WO2015012490A1 - 선박의 추진력 향상 장치 - Google Patents

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김문찬
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김세일
김동진
이원준
문원준
신용진
이준형
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/16—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in recesses; with stationary water-guiding elements; Means to prevent fouling of the propeller, e.g. guards, cages or screens

Definitions

  • the present invention relates to a device for improving the propulsion of the ship, and more particularly, it is installed in the forward (upstream) of the propeller at the stern of the ship to give a linearity to the flow of the fluid proceeds to the propeller to increase the propulsion of the ship
  • the propulsion force improvement device of the ship to improve.
  • the current fixed wing was developed to improve propulsion efficiency by recovering kinetic energy loss in the rotational direction by changing the inflow angle of the fluid from the front of the propeller toward the propeller.
  • These current-fixed vanes are in the form of a plurality of blades disposed radially symmetrical or asymmetrical with respect to the propeller axis from the stern of the hull to the front of the propeller.
  • the Meuse Duct is a structure combining the current fixed wing and the duct, and it is reported that there is an increase in propulsion efficiency of about 5-9% on the current fixed wing.
  • This muis duct structure consists of a cylindrical duct connected to the end corresponding to the blade free end of the current fixed wing, and is accelerated by the suction of the propeller. It generates additional thrust in the direction of ship's propagation in the duct itself and accelerates and rectifies the irregular fluid in front of the propeller caused by the stern shape of the hull to improve propulsion efficiency and reduce propeller propulsion. .
  • the patent discloses that at least one current fixed wing is radially disposed with respect to the center of the propeller at the stern of the hull, and a cylindrical duct is coupled to the free end of the current fixed wing, and the center of the duct is based on the center of the propeller.
  • a structure eccentric in the upward direction from the stern to the fore part provides an advantage to maximize the propulsion efficiency of the ship.
  • the conventional duct and current fixed wing coupled propulsion force improving device including the above-described patent is a structure in which the entire current fixed wing is disposed inside the duct, but the fluid flow to the inside of the duct can be rectified. Since the flow of fluid cannot be rectified, there is a limit in improving the propulsion efficiency.
  • the present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to allow the flow of the fluid flow in the duct as well as accelerated rectification with the flow chart on the outside of the duct vessel that can further improve the propulsion efficiency of the vessel It is to provide a driving force improvement device of.
  • Apparatus for improving the propulsion force of the ship according to the present invention for achieving the above object at least one current fixed wing which is installed to extend radially with respect to the axis of the propeller in front of the propeller at the stern of the ship;
  • a front portion and a rear portion are formed in an open cylindrical shape and include a duct fixedly fixed to the current fixing wing;
  • the current fixing wing is characterized in that formed to protrude to the outside of the side portion of the duct.
  • the fluid flowing from the front of the propeller toward the propeller by the rotation of the propeller is accelerated and rectified while passing through the duct and a plurality of current fixed wings coupled thereto to improve the propulsion efficiency.
  • the current fixing wing is formed to extend to the outside of the side portion of the duct, the fluid passing through the inner space of the duct as well as the fluid passing through the outside of the side portion of the duct are accelerated and rectified by the current fixing wing so that the existing duct is provided. Better propulsion efficiency can be obtained compared to a current fixed wing.
  • FIG. 1 is a side view showing a propulsion force improving apparatus of a ship according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view illustrating the driving force improving device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view of the driving force improving device of FIG.
  • FIG. 4 is a side view of the driving force improving device of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view of the propulsion force improving device of FIG.
  • the propulsion force improving device of the ship is a plurality of current fixed wing 10 is installed to extend radially with respect to the axis of the propeller in front of the propeller at the stern of the ship And a duct 20 formed in a cylindrical shape in which the front part and the rear part are open and fixed to the current fixing blade 10.
  • the current fixing wing 10 is formed to protrude to the outside of the side portion 23 and the rear end 22 of the duct 20.
