KR20160057392A - 전치 트윈 러더 프로펠러선 - Google Patents

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Abstract

[과제] 연비의 개선을 도모할 수 있는 동시에, 배 전체 길이당 적하량을 증대할 수 있는 프로펠러선의 구조를 제공한다. [해결수단] 프로펠러(11)의 전방이면서 버턱 라인의 후방이며, 배의 중심선의 좌우 대칭 위치에 각각 타(12)를 설치했다.

Description

전치 트윈 러더 프로펠러선 {PROPELLER SHIP WITH FRONT POSITIONED TWIN RUDDERS}
본 발명은 1개의 프로펠러 축, 2개의 타(러더)를 프로펠러의 선수 방향에 갖는 전치(前置) 트윈 러더(twin rudder) 프로펠러선에 관한 것이다.
배는 물자, 사람을 대량으로 효율적으로 수송할 수 있는 수단으로 이용되고 있다.
때문에, 배에는 목적의 항로를 안전하게 기항(寄港)하고 항행(航行)하는 것이 중요하므로, 배의 추진 기구 및 타 기구가 변천되면서 발전해 왔다.
타에 요구되는 기본적인 요소는 선회성(타를 계속해서 틀었을 때 얼마나 빠르게 진로를 꺽을 수 있는지를 나타내는 성능)과, 보침성(침로 안정성 : 얼마나 똑바로 달릴 수 있을지를 나타내는 성능)이며, 이는 종종 상반되는 기능이지만, 이 기능들이 양립하도록 다양한 연구가 이루어져 왔다.
배의 회전 성능, 배 본체와의 조화, 타에 대한 수류(水流) 효과 등으로부터, 선미에서 프로펠러에 대해 후방 위치에 나란히 장착되는 것이 일반화되었다.
타의 효력은, 비행기 등의 날개와 동일한 날개 이론이 적용되며, 선미의 한정된 공간 내에 적절히 설치되어 있다.
타의 회전 성능은, 타의 면에 작용하는 횡방향의 추력에 따른다. 이는 타의 면에 작용하는 양력(揚力)이다. 양력은 이론적으로 균일한 층류 속에서는 타 단독 성능으로서 다음 식으로 표시되는 것이다.
양력(F)=1/2ρV2·sinα·A·Fp
여기서, V는 타에 대한 물의 유입 속도
α는 유입수의 타에 대한 유입 각도
A는 타의 양력에 대한 유효 면적
Fp는 타 단독의 직압력 계수의 구배
ρ는 해수의 밀도
한편, 타의 양력을 보다 크게 하기 위해, 특허문헌 1에는, 특수한 배에서 그 선미에 하나의 프로펠러에 대해 그 후방 위치에 2개의 타를 평행하게 설치하는 것이 공지되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개공보 제2003－26096호
특허문헌 1의 구성은 양력을 크게 할 수 있다는 장점을 가지지만, 연비 개선의 도모, 건조선가(建造船價)의 절감 또는 배 전체 길이당 적하량의 증대 등의 고안은 나타나 있지 않다.
이에, 본 발명의 주된 과제는, 연비의 개선을 도모할 수 있는 동시에, 배 전체 길이당 적하량의 증대, 건조선가의 절감이 가능한 프로펠러선의 구조를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결한 본 발명은 다음과 같다.
＜청구항 1에 기재된 발명＞
프로펠러의 전방이면서 버턱 라인의 후방이며, 배의 중심선의 좌우 대칭 위치에, 각각 타를 설치한 것을 특징으로 하는 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
배의 중심선의 좌우 대칭 위치에 각각 타를 설치했다. 어떤 크기의 배에서 필요한 선회성 및 보침성(침로 안정성)을 확보하기 위해 필요한 타 면적은, 2개의 타에 의한 경우의 각 타의 면적을 1개의 타에 의한 경우보다 1개의 타 면적당 25%~50% 정도로 작게 할 수 있다. 2개의 타의 총면적에서는, 종래의 1개의 타와 동일 면적이거나 조금 커진다. 타는 선저선(船底線)과의 간극을 가능한 작게 하도록 설치하는 것이 바람직하다.
