KR101422470B1 - 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박 - Google Patents

Abstract

선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 회전축에 고정된 후방프로펠러, 후방프로펠러 전방의 회전축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러, 회전축의 회전을 반전시켜 전방프로펠러로 전달하는 반전회전장치를 포함하고, 반전회전장치는 선체 후미의 설치공간에 수용되는 기어박스, 기어박스 내부의 회전축에 설치된 구동베벨기어, 기어박스 내부의 회전축에 회전 가능하게 지지된 피동베벨기어, 구동베벨기어의 회전을 반전시켜 피동베벨기어로 전달하는 하나 이상의 반전베벨기어, 회전축과 구동베벨기어를 연결하되 축방향 변위를 허용하는 스플라인연결부에 의해 회전축과 결합되는 전방연결부재를 포함한다.

Description

선박용 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.

통상적인 선박용 추진장치는 하나의 나선형 프로펠러를 구비한다. 그러나 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치는 프로펠러의 회전에 따른 수류의 회전에너지를 추진력으로 이용할 수 없기 때문에 에너지 손실이 크다.

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

하지만 이중반전 추진장치는 두 프로펠러의 상반된 회전을 구현하는 반전회전장치와 중공축 등을 포함하는 관계로 상대적으로 제작과 설치에 어려움이 있고, 신뢰성을 유지하면서 안정적으로 동작하도록 하는데 높은 기술수준이 요구된다.

미국 공개특허공보 US2011/0033296호(2011. 02. 10. 공개)와 일본 공개특허공보 소62-279189호(1987. 12. 04. 공개)는 전술한 이중반전 추진장치의 예를 제시한 바 있다. 미국 공개특허공보 US2011/0033296호는 선체 내에 설치된 유성기어식 반전회전장치와 중공축을 갖춘 이중반전 추진장치를 제시하였고, 일본 공개특허공보 소62-279189호는 유성기어식 반전회전장치를 선미 쪽에 설치한 이중반전 추진장치를 제시하였다.

특허문헌1: 미국 공개특허공보 US2011/0033296호(2011. 02. 10. 공개) 특허문헌2: 일본 공개특허공보 소62-279189호(1987. 12. 04. 공개)

본 발명의 실시 예는 동력전달계통을 종래보다 단순화하면서도 두 프로펠러의 안정된 상호 반전을 구현할 수 있을 뿐 아니라 제작과 설치가 용이한 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축에 고정된 후방프로펠러, 상기 후방프로펠러 전방의 상기 회전축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러, 상기 회전축의 회전을 반전시켜 상기 전방프로펠러로 전달하는 반전회전장치를 포함하고, 상기 반전회전장치는 선체 후미의 설치공간에 수용되는 기어박스, 상기 기어박스 내부의 상기 회전축에 설치된 구동베벨기어, 상기 기어박스 내부의 상기 회전축에 회전 가능하게 지지된 피동베벨기어, 상기 구동베벨기어의 회전을 반전시켜 상기 피동베벨기어로 전달하는 하나 이상의 반전베벨기어, 상기 회전축과 상기 구동베벨기어를 연결하되 축방향 변위를 허용하는 스플라인연결부에 의해 상기 회전축과 결합되는 전방연결부재를 포함하는 선박용 추진장치가 제공될 수 있다.

상기 스플라인연결부는 상기 전방연결부재의 내면에 마련된 제1스플라인치부와, 상기 회전축에 마련되며 상기 제1스플라인치부에 대응하여 결합되는 제2스플라인치부를 포함할 수 있다.

상기 스플라인연결부는 상기 전방연결부재의 내면에 마련된 제1스플라인치부와, 상기 회전축에 고정되고 상기 제1스플라인치부에 대응하여 결합되는 제2스플라인치부를 포함하는 연결링을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 추진장치를 갖춘 선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 추진장치는 반전회전장치를 선체의 외부에서 제작하여 조립한 상태에서 반전회전장치의 기어박스를 선체 후미에 형성된 설치공간으로 진입시키는 방식으로 장착할 수 있고, 전방연결부재와 회전축이 스플라인연결부에 의해 연결되기 때문에 제작과 설치를 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예에 따른 추진장치는 고장발생 시 반전회전장치의 기어박스를 선체로부터 분리할 수 있기 때문에 고장수리를 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예에 따른 추진장치는 전방연결부재와 회전축이 스플라인연결부에 의해 연결되기 때문에 회전축의 축방향 변위가 생기는 경우에도 이러한 변위가 전방연결부재를 통해 기어박스 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기어박스 내부의 기어들을 회전축 변위에 따른 충격으로부터 보호할 수 있다.

또 본 실시 예에 따른 추진장치는 복수의 베벨기어를 이용하여 전방프로펠러의 반전을 구현하는 형태이므로 통상의 유성기어식 반전회전장치에 비하여 그 부피를 줄일 수 있고 동력전달계통의 구성을 단순화할 수 있다. 또 반전회전장치의 부피를 줄일 수 있기 때문에 반전회전장치를 선체의 후미에 설치하는 것이 가능하다.

