KR20110117835A

KR20110117835A - 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치

Info

Publication number: KR20110117835A
Application number: KR1020100037288A
Authority: KR
Inventors: 육래형; 김세은; 이동연
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-10-28
Also published as: KR101195140B1

Abstract

본 발명은 익형 덕트부의 외표면에 볼록한 형상의 양력면을 형성하고, 프로펠러용 수직구동 샤프트의 구동 용량 일부가 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면에 제트 유동을 형성시킴으로써 주변유동을 뒤로 분출하는데 활용됨에 따라 추진기 전체의 추력을 향상시킬 수 있는 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치는 중공(E, E1) 구조의 익형 단면이 환형 또는 반환형으로 연장 형성된 덕트몸체(209)의 일단부(209a)를 추진기 케이싱(16)의 홈(16a)에 삽입하고, 상기 덕트몸체(209)의 타단부(209b)를 추진기 케이싱(16)에서 연장된 지지대(16b)에 결합하고, 양력 발생 가능한 외표면(219) 또는 내표면(218)에 제트 분사용 노즐(N, N1, N2, N3)이 형성된 익형 덕트부(210, 210a)와, 상기 추진기 케이싱(16) 또는 선체(9)에 설치되고, 물 흡입구(11, 12)로부터 흡입된 물을 압축시켜 상기 노즐(N, N1, N2, N3)에 고압수를 제공하는 유체 공급장치(220)를 포함한다.

Description

노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치{PROPULSION EFFICIENCY ENHANCING APPARATUS FOR DUCT TYPE THRUSTER USING NOZZLE}

본 발명은 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 드릴쉽(drillship), 부상 구조물, 부유식 원유 생산 저장 설비 등과 같이 첨단 특수 선박 등의 선회형(azimuth thruster) 또는 덕트형 추진장치에 적용될 수 있는 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선회형 또는 덕트형 추진장치는 해당 선박의 위치 및 선수각 유지를 위한 동적 위치 제어(Dynamic Positioning)에 사용된다.

덕트형 추진기는 조류와 파랑이 심하고, 또한 저속에서도 좀 더 큰 추력을 내야 하기 때문에 프로펠러형 추진기와 덕트를 포함할 수 있다.

최근 선박의 용량이 커지고, 요구되는 작업이 고도화됨에 따라, 선박에 필요한 추력이 증가하고 있다.

이에 비해, 종래의 일반적인 선회형 추진장치의 추력 용량은 제한되어 있기 때문에, 선박에 설치되는 선회형 추진장치의 수가 3 ~ 6개 이상으로 증가하고 있는 상황이다. 즉 보다 경쟁력 있는 첨단 선박을 수주/건조하기 위해서는 추진효율이 향상된 선회형 추진장치가 필요한 실정이다.

종래 기술에 따른 선회형 추진장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 덕트(1) 및 프로펠러(2)를 포함한 언더워터유닛(3)(Under Water Unit)과, 언더워터유닛(3)을 전방향 중 어느 하나의 방향으로 선회시키기 위한 선회작동장치(도시 안됨)와, 프로펠러(2)에게 회전력을 전달하기 위해 동력 전달 기구를 구비한 프로펠러 구동장치를 갖는다.

프로펠러(2)는 덕트(1) 내부에서 회전되도록 설치되어 선회형 추진장치 앞쪽의 유체를 선회형 추진장치의 뒤쪽으로 유동시켜 추력을 발생시킨다.

이렇게 추력 발생은 프로펠러(2)에 의존하고, 드릴쉽의 경우는 다수의 선회형 추진기를 이용하여 위치 및 선수각을 유지하게 된다.

덕트(1)는 프로펠러(2) 구동시 유체의 유입 및 분출 효율을 향상시키기 위해 설치되어 있으며, 이는 전적으로 프로펠러(2)의 추진 효율 향상의 목적으로만 사용된다.

