KR101879522B1 - 피봇가능한 선박용 프로펠러 노즐 - Google Patents

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Abstract

고정형 프로펠러(30)와 그 프로펠러(30)를 둘러싸고 있으며 노즐 샤프트(20)에 의해 피봇되는 노즐 링(10)이 장착된 선박용 프로펠러 노즐(100)에 있어서, 구조적으로 간단하면서도 동시에 노즐 샤프트(20)와 노즐 링(10)사이에 안정적인 연결을 도모할 수 있도록 본 발명은 노즐 샤프트(20)를 중공의 몸체의 형태로 한 것을 제안된 것이다.

Description

피봇가능한 선박용 프로펠러 노즐 {PIVOTABLE PROPELLER NOZZLE FOR A WATERCRAFT}
본 발명은 피봇가능한(pivotable) 선박용 프로펠러 노즐 및 선박용 프로펠러 노즐의 방향을 전환시키기 위한 노즐 샤프트와 관련된 것이다.
프로펠러 노즐이라는 용어는, 노즐 링에 의해 덮이거나 둘러싸인 프로펠러가 장착된 선박, 특히 배의 추진 장치를 말한다. 이러한 타입의 노즐 링은 “코르트(Kort) 노즐”이라고 불린다. 이 경우에 노즐 링의 내부에 구비된 프로펠러는 보통 고정형(stationary)으로 구현된다. 즉, 프로펠러는 구동 또는 프로펠러 축에 대하여 회전할 뿐이다. 이러한 목적으로, 프로펠러는 프로펠러 축을 따라 연장된 회전가능하지만 피봇이 불가능한(non-pivotable) 프로펠러 샤프트에 의해서 선체와 연결된다. 프로펠러 샤프트는 선체에 구비된 드라이브에 의해서 구동된다.
그에 반해서 프로펠러는 (수평으로 또는 수직으로) 피봇을 할 수 없다. 간단히 설계된 프로펠러 노즐의 경우에, 프로펠러를 둘러싸는 노즐링은 고정되어 있다. 다시 말해 피봇이 불가능하고 추진 장치의 추진력을 증가시키는 기능만을 갖는다. 이러한 종류의 프로펠러 노즐은 높은 추진력을 발생시킬 필요가 있는 예인선(tugboats), 공급선(supply vessels) 기타 이와 비슷한 것에 각각 자주 사용된다. 고정형 노즐 링이 장착된 프로펠러 노즐을 구비한 선박을 조종하기 위해서는 추가적인 조타 장치 특히 방향타가 프로펠러 하류 즉 선박의 움직이는 방향을 기준으로 프로펠러 노즐 뒤에 구비되어야 한다.
그에 반해서, 본 발명은 피봇가능한 프로펠러 노즐에 관한 것으로 특히, 고정형 프로펠러와 고정형 프로펠러의 주위를 따라 피봇될 수 있는 노즐 링을 포함한 것을 특징으로 하는 타입의 피봇가능한 프로펠러 노즐에 관한 것이다.
이러한 피봇가능한 노즐 링은 선박의 추진력을 증가시킬 뿐만 아니라 동시에 선박을 조종하는데 사용될 수 있다. 따라서 방향타와 같은 추가적 조타 시스템(steering system)에 대한 필요를 대체하거나 제거한다. 프로펠러 유출흐름(outflow)의 방향을 바꿀 수 있고, 그에 따라 설치상태에서 일반적으로 수직으로 연장된 피봇 축선(pivoting axis)에 대하여 노즐 링을 피봇시킴으로써 선박이 조종될 수 있다. 이것이 피봇가능한 프로펠러 노즐이 스티어링 노즐(steering nozzles)이라고도 불리는 이유이다. 설치상태에서, 노즐 링은 수평면을 따라서 또는 수직축에 대하여 각각 정상적으로 피봇될 수 있다. 이러한 맥락에서 “피봇가능한(pivotable)” 이라는 용어는 좌현뿐만 아니라 우현으로 시작위치에서 미리 정해진 각까지 피봇되는 노즐 링을 말한다. 그러나 360° 완전하게 피봇될 수 없다.
이 경우에, 노즐 링 또는 코르트 노즐은 대체로 원뿔 형태로 테이퍼된 파이프(tapered pipe)로 구성되며, 그 테이퍼된 파이프는 바람직하게는 회전 가능하게 대칭적으로 구현되고 노즐 링의 벽을 형성한다. 배의 선미를 향하는 파이프의 테이퍼(taper) 때문에, 성능을 증가시킬 필요 없이 프로펠러 노즐은 선박에 추가적인 추진력을 전달할 수 있다. 추진력 향상 특성에 더하여 이것은 거친 바다에서 요동 움직임(pitching motion)을 줄여서 로스트 모션(lost motion)이 줄어들고 방향 안정성이 향상된다. 선박의 속력이 증가함에 따라서 프로펠러 노즐 또는 코르트 노즐의 고유한 저항이 2차적으로(quadratically) 증가하기 때문에, 이런 장점은 높은 추진력을 발생시키는 것이 필요한 느린 선박(예인선, 어선 등)에 특히 효과적인 방식으로 이용될 수 있다.
