KR20180128947A - 선박의 추진 장치 - Google Patents

Abstract

프로펠러(1) 전방에 프로펠러(1)의 반경(r)보다도 작은 반경(R)의 곡면을 갖는 에너지 절약 부가물(5)을 구비하고, 프로펠러(1)의 날개(3)의 피치가 에너지 절약 부가물(5)의 반경(R)보다도 내측의 반경 방향 위치에서 최소가 되는 극소점(S)을 갖는 피치 분포를 가진다.

Description

선박의 추진 장치

본 발명은 프로펠러 전방에 에너지 절약 부가물을 구비한 선박의 추진 장치에 관한 것이다.

선박의 전진에 의해 선미 가까이에 종와(縱渦; vertical vortex))(빌지 소용돌이)가 생성되는 것이 알려져 있으며, 이 종와로 인해 추진 효율이 유의적으로 높아지지 않는다는 과제를 가지고 있었다.

이로 인해, 프로펠러 전방에 프로펠러 주변의 유장(flow field)을 개선하는 슈퍼·스트림 덕트(SSD=Super Stream Duct) 등이라고 칭해지는 에너지 절약 부가물을 설치함으로써 에너지 절약 효과를 개선하고, 또한, 프로펠러의 피치를 설정함으로써 추진 효율을 개선한 것이 있다(특허문헌 1, 2).

특허문헌 1에 기재된 프로펠러의 날개의 피치는, 종래형 프로펠러와 같이, 익근(翼根)부에서 최대값이 되고 익단(翼端)부에서 최소값이 되도록 반경 방향으로 향하여 감소되는 체감(遞減) 피치로 되어 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 프로펠러의 날개의 피치는 덕트 후단부에 있어서의 덕트의 반경 위치와 동일한 반경 위치에 있어서 최소가 되도록 하고 있다.

일본 특허공보 제5230852호 일본 공개특허공보 제(평)10-264890호

그러나, 특허문헌 1 및 2에 있어서는, 프로펠러의 날개의 피치는 프로펠러 전방에 설치한 에너지 절약 부가물에 대해 적합하게 대응한 피치 분포로는 되어 있지 않다. 이로 인해, 에너지 절약 부가물을 구비한 것에 의한 충분한 에너지 절약 효과가 발휘되지 않고, 따라서 프로펠러의 추진 효율을 유의적으로 높일 수 없을 가능성을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은, 프로펠러 전방에 에너지 절약 부가물을 구비한 선박의 추진 장치에 있어서, 추진 효율을 유의적으로 높이는 것에 있다.

본 발명의 선박의 추진 장치는, 프로펠러 전방에 당해 프로펠러의 반경보다도 작은 반경의 곡면을 갖는 에너지 절약 부가물을 구비하고,

상기 프로펠러의 날개의 피치가 상기 에너지 절약 부가물의 반경보다도 내측의 반경 방향 위치에서 최소가 되는 극소점을 갖는 피치 분포를 가진다.

상기 선박의 추진 장치에 있어서, 상기 에너지 절약 부가물의 반경은 상기 프로펠러의 반경에 대해 50% 이상 80% 이하로 할 수 있다.

상기 선박의 추진 장치에 있어서, 상기 극소점은 상기 프로펠러의 축심으로부터 반경 방향 외측으로 상기 에너지 절약 부가물의 반경의 50% 이상 100% 이하 떨어진 위치에 있다.

상기 선박의 추진 장치에 있어서, 상기 극소점에 있어서의 상기 프로펠러의 날개의 피치는 당해 프로펠러의 날개의 익단과 익근의 피치를 직선 보간하여 구해지는 값의 80% 이상 100% 미만이다.

본 발명의 선박의 추진 장치에 의하면, 추진 효율을 유의적으로 높일 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 선박의 선미부에 구비되는 본 발명의 추진 장치를 모식적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 프로펠러의 반경 방향에 있어서의 날개의 피치에 관해서, 본 발명의 경우와 특허문헌 1, 2의 경우를 비교할 수 있도록 함께 도시한 선도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 본 발명의 날개의 피치의 경우에 있어서의 효과를 설명하기 위한 선도이다.
도 4는 본 발명의 구성을 구비한 VLCC 탱커의 모형선을 선미부 후방에서 본 사시도이다.
도 5는 모형 시험에 의해 계측한 선속과 프로펠러 토크의 관계를 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 선박의 선미부에 구비되는 본 발명의 추진 장치를 모식적으로 도시한 측면도이다. 도 1 중, 도면부호 1은 선박의 선미부(2)의 후방으로 돌출되어 설치되는 프로펠러, 도면부호 3은 프로펠러(1)의 보스(4)에 장착한 날개이다. 도면부호 5는 상기 프로펠러(1) 전방에 위치하도록 상기 선미부(2)에 설치한 에너지 절약 부가물이며 도 1의 에너지 절약 부가물(5)은 선미 덕트(6)로 한 경우를 도시하고 있다.

