KR20060022368A - 선박엔진의 축 비틀림 진동 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 구동축과 종동축이 서로 결합된 선박엔진의 축계장치에 있어서 상기 구동축과 종동축 사이에 영구자석으로 구성된 완충커플링을 설치함과 동시에 구동축과 종동축의 외측에 일정간격을 두고 전자석을 설치하되, 비틀림 진동 분석 테이터 따라 전자석의 자력을 제어하여 상기 전자석과 고정자석인 완충커플링의 상호 자기력 작용에 의해 축계장치의 비틀림과 진동을 억제하여 최소화함으로서 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로 파괴를 억제함에 따른 선박의 추진력 상실을 방지하고, 이에 따라 인명 및 경제적 손실을 예방할 수 있는 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 축계장치에 부착되어 상기 축계장치에서 발생하는 비틀림 진동을 감지하여 이에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출부에서 발생된 상기 전기적신호를 미리 결정된 설정값을 기초로 비교.평가하여 비틀림 진동 분석정보를 발생시키는 제어부와, 상기 제어부에서 발생된 비틀림 진동 분석정보를 사용자에게 디스플레이하는 판넬부로 이루어진 비틀림 진동 감시시스템이 구비되고, 중앙부에 형성된 축공에 구동 및 종동축이 연결되는 보스부의 외측에는 다수의 걸림돌기가 일정 간격으로 돌출되어 서로 맞물려 결합되는 구동 및 종동커플링과, 상기 구동 및 종동커플링 사이에 완충커플링이 설치되는 선박엔진용 축계장치를 구비한 것에 있어서, 상기 완충커플링은 전체가 영구자석으로 형성되고, 상기 구동커플링과 종동커플링 및 완충커플링으로 이루어지는 축계장치의 외측 둘레에는 일정 간격을 두고 지지대에 의해 고정되는 전자석이 설치되고, 상기 비틀림 진동 감시시스템의 제어부에는 비틀림과 진동 정도에 따라 상기 전자석에 공급되는 전류값이 테이블화되어 저장되고, 상기 제어부에서 측정된 비틀림 진동에 비례하여 테이블화된 전류 값을 상기 전자석에 공급하여 상기 영구자석인 완충커플링 사이에 발생되는 인력 또는 반발력으로 비틀림 진동을 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.

선박, 엔진, 축, 축계장치, 비틀림, 진동, 전자석, 영구자석

Description

선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치{A device for controlling torsional vibration of a shafting for a marine engine}

도 1a는 종래 비틀림 진동 감시시스템에 있어 축계장치와 조합된 검출부의 배치상태도.

도 1b는 종래 비틀림 진동 감시시스템에 있어 진동 및 위상검출기의 구성도.

도 2는 종래 비틀림 진동 감시시스템에 있어 제어부 및 판넬부의 블록도.

도 3은 종래 비틀림 진동 감시시스템에 있어 판넬부의 외관도.

도 4는 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 제어부 및 판넬부의 블록도.

도 5의 (가), (나)는 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 제어부의 데이터 메모리에 저장된 제어전류값 테이블도.

도 6은 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 축계장치의 분해사시도.

도 7은 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 축계장치의 결합사시도.

도 8a는 도 7의 종단면도.

