KR102397727B1 - 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법 - Google Patents

전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전기추진선박에서의 부하조절장치가 개시된다.
상기 전기추진선박에서의 부하조절장치는, Azipod의 샤프트 라인 상에 설치되며, 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 통한 물의 공급량과 압력 조절을 통해 상기 샤프트 라인 상의 부하를 조절하는 워터 브레이크; 셋포인트를 통해 입력받은 출력만큼 소모되도록 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 조절하는 워터 브레이크 부하제어기; 상기 워커 브레이크로 공급되는 유량을 조절하는 공급유량 조절 밸브들; 상기 워터 브레이크에서 리턴되는 유량을 조절하는 리턴유량 조절밸브; 상기 워터 브레이크에서 리턴되는 물을 냉각시키는 쿨러; 일정 높이에 설치되며, 물 공급라인에 스테틱 헤드를 가하고 물의 버퍼역할을 수행하는 탱크; 상기 워터 브레이크에 물을 공급하기 위한 물공급 펌프; 상기 워터 브레이크로 공급되는 물 속에 포함된 불순물을 필터링하는 필터; 및 샤프트 라인 상의 부하가 조절되도록 상기 공급유량 조절 밸브들 및 상기 리턴유량 조절밸브의 작동상태를 제어하는 콘트롤시스템을 포함한다.

Description

전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법{Load regulation device and method in electric propulsion ship}
본 발명은 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다수의 발전기가 설치된 선박 또는 해양구조물에서 가스를 연료로 사용하는 엔진의 느린 부하 응답성을 개선하도록 급격한 부하 증가 또는 감소시 워터 브레이크를 사용하여 인위적인 부하를 형성시키거나, 인위적으로 형성시킨 부하를 급격히 감소시켜 전력생산량의 변동은 급변하지만, 발전용 엔진의 부하는 엔진에서 감당할 수 있는 수준의 속도로 유지하도록 하기 위한 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 전력은 다수의 발전기에 기계적인 결합을 연결된 발전용 엔진을 구동하고, 그것으로부터 생산된 전력을 Main Switch Board(MSBD)에서 각 소모처로 분배하도록 구성된다. MSBD에 연결된 발전용 엔진은 MSBD에 연결된 각 소모처의 요구에 따라 전력을 생산하며, 소모량이 증가하면 발전기의 필요한 토크 증가, 회전수 감소(주파수 감소), 회전수 감소에 따른 엔진의 연료 연소량 증가, 회전수 회복(전력생산량 증가)의 순서대로 진행되며, 전력 소모량이 감소할 경우 발전기의 필요한 토크 감소, 회전수 증가 (주파수 증가), 회전수 증가에 따른 엔진의 연료 연소량 감소, 회전수 회복(전력생산량 감소)를 통해 이루어진다. 연료의 연소량은 엔진에 설치된 Governor에 의해 회전수 증감에 따라 연료 분사량을 조절하는 방식으로 이루어진다. 통상 Diesel mode 운전 엔진은 응답성이 빠르기 때문에 특별한 시스템이 요구되지 않으나(운전되는 장비의 용량 특성에 따라 특별한 시스템이 요구될 수도 있다), Gas mode에서 운전되는 발전용 엔진의 경우는 그 응답성이 느리기 때문에 상대적으로 용량이 큰 장비를 운전하는 경우에는 기동 전류를 서서히 올리는 방식의 시동장치를 해당 장비에 설치하거나, 발전용 엔진의 운전 댓수를 어느 이하에서는 장비 시동이 불가하도록 하는 제한을 두는 등의 방법이 적용된다.
Gas Mode의 운전은 적절한 Charge Air Pressure, Chage Air Pressure + 1bar로 조절되는 Fuel Gas 압력, 그리고 On/Off 시간을 적절히 조절하여 알맞게 분사되는 Gas의 양이 중요하다.
부하의 변동시에는 이런 일련의 인자들이 동시에 변해야 하는데, 그 변하는 양이 아주 서서히 일어날 수 밖에 없다.
