KR101574105B1 - 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치 - Google Patents

선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치 Download PDF

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베커 마린 시스템즈 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 특히 선박의 프로펠러(10)를 포함하는 구동 시스템용 프로펠러 배열(100)에 관한 것으로, 상기 프로펠러(10)는 프로펠러 축(13)에 대하여 회전가능하다. 게다가, 프로펠러 축(13)에 대하여 자유롭게 회전가능하게 배치되는 적어도 하나의 회전자 핀(30)이 설치되고, 적어도 하나의 회전자 핀(30)의 회전에 의해 형성되는 원형 경로의 직경(31)은 프로펠러(10)의 직경(16)보다 작다.

Description

프로펠러 배열, 특히 선박용 프로펠러 배열{Propeller arrangement, in particular for watercraft}
본 발명은 프로펠러 배열에 관한 것으로, 특히, 선박, 예를 들면, 배의 프로펠러 축에 대하여 회전가능한 프로펠러를 포함하는 구동 시스템용 프로펠러에 관한 것이다.
대부분의 선박은 프로펠러 축에 대하여 회전가능한 프로펠러를 포함하는 구동 시스템을 포함한다. 물이 회전하는 프로펠러에 의해 펼쳐진(spanned) 프로펠러 표면을 통하여 유동하는 경우, 그것은 가속되고 꼬아진다(twisted). 그 결과, 난류가 프로펠러 역류에서 발생할 수 있다. 이러한 난류는 배의 이동의 방향에서 보면 허브 또는 허브의 하류(downstream)의 영역에서 통상적으로 매우 크다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이러한 난류는 또한 "허브 보올텍스(hub vortex)"로서 알려져 있고, 구동력에 부정적 영향을 미친다.
허브 보올텍스를 감소시키고, 그 결과 프로펠러의 효율을 증가시키기 위해, 배의 이동의 방향에서 프로펠러의 하류, 즉, 프로펠러 허브 단부 영역에 배치된 허브 캡에 고정 핀들 또는 유동 안내 핀들을 제공하는 것이, 예를 들면, 유럽 특허 제0 255 136호에 제안되었었으며, 이러한 핀들은 프로펠러 허브에 견고하게 연결되고, 이들과 동시 회전한다. 핀들의 방사상 연장은 실질적으로 허브 영역에 한정된다. 이러한 고정된 핀들을 프로펠러와 동시 회전하는 허브 캡 상에 제공함으로써, 허브 보올텍스의 약화 및 그 결과 프로펠러의 구동력에서의 개선이 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 허브 보올텍스가 더 감소될 수 있고, 그 결과 효율이 더 개선될 수 있는 프로펠러 배열(장치)들을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 특히 선박의 구동 시스템용 프로펠러 배열에 의해 해결되는데 이는 프로펠러 축에 대하여 회전가능한 프로펠러를 포함하며, 적어도 하나의 회전자가 더 설치된다. 회전자 핀은 블레이드 같이 되도록 적절하게 구성되고, 프로펠러 축에 대하여 자유롭게 회전가능하게 배치된다. 따라서, 회전자 핀은 자유롭게 회전하고 있거나, 또는 드라이브가 없도록 구성되며, 즉, 그것은 프로펠러 축에 대해 회전을 위한 독립된 드라이브가 없지만, 프로펠러 축에 대한 회전을 위해, 선택적으로 주변의 조건들을 극복함으로써, 특히, 물 유동을 극복함으로써 구동된다. 적절하게, 적어도 하나의 회전자 핀은 프로펠러 역류 측, 즉, (배들)의 프로펠러의 역류에 배치된다. 다시 말하면, 적어도 하나의 회전자 핀은 배의 이동 방향에서 프로펠러의 하류에 위치된다. 따라서, 프로펠러의 역류가 적어도 하나의 회전자 핀에 영향을 미치고, 이는 그것이 회전에서 그에 의해 설정되는 방식으로 적절하게 구성됨이 달성된다.
회전자 핀은 허브의 영역에서의 보올텍스 형성, 즉, 소위 허브 보올텍스가 감소되는 방식으로 그것이 프로펠러 역류에 영향을 미치도록 구성된다. 이는, 예를 들면, 회전자 핀이 허브의 영역의 유동에서 프로펠러에 의해 인가되는 꼬임에 대하여 반대로-꼬임을 발생시키고, 이는 그 다음 전반적으로 허브 영역에서 프로펠러 유동의 균일화를 초래하며, 그 결과 층류(laminar flow)를 초래함에 의해 달성될 수 있다. 이러한 효과는 특히 회전자 핀의 자유롭게 회전가능한 구성에 기인하여 달성된다. 허브 캡 상에 견고하게 부착되고, 필수적으로 프로펠러와 동시 회전하는 종래 기술에서 알려진 핀들과 비교하면, 본 발명에 따른 자유롭게 회전가능한 핀은 탑재 및 유입의 구성, 예를 들면, 유입의 속도, 꼬임의 정도 등에 따른 가변의 회전 속도를 갖는다. 프로펠러 역류의 개선된 유동 패턴은 그것에 의해 허브의 영역에서 달성되며, 그 결과 더 우수한 전체 효율이 달성된다. 그 결과, 프로펠러의 전체 구동력은 영구적으로 개선된다. 통상적으로, 자유롭게 회전하는 적어도 하나의 회전자 핀의 회전 속도는 프로펠러의 것보다 낮을 것이다. 그러나, 이는 반드시 모든 동작 상태의 경우일 필요는 없다.
