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선박 주기관(Main Engine)의 종류 및 특징 – 배와 바다 이야기
4행정 엔진에 비해 2행정 엔진은 아래와 같은 차이가 있습니다. 1. 구조가 단순함. 2. 한번 회전할때마다 폭발이 일어나기 때문에 더 높은 토크(Torque) …
Source: ship-sea-story-65.tistory.com
Date Published: 1/20/2022
View: 7743
선박/추진방식 – 나무위키
CODOG에 비해서는 디젤엔진과 가스터빈을 기계적으로 이어주는 크로스커넥트 기어박스가 필요하여 구조가 다소 복잡해지지만 효율이 뛰어나고 개별 기관의 …
Source: namu.wiki
Date Published: 8/16/2021
View: 5581
KR101460886B1 – 선박 상부 구조 – Google Patents
본 발명은 선박 상부 구조에 관한 것으로, 엔진 케이싱 및 상기 엔진 케이싱 상단에 배치되고, 최상단의 일부에서 선박의 진행 방향으로 이격되어 형성된 오픈 핸드 …
Source: patents.google.com
Date Published: 9/27/2021
View: 2879
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- Author: SeaWater
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- Date Published: 2021. 10. 11.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=CMRkTScQAz8
선박 주기관(Main Engine)의 종류 및 특징
선박 주기관
엔진(Engine)은 선박에서 심장역할을 하는 기관이다. 심장이 우리를 숨쉬게 하고 삶을 영위할 수 있게 하듯이, 엔진 역시 끊임없는 반복 과정을 통해 선박이 앞으로 추진할 수 있는 힘을 만들어 낸다. 물론 반대로 엔진의 멈춤은 곧 항해의 정지를 의미하는 매우 중대한 의미임을 인지해야 할 것이다.
주기관은 선박의 추진(Propulsion)을 위해 이용되는 기관(Engine)이며, 기관은 어떠한 에너지를 기계적에너지로 변환하는 장치입니다.
선박 주기관의 종류
선박 주기관(Main Engine)의 종류는 외연기관인 증기기관(Steam Engine)과 내연기관(Internal Combustion Engine)으로 대별된다.
외연기관(外燃機關, External Combustion Engine)은 연료를 보일러(Boiler) 내에서 연소시키고 그 때에 발생하는 연소가스의 열을 보일러물에 전하여 증기(steam)를 만들고 이 증기에 의하여 왕복기관이나 증기터빈을 움직인다.
1) 증기기관: 증기가 지닌 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기의 한 형식이다. 주보일러(Main Boiler)에서 발생된 고온 및 고압의 수증기로 피스톤(Piston)을 작동시키는 왕복운동기관(Reciprocating Engine, 실린더와 피스톤으로 이루어져 실린더 내에 여러 방법으로 압력을 발생시켜 피스톤을 왕복운동시켜서 동력을 얻는 기관)과, 터빈(Turbine)을 회전시키는 터빈기관Turbine Engine, 고온/고압의 증기 또는 연소가스로 날개차(Impeller)를 회전시켜 동력을 얻는 원동기(Prime Mover), 에너지를 증기에서 얻는 것을 증기터빈, 연소가스에서 얻는 것을 가스터빈 이라고 함)으로 나눈다. 전자는 전근대적인 것으로 지금은 자취를 감추었다. 후자는 수리가 간단하고 대출력(大出力)을 내는 데 비해서, 상대적으로 기관실이 작아진다. 그뿐만 아니라 기관중량도 작아진다는 장점 등으로, 1970년대 전반기까지 대형선박에서 많이 사용되어 왔다. 그러나 열효율이 매우 낮다. 또한 선박운항경비 중에서 연료값 비중이, 계속되는 유류사정으로 과거의 10% 내외에서 50%선으로 증가되었다. 이에 따라 오늘날 건조되는 선박의 주기관은 모두 디젤기관(Diesel Engine)으로 바뀌었다. 그래서 오래전에 증기기관을 탑재하였던 선박도 디젤기관으로 대체하고 있다.
