KR102054786B1 - 선박용 추진 유닛 - Google Patents

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슈타이나르 아세보에
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롤스-로이스 마린 에이에스
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Abstract

선박의 추진 및 기동을 위한, 노즐(12)을 포함하는 추진 유닛(11)으로서, 전기적으로 또는 유압식으로 구동되는 프로펠러 섹션(13, 13a)이 배치되고, 상기 추진 유닛(11)은, 선박의 선체에 또는 추진 유닛(11)의 조향 및/또는 이동을 위해 배치된 조향 장치에 배치시키기 위해 배치된 체결 장치(16)를 포함한다. 상기 체결 장치(16)는 2개의 스템(17a, 17b)에 의해 형성되고, 상기 스템은 상기 추진 유닛의 노즐(12)의 상부면으로부터 수직 중앙 축에 대해 평행하게 또는 측면으로 반전되어 연장되고, 고정 플랜지(18)에서 종료되어, 추진 유닛에 개선된 유체역학적 성능을 제공하는 개구(19)를 제공한다.

Description

선박용 추진 유닛{PROPULSION UNIT FOR MARITIME VESSEL}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛에 관한 것이다.
주위 로터부(rotor part)에 고정된 프로펠러 섹션을 포함하는 추진 유닛이 공지되어 있는데, 로터부의 둘레에는 자기장을 제공하기 위한 영구자석 또는 권선이 배치되어 있다. 로터부는 전기 모터의 로터를 구성하고, 주위 스테이터부(stator part) 내부에 위치하고, 스테이터부에는 프로펠러 섹션의 회전을 발생시키기 위한 자기장을 생성하기 위해 자기 장치 또는 권선이 제공된다.
US 5,220,231은 항해용 선박을 위한 그러한 추진 유닛을 개시하고 있다. 추진 유닛은 중앙이 지지된 프로펠러 섹션 및 스테이터부로부터 반경방향으로 작은 거리를 두고 회전하는 반경방향 외부에 위치한 링을 가진다.
이러한 유형의 추진 유닛이 1개의 스템을 이용하여 선박의 선체 또는 조향 장치에 배치되는 것이 현재의 솔루션에서 일반적이다. 이러한 솔루션은 특히 US 6,837,757, DE 2744913 A1 및 US 3,708,251로부터 공지되어 있다.
프로펠러 노즐의 상부와 선체 또는 조향 장치의 사이에서 연장되는 오직 하나의 스템을 사용하는 것에는 몇 가지 단점이 있다. 특히, 이러한 단일의 스템과 관련하여 항력이 발생하고, 이것은 노즐의 최상단에서 난류를 발생시킬 것이다. 이러한 난류는 프로펠러 내로 이어지는 유동의 방향 변화를 초래하고, 이것은 프로펠러 블레이드가 유입되는 물의 압력 및 속도의 변화에 노출되고, 이것은 낮은 효율, 및 증가된 소음과 진동으로 이어진다.
이것을 부분적으로 해결하는 솔루션은 RU 2096254 C2에 설명되어 있다. RU 2096254 C2에는 노즐에 배치된 선박 프로펠러가 설명되어 있다. 노즐은 진동 감쇠 수단을 이용하여 2개의 분리된 프레임부에 의해 선박에 고정된다. 2개의 프레임부는 선체에 분리되어 고정되고, 따라서 이러한 솔루션은 회전될 수 없다. 유사한 솔루션이 또한, US 6,837,757에 설명되어 있는데, 여기에서는 증가된 체결 안정성과 짧은 스템 코드 길이를 위해 프로펠러 노즐로부터 선체까지 2개의 스템이 V자 형상으로 연장되어 있다. 이러한 솔루션은 선박에 직접 고정되어 있기 때문에 역시 회전될 수 없다.
선박의 추진 및 기동을 위해 모든 추진 유닛을 사용하기 위한 에너지 요건을 감소시키는데 집중하는 것이 증가하고 있다. 친환경적이지 않은 가스의 배출에 대해 지속적으로 정해지는 규제 요구가 있고, 연료 비용이 지속적으로 증가하여, 이것은 새로운 솔루션의 개발, 특히 프로펠러 블레이드의 최적화 및 선박의 추진용 하이브리드 시스템의 개발에의 증가된 집중으로 이어져 왔다.
따라서, 종래기술에 비해 난류의 감소된 발생, 개선된 효율, 및 감소된 소음과 진동을 제공하는 추진 유닛을 제공할 필요가 있다.
