KR101996391B1

KR101996391B1 - 나선형 펌프 프로펠러가 구비된 적어도 하나의 샤프트 라인이 제공된 선박

Info

Publication number: KR101996391B1
Application number: KR1020130062762A
Authority: KR
Inventors: 스테판 코르디에
Original assignee: 에스티엑스 프랑스 에스에이
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2019-10-01
Also published as: KR20130135783A; EP2669171B1; HRP20150111T1; ES2529658T3; JP2013249059A; FR2991285B1; SG195510A1; CN103448897B; EP2669171A1; FR2991285A1; JP6255170B2; CN103448897A

Abstract

본 발명은 선박, 특히 여객선에 관한 것으로, 상기 선박에는 회전자(42), 1 이상의 고정자들(40), 및 노즐(41)을 포함하는 헬리컬 펌프(4)로 이루어진 프로펠러가 구비된 적어도 하나의 샤프트 라인(3)이 제공되며, 그 선체(2)는, 상기 헬리컬 펌프(4)의 실질적으로 반대쪽에 상기 회전자(42)의 회전 축을 통과하는 길이방향 및 수직방향 컷 평면(I-I)을 따라 오목한 형태(concave form)(C) 및 상기 오목한 형태의 경계를 이루는 곡선(I)을 가지며, 만곡부(inflexion)의 2 개의 지점들(PI1, PI2) - 하나의 지점(PI1)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치되고, 다른 하나의 지점(PI2)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 하류에 배치됨 - , 및 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')과 평행한 접선(T) - 상기 접선은 상기 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치됨 - 을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

나선형 펌프 프로펠러가 구비된 적어도 하나의 샤프트 라인이 제공된 선박{SHIP PROVIDED WITH AT LEAST ONE SHAFT LINE EQUIPPED WITH A HELICAL PUMP PROPELLER}

본 발명은 선박, 특히 다음부터 전체가 "헬리컬 펌프(helical pump)"라 칭해져 보다 상세히 설명되는, 고정자(stator)가 피팅된 서브-노즐 헬릭스(sub-nozzle helix)로 이루어진 프로펠러가 구비된 적어도 하나의 샤프트가 제공되는 여객선에 관한 것이다.

선박의 추진기관 설치에 있어 프로펠러로서 헬리컬 펌프를 이용하는 것은 다수의 장점을 갖는다.

실제로, 상기 설치는 특히 라이너들(liners), 예컨대 "파드들(pods)"에 이용되는 다른 추진 시스템들에 비해 기계적으로 단순하며, 최소의 소음과 진동을 가지면서도 고-출력을 제공한다.

일반적으로, 헬리컬 펌프는 고정자[수 개의 유동 지향 핀들(flow-directing fins)], 회전자(이 경우에는, 헬릭스), 및 조립체를 둘러싸는 노즐을 포함한다.

노즐의 형태들, 회전자 및 고정자의 베인들은, 알려진 바와 같이 가능한 최소의 기계적 힘을 이용해 최상의 출력을 얻고 주어진 속도를 달성하도록 설계된다.

헬리컬 펌프는 회전자를 차례로 구동하는(drives the rotor in rotation) 샤프트 라인에 의하여 선박에 연결된다. 이는 여하한의 타입의 알려진 프로세스[크랭크, 폐쇄형 전기 모터(enclosed electric motor) 등]에 의하여 달성될 수 있다.

작동 중일 때, 고정자(일반적으로 회전자의 상류에 배치됨)는 노즐의 축에 대한 유동에 회전 구성요소를 회전자의 회전 방향에 반대되는 회전 방향으로 연통시킨다. 이러한 회전의 생성은 반작용을 통해 고정자에 유체역학적 토크(hydrodynamic torque)를 발생시킨다.

국제공개공보 제 2012/052155 호 (2012.04.26.) "SHIP HAVING A DRIVE"

이러한 구성의 목적은 유체에서 회전자에 의해 야기되는 회전 효과(rotational effect)를 보상하고 설치물의 출력을 개선하는 것이다. 최적화된 설계에서, 고정자에서의 토크는 회전자에서의 토크와 크기는 같고 방향은 반대이며(equal and opposite), 그 결과 프로펠러 조립체의 항적(wake)에서 각운동량(quantity of angular movement)을 상쇄시킨다.

또한, 선체(hull)와 선체 간의 상호작용들을 줄이기 위해 선박의 선체에 대한 프로펠러의 거리조정(distancing)을 위한 기준들이 이용된다.

