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저 시-비 리- 경 지 2.0 한민

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공학석사 학 논문

장행정 선박 디젤 주기 운 특성에

한 연구

A Study on Operating Characteristics of Marine Diesel

Engine with Ultra Long Stroke

지도교수 조 권 회

2016 년 02 월

한국해양 학교 해사산업 학원

기 시스템공학과

김 보 람

- i -

본 논문 김보람 공학 사 학 논문 로 준함.

원 최 재 ( )

원 회 ( )

원 최 재 혁 ( )

년 월2016 02

한 해양대학 해사산업대학원

- ii -

목 차

List of Tables ···················································································································ⅳ

List of Figures ·················································································································ⅵ

Abstract ·····························································································································ⅷ

서 론1. ····················································································································· 1

연구 배경 1.1 ············································································································· 1

연구 목 1.2 ············································································································· 4

형 주기 의 개요2. MDT G ························································································ 5

형 주기 의 주요 특징 2.1 G ·················································································· 5

장행정 주기 2.1.1 ···························································································· 5

속 운항의 최 화 2.1.2 ······················································································ 7

형 주기 용을 통한 기 효과 2.2 G ······························································ 9

연료소비율 감소 2.2.1 ···························································································· 9

유해 성분 배출 감 2.2.2 ·················································································· 18

주기 형과 형 의 비교 2.3 MDT (L/S G ) ································································ 22

크기 분해 공간 비교 2.3.1 (overhaul) ·························································· 22

배치선도 비교 2.3.2 (layout diagram) ································································· 24

성능곡선 비교 2.3.3 CEAS(Computerised Engine Application System) ······ 29

형 주기 을 장착한 선박의 해상시운 결과 고찰3. G ······························ 34

의 증기생산량 부족 3.1 Exhaust Gas Economizer ············································ 34

산 화물선의 해상 시운 결과 3.1.1 180k ···················································· 34

수동모드를 통한 보완 3.1.2 EGB(Exhaust Gas Bypass) ······························· 38

를 통한 보완 3.1.3 EEC(Economizer Energy Control) ···································· 40

선박의 가속 성능 부족 3.2 ··················································································· 46

정의 필요성 3.2.1 LRM ·················································································· 46

- iii -

산 화물선의 해상 시운 결과 3.2.2 180k ···················································· 49

증가를 통한 보완 3.2.3 LRM ·············································································· 52

고용량 송풍기 용을 통한 보완 3.2.4 ···························································· 56

용을 통한 보완 3.2.5 DLF(Dynamic Limit Function) ································· 58

결 론4. ··················································································································· 63

참고문헌························································································································ 64

- iv -

List of Tables

Table 1.1 Shipyard capacity review by builder country ······························· 3

Table 2.1 MDT engine type(MDT)·································································· 8

Table 2.2 Fuel saving of 6G60ME-C ······························································ 9

Table 2.3 Fuel saving of 6G70ME-C ···························································· 10

Table 2.4 Fuel saving of 6G80ME-C ···························································· 10

Table 2.5 ECT tunning engine(6G70ME-C9.2) result ·································· 14

Table 2.6 Fuel saving comparison between VT and standard ················17,18

Table 2.7 EEDI reduction factor ··································································· 19

Table 2.8 Reduction measure for EEDI and SEEMP·································· 20

Table 2.9 Decreased emission CO of G-type engine₂ ······························· 21

Table 3.1 Output between S60ME-C8.2 and G60ME-C9.2·························· 25

Table 3.2 Output between S70ME-C and G70ME-C9.2 ······························ 26

Table 3.3 Output between S80ME-C and G80ME-C9.2 ······························ 27

Table 3.4 Propeller comparison between S-type and G-type ···················· 28

Table 3.5 Propeller comparison on similar power ······································· 28

Table 3.6 Exhaust gas data of 6L70ME-C8.2 TⅡ ······································ 30

Table 3.7 Exhaust gas data of 6S70ME-C8.2 TⅡ ······································· 31

Table 3.8 Exhaust gas data of 6G70ME-C9.2 TⅡ ······································ 32

Table 3.9 Comparison of exhaust gas data between L,S and G-type

engine ··························································································· 33

Table 4.1 Evaporation specification of composite boiler ···························· 35

Table 4.2 SFOC and exhaust gas data of ISO condition ···························· 35

Table 4.3 Result of shop test and sea trial steam····································· 36

- v -

Table 4.4 Tolerance of exhaust gas temperature and amount ·················· 36

Table 4.5 Calculation of steam amount by exh. gas temp. tolerance ······ 37

Table 4.6 Steam measurement result by EGB valve manual mode ·········· 39

Table 4.7 Exh. gas comparison between 7G80ME-C9.5 LL-EGB

and EEC ························································································ 41

Table 4.8 Steam comparison between 7G80ME-C9.5 LL-EGB

and EEC ························································································ 42

Table 4.9 SFOC comparison between 7G80ME-C9.5 LL-EGB

and EEC ························································································ 44

Table 4.10 Result of shop test and sea trial about BSR ··························· 49

Table 4.11 Passing time of a BSR about S-type engine ···························· 52

Table 4.12 Result according to change of the LRM ·································· 53

- vi -

List of Figures

Fig. 1.1 Fuel oil price and shipping cost of tanker ········································· 1

Fig. 1.2 Remaining charge of ship orders ························································· 3

Fig. 2.1 Bore and stroke of engine ······································································ 6

Fig. 2.2 Engine type designation(MDT) ································································ 6

Fig. 2.3 Fuel oil price ······························································································ 7

Fig. 2.4 Layout diagram of G-type engine(MDT) ·············································· 8

Fig. 2.5 Diagram of EGB tuning engine ···························································· 11

Fig. 2.6 SFOC reduction of 6G60ME-C9.2 by EGB········································· 12

Fig. 2.7 EGB valve open and close range ························································ 13

Fig. 2.8 ECT tuning result 6G70ME-C9.2 ·························································· 15

Fig. 2.9 VT open and close ·················································································· 15

Fig. 2.10 VT tuning engine result ······································································· 16

Fig. 2.11 VT open and close range ···································································· 17

Fig. 2.12 Relation between reduction of speed and reduction of EEDI ···· 20

Fig. 3.1 Dimension of S-type engine and G-type engine ····························· 22

Fig. 3.2 Overall efficiency of G-type engine ··················································· 24

Fig. 3.3 Layout diagram comparison between S60ME-C and G60ME-C ···· 25



Fig. 3.6 Performance curves of 6L70ME-C8.2 TⅡ········································· 29

Fig. 3.7 Performance curves of 6S70ME-C8.2 TⅡ········································· 30

Fig. 3.8 Performance curves of 6G70ME-C9.2 TⅡ········································ 31

Fig. 4.1 Percent of EGB valve opening at NCR on the sea trial ··············· 38

Fig. 4.2 Process description of EEC ··································································· 40

Fig. 4.3 ME steam production 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC ················ 43

- vii -

Fig. 4.4 EGE steam production of 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC·········· 43

Fig. 4.5 Diagram of continous steam pressure controller ······························ 45

Fig. 4.6 LRM on the engine load diagram ························································ 47

Fig. 4.7 Load limit diagram··················································································· 50

Fig. 4.8 Torque limit diagram·············································································· 50

Fig. 4.9 Quick through og the barred speed range ········································ 51

Fig. 4.10 Historical development about LRM ···················································· 53

Fig. 4.11 Acceleration and power of engine with different LRM··············· 54

Fig. 4.12 Applicable load cases and associated number of cycles ············ 55

Fig. 4.13 Comparison of scavenge pressure between W6X82-B and

6G80ME-C9.5 ·························································································· 56

Fig. 4.14 Comparison of air flow between W6X82-B and 6G80ME-C9.5 ·· 57

Fig. 4.15 Scavenge air limiter function ······························································ 58

Fig. 4.16 Increased Pcomp/Pscav by new torque limiters ····························· 59

Fig. 4.17 Torque limiter function ········································································ 60

Fig. 4.18 Performance by governor index limiters ·········································· 60

Fig. 4.19 Time delay on the barred speed range ········································· 62

- viii -

A Study on Operating Characteristics of Marine Diesel

Engine with Ultra Long Stroke

Kim, Bo Ram

Department of Marine System Engineering

Graduate School of Korea Maritime and Ocean University

Abstract

G-type engine has been developed with the improvement of propulsion

efficiency, fuel saving and environmentally friendly side which is conducted

sea trial since early 2015. But the problems are being caused recently

because of low speed and ultra long stroke, characteristics of G-type

engine.

This study analysed the difference between S-type engine and G-type

engine, tuning method of G-type engine. And discussed the results of sea

trial of G-type engine and review of Class rule and solution.

Among the problems of G-type engine, this study focused on the

problems related steam production of exhaust gas economizer(EGE) and

acceleration performance of main engine in narrow channels, barred speed

range(BSR) and so on.

Actual sea trial resulted that the contract condition of steam is

dissatisfied as reduced exhaust gas quantity of G-type engine. That can be

solved by exhaust gas bypass(EGB) manual mode or economizer energy

control(EEC) system. This study confirmed that EGB tuning with EEC would

have enabled engine to obtain enough steam production and auxiliary

boiler to make additional operation unnecessary.

Also, Actual sea trial resulted that passing time of BSR is delayed as

decreased acceleration performace of G-type engine. That can be solved

by light running margin(LRM) increase, application of high capacity blower

and dynamic limit function(DLF) system. And reviewed that the combination

of increased LRM and DLF has feasibility and effectiveness.

DLF is currently under development and need to consider the confirm

ation about productive result for problem improvement of G-type engine.

KEY WORDS: 형 주기G-type engine G ; Ultra long 장행정stroke ;

배기가스 탄기Exhaust gas economizer (EGE) ; Acceleration performance

가속 성능 험회 수 구간; Barred speed range ;

- 1 -

제 장 서 론1

연구 배경1.1

과거 운임이 강세 던 시 에는 높아진 연료 비용을 상쇄하기 해 선박의 형화

가 진행되었으며 선박추진속도를 높여 항차 수를 늘리는 방안을 고민하 고 당시 컨

테이 선의 최고 속도는 무려 노트까지 달했었다27 .

년 융 기 이후 유가상승과 운임의 하락으로 선사들의 연료비 부담은 높아2008

졌으며 최근까지도 선박의 과도한 증가로 인하여 운임은 상승하지 못한 채 선사들,

의 수익이 향상되지 못하고 있다 그와 같은 상황은 탱커선을 기 으로 한 . Fig. 1.1

의 그래 를 통해 명확히 알 수 있다. Fig. 1.1은 연도에 따른 탱커 평균 운임과 벙

커유 가격의 변화를 나타낸 그래 이다.

Fig. 1.1 Fuel oil price and shipping cost of tanker[1]

- 2 -

한편 등 환경규제로 인하여 친환경 주기 체연료 이용 폐열 NOx, SOx, CO , , ₂

회수장치 등의 개념이 두되며 기존 선박의 체 요구가 있는 만큼 차 부분의 ,

선박은 친환경 선박 으로 환되어 갈 것이다 해운업 조선업은 연료소(Eco ship) .

