KR102383769B1 - 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치 - Google Patents

능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치 Download PDF

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손진성
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Abstract

본 발명은 선체의 일측에 설치되어, 탑브레이싱(70)으로 공급되는 에어가 저장되는 에어 탱크(20), 상기 탑브레이싱(70)으로 공급되는 상기 에어를 자동으로 제어하는 능동형 진동 컨트롤러(30), 일측이 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)와 연통되고, 타측이 매니폴드 블록(50)과 연통되어, 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)로부터 유입되는 상기 에어가 유동하는 연결 통로(40), 상기 연결 통로(40)를 통해 유입된 상기 에어를 여러 갈래로 분기시키는 매니폴드 블록(50), 일측이 상기 매니폴드 블록(50)과 연통되고, 타측이 탑브레이싱(70)과 연통되어, 상기 매니폴드 블록(50)으로부터 유입되는 상기 에어가 유동하는 분기 통로(60), 일측이 상기 선체에 고정 설치되고, 타측이 엔진에 고정 설치되어, 상기 분기 통로(60)로 공급되는 상기 에어를 이용하여 상기 엔진의 진동을 감쇠시키는 탑브레이싱(70) 및 상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 계측하는 진동센서(80)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치{Top Bracing Device having Active Virbration Control System}
본 발명은 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 화물의 적재 상태 및 해상의 기후 변화 등 선박의 운항 조건에 따라 변경되는 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 측정한 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 로드 솔레노이드 밸브 및 벤트 솔레노이드 밸브를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 탑브레이싱에 충진된 에어의 압력을 조절하여, 상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물을 최적의 진동 상태로 제어할 수 있는 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선박의 엔진은 피스톤에 의한 왕복 운동 및 회전 운동에 의해 진동이 발생하며, 이는 선체의 진동에 가장 큰 영향을 미친다. 선박에 탑재되는 엔진은 고출력의 대형 왕복동 내연기관을 장착하고 있어, 불평형력 및 모멘트가 엔진의 외부에 작용하게 되고, 이로 인해, 엔진 연결 부위, 선체 및 의장품에 과도한 진동이 전달된다. 탑브레이싱은 주요 진동의 원인인 엔진의 좌우로 발생하는 H-타입의 불평형 모멘트를 감쇠하기 위해, 엔진 상단부에 좌우측 방향으로 설치되어, 엔진의 진동 및 변위을 감쇠시키는 장치이다.
일반적으로, 탑브레이싱 장치는 패드의 강한 마찰력을 이용하여 엔진의 진동을 감쇠시키는 마찰식 탑브레이싱 장치와 유압 실린더 및 피스톤의 가압력을 이용하여 엔진의 진동을 감쇠시키는 유압식 탑브레이싱 장치로 분류된다.
선박 해상 시운전 시, 엔진 공급업체에서는 탑브레이싱의 압력을 충진한 상태에서 엔진 출력 RPM의 증감에 따라 진동 상태를 계측하고, 탑브레이싱의 압력을 제거한 상태에서 엔진 출력 RPM의 증감에 따라 진동 상태를 계측한다. 그 이후, 탑브레이싱 공급업체에서는 엔진 공급업체에서 계측한 진동 그래프를 검토하여, 진동 상태가 증가 또는 감소하는 포인트를 획득한다.
선박 해상 시운전 시, 계측값이 규격에 준하는 진동값 또는 선주가 요구하는 설정값을 벗어나는 경우, 상기 탑브레이싱 공급업체의 엔지니어는 상기 진동값 또는 설정값에 대응되는 RPM 지점에서 압력 전환점을 컨트롤러에 입력하여, 탑브레이싱의 압력을 변경시킬 수 있다. 이를 통해, 엔진의 진폭이 감소함으로써, 선체(Hull)로 전달되는 진동이 감쇠될 수 있다.
엔진 출력 RPM이 압력 전환점인 세팅값 또는 설정값에 대응되는 RPM 지점에 도달하는 시점에서, 컨트롤러는 전기-공압식 3-웨이 솔레노이드 밸브 및 전기-유압식 솔레노이드 밸브를 오프시켜, 탑브레이싱의 내부 압력을 0bar로 변경시킴으로써, 탑브레이싱의 진동을 감쇠시킬 수 있다.
