KR20100049146A

KR20100049146A - 수중 세장체 ｖｉｖ하중계수 계측을 위한 가진장치

Info

Publication number: KR20100049146A
Application number: KR1020080108190A
Authority: KR
Inventors: 최종수; 홍섭; 김형우; 여태경; 신승호
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-05-12
Also published as: KR100980698B1

Abstract

본 발명은 라이저(Riser), 텐던(Tendons), 계류(Mooring) 등과 같은 해양세장구조물(이하, 세장체)의 와유기 진동(VIV: Vortex Induced Vibration; 이하, VIV)에 의한 응답 해석기술분야로서, 와류와 세장체의 상호작용에 의해 세장체에 가해지는 하중 측정을 통해 수중 세장체 VIV하중계수를 구하기 위한 가진장치에 관한 것으로, 개략적으로 설명하면 가진장치는 세장체 모델을 등속 직선이동과, 수직왕복 이동과, 등속 직선이동에 수직왕복 이동을 더한 복합운동 등을 수중에서, 또는 수중과 수면위를 교차하면서 실시하고 세장체 모델에 작용되는 하중 측정을 통해 하중계수를 구하여 이를 데이터베이스화하는 수중 세장체 VIV하중계수 추정을 위한 가진장치에 관한 것이다.

한편, 본 발명은 다양한 직경 및 형상의 세장체 모델에 적용할 수 있으며 가진장치를 통해 실험하면 더 많은 데이터가 확보할 수 있고, 이러한 데이터들을 세장체 제작시에 활용하면 세장체 설계시 요구되는 설계하중산출에 대한 유효한 값을 제공할 수 있는 효과가 있다.

와류, 가진장치, VIV, 해양, 세장체

Description

수중 세장체 ＶＩＶ하중계수 계측을 위한 가진장치{Vibration Apparatus}

본 발명은 라이저(Riser), 텐던(Tendons), 계류(Mooring) 등과 같은 해양세장구조물(이하, 세장체)의 와유기 진동(VIV: Vortex Induced Vibration; 이하, VIV)에 의한 응답 해석기술분야로서, 와류와 세장체의 상호작용에 의해 세장체에 가해지는 하중 측정을 통해 수중 세장체 VIV하중계수를 구하기 위한 가진장치에 관한 것으로, 개략적으로 설명하면 가진장치는 세장체 모델을 등속 직선이동과, 등속 수직왕복 이동과, 등속 직선이동에 수직왕복 이동을 더한 복합운동 등을 수중에서, 또는 수중과 수면위를 교차하면서 실시하고 세장체 모델에 작용되는 하중 측정을 통해 하중계수를 구하여, 이를 데이터베이스화하는 수중 세장체 VIV하중계수 추정을 위한 가진장치에 관한 것이다.

근자에 이르러 해양구조물 설치 대상영역의 확대에 따라 세장체형 해양구조물은 갈수록 증가되는 추세이다.

그러나 해양구조물 중 특히나 심해에 설치되는 구조물은 그 특성상 극한적인 해양환경에 노출될 수 밖에 없고, 심해 구조물이 아니더라도 해양구조물은 조석과 파랑 등에 노출이 됨에 따라 와유기진동에 대한 예측이 요구된다.

즉, 극한의 이상 파랑 환경하에 계류되는 해양구조물의 설계에 있어 와유기진동에 의한 계류계의 엄밀한 거동 추정은 계류계의 변형과 피로하중 예측을 위해 중요하기 때문이다.

그러나 2005년 실시한 벤치마크 테스트(Benchmark Test)에 의하면 조류 중에서의 라이저(Riser)변형 해석을 위한 기법 11종을 시험한 결과, 인라인(in-line) 및 크로스 플로우(cross-flow)변형과 곡률의 해석은 각 기법간의 격차가 심하여 아직 신뢰할 만한 수준은 이르지 못하고 있음이 입증됐고, 그 중 엄밀하다는 볼텍스(Vortex) 해석에 의한 CFD 방법은 해석시간에 비해 그 결과가 주는 유효성이 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 극심한 해양 환경 하에서 해양구조물의 안전한 작업성능 확보를 위해서는 VIV(Vortex-Induced Vibration)가 포함된 계류계의 면밀한 분석과 신뢰성 높은 해석기법의 개발이 절실히 요구되고, 이를 위해서는 VIV 하중계수의 추정이 전제되어야 한다.

