선박 진동 발생원인과 방진대책에 관하여 설명하시오.

진동은 질량과 강성이 있는 물체가 점이나 축을 중심으로 반복 운동하는 것으로 대개 원하지 않은 효과를 일으키므로 대부분은 진동을 제어하는데 초점을 두고 있다.

선박의 진동은 외력인 해상 상태에 의해 발생하기도 하지만 주로 추진 시스템인 주기관과 프로펠러에 의해 발생한다. 선박의 대형화로 인한 주기관 마력 증가로 기진력은 증가하나 선체의 최적 설계로 인한 강성저하로 심각한 진동문제의 발생 가능성이 높아지고 있다.

선박의 진동을 일으키는 기진원은 Propeller, Main Enigne, Machinery 및 wave 등이며, Slamming 등에 의해 발생하는 “Whipping” 현상과 세장형 선체의 저차 고유진동수와 Wave의 주기가 일치해서 발생하는 “Springing” 현상 등은 해상 상태의 영향을 받으며, Generator Engine이나 Compressor 등도 간혹 진동 문제를 일으키기도 한다.

 

Main engine(Diesel engine)의 Piston에 상하 방향으로 작용하는 힘이 추진 Torque로 변환되는 과정에서 발생하는 External Unbalance Moment와 Guide Force/moment는 주기관 자체의 진동과 선체 진동문제를 일으킬 수 있다.

프로펠러에 의한 진동 기진력은 축 전달력과 선체 표면력이 있는데, 축 전달력의 추력 변동은 Thruster bearing에 작용하여 축계 종 진동과 거주구의 종 방향 진동에 영향을 미치며, 선체 표면력, 즉 Rudder나 선체 표면에 작용하는 변동압력은 선체 진동에 큰 영향을 미친다.

진동을 제어하기 위해서는 첫째, 기진력을 줄이거나 둘째, 고유 진동수와 가진 주파수가 일치되지 않도록 해야한다. 즉 공진을 피해야 한다. 셋째, 강성을 키워 진동응답을 작게 한다. 이외 반대위상의 진동을 일으켜 진동을 상쇄시키는 vibration Compensator나 프로펠러에 의한 Hull surface force의 영향 자체를 줄이는 Damp tank(tank 내부에 일정한 공기압을 유지하도록 함)나 well(Tank 내부에 공기 유출 배관 설치)을 설치 할 수도 있다. 상기 장비설치 방법은 통상적인 방진대책이 아니므로 선주들이 쉽게 받아들이기 어려운 예외적인 방법이므로 최후 수단으로 강구되어야 한다.