KR101314814B1

KR101314814B1 - 터널 추진기

Info

Publication number: KR101314814B1
Application number: KR1020100116996A
Authority: KR
Inventors: 송인행; 이경준; 김진학; 강웅
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2013-10-04
Also published as: KR20120055319A

Abstract

터널 추진기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 추진기는, 선박 하부에 위치하는 터널 내부에 회전 가능하게 설치되는 허브 및 허브의 외주에 피치 회전 가능하게 설치되는 복수의 날개를 포함하는 프로펠러와, 모터의 동력을 이용하여 프로펠러의 허브를 회전시키는 구동부와, 복수의 날개와 결합되어 각 날개의 피치각을 조절하는 피치각 제어부를 포함한다. 피치각 제어부는 피스톤을 포함하는 유압 실린더와, 피스톤에 결합되어 왕복 운동을 하는 유압 구동축과, 유압 구동축의 일단부측에 결합되어 유압 구동축의 왕복 운동에 의해 회전 운동을 하도록 형성되며 프로펠러의 회전 중심축 상에 위치하는 캠 부재와, 캠 부재의 단부에 고정되어 캠 부재와 함께 회전 가능한 제1 베벨 기어와, 복수의 날개 각각의 일단부측에 고정되며 제1 베벨 기어와 맞물려 회전하는 복수의 제2 베벨 기어를 포함한다.

Description

터널 추진기 {TUNNEL THRUSTER}

본 발명은 터널 추진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 피치 프로펠러를 구비한 터널 추진기에 관한 것이다.

터널 추진기(tunnel thruster)는 선박에 형성된 터널 내에 장착되어 선박의 추진 운동을 조종 또는 보조하는 장치이다. 터널 추진기는 통상 선체의 선수부 또는 선미부에서 주 추진기와 다른 방향으로 설치된다. 따라서 선박은 터널 추진기를 이용하여 측 방향으로 이동할 수 있으며, 주 추진기를 사용하지 않고도 방향을 전환할 수 있다.

터널 추진기는 터널 내에서 자유로운 회전이 불가능하므로 프로펠러 날개의 피치각을 조절할 수 있는 가변 피치 프로펠러(controllable pitch propeller)를 사용하고 있다. 종래의 가변 피치 프로펠러는 피치각 조절 범위가 대략 60°~80°로서, 제한된 피치각을 구현한다. 이러한 가변 피치 프로펠러는 프로펠러 축의 회전 방향을 변경할 수 없으므로 프로펠러 날개의 피치각만을 변경함으로써 터널 내부를 흐르는 유체, 예를 들어 해수의 유동 방향을 바꿀 수 있다.

그런데 전술한 가변 피치 프로펠러에서는 터널 내 유체의 흐름을 좌현에서 우현을 향하도록 할 때와 우현에서 좌현을 향하도록 할 때 동일한 추력을 발생해야 하므로, 프로펠러 날개의 중립 위치를 기준으로 좌우 방향(또는 양/음의 방향)으로 동일한 피치각을 구현해야 한다. 또한, 이러한 조건은 모든 프로펠러 날개에서 반경 방향으로도 동일하게 적용되어야 하므로, 프로펠러 날개는 반경 방향별 피치각이 동일한 평판형 날개로 이루어진다.

이러한 일정 피치각 프로펠러에서는 일반적인 나선형 프로펠러와 달리 프로펠러 날개의 반경 방향을 따라 부하가 급속하게 증가하므로 과도한 공동현상(cavitation)을 유발하며, 그 결과 상당한 소음이 발생하게 된다.

본 발명의 일 실시예는 공동현상과 이에 따른 소음 발생을 감소시킬 수 있는 터널 추진기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터널 추진기는, 선박 하부에 위치하는 터널 내부에 회전 가능하게 설치되는 허브 및 허브의 외주에 피치 회전 가능하게 설치되는 복수의 날개를 포함하는 프로펠러와, 모터의 동력을 이용하여 프로펠러의 허브를 회전시키는 구동부와, 복수의 날개와 결합되어 각 날개의 피치각을 조절하는 피치각 제어부를 포함한다. 피치각 제어부는 피스톤을 포함하는 유압 실린더와, 피스톤에 결합되어 왕복 운동을 하는 유압 구동축과, 유압 구동축의 일단부측에 결합되어 유압 구동축의 왕복 운동에 의해 회전 운동을 하도록 형성되며 프로펠러의 회전 중심축 상에 위치하는 캠 부재와, 캠 부재의 단부에 고정되어 캠 부재와 함께 회전 가능한 제1 베벨 기어와, 복수의 날개 각각의 일단부측에 고정되며 제1 베벨 기어와 맞물려 회전하는 복수의 제2 베벨 기어를 포함한다.