그러나, 탑브레이싱 공급업체의 엔지니어는 선박 건조 후, 해상 시운전 시, 매번 승선하여 엔진 공급업체의 진동 상태 데이터 및 엔진 출력 RPM의 신호를 조사하여 압력 변환점을 컨트롤러에 입력해야 하므로, 조사 시간 및 비용이 과도하게 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 사용자는 필드에서 탑브레이싱의 내부 압력을 변경시키기 위하여 전기-공압식 3-웨이 솔레노이드 밸브 및 전기-유압식 솔레노이드 밸브를 조작해야 하므로, 전기 케이블을 설치하기 위한 자재비 및 작업 공수가 상승하는 문제점이 있었다.
또한, 해상 시운전 시, 선박은 평형수를 완전히 채운 상태에서 동일한 항로를 운항하므로, 엔지니어는 엔진만의 진동 상태를 계측하여 압력 전환점을 손쉽게 설정할 수 있다. 그러나, 선박이 선주에게 인도된 이후, 선박은 세계 각국의 다양한 항로를 운항함으로 인해, 엔진 및 선박 구조물의 진동 상태는 해상의 기후 조건 및 화물의 적재 상태에 따라 변경될 수 있다.
또한, 기존의 탑브레이싱은 선원의 거주구에 대한 진동 데이터를 포함하지 않아, 선원의 거주구에 대한 진동을 효과적으로 감쇠하지 못하는 문제점이 있었다.
KR 10-1224840 B1 KR 10-1523217 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 화물의 적재 상태 및 해상의 기후 변화 등 선박의 운항 조건에 따라 변경되는 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 측정한 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 로드 솔레노이드 밸브 및 벤트 솔레노이드 밸브를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 탑브레이싱에 충진된 에어의 압력을 조절하여, 상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물을 최적의 진동 상태로 제어할 수 있는 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치는 선체의 일측에 설치되어, 탑브레이싱(70)으로 공급되는 에어가 저장되는 에어 탱크(20), 상기 탑브레이싱(70)으로 공급되는 상기 에어를 자동으로 제어하는 능동형 진동 컨트롤러(30), 일측이 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)와 연통되고, 타측이 매니폴드 블록(50)과 연통되어, 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)로부터 유입되는 상기 에어가 유동하는 연결 통로(40), 상기 연결 통로(40)를 통해 유입된 상기 에어를 여러 갈래로 분기시키는 매니폴드 블록(50), 일측이 상기 매니폴드 블록(50)과 연통되고, 타측이 탑브레이싱(70)과 연통되어, 상기 매니폴드 블록(50)으로부터 유입되는 상기 에어가 유동하는 분기 통로(60), 일측이 상기 선체에 고정 설치되고, 타측이 엔진에 고정 설치되어, 상기 분기 통로(60)로 공급되는 상기 에어를 이용하여 상기 엔진의 진동을 감쇠시키는 탑브레이싱(70) 및 상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 계측하는 진동센서(80)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)는 상기 에어 탱크(20)로부터 유입되는 상기 에어가 통과하는 로드 솔레노이드 밸브(31), 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 좌측에 설치되어, 상기 연결 통로(40)로부터 유입되는 에어가 통과하는 벤트 솔레노이드 밸브(32), 상기 진동센서(80)의 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 탑브레이싱(70)의 에어의 압력을 조절하여 강성도를 제어하는 제어부(33), 엔진 모드 또는 선원의 거주구역의 구조물 모드 중에서 1개를 선택할 수 있고, 중앙 및 하부에 선택된 모드에 대한 세팅값 및 진동센서(80)의 계측값이 표시되는 디스플레이부(34) 및 상기 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 하부에 설치되어, 상기 에어의 압력을 계측하는 압력 게이지(35), 일단이 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)와 연통되고, 타단이 외부에 개방되어, 상기 연결 통로(40)를 통과하여 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)로 유입되는 상기 에어가 외부로 배출되는 배출부(36)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탑브레이싱(70)은 일측이 상기 분기 통로(60)의 타측과 연통되어, 상기 분기 통로(60)를 통해 유입된 상기 에어가 충진되는 에어 챔버(71), 제1 오일 포트를 통해 유입된 오일이 수용되는 제1 오일 챔버(72), 상기 에어 챔버(71) 및 제1 오일 챔버(72) 사이에 설치되어, 외부의 압력으로 인해 상승된 제1 오일 챔버(72)의 오일의 압력에 의해 좌측 방향으로 이동하는 에어 피스톤(73), 제2 오일 포트를 통해 유입된 오일이 수용되는 제2 오일 챔버(74), 상기 제1 오일 챔버(72) 및 제2 오일 챔버(74)와 연통되어, 상기 제1 오일 챔버(72)의 내측에 수용된 상기 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 개방되는 릴리프 밸브(75), 상기 제1 오일 챔버(72)의 우측에 설치되어, 상기 엔진 및 선체의 진동에 의해 좌우 방향으로 동작하는 메인 피스톤(76), 상기 메인 피스톤(76)의 내측에 설치되고, 상기 제2 오일 챔버(74) 및 제1 오일 챔버(72)와 연통되어, 상기 제2 오일 챔버(74)의 내측에 수용된 상기 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 개방되는 체크 밸브(77) 및 상기 탑브레이싱(70)이 작업자에 의한 오류로 편심되게 설치된 경우, 또는 상기 탑브레이싱(70)에 상기 엔진 및 선체 간의 진동으로 인해 편심력이 작용하는 경우, 상기 메인 피스톤(78)에 상기 편심력이 전달되는 것을 방지하기 위해 설치되는 볼 드라이빙 조인트(78)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(33)는 상기 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.8 