KR101313589B1 - 선박의 추진장치 및 이를 갖춘 선박 - Google Patents

Abstract

선박용 추진장치가 개시된다. 본 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 구동축에 서로 반대방향으로 회전되도록 마련된 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러와, 전방 및 후방 프로펠러 사이를 밀봉하는 밀봉장치와, 밀봉장치 쪽으로 유체를 공급하도록 구동축 내부에 마련되며 일측에 단차부가 구비되는 중공부와, 내부에 급유홀을 가지며 단차부에 대응하는 플랜지부를 갖는 유로형성부재를 포함하고, 유로형성부재가 중공부에 삽입 결합되는 경우 플랜지부는 단차부에 지지됨으로써 중공부에는 급유홀과 연통하는 제1유로와 중공부 내면과 유로형성부재 외면 사이에서 급유홀과 구분되는 독립의 제2유로가 형성된다.

Description

선박의 추진장치 및 이를 갖춘 선박{PROPULSION APPARATUS FOR SHIP AND SHIP HAVING THE SAME }

본 발명은 두 프로펠러가 상호 반대로 회전하며 추진력을 발생시키는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박에 관한 것이다.

선박에서 추진장치는 운항을 위해 추진력을 발생시키는 장치이다. 가장 일반적인 것으로는 하나의 나선형 프로펠러를 채용한 것이다. 그러나 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치는 수류의 회전에너지를 추진력으로 이용할 수 없기 때문에 에너지 손실이 크다.

손실되는 회전에너지를 추진력으로 회수할 수 있는 것으로 이중반전 추진장치(Counter rotating propeller; CRP)가 있다. 이중반전 추진장치는 동일축선 상에 설치된 2개의 프로펠러가 상호 반대로 회전하면서 추진력을 발생시킨다. 전방프로펠러를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러가 역으로 회전하며 추진력으로 회수할 수 있다. 따라서 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치에 비하여 높은 추진성능을 발휘할 수 있다.

또한, 이중반전 추진장치는 선체 내부의 엔진과 연결된 내축과, 내축 후단부에 결합된 후방프로펠러와, 내축의 외면에 회전하도록 설치된 중공의 외축과, 외축 후단부에 결합된 전방프로펠러를 구비한다. 또 내축의 회전을 외축으로 반전시켜 전달하기 위해 선체의 내부에 설치된 반전회전장치를 포함한다. 반전회전장치로는 통상의 유성기어장치를 사용한다.

그러나 이러한 이중반전 추진장치는 반전회전장치로부터 선체 후방으로 길게 연장된 중공의 외축을 구비하기 때문에 선박에 장착할 때 내축과 외축의 중심을 정렬하여 설치하는 작업이 매우 어렵다. 또 외축이 길기 때문에 내축과 외축 사이의 마찰 감소를 위해 윤활을 해야 하는 영역이 증가한다. 뿐만 아니라 내축과 외축이 상호 반대로 회전하는 관계로 내축과 외축 사이에 형성되는 윤활막의 전단이 생기기 때문에 효과적인 윤활을 구현하기 어렵다.

본 실시 예는 외축이 없이도 두 프로펠러의 상호 반전을 구현할 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

또한, 본 실시 예는 밀봉장치의 윤활유 공급구조를 간소화 할 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 추진장치는 구동축에 서로 반대방향으로 회전되도록 마련된 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러와, 상기 전방 및 후방 프로펠러 사이를 밀봉하는 밀봉장치와, 상기 밀봉장치 쪽으로 유체를 공급하도록 상기 구동축 내부에 마련되며 일측에 단차부가 구비되는 중공부와, 내부에 급유홀을 가지며 상기 단차부에 대응하는 플랜지부를 갖는 유로형성부재를 포함하고, 상기 유로형성부재가 상기 중공부에 삽입 결합되는 경우 상기 플랜지부는 상기 단차부에 지지됨으로써 상기 중공부에는 상기 급유홀과 연통하는 제1유로와 상기 중공부 내면과 상기 유로형성부재 외면 사이에서 상기 급유홀과 구분되는 독립의 제2유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 유로형성부재에는 상기 제1유로와 상기 제2유로 사이를 밀봉하기 위한 실링부재가 결합될 수 있다.

또한, 상기 제2유로에는 상기 제1유로에 공급되는 유체보다 상대적으로 높은 압력을 가지는 유체가 공급될 수 있다.

또한, 상기 구동축에는 상기 제1유로에 공급된 유체를 상기 구동축 외부로 전달하도록 상기 제1유로와 연통하는 제1윤활유 공급유로와, 상기 제2유로에 공급된 유체를 상기 구동축 외부로 전달하도록 상기 제2유로와 연통하는 제2윤활유 공급유로가 마련될 수 있다.

