The energy saving is one of the most important factors for profit in marine transportation. In order to reduce the fuel oil consumtion the ship's propulsion efficiency must be increased as possible. The propulsion efficiency depends upon a combination of an engine and a propeller. The propeller has better efficiency as lower rotational speed. This situation led the engine manufacturers to design the engine that has low speed, long stroke and a small number of cylinders. Consequently, the variation of rotational torque became larger than before because of the longer delay-time in fuel oil injection process and an increased output per cylinder. As this new trends the conventional mechanical-hydrualic governors for engine speed control have been replaced by digital speed controllers which adopted the PID control or the optimal control algorithm. But these control algorithms have not enough robustness to suppress the variation of the delay-time and the parameter perturbation. In this paper we consider the delay-time and the perturbation of engine parameters as the modeling uncetainties. Next we design the robust servo controller which has zero offset in steady state engine speed, based on H sub($\infty$) control theory. The validity of the controller was investigated through the response simulation. We used a personal computer and an analog computer as the digital controller and the engine (plant) part respectively. And, we could certify that the designed controller maintains its robust servo performance even though the engine parameters may vary.
With the development of computer program in calculation for torsional vibration of ship's propulsion shafting it has become possible to calculate all order's vibratory amplitude, vibratory torque, vibratory stress and synthesis value at all concerned revolutions by way of solving the vibratory equation directly. Though this kind of propulsion shafting vibration calculation method makes it possible to get generalized and precise result of calculation, the unexpected critical crankshaft torsional vibration has still appeared in maneuvering range of the engine. A close investigation has been carried out to find out the cause for the 2-node propulsion shafting torsional vibration of the crankshaft that exceeded the limitation value near the MCR 104rpm on the sea trial of the recently delivered 6000TEU class container vessel from HHIC. In conclusion, as the latest super-output engine with heavy crankshaft and propeller mass seems to be liable to 2-node torsional vibration of crankshaft, it is recommend that, in the design stage of propulsion shafting, its torsional vibration condition must be more carefully checked.
선박용 디젤엔진 배기가스에 포함된 입자상물질(PM) 가운데서 블랙카본(BC)은 극지방의 해빙을 촉진시키고 온난화를 유발하는 원인물질로서 큰 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 향후 예상되는 PM/BC 배출 규제에 선제적으로 대응하고, 저감기술 개발 및 실증을 위한 기초연구의 일환으로 한국해양대학교 실습선 한바다호를 이용하여 실제 운항 중에 주기관의 배기관 수 포인트에서 PM을 샘플링하여 HR-TEM을 통해 그 구조와 특성을 분석하였다. 또한 배기가스 분석기를 이용하여 운전조건별 배기가스 내 유해물질의 배출 경향을 확인하였다. 분석 결과 엔진에서 배출된 PM의 구조는 구형 입자들의 촘촘하지 않은 체인형 결합으로 이루어져 있으며, 과급기로부터 멀어질수록 온도 저하에 의한 응집이 더 많이 관찰되었고 BC 특유의 graphitic 구조를 잃어가면서 점점 amorphous 구조를 띠는 경향이 나타났다. 또한 배기가스 분석을 통해 엔진 회전수가 증가할수록 배기 내 PM의 농도는 감소할 것으로 예측되었다.