도 8b는 도 8a의 A-A선 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

8: 제어부 9: 판넬부

10: 축계장치 11: 진동치차

12: 위상 치차 13: 검출부

14: 진동검출기 15: 위상검출기

16: 액정 표시 장치 40: 신호조정기

41: 프로그램 논리 소자 42: 디지털신호 처리소자

43,44: 데이터 메모리 45: 디지털-아날로그 신호변환기

46: 릴레이 서킷 50: 전류공급부

81:구동커플링 82,88,99: 축공

84,94:걸림돌기 85,89,93:보스부

86:완충커플링 91:종동커플링

96:종동축 97: 전자석

95:구동축 98:지지대

본 발명은 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 구동축과 종동축이 서로 결합된 선박 엔진의 축계장치에 있어서 상기 구동축과 종동축 사이에 영구자석으로 구성된 완충커플링을 설치함과 동시에 구동축과 종동축의 외측에 일정간격을 두고 전자석을 설치하되, 비틀림 진동 분석 테이터 따라 전자석의 자력을 제어하여 상기 전자석과 고정자석인 완충커플링의 상호 자기력 작용에 의해 축계장치의 비틀림과 진동을 억제하여 최소화함으로서 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로 파괴를 억제함에 따른 선박의 추진력 상실을 방지하고, 이에 따라 인명 및 경제적 손실을 예방할 수 있는 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 동력 전달 축계장치, 예를 들면 디젤 엔진을 동력원으로 하는 선박용 추진축계 또는 증기터빈을 동력원으로 하는 발전설비의 구동축계는 전달 토크의 맥동, 축계장치의 고유진동 등에 의하여 필연적으로 비틀림 진동이 발생하며, 그 발생량은 계측위치, 운전속도, 부하조건, 관련부품의 성능에 따라 변하게 된다.

이러한 비틀림 진동이 과대하게 발생하면 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로 파괴를 유발하게 되므로 축계장치에서 발생하는 비틀림 진동상태는 지속적으로 감시되어야 하며, 선박의 추진축계 등에서 축계장치의 손상 및 파손은 선박의 추진력 상실을 초래하여 인명 및 경제적 손실이 막대하므로 일부 선박 안전 규정에서는 비틀림 진동 관련 부품인 비틀림 진동댐퍼, 탄성 커플링 등의 성능 유지상태에 대한 감시를 강제 사항으로 규정하고 있다.

따라서 축계장치의 손상방지 또는 손상부품의 최소화와 함께 축계장치의 가동율을 높이기 위하여 축계장치에서 발생하는 비틀림 진동 상태를 지속적으로 감시 및 분석하여 이상 진동이 발생할 경우 경보를 발령하고, 이상 진동 원인 등의 정보를 운전자에게 신속하게 제공과 동시에 비틀림 진동을 방지할 수 있는 시스템이 필요하다.

또한, 비틀림 진동은 통상적으로 각도 또는 각속도의 변화량으로 계측되어지나, 축계장치의 특성에 따라 작은 각속도 진동량이라도 축계장치를 손상시킬 수도 있고, 높은 각속도 진동량이라도 축계장치의 안전성에 문제가 없을 수도 있다.

이것은 축계장치에 따라 규격, 관련 부품의 기계적 특징등이 다르기 때문이며, 이러한 축계장치의 특성을 파악하기 위하여는 전산 프로그램에 의하여 축계장치에 대한 시스템 해석을 행하여 판단하여야 한다.

그러나 이러한 시스템 해석을 수행하기 위해서는 비틀림 진동 댐퍼, 피스톤, 크랭크축, 탄성 커플링, 프로펠러 등의 진동 특성 관련 값인 탄성계수(k), 감쇠계수(c), 관성질량(m) 등을 정확히 알아야 하고, 고급의 전산 프로그램과 숙련된 기술자를 필요로 하게 된다.

종래에도 이러한 비틀림 진동 계측을 위한 장치들이 있었으나, 1회성의 단순 계측 및 분석에 의한 축계장치의 설계 및 제작 결과 검증에 그쳤으며, 축계장치 관련 기능부품, 예를 들면 비틀림 진동 댐퍼, 탄성 커플링 등의 손상, 마모 등에 의한 기능 저하시 점검이 곤란하였고, 축계장치의 구조적인 문제로 검출기의 취부 및 형식의 선택에 제약이 있었으며, 예방 정비제도 도입을 위한 경향 분석 및 그에 대한 자료 축적 불가능 등의 문제가 여전히 존재하였다.

또한, 종래에는 계측 및 분석결과 판정을 위하여 축계장치에 대한 시스템 해석이 필요하고, 해석 결과와 계측결과 편차 발생시 판정기준이 모호하며, 관련 부품들의 특성인자, 즉 탄성계수(k), 감쇠계수(c), 관성질량(m) 등을 알 수 없을 경우 해석이 불가능하였다.