또한, 상기 후방 프로펠러는 상기 구동축에 고정되고, 상기 전방 프로펠러는 상기 구동축에 상대 회전 가능하게 지지되고, 상기 구동축의 회전을 상기 전방 프로펠러로 반전시켜 전달하도록 상기 전방 프로펠러와 직결되는 반전 회전장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 반전 회전장치는 상기 구동축에 고정된 구동 베벨기어와, 상기 전방 프로펠러의 허브에 고정된 피동 베벨기어와, 상기 구동 베벨기어의 회전을 상기 피동 베벨기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전 베벨기어를 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 선박용 추진장치는 내부에 유체가 공급되는 중공부가 마련되며 프로펠러가 결합되는 구동축과, 상기 중공부 내에 삽입 결합되어 유체가 이동되는 유로들을 구획하는 유로형성부재가 마련된 선박용 추진장치에 있어서, 상기 유로형성부재는 내부에 축 방향을 따라 형성되는 급유홀과, 그 외면에서 돌출된 플랜지부를 구비하고, 상기 유로형성부재는 상기 중공부에 삽입시 상기 중공부 내벽에서 상기 플랜지부의 이동을 제한하는 단차부에 지지되어 상기 유로형성부재의 바깥둘레와 상기 중공부 내벽 사이에 상기 급유홀과 구분되는 급유유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 급유홀과 상기 급유유로 사이를 밀봉하도록 상기 유로형성부재에 마련된 실링부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 급유유로에 공급되는 유체는 상기 급유홀에 공급되는 유체보다 상대적으로 압력이 큰 것을 특징으로 한다.

본 실시 예의 추진장치는 반전 회전장치를 복수의 베벨기어로 구성하여 그 부피를 줄일 수 있기 때문에 반전 회전장치를 선체의 후미에 설치하는 것이 가능하다.

또 본 실시 예의 추진장치는 반전 회전장치의 베벨기어와 전방 프로펠러를 직결시킬 수 있기 때문에 종래와 달리 외축을 사용하지 않고서도 전방 프로펠러로의 동력전달이 가능하고, 두 프로펠러의 상호반전을 구현할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 외축을 사용하지 않기 때문에 구동축을 설치하는 작업 및 설치 후 축의 중심을 정렬하는 작업을 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 반전 회전장치를 선체 후방으로부터 선체 후미에 마련된 설치공간으로 진입시켜 설치할 수 있기 때문에 추진장치의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 외축을 사용하지 않기 때문에 종래보다 윤활이 필요한 영역을 줄일 수 있고, 윤활 공급라인이 간소화됨에 따라 윤활 제반문제를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치가 선박에 적용된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 지지링의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 후방 프로펠러 장착 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전 베벨기어와 케이싱 조립체를 선체 후미 설치공간에 설치하는 방법을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전 베벨기어와 케이싱 조립체의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제1밀봉장치 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제1밀봉장치 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제2밀봉장치로 공급되는 유로구조를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예의 제2밀봉장치 부분의 확대도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예의 구동축에 삽입되는 유로형성부재를 나타낸 분해 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예의 구동축에 삽입된 유로형성부재의 결합관계를 도시한 것이다.
도 14는 본 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치의 변형 예이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 선박의 추진장치는 선체(1)의 후미(3)에 설치되며 2개의 프로펠러(20,30)가 상호 반대로 회전하면서 추진력을 발생시키는 이중반전 추진장치이다.

여기서, 선체(1)의 후미(3)는 두 프로펠러(20,30)가 설치된 구동축(10)을 지지하도록 선체(1)의 선미부에서 후방으로 돌출된 유선형의 스턴 보스(stern boss)를 의미한다.

추진장치는 선내로부터 선체(1)의 후미(3)를 통해 선외로 연장되는 구동축(10)과, 구동축(10)의 끝 부분에 고정되어 구동축(10)과 일체로 회전되는 후방 프로펠러(20)와, 후방 프로펠러(20)의 전방에서 구동축(10)에 상대 회전 가능하게 설치되는 전방 프로펠러(30)와, 구동축(10)의 회전력을 전달받아 전방 프로펠러(30)를 후방 프로펠러(20)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시키도록 전방 프로펠러(30)에 직결(直結)되는 반전 회전장치(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

구동축(10)은 선내에 설치된 구동원(2)(디젤엔진, 가솔린 엔진, 모터, 터빈 등)과 연결되고, 선체(1)의 후미(3)를 관통하여 선외로 연장 형성되어 후방 프로펠러(20)를 회전시킨다.

선외로 연장되는 구동축(10)에는 반전 회전장치(70) 및 전방 프로펠러(30)가 각각 설치되기 위한 단차부(12,13) 및 후방 프로펠러(20)가 설치되기 위한 테이퍼부(14)가 순차적으로 마련될 수 있다.

또한, 반전 회전장치(70)가 설치되는 단차부(12)에는 구동축(10)의 반경방향 외측으로 연장 형성되는 플랜지부(11)가 구비될 수 있다.

플랜지부(11)는 구동축(10)과 일체로 마련되거나 별도로 제작된 후 구동축(10)의 바깥 면에 압입 고정되는 방식으로 설치될 수 있다.

후방 프로펠러(20)는 구동축(10)의 후미 부분에 고정되는 허브(21)와, 허브(21)의 바깥 면에 마련된 복수의 날개(22)를 포함하고, 허브(21)의 축결합공(23)은 구동축(10)의 테이퍼부(14)에 압입된 후 고정너트(24)에 의해 지지됨으로써 후방 프로펠러(20)는 구동축(10)에 고정될 수 있다.

도면번호 25는 구동축(10)의 후단을 덮도록 장착되는 프로펠러 캡이다.

전방 프로펠러(30)는 후방 프로펠러(20)와 소정간격 이격된 전방에서 구동축(10) 에 상대 회전 가능하게 설치된다.

이러한 전방 프로펠러(30)는 레이디얼 베어링(51) 및 전,후방 스러스트 베어링(52,53)에 의해 지지되어 구동축(10)에 상대 회전 가능하게 지지되는 허브(31)와, 허브(31)의 바깥 면에 마련된 복수의 날개(32)를 포함한다.