지점을 통과하여 하강하는 경우, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 오프 신호를 전송하여, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 온 신호를 전송하여 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)를 작동시키고, 상기 계측값이 지속적으로 하강하면서 상기 계측값과 세팅값 간의 편차가 증가하는 경우, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동 속도를 증가시켜 상기 탑브레이싱(70)을 온 상태로 전환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(33)는 상기 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.3 지점을 통과하여 상승하는 경우, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 오프 신호를 전송하여, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 온 신호를 전송하여 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 작동시키고, 상기 계측값이 지속적으로 상승하면서 상기 계측값과 세팅값 간의 편차가 감소하는 경우, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동 속도를 증가시켜 상기 탑브레이싱(70)을 오프 상태로 전환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(33)는 상기 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.8 지점을 통과한 시점부터 상기 계측값이 상승하는 경우, 2분에 1회씩 정역제어를 수행하고, 상기 정역제어는 최초에 상기 제어부(33)가 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 오프 신호를 전송하여, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동을 중단시키고, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 온 신호를 전송하여 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)를 작동시키는 역변환 및 상기 정변환이 수행된지 2분이 경과한 이후, 상기 제어부(33)가 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 오프 신호를 전송하여 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 온 신호를 전송하여, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 작동시키는 정변환을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서는 선박의 운항조건에 따라 변경되는 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 로드 솔레노이드 밸브 및 벤트 솔레노이드 밸브를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 탑브레이싱에 충진된 에어의 압력을 조절하여, 상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물을 최적의 진동 상태로 제어할 수 있어, 선박의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서는 탑브레이싱에 유압 어큐뮬레이터, 전기-공압식 3-웨이 솔레노이드 밸브 및 전기-유압식 솔레노이드 밸브를 설치할 필요가 없어, 자재비, 작업 공수 및 전기 케이블 설치비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서는 사용자가 선박 해상 시운전 시 계측된 압력 변환점을 컨트롤러에 입력할 필요가 없어, 이에 따른 시간 및 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서는 선원 거주구역의 구조물에 대한 진동 데이터를 포함하고 있어, 선원 거주구역의 구조물에 대한 진동을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 컨트롤러의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 탑브레이싱의 구성을 설명하기 위한 정면도이다.
도 4는 로드 솔레노이드 밸브 개방 시, 컨트롤러에서 에어의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 로드 솔레노이드 밸브 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서 에어의 충진 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 로드 솔레노이드 밸브 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서 에어의 충진 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 벤트 솔레노이드 밸브 개방 시, 컨트롤러에서 에어의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 벤트 솔레노이드 밸브 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서 에어의 배출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 벤트 솔레노이드 밸브 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에서 에어의 배출 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)의 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)는 에어 탱크(20), 에어필터 레귤레이터(21), 능동형 진동 컨트롤러(30), 연결 통로(40), 매니폴드 블록(50), 분기 통로(60) 및 탑브레이싱(70)을 포함하여 구성된다.
먼저, 에어 탱크(20)에는 탑브레이싱(70)으로 공급되는 에어가 저장된다. 이때, 에어 탱크(20)는 선체의 외측 또는 내측에 설치된다.
그리고, 에어필터 레귤레이터(21)는 에어에 포함된 이물질을 걸러내고, 에어의 압력을 설정 및 조절할 수 있다.