에너지 절약 부가물(5)은 에너지 절약 부가물(5) 자체가 추력을 발생하거나, 프로펠러(1) 주변의 유장을 개선함으로써 에너지 절약 효과를 얻고자 하는 것으로서, 직접적으로 프로펠러(1)의 성능을 향상시키는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 에너지 절약 부가물(5) 후방에서의 프로펠러(1)에 의한 효율을 직접적으로 개선하는 기술을 제공한다.

도 1의 에너지 절약 부가물(5)은 상기 프로펠러(1)의 반경(r)보다도 작은 반경(R)의 곡면(원곡면)을 갖는 선미 덕트(6)의 경우를 도시하고 있다. 상기 선미 덕트(6)의 후단의 반경(R)은 상기 프로펠러(1)의 반경(r)에 대해 50% 이상 80% 이하의 크기로 되어 있다. 도 2에서는, 상기 선미 덕트(6)의 반경(R)은 프로펠러의 반경(r)의 60%인 경우를 도시하고 있다.

또한, 상기에서는 에너지 절약 부가물(5)을 선미 덕트(6)로 한 경우에 관해서 설명했지만, 에너지 절약 부가물(5)은 선미 덕트(6)의 원곡면의 일부를 노치한 호(弧)상체라도 좋다.

상기 프로펠러(1)의 날개(3)의 피치는, 도 2에 실선(7)으로 나타내는 바와 같이, 상기 선미 덕트(6)의 반경(R)보다 내측의 반경 방향 위치에서 최소가 되는 극소점(S)을 갖는 피치 분포를 가지고 있다.

상기 피치의 극소점(S)은 상기 프로펠러(1)의 축심(O)에서 반경 방향 외측으로 상기 에너지 절약 부가물(5)인 선미 덕트(6)의 반경(R)의 50% 이상 100% 이하 떨어진 위치에 있다. 즉, 도 2의 예에서는 피치의 극소점(S)은 축심(O)에서 프로펠러(1)의 반경(r)의 30% 이상 60% 이하 떨어진 위치이다.

상기 프로펠러(1)의 날개(3)에 구비하는 피치의 상기 극소점(S)은 상기 프로펠러(1)의 날개(3)의 익단부(3a)와 익근부(3b)의 피치를 직선 보간하여 구해지는 값의 80% 이상 100% 미만의 범위이다.

또한, 도 2에는, 실선(7)으로 나타낸 본 발명의 경우에 더하여, 종래의 경우와 함께 도시함으로써 비교할 수 있도록 하고 있다. 즉, 종래형 프로펠러 및 특허문헌 1의 프로펠러와 같이, 익근부(3b)에서 피치가 최대값이 되며 익단부(3a)에서 피치가 최소값이 되도록 반경 방향으로 감소된 체감 피치를 갖는 종래예를 파선(A)으로 나타내고 있다. 또한, 특허문헌 2의 프로펠러와 같이, 프로펠러의 날개의 피치를 덕트 후단부에 있어서의 덕트의 반경(R)의 위치와 동일한 반경의 위치에서 최소가 되도록 한 종래의 개량예를 이점 쇄선(B)으로 나타내고 있다.

도 1에는 선미 덕트(6)를 구비한 선박의 선미부(2)의 반류(伴流)가 도시되어 있으며, 반류의 벡터는 선체 고정 좌표로 본 프로펠러(1) 부근에서의 유속을 나타내고 있다. 이 벡터로 나타내는 유속이 프로펠러(1)의 전진 속도(va)이다. 선미 덕트(6)를 설치한 선박의 특징은, 선미 덕트(6)의 반경(R)보다도 내측에서의 내측 전진 속도(va1)는 선미 덕트(6)의 반경(R)보다도 외측에서의 외측 전진 속도(va2)에 대해 대폭 작은 값을 나타내는 것이다.

일반적으로 프로펠러(1)의 성능은 일양류(一樣流; uniform flow) 중과 불균일류(inhomogeneous flow) 중에서 상이하기 때문에, 종래형 프로펠러는 선미 덕트(6)의 반경(R)보다도 내측의 반류 중에서는 최적의 피치가 되고 있지 않으며, 이로 인해 효율이 저하되는 것으로 생각된다.

도 3은 프로펠러(1)의 반경(r)의 날개(3)의 익단(翼斷)면에 유입되는 유입 속도를 도시하고 있다. 기하 유입각(β)은 전진 속도(va)와 회전 속도(2πnr)(n은 회전수)의 비에 의해 결정된다. 날개(3)의 피치에 의해 기하 앙각(geometrc attack angle)은 최적이 되도록 조정되지만, 설계시에 가정한 전진 속도(va)가 실제보다도 크면, 과대한 기하 유입각(β)에 기초하여 최적화하게 되어, 결과로서 날개(3)의 기하 피치각이 실제 최적값보다도 과대하게 설계된다. (여기서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 프로펠러 자체에 의해 유기되는 유도 속도의 영향은 포함하지 않는 것으로 한다.) 종래형 프로펠러에서는, 선미 덕트(6)에 의해 전진 속도(va)가 특히 작아지는 부분에 상당하는 날개의 반경 방향 위치에서, 피치가 과대해지고 있는 것으로 생각된다.

