KR890002884B1 - 선박 프로펠러 및 가이드휠로 구성된 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

선박 프로펠러 및 가이드휠로 구성된 장치

제1도는 프로펠러와 가이드휠의 구동배열의 도식적 설명도.

제2도는 프로펠러와 가이드휠의 반경에 종속한 피치 특성을 설명하는 도면.

제3도는 가이드휠의 한 날개를 보여주는 부분적 단면도.

제4도는 주 프로펠러허브에 장착된 가이드휠을 보여주는 실시예의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프로펠러 웰 2 : 선미

3 : 회전축 4,7 : 허브

5 : 프로펠러 6 : 가이드휠

10,11,12,13 : 피치

본 발명은 선박 프로펠러와 프로펠러를 따라 자유로이 회전할 수 있고, 그 날개수가 프로펠러보다 많고, 그 회전수가 프로펠러의 회전수보다 적은 가이드휠로 구성된 장치로서, 가이드휠의 날개에서 프로펠러의 반경내에 있는 날개는 터빈날개(turbin blade)로 형성되고, 프로펠러의 반경바깥에 있는 가이드휠의 날개는 프로펠러로 형성되는 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 DE-PS 17 56 889에 의하여 이미 공개된 바 있다. 이 장치에서는 선박의 후미에 있는 프로펠러에 의해 발생된 추진류내에 포함된 유체 에너지는 부분적으로 기계적 에너지로 전환되어, 그중 일부는 가이드휠을 구동시키는데 소비되고, 다른 일부는 이렇게 회전되는 터어빈에 의해 외측의 가이드휠의 날개에 의한 추진력으로 전환되고 프로펠러 흐름, 결국 먼저 언급한 추진흐름 바깥으로 추진흐름을 발생시키게 된다. 그러나, 이와같은 장치는-이미 본인이 언급한 바와같이-가이드휠의 날개수가 프로펠러의 날개수보다 더 많고, 가이드휠의 회전수가 프로펠러의 회전수보다 적을 때만 종래의 프로펠러에 비하여 추진에너지를 부가하는 상당한 이득을 얻을 수 있게한다.

이러한 장치는 종래의 프로펠러에 비하여 추가투자를 필요로 함에도 불구하고, 특히, 선박용 연료비가 꾸준히 상승을 참작하면, 얻어지는 에너지회수가 상당히 중요하다. 그러나, 프로펠러와 가이드휠로 구성된 이 장치는 이에 관련되는 유체역학적 관계가 너무 복잡하기 때문에 실제로 이를 설계하고 구성하는 것이 곤란하다.

본 발명의 목적은 전술한 종류의 장치로서, 전술한 결점을 없앤 개량된 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 프로펠러와 가이드휠의 회전방향이 동일하게 하고, 가이드휠을 두 부분으로 분할하여 프로펠러의 반경으로부터 외측에 있는 가이드휠의 방사상 날개부분은 피치를 반경의 변화에 관계없이 일정하게 하고, 프로펠러의 반경으로부터 내측부분은 상기 일정한 피치에서부터 보스(boss)의 방향으로 점진적으로 커지는 피치를 가지게 하므로써 이를 해결한다.

프로펠러 또는 가이드휠의 방사상 날개부분의 피치에 의하여 그 유체역학적 특성이 정하여 진다. 프로펠러와 가이드휠의 회전방향이 동일한 때에는 프로펠러의 반경내에 놓여있는 가이드휠의 방사상 날개부분의 피치가 보스방향에 따라 직선적으로 계속하여 증가하게 하면, 프로펠러가 구동 프로펠러 또는 피동 프로펠러로 형성되어 있느냐의 여하를 불문하고, 아주 유리한 결과를 얻게됨을 알았다. 가이드휠의 날개부분 피치가 직선형으로 분포되어 있는 때에는 그 설계, 실시 및 제작이 매우 간편하다. 가이드휠과 프로펠러가 동일한 방향으로 회전하기 때문에, 날개진동이 비교적 적게 생기고, 이에 의하여 장치의 진동이 최소화된다. 가이드휠이 프로펠러 허브에서 지지되는 때에는 이들 사이의 상대속도가 낮기 때문에, 베어링과 씰링의 설계가 간단히 된다. 더구나, 프로펠러의 반경으로부터 외측에 있는 가이드휠의 날개부분의 피치를 일정하게 분포시키므로 유리하다. 그러나, 현존하는 슬립스트림분야(slipstream field)에 맞도록 일정한 피치부분을 조절하는 것을 배례하는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 허브에 인접한 가이드휠의 방사상날개 부분의 피치를 상수치(constant value)피치의 1.5 내지 3이다. 프로펠러 흐름 바깥부분의 상수피치에 해당하는 상수값은 프로펠러피치의 2-3배이다.

