KR20140036402A - 프로펠러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보스캡에 복수의 핀을 구비하여 추진효율 향상 및 허브 보오텍스 캐비테이션 저감이 가능하도록 한 핀을 구비한 프로펠러 보스캡이 개시된다.
본 발명은 선박을 추진시키는 프로펠러의 보스캡 둘레면에 복수의 핀을 구비하는데, 이 핀의 단부에 엔드 플레이트가 형성된 구조를 가진다.

Description

핀을 구비한 프로펠러 보스캡{Propeller Boss Cap with Fin}
본 발명은 프로펠러 보스캡에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보스캡이 원주방향을 따라 복수의 핀(fin)을 구비하여 추진효율 향상 및 허브 보오텍스 캐비테이션의 저감이 가능하도록 한 것이다.
일반적으로, 선박은 프로펠러에 의해 추진되는데, 선미 하부에 장착된 프로펠러가 회전하게 되면 추진력이 발생되고, 이러한 추진력에 의해 선박은 운항할 수 있게 된다.
그런데, 이러한 프로펠러의 회전 시, 프로펠러의 보스 후방에선 허브 보오텍스(Hub Vortex) 캐비테이션이 집중 발생되는데, 이러한 허브 보오텍스 캐비테이션의 집중 현상은 선박 추진기의 효율 감소, 추진기 자체의 진동 및 소음의 발생의 원인이 됨은 물론, 러더(rudder)(방향타)에서의 캐비테이션(Cavitation) 침식 문제의 원인이 되었다.
종래에는 프로펠러 추진 선박에서의 이러한 허브 보오텍스 캐비테이션의 집중 현상을 방지하기 위한 노력의 일환으로서, 여러 형태의 발산형(Diversing type) 프로펠러 보스캡이 등장하였다.
도 1은 종래의 프로펠러의 구조를 나타낸 것으로서, 종래의 프로펠러(1)는 회전축을 이루는 보스(10)와, 이 보스(10)의 둘레면을 따라 복수 구비되는 블레이드(20)와, 보스(10)의 단부에 구비되는 보스캡(30)으로 구성된다.
도 1에서 프로펠러(1)의 후방에는 러더(40)가 갖추어져 있다.
도 2는 종래의 보스캡(30)을 확대도시한 사시도로서, 보스캡(30)의 둘레면에는 간격을 두고 복수의 핀(31)이 갖추어져 있다.
도 3은 종래의 보스캡(30)의 핀(31) 배열상태를 나타낸 도 2의 측면도로서, 나선형으로 배열된 구조를 가진다.
이러한 구조를 가지는 종래의 프로펠러용 보스캡(30)은, 프로펠러(1)의 회전시 동시에 회전하는데, 보스캡(30)에서 발생하여 집중되려는 허브 보오텍스 캐비테이션을 분산시켜서 감소되도록 한다.
이때, 프로펠러(1)의 회전시, 보스(10)는 고정된 상태를 유지하고 있다.
여기서, 종래의 보스캡(30)은, 보스캡(30)의 둘레면을 따라 형성된 핀(31)의 단부가 도 4에 도시된 바와 같이, 직선면으로 형성된 구조이기 때문에, 추진효율 측면에서는 그다지 향상되지 못하였다.
다시 말해서, 프로펠러(1) 및 보스캡(30)의 회전시, 유체의 유동이 유체의 유선 흐름상 보스캡(30)의 핀(31)을 넘어가게 되어 있어, 핀(31)의 앞,뒷면인 압력면(31a)과 흡입면(31b)이 서로 교차하는 유체의 흐름이 발생하여 핀(31)의 양쪽면간의 압력차가 줄어들어 추진효율이 증대되지 못하게 되고, 허브 보오텍스 캐비테이션의 집중현상도 효과적으로 분산시키지 못하게 됨으로써 허브 보오텍스 캐비테이션의 저감효과도 그다지 높게 발휘되지 못하였다.
일본공개특허 제 1995-89487호
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 프로펠러의 허브에서 발생하는 허브 보오텍스 캐비테이션을 저감시킴과 동시에 추진효율을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 선박을 추진시키는 프로펠러의 보스캡 둘레면에 복수의 핀을 구비하는데, 이 핀의 단부에 엔드 플레이트가 형성된 것이다.
또한, 상기 보스캡의 둘레면에 형성되는 핀의 양쪽면 높이가 다르게 형성되는 것이다.
또한, 상기 핀의 단부에 형성되는 엔드 플레이트는 핀의 단부 일부에 형성되는 것이다.
