KR20040107529A - 이중 선체 및 워터젯 드라이브를 구비한 고속 해양 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 선체(1, 2) 및 워터젯 드라이브를 구비하는 고속 해양 선박에 관한 것으로, 상기 워터젯 드라이브는 워터젯을 생성하기 위한 하나 이상의 펌프 조립체와 펌프 조립체를 위한 하나 이상의 구동 모터(3)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 펌프 조립체(4) 및 그 구동 모터(3)는 부분적으로 이중 선체(1, 2) 내의 공간을 사용함으로서 선박의 선미 영역 밖에 위치한다.

Description

이중 선체 및 워터젯 드라이브를 구비한 고속 해양 선박{HIGH-SPEED SEA-GOING SHIP COMPRISING A DOUBLE HULL AND A WATERJET DRIVE}

본 발명은 워터젯을 생성하기 위한 하나 이상의 펌프 조립체와 상기 펌프 조립체를 위한 하나 이상의 구동 모터를 포함하는 워터젯 드라이브를 주요 특징으로 하는 이중 선체(double hull)를 구비한 고속 해양 선박에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 공지된 구동 시스템보다 훨씬 장점을 갖는 구동 시스템을 구비한 고속 해양 선박, 예를 들어, 프리깃함 또는 구축함 뿐 아니라 페리 또는 메가요트를 제공하는 것이다. 주요 장점은 배출 항적(exhaust wake)을 회피하는 것이다. 추가적으로 본 발명은 드라이브에 요구되는 공간을 줄이도록 설계된다. 본 발명은 또한 프로펠러 드라이브와 결합하여, 예를 들어 큰 타격을 견딘 후에도 군함이 항해를 계속 유지하도록 하는 것이다.

이러한 목적은 이중 선체 안의 공간을 부분적으로 사용하여, 선박의 선미 영역 외측에 펌프 조립체 및 그 구동 모터를 위치시킴으로써 달성된다.

본 발명에 따른 새로운 배열은 선박의 아래에서 배출 가스가 큰 지출(outlay)없이 직접 배출되어 물 안에서 흩뜨려지는 것을 가능하게 하는 장점을 갖는다. 이중 선체의 일부를 사용함으로써, 워터젯 및 그 구동 모터를 위한 저-프로파일의 레이아웃이 생성되고 좋은 워터젯 배출 각도를 얻을 수 있다.

고속 해양 선박을 구동하기 위한 워터젯은 최근 "해양 솔루션에서의 롤스-로이스-동력"이라는 제목의 롤스-로이스의 인터넷 페이지 중 7페이지 이하에 공지되어 있다.

여기에서 구동 시스템의 개별 요소들은 선박의 선미 섹션 안에 위치하는데, 이는 또한 워터젯을 구비한 스피드보트로부터 알려져 있고, 프로펠러 드라이브를 사용하는 대형 조선업에서 오래동안 일반적이었던 것과 같다. 효율성 때문에 워터젯은 본질적으로 제트가 자유롭게 즉, 물 위로 방출되도록 위치한다. 그러나 이러한 형태의 배열은 본 발명에 다른 목적을 달성하기에 적합하지 않다.

본 발명에 따른 실시예에서는 선박 중앙의 후위 영역에 모터 조립체 및 그 구동 모터가 제공된다. 상기 시스템을 선박 중앙에 위치시키는 것은 워터젯이 물안에서 배기 가스의 분배에 공헌할 수 있도록 하는 것을 의미한다. 그 특징적인 장점은 선박이 고속으로 항해할 때 배출 가스 버블이 미세하게 분배되고 분산된다는 것이다. 물 안으로 깊이 들어가기 때문에 배출 가스 버블들이 선박의 선미 뒤에 도달할 때까지 그들은 표면으로 떠오르지 않는다. 선미 뒤에서 배출 가스 버블들은 선박의 항적으로 떠오른다.

