KR101403618B1 - 선박용 추진 시스템 - Google Patents

Abstract

선박용 추진 시스템을 개시한다.
추진 시스템은 캡 핀과 러더 벌브의 효과로 인하여 허브 볼텍스를 제어할 수 있으며, 캐비테이션, 소음, 진동 측면에서 매우 긍정적일 뿐만 아니라 허브 볼텍스로 인해 손실되는 추진력도 회수할 수 있는 효과가 있다.

Description

선박용 추진 시스템{PROPELLER SYSTEM FOR VESSEL}

본 발명은 연료절감 장치인 러더 벌브(rudder bulb)와 캡 핀(cap fin)을 결합하는 선박용 추진 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 캡 핀과 러더 벌브의 효과로 인하여 허브 볼텍스를 제어할 수 있으며, 캐비테이션, 소음, 진동 측면에서 매우 긍정적일 뿐만 아니라 허브 볼텍스로 인해 손실되는 추진력도 회수할 수 있는 선박용 추진기에 관한 것이다.

현대에는 항공기 등의 운송수단의 발달로 화물이 전 세계 곳곳으로 신속하게 운송되고 있다.

그러나 석유, 천연가스, 자동차, 컨테이너 등과 같이 화물의 부피가 매우 크거나 화물의 무게가 매우 무거운 경우, 항공기로는 운송할 수 없기 때문에, 다소 느리지만 선박을 이용하는 것이 일반적이다.

이처럼 선박을 이용하여 화물을 운반하는 경우, 많은 양의 화물을 일회적으로 운반하기엔 용이하지만, 선박 고유의 특징인 느린 속력으로 인하여 신속한 운송을 하기엔 많은 불편이 따랐던 것이 사실이다.

최근 이러한 선박 운송의 불편을 어느 정도 해결하기 위해 전 세계의 조선소에서는 대형 선박 및 고속 선박의 개발에 박차를 가하고 있다.

특히, 선박의 추진기 효율을 향상시키기 위한 해결 과제와, 고유가 시대에 당면한 연료 절감 문제 해결 과제를 비롯하여, 선주 등 고객 만족 실현을 위한 선박 속도 향상 및 진동 개선 문제를 해결하기 위한 각종 연구가 끊임없이 진행되고 있다. 대부분의 선박은 프로펠러에 의해 추진된다. 즉, 선체 선미 하부에 장착된 프로펠러가 회전하면 추진력이 발생하고, 이러한 추진력에 의해 선박은 항주할 수 있게 된다.

즉, 추진장치는 허브의 외주 부에 복수의 프로펠러가 구비되고, 프로펠러가 회전하는 것에 의해 양력을 발생하여, 그 양력이 샤프트 방향의 추진력으로 작용하여 추진력을 얻는 것이다.

그러나, 이러한 프로펠러의 회전 시, 프로펠러의 허브 후방에선 허브 볼텍스(Hub Vortex)가 집중 발생하는데, 이러한 허브 볼텍스의 집중 현상은 선박 추진장치의 효율 감소, 추진기 자체의 진동 및 소음의 발생의 원인이 됨은 물론, 러더에서의 캐비테이션(Cavitation) 침식 문제의 원인이 되었다.

종래 프로펠러 추진 선박에서의 이러한 허브 볼텍스의 집중 현상을 방지하기 위한 노력의 일환으로서, 프로펠러 캡이 제안되었으나, 캡에 아무런 부가물이 장착되지 않은 구성이 대부분이었다.

도 1은 종래 선박용 추진기를 측면도이고, 도 2는 종래 선박용 추진기에서의 와류 형성을 보인 사진이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 선박용 추진기(10)는 외주면에 복수의 프로펠러 블레이드(11)가 형성된 프로펠러(12)를 구비한다. 프로펠러(12)의 허브(13) 후단에는 허브 캡(14)이 설치된다.

