KR20230043203A - 계선삭 장력 감시 시스템 - Google Patents

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KR20230043203A
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tension
mooring line
turns
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winch drum
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KR1020237006975A
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히로시 오에
에이키 카자마
타카시 노다
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

계선삭 장력 감시 시스템은, 계선삭(11)이 권취되는 윈치 드럼(3)과, 윈치 드럼(3)과 함께 회전하는 브레이크 드럼(41)을 포함하는 밴드 브레이크(4)를 구비한다. 나아가, 계선삭 장력 감시 시스템은, 윈치 드럼(3) 상의 계선삭(11)의 권층수를 검출하는 권층수 검출기와, 밴드 브레이크(4)에 장착되고, 밴드 장력을 계측하는 로드 셀(5)과, 상기 권층수 검출기로 검출된 계선삭(11)의 권층수 및 로드 셀(5)로 계측된 밴드 장력에 기초하여 계선삭(11)에 작용하는 장력을 산출하는 제어 장치를 구비한다.

Description

계선삭 장력 감시 시스템
본 발명은 계선삭(繫船索) 장력 감시 시스템에 관한 것이다.
선박에는, 당해 선박을 안벽 등에 계류하는 계선삭 용의 윈치가 탑재되어 있다. 계선 시에는, 해상이나 기상의 변화에 의해, 계선삭에 과대한 장력이 작용하여 계선삭이 파단되는 경우가 있다. 이러한 관점에서는, 계선 시의 계선삭의 장력을 감시하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 특허문헌에는, 계선 시의 계선삭의 장력이 감시 가능한 계선삭 장력 감시 시스템(특허문헌에서는 「계선삭 감시 장치」라고 칭호)이 개시되어 있다. 이러한 시스템에서는, 윈치 드럼으로서, 스토리지 드럼과 텐션 드럼을 포함하는 스플릿 드럼을 사용하고, 브레이크 드럼을 포함하는 밴드 브레이크에 로드 셀이 장착되어 있다. 그리고, 계선 시에는 윈치 드럼의 텐션 드럼에 계선삭이 권취되어 윈치 드럼의 중심으로부터 장력의 작용선까지의 반경이 일정하게 되고, 로드 셀에서 계측된 하중이 계선삭 장력으로 환산된다.
일본특허공개공보 특개2002-211478호
그러나, 스플릿 드럼은 텐션 드럼 분만큼 통상의 윈치 드럼보다 길기 때문에(드럼의 축 방향의 폭이 넓기 때문에), 스플릿 드럼을 사용하는 경우에는 윈치의 설치 장소에 제약을 받는다. 게다가, 특허문헌의 계선삭 장력 감시 시스템에서는, 계선 시에 계선삭을 장력 드럼에 권취하는 작업이 필요하다.
따라서, 본 발명은 스플릿 드럼을 사용하지 않고 계선 시의 계선삭의 장력을 감시할 수 있는 계선삭 장력 감시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 계선삭 장력 감시 시스템은, 계선삭이 권취되는 윈치 드럼과, 상기 윈치 드럼과 함께 회전하는 브레이크 드럼을 포함하는 밴드 브레이크와, 상기 윈치 드럼 상의 계선삭의 권층(卷層)수를 검출하는 권층수 검출기와, 상기 밴드 브레이크에 장착되고, 밴드 장력을 계측하는 로드 셀과, 상기 권층수 검출기로 검출된 계선삭의 권층수 및 상기 로드 셀로 계측된 상기 밴드 장력에 기초하여 계선삭에 작용하는 장력을 산출하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 권층수 검출기에 의해 윈치 드럼 상의 계선삭의 권층수가 검출되기 때문에, 윈치 드럼의 중심으로부터 장력의 작용선까지의 반경을 일정하게 하는 대신에, 그 권층수를 이용하여 계선삭의 장력을 산출할 수 있다. 따라서, 스플릿 드럼을 사용하지 않고 계선 시의 계선삭의 장력을 감시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스플릿 드럼을 사용하지 않고 계선 시의 계선삭의 장력을 감시할 수 있는 계선삭 장력 감시 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계선삭 장력 감시 시스템의 기계 부분의 정면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따른 단면도이다.
도 3은 밴드 브레이크의 개략 구성도이다.
도 4는 권층수 검출기의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 권층수 검출기의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.
