KR20130005065A - 자동위상 추적 시스템 - Google Patents

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KR20130005065A
KR20130005065A KR1020110066419A KR20110066419A KR20130005065A KR 20130005065 A KR20130005065 A KR 20130005065A KR 1020110066419 A KR1020110066419 A KR 1020110066419A KR 20110066419 A KR20110066419 A KR 20110066419A KR 20130005065 A KR20130005065 A KR 20130005065A
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서윤호
김성훈
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현대중공업 주식회사
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
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Abstract

실시예들 중에서, 자동위상 추적방법은 제1 작동위상에서 발란서를 가진하는 1차 가진단계, 상기 1차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제1 측정단계, 상기 제1 작동위상과 다른 제2 작동위상에서 발란서를 가진하는 2차 가진단계, 상기 2차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제2 측정단계, 상기 제1 측정단계의 진동레벨과 응답위상 및 상기 제2 측정단계에서의 진동레벨과 응답위상을 이용하여 최적의 작동위상을 산출하는 최적위상특정단계를 포함하여 구성된다. 일 실시예에 따른 자동위상 추적장치는 발란서 동작에 필요한 위상을 최소한의 오차로 단시간에 측정할 수 있다.

Description

자동위상 추적 시스템{AUTOMATIC PHASE TRACKING SYSTEM}
개시된 기술은 자동위상 추적 시스템에 관한 것으로, 특히 선박의 진동저감을 위한 고차발란스용 자동위상 추적 시스템에 관한 것이다.
고차발란서는 선박 등에 적용되어 엔진 또는 프로펠러 등과 같은 기진원에서 발생되는 진동을 상쇄시켜 주는 장치를 말한다. 고차발란서는 일정한 무게의 불평형 질량을 특정의 주파수가 발생되도록 회전시켜서 기진원에서 발생되어 거주구 등에 전달되는 진동을 저감시켜 줌으로써 승선감을 향상시켜준다. 고차발란서에서 발생되는 진동 주파수는 구조물에 전달되는 진동에 대응되어야 하기 때문에 상기 고차발란서를 적정의 작동위상으로 가동하기 전에 먼저 기진원 또는 설치장소 등에 전달되는 진동위상을 산출하여 특정하는 공정이 선행되어야 한다.
종래에는 고차발란서의 작동위상을 특정하기 위하여 시행착오법이 사용되었다. 시행착오법은 선박의 거주구 등에 고차발란서를 설치한 후에 주기관의 회전수에 대응하는 임의의 작동위상으로 상기 고차발란서를 작동시켜 진동위상을 측정하고, 상기 고차발란서의 작동위상을 일정수치만큼 변화를 주어 다시 진동위상을 측정하는 과정을 반복하여 최적의 진동위상을 특정하는 방법이다. 그러나 시행착오법에 의할 경우에 최적의 진동위상을 정확하게 산출하는 것이 어려울 뿐만 아니라 작업자의 숙련도에 따라 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이와 관련된 종래 기술은 한국 등록특허 10-0182082에 개시되어 있다.
본 출원은 최소한의 오차로 발란서 동작에 필요한 위상을 단시간에 측정할 수 있는 기술을 제공한다.
실시예들 중에서, 자동위상 추적방법은 제1 작동위상에서 발란서를 가진하는 1차 가진단계, 상기 1차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제1 측정단계, 상기 제1 작동위상과 다른 제2 작동위상에서 발란서를 가진하는 2차 가진단계, 상기 2차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제2 측정단계, 상기 제1 측정단계의 진동레벨과 응답위상 및 상기 제2 측정단계에서의 진동레벨과 응답위상을 이용하여 최적의 작동위상을 산출하는 최적위상특정단계를 포함하여 구성된다.
본 출원의 개시된 기술은 발란서 동작에 필요한 위상을 최소한의 오차로 단시간에 측정할 수 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자동위상추적방법을 나타내는 순서도.
도 2는 도 1에 도시된 최적위상특정단계를 나타내는 순서도.
도 3은 자동위상추적장치를 이용하여 위상추적을 하는 일례를 나타내는 도면.
도 4는 개시된 기술에 따른 자동위상추적장치를 나타내는 도면.
본 출원에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 외 구성요소는 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어있는 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자동위상추적방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1에 도시된 최적위상특정단계를 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자동위상 추적방법은 제1 작동위상에서 발란서를 가진하는 1차 가진단계(S10), 제1 작동위상에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제1 측정단계(S20), 제2 작동위상에서 발란서를 가진하는 2차 가진단계(S30), 제2 작동위상에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제2 측정단계(S40), 제1 측정단계(S20) 및 제2 측정단계(S40)에서 측정된 수치를 이용하여 최적의 작동위상을 산출하는 최적위상특정단계(S50)를 포함하여 구성된다.
1차 가진단계(S10)는 제1 작동위상에서 발란서를 가진 한다. 이때 제1 작동위상은 특정의 작동위상이 아니라 작업자에 의하여 선택된 임의의 작동위상이 될 수 있다. 제1 측정단계(S20)는 1차 가진단계(S10)에서 발란서가 작동중인 상태에서의 진동레벨과 응답위상을 측정한다. 제1 작동위상에서 측정된 진동레벨과 응답위상은 선박의 엔진 등에 의하여 선박 등과 같은 구조물에 전달되는 진동주파수(이하 '고유진동'이라 함)에 따라 특정의 진동레벨과 응답위상을 갖는다. 즉, 제1 작동위상에서 측정된 진동레벨은 반드시 고유진동보다 작아지는 것은 아니며 경우에 따라서는 공진현상에 의하여 진동레벨이 더 커질 수도 있으며, 고유진동이 가진된 주파수와 상쇄되어 진동레벨이 더 작아질 수도 있다.
