KR101549853B1 - 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템 - Google Patents

대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템 Download PDF

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KR101549853B1
KR101549853B1 KR1020140022342A KR20140022342A KR101549853B1 KR 101549853 B1 KR101549853 B1 KR 101549853B1 KR 1020140022342 A KR1020140022342 A KR 1020140022342A KR 20140022342 A KR20140022342 A KR 20140022342A KR 101549853 B1 KR101549853 B1 KR 101549853B1
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shaft
impeller
cavitation tunnel
tunnel
bearing
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김기섭
안종우
박영하
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한국해양과학기술원
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Abstract

대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 개시한다. 상기 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템은 회전력을 통해 상기 대형 캐비테이션 터널 내에 수용된 물을 기 설정된 유속으로 상부구간의 터널 관측부까지 유동시키는 기능을 수행하며, 상기 대형 캐비테이션 터널의 임펠러 덕트(b) 내에 위치하는 임펠러(110); 중공을 갖는 원형통으로 형성되며, 상기 임펠러(110)의 일단과 플렌지 볼트(flange bolt)를 통해 결속되고, 상기 대형 캐비테이션 터널의 샤프트 덕트(c) 내에 위치하는 임펠러 샤프트(120); 120도 간격으로 이격된 3개의 베어링 브라켓(130)을 통해 상기 샤프트 덕트(c) 내에 고정되며, 상기 샤프트 덕트(c)의 길이에 따라 길이가 가변되도록 다단 형상의 중공을 갖는 원통형의 중간 샤프트(140); 슬리브 커플링(150)을 통해 상기 중간 샤프트(140)와 결속되며, 일단에 상기 대형 캐비테이션 터널의 외부에 구비된 회전모터(M)의 구동에 따라 회전 시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 모터 샤프트 베어링(160)을 구비한 모터 샤프트(170);를 포함하며, 상기 베어링 브라켓(130)는 상기 중간 샤프트(c)의 중심에 구비된 중간축 베어링(125)과 결속되는 것을 특징으로 한다.

Description

대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템{Low noise Impeller and shaft system equiped in Large Cavitation Tunnel}
본 발명은 임펠러 및 이를 구동하기 위한 축계 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템에 관한 것이다.
대형 캐비테이션 터널의 경우에는 임펠러 구동축이 길고, 임펠러와 축의 무게가 매우 크기 때문에 임펠러 구동에 여러 가지 문제점이 발생한다. 이러한 축계시스템은 물속에서 작동한다. 축에서 발생할 수 있는 문제점으로는 축 회전시 임펠러 회전으로 인한 축에 작용하는 기진력 발생과 축 자체 진동이 연성되어 축 길이 방향 위치에 따라 축의 변형(축방향, 횡방향)이 발생하게 된다.
이는 축 베어링의 손상을 유발하여 수명을 단축하고 특히 축 끝단 근처에 있는 임펠러의 날개 끝이 덕트 내면과 충돌 발생을 유발한다.
이에 본 발명에서는 앞에서 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 제공하고자 한다.
대한민국 등록번호 제10-0793947호(발명의 명칭: 원심형 펌프의 캐비테이션 방지장치)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고층으로 설치되는 유동 순환식 대형 캐비테이션 터널의 경우, 하부에서 임펠러를 작동하여 기계에너지를 물의 운동에너지로 변환하여 터널 용수 전체를 순환시키고 특히 상부에 있는 관측부에 균일한 유속분포를 발생시켜야 한다.
