 수행하기 위한 유압설비(10"; 54);
잠수압력을 검출하기 위한 수단(90"); 및
검출된 잠수압력에 따라, 내압선각의 외측에 배치된 상기 유압설비의 상기 장치(54)의 작동압력을 제어하기 위한 수단(95")을 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제 7항에 있어서, 복귀압력을 검출하기 위한 수단(85"), 및 검출된 복귀압력에 따라 공급압력을 제어하기 위한 수단(95")을 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수함.