KR101534652B1 - 블레이드 밀봉장치 및 이를 포함하는 가변 피치 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 가변 피치 프로펠러의 블레이드와 허브 바디 사이에 설치되며 윤활유의 누유 및 선박 내부로의 해수의 유입을 방지하는 블레이드 밀봉장치에 관한 것이다.
본 발명의 블레이드 밀봉장치는, 블레이드가 허브 바디에 결합되는 측에서, 상기 블레이드의 둘레에 위치하며 일정한 단면을 갖는 밀봉바디 및 밀봉바디의 상측 또는 하측에 설치되는 적어도 하나 이상의 밀봉링을 포함하는 것이 특징이다.

Description

블레이드 밀봉장치 및 이를 포함하는 가변 피치 프로펠러{Blade Seal Apparatus And Controllable Pitch Propellers Including The Same}

본 발명은 선박의 가변 피치 프로펠러(CPP, Controllable pitch propellers)에 설치되는 밀봉장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 허브 바디와 허브 바디에 일정 범위 내에서 회전이 가능하도록 설치된 블레이드 사이의 밀봉(sealing)이 이루어지도록 하는 블레이드 밀봉장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 추진력을 얻기 위해 추진장치가 설치된다. 이러한 추진장치는 선체의 내부에 배치된 엔진을 포함하는 추진기관과 연결되어 선체의 외측으로 돌출되는 프로펠러 샤프트와, 이 프로펠러 샤프트에 결합되는 프로펠러(propeller)를 포함한다. 프로펠러는 선체의 외측으로 돌출된 프로펠러 샤프트에 결합되는 허브(hub)와, 이 허브의 외주면에 설치되는 복수의 블레이드를 포함한다.

이러한 추진장치는 프로펠러가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다. 프로펠러가 회전하면 프로펠러 날개의 단면은 받음각을 가지게 되고, 이 때, 날개 전후에서 발생되는 압력 차이에 의해 양력과 항력이 발생된다. 이러한 날개의 단면의 양력과 항력의 합력이 프로펠러의 추력과 토크로 작용하게 된다.

한편, 종래의 고정 피치를 갖는 프로펠러는 특정 각도에서 최적의 성능을 낼 수 있으나, 프로펠러의 회전 각도에 따라 불균일한 유속 분포가 발생할 수 있다. 이에 따라 프로펠러가 회전하는 일부 구간에서는 추진장치의 효율이 저하될 수 있고, 프로펠러 날개 등에 캐비테이션(cavitation)이 발생할 수 있다. 일례로, 고정 피치를 갖는 프로펠러는 유속이 상대적으로 느린 프로펠러의 상부영역에서는 받음각이 크게 발생하여 캐비테이션이 발생할 위험이 있고, 유속이 상대적으로 빠른 프로펠러의 하부영역에서는 받음각이 과도하게 작아져 효율이 감소하는 요인이 되고 있다. 더욱이 일부 군함이나 여객선과 같이 선박의 선미에 스트럿(strut)이 형성된 형태의 선박의 경우 하부의 작은 받음각에 의해 날개 압력면(pressure side))에 캐비테이션이 발생할 우려가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 선박의 운행상태 등을 고려하여 다수의 블레이드(blade)의 피치(pitch)를 가변할 수 있는 가변 피치 프로펠러(CPP, Controllable pitch propellers)가 제시되었다. 도 1a 및 도 1b는 종래의 가변 피치 프로펠러의 작동을 나타내는 상태도이다. 가변 피치 프로펠러에 의하면, 허브 바디(2)에 결합된 블레이드(1)가 허브 바디(2)에 대해 일정 축으로 회전(피치각의 가변)이 가능하므로, 피치각이 가변되도록 하여 추진효율을 향상시키고, 캐비테이션의 발생을 방지할 수 있다.

