이 기사에서는 선박용 주 디젤 엔진의 과부하 이유를 분석하고 선내의 특별하고 복잡한 작동 환경을 조사합니다.
가변적이고 예측할 수 없는 작업 조건은 고정된(육상) 장치 작업에서 발생할 수 있는 과부하 조건이 아니라 선상에서 발생할 가능성이 매우 높습니다.
이상과 정상이 역전되는 현상이 있으며, 대부분 암묵적인 형태로 나타나며, 예측할 수 없는 특성을 지닌다.
재난적인 날씨, 혹독한 바다 조건, 수로 지형이 과부하의 주요 원인입니다.
I. 디젤 엔진 과부하의 일반적인 정의
고정식 디젤 발전기 세트의 작동 중에는 작동 장치의 "전력-속도 특성 곡선" 한계와 주요 기술 매개변수(주로 다양한 온도 매개변수, 압력 매개변수, 회전 속도 매개변수)를 초과하지 않는 한 과부하가 발생하지 않습니다.
이러한 규정을 초과하면 장치가 과부하된 것으로 간주됩니다. 이는 고정형(지상-기반) 유닛의 경우입니다. 그러나 작동 중 선박용 디젤 엔진의 과부하를 결정하는 것은 훨씬 더 복잡합니다.
선박용 디젤엔진은 추진력 특성에 따라 결정되기 때문이다.
게다가 바다 상황에도 영향을 받습니다.
선박용 디젤 엔진은 작동 중에 외부의 자연적, 비인간적, -유인-환경 교란과 제약을 받습니다.
이러한 상황은 고정식 장치에서는 비정상이지만 작동 중인 선박용 디젤 엔진에서는 정상이므로 예측할 수 없는 다양한(예: 악천후, 복잡한 해상 조건, 수중 장애물 등) 과부하 조건이 발생합니다.
외부 요인으로 인해 발생하는 이러한 부하의 가변성은 일반적으로 규정이나 절차의 범위를 벗어나며 무작위성과 불확실성이 매우 큰 무작위 사건입니다.
이러한 오버로드는 고정-단위 오버로드와 구별하기 위해 느슨하게 숨겨진 오버로드라고 할 수 있습니다.
더욱 위험하고 위험한 상태입니다.
다음에서는 외부요인에 의해 선박용 디젤엔진에서 자주 발생하는 다양한 돌발상황의 원인, 환경조건, 위험성, 예방법을 분석한다.
II. 선박용 디젤 엔진 작동 환경의 특수성, 복잡성 및 과부하 간의 관계
선박용 디젤 엔진과 고정 장치 사이의 작동 환경, 공간, 조건 및 고정 장치(육상)의 상당한 차이로 인해 작동 중 이러한 요인에 의해 필연적으로 제약을 받게 되며 그에 따라 장치 부하도 변경됩니다.
다음 사항은 장치 작동에 미치는 영향 정도를 간략하게 설명하기 위해 강조 표시되어 있습니다.
1. 가혹한 해상 조건
폭풍, 눈, 쓰나미, 태풍 등의 요인으로 인해 발생하는 바다의 재난적인 수문 및 기상 현상을 말합니다.
바다 상황은 공간, 시간, 날씨, 항로, 지리적, 지형적 조건 등 다양한 요인에 따라 수시로 변하며 상황은 매우 복잡합니다.
"바다에는 바람이 없어도 3{0}}파도가 친다"라는 옛말이 있는데, 이는 바다의 위험한 날씨를 이미지로 표현한 것입니다.
그리고 파도는 기계의 숨겨진 과부하의 주요 원인 중 하나입니다.
그림 1 다양한 항해 조건에서 디젤 엔진의 작동점 변화
그림 1에서 디젤엔진이 정격부하속도특성으로 작동하고 특성곡선 I로 프로펠러와 연동하여 작동할 경우 작동점은 a임을 알 수 있다. 이때, 디젤엔진은 정격출력 Pe를 방출하고, 프로펠러를 정격속도 ne로 회전 구동시킨다.
선박의 저항이 증가하면 프로펠러의 추진 특성 곡선은 더 가파르게 됩니다. 예를 들어 특성 곡선 II가 됩니다. 따라서 동작점은 a점에서 b점으로 변경됩니다. 이때 디젤 엔진의 출력과 속도는 모두 정격 값보다 낮지만 이미 과{2}}토크 범위에서 작동하고 있어 디젤 엔진 작동에 매우 불리합니다.