본 발명의 추가 실시예에서, 펌프 조립체용 구동 모터로서 전기 모터가 제공되고, 이 전기모터는 부분적인 HTSL 권선을 포함하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 워터젯의 펌프 조립체는 디젤 엔진이나 가스 터빈에 의해 직접 구동된다. 이는 일련의 대형 선박의 선박 중앙 영역에 위치할 수 있다. 그러나, 만일 드라이브가 전기 모터이면 워터젯을 제어하고 수용하는 능력이 특히 향상된다.

본 발명의 추가적인 주요 실시예에서, 펌프 조립체용 구동 모터는 HTSL권선을 구비한 전기자를 포함한다. HTSL권선을 구비한 전기 모터의 전기자는 모터가 특히 작게 설계되도록 한다. 이와 같은 경우, 전기자와 정류자 권선 사이에 큰 공기 틈이 생길 수 있다. 모터의 내진 구조 구현에 있어 적합한 조건을 제공하고 이는 군함에 있어 매우 바람직하다. 추가적으로 공지의 전기 모터와 비교할 때 모터의 효율성이 증가하고 또한 선박의 이중 선체 안에 전기 모터를 배열하도록 하는 매우 바람직한 옵션이 제공된다. 이는 또한 본래 선박의 이중 선체 밖에 배열되는 펌프 조립체와 전기 모터 사이의 샤프트가 짧아지도록 한다. 이 모든 것들이 공지의 제품들보다 한 자리수 정도 더 작고 가벼운 구동기 배열 및 워터젯을 구성한다. 긴 샤프트를 가짐으로써 생성되는 기술적인 어려움들이 회피되고, 예를 들어 워터젯용 디젤 직접 드라이브를 위한 큰 공간이 필요하지 않게 된다.

이러한 경우에 펌프 조립체는 단일-부분 또는 다중-부분 곤도라 안에 배열되고, 특히 이는 이중 선체 안에 부분적으로 병합된다. 이는 특히 펌프 조립체 안으로의 물의 유입과 곤도라 주위로의 좋은 흐름 옵션을 제공한다. 유입은 축선 펌프 또는 대각선/방사형 펌프가 사용되는 경우에 특히 중요하다. 선박의 수중 실루엣이 이에 의해 단지 약간만 변경되는 것이 바람직하다.

워터젯, 곤도라 및 구동 모터가 필요한 장소는 이중 선체 모듈로서 구현되는 선박의 특정 선체 섹션 안에 배열되는 것이 바람직하고, 이는 선박의 제조 과정동안 이중 선체 안에 삽입될 수 있다. 이는 합리적인 선행 제조과정을 수행하도록 하여, 구형 장치의 개량시 발생하는 어려움과 비용을 절감할 수 있도록 한다. 이러한 이점들은 또한, 물속으로의 완전한 배출 분산이 그렇게 중요하지 않은 화물선 또는여객선용 워터젯이 선미 영역에 배열되는 때에도 달성된다.

본 발명의 추가 실시예에서, 펌프 조립체는 선박의 하위 선체의 상승된 부분 아래에 배열된다. 이러한 경우에, 이중 선체 안 상승된 부분에서의 전기 모터 및 그 설비의 치수가 작기 때문에, 하위 선체는 단지 평평하기만 하면 된다. 하위 선체의 모양과 동일하게 만들 필요가 없다.

워터젯을 생성하기 위해 다중 펌프 조립체가 바람직하고 이들은 쌍으로 그룹지워져 있다. 이를 통해 특히 하위 선체 아래에 전체적으로 배열될 수 있거나 또는 하위 선체 안에 부분적으로 병합될 수 있는 소형 워터젯 하우징의 바람직한 유동 설계가 가능하다. 이는 배의 관련 크기 및 분출 속도에 달려있고, 분출 속도에 따라 워터젯의 크기가 달라진다.

워터젯은 선박의 종축 또는 수평선에 대하여 모두 수평으로, 또한 어떠한 상황에서는 수직으로 기울어지는 것이 바람직하다. 기울기는 약 4도 내지 7도가 바람직하며, 따라서 매우 작다. 이는 특히 워터젯, 그리고 본 발명에 따른, 선미의 전기 방향타 프로펠러가 좋은 수준의 효율로 작동하도록 하는, 선체 아래의 바람직한 유동 조건을 생성한다. 따라서, 선박은 단지 방향타 프로펠러로만 구동될 수 있고 또한 워터젯 및 바람직하게는 이 두 구동 요소의 조합에 의해 구동될 수 있다.

