해양용 프로펠러 캐비테이션 솔루션

Solutions for cavitation in marine propellers

19세기 초 해양 프로펠러가 도입되면서 운항 중 캐비테이션은 선박 효율의 제약 요인이 됐다.해양 프로펠러의 캐비테이션은 프로펠러가 고속으로 작동할 때 발생하며 프로펠러의 효율을 떨어뜨립니다.프로펠러가 도입된 이후 캐비테이션 솔루션이 개발되고 테스트되었습니다.

USS 모니터의 프로펠러 복제품

노즐 시스템

이름에서 알 수 있듯이, 이 시스템은 노즐 세트를 사용하여 프로펠러의 캐비테이션 가능성을 줄이고 예방합니다.국내 삼성해운이 개발한 시스템이다.선박용 프로펠러에 캐비테이션 발생 가능성을 줄이기 위해 프로펠러 바로 앞 선체에 노즐 세트를 설치했다.이러한 노즐은 압축 공기를 프로펠러 위로 분사하여 "매크로 버블"[1]을 생성합니다.이 기포는 작동 중인 프로펠러를 완전히 감싸고 있습니다.기포 밖의 바닷물과 내부의 공기가 다른 특성을 가지면서 "공진 주파수"[1]를 줄일 수 있는 구역이 개발된다.이러한 감소로 인해 선박용 [1]프로펠러 작동 중에 캐비테이션이 발생할 가능성이 낮아집니다.

이 노즐 시스템이 얼마나 효과적인지 결정하기 위해 노즐과 노즐을 사용하지 않고 여러 테스트를 수행했습니다.이러한 테스트에서 공진 주파수와 캐비테이션 가능성은 최대 [1]75%까지 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다.이 테스트를 수행한 사람들은 또한 어떤 것이 더 효과적인지를 알아내기 위해 두 개의 다른 노즐 배치를 시도했다.첫 번째 배치에서는 한 개의 노즐만 사용했는데, 다른 옵션보다 훨씬 적은 전력을 사용했지만 거의 성공하지 못했습니다.반면 멀티 노즐 시스템은 훨씬 더 나은 결과를 제공했지만 [1]작동에 더 많은 전력이 필요했습니다.

이 노즐 시스템은 특히 전력 요구 사항에 있어 큰 결점이 있지만, 선박용 프로펠러 작동 시 캐비테이션의 가능성은 상당히 감소합니다.따라서 일부 선박 소유주 및 운영자에게는 이러한 노즐을 설치하고 운용하는 비용이 [1]프로펠러의 효율성 향상의 이점보다 더 큽니다.

공기 주입 고무막

공기 주입 고무막은 노즐 시스템과 동일한 원리를 사용하여 해양 프로펠러의 캐비테이션을 줄입니다.노즐 시스템은 큰 에너지원을 필요로 하기 때문에, 개발자들은 같은 결과를 얻으면서도 작동 비용이 저렴한 시스템을 만들려고 했습니다.이 막은 노즐 시스템 설계에서 얻은 교훈을 바탕으로 제작되었으며 공동 현상을 방지하기 위해 공기 주머니를 사용하지만 노즐이나 [2]압축기는 필요하지 않습니다.이 막은 운영 비용을 제한함과 동시에 [2]노즐과 마찬가지로 캐비테이션에 대한 보호 기능을 제공합니다.

공기 주입 고무막은 선체에서 작동하는 해양 프로펠러 바로 뒤에 배치됩니다.앞에서 설명한 바와 같이 막 내 공기와 그 주변의 바닷물의 특성이 다르면 공진주파수가 감소하여 캐비테이션이 [2]발생하는 지점이 증가한다.이 막은 특수 설계되어 있어 고무 사용과 함께 주파수 감소 효과를 더욱 [2]높일 수 있습니다.이 막은 프로펠러 제어 시스템+ 및 노즐 시스템보다 작동 비용이 저렴하지만 캐비테이션 [2]감소에는 PCS+만큼 효과적이지 않습니다.

프로펠러의 다른 재료

이 솔루션은 캐비테이션의 직접적인 요인인 해양 프로펠러를 만드는 재료에 초점을 맞춥니다.프로펠러를 재설계하면 작동 효율은 1~2%에 불과하지만 프로펠러의 원료를 바꾸는 것은 더 [3]큰 효과를 가져옵니다.해양 프로펠러가 만들어지는 가장 일반적인 혼합물은 니켈 알루미늄 청동 혼합물이다.이 혼합물은 침식에도 견딜 수 있지만 캐비테이션에 [3]제대로 대처할 수 없습니다.

그러나, 이것은 변화하기 시작하고 있다.네덜란드 해군은 레진이나 탄소 [3]섬유와 같은 복합 재료로 실험을 시작하고 있다.이러한 재료는 프로펠러로 형성될 때 압력에 의해 충분히 휘어지기 때문에 캐비테이션이 [3]감소합니다.다른 옵션은 탄소 섬유, 에폭시 수지 또는 심지어 유리로 만들어지며 "수력 탄성 효과"[3]를 낼 수 있습니다.이러한 새로운 프로펠러는 구부러질 수 있고 압력에 의해 강성이 거의 없기 때문에 캐비테이션의 위험이 [3]감소합니다.

프로펠러를 교체하는 것이 현재 건조 중인 선박에서 가장 효율적일 수 있지만, 새로운 프로펠러 재료의 이점은 현재의 해양 [3]프로펠러를 교체하는 비용보다 클 수 있습니다.이 솔루션은 초기 프로펠러 비용에도 불구하고 운영 비용이 들지 않기 때문에 전 세계 배송이 보다 용이합니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f Lee, Jeung-Hoon; Park, Hyoung-Gil; Kim, Jin-Hak; Lee, Kyung-Jun; Seo, Jong-Soo (2014-02-01). "Reduction of propeller cavitation induced hull exciting pressure by a reflected wave from air-bubble layer". Ocean Engineering. 77: 23–32. doi:10.1016/j.oceaneng.2013.12.007.
  2. ^ a b c d e Lee, Jeung-Hoon; Lee, Kyung-Jun; Park, Hyoung-Gil; Kim, Jin-Hak (2015-07-15). "Possibility of air-filled rubber membrane for reducing hull exciting pressure induced by propeller cavitation". Ocean Engineering. 103: 160–170. doi:10.1016/j.oceaneng.2015.04.073.
  3. ^ a b c d e f g Grunditz, G (2015-12-05). "Quieter, more efficient propellers". Ingenia, 65. pp. 37–42.