KR102067853B1 - 프로펠러 장치 - Google Patents

Abstract

프로펠러(110)와, 상기 프로펠러(111)의 말단측으로부터 연장되는 샤프트 부분(122)을 포함하는 프로펠러 샤프트 조립체(120)와, 상기 선박의 선체(2)에 연결되도록 배열되는 지지 부재(130), 그리고 상기 지지 부재(130)와 상기 샤프트 부분(122)을 상호 연결하는 베어링 장치(140)를 포함하는 선박용 프로펠러 장치(100). 프로펠러 장치는 상기 지지 부재(130)가 지지 부재(130)의 내부에 제 1 냉각 유체를 수용하며 제 1 냉각 유체를 순환시키고 상기 샤프트 부분(122) 및/또는 상기 베어링 장치(140)로 추가로 순환시키기 위한 적어도 하나의 냉각 유체 도관(131)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프로펠러 장치{PROPELLER ARRANGEMENT}

본 명세서의 실시예는 프로펠러 장치에 관한 것으로, 특히, 프로펠러, 상기 프로펠러의 말단측으로부터 연장되는 샤프트 부분을 포함하는 프로펠러 샤프트 조립체, 선박의 선체에 연결되도록 배치되는 지지 부재, 그리고 상기 지지 부재와 샤프트 부분을 상호 연결하는 베어링 장치를 포함하는 프로펠러 장치에 관한 것이다.

오늘날의, 화물선, 공급선, 해군 선박 및 여가용 선박과 같은 선박에는 일반적으로, 적어도 하나의 베어링에 의해 선박의 선미관에 지지되어 있는 샤프트 조립체를 통해 선박의 엔진에 연결되는 프로펠러를 구비한 추진 시스템이 제공되어 있다.

상기 베어링은 프로펠러 샤프트와 프로펠러의 하중을 지지한다. 다수의 대형 선박에서, 사용되는 프로펠러는 매우 크고 무거우며, 베어링뿐만 아니라 프로펠러 장치의 다른 부품도 프로펠러 장치의 작동 동안 비틀림 및 굽힘 응력과 같은 큰 장력을 받는다.

특히, 작동 동안 프로펠러 장치의 상이한 구성 요소에 야기된 비틀림 응력은 도전 의식을 불러 일으키며, 프로펠러 장치의 상이한 구성 요소는 비틀림 응력에 대처하기 위한 방식으로 설계 및 구성되어야 한다. 이것은 종종 상이한 구성 요소의 복잡한 설계를 야기한다.

일반적으로, 매우 큰 프로펠러를 낮은 회전 속도로 작동시키는 것은 특히, 프로펠러 샤프트 조립체를 지지하는 베어링을 요구하고 있다. 일 예로서, 적어도 6m의 직경을 갖는 프로펠러를 10 RPM 미만으로 연속적으로 작동시키는 것은 대형 프로펠러를 낮은 회전 속도로 작동시키는 것으로 간주된다. 공지된 장치의 공통의 문제는 베어링 피로 손상 및 샤프트 요소 피로 수명 감소이다.

이에 따라, 종래 기술의 프로펠러 장치의 개선이 필요하다.

미국 특허공보 US 5,226,844 (1993년 7월 13일 공개)

전술한 관점에서, 본 명세서의 실시예의 목적은 전술한 결점 중 하나 이상을 표명하거나 유용한 대안을 제공하는 프로펠러 장치를 제공하는 것이다.

제 1 태양에 따르면, 상기 목적은 프로펠러와, 상기 프로펠러의 말단측으로부터 연장되는 샤프트 부분을 포함하는 프로펠러 샤프트 조립체와, 상기 선박의 선체에 연결되도록 배열되는 지지 부재, 그리고 상기 지지 부재와 상기 샤프트 부분을 상호 연결하는 베어링 장치를 포함하는 선박용 프로펠러 장치에 의해 적어도 부분적으로 달성된다. 상기 지지 부재는 지지 부재의 내부에 제 1 냉각 유체를 수용하며 제 1 냉각 유체를 순환시키고 상기 샤프트 부분 및/또는 상기 베어링 장치로 추가로 순환시키기 위한 적어도 하나의 냉각 유체 도관을 포함한다.

