KR19990030627A - 회류수조의 프로펠러 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회류 수조내에서 시험용 프로펠러를 구동하는 개선된 장치를 개시한다.

종래에는 전기모터가 오픈 보우트에 설치될 수 없어 90°베벨기어 전동을 통해 프로펠러를 회전구동하므로 회전수가 변동하고 소음과 진동이 심하여 잦은 유지보수가 요구되는 등의 문제가 있었던 바, 본 발명에서는 오픈 보우트내에 설치된 유압 모터가 프로펠러에 직결 구동되므로 신속 정확한 프로펠러 시험이 가능하게 된다.

Description

회류수조의 프로펠러 구동장치

본 발명은 선박용 프로펠러(propeller) 설계에 관한 것으로, 특히 회류수조(回流水槽)에서 시험용 프로펠러를 구동하는 장치에 관한 것이다.

프로펠러는 선박이나 항공기의 추진기로 가장 널리 사용되고 있는 것으로, 소정의 앙각(仰角)으로 유체내를 회전하는 날개단면에서 발생되는 양력(揚力)과 이에 따라 프로펠러 전후면간에 발생되는 압력차이를 추진력으로 이용하는 것이다.

그런데 프로펠러에 인가되는 부하와 회전수가 어느 이상 커지면 날개 전면과 배면의 압력차이가 과도해져 날개의 배면에 수증기로 찬 공동(空胴)을 형성함으로써 유체흐름의 교란을 일으켜 프로펠러의 추진 효율을 저하시킴과 동시에 소음과 진동을 발생시키며 심한 경우 날개를 침식시키는 문제를 유발한다.

이에 따라 프로펠러수를 증가시키거나 회전수를 제한하는 등의 대안이 사용되고 있는 바, 이러한 캐비테이션 특성은 프로펠러의 가장 중요한 특성중의 하나로서 선박뿐아니라 항공기의 추진기설계에서도 반드시 고려되어야 하는 특성이다.

그러므로 새로운 프로펠러의 설계시에는 반드시 캐비테이션 특성을 파악해야 하는데, 캐비테이션의 발생가능성등은 캐비테이션수등의 비교계수의 연산으로 어느 정도 예측은 가능하지만, 실제적인 캐비테이션 특성은 시험에 의하지 않고는 파악이 곤란하다.

이러한 프로펠러의 시험에 사용되는 것이 캐비테이션 터널(cavitation tunnel)인바, 캐비테이션 터널은 루우프(loop)형의 폐수로(閉水路)내에 임펠러(impeller)의 회전에 의해 물을 순환시켜 선박등의 동적(動的) 특성을 파악하는 회류수조내에서 시험용 프로펠러를 회전구동하여 그 토오크(torque)와 추력(thrust) 등을 측정함으로써 시험용 프로펠러의 캐비테이션 특성등 제반특성을 파악하는 것으로 캐비테이션 시험을 수행하는 회류수조는 별도로 공동(空胴)수조, 즉 캐비테이션 터널로 호칭되는 것이 일반적이다. 여기서 시험용 프로펠러는 소형의 경우 실제 프로펠러일수도 있으나 대개의 경우에는 실제 프로펠러를 상사(相似)관계에 의해 축소한 모형 프로펠러가 된다.

도 1에는 이와 같은 시험용 프로펠러(P)를 회전구동하는 종래의 구동장치를 도시하고 있는 바, 회류수조를 둘러싸는 벽체(1)의 상측에는 얇은 날개단면의 스트러트(strut; 2)가 하방으로 연장되어 시험용 프로펠러(P)가 설치되는 오픈보우트(open boat; 3)를 지지하고 있다.

프로펠러(P)를 회전구동하는 원동기는 일반적으로 전기모터(M)로 구성되는데 설치공간과 전동(傳動)의 편의를 위해 전기모터(M)는 상하방향으로 설치되어 그 구동축(D)이 하방으로 연장되며, 오픈보우트(3)내에 회전지지되는 프로펠러(P)의 회전축(S)은 측정센서(4)를 통해 전기모터(M)의 구동축(D)과 베벨기어(bevel gear; G)로 전동결합된다.

