KR20190087101A - 선박 프로펠러용 페이크 캡 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 프로펠러 캡 끝단에 제작이 용이하고 제작비용이 저렴한 페이크 캡을 설치함으로써 프로펠러의 후방에서 발생하는 허브 볼텍스 캐비테이션을 저감할 수 있도록 구성됨으로써, 기존의 롱 캡, 롱 러더 벌브 또는 PBCF 등에 비해 매우 간단한 구성으로 훨씬 저렴하고 용이하게 제작이 가능한 선박 프로펠러용 페이크 캡을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명은 캡에 의해 프로펠러의 회전축이 고정되는 선박에 있어서, 상기 캡의 단부에 결합되며, 프로펠러의 회전축과 일치하는 방향으로 연장되는 원통 형상의 선박 프로펠러용 페이크 캡에 관한 것이다.

Description

선박 프로펠러용 페이크 캡{fake cap for propeller of ship}

본 발명은 프로펠러의 캡에 설치되는 페이크 캡에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 선박의 추진기로 사용되는 프로펠러의 후방에서 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex) 강도를 저감하여 허브 볼텍스 캐비테이션(cavitation)을 억제하는 것에 의해 선박의 소음과 진동을 감소하고, 러더(rudder)의 침식과 부식을 방지하며, 추진효율을 향상시킴으로써 연료를 절감할 수 있도록 구성되는 선박 프로펠러용 페이크 캡에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

도 1에는 선박(1)의 추진부의 일 예를 도시한 것이다. 이를 참조하면, 일반적으로 선박(1)은 프로펠러(10)와 같이 추진력을 발생시키는 추진기를 통해 전진하며, 이러한 프로펠러(10)형 추진기는 선체의 엔진의 회전축에 연결되어 엔진의 구동력으로 회전하게 된다.

더 상세하게는, 프로펠러(10)형 추진기는 엔진의 회전축에 연결되는 프로펠러 본체와, 프로펠러 본체의 외주면에 형성되는 복수의 날개를 포함하며, 프로펠러 캡(20)에 의해 선체에 고정된다. 프로펠러(10) 날개가 회전함으로써 프로펠러 날개를 지나는 유동에 의해 추력과 토크를 발생하게 되는데, 이 때, 토크가 엔진의 구동력으로 극복되고 발생하는 추력을 이용하여 선박이 전진하게 된다.

여기서, 일반적으로 선박의 추진기는 주엔진에서 발생하는 동력의 약 70% 정도만을 선박을 전진시키는 추진력으로 사용하며, 나머지 엔진의 동력은 프로펠러 마착, 열 손실 및 프로펠러 후방의 회전류, 프로펠러 허브 볼텍스 등으로 손실된다. 이 때, 허브 볼텍스는 추진부의 유지보수 및 교체 등을 위해 프로펠러(10)와 러더(30) 사이에 형성되는 공간에서 발생된다.

이 중, 프로펠러 후방의 회전류와 허브 볼텍스는 동력의 약 5~7%에 해당하며, 강한 허브 볼텍스는 허브 볼텍스 캐비테이션을 생성하여 소음 및 진동, 러더의 침식과 부식과 같은 문제점을 야기한다. 따라서, 이와 같이 낭비되는 에너지를 줄이고, 캐비테이션에 의해 야기되는 파손에 관련한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 장치가 종래부터 개발되어 선박에 적용되어 왔다.

그 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 러더(30)의 전방, 즉 프로펠러(10)를 향하는 방향에 러더 벌브(rudder bulb, 40)가 형성되어 있다. 러더 벌브(40)는 러더의 일부를 돌출시켜 프로펠러와의 거리를 가깝게 하여, 프로펠러 뒤의 유동을 원활하게 하여 허브 볼텍스를 저감하기 위한 일 방법이다.

도 2에는 더욱 다양한 방법이 도시되어 있다.

도 2(a)는, 일반적인 캡 대신 롱 캡(long cap, 21)으로 프로펠러(10)를 선박(1)에 조립한 것이다. 이 경우, 프로펠러(10)와 러더(30)의 간극을 최소화하여 허브 볼텍스 발생을 최소화하여 에너지 손실을 줄일 수 있다. 그러나 이러한 방법은 롱 캡(21)을 주물로 제작하여야 함에 따라 제작비용이 비싸다는 단점이 있다.