그리고, 능동형 진동 컨트롤러(30)(Active Vibration Controller)는 탑브레이싱(70)으로 공급되는 에어의 압력을 능동적으로 자동으로 제어한다.
그리고, 연결 통로(40)의 일측은 능동형 진동 컨트롤러(30)와 연통되고, 연결 통로(40)의 타측은 매니폴드 블록(50)과 연통된다. 구체적으로, 연결 통로(40)는 능동형 진동 컨트롤러(30)로부터 유입되는 에어가 매니폴드 블록(50)으로 공급되는 통로를 제공하는 역할을 한다. 이때, 연결 통로(40)는 소정의 두께를 갖고, 내측이 비어 있는 원형 파이프의 형상으로 구성된다.
그리고, 매니폴드 블록(50)에서는 연결 통로(40)를 통해 유입된 에어를 여러 갈래로 분기시킨다.
그리고, 분기 통로(60)의 일측은 매니폴드 블록(50)과 연통되고, 분기 통로(60)의 타측은 탑브레이싱(70)과 연통된다. 구체적으로, 분기 통로(60)는 매니폴드 블록(50)으로부터 유입되는 에어가 탑브레이싱(70)으로 공급되는 통로를 제공하는 역할을 한다. 이때, 분기 통로(60)는 소정의 두께를 갖고, 내측이 비어 있는 원형 파이프의 형상으로 구성된다.
그리고, 탑브레이싱(70)은 일측이 선체에 고정 설치되고, 타측이 엔진에 고정 설치되어, 분기 통로(60)를 통해 공급되는 에어를 이용하여 엔진의 진동을 감쇠시킨다.
그리고, 진동센서(80)는 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 계측한다.
도 2는 도 1에 도시된 능동형 진동 컨트롤러(30)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 능동형 진동 컨트롤러(30)는 로드 솔레노이드 밸브(31), 벤트 솔레노이드 밸브(32), 제어부(33), 디스플레이부(34), 압력 게이지(35) 및 배출부(36)를 포함하여 구성된다.
먼저, 로드 솔레노이드 밸브(31)는 에어 탱크(20)로부터 유입되는 에어가 통과하는 밸브이다. 구체적으로, 로드 솔레노이드 밸브(31)가 개방되는 경우, 에어 탱크(20)로부터 유입되는 에어는 로드 솔레노이드 밸브(31)를 통과하여, 연결 통로(40)로 배출된다. 이때, 로드 솔레노이드 밸브(31)는 전력(90)이 공급되면 스풀이 올라감으로써, 밸브가 개방되고, 전력(90)이 차단되면 스프링의 탄성력에 의해 스풀이 내려감으로써, 밸브가 자동으로 차단되는 전자 밸브를 의미한다.
그리고, 벤트 솔레노이드 밸브(32)는 로드 솔레노이드 밸브(31)의 좌측에 설치되는 밸브이다. 구체적으로, 벤트 솔레노이드 밸브(32)가 개방되고, 이와 동시에 로드 솔레노이드 밸브(31)가 차단되는 경우, 연결 통로(40)로부터 유입되는 에어는 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 통과하여 배출부(36)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)는 동일한 형상으로 구성된다.
그리고, 제어부(33)는 진동센서(80)의 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 통해 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 탑브레이싱(70)의 공기압을 조절하여 강성도를 제어한다.
그리고, 디스플레이부(34)의 상부에서는 사용자가 엔진(Engine) 모드 또는 선원의 거주구역의 구조물(D/House, Deck House) 모드 중에서 1개를 선택하여 사용할 수 있다.
사용자가 엔진 모드를 선택하는 경우, 디스플레이부(34)의 중앙 및 하부에는 엔진에 대한 세팅값(SV, Setting Value) 및 진동센서(80)의 계측값(MV, Measuring Value)이 각각 표시된다.
또한, 사용자가 선원의 거주구역의 구조물 모드를 선택하는 경우, 디스플레이부(34)의 중앙 및 하부에는 선원의 거주구역의 구조물에 대한 세팅값 및 진동센서(80)의 계측값이 각각 표시된다.
그리고, 압력 게이지(35)는 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 하부에 설치되어, 압력 게이지(35)를 통과하는 에어의 압력을 계측한다.
