KR20120001305A - 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변피치 프로펠러에 관한 것이며, 그 목적은 가변피치 프로펠러의 날개 구조에 있어, 유체의 유동영역 하에 배치되는 주변 장애구조물의 형상을 고려하여 가변피치 작용에 의한 정, 역방향에 따른 모든 유체 흐름 영역에서 항상 안정적인 유동특성을 구현할 수 있어, 선박의 추력손실을 줄이고 프로펠러 및 주변 장애구조물의 손상을 예방하며 진동 및 소음을 줄일 수 있는 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러를 제공함에 있다.
본 발명은 주 기관과 연결되는 축계장치를 구비하는 기어케이싱과, 상기 기어케이싱의 축계에 결합된 허브와, 이 허브의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개들로 이루어진 선박용 가변피치 프로펠러에 있어서; 상기 프로펠러 날개는, 허브와 결합되는 결합부로부터 프로펠러 기준선으로부터 3도 내지 10도를 유지하며 대향하는 기어케이싱의 반대방향을 향하며 기울어지게 형성된 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

레이크를 부여한 가변피치 프로펠러 {Variable Pitch Propeller With Rake Angle}

본 발명은 선박용 가변피치프로펠러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러의 추진력을 향상시키는 동시에 유체의 유동영역 하에 있는 프로펠러와 주변구조물에서 발생되는 진동, 소음 및 표면 손상을 감소시킬 수 있는 레이크(Rake)를 부여하여 유동특성을 개선한 터널형 사이드 스러스터용 가변피치 프로펠러 날개에 관한 것이다.

일반적으로 터널형 사이드 스러스터에 사용하는 정방향 및 역방향 피치 조정이 가능한 가변피치 프로펠러는 도 1 (a)에 도시된 바와 같이, 회전축(C) 중심으로 허브의 둘레에 4개의 날개(5)들이 부착되며, 이때 상기 프로펠러 날개(5)들은 프로펠라의 피치조정 회전 기준선(Z)를 통과하고 회전축(C)를 통과하는 단면에 대하여 좌우대칭이고 상기 단면상에 설치되어 프로펠러 회전축(C)를 기준으로 수직하게 허브에 설치되며 4개의 날개가 등간격으로 배치된다.

한편, 가변피치 프로펠러는, 도 2 (a) 및 도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 프로펠러 날개(5)의 각도 즉, 피치를 정역 방향으로 자유롭게 조정할 수 있는 프로펠러로서, 구동기를 일정한 방향과 일정한 속도로 정해놓은 상태에서도 프로펠러 피치를 조정하는 것만으로 정방향, 역방향 및 각각의 방향으로 추진력을 자유롭게 조절할 수 있다. 이러한 가변피치 프로펠러는 턴넬형 사이드 스러스터에 장착되며 일정한 속도 및 한쪽 방향으로 회전하는 축에 의한 회전력을 날개의 피치를 정역으로 조절함으로써 추진력을 발생시켜 컨테이너선, LNG선 등 일반적인 상선 및 여객선 등의 입출항 시 및 저속운전에서의 조향 성능을 향상시키는데 사용한다.

이러한 가변피치 프로펠러는 이상과 같이 프로펠러를 구동하고 피치를 조정하기 위한 축계장치를 가지게 되는데, 회전축과 기어장치를 내장한 기어케이싱(1)이 큰 부분을 차지하게 된다.

이러한 기어케이싱(1)은 프로펠러의 앞선 부분에서 프로펠러(5)와 함께 터널(3:유체가 지나는 통로) 내에 위치하여 프로펠러를 향해 진입하거나 빠져나가는 유동특성을 변화시키는 장애구조물로 작용하게 되고, 이러한 기어케이싱(1)과 같은 주변 장애구조물로부터 변화되는 유동특성은 프로펠러의 추진력을 저해시키고, 캐비테이션 등에 의한 소음과 진동을 발생시킬 뿐만 아니라 이로 인하여 프로펠러 날개(5) 및 장애구조물에 손상을 가져오게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 가변피치 프로펠러의 날개 구조에 있어, 유체의 유동영역 하에 배치되는 주변 장애구조물의 형상을 고려하여 가변피치 작용에 의한 정, 역방향에 따른 모든 유체 흐름 영역에서 항상 안정적인 유동특성을 구현할 수 있는 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 주 기관(구동기)과 연결되는 축계장치를 구비하는 기어케이싱과, 상기 축계장치에 결합된 허브와, 이 허브의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개들로 이루어진 터널형 사이드 스러스터용 가변피치 프로펠러에 있어서,