반대로, 선박의 저항이 감소하면 프로펠러의 추진 특성 곡선은 더 평평해집니다. 예를 들어 특성 곡선 III이 됩니다. 따라서 동작점은 a점에서 d점으로 변경됩니다. 이때 디젤엔진은 과-토크 범위에서 작동하지 않지만, 디젤엔진의 속도와 출력 모두 정격값 ne와 Pe를 초과한다. 디젤엔진 역시 과부하 상태에 있으며, 이는 디젤엔진의 작동에 매우 불리하다.
선박 항해의 저항은 다음과 같은 통제할 수 없는 요인의 영향을 받습니다.
폭풍, 눈 및 해상 상태와 관련된 요인 해류의 방향과 관련된 요인; 수로의 지형과 관련된 요소; 선체 수중 부분의 퇴적물과 관련된 요소; 접지 및 좌초와 관련된 요소; 프로펠러와 이물질의 얽힘과 관련된 요인; 끌림(견인) 증가와 관련된 요인; 프로펠러가 부유물 등에 미치는 영향과 관련된 요소
제어 가능한 요소는 다음과 같습니다.
탐색 중 급회전; 시작; 좁은 수로; 계선; 가속; 역방향 탐색; 방향 변경; 로딩 등
단독으로 또는 조합하여 작용하는 이러한 요인으로 인해 장치의 실제 추진 곡선(또는 토크 특성 곡선)이 원래 설계된 추진 특성 곡선(또는 토크 제한 특성 곡선)에서 벗어날 수 있습니다. 실제 추진력이 왼쪽이나 오른쪽으로 움직이면 장치의 출력, 토크 또는 속도가 과부하될 수 있습니다.
이러한 상황은 악천후 및 해상 상황에서 항해 중에 반복적으로 교대로 발생합니다.
선박이 파도의 정점에 있을 때 프로펠러가 수면에 노출되어 무부하-공회전, 단위 속도의 급격한 증가 및 주 엔진의 과속(오버런)이 발생합니다.
선박이 파도의 기저부에 이르면 물에 잠긴 선체의 부피가 갑자기 증가하고 마찰 저항이 갑자기 증가하며 주 엔진 크랭크 샤프트(샤프트 포함)에 과부하가 걸립니다. 동시에 프로펠러의 추력과 토크가 증가합니다.
이러한 불리한 해상 상황은 선박 선체의 종방향 및 측면 흔들림을 유발하여 위의 두 가지 유형의 과부하(실제로는 과열 부하를 동반함)를 모두 초래합니다.
그리고 이 두 가지 유형의 과부하는 선박용 디젤 엔진에 가장 위험합니다.
다른 다양한 요인들도 장치에 유사한 유해한 영향을 미치지만 심각도는 다양합니다.
2. 선박 좌초 또는 좌초
수많은 해양사고 중 좌초나 좌초(암초에 부딪히는 것을 포함)는 모두 심각한 해양재해입니다.
이러한 사고가 발생하면 선박의 속도는 갑자기 정상 속도에서 영속도 또는 거의 영속도로 떨어지지만, 엔진은 프로펠러를 원래 상태로 계속 구동합니다.
"프로펠러 성능 특성 곡선"을 보면 이때 프로펠러의 추력과 토크가 최소값에서 최대값으로 상승하는 것을 알 수 있다.
프로펠러의 작동 원리는 다음과 같습니다. "속도가 점차 증가함에 따라 프로펠러의 추력은 지속적으로 감소합니다. 속도가 특정 값(일반적으로 H 값보다 약간 높음)에 도달하면 프로펠러의 추력은 0이 됩니다. 이를 일반적으로 0 추력이라고 합니다."
반대로 속도가 최대값에서 0으로 변경되면 프로펠러의 공격 각도가 최대값에 도달합니다. 이때, 프로펠러는 설계된 추진력과 토크보다 더 많은 동력과 토크를 발생시켜 프로펠러, 샤프팅, 유닛 모두 심각한 과부하를 겪게 됩니다.
선박이 위와 같은 사고를 겪은 후 스스로를 구하고 탈출하기 위해 선박의 속도가 0인 상태에서 높은 부하로 후진하는 경우가 많습니다.- 인위적으로 장치에 과로를 초래합니다.
3. 프로펠러 또는 선미축에 이물질이 끼어 있는 경우
이 결함이 발생하면 프로펠러에 가해지는 부하가 급격하게 증가하고 엔진에서 나오는 배기연기가 검게 변하며 회전속도가 떨어지며, 장시간 지속되면 냉각수와 윤활유의 온도가 상승하고 연소가 악화되어 샤프트와 크랭크샤프트에 과부하가 걸리게 된다.
4. 드래그
이러한 종류의 과적 상황은 주로 저인망 어선에서 발생합니다.