또한, 유체 내 프로펠러 구동에 의한 캐비티(C)(cavity) 발생으로 인한 캐비테이션 현상은 선회형 추진장치의 대형화 추세 및 고속 회전 성능 향상에 따라 언더워터유닛(3)의 프로펠러(2)에서 더욱 심각하게 발생될 수 있다.

또한, 캐비테이션은 프로펠러(2)의 프로펠러 샤프트(PS)에게 회전력을 전달하기 위한 수직구동 샤프트(VS) 외부의 케이싱(4)에 의해 유속이 감소되는 영역에서도 발생될 수 있다.

이런 캐비테이션은 진동 및 소음을 발생시켜 덕트(1), 케이싱(4)을 따라 선체 쪽으로 전달되기도 하고, 선체 외부로 전파되어, 수중 소음 규제 문제를 일으킬 수 있다.

또한, 종래 기술의 선회형 추진장치는 프로펠러의 구동에만 의존하여 출력을 발생시키므로, 추진효율이 매우 떨어지는 단점을 갖는다.

또한, 종래 기술의 선회형 추진장치는 프로펠러를 감싸고 있는 덕트가 프로펠러 구동시 유체의 유입 및 분출 효율을 위해 사용될 뿐, 추력을 증가시키거나 추진효율을 향상시킬 수 있는 수단이 부재되어 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면에 볼록한 형상의 양력면을 형성하고, 프로펠러용 수직구동 샤프트의 구동력의 일부가 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면에 제트 유동을 형성시키는데 활용됨에 따라 추진기 전체의 추진효율을 향상시킬 수 있는 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치를 제공하고자 한다.

상술한 본 발명의 목적은, 중공 구조의 익형 단면이 환형 또는 반환형으로 연장 형성된 덕트몸체의 일단부를 추진기 케이싱의 홈에 삽입하고, 상기 덕트몸체의 타단부를 추진기 케이싱에서 연장된 지지대에 결합하고, 양력 발생 가능한 외표면 또는 내표면에 제트 분사용 노즐이 형성된 익형 덕트부와, 상기 추진기 케이싱 또는 선체 내에 설치되고, 물 흡입구로부터 흡입된 물을 압축시켜 상기 노즐에 고압수를 제공하는 유체 공급장치를 포함하는 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치에 의해 달성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 유체 공급장치는 상기 물 흡입구에 각각 배관된 하나 이상의 흡입관과, 상기 흡입관에 연결되어 관로를 개폐시키는 밸브장치와, 상기 선체의 추진기 케이싱의 수직구동 샤프트에 결합된 구동기어와, 상기 구동기어에 의해 회전하도록 결합된 피동기어와, 상기 피동기어로부터 회전력을 전달받도록 일 단부를 연결하고 타 단부를 출력측 샤프트에 연결한 클러치와, 상기 출력측 샤프트에 결합된 임펠러를 디퓨저 구조 내에 구비시켜 흡입한 물을 고압수로 만드는 임펠러 장치와, 물의 유속 또는 유량을 조절하도록 상기 밸브장치와 상기 클러치의 작동을 제어하는 밸브 클러치 제어기를 포함할 수 있다.