지지 부재의 제공은 샤프트 조립체를 지지하기 위한 베어링이 프로펠러 장치의 비틀림 도메인의 외부에 배치되며 프로펠러 장치의 다른 베어링에 야기된 하중이 감소함을 나타낸다. 지지 부재의 내부에서 제 1 냉각 유체를 순환시킴으로써 제 1 냉각 유체를 냉각시키는 가능성으로 인해, 제 1 냉각 유체 제 1 냉각 유체 자체가 효율적인 방식으로 냉각되며, 또한 베어링 장치를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서, 베어링이 탈 위험이 감소한다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트 부분은 관상이며, 상기 샤프트 부분의 내부 공간으로부터 상기 베어링 장치로 상기 제 1 냉각 유체를 안내하여 상기 제 1 냉각 유체가 상기 베어링 장치를 윤활할 수 있도록 하기 위한 적어도 하나의 통로를 포함한다. 하나의 단일 유체를 베어링용 부스 윤활제 및 냉각 유체로 사용하는 것은 윤활제의 과열 위험이 감소하는 간소화된 장치를 초래한다. 예를 들어, 윤활제의 점성이 온도에 좌우되며 따라서 윤활제를 낮은 온도에 유지하는 것이 상당히 이익이기 때문에 윤활제의 온도가 베어링 기능성에 중요하다. 이러한 실시예에 따르면, 베어링이 수력학적 모드에서 작동할 수 있도록 하기에 충분히 높게 점성이 유지되는 낮은 온도에 베어링 윤활 유체가 유지될 수 있다. 대형 프로펠러를 낮은 회전 속도에서 작동시키는 것은 일반적으로, 프로펠러 장치의 상이한 구성 요소에 가해지는 높은 응력을 초래하며, 이에 따라 베어링 윤활 유체의 가열이 촉진된다. 따라서, 대형 프로펠러의 허용된 최소 운전 속도가 감소할 수도 있다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 베어링 장치는 하우징을 구비하며, 상기 베어링 하우징은 하우징을 통해 제 2 냉각 유체를 안내하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함한다. 이에 따라, 베어링용 제 2 냉각 시스템이 베어링이 2단계 방식으로 냉각되도록 하는 방식으로 달성된다. 결과적으로, 냉각이 보다 더 효율적이며 베어링이 탈 위험이 감소한다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 채널은 상기 하우징의 외부로부터 상기 제 2 냉각 유체를 수용하도록 배열되는 유입구를 구비한다. 이에 따라, 주변의 물이 제 2 냉각 유체로서 사용될 수도 있다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 상기 베어링 장치가 받는 하중을 감시 및/또는 제어하기 위한 수단을 포함한다. 지지 구조가 선체에 연결되어 있으므로, 따라서, 베어링 장치가 받는 하중이 선박 도킹 없이 감시 및/또는 제어될 수 있다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 프로펠러 장치는 상기 프로펠러의 적어도 하나의 프로펠러 블레이드의 피치 설정치를 제어하기 위한 피치 변경 기구, 그리고 상기 프로펠러의 말단측으로부터 상기 피치 변경 기구로 작동 유체를 공급하도록 배열되는 작동 유체 분배 유닛을 포함한다. 이에 따라, 제 1 태양의 장점을 갖춘 제어 가능한 피치 프로펠러를 포함하는 장치가 간단한 방식으로 제조되어, 지지 부재의 이익을 취할 수 있다. 작동 유체 분배 유닛이 이러한 방식으로 배치되면, 유닛이 프로펠러와 메인 엔진 사이의 어딘가에 배치된 경우에 받아온 비틀림 응력을 받지 않는다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 작동 유체 분배 유닛은 상기 피치 변경 기구에 상기 제 1 냉각 유체를 공급하도록 배열된다. 이에 따라, 간소화된 장치가 달성된다.

제 1 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 선박의 러더 스톡, 수중익 브래킷 또는 프로펠러 노즐 중 하나의 일부이다. 이에 따라, 하나의 단일 구성 요소가 여러 개의 기능을 갖추어, 비용 효율적인 방식으로 제조될 수도 있는 간소화된 장치를 초래할 수도 있다.

제 2 태양에 따르면, 상기 목적은 허브 및 상기 허브에 연결된 적어도 하나의 프로펠러 블레이드를 구비하며, 기단측을 통해 샤프트 조립체에 연결되도록 되어 있는 프로펠러, 그리고 상기 적어도 하나의 프로펠러 블레이드의 피치 설정치를 제어하기 위한 피치 변경 기구를 포함하는 프로펠러 장치에 의해 적어도 부분적으로 달성된다. 상기 피치 변경 기구는 상기 기단측의 반대쪽에 위치한 상기 프로펠러의 말단측을 통해 상기 적어도 하나의 프로펠러 블레이드의 상기 피치 설정치로 작동한다. 제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 프로펠러 장치는 상기 프로펠러의 상기 말단측에서 상기 피치 변경 기구에 작동 유체를 공급하도록 되어 있는 작동 유체 분배 유닛을 포함한다. 이에 따라, 샤프트 조립체는 작동 유체 분배 유닛으로부터 피치 변경 기구로 작동 유체를 운반하기 위한 수용관을 구비하여야 하지 않으며, 종래 기술의 장치의 경우에서보다 더 간단한 구성을 가질 수도 있다.

제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 프로펠러 장치는 상기 프로펠러의 말단측으로부터 연장되는 샤프트 부분을 포함하는 프로펠러 샤프트 조립체와, 선박의 선체에 연결되도록 배열되는 지지 부재, 그리고 상기 지지 부재와 상기 샤프트 부분을 상호 연결하는 베어링 장치를 포함한다. 지지 구조의 존재는 샤프트의 굴절이 최소화되며 베어링의 수명이 연장될 수도 있음을 보장한다. 또한, 지지 구조의 존재는 비틀림 도메인 외부로의 작동 유체 분배 유닛의 이동을 가능하게 한다. 이에 따라, 작동 유체 분배 유닛이 선박의 엔진과 프로펠러 사이에 위치된 경우에서보다 간단한 구성을 갖는다. 이러한 더 간단한 구성은 비틀림 진동을 고려하여야 하지 않는다.

