KR20160099334A - Active vibration control apparatus with adjustable excitation force mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 능동형 진동 제어장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적재 조건에 연동하는 부하상태에 대응하여 선박의 거주구에 대한 진동응답을 감소시키는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an active vibration control device, and more particularly, to an active vibration control device capable of adjusting an excitation force in response to a load condition linked to a loading condition to reduce a vibration response of a ship.
선박의 진동 기준치가 컴포트 클래스(Comfort Class) 등이 적용됨에 따라 매우 엄격해지고 있다. 이에 선박의 거주구에 진동이 발생할 경우 일반적으로 능동형 진동 제어장치를 설치하게 된다. 통상 능동형 진동 제어장치는 회전 불평형력을 이용하여 기진력을 상쇄시키는 원리를 적용한다. The ship's vibration standard has become very strict due to the application of the Comfort Class. Therefore, when vibration occurs in the residence of a ship, an active vibration control device is generally installed. Normally, the active vibration control system applies the principle of canceling the excitation force by using the rotation unbalance force.
엔진의 경우 기진력이 일정하나 프로펠러의 경우 적재 하중에 따라 흘수가 변하며 이에 따라 변동압력이 달라지고 이에 따라 기진력이 달라진다. 즉, 만재흘수(Full load)와 밸러스트(Ballast) 상태에 따라 기진력의 차이가 2배가 나며, 이에 따라 진동응답도 2배 이상으로 발생되어 거주구로 전달된다. 통상 선박은 만재흘수와 밸러스트 운항을 반복하므로 매번 가진력 조정이 필요하다. 그럼에도 현재 상용되는 능동형 진동제어기의 경우 가진력 조절이 불가능하거나, 한번 가진력을 조절을 하면 이후 변경시키기 어려운 단점을 보인다.In case of engine, propulsion force is constant, but propeller changes draft according to loading load, so fluctuating pressure is changed and propulsion force is changed accordingly. That is, the difference in excitation force is doubled depending on the full load and the ballast state, so that the vibration response is generated more than twice as much and is transmitted to the residence. Normally, the ship is required to adjust the excitation force each time because it repeats the load draft and the ballast operation. Nevertheless, it is impossible to adjust the excitation force in the currently used active vibration controller or it is difficult to change it after adjusting the excitation force once.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0182082호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1342573호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.Korean Priority Patent No. 0182082 (Prior Art 1) and Korean Patent Registration No. 1342573 (Prior Art 2) are known as prior art documents which can be referred to in this connection.
선행문헌 1은 선박용 진동제어 방법과 장치로서, 전기신호를 증폭시키는 신호증폭기와 이 신호를 읽는 아날로그/디지탈 신호변환기와 디지탈신호를 읽는 디지탈 입력기판, 입력된 신호를 인지하여 가진기 제어에 필요한 물리량을 연산하는 중앙연산처리장치 등으로 구성된다. 이에 진동상쇄를 위한 가진기의 최적 제어위상을 유지하여 선체구조의 진동을 제거하는 효과를 기대한다.A prior art document 1 is a method and apparatus for controlling a vibration of a ship, comprising a signal amplifier for amplifying an electrical signal, an analog / digital signal converter for reading the signal, a digital input board for reading a digital signal, And the like. Therefore, it is expected that the vibration structure of hull structure will be eliminated by maintaining the optimal control phase of the vibrator for vibration cancellation.
선행문헌 2는 본체와; 상기 본체에 회전 가능하게 설치된 회전축과; 상기 회전축에 편심되게 결합되어 회전축을 중심으로 회전하면서 편하중을 발생시키는 편심질량체와; 상기 회전축에 고정되어 회전축 및 편심질량체와 함께 회전하는 원판형으로 된 플라이휠과; 상기 회전축을 회전시키는 구동유닛; 등으로 구성된다. 이에 편심 질량체의 회전을 정확하고 용이하게 제어하는 효과를 기대한다.The prior art document 2 includes a main body; A rotating shaft rotatably installed in the main body; An eccentric mass body eccentrically coupled to the rotary shaft and generating an offset load while rotating around a rotary shaft; A flywheel fixed to the rotating shaft and rotating together with the rotating shaft and the eccentric mass; A driving unit for rotating the rotating shaft; . Therefore, the effect of accurately and easily controlling the rotation of the eccentric mass is expected.