적어도 하나의 회전자 핀이 실질적으로 허브 영역에서의 프로펠러 유동에 독점적으로 영향을 미치도록 의도되기 때문에, 적어도 하나의 회전자 핀의 회전에 의해 형성되는 원형 경로의 직경이 프로펠러의 직경보다 작은 것이 더 제공된다. 원형 경로는, 여기서, 프로펠러 축으로부터 방사상 방향으로 보면, 회전자 핀의 최외각 첨단으로 설명된다. 이러한 단지 개념적으로 형성된 원형 경로는 회전자 핀의 하나의 완전한 회전에 의해 생성된다. 다시 말하면, 완전한 회전 동안 적어도 하나의 회전자 핀에 의해 펼쳐진 회전자 핀 표면은 프로펠러에 의해 펼쳐진 프로펠러 표면보다 작거나, 작은 직경을 갖는다. 따라서, 회전자 핀의 길이는 프로펠러 블레이드들의 길이보다 짧다. 프로펠러 직경보다 작은 회전자 핀 직경에 대한 제한은 프로펠러 역류에 대한 영향이 실질적으로 허브 영역에 집중되며, 가능하면 바람지하지 않고, 프로펠러 역류에 대한 불리한 영향들은 다른 영역들에서 발생하지 않는다는 결과를 갖는다. 이와 관련하여, 적어도 하나의 회전자 핀의 원형 경로의 직경이 프로펠러의 직경의 75%보다 작고, 특히 55%보다 작으며, 특히 35%보다 작은 것이 특히 유리하다. 회전자 핀의 직경이 컸고, 그 결과 방사상 방향으로 보아 회전자 핀 블레이드들이 컸으면, 프로펠러 유동에 대한 부정적인 영향은 가능하면 발생할 수 있었고, 강도 문제들은 적어도 하나의 회전자 핀에서 발생할 수 있었다.
회전자 핀은 이론상으로 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 스테인리스 강 또는 다른 적합한 재료가 회전자 핀을 제조하기 위해 사용된다. 이론상으로, 무의미하지 않은 방식으로 유동에 적극적으로 영향을 미치도록 구성되는 임의의 유동 안내 몸체는 회전자 핀으로서 사용될 수 있다. 특히, 회전자 핀을 블레이드와 같이 또는 핀과 같이 되도록 구성하는 것이 적절하다. 예를 들면, 회전자 핀은 안내 핀의 형태로 구성될 수 있다. 게다가, 회전자 핀은 수중익 프로파일로 또는 수중익 프로파일 없이 구성될 수 있다. 수중익 프로파일로 형성되는 경우, 핀은 압축 측 및 흡입 측을 갖고, 흡입 측은 그러면 특히 외부로 원호 형상으로 굽혀지고, 압력 측은 실질적으로 평평하게 구성될 수 있다. 이론상으로, 그러나, 양 측들에서 실질적으로 평평한 프로파일을 갖는 평평한-형상의 구성 또는 양 핀 측들 상의 굽은 구성이 또한 가능하다. 회전자 핀의 프로파일은 게다가 그것의 길이에 걸쳐 보면, 균일하거나 상이할 수 있다. 특히, 회전자 핀의 프로파일은 그것 자체로 돌려질 수 있고, 즉, 핀의 길이 방향으로 보면 꼬아질 수 있다.
적어도 하나의 회전자 핀이 하나의 자유단을 갖는 것이 더 바람직하다. 자유단에 대향하는 회전자 핀의 단부는, 이러한 경우, 프로펠러 축에 대하여 회전을 할 수 있게 하는 피벗 베어링 상에 적절하게 고정된다. 자유단은 그 결과 프로펠러 축으로부터 방사상 방향으로 보면, 일반적으로 프로펠러 축으로부터 가장 멀리 떨어진다. 용어 "자유단"은 회전자 핀의 이러한 단부 영역이 다른 부품에 고정되지 않도록 이해되어야 한다. 특히, 노즐 및 터빈 링은 회전자 핀의 자유단 영역 부근에 설치되지 않고, 즉, 적어도 하나의 회전자 핀은 노즐 또는 터빈 링 내부에 배치되지 않은 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 프로펠러 배열은 특히 고정된 프로펠러들에 대해 적합하다. 용어 "고정된 프로펠러"는 본 건의 경우 프로펠러 축에 대하여 실제로 회전가능 하지만, 선박을 조종하기 위한 방향타 축에 대하여 피봇가능하지 않은 이러한 프로펠러들이 되도록 이해된다.