만일 워터젯이 약간 외측을 향한다면 특히 바람직하다. 이러한 펌프 조립체의 배열은 부분적으로 선박 선체의 경사면에 뒤따르는 것이 바람직하다. 이는 특별하게 배출 가스가 잘 분산되도록 만든다.

배출가스가 물속으로 잘 들어가도록 하기 위해 이러한 경우에 물 배출 면 위의 각각의 펌프 조립체에는 선박의 배출물들을 워터젯 안에 혼합하기 위한 동축 배출 노즐 세그먼트(KADS)가 설치된다. 따라서, 선박의 배출물들이 배출 압축기가 사용됨없이 선박의 아래의 유동으로 안내되는 것이 가능하다. 동시에 배출물들은 물 안에서 잘 분산된다.

펌프 조립체의 구동 모터는 특히 에너지 생성 모듈 안에 수용되는 가스 터빈 발생기 세트로부터 전기 에너지를 얻는 것이 바람직하다. 이러한 에너지 생성 모듈은 바람직하게는 충격으로 부터 잘 보호될 수 있는 것이 바람직하고, 이를 위해 에너지 생성 모듈 안의 생성기가 개별적으로 충격으로부터 보호되도록 위치선정되고, 전함의 전 구동기가 높은 수준의 충격으로부터 보호되도록 형성된다. 또한 모든 베어링이 충격 보호적으로 구현될 수 있고, 개별 부분들이 고-충격 소재로 만들어지기 때문에, 워터젯 드라이브는 충격에 매우 잘 견디는 구조로 구현될 수 있다.

이러한 경우, 가스 터빈 발생기 세트가 펌프 조립체 위쪽에 배열되도록 제공되는 것이 바람직하다. 이를 통해 선박에 동력을 제공하기 위한 에너지 생성 시스템이 선박 중앙의 후위 부분 하측 아래에 제공되고, 그 결과 잘 보호되며, 높은 안정성을 갖도록 구현될 수 있다. 이 때의 추가 장점은 가스 터빈 배출 라인이 펌프 조립체의 워터젯 배출 측에서 동축 배출 가스 노즐 세그먼트(KADS) 안으로 유입하도록 작게 설계되는 것이 가능하다는 것이다. 따라서 배출 가스 압력 손실은 최소화된다. 배출 라인 그 자체가 동축 배출 가스 노즐 세그먼트(KADS)의 진공 영역 안으로 공급될 수 있기 때문에, 가스 터빈의 심각한 동력 손실은 발생하지 않는다.

본 발명의 추가 실시예에서, 발생기는 HTSL권선, 특히 HTSL권선을 갖는 전기자를 포함하여 형성된다. 이는 발생기가 작게 설계될 수 있으며, 이전에 달성되지 않았던 충격 보호 수준이 달성될 수 있다는 것을 의미한다.

워터젯의 뒤에, 워터젯을 위한 제트 편향 요소가 제공되며, 특히 선회판과 같은, 제트 편향 요소가 이중 선체 안에 설치될 수 있다. 이는 조향되는 워터젯이 선박의 바디 안 워터젯의 공간 배열에 특별한 방식으로 적용되도록 한다. 이를 통해 동시에 워터젯이 작동되지 않은 경우에도 바람직한 유동 디자인이 형성된다.

워터젯은 개별적으로 제어되는 것이 바람직하고- 이는 전기적 구동 모터를 사용함으로써 제공되는 단순한 옵션이다-, 워터젯의 전력 조정은 추가적인 프로펠러 드라이브의 전력 조절과 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 어떠한 경우, 프로펠러 드라이브가 손상된 경우조차, 각각에서 수행될 수 있는 개별적인 조정을 통해 - 선박의 제어가능성 및 또한 선박의 전체 속도가 제어가능하다. 전체적으로 이는 이전의 전함 건조 및 상용 선박 제조시에서 알려져 있지 않았던 선박의 생존 가능성 능력 및 기동성 능력을 생성한다.

