KR101475198B1

KR101475198B1 - 캐니스터식 스러스터 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101475198B1
Application number: KR1020130055573A
Authority: KR
Inventors: 김지남; 금창환; 최권호; 박석귀; 오환엽
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-12-31
Also published as: KR20140135865A

Abstract

캐니스터식 스러스터를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터는 선체나 부유구조물의 트렁크 내에서 승강하는 캐니스터와, 캐니스터를 승강시키는 승강장치를 포함하고, 승강장치는 캐니스터의 외면에 설치되며 승강방향으로 연장된 랙기어와, 트렁크에 설치되며 랙기어와 이물림하는 피니언기어 및 이를 구동하는 구동원을 갖춘 승강구동부와, 캐니스터의 설치 시 피니언기어의 회전위치를 설정위치로 조절하여 랙기어와 피니언기어의 원활한 이물림을 구현하도록 제어하는 이물림제어시스템을 포함한다.

Description

캐니스터식 스러스터 및 그 제어방법{CANISTER-TYPE THRUSTER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 캐니스터의 설치 시 승강장치의 랙기어와 피니언기어의 원활한 이물림을 구현할 수 있는 캐니스터식 스러스터 및 그 제어방법에 관한 것이다.

드릴쉽(Drillship)과 같은 특수선박은 해상의 작업영역에서 정박할 수 있어야 하므로 조류, 바람, 파고의 영향에도 위치를 유지할 수 있는 장치(Dynamic Positioning System)가 필요하다. 따라서 이러한 선박은 수중에서 방향을 전환하면서 추진력을 발생시켜 선체의 위치를 제어할 수 있는 스러스터(Thruster)를 갖추고 있다.

하지만 통상적인 스러스터는 선체 하부(수중)에 설치되기 때문에 고장이 생길 경우 수리나 교체가 어렵다. 해상에서 고장이 생길 경우 수리를 위해 도크(dock)가 있는 육상까지 선체를 이동시켜야 하는 상황이 발생하기도 한다. 이러한 운용상의 난점을 해결하고 해상의 작업영역에서도 스러스터의 수리나 교체작업을 수행할 수 있도록 하고자 제안된 것이 캐니스터식 스러스터다.

대한민국 공개특허공보 10-2011-0139545호(2011. 12. 29. 공개) 및 공개특허공보 10-2010-0074397호(2010. 07. 02. 공개)는 캐니스터식 스러스터의 예를 각각 제시하고 있다. 캐니스터식 스러스터는 선체의 갑판으로부터 저면까지 관통된 트렁크 내에 승강하도록 설치된 캐니스터와, 캐니스터의 하부에 설치되며 360도 방향을 전환할 수 있는 추진헤드와, 캐니스터 내에서 추진헤드를 동작시키는 구동장치들과, 캐니스터를 승강시키는 승강장치와, 캐니스터의 승강을 안내하는 안내장치를 갖추고 있다.

캐니스터를 승강시키는 승강장치는 캐니스터의 측면에 설치되는 랙기어와, 랙기어와 이물림하는 피니언기어 및 이를 구동하는 모터를 갖춘 승강구동부를 포함하는 형태일 수 있다.

이러한 스러스터는 캐니스터의 승강을 통해 추진헤드의 위치를 변화시킬 수 있다. 즉 추진헤드를 선체 저면 아래에 위치시키는 운용모드, 선체가 운항할 때 추진헤드를 트렁크 내부로 끌어 올리는 이동모드, 선체 내부의 유지보수영역으로 추진헤드를 끌어올리는 유지보수모드로 전환하는 것이 가능하다. 또 크레인 등을 이용해 캐니스터와 추진헤드를 함께 상부로 들어 올려 선체로부터 분리하는 것도 가능하다.

한편, 캐니스터는 단면의 폭이 대략 5 ~ 6m에 이르고 높이가 대략 10m에 이르는 거대구조물인 관계로 취급이 어렵다. 캐니스터와 이에 장착되는 장치의 무게도 매우 크다. 따라서 캐니스터를 선체의 트렁크로 진입시켜 설치하거나 고장 수리를 위해 선체로부터 분리하였다가 다시 장착하는데에는 많은 어려움이 따른다. 설치 시 캐니스터와 트렁크 사이에 마련되는 안내장치의 정확한 합체가 요구되고, 승강장치의 랙기어와 피니언기어의 이물림 또한 정확히 유지해야 하기 때문이다. 설치과정에서 캐니스터의 진입이 어긋날 경우 랙기어와 피니언기어 이물림 충격이 발생할 수 있고, 이로 인해 승강구동부의 고장이 생길 수도 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2011-0139545호(2011. 12. 29. 공개) 대한민국 공개특허공보 10-2010-0074397호(2010. 07. 02. 공개)

본 발명의 실시 예는 캐니스터의 설치 시 승강장치의 랙기어와 피니언기어의 원활한 이물림을 구현할 수 있는 캐니스터식 스러스터 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

또 본 발명의 실시 예는 제작 및 설치가 용이하면서도 캐니스터의 원활한 승강을 구현할 수 있는 캐니스터식 스러스터 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체나 부유구조물의 트렁크 내에서 승강하는 캐니스터와, 상기 캐니스터를 승강시키는 승강장치를 포함하고, 상기 승강장치는 상기 캐니스터의 외면에 설치되며 승강방향으로 연장된 랙기어와, 상기 트렁크에 설치되며 상기 랙기어와 이물림하는 피니언기어 및 이를 구동하는 구동원을 갖춘 승강구동부와, 상기 캐니스터의 설치 시 상기 피니언기어의 회전위치를 설정위치로 조절하여 상기 랙기어와 상기 피니언기어의 원활한 이물림을 구현하도록 제어하는 이물림제어시스템을 포함하는 캐니스터식 스러스터가 제공될 수 있다.

