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[스크랩] 기술정보(디젤엔진의 구조) – 다음블로그
선박용 엔진의 분류. 선박에 사용되는 디젤엔진은 크게 추진기로 사용되는 Main Engine과 발전기로 사용되는 Generator Engine이로 구분된다.
Source: blog.daum.net
Date Published: 1/19/2022
View: 9812
선박/추진방식 – 나무위키
CODOG에 비해서는 디젤엔진과 가스터빈을 기계적으로 이어주는 크로스커넥트 기어박스가 필요하여 구조가 다소 복잡해지지만 효율이 뛰어나고 개별 기관의 …
Source: namu.wiki
Date Published: 3/15/2021
View: 3323
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주제에 대한 기사 평가 선박 엔진 구조
- Author: SeaWater
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- Date Published: 2021. 10. 11.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=CMRkTScQAz8
선박 주기관(Main Engine)의 종류 및 특징
선박 주기관
엔진(Engine)은 선박에서 심장역할을 하는 기관이다. 심장이 우리를 숨쉬게 하고 삶을 영위할 수 있게 하듯이, 엔진 역시 끊임없는 반복 과정을 통해 선박이 앞으로 추진할 수 있는 힘을 만들어 낸다. 물론 반대로 엔진의 멈춤은 곧 항해의 정지를 의미하는 매우 중대한 의미임을 인지해야 할 것이다.
주기관은 선박의 추진(Propulsion)을 위해 이용되는 기관(Engine)이며, 기관은 어떠한 에너지를 기계적에너지로 변환하는 장치입니다.
선박 주기관의 종류
선박 주기관(Main Engine)의 종류는 외연기관인 증기기관(Steam Engine)과 내연기관(Internal Combustion Engine)으로 대별된다.
외연기관(外燃機關, External Combustion Engine)은 연료를 보일러(Boiler) 내에서 연소시키고 그 때에 발생하는 연소가스의 열을 보일러물에 전하여 증기(steam)를 만들고 이 증기에 의하여 왕복기관이나 증기터빈을 움직인다.
1) 증기기관: 증기가 지닌 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기의 한 형식이다. 주보일러(Main Boiler)에서 발생된 고온 및 고압의 수증기로 피스톤(Piston)을 작동시키는 왕복운동기관(Reciprocating Engine, 실린더와 피스톤으로 이루어져 실린더 내에 여러 방법으로 압력을 발생시켜 피스톤을 왕복운동시켜서 동력을 얻는 기관)과, 터빈(Turbine)을 회전시키는 터빈기관Turbine Engine, 고온/고압의 증기 또는 연소가스로 날개차(Impeller)를 회전시켜 동력을 얻는 원동기(Prime Mover), 에너지를 증기에서 얻는 것을 증기터빈, 연소가스에서 얻는 것을 가스터빈 이라고 함)으로 나눈다. 전자는 전근대적인 것으로 지금은 자취를 감추었다. 후자는 수리가 간단하고 대출력(大出力)을 내는 데 비해서, 상대적으로 기관실이 작아진다. 그뿐만 아니라 기관중량도 작아진다는 장점 등으로, 1970년대 전반기까지 대형선박에서 많이 사용되어 왔다. 그러나 열효율이 매우 낮다. 또한 선박운항경비 중에서 연료값 비중이, 계속되는 유류사정으로 과거의 10% 내외에서 50%선으로 증가되었다. 이에 따라 오늘날 건조되는 선박의 주기관은 모두 디젤기관(Diesel Engine)으로 바뀌었다. 그래서 오래전에 증기기관을 탑재하였던 선박도 디젤기관으로 대체하고 있다.
2) 내연기관: 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관을 말한다.
실린더 내에서 연료와 공기와의 혼합기체에 점화하여 폭발시켜서 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 가리킬 때가 많으나, 가스터빈, 제트기관, 로켓 등도 내연기관이다.
내연기관은 사용하는 연료에 의해 가스기관, 가솔린기관, 석유기관, 디젤기관 등으로 분류된다.
석유, 가스, 가솔린 기관은 점화플러그(점화전)에 의해 전기불꽃으로 점화되고, 디젤기관은 연료를 고온, 고압의 공기 속에 분사하여 자연발화시킨다. 피스톤의 행정, 동작에 따라 4행정, 2행정 사이클 방식이 있다.
엔진은 크게 두 부류로 나누어 집니다. 바로 2행정 엔진과 4행정 엔진이죠.
4행정 엔진의 경우에는 흡입-압축-폭발-배기 라는 4개의 행정으로 이루어 지구요.
2행정 엔진은 상승행정, 하강행정으로 4행정 엔진 보다는 줄어든 2행정을 이루게 됩니다.
이렇게 4행정, 2행정 으로 나누는 이유는 4행정엔진은 4개의 행정이 끝나야 크랭크 축이 한번 회전합니다. 말그대로 2행정은 2개의 행정(흡입과 압축의 상승행정, 폭발과 배기의 하강행정)이 끝나야 비로소 크랭크 축이 한번 회전하지요.
(사진출처 : 구글 이미지 검색, 검색어 ‘4행정 사이클’)
위 이미지를 보시면 말로 설명 하는 것보다 훨씬 나을 것 같군요.
4행정 엔진에 비해 2행정 엔진은 아래와 같은 차이가 있습니다.
1. 구조가 단순함
2. 한번 회전할때마다 폭발이 일어나기 때문에 더 높은 토크(Torque) 발생
3. 연료소모 상승
4. 단순하기 때문에 경제적
5. 오일 분사 시스템이 다름
6. 흡기/배기 벨브가 없음
출력은 토크에서 계산되는 값
출력은 직접 측정하는 것이 아니라 토크 회전 수를 곱셈하여 산출합니다. 그래서 플랫 토크의 엔진 특성의 경우 출력 곡선은 오른쪽으로 치우친 직선입니다. 출력 단위는 PS가 긴 세월에 걸쳐 사용되어 왔지만 현재는 kW를 사용하게 되었습니다. 단위가 바뀐 것은 토크의 경우와 같고, 국제 단위로의 전환 영향입니다. 1PS은 0.750kW로 환산합니다. PS는 프랑스 마력이라고 하며 그 외에 영국 마력 (HP) 등이 있습니다. 토크 Nm으로 표시되는 경우가 많아졌습니다 만, 출력에 대해서는 아직 PS이나 마력이라는 단위가 사용되는 경우가 많습니다. 그것은 토크보다 익숙한 수치이자, kW가 전기의 단위로서 더 잘 알고 있기 때문이 아닐까요.
낮은 회전에서 높은 토크가 지금의 트렌드
20 세기는 고회전 고출력 엔진이야말로 고성능 엔진의 상징처럼 여겨지던 시대가 있었지만, 지금은 저회전에서 고출력 엔진이 강력한 엔진으로 알려져 있습니다.
그래서 디젤 2행정 엔진은 대형 선박에 많이 사용합니다. 이유는 추진효율을 높이기 위해 낮은 RPM(분당 회전수) 에서 큰힘을 내어야하고, 단순해야하기 때문에 대형선박에서는 2행정 엔진을 주로 사용합니다.
내연기관은 열구기관(hot bulb engine), 가솔린기관 및 디젤기관으로 나눈다.
(1) 열구기관 : 내연기관의 일종으로 실린더헤드에 구형(球形)의 열구(熱球) 연소실을 가지고 그것을 점화원(點火源)으로 하는 일종의 연료분사식 압축점화 기관이다. 구조와 조작이 간단하기 때문에 소형 선박용으로 일찍부터 많이 사용되어 왔으나 현재는 그다지 사용되지 않고 있다. 따라서 열구기관은 전근대적인 것이며, 출력에 한계가 있어서 대부분 소형선박의 주기관으로 사용되었던 것이다. 오늘날도 한국의 남해 및 서해 지역에서 연해 어업에 종사하는 소형 어선에서는 간혹 찾아볼 수 있다.
(2) 가솔린기관 : 가솔린을 연료로 사용하며 선박을 화재로부터 보호하기 위하여, 원칙적으로 선박기관으로서 사용을 금지한다. 왜냐하면 기관실에서 사용되는 연료는 인화점(flash point, 기체 또는 휘발성 액체에서 발생하는 증기가 공기와 섞여서 가연성 또는 완폭발성(緩爆發性) 혼합기체를 형성하고, 여기에 불꽃을 가까이 댔을 때 순간적으로 섬광을 내면서 연소하는, 즉 인화되는 최저의 온도를 말하며, 국제표준규격이 섭씨 60도씨 이상으로 규정하고 있음)이 섭씨 60도씨 이상이 되어야 하기 때문이다. 그래서 기관실 밖에 별도로 설치되는 비상발전기용으로 주로 사용하고 있다.
(3) 디젤기관 : 선박의 주기관으로 주목을 받고 있는 것이 디젤기관(Diesel Engine)이다. 선박 주기관용 디젤기관을 중유기관(Heavy Oil Engine)이라고도 하며, 작동원리를 간단히 요약하면 다음과 같다.
① 피스톤 하향운동시에 흡기밸브(suction valve)가 열리고, 깨끗한 공기가 실린더 속에 가득 채워진다(흡입행정: suction stroke). ② 피스톤 상향운동으로 흡입밸브가 닫히고, 실린더 내의 공기가 압축된다. 이때 피스톤이 상사점(上死點)에 달하면 실린더 내의 압력은 40kg/cm2(40기압) 이상, 실린더 내의 온도는 600℃ 이상으로 상승한다(압축행정: compression stroke). ③ 이 고온·고압 상태가 된 실린더 내에 연료펌프의 작동으로, 280kg/cm2의 배압(背壓:back pressure)이 걸린 연료유가 연료분사기를 통하여 분사무화(噴射霧化)되면, 실린더 내의 600℃ 고온으로 인하여 연료유가 자연 점화되어 연소폭발한다. 이 연소폭발로 피스톤은 다시 하향운동을 한다(팽창행정 또는 폭발행정: expansion stroke or explosion stroke). ④ 연소·폭발행정에서 얻은 힘으로 피스톤이 상향운동을 시작하며, 동시에 배기밸브(exhaust valve)가 열리면서 실린더 내의 연소가스가 외부로 배출된다(배기행정:exhaust stroke).
열기관 분류
내연기관의 열역학적 사이클에 의한 분류
(1) 정적사이클 (오토사이클)
일정한 체적 하에서 연소하는 사이클이며, 가솔린 기관에서 이용된다.
(2) 정압사이클 (디젤사이클)
일정한 압력 하에서 연소하는 사이클이며, 저·중속 디젤 기관에서 이용된다.
(3) 복합사이클 (사바테사이클)
일정한 압력 및 체적 하에서 연소하는 사이클이며, 고속 디젤 기관에서 이용된다.
3) 원자력기관: 원자력을 이용한 열기관으로 제2차 세계대전 이후 개발되어, 제작비의 고가로 인하여 일부 함정(항공모함, 잠수함 등)의 주기관으로 쓰이고 있을 뿐이다. 그러나 원유 매장량의 소진에 대비한 대체연료 개발의 국제적인 추세로 인하여, 상선의 주기관으로도 개발 사용될 전망이다.
[펌] 선박 엔진에 대한 모든 것 총정리
질문>
shop trial은 무엇인가요? 그냥 엔진 돌리고 잘돌아가나 보는건가요? 조금 상세하게 어디어디를 검사하고 왜 하는건지 가르쳐주세요
답변>
Shop test는 엔진이 조선소에 납품이 되기 전 엔진 Maker에서 최종적으로 엔진 test하는 것을 말합니다.
(참고로 shop trial 대신 shop test라는 용어를 사용합니다.)
그리고 Shop test는 길들이기 운전 및 Engine 성능이 조선소가 요구하는 Data 에 만족하는지 여부를 알아보기 위한것으로 다음과 같은 테스트를 실시하고 있습니다.
1.Starting and maneuvering test at no load
2.Astern test at no load
3.Load test
4.Governor test
5.Safety device confirmation test
6.Minimum revolution test (approx. 5 min.)
7.Exhaust gas NOx emission measurement test
8.Fuel consumption and fuel oil leakage amount measurement
at each test load.
그리고, shop test후 Main bearing, Cylinder liner, Crosshead bearing ,Crank pin bearing,Crosshead pin and guide shoe, Piston complete ,Camshaft cams 등과 같은 엔진 기능 품에 대한 Inspection도 실시합니다.
질문>
항상 자세한 답변에 수고 많으십니다.
그럼 바로 질문으로..
Sulzer 9RTA96CB 엔진의 MCR은 70,020bhp x 102 rpm입니다. 그리고
계약시 CSR은 MCR의 90% 즉 63,000 bhp x 98.5 rpm으로 계약된 엔진이 있습니다.
이 경우 현재 propeller margin이 9.44%라고 한다면 CSR condition을 test하고 싶을경우 propeller margin을 고려한다면
98.5 rpm x 1.0944 = 107.8 rpm이 되는데..
하지만 상기타입의 엔진은 crankshaft torsional vibration과 camshaft system torsional vibration을 고려해볼때 최대 rpm이 106.1 rpm이 최대이며 더이상 올리면 안된다고 WCH로 부터 확인받았는데요, 즉 CSR condition이 될경우 허용rpm을 초과하게 되는데요..이럴경우
1. propeller margin을 높게 잡은건 아닌지요?
2. 만약 propeller margin이 적당하다면 어떻게 CSR condition을 test할수 있나요?
저의 지식이 부족한바 한수(?) 가르쳐 주십시요..그럼 수고하십시요
답변>
문의하신 사항의 propeller margin설정치는 9.44%로써 높게 설정되어 있스며 설정치는 엔진의 speed limit를 초과 할 수 없습니다.
선박 초기 설계시 Propeller margin은 엔진의 speed limit(104 % of MCR speed_ WCH 엔진Type)를 고려하여 통상, Container선의 경우 약 5~7%, Tanker선의 경우 약 3~5%로 설정 하고 있습니다.
보다 상세한 이해를 위해 RTA96C의 Engine lay out field & load
range를 첨부하오니 참조 하시기 바랍니다
질문>
기관 운전시 저온 부식이란 말이 있떤데….