또한, 상기 핀에서 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 작은 경우에는 엔드 플레이트는 핀의 단부중 유체가 빠져나가는 면의 높이쪽으로 일부만 형성되는 구조이다.
또한, 상기 핀의 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 큰 경우에는 엔드 플레이트는 핀의 단부중 유체가 유입되는 면의 높이쪽으로 일부만 형성되는 구조이다.
또한, 상기 핀의 단부에 형성되는 엔드 플레이트는 핀의 양쪽면에 연장,형성되는 구조를 가진다.
또한, 상기 핀의 단부에 형성되는 엔드 플레이트는 핀의 어느 한쪽면에 연장,형성되는 구조를 가진다.
또한, 상기 핀에서 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 작은 경우에는 핀의 압력면쪽으로만 엔드 플레이트가 형성되는 구조이다.
또한, 상기 핀에서 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 큰 경우에는 핀의 흡입면쪽으로만 엔드 플레이트가 형성되는 구조이다.
이와 같이, 본 발명은 선박의 프로펠러 보스캡 둘레면에 핀을 구비하고, 이 핀의 단부에 엔드 플레이트를 형성하여 허브 보오텍스 캐비테이션을 저감시켜서 러더의 침식현상을 감소시키고, 프로펠러의 추진력과 함께 핀에 의한 보조적인 추진력을 더할 수 있어 추진효율이 더욱 증대될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 프로펠러 설치구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 프로펠러에 구비되는 보스캡의 사시도이다.
도 3은 도 2의 보스캡의 측면도이다.
도 4는 종래의 보스캡에 형성된 핀의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 보스캡의 사시도이다.
도 6은 도 4의 보스캡의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 보스캡에 구비된 하나의 핀의 측면도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면이다.
도 8b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면이다.
도 9b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면이다.
도 9c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면이다.
도 9d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면이다.
도 10a와 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보스캡에 구비된 핀구조를 나타낸 측면도로서, 핀에 형성된 엔드 플레이트가 한쪽면으로만 각각 형성된 모습을 도시한 측면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 보스캡의 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보스캡(100)은 둘레면을 따라 핀(110)이 복수,형성되는데, 상기 각 핀(110)의 단부에는 엔드 플레이트(111)가 형성된 구조이다.
도 6은 도 5의 보스캡(100)의 측면도로서, 보스캡(100)의 둘레면을 따라 형성되는 핀(110)의 배열상태를 보여준다. 핀(110)은 보스캡(100)의 둘레면을 따라 나선형 배열상태를 가진다.
도 7은 본 발명에 따른 보스캡(100)의 핀(110)의 측면도로서, 핀(110)의 단부에 엔드 플레이트(111)가 형성되어 있는데, 이 엔드 플레이트(111)로 인해 걸림역할을 하게 되어 유체의 이동이 차단되어 핀(110)의 앞,뒷면의 압력면(110a)과 흡입면(110b)간의 압력차가 유지됨은 물론, 흡입면(110b)의 압력강하가 종래에 비해 작게 나타나고, 상대적으로 압력면(110a)에서는 높은 압력이 형성되어 추진효율이 증대된다.
상기 엔드 플레이트(111)는 핀(110)의 양쪽으로 연장된 "T"자형으로 형성되거나, 또는 도 10a에 도시된 바와 같이, 핀(110)의 한쪽면으로만 수평,연장되어 "ㄱ"자형으로 형성될 수 있다.
상기 핀(110)의 한쪽면에 엔드 플레이트(111)가 형성되는 경우에는, 도 10a에 도시된 바와 같이, 핀(110)의 압력면(110a)쪽으로 해도 무방하지만, 이에 한정되지 않고 도 10b에 도시된 바와 같이, 흡입면(110b)쪽으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 핀(110)으로부터 엔드 플레이트(111)로 갈 수록 곡선부 또는 직선부로 형성할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 보스캡(100)의 핀(110)에 있어서, 핀(110)의 한쪽 면은 압력면(110a)으로 작용하고, 다른 면은 흡입면(110b)으로 작용하는데, 압력면(110a)의 압력이 흡입면(110b)의 압력보다 크기때문에, 프로펠러(1)와 동시에 보스캡(30)이 회전하는 경우, 유체의 유동압력은 핀(110)의 한쪽면인 압력면(110a)에서 흡입면(110b)방향으로 이동하려고 하지만, 본 발명의 핀(110)의 단부에 형성된 엔드 플레이트(111)로 인해 유동 압력이 핀(110)을 타고 반대면인 흡입면(110b)쪽으로 이동하지 않게 된다.
