KR101843847B1 - 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기에 주입한 질소가스의 압력에 대해서 엔진 가동 중에 주기적으로 나타나는 파형의 첨두치를 해독하여 적합 여부를 실시간 정확하게 판정하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템{Nitrogen gas pressure monitoring system of Intake and exhaust valve actuation device for very large engine}

본 발명은 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기에 대해 내부에 주입한 질소가스의 압력을 모니터링하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템에 관한 것이다.

대형 선박에서는 수천 마력 내지 수십만 마력의 초대형 엔진을 사용한다.

이러한 초대형 엔진에서는 일반적으로 흡입-압축-폭발-배기 행정을 수행하는 과정에서 흡입밸브와 배기밸브를 유압실린더로 작동시킨다.

이때, 흡배기 밸브의 작동 사이클은 배기를 종료하기 직전에 흡기를 시작하고, 흡기를 완료한 후 피스톤의 압축 및 폭발 시간까지 밸브를 닫아 놓으며, 폭발 이후 배기밸브를 여는 일련의 작동으로 이루어진다.

그리고, 일반적으로 선박용 초대형 엔진은 대략 240rpm으로 회전하게 제작하므로, 흡배기 밸브는 대략 4Hz 주기로 유압실린더에 의해서 단속된다.

이러한 유압실린더를 포함한 유압장치는 유압관로를 통해 연결된 유압펌프로부터 가압 공급받는 오일에 의해 작동하게 되며, 이때, 에너지 절감, 유압펌프의 소형화, 유압관로 내 유압의 맥동 감소, 및 제어정밀성 확보 등을 위해서 유압관로에 축압기(accumulator)를 설치한다.

축압기는 유압관로에 연통되는 오일 유출입 공간과 질소를 소정 기압으로 주입하는 질소가스 주입 공간을 다이어프램으로 구획하여 유압관로 내의 오일 유압의 변동에 따라 오일이 유입되거나 유입한 오일을 유출되게 한다.

그런데, 주입한 질소가스는 여러 요인에 의해 누설되므로, 적정 시점에서 재충전할 필요가 있다.

이를 위한 기술로서 압력 게이지를 축압기에 설치하여 질소가스의 압력을 표시하는 기술을 개시한 공개특허 제10-2014-0023087호가 있다.

그렇지만, 엔진 가동 중에는 질소가스 압력이 엔진의 행정 사이클에 따라 매우 짧은 주기로 변동하므로, 공개특허 제10-2014-0023087호처럼 축압기에 압력 게이지를 설치하더라도 엔진을 정지한 상태에서만 제대로 활용할 수 있는 제한이 따른다.

더욱이, 고압의 유압으로 작동하는 축압기는 엔진을 1시간 가동할 때에 대략 14,400 사이클로 작동하며, 장거리를 항해하는 선박의 경우에는 수천만에서 수억 사이클을 정상 작동하여야만 왕복 항해를 완료할 수 있으므로, 선박을 운항하기 직전에 질소가스의 압력을 확인하여 필요시 재충전한다고 해도 선박을 장시간 운항하는 중에 질소가스의 누설에 의한 압력 저하에 따라 흡배기 밸브의 원활하지 못한 작동 또는 엔진의 성능저하를 야기할 수 있다.

KR 10-2014-0023087 A 2014.02.26.