상기의 문제점을 극복하기 위해 대한민국 등록실용신안 제 29208호(등록일자:2002년12월10일)에서는 비틀림 진동 감시시스템이 제안되였으며, 이는 축계장치의 비틀림 진동상태를 지속적으로 감시하여 기능품의 성능저하, 관련부품의 손상 등 이상 발생시 시각적, 청각적 신호의 경보를 발생하고 운전자에게 이상 원인 정보를 시각적으로 보여주도록 하고 있다.

즉, 종래 등록실용신안 제 29208호의 비틀림 진동 감시시스템은 도 1a에 도시되며 축계장치(10)에 부착되어 상기 축계장치(10)에서 발생하는 비틀림 진동을 감지하여 이에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 검출부(13)와, 도 2에 도시되며 상기 검출부(13)에서 발생된 상기 전기적신호를 미리 결정된 설정값을 기초로 비교.평가하여 비틀림 진동 분석정보를 발생시키는 제어부(8)와, 도 3에 도시되며 상기 제어부(8)에서 발생된 비틀림 진동 분석정보를 사용자에게 디스플레이하는 판넬부(9)로 구성된다.

상기 검출부(13)는 도 1a에 도시된 바와같이 진동치차(11), 위상치차(12), 진동검출기(14) 및 위상검출기(15)를 포함하며, 상기 검출부(13)에서 출력되는 전기적신호는 펄스파이고, 상기 비틀림 진동은 상기 펄스파에서 펄스 간격의 변화로 표현된다.

상기 축계장치(10)에서 비틀림 진동이 발생하면 축계장치(10)의 각도 또는 각속도는 비틀림 진동량에 비례하여 각도 또는 각속도 변화가 일어나며, 이때 도 1a에서 보는 바와같이 축계장치(10)의 회전축 외주면에 치차(11,12) 등을 부착하고 검출기(14,15)를 이용하여 발생되는 펄스의 간격을 계측하여 보면, 비틀림 진동이 발생하지 않으면 펄스의 간격이 일정하고, 비틀림 진동이 발생하면 비틀림 진동량에 비례하여 펄스 간격이 변화됨으로써 펄스 간격의 변화량을 계산하면 비틀림 진동량을 알 수 있도록 되어 있다.

상기 진동치차(11)는 복수의 돌출부 또는 슬릿을 등간격으로 가지는 원판 형상일 수 있고 축계장치(10)의 1회전마다 복수의 펄스를 발생시키며, 상기 위상치차(12)는 진동치차(11)와 유사한 돌출부 또는 슬릿이 1개가 있어 축계장치(10)의 1회전 마다 1회의 펄스만을 발생시킨다.

상기 진동검출기(14)는 진동치차(11)와 조를 이루어 진동치차(11) 돌출부 또는 슬릿의 검출기 통과 여부에 따라 진동치차(11)에서 발생한 기계적인 펄스신호를 전기적인 펄스신호로 변환하여 제어부(8)로 전송하며, 상기 위상검출기(15)는 위상 치차(12)와 조를 이루어 위상치차(12) 돌출부 또는 슬릿의 검출기 통과 여부에 따라 위상치차(12)에서 발생한 기계적인 펄스신호를 전기적인 펄스신호로 변환하여 제어부(8)로 전송한다.

도 1b는 종래 비틀림 진동 감시시스템에 있어 진동 및 위상검출기(14)(15)로 사용된 유도형 검출기의 내부 구조 및 외형을 도시한 것으로서, 케이스(71) 내부에 자석(73)과 코일(72)이 내장되어 있고 이들 사이에 에폭시(74) 수지를 충진하여 견고하게 고정되는 일반적인 구성을 이루고 있다.

이러한 구조의 진동 및 위상검출기(14)(15)의 작동원리는 검출기 끝단에 자성체가 통과하면 코일(72)에 기전력이 발생하고 자성체가 없으면 기전력이 소멸되는 작용이 반복되어 복수개의 돌출부가 연속적으로 통과하면 출력신호는 연속된 파형의 신호를 출력하게 되며, 이때 출력된 신호는 자체 기전력이 미약하여 검출기와 신호처리기 사이에 잡음이 혼입될 우려가 있으므로, 신호증폭 및 변환기(75)를 내장하여 불완전한 형태의 신호를 수정하고 출력전압도 수 볼트 정도로 증폭하여 출력한다.