본 발명의 목적은 선박의 선상에서 헬리컬 펌프의 추진 출력을 더욱 향상시키는 것이며, 보다 구체적으로 상기 목적은 1 이상의 헬리컬 펌프들에 의해 추진되는 선박의 전체 추진 출력을 최적화하기 위한 유체역학적 선체를 제안하는 것이다.

이러한 방식으로, 본 발명은 선박, 특히 회전자, 1 이상의 고정자, 및 노즐을 포함하는 헬리컬 펌프로 이루어진 프로펠러가 구비된 적어도 하나의 샤프트 라인이 제공되는 선박을 제안하며, 그 선체가, 상기 헬리컬 펌프의 실질적으로 반대쪽에 회전자의 회전 중심을 통과하는 길이방향 및 수직방향 컷 평면(cut plane)을 따라 오목한 형태 및 이 오목한 형태의 경계를 이루는(delimiting)는 곡선을 가지고, 만곡부(inflextion)의 두 지점(하나의 지점은 상기 헬리컬 펌프의 상류에 배치되고, 다른 하나의 지점은 상기 헬리컬 펌프의 하류에 배치됨)과, 샤프트 라인의 축과 평행한 접선(tangent), 즉 상기 헬리컬 펌프의 상류에 배치되는 접선을 갖는 것을 특징으로 한다.

이 선박의 다른 유리하고 비-제한적인 특징들에 따르면,

- 상기 헬리컬 펌프 상류의 상기 접선은 상기 노즐의 리딩 에지(leading edge)로부터 축방향 거리 L에 배치되고, 이 거리는 D/4보다 작고, D는 상기 회전자의 직경이며;

- 상기 선체는 상기 샤프트 라인의 축에 수직한 방향을 따라 상기 노즐로부터 일정한 갭만큼 이격되며;

- 상기 선박의 중간 길이방향 평면은 상기 선체의 대칭의 평면을 구성하고, 이 평면은 상기 선박의 얇은 평면(thin plane)을 통과하며,

- 수평방향 평면에서, 및/또는 상기 수직방향 평면과 상기 수평방향 평면 사이에 배치되며 상기 샤프트 라인의 축을 통과하는 중간 평면에 있어, 상기 헬리컬 펌프의 실질적으로 반대쪽에서 상기 얇은 평면의 표면은 회전자의 회전 축을 통과하는 수평방향 및/또는 중간 평면을 따라 오목한 형태 및 이 오목한 형태의 경계를 이루는 곡선을 가지고, 만곡부의 2 개의 지점(하나는 상기 헬리컬 펌프의 하류에 배치되고, 다른 하나는 하류에 배치됨), 및 상기 샤프트 라인의 축과 평행한 접선, 즉 상기 헬리컬 펌프의 상류에 배치되는 접선을 가지며,

- 상기 샤프트 라인의 축에 대해 수직하게 측정되고 상기 노즐의 상기 리딩 에지로부터 상기 거리 L에서 측정되는 상기 샤프트 라인의 축과 상기 선체 간의 거리 H1은, 상기 샤프트 라인의 축에 대해 수직하게 측정되고 상기 노즐 바로 하류에서 측정되는 상기 샤프트 라인의 축과 상기 선체 간의 거리 H2보다 크며;

- 상기 노즐에 대해 횡방향 및 수직방향의 컷 평면에서, 상기 선체는 적어도 45°의 각 섹터(angular sector)에 걸쳐 상기 노즐로부터 상기 일정한 갭만큼 이격된다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명부로부터 이해될 것이다.

이 설명부는 첨부 도면들을 참조하여 개시될 것이다.
도 1은 헬리컬 펌프가 있는 추진기관 설치부를 갖는 선박의 선체의 길이방향 단면도(여기서, 컷 평면 I-I는 펌프의 헬릭스의 회전 축을 통과함);
도 2는 헬리컬 펌프의 구조를 보다 구체적으로 나타낸, 도 1의 평면 Ⅱ-Ⅱ에 따른 도; 그리고
도 3은 2 개의 헬리컬 펌프들이 제공되는 선체의 개략적인 횡단면도이다.

첨부 도면에 그 일부가 예시된 선박(1)은 참조부호 2로 표시된 선체를 포함한다.

