KR20190091150A - Bearing system - Google Patents

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KR20190091150A
KR20190091150A KR1020180010236A KR20180010236A KR20190091150A KR 20190091150 A KR20190091150 A KR 20190091150A KR 1020180010236 A KR1020180010236 A KR 1020180010236A KR 20180010236 A KR20180010236 A KR 20180010236A KR 20190091150 A KR20190091150 A KR 20190091150A
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이동규
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한국조선해양 주식회사
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    • G01M13/04—Bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Abstract

The present invention relates to a bearing system comprising: a bearing supporting an axis; at least one sensor part mounted in the bearing to measure deformation and temperature of the bearing; and a control part for monitoring a load and temperature of the bearing on the basis of the measured result of the sensor part. Therefore, an objective of the present invention is to provide the bearing system which can accurately monitor the load distribution and temperature of the bearing in real-time using an optical fiber sensor in the bearing system.

Description

베어링 시스템{Bearing system}Bearing system

본 발명은 베어링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a bearing system.

선박 추진축의 베어링은 추력 발생에 의한 하중을 지지하며, 베어링 하중 분포 및 온도는 축계의 건전성 모니터링을 통한 이상상태 진단에 중요한 근거가 될 수 있다. The bearings of the ship propulsion shaft support the loads generated by the thrust generation, and the bearing load distribution and temperature can be an important basis for diagnosing abnormal conditions through the health monitoring of the shaft system.

일반적으로 베어링 온도 모니터링은 윤활유 온도 측정 등을 통해 간접적으로 추정된다. 특히, 기존의 베어링 온도 모니터링은 베어링의 임의의 위치에서 측정되는 온도를 베어링 전체에 대한 대표값으로 추정하며, 베어링 전체에 대한 실제 온도 분포는 파악할 수 없다.In general, bearing temperature monitoring is indirectly estimated by measuring the lubricant temperature. In particular, conventional bearing temperature monitoring estimates the temperature measured at any position of the bearing as a representative value for the whole bearing, and cannot determine the actual temperature distribution over the whole bearing.

또한, 종래에는 베어링에 작용하는 하중 분포를 베어링의 동작 중에 실시간으로 계측하는 것이 불가능한 문제가 있었다. In addition, conventionally, there is a problem that it is impossible to measure the load distribution acting on the bearing in real time during the operation of the bearing.

따라서, 베어링의 하중 분포와 온도를 베어링 전체에 걸쳐서 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 장치가 요구된다. Therefore, there is a need for a device that can accurately measure the load distribution and temperature of a bearing in real time throughout the bearing.

본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 베어링 시스템에서 광섬유 센서를 이용하여 베어링의 하중 분포 및 온도를 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있도록 하는 베어링 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to improve the prior art, to provide a bearing system that can accurately monitor the load distribution and temperature of the bearing in real time using the optical fiber sensor in the bearing system.

또한, 본 발명은 베어링의 두께 방향을 따라 기설정된 간격으로 배열되는 항 쌍의 광섬유 센서를 이용하여, 베어링의 전체 영역에 걸쳐 하중 분포 및 온도를 측정할 수 있도록 하는 베어링 시스템을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a bearing system that can measure the load distribution and the temperature over the entire area of the bearing by using a pair of optical fiber sensors arranged at predetermined intervals along the bearing thickness direction.

본 발명의 일 실시 예에 따른 베어링 시스템은, 축을 지지하는 베어링, 상기 베어링 내에 실장되고, 상기 베어링의 변형 및 온도를 측정하는 적어도 하나의 센서부 및 상기 센서부의 측정 결과를 기초로 상기 베어링의 하중 및 온도를 모니터링하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Bearing system according to an embodiment of the present invention, a bearing supporting a shaft, at least one sensor unit mounted in the bearing, and measuring the deformation and temperature of the bearing and the load of the bearing based on the measurement results of the sensor unit And it may be characterized in that it comprises a control unit for monitoring the temperature.

또한, 상기 적어도 하나의 센서부는, 상기 베어링의 두께 방향을 따라 기설정된 간격으로 배치되는 한 쌍의 센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The at least one sensor unit may include a pair of sensors disposed at predetermined intervals along a thickness direction of the bearing.

