KR870000970Y1 - 선박 손실에너지의 회수장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

선박 손실에너지의 회수장치

제1도는 본 고안을 장착한 선박 선미부의 단면도.

제2도는 본 고안인 러드(LERD)와 사시도.

제3도는 우회전 프로펠러의 후방 유장의 궤적.

제4도는 타에 의한 추력 발생의 원리도.

제5도는 러드에 의한 추력발생의 원리도.

제6도는 종래 장치의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프로펠러 2 : 날개

3 : 보스 4 : 지지활대

5 : 림 6 : 타지지재

7 : 타받침대

본 고안은 프로펠러 회전에 의하여 주변 유체에 회전에너지를 제공함으로써 손실되는 에너지의 일부를 회수하는 선박 선실에너지의 회수장치(LERD: LOST ENERGY RESEIZING DEVICES)에 관한 것이다.

제2차 석유파동으로 석유류 품목의 가격이 급상승하고 원유 수급사정이 악화됨으로 인하여 해상수송 및 원양어업은 심각한 타격을 입게 되었을 뿐만 아니라 연료비가 선박 운항비의 큰 부분을 점유하게 되었고, 그로 인하여 선주나 박용기계류 제조업자 및 조선업자들은 연료 소비의 억제방안을 연구하게 되었다.

일반적으로 선박에서 연료의 소비를 줄일 수 있는 방안으로는 첫째, 잉여 저항의 측면에서 최적의 선형을 개발하거나 둘째, 전 저항의 관점에서 선체 표면의 거칠음 방지와 정규적인 클리닝을 하거나 셋째, 보다 경제적인 추진기관을 개발하거나 넷째, 프로펠러의 추진효율향상 및 플로우 콘트롤 장치를 이용하거나 다섯째, 손실에너지를 회수하는 방법 등 여러가지를 연구하여 볼 수 있는 것이다.

한편, 선박의 추진 성능을 두가지 점에서 관찰하여 보면 그중 하나는 에너지의 손실을 최소화하는 것이고, 나머지 다른 하나는 손실된 에너지를 회수하는 것인데 본 고안자는 손실에너지의 회수에 의한 연료절약을 고안하게 되었다.

종래에도 프로펠러의 후방으로 타판을 배치하고 그 타판의 양측부에 측방으로 내다는 날개를 붙이고 그 날개의 붙임 높이를 프로펠러 회전 중심의 상방으로 위치시킨 손실에너지의 회수장치가 있었으나 이는 유장 개선 및 마력 절감의 효과가 불안정하였다.

이에 본 고안에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고 추진성능향상 및 마력 절감효과가 보다 확실하도록, 단면이 포일(foil)형인 날개가 보스를 중심으로 방사상으로 설치되어 있고, 림의 상하 양단이 타지지재와 타받침대(SHOEPIECE)에 고정 결합된 선박 손실에너지의 회수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 구성 및 작용, 효과를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 프로펠러(1)의 후방에 위치되어지고, 단면이 포일형인 날개(2)가 보스(3)를 중심으로 방사상으로 설치되어 있으며, 날개(2)의 중간부위와 끝부위에 단면이 역시 포일형인 지지활대(2) 및 림(5)을 각각 설치하여 날개(2)를 지지토록 하되, 상기 림(5)의 상하 양단은 타지지재(6)와 타받침대(7)에 각각 고정 결합되어진 구조로 되어 있다.

미설명부호 8은 타, 9는 러드, 10은 핀,

a는 타상부에서의 플로우 방향,

b는 타하부에서의 플로우 방향,

D는 항력, L은 양력, L'는 양력과 항력의 합력, T는 추력이다.

상기와 같은 구조로 된 본 고안은 구조가 간단하고 설치비용이 저렴하며, 이미 운항중인 배에도 큰 어려움 없이 설치할 수 있는 장치로서, 그 원리는 타(8)의 경우와 동일하다. 다시 말하자면, 본 고안은 프로펠러(1) 바로 후방에 위치하여 회전류의 에너지 일부를 추력으로 변환시키는 것인데 상기 추력이 발생되는 원리를 살펴보면, 제3도에서 보여주는 것과 같이 프로펠러(1)에 의하여 발생된 자유 와류는 헬리컬시트를 그리면서 빠져나가는동시에 플로우가 진행되면서 그 반경이 약간 수축되며, 프로펠러(1) 후방에서 프로펠러(1)에 의한 회전에너지를 갖는 유체의 범위는 한정되어 있다고 볼 수 있는데 보통 회전시의 프로펠러(1)의 궤적과 비슷하며, 또한 이곳의 유체 흐름은, 우회전 프로펠러(1)의 경우 우현측에서 플로우가 상방에서 하방으로 비껴들며 나오고, 좌현측에서는 하방에서 상방으로 역시 들면서 빠져 나가므로, 이 플로우의 유입방향을 고려하여 러드(9)를 부착시킬 때 추력 상승효과가 크게 나타난다.