복수의 날개 각각은 반경 방향별 피치각이 다른 나선형 날개일 수 있다.

복수의 날개의 선단부는 터널을 지나는 유동이 유입되는 방향을 향하도록 배치되며, 터널을 지나는 유동이 유입되는 방향에 대한 복수의 날개의 받음각은 일정할 수 있다.

캠 부재는 내부가 빈 원통 모양이며, 캠 부재에는 축 방향 및 원주 방향에 대해 경사진 캠 홀이 형성될 수 있다.

캠 홀은 한 쌍으로 형성되고, 한 쌍의 캠 홀은 180° 회전 대칭을 이루며, 한 쌍의 캠 홀 각각은 캠 부재의 외주를 1/2바퀴 이상 감아 도는 길이로 형성될 수 있다.

유압 구동축의 일단부는 캠 부재의 내부에 위치하고, 유압 구동축의 일단부에는 일측이 유압 구동축에 고정되며 타측이 캠 홀에 끼워지는 한 쌍의 미끄럼축이 형성될 수 있다.

구동부는 내부에 빈 공간이 형성된 프로펠러 구동축을 포함하고, 허브는 프로펠러 구동축의 일단에 결합되며, 상기 프로펠러 구동축의 회전 방향은 상기 터널을 지나는 유동의 방향에 따라 변경될 수 있다.

유압 구동축은 프로펠러 구동축의 내부에 형성된 빈 공간에서 프로펠러 구동축과 평행하게 위치하고, 캠 부재와 제1 베벨 기어는 허브의 내부 공간에 위치할 수 있다.

유압 실린더는 프로펠러 구동축의 외측에 위치하고, 피스톤의 왕복 운동 방향은 프로펠러 구동축의 축 방향과 평행할 수 있다.

복수의 제2 베벨 기어는 허브의 내부에 형성된 빈 공간에 위치하고, 복수의 제2 베벨 기어 각각의 피치원의 지름은 제1 베벨 기어의 피치원의 지름보다 작을 수 있다.

구동부는 프로펠러 구동축과 직교하며 모터에 의해 회전하는 모터 구동축과, 모터 구동축의 단부에 고정된 구동 베벨 기어와, 프로펠러 구동축의 단부에 고정되며 구동 베벨 기어와 맞물리는 종동 베벨 기어를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 날개의 피치각을 180° 이상으로 조절할 수 있으며, 날개의 피치각이 양의 방향과 음의 방향으로 대칭이 되어야 하는 조건이 불필요하다. 따라서 본 실시예의 터널 추진기는 일정 피치각 프로펠러의 사용을 배제하고 나선형 프로펠러를 사용할 수 있으므로 공동현상(cavitatioin)과 이에 따른 소음 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 추진기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 터널 추진기 중 피치각 제어부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 피치각 제어부의 일부를 A 화살표 방향에서 바라본 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 피치각 제어부 중 유압 구동축과 캠 부재 및 제1 베벨 기어의 분해 사시도이다.
도 5a, 도 6a, 및 도 7a는 도 1에 도시한 터널 추진기 중 유압 구동축과 캠 부재의 사시도이다.
도 5b, 도 6b, 및 도 7b는 도 1에 도시한 터널 추진기의 정면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 추진기의 구성도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 터널 추진기(100)는 허브(14)와 복수의 날개(11)를 포함하는 프로펠러(10)와, 모터(21)의 동력을 이용하여 프로펠러(10)의 허브(14)를 회전시키는 구동부(20)와, 복수의 날개(11)와 결합되어 각 날개(11)의 피치각을 조절하는 피치각 제어부(30)를 포함한다. 터널 추진기(100)는 선박에 형성된 터널 내에 장착되어 선박을 조타하기 위한 측방 추력을 발생시킨다.