본 발명에 따른 장치를 설계할 때, 최적의 프로펠러는 후류, 프로펠러 웰, 선박원동기의 회전수에 맞추어진 최적 직경의 프로펠러를 말한다. 선박의 최적 프로펠러를 프로펠러와 가이드휠로 구성된 장치로 바꾸려면, 최적 프로펠러 웰의 공간이 한정되어 있기 때문에, 공간문제가 제기된다. 그러나, 본인은 최적 프로펠러와 동일한 회전수의 작은 직경의 프로펠러를 구비하여, 공간의 문제를 해결하고 또 에너지를 회수할 수 있는 잇점은 남아있게 할 수 있다는 것을 알았다. 결과적으로, 직경이 감소된 프로펠러의 피치가 최적 프로펠러의 피치보다 커진 만큼 프로펠러의 날개수를 증가시킬 필요없이 같은 속도에서 프로펠러의 직경을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의한 장치의 프로펠러를 가변-피치 프로펠러 또는 노즐형 프로펠러에서도 전술한 결과를 얻게 된다.

본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면은 선박 프로펠러와 이에 추종하는 가이드휠로 구성된 장치를 도시한 것이고, 도표는 가이드휠 또는 프로펠러의 피치배분을 표시한 것이다.

제1도에서 선박의 선미(2)의 프로펠러 웰(propeller well)(1)가 도시되어 있다. 선미(2)로부터 프로펠러축(3)이 돌출하여 있고, 여기에 프로펠러(5)의 허브(4)가 설치되어 있다.

축(3)에는 프로펠러(5)의 유로방향으로 허브(4)에서 일정한 거리에 선미(2)로부터 떨어져 마주보는 후자의 측부에 가이드휠(6)을 지지하는 자유로이 회전할 수 있는 회전허브(7)가 배열되어 있다. 가이드휠(6)은 프로펠러(5)의 허브(4)의 인접부에서 자유로이 회동하는 방식으로 배열된 허브(7)로부터 방사상으로 연장하는 다수의 날개(6a)를 포함한다. 지지허브(7)는 본 발명의 부분을 형성하지 않고, 종래의 어떤 방식으로는 설치가 능하므로 상세히 도시하지 않았다. 제1도에서 상세히 도시한 바와같이 가이드휠(6)의 직경은 프로펠러(5)의 직경보다 더 크다. 가이드휠(6)의 날개수도 가이드휠(6)의 날개수도 프로펠러(5)의 날개수보다 더 많다.

제3도를 보면, 가이드휠(6)의 각 날개(6a)가 두개의 구별되는 부분으로 분할되어 있다. 프로펠러흐름(P)내에 배열된 제1부분(8)을 프로펠러(5)의 날개(5a)와 거의 같은 반경이고 터이빈의 날개형태로 되어 있고, 제2부분(9)은 프로펠러 날개형태로 구비되고, 부분(8)의 연장상태인 프로펠러흐름의 바깥으로 연장한다. 각날개(6a)의 부분(8)의 피치는 가이드휠(6)이 프로펠러(5)와 같은 방향으로 그러나 작은 속도록 구동되도록 배향된다. 결과적으로, 날개(6)의 다른 부분(9)-프로펠러흐름 바같에 위치된-은 이때 부가의 추진흐름(A)를 발생시키게 된다.

제2도의 도표에서, 반경(R) 에 따른 프로펠러(5)와 가이드휠(6)의 피치분포가 되시되어 있다. 피치(P)수평선상에 반경(R) 수직선상에 표시하였다. 프로펠러(5)의 피치는 실선(10)으로 표시한 바와같이 거의 일정하다. 이러한 피치는 필요에 따라 후류 범위에 따라 조절될 수 있다. 비교를 위해 점선으로 표시한 최적 프로펠러의 피치(11)도 거의 일정하지만, 프로펠러(5)의 피치보다 약간 적으며, 직경은 프로펠러(5)의 직경보다 약간 더 크다.