이러한 대형 캐비테이션터널 내에 물은 축 회전수에 비례하여 유속이 변화하며 이에 대응하여 임펠러 및 축계 시스템에 진동, 변위, 발열, 기계적 소음 및 유동소음이 발생된다는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명에서는 앞에서 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템은 모형선의 캐비테이션 실험을 측정하기 위한 대형 캐비테이션 터널 내에 구비되며, 상기 캐비테이션 터널 내에 채워진 물이 기 설정된 유속으로 상기 캐비네이션 터널 내에서 순환시키도록 구동되는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템으로, 회전력을 통해 상기 대형 캐비테이션 터널 내에 수용된 물을 기 설정된 유속으로 상부구간의 터널 관측부까지 유동시키는 기능을 수행하며, 상기 대형 캐비테이션 터널의 임펠러 덕트(b) 내에 위치하는 임펠러(110); 중공을 갖는 원통형으로 형성되며, 상기 임펠러(110)의 일단과 플렌지 볼트(flange bolt)를 통해 결속되고, 상기 대형 캐비테이션 터널의 샤프트 덕트(c) 내에 위치하는 임펠러 샤프트(120); 120도 간격으로 이격된 3개의 베어링 브라켓(130)을 통해 상기 샤프트 덕트(c) 내에 고정되며, 상기 샤프트 덕트(c)의 길이에 따라 길이가 가변되도록 다단 형상의 중공을 갖는 원통형의 중간 샤프트(140); 슬리브 커플링(150)을 통해 상기 중간 샤프트(140)와 결속되며, 일단에 상기 대형 캐비테이션 터널의 외부에 구비된 회전모터(m/motor)의 구동에 따라 회전 시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 모터 샤프트 베어링(160)을 구비한 모터 샤프트(170);를 포함하며, 상기 베어링 브라켓(130)는 상기 중간 샤프트(c)의 중심에 구비된 중간축 베어링(125)과 결속되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러(110)는 수직 단면이 콘(cone) 형상인 하우징(111); 및 상기 하우징(111) 표면에 일정한 간격으로 구비된 비대칭 곡면 형상의 복수 개의 임펠러 날개(112)들을 포함하며, 상기 복수 개의 임펠러 날개(112)들 각각은 상기 하우징(111)의 일 측 끝단 표면에 방사상(放射狀) 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러 날개(112)는 캐비테이션 발생 억제 및 하류 유동으로 인한 기진력을 감소시키도록 날개 반경별로 2차원 수중 날개(two-dimensional hydrofoil) 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러 날개(112)는 압력면(112a)의 수직단면은 곡면형상이고, 흡입면(112b)의 수직 단면은 확산형으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러(110)는 테일 샤프트 베어링(105)이 구비된 테일 샤프트(106)와 연결된 스테이터와 연결되며, 상기 스테이터는 상기 임펠러를 통과한 물에 잔존하는 회전 운동에너지를 감소시켜 상기 터널 관측부에 유입되는 유동에 회전유동을 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 테일 샤프트 베어링(105)은 상기 테일 샤프트(106)의 축 회전으로 인하여 발생되는 마찰열로 인하여 상기 대형 캐비테이션 터널 내의 수온상응을 억제하도록 상기 물과의 접촉을 차단하도록 표면을 감싸는 하우징이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 중간축 베어링(125)은 수윤활 방식이 적용된 합성수지(thordon) 베어링인 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러 샤프트(120) 및 상기 중간 샤프트(140)는 부식이 방지되도록 표면에 GRP(Glass Reinforced Plastic)가 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기 모터 샤프트 베어링(160)과 상기 테일 샤프트 베어링(105)의 원활한 구동 및 마모를 방지하도록 외부에서 윤활유가 주입되며, 초기 구동시, 상기 베어링 브라켓(130)에 가해지는 하중을 방지하도록 상기 모터 샤프트 베어링(160)과 상기 테일 샤프트 베어링(105)에서 100 기압의 유압으로 기 설정된 시간동안 상기 임펠러 샤프트(120) 및 상기 중간 샤프트(140)를 띄우는 것을 특징으로 한다.
