선박 추진축계의 선미관 베어링 발열 사고에 관한 연구

Abstract

최근 들어 추진축계 발열사고가 빈번히 일어나고 있다. 특히 화학제품 운반선의 발열사고들이 국내조선소에서 주로 발생하였다.

종래의 축계정렬에 기인하는 손상은 후부 선미관 베어링의 끝부분에 과다한 부하가 발생하여 베어링이 마멸되는 경우가 대부분을 차지하였기에 축계정렬은 후부 선미관 베어링의 선미방향 끝부분 하중의 완화를 주된 목적으로 설계 하였다. 후부 선미관 베어링은 축계 베어링 자체의 정렬이 선급협회에서 규정하는 기준치 이상인 경우 부하를 적절히 분배하기 위해 베어링을 경사보링하여 후부 선미관 베어링의 부하가 균등하게 분포되도록 하고 있다.

선박의 추진축계를 일직선으로 정렬하는 경우 각 베어링의 하중 배분이 고르지 못하므로 추진축 베어링의 이상마멸, 중간축 베어링의 무부하 상태 또는 과열, 감속치차 치의 마멸, 파손 등의 문제가 발생할 수 있다. 축계정렬의 이론해석은 직선 정렬 때의 하중분배를 계산하고 각 지지 베어링을 단위 높이만큼 변화시켰을 때의 하중변화량 즉, 반력영향계수를 계산해서 각 베어링의 정렬을 수직 및 전후방향으로 조절하여 자연곡선에 가깝게 정렬하기 위한 것이다. 또한, 이런 정렬이어야만 여러 선체 적재 상태에서 베어링 하중의 변화가 둔감하고 안정하게 된다.

그러나 추진축계 베어링의 반력은 종종 메인 엔진의 온도차, 베어링 지지부의 하중 관계, 선체변형, 추진축계의 잘못된 정렬 등으로 인해 초기 설계 값을 초과하는 상태가 발생할 수 있다. 또한 적하하중에 따라 선체 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.

이러한 문제가 선박 건조 과정에서 축계 발열사고로 이어진다면 제작 기간이 비교적 긴 프로펠러, 샤프트, 베어링을 교체하여야 하는 상황이 발생할 수 있으므로 조선소에 막대한 피해를 줄 수 있는 매우 중요한 요인이다.

이러한 중대한 사고의 발생을 줄이기 위해 본 연구에서는 화학제품 운반선의 실선 사고사례를 통하여 발열사고의 원인에 대해 조사하고, 재발방지 대책에 대해 연구하고자 한다. 즉, 실제 설계 계산 수치와 잭-업(jack up)법으로 계측한 베어링 반력 데이터를 기반으로 축계 배치의 적절성여부에 대해 검토하고 추후 유사 선종의 축계정렬시 고려되어야 하는 요소들을 기술하여 동일 문제로 인한 발열 문제의 해결책을 제시하고자 한다.