적절하게, 적어도 하나의 회전자 핀은 프로펠러의 프로펠러 허브의 영역 상에 또는 영역 내에 배치된다. 일반적으로, 적어도 하나의 회전자 핀은 또한 그것이 허브 상에 자유롭게 회전가능하게 고정되도록 허브 상에 탑재된다. 대안적으로, 적어도 하나의 회전자 핀은 또한 허부 상에 위치된 부품 상에, 예를 들면, 독립 허브 단부 부품 또는 유사한 것에 배치된다. 특히, 회전자 핀은 (자유) 허브 단부의 영역에 배치되는 것이 적절하다.
바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 자유롭게 회전가능한 회전자 핀에 더하여, 프로펠러와 동시 회전하는 적어도 하나의 고정자 핀이 설치된다. 적절하게, 적어도 하나의 고정자 핀은 자유롭게 회전가능한 회전자 핀과 프로펠러 사이에 배치된다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 고정자 핀은 축 방향으로 프로펠러의 하류에 배치되고, 차례로 적어도 하나의 회전자 핀은 적어도 하나의 고정자 핀의 하류에 배치된다. 용어 "동시 회전하는"은 본 건에서, 고정자 핀이 반드시 프로펠러와 함께 공통 방식으로, 즉, 동일한 속도 및 주파수로 회전하도록 이해되어야 한다. 적절하게, 고정자 핀은 그 결과 프로펠러 또는 프로펠러 허브에 직접 연결된다. 고정자 핀의 형상 및 영각(angle of attack)에 관한 고정자 핀의 대응하는 구성의 결과로서, 프로펠러 유동의 어떤 꼬이지 않음은, 유동이 상기 유동에 의해 구동되는 회전자 핀에 영향을 주기 전에, 허브 영역의 구역에서 달성되며, 따라서 유동을 더 층류 또는 일직선으로 만드는 것은 장점이다.
적어도 하나의 회전자 핀은 핀, 즉, 유동의 무의미하지 않은 영향을 위한 안내 핀을 포함한다. 그것들의 재료, 그것의 형상 또는 다른 기하학적 구성에 대하여, 그것은 또한 회전자 핀에 대하여 위에서 설명된 바와 같이 유리하게 구성될 수 있다. 특히, 회전자 핀과 같이, 적어도 하나의 고정자 핀의 핀 또는 핀 블레이드의 길이는 프로펠러 블레이드의 길이보다 길지 않은 것이 적절하다. 특히, 회전 동안 고정자 핀에 의해 형성된 원형 경로는 그 결과 프로펠러의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 고정자 핀의 원형 경로는 바람직하게는 프로펠러의 직경의 75%보다 작고, 특히 바람직하게는 55%보다 작으며, 특히, 35%보다 작다. 또한, 고정자 핀의 길이는 방사상 방향에서 보면 회전자 핀의 길이에 대응할 수 있다. 게다가, 영각 또는 축 방향에서 핀의 깊이와 같은 다른 치수 및 구성 양상들은 회전자 핀과 유사하거나 동일할 수 있거나, 심지어 이들과 상이할 수 있다.
더 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 고정자 핀은 축 방향에서 보면 프로펠러의 프로펠러 블레이드들에 대한 각도로 오프셋 배열된다. 그 결과, 프로펠러 허브의 원주 위에서 보면, 고정자 핀은 프로펠러 블레이드들과 프로펠러 허브 상의 상이한 위치에 부착된다. 복수의 고정자 핀들이 설치되면, 유리하게, 모든 고정자 핀은 프로펠러 블레이드들에 대하여 오프셋 배열되어야 하고, 특히 바람직하게는 각각 동일한 거리에 배열되어야 한다. 오프셋 배열의 결과로서, 더 유리한 유체역학적 효율이 달성된다. 유리하게, 고정자 핀은 원주 방향으로 보면, 그것이 2개의 프로펠러 블레이드들 사이에 대략 중심으로 배치되는 방식으로 배열된다. "대략 중심으로"는 본 건에서 고정자 핀이 원주 방향에서 보면, 하나의 프로펠러 블레이드에서 다른 프로펠러 블레이드까지의 거리 상에(프로펠러 블레이드 중심점으로부터 본 각각의 경우에) 전체 길이(기준으로서 고정자 핀의 중심점을 취한 각각의 경우에)의 25% 내지 75% 사이의 범위 내에, 바람직하게는 35% 내지 65% 사이 범위 내에 위치되도록 이해되어야 한다.
바람직한 실시예에서, 다수의 회전자 핀들 및/또는 다수의 고정자 핀들이 설치된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 복수의 회전자 핀들 및 복수의 고정자 핀들은 축 방향으로 동일한 높이에 적절하게 배열되고 원주에 걸쳐 분포된다. 원주에 걸친 분포는 특히 바람직하게는 균일하고, 즉, 등거리이다. 적절하게, 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들은 각각 그들의 구성(형상, 크기, 재료 등)에 관하여 동일하게 되도록 구성될 수 있다. 이론상으로, 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들의 수는 제한되지 않는다. 바람직하게는, 2 내지 7개의 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들, 바람직하게는 3 내지 5개의 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들이 설치된다. 특히, 고정자 핀들 및/또는 회전자 핀들은 각각 동일한 길이를 가질 수 있다. 더 유리하게, 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들의 수는 프로펠러 블레이드들의 수에 대응할 수 있다. 특히, 동일한 수의 고정자 핀들 및 프로펠러 블레이드들을 설치하는 경우, 고정자 핀들을 프로펠러 블레이드들에 대하여 오프셋 배열되며, 여기서, 축 방향에서 보면, 각각의 경우, 하나의 고정자 핀은 그 다음 2개의 프로펠러 블레이드들 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 배열에서 특히 유리하게, 프로펠러의 격동의 역류 상의 프로펠러 블레이드들의 각각의 소구역(subregion)은 고정자 핀의 특히 효율적인 조정 또는 정렬이 그 다음 이루어질 수 있도록 각각의 경우에 고정자에 할당된다.
