KR970003811Y1 - 선박의 추진장치 - Google Patents

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Description

선박의 추진장치

본 고안은 선박의 추진장치에 관한 것으로서, 특히 선박의 추진성능을 개선하기 위해 좌, 우 한쌍의 프로펠러를 구비하여 그들의 설치위치를 개선한 것에 관한 것이다.

(종래기술)

선박의 추진성능을 개선하기 위해 2기의 프로펠러(추진기)를 구비하는 기술이 있다. 2기의 프로펠러릍 구비하면 프로펠러 1기당의 부하가 반감하여 프로펠러 효율이 향상된다. 이 경우 저항증가를 방지하고 선체효을을 저하시키지 않는 것이 중요하며 이것을 실현할 수 있는 종래의 기술로서 2중반전 프로펠러나 오버레핑 프로펠러(overlapping propeller)가 알려져 있다. (예를들어 일본국 실용신안공개소화58-149291호)

상기 오버레핑 프로펠러는 2기의 프로펠러의 전후 위치를 어긋나게 하여 뒤에서 볼때 프로펠러의 회전면이 중첩되도륵 축 간격을 근접시켜서 설치한 것이다. 또한 상기 오버레핑 프로펠러를 한층 발전시킨 것으로서 2기의 프로펠러를 동일면내에서 회전시키도록 한 인터로킹 프로펠러(intellocking propellel)가 제안되어 있다 (예를들자면, 일본국 실용신안공개소화60-103095호 공보참조).

그러나, 상기 공보의 인터로킹 프로펠러에서는 소수의 날개 또는 소면적의 프로펠러에 제한되거나 혹은 프로펠러 축심 간격이 커져서 선체 효율의 저하를 초래한다. 즉, 통상의 선미에 설치된 프로펠러로 들어가는 흐름에는 제3도에 도시하는 바와 같이 좌, 우 현에 대칭적으로 발생한 빌지 소용돌이 V1, V2가 존재한다. 이들 빌지 소용돌이 V1, V2는 그 주위에 선체 중심선으로 향하는 회전류(내향 회전류)를 수반하므로 프로펠러의 위치나 회전방향등과의 관계로 선체의 빌지 소용돌이의 영향을 받아서 선체 효율은 크게 변화시키는 것이다.

이 선체의 빌지 소용돌이를 이용하여 추진효율의 향상을 도모하기 위해 일본국 특허 공개 소화63-34294호 공보에 기재된 기술에 있어서는 샤프트 센터를 선체 중심선에서 우편 또는 좌편으로 어긋나게 하여 1개의 프로펠러를 설치하고 있으나, 본래 2기 프로펠러로 형성되는 연동 프로펠러의 이점(프로펠러 부하의 감소, 프로펠러 효율의 향상등)은 얻어지지 않고, 1기의 프로펠러로 한쪽의 빌지 소용돌이 밖에 이용할 수 없으므로 선체 효율의 큰 향상을 바랄 수 없고, 어긋난 축중심 때문에 선체구조의 설계 및 제작이 불리하며 배의 보침성(coursr keeping), 조선성의 면에서도 불리하다.

따라서, 본원의 고안자들은 일본국 실용신안 공개 평성2-68296호 공보에 도시하는 바와 같이 좌우의 빌지 소용돌이를 선체 효율의 향상에 유효하게 이용하여 추진 효율의 향상을 도모하기 위해 2기의 프로펠러 중심이 좌우의 빌지 소용돌이의 중심 가까이에 각각 위치하도록 설치된 2기의 프로펠러로서 각 프로펠러 날개의 레이크(rake)를 서로 다른 방향으로 형성하여 이루어지는 인터로킹 프로펠러를 구비하고, 또한 양 프로펠러를 빌지 소용돌이와 반대방향 곧 외향으로 동기 회전 구동시키도록 한 선박의 추진 장치를 제안하였다.