2) 내연기관: 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관을 말한다.
실린더 내에서 연료와 공기와의 혼합기체에 점화하여 폭발시켜서 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 가리킬 때가 많으나, 가스터빈, 제트기관, 로켓 등도 내연기관이다.
내연기관은 사용하는 연료에 의해 가스기관, 가솔린기관, 석유기관, 디젤기관 등으로 분류된다.
석유, 가스, 가솔린 기관은 점화플러그(점화전)에 의해 전기불꽃으로 점화되고, 디젤기관은 연료를 고온, 고압의 공기 속에 분사하여 자연발화시킨다. 피스톤의 행정, 동작에 따라 4행정, 2행정 사이클 방식이 있다.
엔진은 크게 두 부류로 나누어 집니다. 바로 2행정 엔진과 4행정 엔진이죠.
4행정 엔진의 경우에는 흡입-압축-폭발-배기 라는 4개의 행정으로 이루어 지구요.
2행정 엔진은 상승행정, 하강행정으로 4행정 엔진 보다는 줄어든 2행정을 이루게 됩니다.
이렇게 4행정, 2행정 으로 나누는 이유는 4행정엔진은 4개의 행정이 끝나야 크랭크 축이 한번 회전합니다. 말그대로 2행정은 2개의 행정(흡입과 압축의 상승행정, 폭발과 배기의 하강행정)이 끝나야 비로소 크랭크 축이 한번 회전하지요.
(사진출처 : 구글 이미지 검색, 검색어 ‘4행정 사이클’)
위 이미지를 보시면 말로 설명 하는 것보다 훨씬 나을 것 같군요.
4행정 엔진에 비해 2행정 엔진은 아래와 같은 차이가 있습니다.
1. 구조가 단순함
2. 한번 회전할때마다 폭발이 일어나기 때문에 더 높은 토크(Torque) 발생
3. 연료소모 상승
4. 단순하기 때문에 경제적
5. 오일 분사 시스템이 다름
6. 흡기/배기 벨브가 없음
출력은 토크에서 계산되는 값
출력은 직접 측정하는 것이 아니라 토크 회전 수를 곱셈하여 산출합니다. 그래서 플랫 토크의 엔진 특성의 경우 출력 곡선은 오른쪽으로 치우친 직선입니다. 출력 단위는 PS가 긴 세월에 걸쳐 사용되어 왔지만 현재는 kW를 사용하게 되었습니다. 단위가 바뀐 것은 토크의 경우와 같고, 국제 단위로의 전환 영향입니다. 1PS은 0.750kW로 환산합니다. PS는 프랑스 마력이라고 하며 그 외에 영국 마력 (HP) 등이 있습니다. 토크 Nm으로 표시되는 경우가 많아졌습니다 만, 출력에 대해서는 아직 PS이나 마력이라는 단위가 사용되는 경우가 많습니다. 그것은 토크보다 익숙한 수치이자, kW가 전기의 단위로서 더 잘 알고 있기 때문이 아닐까요.
낮은 회전에서 높은 토크가 지금의 트렌드
20 세기는 고회전 고출력 엔진이야말로 고성능 엔진의 상징처럼 여겨지던 시대가 있었지만, 지금은 저회전에서 고출력 엔진이 강력한 엔진으로 알려져 있습니다.
그래서 디젤 2행정 엔진은 대형 선박에 많이 사용합니다. 이유는 추진효율을 높이기 위해 낮은 RPM(분당 회전수) 에서 큰힘을 내어야하고, 단순해야하기 때문에 대형선박에서는 2행정 엔진을 주로 사용합니다.
내연기관은 열구기관(hot bulb engine), 가솔린기관 및 디젤기관으로 나눈다.