이러한 VIV 하중계수의 추정은 모형실험을 통한 각 진동 모드의 하중 계측과, 실험조건을 다양하게 구사하여 많은 계측 및 분석을 통한 방대한 양의 DB(Data Base) 구축을 요구하는데 이는 하중계수 추정에 대한 신뢰성 향상과 직결되기 때문이다.

본 발명의 목적은 라이저(Riser), 텐던(Tendons), 계류(Mooring) 등과 같은 해양세장구조물(이하, 세장체)의 와유기 진동(VIV: Vortex Induced Vibration; 이하, VIV)에 의한 응답 해석기술분야에서, 와류와 세장체의 상호작용에 의해 세장체에 가해지는 하중을 측정하기 위하여 세장체 모델의 등속 직선이동, 수직왕복 이동, 등속 직선이동에 수직왕복 이동을 더한 복합운동 등을 수중에서, 또는 수중과 수면위를 교차하면서 실시하여 세장체 모델에 작용되는 하중 측정을 통해 하중계수를 구하여, 이를 데이터베이스화하는 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 추정을 위한 가진장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 등속 회전을 위한 회전모듈과, 상기 회전모듈에 의한 회전력을 수직왕복 이동으로 변환하는 방향전환모듈로 구성되는 가진부와; 상기 가진부를 직선으로 이동시키도록 구성되는 직선이송부와; 상기 방향전환모듈의 하부측에 구비되어 방향전환모듈의 수직왕복 이동과 가진부의 직선 이동과 연동되고, 내측에 세장체 모델을 개재하여 세장체 모델의 IL방향과 CF방향에 작용되는 하중을 계측하는 로드셀과; 상기 로드셀을 침수하는 저수조를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 추정을 위한 가진장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적과 신규한 장점들은 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 에 의해 다루어진다.

본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치에 의하면, 와류와 세장체의 상호작용에 의해 세장체에 가해지는 하중을 측정할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명에 따른 가진장치로 세장체 모델의 등속 직선이동, 등속 수직왕복 이동, 등속 직선이동에 수직왕복 이동을 더한 복합운동 등을 수중에서, 또는 수중과 수면위를 교차하면서 실시하여 세장체 모델에 작용되는 하중 측정을 통해 하중계수를 추정하는 것이다.

또한, 상기와 같은 실험들로 얻어지는 결과값을 데이터베이스화하여 이를 세장체 제작시 활용하면 세장체 설계시 요구되는 설계하중산출에 대한 유효한 값을 제공할 수 있어, 세장체의 설계하중산출 시간이 단축되어 세장체 제작에 따른 생산성을 향상하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들과 관련하여 상세히 설명한다.

본 발명은 가진부와, 직선이송부와, 로드셀(500)과, 저수조(900)를 포함한다.

여기서, 가진부는 회전모듈과 방향전환모듈로 구분된다. 회전모듈은 등속 회전을 위한 구성으로서, 모터(110)와, 상기 모터(110)와 결합되어 모터(110)의 회전 력에 의해 회전되는 회전평판(120)과, 상기 회전평판(120)의 일측에 장착되어 회전평판(120)의 회전과 연동되고 로드셀(500)의 상,하 진폭을 조정하는 진폭조정부와, 상기 진폭조정부의 일측에 고정되어 진폭조정부의 회전과 연동되는 조인트블럭(130)으로 구성된다.

