KR20120116098A - 선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박 Download PDF

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Abstract

선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 선박용 추진장치는, 선박의 보스를 통하여 일단부가 외측으로 돌출되는 프로펠러 샤프트와, 내부에 중공부가 마련되며, 상기 프로펠러 샤프트의 일단부에 결합되는 프로펠러 허브와, 단부가 상기 프로펠러 허브에 회전 가능하게 삽입되는 프로펠러 날개와, 상기 프로펠러 날개의 단부와 상기 프로펠러 샤프트 사이에 개재되어, 상기 프로펠러 허브의 회전에 따라 상기 프로펠러 날개의 피치각을 조절하는 피치가변부를 포함한다.

Description

선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박 {PROPULSION APPARATUS FOR SHIP AND SHIP HAVING THE SAME}
본 발명은 선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박에는 추진력을 얻기 위해 추진장치가 설치된다.
이러한 추진장치는 선체의 내부에 배치된 엔진을 포함하는 추진기관과 연결되어 선체의 외측으로 돌출되는 프로펠러 샤프트와, 이 프로펠러 샤프트에 결합되는 프로펠러(propeller)를 포함한다. 프로펠러는 선체의 외측으로 돌출된 프로펠러 샤프트에 결합되는 허브(hub)와, 이 허브의 외주면에 설치되는 복수의 날개를 포함한다.
이러한 추진장치는 프로펠러가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다.
프로펠러가 회전하면 프로펠러 날개의 단면은 받음각을 가지게 되고, 이 때, 날개 전후에서 발생되는 압력 차이에 의해 양력과 항력이 발생된다. 이러한 날개의 단면의 양력과 항력의 합력이 프로펠러의 추력과 토오크로 작용하게 된다.
한편, 종래의 고정 피치를 갖는 프로펠러는 특정 각도에서 최적의 성능을 낼 수 있으나, 프로펠러의 회전 각도에 따라 불균일한 유속 분포가 발생할 수 있다. 이에 따라 프로펠러가 회전하는 일부 구간에서는 추진장치의 효율이 저하될 수 있고, 프로펠러 날개 등에 캐비테이션이 발생할 수 있다.
일례로, 고정 피치를 갖는 프로펠러는 유속이 상대적으로 느린 프로펠러의 상부영역에서는 받음각이 크게 발생하여 캐비테이션이 발생할 위험이 있고, 유속이 상대적으로 빠른 프로펠러의 하부영역에서는 받음각이 과도하게 작아져 효율이 감소하는 요인이 되고 있다. 더욱이 일부 군함이나 여객선과 같이 선박의 선미에 스트럿(strut)이 형성된 형태의 선박의 경우 하부의 작은 받음각에 의해 날개 압력면(pressure side))에 캐비테이션이 발생할 우려가 있다.
본 실시예는 프로펠러 회전각도에 따라 프로펠러 날개의 피치각이 가변되도록 하여 추진효율을 향상시키고, 캐비테이션의 발생을 방지하는 선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 사용되는 추진장치로서, 상기 선박의 보스를 통하여 일단부가 외측으로 돌출되는 프로펠러 샤프트와; 내부에 중공부가 마련되며, 상기 프로펠러 샤프트의 일단부에 결합되는 프로펠러 허브와; 단부가 상기 프로펠러 허브에 회전 가능하게 삽입되는 프로펠러 날개와; 상기 프로펠러 날개의 단부와 상기 프로펠러 샤프트 사이에 개재되어, 상기 프로펠러 허브의 회전에 따라 상기 프로펠러 날개의 피치각을 조절하는 피치가변부를 포함하는 선박용 추진장치가 제공된다.
상기 프로펠러 날개의 단부에는 상기 프로펠러 샤프트을 향하여 안내돌기가 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 피치가변부는, 상기 프로펠러 샤프트가 관통하도록 상기 보스의 외측에 결합되며, 상기 프로펠러 허브의 회전에 따라 상기 안내돌기를 가이드하여 상기 프로펠러 날개의 피치각을 가변하도록 외주면에 가이드 홈이 형성되는 가이드부재를 포함할 수 있다.
