KR19980052194A - 트림(Trim) 및 종요(Pitching) 안정화 장치 - Google Patents

Abstract

일반 선박 및 콘테이너선이나 RO/RO선은 화물의 양과 무게가 많은데 이를 적절하게 골고루 배분하여 실을 수 없기 때문에 짐을 싣는 과정에서 선박은 트림이나 종요를 받게 된다.

트림 및 종요 안정화 장치는 이러한 선박의 트림이나 종요를 자동적으로 감지 및 제어하여 선박이 기우는 반대방향에 탱크의 물을 이동시켜 모멘트(Moment)를 발생시킴으로써 선박을 안정되게 하고 짐을 연속적으로 잘 실을 수 있도록 선미부의 홀수도 일정하게 유지하여 작업시간과 일의 편리함을 도모할 수 있다.

또한 PID제어기를 이용해 정확한 제어가 가능하고 원통형 탱크를 사용하여 실린더와 탱크의 기밀성을 유지시켜 줄 수 있다.

Description

트림(Trim) 및 종요(Pitching) 안정화 장치

제 1 도 기본원리도 : 트림 및 종요 안정화장치를 이루는 전반적인 System에 대한 개략도

제 2 도 유압실린더와 탱크와의 부착 구조도 : 유압실린더와 탱크의 부착 및 위치를 나타낸 간략도

제 3 도 탱크의 입체도와 전개도 : 탱크의 입체적인 모습과 3각 투상도

제 4 도 탱크와 실린더의 Signal 관계도 : 탱크 Signal의 방향이 포텐셔미터로 보내어지는 것과 실린더 Signal의 방향이 LVDT로 보내어지는 관계

제 5 도 유압기의 배치도 : 유압기의 배치도 및 각 부분별 명칭

제 6 도 유압 실린더의 구조도 : 유압실린더의 구조와 형태

제 7 도 PID Control(비례-미분-적분 제어기)의 회로도 : PID 제어기의 회로도

제 8 도 선박의 움직임에 따른 탱크내 물의 유동 : 선박의 움직임에 따라 탱크내의 물의 유동을 안정적인 상태와 기울어졌을때의 상태로 나누어 비교

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

(1-1) : Tank Signal - 탱크의 신호

(1-2) : PID Control - 비례. 미분. 적분. 제어기

(1-3) : Filter

(1-4) : Amplifier

(1-5) : Hydraulic Power Unit - 유압기

(1-6) : Servo Valve

(1-7) : Cylinder - 유압실린더

(1-8) : LVDT - 실린더의 위치 감지 빛 측정장치

(1-9) : Tank

(1-10) : Potentia Meter - 탱크의 위치 감지 및 측정장치

(2-1) : 유압실린더

(2-2) : 유압실린더 부착 및 고정대

(2-3) : 탱크

(2-4) : 물

(3-1) : 탱크의 입체 모습

(3-2) : 탱크의 3각 투상도

(4-1) : 실린더가 아래로 움직였을때는방향을 나타내고 위로 움직였을때는방향을 나타내며 이 신호가 LVDT로 전해짐

(4-2) : 탱크가 아래로 움직였을때는방향을 나타내고 위로 움직였을때는방향을 나타내며 이 신호가 포텐셔미터로 전해짐

① : Oil Tank

② : Suction Filter

③ : Piston Pump

④ : Chain Coupling

⑤ : Elec' Motor

⑥ : Fan Cooler

⑦ : Line Check Valve

⑧ : Line Filter

⑨ : Stop V/V

⑩ : Accumulator

⑪ : Pressure Gauge

⑫ : Gauge Cock

⑬ : Servo V/V

⑭ : Reducing V/V

⑮ : Return Filter

(7-1) : LVDT - 실린더로 부터 받은 신호

(7-2) : Tank Signal - 탱크로 부터 받은 신호

(7-3) : Filter

(7-4) : 비례계

(7-5) : 적분계

(7-6) : 미분계

(8-1) : 선박이 안정적이였을때의 탱크내의 물의 유동 모습

(8-2) : 선박이 왼쪽으로 기울어졌을때의 탱크내 물의 유동 모습

(8-3) : 선박이 오른쪽으로 기울어졌을때의 탱크내 물의 유동 모습

[발명의 목적]

일반선막 및 콘테이너선이나 RO/RO선의 선수미나 갑판상에 화물적체가 불가능한 쓸모없는 공간을 이용하여 선박의 트림(Trim)이나 종요(Pitching)를 안정화시키는데 본 발명의 목적이 있다.