본 발명의 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치는 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면에 볼록한 형상의 양력면을 형성하고, 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면에 노즐을 형성하되, 노즐을 통해 고압수가 분사됨에 따라 제트 유동이 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면에 형성됨에 따라, 익형 덕트부 주변의 유체가 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면쪽으로 유동하면서 상기 제트 유동과 함께 익형 덕트부의 뒤쪽으로 분사되어, 분사되는 유체 자체가 추력 증가 또는 추진효율 향상으로 이어질 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치는 익형 덕트부 주변의 유체를 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면을 따라 유동시킬 경우는, 덕트형 추진기의 프로펠러 쪽으로 유입되는 유체 속도의 증가가 작아 프로펠러 자체의 추력이 감소되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있고, 결과적으로 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면을 따라 덕트부의 뒤쪽으로 분사되는 유체에 의해 덕트형 추진기의 추진효율을 상대적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 다만 이 경우는 덕트 단면의 형태가 감속(decelerate) 형태가 되어 익형 덕트부 자체가 갖는 양력(lift)에 의한 추력 증가 효과가 상실될 수 있다. 즉, 익형 턱트부의 외표면 또는 내표면을 따라 분사되는 유체에 의한 추력 증가와 익형 덕트부 자체의 추력 손실을 따질 필요가 있으며, 다른 예로는 캐비티 발생을 극도로 억제해야 하는 어뢰(torpedo)에 쓰일 때 유용할 수 있다. 또한 익형 덕트부의 내표면을 따라 유동시킬 경우는 유입되는 유체 속도 증가로 인해 프로펠러 자체의 추력감소가 일어날 수 있으나, 유입되는 유체의 속도를 평가하여 설계시부터 프로펠러의 피치(Pitch)를 조절하여 유입유체 속도에 맞게 설계한다면 추력 감소를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치는 대형 선박에서의 일반적인 덕트형 추진기의 설치 개수를 줄일 수 있는 대안으로 사용 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 선회형 추진장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a는 노즐이 익형 덕트부의 외표면에 형성된 단면도이다.
도 3b는 노즐이 익형 덕트부의 내표면에 형성된 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 익형 덕트부의 응용예를 설명한 단면도이다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이하의 구체적인 실시예는 본 발명에 따른 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치에 대하여 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치는 선회형 또는 전방위 추진기, 덕트 프로펠러, 덕트를 구비 또는 이용하는 추진장치 중 어느 하나에 해당하는 덕트형 추진기(10)에 장착되어 사용될 수 있다.

본 발명 관련 추진효율 향상 장치는 노즐의 물 제트 분사와 익형의 형상적 특징에 의해 주변 유체를 유인하여 추진기의 진행 방향의 뒤쪽으로 분사를 수행하도록, 적어도 하나의 물 제트 분사용 노즐(N)을 갖는 중공(E) 구조의 덕트몸체(209)를 갖는 익형 덕트부(210)와, 이런 익형 덕트부(210)의 중공(E)에 고압수를 제공하도록 프로펠러(19)용 수직구동 샤프트(17)에 의해 구동되는 유체 공급장치(220)를 포함할 수 있다.

익형 덕트부(210)의 덕트몸체(209)는 중공(E) 구조의 익형 단면을 환형으로 연장 형성하는 덕트케이싱일 수 있다.

덕트몸체(209)의 일단부(209a)는 추진기 케이싱(16)의 홈(16a)에 삽입 및 고정될 수 있고, 이런 덕트몸체(209)의 타단부(209b)는 추진기 케이싱(16)에서 연장된 고정익 단면을 갖는 중공 샤프트 형상의 지지대(16b)에 결합될 수 있다.

이렇게 익형 덕트부(210)의 덕트몸체(209)는 추진기 케이싱(16)의 홈(16a)과 지지대(16b)에 고정되어 지지될 수 있다.

노즐(N)의 형태와 크기는 본 발명에서 한정되지 않을 수 있고, 덕트형 추진기(10)에 대응하여 다양하게 설계하여 사용될 수 있다.

예컨대, 노즐(N)은 도 3a의 도면부호 N1로 지시한 바와 같이 외표면(219)에도 형성될 수 있고, 도 3b의 도면부호 N2로 지시한 바와 같이 내표면(218)에도 형성될 수 있다.

노즐(N)은 미리 설계에 의해 형태와 노즐 구멍 크기가 고정된 고정식 분사구이거나, 가변익 조립체를 이용하여 노즐 구멍을 작동 상황에 따라 조절하는 가변식 분사구 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

익형 덕트부(210)는 본 발명의 작동 효율을 위해 실험에 의해 설계된 익형을 갖거나, 기존 익형 데이터(예 : NACA 익형 등)로부터 덕트형 추진기의 규격에 따라 선택된 익형을 가질 수 있다.