종래 기술로부터 알려진 피봇가능한 프로펠러 노즐에 있어서, 베어링은 노즐의 상부와 하부 다시 말해, 노즐 링의 외부 그곳에 피봇 지지를 구현하기 위해서 각각 장착된다. 상부에서, 지지는 샤프트(다시 말해, 이른바 대체로 플랜지된 노즐 샤프트)로 구현된다. 그리고 선박내부에서 차례로 피봇 드라이브(pivot drive) 또는 스티어링 기어와 연결된다. 노즐 샤프트 또는 로터리 샤프트는 노즐링을 조정하기 위해 필요한 토크을 전달한다. 즉, 프로펠러 노즐은 노즐 샤프트에 의해서 피봇할 수 있게 된다. 대조적으로 하부에서는 수직 저널(vertical journal)의 형태로 된 간단한 지지가 구현되며 피봇 축 또는 수직 축에 대하여 피봇하는(pivoting) 운동을 허용한다. 이런 타입의 하부 지지 장치는 단일체로 된 지지라고 불린다. 노즐 링은 일반적으로 양 방향으로 약 30°에서 35°까지 피봇 가능하다.
도 6은 종래 기술에 따라서 선박의 방향타 축(rudder axis)에 대하여 피봇가능하며 고정형 프로펠러가 장착된 코르트 노즐(200)의 모범적인 실시예를 보여 준다. 코르트 노즐(200)은 선박(미도시)의 고정형 프로펠러(210) 주위에 배치된다. 도면에서, 코르트 노즐은 길이방향 축선(220)에 대하여 대략 30° 중 α도까지 피봇된다. 화살표(221)는 바닷물의 흐름 방향을 나타낸다. 고정된 핀(230)은 코르트 조타 노즐(Kort steering nozzle)의 조타력(steering power)에 긍정적인 영향을 미치기 위하여 흐름 방향을 기준으로 프로펠러 하류의 코르트 노즐에 장착된다.
노즐 프로파일은 코르트 노즐(200)의 흡입 영역(201)(코르트 노즐(200)을 통한 흐름 방향을 기준으로)이 넓어지도록 선택된다. 이는 흡입 영역의 내부 지름이 코르트 노즐(200)의 다른 부분의 내부 지름 보다 넓다는 것을 의미한다. 이와 같은 방법으로, 코르트 노즐(200)을 통과하고 프로펠러(210)로 향하는 물의 흐름이 증가하여 코르트 노즐의 추진 효율이 향상된다.
공지된 피봇가능한 프로펠러 노즐의 노즐 샤프트는 대개 약 250mm의 지름을 가진 중실 단면(solid cross section)을 가진 원통형 샤프트(cylindrical shaft)의 형태로 구현되고 플랜지판(flange plates) 또는 이와 유사한 것에 의해서 노즐 링의 끝 부분에 연결된다. 이러한 목적으로, 상응하는 대응부(즉 플랜지 판과 추가적인 보강재) 또는 이와 유사한 것이 노즐 링의 외부 벽에 구비되거나 노즐링의 벽 재료로 형성된다. 이러한 보강재 및 보강 판과의 정교한 플랜징이 필수적이다. 그렇지 않으면 비교적 얇고, 무거운 샤프트와 비교적 얇은 형상을 가진 노즐링의 속 빈 몸체 사이의 경계면(interface)에 중대한 문제가 발생한다. 그리고 연결부는 불안정해 질 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 노즐 샤프트와 노즐 링 사이의 연결이 구조적으로 간단하고 또한 비틀림에 견고한 방법으로 구현되며 높은 굽힘 모멘트에 견디어 낼 수 있도록 하는 프로펠러 노즐을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가진 노즐 샤프트와 청구항 7의 특징을 가진 프로펠러 노즐에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 노즐 샤프트에 대하여 피봇하는 프로펠러 노즐의 노즐 샤프트는 중공의 몸체 또는 중공의 원통, 특히 원통형 파이프의 형태로 구현된다. 바람직하게 중공의 몸체는 축 방향으로 즉, 피봇 축을 따라서 전체 길이에 걸쳐 일정한 지름을 가진다. 그러나 중공의 몸체는 원칙적으로 원뿔꼴로 구현되거나 다른 지름을 가진 여러 연이은 섹션을 가진 계단 형태로 또는 이와 유사하게 구현될 수 있다. 그럼에도 불구하고 일정한 지름을 가진 직선 디자인이 가장 쉽게 제조될 수 있고 비틀림과 굽힘에 대한 응력에 가장 유리한 버전(version)으로 대표된다. 중공의 몸체의 형태로 구현된 노즐 샤프트는 프로펠러 노즐의 고정형 프로펠러 주위에 배치되어 고정형 프로펠러를 둘러싸는 노즐 링을 피봇하게 할 수 있다.
본 발명과 대조적으로, 지금까지는 노즐 샤프트는 단조강으로 무겁게 구현되러 왔다. 이러한 무겁고 중실의 단면(solid cross section)을 가진 노즐 샤프트는 비교적 작은 지름을 가진다. 그렇지 않으면 과도하게 무거워질 수 있기 때문이다. 이러한 비교적 작은 지름은 노즐 샤프트와 얇은 벽으로 된 노즐 링의 연결부에 위에 언급한 문제점을 발생시킨다.