허브(14)는 선박 하부에 위치하는 터널 내부에 회전 가능하게 설치되고, 복수의 날개(11)는 허브(14)의 외주에 피치 회전 가능하게 설치된다. 복수의 날개(11)는 허브(14)의 원주 방향을 따라 서로간 거리를 두고 설치된다. 프로펠러(10)는 3개 또는 4개의 날개(11)를 포함할 수 있다. 복수의 날개(11)는 허브(14)의 외주면에 등간격으로 배치된다.

구동부(20)는 모터(21)의 출력에 의해 회전하는 모터 구동축(23)과, 모터 구동축(23)과 직교하는 프로펠러 구동축(24)과, 모터 구동축(23)과 프로펠러 구동축(24) 사이에 설치되어 모터 구동축(23)의 회전력을 프로펠러 구동축(24)으로 전달하는 기어부(25)를 포함한다. 허브(14)는 프로펠러 구동축(24)의 일측 단부(도 1을 기준으로 좌측 단부)에 결합되어 프로펠러 구동축(24)과 함께 회전한다.

모터(21)는 선박 내 터널 상부에 설치되며, 모터 구동축(23)은 선체 하부와 터널 사이에 수직으로 배치된다. 프로펠러 구동축(24)은 터널 내에서 수평으로 설치된다. 기어부(25)는 모터 구동축(23)의 단부에 고정된 구동 베벨 기어(251)와, 프로펠러 구동축(24)의 단부에 고정되며 구동 베벨 기어(251)와 맞물리는 종동 베벨 기어(252)를 포함할 수 있다. 기어부(25)의 구조는 전술한 예에 한정되지 않으며, 다른 기어 부품으로 구성될 수 있다.

모터 구동축(23)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하며, 모터 구동축(23)의 회전 방향에 따라 프로펠러 구동축(24) 또한 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 프로펠러 구동축(24)의 회전 방향은 날개(11)의 피치각이 양의 방향일 때와 음의 방향일 때, 즉 날개(11)의 선단부가 좌현을 향할 때와 우현을 향할 때 반대가 된다. 프로펠러 구동축(24)과 모터 구동축(23)의 회전 방향은 도시하지 않은 제어부에 의해 제어된다.

도 2는 도 1에 도시한 터널 추진기 중 피치각 제어부를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 피치각 제어부의 일부를 A 화살표 방향에서 바라본 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 피치각 제어부(30)는 유압 실린더(31)와, 유압 실린더(31)의 피스톤(32)에 결합되어 왕복 운동을 하는 유압 구동축(33)과, 유압 구동축(33)의 단부에 결합되며 유압 구동축(33)의 왕복 운동에 의해 회전 운동을 하는 캠 부재(34)와, 캠 부재(34)에 고정된 제1 베벨 기어(35)와, 복수의 날개(11) 각각의 일단부에 고정되고 제1 베벨 기어(35)와 맞물려 회전하는 복수의 제2 베벨 기어(36)를 포함한다.

프로펠러 구동축(24)과 허브(14)에는 그 내부에 빈 공간이 형성되며, 이 공간에 캠 부재(34)와 유압 구동축(33)이 프로펠러 구동축(24)과 나란하게 설치된다. 유압 구동축(33)은 프로펠러 구동축(24)의 내부 공간에서 프로펠러 구동축(24)의 내벽과 거리를 두고 위치한다. 캠 부재(34)는 허브(14)의 내부 공간에서 허브(14)의 내벽과 거리를 두고 위치하며, 프로펠러(10)의 회전 중심축 상에 위치한다.

유압 실린더(31)는 프로펠러 구동축(24)의 외측에 위치할 수 있다. 이 경우 종동 베벨 기어(252)의 중앙에 개구부(도시하지 않음)가 형성되어 이 개구부를 통해 유압 구동축(33)의 일부가 종동 베벨 기어(252)의 외측으로 노출된다. 노출된 유압 구동축(33)의 단부는 유압 실린더(31)의 피스톤(32)에 결합된다. 이때 유압 실린더(31)는 수평형 유압 실린더로서, 피스톤(32)의 이동 방향은 프로펠러 구동축(24)과 평행하다.

도 4는 도 2에 도시한 피치각 제어부 중 유압 구동축과 캠 부재 및 제1 베벨 기어의 분해 사시도이다.