상기 이물림제어시스템은 상기 랙기어가 상기 피니언기어 쪽으로 진입하는지 여부를 감지하는 진입감지부와, 상기 피니언기어의 회전위치를 감지하는 회전감지부와, 상기 랙기어와 상기 피니언기어의 이물림에 의해 상기 피니언기어에 작용하는 부하를 감지하는 부하감지부와, 상기 진입감지부, 회전감지부, 부하감지부의 감지정보 중 적어도 하나에 근거하여 상기 승강구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 진입감지부는 상기 랙기어가 상기 피니언기어 쪽으로 진입하는 경로에 설치되어 상기 랙기어의 진입여부를 감지는 접촉센서 또는 비접촉센서를 포함할 수 있다.

상기 회전감지부는 상기 승강구동부에 설치되어 상기 구동원 또는 상기 피니언기어 축의 회전위치를 감지하는 회전각센서를 포함할 수 있다.

상기 부하감지부는 상기 승강구동부에 설치되어 상기 구동원 또는 상기 피니언기어 축에 작용하는 토오크를 감지하는 토오크센서를 포함할 수 있다.

상기 캐니스터식 스러스터는 상기 승강구동부 상부의 상기 트렁크 내면에 설치되어 상기 랙기어의 승강을 안내하는 상부안내유닛과, 상기 승강구동부 하부의 상기 트렁크 내면에 설치되어 상기 랙기어의 승강을 안내하는 하부안내유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 상부안내유닛과 상기 하부안내유닛은 상기 트렁크 내면에 고정되는 지지브래킷, 상기 지지브래킷에 마련되며 상기 랙기어의 치부와 접하여 승강을 안내하는 치면안내부, 및 상기 지지브래킷에 마련되며 상기 랙기어의 측면과 접하여 승강을 안내하는 측면안내부를 각각 포함할 수 있다.

상기 치면안내부와 상기 측면안내부는 상기 랙기어와 접하여 승강을 안내하며 분리와 결합 가능하게 장착되는 슬라이딩패드를 각각 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 캐니스터의 설치 시 피니언기어의 회전위치를 감지하여 회전위치가 설정한 위치인지를 판단하고, 상기 피니언기어 회전위치가 설정위치가 아닌 것으로 판단되면 상기 피니언기어를 설정위치로 회전시키도록 제어하는 캐니스터식 스러스터의 제어방법이 제공될 수 있다.

상기 제어방법은 상기 피니언기어의 회전위치 감지 전에 상기 랙기어가 상기 피니언기어 쪽으로 진입하는지를 감지하여 진입여부를 판단하고, 상기 랙기어가 진입하는 것으로 판단되면 상기 피니언기어의 회전위치 감지를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제어방법은 상기 피니언기어의 회전위치가 설정위치로 조절된 후 상기 피니언기어에 작용하는 부하를 감지하여 상기 랙기어와 피니언기어의 이물림여부를 판단하고, 이물림이 이루어진 것으로 판단되면 상기 피니언기어를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터는 캐니스터의 설치과정에서 피니언기어의 회전위치를 이물림이 용이한 설정위치로 회전시키도록 제어할 수 있기 때문에 랙기어와 피니언기어의 원활한 초기 이물림을 구현할 수 있다. 따라서 랙기어 및 승강구동부를 설치에 따른 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있다.

또 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터는 안내장치와 승강장치가 같은 선상에 배치되기 때문에 용이한 설치를 구현할 수 있다. 관련하여 안내장치의 구성을 단순화할 수 있기 때문에 제작비용을 줄이고 생산성도 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 내부구성 및 선체 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도로, 캐니스터가 운용모드, 이동모드, 유지보수모드의 위치로 각각 이동한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 캐니스터와 트렁크의 단면구조 및 캐니스터를 구속하는 구속장치의 구성을 나타낸 횡방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 하부안내유닛 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 하부안내유닛 정면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터에서 피니언기어 회전위치를 이물림에 용이한 설정위치로 회전시키기 전 상태, 즉 이물림에 불리한 상태에 놓인 경우를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 피니언기어 회전위치를 이물림에 용이한 설정위치로 회전시킨 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 이물림제어시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터 설치동작 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 내부구성 및 선체 장착상태를 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터(100)는 해상의 작업영역에서 정박상태를 유지할 필요가 있는 선박이나 부유구조물에 적용될 수 있다. 예를 들면, 석유나 가스 등 해저 자원의 채취를 위해 시추작업을 하는 드릴쉽(Drillship), 부유식 원유생산·저장·하역설비(FPSO: Floating Production Storage Offloading) 등에 적용될 수 있다. 또 이러한 캐니스터식 스러스터(100)는 반드시 정박상태에서 위치제어가 필요한 경우 외에도 예인선, 쇄빙선 등과 같은 특수선박이나 통상의 운송선박에도 적용될 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 캐니스터식 스러스터(100)가 적용되는 선박의 선체(1, 또는 부유구조물)는 상하방향으로 관통된 트렁크(2)를 구비한다. 그리고 스러스터(100)는 트렁크(2) 내에 승강 가능하게 설치되는 캐니스터(110), 캐니스터(110)의 하부에 설치된 추진헤드(130), 캐니스터(110)를 상하로 이동시키는 승강장치(140), 캐니스터(110)의 승강을 안내하는 안내장치를 포함한다.

