크랭크 스로우 不等角 配置에 의한 船體振動 低減에 관한 硏究

Abstract

본 논문에서는 대형 디젤엔진에 있어서 크랭크 스로우의 각도 변경을 통한 외부 2차 모멘트 저감방법에 대해 살펴보았고, 그에 따른 비틀림진동의 변화를 실측을 통하여 살펴보았다. 이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 4, 5, 6 실린더 엔진의 경우 2차 외부모멘트가 크기 때문에 이것이 선체 진동의 원인이 될 수 있으므로 엔진 설계단계에서부터 엔진 전단과 후단 쪽에 모멘트 보상기를 설치할 수 있도록 되어 있다. 모멘트 저감을 위하여 크랭크 스로우를 부등각으로 하기에는 스로우간 각도편차가 커지게 되고 엔진의 토크 변화량 또한 커지게 되므로 이 방법은 이용하지 않는다.

(2) 7, 8 실린더 엔진의 경우 또한 4, 5, 6 실린더 엔진과 마찬가지로 엔진의 토크 변화량 심화로 인하여 부등각 크랭크 스로우는 이용하지 않는다.

(3) 9, 10, 11 실린더 엔진의 경우 2차 외부모멘트가 매우 높게 발생되어 모멘트 보상기를 설치해야 한다. 그러나 9 실린더 이상의 엔진은 크랭크축 체인 휠이 엔진 중간에 설치되므로 모멘트 보상기를 설치하기 위해 엔진의 용적량을 늘리게 되면 비용증가 측면이나 중량증가 측면에서 손실이 크다. 또한 전자제어 엔진의 등장으로 캠이 없는 엔진의 경우에는 엔진 내부에 모멘트 보상기를 설치할 수 있는 공간이 없다.

소수 실린더에 비하여 9, 10, 11 실린더 엔진의 경우 크랭크 스로우 간격이 좁아서 부등각으로 하더라도 엔진의 토크 변동이 적으므로 부등각 크랭크 스로우를 사용하여 2차 외부모멘트를 저감시킨다.

(4) 등각에 비하여 부등각 크랭크 스로우가 비틀림진동 측면에서는 불리하게 작용한다. 그러나 부등각을 이용해도 중간축의 비틀림진동 응력이 연속 한계를 초과하지 않고 크랭크축에 걸리는 최대 응력 또한 허용 범위 안에 들어가므로 모멘트 보상기를 설치하는 비용 및 중량증가 대비하여 상대적으로 유리한 점이 많으므로 최적의 설계조건이라고 사료된다.

향후 등각 크랭크 스로우를 사용하여 2차 외부모멘트(vertical)를 제어하는 방안에 대해 다각적으로 검토해 볼 필요가 있다고 사료된다.

In this paper, some hull vibrations caused by unbalance forces and unbalance moments are investigated and analyzed, especially those of 10 cylinder engines.

In case of less than 6 cylinders a dependant or independent moment compensator is mainly fitted at rear and/or front side of engines, and also in the steering gear space.

In case of 7 or 8 cylinder engines, 2nd moment compensators are installed in the steering gear space or some independent compensators are installed at engine sides. The engine which has more than 7 cylinders has separated crankshaft and the combined part is utilized to drive the cam shaft. Therefore the camshaft driving system cannot be utilized to drive compensators.

As 7 or 8 cylinder engines have to large crank angle at even crank angles to make uneven firing orders, only moment compensators are installed.

For over 8 cylinder engines, the method of uneven firing orders, that is, irregular crank throw angles are occasionally introduced.

But thismethod requiresseveraltroublesome calculations and investigations, such as, another unbalance forces and unbalance moments, which are not occurred in even firing orders, and also another torsional vibration problems.

In this study, a 10 cylinder engine is investigated for uneven firing order to reduce hull vibration induced by 2nd order unbalance moment, and some calculation processes are carried out to confirm its unbalance forces, unbalance moments and also torsional vibrations.

And then, the optimum uneven firing interval is selected. By field measurement at the actual running engine, the torsional vibration, unbalanced forces and unbalanced moments are confirmed that conditions are agreed with calculated results.