KR101205683B1 - 선체의 하부에 설치되도록 설계된 포드를 포함하는 선박용추진 세트 - Google Patents

Abstract

선박용 추진 세트(1, 1', 1")는 지지용 지주(3, 3', 3")에 기계적으로 연결되는 적어도 하나의 포드(2)와, 적어도 두개의 블레이드(14)를 가지며 상기 포드의 고물 단부에 배치되는 프로펠러(4)와, 상기 포드(2)에 고정된 적어도 3개의 흐름지시용 핀(50 내지 55; 3'A)의 배열을 포함한다. 핀의 이러한 배열은 포드(2)의 길이방향 축선(X)에 수직한 링(5)을 형성하며, 상기 링은 지지용 지주(3, 3', 3")의 중앙부와 프로펠러 사이에 배치된 영역(Zx)의 내부에 놓인다. 상기 추진 세트는 프로펠러(4)와 링(5)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 노즐(6)을 부가로 포함한다. 각각의 블레이드(14)는 프로펠러(4)가 스크류 펌프의 회전자를 구성하도록, 노즐(6)의 내측벽과 동일평면상에 존재하는 엣지(7)를 단부에 제공한다.

스크류 펌프, 지주, 프로펠러, 노즐, 회전자, 고정자, 블레이드

Description

선체의 하부에 설치되도록 설계된 포드를 포함하는 선박용 추진 세트{A MARINE PROPULSION SET COMPRISING A POD DESIGNED TO BE INSTALLED UNDER THE HULL OF A SHIP}

본 발명은 선박의 선체 하부에 장착되도록 설계된 지지용 지주에 기계적으로 연결되는 적어도 하나의 포드(pod)와, 적어도 두개의 블레이드를 가지며 상기 포드의 고물 단부에 배치되는 프로펠러와, 상기 포드에 고정된 적어도 3개의 흐름지시용 핀의 배열을 포함하며; 상기 프로펠러는 모터 또는 엔진에 연결된 전동축에 의해 회전하며, 상기 배열은 포드의 길이방향 축선에 수직한 링을 형성하는, 선박용 추진 세트에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 지지용 지주가 선체의 하부에 피봇가능하게 장착되도록 설계된, 피봇가능하게 장착되는 컴팩트한 포드 형태의 추진 세트에 관한 것이다. 포드의 "전방향" 또는 "전방" 및 "고물" 또는 "후방"은 선박의 보우(bow) 및 고물에 대한 것으로서; 즉 추진 세트가 적어도 선박을 전방으로 추진시킬 때, 선박의 보우를 향한 포드 포인트의 전방향 또는 전방부를 의미한다. 예를 들어 국제 특허출원 WO99/14113호에 개시된 추진 세트처럼 대부분 피봇가능하게 장착되는 포드 형태의 추진 세트에 있어서, 프로펠러는 본 발명의 추진 세트와는 달리 포드의 전방향 단부에 설치된다.

일반적으로, 피봇가능하게 장착되는 포드 형태의 종래의 선박 추진 세트는 선박의 웨이크(wake)에서 작동되도록 설계되지 않으며, 실제로 프로펠러가 웨이크의 경계층 외측에 배치되기에 충분히 긴 지지용 지주를 갖는다. 이와 같이 피봇가능하게 장착되는 종래의 포드 형태의 추진 세트는 선박의 선체와 프로펠러 세트 사이에 필요로 하는 넓은 공간으로 인해, 일반적으로 부피가 크다. 또한, 이러한 추진 세트는 일반적으로 추진 세트가 선회될 때 존재하는 캐비테이션 현상과 진동에 노출된다. 캐비테이션은 프로펠러의 블레이드 단부에서 과도한 수증기의 거품을 해제하는 현상이다. 선박 유체역학에서, 캐비테이션은 추진 시스템의 성능을 악화시키고, 진동을 유발하므로써, 회전부의 부식을 초래하고, 선박의 음향 밀봉성을 악화시키는 소음을 퍼져나가게 한다.

