KR102200197B1

KR102200197B1 - 조립형 복합재 프로펠러

Info

Publication number: KR102200197B1
Application number: KR1020160057512A
Authority: KR
Inventors: 하주환; 송민철; 김주태; 김대순; 신상범
Original assignee: 한국조선해양 주식회사; 현대중공업 주식회사
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2021-01-07
Also published as: KR20170127191A

Abstract

본 발명은 선박의 프로펠러에 관한 것으로서, 특히 프로펠러의 블레이드를 복합물로 구성함에 있어 조립형으로 제작하여 조립할 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러는 스파를 복합재의 성형부가 감싸는 단위 블레이드들과, 단위 블레이드들이 원주면을 따라 장착되는 허브와, 허브를 감싸 허브에 장착된 단위 블레이드들을 고정하는 리테이너를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

조립형 복합재 프로펠러{An Assembly Type of Composite Propeller}

본 발명은 선박의 프로펠러에 관한 것으로서, 특히 프로펠러의 블레이드를 복합물로 구성함에 있어 조립형으로 제작하여 조립할 수 있게 구성한 것이다.

종래 대부분의 대형 선박용 프로펠러의 블레이드는 고가의 비철 금속으로 제작되고 있다.

블레이드의 회전에 의하여 유체의 흐름에 변화가 생기고 그에 따른 유체의 속도에 변화가 발생하며, 속도의 변화는 압력차를 발생시키므로, 주위 압력이 유체의 증기압 이하로 강하되는 경우에 액체 상태의 유체가 기체 상태로 바뀌는 캐비테이션(공동현상(cavitation))이 일어난다.

이때 기포(air bubble)인 공동(cavity)의 생성 및 소멸에 의해 프로펠러에 소음과 진동을 발생시키는 동시에 마모나 침식을 일으키는 캐비테이션 손상에 의해 프로펠러의 출력 저하 및 수명을 감소시키고, 프로펠러의 불규칙한 진동이나 소음에 의해 선체 구조물 및 승조원에게 불쾌감을 주게 된다.

그러나, 현재 주물로 제작되는 금속제의 프로펠러의 블레이드는 금속 재료로 제조되어 강성은 유지되고 있으나, 블레이드 자체가 휘거나 구부러지는 유연성(flexible)이 전혀 없어서 캐비테이션에 적절하게 대응하지 못하여 프로펠러 블레이드에 캐비테이션 손상이 반복적으로 계속 일어나는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0114775호에는 복합재료 프로펠러 블레이드에 관한 기술이 소개되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0114775호에 기술된 내용에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 비철 금속의 블레이드 뿌리 부분과 복합재료의 블레이드 팁 부분으로 이루어진 금속-복합재료 프로펠러 블레이드의 뿌리 부분(2)의 접합부는 파형부(4)를 구비하고, 블레이드 뿌리 부분의 접착 결합 부분의 중심부(5)는 凸모양으로 도출하며, 그 끝단은 감소하는 테이퍼 형상으로 형성하고, 블레이드 팁 부분(3)의 접합부는 파형부(6)를 구비하고, 블레이드 팁 부분의 접착 결합부의 중심부(7)는 凹 형태로 들어가게 형성되어, 블레이드 뿌리 부분(2)의 접합부의 파형부(4)와 블레이드 팁 부분(3)의 접합부의 파형부(6)가 파형 결합하며, 또한 블레이드 뿌리 부분(2)의 접합부의 파형부(4)의 중심부(5)의 凸모양으로 도출된 부분과 블레이드 팁 부분의 접합부의 파형부(6)의 중심부(7)의 凹 형태로 들어간 부분이 凹凸 결합하게 연결부의 구조를 강화하도록 일체 형성하여 서로 다른 물성 특징을 갖는 프로펠러에 관한 것이다.