전방 스러스트 베어링(52)은 내륜이 구동축(10)의 제2단차부(13)의 턱에 걸려 지지되고, 외륜이 허브(31)의 전방 베어링 지지부(33)에 지지될 수 있다.

후방 스러스트 베어링(53)은 내륜이 구동축(10)의 외면에 장착되는 지지링(60)에 의해 축 방향으로 밀리지 않도록 지지되고, 외륜이 허브(31)의 후방 베어링 지지부(34)에 지지될 수 있다.

레이디얼 베어링(51)은 구동축(10)의 반경 방향으로 작용하는 전방 프로펠러(30)의 레이디얼 하중을 감당하고, 전방 및 후방 스러스트 베어링(52,53)은 구동축(10)의 전후 축 방향으로 각각 작용하는 스러스트 하중을 감당할 수 있도록 한 것이다.

특히 전방 스러스트 베어링(52)은 선박의 전진 시 전방 프로펠러(30)로부터 선수 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당하고, 후방 스러스트 베어링(53)은 선박의 후진 시 전방 프로펠러(30)로부터 선미 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당한다.

전방 프로펠러(30)의 허브(31)에는 전방 및 후방 베어링 지지부(33,34)가 마련되는 위치에 각각 보강부재(41,42)가 설치될 수 있다.

전방 스러스트 베어링(52)과 후방 스러스트 베어링(53)이 설치되는 부분에 각각 보강부재(41,42)를 설치함으로써 허브(31)의 강성이 커지도록 한 것이다.

이러한 보강부재(41,42)는 허브(31)보다 강성이 높은 강철소재로 마련될 수 있다. 같은 방식으로 후방프로펠러(20)의 허브(21) 전면에도 지지링(60)과 접하는 부분에 보강부재(43)가 마련될 수 있다.

이를 통해, 전방 프로펠러(30)에서 발생한 추력은 후방 스러스트 베어링(53), 지지링(60) 및 보강부재(43)를 통해 구동축(10)에 전달되게 된다.

지지링(60)은 도 4에 도시된 바와 같이, 반원형을 이루도록 양측으로 분할된 제1지지링(61)과 제2지지링(62), 이들의 체결을 위한 결합볼트들(63)을 포함하는 형태일 수 있다.

이는 도 5에 도시한 바와 같이, 전방 프로펠러(30) 및 후방 스러스터 베어링(53)을 구동축(10)에 설치한 다음, 후방 프로펠러(20)의 허브(21)를 압입 방식으로 구동축(10)에 결합한 상태에서 후방 프로펠러(20)의 허브(21)와 후방 스러스터 베어링(53) 사이에 지지링(60)을 설치할 수 있도록 한 것이다.

이러한 지지링(60)의 설치 방식은 후방 프로펠러(20)를 구동축(10)에 압입 방식으로 설치할 경우 환경에 따라 후방 프로펠러의 결합 오차가 생겨 후방 스러스트 베어링(53)과 후방 프로펠러 허브(21) 사이 간격을 정확히 유지하기 어려운 점을 감안한 것이다.

따라서, 후방 프로펠러(20)를 먼저 조립한 후 후방 스러스트 베어링(53)과 후방 프로펠러(20)의 허브(21) 사이의 간격을 측정하고 이에 부합하도록 지지링(60)을 제작하여 구동축(10)에 장착함으로써 정확한 결합을 구현할 수 있도록 한 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 분할된 제1지지링(61)과 제2지지링(62)은 구동축(10) 외면에 결합시킨 후 양측에 각각 결합볼트(63)를 체결함으로써 고정시킬 수 있다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 반전 회전장치(70)는 전방 프로펠러(30)의 허브(31)와 선체(1)의 후미(3) 사이에 설치될 수 있다.

이를 위해, 선체(1)의 후미(3)에는 반전 회전장치(70)를 수용할 수 있는 오목한 형태의 설치공간(4)이 마련된다.

설치공간(4)은 그 중심이 구동축(10)의 중심과 일치하는 원통 형태로 마련될 수 있고, 전방 프로펠러(30)의 허브(31)와 대면하는 부분이 개방된 형태이다.

반전 회전장치(70)는 구동축(10)과 함께 회전하도록 구동축(10)의 플랜지부(11)에 고정된 구동 베벨기어(71)와, 구동 베벨기어(71)와 대면하는 형태로 전방 프로펠러(30)의 허브(31) 전면에 고정된 피동 베벨기어(72), 구동 베벨기어(71)의 회전을 피동 베벨기어(72)로 반전시켜 전달하는 복수의 반전 베벨기어(73)를 구비할 수 있다.

또 복수의 반전 베벨기어 축(74)을 지지하기 위해 반전 베벨기어(73)의 외측을 포위하는 형태로 설치되는 원통형 케이싱(75)을 포함한다.

구동 베벨기어(71)는 플랜지부(11)의 제1단차부(12)에 지지된 상태에서 복수의 고정볼트(71a)가 체결됨으로써 플랜지부(11)에 고정될 수 있다.

피동 베벨기어(72)는 그 후면이 전방 프로펠러(3)의 허브(31)에 접한 상태에서 역시 복수의 고정볼트(72a)가 체결됨으로써 허브(31)에 고정될 수 있다.

