항해사가 되려면 꼭 알아야할 3가지 기관

열기관이란 석탄, 석유와 같은 연료를 연소하여 발생하는 열을 기계적 일로 바꾸어 동력을 얻는 기계를 말합니다. 열기관에서 열을 일로 바꾸려면 작동 유체를 필요로 하는데, 이 작동 유체에 따라 내연 기관과 외연 기관으로 분류할 수 있습니다. 선박용으로 사용되는 주기관은 열기관에 속합니다.

 

열기관은 분류에 따라 외연기관과 내연기관으로 분류할 수 있는데 먼저 외연기관이란 연료를 보일러내에서 연소시켜 발생하는 연소가스의 일을 보일러 물에 전하여 증기를 만들고, 이 증기에 의하여 왕복 기관이나 증기터빈을 움직이는 기관을 말합니다. 외연기관에 부속된 보일러는 주기관에 속합니다.

증기 왕복 운동 기관 : 보일러에서 발생시킨 고압증기로 피스톤을 왕복 운동시키고, 피스톤 왕복 운동을 크랭크에 의해 회전운도으로 변환시켜 추진기를 돌리는 기관입니다. 

 

 

증기 터빈 기관 은 증기 왕복 기관에서와 같이 보일러에서 만든 고압 증기로 직접 회전 날 개를 돌리게 하여 추진하는 방식입니다. 기관 자체의 중량은 가볍고 큰 출력을 낼 수 있는 장점이 있으나, 연료의 소비량이 많아서 고속, 고출력을 요구하는 군함이나 여객선 등에서 일부 사용한다는 단점도 있습니다.

 

내연 기관이란 기관의 실린더 내에서 직접 연료가 연소하여 발생한 고온*고압가스를 피스톤에 적용시켜 동력을 발생하게 하는 왕복식 내연기관과, 연소실에서 연료가 연소하여 발생한 고온의 연소가스를 로터에 붙어 있는 회전 날개에 작용하여 로터를 회전시켜 동력을 발생하게 하는 가스 터번 및 터보 제트 기관, 삼각형으로 된 로터의 3면에 고온, 고압의 연소가스를 작용하여 로터를 회전시켜 동력을 얻는 회전식 내연 기관이 있습니다.

 

 

디젤 기관을 처음 제작하여 실용화한 사람은 독일인 디젤입니다. 밀폐된 실린더 내에 피스톤으로 공기를 30~40 kgf/cm2 정도로 압축하면 공기 온도는 500~600도 정도로 급상승합니다. 이렇게 고온, 고압으로 된 공기에 연료를 안개 모양으로 분사하면, 연료가 가열되어 발화 연소하여 압력과 온도는 더욱 상승하게 됩니다. 이 때 발생한 폭발 가스의 압력과 팽창에 의하여 피스톤이 움직여 크랭크축을 회전시켜 일을 합니다.

 

디젤기관의 특징은 풍부한 공기를 이용하여 연료를 유효하게 연소시킬 수 있으므로 압축비가 높고 더불어 연료를 경제적으로 사용할 수 있는 특징을 갖습니다.

디젤 기관의 장점은 자기점화이기 때문에 대형 실린더 내에서도 점화가 용이하게 일어나며 대형 기관에서는 녹크의 문제가 없기 때문에 실린더를 충분히 크게 할 수 있어 큰 출력의 기관을 만드는 것 이 용이합니다. 또 사용 연료의 범위가 넓고 값이 싼 연료를 사용할 수 있으며, 압축비가 높기 때문에 열효율이 높고 연료 소비율을 적게 할 수 있으므로 선박과 대형 자동차용으로 적당합니다. 화재에 안전하며 연료와는 관계없이 공기만을 다루기 때문에 흡기가 많이 빠져나가는 2행정 사이클 기관에 있어서도 연료 소비율은 떨어지지 않으며 2행정 사이클 기관을 만드는데 유리합니다. 출력의 가감은 연료 공급량의 다소만으로 행할 수 있으며 또한 회전의 넓은 범위에 걸쳐 토크의 변화가 적으므로 운전제어가 용이합니다. 고장이 많은 전기 점화장치가 필요 없으므로 신뢰성이 크고 내구성도 크며 오버홀 기간도 깁니다.