　일반적으로 항해시 타는 해수면보다 잠겨 있을 필요가 있다. 본 발명에 따라 타 높이를 작게 할 수 있다는 것은, 항해시 흘수 깊이를 얕게 할 수 있다는 것을 의미하며, 그 결과, 동일한 선속에 대해 주기관의 출력을 절감시킬 수 있어 연비가 개선된다.
한편, 프로펠러의 전방에 스턴 스러스터(stern　thruster)를 설치함으로써 스턴 스러스터에 의한 효과를 기대할 수 있다.
아울러, '버턱 라인(buttock　line)'이란, 선체 중앙 종단면에 평행한 연직면에서 자른 선미의 형상 선을 의미한다. 특히 선체의 평행부와의 교차선이 이루는 선을 말한다.
＜청구항 2에 기재된 발명＞
프로펠러의 전방이면서 버턱 라인의 후방에 스턴 스러스터를 설치하고, 이 스턴 스러스터의 프로펠러 축선이 상기 각 타의 판면을 지나가는 관계를 갖는 청구항 1에 기재된 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
선미측에 스턴 스러스터를 설치함으로써, 좁은 항내에서의 궤도 수정이나 접안 및 이안시의 조타성을 높일 수 있다.
한편, 항내 등에서 배가 저속으로 항행하는 경우, 타의 효력이 매우 나쁘다. 이에, 스턴 스러스터를 시동시켜 그 수류를 타판면으로 유입시킴으로써 조타성이 높아진다.
＜청구항 3에 기재된 발명＞
상기 스턴 스러스터는 상기 프로펠러보다 3~25m 전방에 위치하는 청구항 2에 기재된 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
스턴 스러스터는 프로펠러보다 3~25m 전방에 위치하는 것이 바람직하다. 프로펠러보다 3~25m 전방에 위치하는 경우, 좁은 항내에서의 궤도 수정이나 접안 및 이안시의 스턴 스러스터에 의한 조타성이 적합한 위치라는 것이 판명되었다.
＜청구항 4에 기재된 발명＞
타는 좌우 대칭의 타면을 갖는 청구항 1에 기재된 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
본 발명은 타의 면 형상에 특징을 갖는 것은 아니며, 일반적인 타를 사용하는 것을 염두에 두고 있다. 타가 좌우 대칭의 타면을 가지면, 2개의 타를 동시 사용, 단독 사용, 조합 사용 등을 통해 조타성을 높일 수 있다.
＜청구항 5에 기재된 발명＞
조타기가 프로펠러의 전방이면서 버턱 라인의 후방의 선체 내에 설치되어 있는 청구항 1에 기재된 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
타 및 조타기를 프로펠러의 전방에 설치하면, 예를 들어 배의 에프터 피크 탱크(선미탱크), 조타실(스티어링실) 등의 후방으로의 돌출이 불필요해져, 종래의 하나의 프로펠러에 대해 그 후방에 하나의 타를 가지는 프로펠러선에 비해 예를 들어 약 5m~20m 짧게 할 수 있다.
그 결과, 화물선의 경우, 동일한 전체 길이당 화물탱크의 용적을 약 5%~15% 증가시킬 수 있으므로, 배의 이용가치가 높아진다. 또한, 배의 전체 길이를 단축할 수 있어 건조선가가 절감된다.
＜청구항 6에 기재된 발명＞
상기 프로펠러 외에 추가 프로펠러 및 그 구동 수단이 설치되며, 상기 추가 프로펠러는 상기 프로펠러의 배치 위치와 다른 위치이며, 선저 또는 선저 입상부에 1대 또는 복수대 배치되어, 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전 상태 및 추가 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 운전 상태를 선택 가능하도록 한 청구항 1에 기재된 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
상기 프로펠러, 즉 상용 프로펠러 외에, 소형의 추가 프로펠러 및 그 구동 수단을 설치한다. 추가 프로펠러의 구동 수단의 출력은 상기 주기관의 구동 수단의 출력의 35% 이하, 보다 바람직하게는 25% 이하로 할 수 있다.