어떻게 발생되고 기관에 어떤 영향을 미치는지 궁금해요?
답변주시면 고맙겠습니다,
답변>
엔진 운전 시 에는 저온 부식, 고온 부식 2 가지 형태의 부식이 발생 할 수가 있습니다.
먼저 저온 부식(Corrosive Wear) 이란,
Cyl. Liner wall temp.가 이슬점 이하로 낮아짐으로써 소기 Air중의 수증기가 물방울로 되어 연료중의 유황성분과 화합, 강산인 황산이 생산되어 Liner 화학적으로 부식 시키고 여기서 떨어져 나온 미세 금속조각들이 Running면에 들어감으로써 Scuffing이 더욱 가속화가 됩니다. 화확 반응식은 다음과 같습니다.
S + O2 —> SO2
2SO2 + O2 —> 2SO3
2SO3 + H2O —> H2SO4(황산)
고온 부식( Vanadium 부식) 이란,
중유에는 미량의 바나듐화합물이 함유되어 있으나 그것이 유기화합물로 용존하므로 제거하기 어려우며, V화합물이 연소하면 V2O5로 되고, V2O5는 융점이 낮고(685 ℃) 금속산화물과 공존하면 그 융점이 더욱 낮아집니다.
그러므로 V2O5는 연소실내의 고온 소재부에 융착 하였다가 다시 융점이 더 낮아지므로 승화해서 그 금속표면의
산화물 보호피막을 탈이 시키고 그 곳이 연소실의 산화성 분위기에서 다시 산화되므로 고온부의 금속표면의 침식이 가속된다. 이것을 바나듐 부식이라고 한다.
이러한 부식이 엔진에 미치는 영향은 Scuffing 이 발생 한다는 것입니다.scuffing 이란 실린더 라이너에 화학적인 부식이 일어나 미세 금속 조각들이 running 면에 들어감으로써 실린더 라이너 벽면에 이상마모가 발생하는 것을 이야기 합니다.
질문>
분석 결과 spec.이 기준(Max. 80)보다 높은 89.9로 나타나 있습니다. 이로인하여 위의 off-spec.된 F.O.를 사용하였을 때 Maine engine에 발생/초래될 수 있는 문제점이나 기타 의견에 대해 자문을 구하고자 합니다. 답변 기다리겠습니다
답변>
Cat fines(Aluminium + Silicon의 측정 item)이 규정치 보다 높은 F.O을 엔진에 사용하게 되면 실린더 라이너,피스톤 링,링 그루브(Ring grooves)에 과도한 마모가 발생함에 따라 ISO8217에서는 cat fines 을 80 PPM으로 규정하고 있습니다.따라서, 문의하신 F.O 는 엔진에 사용하는것을 권장하지 않습니다.
1. test item : Aluminium+silicon, mg/kg
2. test method : ASTM D5184
3. spec. : Max. 80
4. result : 89.9
상기의 내용이 질문에 대한 충분한 답변이 되었기를 바랍니다
질문>
선박(엔진)은 보통 1년에 몇시간 정도 운전하나요 ?
답변>
선박의 종류나 선사의 운항 일정에 따라 1년간 항해하는 선박의
시간은 달라질수가 있습니다. 예를 들자면, 호주 왕복 선박일 경우
1년간 운항하는 시간은 대략 6,000시간이며,미국을 왕복하는
선박일 경우는 대략 8,000시간이 됩니다.
언제든지 궁금한점이 있으면 질문 바랍니다
질문>
최근에 한 선주로부터 M/E L.O. Tank를 제외하고 S/T L.O. Tank에 Shell Maker의 “MELINA S 30″를 기 적용한 상태에서 L.O. Maker를 Mobil 사로 바꾸어 M/E L.O. Tank에 Mobil 사의 “Mobilgard 300″를 적용하려고 합니다. 이렇게 할 경우, 귀사에서도 잘 아시는 바와 같이 M/E L.O.와 S/T L.O.는 동일한 Storage Tank를 사용하게 됨으로써 Shell Maker의 “MELINA S 30″와 Mobil 사의 “Mobilgard 300″가 섞이게 되는데 이러한 경우 문제가 없는지 귀사의 경험이 있으시면 알려주시기 바랍니다.
선주가 긴급하게 요청하는 사항으로 내일 중에 답글이 올려지기를 부탁드립니다.
(Mobil Korea 에 문의 결과 담당자로부터 “Mobilgard 300″와 “MELINA S 30″가 신유(New Oil)일 경우 처음부터 섞어 사용하는데는 문제가 없다는 답변을 들었으나 공식적인 Letter는 접수하지 못했습니다.
선박용 대형엔진 Licensor 인 MAN B&W 에 문의결과 Lub. Oil을 혼용하는 것을 추천하지는 않았으며, Oil Maker에 문의 하라는 답변을 받았습니다.)
답변>
본 사항은 매우 중요한 사항으로 당사의 경우에는 엔진 시운전시
사용하는 Oil Brand와 조선소에 납품 후 사용하는 Oil brand는 대부분 다르게 적용됩니다.
다만, 엔진 시운전 후에는 엔진의 Oil을 완전히 배출하고 출하하기
때문에 조선소에서 어떠한 Oil 종류를 사용하더라도 문제가 되지 않습니다.
이는 각 정유사 마다 주지되는 사항으로 동일 Oil 아닌 다른 Oil과
혼합해서 사용하는 것은 추천되지 않는 사항입니다.
따라서, 김영돈님 께서 문의하신 경우에는 Shell maker의 Oil은 완전히 배출하고, 새로이 선주가 요구하는 Mobil maker의 Oil을 사용해야
합니다. 그러나 만약 Mobil maker의 oil이 소량일 경우는 문제가
없을것으로 예상됩니다.
아울러, 당사에서는 이러한 사항에 대한 경험이 없으며,
참고로, 조선소에 동일사항이 있는지 확인한 결과, PJT 초기에
선주가 요구하는 Oil brand를 확인하여 적용하기 때문에 문의하신
사항과 같은 사례는 없다고 합니다.
질문>
선박용 엔진에 사용되는 Fuel oil은 특별히 규정하는 사양이 별도있는지 궁금합니다.
답변>
선박용 엔진에 사용되는 Fuel Oil은 H.F.O (Heavy Fuel Oil)로서
일반적으로 H.F.O 는 50℃에서 점도가 700cSt 이하가
(Marine diesel oil ISO 8217, Maximum acceptable grades:RMH 55 and K55) 되어야 하며 상세한 Specification 은 유첨을 참조 바랍니다.
질문>
선박은 선급 규정에 따라 제작되어야 하는 것으로 알고 있습니다.
선급의 종류에 대해 알려주세요.
답변>
먼저 선급이란 선박 건조 중 및 건조후에 정기적으로 검사를 실시하는 기관을 말하며, 건조 기준의 설정, 유지, 선박 및 장비의 유지를 도모하는 것이 목적이며, 검사에 합격한 선박에 대해 선급을
부여합니다.
대부분의 국가에서 선급의 취득은 의무는 아니지만 선급이 없으면,
선박보험,화물 보험의 부보, 용선, 매매선이 이루어지기 힘듦.
한편 각 선급협회는 선박의 건조연월, 건조지, 톤수, 규모, 갑판수,
엔진,보일러의 명세 등을 기재한 선명록을 발행 하고 있으며,
Major 선급에 대해서는 다음과 같이 알려드리오니 참조 바랍니다.
1.영국 선급 – LR [LOIYD’S REGISTER OF SHIPPING]
2.노르웨이 선급 – DNV [DET NORSKE VERITAS]
3.독일 선급 – GL [GERMANISHER LIOYD AG]
4.미국 선급 – ABS [AMERICAN BUREAU OF SHIPPING]
5.이태리 선급 – RINA [REGISTRO ITALIANO NAVALE GROUP]
6.일본해사 협회 – NK [NIPPON KAIJI KYOKAI]
7.한국선급 협회 – KR [KOREAN REGISTER OF SHIPPING]
질문>
엔진에서 발생하는 진동은 어떤 종류가 있는지 궁금합니다.
답변>
문의하신 엔진에서 발생하는 진동의 종류는 크게
1. Engine 본체진동
2. 축계진동
으로 구분할 수 있습니다. Engine 본체진동은 Crosshead 및 Guide shoe에
작용하는 측압, Crankshaft 끝 Journal Bearing에 발생하는 반력에 의한 기전
우력에 의해 발생되며 또한 축계진동은
1. 비틀림진동(Torsional vibration) : 엔진 기진력에 의한 축계의 비틀림으로
축계내에 발생하는 진동.
2. 종진동(Axial vibration) : 엔진 기진력에 의해 축계를 앞뒤(선수/선미)
방향으로 변형시킴으로써 축계내에 발생하는 진동.
3. 횡진동(Whirling vibration) : 주로 프로펠라에 의해 발생하는 진동으로
외팔보형식의 프로펠라가 수중에서 휘둘리면서 축계의 변형을 유발하는 진동.
으로 세분화됩니다.
질문>
T/V DAMPER의 역할과 기능에 대해서 간단하게 설명 바랍니다.
답변>
박용기관의 Crankshaft, Flywheel, Propeller등 탄성질량을 갖는
축계는 하나의 비틀림 진동계를 형성하고 축계의 탄성력과 실린더
내의 폭발압력에 의한 주기적 기전 토크를 만드는 강재 비틀림
진동을 유발하게 됩니다. 따라서 문의하신 T/V Damper는 Crankshaft
끝단부에 설치되며, 엔진에서 발생하는 축계진동의 한 종류인
비틀림 진동(Torsional Vibration)을 감쇄시키기 위한 장치입니다.
충분한 답변이 되었길 바라며 앞으로도 지속적인 관심 부탁드립니다
잘문>
지금 상용화 된 선박용 디젤엔진의 효율을 알고 싶습니다.
그리고 현재 개발된 엔진 중 가장 효율이 좋은 디젤엔진은 어떤 엔진이고 그 효율을 얼마정도 됩니까?
답변>
현재 상용화된 선박용 디젤 엔진 중 효율이 가장 좋은 디젤 엔진은
2-Strokes 엔진(Low speed diesel engine)으로서, 효율은 대략 50%
정도가 됩니다.
참고로, 4-Strokes (Medium speed diesel engine) 엔진, Gas turbine 및 Steam turbine 엔진의 효율을 유첨하오니 참고 바랍니다.
질문>
요즘 엔진에 대해 조금씩 공부를 하고 있는데, 어려운 점이 많네요.
MAN B&W Marine Engine Programme 비교 List가 기술 자료실에 있던데.
삭제가 된것 같아서요.. ㅠㅠ 혹시나 자료를 가지고 계시다면
부탁 드립니다
답변>
MAN B&W Marine Engine Programme 비교 List 는 삭제 되지 않았으며, 기술자료에서 More technical paper 를 클릭 하신후 No.7 을 보시면 됩니다.
참고로, MAN B&W Marine Engine Programme에 대한 자세한 정보는 MAN B&W 홒페이지에 엔진 Type 별로 상세하게 등록 되어있습니다. (http://www.manbw.com –> TOP 5 HITS 에서 two stroke engines 클릭 –> MC programme 이나 ME programme 클릭
질문>
마지막으로 MC와 ME의 차이가 무엇인지 궁금합니다
답변>
1.MAN B&W Programme 2nd edition 2005 판에는 K98MC/ME 엔진이
6실린더에서 14실린더 까지 (6~14K98MC/ME)적용이 가능합니다.
여기서 숫자 6~ 14는 실런더 수를 의미하며 각 실린더수만큼
출력은 증가합니다.
(예, 5,710 kW / cyl.,6 cyl. X 5,710 = 34,260 kW,6K98MC/ME)
2.MC와 ME의 주요 차이점은 MC 엔진은 camshaft controlled 엔진
이며, ME 엔진은 Electronically controlled 엔진 입니다.
추가 설명을 드리면 기존의 MC엔진의 연료분사 및 배기변 작동은
기계적 방식인 Chain drive, Camshaft 구동방식 이나 전자제어
엔진은 연료 분사 및 배기변 개폐 시점을 컴퓨터 프로그램에
의한 전자제어 방식으로 구동됩니다.
ME엔진의 연료 분사 및 배기변 개폐 시점을 컴퓨터 프로그램에
의한 전자제어 방식으로 구동하기 위해서는 ME엔진의 3대 주
구성품인 HCU(유압 구동장치), HPS(Engine driven 가압펌프),
ECS가 캠 구동 기계식 엔진인 MC의 체인구동 캠 샤프트
기능과 핵심기능인 Governor (연료조속기) 기능을 대체하고
있습니다. 즉, 기존의 MC엔진의 주요 구성품인 캠축, 체인휠,
캠, 기계식 배기펌프와 연료펌프,Governor 등 기계식 엔진 의
중추기능 장치들이 없어지고 대신 전자유압식으로 개발된
유압구동전자 조절 장치(HCU), 서보오일 가압펌프시스템(HPS),
엔진 전자제어통합장치 (ECS) 가 적용되었으며, 이들 주 부품의
특성에 맞추어 배관유압, 콘트롤, 연소/배기/성능 및 운전시스템
등 엔진의 시스템이 새로이 응용개발 되어 졌습니다
질문>
엔진의 재료가 되는 스틸의 종류에 대해 알고싶습니다.
답변>
초합금 재료는 섭씨 650도 이상의 고온에서도 장시간 그 형상을
바꾸지 않는 내열성이 높은 합금으로 미사일이나 제트엔진의
부품재료, 가스터빈의 회전날개등에 사용되는 재질입니다.
대형 선박 엔진에서는 Turbocharger rotor shaft 에 초합금 재료가
사용되며, 대형 선박엔진에 사용되는 스틸(Steel)의 종류 에는
Semi-kelled,cast steel, Cr-Ni-Mo steel, Forged steel, Forged carbon steel, Forged Cr-Mo steel, Carbon steel 이 사용되어지며
그외에도 여러종류의 스틸(steel)이 사용되고 있습니다
질문>
질문은 Bridge 에서 엔진을 control 하기 위한
시스템의 구성/작동 원리등에 대하여 설명 부탁드립니다
답변>
BMS(Bridge Maneuvering System) 이란 Main Engine을 Bridge로부터
원격 조종을 할 수 있는 일련의 System을 의미 합니다.