상기 종래의 오버래핑 프로펠러에서는 인터로킹 프로펠러에 비해 좌우한쌍의 프로펠러가 전후 방향으로 크게 위치를 벗어나게 하여 설치하고 있으므로 좌우 한쌍의 프로펠러 추진력의 불균형이 생겨 배의 보침성, 조선성의 면에서 불리하며, 양 프로펠러의 추진력의 불균형을 해소하기 위해서는 양 프로펠러의 회전수를 다르게 하는

등 기술적으로 어려운 대책이 필요하다.

더욱이 양 프로펠러의 레이크가 같은 방향으로 경사져 있으므로 양 프로펠러의 전후 간격을 적게 하여 상기 불균형력을 감소하는 데에는 한도가 있다.

상기 일본국 실용신안 공개 평2-68296호 공보의 인터로킹 프로펠러에서는 2기의 프로펠러를 1기의 주기로 하여 동기 회전 구동하는 경우에는 추진기 축계를 복잡하게, 하거나 혹은 2기의 주기로서 동기 회전 구동하는 경우에는 주기 제어장치가 복잡하게 되고 또 2기의 프로펠러 사이에 해상부유물을 불어넣거나 하여 프로펠러가 손상하기 쉬운 등의 문제가 있다.

본 고안의 목적은 좌우의 빌지 소용돌이를 유효하게 이용하여 추진 효율을 향상시킬 수 있고 또한 추진기 축계나 주기 제어 장치가 복잡화하는 일이 없는 선박의 추진 장치를 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

청구항 1에 따르는 선박의 추진 장치에 있어서, 좌우 1쌍의 프로펠러를 동일 높이의 위치에 설치하고 양 프로펠러의 높이 방향 위치와 선체의 폭방향 위치는 양 프로펠러의 중심이 좌우의 빌지 소용돌이의 중심 가까이에 각각 위치하도록 설정되며 양 프로펠러의 회전방향은 빌지 소용돌이와 반대방향 즉 외향 회전하도록 설정되며, 프로펠러의 레이크가 상대방의 프로펠러로부터 멀어지는 방향으로 서로 반대 방향으로 경사지도록 형성되고, 좌우 프로펠러는 이들 프로펠러의 회전면이 평면에서 볼 때 서로 중첩되지 않도록 선체 길이 방향으로 전후에서 어긋나게 배치되어 전방 프로펠러와 후방 프로펠러로 되고, 또 전방 프로펠러로부터 발생하는 후류의 회전류 에너지를 후방 프로펠러에 의해 회수할 수 있도록 선체 길이 방향의 어긋난 양을 0 .05Dp 내지 0.15 Dp(Dp는 프로펠러의 직경)의 범위까지 배치하여 빌지 소용돌이와 프로펠러 후류의 회전류 에너지를 동시에 회수하여 전체적으로 보다 큰 추진력을 얻는 것이다.

제1도는 선박 추진 장치의 개략적인 배면도

제2도는 선박 추진 장치의 개략적인 평면도

제3도는 반류분포와 프로펠러의 배치도

제4도는 프로펠러와 주기의 개략적인 배치도

제5도는 프로펠러 축간 간격과 마력 특성의 선도

제6도는 본 고안과 종래의 일축선박의 마력곡선의 비교도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 프로펠러 1A, 2A : 프로펠러 보스

1B, 2B : 프로펠러축 V1, V2 : 빌지(bilge)소용돌이

청구항 1에 따르는 선박의 추진 장치에 있어서는 좌, 우 한쌍의 프로펠러가 같은 높이 위치로 설치되고, 양 프로펠러의 높이 방향위치와 선체의 폭방향 위치는 양 프로펠러의 중심이 좌, 우의 빌지 소용돌이의 중심 가까이에 각각 위치하도록 설정되고, 양 프로펠러의 회전방향은 빌지 소용돌이와 반대방향 즉 외향 회전하도록 설정되어 있으므로 좌우의 빌지 소용돌이를 유효하게 활용하여 선체 효율을 향상시킬 수 있다.

