KR101599383B1 - Clutch System for Auxiliary Thrust Apparatus Capable of Working in Seawater - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 프로펠러 후방에 프로펠러와 동일한 방향으로 회전하도록 설치되어 선박의 항행 중 프로펠러의 회전 방향으로 회전력을 전달하여 프로펠러의 추진력을 증대시킬 수 있는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 보조 추진기 클러치 시스템은 선박의 프로펠러의 회전축 후단부에 고정되어 회전축과 함께 회전하며, 장공형으로 된 복수개의 클러치홈이 원주방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성되어 있는 클러치부재와; 상기 클러치부재의 중심부에 후방으로 연장되게 설치된 터빈회전축과; 상기 터빈회전축에 회전 가능하게 설치되어 프로펠러와 동일한 방향으로 회전하도록 설치되며, 전방면에 상기 각각의 클러치홈에 대응하여 삽입되는 클러치돌기가 돌출되게 형성되고, 외면에는 복수개의 블레이드가 방사상으로 연장되게 형성되어 있는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an auxiliary propeller clutch system which is installed to rotate in the same direction as a propeller behind a propeller of a ship and is operable in sea water capable of increasing the propulsive force of the propeller by transmitting a rotational force in a rotating direction of the propeller, The auxiliary propeller clutch system according to the present invention comprises a clutch member fixed to an end portion of a rotating shaft of a propeller of a ship and rotating together with a rotating shaft, and having a plurality of elongated clutch grooves spaced apart at regular intervals along the circumferential direction; A turbine rotary shaft extending rearward at a central portion of the clutch member; A plurality of blades radially extending from the outer surface of the turbine shaft, the turbine shaft being rotatably installed on the turbine shaft to rotate in the same direction as the propeller, And a turbine formed thereon.

Description

해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템{Clutch System for Auxiliary Thrust Apparatus Capable of Working in Seawater}Technical Field [0001] The present invention relates to an auxiliary thrust clutch system capable of operating in seawater,

본 발명은 선박의 추진력을 향상시키기 위한 보조 추진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 추진용 프로펠러의 후방에 회전 가능하게 장착되어 항행 중 프로펠러의 회전력을 증대시켜 추진 효율을 향상시킬 수 있도록 한 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an auxiliary propulsion device for improving propulsion of a ship, and more particularly, to an auxiliary propulsion device for improving propulsion efficiency by increasing the rotational force of a propeller during a propulsion To an auxiliary propeller clutch system operable in seawater.

프로펠러는 대부분의 선박에 추진기로 사용된다. 선박의 추진 시스템은 엔진과 프로펠러로 구성되어 있고, 엔진은 회전축을 회전시키고 프로펠러는 회전하면서 추력을 만들어 선박을 전진하게 한다. 이 경우, 프로펠러의 효율을 향상시키기 위해서는 동일한 토크 대비 추력을 더 낸다든지, 동일한 추력 대비 토크를 감소시켜야 한다. 전자의 경우 프로펠러 추력을 더 내기 위하여 많은 시도가 있어 왔지만 캐비테이션(프로펠러 회전 시 압력이 낮아서 물이 공기로 변하는 현상)으로 인한 한계가 있는 상황이다. 후자의 경우 토크를 줄이기 위해 발명된 대표적인 것으로는 PBCF(Propeller Boss Cap Fin)이 있다.Propellers are used as propellers for most ships. The propulsion system of the ship consists of an engine and a propeller, and the engine rotates the rotary shaft and the propeller rotates to make thrust forward. In this case, in order to improve the efficiency of the propeller, it is necessary to increase the thrust with the same torque or reduce the torque with respect to the same thrust. In the former case, many attempts have been made to increase the propeller thrust, but there is a limit due to cavitation (the phenomenon that water is turned into air due to the low pressure during propeller rotation). In the latter case, a representative example of the invented method for reducing the torque is the PBCF (Propeller Boss Cap Fin).

PBCF는 프로펠러 캡에 작은 날개를 부착한 형태로, PBCF는 프로펠러 뒤에 부착되어 프로펠러와 같은 속도로 회전하게 된다. 이 때 PBCF의 날개에 유체가 유입되면서 프로펠러 회전 방향과 같은 방향으로 회전력을 발생시키게 된다. 이 힘으로 인해 회전축의 토크가 감소하여 전체적으로 추진 효율이 향상된다. 또한 PBCF은 프로펠러 캡 부분에 발생하는 캐비테이션을 캡에 부착된 날개로 없애 주어 저항을 감소시키는 효과가 있다. 하지만, PBCF의 경우 프로펠러 뒤에 부착되어 프로펠러와 같은 속도로 회전하기 때문에 날개의 크기를 크게 할 수 없다. 즉 PBCF의 효과를 크게 하기 위해 날개를 크게 제작하면 이로 인하여 토크가 증가하기 때문에 오히려 추진효율이 감소한다. 결국 작은 날개가 부착된 PBCF의 경우 토크 감소효과가 그리 크지 않다.The PBCF is attached to the propeller cap with small wings, and the PBCF is attached behind the propeller and rotated at the same speed as the propeller. At this time, the fluid enters the wing of the PBCF and generates the rotational force in the same direction as the propeller rotation direction. This force reduces the torque of the rotary shaft, thereby improving the overall propulsion efficiency. In addition, PBCF has the effect of reducing resistance by eliminating the cavitation generated on the propeller cap with the wings attached to the cap. However, in the case of PBCF, it is attached behind the propeller and can rotate at the same speed as the propeller. In other words, if the wings are made larger to increase the effect of the PBCF, the propulsion efficiency is decreased because the torque is increased. As a result, the PBCF with small wings does not have a significant torque reduction effect.

