KR20160116428A - 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치 - Google Patents

선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 엔진에서 발생하는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기관에 관한 것으로서, 특히 배기관의 길이방향 뿐만 아니라 길이에 대해 수직방향으로 발생하는 열변형을 방지할 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치는 엔진에서 배출되는 배기가스가 터보 챠저로 유입되도록 터보 챠저에 연결된 배기관과, 엔진의 실린더에서 연장되어 배기관에 연통된 실린더 연결관들과, 실린더 연결관에 장착되어 배기관의 길이방향에 대해 수직방향으로 발생하는 열변형을 보상하는 벨로우즈 관과, 실린더 연결관과 대응하는 지점에 위치하여 배기관의 상부를 지지하는 지지대를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치{Exhaust Pipe Heat Transform Prevention Apparatus of Ship Engine}
본 발명은 선박의 엔진에서 발생하는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기관에 관한 것으로서, 특히 배기관의 길이방향 뿐만 아니라 길이에 대해 수직방향으로 발생하는 열변형을 방지할 수 있게 구성한 것이다.
일반적으로 엔진이 탑재되어 있는 운송수단 중 특히 선박은 사람이나 화물을 수상 운송하기 위한 운송수단으로서, 선박에는 추진용(2행정/저속) 엔진과 발전용(4행정/중속) 엔진 및 비상용(4행정) 엔진 등 다양한 엔진이 탑재되어 있다.
그리고 이러한 엔진들은 각각 개별적으로 설치되어 선박을 추진시키거나 상시 전기 공급 및 비상용 전원 공급 등을 위한 에너지를 공급하게 된다.
한편, 엔진들은 구동되는 동안 발생되는 배기가스를 엔진 외부로 배출시키기 위한 별도의 배기관이 마련된다.
일례로 종래 기술의 선박용 엔진의 배기관 구조를 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
도면에서 도 1은 종래 기술에 따른 선박 엔진의 배기관을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배기관의 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 나타낸 것과 같이, 종래 기술의 선박 엔진의 배기관은 배기가스가 흐르도록 중앙이 관통된 직관 형상의 메인 관(5)과, 이 메인 관(5)과 복수의 실린더(미도시)들을 연결시켜 각각의 실린더에서 발생되는 배기가스를 메인 관(5)으로 안내하기 위한 복수의 실린더 연결관(8)들로 이루어져 있다.
메인 관(5)은 일정 길이의 직관(5a)이 연장되다가 벨로우즈 관(주름관)(5b)이 연결되고 다시 직관(5a)이 연장되는 구조가 반복되는 이른바 직관(5a)/벨로우즈 관(5b)의 반복 관체 구조로 되어 있다.
여기서, 상기 벨로우즈 관(5b)은 고온의 배기가스에 의해 메인 관(5) 자체가 길이방향으로 팽창되는 등의 열변형에 적절하게 대응할 수 있도록 길이방향으로 신축되는 기능을 수행한다.
상기 실린더 연결관(8)은 그 일단부가 실린더와 연결되고 그 타단부가 상기 메인 관(5)과 연결되는 절곡 구조의 엘보관 형상으로 되어 있다.
그리고 상기 종래 기술의 메인 관(5)과 실린더 연결관(8)으로 이루어진 배기관 외주면에는 고온의 배기가스에 의해 배기관이 외부로 발열되는 것을 차단하기 위한 단열재(9)가 구비되어 있다.
