기장설계업무일반
1. 선박 기관실 설계 및 계획 개요
1.1 일 반
선박 건조는 일반적으로 계약후 설계, 기자재 수배, 건조로 대별할 수 있으며
BUILDER의 통제하에 설계 및 건조공정을 진행시킨다.
최종적인 설계개선 및 선박품질은 YARD가 선의의 책임을 져야하며 모든 설계
및 시공은 BUILDER의 설계기준, 설비 및 시공요령 등을 적용하여 설계 및
건조 공기를 단축시켜 양질의 선박을 건조해야 한다.
BUILDER가 설계 및 시공성에 대한 선주의 COMMENT를 받았을 때,
첫째, BUILDER는 COMMENT와 관련된 REGULATION 만족여부, 기능, 시공성 및
보증성 등을 검토한 후 업무 조치해야 하며 특히 M/E 출력, 선박 SPEED, RPM,
주보기 용량, STEAM TABLE 및 PIPING STANDARD 등이 주요 검토 대상 ITEM이 된다.
둘째, 상기 내용과 같이 충분히 검토를 한 후 선주의 요구사항의 수락여부,
설계개선 및 YARD 편의 등을 검토후 조치방안을 FIX시키며, 주요 기자재에
대해서는 선주와 BUILDER 간에 결정된 MAKER LIST를 작성한다. 특히, 선주와
자주 논란 대상이 되는 MAKER 및 품목에 대해서는 초기에 CLEAR해야 한다.
1.2 계 획
도면 출도계획은 근본적으로 선박을 건조하여 선주에게 납기내에 인도하는데
차질이 없도록 전체 건조공정 계획에 부합되어야 하며 도면 완료계획, 승인
계획 등으로 기기 및 자재 발주, 계약, 승인, 제작, 납기 등에 맞도록 작성
해야 한다.
1.3 주보기 성능 및 SYSTEM 검토
설계자는 주기 및 보기의 최적 운전 조건등을 검토하여 HEAT BALANCE 및
STEAM TABLE을 작성하며 이를 BASE로 하여 SYS. DIA.을 작성 설계를 진행한다.
1.4 기기 및 자재에 대한 각종 자료 준비
BUILDER는 기기 및 장비들에 관한 각종 RULE 및 REGULATION을 검토하여
설계자료로 활용하고 각종 기기 및 자재에 대한 MAKER 도면을 접수하여 기능,
TYPE, RULE 및 관련 의장품과의 일치 등을 만족하는지, 그리고 SPEC.과
일치하는지 여부를 종합적으로 검토한 후 MAKER DWG 상에 BUILDER의 COMMENT를
명확하게 하여 RETURN 시켜 YARD의 승인 내용대로 제작, 납품토록하며 WORKING
DWG이 송부될 때 BUILDER 의 COMMENT 사항이 반영되었는지 확인한다.
1.5 종합 장치도(M/A)
선박의 항해에 필요한 추진력 및 전력을 생산하는 기관실의 주보기들의 배치는
상당한 기술과 경험이 요구되며 특히 M/A를 작성할 때 그 주안점으로 기능
만족, 설치성, 운전성, 유지 보수성, 경제성 등을 염두에 두고 차공정에서
수행되는 PIPING, LADDER GRATING, LIFTING GEAR, SHAFTING & SHAFT
WITHDRAWAL 등을 충분히 고려하여 최적설계가 될 수 있도록 특히 심혈을
기울여 작성한다.
1.6 배관 계통도(PIPING DIAGRAM)
SPEC.상에 표시된 ROUGH한 SYSTEM DIAGRAM을 검토한 후 SERVICE 용도별로
PIPE LINE의 재질, 압력, 온도, SIZE, JOINT FITTING, TEST & INSPECTION,
TREATMENT, RULE & REG. 등을 검토하여 작성하며,
또한 V/V 및 각종 FITTING류 들을 SYS.의 기능에 맞게 선정한다.
참고로 DIESEL ENGINE을 장비한 선박은 아래와 같은 SYSTEM들로 구성한다.
* BILGE, BALLAST, FIRE & WASH DECK SYSTEM
* MAIN & AUX. S.W. COOLING SYSTEM
* MAIN & AUX F.W. COOLING SYSTEM
* L.O. TRANSFER & PURIFYING SYSTEM
* L.O SERVICE SYSTEM
* F.O. TRANSFER & PURIFYING SYSTEM
* F.O. SERVICE SYSTEM
* COMPRESSED AIR & EXHAUST GAS SYSTEM
* DOMESTIC F.W. & SANITARY SYSTEM
* FEED W., STEAM & CONDENSATE SYSTEM
* SOIL, DRAINAGE & DECK SCUPPER SYSTEM
1.7 배관계획 (PIPING PLAN) 및 장치도 (ARRANGEMENT) 작성
기 작성된 전체 장치도(M/A) 및 배관 계통도(PIPING DIAGRAM)를 충분히 STUDY
한 후 "KEY PLAN OF VENT DUCT, LADDER & GRATING IN E/R" DWG을 TEAM장 급
설계 고기량자가 완성하여 이를 기초로 각 DECK별 담당자가 "KEY PLAN OF
OUTFITTINGS ARRG'T IN E/R" DWG을 완성하되 UNIT 와 GENERAL ARRG'T 를
동시에 KEY PLAN DWG시 작성한다.
장치도의 종류에는 배관 장치도(PIPING ARRG'T)와 철의장 장치도가 있으며,
철의장 장치도의 주요 ITEM으로는 VENT DUCT, LADDER & GRATING DWG과 SEAT,
INDEPENDENT TANK, EXH. GAS PIPE, WORK SHOP & STORE, LIFTING BEAM,
LIFTING LUG, HOLE & DECK COAMING, SPARE PART, M/E, D/G SEATING, TOP
BRACING, SEA CHEST DWG, DOOR & INSULATION DWG 등이 있다.
KEY PLAN DWG 및 상세 장치도 작성시는 MODULE UNIT 계획, UNIT LIST 작성,
기기위치 확인, 선각 구조등을 정확히 파악하여 최적 ROUTE를 통한 MAIN
PASSAGE, 접근성, 유지보수성, 경제성, 운전성 등을 고려하여 작성 함은 물론
무지나 실수에 의한 설계오작의 최소화에도 각별한 관심을 두어야 하고
생산공법, 설치구역 및 각종 설치관련 정보를 INPUT하여 생산을 고려한
ARRG'T를 완성함과 동시에 생산 설계도 작성에 임한다.
1.8 생산설계도 작성
각종 장치도(ARRG'T)가 완료되면 그 장치도에 포함된 모든 의장품을 제작/
설치할 수 있도록 생산 설계도(제작도/설치도/PALLET)를 작성한다.
제작도는 제작에 필요한 도면으로서, 주요 도면으로는 PIPE PIECE, SUPPORT,
FITTING, GRATING & FRAME, VENT DUCT, INDEPENDENT TANK, SEAT, HAND RAIL
DWG 등이 있으며, 일부를 제외하고 PIPE PIECE는 당사 의장 생산부에서 제작
토록 조치하고 기타 의장품의 대부분은 POR 조치하여 제작후 입고토록 한다.
설치도는 설치에 필요한 도면으로서, ENGINE ROOM내 각 구역별로 작성하되
기 작성된 장치도에 설치시 필요한 모든 정보(유의 및 참고사항)를 기입하여
설계시 구상했던 설계자의 의도가 정확히 설치 작업자에게 전달되도록
작성한다. PALLET는 설치시 필요한 자재 LIST로서, 제작/설치도가 완성되면
설치되는 모든 의장품에 대한 PALLET를 설치도와 함께 관련부서로 배포하여
예산은 물론 설치자재의 FOLLOW UP이 가능하도록 조치한다.
1.9 전장설계 PART와의 협의
전술한 바 있는 M/A, PIPING DIAGRAM 및 PIPING 작업을 하는 동안 전장기기
ARRG'T, CABLE WAY, GROUP STARTER, LOCAL START PANEL 및 각종 SENSER등의
위치와 DIMENSION을 사전에 충분히 검토 협의한 후 FINAL DWG을 작성한다.
1.10 선장 및 선실설계 PART와의 협의
DECK MACHINERY들이 E/R 구역상 갑판상에 설치된 경우나 선수 E/R BHD 상의
BILE, BALLAST LINE 및 F.O. LINE 등의 CONNECTION 위치 및 거주구 구역으로
부터 E/R으로 들어오는 각종 위생, SCUPPER LINE의 CONNECTION 위치 등을
검토하고 TANKER일 경우 PUMP ROOM 배관 주관부서 및 선장구역 기기들의
E/R 설치에 따른 제반 INFORMATION을 협의 검토한 후 FINAL 도면을 작성한다.