또한 선박의 추진 효율을 향상하기 위한 보조 추진장치로서 베인 휠을 사용하는 경우가 있는데, 베인 휠은 프로펠러 뒤에 자유롭게 돌아가는 휠을 장착한 형태이다. 베인 휠의 경우 휠이 프로펠러 직경보다 크게 제작되며, 터빈 파트와 프로펠러 파트로 나뉜다. 터빈 파트는 프로펠러 직경보다 작은 부분이며 이 부분은 프로펠러 후방의 유체 흐름을 이용하여 휠을 회전시킨다. 휠이 회전하게 되면 프로펠러 직경보다 큰 부분의 프로펠러 파트가 추력을 발생시켜 전체적으로 프로펠러 추력과 휠의 추력이 더해져 추진효율이 상승하게 된다. As a supplementary propulsion device to improve the propulsion efficiency of a ship, a vane wheel is used. The vane wheel is equipped with a wheel that turns freely behind the propeller. In the case of a vane wheel, the wheel is made larger than the propeller diameter, and is divided into a turbine part and a propeller part. The turbine part is smaller than the propeller diameter and this part uses the fluid flow behind the propeller to rotate the wheel. When the wheel rotates, the propeller part of the part larger than the propeller diameter generates thrust, so that the propeller thrust and the thrust of the wheel are added as a whole to increase the propulsion efficiency.

하지만, 베인 휠의 경우 에너지 저감 효과가 큰 것으로는 알려져 있으나, 이는 베인 휠의 직경이 프로펠러 직경보다 커야지만 그 효과가 발생하는 것으로, 만약 베인 휠의 직경이 프로펠러 직경보다 크게 되면 항구나 천수에서 손상이 쉽게 발생할 수 있어서 문제가 된다.However, the vane wheel is known to have a large energy reduction effect, but the vane wheel diameter must be larger than the propeller diameter, but the effect is that if the diameter of the vane wheel is larger than the diameter of the propeller, Can easily occur, which is a problem.

한편, 프로펠러 후류를 이용하여 추진 효율을 향상시키기 위해 프로펠러 후방에 터빈을 부착하려는 많은 시도가 있어 왔지만, 터빈이 프로펠러 회전축에 고정 설치되면 오히려 토크가 급격히 증가하여 회전 효율이 감소하게 된다. 또한 프로펠러 뒤에 자유롭게 회전하는 터빈을 부착하게 되면 유동을 변화시킬 수 있지만 그 효과가 미미할 뿐더러 토크가 감소되지 않아 추진효율을 상승시키기가 매우 어렵다On the other hand, there have been many attempts to attach the turbine behind the propeller in order to improve the propulsion efficiency by using the propeller wake, but when the turbine is fixed to the propeller rotating shaft, the torque increases sharply and the rotation efficiency decreases. Also, it is possible to change the flow by attaching a freely rotating turbine behind the propeller, but the effect is small and the torque is not reduced, so it is very difficult to increase the propulsion efficiency

등록특허 제10-1381437호(등록일자 2014년 03월 28일)Registration No. 10-1381437 (Registration date March 28, 2014)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 프로펠러 후방에 회전 가능하게 설치되어 선박의 항행 중 프로펠러의 회전 방향으로 회전력을 전달하여 프로펠러의 추진력을 증대시킬 수 있는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a propeller which is rotatably installed behind a propeller of a ship and transmits a rotational force in a rotating direction of the propeller, Which is operable in an auxiliary propeller clutch system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보조 추진기 클러치 시스템은 선박의 프로펠러의 회전축 후단부에 고정되어 회전축과 함께 회전하며, 장공형으로 된 복수개의 클러치홈이 원주방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성되어 있는 클러치부재와; 상기 클러치부재의 중심부에 후방으로 연장되게 설치된 터빈회전축과; 상기 터빈회전축에 회전 가능하게 설치되어 프로펠러와 동일한 방향으로 회전하도록 설치되며, 전방면에 상기 각각의 클러치홈에 대응하여 삽입되는 클러치돌기가 돌출되게 형성되고, 외면에는 복수개의 블레이드가 방사상으로 연장되게 형성되어 있는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided an auxiliary propeller clutch system comprising: a propeller shaft rotatably mounted on a propeller shaft; A clutch member formed so as to be rotatable; A turbine rotary shaft extending rearward at a central portion of the clutch member; A plurality of blades radially extending from the outer surface of the turbine shaft, the turbine shaft being rotatably installed on the turbine shaft to rotate in the same direction as the propeller, And a turbine formed thereon.