따라서, 본 발명은 축압기에 주입한 질소가스 압력의 적합 여부를 엔진의 가동 중에도 정확하게 판정할 수 있는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 쉘(11)의 내부를 가스 주입구(14)를 통해 질소가스를 주입하는 질소가스 주입 공간(11a)과 오일 포트(17)를 통해 오일이 유출입하는 오일 유출입 공간(11b)으로 다이어프램(12)에 의해 구획한 축압기(10, accumulator)을 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용으로 사용하는 중에 축압기(10)의 질소가스 압력 모니터링하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템에 있어서, 질소가스 주입 공간(11a) 내에 주입한 질소가스 압력을 감지하는 가스압력센서(100); 엔진 행정 사이클(stroke cycle)에 따라 주기적 파형으로 나타나는 질소가스 압력의 주기별 첨두치를 검출하고, 첨두치의 변화에 따라 질소가스 재충전 여부를 판정하여 알람하는 질소기압 모니터(200); 을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스압력센서(100)는 가스 주입구(14)를 막는 가스 밸브(15)에서 질소가스 주입 공간(11a)으로 삽입되는 부위에 장착하여 질소가스 압력을 감지함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 질소기압 모니터(200)는 질소가스 압력이 미리 설정한 기준값(C)으로 상승한 이후 나타나는 첨두치를 검출하여 재충전 여부를 판정함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 질소기압 모니터(200)는 질소가스 압력의 첨두치가 미리 정한 제1 임계값(C1) 미만이고 미리 정한 제2 임계값(C2, C2<C1) 이상일 시에 질소가스 재충전으로 판정하고, 제2 임계값(C2) 미만일 시에 부품 교체로 판정함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 임계값(C1)과 제2 임계값(C2)은 질소가스 주입 이후 엔진의 가동 초기에 검출되는 질소가스 압력의 초기 첨두치에 미리 정한 비율을 곱셈하여 정함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 임계값(C1)과 제2 임계값(C2)은 사용자가 입력 설정한 값으로 할 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 질소기압 모니터(200)는 질소가스 압력의 시간적 첨두치 변화율이 미리 설정한 위험 변화율(R)에 이를 시에 부품 교체로 판정함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 가동에 따라 주기적으로 변동하는 축압기(accumulator)의 질소가스 압력을 압축 상태를 반영하는 첨두치 변화에 따라 적정 여부를 판정하므로, 엔진 가동 중에도 사용할 수 있는 장점과, 정확한 판정을 내릴 수 있는 장점과, 재충전이 필요한 시점을 적시에 알려줄 수 있는 장점이 있어, 축압기의 관리에 만전을 기할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템의 설치 상태를 사시도로 도시한 축압기(10)와 함께 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템의 설치 상태를 단면도로 도시한 축압기(10)와 함께 도시한 도면.
도 3은 질소가스 압력의 첨두치 변화에 따른 판정 결과를 그래프 상에 보여준 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 방법의 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템을 축압기(10)에 설치 또는 연결한 상태도로서, 질소기압 모니터(200)는 블록 구성도로 도시하고, 축압기(10)는 사시도로 도시되어 있다.

도 2는 도 1에 대해 축압기(10)를 단면도로 도시하여 가스압력센서(100)와 유압센서(300)의 설치 위치를 보여준다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템은 축압기(accumulator, 10)에 설치한 가스압력센서(100) 및 유압센서(300)와, 가스압력센서(100) 및 유압센서(300)에서 감지된 신호에 따라 질소가스의 재충전 여부 또는 부품 교체 여부를 판정하여 알람하는 질소기압 모니터(200)를 포함하여 구성되어서, 엔진 가동 중에 축압기의 상태를 실시간 모니터링한다.

본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 공지의 기술이지만 축압기(10)의 구조에 대해 간략하게 설명한다.

본 발명의 실시 예가 적용되는 축압기(10)는 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용의 축압기(accumulator)로서, 유압펌프와 유압장치를 연결하는 배관(1)의 중도에 설치되며 유압펌프에 의해 유압장치로 공급되는 오일의 맥동 압력이나 충격 압력을 흡수하여 유압장치 및 배관(1)을 보호할 뿐만 아니라 유압펌프의 도움없이도 순간적인 유압으로 오일을 공급할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서 유압장치는 엔진의 흡배기 밸브 구동장치에 해당된다.

이러한 축압기(10)는 공지된 바와 같이 쉘(11)의 내부를 다이어프램(diaphragm, 12)에 의해 상하로 구획되게 하여, 상부 공간을 질소가스 주입 공간(11a)을 하고 하부 공간을 오일 유출입 공간(11b)으로 한다.

다이어프램(12)은 예를 들어 고무재질로 구성하고, 테두리를 둘레방향으로 따라 쉘(11)의 내벽에 고정 및 실링하여 쉘(11)의 내부를 상하 공간으로 구획하며, 상하 공간 사이의 유압 차이에 따라 출렁이듯이 상하로 유동한다. 이에, 질소가스 주입 공간(11a)은 오일 유출입 공간(11b)의 오일 유압 및 유입된 오일량에 따라 축소되거나 팽창하며, 축소될 시에는 질소가스 압력이 높아지고 팽창될 때는 질소가스 압력이 낮아진다.