종래의 기술문헌에서, 특히 EP 1 270 404호에는 피봇가능하게 장착된 컴팩트한 포드 형태의 보조 추진 세트의 프로펠러가 포드의 고물 단부에 배치되는, 상술한 바와 같은 추진 세트가 개시되어 있다. 또한, 상기 프로펠러는 선박의 선체 하부에 배치된 고정축상에 장착된 또 다른 프로펠러 또는 "메인 스크류"의 웨이크에서 작동되도록 설계되었다. 상기 메인 스크류는 예를 들어 선박에 설치된 디젤 엔진에 의해 추진력의 대부분을 분배하도록 설계된 반면에, 추진 포드의 보조 프로펠러 또는 "스크류"는 선박을 운항하기 위해 추진 포드가 피봇될 경우 부가의 추진력 또는 방향력을 분배하도록 설계되었다. 포드 주위의 핀(fin)의 배열에 대한 변경에 있어서, 핀의 배열은 포드의 전방부 또는 또 다른 고물에 배치되지만, 이러한 고물은 지지용 지주의 중앙부 이외의 또 다른 고물은 아니다. 상기 핀의 목적은 메인 스크류에 의해 발생된 와류로부터 회전 에너지의 축방향 성분을 회수하므로써 추진 효율을 개선시키는 것이며, 따라서 상기 핀은 메인 스크류에 상대적으로 가까이 있어야만 한다. 상기 핀은 에너지 회수를 증가시키기 위하여, 포드의 축선에 대해 약간 경사질 수 있다.

피봇가능하게 장착된 이러한 추진 포드가 컴팩트하다 할지라도, 메인 스크류를 포함하는 전체적인 추진 세트는 부피가 크며, 피봇가능하게 장착된 종래의 포드 형태의 추진 세트와 마찬가지로 선체 하부에 깊은 드래프트(draught)를 필요로 한다.

본 발명의 목적은 종래의 해결책인 드래프트에 대해, 포드상에 프로펠러가 장착된 적어도 하나의 추진 유니트를 갖는 선박의 선체 하부에서 드래프트를 감소시키는 것이다. 이를 위하여, 본 발명의 목적은 선체에 더욱 가깝게 배치될 수 있는 추진 세트, 특히 피봇가능하게 장착되는 컴팩트한 포드 형태의 세트를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 추진 세트의 수직방향 조밀성을 개선하기 위하여, 포드의 지지용 지주의 높이를 감소시켜 프로펠러를 가능한한 선체에 가깝게 하는 것이며, 이와 동시에 캐비테이션 현상을 피하는 것이다. 마지막으로, 본 발명의 목적은 추진 세트의 효율을 증가시키고, 적어도 상기 세트의 구동부에 대한 비용을 절감하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 축방향 흐름의 펌프 또는 스크류 펌프상에서 작동되는 즉, 노즐을 통해 물을 가압하므로써 선박을 추진시키는 컴팩트한 추진 세트를 제공한다. 상기 스크류 펌프는 특히 흡입 흐름을 제어함에 있어 항공기 제트 엔진에 의해 작동되며, 또한 캐비테이션 현상을 피하기 위해 물의 후방 흐름상에 작용하는 시스템을 사용한다. 스크류 펌프는 액체 흐름율로 작동되는 반면, 종래의 프로펠러는 액체 트러스트에서 작동된다. 본질적으로, 스크류 펌프에 의한 추진 원리는 장기간 잠수함 추진 시스템에 적용되어 왔으며, 스크류 펌프를 잠수함의 웨이크에 배치하면 음향 간섭을 감소시키면서 양호한 효율을 얻을 수 있음을 인식해야 한다. 미국특허 제4.600.394호는 선박용 아웃보드 모터 및 인보드 엔진을 위한 스크류 펌프 기법의 적용에 대해 서술하고 있다.

스크류 펌프를 얻기 위하여 단순히 종래의 프로펠러를 유선형이고 가단성인 노즐형 부재로 둘러싸는 것으로는 충분하지 않다. 예를 들어 미국특허 제6.062.925호에는 포드상에 장착된 프로펠러의 추진력은 프로펠러의 주위에 유선형이고 가단성인 노즐형 부재를 설치하므로써, 낮은 속도로 증가될 수 있음이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 설치는 스크류 펌프를 얻을 수 있게 하는데, 그 이유는 스크류 펌프의 블레이드 형태가 이러한 기법에 특정한 것이고 또한 종래의 프로펠러에 사용된 형태와는 상당히 상이하기 때문이다.

마지막으로, DE 101 58320호에는 그 회전자 프로펠러 또는 "임펠러"가 펌프의 전기모터의 고정자 주위에 배치된 스크류 펌프를 실행시키는, 피봇가능하게 장착된 선박 포드 형태의 추진 세트가 개시되어 있다. 따라서, 상기 모터는 펌프의 노즐에 의해 완전히 둘러싸이며, 상기 노즐은 피봇가능하게 장착된 포드 세트의 지지용 지주에 부착된다. 이러한 구조에 의해, 회전자 프로펠러의 직경은 모터 크기의 증가에 따라 필수적으로 커지게 되며, 이에 따라 모터의 출력도 증가하게 된다. 모터의 고출력[예를 들어 약 10 메가와트(MW)]에 대해, 회전자 프로펠러의 최종 칫수는 펌프를 통한 물의 흐름율에 충분히 큰 부분 영역을 제공하기 위하여 노즐 직경이 매우 커질 것을 요구하게 된다.

