KR101633318B1 - 대형구조물의 능동형 진동 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체(10)의 가진원에서 대형구조물(15)에 전달되는 진동을 제어하는 장치에 있어서: 상기 대형구조물(15)의 강성을 변동하도록 외면에 설치되는 래싱 와이어(20); 상기 래싱 와이어(20)의 경로상에 설치되고, 길이 변위로 장력 변동을 유발하는 구동수단(30); 및 상기 구동수단(30)을 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박의 대형구조물과 같은 대형 구조물에 인가되는 장력을 조절하여 공진점을 변경하는 방식으로 과도 진동을 억제할 수 있고, 건조가 완료된 선박에도 비교적 용이한 방식으로 적용이 가능한 효과를 나타낸다.

Description

대형구조물의 능동형 진동 제어장치{Active vibration control apparatus for large scale structure}

본 발명은 선박의 진동 제어장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박에 설치된 대형 구조물의 진동을 억제하기 위한 대형구조물의 능동형 진동 제어장치에 관한 것이다.

통상적으로 탑브레이싱(Top-bracing)은 선박의 주엔진 상단에 설치되고 주엔진의 회전수(RPM)에 대응하여 선체 진동을 저감시킨다. 탑브레이싱의 종류에는 마찰식과 유압식이 있고, 선박이 대형화될수록 유압식 탑브레이싱이 선호된다.

탑브레이싱에 의한 진동저감과 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2009-0116010호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1326090호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 실린더에 연결된 어큐뮬레이터와, 엔진의 회전수를 감지하여 실린더와 어큐뮬레이터의 사이에서 유체의 흐름을 단속하는 솔레노이드밸브를 통하여, 엔진의 진동에 대응하여 엔진을 루즈하게 잡아주거나 견고하게 잡아주는 구조를 제공한다. 이에 따라, 엔진의 진동을 보다 적응적으로 감쇄시켜 선체의 변형이나 균열 등을 방지하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 초기 압력값을 갖는 고압챔버의 압력을 변화시키면서, 그에 따라 달라지는 헐과 엔진 중 적어도 하나의 진동 정보를 획득하는 단계와, 상기 진동 정보를 기초로, 상기 고압챔버의 압력값을 재설정하는 단계와, 상기 재설정된 압력값으로 상기 고압챔버의 압력을 조정하는 단계를 포함한다. 헐 내의 여러 구조물의 손상을 막을 수 있고, 승선감을 좋게 향상시키는 효과를 기대한다.

그러나, 선박이 건조된 후 데크 하우스(deck house), 엔진 케이싱(engine casing), 레이더 마스트(radar mast)와 같은 대형 구조물의 과도 진동 현상이 발생할 경우, 구조 변경이 용이하지 않고 구조변경으로 과도 진동 현상을 제어하기 어려우며 선행문헌을 적용하더라도 근본적인 해결책으로 미흡하다.

1. 한국 공개특허공보 제2009-0116010호 "유압식 탑브레이싱 장치" (공개일자 : 2009. 11. 11.) 2. 한국 등록특허공보 제1326090호 "선박의 진동제어방법 및 장치" (공개일자 : 2010. 4. 29.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 대형 구조물의 공진이 발생되는 특정 RPM 대역을 설정한 후 유압식 탑브레이싱 작동으로 대형 구조물과 연결된 래싱 와이어의 장력을 조절하여 공진점을 변경하는 방식으로 과도 진동을 억제하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선체의 가진원에서 대형구조물에 전달되는 진동을 제어하는 장치에 있어서: 상기 대형구조물의 강성을 변동하도록 외면에 설치되는 래싱 와이어; 상기 래싱 와이어의 경로상에 설치되고, 길이 변위로 장력 변동을 유발하는 구동수단; 및 상기 구동수단을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 래싱 와이어는 동일한 소재와 규격의 강선재를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 래싱 와이어는 대형구조물을 가압한 상태로 선체에 변위 가능하게 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 래싱 와이어는 대형구조물의 코너에서 가이드 롤러를 개재하여 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 구동수단은 구동기의 로드 상에 래싱 와이어의 일부를 걸치고, 로드의 양측에서 가이드 롤러로 래싱 와이어를 변위가능하게 지지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 제어기와, 대형구조물 또는 가진원에 의한 진동을 검출하는 진동센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 구동수단에 의한 래싱 와이어의 변위량을 검출하는 변위센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박의 거주구는 물론 엔진 케이싱과 레이더 마스트와 같은 대형 구조물에 인가되는 장력을 조절하여 공진점을 변경하는 방식으로 과도 진동을 억제하는 효과가 있다.