상기 제어부(8)는 도 2에 도시된 바와같이 검출부(13)에서 출력된 신호에서 잡음을 제거하여 유효신호를 추출하고 상기 검출부(13)와 제어부(8) 사이를 전기적으로 독립시키는 신호조정기(40)와, 상기 신호조정기(40)로부터의 상기 유효신호를 프로그래밍된 알고리즘에 따라 미리 결정된 설정값을 기초로 하여 비교.분석하는 디지털신호 처리소자(42)와, 상기 유효신호 및 설정값 또는 이에 의한 비교.분석 데이터를 저장하고 필요에 따라 상기 디지털신호 처리소자(42)에 공급하기 위한 데이터 메모리(43,44)와, 상기 신호조정기(40) 및 디지털신호 처리소자(42) 그리고 데이터 메모리(43,44) 등을 제어하며 시스템의 입출력을 제어하는 프로그램 논리소자(41)와 상기 제어부(8)의 상황에 따라 직류, 교류, 또는 직류와 교류 모두의 형태로 전원을 공급하는 전원공급장치(47)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 신호조정기(40)는 검출부(13)에서 발생한 펄스를 수신하여 주변 장치에서 발생한 전기적 기계적 잡음 등을 제거하여 유효신호를 추출하고, 검출부(13)와 제어부(8) 사이를 전기적으로 절연시켜 독립회로를 구성하고, 출력신호의 형상을 교정하는 등 신호분석이 용이하도록 조정하는 기능을 한다.

상기 프로그램 논리소자(41)는 시스템의 전반적인 입출력 흐름을 제어하며, 신호조정기(40)에서 입력된 신로를 조정하고, 사용자의 입력스위치(20~24)에 의한 조정 또는 통신에 의한 외부 컴퓨터 등의 외부장비의 입력조건에 따라 디지털신호 처리소자(42), 저장장치, 액정표시장치(16), 릴레이 서킷(46) 등을 조정하고 제어하는 기능을 한다.

상기 디지털신호 처리소자(42)는 시스템의 핵심장치로 프로그램된 알고리즘에 따라 비틀림 진동신호를 분석하고 비교.평가하는 한편, 프로그램 논리소자(41)에서 입력된 펄스신호는 치차(11,12)의 구조적 가공오차 또는 검출부(13) 진동 등의 원인으로 펄스신호의 왜곡이 발생할 수 있으며, 이러한 것들은 정상 진동신호로 오인되어 신호 분석 결과에 영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 요인을 제거하는 기능을 포함한다.

상기 디지털신호 처리소자(42)에는 사용자에게 유용한 비틀림 진동 분석정보를 제공하기 위하여 계측된 비틀림 진동신호를 시간축 그래프, 차수축 그래프, 속도축 그래프 등 선택적으로 분석할 수 있고 신호 처리 결과와 설정된 경보발생, 기준값 등을 비교.분석하여 기준치 초과시 경보신호를 발생하는 등의 형태로 사용자에게 제공된다.

이러한 비교.분석을 위한 데이터는 환경 설정값으로서 사용자에 의하여 입력 및 변경될 수 있고, 예를 들면 축계장치(10) 1회전당 비틀림 진동 입력 펄스의 수, 위상 검출 펄스의 발생 위치(각도), 경보발생을 위한 기준값 등을 포함한다.

상기 데이터 메모리(43,44)는 디지털신호 처리소자(42) 및 프로그램 관리소자가 처리한 데이터를 저장하고 필요에 따라 이들에게 공급하며, 외부 장치와의 연결을 위한 통신포트(26,27)를 구비할 수 있고, 이 경우에는 디지털-아날로그 신호변환기(45) 또는 릴레이 서킷(46)도 추가적으로 포함 할 수 있다.

상기 릴레이 서킷(46)은 디지털신호 처리소자(42)에서 환경 설정값을 기초로 계측된 비틀림 진동 신호를 비교 분석한 후의 데이터 즉, 비틀림 진동 분석정보에 따라 이를 외부 장비를 통해 사용자에게 알려주기 위해 외부 장비를 구동시키는 기능을 한다.