또 피동 베벨기어(72)는 회전 시 마찰이 발생하지 않도록 그 내경 부분이 구동축(10) 외면과 이격될 수 있다. 도 2는 피동 베벨기어(72)가 고정볼트(72a) 체결에 의해 결합되는 방식을 도시하였으나, 피동 베벨기어(72)는 전방 프로펠러(30)의 허브(31)에 용접되거나 전방 프로펠러(30)의 허브(31)와 일체로 마련될 수도 있다.

복수의 반전 베벨기어(73)는 구동 베벨기어(71)와 피동 베벨기어(72) 사이에 각각 이물림 상태로 개재된다.

각 반전 베벨기어(73)를 지지하는 축(74)은 구동축(10)과 교차하는 방향으로 형성되고 구동축(10)을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다.

또 반전 베벨기어 축(74)은 도 2와 도 7에 도시한 바와 같이, 외측에 위치하는 단부가 케이싱(75)의 내면에 볼트 체결이나 용접에 의해 고정될 수 있다.

각 반전 베벨기어(73)와 이를 지지하는 축(74) 사이에는 반전 베벨기어(73)의 원활한 회전을 위해 베어링(73a)이 설치될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 반전 베벨기어(73)가 복수로 구성된 경우를 예시하였으나, 반전 베벨기어(73)는 구동 베벨기어(71)의 회전을 반전시켜 피동 베벨기어(72)로 전달할 수 있으면 될 것이므로, 반드시 복수일 필요는 없다. 구동부하가 크지 않은 소형 선박의 경우에는 하나의 반전 베벨기어만으로도 그 기능을 구현할 수 있을 것이다.

반전 베벨기어들(73)은 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 축(74)에 의해 케이싱(75) 내면에 장착된 상태에서 케이싱(75)과 함께 설치공간(4)으로 진입되는 방식으로 설치될 수 있다.

이를 위해 케이싱(75) 외면에는 설치를 안내하고 설치 후 케이싱(75)의 회전을 제한하기 위해 구동축(10)의 축선 방향으로 길게 형성되며 그 외면으로부터 돌출된 적어도 하나 이상의 결합레일(76)이 마련된다.

그리고 설치공간(4) 내면에는 결합레일(76)이 대응하여 결합될 수 있는 결합홈(77)이 형성된다.

이는 반전 베벨기어들(73), 축(74), 케이싱(75)이 하나의 조립체를 이루어 함께 결합될 수 있도록 하여 설치가 용이하도록 하기 위함이다.

이러한 반전 회전장치(70)는 구동 베벨기어(71)의 회전을 복수의 반전 베벨기어(73)가 반전시켜 피동 베벨기어(72)로 전달하므로 피동 베벨기어(72)와 구동 베벨기어(71)의 상반된 회전이 가능하다.

따라서 피동 베벨기어(72)에 직결된 전방 프로펠러(30)와 구동축(10)에 직결된 후방 프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현할 수 있다.

또 본 실시 예의 반전 회전장치(70)는 복수의 베벨기어들(71,72,73)을 통해 반전을 구현하는 형태이므로 종래 유성기어식 반전회전장치에 비하여 그 부피를 줄일 수 있다.

따라서 선체 후미의 부피를 크게 하지 않으면서도 선체의 후미(3)에 장착하는 것이 가능하다.

또 반전회전장치(70)를 선체의 후미(3)에 장착할 수 있게 됨으로써 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러 허브(31)의 직결이 가능하다.

특히 본 실시 예는 반전 회전장치(70)를 설치할 때 피동 베벨기어(72)의 후면과 전방 프로펠러 허브(31) 전면이 대면하도록 할 수 있고, 피동 베벨기어(72)와 허브(31)의 회전중심을 일치시킬 수 있기 때문에 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러 허브(31)를 직접 연결시키는 것이 가능하다.

따라서 종래와 다르게 외축을 사용하지 않고서도 전방 프로펠러(30)로 동력을 전달하는 것이 가능하다. 또 외축이 없기 때문에 종래보다 구동축(10)의 마찰요인을 감소시킬 수 있어 종래보다 윤활영역을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 외축이 없기 때문에 구동축(10)을 설치하는 작업 및 설치 후 축의 중심을 정렬하는 작업도 용이하게 수행할 수 있다.

통상의 유성기어식 반전회전장치는 구동축에 설치되는 태양기어, 태양기어 외측에 설치되는 유성기어, 유성기어 외측에 설치되는 원통형의 내접기어를 포함하기 때문에 그 부피가 상대적으로 크다.

또 유성기어식 반전회전장치는 최외곽에 배치되는 내접기어가 회전해야 하기 때문에 그 외측의 케이싱까지 고려하면 부피가 매우 커질 수 밖에 없다.

따라서 이를 본 실시 예의 경우처럼 선체의 후미에 설치하기란 어려운 문제다. 설령 선체 후미에 설치한다 하더라도 선체 후미의 크기를 키워야 하는 문제가 생기고, 원통형 내접기어로부터 전방 프로펠러로 동력을 전달하기 위해 종래의 외축에 상당하는 중공축을 사용해야 한다.

결국 본 실시 예처럼 구성을 단순화하면서 부피를 줄이기는 어렵다.

한편, 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 구동축(10)의 지지를 위해 반전 회전장치(70)와 인접한 전방의 구동축(10)과 선체(1) 사이에 설치된 레이디얼 베어링(55)을 구비할 수 있다.

