KR101313611B1

KR101313611B1 - 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR101313611B1
Application number: KR1020110054711A
Authority: KR
Inventors: 정성욱; 김지남; 박현상; 박형길; 백광준; 이동현; 이진석; 이태구; 권혁; 서용석; 최태삼; 호시노
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2013-10-02
Also published as: KR20120135795A

Abstract

선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 구동축에 고정된 후방프로펠러; 후방프로펠러 전방의 구동축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러; 선체의 후미에 형성되어 선체의 외측으로 개방된 설치공간으로 선체의 외부에서 진입되는 방식으로 설치되며, 구동축에 고정된 구동기어, 전방프로펠러의 허브에 고정된 피동기어, 구동기어의 회전을 피동기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전기어를 포함하는 반전회전장치; 구동축과 교차하는 방향으로 형성되며 반전기어를 지지하는 반전기어 축; 반전기어 축의 진동을 측정하는 하나 이상의 센서; 및 센서로부터 수신한 반전기어 축의 진동 신호를 기준치와 비교하고, 비교결과를 기초로 반전회전장치의 각 기어간의 이물림 및 각 기어간의 동작이 정상 상태로 유지되고 있는지 여부 중 하나 이상을 판단하는 판단부;를 포함한다.

Description

선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박{PROPULSION APPARATUS FOR SHIP, AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 프로펠러가 상호 반대로 회전하며 추진력을 발생시키는 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 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.

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

또한, 선박용 추진장치에 포함된 반전회전장치의 동작 상태를 측정하는 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 구동축에 고정된 후방프로펠러; 상기 후방프로펠러 전방의 상기 구동축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러; 선체의 후미에 형성되어 상기 선체의 외측으로 개방된 설치공간으로 상기 선체의 외부에서 진입되는 방식으로 설치되며, 상기 구동축에 고정된 구동기어, 상기 전방프로펠러의 허브에 고정된 피동기어, 상기 구동기어의 회전을 상기 피동기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전기어를 포함하는 반전회전장치; 상기 구동축과 교차하는 방향으로 형성되며 상기 반전기어를 지지하는 반전기어 축; 상기 반전기어 축의 진동을 측정하는 하나 이상의 센서; 및 상기 센서로부터 수신한 상기 반전기어 축의 진동 신호를 기준치와 비교하고, 상기 비교결과를 기초로 상기 반전회전장치의 각 기어간의 이물림 및 상기 각 기어간의 동작이 정상 상태로 유지되고 있는지 여부 중 하나 이상을 판단하는 판단부;를 포함하는 선박용 추진장치가 제공될 수 있다.

상기 반전기어와 상기 반전기어를 지지하는 상기 반전기어 축 사이에는 상기 반전기어의 원활한 회전을 위해 베어링이 마련될 수 있다.

상기 센서는 접촉식으로 상기 반전기어 축에 설치되거나 비접촉식으로 상기 반전기어 축에 인접한 위치에 설치될 수 있다.

삭제

상기 센서로부터 상기 반전기어 축의 진동 신호를 수신하는 통신부와, 상기 반전기어 축의 진동 신호 및 비교 결과 정보 중 하나 이상을 화면에 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

상기 판단부는 상기 비교 결과를 기초로 상기 구동기어와 반전기어 사이의 이물림 및 반전기어와 피동기어 사이의 이물림이 일정 범위내에서 정상 상태로 유지되고 있는지 여부와, 상기 반전기어의 회전이 정상 상태로 동작되고 있는지 여부 중 하나 이상을 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박용 추진장치를 구비한 선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 추진장치 및 이를 포함하는 선박은 외축이 없이도 두 프로펠러의 상호 반전을 구현할 수 있다.

