Quasi-Static Equilibrium of a Propeller Shaft in a Hydrodynamic Oil-Lubricated Stern Tube Bearing

윤활유(潤滑油) 선미관(船尾管) 베어링 축계(軸系)의 준정적(準靜的) 평형상태(平衡狀態)에 관한 연구(硏究)

Recently, the growth in the propulsion power and propeller size of typical energy saving ships has resulted in severe damages of the oil-lubricated stern tube bearing. Consequently, a more rational analytical method for the design of the shafting system is required. In this paper an analytical method applicable to the design of the oil-lubricated stern tube bearing and shafting system is presented. The method consists of the finite element analysis of the shafting system and the oil film hydrodynamics. The shafting system is modeled as a three-dimensional problem using beam elements taking account for the steady components of thrust, lateral forces and moments of the propeller as well as the elastic foundation effects. The oil film hydrodynamics is modeled as a two-dimensional problem. Equal and retangular elements employing hourglass control method are used for the construction of the oil film fluidity matrix. To search the quasi-static equilibrium position between the propeller shaft and the oil film, an optimization technique is employed. Some numerical results based on the proposed method are compared with some measured and numerical data available. They show acceptable agreements with the data.

최근(最近)의 배는 에너지 절약(節約)을 도모하기 위하여 프로펠러 회전수(回轉數)의 저속화(低速化)와 더불어 대형화(大型化)되고 있다. 이와 같은 결과(結果)로 선미관(船尾管)의 후부(後部) 베어링에는 집중하중(集中荷重)이 작용(作用)하게 되어 선박(船舶)의 운항능력(運航能力)을 상실할 정도의 대형사고(大型事故)가 일어나고 있는 예(例)가 많다. 이와 관련하여 최근(最近) 유막(油膜)을 고려한 선미관(船尾管) 베어링 해석(解析)에 관(關)한 연구(硏究)가 활발하게 이루워지고 있다. 본(本) 연구(硏究)에서는 지금까지 연구발표(硏究發表)된 유막(油膜)을 고려한 선미관(船尾管) 베어링에 대한 축(軸)의 위치(位置)를 추정(推定)하는 방법(方法)을 수정보완(修正補完)한 새로운 방법(方法)을 제시(提示)하였다. 즉 축계(軸系)에 대해서는 유한요소법(有限要素法)에 의한 삼차원(三次元) 구조해석방법(構造解析方法), 베어링 유막(油膜)은 유한요소법(有限要素法)에 의한 이차원(二次元) 유체역학해석방법(流體力學解析方法), 그리고 축계(軸系)와 베어링 유막간(油膜間)의 준정적(準靜的) 평형점(平衡點)을 구하기 위해서는 최적화(最適化) 기법(技法)이 사용된다. 본(本) 해석방법(解析方法)의 타당성(妥當性) 여부(與否)를 확인(確認)하기 위하여 Vorus 등이 사용(使用)한 시산대상선(試算對象船)에 대한 일련의 수치계산(數値計算)을 수행하고 동(同) 결과(結果)를 Vorus등의 연구 결과와 비교검토(比較檢討)하여 본 결과(結果), 비교적(比較的) 잘 일치(一致)하고 있음을 미루어 보아 본(本) 해석방법(解析方法)의 타당성(妥當性)이 확인(確認)되었다.