방향전환모듈은 상기 조인트블럭(130)을 수평으로 가이드하여 조인트블럭(130)의 회전을 수직왕복운동으로 변환하는 LM가이드형 조인트프레임(210)과, 상기 조인트프레임(210)의 하부측과 결합되어 조인트프레임(210)의 수직왕복운동과 연동되는 다수개의 수직프레임(221,222,223,224)과, 상기 수직프레임의 하부측에 구비되어 한쌍의 로드셀(500)을 마주하게 장착하는 로드셀결합부로 구성된다.

직선이송부는 평행하게 배치된 한쌍의 레일(410,420)과, 상기 레일(410,420)에 안착되어 레일(410,420)을 따라 안내되도록 양측에 가이드프레임(430)을 구비한 메인프레임(440)과, 상기 메인프레임(440)과 연결되어 메인프레임(440)이 레일(410,420)을 따라 직선이동되도록 구동하는 메인프레임 구동부로 구성된다.

로드셀(500)은 상기 방향전환모듈의 하부측에 구비되어 방향전환모듈의 수직왕복 이동과 가진부의 직선 이동과 연동되고, 내측에 세장체모델(700)을 개재하여 세장체모델(700)의 IL(In-Line; 직선이동)방향과 CF(Cross-Flow; 수직왕복이동)방향에 작용되는 하중을 계측하도록 구성되는 것으로, 이와 같은 로드셀(500)은 봉신로드셀사에서 시판 중인 BXY series의 2축 로드셀을 사용한다.

BXY series의 2축 로드셀은 스트레인 게이지(strain gage)의 측정원리를 이용하는 것으로, 본 발명의 로드셀(500)은 세장체모델과 연결되는 기능과, 로드셀결 합부와 고정되는 기능과, IL방향 하중에 대해 스트레인을 발생하는 기능과, CF방향 하중에 대해 스트레인을 발생하는 기능과, 변형률(strain)을 전기신호로 변환하는 기능 및 전력을 받아 변환된 전기신호를 전달하는 기능을 요구하는데, 상기와 같은 BXY series의 2축 로드셀은 이와 같은 요구사항을 만족한다.

로드셀(500)의 구성으로는 세장체연결부, 프레임고정부, IL방향 하중 계측부, CF방향 하중 계측부, 스트레인 게이지, 커넥터를 포함하는데 이와 같은 구성은 상기 봉신로드셀사의 BXY series의 2축 로드셀의 메뉴얼을 살펴보면 알 수 있는 구성으로 이하 상세한 설명을 생략한다.

저수조(900)는 직선이송부와 가진부와 함께 세장체모델(700)이 해양환경과 유사한 조건을 만족하기 위하여 수중 공간을 제공하는 것이고, 이와 같은 해양환경과 유사한 조건을 만족하기 위한 구성에서 특히, 가진부와 직선이송부는 방향전환모듈의 하부측의 로드셀(500)에 개재된 세장체모델(700)을 저수조(900)의 수중에서 직선 이동시키거나, 수직왕복 이동시키거나, 직선에 수직왕복을 더하여 파형으로 이동시키도록 구성되고,

한편으로는 방향전환모듈의 하부측의 로드셀(500)에 개재된 세장체모델(700)을 저수조(900)의 수중에서 직선 이동시키거나, 수중 또는 수중과 수면위를 교차하면서 수직왕복 이동시키거나, 수중 또는 수중과 수면위를 교차하면서 파형으로 이동시키도록 구성될 수 있다.

이하에서는 이와 같이 구성된 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장 치를 더욱 상세히 설명한다.

직선이송부의 메인프레임(440)은 도 1에 도시한 바와 같이 직사각 형태의 틀인 것으로, 견고한 상태를 유지하기 위해 각 측면에 경사대(441)가 보강된 구조이고, 레일(410,420)은 도 1 및 도 12에 도시한 바와 같이 상부 양측에 길이방향으로 요홈(421,422)을 형성한 구성되며, 가이드프레임(430)은 레일(410,420)의 상부와 밀착되고 레일(410,420)에 형성된 요홈(421,422)과 대응되는 돌출부(431,432)를 형성하여 메인프레임(440)의 양측 하단에 고정된다.