Bridge에서 Engine control을 하는 과정을 보면 다음과 같습니다.
1.Bridge내에 있는 Telegraph handle을 조작하면,
2.Telegraph handle내에 설치된 가변저항기(5K ohm)의 저항 값
변화가 BMS의 장비 중 하나인 Bridge panel에 입력되어 RPM
Command 로 변환됩니다.
3.변환된 RPM Command 는 Engine control room내의 governor
panel에 전달됩니다.
4.Governor panel에 입력된 전류 값이 RPM command로 변환되어
Actuator position을 결정하며, Digital Servo Unit으로
전달됩니다.
5.Digital Servo Unit 은 Actuator를 동작하게 하면서 연료의
양을 조절하게 됩니다.
6.Telegraph handle 조작은 Ahead or Astern 방향으로 Dead
slow에서 Full 까지 Step control이 가능하며 또한 RPM을
Fine adjust 할 수 있습니다.
질문>
선박에는 2-3대의 발전용 엔진을 설치하여 전기를 생산한다고 하는데
발전기 용량을 전기를 생산할수 있는량을 KW로 나타낸다고 했는데..
만약 발전기 1대의 용량이 100KW라고 했을때 몇% 이상 부하를 걸어야 되는지? 장시간 저부하로 운전 하였을때 발전에(디젤엔진)에 미치는 영향은 어떤지 궁금합니다
답변>
첫째, 중속 엔진의 Permissible low load는 얼마 인가?
–>중속엔진은 기술사에 따라 약간 차이는 있지만 Min. permissible low load는 20%입니다.
둘째, 중속 엔진을 장시간 저부하로 운전하였을 때 엔진에 미치는
영향은 무엇인가?
–>중속 엔진은 20% Load이하에 대해서는 1시간 이내 운전제한을
하므로 특별한 경우를 제외하고는 운전하지 않은 load이며, 만약
장시간 운전을 하면 불완전연소에 의한 매연 (Smoke량 과다) 증대
및 연소부품에 Carbon 침식이 과다하게 증가하여 TBO를 단축하게
되므로 엔진에는 악영향을 미치게 됩니다. 여기서 TBO는 Time between overhaul 이며, 부품 교환 주기를 뜻합니다.
좋은 하루 되세요.
질문>
MAN B&W 사의 14K98ME,14K98MC 엔진 Type 이고
출력은 87,220 kW 이며, WCH 사의 14RT-flex96C,
14RT96C 엔진 Type 이며 출력이 80,080 kW로
가장 높습니다.
최대엔진 출력에 대한 답변 감사드립니다.
그러면 외형 크기는 얼마나 되는지 ?
답변>
질문하신 엔진Type의 외형 크기는 대략 다음과 같습니다.
1) MAN B&W 사의 14K98ME
폭:9,360mm 넓이:28,105mm 높이:12,154mm
2) WCH사의 14RT-flex96C
폭:7,472mm 넓이:27,214mm 높이:13,519mm
상기 엔진 Type의 외형크기는 단지 참고용임을 주지 바랍니다
질문>
지금 현존하는 가장 출력이 높은엔진은 어떤type인지, 그리고 출력은 얼마나 되는지 궁금하네요. 정보좀 알려주세요
답변>
지금 현존하는 엔진중 가장 출력이 높은 엔진은
MAN B&W 사의 14K98ME,14K98MC 엔진 Type 이고
출력은 87,220 kW 이며, WCH 사의 14RT-flex96C,
14RT96C 엔진 Type 이며 출력이 80,080 kW로
가장 높습니다.
참고로,MAN B&W사의 108ME-C Type 엔진은 출력이
97,300 kW 으로 소개 되었으나, 현재 생산된
실적은 없습니다.
질문>
선박용엔진의 연료소모량에 직접적인 영향을 주는 인자는 어떤것이
있으며 선박의 속도와 연료소모량과의 관계는 어떻게 되는지요.
일반적으로 선박용엔진의 연료소모량을 구하는 공식에 대하여서도
알고 싶습니다. 관련하여 자세한 설명 부탁드립니다
답변>
다음 세(3)가지로 나누어서 답변을 드리겠습니다.
1.연료 소비율은 선주가 엔진을 선택할 때 매우 중요한 요소로
생각하는 사항중 하나 입니다. 선박 운항에 필요한 비용의 대
부분이 연료비가 차지 하기 때문입니다.
또한, 대형 선박에 사용 되는 엔진은 엔진 Type에 따라 연료
소비율이 정해져 있습니다만, 다음과 같은 인자들은 연료
소비율에 직접적인 영향을 줍니다.
1)소기 냉각수의 온도 – 10’C 상승할때, 0.6% 연료 소비율 증가
2)소기 온도 – 10’C 상승할때, 0.2% 연료 소비율 증가
3)소기 압력 – 10mbar 상승시, 0.02% 연료 소비율 감소
4)연료 발열량 – 1 % 상승시(42,707 kJ/kg 기준), 1.0% 연료
소비 율 감소
2.선박의 속도와 연료 소모량의 관계는 유첨 8K80MC-C 엔진
Type의 Performance curve 참조 바랍니다.
3.연료 소모량을 계산 하려면 일정기간 동안의 엔진 마력과
소모된 연료유의 총량을측정해야 합니다.
연료유의 총량을 계산할때의 측정량이 체적 단위이므로
중량단위로 바꿔야 하는데 이를 위해서는 연료의 밀도를
알아야 합니다. 밀도는 측정장소의 온도에 따라 다르므로,
119’c를 기준으로 합니다.
6L60MC 엔진 Type 의 엔진의 연료 소비율을 구하면
1)유효 마력, Pe : 15,600 bhp
2)소모량, Co : 3 시간마다 7.1 M^3
3)측정장소 온도 : 119’C
4)연료 데이터 : 비중 (15’C 에서 0.9364g/cm^3)
비중 (119’C 에서 0.068 g/cm^3)-본 사항은
별도의 밀도 변화표에 근거한 수치임.
5)ρ 119(119’C 에서의 연료 밀도) = 0.9364-0.068=0.8684 g/cm ^3
연료 소모량 구하는 공식은,
Co X ρ 119 X10^6 / h X Pe (g/bhph)
여기서,
Co = 해당기간 동안의 연료유 소모량 (m^3)
ρ 119 = 119’C 에서의 연료 밀도 (g/cm^3)
h = 측정 기간 (hours)
Pe = 제동 마력( bhp)
7.1 X 0.8684 X 10^6 / 3 X 15,600 = 131.7 g/bhph
로 연료 소비율이 계산됩니다.
아울러, IOC 기준 조건으로 보정한 저위 발열량은
15’C 비중(0.9364g/cm^3) 경우 LCV 값은 40,700 kJ/kg 이며,
저위 발열량(LCV) 보정에 따른 연료 소모량은
131.7 X 40,700 / 42,707 = 125.5 (g/bhph) 입니다.
질문>
저번에 책에서 과급기(Turbo charger)에 대해 본적이 있는데
과급기가 뭐하는 것입니까?
답변>
과급기(Turbocharger)에 대하여 설명 드리겠습니다. 먼저 자연급기의 엔진은 대기와 같은 밀도의 공기를 흡입하게 됩니다.
이 공기의 밀도가 실린더 내에서 작동 행정마다 효과적으로
연소할 수 있는 연료의 중량을 결정하므로 이것은 또한 엔진에
의하여 발생할수 있는 최대 출력을 결정하게 됩니다.
공기흡입측과 실린더간에 적절한 압축기(과급기)를 설치하여
충전공기의 밀도를 증가시키면 작동행정에 대한 흡입공기의
무게를 증가 시키게 되고 그 결과로 연소할수 있는 연료의 중량을
증가시킴으로써 결국 발생 동력 비를 상승시키게 됩니다.
이것이 과급기를 사용하는 주된 이유입니다.
과급기를 구동시키는데 소비되는 동력은 엔진의 작동효율에
중대한 영향을 미치는데, 과급기를 직접 엔진에 의하여 체인이나
치차로 구동하는것은 매우 비 경제적이며, 대형 선박엔진에서는
배기가스를 이용하여 과급기를 작동시킵니다.
질문>
선박업에 종사하는 사람입니다.
AUX.BLOWER가 선박에서 무엇을 행하는
역활인지 궁금합니다
답변>
선박엔진에는 디젤엔진이 사용되며,엔진의 연소를 위해서는
일정량의 공기가 필요로 합니다. Aux.Blower는 소기관(Scavenge
air receiver)를 갖는 2(two) stroke 엔진에 적용되며
정상적인 엔진 운전시에는 과급기(Turbocharger)를 통해
공기를 공급받아 엔진 운전에 무리가 없으나,
저부하 운전시에는 과급기에 의한 소기 과급량으로는
공연비율을 충족하기 어렵기 때문에 부족량 만큼의 소기를
공급하기 위한 역할을 하며, 여기에 소기관의 압력을 감지하는
센서를 통해 동작됩니다.
아울러, 엔진 초기 시동시 Aux.Blower에 의한 소기 공급없이는
엔진 시동을 할수 없는 중요한 부품으로 통상 엔진의 시동전에
동작하며 약 30~40%이하의 부하에서는 자동으로 Aux.Blower는
기동되고 엔진의 부하가 증가하여 약 40~50% 이상으로 운전되면
과급기만으로도 연소에 필요한 소기를 충분히 공급해 줄수
있으므로 Aux.Blower는 정지하게 됩니다
질문>
start panel space heater의 용도가 무엇인지 궁금합니다.
설명 부탁드립니다
답변>
Space heater의 용도는 Motor(전동기)의 온도 변화로인하여
Motor 내부에 과도한 응축이 일어날 우려가 있는 곳
(해안가처럼 습도가 높은 곳)에서 전동기를 보호하기 위하여 Space Heater를 전동기 내부에 설치하여 습기를 제거하는
역활을 합니다
질문>
선박용엔진에 대해 질문할수 있는 공간이 있어 정말 좋은것 같읍니다.보통 자동차는 km/h로 속도를 나타내는데 선박은 속도를 어떻게
나타내는지 공금합니다. 저는 노트라고 알고 있는데,대체 몇 km/h
정도 되는지 ?, 선박은 다 동일한 속도인지 아닌지 ?
답변>
먼저, 선박의 속력은 Knot 단위로 사용합니다.
Knot의 개념은 mile/hour로 1 knot면 1시간에 1마일을 갑니다.
그리고,다양한 선종에 따라서 선박의 속도도 다양합니다.
대형 고속 컨테이너선은 평균 25 knot로 항해합니다.
자동차 운반선은 평균 17 knot로 항해하구요,
광탄선은 평균 12 knot로 항해합니다
질문>
공학을 전공하는 학생입니다.
얼마전 신문에서 LNG선박에 대한 글을 읽었읍니다.
LNG선박의 추진기관은 어떤게 있는지 궁금합니다.
간단하게 설명 부탁드립니다
답변>
LNG선박의 추진기관에는 크게 다섯가지로 분류할수가 있습니다.
1) Boil of gas 를 이용한 Steam Turbine 추진기관
2) Dual Fuel 4 stroke engines
(2 sets – boil-off gas, 2 sets -HFO)
3) 2 stroke engine with reluquefaction plant for boil-off gas
4) Two stroke ME-GI engine
5) Boil of gas 를 이용한 Gas Turbine 추진기관
이 있으며, 참고로 Boil-off gas의 의미란 LNG선에 있어 화물탱크에아무리 충분한 방열시공을 하였다 하더라도 열침투를 완전히 차단하는 것은 불가능하고 피할수 없습니다. 이에따라 비등점 상태로 수송되는 액체화물의 일부가 참입한 열에 의해 기화하여 증발하게 됩니다.
이러한 가스를 Boil-ff gas라 합니다.
질문>
엔진관련 공부를 하고 있는 학생입니다. Nox 를 저감하는 방법이 여러가지가 있는걸로 알고 있습니다.
구체적으로 어떠한 방법이 실제 사용되고 있는지 궁금합니다
답변>
먼저 배기가스 규제의 배경을 살펴 보면,1997 년 9월 국제해사기구(IMO)본부에서 개최된 모임에서 선박에 의한 대기 오염방지에 관한 NOx규제안(Annex VI)이 채택되었습니다.
이 NOx의 규제는 출력 130kW 를 초과하는 박용기관으로서 2000년1월1일 이후에 건조되는 선박에 탑재하는 엔진을 대상으로 하고 있습니다.
참고로, Annex VI에 따르면 EIAPP(Engine International Air Pollutin Prevention) certificate를 발행 받도록 규제 하고 있습니다.
NOx 생성에 대하여 살펴 보면, NOx의 배출은 엔진의 연소기간이나 열효율과 깊은 관련이 있는데 대형 2행저속디젤엔진은 열효율이 높고, 또한 회전속도가 느리므로 연소가스의 고온 체류기간이 길고, 질소 산화물의 배출이 다른 기관에 비하여 많습니다.
이런 질소 산화물을 삭감하는 방법으로는,1차적 방법과 2차적 방법이 있습니다.
1차적 방법은 연소단계에서 생성되는 NOx를 삭감하는 방법으로 연소가스 온도를 저하시키거나, 또는 연소가스가 고온으로 유지하는 시간을 단축하여 NOx생성을 억제하는것으로써 연료분사 시기지연,급기가습,실린더 내 물분사,배기 가스 재순환 등이 있습니다.
2차적 방법으로는 배기가스 정화 장치로 행하는 방법으로 암모니아 요소를 환원제로 하는 SCR법 (Selective Catalytic Reduction_선택접촉환원법)과 같이 배기가스 정화장치에 의한 후처리 방법이 있습니다.
질문>
선박 엔진에 cut-off system 있다고 들었습니다.
cut-off system에 대해 자세한 설명 부탁드립니다
답변>
Cylinder cut out system 에 대하여 설명 드리겠습니다.