본 발명에 따르면, 터빈의 회전속도가 프로펠러의 회전속도보다 빠른 경우에 터빈에 형성된 클러치돌기가 프로펠러 회전축에 연결된 클러치부재의 클러치홈에 회전 방향으로 가압하는 부가적인 힘을 제공하게 된다. 이로 인해 회전축의 회전속도가 증가하거나 엔진의 토크가 감소하게 된다. 회전축의 회전속도 증가는 프로펠러 추력이 증가하는 것이므로 선박의 속도가 증가하게 된다. 또한 엔진의 토크가 감소하면, 연료소모량이 감소하여 에너지가 저감된다. 프로펠러의 효율은 회전에 소모된 에너지에 대한 추력 발생에 의한 에너지 비로 표현하는데, 터빈에 의해 회전에 소모된 에너지가 절감되면 전체적으로 프로펠러 효율이 향상되는 효과를 갖는다.According to the present invention, when the rotational speed of the turbine is higher than the rotational speed of the propeller, the clutch protrusion formed on the turbine provides an additional force to press the clutch groove of the clutch member connected to the propeller rotational axis in the rotational direction. This increases the rotational speed of the rotary shaft or decreases the torque of the engine. The increase of the rotating speed of the rotating shaft increases the speed of the ship because the propeller thrust is increased. Further, when the torque of the engine is reduced, the fuel consumption is reduced and the energy is reduced. The efficiency of the propeller is expressed by the ratio of the energy generated by the thrust to the energy consumed by the rotation. When the energy consumed by the turbine is reduced, the propeller efficiency is improved as a whole.

또한 클러치부재를 고강도 고무와 같은 수지 재질로 만들게 되면, 해수에 의한 부식을 고려하여 실링 기구를 설계하지 않아도 되므로 구조를 대폭 단순화시킬 수 있는 효과도 있다. Further, if the clutch member is made of a resin material such as high-strength rubber, it is not necessary to design a sealing mechanism in consideration of corrosion caused by seawater, thereby greatly simplifying the structure.

도 1은 본 발명에 따른 보조 추진기 클러치 시스템이 선박에 장착된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진기 클러치 시스템의 측면도이다.
도 3은 도 2의 보조 추진기 클러치 시스템의 단면도이다.
도 4는 도 2의 보조 추진기 클러치 시스템의 분해 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 도 2의 보조 추진기 클러치 시스템의 주요부의 정면도로서, 도 5는 평상시 상태이고, 도 6은 터빈의 회전 속도가 프로펠러의 회전 속도보다 느린 상태이고, 도 7은 터빈의 회전 속도가 프로펠러의 회전 속도보다 빠른 상태를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 프로펠러 회전속도 대비 터빈 회전속도의 상관관계를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 프로펠러 피치 각도 대비 터빈 블레이드 피치 각도의 상관관계를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 선박용 보조 추진기를 선박에 장착하여 추진 성능을 시험한 결과를 나타낸 표이다. 1 is a schematic view showing a state in which an auxiliary propeller clutch system according to the present invention is mounted on a ship.
2 is a side view of an auxiliary propeller clutch system in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of the auxiliary propeller clutch system of Figure 2;
Figure 4 is an exploded perspective view of the auxiliary propeller clutch system of Figure 2;
5 is a normal state, Fig. 6 is a state in which the rotational speed of the turbine is slower than the rotational speed of the propeller, Fig. 7 is a rotational speed of the turbine in the normal state, Indicates a state where the propeller speed is higher than the rotational speed of the propeller.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the propeller rotation speed and the turbine rotation speed according to the present invention.
FIG. 9 is a view showing a correlation of a turbine blade pitch angle with a propeller pitch angle according to the present invention.
FIG. 10 is a table showing the results of testing propulsion performance of an auxiliary propeller for a ship according to the present invention mounted on a ship.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 보조 추진기 클러치 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the present embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 보조 추진기 클러치 시스템은, 선박의 프로펠러의 회전축(2) 후단부에 고정되어 회전축과 함께 회전하며, 장공형으로 된 복수개의 클러치홈(30)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성되어 있는 클러치부재(10)와; 상기 클러치부재(10)의 중심부에 후방으로 연장되게 설치된 터빈회전축(11)과; 상기 터빈회전축(11)에 끼워져 터빈회전축(11)에 대해 자유롭게 회전하며, 전방면에 상기 각각의 클러치홈(30)에 대응하여 삽입되는 클러치돌기(40)가 돌출되게 형성되고, 외면에는 복수개의 블레이드(22)가 방사상으로 연장되게 형성되어 있는 터빈(20)을 포함한 구성으로 이루어진다. 1 to 5, an auxiliary propeller clutch system according to the present invention includes a plurality of clutch grooves 30, which are fixed to a rear end of a rotary shaft 2 of a propeller of a ship and rotate together with a rotary shaft, A clutch member (10) formed so as to be spaced apart at regular intervals along a direction; A turbine rotating shaft (11) extending rearward at a center of the clutch member (10); A clutch protrusion 40 protruding from the turbine rotary shaft 11 so as to be freely rotatable with respect to the turbine rotary shaft 11 and inserted in the front surface corresponding to the respective clutch grooves 30, And a turbine 20 in which the blade 22 is formed to extend radially.