부하의 증가시에는 기본적으로 실린더 내에 공연비가 절절한 Air와 Fuel Gas의 혼합 기체을 더 많이 주입해야한다. 그렇게 하기 위해서는 Charge Air Pressure를 높이고, 그렇게 하려면 Water Gas Valve를 좀더 닫아야 한다. Charge Air Pressure가 높아지면 Gas Admisison Valve의 On 시간을 좀 더 늘려서 Gas를 더 주입하고 마침내 혼합 기체를 실린더 내에 주입이 가능하다. 하지만, 혼합 기 체 주입량이 조금 늘어나게 되면 배기가스의 양도 늘어나게 되고, Water Gate Valve의 조절이 이것에 영향을 받는다. 이 조절의 영향으로 다시 Charge Air Pressure가 늘어나게 되고, 또 GVU의 Fuel Gas 압력 조절값도 다시 달라진다. 이런 인자들이 아주 좁은 영역에서 이루어져야 하기 때문에 Gas Mode에서 부하 변동은 기본적으로 느릴 수 밖에 없다.
그래서 도 1에 도시된 바와 같이 Gas Mode와 Diesel Mode의 허용 부하 변동은 Gas Mode가 Diesel Mode에 비해 상당히 느린 것을 알 수 있다.
보조발전시스템이 적용되는 선박에서 Gas mode의 사용은 선박의 운항중에 운전이 필요한 Heavy Consumer 의 운전으로 인해 제한을 받는다. 설치된 보조발전기의 운전 댓수를 늘리지 않으면, 장비의 기동시 발생하는 높은 초기 전력 소모량을 Cover하지 못해 주파수 저하, 흔들림으로 인해 Black out을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 Gas mode를 응답속도가 빠른 Diesel mode로 전환하거나, 운전되는 엔진의 댓수를 늘림으로써 한대의 엔진에 전달되는 부하 스텝을 줄이는 방식의 운전이 필요하다. 특히 Side thruster 등이 적용되는 경우에는 Maneuvering시 그 사용이 빈번한데 이 경우에도 Diesel mode의 운전이 요구된다는 문제점이 있다.
[특허문헌] 대한민국 공개특허 제 10-2017-0075377 호
이와 같은 종래기술의 번거로움을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 다수의 발전기가 설치된 선박 또는 해양구조물에서 가스를 연료로 사용하는 엔진의 느린 부하 응답성을 개선하도록 급격한 부하 증가 또는 감소시 워터 브레이크를 사용하여 인위적인 부하를 형성시키거나, 인위적으로 형성시킨 부하를 급격히 감소시켜 전력생산량의 변동은 급변하지만, 발전용 엔진의 부하는 엔진에서 감당할 수 있는 수준의 속도로 유지하도록 하기 위한 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이중연료유 엔진을 포함하여 가스운전이 가능한 발전용 엔진의 느린 부하 응답성을 워터 브레이크를 통해 극복할 수 있도록 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 워터 브레이크를 통해 급격한 부하 감소시 엔진에서 허용되는 부하 감소 폭을 달성하도록 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 워터 브레이크를 통해 급격한 부하 감소시 엔진에서 허용되는 부하 증가 폭을 달성하도록 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 서든 로드 드롭(Sudden load drop)이후 시스템의 안정을 위해 대기하던 시간을 없애, 대형 전력 소모 설비의 선형적인 부하 운전이 가능하도록 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, Azipod의 샤프트 라인 상에 설치되며, 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 통한 물의 공급량과 압력 조절을 통해 상기 샤프트 라인 상의 부하를 조절하는 워터 브레이크; 셋포인트를 통해 입력받은 출력만큼 소모되도록 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 조절하는 워터 브레이크 부하제어기; 상기 워커 브레이크로 공급되는 유량을 조절하는 공급유량 조절 밸브들; 상기 워터 브레이크에서 리턴되는 유량을 조절하는 리턴유량 조절밸브; 상기 워터 브레이크에서 리턴되는 물을 냉각시키는 쿨러; 일정 높이에 설치되며, 물 공급라인에 스테틱 헤드를 가하고 물의 버퍼역할을 수행하는 탱크; 상기 워터 브레이크에 물을 공급하기 위한 물공급 펌프; 상기 워터 브레이크로 공급되는 물 속에 포함된 불순물을 필터링하는 필터; 및 샤프트 라인 상의 부하가 조절되도록 상기 공급유량 조절 밸브들 및 상기 리턴유량 조절밸브의 작동상태를 제어하는 콘트롤시스템을 포함하는 전기추진선박에서의 부하조절장치가 제공된다.
상기 탱크는, 워터 브레이크에 사용을 위한 수처리를 수행할 수 있다.