최적 설계에 의하여 건조된 선박은 선주와 BUILDER가 함께 승선하여 해상
시운전을 시행한다. 이 때 SPEC.상에 명기된 주요 GUARANTEE 값(선속도,
DWT, F.O. CONSUMPTION 등)을 만족해야 하며 일반적으로 해상 시운전시에
기관실의 주요 주보기들의 성능에 관한 전반적인 TEST를 행하며 특히 아래와
같은 ITEM에 주력을 둔다.
* PROGRESSIVE SPEED TRIAL
* ENDURANCE TEST
* CRASH STOP ASTERN TRIAL
* TURNING TRIAL
* M/E MINIMUM REVOLUTION TEST
* STEERING GEAR TEST
* ANCHORING TEST
* ETC
2. 기관 장치 개요
선박의 기관장치는 배의 추진력 및 축계장치, 선내 전력발생 장치, 선내 STEAM
발생장치 등의 모든 ENERGY(동력)를 발생시키는 중추적 장치로서 이들 주기
(MAIN ENGINE) 및 보기(AUXILIARY MACHINERY) 들을 원활히 운전하기 위한 여러가지
주변 기계들로 이루어져 있으며 이들의 수량/크기/사양/배치 등은 고객의 요구와
ENGINEERING VALUE에 따라 여러 형태의 기본 계획이 수행 될 수 있으며 본고에서는
이와 관련된 기초적인 몇가지 ITEM에 대해서 설명하고자 한다.
2.1 주기관의 종류
기관실에 설치되는 MACHINERY를 대별하면 주기관, 주기관에 따른 관련 보기
(AUX. MACHINERY), 축계 즉 PROPELLER 및 SHAFT 등으로 나눌 수 있으며,
주기관이 결정됨에 따라 관련 보기 및 축계의 CAPACITY, SIZE, TYPE 등이
결정되어진다. 배의 기본 계획에 있어서 주기관의 종류를 결정하는 것은
극히 중요한 일이며, 같은 적재 하중과 속력을 가진 배라도 주기관의 종류에
따라 주요 치수가 달라질 수 있다.
2.1.1 디이젤 기관
1) 작동 방법에 의한 분류
◈4 STROKE ENGINE
◈2 STROKE ENGINE
2) 피스톤의 형상으로 본 분류
◈트렁크 피스톤 기관(TRUNK PISTON TYPE ENGINE) :
PISTON ROD가 없이 CONNECTIING ROD를 직접 PISTON에
연결하는 형으로 비교적 소형기관에 채택된다.
◈크로스 헤드형 기관(CROSSHEAD TYPE ENGINE) :
CROSSHEAD를 설치하여 피스톤에 측압을 주지 않으며
PISTON PIN이 과열되는 일이 없고 분해 검사도 편리하지만
운전부의 질량이 커서 고속 회전에는 부적당하다.
3) 출력에 의한 분류
◈대형기관 : 1,000 PS 이상
◈중형기관 : 100-1,000 PS
◈소형기관 : 100 PS 이하
4) 속도에 의한 분류
◈저속기관 : 300 rpm 까지
◈중속기관 : 300-900 rpm
◈고속기관 : 900 rpm 이상
(* 상기의 분류 방법중 당사에서 건조되는 일반적인 선박은 대부분 2 STROKE ENG.,
크로스 헤드형기관, 대형기관, 저속기관으로 분류할 수 있다)
2.1.2 증기 터어빈(STEAM TURBINE)
2.1.3 가스 터어빈(GAS TURBINE)
2.1.4 전기추진
GENERATOR (ALTERNATOR)에서 발전된 전기를 MOTOR에 공급하고 MOTOR
로 PROPELLER에 동력을 공급하는 방식
2.1.5 원자력 기관
이들중 현재 많이 쓰이고 있는 것은 저속 디이젤 기관, 중속 디이젤,
증기 터어빈 순이지만 앞으로는 가스 터어빈과 원자력 기관도 늘어날
가능성이 있다. 지금까지 상기 주기관들이 주로 쓰여온 바를 보면,
▶ 저속 디이젤 기관(LOW SPEED DIESEL ENGINE) --- 2 - STROKE
ENGINE 으로써, BULK CARRIER 중형 및 대형 일반 화물선, 석유
제품 운반선 콘테이너선 등
▶ 중속 디이젤 기관(MEDIUM SPEED DIESEL ENGINE) --- 4 - STROKE
ENGINE 으로써, 소형 화물선, 소형 CONTAINER 선, 소형 유조선,
여객선등 소형선에 많이 쓰였으나 최근 중형선에 까지 간혹
쓰이게 되었다.
▶ 증기 터이빈 --- 대형 유조선에 많이 사용되어 왔으나, 석유
파동 후 최근 저속 디이젤 기관에 비하여 연료 소비율이 많은
관계로 사용이 격감되고 있으며, 기 사용한 선박도 저연료
소비형의 저속 디이젤 기관으로 개조하는 추세다.
2.2 연료의 종류
선박용 기관에 쓰이는 연료는 경유(MARINE DIESEL OIL)와 중유(HEAVY FUEL OIL)로
나누어 지는데 주기별 사용 연료를 보면
◈저속 디이젤 기관 ----------------- 중유
◈중속 디이젤 기관 ----------------- 중유
◈고속 디이젤 기관 ----------------- 경유
◈증기 터이빈 --------------------- 중유
KS에서는 중유를 점도, 유동점, 인화점 등의 물리적 성질과 수분, 잔유,
탄소, 회분, 유황분 등의 분순물의 차이에 따라 1종, 2종, 3종, 1,2,3,4 호
의 7가지로 분류하고 있으나 흔히는 이A종류, B 중류, C 중류 등으로 나뉘며
불러지고 있다.
연료유의 점도 단위는 CENTI-STOKES(cSt) 또는 REDWOOD NO.1.(RW NO.1)
로 표시된다. CENTI-STOCKS는 동점도의 단위이며, 다음과 같이 정의 된다.
1 CM2/SEC = 1 STOCKS = 100 CENTI-STOKES
주로 선박 ENGINE에 사용되는 중유(BUNKER-C)의 점도는 600 cSt AT 50℃
혹은 700 cSt AT 50℃ 짜리가 사용되고 있다.
중유의 15℃에서의 비중은 A 중유가 0.85 - 0.90, B 중유가 0.90 - 0.93,
C 중유가 0.93 - 0.991 정도며, 점도가 높아 질수록 무거워 진다.
연료유의 발열량 이라함은 상온, 상압 아래 연료와 공기의 혼합물이 완전
연소하여 그 연소 생성물이 최초의 온도까지 냉각 되었을 경우에 밖으로
방출하는 열량을 말한다.
발열량에는 고위 발열량(H.C.V. : HIGH CALORIFIC VALUE)과 저위 발열량
(L.C.V. : LOW CALORIFIC VALUE)이 있는데 전자는 연료유가 연소할 때
생긴 수증기를 모두 응축시킨 경우의 발열량이고 후자는 그 수증기를 응축
시키지 않는 경우의 발열량이다.
실제로 디이젤 기관이나 증기터빈에서 이용 할 수 있는 발열량은 저위
발열량이다.
고위 발열량 - 수분의 증발 잠열 = 저위 발열량
중유의 저위 발열량은 A 중유가 약 10,200 KCAL/KG, C 중유가 약 9,700
KCAL/KG 이다.
2.3 연료 소비율
주기관의 연료 소비율은 1시간, 1마력당(BHP) 몇 g의 형식으로 표시되고
있다. 즉, 125G/BHP.HR로 표시된다.
주기관의 연료 소비율은 연료의 발열량에 따라 달라지므로 연료 소비율에는
발열량을 함께 기록하여야 한다. 디이젤 기관의 경우에는 저위 발열량
(LOW CALORITIC VALUE)를 쓰는것이 관례로 되어 있다.
연료의 소비량은 선주에게 극히 중요한 문제이므로 연료 소비율은 보증
(GUARANTEE) 항목의 하나가 되어 있다.
2.4 선박용 주기관에 요구되는 성능
주기관의 성능은 선박설계에 있어서나 선주의 경제적 운항을 위해 극히 중요한
것이므로 선박용 기관으로서는 다음과 같은 성능을 갖출 것이 요구된다.
A) 연료 소비량이 적을 것
B) 고장이 적고 신뢰성이 높을 것
C) 보수 점검이 쉽고 신뢰성이 높을 것
D) 운전이 쉬울 것
E) 장기간에 걸쳐 성능 변화가 없을 것
F) 기관부의 소요 인원이 적을 것
G) 기관의 중량과 용적이 적을 것
H) 진동과 소음이 적을 것
I) 가격이 쌀 것
그러나 현실적으로 위의 성능을 모두 갖춘 주기관은 없으므로, 그들중에서
몇가지 중점을 두고 선주의 경제적 운항에 가장 유리한 기관을 선택한다.
2.5 주기의 출력 (OUTPUT OF MAIN ENGINE)
A) 연속 최대 출력 MCR (MAXIMUM CONTINUOUS RATING)
기관이 안전하게 연속해서 낼수 있는 출력이며, 그것으로서 기관의
세기를 나타낸다. 보통, 몇 마력의 주기관이라 하면 MCR 에서의
마력수를 뜻한다.