이러한 구조는 추진 세트에 대해 매우 높은 유체역학적 드래그(drag)를 유발하며, 이에 따라 추진 효율이 매우 낮아지게 되어 주요한 결점으로 되어 버린다. 또한, 특히 모터가 고출력 모터인 경우, 포드의 내부에 모터가 설치되어 있고 상기 모터가 프로펠러로부터 이격되어 있는 종래의 피봇가능하게 장착된 포드 세트에 비해, 전기모터를 냉각하는 것이 상당히 어렵다. 종래의 피봇가능하게 장착된 포드 세트에 있어서, 모터는 선박으로부터 지지용 지주의 내부를 통해 포드로 이동된 공기의 가압순환에 의해 냉각될 수 있다.

따라서, 피봇가능하게 장착된 포드 세트의 이러한 스크류 펌프가 특히 캐비테이션 현상의 제거 등과 같은 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 하지만, 직경이 매우 적으며 또한 출력이 동일한 종래의 피봇가능하게 장착된 포드 세트의 추진 효율과 적어도 동일한 효율을 갖는 추진 세트, 특히 고출력 세트를 얻게 할 수는 없다. 본 발명의 목적은 피봇가능하게 장착된 피봇 세트 구조의 스크류 펌프의 결점을 해소하는 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 상술한 바와 같이 핀의 링과 프로펠러를 적어도 부분적으로 둘러싸는 노즐을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 또한 각각의 블레이드는 단부에 노즐의 내측벽과 동일한 엣지를 제공하므로써 프로펠러가 스크류 펌프의 회전자를 구성하는 것을 특징으로 하는, 그리고 핀의 링은 지지용 지주의 중앙부와 프로펠러 사이에 배치된 영역의 내부에 놓이는 것을 특징으로 하는, 추진 세트를 제공한다.

핀 및 노즐에 의해 형성된 배열은 스크류 펌프의 고정자를 구성한다. 스크류 펌프는 종래의 동일 출력의 프로펠러 보다 50% 내지 100% 빨리 회전하며, 이에 의해 프로펠러를 위한 구동모터 또는 엔진의 토오크를 50% 내지 100% 감소시키며; 이에 따라 모터 또는 엔진의 직경이 종래 피봇가능하게 장착된 포드 세트에 비해 20% 내지 40%(전기모터인 경우) 감소되게 한다. 본 발명의 추진 세트에 있어서, 모터의 직경 감소에 의해, 포드의 직경과, 상기 모터가 포드의 내부에 내장되는 실시예인 경우에서의 세트 중량을 감소시킬 수 있게 된다. 포드 직경의 감소는 추진 세트의 유체역학적 드레그를 감소시킬 수 있게 하며, 이에 따라 그 추진 효율을 증가시킨다.

또한, 포드 체적의 대부분과 모터는 물 흐름에 대해 스크류 펌프로부터 상류에 배치된다. 이에 의해, 프로펠러는 매우 컴팩트한 허브를 가질 수 있게 되며, 노즐의 직경을 과대한 양으로 증가시키므로써 유체역학적 흐름을 악화시킬 필요가 없는 펌프의 프로펠러를 얻을 수 있게 된다. 전형적으로 포드의 내부에 내장된 10MW 이상의 출력을 갖는 전기모터에 의해, 본 발명의 추진 세트는 그 내경 즉, 프로펠러의 직경이 포드 직경의 약 2배인 노즐을 얻을 수 있다. 이에 의해, 펌프를 통한 양호한 물 흐름율을 보상할 수 있는 프로펠러를 위한 부분 영역을 가질 수 있게 되며; DE 101 58320호의 장치에 비해 매우 낮은, 추진 세트를 위한 유체역학적 드래그를 가질 수 있다.

마지막으로, 스크류 펌프가 선박의 웨이크에서 캐비테이션 현상없이 작동될 수 있다는 사실은 지지용 지주의 높이를 감소시킬 수 있게 하며, 이에 따라 상기 세트를 더욱 컴팩트하게 하는데 기여한다. 스크류 펌프는 선박의 선체에 더욱 가깝게 이동하게 되는데, 그 이유는 선박의 보드상에 진동을 발생시키는 압력 펄스를 전달하지 않기 때문이다. 이것은 먼저 물의 흐름은 스크류 펌프의 고정자에 의해 체계화되어 회전자를 고정자로부터 분리시키는 챔버에서 회전자에서의 물 도달속도를 균일하게 할 수 있다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 따라서, 스크류 펌프에 의해 발생된 나머지 압력 펄스는 매우 작아진다. 또한, 상기 나머지 펄스는 펌프의 노즐에서 희석되며, 선박의 선체에서 그 반향은 선박의 보드상에 진동을 발생시키지 않을 정도로 충분히 낮다.

