KR101462457B1

KR101462457B1 - 선박 추진 시스템

Info

Publication number: KR101462457B1
Application number: KR1020140054757A
Authority: KR
Inventors: 쿠르트 플로우그; 아르네 플레밍 페데르센; 케네트 보에센; 마스 볼달
Original assignee: 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2014-11-17
Also published as: JP2014237432A; DK177923B1; CN104229110A; EP2813421A3; DK201300349A1; EP2813421A2; JP5646101B2

Abstract

적어도 하나의 조절 가능한 프로펠러 블레이드(3)를 위한 조정장치에 연결되어 동작하는 피스톤(9)에 의해 분리된 제1 압력 챔버(7) 및 제2 압력 챔버(8)를 포함하는 유압 실린더 장치를 둘러싸는 허브(6)에 연결된 적어도 하나의 조절 가능한 프로펠러 블레이드(3)를 갖는 프로펠러 장치(2)와; 허브(6)와 토크 전달 유닛(4) 사이에 위치되는 프로펠러 샤프트(5)로서, 제1 덕트(13) 및 제2 덕트(14)를 통하여 제1 압력 챔버(7)까지 그리고 제2 압력 챔버(8)로부터 또는 그 역으로 유체의 유동을 제어하기 위한 다수의 체크 밸브(15, 16)들에 연결되는 다수의 밸브 유체 채널(17, 18, 19, 20)들을 가지며 유압 파워 유닛(11)으로부터의 유체를 제공하는 밸브 장치(10)를 포함하는 프로펠러 샤프트(5); 를 포함하는 선박 추진 시스템(1)이 개시된다. 상기 선박 추진 시스템은, 상기 밸브 장치(10)가 프로펠러 샤프트(5)의 외측표면에 장착되며 프로펠러 샤프트(5)와 함께 회전하는 밸브 하우징(12) 내에 배열되는 적어도 하나의 체크 밸브(15, 16)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 추진 시스템 {SHIP PROPULSION SYSTEM}

본 발명은, 적어도 하나의 조절 가능한 프로펠러 블레이드를 위한 조정장치에 연결되어 동작하는 피스톤에 의해 분리된 제1 압력 챔버 및 제2 압력 챔버를 포함하는 유압 실린더 장치를 둘러싸는 허브에 연결된 적어도 하나의 조절 가능한 프로펠러 블레이드를 갖는 프로펠러 장치와, 허브와 토크 전달 유닛 사이에 위치되는 프로펠러 샤프트로서, 제2 압력 챔버로부터 제2 덕트를 통하여 그리고 제1 압력 챔버까지 제1 덕트를 통하여 또는 그 역으로 유체의 유동을 제어하기 위한 다수의 체크 밸브들에 연결되는 다수의 밸브 유체 채널들을 가지며 유압 파워 유닛으로부터의 유체를 제공하는 밸브 장치를 포함하는 프로펠러 샤프트를 포함하는 선박 추진 시스템에 관한 것이다.

