KR101719192B1 - 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기진원을 탑재한 대상체에서 진동을 감쇠하는 장치에 있어서: 상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트(22)의 각도를 변동하는 진동보상기(20); 상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 능동가진기(30); 및 상기 능동가진기(30)의 공동(31)으로 유동되는 유체(36)의 양을 변동하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 유체의 유동을 기반으로 회전 불평형 질량 및 가진력을 조절하는 구성을 채용함에 따라 선박의 부하상태에 대응한 가진력 조절이 용이하여 거주구에 대한 진동감소 유지의 실효성을 높이는 효과가 있다.

Description

가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치{Active vibration control apparatus with adjustable excitation force mechanism}
본 발명은 능동형 진동 제어장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적재 조건에 연동하는 부하상태에 대응하여 선박의 거주구에 대한 진동응답을 감소시키는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치에 관한 것이다.
선박의 진동 기준치가 컴포트 클래스(Comfort Class) 등이 적용됨에 따라 매우 엄격해지고 있다. 이에 선박의 거주구에 진동이 발생할 경우 일반적으로 능동형 진동 제어장치를 설치하게 된다. 통상 능동형 진동 제어장치는 회전 불평형력을 이용하여 기진력을 상쇄시키는 원리를 적용한다.
엔진의 경우 기진력이 일정하나 프로펠러의 경우 적재 하중에 따라 흘수가 변하며 이에 따라 변동압력이 달라지고 이에 따라 기진력이 달라진다. 즉, 만재흘수(Full load)와 밸러스트(Ballast) 상태에 따라 기진력의 차이가 2배가 나며, 이에 따라 진동응답도 2배 이상으로 발생되어 거주구로 전달된다. 통상 선박은 만재흘수와 밸러스트 운항을 반복하므로 매번 가진력 조정이 필요하다. 그럼에도 현재 상용되는 능동형 진동제어기의 경우 가진력 조절이 불가능하거나, 한번 가진력을 조절을 하면 이후 변경시키기 어려운 단점을 보인다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0182082호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1342573호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 선박용 진동제어 방법과 장치로서, 전기신호를 증폭시키는 신호증폭기와 이 신호를 읽는 아날로그/디지탈 신호변환기와 디지탈신호를 읽는 디지탈 입력기판, 입력된 신호를 인지하여 가진기 제어에 필요한 물리량을 연산하는 중앙연산처리장치 등으로 구성된다. 이에 진동상쇄를 위한 가진기의 최적 제어위상을 유지하여 선체구조의 진동을 제거하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 본체와; 상기 본체에 회전 가능하게 설치된 회전축과; 상기 회전축에 편심되게 결합되어 회전축을 중심으로 회전하면서 편하중을 발생시키는 편심질량체와; 상기 회전축에 고정되어 회전축 및 편심질량체와 함께 회전하는 원판형으로 된 플라이휠과; 상기 회전축을 회전시키는 구동유닛; 등으로 구성된다. 이에 편심 질량체의 회전을 정확하고 용이하게 제어하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 만재흘수와 밸러스트 운항을 반복하는 조건을 지닌 선박에 적용할 때 가진력 조절 범위를 벗어나기 쉽기 때문에 거주구 등에 대한 진동 상쇄에 한계성을 보인다.