메인프레임 구동부는 비록 도시되지는 않았지만 상기 메인프레임(440)과 연결되어 메인프레임(440)이 레일(410,420)을 따라 직선이동되도록 구동하는 구성으로서, 메인프레임(440)의 상부측 모서리 부분에 마련된 연결고리를 메인프레임(440)의 이동방향으로 구분한뒤 양측에 와이어 등으로 연결하여 윈치(winch)와 같은 구성을 두개 구비하여 윈치로 와이어를 감았다 풀었다를 수행하면 직선이동을 구사할 수 있을 것이고, 한편으로는 메인프레임(440)의 일측에 유압, 또는 에어실린더를 연결하여 직선 이동시키도록 구성할 수도 있을 것이다.

한편, 이와 같은 구성에서 레일(410,420)과 가이드프레임(430)은 메인프레임(440)이 레일(410,420)에서 이탈하는 것을 방지 및 메인프레임(440)의 직선이동을 위한 것이나, 메인프레임(440)의 레일(410,420) 이탈 방지를 위한 여타 다른 구성을 적용해도 무방함으로 본 발명은 이에 한정하지 않는다.

가진부의 회전모듈의 모터(110)는 상기 메인프레임(440)의 상부 일측에 고정 되고 회전력을 발생한다. 회전평판(120)은 도 1에 도시한 바와 같이 원형평판과 원형평판의 중심에서 외향되게 연장되는 축으로 구성되고, 상기 축은 모터(110)와 연결되어 모터(110)의 회전력을 원형평판에 전달함으로써 이루어진다.

여기서, 모터(110)는 등속의 회전속도를 이루도록 도 6에 도시한 바와 같이 주파수 조정 인버터(170)을 구비하여 인버터(170)의 제어를 받아 등속 회전을 가능하게 할 수 있다.

진폭조정부는 상기 회전평판(120)의 일측에 장착되어 회전평판(120)의 회전과 연동되고 로드셀(500)의 상,하 진폭을 조정하는 구성으로, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 회전평판(120)의 일측에 장착되며 양측에 다수개의 고정공(141)을 형성한 진폭조절프레임(142)과, 상기 진폭조절프레임(142)의 상,하부 및 회전평판(120)의 일측에 고정되는 한쌍의 고정프레임(143,144)과, 상기 고정프레임(143,144)의 사이에 구비되며 외주면은 나사산이 형성되고, 일측은 상기 고정프레임(144)에 고정되어 회전되며, 타측은 조절부를 형성한 가이드봉(145)과, 상기 진폭조절프레임(142)에 안내되고, 가이드봉(145)의 외주면에 형성된 나사산에 의해 가이드봉(145)을 회전시키면 진폭조절프레임(142)의 상,하부로 이동되며 일측은 조인트블럭(130)을 관통하여 연결되는 고정블럭(146)을 포함한다.

진폭조정부의 주요기능은 방향조절모듈의 수직왕복이동 간격(진폭)을 조절하는 것으로, 고정블럭(146)은 상부에서 하부로 관통되며 내주면에 암나사산을 형성한 홀이 형성되어 있고, 가이드봉(145)의 외주면에 숫나사산이 형성되어 있으므로 상기 고정블럭(146)의 홀과 가이드봉(145)의 외주면을 결합하여 가이드봉(145)을 회전시키면 고정블럭(146)의 가이드봉(145) 및 진폭조절프레임(142)에 안내되어 진폭조절이 용이하게 이루어진다. 또한, 가이드봉(145)에 의해 고정블럭(146)이 진폭조절프레임(142)의 길이방향 중 어느 한지점에 고정되면 이를 더욱 견고히 고정할 목적으로 진폭조절프레임(142)의 양측에는 고정공(141)이 형성되고, 고정블럭(146)의 일측 또한 홀(146d)이 형성된다. 따라서 볼트를 상기 홀(146d)에 삽입하여 진폭조절프레임(142)의 고정공(141)에 결합하면 고정블럭(146)은 진폭조절프레임(142)에 더욱 견고히 고정된다.