도 4를 참고하면, 캠 부재(34)는 내부가 빈 원통 모양으로 형성되며, 원통 형상의 캠 부재(34)에는 한 쌍의 캠 홀(37)이 형성된다. 각각의 캠 홀(37)은 캠 부재(34)의 축 방향 및 원주 방향 모두와 소정의 경사각을 두고 형성된다. 즉 캠 홀(37)은 캠 부재(34)의 대각 방향을 따라 형성되며, 일측 단부에서 반대측 단부를 향해 직선으로 뻗은 형상으로 이루어진다. 한 쌍의 캠 홀(37)은 캠 부재(34)의 회전 중심축을 중심으로 180° 회전 대칭을 이룬다.

유압 구동축(33)의 일부는 캠 부재(34)의 내부에 위치하고, 캠 홀(37)에 끼워지는 한 쌍의 미끄럼축(38)이 유압 구동축(33)의 단부에 고정된다. 미끄럼축(38)의 일단은 유압 구동축(33)에 결합되고, 미끄럼축(38)의 타단은 캠 홀(37)을 따라 슬라이드 이동할 수 있도록 소정의 공간 여유를 두고 캠 홀(37)에 끼워질 수 있다.

전술한 구조는 유압 구동축(33)의 일부를 캠 부재(34)의 내부에 위치시키고, 캠 부재(34)의 외측에서 캠 홀(37)을 통해 캠 부재(34)의 내부로 미끄럼축(38)을 진입시킨 다음 유압 구동축(33)에 미끄럼축(38)을 고정시키는 과정으로 조립될 수 있다.

본 실시예에서는 캠 부재(34)에 형성된 캠 홀(37)을 관통하여 미끄럼축(38)이 캠 홀(37)에 끼워진 형태로 이루어지나, 캠 부재(34)의 내측에 요홈 형태의 캠 홈이 형성되고, 미끄럼축(38)의 단부가 캠 홈에 끼워지는 형태로 이루어지는 것도 가능하다.

유압 구동축(33)의 왕복 운동은 미끄럼축(38)과 캠 홀(37)의 미끄럼 이동에 의해 캠 부재(34)의 회전 운동으로 변환된다. 즉 미끄럼축(38)이 유압 구동축(33)과 함께 직선 운동을 하면, 캠 홀(37)이 뻗은 방향을 따라 미끄럼축(38)이 캠 부재(34)에 힘을 가하고, 이 힘에 의해 캠 부재(34)가 회전한다. 제1 베벨 기어(35)는 캠 부재(34)의 단부에 고정되어 캠 부재(34)와 함께 회전한다.

이때 한 쌍의 캠 홀(37) 각각은 캠 부재(34)의 외주를 1/2바퀴 이상 감아 도는 길이로 형성된다. 그러면 다음에 설명하는 피치각 조절 과정에서 날개(11)의 피치각을 180° 이상 회전 가능하게 조절할 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 베벨 기어(35)는 허브(14)의 내부 공간에서 캠 부재(34)의 단부에 고정된다. 제1 베벨 기어(35)는 기어치들이 형성된 기어면이 캠 부재(34)를 향하도록 배치될 수 있다. 그리고 제1 베벨 기어(35)의 원주 방향을 따라 복수의 제2 베벨 기어(36)가 제1 베벨 기어(35)와 맞물리도록 배치된다.

프로펠러(10)가 4개의 날개(11)를 포함하는 경우, 4개의 제2 베벨 기어(36)는 제1 베벨 기어(35)의 원주 방향을 따라 서로간 90°의 간격을 두고 설치된다(도 3 참조). 이때 제2 베벨 기어(36) 각각의 피치원의 지름(d2)(도 1 참조)은 제1 베벨 기어(35)의 피치원의 지름(d1)(도 1 참조)보다 작을 수 있다. 이 경우 제2 베벨 기어(36)는 제1 베벨 기어(35)보다 큰 각도로 회전한다.

프로펠러(10)의 각 날개(11)와 제2 베벨 기어(36) 사이에는 지지대(12)와 날개 회전축(13)이 형성된다. 지지대(12)는 허브(14)의 외주면과 접하며, 허브(14)의 외주면에서 날개(11)를 안정적으로 지지한다. 날개 회전축(13)은 허브(14)를 관통하여 허브(14) 외측의 지지대(12)와 허브(14) 내측의 제2 베벨 기어(36)를 연결한다. 날개 회전축(13)의 축 방향은 허브(14)의 방사 방향과 일치한다. 날개 회전축(13)과 허브(14) 사이에는 도시하지 않은 베어링이 설치되어 날개 회전축(13)의 회전을 지지할 수 있다.