여기서, 질소가스 주입 공간(11a)에는 쉘(11)을 관통하는 가스 주입구(14)를 통해 소정의 압력을 갖도록 질소가스를 주입한다. 질소가스 주입한 후에는 가스 밸브(15)로 가스 주입구(14)를 막아놓는다. 물론, 가스 밸브(15)는 가스 주입구(14)에 장착한 상태로 질소가스를 주입할 수 있도록 체크 밸브를 구비하는 것으로 하여도 좋다.

오일 유출입 공간(11b)은 오일이 유출입하는 공간으로서, 쉘(11)을 관통하는 오일 포트(oil port, 17)를 통해서 배관(1)의 내부와 연통되게 한다.

이와 같이 구성되고 배관(1)에 설치되는 축압기(10)에 의한 작용을 예를 들어 설명하면, 도 2에 오일의 흐름을 화살표로 표시한 바와 같이 배관(1)을 통해 공급되는 오일의 유압이 클 시에 오일 유출입 공간(11b)으로 오일이 유입하여 배관(1) 내의 오일 유압을 낮추고, 도면에는 도시하지 아니하였지만 배관(1) 내의 오일 유압이 낮을 시에는 오일 유입 시에 압축된 질소가스의 압력에 의해서 오일 유출입 공간(11b)의 오일이 배관(1) 내로 유출된다. 이러한 작용에 의해서 배관(1) 내의 오일 압력 맥동이나 충격 압력을 흡수하여 오일 유압을 안정화하고 유압장치의 제어 정밀성을 확보한다.

그런데, 질소가스 주입 공간(11a)에 주입 또는 충전한 질소가스는 질소가스와 오일 사이의 격막 역할을 하는 다이어프램(12)을 통해 분자 수준으로 미세하게 누설되어서 질소가스 압력이 서서히 감소한다.

특히, 선박의 초대형 엔진에서 흡배기 밸브 구동장치용으로 사용하는 축압기(10)에서는 장거리 운행하는 선박의 운행 특성상 엔진의 행정 사이클(stroke cycle) 수가 매우 많아 선박을 운행하는 중에 질소가스의 누적 누설량이 증가하게 되어서, 질소가스 압력을 적정 수준 이상으로 유할 수는 사이클 수를 충분히 보장하도록 설계하고, 운항 직전에 질소가스를 재충전한다고 해도 질소가스 압력이 선박 운항 중 불시에 적정 수준 이하로 될 수 있다. 더욱이, 다이어프램(12)이 고정 위치에서 일부 일탈하여 질소가스의 누설이 발생할 수도 있다.

이에, 본 발명은 엔진의 가동 중에 축압기(10)의 질소가스 압력을 모니터링하여 질소가스 재충전이 필요한 시점 및 부품 교체가 필요한 시점을 알람하여 조기에 대처할 수 있게 하고자 하며, 이를 위해서, 가스압력센서(100) 및 유압센서(300)를 축압기(10)에 장착하고, 질소기압 모니터(200)에서 가스압력센서(100) 및 유압센서(300)의 센싱값에 따라 질소가스 재충전 여부 및 부품 교체 여부를 판정하게 구성된다.

상기 가스압력센서(100)는 질소가스 주입 공간(11a)에 주입한 질소가스 압력을 감지한다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 가스압력센서(100)는 가스 주입구(14)를 통해 질소가스를 소정 압력으로 되게 주입한 이후 가스 주입구(14)를 막히게 삽입 장착하는 가스 밸브(15)에 설치된다. 즉, 가스 밸브(15)에서 가스 주입구(14)에 삽입하는 부위의 단부에 상기 가스압력센서(100)를 장착하여 질소가스 주입 공간(11a) 내의 기체 압력을 감지하게 한다. 물론, 가스 밸브(15)는 가스압력센서(100)를 질소기압 모니터(200)에 전기적으로 연결하기 위한 전선을 관통시켜야 한다.