상기 필터는 상기 펌프의 전단 또는 후단에 설치될 수 있으며, 워터 브레이크의 물 공급 라인 상에 설치될 수 있다.
상기 콘트롤시스템은, 엔진 출력을 현재 운전 중인 엔진으로 생산 가능한 출력으로 나누어서 허용엔진 파워 증강속도를 산출하고, 산출된 허용엔진 파워 증강속도와 예상 추진 파워 증강속도를 입력받아 예상 추진 파워 증강속도로부터 허용 엔진 파워 증강 속도를 감산한 후 일정 수만큼 승산시킨 결과 값을 현재 전체 워터 브레이크 출력값으로부터 감산시켜 제 3 전력값을 산출하고, 현재 운전 중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력값에 전체 워터 브레이크 부하 입력값을 승산시켜 제 1 전력값을 산출하고, 제 1 전력값으로부터 제 3 전력값을 감산하여 제 4 전력값을 산출하고, 산출된 제 4 전력값을 워터 브레이크 사용 엔진 댓수로 나누어 제 2 전력값을 산출하고, 산출된 제 2 전력값을 가동되고 있는 엔진에 연결된 워터 브레이크 부하제어기의 셋포인트로 출력할 수 있다.
상기 예상 추진 파워 증강 속도는 텔레그래프 입력 및 현재 추진 파워를 기반으로 산출될 수 있다.
상기 사용엔진 댓수는, 워터 브레이크 사용엔진 설정에 따른 선택되어진 엔진의 댓수일 수 있다.
상기 현재 운전중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력은 1대 엔진 최대 출력에 현재 운전중인 엔진댓수를 승산시킨 결과 값일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 콘트롤 시스템은, 엔진 출력을 현재 운전 중인 엔진으로 생산 가능한 출력으로 나누어서 허용엔진 파워 증강속도를 산출하는 단계; 상기 콘트롤 시스템은, 산출된 허용엔진 파워 증강속도와 예상 추진 파워 증강속도를 입력받아 예상 추진 파워 증강속도로부터 허용 엔진 파워 증강 속도를 감산한 후 일정 수만큼 승산시킨 결과 값을 현재 전체 워터 브레이크 출력값으로부터 감산시켜 제 3 전력값을 산출하는 단계; 상기 콘트롤 시스템은, 현재 운전 중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력값에 전체 워터 브레이크 부하 입력값을 승산시켜 제 1 전력값을 산출하는 단계; 상기 콘트롤 시스템은, 제 1 전력값으로부터 제 3 전력값을 감산하여 제 4 전력값을 산출하는 단계; 및 상기 콘트롤 시스템은, 산출된 제 4 전력값을 워터 브레이크 사용 엔진 댓수로 나누어 제 2 전력값을 산출하고, 산출된 제 2 전력값을 가동되고 있는 엔진에 연결된 워터 브레이크 부하제어기의 셋포인트로 출력하는 단계;를 포함하는 전기추진선박에서의 부하조절방법이 제공된다.
상기 예상 추진 파워 증강 속도는 텔레그래프 입력 및 현재 추진 파워를 기반으로 산출될 수 있다.
상기 사용엔진 댓수는, 워터 브레이크 사용엔진 설정에 따른 선택되어진 엔진의 댓수일 수 있다.
상기 현재 운전중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력은 1대 엔진 최대 출력에 현재 운전중인 엔진댓수를 승산시킨 결과 값일 수 있다.