선박 엔진의 최소 RPM의 기준은 통상 최대연속출력(NMCR)의
20~ 25%이나 일부 선종은 Low Revolution Area(Slow Straming Condition)에서 운항할 경우 정상적인 OP(Optimal Performance Area)에서 운항 상태 와는 현격한 차이(불완전 연소로 인한 과도한 Carbon퇴적, 탄화수소방출 등)을 나타내게 되는데 이를 방지하고 기존의 최소RPM보다 더욱 낮은 Level(NMCR RPM의 20%정도)에서 운전 가능토록 본 System을 적용합니다.
원리는 Cylinder내 과도한 F.O의 분사를 막고 연소실내 동일한 Thermal Load를 유지할 목적으로 2개 그룹으로 Cylinder 를 나누어
운전하며 Governor로 부터 Ele.Signal을 받는 2개의 Sol.valve에 의해
Control되는 Puncture valve에 의해 순차적으로 연료를 차단함.
(통상 10분 간격임.)
상기 System은 과도한 연소 압력을 피하기 위하여 일반적으로 40%이상에서의 작동을 금하며, 초기에 T/V 계산을 통하여 진동에 대해서 검토 되어야
합니다.
질문>
우연히 책에서 OMD라는 것을 발견했는데, OMD가 무엇이며, 엔진에서 어떠한 역할을 하는지 궁금합니다.
답변>
일반적으로, 기계 제품에서의 발화는 연료나 윤활유의 누설에서 발생됩니다.
액체 상태에서는 발화가 일어 나지 않으며, 기화 되었을때만 발화가 됩니다.
오일(주로 윤활유)이 뜨거운 기계 표면에 닿으면 기화가 되며 시간이 지나면서 안개 처럼 무화(Oil mist)가 됩니다.
이때, 엔진의 구동부위에서 윤활유 공급부족등의 이유로 기계적인 마찰로 인해 베어링부위에서 고열이나 불꽃이 발생하게 되면 무화된 오일이 폭발하게 됩니다.
이러한 이유로, 엔진에는 OMD(Oil Mist Dectector) 를 설치합니다. Oil mist detector 는 엔진 운전중 발생하는 Oil mist의 양을 검출하는 System입니다.
검출되는 oil mist의 양에 따라서 OMD는 엔진룸에서 alram 을 울리게 되며, oil mist 양이 좀 더 많아지게 되면 엔진이 slow down 되고, 그 양이 아주 많아 지게 되면 엔진을 shut down 하게 됩니다.
참고로, OMD(Gravinar 제품)의 매뉴얼을 첨부 하오니 참고 바랍니다
질문>
선박 시동에 관하여 궁금하여 이렇게 부탁 합니다.
자동차는 시동모타로 운전을 하는데..
대형 선박은 어떻게 시동하는지 궁금하며
시동 장비 도면과 설명서를 구할수 있는지 궁금합니다
답변>
대형 선박의 Starting은 자동차의 시동 모타와 같은것으로는 일정 수준의 RPM 까지는 상승시킬수가 없습니다.여기서 말하는 일정 수준의 RPM이란 연료 투입후의 폭발 압력으로 피스톤 운동을 할수 있는 RPM을 말합니다.
그래서, 선박은 Air를 사용하고 있습니다.
선박의 Starting 시 30BAR의 Air로 가득찬 Air tank로 부터 Firing order에 맞게 air가 각 실린더마다 공급됩니다.
이렇게 해서 구동하기 시작한 엔진의 회전운동이 8~12 % of MCR(Maximum Continuous Rating) 까지 도달하여 6~8초간 지속이 되면 Fuel Level이라 하여 Fuel Oil (연료)가 공급되기 시작합니다.
이렇게 해서, 엔진이 Starting이 됩니다.
여기서 만약, 6~8초간 지속적으로 엔진이 구동되지 않으면 엔진은 Stop이 되고 Re-starting을 시도하게 됩니다.
참고로,선박의 Starting system 을 유첨합니다
질문>
수고 많으 십니다. 선박에 관하여 궁금한것이 있으면 이곳에서 궁금증을 해소 합니다….다름이 아니라 전 세계적으로 각 나라에서 선박을 건조 하고 있는데…
해수가 흐르는 곳에 아연봉이란 것을 주기적으로 교체 한다고 합니다.
아연봉을 사용하는 이유와…아연의 재질이 선박을 건조하는 회사마다 아연 재질이 차이가 있는지 궁금합니다…
답변>
질문에 대한 답변 다음과 같습니다.
질문 1:해수가 흐르는 곳에 아연봉이란 것을 주기적으로 교체한다고 합니다.
답변 1: 해수가 흐르는 곳이라기 보다 선체 외판 즉 주로 해수면 아래에 Zn 이라는 아연판을 선체에 붙입니다.
질문2 : 아연봉을 사용하는 이유
답변2 : 상기와 같이 선체 외판에 징크(Zn)라는 아연판을 붙이는 이유는 부식 방지 목적입니다.
해수에서 철이 더 잘 부식이 됩니다.철로 되어있는 선체를 부식으로 부터 보호하기위한 여러 가지 방법이 있지만 그중 가장 효과 큰 방법중에 하나 입니다.
Galvanic corrosion (이종금속간의 전위차에 의한 부식)이라는 원리를 이용한것으로선체는 철(Fe)이 주성분이고 철보다 금속의 이온화 경향이 높은 아연을 선체 외판에(금속의 이온화 경향은 K>Ca>Na>Mg>Zn>Al>Fe 와 같은 특징을 가짐)붙이면 부식이 아연에 집중해서 생기고 부식이 생기면 정기적으로 요것만 교체해 주면서선체 외판 (철)을 보호하는 것입니다 이를 또 다른 말로 Cathodic protection이라고 합니다.
질문 3: 아연의 재질이 선박을 건조하는 회사마다 차이가 있는지 궁금합니다.
답변 3: 선박을 건조하는 회사마다 상기와 비슷한 아연판을 붙이는걸로 알습니다만, 질문 하신 내용은 일종의 합금의 비율이라 판단 됩니다.상기에 쓰이는 아연판이 = 순수 아연 몇% + 기타 금속 % 하는 비율차이라 판단 되오나,조선소마다 상기 방법은 동일한 것으로 알고 있습니다
질문>
선박에 탱크선 중 가스 운반서에 대해서 알고 싶어 이렇게 글 올립니다.
가스 운반 선박에 모스형 과 멤브레인 형식이 있다고 하는데
처음으로 건조한 나라가 어디인지 궁금합니다.
답변>
LNG선은 최근 무공해 에너지원으로서 천연가스가 주목되고 있는 액화천연가스를 운반하는 선박이며, 고압 또는 저온을 유지하도록 차단 구조를 가진 LNG탱크를 설치한 선박입니다.
천연으로 생산되는 비석유계 천연가스(메탄계 탄화 수소가 주성분이지만, 실제로는 메탄이 90% 이상을 차지)를 액화한 것을 운반하기 때문에 LMG(액화메탄가스)선이기도 합니다.
메탄은 끓는점이 -162℃이기 때문에 냉각하여 액화한 메탄을 운반하는 배에서는, 액화가스를 선내에 설비된 탱크 안에 저장하는데 초저온의 유지가 어려운 점입니다.
1959년 영국에서 오일탱커를 개장한 메탄파이어니어호가 최초이며,
5년 후에 새로운 배가 만들어졌습니다.
한국은 94년 6월 현대중공업에서 한국 최초의 LNG선을 제작하였습니다.종류로는 모스형과 멤브레인형이 있으며 첨부 사진을 참조 하시기 바랍니다
질문>
엔진별 진동에 관하여 알고 싶어 질문을 드립니다.
sulzer 와 man b&w 엔진의 진동차이점과
엔진의 각 부분 즉 배기가스와 실린더 터버차자등
주요 분분의 진동 spec이 어느정도 인지 알고 싶으며,
엔진 시운전시 후진기아를 넣는 순간의 진동에 관해서도
알고 싶습니다.
답변>
엔진별 진동 특성은 CYL. 수와 관련이 있으며, WCH(SULZER)와 MBD(MAN B&W)엔진의 경우도 비슷한 경향을 보이고 있습니다. 7CYL.이하에서는 H-MODE, 8CYL. 이상에서는 주로 X-MODE의 진동 경향을 나타내고 있습니다. 상기의 진동은 선박에서 TOP BRACING등을 설치하여 운항 구간에서의 공진을 회피하고 있습니다.
엔진의 진동 SPEC은 MBD의 경우 본체에서는 25mm/s, peak,기타gallery 및 다른 part에 대해서는 50mm/s, peak로 규정하고 있으며, Turbochager의 경우 maker별로 규정하고 있는 값이 상이하나,계략50mm/s,RMS로 규정하고 있습니다.
WCH의 경우 M/E에 대해 64mm/s, peak로 규정하고 있습니다.
저속 엔진의 경우,엔진의 crankshaft와 propeller 축과 direct로 연결되어 있으며, 기어를 사용하지 않습니다.따라서 후진시에는 엔진을 정지하여 엔진을 역방향(ASTERN)으로 회전시켜 propeller를 구동 하고 있습니다.Astern 방향 회전시는 Propeller의 역방향 회전으로 정방향(Ahead)회전시 보다 Unstable한 진동이 나타납니다.
질문>
현재 Marine Main Engine의 Sub-Component(Turbocharger, Turning Gear and Top Bracing, Etc.)에 적용되는 Lub. Oil 관련하여, 아래 Lub. Oil 회사에서 공급하는 제품에 대한 전체적인 “Lub. Oil Equivalent List”를 구했으면 좋겠습니다.
Mobil, BP, ELF, SHELL, EXXON, CHEVRON, DASTROL, FINAL, TEXACO, FAMM, LUBMARINE(TotalFinaElf)
답변>
우선 최근 합작 또는 흡수 합병된 Oil Brand 및 현 현황를 아래와 같이 정리하오니 참조 바랍니다.
– TEXACO + CHEVRON –> FAMM
– Fina + Elf Lub –> TOTAL
– Exxon + Mobil –> ExxonMobil
– Shell –> 변경없음
– BP –> 변경없음
– Castrol –> 변경없음
1) Turbocharger : 최근의 T/C L.O System은 Forced Lubricating Oil System이 주류이며, 따라서, Main Engine System Oil이 Branch되어 공급됩니다.일반적으로 System Oil의 요구사양은 SAE30/TBN5~10으로서 이러한 사양을 만족 하는 모든 Oil Brand Made는 사용 가능합니다.
참고로 대표적인 Major Oil Brand별 Type은 아래와 같이 참고로 알려드립니다.
– Atlanta Marine D3005(TOTAL)
– Energol OE-HT-30(BP)
– Marine CDX-30(Castrol)
– Veritas 800 Marine 30(FAMM)
– Mobilgard 300(ExxonMobil)
– Melina Oil 30(Shell) etc.
=> 더자세히는 Running 조건별 요구되는 사양이 있으나, 이는 다소 전문적인 지식이 필요하므로 제외합니다
2) Turning Gear : 요구사항은 ISO VG220 or 320이며, Brand별 참고사항은 아래와 같습니다(Gear Side).
– ELF Epona Z(TOTAL)
– Energol GR-XP 680(BP)
– Mobil SHC 630(ExxonMobil)
– Shell Tellus Oil C220(Shell)
– Meropa 220(FAMM) etc.
3) Top Bracing은 구체적인 Type 명기는 없으나, 일반적인 사양인 Without Pump Station (Hydraulic Type 작동유)에서 요구되는 사양은 “Standard Hydraulic ISO VG32 Mineral Oil” 입니다
질문>
엔진 배기가스 부분이 압력이 얼마나 걸리는지 그리고,
온도는 어느정도 되는지가 궁금합니다
답변>
당사에서 제작하고 있는 저속 2행정 엔진의 배기가스 압력은 통상 3.3 – 3.5 bar. a (at 100% 부하) 정도이며 이는 WCH 엔진이나 MAN B&W 엔진 모두 큰차이는 없습니다.
배기가스온도는cylinder를 통해서 나온 가스가 배기관을 통과 후 turbocharger 입구전에서 MAN B&W 엔진은 400 – 450도 정도이며 WCH엔진은 약간 높은 430 – 470 도 정도입니다.물론 열대지방과 같이 더운 곳에서는 배기가스 온도가 약 20 – 30도 정도 상승합니다
질문>
짧은 실습 기간 동안에 “MISUI MAN-B&W 6S 50MC”엔진을 경험하였는데 다음에 승선하게 될 배의 주기 TYPE이”SAMSUNG B&W 5S70MC”이라고 했습니다.br />
숫자로 판단한다면 6실린더와 5실린더의 차이 그리고 CYLINDER BORE가 500mm와 700mm의 차이는 알 것 같은데 앞의 misui MAN-B&W와 samsum B&W 즉, 꼬집어서 알고 싶은 것은 MAN-B&W 와 B&W의 큰 차이가 무엇인지요?
아울러 크게 다른 차이점에 대해서 알고싶습니다.부탁합니다
답변>
Misui MAN-B&W와 Samsumg B&W의 큰차이점은 없습니다.
즉, MAN-B&W와 B&W는 Licensor Agreement를 체결시에
Misui엔진은 misui MAN-B&W로 구(舊) 삼성엔진은 samsumg B&W로 명기함에 따른 것으로 MAN-B&W엔진은 B&W엔진으로 줄여서 호칭하고 있는 것입니다.
물론 상세 설계로 들어가서 Misui MAN-B&W엔진과 Samsumg B&W엔진간 차이나는 점으로 각사 공히 오랜 엔진제작 경험(조선소 및 선주 요구사항등)을 도면에 반영한 것이 있겠으나 주요부품은 원천 기술사의 설계를 그대로 반영하고 있습니다.
질문>
선박에 공급하는 기름성분중에 카본이 많이 검출되었을경우 엔진에 미치는 영향을 알고 싶습니다
답변 부탁드리고요 감사합니다
답변>
연료유 중의 Carbon의 영향 :
1. 연소 전에는 가종 Fuel system 즉 청정기, filter & Storage tank등에 슬러지 형성
2. 연소 후에는 미연소의 탄소가 퇴적물로서 실리더 벽, 피스톤 상부 및 노즐팁에 부착하고 유막을 파괴하며 링의 고착, 배기밸브의 손상 또는 연료분사 밸브 폐쇄 등의 원인
또한, Exhaust gasways, 특히 Turbocharger & Exhaust Gas Boiler의 Fouling이 심해지기 때문에 Cleaning interval이 짧아진다.