전술한 종류의 선박 추진 시스템은 제어 가능한 피치 프로펠러들 상의 프로펠러 블레이드들을 조절하는 것으로 공지되어 있다. 이것은, 밸브 박스를 감싸는 고정식 오일 분배 링에 연결된 2개의 유압 입구 포트들에 외부 유압 파워 유닛이 서보 오일(servo oil)을 공급하는 기어박스의 입력 샤프트 측에, 고정식 오일 분배 링 및 밸브 박스를 포함하는 오일 분배 장치를 배열하는 것으로 알려져 있다. 통상 다수의 체크 밸브들은, 피치에 있어서의 변화가 바람직하지 않을 때, 피스톤을 잠금시키도록 프로펠러 허브 내에서 2개의 서보 오일 챔버들 내의 오일 압력을 유지하기 위하여 밸브 박스 내에 장착된다. 피스톤은 프로펠러 블레이드를 위한 조정 장치에 연결되어 작동한다. 이러한 타입의 오일 분배 장치는 대한민국 특허출원 제 20120003058 호에 개시되어 있다. 그러한 선박 추진 시스템이 갖는 단점은, 정기적인 서비스 및 유지보수를 필요로 하는 체크 밸브들이, 고정식 오일 분배 링 및 하우징에 의해 둘러싸인 밸브 박스 내에 위치되어 있기 때문에, 접근하기 어렵다는 것이다. 이것은, 체크 밸브들에 대한 서비스 및 유지보수에 시간이 많이 소모되어 비용이 많이 소요되는 분해작업을 필요로 한다는 것을 의미한다. 이러한 오일 분배 장치가 갖는 또 다른 단점은, 고정식 오일 분배 링과 회전식 밸브 박스 사이의 회전운동이 이들 구성요소들 사이의 누설을 초래한다는 것이다. 게다가, 오일 분배 장치가 기어박스와 엔진 사이에 위치된다는 것은, 이 영역 내의 공간이 매우 좁아 서비스 및 유지보수를 위한 접근이 어렵다는 점에서, 바람직하지 않다.

본 발명의 목적은 전술한 단점들이 제거되거나 상당히 감소된 선박 추진 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

이것은, 상기 밸브 장치가 프로펠러 샤프트의 외측표면에 장착되며 프로펠러 샤프트와 함께 회전하는 밸브 하우징 내에 배열되는 적어도 하나의 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 도입부에서 언급된 종류의 선박 추진 시스템에 의해 성취된다.

이로써 밸브 하우징이 엔진룸 내의 환경에 개방되어 있는 프로펠러 샤프트의 외측표면에 위치되기 때문에 체크 밸브들은 용이하게 접근 가능하게 된다. 밸브 하우징에 대하여 둘러싸는 오일 분배 링이나 커버는 불필요하며, 그에 따라 서비스 및 유지보수는 분해작업을 수행할 필요없이 신속하게 행해져 시간이 절약되고 비용이 절감된다. 게다가, 상대적인 회전 운동이 존재하지 않기 때문에 그러한 운동에 의해 야기되는 누설이 이 장치에서는 발생하지 않는다.

상기 밸브 장치는 프로펠러 샤프트 내측에 위치된 다수의 중심 유체 채널들을 경유하여 유압 파워 유닛으로부터의 유체를 제공하는 것이 바람직하다. 이것은 매우 작은 디자인이 성취될 수 있도록 한다.

또한, 체크 밸브들은 프로펠러 샤프트의 외주에 분포된 적어도 2개의 별개의 밸브 하우징 내에 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 필요한 양의 유체는 몇 개의 체크 밸브들을 경유하여 공급될 수 있고, 이는 개별적인 체크 밸브의 크기가 감소될 수 있음을 의미하며, 또한 밸브 하우징 내의 하나의 체크 밸브에 고장이 발생한 경우에도 여전히 다른 체크 밸브는 프로펠러 블레이드들을 조절하는 피스톤을 이동시키기 위하여 충분한 유체를 유압 실린더 장치 내의 압력 챔버들에 제공할 수 있을 것이다.

원칙적으로 밸브 하우징은, 어떠한 적절한 수단, 예컨대 용접, 접착 또는 다른 종류의 기계적인 고정장치들에 의해서 프로펠러 샤프트에 고정될 수 있다. 그렇지만, 적어도 하나의 밸브 하우징은 나사결합과 같은 분리 가능한 고정 수단에 의해서 프로펠러 샤프트에 고정되는 것이 바람직하다. 나사결합으로, 하나 이상의 체크 밸브가 배열되도록 밸브 하우징을 장착함으로써, 예컨대 유지보수를 위하여 필요할 때 밸브 하우징을 쉽게 분리시킬 수 있게 된다.