양 프로펠러는 선체 길이방향에서 전후로 어긋난 위치에 있음으로써 프로펠러 회전면이 평면에서 보아 서로 중첩되지 않는 한도내에 근접시킨 위치에 설치되고, 그들의 레이크가 상대방의 프로펠러에서 멀어지는 방향으로 서로 반대 방향으로 경사지도록 형성되어 있으므로 양 프로펠러의 전후 간격을 매우 적게하여 양 프로펠러 전,후의 위치가 다르기 때문에 발생하는 불균형을 최소한도로 억제할 수가 있다.

또한, 양 프로펠러는 서로 간섭하지 아니하도록 설치되어 있어 양 프로펠러를 동기 회전할 필요가 없기 때문에 추진기 축계가 복잡화 가거나 혹은 주기 제어장치가 복잡화 하는 일도 없고, 프로펠러 날개수의 제약도 없어져 해상 부유물에 의한 프로펠러의 손상이 발생하기 어렵게 된다.

청구항2에 따르는 선박의 추진 장치에 있어서, 상기 양 프로펠러의 프로펠러 중심은 선체의 기선위 0.5p 내지 0.75Dp의 범위에 설정되며, 상기 양 프로펠러의 중심간의 간격은(0.5b+0.5Dp) 내지 0.75Dp의 범위로 설정되고, 상기 양 프로펠러의 선체 길이방향의 어긋난 양은 0.05Dp 내지 0.15Dp로 설정되어 있다.

상기 선체의 기선위 0.5Dp 내지 0.75Dp의 범위는 좌우 대칭의 빌지 소용돌이의 중심의 높이 위치에 의거해서 설정되며, 또한 상기(0.5b+0.5Dp)는 한편의 프로펠러 선단이 다른편의 프로펠러 보스와 간섭하지 아니하도록 설정되고, 또한 상기 0. 75Dp는 빌지 소용돌이의 선체의 폭방향에 의거해서 설정되고, 상기 0.05Dp 내지 0. 15Dp는 서로 반대 방향으로 향한 레이크 및 프로펠러의 선체 길이 방향의 폭을 추가해서 설정된 것이다.

상기와 같이 양 프로펠러의 높이위치, 프로펠러 중심 사이의 간격을 설정함으로써 양 프로펠러 중심을 좌우의 빌지 소용돌이의 중심 가까이에 각각 일치시킬 수가 있고, 또한 양 프로펠러의 레이크를 상대방의 프로펠러에서 멀어지도록 서로 반대 방향으로 향하게 하고, 또한 양 프로펠러의 선체 길이 방향의 간격을 상기와 같이 설정함으로써 양 프로펠러의 전후 간격을 매우 적게 할 수가 있다.

상기 작용에서 설명한 바와 같이 다음과 같은 효과가 얻어진다.

청구항에 따르는 선박의 추진 장치에 의하면 좌, 우 한쌍의 프로펠러의 중심을 좌우의 빌지 소용돌이의 중심가까이에 각각 위치시켜 양 프로펠러의 회전방향을 빌지 소용돌이와 반대방향으로 설정함으로써 좌우의 빌지 소용돌이를 유효하게 활용하여 선체 효율을 향상시킬 수가 있다.

양 프로펠러의 선체 길이 방향 위치를 다르게하여 또한 그들의 회전면이 평면에서 보아 서로 중첩하지 않는 한도내에서 서로 근접시켜 양 프로펠러의 레이크를 상대방의 프로펠러에서 멀어지는 방향으로 서로 반대 방향으로 기울도록 형성함으로써, 양 프로펠러의 전후 간격을 매우 적게하여 양 프로펠러의 전후위치가 다르기 때문에 발생하는 불평형을 최소한도로 억제할 수가 있다.