또한, 상기 베어링은, 상기 축에 삽입 결합되는 중공이 형성된 중공 원통형이고, 상기 한 쌍의 센서는, 상기 베어링의 외주면에 인접하게 배치되는 제1 센서 및 상기 중공을 형성하는 내주면에 인접하게 배치되는 제2 센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The bearing may be a hollow cylinder having a hollow inserted into and coupled to the shaft, and the pair of sensors may be disposed adjacent to a first sensor disposed adjacent to an outer circumferential surface of the bearing and an inner circumferential surface to form the hollow. It may be characterized by including a second sensor.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 측정값과 상기 베어링의 구조물 수치 모델을 기초로, 상기 외주면 및 상기 내주면에서의 상기 하중 및 상기 온도를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.The controller may determine the load and the temperature at the outer circumferential surface and the inner circumferential surface based on the measured values of the first sensor and the second sensor and the structural numerical model of the bearing. .

또한, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 상기 베어링 내에 매립되는 광섬유 센서인 것을 특징으로 할 수 있다.The first sensor and the second sensor may be an optical fiber sensor embedded in the bearing.

또한, 상기 광섬유 센서는, 광 신호를 방출하는 발광부, 상기 광 신호를 가이드하는 광섬유 및 상기 광섬유 내부를 전파한 광 신호를 수신하는 수광부로 구성되고, 상기 수광부에서 수신되는 광 신호는, 상기 베어링이 상기 하중 및 상기 온도에 의해 변형됨에 따라 상기 발광부에서 방출된 광 신호에 대하여 특성이 변화하는 것을 특징으로 할 수 있다.The optical fiber sensor may include a light emitting unit for emitting an optical signal, an optical fiber for guiding the optical signal, and a light receiving unit for receiving an optical signal propagating through the optical fiber, and the optical signal received at the light receiving unit is the bearing. As the load and the temperature are deformed, the characteristic may be changed with respect to the optical signal emitted from the light emitting unit.

또한, 상기 제어부는, 상기 수광부에서 수신되는 광 신호의 변화율, 상기 베어링의 구조물 수치 모델에 의하여 기결정된 변형률 계수 및 온도 계수, 상기 외주면 및 상기 내주면에서의 상기 변형률 계수 및 상기 온도 계수의 선형 상관 관계를 기초로, 상기 외주면 및 상기 내주면에서의 변형률 및 온도를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control unit may further include a linear correlation between the rate of change of the optical signal received by the light receiving unit, the strain coefficient and temperature coefficient predetermined by the structural numerical model of the bearing, the strain coefficients on the outer circumferential surface and the inner circumferential surface, and the temperature coefficient. Based on the above, the strain and temperature at the outer circumferential surface and the inner circumferential surface may be determined.

또한, 상기 제어부는, 상기 판단된 변형률 및 온도를 기초로, 상기 베어링의 상기 하중 및 상기 온도를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may determine the load and the temperature of the bearing based on the determined strain and temperature.

또한, 상기 베어링은, 선박의 추진 축계에 적용되는 상기 축을 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the bearing may be characterized in that for supporting the shaft applied to the propulsion shaft system of the ship.

본 발명에 따른 베어링 시스템은, 직접적 계측 결과를 바탕으로 베어링의 하중 분포 및 온도를 실시간으로 측정할 수 있도록 한다.The bearing system according to the present invention makes it possible to measure the load distribution and the temperature of the bearing in real time based on the direct measurement result.