 

이처럼 디젤기관의 장점은 어마어마하게 많지만 단점도 있습니다. 공기를 풍부하게 사용하여 연료를 완전히연소시킬 필요가 있기 때문에 동일 연료를 연소시킬 때 가솔린 기관보다 실린더 용적이 커야 합니다. 또한 압축비가 높기 때문에 폭발 압력이 높아 실린더의 강도를 높여야 합니다. 압축비가 높기 때문에 시동하기도 어렵습니다. 따라서 강력한 시동 장치를 필요로 하며, 냉한 지방에 있어서는 압축에 의한 온도상승이 점화보다 어렵기 때문에 흡기가열, 윤활유 에열 등의 보조 장치가 필요합니다. 폭발 압력이 높기 때문에 소리가 크며, 연료분배를 균일하게 하기 어렵고 진동도 심합니다. 특히 소형 기관에서 이 경향이 큽니다. 연소에 시간을 필요로 하므로 소형, 고속회전기관에는 적당하지 않습니다. 정밀한 분사장치를 필요로 하므로 값이 비싸고 정비하기도 불리합니다.

실린더는 피스톤을 안내하는 부분으로서, 항상 고온*고압의 연소 가스에 직접 접촉하고, 피스톤의 고속운동에 마멸되지 않도록 특수 주철을 사용합니다.

 

실린더 헤드는 실린더의 뚜껑 역할을 하는 부분으로서, 실린더, 피스톤과 함께 연소실을 형성합니다. 실리너와 헤드 사이에는 구리로 된 개스킷을 설치하여 연소 가스가 새는 것을 막아줍니다.

 

피스톤은 실린더 내에서 연소 가스의 압력을 받아 고속으로 왕복운동을 하면서 동시에 그 힘을 커넥팅 로드에 전달해 주는 역할을 합니다. 트렁크형 피스톤은 중소형 기관에 사용되며, 커넥팅 로드가 직접 피스톤핀으로 연결되어 있으므로 기관의 높이를 낮게 할 수 있습니다. 반면에 크로스헤드형 피스톤은 대형 기관에 사용되며, 측압을 크로스헤드의 가이드에서 받게 되므로 피스톤은 피스톤 링을 설치할 수 있는 길이면 됩니다.

 

커넥팅로드는 피스톤의 왕복 운동을 크랭크의 회전 운동으로 바꾸는 역할을 하며, 대단부와 소단부 및 본체로 구분됩니다. 트렁크형 기관에서는 피스톤과 크랭크를, 크로스헤드형 기관에서는 크로스헤드와 크랭크를 연결하여, 피스톤이 받는 압력을 크랭크 축에 전합니다. 따라서 커넥팅 로드는 경량이어야 하며, 충분한 강도를 가지도록 제작되어야 합니다. 

 크랭크축 : 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어 주고, 또 반대로 피스톤을 움직여 흡기, 압축 및 연소된 가스의 배출 등을 행하는 기관의 주축입니다.

 

보조 기관이란 주기관을 제외한 모든 기계류를 포함하는 의미로 쓰이며 보통 보기라고 부릅니다. 그리고 보기의 종류는 주기의 형식, 선박의 용도, 향로에 따라서 여러 가지가 있습니다.

 

발전기는 선내 조명은 물론 각종 전기, 전자 장비에 전기를 공급하는 매우 중요한 보기로서, 직류 발전기와 교류 발전기가 있는데 보통 선박에서는 교류발전기를 사용하고 있습니다. 발생 전압은 220볼트 또는 440볼트이며, 경유를 연료로 하는 디젤 발전기가 주기와 별도로 설치되는 것이 일반적이지만, 근래 에너지 절약형 선박에서는 발전기의 엔진을 별도로 설치하지 않는 대신, 주기관의 용량을 크게 하여 추진기를 기어로 연결하여 작동시키는 축 발전기도 사용하고 있습니다.

냉동기에서는 공기를 압축기로 압축하여 고온, 고압으로 만들어 냉각기로 보내고 냉각된 저온, 고압력의 공기를 팽창기에서 급격히 팽창시켜 온도를 떨어트립니다. 이와 같이 하여 얻은 찬 공기로 냉장고의 열을 뻇은 다음 또다시 압축기로 돌려보냅니다. 냉동기는 종류에 따라 가스 압축식, 공기 압축식, 중기 분사식등으로 나누며, 선박용으로는 가스 압축식이 많습니다. 공기냉동기에는 옛날에 선박용으로 사용된 때도 있었으나 효율이 나쁘기 때문에 오늘날에 있어서는 사용치않고 최근에 비행기에서 객실의 냉방에 채용되고 있습니다.

 

조수기는 선박에서 청수는 생활용수뿐만 아니라 보일러 드럼 및 각종기기의 냉각수로 꼭 필요하므로 청수 탱크를 두어 청수를 저장해 두고 있습니다. 선박에서 청수의 수급은 육상으로부터의 급수하거나 또는 해수에서 염분 등을 제거하여 청수를 얻을 수 있습니다. 조수기는 해수로부터 청수를 얻어 내는 장치로서, 이를 통하여 청수 탱크의 용량을 줄일 수 있음으로써 그만큼 적재 화물량을 증가시킬 수 있습니다.