또한, 더 작은 무게를 가지지만, 동시에 충분한 강도를 가지는 추진 유닛을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 주된 목적은 전술한 종래기술의 단점을 해결하는, 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래기술에 비해 감소된 난류 발생, 개선된 프로펠러 효율, 및 소음과 진동의 감소를 제공하는 추진 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래기술에 비해 동일한 강도를 가지면서 더 작은 무게를 가진 추진 유닛을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 선박의 선체 또는 조향 장치에 추진 유닛을 배치하기 위한 체결 장치가 제공되는 추진 유닛을 제공하는 것인데, 체결 장치는 2개의 스템을 포함하고, 상기 스템은 추진 유닛의 노즐의 상부면으로부터 수직 축에 대해 측면으로 반전되거나 또는 평행하게 연장되고, 고정 플랜지에서 종료되어, 개구를 제공하고, 이 개구는 추진 유닛에 개선된 유체역학적 성능을 제공함으로써, 전술한 목적이 달성된다.
본 발명에 따른 추진 유닛은 청구항 제1항에 설명되어 있다. 이러한 추진 유닛의 바람직한 특징은 나머지 청구항에 설명되어 있다.
본 발명에서, 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛이 제공되고, 이러한 추진 유닛은, 선박의 선체에 배치하기 위해 또는 추진 유닛을 0 내지 360도, 제한된 크기의 각도로 회전시키고, 추진 유닛의 피벗가능한 이동, 선박 등의 선체로부터/선체 내로 추진 유닛을 흔들기 위해 배치된 조향 장치에 배치하기 위해 조정된다.
추진 유닛은 노즐을 포함하고, 프로펠러 섹션이 선박의 추진 및 기동을 위해 전기적으로 또는 유압식으로 구동된다.
본 발명은 프로펠러의 작동 조건을 개선시켜서, 더욱 최적화된 작동, 즉 더 높은 효율을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 선박의 선체에 고정되거나 또는 특별한 형상의 체결 장치를 이용하여 조향 장치에 고정된 추진 유닛이 제공된다.
체결 장치는 2개의 스템을 포함하고, 상기 스템은 추진 유닛의 노즐의 상부면으로부터 수직 중앙 축에 대해 측면으로 반전되거나 또는 평행하게 연장되고, 고정 플랜지에서 종료되어, 추진 유닛에 개선된 유체역학적 성능을 제공하는 개구를 제공한다.
이로 인해 종래기술에 비해 감소된 난류 발생, 개선된 프로펠러 효율, 및 감소된 소음과 진동이 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 설명된 추진 유닛은 종래기술에 비해 더 작은 무게를 가지지만, 필요한 강도를 가질 것이다.
전술한 스템은 에너지 공급 및 제어를 위한 케이블, 유압식 호스 또는 파이프의 피드스루에 이용될 것이다.
본 발명의 추가적 바람직한 특징 및 세부사항은 이하 예시 설명으로부터 명백해 질 것이다.
이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛의 사시도를 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 추진 유닛의 정면도를 도시하고 있다.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 자른 도 1 및 2의 추진 유닛의 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 도 2의 B-B 선을 따라 자른 도 1 및 2의 추진 유닛의 단면도를 도시하고 있다.
도 5는 스템에서의 케이블의 피드스루의 상세도를 도시하고 있다.
이제 도 1을 참조하면, 선박의 선체에 배치되거나, 또는 추진 유닛을 0 내지 360도 회전, 기울이기 운동, 선박 등의 선체로부터 또는 선체 내로 추진 유닛을 흔들기 위해 배치되는 조향 장치에 배치되는 선박의 추진 및 기동을 위한, 본 발명에 따른 추진 유닛(11)의 예시가 도시되어 있다. 추진 유닛(11)은, 노즐(12)에 고정된 지주(미도시)를 이용하여 노즐(12)에 회전가능하게 배치된 중앙 허브(14)를 가진 프로펠러 섹션(13)을 가진 관형 노즐(12)을 포함한다.
