KR100813603B1 - 선박용 전류회전자구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 전류회전자구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 속도 성능의 향상을 위하여 선미의 프로펠러 유입류에 반대 방향의 회전 성분을 생성하여 상기 프로펠러 후류의 회전방향 운동에너지 성분의 손실을 감소시킴으로써 추진효율을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 선박용 전류회전자구조에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 선미부분의 추진용 프로펠러에 유입되는 흐름에 프로펠러 회전방향과 반대방향의 회전류를 주기 위하여 프로펠러의 전방에 프로펠러의 블레이드의 회전방향과 반대방향 형태의 블레이드를 갖는 전류회전자가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 전류회전자 구조를 보여주며, 상기 전류회전자의 블레이드는 동일한 형태와 크기의 것을 갖는 것이 오히려 바람직하며, 상기 전류회전자는 프로펠러 회전방향과 반대방향의 회전류를 주는 방향으로만 회전할 수 있도록 전류회전자가 회전축과 결합할 때 클러치 베어링을 매개로 하여 결합될 수 있고, 프로펠러면 흐름의 균일 작용을 도울 수 있도록 상기 프로펠러의 전방에 원통링형의 덕트를 설치하고 상기 덕트는 전류회전자를 감싸는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 전류회전자 구조를 제공한다.

선박, 전류회전자, 프로펠러

Description

선박용 전류회전자구조{Pre-swirl rotator structure for the ship}

본 발명은 선박용 전류회전자구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 속도 성능의 향상을 위하여 선미의 프로펠러 유입류에 반대 방향의 회전 성분을 생성하여 상기 프로펠러 후류의 회전방향 운동에너지 성분의 손실을 감소시킴으로써 추진효율을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 선박용 전류회전자구조에 관한 것이다.

선박의 추진 성능을 위하여 사용하고 있는 전류고정날개(pre-swirl stator)는 통상 프로펠러가 전진 회전하여 선체가 전진 항주하고 있을 때 선미 부분의 물의 흐름을 회전방향과 반대로 휘게 하여 프로펠러로 다시 보내준다. 이렇게 하여 프로펠러 후방에 발생하는 회전류가 감소하므로 프로펠러의 추진효율이 향상된다. 일반적으로 프로펠러가 회전하면 수중에는 그 후방에 프로펠러의 회전방향과 동일방향의 회전류가 발생하고 이러한 회전류는 선체의 추진에 이용되지 않고 오히려 그 에너지분만큼 프로펠러의 추진 효율을 저하시킨다. 따라서 그러한 회전류를 감소시키면 그 만큼의 프로펠러 추진 효율이 증가하므로 프로펠러의 회전방향과 반대방향의 회전류를 발생시키기 위한 전류고정날개를 개발하여 왔다.

보다 발전하여 선미의 우현과 좌현의 접선방향 속도의 차이가 나기 때문에 접선방향 속도 성분의 상쇄가 필요 이상으로 많아지거나 때에 따라서는 과도한 유입류의 교란이 발생하기도 하는 문제가 있어 전류고정날개의 좌측과 우측의 형상을 비대칭으로 하기도 하고, 그 블레이드의 길이와 블레이드 간의 각을 조정하는 등의 진보가 이루어졌다. 선박의 속도에 따라서 회전류의 속도 성분이 차이가 나기도 하여 이에 알맞게 세팅되어 블레이드의 피치등이 조절되어 나오는 것들도 등장하기도 하였다.

또한, 전류고정날개에 의해 상측구간에서의 속도가 낮아져 이 구간에서 프로펠러 면에 기포가 발생하는 통상의 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생되는데, 이와 같은 기포는 포화증기로 채워지기 때문에 각 기포둘레의 물이 서로 충돌하여 급속으로 심한 고압이 발생되고 이 기계적인 충격에 의해 프로펠러 및 전류고정날개의 표면이 침식되거나 이로 인해 프로펠러 블레이드 및 전류고정날개의 파손이 일어나기도 한다.

