KR102255980B1 - 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 잭업바지선의 잭업시스템을 제어할 때 유압 공급의 반대되는 밸브의 작용으로 발생되는 워터해머링(수격현상)을 방지할 수 있도록, 제어시스템의 제어신호에 의해 제어되는 밸브의 실제 제어가, 제어신호 수신 후 일정시간 딜레이 된 후 실제 제어되도록 구성된, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

Description

잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템{Control system to prevent waterhammering of jack-up barges}

본 발명은 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

구체적으로는, 잭업바지선의 잭업시스템을 제어할 때 유압 공급의 반대되는 밸브의 작용으로 발생되는 워터해머링(수격현상)을 방지할 수 있도록, 제어시스템의 제어신호에 의해 제어되는 밸브의 실제 제어가, 제어신호 수신 후 일정시간 딜레이 된 후 실제 제어되도록 구성된, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 해상에서 너울과 파랑을 피하고 대형공사 등을 위해 잭업바지선 등과 같은 바지선을 띄워 해상의 작업위치에 고정시킨 후 작업하게 된다.

이러한 공사중에 해역에서 해저 지층을 굴착하거나, 해상에 구조물을 설치하고, 요즘들어 해상풍력발전기를 설치하는데 있어 주로 이용되는 것이 잭업바지선 (jack-up barge)이다.

이와 같은 잭업 바지선은, 작업도구를 배치하고 작업자가 소정의 작업을 수행할 수 있는 공간을 제공하는 바지선과, 이 바지선을 수상에 띄워 지지하는 적어도 3~4개 이상의 포스트(레그)로 구성된다.

특히, 상기 잭업바지선은 상기 포스트(레그)에 상하로 높이조절이 가능하게 파지되는데, 이를 위해 상기 포스트(레그)와 대응되는 상기 잭업바지선에는, 상기 포스트(레그)에 대하여 상기 바지선을 승강시켜 잭킹함으로써 그 평편성을 유지하면서 고정하도록 된 잭킹장치를 가지는 재킹시스템이 마련되어 있다.

상기에서 잭킹시스템은, 상기 잭업바지선의 사방 모서리에 각각 설치되어 상기 포스트(레그)의 길이방향을 따라 승,하강시켜 옮겨가며 고정될 수 있게 구성되어 있다.

즉, 상기 잭킹장치는 상기 포스트(레그)를 따라 상기 바지선을 상,하로 승강시켜 높이를 조절함으로써, 상기 바지선을 수면으로부터 원하는 높이로 이격시켜 위치시키게 된다.

한편, 통상적인 잭킹장치는, 한국특허출원번호 제10-2003-0017319호(명칭: 승강식 부선의 플랫폼 고정용 볼식 엘리베이팅을 위한 홀딩장치/2003.03.20.)에서 공지된 공보의 도면에 도시한 바와 같이, 해저의 바닥에 직립되게 고정되는 포스트를 에워싸며 플랫폼의 승하강을 안내하는 상하 한 쌍의 환형가이드와, 상기 환형가이드들 사이에 배치되어 상기 환형가이드에서 선회되면서 조여들거나 벌어져서 상기 포스트의 외주면에 밀착되어 상기 플랫폼을 상기 포스트에 고정시키는 클램핑부재를 구비하는 구조를 가진다.

상기에서 클램핑부재는, 하나는 환형가이드와 일체로 형성되거나, 상기 환형가이드에 고정되고; 다른 하나는 선회가능하게 상기 환형가이드에 힌지로 결합된 한쌍의 반원형 연결부재와, 각각의 상기 연결부재에 소정의 간격을 두고 장착되어 상기 포스트에 밀착되는 다수의 상기 치조부 및, 상기 환형가이드에 선회가능하게 결합된 상기 반원형 연결부재의 일단부에 연결되어 선회가능한 상기 연결부재를 고정된 상기 연결부재쪽으로 밀어 상기 포스트에 상기 치조부를 밀착시키는 상기 유압실린더를 구비하여 이루어진다.

