황혼 무렵 능동형 히브 보상 인양 작업을 수행하는 해상 너클 붐 크레인
능동형 히브 보상

파도를 측정하고 그에 대응하십시오 — 그리고 필요한 동력 비용을 파악하십시오.

능동형 히브 보상

작성: Tord Martinsen, CEO · 2025년 시월

실무 적용: 이 주제의 실무 적용에 대해서는 ANTARES 적응형 PHC 및 엔지니어링 연구 및 분석을 참조하십시오.

능동형 히브 보상(AHC)은 해상 작업 중 크레인 또는 윈치에 매달린 페이로드의 수직 운동을 줄이는 방법입니다. 기계식 스프링-댐퍼 시스템에 의존하는 수동형 히브 보상과 달리, 능동형 히브 보상은 센서와 알고리즘으로 제어되는 유압 또는 전기 구동 액추에이터를 사용하여 파도로 인한 운동에 능동적으로 대응합니다.

AHC 시스템은 까다로운 해상상태에서 해저 건설, 파이프 포설, ROV 투입, 심해 시추 및 중량물 인양 작업에 일반적으로 사용됩니다.

하드웨어를 검토 중이신가요? 능동형 히브 보상기 옵션 비교 — 수동형 및 적응형 시스템 대비 능동형 피드백의 효과를 확인하십시오.

능동형 히브 보상은 어떻게 작동합니까?

능동형 히브 보상기는 최소한 다음으로 구성됩니다.

  1. 위치 측정 기능을 갖춘 액추에이터로, 선형(예: 실린더) 또는 회전형(예: 윈치)일 수 있습니다.
  2. 인라인 AHC의 경우 AHC에, 통합형 AHC의 경우 선박에 설치할 수 있는 모션 레퍼런스 유닛(MRU)입니다.
  3. 선박 운동을 추종할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 액추에이터 위치를 조작하는 수단(예: 유압 모터)입니다.

능동형 히브 보상 모드를 켜면 제어 시스템은 액추에이터를 사용해 파도 운동에 능동적으로 대응하여, 고정 기준 좌표계에서 볼 때 페이로드를 정지 상태로 유지합니다. 

능동형 히브 보상은 90% 이상의 효율에 도달할 수 있습니다. 능동형 히브 보상기는 일반적으로 더 긴 파주기에서 가장 잘 작동합니다.

AHC의 주요 유형

능동형 히브 보상기에는 여러 유형이 있으며, 주요 유형은 다음과 같습니다.

  1. 일반적으로 경량 페이로드에 가장 적합한 전기 회전형 AHC.
  2. 중량 페이로드용 유압 회전형 AHC.
  3. 개조용 갑판 기반 시브 AHC.
  4. 상부의 기본 AHC 작업용 상부 인라인 AHC.
  5. AHC와 적응형 PHC의 여러 특성을 결합한 해저 인라인 AHC.
Norwegian Dynamics는 이러한 모든 유형을 공급할 수 있지만, 비용 측면에서 인라인 AHC가 일반적으로 적합한 아키텍처입니다 — 이는 현재 개발 중인 당사의 능동형 히브 보상기 VEGA의 기반입니다. 인라인 AHC의 해저 버전은 능동 제어와 적응형 PHC의 여러 특성을 결합하여 매우 다재다능한 인양 장비를 제공합니다.

AHC 유형페이로드 등급적용 위치
전기 회전형(윈치)경량 페이로드유압 장치 없는 신속하고 깔끔한 설치
유압 회전형(윈치)중량 페이로드고하중 연속 보상
갑판 기반 시브기존 크레인 시스템윈치 교체 없이 AHC 개조
상부 인라인일반후크 상부의 기본 AHC 작업
해저 인라인일반 / 해저한 장치에서 능동 제어와 여러 적응형 PHC 특성 제공

인라인 아키텍처는 대부분의 경우 비용 효율적인 방식입니다 — 가스 스프링이 하중을 지지하고 액추에이터는 이를 조절할 뿐입니다.

