KR20030080671A

KR20030080671A - 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템

Info

Publication number: KR20030080671A
Application number: KR1020020019419A
Authority: KR
Inventors: 소용신; 조중훈; 안용희; 오세헌; 박기용
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-17

Abstract

본 발명은 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템에 관한 것으로, 그 목적은 선박용 엔진 윤활유의 상태를 실시간으로 측정하고 그 데이터를 데이터베이스화하며 이와 연동되는 제어 프로그램을 통해 윤활유의 교체경보를 조타실 감시용 모니터에 발령하는 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 선박용 엔진 윤활유의 상태를 진단하기 위해 측정용 챔버 내에서 점도, 수분함량, pH 등을 측정하고 제어 프로그램에 의하여 pH를 경험적으로 환산함으로써 점도, 수분, pH, 전산가, 전알칼 리가 등을 변수로 이용한다. 측정용 센서의 사양으로는 낙하추의 낙하시간을 이용하여 점도를 측정하는 방식의 점도계와, 비저항치를 이용하여 %포화농도 방식으로 수분함량을 측정하는 온도계 내장형 수분측정기, 유리전극을 채용한 pH 미터 등이 있다. 측정된 자료는 데이터베이스에 저장되고 이와 연동되는 제어프로그램에 의하여 사용자가 이용하기에 편리하도록 도표화하고 통계처리를 하며 초기 신유대비 변수의 변화폭을 판단하여 조타실 모니터에 경보 발령하는 것을 요지로 한다.

Description

선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템{Monitoring system of lubricating condition}

본 발명은 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 선박용 엔진 윤활유의 상태를 측정하기 위하여 점도계, 수분 측정기, pH 미터 등을 측정용 챔버에 침지시켜 측정한 후 그 데이터를 데이터베이스에 저장하고 진단 및 제어 프로그램을 통해 신유와의 차이를 판단하여 윤활유 교환 시기를 경보해 주는 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 디젤엔진은 운전속도에 따라 분류하기도 하는데 통상 저속은 350RPM 이하, 중속은 350~1,000 RPM, 고속은 1,000 RPM 이상을 말한다. 저속엔진은 10,000톤 이상인 컨테이너선이나 탱커 등의 추진에 이용되며, 중속 및 고속엔진은 카페리나 어선 등에 일반적으로 사용되고 보조기관으로도 이용된다.

선박용 엔진을 포함한 내연기관에는 각 마찰부의 마찰과 마멸을 감쇄시키고 장비의 작동을 원활하게 하기 위하여 자체 윤활장치를 가지고 있다. 선박용 엔진의 윤활계통은 크게 크랭크 케이스와 캠 구동부의 윤활면에 작용하는 시스템 오일계통과 피스톤과 실린더 벽면의 윤활면에 작용하는 실린더 오일계통이 있다.

선박용 엔진의 윤활계통에서 일어나는 주요 운전상의 고장은 실린더, 피스톤, 링의 과도한 마모, 피스톤과 실린더 상에 과도한 퇴적물 형성, 포트 막힘, 오일 냉각 피스톤과 밸브계통의 퇴적물 형성, 베어링 파손, 시스템 오일의 박테리아 오염 등으로 요약된다.

특히, 실린더와 피스톤 접동부위의 마모는 윤활막의 파괴를 가져와 블로우바이(blowby) 가스가 크랭크케이스로 유입되는 원인이 된다. 이 블로우바이 가스는 연료중에 있는 황성분과 수분응축에 의하여 생성된 황산 때문에 시스템 오일에 포함된 첨가제의 성상을 변화시킨다.

상기한 바와 같은 이유로 선박의 동력원인 엔진의 윤활유를 적시 교환하지 않을 경우 피스톤 링 파괴, 엔진출력 저하, 피스톤의 고착, 소음·진동발생 등으로 인하여 운항중단을 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명은 윤활유 상태를 실시간으로 쉽게 측정할 수 있는 방법을 제공함으로써 엔진보호와 안전한 운항이 가능하여 고객으로부터 신뢰감을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