예를 들면 계측된 비틀림 진동량(비틀림 진동신호)이 미리 결정된 경보발생 기준값(환경 설정값)을 초과하는 경우에는 디지털신호 처리소자(42)에서는 릴레이 서킷(46)을 구동시키기 위한 구동신호를 발생시키고 이에 의해 릴레이 서킷(46)은 외부장비를 스위칭-온시켜 외부장비, 예를 들면 경광등, 사이렌의 알람이 작동하거나 중앙신호 처리장치 등에 경보 신호가 전달되게 된다.

도 3은 종래 비틀림 진동 감시시스템에 있어 검출부(13)와 연결된 판넬부(9) 외관의 정면도로서, 외부에서 사용자가 상기 시스템을 조정하고 운전하기 위한 입력스위치(20~24)와, 상기 제어부(8)에서 출력된 상기 비틀림 진동 분석정보를 사용자에 디스플레이하기 위한 액정표시장치(16)와, 상기 비틀림 진동 분석정보에 따른 경보발생시 발광되어 이를 사용자에게 알려주기 위한 발광표시소자(17~19)를 포함하고 있다.

상기 액정표시장치(16)는 시스템의 조정상태, 비틀림 진동 분석정보, 경보 발생 상황 및 이상 진동 원인을 사용자에게 디스플레이하며 이러한 정보들은 그래프 또는 문자의 형태로 표시된다.

상기 발광표시소자(17~19)는 전원상태, 경보발생 상태 등의 정보를 액정 표시장치(16)와 함께 보조적으로 표시하고, 입력스위치(20~24)는 사용자가 환경 설정값을 입력하거나 시스템 조정상태를 조정하는 등 시스템을 제어하는데 사용되는 일반적인 키를 포함하며, 예를 들면 화살표 키, 확인 키(ack key), 엔터 키, 모드 키 등을 포함한다. 이러한 판넬부(9)는 제어부(8)와 함께 이들을 지지하고 보호하는 케이스(71) 내부에 위치하며, 이러한 케이스(71)에는 검출부(13), 외부장비 등으로의 신호 입출력을 위한 단자대를 포함한다.

이와 같은 종래 비틀림 진동 감시시스템은 축계장치(10)에서 발생하는 비틀림 진동을 용이하게 지속적으로 감시하며, 이상 진동이 발생할 경우 운전자에게 이에 대한 비틀림 진동 분석정보를 제공하여 운전자로 하여금 신속한 대책을 수립할 수 있도록 하고 있으나, 실질적으로 축계장치(10)에서 비틀림 진동이 발생할 경우 이를 억제하거나 보정하여 주지는 못함으로써 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로 파괴를 유발하게 되어 선박의 추진력 상실을 초래함에 따라 인명 및 경제적 손실은 여전히 발생되고 있는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로써 구동축과 종동축이 서로 결합된 축계장치에 있어서, 상기 구동축과 종동축 사이에 영구자석으로 구성된 완충커플링을 설치함과 동시에 구동축과 종동축의 외측에 일정간격을 두고 전자석을 설치하되, 전술한 비틀림 진동 감시시스템의 비틀림 진동 분석정보에 따라 전자석의 자력을 제어하여 상기 전자석과 완충커플링의 상호 자기력 작용에 의해 축계장치의 비틀림과 진동을 억제하여 최소화함으로서 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로 파괴를 억제함에 따른 선박의 추진력 상실을 방지하고, 이에 따라 인명 및 경제적 손실을 예방할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 축계장치에 부착되어 상기 축계장치에서 발생하는 비틀림 진동을 감지하여 이에 대응하는 전기적신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출부에서 발생된 상기 전기적신호를 미리 결정된 설정값을 기초로 비교.평가하여 비틀림 진동 분석정보를 발생시키는 제어부와, 상기 제어부에서 발생된 비틀림 진동 분석정보를 사용자에게 디스플레이하는 판넬부로 이루어진 비틀림 진동 감시시스템이 구비되고, 중앙부에 형성된 축공에 구동 및 종동축이 연결되는 보스부의 외측에는 다수의 걸림돌기가 일정 간격으로 돌출되어 서로 맞물려 결합되는 구동 및 종동커플링과, 상기 구동 및 종동커플링 사이에 완충커플링이 설치되는 선박엔진용 축계장치를 구비한 것에 있어서, 상기 완충커플링은 전체가 영구자석으로 형성되고, 상기 구동커플링과 종동커플링 및 완충커플링으로 이루어지는 축계장치의 외측 둘레에는 일정 간격을 두고 지지대에 의해 고정되는 전자석이 설치되고, 상기 비틀림 진동 감시시스템의 제어부에는 비틀림과 진동 정도에 따라 상기 전자석에 공급되는 전류값이 테이블화되어 저장되고, 상기 제어부에서 측정된 비틀림 진동에 비례하여 테이블화된 전류 값을 상기 전자석에 공급하여 상기 영구자석인 완충커플링 사이에 발생되는 인력 또는 반발력으로 비틀림 진동을 제어하도록 하는 것에 특징이 있다.