더 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 회전자 핀 및/또는 적어도 하나의 고정자 핀은 프로펠러 축에 관한 영각으로 배치된다. 영각은, 예를 들면, 단면도에서 핀의 길이 축과 프로펠러 축 또는 프로펠러 축에 대한 평행선 사이에 포함된다. 개별 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들은 각각 동일한 또는 상이한 영각들을 가질 수 있다. 모든 회전자 핀들을 미리 결정된 영각으로 배열하고, 모든 고정자 핀들을 상이한 미리 결정된 영각으로 배열하는 것이 또한 가능하다. 고정자 핀들 및 회전자 핀들의 조정은 동일한 방향으로, 예를 들면, 양자가 좌현으로 또는 양자가 우현으로 바람직하게 완성된다. 하나의 프로펠러 블레이드가 고정자 핀들 및/또는 회전자 핀들과 동일한 방향으로 조정되는 것이 또한 바람직할 수 있다. 고정자 핀들 및/또는 회전자 핀들은 또한 프로펠러 블레이드들과 동일한 또는 이들과 상이한 영각을 가질 수 있다. 개별 회전자 핀들 및/또는 고정자 핀들은 그들 자체들로 돌려지거나 꼬아지도록 구성되는 경우, 개별 핀들에 대한 상이한 영각들이 부분들에서(sections) 또한 획득된다. 특히, 영각은 10°내지 80°사이, 바람직하게는 25°내지 70°사이, 특히 바람직하게는 40 °내지 60°사이일 수 있다. 고정자 핀들 및/또는 회전자 핀들은 바람직하게는 그들의 영각에 대하여 고정되게 배열된다. 특히, 영각의 조정을 허용하는 조정가능한 배열은, 그러나, 또한 실현가능하다. 영각을 제공함으로써, 유동의 특정 영향 및 그 결과 특히 효율적인 꼬이지 않음은 따라서 단순한 방식으로 달성될 수 있다. 최적 영각들은 특정 환경들(예를 들면, 프로펠러 크기, 프로펠러 속도, 프로펠러 블레이드 프로파일 등)에 따라 하나의 프로펠러 배열에서 다른 것으로 변경할 수 있다.
적절하게, 적어도 하나의 회전자 핀 및/또는 적어도 하나의 고정자 핀은 방사상으로 프로펠러 축으로 이어진다.
바람직한 실시예에서, 프로펠러의 프로펠러 허브 상의 전단측 상에, 즉, 자유단에 배치되고 프로펠러 허브에 견고하게 연결되는 고정자 몸체가 설치된다. 적어도 하나의 고정자 핀은 이러한 고정자 몸체 상에 배치되고, 또한 이것에 적절하게 고정된다. 적어도 하나의 고정자 핀 및 고정자 몸체는 하나로 된 유닛으로 형성될 수 있다. 고정자 핀들이 프로펠러 허브와 하나의 부품으로 또는 단일체로 설계될 필요가 없지만, 개별 부품으로 제조되고 적절한 연결 수단, 예를 들면, 볼트들에 의해 프로펠러 허브에 단지 연결되어야 하기 때문에, 그 결과 프로펠러 배열의 제조는 단순화된다. 이는 또한 상대적으로 단순한 새로운 장착을 위한 가능성을 제공한다.
적어도 하나의 회전자 핀용 베어링은 수(water)-윤활되도록 적절하게 구성된다. 따라서, 그것은 유(oil)-윤활되지 않고, 또한 폐쇄 또는 밀폐되도록 구성되지 않는다. 이는 베어링의 제조 및 유지 비용을 감소시키고, 복잡한 윤활/밀봉 시스템이 제공될 필요가 없는 장점을 갖는다. 게다가, 베어링은 바람직하게는 결합된 축 및 방사상 베어링으로서 구성된다. 이론상으로, 그러나, 회전자 핀을 방사상 및 축 방향으로 탑재하기 위한 둘 이상의 개별 베어링의 제공이 또한 가능하다.
