KR100611243B1

KR100611243B1 - 보트의 워터 젯 추진 장치

Info

Publication number: KR100611243B1
Application number: KR1020047006566A
Authority: KR
Inventors: 이시가키에이이치
Original assignee: 가부시키가이샤 이시가키
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2006-08-10
Also published as: JP4100342B2; WO2003037712A1; CA2465136A1; JPWO2003037713A1; AU2002343782B2; KR20040042908A; TW200300118A; TW587045B; CA2465136C; US20050014426A1; TW587044B; EP1447325A4; EP1447325A1; WO2003037713A1; US6923694B2

Abstract

인듀서(inducer) 연접형(連接形)의 축류(軸流) 날개부(16a)와, 이 축류 날개부와 충돌없이 연결되는 사류(斜流) 날개부(16b)와, 이 사류 날개부와 충돌없이 연결되는 원심(遠心) 날개부(16c)를 가지는 회전 날개(16)가 완경사(緩傾斜) 영역(15c1)과 급경사(急傾斜) 영역(15c2)을 포함하며, 곡률이 연속해서 변화되는 허브(15)의 외주면(15c)에 감겨 붙여진다. 축류 날개부(16a)와 사류 날개부(16b)는 완경사 영역(15c1)에 감겨 붙고, 원심 날개부(16c)는 급경사 영역(15c2)에 감겨 붙는다.

인듀서, 축류 날개부, 사류 날개부, 완경사 영역, 급경사 영역.

Description

보트의 워터 젯 추진 장치 {WATER JET PROPELLING DEVICE OF BOAT}

본 발명은 보트의 워터 젯 추진 장치에 관한 것이며, 특히, 비교적 큰 고속정에 적합한 보트의 워터 젯 추진 장치에 관한 것이다.

보트의 워터 젯 추진 장치는 선저(船底)에 개구되는 흡입구로부터 인입(引入)한 물을 임펠러(impeller)로 가압하여 선회류로 바꾸고, 이 선회류를 디퓨져(diffuser)로 직선류로 정류(整流)하여 얻은 워터 젯을 선미(船尾)의 분사부로부터 분사하여 보트를 추진하는 터보 펌프로서 구성된다.

표 1에 터보 펌프 임펠러의 기본적인 형식 및 전형적인 특징으로 나타낸다.

표 1 : 임펠러의 기본적 형식 및 전형적 특징

형식	원심식	사류식	축류식
액체 유출 방향	반경 방향	축방향으로 사교(斜交)	축방향
양정(揚程) 부여	원심력	원심력, 날개 양력(揚力)	날개 양력
양정 H	고	중	저
토출량 Q	소	중	대
비(比)속도 Ns	100∼150	350∼1100	1200∼2000
메리디언 윤곽	도 11의 C1, C2	도 11의 C3∼C6	도 11의 C7

표 1에 나타난 바와 같이, 터보형 펌프의 임펠러는 양액(揚液)의 유출 방향에 의해 3개의 기본 형식으로 나누어진다. 즉, 유출 방향이 회전축에 대략 직교하는, 즉 반경 방향으로 향하고 있는 원심식(遠心式)과, 유출 방향이 회전축으로 사 행(斜行)하는 사류식(斜流式)과, 유출 방향이 회전축과 대략 평행하는 축류식(軸流式)으로 분류된다. 축류식에서는 축방향으로 흐르는 액체가 주로 임펠러의 날개로부터 축 방향으로의 양력(揚力)을 받아 양정(揚程)을 얻고, 사류식에서는 반경 방향으로의 운동 성분을 가지는 액체가 그것에 대응한 원심력과 날개로부터의 양력을 받아 양정을 얻고, 원심식에서는 반경 방향으로 흐르는 액체가 주로 원심력을 받아 양정을 얻는다. 따라서, 일반적으로, 원심식은 양정이 높고 토출량이 적으며, 반대로, 축류식은 양정이 낮고 토출량이 많다. 사류식은 그들의 중간에 위치한다.

이 점, 양액의 유출 방향은 액체 유로의 직경 방향에서의 변화에 대응하고, 이 유로의 직경 방향 변화는 유로의 메리디언 사상(meridian 寫像), 즉 메리디언 유로(이하, 종종 「M 유로」라고 함)를 관찰함으로써 용이하게 이해할 수 있다.

메리디언 사상이란 회전체의 자오면(子午面)(즉, 회전축을 포함하는 어느 평면) 상으로의 회전 사상의 것으로, 터보형 펌프의 경우에는, 1개 이상의 유로의 슈라우드(shroud)를 이루는 케이싱과 임펠러의 실제(實際)에서는 각각 만곡 변화하면서 둘레 방향으로 연장되는 내면 윤곽을 임펠러의 축을 포함하는 평면 상에 회전 투영하여, 만곡 변화를 현현화(顯現化)한 메리디언 윤곽(이하, 종종 「M 윤곽」이라고 함)으로서 표시된다.