상기 슬리브 커플링(150)은 상기 모터 샤프트(170)의 회전에 따른 진동 또는 온도변화로 인한 중간 샤프트(140)의 축 방향 변위를 흡수 또는 해제시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저소음형 임펠러 축계 시스템은 종래의 문제점인 고층으로 설치되는 유동 순환식 대형 캐비테이션 터널의 경우, 하부에서 임펠러를 작동하여 기계에너지를 물의 운동에너지로 변환하여 캐비테이션 터널 용수 전체를 순환시키고 특히 상부에 있는 관측부에 균일한 유속분포를 발생시켜야 한, 이러한 대형 캐비테이션터널 내에 물은 축 회전수에 비례하여 유속이 변화하며 이에 대응하여 임펠러 및 축계 시스템에 진동, 변위, 발열, 기계적 소음 및 유동소음이 발생된다는 문제점을 해결할 수 있다는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 장치를 상부에서 바라본 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 저 소음형 임펠러 축계 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 임펠러의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 임펠러의 정면도이다.
도 6은 샤프트 덕트 내에 중간 샤프트와 체결된 중간축 베어링 브라켓의 실사도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 상부에서 바라본 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 임펠러의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 임펠러의 정면도이다.
도 6은 샤프트 덕트 내에 중간 샤프트와 체결된 베어링 브라켓의 실사도이다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 저 소음형 임펠러 축계 장치를 설명하기 앞서, 저 소음형 임펠러 축계 장치가 구비되는 대형 캐비테이션 터널에 대해 간략하게 설명하도록 한다.
먼저, 대형 캐비테이션 터널은 모형선에 장착된 프로펠러 및 방향타의 캐비테이션(공동현상) 실험을 측정하기 터널로서, 크게는 상부구간 및 하부구간으로 나누어진다.
또한 상부 구간과 하부 구간은 내부에서 물의 순환되도록 4개의 굴곡부를 통해 연결된다.
여기서, 상부 구간은 터널 관측부가 구비되며, 터널 관측부는 모형선이나 몰수체의 캐비테이션 시험 및 유체흐름에 의한 힘, 압력, 속도 측정, 수중소음 계측 중 적어도 하나 이상의 시험을 수행하는 시험 공간으로서, 유속이 존재하는 부분은 폭 2.8m, 깊이 1.8m, 길이는 12.5m의 제원을 갖는 직육면체형상으로 제작될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 하부 구간은 대형 캐비테이션 터널 내에 수용된 물을 순환시키기 위한 물 순환 장치가 구비되며, 물 순환 장치는 하부구간에 수용된 물을 상부구간에 위치하는 터널 관측부까지 유동시키는 기능을 수행한다. 그러나, 대형 캐비테이션 터널의 경우, 수용되는 물의 양이 많고, 상부구간의 위치하는 터널 관측부까지 일정한 유속으로 물을 유동시키는 과정에서 많은 유동 소음이 발생되는 문제점과 물 순환 장치에 구비된 임펠러의 임펠러 날개에서 발생되는 공동현상(cavitation)으로 인한 임펠러 날개의 침식 또는 부식의 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명에서는 앞에서 상술한 문제점을 해결할 수 있는 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 제공하고자 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 상부에서 바라본 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 임펠러의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 임펠러의 정면도이다.
도 6은 샤프트 덕트 내에 중간 샤프트와 체결된 베어링 브라켓의 실사도이다.
보다 구체적으로, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 저 소음형 임펠러 축계 시스템(100)은 모형선에 장착된 프로펠러 및 방향타의 캐비테이션 실험을 측정하기 위한 대형 캐비테이션 터널 내에 구비되며, 상기 캐비테이션 터널 내에 채워진 물이 기 설정된 유속으로 상기 캐비네이션 터널 내에서 순환시키도록 구동되는 축계 시스템일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 저 소음형 임펠러 축계 시스템(100)은 임펠러(110), 임펠러 샤프트(120), 중간 샤프트(140), 모터 샤프트(170)를 포함한다.
상기 임펠러(110)는 회전력을 통해 상기 대형 캐비테이션 터널 내에 수용된 물을 기 설정된 유속으로 상부구간의 터널 관측부까지 유동시키는 기능을 수행하며, 상기 대형 캐비테이션 터널의 임펠러 덕트(b) 내에 위치한다.
보다 구체적으로, 상기 임펠러(110)는 하우징(111) 및 복수 개의 임펠러 날개(112)를 포함한다.
상기 하우징(111)은 수직 단면이 콘(cone) 형상을 형성된다.