비율이 경쟁의 핵심 그리고 수익의 원천을 가지고 있기 때문이다 동일한 속도에서 .

연료소모량을 이는 방식을 통하여 운임이 하락하는 동안에도 수익을 창출하고 있

으며 연료 소비율에 한 요성은 거듭 강조하여도 지나치지 않다고 생각된다, .

국제해사기구 는 이산화탄소 총량 규제 제도인 (International Maritime Organization)

에 지효율설계지수 제도를 시행하 고 고효(EEDI, Energy Efficiency Design Index) ,

율 선박이 미래 우리나라 조선업의 차세 성장 동력이 될 수 있다는 에서 조선업

계는 고효율 친환경 선박 제조 경쟁에 앞 다투어 나서고 있다.

지난 년 이후 선박 제조 경쟁에서 한국은 조선시장 자리를 유지해왔다2000 1 .

국가별 수주잔량 기 으로 한국은 년 를 유하며 인 일본을 제치고 2001 32.4% 26.4%

선두에 올랐다 당시 국은 정도에 지나지 않았으나. 10% , Fig. 1.2와 Table 1.1과 같

이 격한 속도로 세계 시장에서 많은 선박을 수주하며 한국과 일본을 따라잡기

시작했다 마침내 국은 년 일본을 년 월에는 로 한국 을 넘. 2007 , 2008 11 32.8% (32.6%)

어서 에 올라섰다1 .

한 조선 산업의 입지를 더욱 확고히 하기 하여 국은 정부 차원의 폭 인 ,

정책지원으로 조선해양부문 차 개년 계획을 발표하여 고부가가치 선박 해양12 5

랜트 수주가 가능한 형조선소 육성에 힘을 기울이고 있다.

고효율 친환경 선박 제조에 심을 기울이는 세계정세와 년 조선 지표 건2010 3 (

조량 수주량 수주잔량 인 국의 고부가가치 선박에 한 투자는 한국의 조선 , , ) 1

산업의 경쟁력을 지속 으로 재고할 필요성을 가지게 만든다.

Fig. 1.2는 한 일 연도별 수주잔량 그래 이며· · , Table 1.1은 조선국별 건조능력

망을 나타낸 표이다.

- 3 -

Table 1.1 Shipyard capacity review by builder country[3]

한국은 조선 산업의 경쟁력 확보를 한 방안 하나로써 MDT(Man Diesel &

형 친환경 선박 주기 을 국보다 먼 개발하 다 이 주기Turbo) G (Green type) .

의 가장 큰 특징은 연료 소비율은 기존 주기 보다 높고 유해가스는 감7% , 7%

되었다는 이다 선박용 형엔진의 최신 기술인 울트라 롱 스트로크. ‘ (ultra long

기술이 용 기 때문에 가능했다 이 기술은 선박 주기 실린더 내부의 stroke)’ .

피스톤이 아래로 움직이는 거리인 행정을 기존보다 더 늘려 연료소비율을 이고

Fig. 1.2 Remaining charge of ship orders[2]

연도 일본 한국 국 유럽 기타 합계2011 11.1 18.5 24.1 5.0 5.0 63.72012 10.7 17.0 25.6 4.2 5.2 62.8

2013 8.9 16.0 22.3 3.3 4.1 54.72014 8.3 15.5 18.9 3.3 3.8 49.7

2015 8.1 15.5 18.0 3.1 3.5 48.22016 8.city2 16.0 17.7 3.1 3.4 48.4

2017 8.2 15.7 15.9 2.8 3.2 45.82018 8.2 15.7 15.8 2.6 3.2 45.52019 8.2 15.7 14.5 2.6 3.2 44.2

2020 8.2 15.7 14.2 2.6 3.2 43.92011-2017(%) -26% -15% -34% -43% -36% -28%

- 4 -

도 기존과 동일한 출력을 낼 수 있게 한 것이다 실린더 왕복 회 반경을 폭 늘리.

면 실린더 회 수가 낮아져 연료소비율이 감소되고 기통 당 마력과 효율은 증 된

다 선박에 따라 다르지만 선박의 외형이 으로 넓어지고 기 실이 선미에 치해 . ,

있어 선미 공간이 확보된 선박의 경우 형 주기 탑재와 더불어 더 큰 로펠러를 G

수용할 수 있다.

연구 목1.2

추진효율 개선 연료 소비율 감 친환경 인 면을 고려해 개발한 형 주기, G

은 년 부터 본격 으로 선박 용 시운 을 진행하 다 그 과정에서 형 2015 . G

주기 고유의 속운 장행정 특성으로 인하여 증기생성량의 계약조건 불만족, ,

가속능력 부족 문제가 발생하여 도선사 선주들로부터 문제가 제기되고 있다.

시운 과정에서 형 주기 의 문제 을 해결하기 해 조선소 선주들은 융통G

성 있게 문제 을 최소화하는 조치방안을 의하 다 그러나 계속 으로 임시 수. ,

동 인 방법으로써 형 주기 의 문제 을 보완할 수 없기 때문에 주기 제작사에G

서는 형 주기 의 특징으로 인한 문제 을 지속 으로 개선하여야 한다 한 조G . ,

선소에서도 형 주기 용 시 발생 가능한 선주와의 마찰사항을 인지하고 신조 G

계약 시 규정을 마련할 필요가 있는 것으로 보인다.

본 논문에서는 기존 형 형 주기 과 형 주기 의 특성 비교 형 주기 의 최L , S G , G

근 발생하고 있는 문제 해상 시운 을 통한 결과 그리고 제작사의 해결 방안 등,

을 고찰하 다 이를 통해 장행정을 가진 형 주기 의 운 특성으로 인하. MDT G

여 발생하는 개선 과 보완책을 연구하고자 한다.

- 5 -

제 장 형 주기 의 개요2 MDT G

형 주기 의 주요 특징2.1 G

화석연료는 연소될 때 이산화탄소 배출을 발생시키고 그에 따라 기 온실가,

스인 이산화탄소가 증가한다 속추진 주기 의 약 유율을 갖고 있는 는 . 80% MDT

기존 추진 주기 보다 회 수는 내려가지만 행정 을 늘려 출력을 높인 형 주(stroke) G

기 을 출시하 으며 같은 속도를 유지하더라도 연료소모량 자체를 일 수 있다, .

이와 같은 주기 은 최근에 수주된 선박에 탑재되고 있다.

장행정 주기2.1.1

주기 의 요목을 논할 때 실린더의 안지름 과 상사 과 하사 사이의 피스톤 (bore)

상하 이동거리인 행정은 실린더의 크기 배기량을 단하는 척도가 되며 주기 의

특성에 큰 향을 미친다 이 때 실린더의 안지름과 행정의 비율 행정을 안지름으로 . (

나 것 을 내경 행정비 라고 하는데 이 비율에 따라 주기 의 형) (stroke/bore ratio) ,

태가 결정된다.

Fig. 2.1은 피스톤의 움직임에 따른 안지름과 행정을 나타낸 그림이다.

- 6 -

독일 와 공업이 공동으로 세계 최 로 개발한 형 주기 은 높이가 MDT G

로서 행정을 기존보다 더 늘려 내경 행정비가 로서 제작된다15.2 m 4.65 .

Fig. 2.2는 형 주기 명칭에 한 자료이다MDT G .

Fig. 2.1 Bore and stroke of engine

Fig. 2.2 Engine type designation(MDT)[4]

- 7 -

속 운항의 최 화2.1.2

Fig. 2.3은 연도에 따른 유가 상승을 나타낸 그림이다 그림에서 볼 수 있듯이 상.

승하는 연료 가격으로 인해 효율이 향상된 선박 수요가 증가될 것으로 상되며 국,

제 곡물시장을 장악하고 있는 미국 최 곡물 회사인 용선주 카길 사는 앞으(cargill)

로의 선박은 새로워지거나 속운항에 합한 주기 을 갖추어야 한다고 망하

다.[5] 고효율이라는 추세에 극 응할 방안이 필요한 것이다 .

이러한 속 운항의 세에 맞춘 형태가 형 주기 이다G . Table 2.1의 에서 MDT

개발된 주기 들의 배치선도 를 (layout diagram) Fig. 2.4에서 확인할 수 있는데 형, K ,

형 형에 비교해서 속으로도 동일한 출력을 낼 수 있음을 알 수 있다L , S .

Table 2.1은 주기 의 종류를 정리한 표이다MDT .

Fig. 2.3 Fuel oil price[6]

- 8 -

Table 2.1 MDT Engine type(MDT)[7]

주기MDT Full name RPM 용 상

K-Type Normal Stroke 104 - 컨테이 선

L-Type Long Storke 90 - 100 기본 장행정기

S-TypeSuper Long

Stroke70 - 90

벌커 탱커선에서 컨테이 선으로 ,

탑재 범 확장

G-TypeGreen Ultra

Long Stroke68 - 72 벌크 컨테이 선에 탑재 ,

Fig. 2.4는 주기 들의 배치선도를 나타낸 그래 이다MDT .

Fig. 2.4 Layout diagram of G-type engine(MDT)[8]

- 9 -

형 엔진 용을 통한 기 효과2.2 G

연료소비율 감소2.2.1

형 주기 의 연료 소비율 은 아래와 같은 요G (SFOC, Specific Fuel Oil Consumption)

인들의 결합을 통해 감할 수 있다.

소기 압력 증가-

행정 러 사이클 용으로 인한 압축일 감소- 2

연소 최고 압력 증가-

압축 용 조 과 설계 변화-

형 주기 의 주요 목 이자 기 효과는 연료 감이며 형 주기 과 비교하여 G , S

연료 소비율이 낮은 효과가 발생한다 형 주기 을 상용 정격 출력 기 . 6S60ME-C G

노트 톤 당 달러 년에 일 운 하 다고 가정하 을 경우 일 15.3 , 1 (ton) 650 (USD), 1 250 , 1

기 톤 이상의 연료 감이 됨을 알 수 있다 특히 형 주기 의 피스톤 직경이 3 . , G

클수록 형 주기 과 비하여 연료 소비율이 더 낮아지는 것을 알 수 있다S .

Table 2.2는 와 비교하여 의 연료소비와 감 사항6S60ME-C 6G60ME-C , Table 2.3은

와 비교하여 의 연료소비와 감 사항6S70ME-C 7G60ME-C , Table 2.4는 와 비6S80ME-C

교하여 의 연료소비와 감 사항을 나타낸 표이다6G80ME-C .