또한, 선박용 추진장치에 포함된 반전회전장치의 동작 상태를 측정할 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 후방프로펠러 장착 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전베벨기어와 케이싱 조립체를 선체 후미 설치공간에 설치하는 방법을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전베벨기어와 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 제2밀봉장치 단면도이다.
도 11은 상기 도 1 내지 도 10의 추진장치에 포함된 반전회전장치의 동작 상태를 측정하기 위해 반전베벨기어 축에 센서가 설치된 형태를 나타낸다.
도 12는 상기 도 11의 센서에 의해 측정된 정보를 기초로 반전회전장치를 모니터링하는 시스템의 블록도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 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)라 함은 두 프로펠러(20,30)가 설치된 구동축(10)을 지지하기 위해 선체(1)로부터 후방을 향하여 유선형으로 돌출된 부분, 즉 스턴보스(Stern boss)를 의미한다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 추진장치는 선체(1) 내부로부터 선체 후미(3)를 통하여 외측으로 연장된 구동축(10), 구동축(10)의 후단 쪽에 고정된 후방프로펠러(20), 후방프로펠러(20) 전방의 구동축(10)에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러(30), 구동축(10)의 회전을 전방프로펠러(30)로 반전시켜 전달하기 위한 반전회전장치(70)를 구비한다.

구동축(10)은 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 선체(1) 내부에 설치된 구동원(2, 디젤엔진, 모터, 터빈 등)과 연결되고 선체(1)의 후미(3)를 관통하여 선체 외부로 연장된다. 이러한 구동축(10)은 구동원(2)에 의해 회전하면서 그 후단부에 고정된 후방프로펠러(20)를 회전시킨다.

구동축(10)은 도 2에 도시한 바와 같이, 그 외측에 반전회전장치(70), 전방프로펠러(30), 후방프로펠러(20)를 순차적으로 설치하기 위해 외면이 다단형으로 마련된다. 반전회전장치(70)가 설치되는 부분에 제1단차부(12)를 갖는 플랜지부(11)가 마련되고, 전방프로펠러(30)의 장착을 위해 플랜지부(11) 후방에 제1단차부(12)보다 작은 외경으로 제2단차부(13)가 마련된다. 또 후방프로펠러(20)의 장착을 위해 제2단차부(13) 후방에 후방으로 갈수록 외경이 축소되는 형태로 테이퍼부(14)가 형성된다. 플랜지부(11)는 구동축(10)과 일체로 마련되거나 별도로 제작된 후 구동축(10) 외면에 압입 고정되는 방식으로 설치될 수 있다.

후방프로펠러(20)는 구동축(10)의 후미부분에 고정되는 허브(21)와, 허브(21)의 외면에 마련된 복수의 날개(22)를 포함한다. 후방프로펠러(20)는 허브(21) 중심부에 형성된 축결합공(23)이 구동축(10)의 테이퍼부(14) 외면에 압입됨으로써 구동축(10)에 고정된다. 또 구동축(10) 후단부에 고정너트(24)가 체결됨으로써 구동축(10)에 더욱 견고히 고정된다. 이러한 결합을 위해 허브(21)의 축결합공(23)은 구동축(10)의 테이퍼부(14) 외면과 대응하는 형상으로 마련될 수 있다. 도 2에서 부호 25는 후방프로펠러 허브(21) 후면과 구동축(10) 후단을 덮도록 후방프로펠러 허브(21)에 장착되는 프로펠러캡이다.

전방프로펠러(30)는 후방프로펠러(20)로부터 전방으로 소정간격 이격된 위치의 구동축(10)에 회전 가능하게 설치된다. 전방프로펠러(30)는 구동축(10) 외면에 회전 가능하게 지지되는 허브(31)와, 허브(31)의 외면에 마련된 복수의 날개(32)를 포함한다. 이러한 전방프로펠러(30)는 후방프로펠러(20)와 반대로 회전하는 것이므로 날개각이 후방프로펠러(20)의 날개각과 반대이다.