주된 이유는 어망이 큰 무리의 물고기 속으로 들어가거나 물체(침몰한 선박 파편, 작은 암석 등)에 걸리면 원래의 작동 조건이 바뀌고 공정이 감소하며 프로펠러의 공격 각도가 바뀌어 추력과 토크가 증가하기 때문입니다.
이 상황에서는 과부하 작동이 길어질 수 있습니다.
5. 떠다니는 물체에 프로펠러가 미치는 영향
이러한 경우 프로펠러 블레이드가 변형되고 프로펠러 성능이 저하되며 특히 피치가 증가하고 동적 균형이 깨지며 진동이 심해집니다. 이로 인해 다양한 베어링에 부하가 증가하여 손상될 수 있습니다.
6. 선체 오염으로 인한 마찰 저항 증가
선박이 시간이 지남에 따라 작동함에 따라 해양 유기체(조류, 조개류 등)가 선체 표면에 더 많이 부착되어 부식이 증가합니다.
선체의 마찰 저항은 날마다 점차 증가합니다. 관련 데이터에 따르면 선체의 마찰력은 연간 2%씩 증가하며 이로 인해 필연적으로 장치의 추가 하중이 증가합니다. "프로펠러 추진 특성 곡선"이 왼쪽으로 이동하고 단위 속도가 감소합니다.
이때 원래 설정 속도가 유지되면 실제로는 과도한 전력 수준에서 장치가 작동하고 있는 것입니다.
이러한 상황은 장치가 오랫동안 과도한 전력으로 작동하여 큰 피해를 입힐 수 있습니다.
7. 선박 선회
잘 알려진 바와 같이 각 선박에는 고유한 회전 반경이 있습니다.
이러한 특성은 단일 엔진을 사용하는 선박에는 거의 영향을 미치지 않지만 다중 엔진을 사용하는 선박에는 중요합니다.
선박이 크고 길수록 선회 반경(일반적으로 선박 길이의 약 3배)이 커지고 선회 시간도 길어집니다. 엔진에 미치는 영향은 더욱 분명합니다.
선박이 선회하는 동안 내부 엔진과 외부 엔진의 반경이 다르기 때문에 그들이 경험하는 거리와 경로가 다르며 회전 원의 내부와 외부에 있는 프로펠러가 경험하는 프로세스도 다릅니다. 결과적으로 내부 엔진과 외부 엔진의 부하(회전 속도)도 다릅니다.
이는 장치의 배기 연기 변화를 통해 직접 확인할 수 있습니다. 이때, 유닛의 부하(회전 속도)를 미리 조정하지 않으면 내부 유닛이 심각한 과부하 상태가 됩니다.
8. 좁은 수로(얕은 바다)에서의 항해
선박이 바다에서 강(또는 운하)으로 들어가거나 깊은 수역에서 얕은 수역으로 이동할 때 소위 '선박 흡입(해안 흡입 또는 바닥 흡입) 현상'이 발생합니다.- 이 현상의 가장 직접적인 결과는 항법 저항이 증가하고 속도가 감소하는 것입니다.
속도를 그대로 유지하면 엔진이 과부하 상태로 작동하게 됩니다.
III. 과부하 및 예방의 위험
과부하는 기기의 작동 중에 발생하며, 그 원인은 작동 과정을 통해서만 파악하고 분석할 수 있습니다.
그러나 일반적으로 원인은 주관적 요인이나 외부 객관적 요인에 기인할 수 있습니다.
외부적 부정적 요인은 주관적인 행동과 행동을 통해 완화될 수 있습니다. 각 비행 계획의 수립, 기상예보의 분석, 승무원의 기술적 상태에 대한 이해, 대응 조치 등 객관적인 세계에 대한 이해를 심화할 필요성을 강조하는 것이 특히 중요합니다. 객관적인 운용 조건에 대처하기 위해 적절한 운용 기법을 채택해야 합니다.
과부하는 엔진, 프로펠러, 선박 사이에 불균형이 있을 때 발생합니다.
세 가지 사이의 상대적인 균형은 과부하가 발생하지 않도록 보장합니다.
이러한 균형의 설정은 무작위적이며(특히 해상 조건과 관련하여) 상호 의존성을 기반으로 합니다.
장치의 과부하 발생을 방지하기 위해서는 담당자의 종합적인 지식 보유가 매우 중요합니다.
특히 통합 기계 조종 시스템을 갖춘 현대식 선박에서는 엔진 관리 분야와 운전 전문직 모두 관련 교차 분야 분야에 대한 기본 지식을 보유해야 합니다.- 오늘날 단일 주제 지식으로는 충분하지 않습니다.