도 2(b)는 러더 벌브(40)를 길게 형성한 롱 러더 벌브(long rudder bulb, 41)를 도시한 것이다. 이 경우에도 롱 캡(21)과 마찬가지로 프로펠러(10)와 러더(30)의 간극을 줄일 수 있어 허브 볼텍스를 저감시킬 수 있다. 그러나 이러한 방법 또한 제작비용이 비싸며, 롱 러더 벌브(41)가 선체의 저항 요소가 되는 점에서, 오히려 에너지 손실을 증가시킬 수 있다는 문제가 있다.

도 2(c)는 PBCF(propeller boss cap pin, 22)을 도시한 것이다. PBCF(22)는 일반적인 캡의 기능을 포함하며, 외주에 핀을 부착하여 허브 볼텍스 캐비테이션을 감소시키도록 구성한 것이며, 이는 가장 효과가 좋다는 장점이 있다. 그러나 PBCF(22)에 부착되는 핀(fin)은 선박의 종류 및 사용환경에 따라 그에 적합한 특성을 나타내도록 매번 다르게 설계해야 하고, 매우 정밀한 설계가 요구되며, 또한 설계완료 후의 제작에 있어서도 실질적으로 추진기의 제작방식과 동일하게 제작해야 하므로 러더 벌브 등에 비해 상대적으로 제작비용이 비싼 단점이 있다.

따라서 기존의 PBCF(22) 대신에 프로펠러(10)의 후방에서 발생하는 허브 볼텍스 캐비테이션이 저감될 수 있도록 구성됨으로써, 선박의 소음과 진동을 감소하고, 러더의 침식과 부식을 방지할 수 있으며, 추진 효율을 증가시켜 연료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 간단한 구성으로 저렴하게 제작 가능한 새로운 프로펠러 캡 구조가 제공되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 프로펠러 캡 끝단에 제작이 용이하고 제작비용이 저렴한 페이크 캡을 설치함으로써 프로펠러의 후방에서 발생하는 허브 볼텍스 캐비테이션을 저감할 수 있도록 구성됨으로써, 기존의 롱 캡, 롱 러더 벌브 또는 PBCF 등에 비해 매우 간단한 구성으로 훨씬 저렴하고 용이하게 제작이 가능한 선박 프로펠러용 페이크 캡을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 기존 구성에 비하여 훨씬 저렴하고 용이하게 제작이 가능할 뿐만 아니라, 종래와 동일하거나 더 나은 허브 볼텍스 캐비테이션 저감 효과를 발휘하는 선박 프로펠러용 페이크 캡을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박 프로펠러용 페이크 캡은,

상기 캡의 단부에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 상기 프로펠러의 회전축과 일치하는 방향으로 연장되는 원통 형상의 몸체;를 포함한다. 특히, 페이크 캡은 러더 또는 러더 벌브의 전방까지 길게 연장되어, 허브 볼텍스 및 캐비테이션을 줄이면서 프로펠러에 의해 발생하는 유동을 러더에 유연하게 전달할 수 있다.

또한 본 발명의 페이크 캡은 철판을 원형으로 절곡하여 형성하는 것을 특징으로 한다. 따라서 종래 캡이나 기타 허브 볼텍스를 저감하기 위한 구성을 주물로 제작하였던 것에 비하여 매우 저렴하게 제작 및 생산할 수 있다.

더불어 본 발명의 페이크 캡은, 단부에 상기 캡과 결합되는 결합부를 포함하며, 상기 결합부는, 페이크 캡 단부를 폐쇄하는 결합판; 상기 결합판에 접하며 상기 페이크 캡의 단면을 가로지르도록 마련되는 보강대; 및 상기 결합판을 상기 캡에 결합시키는 볼팅부;를 포함할 수 있다. 따라서 손쉽게 페이크 캡을 캡에 결합시킬 수 있다.

본 발명의 페이크 캡은 제작 및 설치가 매우 용이하고, 선박의 특징에 따라 고려해야 할 요소가 적으면서 허브 볼텍스 저감효과는 좋은 바, 선박의 종류에 제한이 없이 적용이 가능하다.

본 발명의 선박 프로펠러용 페이크 캡은, 종래 롱 캡, 러더 벌브, PBCF 등의 구조에서 1~2% 정도의 에너지 절감 효과가 있었던 것과 비교하여, 이와 유사하나 그 이상의 효과를 가진다.