또한, 건조가 완료된 선박에도 비교적 용이한 방식으로 적용이 가능한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 진동 제어장치를 개념적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 제어장치의 요부를 확대하여 나타내는 구성도
도 3은 도 1의 장치에 대한 변형예를 개념적으로 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 선체(10)의 가진원에서 대형구조물(15)에 전달되는 진동을 제어하는 장치에 관하여 제안한다. 프로펠러와 엔진을 가진원으로 하여 선체(10)에 전파되는 진동 중에 대형구조물(15)로 전달되는 진동의 감쇠를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 특히 대형구조물(15)가 프로펠러와 엔진에 인접하게 배치되는 경우에 실효성을 높일 수 있다.

본 발명에 따르면 래싱 와이어(20)가 상기 대형구조물(15)의 강성을 변동하도록 외면에 설치되는 구조를 특징으로 한다. 래싱 와이어(20)는 대형구조물(15)의 외면에 접촉하여 가압력을 작용함에 따라 강성의 변동을 유발한다. 대형구조물(15)의 강성 변동은 고유진동수 변동을 유발하여 공진점 회피를 도모한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 래싱 와이어(20)는 동일한 소재와 규격의 강선재를 사용하는 것을 특징으로 한다. 강선재의 래싱 와이어(20)는 높은 장력을 부가할 수 있고 길이 변위에 따른 장력의 제어가 용이하다. 래싱 와이어(20)의 굵기와 같은 규격도 전체적으로 동일성을 유지하는 것이 좋다. 이외에 해상에서 부식을 방지하여 내구성을 높이기 위한 표면처리를 부가한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 래싱 와이어(20)는 대형구조물(15)을 가압한 상태로 선체(10)에 변위 가능하게 고정되는 것을 특징으로 한다. 도 1과 같이 래싱 와이어(20)는 선체(10)의 측변에 결속되지만 대형구조물(15)를 종방향으로 지나도록 설치된다. 물론 도 3과 같이 대형구조물(15)의 횡방향으로 래싱 와이어(20)를 설치할 수도 있고, 래싱 와이어(20)를 종방향과 횡방향으로 교차하도록 설치할 수도 있다.

이때, 상기 래싱 와이어(20)는 대형구조물(15)의 코너에서 가이드 롤러(25)를 개재하여 설치되는 것을 특징으로 한다. 종방향 또는 횡방향의 래싱 와이어(20)에서 대형구조물(15)와 접촉되는 부분에 가이드 롤러(25)를 설치하여 균일한 장력 변화를 유도하면서 마찰에 의한 손상을 방지한다.

또, 본 발명에 따르면 구동수단(30)이 상기 래싱 와이어(20)의 경로상에 설치되고, 길이 변위로 장력 변동을 유발하는 구조를 특징으로 한다. 구동수단(30)은 래싱 와이어(20)의 길이를 증대하여 장력을 높이거나 길이를 축소하여 장력을 줄인다. 래싱 와이어(20)의 장력 변동으로 대형구조물(15)의 강성 변동과 그에 따른 진동 패턴의 변동이 유발된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 구동수단(30)은 구동기(31)의 로드(33) 상에 래싱 와이어(20)의 일부를 걸치고, 로드(33)의 양측에서 가이드 롤러(35)로 래싱 와이어(20)를 변위가능하게 지지하는 것을 특징으로 한다. 구동기(31)는 피스톤에 로드(33)를 지닌 유압실린더를 사용한다. 래싱 와이어(20)에 대한 높은 장력 변동을 유도하기에 유압실린더가 적절하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 전기 모터를 사용하거나 역전방지를 위한 웜기어 등을 부가할 수도 있다. 로드(33)의 양측으로 설치되는 가이드 롤러(35)는 래싱 와이어(20) 상에서 균일한 장력 변화를 유도하면서 마찰에 의한 손상을 방지한다.