즉, 상기 유압실린더의 유압력을 이용하여 가동되는 상기 연결부재를 고정된 상기 연결부재를 향하여 밀어서 상기 포스트에 상기 치조부를 밀착시킴으로써 상기 플랫폼을 상기 포스트에 고정시키게 된다.

한국특허출원번호 제10-2014-0050162호(명칭: 해상교량이 장착된 잭업바지선/2014.04.25.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 해저면에 착지 가능하도록 승강식 다리가 삽입되어 승강이 가능하도록 형성된 승강하우징이 형성된 부유식 바지선을 포함하는 잭업바지선; 및 상기 부유식 바지선에 수평 회전이 가능하도록 설치된 회전교각부; 상기 회전교각부 상면에 설치된 해상교량 하우징에 힌지 연결되어 상하 회전되는 해상교량 회전힌지부;와 상기 해상교량 회전힌지부 전면부에 설치된 압출식거더;를 포함하는 해상교량;을 포함하도록 하며, 상기 압출식거더는 내측 압출식거더를 포함하도록 제작되어 해상교량 회전힌부에 의하여 해저로도 연장될 수 있도록 하는 해상교량이 장착된 잭업바지선이 기재되어 있다.

그리고, 한국특허출원번호 제10-2013-0060506호(명칭: 해상시추용 승강식 바지선의 플랫폼 수평위치 확인 및 수평유지 장치/2013.05.28.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 복수개의 포스트에 대하여 상하이동가능하게 조립되는 플랫폼과, 상기 복수개의 포스트에 클램핑된 엘리베이팅을 위한 홀딩장치와 로드선단이 연결되어 상기 플랫폼의 높이를 가변시키는 작동실린더를 구비하는 바지선에서 플랫폼의 수평위치를 확인하고 수평을 유지하는 장치에 있어서, 상기 플랫폼의 외측테두리와 나란하게 배치되는 복수개의 유체수용관과, 한쌍의 분기관으로부터 수직하게 일정높이 연장되는 수두관을 구비하는 복수개의 연결관을 갖추어 서로 인접하는 유체수용관사이를 연통연결하면서 상기 수두관에 일정높이의 수위를 형성하도록 유체가 채워지는 측정부; 상기 플랫폼의 모서리부마다 배치되는 수두관의 상부에 조립되는 캡에 센서부재를 갖추어 상기 수두관에서의 수위변화를 검출하는 센서부; 및 상기 센서부에 검출되는 수위변화를 근거로 하여 상기 플랫폼을 수평상태를 확인하고, 수평상태를 유지하도록 상기 플랫폼의 모서리부마다 배치되는 복수개의 작동실린더 중 어느 하나를 상하작동시키는 제어부;를 포함하는 플랫폼 수평위치 및 수평상태 확인장치를 가지는 승강식 바지선이 기재되어 있다.

한편, 한국특허출원번호 제10-2013-0005874호(명칭: 바지선의 승강장치/2013.01.18.)에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 선체, 잭하우스, 레그파이프를 포함하여 이루어지는 바지선을 승강시키는 바지선 승강장치에 있어서, 상기 레그파이프는 길이방향을 따라 원형 외주면상에 4개 열의 체결공이 형성되고, 상기 레그파이프 외주면 주위에 서로 대향하는 한 쌍의 제1실린더블록이 설치되고, 상기 한 쌍의 제1실린더블록 사이에 서로 대향하는 한 쌍의 제2실린더블록이 설치되며, 상기 제1, 2실린더블록 각각은 상기 레그파이프의 체결공에 체결되는 레그핀, 상기 레그핀을 지지하되 중앙에는 레그핀이 관통되는 관통공과 그 양쪽 하부에 실린더로드가 체결되는 체결공이 삼각형태를 이루도록 각각 형성된 평판재형상의 레그핀브라켓과, 상기 레그핀브라켓의 체결공에 각각 실린더로드 선단이 연결되는 2개의 실린더조립체로 이루어지며, 상기 선체에는 고정브라켓이 결합되고, 상기 실린더조립체 저부는 상기 고정브라켓과 결합되는 바지선의 승강장치가 기재되어 있다.