공개특허 제2012-0116098호 (2012.10.22) ‘선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박’

선박의 프로펠러는 작동시 항상 해수에 노출되어 있으므로, 해수가 블레이드 및 허브 바디의 경계를 통해 선박 내부로 유입되는 것을 방지하고, 내부 윤활유의 누유를 방지하는 것이 중요하다. 또한, 외부 이물질(그물, 부유물, 모래)가 허브 바디 내측으로 침투할 경우, 프로펠러 부품의 손상이 발생할 수 있으며, 부품의 손상은 윤할 오일의 누유 또는 해수의 침투를 야기 시켜, 대형 사고가 발생할 위험이 있다.

본 발명은 이러한 사고를 사전에 방지하고자 블레이드 및 허브 바디 사이에 장착되는 블레이드 밀봉장치를 도입하고, 또한 블레이드 밀봉장치의 형상을 개선하여 밀봉 능력을 극대화시키는 것이 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 블레이드 밀봉장치가 선박용 가변 피치 프로펠러의 블레이드와 허브 바디 사이에 설치되어 윤활유의 누유 및 선박 내부로의 해수의 유입을 방지한다.

블레이드 밀봉장치는 블레이드가 허브 바디에 결합되는 측에서, 상기 블레이드의 둘레에 위치하며 링의 수직 단면이 일정한 형상을 갖는 O-링(O-Ring) 형상의 밀봉바디를 포함한다. 또한, 블레이드 밀봉장치는 밀봉바디의 상측 또는 하측에 설치되는 적어도 하나 이상의 밀봉링을 포함한다.

밀봉바디는 상기 블레이드와 상기 허브 바디가 접하는 경계면을 향하도록 형성된 내측홈을 더 포함할 수 있으며, 이때 내측홈은 밀봉바디의 내주면에 형성되는 것이 특징이다.

밀봉바디는 밀봉바디가 블레이드를 향하는 상기 밀봉바디의 상측에서 상기 밀봉바디의 둘레 방향을 따라 형성된 상부홈을 포함할 수 있으며, 이때 상부홈에 상기 밀봉링의 한 종류인 상부 밀봉링이 삽입되어 설치되는 것이 특징이다.

밀봉바디는 밀봉바디의 하측에서 설치되는 밀봉링의 한 종류인 하부 밀봉링을 더 포함할 수 있다.

밀봉바디의 재질은 테프론(PTFE, Polytetrafluoroethylene)이며, 상부 밀봉링 및 상기 하부 밀봉링의 재질은 불소고무(Fluoro elastomer)인 것이 적절하다.

본 발명에 의한 가변 피치 프로펠러는 다수의 블레이드, 블레이드가 설치되는 허브 바디 및 블레이드 밀봉장치를 포함한다.

블레이드 밀봉장치 가변 피치 프로펠러가 허브 바디에 결합되는 측에서, 상기 가변 피치 프로펠러의 둘레를 따라 형성되며, 링의 수직 단면이 일정한 형상을 갖는 O-링(O-Ring) 형상의 밀봉바디 및 밀봉바디의 상측 또는 하측에 설치되는 적어도 하나 이상의 밀봉링을 포함한다.

블레이드는 허브 바디를 향하는 측의 단부 외주 둘레를 따라서 형성된 단차부를 포함하며, 밀봉바디의 상부가 단차부에 위치하는 것이 특징이다.

허브 바디는 허브 바디에 블레이드가 결합되는 결합구에서, 밀봉바디의 하부가 위치할 수 있도록 밀봉바디의 단면에 대응하도록 형성된 가이드 홈을 포함할 수 있다.

밀봉바디는 밀봉바디가 가변 피치 프로펠러를 향하는 밀봉바디의 상측에서 상기 밀봉바디의 둘레를 따라 형성된 상부홈을 포함할 수 있으며, 이때 상부홈에 밀봉링의 한 종류인 상부 밀봉링이 삽입되어 설치되는 것이 특징이다.

허브 바디는 상기 가이드 홈의 일부에 형성된 하부홈을 더 포함할 수 있으며, 이때 하부홈에는 밀봉바디의 하측에서 설치되는 밀봉링의 한 종류인 하부 밀봉링이 삽입되어 설치되는 것이 특징이다.