B) 상용 출력 NCR(NORMAL CONTINUOUS RATING)
항해 속력을 얻기 위해 사용하는 출력이며, 기관의 효율과 부품의
소모등 보수의 견지에서 가장 경제적인 출력이다. 선주에 따라 다소
틀리나 일반적으로 MCR의 90%로 잡는다.
2.6 디이젤 기관의 작동 원리
공기를 실린더 내에서 30-38 KG/CM² 로 단열 압축하면 그 압축 온도는
450-650℃ 정도로 급상승한다. 이 고온 고압으로 된 실린더 내에 연료를
분무상으로 분사하면 연료유의 발화점인 200℃이상으로 가열되어 발화 연소를
일으켜 압력은 50-80 KG/CM² 온도는 2,000 - 3,000℃로 더욱 상승한다.
이 압력에 의하여 피스톤을 밀어 내리면 피스톤의 왕복운동은 연접봉과
CRANK에 의해 회전운동으로 변환하는 것이 디이젤 기관이다. 연소하는 연료
는 공기의 양에 의하여 다르므로 토출 마력을 증가하려면 실리더의 용적을
크게 하거나, 공기를 과급하거나 또는 회전수를 증대시킬 필요가 있다.
2.6.1 CYCLE 방식
디이젤 기관의 사이클 방식에는 2종류가 있는데, 선박용의 경우에는
저속 디이젤 기관은 대개 2 사이클 방식이고, 중속 디이젤 기관은
4 사이클 방식을 채택하고 있다.
▶ 4 CYCLE ENGIEN : 크랭크축이 2회전하는 동안 한 사이클이 이루어
지는 기관(흡입, 압축, 폭발, 배기)
A) 흡입행정(SUCTION STROKE) ----- 피스톤이 내려가면서 실린더
안으로 공기를 빨아들인다.
B) 압축행정(COMPRESSION STROKE) ----- 피스톤이 올라가면서
실린더 안의 공기를 압축한다.
C) 연소행정 (WORKING STROKE) ----- 연소분사 노즐로 부터 연료가
분사되어 폭발하면서 그 연소 가스의 팽창으로 피스톤을
밀어내린다.
D) 배기행정 (EXHAUST STROKE) --- 피스톤이 올라오면서 연소가스
를 밖으로 밀어낸다.
여기서 행정이라 함은 피스톤의 상하 운동을 말하며, 피스톤이 움직
이는 거리를 행정길이라 하고, 때로는 생략하여 행정이라 부르기도
한다.
4 사이클 기관에는 실린더 커버에 흡기 밸브와 배기 밸브가 있고,
그들의 개폐에 의해 공기의 흡입과 연소가스의 배출이 이루어진다.
(주로 발전기 ENGINE으로 사용됨)
▶ 2 CYCLE ENGINE : 크랭크축이 1회전하는 동안 한 사이클이 이루어
지는 기관
2 사이클 기관은 크랭크축이 1회전하여 피스톤이 1왕복하는 동안에
한 사이클이 완료되는데, 이 경우에는 연소가스를 피스톤으로
밀어낼 수 없으므로, 공기를 불어 넣어 쫓아낸다. 그것을 소기
(SCAVENGING)라 한다. 소기용 공기는 실린더 아래쪽의 소기구멍
(SCAVENGINE AIR PORT)으로 붙어 넣어진다. 연소가스의 배출은
실린더 아래쪽의 배기 구멍을 통하거나, 실린더 커버에 붙은 배기
밸브를 통하여 이루어진다.이 배기 밸브가 없는 기관에서는 피스톤
의 상하 운동에 따라 피스톤 자신에 의해 소기구멍과 배기구멍이
막혔다 열렸다 하게 된다. (주로 MAIN PROPULSION ENGINE으로
사용 됨)
2.6.2 PISTON 형상
TRUNK PISTON 형 : 그림 a에 보는 것과같이 피스톤이 직접 CONNECTING
ROD(연접봉)에 연결되어 있는 형식(중소형 기관에
주로 사용)
CROSSHEAD 형 : 그림 b와 같이 PISTON이 PISTON ROD와 CROSSHEAD
를 사이에 두고 CONNECTING ROD에 연결되어 있는
2.7 디이젤 기관의 출력
2.7.1 도시마력
도시마력이란 실린더 내의 연소 가스가 피스톤에 한 일로써 보통
IHP 로서 표시된다.
IMP =
Where,
Pi : 평균 도시 유효 압력(KG/CM²)
L : PISTON STROKE (M)
A : 피스톤의 단면적 (CM2)
η : RPM
2.7.2 정미마력(제동마력 : BRAKE HORSE POWER)
단위시간에 크링크 축에 하는 일의 양을 제동마력(BHP)이라 한다.
BHP = ηm IHP 즉, 피스톤이나 베어링등의 마찰로 소실되는
출력과 부속기계의 운전에 필요한 출력을
빼고, 실제로 밖으로 전달되는 출력이다.
Where,
ηm : 기계효율 ( )
ηe : 정미마력 열효율
ηi : 도시 열효율
2.8 DERATING (정격 출력 조절)
선주가 요구하는 특정 형태의 선체에 가장 경제적인 ENGINE의 SPEED
및 마력을 선정하기 위하여 이미 결정된 ENGINE의 정격 출력을 임의의
POINT로 출력 조정하는 것을 말하며 NOMINAL ENGINE은 각 ENGINE TYPE과
CYLINDER 수에 따라서 오직 하나만 존재하는데 반하여, DERATING ENGINE
은 무수히 존재할 수 있다. 이러한 특성을 WIDE RANGE "LAYOUT FLEXIBILITY"
라고 한다.
ENGINE DERATING의 근본 목적은 연료 소비율 절감에 있으며 LAY OUT
DIAGRAM 상의 어느 특정한 부분부하(DERATING POINT)에서도 CYLINDER 내의
최고 압력을 설계치(정격치)로 유지하도록 조정하는 것이다.
기관 출력을 제한하는 요소에 PMAX가 있는데 부분 부하에서는 PMAX가
정격치보다 낮아지므로 이것을 정격치(설계치) 또는 여기에 가깝게 끌어
올림으로써 CYCLE의 열효율(THERMAL EFFICIENCY)를 좋게 하는 것이다.
즉 열효율이 높아지면 연료 소모율은 떨어지게 된다.
2.9 ENG. DESIGNATION
당사 건조선박에 주로 적용되는 주기관으로는 크게 MAN B & W ENG.과
WARTSILA NSD(SULZER) ENG.으로 대별할 수 있으며 ENG. TYPE IDENTIFICATION
방법은 하기와 같다.(SAMPLE ONLY)
2.9.1 MAIN B & W ENG.
2.10 증기 터어빈 장치의 개요
2.11 증기 터어빈 장치의 효율
증기 터어빈 장치의 연료 소모율을 줄이려면 그 장치의 열효율을 높여야
한다. 한 예를 들면 42.2 KG/CM2G x 454℃의 증기 조건에서 추기를 하지
않는 단순 사이클이 있다고 하면 보일러 (보일러 자체 효율도 80-90% 정도)
출구 열량을 100으로 볼 때 실제 유효한 일로 바뀌는 열량은 약 31%에
지나지 않으며, 나머지는 버려지고 만다.
2.12 축계(SHAFTING)의 개요
주기와 프로펠러는 단강제(FORGED STEEL)축으로 연결되어 있어서 주기에서
발생한 출력이 그 축을 타고 프로펠러에 전달된다.
그 축은 일반으로 두 부분으로 이루어 지는데 즉, PROPELLER가 붙은 축을
PROPELLER SHAFT, 주기와 PROPELLER SHAFT 사이의 축을 중간축(INTERMEDIATE
SHAFT BEARING)에서 지지되고 프로펠러 축은 STERN TUBE 속에 마련된
STERN TUBE BEARING에서 지지되고 있다. 즉 PROPELLER SHAFT, 중간축,
중간축 베어링, STERN TUBE, STERN TUBE BEARING 및 PROPELLER를 통틀어
축계라 한다.
2.13 PROPELLER의 종류와 구조
일반 상선에 사용되는 것은 거의 SCREW PROPELLER 이며, 고정 피치 프로펠러
(FPP : FIXED PITCH PROPELLER)와 가변 피치 프로펠러(CPP : CONTROLLABLE
PITCH PROPELLER)가 있다.
A) 고정 피치 프로펠러(FPP) :
프로펠러의 날개(BRADE)와 보스(BOSS)는 일체로 구조되어 있고 보스의
중앙부에는 큰 구멍이 있어 PROPELLER SHAFT를 끼워 넣게 되어 있다.
이와 같은 것을 일체형 프로펠러(SOLID TYPE-PROPELLER라 고도 한다.