  • the directions front and rear directions and left and right directions
  • the current fixing wings 10 are provided so that a plurality (four in this embodiment) extend radially to the stern boss 1 formed at the stern of the ship. As in this embodiment, it is preferable that the left and right sides are asymmetrically arranged, but not limited thereto. As described above, the radial end of the current fixing wing 10 is formed to protrude to the outside of the side portion 23 of the duct 20 toward the propeller 2 through the outside of the side portion 23 of the duct 20. It acts to rectify the flow of the flowing fluid.
  • the current fixing wing 10 is a leading edge (11) is fixedly coupled to the rear end 22 of the duct 20, so that the trailing edge (12) portion of the current fixing wing (10) It has a structure protruding to the outside of the rear end of the duct 20.
  • the duct 20 is formed in a substantially cylindrical shape in which the front end portion 21 and the rear end portion 22 of the current fixing wing 10 are open and fixedly coupled to the current fixing wing 10 and the stern portion of the hull.
  • the duct 20 has a shape in which the diameter decreases from the front end 21 to the rear end 22 so as to further accelerate the fluid flow in the rear, but otherwise has a constant diameter.
  • the duct 20 is installed so that its center O D is eccentrically fixed upward from the center O P of the propeller 2. According to the assumption that the radial lengths of the current fixing wings 10 are all the same, the lengths protruding outward from the side portions of the duct 20 of the current fixing wings 10 are all different.
  • a slit (not shown) in which the rear end 22 of the duct 20 is inserted is cut in the front end 11 of the current fixing wing 10 for coupling between the current fixing wing 10 and the duct 20.
  • the rear end of the duct 20 may be inserted into the slit and then welded and fixed.
  • the coupling method using a known fastening tool such as bolts or rivets may be coupled to each other duct 20 and the current fixing wing 10.
  • the duct 20 may be fixed only with the current fixing wing 10, but the upper end and / or the lower end may be further fixed to the stern portion of the ship for strength reinforcement.
  • the propulsion force improving device of the ship of the present invention configured as described above serves to improve the propulsion efficiency by the propeller 2 by accelerating and rectifying the flow of the fluid flowing into the propeller 2 in front of the propeller 2. That is, the fluid flowing from the front of the propeller 2 toward the propeller 2 by the rotation of the propeller 2 is accelerated and rectified while passing through the duct 20 and the plurality of current fixing wings 10 coupled thereto, thereby promoting propulsion efficiency. Will improve.
  • the current fixing wing 10 is formed to extend to the outside of the side portion of the duct 20, the fluid passing through the inner space of the duct 20 as well as the outside of the side portion 23 of the duct 20 Fluid is also accelerated rectification by the current fixed wing 10 can be obtained more excellent propulsion efficiency than the current fixed wing having a conventional duct.
  • the present invention is installed in front of the propeller at the stern of the ship (upstream side), it can be applied to the propulsion force improving device of the ship to improve the propulsion force of the ship by giving a straightness to the flow of the fluid proceeds to the propeller.

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Abstract

본 발명은 선박의 프로펠러의 전방(상류측)에서 프로펠러로 진행하는 유체의 흐름을 정류하는 과정에서 덕트 내측에서의 유체 흐름은 물론 덕트 외측에서의 유체 흐름도 함께 가속 정류할 수 있도록 하여 선박의 추진 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 선박의 추진력 향상 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 선박의 추진력 향상 장치는, 선박의 선미에서 프로펠러의 전방에 프로펠러의 축에 대해 방사상으로 연장되게 설치되는 적어도 한 개 이상의 전류고정날개와; 전방부 및 후방부가 개방된 원통형으로 형성되며, 상기 전류고정날개에 고정되게 설치된 덕트를 포함하며; 상기 전류고정날개는 상기 덕트의 측면부 외측으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 추진력 향상 장치
본 발명은 선박의 추진력을 향상시키기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 선체 선미에서 프로펠러의 전방(상류측)에 설치되어 프로펠러로 진행하는 유체의 흐름에 직진성을 부여함으로써 선박의 추진력을 향상시키는 선박의 추진력 향상 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 있어 추진 성능의 향상은 연료의 절감을 통한 경제적 운항으로 귀결되므로 추진 효율의 향상을 위한 많은 노력들이 이루어지고 있다. 선박의 추진 효율을 향상시키기 위한 장치로는 CRP(Contra-Rotating Propeller), PBCF(Propeller Boss Cap Fins), Vane Wheel, PSS(Pre-Swirl Stator), Mewis Duct 등이 있다.