이제 도 2를 참조하면, 추진 유닛(11)의 종축을 따라 정면에서 본 도 1의 추진 유닛(11)이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로펠러 섹션(13)은 6개의 프로펠러 블레이드(13a)를 포함하지만, 물론 더 많거나 적은 수의 프로펠러 블레이드를 포함할 수도 있다. 프로펠러 블레이드(13a)는 대체적으로 중앙 허브(14) 및 환형 로터부(15) 사이에서 반경방향으로 연장되고, 로터부는 프로펠러 섹션(13)을 둘러싸고, 프로펠러 블레이드(13a)가 여기에 고정되어 있다. 이것은 도 3을 보면 더 잘 나타나는데, 도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 자른 추진 유닛(11)의 단면도를 도시하고 있다. 환형 로터부(15)는 스테이터부(미도시)에, 바람직하게는 노즐(12)에 있는 리세스에 회전가능하게 배치되어, 로터부(15)가 노즐(12)을 관통하는 물의 유동의 외부에 위치된다. 수개의 영구자석이 로터부(15)의 외주에 배치되어 있다. 영구자석은, 로터부(15) 및 또한 프로펠러 섹션(13)의 제어가능하고 조정된 회전을 위하여, 자석에 힘을 가하기 위한 자기장이 권선에 전류를 공급함으로써 생성될 수 있도록, 스테이터부에 고정된 복수의 권선으로부터 짧은 거리에 위치된다. 로터부(15)의 외부면과 스테이터부의 반대편 내부면 사이에, 추진 유닛(11)이 물에 잠길 때 물로 채워지는 간극이 존재할 것이다. 또한, 이 간극에서 감소된 손실을 얻기 위한 간극의 물을 대체하기 위해 기체를 활용하는 솔루션이 존재한다. 이러한 특징은 본 기술분야에서 잘 알려져 있다.
본 발명은, 추진 유닛의 노즐 주위의 난류와 관련된 문제를 해결하고, 종래기술에 비해 추진 유닛의 개선된 효율, 및 감소된 소음과 진동을 추구한다. 또한 본 발명은 종래기술의 솔루션에 비해, 동일한 강도를 가지면서 더 작은 무게를 가진 추진 유닛을 제공하는 것을 추구한다.
이를 위하여, 본 발명은 전술한 바와 같이 선박의 선체에 또는 조향 장치에 추진 유닛(11)을 배치하기 위한 체결 장치(16)를 포함한다. 본 발명에 따른 추진 유닛(11)의 체결 장치(16)는 2개의 스템(17a, 17b)을 포함하고, 스템은 적절한 체결 수단(미도시)을 이용하여 노즐(12)의 상부면에 배치되고, 수직 중앙 축(도 2에 표시된 단면 축 A-A와 일치함)에 대하여 측면으로 반전되거나 또는 평행하게, 노즐(12)로부터 위로 연장되어, 고정 플랜지(18)에서 종료된다.
2개의 스템(17a, 17b)은 날개 또는 러더(rudder) 형상에 대응하는 디자인을 가져서, 유체역학적으로 최적화되어, 불필요한 난류, 소음, 또는 진동이 발생하지 않는다. 또한, 스템은 바람직하게는 두께보다 더 길고, 충분한 강도가 보장되면서 가능한 한 얇은 것이 바람직하다.
또한, 스템(17a, 17b)은 바람직하게는 무게 중심을 이동시키기 위하여 노즐의 전방 방향으로 곡면 프로파일을 가지고 연장되는 형상을 가지는데, 즉 플랜지를 관통하는 중앙 포인트가 프로펠러의 앞에 위치하게 되어, 추진 유닛을 회전시키는데 필요한 조향 모멘트를 감소시키는 형상을 가진다. 이것은 회전과 관련하여 더 작은 측면 힘을 초래하는데, 즉 추진 유닛은 더 작은 조향 모멘트를 위해 치수가 정해질 수 있다. 더 작은 조향 모멘트를 위해 추진 유닛은 더 작은 추진 유닛을 위해 치수가 정해져야 하는데, 이것은 더 저렴한 추진 유닛으로 이어진다.
스템(17a, 17b)과 고정 플랜지(18)는 이러한 방식으로 노즐(12)의 외부로 지나가는 물의 유동을 허용하기 위한 노즐(12) 위의 개구(19)를 형성한다.
스템(17a, 17b) 사이의 거리, 스템(17a, 17b)의 길이, 및 개구의 크기는, 필요한 강도와 가능한 가장 우수한 유체역학 성능을 얻기 위한 디자인 사이의 균형이다.
만약 스템 사이의 거리가 너무 멀다면, 이것은 스템이 노즐에서 더 아래로 연장될 필요가 있어, 스템(17a, 17b)이 너무 길어지는 결과가 되어, 추가적인 항력을 생성할 것이다. 반대의 경우에, 이 거리가 너무 짧아지면, 이것은 더 낮은 강도를 제공할 것이다.