그리고, 배출부(36)의 일단은 벤트 솔레노이드 밸브(32)와 연통되고, 배출부(36)의 타단은 외부에 개방되어 있다. 벤트 솔레노이드 밸브(32)가 개방된 경우, 연결 통로(40)를 통과하여 벤트 솔레노이드로 유입되는 에어는 배출부(36)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 배출부(36)는 내측이 비어 있고, 수직으로 1차 절곡된 원형 파이프의 형상으로 구성된다.
도 3은 도 1에 도시된 탑브레이싱(70)의 구성을 설명하기 위한 정면도이다.
도 3을 참조하면, 탑브레이싱(70)은 에어 챔버(71), 제1 오일 챔버(72), 에어 피스톤(73), 제2 오일 챔버(74), 릴리프 밸브(75), 메인 피스톤(76), 체크 밸브(77) 및 볼 드라이빙 조인트(78)를 포함하여 구성된다.
먼저, 에어 챔버(71)는 일측이 분기 통로(60)의 타측과 연통되어, 에어 챔버(71)에는 분기 통로(60)를 통해 유입된 에어가 충진된다. 이때, 에어 챔버(71)는 소정의 체적을 갖고, 내측이 비어 있는 원기둥의 형상이고, 에어는 외부의 압력에 의해 압축 또는 팽창하는 유체이다.
그리고, 제1 오일 챔버(72)에는 제1 오일 포트를 통해 유입된 오일이 수용된다. 이때, 제1 오일 챔버(72)는 소정의 체적을 갖고, 내측이 비어 있는 원기둥의 형상으로 구성된다.
그리고, 에어 피스톤(73)은 에어 챔버(71) 및 제1 오일 챔버(72) 사이에 설치되어, 외부의 압력에 의해 좌우 방향으로 이동한다.
외부의 압력에 의해 제1 오일 챔버(72)의 내측에 수용된 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 에어 피스톤(73)은 제1 오일 챔버(72)의 오일의 압력으로 인해 좌측 방향으로 이동한다. 에어 챔버(71) 내에 충진된 에어의 압력은 에어 피스톤(73)의 좌측 방향의 가압력에 의해 상승한다.
그리고, 제2 오일 챔버(74)에는 제2 오일 포트를 통해 유입된 오일이 수용된다. 이때, 제2 오일 챔버(74)는 소정의 체적을 갖고, 내측이 비어 있는 원기둥의 형상이고, 제2 오일 챔버(74)의 체적은 제1 오일 챔버(72)의 체적보다 작게 형성된다.
그리고, 릴리프 밸브(75)는 제1 오일 챔버(72) 및 제2 오일 챔버(74)와 연통되어, 제1 오일 챔버(72)의 내측에 수용된 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 릴리프 밸브(75)가 개방된다. 이로 인해 제1 오일 챔버(72)로부터 배출된 오일이 릴리프 밸브(75)를 통과하여 제2 오일 챔버(74)로 유입된다.
그리고, 메인 피스톤(76)은 제1 오일 챔버(72)의 우측에 설치되어, 엔진 및 선체의 진동에 의해 좌우 방향으로 동작하는 피스톤을 의미한다.
그리고, 체크 밸브(77)는 메인 피스톤(76)의 내측에 설치되고, 제2 오일 챔버(74) 및 제1 오일 챔버(72)와 연통되어, 제2 오일 챔버(74)의 내측에 수용된 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 체크 밸브(77)가 개방된다. 이로 인해 제2 오일 챔버(74)로부터 배출된 오일이 체크 밸브(77)를 통과하여 제1 오일 챔버(72)로 유입된다.
그리고, 볼 드라이빙 조인트(78)는 선체 및 엔진 사이에 탑브레이싱을 설치하는 동안, 오작업 또는 엔진 및 선체 간의 진동으로 인해 소정의 편심이 발생하는 경우, 메인 피스톤(78)에 편심력이 전달되는 것을 방지하기 위해 설치된다.
한편, 스톱 밸브(51)는 분기 통로(60)의 일측에 설치되어, 평상시에는 항상 개방되는 밸브이다. 그러나, 탑브레이싱(70)의 고장 등 비상 상태 발생 시, 사용자는 스톱 밸브(51)를 수동으로 차단함으로써, 매니폴드 블록(50)에서 분기 통로(60)를 통과하여 탑브레이싱(70)으로 유입되는 에어의 흐름을 차단할 수 있다.
