KR101378844B1 - 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치 - Google Patents

Abstract

선박 엔진의 탑 브레이싱 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선체와 선박 엔진 사이에 설치되며 유압유체를 이용하여 선박 엔진에 의해 발생하는 진동에너지를 감쇄하도록 하는 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치는, 선체에 일단이 결합되는 실린더, 선박 엔진과 연결되어 상기 실린더 내에서 직선운동하는 피스톤, 상기 유압유체를 저장하며 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 유압유체를 유동적으로 저장하는 메인챔버와 보조챔버, 일단이 상기 메인챔버와 연통하며 타단은 상기 보조챔버와 연통하는 유로 및 상기 메인챔버 내에 강성을 제공하여 상기 유로를 따라 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수를 선박 엔진의 고유주파수와 공진하도록 조절하는 감쇄부재를 포함한다.

Description

선박 엔진의 탑 브레이싱 장치{Top brasing of marine engine}

본 발명은 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 감쇄효과가 향상된 선박 엔진의 유압식 탑 브레이싱 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 추진은 선박 엔진 실린더의 폭발력에 의한 엔진 구동력으로 프로펠러 샤프트를 회전시켜 이루어지는 것으로, 여러가지 요인에 의하여 진동이 많이 발생한다. 특히 엔진에서는 피스톤과 커넥팅 로드의 상하 및 회전운동에 의한 무게중심의 주기적 변화, 실린더 축방향으로 발생하는 왕복운동의 관성력, 커넥팅 로드가 크랭크축의 좌우로 흔들리는 것에 의한 관성력 및 크랭크축에 가해지는 회전력의 주기적 변화 등의 요인에 의해 엔진 자체적으로 많은 진동이 발생하게 된다.

그리고, 이렇게 발생하는 선박 엔진의 진동이 직접적으로 선체에 전달되는 경우에는 선체 진동이 증가하게 되어 선박과 구조물의 피로파괴를 촉진시키고, 이로 인해 선박 안전상의 문제를 가져오며, 또한 승선감을 저해시키는 문제를 발생시킨다.

따라서, 선박에 설치되는 엔진의 진동을 완화하는 방안이 계속적으로 모색되어 왔으며, 그 중에서도 가장 일반적으로 사용되는 방안 중 하나로, 선박 엔진이 횡방향으로 진동하는 것을 방지하기 위해, 선박 엔진의 상단과 선체 구조물 사이에 탑 브레이싱(top brasing)이라는 구조물을 설치하는 방식이 현재 일반적으로 사용되고 있다.

상기 탑 브레이싱 장치는 일반적으로 두 가지 방식으로 구분할 수 있는데, 마찰을 이용하는 마찰식 타입(friction type)과 유압을 이용하는 유압식 타입(hydraulic type)이 있다.

이 중, 마찰식 타입은 선박 엔진과 선체 사이에서 발생하는 횡방향의 진동을 감쇠시키기 위해 엔진의 상단을 선체의 구조물에 연결지지하고, 상기 엔진과 선체 구조물 사이에 마찰판을 삽입하여 삽입된 마찰판의 마찰력에 의해 상기 엔진의 진동을 감쇠하도록 구성되어 있다. 그러나, 상기 마찰식 타입은 그 구성이 간단하게 형성된다는 점에서 기술적 장점이 있으나, 엔진의 로드에 따라 변화하는 진동에 대해서 능동적으로 작동을 하지 못한다는 단점이 있다.

유압식 타입과 관련하여, 한국등록특허 제10-0903087호에 유압 탑 브레이싱 장치가 공개되어 있는 바, 유압식 타입은 선박 엔진과 선체 구조물 사이에 설치되는 탑 브레이싱 장치 내에 에어와 오일을 포함할 수 있도록 구성하여, 상기 에어와 오일의 상호 작용을 이용하여 압력 조절에 의한 쿠션 조절을 가능하도록 하는 것에 의해 상기 선박 엔진의 진동을 감쇠하도록 구성되어 있으며, 따라서, 상기 마찰식 타입에 비하여 엔진의 로드에 따라 변화하는 진동에 대하여 능동적으로 작동이 가능하다는 기술적 장점이 있다. 그러나, 에어(air)와 유압오일(hydraulic oil)을 사용함으로 인하여 상기 유압식 탑 브레이싱 장치의 구성이 복잡하고 부속 장치가 다수 필요하다는 단점이 있다.

