In the present study, a practical method to predict cavitation erosion, which caused a critical damage on hydraulic machineries, was developed. Impact and critical velocities were defined to develop a practical method for the prediction of cavitation erosion. To develope the practical method, the computational fluid dynamics (CFD) was introduced. Cavitating flows with erosion in a converging-diverging nozzle and around a hydrofoil were simulated by developed and validated code. Based on the CFD results, the cavitation erosion coefficient was derived by a curve fitting method. The cavitation erosion coefficient was formulated as the function of the cavitation and Reynolds numbers. A cavitating flow in an axisymmetric nozzle followed by radial divergence was simulated to validate the developed practical method. For the application to a propeller, a cavitating flow around a propeller was simulated. Predicted damage extent showed similar with damaged full-scale propeller blade.
In the present trends at which vessels would be supersizedly designed for adapting special cargoes in order for effective controls of logistics in marine transportation, it brings poor manoeuvrability of ships and makes environmental or economical loss seriously due to accidents of a large scale at sea. International Maritime Organization adopted manoeuvring standards and also recommended manoeuvring booklets for ship operators recently. We attempted to find variation of hydrodynamic derivatives when a bare hull was fitted with propeller and rudder, or propeller only by captive model test in the circulating water channel. On comparing experimental results with theoretical values derived from equations, almost same tenden-cies were found at hull-propeller-rudder and hull-propeller situations. Interactions with rudder displayed well at large drift angles.
The complicated flow characteristics of upper propeller wake influenced by hull wake are investigated in detail in the present study. A two-frame PIV (particle image velocimetry) technique was employed to visualize the upper propeller wake region. As the upper hull wake affects strongly propeller inflow, upper propeller wake shows much unstable vortical behavior, especially in the tip vortices. Velocity field measurements were conducted in a cavitation tunnel with a simulated hull wake. Generally, the hull wake generated by the hull of a marine ship may cause different loading distributions on the propeller blade in both upper and lower propeller planes. The unstable upper propeller wake caused by the ship's hull is expressed in terms of turbulent kinetic energy (TKE) and is identified by using the proper orthogonal decomposition (POD) method to characterize the coherent flow structure in it. Instabilities appeared in the eigen functions higher than the second one, giving unsteadiness to the downstream flow characteristics. The first eigen mode would be useful to find out the tip vortex positions immersed in the unstable downstream region.
Marine Propulsion shafting system coupled with medium diesel engine forms multi-degree torsional vibration system which consist of many inertia masses such as crank, flywheel, propeller and sometimes gear system is adopted additionally for the purpose of improving propeller's propulsion efficiency or connecting with PTO/PTI. The periodic excitation torques generated by combustion pressure in cylinder and reciprocating masses induce various kinds of vibrations in this shafting system. If the frequency of this excitation torques is equal to the natural frequency of the shafting, the amplitude of the torsional vibration increases steeply and the damage of crankshaft or gears may be occurred by that. This frequency is called critical speed. When making a plan for shafting system, it is important for this frequency to be expected exactly and not to be in commonly used speed. For this reason, this paper introduces the experimental equipment for torsional vibration of marine propulsion shafting system and describes the theoretic and the experimental methods to look for natural frequencies.
본 연구는 ISO19030 - 선체 및 프로펠러 성능 모니터링 방법을 실선 178 k 벌크선박에 적용한 결과에 관한 것이다. 최근 온실가스 저감 규정 대응과 해운 경쟁력 확보를 위해 에너지 저감 솔루션을 선박에 적용하려는 시도가 증가하고 있다. 하지만 정량적으로 선박 성능을 분석하기 쉽지 않아 에너지 저감 솔루션의 평가가 쉽지 않았다. 이러한 해운 산업의 요구에 따라 2016년 ISO19030이 표준화되어 선박 성능 분석을 정량화할 수 있는 기반이 마련되었다. 하지만 ISO19030에서 제안하는 환경 보정법은 각 날씨 영향을 고려한 보정이 아닌 정수(Calm Sea) 상태에서 운항한 데이터만 분석하는 방식이다. 이러한 분석 방식은 선박의 운항 구간에 따라 데이터가 필터링 되는 편차가 심하고 정확한 환경 보정을 하지 않아 6개월 이하의 분석은 신뢰하기 어렵다. 본 연구에서는 ISO19030을 실제 3척 선박 3년 이상 장기간 운항 데이터에 적용하였다. 적용 결과를 토대로 ISO19030 효용성과 한계점을 파악하고 ISO19030에서 제안하는 필터링 방식 대신 ISO15016의 파도 보정(STA-WAVE2)을 통해 성능 분석 방법을 개선하고자 한다.