또한, 선박이 파도나 바람 등 각종 교란력에 대항하여 계속해서 일정한 침로를 유지하기 위함은 물론 선박을 선회 또는 정지 또는 후진시키기 위해서는, 이에 대응된 기능을 발휘할 각종 선박용 장치가 필수적으로 요구된다. 이러한 선박용 장치 중 러더(Rudder, '키' 또는 '방향타'라고도 한다)(15)는 프로펠러를 추진장치로 하는 선박(해양구조물 포함)에 장착되어 이용되는 것으로, 러더(15)는 선박의 프로펠러(11) 후방에서 프로펠러(11)의 중심축을 경계로 하여 좌우 대칭되는 유선형 단면 형상을 가지며, 스티어링기어(Steering Gear)에 연결된 러더 스톡(Rudder Stock)을 내장하고 있는 러더혼(16, Rudder Horn)에 의해 상기 선박 상에 회동 가능하게 연결되어 있다.

종래 선박용 추진기(10)는 고효율을 위한 과도한 로딩이 프로펠러 캐비테이션의 원인이 되며, 프로펠러 후류에 발생하는 허브 볼텍스 역시 캐비테이션, 소음, 진동의 원인이 되고 있다.

연료절감의 필요성이 심해질수록 추진기는 고효율이 최고의 우선순위가 되어가고 있다. 이러한 관점에서 프로펠러는 과한 로딩이 걸리게 된다. 또한 프로펠러 후류에는 허브 볼텍스가 발생하게 된다. 프로펠러 후류에 위치하는 러더에는 프로펠러에 의한 회전류와 빌지에 의한 와류가 존재한다. 이러한 회전류가 러더와 추진효율에 중요하게 작용한다. 허브 볼텍스는 소음, 진동 및 캐비테이션을 발생시킨다.

또한, 프로펠러 후류의 회전류와 빌지 와류에 의한 좌우 비대칭 복합류는 편심 현상에 의한 에너지 손실을 야기한다.

일본 공개실용신안공보 소58-087698호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캡 핀과 러더 벌브의 효과로 인하여 허브 볼텍스를 제어할 수 있으며, 캐비테이션, 소음, 진동 측면에서 매우 긍정적일 뿐만 아니라 허브 볼텍스로 인해 손실되는 추진력도 회수할 수 있는 선박용 추진기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익형의 캡 핀을 구비함으로써, 양력 증가의 효과를 더 크게 얻을 수 있고, 이로 인해 추진 시스템 효율 향상 및 연료절감의 효과를 얻을 수 있는 선박용 추진 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 선박용 추진 시스템은 허브 외주면에 두 개 이상의 프로펠러 블레이드가 형성되는 프로펠러; 상기 허브의 후단에 설치되며, 외주면에 캡 핀이 형성되는 보스 캡; 상기 프로펠러의 하류부에 배치되고, 선미에 회전 조절가능하게 설치되는 러더; 및 상기 러더에 일체로 형성되고, 상기 보스 캡에 인접 위치하는 러더 벌브;를 포함한다.

상기 보스 캡의 후면에는 상기 러더 벌브가 파고들어 갈 수 있는 오목한 홈이 형성된다.

상기 보스 캡은 후면에 형성된 상기 홈의 형상에 따라 발산형(Divergence type) 또는 절두형(Truncated type) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 러더 벌브는 유선형으로 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 캡 핀과 러버 벌브를 장착함으로써, 허브 볼텍스를 제어할 수 있으며, 캐비테이션, 소음, 진동 측면에서 매우 긍정적일 뿐만 아니라 허브 볼텍스로 인해 손실되는 추진력도 회수할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 캡 핀이 프로펠러의 로딩을 분담함으로써, 프로펠러 피치 각이 작아질 수 있고, 이로 인해 캐비테이션에 유리하게 작용한다.

또한, 본 발명에서는 러더 벌브의 존재로 인해 프로펠러 후류의 편심 현상을에 의한 에너지 손실을 회수하여 추진시스템 효율 향상의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프로펠러 유입류의 속도가 감소하여 hull efficiency 향상의 효과를 기대할 수 있으며, 오목한 형태의 캡은 러더 벌브와 캡 핀의 효과가 더욱 유기적으로 작용할 수 있도록 한다.

