KR20130002580A - 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러더의 양쪽 측면에 형성되는 벌브에 복수의 스테이터를 형성하여 추진효율이 증대되도록 한 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치가 개시된다.
본 발명은 선체와 연결되는 허브와, 이 허브에 회전하도록 구비되는 프로펠러와, 상기 프로펠러의 후방에 회전가능하게 배치되는 러더와, 상기 러더의 측면에 형성되면서 허브와 회전가능하게 결합되는 벌브로 이루어진 선박용 추진조타장치로서, 상기 벌브상에 하나 이상의 스테이터를 형성한 구조이다.

Description

스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치{A Propulsion and Steering Apparatus for Ship with Stator}

본 발명은 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 러더의 양쪽 측면에 형성되는 벌브에 복수의 스테이터를 형성하여 추진효율이 증대되도록 한 것이다.

일반적으로, 선박의 선미에는 프로펠러와 같은 추진장치와 선박의 운항 방향을 조정해주는 러더와 같은 조타장치가 설치되어 있다.

근래에는 추진장치와 조타장치가 결합된 추진조타장치도 개발되었다.

도 1은 이러한 추진조타장치의 일례를 도시한 도면으로서, 선박(2)의 추진조타장치(1)가 선박(2)의 후미 부분에 장착된다.

종래의 추진조타장치(1)는 구동 샤프트(4)에 장착된 프로펠러(3)를 포함한다. 프로펠러(3)가 구동 샤프트(4)에 의해 구동될 때, 프로펠러(3)는 선박을 화살표(A) 방향 전방으로 추진한다(구동부는 후진하도록 역전될 수 있다는 것을 이해하여야 한다). 선박(2)이 프로펠러(3)에 의해 전방으로 추진될 때, 프로펠러(3)를 지나가는 물은 프로펠러(3)의 하류부, 즉 프로펠러(3) 뒤에 위치하는 회전가능한 러더(6)에 대해 후방으로 이동한다. 여기에서, 용어 "하류부(downstream)" 및 "후방(behind)"은 선박의 전방 이동 방향(화살표(A)로 표시된 바와 같은)을 기준으로 하는 것으로 이해하여야 한다.

러더(6)는 러더(6)의 위치를 제어하기 위하여 회전할 수 있는 러더 스톡(7) 상에 장착된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 프로펠러(3)는 허브(5)를 가지며, 허브(5)상에 복수의 프로펠러 블레이드가 장착된다.

유선형 벌브(10)는 러더(6)와 일체로 형성된다. 프로펠러(3)가 작동중일 때, 프로펠러로부터의 물은 벌브(10) 위로 유동하게 된다. 물이 유선형 벌브(10) 위를 유동할 때, 프로펠러의 효율이 증대된다. 벌브(10)는 프로펠러(3) 후방의 캐비테이션 및 회전 손실을 감소시킨다. 도 2에 있어서, 도면부호 8은 러더(6)의 전방단부이다.

벌브(10)는 갭(e)만큼 프로펠러(3)로부터 분리되는데, 프로펠러(3)의 허브(5)는 프로펠러(3)와 벌브(10) 사이의 갭(e)을 연결하는 허브 캡(13)을 가진다. 허브 캡(13)은 허브(5)와 일체로 형성되거나 허브(5)에 단단히 연결된다. 따라서, 허브 캡(13)은 허브(5)와 같이 회전한다.

벌브(10)가 러더(6)와 일체로 형성되기 때문에, 이는 러더(6)를 회전하기가 더 어렵게 한다. 도 3은 종래의 러더 및 허브캡의 평면도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 허브 캡(13)은 벌브(10)의 전방 단부(11)가 허브 캡(13)내로 돌출하는 변화부(14)에서 벌브(10)의 전방 단부(11) 와 만난다. 벌브(10)의 전방 단부(11)와 허브 캡(13) 사이에 작은 간격이 있어, 러더(6)는 회전할 수 있다. 러더(6)가 회전할때, 허브 캡(13)은 고정된 상태를 유지한다.