제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 지지 부재의 내부에 제 1 냉각 유체를 수용하며 제 1 냉각 유체를 순환시키고 상기 샤프트 부분 및/또는 상기 베어링 장치로 추가로 순환시키기 위한 적어도 하나의 냉각 유체 도관을 포함한다. 지지 부재의 내부에서 순환시킴으로써 이러한 베어링의 윤활 유체를 냉각시키는 가능성으로 인해, 윤활 유체가 너무 따뜻해지지 않으며, 베어링이 탈 위험이 감소한다. 윤활 유체는 베어링이 수력학적 모드에서 작동할 수 있도록 하기에 충분히 높게 점성이 유지되는 낮은 온도에 베어링 유지될 수 있다.

제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트 부분은 관상이며, 상기 샤프트 부분의 내부 공간으로부터 상기 베어링 장치로 상기 제 1 냉각 유체를 안내하여 상기 제 1 냉각 유체가 상기 베어링 장치를 윤활할 수 있도록 하기 위한 적어도 하나의 통로를 포함한다. 더욱이, 하나의 단일 유체를 베어링용 부스 윤활제 및 냉각 유체로 사용하는 것은 윤활제의 과열 위험이 감소한 간소화된 장치를 초래한다.

제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 베어링 장치는 하우징을 구비하며, 상기 베어링 하우징은 하우징을 통해 제 2 냉각 유체를 안내하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함한다. 이에 따라, 베어링용 제 2 냉각 시스템이 베어링이 2단계 방식으로 냉각되도록 하는 방식으로 달성된다. 결과적으로, 냉각이 보다 더 효율적이며 베어링이 탈 위험이 감소한다.

제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 상기 적어도 하나의 프로펠러 블레이드의 피치 설정치를 수동으로 제어하기 위한 제어 유닛을 수용한다. 지지 부재가 선체에 연결되어 있으므로, 응급 상황에서 및/또는 피치 설정치를 변경하기 위한 작동 시스템의 고장 시에 프로펠러의 피치 설정치를 수동으로 제어할 수 있다. 또한, 선박 예인 없이 가장 가까운 항구로 안전하게 항해할 수 있다.

제 2 태양의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 선박의 러더 스톡, 수중익 브래킷 또는 프로펠러 노즐 중 하나의 일부이다. 이에 따라, 하나의 단일 구성 요소가 여러 개의 기능을 갖추어, 비용 효율적인 방식으로 제조될 수도 있는 간소화된 장치를 초래할 수도 있다.

본 명세서의 실시예에 따르면, 프로펠러 장치는 추진 장치이다.

제 3 태양에 따르면, 상기 목적은 제 1 두 개 태양에 따른 프로펠러 장치를 포함하는 선박에 의해 적어도 부분적으로 달성된다. 제 3 태양에 따른 해상용 운송 수단의 장점과 이득은 제 1 두 개 태양에서와 동일하다.

이하, 본 명세서의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 단지 예시로서 상당히 더 상세히 설명된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 프로펠러 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부의 상세도이다.
도 3은 도 2의 선 A-A을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 선 B-B를 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 프로펠러 장치의 개략적인 측면도이다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 프로펠러 장치의 개략적인 측면도이다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 프로펠러 장치의 개략적인 측면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 장치의 일부의 상세도이다.
도 9는 도 8에 도시된 부품의 일부가 생략되어 있는, 도 8의 선 A-A을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 7의 선 B-B를 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 11은 제 5 실시예에 따른 프로펠러 장치의 개략적인 측면도이다.
도 12는 제 6 실시예에 따른 프로펠러 장치의 개략적인 측면도이다.
본 명세서의 실시예의 그외 다른 목적 및 특징이 첨부 도면과 함께 고려되는 아래의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 도면은 단지 예시를 목적으로 설계되며, 첨부된 특허청구범위에 대해 참조가 이루어져야 하는 본 명세서의 제한의 정의로서 설계되는 것은 아님이 이해될 것이다. 또한, 도면이 실제 크기로 도시되어야 할 필요는 없으며, 달리 지시하지 않은 한, 단지 본 명세서에 설명된 구조 및 절차를 개념적으로 이해하기 위한 것임을 또한 이해하여야 한다.
정의
본 명세서에서 사용되고 있는 바와 같은 아래의 용어는 다음과 같은 의미를 갖는다:
용어 "기단(proximal)" 및 "말단(distal)"은 프로펠러의 축 방향을 참조하여 사용된다. 프로펠러의 "기단측(propeller side)"은 디젤 엔진 또는 전기 모터와 같은 프로펠러의 구동원과 협력하여 작동하는 프로펠러 샤프트를 수용하는 측이다. 프로펠러의 "말단측(distal side)"은 기단측의 반대쪽에 위치한다.
본 명세서의 도면에 도시된 예시적인 실시예에서, 따라서, 프로펠러의 기단측은 프로펠러의 전방측인 반면, 말단측은 프로펠러의 후방측이다.
프로펠러 장치의 "비틀림 도메인(torsional domain)"은 회전력 공급원인 엔진으로부터 회전력 흡수 장치인 프로펠러까지 연장된다.