일 실시형태에 있어서 적어도 하나의 밸브 하우징은 프로펠러 샤프트를 감싸는 슬리브 또는 링으로 이루어진다. 그러한 슬리브 또는 링은 프로펠러 샤프트에 수축-끼워맞춤(shrink-fitted)될 수 있다. 이러한 방식으로 하나 이상의 밸브 하우징은 단일의 슬리브 내에 통합될 수 있다. 이 슬리브는 프로펠러 샤프트 주위에 쉽게 조립하기 위하여 2개의 절반부(half sections) 또는 더 많은 부분으로 분할될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서 밸브 장치는, 축선방향 이동을 위하여 구성된 내부 튜브 장치의 적어도 일부를 둘러싸는 외부 튜브를 포함하고, 제1 파이프부, 중실부 및 제2 파이프부를 포함하며, 상기 내부 튜브 장치는 체크 밸브를 통하여 유압 실린더 장치로 또는 유압 실린더 장치로부터 유체를 유동시키며, 상기 제1 파이프부 및 제2 파이프부는 외부 튜브의 일부와 내부 튜브 장치의 일부 사이에 각각 제공되는 제1 중간 유체 챔버 및 제2 중간 유체 챔버에 연결되는 반경방향 유체 채널을 각각 구비하며, 상기 중간 유체 챔버들은 서로 분리되어 위치되고 밸브 유체 채널들을 경유하여 체크 밸브에 연결된다. 이러한 방식으로 유압 파워 유닛으로부터의 유체가 프로펠러 샤프트 내측에 위치된 다수의 중심 유체 채널들을 경유하여 공급될 수 있기 때문에 밸브 장치는 매우 작게 만들어질 수 있다. 제1 및 제2 중간 유체 챔버들은, 각각, 외부 튜브의 내부에 제공되거나 내부 튜브 장치의 일부의 외주에 제공되는 제1 오목부 및 제2 오목부로 이루어질 수 있다.

내부 튜브 장치와 외부 튜브 사이의 축선방향 이동을 허용하도록 구성되는 밀봉 수단은 각각의 중간 유체 챔버의 양쪽 끝에 제공되는 것이 바람직하다. 이것은, 내부 튜브 장치가 외부 튜브에 대해 축선방향으로 이동할 때조차도 중간 유체 챔버들을 서로 효과적으로 밀봉시킨다. 바람직하게 밀봉 수단은 외부 튜브와 내부 튜브 장치 사이의 회전 이동에도 적합하다.

또한, 내부 튜브 장치는 제1 단부에서 피스톤에 연결되고 제2 단부에서 피스톤의 위치를 표시하는 수단에 연결되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 유압 실린더 장치 내의 피스톤의 축선방향 이동은 피스톤이 이동하는 것과 동일한 거리만큼 내부 튜브 장치를 이동시키고, 내부 튜브 장치가 피스톤의 위치를 표시하는 수단에 연결되어 있다면 프로펠러 블레이드의 위치를 판별하는 것이 가능하게 된다. 피스톤의 위치를 표시하기 위한 수단은 피스톤의 위치를 판별할 수만 있다면 원칙적으로 어떠한 수단에 의해서도 구성될 수 있다. 그렇지만, 이 수단은 프로펠러 샤프트를 둘러싸고 프로펠러 샤프트 내의 길이방향 구멍을 통한 로드를 경유하여 내부 튜브 장치에 연결되는 링을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이 링은 프로펠러 블레이드들의 위치의 조정 및 온-라인 제어를 위한 피드-백 수단과 상호작용한다.

각각의 중간 유체 챔버의 축선방향 연장범위는, 피스톤의 최대 및 최소 위치에서 중간 유체 챔버들이 외부 튜브 내에 위치되는 것을 보장하기 위해, 적어도 피스톤의 스트로크 길이와 동일한 것이 바람직하다.

유체는 선박 추진 시스템 내의 구성요소들의 유체 동작에 적합하기만 하면 원칙적으로 어떠한 종류의 유체라도 사용될 수 있다. 그렇지만, 이 유체는 오일인 것이 바람직하다.

