KR102026080B1 - 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 사용되는 가변 피치 프로펠러를 포함한 각종 스러스터의 프로펠러 피치 제어를 위하여 프로펠러로 오일의 공급과 회수를 수행하는 오일 분배 장치의 제어 튜브 직경 크기를 개선함으로써, 오일의 누출을 최소한으로 감소시키고 스러스터의 내구성을 증대시킬 수 있는 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치에 관한 것이다.

Description

스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치{AN APPARATUS FOR OIL DISTRIBUTION PREFERABLY FOR THRUSTER WITH CONTROLLABLE PITCH PROPELLER}

본 발명은 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 사용되는 가변 피치 프로펠러를 포함한 각종 스러스터의 프로펠러 피치 제어를 위하여 프로펠러로 오일의 공급과 회수를 수행하는 오일 분배 장치의 제어 튜브 직경 크기를 개선함으로써, 오일의 누출을 최소한으로 감소시키고 스러스터의 내구성을 증대시킬 수 있는 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치에 관한 것이다.

최근 들어 선박 건조 기술의 급속한 발전과 더불어 산업적 필요, 선박 운용 효율성 등과 같은 여러 가지 필요성으로 인하여 선박의 크기가 점점 대형화되고 있는 추세에 있다.

또한 대부분의 선박에는 소정의 속도로 운항하도록 추진력을 발생하는 장치인 스크류 프로펠러와 같은 스러스터(thruster)가 설치되어 있으며, 일부 선박에는 선체의 용이한 조정을 위하여 가변 피치 프로펠러를 사용하는 스러스터를 채용하고 있다.

상기 스러스터는 선박이 부두에 접안하거나 이안할 때 선박의 조종 능력을 향상시키기 위하여 측면에 장비하는 보조 추력 발생 장치로서, 선박을 빨리 선회시키려고 할 때 조종을 쉽게 하는 장치이며, 뱃머리 근처의 바닥에 가로 방향의 터널을 만들고 그 속에 가변 피치 프로펠러가 설치되어 있다. 또한 상기 스러스터는 예선의 사용료가 비싸고 항구의 사정에 따라 예선의 확보가 어려울 때 예선 대신으로 활용할 수 있으며, 선수와 선미에 예인선을 이용하는 것과 같은 보조 효과를 얻을 수 있다.

한편 가변 피치 프로펠러를 포함한 각종 스러스터의 블레이드 피치를 자유롭게 변경시키기 위하여 프로펠러로 오일 공급을 수행하는 대부분의 오일 분배 유닛은 상당한 양의 부품과 씰(seal)을 사용하는 치명적인 단점을 가지고 있다. 알려진 바와 같이 씰은 기계의 내구성에 대하여 많은 영향을 받는 구성이다.

일반적인 오일 분배 유닛은 가변 피치 프로펠러의 유압 유닛과 연결된 고정부와 가변 피치 프로펠러의 허브에 연결된 회전부를 포함한다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 오일 분배 유닛은 상기 고정부와 상기 회전부 사이의 갭에 의해 가변 피치 프로펠러로 공급되는 오일의 누출이 발생하는 문제점이 있었기 때문에 오일의 누출을 최소화하는 것이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 가변 피치 프로펠러를 포함한 스러스터의 프로펠러 피치 제어를 위해 프로펠러로 오일의 공급을 수행하는 오일 분배 장치의 제어 튜브의 직경 크기를 작게 형성함으로써, 오일의 누출을 최소한으로 감소시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 미국등록특허 제4907992호에는 제어 가능한 피치 프로펠러용 오일 분배 박스가 기재되어 있다. 상기 박스는 프로펠러 블레이드의 피치를 제어하기 위한 메인 유압 서보를 허브 내에 가지는 타입이고, 오일 분배 박스로부터 프로펠러 샤프트를 통해 연장되는 관형(tubular) 밸브로드에 의해 작동되는 방향성(directional) 밸브를 포함한다.

상기 박스는 외부 고정 하우징, 하우징 내에 수용되어 프로펠러 샤프트에 연결된 샤프트 및 샤프트에 연결된 보조 서보 챔버 실린더를 포함한다. 서보 챔버에 수용된 피스톤은 밸브로드에 연결된다. 오일은 공간적으로 구분된 씰에 의해 샤프트와 밸브로드 사이에 형성된 환형 공급 챔버, 환형 공급 챔버까지 개방되는 밸브로드의 포트, 환형 공급 챔버까지 개방되는 샤프트의 포트, 및 하우징과 샤프트 사이의 저널 간극용 씰(journal clearance seal)을 통해 밸브로드로 공급된다.

하지만 상기 선행기술의 오일 분배 박스는 제한된 내구성을 갖는 많은 탄성 씰을 가지고 있는 단점이 있다.