또 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치는 반전회전장치를 선체 후미 쪽에 설치하여 종래와 같은 중공축을 배제할 수 있기 때문에 종래보다 동력전달계통을 단순화할 수 있을 뿐 아니라 윤활이 필요한 영역을 줄일 수 있고, 윤활에 따른 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 반전회전장치 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 전방프로펠러를 지지하는 베어링들의 장착구조를 나타낸 상세도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치의 장착 예를 나타낸 단면도로, 반전회전장치가 분리된 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치가 선체 후미의 설치공간에 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
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 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 전방연결장치와 회전축을 연결하는 스플라인연결부의 변형 예를 나타낸다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 선체(1)의 후방에 축선이 일치하도록 배치되는 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)를 구비하고, 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현하기 위해 선체(1)의 후미(3)에 설치된 반전회전장치(30)를 구비한다. 즉 두 프로펠러(10,20)가 상호 반대로 회전하면서 추진력을 발생시키는 이중반전 추진장치다.

여기서 선체(1)의 후미(3)는 전방 및 후방프로펠러(10,20)와 반전회전장치(30)의 설치를 위해 선체(1)로부터 후방을 향하여 유선형으로 돌출된 부분으로 스턴보스(Stern boss)를 의미한다. 이러한 선체 후미(3)는 주물(casting)로 제작된 후 용접에 의해 선체(1)에 고정될 수 있다. 또 후술할 반전회전장치(30)의 기어박스(40)를 수용할 수 있도록 전후로 관통된 설치공간(4)을 구비한다.

반전회전장치(30)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 선체(1)의 후미(3)의 설치공간에 수용되는 기어박스(40)와, 기어박스(40)의 대략 중심부분을 관통한 상태로 기어박스(40)에 회전 가능하게 지지되는 회전축(5)을 포함한다.

반전회전장치(30)는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 회전축과 함께 회전하도록 기어박스(40) 내에 설치된 구동베벨기어(31), 구동베벨기어(31)와 대향하는 형태로 기어박스(40) 내부의 회전축(5)에 회전 가능하게 지지되는 피동베벨기어(32), 구동베벨기어(31)의 회전을 피동베벨기어(32)로 반전시켜 전달하는 복수의 반전베벨기어(33)를 구비한다. 또 회전축(5)과 구동베벨기어(31)를 연결하는 원통형 전방연결부재(35), 피동베벨기어(32)와 전방프로펠러(10)의 허브(11)를 연결하는 원통형 후방연결부재(36)를 포함할 수 있다.

회전축(5)은 기어박스(40)의 전방으로 돌출하는 선단이 선체(1) 내부의 메인구동축(6)에 분리와 결합 가능하게 연결될 수 있다. 그리고 메인구동축(6)은 도 1에 도시한 바와 같이, 선체(1) 내부에 설치된 구동원(8, 디젤엔진, 모터, 터빈 등)과 연결됨으로써 회전축(5)이 메인구동축(6)과 함께 회전할 수 있다.

기어박스(40)의 후방으로 연장된 회전축(5)에는 후방프로펠러(20)가 고정되고, 후방프로펠러(20)와 기어박스(40) 사이의 외면에 전방프로펠러(10)가 회전 가능하게 지지된다. 전방프로펠러(10)는 이후에 보다 상세히 설명하겠지만 반전회전장치(30)와 연결됨으로써 회전축(5)이 회전할 때 후방프로펠러(20)와 반대로 회전할 수 있다.

메인구동축(6)과 회전축(5)은 원통형의 커플링(Coupling)장치(7)에 의해 스플라인(spline) 축이음 방식으로 분리와 결합이 가능하게 연결될 수 있다. 여기서는 일 예로써 스플라인 축이음을 제시하지만, 메인구동축(6)과 회전축(5)의 연결방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 플랜지커플링 방식, 마찰클러치방식, 마그네틱클러치방식 등이 선택적으로 채용될 수 있다.

후방프로펠러(20)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(5)과 함께 회전하도록 회전축(5) 후미부분에 고정된다. 후방프로펠러(20)는 회전축(5)에 고정되는 허브(21)와, 허브(21)의 외면에 마련된 복수의 날개(22)를 포함한다. 후방프로펠러(20)의 허브(21)는 중심부의 축결합공(23)이 회전축(5)의 외면에 압입되는 방식으로 고정될 수 있다. 회전축(5) 후단부에는 고정캡(24)이 체결됨으로써 후방프로펠러(20)가 회전축(5)에 더욱 견고히 고정될 수 있다.

이러한 결합을 위해 회전축(5)의 후미부분(5a)은 후방으로 갈수록 외경이 축소되는 테이퍼형 외면으로 마련될 수 있고, 허브(21)의 축결합공(23)은 회전축(5)의 외면에 대응하는 테이퍼형 내면으로 구성될 수 있다. 도 2에서 부호 25는 후방프로펠러(20) 허브(21) 후면과 고정캡(24)을 덮도록 허브(21)에 장착되는 프로펠러캡이다.

전방프로펠러(10)는 후방프로펠러(20)와 반전회전장치(30) 사이의 회전축(5) 외면에 회전 가능하게 설치된다. 전방프로펠러(10)는 회전축(5) 외면에 회전 가능하게 지지되는 허브(11)와, 허브(11)의 외면에 마련된 복수의 날개(12)를 구비한다. 이러한 전방프로펠러(10)는 후방프로펠러(20)를 설치하기 전에 회전축(5) 외면에 설치될 수 있다. 또 후방프로펠러(20)와 반대로 회전하는 것이므로 날개각이 후방프로펠러(20)의 날개각과 반대다.