PROPELLER의 BLADE 수는 주기관의 종류와 배의 속도에 따라 다르나 보통
4-5 개로 한다. PROPELLER 재료로는 MANGANES BRONZE 나 NICKELALUMINUM
BRONZE 등과 같은 동합금을 많이 쓴다.
B) 가변 피치 프로펠러(CPP) :
날개와 보스 사이의 각도를 유압 원격 조작에 의해 제어하여 피치를 바꿀
수 있게 한 프로펠러 이다. 즉, 프로펠러 축 속으로 유압관이 관통해
있고, 조타실에서 피치 조정 레버를 조작하면서 프로펠러 보스와의 유압
기구가 작동하여 피치를 지시된 값으로 제어하게 되어 있다.
이 프로펠러는 전후진 조작이 잦은 배에 가장 적합한 프로펠러이다.
또한, 항해중에 악천후나 선저 부착 해조류 등의 영향으로 배의 속력이
달라지더라도 프로펠러 피치를 제어 함으로써 프로펠러나 주기관의 회전
수를 일정하게 유지 할 수가 있다.
CPP의 재질은 FPP와 마찬가지로 동합금제가 많으나, 제작회사에 따라서는
STAINLESS STEEL을 쓰는 경우도 있다.
2.14 보기(AUXILIARY MACHINERY)
주기(MAN ENGINE)을 제외한 기관 장치를 보기라 한다. 주기관이 결정되면 이에 관련된
SYSTEM을 형성하는 각종 보기들의 용량, 수량 및 설치 위치를 결정하게 된다.
이러한 SYSTEM을 형성하기 위한 관련 보기들에 대한 종류 및 기능에 대해 간략하게
다음과 같이 설명한다.
2.14.1 ELECTRIC POWER PLANT
기관실 내의 필요한 전력을 생산하는 것으로 DIESEL 선의 MAIN ELECTRIC GENERATING
PLANT는 선박의 운항조건 즉 항해시(VOYAGE), 입출항시(PORT IN/OUT),
하역시(CARGO HANDLING)등 총 소요 전력을 ELECTRIC LOAD ANALYSIS TABLE을 작성 그
결과를 기초로 하여 다음을 고려한 후 주 발전기의 용량과 댓수를 정한다.
일반적으로 OCEAN GOING VESSEL에 대해서는 항해시 필요로 하는 주요한 보조 동력장치,
조명장치 및 기타 장치에 전력이 사용되며, 발전장치 이외의 대용되는 다른 동력원이
없는 경우 반드시 2대 이상의 주 발전기를 두어야 하며, 그 중 한대가 정지한 상태에서
나머지 발전기 총 출력이 항해시 필요한 부하에 전원을 공급할 수 있어야 한다.
예비 발전기 용량은 필수부하(ESSENTIAL LOAD)를 감당할 수 있어야 한다.
발전기 및 그 원동기의 정격 출력은 항해시 통상의 운전 상태에서 필요로 하는 소요
전력을 기준으로 하되 부하의 변동 및 장래의 추가 전력 부하에 대해서도 적당한 여유를
갖도록 선정해야 한다.
디이젤 기관을 그 원동기로 사용할 경우에는 연속 사용 조건에 있어 가능한한 원동기
정격 출력의 80-90%의 부하가 걸리도록 선정 한다.
선박의 각 운항조건에서 부하를총괄이적으로 검토하여 전력 공급을 위한 합리적인
발전기의 용량배분이 되어야 하고 설치비 등을 감안하여 용량 및 대수를 결정하되
각 발전기의 용량, 형식등은 가능하면 동형이 되도록 하며 아래와 같이 그 종류를
나눌 수 있다.
A) GENERATOR DIESEL ENGINE : 중속 디젤 엔진에 GENERATOR를 붙여 발전하는 것.
B) SHAFT GENERATOR : 주기관에 PTO(POWER TAKE OFF) 설비를 갖추어
GENERATOR를 설치하는것.
C) TURBO - GENERATOR : MAIN ENGINE의 폐기 가스를 이용한 STEAM을 이용하여
GENERATOR를 설치한 TURBINE을 돌려서 발전 하는것.
2.14.2 AUX. BOILER, EXHAUST GAS ECONOMIZER
선박 내부에 가열이 필요한 모든 부분과 STEAM으로 구동되는 기계류에 STEAM을
공급키 위하여 설치되며 그 용량은 선형 및 각 시스템에 따라 소요량을 산출하여
결정하게 된다. 주로 선박에 많이 쓰이는 종류를 형태별로 분류하면 다음과 같다.
- OIL FIRED BOILER : OIL을 BURNING하여 STEAM을 발생시키는 보일러.
- EXHAUST GAS ECONOMIZER : MAIN ENGINE의 EXHAUST GAS를 이용하여 STEAM을
발생시키는 것으로 보통 OIL FIRED BOILER 와 함께
설치되어 OIL FIRED BOILER의 STEAM DURM을 이용한다.
- COMPOSITE BOILER : 한 BOILER 에 OIL을 BURNING하여 이용할 수 있는 OIL FIRED
SECTION과 MAIN ENGINE의 폐열을 이용하여 STEAM을 발생 시킬수
있는 EXHAUST GAS SECTION을 동시에 갖추고 있는 보일러.
A. OIL FIRED BOILER
1) 용량결정
- FOR DRY CARGO SHIP : 용량은 STEAM CONSUMPTION 계산결과에 의하며, ECONOMIZER의
MALFUNCTION을 고려한 선박의 ALL OPERATING RANGE (SEA GOING, MANEUVER'G,
CARGO HANDING, PORT CONDITION, ETC.)를 만족하는 BASE로 결정한다.
- FOR TANKER SHIP : 용량은 STEAM CONSUMPTION 계산결과에 의하면, CARGO/BALLAST
PUMPS의 PRIME MOVER가 STEAM TURBINE DRIVEN TYPE으로 적용될 경우 통상 TURBINE의
운용 MODE인 CARGO UNLOADING 상태에서의 선내 MAX. STEAM CONSUMPTION으로 OIL FIRED
BOILER의 용량이 결정된다.
CARGO/BALLAST PUMPS의 PRIME MOVER가 HYDRAULIC OR ELECTRIC TYPE으로 적용시는
선박의 STEAM 최대 사용량은 CARGO OILTANK HEATING/CLEANING
2) TYPE :
통상 VERTICAL, CYLINDRICAL, WATER TUBE TYPE을 적용 한다.
CYLINDRICAL TYPE : 외형상 원통형의 BOILER를 의미하는 것으로
통상 중·소형 BOILER의 경우 많이 적용한다.
RECTANGULAR TYPE : 직 사각형 모양의 BOILER를 의미하는 것으로 주로
대형 TANKER선의 대용량 BOILER의 경우 적용된다.
WATER TUBE BOILER : BOILER TUBE 내로 WATER가 흐르도록
DESIGN된이 BOILER
SMOKE TUBE BOILER : BOILER TUBE 내로 SMOKE가 흐르도록 설계된 BOILER
3) WORKING STEAM PRESSURE :
- DRY CARGO SHIP : 6 OR 7 Kg/CM².G
- TANKER SHIP : STEAM TURBINE 적용시 16 Kg/CM2.G (STEAM TURBINE의 INLET
요구 PRESSUR 통상 14.5 Kg/CM²와의 차이는 PRESSURE LOSS로 간주)로 하며
E/R AND CARGO SERVICE STEAM PRESSURE는 6 OR 7 Kg/CM².G으로 REDUCTION 하여
사용한다.
또한 NORMAL SEA GOING CONDITION에서 ECONOMIZER BACK-UP OPERATING 용으로
OIL FIRED BOILER 운용시 16/6 OR 16/7 Kg/CM².G의 DUAL WORKING PRESURE를 적용
한다.
4) FEED WATER TEMP. :
통상 60℃로 하며 이는 BOILER의 DESIGN BASE로서 설계기준이 되나 DNV에서는
WORKING PRESSURE가 7 Kg/CM²를 넘는 BOILER에 대해 80℃이상 으로 하도록
요구하고 있으며 이러한 요구는 BOILER의 안전/수명과 깊은 관계가 있는 사항으로
초기 설계단계에서 반영되어야 하는 중요 사항임.
5) FEED WATER REGULATING DEVICE :
현재 MARINE BOILER에 적용되는 BOILER WATER 급수설비는 FEED WATER PUMP ON-OFF 및
FEED WATER CONTROL VALVE의 2개 SYSTEM이 채택되고 있으며 각 SYSTEM에 대한
FUNCTION 및 적용 기준은 하기와 같다.
- FEED WATER PUMP ON-OFF SYSTEM : BOILER WATER DRUM에 부착된 FLOAT TYPE LEVEL
SWITCH OR CAPACITANCE TYPE LEVEL SWITCH 의 HIGH, LOW WATER LEVEL 감지에 의해
FEED WATER PUMP를 ON-OFF 시킴.