선박 축계를 구성하는 프로펠러축은 엔진출력, 프로펠러 하중 및 편심추력의 영향으로 인해 거동의 양상이 달라져 선미관 후부베어링의 국부하중 변화를 일으킴으로써 선미관 베어링 손상의 위험을 증가시킨다. 이를 방지하기 위해 수행된 추진축계 정렬연구는 선급강선규칙을 중심으로 주로 축과 지지베어링간의 상대적 경사각과 유막유지를 최적화 하는데 중점을 두어 진행 되어왔다. 그러나 보다 상세한 평가를 통한 추진축계의 안정성 확보를 위해서는 전타와 같은 급격한 선미유동장 변화에 기인한 과도상태를 포함한 동적상태의 고려가 필요하다. 이러한 관점에서, 본 연구는 50,000 DWT 선박을 대상으로 스트레인 게이지법을 이용하여 밸러스트 흘수 상태에서 정격회전수로 운전 중 대표적 동적 과도상태인 우현 전타상태에서의 프로펠러 축 거동이 추진축계에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 변동된 프로펠러 편심추력은 프로펠러축을 일시적으로 강하게 내려 누르는 힘으로 작용하여 선미관 베어링의 국부하중을 증가시켜 축계 안정성에 부정적 영향을 미침을 증명하였다.
육지와 도서를 연결하는 차도선은 교통수단 기능과 물자수송을 담당하는 중요한 역할을 하고 있다. 이에 따라 차도선의 효율성 증대와 안전성 향상 및 경제적 요건 등을 고려한 선박이 개발 중이다. 유럽에서는 승객의 편의성 및 경제성을 고려하여 양방향 차도선(Double-ended Car Ferry)의 개발이 활발히 진행 중이며 국내에서도 이에 대한 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 차도선 제작 시 축계의 제작 및 강도의 문제를 Campbell Diagram 및 Modal 해석을 통한 동특성 분석을 하였다. 이를 통하여 양방향 차도선의 추진 방향 및 후진 방향 축계 작동 시 공진 현상 및 위험속도를 분석 결과 안정성을 보인 것으로 판단된다.
Recently, the application and installation of the pod propeller to the cruise ship is dramatically increased. It is because pod propulsion system allows a lot of flexibility in design of the internal arrangement of a ship. To reflect this trend, many researches have conducted to use the pod propeller for the roll stabilization of a ship. In the paper, a roll stabilization controller is designed by using fins and pod propellers as the control actuators for cruise ships. Two kinds of control algorithms are adopted for the roll control system; LQR (Linear Quadratic Regulator) algorithm and frequency-weighted LQR algorithm. Through the numerical simulation, the effect of the turning rate of the pod propeller on the roll control system is analyzed. Analysis of the simulation results indicated that the turning rate of the pod propellers is one of the important parameters which give the significant effects on the roll stabilization.
This study aimed at conducting a flow analysis of the pressure distribution, discharge flow rate, and consequent thrust force according to the rotational speed of a three-dimensional screw propeller, and then investigating the effect of the rotational speed on the characteristics of the screw propeller by varying the relevant speed (3200, 2400, 1600, 800 rpm). In particular, the computational domain was considered by the analysis in the blades and outlet chamber, using boundary conditions. The difference between the minimum and maximum pressures was 5.5 MPa under the given conditions. The discharge flow rate at this pressure difference was on the level of 1956.67 kg/s, as a thrust force of 47083.7 T(N) was obtained. This study showed that the discharge flow rate linearly increased with the rotational speed, proportional to the RPM, while the thrust force was gradually and steadily increased with the relevant speed. In addition, it was proved that the occurrence of cavitation under the given conditions was closely related to the decrease in the durability of the screw propeller because the thrust force depends on the speed.
An integrated riser heating equipment has been developed to control shrinkage defects originated from casting of a marine propeller. The integrated riser heating equipment is composed of up/down moving parts, heating power source parts and an integrated controller. Heat capacity putting into the riser was calculated quantitatively on the base of a heat transfer analysis, which consisted of the establishment of heating model and the theoretical analysis for heat transfer. The riser heating equipment was evaluated through arc heating and electro-slag heating method. With the results, the arc type heating method was selected by considering high thermal efficiency, inexpensive cost, and convenient workship. This equipment improves the quality of a propeller casting and the poor working environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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