그리고, 스크류우 프로펠러(1)는 날개(2)의 원리를 응용한 효율이 좋은 추진장치이나, 그 작동을 위해서는 회전시킬 필요가 있기 때문에 소요 토오크의 반작용으로서 그것에 동등한 각 운동량을 가지는 회전류가 유출되는데 이 회전류의 에너지는 프로펠러(1)의 직후에 있어서 아직 운동에너지로서 잔존하고 있다. 따라서,그 유장에 타(8)를 배치하면 프로펠러(1)의 회전에 의한 운동에너지가 타(8)에 발생하는 추력의 일로 변환되며, 도면 제4도에서 보여주고 있는 것은 타(8)의 상, 하부에서 플로우의 입사방향은 다르지만, 발생되는 양력에 의한 추력의 방향은 같고, 이때 일반적으로 하부가 상부에 비해 수심이 더 깊어 물의 압력이 더 크므로 하부의 효과가 약간 더 크게 나타나며, 그에 따라 제4도에서 b에 의한 추력의 크기가 a에 의한 경우보다 약간 더 큼을 알 수 있다.

또한, 제5도는 본 고안의 기본 원리를 설명하고 있는데, 즉 러드(9)에 의한 추력 발생원리에서 수중익(HYDROFOLL)에는 양력(L)과 항력(D)가 유발되며, 합력(L')은 (D,L)을 성분력으로 하는 백터량이다. 한편 항력(D)의 방향은 유입 플로우의 방향과 동일하며, 양력(L)의 방향은 유입 플로우에 수직한 방향이고, 영각(attack angle) α와 무관한 방향이다. 그리고 양력(L)과 항력(D)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

L=C_L(Rn,α)X₁/2e.S.V²

D=C_D(Rn,α)X₁/2e.S.V²

여기서, C_L은 양력계수, C_D은 항력계수, Rn은 레이놀드 넘버이고, C_L, C_D는 실험에 의하여 구해지며, C_L은 C_D에 비하여 10²정도로 더 큰 양이다.

C_D(Rn.α)C_F(Rn)+C_P(α)

C_L(Rn.α)C_L(α)

여기서, C_F는 마찰항력계수, C_P는 압력항력계수이다.

한편, 유체의 흐름에는 점성이 있기 때문에 선체 표면의 마찰현상에 동반하는 에너지 손실이 있고 또한 회전에 의하여 기능을 발휘하는 스로류우 프로펠러(1)에 있어서도 소요토오크의 반작용으로 인한 회전운동의 에너지가 후방의 유체에 주어지고, 이 에너지는 배의 추직에 기여하지 않기 때문에 손실로 간주할 수 있다.

이와같이 선체 또는 프로펠러(1)가 유체에 주지 않을 수 없는 여러가지 형의 에너지를 몇개의 방법에 의하여 어느정도 회수할 수 있으며, 본 고안은 그중 가장 적절한 방법 중의 하나로 볼 수 있다.

그러나, 부가장치에 의한 방류 에너지 회수 정도가 아무리 좋아도 선체 저항 그 자제가 크면 효과가 격감할 뿐만 아니라, 오히려 전저항을 증가시키게 되는 결과를 빚을 수 있다. 여기에 부가장치에 의한 에너지 회수의 어려움이 있다.

이와같은 본 고안은 러드(9)를 향해 회전하면서 유입되어 들어오는 플로우에 의하여 발생되는 양력의 추력(THREST) 성분을 포일단면인 날개(2)에 의하여 얻을 수 있을 뿐만 아너라 날개(2)를 지지하는 지지활대(4)와 림(5)도 역시 포일 단면으로 형성시켜 좀더 큰 추력 성분을 얻을 수 있다. 그에 따라 전저항을 크게 좌우하는 인자인 선속이 작은 경우에 대해서는, 추진 성능의 향상 또는 마력 절감의 효과를 보다 확실하게 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 구조가 간단하고 설치비용이 비교적 저렴하며, 이미 운항중인 배에도 큰어려움 없이 설치할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 프로펠러의 후방에 단면이 포일형인 날개를 갖춘 러드가 설치된 장치에 있어서, 상기 러드(9)에는 보스(3)를 중심으로 날개(2)가 방사상 형태로 설치되면서 상기 날개(2)의 중간부위에는 단면이 포일형인 지지활대(4)가 형성된 것을 특징으로 하는 선박손실 에너지의 회수장치.