전술한 구조의 피치각 제어부(30)는, 유압 실린더(31)의 구동으로 피스톤(32) 및 피스톤(32)에 고정된 유압 구동축(33)이 왕복 운동을 하고, 유압 구동축(33)의 왕복 운동에 의해 캠 부재(34)가 회전 운동을 하며, 캠 부재(34)와 함께 제1 베벨 기어(35)가 회전하고, 제1 베벨 기어(35)의 회전력이 복수의 제2 베벨 기어(36)로 전달되어 날개 회전축(13)을 중심으로 프로펠러(10)의 각 날개(11)가 회전하는 과정을 통해 날개(11)의 피치각을 변화시킨다.

피치는 날개(11)가 일회전하는 동안 나선형 경로를 따라 이동한 거리를 의미한다. 피치는 날개(11)가 회전면과 이루는 각도(피치각)에 따라 변화한다. 아래에서 피치각 제어부(30) 동작에 따른 피치각 조절 과정을 설명한다.

도 5a는 도 1에 도시한 터널 추진기 중 유압 구동축과 캠 부재의 사시도이고, 도 5b는 터널 추진기의 정면도이다.

도 5a는 유압 구동축(33)에 고정된 미끄럼축(38)이 캠 홀(37)의 중간 지점과 좌측 단부 사이에 위치한 상태를 도시하였다. 예를 들어, 미끄럼축(38)은 캠 홀(37)의 중간 지점과 좌측 단부 사이의 절반 지점에 위치할 수 있다.

도 5b는 날개(11)가 회전면과 나란하게 배치되어 피치각이 0°인 상태(중립 위치)를 나타내었다. 미끄럼축(38)이 도 5a의 지점에 위치할 때 날개(11)의 피치각이 0°라 가정한다. 피치각이 0°인 경우 날개(11)가 회전하더라도 측방 추력은 발생하지 않는다.

도 6a는 도 1에 도시한 터널 추진기 중 유압 구동축과 캠 부재의 사시도이고, 도 6b는 터널 추진기의 정면도이다.

도 6a를 참고하면, 유압 실린더(31)의 작동에 의해 유압 구동축(33)이 캠 부재(34)를 향해 전진하면, 캠 홀(37)이 뻗은 방향을 따라 미끄럼축(38)이 캠 부재(34)에 힘을 가하여 캠 부재(34)를 회전시킨다. 캠 홀(37)이 도 6a와 같이 형성된 경우 캠 부재(34)는 시계 방향으로 회전한다.

그러면 캠 부재(34)에 고정된 제1 베벨 기어(35) 및 제1 베벨 기어(35)에 맞물린 제2 베벨 기어(36)의 회전으로 날개(11)의 선단부가 좌현을 향하도록 도 6b와 같이 회전한다. 편의상 날개(11)의 선단부가 좌현을 향하는 회전 방향을 양의 방향으로 정의하면, 날개(11)는 양의 방향으로 대략 45° 이상 회전한다. 도 6b에서 θ1은 날개(11)의 피치각을 나타낸다.

도 6a와 도 6b에서는 미끄럼축(38)이 캠 홀(37)의 좌측 단부에 위치할 때, 날개(11)가 양의 방향으로 대략 45° 회전한 경우를 도시하였다. 날개(11)의 선단부가 좌현을 향하는 경우, 우향에 위치하는 관찰자가 프로펠러 구동축(24)과 허브(14)를 바라볼 때 프로펠러 구동축(24)과 허브(14)는 시계 방향으로 회전하고, 터널 내 유체의 흐름은 좌현에서 우현을 향하는 방향이 된다. 도 6b에서 화살표는 유체의 흐름 방향을 나타낸다.

도 7a는 도 1에 도시한 터널 추진기 중 유압 구동축과 캠 부재의 사시도이고, 도 7b는 터널 추진기의 정면도이다.

도 7a를 참고하면, 유압 실린더(31)의 작동에 의해 유압 구동축(33)이 캠 부재(34)로부터 후진하면, 캠 홀(37)이 뻗은 방향을 따라 미끄럼축(38)이 캠 부재(34)에 힘을 가하여 캠 부재(34)를 회전시킨다. 캠 홀(37)이 도 7a와 같이 형성된 경우 캠 부재(34)는 반시계 방향으로 회전한다.