(1) 열구기관 : 내연기관의 일종으로 실린더헤드에 구형(球形)의 열구(熱球) 연소실을 가지고 그것을 점화원(點火源)으로 하는 일종의 연료분사식 압축점화 기관이다. 구조와 조작이 간단하기 때문에 소형 선박용으로 일찍부터 많이 사용되어 왔으나 현재는 그다지 사용되지 않고 있다. 따라서 열구기관은 전근대적인 것이며, 출력에 한계가 있어서 대부분 소형선박의 주기관으로 사용되었던 것이다. 오늘날도 한국의 남해 및 서해 지역에서 연해 어업에 종사하는 소형 어선에서는 간혹 찾아볼 수 있다.
(2) 가솔린기관 : 가솔린을 연료로 사용하며 선박을 화재로부터 보호하기 위하여, 원칙적으로 선박기관으로서 사용을 금지한다. 왜냐하면 기관실에서 사용되는 연료는 인화점(flash point, 기체 또는 휘발성 액체에서 발생하는 증기가 공기와 섞여서 가연성 또는 완폭발성(緩爆發性) 혼합기체를 형성하고, 여기에 불꽃을 가까이 댔을 때 순간적으로 섬광을 내면서 연소하는, 즉 인화되는 최저의 온도를 말하며, 국제표준규격이 섭씨 60도씨 이상으로 규정하고 있음)이 섭씨 60도씨 이상이 되어야 하기 때문이다. 그래서 기관실 밖에 별도로 설치되는 비상발전기용으로 주로 사용하고 있다.
(3) 디젤기관 : 선박의 주기관으로 주목을 받고 있는 것이 디젤기관(Diesel Engine)이다. 선박 주기관용 디젤기관을 중유기관(Heavy Oil Engine)이라고도 하며, 작동원리를 간단히 요약하면 다음과 같다.
① 피스톤 하향운동시에 흡기밸브(suction valve)가 열리고, 깨끗한 공기가 실린더 속에 가득 채워진다(흡입행정: suction stroke). ② 피스톤 상향운동으로 흡입밸브가 닫히고, 실린더 내의 공기가 압축된다. 이때 피스톤이 상사점(上死點)에 달하면 실린더 내의 압력은 40kg/cm2(40기압) 이상, 실린더 내의 온도는 600℃ 이상으로 상승한다(압축행정: compression stroke). ③ 이 고온·고압 상태가 된 실린더 내에 연료펌프의 작동으로, 280kg/cm2의 배압(背壓:back pressure)이 걸린 연료유가 연료분사기를 통하여 분사무화(噴射霧化)되면, 실린더 내의 600℃ 고온으로 인하여 연료유가 자연 점화되어 연소폭발한다. 이 연소폭발로 피스톤은 다시 하향운동을 한다(팽창행정 또는 폭발행정: expansion stroke or explosion stroke). ④ 연소·폭발행정에서 얻은 힘으로 피스톤이 상향운동을 시작하며, 동시에 배기밸브(exhaust valve)가 열리면서 실린더 내의 연소가스가 외부로 배출된다(배기행정:exhaust stroke).
열기관 분류
내연기관의 열역학적 사이클에 의한 분류
(1) 정적사이클 (오토사이클)
일정한 체적 하에서 연소하는 사이클이며, 가솔린 기관에서 이용된다.
(2) 정압사이클 (디젤사이클)
일정한 압력 하에서 연소하는 사이클이며, 저·중속 디젤 기관에서 이용된다.
(3) 복합사이클 (사바테사이클)
일정한 압력 및 체적 하에서 연소하는 사이클이며, 고속 디젤 기관에서 이용된다.
3) 원자력기관: 원자력을 이용한 열기관으로 제2차 세계대전 이후 개발되어, 제작비의 고가로 인하여 일부 함정(항공모함, 잠수함 등)의 주기관으로 쓰이고 있을 뿐이다. 그러나 원유 매장량의 소진에 대비한 대체연료 개발의 국제적인 추세로 인하여, 상선의 주기관으로도 개발 사용될 전망이다.
KR101460886B1 – 선박 상부 구조 – Google Patents
B — PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
B63 — SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
B63B — SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
B63B1/00 — Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
B63B1/02 — Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
B63B1/04 — Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
키워드에 대한 정보 선박 엔진 구조
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