하지만, 이와 같이 구성된 복합재료의 블레이드는 종래의 캐비테이션 문제점을 해결할 수는 있으나, 파형부의 형성이 어렵고 또한 블레이드의 뿌리 부분과 팁 부분의 물성이 다름에 따라 공차가 발생하기 쉽고, 이와 같은 공차가 발생하였을 때에 큰 압력을 받는 블레이드의 팁 부분의 탈락 등의 문제점이 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 제10-2012-0114775호에서는 접합부를 파형으로 구성하고 있으나, 파손 및 탈락 등의 원천적인 문제점을 해결하고 있지 않다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0076108호(2012년07월09일) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0114775호(2012년10월17일)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 복합재가 블레이드의 스파(Spar)를 완전히 감싸도록 구성하여 공차 관리가 용이하며 복합재 등의 탈락에 따른 프로펠러의 파손을 원천적으로 차단할 수 있게 구성한 조립형 복합재 프로펠러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 프로펠러의 각 블레이드 별로 제작한 후 조립에 의해 프로펠러의 제작이 완성되도록 구성한 조립형 복합재 프로펠러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러는 스파를 복합재의 성형부가 감싸는 단위 블레이드들과, 단위 블레이드들이 원주면을 따라 장착되는 허브와, 허브를 감싸 허브에 장착된 단위 블레이드들을 고정하는 리테이너를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단위 블레이드는 허브에 장착되는 슬라이더와 슬라이더의 외측면에 형성된 스파와, 스파의 둘레를 감싸는 성형부를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 허브에는 슬라이더가 삽입되는 홈이 원주면을 따라 간격을 두고 형성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 홈은 허브의 길이방향으로 비틀린 구조이고, 슬라이더는 홈에 정합하도록 홈이 비틀린 구조와 동일하게 비틀린 구조이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 홈과 슬라이더는 도브테일 체결 구조이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 홈과 홈 사이의 돌출부에는 탭이 형성되며, 탭에는 리테이너를 관통한 볼트가 체결되어 리테이너가 허브 둘레를 감싸 고정된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 리테이너는, 블레이드와 블레이드 사이에 위치하며 허브의 원주면에 접하는 외측 커버들과, 허브의 양단에 위치하여 외측 커버에 체결되는 말단부를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 외측 커버의 측면에는 블레이드의 측면이 삽입되는 홈이 형성되며, 외측 커버를 관통한 볼트가 허브의 탭에 체결된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 말단부를 관통한 볼트가 외측 커버의 단면에 형성된 탭에 체결 고정된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러는 각각의 단위 블레이드를 복합구조로 제작한 후 단위 블레이드를 허브에 조립한 후 리테이너로 단위 블레이드들을 허브에 고정함으로써, 프로펠러를 제작하기 위한 주물설비의 용량을 감축할 수 있다. 즉 종래에는 복합구조의 프로펠러를 제작하기 위해서는 프로펠러 전체를 처리할 수 있는 주물설비 및 가열로가 필요하였으나, 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러는 단위 블레이드만을 복합구조로 처리할 수 있는 주물설비 및 가열로가 필요함에 따라 설비 용량을 감축할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러는 복합재인 성형부가 코어인 스파를 완전히 감싸는 구조를 갖게 됨에 따라 주물 결함으로 인한 위험성을 최소화할 수 있으며, 외부 환경에 의한 파손을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러는 각 블레이드를 허브에 장착함에 있어 슬라이드 방식의 도브테일 구조를 갖고 있어 조립 및 블레이드 교체 작업이 용이하며, 또한 내구성이 우수하다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 복합재료 프로펠러 블레이드를 나타낸 개념도이고,
도 3은 본 발명에 따른 복합재료 프로펠러를 나타낸 사시도이며,
도 4는 도 3에 도시된 프로펠러의 분해사시도이고,
도 5는 도 4에 도시된 블레이드의 부분단면도이다.
도 6은 허브에 블레이드가 장착된 상태를 나타낸 사시도이고,
도 7은 도 3에 도시된 리테이너의 장착 상태를 나타낸 분해사시도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 3은 본 발명에 따른 복합재료 프로펠러를 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 프로펠러의 분해사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 블레이드의 부분단면도이다. 그리고 도 6은 허브에 블레이드가 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 3에 도시된 리테이너의 장착 상태를 나타낸 분해사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 조립형 복합재 프로펠러(100)는 동일한 구조의 단위 블레이드(110)들과, 단위 블레이드(110)가 원주면에 장착되는 허브(120)를 포함하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 단위 블레이드(110)들이 허브(120)에 장착된 상태를 고정하는 리테이너(130)를 포함한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 조립형 복합재 프로펠러에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 단위 블레이드(110)는 블레이드(111)와, 블레이드(111)의 내측단에 고정된 슬라이더(117)를 포함하며, 블레이드(111)는 복합구조로서 내부에는 스파(spar)(113)가 형성되고, 스파(113)의 둘레에 복합재의 성형부(115)가 형성되며, 스파(113)는 슬라이더(117)에 일체로 형성된다.

