KR20110088018A

KR20110088018A - 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러

Info

Publication number: KR20110088018A
Application number: KR1020100007722A
Authority: KR
Inventors: 조효석; 김경희; 김상효
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-03
Also published as: KR101185419B1

Abstract

본 발명은 프로펠러의 말단에서 발생되는 공동현상을 억제할 수 있는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러에 관한 것이다. 본 발명은 워터제트를 분사하는 워터제트 분사부, 상기 워터제트 분사부에 상기 워터제트를 공급하는 워터제트 공급부 및 상기 워터제트 분사부의 분사방향을 조절하는 각도 조절부를 포함한다. 본 발명은 상기 프로펠러의 말단 부분에 워터제트를 분사하여 상기 프로펠러의 추진효율을 감소시키고 상기 프로펠러의 기계적 고장을 유발시키는 공동현상을 억제 한다.

Description

워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러{Cavitation protection propeller using waterjet}

본 발명은 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러에 관한 것으로, 더 상세하게는 선박의 프로펠러가 회전될 때 공동현상을 저감시키는 공동현상 방지 프로펠러에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 선박과 물 사이에서 발생되는 부력에 의해 물 위에 떠있다. 물 위에 떠있는 선박은 프로펠러 등이 설치된 추진기기에 의해 추진력을 전달받아 앞으로 전진 또는 뒤로 후진된다.

예를 들어 엔진과 여러 날개를 포함하고 있는 프로펠러가 설치된 추진기기는 엔진에 의해 프로펠러가 회전된다. 프로펠러가 엔진에 의해 회전되면 프로펠러의 한쪽 면은 물을 뒤로 밀어내고 프로펠러의 다른 면은 물을 빨아들이게 된다.

이때, 프로펠러에 의해 물이 밀어지는 면은 압력이 높아지고 프로펠러에 의해 물이 빨아들여지는 면은 압력이 낮아지게 된다. 이로 인해 프로펠러의 앞뒤면에 압력차가 발생되고 선박은 전진 또는 후진할 수 있는 추진력을 받는다.

공동현상은 프로펠러가 빠르게 회전될 때와 프로펠러의 회전속도가 갑자기 빨라질 때 프로펠러의 말단부분에서 발생된다. 공동현상은 프로펠러 주위를 순간적으로 비는 것처럼 형성하여 프로펠러의 추진효율을 저하시킨다. 또한, 공동현상이 소멸될 때 프로펠러 주위의 수증기가 물로 변화되면서 프로펠러 주위의 공간이 순간적으로 축소되고 이로 인한 충격이 프로펠러에 가해진다. 따라서, 프로펠러는 공동현상으로 인해 추진효율 저하 및 기계적 고장 등이 유발된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 워터제트를 분사하여 프로펠러의 추진효율을 상승시키고 공동현상을 저감시키는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 프로펠러의 날개 표면에서 워터제트를 분사하는 노즐을 구비하는 워터제트 분사부와, 상기 워터제트 분사부에 상기 워터제트를 공급하는 워터제트 공급부 및 상기 노즐의 각도를 조절하는 각도 조절부를 포함하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러를 제공한다.

본 발명의 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러는 워터제트 공급부와 워터제트 공급부로부터 전달되는 워터제트를 분사하는 워터제트 분사부를 사용함으로써 프로펠러의 말단 부분에서 발생되는 공동현상을 억제한다.

또한, 본 발명은 노즐의 각도를 조절하는 각도 조절부를 사용함으로써 프로펠러의 말단 부분에서 발생되는 공동현상을 효과적으로 억제한다.

또한, 본 발명은 날개의 말단 부분에서 발생되는 공동현상을 억제함으로써 선박의 추진효율을 상승시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러의 일 실시예를 보여주는 정면도이다.
도 2는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러의 단면을 보여주는 단면도이다.
도 3은 워터제트 공급부의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)의 일 실시예를 보여주는 정면도이다. 도 2는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)의 단면을 보여주는 단면도이다. 도 3은 워터제트 공급부(120)의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고 하면, 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)는 워터제트 분사부(110), 워터제트 공급부(120) 및 각도 조절부(130)를 포함한다.

워터제트 분사부(110)는 워터제트를 분사하는 노즐(111)을 포함한다. 노즐(111)은 날개(140)의 말단에 형성된 홈(141) 부분에 설치된다.

날개(140)의 말단 부분에서 발생되는 공동현상을 방지하기 위해 워터제트 공급부(120)에서 공급되는 워터제트를 날개(140)의 표면에서 분사한다.

노즐(111)은 각도 조절부(130)에 의해 날개(140)의 말단부분에서 발생되는 공동현상 발생으로 인해 압력이 저하되는 곳을 향해 워터제트를 분사할 수 있도록 방향이 조절된다.