전방프로펠러(10)의 허브(11)는 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이, 제1스러스트베어링(13), 제2스러스트베어링(14), 제1레이디얼베어링(15)에 의해 회전축(5) 외면에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 제1스러스트베어링(13)과 제2스러스트베어링(14)은 허브(11)의 전방 쪽 내면과 회전축(5) 외면 사이에 설치되고, 제1레이디얼베어링(15)은 허브(11)의 후방 쪽 내면과 회전축(5) 외면 사이에 설치될 수 있다.

제1레이디얼베어링(15)은 회전축(5)의 반경방향으로 작용하는 전방프로펠러(10)의 레이디얼 하중을 감당하고, 제1 및 제2스러스트베어링(13,14)은 회전축(5)에 전후 축방향으로 각각 작용하는 스러스트 하중을 감당할 수 있다. 구체적으로 제2스러스트베어링(14)은 선박의 전진 시 전방프로펠러(10)로부터 선수 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당하고, 제1스러스트베어링(13)은 선박의 후진 시 전방프로펠러(10)로부터 선미 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당할 수 있다.

제1스러스트베어링(13)의 내륜과 제2스러스트베어링(14)의 내륜은 도 5에 도시한 바와 같이, 상호 접하도록 배치됨으로써 축방향으로 밀리지 않도록 지지될 수 있다. 제1스러스트베어링(13) 외륜은 허브(11)와 결합되는 후방연결부재(36) 쪽 고정링(39)에 지지됨으로써 역시 축방향으로 밀리지 않도록 지지될 수 있다. 전방프로펠러(10)의 허브(11)와 회전축(5) 사이에는 원통형의 외측지지링(17a)과 내측지지링(17b)이 각각 설치됨으로써 제2스러스트베어링(14)이 축방향으로 밀리지 않도록 지지될 수 있다. 외측지지링(17a)은 제2스러스트베어링(14)의 외륜과 제1레이디얼베어링(15)의 외륜 사이에 개재되어 이들이 상호 지지되도록 할 수 있고, 내측지지링(17b)은 제2스러스트베어링(14)의 내륜과 제1레이디얼베어링(15)의 내륜 사이에 개재되어 이들이 상호 지지되도록 할 수 있다. 또 제1레이디얼베어링(15)의 외륜과 후술할 제1밀봉커버(71) 사이의 허브(11) 내면에는 간격조절링(18)이 설치됨으로써 제1레이디얼베어링(15)의 외륜이 축방향으로 밀리지 않도록 할 수 있다. 여기서는 제1레이디얼베어링(15)의 외륜을 보다 안정적으로 지지하기 위해 간격조절링(18)을 설치한 경우를 제시하고 있으나, 제1레이디얼베어링(15)의 외륜이 허브(11)의 내면에 압입될 경우에는 간격조절링(18)을 설치하지 않더라도 제1레이디얼베어링(15) 외륜의 고정이 가능할 것이므로, 간격조절링(18)은 설계에 따라 선택적으로 채용될 수 있을 것이다.

제1레이디얼베어링(15)의 내륜은 도 5에 도시한 바와 같이, 회전축(5) 외면과의 사이에 원통형 쐐기부재(16)가 장착됨으로써 축방향으로 밀리지 않도록 고정될 수 있다. 쐐기부재(16)는 후방으로 갈수록 외경이 축소되는 테이퍼형 외면과 후방 측 외면에 형성된 나사산을 구비하고, 내면이 회전축(5) 외면에 압입 고정될 수 있다. 그리고 이러한 쐐기부재(16)에는 후방 쪽 나사산에 조임너트(16a)가 체결됨으로써 제1레이디얼베어링(15)의 내륜을 구속할 수 있다. 따라서 제1레이디얼베어링(15)은 회전축(5) 외면과 허브(11) 내면 사이에서 견고히 고정될 수 있다. 쐐기부재(16)와 조임너트(16a)에는 풀림을 방지하는 고정클립(16b)이 체결될 수 있다.

반전회전장치(30)의 기어박스(40)는 도 2, 도 4, 도 6에 도시한 바와 같이, 구동베벨기어(31), 피동베벨기어(32), 복수의 반전베벨기어(33)를 그 내부에 수용하며 양단이 개방된 원통형의 몸체부(41)와, 몸체부(41)의 전방 측 개구를 폐쇄하도록 몸체부(41)에 결합되는 전방커버(42), 그리고 몸체부(41)의 후방 측 개구를 폐쇄하도록 몸체부(41)에 결합되는 후방커버(43)를 포함할 수 있다.

전방커버(42)는 그 중심부를 관통하는 전방연결부재(35)를 회전 가능하게 지지할 수 있고, 후방커버(43)는 역시 그 중심부를 관통하는 후방연결부재(36)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 이를 위해 전방연결부재(35) 외면과 전방커버(42) 사이에는 전방베어링(44)이 설치되고, 후방연결부재(36) 외면과 후방커버(43) 사이에는 후방 외측베어링(45)이 설치될 수 있다.

후방 외측베어링(45)은 복수개가 회전축(5)의 길이방향으로 연속하여 설치됨으로써 후방연결부재(36)가 안정적으로 지지된 상태에서 회전하도록 할 수 있다. 후방연결부재(36) 내면과 회전축(5) 사이에는 후방연결부재(36)의 회전 가능한 지지를 위해 후방 내측베어링(46)이 설치되고, 전방연결부재(35)와 회전축(5) 외면 사이에는 원통형의 슬리브베어링(47)이 설치될 수 있다. 또 후방 내측베어링(46) 내륜과 슬리브베어링(47) 사이의 회전축(5) 외면에는 이들 사이를 지지하는 원통형의 이격링(49)이 설치될 수 있다.

