KR20230105928A - 다차수 진동 감쇄기를 구비한 선박. - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동 감쇄기를 구비한 선박에 관한 것이다.
보다 상세하게 설명하자면, 상기 진동 감쇄기 ( 이하 “발란서”)는, 상기 선박의 진동크기를 측정하는 수단; 엔진의 회전속도(E_RPM) 및 상기 발란서의 회전속도(B_RPM) 를 측정하는 수단; 상기 엔진의 제로 위상(ZE) 과 상기 발란서의 제로 위상(ZB)을 검출하는 수단; 및 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값만큼 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단을 포함하는 것; 을 특징으로 하는 진동감쇄기를 구비한 선박에 관한 것이다.

Description

다차수 진동 감쇄기를 구비한 선박. { A vessel which has a multi order vibration reducer }

본 발명은 선박의 엔진 및 프로펠러 등에 의해 발생되는, 선체 구조물의 진동을 감쇄하는 진동감쇄기를 구비한 선박에 관한 것이다.

최근 컨테이너 운반선과 같은 대형상선은 자동화 및 고속화 등의 영향으로, 선박 구조의 강성은 상대적으로 낮아지고, 기진력은 증가할 가능성이 높아졌다.

선박 건조 후 허용치를 초과하는 상부구조 진동을 효율적으로 감쇄할 수 있는 기술들이 다수 있다. 예를 들면, 출원번호 10-2012-0135635, 출원번호 10-2019-0089092, 인용논문 1 등에서는 엔진에 의하여 발생하는 기전력과 반대 위상의 기진력을 편심 회전체로 발생시켜서 선박의 진동을 감쇄 시킨다.

종래에는 선박 건조 후 시운전 단계에서, 1)엔진의 영점에 대한 상기 편심 회전체의 영점 위상을 수동으로 설정하고, 2)선박진동의 크기를 측정하고, 3) 진동의 크기가 최소가 되는 편심회전체의 위상각을 찾았다. 4)그리고 그 결과를 진동 감쇄기에 저장하여서 선박의 일상 운전에서 사용한다. 통상 위의 절차는 반나절 이면 충분히 수행 가능하다.

선박 건조 후 선박의 상태를 점검 및 조정하는 “시 운전”은, 보통 수일(예, 3~4일) 이 소요된다. 그러므로, 상기 절차 1) ~ 3) 을 수행하는 기술자는 작업이 끝난 후, 선박의 시운전이 종료될 때 까지, 며칠간 선내에서 대기하여야 하는 문제점이 있다.

또한, 사후 유지보수 작업으로 영점을 검출하는 엔진등의 영점 위치가 바뀌면, 다시 최적 위상을 수동으로 검출 및 설정하여야 하는 문제점이 있다.

또한, [ 엔진 가동 주파수의 정수배(이하, “차수”)로 진동 감쇄기를 구동하는 ] 종래의 진동감쇄기는 설정된 하나의 차수에 대하여 동작한다. 즉, 엔진 주파수에 따라서 진동의 주된 차수가 다수인 경우 다수개의 진동감쇄기를 구비하여야 하는 문제점이 있다.

출원번호 10-2019-0089092 (이하, “092 특허”) 출원번호 10-2012-0135635 (이하, “635 특허”) 출원번호 10-2012-0018031 (이하, “031 특허”) 출원번호 10-2001-0040945 (이하, “945 특허”) 출원번호 특1995-024519 (이하, “519 특허“)

Dae-Seung Cho, Tae-Muk Choi et al., August 2004, "A Study on the Practical Use of an Active Control System to Reduce Ship Superstructure Vibration", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 41, No. 4, pp. 77-84. (이하, "인용논문 1")

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동으로 최적위상을 찾는 진동감쇄기를 구비한 선박을 제공하는데 그 목적이 있다

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진동 감쇄기를 구비한 선박은, 진동 감쇄기 ( 이하 “발란서”); 상기 선박의 진동크기를 측정하는 수단; 엔진의 회전속도(E_RPM) 및 상기 발란서의 회전속도(B_RPM) 를 측정하는 수단; 상기 엔진의 제로 위상(ZE) 과 상기 발란서의 제로 위상(ZB)을 검출하는 수단; 및 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값만큼 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단을 포함하는 것; 을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발란서가 운전을 개시하기 이전에 시간영역의 진동신호를 주파수 영역 신호로 변환하고; 상기 주파수 영역 신호에서 최대값을 가지는 주파수(FFT_Freq)를 상기 선박의 주 기관(M/E)의 회전속도(E_Hz)로 나누어서 선박진동의 제어차수(n)을 구하는 것;을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발란서 가동 초기에, 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 일 방향(예 “감소”)의 소정의 값으로 단위시간당 변하게 설정 (degree/sec) 하고; 상기 선박의 진동크기(Vib)가 상기 발란서를 가동하기 이전 진동크기(Vib_un)보다 작아지면, 상기 발란서의 위상을 현재값(ZBE_near_opt)으로 설정하고; 상기 현재 발란서 위상(ZBE_near_opt) 근처에서 상기 발란서의 위상을 미세하게 조정하여 최적 위상(ZBE_opt)를 찾는 미세조정 단계를 수행하는 것; 을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발란서 가동 초기에, 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 일 방향(예 “감소”)의 소정의 값으로 단위시간당 변(degree/sec)하게 설정하고; 상기 선박의 진동크기(Vib)가 상기 발란서를 가동하기 이전 진동크기(vib_un) 보다 크면서, 상기 진동크기(Vib)가 증가 하면,

상기 발란서의 위상(ZBE)이 타 방향(예 “증가”)의 소정의 값으로 단위시간당 변(degree/sec)하게 설정 하는 것; 을 특징으로 한다.

그리고, 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값으로 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단은, 상기 엔진의 회전속도(E_RPM)와 상기 발란서의 회전속도(B_RPM)의 차를 일정하게 하는 것; 을 특징으로 한다.

그리고, 상기 선박의 진동크기를 측정하는 수단은, 선박의 진동신호를 고속 푸리에 변환(이하, “FFT”)하고, 소정의 주파수에 대한 상기 FFT 결과값을 선박의 진동크기를 대표하는 값으로 사용하는 것; 을 특징으로 한다.

그리고, 상기 진동감쇄기는 상기 엔진회전의 정수배인 회전수(이하, "차수")로 구동되며, 두 개 이상의 제어 개시회전수(Start RPM) 및 제어 종료회전수(Stop RPM)을 포함하고, 두 개 이상의 차수로 구동되는 것; 을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진동 감쇄기 ( 이하 “발란서”)는,상기 선박의 진동크기를 측정하는 수단; 엔진의 회전속도(E_RPM) 및 상기 발란서의 회전속도(B_RPM) 를 측정하는 수단; 상기 엔진의 제로 위상(ZE) 과 상기 발란서의 제로 위상(ZB)을 검출하는 수단; 및 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값만큼 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단을 포함하는 것; 을 특징으로 한다.

발명에 따른 진동감쇄기를 구비한 선박은 다음과 같은 효과가 있다

1) 진동감쇄기의 최적위상 및 제어차수를 자동으로 찾고 설정하므로, 선박 건조 후 선박의 상태를 점검 및 조정하는 “시 운전”에서 별도의 조정인원이 필요 없다.