Table 2.2 Fuel saving of 6G60ME-C[9]

Unit 6S60ME-C 6G60ME-C

SFOC at NCR g/kWh 165.3 161.7Daily fuel consumption ton 48.42 45.41HFO saving per day ton 3.01

Annual HFO saving USD 489,180Annual CO2 reduction ton 2,320

1) Particulars

- 6S60ME-C : 15.3 knots, Service load(NCR) - 90%(12,204 kW x 101.4 rpm)

- 6G60ME-C : 15.3 knots, Service load(NCR) - 90%(11,700 kW x 87.9 rpm)

2) HFO price = 650 USD/ton, 250 days/year, 1day(24hour) at NCR

- 10 -



SFOC at NCR g/kWh 164.3 160.0Daily fuel consumption ton 59.62 56.33HFO saving per day ton 3.29

Annual HFO saving USD 534,625Annual CO2 reduction ton 2,530

1) Particulars






SFOC at NCR g/kWh 165.8 164.8Daily fuel consumption ton 96.91 92.69

HFO saving per day ton 4.22Annual HFO saving USD 685,750

Annual CO2 reduction ton 3,250

1) Particulars




속 운항 추세 환경 규제에 맞춰 에서는 부하에 최 화하기 하여 주MDT

기 조율 을 개발하 으며 장기간에 걸친 부하와 부분 부하 구간 (engine tuning) ,

운항 시 연료를 감이 가능하다 주기 기 선정 시 주기 제작 주기 조율. ( )

을 용한다면 선박 운항 계획에 따른 조율 방법의 종류와 용 구간을 결정할 수 ,

있다 주기 조율 방법으로는 . EGB (Exhaust Gas Bypass), ECT (Engine Control

등이 있다Tuning), VT (Variable Turbine area) .

- 11 -

(1) EGB (Exhaust Gas Bypass)

형 주기 은 소기 압력 증가 압축 압력 증가 최 폭발압력 증가를 통해 G , , (Pmax)

부하에도 주기 효율이 향상되어 속 운 에 최 화되어 있다, . Fig. 2.5에서의

는 소기 용기 에서 소기 압력과 주기 속도 부하를 D1, D2 (scavenge air receiver)

측정하면 조 장치에서는 부하에 따른 소기압력이 표 조건을 과하지 , C1+2 (ISO)

않도록 소기압력으로써 밸 를 조 하게 된다EGB .

Fig. 2.5는 주기 에서 작동 과정을 나타낸 그림이다EGB .

Fig. 2.5 Diagram of EGB tuning engine[12]

- 12 -

를 주기 에 용하게 되면 고부하 운 시 배기가스는 과 기EGB , (turbo charger)

를 거치지 않고 높은 온도를 가진 상태로 우회 을 통해 나갈 수 있다(bypass line) .

부하에 따라 밸 를 조 하여 운 하게 되면 연료 소모율을 감할 수 있지만EGB ,

용 가능한 엔진은 보어 이상의 주기 이다45 (450 mm) .

주기 은 밸 의 개폐를 통하여 부하 부분 부하 표 고부하 의 EGB EGB , EGB , ( )

형태로 운 할 수 있다 조율이 된 주기 를 운 하 을 때 최 . EGB 6G60ME-C9.2 ,

정격 출력의 부하에서는 부하 최 정격 출력의 에서는 25%~70% EGB , 70%~85%

부분 부하 최 정격 출력의 의 고부하에서는 표 로 운 하는 방EGB , 85%~100%

식으로 연료 소비율을 최 한 감소할 수 있다. Fig. 2.6은 주기 의 6G60ME-C9.2 EGB

운 방법별 그래 이며 구간별로 연료 소비율이 낮은 운 방법을 알 수 있다, .

Fig. 2.6 SFOC reduction of 6G60ME-C9.2 by EGB[13]

- 13 -

Fig. 2.7에서 보는 것과 같이 부하 부분 부하 용 주기 은 녹색 구간에서

밸 가 닫힌 상태로 운 된다 주기 을 기 으로 의 부하부터 EGB . ME/ME-C 80%

밸 를 열기 시작하여 에서는 밸 를 완 히 열어 운 하게 된다, 90% . Fig. 2.7은

엔진 종류에 따른 밸 개폐 구간을 나타낸다MDT EGB .

(2) ECT (Engine Control Tuning)

는 주기 구성요소의 변경 없이 최 폭발압력 엔진 조 변수ECT , (engine control

parameter)만으로 선주가 원하는 출력 에 엔진을 최 화시키는 조율 방법이다.

등 기 으로 보어 이상의 주기 은 용이 가E/ME-C/ME-B DOT3 MDT 50 (500 mm)

능하다 용에 따른 별도의 추가 비용 외형 변화가 없다는 것이 큰 장. ECT

이지만 부분부하 부하 간의 모드 환이 어렵다는 단 이 있다, .

Fig. 2.7 EGB valve open and close range[14]

- 14 -

이 사이즈 산 화물선에 가 조율된 주기 을 탑재하180k ECT 6G70ME-C9.2

여 운 해보았으며 이하에서는 부하 용 운 이 연료 소비율이 가장 낮음을 , 70%

알 수 있다 하지만 부하 부분부하 용 운 의 량과 고부하 용 운 에서의 . , NOx

과 기 효율 하를 연료로 보상하기 때문에 고부하 운행 시 기존 표 주기 에 비

해 연료 소비율이 높다.

Table 2.5와 Fig. 2.8은 이 사이즈 산 화물선에 가 조율된 180k ECT

주기 의 부하에 따른 연료 소비율 결과를 해상 시운 을 통해 나타낸 6G70ME-C9.2

표와 그래 이다.

Table 2.5 ECT tuning engine(6G70ME-C9.2) result[15]

SFOC FOR 6G70NE-C9.2 Tier (ISO condition)Ⅱ

LOAD(%of SMCR)

POWER(kW)

SPEED(r/min)

High-load Part-load Low-load

DFOC(Ton/day)

SFOC(g/kWh)

DFOC(Ton/day)

SFOC(g/kWh)

DFOC(Ton/day)

SFOC(g/kWh)

100 15483.0 72.1 60.0 161.5 61.1 164.5 60.6 163.0

95 14709.0 70.9 56.6 160.3 57.4 162.5 57.1 161.8

90 13935.0 69.6 53.3 159.3 53.8 160.8 53.8 160.8

85 13161.0 68.3 50.1 158.5 50.2 158.8 50.3 159.3

80 12386.0 66.9 47.0 158.0 46.7 157.0 47.0 158.0

75 11612.0 65.5 43.9 157.6 43.6 156.6 43.8 157.1

70 10838.0 64.0 41.0 157.5 40.7 156.5 40.6 156.0

65 10064.0 62.5 38.2 158.3 38.0 157.3 37.6 155.8

60 9290.0 60.8 35.5 159.3 35.3 158.3 35.0 156.8

55 8516.0 59.1 32.8 160.5 32.6 159.5 32.3 158.0

50 7742.0 57.2 30.1 161.8 29.9 160.8 29.6 159.3

45 6967.0 55.3 27.3 163.2 27.1 162.2 26.9 160.7

40 6193.0 53.1 24.5 164.6 24.3 163.6 24.1 162.1

35 5419.0 50.8 21.3 166.0 21.5 165.1 21.3 163.6

30 4645.0 48.3 18.6 167.1 18.5 166.1 18.3 164.6

25 3871.0 45.4 15.7 169.1 15.6 168.1 15.5 166.6

20 3097.0 42.2 12.8 172.1 12.7 171.1 12.6 169.6

15 2322.0 38.3 9.9 177.1 9.8 176.1 9.7 174.6

- 15 -

(3) VT (Variable Turbine area)

조율 방법은 과 기에 가변 기능이 내장되어 있는 것이 가장 큰 특징이다 터VT .

빈 유입구 이싱 부분에 가변성 노즐 링 이라는 특수 과(turbine) (casing) (nozzle ring)

기 부분을 장착하고 노즐 링 날개의 피치 가 움직이며 배기가스의 유입량을 , (pitch)

조 한다 각 부하별로 과 기의 효율을 최 화함으로써 연료 소비율을 감소시키는.

데 보어 이상의 주기 만 용이 가능하다, 45 . Fig. 2.9는 노즐 링 날개의 피치가 VT

개폐 모습의 사진이다.

Fig. 2.8 ECT tuning engine result 6G70ME-C9.2[15]

Fig. 2.9 VT open and close[16]

- 16 -

주기 은 가변성 노즐링 피치의 개폐를 통하여 부하 부분 부하 고부하VT , VT ,

의 형태로 운 할 수 있다 부하 형태로 운 시 최 정격 출력의 부하 . VT , 65%

구간에서 고부하 형태의 운 보다 의 연료 소비율 차이가 발생하는 것을 5 g/kWh–

Fig. 2.11을 통해 알 수 있다. Fig. 2.10은 주기 부하에 따른 연료 소비율을 나타낸

그래 이다.

노즐 링의 날개가 움직이며 범 를 조 할 수 있는데 범 를 넓게 하면 가스 유,

입량 유속의 변화가 없기 때문에 보통 터빈의 작동과 차이가 없다 부분 부하. VT

와 부하의 운 형태는 상용 정격 출력 이하의 부하에서 연료 소비율이 낮음VT

을 Fig. 2.10에서 확인할 수 있다 그 기 때문에 상용 정격 출력 이하에서는 범 를 .

축소하기 시작하면 배기가스의 유속을 높이고 터빈 속도를 높일 수 있다 터빈 속도.

가 높아짐에 따라 송풍기의 소기 압력이 증가되고 주기 실린더 내 공기 증량이 ,

증가하게 되면서 완 연소가 이루어질 수 있는 것이다.

Fig. 2.10 VT tuning engine result[17]

- 17 -

Fig. 2.11은 주기 부하에 따른 노즐 링의 범 변화를 나타낸다VT .

조율이 용된 주기 의 경우 표VT 6S80ME-C8.2(SMCR=25,080 kW x 78 rpm)

보다 연간 톤의 연료가 약되며 연료소비율도 감됨을 370 , 2.6% Table 2.6에서 알

수 있다. Table 2.6은 주기 의 표 과 6S80ME-C8.2(SMCR=25,080 kW x 78 rpm) VT

조율 운 시 결과를 비교한 표이다.

Table 2.6 Fuel saving comparison between VT and standard(6S80ME-C8.2)[19]

Fig. 2.11 VT open and close range[18]

Standard engine, high load optimised

Engine load(% SMCR) 35% 50% 65% 85% 100% Total FOC

Engine power (kW)

8,778 12,540 16,302 21,318 25,080

SFOC(g/kWh) 171.4 167.0 164.3 165.0 168

Fuel consumption(ton/day)

36.1 50.3 64.3 84.4 101.1

Days in service(day/year) 40 100 90 15 5

Fuel consumption(ton/year) 1,444 5,030 5,787 1,266 506

14,033 ton/year

- 18 -

유해 성분 배출 감2.2.2

기후변화 문제가 세계 으로 화제인 가운데 국제해사기구는 년 월 , 2011 7 MEPC

차 총회에서 교토의정서 의 온실가스 감축과 련하여 국제 인 산62 (Kyoto Protocol)

업 력에서 법 인 효력을 갖는 최 의 규정으로 에 지효율설계지수와 선박에 지

효율 리계획 를 도입하 다(SEEMP, Ship Energy Efficiency Plan) .

