KR20100103982A - 선박의 전류고정날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로펠러의 전방에 설치되어 선박의 추진효율을 향상시키는 전류고정날개에 있어 그 길이를 프로펠러의 회전반경 보다 크게 설정하고 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 방사상의 비대칭 형상으로 배치함으로써, 전류고정날개의 끝단부에서 발생하는 유동박리현상에 의한 캐비티가 후류에 배치된 프로펠러의 표면을 침식하지 않도록 하여 전류고정날개를 저속 비대선과 중/고속 선박에 모두 적용할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로펠러(10)의 전방에서 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선에 대해 방사상으로 적어도 하나 이상의 전류고정날개(12)가 설치되고, 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 기준으로 그 길이가 상기 프로펠러(10)의 회전반경 보다 크게 설정되며, 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 비대칭 형상으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

전류고정날개, 프로펠러, 비대칭, 방사상 배치, 캐비테이션, 침식

Description

선박의 전류고정날개{Pre-swirl stator of ship}

본 발명은 선박의 전류고정날개에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러의 전방에 설치되어 추진효율을 향상시키는 전류고정날개의 길이를 프로펠러 보다 크게 설정하면서 프로펠러의 축방향에 대해 방사상의 비대칭 형상으로 배치함으로써 전류고정날개의 끝단부에서 발생하는 유동박리현상에 의한 프로펠러의 침식을 방지할 수 있도록 하는 선박의 전류고정날개에 관한 것이다.

일반적으로 선박에 있어 프로펠러는 회전하면서 추진력을 발생하기 때문에 프로펠러의 후류에서는 프로펠러의 회전방향에 대한 접선방향의 속도성분(Tangential Velocity)이 불가피하게 생성되고, 이러한 접선방향의 속도성분은 좌현(Port)과 우현(Starboard)에서 각각 상부를 향하게 된다. 이 결과, 프로펠러의 회전방향에 대한 접선방향의 속도성분은 선박의 추진효율을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.

이에 따라, 프로펠러의 후류에서 소실되는 프로펠러의 운동에너지를 회수하 기 위한 다양한 형태의 개선 방안이 대두되었는 바, 그 중에서 프로펠러의 전방에서 프로펠러의 축방향 중심선에 대해 방사상으로 전류고정날개(Pre-swirl stator)를 설치하는 것도 개선 방안의 일환이었다. 그리고, 전류고정날개는 주로 저속 비대선에 적용되어 선박의 속도 성능을 향상시키고자 적용하였다.

즉, 전류고정날개는 프로펠러에 의해 유기되는 접선방향의 속도와 반대되는 방향의 접선방향 속도를 주기 위하여 프로펠러의 전방에서 고정날개의 형태로 설치됨으로써 프로펠러의 후류에서 회전방향 운동에너지의 손실을 최소화하고 이를 통해 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있었다.

도 1은 종래 선박에 있어 전류고정날개가 설치된 상태를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 프로펠러(1)의 전방에 전류고정날개(3)가 다수로 설치되는 바, 상기 전류고정날개(3)는 상기 프로펠러(1)의 축방향 중심선을 기준으로 하여 방사상으로 배치되도록 구비된다.

그러나, 종래에는 상기 전류고정날개(3)의 길이에 대한 고려가 없었기 때문에 저속 비대선에 적용시에는 큰 문제가 발생하지 않았으나, 액화천연가스 운반선이나 컨테이너선과 같이 저속 비대선에 비해 선속이 상대적으로 빠른 중/고속 선박에 상기 전류고정날개(3)를 적용할 경우에는 선박의 속도 증가에 의해 상기 전류고정날개(3)의 단면을 따라 흐르는 유체의 유체역학적인 부하 증가로 귀결되어 상기 전류고정날개(3)의 끝단부에서 유동박리현상에 따른 캐비티(5; Cavity)가 발생하게 된다.