전방베어링(44), 후방 외측베어링(45), 후방 내측베어링(46)은 모두 레이디얼베어링으로 구성될 수 있다. 이러한 베어링들(44,45,46)은 회전축(5), 전방연결부재(35), 후방연결부재(36)에 작용하는 레이디얼 하중을 지지하면서 이들의 안정된 회전을 구현할 수 있다.

구동베벨기어(31)는 전방연결부재(35)와 함께 회전하도록 복수의 고정볼트(31a) 체결에 의해 전방연결부재(35)와 연결된다. 피동베벨기어(32)도 역시 복수의 고정볼트(32a) 체결에 의해 후방연결부재(36)와 연결된다. 피동베벨기어(32)는 회전 시 회전축(5)과 간섭되지 않도록 그 내경부분이 회전축(5)과 이격될 수 있다.

복수의 반전베벨기어(33)는 구동베벨기어(31)와 피동베벨기어(32) 사이에 각각 이물림 상태로 개재된다. 각 반전베벨기어(33)를 지지하는 축(34)은 회전축(5)과 교차하는 방향(회전축의 반경방향)으로 배치되고, 복수가 회전축(5)을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 또 각 반전베벨기어(33)의 축(34) 양단에는 축(34)의 원활한 회전을 위해 각각 베어링(34a,34b)이 설치될 수 있다.

기어박스(40) 내부에는 반전베벨기어들(33)을 설치하기 위해 내부프레임(50)이 설치될 수 있고, 내부프레임(50)은 기어박스(40) 내에 진입된 상태에서 복수의 고정부재(51)를 체결함으로써 몸체부(41) 내에 고정될 수 있다.

내부프레임(50)은 도 4에 도시한 바와 같이, 그 중심부에 회전축(5)이 관통하는 관통공(52)이 형성되고, 그 폭(W, 회전축의 길이방향 폭)이 반전베벨기어(33)의 최대 외경보다 작은 원통 또는 다각기둥의 형태로 마련될 수 있다. 이러한 내부프레임(50)은 각 반전베벨기어(33)를 회전 가능하게 수용하되 반전베벨기어(33)가 구동 및 피동베벨기어(31,32)와 치합될 수 있도록 그 양측이 개방된 복수의 기어설치부(53)를 구비한다. 또 반전베벨기어(33)의 축(34) 양단에 설치된 베어링들(34a,34b)을 각각 지지할 수 있도록 마련된 제1축지지부(54)와 제2축지지부(55)를 구비한다. 이러한 구성들은 복수의 반전베벨기어(33)를 설치할 수 있도록 각각 복수가 관통공(52)을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다.

제1축지지부(54)와 제2축지지부(55)는 도 4에 도시한 바와 같이, 반전베벨기어 축(34)의 장착을 위해 내측프레임(50)의 한쪽 측면 방향으로 개방되는 형태로 마련될 수 있다. 그리고 여기에는 베어링들(34a,34b)을 덮어서 고정하는 제1체결부재(54a)와 제2체결부재(55a)가 장착될 수 있다. 따라서 각 반전베벨기어(33)를 내부프레임(50)에 설치할 때 반전베벨기어(33), 반전베벨기어의 축(34), 베어링들(34a,34b)을 조립한 상태에서 이 조립체를 내부프레임(50)의 한쪽 측면방향으로부터 기어설치부(53)에 진입시키는 방식으로 설치한 후, 제1 및 제2체결부재(54a,55a)를 체결하여 고정할 수 있다. 여기서는 반전베벨기어들(33)을 내부프레임(50)에 장착하는 방법에 대한 하나의 예를 제시한 것일 뿐 반전베벨기어(33)의 장착방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 내부프레임(50)의 형태가 변경될 경우 반전베벨기어(33)를 내부프레임(50)에 장착하는 방식도 바뀔 수 있다.

반전베벨기어들(33)이 장착된 내부프레임(50)은 반전회전장치(30)를 조립하는 과정에서 구동베벨기어(31), 피동베벨기어(32), 전방커버(42), 후방커버(43)를 설치하기 전에 기어박스(40)의 몸체부(41) 내로 진입시킨 후, 복수의 고정부재(51)를 체결하여 몸체부(41) 내에 고정할 수 있다.

복수의 고정부재(51)는 도 4와 도 6에 도시한 바와 같이, 원통형의 핀형태로 마련될 수 있다. 이러한 고정부재(51)는 몸체부(41)의 외측으로부터 몸체부(41)를 관통하여 몸체부(41) 내로 진입하도록 설치됨으로써 그 내측 단부가 내부프레임(50)을 고정상태로 지지할 수 있다. 고정부재(51)의 내측단부는 내부프레임(50)의 둘레의 고정홈(56)에 진입함으로써 내부프레임(50)을 결속할 수 있다. 고정부재(51)의 외측단부는 고정나사의 체결에 의해 몸체부(41)에 고정될 수 있다.