본 연구에서는 강화되는 황산화물 및 입자상물질의 배출규제를 만족시키기 위한 후처리장치로 습식전기집진기에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험을 위해 선박용 중유(HFO, 황함유량 약 2.1%)를 연료로 사용하는 선박용 4행정 디젤엔진(STX-MAN B&W)을 활용하였으며, 연돌에 설치된 습식전기집진기 입/출구에서 측정을 실시하였다. 미세먼지 측정을 위해서는 광학식 계측기(OPA-102) 및 중량농도측정방식(Method 5 Isokinetic Train)을 이용하였으며, 황산화물 계측을 위해서는 FT-IR(DX-4000)을 사용하였다. 엔진부하는 50%, 75%, 100%로 변화시키면서 실험을 실시하였다. 실험 결과로, 엔진부하가 50%에서 100%로 변화함에 따라 미세먼지 저감 효율은 모든 부하 조건에서 94~98% 정도의 높은 저감 효율을 나타내었다. 추가적으로 습식전기집진기 퀜칭존에서 배기가스의 온도를 낮추는 과정 중 세정액에 의한 이산화황(SO2) 저감을 확인할 수 있었으며, 저감율은 엔진부하에 따라 55%~81%로 확인되었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권4호
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pp.379-387
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2011
최근 디젤엔진에서 엔진성능향상 및 배출가스저감을 위해 저압 EGR시스템에 대하여 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 저압 EGR시스템은 EGR율에 따라 과급압력이 영향을 받지 않기 때문에 PM을 최소 화하면서 $NO_x$를 저감할 수 있는 장점을 갖고 있다. 본 연구에서는 2.0L급 고속직분사방식의 엔진에서 출력 및 연비저하로 EGR적용이 어려운 엔진회전수 2000 rpm, BMEP 1.0 MPa, 과급압력 181.3 kPa인 중부하 운전영역에서 서로 다른 EGR시스템에 따른 엔진성능 및 배출가스 특성을 실험적으로 연구하였다. 그 결과로서 기존의 고압 EGR시스템 또는 배압조절밸브를 사용하는 저압 EGR시스템에 비하여 ETC를 적용한 저압 EGR시스템이 $NO_x$ 배출특성은 큰 차이가 없는 반면에, 연비 및 열효율이 향상되고 PM 저감에 연소효과를 나타내고 있음을 확인하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권6호
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pp.744-752
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2007
Recently a fuel oil of the diesel engine in the ship is being changed with low quality as the oil price is higher more and more. Therefore the wear and corrosion in all parts of the engine like cylinder liner ring groove of piston crown, spindle and seat ring of exhaust valve are increased with using of heavy oil of low quality In particular the degree of wear and corrosion in between valve spindle and seat ring are more serious compared to the other parts of the engine due to operating in severe environment such as the high temperature of exhaust gas and repeating impact. Thus the repair weld to the valve spindle and seat ring is a unique method to prolong the life of the exhaust valve in an economical point of view In this study. corrosion property of both weld metal zone and base metal was investigated with some electrochemical methods such as measurement of corrosion potential, cathodic and anodic polarization curves, cyclic voltammogram and polarization resistance etc. in 5% $H_2SO_4$ solution. in the case of being welded with some welding methods and welding materials to the exhaust valve specimen as the base metal. In all cases. the values of hardness of the weld metal zone were more high than that of the base metal. And their corrosion resistance were also superior to the base metal. The weld metal of A2F(AC SMAW: 2 pass welding with foreign electrode) showed a relatively good results to the corrosion resistance as well as the hardness compared to the ether welding methods and welding materials. Moreover it indicated that hardness of the weld metal by the domestic electrode was considerably high compared to that of the foreign electrode.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제6권2호
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pp.69-91
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1982
The major factors which affect the crankshaft axial vibration are such items as the axial stiffness and mass of crankshaft, the thrust block stiffness, the propeller's entrained water and the exciting and damping forces of engine, propeller and shafting. Among above mentioned items, the axial stiffness and mass of crankshaft, thrust block stiffness and propeller's entrained water were treated in detail in part I, and so in this paper, the rest of above items will be studied. The exciting forces of crankshaft axial vibration are generated mainly from the gas explosion pressure of cylinder, the thrust fluctuation of propeller, and sometimes the torsional vibration of crankshaft induces the crankshaft axial vibration. As for the propeller thrust fluctuation, its harmonic components can be fairly exactly calculated from the experimental results of propeller in the towing tank, but as the calculation process is rather tedious and laborious, the empirical values are ordinarily used. On the other hand, the table of harmonic components of gas pressure has been already published by major slow speed diesel engine makers, but the axial thrust conversion factor of radial force is not unknown yet, and as its estimated value is unreliable, the axial vibration force of gas pressure is uncertain. As the calculation of damping force is very complicated and it includes some uncertain factors, the thoretically estimated amplitudes of axial vibration are much more incorrect in comparison with those of torsional vibrations. Authors have paid special attentions to deriving the theoretical calculation formula of axial conversion factor of radial force and damping force of crankshaft axial vibration and developed a computer program to calculate resonance amplitudes and additional stresses of crankshaft axial vibrations. Also, to check the reliability of the developed computer program, the axial vibrations of three ships' propulsion shaftings were analyzed and their results were compared with those of measured values and makers' results.