이 M 윤곽은 비속도(比速度)로 불려지는 무차원 파라미터에 의해 대략 특정할 수 있다. 비속도란 단위 양정(1m)의 양액을 단위 유량(1㎥/min) 토출하는 데 필요한 터보형 펌프의 회전수(rpm)에 상당하며, 지금 설계 회전수 N(rpm)에서의 토출량을 Q(㎥/min), 전(全)양정을 H(m)로 하면, 비속도 Ns는 다음 식으로 표현된다.

Ns = NㆍQ^1/2/H^3/4

도 12에 종래의 터보형 펌프의 비속도 Ns와 M 윤곽 MC1∼MC7의 관계를 예시한다. 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, H가 크고 Q가 작은 원심식(MC1, MC2)은 Ns가 약 100∼약 150으로 작고, 반대로 H가 작고 Q가 큰 축류식(MC7)은 Ns가 약 1200∼약 2000으로 크다. 사류식(MC3∼MC6)은 양액의 유출 방향이 반경 방향으로 근접하는 데(MC3←MC4)에 따라 Ns가 약 550으로부터 약 350까지 감소되고, 반대로 유출 방향이 축방향으로 근접하는 데(MC5→MC6)에 따라 Ns가 약 600으로부터 약 1100까지 증대된다. 원심식 임펠러의 M 윤곽 MC1, MC2는 토출측이 직경 방향으로 연장되는 M 유로 mp1, mp2를 구획 형성하고, 사류식 임펠러의 M 윤곽 MC3∼MC6은 토출측이 회전축에 사행하는 M 유로 mp3∼mp6을 구획 형성하고, 축류식 임펠러의 M 윤곽 MC7은 토출측이 회전축에 대략 평행하는 M 유로 mp7을 구획 형성한다.

일본국 특개평 11(1999)-70894호 공보에 통 형상의 임펠러 케이싱을 가지는 축류식 임펠러를 사용한 보트의 워터 젯 추진 장치가 개시되어 있다. 이 워터 젯 추진 장치는 비교적 저압의 워터 젯을 대량으로 분사할 수 있어, 대형 저속정의 추진에 적합하다.

일본국 특개 2000-118494호 공보에 북 형상의 임펠러 케이싱을 가지는 사류식 임펠러를 사용한 보트의 워터 젯 추진 장치가 개시되어 있다. 이 워터 젯 추진 장치는 축류식 임펠러를 사용하는 경우와 비교하여, 고압의 워터 젯을 분사할 수 있지만 유량면에 떨어져, 소형 및 중형 중속정의 추진에 적합하다.

일본국 실개평 1(1989)-104898호 공보에 전치(前置) 부스터와 사류식 임펠러를 병용한 보트의 워터 젯 추진 장치가 개시되어 있다. 이 워터 젯 추진 장치는 부스터에 의한 기여분만큼 승압된 워터 젯을 분사할 수 있어, 소형 및 중형 중속정 및 소형 고속정에 적합하다.

일본국 특개평 8(1996)-253196호 공보에 원심식 임펠러를 사용한 선외형(船外形)의 워터 젯 추진 장치가 개시되어 있다. 이 워터 젯 추진 장치는 사류식 임펠러를 사용하는 경우와 비교하여, 더욱 고압의 워터 젯을 분사할 수 있지만 유량면에서 더욱 떨어져, 소형 고속정에 적합하다.

도 13에 종래의 보트의 워터 젯 추진 장치에 사용된 사류식 임펠러(IMP-0)를 메리디언 사상으로 나타낸다. 이 임펠러(IMP-0)는 직(直)원뿔 사다리꼴의 회전 허브(115)에 복수개의 회전 날개(116)를 장착한 구성을 가진다. 허브(115)의 외주(115a)는 상류측(즉, 소경측) 단(端)에지(115b)로부터 하류측(즉, 대경측) 단에지(115c)의 근방부(115d)까지, 허브(115)의 회전 축심(CL)에 대하여 약 15°∼30°의 각도를 유지하여 연장되고, 상기 근방부(115d)에서 약 0°∼22°로 각도 변화된다. 각 날개(116)는 메리디언 사상에 있어서, 그 내주 에지부(116a)가 허브 외주(115a)에 따라 연장되고, 외주 에지(116b)가 회전 축심(CL)에 대하여 약 0°∼22°의 각도를 유지하며 연장된다. 이 날개 형상에 의해, 사류식 임펠러의 양정 및 유량이 어느 정도 개선되지만, 비교적 큰 고속정에 적용하는 데에는 충분하지 않다.

본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 비교적 큰 고속정에도 적 용 가능한 보트의 워터 젯 추진 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 허브에 회전 날개를 장착한 임펠러를 포함하는 단일 단의 터보 펌프로서 구성되는 보트의 워터 젯 추진 장치에 있어서, 상기 회전 날개는 인듀서(inducer) 연접형(連接形)의 축류 날개부와, 이 축류 날개부와 충돌없이 연결되는 사류 날개부와, 이 사류 날개부와 충돌없이 연결되는 원심 날개부를 가지며, 상기 허브는 곡률이 연속해서 변화되는 그 외주면에 완경사(緩傾斜) 영역과 급경사(急傾斜) 영역을 포함하며, 상기 회전 날개의 축류 날개부 및 사류 날개부가 상기 허브 외주면의 완경사 영역에 장착되며, 상기 회전 날개의 원심 날개부가 상기 허브 외주면의 급경사 영역에 장착되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 허브 외주면의 완경사 영역은 급경사 영역의 상류측에 위치시킨다.