여기에서 단위 블레이드(110)의 성형부(115)는 스파(113)의 둘레만을 감싸며, 슬라이더(117)는 허브(120)에 장착된다.

허브(120)는 그 원주면을 따라 복수의 도브테일 홈(121)에 형성되되, 도브테일 홈(121)은 허브(120)의 길이방향으로 비틀린 형태를 갖고 있으며, 단위 블레이드(110)의 슬라이더(117)는 도브테일 홈(121)과 대응하는 구조로서, 도브테일 홈(121)의 일단에 슬라이더(117)를 정합한 상태에서 슬라이더(117)를 허브(120)의 길이방향으로 밀어 넣으면, 도브테일 홈(121)의 비틀림을 따라 블레이드(111) 또한 비틀리면서 도브테일 홈(121)의 내부로 진입한다.

한편, 도브테일 홈(121)들 사이에 형성된 돌출부(123)의 외측면에는 탭(123T)들이 형성된다. 상기 탭(123T)은 차후에 설명하는 리테이너(130)를 체결하기 위한 구성이다.

도 6에 도시된 바와 같이 허브(120)에 형성된 단위 블레이드(110)들을 장착한 상태에서, 도 7에 도시된 리테이너(130)를 장착한다.

리테이너(130)는 허브(120)의 외주면을 감싸며 허브(120)에 고정되는 외측 커버(131)들과, 허브(120)에 고정된 외측 커버(131)의 양단에 체결되는 양측 말단부(135)를 포함한다.

외측 커버(131)는 블레이드(111)와 블레이드(111) 사이에 위치하여 허브(120)의 외주면을 덮은 상태로 허브(120)의 돌출부(123)에 형성된 탭(123T)에 볼트 체결된다. 여기에서 허브(120)의 외주면에 고정된 외측 커버(131)들의 사이에 블레이드(111)가 위치하도록 외측 커버(131)의 양측에는 블레이드(111)의 측면을 안정적으로 지지할 수 있는 홈(133)이 형성된다.

또한 외측 커버(131)에는 관통공(131H)이 형성되며, 외측 커버(131)가 허브(120)를 덮은 상태에서, 볼트는 관통공(131H)을 통해 허브(120)의 돌출부(123)에 형성된 탭(123T)에 체결된다.

이와 같이 복수의 외측 커버(131)들이 블레이드(111)와 블레이드(111)의 사이에 위치하여 고정된 상태에서, 외측 커버(131)의 양단에 말단부(135)가 체결 고정된다.

말단부(135)의 체결을 위해 외측 커버(131)의 양단면에는 탭(131T)이 형성되며, 링 형태의 말단부(135)에는 외측 커버(131)의 단면에 형성된 탭(131T)과 대응하는 관통공(135H)이 형성된다.

따라서 허브(120)에 조립된 외측 커버(131)의 양단에 말단부(135)가 위치한 상태에서, 볼트가 말단부(135)의 관통공(135H)을 통해 외측 커버(131)의 단면에 형성된 탭(131T)에 체결되면 말단부(135)가 허브(120)의 양단에 고정된다.