본 발명에 따라 구현된 선박은 워터젯 뿐 아니라 프로펠러 드라이브를 포함하는 것이 바람직한데, 이는 특히 전기 방향타 프로펠러 드라이브이며, 이는 연로 전지로부터 전기 에너지를 얻는 것이 바람직하다. 이는 상용 선박 및 군용 선박 모드에 있어 연료 전지 드라이브(저속)를 통한 방출 또는 워터젯 드라이브(고속) 모터(가스 터빈)를 통한 눈에 띄지 않을 수 있는 방출로부터 전적으로 자유롭다는 이점을 갖는다. 이전에는 쉽게 감지(군함)되거나 불쾌(상용 선박)하였던 배출 항적 및 소음이 완전히 사라진다.

본 발명은 본 발명에 또한 중요한 추가 상세부를 보여주는 도면에 기초하여 더욱 자세하게 설명된다.

도면에서:

도 1은 선박 중앙 드라이브 영역(선체 섹션)의 개략도이고;

도 2는 한 쌍의 워터젯의 배열 및 하우징 설계의 프레임 위상을 나타내고; 그리고

도 3은 워터젯의 수직 위치에서 도시한 도면이다.

도 1에서 선박의 하면은 도면 번호 1이며, 이중 선체의 상단면은 2이다. 약간 상측으로 각진 이중 선체의 상부면 영역(6)에 워터젯 발생기 조립체(4)용 구동 모터(3), 특히 HTSL 전기자 권선을 구비한 모터가 위치한다. 요소 3 및 4 사이의 샤프트는 매우 짧도록 설계되는 것이 바람직하다. 선박의 바닥의 부분(7)에서 렛(let)의 강도는 파장의 함수이다. 또한 내부에 제어 및 조정 장치가 위치하는, 도시되지 않은 가스 터빈 발생기는 선박의 구동기 유닛 위의 모듈 안에 배열된다. 그 안으로 배출라인이 공급되는 동축 배출 노즐 세그먼트(KADS)(8)는 워터 펌프 조립체(4)에 부가된다. 이는 특별한 방식으로 고립되고 폐쇄 플랩(closure flap)을 이룬다.

선체 안에는 보조 기계실(10)이 워터 펌프 조립체(4)와 결합되어 있다. 배가 건조되는 때, 보조 기계실(10), 워터 펌프 조립체(4) 및 전기 모터(3)가 위치하는 선박의 선체 영역은 함께 설치되는 선체 섹션을 형성하는 것이 바람직하다.

곤도라 쌍들 안에 워터젯을 수용하기 위한 옵션의 보다 상세한 내용이 두 곤도라(10, 11)를 포함하는 도 2의 그리드 위상(grid topology)에 도시된다. 그리드 위상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 선박 선체의 기하에 크게 간섭하지 않고, 워터젯 안으로 물이 잘 유동하는 것이 가능하다. 이는 선박의 수중 단면으로부터 단지 약간만 돌출하기 때문에, 단지 약간의 난류만이 형성된다. 본 발명에 따른 선박은 워터젯의 영역에서도 전체적으로 좋은 수중 형상을 갖는다.

도 3에서 제 1 워터젯(15)의 중심축은 도면 번호 12로 지시되고, 제 2 워터젯(16)의 중심축은 도면 번호 13으로 지시되며, 두 워터젯은 쌍을 이루고 있다. 워터젯(15, 16) 사이의 수평 갭은 X로 지시되고, Y는 워터젯(15, 16) 사이의 수직 갭이다. 수직 갭(Y)은 워터젯 영역에서 외측 에지(14)의 경사면을 향한다. 선박의 선체의 경사면 및 워터젯 배열의 외부 중심에 의존하여, X 및 Y의 크기가 선박 측에서 몇 퍼센트 상승하고, 배출 가스의 몇 퍼센트가 후방으로 흐를지가 결정된다.