따라서, 본 발명에 따르는 프로펠러(1)에서는 선미 덕트(6)에 의해 전진 속도(va)가 특히 작아지는 내측 전진 속도(va1)의 부위에 상당하는 반경 방향 위치에 종래형 프로펠러보다도 날개의 피치를 작게 한 부위를 설계함으로써, 실제 최적의 기하 앙각에 근접하고, 이것에 의해, 선미 덕트(6)를 구비한 선박의 반류 중에서의 프로펠러 효율을 개선하도록 한 것이다.

도 4는 본 발명의 구성을 구비한 VLCC 탱커(대형 탱커)의 모형선(8)을 도시하고 있으며, 이 모형선(8)을 도시하지 않는 선형 시험 수조에 설치하여 효과 확인 시험을 실시하였다. 또한, 도 4 중, 도 1에 도시한 구성과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙임으로써 설명의 중복은 생략한다. 도 4 중, 도면부호 9는 키이다.

도 5는 도 4의 모형선(8)의 효과 확인 시험에 의해 계측된 선속과 프로펠러 토크의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 5의 횡축에 나타내는 선속은, L을 흐름 중의 물체의 대표적인 길이, U를 속도, g를 중력 가속도로 할 때, 자유 표면을 갖는 유체의 흐름에 관한 무차원의 프루드 수(non-dimensional Froude number; F)로 나타내었다.

도 5의 종축을 나타내는 프로펠러 토크는 ΔQ={(본 발명의 프로펠러의 토크)-(종래형 프로펠러의 토크)}/(종래형 프로펠러의 토크)로 나타내었다.

도 5에 의하면, 본 발명의 프로펠러의 익단면 성능이 향상됨으로써, 동일 선속으로 동일 스러스트를 발생시키고 있을 때의 토크가 감소되는 것을 관찰할 수 있다.

즉, 도 5에서는 프루드 수(F)가 0.15의 선속에 대해 선속이 느린 프루드 수(F)가 0.13 내지 0.14인 범위에서는 프로펠러 토크가 크게 저하되어 있기 때문에, 도 5의 효과가 발휘되는 선속을 고려하여 실제의 선박을 설계함으로써, 선박의 추진 효율을 높게 설정할 수 있어, 연비를 삭감할 수 있다.

상기한 바와 같이, 프로펠러(1) 전방에 에너지 절약 부가물(5)을 구비한 구성에 있어서, 프로펠러(1)의 날개(3)의 피치가 상기 에너지 절약 부가물(5)의 반경(R)보다도 내측의 반경 방향 위치에서 최소가 되는 극소점(S)을 갖는 피치 분포를 가짐으로써, 선박의 추진 효율을 유의적으로 높일 수 있다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명의 선박의 추진 장치는 추진 효율을 높이는 것이 요구되는 선박에 대해 유효하게 적용할 수 있다.

1 프로펠러
3 날개
3a 익단부
3b 익근부
5 에너지 절약 부가물
6 선미 덕트(에너지 절약 부가물)
7 실선(피치 분포)
O 축심
r 프로펠러의 반경
R 선미 덕트의 반경
S 극소점

Claims (5)

1. 프로펠러 전방에 당해 프로펠러의 반경보다도 작은 반경의 곡면을 갖는 에너지 절약 부가물을 구비하고,
   상기 프로펠러의 날개의 피치가 상기 에너지 절약 부가물의 반경보다도 내측의 반경 방향 위치에서 최소가 되는 극소점을 갖는 피치 분포를 갖는 선박의 추진 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 에너지 절약 부가물의 반경은 상기 프로펠러의 반경에 대해 50% 이상 80% 이하인, 선박의 추진 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 극소점은 상기 프로펠러의 축심으로부터 반경 방향 외측으로 상기 에너지 절약 부가물의 반경의 50% 이상 100% 이하 떨어진 위치에 있는, 선박의 추진 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 극소점은 상기 프로펠러의 축심으로부터 반경 방향 외측으로 상기 에너지 절약 부가물의 반경의 50% 이상 100% 이하 떨어진 위치에 있는, 선박의 추진 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극소점에 있어서의 상기 프로펠러의 날개의 피치는 당해 프로펠러의 날개의 익단과 익근의 피치를 직선 보간하여 구해지는 값의 80% 이상 100% 미만인, 선박의 추진 장치.
   

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