선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 개발된 URI-T의 전반적인 시스템에 대해 설명하고, 실해역 실험과 육상에서의 추가 실험을 통해 도출된 실험 결과를 기술함으로써, URI-T의 성능을 검증하고자 한다. 2장에서 URI-T전체적인 시스템 개요에 대하여 설명하였고, 3장에서 두 번의 실해역 실험과 육상에서의 추가 실험 방법 및 결과 등을 자세하게 소개하고, 끝으로 4장에서 결언 및 향후계획에 대하여 언급하면서 논문을 마무리 하고자 한다.
- 본 논문에서는 개발된 케이블 및 소구경 파이프라인의 매설 및 유지보수 작업을 수행하는 2,500m급 수중 중작업용 ROV 트렌처인 URI-T를 소개하고, 실해역에서의 성능 검증 실험에 대해 기술하였다. 두 번의 실해역 성능 검증 실험(2017.
- 본 실험에서는 URI-T의 전반적인 시스템 성능을 점검하고 운용 성능을 검증하고자 하였다. 실험은 실제 ROV 트렌처의 운용 시나리오와 유사하며, 여러 제약사항으로 인해 일부 수정하여 진행하였다.
제안 방법
- 바지선은 예인선에 의해 이동되며, 2,100톤급 적재 용량과 길이 48m, 폭 20m의 크기를 가진다. 100kW, 1,000kW 급 발전기 (Genset)를 이용하여 각각 선상원격제어 시스템과 선상전원공급 시스템으로 전원을 공급한다. 바지선의 여건상 윈치 시스템을 활용하기 어려워, 엄빌리컬 케이블을 다루기 위한 케이블 핸들링 시스템3)을 별도로 구성하였다.
- URI-T는 효율적인 작업과 최적의 케이블 매설을 위해 Table 1의 목표 성능이 요구되어지며, 이를 위해 250kw의 유압 시스템과 2×224kw의 워터젯 시스템이 설계되어있다. 2017년도에 전체 시스템 통합이 이뤄졌고, 당해년도 11월과 2018년도 8월에 영일만신항 남방파제 근처에서 두번의 실해역시험을 수행하였다. 실해역 시험 및 추가적인 육상실험 결과 모두 목표사양을 만족함을 3장에서 확인할 수 있었다(Table 1).
- 그리고 크레인을 이용해 URI-T를 진수시키고, URI-T의 위치에 따라 케이블 핸들링 시스템을 이용해 엄빌리컬 케이블의 길이를 조절한다. URI-T가 해저면에 안착한 후, 케이블 탐지 시스템을 이용해 포설된 케이블의 위치를 확인하고, URI-T를 그 위로 이동시킨다. URI-T는 워터젯 시스템을 이용하여 케이블을 매설하고, 매설 지역을 따라가며 매설 상태를 확인한다.
- URI-T의 모든 시스템이 정상 동작함을 검증한 후, 운용 성능검증을 위해 케이블 매설 시나리오에 따라 실험을 진행하였다. Fig.
- 워터펌프에 충분한 양의 물을 공급하기 위해 URI-T 양쪽에 흙으로 언덕을 만들고, 그 위에 각각 50톤 가량의 수조를 설치하였다.각 수조에는 워터 펌프가 동작을 할 때, 수조와 워터 펌프를 연결하는 배관에 높은 압력이 발생할 것을 고려하여 강관으로 연결하였다. URI-T 아래에는 매설 심도, 젯팅암의 크기 및 형태를 고려하여 길이 5m, 폭 2m, 깊이 4m가량의 홈을 파내고 모래로 매웠다.