전방프로펠러(30)의 허브(31)는 그 중심부가 레이디얼베어링(51)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 그 양측이 전방스러스트베어링(52)과 후방스러스트베어링(53)에 의해 각각 회전 가능하게 지지된다.

전방스러스트베어링(52)은 내륜이 구동축(10)의 제2단차부(13) 턱에 걸려 지지되고, 외륜이 허브(31)의 전방베어링지지부(33)에 지지된다. 후방스러스트베어링(53)은 내륜이 구동축(10)의 외면에 장착되는 지지링(60)에 의해 축방향으로 밀리지 않도록 지지되고, 외륜이 허브(31)의 후방베어링지지부(34)에 지지된다. 레이디얼베어링(51)이 구동축(10)의 반경방향으로 작용하는 전방프로펠러(30)의 레이디얼 하중을 감당하고, 전방 및 후방스러스트베어링(52,53)이 구동축(10)에 전후 축방향으로 각각 작용하는 스러스트 하중을 감당할 수 있도록 한 것이다. 특히 전방스러스트베어링(52)은 선박의 전진 시 전방프로펠러(30)로부터 선수 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당하고, 후방스러스트베어링(53)은 선박의 후진 시 전방프로펠러(30)로부터 선미 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당한다.

전방프로펠러(30)의 허브(31)에는 전방 및 후방베어링지지부(33,34)가 마련되는 위치에 각각 보강부재(41,42)가 설치될 수 있다. 전방스러스트베어링(52)과 후방스러스트베어링(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.

지지링(60)은 도 4에 도시한 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, 전방프로펠러(30) 및 후방스러스터베어링(53)을 구동축(10)에 설치한 다음, 후방프로펠러(20) 허브(21)를 압입방식으로 구동축(10)에 결합한 상태에서 후방프로펠러 허브(21)와 후방스러스터베어링(53) 사이에 지지링(60)을 설치할 수 있도록 한 것이다.

이러한 지지링(60) 설치방식은 후방프로펠러(20)를 구동축(10)에 압입방식으로 설치할 경우 환경에 따라 후방프로펠러의 결합 오차가 생겨 후방스러스트베어링(53)과 후방프로펠러 허브(21) 사이 간격을 정확히 유지하기 어려운 점을 감안한 것이다. 따라서 후방프로펠러(20)를 먼저 조립한 후 후방스러스트베어링(53)과 후방프로펠러 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.

반전회전장치(70)는 도 2에 도시한 바와 같이, 전방프로펠러(30)의 허브(31)와 인접하는 선체(1)의 후미(3)에 설치된다. 이를 위해 선체 후미(3)에는 반전회전장치(70)를 수용할 수 있는 설치공간(4)이 마련된다. 설치공간(4)은 그 중심이 구동축(10)의 중심과 일치하는 원통형태로 마련될 수 있고, 전방프로펠러 허브(31)와 대면하는 후방이 개방된 형태이다.

반전회전장치(70)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 구동축(10)과 함께 회전하도록 구동축(10)의 플랜지부(11)에 고정된 구동베벨기어(71), 구동베벨기어(71)와 대면하는 형태로 전방프로펠러(30)의 허브(31) 전면에 고정된 피동베벨기어(72), 구동베벨기어(71)의 회전을 피동베벨기어(72)로 반전시켜 전달하는 복수의 반전베벨기어(73)를 구비한다. 또 복수의 반전베벨기어 축(74)을 지지하기 위해 반전베벨기어(73)의 외측을 포위하는 형태로 설치되는 원통형 케이싱(75)을 포함한다.