또한, 본 발명에 따른 베어링 시스템은, 선박 추진축의 베어링의 실제 하중 분포와 온도를 실시간으로 파악하여, 축계의 건전성 모니터링에 활용할 수 있도록 한다.In addition, the bearing system according to the present invention, to grasp the actual load distribution and the temperature of the bearing of the ship propulsion shaft in real time, so that it can be utilized for the health monitoring of the shaft system.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 베어링 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 베어링의 종 방향 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 베어링의 횡 방향 단면도의 일부이다.
도 4 및 도 5는 광섬유 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a perspective view showing a bearing system according to an embodiment of the present invention.
2 is a longitudinal cross-sectional view of a bearing according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a partial cross-sectional view of the bearing according to the embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the optical fiber sensor.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as possible, even if displayed on different drawings have the same number as possible. In addition, in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 베어링 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 베어링의 종 방향 단면도이며, 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 베어링의 횡 방향 단면도이다. 또한, 도 4 및 도 5는 광섬유 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a perspective view showing a bearing system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of a bearing according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a lateral direction of the bearing according to an embodiment of the present invention It is a cross section. 4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the optical fiber sensor.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 베어링 시스템(1)은 베어링(10), 베어링(10) 내에 실장되는 적어도 하나의 센서부(20) 및 적어도 하나의 센서부(20)에 연결되는 제어부(30)를 포함하여 구성된다. 1 to 4, a bearing system 1 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a bearing 10, at least one sensor unit 20 and at least one sensor unit 20 mounted in the bearing 10. It is configured to include a control unit 30 is connected to).

베어링(10)은 회전 운동 및/또는 직선 운동 등에 의하여 외부로 동력을 전달하는 축(shaft)(12)을 지지하고, 축에 가해지는 하중을 지지하면서 축을 회전시키도록 구성되어, 축(12)의 적어도 일부분에 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 베어링(10)은 축(12) 상에 복수 개가 결합될 수도 있다.The bearing 10 is configured to support a shaft 12 that transmits power to the outside by a rotational movement and / or linear movement, and to rotate the shaft while supporting a load applied to the shaft. It may be coupled to at least a portion of the. As shown in FIG. 1, a plurality of bearings 10 may be coupled on the shaft 12.

일 실시 예에서, 축(12)은 선박의 추진 축계에서 동작하는 것으로, 동력을 프로펠러(13)로 전달하여 선박에 추진력을 발생시키도록 구성될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 베어링(10)은 자동차, 열차, 비행기 등 다양한 동력 장치들에 마련되는 것으로, 베어링(10)의 하중(하중 분포) 및 온도를 모니터링해야 하는 시스템에 적용될 수 있다.  In one embodiment, the shaft 12 operates in the propulsion shaft system of the ship, and may be configured to transmit power to the propeller 13 to generate propulsion to the ship. However, the present invention is not limited thereto, and the bearing 10 is provided in various power devices such as an automobile, a train, and an airplane, and can be applied to a system that needs to monitor the load (load distribution) and temperature of the bearing 10. have.

다양한 실시 예에서, 베어링(10)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 축(12)에 삽입 결합되는 중공(11)을 가지며, 중공(11) 내에 회전하는 축(12)을 지지하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시 예에서, 베어링(10)은 중공 원통형으로 주조/성형되거나 복수 개의 피스가 조립되어 내부에 중공(11)을 형성하도록 구성될 수 있다. In various embodiments, the bearing 10 has a hollow 11 inserted into and coupled to the shaft 12, as shown in FIGS. 1-3, and configured to support a shaft 12 that rotates within the hollow 11. Can be. In this embodiment, the bearing 10 may be cast / molded into a hollow cylinder or configured to assemble a plurality of pieces to form a hollow 11 therein.

축(12)이 베어링(10)에 결합한 상태로 회전 운동을 하는 동안, 축(11)에 발생하는 비틀림 진동 등에 의해 베어링(10)에는 하중이 가해질 수 있다. 또한, 축(11)과 베어링(10) 사이의 마찰 등에 의해 베어링(10)의 온도가 변화할 수 있다. While the shaft 12 rotates while being coupled to the bearing 10, a load may be applied to the bearing 10 due to torsional vibration generated in the shaft 11 or the like. In addition, the temperature of the bearing 10 may change due to friction between the shaft 11 and the bearing 10.

베어링(10)에 가해지는 하중 및 온도 변화는 베어링을 손상시킬 수 있으므로, 이를 실시간으로 정확하게 모니터링하는 것이 요구된다. 따라서, 본 발명에 따른 베어링 시스템(1)은 베어링(10)의 하중(및/또는 하중 분포) 및 온도를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 센서부(20)를 구비한다.Loads and temperature changes applied to the bearing 10 can damage the bearing, so it is required to accurately monitor it in real time. Thus, the bearing system 1 according to the invention has at least one sensor part 20 for monitoring the load (and / or load distribution) and the temperature of the bearing 10.