선체 하부에서의 드래프트는 종래의 피봇가능하게 장착된 포드 세트 보다 작으므로, 선박을 위한 고물 형태의 설계에 상당한 융통성을 제공할 수 있게 된다. 또한, 선박 웨이크의 경계층 내부에 스크류 펌프가 배치된다는 사실은 경계층의 외부에 배치된 스크류 펌프에서 얻은 추진 효율에 비해, 그 효율이 증가된다는 장점을 제공한다. 상기 경계층의 내부에, 스크류 펌프 입구에서 물의 속도는 스크류 펌프가 상기 층의 외부에 배치된 형태에서의 속도에 비해 감소되며, 이에 의해 노즐의 출구와 펌프의 입구에서의 속도 편차가 증가되며, 결과적으로 펌프의 회전자에 의해 생성된 트러스트를 증가시킨다. 상기 경계층의 두께는 선박 속도 및 선박 크기에 따라 증가된다는 것을 인식해야 한다. 선박의 운항 속도에서, 웨이크의 크기는 커지며, 따라서 그 추진 효율은 낮은 속도에서의 추진 효율에 비해 증가된다.

본 발명의 컴팩트한 추진 세트에 있어서, 핀은 스크류 펌프를 위한 흐름 검출기를 구성한다. 핀의 링형 배열은 프로펠러에 충분히 가까워지기 위하여, 지지용 지주의 중앙부의 길이방향 고물에 배치된 영역내에 놓인다. 본 발명에 있어서, 지지용 지주의 중앙부는 선박의 선체 내부와 연결되는 공동을 포함하는 부분으로서 형성된다.

본 발명의 추진 세트는 포드의 지지용 지주가 선박의 선체 하부에서 피봇장착되므로써, 상기 추진 세트가 피봇가능하게 장착된 포드 형태를 취하도록 설계된 선박에 특히 적합하다. 본 발명의 다수의 추진 세트를 구비한 선박에서는 피봇가능하게 장착된 적어도 한세트의 포드 형태를 가질 수 있으며; 상기 포드 형태는 360°피봇되며, 선박을 방향타 방식으로 조종하기 위하여 또한 선택적으로 상기 세트의 회전자의 회전방향을 역전시키지 않고서도 제동 트러스트를 제공하기 위하여, 선박의 웨이크에서 선박의 고물에 배치된다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 포드의 길이방향 축선을 포함하는 수직면에서, 피봇가능하게 장착된 포드 형태의 본 발명의 추진 세트에 대한 개략적인 단면도.

도2는 도1의 추진 세트의 개략적인 사시도.

도3은 지지용 지주의 고물 단부가 흐름지시용 핀을 구성하는, 본 발명의 또 다른 추진 세트의 개략적인 평면도.

도4는 측부 대 측부로 배치된 두개의 동일한 추진 유니트를 포함하는, 피봇가능하게 장착된 포드 형태 및 본 발명의 또 다른 추진 세트의 개략적인 평면도.

도1은 포드(2)의 길이방향 축선(X) 및 세트(1)의 피봇축선(6)에 의해 형성된 평면상에서 측부로부터 길이방향 부분으로 투시한 본 발명의 추진 세트(1)를 도시하고 있다. 상기 세트(1)는 선박의 선체(10)의 하부에 설치되며, 상기 포드(2)는 선박의 선체를 통과하는 수밀성 베어링(9)상에서 피봇되도록 장착된 지지용 지주(3)에 연결된다. 도면에 도시된 양호한 실시예에서, 포드(2)는 전기모터(8)가 내장될 수 있는 칫수를 가지며, 상기 모터의 회전자(도시않음)는 프로펠러(4)의 구동축(11)과 함께 회전한다. 상기 축(11)은 베어링(12)에 의해 축선(X)상에 지지된다. 공지된 방식에 따라, 상기 포드 및 지지용 지주(3)는 화살표(F)로 도시된 물 흐름의 유체역학적 흐름을 최적화하도록 유선형으로 형성된다.