이때, 구동수단(30)의 가이드 롤러(35)는 베어링을 대체적 또는 부가적으로 사용할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 구동수단(30)을 제어하는 구조를 특징으로 한다. 제어수단(40)은 프로펠러와 엔진에 의하여 유발되는 진동(공진)에 대응하여 구동수단(30)의 구동기(31)에 대한 출력을 변동한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)은 제어기(41)와, 대형구조물 또는 가진원에 의한 진동을 검출하는 진동센서(43)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 제어기(41)는 마이크로프로세서, 메모리, I/O 인터페이스를 포함한 마이콤 회로로 구성한다. 진동센서(43)는 프로펠러와 엔진을 연결하는 추진축 및 대형구조물(15) 중 적어도 하나에 설치할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)은 구동수단(30)에 의한 래싱 와이어(20)의 변위량을 검출하는 변위센서(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 변위센서(45)는 구동기(31)의 로드(33), 래싱 와이어(20)의 단부 중 적어도 하나에 설치한다. 래싱 와이어(20)의 변위량은 대형구조물(15)에 인가되는 외력 및 그에 의한 강성의 변동량과 비례 관계를 나타낸다.

이에 따라, 제어기(41)는 선박의 운항중에 가진원의 진동에 의하여 대형구조물(15)에 공진이 유발되는 것을 인식하여 고유진동수 변동을 유발한다. 즉, 제어기(41)는 진동센서(43)에 의해 입력되는 진동값이 대형구조물(15)의 공진을 발생시킬 수 있는 기 설정된 범위에 도달하면 구동기(31)를 작동하여 래싱 와이어(20)의 장력과 그에 따른 대형구조물(15)의 강성 및 고유진동수 변동을 유발한다.

물론, 제어기(41)에서 마이크로프로세서의 공진점 판단 기준으로 삼는 데이터 테이블은 해당 선박에 설치된 진동 제어장치의 특성에 따라 사전에 실험적으로 생성되어 메모리에 저장된 정보를 의미한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 선체 15: 대형구조물
20: 래싱 와이어 25: 가이드 롤러
30: 구동수단 31: 구동기
33: 로드 35: 가이드 롤러
40: 제어수단 41: 제어기
43: 진동센서 45: 변위센서

Claims (7)

1. 선체(10)의 가진원에서 대형구조물(15)에 전달되는 진동을 제어하는 장치에 있어서:
   상기 대형구조물(15)의 강성을 변동하도록 외면에 설치되는 래싱 와이어(20);
   상기 래싱 와이어(20)의 중간에 설치되고, 변위에 의한 길이 변동으로 장력 변동을 유발하는 구동수단(30); 및
   상기 전달되는 진동 입력에 대응하여 설정된 출력을 구동수단(30)에 인가하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지되,
   상기 구동수단(30)은 구동기(31)의 로드(33) 상에 래싱 와이어(20)의 일부를 걸치고, 로드(33)의 양측에서 가이드 롤러(35)로 래싱 와이어(20)를 변위가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 래싱 와이어(20)는 동일한 소재와 규격의 강선재를 사용하는 것을 특징으로 하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 래싱 와이어(20)는 대형구조물(15)을 가압한 상태로 선체(10)에 변위 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 래싱 와이어(20)는 대형구조물(15)의 코너에서 가이드 롤러(25)를 개재하여 설치되는 것을 특징으로 하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(40)은 제어기(41)와, 대형구조물 또는 가진원에 의한 진동을 검출하는 진동센서(43)를 구비하는 것을 특징으로 하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(40)은 구동수단(30)에 의한 래싱 와이어(20)의 변위량을 검출하는 변위센서(45)를 구비하는 것을 특징으로 하는 대형구조물의 능동형 진동 제어장치.

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