익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)은 구조 형상적으로 환형의 원주 형상을 갖는 익형 덕트부(210)의 바깥쪽 또는 안쪽 외주면을 의미할 수 있고, 역학적으로 양력면을 의미할 수 있다. 예컨대, 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)은 본 발명에 맞게 최적화 될 수 있는 익형에 상응하게 볼록한 형상을 갖는 양력면으로 정의될 수 있다.

익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)에서 제트 유동이 발생될 경우, 상대적으로 낮은 동 압력(dynamic pressure)을 형성하여 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218) 주변의 유체가 외표면(219) 또는 내표면(218) 쪽으로 끌려들어가 가속되어 익형 덕트부(210)의 뒤쪽으로 분사되어 덕트형 추진기(10)의 추진효율을 향상시키게 된다.

또한, 익형 덕트부(210)의 내표면(218) 또는 외표면(219)은 상대적으로 평활한 형상을 갖는 압력면으로 정의될 수 있다. 이런 내표면(218) 또는 외표면(219)은 역시 구조 형상적으로, 익형 덕트부(210)의 내주면 또는 외주면에 해당 될 수 있다.

중공(E) 구조는 유체 공급장치(220)로부터 공급받는 고압수를 노즐(N)쪽으로 전달하기 위한 유동 공간을 제공할 수 있다.

이런 중공(E) 구조는 익형 덕트부(210)의 내부에서 원주 방향을 따라 환형으로 형성될 수 있다. 이런 경우, 흡입된 물이 익형 덕트부(210) 전체에 걸쳐 분배되어 원형 튜브 형상의 물 제트가 노즐(N)을 통해 발생될 수 있다.

물 제트 분사용 노즐(N)은 익형 덕트부(210)의 전방측 팁(tip), 즉 앞전(leading edge)쪽 외표면(219) 또는 내표면(218)에서 익형 덕트부(210)의 후방측 팁, 즉 뒷전(trailing edge)쪽 방향으로 통공되고 익형 덕트부(210)의 외원주 방향을 따라 환형으로 형성될 수 있다.

물 제트란 해수 등의 물을 유체 공급장치(220)로 흡입한 후, 유체 공급장치(220)에서 가압하여 익형 덕트부(210)의 중공(E) 내부에 공급할 때, 노즐(N)을 통해 분사된 고압수가 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)을 따라 고속으로 흐르는 제트 유동을 의미한다.

본 발명에 사용할 덕트형 추진기(10)는 선회형 추진기의 기술 규격에 부합한 선회작동장치와 프로펠러 구동장치(도시 안됨)를 기본적으로 장착할 수 있다.

예컨대, 덕트형 추진기(10)는 선회작동장치에 의해 전방향 중 어느 한 방향을 향하도록 선회 가능한 추진기 케이싱(16)을 가질 수 있다. 덕트형 추진기(10)는 수직구동 샤프트(17)에 의해 회전되도록 베벨 기어 등의 동력 전달 기구를 통해 연결된 프로펠러 샤프트(18)와, 프로펠러 샤프트(18)의 끝단에 장착된 프로펠러(19)를 가질 수 있다.

유체 공급장치(220)는 선체(9) 또는 추진기 케이싱(16) 내부에 설치될 수 있다.

유체 공급장치(220)로부터 압송된 고압수는 덕트이송관(211)과 제1, 제2 이송출구(212, 212a)를 통해 익형 덕트부(210)의 중공(E) 전체에 걸쳐 전달될 수 있거나, 도 4에 도시된 응용예에 따른 다른 익형 덕트부(210a)의 상부측 중공(E1)에만 분배될 수 있다.

유체 공급장치(220)는 밸브장치(121), 임펠러 장치(221), 출력측 샤프트(222), 클러치(223), 피동기어(224), 구동기어(225), 밸브 클러치 제어기(226)를 포함할 수 있다.