또한 미국등록특허 제4563940호에는 프로펠러 샤프트에 연결된 중간 샤프트가 선택적으로 가압된 오일에 영향을 줄 수 있는 하우징 내의 2개의 환형 통로를 제한하는 고정 하우징과 분배기 또는 분리기 링 구조로 지지된다. 상기 환형 통로는 상기 중간 샤프트 및 프로펠러 샤프트를 통해 연장되는 제어 통로에 의해 조정 가능한 피치 프로펠러의 서보 모터의 2개의 대응하는 작업 공간에 연결된다. 상기 분리기 또는 분배기 링 구조는 축 방향 섹션을 포함하고, 각각은 원주(둘레) 방향의 한 부분으로 형성되고, 방사 방향에 웹(web) 또는 브릿징 부재(bridging members)에 의해 동일한 환형 통로와 연관된 축 방향 섹션에 고정되게 연결된다. 각각의 축 방향 섹션은 그 외주면으로부터 돌출되는 각각의 씰링 레지(sealing ledge)에 의해 상기 하우징의 원통형 보어(bore) 내에서 안내된다. 이러한 배열은 상기 중간 샤프트로 형성된 베어링 갭 또는 간극(clearance)을 좁히는 의미에서 축 방향 섹션의 탄성 변형을 허용한다.

상기 선행기술의 오일 분배 유닛은 로드 몸체에 대칭적으로 위치된 보어를 가지며, 제어 튜브를 형성한다. 대 직경 보어는 중심축 상에 위치되고, 6개의 역류(contra flow) 보어는 튜브의 2개의 직교하는 종 방향 평면에 대칭적으로 원주형 분포로 위치된다.

하지만 상기 선행기술의 중심축 상에 위치한 대 직경 보어와 튜브의 2개의 직교하는 종 방향 평면에 원주형 분포로 위치한 다중 역류 보어는 단면적이 오일 유속과 강도에 대해 효과적으로 사용되지 못하며, 결과적으로 갭의 둘레 길이가 증가하고 관(bush)과 제어 튜브 사이의 누설이 증가되는 단점이 있다.

또한 WO 2008/120835 A1에는 전진(ahead) 포트 및 후진(astern) 포트를 갖는 비 회전식 라이너를 포함하는 오일 분배 박스에 대하여 기재되어 있다. 비 회전 라이너는 양쪽 플랜지에 각각 하나의 씰로서 밀폐되고, 비 회전 방지 라이너의 내부에는 트윈 튜브가 삽입된다. 트윈 튜브에는 상기 전진 포트와 후진 포트가 만들어진다. 트윈 튜브 가이드 캐리어의 오른쪽에 베어링이 배치되고 캡에 의해 지지된다. 가이드 캐리어 홈(groove)은 슬라이딩 블록으로 구성되어 있으며, 포크(fork)와 함께 핀을 통해 연결된다. 상기 포크는 도웰(dowel)에 의해 피드백 샤프트 상의 포크 슬리브를 통해 고정된다. 상기 샤프트는 피드백 박스의 베어링에 설치되고 박스 씰은 피드백 박스의 보스(boss)에 배열되며, 커버에 의해 밀봉된다.

상기 선행기술의 오일 분배 박스는 상대적인 2개의 직교하는 직경면의 오일 분배를 위하여 대칭적으로 위치한 보어(bore)가 있는 트윈 튜브(제어 튜브로서)로 구성된다.

