KR19990042120U - 순환식 캐비테이션 채널 - Google Patents

Abstract

본 고안은 순환식 캐비테이션 채널에 관한 것으로, 적어도 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부와, 상기 시험 관측부를 통과한 유체를 확산시키는 확산부와, 임펠러의 추진력에 의하여 가속되는 유체가 엘보우 부근에서 선회될 경우 발생되는 수류의 불균일성 및 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인을 포함하여 이루어진 순환식 캐비테이션 채널에 있어서, 상기 확산부는 상기 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 상기 시험 관측부을 통과한 후 전방향(全方向)으로 확산될 수 있도록 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 시험 관측부을 통과할 경우 전방향으로 확산될 수 있도록 확산부를 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형하므로써 유속의 균일성을 더욱 보장할 수 있는 유용한 효과가 있고, 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 전진되어 엘보우 부근에서 선회될 경우 발생될 수 있는 수류의 불균일 또는 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인이 유체의 진행방향을 기준으로 할 때 대략 63.5°의 각도를 유지하도록 설계되므로써 유체의 진행방향을 원만히 선회시킬 수 있게 되어 캐비테이션 현상을 현저히 줄일 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Description

순환식 캐비테이션 채널

본 고안은 순환식 캐비테이션 채널(circulating cavitation channel)에 관한 것으로, 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 시험 관측부을 통과할 경우 전방향으로 확산될 수 있도록 확산부를 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형하여 유속의 균일성을 정밀하게 보장할 수 있는 순환식 캐비테이션 채널에 관한 것이다.

일반적으로 유속이 증가함에 따라 유체에 접하고 있는 물체의 표면 근처에는 압력이 낮아져 유체가 수증기로 변화하게 되고, 수증기의 밀도는 유체의 밀도에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작으므로 마치 유체 속에 빈 공간이 형성되는 것과 같게 되는 바, 이를 캐비테이션(공동화 현상 또는 진공현상)이라 하며, 캐비테이션은 프로펠러나 물제트 등 선박의 추진기와 같은 몰수체가 유체 속에서 작동될 때 발생된다.

이때, 상기 캐비테이션은 프로펠러의 날개를 침식시키는 작용을 할뿐만 아니라 선박의 추진 효율을 감소시키고 진동이나 소음을 증가시키는 등 여러 가지 바람직하지 않은 부작용을 유발한다. 따라서, 선박을 설계 및 제작함에 있어서는 조선소에서 선박을 건조하기에 앞서, 추진기에 대한 캐비테이션 시험과 추진기를 장착한 모형선박을 직접 사용한 추진기 캐비테이션에 의한 선체의 영향 등을 테스트한 후에 최적의 추진기를 개발할 필요가 있다.

이와 같은 캐비테이션 시험은, 밀폐된 순환 채널(수조) 내에 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착한 상태에서 일정한 유속으로 유체를 순환시켜 마치 프로펠러나 선박이 일정 속도로 추진되고 있는 것과 같은 상황을 인위적으로 형성한 순환식 캐비테이션 채널이라는 장치에 의해 수행된다.

상기 기능을 수행하는 통상의 순환식 캐비테이션 채널을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 순환식 캐비테이션 채널을 나타내는 개략도이다.

통상의 순환식 캐비테이션 채널(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 모형 프로펠러나 선박이 장착되고 각종 측정장비가 설치되는 시험 관측부(12)에 유체가 일정한 유속으로 흐를 수 있도록 길게 신장된 사각형상의 밀폐된 순환 채널 구조로 되어 있다.

그리고, 도면 중 부호 11은 채널에서 물에 유속을 가하는 임펠러, 부호 13은 시험 관측부(12)에서의 빠르고 균일한 유속을 유지하기 위한 수축부, 부호 14는 시험 관측부(12)를 통과한 유체를 확산시키는 확산부, 부호 15는 수류(水流)의 불균일성과 난류(亂流)의 강도를 약화시키는 허니콤 설치부, 부호 16은 채널의 굴곡부에서 발생되는 유동의 불균일성을 최소화하기 위한 가이드 베인(guide vain: 유도날개) 설치부를 각각 나타낸다.

이때, 상기 확산부(14)는 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러(11)의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 시험 관측부(12)을 통과한 후 확산될 수 있도록 일측면이 확대되어지는 비대칭 형상으로 성형된다.