바람직하게는, 상기 임펠러를 수용하는 펌프 케이싱을 구비하고, 상기 회전 날개의 축류 날개부는 상기 펌프 케이싱의 직관부(直管部) 하류단에 면하는 인듀서부를 가진다.

바람직하게는, 완경사의 흡입 유로를 구비한다.

바람직하게는, 상기 회전 날개의 총 개수는 4∼6개이다.

바람직하게는, 상기 회전 날개의 하류에 배치된 총 개수가 7∼9개인 고정 날개를 구비한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 워터 젯 추진 장치가 의장(艤裝)된 보트의 측면도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 워터 젯 추진 장치의 종단면도이다.

도 3은 도 2의 워터 젯 추진 장치의 요부 확대도이다.

도 4는 도 3의 워터 젯 추진 장치 요부의 5개 날개식 임펠러 및 디퓨져를 포함하는 상세도이다.

도 5는 도 4에 나타낸 임펠러의 사시도이다.

도 6은 도 5의 임펠러 정면도이다.

도 7은 도 5의 임펠러의 메리디언 사상이다.

도 8은 상기 제1 실시예의 제1 변경예에 관한 4개 날개식 임펠러의 정면도이다.

도 9는 상기 제1 실시예의 제2 변경예에 관한 6개 날개식 임펠러의 정면도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 보트의 워터 젯 추진 장치의 일부 파단 측면도이다.

도 11은 도 10의 워터 젯 추진 장치의 요부 종단면도이다.

도 12는 임펠러의 비속도(Ns)와 메리디언 윤곽의 관계를 나타낸 도면이다.

도 13은 종래의 임펠러의 메리디언 사상이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 먼 저, 본 발명의 제1 실시예를 도 1∼도 7에 따라 설명하고, 이 제1 실시예의 제1 및 제2 변경예를 각각 도 8 및 도 9에 따라 설명한 후에, 본 발명의 제2 실시예를 도 10 및 도 11에 따라 설명한다. 동일 요소는 동일 참조 번호로 표시하여, 설명의 중복을 피한다.

(제1 실시예)

도 1에 제1 실시예에 관한 워터 젯 추진 장치(PR1)가 의장(艤裝)된 고속 보트(1)로서 비교적 큰 크루저(cruiser)를 나타내고, 도 2∼도 5에 워터 젯 추진 장치(PR1)의 주요부를 차례로 확대하여 나타낸다.

워터 젯 추진 장치(PR1)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 보트(1)의 선저(船底)(2) 후부에 개구되는 흡입구(5)로부터 흡입된 물(W)을 워터 젯(WJ)으로 바꾸고, 이 워터 젯(WJ)을 선미(6)의 트랜잼(transam) 후방으로 토출하는 터보 펌프부(P1)와, 이 펌프부(P1)를 구동하기 위해 기관실(4)에 형성된 구동부(D1)로서의 엔진과, 토출된 워터 젯(WJ)의 분사 방향을 제어하여 보트(1)를 조타(操舵)하는 조타부(S1)(제어계 및 조타계는 도시하지 않음)로 구성된다.

펌프부(P1)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 흡입구(5)로부터 물(W)을 흡입하는 흡수부(P1a)와, 흡수(W)로부터 워터 젯(WJ)을 생성하는 워터 젯 생성부(P1b)와, 생성된 워터 젯(WJ)을 토출하는 워터 젯 토출부(P1c)를 가진다.

흡수부(P1a)는 흡입 케이싱(8)을 구비하고, 이에 따라, 흡입구(5)에 연통(連通)된 유로(A)를 구획 형성한다. 이 흡입 유로(A)는 완(緩)경사 또한 매끈 매끈하고 굽힘이 적어, 보트(1)의 활주 시에 유수를 수용하고 흡수(W)에 압입압을 부여한 다. 그리고, 흡입구(5)에는 제진용(除塵用) 스크린(7)이 펼쳐져 설치된다.

워터 젯 생성부(P1b)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 흡수(W)를 선회시켜 가압함으로써 고(高)양정의 선회류를 생성하는 선회부(P1b1)와, 그 선회류를 직선류로 정류(整流)하여 워터 젯(WJ)을 얻는 디퓨져(diffuser)로서의 정류부(P1b2)로 구성된다.

선회부(P1b1)는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 흡입 케이싱(8)의 후단에 수평으로 연결된 펌프 케이싱(9)과, 이 펌프 케이싱(9)의 사발 형상 확경부(擴徑部)(9a)에 내장된 임펠러(IMP-1)와, 이 임펠러(IMP-1)를 구동하는 주축(11)을 가진다.

