KR20120121209A

KR20120121209A - 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120121209A
Application number: KR1020110039049A
Authority: KR
Inventors: 문승환
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-11-05

Abstract

본 발명은 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법에 관한 것으로, 프로펠러 날개부의 캐비테이션 발생 구역에 다이아몬드가 코팅되어 있는 알루미늄포일을 부착하여 캐비테이션에 의한 프로펠러 날개부의 표면 손상을 최소화하여 프로펠러 성능상의 손실을 방지해주고, 유체와의 마찰저항을 줄여주어 프로펠러의 성능이 향상되도록 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 프로펠러 날개부의 캐비테이션 발생구역에 부착되어 캐비테이션에 의한 침식을 최소화시켜주는 다아이몬드 코팅층이 형성된 알루미늄포일을 포함하여 구성되고, 상기 다이아몬드 코팅층이 형성된 알루미늄포일을 날개부에 부착하여 프로펠러를 제조하는 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법{Propeller having excellent cavitation resistance and Manufacturing method thereof}

본 발명은 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일(aluminum foil)을 캐비테이션 발생위치에 부착하여 프로펠러의 침식을 최소화 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법.

일반적으로 캐비테이션이란 프로펠러의 날개주위에서는 국부적으로 압력이 증기압 이하로 떨어짐으로 인하여 물이 공기화 되는 현상으로 정압이 액체의 증기압보다도 낮아질 때 액체 중에 기포가 발생되는 현상이다. 그리고 캐비테이션 침식(Cavitation erosion)은 액체의 빠른 유속과 부식작용이 서로 복합적으로 작용해서 생기는 것으로 캐비테이션에 의한 기포가 금속표면에 터지면 강한 충격작용이 발생하여 부동태 산화피막이 깨지고 소지금속도 손상된다.

종래에는 이러한 캐비테이션의 감소를 위하여 날개 끝단부분의 단면 모양을 일정한 형태로 연마하여 변형을 주어 캐비테이션 현상과 그에 의한 침식을 감소시키는 방법이 사용되어 왔다.

그러나 이 방법은 특정한 모양으로 연마하여 가공시켜 공동현상이 감소되는 경우도 있지만 그렇지 않을 경우 연마를 통한 가공을 계속해야 하는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 날개의 끝단부분에 직접적인 가공을 할 경우 연마가공의 특성상 가공 중 소실된 부분이 늘어나게 되고 과도한 가공은 원래 설계의 프로펠러 모양에 변화를 주게 된다. 때문에 프로펠러의 성능과 내구성에 영향을 미치게 되고, 프로펠러의 수명을 단축시키거나 심지어 다시 제작을 해야 하는 경우가 발생하는 등 이로 인한 경제적 손실과 선박의 성능저하를 초래하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프로펠러 날개부의 캐비테이션 발생구역에 다이아몬드가 코팅되어 있는 알루미늄포일을 부착하여 캐비테이션에 의한 프로펠러 날개부의 표면 손상을 최소화하여 프로펠러 성능상의 손실을 방지해주고, 유체와의 마찰저항을 줄여주어 프로펠러의 성능이 향상되도록 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 다수개의 날개부를 구비하고, 선박의 후미에 장착되어 추진력을 발생시키는 선박용 프로펠러에 있어서, 상기 날개부의 캐비테이션 발생구역에 부착되어 캐비테이션에 의한 침식을 최소화시켜주는 다아이몬드 코팅층이 형성된 알루미늄포일을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다이아몬드 코팅층과 알루미늄포일 사이에 형성되어 다이아몬드 코팅층의 부착이 용이하게 이루어지도록 하는 세라믹 코팅층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명은 다수개의 날개부를 구비하고, 선박의 후미에 장착되어 추진력을 발생시키는 선박용 프로펠러의 제조방법에 있어서, 알루미늄포일에 다이아몬드를 코팅하여 다이아몬드 코팅층을 형성한 후 날개부의 캐비테이션 발생구역에 부착함으로써 캐비테이션에 의한 침식을 최소화하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다이아몬드 코팅층은, 알루미늄포일에 나노 크기의 다이아몬드 미립자를 코팅함으로서 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 알루미늄포일에 다이아몬드 코팅층을 형성하기 전에 세라믹을 코팅하여 세라믹 코팅층을 형성함으로써 다이아몬드 코팅 효율이 향상되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다이아몬드는 기상합성 다이아몬드인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 프로펠러 날개부의 캐비테이션 발생 구역에 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일을 부착시킴으로써 캐비테이션에 의한 프로펠러의 손상을 방지하고, 유체와의 마찰 저항을 최소화하여 프로펠러의 작동효율이 향상되고, 알루미늄포일에 세라믹 코팅을 한 후에 다이아몬드코팅을 함으로써 다이아몬드의 코팅 효율이 보다 향상되어 다이아몬드 코팅에 따른 비용을 절감할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 프로펠러 날개부의 캐비테이션 발생구역을 나타낸 예시도,
도 2 는 본 발명에 의한 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일을 부착한 프로펠러를 나타낸 예시도,
도 3 은 본 발명에 의한 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일을 프로펠러의 날개부에 부착하는 상태를 나타낸 예시도,
도 4 는 본 발명에 의한 알루미늄포일에 다이아몬드 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 단면도,
도 5 는 본 발명에 의한 알루미늄포일과 다이아몬드 코팅층 사이에 세라믹 코팅층에 더 형성된 상태를 나타낸 예시도,