는 톤의 화물을 해상마일 해리 동안 운송할 때 발생하는 이산화EEDI 1 1 (1 =1.852 km) ,

탄소 배출량으로 년 월부터 신조선으로 계약되는 선박에 하여 건조 항해 2013 1 ,

리에 하여 에 지 효율에 한 지표들을 제시하여 단계 으로 용하고 있다.

년부터 년까지는 감 년부터 년까지는 감2013 2019 EEDI 10% , 2020 2024 20% , 2025

년 이후에는 까지 감되어야하기 때문에 재 신조선으로 계약되는 선박은 연30%

료 소비율이 기존 선박보다 이상 개선되어야 하며 감을 해 여러 방10% , EEDI

면으로 조치 방안을 강구하여야 한다.

VT, low load optimised

Engine load(% SMCR)

35% 50% 65% 85% 100% Total FOC

Engine power (kW) 8,778 12,540 16,302 21,318 25,080

SFOC(g/kWh) 166.4 162.0 159.3 165.3 168.5

Fuel consumption(ton/day) 35.0 48.8 62.3 84.6 101.4

Days in service(day/year) 40 100 90 15 5

Fuel consumption(ton/year)

1,400 4,880 5,607 1,269 507 13,663ton/year

Fuel saving(ton/year) 44 150 180 -3 -1

370 ton/year

Fuel saving(%/year) 3.0 3.0 3.0 -0.2 -0.3 2.6%/year

- 19 -

Table 2.7은 연도에 따른 선종 크기별 감 계수를 나타낸 표이다EEDI .

Table 2.7 EEDI reduction factor[20]

Table 2.8은 감을 한 조치 방안을 나타낸 표이며 이 표에서 EEDI SEEMP ,

감 방안 에는 엔진의 효율을 높이는 방법 번 사항 신조선에 한 설계 EEDI (7 ),

속도 감소 번 사항 등이 있다(15 ) .

Size Phase 0 Phase1 Phase2 Phase3

Bulk Carriers>20,000 DWT

10-20,000DWT

0 %

N/A

10 %

0-10 %

20 %

0-20 %

30 %

0 - 30%

Gas tankers>10,000 DWT

2-10,000DWT

0 %

N/A

10 %

0-10 %

20 %

0-20 %

30 %

0 - 30%

Tanker

and

Combination

carriers

>20,000 DWT

4-20,000 DWT

0 %

N/A

10 %

0-10 %

20 %

0-20 %

30 %

0 - 30%

Container ship>15,000 DWT

10-15,000DWT

0 %

N/A

10 %

0-10 %

20 %

0-20 %

30 %

0 - 30%General cargo

ships

>15,000 DWT

3-15,000 DWT

0 %

N/A

10 %

0-10 %

20 %

0-20 %

30 %

0 - 30%

Refrigerated

cargo carriers

>5,000 DWT

3-5,000 DWT

0 %

N/A

10 %

0-10 %

20 %

0-20 %

30 %

0 - 30%

Phase 0 : 1.Jan.2013 - 31 Dec 2014

Phase 1 : 1 Jan 2015 - 31 Dec 2019

Phase 2 : 1 Jan 2020 - 31 Dec 2024

Phase 3 : 1 Jan 2025 - Onwards

- 20 -

Table 2.8 Reduction measure for EEDI and SEEMP[21]

Fig. 2.12는 선박 속도 감속에 따른 감소를 나타낸 그래 이다EEDI .

Fig. 2.12 Relation between reduction of speed and reduction of EEDI[22]

EEDI reduction measure SEEMP Related measure

1 Optimised hull dimensions and form Engine tuning and monitoring

2 Lightweight construction Hull condition

3 Hull coating Propeller condition

4 Hull air lubrication system Reduced auxiliary power

5Optimisation of propeller-hull interface and flow devices

Speed reduction (operation)

6 Contra-rotating propeller Trim / draft

7 Engine efficiency improvement Voyage execution

8 Waste heat recovery Weather routing

9 Gas fuelled (LNG) Advanced hull coating

10Hybrid electric power and propulsion concepts

Propeller upgrade and aft body flow devices

11Reducing on-board power demand (auxiliary system and hotel loads)

12 Variable speed drive for pumps,fans,etc.

13 Wind power (sail, wind engine,etc.)

14 Solar power

15 design speed reduction (new builds)

- 21 -

장행정과 감소된 회 수의 형 주기 과 크기가 커진 로펠러 용 시 체 G ,

으로 효율은 높아지고 연료는 감되며 이산화탄소 배출량이 어져 친환경 고․

효율 인 엔진으로 볼 수 있다.

Table 2.9는 형 주기 의 종류에 따른 이산화탄소 감소율을 나타낸 표이다MDT G .

Table 2.9 Decreased emissioin CO of G-type engine₂ [23]

Engine Type CO emission₂

G60 -6.2%

G70 -5.5%

G80 -1.8%

- 22 -

주기 형과 형 의 비교2.3 MDT (L/S G )

크기 분해 공간 비교2.3.1 (overhaul)

Fig. 3.1에서 주기 이 형 주기 과 비교MDT 6G60ME-C, 6G70ME-C, 6G80ME-C S

하여 체 으로 주기 의 크기가 증가됨을 확인해 볼 수 있다.

Fig. 3.1은 형 주기 과 형 주기 의 크기 분해 공간을 비교한 표이다S G .

행정이 증가되면서 주기 의 체 인 크기 무게 실린더의 분해 공간 증가는 ,

물론이고 기타 비 부품 의 크기들도 커졌기 때문에 조선소에서는 주기(spare parts)

을 설치하기 한 각 데크 개구부 크기 구상 주기 설치 방법 분해 공간(deck) , ,

Fig. 3.1 Dimension of S-type engine and G-type engine[24]

- 23 -

을 고려한 비 부품 배치 이동 과정까지 고려해야 할 것으로 생각된다.

선박 운항 시 주기 의 고유 진동은 없을 수가 없으나 크기가 커질수록 진동은 ,

증가함은 명백할 것이다 형 주기 진동에 해서 조선소는 감안하여 설계해야 하. G

며 주기 베드 와 가장 가까운 로워 데크 의 그 이 , (bed) (floor deck) (grating)

장비 시트 는 더욱 견고하게 진동 보강 작업을 해야 할 필요성이 있다(seat) .

- 24 -

배치선도 비교2.3.2 (layout diagram)

형 주기 은 높은 효율을 목표로 주기 의 속도를 낮추기 해 더 긴 행정과 함G

께 설계되어졌다 형 주기 은 주기 에 따라 실린더 수가 달라져 출력을 높일 수. G

는 있지만 모두 속 구간에 속해 있음을 , Fig. 3.2를 통해 알 수 있다 주기 . MDT

와 의 지 주기 출력 주기 회 수7S80ME-C9.2 7G80ME-C9.2 L1 (100% 100%

일 경우 을 비교해보았을 때 차이가 나며 같은 노트라도 형 주기 의 ) , 10 rpm 16.3 G

속도와 회 수가 더 음을 알 수 있다 이 은 은 주기 의 회 수로도 동일한 .

출력을 낼 수 있음을 의미하며 추진 효율은 향상된 을 확연히 보여주고 있다. Fig.

3.2는 형 주기 의 출력과 회 수의 배치선도를 그래 에 나타낸 것이다MDT G .

Fig. 3.2 Overall efficiency of G-type engine[25]

- 25 -

그러한 은 Fig. 3.3, Fig. 3.4, Fig. 3.5, Table 3.1, Table 3.2, Table 3.3에서와 같이

형 주기 과 형 주기 을 직 으로 조해보아도 운 범 가 다른 것을 알 수 S G

있었다.

Fig. 3.3와 Table 3.1은 와 주기 의 배치선도를 비교하여 MDT S60ME-C G60ME-C

나타낸 그래 와 표이다.

Table 3.1 Output between S60ME-C8.2 and G60ME-C9.2[26]

Fig. 3.3 Layout diagram comparison between S60ME-C and G60ME-C[26]

Type(Stroke)

S60ME-C8.2(2,400mm)

G60ME-C9.2(2,790mm)

Speed 105 rpm 89 rpm 97 rpm 77 rpm

Rating point L1 L2 L3 L4 L1 L2 L3 L4

Power(kW/Cyl.) 2,380 1,900 2,010 1,610 2,680 2,140 2,130 1,700

MEP(bar) 20.0 16.0 20.0 16.0 21.0 16.8 21.0 16.8

- 26 -

Fig. 3.4와 Table 3.2는 와 주기 의 배치선도를 비교하여 MDT S70ME-C G70ME-C


Table 3.2 Output between S70ME-C and G70ME-C9.2[27]


Type(Stroke)

S70ME-C(2,800mm)

G70ME-C9.2(3,256mm)



Power(kW/Cyl.) 3,270 2,610 2,770 2,210 3,640 2,910 2,890 2,310

MEP(bar) 20.0 16.0 20.0 16.0 21.0 16.8 21.0 16.8

- 27 -

Fig. 3.5와 Table 3.3은 와 주기 의 배치선도를 비교하여 MDT S70ME-C G70ME-C


Table 3.3 Output between S80ME-C and G80ME-C9.2[28]

주기 의 회 수가 감소하면 추진기의 회 수도 감소하게 되는데 선박이 필요로 ,

하는 출력을 해서 추진기의 직경이 커지게 된다 이를 해 산 화물선에 . 180k

용된 형 주기 과 형 주기 의 추진MDT S 6S70ME-C8.2T MDT G 6G70ME-C9.2TⅡ Ⅱ

기의 사양을 비교해보았다 형 주기 은 형 주기 에 비해 출력 회 수가 낮아. G S


Type(Stroke)

S80ME-C(3,200mm)

G80ME-C9.2(3,720mm)



Power(kW/Cyl.) 4,500 3,600 3,860 3,090 4450 3560 3800 3040

MEP(bar) 20.0 16.0 20.0 16.0 21.0 16.8 21.0 16.8

- 28 -

졌지만 추진기의 직경은 더 크고 무게도 증가하 다, .

는Table 3.4 형 주기 과 형 주기 MDT S 6S70ME-C8.2 T MDT G 6G70ME-C9.2 Ⅱ

의 추진기의 사양을 비교한 표이다T .Ⅱ

Table 3.4 Propeller comparison between S-type and G-type[29]

한 실린더 수와 피스톤 직경에 계없이 출력이 비슷한 형 주기 과 형 주기, S G

을 비교해보았다 형 주기 의 출력이 형 주기 . MDT G 6G60ME-C9 MDT S 9S50

에 비교하 을 때 만큼 높지만 회 수는 낮고 그로인해 추진기ME-C9 , 60 kW 20 rpm

의 직경과 무게는 증가한 것을 알 수 있었다.

Table 3.5는 형 주기 와 형 주기 의 추진MDT S 9S50ME-C9 MDT G 6G60ME-C9

기의 사양을 비교한 표이다.