또한, 한국특허출원번호 제10-2011-0087681호(명칭: 바지선의 승하강장치/2011.08.31.) 에서는, 공보에 공지된 바와 같이, 선체와, 잭 하우스와, 레그 파이프가 구비된 바지선에 있어서, 상기 잭 하우스의 상, 하부에 각각 결합되어 상기 레그 파이프의 상, 하부 외주면을 감싸도록 위치하는 상, 하부 트레벌스와, 상기 상,하부 트레벌스 사이에 연결 설치되어 상기 상, 하부 트레벌스를 각각 상, 하방향으로 승, 하강시키는 복수 개의 리프팅 실린더와, 상기 상, 하부 트레벌스의 외주면에 각각 구비되어 상기 레그 파이프를 따라 이동하는 상기 상, 하부 트레벌스를 레그 파이프에 록킹 및 해제하는 복수 개의 록킹수단이 구성된 바지선의 승하강장치가 기재되어 있다.

이러한 잭업바지선에 있어서, 엔진구동을 통해 유압장치를 구동하는 재킹시스템(Jacking System)을 제어하도록 하는데, 이러한 재킹시스템의 제어는 비례제어밸브(Main Propotional V/v)를 제어시스템과 직접 연결하거나, Open/Close Sol V/v를 제어시스템과 직접 연결함으로써 제어하고 있다.

부연하면, 잭업바지선은 해양인프라 및 해양자원개발을 위한 해상설치공사, 유지보수 작업에 필수적으로 투입되는 선박으로서, 본 출원인은 잭업바지선을 [표 1]과 같이 잭업 leg 타입으로 4개의 재킹시스템과 윈치장치 그리고 제어시스템으로 구성하고 있다.

본 출원인은 재킹시스템의 제어를 위한 유압컨트롤 방식을 전자식으로 수행하는 기술을 개발하였으나, 사람이 직접 수동으로 레바를 제어할 때에 비해서 갑작스럽게 밸브가 개폐되는 현상으로 인해 워터해머링 현상이 발생되었다.

최초 본 출원인은 비례제어밸브와 솔 밸브의 혼합 형태로 설계하였는데, 이 경우, 밸브의 Off 신호 구간에서 솔 밸브가 폐쇄되는 과정에서 비례제어밸브가 닫히지 않음으로 인해 워터해머링 현상이 발생되는 시행착오를 거쳤다.

따라서, 워터해머링 현상을 줄이기 위한 대안으로 솔 밸브를 비례제어밸브로 교체하여 설계하였는데, 이 경우 밸브 원가가 기존 대비 4배 이상 증가하였고, 유압호스와 같은 유압 소모자재의 수명이 줄어드는 문제가 발생되었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 출원인은 비례제어밸브와 솔 밸브를 이용하되, 솔 밸브의 제어시간을 딜레이 시킬 수 있는 방안을 제안하게 되었다.

한국특허출원번호 제10-2014-0050162호(2014.04.25.) 한국특허출원번호 제10-2013-0060506호(2013.05.28.) 한국특허출원번호 제10-2013-0005874호(2013.01.18.) 한국특허출원번호 제10-2011-0087681호(2011.08.31.)

본 발명의 목적은, 잭업바지선의 잭업시스템을 제어할 때 유압 공급의 반대되는 밸브의 작용으로 발생되는 워터해머링(수격현상)을 방지할 수 있도록, 제어시스템의 제어신호에 의해 제어되는 밸브의 실제 제어가, 제어신호 수신 후 일정시간 딜레이 된 후 실제 제어되도록 구성된, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템을 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템은,

엔진의 구동을 기반으로 비례제어밸브(Propotional V/v)를 통해 유압을 공급하고, 제어시스템의 제어신호를 재킹시스템에 전달하는 솔 밸브(Open/Close Sol V/v)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 솔 밸브는,