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 프로펠러 날개부의 캐비테이션 발생구역을 나타낸 예시도, 도 2 는 본 발명에 의한 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일을 부착한 프로펠러를 나타낸 예시도, 도 3 은 본 발명에 의한 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일을 프로펠러의 날개부에 부착하는 상태를 나타낸 예시도, 도 4 는 본 발명에 의한 알루미늄포일에 다이아몬드 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 단면도, 도 5 는 본 발명에 의한 알루미늄포일과 다이아몬드 코팅층 사이에 세라믹 코팅층에 더 형성된 상태를 나타낸 예시도로서, 도면에서와 같이 도면에서와 같이 프로펠러(10)는, 프로펠러(10)의 회전축에 결합되는 보스부(100)와, 상기 보스부(100)에 설치되는 다수의 날개부(200)로 이루어진다.

상기 날개부(200)에 있어 캐비테이션에 의한 침식이 많이 발생되는 캐비테이션 발생구역(210)은, 날개부의 끝단 부분(A)과 날개의 명음 방지를 위한 형상이 적용된 안티 싱잉 에지(anti-singing-edge)부분(B)과, 날개 흡입면 안쪽 부분(C)과, 날개 압력면 앞날 부분(D) 그리고 날개 뿌리 부분(E)이다.

본 발명의 프로펠러(10)는 상기와 같이 형성되는 캐비테이션 발생구역(210)에 다이아몬드 코팅층(310)이 형성된 알루미늄포일(300)을 접착제를 이용하여 부착함으로써 형성된다.

상기와 같이 알루미늄포일(300)에 다이아이몬드를 코팅하여 다이아몬드 코팅층(310)을 형성한 후 프로펠러(10)의 날개부(200)에 부착함으로써 다이아몬드 코팅층(310)에 의해 극히 높은 내마모성을 가지게 되어 캐비테이션에 의한 프로펠러(100)의 손상이 방지되고, 유체와의 마찰저항을 최소화하여 프로펠러(10)의 작동효율이 향상된다.

또한 본 발명은 침식이 많이 발생되는 캐비테이션 발생구역(210)에 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일(300)을 부착함으로써 침식방지효과는 극대화하면서 필요한 부분에만 부착하여 비용은 절감될 수 있도록 한다.

한편 본 발명은 상기 다이아몬드 코팅층(310)과 알루미늄포일(300) 사이에 세라믹 코팅층(320)을 더 형성할 수 있다.

상기 세라믹 코팅층(320)을 구성하는 세라믹 재질은 다이아몬드 코팅시 다이아몬드의 코팅 효율이 매우 높아지도록 하는 부재로서, 우수한 품질의 다이아몬드 코팅층(310)을 형성할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 다이아몬드가 코팅된 알루미늄포일(300)을 이용한 프로펠러(10)의 제작과정을 설명하면, 먼저 알루미늄포일에(300) 다이아몬드를 코팅하여 다이아몬드 코팅층(310)을 형성한다.

상기 다이아몬드 코팅층(310)은 알루미늄포일(300)에 나노 크기의 다이아몬드 미립자를 코팅함으로써 형성된다.

상기 다이아몬드는 수소 및 메탄 등의 기체를 이용하여 고온에서 플라즈마와 같은 열원을 통해 합성해 내는 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond)인 기상합성 다이아몬드(Chemical Vapor Deposition Diamond)를 사용할 수 있다.