선박의 프로펠러(3)는 엔진(1)으로부터 구동력을 전달받는 회전축(2) 상에 장착되어 회전축(2)과 동일한 속도로 회전한다. 클러치부재(40)는 프로펠러(3) 후방의 회전축(2) 끝단에 고정되게 설치되어 회전축(2)과 동일한 속도로 회전한다. 즉, 상기 클러치부재(40)는 회전축(2)의 연장선 상에 있는 또 하나의 회전축(2)이 되는 셈이다. 상기 클러치부재(10)는 해수에 의해 부식되지 않는 고강도 고무와 같은 수지 재질로 만들어질 수 있다. The propeller 3 of the ship is mounted on the rotary shaft 2 which receives the driving force from the engine 1 and rotates at the same speed as the rotary shaft 2. [ The clutch member 40 is fixed to the end of the rotating shaft 2 behind the propeller 3 and rotates at the same speed as the rotating shaft 2. That is, the clutch member 40 is another rotary shaft 2 on the extension of the rotary shaft 2. The clutch member 10 may be made of a resin material such as high-strength rubber which is not corroded by seawater.

상기 클러치부재(10)의 전방면 중심부에는 상기 프로펠러(3)의 회전축(2)이 삽입되는 축결합홈(13)이 오목하게 형성된다. 상기 축결합홈(13)의 내주면에는 나사산이 형성되어 클러치부재(10)가 프로펠러 회전축(2)에 나사결합의 방식으로 체결될 수 있다. 이와 같이 클러치부재(10)의 축결합홈(13) 내주면에 나사산을 형성하면, 기존에 회전축(2) 끝단에 체결되어 있던 너트를 제거하고 해당 너트의 직경에 맞추어 축결합홈(13)을 가공한 뒤 이를 회전축(2) 끝단에 나사결합하여 체결하면 기존 회전축(2)의 구조 변경없이 보조 추진장치를 설치하는 것이 가능하다.An axial coupling groove 13 into which the rotary shaft 2 of the propeller 3 is inserted is concavely formed at the center of the front surface of the clutch member 10. A screw thread is formed on the inner circumferential surface of the shaft engagement groove 13 so that the clutch member 10 can be fastened to the propeller rotary shaft 2 in a screwed manner. When the threads are formed on the inner circumferential surface of the shaft engagement groove 13 of the clutch member 10 as described above, the nut fastened to the end of the rotary shaft 2 is removed and the shaft engagement groove 13 is machined It is possible to install the auxiliary propulsion device without changing the structure of the conventional rotary shaft (2) by screwing it to the end of the rotary shaft (2).

또한 상기 클러치부재(10)의 전방면 테두리 부분에는 회전축(2)에 볼트(16)와 같은 체결수단으로 고정시키기 위한 복수개의 볼트체결공(15)이 형성되어 있는 플랜지(14)가 형성되어 있다. 따라서, 프로펠러(3)의 회전축(2)의 후단부 중심을 상기 축결합홈(13)에 삽입하고, 상기 플랜지(14)의 볼트체결공(15)을 통해 볼트(16)를 체결하여 클러치부재(10)를 프로펠러 회전축(2)의 후단부에 단단히 고정시키게 된다. A flange 14 having a plurality of bolt fastening holes 15 for fastening with a fastening means such as a bolt 16 is formed on the rotary shaft 2 at the front edge of the clutch member 10 . The center of the rear end of the rotary shaft 2 of the propeller 3 is inserted into the shaft engagement groove 13 and the bolt 16 is fastened through the bolt fastening hole 15 of the flange 14, (10) is firmly fixed to the rear end of the propeller rotary shaft (2).

상기 클러치부재(40)의 후방면 중심부에는 상기 터빈회전축(11)이 후방으로 연장되게 설치된다. 상기 터빈회전축(11)은 클러치부재(10)와 동일한 재질로 일체로 만들어질 수도 있지만, 이와 다르게 클러치부재(10)와 개별체로 제작된 다음 클러치부재(10)의 중심부에 결합될 수도 있다. The turbine rotary shaft 11 is installed to extend rearward at a rear center portion of the clutch member 40. The turbine rotary shaft 11 may be integrally formed of the same material as the clutch member 10 but may be otherwise assembled with the clutch member 10 and then coupled to the center of the clutch member 10. [

상기 클러치부재(10)의 후방면에는 상기 클러치홈(30)이 일정 간격으로 형성된다. 상기 클러치홈(30)은 클러치돌기(40)의 회전 궤적과 대응하는 곡률로 만곡된 곡선형의 장공으로 형성되며, 상기 클러치돌기(40)와의 협응에 의해 터빈(20)의 회전력을 회전축(2)에 전달한다. On the rear surface of the clutch member 10, the clutch grooves 30 are formed at regular intervals. The clutch groove 30 is formed as a curved long hole curved at a curvature corresponding to the rotation locus of the clutch projection 40. The rotation of the turbine 20 is transmitted to the rotary shaft 2 ).