구동베벨기어(71)는 플랜지부(11)의 제1단차부(12)에 지지된 상태에서 복수의 고정볼트(71a)가 체결됨으로써 플랜지부(11)에 고정된다. 피동베벨기어(72)는 그 후면이 전방프로펠러 허브(31)에 접한 상태에서 역시 복수의 고정볼트(72a)가 체결됨으로써 허브(31)에 고정된다. 또 피동베벨기어(72)는 회전 시 마찰이 발생하지 않도록 그 내경부분이 구동축(10) 외면과 이격된다. 도 2는 피동베벨기어(72)가 고정볼트(72a) 체결에 의해 결합되는 방식을 도시하였으나, 피동베벨기어(72)는 전방프로펠러 허브(31)에 용접되거나 전방프로펠러 허브(31)와 일체로 마련될 수도 있다.

복수의 반전베벨기어(73)는 구동베벨기어(71)와 피동베벨기어(72) 사이에 각각 이물림 상태로 개재된다. 각 반전베벨기어(73)를 지지하는 축(74)은 구동축(10)과 교차하는 방향으로 형성되고 구동축(10)을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 또 반전베벨기어 축(74)은 도 2와 도 7에 도시한 바와 같이, 외측에 위치하는 단부가 케이싱(75)의 내면에 볼트체결이나 용접에 의해 고정될 수 있다. 각 반전베벨기어(73)와 이를 지지하는 축(74) 사이에는 반전베벨기어(73)의 원활한 회전을 위해 베어링(73a)이 설치될 수 있다.

본 실시 예는 반전베벨기어(73)가 복수로 구성된 경우를 예시하였으나, 반전베벨기어(73)는 구동베벨기어(71)의 회전을 반전시켜 피동베벨기어(72)로 전달할 수 있으면 될 것이므로, 반드시 복수일 필요는 없다. 구동부하가 크지 않은 소형선박의 경우에는 하나의 반전베벨기어만으로도 그 기능을 구현할 수 있을 것이다.

반전베벨기어들(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 축선방향으로 길게 형성되며 그 외면으로부터 돌출된 하나 이상의 결합레일(76)이 마련된다. 그리고 설치공간(4) 내면에는 결합레일(76)이 대응하여 결합될 수 있는 하나 이상의 결합홈(77)이 형성된다. 이는 반전베벨기어들(73), 축(74), 케이싱(75)이 하나의 조립체를 이루어 함께 결합될 수 있도록 하여 설치가 용이하도록 하기 위함이다.

이러한 반전회전장치(70)는 구동베벨기어(71)의 회전을 복수의 반전베벨기어(73)가 반전시켜 피동베벨기어(72)로 전달하므로 피동베벨기어(72)와 구동베벨기어(71)의 상반된 회전이 가능하다. 따라서 피동베벨기어(72)에 직결된 전방프로펠러(30)와 구동축(10)에 직결된 후방프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현할 수 있다.

또 본 실시 예의 반전회전장치(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 피동베벨기어(72)와 전방프로펠러 허브(31)의 직결이 가능하다.

특히 본 실시 예는 반전회전장치(70)를 설치할 때 피동베벨기어(72)의 후면과 전방프로펠러 허브(31) 전면이 대면하도록 할 수 있고, 피동베벨기어(72)와 허브(31)의 회전중심을 일치시킬 수 있기 때문에 피동베벨기어(72)와 전방프로펠러 허브(31)를 직접 연결시키는 것이 가능하다. 따라서 종래와 다르게 외축을 사용하지 않고서도 전방프로펠러(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 전방프로펠러로 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 반전회전장치(70)와 인접한 전방의 구동축(10)과 선체(1) 사이에 설치된 레이디얼베어링(55)을 구비한다. 이 레이디얼베어링(55)은 반전회전장치 직전에서 구동축(10)을 지지함으로써 반전회전장치(70)의 원활한 동작을 구현하는데 기여한다. 즉 레이디얼베어링(55)이 구동축(10)의 반경방향 진동이나 흔들림을 방지함으로써 구동베벨기어(71)와 반전베벨기어(73) 사이의 이물림 및 반전베벨기어(73)와 피동베벨기어(72) 사이의 이물림이 정확히 유지되도록 할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 선체 후미(3)와 전방프로펠러 허브(31) 사이를 밀봉하여 해수(또는 민물)나 이물질의 침입을 방지하는 제1밀봉장치(90)와, 같은 목적으로 전방프로펠러 허브(31)와 후방프로펠러 허브(21) 사이를 밀봉하는 제2밀봉장치(110)를 구비한다.

