KR101487669B1 - 캐니스터식 스러스터 - Google Patents

Abstract

캐니스터식 스러스터를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터는 선체나 부유구조물의 트렁크 내에서 승강하는 캐니스터와; 캐니스터를 승강 동작 및 승강 안내하기 위해 트렁크의 외면에 승강방향으로 길게 설치되는 레일 및 레일에 마련되는 랙기어와, 캐니스터에 설치되어 레일을 안내하는 레일가이드 및 랙기어와 이물림하는 피니언부와, 캐니스터에 설치되어 피니언부를 구동하기 위한 승강구동부를 갖는 승강장치;를 포함한다.

Description

캐니스터식 스러스터{CANISTER-TYPE THRUSTER}

본 발명은 제작 및 설치가 용이하면서도 캐니스터의 원활한 승강을 구현할 수 있는 캐니스터식 스러스터에 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 어려운 문제가 있다. 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 어려우며, 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 안내장치가 변형 및 파손되거나 승강장치의 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 제작 및 설치가 용이하며 캐니스터의 원활한 승강을 구현할 수 있는 캐니스터식 스러스터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체나 부유구조물의 트렁크 내에서 승강하는 캐니스터와; 캐니스터를 승강 동작 및 승강 안내하기 위해 트렁크의 외면에 승강방향으로 길게 설치되는 레일 및 레일에 마련되는 랙기어와, 캐니스터에 설치되어 레일을 안내하는 레일가이드 및 랙기어와 이물림하는 피니언부와, 캐니스터에 설치되어 피니언부를 구동하기 위한 승강구동부를 갖는 승강장치를 포함하는 캐니스터식 스러스터가 제공될 수 있다.

상기 레일은 트렁크로부터 돌출 마련되는 레일베이스와, 레일레이스의 정면에 마련되는 상기 랙기어를 포함하고, 상기 피니언부는 상기 승강구동부와 연결되는 기어축과, 상기 기어축에 상기 랙기어와 이물림되도록 마련되는 피니언기어와, 상기 피니언기어의 양측에 돌출 마련되어 상기 레일베이스를 감싸는 레일가이드를 포함할 수 있다.

상기 레일가이드는 피니언기어와 함께 회전하는 원판 형태로 마련될 수 있다.

상기 레일가이드와 피니언기어는 보빈 형태로 마련될 수 있다.

상기 캐니스터의 중간에 피니언부 및 승강구동부가 마련되고, 상단과 하단에 각각 보조피니언부가 마련될 수 있다.

상기 보조피니언부는 캐니스터에 회전 가능하게 마련되는 회전축과, 회전축에 마련되는 피니언기어 및 레일가이드를 포함할 수 있다.

상기 캐니스터는 외측에 개구부를 구비하고, 상기 승강구동부는 캐니스터 내부에 마련되며, 상기 개구부에 마련되는 피니언부와 연결될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터는 승강장치의 랙기어와 피니언기어가 이물림하면서 캐니스터를 승강시키는 한편, 랙기어가 설치되는 레일을 피니언기어가 설치되는 레일가이드가 감싸면서 승강을 안내하고 있어 설치가 용이하며, 이로 인해 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 3은 도 2의 B-B선에 따른 단면도로, 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 승강장치를 확대 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 A-A 선에 따른 단면도로, 캐니스터가 운용모드, 이동모드, 유지보수모드의 위치로 각각 이동한 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터식 스러스터의 캐니스터와 트렁크의 단면구조 및 캐니스터를 구속하는 구속장치의 구성을 나타낸 횡방향 단면도이다.

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, 및 도 7에 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 및 도 2에 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 4에 도시한 바와 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 및 도 2에 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 트렁크(2)의 내면에 고정되며 승강방향으로 길게 연장된 레일(141) 상에 마련되는 랙기어(142)와, 캐니스터(110)의 측면에 형성되는 개구부(110a)에 마련되어 랙기어(142)와 이물림하는 피니언부 및 이 피니언부를 구동하는 구동원을 갖춘 승강구동부(147)를 포함할 수 있다.