Table 3.5 Propeller comparison on similar power[30]

Power(kW) Speed(rpm)Propeller Dia(M)

Propeller weight (kg)

6S70ME-C8.2TⅡ 17,684 89.4 8.2 36,210

6G70ME-C9.2TⅡ 15,483 72.1 9.0 45,884

Power(kW) Speed(rpm) Propeller Dia(m)Propeller

weight (kg)

9S50ME-C9 16,020 117.0 6.35 58,000

6G60ME-C9 16,080 97.0 7.25 64,200

- 29 -

를 통한 성능 곡선 비교2.3.3 CEAS(Computerised Engine Application System)

배기가스 연료 소모량 등을 비교하기 하여 형 주기 MDT L 6L70ME C8.2 T–

형 주기 과 형 주기 의 배, MDT S 6S70ME C8.2 T MDT G 6G70ME-C9.2 TⅡ Ⅱ Ⅱ–

기가스 성능곡선을 비교해보았다 와 . 6L70ME C8.2 T , 6S70ME-C8.2 T 6G70ME Ⅱ Ⅱ–

모두 개의 동일한 형의 과 기를 용하 다 와-C9.2 T 3 MET . 6L70ME C8.2 TⅡ Ⅱ–

는 고부하 운 을 용하 고 는 6S70ME-C8.2T , 6G70ME-C9.2T EGB (Exhaust Ⅱ Ⅱ

부하 운 을 용하 다Gas Bypass) .

Fig. 3.6과 Table 3.6은 주기 의 선박 사양에 따라 계산된 배기6L70ME C8.2 TⅡ –

가스 성능곡선, Fig. 3.7과 Table 3.7은 주기 의 배기가스 성능곡6S70ME-C8.2 TⅡ

선, Fig. 3.8은 Table 3.8은 주기 의 배기가스 성능곡선이다6G70ME-C9.2 T .Ⅱ

Fig. 3.6 Performance curves of 6L70ME C8.2 TⅡ– [31]

- 30 -

Table 3.6 Exhaust gas data of 6L70ME C8.2 TⅡ– [31]

Fig. 3.7 Performance curves of 6S70ME-C8.2 TⅡ[32]

- 31 -

Table 3.7 Exhaust gas data of 6S70ME-C8.2 TⅡ[32]

Fig. 3.8 Performance curves of 6G70ME-C9.2 TⅡ[33]

- 32 -

Table 3.8 Exhaust gas data of 6G70ME-C9.2 TⅡ[33]

부하 운 이 용된 은 EGB 6G70ME-C9.2TⅡ Fig. 3.10에서와 같이 30%~35%,

부하에서 배기가스 온도가 격히 상승됨을 볼 수 있다 구간은 80%~90% . 30%~35%

보조 송풍기의 운 이 정지되면서 순간 인 소기의 부족으로 배기가스의 온도가 상,

승한 구간이다 구간은 고부하 운 에 효과 으로 운 하기 해 밸. 80%~90% EGB

를 열어 배기가스 온도가 상승한 구간이다.

일반 으로 증기 생성은 상용 정격 출력 부하 을 기 으로 측정되는데(90% ) , EGE

의 증기 생성은 주기 의 배기가스 온도와 배기가스 양이 (Exhaust Gas Economizer)

요한 요인이 된다. Fig. 3.8과 Table 3.6에서 형 주기 은 상용 정격 출력에서 L 223 , ℃

의 배기가스가 배출되며42.5 kg/s(153,000 kg/h) , Fig. 3.9와 Table 3.7에서 형 주기 은 S

상용 정격 출력에서 220 , 133,100 kg/h, ℃ 과 Fig. 3.10 Table 3.8에서 형 주기 은 상용 G

정격 출력에서 의 배기가스가 배출된다 형 주기 은 밸 250 , 100,200 kg/h . G EGB ℃

작동으로 형 형 주기 보다 가량 높은 배기가스임에도 가스양이 L , S 30 32,900~52,800 ℃

더 게 배출되었고 의 연료 소비율이 감되었다kg/h , 3.5~7.0 g/kWh .

- 33 -

형 형 주기 에 비해 형 주기 은 동일한 출력에서 높은 온도의 배기가스를 생L , S G

성하면서도 연료 소비율이 어 경제 임을 확인할 수 있으나 높은 온도임에도 배기가,

스양이 어 계약 조건의 증기 생성량 충족 여부에 한 향을 상할 수 있다.

Table 3.9는 주기 유형별 배기가스의 성능을 비교한 표이다MDT .

Table 3.9 Comparison of exhaust gas data between L, S and G-type engine

Engine Data L-type Engine S-type Engine G-type Engine

NCR Power (kW) 17,658 15,916 13,935

NCR Speed (rpm) 104.3 86.3 69.6

SFOC (g/kWh) 167.8 164.3 160.8

Exh.Gas amount (kg/h) 153,000 133,100 100,200

Exh.Gas Temp. ( )℃ 223 220 250

- 34 -

제 장 형 주기 을 장착한 선박의 해상시운 결과 고찰3 G

의 증기생산량 부족3.1 Exhaust Gas Economizer

일반 으로 선주와 조선소 간의 계약 시 증기 조건에 한 부분을 건조 계약서에 ,

명기를 하게 된다 이 때 증기 생산량은 국제표 화 조건 해수 기 실 온. , (ISO) ( 25 , ℃

도 기후 상용 정격 출력의 조건상에서 결정된다25 , 25 ) .℃ ℃

부분의 상용 정격 출력은 최 정격 출력의 부하를 의미하며 속 운 에 90%

최 화되어 있는 형 주기 에서는 필요 증기량이 제 로 발생되지 않을 수 있다G .

선박의 EGE는 난방 온수를 한 선원의 수 연료 탱크 용량 증기 공 등을 , ,

고려하되 동계 조건에도 필요량을 만족해야한다 그러한 부분을 모두 고려하여 , .

EGE의 사양을 결정하여 선박에 탑재하게 되는데 형 주기 이 배기가스를 이용하, G

여 필요 증기량의 생성 여부를 해상 시운 을 통해 검토해보았다.

산 화물선의 해상 시운 결과 3.1.1 180k

해상 시운 조건①

이 사이즈 산 화물선에 설치된 형 주기(capasize) 180k G (MAN B&W

을 해상 시운 을 통해 증기 생성량6G70ME-C9.2 Tier II with EGB low load tuning)

을 확인해보기로 했다 는 주기 의 상용 정격 출력 부하 출력. EGE 90% (13,935 kW )

로 운 시 배기가스 부분에서 를 생산해야한다, 1,300 kg/h .

- 35 -

Table 4.1은 의 증기 생성량 생성 조건을 나타낸 표이다EGE .

Table 4.1 Evaporation specification of composite boiler

Table 4.2는 해당 주기 의 국제표 화 조건 기 연료 소비율과 배기가스 정보를

나타낸 이다CEAS .

Table 4.2 SFOC and exhaust gas data of ISO condition[33]

EvaporationOil fired section About 2,000 kg/h

Exh. gas section About 1,300 kg/h

Steam condition 6 kg/ , saturated㎠

Feed water temperature About 60℃

Fuel oil for oil fired

section

HFO having a viscosity up to 700 cSt at 50 ℃

MGO of 3 cSt at 40℃

Design base of exh.gas

section

a) At NCR under ISO reference condition

b) The M/E maker’s standard exhaust gas condition

- 36 -

해상 시운 결과②

시운 당시 불안정한 항해 상태로 인하여 까지 도달하지 못하 으며13,935 kW ,

그에 따라 과 기 토출구 온도 증기 생성량 한 기 조건을 만족하지 못했다.

Table 4.3은 정보와 해상 시운 결과를 비교한 표이다CEAS .

Table 4.3 Result of shop test and sea trial about steam

해상 시운 결과 분석③

의 자료에서 주기 의 배기가스는 온도 공차 가 있음을 알 수 MDT CEAS -/+15℃

있는데 해상 시운 의 결과를 기 으로 온도 공차를 용하 고 그에 따라 증기량,

을 계산해보았다. Table 4.4는 에서 제공하는 연료 소비율 허용 공차 배기가스MDT ,

량 공차 배기가스 온도 공차에 한 정보이다, .

Table 4.4 Tolerance of exhaust gas temperature and amount[34]

CEAS data shop test sea trial remark

Main engine output (kW) 13,935 13,935 13,562

T/C outlet Temp. ( )℃ 250 208 220Tolerance

(230~265 )℃

Steam amount (kg/hr) 1,300 972

- 37 -

Table 4.5는 에서 제공하는 연료 소비량 배기가스 온도 공차를 용하여 MDT EGE

증기량 허용 공차 범 를 계산한 표이다.

Table 4.5 Calculation of steam amount by exh. gas temp. tolerance

허용 공차를 감안하여 증기량을 계산해보아도 기 조건을 만족할 수가 없었으며,

배기가스 부분에서 의 증기를 생성하기 해 밸 를 수동모드로 EGE 1,300 kg/h EGB

용하여 결과를 확인해보기로 하 다.

Temperature ( )℃ 205(-15) 220(0) 235(+15)

Steam amount (kg/hr) 627 972 1,107

- 38 -

수동모드를 통한 보완3.1.2 EGB (Exhaust Gas Bypass)

조율 방법이 용된 주기 의 경우 상용 정격 출력부터 밸 가 열리도EGB EGB

록 자동 설정되어 있으나 실제 항해상에서는 해양 상태와 헌 등으로 인, (hunting)

하여 밸 가 항상 열린 상태로 측정되지는 않았다 한 상용 정격 출력 기 으로 .

EGE가 설계되어 그보다 낮은 마력에서는 증기량이 격히 작아 잦은 연료 착화가 ,

이루어졌으며 상용 정격 출력 내구도 시험 상태에서는 (endurance test) EGE 증기 압

력이 이하까지도 떨어졌다5.35 bar .

Fig. 4.1은 상용 정격 출력에서 밸 가 열려야 하지만 만 열린 것을 EGB 100% , 92%

보여주는 모니터의 사진이다.

Fig. 4.1. Percent of EGB Valve opening at the NCR on the sea-trial

- 39 -

그와 같은 개선 을 보완하기 해 재시운 을 통해 밸 를 수동 모드로 조EGB

하여 개폐했다 밸 가 열리면서 고온의 배기가스가 섞 을 때 과 기 토출구에서 . ,

측정된 온도보다 EGE 배기가스 유입구에서 측정된 온도가 정도 더 높았으며 5~7℃

EGE 증기량도 기 조건을 만족한 가 생성되었다 1,391.5 kg/h .

Table 4.6은 밸 를 수동 모드로 조 한 재시운 결과이다 EGB .

Table 4.6 Steam measurement result by EGB valve manual mode

1. Tb/Ta : Before Turbocharger / After Turbocharger2. Bin/Bout : Boiler Inlet / Boiler Outlet3. Room/Scav : Engine Room / Scavenger air at receiver4. Feed W/Scav W : Boiler feed water / Scavenge air cooling fresh water inlet

해상 시운 시 운 조건에 따라 부하가 이상 변화할 수 있으므로 밸 5% EGB

작동 시 최 정격 출력 기 사이에서 개폐가 빈번하게 발생한다 상용 정85~95% .