베어링은 바람직하게는 마찰 베어링으로서 구성되고, 프로펠러 허브 상 또는 고정자 몸체 상에 설치된다. 특히 바람직하게는, 베어링은 자동-윤활되도록 구성될 수 있다. 자동-윤활 베어링들은 또한 건조 마찰이 일반적으로 이들에서 발생하기 때문에 소위 "건조 마찰 베어링들"로 불린다. 이는 베어링 파트너들 중 하나 또는 2개의 베어링 부재들 중 하나의 자동-윤활 속성에 의해 기인한다. 이들 베어링들은, 고체 윤활제들이 그것들이 제조되는 재료에 포함되어 제공되기 때문에, 고체 윤활제들이 동작 동안 마이크로 웨어(microwear)의 결과로서 표면에 도달하고, 그 결과 마찰 및 마모를 감소키는 것에 의해 추가 윤활 또는 윤활유들 없이 관리한다. 적절하게, 2개의 베어링 부재들 중 다른 하나에 대하여 이동가능한 하나는 자동-윤활 베어링을 형성하기 위해 플라스틱 또는 플라스틱 혼합물 및/또는 세라믹 구조 재료로 이루어진다. 바람직하게는, 베어링의 일부 또는 베어링의 베어링 부재들 중 하나는 PTFE 또는 ACM으로 형성될 수 있다. 흑연-함유 재료들의 사용이 또한 가능하다. 다른 베어링 부품 또는 베어링 파트너는 바람직하게는 금속, 예를 들면, 청동 또는 황동으로 형성된다. 이러한 수단에 의해, 윤활 막(lubricating film) 등을 제공하기 위해 추가 수단이 설치될 필요가 없고, 외부 윤활제들이 제공될 필요가 없기 때문에, 베어링의 구조는 단순화된다. 생태적 양상들로부터, 이는 또한 윤활제들, 예를 들면, 그리스가 베어링으로부터 바다 안으로 들어갈 수 없기 때문에 유리하다. 이동가능한 제 2 베어링 부품 또는 베어링 파트너는 바람직하게는 베어링 링, 특히 청동 링으로 구성될 수 있고, 여기서, 적어도 하나의 회전자 핀은 이러한 제 2 베어링 부재에 적절하게 견고하게 부착된다.
더 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 회전자 핀은 축 방향에서 프로펠러로부터 가까이에 배치된다. 특히, 거리는 프로펠러 직경의 최대 0.8배, 바람직하게는 프로펠러 직경의 최대 0.5배, 특히 바람직하게는 프로펠러 직경의 최대 0.3배일 수 있다. 본 세부사항에서, 측정은 각각의 경우에 프로펠러 또는 적어도 하나의 회전자 핀의 중심점으로부터 이루어져야 한다. 선택적으로, 배열은 프로펠러 직경의 0.2배 또는 그 미만의 거리에 설치될 수 있다. 적절하게, 적어도 하나의 회전자 핀의 배열은 프로펠러의 역류 측 상에서 프로펠러로부터 가까이에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 프로펠러 배열은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에 상세하게 설명될 것이다.
도면들에서 개략적으로 :
도 1은 프로펠러 배열의 측면도를 도시한다;
도 2는 도 1로부터의 프로펠러 배열의 사시도를 도시한다;
도 3은 도 1로부터의 프로펠러 배열의 정면도를 도시한다;
도 4는 도 1로부터의 프로펠러 배열의 일부를 통한 단면도를 도시한다; 및
도 5는 프로펠러 블레이드들에 오프셋으로 정렬된 고정자 핀들을 갖는 프로펠러 배열의 정면도를 도시한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 프로펠러 배열(100)을 각각의 경우에 측면도, 사시도 및 정면도로 도시한다. 프로펠러 배열(100)은 프로펠러 샤프트(여기서 미도시)에 견고하게 연결되는 프로펠러 허브(11)를 포함하는 배들의 프로펠러(10)를 포함한다. 프로펠러 샤프트는 프로펠러 축(13)을 따라 이어진다. 프로펠러 샤프트는 본 경우에 선미관으로 구성되는 샤프트 베어링(12)에 장착된다. 프로펠러 허브(11)는 샤프트 베어링(12)의 단부에 배치된다. 5개의 프로펠러 블레이드들(14)은 프로펠러 축(13)에 대한 방사상 방향으로 프로펠러 허브(11)로부터 돌출한다. 프로펠러 블레이드들(14)은 프로펠러 허브(11)의 원주 위에서 보면 균일하게 분산되어 배열된다. 게다가, 프로펠러 블레이드(14) 각각은 프로펠러 축(13)에 대한 영각을 가지며, 여기서, 프로펠러 블레이드들(14)은 상이한 영각들이 프로펠러 블레이드(14)의 부분에 따라 극복하도록 방사상 방향으로 보면 그것들 자체로 돌려지거나 그것들의 길이에 걸쳐 꼬아진다. 그러나, 개별 프로펠러 블레이드들(14)의 형상은 각각의 경우에 동일하다. 5개의 고정자 핀들(20)은 배의 이동 방향(15)에서 보면 프로펠러(10)의 하류에 배치된다. 용어 " 배의 이동 방향"은 본 건에서 배 또는 선박이 앞으로 이동할 때의 이동 방향으로서 이해될 것이다. 고정자 핀들(20)은 차례로 프로펠러 허브(11)에 견고하게 연결되는 고정자 몸체(21)에 배치된다(도 4 참조). 따라서, 고정자 핀들(20)은 프로펠러 샤프트의 회전 동안 프로펠러 허브(11)와 함께 회전하고, 따라서, 반드시 프로펠러(10)와 함께 회전한다. 고정자 핀들(20)은 실질적으로 양 핀 측들 상에 평평한 판 같은(핀) 몸체들로서 형성된다. 고정자 핀들(20)은 프로펠러 축(13)에 대하여 영각을 갖는다. 이러한 영각은 약 45°이다. 고정자 핀들의 영각은 프로펠러 블레이드들의 평균 영각보다 크다.
