[논문]중속용 Dual Fuel엔진의 윤활유에 관한 실험적 연구

홍성호; 박창훈; 박정도

doi:10.9725/kstle.2016.32.3.82

[국내논문] 중속용 Dual Fuel엔진의 윤활유에 관한 실험적 연구
Experimental Research on Lubricant Oil in Dual Fuel Medium-Speed Engines 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.32 no.3, 2016년, pp.82 - 87

홍성호 (현대중공업 엔진기계사업본부) , 박창훈 (현대중공업 엔진기계사업본부) , 박정도 (쉘석유)

Abstract ▼ AI-Helper

We performed an experimental research on lubricant oil in dual fuel medium-speed engines. It is important to select the appropriate lubricant oil because it could significantly affect engine lifetime and performance. We generally recommend the selection of the lubricant oil according to the fuel grades as contents in the project guide. However, it is a considerable challenge for shipyards to implement this concept because of the lack of space to install the complicated lubricating oil system for dual fuel engines. Therefore, we determine the adaptability of one-common lubricant oil for HiMSEN dual fuel engine through this experimental research. To check abnormality in gas mode operation and durability of engine components when a lubricating oil with high BN (base number) is used, overhaul inspections and lubricant oil analysis are carried out two times, and four times, respectively, during an operation of approximately 300 h. We investigated the variations in kinematic viscosity, base number, element quantity, pentane insoluble and sulfated ash in lubricant oil analysis. Moreover, we also investigated whether the deposit formation or wear occurred in various bearings, injectors, exhaust valves, intake valves, piston rings and so on through the overhaul inspections. There are no problems in the lubricant analysis and the overhaul inspections. Through the experimental research, we confirm that one-common lubricant oil should be selected according to the higher sulfur content of fuel oil in dual fuel engines.

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문제 정의

본 연구에서도 dual fuel 엔진에서 가스 모드(연료를 LNG로 시용하는 경우)로 운전되는 경우에 염기 가가 높은 윤활유를 사용하게 되면 침전물 및 마모 등의 문제가 발생하는지에 대해서 살펴보았다. 주로 기계 부품의 분해 검사 및 윤활유 분석을 통해 윤활유의 적합성을 평가하였다.
이런 측면에서 메인 베어링, 로커암 등의 베어링 부분 뿐만 아니라 흡, 배기 밸브, 인젝터, 실린더 라이너에 대해 중점적으로 살펴보았다. 그리고 터보 차저 베어링 부의 손상 유무에 대해서도 살펴보았다. 배기 밸브의 접촉면에 쌓인 침전물은 마모나 균열의 원인이 되기도 하며, 인젝터의 탄소 침전물(carbon deposit)은 노킹이나 마모의 원인이 되기도 한다.
본 연구에서는 다양한 연료를 사용하는 중속용 dual fuel 엔진에서 선택된 윤활유의 적합성을 검증하고자 실험적 연구를 수행하였다. 염기가가 높은 윤활유와 황 함유량이 낮은 연료의 조합으로 운전되는 경우에 잉여 첨가제에 의한 침전물의 문제가 우려된다.
대해 분해점검을 하였다. 실제 선박용 엔진의 경우 100% 의 고부하 조건에서 운전되는 경우는 드물지만 가혹한 운전조건에서 비교적 짧은 시간에 문제점을 파악하고자 이와 같은 조건의 실험을 수행하였다. 이전의 엔진 테스트 경험을 통해 가혹한 부하 조건에서 100시간 정도의 운전조건에서도 침전물 및 마모손상이 많이 발견되는 점을 활용하여, 테스트 시간을 3배 정도인 약 300시간을 부여할 경우 문제 발생 여부를 충분히 파악할 수 있을 것으로 판단하였다.