선박 추진 시스템을 구동시키는 엔진은, 예컨대 대형의 저속 터보차지식 크로스헤드 엔진(a large low speed turbocharged crosshead engine)과 같은 2-행정 내연기관이거나, 4-행정 내연기관일 수 있다. 이 엔진은 프로펠러 샤프트에 직접적으로 연결되거나, 기어를 경유하여 프로펠러 샤프트에 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이 토크 전달 유닛은 기어이거나, 프로펠러가 엔진에 직접적으로 연결되는 경우에는 엔진 그 자체인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 전술한 단점들이 제거되거나 상당히 감소된 선박 추진 시스템이 제공될 수 있다.

본 명세서의 이어지는 상세한 설명에 있어서, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시형태들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 선박 추진 시스템을 도시하는 도면, 그리고
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 선박 추진 시스템의 일부 단면도이다.

도 1은 제어 가능한 피치 프로펠러(2) 상의 프로펠러 블레이드(3)들을 조절하기 위한 선박 추진 시스템(1)을 도시한다. 바람직하게는 내연기관인 메인 엔진(도시생략)은 프로펠러 샤프트(5)에 연결된 기어(4)에 연결되어 있다. 조절 가능한 프로펠러 블레이드(3)들은, 조절 가능한 프로펠러 블레이드(3)들을 위한 조정장치에 연결되어 동작하는 피스톤(9)에 의해 분리된 제1 압력 챔버(7) 및 제2 압력 챔버(8)를 포함하는 유압 실린더 장치를 감싸는 허브(6)에 연결된다. 프로펠러 샤프트(5)는 허브(6)와 기어(4) 사이에 위치되며, 유압 파워 유닛(11)으로부터 프로펠러 샤프트(5)를 통하여 유체를 제공하는 밸브 장치(10)를 포함한다. 프로펠러 샤프트(5) 내측에서 중심에 배열되는 제1 덕트(13)를 통하여, 제1 압력 챔버(7)까지 유동하는, 그리고 프로펠러 샤프트(5)의 중공부와 제1 덕트(13) 사이에서 둘러싸는 공간을 포함하는 제2 덕트(14)를 통하여 제2 압력 챔버(8)로부터 유동하는, 또는 그 역으로 유동하는 유체를 제어하기 위한 체크 밸브(15, 16)들(도 2 참조)을 갖는 밸브 하우징(12)들은, 프로펠러 샤프트(5)의 외주 상에 나사체결식 결합(도시생략)에 의해서 장착된다. 따라서, 밸브 하우징(12) 및 체크 밸브(15, 16)들은 프로펠러 샤프트(5)와 함께 회전한다.

도 2는 선박 추진 시스템의 일부 단면도를 도시하며, 여기에서 밸브 장치(10)는, 피스톤(9)을 이동시켜 프로펠러 블레이드(3)들(도 1 참조)을 이동시키기 위해 제1 덕트(13) 및 제2 덕트(14)를 통한 유체 유동을 제어하기 위한 체크 밸브(15, 16)들에 연결되며 프로펠러 샤프트 내측 및 내부에 위치된 제1 밸브 유체 채널(17), 제2 밸브 유체 채널(18), 제3 밸브 유체 채널(19) 및 제4 밸브 유체 채널(20)을 포함하는 다수의 밸브 유체 채널들을 구비하는 것이 도시되어 있다.