본 발명은 다수의 발전기가 설치된 선박 또는 해양구조물에서 가스를 연료로 사용하는 엔진의 느린 부하 응답성을 개선하도록 급격한 부하 증가 또는 감소시 워터 브레이크를 사용하여 인위적인 부하를 형성시키거나, 인위적으로 형성시킨 부하를 급격히 감소시켜 전력생산량의 변동은 급변하지만, 발전용 엔진의 부하는 엔진에서 감당할 수 있는 수준의 속도로 유지하도록 함으로써, 부하의 급격한 변동으로 인해 사용이 제한적이었던 BOG를 사용하여 연료비를 절감하고 유해한 배출가스의 생성량을 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 급격한 부하 Maneuvering시에도 가스 모드로 운전이 가능하므로 디젤(Diesel) 대비 연료비가 싸고, 포트(Port) 접안시에는 탱크 쿨 다운(Tank Cooldown) 등 BOG가 다량 발생하는데 종래의 버리던 BOG를 연료로 사용하므로 연료비를 절약할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 Crash Stop, sudden load drop Crash Aster 등 급격한 부하 감소 상황에서도 가스모드를 유지할 수 있고, Sudden RPM increase 등 급격한 상황에서도 가스 모드를 유지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, Crash stop시에 사용되는 brake resistor를 삭제하고 Water Brake로 대체할 수 있으며, 보조 발전 시스템에서 Heavy Consumer의 기동을 위한 특별한 시동장치(Soft starter, 기동부하를 서서히 올리는 장치)가 필요하지 않도록 하는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 Drillship 등의 간헐적이고 높은 Peak 부하에도 엔진의 무리 없이 대응이 가능하도록 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래 선박에서의 GAS 모드와 DIESEL 모드의 허용 부하 변동을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기추진선박에서의 부하조절장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 전기추진선박에서의 부하조절을 위한 밸브제어방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 4는 도 3의 밸브들을 제어하기 위한 셋포인트 입력값을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기추진선박에서의 부하조절장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기추진선박에서의 부하조절장치는, 워터 브레이크(100), 워터 브레이크 부하제어기(150), 공급유량 조절밸브들(200), 리턴유량 조절밸브(300), 쿨러(400), 탱크(500), 물공급 펌프(600), 필터(700), 콘트롤시스템(800)으로 이루어진다.
상기 워터 브레이크(100)는 Azipod의 샤프트 라인 상에 설치되며, 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 통한 물의 공급량과 압력 조절을 통해 상기 샤프트 라인 상의 부하를 조절한다.
상기 워터 브레이크 부하제어기(150)는 상기 콘트롤시스템(800)으로부터 셋포인트를 통해 입력받은 출력만큼 소모되도록 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 조절한다.
상기 공급유량 조절 밸브(200)는 상기 워터 브레이크(100)의 인입라인에 설치되어 콘트롤시스템(800)의 제어에 응하여 상기 워터 브레이크(100)로 인입되는 물의 유량을 조절하기 위한 인입유량 조절 밸브(210)와, 상기 워터 브레이크(100)의 배출라인에 설치되어 콘트롤시스템(800)의 제어에 응하여 상기 워터 브레이크(100)로부터 배출되는 물의 유량을 조절하기 위한 배출유량 조절밸브(220)로 이루어진다.
상기 리턴유량 조절밸브(300)는 상기 콘트롤시스템(800)의 제어에 응하여 상기 워터 브레이크(100)에서 리턴되는 유량을 조절한다. 상기 리턴유량 조절밸브(300)는 리턴되는 물에 압력을 가함으로써 순간적인 부하의 변동에 따른 워터의 급격한 온도 증가로 증기(Vapor)가 되는 것을 방지한다.
상기 쿨러(400)는 상기 워터 브레이크(100)에서 리턴되는 물을 냉각시킨다. 즉, 상기 워터 브레이크(100)는 파워(power)를 열로 모두 변환시키기 때문에 리턴되는 물의 온도는 높아진다. 그렇기 때문에 워터 브레이크(100)에 의해 온도가 올라간 물을 재사용하기 위해서는 냉각시켜야 하고, 쿨러(400)는 선박의 냉각수 또는 외부의 공기를 냉각매체로 사용하여 상기 워터 브레이크(100)에 의해 온도가 높아진 물을 냉각시켜 재사용할 수 있도록 한다.
상기 탱크(500)는 일정 높이에 설치되며, 물 공급라인에 스테틱 헤드를 가하고 물의 버퍼역할을 수행한다. 상기 탱크(500)는 상기 워터 브레이크(100)로 공급되는 물에 대해서 수처리를 수행한다. 즉 탱크(500)는 배출유량 조절밸브(220)를 통해 상기 워터 브레이크(100)로부터 배출된 물을 쿨러(400)를 통해 공급받아 보관하고 있다가 다시 워터 브레이크(100)로 배출시킨다.
물공급 펌프(600)는 상기 워터 브레이크(100)에 물을 공급하기 위해 상기 탱크(500)와 상기 인입유량 조절밸브(210) 사이에 설치된다. 물공급 펌프(600)는 상기 워터 브레이크(100)의 최대 정격에서 필요한 유량을 공급할 수 있는 사양을 가진다.