상기 프로펠러 날개의 단부에는, 상기 프로펠러 허브로부터 상기 프로펠러 날개의 이탈을 방지하도록 플랜지가 형성될 수 있으며, 상기 안내돌기는 상기 플랜지의 하단에서 돌출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 선박용 추진장치를 구비하는 선박이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 프로펠러의 회전각도에 따른 유체의 유입 속도 변화를 반영하여 프로펠러 날개의 피치각을 조절할 수 있으며, 이에 따라 추진 효율을 향상시킬 수 있으며, 프로펠러 날개에서 발생하는 캐비테이션의 발생을 효과적으로 제어할 수 있고, 선박으로 전달되는 진동 및 소음을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치를 구비한 선박의 일부 절결하여 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 프로펠러의 회전 각도별 프로펠러 날개의 피치각의 변화를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
이하, 본 발명에 따른 선박용 추진장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치를 일부 절결하여 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치를 보인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 선박용 추진장치(10)는 프로펠러 샤프트(20), 프로펠러(30), 허브(32), 프로펠러 날개(34), 삽입홈(35), 플랜지(36), 보스(37), 안내돌기(38), 가이드부재(40), 가이드홈(42)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 선박용 추진장치(10)는 선박용 엔진에 연결될 수 있으며, 엔진의 작동에 의해 선박을 추진시키는 추진력을 발생시킬 수 있다.
본 실시예의 선박용 추진장치(10)는 엔진에 연결되어 구동력을 전달하는 프로펠러 샤프트(20)을 포함하고, 이 프로펠러 샤프트(20)에는 프로펠러(30)가 결합될 수 있다.
프로펠러 샤프트(20)는 일단부가 선박의 보스(37)를 통하여 외부로 돌출되고, 프로펠러 샤프트(20)의 일단부에 프로펠러(30)가 결합된다.
이러한 프로펠러(30)는 프로펠러 샤프트(20)을 통해 선체에 설치된 엔진으로부터 구동력을 전달받아 회전할 수 있다.
본 실시예에서 선박용 추진장치(10)는 프로펠러(30)의 회전에 의해 유체를 밀어내며 양력을 발생시키고, 이러한 양력에 의해 선박을 추진시킬 수 있다.
프로펠러(30)는 프로펠러 샤프트(20)에 결합된 프로펠러 허브(32)와, 이 프로펠러 허브(32)의 외주면에 설치되는 복수의 프로펠러 날개(34)를 포함할 수 있다.
프로펠러 허브(32)는 내부에 중공부가 마련되고, 프로펠러 샤프트(20)의 일단은 중공부를 관통하여 프로펠러 허브(32)의 내부에 결합된다.
프로펠러 날개(34)의 단부는 프로펠러 허브(32)에 회전 가능하게 삽입된다.
프로펠러 허브(32)의 외주면에는 프로펠러 날개(34)의 개수에 상응하는 삽입홈(35)이 형성될 수 있고, 프로펠러 날개(34)의 단부가 삽입홈(35)을 통해 프로펠러 허브(32)에 회전 가능하게 삽입된다.
한편, 프로펠러 허브(32)에 회전 가능하게 결합된 프로펠러 날개(34)가 프로펠러 허브(32)로부터 이탈되지 않도록 프로펠러 날개(34)의 단부에는 플랜지(36)가 형성될 수 있다. 플랜지(36)는 프로펠러 허브(32)에 형성된 삽입홈(35)보다 커서 삽입홈(35)의 하부에 걸려 프로펠러 날개(34)의 이탈을 방지하게 된다. 이러한 플랜지(36)는 프로펠러 날개(34)의 단부에 탈부착이 가능하여 프로펠러 날개(34)의 단부가 삽입홈(35)을 통해 프로펠러 허브(32)에 삽입되면 프로펠러 날개(34)의 단부에 플랜지(36)을 부착하여 프로펠러 날개(34)가 프로펠러 허브(32)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 프로펠러 날개(34)를 프로펠러 허브(32)에 회전 가능하게 결합하는 구성은 한정되지 않으며, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 일례로, 프로펠러 날개(34)의 단부의 측면에 외주를 따라 홈을 형성하고, 이에 상응하여 삽입홈(35)의 내벽에 홈에 결합되는 돌출부를 형성하여 프로펠러 날개(34)의 단부를 프로펠러 허브(32)에 회전 가능하게 결합할 수 있다. 이와 반대로 삽입홈(35)의 내벽에 홈을 형성하고, 프로펠러 날개(34)의 단부에 돌출부를 형성하여 프로펠러 날개(34)의 단부를 프로펠러 허브(32)에 회전 가능하게 결합하는 것도 가능하다.