본 명세서의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이하 더 완전하게 설명된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 1에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 프로펠러 장치(100)를 구비한 선박의 후방부가 개략적으로 도시되어 있다. 선박은, 예를 들어, 화물선이나 공급선일 수도 있다.

프로펠러 장치는 허브(111), 그리고 이 허브(111)로부터 연장되는 적어도 하나의 프로펠러 블레이드(112)를 구비한 프로펠러(110)를 포함한다. 허브는, 예를 들어, 원통형, 원추형 또는 배럴(barrel) 형상일 수도 있다. 도 1에 도시된 프로펠러(110)는 허브(111)로부터 연장되는 네 개의 프로펠러 블레이드(112)를 포함한다. 본 명세서의 실시예에 따라, 프로펠러 직경, 즉, 프로펠러가 회전함에 따라 블레이드 선단에 의해 선이 그어지는 가상의 원의 직경은 적어도 4m이다.

프로펠러는 프로펠러(110)의 기단부(116)로부터 연장되는 기단측(114)과, 프로펠러의 말단부(117)로부터 연장되는 말단측(115)을 구비한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 프로펠러(110)의 기단부(116)는 프로펠러 허브(111)의 기단부이며, 프로펠러(110)의 말단부(117)는 허브(111)의 말단부이다.

프로펠러(110)는 선박의 선미관에 지지되는 프로펠러 샤프트 조립체(120)를 통해 선박의 엔진(단지 엔진의 크랭크 샤프트(10)만 도시됨)에 연결된다. 프로펠러 샤프트 조립체(120)는 프로펠러(110)의 기단부(116)에 인접하여 배치되는 제 1 부분(121)을 구비한다. 제 1 부분(121)은 후방 선미관 베어링(11)에 의해 지지되며, 프로펠러 허브(111)의 기단부(116)의 개구에 수용된다.

프로펠러 샤프트 조립체(120)는 프로펠러(110)를 통해 연장되며, 프로펠러(110)의 말단부(117)를 초과하여 연장되는 제 2 부분(122)을 구비한다.

베어링 장치(140)는 제 2 샤프트 부분(122)과 지지 부재(130)의 제 1 단부를 상호 연결한다. 지지 부재의 제 2 단부는 선박의 선체(2)에 연결된다. 장착 플랜지(139) 및 밀봉 패킹이 지지 부재를 선체(2)에 적절한 방식으로 고정하도록 배열될 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지지 부재는 선박의 러더(rudder)(3)에 인접하여 배치될 수도 있다. 도 1에 도시된 실시예의 지지 부재(130)는 그러나 러더(3)에 연결되지는 않는다. 도 5에 도시된 일 실시예와 같은 다른 실시예에 따르면, 지지 부재는 러더(3)에 연결된다. 프로펠러 장치(100)의 비틀림 도메인이 선박의 엔진으로부터 프로펠러(110)까지 연장되므로, 베어링 장치(140)가 이러한 비틀림 도메인의 외부에 배치된다.

도 2에는 지지 부재(130)의 제 1 단부와 베어링 장치(140)의 상세도가 도시되어 있다. 베어링 장치(140)는 지지 부재(130)와 일체형으로 형성될 수도 있는 베어링 하우징(141)을 구비한다. 밀봉 부재(126)가 베어링 장치(140)와 프로펠러 허브(도시하지 않음)의 사이에 배치된다. 베어링 장치(140)를 수용하는 지지 부재(130)의 부분은 물의 저항을 감소시키기에 최적화된 수력학적 형상과 같은 각종 형상을 가질 수도 있다.

제 2 샤프트 부분(122)은 관상이며, 벽(124)에 의해 둘러싸인 내부 공간(123)을 구비한다. 제 2 샤프트 부분(122)은 저널 베어링(140)의 저널(journal)(122)로서 기능하며, 저널(122)은 베어링 하우징(141)에 의해 둘러싸여 있다.

이하, 제 1 냉각 유체를 이용하여 베어링 장치(140)를 냉각 및 윤활하기 위한 장치가 설명된다.

지지 부재(130)는 지지 부재(130)의 제 2 단부로부터 베어링 장치(140)를 향해 제 1 냉각 유체를 이송하기 위한 유입 도관(131)을 포함한다. 유입 도관(131)이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

제 2 샤프트 부분(122)의 내부 공간(123)에 도달하는 냉각 유체가 제 2 샤프트 부분(122)의 내부 공간(123)으로부터 베어링 장치(140)를 냉각시키도록 사용된다.

베어링 장치(140)의 단면이 도 3에 도시되어 있다. 제 2 샤프트 부분(122)의 벽(124)과 베어링 하우징(141)의 사이에는 윤활 유체를 수용하도록 배열되는 윤활제 수용 공간(143)이 마련된다.