적어도 하나의 센서부(20)는 하중 및 온도를 측정하도록 구성된다. At least one sensor unit 20 is configured to measure load and temperature.

본 발명에 따른 센서부(20)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 베어링(10) 내에 실장될 수 있다. 즉, 센서부(20)는 베어링(10)의 제조 과정에서 베어링(10) 내에 매립될 수 있다. The sensor unit 20 according to the present invention may be mounted in the bearing 10 as shown in FIGS. 2 and 3. That is, the sensor unit 20 may be embedded in the bearing 10 in the manufacturing process of the bearing 10.

센서부(20)의 실장(매립)을 용이하게 하기 위하여, 본 발명에서 베어링(10)은 합성 수지 또는 합성 수지를 매질로 하는 복합재로 제조될 수 있다. 예를 들어, 베어링(10)은 폴리머로 제조될 수 있다. 그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 공정 방법의 제한 없이 센서부(20)를 내부에 실장 가능한 다양한 형태의 베어링에 본 발명이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 금속 소재의 베어링에 본 발명이 적용될 수 있다.  In order to facilitate mounting (burying) of the sensor unit 20, in the present invention, the bearing 10 may be made of a synthetic resin or a composite material having a synthetic resin as a medium. For example, the bearing 10 can be made of a polymer. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the present invention may be applied to various types of bearings in which the sensor unit 20 can be mounted therein without limiting the process method. For example, the present invention may be applied to a metal bearing. Can be applied.

센서부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 베어링(10) 내의 임의의 계측 포인트(위치)에 실장될 수 있다. 센서부(20)가 설치되는 계측 포인트는 베어링(10) 전 영역 내의 임의의 위치일 수 있으며, 특히 베어링(10)의 하중 및 온도 변화가 모니터링되어야 하는 주요한 위치로써, 실험적으로 또는 경험적으로 결정될 수 있다. 그러나 본 발명에서 센서부(20)가 실장되는 위치에 대해 특별히 한정하지 않는다. The sensor portion 20 may be mounted at any measurement point (position) in the bearing 10, as shown in FIG. 2. The measurement point in which the sensor unit 20 is installed may be any position in the whole area of the bearing 10, and in particular, as the main position where the load and temperature change of the bearing 10 should be monitored, it may be determined experimentally or empirically. have. However, the position in which the sensor unit 20 is mounted in the present invention is not particularly limited.

도 2에 도시된 바와 같이 센서부(20)가 베어링(20) 내의 다수 영역에 실장되면, 베어링(10)의 임의의 위치에서의 하중뿐만 아니라 베어링(10) 전체 영역에 대한 하중 분포를 측정할 수 있다.As shown in FIG. 2, when the sensor unit 20 is mounted in a plurality of regions in the bearing 20, the load distribution on the entire region of the bearing 10 as well as the load at any position of the bearing 10 may be measured. Can be.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서, 센서부(20)는 한 쌍의 센서를 포함하여 구성될 수 있다. 한 쌍의 센서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 센서(21) 및 제2 센서(22)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 센서(21) 및 제2 센서(22)는 도 3에 도시된 바와 같이 두께 방향을 따라 기설정된 간격으로 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 센서(21)는 베어링(10)의 외주면에 인접하게 배치되고, 제2 센서(22)는 중공을 구성하는 베어링(10)의 내주면에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 센서(21) 및 제2 센서(22)는 두께 방향으로는 나란하게 정렬될 수 있다. In addition, in various embodiments of the present disclosure, the sensor unit 20 may include a pair of sensors. The pair of sensors may include a first sensor 21 and a second sensor 22 as shown in FIGS. 2 and 3. As illustrated in FIG. 3, the first sensor 21 and the second sensor 22 may be disposed at predetermined intervals along the thickness direction. For example, the first sensor 21 may be disposed adjacent to the outer circumferential surface of the bearing 10, and the second sensor 22 may be disposed adjacent to the inner circumferential surface of the bearing 10 constituting the hollow. The first sensor 21 and the second sensor 22 may be aligned side by side in the thickness direction.