밀봉바디는 블레이드와 허브 바디가 접하는 경계면을 향하도록 형성된 내측홈을 더 포함할 수 있으며, 이때 내측홈은 상기 밀봉바디의 내주면에 형성되는 것이 특징이다.

블레이드는 블레이드 및 허브 바디의 경계면을 통하여 윤활오일이 내측홈으로 공급되는 것이 특징이다.

본 발명의 블레이드 밀봉장치에 의하며, 블레이드와 허브 바디 사이에 해수 유입 방지 및 윤활 오일의 누유를 방지 하는 등 안정된 밀봉이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 안정된 밀봉과 동시에, 마찰력을 줄임으로써, 블레이드 밀봉장치 및 다른 프로펠러의 부품의 파손을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 블레이드 밀봉장치에 의하면, 프로펠러의 고장을 사전에 방지하는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 가변 피치 프로펠러의 작동을 나타내는 상태도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 밀봉 장치가 설치된 가변 피치 프로펠러의 정면도 이다.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대한 부분 확대도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드 밀봉장치(30)가 설치된 가변 피치 프로펠러의 정면도이며, 도 3은 도 2의 A 부분의 확대한 부분 확대도이다.

도 2를 참조하면, 가변 피치 프로펠러는 블레이드(10)와 다수의 블레이드(10)가 결합되며, 블레이드(10)를 고정하는 허브 바디(20)로 구성된다.

허브 바디(20)의 둘레 방향에는 복수의 블레이드(10)가 설치되어 있으며, 허브 바디(20)는 한 축(x 축)을 중심으로 선박에 대해 회전하는 것이 특징이다. 복수의 블레이드(10) 각각은 허브 바디(10)의 회전축(x 축)인 수직인 축(y축)을 중심으로 일정 범위 내에서 회전이 이루어진다. 블레이드(10)가 y축을 중심으로 회전하면, 선박의 프로펠러의 피치각이 연속적으로 변한다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드 밀봉장치(30)는 선박용 가변 피치 프로펠러의 블레이드(10)와 허브 바디(20) 사이에 설치되며 윤활유의 누유 및 선박 내부로의 해수의 유입을 방지한다.

블레이드 밀봉장치(30)는 블레이드(20)의 회전에 대응하도록 원형 링의 형상으로 제작되며, 링의 수직 단면이 일정하게 유지된다. 블레이드 밀봉장치(30)는 블레이드(10)가 허브 바디(20)를 향하는 측인 결합구(23)에서, 블레이드(10)와 허브 바디(20) 사이에 설치된다. 블레이드 밀봉장치(30)는 블레이드(10)의 하측 단부 둘레에 위치하도록 설치된다. 블레이드(10)의 하측 단부에는 단부의 외주 둘레를 따라 단차부(11)가 형성된다. 단차부(11)에 블레이드 밀봉장치(30)의 상부가 접하도록 설치된다. 블레이드 밀봉장치(30)의 하부는 허브 바디(20)에 형성된 가이드 홈(21)에 설치된다.

가이드 홈(21)은 허브 바디(20)에 블레이드(10)가 결합하는 결합구(23)영역에서, 원형 링에 대응하도록 홈이 파인 형상으로 이루어진다.

가이드 홈(21)은 블레이드 밀봉장치(30)의 하부가 삽입될 수 있도록, 블레이드 밀봉장치(30)의 하부 단면에 대응하도록 형성된다.

블레이드 밀봉장치(30)는 일정한 단면을 갖는 밀봉바디(31) 및 밀봉바디(31)의 상측 또는 하측에 설치되는 밀봉링(40)을 포함한다.

밀봉링(40)은 밀봉바디(31)의 상측 및 하측에 설치되는 상부 밀봉링(41)과 하부 밀봉링(42)으로 구성된다. 상부 밀봉링(41)과 하부 밀봉링(42)은 단면이 원형 또는 타원의 O-링(O-ring)이다.