2) 유지보수 작업으로 영점의 위치가 변경되어도, 자동으로 다시 최적 위상을 검출하여 설정한다. 따라서, 수동으로 진동감쇄기를 조정할 필요가 없으므로 별도의 조정인원이 필요 없다.

3) 하나의 진동감쇄기로 다수의 차수를 제어할 수 있으므로, 가격 경쟁력이 있는 진동감쇄기가 제공되는 효과가 있다.

도1은 발란서에 의하여 진동이 감소 및 증가할 수 있음을 설명하는 도면이다.
도2는 발란서의 위상에 따른 선박의 진동크기를 나타낸 것이다.
도3은 선박의 주 기관(M/E) 의 회전속도별로 발란서의 효과를 도시한 것이다.
도4는 위상 슬라이딩을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도 이다.
도6은 본 발명의 또 다른 일 실시예를 설명하기 순서도 이다.
도7은 본 발명의 또 다른 일 실시예를 설명하기 순서도 이다.
도8은 본 발명의 위상 슬라이딩에서 위상별 진동크기를 나타낸 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지구성 및 기능에대한 상세한설명은 생략한다.

본 발명은 선박의 엔진 및 프로펠러 등에 의해 발생하는, 선체 구조물의 진동을 감쇄하는 진동감쇄기를 구비한 선박에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 선체의 진동과 반대되는 위상의 진동을 만들어서, 상기 선체에 공급하여, 상기 진동을 감쇄시키는 또는 제거하는 진동감쇄기 구비한 선박에 관한 것이다.

본 발명은 고정편심 혹은 가변편심의 진동감쇄기(이하 “발란서” 라고도 칭함) 사용을 전제로 설명한다. 발란서는 “031 특허”, “945 특허” 등의 선행기술에서 많이 소개되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 이때 발란서에서 발생하는 진동은 단일 주파수이다.

< 진동의 감소 및 증가 >

이하, 첨부된 도1 내지 도3을 참고하여서 진동감쇄기에 의하여 발생할 수 있는 진동의 감쇄 및 증가의 일 예를 살펴본다.

먼저 도1에서, 진동 (VE1) 및 (VE2) 는 발란서를 사용하지 않을 때 선박의 진동이다. 그리고, 진동 (VB1) 및 (VB2) 는 발란서에서 발생하는 진동이다. 상기 발란서를 사용하지 않을 때 선박진동 (VE1) (VE2) 와 상기 발란서에서 발생하는 진동 (VB1) (VB2) 의 합이 발란서를 가동할 때 선박진동 (V1) (V2) 가 된다. 발란서에 의하여 선박진동이 (V1) 처럼 감소되기를 희망하지만, 오히려 선박진동이 (V2) 처엄 증가될 수도 있다.

도2 및 도3은 “인용논문 1”에서 발췌한 것이다. 선박은 5500 TEU 컨테이너 운반선이고, 주 기관(M/E)의 회전속도가 89 rpm 일 때, 발란서의 위상을 10도 간격으로 수동으로 조정하고, 선박의 진동(Vib_m1)을 가속도(gal)로 측정하고, 이론값(Vib_t1) 과 같이 도시하였다. 그리고 발란서를 가동하지 않을 때의 진동값(Vib_un_1)도 같이 도시하였다.

도3 은, 주 기관(M/E)의 회전속도를 81 ~ 101 로 변경하면서, 발란서를 사용할 때와 하지 않을 때의 진동을 진동속도로 측정한 것이다. 여기서, 주 기관(M/E)의 회전속도가 89 rpm 일 때 진동속도는 대략 0.4 mm/s (Vib_un_1a) 이고, 상기 선박의 최대 진동속도는 대략 2배인 0.8 mm/s (P1) 임을 알 수 있다.

보다 상세하게, 도2 및 도3을 살펴보면, 1)발란서를 사용하지 않을 때 선박의 진동 가속도는 대략 1.6 gal 이다. 2)발란서를 사용할 때 선박의 최대 진동 가속도는 대략 3.5 gal 으로, 발란서를 사용하지 않을 때 보다 2배 이상 진동이 크다. 3)발란서를 사용할 때, 1/4 위상구간(위상 30~120 degree, 다르게 표현하면 “안전영역”) 에서 발란서를 사용하지 않을 때보다 진동이 감소하였다. 4)반면에, 나머지 3/4 발란서 위상구간(다르게 표현하면 “위험영역”) 에서는 발란서를 사용하지 않을 때보다 진동이 증가하였다. 5)특히 1/3 발란서 위상구간(위상 190~320)에서는 발란서를 사용하지 않을 때보다 2배 이상 크기의 진동이 발생하였다. 이 값은 도3에서 선박에서 최대 진동값과 거의 같다. 그러므로, 발란서의 최적 위상을 찾을 때에는, “위험영역”에 머무는 시간이 최소가 되도록 하는 것이 바람직하다.

< 최적위상 찾기 단계에서 진동 측정방법 >

본 발명의 일 예에서는 최적 위상을 찾을 때, “안전영역”에 빠르게 진입하기 위하여, 단위 시간당 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 일정한 값으로 증가 또는 감소하도록 하고, 이 상태에서 선박진동의 크기를 대표하는 값을 측정한다. 그러면, 소정의 위상에서 진동을 측정하고 또 위상을 바꾸어서 진동을 측정하는 경우보다 “위험영역”에 머무는 시간이 작을 것이 기대된다.

일 예를 들어서 10 degree /sec로 발란서 위상이 변하면, 36초 만에 1 회전을 할 수 있고, 진동증가 (3/4)구간에 머무는 시간은 27초 이다.

한편, 본 발명에서는 발란서 위상이 단위시간에 일정한 값으로 증가 또는 감소할 때, 진동의 크기를 측정한다. 이때 측정된 값은 단일 위상에서의 진동값이 아니고, 인접한 복수개 위상에서의 진동을 대표하는 값이 된다. 일 예로 상기 진동을 대표하는 값은, 최근 1초간 진동의 실효값(rms), 평균값(avg), 피크-피크 값(pp), 또는 중위수… 이 될 수 있다. 그러면, 상기 1초간의 진동신호에는 발란서 위상 10 degree 구간에서의 진동이 모두 포함되어 있다.

한편, 진동신호를 고속 푸리에 변환(이하, “FFT”)하고, 소정의 주파수에 대한 결과값을 선박의 진동크기를 대표하는 값으로 사용할 수도 있다. 이것은 다수 ( 즉, FFT 결과 빈 개수 ) 의 협대역의 고성능 대역통과필터(이하, “BPF”)를 사용하여서, 선박의 진동 크기를 측정한 것과 같다.

FFT 는 시간영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 하나의 도구이다. 다른 도구(예, DFT)를 사용하여서, 시간영역 신호를 주파수영역 신호로 변환하고, 그 결과값을 선박의 진동크기를 대표하는 값으로 사용할 수 있음은 당연하다.

본 발명에 바람직한 진동의 크기를 대표하는 값은, 상기 설명 중 어느 하나로 제한되지 아니한다. 그리고, 당업자는 상기 언급된 대표값 이외의 값들을 “선박진동의 크기를 대표하는 값”으로 사용할 수 있음은 당연하다.