제안 방법

발생하는지에 대해서 살펴보았다. 주로 기계 부품의 분해 검사 및 윤활유 분석을 통해 윤활유의 적합성을 평가하였다.
Dual fuel 엔진을 대상으로 황 함유량이 낮은 LNG 를 연료로 사용하고 염기가가 높은 윤활유를 사용하는 경우에 대해 테스트를 수행하였다.
실험에서 엔진은 100% 부하 조건에서 약 300시간 운전되었으며 2번의 분해 점검을 실시하였다. 그리고 테스트 전에 윤활유 섬프 탱크 (sump tank)를 플러싱 (flushing)한 뒤, 새로운 윤활유로 주입 후 실험을 수행하였다.
그리고 테스트 전에 윤활유 섬프 탱크 (sump tank)를 플러싱 (flushing)한 뒤, 새로운 윤활유로 주입 후 실험을 수행하였다. 샘플링은 섬프 탱크에서 청결을 유지하면서 진공식 샘플링 장치를 이용하여 수행하였으며, 사용 유에 대하여 약 100 시간마다 채취하였다.
특히 탄소와 결합된 침전물이나 경도가 높은 침전 물은 윤활 시스템에서 세물체 연삭 마모를 발생시켜 결국에는 기계 부품들의 손상 및 파손을 일으킨다. 이런 측면에서 메인 베어링, 로커암 등의 베어링 부분 뿐만 아니라 흡, 배기 밸브, 인젝터, 실린더 라이너에 대해 중점적으로 살펴보았다. 그리고 터보 차저 베어링 부의 손상 유무에 대해서도 살펴보았다.
염기가가 높은 윤활유와 황 함유량이 낮은 연료의 조합으로 운전되는 경우에 잉여 첨가제에 의한 침전물의 문제가 우려된다. 이를 검증하는 실험의 일환으로 황 함유량이 아주 작은 가스를 연료로 사용하고 염기가가 높은 윤활유를 사용하는 조합에 대해 엔진 테스트를 진행하였다. 운전 시간에 따른 윤활유 분석 및 분해 점검 결과를 살펴보면 윤활유의 열화 및 침전물에 의한 기계부품들의 이상 마모는 발견되지 않았다.
분해점검은 운전시간이 206시간과 312시간이 경과 후에 실시하였다. 운전시간이 206시간 경과 후, 기계 부품들의 분해된 사진은 Fig.
100% 부하조건에서 약 300 시간의 엔진 테스트를 통해 황 함유량이 낮은 연료와 염기가가 높은 윤활유의 사용에 의한 기계부품의 손상 및 침전물 문제가 발생하는지에 대해 분해점검을 하였다. 실제 선박용 엔진의 경우 100% 의 고부하 조건에서 운전되는 경우는 드물지만 가혹한 운전조건에서 비교적 짧은 시간에 문제점을 파악하고자 이와 같은 조건의 실험을 수행하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 엔진은 현대중공업 힘센엔진의 dual fuel 엔진 라인업 중의 하나인 9H₂₇DF 이다. 9개의 실린더가 일렬로 배열된 인라인(in-line) 타입의 엔진으로 실린더 보어의 사이즈와 스트로크가 각각 270 mm 와 330mm이며 사양은 Table 1과 같다.
9개의 실린더가 일렬로 배열된 인라인(in-line) 타입의 엔진으로 실린더 보어의 사이즈와 스트로크가 각각 270 mm 와 330mm이며 사양은 Table 1과 같다. Table 1에서 BMEP(brake mean effective pressure)는 제동 평균 유효 압력을 나타내고 SFOC(specific fuel oil consumption)는 연료 소비율을 나타낸다.
그리고 사용된 연료는 LNG 이고 사용된 윤활유는 Shell 사의 ARGINA X 40으로 염기가가 40이며 물성치는 Table 2와 같다.
2. Dual fuel engine (9H₂₇DF engine).
그리고 테스트 전에 윤활유 섬프 탱크 (sump tank)를 플러싱 (flushing)한 뒤, 새로운 윤활유로 주입 후 실험을 수행하였다. 샘플링은 섬프 탱크에서 청결을 유지하면서 진공식 샘플링 장치를 이용하여 수행하였으며, 사용 유에 대하여 약 100 시간마다 채취하였다. 신유는 개봉되지 않은 드럼에서 채취하였다.
샘플링은 섬프 탱크에서 청결을 유지하면서 진공식 샘플링 장치를 이용하여 수행하였으며, 사용 유에 대하여 약 100 시간마다 채취하였다. 신유는 개봉되지 않은 드럼에서 채취하였다.

참고문헌 (13)

Sayin, C., “Engine Performance And Exhaust Gas Emissions of Methanol and Ethanol-diesel Blend”, Fuel, 89, pp. 3410-3415, 2010.

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Sayin, C., Ilhan, M., Canakci, M., Gumus, M., “Effect of Injection Timing on the Exhaust Emissions of a Diesel Engine Using Diesel-Methanol Blends”, Renew Energy, 34, pp. 1261-1269, 2009.

상세보기
Yangyang, L., Chunhua, Z., Wei, Y., Han, W., “Effect of Rapid Burning Characteristics on the Vibration of a Common-Rail Diesel Engine Fueled with Diesel-Methanol Duel Fuel”, Fuel, 170, pp. 176-184, 2016.

상세보기
Yaliwal, V. S., Banapurmath, N. R., Gireesh, N. M., Hosmath, T. S., Donateo, T., “Effect of Nozzle and Combustion Chamber Geometry on the Performance of a Diesel Engine Operated on Dual Fuel Mode Using Renewable Fuels”, Renewable Energy, 93, pp. 483-501, 2016.

상세보기
Zhang, Q., Li, N., Li, M., “Combustion and Emission Characteristics of an Electronically-Controlled Common-Rail Dual-Fuel Engine”, Journal of the Energy Institute, pp. 1-16, 2015.
Bora, B. J., Saha, U. K., Chatterjee, S., Veer, V., “Effect of Compression Ratio on Performance, Combustion and Emission Characteristics of a Dual Fuel Diesel Engine Run on Raw Biogas”, Energy Conversion and Management, 87, pp. 1000-1009, 2014.

상세보기
CIMAC Guideline – Future Fuel Scenarios and their impact on Lubrication, CIMAC WG 8 Marine Lubricants, pp. 1-19, 2014.
Hong, S. H., “Review of Studies on Lacquer in Medium-Speed Engines”, Proc. Spring Conference of the Korean Society of Tribologists & Lubrication Engineers, pp. 119-120, 2016.
Hong, S. H., Park, J. K., Ryoo, Y. S., “Study on Lacquer Formation in Combined of Marine Fuel Oil and Marine Lubricant Oil”, J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng., Vol. 31, No. 3, pp. 86-94, 2015.
Buhaug, O., “Investigation of Cylinder Liner Lacquers in the North Sea and Norwegian Sea Regions”, CIMAC Congress, No. 186, pp. 1-10, 2007.
Guidelines for Diesel Engine Lubrication-Impact of Low Sulphur Fuel on Lubrication of Marine Engines, CIMAC, pp. 1-16, 2007.
Buhaug, O., "Deposit Formation on Cylinder Liner Surfaces in Medium-Speed Engines", Ph.D. Thesis, pp. 1-289, 2003.
Dimkovski, Z., Baath, L., Rpsen, S., Ohlsson, R., Rosen, B. G., “Interference Measurements of Deposits on Cylinder Liner Surfaces”, Wear, 270, pp. 247-251, 2011.

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