본 SYSTEM은 수위 변화량이 비교적 적은 5 ton/h 미만의 소형 BOILER에 주로 적용
되며 YARD 별도 준비사항은 없으나 BOILER DRUM에 부착된 LEVEL SWITCH의 SIGNAL을
받아 FEED WATER PUMP의 ON-OFF OPERATION SYSTEM을 구성 시켜주면 된다.
- FEED WATER CONTROL VALVE SYSTEM : CAPACITY가 5 ton/h 이상으로 BOILER DRUM 내의
WATER 변화량이 비교적 크게 요구되는 중·대형 BOILER에 주로 설치된다.
BOILER의 STEAM과 WATER SECTION의 DIFFERENTIAL PRESSURE를 감지 MAIN FEED WATER
LINE에 준비 되는 FEED WATER CONTROL VALVE FLOW QUANTITY를 조절, BOILER DRUM
내의 일정 WATER LEVEL을 유지 케하는 SYSTEM으로서 BOILER 운전중 FEED WATER PUMP
는 연속 운전을 통해 FEED WATER CONTROL VALVE INLET 까지 항상 SUPPLY PRESSURE를
유지 하게 한다. BOILER DRUM의 DIFFERENTIAL PRESSURE 를 감지하는 방법으로는
ELECTRIC SIGNAL SYSTEM, PNEUMATIC SYSTEM 으로 대별되며, 각 SYSTEM은
1,2 OR 3-ELEMENT(S) CHECKING/CONTROL SYSTEM으로 구분되고 SYSTEM 별 특성은
다음과 같다.
1 - ELEMENT SYSTEM : BOILER DRUM 내의 WATER/STEAM PRESSURE DIFFERENCE만 감지,
FEED WATER CONTROL VALVE의 FLOW CONTROL 수행.
2 - ELEMENT SYSTEM : 1 - ELEME이NT SYSTEM + MAIN STEAM LINE 직관부에 ORIFICE를
설치, STEAM EVAPORATING량 까지 동시 CHECK하여 FEED WATER
CONTROL VALVE의 WATER FLOW CONTROL 수행
3 - ELEMENT SYSTEM : 1,2 - ELEMENT SYSTEM + FEED WATER CONTROL VALVE 에서
BOILER BODY 까지의 FEED WATER LINE에 FLOW METER를 설치,
즉 BOILER DRUM PRESSURE DIFFERENCE + ACTUAL STEAM
EVAPORATION QUANTITY + FEED WATER FLOW QUANTITY의
MEAN VALUE를 계산후 BALANCE POINT를 설정, FEED WATER
CONTROL VALVE의 WATER FLOW CONTROL 수행 BOILER 내의
정확한 WATER LEVEL 유지를 기대할 수 있는 설비이나
통상 100ton/h 이상의 대형 BOILER에 적용하므로 일반선인
경우 고려할 필요가 없다.
6) BURNER :
CAPACITY가 5 ton/h 미만일 경우 통상 PRESSURE JET TYPE을 적용하며, 5 ton/h이상의
중·대형 BOILER 에서는 ROTARY CUP TYPE BURNER 혹은 STEAM/AIR ATOMIZING TYPE 이
적용되나 선주요구, WASTE OIL BURNING 여부 및 YARD의 F.O SYSTEM을 겸토하여 가장
경제적인 방법을 선정하게 된다.
B. EXH. GAS ECONOMIZER
1) 개요
DIESEL ENG.를 주기로 하는 선박에서 MAIN ENGINE의 EXHAUST GAS 폐열을 이용하여
STEAM을 발생시킴으로서 OIL FIRED BOILER의 가동율을 감소시켜 연료 소비를 줄여
SHIP'S OPERATING COST를 절감하기 위해 설치한다.
또한, 이에 더하여 EXHAUST GAS BOILER에서 생산된 STEAM을 이용, TURBINE 을 돌려
발전하도록 하는 EGGS (EXHAUST GAS GENERATING SYSTEM)을 적용하는 경우도 있긴하나
최근에는 거의 적용되지 않는 SYSTEM이다.
2) T/Q DIAGRAM
주기의 EXH. GAS 폐열의 회수 과정을 DIAGRAM으로 나타내면 하기 FIG.1과 같이
설명될 수 있다.
3) EXH. GAS BOILER SYSTEM
상기 FIG.1 에 표시된 T/Q DIAGRAM은 아래의 FIG.2 와 같이 SYSTEM DIAGRAM으로
설명될 수 있다.
4) NORMAL EXH. GAS BOILER SYSTEM
현재 일반적인 상선에서 채택하고 있는 MAIN ENGINE으로 부터의 폐열회수 SYSTEM은
아래의 FIG.3과 같이 설명될 수 있다.
2.14.3 AIR COMPRESSOR AND AIR RESERVOIR MAIN ENGINE과 GENERATOR ENGINE의 STARTING용 AIR,
GENERAL SERVICE AIR 및 각종 CONTROL EQUIPMENT에 CONTROL AIR를 공급하기 위하여
설치되는 것으로서 다음과 같다.
AIR COMPRESSOR
- MAIN AIR COMPRESSOR
- TOPPING UP AIR COMPRESSOR
- GENERAL SERVICE AIR COMPRESSOR
- CONTROL AIR COMPRESSOR
- EMERGENCY AIR COMPRESSOR
AIR RESERVOIR
- MAIN AIR RESERVOIR
- GENERAL SERVICE AIR RESERVOIR
- CONTROL AIR RESERVOIR
- AUX. AIR RESERVOIR
A. AIR COMPRESSOR
1) MAIN AIR COMPRESSOR
- 주기 (MAIN ENGINE) 시동용으로 설치되는 AIR COMP.로 수와 용량에 대하여서는
각 선급협회에서 특별히 규정하고 있으나, 통상 두대 이상 설치가 요구되며,
용량은 주기 시동에 요구되는 MAIN AIR RESERVOIR의 합계 용량 (대부분의 선급에서
역전식일 경우는 12회, 비 역전식일 경우는 6회 이상 사용할 수 있는 용량으로
규정하고 있음)을 합계 MAIN AIR COMPRESSOR로써 한 시간 이내에 충전 할 수 있는
용량을 요구하고 있다.
- 실제 용량은 주기 MAKER에서 추천하는 용량을 참고하여 결정하게되며,
압축압력은 통상 30 Kg/CM²이다.
2) TOPPING-UP AIR COMPRESSOR
MAIN AIR COMP.를 보조하기 위한 목적으로 설치되는 COMP.로서
초기 EMPTY 상태의 MAIN AIR RESERVOIR를 충전시킬 때는 대용량의
MAIN AIR COMP.를 이용하여 CHARGING 시킨후 AIR 소모량 만큼만을
보충할 필요가 있을때 상대적으로 소용 량인 TOPPING-UP AIR COMP.를
이용하여 충진시킴으로서 동력 소모를 줄이기 위한 목적으로 설치한다.
3) GENERAL SERVICE AIR COMPRESSOR
일반 잡용으로 필요한 압축 공기를 만들기 위한 COMP.로서 정교한
CONTROL이 요구되지 않는 어느정도 습기를 포함한 AIR를 사용하여도
무방한 그러한 용도로 이용되는 7 Kg/CM²의 압축 공기를 생산하는데
적용된다.
4) CONTROL AIR COMPRESSOR
정교한 CONTROL이 요구되는 EQUIPMENT중 PNEUMETIC CONTROL SYS.이 적용될
경우 CONTROL AIR 중에 OIL 성분 OR 습기등이 포함되어 있으면
EQUIPMENT의 미세 작동부위에 녹 발생 또는 OIL의 DEPOSIT으로 인해
정교한 CONTROL에 악 영향을 미치게 되므로 특별히 OIL FREE TYPE의
CONTROL AIR COMP.를 설치 CONTROL AIR SUPPLY 전용으로 사용키 위해
설치한다.
그러나, 대개의 경우 별도의 CONTROL AIR COMP.를 설치하지 않고
MAIN AIR COMP.에서 생산된 AIR를 감압 (30Kg/CM²에서 7 Kg/CM²으로)한 후
CONTROL AIR DRYER를 통해 습기를 제거 CONTROL AIR로 사용한다.
5) EMERGENCY AIR COMPRESSOR
초기 DEAD SHIP 상태에서 D/G ENGINE을 STARTING 하기위한 AIR를 생산하기
위해 설치한다.
그러나, 호선 상황에 따라 별도의 EMERGENCY AIR COMP.를 설치하지 않고
전술한 MAIN AIR COMP.에서 생산된 AIR를 이용 D/G ENGINE 시동용 AIR 로
사용하는 경우도 있다.
B. AIR RESERVOIR
1) MAIN AIR RESERVOIR :
MAIN AIR COMP. (OR TOPPING-UP AIR COMP.)에서 생산된 AIR를 저장해 두는 AIR TANK.
2) GENERAL SERVICE AIR RESERVOIR :
GENERAL SERVICE AIR COMP. 에서 생산된 AIR를 저장해 두는 AIR TANK
3) CONTROL AIR RESERVOIR :
CONTROL AIR COMP.에서 생산된 AIR를 저장해 두는 AIR TANK.