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 만재흘수와 밸러스트 운항을 반복하는 조건을 지닌 선박에 적용할 때 가진력 조절 범위를 벗어나기 쉽기 때문에 거주구 등에 대한 진동 상쇄에 한계성을 보인다.However, according to the above-mentioned prior art, when applied to a ship having a condition that the load draft and the ballast operation are repeated, it is easy to deviate from the adjustment range of the excitation force.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 만재흘수와 밸러스트의 교번하는 적재 조건에 연동하도록 선박의 부하상태에 대응한 가진력 조절이 용이하여 선박의 거주구에 대한 진동응답 감소상태를 유지하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a vibration damping system for a ship, And to provide an active vibration control device capable of adjusting the excitation force.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기진원을 탑재한 대상체에서 진동을 감쇠하는 장치에 있어서: 상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트의 각도를 변동하는 진동보상기; 상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 능동가진기; 및 상기 능동가진기의 공동으로 유동되는 유체의 양을 변동하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for attenuating vibrations in a target object mounted with a vibrating source, the apparatus comprising: a vibration compensator for varying the angle of the weight corresponding to the vibrations of the vibrating source; An active vibrator for changing a weight of the weight in accordance with a load state of the object; And control means for varying the amount of fluid flowing in the cavity of the active vibrator.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기는 중공축관 상에 웨이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.In a detailed configuration of the present invention, the active vibrator is characterized by having a weight on a hollow shaft tube.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기의 유체는 물 또는 그 이상의 비중을 지닌 액체를 기반으로 하고, 상기 액체보다 동등 이상의 비중을 지닌 금속 구체를 선택적으로 혼용하는 것을 특징으로 한다.According to a further embodiment of the present invention, the fluid of the active vibrator is based on a liquid having a specific gravity of water or higher, and selectively mixes the metal spheres having a specific gravity equal to or higher than that of the liquid.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 상기 대상체의 부하상태를 검출하는 부하센서, 능동가진기로 유체의 양방향 이송을 수행하는 펌프, 능동가진기의 유체의 양을 검출하는 액량센서, 설정된 알고리즘에 의하여 펌프를 가동하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the detailed configuration of the present invention, the control means includes a load sensor for detecting a load state of the object, a pump for performing bidirectional transfer of the fluid to the active vibrator, a liquid level sensor for detecting the amount of fluid in the active vibrator, And a controller for operating the pump.
본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단은 능동가진기의 중량체의 각도 변동을 위한 구성을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.As a modification of the present invention, the control means may further comprise a configuration for varying the angle of the weight of the active vibrator.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 유체의 유동을 기반으로 회전 불평형 질량 및 가진력을 조절하는 구성을 채용함에 따라 선박의 부하상태에 대응한 가진력 조절이 용이하여 거주구에 대한 진동감소 유지의 실효성을 높이는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the rotation unbalance mass and the excitation force are adjusted based on the flow of the fluid, the adjustment of the excitation force corresponding to the load condition of the ship is facilitated, It is effective.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 진동 제어장치의 전체적인 모식도