현대 선박 운항에서 '추진 특성 곡선'에 익숙하지 않은 선원이 과학적으로 선박 운항을 제어한다는 것은 상상할 수 없는 일이다.
그리고 선박의 성능을 모르는 승무원이 다양한 항해 조건에 맞게 기계를 조정하는 것은 불가능합니다.
따라서 승무원의 자질을 어떻게 향상시킬 것인가가 예방작업의 전제조건이 되어야 하며, 다양한 규정과 절차, 시스템은 그 다음이다.
우수한-인력이 없으면 아무리 좋은 것도 제대로 구현할 수 없습니다.
선박용 디젤 엔진의 과부하를 방지하는 것은 종종 달성하기 어렵습니다.
1) 해상 상황의 변화는 미시적 수준에서 예측할 수 없기 때문에 우리가 할 수 있는 가장 낙관적인 방법은 거시적 변화를 예측하는 것입니다. 이는 현장 기술 작업에 거의 중요하지 않습니다.-
따라서 엔진 장치의 과부하 변화도 예측할 수 없습니다. 예측이 먼저일 수 없고 예방을 논의할 수 없습니다.
2) 엔진 부서와 조향 부서 간의 조정 및 협력.
실제 운영 중에는 동일한 문제에 대한 서로 다른 관점으로 인해
각 부서에는 고유한 우선순위가 있습니다. 조타부는 선박 전체의 안전을 고려하고, 엔진부는 기계의 안전을 고려합니다. 그러나 다양한 과부하 상황으로 이어질 수 있는 위험한 해상 상황에서는 엔진 부서가 조향 부서의 지시에 따라야 하며 이를 거부할 수 없습니다.
따라서 과적은 불가피하며, 엔진부서는 손상 정도를 최소화하도록 요청할 수밖에 없습니다.
이때 '규정'이나 '절차'를 지나치게 강조하는 것은 부적절하다.
3) 좌초, 좌초 등 극도로 위험한 선박 상황의 경우, 선박, 인원 및 화물의 안전을 확보하기 위해 일부 주기관의 안전이 희생될 수 밖에 없습니다. 이것도 예방의 한 형태이다.
4) 안개 속, 좁은 수로, 복잡한 수로에서의 항해, 전출력 후진기어 작동 또는 급회전, 충돌을 피하기 위한 회피 기동 등 갑작스러운 사고가 발생할 경우 모두 과부하 상태에서 수행해야 합니다.
5) 최후의 수단으로 항해 부서는 주 엔진을 보호하기 위해 "시 앵커" 배치를 고려해야 합니다. 그러나 이 시점에서는 선박의 조종성을 신중하게 평가해야 합니다. 무력한 선박의 상황은 매우 어렵습니다.
6) 선박용 주디젤엔진의 경우 다음 항해조건에서는 과도한 예방조치를 취하여서는 아니 된다.
① 항해 중 불가피한 악천후(폭풍, 눈보라, 쓰나미 등)를 만난 경우
② 혼잡한 항로에서 날씨가 갑자기 변하는 경우
③ 바람과 조류 조건이 양호하고 유속이 빠른 좁은 수로에서 항해하는 경우
④ 충돌의 위험이 있어 긴급 회피조치가 필요한 경우.
이러한 여러 상황에서는 엔진에 과부하가 걸릴 위험이 있지만 선박 전체의 안전을 위해서는 여전히 그렇게 해야 합니다.
허용되는 최소 작동 조건은 선박 항해에 충분한 조향 효율성(일반적으로 조향력이라고 함)을 유지하는 것입니다.
엔진의 추진 기능으로 인해 필요한 조향 효율성이 상실되면 선박이 전복될 위험이 있습니다.
특히 기상악화나 충돌 위험이 있는 경우 선박 파손, 인명 손실 등 엔진 과부하보다 더 심각한 결과가 발생할 수 있습니다.
이는 선박관리부서가 사전에 하지 않으면 할 수 없는 꼭 필요한 비상계획이다.
선박용 디젤 엔진의 엔진 과부하로 인한 피해는 자명합니다.-
경미한 경우에는 부품 마모(특히 움직이는 부품)를 가속화하고 기계의 수명을 단축하며 경제적 이익을 감소시키고 선박의 운영 효율성을 손상시킵니다.
심할 경우 기계가 파손되고 사람이 사망하는 비극적인 사고가 발생할 수 있으며, 작업의 안전을 심각하게 위협할 수도 있습니다.
따라서 과도한 운전을 방지하는 것이 사고예방의 핵심으로 받아들여져야 한다.
특히 작동 실패로 인해 엔진 과부하가 발생하는 상황에서는 경보 벨을 자주 울리고 이를 제거해야 합니다.