하지만 상기 선행기술과 같이 대칭으로 위치한 보어를 갖는 튜브는 단면적이 오일 유속 및 강도에 효과적으로 사용되지 않는 단점이 있다. 왜냐하면 대칭 위치가 오일 흐름을 위한 보어의 직경과 단면을 제한하고, 결과적으로 오일의 적절한 흐름을 위하여 제어 튜브의 직경을 증가시켜야 하기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 가변 피치 프로펠러를 포함한 각종 스러스터의 프로펠러 피치를 조정하기 위하여 프로펠러로 오일의 공급과 회수를 수행하는 오일 분배 장치의 오일 누출을 감소시킬 수 있는 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 스러스터의 가변 피치 프로펠러와 연결되어 오일의 공급과 회수를 수행하는 제어 튜브의 직경 크기를 개선함으로써, 상기 제어 튜브와 상기 제어 튜브의 외곽에 형성된 오일 분배관 사이의 갭의 둘레 길이를 줄여 오일의 누출을 감소시킬 수 있는 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 어느 하나의 방향에 대한 오일 흐름을 위한 하나의 빅 보어(bore)와 반대 방향에 대한 오일 흐름을 위한 복수의 스몰 보어를 제어 튜브에 비대칭적으로 구현함으로써, 양 방향에 대한 오일 흐름을 위한 보어가 대칭적으로 형성된 종래의 제어 튜브의 직경보다 동일한 유속과 허용 가능한 응력과 변형의 한계에서 훨씬 작은 직경으로 제어 튜브를 형성할 수 있는 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 스러스터 뿐만 아니라 일반적인 가변 피치 프로펠러 추진 시스템을 포함한 각종 스러스터에 적용할 수 있는 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치는, 중공형 내부에 피스톤의 제1 공간과 연결되는 파이프가 삽입되고, 일측은 상기 피스톤의 제2 공간과 연결되고, 타측은 제어 튜브가 삽입되는 샤프트, 상기 피스톤에 오일의 공급과 회수를 수행하는 오일 분배관(distribution bush) 및 외측에 상기 오일 분배관이 결합되고, 빅 보어와 상기 빅 보어의 주변에 적어도 하나 이상의 스몰 보어가 가변 피치 블레이드 측 방향으로 형성되어 있고, 상기 빅 보어 또는 상기 스몰 보어와 상기 샤프트를 통해 상기 피스톤으로 상기 오일 분배관으로부터 입력되는 오일을 공급함과 동시에 상기 피스톤으로부터 회수되는 오일을 상기 오일 분배관으로 배출하는 제어 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 오일 분배 장치는 상기 피스톤의 제1 공간과 제2 공간으로의 오일의 공급과 회수에 따른 어느 하나의 방향과 반대 방향에 대한 상기 피스톤의 왕복 운동을 통해 블레이드의 피치를 변경시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 튜브는 어느 하나의 방향에 대한 오일 흐름을 위한 빅 보어와 반대 방향에 대한 오일 흐름을 위한 복수의 스몰 보어를 비대칭적으로 구현함으로써, 양 방향에 대한 오일 흐름을 위한 보어가 대칭적으로 형성된 제어 튜브의 직경보다 동일한 유속과 허용 가능한 응력과 변형의 한계에서 작은 직경으로 형성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 튜브는 작은 직경으로 형성됨에 따라 상기 제어 튜브와 상기 제어 튜브의 외측에 결합된 상기 오일 분배관 사이의 갭의 둘레 길이가 줄어들어 오일의 누출이 감소되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 튜브는 상기 빅 보어가 상기 제어 튜브의 중심축 외곽에 1개가 형성되고, 상기 스몰 보어가 상기 빅 보어의 둘레에 4개가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스몰 보어는 모두 동일한 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스몰 보어는 각각 서로 다른 직경으로 형성되거나, 또는 복수의 그룹으로 나눈 다음 각 그룹마다 동일한 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 샤프트는 상기 샤프트의 내벽과 상기 파이프 사이에 형성되어 상기 피스톤의 제2 공간과 연결되는 원형 공간, 상기 샤프트의 내벽과 일측에 삽입된 상기 제어 튜브의 외측 사이의 공간을 밀봉하는 씰링부 및 상기 피스톤의 제1 공간과 연결되는 상기 파이프의 일측을 고정시키는 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 오일 분배관은 상기 제어 튜브의 빅 보어를 통해 상기 피스톤으로 오일을 공급하거나 회수하기 위한 공간을 제공하는 제1 환형 챔버 및 상기 제어 튜브의 스몰 보어를 통해 상기 피스톤으로부터 오일을 회수하거나 공급하기 위한 공간을 제공하는 제2 환형 챔버를 더 포함하고, 상기 제1 환형 챔버와 상기 제2 환형 챔버는 유압 유닛 펌프와 호스를 통해 각각 연결되며, 상기 제어 튜브 상에 돌출부와 캡에 의해 길이 방향으로 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 튜브는 상기 빅 보어와 상기 제1 환형 챔버를 연결하는 제1 방사형(radial) 통로, 상기 적어도 하나 이상의 스몰 보어와 상기 제2 환형 챔버를 연결하는 제2 방사형 통로 및 상기 적어도 하나 이상의 스몰 보어와 상기 샤프트의 내벽과 상기 파이프 사이에 형성된 원형 공간을 연결하는 제3 방사형 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어 튜브는 상기 빅 보어가 상기 샤프트 내에 삽입된 파이프의 파이프 통로를 통해 상기 피스톤의 제1 공간과 연결되며, 상기 스몰 보어 각각이 상기 샤프트의 내벽과 상기 파이프 사이에 형성된 원형 공간을 통해 상기 피스톤의 제1 공간과 대응되는 제2 공간에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치에 따르면, 가변 피치 프로펠러를 포함한 각종 스러스터의 프로펠러 피치 제어를 위하여 프로펠러로 오일의 공급을 수행하는 오일 분배 장치의 제어 튜브의 직경을 종래에 사용하는 제어 튜브의 직경보다 동일한 유속과 허용 가능한 응력과 변형의 한계에서 훨씬 작게 형성함으로써, 제어 튜브와 분배관 사이의 갭의 둘레 길이가 줄어들어 오일 분배 장치에서 발생하는 오일의 누출을 최소한으로 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 스러스터를 포함한 각종 스러스터의 내구성 및 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분배 장치의 빅 보어를 통한 오일 공급을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분배 장치의 스몰 보어를 통한 오일 회수를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 오일 분배 장치가 연결되는 가변 피치 프로펠러의 허브 어셈블리의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 오일 분배 장치에서 빅 보어를 통해 오일이 공급되는 구조를 나타낸 일부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 오일 분배 장치에서 스몰 보어를 통해 오일이 회수되는 구조를 나타낸 일부 단면도이다.
도 6과 도 7은 보어가 대칭적으로 형성된 종래 기술에 따른 제어 튜브의 단면을 각각 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 빅 보어와 스몰 보어가 비대칭적으로 형성된 제어 튜브의 단면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분배 장치의 빅 보어를 통한 오일 공급을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분배 장치의 스몰 보어를 통한 오일 회수를 설명하기 위한 도면이다. 이때 도 1 및 도 2의 오일 공급과 회수는 반대로 동작할 수 있음을 밝혀 둔다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오일 분배 장치는 오일 분배관(1), 제어 튜브(2), 파이프(6), 피스톤(13), 샤프트(20) 등으로 구성된다.