종래 기술로부터 공지된 무거운 노즐 샤프트와 달리, 중공의 원통의 형태로 된 노즐 샤프트는 상당히 큰 지름을 가지고 있다. 종래 기술로부터 공지된 종래의 무거운 노즐 샤프트의 지름과 비교하여 적어도 2배의 큰 지름을 가진다. 중공의 원통은 600mm에서 1500mm의 범위의 지름을, 바람직하게는 750mm에서 1250mm의 범위의 지름을, 특히 바람직하게는 900mm에서 1100mm의 범위의 지름을 가진다. 상기 인용된 범위는 통상적으로 노즐 샤프트의 외경을 말한다. 그러나 원칙적으로 내경도 또한 위에서 인용된 범위에 놓이게 된다. 이 점에서 중공의 원통의 큰 지름은 매우 높은 비틀림 강도를 달성하며, 더욱이 높은 굽힘 모멘트를 흡수할 수 있도록 하여 유리하다. 이것은 무거운 노즐 샤프트에서 요구하는 것보다 적은 재료의 투입으로도 구현될 수 있다. 더욱이 노즐 샤프트와 노즐 링 사이의 경계부 또는 연결부는 매우 안정되고 보다 간단한 방식으로 구현된다. 보다 큰 지름 덕분에 연결부에 가해진 힘은 보다 넓은 면적에 걸쳐 분산된다. 따라서 종래의 프로펠러 노즐에서 사용되는 보강판 또는 이와 유사한 요소 같은 특별한 보강재를 마련할 필요가 없다. 대체로 본 발명은 향상된 비틀림 강도를 가지고 높은 굽힘 모멘트를 흡수하고 동시에 간단한 구조(특히, 노즐 샤프트와 노즐 링 사이의 연결부에서)를 가지는 프로펠러 노즐에 관하여 제안한 것이다.
노즐 샤프트의 지름에 대한 상기 언급된 치수(dimensions)에 추가적으로 또는 대신에, 중공형 원통의 벽 두께는 10mm에서 100mm사이에 놓이고, 바람직하게는 20mm에서 80mm사이에 놓이며, 특히 바람직하게는 30mm에서 50mm사이에 놓인다. 출원인에 의해 수행된 계산 및 실험에 따르면, 비틀림 강도와 노즐 링과의 연결에 관하여 특히 유리한 결과가 달성되었으며 동시에, 노즐 샤프트의 지름 및 벽두께가 각각 위에서 언급된 범위에 놓이게 된다면 노즐 샤프트의 제조에 요구되는 재료 투입이 가능한 낮은 상태로 유지된다.
바람직하게는 중공의 몸체 또는 중공형 원통은 강철로 제조된다. 이 경우에 중공의 원통은 특히 강철 파이프의 형태로 구현된다. 이러한 방식으로, 노즐 샤프트의 특히 간단한 구조가 달성된다. 만일 노즐 샤프트가 계단형 또는 원뿔형의 디자인이 아니라면, 중공의 원통은 바람직하게 전체 길이에 걸쳐 일정한 벽두께를 가진다.
노즐 샤프트는 일체로 유리하게 구현될 수 있다. 즉, 노즐 샤프트의 끝단은 프로펠러 노즐의 노즐 링에 고정되며 다른 끝단은 피봇 드라이브(pivot drive)에 고정되는 하나의 파이프로 구성될 수 있다.
노즐 링의 반대에 놓여 있는 노즐 샤프트의 끝단은 토크를 전달하기 위해서 바람직하게 선박의 내부, 특히 조타 기어(steering gear)에 배치된 피봇 드라이브와 연결될 수 있는 방법으로 구현된다. 특히 바람직한 일 실시예에서, 끝단은 노즐 샤프트를 위한 피봇 드라이브를 받아들일 수 있도록 구현된다. 이것은 노즐 샤프트를 위한 피봇 드라이브가 노즐 샤프트의 내부(즉, 노즐 샤프트의 중공의 공간)에 적어도 부분적으로 배치된다는 것을 의미한다. 이런 점에서, 피봇 드라이브의 외측 치수(outside dimensions)와 중공 원통의 내측 치수(inside dimension)가 본질적으로 대응되도록 피봇 드라이브가 중공의 원통 속에 같은 높이로(동일 평면으로) 삽입될 수 있다면 유리할 것이다. 따라서 피봇 드라이브는 바람직하게 원형 단면을 가지며 피봇 드라이브의 외경과 노즐 샤프트의 내경이 본질적으로 대응된다. 이러한 방법으로, 피봇 드라이브는 노즐 샤프트 내에 배치되어 피봇 드라이브를 위한 별도의 공간이 더 이상 선체 내에서 필요로 하지 않기 때문에 전체 조타장치는 완전히 보다 조밀한 방법으로 구현된다. 노즐 샤프트와 피봇 드라이브가 모듈의 형태로 공급되어 곧바로 설치될 수 있기 때문에 조립이 또한 간단해진다. 피봇 드라이브를 설치하기 위해서, 대응되는 마운팅 수단이 마련될 필요가 있다. 피봇 드라이브는 노즐 샤프트 끝단의 플랜지 또는 그와 유사한 것에 의해서 곧바로 노즐 샤프트에 설치되거나 선체에 설치될 수 있다. 피봇 드라이브는 블레이드 타입 구동장치(blade-type drive unit) 또는 블레이드 타입 조타 기어(blade-type steering gear)의 형태로 구현되는 것이 특히 유리하다. 그러한 피봇 드라이브는 조밀한 디자인을 가지므로 노즐 샤프트 내에 삽입되기에 특히 적합하다.