캐니스터(110)는 도 1, 도 2, 도 6에 도시한 바와 같이, 그 하부 및 측면이 수밀 가능한 사각의 상자형태로 마련될 수 있다. 선체(1)의 트렁크(2)는 캐니스터보다 약간 큰 사각통 형태일 수 있다. 여기서는 하나의 예로써 캐니스터(110)와 트렁크(2)의 단면형상이 사각형인 경우를 제시하지만, 캐니스터(110)와 트렁크(2)는 단면형상이 육각, 팔각, 원형 등 다양하게 변경될 수 있다.

캐니스터(110)는 도 1에 도시한 바와 같이, 상하방향으로 상호 이격된 복수의 갑판(112,113,114)에 의해 내부가 복수의 공간으로 구획될 수 있다. 즉 캐니스터(110)의 아래 쪽으로부터 바닥판(111)과 제1갑판(112) 사이의 하부격실(116), 제1갑판(112)과 제2갑판(113) 사이의 구동기기실(117), 제2갑판(113)과 제3갑판(114) 사이의 보조기기실(118), 제3갑판(114)과 상판(115) 사이의 상부격실(119)로 구획될 수 있다. 또 캐니스터(110) 내에는 각 공간으로 이동할 수 있도록 상하로 길게 사다리(120)가 설치될 수 있다.

구동기기실(117)에는 후술할 추진헤드(130)를 구동하는 구동모터(121)가 설치되고, 보조기기실(118)에는 스러스터(100)의 동작제어를 위한 각종 제어설비와 전원공급설비 등이 설치될 수 있다. 여기서는 하나의 예로써 캐니스터(110) 내부의 구성을 제시하는 것일 뿐 캐니스터(110) 내부구성이 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 캐니스터(110) 내부는 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

추진헤드(130)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 프로펠러(131)와, 프로펠러(131)를 지지하는 유선형 프로펠러지지부(132)와, 프로펠러지지부(132)로부터 상방으로 연장되며 그 상부의 회전연결부(134)가 캐니스터(110) 바닥판(111)에 회전 가능하게 지지된 수직지지부(133)와, 추진수류의 안내를 위해 프로펠러(131)의 둘레에 설치된 원통형 슈라우드(135)를 포함할 수 있다.

캐니스터(110)의 하부격실(116)에는 구동모터(121)의 회전을 프로펠러(131) 쪽으로 전달하는 구동축(136)이 설치되고, 추진헤드(130)의 수직지지부(133)와 프로펠러지지부(132) 내에는 도면에 나타내지는 않았지만 구동축(136)과 프로펠러(131)를 동력전달 가능하게 연결하는 회전축들과 기어들이 설치된다. 또 하부격실(116)에는 추진헤드(130)를 360도 회전시킬 수 있도록 회전연결부(134)를 회전시키는 조향모터들(137)이 설치될 수 있다.

추진헤드(130)는 도 1 및 도 3과 같이 선체(1)의 저면보다 아래에 위치한 상태에서 구동모터(121)의 동작에 의해 프로펠러(131)가 회전함으로써 추진수류를 발생시킬 수 있다. 또 조향모터들(137)의 동작에 의해 추진헤드(130)가 회전함으로써 추진수류의 방향을 제어할 수 있다. 그리고 이러한 추진수류는 선체(1)를 원하는 위치로 이동시킴으로써 조류나 파도 등의 영향에도 불구하고 선체(1)가 해상에서 제 위치를 유지하도록 할 수 있다. 이처럼 추진헤드(130)가 선체(1)의 하부에서 회전하는 형태의 추진기를 아지무스 스러스터(azimuth thruster)라고도 한다.

캐니스터(110)를 상하로 이동시키는 승강장치(140)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 캐니스터(110) 외면과 트렁크(2)의 내면 사이에 설치될 수 있다. 또 캐니스터(110) 양측을 대등한 조건으로 승강시킬 수 있도록 동일한 형태의 승강장치(140)가 캐니스터(110)의 양측에 각각 마련될 수 있다.

각 승강장치(140)는 캐니스터(110)의 측면에 고정되며 승강방향으로 길게 연장된 랙기어(141)와, 트렁크(2)의 내면 쪽에 설치되며 랙기어(141)와 이물림하는 두 피니언기어(142) 및 이들 피니언기어(142)를 구동하는 구동원을 갖춘 승강구동부(143)를 포함할 수 있다.