그리고, 상기와 같이 전류고정날개(3)의 끝단부에서 발생된 유동박리현상에 의한 캐비티(5)는 후류에서 회전하고 있는 프로펠러(1)의 날개 표면에 직접적인 영향을 주게 되어, 내구시 상기 프로펠러(1)의 표면에 대한 침식 발생으로 확대된다. 즉, 종래 전류고정날개(3)에 있어 반경방향의 길이에 대한 고려가 없었기 때문에 그 길이가 상기 프로펠러(1)의 반경 이하로 적용되는 경우에는 상기 전류고정날개(3)의 끝단부에서 발생하는 유동박리현상에 의한 캐비티(5)가 프로펠러(1)의 표면에 대한 침식(7)을 유발하여 내구성을 저하시키는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 프로펠러의 전방에 설치되어 선박의 추진효율을 향상시키는 전류고정날개에 있어 그 길이를 프로펠러의 회전반경 보다 크게 설정하고 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 방사상의 비대칭 형상으로 배치함으로써, 전류고정날개의 끝단부에서 발생하는 유동박리현상에 의한 캐비티가 후류에 배치된 프로펠러의 표면을 침식하지 않도록 하여 전류고정날개를 저속 비대선과 중/고속 선박에 모두 적용할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로펠러의 전방에서 상기 프로펠러의 축방향 중심선에 대해 방사상으로 적어도 하나 이상의 전류고정날개가 설 치되고, 상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 그 길이가 상기 프로펠러의 회전반경 보다 크게 설정되며, 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 비대칭 형상으로 배치되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 끝단부를 연결하는 동심원의 직경이 상기 프로펠러의 끝단부를 연결하는 동심원의 직경 이상이면서 30%를 초과하지 않는 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현에만 설치되고, 좌현에서 각각 등간격의 배치각도를 두고 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현과 우현에 각각 배치되고, 좌현에 위치한 전류고정날개의 수량은 우현에 위치한 전류고정날개의 수량 보다 많게 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 전류고정날개 중 좌현에 위치한 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 다수로 설치되며, 우현에 위치한 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수평평면을 향해 단일의 수량으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현과 우현에서 각각 등간격의 상이한 배치각도를 두고 다수로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 캐비테이션 의 발생이 극심한 영역을 회피하여 설치되고, 상기 전류고정날개의 피치각은 선박의 반류특성에 따라 0도 ~ 45도의 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박의 전류고정날개에 의하면, 프로펠러의 전방에 전류고정날개를 설치하여 선박의 추진효율을 향상시키도록 함에 있어, 전류고정날개의 길이를 프로펠러의 회전반경 보다 크게 설정함과 더불어 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 방사상의 비대칭 형상으로 배치하여 전류고정날개의 끝단부에서 발생하는 유동박리현상에 의한 캐비티가 후류에 배치된 프로펠러의 표면을 침식하지 않게 하고, 이로부터 선박의 추진효율 향상을 위한 전류고정날개를 저속 비대선과 중/고속 선박에 모두 적용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전류고정날개에 있어 좌/우현에 대한 배치를 비대칭성을 해치지 않는 범위에서 해당 선박의 반류특성을 고려하여 방사형으로 결정함으로써 최적의 효율 및 캐비테이션 특성을 발휘할 수 있게 되고, 특히 전류고정날개의 길이를 프로펠러의 길이 보다 크게 설정하여 전류고정날개의 끝단부에서 발생한 캐비티가 프로펠러의 표면과 만나지 않고 그대로 후류로 흘러갈 수 있어 프로펠러의 표면에 대한 침식 현상을 배제할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 있어 전류고정날개와 유입류가 이루는 각도는 최적의 효율 및 캐비테이션 관점에서 해당 선박의 반류특성에 따라 달라질 수 있기 때문에, 전류고정날개가 프로펠러로 유입되는 유체를 개선시키기 시작하는 0도에서부터 항 력이 과도하게 발생하는 45도 사이의 각도에서 전류고정날개에 대한 피치각을 최적의 각도로 설정할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 선박에 있어 선체에 추진력을 제공하는 프로펠러(10)의 전방에 다수의 전류고정날개(12)가 설치되고, 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 회전축 중심에 해당하는 축방향 중심선을 기준으로 하여 원주방향을 향해 방사상으로 배치된다. 이때, 선박은 선속을 기준으로 구분되는 저속 비대선과 중/고속 선박을 모두 포함한다.

또한, 상기 다수의 전류고정날개(12)는 도 3 내지 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면을 기준으로 하는 좌현과 우현에서 날개 배치의 비대칭성을 해치지 않는 범위에서 해당 선박의 반류특성을 고려하여 최적의 효율 및 캐비테이션 특성을 구현할 수 있도록 원주방향의 설치위치를 결정한다.

이 경우에 있어, 상기 전류고정날개(12)의 길이는 상기 프로펠러(10)의 길이 보다 크게 설정하여 상기 전류고정날개(12)의 끝단부에서 유동박리현상에 따라 발생하는 캐비티(14)가 상기 프로펠러(10)의 표면과 만나지 않고 그대로 후류도 흘러갈 수 있도록 하는 바, 더욱 상세하게는 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 기준으로 끝단부를 상호 연결하는 동심원의 직경(나)이 상기 프로펠러(10)의 끝단부를 상호 연결하는 동심원의 직경(가) 이상이면서 30%를 초과하지 않는 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 전류고정날개(12)의 끝단부를 연결하는 동심원의 직경(나)이 상기 프로펠러(10)의 끝단부를 연결하는 동심원의 직경(가) 대비 대략 30%를 초과하지 않는 범위 내에서 크거나 같게 설정되는 것은 상기 전류고정날개(12)의 길이 증대에 따른 중량 대비 상기 프로펠러(10)의 표면 침식에 대한 방지 효과를 고려하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명은 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선에 대해 방사상으로 설치되는 적어도 하나 이상의 전류고정날개(12)에 적용되는 것으로, 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 기준으로 그 길이가 상기 프로펠러(10)의 길이 보다 크게 설정된 것에 주된 특징을 갖고 있다.