도 6은 권층수 검출기의 또 다른 변형예를 도시하는 도면이다.
도 7은 변형예의 밴드 브레이크의 개략 구성도이다.
도 1 및 도 2에, 본 발명의 일 실시예에 따른 계선삭 장력 감시 시스템(1)을 도시한다. 이러한 시스템(1)은, 선박의 갑판(10) 상에 설치된 지지대(30)에 의해 회전 가능하게 지지된 윈치 드럼(3)과, 윈치 드럼(3)의 회전을 허용하거나 금지(소위 제동)하거나 하는 밴드 브레이크(4)를 포함한다.
윈치 드럼(3)에는, 계선삭(11)(도 1에서는 도면의 간략화를 위해 생략)이 권취되어 있다. 윈치 드럼(3)의 양단으로부터는 플랜지(31)가 반경 방향 외향으로 돌출한다.
윈치 드럼(3)은 감속기(23)를 통해 원동기(22)에 의해 구동된다. 밴드 브레이크(4)는 감속기(23) 측의 플랜지(31)를 따라 배치되고, 밴드 브레이크(4)와 감속기(23) 사이에는, 클러치(24)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 클러치(24)는 수동식이다.
원동기(22)는, 전동 모터라도 좋고 액압 모터라도 좋다. 본 실시예에서는, 원동기(22)에 조작 장치(21)가 설치되어 있고, 원동기(22)가 수동으로 조작된다. 그러나, 원동기(22)는 후술하는 제어 장치(8)에 의해 전기적으로 제어되어도 좋다.
밴드 브레이크(4)는 본 실시예에서는 수동식이다. 구체적으로, 밴드 브레이크(4)는, 도 3에 도시된 바와 같이 플랜지(31)에 고정된 브레이크 드럼(41)을 포함한다. 즉, 브레이크 드럼(41)은 윈치 드럼(3)과 함께 회전한다. 또한, 밴드 브레이크(4)는 원호 형상의 한 쌍의 밴드(42, 43)를 포함한다. 밴드(42, 43)의 일단끼리는 핀(44)을 통해 연결되고, 밴드(42, 43)의 타단에는 핀(45, 46)이 각각 설치되어 있다.
핀(45, 46)은 링크 기구(47)에 연결되어 있고, 링크 기구(47)는, 조작축(48)의 회전에 따라서, 핀(45, 46)을 서로 가깝게 하거나 서로 멀리하거나 한다. 또한, 링크 기구(47)는, 갑판(10) 상에 설치된 지주(12)와 핀(49)을 통해 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 지주(12)의 바로 위에 위치하는 핀(45)은 핀형의 로드 셀(5)이다. 즉, 로드 셀(5)은 밴드 브레이크(4)에 장착되어 있다.
링크 기구(47)에 의해 핀(45, 46)이 서로 가깝게 되어 밴드(42, 43)가 브레이크 드럼(41)을 조이면, 밴드 장력(F)이 로드 셀(5)에 상향으로 작용한다. 즉, 로드 셀(5)은 밴드 장력(F)을 계측한다. 여기서, 계선삭(11)에 장력(P)이 작용하면, 그 장력(P)에 의해 윈치 드럼(3)에 회전력이 작용하여 로드 셀(5)에 상향의 힘이 작용하기 때문에, 로드 셀(5)에 의해 계측되는 밴드 장력(F)은 계선삭(11)의 장력(P)에 크게 의존한다.
계선 시에는, 안벽의 비트 등에 걸린 계선삭(11)이 원동기(22)에 의해 윈치 드럼(3)에 권취된 후, 밴드 브레이크(4)가 조여져 클러치(24)가 오프(off)로 된다.
나아가, 계선삭 장력 감시 시스템(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 윈치 드럼(3) 상의 계선삭(11)의 권층수를 검출하는 권층수 검출기(6)와, 이러한 권층수 검출기(6) 및 상술한 로드 셀(5)과 전기적으로 접속된 제어 장치(8)를 포함한다. 제어 장치(8)는 표시기(9)와도 전기적으로 접속되어 있다. 표시기(9)는, 예를 들어, 윈치 근방, 함교 또는 하역 제어실(카고 제어실) 등에 설치된다.
예를 들어, 제어 장치(8)는, ROM이나 RAM 등의 메모리와, HDD나 SSD 등의 스토리지와, CPU를 구비하는 컴퓨터이고, ROM 또는 스토리지에 기억된 프로그램이 CPU에 의해 실행된다.