이 레이디얼 베어링(55)은 반전 회전장치 직전에서 구동축(10)을 지지함으로써 반전 회전장치(70)의 원활한 동작을 구현하는데 기여한다.

즉, 레이디얼 베어링(55)이 구동축(10)의 반경방향 진동이나 흔들림을 방지함으로써 구동 베벨기어(71)와 반전 베벨기어(73) 사이의 이물림 및 반전 베벨기어(73)와 피동 베벨기어(72) 사이의 이물림이 정확히 유지되도록 할 수 있다.

한편, 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 선체 후미(3)와 전방 프로펠러 허브(31) 사이를 밀봉하여 해수(또는 민물)나 이물질의 침입을 방지하는 제1밀봉장치(90)와, 같은 목적으로 전방 프로펠러 허브(31)와 후방 프로펠러 허브(21) 사이를 밀봉하는 제2밀봉장치(110)를 구비할 수 있다.

제1밀봉장치(90)는 도 8에 도시한 바와 같이, 전방 프로펠러 허브(31)의 전면에 설치된 원통형 제1라이닝(91)과, 제1라이닝(91)의 외면에 접하도록 제1라이닝(91)의 외면을 덮으며 그 일단이 선체 후미(3)에 고정된 원통형 제1밀봉부재(92)를 포함한다.

제1밀봉부재(92)는 제1라이닝(91)과 대면하는 내면에 상호 이격되게 설치되어 제1라이닝(91)의 외면과 접하는 복수의 패킹(93a,93b,93c)과, 이들 패킹(93a,93b,93c) 사이의 홈으로 밀봉을 위한 유체를 공급하는 유로(95)를 구비할 수 있다.

제1밀봉부재(92)의 유로(95)는 소정의 압력을 가진 윤활유가 공급될 수 있도록 선체(1)에 마련된 유압유닛(미도시)과 연결되는 윤활유 공급유로(96)와 연통될 수 있다.

서로 다른 압력을 가진 윤활유가 각 패킹(93a,93b,93c) 사이의 홈으로 공급되어 각 패킹(93a,93b,93c)을 제1라이닝(91) 쪽으로 가압하여 밀착시킴으로써 해수나 이물질의 침입을 방지할 수 있도록 한 것이다. 이와 관련된 패킹의 작용은 아래에서 후술한다.

또 제1라이닝(91)은 도 9에 도시한 바와 같이, 구동축(10)에 전방 프로펠러(30)를 설치한 후에 장착이 가능하도록 양측이 반원형으로 분할된 제1부재(91a)와 제2부재(91b)로 구성될 수 있다.

그리고 제1 및 제2부재(91a,91b)의 상호 분할된 부분(91c)에는 이들이 상호 결합될 때 밀봉이 이루어질 수 있도록 패킹(91d)이 개재될 수 있다.

또 제1부재(91a)의 분할된 부분(91c) 자유단 쪽에는 한 쪽으로부터 반대편으로 돌출하는 제1결속부(91e)가 마련되고, 그 반대편 제2부재(91b)에는 대응하여 결합되는 제2결속부(91f)가 마련되며, 여기에는 고정볼트(91g)가 체결됨으로써 양측이 상호 견고한 결합을 이루도록 할 수 있다.

전방 프로펠러 허브(31)에 고정되는 플랜지부(91h)에는 다수의 고정볼트(91i)가 체결됨으로써 허브(31)에 견고히 고정될 수 있다.

제1밀봉부재(92)의 경우도 반원형으로 제작된 다수의 링(92a,92b,92c)을 제1라이닝(91) 외측에서 구동축(10)의 길이방향으로 적층시켜 고정하는 방식일 수 있다. 이 경우 다수의 링(92a,92b,92c)은 볼트 체결이나 용접에 의해 상호 결속될 수 있다.

제2밀봉장치(110)는 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 후방 프로펠러 허브(21)의 전면에 설치된 원통형 제2라이닝(111)과, 제2라이닝(111)의 외면과 접하도록 제2라이닝(111) 외면을 덮으며 그 일단이 전방 프로펠러 허브(31) 후면에 고정된 원통형 제2밀봉부재(112)를 포함한다.

제2밀봉부재(112)의 내측으로는 일단이 제2밀봉부재(112)에 끼워진 상태로 고정되고, 타단이 제2라이닝(111)의 바깥 면에 미끄럼 가능하게 접촉되는 복수의 패킹 (113a,113b,113c)이 마련될 수 있다.

복수의 패킹(113a,113b,113c)은 각각 탄성의 립 패킹(lip packing)으로 구비되어 제2라이닝(111)의 바깥 둘레를 둘러싸고 축 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.

또 복수의 패킹(113a,113b,113c) 중 좌측의 패킹(113a)은 해수 유입을 차단하도록 해수가 구동축(10) 쪽으로 이동되는 것을 규제하는 방향으로 설치되고, 우측의 패킹(113b,113c)은 윤활유가 해수 쪽으로 유출되는 것을 규제하는 방향으로 설치될 수 있다.

이러한 복수의 패킹(113a,113b,113c)은 각각 고무와 같은 탄성체로 이루어지고, 제2밀봉부재(112)에 끼움 고정되는 고정부(114a)와, 고정부(114a)에서 하방으로 연장되는 탄성부(114b)와, 탄성부(114b)의 끝 부분에 마련되어 제2라이닝(111)과 접촉하는 자유단을 갖는 립부(114c)를 구비할 수 있다.