본 발명은 상기한 문제점들을 보다 개선하기 위해 안출된 것으로, 종래의 전류고정날개와는 달리 완전히 고정된 형태의 것을 사용하지 않고, 선박의 추진동력이 되는 프로펠러의 블레이드 형태와 반대방향을 갖는 블레이드를 가지는 전류회전자를 도입하고, 이에 더하여 전류회전자의 방향을 일방향으로 회전가능하도록 하고 이를 통해 선박의 속도에 따른 가변성을 충분히 갖도록 한다. 그리고 캐비테이션의 문제를 일부 해결할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위한 본 발명은 선미부분의 추진용 프로펠러에 유입되는 흐름에 프로펠러 회전방향과 반대방향의 회전류를 주기 위하여 프로펠러의 전방에 프로펠러의 블레이드의 회전방향과 반대방향 형태의 블레이드를 갖는 전류회전자가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 전류회전자 구조를 보여주며, 상기 전류회전자의 블레이드는 동일한 형태와 크기의 것을 갖는 것이 오히려 바람직하며, 상기 전류회전자는 프로펠러 회전방향과 반대방향의 회전류를 주는 방향으로만 회전할 수 있도록 전류회전자가 회전축과 결합할 때 클러치 베어링을 매개로 하여 결합될 수 있고, 프로펠러면 흐름의 균일 작용을 도울 수 있도록 상기 프로펠러의 전방에 원통링형의 덕트를 설치하고 상기 덕트는 전류회전자를 감싸는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 전류회전자 구조를 제공한다.

본 발명은 선박의 추진동력이 되는 프로펠러와 반대 방향의 블레이드를 갖는 종래의 고정형이 아닌 전류회전자를 도입하여 선박의 속도에 따른 변화를 충분히 따라갈 수 있도록 하였으며, 또는 클러치 베어링을 도입하여 때로는 고정형의 전류고정날개와 유사한 방식으로 작용하거나 일 방향 회전을 통하여 더욱 더 효율이 증대될 수 있었으며, 덕트를 도입하여 캐비테이션의 문제도 해결할 수 있다.

이하에서는 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 당업자에 자명한 사실은 간략히 언급하거나 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 전류회전자의 구동방식을 설명하기 위한 도면이다. 선체(10)의 후미에 프로펠러(30)와 전류회전자(20)가 회전할 수 있도록 하는 회전축(50)이 도입되어 있다. 프로펠러(30)는 정방향으로 회전할 때에 프로펠러 앞쪽의 물을 유입하여 정방향의 회전류를 만들면서 물을 뒤로 밀어주고 이러한 추진력을 통해 선체는 앞쪽으로 이동한다. 선박이 앞쪽으로 이동하는 것은 힘의 방향이 그와 반대방향으로 작용하는 반작용의 힘에 의한 것이기 때문에 옆방향의 힘은 실제로 추진력과는 상관없는 힘이다. 추진력과는 상관없는 힘의 부분을 줄여주기 위하여 본 발명에서는 전류회전자(20)를 도입하였다.

