KR20100132161A - 선체진동 저감형 선박 - Google Patents

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Abstract

선체진동 저감장치가 개시된다. 선체의 선미부에 설치되는 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의한 선체의 진동을 저감하기 위한 선체진동 저감장치로서, 상기 프로펠러의 상측에 위치하는 상기 선체의 내부에 설치되고, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동(Resonant vibration)하여 압축공기를 발생하는 압축공기 발생부; 및 상기 압축공기 발생부에 의해 발생된 압축공기를 전달받아 상기 프로펠러의 상측으로 방출하는 노즐을 포함하고, 상기 노즐로부터 방출된 압축공기가 상기 프로펠러와 프로펠러의 상측에 위치하는 상기 선체의 외판 사이에 기포층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선체진동 저감장치는 또한, 압축공기 발생부는 프로펠러의 회전시 발생되는 압력파에 의해 구동됨으로써, 많은 전기 에너지를 소모하는 기존의 압축기처럼 별도의 전원이 필요하지 않으며, 넓은 설치공간을 요구하지 않는다라는 장점이 있다. 또한, 압축공기 발생부가 프로펠러의 회전시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동(Resonant vibration)하여 압축공기를 발생시킴으로써, 유기되어 소멸될 가능성이 있는 압력파의 에너지가 회수되어 사용될 수 있다. 따라서 에너지 활용 측면에서 효과적이다.
압력파, 프로펠러, 진동