노즐(111)은 조절장치(113)를 포함한다. 조절장치(113)는 노즐(111)의 일측에 설치된다. 조절장치(113)는 각도 조절부(130)의 제어부(132)에 의해 제어된다. 또는, 조절장치(113)는 사용자에 의해 제어된다. 조절장치(113)는 워터제트 이동관(112)의 개폐정도를 조절한다. 따라서, 노즐(111)은 조절장치(113)에 의해 분사되는 워터제트의 속도가 조절된다.

워터제트 분사부(110)는 워터제트 이동관(112)을 포함한다. 워터제트 이동관(112)은 말단에 노즐(111)이 설치되고 날개(140)의 내부에 설치된다. 이때, 워터제트 이동관(112)은 날개(140)의 곡률에 대응하여 설치된다. 워터제트 이동관(112)을 통해 워터제트 공급부(130)에서 공급되는 워터제트가 노즐(111)로 이동된다.

워터제트 이동관(112)은 날개(140)의 내부에 설치됨으로써 날개(140)가 회전되면서 발생되는 압력으로 인해 워터제트 이동관(112)의 형상이 변형되는 것이 방지된다. 워터제트 이동관(112)은 날개(140) 말단부분에서 발생되는 공동현상에 대응할 수 있도록 다수 개가 날개(140)의 내부에 설치된다. 또한, 워터제트 이동관(112)은 각각의 날개(140)에 설치된다.

워터제트 이동관(112)은 이동되는 워터제트에 의해 날개(140)의 내부가 손상되는 것을 방지하기 위해 강도가 높은 재질을 포함한다.

날개(140)가 회전되며 날개(140)의 회전력에 의해 물의 이동속도가 증가된다. 물의 이동속도가 증가되면 물의 압력이 저하된다. 물의 압력이 증기압 이하로 저하되면 물은 수증기로 변하게 되고 날개(140)의 주위가 비는 것과 같은 현상이 발생된다. 이때, 워터제트 분사부(110)가 워터제트를 날개(140)의 말단부분에 분사함으로써 날개(140)의 주위가 비는 것과 같은 현상을 방지한다.

따라서, 날개(140)의 말단부분에서 발생되는 공동현상이 방지되고 선박의 추진효율이 상승된다.

워터제트 공급부(120)는 물 공급부(121)를 포함한다. 물 공급부(121)는 압력발생부(122)에 연결되어 물을 공급한다. 이때, 물 공급부(121)는 선박의 표면에 설치되어 선박 외부의 물을 압력발생부(122)에 공급한다. 또한, 물 공급부(121)는 물이 저장된 별도의 탱크(미도시)를 포함하여 물을 압력발생부(122)에 공급할 수 있다.

워터제트 공급부(120)는 압력발생부(122)를 포함한다. 압력발생부(122)는 워터제트 이동관(112)과 물 공급부(121)의 사이에 설치된다. 압력발생부(122)는 물 공급부(121)에서 공급되는 물에 압력을 가하여 워터제트 이동관(112)으로 배출한다.

이때, 압력발생부(122)는 워터제트 이동관(112)으로 공급하는 워터제트의 양을 일정하게 제어한다. 또한, 압력발생부(122)는 워터제트 이동관(112)으로 공급하는 워터제트의 양을 가변하도록 제어할 수 있다.

압력발생부(122)는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)의 회전축(미표시)에 체결된다. 이때, 상기 회전축은 내부에 공간이 형성되고, 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)에 연결된다. 또한, 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)의 중앙부는 중공형상이며 워터제트 이동관(112)이 연결된다.

따라서, 압력발생부(122)에 의해 압력을 받은 물은 상기 회전축의 내부공간으로 이동한다. 상기 물은 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)의 중앙부를 통해 워터제트 이동관(112)으로 이동한다.

한편, 압력발생부(122)는 워터제트 이동관(112)과 별도로 연결부재(미도시)와 체결될 수 있다. 상기 연결부재는 워터제트를 워터제트 이동관(122)으로 전달할 수 있다.

이때, 상기 연결부재는 상기 회전축의 내부공간 및 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러(100)의 중공부에 삽입된다. 상기 연결부재는 압력발생부(122)와 체결되는 호스 등을 포함할 수 있다.

각도 조절부(130)는 압력센서(131)를 포함한다. 압력센서(131)는 날개(140)의 말단부분에 다수 개가 설치되고 각각의 날개(140)에 설치된다. 압력센서(131)는 날개(140)의 회전에 따른 공동현상에 의해 압력이 변화되는 것을 감지한다. 압력센서(131)는 날개(140) 말단부분의 압력을 측정하여 압력신호를 제어부(132)로 출력한다.