그 중 전류고정날개(PSS: Pre-Swirl Stator)는 프로펠러의 전방에서 프로펠러로 향하는 유체의 유입각을 변경하여 회전방향의 운동에너지 손실을 회수함으로써 추진 효율을 향상시키기 위해 개발된 것이다. 이러한 전류고정날개는 선체의 선미부에서 프로펠러의 전방부위로 프로펠러의 축선에 대해 방사상으로 대칭 또는 비대칭 각도로 배치되는 다수의 블레이드 형태로 이루어진다.
또한 뮤이스 덕트(Mewis Duct)는 전류고정날개와 덕트를 결합한 구조로서 전류고정날개에 약 5~9% 정도의 추진 효율 증대가 있는 것으로 보고되고 있다. 이 뮤이스 덕트 구조는 전류고정날개의 블레이드 자유단부에 해당하는 끝단부에 원통 형상의 덕트(Duct)가 연결된 구조로 이루어져, 프로펠러의 회전시 발생하는 흡입 작용에 의해 프로펠러의 전방 유체를 가속함으로부터 덕트 자체에서 발생하는 선박 진행 방향으로의 부가 추력을 발생시키고 선체의 선미형상에 기인하여 발생하는 프로펠러의 전방에서의 불규칙한 유체를 가속 정류하여 추진 효율의 향상과 프로펠러의 기진력을 감소시키는 작용을 한다.
대한민국 공개특허 제2011-0030048호에 프로펠러로 유입되는 유체의 유입각을 변경시켜 추진효율을 향상시키는 전류고정날개와 프로펠러의 전방유체를 가속 정류하여 추진효율을 향상시키는 덕트 사이의 최적 결합을 위한 형상 및 배치 상태를 구현하여 선박의 추진효율을 극대화시킬 수 있도록 한 "덕트를 구비한 전류고정날개"가 개시되어 있다.
상기 공개특허는 선체의 선미부에 프로펠러의 중심에 대해 적어도 하나 이상의 전류고정날개가 방사상으로 배치되고, 상기 전류고정날개의 자유단부에 원통형상의 덕트가 결합되되, 덕트의 중심이 프로펠러의 중심을 기준으로 선미부에서 선수부를 향해 우상향의 방향으로 편심된 구조를 가짐으로써 선박의 추진효율을 극대화시킬 수 있는 이점을 제공한다.
그러나, 상기와 같은 공개특허를 비롯한 종래의 덕트 및 전류고정날개 결합형 추진력 향상 장치는 전류고정날개 전체가 덕트 내측에 배치된 구조로서 덕트 내측으로의 유체 흐름은 정류할 수 있지만 덕트 외측에서 발생하는 유체의 흐름은 정류할 수 없기 때문에 추진 효율 향상에 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 덕트 내측에서의 유체 흐름은 물론 덕트 외측에서의 유체 흐름도 함께 가속 정류할 수 있도록 하여 선박의 추진 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 선박의 추진력 향상 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박의 추진력 향상 장치는, 선박의 선미에서 프로펠러의 전방에 프로펠러의 축에 대해 방사상으로 연장되게 설치되는 적어도 한 개 이상의 전류고정날개와; 전방부 및 후방부가 개방된 원통형으로 형성되며, 상기 전류고정날개에 고정되게 설치된 덕트를 포함하며; 상기 전류고정날개는 상기 덕트의 측면부 외측으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 프로펠러의 회전에 의해 프로펠러의 전방에서 프로펠러 쪽으로 유동하는 유체가 덕트 및 이에 결합된 복수개의 전류고정날개를 지나면서 가속 정류되어 추진 효율을 향상시키게 된다. 이 때, 전류고정날개는 덕트의 측면부 외측까지 연장되게 형성되어 있기 때문에 덕트의 내측 공간을 통과하는 유체는 물론 덕트의 측면부 외측을 통과하는 유체도 전류고정날개에 의해 가속 정류되므로 기존의 덕트를 구비한 전류고정날개에 비하여 더욱 우수한 추진 효율을 얻을 수 있다.