- 워터젯 시스템 성능 실험에서 워터 펌프가 최고 출력(60hz)으로 구동될 때, 전원 노이즈로 인해 모션베이스 제어보드(작업툴용 밸브팩)가 이상 동작함을 확인하였고, 제어보드에 노이즈 필터를 추가하여 해당 문제를 해결하였다. 그리고 워터젯이 분사될 때, 해저면의 부유물이 일어 카메라 시야확보가 어려워, 멀티빔소나를 이용하여 전방 및 후방의 장애물, 매설 정도를 관측하고, USBL을 이용해 URI-T의 위치 및 이동 경로를 확인하였다. 유압 시스템 성능 실험에서 추진기를 구동할 때, 해저면 근처에 버려진 폐로프가 추진기 가드에 걸려 제대로 작동하지 않아, 추진기 가드를 교체하였다.
- 9의 시나리오를 상세히 설명하자면, 예인선을 이용해 매설용 케이블을 해저면에 설치하고, 잠수사를 통해 포설 상태를 확인한다. 그리고 크레인을 이용해 URI-T를 진수시키고, URI-T의 위치에 따라 케이블 핸들링 시스템을 이용해 엄빌리컬 케이블의 길이를 조절한다. URI-T가 해저면에 안착한 후, 케이블 탐지 시스템을 이용해 포설된 케이블의 위치를 확인하고, URI-T를 그 위로 이동시킨다.
- 100kW, 1,000kW 급 발전기 (Genset)를 이용하여 각각 선상원격제어 시스템과 선상전원공급 시스템으로 전원을 공급한다. 바지선의 여건상 윈치 시스템을 활용하기 어려워, 엄빌리컬 케이블을 다루기 위한 케이블 핸들링 시스템3)을 별도로 구성하였다. Fig.
- 15에서 전진 속도에 대한 실험 결과를 도시하였다. 실험 조건은 URI-T의 상단이 수면에 위치할 정도의 양성부력을 맞춰 수평 추진기를 최대 출력으로 구동시켰다. 약 30m 구간을 이동하였으며, DVL을 이용해 해당 구간에서의 최대 속도를 측정하였다.
- 11에서 매설 속도에 대한 실험 결과를 도시하였다. 실험 조건은 약 1m 매설 깊이를 유지하며 약 50m 거리를 전진하였고, 해당 구간에서의 최고 속도를 계산하였다. 최고 속도는 2.
- 마지막 성과 목표인 작업 하중 실험은 수조환경에서 진행되었다. 실험방법은URI-T의 수중 무게를 500kg 이상으로 하고, 수직 추진기 4대를 이용하여 상승운동을 한다. 이때 대용량 저울에 보여지는 무게를 통해 작업 하중 목표를 검증한다.
- 실험은 동일하게 진행되었고, 다만, URI-T를 크레인으로 진⋅회수 시키기위한 고정부를 제거하여 직진시에 발생하는 외력을 최소화하였다.
- 본 실험에서는 URI-T의 전반적인 시스템 성능을 점검하고 운용 성능을 검증하고자 하였다. 실험은 실제 ROV 트렌처의 운용 시나리오와 유사하며, 여러 제약사항으로 인해 일부 수정하여 진행하였다. Fig.
- 13에서 매설 깊이에 대한 실험 결과를 도시하였다. 실험조건은 특정 해저면 위에서 워터젯을 분사하며 젯팅암을 최대한 펼치고, 그 펼쳐진 각도와 젯팅암의 길이를 이용해 매설 깊이를 계산하였다. 계산된 최대 매설 깊이는 1.
- 요약하면, 1차 실험과 유사한 장소에서 유사한 방법으로 실험을 진행하였다. 앞서 미진했던 성과 목표인 전진 속도는 실험 조건을 수정하여 진행하였고, 1.7m/s의 결과를 얻었다. 더불어, 기존의 성과 목표인 매설 깊이, 매설 속도를 각각 3.
- 앞서 언급한 바와 같이 URI-T의 성능 검증을 위해 2번의 실해역 실험과 1번의 육상 실험을 진행하였다. 현장 실험의 경우, 날씨, 비용, 선박, 실험장소 등의 사항을 고려하여 진행하였다.