랙기어(141)는 도 2와 도 3에 도시한 예처럼 캐니스터(110)의 측면 상부에서 하부까지 길게 연장되고, 그 폭 방향 양측에 두 피니언기어(142)와 각각 이물림하는 치부(141b)가 대칭을 이루도록 마련된다. 본 실시 예는 안정적인 승강을 구현하기 위해 두 피니언기어(142)가 랙기어(141)의 양측 치부(141b)에 각각 이물림 하는 구성을 제시하지만, 랙기어(141)의 치부(141b)가 한쪽에만 마련되고 여기에 하나의 피니언기어(142)가 이물림하는 형태일 수도 있다. 또 본 실시 예는 랙기어(141)의 바디부(141a)와 그 양측의 치부(141b)가 일체화된 형태를 제시하지만, 랙기어(141)는 바디부(141a)와 치부(141b)가 각각 별도로 제작된 후 상호 결합되는 형태일 수 있다. 또 랙기어(141)는 거대구조물인 캐니스터(110)의 승강을 구현하는 것이어서 길고 큰 부품이므로 복수의 요소로 분할 제작된 후 설치 시 상호 결합되는 형태일 수도 있다.

승강구동부(143)는 도 1에 도시한 바와 같이, 트렁크(2)의 상하 중간부분보다 상부위치에 설치될 수 있고, 승강구동부(143)가 위치하는 트렁크(2)의 내면 양측에는 이러한 승강구동부(143)의 설치 및 유지보수를 위한 설치공간(3)이 마련될 수 있다. 승강구동부(143)의 구동원은 두 피니언기어(142)의 상반된 감속회전을 구현할 수 있는 감속기어장치와 이를 구동하는 모터를 포함하는 형태일 수 있고, 설치공간(3) 내부의 고정구조물(4)에 고정될 수 있다.

승강장치(140)는 승강구동부(143)의 동작에 의해 랙기어(141)가 승강함으로써 캐니스터(110)의 상하 이동을 구현할 수 있고, 이를 통해 캐니스터(110) 하부에 설치된 추진헤드(130)의 위치를 변화시킬 수 있다. 즉 도 3과 같이 추진헤드(130)를 선체(1) 저면 아래에 위치시켜 선체(1)의 위치제어를 수행하는 운용모드, 도 4와 같이 선체(1)가 운항할 때 저항을 줄이기 위해 추진헤드(130)를 트렁크(2) 내부로 끌어 올리는 이동모드, 도 5와 같이 추진헤드(130)의 유지보수를 위해 추진헤드(130)를 트렁크(2) 상부의 유지보수위치로 끌어 올리는 유지보수모드로 전환할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 유지보수모드에서 추진헤드(130)가 위치하는 높이의 트렁크(2) 측면 쪽에는 추진헤드(130)의 유지보수를 위한 유지보수공간(6)이 마련될 수 있다. 유지보수공간(6)은 추진헤드(130)의 부품을 분리한 후 그 내부에 보관하거나 작업자가 추진헤드(130)에 접근하여 유지보수를 수행하기에 충분한 크기일 수 있고, 선박의 진수상태에서 수면보다 상부에 위치할 수 있다.

또 이러한 캐니스터식 스러스터(100)는 도 3과 도 6에 도시한 바와 같이, 운용모드, 이동모드 등으로 전환된 상태에서 캐니스터(110)를 흔들림 없이 구속할 수 있는 복수의 구속장치(150)를 구비한다.

구속장치(150)는 캐니스터(110) 내에 설치되며 모터나 유압실린더를 등으로 이루어지는 구동부(151), 구동부(151)의 동작에 의해 캐니스터(110) 외측으로 돌출하여 걸림을 구현하는 걸림로드(152), 구속장치(150)와 대응하는 위치의 트렁크(2) 내면에 고정되며 걸림로드(152)가 진입하여 걸리는 홈을 갖춘 복수의 걸림부재(153)를 포함할 수 있다. 복수의 걸림부재(153)는 캐니스터(110)가 운용모드, 이동모드, 유지보수모드로 이동한 상태에서 걸림로드(152)의 걸림을 구현할 수 있도록 해당하는 위치에 각각 마련될 수 있다.

캐니스터(110)의 승강을 안내하는 안내장치는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 승강구동부(143) 상측의 트렁크(2) 내면에 설치되어 랙기어(141)를 지지함으로써 랙기어(141)의 승강을 안내하는 상부안내유닛(160)과, 승강구동부(143) 하부의 트렁크(2) 내면에 설치되어 역시 랙기어(2)를 지지함으로써 랙기어(141)의 승강을 안내하는 하부안내유닛(170)을 포함할 수 있다.

즉 본 실시 예는 상부안내유닛(160)과 하부안내유닛(170)이 랙기어(141)의 승강궤적과 일치하는 트렁크(2)의 내면에 장착되어 랙기어(141)를 슬라이딩 가능하게 지지함으로써 캐니스터(110)의 원활한 승강을 안내한다. 여기서는 일 예로써 상부안내유닛(160)과 하부안내유닛(170)만을 제시하지만, 안내장치는 상부 또는 하부안내유닛(160,170)과 같은 형태로 마련되어 랙기어(141)의 승강궤적 상에 추가로 설치되는 안내유닛을 포함할 수 있다. 그리고 이러한 안내장치는 승강장치(140)가 위치하는 트렁크(2)의 양측에 대등한 형태로 마련될 수 있다.