이러한 기어박스(40)에 의하면, 내부프레임(50)을 포함한 반전베벨기어 조립체를 몸체부(41) 내에 장착한 후, 몸체부(41) 양측의 개구를 통해 구동베벨기어(31)와 피동베벨기어(32)를 설치할 수 있고, 이어서 전방커버(42), 후방커버(43), 전방연결부재(35), 후방연결부재(36) 등의 부품들을 설치할 수 있다. 따라서 반전회전장치(30)를 쉽게 조립할 수 있고, 추후 고장수리를 용이하게 수행할 수 있다.

본 실시 예에서 반전회전장치(30)는 반전베벨기어(33)가 복수인 경우를 제시하고 있으나, 반전베벨기어(33)는 구동베벨기어(31)의 회전을 피동베벨기어(32)로 반전시켜 전달할 수 있으면 될 것이므로, 반드시 복수일 필요는 없다. 구동부하가 크지 않은 소형선박은 하나의 반전베벨기어만으로도 그 기능을 구현할 수 있을 것이다.

전방연결부재(35)는 도 2와 도 6에 도시한 바와 같이, 회전축(5) 외면과 그 내면 사이에 마련되는 스플라인연결부(60)에 의해 회전축(5)에 함께 회전하도록 연결될 수 있다. 스플라인연결부(60)는 도 4에 도시한 바와 같이, 전방연결부재(35)의 내면에 마련된 제1스플라인치부(61)와, 제1스플라인치부(61)에 대응하여 결합되도록 회전축(5)의 외면에 마련된 제2스플라인치부(62)를 포함할 수 있다.

제2스플라인치부(62)는 도 6과 도 7에 도시한 예처럼 회전축(5)의 외면에 직접 형성되거나, 도 11에 도시한 바와 같이, 회전축(5)의 외면에 결합되는 연결링(63)의 외면에 형성될 수 있다. 연결링(63)은 그 외면에 제2스플라인치부(62)가 형성되도록 별도로 제작된 후 회전축(5) 외면에 압입되는 방식으로 고정될 수 있고, 필요 시 용접에 의해 회전축(5)에 고정될 수 있다.

스플라인연결부(60)는 전방연결부재(35)를 회전축(5) 외면에 단지 끼우는 것만으로도 회전축(5)과 전방연결부재(35)가 연결될 수 있도록 하므로 반전회전장치(30)와 회전축(5)의 손쉬운 조립을 가능하게 한다. 또 스플라인연결부(60)는 추진장치의 동작과정에서 회전축(5)의 축방향 변위가 생길 경우 이 변위를 허용함으로써 기어박스(40) 내부의 기어들(31,32,33)을 보호할 수 있다. 즉 회전축(5)의 축방향 움직임이 생길 경우 이 움직임이 전방연결부재(35)에 전달되지 않도록 함으로써 기어박스(40) 내부의 기어들(31,32,33)을 보호할 수 있다.

후방연결부재(36)는 후단에 전방프로펠러(10)의 허브(11)에 연결되는 연결플랜지(37)를 구비한다. 연결플랜지(37)는 후방연결부재(36)와 일체로 마련될 수 있고, 복수의 고정볼트(37a) 체결에 의해 전방프로펠러(10)의 허브(11) 전면에 고정될 수 있다. 따라서 피동베벨기어(32)의 회전은 후방연결부재(36)에 의해 전방프로펠러(10)로 전달될 수 있다.

후방연결부재(36)와 회전축(5) 외면 사이에는 후방 내측베어링(46)을 지지하는 원통형의 내측지지링(38a)과 외측지지링(38b)이 설치될 수 있다. 내측지지링(38a)은 후방 내측베어링(46)의 내륜과 제1스러스트베어링(13)의 내륜 사이에 개재되어 이들 사이의 간격을 유지할 수 있다. 외측지지링(38b)은 후방 내측베어링(46)의 외륜을 지지하도록 후방연결부재(36)의 내면 쪽에 설치될 수 있다. 그리고 후방연결부재(36)의 후단에는 외측지지링(38b)의 이탈 방지를 위해 고정링(39)이 장착될 수 있다. 고정링(39)은 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이, 제1스러스트베어링(13)의 외륜을 지지할 수 있다.

이러한 반전회전장치(30)는 회전축(5)이 회전할 때 전방연결부재(35)가 회전하고, 전방연결부재(35)와 연결된 구동베벨기어(31)가 회전한다. 구동베벨기어(31)의 회전은 복수의 반전베벨기어(33)에 의해 반전된 후 피동베벨기어(32)로 전달되므로 피동베벨기어(32)가 구동베벨기어(31)와 반대로 회전한다. 그리고 피동베벨기어(32)의 회전은 후방연결부재(36)에 의해 전방프로펠러(10)로 전달된다. 따라서 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현할 수 있다.

이처럼 본 실시 예의 반전회전장치(30)는 복수의 베벨기어들(31,32,33)을 통해 두 프로펠러(10,20)의 상호 반전을 구현하는 것이므로 종래 유성기어식 반전회전장치에 비하여 그 부피를 줄일 수 있다. 따라서 선체 후미(3)에 설치되는 기어박스(40)의 부피를 최소화할 수 있다.

통상의 유성기어식 반전회전장치는 회전축에 설치되는 태양기어, 태양기어 외측에 설치되는 유성기어, 유성기어 외측에 설치되는 원통형의 내접기어를 포함하는 형태이기 때문에 그 부피가 상대적으로 크다. 또 유성기어식 반전회전장치는 최외곽에 배치되는 내접기어가 회전해야 하므로 그 외측의 케이싱까지 고려하면 부피가 매우 커질 수 밖에 없다. 따라서 이를 본 실시 예의 경우처럼 선체의 후미에 설치하기란 현실적으로 매우 어려운 문제다. 설령 선체 후미에 설치한다 하더라도 선체 후미의 크기를 키워야 하는 문제가 생긴다.

