KR20130021411A - 추진 장치와 그것을 사용하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 오버래핑 프로펠러 방식을 사용한 2 축선에 있어서, 전방 프로펠러에서 발생되는 팁 보텍스 캐비테이션에 의한 후방 프로펠러의 에로션을 방지하는 것이다. 선박의 추진 장치는, 좌현 프로펠러 (120) 와, 배의 길이 방향에 있어서의 좌현 프로펠러 (120) 의 전방 또는 후방의 위치에서, 날개 (115) 의 일부가 좌현 프로펠러 (120) 의 날개 (125) 와 오버랩되도록 형성된 우현 프로펠러 (110) 를 구비한다. 좌현 프로펠러 (120) 와 우현 프로펠러 (110) 중에서, 전방에 위치하는 전방 프로펠러 (120) 는 후방에 위치하는 후방 프로펠러 (110) 보다 팁 보텍스 캐비테이션이 잘 발생되지 않는 날개 형상을 갖는다.

Description

추진 장치와 그것을 사용하는 선박 {PROPULSION DEVICE AND SHIP USING SAME}
본 발명은 선박에 관한 것으로, 특히 선박의 추진 장치에 관한 것이다.
선박의 추진 장치의 일례로서, 1 기 1 축 (1 기의 주기 (主機) 와 1 기의 프로펠러) 방식, 및 2 기 2 축 (2 기의 주기와 2 기의 프로펠러) 방식이 알려져 있다. 일반적으로 상선의 추진 장치로는, 이들 1 기 1 축 방식, 또는 2 기 2 축 방식을 채용하는 경우가 많다. 각각, 전자를 채용한 선박은 1 축선, 후자를 채용한 선박은 2 축선이라고도 불린다.
또, 최근의 선박 대형화에 수반하여, 1 축선에서는 프로펠러의 하중도의 증가에 수반되는 추진 효율의 저하, 캐비테이션 범위의 확대에 수반되는 선체 진동의 증가 및 에로션의 발생이 문제가 되는 케이스가 있다. 이들 문제는 선박을 2 축선으로 함으로써 해결할 수 있는 것이 알려져 있다. 2 축선으로 하면, 1 기당 프로펠러 하중도가 저감되어 프로펠러 효율이 향상되고, 캐비테이션 발생 범위를 저감할 수 있기 때문이다.
선미에 2 기의 프로펠러를 배치하는 예로는, 오버래핑 프로펠러 (OLP ; Oｖerlapping Propellers) 방식, 인터록 프로펠러 방식, 및, 프로펠러를 좌우 병렬하는 방식 등이 있다. OLP 방식에서는, 2 기의 프로펠러를 전후로 어긋나게 배치하여, 선미에서 보았을 경우, 2 기의 프로펠러가 겹치도록 배치한다. OLP 방식을 채용함으로써 추진 성능을 1 축선으로부터 5~10 % 정도 개선할 수 있다. 또, 인터록 프로펠러 방식에서는, 일방의 프로펠러 날개와 날개 사이에 타방의 프로펠러 날개가 들어오도록 배치한다. 프로펠러를 좌우 병렬하는 방식에서는, 프로펠러를 배의 길이 방향의 동일한 위치에 배열하여 배치한다.
여기서, 1 축선형의 선미 구조 (스케그 방식의 선미로서, 선미 중앙 부분을 얇게 하여 프로펠러축을 근접시킨 선미) 에 2 기의 프로펠러를 배치할 때의 프로펠러의 위치 관계는, 선체 중심선 부근의 느린 흐름이나 빌지 소용돌이와 같은 선미의 세로 소용돌이와의 관계에서 선체 중심 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 선미에 있어서, 통상적인 1 축선의 프로펠러의 위치에서는 선체 중심선에 대칭인 1 조의 내측 방향으로 회전하는 빌지 소용돌이와 같은 느린 흐름의 세로 소용돌이가 발생한다. 프로펠러는 흐름이 느린 장소에서 효율이 좋아지도록 설계되어 있기 때문에, 그 세로 소용돌이 부근에서 프로펠러를 회전시키고, 선체 중심선 부근의 느린 흐름이나 세로 소용돌이를 회수함으로써 추진 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다. OLP 방식의 경우에서는, 선체 중심 근방의 세로 소용돌이를 효율적으로 회수하여 추진 성능 향상이 도모되도록, 프로펠러 회전 방향은 외측 방향이 채용되는 경우가 많다.
예를 들어, 특허문헌 1 (WO2006/095774호 공보) 에는 1 축선형의 선미 구조에 OLP 를 채용한 경우의 프로펠러 하중도나 캐비테이션의 발생을 저감시키는 기술이 기재되어 있다.