상기 필터(700)는 상기 워터 브레이크(100)로 공급되는 물 속에 포함된 불순물을 필터링한다.
이때, 상기 필터(700)는 상기 물공급 펌프(600)의 전단 또는 후단에 설치되며, 상기 워터 브레이크(100)의 물 공급 라인 상에 설치될 수 있다.
콘트롤시스템(800)은 샤프트 라인 상의 부하가 조절되도록 상기 공급유량 조절 밸브(200)들 및 상기 리턴유량 조절밸브(300)의 작동상태를 제어한다.
콘트롤시스템(800)은 파워 관리 시스템, 추진 제어 시스템으로, 콘트롤시스템(800)은 이미 선박의 발전기로부터 생산한 전력을 트랜스포머, 주파수 변환기를 거쳐 POD 또는 PM을 구동하는 일련의 과정을 관리하고 있으며, 본 발명에서는 이러한 기능에 워터 브레이크 제어 기능이 추가된 상태이다.
상기 콘트롤시스템(800)은 RPM은 낮지만 워터 브레이크(100)를 통해 부하를 인가하여 실제 운전 RPM에서 프로펠러(Propeller)가 요구하는 파워(Power) 보다 높은 파워(Power)를 소모하도록 한다.
상기 콘트롤시스템(300)은 감속시에도 워터 브레이크(100)를 통해 부하를 소모시키면서 RPM은 원하는 수준으로 빠른 시간 내에 낮추지만, 엔진에서 요구하는 부하 감속 속도내에서 엔진이 운전되도록 한다.
상기 콘트롤시스템(800)은 부하가 증가하면 상기 공급유량 조절밸브(200)들 및 상기 리턴유량 조절밸브(300)를 제어하여 워터 브레이크(100)의 부하는 감소시키고 모터의 부하는 증가시켜 선박이 요구된 속도로 가속되어 운항되도록 제어한다.
상기 콘트롤시스템(800)은 가속후 감속이 필요하거나, 또는 위급상황이 발생하여 정지나 후진이 필요하며 이를 위해서는 빠른 감속이 필요하다. 이때 상기 콘트롤시스템(800)은 워터브레이크의 부하값이 운전점에서의 엔진 허용 감속값에서 감소해야 하는 POD의 부하값을 뺀 값과 일치할 때까지 워터 브레이크(100)를 통해 부하를 소모시킬 수 있도록 상기 공급유량 조절밸브(200)들 및 상기 리턴유량 조절밸브(300)를 제어한다.
즉, 워터 브레이크의 부하 = 운전점에서 엔진 허용값 - 감소해야 하는 POD의 부하값 이다.
상기 콘트롤시스템(800)은 엔진 출력을 현재 운전 중인 엔진으로 생산 가능한 출력으로 나누어서 허용엔진 파워 증강속도를 산출하고, 산출된 허용엔진 파워 증강속도와 예상 추진 파워 증강속도를 입력받아 예상 추진 파워 증강속도로부터 허용 엔진 파워 증강 속도를 감산한 후 일정 수만큼 승산시킨 결과 값을 현재 전체 워터 브레이크 출력값으로부터 감산시켜 제 3 전력값을 산출하고, 현재 운전 중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력값에 전체 워터 브레이크 부하 입력값을 승산시켜 제 1 전력값을 산출하고, 제 1 전력값으로부터 제 3 전력값을 감산하여 제 4 전력값을 산출하고, 산출된 제 4 전력값을 워터 브레이크 사용 엔진 댓수로 나누어 제 2 전력값을 산출하고, 산출된 제 2 전력값을 가동되고 있는 엔진에 연결된 워터 브레이크 부하제어기(150)의 셋포인트로 출력한다.
여기서, 상기 예상 추진 파워 증강 속도는 텔레그래프 입력 및 현재 추진 파워를 기반으로 산출되고, 상기 사용엔진 댓수는 워터 브레이크 사용엔진 설정에 따른 선택되어진 엔진의 댓수이고, 현재 운전중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력은 1대 엔진 최대 출력에 현재 운전중인 엔진댓수를 승산시킨 결과 값이다.
상기와 같이 구성된 증기응축기 운전 방법을 설명하면 하기와 같다.