이러한 구조에 의한 종래 기술의 선박용 엔진의 배기관 구조는 엔진의 각 실린더에서 발생되는 배기가스가 각각의 실린더 연결관(8)을 통해 메인 관(5)으로 안내되어 이 메인 관(5)을 통해 외부로 배출되는 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0053757호(공개일 2013.05.24)
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 열에 의해 발생하는 배기관의 길이방향 열변형 뿐만 아니라 각각의 실린더에서 배출되는 실린더 연결관의 열변형에 따른 배기관의 수직방향에 대한 열변형을 방지할 수 있게 구성한 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치는 엔진에서 배출되는 배기가스가 터보 챠저로 유입되도록 터보 챠저에 연결된 배기관과, 엔진의 실린더에서 연장되어 배기관에 연통된 실린더 연결관들과, 실린더 연결관에 장착되어 배기관의 길이방향에 대해 수직방향으로 발생하는 열변형을 보상하는 벨로우즈 관과, 실린더 연결관과 대응하는 지점에 위치하여 배기관의 상부를 지지하는 지지대를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지대는 배기관의 상부를 감싸는 원호 형태의 제1프레임과, 제1프레임에 연결되며 엔진에 고정된 제2프레임을 포함하며, 지지대는 배기관에 연결된 실린더 연결관에 대응하여 위치한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배기관은 복수의 배관들이 연결된 구조이며, 배관은 일단에 플랜지가 형성되고 타단에는 확관부가 형성된 메인 관과, 일단은 메인 관의 확관부에 삽입되고 타단에는 플랜지가 형성된 슬라이드 관을 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 슬라이드 관의 둘레에는 그루브가 형성되고 그루브에는 실링링이 위치하며 실링링은 확관부의 내주면에 접해 위치한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 슬라이드 관의 일단은 확관부의 내부 안쪽에 삽입되되, 미끄러져 이동할 수 있도록 슬라이드 관의 일단과 확관부의 내부 끝단 사이에 공간이 형성된다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치는 엔진에서 배출되는 배기가스에 의한 배기관의 열변형을 제한함으로서, 배기관의 응력 집중에 따른 피로 파괴를 방지할 수 있게 구성한 것이다.
따라서 배기관의 수명을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박 엔진의 배기관을 나타낸 개략도이고,
도 2는 도 1에 도시된 배기관의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박 엔진의 배기관을 나타낸 개략도이고,
도 4는 도 3에 도시된 배기관의 메인 관의 단면도이며,
도 5는 도 3에 도시된 상부 지지대를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 배기관의 열변형에 따른 변화를 나타낸 개념도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도면에서, 도 3은 본 발명에 따른 선박 엔진의 배기관을 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 배기관의 메인 관의 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 상부 지지대를 나타낸 사시도이다. 그리고 도 6은 도 3에 도시된 배기관의 열변형에 따른 변화를 나타낸 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 엔진의 실린더(101) 상부에는 위치한 배기관(110)은 터보 챠저(103)로 연장된다.
그리고 엔진의 각 실린더(101)에서 연장된 실린더 연결관(120)은 상부에 위치한 배기관(110)에 연결되고, 실린더(101)에서 배출되는 배기가스는 실린더 연결관(120)을 통해 배기관(110)으로 유입되며, 배기관(110)을 따라 터보 챠저(103)로 유동한다.
한편, 실린더(101)에서 배기관(110)으로 연장된 실린더 연결관(120)에는 벨로우즈 관(130)이 장착된다.
벨로우즈 관(130)은 배기가스에 의한 열변형을 흡수할 수 있도록 구성한 것으로서, 구체적으로 배기관(110)의 하부로 연장된 실린더 연결관(120)은 배기관(110)에 대해 수직방향으로 열변형을 하게 되는데, 수직방향이 열변형을 벨로우즈 관(130)에서 흡수함으로써, 배기관(110)이 수직방향으로 변형되는 것을 막을 수 있다.
이와 같이 실린더 연결관(120)에 장착된 벨로우즈 관(130)에 의해 배기관(110)이 수직방향으로 열변형되는 것을 보다 효과적으로 방지하기 위해서, 배기관(110)의 상부에는 지지대(140)가 위치한다.
지지대(140)가 배기관(110)의 상부에 고정되어 배기관(110)의 상부를 지지함으로써, 배기관(110)의 수직방향으로 작용하는 열변형을 벨로우즈 관(130)에서 효과적으로 흡수할 수 있게 된다. 만약 지지대(140)의 구성이 없을 경우 실린더 연결관(120)의 열적변형은 벨로우즈 관(130)에서 흡수하되, 벨로우즈 관(130)의 신축에 의해 열변형을 완전히 흡수하지 못할 경우 실린더 연결관(120)의 열변형이 배기관(110)에 작용하여 배기관(110)이 상하방향으로 변형된다.
