KR20140043232A - 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터젯 추진기의 조향장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 워터젯 추진에 따른 조향장치의 조향버킷이 높은 압력의 워터젯 충격에 의해서도 변형됨을 최소화함과 아울러 조향력을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여,
워터젯 추진기의 좌,우방향의 전환을 위해 스테이터의 후방과 연결되는 조향장치의 조향버킷에 있어서, 상기 조향버킷의 내측면 각 모서리에 추진력 발생에 따른 고압의 워터젯 충격으로 인한 변형을 방지하기 위한 보강수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷에 관한 것이다.

Description

워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷{Promotion bucket for waterjet propulsion steering}

본 발명은 워터젯 추진기의 조향장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 워터젯 추진에 따른 조향장치의 조향버킷이 높은 압력의 워터젯 충격에 의해서도 변형됨을 최소화함과 아울러 조향력을 향상시킬 수 있도록 한 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷에 관한 것이다.

일반적으로 워터젯 추진기라 함은 함정 또는 선박의 주 동력기관인 디젤엔진 또는 가스터빈 등으로부터 동력을 전달받아 스테이터의 내부에 구비되는 임펠러를 고속 회전시킴에 따라 선체 밑바닥으로부터 유도관을 통하여 유입된 해수를 선미쪽 노즐로 분사함으로 발생하는 추력을 이용하여 추진시키는 장치를 말한다.

한편, 선박에 구비되는 통상적인 추진기인 스크류 프로펠러의 경우, 고속운항 영역에서 날개면에 케비테이션(cavitation)의 발생량이 과다하게 발생함에 따라 추력 감소, 선체 진동, 수중 소음, 물체 표면침식 증가 등과 같은 단점을 가지고 있었다.

상기한 여러 문제점을 가지는 일반적인 스크류 프로펠러에 비하여 워터젯 추진기의 경우, 펌프의 임펠러와 스테이터 날개 주위의 압력이 높아서 케비테이션 발생을 억제함에 따라 전술한 통상적인 스크류 프로펠러의 단점들을 최소화할 수 있는 조건을 가지게 되는 것이며, 그로 인한 워터젯 추진기는 고속운항 영역일수록 추진효율성이 증가함에 따라 고속선박의 추진장치로 적합함은 물론 진동과 소음이 적어서 작전성능과 승선 쾌적감이 향상되는 조건을 가진다.

또한, 낮은 수심에서도 운항이 가능하여 연안 경비력 강화와 넓은 운항영역 확보할 수 있는 조건은 물론 선체 외부에 돌출물이 없어 어장, 그물 등 장애물이 많은 해안 운항에도 적합하고 조향 노즐을 사용하므로서 조정성능 및 가감속 기동성이 우수한 여러 장점을 가진다.

상기와 같이 여러 장점을 가지는 종래 통상적인 워터젯 추진기(100)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 선체의 밑면으로부터 선미의 트랜섬까지 형성되어 해수가 유입되어 유도되는 유도관(110)과, 상기 트랜섬의 외측면에 동력기관으로부터 전달되는 동력에 의해 회전되는 임펠러(120)에서 발생하는 해수의 회전성분을 직선성분으로 유도하여 워터젯 추진력을 갖도록 장착되는 스테이터(130)와, 상기 스테이터(130)의 끝단에 워터젯 추진력을 전,후진 또는 좌,우로 선회시키도록 구비되는 조향장치(140)가 구비된다.

상기 조향장치(140)는, 스테이터(130)와 연결되는 한 쌍의 조향실린더(142)에 의해 좌,우로 ±30°의 조향 각도로 회동되는 조향버킷(145)과, 상기 조향버킷(145)의 끝단에 통상적인 힌지와 링크 결합되어 역추진 실린더(146)에 의하여 상기 조향버킷(145)의 후방 워터젯을 차단시켜 역추진시키는 상,하버킷(148a)(148b)으로 이루어진 역추진버킷(148)으로 구성된다.

그에 따라 동력기관의 구동에 의하여 임펠러가 회전되면서 유도관을 통하여 유입되는 해수는 스테이터를 거치면서 워터젯 추진력을 가지게 되어 전방으로 추진력을 가지게 되는 것이며, 필요에 따라 조향실린더에 의해 좌,우로 회동되는 조향버킷에 의하여 방향 전환은 물론 역추진 실린더와 역추진버킷으로 인해 후진할 수 있게 된다.

그러나, 상기한 워터젯 추진기의 조향장치에 구비되는 조향버킷은, 스테이터로부터 상당히 높은 압력의 워터젯이 지속적으로 부딪치는 충격으로 인해 쉽게 변형되는, 특히 내측면의 각 모서리 부분은 높은 압력의 충격에 대한 취성이 약하여 쉽게 변형되는 문제점이 발생하였으며, 그로 인한 추력이 저하되는 문제점은 물론 조향성 또한 저하되는 문제점이 초래되었다.

아울러, 선행기술의 한국 등록실용신안 제20-0432673호나 한국 등록특허 제10-0976888호에 개시된 바와 같이 워터젯 추진기에 구비된 조향장치의 조향버킷 또한 전술한 종래와 같이 사각형 형태로 형성된 바, 전술한 문제점을 그대로 가지고 있었다.