1. 한국 등록특허공보 제0182082호 "선박용 진동제어 방법과 그 장치" (공개일자 : 1997. 3. 27.) 2. 한국 등록특허공보 제1342573호 "진동보상장치의 위상검출 장치 및 이를 이용한 위상검출 방법" (공개일자 : 2013. 12. 17.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 만재흘수와 밸러스트의 교번하는 적재 조건에 연동하도록 선박의 부하상태에 대응한 가진력 조절이 용이하여 선박의 거주구에 대한 진동응답 감소상태를 유지하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기진원을 탑재한 대상체에서 진동을 감쇠하는 장치에 있어서: 상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트의 각도를 변동하는 진동보상기; 상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 능동가진기; 및 상기 능동가진기의 공동으로 유동되는 유체의 양을 변동하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기는 중공축관 상에 웨이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기의 유체는 물 또는 그 이상의 비중을 지닌 액체를 기반으로 하고, 상기 액체보다 동등 이상의 비중을 지닌 금속 구체를 선택적으로 혼용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 상기 대상체의 부하상태를 검출하는 부하센서, 능동가진기로 유체의 양방향 이송을 수행하는 펌프, 능동가진기의 유체의 양을 검출하는 액량센서, 설정된 알고리즘에 의하여 펌프를 가동하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단은 능동가진기의 중량체의 각도 변동을 위한 구성을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 유체의 유동을 기반으로 회전 불평형 질량 및 가진력을 조절하는 구성을 채용함에 따라 선박의 부하상태에 대응한 가진력 조절이 용이하여 거주구에 대한 진동감소 유지의 실효성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 진동 제어장치의 전체적인 모식도
도 2는 본 발명에 따른 능동형 진동 제어장치의 주요부 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 기진원(가진원)을 탑재한 대상체에서 진동을 감쇠하는 장치에 관하여 제안한다. 대상체는 거주구(10)를 지닌 선박을 예시하고 기진원은 주기관(12)과 프로펠러(15)를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 특히 대상체는 만재흘수(Full load)와 밸러스트(Ballast) 상태를 교번하는 부하상태를 지닌 선박에 보다 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면 진동보상기(20)가 상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트(22)의 각도를 변동하는 구조이다. 진동보상기(20)는 반원형의 웨이트(22)를 회전축 상에 편심지게 구비한 구조로서, 기진원인 주기관(12)이나 프로펠러(15)에 인접하게 설치된다. 진동보상기(20)의 웨이트(22)는 모터(25)에 의하여 회전되면서 편심의 각도 변동을 유발하여 가진력을 제어한다.
또, 본 발명에 따르면 능동가진기(30)가 상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 구조이다. 능동가진기(30)도 대상체의 기진원인 주기관(12)이나 프로펠러(15)에 인접하게 설치되지만 경우에 따라 거주구(10)에 인접한 위치에 부가적으로 설치될 수도 있다. 대상체인 선박의 부하상태는 전술한 것처럼 적재된 화물의 중량에 크게 좌우되지만, 이외에 운항지역의 조류, 바람, 결빙 여부 등에 의하여 변동된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기(30)는 중공축관(33) 상에 웨이트를 구비하는 것을 특징으로 한다. 능동가진기(30)의 웨이트는 진동보상기(20)의 웨이트(22)처럼 반원형의 편심 구조로 설치된다. 다만 능동가진기(30)는 웨이트의 내부에 유체(36)를 수용하기 위한 공동(31)을 구비한다. 중공축관(33)은 웨이트의 공동(31)에 유체(36)를 유동하기 위한 유로를 지닌다. 중공축관(33)에서 웨이트의 공동(31)으로 유체(36)의 출입을 위한 유동관(34)을 설치한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기(30)의 유체(36)는 물 또는 그 이상의 비중을 지닌 액체를 기반으로 하고, 상기 액체보다 동등 이상의 비중을 지닌 금속 구체를 선택적으로 혼용하는 것을 특징으로 한다. 유체(36)는 선박의 해수나 청수를 사용함이 무난하지만 수은과 같은 고비중의 액상물질을 사용할 수도 있다. 물을 사용하는 경우 금속 구체를 병용하여 유체(36)의 중량을 증가시키는 것도 가능하다. 이 경우 금속 구체의 표면을 수지 등으로 코팅하여 상호 충돌에 의한 소음을 축소하는 것이 좋다.
어느 경우에나, 능동가진기(30)의 웨이트에 유체(36)가 충진되는 중량에 따라서 기진원이나 거주구(10)의 고유진동수 변화가 유발되므로 선박의 부하상태에 따른 진동응답을 적절하게 유지할 수 있다.