한편, 진폭조정부는 로드셀(500)의 진폭조정을 정밀하게 조정하도록 도 7에 도시한 바와 같이 회전평판(120)의 일측에 진폭조절프레임(142)과 평행하도록 배치한 눈금자(151)와, 상기 고정블럭(146)의 일측에 구비되어 눈금자(151)를 지시하는 핀(152)을 더 구비할 수 있다.

또한, 진폭조정부는 진폭조절프레임(142)에서 고정블럭(146)의 위치변경시 고정블럭(146)이 진폭조절프레임(142)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 도 9에 도시한 바와 같이 진폭조절프레임(142)의 장방향의 양측은 요홈(142a,142b)을 형성하고, 고정블럭(146)은 상기 요홈(142a,142b)과 대응되는 돌출부(146b,146c)를 형성하는 것이 바람직하다.

조인트블럭(130)은 도 7에 도시한 바와 같은 형상이고 상기 진폭조정부의 고정블럭(146)의 회전과 연동된다.

가진부의 방향전환모듈의 조인트프레임(210)은 도 7에 은선으로 도시한 바와 같은 형상이고, 상기 조인트블럭(130)을 수평으로 가이드함으로써 조인트블럭(130)의 회전을 수직왕복운동으로 변환하는 LM가이드형의 구조이다.

이와 같은 조인트프레임(210)은 조인트블럭(130)을 LM가이드형으로 가이드하도록 수평으로 형성된 가이드부(1가이드부(211), 2가이드부(212))와 가이드부의 하부측, 또는 도 7에 도시한 바와 같이 1가이드부(211)와 2가이드부(212)의 사이에 형성된 장홀(213)을 포함하여 구성된다.

수직프레임(221,222,223,224)은 도 1에 도시한 바와 같이 다수개로 구비되고 상기 조인트프레임(210)의 하부측과 결합되어 조인트프레임(210)의 수직왕복운동과 연동되는 구성이고, 로드셀결합부는 상기 수직프레임(210)의 하부측에 구비되어 한쌍의 로드셀(500)을 마주하게 장착하는 구성이다.

여기서, 상기 조인트프레임(210)의 하부측과 결합되어 조인트프레임(210)의 수직왕복운동과 연동되는 다수개의 수직프레임(221,222,223,224)은 파이프형으로서 메인프레임(400)의 양측에 한 쌍으로 평행하게 각각 배치하여 입설되고, 상기 로드셀결합부는 도 11에 도시한 바와 같이 상기 한쌍으로 이루어진 수직프레임의 각각의 하부측에 로드셀(500)의 상부측을 고정하는 로드셀고정부(231,232)와, 상기 로드셀고정부(231,232)에 고정된 로드셀(500)의 측면을 커버하여 고정하는 로드셀브라켓(233,234)으로 구성될 수 있다.

여기서, 로드셀고정부(231,232)와 로드셀브라켓(233,234)에 로드셀(500)을 결합하는 방법은 도 10에 개략적으로 도시하였다.

한편, 방향전환모듈이 이와 같은 구성으로 이루어짐에 따라 메인프레임(440) 은 수직프레임(221,222,223,224)의 수직왕복에 따른 자체 진동이 로드셀(500)에 전달되는 것으로부터 최소화하기 위해 도 1에 도시한 바와 같이 메인프레임(400)의 상부로 돌출되는 부싱형조인트(451,452,453,454)를 형성할 수 있다.

또한, 방향전환모듈은 도 5에 도시한 바와 같이 저수조(900)에 침수되는 수직프레임의 하부측과, 로드셀(500)이 수중에서 상,하 및 직선운동을 함에 따라 발생되는 자체 진동을 로드셀(500)에 전달되는 것으로부터 최소화하기 위하여 수중에 침수되는 수직프레임의 하부측과 로드셀(500) 및 로드셀결합부를 커버하는 덮개(600)를 더 구비할 수 있다.