연소실에 분사되기 전 적절한 Centrifuging, filtering 및 settling등으로 분리
질문>
선박용)발전기 히트 발란스에 대해서 자세히 좀 알고 싶습니다…
제가 4년동안 선박에 관해서 공부를 했지만…
아직 미흡한 부분이 많고…
또 자료를 찾을려고 해도 전문부문이라 별로 자료도 없는 것 같아서…이렇게 글을 올려봅니다…
답변>
선박용 발전기의 Heat balance에 대한 개념은 자동차, 선박등에 적용하는 개념과 동일합니다. 우선 설계시에 고려되는 Factor로는 Engine driven pumps (Fuel oil, Lubricating oil, Cooling water pump류)의 소모전력과 각 유체별 Cooling capacity를 고려하게 됩니다.
이러한 발전기 엔진에 부착되는 보조기기 (Pumps, Cooler, Heater등)류의 소모전력을 고려한 Calcualtion Sheet가 바로 Heat balance 입니다.
질문>
요즘 디젤 엔진에 대해 배우는 학생인데요 선박용 저속 디젤 엔진의 구조, 연료와 공기 혼합 방법,점화(연소)방법 등의 작동원리에 대해서 알고 싶습니다. 귀찮으시 더라도 좀 알려 주세요..
그럼 날씨도 많이 추운데 감기 조심하시고요.. 꼭 좀 부탁 드립니다
답변>
우선,선박용 저속 디젤 엔진의 구조에 대해서는 홈페이지「디젤엔진이란?」을 참조바랍니다.
⊙ 연료와 공기혼합 방법 및 점화 방법
내연기관은 점화방법에 따라 불꽃점화기관(Spark ignition engine)과 압축착화기관(Compression ignition engine)으로 크게 분류될 수 있으며, 디젤엔진은 압축착화기관에 해당됩니다.
따라서, 별도의 점화장치는 필요하지 않으며 그 구조는 우리가 일상생활에서 흔히 사용하고 있는 자동차의 가소린기관(불꽃점화기관)과는 사뭇 다릅니다.
그림은 현재 선박용 엔진으로 널리 사용되고 있는 저속2행정 디젤엔진(MAN B&W사)의 유체 흐름을 나타내는 것으로 연소실을 형성하는 Liner 하부에 흡기공을 만들고 상부에 배기밸브를 설치한 Uni-flow 방식을 채택하고 있습니다.
중/고속 4행정 디젤엔진의 경우는 자동차 엔진과 같이 Cylinder 상부에 흡/배기 밸브를 별도로 구성하고 Cam과 Push rod를 이용하여 밸브를 개폐함으로써 흡/배기를 실시합니다.
연료와 공기의 혼합은 별도의 장치가 구성되지는 않으며 Liner 하부에 설치된 흡기공을 그림2와 같이 유입각도를 만들어 연소실내에 와류(Swirl)를 만들고 여기에 고압(300 ∼ 800bar)으로 연료를 분사하여 혼합합니다.
이러한 고압분사와 Swirl을 통한 와류형성과 더불어 연료변(Fuel valve)의 Atomizer 설계(홀 직경 및 분사 각도)를 통해 무화(atomization), 관통(penetration), 분산(dispersion) 및 분포(distribution)가 최적화되도록 설계하고 있습니다.
점화방법은 앞에서 설명한 바와 같이 압축착화에 의해 이루어집니다
질문>
NOX 타입 엔진에 대한 모든 것이 궁금합니다.
보통 엔진과 어떠한 점이 차이있는지 알려주시면 감사하겠습니다.
그리고 NOX화학식도 알수 있을까요?
답변>
NOx Type엔진에 대한 답변입니다.
NOx Type엔진에 대한 용어 사용이 좀 애매한 부분이 있는 것 같습니다.
현재 저희 회사에 적용하고 있는 IMO 규제기준을 두고 얘기한다면 이렇게 표현하는게 맞는 것 같습니다.
“IMO NOx Compliant Engine”
이경우, 기존의 IMO NOx Non-compliant Engine 대비 변경된 부품은 Fuel V/V의 Nozzle사양만 상이합니다. 즉, 연료 분사 조건를 변경함으로써 IMO NOx규제치를 만족하고 있습니다.
그외 화학식을 말씀하셨는데, 간단히 표현한다면 다음과 같습니다.
N2 + O –> NO + N
N + O2 –> NO + O
질문>
저속에서 사용하는 크랭크샤프트(Crankshaft)는 샤프트와 스로우를 열박음 조립하여 만드는 Semi Bult 방식으로 제작되며, 크랭크샤프트(Crankshatt)는 크랭크 스로우(Crank thow)의 제작 방법에 따라 주조(Casting)와 단조(Forging)로 나눕니다.
전엔진의 과정은 있는데 크랭크샤프트 자체는 어떻게 제조됩니까?>
답변>
당사에서는 단조(Forging)를 주로 사용하며, 또한 제조공정이 유사함으로 단조(Forged) 크랭크 샤프트 제조공정에 대해 말씀드리겠습니다.
1. 쇳물을 녹여 제품을 만들기 위한 큰 덩어리(잉곳)을 만든다.
(Ingot Making-화학성분)
2. 잉곳(ingot)을 가열하여 Press에서 초기 단조를 한다.
(Rough forging)
3. 크랭크 스로우(Crank throw)는 Die Forging을 통해 형상을 만들
고, Shaft는 Free Forging을 하여 각각 원하는 형상을 만든다.
(Finish Forging -치수검사)
4. 열처리를 통해 제품의 기계적 성질(Mechanical properties)을
높인다. (Heat Treatment – Material 검사)
5. 제품의 계략적인 형상을 만들기 위해 Frame cutting을 통해
불필요한 부분을 제거한 후 열에의한 Stress를 제거하기 위한
열처리를 한다. (Stress Relieving)
6. 크랭크 스로우와 샤프트를 가공장비에서 각각 황삭(Rough
machining)한다. (Machining for Shrinkage Fitting -치수검사)
7. 크랭크 스로우와 샤프트를 열박음을 통해 조립한다.
(Shrinkat Fitting )
8. 조립된 크랭크 샤프트는 선반에서 최종 정삭 가공한다.
(Finish machining )
9. 최종 치수 검사 및 Magnetic particle Test를 통해 제품의
이상 유무를 확인한다.(Final Inspection)
디젤기관의 작동원리와
가솔린기관의 작동원리쫌 상세히
설명해주세요~~
아래는 문의하신 디젤기관과 가솔린기관의 작동원리에 관한 설명입니다. 더 궁금하신 점에 대해서는 언제든지 글을 남겨주시면 성심성의껏 답변해 드리도록 하겠습니다.
감사합니다.
디젤기관의 작동원리는 압축착화 방식으로 작동됩니다.
즉, 실린더와 피스톤에서 구동되는 피스톤에 의해 실린더공간으로
흡입되는 공기를 고온 고압으로 압축하여 연료를 매우 미세하게 분사
하면 내부의 고온에 의해 별도의 점화장치 없이 폭발하며,
여기서 얻은 폭발압력으로 구동축에 동력을 얻게됩니다.
열효율이 높고 내구성이 매우 강하게 제작되어
주로 선박엔진, 발전용엔진, 중대형 자동차에 사용됩니다.
가솔린기관의 작동원리는 불꽃점화 방식으로 작동됩니다.
즉, 실린더 내부에 외부공기와 연료를 분사 후 불꽃을 점화하여
폭발을 시키는 방식으로 여기서 얻은 폭발 압력으로 동력을 얻게됩니다.
열효율이 낮으며 디젤기관보다 내구성이 약하여
주로, 소형기관 및 자동차에 사용됩니다.
질문>
2-stroke 엔진 중에 V-type은 없나요?
답변>
2-Stroke 엔진 중 V-type은 기술사에서 개발을 한적이 없기 때문에 지구상에는 없다고 할 수 있습니다.
2-stroke engine은 대형선박에 장착이 되며 출력이 상당히 크기 때문에 V-type으로는 Crankshaft가 견딜수 없는 구조적 문제가 있기 때문에 앞으로도 개발이 되지 않으리라 예상됩니다.
2. gasoline engine은 gasoline engine knock때문에 bore 사이즈를 늘이지 못하는 걸로 알고 있습니다.
또한 당사에서 생산하는 엔진은 HFO (Heavy fuel oil), MDO (Marine diesel oil) 및 MGO (Marine gas oil)을 주연료로 사용하고 있기 때문에 gasoline 기관에 관해서는 관련된 다른곳에 문의를 하시는 편이 님의 궁금증을 해결하시기에 좋으리라 생각됩니다
질문>
디젤기관가 가솔린 기관이 다른이유가 뭘까요?
디젤은 압축착화방식 가솔린은 불꽃점화 방식…
왜 그럴까? 답변부탁드립니다.
답변>
디젤기관은 풍부한 공기를 이용하여 연료를 유효하게 연소시키고 압축비가 높은점과 더불어 연료를 경제적으로 사용하기 위해서입니다.
즉, 자기점화방식이기 때문에 대형 실린더 엔진에서도 점화가 확실하게 행하여 지고 대형에서는 녹크의 문제도 없기 때문에 실린더를 충분히 크게 할수 있을뿐만아니라 대출력의 기관을 만드는것이 용이합니다.
가솔린기관은 연료를 다소 희생하더라도 흡입한 공기를 남김없이 이용하려는 것이고 압축비가 낮은것과 연소시간이 짧은점 등으로 해서 소형, 경량, 고속기간이 용이하게 얻어지는 특징이 있습니다. 즉, 연료의 기화가 좋은점, 압축비가 낮은점 등으로 시동이 용이하고, 고속회전을 얻기 쉬울뿐만 아니라 운전이 정숙하고 진동도 적은 이점이 있습니다.
질문>
터보차져cot-off test에 대한 자세한 자료가 구할수 없어 공부하기가 힘이듭니다. 그 내용에 대한 자세한 설명부탁합니다
답변>
Turbocharger cot-off test에 대한 간략한 설명은 아래와 같으며
보다 자세한 대답을 원하실 경우 언제든지 글을 남겨주시면
관련 자료를 e-mail로 보내드리도록 하겠습니다.
Turbocharger cot-off test란 Turbocharger를 Blocking(Rotor만 고정시키는 것) 또는 Blacking(Rotor를 제거하고 차단판을 설치하는 상태)하여 엔진제작사에서 제시하는 일정 부하까지 운전가능한지를 Test하는 것입니다.
Turbocharger cot-off test는 시간과 작업이 많이 요구되는 test이며, 선주사의 요청에 따라 Turbine in/outlet과 compressor outlet측에 blacking plate를 설치(Rotor 분해 없이)하여 Demonstration만 실시합니다.
디젤엔진
연소실의 공기를 압축하여 이 때 발생한 압축열에 연료를 분사시켜 자연 착화하는 기관으로 압축착화기관이라고도 한다 실린더 내에 공기를 흡입 ·압축해서 고온 ·고압으로 하고, 여기에 액체연료를 분사하여 자연발화시켜 그 폭발에너지(열)로 피스톤을 작동시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다 디젤기관은 처음 중유(重油)를 사용했으나, 회전수(回轉數)의 증가 등 그 개발(改良)이 진전됨에 따라서 착화성(着火性)이 양호한 경유(輕油)를 사용하게 되어, 현재는 매분 4,000회전 이상에 이르는 것도 있다. 처음에는 육상용(陸上用)뿐이었으나, 1930년 이후 선박 ·자동차 ·철도차량에도 동력원으로서 사용되게 되었다. 디젤기관의 열효율은 50%내외로 열효율이 가장 좋은 동력기관으로, 저질연료도 사용이 가능하므로 연료비가 적게 드는 장점이 있다
선박용 엔진의 분류
선박에 사용되는 디젤엔진은 크게 추진기로 사용되는 Main Engine과 발전기로 사용되는 Generator Engine이로 구분된다.Main Engine으로 사용되는 디젤엔진은 저속의 2-Stroke(행정)엔진이 사용되고 Generator Engine으로 사용되는 엔진은 중속의 4-Stroke(행정)의 엔진이 주로 사용된다
주기관 (Main Engine)
선박의 추진기 (Propeller)가 붙어 있는 엔진을 주기관이라 하며, 중요함은 선박의 특수성을 고려할 때 충분히 이해할 수 있다고 본다.
선박의 역사가 오래된 만큼 과거에는 보일러의 증기를 이용하여 증기터빈을 사용하여 선박을 추진하였으나, 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)이 1983년 디젤기관을 특허등록 이래 지금은 경제성의 측면 등에서 디젤엔진이 우수하기 때문에 일반상선에서 추진기관으로는 디젤엔진이 주류를 이루고 있다. 그러나 항공모함이나 LNG선박은 지금도 여러가지 이유에 의해 보일러의 증기를 이용한 증기터빈을 추진기관으로 사용하고 있다.
저속 2-Stroke엔진은 전세계적으로 3개의 Maker가 있다. 덴마크MAN B&W사, 스위스 Wartsila 사 및 일본 미쯔비시UEC엔진이 있으며 특히 MAN B&W Type 및 Wartsila사의 Sulzer Type의 엔진이 세계시장을 양분하고 있으며, 양사의 Licensee들이 엔진을 제작하여 세계의 각 조선소에 공급하고 있다.
현재 한국에서는 두산엔진과 현대중공업이 MAN B&W 사 및 Wartsila사와 기술계약을 체결하고 선박용 대형 디젤엔진을 생산하고 있으며, 전세계 생산량의 약50%를 생산.공급하고있다.
보조기관
추진기관을 주기관(Main Engine)이라면 추진과 관계없는 엔진을 보조기관 (Auxiliary Engine)이라고 한다.
