KR102651091B1 - 선박용 추진기의 덕트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체의 선미부에 축결합되어 회전하는 복수의 블레이드로 이루어진 추진 프로펠러; 상기 선미부에 장착되는 것으로, 상기 추진 프로펠러의 선수측에 배치되는 원통 형상의 덕트; 및 상기 덕트의 내측면을 따라 상기 추진 프로펠러의 중심축을 향하여 돌출되며, 상기 덕트의 내측면을 따라 선수부로부터 상기 선미부를 향하여 지나며 복수로 평행하게 이격 배치되는 가상선 각각에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되는 복수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하여, 부가 저항을 최소화하면서도 추진 프로펠러에 의한 에너지 손실도 저감할 수 있도록 한 선박용 추진기의 덕트 장치에 관한 것이다.

Description

선박용 추진기의 덕트 장치{DUCT APPARATUS OF THRUSTER FOR VESSEL}

본 발명은 선박용 추진기의 덕트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부가 저항을 최소화하면서도 추진 프로펠러에 의한 에너지 손실도 저감할 수 있도록 한 선박용 추진기의 덕트 장치에 관한 것이다.

등록특허 제10-1425369호의 "핀 구조물을 갖는 덕트형 선체 부가물"(이하 '선행기술')과 같은 덕트달린 전류고정날개(前流固定-, Pre-swirl stator)를 구비한 선박은, 덕트달린 전류고정날개가 추진 프로펠러의 전방 선미부에 장착되는 구조로 되어 있다.

또한, 선행기술을 포함한 덕트달린 전류고정날개에서 덕트는 추진 프로펠러로 유입되는 유동을 개선시켜 추진효율을 향상시킬 수 있으며, 전류고정날개 역시 추진 프로펠러 바로 앞에 설치되어 추진 프로펠러의 회전 방향과 반대 방향의 유동을 생성시켜 에너지 회수 효율을 높이는 역할을 하게 된다.

이러한 기존의 전류고정날개는 보통 추진 프로펠러 전방에 2~4개 설치되는 것이 보통이며, 이러한 전류고정날개의 크기 또한 추진 프로펠러의 반경에 대응하는 정도의 크기를 가지고 있기 때문에, 실선 적용시에 부가물에 의한 저항 증가는 피할 수 없는 한계가 있다.

다시말해, 선행기술을 포함한 기존의 전류고정날개는 덕트와 전류고정날개를 단순히 조합한 구성에 불과하므로, 이 경우 전류고정날개들의 크기도 추진 프로펠러 및 덕트의 크기 증대에 상응하게 되는 바, 침수표면적 증가로 인한 부가 저항의 동반 증가에 영향을 주게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 한계에도 불구하고 전류고정날개를 적용하는 것은, 전술한 저항 증가를 보상할 수 있을만큼의 추진효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

따라서, 부가물에 의한 저항 증가를 최소화하면서도 추진효율의 향상도 함께 도모할 수 있는 기술의 개발이 절실하다.