여기서, 덮개(600)는 수중에 침수되는 수직프레임의 하부측과 로드셀(500) 및 로드셀결합부를 커버하는 몸체(601)와, 세장체모델(700)이 상,하 이동되도록 상기 몸체(601)의 내측에 형성되는 이송홈(602)과, 상기 몸체(601)의 외측에 구비되며 로드셀(500)의 유지보수를 용이하도록 분리 가능하게 구성한 평판(603)을 포함하여 구성되며, 부가적인 구성인 봉형핀(604)은 몸체(601)의 하부측이 개방된 구조이기 때문에 수축되는 현상을 보강하고자 도 12와 같이 몸체(601)의 하부측에 등간격으로 배치되어 설치되는 구성이고, 지지대(605)는 실험도중 한쌍의 덮개(601)의 사이가 벌어지거나 좁혀지는 현상으로 인한 불필요한 진동이 로드셀(500)에 적용되는 것을 최소화하기 위해 덮개(601) 사이를 견고하게 보강하기 위한 구성이다.

이하에서는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 동작관계를 설명한다.

도 1은 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치(이하, 가진장치)의 실험초기상태의 기준이고, 도 2 내지 도 3은 가진장치 가동에 의한 변화된 상태다.

즉, 도 1의 회전모듈이 회전되면 방향전환모듈은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 상태변화를 보이고, 도 1의 직선이송부가 구동되면 회전모듈과 방향전환모듈이 도 4와 같은 상태변화를 보인다.

이와 같은 상태변화를 이용하면 예컨대, 세장체모델(700)의 IL방향과, CF방향에 작용되는 하중을 계측할 수 있고, 더불어 직선이동 및 수직왕복이동을 동시에 적용하면 파형에 의한 세장체모델(700)에 작용되는 하중을 계측할 수 있는데,

구체적으로 수직왕복이동은, 로드셀(500)에 세장체모델(700)을 결합하고 모터(110)를 구동하면 회전평판(120)이 회전된다. 그러면 이와 연동되는 진폭조절프레임(142)과 고정블럭(146)이 회전되고, 고정블럭에 연결된 조인트블럭(130)이 이와 연동되어 조인트프레임(210)의 가이드부의 안내에 따라 수평으로 이송됨으로써 조인트프레임(210)을 상,하 운동으로 변환함으로써 이루어진다.

따라서, 조인트프레임(210)과 연결된 수직프레임이 수직왕복이동을 하며 수직프레임의 하측에 연결된 로드셀(500)이 연동하여 세장체모델(700)이 수직왕복이동하는 것이다.

직선이동은 일예로 메인프레임(440)의 상부측 모서리 부분에 마련된 연결고리를 메인프레임(440)의 이동방향으로 구분한뒤 양측에 와이어 등으로 연결하여 윈치(winch)와 같은 구성을 두개 구비하여 윈치로 와이어를 감았다 풀었다를 수행하면 직선이동을 구사할 수 있다.

또는, 메인프레임(440)의 일측에 유압, 또는 에어실린더를 연결하여 구동하면 직선 이동할 수 있다.

이와 같이 직선이동과 수직왕복이동을 각각 실행하여 이에 따라 세장체모델(700)에 작용되는 하중 및 직선왕봉이동과 수직왕복이동을 동시에 실행함으로써 얻어지는 파형에 의한 세장체모델(700)에 작용되는 하중도 계측할 수 있다.