하지만 배기관(110)의 상부가 지지대(140)에 의해 지지됨에 따라 실린더 연결관(120)의 열변형은 배기관(110)에 전달되지 않고 벨로우즈 관(130)에서 흡수된다.
한편, 배기관(110)은 복수의 배관(111)들이 연결되어 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배기관(110)은 복수의 배관(111)들이 연결되며, 각 배관(111)들은 메인 관(113)과 슬라이드 관(117)으로 구분된다.
메인 관(113)은 일단에 플랜지(113F)가 형성되고, 타단은 확관된 구조의 확관부(115)가 형성된다. 그리고 실린더 연결관(120)은 메인 관(113)의 하부에 연결된다.
한편, 메인 관(113)의 타단에는 슬라이드 관(117)의 일단이 삽입되어 위치하며, 슬라이드 관(117)의 타단에는 플랜지(117F)가 형성된다.
여기에서 슬라이드 관(117)의 외주면에는 그루브(117G)가 형성되며, 그루브(117G)에는 실링링(119)이 위치하여 메인 관(113)의 확관부(115) 내측면과 접하여 위치한다.
또한 슬라이드 관(117)이 메인 관(113)의 확관부(115)에 삽입됨에 있어서, 슬라이드 관(117)의 일단이 확관부(115) 내부 안쪽에 접하지 않고 미끄러져 이동할 수 있는 공간(S)을 확보하도록 연결된다.
이와 같이 구성된 복수의 배관(111)들이 연결함에 있어서, 어느 한 배관(111)의 메인 관(113)의 플랜지(113F)에 다른 배관(111)의 슬라이드 관(117)의 플랜지(117F)를 대응하고 볼트 체결하여 배관(111)들을 연결한다.
한편, 도 5에 보이듯이, 지지대(140)는 메인 관(113)의 상부에 용접 고정되며 상면에 2개의 탭이 형성된 제1프레임(141)과, 제1프레임(141)의 상단에 연결되며 실린더(101)에 고정된 제2프레임(142)을 포함하며, 지지대(140)의 제1프레임(141)은 배기관(110)의 하부로 연결된 실린더 연결관(120)과 대응한 지점에 위치한다.
보다 구체적으로 제1프레임(141)의 저면은 메인 관(113)의 외주면과 접하도록 오목부가 형성되며 오목부가 메인 관(113)의 상면에 용접 고정된다. 그리고 제2프레임(142)의 일단은 실린더(101)에 볼트 체결되고, 제2프레임(142)의 타단에는 제1프레임(141)이 체결됨에 있어 제2프레임(142)을 관통한 볼트가 제1프레임(141)에 형성된 2개의 탭에 나사 체결되어 제2프레임(142)에 제1프레임(141)이 고정된다.
이와 같이 구성된 배기관(110)에 있어서, 배기관(110)의 하향으로 발생하는 열변형은 벨로우즈 관(130)에서 보상하며, 배기관(110)의 길이방향으로 발생하는 열변형은 메인 관(113)과 슬라이드 관(117) 사이의 미끄러짐에 의해 보상된다.
아래에서는 이와 같이 구성된 배기관의 열변형에 대해 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실린더(101)에서 배출되는 배기가스는 고온으로서, 실린더 연결관(120)을 통해 배기관(110)으로 유입된다.
이때 배기가스의 열에 의해 실린더 연결관(120)은 신장되며, 엔진이 정지하였을 때에는 냉각되면서 수축하게 된다.
실린더 연결관(120)이 신장함에 있어서 배기관(110)은 상향으로 열변형되는데, 배기관(110)의 상부에 지지대(140)가 위치하여 배기관(110)의 열변형을 차단함에 따라 실린더 연결관(120)의 신장은 벨로우즈 관(130)의 수축으로 보상되어 배기관(110)의 수직방향 열변형을 차단한다.
또한, 배기관(110)으로 유입된 배기가스는 터보 챠저(103) 쪽으로 유동하게 되는데, 이때 배기관(110) 또한 배기가스의 열에 의해 길이방향으로 신장하려는 힘과 더불어 압축력을 발생하게 된다.
배기관(110)의 길이방향으로 신장에 따른 압축력은 각 메인 관(113)의 내부로 슬라이드 관(117)이 미끄러져 이동하면서 배기관(110)의 길이방향 신장을 보상하게 된다.