제 2 샤프트 부분(122)의 벽(124)은 통로(125)를 포함한다. 이 통로에 의해 제 1 냉각 유체가 내부 공간(123)으로부터 제 2 샤프트 부분(122)의 벽(124)과 베어링 하우징(141) 사이의 윤활제 수용 공간(143)까지 통과하도록 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 냉각 유체는 또한 베어링 윤활제로서 기능한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 베어링 장치(140)와 선체(2)의 지지 부재 수용 부분의 사이에는 높이 차가 있을 수도 있다. 제 1 냉각 유체가 베어링 장치(140) 내에서 가열되며, 따라서, 베어링 장치(140)에서 나온 제 1 냉각 유체가 베어링 장치(140)에 들어가는 제 1 냉각 유체보다 밀도가 낮다. 베어링 장치(140)와 선체(2)의 지지 부재 수용 부분의 사이에 높이 차가 있는 한, 베어링 장치(140)에서 나온 제 1 냉각 유체는 지지 부재(130)의 내부에서 자동으로 선체를 향해 상승하는 반면, 온도가 더 낮으며 이에 따라 밀도가 더 높은 냉각 유체는 베어링 장치(140)를 향해 하강한다. 펌프 조립체(도시하지 않음)가 제 1 냉각 유체의 순환을 촉진하도록 배열될 수도 있다.

지지 부재(130)를 통과하는 동안, 제 1 냉각 유체가 냉각된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유출 도관(132)은 냉각 유체가 지지 부재(130)에서 나올 수 있도록 하기 위하여 지지 부재(130)의 제 2 단부에 인접하여 배열될 수도 있다. 지지 부재(130)의 내부에서 선체(2)를 향해 상승하는 제 1 냉각 유체는 지지 부재(130)의 내부에 획정된 중공 공간(133)의 내부에서 자유롭게 유동할 수도 있다. 제 1 냉각 유체가 유출 도관(132)을 통과하면, 제 1 냉각 유체는 유입 도관(131)을 통해 베어링 장치를 향해 역순환된다. 제 1 냉각 유체는 폐쇄 회로에서 유동할 수도 있다. 실시예에 따라, 제 1 냉각 유체는 지지 부재(130) 내부의 폐쇄 회로 및 지지 부재(130)의 제 2 단부에 인접한 영역에서 유동한다.

제 1 냉각 유체는 점성이 적어도 50 cSt인 오일일 수도 있다. 제 1 냉각 유체는 각종 조성을 가질 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 광물성 오일이 사용되지만, 또한 다른 유형의 냉각 유체가 윤활제로도 적절하게 기능하는 한 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 베어링 조정 디스크(137)가 지지 부재(130)의 내부에 또는 옆에 배열될 수도 있다. 베어링 조정 디스크(137)는 베어링 장치의 수직 위치를 조절하도록 사용될 수도 있다. 또한, 하중 센서(138)가, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지 부재(130)의 내부에 또는 옆에 배열될 수도 있다. 하중 센서는 베어링 장치(140)에 인가된 하중을 감시하도록 사용될 수도 있다. 실시예에 따라, 하중을 감시할 뿐만 아니라 제어하기 위한 장치(138)가 사용된다.

이하, 제 2 냉각 유체에 의해 베어링 장치를 냉각시키기 위한 장치가 설명된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 베어링 하우징(141)은 복수 개의 통로(142)를 포함한다. 이들 통로(142)는 베어링 하우징(141)의 축 방향으로 연장되며 제 2 냉각 유체를 수용하도록 배열된다. 통로(142)는 베어링 장치(140)의 외부로부터 유입되는 제 2 냉각 유체를 수용하도록 배열되는 유입구를 구비할 수도 있다. 이에 대응하여, 통로는 베어링 장치(140)의 외부로 제 1 냉각 유체를 방출하기 위한 유출구를 구비할 수도 있다. 통로(142)에 의해 달성되는 냉각 장치는 따라서 개방 회로 장치가 된다. 프로펠러(100)가 물에 잠겨 회전하면, 주변의 물이 자동으로 통로(142)의 내부로 들어갈 수도 있다. 유입구를 향한 물의 안내를 촉진하기 위해 안내 수단이 제공될 수도 있다.

제 2 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 실시예는 지지 부재(130)의 구성이 도 1의 실시예와 상이하다. 도 5에 도시된 지지 부재(130)는 러더(3) 또는 비회전 부품에 연결된다. 러더의 비회전 부품은 러더 스톡(rudder stock)에 연결된다. 다른 실시예에 따르면, 지지 부재(130)가 러더 스톡에 연결되거나, 러더 스톡과 일체형으로 형성된다.

제 3 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 지지 부재(130)는 프로펠러 노즐의 일부이다.

도 7에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 프로펠러 장치(100)를 구비한 선박의 후방부가 개략적으로 도시되어 있다. 선박은, 예를 들어, 화물선 또는 공급선일 수도 있다. 프로펠러 장치는 허브(111) 그리고 허브(111)로부터 연장되는 적어도 하나의 프로펠러 블레이드(112)를 구비한 프로펠러(110)를 포함한다. 허브는, 예를 들어, 원통형, 원추형 또는 배럴 형상일 수도 있다. 도 7에 도시된 프로펠러(110)는 허브(111)로부터 연장되는 네 개의 프로펠러 블레이드(112)를 포함한다. 본 명세서의 실시예에 따라, 프로펠러 직경, 즉, 프로펠러가 회전함에 따라 블레이드 선단에 의해 선이 그어지는 가상의 원의 직경은 적어도 4m이다.