Description

선체진동 저감형 선박{Ship of hull-vibration reduction type}
본 발명은 선박에 관한 것이다. 보다 상세하게는 선체진동 저감형 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 추진기로서 프로펠러를 포함한다. 프로펠러는 선체의 선미부에 설치되고, 회전함으로써 추력을 발생시킨다.
프로펠러가 추력을 발생시키기 위해 회전하는 경우, 프로펠러의 주변에 캐비테이션이 발생한다. 이와 같은 캐비테이션은 압력파를 발생시킨다. 캐비테이션에 의한 압력파는 선체에 전달된다.
특히, 압력파는 프로펠러의 상측에 위치하는 선체 외판에 직접 전달된다. 선체에 전달된 압력파는 기진력으로 작용하여 선체 진동을 유발하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파가 선체로 전달되는 것을 방해하도록 구성된 선체진동 저감장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 프로펠러의 회전 시 발생되나 외부로 유기되어 소멸하는 압력파의 에너지를 이용할 수 있도록 구성된 선체진동 저감장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 선미부에 설치되는 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의한 선체의 진동을 저감하기 위한 선체진동 저감장치로서, 상기 프로펠러의 상측에 위치하는 상기 선체의 내부에 설치되고, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동(Resonant vibration)하여 압축공기를 발생하는 압축공기 발생부; 및 상기 압축공기 발생부에 의해 발생된 압축공기를 전달받아 상기 프로펠러의 상측으로 방출하는 노즐을 포함하고, 상기 노즐로부터 방출된 압축공기가 상기 프로펠러와 프로펠러의 상측에 위치하는 선체의 외판 사이에서 기포층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선체진동 저감장치가 제공된다.
상기 압축공기 발생부는, 일 단부가 상기 선체에 설치되고 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파를 상기 선체를 통해 전달받는 스프링과, 상기 스프링의 타 단부에 설치되는 피스톤을 포함하는 공진 진동자; 및 상기 피스톤이 왕복이동가 능하게 수용되는 실린더를 포함하고, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동하는 상기 공진 진동자의 피스톤이 상기 실린더의 내부를 왕복이동함에 따라 압축공기가 발생될 수 있다.
상기 압축공기 발생부와 상기 노즐을 연결하는 연결라인; 및 상기 연결라인 상에 설치되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 스프링은, 상기 선체의 외판 내측면에 접할 수 있다.
상기 공진 진동자는, 상기 선박이 순항속도에서 항해 시 상기 공진 진동자의 고유진동수가 상기 프로펠러의 회전시 발생되는 압력파의 진동수와 일치하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체; 상기 선체의 선미부에 설치되는 프로펠러; 및 상기 선체진동 저감장치를 포함하는 선박이 제공된다.
본 발명에 따르면, 프로펠러와 프로펠러의 상측에 위치하는 선체의 외판 사이에 기포층을 형성함으로써 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파가 선체로 전달되는 것이 방해되고, 압력파에 의한 선체진동이 저감될 수 있다.
또한, 압축공기 발생부는 프로펠러의 회전시 발생되는 압력파에 의해 구동됨으로써, 많은 전기 에너지를 소모하는 기존의 압축기처럼 별도의 전원이 필요하지 않으며, 넓은 설치공간을 요구하지 않는다라는 장점이 있다.
또한, 압축공기 발생부가 프로펠러의 회전시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동(Resonant vibration)하여 압축공기를 발생시킴으로써, 유기되어 소멸될 가능성이 있는 압력파의 에너지가 회수되어 사용될 수 있다. 또한, 에너지 활용 측면에서 효과적이다.
이하, 본 발명에 따른 선체진동 저감장치 및 이를 포함하는 선박의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일하거나 대응되는 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체진동 저감장치를 포함하는 선박의 선미부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(100)은 선체(110)와, 프로펠러(130)와, 선체진동 저감장치(150)을 포함한다.
선체(110)는 선미부에 프로펠러(130)가 설치된다. 프로펠러(130)는 선체(110)의 내부에 탑재된 엔진(미도시)으로부터 구동력을 전달받아 회전한다. 프로펠러(130)는 회전 시 캐비테이션에 의한 압력파를 발생한다. 이러한 압력파는 프로펠러(130)의 상측에 위치하는 선체(110)에 전달된다.
본 실시예에 따른 선박(100)은 선체(110)에 선체진동 저감장치(150)가 설치된다. 선체진동 저감장치(150)는 프로펠러(130)와 프로펠러(130)의 상측에 위치하는 선체(110)의 외판 사이에 기포층을 형성한다.
이와 같은 기포층은 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파가 선체(110) 로전달되는 것을 방해한다. 이에 따라 압력파에 의한 선체(110)의 진동이 저감될 수 있다.
본 실시예에 따른 선체진동 저감장치(150)는 압축공기 발생부(160)와, 노즐(180)을 포함한다. 압축공기 발생부(160)는 기포층을 형성하는 압축공기를 발생시키기 위한 구성으로서, 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동하여 압축공기를 발생시킨다.
도 1을 참조하면, 압축공기 발생부(160)는 프로펠러(130)의 상측에 위치하는 선체(110)의 내부에 설치된다. 압축공기 발생부(160)는 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동하는 공진 진동자(Resonant vibrator)(161)와, 공진 진동하는 공진 진동자(161)를 수용하는 실린더(165)를 포함한다.
공진 진동자(161)는 일 단부가 선체(110)에 설치되는 스프링(162)과, 스프링(162)의 타 단부에 설치되는 피스톤(163)을 포함하여 구성될 수 있다. 스프링(162)은 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파를 선체(110)를 통해 전달받는다.
도 1을 참조하면, 스프링(162)은 프로펠러(130)의 상측에 위치하는 선체(110)의 외판의 내측면에 접할 수 있다. 이에 따라, 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파를 보다 효과적으로 전달받을 수 있다. 이 경우, 스프링(162)과 선체(110)의 외판 사이에는 다른 부재가 개재될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 스프링(162)은 소정의 스프링 상수(k)를 갖고, 피스톤(163)은 소정의 질량(m)을 갖는다. 이와 같이 구성된 공진 진동자(161)의 고유 진동수(ωn)라고 하면 고유 진동수(ωn )는
Figure 112009034709488-PAT00001
이다.
공진 진동자(161)는 공진 진동자(161)의 고유 진동수(ωn)가 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파의 진동수(ωf)와 일치하도록 제작될 수 있다. 이 경우, 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파는 선체(110)를 통해 스프링(162)으로 전달되고, 전달된 압력파에 의해 공진 진동자(161)는 공진 진동할 수 있다.
이 경우, 스프링(162)은 신장과 압축을 반복하고, 도 1에서 볼 때 상하방향으로 진동할 수 있다. 이에 따라, 스프링(162)의 단부에 설치된 피스톤(163)은 도 1에서 볼 때 상하방향으로 왕복 운동할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 선박(100)은 대부분의 시간을 순항속도에서 항해할 수 있다. 이 경우, 공진 진동자(161)는 공진 진동자(161)의 고유 진동수(ωn)가 선박(100)의 순항속도에서 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파의 진동수(ωf)와 일치하도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 공진 진동 시 왕복 운동하는 피스톤(163)은 실린더(165)의 내부에 수용된 상태로 왕복운동 할 수 있다. 피스톤(163)이 실린더(165) 내부를 왕복 운동함에 따라 실린더(165)의 내부공간에서 압축공기가 발생한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 선체진동 저감장치(150)는 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파를 이용하여 압축공기를 발생시킴으로써, 전기 에너지를 소모하는 기존의 압축기처럼 별도의 전원이 필요하지 않으며, 넓은 설치공간을 요구 하지 않는다. 또한, 보수 및 유지 비용이 절감될 수 있고, 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파를 재활용할 수 있어 에너지 활용 측면에서 효과적이다.
도 1을 참조하면, 압축공기 발생부(160)에 의해 발생된 압축공기는 연결라인(170)을 통해 노즐(180)로 전달된다. 보다 상세히, 연결라인(170)의 일 단부는 압축공기가 발생되는 실린더(165)의 내부와 연결되고, 연결라인(170)의 타 단부는 노즐(180)과 연결된다.
연결라인(170) 상에는 체크밸브(172)가 설치될 수 있다. 체크밸브(172)는 압축공기 발생부(160)에서 압축공기가 발생되는 과정에서 해수가 선체(110)의 외부에서 노즐(180)을 통해 압축공기 발생부(160) 측으로 역류하는 것을 방지한다.
도 1을 참조하면, 노즐(180)은 선체(110)에 설치된다. 노즐(180)의 노즐구멍은 선체(110)에 형성된 개구부를 통해 선체(110)의 외부에 노출된다. 노즐구멍은 프로펠러(130)의 상측을 향한다.
노즐(180)은 압축공기 발생부(160)로부터 발생된 압축공기를 전달받아 프로펠러(130)의 상측으로 방출한다. 노즐(180)로부터 방출된 압축공기는 기포층을 발생시킨다. 발생된 기포층은 프로펠러(130)의 상측에서 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파가 선체(110)로 전달되는 것을 방해한다.
이에 따라, 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파는 상대적으로 선체(110)에 덜 전달되고, 압력파에 의한 선체(110)의 진동이 저감될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선체진동 저감장치의 작동상태를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 선체(110)의 선미부에 설치되는 프로펠러(130)가 회전 시 압력파(P)가 발생한다.
압력파(P)는 프로펠러(130)의 상측에 위치하는 선체(110)에 전달된다. 전달된압력파(P)에 의해 압축공기 발생부(160)의 공진 진동자(161)가 공진 진동하고, 이에 따라 압축공기 발생부(160)의 실린더(165) 내부에서 압축공기가 발생한다.
발생된 압축공기는 연결라인(170)을 따라 노즐(180)로 전달되고, 노즐(180)로 전달된 압축공기는 프로펠러(130)의 상측으로 방출된다. 이에 따라, 프로펠러(130)와 프로펠러(130)의 상측에 위치하는 선체(110)의 외판 사이에 기포층(B)이 형성된다.
이와 같이 형성된 기포층(B)은 프로펠러(130)의 회전 시 발생되는 압력파(P)가 선체(110)로 전달되는 것을 방해한다. 이에 따라 압력파(P)에 의한 선체(110)의 진동을 저감될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 선체진동 저감장치를 포함하는 선박에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체진동 저감장치를 포함하는 선박의 선미부를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선체진동 저감장치의 작동상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 선체 130 : 프로펠러
150 : 선체진동 저감장치 160 : 압축공기 발생부
170 : 연결라인 180 : 노즐

