KR101620910B1 - 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트(20)에 복수로 설치되어 진동을 저감하는 장치에 있어서: 레이스(31) 상에 다수의 볼(36)을 지니고, 상기 샤프트(20)의 원주상에 동심으로 장착되는 볼밸런서(30); 및 상기 샤프트(20)와 볼밸런서(30) 사이에 개재되어 위치를 고정하는 고정수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박의 프로펠러 샤프트에 볼 밸런서를 비교적 용이한 방식으로 설치와 보수가 가능하고 볼 밸런서 내의 볼의 회전에 의하여 또 다른 진동을 유발하지 않도록 하는 효과가 있다.

Description

볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치{Apparatus for reducing shaft vibration using ball balancer}

본 발명은 축계진동 저감장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 프로펠러 샤프트에 설치되어 동적 불평형을 개선하는 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치에 관한 것이다.

선박이 추진되는 수중 환경에서는 불균일 유속, 캐비테이션(Cavitation) 등 다양한 진동원)이 존재하여 프로펠러 및 축계에 진동을 발생시킨다. 종래의 경우 각종 장비가 구비된 공장에서 프로펠러 및 축계의 동적 불평형을 보정하는 것이 보편적인 방법이다. 이때, 축계를 구성하는 각 축을 가공 후 밸런스 작업용 축과 커플링으로 연결한 상태에서 하므로, 조립 후 축계의 불평형량의 변화로 진동을 발생하여 축정렬 작업을 다시 해야 하는 어려움이 따른다.

축계의 동적 불평형 해소와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서, 한국 공개특허공보 제2013-0132716호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1313605호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 본체와; 상기 본체내부에 설치되는 회전조와; 상기 회전조 내부에 설치되는 볼밸런서를 포함하는 드럼세탁기에 있어서, 상기 볼 밸런서는 볼밸런서하우징과; 상기 볼밸런서하우징의 강도를 보강하기 위하여 상기 볼밸런서하우징에 형성되는 보강구조를 포함한다. 이에 따라, 볼밸런서의 위치 안정성이 제고되고, 볼밸런서 자체의 내진성과 내충격성이 개선되는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 구동축에 서로 반대 방향으로 회전되도록 설치되는 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러, 전방 프로펠러 및 후방 프로펠러 중 적어도 어느 하나에 마련되어 구동축의 편심 회전시 편심력을 해소하는 밸런서 장치를 포함하고, 밸런서 장치는 질량체와, 질량체를 이동 가능하게 수용하는 환 형상의 레이스를 포함한다. 이에 따라, 구동축을 설치하는 작업 및 축의 중심을 정렬하는 작업을 용이하게 수행하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 선박의 프로펠러 축계에 대한 설치 용이성을 확보하기 곤란할뿐더러 선박의 운항중에 점검과 보수를 수행하기 어려워 동적 불평형에 의한 내구성 약화의 우려가 있다.

1. 한국 공개특허공보 제2013-0132716호 "볼 밸런서를 포함한 드럼 세탁기 및 드럼세탁기용 볼 밸런서의 제조방법" (공개일자 : 2013. 12. 5.) 2. 한국 등록특허공보 제1313605호 "선박의 추진장치 및 이를 갖춘 선박" (공개일자 : 2012. 12. 17.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박의 프로펠러 샤프트에 비교적 용이한 방식으로 설치와 보수가 가능하고 볼의 회전에 의하여 또 다른 진동을 유발하지 않도록 하는 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 샤프트에 복수로 설치되어 진동을 저감하는 장치에 있어서: 레이스 상에 다수의 볼을 지니고, 상기 샤프트의 원주상에 동심으로 장착되는 볼밸런서; 및 상기 샤프트와 볼밸런서 사이에 개재되어 위치를 고정하는 고정수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 볼밸런서는 인접된 샤프트를 연결하는 플랜지에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 볼밸런서는 볼의 회전시 축방향 요동을 구속하도록 레이스 상에 경사면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 볼밸런서는 동일한 크기의 분할된 구조로 형성되고 연결판을 개재하여 샤프트에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 고정수단은 볼밸런서의 외면에 결합되어 플랜지에 대한 위치를 고정하는 안내핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박의 프로펠러 샤프트에 볼 밸런서를 비교적 용이한 방식으로 설치와 보수가 가능하고 볼 밸런서 내의 볼의 회전에 의하여 또 다른 진동을 유발하지 않도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치가 적용된 축계를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 요부를 분해하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 요부를 확대하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 변형예를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 샤프트(20)에 복수로 설치되어 진동을 저감하는 장치에 관하여 제안한다. 샤프트(20)는 선박의 추진력을 발생하는 프로펠러(10)에 연결되어 동력을 전달하는 축계를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 통상 프로펠러(10)와 엔진(15) 사이에 다수의 샤프트(20)가 베어링(12)과 플랜지(25)를 개재하여 연결된다. 다수의 샤프트(20)는 조립시 축의 정렬과 다이나믹 밸런스를 조절하는 과정을 거쳐야 한다.