WO2006/095774호 공보
그러나, OLP 방식을 사용한 2 축선의 경우, 전방 프로펠러의 날개 단 (端) 에서 발생되는 팁 보텍스 캐비테이션 (TVC) 이 후방 프로펠러에 닿아 후방 프로펠러 날개면 상에 에로션이 발생될 가능성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, OLP 방식을 사용한 2 축선에 있어서, 전방 프로펠러에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션을 방지하는 것이다.
본 발명에 의한 선박의 추진 장치는, 좌현 프로펠러와, 배의 길이 방향에 있어서의 상기 좌현 프로펠러의 전방 또는 후방의 위치에서, 날개의 일부가 상기 좌현 프로펠러의 날개와 오버랩되도록 형성된 우현 프로펠러를 구비한다. 상기 좌현 프로펠러와 상기 우현 프로펠러 중에서, 전방에 위치하는 전방 프로펠러는 후방에 위치하는 후방 프로펠러보다 팁 보텍스 캐비테이션이 잘 발생되지 않는 날개 형상을 갖는다.
상기 추진 장치에 있어서, 상기 전방 프로펠러의 날개 수는 상기 후방 프로펠러의 날개 수보다 많다.
상기 추진 장치에 있어서, 상기 전방 프로펠러의 날개 면적은 상기 후방 프로펠러의 날개 면적보다 크다.
상기 추진 장치에 있어서, 상기 전방 프로펠러의 날개 단 피치는 상기 후방 프로펠러의 날개 단 피치보다 작다.
상기 추진 장치에 있어서, 상기 전방 프로펠러의 날개 단 근방에 있어서의 날개 폭은 상기 후방 프로펠러의 날개 단 근방에 있어서의 날개 폭보다 넓다.
상기 추진 장치에 있어서, 상기 전방 프로펠러의 스큐는 포워드 스큐이고, 상기 후방 프로펠러의 스큐는 백워드 스큐이다.
상기 추진 장치에 있어서, 상기 전방 프로펠러의 날개 단에 윙렛 또는 날개 단 판이 형성되고, 상기 후방 프로펠러의 날개 단에 윙렛 또는 날개 단 판의 어느 것도 형성되지 않는다.
본 발명에 의한 선박은 상기 추진 장치를 구비한다.
본 발명에 의하면, 전방 프로펠러에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지되는 선박의 추진 장치 및 선박이 제공된다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 선박의 선미 부분의 저면도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 선박이 구비하는 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 선미로부터 바라본 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 선미로부터 바라본 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 전방 프로펠러의 피치와 후방 프로펠러의 피치를 비교하는 그래프이다.
도 5 는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 선미로부터 바라본 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러를 선미로부터 바라본 도면이다.
도 7A 는, 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 전방 프로펠러의 날개 단 부분 형상의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 7B 는, 제 6 실시형태에 관련된 전방 프로펠러의 날개 단 부분 형상의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 선박 및 추진 장치를 실시하기 위한 형태를 이하에 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1 을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 선박 (100) 은 OLP 방식을 사용한 2 축선이다. 선박 (100) 은 추진 장치 (101) 와, 키 (105) 를 구비한다. 추진 장치 (101) 는, 우현 주기 (131) 와, 좌현 주기 (132) 와, 우현 프로펠러축 (112) 과, 좌현 프로펠러축 (122) 과. 좌현 프로펠러 (port side screw propeller)(110) 와, 우현 프로펠러 (starboard side screw propeller)(120) 를 구비한다. 우현 주기 (131) 및 좌현 주기 (132) 는 선미 선체 (103) 내에 배치되어 있다. 우현 프로펠러 (110) 는 복수의 날개 (115) 를 구비한다. 좌현 프로펠러 (120) 는 복수의 날개 (125) 를 구비한다. 우현 프로펠러 (110) 는, 배의 길이 방향에 있어서의 좌현 프로펠러 (120) 의 후방 위치에서, 날개 (115) 의 일부가 날개 (125) 와 오버랩되도록 형성되어 있다 (OLP 방식). 키 (105) 는, 우현 프로펠러 (110) 및 좌현 프로펠러 (120) 의 후방, 선체 중심선 C 상에 형성되어 있다. 우현 프로펠러 (110) 는 우현 프로펠러축 (112) 을 개재하여 우현 주기 (131) 에 접속된다. 좌현 프로펠러 (120) 는 좌현 프로펠러축 (122) 을 개재하여 좌현 주기 (132) 에 접속된다. 우현 주기 (131) 는 우현 프로펠러 (110) 를 회전 중심선 S1 둘레로 회전시킨다. 좌현 주기 (132) 는 좌현 프로펠러 (120) 를 회전 중심선 S2 둘레로 회전시킨다. 회전 중심선 S1 은 선체 중심선 C 보다 우측에 위치하고, 회전 중심선 S2 는 선체 중심선 C 보다 좌측에 위치한다. 우현 프로펠러 (110) 및 좌현 프로펠러 (120) 는 상부에 있어서, 외측 방향으로 회전한다. 즉, 우현 프로펠러 (110) 는, 날개 (115) 가 선체 중심선 C 를 가로지를 때 상향으로 이동하도록 시계 방향으로 회전하고, 좌현 프로펠러 (120) 는, 날개 (125) 가 선체 중심선 C 를 가로지를 때 상향으로 이동하도록 반시계 방향으로 회전한다. 우현 프로펠러 (110) 의 프로펠러 반경 R1 은, 회전 중심선 S1 과 날개 단 (115a) 의 거리와 일치한다. 좌현 프로펠러 (120) 의 프로펠러 반경 R2 는, 회전 중심선 S2 와 날개 단 (125a) 의 거리와 일치한다. 프로펠러 반경 R1 은 프로펠러 반경 R2 와 동일해도 되고 상이해도 된다.