한국 등록실용신안 제20-0432673호 한국 등록특허 제10-0976888호

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안한 것으로, 그 주된 목적은 워터젯 추진에 따른 조향장치의 조향버킷이 높은 압력의 워터젯 충격에 의해서도 변형됨을 최소화함과 아울러 조향력을 향상시킬 수 있도록 한 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 보강수단의 보강력을 더 높일 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 보강수단에 의해 조향력과 추진력을 더욱 증진시킬 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 워터젯 추진기의 좌,우방향의 전환을 위해 스테이터의 후방과 연결되는 조향장치의 조향버킷에 있어서, 상기 조향버킷의 내측면 각 모서리에 추진력 발생에 따른 고압의 워터젯 충격으로 인한 상기 조향버킷의 변형을 방지하기 위한 보강수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 보강수단은, 조향버킷의 내측면 각 모서리의 서로 대응되는 위치에 각 모서리가 메워진 형태로 상기 조향버킷의 단면적이 좁아지도록 형성되는 보강부인 것을 특징으로 한다.

상기 보강부의 서로 대응되는 마주보는 면에 강도 보강을 위한 보강비드가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 보강부는 서로 대응되는 마주보는 면이 원호 형태의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 보강부의 곡면 각 양단은 서로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 워터젯 추진에 따른 조향장치의 조향버킷이 높은 압력의 워터젯 충격에 의해서도 변형됨을 최소화함과 아울러 조향력을 향상시킬 수 있도록 함으로써, 조향버킷의 신뢰성 향상은 물론 오랜 사용기간을 확보할 수 있는 효과와 함께 원하는 방향으로의 방향 전환 또한 신속하게 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

또한, 보강수단에 구비되는 보강비드에 의한 보강력을 더 높일 수 있도록 함으로써, 워터젯의 고압력에 의해서도 조향버킷이 변형되는 것을 원천적으로 차단할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 보강수단의 워터젯과 충돌되는 면을 곡면 또는 원형에 가깝도록 형성함으로서, 충격 완화와 출구로의 원활한 배출로 인한 조향력과 추진력을 더욱 증진시킬 수 있는 효과도 갖는다.

도 1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 요부 분해 사시도.
도 2는 도 1에 따른 개략적인 요부 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 요부도.
도 6은 일반적인 워터젯 추진기를 개략적으로 나타낸 요부도.
도 7은 도 6에 따른 조향장치에 구비된 종래 조향버킷의 요부 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 전술한 동일한 기술적 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 기재하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 요부 분해 사시도이며, 도 2는 도 1에 따른 개략적인 요부 단면도이다.

도시된 바와 같이 선박에 구비된 동력기관으로부터 동력을 전달받아 스테이터(130)의 내부에 구비되는 임펠러(120)를 고속 회전시킴에 따라 선체 밑바닥으로부터 유도관(110)을 통하여 유입된 해수를 선미쪽 노즐로 분사함으로 발생하는 추력을 이용하여 추진시키는 워터젯 추진기(100)에서 좌,우방향 전환을 위해 스테이터(130)의 후방과 조향실린더(142)와 연결되는 조향장치(140)의 조향버킷(145)에 있어서,

본 발명은, 워터젯 추진에 따른 조향장치의 조향버킷이 높은 압력의 워터젯 충격에 의해서도 변형됨을 최소화함과 아울러 조향력을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여,

상기 조향버킷(145)의 내측면 각 모서리에 추진력 발생에 따른 고압의 워터젯 충격으로 인한 상기 조향버킷(145)의 변형을 방지하기 위한 보강수단(1)을 구비하는 것을 나타낸 것이다.

상기 보강수단(1)은, 조향버킷(145)의 내측면 각 모서리의 서로 대응되는 위치에 각 모서리가 메워진 형태로 상기 조향버킷(145)의 단면적이 좁아지도록 통상적인 이등변 삼각형 형태로 형성되는 보강부(10)인 것이 바람직하다. 이때, 상기 보강부(10)는 내부가 빈 중공된 형태이거나 또는 내부가 꽉 메워진 상태로 형성하여도 무방하다.

상기에서, 조향버킷(145)의 각 모서리에 보강부(10)가 형성된 상태에서 응력 및 변위 측면을 시험한 데이터는 표 1과 같다.

상기 시험 데이터에서와 같이 조향버킷(145)의 내부 각 모서리에 보강부(10)가 있는 경우에는 보강부(10)에 의한 응력 및 변위가 감소되는 것을 알 수 있습니다.

다시 말해서, 조향버킷(145)으로 고압의 워터젯에 의해 큰 충격이 발생하더라도 보강부(10)의 지지력에 의하여 상기 표 1에서와 같이 응력 및 변위가 감소됨에 따라 조향버킷(145)의 변형됨을 최소할 수 있는 것이며, 그로 인해 추진력이 향상됨은 물론 좌,우방향 전환에 따른 조향력 또한 향상될 수 있는 조건을 가진다.