적재(적하)시에는, 계획만재흘수에 가까운 흘수 상태에서 상용 프로펠러를 구동하여 운행한다. 필요에 따라 추가 프로펠러를 병용하여 운항한다.
화물을 내린 후의 귀항 항해, 소형의 추가 프로펠러로 주로 운항한다. 특히 기후가 온화한 날에는 선박의 항해시의 안정성에 대해 과도하게 엄격할 필요성이 적다. 이에, 흘수선을 낮춘 상태에서 소형의 추가 프로펠러로 주행시킨다.
그 결과, 흘수선을 낮춤으로써 외관상의 배수량이 저하되고, 외판의 물과의 접촉 면적이 작아져 수선 면적 계수(水線面積係數)의 개선을 도모할 수 있으며, 연료 소비의 절감 효과가 커진다.
또한, 소형의 추가 프로펠러를 구동하므로, 구동 장치의 출력(주기관의 구동 수단의 출력의 35% 이하, 보다 바람직하게는 25% 이하)이 작아도 충분하며, 이러한 관점에서도 연료 소비의 절감 효과가 커진다.
선박이 적하를 만재(滿載)시킨 후 출항하여 통상의 항해로 이행하는 경우에는, 상용 프로펠러를 구동하여 깊은 흘수로 항해한다. 또한, 양하(揚荷)후 밸러스트 항해하는 경우에는, 통상 항해 상태로 이행한 후 추가 프로펠러 운항으로 한다. 단, 기후가 나쁜 경우에는, 설사 공선이더라도 밸러스트 수(水)를 채워 안정화시킨 상태에서 소형의 추가 프로펠러 또는 상용 프로펠러로 주행시킬 수 있다. 또한, 필요한 경우, 추가 프로펠러 및 상용 프로펠러를 병용하는 것도 가능하다.
밸러스트 항해시 주로 추가 소형 프로펠러를 사용함으로써, 상용 프로펠러의 프로펠러 침수율의 제한이 적어져, 설계된(designed) 프로펠러의 프로펠러 직경을 종래의 설계 기준에 따른 프로펠러 직경보다 크게 할 수 있다. 이로써 프로펠러 효율 향상이 가능해져 약 5~7%의 효율이 향상된다. 이리하여, 보다 큰 직경의 설계된(designed) 프로펠러의 채용을 통해, 프로펠러 효율이 향상되고 동일 선속 대비 주기관의 필요 출력이 감소한다. 이로써 연비가 크게 개선된다.
＜청구항 7에 기재된 발명＞
상기 추가 프로펠러는 선외로의 돌출 상태와 선내로의 인입 상태가 선택 가능한 청구항 6에 기재된 전치 트윈 러더 프로펠러선.
(작용 효과)
추가 프로펠러가 선외로 돌출된 상태에 있고, 항해 중 사용하지 않는 상태에 놓여지는 경우, 깊은 흘수에서 저항이 되므로 추가 프로펠러는 선내로 인입된 상태로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 연비의 개선을 도모할 수 있는 동시에, 배 전체 길이당 적하량을 증대할 수 있다.
도 1은 전치 트윈 러더 프로펠러선의 정면의 선미 부분을 나타내는 측면도이다.
도 2는 전치 트윈 러더 프로펠러선의 평면도이다.
도 3은 전치 트윈 러더 프로펠러선의 뒤측에서 본 단면도이다.
도 4는 추가 프로펠러를 설치한 경우의 적하 상태의 프로펠러선의 개요 측면도이다.
도 5는 추가 프로펠러를 설치한 경우의 공선으로 운전하는 상태의 프로펠러선의 개요 측면도이다.
도 6은 추가 프로펠러(덕트 프로펠러) 예의 조립도이다.
도 7은 종래 예에 따른 1 프로펠러의 1 타선의 정면의 선미 부분을 나타내는 측면도이다.