상기 제어시스템의 제어신호를 전달받도록 구성되며,

재킹시스템의 상/하 이동 실린더, 클램프 실린더 및 윈치에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어시스템은,

제어시스템에는 제어상태를 모니터링하기 위한 모니터와;

유압공급을 제어하는 유압공급제어기와;

솔 밸브(Sol V/v) 제어를 위한 제어신호를 발생시키는 조작용 조이스틱과;

상기 조이스틱으로부터 발생된 제어신호가 솔 밸브로 지연되어 전달되도록 하는 밸브제어기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브제어기는,

조이스틱과 솔 밸브 사이에 연결되어, 발생된 제어신호가 발생된 시점에서부터 실제로 솔 밸브로 전달되는 시간을 딜레이시키는 동작타이밍변경모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어시스템은,

유압공급제어기에 의해 비례제어밸브가 차단된 후, 소정의 시간이 경과되면 조이스틱의 제어신호를 솔 밸브로 딜레이시켜 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소정의 시간은 비례제어밸브의 차단으로 인해 발생된 워터해머링이 발생되는 시간인 것을 특징으로 한다.

이때, 워터해머링이 발생되는 시간은 실제 비례제어밸브 차단 후 워터해머링이 발생되는 평균의 시간 또는 평균의 시간에 +a의 시간을 더해 결정될 수 있다. 이는 통상의 기술자를 비롯한 본 출원인의 경험과 노하우에 기반한다.

본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 의하면, 제어시스템의 제어신호에 의해 제어되는 밸브의 실제 제어가, 제어신호 수신 후 일정시간 딜레이된 후 실제 제어되도록 구성됨으로써, 잭업바지선의 잭업시스템을 제어할 때 유압 공급의 반대되는 밸브의 작용으로 발생되는 워터해머링(수격현상)을 방지할 수 있도록 하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 의한 동작시퀀스를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템의 조이스틱과 밸브가 연결되는 일예를 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

구체적으로는, 잭업바지선의 잭업시스템을 제어할 때 유압 공급의 반대되는 밸브의 작용으로 발생되는 워터해머링(수격현상)을 방지할 수 있도록, 제어시스템의 제어신호에 의해 제어되는 밸브의 실제 제어가, 제어신호 수신 후 일정시간 딜레이 된 후 실제 제어되도록 구성된, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 아래의 첨부된 도면을 통해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템을 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 의한 동작시퀀스를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템의 조이스틱과 밸브가 연결되는 일예를 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 1에서는 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템을 나타내고 있으며, 제어시스템으로부터 제어신호를 솔레노이드 밸브(Open/Close Sol V/v)가 수신하면, 엔진의 구동과 비례제어밸브(Main Propotional V/v)를 통해 유압을 공급받은 재킹시스템의 상/하 이동 실린더 및 클램프 실린더가 구동되도록 한다.

그리고 재킹시스템은 상/하 방향 조작을 위한 상/하 이동 실린더 2개와, 클램프 실린더 2개씩 포함하며, 모터를 이용하여 구동되는 윈치를 포함하는데, 이러한 재킹시스템은 본 출원인에 의해 출원된 출원번호 제10-2018-0092445호 등의 잭업바지선 관련 기술을 비롯한 다른 다양한 기술들과 통상의 기술자에 의한 지식 수준을 기반으로 설계될 수 있다. 따라서, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

또한, 제어시스템에는 제어상태를 모니터링하기 위한 모니터와, 유압공급을 제어하는 유압공급제어기와, 솔 밸브(Sol V/v) 제어를 위한 조작용 조이스틱과, 상기 조이스틱으로부터 발생된 제어신호가 솔 밸브로 지연되어 전달되도록 하는 밸브제어기(도 1의 밸브제어보드 또는 도 3의 제어기)를 포함하여 구성된다.

이러한 제어시스템으로부터 발생된 제어신호는 재킹시스템의 각 실린더, 즉 상/하 이동 실린더 및 클램프 실린더로 전달되도록 구성된다.