< 발란서의 위상 슬라이딩 >

이하, 도4을 참고하여서 발란서의 위상을 연속적으로 변경하는 일 예를 살펴본다.

도4에서 수평축은 시간이고 단위는 초 이다. 그리고 수직축은 진동의 크기이다. 파형 (50), (60) 및 (70) 은 각각 50, 60 및 70 rpm 의 진동을 도시한 것이다. 이때, 진동 주파수는 각각, 0.83 Hz, 1 Hz 및 1.16 Hz 이다.

엔진과 발란서가 0 초 에서 위상이 모두 0 degree 로 같다. 엔진이 60 rpm 으로 회전하고, 발란서가 70 rpm 으로 회전한다면, 1초 후에 엔진 영점에 대한 발란서의 위상(ZBE)은 ZB70 - ZE1 로 계산할 수 있으며, 그 값은 -60 degree 이다. 2초 후에 발란서의 위상(ZBE)는 ZB70 - ZE2 로 계산할 수 있으며, 그 값은 -120 degree 이다. 즉, 발란서 영접(ZB70)과 엔진 영접(Zen)의 위상차 ( ZB70En = ZB70 - ZEn ) 는 60 degree/sec 의 속도로 감소한다. 여기서 ZE0, ZE1, ZE2 그리고 일반화 하여서 ZEn 는 각각, 0초, 1초, 2초 및 n초 에서 엔진의 제로위상이다.

한편 엔진이 60 rpm 으로 회전하고, 발란서가 50 rpm 으로 회전한다면, 1초 후에 엔진 영점에 대한 발란서의 위상(ZBE)은 ZB50 - ZE1 로 계산할 수 있으며, 그 값은 +60 degree 이다. 2초 후에 발란서의 위상(ZBE)는 ZB50 - ZE2 로 계산할 수 있으며, 그 값은 +120 이다. 즉, 발란서 영접(ZB50)과 엔진 영접(Zen)의 위상차 ( ZB50En = ZB50 - ZEn ) 는 60 degree/sec 의 속도로 증가한다. 여기서 ZE0, ZE1, ZE2 그리고 일반화 하여서 ZEn 는 각각, 0초, 1초, 2초 및 n초 에서 엔진의 제로위상이다.

요약하면, 엔진과 발란서의 회전속도를 1rpm 차이 나도록 하면, 발란서의 위상 (ZBE)는 6 degree/sec 로 변한다. 이때, 발란서의 회전속도가 엔진 회전속도 보다 높으면, 위상 (ZBE)는 -6 degree/sec 로 변하고, 발란서의 회전속도가 엔진 회전속도 보다 낮으면, 위상 (ZBE)는 +6 degree/sec 로 변한다.

이하 도5를 참고하여서, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도5는 선박의 진동을 감소시키기 위하여, 발란서가 동작을 개시하는 시점부터, 최적의 발란서 각도를 찾고, 발란서 동작을 종료하는 절차를 나타낸 것이다. 이렇게 찾은 발란서의 최적 위상(Zopt)는 비휘발성 메모리에 저장하여서, 다음에 발란서가 동작을 개시할 때 바로 사용할 수 있다.

스텝 S100 : 선박 주 기관(M/E)의 회전속도가 소정의 값보다 높아지면, 선박의 진동을 감소시키기 위하여 발란서 작동개시 절차에 진입한다. 그리고 필요한 값들을 초기화한다. 그리고 다음 스텝인 S101 로 간다.

이하, 다음에 수행할 스텝의 숫자가 현재 수행중인 스텝의 숫자보다 1 큰 경우에는, 특별히 언급되어 있지 않아도 다음에 수행할 스텝임에 유의하여야 한다.

스텝 S101 : 발란서가 동작하지 않는 상태에서, FFT로 선박진동의 주파수 성분을 분석한다. 상기 FFT 결과에서 최대값을 가지는 주파수가 선박진동에 최대로 영향을 주는 주파수이다. 제어 차수(이하, “차수”)는 엔진 회전속도 대비 발란서의 회전속도의 배수로 정의된다. 따라서 차수 n 는 공식 (1) 로 계산된다.

차수 = FFT_Freq / E_Hz --- (1)

여기서 FFT_Freq 는 FFT 결과 최대값을 가지는 주파수(단위 Hz) 이고, E_Hz 는 선박 주 기관(M/E)의 회전속도(E_RPM)를 주파수(단위 Hz)로 나타낸 값이다.

스텝 S102: 1)선박진동 감소에 필요한 발란서의 목표 회전속도(T_RPM) 및 발란서의 위상을 (단위시간당 소정의 값만큼) 변하게 하는 발란서의 회전속도 (PS_RPM) 을 공식 (2) 및 (3) 으로 계산한다. 이하, 상기 발란서의 회전속도 (PS_RPM) 은 “위상 슬라이딩 회전속도(PS_RPM)”라 칭한다.

T_RPM = 차수 * E_RPM --- (2)

PS_RPM = T_RPM + C1 --- (3)

여기서, C1 은 상수이고, T_RPM 은 선박진동을 감소 또는 제거 하는데 사용되는 발란서의 목표 회전속도(T_RPM) 이다. E_RPM 은 선박 주기관(M/E)의 회전속도(E_RPM) 이다. PS_RPM 은 발란서의 위상을 (단위시간당 소정의 값만큼) 변하게 하는 회전속도이다. T_RPM, E_RPM 및 PS_RPM의 단위는 rpm 이다.

그리고, 2) 발란서의 가동을 개시한다. 이때, 발란서의 회전속도(B_RPM)는 위상 슬라이딩 회전속도 (PS_RPM) 로 설정한다. 여기서, 상기 상수 C1 이 +1이면 엔진의 영점(ZE)에 대한 발란서의 위상(ZBE)는 단위시간당 약 6 degree/sec 로 감소하고, 상기 상수 C1 이 +1.667 이면 상기 상기 발란서 위상(ZBE)는 10 degree/sec 로 감소한다. 한편 상기 C1 이 음수이면 상기 발란서 위상(ZBE)이 증가함은 당연하다.

스텝 S103 : 본 스텝에서는, 발란서가 가동중이고, 발란서의 위상(ZBE)가 단위시간당 일정한 값으로 변하는 중 ( 다른 표현으로, “위상 슬라이딩 중” )에 선박진동의 크기를 대표하는 값(Vib_ps)을 측정하고, 발란서의 위상 대표값(ZBE_ps)을 측정한다. 이때 상기 진동의 크기를 대표하는 값은 실효값(rms), 평균값(avg), 피크-피크값(pp), 최대값(max) 또는 중위수 … 이 될 수 있다. 또한, FFT 결과값을 진동의 크기를 대표하는 값으로 사용할 수도 있다.

본 발명에서는, 진동신호 수집시간보다 더 짧은 시간간격으로 측정값을 획득할 수도 있다. 과장되게 예를 들면, 데이터 수집기간이 10초이고, 데이터 해석 기간이 1초 이면, 통상 11 초 마다 한번씩 측정값이 획득된다. 한편, 초기 데이터 수집기간 10초 이후에, 1 초 간격으로 측정값을 획득할 수도 있다. 이것은 과거에 사용한 데이터 중에서, 최근 10초 이내에 해당하는 것은 재사용하면 된다.