4) AUX. AIR RESERVOIR :
EMERGENCY AIR COMP.에서 생산된 AIR를 저장해 두는 AIR TANK
C. (UN) LOADING SYSTEM
일반적으로 모든 COMP.에는 START시의 OVERLOAD를 피하기 위해 AUTO. UNLOADER가
준비되며 사전에 SETTING 된 PRESS.에 따라 AUTO. START/STOP이 이루어지도록
SYS.이 준비된다. 또한, CONTROL AIR COMP.의 경우에는 PRE-SETTING된 PRESS.에
의해서만 START/STOP을 하도록 할 경우에는 COMP.의 CAP.에 비해 AIR RESERVOIR의
CAP.가 작아 AIR CONSUMPTION이 많은 경우에는 너무 잦은 START/STOP으로 문제가 될 수
있으므로 상기의 SYS.에 추가하여 CONTINUOUS UNLOADING/LOADING SYS. (COMP.는
계속 RUNNING 하되 주기적으로 LOADING/UNLOADING을 반복하는 SEQUENCE)을 적용하는
것을 표준으로 적용하고 있다.
★ AUTO. CONTROL SYSTEM : 유첨 SKELETON DIAGRAM 참조
2.14.4 CONTROL AIR DRYER
1) 개요
AIR COMPRESSOR에서 압축된 AIR는 수분을 포함한 SATURATED AIR 이므로 CONTROL
LINE에 녹이 슬어 작동을 저해하는 요인이 된다.
그러므로 AIR를 FORCED COOLING 시켜서 DEW POINT 까지 떨어뜨려 수분을 제거시키는
방법(THERMAL REGENERATION)과 수분흡수제를 이용하여 제거시키는 방법 (HEATLESS
REGENERATION)이 있다.
2) HEATLESS TYPE AIR DRYER
(REFER FIG. 1)
- 작동원리
AIR INLET를 통해 들어온 SATURATED AIR 는 DIRECTION CHANGEVALVE(
SOLENOID VALVE : SVI) 을 거쳐 SILICA GEL(흡수제)이 들어있는
NO.1 ABSORPTION SHELL에 들어가 건조된 다음 CHECK VALVE C1을 거쳐 AIR
OUTLET로 DELIVERY 된다. 한편 DRY AIR 중 약 20%는 ORIFICE(01)을 통해서
NO.2 ABSORPTION SHELL 을 교대로 작동시켜 연속적으로 DRY AIR를 공급한다.
작동시간은 약 2분이고 CHANGE-OVER에 필요한 INTERVAL은 약 30초를 요한다.
(RIMER-BIRLEC의 경우 WORKING 시간 10분간, INTERVAL 1초)
3) THERMAL REGENERATION (REFRIGIFILTER) TYPE
- 작동원리
A. REMOVAL OF VAPOUR AND OIL MOISTURE
① BOTTOM의 AIR INLET를 통해 들어온 SATURATED AIR 는
CONDENSER-EVAPORATOR(1) 에서 1.7-5℃까지 COOLING 되어 VAPOR와
OIL MOISTURE가 응축된다.
② 응축된 VAPOR 와 OIL MOISTURE가 SEPARATOR(2)에서 COMPRESSED AIR에서
분리되어 TRIP-L-TRAP(3)을 통해 DRAIN 된다.
③ MOISTURE-FREE AIR는 FILTER CARTRIDGE(4)를 지나 면서 RUST, SCALE,
DIRT 등이 걸러져 DRY AIR가 되어 나온다.
B. CYLCLE OF FREON
① COMPRESSOR (5)에 의해 압축된 HOT AND HIGH PRESSURE FREON GAS는
CONDENSER(6)를 지나면서 FAN(12)에 의해 COOLING되어 액화한다.
② 액화된 FREON은 DRYER STRAINER (8)에 모여 EVAPORA-TOR(1)에
DELIVERY 된다.
③ EVAPORATOR 에서 LIQUIFIED FREON 용액은 기화하면서 COMPRESSED AIR로
부터 열을 뺏어 COOLING 시킨다음 다시 COMPRESSING 된다.
④ HOT GAS BY-PASS VALVE : EVAPORATOR(1)에서의 REFREGERATION
TEMPERATURE를 일정하게 (1-5℃) 유지시켜 FREON GAS 의 FREEZING을
막기 위하여 EVAPORATOR 내의 온도와 RETURNING FREON GAS PRESS. 가
낮을 경우 BY-PASS VALVE가 열리고 높을 경우 닫혀서 RETURNING
FREON GAS 의 PRESSURE 를 2.2- 2.7 KG/CM²로 유지시킨다.
2.14.5 PURIFIER
유류 청정기로서 원심력을 이용하여 OIL을 PURIFYING 하며 그용도에 따라 다음과
같이 분류한다.
A) H.F.O. PURIFIER
B) M.D.O. PURIFIER
C) L.O. PURIFIER
D) G/E L.O. PURIFIER
1) 개요
PURIFIER의 구조 및 SYSTEM은 MAKER에 따라 또는 TYPE/MODEL에 따라 매우
다양하므로 상세한 내용에 대해서는 관련 DESIGN MANUAL을 참조바라며,
여기서는 관련 SYSTEM 이해에 필요한 간단한 용어설명 및 TYPICAL한 내부구조
DWG. 만을 유첨한다.
2) 용어설명
* DENSITY (밀도 ρ) : 단위 체적당의 질량
* SPECIFIC GRAVITY (비중 γ) : 물의 체적 단위당 질량을 1로 했을때,
동일 체적에 대한 질량의 비
* FEED RATE (유량) : 단위시간당 청정기에 공급되는 처리유의 량
* FEED LIQUID(원액) : 청정기에 공급되는 기름
* LIGHT LIQUID (경액) : 청정기에서 청정되어진 기름
* HEAVY LIQUID (중액) : 분리되어진 수분 또는 중질분(물)
* SLUDGE : 협의로는 회전체에 누적된 고형분을 말하며, 광의 로는 회전체
에서 배출되는 고형분, 즉 기름, 수분 및 고형분의 혼합물
* INTERFACE (분리 경계면) : 회전체내에서의 중액과 경액의 경계면
* PURIFYING OPERATION : 액체(경액) + 액체(중액) + 고체(SLUDGE)의
3상 분리운전
* CLARIFYING OPERATION : 액체(경액+중액) + 고체(SLUDGE) 의
2상 분리운전
* PARALLEL OPERATION : 2대 이상의 청정기를 병렬로 배열하여 운전
* SERIES OPERATION : 2대 이상의 청정기를 직렬로 배열하여 운전
* TOTAL DISCHARGE : 회전체내의 전량을 배출
* PARTIAL DISCHARGE : 회전체내의 수분 및 고형분의 분리배출
3) 처리온도
처리효율을 높이기 위해서는 기름을 가열하여, 처리유의 점도를 낮출 필요가 있다.
이를 위한 가열온도, 즉 청정기의 처리온도는 경제성, 가열에 의한 기름의
열화등을 고려한 최적의 점도인 24 cst일 때의 온도 또는 가열에 의한
청정기에의 영향등을 고려한 98℃중 낮은 온도로 결정하는 것이 일반적이나
실제 온도는 관련 MAKER 의 RECOMMENDATION 에 따른다.
2.14.6 열 교환기(HEAT EXCHANGER)
어떤 유체를 가열하거나 혹은 냉각을 요할때 이용하는 기기로서 용도별로
다음과 같이 분류 할 수 있다.
COOLER 류
- JACKET(H.T) F.W. COOLER - AIR COMPRESSOR F.W. COOLER
- PISTON F.W. COOLER - STERN TUBE L.O. COOLER
- MAIN L.O. COOLR - VACUUM CONDENSER
- CAM SHAFT L.O. COOLER (FOR C.O.P.T OR TUBO GENERA-
- CENTRAL(L.T.)F.W. COOLER
- REDUCTION GEAR L.O. COOLER - DRAIN COOLER
- JACKET F.W. HEATER - EJECTOR STEAM CONDENSER
- ETC - G/E F.W. COOLER
HEATER 류
- M/E F.O. HEATER
- G/E F.O. HEATER
- D.O. PURIFIER HEATER
- H.F.O. PURIFIER HEATER
- L.O. PURIFIER HEATER
- BOILER F.O. HEATER
- BOILER FEED WATER HEATER
- ETC
1) OIL HEATER
FUEL OIL, LUB. OIL 등을 가열하기 위한 열교환기로서 구조상 SHELL AND
TUBE TYPE을 주로 사용하며, TUBE는 BARE TUBE, PIN TUBE, FIN TUBE 등이 있다.
HEATING MEDIUM 으로는 대부분 STEAM이 이용되지만 THERMAL OIL을 이용하는
경우도 있으며 소용량의 경우 ELECTRIC HEATER가 적용되기도 한다.