한편, 슬라이드 관(117)이 지속적으로 메인 관(113)의 내부로 진입해 들어갈 경우 슬라이드 관(117)의 끝단이 메인 관(113)의 확관부(115) 안쪽 끝단과 접하게 되는데, 이 경우 배기관(110)의 길이방향의 신장을 더 이상 보상할 수 없게 된다.
따라서 슬라이드 관(117)의 일단과 메인 관(113)의 확관부(115) 안쪽 끝단 사이에 공간은 배기가스의 최대 온도 및 배관(111)의 재질에 따른 열변형계수를 고려하여 충분한 공간을 확보하는 것이 바람직하며, 통상 배기가스의 온도 및 강 재질의 배관일 경우 상기 공간(S)의 간격은 10mm 인 것이 바람직하다.
한편, 슬라이드 관(117)이 메인 관(113)의 안쪽으로 진입하거나 또는 배기관(110)이 냉각되면서 슬라이드 관(117)이 메인 관(113)의 타측으로 인출될 때에도 실링링(119)은 메인 관(113)의 확관부(115) 내측에 접하여 위치함에 따라 배기가스의 누출을 차단할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 실시예에서는 슬라이드 관(117)의 외주면에 그루브(117G)가 형성되고, 그루브(117G)에는 실링링(119)이 위치하여 메인 관(113)의 확관부(115) 내측면과 접하여 위치함으로써, 슬라이드 관(117)이 열적 변형에 의해 길이방향으로 신축되는 것을 보상하는 것으로 설명하고 있으나, 이를 대신하여 메인 관(113)들 사이에 별도의 벨로우즈 관을 장착하여 벨로우즈 관의 신축에 의해 열적 변형을 보상하도록 구성할 수도 있다.
101 : 실린더
103 : 터보 챠저
110 : 배기관
111 : 배관
113 : 메인 관
115 : 확관부
117 : 슬라이드 관
120 : 실린더 연결관
130 : 벨로우즈 관
140 : 지지대
141, 142 : 프레임

Claims (6)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스가 터보 챠저(103)로 유입되도록 터보 챠저(103)에 연결된 배기관(110)과,
    엔진의 실린더(101)에서 연장되어 배기관(110)에 연통된 실린더 연결관(120)들과,
    실린더 연결관(120)에 장착되어 배기관(110)의 길이방향에 대해 수직방향으로 발생하는 열변형을 보상하는 벨로우즈 관(130)과,
    실린더 연결관(120)과 대응하는 지점에 위치하여 배기관(110)의 상부를 지지하는 지지대(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    지지대(140)는 배기관(110)의 상부를 감싸는 원호 형태의 제1프레임(141)과, 제1프레임(141)에 연결되며 엔진에 고정된 제2프레임(142)을 포함하며, 지지대(140)는 배기관(110)에 연결된 실린더 연결관(120)에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    배기관(110)은 복수의 배관(111)들이 연결된 구조이며,
    배관(111)은 일단에 플랜지(113F)가 형성되고 타단에는 확관부(115)가 형성된 메인 관(113)과, 일단은 메인 관(113)의 확관부(115)에 삽입되고 타단에는 플랜지(117F)가 형성된 슬라이드 관(117)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    슬라이드 관(117)의 둘레에는 그루브(117G)가 형성되고 그루브(117G)에는 실링링(119)이 위치하며 실링링(119)은 확관부(115)의 내주면에 접해 위치하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치.
  5. 제3항에 있어서,
    슬라이드 관(117)의 일단은 확관부(115)의 내부 안쪽에 삽입되되, 미끄러져 이동할 수 있도록 슬라이드 관(117)의 일단과 확관부(115)의 내부 끝단 사이에 공간(S)이 형성된 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    배기관(110)은 복수의 배관(111)들이 연결된 구조이며, 배관들 사이에는 벨로우즈 관이 연결되어 배기관의 길이방향 열적 변형을 벨로우즈 관에 의해 보상하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진의 배기관 열변형 방지장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130053757A (ko) 2011-11-16 2013-05-24 현대중공업 주식회사 해상 및 육상용 중속엔진의 배기관 구조

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