KR20050084403A - 추진 시스템의 장치 - Google Patents

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Abstract

역회전 추진 시스템(counter rotating propulsion system)(CRP)에서, 후미 프로펠러(aft propeller)(22)와 전방 프로펠러(forward propeller)(6)는 서로 반대 회전 방향을 갖고, 후미와 전방 프로펠러는 서로 마주하도록 배열되며, 전방 프로펠러는 허브캡(hubcap)(30)을 구비하고, 적어도 두 개의 동일하게 분포된 유동 플레이트(flow plate)(28)는 상기 캡(30)에 배열되고, 유동 플레이트(28)는 상기 캡(30)으로부터 방사상으로 돌출해 있다.

Description

추진 시스템의 장치{ARRANGEMENT IN A PROPULSION SYSTEM}
본 출원은 역회전 추진 시스템(counter rotating propulsion system)(CRP)에 관한 것이다.
추진 시스템은 일반적으로 해양 선박의 후부에 위치한다. 프로펠러는 허브캡(hubcap)을 구비하고, 허브캡은 일반적으로 프로펠러 고정 볼트를 덮고 있다. 각각의 전방 프로펠러 블레이드 부근에서 물의 순환은, 하나의 허브 와동(hub vortex)에 접합되기 전 허브 부근에 와동을 형성한다. 이 허브 와동 캐비테이션(hub vortex cavitation)은 주 프로펠러 뒤의 추진 유닛 또는 방향키(rudder)에 매우 해로운 것으로 알려져 있다. 허브 와동 이 자체는 부식성이지만, 추진 유닛이나 후부 프로펠러 블레이드(after propeller blade)와 같은 구조물에 캐비테이션의 다른 유해한 형태를 또한 유발할 수 있다.
특히, 다른 프로펠러가 주 프로펠러에 인접 배열되는 CRP 추진 개념에서, 이것은 광범위한 손상을 일으킬 수 있다. 추진 유닛의 조타(steering)는 부식성 허브 와동 때문에 완전하게 적합하지는 않다. 이는 추진 시스템의 유지보수 간격을 단축시키고, 이로 인해 전반적인 비용을 증가시킨다.
허브 와동 캐비테이션을 피하는 종래의 방법은 프로펠러 뒤에 블런트 캡(blunt cap)을 사용하는 것으로, 이는 허브캡 다음의 큰 간격 때문에 허브 와동을 제거한다. 그러나, 역회전 프로펠러의 경우, 이러한 방법이 허용되지 않는데, 이는 특히 후미 트러스트(aft thrust)가 조타 모드로 작동시 트러스트가 일정 각도만큼 회전해서, 전방과 후미 프로펠러가 동일 축이 되지 않고 후미 프로펠러의 블레이드가 그 회전 동안 간격 영역을 넘어가도록, 간격이 후미 프로펠러의 블레이드에 캐비테이션을 일으키기 때문이다.
도 1은, 본 발명에 따른 CRP 장치의 개략도.
도 2a는, 본 발명에 따른 허브캡의 측면도.
도 2b는, 도 2a의 허브캡의 정면도.
따라서, 본 발명의 목적은, 와동에 의해 발생하는 이러한 문제를 해결하는 새로운 장치를 제공하는 것이다. 이 목적은 청구항 제 1항과 제 11항에서 확인된 특징에 의한 CRP 시스템과 관련해서 이루어진다. 본 발명의 추가로 유리한 변형은 종속항의 특징을 특징으로 한다.
본 발명은 CRP 추진 개념에서 상술된 문제를 줄이거나 제거해서, 후미 프로펠러와 전체 추진 유닛을 손상으로부터 보호할 것이다. 본 발명은, 부식성 허브 와동 캐비테이션의 위험 없이, 그리고 전방 캐비테이션의 허브 다음의 블레이드에 위험한 캐비테이션 없이, 전방 프로펠러 뒤의 추진 유닛을 조종하는 능력을 증가시킬 것이다. 이는 보다 긴 수명을 낳고 추진 유닛의 수리비용을 줄일 것이다.