하부안내유닛(170)은 도 2, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 트렁크(2) 내면에 고정되는 지지브래킷(171)과, 지지브래킷(171)의 양측에 대칭을 이루도록 마련되어 랙기어(141) 양측의 치부(141b)에 각각 접하는 두 치면안내부(172), 랙기어(141)의 측면(치부가 형성되지 않은 평탄면)과 접하여 랙기어(141)의 승강을 안내하도록 두 치면안내부(172) 사이의 지지브래킷(171)에 마련된 측면안내부(173)를 포함한다. 하부안내유닛(170)은 두 치면안내부(172)와 측면안내부(173)가 랙기어(141) 주위를 감싸는 ㄷ형태를 유지함으로써 랙기어(141)를 흔들림 없이 지지할 수 있다.

두 치면안내부(172)와 측면안내부(173)의 골격을 이루는 지지브래킷(171)은 복수의 금속판재를 용접으로 연결하는 방식으로 제작될 수 있고, 이러한 지지브래킷(171)이 용접에 의해 트렁크(2) 내면에 고정될 수 있다.

두 치면안내부(172)와 측면안내부(173)는 랙기어(141)와 접하여 승강을 안내하는 슬라이딩패드(172a,173a)를 각각 포함한다. 각 슬라이딩패드(172a,173a)는 마모나 훼손 시 교체가 가능하도록 치면안내부(172)와 측면안내부(173)의 내면 쪽에 볼트체결방식으로 분리와 결합이 가능하게 장착될 수 있다. 또 슬라이딩패드(172a,173a)가 고정되는 배면에는 설치 시 슬라이딩패드(172a,173a)와 랙기어(141) 사이의 간극을 조절하기 위해 하나 이상의 두께 조절판(172b,173b)이 개재될 수 있다.

치면안내부(172)와 측면안내부(173)는 랙기어(141)가 그 내측으로 원활히 진입할 수 있도록 랙기어(141)의 승강방향에 대하여 경사를 유지하는 진입안내부(172c,173c)를 구비할 수 있고, 슬라이딩패드(172a,173a)의 상단과 하단에도 랙기어(141)의 승강방향에 대하여 경사를 유지하는 경사안내면(172d,173d)이 형성될 수 있다.

슬라이딩패드(172a,173a)는 랙기어(141)의 치부(141b)를 보호하면서도 원활한 미끄럼이동을 안내할 수 있도록 랙기어(141)보다 강성이 약한 비금속소재로 마련될 수 있다. 바람직하게는 마찰저항이 작고 내마모성과 내충격성이 우수한 합성수지소재일 수 있다.

상부안내유닛(160)도 하부안내유닛(170)과 실질적으로 동일한형태로 마련될 수 있다. 다만, 캐니스터(110)가 하강하거나 상승할 때 랙기어(141)가 상부안내유닛(160) 또는 하부안내유닛(170)으로부터 이탈하였다가 다시 진입하는 점을 고려해 경사를 유지하면서 랙기어(141)의 진입을 안내하는 진입안내부(172c, 162c)의 방향이 반대로 배치될 수 있다. 즉 도 3의 예처럼 상부안내유닛(160)은 진입안내부(162c)가 하부에 배치되고, 하부안내유닛(170)은 진입안내부(172c)가 상부에 배치될 수 있다.

상부안내유닛(160)과 하부안내유닛(170)의 이격거리는 랙기어(141)의 전체길이보다 짧을 수 있다. 이는 도 5에 도시한 바와 같이, 승강하는 랙기어(141)가 상부안내유닛(160)과 승강구동부(143)의 피니언기어(142)에 의해 지지되거나, 도 3에 도시한 바와 같이 하부안내유닛(170)과 승강구동부(143)의 피니언기어(142)에 의해 지지되는 상태, 즉 최소 2점 이상의 지지를 유지하도록 하여 랙기어(141)의 안정된 승강을 구현하기 위함이다.

이러한 캐니스터식 스러스터(100)를 선체(1)에 최초 설치하거나 고장수리를 위해 선체(1)로부터 분리하였다가 다시 설치할 때는 추진헤드(130)가 장착된 캐니스터(110)를 크레인 등으로 들어 올린 상태에서 캐니스터(110)가 트렁크(2) 상부의 개구로 진입하도록 캐니스터(110)를 하강시킨다.

이때 캐니스터(110) 양측의 랙기어(141)는 상부안내유닛(160)에 의해 진입이 안내되고, 이어 그 하부에 위치하는 승강구동부(143)의 피니언기어(142)와 이물림을 하게 되면서 안정적으로 지지될 수 있다. 이후에는 승강구동부(143)의 동작에 의해 캐니스터(110)의 진입이 이루어질 수 있고, 하강하는 랙기어(141)가 하부안내유닛(170)으로 자연스럽게 진입하여 안정되게 지지될 수 있다.

특히 본 실시 예는 상부안내유닛(160)과 하부안내유닛(170)이 랙기어(141)와 같은 선상에 배치되어 랙기어(141)를 안내하는 형태이기 때문에 안내장치와 승강장치가 다른 위치에 배치되는 통상의 캐니스터식 스러스터에 비하여 용이한 설치를 구현할 수 있다.

