KR20120128808A

KR20120128808A - Propeller for ship

Info

Publication number: KR20120128808A
Application number: KR1020110046682A
Authority: KR
Inventors: 최영달; 한정일; 정승규
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-28
Also published as: KR101238669B1

Abstract

PURPOSE: A propeller for a ship is provided to increase the efficiency of a propeller caused by a cavitation and to enhance fluctuation pressure components transferred to a hull by reducing the generated amount of cavities, vibration, and noise. CONSTITUTION: A propeller for a ship is coupled to a driving shaft(20). The propeller comprises blades(12). The blades are formed into the shape of an S or a reversed S in a radial direction of a driving shaft while being extended from a root to a tip. The end of the blades is curved in the opposite direction to the radial direction of the driving shaft.

Description

Marine propellers {PROPELLER FOR SHIP}

본 발명은 선박용 프로펠러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 곡선의 레이크(rake)를 적용하여 공동 현상을 줄일 수 있으며, 이로 인한 변동 압력값도 저감시킬 수 있는 선박용 프로펠러에 관한 것이다.
The present invention relates to a ship propeller, and more particularly to a ship propeller that can reduce the cavitation by applying a curved rake, thereby reducing the fluctuation pressure value.

일반적으로, 선박의 프로펠러는 원통형의 실린더 축(프로펠러 허브)에 여러 개의 블레이드가 달려 있으며 회전 운동에 의해 유체를 후방으로 밀어내면서 전방으로 전진하려는 추력을 발생시키게 된다.In general, a propeller of a ship has several blades on a cylindrical cylinder axis (propeller hub) and generates thrust to move forward while pushing fluid backwards by rotational movement.

이때, 프로펠러는 선박의 선미에 위치하여 불균일한 유동장(wake)에서 회전 운동에 기인한 블레이드 면에서의 압력 강하로 인해 수중의 공기가 기화하는 캐비테이션(cavitation), 즉 공동현상이 발생될 수 있다.At this time, the propeller may be located at the stern of the ship and may cause cavitation, ie, cavitation, in which air in the water vaporizes due to a pressure drop on the blade surface due to rotational movement in a non-uniform flow wake.

이러한 공동이 생성하여 소멸하는 과정을 거치면서 발생되는 변동 압력은 소음이나 진동의 원인이 되며 프로펠러의 효율을 저하시키게 된다.The fluctuating pressure generated during the process of creating and dissipating these cavities causes noise or vibration and lowers the efficiency of the propeller.

따라서, 선박의 프로펠러를 설계함에 있어서 그 형상을 유체역학적으로 정교하게 설계하여 선박의 추진 성능을 좋게 하면서 불균일한 유동장에서 발생하는 공동 면적을 저감시키거나 공동 현상에 기인한 변동 압력을 줄이기 위해 프로펠러의 형상을 정의하는 설계 변수들을 적절히 분포시키고자 연구가 이루어지고 있다. Therefore, in designing the propeller of a ship, the shape of the propeller of the propeller is reduced to reduce the cavity area generated in the non-uniform flow field or to reduce the fluctuation pressure caused by the cavity phenomenon while improving the propulsion performance of the ship. Research is underway to properly distribute the design variables that define the shape.

프로펠러의 형상에 대한 설계 변수들은 각 반경 별(root ~ 1.0r/R)로 블레이드 단면의 형상, 단면의 두께, 길이, 캠버 및 1회전시 선박의 전진 거리(피치), 회전 방향에 대한 각도(스큐), 프로펠러 기준선으로부터의 거리(레이크)로 정의할 수 있다. The design parameters for the shape of the propeller are the radius of the blade cross section (root ~ 1.0r / R), the thickness and length of the cross section, the camber and the forward distance (pitch) of the ship in one revolution, and the angle to the direction of rotation ( Skew) and the distance from the propeller baseline (lake).