등록특허 제10-1425369호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 부가 저항을 최소화하면서도 추진 프로펠러에 의한 에너지 손실도 저감할 수 있도록 하는 선박용 추진기의 덕트 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선체의 선미부에 축결합되어 회전하는 복수의 블레이드로 이루어진 추진 프로펠러; 상기 선미부에 장착되는 것으로, 상기 추진 프로펠러의 선수측에 배치되는 원통 형상의 덕트; 및 상기 덕트의 내측면을 따라 상기 추진 프로펠러의 중심축을 향하여 돌출되며, 상기 덕트의 내측면을 따라 선수부로부터 상기 선미부를 향하여 지나며 복수로 평행하게 이격 배치되는 가상선 각각에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되는 복수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 선체의 운항시 상기 선수부로부터 상기 선미부 방향으로 상기 복수의 핀들을 거쳐 상기 덕트를 관통하면서 회전하는 물의 유동 방향은 상기 추진 프로펠러의 회전 방향과 반대 방향인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 핀은, 상기 일단부인 상기 선수부측 단부로부터 상기 타단부인 상기 선미부측 단부까지, 상기 덕트의 내측면으로부터 원호 형상으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 핀은, 상기 일단부인 상기 선수부측 단부로부터 상기 타단부인 상기 선미부측 단부까지, 상기 덕트의 내측면으로부터 유선형으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 덕트의 내측면에 형성된 상기 핀의 갯수는 상기 추진 프로펠러의 상기 블레이드의 갯수와 같은 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 덕트의 내측면에 형성된 상기 핀의 갯수는 상기 추진 프로펠러의 상기 블레이드의 갯수와 같으며, 상기 일정 각도는 시계 방향으로 회전하는 n(n=1 이상의 자연수)개의 상기 블레이드에 대응하여 n개의 상기 핀이 상기 덕트의 내측면에 형성되었을 때, 360/(n*2)도로 상기 가상선에 대하여 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 덕트의 내측면에 돌출된 복수의 상기 핀들은 등간격으로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 핀들이 상기 덕트의 내측면으로부터 가장 높이 돌출된 높이는 상기 덕트의 내경의 1/8 내지 1/10인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 선체의 선미부에 축결합되어 회전하는 복수의 블레이드로 이루어진 추진 프로펠러; 상기 선미부에 장착되는 것으로, 상기 추진 프로펠러의 선수측에 배치되는 원통 형상의 덕트; 및 상기 덕트의 내측면을 따라 상기 추진 프로펠러의 중심축을 향하여 돌출되며, 상기 덕트의 내측면을 따라 선수부로부터 상기 선미부를 향하여 지나며 복수로 평행하게 이격 배치되는 가상선 각각에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되는 복수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하여, 부가 저항을 최소화하면서도 추진 프로펠러에 의한 에너지 손실도 저감할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 기존의 전류고정날개에 비하여 크기와 면적을 대폭 줄인 복수의 핀들을 구비하여 전술한 바와 같은 부가 저항의 최소화와 추진효율의 향상을 도모할 수 있음은 물론, 구조물의 제작에 따른 원자재 사용량을 대폭 줄일 수 있으므로, 생산성의 향상 및 효율화를 도모할 수 있게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진기의 덕트 장치의 전체적인 구조를 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진기의 덕트 장치의 주요부인 복수의 핀들이 덕트에 배열된 구조를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진기의 덕트 장치의 주요부인 복수의 핀들이 덕트에 배열된 구조를 선체의 선미부측에서 바라본 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진기의 덕트 장치의 전체적인 구조를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진기의 덕트 장치의 주요부인 복수의 핀들이 덕트에 배열된 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진기의 덕트 장치의 주요부인 복수의 핀들이 덕트에 배열된 구조를 선체의 선미부측에서 바라본 개념도이다.

본 발명은 도시된 바와 같이, 선체의 선미부(40)에 축결합되어 회전하는 복수의 블레이드(11)로 이루어진 추진 프로펠러(10)와, 선미부(40)에 장착되고 추진 프로펠러(10)의 선수측에 배치되는 원통 형상의 덕트(20)와, 덕트(20)의 내측면을 따라 추진 프로펠러(10)의 중심축을 향하여 돌출된 복수의 핀(30)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

여기서, 복수의 핀(30)들은 덕트(20)의 내측면을 따라 선수부로부터 선미부(40)를 향하여 지나며 복수로 평행하게 이격 배치되는 가상선(ℓ) 각각에 대하여 일정 각도(θ)로 경사지게 배치되는 구조이다.

다시말해, 본 발명은 덕트(20) 내부에 도시된 바와 같은 유선형의 핀(30)들을 나선형으로 배치하여, 유체의 유동이 덕트(20)를 통과할 때 핀(30)이 배치된 방향을 따라 원주 방향으로 회전되도록 하는 것이다.

이때, 핀(30)들의 갯수나 덕트(20) 내측면에 대하여 배치되는 각도는 적용 선박의 조건에 맞게 변경될 수 있지만, 기본적으로는 일정한 간격을 두고 규칙적으로 배열시키도록 한다.

이와 같이 핀(30)들에 의하여 덕트(20)를 통과하면 생성된 유체의 회전 유동은 추진 프로펠러(10)의 회전 방향과는 반대이며, 추진 프로펠러(10)에 의하여 생성된 유동과 상쇄되면서 에너지 회수율을 낮출 수 있는 것이다.

즉, 선체의 운항시 선수부로부터 선미부(40) 방향으로 복수의 핀(30)들을 거쳐 덕트(20)를 관통하면서 회전하는 물의 유동 방향은 추진 프로펠러(10)의 회전 방향과 반대 방향이다.

따라서, 본 발명은 추진 효율을 높이고 볼텍스(vortex) 캐비테이션을 감소시킬 수 있는 효과 또한 도모할 수 있을 것이다.

한편, 덕트(20)의 단면 형상은, 전술한 바와 같은 추진 효율 향상과 볼텍스 캐비테이션 감소를 위하여, 선수부로부터 선미부(40) 방향으로 갈수록 덕트(20)의 입구측에서 원호 형상으로 크게 좁아지다가 선미부(40) 방향으로 갈수록 덕트(20)의 출구측을 향하여 완만하게 넓어지는 형상으로 형성되는 유선형인 것이 바람직하다.