블레이드를 향하는 상기 밀봉바디의 상측에는 밀봉바디의 둘레 방향을 따라 형성된 상부홈(32)이 위치하며, 상부홈(32)에는 상부 밀봉링(41)이 삽입되어 설치된다. 상부 밀봉링(41)는 각각 블레이드(10)의 단차부(11)와 밀봉바디(31)에 동시에 접촉할 수 있다. 이러한, 접촉으로 인해 블레이드(10)와 밀봉바디(31) 사이의 밀봉(sealing)이 이루어진다. 마찬가지로 밀봉바디(31)의 하측에는 하부 밀봉링(42)이 위치하며, 하부 밀봉링(42)은 상부 밀봉링에 대응하도록 상기 밀봉바디의 하측 둘레 방향을 따라 위치한다. 하부 밀봉링(42)에 의해서 밀봉바디(31)와 허브 바디(20) 사이의 밀봉이 이루어진다.

가이드 홈(21)의 일부에는 하부홈(24)이 상부홈(32)에 대응하는 위치에 형성된다.

밀봉바디(31), 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)은 각각 블레이드(10)와 허브 바디(20)에 대하여 회전이 자유롭게 이루어지도록 설치된다. 즉, 밀봉바디(31), 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)은 각각 블레이드(10)와 허브 바디(20)에 의해 회전이 제한되는 것은 아니다. 물론 블레이드(10)는 허브 바디(20)에 대해서 일정한 피치 조정이 가능하도록 일정 범위 내에서 회전하도록 제어된다.

본 실시예에서는 허브 바디(20)에 형성된 하부홈(24)이 개시되어 있으나, 밀봉바디의 하부에 오목부(33)가 형성되는 것이 가능하다. 하부홈(24)과 오목부(33)의 크기에는 제한이 없으나, 적절한 밀봉과 밀봉바디(31)의 적절한 두께를 위해, 오목부(33)의 깊이는 하부홈(24)의 깊이의 10~20% 정도인 것이 바람직하다.

밀봉바디(31)의 내측에는 블레이드(10)와 허브 바디(20)가 접하는 경계면(51)을 향하도록 오목하게 라운드 처리된 내측홈(24)이 형성된다. 내측홈(24)은 경계면(51)을 통해 공급되는 윤활유가 공급되어 1차 밀봉이 이루어진다. 그러나, 블레이드(10)의 단차부(11), 허브 바디(20) 및 밀봉바디(31) 사이에는 일정 크기 이상의 이격이 존재하여야 한다. 이격이 존재하지 않으면, 블레이드(10), 허브 바디(20) 및 밀봉바디(31) 사이에서 큰 마찰이 발생하여, 구성 부품의 파손이 일어날 수 있고, 이러한 파손에 의해 밀봉 능력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 블레이드(10)와 허브 바디(20)에 발생하는 이격은 탄성이 있는 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)에 의해 완전하게 밀봉이 이루어진다. 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)은 탄성력에 의해 블레이드(10) 및 허브 바디(20)에 최소 면적으로 접촉하므로 완전한 밀봉을 갖춤과 동시에 자유로운 회전을 보장할 수 있도록 마찰력이 최소가 되도록 한다.

밀봉과 함께, 최소한의 마찰력을 유지하기 위해서는 밀봉바디(10), 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)은 적절한 탄성을 갖추어야한다. 이러한, 탄성을 위하여, 밀봉바디(31)는 테프론(PTFE, Polytetrafluoroethylene)으로 제작되며, 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)은 불소고무(Fluoroelastomer)로 제작되는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 허브 바디(20)의 결합구(23)에 블레이드(10)의 하부 단부가 삽입된다. 가변 피치 프로펠러는 항상 바다 속에 잠긴 상태로 작동하므로, 외부 이물질(52) 및 해수의 침수 위험이 크다. 본 발명의 실시예에 의하면 해수 및 외부 이물질은 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)에 의한 밀봉에 의해 선박의 내부로 침투 할 수 없게 된다.