상기 터빈(20)은 상기 터빈회전축(11)에 끼워져 터빈회전축(11)에 대해 자유롭게 회전하는 터빈 허브(21)와, 상기 터빈 허브(21)의 외면에 방사상으로 연장되게 형성된 복수개의 블레이드(22)를 포함한다. 상기 터빈 허브(21)는 대략 원통형으로 이루어지며, 전방면에 상기 복수개의 클러치돌기(40)가 돌출되게 형성되어 있다. The turbine 20 includes a turbine hub 21 inserted in the turbine rotary shaft 11 and freely rotatable with respect to the turbine rotary shaft 11 and a plurality of blades 22 formed radially on the outer surface of the turbine hub 21 ). The turbine hub 21 is formed in a substantially cylindrical shape, and the plurality of clutch projections 40 protrude from the front surface.

상기 클러치돌기(40)들은 터빈 허브(21)에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되며, 각각이 상기 클러치홈(30) 내측에 삽입되어 터빈(20)의 회전에 의해 클러치홈(30) 내측에서 이동하게 된다. The clutch protrusions 40 are arranged in the turbine hub 21 at regular intervals along the circumferential direction and each is inserted into the clutch groove 30 so that the clutch protrusions 40 are located inside the clutch groove 30 by the rotation of the turbine 20 .

상기 터빈 허브(21)의 중심에는 상기 터빈회전축(11)이 삽입되는 축홀(23)이 관통되게 형성되고, 상기 축홀(23)의 내주면과 터빈회전축(11) 사이에는 터빈회전축(11)에 대해 터빈 허브(21)를 회전이 자유롭게 지지하는 베어링(24)이 설치된다. A shaft hole 23 into which the turbine rotary shaft 11 is inserted is formed at the center of the turbine hub 21 and a shaft hole 23 is formed between the inner circumferential surface of the shaft hole 23 and the turbine rotary shaft 11, A bearing (24) is provided for rotatably supporting the turbine hub (21).

상기 터빈회전축(11)의 후단부에는 상기 터빈(20)의 이탈을 방지하기 위한 터빈 캡(50)이 장착되는데, 이 경우 터빈 캡(50)과 터빈 허브(21)의 후방면 사이에는 마찰방지구(60)를 장착하여 터빈 캡(50)과 터빈 허브(21) 사이의 마찰이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다. A turbine cap 50 is mounted at the rear end of the turbine rotary shaft 11 to prevent the turbine 20 from being separated from the turbine hub 50. In this case, It is desirable to mount the region 60 so that friction between the turbine cap 50 and the turbine hub 21 is minimized.

상기 블레이드(22)는 터빈 허브(21)의 외면에 용접 등의 방법으로 고정되게 부착된다. 상기 블레이드(22)는 터빈 허브(21)의 축에 대해 소정 각도로 비틀어져 프로펠러(3)의 후류에 의해 터빈 허브(21)가 프로펠러(3)와 동일한 방향으로 회전하게 되는 회전력을 발생시키게 된다. 상기 블레이드(22)의 단면 형상은 에어포일(airfoil) 형상인 것이 바람직하다(도 9 참조). 또한 상기 블레이드(22)의 수는 프로펠러(3)의 블레이드 수의 정수배인 것이 바람직하다. 예를 들어 프로펠러(3)의 블레이드의 수가 3개인 경우, 상기 터빈(20)의 블레이드(22)의 수는 3개 또는 6개 등으로 구성되는 것이 바람직하다. The blade 22 is fixedly attached to the outer surface of the turbine hub 21 by welding or the like. The blade 22 is twisted at a predetermined angle with respect to the axis of the turbine hub 21 to generate a rotational force by which the turbine hub 21 is rotated in the same direction as the propeller 3 by the wake of the propeller 3. The cross-sectional shape of the blade 22 is preferably an airfoil shape (see FIG. 9). The number of the blades 22 is preferably an integral multiple of the number of blades of the propeller 3. For example, when the number of blades of the propeller 3 is three, the number of the blades 22 of the turbine 20 is preferably three or six.