더욱이 노즐 샤프트는 노즐 샤프트를 선박의 선체에 정상적으로 배치된 피봇 드라이브(특히, 블레이드 타입 구동장치(blade-type drive unit) 또는 이와 유사한 것)에 연결하기 위한 연결수단을 양 끝단 중 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다. 원칙적으로 노즐 샤프트는 연결수단과 일체로 구현될 수 있다. 그러나 바람직하게는 연결수단이 노즐 샤프트의 끝단에 분리 가능하도록 배치된다. 특히, 스크류 연결에 의해서 분리 가능할 수 있다. 특히, 연결수단은 아버(arbor), 샤프트 스터브(shaft stub) 또는 그와 유사한 것으로 구성되고 피봇 드라이브의 상응되는 대응부 속으로 삽입되도록 설계된다. 이는 토크를 피봇 드라이브로부터 노즐 샤프트로 전달한다.
더욱이 연결수단은 노즐 샤프트를 축 방향으로 지지하는 액시얼 베어링(axial bearing)으로 구성된다. 예를 들어, 축 지지(axial support)는 노즐 샤프트의 일 끝면에 배치되어 적절하게 설계된 마운팅 플랜지(mounting flange)로 구현될 수 있다. 게다가 플랜지는 아버 또는 샤프트 스터브와 일체로 구현될 수 있다.
노즐 링과 접한 노즐 샤프트의 끝단은 견고하게 노즐 링과 연결된다. 특히, 용접에 의해 이러한 연결이 이루어지는 것이 바람직하다. 반면에 종래 기술에서는 무거운 노즐 샤프트가 노즐 링에 플랜지 판 또는 이와 유사한 것에 의해서 분리 가능하도록 볼트로 죄어 있다. 알려진 무거운 노즐 샤프트의 작은 지름뿐만 아니라 노즐 샤프트의 필수적인 분리성 때문에 용접연결 또는 다른 견고한 연결이 지금까지 사용될 수 없었다. 바람직하게 본 발명의 프로펠러 노즐은 작은 치수를 가지고 있어 프로펠러 노즐은 독(dock)에서 분리될 수 있다.
견고한 연결을 만들어내기 위해서, 노즐 링과 인접한 노즐 샤프트의 끝단은 노즐 링 속으로 (다시 말해, 노즐의 몸체 속으로) 내부 노즐 형상부까지 연장된다. 바꾸어 말하면, 노즐 샤프트는 노즐 링의 외부표면에 간단히 접촉하는 것이 아니라 노즐 링의 내부 구조 속으로 삽입된다. 노즐 샤프트는 노즐 링과 인접한 노즐 샤프트의 끝단 부분이 완전한 노즐 샤프트의 지름을 가진 노즐 링의 내부 속으로 배치되는 방식으로 노즐 링의 벽)속으로 삽입된다. 바꿔 말해, 노즐 샤프트의 전체 끝면이 노즐 링 벽속으로 완전히 통합된다. 노즐 링에 삽입된 노즐 샤프트 부분의 길이가 노즐 링 두께(즉, 노즐 링의 프로파일 두께)의 적어도 25%, 바람직하게는 50%, 특히 바람직하게는 75%에 이르는 것이 유리하다. 노즐 샤프트의 끝단은 바람직하게 노즐 형상 내부에 연결(즉, 용접 및 지지)된다. 이러한 방식으로 극히 견고한 연결이 만들어져 높은 하중에 견딜 수 있게 된다.
노즐 링의 형상은 대체로 내부 노즐 형상부와 외측 노즐 형상부로 구성되며, 이는 각각 강철 판으로 형성된다. 연결요소 또는 연결 리브(rib) 그리고 이와 유사한 것은 보강 목적으로 중간에 구비된다. 바람직한 일 실시예에서, 노즐 샤프트는 외측 형상부 또는 강철 판을 통하여 뿐만 아니라 내측 및 외측 형상부 사이의 전체 중간 공간을 통하여 내측 강철 판 또는 내측 벽에 맞닿거나 접촉되기 전까지 연장된다. 이러한 방식으로 특히 견고한 연결이 만들어진다. 이러한 실시예에서, 노즐 샤프트의 삽입된 부분의 길이가 대략 노즐 링의 프로파일 두께와 대략 부합한다.
