KR20170019154A - 시추선의 방향전환 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체(10)의 방향전환을 제어하는 방법에 있어서: 선체(10)의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터(22)와 선미측 좌현스러스터(33)를 연동하고, 선체(10)의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터(23)와 선미측 우현스러스터(32)를 연동하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 추선의 방향 전환용 스러스터와 직진방향으로 추진하는 다른 스러스터 간에 간섭을 배제하여 높은 운항 속도에서도 방향 전환이 가능하고 에너지 절감에 기여하는 효과가 있다.

Description

시추선의 방향전환 제어방법{Steering control method for drill ship}

본 발명은 시추선의 방향전환에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스러스터를 장착한 선박 등에서 선수/선미 스러스터의 조합을 이용하여 항해용 스러스터와 간섭이 없도록 하는 시추선의 방향전환 제어방법에 관한 것이다.

일반적인 선박의 경우 선체의 조향을 위해 프로펠러에 인접하여 러더를 사용하는 반면 시추선과 같은 부유식 해양구조물의 경우 러더를 배제하고 전방위 추진용 스러스터를 사용한다. 다만 러더가 미설치된 부유식 해양 구조물에서 자동 항해의 곤란성을 극복하려면 추력과 조향력의 효율적인 조화를 필요로 한다.

이와 관련되어 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2013-0125252호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2009-0015312호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 러더가 미설치된 부유식 해양 구조물이 추진을 위해 설치된 다수의 스러스터 중 일부 또는 전부를 방향 전환용 으로 사용하여 자동으로 항해할 수 있도록 하는 것으로서, ECDIS의 신호를 수신받아 설정 경로를 따라 항해하기 위한 신호를 출력하는 자동항해유닛; 및 자동항해유닛의 신호에 따라 상기 방향 전환용 스러스터의 회전각을 제어하는 스러스터제어부를 포함한다.

선행문헌 2는 추력을 발생시킴과 아울러 방향 전환이 가능한 다수의 스러스터를 가지는 선박에 있어서, 상기 스러스터 각각은 다른 스러스터가 위치하는 선체의 폭방향 직선으로부터 벗어나거나, 다른 스러스터가 위치하는 선체의 길이방향 직선으로부터 벗어나거나, 각각의 높이를 서로 달리하도록 선체에 설치되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기한 선행문헌 1에 의하면 방향전환시 스러스터 간의 추력과 조향력 간섭이 발생하여 효율성이 저하되고, 선행문헌 2에 의하면 스러스터가 비대칭적으로 배치되므로 제어의 복잡성과 안정성 저하가 초래된다.

1. 한국 공개특허공보 제2013-0125252호 "스러스터를 가지는 부유식 해양 구조물의 자동 항해 시스템 및 자동 항해 방법" (공개일자 : 2013.11.18.) 2. 한국 공개특허공보 제2009-0015312호 "스러스터를 가지는 선박" (공개일자 : 2009.02.12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선수와 선미에 스러스터를 구비하는 시추선에서 좌회전이나 우회전에 특정의 스러스트 사용하여 직진방향으로 추진하는 다른 스러스터와 간섭 없이 방향 전환을 수행하는 시추선의 방향전환 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체의 방향전환을 제어하는 방법에 있어서: 선체의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터와 선미측 좌현스러스터를 연동하고, 선체의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터와 선미측 우현스러스터를 연동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 연동은 추력에 대한 간섭을 배제하도록 수직축을 중심으로 상호 다른 방향으로 회동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체의 이동속도에 대응하여 상호 차등적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체의 롤링 각도의 변동에 대응하여 설정된 범위로 제한되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선체의 운항 과정에서 조향 방향에 연동한 스러스터의 회동 각도 신호가 저장, 축적, 분석되어 최적화 데이터로 생성되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 시추선의 방향 전환용 스러스터와 직진방향으로 추진하는 다른 스러스터 간에 간섭을 배제하여 높은 운항 속도에서도 방향 전환이 가능하고 에너지 절감에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제어방법이 적용되는 시스템을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 제어방법을 구현하는 제어수단을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 제어방법에 의한 작동상태를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체(10)의 방향전환을 제어하는 방법에 관하여 제안한다. 선체(10)는 다수의 스러스터를 지닌 시추선을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

도 1에서, 선체(10)의 선수측에 선수추진수단(20)이 설치되고 선미측에 선미추진수단(30)이 설치된 상태를 예시한다. 선수추진수단(20)은 중앙스러스터(21), 우현스러스터(22), 좌현스러스터(23)를 구비하고, 선미추진수단(30)은 중앙스러스터(31), 우현스러스터(32), 좌현스러스터(33)를 구비한다. 여기어 중앙스러스터는 선체의 회전과 무관하게 직진 방향의 추력에 관계되는 것이고, 우현과 좌현의 스러스터는 중앙 스러스터를 제외한 나머지에 해당한다. 우현과 좌현의 스러스터는 중앙스러스터처럼 추력도 발생한다. 도 1과 같은 스러스터의 배치 외에 스러스터의 수가 증가하더라도 동일한 원리로 적용될 수 있다.