한편, 수직왕복이동의 왕복간격은 진폭조정부에 의해 조정가능하고, 직선이동 간격은 메인프레임 구동부에 의해 실시가능하다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 일예를 나타낸 도면이고,

도 2 내지 도 4는 상기 도 1의 동작관계를 나타낸 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 다른예를 나타낸 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 또 다른예를 나타낸 도면이고,

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 회전모듈과 방향전환모듈의 주요부 동작관계를 나타낸 도면이고,

도 9는 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 구성 중 회전모듈의 주요부 평면도이고,

도 10은 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 로드셀결합부와 로드셀의 결합관계를 나타낸 도면이고,

도 11은 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 구성 중 레일과 가이드프레임의 연결관계를 나타낸 도면이고,

도 12는 본 발명에 따른 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치의 구성 중 덮개의 구성을 확대한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 모터 120: 회전평판

130: 조인트블럭 141: 고정공

142: 진폭조절프레임 143,144: 고정프레임

145: 가이드봉 146: 고정블럭

151: 눈금자 152: 핀

170: 인버터 210: 조인트프레임

213 :장홀 221,222,223,224: 수직프레임

410,420: 레일 430: 가이드프레임

440: 메인프레임 441: 경사대

451,452,453,454: 부싱형조인트

600: 덮개 601: 몸체

602: 이송홈 603: 평판

500: 로드셀 700: 세장체모델

900: 저수조

Claims

등속 회전을 위한 회전모듈과, 상기 회전모듈에 의한 회전력을 수직왕복 이동으로 변환하는 방향전환모듈로 구성되는 가진부와;

상기 가진부를 직선운동시키도록 구성되는 직선이송부와;

상기 방향전환모듈의 하부측에 구비되어 방향전환모듈의 수직왕복 이동과 가진부의 직선이동과 연동되고, 내측에 세장체모델(700)을 개재하여 세장체모델(700)의 IL방향과 CF방향에 작용되는 하중을 계측하는 로드셀(500)과;

상기 로드셀(500)을 침수하는 저수조(900);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 1항에 있어서,

상기 가진부와 직선이송부는 방향전환모듈의 하부측의 로드셀(500)에 개재된 세장체모델(700)을 저수조(900)의 수중에서 직선이동시키거나, 수직왕복 이동시키거나, 직선에 수직왕복을 더하여 파형으로 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 1항에 있어서,

상기 가진부와 직선이송부는 방향전환모듈의 하부측의 로드셀(500)에 개재된 세장체모델(700)을 저수조(900)의 수중에서 직선이동시키거나, 수중 또는 수중과 수면위를 교차하면서 수직왕복 이동시키거나, 수중 또는 수중과 수면위를 교차하면서 파형으로 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 1항에 있어서,

상기 직선이송부는 평행하게 배치된 한쌍의 레일(410,420)과, 상기 레일(410,420)에 안착되어 레일(410,420)을 따라 안내되도록 양측에 가이드프레임(430)을 구비한 메인프레임(440)과, 상기 메인프레임(440)과 연결되어 메인프레임(440)이 레일(410,420)을 따라 직선이동되도록 구동하는 메인프레임 구동부로 구성되고,

상기 가진부는 메인 프레임(440)의 상부 일측에 구비되는 모터(110)와, 상기 모터(110)와 결합되어 모터(110)의 회전력에 의해 회전되는 회전평판(120)과, 상기 회전평판(120)의 일측에 장착되어 회전평판(120)의 회전과 연동되고 로드셀(500)의 상,하 진폭을 조정하는 진폭조정부와, 상기 진폭조정부의 일측에 고정되어 진폭조정부의 회전과 연동되는 조인트블럭(130)으로 구성되는 회전모듈과;

상기 조인트블럭(130)을 수평으로 가이드하여 조인트블럭(130)의 회전을 수직왕복운동으로 변환하는 LM가이드형 조인트프레임(210)과, 상기 조인트프레임(210)의 하부측과 결합되어 조인트프레임(210)의 수직왕복운동과 연동되는 다수개의 수직프레임(221,222,223,224)과, 상기 수직프레임의 하부측에 구비되어 한쌍 의 로드셀(500)을 마주하게 장착하는 로드셀결합부로 구성되는 방향전환모듈;

로 구성하는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 4항에 있어서,

상기 레일(410,420)은 상부 양측에 길이방향으로 요홈(421,422)을 형성하고,

상기 가이드프레임(430)은 레일(410,420)의 상부와 밀착되고 레일(410,420)에 형성된 요홈(421,422)과 대응되는 돌출부(431,432)를 형성하여,

