KR20010041284A - 수상 선박용 워터 제트 추진장치 - Google Patents

Abstract

선박용 워터 제트 추진장치는 상류 펌프 하우징과 하류 펌프 하우징에 각각 위치되며 동축 샤프트(2, 3)상에 장착되는 2개의 역회전 임펠러(5, 6)를 포함한다. 스프링 장착형 접철 가능한 덮개 형태의 압력 제어 펌핑장치(10)는 임펠러(5, 6)사이에 위치된다. 하류 펌프 하우징의 압력은 공기 유입구(11)를 지나는 공기의 제어된 유입에 의해서 대기압으로 유지될 수 있다.

Description

수상 선박용 워터 제트 추진장치{WATER JET PROPULSION UNIT FOR USE IN WATER BORNE CRAFT}

본 명세서는 2개의 동축으로 배열된 샤프트 상에서 전방으로 구동되도록 직렬로 배열된 한쌍의 역회전 임펠러를 지닌 3개의 워터 제트 추진장치를 개시한다. 임펠러를 구동하기 위한 수단은 대표적으로 뉴질랜드 특허 제256488호에 기재되어 있다.

이 설계는 종래의 설계 및 작동기준으로부터 벗어난 것이며, 우리들은 각각의 경우에 대기압에서 작동하는 하류 임펠러를 필요로 한다. 상기 뉴질랜드 특허 제256488호에 기재된 설계와는 달리, 유압의 균형이 유지되므로 노즐/내부의 펌프압력은 약 0 내지 276㎪의 범위에 있으며, 이들 설계에 있어서, 단지 상류 임펠러/노즐부만이 이 압력하에서 작동한다. 그럼에도 불구하고, 상류 임펠러/노즐부는 276㎪이상의 압력에서 작동되도록 구성되어 있다.

에너지의 관점에서 보면, 이것은 하류 임펠러 블레이드가 이 신규한 설계에 있어서, 운동에너지가 제트류에 직접 가해진다는 것을 의미한다. 또 다른 이점으로는 하류 임펠러에 작용하는 배압 및 노즐 출구에서의 압력 에너지의 변화로부터 발생되는 손실의 제거에 있다. 이 설계에 있어서, 노즐은 이제 임펠러와 개구 사이에 위치되며, 하류 임펠러의 하류는 (노즐과는 대조적으로) 단지 펌프용 출구가 된다. 공기는 하류 임펠러로 유입된다. 또한, 도 2, 3. 4, 5에서는 임펠러 케이싱에서의 마찰손실이 감소되었으나, 보다 중요한 것은 하류 임펠러가 대기압에서 작동하는 것이 가능하다는 점이다.

작동모드

하류 임펠러(5)의 펌핑작용을 촉진하기 위해서, 외부압 제어 펌핑장치(10)는 접철 가능한 덮개와 주변 스프링을 포함하며, 도 1, 2, 5 및 6에 도시된 바와 같이, 2개의 임펠러(5 와 6)사이에 배치된다. 도 3에서, 압력 제어 펌핑장치(19)는 상류 임펠러(5)의 중앙에 고정되어 있고 플런저 콘(21)과 텐선 스프링(도시 생략)내에 배치되어 있는 접철 가능한 덮개(20)로 이루어져 있으므로, 수압이 덮개(20)와 플런저 콘(21)의 안팎으로 작용한다. 도 2, 3, 4, 5 및 6에서, 펌프 케이싱의 공기 유입구(12)는 폐쇄 플랩(13)들을 구비하며, 압력에 의해 제어된다. 일단 펌핑 조건이 달성되면, 그들은 개방되어 연속적인 공기의 유입을 가능케 한다. 공기 유입구(12)의 제공으로 하류 임펠러(6)는 플랩들이 닫혀 있을 때, 펌프의 펌핑 작용을 조장하도록 허용한다. 도 2에서, 2개의 임펠러 간에는 아무런 공기의 공급도 허용되지 않으나, 2개의 임펠러 간의 배수율은 2개의 임펠러가 유량에 대해서 유압적으로 균형을 유지하도록 하기 위해 반드시 정확하게 조절되어야 한다.

또한, 하류 임펠러(6)의 블레이드에 대한 개선으로 자동 조절을 통해서 임펠러(6)의 주변 블레이드 각도가 상류 임펠러(5)로부터 그에 가해지는 와류에 따라서 변화되거나 측정될 수 있도록 하는 것이 가능하게 된다. 이러한 특징은 펌프 하우징의 허용공차에 대해 블레이드가 압력펌프에서 필요로 하는 그것보다도 더욱 크기 때문에, 임펠러(6)의 블레이드는 펌프 하우징(8)의 원형 케이싱 내에서 약간 회전될 수 있다.

간단히 말해서, 이 장치에서는 상류 임펠러를 갖는 가압 펌프부가 개시되어 있으며, 대기압에서 작동하고 케이싱 내에 밀폐된 프로펠러를 기술하고 있다.