한편, 능동가진기(30)의 웨이트는 진동보상기(20)의 웨이트(22)에 비하여 용량을 크게 하고 보다 다수의 위치에 배치하는 것이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 능동가진기(30)의 공동(31)으로 유동되는 유체(36)의 양을 변동하는 구조를 특징으로 한다. 제어수단(40)은 능동가진기(30)의 웨이트로 유체(36)를 공급하거나 인출하여 기진력 감쇠를 위한 가진력을 발생하도록 중량 변동을 유발한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 상기 대상체의 부하상태를 검출하는 부하센서(42), 능동가진기(30)로 유체(36)의 양방향 이송을 수행하는 펌프(44), 능동가진기(30)의 유체(36)의 양을 검출하는 액량센서(46), 설정된 알고리즘에 의하여 펌프(44)를 가동하는 제어기(48)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
부하센서(42)는 주기관(12)과 프로펠러(15)를 연결하는 축상에 설치되어 전달토크를 검출한다. 이외에 선박의 흘수선 높이를 측정하는 센서 등을 대체적/병행적으로 사용할 수 있다. 펌프(44)는 유체(36)를 공급하는 것과 인출하는 것을 별도로 설치한다. 액량센서(46)는 유체(36)의 유로상에 설치되는 유량게이지를 사용하지만 중공축관(33) 상에 설치되는 로드셀을 대체적/병행적으로 사용할 수 있다. 제어기(48)는 선박의 부하 조건에 대응하여 능동가진기(30)의 웨이트에 충진되는 유체(36)의 중량에 대한 테이블을 참조한다. 이와 같은 테이블은 반복실험을 거친 데이터에 운항 과정에서 축적된 데이터를 통계적으로 처리하여 갱신된다.
작동에 있어서, 선박이 경유지 항구에서 화물을 적재하여 목적지 항구에서 화물을 하역하는 경우를 가정하면, 제어기(48)는 부하센서(42)의 신호를 입력하여 부하상태에 대응하도록 능동가진기(30)의 웨이트에 충진되는 유체(36)의 양을 조절한다. 즉, 경유지에서 출발하기 전에는 만재흘수 상태로 조절하고 목적지에서 출발하기 전에는 밸러스트 상태로 조절한다. 선박의 운항전에 능동가진기(30)의 조절이 완료된 상태를 유지하면서, 운항하는 동안 진동보상기(20)의 각도 조절을 통하여 진동감쇠를 지속적으로 수행한다.
일반적으로 선박의 주기관(12)과 프로펠러(15)에 의한 기진력 방향은 수직 및 수평방향이고, 선박 거주구(10)의 진동은 종방향이나 횡방향의 진동이 크고 수직방향은 낮다. 또한 수직 방향의 강성은 다른 두 방향에 비해 크다. 이에 수직방향의 진동은 약간 증가할 수 있으나 강성이 높으므로 진동 증가량은 낮고 수평방향의 진동은 강성이 낮으므로 진동 감소량이 크다.
본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단(40)은 능동가진기(30)의 중량체의 각도 변동을 위한 구성을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 이는 능동가진기(30)의 웨이트를 진동보상기(20)의 웨이트(22)와 동일한 방식으로 각도 조절하여 고유진동수 변동을 유발하기 위함이다.
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: 거주구 12: 주기관
15: 프로펠러 20: 진동보상기
22: 웨이트 25: 모터
30: 능동가진기 31: 공동
33: 중공축관 34: 유동관
36: 유체 40: 제어수단
42: 부하센서 44: 펌프
46: 액량센서 48: 제어기

Claims (5)

  1. 선박의 주기관(12)을 비롯한 기진원을 탑재한 대상체에서 진동을 감쇠하는 장치에 있어서:
    상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트(22)의 각도를 변동하는 진동보상기(20);
    상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 능동가진기(30); 및
    상기 능동가진기(30)의 공동(31)으로 유동되는 유체(36)의 양을 변동하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지되,
    상기 능동가진기(30)는 중공축관(33) 상에 웨이트를 구비하고,
    상기 제어수단(40)은 상기 대상체의 부하상태를 검출하는 부하센서(42), 능동가진기(30)로 유체(36)의 양방향 이송을 수행하는 펌프(44), 능동가진기(30)의 유체(36)의 양을 검출하는 액량센서(46), 설정된 알고리즘에 의하여 펌프(44)를 가동하는 제어기(48)를 구비하며,
    상기 제어수단(40)은 능동가진기(30)의 중량체의 각도 변동을 위한 구성을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 능동가진기(30)의 유체(36)는 물 또는 그 이상의 비중을 지닌 액체를 기반으로 하고, 상기 액체보다 동등 이상의 비중을 지닌 금속 구체를 선택적으로 혼용하는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치..
  4. 삭제
  5. 삭제
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