2) COOLER
용도별 분류는 사용 목적에 따라 상기에 언급된 바와 같이 분류 되며 구조상으로
SHELL AND TUBE TYPE과 PLATE TYPE으로 분류 할 수 있다.
2.14.7 PUMP
유체를 어떤 목적에 의해서 적절한 조건으로 운송하고자 할 때 사용되는 기계로서
용도별로 다음과 같다.
WATER PUMP OIL PUMP
- MAIN COOL. S.W. - MAIN L.O.
- JACKET COOL. F.W. - H.F.O. BOOSTER
- AIR COOLER CHEM. CLEANING - H.F.O. SUPPLY
- AUX. COOL. S.W. - STERN TUBE
- BILGE. FIRE & G/S - A/E F.O. BOOSTER
- BALLAST - A/E F.O. SUPPLY
- D.O. TRANSFER
- F.W. GEN. EJECTOR - HFO PURIF. SUPPLY
- HOT WATER CIRC. - L.O. TRANSFER
- BOILER FEED WATER - HFO PURIF. SUPPLY
- ECONO. FEED WATER - BOILER F.O. BOOSTER
- BOILER W. CIRC. - OILY BILGE
- COPT CONDENSATE - SLUDGE
- ETC
TOTAL HEAD 의 과제는 매우 복잡하여 HEAD의 계산에 있어어 조금만 소홀히 하여도
제 용량을 낼 수 없으며 PUMPING ACTION이 불가능 하게된다.
TOTAL HEAD는 다음과 같다.
▶ ACTUAL HEAD : SUCTION과 DISCHARGE WATER LEVEL 사이의 DISTANCE.
▶ ACTUAL SUCTION HEAD : PUMP SHAFT CENTER 와 SUCTION WATER LEVEL사이의 DISTANCE.
▶ ACTUAL DELIVERY HEAD : PUMP SHAFT CENTER 와 DISCHARGE WATER LEVEL 사이의
DISTANCE.
3) CENTRIFUGAL PUMP
3.1 PUMP의 특성
3.1.1 CAVITATION
상온의 물은 10M 이상 흡상 할 수 없다. 또 100℃의 물을 그 수면보다 위로
흡상할 수도 없다. 이것은 상온의 물은 약 10M의 진공에서 증발하고 100℃의
물은 대기압에서 증발하기 때문에 흡입관속이 증기로 충만되어 물이 끊기게 되기
때문이다. 마찬가지로 물이 관속을 유동하고 있을때 흐르는 물속의 어느 부분의
정압(STATIC PRESSURE)이 그때의 물의 온도에 해당하는 증기압 이하로 되면
부분적으로 증기가 발생한다. 이 현상을 CAVITATION 이라고 한다.
펌프에서 CAVITATION이 일어나면 진동과 소음을 일으키고 성능 저하를 가져오며,
더욱 강한 CAVITATION이 되면 운전을 지속하는 것이 곤란하다.
특히 CAVITATION은 그것이 일어나는 부분의 회전차 또는 CASING에 부식작용을
일으킨다.
* 물의 온도와 증기압과의 관계
3.1.2 NPSH(NET POSITIVE SUCTION HEAD)
Where,
Ha : PRESSURE HEAD ACTING ON THE LIQUID SURFACE AT THE SUCTION INLET
(NEGATIVE WHEN UNDER A VACUUM), BAR ABS.
Hs : HEIGHT OF LIQUID FREE SURFACE ABOVE CENTER LINE OF PUMP
(NEGATIVE WHEN LEVEL IS BELOW PUMP,이 경우는 SUCTION LIFT라 한다), M.
Hf : FRICTION HEAD LOSSES IN SUCTION PIPING SYSTEM, M.
Hv : HEAD LOSS DUE TO THE VELOCITY OF THE LIQUID, EXCEPT
FOR VERY HIGH VELOCITY, IS NEGLIGIBLE, M.
Hvap : VAPOUR PRESSURE OF THE LIQUID AT THE MAXIMUM
OPERATING TEMPERATURE, BAR ABS.
★ NPSH의 적용에 있어서 AVAILABLE NPSH는 REQUIRED NPSH보다 항상 커야한다.
NPSH AVAILABLE >NPSH REQUIRED NPSH AVAILABLE = NPSH REQ. x (1.15∼1.5)
OR NPSH REQ. + (1∼2)M
AVAILABLE NPSH는 SUCTION PIPING으로 부터 알 수 있으나 REQUIRED NPSH는
PUMP MANUFACTURER로 부터 얻어진다.
★ 상온에서(15℃) PUMP의 SUCTION LIFT는 10.3M 이지만 실제로 SUCTION PIPE
LINE의 FRICTION LOSS와 PUMP DESIGN 상의 LIMITATION 때문에 단지 7M 정도를
상회할 뿐이다.
HANDLING LIQUID의 온도가 15℃를 넘으면 VAPOUR PRESSURE의 영향으로
SUCTION LIFT가 줄어든다.
4) NON SELF-PRIMING
이 PUMP는 PUMP 본체와 SUCTION PIPE에 물을 채운 다음 운전하지 않으면 공운전이 되어
PUMPING 작업을 할 수 없다.
따라서 이 PUMP는 SUCTION PIPE 밑부분에 FOOT VALVE를 설치하여 PRIMING WATER가 새지
않도록 하고 있다.
WATER는 PRIMING COCK를 통해서 주입시키며 AIR VENT로 내부의 AIR를 빼고 완전히 물을
충만시킨다. 이 PRIMING 작업은 FOOT VALVE 가 완전하면 1회에 완결되나 선박에서는
선체의 동요 및 SUCTION WATER LEVEL의 변동으로 인해 AIR가 새여들기 쉽고 PUMP STOP시
WATER가 새어 버려 다음 운전시에는 다시 PRIMING 해야하는 결점이 있다.
그러나 박용 S.W. PUMP들은 대개가 SUCTION WATER LEVEL이 PUMP IMPELLER 보다 높기
때문에 IMPELLER가 물속에 잠겨 PRIMING 하지 않고도 OPERATING이 가능하다.
F.W. PUMP의 경우도 이런점을 고려하여 F.W. TANK 보다 낮은 위치에 설치하고 있다.
따라서 박용 WATER PUMP 에서는 특별한 경우를 제외하고는 NON-SELF PRIMING PUMP를
사용하고 있다.
5) ROTARY PUMP
5.1 GEAR PUMP
CASING 내에 2개의 치차(DRIVING & DRIVEN)가 있어 GEAR가 돌아갈때 CASING 과
GEAR의 이 사이의 공간에 유체가 이송 된다.
연속 회전을 하므로 맥동이 적고 안정된 호출을 한다.
★ GEAR PUMP 특성
- SUCTION HEAD 가 크다 (약 8M)
- SELF-PRIMING 이 가능하다
- DISCHARGE PRESSURE 는 RPM에 관계없이 동력에 의해 마음껏 높일수 있다.
따라서 고압용에도 가능하며, SAFETY VALVE가 필요하다.
- 고점도 액체에 적합, 단 고점도 인때는 R.P.M을 낮추어 CAVITATION 현상을
방지하는것이 좋다.
- 구조가 단단하여 MAINTENANCE가 용이
- 모래와 같은 단단한 입자를 함유하는 액체에는 사용 불가능
5.2 SCREW PUMP
나사못을 회전시키면 나사는 물체에 틀어 박힌다. 이것을 반대로 생각하면 나사를
회전시키면 나사에 접해 있는 것은 반대로 압출되어 나온다.
이와 같이 통속에서 나사를 회전 시켜 액체를 축 방향으로 흐르게 하는 것이다.
이 경우 통과 나사의 틈새가 크면 액체는 도망쳐 흐르지 않으므로 나사와 통과의
사이는 극히 적은 틈새라야 한다.
소위 새지 않도록 하는 선이 나사의 회전에 의해서 이동되어
액체를 이동시키는 것이다.
★ DELIVERY CAPACITY
ROTOR SCREW에 나 있는 THREAD가 서로 교차하여 PUMP HOUSING 과, PUMP INLET 와
OUTLET 사이에 하나 혹은 여러개의 밀폐공이 형성되어 INLET에서 OUTLET로
계속적으로 이동되어 나간다. 이 밀폐공(CAVITIES)이 LIQUID를 SMOOTH한 FLOW를
이루며 이동시킨다.
이와 같이 SCREW PUMP는 POSITIVE - DISPLACEMENT TYPE 이기 때문에 ROTOR의
매 회전마다 일정한 양의 LIQUID를 토출한다.
6) RECIPROCATING PUMP
PISTON 또는 PLUNGER가 왕복운동할때 마다 일정량의 액체를 빨아올려 토출 시키므로
용적식 펌프라고 하며, SEAL LINE의 이동에 의해 SEAL LINE의 한쪽이 흡입, 다른
한쪽이 토출로 되어 펌프작용을 하는 펌프이다.