권층수 검출기(6)는, 계선삭(11)의 권층수에 관한 수치를 계측하는 센서와, 센서에 의해 계측된 수치를 계선삭의 권층수로 환산하는 연산부를 포함한다. 연산부는 제어 장치(8)에 내장되어도 좋다. 본 실시예에서는, 계선삭(11)의 권층수에 관한 수치를 계측하는 센서가, 윈치 드럼(3)의 회전 각도를 계측하는 인코더(61)이다.
더 상세하게는, 인코더(61)는 윈치 드럼(3)으로부터 떨어진 위치에 배치된 스프로킷에 설치되고, 그 스프로킷과 윈치 드럼(3)에 장착된 스프로킷에 체인이 걸려 있다.
제어 장치(8)는, 권층수 검출기(6)에서 검출된 계선삭(11)의 권층수(N) 및 로드 셀(5)에서 계측된 밴드 장력(F)[kN]에 기초하여 계선삭(11)에 작용하는 장력(P)[kN]을 산출한다. 제어 장치(8)는 계산된 장력(P)를 표시기(9)에 출력한다.
구체적으로, 제어 장치(8)는, 장력 계수(K) 및 교정 계수(α)를 포함하는 다음의 장력 산출식 (1)을 이용하여 계선삭(11)에 작용하는 장력(P)을 산출한다.
[수 1]
Figure pct00001
ＤB : 브레이크 드럼 직경[mm]
dR : 계선삭 직경[mm]
dD : 윈치 드럼 직경[mm]
장력 산출식 (1) 중의 장력 계수(K)에 대해서는, 이하의 식 (2)로부터 산출된다.
[수 2]
Figure pct00002
μ : 밴드-브레이크 드럼 사이의 마찰 계수
θ : 밴드-브레이크 드럼 사이의 접촉각
밴드-브레이크 드럼 사이의 접촉각(θ)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 핀(45, 46)의 중심 사이의 각도이다.
장력 산출식 (1) 중의 교정 계수(α)에 관해서는, 계선삭 장력 감시 시스템(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 교정 장치(7)를 포함한다. 제어 장치(8)는, 초기 상태에서는, 교정 계수(α)를 1.0으로 설정한다.
교정 장치(7)는, 비계선 시에, 계선삭(11)의 정격 권층수(Nr)에서의 밴드 브레이크(4)의 밴드 장력(F)과 계선삭(11)의 가상 장력(Pv)의 관계를 확인하기 위한 것이다. 정격 권층수(Nr)는, 예를 들어 1 ∼ 3층 중에서 임의로 결정된다.
구체적으로, 교정 장치(7)는, 플랜지(31)와 회전 불능으로 연결되고, 플랜지(31)로부터 횡 방향으로 돌출하는 삼각 형상의 링크 판(71)과, 링크 판(71)의 선단을 상하 이동시키는 잭(72)(액압 실린더)과, 호스(74)에 의해 잭(72)과 접속된 핸드 펌프(73)를 포함한다. 핸드 펌프(73)에 의해 가압되는 작동액의 압력(Pr)은 압력 센서(75)에 의해 계측된다. 여기서, 교정 장치(7)의 구성은 이것에 한정되지 않고, 적절히 변경 가능하다.
비계선 시에 밴드 브레이크(4)를 조인 상태에서 핸드 펌프(73)를 조작하면, 호스(74)를 통해 잭(72)에 작동액이 공급되어, 잭(72)이 신장한다. 이러한 잭(72)의 신장에 따라서, 로드 셀(5)에 의해 계측되는 밴드 브레이크(4)의 밴드 장력(F)이 커진다. 제어 장치(8)는, 이하의 식(3)을 이용하여, 계선삭(11)의 가상 장력(Pv)[kN]을 산출한다.
[수 3]
Figure pct00003
Pr : 압력 센서(75)에서 계측되는 압력[MPa]
L : 윈치 드럼(3)의 중심으로부터 잭(72)의 중심까지의 거리[mm]
AS : 잭(72)인 액압 실린더의 헤드 측 수압(受壓) 면적[mm2]
Dr : 정격 권층수(Nr)의 표층의 계선삭 중심원 직경
Dr = dD + Nr × dR
제어 장치(8)는, 교정 장치(7)를 사용하여 확인된 결과에 기초하여, 교정 계수(α)를 결정한다. 교정 장치(7)를 이용한 확인의 결과, 교정 계수(α)는 1.0인 경우도 있고, 1.0보다 작거나 커지는 경우도 있다.