- 앞서 언급한바와 같이, 연안에서 모래 지층을 찾을 수 있을 보장이 없고, 어민들의 민원, 공유수면 임대 등 여러 행정적인 문제로 인해 육상에서 매설 심도 실험을 대체하기로 하였다.
- 실험은 동일하게 진행되었고, 다만, URI-T를 크레인으로 진⋅회수 시키기위한 고정부를 제거하여 직진시에 발생하는 외력을 최소화하였다. 약 30m 구간을 이동하며, DVL을 이용하여 속도를 측정하였다. 측정 결과 최대 속도 1.
- 실험 조건은 URI-T의 상단이 수면에 위치할 정도의 양성부력을 맞춰 수평 추진기를 최대 출력으로 구동시켰다. 약 30m 구간을 이동하였으며, DVL을 이용해 해당 구간에서의 최대 속도를 측정하였다. 측정된 최대 속도는 1.
- 본격적인 매설 실험을 수행하기 전에, 기존 수조 실험에서 전력 및 공간적 제약으로 진행하지 못한 URI-T 개별 시스템에 대한 성능 점검을 진행하였다. 워터젯 시스템 성능 실험에서 워터 펌프가 최고 출력(60hz)으로 구동될 때, 전원 노이즈로 인해 모션베이스 제어보드(작업툴용 밸브팩)가 이상 동작함을 확인하였고, 제어보드에 노이즈 필터를 추가하여 해당 문제를 해결하였다. 그리고 워터젯이 분사될 때, 해저면의 부유물이 일어 카메라 시야확보가 어려워, 멀티빔소나를 이용하여 전방 및 후방의 장애물, 매설 정도를 관측하고, USBL을 이용해 URI-T의 위치 및 이동 경로를 확인하였다.
- 16 에 육상 매설 성능 실험의 개념도를 도시하였다. 워터펌프에 충분한 양의 물을 공급하기 위해 URI-T 양쪽에 흙으로 언덕을 만들고, 그 위에 각각 50톤 가량의 수조를 설치하였다.각 수조에는 워터 펌프가 동작을 할 때, 수조와 워터 펌프를 연결하는 배관에 높은 압력이 발생할 것을 고려하여 강관으로 연결하였다.
- 그리고 워터젯이 분사될 때, 해저면의 부유물이 일어 카메라 시야확보가 어려워, 멀티빔소나를 이용하여 전방 및 후방의 장애물, 매설 정도를 관측하고, USBL을 이용해 URI-T의 위치 및 이동 경로를 확인하였다. 유압 시스템 성능 실험에서 추진기를 구동할 때, 해저면 근처에 버려진 폐로프가 추진기 가드에 걸려 제대로 작동하지 않아, 추진기 가드를 교체하였다.
- 해당 사업단은 3개의 R&D 프로젝트와 1개의 인프라 구축 프로젝트를 수행하고 있고, 본 논문에서 소개될 ROV 트렌처는 두 번째 R&D 프로젝트로써, PLIB 방법을 이용한 ROV(Remotely operated vehicle) 기반 수중 중 작업용 로봇이다(Li et al., 2014).
- 해당 실험을 통해, 앞서 검증된 매설 속도 및 매설 깊이 성능을 재검증하고, 전진 속도 성능을 추가 검증했다. 실험 장소는 1차 실해역 성능 실험지와 유사하며(방파재를 따라 남동쪽으로 약 400m 이동), 실험 준비 및 방법 역시 유사하게 진행했다.
- 앞서 언급한 바와 같이 URI-T의 성능 검증을 위해 2번의 실해역 실험과 1번의 육상 실험을 진행하였다. 현장 실험의 경우, 날씨, 비용, 선박, 실험장소 등의 사항을 고려하여 진행하였다. 실해역 실험은 경상북도 포항시 영일만항의 남쪽 방파제 앞쪽에서 진행되었고 수심은 최대 20~30m정도이다.