2차 가진단계(S30)는 제2 작동위상에서 발란서를 작동시켜 가진 한다. 제2 작동위상은 제1 작동위상에서 소정의 각도로 변경된 임이의 작동위상을 말하며 반드시 특정의 작동위상으로 한정되는 것이 아니다. 일 예로 제2 작동위상은 제1 작동위상에 대하여 20 ~ 40 도 변경된 값을 가질 수 있다. 제2 측정단계(S40)는 2차 가진단계(S30)에서의, 진동레벨과 응답위상을 측정하는 것을 말한다. 이때 제2 측정단계(S40)에서 측정된 진동레벨과 응답위상은 제1 측정단계(S20)에서 측정된 진동레벨과 응답위상과는 다른 값을 가지게 될 수 있다. 제2 측정단계(S40)에서 측정된 진동레벨과 응답위상은 제1 측정단계(S20)에서 측정된 진동레벨보다 커거나 작은 값을 가질 수 있다.
최적위상특정단계(S50)는 제1 측정단계(S20)의 진동레벨과 응답위상 및 제2 측정단계(S40)에서의 진동레벨과 응답위상을 이용하여 고유진동을 최소화할 수 있는 특정의 작동위상을 산출한다. 최적위상특정단계(S50)는 제1 측정단계(S20) 및 제2 측정단계(S40)에서 각각 측정된 진동레벨과 응답위상을 증폭하는 신호증폭단계(S53)와, 상기 증폭된 1차 가진단계(S10)에서의 진동레벨과 응답위상 및 2차 가진단계(S30)에서의 진동레벨과 응답위상을 각각 디지털신호로 변환하는 신호변환단계(S55) 및 상기 변환된 디지털신호를 이용하여 최적의 위상을 산출하기 위한 연산단계(S57)로 구성될 수 있다.
도 3은 자동위상추적장치를 이용하여 위상추적을 하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 3를 참조하여 자동위상추적장치의 실시예를 설명하며, 임의의 조건하에서 발란서의 작동위상을 50도로 설정하고 작동시켰을 경우 진동레벨과 응답위상이 10mm/s와 30도로 측정되고, 발란서 작동위상을 80도로 설정하고 작동시켰을 경우 진동레벨과 응답위상이 5mm/s와 66도로 측정되었을 경우 2회의 진동측정 결과는 도 3과 같이 응답을 벡터로 나타낼 수 있다. 이때 두 점(초록색, 노란색)을 통과하는 원은 두 개가 존재할 수 있지만 +위상변화가 시계방향이라고 정의될 때 이를 만족시키는 원은 도면에 도시된 바와 같은 한 개의 원이 존재하게 된다. 원의 중심에 해당하는 벡터값은 기진원에 의해서만 발생되는 거주구 진동 응답 벡터를 나타내고 흰색 원은 발란서 작동위상에 따라 기진원과 발란서에 의한 거주구 진동 응답을 나타내는 것이다. 따라서 원 위의 한 점 중에 원점인 (0,0)과 거리가 가장 가까운 벡터가 발란서 작동시 진동응답을 최대로 줄일 수 있는 지점이며 이로부터 발란서 최적 작동위상을 계산할 수 있다.
자동위상추적법에 대한 수식을 전개하면 다음과 같다.
발란서가 선박 거주구에 설치되어 거주구와 주기관에 진동을 발생시킬 수 있을 때의 진동계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
이때 거주구와 주기관의 진동응답식은 [수학식 2]와 같다.
Figure pat00002
여기서 vd는 거주구(deck house, D/H)의 속도, ve는 엔진(M/E)의 속도, Fd는 거주구에서의 거주구에서의 힘, Fe는 엔진에서의 힘, Hij는 엔진과 거주구 사이의 전달함수(FRF)를 나타낸다.
주기관이 작동되고 발란서가 특정 위상조건(B1)으로 작동될 때 거주구와 주기관의 기진력 및 응답은 [수학식 3]으로 나타낼 수 있고,
Figure pat00003
위상조건(B2)로 발란서가 작동될 때는 [수학식 4]와 같은 식으로 기술될 수 있다.
Figure pat00004
식 (3.A)-(4.A)로부터 [수학식 5]가 도출되고,
Figure pat00005
식 (3.B)-(4.B)로 부터 [수학식 6]이 도출된다.
Figure pat00006
[수학식 2]에서 거주구 응답이 0이 되는 발란서 작동조건(크기 및 작동위상)을 Fx라고 할 때 [수학식 7]로 나타낼 수 있다. [수학식 5,6,7]로부터 [수학식 8]이 도출된다.
Figure pat00007
Figure pat00008
수학식 (3.A)+(4.A)계산결과는 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
[수학식 9]와 [수학식 5]로부터 M/E 기진력을 나타내는 [수학식 10]을 도출할 수 있다.
Figure pat00010
[수학식 8]과 [수학식 10]로 부터 발란서의 최적의 힘 크기와 작동위상을 나타내는 [수학식 11]을 도출할 수 있다. [수학식 11]은 발란서가 2회 작동되거나 발란서가 작동되지 않은 상태에서의 거주구 진동측정과 발란서가 1회 작동되었을 경우의 진동측정이 수행된 경우에 최적의 발란서 작동조건인 작동위상과 힘의 크기를 계산할 수 있다. 이때 Fx 의 위상은 최적의 동작위상을 나타내며 1/Fx은 현재의 발란서 설정 힘과 최적 힘간의 비율을 나타낸다.
Figure pat00011
M/E 기진력에 의한 거주구 진동은 M/E 기진력과 전달함수의 곱으로 [수학식 12]로 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
그리고 [수학식 6], [수학식 10], [수학식 12]로부터 [수학식 13]이 도출되며, [수학식 13]으로부터 M/E 기진력에 의한 거주구 진동 크기를 구할 수 있다.
Figure pat00013
도 4는 개시된 기술에 따른 자동위상추적장치를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 자동위상추적장치는 발란서(50), 가속도센서(10), 디스플레이장치(30) 및 제어부(70)를 포함하여 구성되며, 상기 제어부(70)는 신호증폭기(73), 신호변환기(75) 및 연산장치(77)를 포함하여 구성된다.
발란서(50)는 불균형질량추를 이용하여 진동을 발생시키는 공지의 구성요소로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 가속도센서(10)는 발란서(50)가 임의의 작동위상에서 발진된 상태에서의 진동응답을 측정하는 장치이고, 제어부(70)는 상기 발란서(50)가 작동되는 임의의 두 위상에서 측정된 진동레벨과 응답위상을 기초로 최적위상을 산출한다. 디스플레이장치(30)는 입력된 데이터 또는 최적의 위상을 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 제어부(70)를 구성하는 신호증폭기(73)는 가속도센서(10)를 통하여 측정된 진동응답신호를 증폭하고, 신호변환기(75)는 신호증폭기(73)를 통하여 증폭된 신호를 디지털신호로 변환하며, 연상장치(77)는 신호변환기를 통하여 디지털신호로 변환된 데이터를 기초로 최적위상을 산출한다. 최적위상의 산출방법에 대해서는 전술하여 설명하였으므로 생략한다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분양의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 가속도센서
30: 디스플레이장치
50: 발란서
70: 제어부

