KR19980018721A - 추진장치(propulsion device) - Google Patents

추진장치(propulsion device) Download PDF

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KR19980018721A
KR19980018721A KR1019970039088A KR19970039088A KR19980018721A KR 19980018721 A KR19980018721 A KR 19980018721A KR 1019970039088 A KR1019970039088 A KR 1019970039088A KR 19970039088 A KR19970039088 A KR 19970039088A KR 19980018721 A KR19980018721 A KR 19980018721A
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shaft
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헤이데만 토르스텐
쿠하 이스코
쿠리모 리스토
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에로 메키넨, 펙카 라이토
크바에르너 마사-야아드스 오이
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
선박의 추진장치 및 그 추진장치가 마련된 선박
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
키프로펠러의 프로펠러 포드를 회전하는데 요구되는 토크를 감소함펠로써, 강력한 키 프로펠러장치가 적당한 힘의 조타장치에 의하여 회전될 수 있도록함
3. 발명의 해결방법의 요지
선박의 추진장치는 회전축(7) 주위로 회전시키기 위하여 선박의 선체(1)내에 장착된 대략 수직의 회전샤프트(4)에 부착된 수면아래쪽의 프로팰러 포드(3) 및 프로펠러 포드(3)내에 장착된 프로펠러샤프트에 부착된 적어도 한개의 추진프로펠러(2)를 포함한다. 프로팰러포드(3)는 적어도 한 개의 프로펠러(2)의 회전면이 회전축(7)에 근접하도록 회전샤프트(4)에 접속된다.
4. 발명의 중요한 용도
선박의 추진장치의 키프로펠러에 사용됨

Description

추진장치
제 1 도는 본 발명의 단식 프로펠러 실시예의 측면도를 개략적으로 나타낸 도면.
제 2 도는 본 발명의 또다른 단식 프로팰러의 실시예에서의 측면도를 개략적으로 나타낸 도면.
제 3 도는 제 2 도의 실시예의 복식 프로펠러 변형예의 측면도를 개략적으로 나타낸 도면.
제 4 도는 제 2 도의 실시예의 또다른 복식 프로펠러 변형에의 측면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 선체, 2 : 주 추진 프로펠러, 2a : 주 추진 프로펠러, 2b : 주 추진프로펠러, 3 : 프로펠러 포드, 3a:프로펠러 포드, 3b : 프로펠러 포드, 4 : 회전 샤프트, 5 : 회전 베어링, 6 : 프로펠러 수평면, 7 : 회전축, 8 : 구동기어링, 9 : 동력전달 샤프트, 10 : 베벨기어휠, 11a : 전기모터, 1lb : 전기모터
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야및 그 분야의 종래 기술]
본 발명은 선박의 추진장치에 관한 것이다.
종래의 선박은 추진 프로펠러 및 키를 구비한다. 오늘날에는, 예를 들어 독일 특허 제 26 55 667호와, 스웨덴 특허 제 412 565호와, 핀란드 특허 제75128호와 영국 특허 제 2 179 312호와 캐나다 특허 제 1,311,657호 및 미국 특허 제 5,403,216호에 기술된 바와 같은 방식의 소위 키 프로펠러 장치를 선박의 주된 추진수단으로서 사용하는 경향이 있다. 키 프로펠러 장치는 수면 아래쪽의 하우징 또는 포드내에 착설된 축상에 장착된 하나 또는 다수개의 추진 프로펠러를 포함하고, 대략 수직축주위에서 회전가능하다. 포드는, 선박의 선체내에 회동가능하게 장착되고 통상적으로 원통형 부재인 축구조의 하부끝단에 부착된다. 이하에서, 이러한 축구조를 회전샤프트라고 부른다. 회전샤프트를 회전함에 의하여, 포드를 방향지우는 것이 가능하고, 따라서, 마찬가지로 프로펠러는 어떠한 임의의 방향으로 흘러간다. 또한, 키 프로펠러장치는 선박의 조타장치로서의 기능이 있다.