또 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 선체 후미(3)와 전방프로펠러(10)의 허브(11) 사이를 밀봉하여 해수(또는 민물)나 이물질의 침입을 방지하는 제1밀봉장치(90)와, 같은 목적으로 전방프로펠러(10)의 허브(11)와 후방프로펠러(20)의 허브(21) 사이를 밀봉하는 제2밀봉장치(110)를 구비한다.

제1밀봉장치(90)는 도 8에 도시한 바와 같이, 전방프로펠러 허브(11)의 전면에 고정되는 연결플랜지(37)에 설치된 원통형 제1라이닝(91)과, 제1라이닝(91)의 외면에 접하도록 제1라이닝(91)의 외면을 덮으며 그 일단이 후방커버(43)에 고정된 원통형 제1밀봉부재(92)를 포함할 수 있다.

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 기어박스(40)의 전방 및 후방커버(42,43)를 통과하는 윤활유 공급유로(96)와 연결될 수 있다(도 2참조). 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 있다.

제1라이닝(91)은 도 9에 도시한 바와 같이, 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 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 견고하게 결합되도록 할 수 있다. 연결플랜지(37)에 고정되는 플랜지부(91h)에는 다수의 고정볼트(91i)가 체결됨으로써 허브(11)에 견고히 고정될 수 있다. 여기서는 제1라이닝(91)의 용이한 설치를 위해 제1라이닝(91)이 양측으로 분할되는 경우를 제시하지만, 제1라이닝(91)은 이에 한정되지 않고, 제1부재(91a)와 제2부재(91b)가 일체로 연결된 원통형태일 수도 있다.

제1밀봉부재(92)의 경우도 반원형으로 제작된 다수의 링(92a,92b,92c)을 제1라이닝(91) 외측에서 회전축(5)의 길이방향으로 적층시켜 고정하는 방식일 수 있다. 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(11) 후면에 고정된 원통형 제2밀봉부재(112)를 포함할 수 있다. 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 회전축(5) 중심부에 마련된 윤활유 공급유로(120)와 연통될 수 있다. 이를 위해 회전축(5)에는 윤활유 공급유로(120)와 제2라이닝(111)의 내측공간(122)을 연결시키는 반경방향의 제1연결유로(121)가 형성되고, 전방프로펠러 허브(11)에는 제2라이닝(111)의 내측공간(122)과 제2밀봉부재(112)의 유로(115)를 연통시키는 제2연결유로(123)가 형성될 수 있다. 따라서 회전축(5) 중심부로부터 제2밀봉부재(112) 쪽으로 공급되는 윤활유가 패킹들(113a,113b,113c)을 가압할 수 있고, 이를 통해 밀봉을 구현할 수 있다.

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

전방프로펠러(10)는 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이, 회전축(5)의 외면과 허브(11)의 내면 사이의 틈을 밀봉하기 위해 허브(11)의 후면 쪽에 장착된 링형태의 제1밀봉커버(71)를 포함할 수 있다. 제1밀봉커버(71)는 회전축(5)의 외면과 접하는 내주면에 밀착성을 높이는 실링부재(71a)를 구비한다. 이러한 제1밀봉커버(71)는 제2밀봉장치(110)의 고장으로 제2라이닝(111) 내측공간(122)으로 해수가 침입하더라도 이 해수가 기어박스(40) 쪽으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 즉 제1밀봉커버(71)가 2차 방벽을 구현함으로써 기어박스(40) 쪽으로의 해수침입을 보다 확실하게 막을 수 있다.

도 2를 참조하면, 기어박스(40) 전방의 전방연결부재(35) 전단에는 전방연결부재(35)와 회전축(5) 외면 사이의 밀봉을 위해 전술한 제1밀봉커버(71)와 유사한 형태의 제2밀봉커버(72)가 설치될 수 있다. 제2밀봉커버(72)는 기어박스(40) 내부에 채워지는 윤활유가 선체(1) 쪽으로 누설되는 것을 막을 수 있다.

반전회전장치(30)는 전방커버(42)와 전방연결부재(35) 사이의 전방베어링(44) 전면을 밀봉 가능하게 덮는 전면밀봉커버(73)와, 후방커버(43)와 후방연결부재(36) 사이의 후방 외측베어링(45) 후면을 밀봉 가능하게 덮는 후면밀봉커버(74)를 포함할 수 있다. 전면 및 후면밀봉커버(73,74)도 전술한 제1밀봉커버(71)와 유사한 형태로 마련될 수 있다.

전면밀봉커버(73)와 후면밀봉커버(74)는 기어박스(40) 내부의 윤활유가 기어박스(40) 외측으로 누설되는 것을 막을 수 있다. 아울러 후면밀봉커버(74)는 제1밀봉커버(71)와 마찬가지로 제1밀봉장치(90)의 고장으로 제1라이닝(91) 내측공간으로 해수가 침입하더라도 이 해수가 기어박스(40) 쪽으로 유입되는 것을 방지하는 2차 방벽의 기능도 할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 기어박스(40) 전방에서 회전축(5)을 지지하는 제2레이디얼베어링(81), 제3스러스트베어링(82), 제4스러스트베어링(83)을 포함할 수 있다. 제2레이디얼베어링(81)은 제1베어링케이스(84)에 수용된 상태에서 선체(1) 내부의 제1베어링지지부(86)에 고정될 수 있다. 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)도 각각의 내륜이 상호 지지되는 형태로 제2베어링케이스(85)에 수용된 상태에서 선체(1) 내부의 제2베어링지지부(87)에 고정될 수 있다.