콘테이너선이나 RO/RO선은 화물을 적재할 때 짐의 무게를 똑같이 양쪽 혹은 전후로 배분할 수가 없다. 그런데 일반적으로 선박에 싣는 화물의 무게는 무겁기 때문에 이것을 정확하게 배분할 수가 없으면 선박이 좌우 또는 전후 방향으로 기울게 된다. 이러한 이유로 선박이 짐을 싣는 과정에서 횡요(Rolling) 뿐만 아니라 종요(Pitching) 그리고 트림(Trim)이 발생하게 된다.

또한 선박이 종요 운동을 하게 되면 선비 흘수가 변하게 되어 선미부가 짐을 실을 수 있는 위치에 있지 못하게 되어 짐을 싣는데 상당한 어려움이 있게 된다.

이러한 경우 트림 및 종요 안정화 장치로서 배의 위치를 자동적으로 감지 및 제어하여 배의 위치를 안정된 평형위치로 되게하여 선박의 트림 및 종요를 안정화시켜 짐을 실을 수 있는 선미부를 적당한 위치로 항상 유지시켜주어 짐을 싣는 작업시간을 단축시키고 노동력을 절감할 수가 있어 경제적으로 하는데 발명의 목적이 있다.

[발명에 대한 설명]

선박의 선수미나 갑판상의 제 3도와 같은 탱크를 설치하여 트림 및 종요 안정화 장치를 이룬다.

탱크는 선박과 같은 움직임을 나타내고 이러한 선박의 움직임을 탱크에 부착된 (1-10)의 포텐셔 미터로서 감지하여 전압(Voltage)의 신호(Signal)로서 탱크의 신호가 된다.

탱크의 신호는 Feedback과 전압조정을 할 수 있는 제 7도와 같은 PID 제어기로 보내어진다. 여기서 나오는 신호는 Filter를 거쳐 신호가 고르게 안정되고 Amplifier를 걸쳐 유압기가 작동할 수 있는 신호로 변환되어진다. 변환된 신호는 Servo 밸브를 통해 유압실린더를 작동시킨다.

이때 제 4도에서 보인바와 같이 실린더가 아랫방향으로 움직였을때를방향이라 하고 윗방향으로 움직였을 때를방향이라 하여 LVDT라는 위치감지장치로 보내어져서 다시 PID제어기로 돌아간다. 또한 탱크가 아랫방향으로 움직였을때를방향으로 하고 윗방향으로 움직였을때를방향으로 하여 위치감지장치인 포텐셔 미터로 보내어져 탱크의 신호가 된다.

즉, 탱크가 아랫방향으로 움직이면 탱크의 신호는방향이 되어 PID제어기를 거쳐 실린더에 보내어지면 실린더에서는방향이 아랫방향이 되므로 실린더가 아래로 움직이게 된다. 따라서 실린더가 아래로 움직인 만큼 물의 양이 감소되어 제 8도의 (8-2)그림처럼 배가 기우는 방향에서는 탱크내 물이 양이 적어지게 된다. 또한 실린더의 움직임을 LVDT가 측정해 다시 PID제어기로 Feedback되므로 탱크의 신호에 따라 정확하게 실린더가 움직이도록 보정하여 준다.