본 발명에 따르면, 바람직하게 노즐 샤프트는 선체 내부로부터 노즐링까지 연속적으로 연장된다. 바꿔 말하면, 노즐 샤프트의 일 끝단이 노즐 링과 연결되고 다른 일 끝단이 선체 내부에 배치된 조타 기어와 연결된다. 이 경우에, 노즐 샤프트를 일체로 구현하는 것이 특히 유리하다. 결론적으로 본 발명의 프로펠러 노즐은 노즐 링에 배치되어 노즐 샤프트와 맞물려 연결되도록 하는 어떤 파이프 소켓(pipe sockets) 또는 이와 유사한 연결 조각으로 구성되지 않는다. 본 발명의 노즐 샤프트는 선체로부터 노즐 링의 내부로 연장되어 추가적인 연결 수단, 예를 들어, 파이프 소켓, 플랜지 판 또는 이와 유사한 것을 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따라서 노즐 샤프트의 중공 공간은 물이나 기름을 운반하기 위한 도관의 형태로 구현되지 않는다. 더욱이, 노즐 샤프트 내부에는 별도의 라인도 구비되지 않는다. 결론적으로 노즐 샤프트는 중공의 도관체(conduit body)로서가 아닌 노즐 링을 피봇시키기 위한 수단으로서 노즐 링을 지지하는데 오로지 이용된다.
본 발명에 따라서, 프로펠러 노즐의 노즐 샤프트는 단지 (수직)세로축(longitudinal axis)에 대하여 피봇된다. 그러나 수평 축(horizontal axis) 또는 다른 어떤 축에 대하여 피봇하거나 기울어져 있지 않다. 바꾸어 말하면, 노즐 샤프트는 각각 고정된 상태로 배치되거나 구현되고 단지 그 자신의 축에 대하여 피봇할 수 있다. 노즐 샤프트가 피봇할 수 있는 최대 피봇각(pivoting angle)은 180°이고, 바람직하게는 140°이내이고, 특히 바람직하게는 90°이내 또는 심지어 60°이내이다. 본 발명의 프로펠러 노즐은 특히 고정형 프로펠러 때문에 360°까지 회전할 수 없다.
바람직하게 노즐 링은 모든 면에서 프로펠러를 둘러싸고 있다. 본 발명의 프로펠러 노즐은 특히 터널 방향타(tunnel rubber)로 구성되지 않는다.
본 발명에 따른 노즐 샤프트의 높은 비틀림 강도와 휨 강도뿐만 아니라 노즐 링과 노즐 샤프트 사이의 특히 견고한 연결점 때문에, 바람직한 일 실시예에서 프로펠러 노즐은 노즐 샤프트에 의해 지지될 수 있고 추가적인 지지부 특히, 노즐 링의 하단에서 일체로 형성된 지지부를 요하지 않는다. 이러한 방식으로, 하부 베어링이 제거되기 때문에 전체 프로펠러 노즐의 구조가 간단해진다. 더욱이 프로펠러 유출흐름의 유동성이 향상된다. 이는 일체로 형성된 하부 베어링이 선체와 연결될 필요가 있고 선체 밖으로 연장된 일체에 거슬러 흐르는 흐름이 자주 불리한 난류를 그 위치에서 발생시키기 때문이다.
더욱이, 노즐 링의 벽에서 서로 반대위치에 적어도 두 개의 개구(opening)를 형성하는 것이 바람직하다. 개구는 각각 전체 벽을 통하여 연장되고 이는 내부, 외부 및 이 두 내부 및 외부를 서로 연결하는 중앙부로 구성된다. 이러한 방식으로 바다 물이 바깥 노즐 링으로부터 노즐 링의 내부로 적어도 두개의 개구를 통하여 흐를 수 있게 된다. 이것은 그러한 개구가 없이 노즐 링이 피봇할 때, 프로펠러의 외부와 프로펠러의 하류에서 발생하는 흐름의 재순환을 방지하는 데 있어서 유리하다. 특히 효과적인 방식으로 이러한 재순환을 방지하기 위해서, 설치상태에서 두 개구는 각각 노즐 링의 측면에 형성되는 것이 효과적이다. 이 경우에 노즐 링의 나머지 부분은 막혀있게 되며 다른 어떤 개구도 구비되지 않는다. 흐름 방향을 기준으로, 바람직하게는 적어도 두 개의 개구가 프로펠러 또는 바로 그 하류에 형성되어야 한다.
노즐 샤프트의 안정성과 휨 강도를 추가적으로 향상시키기 위해서, 노즐 샤프트가 적어도 부분적으로 트렁크 파이프 속에 배치되어 지지되도록 하는 것이 유리하다. 트렁크 파이프는 선박 구조와 견고하게 연결되고, 트렁크 파이프는 완전히 선박 내부에 배치되거나 부분적으로 선박 외부에 배치된다. 트렁크 파이프와 노즐 샤프트의 사이 트렁크 파이프의 상단 및 하단에 베어링을 구비하는 것이 특히 유리하다.