상기 오일 분배관(1)은 상기 제어 튜브(2)와 상기 샤프트(20)를 통해 상기 피스톤(13)으로 블레이드의 피치를 변경하기 위한 오일을 공급하거나 반대로 회수하는 기능을 수행한다.

또한 상기 오일 분배관(1)은 상기 제어 튜브(2)의 외곽을 둘러싸는 형태로 장착되고, 오일 유닛 펌프(미도시)와 연결되고, 내부에 블레이드(19)의 피치를 변경하기 위한 오일의 공급과 회수를 위한 제1 환형 챔버(10)와 제2 환형 챔버(11)가 소정의 간격을 두고 형성되어 있으며, 돌출부(17)와 캡(14)에 의해 길이 방향으로 상기 제어 튜브(2)에 고정된다.

이때 상기 제1 환형 챔버(10)는 상기 제어 튜브(2)에 형성된 빅 보어(3)를 통해 상기 피스톤(13)으로 오일을 공급하거나 회수하기 위한 공간을 제공하며, 상기 제2 환형 챔버(11)는 상기 제어 튜브(2)에 형성된 스몰 보어(15)를 통해 상기 피스톤(13)으로부터 오일을 회수하거나 공급하기 위한 공간을 제공한다.

또한 상기 제1 환형 챔버(10)는 제2 호스(9b)를 통해 유압 유닛 펌프와 연결되고, 상기 제2 환형 챔버(11)는 제1 호스(8b)를 통해 유압 유닛 펌프와 연결된다.

상기 제어 튜브(2)는 외측에 상기 오일 분배관(1)이 결합되며, 빅 보어(3)와 상기 빅 보어(3)의 주변에 적어도 하나 이상의 스몰 보어(15)가 가변 피치 블레이드 측 방향(즉 길이 방향)으로 형성되어 있다.

또한 상기 제어 튜브(2)는 상기 빅 보어(3) 또는 상기 스몰 보어(15)와 상기 샤프트(20)를 통해 상기 피스톤(13)으로 상기 오일 분배관(1)으로부터 입력되는 오일을 공급함과 동시에, 상기 피스톤(13)으로부터 회수되는 오일을 상기 오일 분배관(1)으로 배출하는 기능을 수행한다.

즉 상기 제어 튜브(2)는 도 1에서와 같이 상기 빅 보어(2)가 상기 샤프트(20) 내에 삽입된 파이프(6)의 파이프 통로(7)를 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 연결되어, 상기 오일 분배관(1)을 통해 공급되는 오일을 상기 제1 공간(22)으로 공급할 수 있다.

또한 상기 제어 튜브(2)는 도 2에서와 같이 상기 스몰 보어(15) 각각이 상기 샤프트(20)의 내벽과 상기 파이프(6) 사이에 형성된 원형 공간(5)을 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 대응되는 제2 공간(12)에 연결되어, 상기 제1 공간(22)으로 공급되는 고압의 오일에 의해 상기 피스톤(13)이 오른쪽으로 이동할 때 상기 제2 공간(12)에 채워진 오일을 회수할 수 있다.

이때 상기 제어 튜브(2)는 상기 설명과 반대로 블레이드의 피치 변경을 반대로 수행할 경우, 상기 오일 분배관(1)을 통해 공급되는 오일을 상기 스몰 보어(15)와 원형 공간(5)을 통해 상기 피스톤(13)의 제2 공간(12)으로 공급함과 동시에, 상기 제1 공간(22)에 채워진 오일을 상기 파이프(6)와 상기 빅 보어(3)를 통해 회수할 수 있음은 물론이다.

또한 상기 제어 튜브(2)는 상기 빅 보어(3)와 상기 제1 환형 챔버(11)를 연결하는 제1 방사형 통로(21)와, 상기 적어도 하나 이상의 스몰 보어(15)와 상기 제2 환형 챔버(10)를 연결하는 제2 방사형 통로(16)와, 상기 적어도 하나 이상의 스몰 보어(15)와 상기 샤프트(20)의 내벽과 상기 파이프(6) 사이에 형성된 원형 공간(5)을 연결하는 제3 방사형 통로(18)를 더 포함한다(도 4 및 도 5 참조).

한편 상기 제어 튜브(2)는 어느 하나의 방향에 대한 오일 흐름을 위한 빅 보어(3)와 반대 방향에 대한 오일 흐름을 위한 복수의 스몰 보어(15)가 비대칭적으로 형성되어 있다.