또한, 핀(30)은, 전술한 바와 같은 추진 효율 향상과 볼텍스 캐비테이션 감소를 위하여, 일단부인 선수부측 단부로부터 타단부인 선미부(40)측 단부까지, 덕트(20)의 내측면으로부터 원호 형상 또는 유선형으로 돌출 형성될 수 있다.

여기서, 핀(30)의 형상은 원호 형상 또는 유선형 이외에도 다양한 형상의 설계가 가능하지만, 추진 효율 향상과 볼텍스 캐비테이션 감소를 위한 최적의 형상이 원호 또는 유선형일 따름이다.

아울러, 덕트(20)의 내측면에 형성된 핀(30)의 갯수는 특별히 제한을 두는 것은 아니지만, 추진 프로펠러(10)의 블레이드(11)의 갯수와 같게 덕트(20)의 내측면을 따라 등간격으로 이격되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 덕트(20)의 내측면에 형성된 핀(30)의 갯수는 추진 프로펠러(10)의 블레이드(11)의 갯수와 같되, 전술한 바와 같은 일정 각도(θ)는 시계 방향으로 회전하는 n(n=1 이상의 자연수)개의 블레이드(11)에 대응하여 n개의 핀(30)이 덕트(20)의 내측면에 형성되었을 때, 360/(n*2)도로 가상선(ℓ)에 대하여 일정 각도(θ)를 이루게 된다.

예를들어, 시계 방향으로 회전하는 5익 프로펠러에 대응하여 5개의 핀(30)이 덕트(20) 내측면에 설치된 경우, 360/(5*2)=36도, 즉 전술한 가상선(ℓ)에 대하여 36도로 경사지게 핀(30)들을 각각 배치할 수 있을 것이다.

이러한 복수의 핀(30)들이 덕트(20)의 내측면으로부터 가장 높이 돌출된 높이(h)는 덕트(20)의 내경(d)의 1/8 내지 1/10에 불과하더라도, 기존의 전류고정날개와 대비하여 부가물에 의한 저항 증가를 최소화하면서도 추진효율의 향상도 함께 얻을 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은 부가 저항을 최소화하면서도 추진 프로펠러에 의한 에너지 손실도 저감할 수 있도록 하는 선박용 추진기의 덕트 장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

10...추진 프로펠러
11...블레이드
20...덕트
30...핀
40...선미부
d...덕트(20)의 내경
h...높이
ℓ...가상선
θ...각도

Claims (8)

1. 선체의 선미부(40)에 축결합되어 회전하는 복수의 블레이드(11)로 이루어진 추진 프로펠러(10);
   상기 선미부(40)에 장착되는 것으로, 상기 추진 프로펠러의 선수측에 배치되는 원통 형상의 덕트(20); 및
   상기 덕트의 내측면을 따라 상기 추진 프로펠러의 중심축을 향하여 돌출되며, 상기 덕트의 내측면을 따라 선수부로부터 상기 선미부(40)를 향하여 지나며 복수로 평행하게 이격 배치되는 가상선 각각에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되는 복수의 핀(30)들을 포함하되,
   상기 선체의 운항시 상기 선수부로부터 상기 선미부 방향으로 상기 복수의 핀들을 거쳐 상기 덕트를 관통하면서 회전하는 물의 유동 방향은 상기 추진 프로펠러의 회전 방향과 반대 방향인 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 핀(30)들은,
   일단부인 상기 선수부측 단부로부터 타단부인 상기 선미부측 단부까지, 상기 덕트(20)의 내측면으로부터 원호 형상으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 핀(30)들은,
   일단부인 상기 선수부측 단부로부터 타단부인 상기 선미부측 단부까지, 상기 덕트(20)의 내측면으로부터 유선형으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 덕트(20)의 내측면에 형성된 상기 복수의 핀(30)들의 갯수는 상기 추진 프로펠러(10)의 상기 블레이드(11)의 갯수와 같은 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 덕트(20)의 내측면에 형성된 상기 복수의 핀(30)들의 갯수는 상기 추진 프로펠러(10)의 상기 블레이드(11)의 갯수와 같으며,
   상기 일정 각도는 시계 방향으로 회전하는 n(n=1 이상의 자연수)개의 상기 블레이드에 대응하여 n개의 상기 복수의 핀들이 상기 덕트의 내측면에 형성되었을 때,
   360/(n*2)도로 상기 가상선에 대하여 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 덕트(20)의 내측면에 돌출된 상기 복수의 핀(30)들은 등간격으로 이격하여 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 핀(30)들이 상기 덕트(20)의 내측면으로부터 가장 높이 돌출된 높이는 상기 덕트(20)의 내경의 1/8 내지 1/10인 것을 특징으로 하는 선박용 추진기의 덕트 장치.

Images