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라이닝 재료에 따른 저널 베어링의 압력 분포 특성
Characteristics of Pressure Distribution of Journal Bearing according to Lining Material 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.9, 2017년, pp.480 - 485  

신상훈 (경운대학교 항공기계공학과) ,  임채환 (경운대학교 항공기계공학과) ,  고대은 (동의대학교 조선해양공학과)

초록
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저널 베어링인 선미관 후부 베어링의 후방부에 발생하는 발열 사고는 프로펠러 하중이 추진축을 처지게 하여 후방부에 과도한 국부압착압력이 작용하는 것이 주된 원인이다. 선미관 베어링라이닝 재료로 사용되는 화이트 메탈보다 영률이 훨씬 작은 재료를 사용한다면 축과의 접촉 면적을 크게 함으로써 발열 사고의 원인이 되는 국부압착압력의 저감이 가능할 것이다. 본 연구의 목적은 영률이 작은 재료로 만들어진 베어링 제품의 적용에 앞서, 축계 해석을 통해 새로운 제품 적용시의 압착압력 분포특성을 파악하고 허용 압력을 결정하는데 있다. 국부압착압력의 계산에 있어서는 접촉 너비를 따라 반 타원형상의 압력 분포를 가정한 Hertzian 접촉 조건을 도입하였으며, 엔진 가동 상태의 프로펠러 하중, 열 효과 및 선체 변형을 고려하였다. 해석 결과를 통해 영률이 작은 제품은 기존 제품을 적용한 실적선에 비해 국부압착압력의 상당한 저감이 가능함을 확인하였고, 또한 하중 조건이 바뀌더라도 압력 분포의 변화가 작아 강건 설계가 가능한 장점이 있음을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 제시되는 제품의 성능 사양을 제조사가 보장한다면 영률이 작은 제품의 적용이 가능하리라 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The main reason for the heat induced accidents occurring at the after stern tube journal bearing is the excessive local pressure caused by the deflection of the propulsion shaft due to the propeller loads. It is expected that the contact area could beenlarged and the local pressure reduced according...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 베어링의 재료 물성치에 대한 국부 압력 계산을 수행하고 새로운 제품 적용 시 허용 할 수 있는 압력을 결정하고자 하였다. Table 1은 본 연구에서 적용한 주요 재료의 물성치를 나타낸다.
  • 본 연구의 목적은 영률이 작은 재료로 만들어진 베어링 제품의 적용에 앞서, 축계 해석을 통해 새로운 제품 적용시의 압착압력 분포특성을 파악하고 허용 압력을 결정하는데 있다. 또한, 연구 결과는 제조사로부터 제품 성능 보장을 위한 성능 테스트의 요구 기준으로 활용된다.

가설 설정

  • 국부압력에 있어서는 베어링 재료의 영률이 작으면 접촉 면적이 상당히 넓게 될 것으로 예상되어 기존 제품의 경우와는 상당히 다른 양상을 보일 것으로 예상되었다. 국부압력의 계산은 접촉 너비를 따라 반 타원 형상의 압력 분포를 가정한 Hertzian 접촉 조건을 적용하였고. 그 계산 결과를 Table 6에 보였다.
  • 본 연구에서는 국부압착압력 계산을 위해 접촉 너비를 따라 반 타원 형상의 압력 분포를 가정한 Hertzian 접촉 조건을 도입하였다[3]. 해석 대상 선박은 실적선인 구형 LNG 운반선으로 선정하였으며, 축계의 베어링 오프셋 및 선체변형은 실적선 해석 자료를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
영률이 작은 저널 베어링의 라이닝 제품을 선미관에 사용함을 통해 얻을 수 있는 효과는 무엇인가? 1) 영률이 작은 재료의 베어링 제품은 축과의 접촉 너비가 상당히 커져 국부압착압력이 상당히 낮아짐을 확인하였다. 2) 영률이 작은 제품은 하중조건에 대한 민감성이 적어 하중 조건이 바뀌더라도 압력 분포의 변화가 작으므로 강건 설계가 가능한 장점을 갖는다.
저널 베어링인 선미관 후부 베어링의 후방부에 발생하는 발열 사고의 주된 원인은 무엇인가? 저널 베어링인 선미관 후부 베어링의 후방부에 발생하는 발열 사고는 프로펠러 하중이 추진축을 처지게 하여 후방부에 과도한 국부압착압력이 작용하는 것이 주된 원인이다. 선미관 베어링의 라이닝 재료로 사용되는 화이트 메탈보다 영률이 훨씬 작은 재료를 사용한다면 축과의 접촉 면적을 크게 함으로써 발열 사고의 원인이 되는 국부압착압력의 저감이 가능할 것이다.
선미관 베어링을 선미관의 전방과 후방에 각각 설치하는 이유는 무엇인가? 선미관은 프로펠러 축이 선체를 관통하는 곳에 장착되는 장비로서 선내로의 해수침입 방지와 프로펠러 축을 지지하는 역할을 수행한다. 프로펠러로 회전력을 전달하면서 축을 지지하는 역할을 동시에 수행할 목적으로 선미관 베어링(stern tube bearing, STB)이 선미관의 전방과 후방에 각각 설치되는 것이 일반적이며[1], 선미관의 전방에 설치되는 베어링을 선미관 전부 베어링(forward stern tube bearing), 선미관의 후방에 설치되는 베어링을 선미관 후부 베어링(after stern tube bearing)이라 하며 모두 긴 원통 모양의 저널 베어링이다.
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참고문헌 (8)

  1. K. H. Cho, J. H. Lee and Y. G. Kim, "A Study on the Forced Fitting Method of Stern Tube Bearing for Propulsion Shafting in Ships", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 34, no. 5, pp. 653-660, 2010. DOI: https://doi.org/10.5916/jkosme.2010.34.5.653 

  2. B. J. Vartdal, T. Gjestland and T. I. Arvidsen, "Lateral Propeller Forces and their Effects on Shaft Bearings", First International Symposium on Marine Propulsors, Trondheim Norway, pp. 475-481, 22-24 June 2009. 

  3. K. L. Johnson, Contact Mechanics, Cambridge University Press, 1989. 

  4. S. H. Shin, Y. J. Sung, J. Y. Park and B. W. Han, "A Feasibility Study on the Application of Stern Tube Unit for the Twin Skeg LNG Carrier", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, vol. 53, no. 4, pp. 282-289, 2016. DOI: https://doi.org/10.3744/SNAK.2016.53.4.282 

  5. J. M. Choung, I. H. Choe and S. H. Shin, "A Study on Elastic Shaft Alignment Using Nonlinear Bearing Elements", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, vol. 42, no. 3, pp. 259-267, 2005. DOI: https://doi.org/10.3744/SNAK.2005.42.3.259 

  6. S. H. Shin and I. H. Choe, "Pressure Distribution Analysis for After Bush Bearing of Ship Propulsion Shaft", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, vol. 41, no. 3, pp. 35-40, 2004. DOI: https://doi.org/10.3744/SNAK.2004.41.3.035 

  7. J. M. Choung and I. H. Choe, "Development of Elastic Shaft Alignment Design Program", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, vol. 43, no. 4, pp. 512-520, 2006. DOI: https://doi.org/10.3744/SNAK.2006.43.4.512 

  8. J. S. Sun, Y. J. Lee and U. K. Kim, "The Flexibility Estimation of Alignment for Propulsion Shaft System using the Approximated Hull Deflection Curve", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 33, no. 1, pp. 28-36, 2009. DOI: https://doi.org/10.5916/jkosme.2009.33.1.28 

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