그러면 캠 부재(34)에 고정된 제1 베벨 기어(35) 및 제1 베벨 기어(35)에 맞물린 제2 베벨 기어(36)의 회전으로 날개(11)는 도 5b에 도시한 중립 위치를 거쳐 도 7b와 같이 날개(11)의 선단부가 우현을 향하도록 음의 방향으로 대략 135° 이상 회전한다. 도 7b에서 θ2는 날개(11)의 피치각을 나타낸다.

도 7a와 도 7b에서는 미끄럼축(38)이 캠 홀(37)의 우측 단부에 위치할 때, 날개(11)가 음의 방향으로 대략 135° 회전한 경우를 도시하였다. 날개(11)의 선단부가 우현을 향해 위치하는 경우, 우향에 위치하는 관찰자가 프로펠러 구동축(24)과 허브(14)를 바라볼 때 프로펠러 구동축(24)과 허브(14)는 반시계 방향으로 회전하고, 터널 내 유체의 흐름은 우현에서 좌현을 향하는 방향이 된다. 도 7b에서 화살표는 유체의 흐름 방향을 나타낸다.

이와 같이 본 실시예에서 날개(11)의 선단부는 터널을 지나는 유동이 유입되는 방향을 향하도록 배치되며, 터널을 지나는 유동이 유입되는 방향에 대한 날개(11)의 받음각은 항상 일정할 수 있다. 즉 도 6b에서 날개(11)의 받음각(α1)이 45°인 경우, 도 7b에서 날개(11)의 받음각(α2) 또한 45°가 될 수 있다.

전술한 피치각 조절 과정에서, 캠 홀(37)은 중간이 휘어지지 않고 일측 단부에서 반대측 단부를 향해 직선으로 뻗어 형성됨에 따라, 유압 구동축(33)의 왕복 운동은 캠 부재(34)의 회전 운동으로 균일하게 전환된다. 그 결과, 캠 부재(34)가 균일한 속도로 회전하고, 이에 따라 양의 최대 피치각에서 음의 최대 피치각까지 날개(11) 또한 균일한 속도로 회전한다.

또한, 캠 홀(37)이 캠 부재(34)의 외주를 1/2바퀴 이상 감아 도는 길이로 형성됨에 따라, 미끄럼축(38)이 캠 홀(37)의 일측 단부에서 반대측 단부로 이동할 때 캠 부재(34)와 제1 베벨 기어(35)는 180° 이상 회전한다. 그리고 제2 베벨 기어(36)의 피치원의 지름(d2)이 제1 베벨 기어(35)의 피치원의 지름(d1)보다 작게 형성되므로, 제2 베벨 기어(36)와 날개(11)는 제1 베벨 기어(35)보다 큰 각도로 회전할 수 있다.

전술한 피치각 제어부(30)는 양의 방향으로 45° 이상, 음의 방향으로 135° 이상 피치각을 조절할 수 있으며, 날개(11)의 피치각을 조절하는데 어떠한 제한도 없다. 이는 각 날개(11)의 선단부에 고정된 제2 베벨 기어(36)를 180° 이상 회전시키는데 어떠한 제한도 없기 때문이다.

이와 같이 피치각 제어부(30)는 180° 이상의 큰 각도로 날개(11)의 피치각을 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서 본 실시예의 터널 추진기(100)는 프로펠러(10)의 구동 조건을 변경할 때 터널의 유입류에 적합한 피치각을 자유롭게 설정하고 이를 유지할 수 있다.

본 실시예의 터널 추진기(100)는 유동에 따라 날개(11)의 피치각을 변화시킴은 물론 프로펠러 구동축(24)의 회전 방향도 다르게 한다. 즉 도 6b와 같이 좌현에서 우현으로 유체를 보낼 때와 도 7b와 같이 우현에서 좌현으로 유체를 보낼 때 날개(11)의 회전 방향은 서로 반대이다. 이때 도 6b의 날개(11)와 도 7b의 날개(11)는 서로에 대해 180° 바뀐 피치각을 나타내며, 날개(11)의 선단부는 유체가 유입되는 방향을 향한다.

