해결과제

정확한 예측이 불가능한 가변적인 해상 상태에서 운항하는 LNG 선박은 다른 선박과 달리 선박 내 LNG의 유동적 변화에 따른 위험성을 고려해야만 한다. 실제 LNG Tank 내부에 작용하는 압력을 확인할 수 있다면 좋겠지만 -163°C의 매우 낮은 온도로 보온되고 있는 Tank에 조금의 흠이라도 생긴다면 상황에 따라 급격한 기화에 수반되는 증기폭발을 일으킬 수 있다.

그렇기 때문에 안전한 Tank를 설계하는 것이 무엇보다 중요하고 모델 실험을 통해 Tank 내부 압력 및 스트레인을 체크하여 측정 데이터가 큰 부위는 안정성을 확보하기 위한 보강이 필요하다는 것을 판단할 수 있다. 여기서 모델 Tank의 각 측정 부위에 대해 같은 조건(해상 상태, 온도, 장비 오차)에서 실험하기 위해서는 대용량의 데이터를 최대한 빨리 수신하여야 한다.

솔루션

유체 유동의 압력 및 스트레인을 측정하기 위해서는 여러 제품을 하나의 시스템으로 구성하게 되는데 타사 제품과의 호환성 여부가 중요한 부분이다. NI 제품의 경우 그 호환성이 뛰어나고 세분화된 부품으로 창의적인 구성이 가능하다.

본 시스템의 경우 전압 형태로 나오게 되는 센서로부터의 측정값이 실험과 데이터 저장 모두 일괄적으로 마무리되는 장점이 있다. 뿐만 아니라 동일 애플리케이션을 TCP/IP 통신을 통해 여러 유저가 공유할 수 있게 설계하였다는 점이 특징이다.

애플리케이션 요약

본 시스템은 액화천연가스(LNG) 선박의 모델 Tank 내부 압력 및 스트레인을 다채널인 96채널 이상 측정하기 위한 시스템이다. 불규칙적인 해상 상태를 6자유도 모션 운동으로 구현하였고 모델 Tank의 각 부위마다 한번에 측정이 가능하도록 동일한 연산 과정을 104개까지 실행할 수 있도록 하였다.

본론

•시스템 구성

측정을 시작하기 위해 캘리브레이션을 해준 다음 제어부에서 트리거 신호를 6자유도 모션 플랫폼으로 보내주고 이에 따라 운동이 시작되면 Piezoelectric 센서를 통해 유동의 압력 및 스트레인을 측정하게 된다. 이 데이터를 PXI-4472B를 통해 수신하여 처리하게 된다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점

한 번의 실험에서 약 100개의 센서로부터 데이터를 수집하는 것으로 압력 및 스트레인의 정확도를 높여 오차를 줄여야 한다. 초기 애플리케이션은 너무 많은 함수를 같은 루프 안에 넣으면서 시스템 구성이 무겁고 복잡하여 연산 시간이 오래 걸렸을 뿐만 아니라 수정 및 보완에 어려움이 있었다.

이 문제점을 해결하기 위하여 NI PXI를 사용해서 Low Cutoff 주파수를 만족하는 다채널 진동 전용 PXI-4472B의 동기화뿐만 아니라 하드웨어적으로도 간단하게 구성하였고 LabVIEW를 이용하여 시각적으로 구현할 수 있었으며 실험 조건 변동에 따른 수정 또한 쉽게 하였다. 이로써 혁신적인 수행 결과를 얻을 수 있었다.

NI 솔루션을 선택한 이유

무엇보다 LabVIEW의 장점인 시각적인 애플리케이션 구성이 채택의 첫 번째 이유이다. 뿐만 아니라 복잡한 반복 연산을 한 루프 안에 넣음으로써 얻을 수 있는 계산 처리 시간의 단축이 또 다른 선택 이유이다.

제품 호환성 또한 중요 채택 요소인데 실제 유체 유동 해석을 위해 편리한 하드웨어적 연결성과 측정을 위한 하드웨어 동기화는 물론 다양한 제품의 구성을 손쉽게 연결해준다는 특징이 장점으로 작용하였다.

•사용한 NI 제품명

- LabVIEW 8.6

- PXI-1045, PXI-8106, PXI-4472B, PXI-6280, PXI-1042, TB-2705, SCXI