緊急 後進時 船舶 프로펠러軸의 過度 擧動 特性에 관한 硏究

Abstract

Most modern ships have adopted high-power main engines for low-speed operation that is advantageous from the viewpoint of propulsion efficiency. To transfer torque of this kind of engines, a large diameter shafting is required and the shafting system is hard to flexibly respond to structural deformation, while the hull has become thinner for design optimization and easier to deform. Consequently, the stability of the propulsion shafting system has been affected. Futhermore, ultra long stroke and low speed main engines are being used to improve the propulsion efficiency and they have required the large size of propeller. And the large propellers have increased the risk of damage to the after stern tube bearing. Until recently, oil film retention of the stern tube bearings and the influence induced by hull deformation has been mainly focused on for the optimal alignment of shafting, in quasistatic status. However, it has been continuously proved that fluctuations in propeller eccentric thrust in dynamic transient conditions are able to cause damage to stern tube bearings. But the current quasistatic calculation method is not sufficient to cover these problems. Since ship design nowadays has unfavorable characteristics for the propulsion shaft alignment, the shaft alignment calculation should be carried out more carefully, and considering dynamic conditions can make it more reliable. In this study, the effect of crash astern, which is one of transient operation mode, on propeller shaft behavior were studied using strain gage and displacement sensor for 50,000 ton medium range oil/chemical tanker. Additionally the draft conditions were divided into fully laden condition and normal ballast condition and they were compared with each other. As the result, it was figured out that crash astern directly affects the behavior of the propeller shaft, and especially significant changes were in the vertical direction right after crash astern. This study is expected to help advance the theory and technology of optimal alignment of propulsion shafting system considering dynamic transient conditions in the future.|현대 대부분의 선박은 추진효율 관점에서 유리한 저속운전을 위해 고출력의 주기관을 채택하고 있다. 이에 따라 축계는 전달 토크가 커져 직경이 증가되고 더 단단해지면서 구조적 변형에 유연하게 반응하기가 어렵게 된 반면, 선체는 설계 최적화를 위해 두께가 얇아져 변형하기 쉽게 되면서 추진축계의 안정성에 있어 부정적인 영향으로 작용하고 있다. 뿐만 아니라 추진효율을 향상시키기 위해 사용되는 초장행정 저속 엔진은 프로펠러 대형화를 이끌었으며 이는 후부 선미관 베어링의 손상 위험을 증가시키고 있다. 최근까지 추진축계 안정성을 확보하기 위한 최적 배치 계산은 주로 준정적(quasistatic) 상태에서 선미관 베어링의 유막유지(oil film retention)와 선체변형에 따른 영향에 중점을 두어 진행되어 왔다. 그러나 최근 동적 과도상태에서 프로펠러 편심추력의 변동이 선미관 베어링의 손상을 초래할 수 있음이 지속적으로 확인되고 있으며, 이러한 위험 요소는 현재의 준정적 상태 계산 방식으로 식별하기에는 한계가 있다. 현대의 선박 설계가 추진축계의 안정성 측면에 있어 보다 가혹한 특징을 보임에 따라 축계배치계산은 더욱 민감하게 수행될 필요가 있으며, 추진축계의 안정성을 고도화하기 위해서는 과도상태를 포함한 동적 상태의 고려가 요구된다. 이와 관련한 사례 분석의 일환으로 본 연구에서는 5만톤급 중형화학제품 운반선(medium range oil/chemical tanker)을 대상으로 스트레인 게이지법과 변위센서를 이용하여 선박의 과도운전상태의 하나인 긴급 후진이 프로펠러 축 거동에 미치는 영향을 검증하였다. 또한 흘수 조건을 만재흘수 조건과 발라스트흘수 조건으로 나누어 흘수 변화에 따른 영향을 추가적으로 분석하였다. 그 결과, 긴급 후진 사용은 프로펠러 축의 거동에 직접적인 영향을 미치고, 특히 사용 직후 상하 방향 거동을 크게 변화시키는 것을 증명하였으며, 이는 향후 동적 상태를 고려한 추진축계 최적 배치 이론과 기술을 고도화하는데 도움이 될 것으로 기대한다.