선박용 대형저속 디젤엔진용 화이트 메탈 베어링 본딩력 검증에 관한 연구

Abstract

선박 주기관이나 육상용 발전기로 널리 이용되고 있는 최근의 대형저속 디젤엔진의 베어링은 정비유지, 내구성 향상, 고하중에서의 윤활성능의 개선을 목적으로 베어링 메탈과 하우징을 별도로 분리하여 제작, 가공할 수 있는 박판형 메탈 베어링을 일반적으로 채용하고 있다. 종래에는 베어링 메탈과 하우징을 일체로 주조하여 제작되는 후판형 베어링을 많이 사용하여 왔으나 연료유의 저질화, 기통당 출력증가, 저속화 추세에 따라 베어링의 내구성과 정비유지를 크게 개선시키기 위해 최근에 개발되고 있는 대형엔진에서는 박판형을 채용하고 있다. 이와 같이 박판형 베어링은 대형 디젤엔진이나 터빈의 가장 중요한 핵심 부품의 하나이다.

박판형 베어링의 메탈은 중소형 엔진의 경우 메탈두께가 베어링 외경의 1/30 - 1/20 정도 이지만 대형엔진의 경우 1/30 이하이고 치수가 크다. 따라서 원심주조, 표면처리 및 제작 조립이 매우 어렵고 양호한 윤활상태를 유지하기가 어려워서 내구성 문제로 사용을 기피하여 왔으나, 성능이 우수한 화이트 메탈과 표면처리 도금액의 공급이 가능하고 정밀제작 또는 설계기술의 발달로 1990년대 초부터 실용화가 가능하게 되었다.

저널 베어링은 연소압력과 크랭크 기구의 복잡한 동력학적 하중을 받으면서 마찰열이나 윤활유에 혼입된 이물질이 존재하여도 적절한 유막을 형성하여 회전축과 베어링이 접촉하지 않고 축의 하중을 지지하고 저널과 베어링의 손상을 방지할 수 있어야 한다. 저널 베어링을 기능별로 분류하면 크랭크축의 저널을 지지하는 메인베어링, 연접봉과 크랭크 핀을 연결하는 크랭크 핀 베어링, 피스톤과 연접봉을 연결하는 크로스헤드 핀 베어링 및 가이드 슈 베어링과 추력을 지지하는 스러스트 베어링을 들 수 있다.

최근에 들어와 각 선박용 엔진 메이커에서 화이트 메탈과 베이스 메탈의 접착력 향상으로 인해 접착면의 도브 테일(Dove tail) 을 삭제하고 제작 할 수 있도록 설계를 변경하였다.

이로 인해 각 베어링 제조사는 베어링에 화이트 메탈의 본딩 방법이 계속적으로 개발되었으며 기존의 중력 주조 및 원심 주조법 외에 용접으로 화이트 메탈을 접합 시키는 방법이 개발 되어 주조법에서 요구되는 라이닝 전처리 공정에 따른 시간 및 비용 측면에서 상당히 효율적인 결과를 얻었지만 특수공정인 용접법에 따른 예상되는 결함 및 접착력의 보증을 위한 파괴 검사 및 비파괴 검사의 개선 방안의 수립이 요구되었다.