그리고, 상기 가이드 베인 설치부(16) 안쪽에 구비된 가이드 베인(20)은 상기 임펠러(11)의 추진력에 의하여 유체가 전진되어 다시 각 엘보우 부근에서 90°방향으로 선회될 경우 발생될 수 있는 수류의 불균일 또는 캐비테이션 현상(진공현상)을 방지하는 기능을 수행하는데, 이 가이드 베인(20)을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널에 적용된 가이드 베인을 나타내는 요부 확대도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널(10)에 적용된 가이드 베인(20)은, 임펠러(11)의 추진력에 의하여 추진되어 각각의 엘보우 부근에서 90°방향으로 선회되는 유체를 최초 부딪혀 안내하는 받음부(21)와, 상기 받음부(21)에 부딪힌 유체를 라운드 형상으로 선회시켜 안내하는 곡면부(22)와, 상기 곡면부(22)를 경유하여 선회된 유체의 진행방향을 직선방향으로 안내하는 꼬리부(23)로 구성된다.

이때, 상기 받음부(21)는 유체의 진행방향을 기준으로 할 때 받음각(α)이 61.5°의 각도를 유지하는 형상으로 설계된다.

상기 구성으로 이루어진 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 시험 관측부(12)의 내부에 장착한 후 유속과의 각종 반응상태를 측정하기 위하여 임펠러(11)를 구동시켜 순환식 캐비테이션 채널(10) 내부에 내장된 유체를 가속시킨다.

이때, 상기 유체는 임펠러(11)의 추진력에 의하여 전진되면서 순환식 캐비테이션 채널(10)의 엘보우 부근의 가이드 베인 설치부(16) 안쪽에 설치된 가이드 베인(20)을 통하여 90°선회되어 균일한 유속으로 허니콤 설치부(15)를 통과하게 된다.

그 후, 상기 유체는 허니콤 설치부(15)에서 난류의 강도가 약화됨과 동시에 더욱 균일한 유속으로 수축부(13)를 통하여 가속되면서 시험 관측부(12) 쪽으로 진입하여 각종 시험 대상에 직간접적인 영향을 미치면서 확산부(14)를 경유하여 이완되는 순으로 계속 순환되어지게 된다.

그런데, 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널(10)은 시험 관측부(12)를 통과한 유체를 확산시키는 확산부(14)가 일측면만이 확대되는 비대칭 형상으로 성형되므로 인하여 유체의 속도구배가 커져 균일한 유속을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 유동박리의 위험성까지 존재하는 커다란 단점이 있었다.

또한, 임펠러(11)의 추진력에 의하여 유체가 전진되어 각각의 엘보우 부근에서 90°방향으로 선회될 경우 발생될 수 있는 수류의 불균일 또는 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인(20)이 도 2에 도시된 바와 같이 유체의 진행방향을 기준으로 할 때 대략 61.5°의 각도를 유지하는 형상으로 설계되어 유체의 진행방향을 원만히 선회시키질 못하고 유체의 진행방향을 방해하는 부딪침이 발생되어 캐비테이션 현상이 빈번히 발생되는 커다란 문제점이 있었다.

이에, 본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 시험 관측부을 통과할 경우 전방향으로 확산될 수 있도록 확산부를 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형하여 유속의 균일성을 더욱 보장할 수 있고 캐비테이션 현상을 현저히 줄일 수 있는 순환식 캐비테이션 채널을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 순환식 캐비테이션 채널을 나타내는 개략도.

도 2는 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널에 적용된 가이드 베인을 나타내는 요부 확대도.

도 3은 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널을 나타내는 개략도.

도 4는 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널에 적용된 가이드 베인을 나타내는 요부 확대도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 순환식 캐비테이션 채널 110 : 임펠러

120 : 시험 관측부 130 : 수축부

140 : 확산부 150 : 허니콤 설치부

160 : 가이드 베인 설치부 200 : 가이드 베인

210 : 받음부 220 : 곡면부

230 : 꼬리부 α' : 받음각

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 적어도 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부와, 상기 시험 관측부를 통과한 유체를 확산시키는 확산부와, 임펠러의 추진력에 의하여 가속되는 유체가 엘보우 부근에서 선회될 경우 발생되는 수류의 불균일성 및 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인을 포함하여 이루어진 순환식 캐비테이션 채널에 있어서, 상기 확산부는 상기 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 상기 시험 관측부을 통과한 후 전방향(全方向)으로 확산될 수 있도록 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형되는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 바람직한 실시예를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널을 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널에 적용된 가이드 베인을 나타내는 요부 확대도이다.