엔진 윤활유의 상태를 진단하여 교환 시기를 경보하는 종래의 장치로는 현대자동차에서 출원한 공개번호 실 97-27661호(이하 "종래기술 1")와 삼성자동차에서 출원한 공개번호 특 1999-0049826호(이하"종래기술 2")로 파악된다. 종래기술1은 회전축에 연결된 회전날개를 윤활유 오일팬 내에 침지시켜 윤활유의 점도를 측정하는 원리이다. 즉, 윤활유 점도에 따른 회전축의 각변위량과 각속도 변위량을 측정한 후 기준이 되는 각변위량과 각속도의 변위량을 비교함으로써 교환시기를 경보하는 것이다. 하지만, 이 기술은 고속으로 운행하는 자동차내의 윤활유 오일팬에 회전축을 침지시킴에 따라 제작이 용이하지 않을 뿐만 아니라 회전축의 각변위와 각속도 변위를 측정하기가 쉽지 않다는 단점이 있다. 종래기술 2는 엔진의 오일팬내에 삽입된 토크바와 회전봉, 그리고 토크바의 사이에 텐션(tension) 결합되어 회전봉의 회전력을 토크바로 전달하는 토크바 연결기를 가지는 토크 측정기와, 회전봉및 토크바의 회전속도를 검출하는 두 개의 회전속도 검출기와, 두 개의 회전속도 검출기로부터 각각 출력되는 회전속도 검출값을 검출하여 연산하고, 연산된 회전 속도차가 미리 설정된 기준 회전 속도차를 초과시 윤활유 교환경보 신호를 발생하는 경보발생기를 갖추고 있다. 이 기술 역시 윤활유의 점도만을 측정하여 교환시기를 측정함에 따라 여타 변수에 의한 영향을 간과하여 판단의 오류를 초래할 수 있고, 초기 설정된 기준 속도차는 차량이 노후화됨에 따라 다른상태에서 경보가 발생될 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 결점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 선박용 엔진 등 내연기관은 적정한 연소 성능, 윤활 성능, 구조적인 안정성을 필요로 한다. 이중 다른 요소는 적정하게 유지되고 윤활 성능이 부적절하다면 엔진은 제 성능을 발휘할 수 없을 뿐만 아니라 직접적으로 운행에 지장을 가져온다. 따라서, 윤활유의 상태를 파악하기 위해 특징적인 변수들의 값을 측정하여 교환시기를 판단할 필요가 있다.

본 발명은 윤활유의 상태를 점도계, 수분측정기, pH 미터 등을 이용하여 측정한 후 생성된 자료를 토대로 교환시기를 결정하고 조타실 감시용 모니터에 경보를 발령하며 축적된 데이터를 활용하여 장기적인 엔진상태 예측이 가능하도록 하는데 있다. 이를 달성하기 위하여 측정용 챔버내에 점도계, 온도센서가 내장된 수분측정기, pH 측정용 유리전극 등의 센서류와 측정값을 데이터베이스와 진단 및 제어용 프로그램을 연동시킨 자료 수집기, 그리고 진단 및 제어용 프로그램에 의하여 실행된 판단결과를 출력하는 조타실 감시용 모니터로 구성된다.

도 1 은 선박의 형상과 후미 절단부 명칭

도 2 는 본 발명의 장치 개요도

도 3 은 본 발명에 따른 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템의 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) 선박용 엔진 (2) 프로펠러

(3) 키(rudder) (4) 연돌(funnel)

(5) 조타실 (6)(6') 기름통(oil sump)

(7) 시료채취용 펌프 (10) 측정용 챔버(chamber)

(20) 점도계 (30) 온도센서가 장착된 수분측정기

(40) pH 미터 (50) 점도계용 트랜스미터(transmitter)

(51) 수분측정기용 트랜스미터 (52) pH 미터용 트랜스미터

(60) 멀티 시리얼 포트 (70) 자료 수집기(data logger)