이와 같이 180° 이상의 대각도 피치각 조절이 가능한 본 실시예의 터널 추진기(100)는 종래와 같이 양의 방향과 음의 방향으로 날개의 피치각이 대칭이 되어야 하는 조건이 불필요하므로, 날개(11)는 반경 방향별 피치각이 다른 나선형 날개로 이루어진다. 따라서 본 실시예의 터널 추진기(100)는 공동현상(cavitation)과 이에 따른 소음 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 터널 추진기 10: 프로펠러
11: 날개 12: 지지대
13: 날개 회전축 14: 허브
20: 구동부 21: 모터
23: 모터 구동축 24: 프로펠러 구동축
25: 기어부 30: 피치각 제어부
31: 유압 실린더 32: 피스톤
33: 유압 구동축 34: 캠 부재
35: 제1 베벨 기어 36: 제2 베벨 기어
37: 캠 홀 38: 미끄럼축

Claims

선박 하부에 위치하는 터널 내부에 회전 가능하게 설치되는 허브 및 상기 허브의 외주에 피치 회전 가능하게 설치되는 복수의 날개를 포함하는 프로펠러;
모터의 동력을 이용하여 상기 프로펠러의 허브를 회전시키는 구동부; 및
상기 복수의 날개와 결합되어 각 날개의 피치각을 조절하는 피치각 제어부
를 포함하며,
상기 피치각 제어부는,
피스톤을 포함하는 유압 실린더;
상기 피스톤에 결합되어 왕복 운동을 하며, 일단부에 미끄럼축을 구비하는 유압 구동축;
상기 미끄럼축을 수용하는 캠 홀을 형성하여 상기 유압 구동축에 결합되고, 상기 유압 구동축의 직선 운동에 의해 회전 운동을 하며, 상기 프로펠러의 회전 중심축 상에 위치하는 캠 부재;
상기 캠 부재의 단부에 고정된 제1 베벨 기어; 및
상기 복수의 날개 각각의 일단부측에 고정되고, 상기 제1 베벨 기어와 맞물려 회전하는 복수의 제2 베벨 기어
를 포함하며,
상기 캠 홀은 상기 캠 부재의 축 방향 및 원주 방향에 대해 경사지게 형성됨과 아울러 상기 캠 부재의 외주를 1/2바퀴 이상 감아 도는 길이로 형성되는 터널 추진기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 날개 각각은 반경 방향별 피치각이 다른 나선형 날개인 터널 추진기.
제2항에 있어서,
상기 복수의 날개의 선단부는 상기 터널을 지나는 유동이 유입되는 방향을 향하도록 배치되며,
상기 터널을 지나는 유동이 유입되는 방향에 대한 상기 복수의 날개의 받음각은 일정한 터널 추진기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캠 부재는 내부가 빈 원통 모양이며, 상기 캠 홀은 180도 회전 대칭을 이루는 한 쌍으로 구비되는 터널 추진기.
삭제
제4항에 있어서,
상기 미끄럼축은 상기 한 쌍의 캠 홀에 대응하여 한 쌍으로 구비되며, 상기 캠 부재의 내부에서 상기 캠 홀에 끼워지는 터널 추진기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동부는 내부에 빈 공간이 형성된 프로펠러 구동축을 포함하고,
상기 허브는 상기 프로펠러 구동축의 일단에 결합되며,
상기 프로펠러 구동축의 회전 방향은 상기 터널을 지나는 유동의 방향에 따라 변경되는 터널 추진기.
제7항에 있어서,
상기 유압 구동축은 상기 프로펠러 구동축의 내부에 형성된 빈 공간에서 상기 프로펠러 구동축과 평행하게 위치하고,
상기 캠 부재와 상기 제1 베벨 기어는 상기 허브의 내부 공간에 위치하는 터널 추진기.
제8항에 있어서,
상기 유압 실린더는 상기 프로펠러 구동축의 외측에 위치하고,
상기 피스톤의 왕복 운동 방향은 상기 프로펠러 구동축의 축 방향과 평행한 터널 추진기.
제7항에 있어서,
상기 복수의 제2 베벨 기어는 상기 허브의 내부에 형성된 빈 공간에 위치하고, 상기 복수의 제2 베벨 기어 각각의 피치원의 지름은 상기 제1 베벨 기어의 피치원의 지름보다 작은 터널 추진기.
제7항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 프로펠러 구동축과 직교하며 상기 모터에 의해 회전하는 모터 구동축;
상기 모터 구동축의 단부에 고정된 구동 베벨 기어; 및
상기 프로펠러 구동축의 단부에 고정되며 상기 구동 베벨 기어와 맞물리는 종동 베벨 기어
를 포함하는 터널 추진기.