또한, 양 프로펠러를 동기 회전할 필요가 없기 때문에 추진기 축계가 복잡화하거나 혹은 주기 제어 장치가 복잡화하는 일도 없고 프로펠러 날개수의 제약도 없어져 해상 부유물에 의한 프로펠러의 손상이 발생하기 어렵게 된다.

또한, 상기와 같이 양 프로펠러의 높이 위치, 프로펠러 중심간의 간격을 설정함으로써 양 프로펠러 중심을 좌우의 빌지 소용돌이의 중심 가까이에 각각 일치시킬 수가 있고, 또한 양 프로펠러의 레이크를 상대방의 프로펠러에서 멀어지도록 서로 반대 방향으로 향하게 하고 또한 양 프로펠러의 선체 길이 방향의 간격을 상기와 같이 설정함으로써 양 프로펠러의 전후 간격을 극히 적게 할 수가 있다.

다음은 본고안의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시예)

본 실시예는, 유조선(탱커)의 선미부에 설치된 추진 장치에 본 고안을 적용한 경우의 실시예이며, 제1도는 선체후방에서 본 추진장치의 배면도, 제2도는 추진 장치의 개략적인 평면도이다.

이들의 도면에 있어서, 2기의 (좌우 한쌍의) 프로펠러(1, 2) (1은 우현기, 2는 좌현기를 표시)가 선체 중심선 C에 대칭으로, 더욱이 그 프로펠러 축(lB, 2B)을 평행하게 하여 설치되어 있다.

양 프로펠러(1, 2)의 높이 방향위치와 선체의 폭 방향위치는 양 프로펠러(1. 2)의 축(lB, 2B)이 좌우의 빌지 소용돌이 V1, V2(제3도 참조)의 중심 가까이에 각각 위치하도록 설정되고, 양 프로펠러(1, 2)의 회전방향은 빌지 소용돌이 V1, V2와 반대방향 즉 외부 둘레에 설정되며, 양 프로펠러(1, 2)는 선체 길이 방향에서 전후로 어긋난 위치에 있음으로써 프로펠러 회전면이 평면상에서 보아 서로 중첩되지 않는 한도내에서 서로 근접시킨 위치에 설치되고, 양 프로펠러(1, 2)는 그들의 레이크가 상대방의 프로펠러(1, 2)에서 멀어지는 방향으로 서로 반대 방향으로 기울어지도록 형성되어 있다.

도시한 경우에서, 우현 프로펠러(1)의 레이크는 프로펠러(1, 2) 축(lB)에 직교하는 면에서 후방으로 기울어지도록 형성되고, 또한 좌현 프로펠러(2)의 레이크는 프로펠러 축(2B)에 직교하는 면에서 전방으로 기울어지도록 형성되어 있다.

제1도에 있어서 점선은 선미부의 선체선도를 도시하고, 이 도면에서 도시한 선형은 선체 중심선 C를 기준으로 하여 대칭으로 형성되고, 선미단으로 이동함에 따라서 점진적으로 좁아진 형상을 하는 소위 일축선형의 선체이다. S는 선미, 부호(3)은 프로펠러(1, 2)의 후방에 설치된 방향타이다.

이와같은 일축선형의 흐름에는 제3도의 수류 분포와 프로펠러 배치도에 도시하는 바와 같이 좌, 우 대칭의 빌지 소용돌이 V1, V2가 존재한다.

도면에서의 화살표는 빌지 소용돌이 V1, V2의 수류의 방향을 도시하고, 점선은 동일 유속을 가지며 따라가는 수류를 표시한 것이다. 빌지 소용들이 V1, V2는 선체 중심으로 향하는 내향회전(뒷면에서 보아 우현에서는 반시계방향 회전 또는 좌현에서는 시계방향 회전)의 회전류를 형성하고 있다.

거기에서 프로펠러 축(lB, 2B)을 이 빌지 소용돌이 V1, V2의 중심 가까이에 설치하여 프로펠러 회전방향 Rl, R2를 빌지 소용돌이 V1, V2의 회전방향과는 반대방향 의 외향 회전하도록 한다.