또한 선박이 윗방향으로 움직이면 탱크도 윗방향으로 움직이게 되고 따라서 탱크의 신호는방향이 된다. 이 신호가 다시 PID제어기를 통해 실린더로 가서방향인 윗방향으로 움직이므로 탱크내 물의 양은 증가된다. 따라서 배가 기우는 반대방향 즉 배가 올라간 방향의 탱크내 물의 양은 많아지게 된다.

결국 제 8도의 (8-2)에서 처럼 배가 앞쪽으로 기울면 배 앞쪽에 있는 탱크는 아랫방향으로 움직여서 앞쪽 실린더는 아래로 움직이고 배 뒤쪽에 있는 탱크는 위로 움직여서 뒤쪽 실린더도 위로 움직이게 된다. 따라서 배가 기우는 방향의 탱크내 물의 양은 적고 배가 기우는 반대방향의 탱크내 물의 양은 많아지게 되므로 (8-1)에서와 같은 안정된 위치에 배가 있게 된다.

또한 배가 크게 기울면 탱크의 신호도 같이 크게 되므로 실린더도 크게 움직이고 배가 작게 기울면 탱크의 신호가 작게 되므로 실린더도 작게 움직이게 된다. 따라서 선박의 큰 움직임에는 실린더가 빠르게 움직이고 선박의 작은 움직임에는 실린더가 작게 움직여서 배가 커다란 동요없이 안정적으로 평형위치를 찾아가게 된다.

[유압식 제어에 대한 이점]

선박의 길이는 일반적으로 100m가 넘고 화물의 무게가 무겁다. 이러한 화물을 똑같은 무게로 전후 또는 좌우로 배치를 할 수가 없어 위에서 설명한 트림 및 종요 안정화 장치를 이용하여 선박의 안정을 도모할 수가 있다.

탱크의 길이가 상당히 길고 탱크의 단면적 또한 크며 선박의 움직임도 빠를수도 있다. 그런데, 선박이 기울었을 때 기우는 반대방향으로 탱크내 물을 빠르게 보내주어야 하는데 공기압식을 이용하게 되면 이렇게 제어하는데 상당한 어려움을 겪게 된다. 유압식을 이용하게 되면 유압의 힘이 커서 빠르게 제어할 수가 있다.

[탱크의 설계]

탱크는 일반적으로 널리 쓰이는 U자형 탱크를 쓴다. 그런데 여기서 주의할 것은 유압실린더로 탱크를 눌러 주기 때문에 탱크와 실린더와의 기밀성이 유지되어야만 한다.

그런데 탱크의 모양을 일반 직육면체모양으로 하게 되면 이러한 기밀성을 유지시키는데 상당한 어려움과 고정밀성을 요한다. 이러한 문제점을 보안하기 위해 제 3도에서 보이는 바와 같이 원통(Cylinder)모양으로 하게 되면 기밀성을 보다 쉽게 만족시켜주게 된다.

Claims (1)

1. 제 1도의 기본원리도처럼 탱크의 신호를 PID제어기로 보내고 Filter를 걸쳐 신호를 고르게 하고 Amplifier를 걸쳐 유압기와 Servo 밸브를 통해 실린더로 보낸다. 실린더의 움직임은 LVDT로 측정해 다시 PID제어기로 Feedback되고 탱크의 위치는 포텐셔미터로 감지하여 다시 탱크의 신호가 되어 PID로 보내어진다.

   즉, 선박이 기우는 방향으로 탱크도 같이 기울고 이러한 탱크의 신호에 따라 실린더가 작동을 하여 선박이 기우는 반대방향으로 탱크내 신호에 대한 실린더의 운동을 정확하게 제어할 수가 있다.

   그리고, 유압실린더로 탱크내 물을 이동시킬 때 기밀성이 요구되어지는데 제 3도에서 보이는 바와 같이 원통모양으로 탱크를 설계하면 유압실린더와 탱크와의 기밀성을 만족시킬 수가 있다.

   위에서 설명한 것과 같은 제 1도의 기본원리도와 같은 시스템과 제 3도의 탱크의 모양을 특허 청구의 범위로 한다.