블레이드(10)와 허브 바디(20) 사이의 경계면(51)에서 일정하게 공급되는 윤활유는 상부 밀봉링(41) 및 하부 밀봉링(42)에 의래 이루어지는 밀봉에 의해 선박의 외부로 누유되는 것이 방지된다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 블레이드 11 단차부 20 허브 바디
21 가이드 홈 22 가이드 턱 23 결합구
24 하부홈 30 블레이드 밀봉장치
31 밀봉바디 32 상부홈 33 오목부
34 내측홈 40 밀봉링 41 상부 밀봉링
42 하부 밀봉링

Claims (12)

1. 선박용 가변 피치 프로펠러의 블레이드(10)와 허브 바디(20) 사이에 설치되며 윤활유의 누유 및 선박 내부로의 해수의 유입을 방지하는 블레이드 밀봉장치(30)에 있어서,
   상기 블레이드 밀봉장치(30)는,
   상기 블레이드(10)가 상기 허브 바디(20)에 결합되는 측에서 상기 블레이드(10)의 둘레에 위치하며, 링의 수직 단면이 일정한 형상을 갖는 O-링(O-Ring) 형상의 밀봉바디(31); 및
   상기 밀봉바디(31)의 하측에 설치되며 상부 밀봉링(41)에 대응하도록 상기 밀봉바디의 하측 둘레 방향을 따라 위치하는 하부 밀봉링(42);을 포함하는 블레이드 밀봉장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀봉바디(31)는, 상기 블레이드(10)와 상기 허브 바디(20)가 접하는 경계면을 향하는 내주면에 형성된 내측홈(34)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 밀봉장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 밀봉바디(31)의 재질은 테프론(PTFE, Polytetrafluoroethylene)이며,
   상기 상부 밀봉링(41) 및 상기 하부 밀봉링(42)의 재질은 불소고무(Fluoro elastomer)인 것을 특징으로 하는 블레이드 밀봉장치.
6. 다수의 블레이드(10) 및 상기 블레이드(10)가 설치되는 허브 바디(20)를 포함하는 선박용 가변 피치 프로펠러에 있어서,
   상기 가변 피치 프로펠러는 블레이드 밀봉장치(30)를 더 포함하며,
   상기 블레이드 밀봉장치(30)는,
   상기 가변 피치 프로펠러가 상기 허브 바디(20)에 결합되는 측에서 상기 가변 피치 프로펠러의 둘레를 따라 형성되며, 링의 수직 단면이 일정한 형상을 갖는 O-링(O-Ring) 형상의 밀봉바디(31); 및
   상기 가변 피치 프로펠러를 향하는 상기 밀봉바디(31)의 상측에 상기 밀봉바디의 둘레를 따라 형성된 상부홈(32)에 삽입 설치되는 상부 밀봉링(41); 및
   상기 허브 바디(20)에 형성된 하부홈(24)에 상기 상부 밀봉링(41)에 대응하도록 상기 밀봉바디(31)의 하측 둘레 방향을 따라 삽입 설치되는 하부 밀봉링(42);을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.
7. 제6항에 있어서,
   상기 블레이드(10)는, 상기 허브 바디(20)를 향하는 측의 단부 외주 둘레를 따라서 형성된 단차부(11)를 포함하며,
   상기 밀봉바디(31)의 상부가 상기 단차부(11)에 위치하는 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.
8. 제7항에 있어서,
   상기 허브 바디(20)는, 상기 허브 바디(20)에 상기 블레이드(10)가 결합되는 결합구(23)에서, 상기 밀봉바디(31)의 하부가 위치할 수 있도록 상기 밀봉바디(31)의 단면에 대응하도록 형성된 가이드 홈(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제8항에 있어서,
    상기 밀봉바디(31)는, 상기 블레이드(10)와 상기 허브 바디(20)가 접하는 경계면을 향하는 내주면에 형성된 내측홈(34)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.
12. 제11항에 있어서,
    상기 블레이드(10)는, 상기 블레이드(10) 및 상기 허브 바디(20)의 경계면을 통하여 윤활유이 상기 내측홈(34)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.

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