유체 공급장치(220)는 추진기 케이싱(16)의 수직구동 샤프트(17)에 결합된 구동기어(225)와, 그 구동기어(225)에 의해 회전하도록 결합된 피동기어(224)와, 이런 피동기어(224)로부터 회전력을 전달받도록 일 단부를 연결하고 타 단부를 출력측 샤프트(222)에 연결한 클러치(223)를 포함할 수 있다.

유체 공급장치(220)는 출력측 샤프트(222)에 결합된 임펠러를 디퓨저 구조 내에 구비시킨 원심 압축기 형식의 임펠러 장치(221)를 포함할 수 있다.

유체 공급장치(220)는 복수개의 물 흡입구(11, 12)와 흡입관(13, 14) 및 밸브연결배관(15)을 통해서 임펠러 장치(221)에게 흡입된 물을 제공하기 위한 밸브장치(121)를 가질 수 있다.

밸브장치(121)는 주지의 밸브 기구 또는 구조로 이루어져, 흡입관(13, 14)의 관로를 개폐하거나, 물의 이송 방향을 바꾸거나, 동시에 개방 또는 폐쇄하거나, 개폐량을 조절하여 유량을 조절하는 역할을 담당하도록 될 수 있다.

밸브장치(121)는 주 흡입관(13)과 보조 흡입관(14) 중 어느 하나를 개방할 때 다른 하나를 폐쇄하거나, 또는 주 흡입관(13)과 보조 흡입관(14)을 동시에 개방하거나, 또는 동시에 폐쇄하는 작동을 수행하도록 전자변 구조의 구동기를 가질 수 있다. 이런 구동기는 주지의 밸브 제어 기술에서 사용되는 밸브 개폐를 위한 것으로서 밸브 클러치 제어기(226)에 접속될 수 있다.

한편, 임펠러 장치(221)의 출력포트에는 덕트이송관(211)의 일 단부가 관통하게 연결될 수 있다.

덕트이송관(211)의 타 단부는 추진기 케이싱(16)의 내부에서 분지배관(211a)과 연결될 수 있다.

덕트이송관(211)과 분지배관(211a)은 추진기 케이싱(16)의 내부에서 기 설치된 기계장치 사이의 여유 공간을 이용하여 설치될 수 있다.

분지배관(211a)의 일측 단부는 덕트몸체(209)의 상부쪽 제1이송출구(212)까지 연장될 수 있다.

분지배관(211a)의 타측 단부는 추진기 케이싱(16) 내측 하부와 지지대(16b)의 내부를 경유한 후 덕트몸체(209)의 하부쪽 제2이송출구(212a)까지 연장될 수 있다.

이렇게 덕트이송관(211)은 제1, 제2 이송출구(212, 212a)까지 관통하게 연결될 수 있다.

임펠러 장치(221)의 입력포트에는 밸브연결배관(15)의 일 단부가 관통하게 연결될 수 있다. 밸브연결배관(15)의 타 단부는 밸브장치(121)의 배출포트에 관통하게 연결될 수 있다.

밸브장치(121)에 형성된 해당 유입포트에는 제1 물 흡입구(11)용 주 흡입관(13)와, 제2 물 흡입구(12)용 보조 흡입관(14)이 각각 배관될 수 있다.

제1 물 흡입구(11)에는 주 흡입관(13)의 일단이 배관되며, 제2 물 흡입구(12)에는 보조 흡입관(14)의 일단이 배관될 수 있다.

밸브장치(121)의 작동 상태에 따라 제1 물 흡입구(11)와 제2 물 흡입구(12) 중 어느 하나를 통해 물이 흡입될 수 있거나, 제1 물 흡입구(11)와 제2 물 흡입구(12)을 동시에 사용하여 물이 흡입될 수 있다.