임펠러(IMP-1)는 주축(11)의 후부(11a)에 키 고정된 서양 배 형상의 허브(15)와, 이 허브(15)의 외주에 일체로 형성된 총수 I개(이경우 I=5)의 나선형 회전 날개(16_i)(i=1∼I)(총칭적으로는 단지 16으로 표시함)로 이루어지며, 슈라우드로서의 펌프 케이싱(9)과 협동하여 총수 I개의 회전 유로(CA_i)(i=1∼I)(총칭적으로는 단지 CA로 표시함)를 구획 형성한다.

주축(11)은 도 12에 나타낸 바와 같이, 흡입 케이싱(8)의 외벽에 설치된 베어링(12)으로 축받이 수봉(水封)되며, 그곳으로부터 돌출되는 전부(前部)(11b)가 축 조인트(13)를 통해 상기 구동부(D1)의 구동축(14)에 연결된다.

정류부(P1b2)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 펌프 케이싱(8)의 후단에 연결된 토출 케이싱(17)의 전부(17a)와, 이 토출 케이싱 전부(17a)와 일체로 형성된 총수 J개(J=7∼9)의 고정 안내 날개(18_j)(j=1∼J)(총칭적으로는 단지 18로 표시함)와, 이들 고정 안내 날개(18)의 내주부를 연결하는 동시에 상기 주축(11)의 후단부(11c)를 축받이하는 날개 보스(19)를 가진다. 안내 날개(18)는 펌프 케이싱(9) 및 날개 보스(19)와 협동하여 총수 J개의 고정 유로(CB_j)(j=1∼J)(총칭적으로는 단지 CB로 표시함)를 구획 형성한다. 이들 고정 유로(CB)는 합류로(CC)를 통해 상기 회전 유로(CA)와 연통된다.

워터 젯 토출부(P1c)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 토출 케이싱(17)의 후부(後部)(17b)와, 이것(17b)에 체결(締結)된 깔때기 형상의 토출 노즐(20)에 의해 구성되며, 상기 고정 유로(CB)에 연통되는 토출 유로(B)를 구획 형성한다.

조타부(S1)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 토출 노즐(20)의 토출 단부(20a)에 상하의 핀(21a)에 의해 좌우 회전 운동 가능하게 피버팅된 디플렉터(deflector)(21)와, 이 디플렉터(21)를 좌우로 조타하는 로드(도시하지 않음)와, 디플렉터(21)의 좌우에 돌출 설치된 핀(22a)에 상하 회전 운동 가능하게 피버팅된 리버서(22)와, 이 러버서(22)의 상하 회전 위치를 디플렉터(21)의 경사 전방으로의 분출구(21b)를 막는 보트 전진용 통상 위치와, 후방으로의 분출구(21c)를 막는 보트 후진용 반전 위치 사이에서 전환할 수 있는 제어 로드(도시하지 않음)를 포함한다.

다음에, 도 5∼도 7을 참조하여, 임펠러(IMP-1)의 날개 형상을 설명한다. 도 5, 도 6, 및 도 7은 각각 임펠러(IMP-1)의 사시도, 정면도, 및 메리디언 사상이 다.

상기 임펠러(IMP-1)는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 5개의 나선형 회전 날개(16_i)(i=1∼5)를 로드 형상의 허브(15)에 축 대칭으로 감아 붙여 고정한 구조를 가진다. 각 회전 날개(16)는 부등변(不等邊)의 4변형을 펌프 케이싱(9)(도 4)과 허브(15)에 따라 도 7에 나타낸 바와 같이 만곡시킨 형상의 메리디언 사상을 가진다. 즉, 각 날개(16)는 그 메리디언 사상에서, 펌프 케이싱(9)의 내주에 따라 만곡되는 외측의 변(16d)과, 허브(15)의 외주(15c)에 따라 만곡되는 내측의 변(16e)과, 이들 내외의 변(16d, 16e) 상류단(16du, 16eu) 사이를 잇는 변(16f)과, 내외변(16d, 16e)의 하류단(16dd, 16ed) 사이를 잇는 변(16f)으로 구획 형성되는 부등변 만곡 4변 형상을 가진다.

상기 내변(16e)은 허브(15)의 상류단(15a)으로부터 하류단(15b)에 걸쳐 끝쪽이 넓어지게 확경(擴徑)되는 외주면(15c) 중, 회전 축심(AR)에 대한 경수가 비교적 완만한 상류측 영역(15c1) 도중의 점(보다 상세하게는, 상류측 단에지(15cu)로부터 외주(15c)를 따라 소정 거리(d)만큼 후퇴한 위치)을 시점(s)[즉, 상기 상류단(16eu)]으로 하고, 경사가 비교적 급한 하류측 영역(15c2)의 후단[즉, 허브(15)의 하류측 단에지(15cd)]을 종점(e)[즉, 상기 하류단(16ed)]으로 한다. 그리고, 허브 외주(15c)는 상기 상류측 영역(15c1) 및 하류측 영역(15c2)을 포함시키고, 그 전 영역에서 무충돌(즉, 곡률 연속)로 형성된다. 이 점, 허브 외주(15c)는 회전 축심(AR)에 대하여 상류단(15eu)에서 10°∼25°의 경사각을 가지며, 하류 단(15cd)에서 20°∼45°의 경사각을 가진다.