상기 터빈(20)은 터빈회전축(11)을 중심으로 클러치부재(10)에 대해 상대 회전하면서 클러치부재(10)에 회전력을 전달하여 프로펠러(3)의 추력을 증가시키는 작용을 하게 된다. The turbine 20 acts to increase the thrust of the propeller 3 by transmitting the rotational force to the clutch member 10 while rotating relative to the clutch member 10 about the turbine rotary shaft 11. [

상기 프로펠러(3)와 터빈(20)의 간격(d)은 프로펠러(3) 직경의 30% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로 상기 프로펠러(3)와 터빈(20)의 간격은 프로펠러(3) 직경의 15~30% 이하이다. 상기 프로펠러(3)와 터빈(20)의 간격이 프로펠러(3) 직경의 30% 를 초과하게 되면, 터빈(20)에 의한 추진 효율 향상 작용이 거의 발생하지 않게 된다. The distance d between the propeller 3 and the turbine 20 is preferably not more than 30% of the diameter of the propeller 3 and more preferably the distance between the propeller 3 and the turbine 20 is not more than 30% It is 15 to 30% or less of the diameter. If the distance between the propeller 3 and the turbine 20 exceeds 30% of the diameter of the propeller 3, the propulsion efficiency of the turbine 20 hardly increases.

또한 상기 터빈(20)의 직경은 상기 프로펠러(3) 직경의 20~40% 인 것이 바람직하다. The diameter of the turbine 20 is preferably 20 to 40% of the diameter of the propeller 3.

이하 본 발명에 따른 보조 추진기 클러치 시스템의 작용에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the auxiliary propeller clutch system according to the present invention will be described in detail.

상술한 바와 같이 터빈(20)은 블레이드(22)에 의해 프로펠러(3)를 지난 후류의 작용으로 프로펠러(3)와 동일한 방향으로 회전하게 된다. As described above, the turbine 20 is rotated in the same direction as the propeller 3 by the action of the wake past the propeller 3 by the blade 22.

상기 터빈(20)의 회전속도가 프로펠러(3)의 회전속도보다 느린 상태(예를 들어 선박이 정지 상태에서 출발하는 경우 초기 시점)에서는 프로펠러(3)의 회전축(2)에 고정된 클러치부재(10)의 속도가 터빈(20)의 속도보다 빠르므로 프로펠러(3)가 터빈(20)을 끌면서 회전하게 되고, 이와 반대로 터빈(20)의 회전속도가 프로펠러(3)의 회전속도보다 빠른 상태에서는 터빈(20)이 클러치부재(10)를 회전 방향으로 가압하는 힘을 제공하여 프로펠러(3)의 회전력을 증가시키는 작용을 하게 된다. A clutch member (not shown) fixed to the rotary shaft 2 of the propeller 3 at a time when the rotational speed of the turbine 20 is slower than the rotational speed of the propeller 3 (for example, 10 is faster than the speed of the turbine 20 so that the propeller 3 rotates while dragging the turbine 20 and conversely when the rotational speed of the turbine 20 is faster than the rotational speed of the propeller 3 The turbine 20 acts to increase the rotational force of the propeller 3 by providing a force for pressing the clutch member 10 in the rotating direction.

즉, 도 6에 도시한 것과 같이 터빈(20)과 프로펠러(3)가 시계 방향으로 회전할 때, 터빈(20)의 회전 속도가 프로펠러(3)의 회전 속도보다 느린 경우에는 클러치부재(10)의 속도가 터빈(20)의 속도보다 빠르므로 클러치홈(30)의 후단부에 클러치돌기(40)가 걸리게 되고, 클러치홈(30)이 클러치돌기(40)를 끌고 이동하는 형태가 된다. 6, when the rotational speed of the turbine 20 is slower than the rotational speed of the propeller 3 when the turbine 20 and the propeller 3 are rotated in the clockwise direction, The clutch protrusion 40 is engaged at the rear end of the clutch groove 30 and the clutch groove 30 is dragged and moved by the clutch protrusion 40 because the speed of the clutch protrusion 40 is faster than the speed of the turbine 20. [

따라서, 클러치부재(10)가 터빈(20)을 끌면서 회전하는 형태가 된다. Accordingly, the clutch member 10 rotates while dragging the turbine 20.

이어서 프로펠러(3)의 회전 속도와 터빈(20)의 회전 속도가 점점 증가하여 터빈(20)의 회전 속도가 프로펠러(3)의 회전 속도보다 빠르게 될 경우, 도 7에 도시한 것과 같이 클러치홈(30) 내에서 클러치돌기(40)의 재배치되면서 클러치돌기(40)가 클러치홈(30)의 전단부에 걸리게 되고, 이에 따라 클러치돌기(40)가 클러치홈(30)을 회전 방향으로 가압하는 힘을 발생시키게 된다. 따라서 터빈(20)이 클러치부재(10)를 회전 방향으로 밀어내는 힘을 발생시키게 되므로 클러치부재(10)와 연결되어 있는 프로펠러(3)의 회전력이 증가시키게 된다. 이는 엔진 입장에서 토크 감소로 인한 에너지 감소로 연결된다. When the rotational speed of the propeller 3 and the rotational speed of the turbine 20 increase gradually and the rotational speed of the turbine 20 becomes higher than the rotational speed of the propeller 3, The clutch protrusion 40 is displaced to the front end portion of the clutch groove 30 and the clutch protrusion 40 is moved to the front end of the clutch groove 30 so that the force . Accordingly, since the turbine 20 generates a force to push the clutch member 10 in the rotating direction, the rotational force of the propeller 3 connected to the clutch member 10 is increased. This leads to energy reduction due to torque reduction in the engine's position.