다음으로, 사용자가 엔진 및 선원 거주구역의 구조물에 대한 세팅값을 설정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
선박이 선주에게 인도된 이후, 사용자가 엔진 및 선원 거주구역의 구조물에 대한 세팅값을 설정하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 선박 운항을 시작하는 경우, 사용자는 탑브레이싱(70)을 최대 압력으로 충진한 상태(온 상태)에서 엔진 출력 RPM의 구간 내에서 실시간으로 계측한 진동 상태 데이터의 최소값 및 최대값을 각각 획득하여 세팅값을 설정할 수 있다.
엔진에 대한 세팅값 설정 시, 사용자는 엔진의 진동 상태 허용치 25mm/s를 참고하여 세팅값을 안전한 수준으로 설정할 수 있다. 또한, 선원 거주구역의 구조물에 대한 세팅값 설정 시, 사용자는 선원 거주구역의 구조물에 적용되는 진동 규격을 참고하여 세팅값을 설정할 수 있다.
세팅값이 설정되지 않은 경우, 제어부(70)는 엔진 및 선원 거주구역의 구조물에 대한 세팅값을 규격에 의해 지정된 값으로 각각 자동으로 설정할 수 있다.
사용자는 엔진 출력 RPM의 구간 내에서 탑브레이싱(70)을 온 및 오프 상태로 각각 유지하고, 선박을 시운전함으로써. 기존의 탑브레이싱 장치와 동일한 방법으로 압력 변환점을 찾을 수 있다. 제어부(33)는 압력 변환점에 해당하는 엔진 출력 RPM 지점에서 탑브레이싱의 온/오프 상태를 자동으로 변환할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)의 작동 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 로드 솔레노이드 밸브(31) 개방 시, 능동형 진동 컨트롤러(30)에서 에어의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 로드 솔레노이드 밸브 개방(31) 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)에서 에어의 충진 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 로드 솔레노이드 밸브(31) 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)에서 에어의 충진 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 진동 센서(80)의 계측값이 세팅값*0.8 지점을 통과하여 하강하는 경우, 제어부(33)는 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 오프 신호를 전송하여, 벤트 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 로드 솔레노이드 밸브(31)에 온 신호를 전송하여 로드 솔레노이드 밸브(31)를 작동시킨다. 또한, 계측값과 지속적으로 하강하면서 계측값과 세팅값의 편차가 증가하는 경우, 제어부(33)는 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동 속도를 증가시켜 탑브레이싱(70)을 신속하게 온 상태로 전환시킨다.
이로 인해, 에어 탱크(20)로부터 유출된 에어는 로드 솔레노이드 밸브(31)를 통과하여 연결 통로(40)로 유입된다. 그 이후, 연결 통로(40)로 유입된 에어는 매니폴드 블록(50) 및 분기 통로(60)를 통과하여 탑브레이싱(70)의 에어 챔버(71)로 충진된다.
이로 인해, 탑브레이싱(70)의 에어 챔버(71)에 수용된 에어의 압력은 상승하고, 진동센서(80)의 계측값은 하강하게 된다.
한편, 제어부(33)는 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.8 지점을 통과한 시점부터 계측값이 상승하는 경우, 2분에 1회씩 정역제어를 수행할 수 있다.
여기서, 정역제어는 최초에 제어부(33)가 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 오프 신호를 전송하여, 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동을 중단시키고, 로드 솔레노이드 밸브(31)에 온 신호를 전송하여 로드 솔레노이드 밸브(31)를 작동시키는 역변환 및 정변환이 수행된지 2분이 경과한 이후, 제어부(33)가 로드 솔레노이드 밸브(31)에 오프 신호를 전송하여 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 온 신호를 전송하여, 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 작동시키는 정변환을 포함하여 구성된다.
도 7은 벤트 솔레노이드 밸브(32) 개방 시, 능동형 진동 컨트롤러(30)에서 에어의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 벤트 솔레노이드 밸브(32) 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치에(10)서 에어의 배출 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 벤트 솔레노이드 밸브(32) 개방 시, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(32)에서 에어의 배출 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.3 지점을 통과하여 상승하는 경우, 제어부(33)는 로드 솔레노이드 밸브(31)에 오프 신호를 전송하여, 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 온 신호를 전송하여 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 작동시키킨다. 그 이후, 계측값이 지속적으로 상승하면서, 계측값과 세팅값 간의 편차가 감소하는 경우, 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동 속도를 증가시켜 탑브레이싱(70)을 신속하게 오프 상태로 전환시킨다.
