KR20140015954A - 선박용 프로펠러 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 프로펠러 장치에 관한 것으로, 회전축을 이루는 허브; 및 상기 허브의 둘레면을 따라 복수개가 연결되며, 복합소재로 이루어지는 메인부재를 포함하고, 상기 메인부재의 단부에 연결되며 금속으로 이루어지는 침식방지부를 구비하는 날개를 포함하고, 상기 메인부재는 상기 침식방지부의 설치를 위한 단턱이 형성되고 상기 침식방지부와 상기 메인부재의 외면은 높이차 없이 부드럽게 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 프로펠러 장치{Marine propeller apparatus}

본 발명은 선박용 프로펠러 장치에 관한 것이다.

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

예를 들어, 프로펠러의 날개는 곡면을 이루어 전방에 위치한 곡선인 전단부(Leading Edge)와 후방에 위치한 곡선인 후단부(Trailing edge)로 구성된다. 이러한 프로펠러가 회전시 날개의 단면에 공동현상이 발생한다. 여기서, 프로펠러가 회전시 전단부로 유동이 유입되어 후단부로 빠져나가게 된다. 추력은 전단부에 유입되는 유동에 의해 날개의 앞면과 후면의 압력 분포를 다르게 하고 이 압력의 차이가 추력으로 작용하게 된다.

이때 날개의 압력이 주어진 온도에서 증기압 이하로 되면 여러 가지 공동현상이 발생하게 되며, 공동현상을 캐비테이션(Cavitation)이라고 부른다. 이러한 캐비테이션은 발생단계에서 얻어진 에너지가 캐비티 소멸단계에서 순간적으로 방출되어 날개표면의 침식을 일으키기도 하며, 이로 인하여 선미부 진동 및 소음의 주요 원인이 된다. 게다가, 캐비테이션에 의해 프로펠러가 손상되면 결국 날개의 끝단이 약해져 절단될 우려가 있다.

이에 따라 선박용 프로펠러는 캐비테이션에 강한 금속으로 이루어진다. 한편, 콘테이너 운반선 프로펠러의 경우 금속으로 이루어져 제조되면 120톤(ton)에 해당하는 바와 같이 무게가 많이 나가게 된다. 따라서, 날개의 무게에 의해 축계(Shaft System) 또한 굵어져서 선박의 전체 중량에 차지하는 비율이 증가하게 되어 추진효율이 저하될 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전체 중량을 감소시킬 수 있으며 프로펠러의 손상이 감소될 수 있는 선박용 프로펠러 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치는, 회전축을 이루는 허브; 및 상기 허브의 둘레면을 따라 복수개가 연결되며, 복합소재로 이루어지는 메인부재를 포함하고, 상기 메인부재의 단부에 연결되며 금속으로 이루어지는 침식방지부를 구비하는 날개를 포함하고, 상기 메인부재는 상기 침식방지부의 설치를 위한 단턱이 형성되고 상기 침식방지부와 상기 메인부재의 외면은 높이차 없이 부드럽게 연결되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 메인부재의 전면과 상기 메인부재의 후면 각각의 단턱 위치는 상이하고, 상기 메인부재의 전면의 넓이가 상기 메인부재의 후면의 넓이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인부재의 전면의 단턱 높이는 상기 메인부재의 후면의 단턱 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 침식방지부는 상기 메인부재에 끼움결합되거나 코팅되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 선박용 프로펠러 장치는 프로펠러의 손상감지를 유지하면서, 전체 중량이 감소되어 선체 경량화가 가능할 뿐만 아니라 추진효율이 향상될 수 있어 연료소모량을 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치를 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 침식방지부 위치를 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 날개 전단부를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 날개 후단부를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 날개를 개념적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 침식방지부 위치를 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 날개 전단부를 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 날개 후단부를 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치의 날개를 개념적으로 도시한 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치(100)는 허브(110) 및 날개(120)를 포함한다.

허브(110)는 선박의 추진축에 설치되어 날개(120)의 회전축을 이룬다. 이러한, 허브(110)는 예를 들어 원통의 형태로 이루어지며 복합소재로 이루어져 메인부재(121)와 일체형일 수 있다. 이와 달리, 허브(110)는 금속으로 이루어지고 메인부재(121)와 결합될 수도 있다.

날개(120)는 선체에 설치되어 허브(110)의 정역회전에 따라 선박의 추진이나 후진이 가능하도록 물과 접촉하여 추력을 발생시킨다. 이때, 날개(120)는 단면이 기울기를 가지고 곡선으로 이루어지는 곡판의 형태로 이루어져 복수개(본 실시예에서는 4개를 도시함)로 구비되며, 허브(110)에 방사상으로 이루어질 수 있다.

또한, 날개(120)는 날개(120)의 전방에 위치하여 유체가 만나는 날개 전단부(120A)와 날개(120)의 후방에 위치한 날개 후단부(120B)로 이루어진다. 여기서, 날개(120)는 메인부재(121) 및 침식방지부(123)를 포함한다.