6.1 특징
- 토출 압력은 회전수에 따라 그다지 변화치 않는다
- 1 STROKE의 토출량이 결정되어 있으므로 일정량을 정확하게 토출할 수가 있다.
- 토출액이 맥동하므로 맥동을 막기 위하여 CHAMBER 나 ACCUMULATOR를 설치한다.
- 이 펌프에는 반드시 2개 이상의 VALVE (SUCTION/DISCHARGE)가 있다.
- 소형인데 비해 매우 고압이 얻어진다.
6.2 PISTON PUMP
CYLINDER 내부의 PISTON을 왕복시킴으로써 펌프작용을 한다.
6.3 PLUNGER PUMP
PISTON PUMP는 PISTON에 SEAL LINE이 있으나 PLUNGER PUMP는 SEAL LINE이 PUMP
본체에 고정되고 왕복운동하는 PLUNGER에는 붙어 있지 않는것이 특색이다.
이것은 SEAL의 교환이 쉬운것과 동시에 대단한 고압을 얻는데
편리하게 되어 있다.
6.4 DIAPHRAGM PUMP
진흙탕이나 모래가 많은 물 또는 특수 용액등을 이송하는데 고무 또는 테프론
막을 상하로 운동시켜 펌프작용을 한다.
6.5 WING PUMP 핸들을 좌우로 움직여 두개의 방으로 나누어져 있는 펌프내의 용적을
교대로 날개에 의해 피스톤 작용시켜 액을 빨아 올리고 밀어내는 펌프이다.
2.14.8 FRESH WATER GENERATOR
1. M/E JACKET WATER HEATING TYPE
1.1 개요
MAIN ENGINE JACKET 를 COOLING 하고 난 JACKET COOLING WATER의 WASTE HEAT를
이용하여 SEA WATER를 증류하여 FRESH WATER를 만들어 BOILER WATER, COOLING F.W.,
POTABLE WATER등 모든 GENERAL WATER로 사용한다.
또한 배가 항구에 정박중이거나 MAIN ENGINE이 F.W. GENERATING 하기에 충분한
열량을 낼 수 없는 SPEED로 운전될 경우 BOILER로 부터 생산된 STEAM을 이용하여
GENERATING 하는 STEAM INJECTOR 식 부속장치가 설치되기도 한다.
EVAPORATOR는 낮은 온도에서 증발이 가능하도록 EVAPORTOR내의 공기를 AIR EJECTOR로
흡출하여 진공으로 만든다. 증발온도는 보통 SCALE 부착현상이 가장 적게 일어나는
40-45℃ 영역으로 한다.
1.2 COMPONENTS
① EVAPORATOR, CONDENSER & STEAM SEPERATOR PLATE TYPE HEAT EXCHANGER와 SHELL &
TUBE TYPE HEAT EXCHANGER의 2가지가 사용되고 있다.
HEATING MEDIUM으로써는 M/E JACKET COOLING F.W.를 이용하고 있으므로
EVAPORATOR 내를 진공으로 만들어 낮은 온도(40-45℃)에서도 EVAPORATING이
가능토록 하여 여기에서 발생된 증기를 SEPARATOR에서 분리하여 다시 CONDENSER에서
복수시킨다.
② DISTILLATE PUMP
CONDENSER에서 복수된 물을 이 PUMP로 퍼서 F.W. TANK로 보낸다.
일반적을 한 대의 PUMP가 MAIN BODY에 ASSEMBLY로 설치되며, SPECIAL 요구에
따라 2대가 설치될 때도 있다.
③ EJECTOR PUMP & EJECTOR
AIR EJECTOR 로써 EVAPORATOR 내의 AIR를 흡출하여 진공으로 만들고 BRINE EJECTOR
로는 증발하고 남은 SALT WATER 를 흡출시켜 EVAPORATOR 내의 S.W. 농도를 낮게
유지시킨다. 일반적으로 한대(P/P)가 설치되며 SEPARATE MOUNTING 할 수 있도록
별도로 공급된다.
④ FLOW METER
DISTILATE PUMP의 DISCHARGE LINE에 설치하여 생산되는 F.W. 양을 측정한다.
⑤ SALINOMETER WITH SOLENOID VALVE
생성된 F.W.의 SALINITY를 측정하여 일정한 농도(BELOW 10PPM)가 넘으면
SOLENOID VALVE를 작동하여 EVAPORATOR에 RETURN 시킨다. 50PPM 이상이 되면
ALARM이 울린다.
⑥ STEAM INJECTOR
M/E이 정지상태에 있거나 LOW SPEED로 운전하여 JACKET COOLING WATER의 폐열을
이용할 수 없을 경우 STEAM을 이용 하여 F.W.를 GENERATING 한다.
2. REVERSE OSMOSIS TYPE( 역삼투압식)
2.1 개요
FRESH WATER와 SALTWATER를 삼투막의 양 편에 나란히 접해 두었을 때 농도가
낮은 FRESHWATER는 농도가 높은 SALTWAER SIDE로 침투하는 삼투현상이 일어난다.
그러나, 농도가 높은 SALT WATER SIDE에 압력을 가하면 SALT SIDE의 FRESHWATER가
역으로 흐르게 된다. 이 현상을 삼투작용(REVERSE OSMOSIS) 이라 한다.
이 현상을 이용하여 바닷물로부터 FRESH WATER를 얻는다.
2.2 특징
a. 구조가 간단하다.
b. DISTILATE TYPE 과는 달리 M/E의 OPERATION에 관계없이 어느때나 FRESH WATER를
GENERATING 할 수 있다.
c. CAPACITY RANGE가 다양하다.
d. 높은 압력을 이용하므로 SIZE가 크고 WEIGHT가 많이 나간다.
2.14.9 STERILIZER
1. 개요
음료수는 선원의 건강에 지대한 영향을 미치고 있는 관계로 각국의 AUTHORITY들은
살균 및 소독에 관하여 강력히 규제하고 있을 뿐 아니라 최근에는 선주들도 이의
중요성을 인식하고 음료수의 살균이나 소독장치 외에도 음료수의 불쾌한 맛이나
냄새를 제거하는 장치, 음료수의 경수화 장치 및 특정 목적을 위한 F.W.의 연수화
장치의 설비를 요청하고 있다.
2. TYPE별 FUNCTION
음료수내의 바이러스 또는 박테리아를 살균하는 방법에는 자외선
식(ULTRA-VIOLET TYPE), 은이온식(ELECTRO TYPE), 염소주입식의
3가지 방법이 있다.
2.1 ULTRA-VIOLET RAY에 의한 방법
GERMICIDAL LAMP를 사용하여 살균력이 강한 자외선을 발생시켜 박테리아및 바이러스등
세균을 살균한다. 살균력이 매우 강하며, 10T/H 정도 이하의 음료수 살균처리에
적당하다. 음료수에 자외선을 통과시킴으로서 단시간 내에 살균할 수 있으므로
음료수를 사용하는 곳 가까이에 설치할 수 있다.
이 자외선은 ARC WELDING 할 때 발하는 불빛처럼 순간적 으로라도 눈에 강한 자극을
주기 때문에 취급에 주의를 요한다.
2.2 은 이온식 (ELECTRO TYPE)
은재의 양극 사이에 물을 통과시켜 물속에 은 이온이 용해되어 은이온의 살균효과를
이용한 살균장치로서 스위스의 KATADYN 회사에 의해 개발된 것이다.
소용량의 음료수 처리에 적당하고 은 이온에 의한 살균은 살균하는데 적당한 시간을
요하므로 음료수 TANK 앞에 설치하여 TANK 내에서 살균시간을 갖도록 설치하는 것이
이상적이다.
2.3 염소(CL) 주입법에 의한 방법
염소를 물속에 주입시켜서 염소의 살균력을 이용하여 음료수를 살균하는 장치로써
가장 일반적인 방법이다.
염소를 직접 F.W. TANK에 주입하는 방법과 F.W. HYDRO. TANK에 주입하는 방법이 있다.
대용량의 음료수 처리에 적당하나 음료수내의 염소 잔류량을 규정치 이내로
하기위하여 탈 염소 FILTER를 추가 설치하여야 한다.
2.14.10 OILY WATER SEPARATOR
1. 개요
각종 기지 및 PIPING으로 부터의 LEAKAGE 또는 MAINTENANCE시 발생되는 OILY WATER를
직접 선외로 배출할 수는 없으므로 이를 WASTE OIL과 WATER로 분리하여 15PPM 이하의
WATER는 선외로 배출시키고 분리된 WASTE OIL은 별도의 저장 TANK에 저장하였다가
선내 소각기를 통해 소각처리하거나 육상배출 시설로 이송처리하게 된다.
이때 사용되는 기기를 OILY WATER SEPARATOR라 하며 이는 해양 오염방지 차원에서
MARPOL 73/78 ANNEX I 에 따라서 강제적(의무적)으로 설치하게 되는 장비로서
RES. MEPC 60(33)의 기준에 따라 승인된 장치를 설치하여야 한다.