본 기술분야에 공지된 바와 같이, 모터는 선박의 선체 내부에 배치될 수 있으며, 모터의 회전을 프로펠러의 구동축에 전달하기 위해 각진 기계적 전동 시스템이 제공된다. 또한, 본 발명의 추진 세트에 있어서, 선박의 선체에 대해 피봇가능하게 장착된 포드를 지지하는 지주는 기본적인 구성요소가 아니다. 고정된 지지형 지주를 갖는 실시예에 있어서, 노즐을 선체에 직접 연결하기 위하여 또한 추진 세트와 선체 사이의 기계적 결합을 강화하기 위하여, 적어도 하나의 또 다른 고정된 링크 지주를 가질 수도 있다. 상기 또 다른 지주는 노즐이 선체에 매우 가깝기 때문에 크기가 작아질 수 있다. 선박은 추진 세트로부터 분리된 특정의 방향수단에 의해 조종될 수 있지만, 실제로는 EP 1 270 404호에 개시된 원리 즉, 피봇가능하게 장착된 컴팩트한 포드 형태를 취하며 각진 상태로 배치될 수 있는 보조 추진 세트를 실행시키는 원리를 사용하여 조종된다.

도1에 도시된 실시예에서, 수밀성 베어링(9)은 선박을 조종하기 위한 방향타로서 작동되기 위하여, 지지용 지주(3)가 피봇될 수 있도록 설계된다. 지지용 지주(3)는 선박의 전방 이동에 대향하는 트러스트를 갖는 "제동"모드 추진위치에 도달하기 위해, 도면에 도시된 정상적인 추진 위치에 대해 180°로 피봇되도록 장착될 수 있다. 그러나, 이러한 "제동" 모드는 프로펠러(4)의 회전방향을 역전시켜 얻은 실질적인 후방 트러스트에 의해서만 소량으로 피봇되거나 또는 피봇되지 않는 지지용 지주(3)에 의해 얻어질 수 있다.

스크류 펌프를 실행시키기 위하여, 추진 세트는 포드(2)에 고정되어 있는 도면부호 52 및 53 등과 같은 흐름지시용 핀의 배열을 포함하며, 이러한 배열은 포드의 축선(X)에 수직하며 지지용 지주(3)와 프로펠러(4) 사이에서 길이방향으로 배치된 영역(Zx)의 내부에 놓이는 링(5)을 형성한다. 일반적으로, 본 발명의 추진 세트에 있어서, 상기 영역(Zx)은 도3을 참조하여 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 지지용 지주의 중앙부와 프로펠러 사이에 놓인다. 상기 링(5)은 적어도 5개의 핀으로 구성되며, 프로펠러(4)는 적어도 3개의 블레이드를 갖는다. 상기 흐름지시용 핀은 프로펠러에 도달하는 물흐름 라인을 적절한 방향으로 지지하기 위하여, 프로 펠러에 가깝게 배치되어야만 한다. 이들은 필수적으로 동일한 필요는 없다.

또한, 노즐(6)은 핀의 링(5)과 프로펠러(4)를 둘러싼다. 도2를 참조하여 서술되는 바와 같이, 노즐(6)의 입구 형태와 각각의 핀의 각위치는 그 운항 속도에서 선박의 웨이크 맵에 적용되는 것이 바람직하다. 상기 노즐은 그 자신의 상승에 의해 전체 트러스트에 참여하는 것을 인식해야 한다. 상기 프로펠러는 축(11)과 함께 회전하는 허브(3)와, 이러한 허브상에 블레이드(14)가 장착된다. 각각의 블레이드(14)는 그 한쪽 단부에 노즐의 내측벽과 동일평면상에 존재하는 엣지(7)를 갖는다. 따라서, 링(5)과 노즐(5)은 스크류 펌프의 고정자를 구성하며, 프로펠러(5)는 펌프의 회전자를 구성한다.

노즐은 점진적으로 고물쪽으로 경사지는 단면적을 가지며, 추진 효율을 증가시키기 위하여 선박을 위해 설계된 운항 속도의 함수로서 적용되는 수렴 형태 또는 분기 형태를 취한다. 또한, 종래의 방식에 따라, 핀은 그 유체역학적 저항을 감소시키기 위하여 경사진 형태를 취한다. 그 결과, 도1에 도시된 바와 같이 노즐의 전방부는 링(5)의 위치조정의 전체 길이방향 영역(Zx)에 대해 연장될 필요는 없다. 상기 영역의 전방 한정은 축선(X)을 따라 핀의 전방 단부와 동일한 지점에서 점선으로 도시되었다. 더욱 유선형인 핀을 사용할 경우, 핀의 링(5)의 위치조정의 영역(Zx)의 길이방향 깊이를 상당히 증가시킬 수도 있다.

