중형 화학제품 운반선의 최적 추진축계 정렬에 관한 현구

Abstract

추진축계 배치에 관한 연구는 1950년대 후반 미국 해군 함정에서 중요성이 대두된 이후 개개의 베어링에 대한 최적의 위치를 결정하는 이론이 정립되기 시작하였다. 이 성과는 점차 일반 선박으로 확대되었으며, 1960년대 후반부터 1970년대 초반에 걸쳐 활발한 연구가 전개되어 많은 부분에서 관련 이론들이 확립하게 되었다.[1]~[4]

최근의 추진축계 배치는 축계가 대형화됨에 따라 조선소 및 선주, 선급 등의 주요 관심사항으로 대두되고 있으며, 이러한 추진축계 배치의 목적은 선박의 여러 하중 및 운전조건에서 축계의 베어링 반력을 일정수준으로 유지하도록 하는 것이다.

그러나 추진축계 베어링의 반력은 종종 주기관의 온도차, 베어링 지지부의 하중 관계, 선체변형, 추진축계의 잘못된 정렬 등으로 인해 초기 설계치를 초과하는 상태가 발생할 수 있다. 또한 적하하중에 따라 선체에 변형이 발생하면서 베어링 반력에 영향을 미칠 수 있고, 정적인 상태에서는 문제가 되지 않았던 베어링 반력이 선박의 운항 중에는 추진축계의 동적 거동으로 인해 베어링 반력에 변화가 발생하여 축계 배치에 영향을 미치게 된다.

따라서 추진축계 배치의 최적치를 설계 단계에서 얻기 위해서는 해석 시 선박의 적하 하중에 따른 베어링 반력의 변화, 운항에 따른 메인 엔진의 변형 및 프로펠러 추력에 의해 발생되는 굽힘모멘트 등을 고려하여야 한다.[8]

이에 대해서는 일부 연구자, 조선소 및 선급에서 축계 정렬로 인한 손상을 최소로 하기 위해 많은 연구를 하고 있으나, 각 조선소에서는 각기 다른 종류와 크기의 선박을 건조하기 때문에 모든 종류의 선박에 대해서 연구는 실질적으로 불가능한 상태다. 따라서 선박을 건조하는 각 조선소에서 건조중인 선박에 대해 집중적인 연구를 통해 축계 정렬에 대한 최적화를 도모하여 축계 정렬과 관련된 손상을 최소화해야 한다.

본 연구에서는 선박의 적하하중 변화 시 축계의 베어링 반력을 잭-업법으로 측정하여, 이로부터 적하하중이 베어링 반력에 미치는 영향을 검토하고자 한다. 또한, 상대적으로 연구 대상에서 제외되기 쉬운 중형 화학 제품 유조선 선박(40,000～50,000DWT)의 축계 배치, 축계 정렬을 ABS(미국 선급협회)의 축계 정렬 프로그램을 이용하여 검토한다. 근래에는 중형 화학 제품 유조선은 높은 출력을 내기 위해 프로펠러의 무게 증가와 축 직경이 증가하는 반면, 기관실의 후부에 위치하고 있는 선미관 베어링의 거리가 좁고, 이로 인하여 선미관 전부 베어링이 무부하가 되거나 아주 적은 부하만을 가지는 경우가 많다. 이에 따라 선미관 전부 베어링의 적은 반력 때문에 선주와 선급 사이에 논쟁을 일으키게 된다.

따라서 잭-업(jack-up)법으로 계측한 베어링 반력 데이터를 기반으로 하여, 중형 화학제품 운반선의 축계 배치 시, 선미관 전부 베어링을 제거하고, 민감 지수(sensitivity index)를 이용하여 최적의 중간축 베어링의 위치를 찾음으로서, 모든 베어링이 적절한 부하를 받도록 설계한다.

그리고 중형 화학 제품 유조선인 경우 선미관 전부 베어링이 없는 축계 정렬이 더 이상적이다는 이론적 기초를 세우고, 축계 설계가 미흡한 중형 조선소에서 선미관 전부 베어링이 없는 축계를 설계하고자 한다.