회전샤프트의 회전축과 포드는 정확한 수직이 되는 것이 필요하지 않으므로, 예를 들어 미국특허 제 5,403,216호에 기술되어 있는 바와 같이, 수직배향로부터 약간 벗어날수 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
키 프로펠러장치를 구비한 선박의 조향성은 훌륭하지만, 포드를 회전하는데 요구되는 토크가 높으며 추진력의 함수로서 증가된다. 높은 토크는 특히 예인선과 쇄빙선과 같이 천천히 움직이는 큰 프로펠러 추력을 가진 선박에서 문제를 야기한다. 이 문제들은 추진장치당 추진력이 몇백 킬로와트일 때만 발생한다.
오늘날에는, 키 프로펠러장치의 동력은 상당하다. 20MW이상의 동력을 가진 키프로펠러장치가 설계되고 있다. 이러한 동력등급에 있어서는 프로펠러 포드를 회전하는데 요구되는 토크가 높은 값에 달하고, 따라서 매우 강한 조타장치가 요구되는 불편함이 있다.
본 발명의 목적은 키프로펠러의 프로펠러 포드를 회전하는데 요구되는 토크를 감소함으로써, 강력한 키 프로펠러장치가 적당한 힘의 조타장치에 의하여 회전될 수 있도록 하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명은, 추진 프로펠러 포드의 회전에 요구되는 토크가 포드의 회전축로부터 프로펠러의 면의 거리에 종속적이라는 관찰에 근거한 것이다. 통상적으로, 프로펠러는 프로펠러 포드의 끝단부에 위치되고, 그러므로 포드의 회전축으로부터 비교적 멀리 떨어져 있다. 따라서, 상대적으로 높은 토크가 포드를 회전하는데 요구된다.
본 발명에 따른 선박의 주 추진장치에서는, 프로펠러면이 포드의 회전축에 가까이 위치하며, 따라서 조타에 요구되는 토크가 상대적으로 적다.
프로펠러 포드내에 장착되어 있는 추진프로펠러의 수는 바람직하게는 한개 또는 두개이다. 프로펠러가 두개라면, 프로펠러 포드의 동일끝단부에서의 축방향으로 상호간에 근접되어 설치되고, 반대방향으로 회전하도록 구동되는 장점이 있다. 이는, 그 자체로 알수 있는 바와 같이, 프로펠러의 추력을 향상시킨다. 이 경우에서는, 하나의 프로펠러는 프로펠러 포드에 다른 하나의 프로펠러보다 근접해 있고, 이 프로펠러의 프로펠러면은 포드의 회전축 가까이 있어야만 한다. 본 발명은 처음에는 단식 프로펠러 실시예로서 기술된다.
본 발명은, 회전샤프트가 프로펠러 포드에 부착되는 그의 하부 끝단부가, 회전샤프트가 선박의 선체내에서 장착되는 그의 상부 끝단부로부터 벗어나도록 회전샤프트를 형성하는 것이 요구되고, 따라서, 프로펠러가 회전샤프트의 벗어남 구조가 없는 경우보다 포드의 회전축에 상당히 근접된다.
그 결과, 회전샤프트는 통상적인 직선향상으로 형성되지 않고 비선형적, 특히 곡선형 또는 단턱이진 외형을 가진다. 대부분의 경우에서는, 프로펠러면은 회전샤프트가 선박의 선체표면과 교차되는 레벨에서 회전샤프트의 외부둘레의 내부에 있게 되는 결과로 된다. 선체 표면은 회전샤프트 주위에서 선체의 바깥면에 있다. 이러한 경우일 때에, 포드의 회전축으로부터의 프로펠러의 거리는 일반적으로, 프로펠러 포드를 회전하는데 적은 회전토크만을 필요로 할 정도로 짧다.
추진 프로펠러는 미국특허 제 5,403,216호에 기술된 바와 같이 밀어내는 프로펠러이거나 당기는 프로펠러일 수 있다. 어떤 상황에서는 당기는 프로펠러에 의해 요구되는 조타 토크가 미는 프로펠러에 의해 요구된 조타 토크보다 더 크므로, 본 발명의 장점은 프로펠러가 당기는 프로펠러일 때 더 크다. 단식 프로펠러 실시예에서, 포드 또는 적어도 거의 전체 포드가 프로펠러(포드의 일부로 고려되지 않는)로부터 포드의 회전축의 반대쪽에 있는 것이 장점이 있다. ''거의 전체 포드''는 적어도 포드의 길이의 80%, 바람직하게 90% 이상을 의미한다. 프로펠러의 구동모터가, 예를 들어 미국 특허 제5,403,216호에 기술된 바와 같이, 포드내에 있고, 거의 전체의 포드가 프로펠러로부터 포드의 회전축의 맞은 편에 있으면, 모우터의 발전부, 예를 들어 전기모터의 고정자 및 회전자는 프로펠러로부터 포드의 회전축의 맞은편에 있으면, 모우터의 발전부, 예를 들어 전기모터의 고정자 및 회전자는 프로펠러로부터 포드의 회전축에 반대측에 있을 수 있다. 그러한 디자인은 비교적 관성력및 균형이 비교적 잘 잡힌 것이다.