또 다른 시도의 설계에 있어서, 도시하지는 않았으나 이 장치의 하류 섹션은 단순히 링형 임펠러로 구성할 수도 있으며, 그로 인해 링은 임펠러 블레이드의 외부 에지에 직접 고정될 수 있다. 그러므로 펌프 케이싱이 필요치 않다.

또한, 어느 도면에나 도시된 바와 같이, 동일한 작동기준을 가지며 동일 설계 형상을 근본적으로 갖는 펌프가 개시되어 있지 않으므로, "혼합 유동 설계"인 상류 임펠러는 "축류 유동"설계인 하류 임펠러로 이어진다. 이 경우에, 압력 제어 펌핑장치는 또한, 전체적으로 축류 설계(도 1 내지 6)에 대해 이미 설명한 특징과 함께 임펠러 사이에 존재한다.

이 설계는 다량 저압의 원리에 근거하며, 뉴질랜드 특허 제256448호에 기재된 바와 같은 형상으로 추력이 조절됨으로써, 최저 가능한 내부장치 압력에서의 개선된 효율이 제트 추진장치를 통과하는 유량의 최대화에 의해서 달성된다. 특히 임펠러 주변 블레이드 각도는 동력의 입력에 따라 약 30 내지 50도의 범위에 있게 되지만, 이 범위는 임펠러의 직경이 반드시 변경되거나 펌프가 요구되는 가변범위 내에서 작동되는 경우에는 이 범위를 벗어날 수도 있다. 임펄러 주변 팁의 속도는 펌프 내의 유동속도에 비해서 통상적으로 약 45 내지 65미터/초의 범위로 제한되어, 캐비테이션의 손실효과를 억제한다. 특수하게 적용되는 경우, 가령, 고속 보트가 요구되는 보트 경주에서 그와 같은 주변 팁의 속도 제한은 그러나 사용자에게 무시될 수도 있다. 하류 임펠러에 대한 공기의 공급은 또한 캐비테이션의 효과를 줄이는데 도움이 된다. 임펠러 설계의 관점에서, 블레이드가 통상적으로 일직선으로 정렬되거나 일부가 겹쳐지는 "압력"형상을 갖는 것이 하류 임펠러에서는 더 이상 요구되지 않는다. 반면에 블레이드는 통상적인 프로펠러 설계 또는 표면 관통 드라이브에 형성된 대표적인 " 칼"형상에 적용하는 바와 같은 더 많은 개방구조물을 가질 수 있다. 그러나 본 출원인의 경우에는 블레이드의 외부 에지를 유지함으로써, 블레이드에 의해 실행되는 일량을 더욱 잘 제어하기 위해 대부분 펌프 하우징의 벽과 인접해 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 수상 선박용 워터 제트 추진장치에 관한 것이다.

도 1은 임펠러 사이로 도입될 공기용 특수한 설비를 하나도 갖고 있지 않은 기본적인 펌프의 간단한 측면도로, 공기는 그러나 제트 깃의 중심 아래를 통과할 수 있으며, 압력 제어 펌핑장치는 펌핑 케이싱 주변의 임펠러 사이에 배치된다.

도 2는 임펠러 사이에 위치된 공기 유입 제어시스템을 갖는 기본적인 펌프장치의 간단한 측면도로, 압력 제어 펌핑장치는 펌프 케이싱의 주변에서 임펠러 사이에 위치되어 있다.

도 3은 임펠러 사이에 위치된 공기 유입 제어시스템을 갖는 기본적인 펌프장치의 간단한 측면도로, 압력 제어 펌핑장치는 임펠러 사이에 위치되지만 이 실시예에서는 펌프 케이싱의 중앙에 고정되어 있다.

도 4는 공기 유입 제어시스템을 보인 도 2에 도시한 펌프 장치의 3차원 확대도이다.

도 5는 펌프 하우징 내부의 공기 유입 제어시스템, 임펠러 및 압력 제어 펌핑장치(스프링 장착형 덮개)를 보인 도 4의 절결도이다.

도 6은 공기 유입 제어시스템, 압력 제어 펌핑장치(스프링 장착형 덮개), 2개의 임펠러를 보인 도 4의 부분 절결도이다.

도 4, 5 및 6은 엔진이 변속기(1)에 직접 결합될 수 있는 축류 수상 제트 추진장치를 나타낸다.