본 스텝에서 엔진의 영점에 대한 발란서의 영점 위상(ZBE)은 상기 데이터 수집 및 해석 기간 중에도 계속 변하고 있다. 따라서, 현재의 발란서 위상(ZBE_ps)을 대표값으로 사용하는 것이 바람직하다.

스텝 S104 : 본 스텝에서는 앞서 측정된 “선박진동의 크기를 대표하는 값(Vib_ps)” 및 “발란서의 위상(ZBE_ps) 대표값”을 메모리에 저장한다.

스텝 S105 : 발란서 위상(ZBE)이 계속 감소 또는 계속 증가하여서 360 degree 이상 (즉, 한 바퀴 이상) 회전하였는지를 판단한다. 만약 발란서 위상(ZBE)가 한 바퀴 이상을 회전하지 않았다면, 한 바퀴 이상을 회전할 때까지, 계속 S103 및 S104 를 계속 수행한다.

발란서 위상(ZBE)이 한 바퀴 이상을 회전하였다면, 스텝 S106 을 수행한다.

스텝 S106 : 발란서 위상(ZBE)이 한 바퀴를 회전하는 동안 획득하여 스텝 S104 에서 저장한 선박진동의 대표값 중에서, 최소값의 (Vib_ps) 을 찾는다. 그리고, 상기 최소값이 측정될 때 같이 획득한 발란서 위상(ZBE_ps)을 찾는다.

상기 발란서 위상(ZBE_ps)은 선박진동을 최소로 하는 최적위상(ZBE_opt) 근처의 값(ZBE_near_opt)이 되고, 상기 발란서 위상 (ZBE_near_opt) 는 “안전영역” 안에 있어서, 발란서에 의하여 선박의 진동이 감소될 가능성이 매우 크다.

만약 발란서의 위상이 매우 큰 값, 예를 들어서 45 degree /sec 로 감소하고 있다면, 상기 스텝 S103 에서 측정된 위상(ZBE_ps)는 상기 45 degree 를 대표하는 값이므로, 44/45 의 확률로 최적위상 (ZBE_opt) 가 아니다. 그리고, 상기 발란서 위상(ZBE_near_opt)는 안전영역을 벗어나 있을 수도 있다.

다른 예로는 발란서에 의하여 증가되는 선박진동이 최대 선박진동보다 현저히 작을 때는, 작은값( 예 1 degree/sec)으로 발란서 위상이 변하게 할 수도 있다. 이때는 매우 촘촘한 위상간격으로 선박의 진동 크기를 측정할 수 있고, 이때 찾은 최소 진동의 위상 (ZBE_newr_opt) 는 최적 위상(ZBE_opt)일 가능성이 매우높다.

한편, 진동의 측정방법, 발란서 제어기의 동작속도 및 발란서에 의한 선박의 최대진동 크기 등에 의하여 최적의 위상 슬라이딩 값 (degree/sec) 이 결정될 수 있음은 당연하다. 본 발명에 의하면 최적의 위상 슬라이딩 값은 대략 5 degree/sec 에서 30 degree/sec 사이에 있을 것이 바람직하다.

스텝 S107 : 본 스텝에서는 발란서의 위상을 미세하게 조정하여, 선박진동이 최소가 되도록 하는 최적의 발란서 위상 (ZBE_opt) 를 찾는 미세조정 스텝이다. 간단히 설명하면, 먼저 위상 슬라이등을 중지한다. 그리고, 앞선 스텝 S106에서 찾은 최소값 위상(ZBE_near_opt) 및 상기 최소값 위상(ZBE_near_opt)의 좌·우 위상에서 선박진동의 크기를 대표하는 값을 측정한다. 상기 3개의 위상에서 측정된 진동의 크기 중에서, 중앙위상에서 진동의 크기가 제일 작으면, 상기 중앙위상이 선박진동이 최소가 되도록 하는 최적의 발란서 위상(ZBE_opt) 이다.

만약, 좌측위상 또는 우측위상에서 진동의 크기가 제일 작으면, 진동이 제일 작은 위상을 중앙위상으로 하여서, 상기 선박진동의 크기를 측정하는 절차를 다시 수행하여서 최적위상(ZBE_opt) 를 찾는다. 이때 좌우 위상은 중앙위상으로부터 1~10 degree 정도 떨어져 있는 것이 바람직할 수 있다. 상세하게는, 미세조정 초기에는 10 degree, 미세조정 말기에는 1 degree 가 떨어진 좌우 위상을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.

본 스텝에서는 진동의 크기를 FFT 결과로 하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 FFT를 하면 협대역의 고성능 대역통과 필터(이하, “ BPF”) 를 사용하여서, 선박의 진동 크기를 측정한 것과 같아서 매우 정밀하고 재현성이 높은값을 획득할 수 있기 때문이다. 또한, 진동신호를 획득하는 경로에, 별도의 고성능 노이즈 제거필터를 사용하지 않고도, 매우 정밀한 진동크기를 획득할 수 있는 장점이 있기 때문이다.

또한, 발란서 위상(ZBE)이 “안정영역”에 있으므로, 하나의 위상에서 장시간에 걸쳐서 측정을 하여도 선박에 대미지를 줄 가능성이 낮다. 본 발명의 개시로, 최적 위상각(ZBE_opt)을 찾는데 걸리는 시간이 수분 이내가 될 것으로 예상한다.

스텝 S108 : 본 스텝에서는 비휘발성 메모리에 엔진속도(E_RPM), 최적 위상각(ZBE_opt), 차수(n) 등을 기록을 한다. 이것은, 향후 발란서가 동작을 새로 개시할 때, 최적값을 찾는단계 없이 바로 발란서를 구동하기 위함이다.

스텝 S109 : 앞선 스텝에서 찾은 최적 위상각(ZBE_opt) 으로 발란서를 구동하여서 선박의 진동을 감소시킨다.

스텝 S110 : 선박의 주기관(M/E) 회전속도가 소정의 값 이하로 내려가면 발란서 구동을 종료한다.

이상 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명하였다.

이하 도6를 참고하여서, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도6은 선박의 진동을 감소시키기 위하여, 발란서가 동작을 개시하는 시점부터, 최적의 발란서 각도를 찾는데까지 절차를 나타낸 것이다. 본 실시예는 발란서의 위상(ZBE)이 “위험영역”에 머무는 시간이 제1 실시예보다 작은 것이 특징이다.

스텝 S200 : 선박 주 기관(M/E)의 회전속도가 소정의 값보다 높아지면, 선박의 진동을 감소시키기 위하여 발란서 작동개시 절차에 진입한다. 그리고 상기 절차개시에 필요한 값들을 초기화한다. 그리고 다음 스텝인 S201 로 간다.

이하, 다음에 수행할 스텝의 숫자가 현재 수행중인 스텝의 숫자보다 1 큰 경우에는 “다음 스텝으로 간다”는 설명은 편의상 생략한다.