도 3은 본 발명에 따라 전기추진선박에서의 부하조절을 위한 밸브제어방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다. 도 4는 도 3의 밸브들을 제어하기 위한 셋포인트 입력값을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서는 '워터 브레이크'를 'WB'로 표기하였다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전기추진선박에서의 워터 브레이크(100)에 연결된 밸브들을 조절하여 부하를 조절하는데, 이러한 밸브들을 조절하기 위해서는 먼저 콘트롤시스템(800)이 엔진 출력(h)을 현재 운전 중인 엔진으로 생산 가능한 출력(i)으로 나누어서 허용엔진 파워 증강속도(e)를 산출(S110)하고, 산출된 허용엔진 파워 증강속도(e)와 예상 추진 파워 증강속도(d)를 입력받아 예상 추진 파워 증강속도(d)로부터 허용 엔진 파워 증강 속도(e)를 감산한 후 일정 수(1.1)만큼 승산시킨 결과 값(f)을 현재 전체 워터 브레이크 출력값(g)으로부터 감산시켜 제 3 전력값(v3)을 산출(S120)한다. 이때 엔진 출력(h)는 1번째 엔진출력(도 4의 NO.1 엔진출력)으로부터 6번째 엔진출력(도 4의 NO.6 엔진출력)을 모두 합산한 값이고, 현재 전체 워터 브레이크 출력값(g)은 1번째 워터 브레이크 로드(도 4의 NO.1 WB 로드)로부터 6번째 워터 브레이크 로드(도 4의 NO.6 WB 로드)를 모두 합산한 값이다. 그리고, 상기 예상 추진 파워 증강 속도(d)는 텔레그래프 입력 및 현재 추진 파워를 기반으로 산출되고, 상기 사용엔진 댓수는 워터 브레이크 사용엔진 설정에 따른 선택되어진 엔진의 댓수이다.
콘트롤시스템(800)은 현재 운전 중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력값(c)에 전체 워터 브레이크 부하 입력값(b)을 승산시켜 제 1 전력값(v1)을 산출(S130)한다. 콘트롤시스템(800)은 워터 브레이크(100)를 어떤 엔진, 얼마만큼의 파워(Power)를 미리 소비하고 있을지를 사용자로부터 입력 받아 저장하고 있거나, 미리 적절하게 세팅(Setting) 되고 세팅된 값을 저장하고 있을 수 있다.
콘트롤시스템(800)은 제 1 전력값(v1)으로부터 제 3 전력값(v3)을 감산하여 제 4 전력값(v4)을 산출(S140)한다. 이때, 상기 현재 운전중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력(c)은 1대 엔진 최대 출력(v7)에 현재 운전중인 엔진댓수(v6)를 승산시킨 결과 값이다.
콘트롤시스템(800)은 산출된 제 4 전력값(v4)을 워터 브레이크 사용 엔진 댓수(a)로 나누어 제 2 전력값(v2)을 산출하고, 산출된 제 2 전력값(v2)을 가동되고 있는 엔진에 연결된 워터 브레이크 부하제어기(150)의 셋포인트(SP)로 출력(S150)한다.
그러면 워터 브레이크 부하제어기(150)는 셋포인트로부터 입력받은 출력만큼을 소모하도록 공급유량 조절 밸브들(200) 및 리턴유량 조절밸브(300)의 작동상태를 조절한다. 도 4의 PV는 현재 출력(Process Value)이고, OP는 Valve 개도이다.
