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고성능 드라이브, 항만 크레인을 드라이브하다

수 톤에 달하는 화물들이 끊임없이 이어지는 좌현 겐트리 크레인의 드라이브는 작업 수행 시 지속적으로 압력을 받게 된다. 사용자들은 뛰어난 동적 및 포지셔닝 정밀도는 물론 동일한 조건에서 높은 가격 효율성을 제공하는 안정적인 솔루션을 요구하고 필요로 한다. 따라서 조선소나 콘테이너 터미널 크레인에 사용되는 기중기와 트롤리 드라이브는 이러한 까다로운 애플리케이션 분야에 적합한 특수 기계 및 전자장치들이 요구된다.

크레인의 작업은 간단하다. 특정 위치에서 화물을 픽업한 다음 이를 다른 곳에 내려 놓는 것이다. 이 동작을 수행하는 동안 안정적으로 작업을 완수하고 충분한 정밀도를 유지하기 위해 이러한 작업에 이상적으로 적응이 가능한 드라이브를 채택해야 한다.

김용식 노드 드라이브시스템즈 코리아의 지사장은 “크레인은 통합 브레이크를 갖추고 있는 기어드 모터를 장착하고 있으며, 이는 중앙 가속 및 속도 프로파일 제어를 위한 주파수 인버터를 통합하고 있다.”고 설명한다.

항만 크레인은 매우 큰 화물들을 처리하기 때문에 이 기어드 모터는 높은 방사 및 축 방향력을 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 또한 이러한 모터들은 여러 핵심 기능들을 제공한다. 높은 스타트 토크를 갖춘 소프트 스타트 기능을 비롯해 사실상 충격에 안전한 모션, 여러 드라이브의 동기화 지원, 강력한 기중기 기능을 제공하며, 파라미터화된 램프를 통해 효율적인 회생 제동이 가능하다.

김용식 지사장은 “제조업체들이 오버헤드 크레인 및 트롤리를 위한 드라이브를 사전에 선택한 다음, 드라이브 공급업체로서 우리 노드사는 고객 사양에 따라 적절한 드라이브 등급을 제안할 수 있다.”고 말했다.

극도의 하중을 견뎌야 하는 기어드 모터

이를 위해 노드사는 나선형(Helical) 샤프트 기어드 모터와 주파수 인버터 모두 내부 생산을 통해 스펙을 지정해 제공할 수 있다. 크레인 및 트롤리를 위한 기어드 모터는 폭넓은 기어비와 함께 최대 160KW까지의 성능을 커버할 수 있다. 중공(Hollow) 및 중실(Solid) 샤프트를 갖춘 2 혹은 3단 설계로 제공되며, 사용자들은 바닥 고정식 및 플랜지 모델, 샤프트-탑재 모델 중에서 선택이 가능하다.

모든 타입은 쉽게 통합이 가능한 공간 절감형 하우징으로 동일하게 구성되어 있다. 하지만 마켓 상황으로 턴오버가 감소하면, 일부 하역설비는 장기간 동안 정지될 수도 있다.

따라서 드라이브의 표준 구현은 이러한 장기적인 정지 이후에도 곧바로 정상 작동이 되도록 해야 한다. 또한 부하율 변화와 되풀이되는 혹독한 기후 조건, 극한의 온도뿐만 아니라 해양 환경의 바닷물, 그리고 장기간 부식방지에 적합한 소재 등이 모두 요구된다. 필요에 따라 노드사의 기어 장치는 IP55 혹은 IP66 보호등급으로 제공된다. 또한 모든 모델은 ATEX 버전으로 공급된다.

사용자 친화적인 드라이브 전자장치

노드사의 주파수 인버터 SK 500E 라인은 크레인에 사용되는 기어드 모터에 매우 적합하다. 이 견고한 고성능 유닛은 95% 이상의 효율과 일반적으로 5s에 200%의 과부하 용량을 제공한다. 모든 표준 버스 인터페이스와 호환되는 이 유닛은 동작 및 프로그램이 간편한다. 기본 모델은 기중기 애플리케이션에 사용하기에 매우 적합한 브레이크 모터 제어를 위한 관리 기능을 갖춘 통합 브레이크 초퍼를 가지고 있다.

이 인버터는 센서리스 전류 벡터 제어로 동작한다. 반면 스피드 피드백은 과부하 용량 및 속도 제어 정밀도를 위한 높은 요구조건을 필요로 하는 애플리케이션에 사용이 가능하다. Posicon 확장을 통해 이러한 인버터가 인텔리전트 위치 제어 작업을 수행할 수 있도록 해주며, 이러한 기능을 위한 렌더링 추가 모듈은 보다 높은 레벨의 컨트롤러가 불필요하다. EN 954-1 및 EN 13849-1에 따라 구현된 가격 효율적인 ‘안전 정지(Safe Stop)’ 기능이 옵션으로 제공된다.