이와 같은 설계 변수들 중 블레이드의 피치 분포, 캠버 및 면적(반경 별 단면의 길이 분포)은 프로펠러의 추진 효율 및 공동현상과 밀접한 연관성이 있기 때문에 블레이드에 걸리는 하중의 적절한 분산 및 점성 저항 등을 고려하여 설계하여야 하며, 스큐는 불균일한 유동장에서 발생되는 거스트(gust)와 블레이드에 위상 차를 주어 블레이드 안에서 변동 양력을 상쇄시키도록 설계되어야 한다.Among these design variables, the pitch distribution, camber and area of the cross section (radius length distribution) are closely related to propeller propulsion efficiency and cavitation, so considering the proper dispersion of the load on the blade and the viscous resistance The skew should be designed to offset the fluctuations in the blades by giving the phase difference to the gusts and blades generated in the non-uniform flow field.

특히, 선박에 적용되는 레이크(rake)는 도 8에 도시한 바와 같이 프로펠러 기준선과 설계 기준선이 일치하도록 설계하는 것이 일반적이나, 프로펠러 기준선으로부터 직선 또는 곡선 형태로 선수 방향이나 선미 방향으로 기울어지도록 설계함으로써 공동의 발생을 줄이고 하중이나 저항의 적절한 분산을 유도하는 경우도 있다. In particular, a rake applied to a ship is generally designed such that the propeller baseline and the design baseline coincide with each other, as shown in FIG. 8, but by designing the rake to be inclined in a bow or stern direction in a straight or curved form from the propeller baseline. In some cases, the cavities are reduced and the load or resistance is properly distributed.

그러나, 이와 같은 설계 변수들의 적절한 분포를 통한 설계에도 불구하고, 공동 발생량 및 진동이 여전히 줄어들지 않는 문제점이 있었다.
However, despite the design through the proper distribution of such design variables, there was a problem that the amount of cavitation and vibration is still not reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발명의 목적은 블레이드가 구동 샤프트의 반경방향으로 S자 또는 역S자 형태의 레이크 분포를 갖도록 함으로써, 프로펠러의 효율을 높이고 공동 발생량 및 진동, 소음의 저감을 통한 안정화로 선체에 전달되는 변동 압력 성분을 개선할 수 있는 선박용 프로펠러를 제공하는데 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, the object of the invention is to have a rake distribution of the S-shape or inverted S-shape in the radial direction of the drive shaft, thereby increasing the efficiency of the propeller and the amount of cavitation and vibration In addition, the present invention provides a ship propeller capable of improving the fluctuation pressure component transmitted to the hull by stabilization through reduction of noise.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박용 프로펠러는, 구동 샤프트에 결합되는 것으로, 루트(root)로부터 팁(1.0 r/R)까지 상기 구동 샤프트의 반경방향에 대해 S자 또는 역 S자 형태의 레이크 분포를 가지는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a marine propeller according to the present invention is coupled to a drive shaft, and has an S shape or an inverse S shape with respect to the radial direction of the drive shaft from a root to a tip (1.0 r / R). It characterized in that it comprises a blade having a rake distribution in the form.

상기 블레이드는 끝단부의 일정 폭이 상기 구동 샤프트의 반경방향과 반대쪽으로 절곡된 것을 특징으로 한다.
The blade is characterized in that a predetermined width of the end portion is bent in the opposite direction to the radial direction of the drive shaft.

상기 블레이드의 변곡점은 블레이드 반경의 0.2 ~ 0.8R 사이에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
The inflection point of the blade is characterized in that it is configured to be located between 0.2 ~ 0.8R of the blade radius.