상기 외변(16d)은 그 하류단(16dd)으로부터 상류단(16du)으로 향하는 데 따라, 내변(16e)으로부터의 거리(D)가 점증된다. 이 때문에, 회전 축심(AR)에 대한 경사각이 하류단(16dd)에서는 15°∼30°로 넓게 설정되지만, 상류단(16du)에서 0°∼15°로 좁아지고, 또한 하류측의 변(16f) 및 상류측의 변(16g)이 허브 외주(15c)로부터 다소 경사 전방으로 돌출되기 때문에, 도 4에 나타낸 바와 같이 상류단(16du)이 상류측으로 돌출되어, 펌프 케이싱(9)의 직관형 전부(9b)의 후단(9c) 근방에 면한다. 또, 각 회전 날개(16)는 그 하류측의 변(16f)이 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 내변(16e)의 상류단(16eu)[허브 외주(15c) 상의 시점(s)]으로부터 허브(15)의 순(順)회전(f) 방향으로 반달 형상으로 연장되는 정면시(正面視) 형상을 가진다.

즉, 각 회전 날개(16)는 허브 외주(15c) 상의 시점(s) 하류측 근방[즉, 도 7에 나타낸 완경사 영역(15c1)의 상류단 근처 부분]으로부터 정면시(도 6) 매의 발톱 형상, 즉 스크류 형상으로 연장되고, 그 선단(16du)이 측면시(도 4)에서 펌프 케이싱(9)의 직관형 전부(9b)의 후단(9c) 근방에 면하는 인듀서 연접형 축류 날개부(16a)(이하, 단지 「인듀서」라고 함)와, 허브 외주(15c)의 완경사 영역(15c1)의 나머지 부분으로부터 기립하여 상기 인듀서 날개부(16a)와 충돌없이 연결되는 사류 날개부(16b)와, 허브 외주(15c)의 급경사 영역(15c2)(도 7)으로부터 기립하여 상기 사류 날개부(16b)와 충돌없이 연결되는 원심 날개부(16c)에 의해 구성된다.

그리고, 상기 인듀서 날개부(16a)는 시점(s)보다 상류측에 위치하며, 따라서 허브(15)로부터 이간(離間)되는 인듀서부[상기 상류측의 변(16f)에 의해 구획 형성되는 3각 곡면 부분]와, 시점(s)의 하류측 근방으로부터 기립하여 인듀서부와 충돌없이 연결되는 축류 날개부의 조합으로 볼 수도 있다.

또, 허브 외주(15c)의 완경사 영역(15c1)과 급경사 영역(15c2)은 곡률이 연속적으로 변화되므로, 설계 상, 그 사이의 경계 위치를 특정할 필요는 없지만, 도 7에 나타낸 허브(15)의 축부와 그곳으로부터 끝쪽이 넓어지게 확경된 우산부의 분기점으로부터 허브 축부의 후단면까지의 사이에 경계가 있다고 간주하는 것은 가능하다.

허브(15)의 상류단(15a)으로부터 외주(15c) 상의 시점(s)까지의 부분과 완경사의 상류측 영역(15c1) 부분을 포함시켜 전단부(前段部)(15d)라고 부르며, 급경사하는 그 하류측의 부분을 후단부(15e)로 부르면, 상기 사류 날개부(16d)는 허브 전단부(15d)에 감아붙임 고정되어 있고, 그 상류측 부분인 인듀서 날개부(16a)의 선단(16du)이 도 4에 나타낸 바와 같이, 허브 전단부(15d)보다 앞쪽(상류측)에 돌출되어 있다. 또, 상기 원심 날개부(16c)는 허브 후단부(15e)에 감아붙임 고정되어 있다.

회전 날개(16)의 외변(16d)은 펌프 케이싱(9)의 내주에 근접시켜, 체적 효율을 양호하게 한다. 인듀서 날개부(16a)는 흡입 유로(A)에 연장되고, 내측에 넓은 유입구를 구획 형성하여 섬유 등이 휘감기는 것을 방지한다. 또, 그 인듀서 기능에 의해, 물(W)의 흡입량을 늘리고, 이 흡입 성능의 향상에 의해 사류 날개부(16b)에의 압입압이 높아진다. 이 압입압을 받은 물(W)이 사류 날개부(16b)의 원심력과 날개면의 양력으로 가압된다. 원심 날개부(16c)는 그 원심력에 의해 축동력(軸動力)의 증가를 방지하면서, 물(W)에 압력과 속도 에너지를 부여한다. 이렇게 하여, 워터 젯 추진 장치(PR1)는 흡입 성능이 양호하고, 캐비테이션(cavitation)도 적고, 임펠러의 축동력 특성이 평탄하여 취급하기 쉽고, 고속 회전 가능하고, 또한 대용량, 고양정으로 운전 가능한 단일 단의 터보 펌프로서 구성된다.