도 8은 종래 예에 따른 1 프로펠러의 1 타선의 정면의 선미 부분을 나타내는 평면도이다.
우선, 종래 예에 대해 설명하면, 탱커나 대형 화물선의 예로서 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 1 프로펠러의 1 타선(舵船)이며, 선미 부분의 선체 내에 기관실(50)이 배치되고, 프로펠러(51)를 회전 구동함으로써 추진한다.
프로펠러(51)의 후방에는 타(52)가 설치되며, 프로펠러(51)보다 상방의 조타실(스티어링실)(53)이 배치되고, 그 내부에 조타기(54)가 설치되고, 그 타축(55)이 타(타판)(52)와 일체화되어 있으며, 조타기(54)에 의해 배가 선회 가능하도록 되어 있다. 부호 56은 에프터 피크 탱크(선미탱크)이다.
기관실(50)의 전방에는 화물부(57)가 선수 측으로 나란히 배치되어 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1~도 6은 본 발명의 전치 트윈 러더 프로펠러선의 일례를 나타낸다.
본 발명에서는 프로펠러(11)의 전방이면서 버턱 라인의 후방이며, 배의 중심선의 좌우 대칭 위치에 각각 타(12, 12)를 설치한 것을 특징으로 한다.
타(12)로는 그 타축(12a)과의 관계에서 밸런스형 및 언밸런스형 중 어느 것이든 무방하다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 좌우 대칭의 타면을 갖는 것이 바람직하다. 2개의 타(12, 12)는 동시 사용, 단독 사용, 조합 사용 등 적절히 선택할 수 있다.
프로펠러(11)의 전방에 타(12, 12)를 설치함으로써, 조타실(스티어링실)(53)도 프로펠러(11)의 전방에 배치되며, 그 내부에 조타기(54)가 설치된다.
프로펠러(11)보다 전방이면서 버턱 라인의 후방에 스턴 스러스터(40)를 설치할 수 있다. 또한, 이 스턴 스러스터(40)의 프로펠러 축선(40a)이 상기 각 타(12, 12)의 타판면을 지나가는 관계를 갖도록 배치된다.
선미 측에 스턴 스러스터(40)를 설치함으로써, 좁은 항내에서의 궤도 수정이나 접안 및 이안시의 조타성을 높일 수 있다.
한편, 항내 등 배가 저속으로 항행하고 있는 경우, 타의 효력이 매우 나쁘다. 이에, 스턴 스러스터(40)을 시동시켜, 그 수류를 타판면으로 유입시킴으로써, 타의 효력이 빨라져 조타성이 높아진다.
상기 스턴 스러스터(40)는 상기 프로펠러보다 3~25m 전방에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 타 및 그 조타기를 프로펠러의 전방에 설치하므로, 도 7 및 도 8에 나타내는 종래 예와 같이, 예를 들어 배의 선미탱크(56), 조타실(스티어링 실)(53)(도 7 참조) 등의 후방으로의 돌출이 불필요해지고, 종래 예의 1개의 프로펠러에 대해 그 후방에 1개의 타를 갖는 프로펠러선에 비해 예를 들어 약 5m~20m 짧게 할 수 있다.
그 결과, 화물선의 경우, 동일한 전체 길이당 화물탱크의 용적을 약 5%~15% 증가시킬 수 있으므로, 배의 이용가치가 높아진다. 또한, 건조선가를 절감할 수 있다.
상기 프로펠러(11)는 상용 프로펠러이다. 도 4~도 6에 나타내는 바와 같이, 이 상용 프로펠러(11) 외에 추가 프로펠러 및 그 구동 수단을 설치하고, 상기 추가 프로펠러는 상기 프로펠러의 배치 위치와 다른 위치이며, 선저 또는 선저 입상(立上)부에 1대 또는 복수대 배치하여, 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전 상태와 추가 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 운전 상태를 선택 가능하도록 한 전치 트윈 러더 프로펠러선도 제공된다.