본 발명에 따르면 볼밸런서(30)가 레이스(31) 상에 다수의 볼(36)을 지니고, 상기 샤프트(20)의 원주상에 동심으로 장착되는 구조를 특징으로 한다. 환형의 볼밸런서(30)는 몸체와 커버(34)로 구성되고, 몸체 상에 볼(36)의 회전 경로인 레이스(31)를 구비한다. 다수의 볼(36)은 레이스(31)에 점성유체와 함께 수용되어 샤프트(20)의 언밸런스를 보충하는 방향으로 선회 이동하면서 다이나믹 밸런스를 유지한다. 즉, 축계의 불평형량이 달라져 진동이 발생하더라도 볼밸런서(30)의 볼(36)이 불평형량과 반대측에 위치하여 축계의 진동을 저감한다.

한편, 볼밸런서(30)의 몸체와 커버(34) 사이에는 수밀용 패킹(43)을 개재하는 것이 좋다. 패킹(43)은 강도, 내열성, 내유성과 함께 내염수성을 지니는 소재를 사용한다. 물론 레이스(31)와 커버(34)에 요홈을 형성하고 O-링(도시 생략)을 장착하는 구성을 적용할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 볼밸런서(30)는 인접된 샤프트(20)를 연결하는 플랜지(25)에 장착되는 것을 특징으로 한다. 통상 다수의 샤프트(20)를 연결하는 플랜지(25)는 작업자의 접근이 용이한 영역에 배치된다. 볼밸런서(30)는 일측의 플랜지(25) 또는 양측의 플랜지(25)에 설치될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면 볼밸런서(30)의 점검과 보수가 용이하다. 볼밸런서(30)의 보수는 커버(34), 볼(36), 점성유체 등의 교체작업을 포함하는 의미이다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 볼밸런서(30)는 볼(36)의 회전시 축방향 요동을 구속하도록 레이스(31) 상에 경사면(32)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 샤프트(20)의 회전에 의하여 원심력을 받는 볼(36)은 레이스(31)의 외주면과 측면에 접촉한다. 레이스(31)의 외주면은 특히 볼(36)의 원심력이 작용하는 부분으로서 측면과 예각(θ)의 경사면(32)을 이룬다. 이와 같이 하면 샤프트(20)의 회전시 볼(36)의 위치가 고정되므로 샤프트(20)의 축방향인 X축 방향으로 자유도가 구속되어 진동의 유발을 억제한다.

이때, 레이스(31)의 접촉면 중에서 적어도 일부는 X축 방향의 자유도를 구속하도록 라운드(곡면)를 포함할 수 있다.

본 발명의 변형예로서, 상기 볼밸런서(30)는 동일한 크기의 분할된 구조로 형성되고 연결판(41)을 개재하여 샤프트(20)에 장착되는 것을 특징으로 한다. 도 4에 나타내는 것처럼, 볼밸런서(30)를 이분할 구조로 형성하면 샤프트(20)에 장착 및 탈거하기 용이하다. 분할된 볼밸런서(30)의 양단에는 플랜지의 일종인 연결판(41)을 고정한다. 연결판(41)은 볼밸런서(30)의 샤프트(20) 또는 플랜지(25)에 대한 밀착 상태를 유지하기 위해 장변과 단변의 직사각형으로 형성된다. 연결판(41)의 단변은 볼밸런서(30)의 몸체를 플랜지(25)에 최대한 밀착할 수 있을 정도의 치수로 형성한다. 연결판(41)의 장변은 볼트 체결을 위한 홀을 구비할 정도의 치수로 형성한다.