도 2는 본 발명에 따른 능동형 진동 제어장치의 주요부 모식도FIG. 1 is a schematic diagram of the overall structure of an active vibration control apparatus according to the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram of a main portion of an active vibration control apparatus according to the present invention.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 기진원을 탑재한 대상체에서 진동을 감쇠하는 장치에 관하여 제안한다. 대상체는 거주구(10)를 지닌 선박을 예시하고 기진원은 주기관(12)과 프로펠러(15)를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 특히 대상체는 만재흘수(Full load)와 밸러스트(Ballast) 상태를 교번하는 부하상태를 지닌 선박에 보다 바람직하게 적용될 수 있다.The present invention proposes an apparatus for attenuating vibrations in a target object mounted with a vibrating source. The object illustrates a vessel having an inhabitant 10 and the source of the excitation is exemplified by but not limited to a
본 발명에 따르면 진동보상기(20)가 상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트(22)의 각도를 변동하는 구조이다. 진동보상기(20)는 반원형의 웨이트(22)를 회전축 상에 편심지게 구비한 구조로서, 기진원인 주기관(12)이나 프로펠러(15)에 인접하게 설치된다. 진동보상기(20)의 웨이트(22)는 모터(25)에 의하여 회전되면서 편심의 각도 변동을 유발하여 가진력을 제어한다.According to the present invention, the vibration compensator (20) has a structure in which the angle of the weight (22) changes in accordance with the vibration of the vibrating source. The
또, 본 발명에 따르면 능동가진기(30)가 상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 구조이다. 능동가진기(30)도 대상체의 기진원인 주기관(12)이나 프로펠러(15)에 인접하게 설치되지만 경우에 따라 거주구(10)에 인접한 위치에 부가적으로 설치될 수도 있다. 대상체인 선박의 부하상태는 전술한 것처럼 적재된 화물의 중량에 크게 좌우되지만, 이외에 운항지역의 조류, 바람, 결빙 여부 등에 의하여 변동된다.According to the present invention, the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기(30)는 중공축관(33) 상에 웨이트를 구비하는 것을 특징으로 한다. 능동가진기(30)의 웨이트는 진동보상기(20)의 웨이트(22)처럼 반원형의 편심 구조로 설치된다. 다만 능동가진기(30)는 웨이트의 내부에 유체(36)를 수용하기 위한 공동(31)을 구비한다. 중공축관(33)은 웨이트의 공동(31)에 유체(36)를 유동하기 위한 유로를 지닌다. 중공축관(33)에서 웨이트의 공동(31)으로 유체(36)의 출입을 위한 유동관(34)을 설치한다.As a detailed configuration of the present invention, the active vibrator (30) is characterized by having a weight on the hollow shaft tube (33). The weight of the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 능동가진기(30)의 유체(36)는 물 또는 그 이상의 비중을 지닌 액체를 기반으로 하고, 상기 액체보다 동등 이상의 비중을 지닌 금속 구체를 선택적으로 혼용하는 것을 특징으로 한다. 유체(36)는 선박의 해수나 청수를 사용함이 무난하지만 수은과 같은 고비중의 액상물질을 사용할 수도 있다. 물을 사용하는 경우 금속 구체를 병용하여 유체(36)의 중량을 증가시키는 것도 가능하다. 이 경우 금속 구체의 표면을 수지 등으로 코팅하여 상호 충돌에 의한 소음을 축소하는 것이 좋다.As a detailed configuration of the present invention, the
어느 경우에나, 능동가진기(30)의 웨이트에 유체(36)가 충진되는 중량에 따라서 기진원이나 거주구(10)의 고유진동수 변화가 유발되므로 선박의 부하상태에 따른 진동응답을 적절하게 유지할 수 있다.In any case, since the vibration of the vibrating source or the
한편, 능동가진기(30)의 웨이트는 진동보상기(20)의 웨이트(22)에 비하여 용량을 크게 하고 보다 다수의 위치에 배치하는 것이 좋다.On the other hand, it is preferable that the weight of the
또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 능동가진기(30)의 공동(31)으로 유동되는 유체(36)의 양을 변동하는 구조를 특징으로 한다. 제어수단(40)은 능동가진기(30)의 웨이트로 유체(36)를 공급하거나 인출하여 기진력 감쇠를 위한 가진력을 발생하도록 중량 변동을 유발한다. The present invention also features a structure in which the control means 40 varies the amount of
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 상기 대상체의 부하상태를 검출하는 부하센서(42), 능동가진기(30)로 유체(36)의 양방향 이송을 수행하는 펌프(44), 능동가진기(30)의 유체(36)의 양을 검출하는 액량센서(46), 설정된 알고리즘에 의하여 펌프(44)를 가동하는 제어기(48)를 구비하는 것을 특징으로 한다.The control means 40 includes a
부하센서(42)는 주기관(12)과 프로펠러(15)를 연결하는 축상에 설치되어 전달토크를 검출한다. 이외에 선박의 흘수선 높이를 측정하는 센서 등을 대체적/병행적으로 사용할 수 있다. 펌프(44)는 유체(36)를 공급하는 것과 인출하는 것을 별도로 설치한다. 액량센서(46)는 유체(36)의 유로상에 설치되는 유량게이지를 사용하지만 중공축관(33) 상에 설치되는 로드셀을 대체적/병행적으로 사용할 수 있다. 제어기(48)는 선박의 부하 조건에 대응하여 능동가진기(30)의 웨이트에 충진되는 유체(36)의 중량에 대한 테이블을 참조한다. 이와 같은 테이블은 반복실험을 거친 데이터에 운항 과정에서 축적된 데이터를 통계적으로 처리하여 갱신된다.The