적어도 3개의 흐름지시용 핀에서, 링(5)의 모든 핀은 노즐(6)이 포드(2)에 단단히 고정되는 것을 보장하는데 사용된다. 노즐의 대칭 축선은 포드의 길이방향 축선(X)과 일치하므로, 프로펠러의 블레이드(14)의 단부의 엣지(7)와 노즐의 내측 벽 사이에 소량의 간극을 가질 수 있게 된다. 도1을 참조하여 서술한 실시예에 있어서, 상기 블레이드(14)는 모두 동일하며, 노즐과 동일평면상에 존재하는 블레이드의 단부 엣지(7)는 블레이드의 외주의 전체 길이에 대해 노즐과 동일평면상에 존재하는 굴곡 길이를 최대로 하기 위해, 두개의 예각에 의해 한정된다. 블레이드의 단부 엣지에 대한 이러한 예각 형태는 스크류 펌프 기법에 유리한 것으로 알려져 있다. 프로펠러(4)에 의해 구성되는 펌프 회전자는 적어도 두개의 블레이드(14)를 갖는다. 컴퓨터에 의해 실행되는 시뮬레이션에 따르면, 미국특허 제4.600.394호에 개시된 원리를 사용하는 단일의 스크류형 블레이드에 의해 형성된 로터를 갖는 것을 바람직하지 않음을 알 수 있다.

프로펠러(5)가 선박의 웨이크에서 최적으로 작동될 수 있도록, 스크류 펌프의 노즐(6)과 선박의 선체(10) 사이의 거리(D_Y)는 한정된다. 추진 세트를 선박의 웨이크에 배치하는 동시에, 선박에 대한 물 흐름 속도의 과도한 대량 감소를 제공하는 "점성" 웨이크를 피하는 것이 바람직하다. 추진 세트를 웨이크의 부분에 배치하면, 약 15%의 평균 흐름속도 감소를 제공한다. 지지용 지주(3)의 높이를 감소시키는 것을 보장한다는 장점과 함께, 스크류 펌프의 이러한 위치조정은 웨이크의 경계층 외측에서의 위치조정에 의해 얻은 추진 효율에 비해, 추진 효율을 최적으로 증가시킬 수 있게 한다.

흐름지시용 핀의 링(5)의 프로펠러(4)의 각각의 구조를 보다 명확하게 도시하기 위해, 도2에서 본 발명의 추진 세트(1)는 사시도로 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 링(5)은 상기 흐름에 회전자의 회전 토오크와 동일하지만 반대방향으로 회전하는 회전 토오크를 부여하기 위하여, 스크류 펌프에 인입되는 물의 흐름을 지시하기 위한 6개의 핀(50 내지 55)을 가지며; 상기 물의 흐름은 회전자의 출구에서 회전 에너지와는 독립적이므로, 스크류 펌프의 효율 증가라는 장점을 제공한다. 상기 핀(55)은 이러한 투시방향에서는 포드(2)의 고물 부분에 의해 가려져 있다.

각각의 핀은 포드의 축선(X)에 대해 결정된 각위치를 갖는, 적절한 평탄면을 제공한다. 핀의 각 위치조정 각도(α_n )는 핀의 평면과 축선(X) 사이에 형성된 각도로 한정된다. 도면부호 52 또는 54 등과 같은 각각의 핀은 α₂, α₄ 등과 같은 특정의 각 위치조정 각도로 포드의 고물 부분에 고정된다. 각각의 각도(α_n )는 그 운항 속도에서 선박의 웨이크 맵에 기초하여 결정되며, 따라서 각각의 각도(α_n )는 회전자상에서의 물의 도달을 지지하기 위해 물의 유입 흐름의 함수로서 적용되며, 이에 따라 캐비테이션 현상을 피할 수 있게 된다. 특히 지주(3)의 고물에 배치된 핀(52)의 작동 각도(α₂ )를 결정하기 위하여, 노즐에 유입되는 물 흐름에서 지지용 지주(3)의 영향이 고려된다. 노즐의 입구 형태는 그 운항 속도에서 선박의 웨이크 맵에 기초하여 결정되는 것이 바람직하다.

또한, 종래의 프로펠러 보다 빨리 회전되므로써, 본 발명의 추진 조립체의 회전자는 보다 작은 양의 토오크를 전개하며, 이에 따라 이러한 토오크에 부합되기 위하여 고정자에서의 흐름 방향은 온건한 상태로 유지되어야만 한다. 따라서, 핀 의 각 위치조정 각도는 매우 작으며, 이에 의해 물은 역방향으로 흐를 수 있게 된다. 각각의 각 위치조정 각도는 예를 들어 3°내지 15°로 결정될 수 있으므로, 프로펠러(4)의 회전방향을 역전시키므로써 충분한 후방 트러스트를 얻을 수 있으며, 상기 프로펠러에 의해 발생된 물 흐름은 핀에 의해 상당히 불안하게 된다.