제1 물 흡입구(11)와 제2 물 흡입구(12)는 유체 공급장치(220) 쪽으로 물을 유입 또는 흡입시키기 위한 수단으로 사용될 수 있다.

제1 물 흡입구(11)는 추진기 케이싱(16)에서 프로펠러(19)의 반대쪽 단부에 형성되어서, 추진에 따라 물이 직접적으로 들어오도록 구성 될 수 있다.

제2 물 흡입구(12)는 제1 물 흡입구(11)가 수중 이물질 등에 의해 막히거나, 또는 제1 물 흡입구(11)를 통해 흡입할 수 있는 용량 이상의 물 흡입이 필요할 때, 사용될 수 있다.

제2 물 흡입구(12)는 추진기 케이싱(16)을 제외한 선체(9)의 선미쪽 선저외판, 좌우현 선수외판 등에 형성되어 유체 흡입을 간접적 수행할 수 있게 구성될 수 있다.

밸브 클러치 제어기(226)는 밸브장치(121)의 개폐작동, 클러치(223)의 샤프트 연결 또는 단속작동을 제어하도록 구성될 수 있다.

클러치(223)는 전자식 제어에 의해 기계적으로 샤프트 연결 또는 단속을 수행하는 구동기를 가질 수 있고, 피동기어(224)와 출력측 샤프트(222) 사이에서 회전력을 연결 또는 단속하는 역할을 담당할 수 있다.

밸브 클러치 제어기(226)는 클러치(223)의 구동기에 접속되어 클러치(223)의 샤프트 연결 또는 작동을 제어하거나, 전자변 구조의 구동기와 접속되어 밸브장치(121)의 작동을 제어하도록 통상의 회로 제어 회로를 구비할 수 있다.

이런 유체 공급장치(220)는 선체(9) 내부에 설치되거나, 콤팩트한 설계를 통해서 추진기 케이싱(16) 내부에 설치될 수 있다.

본 발명에서는 물 제트 분사에 따른 익형의 형상적 특징에 따라 주변 유체가 제트 유동과 함께 분사되는 원리가 이용될 수 있다.

본 발명에서는 유체 공급장치(220)의 임펠러 장치(221)를 위해 투입된 추진기 작동 용량 즉, 프로펠러(19)용 수직구동 샤프트(17)의 구동 용량 일부는 물 제트 분사와 익형에 따른 양력 발생에 의해 생기는 추가적인 추력 발생량 보다 적기 때문에, 결과적으로 덕트형 추진기의 추진효율이 향상될 수 있게 된다.

이하, 유체 공급장치(220)의 작동 방법을 설명하고자 한다.

먼저, 밸브 클러치 제어기(226)는 밸브장치(121)에게 제어 신호를 전달하여, 주 흡입관(13)용 입력포트를 열고, 물이 제1 물 흡입구(11)와 주 흡입관(13)을 통해 임펠러 장치(221) 쪽으로 이송 가능하게 한다. 이때, 밸브장치(121)는 보조 흡입관(14)을 폐쇄한다.

밸브 클러치 제어기(226)는 클러치(223)를 연결한다. 이런 경우, 수직구동 샤프트(17)의 구동기어(225) 및 피동기어(224)의 회전력이 클러치(223) 및 출력측 샤프트(222)를 통해 임펠러 장치(221)의 임펠러에게 전달된다.

그 결과 원심 압축기와 같이 임펠러가 디퓨저 구조 내에서 회전하는 임펠러 장치(221)는 제1 물 흡입구(11), 주 흡입관(13), 밸브장치(121), 밸브연결배관(15)을 통해 이송된 물의 압력을 증가시켜 고압수로 만든다.

이렇게 만들어진 고압수는 덕트이송관(211)과 제1, 제2 이송출구(212, 212a)를 통해서 익형 덕트부(210)의 중공(E) 전체에 걸쳐 고압수가 전달된다.

