최근 조선소에서 고출력 디젤엔진의 요구에 의해서 초대형 저속 2행정 디젤엔진이 개발되었으며, 연속최대출력이 $8{\sim}14$실린더를 갖는 10만 마력 이상의 엔진을 사용할 수 있게 되었다. 이러한 엔진들은 열효율, 운전에 대한 신뢰성, 강인성 및 기동성은 뛰어나지만 크랭크축을 포함한 추진축계에서 높은 비틀림진동을 유발한다. 따라서 이 연구에서는 엔진설계자의 입장에서 비틀림진동을 줄이기 위하여 튜닝 비틀림진동 댐퍼를 갖는 추진축계의 비틀림진동을 이론적으로 검토하였으며 실험모델인 12K98MC엔진과 12RT-flex엔진에서 튜닝댐퍼의 성능과 동적거동을 확인하고 있다.
For the past years, higher power rating 2 stroke super long stroke diesel engines having more than 8 cylinders and larger cylinder bore are installed mainly on very large containerships to save on fuel consumption. However, these engines are prone to X-mode vibration due to 2nd node torsional vibration or the X-type moment, particularly because of the increase in total length and height. Recently, cases of excessive X-mode vibration often occurred on engine's major components. This vibration is manifested also as secondary vibration causing failure in engine-mount large structures. This study investigated the excitations caused by the 2nd node propulsion shafting torsional vibration that influence X-mode vibration of the main engine and practical countermeasures are proposed. An 8RT-flex82T 8 cylinder engine and 11S90ME-C 11 cylinder engine for a container ship was used as research model.
For the past years, higher power rating 2 stroke super long stroke diesel engines having more than 8 cylinders and larger cylinder bore are installed mainly on very large containerships to save on fuel consumption. However, these engines are prone to X-mode vibration due to $2^{nd}$ node torsional vibration or the X-type moment, particularly because of the increase in total length and height. Recently, cases of excessive X-mode vibration often occurred on engine's major components. This vibration is manifested also as secondary vibration causing failure in engine-mount large structures. This study investigated the excitations caused by the $2^{nd}$ node propulsion shafting torsional vibration that influence X-mode vibration of the main engine and practical countermeasures are proposed. An 8RT-82RT-flex 8 cylinder engine and 11S90S-ME 11 cylinder engine for a container ship was used as research model.
최근 극지 선박의 수요가 늘어나고 있고 IACS(국제선급연합)에서는 대빙 선박에 대한 새로운 기준이 적용되고 있다. 이 선박에서는 추진시스템에 대한 대빙 설계 기준으로 빙 충격 토크는 프로펠러 날개 수를 중심으로 한 조화 함수로 규정되어 있다. 그러나 실 상황에서는 이러한 주기적인 기진 토크보다는 불규칙한 빙의 충격 토크가 발생할 수 있는 확률이 오히려 크다. 이 논문에서는 비틀림진동이 비교적 큰 6개의 실린더를 갖는 디젤엔진을 주 기관으로 한 추진시스템의 안정성을 검토하고자 한다. 특히 불규칙한 빙 충격 토크와 디젤엔진에서 발생하는 진동토크를 동시에 고려하여 비틀림진동의 공진점을 통과할 과도 비틀림 진동 응답을 이론적으로 해석하였다. 여기서 빙 충격토크는 빙이 프로펠러에 부딪칠 때를 여러 유형별로 가상하여 선급에서 규정된 방법에 의해서 구하였다. 전체적인 시스템의 과도응답 해석은 직접적분방법의 하나인 뉴마크(Newmark) 법을 이용하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제4권1호
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pp.2-22
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1980
In the earlier days, when the diesel engine was used for ship propulsion, its shaft had often been broken by uncertain causes. Bauer suggested, for the first time in 1900, that it resulted from the torsional vibration of the shaft system. From 1901 to 1902, Gumbel and Frahm found out that shaft failures were caused by the resonance of the shaft system in critical speed. Since that time, valuable theories, empirical formulae and methods of vibration analysis were introduced by many investigators such as Geiger, Holzer, Lewis, Carter, Porter, Constant, Timoshenko, Dorey, Den Hartog, Tuplin, Ker Wilson, Bradbury etc. But, as the calculation of the damping energy involves very complicated and uncertain factors, the estimated amplitude of the torsional vibration is incorrect and uncertain. Besides, as high-powered engines have been installed on large vessels or special vessels and exciting force has been increased, new problems of the torsional vibration have continuously occurred. Although we can calculate the approximate natural frequencies or estimate their amplitude and additional stress in the design stage, through the above mentioned studies, the results of the calculations are unsatisfactory, and so much time is needed to carry out the calculation by hand. The authors have developed a computer program to calculate its natural frequencies, the amplitudes and additional stresses of the torsional vibration in the marine diesel engine shafting. In developing the computer program, the authors have paid the special attention to the calculation of the damping energy. To verify the reliability of the developed computer program, the torsional vibration of several propulsion shaftings which are driven by the diesel engine has been analyzed. The results calculted by the authors' computer program show good agreements with those of the actual measurements and are better than the results of engine maker's calculation.