통상의 캐니스터식 스러스터처럼 안내장치와 승강장치가 별도로 마련되면, 설치과정에서 안내장치의 정확한 결합을 유지하면서 승강장치의 랙기어와 피니언기어의 정확한 이물림도 함께 고려해야 하기 때문에 각 부분의 결합공차를 유지하며 정확한 설치를 구현하기가 매우 어렵다. 캐니스터와 같은 거대구조물은 크기와 무게로 인하여 취급이 용이하지 않기 때문이다. 그러나 본 실시 예의 캐니스터식 스러스터는 상부안내유닛(160) 및 하부안내유닛(170)이 승강장치(140)의 랙기어(141)와 같은 선상에 배치되어 랙기어(141)의 승강을 안내하는 방식이기 때문에 보다 용이한 설치를 구현할 수 있다. 아울러 캐니스터(110) 쪽에 안내를 위해 별도로 레일을 설치할 필요가 없는 등 구성을 단순화하는 것도 가능하기 때문에 제작비용을 줄이고 생산성도 높이는 효과도 얻을 수 있다.

한편, 캐니스터(110)를 트렁크(2)에 설치하는 과정에서 랙기어(141)가 승강구동부(143)의 피니언기어(142)와 최초 이물림을 할 때는 도 9에 도시한 예처럼 피니언기어(142)의 회전위치가 치합에 불리한 상태일 수 있고, 랙기어(141)가 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는 방향이 다소 어긋날 수 있다. 이러한 상황에서 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림이 이루어질 경우 피니언기어(142)의 치부 또는 랙기어(141)의 치부에 큰 충격이 가해질 수 있고, 때로 이러한 충격이 기어의 파손이나 승강구동부(143)의 고장을 초래할 수 있다. 하강하는 랙기어(141)의 치부(141b)에는 거대구조물인 캐니스터(110)의 하중이 작용하기 때문에 초기 이물림이 어긋날 경우 상호 이물림하는 부분에 큰 충격이 가해질 수 있다.

이러한 점을 고려해 본 실시 예에 따른 승강장치(140)는 도 10에 도시한 예처럼 캐니스터(110)의 설치과정에서 피니언기어(142)의 회전위치를 이물림이 용이한 설정위치로 조절하여 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 원활한 이물림을 구현하도록 제어하는 이물림제어시스템을 구비한다.

이물림제어시스템은 도 11에 도시한 바와 같이, 랙기어(141)가 피니언기어 쪽으로 진입하는지 여부를 감지하는 진입감지부(145), 피니언기어(142)의 회전위치를 감지하는 회전감지부(146), 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림에 의해 피니언기어(142)에 작용하는 부하를 감지하는 부하감지부(147), 그리고 진입감지부(145), 회전감지부(146), 부하감지부(147)의 감지정보 중 적어도 하나에 근거하여 승강구동부(143)의 동작을 제어하는 제어부(148)를 포함할 수 있다.

진입감지부(145)는 랙기어(141)가 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는 경로, 즉 도 1을 참고하면 승강구동부(143) 상측의 랙기어(141) 진입경로나 그 인접위치에 마련될 수 있다. 진입감지부(145)는 랙기어(141)와 접촉을 통하여 진입여부를 감지하는 접촉센서 또는 랙기어(141)와 이격상태에서 진입여부를 감지하는 비접촉센서일 수 있다. 예를 들면, 접촉센서는 마이크로스위치, 리미트스위치 등으로 이루어질 수 있고, 비접촉센서는 포토센서, 거리센서, 위치센서 등으로 이루질 수 있다.

회전감지부(146)는 승강구동부(143)에 설치될 수 있다. 회전감지부(146)는 구동원 또는 피니언기어(142) 축의 회전위치를 감지할 수 있는 엔코더 등의 회전각센서일 수 있다. 회전감지부(146)는 피니언기어(142)의 회전위치를 감지하여 피니언기어(142)의 치부 위치를 판단하는데 이용할 수 있다.

부하감지부(147)도 승강구동부(143)에 설치될 수 있다. 부하감지부(147)는 구동원 또는 피니언기어(142) 축에 작용하는 토오크를 감지하는 토오크센서일 수 있다. 즉 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림이 이루어질 때 피니언기어(142)에 작용하는 부하(하중)를 감지하여 이물림 여부를 판단하는데 이용할 수 있다. 토오크센서는 승강구동부(143)에 설치되어 피니언기어(142)로부터 전달되는 토오크를 감지할 수 있는 축계 스트레인게이지나 로드셀 등으로 이루어질 수 있다.

아래에서는 캐니스터(110)를 설치하는 과정에서 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 원활한 이물림을 구현하기 위해 승강장치(140)의 동작을 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 도 12는 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림 동작 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 12를 참조하면, 캐니스터(110)를 설치하는 과정에서 작업자는 기기의 조작 등을 통하여 승강장치(140)가 이물림제어시스템의 제어에 의해 동작하도록 할 수 있다. 이 상태에서 캐니스터(110)를 트렁크(2) 내부로 진입시키면, 진입감지부(145)가 랙기어(141)의 진입여부를 감지하고(181), 제어부(148)는 진입감지부(145)의 감지정보에 근거하여 랙기어(141)가 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는지 여부를 판단한다(182).