상기 유압센서(300)는 오일 유출입 공간(11b) 내의 오일 유압을 감지하는 구성요소로서, 예시적으로 오일 포트(17)의 내벽에 홈을 조성하여 장착하는 것으로 도시하였으나, 이는 일례로서, 유동하는 다이어프램(12)에 손상을 주지 않는 위치이면 설치 위치로서 적당하다. 물론, 상기 유압센서(300)를 질소기압 모니터(200)에 전기적으로 연결하기 위한 전선을 쉘(11)에 관통시켜야 할 것이다.

한편, 본 발명은 상기 유압센서(300)를 구비하지 아니하고 가스압력센서(100)와 질소기압 모니터(200)만으로 구성하여도 좋지만, 오일 유출입 공간(11a) 내의 오일 유압과 질소가스 주입 공간(11a) 내의 질소가스 압력 간에는 상관성이 있으므로, 본 발명의 실시 예 설명에서는 상기 유압센서(300)를 포함하여 구성되는 것으로 하였다.

상기 질소기압 모니터(200)는 엔진 행정 사이클(stroke cycle)에 따라 변동하는 질소가스 주입 공간(11a) 내의 질소가스 압력과 오일 유출입 공간(11b) 내의 오입 유압을 모니터링하여 질소가스 재충전 여부와 부품 교체 여부를 판정하고 판정 결과에 따라 알람하며, 이를 위해 아날로그 유닛(210), A/D 컨버터(220), 신호처리 유닛(CPU : central processing unit, 230), 사용자인터페이스(UI : user interface, 240), 및 알람(250)을 포함하여 구성된다.

상기 아날로그 유닛(210)은 가스압력센서(100)와 전기적으로 연결되어 질소가스 주입 공간(11a) 내의 질소가스 압력을 아날로그 신호로 감지하며 증폭하는 제1 아날로그 유닛(211)과, 유압센서(300)와 전기적으로 연결되어 오일 유출입 공간(11b) 내의 오일 유압을 아날로그 신호로 감지하며 증폭하는 제2 아날로그 유닛(212)으로 구성된다.

상기 A/D 컨버터(220)는 제1 아날로그 유닛(211)에 전기적으로 연결되며 질소가스 압력의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호처리 유닛(230)에 입력하는 제1 A/D 컨버터(221)와, 제2 아날로그 유닛(212)에 전기적으로 연결되며 오일 유압의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호처리 유닛(230)에 입력하는 제2 A/D 컨버터(222)로 구성된다.

상기 사용자인터페이스(240)는 예를 들어 사용 편의성을 위해 터치스크린으로 구성할 수 있으며, 후술하는 기준값(C), 제1 임계값(C1), 제2 임계값(C2) 또는 위험 변화율(R)의 입력, 동작 모드의 선택, 모니터링하는 자료의 출력, 또는 알람기능으로서 출력을 위해 마련된다.

상기 알람(250)은 엔진 관리자가 인지할 수 있는 알람신호를 출력하기 위한 구성요소로서, 예를 들어 램프 또는 스피커로 구성할 수 있다.

다만, 본 발명의 실시 예에서는 후술하는 바와 같이 질소가스 압력의 적정성에 대해 정상(normal), 주의(caution) 및 위험(critical)으로 구분하여 판정하므로, 정상, 주의 및 위험에 각각 대응되는 알람을 하도록 구성된다. 예를 들어, 램프를 이용하는 경우 정상, 주의 및 위험에 대해 서로 다른 색상으로 발광시키고, 스피커를 이용하는 경우 정상, 주의 및 위험에 각각 대응되는 안내를 음성 출력 또는 음향 출력시킨다.

다른 예로서, 상기 알람(250)은 엔진 관리자가 사용하는 이동 통신단말에 알람 내용을 전송하는 통신모듈, 또는 통신인터페이스를 포함할 수 있다.

상기 신호처리 유닛(230)은 사용자인터페이스(240)를 통해 사용자가 입력하는 동작 모드 또는 설정 값을 입력처리하여 저장하는 설정부(233), 디지털 신호로 입력받은 질소가스 압력의 첨두치를 검출하는 첨두치 추출부(231), 및 검출한 첨두치에 따라 질소가스 압력에 대해 적정 여부를 판정하고 판정 결과에 따라 알람을 하는 비교부(232)를 프로그램적으로 갖추며, 도 4에 도시한 순서도를 참조하며 상세하게 설명한다.