나아가, 종래 롱 캡, 러더 벌브를 주물로 생산하거나, 정밀함을 요하는 PBCF에 비하여, 철판의 곡가공으로 생산이 가능한 바 제작이 용이하고, 제작비용이 매우 저렴하며, 설치 및 유지보수에 대한 특별한 작업이 필요하지 않으므로, 경제성 및 작업성이 좋다.

또한 본 발명은 선박의 특성에 맞추어 정밀하게 제조할 필요가 없어, 어느 선박에나 적용이 쉽다는 장점이 있다.

또한 본 발명은 종래 롱 캡을 통째로 주물로 제작하였던 것에 비하여, 무게가 가벼워 설치 및 유지보수가 용이할 뿐만 아니라, 프로펠러의 구동 효율도 좋아진다.

나아가, 원통형 몸체를 가지므로 비정형적인 형상의 허브 볼텍스가 원통 내부로 일부 유입되면서 저감되는 효과가 있다.

도 1은 선박의 프로펠러 동작에 의해 허브 볼텍스가 발생하는 것을 도시한 것이다.
도 2는 허브 볼텍스를 저감하기 위한 종래의 구성을 도시한 것으로, (a)는 롱 캡, (b)는 롱 러더 벌브, (c)는 PBCF이다.
도 3은 본 발명의 페이크 캡을 설치한 선박의 일부 측면도이다.
도 4는 본 발명의 캡과 페이크 캡의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 페이크 캡과 캡의 결합관계를 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 과정에서 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

일반적으로 선박(1)은 추진기로 운항을 하며 추진기로는 프로펠러(10)를 포함하고 있다. 프로펠러(10)가 회전하는 특성상 프로펠러(10)의 일측 회전축에서 프로펠러(10)를 고정하는 캡(20)(cap) 후방에 허브 볼텍스(hub vortex)가 발생한다. 이 볼텍스는 에너지 손실을 발생시키는 등의 문제가 있으므로 본 발명은 페이크 캡(50)(fake cap)을 설치하여 프로펠러(10)의 허브(hub)로부터 들어오는 유선을 러더(30)(rudder) 또는 러더 벌브(40)(rudder bulb)까지 연속하여 이어주는 역할을 하여 추진기 회전에 의한 에너지 손실을 최소화 하고자 한 것이다.

또한 종래 허브 볼텍스를 저감하기 위한 롱 캡(20)(long cap), 롱 러더 벌브(41)(long ruddder bulb), PBCF(22)(propeller boss cap fins) 등은 주물로 제작하거나 정교하게 제작되어야 함에 따라 제작비용이 비싸고 또한 유지보수가 어려운 문제점이 있는바, 본 발명은 페이크 캡(50)을 설치하여 제작이 용이하고, 제작비용이 저렴하며, 유지보수가 용이한 허브 볼텍스 저감장치를 제공한다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 선박(1) 프로펠러(10)용 페이크 캡(50)을 ㅅ설명한다. 도 3은 본 발명의 페이크 캡(50)을 설치한 선박(1)의 일부 측면도이고, 도 4는 본 발명의 캡(20)과 페이크 캡(50)의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 페이크 캡(50)과 캡(20)의 결합관계를 도시한 것이다.

캡(20)을 조여 프로펠러를 선박에 고정시키는 것과 구별하여, 본 발명의 페이크 캡(50)은 프로펠러(10)를 고정하지는 않고 캡(20)과는 별도의 물건으로써, 캡(20)의 단부에 단순히 설치되는바, 페이크 캡(50)이라 칭한다.

도 3을 참조하면, 선박(1)의 선미 하부에는 추진기로서 프로펠러(10)가 설치되어 있다. 프로펠러(10)의 일 회전축은 엔진에 연결되며, 타 회전축에는 프로펠러(10)를 선박(1)에 고정시키기 위한 캡(20)이 설치되어 있다. 프로펠러(10)의 캡(20) 후방에는 일정 간격을 두고 러더(30)가 설치되어 있으며, 경우에 따라 프로펠러(10)의 회전에 의해 발생하는 허브 볼텍스를 저감하기 위하여 러더 벌브(40)를 설치할 수 있다.