제1밀봉장치(90)는 도 8에 도시한 바와 같이, 전방프로펠러 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 구비한다. 제1밀봉부재(92)의 유로(95)는 소정의 압력을 가진 윤활유가 공급될 수 있도록 선체(1)에 마련된 윤활유 공급유로(96)와 연결될 수 있다. 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.

또 제1라이닝(91)은 도 9에 도시한 바와 같이, 구동축(10)에 전방프로펠러(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. 전방프로펠러 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 10에 도시한 바와 같이, 후방프로펠러 허브(21)의 전면에 설치된 원통형 제2라이닝(111)과, 제2라이닝(111)의 외면과 접하도록 제2라이닝(111) 외면을 덮으며 그 일단이 전방프로펠러 허브(31) 후면에 고정된 원통형 제2밀봉부재(112)를 포함한다. 제2밀봉부재(112) 역시 제1밀봉부재(92)와 마찬가지로 내면에 설치된 복수의 패킹(113a,113b,113c)과, 이들 패킹 사이의 홈으로 유체를 공급하는 유로(115)를 구비한다.

제2밀봉부재(112)의 유로(115)는 구동축(10) 중심부에 마련된 윤활유 공급유로(120)와 연결된다. 이를 위해 구동축(10)과 지지링(60)에는 윤활유 공급유로(120)와 제2라이닝(111)의 내측공간(122)을 연결시키는 반경방향의 제1연결유로(121)가 형성되고, 전방프로펠러 허브(31) 후면의 보강부재(42)에는 제2라이닝(111)의 내측공간(122)과 제2밀봉부재(112)의 유로(115)를 연결하는 제2연결유로(123)가 형성될 수 있다. 구동축(10) 중심부로부터 제2밀봉부재(112) 쪽으로 밀봉을 위한 윤활유가 공급되어 패킹들(113a,113b,113c)을 가압하고, 이를 통해 밀봉을 구현할 수 있도록 한 것이다.

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.

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 후방프로펠러(20)가 구동축(10)과 동일한 방향으로 함께 회전한다. 동시에 반전회전장치(70)의 구동베벨기어(71)도 구동축(10)에 고정된 상태이므로 구동축(10)과 함께 회전한다. 구동베벨기어(71)의 회전은 복수의 반전베벨기어(73)에 의해 반전되어 피동베벨기어(72)로 전달되므로 피동베벨기어(72)가 구동축(10)과 반대로 회전한다. 따라서 피동베벨기어(72)와 직결된 전방프로펠러(30)는 후방프로펠러(20)와 반대로 회전한다.

상호 반대로 회전하는 전방프로펠러(30)와 후방프로펠러(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 전방프로펠러(30)를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러(20)가 역으로 회전하면서 추진력으로 회수하므로 추진성능이 향상된다. 후진할 때도 마찬가지다.

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

선박이 후진할 때는 전방프로펠러(30)의 추진력(반력)이 후방스러스트베어링(53)을 통해 구동축(10)으로 전달되고, 후방프로펠러(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.

이와 같이, 선박의 전진 또는 후진시 구동축(10)에 작용되는 힘에 의해, 구동축(10)에는 축방향과 반경방향으로 진동이나 흔들림이 발생할 수 있다. 이러한 진동이나 흔들림은 반전회전장치(70)로 전달된다.