프로펠러는 프로펠러(110)의 기단부(116)로부터 연장되는 기단측(114)과, 프로펠러(110)의 말단부(117)로부터 연장되는 말단측(115)을 구비한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 프로펠러(110)의 기단부(116)는 프로펠러 허브(111)의 기단부이며, 프로펠러(110)의 말단부(117)는 허브(111)의 말단부이다.

프로펠러(110)는 선박의 선미관에 지지되는 프로펠러 샤프트 조립체(120)를 통해 선박의 엔진(단지 엔진의 크랭크 샤프트(10)만 도시됨)에 연결된다. 프로펠러 샤프트 조립체(120)는 프로펠러(110)의 기단부(116)에 인접하여 배치되는 제 1 부분(121)을 구비한다. 제 1 부분(121)은 후방 선미관 베어링(11)에 의해 지지되며, 프로펠러 허브(111)의 기단부(116)의 개구에 수용된다.

프로펠러 샤프트 조립체(120)는 프로펠러(110)를 통해 연장되며, 프로펠러(110)의 말단부(117)를 초과하여 연장되는 제 2 부분(122)을 구비한다.

베어링 장치(140)는 제 2 샤프트 부분(122)과 지지 부재(130)의 제 1 단부를 상호 연결한다. 지지 부재의 제 2 단부는 선박의 선체(2)에 연결된다. 장착 플랜지(139) 및 밀봉 패킹이 지지 부재를 선체(2)에 적절한 방식으로 고정하도록 배열될 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지지 부재는 선박의 러더(3)에 인접하여 배치될 수도 있다. 도 7에 도시된 실시예의 지지 부재(130)는 그러나 러더(3)에 연결되지는 않는다. 프로펠러 장치(100)의 비틀림 도메인이 선박의 엔진으로부터 프로펠러(110)까지 연장되므로, 베어링 장치(140)가 이러한 비틀림 도메인의 외부에 배치된다.

도 8에는 지지 부재(130)의 제 1 단부와 베어링 장치(140)의 상세도가 도시되어 있다. 베어링 장치(140)는 지지 부재(130)와 일체형으로 형성될 수도 있는 베어링 하우징(141)을 구비한다. 밀봉 부재(126)가 베어링 장치(140)와 프로펠러 허브(도시하지 않음)의 사이에 배치된다. 베어링 장치(140)를 수용하는 지지 부재(130)의 부분은 물의 저항을 감소시키기에 최적화된 수력학적 형상과 같은 각종 형상을 가질 수도 있다.

제 2 샤프트 부분(122)은 관상이며, 벽(124)에 의해 둘러싸인 내부 공간(123)을 구비한다. 제 2 샤프트 부분(122)은 저널 베어링(140)의 저널(122)로서 기능하며, 저널(122)은 베어링 하우징(141)에 의해 둘러싸여 있다.

도 7에 도시된 프로펠러(110)는 제어 가능한 피치 프로펠러이다. 프로펠러 장치(100)는 프로펠러 블레이드(112)의 피치 설정치를 변경하도록 배열되는 유압식 피치 변경 기구(150)를 포함한다. 피치 변경 기구(150)가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에는, 피치 변경 기구(150)에 작동 유체를 분배하도록 배열되는 작동 유체 분배 유닛(160)이 또한 나타내어져 있다. 이러한 실시예의 작동 유체 분배 유닛(160)은 오일 분배(OD) 박스이다.

도 8에 도시된 실시예에 따르면, 작동 유체 분배 유닛(160)은 베어링 장치(140)의 후방으로 지지 부재(130)의 내부에 배열된다. 이에 따라, 작동 유체 분배 유닛은 프로펠러 장치의 비틀림 도메인의 외부에 배치된다.

다수의 공지된 장치에서, 작동 유체 분배 유닛(160)은 프로펠러(110)와 선박의 엔진 사이의 어딘가에서, 즉, 비틀림 도메인에서 프로펠러 샤프트 조립체(120)에 인접하여 배치된다. 또한, 작동 유체 분배 유닛(160)은 유닛에 가해진 비틀림 진동 응력에 대처하도록 설계되어야 하며, 프로펠러 샤프트 조립체는 작동 유체 분배 유닛으로부터 프로펠러로 작동 유체를 인도하기 위한 도관을 포함하여야 한다.

작동 유체 분배 유닛(160)이 도 7에 나타내어진 바와 같이 배치되면, 프로펠러 샤프트 조립체(120)는 작동 유체 도관을 포함하여야 하지 않으며, 더 간단하면서도 더 견고한 방식으로 설계될 수도 있다. 이에 따라, 더 비용 효율적인 프로펠러 장치가 제조될 수도 있다. 샤프트 조립체를 더 견고한 방식으로 설계하는 것은 샤프트 조립체의 수명을 연장할 수도 있다.