따라서, 엔진의 로드에 따라 변화하는 진동에 대하여 능동적으로 작동이 가능함과 동시에, 보다 큰 감쇄력을 갖는 유압식 탑 브레이싱 장치를 강구할 필요가 발생하게 되었다.

특허문헌 1: 한국등록특허 제10-0903087호 (2008년 10월 7일 출원)

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 메인챔버 내에 감쇄부재를 설치하여 감쇄효과를 향상시킨 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치를 제공하도록 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체와 선박 엔진 사이에 설치되며, 유압유체에 의해 선박 엔진에 의해 발생하는 진동에너지를 감쇄하도록 하는 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치에 있어서, 선체에 일단이 결합되는 실린더, 선박 엔진과 연결되어 상기 실린더 내에서 직선운동하는 피스톤, 상기 유압유체를 저장하며 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 유압유체를 유동적으로 저장하는 메인챔버와 보조챔버, 일단이 상기 메인챔버와 연통하며 타단은 상기 보조챔버와 연통하는 유로 및 상기 메인챔버 내에 강성을 제공하여 상기 유로를 따라 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수를 선박 엔진의 고유주파수와 공진하도록 조절하는 감쇄부재를 포함하는 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치가 제공된다.

또한, 상기 감쇄부재는 내부가 비어 있는 공간부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공간부 내부의 압력을 조절하는 것에 의해, 상기 감쇄부재의 강성을 조절할 수 있다.

또한, 상기 유로는 상기 메인챔버와 연통된 일단 및 상기 보조챔버와 연통된 타단 중 어느 하나 이상에 설치되어 유로의 길이를 연장하는 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 유압식 탑 브레이싱 장치의 메인 챔버 내에 감쇄부재를 설치하여 선박 엔진의 H방향 또는 X방향 고유주파수와 상기 유압식 탑 브레이싱 장치 내에 형성되는 유로를 따라 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수와의 공진을 행하도록 하는 것에 의해 감쇄효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 감쇄부재의 강성을 조절할 수 있도록 하는 것과 동시에 유로의 길이를 조절하도록 하는 것에 의해, 유압식 탑 브레이싱 장치의 유로를 따라 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수의 조절을 가능하도록 하는 것에 의해, 감쇄효과의 향상을 가져올 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치의 단면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄부재에 의해 발생하는 공진주파수를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치의 단면을 도시한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치의 구성에 대하여 설명한다.

본 발명은 선박 엔진에 사용되는 유압식 탑 브레이싱 장치에 있어서, 유압식 탑 브레이싱 장치의 감쇄력을 향상시키도록 하기 위해, 메인챔버 내에 감쇄부재를 설치하도록 하여, 선박 엔진의 H방향 또는 X방향의 고유주파수와 메인챔버와 보조챔버를 연결하는 유로상에 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수를 일치시키도록 하는 것에 의해 공진을 발생시켜 상기 유로 내에 흐르는 유압유체의 흐름을 보다 원활하게 하도록 하는 것에 의해 감쇄효과를 극대화할 수 있는 유압식 탑 브레이싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 바, 이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치가 도시되어 있는 바, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탑 브레이싱 장치의 일반적인 구성은 선체에 일단이 결합되는 실린더(1), 실린더(1) 내에서 전후방향으로 이동하는 램(2), 램(2)의 일단부에 결합되는 제1 피스톤(4), 실린더 내벽과 램 사이에 위치하는 제2 피스톤(3)으로 구성되고, 상기 실린더(1)의 내부는 상기 제1 및 제2 피스톤(4,3)에 의해 구획되는 메인챔버(5)와 보조챔버(6) 및 에어챔버(7), 상기 램(2)과 선박 엔진 측을 연결하는 트랜스퍼 베리어(9)로 구성되어 있으며, 상기 메인챔버(5)와 상기 보조챔버(6)에는 유압유체가 유동적으로 저장될 수 있다. 또한, 상기 메인챔버(5)에는 축압기(10)가 연결되며, 릴리프 밸브(11)와 솔레노이드 밸브(12)를 사용하여 메인챔버(5)와 보조챔버(6) 사이에 형성되는 유로(13)를 따라 흐르는 유압유체의 흐름을 제어하는 것에 의해, 상기 선박 엔진에서 발생하는 진동을 감쇄하도록 하고 있다.