아울러, 조향버킷(145)의 내측면 각 모서리에 보강부(10)가 형성되더라도 전반적인 유체의 흐름에는 큰 변화는 없지만 조향력은 증가됨은 물론 보강부(10)로 인한 조향버킷(10)의 단면적이 좁아지기 때문에 조향버킷(145)의 출구에서의 물 분사각의 변위로 인한 조향력이 증가되는 것을 알 수 있는 것이다.

아래 표 2는 조향력을 시험한 데이터와 표 3은 조향버킷의 출구에서의 물 분사각을 시험한 데이터이다.

보강부	조향력 [ N ]
없음	43,843
있음	45,012

보강부	분사각 [ deg ]
없음	8.76
있음	8.97

이렇게, 표 2와 표 3에서와 같이 조향버킷(145)의 각 모서리에 형성되는 보강부(10)에 의하여 워터젯 추진에 따른 조향버킷(145)의 조향력은 증가됨은 물론 조향버킷(145)의 단면적은 좁아지더라도 조향버킷(145)의 출구에서의 물 분사각에 의하여 조향력이 증가되는 것을 확인할 수 있는 것이다.

이로써, 본 발명은 조향장치의 조향버킷 내측면의 각 모서리에 형성되는 보강수단인 보강부에 의하여 고압의 워터젯에 의한 충격에도 조향버킷의 변형을 최소화함과 아울러 조향력이 증가됨으로써, 좌,우방향 전환에 따른 뛰어난 조향력을 가짐은 물론 조향버킷의 신뢰성도 향상되는 조건을 가진다.

한편, 상기한 조향버킷(145)의 각 모서리에 형성된 보강부(10)는 고압의 워터젯과 부딪치면서 큰 충격이 발생하게 되는 데, 이러한 충격에 대하여 보다 큰 대응력과 변형력을 최소화할 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이,

상기 보강부(10)의 서로 대응되는 마주보는 면에 강도 보강을 위하여 표면으로부터 길이 방향으로 돌출된 형태의 보강비드(12)가 더 형성되는 것이 바람직한 것으로, 이는 고압의 워터젯에 의한 큰 충격에도 보강비드(12)에 의하여 더욱더 높은 대응력을 가지게 됨에 따라 변형됨을 원천적으로 차단할 수 있는 조건을 가지게 되는 것이고 그로 인해 전술한 조향력을 더욱 증가시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 보강부(10)는 고압의 워터젯이 충돌시 충격을 감소시키면 조향버킷(145)의 출구 측으로 더욱더 원활한 배출이 이루어질 수 있도록 도 4에서와 같이,

상기 보강부(10)는 서로 대응되는 마주보는 면이 원호 형태의 곡면(10a)으로 형성되는 것이 바람직한 것으로, 이는 고압의 워터젯이 보강부의 표면으로 충돌시 곡면으로 인한 충격 감소와 함께 조향버킷의 출구 측으로 더욱더 원활하게 배출이 이루어질 수 있도록 함에 따라 추진력을 증대시킬 수 있는 조건을 가지게 된다.

그리고, 상기한 조향버킷의 내측면을 워터젯과 마찰저항을 최소화면서 추진력 향상을 위하여 원형으로 형성하는 것이 바람직한 것으로, 이는 도 5에 도시된 바와 같이,

상기 보강부(10)의 곡면(10a) 각 양단은 서로 연결되게 형성되는 것이 바람직한 것으로, 이는 조향버킷의 내측면이 보강부의 곡면이 서로 연결되어 전반적으로 원형 형태로 형성됨에 따라 워터젯과의 충돌시 충격 감소와 함께 조향버킷의 출구 측으로 보다 신속하게 배출이 이루어져 조향력은 물론 추진력 또한 더욱더 증대되어 질 수 있는 조건을 가진다.

1 : 보강수단
10 : 보강부 10a : 곡면
12 : 보강비드
100 : 워터젯 추진기 110 : 유도관
120 : 임펠러 130 : 스테이터
140 : 조향장치 145 : 조향버킷
148 : 역추진버킷

Claims (5)

1. 워터젯 추진기(100)의 좌,우방향의 전환을 위해 스테이터(130)의 후방과 연결되는 조향장치(140)의 조향버킷(145)에 있어서,
   상기 조향버킷(145)의 내측면 각 모서리에 추진력 발생에 따른 고압의 워터젯 충격으로 인한 상기 조향버킷(145)의 변형을 방지하기 위한 보강수단(1)을 구비하는 것을 특징으로 하는 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보강수단(1)은, 조향버킷(145)의 내측면 각 모서리의 서로 대응되는 위치에 각 모서리가 메워진 형태로 상기 조향버킷의 단면적이 좁아지도록 형성되는 보강부(10)인 것을 특징으로 하는 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷.
3. 제2항에 있어서,
   상기 보강부(10)의 서로 대응되는 마주보는 면에 강도 보강을 위한 보강비드(12)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 보강부(10)는 서로 대응되는 마주보는 면이 원호 형태의 곡면(10a)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷.
5. 제4항에 있어서,
   상기 보강부(10)의 곡면(10a) 각 양단은 서로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 추진기용 조향장치의 조향버킷.

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