도 1은 종래 선박용 추진기를 측면도
도 2는 종래 선박용 추진기에서의 와류 형성을 보인 사진
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 추진 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 발산형(Divergence type) 보스 캡을 보인 측면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 추진 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 절두형(Truncated type) 보스 캡을 보인 측면도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 추진기에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 추진 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 발산형(Divergence type) 보스 캡을 보인 측면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 추진 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 절두형(Truncated type) 보스 캡을 보인 측면도이다.

위 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 추진 시스템은 보스(110)의 외주면에 복수의 프로펠러 블레이드(121)가 형성된 프로펠러(120)를 구비한다. 상기 보스(110) 후단에는 보스 캡(130)이 설치된다. 상기 보스 캡(130)의 외주면에는 캡 핀(140)이 형성된다.

상기 캡 핀(140)은 상기 프로펠러 블레이드(121)와 동일한 갯수로 형성될 수 있고, 상기 캡 핀(140)은 방사상(放射狀)으로 형성된다.

상기 캡 핀(140)의 위치와 피치 각(회전면에 대한 프로펠러 깃 단면의 기울기)은 선박의 진행 방향으로 추가적인 추진력이 작용할 수 있도록 구성된다.

상기 캡 핀(140)의 피치 각은 상기 프로펠러 샤프트를 중심으로 상기 프로펠러 블레이드(121)의 피치 각과 상호 연동하도록 트위스트 되게 형성된다.

상기 캡 핀(140)은 상기 프로펠러 블레이드(121)의 로딩을 분담하여 상기 프로펠러 피치 각이 종전보다 상대적으로 작게 형성된다.

상기 프로펠러(120)의 하류부에는 러더(150)가 배치되고, 상기 러더(150)는 선미에 회전 조절가능하게 설치된다. 상기 러더(150)에는 러더 벌브(160)가 일체로 형성되는데, 상기 보스 캡(130)에 인접 위치하도록 구성된다. 상기 러더 벌브(160)는 유선형으로 형성될 수 있다.

좀더 부연 설명하면, 상기 보스 캡(130)의 후면에는 상기 러더 벌브(160)가 파고들어 갈 수 있는 오목한 홈(131)이 형성된다.

상기 보스 캡(130)은 후면에 형성된 상기 홈(131)의 형상에 따라 도 3에 도시된 발산형(Divergence type)과 도 4에 도시된 절두형(Truncated type)으로 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 추진 시스템에 있어서는, 러버 벌브(160)와 캡 핀(140)을 장착함으로써, 허브 볼텍스를 제어할 수 있으며, 캐비테이션, 소음, 진동 측면에서 매우 긍정적일 뿐만 아니라 허브 볼텍스로 인해 손실되는 추진력도 회수할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 캡 핀(140)이 프로펠러 블레이드(121)의 로딩을 분담함으로써, 프로펠러 블레이드 피치 각이 작아질 수 있고, 이로 인해 캐비테이션에 유리하게 작용한다.

또한, 본 발명에서는 러더 벌브(160)의 존재로 인해 프로펠러 후류의 편심 현상에 의한 에너지 손실을 회수하여 추진시스템 효율 향상의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프로펠러 유입류의 속도가 감소하여 hull efficiency 향상의 효과를 기대할 수 있으며, 오목한 형태의 캡은 러더 벌브와 캡 핀의 효과가 더욱 유기적으로 작용할 수 있도록 한다.

110: 보스
120: 프로펠러
121: 프로펠러 블레이드
130: 보스 캡
131: 홈
140: 캡 핀
150: 러더
160: 러더 벌브

Claims (4)

1. 허브 외주 면에 두 개 이상의 프로펠러 블레이드가 형성되는 프로펠러; 상기 허브의 후단에 설치되며, 외주면에 캡 핀이 형성되는 보스 캡; 상기 프로펠러의 하류부에 배치되고, 선미에 회전 조절가능하게 설치되는 러더; 및 상기 러더에 일체로 형성되고, 상기 보스 캡에 인접 위치하는 러더 벌브;를 포함하되,
   상기 보스 캡은 후면에 상기 러더 벌브가 파고들어 갈 수 있는 오목한 홈이 형성되고, 상기 보스 캡은 직경이 상기 러더 벌브의 직경보다 크게 형성되며 발산형의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 러더 벌브는 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 시스템.

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