이 점에서 트렁크 파이프와 노즐 샤프트 사이에 적어도 하나의 슬라이딩 베어링(sliding bearing) 특히, 원통형의 슬라이딩 베어링을 구비하는 것이 바람직하다. 노즐 링과 접하는 노즐 샤프트의 부분은 트렁크 파이프에서 돌출되어 그 끝 부분이 노즐 링과 연결되도록 한다. 트렁크 파이프는 기본적으로 종래 기술로부터 충분히 알려져 있으며 전형적으로 중공의 원통의 형태로 구현된다. 이러한 트렁크 파이프의 내경은 대략 노즐 샤프트의 외경과 대응된다.
피봇 가능한 노즐 샤프트는 단지 그 외부 표면상으로 지지되며 내부 베어링 또는 이와 유사한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 일반적으로 바람직하다.
본 발명의 효과는 상기한 바와 같다.
도면에 도시된 다른 실시예들을 참조하여 본 발명은 이하 더 자세히 설명된다.
계략적인 그림에서: 도 1은 외부 피봇 드라이브와 후방에 배치된 핀(fin)이 장착된 노즐 링의 정면 사시도를 보준다.
도 2는 후방에 배치된 핀이 장착된 프로펠러 노즐과 이축선(twin-screw vessels)의 선체상의 배치(arrangement)의 정면 사시도를 보여준다. 여기서 프로펠러 샤프트와 선미관(stern tube)은 도시되지 않는다.
도 3은 프로펠러 노즐의 종단면을 보여 준다.
도 4는 노즐 샤프트에 배치된 피봇 드라이브가 장착된 노즐 샤프트 상단부의 종단면을 보여준다.
도 5는 프로펠러 노즐과 프로펠러 샤프트가 장착된 선미부분(hull stern section)의 계략적인 도시를 보여준다.
아래에서 설명되는 도면에 도시된 다른 실시예들에서, 동일한 구성은 동일한 도면부호로 표시된다.
도 1은 중공 원통의 형태로 구현된 노즐 샤프트(20)가 구비된 프로펠러 노즐 링(10)을 보여준다. 전체 구성이 잘 나타나도록 프로펠러는 생략되었다.
도 2는 설치상태에서 즉, 선박에 장착된 상태에서 동일한 노즐 링(10)이 도시된 것이고 도 2에서 프로펠러(30)가 노즐 링(10)의 내부에 장착되었다. 도 2에서 구성이 더 잘 나타나도록 프로펠러 샤프트는 생략되었다. 선체(31)는 노즐 샤프트가 장착된 부분에서만 도시되었다. 노즐 샤프트(20)에 위치하고 선체(31)의 내부에 배치된 블레이드 타입 조타 기어(blade-type steering gear)의 형태로 된 피봇 드라이브(40)와 선체(31)상에 연결 구조(connecting construction)(44)를 부분적으로 보여주기 위해 선체(31)의 부분은 투명하게 도시되었다. 그러나 이러한 버전(version) 있어서 다른 디자인의 피봇 드라이브를 사용하는 것을 생각해 낼 수 있다.
프로펠러 유출 측의 끝에서 노즐 링(10)은 견고하게 설치된 핀(11)을 포함하고 있다. 그 핀은 대략 중앙부에 배치되고 노즐 링(10)의 상부 벽 영역(10a)으로부터 노즐 링(10)의 하부 벽 영역(10b)으로 연장되어 있다. 이러한 핀은 노즐 링(10)과 견고하게 연결된다. 그 핀은 기본적으로 고정된 상태로 구현되거나 부분적으로 회전할 수 있도록 구현된다.
프로펠러 노즐(100)은 하부 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하지 않으며 단지 노즐 링(10)의 상부 벽 영역(10a)에 견고하게 배치된 노즐 샤프트(20)에 의해서 매달려있거나 지지된다(도 3 참조). 원통형 파이프의 형태로 된 노즐 샤프트(20)는 선체(31)에 견고하게 연결된 트렁크 파이프(21) 내부에서 적어도 부분적으로 지지된다. 노즐 샤프트(20)는 정지된 트렁크 파이프(21)내에서 피봇될 수 있다. 노즐 샤프트(20)의 마운팅 플랜지(mounting flange)(22)는 선체(31)에 접하고 노즐 샤프트(20) 위로 돌출된 트렁크 파이프(21)의 상단 끝에 배치된다. 이러한 플랜지(22)는 차례로 트렁크 파이프(21)의 외측 오목부(21b) 상에 놓여있다.
도 2를 참조하면, 트렁크 파이프(21)의 위 부분은 덮개(cover) 또는 스케그(skeg)(23)에 의해서 각각 덮여있다. 원뿔대(truncated cone)의 형상을 가지며 노즐 샤프트(20)의 마운팅 플랜지(22)로부터 위로 돌출된 아버(arbor)(24)상에 피봇 드라이브(40)가 놓이고 이와 견고하게 연결된다(도 3 참조). 원뿔대(truncated cone)의 형상으로 된 아버(arbor)(24)는 피봇 드라이브(40)로부터 노즐 샤프트(20)로 토크(torque)을 전달한다. 노즐 샤프트(20)는 트렁크 파이프(21)로부터 노즐 링(10)과 접한 하단 영역(20a)으로 돌출된다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 도시된 프로펠러 노즐(100)을 통한 종단면을 보여준다. 구성이 더 잘 나타나도록 도 3에서 핀은 도시되지 않는다. 노즐 샤프트(20)는 트렁크 파이프(21)내에서 슬라이딩 베어링의 형태로 구현되는 상부 또는 하부 트렁크 베어링(upper or lower trunk bearing)(25a)(25b)에 의해 지지된다.