상기 제어시스템의 밸브제어기는 동작타이밍변경모듈을 포함한다. 상기 동작타이밍변경모듈은 제어신호 전송시간을 딜레이 시키는 기능을 한다.

예를 들어, 제어시스템에 의해 제어신호가 발생된 시점으로부터, 제어신호가 실제로 솔 밸브로 전달되는 시간을 소정의 시간 딜레이시키는 것인데, 이는 첨부된 도면의 도 2를 통해 설명한다.

첨부된 도면의 도 2와 같이 동작 On과 동작 Off에 대한 제어신호를 조이스틱이 발생한 경우, 유압을 공급하는 비례제어밸브의 제어시퀀스는 동작 Off에 대한 제어신호가 발생된 이후, 소정의 시간 동안 워터해머링이 발생된다.

때문에, 동작타이밍변경모듈은 상기 비례제어밸브에 의해 워터해머링이 발생되는 시간 이후만큼 제어신호의 전달시간을 딜레이시켜 실제로 솔 밸브의 제어는 워터해머링 발생 구간 이후에 제어신호를 전달받아 제어되도록 한다.

이에 따라, 실제 재킹시스템에서 발생되는 워터해머링 현상을 방지할 수 있게 된다.

즉, 제어시스템은 조이스틱에 의해 제어신호가 발생되면, 제어신호 중 유압제어기를 통해 유압의 공급을 차단하기 위하여 비례제어밸브를 먼저 차단하는 제어신호는 비례제어밸브로 전달하고, 솔 밸브의 제어를 위한 제어신호는 밸브제어기에 전달되어 동작타이밍변경모듈을 통해 제어시간이 딜레이되도록 함으로써, 유압 공급 차단으로 인해 발생된 워터해머링 현상이 사라지면 솔 밸브를 통해 실린더의 제어가 수행되도록 한다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (6)

1. 엔진의 구동을 기반으로 비례제어밸브(Propotional V/v)를 통해 유압을 공급하고, 제어시스템의 제어신호를 재킹시스템에 전달하는 솔 밸브(Open/Close Sol V/v)를 포함하여 구성된 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템에 있어서,
   상기 제어시스템은,
   제어시스템에는 제어상태를 모니터링하기 위한 모니터와;
   유압공급을 제어하는 유압공급제어기와;
   솔 밸브(Sol V/v) 제어를 위한 제어신호를 발생시키는 조작용 조이스틱과;
   상기 조이스틱으로부터 발생된 제어신호가 솔 밸브로 지연되어 전달되도록 하는 밸브제어기;를 포함하여 구성되되,
   상기 밸브제어기는,
   조이스틱과 솔 밸브 사이에 연결되어, 발생된 제어신호가 발생된 시점에서부터 실제로 솔 밸브로 전달되는 시간을 딜레이시키는 동작타이밍변경모듈;을 포함하여 구성됨으로써,
   상기 제어시스템은,
   유압공급제어기에 의해 비례제어밸브가 차단된 후, 소정의 시간이 경과되면 조이스틱의 제어신호를 솔 밸브로 딜레이시켜 전달하되,
   상기 조이스틱에 의해 제어신호가 발생되면, 제어신호 중 유압제어기를 통해 유압의 공급을 차단하기 위하여 비례제어밸브를 먼저 차단하는 제어신호는 비례제어밸브로 전달하고, 솔 밸브의 제어를 위한 제어신호는 밸브제어기에 전달되어 동작타이밍변경모듈을 통해 제어시간이 딜레이되도록 함으로써, 유압 공급 차단으로 인해 발생된 워터해머링 현상이 사라지면 솔 밸브를 통해 실린더의 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 솔 밸브는,
   상기 제어시스템의 제어신호를 전달받도록 구성되며,
   재킹시스템의 상/하 이동 실린더, 클램프 실린더 및 윈치에 연결되는 것을 특징으로 하는, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 소정의 시간은 비례제어밸브의 차단으로 인해 발생된 워터해머링이 발생되는 시간인 것을 특징으로 하는, 잭업바지선의 워터해머링 현상을 방지하기 위한 제어시스템.

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