이하, 우현 프로펠러 (110) 가 좌현 프로펠러 (120) 보다 후방에 위치하는 경우를 설명했으나, 우현 프로펠러 (110) 와 좌현 프로펠러 (120) 의 전후는 반대여도 된다. 이하의 설명에서는, 우현 프로펠러 (110) 를 후방 프로펠러 (110) 라고 하고, 좌현 프로펠러 (120) 를 전방 프로펠러 (120) 라고 한다.
전방 프로펠러 (120) 와 후방 프로펠러 (110) 는 날개 형상이 상이하고, 전방 프로펠러 (120) 는 후방 프로펠러 (110) 보다 팁 보텍스 캐비테이션 (TVC) 이 잘 발생되지 않는 날개 형상을 가지고 있다. 예를 들어, 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상은 추진 효율을 우선하여 설계된다. 전방 프로펠러 (120) 의 날개 형상은, 추진 효율이 다소 희생되더라도 TVC 가 잘 발생되지 않도록, 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상을 변경함으로써 설계된다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다.
도 2 를 참조하여, 전방 프로펠러 (120) 및 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상을 구체적으로 설명한다. 전방 프로펠러 (120) 의 날개 (125) 의 개수는 후방 프로펠러 (110) 의 날개 (115) 의 개수보다 많다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서는 TVC 가 잘 발생되지 않아, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다. 도 2 에 있어서, 전방 프로펠러 (120) 의 회전 방향 142 및 후방 프로펠러 (110) 의 회전 방향 141 이 외측 방향인 것이 도시되어 있다.
도 2 에 있어서는, 전방 프로펠러 (120) 의 스큐 및 후방 프로펠러 (110) 의 스큐의 양방이 백워드 스큐이지만, 전방 프로펠러 (120) 의 스큐 및 후방 프로펠러 (110) 의 스큐의 양방이 포워드 스큐여도 된다.
(제 2 실시형태)
도 3 을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 (120) 및 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상을 설명한다. 전방 프로펠러 (120) 의 날개 (125) 1 장의 면적은 후방 프로펠러 (110) 의 날개 (115) 1 장의 면적보다 크다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서는 TVC 가 잘 발생되지 않아, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다.
도 3 에 있어서는, 전방 프로펠러 (120) 의 스큐 및 후방 프로펠러 (110) 의 스큐의 양방이 백워드 스큐이지만, 전방 프로펠러 (120) 의 스큐 및 후방 프로펠러 (110) 의 스큐의 양방이 포워드 스큐여도 된다.
(제 3 실시형태)
도 4 를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 (120) 및 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상을 설명한다. 도 4 의 그래프에 있어서, 가로축은 프로펠러의 회전 중심선으로부터의 무차원 거리 r/R 을 나타내고, 세로축은 프로펠러 날개의 피치 P 를 나타낸다. 곡선 P1 은 날개 (115) 의 피치와 무차원 거리 r1/R1 의 대응 관계를 나타내고, 곡선 P2 는 날개 (125) 의 피치와 무차원 거리 r2/R2 의 대응 관계를 나타낸다. 여기서, 기호 r1 은 회전 중심선 S1 로부터의 거리를 나타내고, 기호 r2 는 회전 중심선 S2 로부터의 거리를 나타낸다. 날개 단 (125a)(r2/R2 = 1) 에 있어서의 피치는, 날개 단 (115a)(r1/R1 = 1) 에 있어서의 피치보다 작다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서는 TVC 가 잘 발생되지 않아, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다. 또한, 날개 단 (125a) 에 있어서의 피치가 날개 단 (115a) 에 있어서의 피치보다 작으면, 곡선 P1 및 곡선 P2 는 도 4 에 나타내는 형상에 한정되지 않는다.