더 상세하게는, 제어 장치(8)는, 식 (3)을 이용하여 계선삭(11)의 가상 장력(Pv)을 산출하였을 때에 로드 셀(5)에 의해 계측된 밴드 장력(F)을 상기의 식 (1)에 대입하고, 식 (1)에 의해 산출된 장력(P)이, 식 (3)을 이용하여 산출한 계선삭(11)의 가상 장력(Pv)과 일치하도록 교정 계수(α)를 결정한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 계선삭 장력 감시 시스템(1)에서는, 권층수 검출기(6)에 의해 윈치 드럼(3) 상의 계선삭(11)의 권층수(N)가 검출되기 때문에, 윈치 드럼(3)의 중심으로부터 장력의 작용선까지의 반경을 일정하게 하는 대신에, 그 권층수(N)을 사용하여 계선삭(11)의 장력(P)을 산출할 수 있다. 따라서, 스플릿 드럼을 사용하지 않고 계선 시의 계선삭(11)의 장력(P)을 감시할 수 있다. 또한, 산출된 장력(P)은 제어 장치(8)로부터 표시기(9)로 출력되므로, 표시기(9)를 본 선원이 계선삭(11)의 장력(P)을 파악할 수 있다.
여기서, 계선삭(11)의 장력(P)이 규정값을 초과하면, 제어 장치(8)가 도시 생략된 통지기에 경보음을 발생시키고, 그 경보음을 들은 선원이 밴드 브레이크(4)를 개방한다. 그 결과, 계선삭(11)이 권출된다. 그 후, 선원은 클러치를 온(ON)으로 하여 느슨한 계선삭(11)을 윈치 드럼(3)에 권취한 후, 밴드 브레이크(4)를 조이고 클러치(24)를 오프로 한다.
(변형예)
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.
예를 들어, 권층수 검출기(6)에서 계선삭(11)의 권층수에 관한 수치를 계측하는 센서는, 윈치 드럼(3)의 회전 각도를 계측하는 인코더(61)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 계선삭(11)을 윈치 드럼(3)으로 누르는 노루발 부재(32)가 지지점(33) 둘레로 요동 가능하게 구성되는 경우, 권층수 검출기(6)에서 계선삭(11)의 권층수에 관한 수치를 계측하는 센서는 노루발 부재(32)의 각도를 측정하는 인코더(62)(또는 경사 센서)라도 좋다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 계선삭(11)을 윈치 드럼(3)으로 누르는 노루발 부재(33)가 왕복 이동 가능하게 구성되는 경우, 권층수 검출기(6)에서 계선삭(11)의 권층수에 관한 수치를 계측하는 센서는 노루발 부재(33)의 위치를 측정하는 스트로크 센서(63)라도 좋다.
또한, 권층수 검출기(6)는, 카메라를 이용하여 윈치 드럼(3) 상의 계선삭(11)의 권층수를 직접 검출하여도 좋다. 또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 권층수 검출기(6)는 플랜지(31)에 설치된 적외선 유닛(64)을 이용하여 윈치 드럼(3) 상의 계선삭(11)의 권층수를 직접 검출하여도 좋다. 적외선 유닛(64)을 사용하는 경우에는, 갑판(10) 상에 설치된 계선 철물(예를 들어, 계선삭(11)용 가이드 롤러))과 윈치 드럼(3) 사이의 소정 위치에서의 계선삭(11)의 갑판(10)으로부터의 높이를 적외선 유닛(64)을 이용하여 계측하고, 그 높이를 권층수로 환산하여도 좋다.
또한, 교정 장치(7)는 생략 가능하고, 장력 산출식 (1)이 교정 계수(α)를 포함하지 않아도 좋다. 다만, 상기 실시예와 같이 교정 장치(7)가 설치되고, 교정 장치(7)를 이용한 확인의 결과에 의해 장력 산출식 (1) 중의 교정 계수(α)가 결정되면, 계선삭(11)의 장력(P)를 정확하게 산출할 수 있다.