탄성부(114b)는 유입되는 윤활유 또는 해수를 포위하도록 한쪽 방향이 개방된 대략 C자 형상을 가지고, 립부(114c)에는 소정의 결합력을 발생하는 링 스프링(114d)이 마련된다.

이를 통해 각 패킹(113a,113b,113c)의 립부는 구동축(10)의 바깥 둘레에 배치되는 제2라이닝(111)의 바깥 면과 미끄럼 가능하게 접촉되어 그 사이를 밀봉하게 된다.

복수의 패킹(113a,113b,113c) 근방에는 유체(해수, 오일 및 윤활유 등)가 유입되는 압력실(116)이 형성되고, 압력실(116)은 해수 쪽 근방에서부터 순차적으로 제1압력실(116a), 제2압력실(116b) 및 제3압력실(116c) 이 서로 구획되도록 마련된다.

또한, 패킹(113c)의 우측으로는 제2라이닝(111)과 지지링(60) 사이에 형성되는 환상의 내측공간, 즉 윤활유 챔버(122)가 마련될 수 있다.

각 압력실(116a,116b,116c)에는 패킹(113a,113b,113c)에 압력을 가하기 위한 유체가 공급될 수 있다. 일례로 제1압력실(116a)에는 해수가 유입되어 해수의 압력(흘수압)과 동일한 압력이 가해지고, 제2압력실(116b)에는 흘수압보다 작은 압력을 가지는 유체(윤활유)가 공급될 수 있다.

한편, 윤활유 챔버(122)에는 제2압력실(116b)에 공급되는 유체의 압력보다 높은 압력을 가지는 유체가 공급될 수 있다.

이를 통해, 압력실(116a,116b,116c)에 배치되는 패킹(113a,113b,113c)에는 서로 다른 유체의 압력이 가해지고, 패킹(113a,113b,113c)들의 립부는 제2라이닝(111)의 접촉면에 대하여 압박됨에 따라 그 사이 틈새를 밀봉하여 높은 실링 효과를 얻게 된다.

한편, 제2압력실(116b)과 윤활유 챔버(122)로의 윤활유 공급은 구동축(10) 내부에서 서로 구획되도록 형성된 윤활유 공급유로(131,133)를 통해 이루어질 수 있다.

윤활유 공급유로(131,133)는 제2압력실(116b)과 연통하는 제1윤활유 공급유로(131)와, 윤활유 챔버(122)와 연통하는 제2윤활유 공급유로(133)를 포함한다.

제1윤활유 공급유로(131)는 후방 프로펠러 허브(21) 및 보강부재(43)를 관통하여 후방 프로펠러 허브(21)에 결합되는 제2라이닝(111)에 마련된 연결유로(135)와 접속되고, 연결유로(135)는 제2압력실(116b)과 연통된다.

본 실시 예에서는 연결유로(135)가 제2압력실(116b)과 접속되도록 하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로서 연결유로(135)는 제2압력실(116b) 및 제3압력실(116c) 모두에 접속되거나 둘 중 하나와 접속되도록 구비될 수도 있다.

후방 프로펠러 허브(21) 및 보강부재(43)에는 제1윤활유 공급유로(131)와 연결유로(135)를 연결하는 연결관(132a,132b)이 마련될 수 있다.

본 실시 예에서는 연결관(132a,132b)이 후방 프로펠러 허브(21) 및 보강부재(43) 모두에 마련되도록 하였으나, 이에 한정되지 않으며 제2라이닝(111)에 형성된 연결유로(135)와 구동축(10)에 형성된 제1윤활유 공급유로(131)를 연통시키는 구조라면 둘 중 어느 하나에 마련될 수도 있을 것이다.

제2윤활유 공급유로(133)는 지지링(60)을 관통하여 윤활유 챔버(122)와 연통될 수 있다. 윤활유 챔버(122)는 제2라이닝(111)과 지지링(60) 사이의 환상의 공간으로 이루어지며 전방 프로펠러 허브(31)와 인접하는 패킹(113c) 쪽으로 압력을 가지는 윤활유를 공급한다. 또한, 윤활유 챔버(122)에 공급되는 윤활유는 그 주변 구조물의 윤활 및 냉각 작용을 수행하게 된다.

지지링(60)에는 지지링(60)의 반경방향으로 관통 형성되는 연통홀(137)이 구비되고, 연통홀(137)은 제2윤활유 공급유로(133)와 윤활유 챔버(122)를 서로 연결시킨다.

한편, 제1윤활유 공급유로(131)에는 저압의 윤활유가 공급되고, 제2윤활유 공급유로(133)에는 고압의 윤활유가 공급될 수 있다.

제1윤활유 공급유로(131) 및 제2윤활유 공급유로(133)로 전달되는 윤활유는 선내에 배치되는 유압유닛(미도시)을 통해 공급되고, 유압유닛의 각 유압라인은 구동축(10) 내부의 중공부(120)와 연결될 수 있다.

중공부(120)에는 유압유닛을 통해 전달되는 서로 다른 압력을 가지는 윤활유가 혼합되지 않고 이송되도록 중공부(120) 내부를 구획하여 복수의 유로를 형성하는 유로형성부재(150)가 삽입 결합될 수 있다.

도 10 및 도 12를 참조하면, 유로형성부재(150)는 원통 형상의 중공관으로 이루어져 구동축(10) 내부의 중공부(120)에 삽입 결합된다.