베어링(10)에 하중 및 온도 변화가 발생하면, 베어링(10)의 구조물에 변형이 발생한다. 베어링(10)이 중공 원통형일 때, 하중 및 온도 변화에 따른 내주면에 인접한 영역과 외주면에 인접한 영역의 변형률은 베어링(10)의 구조물 수치 모델에 의존하여 서로 다를 수 있다. 따라서, 중공 원통형 베어링(10)의 내주면에 인접한 영역과 외주면에 인접한 영역에서 센서를 이용하여 하중 및 온도를 측정하면, 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다. When load and temperature changes occur in the bearing 10, deformation occurs in the structure of the bearing 10. When the bearing 10 is a hollow cylinder, the strains of the region adjacent to the inner circumferential surface and the region adjacent to the outer circumferential surface according to the load and the temperature change may be different depending on the structural numerical model of the bearing 10. Therefore, when the load and the temperature are measured by using the sensor in the region adjacent to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the hollow cylindrical bearing 10, more accurate measurement results can be obtained.

본 발명에 따른 센서부(20)는 두께 방향을 따라 기설정된 간격으로 배치되는 한 쌍의 센서를 구비함으로써, 베어링(10)의 구조물 변형을 보다 정확하고 세밀하게 측정할 수 있도록 한다.The sensor unit 20 according to the present invention includes a pair of sensors arranged at predetermined intervals along the thickness direction, so that the deformation of the structure of the bearing 10 can be more accurately and precisely measured.

본 발명의 다양한 실시 예에서, 센서부(20)를 구성하는 센서는 광섬유 센서일 수 있다. 광섬유 센서는 하중 및 온도 변화에 따른 베어링(20)의 변형에 의한 광 신호의 변형을 감지하도록 구성된다.In various embodiments of the present disclosure, the sensor constituting the sensor unit 20 may be an optical fiber sensor. The optical fiber sensor is configured to detect the deformation of the optical signal due to the deformation of the bearing 20 according to the load and the temperature change.

구체적으로, 광섬유 센서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 발광부(21), 수광부(22) 및 광섬유(23)를 포함하여 구성될 수 있다. 발광부(21)는 광섬유(23)의 일단에 배치되어, 광 신호(W)를 방출한다. 수광부(22)는 광섬유(23)의 타단에 배치되어, 광섬유(23) 내부를 전파한 광 신호(W)를 수신하고, 이를 외부로 전달할 수 있다. 광섬유(23)는 발광부(21)로부터 방출된 광 신호(W)를 수광부(22)로 안내한다. Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the optical fiber sensor may include a light emitter 21, a light receiver 22, and an optical fiber 23. The light emitter 21 is disposed at one end of the optical fiber 23 and emits an optical signal W. The light receiving unit 22 may be disposed at the other end of the optical fiber 23 to receive the optical signal W propagated inside the optical fiber 23, and transmit it to the outside. The optical fiber 23 guides the optical signal W emitted from the light emitting portion 21 to the light receiving portion 22.

하중(가압) 및/또는 온도 변화에 의해 도 4에 도시된 상태에서 도 5에 도시된 상태와 같이 광섬유(23)의 형태 변화가 발생하면, 수광부(22)를 통해 수신되는 광 신호(W)는 발광부(21)에서 방출된 광 신호(W)와 비교하여 위상 및 파장 등의 특성이 변화할 수 있다. When the shape change of the optical fiber 23 occurs as shown in FIG. 5 in the state shown in FIG. 4 by the load (pressure) and / or the temperature change, the optical signal W received through the light receiving unit 22. Compared to the optical signal W emitted from the light emitting unit 21, characteristics such as phase and wavelength may change.