(80) 데이터베이스 (90) 감시용 모니터

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템은 측정용 챔버(10)내에 점도계(20), 온도센서가 내장된 수분측정기(30), 유리전극으로 된 온라인 pH 미터(40)를 설치하여 윤활유의 점도, 수분, pH를 측정하는 단계와, 상기 센서로부터 얻은 신호가 점도, 수분측정기, pH미터용 트랜스 미터(50,51,52)를 통해 전기신호로 변환되는 단계와, 상기 각각의 트랜스미터(50,51,52)에서 변환된 전기신호는 멀티 시리얼 포트(60)를 통과하여 진단 및 제어프로그램과 데이터베이스(80)가 내장된 데이터 수집기(70)에서 디지털 신호로 변환되는 단계와, 상기 데이터 수집기(70)에서 제어 프로그램에 의해 점도, 온도, 수분, pH, pH 값에 상응하는 전산가, 전알칼리가로 변환되어 조타실(5)내 감시용 모니터(90)에 그래프로 가시화 되도록 출력되는 단계와, 상기의 점도, 수분, 전산가, 전알칼리가의 신유대비 변화폭이 설정된 기준영역을 벗어날 경우 경보를 발생하는 단계를 갖는다.

그리고 본 발명 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템은 선박 자체 감시 제어시스템과 연동되고 윤활유 교환시기에 관련된 정보를 위성 등 통신망을 활용하여 이용자에게 전송할 수 있는 시스템과 연계된다.

본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면다음과 같다.

도 1 은 선박의 형상과 후미 절단부 명칭으로서, 선박의 동력원은 엔진(1)이고 동력을 전달하여 추진하는데 프로펠러(2)가 필요하다. 키(3)는 배의 방향을 바꿀 수 있는 장치이고 연돌(4)은 엔진에서 배출된 배가스를 대기오염 규제치 이하로 정화하여 내보내는 통로이다. 조타실(5)은 항해에 필요한 전자동 항법설비(total navigation system), 선박 자체위치 파악장치(position fixing equipment), 속도계(speed log) 등이 운영되고 있다.