전류회전자(20)와 유사한 것으로 종래의 전류고정날개가 있는데 그 의도하는 것은 어느 정도 같다고 할 수 있다. 종래의 것은 고정되어 있는 것인 반면 본 발명의 경우에는 회전할 수 있는 것이며, 또한 클러치베어링을 사용하여 고정되어 있는 것과 같은 기능도 할 수 있다는 점이 다르다. 프로펠러(30)의 블레이드는 일반적으로 종래의 전류고정날개의 블레이드와는 다르게 생겼다. 프로펠러의 블레이드는 물을 감싸서 뒤로 보내야 하는 것으로 블레이드의 폭이 대체적으로 넓어 물을 잘 감싸 휘감을 수 있도록 되어 있는 반면에 종래의 전류고정날개의 블레이드는 폭이 그다지 크지 않고 물의 방향만 바꾸도록 되어 있고 좌우의 형태가 다르고 각이 다르며, 피치도 조금 달리 형성되어 있다. 이러한 것은 충분한 시뮬레이션을 통해 그 형태를 조정하여야 하므로 제작이 용이하지가 않다. 본 발명에서의 전류회전자(20)는 프로펠러의 블레이드와 같은 형태의 블레이드를 갖는 것이 바람직하다. 다만 회전방향이 반대방향으로 되어 있는 것이 다르며, 프로펠러(30)에는 동력전달장치에 의해 강제동력이 전달되는 반면 전류회전자(20)는 선체로 부터 공급받는 동력이 없는 차이점이 있다. 선체가 앞으로 이동하게 되면 물의 흐름에 따라 전류회전자(20)는 회전하게 되는데 이 방향은 프로펠러(30)의 방향과 같지 않다. 그 이유는 프로펠러와는 다른 방향의 블레이드를 가지기 때문이다. 전류회전자(20)의 회전에 의해 프로펠러 앞쪽의 물의 흐름은 프로펠러에 의해 생기는 물의 회전방향과는 달라서 추진과 상관없는 방향의 에너지를 줄일 수 있게 된다.

고정되어 있는 전류고정날개의 경우에 선체의 진행에 따라 회전하려는 힘을 받지만 고정되어 있어 회전하지는 못하는 것이나 본 발명의 전류고정자는 선체의 진행에 따라 회전할 수 있고 그로 인해 더 쉽게 반대 방향의 회전력을 갖는 물을 프로펠러에 공급할 수 있다. 전류회전자가 다른 방향으로 회전하기는 매우 어려운 데 그 이유는 전류회전자의 블레이드 날개의 형상이 프로펠러의 것과는 반대방향으로 되어 있는데 물의 흐름을 거슬러 움직여야 하기 때문이고 만약 그러한 힘을 받는다면 대체적으로 전류회전자는 복합적인 힘이 작용하여 적어도 움직이지 않아 전류고정장치와 거의 같게 될 것이다. 즉 적어도 전류고정장치 이상의 성능을 발휘할 수는 있을 것이다. 전류고정장치의 장점은 블레이드의 크기 각도 등이 적절히 조절되어 최대의 효율적인 구성을 보이고 있다는 점이나 매우 정밀하게 세팅되어 제조되어야 하며 본 발명의 경우에는 대칭형으로 만들고 프로펠러의 블레이드 방향과는 반대방향으로만 하면 되기 때문에 제작이 매우 간단한 장점이 있다. 즉 본 발명의 전류회전자의 블레이드는 크기나 형태를 달리할 필요가 없이 동일한 형상과 크기의 것을 만들어 주면 된다.

혹시 전류회전자(20)의 회전이 전류회전자 블레이드의 방향을 거슬러 움직일 가능성이 있다고 한다면, 이를 위해서 본 발명에서는 전류회전자(20)에 클러치 베어링(55)장치를 하였다. 클러치 베어링(55)이란 한 방향회전만을 할 수 있게 하는 것으로 회전축(50)상에 클러치 베어링(55)부분을 도입하고 전류회전자(20)를 그 위에 설치하는 것이다. 이러한 경우 전류회전자는 적어도 움직이지 않고 고정되거나 회전하더라도 회전방향이 일방향으로 되어 있어 그 회전에 의해 생기는 방향에 의한 물은 프로펠러에 공급될 때 선체의 추진방향에 도움이 되는 방향이 된다. 또한 본 발명의 전류회전자는 고정되어 있는 것이 아니라 회전하기 때문에 블레이드의 구성에 대해 크게 신경쓰지 않아 구조가 간단하며, 프로펠러에 의한 물의 흐름과 반대방향의 것을 만드는 것으로서 좌현과 우현의 차이를 상쇄하는 방향이 되기 때 문에 균형적인 장점이 있다.