도 5에서(도 4는 절결하지 않은 외형도), 추진장치는 축방향 샤프트(2와 3)의 역회전을 제공하는 변속기(1)로 이루어져 있다. 이 설계에 대한 상세한 설명은 뉴질랜드 특허 제256488호에 개시되어 있다. 물은 흡입부(4)로 흡인된 다음에 동축 샤프트(2와 3)에 고정된 펌프 하우징(7과 8) 내에 설치된 임펠러(5와 6)를 통과한다. 노즐부(9)는 2개의 임펠러(5와 6)사이에 위치되어 있으며 펌핑을 촉진하고 장치 내부의 압력을 제어하는 스프링 장착형 접철 가능한 덮개(10)를 구비한다. 상류 임펠러(5)와 노즐부(9)는 장치의 작동범위 이상의 약 0-276㎪(또는 원하는 경우에는 그 보다 큰)의 범위로 가압되어 있다. 나선형으로 회전하는 물은 노즐부(9)를 통과하여 대기압에서 작동하는 하류 임펠러(6)상으로 보내진다. 공기(11)는 노즐부(9)의 하류와 거의 인접한 영역으로 유입됨으로써 캐비테이션과 마찰을 감소시키지만, 하류 임펠러(6)상의 유압 흡입력을 제한하는 역할을 주로 하며, 그로 인해 대기압과 유사한 일정한 작동 환경을 유지한다. 펌핑을 조장하고 저압 환경을 유지하기 위해서, 공기 유입구(12)는 슬라이딩 링(도 5의 13)에 의해서 제어되는데, 이 링은 슬레이브 실린더(도 4의 14)에 장착된 유압 스프링에 의해서 작동된다. 다른 배열에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 플랩(15)은 이 목적을 위해서 사용된다. 이 플랩(15)은 수압에 의해 유압적으로 또는 전자기적으로 제어되는 래치에 의해 간접적으로 제어됨으로써, 도시하지는 않았으나, 그들은 개시 시점에서 닫히며 최대 출력에서 완전히 개방된다. 펌프 하우징의 출구에서 3개 또는 4개의 베어링 지지형 베인 지지체(16)는 동축 드라이브 샤프트(2와 3)용 지지체를 제공한다. 스티어링 플랩(17)은 핀형 힌지(18)에 의해서 펌프 하우징(8)에 부착되어 있다. 스티어링 기구는 도시되어 있지 않다.

Claims (9)

1. 흡입부; 압력 제어 펌핑장치에 의해서 인접 하류를 따르는 상부 축류 임펠러를 감싸는 펌프 하우징과 대향 피치의 하류 임펠러를 더 구비한 제 2펌프 하우징을 지닌 펌프부;를 포함하며, 상기 하류 펌프 하우징은 공기 유입 제어시스템을 구비하고; 상기 공기 유입 제어시스템은 유압으로 작동되는 슬라이딩 링을 적절히 지님으로써, 하류 펌프 하우징으로 유입되는 공기량은 정확하게 제어될 수 있고; 포트를 통해 하류 펌프 하우징으로 유입되도록 허용되는 상기 공기는 하류 펌프 하우징으로 내려오며; 상기 임펠러는 역회전 샤프트에 분리 가능하게 장착되고; 상기 동축으로 배열된 샤프트는 베어링 지지된 3개 또는 4개의 베인 지지체에 의해서 하류 펌프 하우징의 출구단에 위치되며; 상기 임펠러는 초당 약 30미터의 주변속도로 개별적으로 회전될 수 있고; 상기 하류 임펠러는 작동모드 동안에 대기압으로 작동되도록 허용되고; 상기 흡입 하우징, 상류 및 하류 펌프 하우징은 모두 서로 부드럽게 접촉되며; 276㎪이상 또는 이하 범위의 압력에서 작동되도록 배열될 수 있는 워터 제트 추진장치.
2. 2개의 역회전 축류 임펠러를 지니며 압력 제어 펌핑장치가 상기 임펠러 사이에 배치됨으로써 상기 임펠러 사이의 공기유입을 위한 상기 펌프부를 통해서 아무런 공기 유입용 설비도 제공되지 않으며, 상기 하류 임펠러는 그의 하류로 유동하는데 아무런 제한도 갖지 않는 워터 제트 추진장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   임펠러는 펌프의 형상에 따라 10 내지 50도 범위의 주변 블레이드 각도를 갖는 추진장치.
4. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   하류 임펠러는 그의 블레이드에 부착된 링을 가짐으로써 펌프 하우징을 둘러싸는 것을 필요로 하지 않는 추진장치.
5. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   압력 제어 펌핑장치는 2개의 역회전 임펠러 사이에 배치되는 추진장치.
6. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   압력 제어 펌핑장치는 상류 임펠러의 중앙에 장착되는 추진장치.
7. 제 1항에 있어서,

   공기의 유입은 전자기구 수단에 의해서 원격으로 작동될 수 있는 플랩에 의해서 제어되는 추진장치.
8. 2개의 역회전 임펠러를 지님으로써 압력 제어 펌핑장치는 상기 임펠러 사이에 위치되며, 상기 상류 임펠러는 혼합형 유동설계이며 상기 하류 임펠러는 축류 설계인 추진장치.
9. 2개의 역회전 임펠러를 지님으로써 하류 임펠러는 조정 가능한 피치의 블레이드를 갖는 추진장치.