이와 같이 말단부(135)가 허브(120)의 양단에 고정됨으로써, 슬라이더(117)가 도브테일 홈(121)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

아래에서는 조립형 복합재 프로펠러(100)의 단위 블레이드(110)의 제조과정에 대해 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 단위 블레이드(110)들은 동일한 구조로서 슬라이더(117)와 스파(113)가 일체로 형성되며 비철 금속으로 제작된다.

이와 같이 제작된 비철 금속의 스파(113)에 복합재질의 성형부(115)를 형성함에 있어서, 본 발명에 따른 조립형 복합재 프로펠러(100)는 각 단위 블레이드(110)의 상형과 하형을 각각 복합재료로 제작하고, 스파(113)와 접착제로 결합되어 성형부(115)를 형성한다.

종래에는 프로펠러 전체를 하나의 주물로 제작함에 따라 용량이 큰 주물설비가 필요로 하지만, 본 발명에서는 단위 블레이드의 스파(113)와 허브(120)만을 각각 주물틀에 넣고 성형함에 따라 주물설비의 용량이 대폭 감축될 수 있다는 장점이 있다. 가교반응에 필요한 가열로 또한 설비의 용량을 감축시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한 성형부(115)가 스파(113)의 둘레 전체를 감쌈에 따라 공차 관리가 용이하다는 장점과 더불어 성형부(115)와 스파(113)의 사이에 박리가 발생하더라도 성형부(115)가 이탈하지 않게 되어 내구성이 우수하다는 장점이 있다.

100 : 프로펠러
110 : 단위 블레이드
111 : 블레이드
113 : 스파
115 : 성형부
117 : 슬라이더
120 : 허브
121 : 도브테일 홈
123 : 돌출부
130 : 리테이너
131 : 외측 커버
133 : 홈
135 : 말단부

Claims

단위 블레이드(110)들이 원주면을 따라 장착되는 허브(120)와,
허브(120)를 감싸 허브(120)에 장착된 단위 블레이드(110)들을 고정하는 리테이너(130)를 포함하며,
허브(120)에는 슬라이더(117)가 삽입되는 홈(121)이 원주면을 따라 간격을 두고 형성되며,
홈(121)과 홈(121) 사이의 돌출부(123)에는 탭이 형성되며, 탭에는 리테이너(130)를 관통한 볼트가 체결되어 리테이너(130)가 허브(120)의 둘레를 감싸 고정되고,
리테이너(130)는, 블레이드(111)와 블레이드(111) 사이에 위치하여 양측 블레이드(111)와 접하며 허브(120)의 원주면에 접하는 외측 커버(131)들과, 허브(120)의 양단에 위치하여 외측 커버(131)에 체결되는 말단부(135)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립형 복합재 프로펠러.
제1항에 있어서,
단위 블레이드(110)는 허브(120)에 장착되는 슬라이더(117)와, 슬라이더(117)의 외측면에 형성된 스파(113)와, 스파(113)의 둘레를 감싸는 성형부(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립형 복합재 프로펠러.
삭제
제1항에 있어서,
홈(121)은 허브(120)의 길이방향으로 비틀린 구조이고, 슬라이더(117)는 홈(121)에 미끄러져 정합하도록 홈(121)이 비틀린 구조와 동일하게 비틀린 구조인 것을 특징으로 하는 조립형 복합재 프로펠러.
제4항에 있어서,
홈(121)과 슬라이더(117)는 도브테일 체결 구조인 것을 특징으로 하는 조립형 복합재 프로펠러.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
외측 커버(131)의 측면에는 블레이드(111)의 측면이 삽입되는 홈(133)이 형성되며, 외측 커버(131)를 관통한 볼트가 허브(120)의 탭에 체결되는 것을 특징으로 하는 조립형 복합재 프로펠러.
제1항에 있어서,
말단부(135)를 관통한 볼트가 외측 커버(131)의 단면에 형성된 탭에 체결 고정되는 것을 특징으로 하는 조립형 복합재 프로펠러.