이는 선체의 후부에 통합되고, 선박의 대칭 평면에 배치되는 얇은 평면(PM)을 포함한다.

이 얇은 평면의 양 측에는, 샤프트 라인(3)이 선박의 길이방향 축과 평행하게 연장되며, 이는 1 이상의 아암들(arms; 30)에 의하여 선체에 부착될 수 있으며 그 단부에 헬리컬 펌프(4)의 회전자가 장착된다[명확히 하면, 여기서는 절취된 상태로 나타나 있기 때문에 단 하나의 라인(3)만 볼 수 있다. 하지만, 구체적으로 후술되는 세부사항들은 그들 각각에 적용된다].

특히 도 1에서는, 이 헬리컬 펌프가 얇은 평면(PM)의 트레일링 에지(trailing edge)의 약간 상류에 배치됨을 알 수 있다.

도면들에서, AM은 상류에 대응되는 한편, AV는 하류에 대응되며, 이는 설치를 통하여 유체의 유동 방향을 결정한다.

헬리컬 펌프(4)를 기준으로, 고정자들은 참조부호 40으로, 헬릭스 또는 회전자는 42로, 그리고 노즐은 41로 표시되어 있다.

노즐은 상류에서 하류로 수렴하도록 되어 있다는 데 유의해야 한다.

본 발명에 따르면, 헬리컬 펌프(4)의 실질적으로 반대쪽에서 선체(2)가 헬리컬 펌프의 회전자(42)의 회전 축을 통과하는 수직 길이방향 컷 평면 I-I를 따라 오목한 형태(C) 및 이 오목한 형태의 경계를 이루는 곡선(I)을 가지며, 각각 PI1 및 PI2로 표시된 만곡부의 2 개의 지점들[하나의 지점(PI1)은 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치되고 다른 하나의 지점(PI2)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 하류에 배치됨]을 갖는다.

또한, 이 라인 I는 샤프트 라인(3)의 축 X-X'과 평행한 접선(T)이며, 이 접선은 펌프의 상류에 배치된다.

이는 노즐(41)의 리딩 에지(410)로부터 축방향 거리 L에 배치되는 것이 바람직하며, 이 거리 L은 D/4보다 작으며, D는 회전자의 직경이다.

특징들의 조합으로 인해, 헬리컬 펌프를 포함하는 추진 시스템은 부분적으로 오목부(C) 내에 배치되어, 최대로 가능한 층 표면(largest possible layer surface) 부근과 연관된 점성 둔화(viscous slowdown)와 이 오목부 내에서의 유체의 저속화(slowdown)의 조합된 효과를 통한 장점을 취한다. 헬리컬 펌프는 느려진 유동에 의해 피딩되며, 이는 추진 출력을 향상시킨다.

또한, 그리고 상술된 바와 같이, 본 발명의 유리한 특징에 따르면, 선체(2)는 샤프트 라인(3)의 축 X-X'에 수직한 방향을 따라 노즐(41)로부터 일정한 갭(G)만큼 이격된다.

이러한 구성은 분기 섹션들(divergent sections)의 발생과, 특히 이 채널 내에서의 유동의 분리(separation of the flow)를 피할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 프로펠러의 축과 평행한 프로펠러 외부의 유동이 프로펠러가 운행되고 있을 때 선체에 부가적인 드래그(drag)를 발생시키지 않도록 한다.

흡입 효과가 제한된다.

최상의 결과는, 샤프트 라인(3)의 축(X-X')과 선체(2) 간의 거리(H1)[샤프트 라인의 상기 축 X-X'에 대해 수직하게 측정되며 노즐(41)의 리딩 에지(410)의 거리 L에서 측정됨]가 샤프트 라인(3)의 축 X-X'과 선체(2) 간의 거리(H2)[ 샤프트 라인(3)의 축에 대해 수직하게 측정되며 노즐(41)의 바로 아래 하류(1)에서 측정됨]보다 클 때 얻어진다.

보다 바람직한 실시예에서, 상기 노즐(41)에 대해 횡방향이고 수직한 컷 평면 Ⅱ-Ⅱ에서는 선체(2)가 각 섹터에 걸쳐 적어도 45°만큼 일정한 갭(G)으로 노즐(41)로부터 이격되어 있다.