(제 4 실시형태)
도 5 를 참조하여, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 (120) 및 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상을 설명한다. 전방 프로펠러 (120) 의 날개 단 (125a) 근방에 있어서의 날개 (125) 의 날개 폭 W2 는, 후방 프로펠러 (110) 의 날개 단 (115a) 근방에 있어서의 날개 (115) 의 날개 폭 W1 보다 넓다. 예를 들어, 회전 중심선 S2 로부터의 거리를 r2 로 나타내고, 회전 중심선 S1 로부터의 거리를 r1 로 나타낼 때, 날개 폭 W2 는 r2/R2 = 0.95 의 위치에 있어서의 날개 (125) 의 날개 폭이고, 날개 폭 W1 은 r1/R1 = 0.95 의 위치에 있어서의 날개 (115) 의 날개 폭이다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서는 TVC 가 잘 발생되지 않아, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다.
도 5 에 있어서는, 전방 프로펠러 (120) 의 스큐 및 후방 프로펠러 (110) 의 스큐의 양방이 백워드 스큐이지만, 전방 프로펠러 (120) 의 스큐 및 후방 프로펠러 (110) 의 스큐의 양방이 포워드 스큐여도 된다.
(제 5 실시형태)
도 6 을 참조하여, 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 (120) 및 후방 프로펠러 (110) 의 날개 형상을 설명한다. 전방 프로펠러 (120) 의 스큐는 포워드 스큐이고, 후방 프로펠러 (110) 의 스큐는 백워드 스큐이다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서는 TVC 가 잘 발생되지 않아, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다.
(제 6 실시형태)
도 7A 를 참조하여, 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 (120) 의 각 날개 단 부분의 형상의 일례를 설명한다. 전방 프로펠러 (120) 의 각 날개 단 (125a) 에 윙렛 (127) 이 형성되어 있다. 윙렛 (127) 은 전방을 향하여 돌출되어 있어도 되고, 후방을 향하여 돌출되어 있어도 된다.
도 7B 를 참조하여, 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 전방 프로펠러 (120) 의 각 날개 단 부분의 형상의 다른 예를 설명한다. 전방 프로펠러 (120) 의 각 날개 단 (125a) 에 날개 단 판 (128) 이 형성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 전방 프로펠러 (120) 의 날개 단 (125a) 에 윙렛 (127) 또는 날개 단 판 (128) 이 형성되어 있는 것에 반하여, 후방 프로펠러 (110) 의 날개 단 (115a) 에는 윙렛 또는 날개 단 판의 어느 것도 형성되지 않는다. 따라서, 전방 프로펠러 (120) 에서는 TVC 가 잘 발생되지 않아, 전방 프로펠러 (120) 에서 발생되는 TVC 에 의한 후방 프로펠러의 에로션이 방지된다.
이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에 여러 가지 변경을 실시하는 것이 가능하고, 상기 실시형태끼리를 조합할 수 있다.

Claims (8)

  1. 좌현 프로펠러와,
    배의 길이 방향에 있어서의 상기 좌현 프로펠러의 전방 또는 후방의 위치에서, 날개의 일부가 상기 좌현 프로펠러의 날개와 오버랩되도록 형성된 우현 프로펠러를 구비하고,
    상기 좌현 프로펠러와 상기 우현 프로펠러 중에서, 전방에 위치하는 것은 전방 프로펠러이고, 타방은 후방 프로펠러이며,
    상기 전방 프로펠러는, 상기 후방 프로펠러에 비해 상기 전방 프로펠러에 의해 팁 보텍스 캐비테이션 (TVC) 이 잘 생성되지 않는 날개 형상을 갖는 선박의 추진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 프로펠러의 날개 수는 상기 후방 프로펠러의 날개 수보다 많은 선박의 추진 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 프로펠러의 각 날개 면적은 상기 후방 프로펠러의 각 날개 면적보다 큰 선박의 추진 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 프로펠러의 스큐는 포워드 스큐이고,
    상기 후방 프로펠러의 스큐는 백워드 스큐인 선박의 추진 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 프로펠러의 각 날개 단 피치는 상기 후방 프로펠러의 각 날개 단 피치보다 작은 선박의 추진 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 프로펠러의 각 날개 단 근방에 있어서의 날개 폭은 상기 후방 프로펠러의 각 날개 단 근방에 있어서의 날개 폭보다 넓은 선박의 추진 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 프로펠러의 각 날개 단에 윙렛 또는 날개 단 판이 형성되고,
    상기 후방 프로펠러의 각 날개 단에 윙렛 또는 날개 단 판의 어느 것도 형성되지 않는 선박의 추진 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 선박의 추진 장치를 구비하는 선박.
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