레일(141)은 도 2와 도 3에 도시한 예처럼 트렁크(2)의 측면 상부에서 하부까지 길게 연장되고, 전면에 피니언부와 이물림하는 랙기어(142)가 마련된다. 또, 랙기어(142)의 좌우 측면에는 레일베이스(142a)가 마련된다. 본 실시 예는 트렁크(2)와 레일베이스(142a) 사이에 피니언부와 불필요한 마찰을 피하기 위해 네크(142b)를 마련하고 있지만 네크(142b)는 생략 가능하다. 또 본 실시 예는 레일(141)과 랙기어(142)가 일체화된 형태를 제시하지만, 랙기어(142)는 레일(141)과 별도로 제작된 후 상호 결합되는 형태일 수 있다. 또 레일(141) 및 랙기어(142)는 거대구조물인 캐니스터(110)의 승강을 구현하는 길고 큰 부품이므로 복수의 요소로 분할 제작된 후 설치 시 상호 결합되는 형태일 수도 있다.

피니언부는 도 3에 도시한 바와 같이 캐니스터(110)의 개구부(110a)를 횡방향으로 관통 마련되는 기어축(143)과, 기어축(143)에 랙기어(142)와 이물림되도록 마련되는 피니언기어(144)와, 피니언기어(144)의 좌우측에 마련되며 레일베이스(142a)를 감싸는 레일가이드(145)를 포함한다.

기어축(143)의 일단은 기어조립체(147a)를 통해 승강구동부(147)와 연결되며 타단은 개구부(110a)에 축결합된다. 원활한 회전이 이루어지도록 기어축(143)은 래디얼 베어링(143a)을 개재하여 개구부(110a)에 설치될 수 있으며, 끝단은 와셔(143b) 등으로 위치 고정된다.

레일가이드(145)는 원판 상을 가지며 피니언기어(144)보다 기어축(143)의 원주 방향으로 돌출 마련되며, 피니언기어(144)에 결합되어 승강구동부(147)에 의해 동축 상에서 회전한다. 피니언기어(144)의 좌우측에 마련되는 한 쌍의 레일가이드(145)는 기어축(143)에 피니언기어(144)과 함께 순차 조립된 후 결합될 수 있으며, 또는 제조가 용이하도록 레일가이드(145)를 보빈 형태로 마련한 후 몸통을 가공하여 피니언기어의 치부를 마련할 수 있다. 이러한 레일가이드(145)는 캐니스터(110)의 승강을 상하 방향으로 안내하며 랙기어(142)와 피니언기어(144)의 이물림 이탈을 효과적으로 방지한다.

랙기어(142) 및 피니언기어(144)의 이물림 결합과, 레일베이스(142a)와 레일가이드(145)의 유격 결합이 안정적으로 이루어지도록 레일가이드(145)의 외측에는 스러스트 베어링(146a) 및/또는 와셔(146b)를 개재하여 레일가이드(145)의 위치를 고정하거나 볼팅, 용접 등을 통해 고정할 수 있다.

승강구동부(147)는 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 캐니스터(110)의 중간에 마련되는 구동기기실(117)에 설치거나 또는 캐니스터(110)의 단부에 설치될 수 있으며, 감속 기어조립체(147a)와 이를 구동하는 모터(147b)를 포함하는 형태일 수 있다.

또 본 실시 예는 승강구동부(147)를 포함하지 않으면서 개구부(110a)에 회전 가능하게 마련되는 회전축과, 회전축에 마련되는 피니언기어 및 레일가이드로 이루어지는 보조피니언부를 더 포함할 수 있다. 보조피니언부는 피니언기어(144)와 동축 상의 캐니스터(110) 개구부 내면에 장착되어 랙기어(142) 및 레일베이스(142a)를 2점 지지함으로써 캐니스터(110)의 안정적인 승강을 구현한다. 도 4 내지 6에서 보조피니언부는 캐니스터(110)의 상단에 마련되는 상부 보조피니언부(148)와 하단에 마련되는 하부 보조피니언부(149)만을 제시하지만, 캐니스터(110)의 승강궤적 상에 추가로 설치될 수 있다. 그리고 이러한 보조피니언부는 승강장치(140)가 위치하는 캐니스터(110)의 양측에 대등한 형태로 마련될 수 있다.