한편, 메인챔버(5)와 보조챔버(6)를 연결하는 유로(13) 사이에 형성되는 릴리프 밸브(11)는 설정된 일정 이상의 압력이 작용하게 되면 밸브가 열려서 압력을 낮추어 주는 역할을 수행하며, 제1 피스톤(4) 자체에 설치되는 체크밸브(미도시)는 유압유체가 한쪽 방향으로만, 보다 상세하게는 보조챔버(6)에서 메인챔버(5) 방향으로만 유압유체가 이동할 수 있도록 하는 기능을 갖는다.

또한, 특정 진동값 이상이 선체와 선박 엔진에서 발생하는 경우에는, 메인챔버(5)와 보조챔버(6) 사이에 설치되는 솔레노이드 밸브(12)를 작동시켜 탑 브레이싱 동작을 차단하도록 한다. 이 때, 상기 솔레노이드 밸브(12)는 메인챔버(5)의 높은 압력을 보조챔버(6)로 바이패스시키는 역할을 수행한다.

한편, 축압기(10) 내의 가스는 메인챔버(5) 내의 유압유체의 압력이 높아지게 되면, 축압기(10) 내부의 체적이 줄어들게 되면서 상기 유압유체의 압력을 흡수하도록 하고, 반대로 메인챔버(5) 내의 유압유체의 압력이 떨어지게 되면, 상기 유압유체의 체적이 줄어들게 되는 만큼 축압기(10) 내부의 체적이 늘어나게 되어 상기 유압유체의 압력을 높여주는 역할을 수행하게 된다. 즉, 탑 브레이싱 장치에 선체나 선박 엔진으로부터 축압기(10)와 릴리프 밸브(11)의 설정 압력보다 낮은 힘이 가해지는 경우 메인챔버(5)의 유압이 증가하게 되고, 이 경우에는 축압기(10)가 이 힘을 흡수하게 된다.

한편, 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치에 더 큰 힘이 가해지게 되면, 즉, 릴리프 밸브(11)에 설정된 압력보다 큰 힘이 가해지게 되면 릴리프 밸브(11)가 열려서 메인챔버(5) 내에 있는 유압유체가 보조챔버(6)로 유입되고, 이와 같이 유압유체가 유입되는 동안 보조챔버(6)와 에어챔버(7)의 압력이 같아질 때까지 제2 피스톤(3)은 에어챔버(7) 쪽으로 후퇴하면서 에어챔버(7)가 이 힘을 흡수할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 선박 엔진의 유압식 탑 브레이싱 장치의 기본 구성은 피스톤(3,4)과 메인챔버(5)와 보조챔버(6)를 연결하는 유로(13)를 따라 흐르는 유압유체와 직접적으로 연결되어 동작하고 있음을 알 수 있다. 그러나, 실제 동작시에는 상기 유로(13)를 따라 흐르는 유압유체의 변위가 상당히 작은 관계로 인하여, 상기 유압유체에 의해 유로(13) 상에서 발생하는 감쇄력의 크기는 상당히 제한될 수 밖에 없다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 메인챔버(5) 내에 감쇄부재(20)를 설치한다. 감쇄부재(20)는, 상기 메인챔버(5) 내에 일정한 강성을 제공함으로써, 상기 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수를, 선박 엔진의 H방향 또는 X방향의 진동에서 발생하는 고유주파수와 공진을 일으키도록, 조절한다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치는 상기 유로(13) 상을 흐르는 유압유체의 변위를 크게 하도록 함으로써, 감쇄효과를 향상시킨다. 여기서, 선박 엔진의 H방향 진동 모멘트는 선박 엔진이 횡방향으로 움직여 발생하는 진동을 말하고, X방향 진동 모멘트는 선박 엔진이 비틀리게 되어 발생하는 진동을 말한다. 또한, 상기 선박 엔진의 H방향 또는 X방향 고유주파수는 선박 엔진의 설계 당시 그 값이 정해질 수 있다.