피치가변부는 프로펠러 날개(34)의 단부와 프로펠러 샤프트(20) 사이에 개재되어, 프로펠러 샤프트(20)와 결합되는 프로펠러 허브(32)의 회전 각도에 따라 프로펠러 날개(34)의 피치각을 조절할 수 있다.
프로펠러 날개(34)의 단부에는 프로펠러 샤프트(20)을 향하여 안내돌기(38)가 형성될 수 있으며, 이 경우, 피치가변부는 프로펠러 샤프트(20)가 관통하도록 보스(37)의 외측에 결합되며, 프로펠러 허브(32)의 회전에 따라 안내돌기(38)를 가이드 하여 프로펠러 날개(34)의 피치각을 가변하도록 외주면에 가이드 홈이 형성되는 가이드부재(40)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 프로펠러 날개(34)의 단부에는 플랜지(36)가 결합되며, 안내돌기(38)는 플랜지(36)의 하단에 프로펠러 샤프트(20)를 향하여 돌출된 형태를 제시한다.
안내돌기(38)는 프로펠러 날개(34)의 단부의 중심에서 편심되어 형성되며, 프로펠러(30)의 회전시 이 안내돌기(38)가 가이드홈(42)을 통과하는 과정에서 프로펠러 날개(34)의 피치각을 가변시키게 된다.
보다 자세히 살펴보면, 가이드부재(40)은 선박의 보스(37)에 고정되어 회전하지 않고, 가이드부재(40)을 관통하는 프로펠러 샤프트(20)의 일단부는 프로펠러 허브(32)에 결합되어 프로펠러 샤프트(20)가 회전함에 따라 프로펠러 허브(32)가 동시에 회전하게 된다. 그리고, 프로펠러 허브(32)가 회전함에 따라 프로펠러 날개(34)의 단부에 형성된 안내돌기(38)가 가이드부재(40)의 가이드홈(42)에 의해 가이드 되면서, 프로펠러 날개(34)의 피치각을 가변시키는 것이다.
본 실시예에서는 가이드홈(42)이 프로펠러(30)의 상부영역에서는 선수측으로 치우치게 형성되고, 하부영역으로 갈수록 서서히 선미측으로 치우치는 형상으로 연속적으로 연통되어 형성된 형태를 제시한다. 즉, 가이드부재(40)에 형성되는 가이드홈(42)의 시작점은 선수측으로 치우쳐 형성되고 가이드부재(40)의 외주를 따라 서서히 선미측으로 치우치다가 시작점의 반대 위치에서 최대로 선미측으로 치우치고 다시 서서히 선수측으로 치우치면서 시작점에서 연결된다.
이에 따라, 본 실시예에서 캐비테이션의 발생이 우려되는 프로펠러(30)의 상부영역에서는 프로펠러 날개(34)의 피치각을 줄여 캐비테이션의 발생을 줄이고, 유속이 빠른 프로펠러(30)의 하부영역에서는 프로펠러 날개(34)의 피치각을 크게 하여 추진효율을 높여 선박으로 전달되는 진동 및 소음 품질을 현저하게 개선하고 추진효율을 높일 수 있다.
그러나, 가이드홈(42)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 프로펠러 날개(34)에 형성된 안내돌기(38)의 위치 또는 가변하고자 하는 프로펠러 날개(34)의 피치각의 변화에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
일례로, 안내돌기(38)는 프로펠러 날개(34)의 플랜지(36) 하단에서 우현측에 치우쳐 형성되거나, 선미측으로 치우쳐 형성되는 것도 가능하며, 가이드홈(42)은 프로펠러(30)의 회전에 따라 프로펠러 날개(34)의 피치각을 가변하는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 프로펠러의 회전 각도별 프로펠러 날개의 피치각의 변화를 설명하기 위한 도면인 도 3을 참조하여, 선박용 추진장치(10)의 작용을 설명하면 다음과 같다. 참고로, 도 3에서 점 A 및 B는 각각 프로펠러 날개(34)의 회전 중심 및 안내돌기(38)의 중심을 나타낸다.
설명의 편의를 위해 선미측에서 선수를 향하여 바라볼 때 프로펠러(30)가 시계방향으로 회전하는 경우에 프로펠러 허브(32)에 결합된 여러 개의 프로펠러 날개(34) 중 그 하나의 피치각이 변화하는 과정을 설명하기로 한다.