씨일(seals)(26)은 트렁크 파이프(21)와 노즐 샤프트(20)사이 트렁크 파이프(21)의 끝단에 구비된다. 노즐 샤프트(20)의 하단 영역(Lower end region)(20a)은 상부 벽영역(10a)에서 노즐 링의 벽속으로 삽입된다. 노즐 샤프트(20)의 끝면(20c)은 벽의 내측(13a)에 인접한다. 상부 벽 영역(10a)에서 노즐 샤프트가 노즐 링(10) 또는 벽의 내부에 삽입될 수 있도록 벽의 외측(13b)은 노즐 샤프트(20)의 영역에 대응되는 개구를 포함하는 것을 특징한다. 노즐 샤프트(20)는 노즐 링(10)의 벽 속에서 용접부에 의해 노즐 샤프트의 끝면(20c)에서 견고하게 연결되고, 뿐만 아니라 하단 영역(20a)의 외측 및 내측 표면 속에서 연결된다. 노즐 샤프트(20)의 하단 영역(20a)이 상부 벽 영역(10a)속으로 삽입되기 때문에, 노즐 샤프트(20)와 노즐 링(10) 사이의 연결은 종래 기술로부터 알려진 연결방법 보다 더욱 안정적이다. 종래 기술에서는 작은 지름을 가진 노즐 샤프트의 끝면이 벽의 외측 또는 강화판 또는 이와 유사한 것에 접하고 있다.
플랜지 플레이트(flange plate) 또는 마운팅 플랜지(mounting flange)(22)는 노즐 샤프트에 견고하게 연결되고 노즐 샤프트(20)의 윗면에 놓이게 된다. 거기서 플랜지 플레이트 또는 마운팅 플랜지는 노즐 샤프트(20)위로 돌출되며 트렁크 파이프(21)에 구비된 액시얼 베어링(axial bearing)(21a)에 의해 지지된다. 이 부분에서 트렁크 파이프(21)는 액시얼 베어링(axial bearing)(21a)을 수용하는 외측 오목부(21b)로 구현된다.
원뿔대의 형상을 가진 아버(24)는 플랜지 마운트(22)로부터 중앙으로 돌출되며, 플랜지 마운트(22)와 일체로 구현된다. 아버(24)와 피봇 드라이브(40)의 연결은 테이퍼드 연결(tapered connection)의 형태로 구현된다. 그러나 기어를 조정하기 위한 모든 전통적인 연결 타입(예를 들어 클램핑(clamping) 연결과 같은 것)도 생각건대 사용될 수 있다. 테이퍼드 연결에 있어서 아버(24)는 피봇 드라이브(40)의 대응하는 리셉터클(receptacle)(40a)속에 맞물린다. 원통형 파이프의 형태로 된 노즐 샤프트(20)는 비교적 큰 지름을 가지고 있으며, 노즐 샤프트(20)의 외측 지름(a1)은 노즐 링(10) 전체 길이(b1)의 절반과 같거나 그 이상이 된다. 노즐 샤프트(20)는 일체로 된 강철 파이프(one-piece steel pipe)의 형태로 구현되는 것이 바람직하다.
도 4는 다른 실시예의 노즐 샤프트(20)의 상단 영역(20b)을 통한 횡단면을 보여준다. 이 실시예에 있어서, 노즐 샤프트(20)는 두 베어링(25a),(25b)에 의해 트렁크 파이프(21)속에서 지지된다. 더욱이, 노즐 샤프트(20)의 하단 영역(20a)은 벽의 외측(13b)을 통하여 노즐 링(10)의 벽속으로 삽입된다. 도 4에서, 위의 실시예와 대조적으로, 대부분의 피봇 드라이브(40)는 중공의 노즐 샤프트(20)의 내부 특히, 노즐 샤프트의 상부 영역(20b)에 배치된다. 이러한 목적을 위하여, 리셉터클 플랜지(receptacle flange)(41a)의 형태로 된 지지 베어링이 구비되고, 거기서 리셉터클 플랜지는 블레이드 타입 구동장치(blade-type drive unit)의 형태로 된 피봇 드라이브(40)와 나사로 고정되며 개구를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 개구를 통하여 피봇 드라이브(40)는 노즐 샤프트(20)속으로 돌출된다. 플랜지는 각각 노즐 샤프트(20)위에 또는 그 끝면에 놓이고 나사 연결(screw connection)(42)에 의해 견고하게 연결된다. 더욱이 피봇 드라이브(40)는 선체와 접하는 지지 플랜지(43)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 선체에 토크(torque)를 전달한다. 도 4에서 도시된 구조에 의해, 피봇 드라이브(40)를 수용한기 위한 공간 대부분이 속 빈 노즐 샤프트(20)의 내부로 이동된다. 따라서 선체에서 피봇 드라이브(40)를 위한 여분의 공간을 필요로 하지 않는다.