능동형 히브 보상과 수동형 히브 보상

특성능동형(AHC)수동형(PHC)
에너지원일반적으로 외부 전원(HPU) — 개발 중인 ND의 VEGA는 배터리로 구동되며 엄빌리컬이 없습니다자립형(가스 스프링)
정확도매우 높음 (>95%)우수함 (70-90%)
복잡성높음낮음
비용높음낮음
최적 용도정밀 위치 제어, 파이프 포설비말대, 해저 착저

많은 해상 인양 작업에서 수동형 히브 보상은 더 낮은 비용과 복잡성으로 충분한 성능을 제공합니다. Norwegian Dynamics는 AHC 시스템에 근접한 성능 수준을 달성하는 고급 수동형 히브 보상기를 전문으로 합니다.

소비 에너지는 얼마입니까?

간단한 예로, 공기 중에서 진폭 1 m, 주기 10 s의 정현파 운동에 대해 100t를 보상합니다. AHC가 다음 특성을 가진 인라인 AHC라고 가정합니다.

  1. 가스 대 오일 비율 10:1 및 스트로크 4 m.
  2. AHC 구성품 효율 90%.
  3. 에너지 회생 50 %.
10시간 운전 중 소비되는 에너지는 얼마입니까?

인라인 AHC에서는 수동 가스 압력이 페이로드를 중간 위치에 유지합니다. 유압 모터가 페이로드를 중간 위치에서 벗어나게 합니다. 따라서 에너지 소비량은 다음과 같습니다.
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}} F \, \dot{S} \, dt
 
AHC는 주기의 절반 동안 에너지를 추가해야 하고 나머지 절반 동안 에너지가 회생되므로, 다음과 같이 나타납니다.
인라인 능동형 히브 보상기의 한 파주기 동안 액추에이터 힘, 피스톤 속도 및 전력: 모터가 에너지를 추가하는 구간과 가스 스프링을 통해 에너지가 회생되는 구간이 교대로 나타남
그림 1 — 예제의 한 파주기 동안 액추에이터 힘, 피스톤 속도 및 전력(100 t, ζ = 1 m, T = 10 s, R = 10, S = 4 m, 공기 중). 빨간 영역: 모터가 에너지를 추가합니다. 남색 영역: 가스 스프링이 중간 스트로크 쪽으로 복귀하면서 에너지가 회생됩니다 — 본문에서 설명한 대로 주기당 네 개의 교대 구간이 있습니다. 이 경우 최대 액추에이터 전력은 약 12 kW에 불과합니다.

첫 번째 빨간 영역에서는 실린더를 신장하기 위해 에너지를 추가해야 합니다. 그런 다음 실린더를 수축시켜 에너지를 회생하다가 중간 스트로크에 도달하면 더 수축하기 위해 에너지를 추가해야 하며, 마지막으로 실린더가 중간 위치까지 신장하도록 하여 에너지를 회생합니다. AHC 시스템이 제공해야 하는 힘은 다음과 같음을 보일 수 있습니다.

F = m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – S} \right)^{\gamma} – 1 \right]

S 가 정현파 운동을 따르므로 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

F = m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{\omega t}} \right)^{\gamma} – 1 \right]

그러면 적분식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}} m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{\omega t}} \right)^{\gamma} – 1 \right] \, \zeta \omega \sin{\omega t} \, dt
 

대칭성으로 인해 다음과 같이 적분할 수 있습니다.
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}} \left| m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)} {S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{(\omega t)}} \right)^{\gamma} – 1 \right] \, \zeta \omega \sin{(\omega t)} \right| \, dt

마지막으로 효율을 반영하면 다음과 같습니다.
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}} \left| m g \left[ \left( \frac{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5)} {S_{\mathrm{max}}(R – 0.5) – \zeta \cos(\omega t)} \right)^{\gamma} – 1 \right] \, \zeta \omega \sin(\omega t) \right| \, dt \cdot \frac{(1-\eta_{\mathrm{regen}})}{\eta_{\mathrm{AHC}}} \

수치 적분 결과 207 MJ 또는 57 kWh입니다.

따라서 중량 페이로드를 상당한 시간 동안 보상하는 경우에도 필요한 배터리 용량은 전기차 배터리와 비슷한 수준으로 매우 크지 않음을 알 수 있습니다.

마찰, 유압 손실, 펌프/모터/배터리의 더 정확한 효율 모델, 정확한 상태방정식 등을 포함한 더 정밀한 계산은 Norwegian Dynamics에 문의하십시오.