모터에 의해 전달되는 추진력은 모터에 크기에 좌우된다. 유체역학적인 이유로, 만약 모터가 포드의 내에 있으면, 큰 모터의 직경은 프로펠러의 추진력에 유해하다. 모터의 크기는 길이방향으로 증가될 수 있으며, 이는 비실용적인 포드의 규격을 초래한다. 본 발명에 의하면, 구동모터가 2개의 유니트로 분할될 수 있으며, 프로펠러의 각 측에 하나씩 있게 된다. 그의 회전축으로부터의 포드의 과도한 연장이 없이, 이러한 디자인은 주어진 모터직경에서 더 큰 모터 힘을 부여한다. 이 디자인은 적어도 두개의 구동모터가 프로펠러 및 포드의 회전축의 대향하는 측에 대칭직으로 있게 되는 복식 프로펠러의 변형예에서 더욱 큰 장점을 가진다.
프로펠러 포드가 프로펠러의 양측으로 연장되면, 프로펠러 허브를 포함하는 포드가 연속적인 유선형의 선체로서 형성되어 유체역학적인 장점을 가진다. 이는 각 프로펠러의 허브부를 완전히 또는 거의 포드의 직경과 동일하게 확장시킴에 의하여 얻어진다.
만약 프로펠러가 당기는 프로펠러라면, 유체역학적인 이유로 프로펠러가 회전샤프트에 너무 근접되지 않게 하는 것이 중요하다. 당기는 프로펠러와 회전 샤프트사이의 최단 거리는 적어도 프로펠러의 직경의 10%, 바람직하게는 적어도 15%정도이다.
높은 고성능 추진(추진유니트당 적어도 1MW 의 양정도로)을 위하여, 프로펠러 포드내에 위치한 전기모터가 가장 장점이 많은 구동모터 해결적인 것이 판명되었다. 기타 사용가능한 것은 유압 구동 또는 기계적인 동력전달 장치이며, 후자가 비교적 자주 사용된다. 선박내의 구동모터로부터 회전가능한 포드로의 기계적인 동력 전달장치를 위하여는, 적어도 하나의 선형의 관통공간이 내부에 형성되도록 회전샤프트를 설계하는 것이 바람직하다. 각도전달장치를 통해 프로펠러 샤프트에 연결된 동력 전달 샤프트가 관통공간내에 위치될 수 있다. 관통공간이 포드의 회전축을 포함하면 특히 동력전달 장치를 선박치하기가 특히 용이하고, 그 이유는 동력 전달 샤프트가 회전축상에 적절히 배치되기 때문이다.
이하에서, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 기술한다.
(실시예)
도면에 있어서, 부호()1은 선박의 선체를 나타내고, 부호(2)는 선박의 주 추진프로펠러를, 부호(3)은 프로펠러가 연결된 프로펠러 포드를, 부호(4)는 프로펠러 포드의 회전샤프트를 나타내며, 선체(1)내에서의 회전샤프트(5)은 개략적으로만 나타낸다. 프로펠러(2)도 개략적으로만 나타내고, 프로펠러 날개의 수는 나타내지 않았다. 프로펠러(2)의 프로펠러면(6)과 포드의 회전축(7)사이에서 프로펠러 샤프트의 중심축을 따라 측정된 거리(a)는 프로펠러(2) 직경(D)의 30%이상이면 않되며, 직경(D)의 25%이하인 것이 바람직하다. 거리가 프로펠러 직경의 20%이내인 것이 보다 더 바람직하다. 제 1 도에서, 거리는 직경(D)의 약 15%이고 포드의 회전베어링(5)의 직경의 약 20%정도이다.