예를 들어 도 4는 현재 부하의 30%를 여분으로 워터 브레이크(100)를 통해 소모하는 등의 방식에 대해서 설명하는 도면이다. 도 4의 로직에 따라 예상 추진 파워 증감 속도와 엔진의 허용 부하 증감속도의 차이를 계산 후 워터 브레이크(100, Water Brake)에 셋포인트(SP)를 통해 분배함으로써 엔진은 허용 부하 증감 속도 내에서 운전하게 된다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 워터 브레이크(water break) 150 : 워터 브레이크 부하제어기
200 : 공급유량 조절 밸브들 300 : 리턴유량 조절밸브
400 : 쿨러 500 : 탱크
600 : 물공급 펌프 700 : 필터
800 : 콘트롤시스템

Claims (11)

  1. 아지포드(Azipod)의 샤프트 라인 상에 설치되며, 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 통한 물의 공급량과 압력 조절을 통해 상기 샤프트 라인 상의 부하를 조절하는 워터 브레이크;
    셋포인트를 통해 입력받은 출력만큼 소모되도록 공급유량 조절밸브들 및 리턴유량 조절밸브를 조절하는 워터 브레이크 부하제어기;
    상기 워터 브레이크로 공급되는 유량을 조절하는 공급유량 조절 밸브들;
    상기 워터 브레이크에서 리턴되는 유량을 조절하는 리턴유량 조절밸브;
    상기 워터 브레이크에서 리턴되는 물을 냉각시키는 쿨러;
    일정 높이에 설치되며, 물 공급라인에 스테틱 헤드(static head)를 형성하고 물의 버퍼역할을 수행하는 탱크;
    상기 워터 브레이크에 물을 공급하기 위한 물공급 펌프;
    상기 워터 브레이크로 공급되는 물 속에 포함된 불순물을 필터링하는 필터; 및
    샤프트 라인 상의 부하가 조절되도록 상기 공급유량 조절 밸브들 및 상기 리턴유량 조절밸브의 작동상태를 제어하는 콘트롤시스템을 포함하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크는, 워터 브레이크에 사용을 위한 수처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 펌프의 전단 또는 후단에 설치되며, 워터 브레이크의 물 공급 라인 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트롤시스템은,
    엔진 출력을 현재 운전 중인 엔진으로 생산 가능한 출력으로 나누어서 허용엔진 파워 증강속도를 산출하고, 산출된 허용엔진 파워 증강속도와 예상 추진 파워 증강속도를 입력받아 예상 추진 파워 증강속도로부터 허용 엔진 파워 증강 속도를 감산한 후 일정 수만큼 승산시킨 결과 값을 현재 전체 워터 브레이크 출력값으로부터 감산시켜 제 3 전력값을 산출하고, 현재 운전 중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력값에 전체 워터 브레이크 부하 입력값을 승산시켜 제 1 전력값을 산출하고, 제 1 전력값으로부터 제 3 전력값을 감산하여 제 4 전력값을 산출하고, 산출된 제 4 전력값을 워터 브레이크 사용 엔진 댓수로 나누어 제 2 전력값을 산출하고, 산출된 제 2 전력값을 가동되고 있는 엔진에 연결된 워터 브레이크 부하제어기의 셋포인트로 출력하는 것을 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 예상 추진 파워 증강 속도는 텔레그래프 입력 및 현재 추진 파워를 기반으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 사용엔진 댓수는, 워터 브레이크 사용엔진 설정에 따른 선택되어진 엔진의 댓수인 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 현재 운전중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력은 1대 엔진 최대 출력에 현재 운전중인 엔진댓수를 승산시킨 결과 값인 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절장치.
  8. 콘트롤 시스템은, 엔진 출력을 현재 운전 중인 엔진으로 생산 가능한 출력으로 나누어서 허용엔진 파워 증강속도를 산출하는 단계;
    상기 콘트롤 시스템은, 산출된 허용엔진 파워 증강속도와 예상 추진 파워 증강속도를 입력받아 예상 추진 파워 증강속도로부터 허용 엔진 파워 증강 속도를 감산한 후 일정 수만큼 승산시킨 결과 값을 현재 전체 워터 브레이크 출력값으로부터 감산시켜 제 3 전력값을 산출하는 단계;
    상기 콘트롤 시스템은, 현재 운전 중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력값에 전체 워터 브레이크 부하 입력값을 승산시켜 제 1 전력값을 산출하는 단계;
    상기 콘트롤 시스템은, 제 1 전력값으로부터 제 3 전력값을 감산하여 제 4 전력값을 산출하는 단계; 및
    상기 콘트롤 시스템은, 산출된 제 4 전력값을 워터 브레이크 사용 엔진 댓수로 나누어 제 2 전력값을 산출하고, 산출된 제 2 전력값을 가동되고 있는 엔진에 연결된 워터 브레이크 부하제어기의 셋포인트로 출력하는 단계;
    를 포함하는 전기추진선박에서의 부하조절방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 예상 추진 파워 증강 속도는 텔레그래프 입력 및 현재 추진 파워를 기반으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 사용엔진 댓수는, 워터 브레이크 사용엔진 설정에 따른 선택되어진 엔진의 댓수인 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 현재 운전중인 엔진으로부터 생산 가능한 출력은 1대 엔진 최대 출력에 현재 운전중인 엔진댓수를 승산시킨 결과 값인 것을 특징으로 하는 전기추진선박에서의 부하조절방법.
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