Claims (6)

  1. 선체의 선미부에 설치되는 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의한 선체의 진동을 저감하기 위한 선체진동 저감장치로서,
    상기 프로펠러의 상측에 위치하는 상기 선체의 내부에 설치되고, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동(Resonant vibration)하여 압축공기를 발생하는 압축공기 발생부; 및
    상기 압축공기 발생부에 의해 발생된 압축공기를 전달받아 상기 프로펠러의 상측으로 방출하는 노즐을 포함하고,
    상기 노즐로부터 방출된 압축공기가 상기 프로펠러와 프로펠러의 상측에 위치하는 상기 선체의 외판 사이에 기포층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선체진동 저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축공기 발생부는,
    일 단부가 상기 선체에 설치되고 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파를 상기 선체를 통해 전달받는 스프링과, 상기 스프링의 타 단부에 설치되는 피스톤을 포함하는 공진 진동자; 및
    상기 피스톤이 왕복운동가능하게 수용되는 실린더를 포함하고,
    상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 압력파에 의해 공진 진동하는 상기 공진 진동자의 피스톤이 상기 실린더의 내부를 왕복운동함에 따라 압축공기가 발생되는 것을 특징으로 하는 선체진동 저감장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축공기 발생부와 상기 노즐을 연결하는 연결라인; 및
    상기 연결라인 상에 설치되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선체진동 저감장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스프링은,
    상기 선체의 외판 내측면에 접하는 것을 특징으로 하는 선체진동 저감장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 공진 진동자는,
    상기 선박이 순항속도에서 항해 시 상기 공진 진동자의 고유진동수가 상기 프로펠러의 회전시 발생되는 압력파의 진동수와 일치하도록 형성되는 것을 특징으 로 하는 선체진동 저감장치.
  6. 선체;
    상기 선체의 선미부에 설치되는 프로펠러; 및
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 선체진동 저감장치를 포함하는 선체 진동 저감형 선박.
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