중공(E)에 전달된 고압수는 익형 덕트부(210)의 노즐(N)을 통해서, 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)에서 분사되어 물 제트를 발생시킨다.

물 제트는 익형의 형상적 특징에 의해 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)에서 더욱 가속되어 제트 유동을 형성한다.

제트 유동에 의해서 더욱 많은 유량이 필요하거나, 또는 제1 물 흡입구(11)에 문제가 발생할 경우, 밸브 클러치 제어기(226)는 밸브장치(121)에게 제어 신호를 전달하여, 보조 흡입관(14)용 입력포트를 열어 제1 또는 제2 물 흡입구(11, 12)와, 주 흡입관(13) 또는 보조 흡입관(14)를 통해서, 외부의 물을 임펠러 장치(221)에게 공급할 수 있게 된다.

도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 익형 덕트부(210)의 노즐(N1, N2)에서는 고압수가 분사될 수 있다.

이때, 노즐(N1, N2)을 통해 최초 분사된 고압수를 유량 1로 정의할 때, 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)이 양력면으로 작용함에 따라, 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218) 주변의 유체가 외표면(219) 또는 내표면(218) 쪽으로 유도되어 1이상으로 증가된 유량의 물 제트가 익형 덕트부(210)의 외표면(219) 또는 내표면(218)을 따라 익형 덕트부(210)의 뒤쪽으로 가속되어 분사될 수 있다.위와 같이 가속된 유량의 증가에 따른 증가 추력(F1, F2)이 프로펠러(19)에 의한 메인 추력에 더하여 추진기 전체 추력을 향상을 도모할 수 있다.

특히, 도 3a의 경우에는 익형 덕트부(210)의 외표면(219)에서 유동을 형성할 때, 익형 덕트부(210)의 내표면(218) 안쪽의 유량이 프로펠러(19) 쪽으로 유입되는 속도의 증가가 작기 때문에, 가속된 유량의 증가는 프로펠러(19)의 메인 추력 감소를 막는데 도움을 줄 수 있다. 다만 이 때는 내표면(218) 형상이 평평한 기본적인 가속(accelerate) 덕트와는 반대로 익형 덕트부(210) 뒤쪽으로 갈수록 덕트의 직경 또는 내경이 커지는 감속 형태의 익형 덕트부(210) 형상을 갖게 된다. 이는 공동발생을 극도로 억제해야 하는 어뢰 등에 효율적으로 사용될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 유체 흡입의 방법은 앞서 도 2를 통해 언급한 제1, 제2 물 흡입구(11, 12)의 설치 위치 이외에도 유체장을 교란시키기 않은 범위 내에서, 선체(9) 또는 덕트형 추진기(10a)의 추진기 케이싱의 다른 곳(예: 선박의 구상선수 등)에 별도의 물 흡입구가 더 형성될 수 있고, 이후 별도의 물 흡입구에 연결된 별도의 배관을 통해 유체 공급장치(220)에게 물을 공급할 수 있도록 구성될 수 있다.

익형 덕트부(210a)는 원주방향으로 환형으로 형성될 수 있으나, 그 익형 덕트부(210a)에서 중공(E1) 구조의 익형 단면은 반원주를 따라 연장 형성되어 반환형으로 형성될 수 있다.

이렇게 유체의 흡입 방법의 선택은 덕트형 추진기(10a)의 상황에 따라 유동적으로 바뀔 수 있다.

또한 흡입된 물의 분배 방법은 앞서 설명한 도 2와 도 3에 도시된 익형 덕트부(210)에서 중공(E) 전체에 걸쳐 물이 분배되는 것과 달리, 도 4에 도시된 다른 익형 덕트부(210a)에서는 상부측 중공(E1)에만 물이 분배될 수 있다.

즉, 상기 익형 덕트부(210a)의 하부측 몸체는 솔리드한 단면을 갖도록 형성될 수 있고, 상부측 몸체는 상부측 중공(E1)을 갖도록 형성될 수 있다.