이러한 기상합성 다이아몬드는 100% 다이아몬드 구조를 가지고 있어 천연다이아몬드와 유사한 물성을 가지고 있어 매우 경도가 높고 이로 인해 극히 높은 내마모성을 갖는다.

상기 기상합성 다이아몬드는, 코팅시 막 성형 온도를 100℃ 이하로 내릴 수 있어 알루미늄이나 플라스틱에도 코팅이 가능함으로써 본 발명의 알루미늄포일(300)에 소정의 두께로 코팅하여 다이아몬드 코팅층(310)을 형성할 수 있게 되는 것이다.

한편 상기 다이아몬드 코팅층(310)을 구성하고 있는 다이아몬드 미립자는 대략 3nm ~ 10nm 정도의 크기를 갖는 것으로, 다이아몬드의 뛰어난 강도에 의해 극히 높은 내마모성을 갖게 된다.

한편 본 발명은 상기 알루미늄포일(300)에 다이아몬드를 코팅하기 전에 알루미늄포일(300)에 세라믹을 코팅하여 세라믹 코팅층(320)을 형성한 후 다이아몬드를 코팅하여 다이아몬드 코팅층(310)을 형성할 수 있다.

상기 세라믹 코팅층(320)은 다이아몬드 코팅시 코팅 효율이 매우 높여줄 수 있어 알루미늄포일(300)에 우수한 품질의 다이아몬드 코팅층(310)을 형성할 수 있게 하여 캐비테이션에 의한 침식방지 효율이 향상되도록 한다.

상기와 같이 알루미늄포일(300)에 다이아몬드 코팅층(310)이 형성되면, 상기 날개부(200)의 캐비테이션 발생구역(210)에 접착제를 이용하여 다이아몬드 코팅층이 형성된 알루미늄포일(300)을 부착한다.

한편 알루미늄포일(300)을 날개부(200)의 캐비테이션 발생구역(210)에 부착할 경우에는 3차원 곡면형태를 갖는 날개부(200)에 용이하게 부착할 수 있도록 소정의 크기로 절단하여 일부분이 겹쳐지도록 부착하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 알루미늄포일(300)에 다이아몬드를 코팅하여 다이아몬드 코팅층(310)을 형성한 후 날개부(200)에 부착함으로써, 다이아몬드 코팅층(310)에 의해 캐비테이션에 의한 손상이 최소화되어 프로펠러(10)의 수명이 연장되고, 마찰력이 감소되어 프로펠러(10)의 추진 효율이 향상됨으로서 연료를 절감할 수 있게 된다.

한편 본 발명은 캐비테이션에 의한 침식작용으로 인해 날개부가 손상된 경우, 손상된 날개부(200)의 표면에도 상기 다이아몬드 코팅층(310)이 형성된 알루미늄포일(300)을 부착하여 날개부(200)를 보수할 수 있다.

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.

(10) : 프로펠러 (100) : 보스부
(200) : 날개부 (210) : 캐비테이션 발생구역
(300) : 알루미늄포일 (310) : 다이아몬드 코팅층
(320) : 세라믹 코팅층

Claims

다수개의 날개부를 구비하고, 선박의 후미에 장착되어 추진력을 발생시키는 선박용 프로펠러에 있어서,
상기 날개부의 캐비테이션 발생구역에 부착되어 캐비테이션에 의한 침식을 최소화시켜주는 다아이몬드 코팅층이 형성된 알루미늄포일을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 코팅층과 알루미늄포일 사이에 형성되어 다이아몬드 코팅층의 부착이 용이하게 이루어지도록 하는 세라믹 코팅층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러.
다수개의 날개부를 구비하고, 선박의 후미에 장착되어 추진력을 발생시키는 선박용 프로펠러의 제조방법에 있어서,
알루미늄포일에 다이아몬드를 코팅하여 다이아몬드 코팅층을 형성한 후 날개부의 캐비테이션 발생구역에 부착함으로써 캐비테이션에 의한 침식을 최소화하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 다이아몬드 코팅층은, 알루미늄포일에 나노 크기의 다이아몬드 미립자를 코팅함으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러의 제조방법.
제 2 항에 있어서,
상기 알루미늄포일에 다이아몬드 코팅층을 형성하기 전에 세라믹을 코팅하여 세라믹 코팅층을 형성함으로써 다이아몬드 코팅 효율이 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 다이아몬드는 기상합성 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저항성이 향상된 선박용 프로펠러의 제조방법.