다음에 도 8 및 도 9를 참조하여, 상기 제1 실시예의 변경예를 설명한다.

도 8에 제1 변경예에 관한 보트의 워터 젯 추진 장치의 임펠러(IMP-2)를 나타낸다. 이 제1 변경예는, 임펠러(IMP-2)가 총수 4개의 회전 날개(16_i)(i=1∼4)를 구비하고 있는 점에서 상기 제1 실시예와 상이하다.

도 9에 제2 변경예에 관한 보트의 워터 젯 추진 장치의 임펠러(IMP-3)를 나타낸다. 이 제2 변경예는, 임펠러(IMP-3)가 총수 6개의 회전 날개(16_i)(i=1∼6)를 구비하고 있는 점에서 상기 제1 실시예와 상이하다.

(제2 실시예)

다음에 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

도 10에 제2 실시예에 관한 보트의 워터 젯 추진 장치(PR2)를 나타내고, 도 11에 동 추진 장치(PR2)의 추진 유닛(PRU)을 나타낸다.

워터 젯 추진 장치(PR2)는 고속 보트의 선미에 착탈 가능한 선외기(船外機)로서 구성되며, 하방으로부터 물을 흡입 워터 젯으로서 후방으로 분출함으로써 보트를 추진하는 추진 유닛(PRU)과, 선미에 착탈 고정되어 늘어뜨리는 추진 유닛(PRU)을 일체로 지지하여 구동하는 구동부(D2)를 포함한다.

구동부(D2)는 엔진을 내장하는 칠러(chiller) 조타식 하우징(Hs)과, 이 하우징(Hs)을 선미에 좌우 회전 운동 가능하게 피버팅하는 장착부(Fx)를 구비하고, 하우징(Hs)에는 엔진 배기(Ex)를 하방으로 인도하는 세로 덕트(Dv)가 설치된다.

추진 유닛(PRU)은 흡입 유로(A)로부터 흡입한 물(W)을 워터 젯으로 바꾸고, 이 워터 젯을 토출 유로(B)로부터 후방으로 토출하는 터보 펌프부(P2)와, 토출된 워터 젯의 분사 방향을 제어하여 보트를 조타하는 조타부(S2)(제어계 및 조타계는 도시하지 않음)로 구성된다.

펌프부(P2)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 흡입구(5)로부터 물(W)을 흡입하는 흡수부(P2a)와, 흡수(W)로부터 워터 젯을 생성하는 워터 젯 생성부(P2b)와, 생성된 워터 젯을 토출하는 워터 젯 토출부(P2c)와, 상기 세로 덕트(Dv)로부터 받은 엔진 배기(Ex)를 수중으로 배출하는 가로 덕트(Dh)와, 워터 젯 생성부(P2) 내의 가압 선회류 또는 흡입구(5) 전방의 물(W)을 엔진 냉각수로서 구동부(D2)에 공급하는 수냉 관로(CP)를 가진다.

흡수부(P2a)는 흡입 케이싱(8)을 구비하며, 이에 따라, 흡입구(5)에 연통되는 경사진 흡입 유로(A)를 구획 형성한다. 이 흡인 유로(A)는 매끈 매끈하고 굽힘이 적어, 보트의 활주 시에 유수를 수용하여 흡수(W)에 압입압을 부여한다. 그리고, 흡입구(5)에는 제진용 스크린(7)이 펼쳐져 설치된다.

워터 젯 생성부(P2b)는 흡수(W)를 선회시켜 가압함으로써 고양정의 선회류를 생성하는 선회부(P2b1)와, 그 선회류를 직선류로 정류하여 워터 젯을 얻는 디퓨져 로서의 정류부(P2b2)로 구성된다.

선회부(P2b1)는 흡입 케이싱(8)의 후단에 수평으로 연결된 펌프 케이싱(9)과, 이 펌프 케이싱(9)의 사발 형상 확경부(9a)에 내장된 임펠러(IMP-4)와, 이 임펠러(IMP-4)를 구동하는 주축(11)을 가진다.

임펠러(IMP-4)는 주축(11)의 후부(11a)에 키 고정된 서양 배 형상의 허브(15)와, 이 허브(15)의 외주에 일체로 형성된 총수 I개(이경우 I=5)의 나선형 회전 날개(16_i)(i=1∼I)(총칭적으로는 단지 16으로 표시함)로 이루어지며, 슈라우드로서의 펌프 케이싱(9)과 협동하여 총수 I개의 회전 유로(CA_i)(i=1∼I)(총칭적으로는 단지 CA로 표시함)를 구획 형성한다.

주축(11)은 흡입 케이싱(8)의 외벽에 설치된 베어링(12)으로 축받이 수봉(水封)되며, 그곳으로부터 돌출되는 전부(11b)가 베벨 기어(113)를 통해 상기 구동부(D2)의 구동축(114)에 연결된다.