도 4는 프로펠러선, 예를 들어 적하 상태의 상선(10), 예를 들어 화물선의 개요 측면도이다. 이 상선(10)에는 디젤 기관 등의 주기(주기관)(50)에 의해 상용 프로펠러(주 프로펠러)(11)를 구동하여 추진력을 얻는다. 14A는 공선 상태의 수선(水線)이며, 선수 방향이 높고, 선미 방향은 선저선과 교차하는 선수 트림(船首足) 상태이다. 선미 트림(船尾足) 상태는 그 반대이며, 도 5에 수선(14B)으로 나타낸다.
도 6에서도 참조되는 바와 같이, 프로펠러선에 추가 프로펠러(20) 및 덕트 프로펠러(21)가 설치되며, 추가 프로펠러용 구동 수단(22)을 포함하고 있다.
이 추가 프로펠러(20)는 상용 프로펠러(11)와는 다른 위치, 즉 도시된 선수 영역 외에 선미 또는 중간 위치이며, 선저 또는 선저 입상부에 배치된다. 선미 위치의 경우를 부호 20A, 중간 위치의 경우를 부호 20B로 나타내고 있다.
추가 프로펠러(20)의 구동 수단(22)의 출력은 주기관(50)의 구동 수단의 출력의 25% 이하로 작은 것이다.
그리고, 상용 프로펠러(11)를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전 상태와, 추가 프로펠러(20)를 구동하여 추진력을 얻는 운전 상태를 선택 가능하도록 되어 있다.
추가 프로펠러(20)의 예를 설명하면, 구동 수단(22)으로는 전기 모터, 유압 모터 등 외에, 필요에 따라 주기(주기관)(50)과 연결하여 구동력을 얻도록 할 수도 있다.
구동 수단(22)에 의한 출력축(23)의 회전 구동력은, 한 쌍의 베벨 기어(24)를 통해 종축(25)에 전달되고, 종축(25)에 설치한 한 쌍의 베벨 기어(26)를 통해 프로펠러 구동축(27)의 회전력으로서 전달되어, 프로펠러 주위에 덕트(21A)를 갖는 덕트 프로펠러(21)를 회전시키도록 구성되어 있다.
한편, 구동 수단(22)에 의한 전달축(28)의 회전 구동력은 구동 소(小) 톱니바퀴(29), 이에 맞물리는 대(大) 톱니바퀴(30)에 전달되어, 덕트 프로펠러(21)를 종축(25) 둘레로 회전 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 선저(10A)보다 하방의 덕트 프로펠러(21)를 포함하는 기기는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 선저(10A) 밖으로 돌출되는 상태이지만, 통상의 항해에서는 방해가 되므로, 선내로의 인입이 가능한 구조가 적합하다. 10B는 선내로 인입 후 폐쇄하는 차폐 부재이다.
이러한 프로펠러선 구조이면, 화물(R)의 적하(적재) 시에는, 계획만재흘수에 가까운 흘수 상태에서, 주기관(50)에 의해 상용 프로펠러(11)를 구동하여 운행한다.
화물을 내린 후에는, 특히 기후가 온화한 날이나 파도가 잠잠한 바다에서는, 선박의 항해시의 안정성에 대해 과도하게 엄격할 필요성이 적기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 흘수선을 낮춘 상태에서, 소형의 추가 프로펠러(20)로 주행시킨다. 이 경우, 도 5의 흰색 화살표로 나타내는 바와 같이, 배의 진행 방향은 적절히 선택할 수 있으며, 배의 진행 방향에 따라 브릿지(13)에서 선수, 선미를 감시한다.
그 결과, 흘수선을 낮춤으로써 외관상의 배수량이 저하되고, 외판의 물과의 접촉 면적이 작아져 수선 면적 계수의 개선을 도모할 수 있으며, 연료 소비의 절감 효과가 커진다.
또한, 소형의 추가 프로펠러(20)를 구동하므로, 구동 장치(22)의 출력이 작아도 충분하여, 주기관(50)의 구동 수단의 출력의 35% 이하, 특히 25% 이하, 특히 10%~5% 정도의 출력으로 항행할 수 있다는 관점에서도, 연료 소비의 절감 효과가 커진다. 기후가 온화한 날(보퍼트 풍력 스케일로 0~3인 날)의 주행 속도는 5~10노트 정도로 충분하다.