프로펠러 날개(34)가 프로펠러(30)의 상부 영역, 일례로 0도 영역에 위치될 경우, 프로펠러 날개(34)는 안내돌기(38)가 선수측에 가까운 가이드홈(42)에 끼워진 상태이며, 이에 따라 프로펠러 날개(34)는 받음각이 최소가 되도록 프로펠러(30)의 회전 방향으로 누운 상태가 된다.
프로펠러(30)가 시계방향으로 회전함에 따라, 프로펠러 날개(34)의 안내돌기(38)가 가이드홈(42)에 끼워진 상태에서 선미측으로 이동하며, 이에 의해 프로펠러 날개(34)는 프로펠러 허브(32)에 결합된 상태에서 받음각이 증가하는 방향으로 피치각이 증가되며, 프로펠러 날개(34)가 프로펠러(30)의 하부영역에 이를 때까지 즉, 프로펠러(30)가 180도 회전할 때까지 피치각이 서서히 증가한다. 다시 말해, 도 3에서 볼 때 0도에서 180도 사이 영역에서 프로펠러 날개(34)의 회전 중심(A)이 프로펠러 회전 방향으로 이동한 거리가 안내돌기(38)의 중심(B)이 프로펠러 회전 방향으로 이동한 거리보다 길어지기 때문에, 프로펠러 날개(34)의 피치각이 증가하게 된다.
프로펠러(30)가 180도로 회전되면 프로펠러 날개(34)는 최대 피치각을 가진다.
이후, 프로펠러(30)가 180도 이상으로 회전함에 따라 안내돌기(38)가 가이드홈(42)에 끼워진 상태에서 선수측으로 이동하며 다시 받음각이 감소하는 방향으로 피치각이 감소하며 1회전이 완료되면 최초 피치각을 갖게 된다. 다시 말해, 도 3에서 볼 때 180도에서 360도 사이 영역에서 안내돌기(38)의 중심(B)이 프로펠러 회전 방향으로 이동한 거리가 프로펠러 날개(34)의 회전 중심(A)이 프로펠러 회전 방향으로 이동한 거리보다 길어지기 때문에, 프로펠러 날개(34)의 피치각이 감소하게 되고, 프로펠러 날개(34)의 회전 중심(A) 및 안내돌기(38)의 중심(B)이 360도에 도달하게 되면 프로펠러 날개(34)는 최초 피치각을 갖게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 추진장치(10)는 프로펠러(30)의 회전 위치에 따라 유체의 유입 속도를 반영하여 프로펠러 날개(34)의 받음각을 가변시킬 수 있다.
본 실시예에서 유체는 프로펠러(30)의 상부 영역에서 느리게 유동하고, 하부 영역에서는 빠르게 이동하며, 이러한 유체의 유동 속도 변화를 반영하여 프로펠러 날개(34)의 피치각을 가변시켜 추진 효율을 최적화시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 선박용 추진장치 20 : 프로펠러 샤프트
30 : 프로펠러 32 : 프로펠러 허브
34 : 프로펠러 날개 36 : 플랜지
35 : 삽입홈 38 : 안내돌기
40 : 가이드부재 42 : 가이드홈

Claims (4)

  1. 선박에 사용되는 추진장치로서,
    상기 선박의 보스를 통하여 일단부가 외측으로 돌출되는 프로펠러 샤프트와;
    내부에 중공부가 마련되며, 상기 프로펠러 샤프트의 일단부에 결합되는 프로펠러 허브와;
    단부가 상기 프로펠러 허브에 회전 가능하게 삽입되는 프로펠러 날개와;
    상기 프로펠러 날개의 단부와 상기 프로펠러 샤프트 사이에 개재되어, 상기 프로펠러 허브의 회전에 따라 상기 프로펠러 날개의 피치각을 조절하는 피치가변부를 포함하는 선박용 추진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러 날개의 단부에는 상기 프로펠러 샤프트을 향하여 안내돌기가 형성되며;
    상기 피치가변부는,
    상기 프로펠러 샤프트가 관통하도록 상기 보스의 외측에 결합되며, 상기 프로펠러 허브의 회전에 따라 상기 안내돌기를 가이드하여 상기 프로펠러 날개의 피치각을 가변하도록 외주면에 가이드 홈이 형성되는 가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로펠러 날개의 단부에는, 상기 프로펠러 허브로부터 상기 프로펠러 날개의 이탈을 방지하도록 플랜지가 형성되며,
    상기 안내돌기는 상기 플랜지의 하단에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
  4. 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 선박용 추진장치를 구비하는 선박.
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