이하 첨부된 도 4 내지 도 8b에 의해 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 제어부 및 판넬부의 블록도로서, 상기 제어부(8)는 도 2에 도시되어 있는 전술한 종래 비틀림 진동 감시시스템과 같이 검출부(13)에서 출력된 신호에서 잡음을 제거하여 유효신호를 추출하고 상기 검출부(13)와 제어부(8) 사이를 전기적으로 독립시키는 신호조정기(40)와, 상기 신호조정기(40)로부터의 상기 유효신호를 프로그래밍된 알고리즘에 따라 미리 결정된 설정값을 기초로 하여 비교.분석하는 디지털신호 처리소자(42)와, 상기 유효신호 및 설정값 또는 이에 의한 비교.분석 데이터를 저장하고 필요에 따라 상기 디지털신호 처리소자(42)에 공급하기 위한 데이터 메모리(43,44)와, 상기 신호조정기(40) 및 디지털신호 처리소자(42) 그리고 데이터 메모리(43,44) 등을 제어하며 시스템의 입출력을 제어하는 프로그램 논리소자(41)와, 상기 제어부(8)의 상황에 따라 직.교류의 형태로 전원을 공급하는 전원공급장치(47)와, 상기 프로그램 논리소자(41)의 출력단에는 비틀림 진동 정도에 따라 전자석(97)에 공급되는 전류를 증감시키는 전류공급부(50)를 포함하고 있다.

도 5의 (가), (나)는 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 제어부(8)의 데이터 메모리(43,44)에 저장된 데이터 테이블도로서, 비틀림과 진동 정도에 따라 전자석(97)에 공급되는 전류값이 테이블화 되어 있으며, 제어부(8)의 프로그램 논리소자(41)에서는 측정된 비틀림 진동값에 비례하는 전류값을 데이터 메모리(43,44)로부터 읽어들여 전류공급부(50)를 통해 전자석(97)의 자력세기를 조절하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 축계장치의 분해사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 축계장치의 결합사시도이며, 도 8a는 도 7의 종단면도이고, 도 8b은 도 8a의 A-A선 단면도이다.

즉, 중앙부에 형성된 축공(82)에 구동축(95)이 연결되는 보스부(85)의 외측에는 다수의 걸림돌기(84)가 일정 간격으로 돌출된 구동커플링(81)이 구비되고, 상기 구동커플링(81)의 반대편에는 중앙부에 형성된 축공(99)에 종동축(96)이 연결되는 보스부(93)의 외측에는 다수의 걸림돌기(94)가 일정 간격으로 돌출된 종동커플링(91)이 각각 구비된다.

상기 구동커플링(81)과 종동커플링(91)은 동일한 형상으로 서로 맞물려 결합되도록 형성되어 있으며, 구동커플링(81)와 종동커플링(91)이 서로 맞물려 결합될 경우 걸림돌기(84)(94) 사이에는 일정한 간격의 공간부가 형성된다.

상기 구동커플링(81)과 종동커플링(91)이 서로 맞물려 결합될 경우 형성되는 공간부에는 돌기부(90)를 동반한 보스부(89) 전체가 영구자석으로 형성된 완충커플링(86)이 억지 끼움되어 설치된다.