먼저, 신호처리 유닛(230)은 사용자인터페이스(240)를 통해 동작 모드를 선택받는다(S10).

여기서 선택받는 동작모드는 사용자가 설정하는 값을 그대로 이용하는 절대치 적용 모드와, 설정하는 값 중의 일부를 엔진 동작 초기 상황에 따라 정하는 상대치 적용 모드 중에 어느 하나이다.

다음으로, 신호처리 유닛(230)은 사용자인터페이스(240)를 통해 설정 값을 입력받는다(S20).

여기서 입력받는 설정 값은 질소가스 압력의 주기별 파형에서 상승 구간을 식별하기 위해 사용할 상승 구간 판별 기준값(C), 정상과 주의의 경계점으로서 정상 상태의 최소 허용값을 의미하는 제1 임계값(C1), 주의와 위험의 경계점으로 주의 상태의 최소 허용값을 의미하는 제2 임계값(C2), 및 질소가스 압력의 시간적 첨두치 변화율의 위험 판정에 사용할 위험 변화율(R)을 포함한다.

상기한 설정 값 중에, 제1 임계값(C1) 및 제2 입계값(C2)은 절대치 적용 모드에서만 입력하게 하여도 좋다.

다음으로, 상기에서 상대치 적용 모드를 선택받은 경우 신호처리 유닛(230)은 설정부(233) 및 첨두치 추출부(231)를 가동하여 제1 임계값(C1) 및 제2 입계값(C2)의 선정과정을 수행한다(S31, S32).

구체적으로 설명하면, 상대치 적용 모드 하에서는 질소가스를 질소가스 주입 공간(11a)에 주입한 축압기(10)를 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용으로 사용하여 엔진을 가동하는 초기에 질소가스 압력의 초기 첨두치에 따라 제1 임계값(C1) 및 제2 입계값(C2)을 선정한다.

즉, 엔진을 가동하면 축압기(10)의 질소가스 압력도 엔진의 행정 사이클에 맞춰 상승한 후 감소하는 파형이 주기적으로 나타나므로, 첨두치 추출부(231)는 엔진 가동 초기에 나타나는 질소가스 압력의 주기별 첨두치를 검출한 후, 최초 주기에서 검출되는 첨두치를 선정하거나 또는 최초 주기부터 소정 주기를 경과하는 동안 얻는 복수의 첨두치 중에 최대인 첨두치를 선정한다(S31).

첨두치를 검출할 시에는 질소가스 압력이 미리 설정한 기준값(C)으로 상승한 이후 나타나는 첨두치를 검출한다.

그런 다음, 설정부(233)는 선정한 첨두치에 미리 정하여 둔 1보다 작은 비율을 곱셈하여 제1 임계값(C1) 및 제2 임계값(C2)을 선정한다(S32).

물론, 제2 임계값(C2)은 제1 임계값(C1)보다 낮은 값을 값도록 상기한 비율를 미리 정하여 둔다.

이와 같이 설정한 상승 판별 기준값(C), 제1 임계값(C1), 제2 임계값(C2) 및 위험 변화율(R)은 모니링 단계((S41~S49)에서 사용된다.

모니링 단계(S41~S49)는 엔진 행정 사이클(stroke cycle)에 따라 주기적 파형으로 나타나는 질소가스 압력의 주기별 첨두치를 검출하며 첨두치의 변화에 따라 질소가스 압력의 적정성을 판정하고, 판정 결과에 따라 알람을 하며, 도 3의 도면을 참조하며 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨두치 추출부(231)는 질소가스 압력의 주기별 첨두치를 실시간 검출한다(S41).

첨두치를 검출할 시에는 상기 기준값(C)이 나타나는 시점부터 압력의 전후 값을 비교하여 압력 값이 증가하는 구간임을 인지한 상태에서 전후 비교하여 큰 값을 취하는 과정을 압력이 감소하는 구간에 이를 때까지 지속한 이후, 최종적으로 취한 질소가스 압력을 해당 주기의 첨두치로 정한다. 그리고, 압력이 감소하는 구간에 대해서는 스킵(skip)한다. 즉, 질소가스 압력을 모니터링하여 기준값(C)으로 상승한 이후 나타나는 첨두치를 검출하고 하강하는 구간을 건너뛴 후 다음 주기의 기준값(C)이 나타날 때까지 대기하는 과정을 반복함으로써, 각 주기의 첨두치를 얻는다.