또한 전류고정날개가 덕트에 고정되어 지지되므로 전류고정날개의 지지 강도를 향상시킬 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 추진력 향상 장치를 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 추진력 향상 장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 1의 추진력 향상 장치의 후방에서 본 사시도이다.
도 4는 도 1의 추진력 향상 장치의 측면도이다.
도 5는 도 1의 추진력 향상 장치의 전방에서 본 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선박의 추진력 향상 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 추진력 향상 장치는 선박의 선미에서 프로펠러의 전방에 프로펠러의 축에 대해 방사상으로 연장되게 설치되는 복수개의 전류고정날개(10)와, 전방부 및 후방부가 개방된 원통형으로 형성되어 상기 전류고정날개(10)에 고정되게 설치된 덕트(20)를 포함한다. 여기서 상기 전류고정날개(10)는 상기 덕트(20)의 측면부(23) 외측 및 후단부(22) 외측으로 돌출되게 형성된다. 이해를 돕기 위해 상기 전류고정날개(10)와 덕트(20)의 각 부분에 대한 설명에서 선박의 선체를 기준으로 하여 선체의 방향과 일치되도록 그 방향(전후 방향 및 좌우 방향)을 정하여 설명한다.
상기 전류고정날개(10)는 복수개(이 실시예에서 4개)가 선박의 선미에 형성된 스턴보스(stern boss)(1)에 방사상으로 연장되게 설치된다. 이 실시예와 같이 상기 전류고정날개(10)는 좌측에 3개, 우측에 1개로 좌우측이 비대칭형으로 배치되는 것이 바람직하지만 이에 한정하지는 않는다. 전술한 것과 같이, 상기 전류고정날개(10)의 반경방향 끝단부는 상기 덕트(20)의 측면부(23) 외측으로 돌출되게 형성되어 덕트(20)의 측면부(23) 외측을 통해 프로펠러(2) 쪽으로 유동하는 유체의 흐름을 정류하는 작용을 한다.
또한 상기 전류고정날개(10)는 앞단(leading edge)(11)이 덕트(20)의 후단부(22)에 고정되게 결합되어 전류고정날개(10)의 뒷단(trailing edge)(12) 부분이 덕트(20)의 후단부 외측으로 돌출된 구조를 갖게 된다.
상기 덕트(20)는 전류고정날개(10)의 전단부(21)와 후단부(22)가 개방된 대략 원통형으로 이루어져 전류고정날개(10) 및 선체의 선미 부분에 고정되게 결합된다. 이 실시예에서 상기 덕트(20)는 후방에서의 유체 흐름을 더욱 가속시킬 수 있도록 전단부(21)에서 후단부(22)로 갈수록 직경이 작아지는 형태를 갖지만, 이와 다르게 직경이 일정한 형태를 가질 수도 있을 것이다.
상기 덕트(20)는 그 중심(OD)이 프로펠러(2)의 중심(OP)으로부터 상측으로 일정 거리 편심되게 설치된다. 에 따라 상기 전류고정날개(10)들의 반경방향 길이가 모두 동일하다고 가정하면, 상기 전류고정날개(10)들의 덕트(20)의 측면부 외측으로 돌출된 길이는 모두 달라지게 된다.