상기 임펠러 날개(112)는 상기 하우징(111) 표면에 일정한 간격으로 구비된 비대칭 곡면 형상을 형성되며, 상기 하우징(111)의 일 측 끝단 표면에 방사상(放射狀) 형태로 구비된다.
여기서, 상기 임펠러 날개(112)는 캐비테이션 발생 억제 및 하류 유동으로 인한 기진력을 감소시키도록 날개 반경별로 2차원 수중 날개(two-dimensional hydrofoil) 형상으로 형성되며, 예컨대, 압력면(112a)의 수직단면은 곡면형상이고, 흡입면(112b)의 수직 단면은 확산형으로 형성될 수 있다.
즉, 본 발명에서 제시된 임펠러 날개는 날개의 항력을 감소하고 효율을 증가시키고, 캐비테이션 발생 가능성을 줄이고, 날개 하류 유동으로 기안하는 기진력을 감소를 위하여 유선형을 갖는 NACA 시리즈 단면일 수 있다.
그리고 임펠러 날개끝(blade tip)과 덕트 내면 사이의 유동간섭으로 발생하는 유동소음과 수두 손실 감소를 위하여 날개 끝 부분의 두깨 방향의 형상이 도 4에 도시된 바와 같이, 압력면(112a)은 곡면이고 흡입면(112b)은 확산형의 모습을 갖는다.
도 4를 참조하면, 임펠러 날개(112)의 압력면(112a)의 곡면은 t/2일 수 있으며, 흡인면의 길이와 압력면의 길이의 차는 t/5일 수 있다. 여기서, t는 날개의 두께(blade thickness)이며, r은 radius이다.
또한, 상기 임펠러(110)는 테일 샤프트 베어링(105)이 구비된 테일 샤프트(106)와 연결된 스테이터(미도시)와 연결되며, 상기 스테이터는 상기 임펠러(110)를 통과한 물에 잔존하는 회전 운동에너지를 감소시켜 상기 터널 관측부에 유입되는 유동에 회전유동을 제거하게 된다. 참고로, 상기 스테이터는, 캐비테이션 터널의 스테이터 덕트(a)에 구비된다.
또한, 상기 테일 샤프트 베어링(105)은 상기 테일 샤프트(106)의 축 회전으로 인하여 발생되는 마찰열로 인하여 상기 대형 캐비테이션 터널 내의 수온상응을 억제하도록 상기 물과의 접촉을 차단하도록 표면을 감싸는 하우징이 더 구비될 수 있다. 참고로, 수온상승은 동일한 유속에서 물의 점성이 변화하므로 시험의 일관성을 저해하기 때문이다.
상기 임펠러 샤프트(120)는 중공을 갖는 원형통으로 형성되며, 상기 임펠러(110)의 일단과 플렌지 볼트(flange bolt)를 통해 결속되고, 상기 대형 캐비테이션 터널의 샤프트 덕트(c) 내에 위치한다.
상기 중간 샤프트(140)는 120도 간격으로 이격된 3개의 베어링 브라켓(130)을 통해 상기 샤프트 덕트(c) 내에 고정되며, 상기 샤프트 덕트(c)의 길이에 따라 길이가 가변되도록 다단 형상으로 형성된다. 이때, 상기 베어링 브라켓(130)는 상기 중간 샤프트(c)의 중심에 구비된 중간축 베어링(125)과 결속된다. 상기 중간 샤프트(140)는 물의 부력을 이용하여 축의 자중을 감소시키기 위하여 중공(hollow)이 형성된다.
여기서, 중간 샤프트(140)의 단면 외경은 800mm, 내경은 720mm으로 제작될 수 있다. 따라서, 물의 부력 이용은 중간축 베어링(125)에 작용하는 축의 하중을 감소시킴으로써 중간축 베어링(125)의 마모를 억제하여 수명을 길게 하는 효과를 제공한다.
