선체변형 근사곡선을 이용한 베어링 반력 유연성 평가

Abstract

일반적으로 추진축계 정렬은 후부 선미관 베어링의 선미쪽 끝부분에 작용하는 하중을 완화하는데 목적을 두고 설계하고 있다. 그런데 선박이 대형화되고, 엔진출력이 증가함에 따라 추진축계 베어링의 손상이 증가는 경향이 있다. 최근에 건조되는 선박을 보면 메인 엔진을 포함한 기관실 이중저는 선체 최적화에 의해 두께가 얇아져 변형이 쉬운 반면, 추진축계는 엔진의 고출력화로 축경이 증가되어 변형하기 어렵게 되었다. 이 결과 추진축은 선체의 변형에 추종하기 어려워 중간축 베어링, 선미관 베어링 및 메인 베어링의 손상 발생을 증가시키고 있다.

일반적으로 선체 변형을 구하는 방법으로는 크게 유한요소해석과 같은 해석적인 방법과 측정 결과를 역분석하여 평가하는 방법이 있다. 해석적인 방법은 복잡하고 상세한 모델링을 수행하는데 많은 시간과 비용을 필요로 하며 결과의 신뢰성에도 한계가 있다. 스트레인 게이지를 이용하여 베어링 반력을 구한 후, 이를 역분석하여 선체 변형을 유추하는 방법도 베어링 반력 측정에 많은 시간과 비용을 필요로 하며 선박 설계 단계에서는 축계 정렬 해석에 반영하기가 어렵고 측정된 조건만으로 선체변형을 유추하는 한계가 있다. 또한 이들 방법 은 여러 가지 운항 적재조건 및 해상 상태에 따라 선체변형 형태가 달라질 수 있으므로 적용하기에는 한계가 있다.

본 연구에서는 역분석된 선체 변형 데이터를 이용하여 변형 경향을 가장 근접 하게 나타내는 근사곡선을 제시하였다. 이를 이용하여 선체 변형에 따른 축계 정렬의 유연성을 해석하고 평가하는 방법을 제시하였다. 유연성 평가의 기준은 해석된 베어링 반력값이 메인 엔진기술사와 베어링 제작사에서 제공하는 허용값 범위 내에 있는 조건으로 하였다. 또한 이 결과를 실제 축계에 적용하여 선체변형에 따른 베어링 반력을 ANSYS로 해석하고 축계의 유연성을 평가하였다. 이를 검토하여보면 축계 정렬에서 선미관 베어링 옵셋의 기준을 영점으로 하고 있지만 선미관 후부 베어링 옵셋을 기준으로부터 선저방향으로 처지는 값을 가지는 경우에 축계 정렬에서 높은 유연성을 가지고 있음을 확인하였다. 이 연구 성과를 추진축계 설계에 적용하면 선체 변형이 축계의 베어링 반력에 어떻게 영향을 주고 있으며 설계한 축계 정렬이 어느 정도의 선체 변형까지 추종가능한지를 파악할 수 있다.