이 경우, 상부측 노즐(N3)은 상기 익형 덕트부(210a)의 상부측 외표면(219a) 또는 내표면(218)의 외원주 방향을 따라 반환형으로 형성될 수 있다.

또한, 고압수는 프로펠러(19)의 지지 구조(16c)를 경유하여 상기 익형 덕트부(210a) 쪽으로 공급되도록 응용될 수 있다. 이는 덕트형 추진기(10a)의 구조적 형태 또는 형상적 특징에 따라 차별화 될 수 있다.

이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10, 10a : 덕트형 추진기 11, 12 : 물 흡입구
16 : 추진기 케이싱 121 : 밸브장치
210, 210a : 익형 덕트부 220 : 유체 공급장치
221 : 임펠러 장치 222 : 출력측 샤프트
223 : 클러치 224 : 피동기어
225 : 구동기어 226 : 밸브 클러치 제어기

Claims

중공 구조의 익형 단면이 환형 또는 반환형으로 연장 형성된 덕트몸체의 일단부를 추진기 케이싱의 홈에 삽입하고, 상기 덕트몸체의 타단부를 추진기 케이싱에서 연장된 지지대에 결합하고, 양력 발생 가능한 외표면 또는 내표면에 제트 분사용 노즐이 형성된 익형 덕트부와,
상기 추진기 케이싱 또는 선체 내에 설치되고, 물 흡입구로부터 흡입된 물을 압축시켜 상기 노즐에 고압수를 제공하는 유체 공급장치를 포함하는
노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치.
제1항에 있어서,
상기 물 흡입구는 상기 추진기 케이싱에서 상기 프로펠러의 반대쪽 단부, 선미쪽 선저외판, 좌우현 선수외판 중 어느 하나 이상에 형성되는
노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치.
제1항에 있어서,
상기 익형 덕트부는
상기 노즐이 상기 익형 덕트부의 앞전(leading edge)쪽 외표면 또는 내표면에서 상기 익형 덕트부의 뒷전(trailing edge)쪽 방향으로 상기 중공과 통공되고 상기 익형 덕트부의 외원주 방향을 따라 환형 또는 반 환형으로 형성되는
노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치.
제1항에 있어서,
상기 유체 공급장치는
상기 물 흡입구에 각각 배관된 하나 이상의 흡입관과,
상기 흡입관에 연결되어 관로를 개폐시키는 밸브장치와,
상기 선체의 추진기 케이싱의 수직구동 샤프트에 결합된 구동기어와,
상기 구동기어에 의해 회전하도록 결합된 피동기어와,
상기 피동기어로부터 회전력을 전달받도록 일 단부를 연결하고 타 단부를 출력측 샤프트에 연결한 클러치와,
상기 출력측 샤프트에 결합된 임펠러를 디퓨저 구조 내에 구비시켜 흡입한 물을 고압수로 만드는 임펠러 장치와,
물의 유속 또는 유량을 조절하도록 상기 밸브장치와 상기 클러치의 작동을 제어하는 밸브 클러치 제어기를 포함하는
노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치.
제1항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 익형 덕트부의 안쪽 공간에는 덕트형 추진기의 프로펠러 샤프트에 의해 회전되는 프로펠러가 배치되고, 상기 유체 공급장치로부터 익형 덕트부쪽으로 공급된 고압수가 상기 익형 덕트부의 노즐을 통해 분사되어 상기 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면을 따라 제트 유동이 형성될 때, 상기 제트 유동에 의해 주변 유체가 상기 익형 덕트부의 외표면 또는 내표면쪽으로 유도되어 상기 제트 유동과 함께 유동하여 증가 추력이 형성되는
노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치.
제1항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐은 노즐 구멍 크기가 고정된 고정식 분사구 또는 노즐 구멍 크기를 조절하는 가변식 분사구로 형성되는
노즐을 이용한 덕트형 추진기의 추진효율 향상 장치.