광섬유 센서는 베어링(20) 내에 함몰식으로 실장되므로, 베어링(20)에서 하중 및 온도 변화가 발생하면 동일한 변화가 발생한다. 따라서, 광섬유 센서의 수광부(22)를 통해 수신되는 광 신호(W)의 특성 변화를 이용하여 베어링(20)의 하중 및 온도 변화를 측정할 수 있다. Since the optical fiber sensor is recessed in the bearing 20, the same change occurs when a load and a temperature change occur in the bearing 20. Therefore, the load and the temperature change of the bearing 20 can be measured by using the characteristic change of the optical signal W received through the light receiving unit 22 of the optical fiber sensor.

도 2 및 도 3에서, 광섬유 센서는 베어링(10)의 길이 방향 축에 평행하거나 또는 평행하지 않고 비스듬하게 배치될 수 있다. 또한, 한 쌍의 광섬유 센서는 서로 평행하거나 또는 평행하지 않게 배치될 수 있다. 2 and 3, the optical fiber sensor may be arranged obliquely or not parallel to the longitudinal axis of the bearing 10. In addition, the pair of optical fiber sensors may be arranged parallel or non-parallel to each other.

제어부(30)는 센서부(20)로부터 출력되는 측정값을 수신하여, 베어링(10)의 하중 및 온도를 판단할 수 있다. The controller 30 may receive the measured value output from the sensor unit 20 to determine the load and the temperature of the bearing 10.

일 실시 예에서, 센서부(20)가 광섬유 센서로 구성되는 경우, 제어부(30)는 광섬유 센서의 수광부(22)로부터 출력되는 광 신호(W)를 수신하고, 발광부(21)에서 방출된 광 신호(W)에 대한 수신된 광 신호(W)의 변화율(Y)을 기초로, 베어링(10)의 하중 및 온도를 판단할 수 있다. In one embodiment, when the sensor unit 20 is composed of an optical fiber sensor, the control unit 30 receives the optical signal (W) output from the light receiving unit 22 of the optical fiber sensor, and is emitted from the light emitting unit 21 Based on the rate of change Y of the received optical signal W relative to the optical signal W, the load and temperature of the bearing 10 can be determined.

광섬유 센서의 수광부(22)를 통해 수신되는 광 신호(W)의 변화율(Y)은 하기의 수학식 1로 나타낼 수 있다. The change rate Y of the optical signal W received through the light receiving unit 22 of the optical fiber sensor may be represented by Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, a는 변형 계수, e는 변형률, b는 온도 계수, t는 온도이다. 변형 계수 a 및 온도 계수 b는 광섬유 센서에 대하여 실험적 또는 해석적으로 결정되는 것으로, 베어링(10)의 구조물 수치 모델에 대응하는 값일 수 있다. 제어부(30)는 기결정된 변형 계수 a 및 온도 계수 b를 저장부 등에 미리 저장할 수 있다. Where a is a strain coefficient, e is a strain rate, b is a temperature coefficient, and t is a temperature. The deformation coefficient a and the temperature coefficient b are determined experimentally or analytically with respect to the optical fiber sensor, and may be values corresponding to the structural numerical model of the bearing 10. The controller 30 may store the predetermined strain coefficient a and the temperature coefficient b in advance in the storage unit.

센서부(20)가 한 쌍의 센서로 구성되고, 보다 구체적으로, 제1 광섬유 센서(21) 및 제2 광섬유 센서(22)로 구성될 때, 1 및 제2 광섬유 센서(21, 22)로부터 제어부(30)로 수신되는 각 광 신호(W)의 변화율(Y1, Y2)은 하기의 수학식 2 및 3과 같다. When the sensor unit 20 is composed of a pair of sensors, more specifically, the first optical fiber sensor 21 and the second optical fiber sensor 22, from the first and second optical fiber sensors 21, 22. The rate of change (Y 1 , Y 2 ) of each optical signal (W) received by the control unit 30 is the same as the following equations (2) and (3).