도 4(a)는 연결판(41)의 단변 중 일측을 최소로 축소하여 볼밸런서(30)의 측면이 플랜지(25)에 밀착되는 상태를 나타낸다. 도 4(b)는 도 4(a)의 볼밸런서(30)를 분리하여 나타내는 사시도이다. 이와 같이 연결판(41)은 볼밸런서(30)에 편심된 상태로 형성되는 것이 좋다.

한편, 본 발명은 볼밸런서(30)의 이분할 구조를 예시하지만 샤프트(20)의 직경에 따라서는 3분할, 4분할 구조를 적용할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 고정수단(40)이 상기 샤프트(20)와 볼밸런서(30) 사이에 개재되어 위치를 고정하는 구조를 특징으로 한다. 도 2의 환형 볼밸런서(30)에서 고정수단(40)은 플랜지(25)와 체결되는 볼트를 사용한다. 도 4의 분할형 볼밸런서(30)에서 고정수단(40)은 연결판(41)에 체결되는 볼트와 너트, 플랜지(25)와 체결되는 볼트를 사용한다.

물론, 고정수단(40)은 볼트와 너트에 국한되지 않고 여타의 체결 요소로 대체 또는 병용할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 고정수단(40)은 볼밸런서(30)의 외면에 결합되어 플랜지(25)에 대한 위치를 고정하는 안내핀(45)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 4에서 안내핀(45)은 머리 있는 형태를 예시하지만 머리 없는 형태를 사용할 수도 있고, 일측에 나선을 구비할 수도 있다. 안내핀(45)은 볼밸런서(30)와 플랜지(25) 사이에 결합될 수도 있고, 볼밸런서(30)와 샤프트(20) 사이에 결합될 수도 있다. 환형 볼밸런서(30) 및 분할형 볼밸런서(30)에서 안내핀(45)은 장착 위치를 고정하여 샤프트(20) 상에서 임의로 회전 및 요동되는 현상을 구속한다.

선박의 접안ㆍ계류중에 샤프트(20)에 장착된 볼밸런서(30)를 점검하여 보수가 필요한 경우 분리하여 조치한 다음 재조립하는 과정에서 안내핀(45)의 조력에 의해 장착의 정확성을 유지하기 용이하다.

한편, 본 발명에서 샤프트(20)의 연결에 플랜지(25)를 사용한 경우를 예시하고 설명하였으나, 여타의 축이음 커플링을 사용한 경우에도 동일한 방식으로 볼밸런서(30)를 적용할 수 있다.

또한, 볼밸런서(30)를 샤프트(20)애 설치하는 것으로 예시하고 설명하였으나 프로펠러(10)에 인접한 부분에 부가적으로 설치하는 구성도 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 프로펠러 12: 베어링
15: 엔진 20: 샤프트
25: 플랜지 30: 볼 밸런서
31: 레이스 32: 경사면
34: 커버 36: 볼
38: 작동유 40: 고정수단
41: 연결판 43: 패킹
45: 안내핀

Claims (5)

1. 샤프트(20)에 복수로 설치되어 진동을 저감하는 장치에 있어서:
   레이스(31) 상에 다수의 볼(36)을 지니고, 상기 샤프트(20)의 원주상에 동심으로 장착되는 볼밸런서(30); 및
   상기 샤프트(20)와 볼밸런서(30) 사이에 개재되어 위치를 고정하는 고정수단(40);을 포함하여 이루어지고,
   상기 볼밸런서(30)는 인접된 샤프트(20)를 연결하는 플랜지(25)에 장착되는 것을 특징으로 하는 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 볼밸런서(30)는 볼(36)의 회전시 축방향 요동을 구속하도록 레이스(31) 상에 경사면(32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 볼밸런서(30)는 동일한 크기의 분할된 구조로 형성되고 연결판(41)을 개재하여 샤프트(20)에 장착되는 것을 특징으로 하는 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정수단(40)은 볼밸런서(30)의 외면에 결합되어 플랜지(25)에 대한 위치를 고정하는 안내핀(45)을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 밸런서를 적용한 축계진동 저감장치.

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