본 발명은 전방 프로펠러의 블레이드에 의해 발생하는 와동의 유동을 파괴하는 생각을 기초로 한다. 프로펠러의 허브 캡, 상세하게 허브캡의 외관은, 허브캡의 외부 표면으로부터 돌출한 적어도 두 개의, 동일하게 분포한 유동 플레이트로 이루어지도록 형성된다. 유동 플레이트의 개수는 실제 8개보다 많지 않지만 4개의 유동플레이트가 최고로 효율적인 결과를 제공한다.
한편, 캡 자체는 양호한 유선형이고, 캡 직경과 캡 길이의 비는 2 이하여야만 한다. 이는 허브 캡 다음에 큰 간격이 없는 것을 플레이트에 제공하고, 그래서, 트러스트가 전방 프로펠러와 동일 축이 아닐 경우, 전방 허브 다음의 간격 영역에서 블레이드 캐비테이션을 제거할 수 있게 한다.
허브 와동의 부재는 후미 프로펠러와 조종 가능한 추진 유닛의 안전한 작동을 허용한다. 본 발명은 수행하기 유리한데, 이는 본 발명이 구조 또는 추진 시스템의 작동 또는 그 주변 장치에 대한 다른 변형을 필요로 하지 않기 때문이다. 또한 본 발명은 주로 개별 구성요소의 특별한 형성으로 구현되기 때문에, 본 발명은 또한 사용 중인 추진 장치에도 적용 가능하다.
본 발명의 한 가지 특징에 따라, 전방 허브 다음의 간격을 피하기 위해 두 개의 프로펠러 사이에 전방 프로펠러의 양호한 유선형인 허브캡이 설치된다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 전방 프로펠러의 허브캡은, 선형이고 서로 유사한 유동 플레이트를 가질 것이다. 이는 최적의 효과와 균형잡인 구조를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 유동 플레이트의 개수는 전방 프로펠러의 블레이드 개수에 무관하고, 유동 플레이트의 위치는 전방 프로펠러의 블레이드 위치에 무관하다. 이 특징은, 유동 플레이트를 프로펠러의 블레이트와 정렬시킬 필요가 없기 때문에, 허브캡의 기획과 설치를 용이하게 한다. 허브캡의 동일한 구조는 서로 다른 프로펠러 형태에서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에서, 플레이트의 팁 에지(tip edge)의 직경은 최대 허브 직경의 0.4 내지 2배이다. 이 범위 내에서 본 발명에 의한 장치의 효율이 특히 유리하다.
유동 플레이트는 융접에 의해 캡에 고정되거나 볼트로 고정되어 허브에 고정된다. 유동 플레이트의 크기와 모양은 변하기 쉽고 개별 요건에 따라 필요시 달라진다. 유동 플레이트가 사용 중인 선박에 사용되면, 이러한 가능성이 바람직할 수 있다. 대안적으로 허브캡은 유동 플레이트와 하나의 부품으로 성형되어, 허브캡은 일체형 부품으로 처리될 수 있다.
더 유리한 특징에 따라 후미 프로펠러는 회전 가능하고 후미 프로펠러는 선박을 추진하고 조종하는데 사용된다.
바람직한 실시예의 상세 내용뿐만 아니라 본 발명의 이점과 추가 특징들은 다음 상세한 설명과 도면으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 추진 장치(2)를 도시하는데, 이는 선박의 선체(4) 아래 위치한 역 회전 프로펠러(CRP)로 구현된다. 전방 프로펠러(6)라고 불리는 주 추진 프로펠러는 주 구동 축(8)으로 배열되고, 이 구동 축은 선박의 선체(4)에 베어링(bearing)을 통해 지지된다. 전방 프로펠러(6)는, 예를 들어 디젤 엔진과 같은 구동 유닛에 의해, 직접 또는 이 기술 분야에 잘 알려져 있는 주파수 변환기를 통해 디젤 발생기 유닛에 의해 공급된 전기 구동을 통해 구동된다. 구동 유닛과 베어링 및 동력 전달의 다른 특징은 이 기술 분야에 잘 알려져 있는 종래 기술을 사용하고, 본 발명을 이해하기 위해 상세하게 설명할 필요가 없다. 전방 프로펠러(6)는 구동 축(8)에 배열된 허브(10)와 이 허브(10)에 고정된 프로펠러 블레이드(12)를 포함한다. 블레이드의 개수, 나의 경사 및 블레이드의 크기는, 선박의 추진 시스템을 필요한 크기로 조절하는 경우 한정될 것이고 경우에 따라 달라질 수 있다. 블레이드의 경사 또한 조절 가능하다.