또한, 비틀림 도메인 외측의 위치로 인해, 본 명세서의 실시예에 따른 작동 유체 분배 유닛(160)은 공지된 장치의 작동 유체 분배 유닛이 받는 비틀림 응력을 받지 않는다. 따라서, 본 명세서의 실시예에 따른 작동 유체 분배 부재(160)를 설계하는 경우 비틀림 응력의 영향이 고려되어야 하는 것은 아니므로, 작동 유체 분배 부재가 공지된 장치의 경우에서와 비교하여 더 간단하면서도 더 비용 효율적인 방식으로 설계될 수 있다.

지지 부재(130)는 작동 유체를 작동 유체 분배 유닛(160)의 내외로 및/또는 피치 변경 기구(150)의 내외로 이송하도록 사용되는 작동 피치 제어관(151)을 포함할 수도 있다. 작동 피치 제어관(151)이 도 7, 도 8 및 도 10에 나타내어져 있다.

지지 부재는 적어도 하나의 프로펠러 블레이드(112)의 피치 설정치를 수동으로 제어하기 위한 제어 유닛(136)을 포함할 수도 있다. 지지 부재가 선체(2)에 연결되어 있으므로, 응급 상황에서 및/또는 작동 피치 변경 기구(150)의 고장 시에 프로펠러의 피치 설정치를 수동으로 제어할 수 있다. 제어 유닛(136)은 피치 설정치를 수동으로 변경하도록 사용되는 와이어를 포함할 수도 있다. 이러한 와이어가 도 8 및 도 10에 나타내어져 있다.

전술한 설명에 따른 제어 가능한 피치 프로펠러를 구비한 프로펠러 장치는 또한, 후술하는 바와 같은 냉각 장치를 포함할 수도 있다.

지지 부재(130)는 지지 부재(130)의 제 2 단부로부터 베어링 장치(140)를 향해 제 1 냉각 유체를 이송하기 위한 유입 도관(131)을 포함한다. 유입 도관(131)이 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.

제 2 샤프트 부분(122)의 내부 공간(123)에 도달하는 냉각 유체가 제 2 샤프트 부분(122)의 내부 공간(123)으로부터 베어링 장치(140)를 냉각시키도록 사용된다.

베어링 장치(140)의 단면이 도 9에 도시되어 있다 제 2 샤프트 부분(122)의 벽(124)과 베어링 하우징(141)의 사이에는 윤활 유체를 수용하도록 배열되는 윤활제 수용 공간(143)이 마련된다.

제 2 샤프트 부분(122)의 벽(124)은 통로(125)를 포함한다. 이 통로에 의해 제 1 냉각 유체가 내부 공간(123)으로부터 제 2 샤프트 부분(122)의 벽(124)과 베어링 하우징(141) 사이의 윤활제 수용 공간(143)까지 통과하도록 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 냉각 유체는 또한 베어링 윤활제로서 기능한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 베어링 장치(140)와 선체(2)의 지지 부재 수용 부분의 사이에는 높이 차가 있을 수도 있다. 제 1 냉각 유체가 베어링 장치(140) 내에서 가열되며, 따라서, 베어링 장치(140)에서 나온 제 1 냉각 유체가 베어링 장치(140)에 들어가는 제 1 냉각 유체보다 밀도가 낮다. 베어링 장치(140)와 선체(2)의 지지 부재 수용 부분의 사이에 높이 차가 있는 한, 베어링 장치(140)에서 나온 제 1 냉각 유체는 지지 부재(130)의 내부에서 자동으로 선체를 향해 상승하는 반면, 온도가 더 낮으며 이에 따라 밀도가 더 높은 냉각 유체는 베어링 장치(140)를 향해 하강한다. 펌프 조립체(도시하지 않음)가 제 1 냉각 유체의 순환을 촉진하도록 배열될 수도 있다.

지지 부재(130)를 통과하는 동안, 제 1 냉각 유체가 냉각된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 유출 도관(132)은 냉각 유체가 지지 부재(130)에서 나올 수 있도록 하기 위하여 지지 부재(130)의 제 2 단부에 인접하여 배열될 수도 있다. 지지 부재(130)의 내부에서 선체(2)를 향해 상승하는 제 1 냉각 유체는 지지 부재(130)의 내부에 획정된 중공 공간(133)의 내부에서 자유롭게 유동할 수도 있다. 제 1 냉각 유체가 유출 도관(132)을 통과하면, 제 1 냉각 유체는 유입 도관(131)을 통해 베어링 장치를 향해 역순환된다. 제 1 냉각 유체는 폐쇄 회로에서 유동할 수도 있다. 실시예에 따라, 제 1 냉각 유체는 지지 부재(130) 내부의 폐쇄 회로 및 지지 부재(130)의 제 2 단부에 인접한 영역에서 유동한다.