또한, 도 3에 있어서, 허브캡(13)은 벌브(10)의 전방 단부(11)가 허브 캡(13)의 부분내로 돌출하는 변화부(14)에서 벌브(10)의 전방 단부(11)와 만난다. 러더(6)가 회전가능하도록 벌브(10)의 전방 단부(11)는 만곡되어 러더스톡(7)으로부터 벌브(10)의 전방 단부(11)로의 거리에 대응하는 곡률을 가진다. 따라서, 러더(6)는 회전할 수 있다.

그러나, 종래의 추진조타장치(1)는 허브(5)에서 발생하는 허브 보오텍스(hub vortex)가 집중되는 현상을 효과적으로 억제하기 어렵고, 그에따라 러더(6)의 침식현상 유발을 방지하지 못함과 동시에, 프로펠러(3)의 후류에 포함된 회전에너지를 효과적으로 회수하여 추력으로 사용하지 못하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 프로펠러 후류의 회전에너지를 회수하여 선박의 추진효율을 향상시키고, 허브 보오텍스 집중을 억제하여 캐비테이션 현상의 강도를 약화시킴으로써, 침식에 의한 러더의 손상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 선체와 연결되는 허브와, 이 허브에 회전하도록 구비되는 프로펠러와, 상기 프로펠러의 후방에 회전가능하게 배치되는 러더와, 상기 러더의 양 측면에 형성되면서 허브와 회전가능하게 결합되는 벌브로 이루어진 선박용 추진조타장치로서,

상기 벌브상에 하나 이상의 스테이터를 포함하여 구성된 것이다.

상기 스테이터는 좌현과 우현에 설치 갯수를 달리하는 비대칭 구조로 이루어져 있다.

또한, 상기 스테이터는 좌현과 우현에서 스테이터의 피치각, 캠버, 코드길이를 달리하여 배치된다.

또한, 상기 스테이터의 앞날의 설치위치가 러더의 전방 단부보다 앞선 위치에 형성된 구조이다.

이와 같이, 본 발명은 추진조타장치에 있어서, 러더의 양쪽 측면에 형성된 벌브상에 하나 이상의 스테이터를 구비하여, 프로펠러의 후류에 포함된 회전에너지의 손실을 줄여서 회수함으로써 선박의 추진효율을 더욱 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 프로펠러의 회전시 발생하는 허브 보오텍스의 집중현상을 완화시켜서 추진효율 향상에 일조하면서 러더의 침식현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 선박의 선미에 설치되는 추진조타장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 상세도이다.
도 3은 종래의 러더 및 허브캡의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 추진조타장치를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 측면에서 본 스테이터의 배치상태도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 추진조타장치를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 추진조타장치는 러더(6)의 벌브(10) 둘레면을 따라 하나 이상의 스테이터(20)를 형성한 구조이다.

또한, 상기 스테이터(20)는 좌현과 우현에 대하여 설치 갯수를 동일하게 하는 대칭 구조 또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 설치 갯수를 달리하는 비대칭 구조를 이룬다. 바람직하게는 비대칭 구조를 가지는 것이다.

또한, 스테이터(20)는 좌현과 우현에서 스테이터(20)의 피치각(본 실시 예에서는 벌브(10)와 스테이터(20)의 코드선과의 사이각), 캠버(스테이터(20)의 만곡된 정도), 코드길이(chord length)를 달리하여 배치한다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스테이터(20)는 스테이터(20)의 앞날(20a)의 설치위치가 러더(6)의 전방 단부(8)보다 앞선 위치에 장착된 구조를 가진다.