해당 선박이 화물(R)을 만재시킨 후 출항하여, 통상의 항해로 이행하는 경우에는, 주로 상용 프로펠러(11)를 구동하고, 또는 추가 프로펠러를 병용하여 깊은 흘수로 항해한다.
또한, 기후가 나쁜 경우에는, 설사 공선이더라도, 밸러스트 수(BW)(밸러스트 수의 저장 공간은 도시하지 않음)를 채워, 안정화시킨 상태에서, 소형의 추가 프로펠러(20) 또는 상용 프로펠러(11)로 주행시킬 수 있다.
덕트 프로펠러(21)가 상하 축선 둘레로 회전 가능하면, 필요로 하는 운전 상태에서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 덕트 프로펠러(21)를 구동하여 선미 방향으로 추진할 수 있다.
덕트 프로펠러(21)가 종축(25)(상하 축선) 둘레로 회전 가능하면, 추가 프로펠러 및 상용 프로펠러의 병용 운전에서, 추가 프로펠러를 적절히 상하 축선 둘레로 회전시킴으로써, 스티어링 기능을 부가할 수 있으며, 조타(방향)성을 높일 수 있다. 또한, 해당 배의 접안시, 옆을 향하게 하여 슬라이드 스러스터로서 이용할 수 있다.
상용 프로펠러(11)에 대해, 그 회전을 방지하는 프로펠러 공회전 방지 장치를 설치해 둘 수 있다.
필요에 따라, 덕트 프로펠러(21)를 배의 중심선을 경계로 하여 좌우에 설치할 수도 있다. 좌우의 덕트 프로펠러(21, 21)의 상하 축선 둘레의 회전에 의해, 조타성을 높일 수 있다. 또한, 슬라이드 스러스터로서 이용시, 접안이 더욱 더 간단해진다.
본 발명은 일반 화물선 외에, 컨테이너선, 탱커, LNG선, 자동차 운반선, 벌크화물선, 화객선 등에 적용 가능하다.
10 프로펠러선
11 상용 프로펠러(주 프로펠러)
12 타(舵)
12a 타축
20 추가 프로펠러
21 덕트 프로펠러
22 구동 수단
40 스턴 스러스터
50 주기(주기관 : 구동 수단)
54 조타기

Claims (7)

  1. 프로펠러의 전방이면서 버턱 라인의 후방이며, 배의 중심선의 좌우 대칭 위치에, 각각 타를 설치한 것을 특징으로 하는 전치 트윈 러더 프로펠러선.
  2. 제1항에 있어서,
    프로펠러의 전방이면서 버턱 라인의 후방에 스턴 스러스터를 설치하고, 이 스턴 스러스터의 프로펠러 축선이, 상기 각 타의 면을 지나가는 관계를 갖는 전치 트윈 러더 프로펠러선.
  3. 제
    Figure pct00001
    2항에 있어서,
    상기 스턴 스러스터는 상기 프로펠러보다 3~25m 전방에 위치하는 전치 트윈 러더 프로펠러선.
  4. 제1항에 있어서,
    타는 좌우 대칭의 타면을 갖는 전치 트윈 러더 프로펠러선.
  5. 제1항에 있어서,
    조타기가 프로펠러의 전방이면서 버턱 라인의 후방의 선체 내에 설치되어 있는 전치 트윈 러더 프로펠러선.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러 외에, 추가 프로펠러 및 그 구동 수단이 설치되며, 상기 추가 프로펠러는, 상기 프로펠러의 배치 위치와 다른 위치이며, 선저 또는 선저 입상부에 1대 또는 복수대 배치되어, 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전 상태와, 추가 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 운전 상태를 선택 가능하도록 한 전치 트윈 러더 프로펠러선.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추가 프로펠러는 선외로의 돌출 상태와 선내로의 인입 상태가 선택 가능한 전치 트윈 러더 프로펠러선.
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