격 출력에서는 자동 모드가 아닌 수동 모드로 변경하여 밸 를 열어 작EGB 100%

동하는 것이 조율된 형 주기 의 증기량 생성이 부족한 에 해 개선 방안EGB G

이 될 수 있을 것이라고 생각된다.

하지만 Fig. 2.9와 같이 밸 가 열리는 구간은 의 부하인데 상용 정EGB 80~100% ,

격 출력인 에서는 수동 모드의 운 이 추천된다면 밸 가 자동으로 열리는 구간90%

은 의 부하이다 그럴 경우 밸 의 자동 모드의 역할이 미흡하며 실질80%~90% . EGB ,

으로 밸 의 수동 모드 운 이 의미있다고 생각된다 주기 조율 방법은 다. EGB

양한 항해 조건과 증기 생성량을 고려하여 개선 이 필요할 것이다.

Power

(kW)/rpm

No.1 T/C

Exh.gasT.

Tb/Ta( )℃

No.2 T/C

Exh.gasT.

Tb/Ta( )℃

Exh.Gas T.Bin/

Bout( )℃

Feed Tk/ Scav.

Air C.W.temp( )℃

Steam

Press(bar)

Measured

Steam(kg/h)

13,925 /

73.4419 / 237 420 / 241 239 / 212 58 / 32 6.8 1,391.5

- 40 -

를 통한 보완3.1.3 EEC(Economizer Energy Control)

는 탄기 에 지 조 장치 로서 밸 조EEC (Economizer Energy Control) EGB

을 통해 최 의 조건을 만들어 필요한 증기량을 생성한다 용에 따른 주기 , . EGB

자체의 연료 소비율 개선과 비하여 낮은 배기가스 온도를 보완하며 부하 , EGB

용 주기 이나 부분부하 용 주기 에 사용이 가능하다 사용 시 주기EGB . EEC

자체의 연료 소비율은 상승되면서 배기가스 온도 한 상승하여 보조 보일러의 ,

연료 사용량을 감시킨다 결국 선박 체의 연료 소비량이 감소되는 효과를 가진. ,

다 미 용 시 밸 의 개폐는 설정된 부하 이상에서의 과압 방지를 해 . EEC , EGB

주기 부하에 따라 진행되며 부분 부하 이하에서 연료 소비율이 개선된다 밸. EGB

가 닫 있게 되는 부분 부하 이하에서 연료 소비율은 개선되나 배기가스 온도는

낮다 이에 따라 를 용하게 되면 밸 가 열리지 않는 구간에서도 주기 . EEC EGB

부하에 우선하여 재 증기의 압력을 설정치와 조하여 신호에 의해 밸, EEC EGB

가 열리게 된다. Fig. 4.2는 과정을 나타낸 도식이다EEC .

Fig. 4.2. Process description of EEC[35]

- 41 -

부하 용 주기 의 MDT 6G70ME-C9.2 EGB (SMCR=24,000 kW x 65.0 rpm) EGB

부하 용을 이라고 하고 용을 라고 하고 표 조건에서 CASE 1 , EEC CASE 2 ,

필요 증기량을 로 보았을 때의 결과를 비교해보았다1,500 kg/h .

Table 4.7은 과 의 주기 배기가스 결과와 연료 소비율을 비교한 CASE 1 CASE 2

표이다 배기가스의 온도와 연료 소비율의 차이가 거의 나지 않음을 알 수 있었다. .

Table 4.7 Exh. gas comparison between 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC[36]

7G80ME-C9.5

LL-EGB

7G80ME-C9.5

EEC : Variable LL-EGB

Load

(%SMCR)

Power

(kW)

SFOC

(g/kWh)

Exh.

massflow

(kg/h)

Exh.

Temp.( )℃

SFOC

(g/kWh)

Exh. massflow

(kg/h)

Exh.Temp.

( )℃

100 24,000 161.7 183,240 251 161.7 183,200 251

95 22,800 160.5 174,240 245 160.5 174,200 245

90 21,600 159.5 165,240 239 159.5 165,200 239

85 20,400 158 162,000 223 158.0 162,000 223

80 19,200 156.6 158,400 208 156.8 157,700 212

75 18,000 155.8 154,080 206 156.1 152,800 213

70 16,800 153.4 145,080 207 153.9 143,800 214

65 15,600 152.0 135,720 208 152.7 134,600 215

60 14,400 153.1 127,080 211 153.8 126,300 217

55 13,200 154.3 117,720 216 154.7 117,400 219

50 12,000 155.6 108,000 221 155.7 107,900 222

45 10,800 157.0 9,880 229 157 98,300 229

40 9,600 158.4 87,840 239 158.4 87,800 239

35 8,400 159.9 77,400 247 159.9 77,400 247

30 7,200 160.9 79,920 205 160.9 79,900 205

25 6,000 162.9 67,320 211 162.9 67,300 211

- 42 -

Table 4.8은 과 의 필요 증기량을 기 으로 주기 과 보일러의 증기CASE 1 CASE 2

량을 비교한 표이다 는 에 비해 주기 에 의한 증기 생성량이 높고 . CASE 2 CASE 1

보일러에 의한 증기 생성량은 거의 없었다.

Table 4.8 Steam comparison between 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC[37]

7G80ME-C9.5

LL-EGB

7G80ME-C9.5


Load

(%SMCR)

Power

(kW)

ME Steam

(kg/h)

Steam

needed

(kg/h)

EGE

Steam

(kg/h)

ME Steam

(kg/h)

Steam

needed

(kg/h)

EGE

Steam

(kg/h)

100 24,000 4,880 1,500 0 4,880 1,500 0

95 22,800 4,180 1,500 0 4,180 1,500 0

90 21,600 3,540 1,500 0 3,530 1,500 0

85 20,400 2,330 1,500 0 2,330 1,500 0

80 19,200 1,240 1,500 260 1,500 1,500 0

75 18,000 1,080 1,500 420 1,500 1,500 0

70 16,800 1,080 1,500 420 1,500 1,500 0

65 15,600 1,070 1,500 430 1,500 1,500 0

60 14,400 1,170 1,500 330 1,500 1,500 0

55 13,200 1,340 1,500 160 1,500 1,500 0

50 12,000 1,460 1,500 40 1,500 1,500 0

45 10,800 1,670 1,500 0 1,670 1,500 0

40 9,600 1,880 1,500 0 1,880 1,500 0

35 8,400 1,930 1,500 0 1,930 1,500 0

30 7,200 520 1,500 980 520 1,500 980

25 6,000 620 1,500 880 620 1,500 880

- 43 -

Fig. 4.3은 과 의 주기 증기 생성량을 나타낸 그래 이다CASE 1 CASE 2 .

Fig. 4.4는 과 의 보일러 증기 생성량을 나타낸 그래 이다CASE 1 CASE 2 .

Fig. 4.3 ME steam production of 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC[38]

Fig. 4.4 EGE steam production of 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC[39]

- 44 -

Table 4.9에서와 같이 부하에서 를 용한 주기 의 총 연료 소비율이 50~80% EEC

낮은 것을 확인할 수 있는데 이는 이 주기 뿐만 아니라 보일러를 이용하, CASE 1

여 증기를 생성했기 때문에 연료 소비율이 더 높은 것으로 추론해 볼 수 있었다.

Table 4.9는 과 의 배기가스에 따른 주기 의 증기 생성과 보일러의 CASE 1 CASE 2

증기 생성에 바탕으로 총 연료 소비율을 비교한 표이다.

Table 4.9 SFOC comparison between 7G80ME-C9.5 LL-EGB and EEC[40]

7G80ME-C9.5

LL-EGB

7G80ME-C9.5


Load

(%SMCR)

Power

(kW)

ME FOC

(ton/day)

EGE FOC

(Ton/day)

EGE

Steam

(kg/h)

rel. total

SFOC

(g/kWh)

ME FOC

(ton/day)

EGE FOC

(Ton/day)

EGE

Steam

(kg/h)

rel. total

SFOC

(g/kWh)

100 24,000 93.1 0 93.1 161.7 93.1 0 93.1 161.7

95 22,800 87.8 0 87.8 160.5 87.8 0 87.8 160.5

90 21,600 82.7 0 82.7 159.5 82.7 0 82.7 159.5

85 20,400 77.4 0 77.4 158.0 77.4 0 72.4 158.0

80 19,200 72.2 0.46 72.6 157.6 72.2 0 72.2 156.8

75 18,000 67.3 0.74 68.0 157.5 67.4 0 67.4 156.1

70 16,800 61.9 0.74 62.6 155.2 62.1 0 62.1 153.9

65 15,600 58.9 0.75 57.7 154.0 57.2 0 57.2 152.7

60 14,400 52.9 0.58 53.5 154.8 53.1 0 53.1 153.8

55 13,200 48.9 0.28 49.2 155.2 49.0 0 49.0 154.7

50 12,000 44.8 0.07 44.9 155.8 44.9 0 44.9 155.7

45 10,800 40.7 0 40.7 157.0 40.7 0 40.7 157.0

40 9,600 36.5 0 36.5 158.4 36.5 0 36.5 158.4

35 8,400 32.2 0 32.2 159.9 32.2 0 32.2 159.9

30 7,200 27.8 1.72 29.5 170.8 27.8 1.72 29.5 170.8

25 6,000 23.5 1.54 25.0 173.6 23.5 1.54 25.0 173.6

- 45 -

용을 해서 선박에 필요한 설정 압력을 기 으로 재 발생하는 증기량을 EEC

비교하여 제어기를 통해 주기 측에 신호 달하기 해 조선소는 보일러 제작PID ,

사 측에 해당 제어기 추가 설치 주기 측 결선을 요구해야하며 용 시, EGB ,

공 되는 의 단자에 신호 이블을 추가 결선하여야 SCU(Steam Controller Unit) EEC

한다 한 기능은 항상 사용하는 것이 아니라 선주의 필요에 의해서 사용여부. , EEC

를 결정하여야하므로 기 신조선 계약 시 의할 사항이다.

주기 제작사 측에서는 단자 비 소 트웨SCU ECS(Engine Control System)

어 를 비하여야 하며 주기 공장 시운 시에는 를 정지(software) , (shop test) EEC

시키고 진행하며 그 때의 연료 소비율을 보증한다.

시스템에서 는 지속 인 증기압 조 기능을 포함하여 제작되며 이것은 EEC EGE ,

밸 조 을 한 주기 조 시스템으로의 신호 달을 유지한다 결과 으EGB .

로 기능의 특이 사항은 사용 시에는 배기가스 온도는 상승하지만 주기 EEC EEC ,

자체의 연료 소비율은 증가되는 것을 인지해야한다 로부터의 신호는 증기 생성. EGE

의 자동화 최 화하는데 효과가 있을 것이나 에 의한 밸 개방은 주기, EEC EGB

부하에서만 이루어져야 한다35~85% .

Fig. 4.5는 의 지속 인 증기압 조 장치의 도식을 나타낸 그림이다EGE .

Fig. 4.5 Diagram of continous steam pressure controller[41]

- 46 -

선박의 가속 성능 부족3.2

수년 간 신조선 설계에서 주기 출력은 꾸 히 감소되어져 왔다 이것은 선박의 .