제 1 냉각 유체는 점성이 적어도 50 cSt인 오일일 수도 있다. 제 1 냉각 유체는 각종 조성을 가질 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 광물성 오일이 사용되지만, 또한 다른 유형의 냉각 유체가 윤활제로도 적절하게 기능하는 한 사용될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 베어링 하우징(141)은 복수 개의 통로(142)를 포함한다. 이들 통로(142)는 베어링 하우징(141)의 축 방향으로 연장되며 제 2 냉각 유체를 수용하도록 배열된다. 통로(142)는 베어링 장치(140)의 외부로부터 유입되는 제 2 냉각 유체를 수용하도록 배열되는 유입구를 구비할 수도 있다. 이에 대응하여, 통로는 베어링 장치(140)의 외부로 제 1 냉각 유체를 방출하기 위한 유출구를 구비할 수도 있다. 통로(142)에 의해 달성되는 냉각 장치는 따라서 개방 회로 장치가 된다. 프로펠러(100)가 물에 잠겨 회전하면, 주변의 물이 자동으로 통로(142)의 내부로 들어갈 수도 있다. 유입구를 향한 물의 안내를 촉진하기 위해 안내 수단이 제공될 수도 있다.

다른 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 도 11에 도시된 실시예는 지지 부재(130)의 구성이 도 7의 실시예와 상이하다. 도 11에 도시된 지지 부재(130)는 러더(3) 또는 비회전 부품에 연결된다. 러더의 비회전 부품은 러더 스톡에 연결된다. 다른 실시예에 따르면, 지지 부재가 러더 스톡과 일체형으로 형성된다.

다른 실시예가 도 12에 도시되어 있다. 도 12에 도시된 실시예에서, 지지 부재(130)는 프로펠러 노즐의 일부이다.

실시예에 따라, 피치 변경 기구(150)에 의해 사용되는 작동 유체는 전술한 제 1 냉각 유체와 동일한 유체이다. 다수의 시스템의 이러한 일체화는 소형의 간단한 프로펠러 장치의 제조를 촉진한다.

본 명세서의 실시예가 전술한 실시예로 제한되는 것은 아니다. 다양한 변형예, 수정예 및 등가물이 사용될 수도 있다. 따라서, 전술한 실시예는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해져야 하는 것은 아니다.

Claims (17)

1. 프로펠러(110)와,
   상기 프로펠러(110)의 말단측으로부터 연장되는 샤프트 부분(122)을 포함하는 프로펠러 샤프트 조립체(120)와,
   제1 단부 및 제2 단부를 갖고 중공 공간(133)을 획정하는 지지 부재(130)와, 상기 지지 부재(130)는 상기 제2 단부에서 선박의 선체(2)에 연결되도록 배열되고,
   상기 지지 부재(130)의 상기 제1 단부와 상기 샤프트 부분(122)을 상호 연결하는 베어링 장치(140)와,
   상기 지지 부재(130)의 상기 중공 공간(133) 내부에 배치되고, 제1 냉각 유체를 상기 지지 부재(130)의 상기 제2 단부로부터 상기 베어링 장치(140)를 향해 이송하도록 구성된 적어도 하나의 냉각 유체 유입 도관(131)을 포함하는 선박용 프로펠러 장치(100)에 있어서,
   상기 냉각 유체가 상기 지지 부재(130)에서 나올 수 있도록 상기 지지 부재(130)의 상기 제2 단부에 인접하게 배열되는 유출 도관(132)을 포함하여 상기 지지 부재(130) 내부에서 상기 선체(2)를 향해 상승하는 상기 제1 냉각 유체가 상기 지지 부재(130) 내부에 획정된 상기 중공 공간(133)의 내부에서 자유롭게 유동하고, 상기 제1 냉각 유체가 상기 유출 도관(132)을 통과하면 상기 제1 냉각 유체는 상기 유입 도관(131)을 통해 상기 베어링 장치(140)를 향해 다시 순환되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트 부분(122)은 관상이며, 상기 샤프트 부분(122)의 내부 공간(123)으로부터 상기 베어링 장치(140)로 상기 제 1 냉각 유체를 안내하여 상기 제 1 냉각 유체가 상기 베어링 장치(140)를 윤활할 수 있도록 하기 위한 적어도 하나의 통로(125)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베어링 장치(140)는 베어링 하우징(141)을 구비하며, 상기 베어링 하우징(141)은 베어링 하우징(141)을 통해 제 2 냉각 유체를 안내하기 위한 적어도 하나의 채널(142)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
4. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 채널(142)은 상기 베어링 하우징(141)의 외부로부터 상기 제 2 냉각 유체를 수용하도록 배열되는 유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 지지 부재(130)는 상기 베어링 장치(140)가 받는 하중을 감시하거나 제어하거나 감시 및 제어하기 위한 수단(138)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프로펠러(110)의 적어도 하나의 프로펠러 블레이드(112)의 피치 설정치를 제어하기 위한 피치 변경 기구(150), 그리고
   상기 프로펠러(110)의 말단측으로부터 상기 피치 변경 기구(150)로 작동 유체를 공급하도록 배열되는 작동 유체 분배 유닛(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
7. 제 6 항에 있어서, 상기 작동 유체 분배 유닛(160)은 상기 피치 변경 기구(150)에 상기 제 1 냉각 유체를 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 지지 부재(130)는 선박의 러더 스톡, 수중익 브래킷 또는 프로펠러 노즐 중 하나의 일부인 것을 특징으로 하는 프로펠러 장치(100).
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 프로펠러 장치(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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