배의 이동 방향(15)에서 보면, 5개의 회전자 핀들(30)이 고정자 핀들(20)의 하류에 더 설치된다. 회전자 핀들(30)은 마찰 베어링(40)의 베어링 링(41)에 견고하게 부착된다(도 4 참조). 회전자 핀들(30)은 베어링 링(41) 부근에서 균일한 거리로 분산되어 배열되고, 프로펠러 축(13)에 대한 자유롭게 회전가능하다. 회전자 핀들(30)은 또한 평평한 측들이 구비된 판-형상 안내 또는 핀 몸체들로서 구성되며, 프로펠러 축(13)에 대하여 영각을 갖는다. 영각은 고정자 핀들(20) 또는 프로펠러 블레이드들(14)의 것과 동일한 방향을 갖지만, 고정자 핀들(20)의 영각은 고정자 핀들(20) 또는 프로펠러 블레이드들(14)의 영각보다 작은 값을 갖는다. 개별 회전자 핀들(30)은 그것들의 형상 및 그것들의 영각에 관하여 동일하게 되도록 구성된다. 회전자 핀들(30) 및 고정자 핀들(20) 모두는 스테인리스강으로 이루어진다. 베어링 링(41)은 청동으로 구성된다. 고정자 핀들(20) 및 회전자 핀들(30)의 방사상 길이는 대략 동일하고, 하나의 핀(20,30)의 길이는 프로펠러 블레이드(14)의 길이의 단지 약 10% 내지 20%이고, 특히 15%임은 특히 도 3으로부터 알 수 있다. 회전자 핀(30)의 회전에 의해 형성되는 원형 경로의 직경(31)은 따라서 프로펠러(10)의 직경(31)보다 매우 훨씬 작다. 특히, 회전자 핀들(30)의 직경(31)은 프로펠러(10)의 직경(16)의 단지 약 25%이다. 회전자 핀들(30)의 직경(31)은 유사한 방사상 길이들의 결과로서 대략 고정자 핀들(20)에 의해 형성되는 원형 경로의 직경에 대응한다. 개별 고정자 핀들(20)은 대략 프로펠러 블레이드(14)의 바로 하류에서 축 방향으로 각각 배열된다.
도 4는 배의 이동 방향(15)에서 본 프로펠러 배열(100)의 후부(rear part)를 통한 단면도를 도시한다. 고정자 몸체(21)는 프로펠러 허브(11)의 전방측 단부 영역(11a) 상에 배치된다. 고정자 몸체(21)는 프로펠러 허브(11)와의 연결의 영역에서 프로펠러 허브(11)의 것과 유사한 직경을 갖는다. 축 방향으로 추가 항로에서, 고정자 몸체(21)는 테이퍼링 영역(22)을 갖는다. 이러한 테이퍼링 영역은 또한 고정자 몸체(21)의 다른 영역과 같이 원통형으로 구성된다. 따라서, 고정자 몸체(21)의 계단형 외부 윤곽은 테이퍼링 영역(22)에 걸쳐 측면으로 돌출하는 외부 영역(23)에 의해 획득된다. 연결 수단들, 즉, 볼트들(24)은 이러한 외부 영역(23)을 통하여 안내되고, 이 연결 수단들은 프로펠러 허브(11) 안으로 연장되며, 고정자 몸체(21)를 프로펠러 허브(11)에 견고하게 연결한다. 고정자 몸체(21)의 이러한 외부 영역(23)으로부터, 고정자 핀들(20)은 방사상으로 외부로 돌출한다. 이들은 바람직하게는 고정자 몸체(21)와 일체로 형성된다. 고정자 핀들(20)은 실질적으로 직사각형 윤곽을 가지며, 여기서, 프로펠러 허브(11)로부터 떨어져 위치된 2개의 코너 영역들(201,202)이 둥글게 되도록 구성된다. 고정자 핀(20)의 전방 소구역(203)은 프로펠러 허브(11)의 소구역 위에 돌출한다. 다른 측면으로 향하여(축 방향에서 하류로 보면), 고정자 핀(20)은 대략 고정자 몸체(21)의 외부 영역(23)과 대략 동일 평면으로 마무리된다.
고정자 몸체(21)의 테이퍼링 부분(22)은 원주면(221) 및 전면 영역(222)을 갖는다. 플라스틱으로 구성된 베어링 슬리브(42)는 원주면(221)에 견고하게 부착된다. 회전자 핀(30)의 베어링 링(41)은 청동으로 이루어지고, 게다가 이러한 베어링 슬리브(42) 상에 놓인다.