이에 따라 좌, 우현의 빌지 소용돌이 V1, V2의 유효 이용이 달성되어 선체 효율이 향상을 도모할 수가 있다. 또한, 제3도에 있어서 부호(1C, 2C)는 각각 우현 프로펠러(1) 및 좌현 프로펠러(2)의 회전 궤적의 외주를 도시한다. 또한, 부호(9, 9C)는 각각 일축선에 있어서 프로펠러 축과 프로펠러의 회전 궤적의 외주를 참고로 표시한 것이다. 또한, 부호(lA, 2A)는 각각 프로펠러(1, 2)의 보스를 도시한다.

제4도는 프로펠러(1, 2)와 주기(4)와의 설치를 도시하는 것으로, 본 실시예의 경우 양 프로펠러(1, 2)는 2기의 동형의 주기(4)에 의해 각각 독립적으로 구동된다. 단 1기의 주기의 출력축을 기어 박스를 거쳐서 양 프로펠러(1, 2)에 연결해서 구동하도록 구성하여도 좋다. 또한, 프로펠러 축(lB, 2B)은 동일 평면내에서 약간 후방으로 확대 형상으로 서로 기울여서 설치하여도 좋다.

본 고안에 따르는 추진 장치에 대해서 광범위한 수조시험을 한 결과, 2기의 프로펠러(1, 2)의 가장 적합한 높이 위치는 선체 기선위 0.5Dp 이상에서 0.75Dp 이하(단, Dp는 프로펠러 지름), 또한 2기의 프로펠러(1, 2)의 프로펠러 축(lB, 2B)간의 간격은 (0.5b+0.5Dp)이상에서 0.75Dp 이하(단, b는 프로펠러 보스의 지름)의 범위가 가장 적합한 것이 판명되었다.

상기 높이위치 0.5Dp 내지 0.75Dp는 프로펠러(1, 2)의 중심을 빌지 소용돌이 V1, V2의 중심 가까이에 위치시키기 위해서 필요하며, 또한 프로펠러 축(lB, 2B)간 간격의 하한값(0.5b+0.5Dp)은 한편의 프로펠러(1, 2)의 선단이 다른편의 프로펠러(1, 2)의 보스(lA, 2A)와 간섭하지 아니하도록 설정되며 또 한 상한값 0.7Dp는 프로펠러(1, 2)의 중심을 빌지 소용돌이 V1, V2의 중심 가까이에 위치시키기 위해서 필요하다.

또한 좌, 우 프로펠러(1. 2)의 추진력의 불균형을 매우 적게하기 위해서는 양 프로펠러(1. 2)의 전후 방향 간격을 매우 적게 설정하는 것이 바람직하고, 그를 위해서 프로펠러(1, 2)는 그들의 레이크가 상대편의 프로펠러(1, 2)에서 멀어지는 방향으로 기울어지도록 형성되고 이 레이크(단, 그 크기는 통상의 값이다.)와 프로펠러(1, 2)의 전후방향폭을 가미해서 프로펠러(1, 2)의 선체 길이방향의 어긋난 양은 0.05Dp 내지 0.15Dp로 설정이 된다.

제5도에 있어서 세로축은 본 고안의 추진 마력과 통상 일축선의 추진 마력과이 비, 가로축은 프로펠러 축(lB, 2B)간의 선체 폭방향 간격과 프로펠러 지름(Dp)과의 비를 도시한다. 그것에 의하면 프로펠러 축간 간격이 0.75Dp이하이면 통상의 일축선에 비해서 추진 마력(Hp)이 적어지는 것을 알수 있다.

또한, 제6도의 마력 곡선의 비교도에 도시하는 바와 같이, 만재(Full Load) 상태 및 밸러스트(Ballast) 상태에 있어서 통상의 일축선에 비해 약 15%의 마력 감소 효과가 얻어지는 것이 판명되있다. 도면에 있어서 세로축은 추진마력, 가로축은 선속을 표시한다. 단, 점선은 통상의 일축선의 경우이고, 실선은 본 고안의 경우를 표시한다.