자가 발전을 하는 선박에서는 보조기관은 발전기 엔진을 의미한다. 발전기는 엔진부문과 발전기(Propulsion & Generator)로 구분되며 디젤 엔진으로 구동이 될 수 있고, Gas Turbine 또는 Rotating Shaft로 구동될 수 있는데 전자를 Turbo Generator라고 하고 후자를 Shaft Generator라고 한다.
발전기에서 생산된 전원은 배전반,변압기, 축전기를 거쳐 보기용 전동기, 시동장치, 하역장치, 갑판보기, 주방기기, 전열장치나 전기 기구로 보내진다.
선박의 주전원인 발전기는 선내부하에 충분한 전력이 공급되는 용량을 가짐과 동시에 일반적으로 각 선급협회 규정에 의해 한대가 고장나도 나머지 발전기로서 항해 중 필요한 전력을 공급할 수 있도록 발전기는 2대 이상 설치한다.
발전기에 사용되는 Auxiliary Engine은 전세계적으로 보면 핀란드 Wartisila, 스위스의 Sulzer, 덴마크의 MAN B&W Holby, 독일의 MAK, 일본의 Yanmar & Daihatsu등이 대표적이다
MAN B&W Type(12K90MC-C Mk6)
Type 내용 종류 12 Cylinder 수 4~12 Cylinder K Stroke/
Cylinder Bore Ration S : Super Long Stroke
(Ratio 약4.0)
L : Long Stroke(Ratio:약3.2)
K : Short Stroke(Ratio:약2.8) 90 Piston 직경(단위:cm) 26cm ~ 98cm MC Engine Program C Design Type C : Compact Engines
S : Stationary Plants Mk6 Engine Version Mk5, Mk6, Mk7 12K90MC-C
일반사항 마력 : 74,520 bhp
엔진높이 : 약 13m
엔진길이 : 약 23m
중량 : 약 1,830 Ton
Sulzer Type(12RTA96C)
Type 내용 종류 12 Cylinder 수 4~12 Cylinder RTA Engine Program 96 Piston 직경(단위:cm) 48cm ~ 96cm C 적용 선박 종류 C : Container 선
T : Tanker선 12RTA96C
일반사항 마력 : 89,640 bhp
엔진높이 : 약 13m
엔진길이 : 약 24m
중량 : 약 2,030 Ton
MAN B&W 및 Sulzer Type엔진은 초기 엔진이 개발된 이후 계속해서 엔진 성능을 높이기 위해서 경쟁관계에 있다.
자동차 엔진도 마찬가지 이지만 같은 크기의 엔진과 같은 연료소모량으로도 더 많은 출력 (파워)을 만드는 것이 기술력의 척도로 판단되어 졌기 때문에 이 두 Maker는 계속적인 기술개발을 하여 왔다. 엔진에 있어서 출력을 높이는 측면에서 보면 많은 방법이 있다.
예를 들면 연료주입을 증대시키던가, 연소효율을 증대시키던가, 공기주입을 많이 넣어주던가, 회전속도를 상승시키는 방법, 행정(Stroke)을 크게 하여 모우멘트 값을 증가시키는 방법이 있다. 그러나 연료를 엔진에 더 많이 넣어주면 파워가 쉽게 올라가지만 연료가 많이 들어가는 만큼 돈이 많이 들게 된다.
또한 행정(Stroke)을 하기 위해서는 엔진 사이즈가 커져 선박에 설치하는데 어려움이 있으며, 회전속도상승에 의한 출력 증가시 체적효율의 저하 및 마찰손실이 증가하므로 한계가 있다. 마지막으로 남은 것은 엔진에 공기주입을 많이 하여 폭발압력을 높여 파워를 증가시키는 방법이다.
엔진에 공기주입을 담당하는 것이 과급기(Turbocharger)인데 정리하면 과급기의 효율을 높이는 것이다. 그래서 MAN B&W와 Sulzer엔진은 주로 과급기의 효율을 높여 최근 3-4년 동안 출력을 높이는 경쟁을 하여 왔다.
MAN B&W는 같은 엔진으로 파워를 5~6% 증가 시킬 때마다 Mark 4,5,6,7의 Version을 내놓았다. Sulzer엔진도 엔진 Type에 U를 붙여, 예를 들면 12RTA84C-U처럼 새로운Version을 내놓았다. 컴퓨터로 비유하자면 386, 486, 586과 같은 것이다
디젤엔진의 구성및 주요 부품
실린더 ·피스톤 ·크랭크축(軸) 등으로 구성되어 있다. 중유·경유 등의 저질유(低質油)를 사용하므로 연료 기화기(氣化器)나 전기 점화장치는 사용하지 않는다.
실린더 내에 공기를 흡입하여 이 고온 ·고압의 공기 속에 연료분사 밸브로부터 연료를 분사하여 자연발화 시키도록 되어 있다. 연료는 플런저형 펌프에서 분사되며, 연료밸브는 버섯형의 포핏밸브가 많이 사용되고 있다.
니들밸브는 용수철에 의해서 밸브시트에 밀착되어 있으며, 펌프에 의해서 연료가 소정의 압력이 되면 자동적으로 밀어 올려지고 연료는 미립자상(微粒子狀)으로 되어 실린더 속으로 분사된다. 다음에 실린더 속의 고온에 의해 자연 착화 되어 폭발하면, 실린더 내의 고온.고압의 연소가스로 피스톤을 밀어내어서 유효한 일을 한다.
디젤기관에는 가솔린기관과 마찬가지로 2사이클식(式) 및 4사이클식(式)의 2종류가 있으며,단동식(單動式) ·복동식(複動式, 현재 거의 사용되지 않고 있음)이 모두 사용되고 있다. 마력은 몇 마력부터 10만 마력 정도의 것까지 있다. 또 큰 마력을 내기 위해서 과급기(過給器)를 장치하게 되어 있다.
기본구조
1. 구조 구조부문
▶ Bed Plate
▶ Frame Box (Column)
▶ Cylinder Frame (Cylinder Jacket)
2.구동부문(Moving Parts)
▶ Crank Shaft
▶ Connecting Rod & Crosshead
▶ Piston & Piston Rod
▶ Cylinder Liner
▶ Cylinder Cover
▶ Exhaust Valve
▶ Bearings (X-Head, Crankpin & Main Bearing)
▶ Chain Drive
▶ Camshaft
▶ Roller Guide Housing
▶ Fuel Pump
▶ Valve & Fuel Pump Gear
▶ Lubricator
▶ Turbocharger System
▶ Stay Bolts (Tie Rod)
3.의장(Outfitting)
▶ Scavenging Air Receiver (소기관)
▶ Exhaust Gas Receiver (배기관)
▶ Gallery
4. 배관(Piping)
▶ High Pressure Pipe (고압관)
▶ Hydraulic Oil Pipe
▶ Pipes
5. 전기계장부문(Electricity & IC)
▶ Electrical Parts (Sensors, Switches & Transmitters)
▶ Governor System
▶ Pneumatic Control System
▶ Instruments (Thermometers & Pressure Gauges)
▶ BMS (Bridge Maneuvering System)
6. 시스템(Auxiliary System)
▶ Fuel Oil System
▶ Main L.O. System
▶ Piston Cooling Oil System
▶ X-Head L.O. System
▶ Camshaft L.O. System
▶ Jacket Cooling Water System
▶ Air Cooler Cooling Water System
▶ Starting Air System
▶ Control & Safety Air System
▶ Scavenge Box Drain System
▶ Stuffing Box Drain System
▶ Air Cooler Cleaning System
▶ Stuffing Box Drain Oil Cleaning System
▶ Fire Extinguishing System
■ 베드 플레이드(Bed Plate)
베드 플레이트는 조립공장의 테스트 베드(Test Bed)에 조립되는 최초의 부품이며, 하부에 철판(Steel Plate)으로 제작된 오일 팬(Oil Pan)과 中心부에 주강품인 메인 베어링 서포트(Main Bearing Support), 그리고 메인 베어링 서포트 주위에 부착된 각종 철판들로 구성된 대형 용접 구조물로서 제관(철판의 절단,절곡,용접)작업후 대형 가공장비에서 가공을 함으로써 제품이 완성된다.
1 블록으로 제작되는 것이 일반적이나 제작설비 및 베드 플레이트의
중량에 따라(150톤 이상) 2블록 또는 3블록으로 제작되는 경우도 있다.
베드 플레이트는 엔진을 선체에 고정시키는 부분이며 엔진에 공급된 각종 윤활유들이 사용된 후 모이는 집합장소이기도 하다. 또한 메인 베어링 서포트에 의해 크랭크 샤프트(Crank Shaft)를 지지하는 역할을 한다.
베드 플레이트에 조립되는 주요부품으로는 메인 베어링(Main Bearing), 엑셜 댐퍼(Axial Damper)및 각종 커버(Cover)류와 Pipe등이 있다.
■ 크랭크 샤프트(Crank Shaft)
크랭크 샤프트는 메인 베어링 셀(MainBearing Shell)과 함께 베드 플레이트(Bed Plate)에 조립되어 피스톤(Piston)의 상하운동을 커넥팅 로드(Connecting Rod)와 연결하여 회전운동으로 바꾸어 주는 역할을 하며 일반적으로 엔진가격의 10%이상을 차지하는 엔진 부품 중 가장 고가의 제품이다.
크랭크 샤프트는 크게 크랭크 스로우(Crank Throw) Part와 저널(Journal) Part로 구분되며, 크랭크 스로우와 저널의 Ingot 소재를 프레스를 이용하여 형상을 만든 다음 전용 가공장비에서 가공한 후 열박음(Shrink Fitting) 공법에 의해서 일체 형상으로 만들어진다.
MAN B&W Type엔진의 크랭크 샤프트의 선미(船尾)측에는 체인 휠(Chain Wheel)과 터닝 휠(Turning Wheel)이 조립되어 크랭크 샤프트의 회전운동을 캠샤프트(Camshaft)로 전달하고, 엔진의 정비 작업시 크랭크 샤프트를 서서히 회전하는 역할을 한다. 또한 스러스트 칼라(Thrust Collar) Part가 있어 스러스트 베어링(Thrust Bearing)과 함께 배의 추진력을 발생시킨다.
한편, 크랭크 샤프트의 선수(船首)측에는 튜닝 휠(Tuning Wheel), 엑셜 바이브레이션 댐퍼(Axial Vibration Damper)등이 조립되도록 플랜지(Flange) 형상을 하고 있다.
■ 프레임 박스(Frame Box)
프레임 박스는 베드 플레이트(Bed Plate) 상부에 볼트로 고정되어 베드 플레이트와 함께 엔진의 크랭크 케이스(Crank Case)를 구성하며, 제품의 대부분이 철판(Steel Plate)으로 이루어진 대형 용접 구조물로서 제관(철판의 절단,절곡,용접)작업 후 대형 가공장비에서 가공을 함으로써 제품이 완성된다.
프레임 박스의 내부에는 커넥팅 로드(Connecting Rod)가 상부 피스톤(Piston)와 하부 크랭크 샤프트(Crank Shaft)로 조립되어 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 역할을 하고 있으며, 프레임 박스의 선미(船尾)측에는 체인(Chain) 또는 기어(Gear)가 조립되어 크랭크 샤프트의 회전운동을 캠샤프트(Camshaft)로 전달한다.
프레임박스의 펌프 사이드(Pump Side)에는 각 실린더마다 문(Door)이 있고 이를 통하여 엔진의 크랭크 케이스 내부로 출입이 가능하도록 되어 있어 내부 부품의 점검 및 보수가 가능하다.
프레임 박스의 배기 사이드(EXH.Side)에는 릴리프 밸브(Relief Valve)가 각 실린더마다 설치되어 크랭크 케이스 내부에 과도한 압력이 걸릴시 자동으로 개폐하여 엔진의 폭발을 사전에 방지하는 구조로 되어 있다.
■ 커넥팅 로드(Connecting Rod), 크로스 헤드(Crosshead)
커넥팅 로드와 크로스 헤드는 크로스 헤드 베어링 셀을 사이에 두고 조립된 조립품으로 피스톤 로드(Piston Rod)의 왕복운동을 크랭크 샤프트(Crank Shaft)에 전달하여 회전운동으로 바꾸어주는 역할을 하며, 프레임 박스(Frame Box) 내부에 각 실린더별로 한 세트씩 조립되어 있다.
커넥팅 로드와 크로스 헤드는 유사한 재질의Ingot소재를 사용하며, 프레스로 형상을 만든 다음 가공장비에서 가공하여 제품이 완성된다.
크로스 헤드에는 가이드 슈(Guide Shoe)와 가이드 스트립(Guide Strip)이 조립되어 커넥팅 로드가 프레임 박스의 가이드 플레이트(Guide Plate)를 따라 원활하게 상하운동을 할 수 있게 한다.
크로스 헤드 내부에는 오일 통로가 있어 외부에서 공급된 오일을 피스톤 로드에 냉각유로 공급하고, 크로스 헤드 베어링과 가이드 슈, 그리고 크랭크 핀 베어링에 윤활유로 공급한다
■ 피스톤 로드(Piston Rod Ass’y)
피스톤(Piston Rod Ass’y)은 커넥팅로드의 상부에 조립되어 연소실내 공기를 압축시키는 역할을 하며, 크게 피스톤 크라운(Piston Crown), 피스톤 스커트(Piston Skirt), 피스톤 로드(Piston Rod), 스터핑 박스(Stuffing Box)로 구성된다.
피스톤 크라운은 단조강이며 원주방향에 크롬도금이 되어있는 4개의홈이 있어 여기에 피스톤 링(Piston Ring)이 조립되어 연소실의 공기압축, 폭발열을 실린더 라이너로 전달하여 냉각시키는 역할을 한다.
피스톤 로드는 단조강으로 만들어지며 중앙부는 lang=EN-US> Cooling Pip가 조립되도록 구멍이 있어 이를 통하여 피스톤 로드 하부에서 상부의 피스톤 크라운까지 냉각유의 순환이 가능하도록 되어있다.
실린더 프레임의 내부 하단부에 스터핑 박스가 조립되어 피스톤 로드의 왕복운동중 크랭크 케이스 내부의 윤활유가 피스톤 로드에 묻어서 연소실 내부로 유입되는 것을 방지하고, 또한 연소실의 공기가 크랭크 케이스 내부로 누설되는 것을 방지한다.