터널내의 물이 도시되지 않은 임펠러에 의해 도면의 좌측으로부터 우측으로 흐르게 되면 전기모터제어부(CTR)는 전기모터(M)를 가동시키고 그 구동축(D)은 베벨기어(G)로 90°전동되어 회전축(S)을 회전시킴으로써 프로펠러(P)를 회전구동시키게 된다.

이때 프로펠러(P)의 회전수는 전기모터제어부(CTR)에 의해 결정되고, 프로펠러(P)를 회전시키는데 소요되는 토오크와 프로펠러(P)가 축방향으로 발생시키는 추력은 로드셀(load cell) 등으로 구성되는 측정센서(4)에 의해 측정된다.

이와 같은 구동장치에 있어서 시험용 프로펠러(P)의 회전수는 상당히 넓은 범위에 걸쳐, 예를 들어 0∼3500RPM의 범위로 조절이 가능해야 하며, 특히 모형시험의 경우 정확한 토오크와 추력의 측정을 위해서는 회전수의 오차범위가 ±0.1% 이내로 정밀한 유지되어야 한다.

그런데 도 1와 같은 종래의 구동장치는 베벨기어(G)에 의해 90°전동이 이루어지므로 그 사이의 백래시(backlash)에 의한 슬립(slip) 등에 의해 전동된 프로펠러(P)의 회전에 변동(fluctuation)(소위 프로펠러(P)의 헌팅(hunting)현상)이 커서 상술한 바와 같은 정밀한 회전수의 유지가 어려우며, 특히 90°베벨기어(G)를 사용하므로 두 기어간의 충돌에 의한 소음 및 진동과 전동방향의 90°변화에 의한 축계진동등으로 이러한 회전수의 변동을 더욱 가중시키게 된다.

프로펠러 시험등의 시험에 있어서는 회전수등의 제반 시험조건이 충족된 경우의 측정치만을 실제 측정치로 채택할 수 있는 바, 상술한 구동장치에 따른 회전수의 변동은 1회의 측정치를 얻기 위해 시험조건이 만족될때까지 시험을 반복적으로 수행해야 하며 평균을 위한 복수의 측정치를 얻기 위해서는 이러한 사이클을 다시 반복해야 하는 결과를 초래하게 된다.

뿐만 아니라 이러한 구동장치는 작동소음이 커서 전기모터(M)의 소음과 함께 시험구역에서의 소음수준을 높여 시험환경도 저해하게 된다.

이러한 문제의 해결을 위해서는 전기모터(M)를 오픈보우트(3)내에 설치하는 것이 바람직하나, 그러면 대형의 전기모터(M)에 의해 오픈보우트(3)가 과도히 커지게 되어 프로펠러(P)의 특성에 영향을 미치게 되므로, 부득이 베벨기어(G)에 의한 전동구조를 사용할 수밖에 없게 되어, 종래의 해결수단은 축계의 정확한 정합(alignment)상태의 유지와 베벨기어(G)의 윤활시스템의 개선등에 집중되었는 바, 이는 또한 상당한 정비와 유지보수를 요구하게 된다.

이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 정확한 회전수의 제어가 가능하고 소음과 진동을 유발하지 않으며 유지보수가 간단한 프로펠러 구동장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 구동장치를 보이는 개략단면도,

도 2는 본 발명 구동장치를 보이는 개략단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

P : 프로펠러(propeller)

S : (프로펠러의)회전축

2 : 스트러트(strut)

3 : 오픈 보우트(open boat)

10 : 유압모터(hydraulic motor)

20 : 유압 발생장치

30 : 유압모터 제어부

40 : 서어보 밸브(servo valve)

상술한 목적의 달성을 위해 본 발명에 의한 구동장치는 오픈 보오트 내에 유압모터를 설치하여 그 구동축을 프로펠러의 회전축에 직결하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면 전동기구에 의한 손실이나 변동이 없이 프로펠러가 직접 유압모터에 의해 회전하게 되므로 정확한 회전수의 유지가 가능하고, 베벨기어나 긴 전동축을 가지지 않으므로 소음이나 진동이 거의 발생되지 않으며, 윤활등이 불필요하여 유지보수의 필요성도 거의 없게 된다.