따라서, 압력면(110a)의 압력은 손실없이 유지되어 종래에 비해 상대적으로 높은 압력이 유지되며, 이러한 압력면(110a)의 압력에 의해 프로펠러(1)에 의한 추진력과 더불어 보조적인 추진력이 더해짐으로써 전체적인 선박의 추진효율이 더욱 증대될 수 있는 것이다.
더욱이, 프로펠러의 회전시, 허브 보오텍스 캐비테이션이 발생하더라도, 핀(110)의 엔드 플레이트(111)로 인해 허브 보오텍스 캐비테이션의 집중현상을 줄일 수 있어 허브 보오텍스 캐비테이션에 의한 러더의 침식현상을 감소시킬 수 있다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보스캡의 핀 구조를 나타낸 도면으로서, 보스캡(100)에 형성되는 핀(110)의 양쪽면 높이가 일정하지 않고 양쪽이 다르게 형성된 구조를 나타낸다.
다시 말해서, 핀(110)의 한쪽 높이(H1)와 다른쪽 높이(H2)가 다르게 구성되는 것으로서, 도 8a는 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 작은 경우로서, 유체가 핀(110)의 외부로부터 들어올 수가 없고, 핀(110)의 표면을 지나면서 점차 넓은 면적을 통과하게 됨으로, 엔드 플레이트(111)에 의해 유체가 감속되는 현상이 나타난다.
이와는 반대로, 도 8b는 핀(110)의 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 큰 경우로서, 유체가 핀(110)의 외부로 빠져나갈 수가 없고, 핀(110)의 표면을 지나면서 점차 좁은 면적을 통과하게 됨으로,유체가 가속되는 현상이 핀(110)의 표면에서 나타나게 된다.
유체가 가속되면 압력이 낮아지고, 유체가 감속되면 압력이 증가하게 되므로, 이러한 특성을 통해 핀(110)의 흡입면(110b)과 압력면(110a)의 압력 차이를 더욱 크게 할 수 있어, 핀(110)에 의한 효과, 다시 말해서 허브 보오텍스 캐비테이션 현상을 현저히 감소시킬 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 종래보다 적은 면적의 핀(110)으로도 엔드 플레이트(111)가 부착되지 않은 종래의 핀 구조보다 허브 보오텍스 캐비테이션 저감효과를 발휘할 수 있을 뿐 아니라, 특히, 핀(110)의 날개 표면에 허브 보오텍스 캐비테이션이 발생하더라도, 상기 설명한 감속효과를 이용하면 캐비테이션을 감소시킬 수 있는 것이다.
도 9a 및 도 9b는 핀(110)의 단부에 형성되는 엔드 플레이트(111)의 형성범위를 달리한 구조를 도시한 것으로서, 도 9a에는 엔드 플레이트(111)가 핀(110)의 단부 좌측 일부에 형성된 모습이고, 도 9b는 엔드 플레이트(111)가 핀(110)의 단부 우측 일부에 형성된 모습이다. 도 9a 및 도 9b는 핀(110)의 양쪽면 높이(H1)(H2)가 동일한 경우를 도시한 것이다.
또한, 더욱 바람직하게는 도 9c 및 도 9d에 도시된 바와 같이, 핀(110)의 양쪽면 높이(H1)(H2)가 다른 경우로서, 도 9c는 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 작은 경우이고, 도 9d는 도 9c와 반대로 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 큰 경우이다.
도 8a 및 도 8b에 의거 전술한 바와 같이, 핀(110)에서 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)가 다른 경우, 도 7에 도시된 핀(110)의 압력면(110a)에서 흡입면(110b)으로의 유체의 유동 특성이 다르게 나타난다.
이를 고려하여, 엔드 플레이트(111)를 핀(110)의 단부 좌측 또는 우측 일부분에만 형성하여도 동일한 성능을 얻을 수 있다.
예를 들어, 도 9c에 도시된 바와 같이. 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 작은 경우에는 유체가 감속되며, 이러한 경우, 핀(110)의 단부 좌측보다 우측에서 압력면(110a)과 흡입면(110b)의 압력차가 크게 나타나기 때문에, 핀(110)의 단부 우측(유체가 유입되는 면의 높이(H2)방향) 일부에만 엔드 플레이트(111)를 형성하여도 동일한 수준의 성능을 얻을 수 있다.
한편, 도 9d에 도시된 바와 같이, 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 큰 경우에는, 핀(110)의 단부 좌측(유체가 빠져나가는 면의 높이(H1) 방향) 일부에만 엔드 플레이트(111)를 형성하여도 동일한 수준의 성능을 얻을 수 있다.