상기 블레이드의 변곡점은 프로펠러 기준선에 있는 것을 특징으로 한다.
The inflection point of the blade is characterized in that it is at the propeller baseline.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 선박용 프로펠러에 의하면, 공동현상에 의해 야기되는 프로펠러의 효율을 높이고 공동 발생량 및 진동, 소음의 저감을 통한 안정화로 선체에 전달되는 변동 압력 성분을 개선할 수 있는 효과가 있다.
As described above, according to the ship propeller according to the present invention, it is possible to improve the efficiency of the propeller caused by the cavitation, and to improve the fluctuation pressure component transmitted to the hull by stabilization through the reduction of the amount of generation, vibration, noise There is.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 선박용 프로펠러를 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 블레이드의 변곡점을 나타내는 측면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 다른 실시예들을 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 선박용 프로펠러와 제로(0) 레이크를 갖는 프로펠러의 공동 현상에 대한 결과값을 비교하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 선박용 프로펠러와 제로(0) 레이크를 갖는 프로펠러의 변동 압력에 대한 결과값을 비교하는 그래프이다.
도 8은 종래의 선박용 프로펠러를 나타내는 측면도이다. 1 and 2 are a front view and a side view showing a ship propeller according to the present invention.
Figure 3 is a side view showing the inflection point of the blade according to the present invention.
4 and 5 are side views showing other embodiments of the ship propeller according to the present invention.
Figure 6 is a view comparing the results for the cavitation of the propeller for ships according to the invention and the propeller having a zero (0) rake.
Figure 7 is a graph comparing the result of the fluctuation pressure of the propeller for ships according to the invention and the propeller having a zero (0) rake.
8 is a side view showing a conventional ship propeller.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 선박용 프로펠러를 나타내는 정면도 및 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 블레이드의 변곡점을 나타내는 측면도이다.1 and 2 are a front view and a side view showing a ship propeller according to the present invention, Figure 3 is a side view showing the inflection point of the blade according to the present invention.

도시한 바와 같이, 선박용 프로펠러(10)는 선박의 선미에 설치되어 선박에 추진 동력을 제공하는 것으로, 구동 샤프트(20)에 연결되는 보스(11)에 복수의 블레이드(12)가 소정의 피치각을 가지고 대략 방사형으로 설치된다. As shown, the ship propeller 10 is installed at the stern of the ship to provide propulsion power to the ship, the plurality of blades 12 is a predetermined pitch angle to the boss 11 connected to the drive shaft 20 It is installed approximately radially.

구체적으로, 상기 블레이드(12)는 도 1에 도시한 바와 같이, 4개의 블레이드(12)가 90도의 각도로 대략 방사상으로 설치되나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 적어도 2개의 블레이드(12)로 이루어져 선박에 최적의 추진 동력을 제공 가능한 개수라면 상관없다.Specifically, the blade 12 is, as shown in Figure 1, four blades 12 are installed approximately radially at an angle of 90 degrees, the present invention is not limited to this, at least two blades 12 It does not matter if it is a number capable of providing optimum propulsion power to the vessel.

또한, 상기 블레이드(12)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 블레이드(12)의 루트(root)로부터 팁(1.0 r/R)까지 상기 구동 샤프트의 반경방향에 대하여 S자 형태의 레이크 분포를 갖는 구성으로 이루어져 있다.2 and 3, the blade 12 has an S-shaped rake with respect to the radial direction of the drive shaft from the root of the blade 12 to the tip (1.0 r / R). It consists of a configuration having a distribution.

상기 블레이드(12)의 블레이드 연장반경(BEL;Blade Expanded Length)은 종래 제로(0) 레이크를 갖는 블레이드의 반경과 비교하여 크게 증가하게 된다. Blade Expanded Length (BEL) of the blade 12 is greatly increased compared to the radius of a blade having a conventional zero rake.

이와 같이 상기 블레이드(12)의 블레이드 연장반경이 증가하게 될 경우, 그 전체 프로펠러(10)의 길이 또한 증가하게 되므로 프로펠러(10)에 걸리는 부하가 낮아져 추력이 증가하게 된다.As such, when the blade extension radius of the blade 12 is increased, the length of the entire propeller 10 is also increased, so that the load on the propeller 10 is lowered and the thrust is increased.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 블레이드(12)는 끝단부의 일정 폭이 상기 구동 샤프트(20)의 반경방향과 반대쪽으로 절곡되어 있다.In addition, as shown in Figure 2, the blade 12 is bent in a direction opposite to the radial direction of the drive shaft 20, the predetermined width of the end portion.