밸브 장치(10)는 (제1 중심 유체 채널로서의) 제1 파이프부(pipe portion) (22), 중실부(intermediate solid portion)(23) 및 제2 파이프부(24)를 포함하며 외부 튜브(21)에 대해 축선방향 및 회전 운동하도록 구성된 내부 튜브 장치의 일부를 둘러싸며 프로펠러 샤프트(5) 내측에 배열되는 외부 튜브(21)를 포함한다. 내부 튜브 장치는 제1 압력 챔버(7)(도 1 참조)로 또는 제1 압력 챔버로부터 체크 밸브(16)를 통하여 유체를 유동시키기 위하여 구성되어 있다. 제1 파이프부(22)는 제1 반경방향 유체 채널(26)을 구비하고 제2 파이프부(24)는 제2 반경방향 유체 채널(25)을 구비하며, 이것은, 각각, 외부 튜브(21)에 제공된 제1 오목부(27) 및 제2 오목부(28)에 연결된다. (중간 유체 챔버로서의) 오목부(27, 28)들은 외부 튜브(21)의 내측에 제공되며 서로 분리되어 위치되며 밸브 유체 채널(17, 18)들을 경유하여 체크 밸브(15)에 연결된다. 내부 튜브 장치와 외부 튜브(21) 사이의 축선방향 이동을 허용하기 위해 구성되는 밀봉 수단(밀봉 및 스티어링 수단)(29)은 각각의 오목부(27, 28)의 양쪽 끝에 제공된다.

프로펠러 블레이드(3)들의 조절이 요구될 때, 유압 파워 유닛(11)(도 1 참조)의 방향제어 밸브(directional valve)는, 제1 파이프부(22)를 포함하는 제1 중심 유체 채널 내로 유체를 향하게 하여, 제1 반경방향 유체 채널(26), 제1 오목부(17), 제1 밸브 유체 채널(17), 체크 밸브(16), 제2 밸브 유체 채널(18), 제2 오목부(28), 제2 반경방향 유체 채널(25), 제2 파이프부(24), 제1 덕트(13)를 통하여 제1 압력 챔버(7)(도 1 참조) 내로 유체가 유동하도록 하고, 그에 따라 피스톤(9)이 기어(4)를 향하여 축선방향으로 이동하게 하여, 조정장치를 경유하여 프로펠러 블레이드(3)들의 피치를 조절한다. 피스톤(9)의 이동은, 피스톤의 이동량과 동등한 양의 유체를 가압하여, 제2 압력 챔버(8) 밖으로 유동시키고, 제2 덕트(14), 제3 밸브 유체 채널(19), 체크 밸브(15), 제4 밸브 유체 채널(20)을 통하여, 그리고 프로펠러 샤프트(5)의 중공부와 외부 튜브(21)의 외주 사이의 공간을 포함하는 제2 중심 유체 채널(30)을 통하여 유체를 유동시켜 유체 파워 유닛(11)의 탱크로 되돌아가도록 한다. 반대 방향으로 프로펠러 블레이드(3)들의 조절이 요구될 때, 유체 유동은 전술한 순서의 역순으로 행해진다. 체크 밸브(15, 16)들은 바람직하게는 파일럿 제어식 체크 밸브이며, 여기에서 파일럿 제어식 체크 밸브의 엔진 측에서의 압력 증가는 복귀 유동을 제어하는 체크 밸브의 파일럿 개방을 강제한다. 파일럿 유체 채널들은 도시하지 않는다.

청구항에서 사용되는 "포함한다" 는 용어는 다른 구성요소 또는 단계를 배제하려는 것은 아니다. 청구항에서 사용되는 "부정관사(a 또는 an)" 는 복수인 것을 배제하려는 것은 아니다.

청구항에서 사용되는 부재번호는 권리범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명이 예시의 목적으로 상세하게 설명되었지만, 그러한 상세는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범주를 벗어남 없이 통상의 기술자들에 의해 변형들이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

1: 선박 추진 시스템
2: 프로펠러 장치
3: (조절 가능한) 프로펠러 블레이드
4: 토크 전달 유닛
5: 프로펠러 샤프트
6: 허브
7: 제1 압력 챔버
8: 제2 압력 챔버
9: 피스톤
10: 밸브 장치
11: 유압 파워 유닛
12: 밸브 하우징
13: 제1 덕트
14: 제2 덕트
15, 16: 체크 밸브
17, 18, 19, 20: 밸브 유체 채널
22: (제1 중심 유체 채널로서의) 제1 파이프부
23: 중실부
24: 제2 파이프부
25: 제2 반경방향 유체 채널
26: 제1 반경방향 유체 채널
27: (제1 중간 유체 챔버로서의) 제1 오목부
28: (제2 중간 유체 챔버로서의) 제2 오목부
29: 밀봉 수단
30: 제2 중심 유체 채널