한편, 임펠러 샤프트(120) 및 상기 중간 샤프트(140)는 표면에 GRP(Glass Reinforced Plastic) 코팅막이 형성되며, 상기 GRP(Glass Reinforced Plastic) 코팅막은 접수면의 부식을 억제시키는 기능을 수행한다.
또한, 상기 중간축 베어링(125)은 수윤활 방식이 적용된 합성수지(thordon) 베이링일 수 있다.
상기 모터 샤프트(170)는 슬리브 커플링(150)을 통해 상기 중간 샤프트(140)와 결속되며, 일단에 상기 대형 캐비테이션 터널의 외부에 구비된 회전모터(M)의 구동에 따라 회전 시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 모터 샤프트 베어링(160)을 구비한다.
여기서, 상기 슬리브 커플링(150)은 상기 모터 샤프트(170)의 회전에 따른 진동 또는 온도변화로 인한 중간 샤프트(140)의 축 방향 변위를 흡수 또는 해제시키는 기능을 수행한다.
참고로, 슬리브 커플링(sleeve coupling)(150)에 연결되는 중간 샤프트(140)은 캐비테이션 터널의 외부에 노출되도록 설치되기 때문에 500mm 직경을 갖는 중실축(solid shaft)으로 구성될 수 있다.
상기 모터 샤프트(motor shaft)(170)는 구동모터의 회전수가 정확하게 전달되기 위하여 기어 커플링(geared coupling)과 연결된다.
또한, 상기 모터 샤프트 베어링(160)과 상기 테일 샤프트 베어링(105)의 원활한 구동 및 마모를 방지하도록 외부에서 윤활유가 주입되며, 초기 구동시, 상기 베어링 브라켓(125)에 가해지는 하중을 방지하도록 상기 모터 샤프트 베어링(160)과 상기 테일 샤프트 베어링(105)에서 약 100 기압의 유압으로 기 설정된 시간동안 상기 임펠러 샤프트(120) 및 상기 중간 샤프트(140)를 띄워주게 된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저소음형 임펠러 축계 시스템은 종래의 문제점인 고층으로 설치되는 유동 순환식 대형 캐비테이션 터널의 경우, 하부에서 임펠러를 작동하여 기계에너지를 물의 운동에너지로 변환하여 캐비테이션 터널 용수 전체를 순환시키고 특히 상부에 있는 관측부에 균일한 유속분포를 발생시켜야 하는 대형 캐비테이션터널 내에 물은 축 회전수에 비례하여 유속이 변화하며 이에 대응하여 임펠러 및 축계 시스템에 진동, 변위, 발열, 기계적 소음 및 유동소음이 발생된다는 문제점을 해결할 수 있다는 이점을 갖는다.
개시된 예시적인 실시형태들의 이전의 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조하거나 또는 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이들 예시적인 실시형태들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다.
100: 저 소음형 임펠러 축계 시스템
105: 테일 샤프트 베어링 106: 테일 샤프트
110: 임펠러 111: 하우징
112: 임펠러 날개
112a: 압력면 112b: 흡입면
120: 임펠러 샤프트 125: 중간측 베어링
130: 베어링 브라켓 140: 중간 샤프트
150: 슬리브 커플링 160: 모터 샤프트 베어링
170: 모터 샤프트 M: 구동모터
a: 스테이터 덕트 b: 임펠러 덕트
c: 샤프트 덕트

Claims (10)

  1. 모형선에 장착된 프로펠러 및 방향타의 캐비테이션 실험을 수행하기 위한 대형 캐비테이션 터널 내에 구비되며, 상기 캐비테이션 터널 내에 채워진 물이 기 설정된 유속으로 상기 캐비테이션 터널 내에서 순환시키도록 구동되는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템에 있어서,
    회전력을 통해 상기 대형 캐비테이션 터널 내에 수용된 물을 기 설정된 유속으로 상부구간의 터널 관측부까지 유동시키는 기능을 수행하며, 상기 대형 캐비테이션 터널의 임펠러 덕트(b) 내에 위치하는 임펠러(110);
    중공을 갖는 원형통으로 형성되며, 상기 임펠러(110)의 일단과 플렌지 볼트(flange bolt)를 통해 결속되고, 상기 대형 캐비테이션 터널의 샤프트 덕트(c) 내에 위치하는 임펠러 샤프트(120);
    120도 간격으로 이격된 3개의 베어링 브라켓(130)을 통해 상기 샤프트 덕트(c) 내에 고정되며, 상기 샤프트 덕트(c)의 길이에 따라 길이가 가변되도록 다단 형상의 중공을 갖는 원통형의 중간 샤프트(140);