상기 프로펠러 날개는, 허브와 결합되는 결합부로부터 프로펠러 기준선으로부터 일정 각도를 이루며 대향하는 기어케이싱의 반대방향을 향하며 기울어지게 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 프로펠러 날개의 기울어진 각도는 프로펠러 기준선으로부터 3도 내지 10도를 유지하도록 한다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 대향하는 기어케이싱으로부터 후방을 향하며 일정 기울기의 레이크를 부여한 프로펠러를 구성하여, 정방향 유체흐름에 대해서는 기어케이싱을 지나 프로펠러로 진입 시 발생되는 와류영역 및 허브캡을 빠져나가는 와류영역을 최소화하고, 역방향 유체흐름에 대해서도 진입하는 유체흐름을 후방의 기어케이싱을 회피할 수 있는 유체흐름으로 유도하여, 주변 장애물 구조물로부터 유체흐름의 와류영역을 극히 최소화하여 선박의 추력손실을 줄이는 한편, 주변장애물 주위에서 발생되는 캐비테이션에 의한 표면 손상을 줄일 수 있으며, 또 진동 및 소음을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 레이크를 부여한 프로펠러를 통하여, 프로펠러 날개 끝단에서 발생되는 하중을 줄일 수 있어, 추진효율 향상은 물론 프로펠러 끝단에서 발생되는 표면 손상을 크게 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

도 1은 종래 프로펠러와 본 발명에 따른 프로펠러의 구성을 보이는 측면 예시도
도 2는 종래 프로펠러와 본 발명에 따른 프로펠러의 정방향 유동흐름을 보이는 작동상태도
도 3은 종래 프로펠러와 본 발명에 따른 프로펠러의 역방향 유동흐름을 보이는 작동상태도

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 적용되는 레이크를 부여한 프로펠러(날개)의 형상을 설명함에 있어, 프로펠러 날개의 전연과 후연 즉, 회전방향에 대하여 형성되는 프로펠러 날개의 뒤틀림(skew)각에 의한 레이크는 고려하지 않는다.

본 발명은 도 1 내지 도 3을 참조하면, 유체가 지나는 터널(3)내 설치되어, 주 기관과 연결되는 축계장치를 구비하는 기어케이싱(1)과, 이 기어케이싱(1)의 축계에 결합된 허브(2)와, 이 허브(2)의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개(10)를 포함하는 선박용 가변피치 프로펠러에 있어서; 상기 프로펠러 날개(10)는, 허브(2)와 결합되는 결합부로부터 프로펠러 기준선(Z)으로부터 일정각도를 이루며 대향하는 기어케이싱(1)의 반대방향을 향하며 기울어지게 형성된다.

이때, 상기 프로펠러 날개(10)의 기울어진 각도는, 프로펠러 기준선(Z)으로부터 3도 내지 10도를 유지하도록 하고 있다.

즉, 도 2 (a) 및 도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 일반적으로 기어케이싱(1) 및 프로펠러 날개(5)는 그 회전축(C)을 나란히 하여 유체가 지나는 터널(3)의 중심선 상에 배치된다. 이때, 주 기관과 연결되는 각종 축계장치를 포함하는 기어케이싱(1)은 프로펠러 날개(5)가 설치되는 허브(2)의 직경보다 크게 형성되어 정방향 및 역방향에 따라 흐르는 유동특성을 변화시키게 되고, 이와 함께 도 2(a)에 도시된 바와 같이 허브(2)와 기어케이싱(1)의 최대 절곡부가 형성되는 결합부분에서 와류발생을 유발하게 되며 이러한 와류발생은 정방향 유체흐름에 대해서는 프로펠러 날개(5)로 진입하는 유체흐름을 변화시켜 프로펠러 날개(5)의 받음각 하중을 크게 하며, 후류(허브캡 부분)영역에서도 많은 와류발생을 유발시켜 전반적인 선박의 추진효율을 떨어뜨리게 된다. 또 도 3(a)에 도시된 바와 같이 가변피치 적용으로 인하여 역방향 유체흐름에 대해서도 기어케이싱(1)의 급격한 직경변화로 인하여 후류에 많은 와류가 발생되어 추진효율을 떨어뜨리는 동시 기어케이싱(1)의 표면에 상당한 손상을 야기하게 된다.