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

상술한 바와 같이 중공 원통형 베어링의 내주면과 외주면의 변형률은 베어링(10)의 구조물 수치 모델에 대응하여 결정될 수 있다. 이때, 외주면에 인접하게 배치된 제1 센서(21)의 변형률과 내주면에 인접하게 배치된 제2 센서(22)의 변형률은 수치 모델 혹은 실험 모델을 이용하여 선형 상관 관계로 근사화될 수 있다. 그에 따라, 하기의 수학식 4 및 수학식 5가 정의된다.As described above, the strains of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the hollow cylindrical bearing may be determined corresponding to the structural numerical model of the bearing 10. In this case, the strain of the first sensor 21 disposed adjacent to the outer circumferential surface and the strain of the second sensor 22 disposed adjacent to the inner circumferential surface may be approximated by linear correlation using a numerical model or an experimental model. Accordingly, Equations 4 and 5 below are defined.

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

수학식 4 및 수학식 5로부터 수학식 2 및 수학식 3은 다음의 수학식 6 및 수학식 7로 유도된다.From Equations 4 and 5, Equations 2 and 3 are derived from Equations 6 and 7 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

제1 광섬유 센서(21) 및 제2 광섬유 센서를 통해 측정된 광 신호(W)의 변화율(Y1, Y2) 및 기결정된 변형 계수 a 및 온도 계수 b를 이용하여 수학식 6 및 수학식 7을 연립하면, 베어링(10)의 변형률 e1, e2 및 온도 t1, t2를 판단할 수 있다. Equations 6 and 7 using the rate of change (Y 1 , Y 2 ) of the optical signal W measured through the first optical fiber sensor 21 and the second optical fiber sensor, and the predetermined strain coefficient a and the temperature coefficient b. In a simultaneous connection, the strains e 1 , e 2 and the temperatures t 1 , t 2 of the bearing 10 can be determined.

제어부(30)는 상기한 과정을 통하여 베어링(10)의 계측 위치에서 변형률 및 온도를 판단하고, 구조물 수치 모델을 이용하여 베어링(10)에 대한 하중 분포 및 온도를 판단할 수 있다. 제어부(30)는 실시간으로 센서부(20)로부터 출력되는 결과를 기초로, 베어링(10)의 하중 및 온도를 모니터링하며, 모니터링 결과에 따른 추가적인 제어 동작, 예를 들어 모니터링 결과에 따른 측정값을 출력하는 등의 동작을 수행할 수 있다. The controller 30 may determine the strain and temperature at the measurement position of the bearing 10 through the above-described process, and may determine the load distribution and the temperature of the bearing 10 by using the structural numerical model. The controller 30 monitors the load and the temperature of the bearing 10 on the basis of the result output from the sensor unit 20 in real time, and performs additional control operations according to the monitoring result, for example, a measured value according to the monitoring result. Output such as output can be performed.

본 발명의 다양한 실시 예에서, 베어링 시스템(1)은 출력부(40)를 더 포함할 수 있다. 관리자가 확인 가능한 곳으로써 선박의 제어 룸 등에 마련될 수 있다. In various embodiments of the present disclosure, the bearing system 1 may further include an output unit 40. It can be provided to the control room of a ship as a place which a manager can confirm.

출력부(40)는 판단된 베어링(10)의 하중(하중 분포) 및 온도에 관한 정보를 시각적 및/또는 청각적으로 출력하여 관리자 등에게 알려줄 수 있다. 출력부(40)는 정보를 시각적, 청각적으로 출력하기 위하여, 적어도 하나의 디스플레이, 스피커, LED 등을 포함할 수 있다. The output unit 40 may inform the administrator by visually and / or audibly outputting information on the determined load (load distribution) and temperature of the bearing 10. The output unit 40 may include at least one display, a speaker, an LED, or the like in order to visually and audibly output information.

일 실시 예에서, 측정된 하중(하중 부호) 및/또는 온도가 베어링(10)을 고장낼 수 있을 정도로 높은 값을 가질 때, 출력부(40)는 위험 상황에 관련된 경보 알림을 시각적 및/또는 청각적으로 출력할 수 있다. In one embodiment, when the measured load (load sign) and / or temperature has a value high enough to cause failure of the bearing 10, the output 40 is visually and / or alerted to alerts related to dangerous situations. Acoustic output

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and should be understood by those of ordinary skill in the art. It is obvious that the modifications and improvements are possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be apparent from the appended claims.