이상으로 설명한 선박의 추진 장치에 있어서는 좌, 우 한쌍의 프로펠러(1, 2)가 같은 높이의 위치에 설치되며, 양 프로펠러(1, 2)의 높이 방향 위치와 선체 폭방향 위치는 양 프로펠러(1. 2)의 중심이 좌우의 빌지 소용돌이 V1, V2의 중심 가까이에 각각 위치하도록 설정되고, 양 프로펠러(1. 2)의 회전방향은 빌지 소용돌이V1, V2와 반대방향 즉 외향 회전하도록 설정되어 있으므로 좌우의 빌지 소용돌이 V1, V2를 유효하게 활용하여 선체 효율을 향상시킬 수가 있다. ++++++++

양 프로펠러(1, 2)는 선체 길이 방향과는 다른 위치에 있음으로서 그들의 회전면이 평면상에서 보아 서로 중첩하지 않는 한도내에서 서로 근접시킨 위치에 설치되며, 양 프로펠러(1, 2)는 그들의 레이크가 상대방의 프로펠러(1, 2)에서 멀어지는 방향으로 서로 반대 방향으로 기울도록 형성되어 있으므로 양 프로펠러(1, 2)의 전후 간격을 매우 적게하여 양 프로펠러(1, 2)의 전후위치가 다른 것에 기인하는 불균형을 최소한도로 억제할 수가 있다.

또한, 양 프로펠러(1, 2)는 서로 간섭하지 아니하도록 설치되어 있어서 양 프로펠러(1, 2)를 동기 회전할 필요가 없기 때문에 추진기 축계가 복잡화하거나 혹은 주기 제어 장치가 복잡화하지도 않고 프로펠러 날개수의 제약도 없어져 해상부유물에 의한 프로펠러의 손상이 발생하기 어렵게 된다.

또한, 우현 프로펠러(1)를 좌현 프로펠러(2) 보다 앞쪽에 설치해도 좋고, 혹은 우현 프로펠러(1)의 각 날개가 좌현 프로펠러(2)의 각 날개 사이에 위치하도록 설정하여 양 프로펠러(1, 2)를 동기해서 회전 구동하는 것도 바람직하다.

또한, 본 고안은 선박 추진 장치는 유조선에 한정되지 않고 각종의 선박에 적용될 수 있는 것은 당연하다.

Claims (1)

1. 조우 한쌍의 프로펠러를 동일 높이의 위치에 설치하고,

   양 프로펠러의 높이방향 위치와 선체 폭방향 위치는 양 프로펠러의 중심이 좌우의 빌지 소용돌이의 중심 가까이에 각각 위치하도록 설정되고,

   양 프로펠러의 회전방향은 빌지 소용돌이와 반대방향 즉 외향 회전하도록 설정되고,

   양 프로펠러는 그들의 레이크가 상대방의 프로펠러에서 멀어지는 방향으로 서로 반대 방향으로 경사지도록 형성된 선박의 추진 장치에 있어서,

   좌우 프로펠러는 이들 프로펠러의 회전면이 평면에서 보아 서로 중첩하지 않도록 선체 길이 방향에서 전후로 어긋나게 배치되어 전방 프로펠러와 후방 프로펠러로 되고 또 전방 프로펠러로부터 발생하는 후류의 회전류 에너지를 후방 프로펠러에 의해 회수할 수 있도록 선체 길이 방향의 어긋난 양을 0.05Dp 내지 0.15Dp(Dp는 프로펠러 직경)의 범위까지 근접하게 설치하여, 빌지 소용돌이와 프로펠러 후류의 회전류 에너지를 동시에 회수하여 전체적으로 보다 큰 추진력을 얻는 것을 특징으로 하는 선박의 추진 장치.