프로펠러(3)와 스테이터(20)간의 거리가 가까울 수록 회전에너지 회수율이 증대될 수 있지만, 프로펠러(3)와의 거리가 너무 근접하면 소음 및 진동이 커지게 되는 단점이 있기 때문에, 적정거리를 유지하여 소음 및 진동을 저감시키고, 프로펠러(3) 후류의 회전 에너지 회수율을 높일 수 있도록 스테이터(20)의 앞날(20a)의 배치위치를 러더(6)의 전방단부(8)보다 프로펠러(3)쪽으로 나오게 배치한다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 벌브(10)의 둘레면을 따라 하나 이상의 스테이터(20)를 설치함으로써, 허브캡(13)을 타고 벌브(10)를 지나는 유동이 벌브(10)의 둘레면을 따라 돌출,형성된 스테이터(20)를 만나면서 프로펠러(3)의 후류 회전에너지의 접선성분의 속도와 반대방향의 속도를 주어서 후류방향의 회전에너지의 손실을 최소화(회전에너지의 회수율 증대)하여 추진효율이 향상되는 것이다.

또한, 프로펠러(3)의 후방에서 발생하는 허브 보오텍스를 발산시켜서 집중되는 현상을 방지하여 선박의 추진효율을 증대시킬 수 있고, 소음 및 진동을 감소시킬 수 있다.

또한, 허브 보오텍스의 집중현상에 의한 러더(6)의 캐비테이션 현상을 미연에 방지하여 침식에 의한 러더(6)의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 벌브(10)를 중심으로 좌현과 우현의 스테이터(20)의 갯수를 달리하여 설치하는 비대칭구조를 이루어서, 프로펠러(3)의 회전방향(통상적으로 선수쪽으로 볼때 시계방향)에 기인하여 좌현과 우현의 수류 속도가 상이해지는 현상을 보정하여 좌현과 우현의 수류 속도가 균일하게 되도록 하여 선박의 추진효율을 더욱 극대화할 수 있다.

다시 말해서, 프로펠러(3)가 우회전하는 경우, 우현쪽에서는 선미 부분의 하부에서 상승하는 선미 상승류의 방향이 서로 반대방향으로 되어서 프로펠러로 유입되는 유체의 입사류 속도는 프로펠러의 회전속도와 선미 상승류의 속도가 더해져서 속도가 더욱 빨라진다.

이와는 반대로, 선체의 좌현쪽에서는 선미 상승류와 프로펠러의 입사류 유속이 동일 방향으로 되므로, 프로펠러로 유입되는 입사류 속도는 프로펠러의 회전속도에서 선미 상승류의 속도만큼 감해지게 되고, 그에따라 우현쪽보다는 더 강한 접선 방향 속도가 생성되어 좌현의 스테이터(20)의 갯수가 우현의 스테이터(20)의 갯수보다 많게 배치함으로써, 좌현과 우현의 수류 속도가 균일하게 되도록 하여 선박의 추진효율을 더욱 극대화할 수 있다.

또한, 프로펠러(3)가 좌회전하는 경우에는 프로펠러(3)가 우회전 하는 경우와 반대이므로, 좌현의 스테이터(20)의 갯수보다 우현의 스테이터(20)의 갯수를 더 많이 배치하면 된다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.

e : 갭
1 : 추진조타장치
2 : 선박
3 : 프로펠러
4 : 구동샤프트
5 : 허브(hub)
6 : 러더(rudder)
7 : 러더스톡(redder stock)
8 : 전방단부
10 : 벌브(bulb)
11 : 전방단부
13 : 허브캡
14 : 변화부
20 : 스테이터(stator)
20a : 앞날

Claims (4)

1. 선체와 연결되는 허브와,
   이 허브에 회전하도록 구비되는 프로펠러와,
   상기 프로펠러의 후방에 회전가능하게 배치되는 러더와,
   상기 러더의 양 측면에 형성되면서 허브와 회전가능하게 결합되는 벌브로 이루어진 선박용 추진조타장치로서,
   상기 벌브상에 하나 이상의 스테이터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이터는 좌현과 우현에 설치갯수를 달리하는 비대칭 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이터는 좌현과 우현에서 스테이터의 피치각, 캠버, 코드길이를 달리하여 배치되는 것을 특징으로 하는 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이터의 앞날의 설치위치가 러더의 전방 단부보다 앞선 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 스테이터를 구비한 선박용 추진조타장치.

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