여기서, 상술한 바와 같이 반전회전장치(70)는 선체 후미(3) 쪽에 설치되며, 구동축(10)에 고정된 후방프로펠러(20) 전방의 구동축(10) 외면에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러(30)로 구동축(10)의 회전을 반전시켜 전달하는 하나 이상의 베벨기어를 포함할 수 있다. 그리고 이러한 베벨기어는 구동축에 고정된 구동베벨기어(71), 전방프로펠러(30)의 허브(31)에 고정된 피동베벨기어(72), 구동베벨기어(71)의 회전을 피동베벨기어(72)로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전베벨기어(73)를 포함한다.

여기서, 구동축(10)과 교차하는 방향으로 형성되며 반전회전장치(70)를 지지하는 반전베벨기어 축(74)이 마련된다. 이때, 반전베벨기어 축(74)은 반전회전장치(70)의 반전베벨기어(73)를 지지한다. 또한, 반전베벨기어(73)와 반전베벨기어(73)를 지지하는 반전베벨기어 축(74) 사이에는 반전베벨기어(73)의 원활한 회전을 위해 베어링(73a)이 마련된다.

상술한 바와 같이, 구동축(10)에 작용되는 힘에 의해 반전베벨기어 축(74)에 진동이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 구동축(10)에 작용되는 힘뿐 아니라, 반전회전장치(70)의 각 베벨기어(71~73) 및 베어링(73a) 중 하나 이상의 마모, 파열 등으로 인한 손상으로 인해 반전베벨기어 축(74)에 진동이 발생할 수 있다. 이와 같이 각각의 다양한 원인에 의해 발생하는 반전베벨기어 축(74)의 진동을 측정하고 이를 모니터링하여 그에 따른 신속한 대처를 수행할 수 있도록 할 필요성이 있다.

예컨대, 반전회전장치(70)의 각 베벨기어(71~73) 및 베어링(73a) 중 하나 이상의 마모 등으로 인한 손상의 크기가 적정 범위를 벗어난 경우, 마찰력으로 인해 온도가 상승하고 마모 정도가 가속화될 뿐 아니라, 이로 인해 윤활 작용이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이는 결과적으로 선박의 정상적인 운항을 방해할 수 있다.

도 11에 도시한 바와 같이, 반전베벨기어 축(74)의 진동을 측정하기 위해 반전베벨기어 축(74)에 하나 이상의 센서(210)가 설치될 수 있다. 센서(210)는 구동축(10)에 작용되는 힘뿐 아니라, 반전회전장치(70)의 각 베벨기어(71~73) 및 베어링(73a) 중 하나 이상의 마모, 파열 등으로 인한 손상으로 인해 발생하는 반전베벨기어 축(74)의 진동을 측정한다.

이러한 센서(210)는 접촉식 또는 비접촉식 진동센서(변위계, 속도계, 가속도계)를 포함할 수 있다. 예컨대, 접촉식의 경우, 센서(210)는 별도로 제작된 후 상술한 반전베벨기어 축(74)의 외면에 고정되거나 반전베벨기어 축(74)과 일체로 마련될 수 있다. 또한 비접촉식의 경우, 예를 들어 반전베벨기어 축(74)에 인접한 선체(1) 부위에 설치되어 비접촉식으로 반전베벨기어 축(74)의 진동을 측정할 수도 있다. 센서(210)는 반전베벨기어 축(74)의 진동을 전기신호로 변환하여, 후술할 모니터링부(200)로 전달할 수 있다.

도 12에 도시한 바와 같이, 센서(210)에 의해 측정된 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호는 모니터링부(200)로 전달된다. 여기서, 모니터링부(200)는 센서(210)로부터 전달받은 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호를 기초로, 반전회전장치(70)의 동작상태를 모니터링한다. 이를 위해, 모니터링부(200)는 통신부(220), 판단부(230), 표시부(240) 및 저장부(250)를 포함할 수 있다.