도 8은 본 발명에 따른 프로펠러(3)의 회전 속도 대비 터빈(20)의 회전 속도의 상관관계를 보여주는 도면이다. 도 8에서, 구간 1에서는 프로펠러(3)의 회전속도보다 터빈(20)의 회전속도가 느리므로 터빈(20)은 클러치부재(10)에 힘을 전달하지 않고 회전하게 된다. 하지만, 임계점을 지나는 시점부터, 즉 프로펠러(3) 후류를 받은 터빈(20)의 회전속도가 프로펠러(3)의 회전속도보다 빨라지게 되는 시점에서부터는 클러치홈(30) 내에서 클러치돌기(40)가 재배열되면서 터빈(20)의 회전력을 클러치부재(10) 및 회전축(2)으로 전달하기 시작하며, 구간 2에 들어서게 되면 프로펠러(3) 후류를 받은 터빈(20)이 자신의 회전력을 그대로 회전축(2)에 전달하게 되므로, 프로펠러(3)는 기존의 프로펠러(3) 단독으로 추진할 때에 비하여 회전속도가 증가하는 효과가 있게 된다. 이는 곧 동일 마력에서 프로펠러(3)의 회전속도가 증가함으로 인해 선박의 속도 및 추진효율이 향상됨을 의미한다.8 is a graph showing a correlation between the rotation speed of the propeller 3 and the rotation speed of the turbine 20 according to the present invention. 8, in the section 1, since the rotational speed of the turbine 20 is slower than the rotational speed of the propeller 3, the turbine 20 rotates without transmitting the force to the clutch member 10. However, when the rotational speed of the turbine 20, which has been subjected to the wake of the propeller 3, becomes higher than the rotational speed of the propeller 3, the clutch protrusion 40 is disengaged from the clutch groove 30, The turbine 20 starts to transmit the rotational force of the turbine 20 to the clutch member 10 and the rotational shaft 2 while entering the section 2. When the turbine 20 has been driven downstream of the propeller 3, The propeller 3 has an effect of increasing the rotational speed as compared with propelling the propeller 3 alone. This means that the speed and propulsion efficiency of the ship are improved by increasing the rotation speed of the propeller 3 at the same horsepower.

한편, 상술한 바와 같은 터빈(20)의 작용효과는 블레이드(22)의 피치 각도와 밀접한 상관관계가 있다. 도 9는 본 발명에 따른 프로펠러(3) 피치 각도 대비 블레이드(22) 피치 각도의 상관관계를 보여주는 도면으로, 도 9에서 프로펠러(3)의 반경별 피치 각도를 P라 하고 터빈(20)의 반경별 피치 각도를 T라 할 때, 하부의 그래프(데이터)는 본 발명의 실선 시운전에 의한 것으로, 프로펠러(3)의 반경별 피치 각도 P와 터빈(20)의 반경별 피치 각도 T와의 상관관계에 따른 효율 곡선을 나타낸 것이다. 이 효율 곡선에 따르면 P와 T의 차이(P-T)가 -10도 내지 +10도인 구간에서 추진효율이 4% 이상으로 유의미한 상승효과가 있음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 블레이드(22)는 프로펠러(3) 반경별 피치 각도 대비 -10도 내지 +10도의 피치 각도를 갖는다.On the other hand, the operation effect of the turbine 20 as described above is closely correlated with the pitch angle of the blade 22. 9 shows the correlation of the pitch angle of the blade 22 with respect to the pitch angle of the propeller 3 according to the present invention. In FIG. 9, the pitch angle P of the propeller 3 is P and the radius of the turbine 20 The data of the lower graph (data) is obtained by the solid line trial operation of the present invention, and the correlation between the pitch angle P of the radii of the propeller 3 and the pitch angle T of the turbine 20 by the radius Respectively. According to this efficiency curve, it can be confirmed that the propulsion efficiency is more than 4% in the section where the difference (P-T) between P and T is between -10 and +10 degrees. Thus, according to a preferred embodiment of the present invention, the blades 22 have a pitch angle of -10 degrees to +10 degrees with respect to the pitch angle of the propeller 3 radii.

본 발명에 따른 선박용 보조 추진기를 실제 선박에 장착하여 추진 성능을 시험한 결과, 도 10에 도시한 것과 같이 전진비(JA; 프로펠러의 회전수 대비 유입속도의 비) 0.50에서 추진력은 약 3.3% 정도 향상되는 반면에 토크(N.m)는 4.9% 감소하고, 전체적인 효율은 8.6% 향상됨을 확인할 수 있었다. As a result of testing the propulsion performance of an auxiliary propeller for a ship according to the present invention, the propulsive force was about 3.3% at an advancing ratio (J A ) of 0.50 to the propeller revolution speed, The torque (Nm) decreased by 4.9%, and the overall efficiency was improved by 8.6%.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and accompanying drawings.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

