“설계”단계와 “분석”단계를 마친 후 설정된 베어링의 높낮이를 맞추기 위해서 갭색법이 사용된다. 갭색법은 선수방향에 위치한 축을 지지하는 베어링들의 높낮이를 조정하여 특정 커플링면의 형상을 만들어, 베어링을 원하는 높이에 위치하도록 하는 방법이다. 이 때 커플링 부분의 형상은 Fig. 3.4와 같이 플랜지 사이의 수평방향 거리인 갭(gap)과 수직방향 거리인 색(sag)으로 나타낸다. 본 논문에서는 Fig. 3.4와 같이 플랜지면 사이가 아래쪽이 벌어졌을 경우의 갭을 양의 값(+)으로 나타내고, 선미쪽 축이 더 높은 경우를 양의 값(+)으로 정의한다.
갭과 색은 축계의 모든 커플링이 분리된 상태에서 프로펠러축의 변화량을 기준으로 계산 및 시공이 진행된다. 프로펠러축의 베어링의 높낮이는 별도의 조정이 불가하므로 프로펠러축 플랜지 면 끝단에서의 수직 변위량과 각 변위량이 결정된다. 이 값을
Fig. 3.3 Example of allowable bending moment and shear force at crankshaft flange for G50ME-B9
Fig. 3.4 Definition of gap & sag
기준으로 중간축 베어링과 다른 중간축 베어링 또는 다른 중간축 베어링이 없을 경우에는 임시지지대의 높낮이를 조정하여 프로펠러축과 중간축 사이 플랜지 면의 갭과 색을 맞추게 된다. 중간축 베어링의 높이가 설정된 후에는 중간축 베어링의 높이는 조정하지 않고, 앞서 중간축 베어링의 높낮이를 조정하는 방법과 마찬가지 방법으로 주기관의 주 베어링 높낮이를 조정하여 그 높낮이를 확인한다.
커플링의 플랜지면을 목표한 베어링 높낮이를 기준으로 하는 갭과 색으로 맞추기 위해서 베어링 높낮이를 조정할 때, 온도의 영향과 사용되는 계측 기기의 오차, 작업자의 숙련도로 인해서 약간의 오차가 발생하는 것은 불가피하다. 미국 선급, 프랑스 선급, 중국 선급 등에서는 표와 같이 다른 기준을 제시하고 있다.
갭색법은 다이얼 게이지와 필러 게이지를 통하여 작업을 진행하기 때문에 계측장치가 간단하고, Fig. 3.5와 같이 베어링 지지대의 잭(jack) 볼트를 통해서 수직방향과 수평방향 조절이 용이하다는 장점이 있다. 반면에 축이 조립된 상태를 확인 할 수 없으며, 베어링 하중의 작용점이 계산과 상이한 점과 축계의 치수와 측정되는 갭과 색 사이의 큰 치수비로 인해 정확도가 떨어진다는 단점이 있다.
Fig. 3.5 Example of bearing offset adjusting device for intermediate shaft bearing (left) and Main engine (right)
No. Class name Tolerance for gap-sag
1 Bureau Veritas ±0.05 ㎜
2 China Classification Society ±0.08 ㎜ 3 American Bureau of Shipping,
Korean Register of Shipping ±0.1 ㎜ Table 3.2 Tolerance of the gap-sag in accordance with each class
3.3.1 갭과 색의 계산
갭과 색은 축의 각 커플링을 분리시킨 상태에서, 베어링과 임시 지지대를 원하는 높이로 설정을 하고, 각 축의 끝단에서의 수직 변위량과 각 변위량을 통해서 계산한다.
Fig. 3.6은 Fig. 3.4에서 보여준 한쪽 플랜지면의 움직임을 상세히 보여준다.
지점에서 서로 다른 축이 서로 연결될 때,
: 지점에서의 각(angle) 변위량
: 지점에서의 수직 변위량
: 플랜지의 지름 을 나타낸다.
여기에서 기준선(Reference line)은 선미관의 선수미측 끝단에서의 축심을 연결한 직선을 의미하며, 와 는 이 선을 기준으로 하는 각 변위량과 수직 변위량을 의미한다. 는 플랜지면에서 수평거리로서 각 변위량이 아주 미소하므로 식(3.2)으로 나타낼 수 있다.
× (3.2)
Fig. 3.6 Behavior of beam with flange at the end part
지점에서 연결되는 다른 플랜지면을 지점이라고 정하면, 지점에서의 플랜지면의 수평거리는 × 가 된다. 갭은 서로 연결되는 플랜지면의 수평 거리를 나타내므로 와 의 차가 된다. 한편 색은 플랜지면의 수직거리를 의미하므로 각 지점에서의 수직 변위량인 와 의 차로 구할 수 있다.
갭과 색의 계산을 위해서 중간축과 같이 경우에 따라 축에 베어링이 한 개만 설치될 경우에는 임시지지대를 추가로 설치를 해야 하며, 프로펠러축의 수직변화량이 위쪽으로 과다하게 예상될 경우에는 플랜지면의 끝단에 추가적인 힘을 가하기도 한다.
3.3.2 갭색법의 분류
갭색법은 플랜지 커플링을 체결하는 시기에 따라서 동시체결 방식(One stage gap-sag installation)과 순차 체결 방식(Multi stage gap-sag installation)으로 나눌 수 있다.
동시체결 방식은 모든 커플링의 갭과 색을 조정한 다음 한꺼번에 체결하는 방법이다. 프로펠러축의 선수/선미부 선미관 베어링의 높이는 변화하지 않으므로 축계의 선미쪽 커플링 연결부부터 베어링과 임시지지대의 높이를 조정하여 갭과 색 맞춘 다음 선수 방향 플랜지의 갭과 색을 맞춘다. 이러한 방법으로 축계의 모든 플랜지면의 갭과 색을 목표 값에 맞춘 다음 동시에 체결한다. Fig. 3.7은 동시체결 방식의 예를 보여준다.
Fig. 3.7 Example of one stage gap-sag installation
순차 체결 방식은 플랜지면을 순차적으로 체결해가면서 각각의 갭과 색을 맞춰 가는 방식이다. Fig. 3.8은 순차 체결 방식의 예를 보여준다. Fig. 3.8과 같이 우선 프로펠러축과 중간축 사이의 갭과 색을 측정 및 목표 값을 맞춘 후 커플링을 체결하고, 다음 선수방향의 플랜지면에서 갭과 색을 맞춰 각각의 커플링을 순차적으로 체결하는 방법이다.