Claims (25)

1. 워터젯을 생성하기 위한 하나 이상의 펌프 조립체와 상기 펌프 조립체를 위한 하나 이상의 구동 모터를 구비한 워터젯 드라이브를 포함하는 이중 선체를 구비한 고속 해양 선박에 있어서,

   상기 펌프 조립체(4) 및 상기 펌프 조립체의 구동 모터(3)는 상기 이중 선체(1, 2) 안의 일부 공간을 사용하고, 상기 선박의 선미 영역 밖에 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
2. 제 1항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4) 및 상기 펌프 조립체의 구동 모터(3)는 상기 선박의 후방 중앙 선박 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4)를 위한 구동 모터(3)는 전기 모터이고, 상기 전기 모터는 적어도 부분적으로, HTSL 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
4. 제 3항에 있어서, 상기 전기 모터는 HTSL 권선을 구비한 전기자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
5. 제 3항 또는 제4항에 있어서, 상기 전기 모터는 상기 선박의 상기 이중 선체(1, 2) 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
6. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4)는 특히 부분적으로 상기 이중 선체(1, 2) 안으로 병합된 단일-부분 또는 다중부분 곤도라(15, 16) 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
7. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4)는 상기 선박 선체(1)의 상승된 부분(7) 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
8. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 워터젯, 상기 워터젯의 곤도라(15, 16) 및 상기 워터젯의 구동 모터(3)가 필요한 장소는 상기 선박의 특정 플로어 섹션에 배열되는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
9. 제 8항에 있어서, 상기 플로어 섹션은 상기 선박이 건조될 때, 상기 이중 선체(1, 2) 안으로 삽입될 수 있는 이중 선체 모듈로서 구현되는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
10. 제 8항에 있어서, 상기 플로어 섹션은 바람직하게는 상기 선박의 중앙 영역또는 고물 섹션에 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
11. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 선박은 바람직하게는 서로의 다음에 쌍으로 각각 배열된 다수의, 특히 둘 또는 네개의 펌프 조립체(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
12. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4) 또는 쌍은 수평 방향에 대해 일정 각도로 경사지게 배열되고, 특히 상기 워터젯은 예를 들어, 1도 내지 8도, 특히 4도 내지 7도까지 상측으로 경사진 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
13. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4) 또는 쌍은 상기 선박의 종방향으로부터 외측으로 위치하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 펌프 조립체(15, 16)의 각 쌍은 그 수직 위치에 대하여, 상기 선박의 선체(14)의 경사면에 부분적으로 또는 전체적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
15. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 각각의 펌프 조립체(4)는 상기 펌프 조립체의 물 배출측에서 상기 선박의 배출 가스를 워터젯 안에 혼합하기 위해 동축 배출 가스 세그먼트(KADS)(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
16. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 펌프 조립체(4)의 구동 모터(3)는 특히 에너지 생성 모듈 안에 수용된 가스 터빈 발생기 세트로부터 전기 에너지를 얻는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
17. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 가스 터빈 발생기 세트는 상기 모터 및 펌프 조립체 영역 위쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 가스 터빈은, 작게 설계되고 상기 동축 배출 노즐 세그먼트(KADS)(8) 안으로 들어오는 배출 라인(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
19. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 발생기는 HTSL 권선, 특히 HTSL 권선을 구비한 전기자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
20. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 선박은 워터젯용 제트 편향 요소, 특히 선회판과 같은, 이중 선체(1, 2) 안으로 들어갈 수 있는 제트 편향판을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
21. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 워터젯들은 상기 워터젯이 개별적으로 제어될 수 있도록 구현되는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
22. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 워터젯(15, 16)과 별개로, 상기 선박은 방향타 프로펠러 드라이브, 특히 전기 방향타 프로펠러 드라이브를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 전기 방향타 프로펠러 드라이브는 바람직하게는 연료 전지로부터 전기 에너지를 얻는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
23. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 워터젯의 전력 제어는 전기 방향타 프로펠러와 같은, 상기 선박의 프로펠러 드라이브의 전력 제어에 매칭되는 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
24. 전항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 선박은 프리깃함, 코르벳함 또는 고속 순찰함과 같은 해군 선박인 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.
25. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서, 상기 선박은 페리 또는 로팍스(RoPax) 선박 또는 큰 요트와 같은 화물선 또는 여객선인 것을 특징으로 하는 고속 해양 선박.