상기 전류고정날개(10)와 덕트(20) 간의 결합을 위해 전류고정날개(10)의 앞단(11)에 덕트(20)의 후단부(22)가 삽입되는 슬릿(미도시)이 절개되게 형성되어, 상기 덕트(20)의 후단부가 상기 슬릿에 삽입된 후 용접되어 고정될 수 있다. 물론 용접 방식 외에도 볼트나 리벳 등 공지의 체결도구를 사용한 결합 방식으로 덕트(20)와 전류고정날개(10)를 상호 결합시킬 수도 있을 것이다.
상기 덕트(20)는 전류고정날개(10)와만 고정될 수도 있지만, 강도 보강을 위하여 상단부 및/또는 하단부가 선박의 선미 부분에 추가로 고정될 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 선박의 추진력 향상 장치는 프로펠러(2)의 전방에서 프로펠러(2)로 유입되는 유체의 흐름을 가속 정류함으로써 프로펠러(2)에 의한 추진 효율을 향상시키는 작용을 하게 된다. 즉, 프로펠러(2)의 회전에 의해 프로펠러(2)의 전방에서 프로펠러(2) 쪽으로 유동하는 유체가 덕트(20) 및 이에 결합된 복수개의 전류고정날개(10)를 지나면서 가속 정류되어 추진 효율을 향상시키게 된다. 이 때, 전류고정날개(10)는 덕트(20)의 측면부 외측까지 연장되게 형성되어 있기 때문에 덕트(20)의 내측 공간을 통과하는 유체는 물론 덕트(20)의 측면부(23) 외측을 통과하는 유체도 전류고정날개(10)에 의해 가속 정류되므로 기존의 덕트를 구비한 전류고정날개에 비하여 더욱 우수한 추진 효율을 얻을 수 있다.
또한 전류고정날개(10)가 덕트(20)에 고정되어 지지되므로 전류고정날개(10)의 지지 강도를 향상시킬 수 있는 이점도 있다.
본 발명에 따른 전류고정날개(10) 및 덕트(20)를 선체의 선미에 배치하고 프로펠러를 회전시켰을 때 프로펠러의 전방에서 발생하는 유체의 유속 분포를 시뮬레이션한 결과, 프로펠러의 하단부에서 반류 저속구간이 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 전술한 것과 같이 덕트(20)의 중심(OD)을 프로펠러(2)의 중심(OP)보다 상측으로 일정 거리 편향되게 설치함으로써 정류 효과를 극대화시킬 수 있는 것으로 확인되었다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 선박의 선체 선미에서 프로펠러의 전방(상류측)에 설치되어, 프로펠러로 진행하는 유체의 흐름에 직진성을 부여함으로써 선박의 추진력을 향상시키는 선박의 추진력 향상 장치에 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 선박의 선미에서 프로펠러의 전방에 프로펠러의 축에 대해 방사상으로 연장되게 설치되는 적어도 한 개 이상의 전류고정날개(10)와;
    전방부 및 후방부가 개방된 원통형으로 형성되며, 상기 전류고정날개(10)에 고정되게 설치된 덕트(20)를 포함하며;
    상기 전류고정날개(10)는 상기 덕트(20)의 측면부 외측으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 덕트(20)의 후단부(22)는 상기 전류고정날개(10)의 앞단(leading edge)(11)에 고정되고, 전류고정날개(10)의 뒷단(trailing edge)(12) 부분은 덕트(20)의 후단부 외측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류고정날개(10)의 앞단(11)에 덕트(20)의 후단부(22)가 삽입되는 슬릿이 절개되게 형성되어, 상기 덕트(20)의 후단부가 상기 슬릿에 삽입된 후 용접되어 고정되는 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트(20)의 중심(OD)은 프로펠러(2)의 중심(OP)으로부터 상측으로 일정 거리 편심된 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전류고정날개(10)는 복수개가 설치되되, 각각의 전류고정날개(10)는 덕트(20) 외측으로 돌출된 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 덕트(20)의 일부분은 선박의 선미 부분에 고정되게 결합된 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 덕트(20)의 직경은 전단부(21)에서 후단부(22)로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전류고정날개(10)는 좌측과 우측이 비대칭형으로 배치된 것을 특징으로 하는 선박의 추진력 향상 장치.
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