정류부(P2b2)는 펌프 케이싱(8)의 후단에 연결된 토출 케이싱(17)의 전부(17a)와, 이 토출 케이싱 전부(17a)와 일체로 형성된 총수 J개(J=7∼9)의 고정 안내 날개(18_j)(j=1∼J)(총칭적으로는 단지 18로 표시함)와, 이들 고정 안내 날개(18)의 내주부를 연결하는 동시에 상기 주축(11)의 후단부(11c)를 축받이하는 날개 보스(19)를 가진다. 안내 날개(18)는 펌프 케이싱(9) 및 날개 보스(19)와 협동하여 총수 J개의 고정 유로(CB_j)(j=1∼J)(총칭적으로는 단지 CB로 표시함)를 구획 형성한다. 이들 고정 유로(CB)는 합류로(CC)를 통해 상기 회전 유로(CA)와 연통된 다.

워터 젯 토출부(P2c)는 토출 케이싱(17)의 깔때기 형상 후부(17b)에 의해 구성되며, 상기 고정 유로(CB)에 연통되는 토출 유로(B)를 구획 형성한다.

조타부(S2)는 토출 케이싱(17)의 워터 젯 분사부(17c)에 상하 회전 운동 가능하게 피버팅된 리서버(122)를 포함한다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 상기 제1 또는 제2 실시예에 의하면, 보트(1)를 고속 항주(航走)시키면, 선저(2) 또는 추진 유닛(PRU) 하측의 항주 수류(W)가 흡입 케이싱(8)의 흡입구(5)로부터 유입되어, 펌프 케이싱(9)의 임펠러(IMP-1, IMP-2, IMP-3, IMP-4)(이하, 총칭적으로 IMP로 나타냄)로 이송된다.

흡입 케이싱(8)에 연장되는 인듀서 날개부(16a)의 외주 선단에 넓은 흡입구가 형성되어, 섬유 등의 이물질이 날개(16)에 휘감기지 않는다.

인듀서 날개부(16a)가 인듀서 기능을 발휘하여, 그 추력(推力)에 의해 축심 방향으로 유입되는 유체(W)의 흡입량을 늘리는 동시에, 사류 날개부(16b)에의 압입압을 높인다.

인듀서 날개부(16a)가 흡입 성능을 향상시키므로, 사류 날개부(16b)에서 국소적인 압력 저하가 생기지 않아, 캐비테이션에 의한 진동 또는 소음이 방지된다.

사류 날개부(16b)는 날개 양력과 원심력에 의해 유체(W)를 가압한다. 원심 날개부(16c)는 사류 날개부에서 가압된 유체를 다시 원심력으로 가압하는 한편, 축동력의 증대를 막는다.

임펠러(IMP)는 이렇게 하여 가압한 선회류를 토출 케이싱(17)에 부여하고, 선회류는 토출 케이싱의 고정 안내 날개(18)로 직선류로 정류되어 워터 젯이 된다.

허브(15)에 등(等)피치로 장착한 I장(I=4∼6)의 회전 날개(16)는 주축(11) 둘레에 축 대칭으로 회전 밸런스가 양호하고, 또 유체에의 에너지 부여에 있어서 체적 효율이 양호하다.

종래의 원심 날개에서는, 펌프의 캐비테이션에 대한 흡입 성능의 양부(良否)를 표시하는 흡입 비속도를 2000 이상으로 높이는 것은 곤란했지만, 상기 실시예에서는, 인듀서 날개부(16a)를 구비한 회전 날개(16)의 채용에 의해, 임펠러(IMP)의 흡입 비속도를 2300min^-1ㆍ(㎥/min)^1/2ㆍm^-3/4로 할 수 있고, 이 흡입 성능의 향상에 의해 캐비테이션이 방지되어, 고속 회전이 가능해진다. 또, 경량의 추진 장치(PR1 ; PR2)로 고양정 대용량의 토출이 가능해져, 중형 및 대형 고속 보트에도 적용할 수 있다.

상기 실시예에 관한 보트의 워터 젯 추진 장치(PR1 ; PR2)는 펌프 케이싱(9)을 상류측으로부터 하류측을 향해 사발 형상으로 확경하고, 거기에 배치되는 임펠러(IMP)의 나선형 회전 날개(16)를 흡입 케이싱(8)측에 연장하는 축류식의 인듀서 날개부(16a)와, 완경사의 사류 날개부(16b)와, 급구배(急勾配)의 원심 날개부(16c)가 충돌없이 접속된 구성으로 했으므로, 상류측의 인듀서 날개부(16a)로부터 하류측의 원심 날개부(16c)까지, 매끈 매끈한 곡로(曲路)를 그리는 회전 유로(CA)가 구획 형성되어, 날개 입구에서의 인듀서 효과에 의해 흡입 성능이 향상되고, 또 날개 출구에서의 원심 작용에 의해 대폭적인 축동력의 증가가 방지된다. 이 때문에, 변 동이 적은 대용량 고양정의 터보형 펌프를 얻을 수 있어, 임펠러(IMP)의 고속 회전도 가능해진다.