스텝 S201 : 발란서가 동작하지 않는 상태에서, FFT로 진동신호의 주파수 성분을 분석한다. FFT 결과에서 최대값을 가지는 주파수가 선박진동에 최대로 영향을 주는 회전속도이다. 제어 차수(이하, “차수”)는 엔진 회전속도 대비 발란서의 회전속도의 배수로 정의된다. 따라서 차수 n 는 상기 공식 (1) 로 계산된다.

스텝 S202: 발란서가 동작하지 않는 상태에서, 선박진동의 크기를 대표하는 값(Vib_un)을 측정한다. 상기 선박진동의 크기를 대표하는 값(Vib_un)은 실효값 (rms), 평균값(avg), 피크-피크값(pp), 최대값(max) 또는 중위수 … 이 될 수 있다. 또한, FFT 결과값을 진동의 크기를 대표하는 값으로 사용할 수도 있다.

본 발명에서는 한 종류의 값을 진동크기의 대표값으로 사용할 수도 있고, 다수 종류의 값을 사용하여서 하나의 값을 도출하고 그 값을 진동크기의 대표값으로 사용할 수도 있다. 이것은, 다수의 값을 사용하면 그 대표값이 노이즈에 강할 것으로 예상되기 때문이다.

스텝 S203: 선박진동 감소에 필요한 발란서의 목표 회전속도(T_RPM) 및 발란서의 위상을 (단위시간당 소정의 값만큼) “일 방향”으로 변하게 하는 발란서의 회전속도 (PS_RPM) 을 상기 공식 (2) 및 (3)으로 계산한다. 이하, 상기 발란서의 회전속도(PS_RPM) 은 “위상 슬라이딩 회전속도(PS_RPM)”이라 칭한다.

설명의 편의상, 본 스텝에서는 상기 “일 방향”은 발란서 위상(ZBE)이 지속적으로 감소하는 방향으로 설정한다. 일 예로, 발란서 회전속도(B_RPM)을 [ 차수 * E_RPM + 1 ] 로 설정하면 발란서 위상(ZBE)는 약 6 degree/sec 로 감소한다.

스텝 S204: 현재 발란서가 가동중이고, 발란서의 위상(ZBE)이 단위시간당 일정한 값으로 변하는 중 [ 다르게 표현하면, “위상 슬라이딩(ps:phase sliding) 중 ] 이다. 본 스텝에서는 위상 슬라이딩(ps) 중에 선박진동의 크기(Vib_ps) 및 발란서의 위상(ZBE_ps)를 측정한다.

스텝 S205: “위상 슬라이딩(ps)” 중에 획득한 선박진동값(Vib_ps)이 발란서를 가동하지 않을 때 진동값(Vib_un) 보다 작은가를 비교한다.

만약, Vib_ps <= Vib_un 이면, 다른 표현으로 발란서를 가동하니까 진동이 감소하였으면, 스텝 S221 에서 S224 를 순차적으로 수행한다. 즉 발란서의 위상을 미세하게 조정하여 최적 위상(ZBE_opt)를 찾고(S107, S221), 향후에 사용할 값들을 비휘발성 메모리에 저장(S108, S222 ) 하고, 최적위상(ZBE_opt)으로 발란서 위상을 추종(S109, S223) 하고, 엔진 회전속도(E_RPM)이 소정의 값보다 낮아지면 발란서 가동을 종료(S110, S224) 한다. 본 발명의 제1 실시예에서 스텝 S107 ~ S110 이 상세히 설명되어 있으므로, 상기 스텝 S221 ~ S224 에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편 Vib_ps > Vib_un 이면, 다른 표현으로 발란서 가동 이전보다 선박의 진동이 크면, 스텝 S211 로 간다.

스텝 S211: 현재 스텝에서는 발란서 가동 중이며, “위상 슬라이딩(ps)” 중에 획득한 선박진동값(Vib_ps)이 발란서 가동 이전(vib_un)보다 큰 상태이다. 그리고, 설명의 편의상, 스텝 S203 에서 발란서의 위상을 단위시간당 소정의 값만큼 감소하도록 설정하였으므로, 발란서의 위상(ZBE)은 계속 감소하고 있다.

본 스텝에서는 ( “위상 슬라이딩(ps)” 중에 획득한 ) 선박진동값(Vib_ps)이 이전의 선박진동값(Vib_ps) 보다 감소하였는지를 조사한다. 이를 위해 선박진동값(Vib_ps) 는 2번 연속으로 측정을 할 수도 있다. 그리고 본 스텝이 루프(S204-S205-S211) 및 (S204-S-205-S211-SS212) 속에 있으므로 이전의 S204 단계에서 측정한 값과 비교할 수도 있다.

한편, 시간이 흐르면 별도의 제어를 수행하지 않아도 발란서의 위상(ZBE)은 계속 감소하고, 그러면 선박의 진동크기는 반드시 증가하거나 감소하게 되어 있다(도2 참고). 만약 선박진동(Vib_ps)이 감소하였으면(Case Yes), 선박진동의 크기(Vib_ps)가 ( 발란서를 가동하지 않을 때의 ) 진동크기(Vib_un) 보다 작아질 때까지, 현재의 제어상태를 유지한다. 보다 상세하게는 측정스텝(S204) 과 비교 스텝(S205) 및 (S211)을 포함하는 루프를 수행한다.

스텝 S212: 본 스텝은, 스텝 S211에서 선박진동의 크기(Vib_ps) 가 증가하였다고 판정(Case No)되면, 수행하는 스텝이다. 그대로 두면, 진동의 크기가 계속 증가하다가, 최대값에 도달한 이후에 감소하여서 현재의 진동크기(Vib_ps) 까지 올 것이다. 본 스텝은 이때 소요되는 시간을 제거하기 위한 스텝이다.

이를 위하여, 본 스텝에서 “위상 슬라이딩” 방향을 “타 방향”으로 바꾼다. 상세하게는 발란서의 위상 (ZBE) 가 단위시간당 소정의 값만큼 증가(degree /sec) 하도록 발란서의 회전속도(B_RPM)를 설정한다. 일 예로, 발란서 회전속도 (B_RPM)을 [ 차수 * E_RPM - 1 ] 로 설정하면 발란서 위상(ZBE)는 약 6 degree/sec 로 증가 한다.

만약 본 스텝에서 발란서 위상(ZBE)의 변화 방향을 “타 방향” (예, “증가”)으로 설정하는 것이 아니고, 현 변화 방향의 반대방향으로 설정한다면, 발란서의 위상(ZBE)이 특정구간에 갇혀서 그 구간을 벗어나지 못하는 경우가 발생할 수 있음에 주의하여야 한다. [ 참고, 도2에서 위상(ZBE) 280~300 degree 구간(LK) ]

이상 본 발명의 제2 실시예를 상세히 설명하였다.

이하 도7 및 도8 을 참고하여서, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도7은 선박의 진동을 감소시키기 위하여, 최적의 발란서 각도를 찾는 절차를 나타낸 것이다. 본 발명에서 발란서는 소정의 시간간격(이하 “제어주기”, 예 2 sec )으로 위상조절을 위한 제어값이 제공되는 것이 바람직하다. 이때 상기 소정의 시간간격은 특별한 값으로 제한되지 아니한다.