Recently a fuel oil of the diesel engine of the marine ship is being changed with heavy oil of low quality as the oil price is higher more and more. Therefore the wear and corrosion in all parts of the engine such as cylinder liner, piston crown, spindle and seat ring of exhaust valves are predominantly increased. In particular the degree of wear and corrosion of piston crown is more seriously compared to the other parts of the engine due to operating in severe environment such as the high temperature of exhaust gas and repeating impact. Thus the repair weldment of the piston crown is a unique method to prolong the its life in a economical point of view. In this case, filler metals having a high corrosion and wear resistance such as stellite 6, Inconel 625 and Inconel 718 are mainly being used for repair welding. However it has been often happened that piston crown on the ship,s job site is being actually inevitably welded with mild filler metals. Therefore in this study, filler metals such as E4301, E4313 and E4316 were welded at SS401 steel as the base metal, and corrosion property of their weld metals in the case of post weld heat treatment or not was investigated with some electrochemical methods such as measurement of corrosion potential, cathodic and anodic polarization curves, cyclic voltammogram and polarization resistance etc. in 0.1% $H_2SO_4$ solution. Corrosion resistance of the weld metal of E4301 was better than the other weld metals in the case of no heat treatment, however, its resistance was considerably decreased with post weld heat treatment(annealing:$625^{\circ}C$, 2 hr) compared to other weld metals. The weld metals of E4313 and E4316 showed a relatively good corrosion resistance by post weld heat treatment.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권9호
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pp.911-917
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2015
본 논문에서는 함정용 디젤연료를 단기통 커먼레일 디젤엔진에 적용하여 연료분사압력 변화에 따른 분사율 특성, 거시적 분무 특성 및 연료분사시기와 연료압력변화에 따른 연소 및 배기가스 배출특성을 분석하는데 초점을 두었다. 분사율 특성은 Bosch법을 적용한 분사율 측정 시험 장치를 이용하여 분석하였고, 거시적 분무 특성은 정적용기 및 초고속 카메라를 이용하여 분석하였다. 또한, 연료분사시기 및 연료압력 변화를 정밀하게 제어할 수 있는 단기통 엔진을 이용하여 연소 및 배기가스 배출특성을 분석하였다. 30MPa과 50MPa의 분사조건에서 초기 분사율은 50MPa의 분사조건에서 크게 나타났으며, 분무 발달(투과) 또한 동일시간대에서 큰 것으로 분석되었다. 연료분사시기가 지각될수록 실린더 내부 최대 압력과 최대 열발생량은 떨어지는 경향으로 나타났으며, 고압분사조건에서 실린더 내부 최대압력과 최대 열발생량은 다소 큰 것으로 분석되었다. 고압분사조건에서 도시평균유효압력은 낮은 것으로 분석되었고, 연료분사시기가 TDC 쪽으로 지각될수록 도시평균유효압력 및 토크는 증가하는 것으로 나타났다. 연료분사시기가 $BTDC20^{\circ}$(30MPa)와 $BTDC15^{\circ}$(50MPa)에서 질소산화물 발생수준이 가장 높았으며, 일산화탄소는 $BTDC30^{\circ}$를 기준으로 지각될수록 저감되었다.
The purpose of this study is to conduct the study of the combustion and thermal characteristics through transportation oil for the analysis of fire hazard. Transportation oil breaks down into fuels such as diesel for civilian demands, gasoline, DF1(diesel for military), high sulfur diesel(for marine), kerosene and JP1(for aviation), and lubricants like brake fluid, power steering oil, engine oil, and automatic and manual transmission oil. The experiments of flash point, ignition point, flame duration time, heat release rate were carried out using TAG closed cup flash point tester(AFP761), Cleveland open cup auto flash point analyzer(AFP762), KRS-RG-9000 and Dual cone calorimeter. As a result, the fuel's ignition points were lower than lubricants, especially that of gasoline was not conducted as it has below zero one. Gasoline has the highest ignition point of about $600^{\circ}C$, while the other fuels showed $400{\sim}465^{\circ}C$. For flame duration time, lubricants had over 300 seconds, but fuels had less than 300 seconds except high sulfur diesel(350 seconds). Total heat release rate ranged $287{\sim}462kW/m^2$ for lubricants and gasoline showed the highest total heat release rate, $652kW/m^2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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