도 2 는 본 발명의 장치 개요도로서, 측정용 챔버(10)에서는 엔진 기름통(6)에 있는 기름을 스크루형(screw type) 펌프(7)로 흡인한 후 다시 엔진 기름통(6')으로 압출하며, 윤활유의 성상을 파악하기 위해 센서류를 침지시킨다. 점도 하나만을 변수로 사용할 경우, 수분에 의한 부식과 윤활유의 산성화에 따른 첨가제 성상변화를 예측할 수 없기 때문에 본 발명에서는 이러한 점을 고려하였다. 점도계(20)의 원리는 측정관에 낙하추가 있는데 낙하추를 들어 올린 후 자유낙하하는 시간을 측정함으로써 점도를 측정하는 원리이다. 이 장치는 동력에 따라 공압방식과 전동방식이 있으며 일반적으로 쓰이는 비방폭형과 방폭형이 있으나 방폭형을 선택할 것을 추천한다. 온도센서가 내장된 수분 측정기(30)의 원리는 윤활유중의 비저항을 측정하여 온도와 수분함량을 측정한다. 수분의 절대농도를 적외선 분광광도계(IR, FTIR등)로 측정하는 원리와는 달리 이 장치는 유분중에 포화되어 있는 % 포화농도를 측정한다. 왜냐하면, 윤활유에 있어 몇 ppm의 수분이 존재하느냐 보다 수분이 포화농도에 가까워지면 자유(free) 수분으로 존재하기 때문에 금속과 반응하여 부식이 일어날 수 있는 가능성을 예견하기에는 % 포화농도가 더 합당하기 때문이다. 특히, 윤활 구동부에 구리, 아연 입자와 습도가 동시에 존재할 경우, 윤활유의 수명이 현저히 감소된다. 유리전극을 갖춘 pH 미터(40)는 일반적으로 윤활유의 산에 대한 중화능력을 파악하기 위하여 전산가(TAN, total acid number), 전알칼리가(TBN, total base number)를 측정하고 있으나 실시간으로 측정하는데 어려움이 있어 이를 해결하기 위하여 채택하였다. 유리전극 pH 미터(40)를 이용하여 실린더 오일을 측정한 결과, 9.74로 나타났는데 TBN 값과 pH와의 상관관계를 프로그램에 반영하여 경보발령 여부를 판단한다. 센서로부터 얻은 신호를 받아 점도, 수분측정기, pH 미터용 트랜스미터(50,51,52)에서 4~20㎃로 변환한다. 각각의 트랜스미터에서 발생한 전류는 멀티 시리얼 포트(60)를 통과하여 진단 및 제어프로그램과 데이터베이스(80)가 내장된 데이터 수집기(70)에서 디지털 신호로 변환된다. 데이터 수집기(70)에서는 제어 프로그램에 의하여 점도, 온도, 수분, pH, pH 값에 상응하는 전산가, 전알칼 리가 등으로 변환한 후 조타실(5)내 감시용 모니터(90)에 출력하며, 점도와 수분, 전산가, 전알칼리가의 신유대비 변화폭을 각각 ±20%, 0.2vol.%, 2.0㎎ KOH/g, 2.0㎎ KOH/g 등으로 설정하여 이 영역을 벗어날 경우 경보를 발령한다. 또한, 데이터 수집기(70)는 관계형 데이터베이스(80)를 채용하여 선박 공정제어에 사용되는 분산제어시스템(DCS)이나 감시제어시스템(SCADA)의 하부구조로 편입이 용이할 뿐만 아니라 제어 프로그램과 연동하여 시간별, 일별, 월별, 연별등으로 도표화하여 사용자에게 편의를 제공하고, 이 데이터를 웹기반으로 통신망과 연계하면 해운사별로 선박의 윤활유 교체시기를 결정할 수 있다. 항해장비를갖춘 조타실(5)에서는 감시용 모니터(90)에 나타난 윤활유 상태 정보를 수시로 확인가능하고 제어프로그램에 의하여 판단된 경보를 확인할 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템의 흐름도로서, 점도계(20), 수분측정기(30), pH미터(40)에서 측정된 값들이 각각의 트랜스미터(50,51,52)에 의하여 멀티 시리얼 포트(60)를 통해 자료수집기(70)내 데이터베이스(80)에 저장되면 제어 프로그램에 의하여 점도, 수분함량, pH, 전산가, 전알카리가 등으로 변환되어 조타실(5) 모니터(90)에 표시된다. 또한, 제어 프로그램은 초기 신유대비 설정된 변화폭을 비교하여 제한치 이상으로 나타나면 조타실 모니터(90)에 경보를 발령하고 그렇지 않으면 다시 리턴되는 흐름을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템은 선상에 윤활유 분석 키트를 갖추고 분석을 하기도 하지만 주기적으로 분석하기에 시간이 소요될 뿐만 아니라 자료를 저장하여 원하는 경향을 보기 위해서는 추가적인 노력을 투여하여야 한다. 따라서, 본 발명은 선박용 엔진 윤활유의 상태를 실시간으로 나타내 줄뿐만 아니라 교환시기를 경보해 주기 때문에 다른 시설의 점검에 시간을할애할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 분산제어시스템이나 감시제어시스템과 같은 선박의 공정제어 시스템과 연계가 가능하고, 웹기반으로 통신망과 연계하면 해운사 등 선주 측에서 선박별 윤활유 교체시기를 알 수 있을 뿐만 아니라 교환 스케줄까지 구체적으로 수립할 수 있어 산업발전에 이바지할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims

선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템에 있어서,

측정용 챔버(10)내에 점도계(20), 온도센서가 내장된 수분측정기(30), 유리전극으로 된 온라인 pH 미터(40)를 설치하여 윤활유의 점도, 수분, pH를 측정하는 단계와, 상기 센서로부터 얻은 신호가 점도, 수분측정기, pH미터용 트랜스 미터(50,51,52)를 통해 전기신호로 변환되는 단계와, 상기 각각의 트랜스미터(50,51,52)에서 변환된 전기신호는 멀티 시리얼 포트(60)를 통과하여 진단 및 제어프로그램과 데이터베이스(80)가 내장된 데이터 수집기(70)에서 디지털 신호로 변환되는 단계와, 상기 데이터 수집기(70)에서 제어 프로그램에 의해 점도, 온도, 수분, pH, pH 값에 상응하는 전산가, 전알칼리가로 변환되어 조타실(5)내 감시용 모니터(90)에 그래프로 가시화 되도록 출력되는 단계와, 상기의 점도, 수분, 전산가, 전알칼리가의 신유대비 변화폭이 설정된 기준영역을 벗어날 경우 경보를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템
제 1 항에 있어서,

상기 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템은 선박 자체 감시 제어시스템과 연동되고 윤활유 교환시기에 관련된 정보를 위성 등 통신망을 활용하여 이용자에게전송할 수 있는 시스템과 연계된 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 윤활유 상태 진단시스템