스텝 S300 : 선박 주 기관(M/E)의 회전속도가 소정의 값보다 높아지면, 선박의 진동을 감소시키기 위하여 발란서 작동절차에 진입한다. 그리고 상기 절차개시에 필요한 값들을 초기화한다. 그리고 다음 스텝인 S301 로 간다.

이하, 다음에 수행할 스텝의 숫자가 현재 수행중인 스텝의 숫자보다 1 큰 경우에는 “다음 스텝으로 간다”는 설명은 편의상 생략한다. 그리고 대부분의 경우에 “다음 스텝”은 “다음 제어주기”에서 수행되는 것이 바람직하다. 한편 하나의 제어주기에서 다수개의 스텝이 수행될 수도 있음에 유의하여야 한다.

스텝 S301 : 발란서가 동작하지 않는 상태에서, FFT로 진동신호의 주파수 성분을 분석한다. FFT 결과에서 최대값을 가지는 주파수가 선박진동에 최대로 영향을 주는 주파수이므로 발란스의 목표회전 속도가 되는 것이 바람직하다. 제어 차수(이하, “차수”)는 엔진 회전속도 대비 발란서의 회전속도의 배수로 정의된다. 따라서 차수 n 는 상기 공식 (1) 로 계산된다.

스텝 S302: 발란서가 동작하지 않는 상태에서, 선박진동의 크기를 대표하는 값(Vib_un)을 측정한다. 상기 선박진동의 크기를 대표하는 값(Vib_un)은 실효값 (rms), 평균값(avg), 피크-피크값(pp), 최대값(max) 또는 중위수 …이 될 수 있다. 또한, FFT 결과값을 진동의 크기를 대표하는 값으로 사용할 수도 있다.

FFT 결과값을 진동의 크기를 대표하는 값으로 사용할 경우에는, 발란서의 회전주파수에 대한 FFT 결과값을 사용하는 것이 바람직하다. FFT 결과 빈은 고성능의 협대역 통과필터 (이하, “BPF”) 를 통과한 신호크기를 측정한 것과 같다. 엔진의 RPM 이 바뀌면, 제어 차수는 변동이 없지만, 발란서의 RPM 은 바뀐다. 따라서 엔진 RPM 이 바뀌면, 선박의 진동값 측정하는 FFT 결과 빈도 바뀌어야 한다. 그리고 상기FFT 결과 빈에 고성능 BPF를 통과한 신호의 크기가 결과값으로 나타난다.

상기의 FFT값 이외의 다른 대표값[예, Vib(rms)]들은 (설계에서) 제일 낮은 발란서 RPM 에서 진동신호와 제일 높은 발란서 RPM 에서 진동신호가 모두 통과할 수 있는 광대역 “BPF” 를 사용하는 것이 바람직하다. 이때는 제어차수가 아닌 다른 차수의 진동이 제어차수의 진동측정값에 포함될 수도 있는 단점이 있다. 예를 들면, 설계상 발란서가 400~800 RPM 으로 가동하는 경우, 엔진 100 RPM 의 4차, 5차, 6차, 7차 및 8차 고조파가 모두 상기 광대역 BPF 를 통과하여서 측정된다.

스텝 S303: 선박진동 감소에 필요한 발란서의 목표 회전속도(T_RPM) 및 발란서의 위상을 (단위시간당 소정의 값만큼) “일 방향”으로 (고속으로) 변하게 하는 발란서의 회전속도 (PS_RPM) 을 상기 공식 (2) 및 (3)으로 계산한다. 이하, 상기 발란서의 회전속도(PS_RPM) 은 “위상 슬라이딩 회전속도(PS_RPM)”이라 칭한다.

설명의 편의상, 본 스텝에서는 상기 “일 방향”은 발란서 위상(ZBE)이 고속으로 지속적으로 감소하는 방향으로 설정한다. 일 예로, 발란서 회전속도(B_RPM)을 [ 차수 * E_RPM + 6 ] 로 설정하면 발란서 위상(ZBE)는 약 -36 degree/sec 로 감소한다. 그러면, 약 10초 이내에 발란서의 위상이 1 회전 할 수 있다.

스텝 S304: 현재 발란서가 가동중이고, 발란서의 위상(ZBE)이 단위시간당 일정한 값으로 변하는 중 [ 다르게 표현하면, “위상 슬라이딩(ps:phase sliding) 중 ] 이다. 본 스텝에서는 위상 슬라이딩(ps) 중에 선박진동의 크기(Vib_ps) 및 발란서의 위상(ZBE_ps)를 측정한다.

스텝 S305: “위상 슬라이딩(ps)” 중에 획득한 선박진동값(Vib_ps)이 발란서를 가동하지 않을 때 진동값(Vib_un) 보다 작은가를 비교한다.

스텝 S304 및 S305 를 포함하는 루프를 수행 중에, 발란서를 가동하니까 발란서 가동 이전보다 진동이 줄어들었으면(즉, Vib_ps <= Vib_un), 스텝 S306 이하를 수행한다.

스텝 S306: 선박진동 감소에 필요한 발란서의 목표 회전속도(T_RPM) 및 발란서의 위상을 (단위시간당 소정의 값만큼) “타 방향”으로 (저속으로) 변하게 발란서를 설정한다. 이때, 발란서의 기동초기 위상에 의하여, 스텝 306의 개시 위상이 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 개시위상은 도8 에서 (A306), (A_opt) 및 (A309) 등과 같이 될 수도 있다. 도8 에서 (Vib_ps_36) 은 발란서의 위상이 -36 deg/sec 로 감소할 때, 진동의 크기(예, FFT 결과에서 발란서 회전주파수에 대응하는 값)를 예시한 것이고, (Vib_un) 은 발란서를 가동하지 않을 때 진동의 크기(예, FFT 결과에서 발란서 목표 회전주파수에 대응하는 값)를 예시한 것이다.

스텝 S307: 앞선 스텝 S306 에서 슬라이딩 방향을 “타”방향으로 바꾸고, 저속으로 슬라이딩하도록 설정을 하였는데, 1)슬라이딩 방향이 확실히 변경되고, 2)저속 슬라이딩(예, +2 deg/sec)에 의한 진동신호가 수집될 시간을 확보하기 위하여 소정의 제어주기(예, 2회)를 보낸다. 그리고, 현재의 진동크기(Vib_ps) 및 현재 위상을 변수에 기억시켜 둔다. 이때 변수는 “최소 진동크기 (V_Vib_min)” 및 “진동이 최소가 되는 위상 (V_ZBE_min)” 이다.

스텝 S308: 저속 슬라이딩 중에 진동신호가 감소하였는지를 판단한다.

만약 위상 (A309) 에서 스텝 S308 이 수행되었다면, 위상 (A309) 에서 슬라이딩 위상이 증가하는 “타” 방향은 진동의 크기(vib_ps_36)가 증가하므로 최적 위상(A_opt) 와 멀어진다. 따라서 위상이 감소하는 “일”방향으로 저속 슬라이딩(예, -2 deg/sec)되도록 스텝 S309 를 수행한다. 그리고 다음 스텝 S310 을 수행한다.