메인프레임(440)의 레일(410,420) 이탈방지 및 레일에(410,420)에 안내되도록 형성한 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 4항에 있어서,

상기 진폭조정부는 회전평판(120)의 일측에 장착되며 양측에 다수개의 고정공(141)을 형성한 진폭조절프레임(142)과;

상기 진폭조절프레임(142)의 상,하부 및 회전평판(120)의 일측에 고정되는 한쌍의 고정프레임(143,144)과;

상기 고정프레임(143,144)의 사이에 구비되며 외주면은 나사산이 형성되고, 일측은 상기 고정프레임(144)에 고정되어 회전되며, 타측은 조절부를 형성한 가이드봉(145)과;

상기 진폭조절프레임(142)에 안내되고, 가이드봉(145)의 외주면에 형성된 나 사산에 의해 가이드봉(145)을 회전시키면 진폭조절프레임(142)의 상,하부로 이동되며 일측은 상기 조인트블럭(130)을 관통하여 연결되는 고정블럭(146);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 6항에 있어서,

상기 진폭조정부는 로드셀(500)의 진폭조정을 정밀하게 조정하도록 회전평판(120)의 일측에 진폭조절프레임(142)과 평행하도록 배치한 눈금자(151)와, 상기 고정블럭(146)의 일측에 구비되어 눈금자(151)를 지시하는 핀(152)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 6항에 있어서,

상기 진폭조정부는 진폭조절프레임(142)에서 고정블럭(146)의 위치변경시 고정블럭(146)이 진폭조절프레임(142)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 진폭조절프레임(142)의 장방향의 양측은 요홈(142a,142b)을 형성하고, 고정블럭(146)은 상기 요홈(142a,142b)과 대응되는 돌출부(146b,146c)를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 4항에 있어서,

상기 조인트프레임(210)의 하부측과 결합되어 조인트프레임(210)의 수직왕복 운동과 연동되는 다수개의 수직프레임(221,222,223,224)은 파이프형으로서 메인프레임(440)의 양측에 한 쌍으로 평행하게 각각 배치하여 입설되고,

상기 로드셀결합부는 상기 한쌍으로 이루어진 수직프레임의 각각의 하부측에 로드셀(500)의 상부측을 고정하는 로드셀고정부와(231,232) 상기 로드셀고정부(231,232)에 고정되어 로드셀(500)의 측면을 커버하는 로드셀브라켓(233,234)으로 구성하여,

로드셀(500)을 수직왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 9항에 있어서,

상기 메인프레임(440)은 수직프레임(221,222,223,224)의 수직왕복에 따른 수직프레임의 자체 진동이 로드셀(500)에 전달되는 것으로부터 최소화하기 위하여 메인프레임(440)의 상부로 돌출되는 부싱형조인트(451,452,453,454)를 형성하여 수직프레임을 입설한 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 9항에 있어서,

상기 방향전환모듈은 저수조(900)에 침수되는 수직프레임의 하부측과, 로드셀(500)이 수중에서 상,하 및 직선운동을 함에 따라 발생되는 자체 진동을 로드셀(500)에 전달되는 것으로부터 최소화하기 위하여 수중에 침수되는 수직프레임의 하부측과 로드셀(500) 및 로드셀결합부를 커버하는 덮개(600)를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.
제 11항에 있어서,

상기 덮개(600)는 수중에 침수되는 수직프레임의 하부측과 로드셀(500) 및 로드셀결합부를 커버하는 몸체(601)와;

상기 몸체(601)의 내측에 세장체모델(700)이 상,하 이동되도록 형성되는 이송홈(602)과;

상기 몸체(601)의 외측에 구비되며 로드셀(500)의 유지보수를 용이하도록 분리 가능하게 구성한 평판(603);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 세장체 VIV하중계수 계측을 위한 가진장치.