베어링 슬리브(42)는 전반적인 자동-윤활 마찰 베어링(40)이 획득되도록 자동-윤활 속성들을 갖는다. 회전자 핀들(30)은 베어링 슬리브(42) 상의 베어링 링(41)과 자유롭게 회전할 수 있다. 축 방향에서, 또한, 베어링 링(41)은 또한 자동-윤활 플라스틱 재료로 형성된 2개의 베어링 링(43,44)과 접하며, 이는 프로펠러 축(13)에 직각으로 정렬된다. 이러한 경우, 베어링 링(43)은 고정자 몸체(21)의 외부 영역(23)의 전면에 견고하게 배열된다. 다른 한편으로, 베어링 링(44)은 단부 캡(50) 상에 견고하게 배열되며, 이는 차례로 볼트들(51)에 의해 고정자 몸체의 테이퍼링 영역(22)에 고정되며, 다시 전면 영역(222)에 인접한다. 마찰 베어링(40)은 따라서 베어링 슬리브(42), 회전자 핀들(30)에 부착된 베어링 링(41)뿐만 아니라, 프로펠러 축(13)에 가로로 정렬된 2개의 베어링 링(43,44)으로 구성된다. 마찰 베어링(40)은 따라서 결합된 축 및 방사상 베어링으로서 구성된다.
회전자 핀들(30)은 실질적으로 직사각형 윤곽을 가지며, 여기서, 2개의 코너영역들(301,302)은 프로펠러 허브(11)로부터 멀리 떨어져 배열되거나, 고정자 몸체(21)가 둥글게 되도록 구성된다. 후방 소구역(303)은 단부 캡(50) 위로 돌출하고, 대략 이것과 동일 평면으로 마무리된다. 반대측에서(축 방향에서 보면 상류), 회전자 핀(30)의 전연부(304)는 거의 고정자 핀의 후연부(204)의 바로 하류에 위치된다. 즉, 고정자 핀들(20) 및 회전자 핀들(30)은 축 방향에서 서로 바로 뒤에 따른다. 유사하게, 고정자 핀들(20)은 단지 프로펠러(10)로부터 매우 가까이에 배치된다.
도 5는 프로펠러 블레이드들(14)에 오프셋 배열된 고정자 핀들(20)을 갖는 본 발명에 따른 프로펠러 배열(100)의 정면도를 도시한다. 원주 방향에서 보면, 고정자 핀들(20)은 2개의 프로펠러 블레이드들(14) 사이에 대략 중심으로 배치되고, 즉, 고정자 핀들(20)은, 원주 방향에서 보면, 하나의 프로펠러 블레이드(14)에서 다음 프로펠러 블레이드(14)로의 거리상에 위치된다. 하나의 프로펠러 블레이드(14)에서 다른 것까지의 거리는 원주 방향에서 제 1 프로펠러 블레이드(14a)의 프로펠러 블레이드 중심점(CP1)에서 제 2 프로펠러 블레이드(14b)의 프로펠러 블레이드 중심점(CP2)까지 측정된다. 고정자 핀(20)은, 고정자 핀(20)의 중심점(CP3)이 원주 거리 상에(또는 원주 거리와 동심의 및 평행한 선)에서 제 1 프로펠러 블레이드 중심점(CP1)과 제 2 프로펠러 블레이드 중심점(CP2) 사이에 배열되는 경우, 2개의 프로펠러 블레이드들(14a,14b) 사이에 배치된다. 일반적으로, 중심점들(CP1, CP2, CP3)은 프로펠러 블레이드(14) 또는 고정자 핀(20)에 의해 미치는(covered) 영역의 기하학적 중심들로서 정의될 수 있다. 그러나, 중심점은 또한 프로펠러 블레이드(14) 또는 고정자 핀(20)의 질량 중심으로서 정의될 수 있다. 다른 정의들이 또한 가능하다. 따라서, 프로펠러 축(13) 및 제 1 프로펠러 블레이드 중심점(CP1)을 통한 제 1 선(L1), 프로펠러 축(13) 및 제 2 프로펠러 블레이드 중심점(CP2)을 통한 제 2 선(L2), 및 프로펠러 축(13) 및 고정자 핀 중심점(CP3)을 통한 제 3 선(L3)을 가정하면, 여기서 선들(L1, L2, L3)은 프로펠러 축(13)에 대하여 직각이고, 각각의 경우에 방사상으로 외부로 연장되며, 제 1 및 제 2 선(L1, L2) 사이에 둘러싸인 제 1 각(A1)은 제 3 선(L3)에 의해 대략 동일한 값의 2개의 각들, 제 2 각(A2) 및 제 3 각(A3)으로 분할된다. 여기서, 대략 동일함은 제 2 각(A2)(또는 동등하게 상호보완적인 각(A3))이 제 1 각(A1)의 25% 내지 75% 범위 내에 놓임을 의미한다.
특히, 도 1 및 도 2의 도면들에서, 프로펠러 허브(11), 고정자 몸체(21), 베어링 링(41) 및 단부 캡(50)을 포함하는 시스템에 대하여, 전반적인 폐쇄된, 계단-자유 프로파일이 획득되고, 이점에 있어서 능률적임을 알 수 있다.