상기 임펠러(IMP)는 각 회전 날개(16)의 원심 날개부(16c)를 구배가 급한 허브(15)의 후단부(15e)에 감아 붙이고, 사류 날개부(16b)를 경사가 완만한 허브(15)의 전단부(15d)에 감아 붙이고, 이 사류 날개부(16b)의 상류측에 축류형의 인듀서 날개부(16a)를 연속적으로 형성하여 유체의 흡입량을 늘린 구성이기 때문에, 사류 날개부(16b)에의 압입압이 높아져, 캐비테이션에 의한 진동이나 소음이 방지된다.

각 회전 날개(16)는 그 메리디언 사상에 있어서의 외변(16d)을 펌프 케이싱(9)의 내주에 근접시키는 동시에, 외변(16d)의 상류단(16du), 즉 인듀서 날개부(16a)의 선단을 흡입 유로(A)에 돌출시켜 흡입구를 넓게 하여, 흡입 성능을 높이고 있다.

총수 I개(I=4∼6)의 회전 날개(16)를 허브(15)에 등피치로 축 대칭하여 감아 붙여, 유체 가압 시의 체적 효율을 높이는 동시에, 회전 밸런스를 양호하게 하고 있다.

흡입 케이싱(8)에 의해, 매끈 매끈하고 굽힘이 적게 완경사의 흡입 유로(A)를 구획 형성하고, 보트 활주 시의 유수의 수용을 양호하게 하여, 압입압을 늘리고 있다.

상기 임펠러(IMP)는 단일 단이므로, 종래의 2단 펌프식 추진 장치와 비교하여 경량이며, 고속선에의 적용에 유리하다.

정류부(P1b2, P2b2)는 토출 케이싱(17)과 날개 보스(19) 사이에 총수 J개(J=7∼9)의 고정 안내 날개(18)를 배치하고, 원심 방향으로부터 축심 방향으로의 귀환 유로가 되는 고정 유로(CB)를 구획 형성하고, 와류실(渦流室)과 같은 레이디얼(radial) 하중(荷重)의 발생을 방지하여 진동을 경감하고 있다.

본 발명에 의하면, 비교적 큰 고속정에 적용 가능한 보트의 워터 젯 추진 장치를 얻을 수 있다.

Claims

허브(15)에 회전 날개(16)를 장착한 임펠러(IMP)와, 상기 임펠러(IMP)를 수용하는 펌프 케이싱(9)을 포함하는 단일 단의 터보 펌프로서 구성되는 보트의 워터 젯 추진 장치에 있어서,

상기 회전 날개(16)는 인듀서(inducer) 연접형(連接形)의 축류(軸流) 날개부(16a)와, 상기 축류 날개부와 충돌없이 연결되는 사류(斜流) 날개부(16b)와, 상기 사류 날개부와 충돌없이 연결되는 원심(遠心) 날개부(16c)를 가지며,

상기 허브(15)는 곡률(曲率)이 연속해서 변화되는 그 외주면(15c)에 완경사(緩傾斜) 영역(15c1)과 급경사(急傾斜) 영역(15c2)

을 포함하며,

상기 회전 날개(16)의 축류 날개부(16a) 및 사류 날개부(16b)가 상기 허브(15) 외주면(15c)의 완경사 영역(15c1)에 장착되며,

상기 회전 날개(16)의 원심 날개부(16c)가 상기 허브(15) 외주면(15c)의 급경사 영역(15c2)에 장착되며,

상기 회전 날개의 축류 날개부(16a)는 상기 펌프 케이싱(9)의 직관부(直管部)(9b) 하류단에 면하고 상기 허브(15)의 전단부(前段部)(15d)보다 상류측에 돌출되는 3각 곡면 형상의 인듀서부(16f)를 구비하는

것을 특징으로 하는 보트의 워터 젯 추진 장치.
제1항에 있어서,

상기 허브(15) 외주면(15c)의 완경사 영역(15c1)은 급경사 영역(15c2)의 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 보트의 워터 젯 추진 장치.
제1항에 있어서,

상기 회전 날개(16)는 외변(16d) 및 내변(16e)에 의해 구획 형성되는 부등변(不等邊) 만곡 4변 형상의 메리디언 사상(meridian 寫像)을 가지며,

상기 회전 날개의 외변(16d)은 그 하류단(16dd)으로부터 상류단(16du)으로 향함에 따라, 상기 내변(16e)으로부터의 거리(D)가 점증(漸增)되는 것을 특징으로 하는 보트의 워터 젯 추진 장치.
제1항에 있어서,

완경사의 흡입 유로(A)를 구비하는 것을 특징으로 하는 보트의 워터 젯 추진 장치.
제1항에 있어서,

상기 회전 날개(16)의 총 개수(I)가 4∼6개인 것을 특징으로 하는 보트의 워터 젯 추진 장치.
제5항에 있어서,

상기 회전 날개(16)의 하류에 배치된 고정 날개(18)를 구비하고, 상기 고정 날개의 총 개수(J)가 7∼9개인 것을 특징으로 하는 보트의 워터 젯 추진 장치.