한편, 위상 (A306) 에서 스텝 S308 이 수행되었다면, 슬라이딩 위상이 증가하는 “타” 방향은 진동의 크기(vib_ps_36)가 감소하므로 최적 위상(A_opt) 에 가까워 진다. 그르므로, 방향 변경 없이 스텝 S310 을 수행한다.

참고) 도8에 예시 하였듯이, 저속 슬라이딩(예 2 deg/sec)으로 위상이 변하는 경우 진동의 크기[ 예, (Vib_ps_2)] 는, 고속 슬라이딩(예, 36 deg/sec) 의 진동크기 [ 예, (Vib_ps_36)] 보다 작을 수 있다. 이것은 하나의 “제어주기” 이내에 존재하는 발란서의 위상범위가 작기 때문이다.

스텝 S310: 현재 발란서는 저속으로 슬라이딩 중이다. 본 스텝에서는 현재 선박진동의 크기 (Vib_ps) 및 발란서의 위상 (ZBE_ps) 를 측정한다. 그리고, 변수 “최소 진동크기 (V_Vib_min)” 에 저장된 값과 현재 진동의 크기(Vib_ps)를 비교하여서 최소가 되는 진동값을 상기 변수 (V_Vib_min) 에 저장한다. 또한, 진동이 최소가 되는 위상 (ZBE_min) 을 변수 (V_ZBE_min)에 저장한다.

스텝 S311: 현재 선박진동의 크기 (Vib_ps) 가 변수 (V_Vib_min) 에 저장된 최소 진동크기(Vib_min) 에 소정의 값(C2, 예 12.0) 를 더한 값(Vib_min + C2) 보다 큰가를 판단한다. 만약 크다면 또는 크거나 같다면, 다음 스텝인 S312을 수행한다. 만약 작다면 상기 스텝 S310 및 S311 루프를 계속 수행한다.

구체적으로, 상기 저속 슬라이딩이 위상 (A306)에서 개시하였다면, 발란서 위상이 (A_opt)로 갈 때 까지는 상기 변수(V_Vib_min)에 저장되는 최소 진동값 (Vib_min)은 계속 낮은 값으로 갱신된다. 그리고 발란서 위상이 (A_opt)에서 (AO+)로 갈 때 에는 상기 변수(V_Vib_min)에 저장된 최소진동값(Vib_min)은 갱신되지 않는다. 이때 위상(AO+)에서 진동의 크기는 (Vib_min + C2) 이다. 그리고 위상 (AO+)에서 스텝 S311의 판정문을 만족하므로 다음스텝으로 넘어간다.

한편, 상기 저속 슬라이딩이 위상 (A309)에서 개시하였다면, 스텝 S309를 수행하여서 위상 슬라이딩을 “일방향”으로 변경한다. 그리고 발란서 위상이 (A_opt)로 갈 때 까지는 변수(V_Vib_min)에 저장되는 최소 진동값 (Vib_min)은 계속 낮은값으로 갱신된다. 그리고 발란서 위상이 (A_opt)에서 (AO-)로 갈 때 에는 상기 변수(V_Vib_min)에 저장된 최소진동값(Vib_min)은 갱신되지 않는다. 이때 위상(AO-)에서 진동의 크기는 (Vib_min + C2) 이다. 그리고 위상 (AO-)에서 스텝 S311의 판정문을 만족하므로 다음스텝으로 넘어간다

스텝 S312: 스텝 S310에서 찾은 “진동이 최소가 되는 위상 (ZBE_min)” 값을 목표값으로 하여서 발란서가 가동하도록 제어값을 설정한다.

그리고 발란서의 위상을 미세하게 조정(예, 0.5 degree)하여 최적 위상 (ZBE_opt) 를 찾고(S107, S221,S312), 향후에 사용할 값들을 비휘발성 메모리에 저장(S108, S222, S313 ) 하고, 최적위상(ZBE_opt)으로 발란서 위상을 추종(S109, S223, S314) 하고, 엔진 회전속도(E_RPM)이 소정의 값보다 낮아지면 발란서 가동을 종료(S110, S224, S315) 한다. 본 발명의 제1 실시예에서 스텝 S107 ~ S110 이 상세히 설명되어 있으므로, 상기 스텝 S312 ~ S315 에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편 본 스텝 S312에서 최적위상(A_opt)는 위상(A_306) 과 위상 (A309) 의 중간값으로 계산 될 수도 있다. 상세하게는, 저속 슬라이딩을 “일”방향 및 “타” 방향으로 한번씩 실시하여서, 현재 진동값(Vib_ps)이 최소 진동값(Vib_min)에 소정의 값(C2, 예, 12.0)을 더한 값(Vib_min + C2) 보다 크게 되는 위상 (A306) 및 (A309) 를 찾아서 상기 두 위상의 평균값을 구하면, 최적위상 (A_opt) 가 된다.

이상 본 발명의 제3 실시예를 상세히 설명하였다.

선박에서 진동은 시간이 지남에 따라서 변하는 경향이 있다. 보다 상세하게는 같은 엔진 구동 주파수 (다르게 표현하면 회전수) 에서도, 수온이 다르면(예, 아침 저녁), 진동의 크기 및 위상이 다를 수 있다., 그리고, 배에 고정된 화물의 (온도변화에 의하여) 체결상태가 다르면 진동의 크기 및 위상이 다를 수 있다. 또한, 엔진 구동 주파수가 다르면 선박 진동의 주된 차수 도 다를 수 있다.

본 실시예에서는, 하나의 물리적인 진동 감쇄기로 다수개의 차수를 제어하는 일 예이다. 보다 상세하게는 엔진 구동 주파수별로 진동감쇄기의 차수를 변경하는 일 실시예이다.

이하 도9 및 도10을 참고하여서 상세히 설명한다.

먼저 도9 에 진동감쇄기의 제어차수 및 그 차수로 제어를 개시 및 종료하는 엔진의 회전수 가 예시되어 있다. 구체적으로, 제1 제어(Auto #1)의 제1 제어 개시회전수(Start RPM #1)는 37 rpm 이고, 제1 제어 종료회전수(Stop RPM #1)은 33 rpm 이다. 그리고 제2 제어(Auto #2)의 제2 제어 개시회전수(Start RPM #2)는 59 rpm 이고, 제2 제어 종료회전수(Stop RPM #2)은 55 rpm 이다.

도10 에는 시간이 경과함에 따른 엔진 회전수의 변화를 예시하였고, 도9 에 예시된 엔진 회전수도 같이 나타내었다.

선박의 엔진이 가동을 개시하고, 회전수가 상승을 하여서 제1 제어 개시회전수(Start RPM #1) 37 rpm 보다 높게 되면 엔진 회전수의 3차수(Order #1)로 진동감쇄기 회전수 제어를 개시한다.

제1 제어(Auto #1)를 실시하는 중에 시간이 경과하여서, 엔진 회전수가 제2 제어 개시회전수(Start RPM #2) 59 rpm 보다 높게 되면, 제2 제어(Auto #2)를 개시한다. 상세하게는 3차수(Order #1)에서 5차수(Order #2)로 변경하여서 진동 감쇄기 회전수를 제어한다.