대상 데이터
- 현장 실험의 경우, 날씨, 비용, 선박, 실험장소 등의 사항을 고려하여 진행하였다. 실해역 실험은 경상북도 포항시 영일만항의 남쪽 방파제 앞쪽에서 진행되었고 수심은 최대 20~30m정도이다. 육상 실험 역시 실해역 실험 장소 근처의 공터에서 진행되었다.
성능/효과
- 1) TSS는 Subsea pipe & Cable tracking system으로 운용방식에 따라 350과 440으로 나뉜다.
- 20에 매설 깊이에 대한 실험 결과를 도시하였다. 1차 실해역 성능 실험과 달리 연약한 해저 지층으로 조사되었고, Fig. 20에 보이는바와 같이, 매설 깊이가 3.01m로 목표 성능이 수중에서도 충족함을 확인했다.
- 7m/s의 결과를 얻었다. 더불어, 기존의 성과 목표인 매설 깊이, 매설 속도를 각각 3.01m, 2.3km/hr의 결과를 얻음으로써, 모든 목표 성능이 만족됨을 검증했다.
- 본 논문에서는 개발된 케이블 및 소구경 파이프라인의 매설 및 유지보수 작업을 수행하는 2,500m급 수중 중작업용 ROV 트렌처인 URI-T를 소개하고, 실해역에서의 성능 검증 실험에 대해 기술하였다. 두 번의 실해역 성능 검증 실험(2017.11, 2018. 08)과 한 번의 육상 성능 실험(2018.02)을 통하여 최대 매설 심도, 매설 속도, 전진 속도가 목표 성능을 만족함을 확인하였다.추후에 500m 수심의 실해역에서 최종 성능검증 실험(2018.
- 실험 내용을 요약하면, 제어보드 노이즈 처리 문제, 해저 쓰레기 문제, 시야확보 문제가 있었지만, 해당 문제를 적절히 해결하였고, 개발된 URI-T의 시스템 성능을 검증하였다. 목표 성능 중에서 매설 속도 항목에 대해 검증하였고, 매설 깊이 및 전진 속도 항목은 여러 외부 여건에 의해 충족하지 못하였다.
- 요악하면, 여러 제약 조건으로 인해 육상에서 매설 깊이 성능을 검증하게 되었고, 펌프 출력 50hz의 조건(최고 출력 60hz)에서 약 4분 안에 3.0m 매설 가능함을 검증하였다.
- 0m를 충족하지 못하였다. 잠수사를 통해 촬영한 실험 결과 영상을 통해 원인을 분석한 결과, Fig. 14와 같이 해저 지층이 뻘과 자갈로 이뤄져 있어 충분한 매설 깊이가 나오지 않은것으로 판단하였다. 실제 URI-T는 뻘 및 자갈 지형보다 연약지반인 모래 지형에서 운용된다.
- 실험 조건은 약 1m 매설 깊이를 유지하며 약 50m 거리를 전진하였고, 해당 구간에서의 최고 속도를 계산하였다. 최고 속도는 2.36km/hr로 2.0km/hr의 목표성능을 충족함을 확인하였다. 잠수사를 이용해 촬영된 실험 결과는 Fig.
- 약 30m 구간을 이동하며, DVL을 이용하여 속도를 측정하였다. 측정 결과 최대 속도 1.7m/s가 나왔고, 목표 성능 1.54m/s를 충족함을 확인했다.
- 23에서 수직 추진기를 구동시켰을 때 URI-T의 무게는 -20kg이다. 해당 실험으로, 수직 추력을 이용하여 500kg이상의 작업 하중을 가짐을 검증하였다.
후속연구
- 02)을 통하여 최대 매설 심도, 매설 속도, 전진 속도가 목표 성능을 만족함을 확인하였다.추후에 500m 수심의 실해역에서 최종 성능검증 실험(2018.10)이 계획되어있으며, 2019년 3월에 수중건설로봇사업단 1단계 사업이 마무리되고, 2019년 4월부터 향후 4년간 시스템의 성능 향상 및 사용화를 목표로 2단계 사업이 계속될 전망이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.