또한, 스템 및 개구는 추진 유닛의 크기/효율과 관련하여 치수가 정해질 것인데, 즉 더 높은 효율/더 큰 크기를 가진 추진 유닛은 더 낮은 효율/더 작은 크기를 가진 추진 유닛보다 더 큰 개구/더 긴 스템 사이의 거리를 가질 것이다.
또한, 스템(17a, 17b)은 노즐의 전방으로부터 소정의 거리를 두고 배치되는 것이 바람직하다. 스템(17a, 17b)이 노즐의 전방으로부터 소정의 거리를 두고 배치됨으로써, 노즐의 외부를 지나가는 물이 전방부와 만나지 않고, 노즐 내로 다시 인도된다. 스템이 노즐에서 더 후방으로 배치되면 될수록, 즉 노즐의 전방으로부터 거리가 커질수록, 더 작은 효과를 프로펠러에 가질 것이고, 이것은 추진 유닛의 효율을 증가시킬 것이다. 단일의 스템을 사용하면, 이것은 충분한 강도를 제공하기 위해 거대할 것이고, 동시에 노즐 상에서 앞뒤로 더 연장될 필요가 있어서, 노즐의 외부를 유동하는 물이 스템의 전방과 만나서, 노즐 내로 다시 돌아와서, 프로펠러의 낮은 효율을 초래할 것이다.
즉, 스템(17a, 17b)이 노즐 상에서 멀리 후방에 배치되고, 곡면 형상을 나타내어, 플랜지(18)가 가능한 한 앞쪽에 위치하는 것이 유리할 것이다. 2개의 스템으로, 이것이 다시 도출될 수 있고, 필요한 강도를 나타낼 수 있고, 이것은 1개의 스템으로는 불가능할 것이다.
이러한 체결 장치(16)는 많은 이점을 가진다. 고정 플랜지(18)에서 종료되는 2개의 스템(17a, 17b)이 사용되어, 유체역학적 개구(19)가 형성된다는 사실은, 노즐(12)의 최상단에서의 난류 유입의 발생을 상당히 감소시킬 것이다. 이러한 방식으로, 추진 유닛(11)은 작동 조건을 개선시킬 것이며, 이로 인해 프로펠러 섹션(13)은 상당히 개선된 효율을 얻을 것이다. 이것은 추진 유닛(11)에 동력을 공급하기 위한 동력 요건을 상당히 감소시킬 것이다.
2개의 스템(17a, 17b)이 있으면, 추진 유닛(11)의 감소된 무게를 얻는 것이 가능하고, 이로 인해 2개의 스템은 거대한 스템이 필요하지 않도록 힘과 진동을 수용할 것이고, 고정 플랜지(18)와 함께 이러한 스템은 견고한 구조를 제공할 것이다. 오직 하나의 스템이 있으면, 모든 힘과 진동에 대해 치수가 정해질 필요가 있을 것이고, 이것은 따라서 더 무거운 추진 유닛을 초래할 것이다.
개선된 유체역학적 성능을 얻음으로써, 소음과 진동을 감소시킬 것이다.
추진 유닛의 일례가 앞서 설명되었지만, 추진 유닛은 주변이 지지된 프로펠러 섹션 또는 중앙이 지지된 프로펠러 섹션을 포함할 수 있다는 것이 명백하다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 추진 유닛을 위한 에너지 공급과 제어 케이블의 피드스루의 세부사항이 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 이 케이블은 스테이터로부터 스템(17a, 17b)을 통과하고, 추진 유닛의 제어를 위한 외부 제어 유닛에 연결하기 위한 플랜지(18)의 중앙부에 배치된 리세스(20)를 통과하여 배치되어 있다. 이러한 케이블은 바람직하게는, 선박의 선체에 있는 체결 포인트에 배치되거나 또는 추진 유닛의 조향 및/또는 이동을 위해 배치된 조향 장치의 체결 포인트에 배치된 대응 단말 블록(미도시)에 연결 또는 종료하도록 구성된, 신속한 연결해제 커플링 또는 단말 블록(21)과 같은 종래의 커플링을 가지도록 구성된 리세스에 있다. 물론 케이블의 개수는 변할 수 있고, 예컨대 하나의 스템은 제어 신호의 배치를 위해, 하나의 스템은 에너지 공급의 배치를 위해 사용될 수 있다.
유압식 추진 유닛인 경우, 하나의 스템은 예컨대 유압 유체의 공급을 위해 사용되고, 하나의 스템은 유압 유체의 반환을 위해 사용될 수 있다. 유압식 구동의 경우, 예컨대 리세스(20)에 있는 파이프 또는 유압식 호스를 위해 신속한 연결해제 커플링을 배치할 수 있다.