그리고, 제2 제어(Auto #2) 중에 시간이 경과하여서, 엔진 회전수가 제2 종료회전수(Stop RPM #2) 55 rpm 보다 낮아지면 제2 제어(Auto #2)를 종료하고, 제1 제어(Auto #1)을 실시한다. 상세하게는 5차수(Order #2)에서 3차수(Order #1)로 변경하여서 진동 감쇄기 회전수를 제어한다.

그리고, 제1 제어(Auto #1) 중에 시간이 경과하여서, 엔진 회전수가 제1 종료회전수 (Stop RPM #1) 33 rpm 보다 낮게 되면 진동감쇄기의 제1 제어(Auto #1)를 종료한다. 상세하게는 상기 진동감쇄기의 가동을 중지한다.

본 실시예에서는 2개의 차수를 예시하였으나, 필요하면 3차, 4차 등, 더 많은 차수를 (엔진 회전수 별로) 제어할 수 있음은 당연하다.

이상, 본발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로 본 명세서와 도면에 개시된 본발명의 실시예들은 본발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

본 발명의 개시로, 1) 진동감쇄기의 최적위상 및 제어차수를 자동으로 찾고 설정하므로, 선박 건조 후 선박의 상태를 점검 및 조정하는 “시 운전”에서 별도의 조정인원이 필요 없다. 따라서, 진동감쇄기를 구비한 선박의 가격 경쟁력이 높아진다.

2) 유지보수 작업으로 영점의 위치가 변경되어도, 자동으로 다시 최적 위상을 검출하여 설정한다. 따라서 선박의 유지보수 비용이 작아지는 효과가 있다.

3) 또한 본발명에 따른 선박은, 진동감쇄기의 위상(ZBE)이 “위험영역”에 존재하는 시간이 종래보다 현저히 낮아지므로, 선박의 안전성이 높아진다.

따라서 본발명에 따른 “진동감쇄기를 구비한 선박”은 산업상 이용가능성이 매우 높다.

VE1, VE2, Vib_un, Vib_un_1 발란서를 가동하지 않을 경우 선박진동
VB1, VB2 발란서 가동으로 발란서가 발생시킨 진동
V1, V2, Vib_m1 발란서를 가동할 경우 선박진동
ZE0, ZE1,,,ZEn 선박 주 기관(M/E)의 영점 위상
ZBE 엔진의 영점에 대한 발란서의 영점 위상
Vib_ps 위상 슬라이딩 중 측정된 선박진동 크기
ZBE_ps 위상슬라이딩 중 측정된 ZBE
ZBE_opt 진동을 최소로하는 최적 발란서 위상.
E_RPM 선박 주기관(M/E) 회전속도
PS_RPM 위상 슬라이딩을 하게하는 발란서 회전속도
T_RPM 진동을 감쇄하게 하는 목표 발란서 회전속도

Claims (9)

1. 진동 감쇄기를 구비한 선박에 있어서
   상기 진동 감쇄기 ( 이하 “발란서”)는,
   상기 선박의 진동크기를 측정하는 수단;
   엔진의 회전속도(E_RPM) 및 상기 발란서의 회전속도(B_RPM) 를 측정하는 수단;
   상기 엔진의 제로 위상(ZE) 과 상기 발란서의 제로 위상(ZB)을 검출하는 수단;
   및
   상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값만큼 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단을 포함하는 것; 을 특징으로 하는 진동감쇄기를 구비한 선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 발란서가 운전을 개시하기 이전에 시간영역의 진동신호를 주파수 영역 신호로 변환하고;
   상기 주파수 영역 신호에서 최대값을 가지는 주파수(FFT_Freq)를 상기 선박의 주 기관(M/E)의 회전속도(E_Hz)로 나누어서 선박진동의 제어차수(n)을 구하는 것;을 특징으로 하는 진동 감쇄기를 구비한 선박.
3. 제1항에 있어서,
   상기 발란서 가동 초기에, 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 일 방향(예 “감소”)의 소정의 값으로 단위시간당 변하게 설정 (degree/sec) 하고;
   상기 선박의 진동크기(Vib)가 상기 발란서를 가동하기 이전 진동크기(Vib_un)보다 작아지면, 상기 발란서의 위상을 현재값(ZBE_near_opt)으로 설정하고;
   상기 현재 발란서 위상(ZBE_near_opt) 근처에서 상기 발란서의 위상을 미세하게 조정하여 최적 위상(ZBE_opt)를 찾는 미세조정 단계를 수행하는 것; 을 특징으로 하는 진동 감쇄기를 구비한 선박.
4. 제1항에 있어서,
   상기 발란서 가동 초기에, 상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 일 방향(예 “감소”)의 소정의 값으로 단위시간당 변(degree/sec)하게 설정하고;
   상기 선박의 진동크기(Vib)가 상기 발란서를 가동하기 이전 진동크기(vib_un) 보다 크면서, 상기 진동크기(Vib)가 증가 하면,
   상기 발란서의 위상(ZBE)이 타 방향(예 “증가”)의 소정의 값으로 단위시간당 변(degree/sec)하게 설정 하는 것; 을 특징으로 하는 진동 감쇄기를 구비한 선박.
5. 제1항에 있어서,
   상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값으로 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단은,
   상기 엔진의 회전속도(E_RPM)와 상기 발란서의 회전속도(B_RPM)의 차를 일정하게 하는 것; 을 특징으로 하는 진동 감쇄기를 구비한 선박.
6. 제1항에 있어서,
   상기 선박의 진동크기를 측정하는 수단은,
   선박의 진동신호를 고속 푸리에 변환(이하, “FFT”)하고, 소정의 주파수에 대한 상기 FFT 결과값을 선박의 진동크기를 대표하는 값으로 사용하는 것; 을 특징으로 하는 진동 감쇄기를 구비한 선박.
7. 제1항에 있어서,
   상기 진동감쇄기는 상기 엔진회전의 정수배인 회전수(이하, "차수")로 구동되며,
   두 개 이상의 제어 개시회전수(Start RPM) 및 제어 종료회전수(Stop RPM)을 포함하고,
   두 개 이상의 차수로 구동되는 것; 을 특징으로 하는 진동 감쇄기를 구비한 선박.
   
8. 선박용 진동 감쇄기에 있어서,
   상기 진동 감쇄기 ( 이하 “발란서”)는,
   상기 선박의 진동을 측정하는 수단;
   엔진의 회전속도(E_RPM) 및 상기 발란서의 회전속도(B_RPM) 를 측정하는 수단;
   상기 엔진의 제로 위상(ZE) 과 상기 발란서의 제로 위상(ZB)을 검출하는 수단;
   및
   상기 엔진의 위상(ZE)에 대한 상기 발란서의 위상(ZBE)이 소정의 값만큼 단위시간당 변하도록 (degree/sec) 하는 제어수단을 포함하는 것; 을 특징으로 하는 진동감쇄기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 진동감쇄기는 상기 엔진회전의 정수배인 회전수(이하, "차수")로 구동되며,
   두 개 이상의 제어 개시회전수(Start RPM) 및 제어 종료회전수(Stop RPM)을 포함하고,
   두 개 이상의 차수로 구동되는 것; 을 특징으로 하는 진동감쇄기.

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