이때 상기 빅 보어(3) 및 상기 스몰 보어(15)를 비대칭적으로 형성한 것은 본 발명의 주요한 특징으로서, 양 방향에 대한 오일 흐름을 위한 보어가 대칭적으로 형성된 종래의 제어 튜브의 직경보다 동일한 유속과 허용 가능한 응력과 변형의 한계에서 작은 직경으로 형성하는 것이 가능해 지며, 상기 제어 튜브(2)를 작은 직경으로 형성함에 따라 결과적으로 상기 제어 튜브(2)와 상기 제어 튜브(2)의 외측에 결합된 상기 오일 분배관(1) 사이의 갭의 둘레 길이가 줄어들어 오일의 누출이 감소된다. 이에 대한 상세한 설명은 하기의 도 6 내지 도 8을 통해 보다 자세하게 설명하기로 한다.

상기 파이프(6)는 중공형으로 형성된 상기 샤프트(20) 내에 삽입되고, 일측은 상기 제어 튜브(2)에 연결되고, 다른 일측은 플랜지(23)를 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)에 연결된다.

상기 피스톤(13)은 가변 피치 블레이드의 허브에 설치되어, 상기 제어 튜브(2)에서 제1 공간(22)과 제2 공간(12)으로의 오일의 공급과 회수에 따른 어느 하나의 방향과 반대 방향에 대한 왕복 운동을 통해 블레이드의 피치를 변경시키는 기능을 수행한다.

예를 들어, 상기 피스톤(13)은 도 1에서와 같이 상기 오일 분배관(1), 상기 제어 튜브(2) 및 상기 파이프(6)를 통해 제1 공간(22)으로 공급되는 고압의 오일에 의해 오른쪽으로 이동하고, 샤프트(20)에 연결된 블레이드(19)의 피치를 변경시키며, 이와 동시에 도 2에서와 같이 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 대응하는 제2 공간(12)에 채워진 저압의 오일이 상기 원형 공간(5), 상기 제어 튜브(2) 및 상기 오일 분배관(1)을 통해 회수되는 것이다.

상기 샤프트(20)는 중공형 내부에 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 연결되는 파이프(6)가 삽입되고, 일측은 상기 피스톤(13)의 제2 공간(12)과 직접 연결되고, 타측은 상기 제어 튜브(2)가 삽입되며, 블레이드(19)를 회전시키는 기능을 수행한다.

또한 상기 샤프트(20)는 상기 샤프트(20)의 내벽과 상기 파이프(6) 사이에 원형 공간(5)이 형성되어, 상기 제어 튜브(2)에 형성된 스몰 보어(15)와 상기 피스톤(12)의 제2 공간(12) 사이를 연결한다.

또한 상기 샤프트(20)의 내벽과 일측에 삽입된 상기 제어 튜브(2)의 외측 사이의 공간이 씰링부(4)에 의해 밀봉되어 있으며, 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)에 연결된 상기 파이프(6)의 일측이 플랜지(23)를 통해 고정되어 있다.

도 3은 본 발명의 오일 분배 장치가 연결되는 가변 피치 프로펠러의 허브 어셈블리의 단면을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 허브 어셈블리는 상기 샤프트(20)와 상기 파이프(6) 사이에 형성되는 원형 공간(5)이 허브 실린더(24)와 피스톤(13)에 의해 형성된 제2 공간(12)에 연결되어 있으며, 상기 파이프(6)의 파이프 통로(7)가 허브 실린더(24)와 피스톤(13)에 의해 형성된 제1 공간(22)에 연결되어 있다.

즉 상기 샤프트(20)가 회전되고 블레이드(19)의 피치를 변경하여야 할 필요가 있을 경우, 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 제2 공간(12)으로 오일이 공급되고 회수됨에 따라 이루어지는 왕복 운동에 의하여 상기 샤프트(20)에 연결된 블레이드(19)의 피치가 변경되고, 이를 통해 선박의 조종을 용이하게 수행할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 오일 분배 장치에서 빅 보어를 통해 오일이 공급되는 구조를 나타낸 일부 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 오일 유닛 펌프로부터 공급되는 고압력의 오일은 제2 호스(9b), 제2 통로(9), 제1 환형 챔버(10), 제1 방사형 통로(21), 빅 보어(3)를 순서대로 거치면서, 상기 샤프트(20)에 삽입된 파이프(6)를 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)으로 공급된다.

이때 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)에 채워진 오일을 회수하는 경우에는, 상기 설명과는 반대의 순서로 진행된다.

도 5는 본 발명의 오일 분배 장치에서 스몰 보어를 통해 오일이 회수되는 구조를 나타낸 일부 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)으로 오일이 공급됨과 동시에 상기 제1 공간(22)과 대응하는 제2 공간(12)에 채워진 저압의 오일은 상기 샤프트(20)와 상기 파이프(6) 사이의 공간에 형성된 원형 공간(5), 제3 방사형 통로(18), 복수 개의 스몰 보어(15), 제2 방사형 통로(16), 제2 환형 챔버(11), 제1 통로(8), 제1 호스(8b)를 거치면서 오일 유닛 펌프로 회수된다.