1 : 엔지 2 : 회전축
3 : 프로펠러 10 : 클러치부재
11 : 터빈회전축 13 : 축결합홈
14 : 플랜지 20 : 터빈
21 : 터빈 허브 22 : 블레이드
30 : 클러치홈 40 : 클러치돌기
50 : 터빈 캡 60 : 마찰방지구1: engine 2: rotating shaft
3: Propeller 10: Clutch member
11: turbine rotating shaft 13: shaft engaging groove
14: Flange 20: Turbine
21: turbine hub 22: blade
30: clutch groove 40: clutch projection
50: Turbine cap 60: Friction chamber Earth

Claims (9)

선박의 프로펠러의 회전축(2) 후단부에 고정되어 회전축과 함께 회전하며, 장공형으로 된 복수개의 클러치홈(30)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성되어 있는 클러치부재(10)와;
상기 클러치부재(10)의 중심부에 후방으로 연장되게 설치된 터빈회전축(11)과;
상기 터빈회전축(11)에 회전 가능하게 설치되어 프로펠러(3)와 동일한 방향으로 회전하도록 설치되며, 전방면에 상기 각각의 클러치홈(30)에 대응하여 삽입되는 클러치돌기(40)가 돌출되게 형성되고, 외면에는 복수개의 블레이드(22)가 방사상으로 연장되게 형성되어 있는 터빈(20);을 포함하며,
상기 블레이드(22)는 상기 프로펠러(3) 반경별 피치 각도 대비 -10도 내지 +10도의 피치 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.A clutch member (10) fixed to a rear end of a rotating shaft (2) of a propeller of a ship and rotating together with a rotating shaft, and having a plurality of elongated clutch grooves (30) spaced apart in a circumferential direction at regular intervals;
A turbine rotating shaft (11) extending rearward at a center of the clutch member (10);
A clutch protrusion 40 which is rotatably installed on the turbine rotary shaft 11 so as to rotate in the same direction as the propeller 3 and is inserted into the clutch grooves 30 on the front surface, And a turbine (20) having a plurality of blades (22) formed radially on the outer surface thereof,
Characterized in that the blades (22) have a pitch angle of between -10 degrees and +10 degrees with respect to the pitch angle of the propeller (3). 제1항에 있어서, 상기 클러치부재(10)는 수지 재질로 된 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.The auxiliary propeller clutch system according to claim 1, wherein the clutch member (10) is made of a resin material. 제1항에 있어서, 상기 클러치부재(10)의 전방면에는 상기 프로펠러(3)의 회전축(2)이 삽입되는 축결합홈(13)이 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.The auxiliary propeller clutch (1) according to claim 1, wherein an axial engaging groove (13) into which the rotational shaft (2) of the propeller (3) is inserted is concavely formed on the front surface of the clutch member system. 제3항에 있어서, 상기 축결합홈(13)의 내주면에 나사산이 형성되어, 축결합홈(13)이 회전축(2)의 후단부에 형성된 나사산에 나사결합 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.4. An apparatus according to claim 3, wherein a thread is formed on the inner circumferential surface of the shaft engagement groove (13), and the shaft engagement groove (13) is coupled to a thread formed on the rear end of the rotary shaft (2) Auxiliary propeller clutch system that can be operated from. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 클러치부재(10)의 전단부 테두리 부분에 볼트체결공(15)이 형성된 플랜지(14)가 형성되어, 상기 클러치부재(10)의 볼트체결공(15)을 통해 볼트(16)가 회전축(2)에 체결되면서 클러치부재(10)가 회전축(2)에 결합되는 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.The clutch according to claim 1, wherein a flange (14) having a bolt fastening hole (15) is formed at a front edge of the clutch member (10) Characterized in that the clutch member (10) is coupled to the rotary shaft (2) while the clutch member (16) is fastened to the rotary shaft (2). 제1항에 있어서, 상기 터빈회전축(11)의 후단부에 설치되어 상기 터빈(20)이 터빈회전축(11)에서 이탈하는 것을 방지하는 터빈 캡(50)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.The method of claim 1, further comprising a turbine cap (50) installed at a rear end of the turbine rotary shaft (11) to prevent the turbine (20) from being separated from the turbine rotary shaft (11) Operable auxiliary propeller clutch system. 제7항에 있어서, 상기 터빈 캡(50)과 터빈(20)의 후방면 사이에 설치되어 터빈 캡(50)과 터빈(20) 간의 마찰력을 저감시키는 마찰방지구(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.The turbine compressor according to claim 7, further comprising a friction member (60) installed between the turbine cap (50) and the rear surface of the turbine (20) to reduce frictional force between the turbine cap (50) Features a secondary propeller clutch system that can be operated in seawater. 제1항에 있어서, 상기 클러치홈(30)은 클러치돌기(40)의 회전 궤적과 대응하는 곡률로 만곡된 곡선형의 장공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 해수에서 작동 가능한 보조 추진기 클러치 시스템.
The auxiliary propeller clutch system according to claim 1, wherein the clutch groove (30) is formed of a curved long hole curved at a curvature corresponding to a rotation locus of the clutch projection (40).
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