■ 실린디 키버(Cylinder Cover Ass’y)
실린더 커버(Cylinder Cover Ass’y는 하부의 실린더 커버 단품과 실린더 커버에 조립된 배기밸브(Exhaust. Valve), 연료밸브(Fuel Valve), 시동밸브(Starting Valve), 안전밸브(Safety Valve)로 크게 이루어진다.
실린더 커버는 단조강(Steel Forging)으로 만들어지며, 중앙부는 배기밸브가 조립 가능하도록 구멍이 있는 일종의 링(Ring)구조를 하고 있고, 윗부분에는 각종 밸브들이 조립될 수 잇도록 가공되어 있다.
실린더 커버는 실린더 라이너(Cylinder Liner)의 상부에 조립되어 연소실을 구성하며 8개의 스터드(Elastic Stud)에 의하여 실린더 프레임(Cylinder Frame)상에 고정된다.
배기밸브는 밸브 하우징(Valve Housing), 밸브 스핀들(Valve Spindle), 밸브 시트(Valve Seat), 오일 실린더(Oil Cylinder) 및 피스톤으로 구성되어지며, 각 실런더 커버 중앙에 1set씩 조립된다.
배기밸브는 에어 실린더 내의 공기압력과 오일 실린더 내의 유압력과의 차이에 의해 밸브 스핀들을 상하 왕복운동케 함으로써 밸브의 개폐가 이루어져, 배기가스가 배출되며, 오일 실린더 내부로의 오일공급 및 방출은 캠샤프트(Camshaft)상에 조립된 배기캠과 롤러 가이드(Roller Guide)의 작동에 의하여 이루어진다.
우리회사는 이들 제품중 실린더 커버의 소재를 업체로부터 공급받아 정삭가공하여 제품을 생산하며, 나머지 부품들은 협력업체로부터 제공받아 소조립장에서 조립한다.
■ 실린더 라이너(Cylinder Liner)
실린더 라이너는 특수 주철로 만들어지며, 실린더 커버에 의해서 실린더 블록의 상부에 밀착되어, 엔진 운전중 가열되었을 때 아래쪽으로 자유롭게 팽창할 수 있도록 실린더 블록에 약 절반정도 끼워져 조립되어 있다.
실린더 라이너의 외부에는 냉각수와 소기가 누설되지 않도록 고무링이 설치되어 있고, 냉각수는 실린더 라이너에 있는 냉각 파이프르 지나 실린더 커버하부로 흐른다.
실린더 라이너 내부는 피스톤 로드(Piston Rod)의 왕복운동이 가능한 원통형상이며 상부에 실린더 오일 분무를 위한 오일 Hole 및 홈(Lubricating Groove)에 의해 지그재그로 연결되어 있고, 하단부는 소기흡입을 휘한 소기공이 원주방향으로 뚫어져 있다.
■ 캠샤프트(Camshaft with Cam)
캠샤프트는 일련의 샤프트상에 연료펌프 작동용 캠(Fuel Cam) 및 배기밸브 작동용 캠(Exhaust Cam), 그리고 인디케이터 드라이브 캠(Indicator Drive Cam)이 조립되고, 커플링 플랜지(Coupling Flange)와 볼트를 이용하여 여러 부분의 샤프트를 조립함으로써 하나의 샤프트를 이루고 있으며, 이 샤프트는 하우징(Housing)과 베어링(Bearing)에 의해 지지되어 있다.
켐샤프트는 크랭트 샤프트의 회전운동을 체인 드라이브(Chain Drive)를 통하여 전달받아 구동하며. 연료캠과 배기캠을 통하여 엔진의 연료분사 시점과 배기밸브의 개폐시점이 결정되는데 이들은 그 엔진의 규정된 성능에 맞추어 일정한 각도위치에 조립되어 있고 유압에 의해 캠샤프트로부터 조립각도를 조정할 수 있다.
■ 배기관(Exhaust Gas Receiver)
배기관(Exhaust Gas Receiver)은 원통형으로 된 제관물로 소기관(Scavenge Air Receiver) 상부에 서포트(Flexible Support)에 의해 조립되며, 엔진 펌프측에 배기밸브와 연결되어 있고 반대편에는 터보차져(Turbocharger)와 연결되어 있다.
배기관은 각 실린더의 배기밸브(Exhaust Valve)로부터의 고온, 고압의 배기Gas를 받아 터보차져로 보내는 역할을 하며, 그 외부는 단열재(Insulation)에 의해 보온처리되고 있다.
■ 과급기(Tubocharger)
과급기(Turbocharger)는 소기관(Scavenge Air Receiver) 상부에 조립되며, 엔진의 부품중 크랭크샤프트에 이어 두번째 고가의 제품이며, 외부의 공기를 흡입하여 소기관으로 보내는 역할을 한다.
배기관을 통과한 배기가스는 과급기의 터빈 블레이드(Turbin Blade)을 회전시켜 같은 축에 조립되어 있는 콤푸렛셔 휠(Compressor Wheel)을 돌준다. 콤푸렛셔는 에어 필터를 통해서 외부의 공기를 흡입한다. 이 공기는 과급기 출구에 있는 공기 파이프를 통하여 공기 냉각기(Air Cooler)로 보내진다
■ 공기 냉각기(Air Cooler)
공기 냉각기는 소기관 하단부에 설치되며, 용접일체물의 하우징(Housing)과 그 내부에 Cooler Elements로 구성되어진다.
냉각기는 과급기의 Compressor로 부터의 압축된 공기를 흡입하여 냉각시키며, 이 과정에서 발생되는 응축수를 분리하여 배출토록 하고, 건냉한 압축공기를 소기관으로 보내는 역할을 한다.
수분 제거기는 공기가 흐르고 있을 때 공기로부터 응축수를 분리시켜주는 여러 개의 박막(Lamella)으로 구성되어 있다.
분리된 수분은 냉각기 하우징의 하부에 모여 배출된다
■ 소기관(Scavenge Air Receiver)
소기관은 배기측의 실린더 프레임(Cylinder Frame)상에 설치되어 공기 냉각기(Air Cooler)를 통과한 소기를 모아서 실린더 내부로 공급하는 역할을 한다.
소기관의 구조는 크게 몸체와 밸브 하우징(Valve Housing)으로 이루어져 있으며, 밸브 하우징에는 과급기의 압력으로 열리는 여러 개의 논-리턴 밸브(Flap Valve)가 설치되어 있다.
소기관의 양쪽 끝부분에는 보조 블로워(Auxillary Blowers)가 조립되는데, 이는 엔진을 시동할 때나 또는 엔진의 회전수가 너무 낮아서 과급기가 엔진의 운전에 필요한 공기를 충분하게 공급하지 못할 경우에 자동으로 작동되어 공기를 공급한다.
2행정기관의 작동 원리 (2-Stroke Engine)
2행정기관의 작동은 흡입, 압축, 작동(팽창) 및 배기행정으로 이루어 지며, 작동 원리는 1880년 영국의D.클라크가 고안하였는데, 1회전 4행정 기관이다.
1) 흡입행정(Suction Stroke)
피스톤이 상사점 (上死點, Top Dead Center : TDC)을 지나서 하강함에 따라 소기공 (掃氣空, Scavenge Port)을 지날때에는 실린더 내의 압력이 소기압(외부공기압)보다 낮게 되므로, 외부로부터의 공기는 개방된 소기공을 통해서 실린더 내로 진입하게 된다.
이 상태는 피스톤이 하사점(下死點,Bottom Dead Center : BDC)을 지나서 피스톤(피스톤링)이 소기공을 막을 때 까지 계속된다. 이 피스톤의 외부 공기 흡입 과정을흡입행정이라 한다.
☞ 상사점 (TDC) : 피스톤이 행정의 최상단에 있을 때
☞ 하사점 (BDC) : 피스톤이 행정의 최하단에 있을 때
☞ 행 점 (Stroke) : 피스톤이 실린더내 상단에서 하단까지,
하단부터 상단까지의 동작, 또는 거리를 말한다
2) 압축행정(Compression troke)
피스톤이 하사점으로부터 상승함에 따라 소기공이 막히고, 실린더내의 흡입된 공기는 점차 압축되어 그의 온도와 압력이 상승한다. 당사에서 생산하고 있는 선박용 대형 디젤엔진의 경우, 피스톤이 상사점 근처까지 상승하면 압축공기의 압력은 120~135 kg/㎤에 달하고, 압축온도는 500~650℃에 달한다.
이와 같이 하여 실린더내에 흡입된 공기를 압축하면서 피스톤이 하단으로부터 상단으로 향하는 상승과정을 압축행정이라 한다.
☞ 압축공기의 압력 : Pcomp(Compression Pressure)
3) 작동행정(Working Stroke) : 팽창행정(Expansion Stroke)
피스톤이 상사점에 달하면 연료밸브(Fuel Injector)로부터 연료가 실린더내로 분사(噴射)된다. 분사된 연료는 고온의 압축공기에 의해 피스톤은 위로부터 강하게 눌리고, 연접봉(Connecting Rod)을 거쳐서 프랭크를 회전시킨다.
연료밸브는 어떤 적당한 시기에 닫치므로 그 이후에는 피스톤이 연소가스의 팽창력에 의해 더욱 눌려서 하사점에 도달한다. 이 피스톤의 하강과정을 작동행정이라 한다.
☞ 연소가스의 높이 압력 : Pmax(Maximum Pressure)
4) 배기행정(Exhaust Stroke)
배기밸브(排氣, Exhaust Valve)가 기계적으로 열린다.
실린더 내의 팽창한 연소가스의 압력은 외부공기 압력보다 상당히 높으므로 배기밸브로부터 실린더 밖으로 분출하고, 따라서 실린더 내의 잔존 가스 압력은 외부공기(소기, 掃氣)와 같게 된다. 이 과정을 배기행정이라 한다.
☞ 소기작용(掃氣作用, Scavenging)
소기공(掃氣作用, Scavenging Port)이 열리면 대기압보다 높은 압력의 소기 (공기펌프로 압축한 것)는 실린더 내로 진입하고, 남아 있는 연소가스를 배기밸브를 통해서 밀어내고, 실린더를 새로운 공기로 채운다.
이것을 소기작용이라 한다
이와같이 흡입, 압축, 팽창, 배기행정으로써 한 사이클(Cycle)이
되며, 계속해서 반복하게 된다
4행정기관의 작동 원리 (4-Stroke Engine)
4행정기관의 작동원리는 프랑스의 드로샤가 1862년에 원리를 제안하고, 1876년 독일의 오토가 처음으로 실용 엔진을 제작하였다. 4행정 기관의 작동원리는 2회전 ·4행정으로 이루어져 있다.
1) 흡입행정: 피스톤 이 하강하면서 연료와 연소공기가 흡기밸브를 통하여 흡입한다(흡입밸브 열림, 배기밸브 닫힘).
2) 압축행정: 피스톤 이 올라가면서 흡입된 연소공기를 압축한다(흡입밸브 ·배기밸브 모두 닫힘).
3) 팽창행정:압축된 공기에 연료유를 분사하여 점화 ·폭발시켜 그 가스의 압력으로 피스톤 이 내려가면서 Crank축을 회전시킨다.(흡입밸브 ·배기밸브 모두 닫힘)
4) 배기행정: 피스톤 이 올라감으로써 연소 가스가 배기밸브를 통하여 배출된다(흡입밸브 닫힘, 배기밸브 열림).
열기관 엔진이라고도 한다. 광의의 의미로써 자연의 에너지를 기계적 에너지로 전환시키는 장치를 말하지만, 보통 좁은 뜻으로는 석탄, 석유 등의 열에너지를 기계적 일로 변경시키는 장치, 즉 증기기관, 내연기관을 말한다. 넓은 뜻의 기관은 수력을 이용하는 수차, 풍력을 이용하는 풍차, 증기의 힘을 이용하는 증기기관, 전력을 이용하는 전동기, 연료의 열에너지를 이용하는 각종 엔진, 이온로켓과 같은 전기엔진 등이 포함된다.
열기관의 분류 1. 동작 유체의 가열방법에 의한 분류 내연기관 실린더 내에 연료를 직접 분사 , 연소시켜 발생한
에너지로 동력발생
(디젤기관, 가솔린기관 등) 외연기관 실린더의 외부에서 연료를 연소시켜 동력발생
(증기왕복동기관, 증기터어빈기관 등)
2. 동작 유체의 종류에 따른 분류 가스사이클
기관 연료의 연소로 생긴 연소가스가 사이클을 이루는
기관 (내연기관) 증기사이클
기관 보일러에서 연료를 연소시켜 증기가 상태변화
사이클을 이루는 기관(외연기관) 3. 에너지 전환방법에 의한 분류 왕복형 기관
(용적형 기관) 일정량이 동작유체를 팽창시켜 그 정압을 이용
하여 피스톤을 움직여 동력을 얻는 기관
(디젤기관, 가솔린기관 등) 회전형 기관
(속도형 기관) 동작유체의 열에너지를 속도에너지로 바꾸어
회전날개에 충격력, 반동력에 의해 동력을 얻는
기관(터어빈 기관 등) 4. 열순환 방법에 의한 분류 개발사이클
기관 동작유체를 한번 사용후 대기중에 방출하는 기관
(내연기관) 밀폐사이클
기관 동작유체를 반복 사용하는 기관
(외연기관)
고압증기의 정적압력(靜的壓力)을 실린더 내의 피스톤에 작용시켜 이것을 움직여 일을 시킨다.
1. 역사
18세기 중엽 영국에서는 방적기계 ·직물기계 등이 급속히 발달하여 공업이 점차 발전하게 되었다. 이에 따라 에너지원인 석탄의 채굴도 활발해지고, 지하수의 배수에도 어려움을 겪게 되자 펌프를 구동(驅動)하는 강력한 동력이 요구되었다. 1712년 T.뉴커먼은 실린더 내에 증기를 도입하여 피스톤을 상승시키고 증기가 냉각하면 실린더 내의 압력이 저하되어 피스톤을 대기압으로 내리누르는 대기압 증기기관을 만들었다. 글래스고대학의 수리공장에 근무하던 J.와트는 뉴커먼의 대기압 증기기관의 수리를 의뢰받고 성능개선에 노력한 결과 증기를 실린더 내에서 응고시키지 않고 다른 용기(응축기)에 이끌어서 응고시켜 피스톤을 대기압이 아닌 증기압력으로 구동하는 발명을 하여 오늘날 증기기관의 기초를 구축하였다.