상기 구동커플링(81)와 종동커플링(91) 및 완충커플링(86)으로 이루어지는 축계장치(10)의 외측에는 일정 간격을 두고 지지대(98)에 고정되는 전자석(97)이 설치되어 있으며, 상기 전자석(97)에는 도 4에 도시된 바와 같이 전류공급부(50)를 통해 제어부(8)의 프로그램 논리소자(41)의 출력단에 연결되어 있다.

여기서 미설명부호 83, 87, 92는 구동커플링(81)과 종동커플링(91) 및 완충커플링(86)의 서로 일치시켜 결합할 수 있는 키홈이며, 미설명부호 100은 상기 키홈에 삽입되는 키(Key)이다.

상기 전자석(97)은 보빈에 코일이 감겨져 있는 일반적인 전자석이므로 상세한 구조의 도시는 생략한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치에 있어 축계장치(10)의 조립과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5 내지 도 8b에서와 같이 구동커플링(81)와 종동커플링(91)의 일측에 구동축(95) 및 종동축(96)을 결합 고정시킨 상태에서 키(100)를 키홈(83)(87) (92)에 유입시켜 구동커플링(81)와 종동커플링(91) 및 완충커플링(86)을 서로 억지 끼움으로 결합시키게 되면 도 7에서와 같이 영구자석인 완충커플링(86)의 돌기부(90)가 표면으로 노출되는 상태가 된다.

이러한 상태에서 구동커플링(81)와 종동커플링(91) 및 완충커플링(86)으로 이루어지는 축계장치(10)의 외측에 일정 간격을 두고 지지대(98)를 사용하여 전자석(97)을 설치한 후, 상기 전자석(97)에 제어부(8)의 전류공급부(50)를 연결함으로써 설치를 완료하게 된다.

이와 같이 조립이 완료된 상태에서 본 발명에 따른 선박엔진용 비틀림 진동 제어장치의 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1a 내지 도 3에서와 이미 설명한 바와 같이 비틀림 진동 감시 시스템에 전원을 공급하면 전원발광 표시소자(17)가 점등되고 액정표시장치(16)는 중요한 시스템의 조정상태를 순차적으로 보여준 후 운전 대기 상태에 있는다.

이때, 축계장치(10)가 기동하여 검출부(13)에서 신호가 감지되고, 축의 회전 속도가 이미 설정된 속도에 도달하거나, 또는 운전 영역이내에서 회전 중이면 시스템은 정상 운전상태로 되어 액정표시장치(16)는 속도 그래프와 함께 현재의 비틀림 진동량, 경보 발생 설정값 및 회전 속도 등의 기본적인 정보가 표시되고 전원발광 표시소자(17)만 점등된 상태를 유지한다.

상기 정상 운전상태에서 비틀림 진동량이 변화하거나 또는 회전 속도가 변화하면 액정표시장치(16)의 내용이 변동되어 표시되며, 비틀림 진동량이 경보발생 설정값을 초과하면 즉시 액정표시장치(16)에 경보표시를 점멸하고, 동시에 진동 경고 알람발광 표시소자(18)가 점등된다.

상기 과정에서 시간 지연 설정값 이내에 비틀림 진동량이 감소하여 경보 발생 설정값 이내를 유지하면 경보 상태는 해제되고 액정표시장치(16) 및 진동 경고 알람발광 표시소자(18)는 정상 운전상태를 유지하며 경보용 릴레이 서킷(46)은 작동하지 않는다. 그러나 경보발령 사태가 시간 지연 설정값 이상으로 지속되면 경보용 릴레이 서킷(46)이 작동하여 운전자에게 경보를 전달하고, 이러한 상황에서 운전자가 경보상황을 인지하고 확인(ack) 입력스위치(24)를 누르기 전까지는 진동량 감소의 여부와 관련 없이 경보용 릴레이 서킷(46)은 작동상태를 유지한다.

또한, 디젤 엔진 등을 포함한 축계장치(10)에서 일부 실린더의 착화 실패 현상이 발생할 경우에는 이를 감지하여 액정표시장치(16)에 경보표시 점멸과 동시에 착화실패(misfire) 알람발광 표시소자(19)가 점등되며, 경보 발생/해제 조건은 상기 진동량 초과 경보발생 내용과 같다.