통신부(220)는 센서(210)로부터 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호를 수신한다. 이때 상술한 센서(210)가 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호를 통신부(220)로 전달하기 위해 선체(1)에 형성된 홈(1a)에 정보전달수단으로서 신호선(미도시)이 설치될 수 있다. 이때, 신호선들이 엉키지 않도록 다채널 슬립링(slip ring)이 사용될 수 있다. 또한, 통신부(220)는 다양한 유선 또는 무선 방식으로 각 센서(210)의 측정 정보를 수신할 수 있다. 무선 방식으로 정보 전달이 이루어질 경우에는 선체(1)에 형성된 홈(1a)이 생략될 수 있다.

판단부(230)는 통신부(220)로부터 수신한 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호를 기준치와 비교하고, 비교 결과를 기초로 반전회전장치(70)의 각 베벨기어(71~73)간의 이물림 및 각 베벨기어(71~73)간의 동작이 정상적으로 유지되고 있는지 여부를 판단한다. 즉, 판단부(230)는 반전베벨기어 축(74)의 진동 범위(크기)가 기준치 범위안에 포함될 경우, 반전회전장치(70)가 정상 상태로 동작하고 있다고 판단한다. 반면, 판단부(230)는 반전베벨기어 축(74)의 진동 범위가 기준치를 초과할 경우, 반전회전장치(70)가 비정상 상태로 동작하고 있다고 판단한다.

보다 자세히 설명하면, 판단부(230)는 상술한 비교 결과를 기초로 구동베벨기어(71)와 반전베벨기어(73) 사이의 이물림 및 반전베벨기어(73)와 피동베벨기어(72) 사이의 이물림이 일정 범위내에서 정상적으로 유지되고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 판단부(230)는 각 베벨기어(71~73)간의 기어 유격이 기준치 범위안에서 적정 상태를 유지하고 있는지 여부를 판단할 수 있다.

이때, 반전베벨기어 축(74)의 진동 범위가 기준치 범위안에 포함될 경우, 판단부(230)는 각 베벨기어(71~73)간의 이물림이 정상 상태를 유지하고 있다고 판단한다. 반면, 반전베벨기어 축(74)의 진동 범위가 기준치를 초과할 경우, 판단부(230)는 각 베벨기어(71~73)간의 이물림이 비정상 상태를 유지하고 있다고 판단한다.

또한, 판단부(230)는 상술한 비교 결과를 기초로 반전베벨기어(73)의 회전이 정상적으로 수행되고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 반전베벨기어(73)와 반전베벨기어(73)를 지지하는 반전베벨기어 축(74) 사이에 반전베벨기어(73)의 원활한 회전을 돕는 베어링(73a)이 마련될 수 있다. 따라서, 베어링(73a)에 의해 반전베벨기어(73)의 회전이 정상적으로 수행되고 있는지 여부를 판단함으로써, 결과적으로 구동베벨기어(71)의 회전이 피동베벨기어(72)로 정상적으로 반전되어 전달되는지 여부가 판단될 수 있다.

이때, 반전베벨기어 축(74)의 진동 범위가 기준치 범위안에 포함될 경우, 판단부(230)는 베어링(73a)에 의해 반전베벨기어(73)의 회전이 정상 상태로 동작하고 있다고 판단한다. 반면, 반전베벨기어 축(74)의 진동 범위가 기준치를 초과할 경우, 판단부(230)는 반전베벨기어(73)의 회전이 비정상 상태로 동작하고 있다고 판단한다. 반전베벨기어(73)의 회전이 정상 상태로 동작하고 있다는 것은 각 베벨기어(71~73)간의 동작이 정상적으로 이루어지고 있다는 것을 나타낸다.

또한, 각 베벨기어(71~73)간의 이물림 상태와 각 베벨기어(71~73)간의 동작 상태는 상호 연관성을 갖고 있으므로, 상술한 비교 결과를 기초로 반전회전장치(70)의 각 베벨기어(71~73)간의 이물림 및 각 베벨기어(71~73)간의 동작 상태 중 하나 이상을 판단하는 것을 통해, 반전회전장치(70)의 동작상태가 판단될 수 있다.