여기서 얻는 첨두치는 도 3에 예시한 바와 같이 주기적 파형으로 검출되는 질소가스 압력(P)에 대해 시간 경과에 따라 각 주기를 판별하여 얻는 주기별 첨두치(Pi, i=1,2,3,...,n-1,n,n+1,...)로 된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따르면 오일 유출입 공간(11b) 내의 오일 유압을 유압센서(300)로 감지하므로, 상호 상관성이 있는 질소가스 압력과 오일 유압을 상호 연계하여 데이터베이스에 저장하거나 또는 사용자인터페이스(240)에 화면 출력하여 관리자가 모니터링할 수 있게 하는 것이 좋다.

비교부(232)는 첨두치 추출부(231)에서 실시간 검출한 질소가스 압력의 주기별 첨두치(Pi, i=1,2,3,...,n-1,n,n+1,...)를 넘겨받아 질소가스 압력에 대해 판정한다.

우선, 첨두치(Pi)가 상기 제1 임계값(C1) 이상이면(S42) "정상(Normal)"으로 판정하고(S43) 상기 제1 임계값(C1) 미만이면 첨두치(Pi)의 시간적 변화율에 대해 살펴본다.

이때, 첨두치(Pi)의 시간적 변화율은 각 주기별로 얻는 첨두치의 시간경과에 따라 변화하는 정도(예를 들어 음의 기울기로 나타나는 값의 절대치)를 나타내며, 상기 위험 변화율(R) 이상이면(S44) "위험(Critical)"으로 판정하고(S45), 상기 위험 변화율(R) 미만이면 제2 임계값(C2)과 비교하는 과정으로 넘어간다.

제2 임계값(C2)과의 비교 과정은 첨두치(Pi)가 상기 제2 임계값(C2) 이상이면(S46) "주의(Caution)"로 판정하고(S47), 상기 제2 임계값(C2) 미만이면 "위험(Critical)"으로 판정하는(S48) 과정이다.

그리고, 제1 임계값(C1), 위험 변화율(R) 및 제2 임계갓(C2)과의 비교에 따른 판정 결과를 알람(250)을 통해 출력하거나 또는 사용자인터페이스(240)의 화면에 출력한다(S49).

정리하면, 질소가스 압력의 첨두치(Pi)가 제1 임계값(C1) 이상이면 "정상(Normal)"으로 판정하고, 제1 임계값(C1) 미만이고 제2 임계값(C2) 이상이면 "주의(Caution)"로 판정하고, 제2 임계값(C2) 미만이면 "위험(Critical)"으로 판정하며, 주기별 첨두치(Pi)의 단위 시간당 변화율이 위험 변화율(R) 이상일 때에도 첨두치가 급격하게 감소하는 상황이므로 "위험(Critical)"으로 판정한다.

여기서, "정상(Normal)"은 질소가스 누설량이 미미하여 재충전할 단계는 아닌 상황이고, "주의(Caution)"는 질소가스 주입 공간(11a)에 질소가스를 재충전하여야 하는 상황이고, "위험(Critical)"은 질소가스의 누설이 과다하여 부품의 파손, 이탈 등으로 의심되는 상황이다.

도 3에 예시한 그래프 도면을 참조하면, 엔진을 가동한 이후 검출되는 질소가스 압력(P)은 엔진 행정 사이클에 따라 상승 후 하강하는 파형이 주기적으로 나타나는 신호로 된다.

그런데, 상기에서 예를 들어 설명한 바와 같이 다이어프램(12)이 파손되지 아니한 정상 상태이더라도 질소가스 분자가 다이어프램(12)을 통과하여 오일 유출입 공간(11b)으로 누설될 수 있다.

이에, 질소가스 압력(P)의 각 주기별 첨두치(P1,P2,P3,...,Pn-1,Pn,Pn+1,...,P2n-1,P2n,P2n+1,...)는 엔진 가동 이후 서서히 감소하게 되므로, 제1 임계값(C1)에 이르면 질소가스의 재충전을 알리는 알람을 한다.