도 5는 선박에 장착된 본 발명의 프로펠러 노즐(100)의 개략적 도시를 보여준다. 선박의 선체(31)는 선미에서 부분적으로 도시된다. 트렁크 파이프(21)는 선체(31)에 장착되고 선체(31)로부터 돌출된다. 그 곳에서 원통형 노즐 샤프트(20)는 상기 트렁크 파이프에 의해 지지된다. 노즐 샤프트를 구동하기 위한 피봇 드라이브(40)는 다시 한 번 원통형 노즐 샤프트(20)의 위 끝단에서 지지된다.
노즐 샤프트(20)의 하단 영역(20a)은 노즐 링(10)과 견고하게 연결된다. 거기서 하단(21a)은 노즐 링(10)의 벽에 삽입된다. 그리고 벽에 견고하게 용접된다. 더욱이 노즐 링(10)의 내부에 배치된 프로펠러(30) 뿐만 아니라 프로펠러(30)로부터 선체(31)내부로 연장되는 프로펠러 샤프트(32)는 그림에서 계략적으로 도시된다.
100 프로펠러 노즐
10 노즐 링
10a 상부 벽 영역
10b 하부 벽 영역
11 핀
12 하부 핀 베어링
13a 벽의 내측
13b 벽의 외측
20 노즐 샤프트
20a 하부 영역
20b 상부 영역
20c 노즐샤프트의 끝면
21 트렁크 파이프
21a 액시얼 베어링
21b 오목부
22 마운팅 플랜지
23 스케그
24 아버
25a 상부 트렁크 베어링
25b 하부 트렁크 베어링
26 씨일
30 프로펠러
31 선체
32 프로펠러 샤프트
40 피봇 드라이브
40a 리셉터클
41a 플랜지
42 나사 연결
43 지지 플랜지
44 연결 구조
a1 노즐 샤프트의 외경
b1 노즐 링의 길이

Claims (16)

  1. 고정형 프로펠러가 구비된 피봇 가능한 선박용 프로펠러 노즐(100)용 노즐 샤프트(20)에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)는 중공의 몸체의 형태로 구현되고 축 방향으로 전체 길이에 걸쳐 일정한 지름을 가지고 상기 지름은 60cm에서 150cm 사이이고, 상기 노즐 샤프트(20)의 벽 두께는 1cm에서 10cm 사이고,
    상기 노즐 샤프트(20)를 위한 피봇 드라이브(40)는 상기 노즐 샤프트(20)의 내부에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)는 강철로 제조되는 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)를 피봇시키기 위한 피봇 드라이브(40)와 연결되도록 상기 노즐 샤프트(20)의 끝 부분에 연결수단(Connecting means)이 구비되는 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 연결수단은 상기 노즐 샤프트(20)를 축의 방향으로 지지하기 위해 액시얼 베어링(22)으로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)는 종래의 프로펠러 노즐의 무거운 노즐 샤프트보다 더 큰 외부 지름을 가진 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  6. 프로펠러(30)를 둘러싸고 있으며 노즐 샤프트(20)에 의해 피봇될 수 있는 노즐 링(10)과 고정형 프로펠러(30)가 장착된 선박용 프로펠러 노즐에 있어서,
    상기 노즐 샤프트(20)는 원통형 파이프의 형태로 구현되고,
    상기 노즐 링(10)과 인접한 상기 노즐 샤프트(20)의 아래 끝 부분(20a)은 상기 노즐 링(10)과 견고하게 연결되고,
    상기 노즐 링(10)과 인접한 상기 노즐 샤프트(20)의 아래 끝 부분(20a)은 상기 노즐 링(10)의 벽 속으로 삽입되고,
    상기 노즐 샤프트(20)를 위한 피봇 드라이브(40)는 상기 노즐 샤프트(20)의 내부에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 노즐(100).
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 프로펠러 노즐(100)은 상기 노즐 샤프트(20)에 의해서만 지지되며, 그 외 다른 지지부를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 프로펠러 노즐(100).
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 적어도 두 개의 개구가 상기 노즐 링(10)의 벽에 구비되고 서로 맞은편에 구비되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 노즐(100).
  9. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)는 트렁크 파이프(21) 속에서 적어도 부분적으로 배치되어 지지되고, 상기 노즐 링(10)과 접하는 상기 노즐 샤프트(20)의 부분은 트렁크 파이프(21) 위로 돌출되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 노즐(100).
  10. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)는 청구항 1 또는 청구항 2중 어느 한 항에 의해서 구현되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 노즐(100).
  11. 청구항 6 또는 청구항 7에 따른 프로펠러 노즐(100)로 구성된 선박.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 피봇 드라이브(40)의 외부 치수는 외측 치수(outside dimension)가 상기 중공의 몸체의 내측 치수(inside dimension)와 상응하도록 하는 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  13. 청구항 3에 있어서, 상기 연결수단은 노즐 샤프트(20)에 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 노즐 샤프트(20).
  14. 청구항 6항에 있어서, 상기 노즐 샤프트(20)의 아래 끝 부분(20a)은 상기 노즐 링(10)의 내부 벽(13a)과 그 끝면(20c)이 인접하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 노즐(100).
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