표시부(240)는 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호 및 비교 결과 정보 중 하나 이상을 화면에 표시한다. 이를 통해 사용자는 실시간으로 반전회전장치(70)에 포함된 각 베벨기어(71~73)의 이물림 및 동작이 정상 상태를 유지하고 있는지 여부를 확인할 수 있게 된다.

저장부(250)는 상술한 판단부(230)가 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호를 기초로, 반전회전장치(70)의 동작상태를 판단할 수 있도록 반전베벨기어 축(74)의 진동에 대한 적정 기준치를 저장한다. 또한, 저장부(250)는 통신부(220)로부터 수신한 반전베벨기어 축(74)의 진동 신호를 처리하기 위한 각종 알고리즘 및 반전회전장치(70)에 포함된 베벨기어들(71~73)의 이물림 구조, 적정 유격 기준치 및 베어링(73a) 구조 등에 대한 정보 등을 저장할 수 있다.

도 12에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 여기서 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

1: 선체, 2: 구동원,
3: 선체의 후미, 4: 설치공간,
10: 구동축, 20: 후방프로펠러,
30: 전방프로펠러, 41,42: 보강부재,
51,55: 레이디얼베어링, 52: 전방스러스트베어링,
53: 후방스러스트베어링, 60: 지지링,
70: 반전회전장치, 71: 구동베벨기어,
72: 피동베벨기어, 73: 반전베벨기어,
75: 케이싱, 90: 제1밀봉장치,
110: 제2밀봉장치, 210: 센서,
220: 통신부, 230: 판단부,
240: 표시부, 250: 저장부.

Claims

구동축에 고정된 후방프로펠러;
상기 후방프로펠러 전방의 상기 구동축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러;
선체의 후미에 형성되어 상기 선체의 외측으로 개방된 설치공간으로 상기 선체의 외부에서 진입되는 방식으로 설치되며, 상기 구동축에 고정된 구동기어, 상기 전방프로펠러의 허브에 고정된 피동기어, 상기 구동기어의 회전을 상기 피동기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전기어를 포함하는 반전회전장치;
상기 구동축과 교차하는 방향으로 형성되며 상기 반전기어를 지지하는 반전기어 축;
상기 반전기어 축의 진동을 측정하는 하나 이상의 센서; 및
상기 센서로부터 수신한 상기 반전기어 축의 진동 신호를 기준치와 비교하고, 상기 비교결과를 기초로 상기 반전회전장치의 각 기어간의 이물림 및 상기 각 기어간의 동작이 정상 상태로 유지되고 있는지 여부 중 하나 이상을 판단하는 판단부;
를 포함하는 선박용 추진장치.
제 1 항에 있어서,
상기 반전기어와 상기 반전기어를 지지하는 상기 반전기어 축 사이에는 상기 반전기어의 원활한 회전을 위해 베어링이 마련된 것인 선박용 추진장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 센서는 접촉식으로 상기 반전기어 축에 설치되거나 비접촉식으로 상기 반전기어 축에 인접한 위치에 설치되는 것인 선박용 추진장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 센서로부터 상기 반전기어 축의 진동 신호를 수신하는 통신부와,
상기 반전기어 축의 진동 신호 및 비교 결과 정보 중 하나 이상을 화면에 표시하는 표시부를 더 포함하는 선박용 추진장치.
제 1 항에 있어서,
상기 판단부는
상기 비교 결과를 기초로 상기 구동기어와 반전기어 사이의 이물림 및 반전기어와 피동기어 사이의 이물림이 일정 범위내에서 정상 상태로 유지되고 있는지 여부와, 상기 반전기어의 회전이 정상 상태로 동작되고 있는지 여부 중 하나 이상을 판단하는 것인 선박용 추진장치.
제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 하나의 항에 따른 선박용 추진장치를 구비한 선박.