보다 구체적으로, 메인챔버(5)와 연결되는 유로(13) 상에 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수는 다음과 같은 식에 의해 얻어질 수 있다.

여기서, K는 감쇄부재에 의한 강성계수, Me는 유로를 따라 흐르는 유압유체의 등가질량이다.

또한, 상기 유압유체의 등가질량 Me는 다음과 같은 식에 의해 얻어질 수 있다.

여기서, ρ 밀도, Lt는 유로의 길이, Ac는 피스톤의 단면적, At는 유로의 단면적을 말한다.

상기 수학식 1에 도시되어 있는 바와 같이, 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치 내의 메인챔버(5)와 유로(13) 상을 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수는 감쇄부재(20)에 의한 강성계수 K와, 유로(13) 상을 흐르는 유압유체의 등가질량 Me에 의해 영향을 받음을 확인할 수 있다. 그리고, 상기 결정된 공명주파수를 선박 엔진의 H방향 또는 X방향 진동의 고유주파수와 일치하도록 하여 공진을 발생하게 함으로써, 최적의 감쇄효과를 발생할 수 있도록 한다. 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄부재(20)의 사용에 의해 발생하는 공명주파수의 범위를 도시하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 감쇄부재(20)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 내부가 비어있는 공간부(21)를 구비하는 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 원뿔 형상과 같이 다양한 형상으로 형성하는 것이 가능하다. 한편, 상기 감쇄부재(20)는 고무로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 탄성을 갖는 다양한 부재를 사용하는 것이 가능하다.

또한, 상기 감쇄부재(20)는 도면에 도시되어 있는 바와 같이 제1 피스톤(4)과 어느 정도 이격된 거리에 설치될 수 있으나, 필요에 따라서는 상기 제1 피스톤(4)과 맞물리도록 설치하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 제1 피스톤(4)과 감쇄부재(20)가 서로 맞물려 동작하는 것에 의해, 보다 안정적으로 상기 감쇄부재(20)의 움직임이 일어날 수 있다는 장점이 있다.

또한, 상기 감쇄부재(20) 내에 마련되는 공간부(21)는 빈 공간으로 유지하거나 또는 다른 밀도를 갖는 유체를 삽입하도록 하는 것에 의해, 상기 감쇄부재(20)가 일정 강성을 갖도록 설계하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 감쇄부재(20)의 강성계수를 필요에 따라 다양하게 조절하는 것도 가능한 바, 이는 도 3을 참고하여 이하에서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치가 개시되어 있는 바, 도 1에서 설명한 구성과 동일한 부분의 설명은 생략하기로 하고, 차이가 나는 부분을 대상으로 하기에서 설명하도록 한다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 상기 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치는 감쇄부재(20) 내에 마련되는 공간부(21)의 압력을 조절할 수 있도록 함으로써, 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수에 영향을 끼치는 강성계수 K의 값을 조절할 수 있도록 한다.

보다 구체적으로, 상기 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 탑 브레이싱 장치에 공압라인(30)을 설계하고, 이를 통해 메인챔버(5) 내에 설치되는 감쇄부재(20) 내의 공간부(21) 내부에 에어를 공급할 수 있도록 하는 것에 의해, 상기 공간부(21)의 압력을 제어할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 감쇄부재(20)의 강성계수 K를 제어할 수 있도록 함으로써, 보다 정밀하게 유로(13) 상을 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수와 선박 엔진의 H방향 또는 X방향의 고유주파수를 일치시켜 공진을 행하도록 하는 것이 가능하다. 한편, 본 발명의 상기 실시예를 실현하기 위해서는 선박 엔진의 H방향 또는 X방향의 진동에 의한 고유주파수와 상기 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수를 측정하여, 상기 감쇄부재(20)의 강성계수 K값을 변화시킬 수 있도록 상기 공압을 제어하는 제어부를 설치하는 것이 가능하다.

