선박용 디젤 기관의 축토크 변동에 관한 연구 - KMOU Repository

선박용 디젤엔진의 샤프트 토크 변동에 관한 연구. 최근 선박의 경우 엔진의 상태와 출력을 판단하기 위한 다양한 모니터링 및 진단 시스템이 탑재되고 있다. 따라서 선박 엔진의 토크 변동을 모니터링하고 진단함으로써 선박의 안전하고 경제적인 운항을 평가할 수 있습니다.

이러한 고유가와 환경문제를 극복하기 위해 선박의 연료소비 절감과 배기가스 배출 모니터링 및 진단 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구 내용

왕복동 내연기관의 토크변동

크랭크 각도와 변위의 관계 [4]
피스톤의 속도와 가속도
크랭크의 회전력
왕복동 내연기관의 축 토크 변동

피스톤, 커넥팅 로드 및 크랭크 메커니즘은 작동 중 왕복 및 회전하는 질량으로 인해 위쪽 및 아래쪽 관성력을 갖습니다. 실린더의 총 왕복 질량에는 피스톤과 피스톤에 부착된 질량, 커넥팅 로드의 왕복 질량이 포함됩니다. 총 회전 질량에는 크랭크 핀과 크랭크 암의 등가 질량과 커넥팅 로드의 회전 질량이 포함됩니다.

회전하는 왕복 내연기관의 축방향 운동 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.

Fig. 2.2에서 관성력   과 가스압력   때문에 피스톤에 작용하는 합성력  [N]는 피스톤의 측면 압력     tan [N]와 연접봉에 작용하는     cos   sec [N]

추진 축계의 관성 모멘트

피스톤, 커넥팅로드, 커넥팅로드는 샤프트의 회전에 따라 움직이기 때문에 관성모멘트를 갖게 됩니다. 그러나 피스톤은 완전하게 상하직선으로 움직이고, 볼트나 커넥팅로드는 회전운동으로, 커넥팅로드는 위쪽에서는 상하운동, 아래쪽에서는 회전운동, 중간에서는 타원운동으로 움직인다. 따라서 하나의 실린더의 움직이는 부분을 움직이는 질량과 회전하는 질량으로 나누고 각 축 중심의 관성 모멘트를 계산하여 합산합니다.

그러나 값이 작기 때문에 일반적으로 아무것도 아닙니다. 그러나 출력이 증가함에 따라 샤프트 직경이 증가하고 관성 모멘트도 증가합니다. 커넥팅로드의 윗부분은 직선운동, 아랫부분은 원운동, 중간부분은 타원운동을 하므로 한번에 전체를 처리하는 것이 아니라 일반적으로 두 부분으로 나누어서 처리한다. 무게중심, 앞뒤로 움직이는 부분, 회전하여 움직이는 부분. 당신의 생각을 함께 나누세요.

이 경우, 왕복하는 부분은 피스톤에 부착된 질량으로 취급되고, 회전하는 움직이는 부분은 크랭크 볼트에 부착된 질량으로 취급됩니다.

플라이휠의 관성모멘트

프로펠러의 관성 모멘트

이 방정식을 날개 뿌리부터 날개 끝까지 적분하면 날개 하나의 값이 됩니다. 는 반경과 극좌표축을 기준으로 그린 곡선으로 둘러싸인 면적으로, 각 단면적에 각 를 곱한 값이다.

토크 센서의 분류

축에 오목 거울을 부착하고 축에서 몇 cm 정도 떨어진 곳에 레이저 다이오드를 설치해 각각의 빛이 오목 거울에 직접 닿게 했다. 이러한 방식으로 축이 회전하여 빛을 다시 검출기로 반사하는 거울이 됩니다. 두 개의 포토다이오드로 구성된 감지부는 빛의 양에 따라 시간을 측정합니다.

이 시간 표시 측정의 장점은 빛의 세기에 관계없이 작동한다는 점이며, 측정 정확도는 환경 오염이나 레이저 다이오드 내구성에 영향을 받지 않습니다. 4곳에 연결된 전선을 통한 기계 딱정벌레. 에지나 왜곡으로 인해 주파수가 발생하며, 이를 수신하는 RF 모듈은 숫자입니다.

측정값은 최대 1미터 이상의 거리로 전송될 수 있습니다.

여기서는 회전수가 증가함에 따라 토크 변동도 증가함을 알 수 있습니다. 앞서 언급한 바와 같이 TDC에서는 관성력이 0이 되어 피스톤 운동을 방해하는 힘이 최대화되어 토크가 가장 작게 나타난다. TDC 이후 약 25도에서 회전력이 최대가 되므로 토크도 최대가 되는 것을 알 수 있다. 경사도의 변화와 이에 따른 액슬 토크의 변화를 나타낸 그래프입니다.

최대스윙과 최소스윙은 1rpm당 약 5rpm 정도 차이가 나지만, 샤프트 토크 스윙 그래프를 보면 rpm이 높아질수록 평균 샤프트 토크가 증가하고 스윙 범위도 늘어나는 것을 알 수 있다. 실험용 엔진 B에서는 축 속도와 토크 변동을 계산하기 위해 아워 미터를 5개 지점에서 오프셋했습니다. 실험엔진 A의 경우와 마찬가지로 회전속도가 증가할수록 축토크 변동의 크기와 범위가 증가하는 것을 알 수 있다.

압력으로 계산한 구동 토크와 속도로 계산한 샤프트 토크를 비교하기 위해 토크를 마력으로 변환하여 기계 효율을 계산했습니다. 모터 샤프트의 토크와 회전 속도를 알면 샤프트 마력을 계산할 수 있습니다. 여기서, 압력으로 계산되는 토크마력은 IHP이고, 크랭크축 속도의 변화로 계산되는 토크마력은 BHP이므로 기계효율은 이다.

변속 데이터로부터 계산된 축 토크를 추진력(IHP)과 축동력(BHP)으로 계산하고, 기계적 효율을 계산하고, 기계적 효율을 해상 시험 데이터와 비교하였다. 속도 변화로부터 계산된 샤프트 토크는 질량 관성 모멘트와 샤프트의 회전 속도에 의해 결정되며, 프로펠러의 부가 효과에 따라 출력이 크게 달라지는 것을 알 수 있다. 회전수가 증가할수록 샤프트 토크의 최대값과 최소값이 증가하고, 최대값과 최소값의 차이도 커지는 것을 알 수 있다.

회전속도가 증가함에 따라 토크 변화량의 값은 증가하지만 토크 변화율을 변화량으로 나눈 값을 평균 토크로 나눈 값은 회전속도가 증가함에 따라 작아집니다.

Fig 5.3. Torque by inertia force on one cylinder by each rpm

결론