명확하게는, (도 3에서 명확히 알 수 있는 바와 같이) 선박이 헬리컬 펌프가 구비된 2 개의 샤프트 라인들을 갖는 구조에서, 선박의 얇은 평면(PM)을 통과하고 선체의 대칭 평면을 포함하는 길이방향 및 수직방향 평면(P)도 상기 헬리컬 펌프들에 대한 대칭 평면을 포함한다.

얇은 평면(PM)의 표면은 수평방향 평면(HO)의 수직방향 평면에서, 또는 수평방향 평면(HO)과 수직방향 평면 사이에서 연장되는 중간 평면(IN)에서 상술된 것과 동일한 선체의 기하학적 특징들을 재현하도록 설계될 수 있다.

다른 관점에서, 이러한 방향들에 있어 선체 또한 상술된 것과 같은 오목한 형태, 만곡부의 2 개의 지점들, 및 접선을 갖는다.

Claims

선박에 있어서,
회전자(42), 1 이상의 고정자들(40), 및 노즐(41)을 포함하는 헬리컬 펌프(4)로 이루어진 프로펠러가 구비된 적어도 하나의 샤프트 라인(3)이 제공되며,
그 선체(2)는, 상기 헬리컬 펌프(4)의 반대쪽에 상기 회전자(42)의 회전 축을 통과하는 길이방향 및 수직방향 컷 평면(I-I)을 따라 오목한 형태(concave form)(C) 및 상기 오목한 형태의 경계를 이루는(delimiting) 곡선(I)을 가지며, 만곡부(inflexion)의 2 개의 지점들(PI1, PI2) - 하나의 지점(PI1)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치되고, 다른 하나의 지점(PI2)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 하류에 배치됨 - , 및 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')과 평행한 접선(T) - 상기 접선은 상기 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치됨 - 을 갖는 선박.
제 1 항에 있어서,
상기 헬리컬 펌프(4) 상류의 상기 접선은 상기 노즐(41)의 리딩 에지(leading edge; 410)로부터 축방향 거리(L)에 배치되며,
상기 거리는 D/4보다 작고,
D는 상기 회전자(42)의 직경인 선박.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 선체(2)는 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')에 대해 수직한 방향을 따라 상기 노즐(41)로부터 일정한 갭(G)만큼 이격되어 있는 선박.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
2 개의 평행한 샤프트 라인들(3)을 포함하며,
상기 선체(2)의 중간 길이방향 평면(P)은 2개의 평행한 샤프트 라인들(3)의 각각의 상기 헬리컬 펌프(4)로 구성되는 헬리컬 펌프들에 대한 대칭 평면을 구성하고,
상기 평면은 상기 선박의 얇은 평면(thin plane)(PM)을 통과하는 선박.
제 4 항에 있어서,
상기 얇은 평면(PM)의 표면은, 수평방향 평면(HO) 또는 상기 수직방향 컷 평면(I-I)과 상기 수평방향 평면(HO) 사이에 배치되고 상기 샤프트 라인의 축(X-X')을 통과하는 중간 평면들(IN)에서, 상기 헬리컬 펌프(4)의 맞은편에 상기 수평방향 평면(HO) 또는 상기 회전자(42)의 회전 축을 통과하는 중간 평면(IN)을 따라 오목한 형태(C) 및 이 오목한 형태의 경계를 이루는 곡선(I)을 가지며, 만곡부의 2 개의 지점들(PI1, PI2) - 하나의 지점(PI2)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치되고, 다른 하나의 지점(PI2)은 상기 헬리컬 펌프(4)의 하류에 배치됨 - 및 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')과 평행한 접선(T) - 상기 접선은 상기 헬리컬 펌프(4)의 상류에 배치됨 - 을 갖는 선박.
제 2 항에 있어서,
상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')과 상기 선체(2) 간의 거리(H1) - 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')에 대해 수직하게 측정되며 상기 노즐(41)의 상기 리딩 에지(410)로부터 거리 L에서 측정됨 - 가 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')과 상기 선체(2) 간의 거리(H2) - 상기 노즐(41)의 트레일링 에지(trailing edge) 및 상기 샤프트 라인(3)의 축(X-X')에 대해 수직하게 측정됨 - 보다 큰 선박.
제 3 항에 있어서,
상기 노즐(41)에 대해 횡방향 및 수직방향의 컷 평면(Ⅱ-Ⅱ)에서, 상기 선체(2)는 적어도 45°만큼 각 섹터(angular sector)에 걸쳐 상기 노즐(41)로부터 상기 일정한 갭(G)으로 이격되어 있는 선박.