유로형성부재(150)의 내부에는 축 방향을 따라 관통 형성되는 급유홀(151)이 마련되고, 급유홀(151)은 저압의 윤활유를 공급하도록 선내에 배치되는 유압유닛과 연결될 수 있다.

또 유로형성부재(150)의 끝 부분 근방에는 유로형성부재(150)의 반경방향 외측으로 연장 형성되는 플랜지부(153)가 구비되고, 플랜지부(153)의 전방에는 바깥 둘레에 오링과 같은 실링부재(155)가 설치되는 결합부(157)가 마련될 수 있다.

구동축(10)의 중공부(120)는 유로형성부재(150)의 플랜지부(153)와 대응하는 형상을 가지는 대경부(120a)와, 유로형성부재(150)의 결합부(157)가 삽입되도록 결합부(157)와 대응하는 형상을 갖는 소경부(120b)를 구비한다.

대경부(120a)와 소경부(120b)는 그 사이에 형성되는 단차부(120c)에 의해 서로 나뉘어지고, 단차부(120c)는 유로형성부재(150)가 구동축(10)의 중공부(120)에 삽입되는 경우 플랜지부(153)에 지지된다.

또 소경부(120b)에는 구동축(10)의 반경방향 외측으로 연장되는 제1윤활유 공급유로(131)가 구비되고, 대경부(120a)에는 제1윤활유 공급유로(131)와 이격되어 구동축(10)의 반경방향 외측으로 연장되는 제2윤활유 공급유로(133)가 구비된다.

유로형성부재(150)가 중공부(120)에 삽입되는 경우에는 플랜지부(153)가 단차부(120c)에 지지됨으로써 이동이 제한되고, 중공부(120) 내부에는 유로형성부재(150)에 의해 2개의 유로(160,170)가 구획되어 독립적으로 형성되게 된다.

즉, 중공부(120) 내에는 소경부(120b)에 마련되어 유로형성부재(150)의 급유홀(151)과 연통하는 제1유로(160)와, 대경부(120a)의 내면과 유로형성부재(150)의 외면 사이에 형성되는 급유 유로, 즉 제2유로(170)가 형성된다.

제1유로(160)와 제2유로(170)는 단차부(120c) 및 플랜지부(153)에 의해 서로 구획되어 독립적인 유로를 형성하고, 그 사이의 틈새는 실링부재(155)를 통해 밀봉되게 된다.

본 실시 예에서는 실링부재(155)가 소경부(120b)와 결합부(157) 사이를 밀봉하도록 배치되었으나, 두 유로(160,170) 사이를 밀봉할 수 있는 위치라면 그 위치는 한정되지 않는다. 일례로 실링부재(155)는 플랜지부(153)의 바깥 둘레에 배치될 수 있고, 이 경우 결합부(157)는 삭제될 수 있다.

한편, 제1유로(160)와 연통하는 급유홀(151)에는 저압의 윤활유가 공급되고, 제1유로(160)와 구획된 제2유로(170)에는 고압의 윤활유가 공급될 수 있다.

이러한 윤활유 공급구조는 중공부(120)에 삽입 결합된 유로형성부재(150)의 결합력을 증가시키게 된다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이 유로형성부재(150)가 구동축(10)의 중공부(120)에 삽입 결합되는 경우 플랜지부(153)와 단차부(120c) 사이에는 소정의 결합공차(S)가 발생될 수 있다.

그러나 제2유로(170)에 공급되는 고압의 윤활유에 의해 플랜지부(153)에는 플랜지부(153)를 단차부(120c) 쪽으로 가압하는 지속적인 가압력(P)이 가해지고, 이에 따라 소정의 결합공차(S)를 줄일 수 있게 되므로 윤활유 공급유로의 신뢰성은 향상되게 된다.

이러한 구성을 통해, 급유홀(151)을 통해 전달되는 저압의 윤활유는 제1유로(160), 제1윤활유 공급유로(131) 및 연결관(132a,132b)을 경유하여 제2라이닝(111)의 연결유로(135)를 통해 제2압력실(116b)로 유입되고, 급유 유로, 즉 제2유로(170)를 통해 전달되는 고압의 윤활유는 제2윤활유 공급유로(133) 및 연통홀(137)을 경유하여 윤활유 챔버(122)로 유입되고, 윤활유 챔버(122)에 유입된 고압의 윤활유는 그 주변의 구조물을 윤활 및 냉각함과 동시에 패킹(113c) 립부의 실링 압력을 형성하도록 패킹(113c)의 탄성부를 가압하게 된다.

한편, 제2라이닝(111)과 제2밀봉부재(112)도 제1밀봉장치(90)의 제1라이닝(91)과 제1밀봉부재(92)와 마찬가지로 각각 반원형으로 제작됨으로써 후방프로펠러(20)와 지지링(60)의 설치 후에 결합하는 방식일 수 있다.

도 14는 본 실시 예에 따른 반전회전장치의 변형 예이다. 도 14의 예는 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러(30)의 허브(31) 사이에 간격조절부재(72c)를 설치한 것이다. 이는 간격조절부재(72c)가 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러(30) 허브(31) 사이의 연결을 매개할 수 있도록 한 것이고, 반전 회전장치(70)나 전방 프로펠러(30)의 설치환경 등을 고려하여 필요할 경우 간격조절부재(72c)를 설치하여 허브(31)와 피동 베벨기어(72) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 한 것이다.