나아가, 상기 실시예에서는 밴드 브레이크(4)가 수동식이었지만, 밴드 브레이크(4)는 전동식이라도 좋다. 이 경우, 제어 장치(8)가 산출한 계선삭(11)의 장력(P)이 규정값을 초과하였을 때에, 제어 장치(8)가 밴드 브레이크(4)를 개방하여도 좋다. 또한, 밴드 브레이크(4)가 전동식인 경우, 클러치(24)도 전동식으로 하면, 밴드 브레이크(4)의 해방 후에 제어 장치(8)가 클러치(24)를 온으로 하고, 느슨한 계선삭(11)을 윈치 드럼(3)에 권취하여도 좋다. 이러한 구성은, 선원의 인원감축이나 자동 항행에 유용하다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 밴드 브레이크(4)에 장착된 핀 형의 로드 셀(5)은, 갑판(10) 상에 설치된 지주(12)와 링크 기구(47) 사이의 핀(49)이라도 좋다. 이 경우, 제어 장치(8)는 다음의 장력 산출식 (4)을 이용하여 계선삭(11)에 작용하는 장력(P)를 산출한다.
[수 4]
Figure pct00004
L : 윈치 드럼(3)의 중심으로부터 핀(49)의 중심까지의 수평 거리[mm]
(정리)
본 발명의 계선삭 장력 감시 시스템은, 계선삭이 권취되는 윈치 드럼과, 상기 윈치 드럼과 함께 회전하는 브레이크 드럼을 포함하는 밴드 브레이크와, 상기 윈치 드럼 상의 계선삭의 권층수를 검출하는 권층수 검출기와, 상기 밴드 브레이크에 장착되고, 밴드 장력을 계측하는 로드 셀과, 상기 권층수 검출기에서 검출된 계선삭의 권층수 및 상기 로드 셀에서 계측된 밴드 장력에 기초하여 계선삭에 작용하는 장력을 산출하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 권층수 검출기에 의해 윈치 드럼 상의 계선삭의 권층수가 검출되기 때문에, 윈치 드럼의 중심으로부터 장력의 작용선까지의 반경을 일정하게 하는 대신에, 그 권층수를 이용하여 계선삭의 장력을 산출할 수 있다. 따라서, 스플릿 드럼을 사용하지 않고 계선 시의 계선삭의 장력을 감시할 수 있다.
상기 제어 장치는, 산출된 장력을 표시기에 출력하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 표시기를 본 선원이 계선삭의 장력을 파악할 수 있다.
상기 계선삭 감시 시스템은, 비계선 시에, 계선삭의 정격 권층수에서의 상기 밴드 브레이크의 밴드 장력과 계선삭의 가상 장력과의 관계를 확인하기 위한 교정 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 계선삭에 작용하는 장력을, 교정 계수를 포함하는 장력 산출식을 이용하여 산출하고, 상기 교정 장치를 이용하여 확인된 결과에 기초하여 상기 교정 계수를 결정하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 계선삭의 장력을 정확하게 산출할 수 있다.
1: 계선삭 감시 시스템 11: 계선삭
3: 윈치 드럼 4: 밴드 브레이크
41: 브레이크 드럼 5: 로드 셀
6: 권층수 검출기 7: 교정 장치
8: 제어 장치 9: 표시기

Claims (3)

  1. 계선삭이 권취되는 윈치 드럼과,
    상기 윈치 드럼과 함께 회전하는 브레이크 드럼을 포함하는 밴드 브레이크와,
    상기 윈치 드럼 상의 계선삭의 권층수를 검출하는 권층수 검출기와,
    상기 밴드 브레이크에 장착되고, 밴드 장력을 계측하는 로드 셀과,
    상기 권층수 검출기에서 검출된 계선삭의 권층수 및 상기 로드 셀에서 계측된 밴드 장력에 기초하여 계선삭에 작용하는 장력을 산출하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 계선삭 장력 감시 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 산출된 장력을 표시기에 출력하는 것을 특징으로 하는 계선삭 장력 감시 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    비계선 시에, 계선삭의 정격 권층수에서의 상기 밴드 브레이크의 밴드 장력과 계선삭의 가상 장력과의 관계를 확인하기 위한 교정 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 계선삭에 작용하는 장력을, 교정 계수를 포함하는 장력 산출식을 이용하여 산출하고, 상기 교정 장치를 이용하여 확인된 결과에 기초하여 상기 교정 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 계선삭 장력 감시 시스템.
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