여기서, 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 비대칭 형상으로 배치되는 것이 더욱 바람직한 바, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 전류고정날개(12)는 도 3에서와 같이 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현에만 국한되어 설치된다. 이 경우, 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현에서만 각각 등간격의 배치각도(45도)를 두고 3군데로 설치된다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 전류고정날개(12)는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평 면에 대해 좌현과 우현에 각각 배치되고, 이때 좌현에 위치한 상기 전류고정날개(12)의 수량은 우현에 위치한 상기 전류고정날개(12)의 수량 보다 많게 설정된다.

예컨대, 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도 4에서와 같이, 상기 전류고정날개(12) 중 좌현에 위치한 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 기준으로 다수의 수량으로 설치되고, 우현에 위치한 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수평평면을 따라 단일의 수량으로 설치된다. 즉, 좌현에 위치한 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면을 기준으로 볼 때 각각 45도의 등간격의 배치각도를 두고 3군데로 설치되고, 우현에 위치한 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수평평면에 해당하는 90도의 배치각도로서 1군데에만 설치된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현과 우현에서 각각 등간격이면서 좌현과 우현에 대해 서로 상이한 배치각도를 두고 다수로 설치되는 바, 이때에도 좌현에 위치한 상기 전류고정날개(12)의 수량은 우현에 위치한 상기 전류고정날개(12)의 수량 보다 많게 설정된다.

예컨대, 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도 5에서와 같이, 좌현에 위치한 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면을 기준으로 볼 때 각각 45도의 등간격의 배치각도를 두고 3군데로 설치되고, 우현에 위치한 전류고정날개(12)는 60도의 배치각도를 두고 2군데로 설치된다.

한편, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 있어, 상기 전류고정날개(12)는 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선을 기준으로 캐비테이션의 발생이 극심한 영역(도 6에서 빗금으로 표시한 부분)을 회피하여 설치되는 바, 이때 캐비테이션의 발생이 극심한 영역이란 상기 프로펠러(10)의 회전반경을 추종하는 궤적에 있어 축방향 중심선을 통과하는 수직평면의 하부를 시점으로 하는 기준원 상에서 반시계방향을 따라 170도 내지 220도의 구간에 해당하고, 이는 실험적으로 검증된 사안이다.

그리고, 상기 프로펠러(10)의 축방향 중심선에 대한 상기 전류고정날개(12)에 대한 각각의 피치각, 즉 상기 전류고정날개(12)와 유입류가 이루는 각도는 선박의 추진효율이나 캐비테이션의 관점에서 해당 선박의 반류특성을 고려하여 가변적으로 조절될 수 있는 바, 예컨대 상기 전류고정날개(12)가 상기 프로펠러(10)로 유입되는 유체의 흐름을 개선시키기 시작하는 0도에서 항력이 과도하게 발생하는 45도 사이의 각도에서 최적의 각도로 설정된다.

따라서, 본 발명은 선미의 프로펠러(10)의 전방에서 전류고정날개(12)를 설치함에 있어 좌현과 우현에서 배치의 비대칭성을 해치지 않는 범위에서 해당 선박의 반류특성을 고려하여 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있고, 특히 전류고정날개(12)의 길이를 프로펠러(10) 보다 크게 설정함으로써 전류고정날개(12)의 끝단부에서 발생하는 캐비티(14)를 후류에서 프로펠러(10)의 회전반경 외측 영역으로 벗어날 수 있도록 하여 캐비티(14)에 의한 프로펠러(10)의 표면 침식에 대한 문제를 해소할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래 선박에 있어 전류고정날개가 설치된 부위를 부분적으로 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 전류고정날개가 설치된 부위를 부분적으로 도시한 사시도.

도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 전류고정날개의 배치에 있어 캐비테이션 발생의 극심에 따른 회피 영역을 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-프로펠러 12-전류고정날개

14-캐비티

Claims (9)

1. 프로펠러의 전방에서 상기 프로펠러의 축방향 중심선에 대해 방사상으로 설치되는 적어도 하나 이상의 전류고정날개에 있어서,

   상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 끝단부를 연결하는 동심원의 직경이 상기 프로펠러의 끝단부를 연결하는 동심원의 직경 이상이면서 30%를 초과하지 않는 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 비대칭 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현에만 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 전류고정날개는 좌현에서 각각 등간격의 배치각도를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현과 우현에 각각 배치되고, 좌현에 위치한 전류고정날개의 수량은 우현에 위치한 전류고정날개의 수량 보다 많게 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 전류고정날개 중 좌현에 위치한 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 다수로 설치되며, 우현에 위치한 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수평평면을 향해 단일의 수량으로 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 통과하는 수직평면에 대해 좌현과 우현에서 각각 등간격의 상이한 배치각도를 두고 다수로 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전류고정날개는 상기 프로펠러의 축방향 중심선을 기준으로 캐비테이션 의 발생이 극심한 영역을 회피하여 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 전류고정날개의 피치각은 선박의 반류특성에 따라 0도 ~ 45도의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 전류고정날개.

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