이로 인해, 탑브레이싱(70)의 에어 챔버(71)로부터 유출되는 에어는 분기 통로(60), 매니폴드 블록(50) 및 연결 통로(40)를 통과하여 벤트 솔레노이드 밸브(32)로 유입된다. 그 이후, 벤트 솔레노이드 밸브(32)로 유입된 에어는 배출부(36)를 통과하여 외부로 유출된다.
이로 인해, 탑브레이싱(70)의 에어 챔버(71)에 수용된 에어의 압력 및 진동센서(80)의 계측값은 하강하게 된다.
따라서, 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10) 가동 시, 제어부(33)가 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 제어하여, 탑브레이싱(70)에 공급되는 에어의 유량을 조절함으로써, 엔진 또는 선체에 설치된 진동센서(80)의 계측값이 자동으로 조절되게 되는 것이다.
본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)는 화물의 적재 상태 및 기후 변화 등 선박의 운항조건에 따라 변경되는 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 측정한 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 탑브레이싱(70)에 충진된 에어의 압력을 조절하여, 상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물을 최적의 진동 상태로 제어할 수 있어, 선박의 내구성 및 사용자의 편의성이 향상되는 이점이 있다.
본 발명에 의한 압력 자동 제어 방식의 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)에서는 탑브레이싱(70)에 유압 어큐뮬레이터, 전기-공압식 3-웨이 솔레노이드 밸브 및 전기-유압식 솔레노이드 밸브를 설치할 필요가 없어, 자재비, 작업 공수 및 전기 케이블 설치비를 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)에서는 사용자가 선박 해상 시운전 시 계측된 압력 변환점을 능동형 진동 컨트롤러(30)에 입력할 필요가 없어, 이에 따른 시간 및 비용이 절감되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)에서는 선원 거주구역의 구조물에 대한 진동 데이터를 포함하고 있어, 선원 거주구역의 구조물에 대한 진동을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치(10)를 제공하고자 하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시예는 단지 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 진정한 권리 범위는 특허 청구범위를 기준으로 하되, 다양하게 존재할 수 있는 균등한 실시예에도 미친다 할 것이다.
10: 능동형 진동제어 시스템을 갖는 메인엔진 탑브레이싱 장치
20: 에어 탱크 21: 에어 레귤레이터
30: 컨트롤러 31: 로드 솔레노이드 밸브
32: 벤트 솔레노이드 밸브 33: 제어부
34: 디스플레이부 35: 압력 게이지
36: 배출부 40: 연결 통로
50: 매니폴드 블록 60: 분기 통로
70: 탑브레이싱 71: 에어 챔버
72: 제1 오일 챔버 73: 에어 피스톤
74: 제2 오일 챔버 75: 릴리프 밸브
76: 메인 피스톤 77: 체크 밸브
78: 볼 드라이빙 조인트 80: 진동센서
90: 전력

Claims (6)

  1. 선체의 일측에 설치되어, 탑브레이싱(70)으로 공급되는 에어가 저장되는 에어 탱크(20);
    상기 탑브레이싱(70)으로 공급되는 상기 에어를 자동으로 제어하는 능동형 진동 컨트롤러(30);
    일측이 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)와 연통되고, 타측이 매니폴드 블록(50)과 연통되어, 상기 능동형 진동 컨트롤러(30)로부터 유입되는 상기 에어가 유동하는 연결 통로(40);
    상기 연결 통로(40)를 통해 유입된 상기 에어를 여러 갈래로 분기시키는 매니폴드 블록(50);
    일측이 상기 매니폴드 블록(50)과 연통되고, 타측이 탑브레이싱(70)과 연통되어, 상기 매니폴드 블록(50)으로부터 유입되는 상기 에어가 유동하는 분기 통로(60);
    일측이 상기 선체에 고정 설치되고, 타측이 엔진에 고정 설치되어, 상기 분기 통로(60)로 공급되는 상기 에어를 이용하여 상기 엔진의 진동을 감쇠시키는 탑브레이싱(70); 및
    상기 엔진 및 선원 거주구역의 구조물의 진동 상태를 실시간으로 계측하는 진동센서(80);를 포함하고,
    상기 능동형 진동 컨트롤러(30)는
    상기 에어 탱크(20)로부터 유입되는 상기 에어가 통과하는 로드 솔레노이드 밸브(31);
    상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 좌측에 설치되어, 상기 연결 통로(40)로부터 유입되는 에어가 통과하는 벤트 솔레노이드 밸브(32);
    상기 진동센서(80)의 계측값과 사전에 설정된 세팅값 간의 편차에 따라 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 탑브레이싱(70)의 에어의 압력을 조절하여 강성도를 제어하는 제어부(33);
    엔진 모드 또는 선원의 거주구역의 구조물 모드 중에서 1개를 선택할 수 있고, 중앙 및 하부에 선택된 모드에 대한 세팅값 및 진동센서(80)의 계측값이 표시되는 디스플레이부(34);