선박의 선체(4)는 선체의 바닥이 전방 프로펠러(8) 위로 휘어지고 바닥이 전방 프로펠러 다음에 보다 높은 높이에서 확장되도록 설계된다. 그래서, 선박의 최후미부에서 바닥(14)은 전방 프로펠러의 앞에서 선박의 바닥(16)보다 더 높다. 바닥(14) 아래에는 회전 가능한 조타 장치(18)가 배열되어 있고, 이는 AZIPOD®와 같이 선박을 조종하고 추진하는 애지머스 프로펠러 유닛(azimuth propeller unit)으로 이루어진다. 조타 장치(18)는 샤프트(20)를 포함하고, 이 샤프트는 그 수직축을 360도 회전할 수 있도록 밑에서 받쳐진다. 조타 프로펠러(steering propeller)(22)의 구동 모터를 덮고 있는 유선형 케이스(21)가 샤프트(20) 아래에 부착되어 있다. 조타 프로펠러(22)는 구동 축(24)으로 구동되고, 구동축은 전방 프로펠러의 축(8)과 동일한 높이에 위치해 있다.
CRP 개념에 따라, 전방 프로펠러(6)의 양호한 유선형인 허브 캡(30)과 조타 프로펠러(22)의 허브 캡(26)은 서로 마주하고, 전방 프로펠러(6)와 조타 프로펠러(22)는, 선박이 앞으로 움직일 때 서로 반대 방향으로 회전한다. 선박의 방향 회전시 조타 장치(18)는 원하는 조타 작용을 실행하기 위해서 샤프트(20)의 수직축 둘레를 회전한다.
전방과 조타 프로펠러의 회전 평면은, 프로펠러가 서로 마주하면 전방 프로펠러의 이중 직경보다 서로 더 멀리 떨어져 있다. 그래서, 전방 프로펠러(6)의 허브 캡(3)과 조타 프로펠러의 허브 캡(26)은 서로 인접하게 위치한다. 와동과 이를 통해 발생하는 변형력(stress)은 전방 프로펠러의 허브캡과 또한 조타 프로펠러에 크게 작용한다. 본 발명의 교시에 따라, 그 유해한 영향을 갖는 허브 와동 캐비테이션과 후미 프로펠러 블레이드 캐비테이션은, 전방 프로펠러 다음에 양호한 유선형인 허브(30)를 배열하고 허브캡(30) 안에 유동 플레이트(flow plate)(28)를 배열해서 최소화된다.
본 발명의 유리한 실시예에 따라, 4개의 유동 플레이트(28)는 서로 대칭으로 또는 각 유동 플레이트에 동일한 거리로 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 허브캡(30)의 외부 표면에 설치된다. 도 2a는 측면도이고 도 2b는 선박의 후방에서 보았을 때의 정면도이다. 허브캡은 길이(L)와 직경(D)을 갖고, 비 D/L은 2 이하이다. 유동 플레이트는 선형 플레이트로, 주 프로펠러 허브캡(2)에 용접되거나 볼트로 고정되어 있다. 유동 플레이트(28)는 또한 전체 프로펠러 허브캡과 함께 주조(鑄造)될 수 있다. 유동 플레이트는 캡 표면의 전체 길이에 설치되었고 유동 플레이트는 캡의 상부 에지 위로 약간 뻗어있는 캡 표면 밖으로 서로 연결되어 있다. 이러한 예에서, 유동 플레이트의 높이는 캡의 방사상 치수를 초과하지 않는다. 그래서, 유동 플레이트는 허브캡의 직경 위로 확장되지 않는다. 유동 플레이트는 허브캡의 표면으로부터 방사 방향으로 돌출하고 경사 없이 프로펠러 축의 방향으로 설치된다. 유동 플레이트의 팁 에지(tip edge)는 최대 허브 직경(D)의 0.4 내지 2배의 범위에서 변할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이 범위는 프로펠러 직경의 약 0.12 내지 0.4배에 해당한다.