도표의 우측에는 가이드휠(6)의 방사상 날개부분의 피치분포를 도시하였다. 프로펠러의 반경으로부터 외측에 있는 가이드휠(6)의 날개부분(9)에는 방사상 방향으로 거의 일정한 피치(12)가 있다. 이러한 피치분포는 필용에 따라 그대마다 존재하는 후류범위에 따라 조절될 수 있다. 프로펠러의 반경으로부터 내측에 있는 방사상 날개부분(8)에는 날개부분(9)의 거의 일정한 피치(12)로부터 허브(7)방향으로 선형으로 증가하는 피치가 있다. 이와같은 기본적 피치특성(12,13)은 본 발명에 의한 장치의 일정한 피치를 가진 프로펠러(5)가 슬립스트림프로펠러, 가변피치 프로펠러 또는 노즐프로펠러로 대치되는 경우에도 같다.

도시한 실시예에 있어서, 프로펠러(5)의 직경은 약 5.2m이고, 최적 프로펠러의 직경은 5.6m이다. 프로펠러(5)의 평균피치(10)는 약 5.1m이다.

가이드휠의 직경은 6.7m이고, 그 날개는 프로ㅍㄹ러의 반경으로부터 외측에 있는 부분(9)의 피치(12)가 약 11.8m이다. 허브(7)에 인접한 방사상 날개부분의 피치(13)는 약 22.3m이다.

이 장치의 요홈은 약 0.69이고, 최적 프로펠러의 효율은 0.65이다.

제4도에 볼 수 있는 바와같이 상기 설명된 구조의 또 다른 실시예에서 구동 프로페러(5')의 허브(4')는 가이드휠(6')의 허브(7')를 회전가능하게 지지할 수 있다.

Claims (8)

1. 일정한 수의 날개와 회전속도를 가지는 주추진 프로펠러(5)와 프로펠러(5)에 추종하여 자유로이 회전할 수 있게 설치되고, 날개의 수가 프로펠러(5)의 날개수보다 더 많고, 그 회전수가 프로펠러의 회전수보다 더 적은 가이드휠(6)을 포함하며, 프로펠러(5)의 반경내측에 있는 가이드휠(6)의 날개가 터빈날개의 형태를 갖추고, 프로펠러(5)의 반경외측에 있는 가이드휠(6)의 날개가 프로펠러의 날개의 형태를 갖추고 있는 장치에 있어서, 전술한 프로펠러(5)와 가이드휠(6)의 회전방항애 동일하고, 프로펠러(5)의 반경외측에 있는 가이드휠(6)의 방사상 날개부분의 피치(12,13)가 반경방향으로 일정하고, 프로펠러(5)의 반경내측에 있는 가이드휠(6)의 방사상 날개부분의 피치는 허부(7)방향으로 상기 일정한 피치로부터 점증하는 것이 특징인 장치.
2. 제1항에 있어서, 프로펠러(5)의 반경내측에 있는 가이드휠(6)의 방사상 날개부분의 피치(13)가 허브(7)의 방향으로 선형으로 증가하는 것이 특징인 장치.
3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 허브영역내에 있는 가이드휠(6)의 방사상 날개부분의 피치(13)가 전술한 일정한 피치치의 1.5 내지 3배가 되는 것이 특징인 장치.
4. 제1항에 있어서, 프로펠러(5)의 반경외측에 있는 방사상 날개부분의 일정한 피치(12)가 프로펠러피치(10)의 2내지 3배가 되는 것이 특징인 장치.
5. 제1항에 있어서, 프로펠러(5)의 직경이, 동일한 회전수와 동일한 부하율(specific load)을 가진 최적 프로펠러의 직경보다 더 작은 것이 특징인 장치.
6. 제5항에 있어서, 직경이 감소된 프로펠러(5)의 피치(10)가 최적 프로펠러의 피치(11)보다 더 큰 것이 특징인 장치.
7. 제1항에 있어서, 프로펠러가 가변-피치 프로펠러인 것이 특징인 장치.
8. 제1항에 있어서, 프로펠러가 노즐프로펠러인 것이 특징인 장치.

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