또한, 각각의 블레이드가 직선형의 발전기 라인을 갖는 회전자는 미국특허 제6.371.726호에 개시된 바와 같이 종래의 스크류형 프로펠러와는 달리, 회전자가 역방향으로 회전하였을 때 완전한 공칭 토오크를 수용할 수 있다. 이것은 블레이드의 표면상에 기계적 응력이 양호하게 분포되어 제동 트러스트를 개선시키면 달성될 수 있다. 직선형 발전기 라인을 갖는 물체는 외곽의 평면을 교차하는 직선을 따라 전환에 노출되는 2차원 외곽에 의해 형성된다.

프로펠러(4)의 블레이드(14)는 도2에 도시된 바와 같이 미세하게 비틀린 형태로 도시되어 있으며, 상기 블레이드는 미세하게 굴곡된 발전기 라인을 가지며, 제동 트러스트를 부가로 증가시키기 위해 곧바른 발전기 라인을 갖는 이러한 블레이드가 선호된다. 노즐(6)의 내측벽과 동일평면상에 존재하는 블레이드(14)의 단부 엣지(7)는 굴곡될 수도 있다. 또한, 도1에 도시된 바와 같이, 노즐의 형태는 고물로 미세하게 수렴될 수도 있다. 마지막으로, 추진 세트(1)가 피봇되도록 장착되는 피봇 축선(Y)은 반드시 지지용 지주(3)의 축선에 대응할 필요는 없으며, 예를 들어 도2에서 축선(Y')에 의해 도시된 위치에서처럼 전방으로 중첩될 수도 있음을 인식해야 한다.

본 출원인에 의해 컴퓨터에서 실행된 시뮬레이션에 따르면, 포드의 전방 단 부에 배치된 프로펠러를 갖는 종래의 피봇가능하게 장착된 포드 형태와 상기 포드의 내부에 수용된 전기모터를 갖는 피봇가능하게 장착된 포드 형태를 갖는 본 발명의 추진 세트 사이의 비교를 설정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 추진 세트는 약 2미터의 직경을 갖는 포드(2)와, 약 4미터의 직경을 갖는 노즐(6)과, 약 13MW의 출력을 갖는 모터를 포함한다. 회전자의 분당 회전수(r.p.m)는 200 이상 이다. 동일한 모터 출력에서, 본 발명은 모터의 중량을 50% 이상 감소시킬 수 있으며, 프로펠러의 직경과 포드의 직경을 25% 이상 감소시킬 수 있다. 또한, 드래프트에 의해 얻은 감소는 약 3미터이며, 피봇가능하게 장착되는 포드 세트의 스크류 펌프의 효율은 종래 피봇가능하게 장착되는 포드 조립체의 효율 보다 5% 이상 높았다. 따라서, 공지된 종래의 선박용의 피봇가능하게 장착된 포드 세트 및 선박 스크류 펌프 추진 유니트에 비해, 전체적으로 본 발명에 의해 얻어지는 장점은 상당하다.

도3은 본 발명의 또 다른 추진 세트(1')의 개략적인 평면도 이다. 포드(2) 및 스크류 펌프는 포드의 수평 축선(X)을 포함하는 수평면상에 도시되어 있으며, 지지용 지주(3')는 상기 포드 위에 배치된 또 다른 수평면상에 도시되어 있다. 지지용 지주(3')의 고물 단부 부분(3'A)은 흐름지시용 핀을 구성하며, 이러한 부분은 포드의 축선(X)에 대해 결정된 각 위치조정 각도(α' )를 갖는 평탄면을 제공한다. 링(5)은 도1 및 도2에 도시된 핀(50 내지 55)과 유사한 적어도 두개의 흐름지시용 핀을 가지므로, 상기 부분(3'A)에 의해 구성된 특정한 핀을 갖는다.

일반적으로, 본 발명의 추진 세트에 있어서, 포드의 길이방향 축선(X)에 수 직하며 핀의 링이 놓이는 영역(Zx)은 지지용 지주의 중앙부와 프로펠러 사이에 배치되며, 상기 중앙부는 지주에 제공되고 선박의 내부와 연결되는 공동을 포함한다. 도3에 대응하는 실시예에서, 지지용 지주(3')의 중앙부(C)는 포드의 내부에 설치된 모터(8) 위에 배치되며, 모터를 충분히 냉각시킬 수 있는 흐름율로 상기 중앙부에는 포드와 선박 사이에 공기 순환이 제공된다.

지지용 지주의 고물 단부 부분(3'A)은 노즐(6)의 상부 위로 통과하므로써 선박의 선체와 동일평면상에 존재하도록 상향으로 연장되어 배치될 수 있으며, 노즐의 상부가 삽입되어 상기 부분(3'A)에 의해 지지될 수 있도록 상기 부분(3'A)에 역류를 제공할 필요가 있다. 이러한 실시예는 도1 및 도2에 도시된 실시예에 비해 추진 세트의 유체역학적 드래그를 어느 정도 감소시킬 수 있다.