The gear system is commonly applied in the marine propulsion shafting system using the diesel engine with the power take off/in system and it also is necessary to reduce propeller revolution increasing the propulsion efficiency. The diesel engine has the advantage more than other thermal engines in high thermal efficiency and mobility. But the large vibratory torque which induced by higher combustion pressure is transmitted to these gears. In this paper, the surface durability and bending stress of gear system considering vibratory and transient torque is evaluated by ISO and AGMA regulation. And the influence of these in gear design is investigated with the theoretical analysis and onboard measurement result of torsional vibration.
Two stroke low speed diesel engines are mainly used for marine propulsion or power plant prime mover. These have many merits such as higher thermal efficiency, mobility and durability. However various annoying vibrations sometimes occur in ships or at the plant itself. Of these vibrations, torsional vibration is very important and it should be carefully investigated during the initial design stage for engine's safe operation. In this paper authors suggest a new estimation method of for shaft's can be calculated equivalently from accumulated fatigue cycles number due to torsional vibration. The 6S70MC-C($25,320ps{\times}91rpm$) engine for ship propulsion was selected as a case study, and the accumulated fatigue cycles numbers for shafting life time converted from the measured angular velocity and torsional vibration stress was calculated. This new method can be realized and confirmed in test model ship with two stroke low speed diesel engine.
Relatively high rotating speed propulsion shafting system of the large Ro-Ro Ferry has a greate risk of the resonance of the many wide local panels as well as the high frequency global vibratory modes. Therefore, from the initial design stage, it is necessary to control the vibration characteristics of the wide panels with detail so as not to be resonant with the blade number order excitation due to the propellers in the normal operating speed range. The procedure of the vibration analysis and the structural redesign for prevention of vibration is introduced.
Diesel engines have been widely used in ships and power plants because of its higher thermal efficiency, mobility and durability compared to other prime movers. Though these merits, diesel engine including main components are sometimes vibrated due to higher combustion pressure in cylinders. Especially torsional, axial and structural vibrations in propulsion shafting may be severely manifested by the malfunction of torsional and axial dampers and misfiring and unbalanced load in cylinder. The structural vibration of main body and turbocharger core hole are also occurred by the loosen top bracing and excess wear-out or failure of turbocharger's bearings. The marine diesel engine should be safely designed from these vibrations. This paper introduces experimental methods to develop the prototype of integrated vibration monitoring system for marine diesel engine.
Vibration problem of deckhouse structure in a container vessel was investigated through the analysis and measurement. The natural frequency of deckhouse structure was found to be resonant with main engine 4th order excitations in the operating range, major sources of which were main engine inertial moment and axial thrust of the propulsion shafting system. To investigate and solve the problem, exciter test was performed to identify the vibration chracteristics of the ship structure and mechanical balancer was installed to compensate the 4th order inertial moment. Measurement results under the conditions with and without balancer operating were compared and analyzed to confirm the balancer effect. Good coincidence was found between the measurement and analysis results, which made it possible to predict the vibration problem in the earlier design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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