물론 상기 피스톤(13)의 제2 공간(12)에 오일을 공급하는 경우에는, 상기 설명과는 반대의 순서로 진행된다.

도 6과 도 7은 보어가 대칭적으로 형성된 종래 기술에 따른 제어 튜브의 단면을 각각 나타낸 도면이다.

도 6은 종래 기술 WO 2008/120835 A1에 사용되는 제어 튜브의 단면을 나타낸 것으로서, 어느 하나의 방향에 대한 오일 유동을 위한 보어(101)와 반대 방향에 대한 오일 유동을 위한 보어(102)가 제어 튜브(103)에 형성된 것을 나타내고 있으며, 가장 이상적인 사용은 대칭적인 배치로 사용하는 것이다. 하지만 2개의 보어를 대칭으로 형성하면, 대칭 위치가 오일 흐름을 위한 보어의 직경과 단면을 제한하기 때문에 결국 오일의 적절한 흐름을 위해서는 제어 튜브(103)의 직경을 증가시켜야 하는 문제점이 있다. 도 6의 경우 비대칭으로 배치하게 되면 하나의 웹(web)은 두껍게 만들 수 있고, 다른 하나의 웹은 얇게 만들 수 있다. 도 8의 본 발명에서 사용하는 동일한 직경의 제어 튜브를 통한 유속이 도 6의 제어 튜브(103)에 비하여 허용 가능한 응력과 변형 한계에서 10퍼센트 이상 높다.

도 7은 종래 기술 미국등록특허 제4563940호에 언급된 제어 튜브의 단면을 나타낸 것으로서, 중심축 상에 하나의 방향에 대한 오일 유동을 위한 빅 보어(201)와 반대 방향에 대한 오일 유동을 위한 6개의 스몰 보어(202)가 빅 보어(201)에 대칭적으로 형성된 제어 튜브(203)를 나타내고 있다. 하지만 중심축 상에 위치한 빅 보어(201)와 원주형 분포로 위치한 복수의 스몰 보어(202)는 제어 튜브(203)의 단면적이 오일 유속과 강도에 대해 효과적으로 사용되지 못하여, 갭의 둘레 길이가 증가하고 오일의 누설이 증가되는 문제가 있다.

도 8은 본 발명에 적용되는 빅 보어와 스몰 보어가 비대칭적으로 형성된 제어 튜브의 단면을 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어 튜브(2)는 하나의 방향에 대한 오일 유동을 위한 상기 빅 보어(3)가 상기 제어 튜브(2)의 중심축 외곽에 1개가 형성되고, 반대 방향에 대한 오일 유동을 위한 상기 스몰 보어(15)가 상기 빅 보어(3)의 둘레에 4개가 비대칭적으로 형성되어 있다.

이때 상기 스몰 보어(15)는 모두 동일한 직경으로 형성하거나, 각각 서로 다른 직경으로 형성하거나, 또는 복수의 그룹으로 나눈 다음 각 그룹마다 동일한 직경으로 형성할 수 있다.

또한 상기 도 8에 제시된 본 발명의 제어 튜브(3)는 허용 가능한 응력과 변형 한계를 가진 동일한 직경의 제어 튜브(도 6 및 도 7에 제시된 제어 튜브)에서 양 방향으로 동일한 유압 저항을 갖는 유속 용량보다 더 높은 유속 용량을 가진다.

예를 들어, 도 6에서 직경 18mm의 제어 튜브의 경우 직경 7mm의 보어가 2개 위치할 수 있고, 도 7에서 직경 18mm의 제어 튜브의 경우 제어 튜브의 동일한 유압 저항 및 강도 요구사항을 갖는 균형 잡힌 대향 흐름을 위하여 하나의 7mm 빅 보어 및 6개의 3mm 보어가 위치할 수 있다. 도 8에서는 직경 18mm의 제어 튜브의 경우 제어 튜브의 동일한 유압 저항 및 강도 요구사항을 갖는 균형 잡힌 대향 흐름을 위하여 8.5mm의 하나의 빅 보어, 4.5mm의 2개의 스몰 보어 및 4mm의 2개의 스몰 보어가 위치할 수 있다.

도 8의 빅 보어(3)의 면적은 8.5²/7² = 1.474의 결과와 같이, 도 6 및 도 7의 빅 보어(101,102)(201)의 면적과 관련이 있다. 이는 도 8의 비대칭적 형태의 하나의 빅 보어(3)와 복수의 스몰 보어(15)가 형성된 제어 튜브(3)는 도 6 및 도 7의 보어가 대칭적 형태의 보어가 형성된 제어 튜브(103)(203)와 비교하여 동일한 유속 및 허용 가능한 강도 한계에서 더 작은 직경으로 만들 수 있음을 의미한다.