    상기 로드 솔레노이드 밸브(31) 및 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 하부에 설치되어, 상기 에어의 압력을 계측하는 압력 게이지(35); 및
    일단이 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)와 연통되고, 타단이 외부에 개방되어, 상기 연결 통로(40)를 통과하여 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)로 유입되는 상기 에어가 외부로 배출되는 배출부(36);를 포함하고,
    상기 탑브레이싱(70)은
    일측이 상기 분기 통로(60)의 타측과 연통되어, 상기 분기 통로(60)를 통해 유입된 상기 에어가 충진되는 에어 챔버(71);
    제1 오일 포트를 통해 유입된 오일이 수용되는 제1 오일 챔버(72);
    상기 에어 챔버(71) 및 제1 오일 챔버(72) 사이에 설치되어, 외부의 압력으로 인해 상승된 제1 오일 챔버(72)의 오일의 압력에 의해 좌측 방향으로 이동하는 에어 피스톤(73);
    제2 오일 포트를 통해 유입된 오일이 수용되는 제2 오일 챔버(74);
    상기 제1 오일 챔버(72) 및 제2 오일 챔버(74)와 연통되어, 상기 제1 오일 챔버(72)의 내측에 수용된 상기 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 개방되는 릴리프 밸브(75);
    상기 제1 오일 챔버(72)의 우측에 설치되어, 상기 엔진 및 선체의 진동에 의해 좌우 방향으로 동작하는 메인 피스톤(76);
    상기 메인 피스톤(76)의 내측에 설치되고, 상기 제2 오일 챔버(74) 및 제1 오일 챔버(72)와 연통되어, 상기 제2 오일 챔버(74)의 내측에 수용된 상기 오일의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하면, 개방되는 체크 밸브(77); 및
    상기 탑브레이싱(70)이 작업자에 의한 오류로 편심되게 설치된 경우, 또는 상기 탑브레이싱(70)에 상기 엔진 및 선체 간의 진동으로 인해 편심력이 작용하는 경우, 상기 메인 피스톤(78)에 상기 편심력이 전달되는 것을 방지하기 위해 설치되는 볼 드라이빙 조인트(78);를 포함하고,
    상기 제어부(33)는
    상기 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.8 지점을 통과하여 하강하는 경우, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 오프 신호를 전송하여, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동을 중단시키고, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 온 신호를 전송하여 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)를 작동시키고, 상기 계측값이 지속적으로 하강하면서 상기 계측값과 세팅값 간의 편차가 증가하는 경우, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동 속도를 증가시켜 상기 탑브레이싱(70)을 온 상태로 전환시키고,
    상기 제어부(33)는
    상기 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.3 지점을 통과하여 상승하는 경우, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 오프 신호를 전송하여, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 온 신호를 전송하여 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 작동시키고, 상기 계측값이 지속적으로 상승하면서 상기 계측값과 세팅값 간의 편차가 감소하는 경우, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동 속도를 증가시켜 상기 탑브레이싱(70)을 오프 상태로 전환시키고,
    상기 제어부(33)는
    상기 진동센서(80)의 계측값이 세팅값*0.8 지점을 통과한 시점부터 상기 계측값이 상승하는 경우, 2분에 1회씩 정역제어를 수행하고,
    상기 정역제어는
    최초에 상기 제어부(33)가 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 오프 신호를 전송하여, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)의 작동을 중단시키고, 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 온 신호를 전송하여 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)를 작동시키는 역변환 및
    상기 역변환이 수행된지 2분이 경과한 이후, 상기 제어부(33)가 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)에 오프 신호를 전송하여 상기 로드 솔레노이드 밸브(31)의 작동을 중단시키고, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)에 온 신호를 전송하여, 상기 벤트 솔레노이드 밸브(32)를 작동시키는 정변환을 포함하는 것을 특징으로 하는 메인엔진 탑브레이싱 장치.
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