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고속 4행정 디젤엔진을 갖는 선박 추진시스템에서 토크변동에 의한 감속기어 안정성 평가
Reduction Gear Stability Estimation due to Torque Variation on the Marine Propulsion System with High-speed Four Stroke Diesel Engine 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.25 no.12, 2015년, pp.815 - 821  

김인섭 (Korea Ship Safety Technology Authority) ,  윤현우 (Korea Ship Safety Technology Authority) ,  김준성 (D-I Industrial Co., Ltd.) ,  버광다오 (Mokpo National Maritime University) ,  이돈출 (Mokpo National Maritime University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Maritime safety has been more critical recently due to the occurrence of shipboard accidents involving prime movers. As such, the propulsion shafting design and construction plays a vital role in the safe operation of the vessel other than focusing on being cost-efficient. Smaller vessels propulsion...

주제어

#선박용 감속 기어   #토크 변동   #비틀림 진동   #고속 4행정 디젤엔진  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 디젤엔진은 실린더 내 높은 폭발압력을 기진력으로 비틀림 진동이 증가하여, 높은 진동토크가 감속기에 전달되므로 이를 줄일 목적으로 주 기관과 감속기 사이에 탄성커플링을 설치하게 된다. 이 논문은 V형 10실린더를 주 기관으로 강성이 크고 감쇠 성능이 낮은 러버블록(rubber block)형 탄성커플링을 감속기 사이에 설치한 소형 차도선을 연구 모델로 비틀림진동을 주파수 영역에서 이론적 해석결과와 주파수 영역 및 시간영역에서 계측분석결과를 통해서 감속기어의 안정성을 평가하고자 한다.
  • 이 연구에서는 선박용 고속 4행정 디젤엔진을 주 기관으로 감속기어와 비교적 감쇠 기능이 떨어지는 러버블록형 탄성커플링을 적용한 연구 모델을 대상으로 감속기의 안정성을 평가하였으며 이를 정리 요약하면 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선박에서 추진축계시스템의 비틀림진동 해석을 통한 최적설계와 안전한 항해를 위한 검증작업인 계측이 소형선박에서는 잘 되지 않는 이유는 무엇인가? 이 규정은 선가가 높고 추진시스템이 단순한 중·대형 선박에서 잘 지켜지고 있다. 이에 비해 소형 선박의 경우 시스템이 복잡하여 비틀림진동 해석이 어렵고 주 기관, 감속기 및 추진기의 제작과 공급이 별도로 이루어지고 있어 이를 통합하는 설계와 검토가 잘 되지 않고 있는 실정이다. 따라서 과도한 비틀림진동으로 인하여 엔진과 감속기의 잦은 고장 또는 과열에 의한 화재 등으로 해상사고를 유발하는 원인이 되기도 한다.
소형 선박의 추진축계는 무엇으로 구성되는가? 이러한 해상사고를 분석하고 방지하기 위하여 선급기관과 엔진제작사의 조사에 의하면 추진축계 사고에 의한 비중이 높은 것으로 보고되고 있다(1~3). 소형 선박의 추진축계는 선박의 심장부로 주 기관, 탄성커플링, 감속기어, 축 및 프로펠러로 구성되고 이들의 통합설계가 핵심기술이며, 비용도 전체 선가의 30 % ~ 40 %를 차치한다. 이러한 중·소형 선박의 추진시스템은 대부분 중·고속 4행정 디젤엔진을 주 기관으로 하고 추진효율을 증가시키기 위하여 감속기어를 설치하게 된다.
주 기관과 감속기 사이에 탄성커플링을 설치하는 이유는 무엇인가? 이러한 중·소형 선박의 추진시스템은 대부분 중·고속 4행정 디젤엔진을 주 기관으로 하고 추진효율을 증가시키기 위하여 감속기어를 설치하게 된다. 특히 디젤엔진은 실린더 내 높은 폭발압력을 기진력으로 비틀림진동이 증가하여, 높은 진동토크가 감속기에 전달되므로 이를 줄일 목적으로 주 기관과 감속기 사이에 탄성커플링을 설치하게 된다. 이 논문은 V형 10실린더를 주 기관으로 강성이 크고 감쇠 성능이 낮은 러버블록(rubber block)형 탄성커플링을 감속기 사이에 설치한 소형 차도선을 연구 모델로 비틀림진동을 주파수 영역에서 이론적 해석결과와 주파수 영역 및 시간영역에서 계측분석결과를 통해서 감속기어의 안정성을 평가하고자 한다.
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참고문헌 (9)

  1. Germanischer Lloyd, 2002, Harmonisation of Rules Regarding Vibration Analysis and Shafting Layout, International Council on Combustion Engines(CIMAC) Working Group 14 Meeting. 

  2. American Bureau of Shipping, 2002, Shaft Failure Statistics, CIMAC Working Group 14 Meeting. 

  3. Kloppenburg, P., 2013, Propulsion System (dis)Integration, CIMAC Congress Shanghai, Paper No. 117. 

  4. ISO, 2013, Cylindrical Gears-ISO System of Flank Tolerance Classification, Part 1: Definitions and Allowable Values of Deviations Relevant to Flanks of Gear Teeth, ISO 1328-1. 

  5. ISO, 2003, Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears, ISO 6336-1, 2, 3 and 5. 

  6. International Association of Classification Societies, 2013(Rev. 2), Marine Gears-load Capacity of Involute Parallel Axis Super and Helical Gears(M56) in Requirements Concerning Machinery Installations. 

  7. Lee, D. C., Joo, K. S., Nam, T. K., Kim, E. S. and Kim, S. H, 2009, Development of Engine Vibration Analysis and Monitoring System(EVAMOS) for Marine Vessels, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol 19, No. 2, pp. 155-162. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. Kim, J. S., Kim, J. and Lee, D. C., 2012, Vibration Characteristics of Reduction Gear by Propeller Excitation on the Marine Propulsion Shafting System, Proceedings of the KSNVE Annual Autumn Conference, pp. 378-379. 

  9. Lee, D. C., 2003, Improvement of Dynamic Characteristics of Torsion on the Marine Propulsion Shafting System with Elastic Rubber Coupling, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 923-929. 

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