이에 반해, 도 2(b) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이크가 부여된 가변피치 프로펠러 날개(10)는 프로펠러 날개(10)가 부착되는 허브(2)의 직경과 기어케이싱(1)의 직경 차를 감안하여 레이크를 부여하도록 함으로서, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 정방향 유체흐름 시 기어케이싱(1)을 지나는 경사진 유동흐름이 그대로 받음각으로 작용할 수 있어, 프로펠러 날개(10)로 진입하는 기어케이싱(1)과 허브(2)의 결합부분에서 발생되었던 와류 현상을 최소화하고 있다. 결국 이는 프로펠러 날개(10)를 통과한 후류(허브캡 부분)영역에서도 동일하게 와류발생을 극소화시킬 수 있어, 전반적인 선박의 추진효율을 향상시키게 된다. 또 도 3(b)에 도시된 바와 같이 가변피치 적용으로 인하여 역방향 유체흐름에 대해서도 기울어진 프로펠러 날개(10)를 통과하는 유체흐름을 경사지게 형성함으로서, 후류에 배치된 기어케이싱(1)을 회피할 수 있는 유동흐름을 유도하게 된다. 이로서 와류발생을 최소화하여 추진효율을 증대시키는 것은 물론 기어케이싱(1) 표면에 와류발생이 억제되어 기어케이싱(1)의 표면 손상을 줄일 수 있는 이점이 있다.

바람직하게, 상기와 같이 본 발명은 터널(3)내 배치되는 기어케이싱(1) 구조물에 의한 유체흐름을 고려한 프로펠러 날개(10)의 기울기 정도를 한정하는 것으로, 본 발명에 따른 프로펠러 날개(10)가 프로펠러 기준선(Z)으로부터 3도 내지 10도를 유지하는 경우, 상기 기어케이싱(1)의 최대직경(r)은 유체가 지나는 터널(3)의 직경(R)에 대하여 0.45R 이내로 한정하여 설치되도록 함을 권장한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 레이크가 부여된 프로펠러 날개(10)는 유체의 이동을 한정하는 터널(3)에 설치되는 기어케이싱(1)과 같은 유동 장애구조물을 고려한 프로펠러 전후방에 대한 와류영역을 최소화하고, 이로부터 프로펠러의 추진효율을 향상시키는 것은 물론 프로펠러 혹은 기어케이싱과 같은 주변 구조물 표면에 캐비테이션에 의한 손상을 예방하고, 또 레이크를 부여함으로서, 프로펠러 끝단에서 발생되는 받음각 하중을 줄여 프로펠러의 품질손상을 줄일 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(1) : 기어케이싱
(2) : 허브
(3) : 터널
(10) : 프로펠러 날개

Claims (3)

1. 유체가 지나는 터널(3)내 설치되어, 주 기관과 연결되는 축계장치를 구비하는 기어케이싱(1)과, 이 기어케이싱의 축계에 결합된 허브(2)와, 이 허브의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개들을 포함하는 터널형 사이드 스러스터용 가변피치 프로펠러에 있어서,
   상기 프로펠러 날개(10)는, 허브(2)와 결합되는 결합부로부터 프로펠러 기준선(Z)으로부터 일정각도를 이루며 대향하는 기어케이싱(1)의 반대방향을 향하며 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로펠러 날개(10)의 기울어진 각도는, 프로펠러 기준선(Z)으로부터 3도 내지 10도를 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기어케이싱(1)의 최대직경(r)은, 상기 유체가 지나는 터널(3)의 직경(R)에 대하여 0.45R 이내로 유지하는 것을 특징으로 하는 레이크를 부여한 가변피치 프로펠러.

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