제 1 도에서는, 프로펠러(2)의 기계적인 동력전달장치가 개략적으로 기술된다. 이 동력전달장치는 구동력이 프로펠러(2)에 전달하는 베벨기어휠(10)과, 구동기어링(8) 및 수직동력전달샤프트(9)를 포함한다. 포드의 회전샤프트(4)는 그의 동력 전달 샤프트(9)를 위치시키기 가능한 규격의 수직 선형적인 막히지 않은 공간을 포함한다.
프로펠러의 추진 스러스트에 의하여 회전샤프트에 인가되는 구부림응력은 기본적으로는 회전샤프트의 단면적과 프로펠러 샤프트로부터의 거리에 종속적이다. 프로펠러 수평면이 포드의 회전축에 대략 평행한 경우에는, 프로펠러면(6)은 구부림응력이 최대인 레벨 또는 그 이하에서 회전샤프트에 교차되어야 하며, 이는 통상 회전샤프트가 선체와 만나는 레벨이다.
제 1 도의 실시예에서, 프로펠러의 프로펠러평면(6)은 선체(1)의 레벨 아래 포드의 회전축(4)에 교차된다. 거의 전체의 프로펠러 포드(3)가 프로펠러(2)로부터 포드의 회전축(7)의 반대쪽 면에 있다.
제 1 도의 기계적인 전달장치는 프로펠러 포드(3)내에 전기모터를 포함하는 전기구동장치에 의하여 대체되는 것이 바람직한데, 그 이유는 몇개의 기어구동장치를 통하여 동력 전달 샤프트(9)로부터 발생하는 어려움을 피하기 위해서이다. 이러한 경우에, 전체 모터, 또는 적어도 모터의 회전자 및 고정자는 프로펠러(2)로부터 포드의 회전축(7)의 대향하는 쪽에 있다.
[발명의 효과]
제 1 도의 실시예에 있어서는, 프로펠러가 당기는 프로펠러이다. 그 경우에서는, 특히 프로펠러 날의 끝에 근접해 있는, 프로펠러와 회전샤프트(4)사이의 최단거리가 회전샤프트가 허용될 수 없는 범위에서 프로펠러의 흐름을 방해하지 않도록 너무 짧아서는 안된다. 도면에서, 프로펠러와 회전샤프트사이에서의 축과의 거리(b)는 프로펠러(2)의 직경(D)의 약 15%정도이다.
제 2 도의 실시예에 있어서, 프로펠러 포드는 2개의 부분(3a)및 (3b)로 분할되며, 부분(3a)은 선박의 통상적인 이동 방향으로 앞에 있는 것이다. 프로펠러(2)는 개략적으로 나타낸 2개의 전기모터(11a,11b)에 의하여 동력을 얻는다. 이러한 구성은 비교적 작은 모터직경을 가지고도 큰 동력의 출력을 얻는 장점을 가지는데, 그 이유는 모터장치의 전체 축의 길이가 상당하기 때문이다.
제 2 도의 실시예에 있어서, 프로펠러(2)의 프로펠러면(6)은 포드의 회전축(7)상에 있다. 이 실시예에서 프로펠러(2)와 그 뒤의 회전샤프트(4)의 최근접부 사이의 거리(b)는, 제 1 도의 실시예에서보다 상당히 더 크케 된다.
제 3 도의 실시예에 있어서, 구성은 대체로 제 2 도에서와 같이 동일하지만, 반대방향으로 회전하는 두개의 추진 프로펠러(2a,2b)가 사용된다. 이러한 방법에서, 주어진 모터의 동력이 더 큰 추진력을 준다. 개선은 거의 20%정도에 달한다.
제 4 도의 실시예에 있어서는, 제 3 도의 설계가 더욱 발전된다. 프로펠러의 허브는 프로펠러 포드가 연속적인 시가모양의 몸체를 형성하도록 확장된다. 이러한 외형은 프로펠러의 외부직경이 조금 확장되는 것이 통상 요구된다.
본 발명은 특허청구의 범위내에서 실행가능한 그의 및가지 변형에 나타낸 실시예에서만 제한되지는 않는다.