2. 구조
보일러에서 증기를 밸브실로 보내어 여기서 밸브의 작용에 의하여 피스톤의 앞뒤에 번갈아 증기를 분사시켜 실린더 내에서 피스톤을 왕복운동시킨다. 이 피스톤의 왕복운동으로 피스톤 로드 ·연결봉에 이어진 크랭크에 전달되어 크랭크축을 회전시킨다. 증기를 피스톤의 앞뒤에 보낼 때는 슬라이드 밸브의 작용에 의하며, 이 슬라이드 밸브는 크랭크축에 붙여진 편심륜(偏心輪)에 의하여 전후로 움직여진다. 크랭크축에는 회전을 고르게 하기 위하여 플라이휠이 붙어 있다. 피스톤 양쪽에 증기를 보내는 것을 복동식(複動式)이라 하고 한쪽에만 증기를 보내는 것을 단동식(單動式)이라고 한다. 현재 일반적으로 사용되는 것은 복동식이다. 또, 1개의 실린더로 증기를 배기압력까지 팽창시키는 단식기관과 여러 개의 실린더로 증기를 차례로 팽창시키는 다단(多段) 팽창기관으로 나눌 수도 있다. 매분 회전수 200 이상을 고속기관, 100~200까지의 것을 중속기관, 100 이하의 것을 저속기관으로 분류하기도 한다. 증기기관은 구조가 간단하고 고장이 적고 취급이 쉬우며 회전을 시작할 때의 힘이 크다는 등의 장점이 있다. 역전도 간단히 할 수 있으나 열효율이 낮고 회전속도가 느리며 증기터빈과 같이 몇 만 마력의 대마력을 얻기가 어려울 뿐 아니라 보일러 ·응축기가 항상 필요하여 소형경량화가 어려운 등의 결점이 있다. 그러나 훌륭한 원동기였으므로 증기터빈이나 내연기관이 실용화될 때까지는 철도의 기관차에 많이 사용되었으며, 그 밖에 공장동력으로도 사용되어 한때 증기기관 전성시대도 있었다. 대출력의 원동기에는 증기터빈, 중소출력에는 내연기관이 사용되어 증기기관의 용도가 점차 좁아지고 있다. 요즈음에는 공장의 증기 해머, 윈치의 원동기(原動機) 등 특수한 경우에만 사용된다.
연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관을 말한다. 즉, 연료를 연소시켜서 생긴 연소가스 그 자체가 직접피스톤 또는 터빈브레이드 등에 작용하여 연료가 가지고 있는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말한다. 실린더내에서 연료와 공기와의 혼합기체에 점화하여 폭발시켜서 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 가리킬 때가 많으나, 가스터빈, 제트엔진, 로켓 등도 내연기관이다.
내연기관의 종류 1. 피스톤 왕복식 기관 [ Piston Engine]
2. 로타리 기관 [ Rotary Engine]
3. 가스터빈 기관 [ Gas Turbine Engine ]
4. 에소다드 [ AthdyDs (Aero-Thermo-Dynamic-Ducts)]
5. 로켓 [ Rocket]
내연기관의 특징
1. 소형이고 중량과 체적이 작다.
2. 열효율이 높다.
3. 시동이 편리하다.
4. 연료가 제한적이다.
5. 진동과 소음이 크다.
6. 자력 기동이 불가하다.
내연기관의 분류(피스톤 왕복식 기관)
1. 점화방법에 의한 분류 압축착화 기관
(Compression Ignition
Engine) 외부에서 실린더 속에 흡입한 공기를 높은
압력으로 압축하여 이때 발생한 압축열에
연료를 분사시켜 자연 착화하는 기관
(디젤기관) 불꽃점화 기관
(Spark Ignition Engine) 기화기에서 만들어진 공기와 가솔린의 혼합기
를 실린더내에 흡입하여 압축한 다음 별도로
장치된 전기장치에 의한 고전압으로 스파크를
일으켜 점화하는 기관
(가솔린기관, 석유기관, 가스기관) 소구점화 기관
(Hot Bulb Engine) 연료를 분사한다 . 그러나 디젤기관만큼 고압
으로 압축하지 않기 때문에 실린더 헤드에
따로 설치한 소구를 기관 시동시에 가열하여
흡입공기의 압축이 끝날 무렵에 중유나경유를
분사시켜 소구열과 압축열로 점화하는 기관
2. 동작주기에 따른 분류 2행정사이클 기관
(2 Stroke
Cycle Engine) 2개의 행정이 하나의 주기를 이루는 기관
(피스톤이 1회 왕복할 때 1회 연소) 4행정사이클 기관
(4 Stroke
Cycle Engine) 4개의 행정이(흡입, 압축, 폭발, 배기)이 하나의
주기를 이루는 기관
(피스톤이 2회 왕복할 때 1회 연소)
3. 피스톤의 모양에 의한 분류 크로스헤드형 기관
(Cross Head
Type Engine) 크로스 헤드 피스톤을 사용하는 기관
(저속 대형 디젤기관) 트렁크피스톤형 기관
(Trunk Piston
Type Engine) 긴 스커트를 갖는 트렁크형 피스톤을 사용하는
기관
4. 급기 도입방법에 의한 분류 자연급기 기관
(Naturally
Aspiration
Engine) 대기압에 의해서 공기가 실린더속에 흡입되는
기관 과급 기관
(Supercharged
Engine) 기관의 출력을 증가시키기 위해 흡입공기를
과급기에 의해서 압축하여 실린더에 공급하는
기관
5. 기관의 속도에 의한 분류 저 속 중 속 고 속 회전수 [ rpm ] <200 <800 >800 피스톤속도 [ m/s ] <4 5~8 >8
6. 실린더 용 분류 용적(ℓ) 지름(mm) 출력(bhp) (* 과급) 대형 >170 >600 >300 중형 10~170 200~600 40~300(~1500*) 소형 <10 <200 <40(110*) 기화기에서 만들어진 공기와 가솔린의 혼합기를 실린더내에 흡입하여 압축한 다음 별도로 장치된 전기장치에 의한 고전압으로 스파크를 일으켜 점화하는 기관으로 불꽃 점화기관이라고도 한다. 가솔린기관은 디젤기관과 마찬가지로 작동방식에 따라 4행정(사이클) 기관과 2행정 기관이 있다. 구조 공랭식도 있으나 보통 수랭식 기관을 많이 사용한다 . 기관 본체는 동력을 발생시키는 부분으로, 실린더 · 피스톤 ·연결봉 ·크랭크축 · 캠축 ·흡배기 밸브 기구 · 플라이휠 등으로 되어 있다. 연료장치 중 기화기(카뷰레터)는 가솔린기관 특유의 장치이며, 가솔린과 공기를 적당한 비율로 혼합시켜 실린더 에 보낸다. 기화기의 스로틀밸브는 개폐(開閉)에 의해 흡입되는 혼합기의 양을 조절하여 출력을 조정한다. 최근에는 기화기가 없이 연료분사기를 이용하여 공기의 흐름 중에 분사하여 혼합기를 얻거나, 각 실린더 내에 연료를 분사하는 방식이 연비나 배기가스 등의 이유로 많이 사용된다. 이 밖에 연료펌프, 공기청정기, 흡기 다기관 등이 있다. 점화장치는 실린더 에 흡입된 혼합기를 점화시키는 장치로, 축전지 ·감응코일 ·단속기 · 배전기 ·점화플러그 ·축전기 등으로 되어 있다. 축전지 대신에 자석을 이용한 발전기를 사용하는 것도 있다. 윤활장치는 피스톤 이나 각 베어링 부분에 윤활유를 보내는 장치로서, 오일펌프 ·오일청정기 ·오일팬 등으로 되어 있다. 냉각장치는 기관이 과열하지 않도록 기관의 온도를 적당히 유지하기 위한 것으로, 공랭식과 수랭식이 있다. 공랭식에는 냉각용 핀을 장치한 것이 많고, 수랭식에는 물펌프 ·라디에이터(방열기) ·팬 ·온도조절기 등이 있다. 가솔린기관용 2행정 기관과 4행정 기관을 비교하면, 2행정 기관은 작고 가벼우며 큰 출력을 낼 수 있고, 흡배기 밸브가 없으므로 구조도 간단하다. 또 1회전마다 폭발하므로 회전이 원활한 장점도 있다. 그러나 흡입의 배기작용이 완전하지 못하기 때문에 배기 때 혼합가스의 일부가 배기가스와 함께 배출되므로, 연료소모가 많아서 대형기관에는 쓰이지 않는다. 피스톤 이나 실린더 의 열변형이나 과열을 일으키기 쉬운 결점도 있다. 가솔린기관은 다른 기관에 비해 중량 ·용적당 출력이 비교적 크고, 운전과 관리가 쉽기 때문에 오토바이 ·자동차 ·비행기 ·모터보트 등의 교통기관용 원동기 외에 경운기 ·소방 펌프 ·발전기 등에도 널리 사용된다. 모형비행기용의 1마력(hp) 이하의 것을 비롯하여 비행기용의 3,500 마력 정도의 것까지 여러 가지가 있다. 주기관 선박은 자동차·철도·비행기 등과 같이 교통수송 수단의 하나이며 경제성면에서 적정한 선속(船速)을 내야 하며, 각종 화물을 대량 해상수송하는 것이 중요한 목표이다. 따라서 선박이 지닌 기능을 발휘하면서 항해하는 데 있어 중요한 몫을 담당하는 것이 선박기관이다. 종류 ⑴ 증기기관 : 주보일러에서 발생된 고온 및 고압의 수증기로 피스톤을 작동시키는 왕복운동기관과 터빈을 회전시키는 터빈기관으로 나눈다. 전자는 전근대적인 것으로 지금은 자취를 감추었으며, 후자는 수리가 간단하고 대출력(大出力)을 내는 데 비해서 상대적으로 기관실이 작아질 뿐만 아니라 기관중량도 작아진다는 장점 등으로 1970년대 전반기까지 대형선박에서 많이 사용되어 왔다. 그러나 열효율이 매우 낮기 때문에 계속되는 유류사정으로 선박운항경비 중에서 차지하는 연료값 비중이 과거의 10% 내외에서 50%선으로 증가됨에 따라 오늘날 건조되는 선박의 주기관은 모두 디젤기관으로 바뀌었다. 증기기관을 탑재하였던 선박도 디젤기관으로 대체하고 있다. ⑵ 내연기관 : 열구기관(semi-diesel engine), 석유기관 및 디젤기관으로 나눈다. 열구기관 및 석유기관은 전근대적인 것이며, 출력에 한계가 있어서 대부분 소형선박의 주기관으로 사용되었던 것이다. 오늘날도 한국의 남해 및 서해 지역에서 연해 어업에 종사하는 소형 어선에서는 간혹 찾아볼 수 있다. 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 기관은 선박을 화재로부터 보호하기 위하여 원칙적으로 선박기관으로서 사용을 금지한다. 따라서 선박의 주기관으로 주목을 받고 있는 것이 디젤기관이다. ⑶ 원자력기관 : 제2차 세계대전 이후 개발되어, 제작비의 고가로 인하여 일부 함정(항공모함·잠수함 등)의 주기관으로 쓰이고 있을 뿐이다. 그러나 원유 매장량의 소진에 대비한 대체연료 개발의 국제적인 추세로 인하여 상선의 주기관으로도 개발 사용될 전망이다. 추진기관을 주기관(Main Engine)이라면 추진과 관계없는 엔진을 보조기관 (Auxiliary Engine)이라고 한다. 자가 발전을 하는 선박에서는 보조기관은 발전기 엔진을 의미한다. 발전기는 엔진부문과 발전기(Propulsion & Generator)로 구분되며 디젤 엔진으로 구동이 될 수 있고, Gas Turbine 또는 Rotating Shaft로 구동될 수 있는데 전자를 Turbo Generator라고 하고 후자를 Shaft Generator라고 한다. 발전기에서 생산된 전원은 배전반, 변압기, 축전기를 거쳐 보기용 전동기, 시동장치, 하역장치, 갑판보기, 주방기기, 전열장치나 전기 기구로 보내진다. 선박의 주전원인 발전기는 선내부하에 충분한 전력이 공급되는 용량을 가짐과 동시에 일반적으로 각 선급협회 규정에 의해 한대가 고장나도 나머지 발전기로서 항해 중 필요한 전력을 공급할 수 있도록 발전기는 2대 이상 설치한다. 발전기에 사용되는 Auxiliary Engine은 전세계적으로 보면 핀란드 Wartisila, 스위스의 Sulzer, 덴마크의 MAN B&W Holby, 독일의 MAK, 일본의 Yanmar & Daihatsu등이 대표적이다, 한국의 엔진공업 현황 조선공업은 종합조립산업으로 후방관련산업, 즉 철강공업 ·기계공업 ·전기 및 전자공업 ·금속공업 ·석유화학공업 등에 대한 파급효과가 크다. 특히 기계공업에 대해서는 건조선가(建造船價)의 30 %선, 즉 건조선가의 약 1/3이 기계공업의 수요 창출을 유발하는 효과가 있으며 일본에서는 일반 기계공업분야의 약 60%에 해당하는 물량확보를 조선공업에 의존한다. 따라서 기계공업의 중심인 엔진공업(engine industry)은 그 사활이 자동차공업과 조선공업에 달려 있다. 이와 같은 산업정책적인 중요성을 감안하여, 정부 당국은 1970년대 초반에 자동차용 엔진공업을 설립 지원하였다. 주기관인 선박용 디젤기관이 건조선가의 15~20%의 비중을 차지하고 있다. 출처 : 인천해사고등학교 총동문회 글쓴이 : 11기 김철하 원글보기 : 11기 김철하 메모 :
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