이와 같이 상기 블레이드(12) 끝단부의 절곡된 형상은 그 끝단부에서 발생하는 소용돌이 현상인 팁 보오텍스(TIP VORTEX)를 감소시키는 동시에, 블레이드(12) 끝단부와 선체 사이의 간격을 넓혀 공동 현상에 의해 발생되는 변동 압력을 저감시킬 수 있게 된다.As such, the bent shape at the end of the blade 12 reduces the tip vortex, which is a vortex occurring at the end, and widens the gap between the end of the blade 12 and the hull, thereby improving the cavitation. The fluctuation pressure generated by this can be reduced.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 블레이드(12)는 수직선 형태의 프로펠러 기준선을 지나는 변곡점(C)이 블레이드(12) 반경의 0.2 ~ 0.8R 사이에 위치하게 된다.In addition, as shown in Figure 3, the blade 12 is the inflection point (C) passing through the propeller reference line in the form of a vertical line is positioned between 0.2 ~ 0.8R of the radius of the blade 12.

특히 상기 변곡점(C)은 프로펠러의 기준선 상에 있도록 하여 추력 발생시 하중의 불균형으로 인한 블레이드에서의 굽힘 변형을 최대한 방지하도록 하는 것이 좋다.In particular, the inflection point (C) is to be on the reference line of the propeller so as to prevent bending deformation in the blade due to the unbalance of the load when the thrust occurs to the maximum.

여기서, 도시한 A점은 블레이드(12)의 끝단부를 나타내고, B점은 반경방향 으로 변곡점(C)이 위치할 수 있는 최대 지점으로 대략 반경의 80%에 해당하는 위치를 나타내며, D점은 반경방향으로 변곡점(C)이 위치할 수 있는 최소 지점으로 대략 반경의 20%에 해당하는 위치를 나타낸다. Here, the point A is shown the end of the blade 12, the point B is the maximum point where the inflection point (C) can be located in the radial direction represents a position corresponding to approximately 80% of the radius, D point is the radius It is the minimum point where the inflection point C can be located in the direction, and represents a position corresponding to approximately 20% of the radius.

상기 프로펠러 기준선을 지나는 변곡점(C)이 블레이드(12) 반경의 0.2R 미만의 위치에 있거나 상기 변곡점(C)이 0.8R을 초과하여 위치할 경우에는 공동 발생량 및 진동이 줄어들지 않는 문제점이 있어 바람직하지 않다.If the inflection point (C) passing through the propeller reference line is less than 0.2R of the radius of the blade 12 or the inflection point (C) is greater than 0.8R, there is a problem that the amount of cavity generation and vibration are not reduced, which is not preferable. not.

그리고, 상기 블레이드(12)에 대한 선미(+) 및 선수(-) 방향으로의 레이크 값의 합에 의해 이루는 각, 즉 상기 프로펠러 기준선에 대해 선미 방향으로의 레이크 각도와 선수 방향으로의 레이크 각도를 합한 전 레이크 각도(Total Rake Angle)는 대략 45°이내에서 이루어진 것이 좋다. Then, the angle formed by the sum of the rake values in the stern (+) and bow (-) directions with respect to the blade 12, that is, the rake angle in the stern direction and the rake angle in the bow direction with respect to the propeller baseline The total Rake Angle should be within 45 °.

한편, 첨부한 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 다른 실시예들을 나타내는 측면도로서, 도 4는 프로펠러 기준선을 지나는 변곡점(C)이 블레이드(12) 반경의 0.2 ~ 0.8R 사이에 위치한 다양한 예들을 나타낸다.Meanwhile, FIGS. 4 and 5 are side views showing other embodiments of the ship propeller according to the present invention, and FIG. 4 is an inflection point C passing through the propeller reference line located between 0.2 and 0.8 R of the radius of the blade 12. Various examples are shown.