또한, 수학식 1에 개시되어 있는 바와 같이, 메인챔버(5)와 유로(13) 상에 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수 F_n은 감쇄부재(20)에 의해 형성되는 강성계수 K 값 외에, 유로(13) 상을 흐르는 유압유체의 등가질량 Me를 변화시키는 것에 의해서도 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있는 바, 상기 도면을 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하면 아래와 같다. 한편, 이미 위에서 서술한 실시예들과 동일한 구성부분에 대한 설명은 생략하기로 하고, 차이가 나는 부분만을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 메인챔버(5) 내의 공간에 유로(13)와 연결되며, 길이 조절이 가능한 별도의 연장관(50)을 추가로 설치하도록 하는 것에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치의 감쇄효과를 향상시키는 것이 가능하다.

수학식 2에 도시되어 있는 바와 같이, 유로(13) 상을 흐르는 유압유체의 등가질량 Me는 유로의 길이 Lt와 직접적인 관계를 지니고 있다는 점에서, 상기 유로(13)의 길이의 변화를 통해, 유로(13) 상을 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수의 값을 변화시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 상기 일 실시예에서는 상기 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 메인챔버(5) 내에 유로(13)와 추가적으로 연결되는 연장관(50)을 설치하도록 함으로써, 상기 유로(13) 상을 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수의 값을 선박 엔진의 H방향 또는 X방향에서 발생하는 고유주파수와 일치시킬 수 있도록 하여 공진을 행하도록 함으로써, 상기 유로(13) 상을 흐르는 유압유체의 변위를 보다 크게 하도록 하는 것에 의해, 상기 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치의 감쇄효과를 향상시킬 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치는 매우 간단한 부재들을 메인챔버(5) 내에 설치하도록 하는 것에 의해, 유압유체의 변위가 작아 감쇄효과가 크지 않은 기존의 유압식 탑 브레이싱 장치의 기본적인 문제점을 해결할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치는 단순한 구성으로 설계된다는 점에서, 제작 및 유지가 용이하다는 기술적 장점이 있다.

이상에서의 서술은 특정의 실시예와 관련한 것으로, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1: 실린더 2: 램
3: 제2 피스톤 4: 제1 피스톤
5: 메인챔버 6: 보조챔버
7: 에어챔버 9: 트랜스퍼 베리어
10: 축압기 11: 릴리프 밸브
12: 솔레노이드 밸브 13: 유로
20: 감쇄부재 21: 공간부
50: 연장관

Claims (4)

1. 선체와 선박 엔진 사이에 설치되며, 유압유체를 이용하여 선박 엔진에 의해 발생하는 진동에너지를 감쇄하도록 하는 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치에 있어서,
   선체에 일단이 결합되는 실린더,
   선박 엔진과 연결되어 상기 실린더 내에서 직선운동하는 피스톤,
   상기 유압유체를 저장하며 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 유압유체를 유동적으로 저장하는 메인챔버와 보조챔버,
   일단이 상기 메인챔버와 연통하며 타단은 상기 보조챔버와 연통하는 유로 및
   상기 메인챔버 내에 강성을 제공하여 상기 유로를 따라 흐르는 유압유체에 의해 발생하는 공명주파수를 선박 엔진의 고유주파수와 공진하도록 조절하는 감쇄부재를 포함하며,
   상기 감쇄부재는 내부가 비어있는 공간부를 포함하고, 상기 공간부 내부의 압력을 조절하는 것에 의해 상기 감쇄부재의 강성을 조절하는 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유로는
   상기 메인챔버와 연통된 일단 및 상기 보조챔버와 연통된 타단 중 어느 하나 이상에 설치되어 유로의 길이를 연장하는 연장부를 포함하는 선박 엔진의 탑 브레이싱 장치.
   

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