제2레이디얼베어링(81)은 기어박스(40) 전방에서 회전축(5)을 지지하여 회전축(5)의 반경방향 진동이나 흔들림을 방지한다. 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)은 전방 및 후방프로펠러(10,20)로부터 회전축(5)으로 전달되는 축방향 힘을 선체(1) 쪽으로 전달하는 기능을 한다. 특히 제3스러스트베어링(82)은 선박의 전진 시 회전축(5)으로부터 선수방향으로 작용하는 힘을 선체(1)에 전달하는 기능을 하고, 제4스러스트베어링(83)은 선박의 후진 시 회전축(5)으로부터 선미 방향으로 작용하는 힘을 선체(1)에 전달하는 기능을 한다.

도 2에서 부호 131은 제1밀봉장치(90) 외측의 선체 후미(3)와 전방프로펠러 허브(11) 사이를 덮는 제1커버링이고, 부호 132는 제2밀봉장치(110) 외측의 전방프로펠러 허브(11)와 후방프로펠러 허브(21) 사이를 덮는 제2커버링이다. 제1커버링(131)은 선체 후미(3)에 고정되고 전방프로펠러의 허브(11)와 약간 이격되는 방식으로 설치되거나, 선체 후미(3)와 약간 이격된 상태로 전방프로펠러(10)의 허브(11)에 고정되어 전방프로펠러(10)와 함께 회전할 수 있다. 제2커버링(132)도 전방프로펠러의 허브(11)와 후방프로펠러의 허브(21) 중 어느 한쪽에 고정된 상태에서 고정되는 쪽과 함께 회전할 수 있다.

다음은 본 실시 예에 따른 추진장치를 제작하여 선체에 설치하는 방법에 대하여 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 추진장치를 설치할 때는 선체(1)에 장착하기에 앞서 반전회전장치(30)를 구성하는 기어박스(40) 및 관련 부품들과 회전축(5)을 조립한다. 즉 회전축(5) 외측에 몸체부(41), 반전베벨기어(33)가 조립된 내부프레임(50), 구동베벨기어(31), 피동베벨기어(32), 전방연결부재(35), 전방커버(42), 전방베어링(44), 후방연결부재(36), 후방커버(43), 후방 외측베어링(45) 등을 조립한다. 제1밀봉장치(90)의 제1라이닝(91)과 제1밀봉부재(92)도 후방연결부재(36)의 연결플랜지(37)와 후방커버(43) 사이에 설치한다.

이러한 반전회전장치(30)는 별도의 제조공장에서 각 부품들을 가공한 후 조립할 수 있으므로 정교한 제작이 가능하다. 또 통상의 경우 전방프로펠러(10)의 설치 후에 설치해야 하는 제1밀봉장치(90)를 반전회전장치(30)에 미리 장착할 수 있기 때문에 추후 선체(1)에 추진장치를 설치하는 작업을 간소화할 수 있다.

제조공장에서 조립된 회전축(5)과 반전회전장치(30)는 운송수단을 이용해 선체(1)를 제조하는 도크 등으로 옮긴 후 선체(1)의 후미(3)에 장착할 수 있다. 이때는 반전회전장치(30) 조립체를 들어 올릴 수 있는 크레인 등의 인양장치를 이용할 수 있다. 반전회전장치(30)를 장착할 때는 우선 반전회전장치(30)의 기어박스(40)을 선체(1)의 후방으로부터 선체 후미(3)의 설치공간(4)으로 슬라이딩방식으로 진입시킨다. 그리고 회전축(5)의 중심과 메인구동축(6)의 중심이 일치하도록 정렬시킨다.

반전회전장치(30)를 선체 후미(3)의 설치공간(4)으로 진입시켜 정렬한 후에는 도 7에 도시한 바와 같이, 기어박스(40)의 전방과 후방에 각각 전방고정부재(48a)와 후방고정부재(48b)를 설치하여 기어박스(40)를 선체 후미(3)에 고정시킨다. 전방 및 후방고정부재(48a,48b)는 다수로 분할된 형태일 수 있다. 전방 및 후방고정부재(48a,48b)는 다수의 고정볼트를 체결함으로써 기어박스(40)와 선체 후미(3)의 구조물에 고정될 수 있다.

후방고정부재(48b)는 작업자가 선체(1)의 후방으로부터 접근하여 장착할 수 있고, 전방고정부재(48a)는 작업자가 선체(1) 내부로부터 접근하여 장착할 수 있다. 이처럼 선체 후미(3)의 설치공간(4)에 진입되는 방식으로 장착되는 반전회전장치(30)는 추후 고장 등이 생길 때 반전회전장치(30)를 선체(1)로부터 분리할 수 있고, 분리 상태에서 고장수리를 할 수 있다. 따라서 고장수리를 용이하게 수행할 수 있다.