즉 본 발명에서는 동일한 유속 및 허용 가능한 강도 한계에서 빅 보어(3)의 크기를 종래의 제어 튜브에 형성된 빅 보어(101,102)(201)의 크기와 동일하게 형성하고, 빅 보어(3)의 비율에 따라 복수의 스몰 보어(15)의 크기를 조절하여 제어 튜브(2)를 형성할 수 있으므로 종래의 제어 튜브의 직경보다 훨씬 작은 직경으로 동일한 성능을 구현하는 제어 튜브를 만들 수 있는 것이다.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치의 동작과정을 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 동작과정에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.

우선, 선박의 제어장치(미도시)에서 선장이나 선원에 의한 조작을 토대로 스러스터의 샤프트가 회전되고 가변 피치 프로펠러의 피치를 변경할 필요가 있는지를 판단한다(S100). 예를 들어 선박의 이안이나 접안을 위하여 선장이나 선원이 스러스터의 동작과 피치 변경에 대한 조작을 수행하는지를 판단하는 것이다.

S100 단계의 판단결과 피치 변경이 필요한 경우, 오일 유닛 펌프에서 오일 분배관(1)으로 오일을 공급하고(S200), 오일은 제2 호스(9b), 제2 통로(9), 상기 오일 분배관(1)의 제1 환형 챔버(10), 상기 제1 환형 챔버(10)와 상기 빅 보어(3) 사이를 연결하는 제1 방사형 통로(21), 상기 제어 튜브(2)의 빅 보어(3), 상기 샤프트(20) 내에 삽입된 파이프(6)의 파이프 통로(7)를 순차적으로 거쳐 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)으로 공급된다(S300).

그러면 상기 S300 단계를 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)으로 공급된 고압력의 오일에 의해 상기 피스톤(13)이 도 1을 기준으로 오른쪽 방향으로 이동하고(S400), 이에 따라 블레이드(19)의 피치가 변경된다(S500).

이와 동시에, 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 대응하는 위치에 형성된 제2 공간(12)의 저압 오일이 상기 샤프트(20)와 파이프(6) 사이에 형성된 원형 공간(5), 상기 원형 공간(5)과 상기 스몰 보어(15) 사이를 연결하는 제3 방사형 통로(18), 상기 제어 튜브(2)에 형성된 복수의 스몰 보어(15), 상기 스몰 보어(15)와 상기 제2 환형 챔버(11) 사이를 연결하는 제2 방사형 통로(16), 상기 오일 분배관(1)의 제2 환형 챔버(11), 제1 통로(8), 제1 호스(8b)를 거쳐 유압 유닛 펌프로 회수된다(S600).

이때 상기 설명에서는 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)에 오일을 공급하고, 제2 공간(12)의 오일을 회수하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 블레이드의 피치의 변경을 반대로 수행할 경우에는 상기 피스톤(13)의 제2 공간(12)에 오일을 공급하고, 제1 공간(22)의 오일을 회수하는 동작으로 변경하여야 한다.

한편 상기 샤프트(20)는 상기 제어 튜브(2), 상기 파이프(6) 및 캡(14)과 함께 회전되며, 상기 오일 분배관(1)은 회전되지 않고 고정되어 있다. 이에 따라 상기 제어 튜브(2)와 상기 오일 분배관(1)의 돌출부(17) 및 캡(14) 사이에 갭이 생기고, 그 사이에서 오일의 누출이 발생된다.

오일의 누출을 줄이기 위해서는 상기 제어 튜브(2)의 직경을 줄여 상기 오일 분배관(1) 사이의 갭 둘레 길이를 줄이는 것이 유리하고, 동시에 적합한 유압저항과 상기 제어 튜브(2)의 강도를 만족시키는 필요 오일 유량이 제공되어야 한다.

이를 위하여, 본 발명은 오일의 누출을 최소화하기 위하여 상기 제어 튜브(2)에 형성된 하나의 빅 보어(3) 및 복수의 스몰 보어(15)를 비대칭형으로 구성하여 직경을 줄인 것이다.

본 발명에서와 같이 상기 제어 튜브(2)의 직경이 줄어들면 상기 제어 튜브(2)와 상기 오일 분배관(1) 사이에 형성된 갭의 둘레 길이가 줄어들고, 결과적으로 누출되는 오일량이 감소되어 스러스터의 내구성을 높일 수 있게 된다.

한편 본 발명에 따른 오일 분배 장치는 스러스터 이외에, 일반적인 가변 피치 프로펠러 추진 시스템에 사용할 수 있다.