다음은 본 실시 예에 따른 추진장치의 동작을 설명한다.

추진장치는 선체(1) 내부 구동원(2)의 동작에 의해 구동축(10)이 회전하면, 구동축(10) 후단부에 직결된 후방프 로펠러(20)가 구동축(10)과 동일한 방향으로 함께 회전한다. 동시에 반전 회전장치(70)의 구동 베벨기어(71)도 구동축(10)에 고정된 상태이므로 구동축(10)과 함께 회전한다. 구동 베벨기어(71)의 회전은 복수의 반전 베벨기어(73)에 의해 반전되어 피동 베벨기어(72)로 전달되므로 피동 베벨기어(72)가 구동축(10)과 반대로 회전한다. 따라서 피동 베벨기어(72)와 직결된 전방프로펠러(30)는 후방 프로펠러(20)와 반대로 회전한다.

상호 반대로 회전하는 전방 프로펠러(30)와 후방 프로펠러(20)는 날개각이 서로 반대이기 때문에 동일한 방향으로 추진수류를 발생시킨다. 즉 선박이 전진할 때는 후방으로 추진수류를 발생시키고, 선박이 후진할 때는 각각 역으로 회전하면서 전방으로 추진수류를 발생시킨다. 또 전진할 때 발생하는 추진수류는 전방 프로펠러(30)를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러(20)가 역으로 회전하면서 추진력으로 회수하므로 추진성능이 향상된다. 후진할 때도 마찬가지다.

한편, 전방 프로펠러(30)는 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 이에 상당하는 반력을 받는다. 이 힘은 전방 스러스트 베어링(52)을 통해 구동축(10)으로 전달되어 추진력으로 작용한다. 후방 프로펠러(20)도 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 반력을 받게 되는데, 이 힘 역시 직결된 구동축(10)으로 전달되어 추진력으로 작용한다.

선박이 후진할 때는 전방 프로펠러(30)의 추진력(반력)이 후방 스러스트 베어링(53)을 통해 구동축(10)으로 전달되고, 후방 프로펠러(20)의 추진력 역시 직결된 구동축(10)으로 전달된다. 결국 본 실시 예의 추진장치는 선박이 전진할 때와 후진할 때 전방프로펠러(30)와 후방프로펠러(20)의 동작에 의해 생기는 추진력이 모두 구동축(10)을 통하여 선체(1)로 전달된다.

1: 선체, 2: 구동원,
3: 선체의 후미, 4: 설치공간,
10: 구동축, 20: 후방 프로펠러,
30: 전방 프로펠러, 41,42: 보강부재,
51,55: 레이디얼 베어링, 52: 전방 스러스트 베어링,
53: 후방 스러스트 베어링, 60: 지지링,
60a: 지지링 연통홀, 70: 반전 회전장치,
71: 구동 베벨기어, 72: 피동 베벨기어,
73: 반전 베벨기어, 75: 케이싱,
90: 제1밀봉장치, 110: 제2밀봉장치.
120: 중공부, 131: 제1윤활유 공급유로,
133: 제2윤활유 공급유로, 135: 연결유로,
137: 연통홀, 150: 유로형성부재,
151: 급유홀, 153: 플랜지부,
155: 실링부재, 157: 결합부,
160: 제1유로, 170: 급유유로(제2유로).

Claims (10)

1. 구동축에 서로 반대방향으로 회전되도록 마련된 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러와, 상기 전방 및 후방 프로펠러 사이를 밀봉하는 밀봉장치와, 상기 밀봉장치 쪽으로 유체를 공급하도록 상기 구동축 내부에 마련되며 일측에 단차부가 구비되는 중공부와, 내부에 급유홀을 가지며 상기 단차부에 대응하는 플랜지부를 갖는 유로형성부재를 포함하고,
   상기 유로형성부재가 상기 중공부에 삽입 결합되는 경우 상기 플랜지부는 상기 단차부에 지지됨으로써 상기 중공부에는 상기 급유홀과 연통하는 제1유로와 상기 중공부 내면과 상기 유로형성부재 외면 사이에서 상기 급유홀과 구분되는 독립의 제2유로가 형성된 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유로형성부재에는 상기 제1유로와 상기 제2유로 사이를 밀봉하기 위한 실링부재가 결합된 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제2유로에는 상기 제1유로에 공급되는 유체보다 상대적으로 높은 압력을 가지는 유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 구동축에는 상기 제1유로에 공급된 유체를 상기 구동축 외부로 전달하도록 상기 제1유로와 연통하는 제1윤활유 공급유로와, 상기 제2유로에 공급된 유체를 상기 구동축 외부로 전달하도록 상기 제2유로와 연통하는 제2윤활유 공급유로가 마련된 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,.
   상기 후방 프로펠러는 상기 구동축에 고정되고, 상기 전방 프로펠러는 상기 구동축에 상대 회전 가능하게 지지되고, 상기 구동축의 회전을 상기 전방 프로펠러로 반전시켜 전달하도록 상기 전방 프로펠러와 직결되는 반전 회전장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 반전 회전장치는 상기 구동축에 고정된 구동 베벨기어와, 상기 전방 프로펠러의 허브에 고정된 피동 베벨기어와, 상기 구동 베벨기어의 회전을 상기 피동 베벨기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전 베벨기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 추진장치를 갖춘 선박.

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