에 지효율설계지수에 정 인 효과를 가지지만 다른 한편으로는 같은 선박 속도에

서 가속을 한 출력은 차 어들었다.

는 형과 형 주기 은 황천 항해와 오손된 선체에서도 선박의 가속 속도 MDT S G

유지에 만족스런 결과를 보여주고 있다고 꾸 히 주장하 다 그러나 인도된 출력 .

주기 에 해 황천항해와 가속운 시 성능에 하여 피드백이 수되면서 가속 ,

능력에 한 이의가 제기되고 있으며 시운 상태의 회 수 마진인 , LRM(Light

에 한 부정 인 상황에 한 보고서가 제한 으로 수되었다 따Running Margin) .

라서 형 주기 에 해 해상 시운 을 통하여 변화의 필요성에 한 검MDT G LRM

토가 필요하다고 단되었다.

의 정의 필요성3.2.1 LRM

의 정의(1) LRM

에서 경 운 조건이라는 것은 시운 조건과 같은 개념으 LRM ( ) (light running) 輕

로 청결한 선체 추진기 부속물을 가진 선박이 바람과 도가 없는 무풍상태와 , ,

수심이 깊고 장애물이 없는 해상에서 가속없이 항해하는 조건을 말하며 아래와 같이

가벼운 운 의 조건을 나타낸다.

- 47 -

이 때 경추진기 곡선 의 회 수와 명시최 연속출력 에 (Light propeller curve) (SMCR)

한 추진기 곡선 의 회 수의 비를 이라고 하며(Propeller curve through SMCR) LRM ,

선박 설계 시 사용하는 추진기 회 수 마진을 의미한다 특정 출력에서 피치를 감소.

시키면 주기 속도를 더 높게 할 수 있으며 에서의 은 증가될 것이다, SMCR LRM .

이러한 은 아래와 같이 공식화 할 수 있다LRM .

Fig. 4.6은 의 정의를 나타내는 그래 이다LRM .

Fig. 4.6 LRM on the engine load diagram[42]

∙

- 48 -

의 필요성(2) LRM

경운 시운 조건에서 을 감안하여 선박 설계를 하는 이유는 아래와 같다( ) LRM .

선박의 항 증가➀

선박의 오손 황천항해 해수로나 부두 등의 수심이 얕거나 제한된 해수구역 는 , ,

빙하지에서는 항이 증가되기 때문에 선박은 항을 감안한 선박 속도 유지 안,

을 해 충분한 을 확보해야 한다LRM .

선박 조종성능➁

선박이 정지한 상태에서 운 이 시작될 때 선박의 속도가 일 때를 볼러드 당김[ 0

상태라고 하며 이 때 로펠러를 돌리면 경운 상태보다 (bollard pull) 15% ~ 20%

의 추가 출력이 필요하다 선박의 긴 정거 입거 출거], (crash stop), (docking) (un-

의 경우와 같이 안 하고 효율 인 선박조종 추진기 속도를 해 충분한 docking) ,

고려가 필요하다LRM .

험회 수 구간 에서의 빠른 통과(BSR, Barred Speed Range)➂

선박 조종을 한 모든 조건에서 험회 수 구간을 빠르게 통과하기 해 충분한

고려가 필요하다LRM .

- 49 -

산 화물선의 해상 시운3.2.2 180k

해상 시운 조건①

이 사이즈 산 화물선에 설치된 형 주기(capasize) 180k G (MAN B&W

을 해상 시운 을 통해 주기 시동6G70ME-C9.2 Tier II with EGB low load tuning)

부터 최 정격 출력까지 도달하는 시간 까지 도달하는 시간 험회 수(0~69.6rpm ),

구간 통과시간 통과시간 을 확인해보기로 했다 최고 정격 출력까지 도달 (36~43 rpm ) .

시간은 분으로 정하 으며 공장 시운 과 동일한 조건으로 설정하여 측정하 다5 , .

해상 시운 결과②

차 해상 시운 결과 험회 수 구간 통과시간은 분 가 소요 되었으며 지1 1 30

연으로 인하여 알람 통상 ( 30~60 [43] 이 발생하 다 차 차 해상 시운 결과는 ) . 2 , 3 49

로 도달 통과하 다 . Table 4.10은 공장 시운 해상 시운 의 최 정격 출

력까지 도달하는 시간 험회 수 구간 통과시간을 나타낸 표이며, Fig. 4.7과

Fig. 4.8은 부하 토크별 해상 시운 결과와 제한선을 나타낸 그래 이다.

Table 4.10 Result of shop test and sea trial about BSR

- 50 -

Fig. 4.7 Load limit diagram

Fig. 4.8 Torque limit diagram

- 51 -

해상 시운 결과 분석③

특정 추진 속도에서 과도한 비틀림 진동 때문에 축계는 험회 수 구간을 가진

다 축계의 손상을 피하기 해서는 험회 수 구간을 빠르게 통과하는 것이 가능.

해야하며 그 단 는 분 이 아니라 이다 는 부분의 주기 험회, (min) (s) . MDT

수 알람구간을 이내를 허용하 으며 시행하는 동안 비틀림 진동 측정을 감안60 ,

한다면 까지 연장이 가능하다고 주장하 다 소기와 토크에 따른 연료 지수를 80 .

설정하여 공장 시운 한 결과 조 방법으로서 험회 수 통과 시간이 분, RPM 1

이 과되었고 토크 조 방법으로는 분이 넘지 않았다 두 가지 방법 토크 조, 1 .

방법이 상 으로 소요 시간이 었으나 에서 주장하는 제한 시간에 근 한 , MDT

결과 다 차 해상 시운 한 결과 분 가 소요되어 가량 증가된 연료지수. 1 1 30 , 2~3%

를 설정하여 차 차 해상 시운 을 시행하 다 그 결과 이내로 통과하는 결2 , 3 . 60

과를 확인할 수 있었다 노르웨이 독일 선 에서는 험회 수 구간을 . DNVGL( · ) 4~5‧

안에 통과되어야 함을 규칙[44]으로 정하 다 실제로 형 주기 이 탑재된 실 선. S

의 험회 수 구간 통과 시간은 를 넘지 않았다 그럼에도 불구하고 에서 5 . MDT

권고하는 험회 수 구간 통과 시간은 이내 고 공장 시운 부터 험회 수 60 .

구간의 통과시간을 과하 다 이는 증속 지연에 따른 동력 달축의 안 성에 심.

각한 향을 미치게 된다 형 주기 과 같은 연료 약형 주기 의 특성이 . MDT G

험회 수 구간 통과 시 증속 문제가 있음에 따라 개선 이 고려되어져야 한다, .

Fig. 4.9는 험회 수 구간의 빠른 통과를 나타낸 형 인 그래 이다.

Fig. 4.9 Quick through of the barred speed range[45]

- 52 -

Table 4.11은 형 주기 의 험회 수 구간 통과시간을 나타낸 표이다S .

Table 4.11 Passing time of a BSR about S-type engine

증가를 통한 보완3.2.3 LRM

출력의 주기 이 설치된 선박은 황천 항해 는 선체의 오손으로 인해 증가된

항으로 선박의 최고 속도와 선박의 가속성능 는 항해성능이 감소되는데 증LRM

가를 통해 보완할 수 있다.

의 변화를 통한 효과는 LRM Table 4.12를 통해 알 수 있다. Table 4.11은 부하

운 마진에 따른 주기 선박의 가속능력 황천 항해 시 선박 속도 추진기 회, ,

수 그리고 연료소비를 비교한 표이다.

- 53 -

Table 4.12 Result according to change of the LRM[46]

의 증가는 주기 효율이 더 증가되고 황천항해 시 연료 소비가 감소된다 선 LRM , .

박 조종 동안의 충분한 가속과 황천 항해의 만족스러운 선박 속도를 보증하기 해,

부하 운 마진은 충분히 커야 한다 그래서 에서는 년 월 일부터의 신조. MDT 2015 5 1

선의 주기 에 하여 부하 운 마진을 기존 에서 로 용하 다3%~7% 4%~10% .

Fig. 4.10은 연도에 따른 에서 권고하는 변화를 나타낸 그림이다MDT LRM .

Fig. 4.10 Historical development about LRM[47]

- 54 -

형 주기 에서 의 성능을 확인하기 해 같은 주기 의 의 과 의 G LRM , 3% LRM 10%

을 비교하 다LRM .

추진기를 가속하기 해 이용 가능한 출력은 부하 선도와 무부하 추진기 사이의 차

이보다 더 커질 수는 없다 이 때 은 추진기 곡선이 출력 마진이 없는 주기 . , LRM

부하 선도를 가로지를 때까지 주기 과 추진기의 성을 가속화시킬 수 있다 가로.

지르는 그 지 으로부터 추진기는 진 으로 가속화된다.

Fig. 4.11은 무부하 상태에서 서로 다른 의 주기 출력 험회 수 구간과LRM

의 계를 나타내 그래 이다.

Fig. 4.11 Acceleration and power of engine with different LRM[48]

- 55 -

험회 수 구간은 출력에 따라 104번에서 약 5×106번 정도의 주기 수(Number of

를 가지기 때문에 가능한 빠르게 통과하는 것이 요하다cycle) . Fig 4.10에서 3%

은 타력이 발생하는 반속 진 시 출력에서 토크리치LRM (half ahead) 41%

곡선과 만나 선박 조종이 힘들며 험회 수 구간 통과 시에도 마진(Torque rich) ,

값이 어 험하다 그러나 은 반속 진 시 이후 출력에서 토크리. 10% LRM 61%

치 곡선과 만나며 험회 수 구간에서도 상 으로 마진의 여유가 있다, .

반속 진 속도가 에서 부하 사이에 있을 때 의 설정은 무부하 상태 60% 70% , LRM

에서 반속 진에 도달하는 것이 가능한지 아닌지를 결정할 수 있다 결론 으로 선.

박의 을 선택할 때 선박조종운동을 고려하는 것이 요하다LRM , .

Fig. 4.12는 DNV·GL에서 축계 운 의 해당 구역별 스트 스와 주기 수를 나타낸

그래 이다S-N .

Fig. 4.12 Applicable load cases and associated number of cycles[49]

- 56 -

고용량 송풍기 용을 통한 보완3.2.4

지난 년 월 일 핀란드 바르질라 와 국선박공업집단2015 1 19 (Wartsila) (CSSC, China

간의 합작투자 계약을 체결하여 State Shipbuilding Corporation) WinGD(Winterthur

라는 회사가 설립되었다 는 주기 의 가속에 해 개선 이 필Gas & Diesel) . WinGD

요하다고 생각하 으나 바르질라 행정 주기 은 과 련한 변경의 필요성이 없2 LRM

다고 하 다 의 증가는 추진기 설계에 부정 인 향을 가질 수 있으며 연료 . LRM ,

소비 증가 추진 효율을 감소시킬 수 있다 따라서 는 재 추진기 설계 변. WinGD

수의 변화 추진 효율과 에 지효율설계지수에서 부정 인 결과 없이 어떤 부하에

서도 높은 토크성능을 제공하는 와 주기 을 검토하 다RT-flex X .