메인부재(121)는 허브의 둘레면을 따라 등 간격으로 복수개가 연결되며, 복합소재로 이루어진다. 여기서, 복합소재는 첨가재의 비율에 의해 기계적 강도 및 중량이 조절될 수 있으며, 여러 재질이 복수개로 구비되며 날개(120)의 형상과 유사하도록 적층되어 이루어질 수 있다. 일 예로 메인부재(121)를 형성할 때 수지 및 복합재료를 가열 및 가압시에 카본, 필러 등을 포함하는 첨가재가 포함되거나, 에폭시가 함침된 유리 강화복합재 또는 세라믹 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 허브(110)가 복합소재로 이루어지는 경우 메인부재(121)는 원통형의 허브(110) 외주면에 둘레를 따라 일체로 주물제작되어 형성될 수 있다.

게다가, 메인부재(121)는 침식방지부(123)의 설치를 위한 단턱이 형성되고 침식방지부(123)가 메인부재(121)에 연결된 후 메인부재(121)와 침식방지부(123)의 외면은 높이차 없이 이루어진다. 일 예로 메인부재(121)는 전면과 후면 각각에 단턱이 형성되고, 각각의 단턱은 각각이 마주하는 침식방지부 전면(123A) 두께와 침식방지부 후면(123B) 두께와 동일하다.

그리고 메인부재의 전면과 메인부재 후면 각각의 단턱 위치는 상이할 수 있다. 예를 들어, 날개(120)의 전면이 후면보다 캐비테이션(Cavitation)이 더 크게 발생되면, 메인부재 전면의 넓이가 메인부재 후면의 넓이보다 크게 형성될 수 있다. 그뿐만 아니라, 메인부재 전면의 단턱 높이는 메인부재 후면의 단턱 높이보다 높게 형성될 수 있다.

침식방지부(123)는 침식이 예상되는 부위에 형성되어 날개(120)의 손상을 방지하는 구성으로서, 날개(120)의 뒷날에 해당한다. 이러한 침식방지부(123)는 메인부재(121)의 단부에 연결되며 금속으로 이루어진다. 여기서, 금속은 날개(120)의 회전시 발생되는 캐비테이션(cavitation)에 의한 침식에 강한 재질(예를 들어 NiAl-Bronze)로 이루어질 수 있다. 또한, 침식방지부(123)는, 날개(120)의 반경기준 50%∼100%(0.5< r/Rp< 1) 구간에 위치한다. 여기서, Rp는 날개 반경이고, r은 반경방향의 위치를 의미한다. 그리고 침식방지부(123)는 날개 후단부(120B)에서 날개(120)의 중심선을 넘어 날개 전단부(120A) 방향으로 연장형성된다. 게다가, 메인부재(121)는 날개 후단부(120B)의 끝단점을 꼭지점으로 갖는 원호형태일 수 있다.

그뿐만 아니라, 침식방지부(123)는 메인부재(121) 후단의 전면과 후면을 감싼다. 여기서, 침식방지부(123)와 메인부재(121)는 단 없이 부드럽게 연결된다. 이때, 침식방지부(123)는 메인부재(121)에 끼움결합될 수 있다. 끼움결합은 억지끼움 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 메인부재(121) 후단의 전면에 맞닿게 침식방지부 전면(123A)이 위치되고, 메인부재(121) 후단의 후면에 맞닿게 침식방지부 후면(123B)이 위치되어 일체를 이룸으로써 추력을 발생시킬 수 있다. 여기서, 침식방지부 전면(123A)과 침식방지부 후면(123B)은 설명 및 이해의 편의를 위해 참조부호로 표시하여 구분한 것이며, 침식방지부(123)의 앞면에 위치되는 구성을 침식방지부 전면(123A)으로 하고, 침식방지부(123)의 뒷면에 위치되는 구성을 침식방지부 후면(123B)으로 한 것이다.

한편, 침식방지부(123)는 메인부재(121)에 끼움결합되는 것과 달리, 코팅되어 메인부재(121) 상에 구비될 수도 있다. 예를 들어, 코팅은 금속물질이 메인부재(121) 상에 분사됨으로써 이루어질 수 있다.

이와 같은 실시예에 따른 선박용 프로펠러 장치는 프로펠러의 손상감지를 유지하면서, 전체 중량이 감소되어 선체 경량화가 가능할 뿐만 아니라 추진효율이 향상될 수 있어 연료소모량을 절감할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 선박용 프로펠러 장치
110 : 허브
120 : 날개
120A : 전단부
120B : 후단부
121 : 메인부재
123 : 침식방지부
123A : 침식방지부 전면
123B : 침식방지부 후면

Claims (4)

1. 회전축을 이루는 허브; 및
   상기 허브의 둘레면을 따라 복수개가 연결되며, 복합소재로 이루어지는 메인부재를 포함하고, 상기 메인부재의 단부에 연결되며 금속으로 이루어지는 침식방지부를 구비하는 날개를 포함하고,
   상기 메인부재는 상기 침식방지부의 설치를 위한 단턱이 형성되고 상기 침식방지부와 상기 메인부재의 외면은 높이차 없이 부드럽게 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 프로펠러 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인부재의 전면과 상기 메인부재의 후면 각각의 단턱 위치는 상이하고, 상기 메인부재의 전면의 넓이가 상기 메인부재의 후면의 넓이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 프로펠러 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 메인부재의 전면의 단턱 높이는 상기 메인부재의 후면의 단턱 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 프로펠러 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 침식방지부는 상기 메인부재에 끼움결합되거나 코팅되는 것을 특징으로 하는 선박용 프로펠러 장치.

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