단계 182에서 랙기어(141)가 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는 것으로 판단되면, 제어부(148)는 회전감지부(146)를 통해 피니언기어(142)의 회전위치를 감지하고(183), 피니언기어(142)의 회전위치가 설정위치 인지를 판단한다(184).

여기서, 피니언기어(142)의 설정위치란 도 10에 도시한 예처럼 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림이 용이한 조건이 되도록 피니언기어(142)가 회전한 상태를 의미한다. 즉 도 9의 예처럼 랙기어(141)의 치부(141b)와 근접한 위치에 놓인 피니언기어(142)의 상측 치부(142b)가 랙기어(141)의 치부(141b)를 향하는 상태가 아니라, 도 10의 예처럼 피니언기어(142)의 상측 치부(142b)가 랙기어(141)의 치부(141b)와 이격을 유지하여 랙기어(141)가 두 피니언기어(142)의 상측 치부(142b) 사이로 쉽게 진입하여 이물림할 수 있도록 회전한 위치를 말한다. 도 10의 예처럼 양측 두 피니언기어(142)의 상측 치부(142b) 사이의 이격거리(L2)가 커지면, 랙기어(141)가 진입하는 과정에서 다소 어긋나거나 흔들림이 생기는 경우에도 두 피니언기어(142) 사이로 원활히 진입하여 이물림을 할 수 있다. 하지만, 도 9의 예처럼 양측 두 피니언기어(142)의 상측 치부(142b) 사이의 이격거리(L1)가 도 10의 예에서의 이격거리(L2)보다 작아지면, 초기 이물림과정에서 랙기어(141)의 치부(141b)와 피니언기어(142) 상측 치부(142b) 간의 충격이 발생할 수 있다.

따라서 제어부(148)는 단계 184에서 피니언기어(142)의 회전위치가 도 9의 예처럼 설정한 위치가 아닌 것으로 판단될 경우 피니언기어(142)를 설정위치로 회전시키도록 승강구동부(143)를 동작시킨다. 즉 도 10의 예처럼 피니언기어(142)를 이물림이 용이한 설정위치로 회전시키도록 제어한다.

단계 184에서 피니언기어(142)의 회전위치가 설정위치인 것으로 판단되면, 제어부(148)는 피니언기어(142)를 회전시킬 필요가 없으므로, 승강구동부(143)의 동작을 정지시켜 랙기어(141)가 두 피니언기어(142) 사이로 진입하기를 대기하도록 한다. 또 부하감지부(147)를 통해 피니언기어(142)에 작용하는 부하를 감지하여(186), 피니언기어(142)에 부하가 작용하지 여부를 판단한다(187). 즉 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림이 이루어졌는지 여부를 판단한다. 이물림이 이루어질 경우 피니언기어(142)에는 캐니스터(110)의 무게로 인하여 랙기어(141)로부터 큰 하중이 작용할 것이기 때문이다.

단계 187에서 피니언기어(142)에 부하가 작용하여 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림이 이루어진 것으로 판단되면, 제어부(148)는 승강구동부(149)를 동작시켜 피니언기어(142)를 구동시킨다(188). 즉 피니언기어(142)가 승강구동부(143)에 의해 회전함으로써 자연스러운 이물림이 이루어지면서 캐니스터(110)의 설치가 진행되도록 한다.

랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림이 이루어진 후에는 도 5의 예처럼 랙기어(141)의 상측이 상부안내유닛(160)에 의해 지지되고, 랙기어(141)의 하부가 피니언기어(142)에 의해 지지되므로 캐니스터(110)가 안정적으로 지지될 수 있다. 따라서 이때부터는 캐니스터(110)의 승강동작과 마찬가지로 승강구동부(143)의 동작에 의해 랙기어(141)가 하강하고, 랙기어(141)의 하강에 의해 캐니스터(110)의 하강이 이루어질 수 있다.

이후 제어부(148)는 캐니스터(110)의 설치가 완료되었는지 여부를 판단하고, 피니언기어(142)의 구동을 멈추도록 제어할 수 있다. 이때 캐니스터(110)의 설치가 완료되었는지 여부는 랙기어(141)의 진입경로 또는 트렁크(2) 내면에 설치되는 센서(미도시)의 감지를 통해 판단하거나, 작업자의 동작지령에 근거하여 판단할 수 있다.

이처럼 본 실시 예의 캐니스터식 스러스터는 캐니스터(110)의 설치과정에서 랙기어(141)의 진입을 감지하여 피니언기어(142)의 회전위치를 이물림이 용이한 설정위치로 회전시키도록 제어할 수 있기 때문에 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 원활한 초기 이물림을 구현할 수 있다. 따라서 랙기어(141) 및 피니언기어(142)를 설치에 따른 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있다.

한편, 본 실시 예는 진입감지부(145)가 랙기어(141)의 진입여부를 감지하고, 제어부(148)가 이를 토대로 이후의 동작을 제어하는 경우를 제시하였으나, 이물림동작의 제어가 이러한 경우로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제어부(148)는 진입감지부(145)를 통해 진입여부를 판단하는 대신 작업자의 기기조작이나 지령에 의해 캐니스터(110)의 설치가 이루어질 것임을 판단할 수도 있고, 이를 통해 피니언기어(142)의 회전위치 감지, 회전위치조절 등 이후의 이물림동작을 제어할 수 있다.