압력센서(131)는 공동현상으로 인해 날개(140) 말단부분의 압력이 저하되면 출력크기가 작은 압력신호를 출력한다.

각도 조절부(130)는 제어부(132)를 포함한다. 제어부(132)는 날개(140)의 내부에 설치되어 다수의 압력센서(131)에서 출력되는 압력신호를 전달받는다. 다수의 상기 압력신호를 전달받은 제어부(132)는 각각의 상기 압력신호를 비교하여 노즐 회전장치(133)의 회전방향 및 회전각도를 결정하는 회전데이터를 노즐 회전장치(133)로 출력한다.

제어부(132)는 압력센서(131) 및 노즐 회전장치(133)와 유선으로 연결되어 상기 압력신호 및 회전데이터를 송수신한다. 또한, 제어부(132)는 압력센서(131) 및 노즐 회전장치(133)와 무선으로 연결되어 상기 압력신호 및 회전데이터를 송수신할 수 있다.

제어부(132)는 상기 압력신호를 근거로 공동현상 발생여부를 판단한다. 제어부(132)는 공동현상이 발생되면 동작 신호를 발생시킨다. 제어부(132)는 상기 동작 신호를 조절장치(113)에 송신한다. 조절장치(113)는 상기 동작 신호를 수신한다. 조절장치(113)는 워터제트 이동관(112)의 개방 정도를 조절한다. 따라서 조절장치(113)는 공동현상이 발생한 경우, 공동현상을 제거하도록 노즐(111)에서 분사되는 물의 속도를 제어한다.

제어부(132)는 상기 동작 신호를 압력발생부(122)에 송신한다. 압력발생부(122)는 상기 동작 신호를 수신한다. 압력발생부(122)는 워터제트 이동관(120)으로 공급하는 워터제트의 양을 가변한다. 따라서, 워터제트 분사부(110)로 공급되는 워터제트의 양을 정확하게 제어할 수 있다.

각도 조절부(130)는 노즐 회전장치(133)를 포함한다. 노즐 회전장치(133)는 노즐(111)의 하부에 설치된다. 노즐 회전장치(133)는 제어부(132)로부터 출력되는 상기 회전데이터를 전달받아 노즐(111)을 회전시킨다.

각도 조절부(130)에 의해 노즐(111)이 압력신호의 출력이 낮은 압력센서(131) 방향으로 회전됨으로써 날개(140)의 말단 부분에서 발생되는 공동현상을 효과적으로 억제한다.

이상, 본 발명의 실시예를 참조로 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.

100: 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러
110: 워터제트 분사부
120: 워터제트 공급부
130: 각도 조절부
140: 날개

Claims

프로펠러의 날개 표면에서 워터제트를 분사하는 노즐을 구비하는 워터제트 분사부와,
상기 워터제트 분사부에 상기 워터제트를 공급하는 워터제트 공급부 및
상기 노즐의 각도를 조절하는 각도 조절부를 포함하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
상기 워터제트 분사부는,
상기 노즐이 상기 프로펠러 날개의 말단에 설치되며 상기 프로펠러 날개의 내부에 설치되는 다수의 워터제트 이동관을 포함하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 2에 있어서,
상기 워터제트 이동관은 상기 프로펠러 날개의 곡률에 대응하여 설치되는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
상기 노즐은 상기 노즐을 통해 분사되는 상기 워터제트의 속도를 조절하는 조절장치를 포함하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
상기 워터제트 공급부는,
물을 공급하는 물 공급부와,
상기 물 공급부로부터 공급되는 물에 압력을 가하여 상기 워터제트 분사부로 보내는 물의 양을 조절하는 압력발생부를 포함하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 1에 있어서,
상기 각도 조절부는,
상기 프로펠러 날개의 말단에 설치되어 상기 프로펠러 날개의 말단 부분의 압력을 측정하여 압력신호를 출력하는 다수의 압력센서,
상기 압력신호에 근거하여 회전데이터를 출력하는 제어부 및
상기 회전데이터를 전달받아 상기 노즐을 회전시키는 노즐 회전장치를 포함하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 6에 있어서,
상기 압력센서는 상기 프로펠러 날개 말단부분의 압력이 저하되면 출력크기가 작은 상기 압력신호를 상기 제어부로 출력하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.
청구항 7에 있어서,
상기 제어부는 상기 압력신호를 비교하여 출력크기가 작은 상기 압력신호가 출력된 압력센서가 위치된 방향으로 노즐을 회전시킬 수 있는 상기 회전데이터를 출력하는 워터제트를 이용한 공동현상 방지 프로펠러.