본 발명의 페이크 캡(50)은 캡(20)과 러더(30) 사이에 설치되며, 캡(20)의 단부에 결합되는 결합부와, 결합부로부터 프로펠러(10)의 회전축과 일치하는 방향으로 연장되는 원통 형상의 몸체를 포함한다. 더욱 구체적으로는, 페이크 캡(50)의 몸체는 긴 원통형상을 가지며, 일단이 결합부에 의해 캡(20)의 단부에 결합되고, 타단은 프로펠러(10)의 회전축과 일치하며 러더(30)를 향하여 연장된다. 페이크 캡(50)의 타단은 러더(30)와 연결되지 않아 자유단으로 마련된다.

페이크 캡(50)의 타단부와 러더(30)와의 간격은 페이크 캡(50)의 원통형상 지름길이보다 더 좁도록 마련될 수 있다. 러더 벌브(40)가 설치되는 경우, 페이크 캡(50)의 타단부와 러더 벌브(40)의 간격은 페이크 캡(50)의 원통형상 지름길이보다 더 좁도록 마련될 수 있다.

페이크 캡(50)은 상술한 바 및 도 4와 같이 원통형으로 마련될 수 있으나, 단면이 원형이 아닌 방사형 도형을 갖도록 형성될 수도 있다. 다만, 내부가 중공으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 따라서 페이크 캡(50)의 몸체가 되는 부분은 철판을 절곡하는 방법으로 제작할 수 있다.

페이크 캡(50)의 단면이 원 형상인 경우 원형으로 철판을 절곡하고, 방사형상인 경우 철판을 두 방향으로 번갈아 절곡하여 형성할 수 있다. 이는 종래 주물로 롱 캡(20)(long cap)을 제작하였던 것에 비하여 매우 저렴하며 제작이 용이하고, 유지보수 또한 쉬운 장점이 있다.

또한 매우 간단한 형상으로 제작되는 바, 적용하고자 하는 각 선박(1)의 특징에 크게 구애받지 않고 제작할 수 있어 적용 범위가 큰 장점이 있다.

도 4는 페이크 캡(50)과 캡(20)의 결합 관계를 도시하고 있다. 이에 따라 페이크 캡(50)은 캡(20)의 단부에 결합하는 결합부를 포함한다.

도 5를 참조하면, 결합부는 페이크 캡(50)의 일단의 단부를 폐쇄하는 결합판(51), 결합판(51)에 접하며 페이크 캡(50)의 단면을 가로지르도록 마련되는 보강대(53) 및 결합판(51)을 캡(20)에 결합시키는 복수 개의 볼팅부(52)를 포함한다.

즉, 페이크 캡(50)의 단부에 결합판(51)이 설치되고, 결합판(51)을 캡(20)에 접하도록 한 후 볼트로 조여 페이크 캡(50)을 캡(20)에 조립한다. 이 때 보강대(53)가 페이크 캡(50)의 설치 방향을 보강하는 역할을 하며, 복수 개가 설치될 수 있고, 볼팅부(52)는 보강대(53) 및 결합판(51)을 관통하여 캡(20)에 고정될 수 있다.

본 발명의 페이크 캡(50)은 손쉽고 저렴하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 설치 및 유지보수 또한 용이한 장점이 있다. 더불어 종래의 허브 볼텍스 저감 장치가 1~2 %의 에너지 절감 효과가 있었던 것과 비교하여 본 발명의 페이크 캡(50) 또한 1~2 %, 또는 그 이상의 에너지 절감 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게있어서 자명할 것이다.

1 : 선박 10 : 프로펠러
20 : 캡 21 : 롱캡
22 : PBCF 30 : 러더
40 : 러더 벌브 41 : 롱 러더 벌브
50 : 페이크 캡 51 : 결합판
52 : 볼팅부 53 : 보강대

Claims (3)

1. 캡에 의해 프로펠러의 회전축이 고정되는 선박에 있어서,
   상기 캡의 단부에 결합되는 결합부; 및
   상기 결합부로부터 상기 프로펠러의 회전축과 일치하는 방향으로 연장되는 원통 형상의 몸체;
   를 포함하는 선박 프로펠러용 페이크 캡.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 페이크 캡은 철판을 원형으로 절곡하여 형성하는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러용 페이크 캡.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 결합부는,
   페이크 캡 단부를 폐쇄하는 결합판;
   상기 결합판에 접하며 상기 페이크 캡의 단면을 가로지르도록 마련되는 보강대; 및
   상기 결합판을 상기 캡에 결합시키는 볼팅부;
   를 포함하는 선박 프로펠러용 페이크 캡.

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