그리고, 도 5는 레이크의 분포 형태가 S자 형태와 대칭되는 역 S자 형태로 상기 S자 형태의 레이크 분포를 갖는 프로펠러(10)와 동일한 작용 및 효과를 얻는다. 5 shows the same action and effect as the propeller 10 having the S-shaped rake distribution in an inverted S-shape in which the distribution of the rake is symmetrical to the S-shape.

따라서, 본 발명에 따른 선박용 프로펠러에 의하면, 프로펠러(10)에 유입되는 유동을 전환하여 불균일한 유동 내에서도 최적의 블레이드(12) 회전 조건을 구현할 수 있게 되고, 이로 인해 프로펠러(10)의 효율이 향상되고, 공동 발생량이 저감되며, 소음 및 진동이 저감되어 선체에 전달되는 변동 압력 성분을 개선시킬 수 있게 된다. Therefore, according to the ship propeller according to the present invention, it is possible to implement the optimum blade 12 rotation conditions in the non-uniform flow by switching the flow flowing into the propeller 10, thereby improving the efficiency of the propeller 10 The amount of cavities generated is reduced, and noise and vibration are reduced to improve the variable pressure component transmitted to the hull.

첨부한 도 6은 본 발명에 따른 선박용 프로펠러와 제로(0) 레이크를 갖는 프로펠러의 공동 현상에 대한 결과값을 비교하는 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 선박용 프로펠러와 제로(0) 레이크를 갖는 프로펠러의 변동 압력에 대한 결과값을 비교하는 그래프이다.6 is a view comparing the results of the cavitation of the propeller for ship according to the invention and the propeller having a zero (0) rake, Figure 7 is a ship having a propeller and zero rake according to the invention This is a graph comparing the result of the propeller's fluctuation pressure.

도 6에 도시한 바와 같이, 종래의 제로(0) 레이크를 갖는 프로펠러(100)의 경우 회전 각도 30°에서의 공동 발생량은 블레이드(12) 면적의 약 40% 정도이나, 본 발명에 따른 프로펠러(10)의 경우 회전각도 30°에서의 공동 발생량은 블레이드(12) 면적의 약 25% 정도로, 종래기술에 비해 약 15% 정도의 감소 효과 가져오게 된다.As shown in FIG. 6, in the case of the propeller 100 having a conventional zero (0) rake, the amount of cavity generation at a rotation angle of 30 ° is about 40% of the area of the blade 12, but the propeller according to the present invention ( In the case of 10), the amount of cavities generated at a rotation angle of 30 ° is about 25% of the area of the blade 12, resulting in a reduction of about 15% compared to the prior art.

이에 따라 도출되는 변동압력에 대한 해석 결과, 도 7에 도시한 바와 같이, 종래기술에 비해 약 20% 정도의 변동압력의 감소 효과를 가져오게 된다.
As a result of the analysis on the fluctuation pressure derived as a result, as shown in FIG. 7, the fluctuation pressure is reduced by about 20% compared to the prior art.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various modifications to the embodiments are also within the scope of the claims of the present invention.

10 : 프로펠러 11 : 보스
12 : 블레이드 20 : 구동 샤프트10: propeller 11: boss
12: blade 20: drive shaft

Claims

In the marine propeller coupled to the drive shaft 20,
A propeller for ships comprising a blade (12) having a rake distribution in the form of S or inverse S with respect to the radial direction of the drive shaft from root to tip (1.0 r / R).

The method of claim 1,
The blade 12 is a propeller for ships, characterized in that a predetermined width of the end portion is bent in the opposite direction to the radial direction of the drive shaft (20).

The method of claim 1,
The inflection point (C) of the blade 12 is a propeller for ships, characterized in that configured to be located between 0.2 ~ 0.8R of the radius (R) of the blade (12).

The method of claim 3,
Ship propeller, characterized in that the inflection point (C) of the blade 12 is in the propeller baseline.