    슬리브 커플링(150)을 통해 상기 중간 샤프트(140)와 결속되며, 일단에 상기 대형 캐비테이션 터널의 외부에 구비된 회전모터(M)의 구동에 따라 회전 시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 모터 샤프트 베어링(160)을 구비한 모터 샤프트(170);를 포함하며,
    상기 베어링 브라켓(130)는,
    상기 중간 샤프트(c)의 중심에 구비된 중간축 베어링(125)과 결속되는 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러(110)는,
    수직 단면이 콘(cone) 형상인 하우징(111); 및
    상기 하우징(111)과 접속된 임펠러 허브 표면에 일정한 간격으로 구비된 비대칭 곡면 형상의 복수 개의 임펠러 날개(112)들을 포함하며,
    상기 복수 개의 임펠러 날개(112)들 각각은,
    상기 하우징(111)의 일 측 끝단 허브표면에 방사상(放射狀) 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임펠러 날개(112)는,
    캐비테이션 발생 억제 및 하류 유동으로 인한 기진력을 감소시키도록 반경별로 2차원 수중 날개(two-dimensional hydrofoil) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 임펠러 날개(112)는,
    압력면(112a)의 수직단면은 곡면형상이고, 흡입면(112b)의 수직 단면은 확산형으로 형성된 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임펠러(110)는,
    테일 샤프트 베어링(105)이 구비된 테일 샤프트(106)와 연결된 스테이터와 연결되며, 상기 스테이터는 상기 임펠러를 통과한 물에 잔존하는 회전 운동에너지를 감소시켜 상기 터널 관측부에 유입되는 유동에 회전유동을 제거하는 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 테일 샤프트 베어링(105)은,
    표면을 감싸는 하우징을 더 포함하며, 상기 하우징은 상기 테일 샤프트(106)의 축 회전으로 인하여 발생되는 마찰열로 인하여 상기 대형 캐비테이션 터널 내의 수온상응이 억제되도록 물과의 접촉을 차단시키는 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간축 베어링(125)은,
    수윤활 방식이 적용된 합성수지(thordon) 베이링인 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러 샤프트(120) 및 상기 중간 샤프트(140)는,
    부식이 방지되도록 표면에 GRP(Glass Reinforced Plastic)가 코팅된 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 모터 샤프트 베어링(160)과 상기 테일 샤프트 베어링(105)의 원활한 구동 및 마모를 방지하도록 외부에서 윤활유가 주입되며, 초기 구동시, 상기 베어링 브라켓(130)에 가해지는 하중을 방지하도록 상기 모터 샤프트 베어링(160)과 상기 테일 샤프트 베어링(105)에서 100 기압의 유압으로 기 설정된 시간동안 상기 임펠러 샤프트(120) 및 상기 중간 샤프트(140)를 띄우는 것을 특징으로 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브 커플링(150)은,
    상기 모터 샤프트(170)의 회전에 따른 진동 또는 온도변화로 인한 중간 샤프트(140)의 축 방향 변위를 흡수 또는 해제시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 대형 캐비테이션 터널 내에 구비된 저 소음형 임펠러 축계 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107462398A (zh) * 2017-09-28 2017-12-12 哈尔滨工程大学 一种立式循环水槽的加压补水装置
KR101852150B1 (ko) * 2016-10-31 2018-04-25 한국해양과학기술원 사류형 펌프로 구동되는 고속 캐비테이션 터널
KR102041508B1 (ko) * 2018-06-28 2019-11-06 (주)백건준설 준설선의 유압식 추진장치

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