2: 트렁크, 110: 캐니스터,
130: 추진헤드, 131: 프로펠러,
140: 승강장치, 141: 랙기어,
142: 피니언기어, 143: 승강구동부,
145: 진입감지부, 146: 회전감지부,
147: 부하감지부, 148: 제어부,
150: 구속장치, 160: 상부안내유닛,
170: 하부안내유닛.

Claims

선체(1)나 부유구조물의 트렁크(2) 내에서 승강하는 캐니스터(110)와,
상기 캐니스터(110)를 승강시키는 승강장치(140)를 포함하고,
상기 승강장치(140)는 상기 캐니스터(110)의 외면에 설치되며 승강방향으로 연장된 랙기어(141)와, 상기 트렁크(2)에 설치되며 상기 랙기어(141)와 이물림하는 피니언기어(142) 및 이를 구동하는 구동원을 갖춘 승강구동부(143)와, 상기 캐니스터(110)의 설치를 위해 상기 랙기어(141)가 상기 피니언기어(142)로의 진입 시 상기 피니언기어(142)의 회전위치를 설정위치로 조절하여 상기 랙기어(141)와 상기 피니언기어(142)의 원활한 이물림을 구현하도록 제어하는 이물림제어시스템을 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제1항에 있어서,
상기 이물림제어시스템은 상기 랙기어(141)가 상기 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는지 여부를 감지하는 진입감지부(145)와, 상기 피니언기어(142)의 회전위치를 감지하는 회전감지부(146)와, 상기 랙기어(141)와 상기 피니언기어(142)의 이물림에 의해 상기 피니언기어(142)에 작용하는 부하를 감지하는 부하감지부(147)와, 상기 진입감지부(145), 회전감지부(146), 부하감지부(147)의 감지정보 중 적어도 하나에 근거하여 상기 승강구동부(143)의 동작을 제어하는 제어부(148)를 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제2항에 있어서,
상기 진입감지부(145)는 상기 랙기어(141)가 상기 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는 경로에 설치되어 상기 랙기어(141)의 진입여부를 감지는 접촉센서 또는 비접촉센서를 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제2항에 있어서,
상기 회전감지부(146)는 상기 승강구동부(143)에 설치되어 상기 구동원 또는 상기 피니언기어(142) 축의 회전위치를 감지하는 회전각센서를 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제2항에 있어서,
상기 부하감지부(147)는 상기 승강구동부(143)에 설치되어 상기 구동원 또는 상기 피니언기어(142) 축에 작용하는 토오크를 감지하는 토오크센서를 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제1항에 있어서,
상기 승강구동부(143) 상부의 상기 트렁크(2) 내면에 설치되어 상기 랙기어(141)의 승강을 안내하는 상부안내유닛(160)과, 상기 승강구동부(143) 하부의 상기 트렁크(2) 내면에 설치되어 상기 랙기어(141)의 승강을 안내하는 하부안내유닛(170)을 더 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제6항에 있어서,
상기 상부안내유닛(160)과 상기 하부안내유닛(170)은
상기 트렁크(2) 내면에 고정되는 지지브래킷(171),
상기 지지브래킷(171)에 마련되며 상기 랙기어(141)의 치부(141b)와 접하여 승강을 안내하는 치면안내부(172), 및
상기 지지브래킷(171)에 마련되며 상기 랙기어(141)의 측면과 접하여 승강을 안내하는 측면안내부(173)를 각각 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제7항에 있어서,
상기 치면안내부(172)와 상기 측면안내부(173)는 상기 랙기어(141)와 접하여 승강을 안내하며 분리와 결합 가능하게 장착되는 슬라이딩패드(172a, 173a)를 각각 포함하는 캐니스터식 스러스터(100).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 캐니스터식 스러스터의 제어방법에 있어서,
상기 캐니스터(110)의 설치 시 상기 피니언기어(142)의 회전위치를 감지하여 회전위치가 설정한 위치인지를 판단하고, 상기 피니언기어(142) 회전위치가 설정위치가 아닌 것으로 판단되면 상기 피니언기어(142)를 설정위치로 회전시키도록 제어하는 캐니스터식 스러스터의 제어방법.
제9항에 있어서,
상기 피니언기어(142)의 회전위치 감지 전에 상기 랙기어(141)가 상기 피니언기어(142) 쪽으로 진입하는지를 감지하여 진입여부를 판단하고, 상기 랙기어(141)가 진입하는 것으로 판단되면 상기 피니언기어(142)의 회전위치 감지를 수행하는 캐니스터식 스러스터의 제어방법.
제9항에 있어서,
상기 피니언기어(142)의 회전위치가 설정위치로 조절된 후 상기 피니언기어(142)에 작용하는 부하를 감지하여 상기 랙기어(141)와 피니언기어(142)의 이물림여부를 판단하고, 이물림이 이루어진 것으로 판단되면 상기 피니언기어(142)를 구동시키는 캐니스터식 스러스터의 제어방법.