Claims (14)

  1. 회전샤프트를 회전축(7) 주위로 회전시키기 위하여 선박의 선체(1)내에 장착된 상부및 적어도 하나의 하부를 가지는 회전샤프트(4)와, 회전샤프트(4)의 상기 하부(s)에 부착된 수면아래쪽의 프로펠러 포드(3) 및 수면아래쪽의 프로펠러 포드(3)내에 회전을 위하여 장착되고 회전 프로펠러면(6)및 회전 프로펠러축을 가지는 스크류 추진수단(2)을 포함하는 선박추진장치에 있어서, 회전샤프트(4)의 하부가 상기 회전축(7)을 따라서 회전샤프트의 상부로부터 정렬되지 않고 편위되어 있어서, 프로펠러 회전샤프트를 따라서 측정된 상기 프로펠러의 회전면(6)이 상기 회전축(7)에, 또는 그에 근접할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 선박추진장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전샤프트 둘레의 선박의 선체의 외곽표면과 회전샤프트가 교차되는 레벨에서 그 회전샤프트(4)의 외부둘레가 프로펠러 회전면(6)에 의하여 교차되는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 스크류 추진수단은 프로펠러 포드(3)의 한끝단에 장착된 단식의 당기거나 미는 추진 프로펠러(2)를 포함하여 구성되며, 프로펠러회전면(6) 및 적어도 전체 프로펠러 포드(3)의 전체가 포드의 회전축(7)의 반대측에 있는 것을 특깅으로 하는 추진장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 프로펠러용 구동 모터(11a),(11b)가 프로펠러포드(3)의 내부에 배치되며, 구동모터의 전체 동력발생부는 추진프로펠러(2)에 대하여 포드의 회전축(7)의 반대측에 있는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 프로펠러포드(3)는 축방향으로 정렬된 제 1 및 제 2 의 포드 유니트및 그들 사이에 위치된 스크퓨 추진수단을 포함하여 구성되며, 각 포드 유니트는 스크류 추진수단을 회전하기 위하여, 별도의 동력전달수단인 구동모터(11a),(11b)를 가지는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 스크류 추진수단은 프로펠러포드(3)의 중간부에 위치 하는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 또는 제 6 항중의 어느 한 항에 있어서, 스크류 추진수단은 반대방향으로 회전가능하고 프로펠러포드(3)내에 장착된 별도의 프로펠러 샤프트상에 축방향으로 상호 근접하여 장착된 2 개의 동축 추진 프로펠러(2a),(2b)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  8. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 스크류 추진수단은 당기는 프로폘러로서 장착되며, 프로펠러가 회전함에 따라 당기는 프로펠러의 날개의 어느 부분이 회전 샤프트에 대하여 가장 근접하는 곳과의 간격이 스크류 추진수단의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 15% 인 것을 특징으로 하는 추진장치.
  9. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 스크류 추진수단의 구동모터는 프로펠 러포드(3)의 내부에 위치된 전기모터(11a),(11b)인 것을 특징으로 하는 추진장치.
  10. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 회전샤프트(4)는 적어도 한개의 그의 내부에 형성된 선형의 관통공간을 가지며, 이 공간은 바람직하게는 포드의 회전축(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 추진장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 한개의 공간은 프로펠러 포드.(3)내에서 막히지 않고 개방된 것을 특징으로 하는 추진장치.
  12. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 프로펠러 회전축을 따라서 측정된 회전샤프트(4)의 회전축(7)으로부터 프로펠러 회전면(6)의 거리가 스크류 추진수단의 직경의 30% 미만, 바람직하게는 25% 미만, 더욱 바람직하게는 15%인 것을 특징으로 하는 추진장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 포드(3)는 스크류 추진수단과 함께 회전샤프트의 회전축(7)의 위치에 있는 제 1 및 제 2 의 포드 유니트를 포함하여 구성되며, 회전샤프트(4)는 제 1 포드 유니트에 부착된 제 1 다리부와 제 2 포드 유니트에 부착된 제 2 다리부를 포함하여 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 다리부의 각각의 하부는 상기 회전축(7)을 따라서 정렬되지 않도록 회전샤프트의 상부로부터 편위되는 것을 특깅으로 하는 추진장치.
  14. 상기 항중의 어느 한항에 따른 추진장치가 마련된 선박.
KR1019970039088A 1996-08-16 1997-08-16 추진장치(propulsion device) KR19980018721A (ko)

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