이처럼, 본 발명은 가변 피치 프로펠러를 포함한 각종 스러스터의 프로펠러 피치 제어를 위하여 프로펠러로 오일의 공급을 수행하는 오일 분배 장치의 제어 튜브의 직경을 종래에 사용하는 제어 튜브의 직경보다 동일한 유속과 허용 가능한 응력과 변형의 한계에서 훨씬 작게 형성할 수 있기 때문에 제어 튜브와 분배관 사이의 갭의 둘레 길이가 줄어들어 오일 분배 장치에서 발생하는 오일의 누출을 최소한으로 감소시킬 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

1 : 오일 분배관 2 : 제어 튜브
3 : 빅 보어 6 : 파이프
10 : 제1 환형 챔버 11 : 제2 환형 챔버
13 : 실린더 14 : 캡
15 : 스몰 보어 17 : 돌출부
20 : 샤프트

Claims (7)

1. 중공형 내부에 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 연결되는 파이프(6)가 삽입되고, 일측은 상기 피스톤(13)의 제2 공간(12)과 연결되고, 타측은 제어 튜브(2)가 삽입되는 샤프트(20);
   상기 피스톤(13)에 오일의 공급과 회수를 수행하는 오일 분배관(1); 및
   외측에 상기 오일 분배관(1)이 결합되고, 빅 보어(3)와 상기 빅 보어(3)의 주변에 적어도 하나 이상의 스몰 보어(15)가 가변 피치 블레이드 측 방향으로 형성되어 있고, 상기 빅 보어(3) 또는 상기 스몰 보어(15)와 상기 샤프트(20)를 통해 상기 피스톤(13)으로 상기 오일 분배관(1)으로부터 입력되는 오일을 공급함과 동시에 상기 피스톤(13)으로부터 회수되는 오일을 상기 오일 분배관(1)으로 배출하는 제어 튜브(2);를 포함하며,
   상기 제어 튜브(2)는,
   상기 빅 보어(3)가 상기 샤프트(20) 내에 삽입된 파이프(6)의 파이프 통로를 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 연결되며,
   상기 스몰 보어(15) 각각이 상기 샤프트(20)의 내벽과 상기 파이프(6) 사이에 형성된 원형 공간(5)을 통해 상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 대응되는 제2 공간(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 오일 분배 장치는,
   상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 제2 공간(12)으로의 오일의 공급과 회수에 따른 어느 하나의 방향과 반대 방향에 대한 상기 피스톤(13)의 왕복 운동을 통해 블레이드의 피치를 변경시키는 것을 특징으로 하는 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어 튜브(2)는,
   어느 하나의 방향에 대한 오일 흐름을 위한 빅 보어(3)와 반대 방향에 대한 오일 흐름을 위한 복수의 스몰 보어(15)를 비대칭적으로 구현함으로써, 양 방향에 대한 오일 흐름을 위한 보어가 대칭적으로 형성된 제어 튜브의 직경보다 동일한 유속과 허용 가능한 응력과 변형의 한계에서 작은 직경으로 형성할 수 있도록 하고,
   작은 직경으로 형성됨에 따라 상기 제어 튜브(2)와 상기 제어 튜브(2)의 외측에 결합된 상기 오일 분배관(1) 사이의 갭의 둘레 길이가 줄어들어 오일의 누출이 감소되고,
   상기 빅 보어(3)는, 상기 제어 튜브(2)의 중심축 외곽에 1개가 형성되고, 상기 스몰 보어(15)는, 상기 빅 보어(3)의 둘레에 4개가 형성되며,
   상기 스몰 보어(15)는, 모두 동일한 직경으로 형성되거나, 각각 서로 다른 직경으로 형성되거나, 또는 복수의 그룹으로 나눈 다음 각 그룹마다 동일한 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 샤프트(20)는,
   상기 샤프트(20)의 내벽과 상기 파이프(6) 사이에 형성되어 상기 피스톤(13)의 제2 공간(12)과 연결되는 원형 공간(5);
   상기 샤프트(20)의 내벽과 일측에 삽입된 상기 제어 튜브(2)의 외측 사이의 공간을 밀봉하는 씰링부(4); 및
   상기 피스톤(13)의 제1 공간(22)과 연결되는 상기 파이프(6)의 일측을 고정시키는 플랜지(23);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 오일 분배관(1)은,
   상기 제어 튜브(2)의 빅 보어(3)를 통해 상기 피스톤(13)으로 오일을 공급하거나 회수하기 위한 공간을 제공하는 제1 환형 챔버(10); 및
   상기 제어 튜브(2)의 스몰 보어(15)를 통해 상기 피스톤(13)으로부터 오일을 회수하거나 공급하기 위한 공간을 제공하는 제2 환형 챔버(11);를 더 포함하고,
   상기 제1 환형 챔버(10)와 상기 제2 환형 챔버(11)는, 유압 유닛 펌프와 호스를 통해 각각 연결되며,
   상기 제어 튜브(2) 상에 돌출부(17)와 캡(14)에 의해 길이 방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제어 튜브(2)는,
   상기 빅 보어(3)와 상기 제1 환형 챔버(10)를 연결하는 제1 방사형(radial) 통로(21);
   상기 적어도 하나 이상의 스몰 보어(15)와 상기 제2 환형 챔버(11)를 연결하는 제2 방사형 통로(16); 및
   상기 적어도 하나 이상의 스몰 보어(15)와 상기 샤프트(20)의 내벽과 상기 파이프(6) 사이에 형성된 원형 공간(5)을 연결하는 제3 방사형 통로(18);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스러스터의 프로펠러 피치를 제어하기 위한 오일 분배 장치.
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