선박용 디젤엔진 추진축에서 빙 충격 토크 기진에 의한 과도 비틀림 진동 응답

Transient Torsional Vibration Response due to Ice Impact Torque Excitation on Marine Diesel Engine Propulsion Shafting

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.

In recent years, there has been an increasing demand to apply the new IACS(International Association of Classification Societies) standards for ice and polar-classed ships. For ice-class vessel propulsion system, the ice impact torque design criterion is defined as a periodic harmonic function in relation to the number of the propeller blades. However, irregular or transient ice impact torque is assumed to occur likely in actual circumstances rather than these periodic loadings. In this paper, the reliability and torsional vibration characteristics of a comparatively large six-cylinder marine diesel engine for propulsion shafting system was examined and reviewed in accordance with current regulations. In this particular, the transient ice impact torque and excessive vibratory torque originating from diesel engine were interpreted and the resonant points identified through theoretical analysis. Several floating ice impacts were carried out to evaluate torque responses using the calculation method of classification rule requirement. The Newmark method was used for the transient response analysis of the whole system.