본 실시 예는 기어박스(40)의 견고한 고정을 위해 기어박스(40) 전방과 후방에 전방고정부재(48a)와 후방고정부재(48b)를 체결하는 경우를 예시하였으나, 기어박스(40)를 설치공간(4)으로 진입시키면 기어박스(40)의 외면이 설치공간(4)의 내면에 지지된 상태를 유지하므로, 기어박스(40)는 후방고정부재(48b)만을 체결하는 것으로도 선체 후미(3)에 고정될 수 있다.

기어박스(40)을 선체 후미(3)에 고정한 후에는 메인구동축(6)과 회전축(5)을 커플링장치(7)로 연결시키고, 선체(1)의 내부에서 제2레이디얼베어링(81), 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)을 설치하여 회전축(5)이 선체(1)에 지지될 수 있도록 한다.

반전회전장치(30)를 선체의 후미(3)에 장착한 후에는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 회전축(5)에 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20) 및 관련 부품들를 장착하고, 제2밀봉장치(110)를 장착하는 것으로 추진장치의 설치를 마무리할 수 있다.

다음은 본 실시 예에 따른 추진장치의 동작을 설명한다.

추진장치는 선체(1) 내부 구동원(8)의 동작에 의해 회전축(5)이 회전하면, 회전축(5) 후단부에 직결된 후방프로펠러(20)가 회전축(5)과 동일한 방향으로 함께 회전한다. 동시에 반전회전장치(30)의 구동베벨기어(31)도 회전축(5)에 고정된 상태이므로 회전축(5)과 함께 회전한다. 구동베벨기어(31)의 회전은 복수의 반전베벨기어(33)에 의해 반전되어 피동베벨기어(32)로 전달되므로 피동베벨기어(32)가 회전축(5)과 반대로 회전한다. 따라서 피동베벨기어(32)와 후방연결부재(36)에 의해 연결된 전방프로펠러(10)는 후방프로펠러(20)와 반대로 회전한다.

상호 반대로 회전하는 전방프로펠러(10)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(10)를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러(20)가 역으로 회전하면서 추진력으로 회수하므로 추진성능이 향상된다. 후진할 때도 마찬가지다.

한편, 전방프로펠러(10)는 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 이에 상당하는 반력을 받는다. 이 힘은 제2스러스트베어링(14)을 통해 회전축(5)으로 전달되어 추진력으로 작용한다. 후방프로펠러(20)도 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 반력을 받게 되는데, 이 힘 역시 직결된 회전축(5)으로 전달되어 추진력으로 작용한다.

선박이 후진할 때는 전방프로펠러(10)의 추진력이 제1스러스트베어링(13)을 통해 회전축(5)으로 전달되고, 후방프로펠러(20)의 추진력 역시 직결된 회전축(5)으로 전달된다.

결국 본 실시 예의 추진장치는 선박이 전진할 때와 후진할 때 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)의 동작에 의해 생기는 추진력이 회전축(5)으로 전달된다. 그리고 회전축(5)으로 전달된 추진력은 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)을 통하여 선체(1)로 전달되므로 선체(1)의 추진이 이루어진다.

1: 선체, 3: 선체의 후미,
4: 설치공간, 5: 회전축,
6: 메인구동축, 7: 커플링장치,
8: 구동원, 10: 전방프로펠러,
13: 제1스러스트베어링, 14: 제2스러스트베어링,
15: 제1레이디얼베어링, 16: 쐐기부재,
20: 후방프로펠러, 30: 반전회전장치,
31: 구동베벨기어, 32: 피동베벨기어,
33: 반전베벨기어, 35: 전방연결부재,
36: 후방연결부재, 37: 연결플랜지,
40: 기어박스, 41: 몸체부,
42: 전방커버, 43: 후방커버,
44: 전방베어링, 45: 후방 외측베어링,
46: 후방 내측베어링, 50: 내부프레임,
60: 스플라인연결부, 90: 제1밀봉장치,
110: 제2밀봉장치.

Claims (4)

1. 회전축에 고정된 후방프로펠러,
   상기 후방프로펠러 전방의 상기 회전축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러,
   상기 회전축의 회전을 반전시켜 상기 전방프로펠러로 전달하는 복수의 기어를 내장한 상태로 선체의 후미에서 상기 선체의 외측으로 개방되게 형성된 설치공간으로 상기 선체의 외부에서 진입 설치되는 기어박스를 구비한 반전회전장치를 포함하고,
   상기 복수의 기어는 상기 기어박스 내부의 상기 회전축에 설치된 구동기어, 상기 기어박스 내부의 상기 회전축에 회전 가능하게 지지된 피동기어, 상기 구동기어의 회전을 반전시켜 상기 피동기어로 전달하는 하나 이상의 반전기어를 포함하고,
   상기 반전회전장치는 상기 회전축과 상기 구동기어를 연결하되 축방향 변위를 허용하는 스플라인연결부에 의해 상기 회전축과 결합되는 전방연결부재를 포함하는 선박용 추진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스플라인연결부는 상기 전방연결부재의 내면에 마련된 제1스플라인치부와, 상기 회전축에 마련되며 상기 제1스플라인치부에 대응하여 결합되는 제2스플라인치부를 포함하는 선박용 추진장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스플라인연결부는 상기 전방연결부재의 내면에 마련된 제1스플라인치부와, 상기 회전축에 고정되고 상기 제1스플라인치부에 대응하여 결합되는 제2스플라인치부를 포함하는 연결링을 포함하는 선박용 추진장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 추진장치를 갖춘 선박.

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