성능이 입증된 조합

서로 다른 용량의 여러 다양한 크레인 설비에 설치되어 있는 노드사의 드라이브 솔루션은 수년 동안 안정성 측면에서 확실히 입증되었다. 그 중 하나가 독일 트라베문데(Travemunde)의 스칸디나비아 부두에 있는 트랜스테이너(Transtainer) 크레인이다. EU의 동부 확장 정책에 따라 고무되고 있는 발트해는 점점 더 많은 화물들이 취급되고 있으며, 항만 당국은 지난 수년 동안 스칸디나비아 부두를 상당히 확장해 왔다. 현재 이 항만의 가장 큰 설비는 56톤의 부하용량을 갖춘 크레인으로 구성되어 있으며, 트럭이나 콘테이너, 화물박스 등 운송해야 하는 모든 종류의 화물을 위한 허브로 기능하고 있다. 총 60개의 노드사의 드라이브가 이 애플리케이션에 사용되고 있다.

덴마크 오덴세(Odense)에 있는 세계에서 가장 큰 조선소의 포털 크레인 설비인 ‘골리앗(Goliath)’은 여전히 상당한 규모의 시설이다. 이 애플리케이션을 위해 노드사는 정교한 제어 시스템을 갖춘 드라이브 컨셉과 총 68개의 나선형 베벨(Bevel) 기어드 모터를 개발했다. 조선소 크레인을 위한 이 드라이브는 최대 부하 100톤의 마스터로 정밀한 방향 안정성을 유지한다. 크레인 기중기의 제어 DC 드라이브와 모든 트롤리에 있는 인버터-제어 3-상 비동기 모터는 단계없이 부드럽게 속도를 제어할 수 있다.

마이크로 스위치를 통한 지속적인 브레이크 모니터링을 제공함으로써 높은 위치 정밀도와 시설 안전을 유지할 수 있다.

[인터뷰]

모든 항만을 위한 크레인 드라이브

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노드 드라이브시스템즈 코리아의 김용식 지사장은 “우리는 전세계 모든 주요 항만에서 최소한 하나 이상의 크레인에 노드사의 드라이브 솔루션이 장착될 것으로 보고 있다.”고 포부를 밝혔다.

Q. 조선소나 콘테이너 터미널에 설치되어 있는 크레인을 위한 드라이브 기계장치 및 전자장치를 선택하는데 있어 어떠한 문제들을 특별히 고려해야 한다고 보는가?

A. 크레인 기중기나 트롤리에 사용되는 드라이브 시스템은 뛰어난 동적 및 정밀 모션과 같은 특성을 갖추면서도 반드시 견고한 내마모성 설계로 이뤄져야 한다. 물론 이와 더불어 사용자들은 경제적인 TCO를 요구할 것이다. 크레인 빌더나 운영자들이 특정 공급업체로부터 완벽한 솔루션을 얻기 위해서는 이러한 요구조건을 만족시키도록 하는 것이 가장 손쉬운 방법이다.

Q: 이 크레인들은 일련의 기계들 혹은 특정 용도의 기계들과 비교해도 손색이 없는 수준인가?

A. 만약 비교할 수 있다면, 하루에 해상과 육지를 연결하는 대규모 크레인을 건조하고 있는 크레인 제조업체는 단지 소수에 불과한데, 이 크레인 건조는 특정 용도의 기계장치 모듈러 제조와 비교해도 손색이 없다. 노드사의 드라이브 솔루션은 이러한 애플리케이션에 최적의 조합을 갖추고 있다.

Q: 노드사는 특화된 크레인용 드라이브 시스템 공급업체이다. 이 완벽한 제품 구성은 어떻게 이루어져 있는가?

A. 우리는 모든 타입 및 사이즈의 크레인 기중기 및 트롤리를 위한 가격 효율적이면서도 안정적인 드라이브 기술을 제공하고 있다. 노드사의 매우 광범위한 기계장치 및 전기, 전자제품을 통해 단일 소스의 드라이브 솔루션을 개발할 수 있었다. IP55 및 IP66 보호등급의 제품은 물론 특수 코팅된 부식 및 먼지 보호 버전을 통해 계절 운전과 같은 장기간 정지기 동안이나 까다로운 환경 조건 하에서도 높은 안정성과 오랜 동작 수명을 유지할 수 있다.

최대 160KW 성능을 갖춘 다양한 주파수 인버터 모델은 소프트 스타트(Soft Start), 회생 제동, 동기화 동작, 고정밀 포지셔닝과 같은 기능을 제공할 수 있다. 한편 노드사는 크레인 애플리케이션을 위한 드라이브 솔루션 전용 마이크로사이트 http://cranes.nord.com를 새롭게 오픈했다.

Q: 콘테이너 터미널 이외에 노드사의 드라이브를 갖춘 크레인을 위한 일반적인 애플리케이션은 무엇이 있는가?

A. 산업용 크레인은 예를 들어, 공장이나 철강 골조 애플리케이션, 조선소, 파운드리, 발전소, 중공업 등에 사용된다. 또한 보다 소형 제품은 작업장에서 사용된다. 현재 크레인을 제조하고 있는 머신 빌더들은 약 700개에 이른다. 이들 중 15개가 대규모 항만 크레인을 만들고 있다.

아이씨엔 매거진 2011년 02월호

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