도 2에서, 본 발명의 제어방법은 선수추진수단(20)과 선미추진수단(30)에 연결되는 제어수단(40)의 마이컴 처리에 의하여 설정된 알고리즘으로 수행된다. 제어수단(40)의 제어기(45)는 마이크로 프로세서, 메모리, 입출력 인터페이스를 지닌 마이컴 회로로 구성된다. 제어기(45)의 입력단에는 속도센서(41), 자이로센서(42), 경사센서(43) 등이 연결되고, 출력단에는 구동기(46), 디스플레이(47) 등이 연결된다. 구동기(46)는 선수추진수단(20)과 선미추진수단(30)의 스러스터에 인가되는 동력(전원)을 단속하거나 변동한다.

본 발명에 따르면, 선체(10)의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터(22)와 선미측 좌현스러스터(33)를 연동하고, 선체(10)의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터(23)와 선미측 우현스러스터(32)를 연동하는 것을 특징으로 한다. 도 3(a)는 선체의 좌회전을 유발하는 경우를 예시하고, 도 3(b)는 선체의 우회전을 유발하는 경우를 예시한다. 제어기(45)는 좌회전ㆍ우회전 조향과 관련된 신호를 입력하여 선수측 스러스터와 선미측 스러스터의 구동기(46)에 각각 출력하여 연동적 구동을 유발한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 연동은 추력에 대한 간섭을 배제하도록 수직축을 중심으로 상호 다른 방향으로 회동하는 것을 특징으로 한다. 도 3(a)는 선추측 우현스러스터(22)를 반시계 방향으로 회동하고 선미측 좌현스러스터(33)를 시계 방향으로 회동한 상태를 예시한다. 도 3(b)는 선수측 좌현스러스터(23)를 시계 방향으로 회동하고 선미측 우현스러스터(32)를 반시계 방향으로 회동한 상태를 예시한다. 어느 경우에나 중앙스러스터(21)(31)의 추력과 간섭되지 않으므로 효율저하에 의한 에너지 소모가 배제된다.

반면, 종래의 경우 선체의 좌회전시 선미의 우현스러스터(32)와 좌현스러스터(33)가 시계 방향으로 동시에 회동하고, 선체의 우회전시 선미의 우현스러스터(32)와 좌현스러스터(33)가 반시계 방향으로 동시에 회동한다. 이에, 중앙스러스터의 추진력에 간섭을 일으켜서 힘이 최대로 전달되지 못하게 되고 에너지 소모가 증대하여 연료가 더 많이 소비된다.

한편, 본 발명에서 구동기(46)는 스러스터의 조향(회동) 각도를 변동하지만 이외에 프로펠러의 회전수(rpm) 변동을 유발하도록 구성된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 이동속도에 대응하여 상호 차등적으로 설정되는 것을 특징으로 한다. 시추선의 경우 최고 선속이 12노트 정도로 낮은 편이지만 선박의 종류에 따라 최고 선속이 높아진다. 어느 경우에나 선속이 높아질수록 선미측에 비하여 선수측 스러스터의 회동 각도를 축소하는 것이 조향의 안정성 측면에서 유리하다. 특히 시추선의 경우 선수측에 거주실이 위치하므로 선수측 스러스터의 회동 각도가 상대적으로 제한되는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 롤링 각도의 변동에 대응하여 설정된 범위로 제한되는 것을 특징으로 한다. 스러스터의 회동 운동에 대한 데이터는 사전에 메모리에 저장되어 운항에 활용되지만 선적 상태, 조류, 바람 등의 원인으로 예측을 벗어날 우려가 상존한다. 이에 속도센서(41), 자이로센서(42), 경사센서(43) 등의 하드웨어에서 생성되는 정보를 우선적으로 처리한다. 선체의 롤링 각도가 설정된 범위를 초과하는 경우 즉시 스러스터의 조향(회동) 각도를 축소한다. 물론 선체의 롤링 각도 외에 피칭이나 요잉의 각도를 부가적으로 활용할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선체(10)의 운항 과정에서 조향 방향에 연동한 스러스터의 회동 각도 신호가 저장, 축적, 분석되어 최적화 데이터로 생성되는 것을 특징으로 한다. 제어기(45)는 조향 지령의 신호 및 각종 센서의 신호에 대응하여 구동기(46)에 인가되는 출력을 저장하고 갱신하여 DB화한다. 이와 같이 축적된 정보는 제어기(45)의 연산 속도와 정확성을 높일 수 있다.

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.

10: 선체 20: 선수추진수단
21: 중앙스러스터 22: 우현스러스터
23: 좌현스러스터 30: 선미추진수단
31: 중앙스러스터 32: 우현스러스터
33: 좌현스러스터 40: 제어수단
41: 속도센서 42: 자이로센서
43: 경사센서 45: 제어기
46: 구동기 47: 디스플레이

Claims (5)

1. 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체(10)의 방향전환을 제어하는 방법에 있어서:
   선체(10)의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터(22)와 선미측 좌현스러스터(33)를 연동하고,
   선체(10)의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터(23)와 선미측 우현스러스터(32)를 연동하는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 선수측 및 선미측 스러스터의 연동은 추력에 대한 간섭을 배제하도록 수직축을 중심으로 상호 다른 방향으로 회동하는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 이동속도에 대응하여 상호 차등적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 롤링 각도의 변동에 대응하여 설정된 범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 선체(10)의 운항 과정에서 조향 방향에 연동한 스러스터의 회동 각도 신호가 저장, 축적, 분석되어 최적화 데이터로 생성되는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.

Images