도4에서, 본 발명의 또 다른 추진 세트(1")는 전방으로부터 선박의 후방을 향하여 투시하였을 때 매우 극적인 상태로 도시되어 있다. 이러한 세트는 피봇가능하게 장착된 포드 형태를 가지며, 측부 대 측부로 배치되며 동일한 또는 거의 동일한 두개의 추진 유니트를 포함한다. 이러한 실시예에서, 각각의 추진 유니트는 상술한 바와 같은 추진 세트(1 또는 1')의 유니트와 동일하다. 두개의 추진 유니트는 선박의 선체(10)의 하부에서 피봇되도록 장착된 단일의 지지용 지주(3")에 기계적으로 연결된다. 상기 지지용 지주(3")는 3개의 분기부를 갖는 별 형태를 취하고 있으며, 그 피봇 축선(Y"')은 가장 넓은 분기부의 축선에 대응한다. 따라서, 도1 내지 도3에 도시된 추진 세트(1 또는 1')의 출력은 보다 강력한 스크류 펌프를 전개하지 않고서도 또한 드래프트를 증가시키지 않고서도 거의 두배가 될 수 있으 며, 선박의 선체를 통과하는 오직 하나의 피봇가능하게 장착된 수밀성 베어링을 갖는다는 장점을 발휘하게 된다.

Claims (11)

1. 선박의 선체(10)의 하부에 장착되도록 설계된 지지용 지주(3, 3', 3")에 기계적으로 연결되는 적어도 하나의 포드(2)와, 적어도 두개의 블레이드(14)를 가지며 상기 포드의 고물 단부에 배치되는 프로펠러(4)와, 상기 프로펠러는 모터 또는 엔진(8)에 연결된 전동축(11)에 의해 회전하며, 선박용 추진 세트(1, 1', 1")에 있어서,

   상기 포드(2)에 고정된 적어도 3개의 흐름지시용 핀(50 내지 55; 3'A)의 배열과,

   상기 핀의 링(5) 및 프로펠러(4)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 노즐(6)을 부가로 포함하며;

   상기 배열은 포드(2)의 길이방향 축선(X)에 수직한 링(5)을 형성하며; 상기 각각의 블레이드(14)는 프로펠러(4)가 스크류 펌프의 회전자를 구성하도록 상기 노즐(6)의 내측벽과 동일평면상에 존재하는 엣지(7)를 단부에 제공하며; 상기 링(5)은 지지용 지주(3, 3', 3")의 중앙부와 프로펠러 사이에 배치된 영역(Zx)의 내부에 놓이는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
2. 제1항에 있어서, 상기 노즐(6)은 적어도 5개의 핀(50 내지 55, 3'A)을 통해 상기 포드(2)에 고정되며, 상기 프로펠러(4)는 적어도 3개의 블레이드(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링(5)의 각각의 핀(50 내지 55, 3'A)은 적 어도 평탄한 표면을 가지며, 이러한 표면은 상기 포드(2)의 축선(X)에 대해 결정된 각 위치조정 각도(α₀ , ...,α₅, α')를 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
4. 제3항에 있어서, 상기 노즐(6)의 입구 형상 및 상기 핀의 각 위치조정 각도(α₀ , ...,α₅, α')는 선박의 웨이크 맵에 적용되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
5. 제3항에 있어서, 각각의 핀의 결정된 각 위치조정 각도(α₀ , ...,α₅, α')는 3°내지 15°의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 선박의 제동을 위한 제동 트러스트를 발생하기 위하여, 프로펠러(4)의 회전방향은 역전될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 프로펠러 펌프의 회전자의 각각의 블레이드(14)는 직선형의 발전기 라인을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지용 지주(3')의 고물 단부(3'A)는 상기 링(5)의 핀중 하나를 구성하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 세트.
9. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 추진 세트(1, 1', 1")를 포함하는 선박에 있어서,

   상기 세트의 지지용 지주(3, 3', 3")는 선박의 선체(10)의 하부에 고정된 방식으로 장착될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 선박.
10. 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 추진 세트(1, 1', 1")를 포함하는 선박에 있어서,

    상기 세트의 지지용 지주(3, 3', 3")는 상기 추진 세트가 피봇가능하게 장착된 포드 형태가 되도록, 선박의 선체(10)의 하부에서 피봇장착되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 선박.
11. 제9항에 있어서, 노즐(6)과 선박의 선체(10) 사이의 거리(D_Y)는 선박의 웨이크에서 프로펠러(4)가 최적으로 작동되도록 한정되는 것을 특징으로 하는 선박.

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