도 8a 내지 도 9d에 도시된 핀과 엔드 플레이트 구조는 도 10a 및 도 10b에 도시된 한쪽면에 엔드 플레이트(111)를 가지는 핀(110)에 모두 동일하게 적용가능하다.
엔드 플레이트(111)의 역할이 압력면(110a)에서 흡입면(110b)으로의 유체 흐름을 막는 역할을 하기 때문에, 엔드 플레이트(111)를 한 쪽 방향으로만 형성하면서 대신 폭(W)을 넓게 하면, 유체의 감속 및 가속효과를 더욱 크게 할 수 있어 보다 효과적인 성능을 얻을 수 있음과 동시에 제작성이 향상될 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 핀(110)의 양쪽면 높이(H1)(H2)가 동일한 상태에서 엔드 플레이트(111)를 압력면(110a) 또는 흡입면(110b)중 어느 한쪽으로 형성하는 경우, 다시 말해서, 압력면(110a)쪽으로만 엔드 플레이트(111)를 형성하는 경우에는 엔드 플레이트(111)가 압력면(110a)에서 흡입면(110b)으로 넘어가는 유체를 막기 때문에 압력면(110a)에서의 유체가 감속되어 압력면(110a)에서의 압력을 더욱 높게 할 수 있다.
또한, 핀(110)의 양쪽면 높이(H1)(H2)가 동일한 상태에서 흡입면(110b)쪽으로만 엔드 플레이트(111)를 형성하는 경우에는 엔드 플레이트(111)가 압력면(110a)에서 흡입면(110b)으로 넘어오는 유체를 막기 때문에 흡입면(110b)에서의 유체가 가속되어 흡입면(110b)에서의 압력을 낮게 할 수 있다.
그러나, 도 8a 및 도 8b에 도시된 핀(110)의 한쪽 높이(H1)와 다른쪽 높이(H2)가 다르게 구성되는 구조에, 도 10a 및 도 10b에 도시된 한쪽 방향으로만 연장되어 형성되는 엔드 플레이트(110)를 적용하면 더욱 효과적이다.
다시 말해서, 핀(110)의 압력면(110a)쪽으로만 엔드 플레이트(111)를 형성하면서 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H1)보다 작게하면, 압력면(110a)에서의 유체가 더욱 감속되어 압력면(110a)에서의 압력을 더욱 높게 할 수 있다.
반대로 핀(110)의 흡입면(110b)쪽으로만 엔드 플레이트(111)를 형성하면서 유체가 유입되는 면의 높이(H2)가 유체가 빠져나가는 면의 높이(H2)보다 크게 하면, 흡입면(110b)에서의 유체가 더욱 가속되어 흡입면(110b)에서의 압력을 더욱 낮게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 핀(110)의 압력면(110a)과 흡입면(110b)에서의 압력차이를 더욱 크게 할 수 있으므로 핀(110)의 면적이 작더라도 원하는 성능을 얻을 수 있는 것이다.
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.
W : 폭
H1,H2 : 높이
1 : 프로펠러
10 : 보스
20 : 블레이드
30 : 보스캡
31 : 핀
100 : 보스캡
110 : 핀
111 : 엔드 플레이트(end plate)

Claims (9)

  1. 선박을 추진시키는 프로펠러의 보스캡 둘레면에 복수의 핀을 구비하는데, 이 핀의 단부에 엔드 플레이트가 형성된 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보스캡의 둘레면에 형성되는 핀의 양쪽면 높이가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 핀의 단부에 형성되는 엔드 플레이트는 핀의 단부 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 핀에서 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 작은 경우에는 엔드 플레이트는 핀의 단부중 유체가 빠져나가는 면의 높이쪽으로 일부만 형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 핀의 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 큰 경우에는 엔드 플레이트는 핀의 단부중 유체가 유입되는 면의 높이쪽으로 일부만 형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀의 단부에 형성되는 엔드 플레이트는 핀의 양쪽면에 연장,형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀의 단부에 형성되는 엔드 플레이트는 핀의 어느 한쪽면에 연장,형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 핀에서 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 작은 경우에는 핀의 압력면쪽으로만 엔드 플레이트가 형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 핀에서 유체가 유입되는 면의 높이가 유체가 빠져나가는 면의 높이보다 큰 경우에는 핀의 흡입면쪽으로만 엔드 플레이트가 형성되는 것을 특징으로 하는 핀을 구비한 프로펠러 보스캡.
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