이러한 방식으로, 선박으로부터의 케이블, 유압식 호스 또는 파이프 등의 피드스루가 숨겨져 배치되어, 손상에 노출되지 않고, 리세스는 체결 포인트가 가능한 한 적게 형성되도록 연결부가 구성될 수 있도록 된다.
수정예로서, 고정 플랜지는 바람직하게는 타원형 또는 대체적으로 원형과 같은 둥근 형상을 가져서, 난류, 소음 또는 진동을 초래할 수 있는 에지를 가지지 않는다.

Claims (12)

  1. 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛(11)으로서,
    상기 추진 유닛(11)은 노즐(12)을 포함하고,
    전기적으로 또는 유압식으로 구동되는 프로펠러 섹션(13, 13a)이 배치되고,
    상기 추진 유닛(11)은 체결 장치(16)를 포함하고, 상기 체결 장치는 상기 추진 유닛(11)의 조향 및 이동 중 하나 또는 양자 모두를 위해 배치된 조향 장치에 설치하기 위해 배치되고,
    상기 체결 장치(16)는 2개의 스템(17a, 17b)에 의해 형성되고, 상기 스템은 상기 추진 유닛의 노즐(12)의 상부면으로부터 수직 중앙 축에 대해 평행하게 또는 측면으로 반전되어 연장되고, 상기 스템은 상기 노즐(12)의 상부면으로부터 동일한 거리 또는 감소하는 거리를 가지고 연장되고, 상기 조향 장치에 배치하기 위한 단일 연결 포인트 및 에너지 공급과 제어용 케이블, 유압식 호스 또는 파이프를 위한 결합 연결 포인트를 제공하기 위한 고정 플랜지(18)에서 종료되고,
    상기 스템(17a, 17b), 상기 노즐(12)의 상부면, 및 상기 고정 플랜지(18)는 상기 추진 유닛에 개선된 유체역학적 성능을 제공하는 개구(19)를 제공하는, 추진 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b) 사이의 거리, 상기 스템(17a, 17b)의 길이, 및 상기 개구(19)의 크기는, 상기 노즐(12)의 최상단에서 난류의 발생을 감소시키고, 상기 추진 유닛(11)에서 소음과 진동을 감소시키기 위하여 치수가 정해지는, 추진 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b)은 날개 또는 러더(rudder) 형상에 대응하는 디자인을 가져서, 불필요한 난류, 소음, 또는 진동을 발생시키지 않도록 유체역학적으로 조절되는, 추진 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b)은 두께보다 길이가 더 큰, 추진 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b)은, 상기 노즐(12)의 유입구로부터 거리를 두고 배치되고, 상기 노즐(12) 상에서 멀리 후방에 위치하고, 무게중심을 이동시키기 위하여 상기 노즐(12)의 유입구 방향으로 곡선 프로파일을 가지고 연장되어, 상기 고정 플랜지(18)를 통과하는 중앙 포인트가 상기 추진 유닛의 프로펠러 섹션(13, 13a)의 전방에 위치함으로써, 상기 추진 유닛의 회전을 위한 조향 모멘트가 감소되는, 추진 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b) 사이의 거리, 상기 스템(17a, 17b)의 길이, 및 개구(19)의 크기는, 미리 정해진 강도와 디자인 사이에서 균형을 이루는, 추진 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b) 사이의 거리, 상기 스템(17a, 17b)의 길이, 및 개구(19)의 크기는, 상기 추진 유닛의 크기 영향과 관련하여 치수가 정해지는, 추진 유닛.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진 유닛은 둘레가 지지되는 프로펠러 섹션(13, 13a)을 포함하는, 추진 유닛.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진 유닛은 중앙이 지지되는 프로펠러 섹션(13, 13a)을 포함하는, 추진 유닛.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스템(17a, 17b)은 케이블, 유압식 호스 또는 파이프의 피드스루(feed-through)를 위해 배치되는, 추진 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고정 플랜지(18)는, 상기 스템(17a, 17b) 사이에 케이블, 유압식 호스 또는 파이프의 피드스루를 위하여 고정 플랜지의 중앙부에 리세스(20)를 포함하고, 상기 추진 유닛(11)의 조향 및 이동 중 하나 또는 양자 모두를 위한 조향 장치를 위한 체결 포인트를 포함하는, 추진 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고정 플랜지(18)에 있는 상기 리세스(20)는 케이블, 유압식 호스 또는 파이프를 위한 커플링의 배치를 위해 구성되는, 추진 유닛.
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