세 줄로 보는 에너지 예산

  1. 조건. 공기 중에서 보상되는 100 t 페이로드, T = 10 s에서 정현파 ζ = 1 m, R = 10, S = 4 m인 인라인 AHC, 구성품 효율 90%, 회생 50%.
  2. 물리 원리. 가스 스프링이 페이로드를 중간 스트로크에 유지하고, 모터는 각 주기의 절반 동안만 에너지를 추가하며 나머지 절반 동안 회생합니다 — 최대 액추에이터 전력은 ≈ 12 kW입니다.
  3. 결과. 열 시간 연속 보상 시 ≈ 207 MJ = 57 kWh — 전기차 배터리급 팩입니다. 따라서 배터리 구동, 엄빌리컬 없는 능동형 장치가 실현 가능합니다.

위 적분의 수치입니다. 마찰, 유압 손실 및 전체 펌프/모터/배터리 효율 모델을 적용하면 정밀도가 높아집니다 — 이 전체 모델은 CONSTELLATION 연구의 일부입니다.

AHC와 PHC의 선택 기준

다음과 같은 경우 능동형 히브 보상을 선택하십시오.

  • 매우 높은 보상 정확도가 필요한 경우(>95%)
  • 작업에 정밀한 해저 위치 제어가 필요한 경우
  • 장기간 연속 보상이 필요한 경우
  • 선박에 이미 HPU가 준비되어 있는 경우

다음과 같은 경우 수동형 히브 보상을 선택하십시오.

  • 주요 고려 사항이 비말대 통과인 경우
  • 비용과 단순성이 우선인 경우
  • 보상기가 자립형이어야 하는 경우
  • 충격흡수가 주요 요구 사항인 경우

→ 어떤 것이 적합한지 확신이 없으신가요? 무료 상담을 위해 당사 엔지니어에게 문의하십시오.

관련 제품

  • ANTARES 적응형 PHC — 여러 운전 모드와 자동 감쇠 제어를 갖춘 고급 수동형 히브 보상기
  • RIGEL 기본형 PHC — 간단한 작업을 위한 비용 효율적인 수동형 히브 보상기

추가 자료

능동형 히브 보상 — 자주 묻는 질문

능동형 히브 보상이란 무엇입니까?
파도로 인한 운동을 측정하고 유압 또는 전기 구동 액추에이터를 실시간으로 작동시켜 이에 대응함으로써, 고정 기준 좌표계에서 현수된 페이로드를 정지 상태로 유지하는 방식입니다 — 해저 건설, 파이프 포설, ROV 취급, 시추 및 중량물 인양에 사용됩니다.
AHC는 무엇으로 구성됩니까?
최소 구성은 위치 측정 기능을 갖춘 액추에이터(실린더 또는 윈치), MRU — 인라인 AHC의 경우 장치에, 통합형 AHC의 경우 선박에 설치 — 및 선박을 추종할 만큼 빠른 제어 시스템입니다.
효율은 어느 정도입니까?
90% 이상을 달성할 수 있으며, 더 긴 파주기에서 가장 좋습니다. 수동형 시스템은 70–90%에 이릅니다 — 능동형-수동형 비교에서 이러한 차이에 드는 비용을 살펴봅니다.
에너지는 얼마나 사용합니까?
인라인 AHC의 경우 예상보다 적습니다. 이 페이지의 계산 예제 — 열 시간 동안 1 m / 10 s에서 100 t — 는 회생 적용 시 ≈ 57 kWh, 최대 ≈ 12 kW입니다. 가스 스프링이 하중을 지지하고 모터는 이를 조절할 뿐입니다.
능동형과 수동형 중 무엇이 필요합니까?
정밀 위치 제어, 예측 불가능한 하중 또는 연속 보상에는 능동형을, 비말대, 비용, 단순성 및 자립성에는 수동형을 사용하십시오. 대부분의 인양 작업에는 수동형 또는 적응형 수동형(ANTARES)이 적합하며, 능동형은 제한적인 고정확도 영역에서 그 복잡성을 정당화합니다.

이 기능이 필요한 인양 작업을 진행 중이신가요?

AHC는 단독으로 적합한 해법인 경우가 드물며, 보통 수동 감쇠와 결합됩니다. 필요한 정확도, 해상상태 및 전력 제약을 알려주시면 적합한 아키텍처를 제안해 드립니다.

인양 조건 보내기

관련 아티클

ND 솔루션ANTARES →복잡성 없이 능동형에 근접한 성능을 제공하는 적응형 수동형 히브 보상기.
← 지식 허브로 돌아가기