Claims

적어도 하나의 조절 가능한 프로펠러 블레이드(3)를 위한 조정장치에 연결되어 동작하는 피스톤(9)에 의해 분리된 제1 압력 챔버(7) 및 제2 압력 챔버(8)를 포함하는 유압 실린더 장치를 둘러싸는 허브(6)에 연결된 적어도 하나의 조절 가능한 프로펠러 블레이드(3)를 갖는 프로펠러 장치(2)와;
허브(6)와 토크 전달 유닛(4) 사이에 위치되는 프로펠러 샤프트(5)로서, 제2 압력 챔버(8)로부터 제2 덕트(14)를 통하여 그리고 제1 압력 챔버(7)까지 제1 덕트(13)를 통하여 또는 그 역으로 유체의 유동을 제어하기 위한 다수의 체크 밸브(15, 16)들에 연결되는 다수의 밸브 유체 채널(17, 18, 19, 20)들을 가지며 유압 파워 유닛(11)으로부터의 유체를 제공하는 밸브 장치(10)를 포함하는 프로펠러 샤프트(5);
를 포함하는 선박 추진 시스템(1)으로서,
상기 밸브 장치(10)는 프로펠러 샤프트(5)의 외측표면에 장착되며 프로펠러 샤프트(5)와 함께 회전하는 밸브 하우징(12) 내에 배열되는 적어도 하나의 체크 밸브(15, 16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브 장치(10)는 프로펠러 샤프트(5) 내측에 위치된 다수의 중심 유체 채널(22, 30)들을 경유하여 유압 파워 유닛(11)으로부터의 유체를 제공하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
적어도 2개의 체크 밸브(15, 16)들이 프로펠러 샤프트(5)의 외주에 분포된 적어도 2개의 별개의 밸브 하우징(12) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
적어도 하나의 밸브 하우징(12)은 분리 가능한 고정수단에 의해서 프로펠러 샤프트(5)에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 밸브 하우징(12)은 프로펠러 샤프트(5)를 감싸는 슬리브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
밸브 장치(10)는, 축선방향 이동을 위하여 구성된 내부 튜브 장치의 적어도 일부를 둘러싸는 외부 튜브(21)를 포함하고, 제1 파이프부(22), 중실부(23) 및 제2 파이프부(24)를 포함하며,
상기 내부 튜브 장치는 체크 밸브(16)를 통하여 유압 실린더 장치(7, 8, 9)로 또는 유압 실린더 장치로부터 유체를 유동시키며,
상기 제1 파이프부(22) 및 제2 파이프부(24)는 외부 튜브(21)의 일부와 내부 튜브 장치의 일부 사이에 각각 제공되는 제1 중간 유체 챔버(27) 및 제2 중간 유체 챔버(28)에 연결되는 반경방향 유체 채널(25, 26)을 각각 구비하며,
상기 중간 유체 챔버(27, 28)들은 서로 분리되어 위치되고 밸브 유체 채널(17, 18)들을 경유하여 체크 밸브(16)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 6에 있어서,
내부 튜브 장치(22, 23, 24)와 외부 튜브(21) 사이의 축선방향 이동을 허용하기 위한 밀봉 수단(29)은 각각의 중간 유체 챔버(27, 28)의 양쪽 끝에 제공되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 내부 튜브 장치(22, 23, 24)는 제1 단부에서 피스톤(9)에 연결되고 제2 단부에서 피스톤(9)의 위치를 표시하는 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 중간 유체 채널(27) 및 제2 중간 유체 채널(28)의 축선방향 연장범위는 적어도 상기 피스톤(9)의 스트로크의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.