Claims (6)

  1. 제1 작동위상에서 발란서를 가진하는 1차 가진단계;
    상기 1차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제1 측정단계;
    상기 제1 작동위상과 다른 제2 작동위상에서 발란서를 가진하는 2차 가진단계;
    상기 2차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 측정하는 제2 측정단계;
    상기 제1 측정단계의 진동레벨과 응답위상 및 상기 제2 측정단계에서의 진동레벨과 응답위상을 이용하여 최적의 작동위상을 산출하는 최적위상특정단계를 포함하여 구성되는 자동위상 추적방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최적위상특정단계는,
    상기 제1 측정단계 및 상기 제2 측정단계에서 각각 측정된 진동레벨과 응답위상을 증폭하는 증폭단계;
    상기 증폭된 1차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상 및 2차 가진단계에서의 진동레벨과 응답위상을 각각 디지털신호를 변환하는 신호변환단계; 및
    상기 변환된 디지털신호를 이용하여 최적의 위상을 산출하기 위한 연산단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동위상 추적방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 자동위상 추적방법은,
    상기 산출된 최적의 작동위상을 기초로 고차 발란서를 동작시키는 동작단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동위상 추적방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 작동위상은,
    상기 제1 작동위상에 대하여 20 ~ 40 도 변경된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 자동위상 추적방법.
  5. 발란서;
    상기 발란서가 임의의 위상에서 발진된 상태에서 진동응답을 측정하는 가속도센서;
    상기 발란서를 작동시키고, 상기 발란서가 작동되는 임이의 두 위상에서 측정된 진동레벨과 응답위상을 기초로 최적위상을 산출하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동위상 추적장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 가속도센서를 통하여 측정된 진동응답 신호를 증폭하는 신호증폭기;
    상기 증폭된 진동응답을 디지털신호를 변환하는 신호변환기; 및
    상기 변환된 진동응답신호를 이용하여 최적위상을 산출하는 연산장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동위상 추적장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023022458A1 (ko) * 2021-08-20 2023-02-23 이동원 진동 감쇄기를 구비한 선박

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