그리고, 재충전을 알리는 알람에도 불구하고 재충전할 여건이 안되어 재충전하지 아니한다면 주기별 첨두치는 제1 임계값(C1) 미만으로 감소하여 제2 임계값(C2)에 이르게 된다. 이에, 주기별 첨두치가 제2 임계값(C2) 미만으로 되는 경우에는 도 4를 참조하며 설명한 바와 같이 부품 교체에 상응하는 위험으로 알람하는 것이 좋다.

또한, 다이어프램(12)의 파손 또는 다이어프램(12) 테두리측에서의 누설 등이 발생하면, 질소가스 압력의 주기별 첨두치는 급격한 속도로 낮아질 것이므로, 이때는 부품 교체가 필요함을 알리는 알람으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템은 엔진에 연동하여 가동 중인 축압기(10)에 대해 정상여부를 판정할 수 있는 장점이 있으며, 아울러, 주기적 파형으로 나타나는 질소가스 압력에 대해 주기적 파형의 각 첨두치에 근거하여 정상 여부를 판정하므로, 질소가스를 압축하였을 시의 힘을 활용하는 축압기(10)의 동작특성을 잘 반영한 판정 결과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 "정상", 질소가스의 재충전 필요성을 알리는 "주의" 및 부품 교체가 의심됨을 알리는 "위험"으로 구분하여 알람하므로, 축압기(10)의 상황에 맞춰 관리할 수 있는 장점도 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 배관
10 : 축압기(accumulator)
11 : 쉘(shell)
11a : 질소가스 주입 공간 11b : 오일 유출입 공간
12 : 다이어프램(diaphragm)
13 : 셧오프버튼(shut-off button) 14 : 가스 주입구
15 : 가스 밸브 17 : 오일 포트(oil port)
100 : 가스압력센서
200 : 질소기압 모니터
210 : 아날로그 유닛
211 : 제1 아날로그 유닛 212 : 제2 아날로그 유닛
220 : A/D 컨버터(analog to digital converter)
221 : 제1 A/D 컨버터 222 : 제2 A/D 컨버터
230 : 신호처리 유닛(CPU : central processing unit)
240 : 사용자인터페이스(UI : user interface)
250 : 알람
300 : 유압센서

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 쉘(11)의 내부를 가스 주입구(14)를 통해 질소가스를 주입하는 질소가스 주입 공간(11a)과 오일 포트(17)를 통해 오일이 유출입하는 오일 유출입 공간(11b)으로 다이어프램(12)에 의해 구획한 축압기(10, accumulator)을 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용으로 사용하는 중에 축압기(10)의 질소가스 압력을 모니터링하는 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템에 있어서,
   가스 주입구(14)를 막는 가스 밸브(15)에서 질소가스 주입 공간(11a)으로 삽입되는 부위에 장착하여, 질소가스 주입 공간(11a) 내에 주입한 질소가스 압력을 감지하는 가스압력센서(100);
   엔진 행정 사이클(stroke cycle)에 따라 주기적 파형으로 나타나는 질소가스 압력의 주기별 첨두치를 검출하되, 검출하는 첨두치를 질소가스 압력이 미리 설정한 기준값(C)으로 상승한 이후 나타나는 첨두치로 하고, 질소가스 압력의 첨두치가 미리 정한 제1 임계값(C1) 미만이고 미리 정한 제2 임계값(C2, C2<C1) 이상일 시에 질소가스 재충전으로 판정하고, 제2 임계값(C2) 미만일 시에 부품 교체로 판정하여 알람하는 질소기압 모니터(200);
   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1 임계값(C1)과 제2 임계값(C2)은
   질소가스 주입 이후 엔진의 가동 초기에 검출되는 질소가스 압력의 초기 첨두치에 미리 정한 비율을 곱셈하여 정함을 특징으로 하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 제1 임계값(C1)과 제2 임계값(C2)은
   사용자가 입력 설정한 값으로 할 수 있음을 특징으로 하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 질소기압 모니터(200)는
   질소가스 압력의 시간적 첨두치 변화율이 미리 설정한 위험 변화율(R)에 이를 시에 부품 교체로 판정함을 특징으로 하는 초대형 엔진의 흡배기 밸브 구동장치용 축압기의 질소가스 압력 모니터링 시스템.

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