작동에 있어서, 선박이 경유지 항구에서 화물을 적재하여 목적지 항구에서 화물을 하역하는 경우를 가정하면, 제어기(48)는 부하센서(42)의 신호를 입력하여 부하상태에 대응하도록 능동가진기(30)의 웨이트에 충진되는 유체(36)의 양을 조절한다. 즉, 경유지에서 출발하기 전에는 만재흘수 상태로 조절하고 목적지에서 출발하기 전에는 밸러스트 상태로 조절한다. 선박의 운항전에 능동가진기(30)의 조절이 완료된 상태를 유지하면서, 운항하는 동안 진동보상기(20)의 각도 조절을 통하여 진동감쇠를 지속적으로 수행한다.In operation, assuming that the vessel loads cargo at the destination port and unloads the cargo at the destination port, the
일반적으로 선박의 주기관(12)과 프로펠러(15)에 의한 기진력 방향은 수직 및 수평방향이고, 선박 거주구(10)의 진동은 종방향이나 횡방향의 진동이 크고 수직방향은 낮다. 또한 수직 방향의 강성은 다른 두 방향에 비해 크다. 이에 수직방향의 진동은 약간 증가할 수 있으나 강성이 높으므로 진동 증가량은 낮고 수평방향의 진동은 강성이 낮으므로 진동 감소량이 크다. Generally, the excitation force direction by the
본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단(40)은 능동가진기(30)의 중량체의 각도 변동을 위한 구성을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 이는 능동가진기(30)의 웨이트를 진동보상기(20)의 웨이트(22)와 동일한 방식으로 각도 조절하여 고유진동수 변동을 유발하기 위함이다.As a modification of the present invention, the control means (40) further comprises a configuration for varying the angle of the weight of the active vibrator (30). This is because the weight of the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
10: 거주구
12: 주기관
15: 프로펠러
20: 진동보상기
22: 웨이트
25: 모터
30: 능동가진기
31: 공동
33: 중공축관
34: 유동관
36: 유체
40: 제어수단
42: 부하센서
44: 펌프
46: 액량센서
48: 제어기10: Residential District 12: Main Authority
15: Propeller 20: Vibration compensator
22: weight 25: motor
30: Active vibrator 31: Cavity
33: Hollow shaft tube 34: Flow tube
36: Fluid 40: Control means
42: load sensor 44: pump
46: fluid level sensor 48: controller
Claims (5)
상기 기진원의 진동에 대응하여 웨이트(22)의 각도를 변동하는 진동보상기(20);
상기 대상체의 부하상태에 대응하여 웨이트의 중량을 변동하는 능동가진기(30); 및
상기 능동가진기(30)의 공동(31)으로 유동되는 유체(36)의 양을 변동하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치.An apparatus for attenuating vibrations in an object equipped with a vibrating source, comprising:
A vibration compensator (20) for varying the angle of the weight (22) corresponding to the vibration of the vibrating source;
An active vibrator (30) which varies the weight of the weight corresponding to the load state of the target object; And
And control means (40) for varying the amount of fluid (36) flowing into the cavity (31) of the active vibrator (30).
상기 능동가진기(30)는 중공축관(33) 상에 웨이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the active vibrator (30) has a weight on the hollow shaft tube (33).
상기 능동가진기(30)의 유체(36)는 물 또는 그 이상의 비중을 지닌 액체를 기반으로 하고, 상기 액체보다 동등 이상의 비중을 지닌 금속 구체를 선택적으로 혼용하는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the fluid (36) of the active vibrator (30) is based on a liquid having a specific gravity of water or higher and selectively mixes metal spheres having a specific gravity equal to or greater than that of the liquid Vibration control device.
상기 제어수단(40)은 상기 대상체의 부하상태를 검출하는 부하센서(42), 능동가진기(30)로 유체(36)의 양방향 이송을 수행하는 펌프(44), 능동가진기(30)의 유체(36)의 양을 검출하는 액량센서(46), 설정된 알고리즘에 의하여 펌프(44)를 가동하는 제어기(48)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치.The method according to claim 1,
The control means 40 includes a load sensor 42 for detecting a load state of the object, a pump 44 for performing bidirectional transfer of the fluid 36 to the active vibrator 30, A liquid level sensor 46 for detecting the amount of the fluid 36, and a controller 48 for operating the pump 44 according to an established algorithm.
상기 제어수단(40)은 능동가진기(30)의 중량체의 각도 변동을 위한 구성을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가진력 조절이 가능한 능동형 진동 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the control means (40) further comprises a configuration for varying the angle of the weight of the active vibrator (30).
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