프로펠러와 전류회전자의 간격, 그 피치, 블레이드의 크기 등에 관하여는 보다 많은 연구가 필요할 것으로 보이며, 종래의 전류고정날개에 관한 많은 연구가 되어 있는 자료를 바탕으로 하여 이를 응용할 수 있을 것으로 보인다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 전류회전자에 있어 캐비테이션을 줄이기 위하여 덕트(40)를 도입한 것을 보여주는 도면이다. 캐비테이션은 부하가 높은 프로펠러가 어떤 임계 회전수를 넘는 회전속도로 구동될 때 나타날 수 있으며, 좀 더 일반적으로는 일정한 온도에서 압력을 낮추어서 수증기 또는 공기로 채워져 있는 기포가 가시화하고 성장하는 현상이다. 프로펠러 블레이드 뒷면의 앞쪽 부근에서 상당히 낮은 압력 최고점이 생기는데 여기에서 발생하는 캐비티가 코오드의길이 방향으로 퍼짐으로써 압력이 완만하게 분포되는 결과를 가져오며 따라서 추력의 감소도 가져온다. 캐비테이션으로 인한 침식은 주로 기포 및 구름 캐비테이션이 있을 때 생긴다. 즉 압력이 낮은 날개 뒷면의 앞날 근처에 생기 캐비티가 유선을 따라 코오드 방향으로 성장하여 흐르다가 여러 개의 기포가 합쳐지면서 높은 압력 대에 도달하면 붕괴되면서 상당히 큰 압력을 낼 경우와, 앞날 근처에서 시작하여 크게 퍼진 구름형 캐비티가 뒤로 밀리면서 높은 압력을 이기지 못해 붕괴하며 큰 압력을 낸다. 이에 따라 날개 표면이 침식되거나 날개의 뒷날을 휘게 하여 프로펠러의 제 기능을 다하지 못하게 한다.

본 발명에서의 덕트(40)는 프로펠러 면 윗부분의 정체된 유속을 가속시키기 도 한다. 본 발명에서와 같이 프로펠러(30)의 앞쪽에 설치되어 프로펠러의 상부에서의 속도저하로 인해 캐비테이션이 발생하는 경우에 효과적이다. 프로펠러면 흐름의 균일작용을 도움으로써 캐비테이션을 어느 정도는 막거나 이를 지연시킴으로써 충격량을 작게 하여 프로펠러나 전류회전자에 미치는 힘을 작게 한다. 덕트(40)의 위치는 적절히 조절될 수 있으며, 전류회전자(20)에 의한 물의 흐름을 보다 집중적으로 할 수 있도록 전류회전자(20)를 감싸는 위치에 설치될 수 있고 그 형태는 목적에 따라 어느 정도의 가변이 가능하나 본 발명에서는 가속 목적이 아니라 캐비테이션을 어느 정도 감속하기 위한 것으로 링 형태의 일반적이 것이 무난한 것으로 생각된다.

상기한 본 발명의 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니라 당업자의 입장에서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화가 부가 및 변경이 가능함은 물론 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 사상내의 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 전류회전자의 구동방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 전류회전자에 있어 캐비테이션을 줄이기 위하여 덕트를 도입한 것을 보여주는 도면이다.

<도면부호의 설명>

10 : 선체 20 : 전류회전자

30 : 프로펠러 40 : 덕트

50 : 회전축 55 : 클러치 베어링

Claims (5)

1. 선미부분의 추진용 프로펠러에 유입되는 흐름에 프로펠러 회전방향과 반대방향의 회전류를 주기 위하여 프로펠러의 전방에 프로펠러의 블레이드의 회전방향과 반대방향 형태의 블레이드를 갖는 전류회전자가 설치되고,

   상기 전류회전자의 블레이드는 동일한 형태와 크기의 것을 가지며,

   상기 전류회전자는 프로펠러 회전방향과 반대방향의 회전류를 주는 방향으로만 회전할 수 있도록 전류회전자가 회전축과 결합할 때 클러치 베어링을 매개로 하여 결합되어 있고,

   상기 프로펠러의 전방에 원통링형의 덕트가 설치되되, 상기 덕트는 전류회전자를 감싸는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 전류회전자 구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images