이에 따라 본 발명은 신속하고 정확한 프로펠러의 시험이 가능하게 된다.

[실시예 1]

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 2에서, 캐비테이션 시험을 수행할 회류수조의 상측 벽체(1)에는 스트러트(2)가 연장되어 시험용 프로펠러(P)가 회전지지되는 오픈보우트(3)를 지지하고 있는 바, 오픈보우트(3)내에는 본 발명 특징에 따라 유압모터(10)가 설치되어 그 구동축(11)이 측정센서(4)를 통해 프로펠러(P)의 회전축(S)에 직결된다.

유압모터(10)는 압력유체의 공급에 의해 회전하게 되는 바, 이를 위해 유압발생장치(20)가 스트러트(2)를 통해 연장되는 유압배관(21)에 의해 서어보밸브(servo valve; 4)를 거쳐 유압모터(10)에 연결된다. 서어보밸브(40)는 유압모터 제어부(30)의 제어에 따라 유압모터(10)에 대한 압력유체의 공급량을 제어함으로써 그 회전수를 제어하게 된다.

여기서 복수의 터널 또는 한 터널의 복수의 위치에서 복수의 프로펠러(P) 시험을 수행하는 경우 한 유압발생장치(20)가 복수의 유압모터(10)에 공용될 수 있다.

이와 같은 구성에 있어서 유압모터(10)는 출력에 비해 크기가 상당히 작으므로 유압보우트(3)내에 설치될 수 있어 프로펠러(P)의 회전축(S)가 구동축(11)의 직결이 가능하게 된다. 그러면 종래와 같은 베벨기어(G) 등 전동기구에 의한 전동효율의 저하나 슬립 등이 없어 유압모터(10)의 회전수가 그대로 프로펠러(P)의 회전수가 되므로 프로펠러(P) 회전수의 정확한 제어가 가능하게 된다.

또한 전동기구나 긴 축계가 없으므로 소음이나 진동이 유발되지 않아 정확한 시험조건과 정숙한 시험 환경을 유지할 수 있으며, 윤활등이 전혀 필요하지 않으므로 유지보수도 거의 불필요하게 되며, 고정밀의 전동기구가 불필요하므로 그 제조원가도 크게 절감된다.

이에 따라 본 발명 구동장치에 의하면 시험용 프로펠러(P)의 캐비테이션 특성등의 제반특성을 단 1회의 실험으로 정확히 측정할 수 있으며, 그 측정치에는 구동장치에 의한 소음이나 진동등 잡음성분이 포함되지 않아 측정의 신뢰도도 매우 높게 된다.

이에 따라 본 발명은 신속 정확한 프로펠러 시험을 가능하게 하여 회류수조의 가동율을 높이고 고성능의 프로펠러를 설계하는데 큰 효과가 있다.

Claims (3)

1. 회류수조의 벽체에 설치된 스트러트에 의해 지지되는 오픈 보우트에 회전지지되는 시험용 프로펠러를 회전구동하는 장치에 있어서,

   상기 오픈 보우트(3)내에 유압모터(10)가 설치되어 그 구동축(11)이 상기 시험용 프로펠러(P)의 회전축(S)에 직결되는 것을

   특징으로 하는 회류수조의 프로펠러 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유압모터(10)가 상기 스트러트(2)를 통해 연장되는 유압배관(21)에 의해 압력유체가 공급되는 유압발생장치(20)에 연결되는 것을

   특징으로 하는 회류수조의 프로펠러 구동장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 유압모터(10)와 유압배관(21) 사이에 상기 유압모터(10)에 대한 압력유체의 공급량을 제어함으로써 회전수를 제어하는 서어보 밸브(40)가 구비되는 것을

   특징으로 하는 회류수조의 프로펠러 구동장치.