유동 플레이트의 개수는 프로펠러 블레이드의 개수에 제한되지 않고 2 내지 8로 변할 수 있지만, 4개의 유동 플레이트가 유리한 것으로 밝혀졌다. 유동 플레이트의 위치는 프로펠러 블레이드의 위치에 한정되지 않지만 일치하거나 다를 수 있다.
본 발명은 일 예로 그 한 가지 변형예를 사용해서 기술되었다. 본 발명은 많은 서로 다른 실시예를 가질 수 있고, 본 발명의 범위는 청구항에 한정되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 와동에 의해 발생하는 기존의 문제를 해결한, 새로운 역회전 추진 시스템(counter rotating propulsion system)(CRP)을 제조하는데 사용된다.

Claims (11)

  1. 역회전 추진 시스템(counter rotating propulsion system)(CRP)의 장치로서,
    상기 추진 시스템은, 회전 가능 트러스터(rotatable thruster)(18)에 설치된 후미 프로펠러(aft propeller)(22)와, 샤프트(8) 또는 트러스터에 설치된 전방 프로펠러(6)를 포함하고, 상기 두 프로펠러는 기본적으로 동일한 축선에 배열되어, 상기 후미 프로펠러(22)와 상기 전방 프로펠러(6)는 서로 반대 회전 방향을 갖고, 상기 후미와 전방 프로펠러는 서로 마주하도록 배열되며, 상기 프로펠러는 캡을 구비한 허브(hub)를 갖는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치에 있어서,
    적어도 두 개의 동일하게 분포된 유동 플레이트(flow plate)(28)는 상기 전방 프로펠러(6)의 캡(cap)(30)에 배열되고, 상기 유동 플레이트(28)는 상기 캡(30)으로부터 방사상으로 돌출한 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전방 허브캡(30)은 양호한 유선형인 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전방 허브캡(30)은 직경 대 길이비가 2 이하인 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 플레이트(28)는 선형이고 서로 유사한 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 플레이트(28)의 개수는 상기 전방 프로펠러(6)의 상기 블레이드(12)의 개수에 무관하고, 상기 유동 플레이트(28)의 위치는 상기 전방 프로펠러의 상기 블레이드 위치에 무관한 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트(28)의 팁 에지(tip edge)의 직경은 최대 허브 직경의 0.4 내지 2배인 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트(28)는 상기 캡(30)에 일체형으로 결합된 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트(28)는 용접이나 볼트로 상기 캡(30)에 고정된 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후미 프로펠러(22)는 회전 가능하고, 상기 후미 프로펠러(22)는 선박을 추진하고 조종하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 프로펠러(6) 앞에 위치하는 상기 후미 프로펠러(22)는 유선형 캡(26)을 갖는 것을 특징으로 하는, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
  11. 역회전 추진 시스템(counter rotating propulsion system)(CRP)의 장치로서,
    회전 가능 트러스터(rotatable thruster)(18)에 설치된 후미 프로펠러(aft propeller)(22)와, 샤프트(8) 또는 트러스터에 설치된 전방 프로펠러(6)를 포함하는 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치에 있어서,
    상기 후미 프로펠러와 상기 전방 프로펠러는 기본적으로 동일한 축선에 배열되고, 상기 후미 프로펠러(22)와 상기 전방 프로펠러(6)는 서로 반대 회전 방향을 갖고, 상기 후미 및 전방 프로펠러는 서로 마주하도록 배열되며, 상기 두 프로펠러는 캡을 구비한 허브(hub)를 가져서, 적어도 두 개의 동일하게 분포된 유동 플레이트(flow plate)(28)는 상기 전방 프로펠러(6)의 캡(cap)(30)에 배열되고, 상기 유동 플레이트(28)는 상기 캡(30)으로부터 방사상으로 돌출한, 역회전 추진 시스템(CRP)의 장치.
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