한편, 축계장치(10)의 1회전당 비틀림 진동 입력 펄스의 수, 위상 검출 펄스의 발생 위치(각도) 등을 검출하여 비틀림 진동량이 변화하거나 또는 회전속도가 변화하면 제어부(8)의 프로그램 논리소자(41)는 현 시점의 비틀림 진동값과 도 5의 (가), (나)에 도시된 데이터 메모리(43,44)에 저장된 데이터 테이블을 서로 비교 분석하여 데이터 메모리(43,44)에 저장된 가장 근접한 값을 찾아 그에 비례하는 전류를 전류공급부(50)를 통하여 전자석(97)에 공급하게 된다.

이때, 상기 전자석(97)에 전류가 공급되면 자석의 성질을 띄게되어 영구자석인 완충커플링(86)과 인력 또는 반발력이 작용하게 되며, 이때 전자석(97)과 영구자석인 완충커플링(86) 사이에 발생되는 인력 또는 반발력은 축계장치(10)의 외주면에 균일하게 작용됨으로써 전달 토크의 맥동, 축계장치의 고유진동 등에 의하여 필연적으로 발생되는 비틀림 진동을 제어하게 되는 것이다.

따라서, 축계장치(10)의 비틀림 진동이 크면 클수록 프로그램 논리소자(41)에서는 데이터 메모리(43,44)에 저장된 테이블값에 의해 전자석(97)에 더 많은 전류를 공급하여 축계장치(10)의 외주면에 가해지는 자력의 세기를 증대시킴으로써 비틀림 진동을 효과적으로 제어할 수 있는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 구동축과 종동축이 서로 결합된 축계장치에 있어서 상기 구동축과 종동축 사이에 영구자석으로 구성된 완충커플링을 설치함과 동시에 구동축과 종동축의 외측에 일정 간격을 두고 전자석을 설치하되, 전술한 비틀림 진동 감시시스템의 비틀림 진동 분석정보에 따라 전자석의 자력을 제어하여 상기 전자석과 완충커플링의 상호 자기력 작용에 의해 축계장치의 비틀림과 진동을 억제하여 최소화함으로서 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로 파괴를 억제함에 따른 선박의 추진력 상실을 방지하고, 이에 따라 인명 및 경제적 손실을 예방할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 축계장치(10)에 부착되어 상기 축계장치(10)에서 발생하는 비틀림 진동을 감지하여 이에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 검출부(13)와, 상기 검출부(13)에서 발생된 상기 전기적신호를 미리 결정된 설정값을 기초로 비교.평가하여 비틀림 진동 분석정보를 발생시키는 제어부(8)와, 상기 제어부(8)에서 발생된 비틀림 진동 분석정보를 사용자에게 디스플레이하는 판넬부(9)로 이루어진 비틀림 진동 감시시스템이 구비되고,

   중앙부에 형성된 축공(82)(99)에 구동 및 종동축(95)(96)이 연결되는 보스부(85)(93)의 외측에는 다수의 걸림돌기(84)(94)가 일정 간격으로 돌출되어 서로 맞물려 결합되는 구동 및 종동커플링(81)(91)과, 상기 구동 및 종동커플링(81)(91) 사이에 완충커플링(86)이 설치되는 선박엔진용 축계장치(10)에 있어서,

   상기 완충커플링(86)은 전체가 영구자석으로 형성되고,

   상기 구동커플링(81)과 종동커플링(91) 및 완충커플링(86)으로 이루어지는 축계장치(10)의 외측 둘레에는 일정 간격을 두고 지지대(98)에 의해 고정되는 전자석(97)이 설치되고,

   상기 비틀림 진동 감시시스템의 제어부(8)에는 비틀림과 진동 정도에 따라 상기 전자석(97)에 공급되는 전류값이 테이블화되어 저장되고,

   상기 제어부(8)에서 측정된 비틀림 진동값에 비례하여 테이블화된 전류값을 상기 전자석(97)에 공급하여 상기 영구자석인 완충커플링(86) 사이에 발생되는 인력 또는 반발력으로 비틀림 진동을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 선박엔진용 축계장치의 비틀림 진동 제어장치.

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