100 : 프로펠러 배열 10 : 프로펠러
11 : 프로펠러 허브 11a : 허브 전방측
12 : 샤프트 베어링 13 : 프로펠러 축
14 : 프로펠러 블레이드 14a : 제 1 프로펠러 블레이드
14b : 제 2 프로펠러 블레이드 15 : 배의 이동 방향
16 : 프로펠러 직경 20 : 고정자 핀들
201,202 : 코너 영역들 203 : 전방 일부 영역
204 : 후연부(Trailing edge) 21 : 고정자 몸체
22 : 테이퍼링 영역 221 : 원주면
222 : 전면 영역 23 : 외부 영역
24 : 볼트 30 : 회전자 핀들
301,302 : 후방 일부 영역 304 : 전연부(Leading edge)
31 : 회전자 핀들의 직경(원형 경로) 40 : 마찰 베어링
41 : 베어링 링 42 : 베어링 슬리브
43,44 : 베어링 링 50 : 단부 캡
51 : 볼트
CP1 : 제 1 프로펠러 블레이드의 중심점
CP2 : 제 2 프로펠러 블레이드의 중심점
CP3 : 고정자 핀의 중심점
L1 : 제 1 중앙점을 통한 제 1 선
L2 : 제 2 중앙점을 통한 제 2 선
L3 : 제 3 중앙점을 통한 제 3 선
A1 : 제 1 및 제 2 선 사이의 둘러싸인 각
A2 : 제 1 및 제 3 선 사이의 둘러싸인 각
A3 : 제 2 및 제 3 선 사이의 둘러싸인 각

Claims (15)

  1. 선박의 프로펠러(10)를 포함하는 구동 시스템용 프로펠러 장치(100)로서,
    상기 프로펠러(10)는 프로펠러 축(13)에 대하여 회전가능하며,
    상기 프로펠러 축(13)에 대하여 자유롭게 회전가능하게 배치된 적어도 하나의 회전자 핀(30)이 설치되고,
    상기 적어도 하나의 회전자 핀(30)의 회전에 의해 형성되는 원형 경로의 직경(31)이 상기 프로펠러(10)의 직경(16)보다 작으며,
    상기 적어도 하나의 회전자 핀은 프로펠러 허브(11) 영역에서의 보올텍스 형성이 감소하여 프로펠러 역류에 영향을 미치도록 구성되고,
    마찰 베어링(friction bearing; 40)은, 상기 프로펠러 허브(11) 또는 상기 적어도 하나의 회전자 핀(30)을 탑재하기 위한 고정자 몸체(21) 상에 설치되며,
    상기 고정자 몸체(21)는 상기 프로펠러(10)의 프로펠러 허브(11)의 전단측 상에 배치되며, 상기 프로펠러 허브(11)에 견고하게 고정되고,
    상기 마찰 베어링(friction bearing; 40)은 상기 프로펠러 허브(11) 또는 상기 고정자 몸체(21)에 견고하게 부착되는 제 1 베어링 부재 및 제 2 베어링 부재를 포함하고, 상기 제 2 베어링 부재는 상기 제 1 베어링 부재에 대하여 이동 가능하고, 상기 적어도 하나의 회전자 핀(30)은 상기 제 2 베어링 부재에 견고하게 부착되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회전자 핀(30)의 상기 원형 경로의 상기 직경(31)은 상기 프로펠러(10)의 직경(16)의 75%보다 작은 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로펠러(10)와 동시 회전하는 적어도 하나의 고정자 핀(20)이 상기 자유롭게 회전가능한 적어도 하나의 회전자 핀(30)과 상기 프로펠러(10) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정자 핀(20)은 상기 프로펠러(10)의 프로펠러 허브(11) 상에 배치되며, 상기 프로펠러 허브에 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정자 핀의 회전에 의해 형성되는 원형 경로의 직경은 상기 프로펠러(10)의 직경(16)보다 작은 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정자 핀(20)은 상기 프로펠러(10)의 프로펠러 블레이드들(14)에 대하여 축 방향으로 오프셋(offset) 정렬되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    다수의 회전자 핀들(30) 또는 고정자 핀들(20) 중 적어도 하나가 설치되며, 상기 프로펠러 축(13)에 대하여 원주 방향으로 분산되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전자 핀들(30) 또는 고정자 핀들(20) 중 적어도 하나의 수는 상기 프로펠러(10)의 프로펠러 블레이드들(14)의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회전자 핀(30) 또는 상기 적어도 하나의 고정자 핀(20) 중 적어도 하나는 상기 프로펠러 축에 대하여 영각(angle of attack)을 갖고, 상기 영각은 10° 내지 80°인 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회전자 핀(30) 또는 상기 적어도 하나의 고정자 핀(20) 중 적어도 하나는 상기 프로펠러 축(13)에 방사상으로 이어지도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정자 핀(20)은 고정자 몸체(21) 상에 배치되고, 상기 고정자 몸체(21)는 상기 프로펠러(10)의 프로펠러 허브(11)의 전단측 상에 배치되며, 상기 프로펠러 허브(11)에 견고하게 고정되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회전자 핀(30)은 상기 프로펠러 축(13)의 방향으로 상기 프로펠러(10)로부터 상기 직경(16)의 최대 0.8배의 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 구동 시스템용 프로펠러 장치.
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