한편, 승강장치(140)는 승강구동부(147)의 동작에 의해 피니언기어(144)가 회전하여 랙기어(142)를 승강함으로써 캐니스터(110)의 상하 이동을 구현할 수 있고, 이를 통해 캐니스터(110) 하부에 설치된 추진헤드(130)의 위치를 변화시킬 수 있다. 즉 도 4와 같이 추진헤드(130)를 선체(1) 저면 아래에 위치시켜 선체(1)의 위치제어를 수행하는 운용모드, 도 5와 같이 선체(1)가 운항할 때 저항을 줄이기 위해 추진헤드(130)를 트렁크(2) 내부로 끌어 올리는 이동모드, 도 6과 같이 추진헤드(130)의 유지보수를 위해 추진헤드(130)를 트렁크(2) 상부의 유지보수위치로 끌어 올리는 유지보수모드로 전환할 수 있다.

도 6에 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 4와 도 7에 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.

2: 트렁크, 110: 캐니스터,
130: 추진헤드, 131: 프로펠러,
140: 승강장치, 141: 레일,
142: 랙기어, 144: 피니언기어,
147: 승강구동부, 150: 구속장치.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 선체나 부유구조물의 트렁크 내에서 승강하는 캐니스터와;
   상기 캐니스터를 승강 동작 및 승강 안내하기 위해 상기 트렁크의 외면에 승강방향으로 길게 설치되는 레일 및 레일에 마련되는 랙기어와, 상기 캐니스터에 설치되어 상기 레일을 안내하는 레일가이드 및 상기 랙기어와 이물림하는 피니언부와, 상기 캐니스터에 설치되어 피니언부를 구동하기 위한 승강구동부를 갖는 승강장치;를 포함하되,
   상기 레일은 트렁크로부터 돌출 마련되는 레일베이스와, 레일레이스의 정면에 마련되는 상기 랙기어를 포함하고,
   상기 피니언부는 상기 승강구동부와 연결되는 기어축과, 상기 기어축에 상기 랙기어와 이물림되도록 마련되는 피니언기어와, 상기 피니언기어의 양측에 돌출 마련되어 상기 레일베이스를 감싸는 레일가이드를 포함하며,
   상기 레일가이드는 피니언기어와 함께 회전하는 원판 형태로 마련되는 캐니스터식 스러스터.
4. 선체나 부유구조물의 트렁크 내에서 승강하는 캐니스터와;
   상기 캐니스터를 승강 동작 및 승강 안내하기 위해 상기 트렁크의 외면에 승강방향으로 길게 설치되는 레일 및 레일에 마련되는 랙기어와, 상기 캐니스터에 설치되어 상기 레일을 안내하는 레일가이드 및 상기 랙기어와 이물림하는 피니언부와, 상기 캐니스터에 설치되어 피니언부를 구동하기 위한 승강구동부를 갖는 승강장치;를 포함하되,
   상기 레일은 트렁크로부터 돌출 마련되는 레일베이스와, 레일레이스의 정면에 마련되는 상기 랙기어를 포함하고,
   상기 피니언부는 상기 승강구동부와 연결되는 기어축과, 상기 기어축에 상기 랙기어와 이물림되도록 마련되는 피니언기어와, 상기 피니언기어의 양측에 돌출 마련되어 상기 레일베이스를 감싸는 레일가이드를 포함하며,
   상기 레일가이드와 피니언기어는 보빈 형태로 마련되는 캐니스터식 스러스터.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 캐니스터의 중간에 피니언부 및 승강구동부가 마련되고, 상단과 하단에 각각 보조피니언부가 마련되는 캐니스터식 스러스터.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 보조피니언부는 캐니스터에 회전 가능하게 마련되는 회전축과, 회전축에 마련되는 피니언기어 및 레일가이드를 포함하는 캐니스터식 스러스터.
7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 캐니스터는 외측에 개구부를 구비하고,
   상기 승강구동부는 캐니스터 내부에 마련되며, 상기 개구부에 마련되는 피니언부와 연결되는 캐니스터식 스러스터.

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