의 고용량 송풍기 용량은 가장 낮은 주기 출력에서도 높은 소기 압력비를 WinGD

확보하 고 이것은 연료 제한값 이용가능한 주기 토크를 증가한다 바르질라 , .

형 주기 은 형 주기 에 비해 높은 소기 압력으로 더 높은 X MDT G 0.5 bar 8~10%

연소공기를 가진다. Fig. 4.13과 Fig. 4.14는 바르질라 주기 과 W6X82-B MDT 6G

주기 의 공기량과 소기압을 비교한 그래 이다80ME-C9.5 T .Ⅱ

Fig. 4.13 Comparison of scav. pressure between W6X82-B and 6G80ME-C9.5[50]

- 57 -

Fig. 4.14 Comparison of air flow between W6X82-B and 6G80ME-C9.5[51]

- 58 -

용을 통한 보완3.2.5 DLF(Dynamic Limit Function)

최근 에서는 선박의 속도 가속화 험회 수 구간의 빠른 통과를 해 성능 MDT

을 향상시키고자 를 개발하고 있으며 간 검사 이다 는 운DLF . DLF ( ) (heavy 重

조건에서의 성능을 최 화하기 해 다수의 시스템들로 구성되어져 있다running) .

는 주기 제어 시스템 부분의 표 이 되며 소기 연료제한기 토크 연료DLF ME-C ,

제한기 과도기간 특별한 주기 조율의 지원 험회 수 구간의 축 응력 감소, ,

의 지원 등으로 구성된 주기 제어 시스템이다(quick passing through) .

소기 연료제한기 개선1) (scavenge fuel air limiter)

소기 연료 제한기는 소기조 에 측정된 압력에 따라 연료 지수 (scavenge air receiver)

의 상한선을 설정하며 주기 제작사 사양에 따라 결정된다 그러나 배(fuel index) , .

기밸 의 닫히는 시간의 차이로 인한 보상 부족 는 공기 충 량에 향을 미치는

다른 과정변화 의 문제가 제기되었다(process change) .

Fig. 4.15는 소기 제한기의 기능을 나타낸 그래 이다.

%

Scavenge Air Limiter

Fuel

2

3

4

1

Pscav (Bar)

100%

0.0

5

Fig. 4.15 Scavenge air limiter function[45]

- 59 -

따라서 새로운 소기 제한기는 지속 으로 실린더 내 이용가능한 공기량를 추정하여

그에 따라 연료 제한을 설정한다 만약 배기 밸 의 개폐 시간이 변화된다면 즉시 . ,

제한기의 설정값이 향을 받아 변화하게 되는 것이다.

Fig. 4.16은 배기 밸 의 개폐 시간이 다름에 따라 연료 제한 설정이 달라져 압축

력을 증가시키는 과정을 보여주는 그림이다.

토크 연료제한기 개선2) (torque fuel limiter)

토크 연료 제한기는 부하선도 상의 주기 회 수에 의하여 연료 지수의 상한선을

설정하며 주기 제작사 사양에 따라 결정된다 그러나 일시 인 과부하가 발생할 , .

경우에는 해기사들에 의해 제한기를 해제 토크 소기 제한을 약 해제할 수 있( 10%

음 하는 수동 인 조치가 요구되었다 새로운 제한기는 제한값의 변화없이 일시 인 ) . ,

과부하를 자동 으로 수용한다.

Fig. 4.17은 소기 제한기의 기능을 나타낸 그래 이며, Fig. 4.18은 조속기 지수 제한

기 의 회 수에 따른 추진기 토크를 나타낸 그래 이다(governor index limiter) .

Fig. 4.16 Increased Pcomp/Pscav by new torque limiters[52]

- 60 -

% Torque Limiter

Fuel

1 2

3 45

speed (rpm)

100%

0.0

6

MCR

Fig. 4.17 Torque limiter function[53]

Fig. 4.18 Performance by governor index limiters[54]

- 61 -

과도기간의 주기 조율3)

기존에는 공장 시운 안정된 상태에서 주기 조율이 이루어졌으며 과도기간 ,

에도 제어시스템은 비슷한 조율을 유지하려고 한다 그러나 공장 시운 의 최 조.

율이 과도기간 의 최 은 아니다 는 실효있는 주기 조율이 과도기간 에도 서. DLF

서히 조정되어진다 처음에 주기 조율은 . NOX와 신에 부하의 능력을 증가하는SFOC

데 을 둔다.

축 응력 감소4) (Quick passing through)

공장 시운 의 최 조율은 과도기간 뿐만 아니라 험회 수 구간에서도 최 의

상태가 아니다 는 험회 수 구간을 통하여 가속될 때 연료 분사 시기 회 수 조. DLF ,

종 설정값 배기가스 밸 개폐 시 을 수정한다.

기존 에서는 구간의 빠른 통과 를 단지 가변피치 로 MDT BSR (quick passing through)

펠러 만 용했지만 최근에는 주기 제어 시스템도 (CPP, Controllable Pitch Propeller) ,

이 기능을 용한다.

Fig. 4.19는 시간 지연을 통한 험회 수 구간의 빠른 회피를 나타낸 그래 이다.

Fig. 4.19 Time delay on the barred speed range[55]

- 62 -

선박 속도를 증가시킬 경우 하한 제한선에서 조속기 지수 마진을 가질 때까지 일정의

시간 지연 이후 짧은 시간으로 험회 수 구간을 통과한다 그리고 선박 속도를 감소.

시킬 경우에도 상한 제한선에서 조속기 지수 마진을 가질 때까지 일정의 시간 지연 이

후 짧은 시간에 험회 수 구간을 통과한다.

이것은 수동 인 조치로서도 제한기 취소를 통하여 해제가 가능하다 .

즉 선교나 기 제어실 계기반에 있는 소기 토크 제한취소기 , (engine control room)

를 작동하면 연료지수를 까지 증가시킬 수 있다, 10% . 3.2.2에서 언 한 것과 같이 실선

들의 험회 수 구간 통과 경보시간은 로 설정하고 있으며 일부 주기 에60 , ME-B

서는 속도 상승이 늦어 까지도 경보 설정을 변경해놓고 있는 실정이다90 .

- 63 -

제 장 결 론4

본 연구에서는 장행정을 용한 형 주기 운 특성 악을 해 형MDT G L , S

형 주기 과 비교 해상 시운 을 시행하 으며 그 결과를 토 로 형 주기 의 , G

문제 을 고찰하 다 이를 통해 얻어진 결과를 요약하면 아래와 같다. .

해상 시운 을 통해 형 주기 의 상용 정격 출력에서 증기 생성량이 부족함을 확인1) G

하 으며 주기 조율 방법 조율을 용할 경우 , EGB(Exhaust Gas Bypass)

를 추가 용하면 충분한 증기 생성량을 확보할 수 있EEC(Economizer Energy Control)

으며 보조보일러의 추가 운 이 불필요함을 확인하 다.

해상 시운 을 통해 형 주기 의 가속 능력 하에 따른 험회 수 구간 통과시간2) G

이 길어짐을 확인하 고 증가 고용량 송풍기 용과 LRM(Light Running Margin) ,

로서 보완책 확인 검토한 결과 형 주기 에서 DLF(Dynamic Limit Function) , MDT G

증가된 용과 의 결합은 실용가능성과 유효성이 높은 것으로 사료된다LRM DLF .

형 주기 의 문제 개선을 하여 G DLF는 재 개발 인 상태이며 용 이후 실질

인 결과에 한 확인이 필요할 것으로 사료된다 한. , 이 논문을 참고하여 조선소에서는

형 주기 의 문제 사항 개선을 한 로그램 개발 상황을 악하여 수주 계G

약 시 도움이 될 것이며 주기 제작사에서는 형 주기 보완에 참고가 될 것이라 생, G

각한다.

- 64 -

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[54] KONGSBERG, 2015. Increase of governor limits「」, Introduction of

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- 70 -

감사의

처음 학원 진학에 한 결정은 배움의 기회를 더 가지고 싶다는 단순한 뜻에서

시작되었습니다 한 업에서는 바쁜 일과의 연속으로 해당 업무에만 집 하게 되.

어 본인의 업무 외에 한 지식은 습득하기가 어렵다는 것을 느 고 조기 취업으로 , ,

학년 학부생으로서의 학기를 완 히 마무리하지 못해 모교에 한 아쉬움과 그리움4

이 가슴 한 켠에 있었던 이유가 크지 않았나 싶습니다.

성동조선해양 기장철의설계에서 많은 로젝트에 임하 지만 처음 로젝트의 주 ,

담당자 던 형 주기 을 탑재한 산 화물선 건조에서 가장 많은 (key person) G 180k

책임감과 애착을 가졌습니다 로젝트를 진행하며 형 주기 에 해 연구하고 싶. G

은 마음이 지 의 논문까지 연결되었고 그 결실을 맺은 것 같아 뜻깊습니다 본 논, .

문을 통해 학문 연구의 즐거움을 느낄 수 있었고 배움과 견문의 폭을 넓힐 수 ,

있는 기회가 되어 보람되었습니다.

학원 진학에 한 결정부터 논문을 마무리하는 시 까지 학부생부터 인연을 가

지고 지도를 해주신 조권회 교수님이 계셔서 가능한 일이었다는 생각이 듭니다 풍.

성한 자료와 질 높은 지도를 해 주간 야간 평일 휴일 구분하지 않으시고 연구· , ·

와 지도에 힘써주신 에 해 가슴 깊이 감사드립니다 논문을 작성하면서 학문.

인 면에서 인간 인 면모까지 배울 이 많고 존경하는 교수님에 물리 거리뿐만

아니라 심 인 거리도 한층 가까워진 것 같아 기뻤습니다.

제 논문에 애정을 쏟아주시며 지도해주신 최재성 교수님 최재 교수님 덕분에 ,

논문이 더욱 풍요로워지고 완성도를 높일 수 있었습니다 한 학원 석사과정에 . ,

있어 학구열을 키워주신 김정렬 교수님 정진아 교수님 감사드립니다, .

년 공사다망한 한 해 지만 바쁘신 와 에 물심양면 조언해주신 김덕경 과장2015 ,

님과 방기상 리님 학 논문을 함께 비하면서도 를 해 도와주신 정문화 검,

사 님 내 일같이 챙겨주시고 신경써주신 천정민 연구원님께 말로 다 표 할 수 없,

- 71 -

는 감사의 마음을 해드립니다.

항상 걱정과 사랑으로 낳아주시고 길러주시며 오늘날의 를 있게 해주신 주

개발 기 김병규 사장님과 박 해 여사님 항상 건강하길 바라오며 남과 다른 업무 ,

일정에 고생이 많은 김꽃님 간호사님 밝고 정 인 자세를 잃지 않는 김유진 내 , ,

삶의 비타민 윤민근 항상 사랑합니다.

년에도 를 비롯하여 제가 사랑하는 모든 분들이 건강하고 행복한 일만 있기2016

를 바라겠습니다.

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