1: 베어링 시스템
10: 베어링
11: 중공
12: 축
13: 프로펠러
20: 센서부
21: 제1 센서
22: 제2 센서
30: 제어부
40: 출력부1: bearing system
10: bearing
11: hollow
12: axis
13: propeller
20: sensor
21: first sensor
22: second sensor
30: control unit
40: output unit

Claims (9)

축을 지지하는 베어링;
상기 베어링 내에 실장되고, 상기 베어링의 변형 및 온도를 측정하는 적어도 하나의 센서부; 및
상기 센서부의 측정 결과를 기초로 상기 베어링의 하중 및 온도를 모니터링하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. A bearing supporting the shaft;
At least one sensor unit mounted in the bearing to measure deformation and temperature of the bearing; And
And a control unit for monitoring the load and the temperature of the bearing based on the measurement result of the sensor unit. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서부는,
상기 베어링의 두께 방향을 따라 기설정된 간격으로 배치되는 한 쌍의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 1, wherein the at least one sensor unit,
And a pair of sensors disposed at predetermined intervals along a thickness direction of the bearing. 제 2 항에 있어서, 상기 베어링은,
상기 축에 삽입 결합되는 중공이 형성된 중공 원통형이고,
상기 한 쌍의 센서는,
상기 베어링의 외주면에 인접하게 배치되는 제1 센서; 및
상기 중공을 형성하는 내주면에 인접하게 배치되는 제2 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 2, wherein the bearing,
It is a hollow cylindrical hollow formed inserted into the shaft,
The pair of sensors,
A first sensor disposed adjacent to an outer circumferential surface of the bearing; And
And a second sensor disposed adjacent the inner circumferential surface forming the hollow. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 측정값과 상기 베어링의 구조물 수치 모델을 기초로, 상기 외주면 및 상기 내주면에서의 상기 하중 및 상기 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 3, wherein the control unit,
And the load and the temperature at the outer circumferential surface and the inner circumferential surface based on the measured values of the first sensor and the second sensor and the structural numerical model of the bearing. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는,
상기 베어링 내에 매립되는 광섬유 센서인 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 3, wherein the first sensor and the second sensor,
And a fiber optic sensor embedded in the bearing. 제 5 항에 있어서, 상기 광섬유 센서는,
광 신호를 방출하는 발광부;
상기 광 신호를 가이드하는 광섬유; 및
상기 광섬유 내부를 전파한 광 신호를 수신하는 수광부로 구성되고,
상기 수광부에서 수신되는 광 신호는,
상기 베어링이 상기 하중 및 상기 온도에 의해 변형됨에 따라 상기 발광부에서 방출된 광 신호에 대하여 특성이 변화하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 5, wherein the optical fiber sensor,
A light emitting unit emitting an optical signal;
An optical fiber for guiding the optical signal; And
It consists of a light receiving unit for receiving an optical signal propagated through the optical fiber,
The optical signal received from the light receiver,
The bearing system is characterized in that the characteristics change with respect to the light signal emitted from the light emitting portion as the bearing is deformed by the load and the temperature. 제 6 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 수광부에서 수신되는 광 신호의 변화율, 상기 베어링의 구조물 수치 모델에 의하여 기결정된 변형률 계수 및 온도 계수, 상기 외주면 및 상기 내주면에서의 상기 변형률 계수 및 상기 온도 계수의 선형 상관 관계를 기초로, 상기 외주면 및 상기 내주면에서의 변형률 및 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 6, wherein the control unit,
The outer circumferential surface based on a linear correlation between the strain coefficient and the temperature coefficient predetermined by the structural numerical model of the bearing, the strain coefficient and the temperature coefficient at the outer circumferential surface and the inner circumferential surface, received from the light receiving unit And determining strain and temperature at the inner circumferential surface. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 판단된 변형률 및 온도를 기초로, 상기 베어링의 상기 하중 및 상기 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 7, wherein the control unit,
And the load and the temperature of the bearing are determined based on the determined strain and temperature. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링은,
선박의 추진 축계에 적용되는 상기 축을 지지하는 것을 특징으로 하는 베어링 시스템. The method of claim 1, wherein the bearing,
A bearing system, characterized in that for supporting the shaft applied to the propulsion shaft system of the ship.
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