본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 유체에 추진력을 제공하는 임펠러(110)와, 상기 추진력에 의하여 가속되는 유체가 엘보우 부근에서 90°선회될 경우 발생되는 수류의 불균일성 및 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인(200)이 설치된 가이드 베인 설치부(160)와, 수류의 불균일성 및 난류의 강도를 약화시키는 허니콤 설치부(150)와, 유체의 빠르고 균일한 유속을 유지하기 위한 수축부(130)와, 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부(120)와, 상기 시험 관측부(120)를 통과한 유체를 확산시키는 확산부(140)로 이루어진다.

이때, 상기 확산부(140)는 상기 임펠러(110)의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 상기 시험 관측부(120)을 통과한 후 전방향(全方向)으로 확산될 수 있도록 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형되고, 상기 가이드 베인 설치부(160) 안쪽에 구비되어 상기 임펠러(110)의 추진력에 의하여 유체가 전진되어 다시 각각의 엘보우 부근에서 90°방향으로 선회될 경우 발생될 수 있는 수류의 불균일 또는 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 임펠러(110)의 추진력에 의하여 유체가 엘보우 부근에서 90°방향으로 선회되면서 부딪치는 받음각(α')을 63∼64°의 각도를 유지하는 형상으로 설계된다.

상기 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 임펠러(110)의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 엘보우 부근의 가이드 베인 설치부(160) 안쪽에 설치된 가이드 베인(200)을 통하여 균일한 유속으로 허니콤 설치부(150)에 공급되어지게 된다.

이때, 상기 가이드 베인(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 유체의 진행방향을 기준으로 할 때 대략 63.5°의 각도를 유지하므로써 유체의 진행방향을 원만히 선회시킬 수 있게 되어 캐비테이션 현상을 현저히 줄이는 작용을 하게 된다.

그 후, 상기 가이드 베인(200)에 의하여 캐비테이션 현상이 크게 줄어진 상기 유체는 허니콤 설치부(150)에서 다시 난류의 강도가 약화됨과 동시에 더욱 균일한 유속으로 수축부(130)를 통하여 가속되면서 시험 관측부(120) 쪽으로 진입하여 각종 시험 대상에 직간접적인 영향을 미치면서 확산부(140)를 경유하여 이완되는 순으로 계속 순환되어지게 된다.

한편, 상기 확산부(140)는 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형되므로써 임펠러(110)의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 시험 관측부(120)을 통과될 경우 전방향으로 대칭 확산될 수 있도록 하여 유속의 균일성을 더욱 보장해 줄 수 있는 작용이 있음을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 고안에 따른 순환식 캐비테이션 채널에 의하면, 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 전진되어 엘보우 부근에서 선회될 경우 발생될 수 있는 수류의 불균일 또는 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인이 유체의 진행방향을 기준으로 할 때 대략 63.5°의 각도를 유지하도록 설계되므로써 유체의 진행방향을 원만히 선회시킬 수 있게 되어 캐비테이션 현상을 현저히 줄일 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한, 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 시험 관측부을 통과할 경우 전방향으로 확산될 수 있도록 확산부를 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형하므로써 유속의 균일성을 더욱 보장할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 적어도 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부와, 상기 시험 관측부를 통과한 유체를 확산시키는 확산부와, 임펠러의 추진력에 의하여 가속되는 유체가 엘보우 부근에서 선회될 경우 발생되는 수류의 불균일성 및 캐비테이션 현상을 방지하는 가이드 베인을 포함하여 이루어진 순환식 캐비테이션 채널에 있어서,

   상기 확산부는 상기 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 가속되어 상기 시험 관측부을 통과한 후 전방향(全方向)으로 확산될 수 있도록 직경이 대칭적으로 넓어지는 형상으로 성형되는 것을 특징으로 하는 순환식 캐비테이션 채널.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가이드 베인은 상기 임펠러의 추진력에 의하여 유체가 엘보우 부근에서 90°방향으로 선회되면서 부딪치는 받음각을 63∼64°의 각도를 유지하는 형상으로 설계되는 것을 특징으로 하는 순환식 캐비테이션 채널.