KR20020001887A - 착탈가능한 블레이드를 갖는 선박 프로펠러 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 선박 프로펠러는 중공 허브 본체(11), 다수의 프로펠러 블레이드(16) 및 각 프로펠러 블레이드(16)용의 다수의 파스너장치(19, 21)를 포함한다. 상기 다수의 파스너장치 각각은 장력로드(19)와, 장력로드에 장착된 플랜지부재(22)를 포함한다. 프로펠러 블레이드(16)는 블레이드 피치 각도(α)를 조절하기 위해 회전가능하면서 파스너장치(19, 21)에 의해 선택위치에서 잠길 수 있다. 플랜지부재(22)는 다수의 요부(23)와 요부에 수용되는 장력부재(24)를 가지며, 이 장력부재(24)는 플랜지부재(22)로부터 허브본체벽(14)을 향하여 신장이 가능하여 장력로드(19)에 장력을 가할 수 있다.

Description

착탈가능한 블레이드를 갖는 선박 프로펠러{MARINE PROPELLER WITH DETACHABLE BLADES}
이와같은 형태의 프로펠러에서는 프로펠러가 회전할 때 블레이드 피치는 변화하지 않고 고정된다. 그러나, 프로펠러가 정지될 때 상대적으로 좁은 특정 범위 내에서 피치를 변화시키는 것이 가능하다.
프로펠러가 설치된 배의 변화된 작동조건이 발생하면, 즉 변화된 최대, 또는 변화된 순항 속도가 필요할 때, 또는 하계작동조건에서 동계작동조건으로의 변화와관련하여 해상 프로펠러의 피치에 대해 다소의 변경이 종종 필요하다.
특허 GB-1 455 504호 및 DE-483 317, 칼스타즈 메카니스카 웨르크스타드(Karlstads Mekaniska Werkstad)(스위덴)가 발간한 회사간행물, 카메와 에비피(KaMeWa ABP : Adjustable Built-Up Propeller)는 착탈가능한 블레이드를 갖는 내장형 프로펠러에 관한 선행기술의 일부 예를 보여주고 있으며, 여기서 각 블레이드는 다수의 볼트에 의해 허브본체에 고정된다. 이들 종래 기술의 프로펠러에서 프로펠러 블레이드는 다수의 파스너장치에 의해 허브본체에 잠긴다. 각 파스너장치는 허브본체에 형성된 구멍과 블레이드 플랜지를 통과하는 나사볼트 형태의 장력 로드(tension rod)를 가지며, 여기서 블레이드 플랜지는 허브본체의 베어링표면에 착좌된다.
GB-1 455 504DP에 개시된 프로펠러에서는 볼트가 스터드 볼트로서 허브본체의 내측으로부터 블레이드 플랜지의 나사낸 블라인드 구멍을 통과하여 스터드 볼트의 내측단부에서 너트가 체결된다. 그리고 허브본체에 대해 블레이드를 정밀한 피치위치에 두기 위해 은못(dowel)이 사용된다. 피치를 조절하기 위한 설비는 없다.
DE-483 317에 개시된 프로펠러에서는 볼트가 헤드볼트로서 물에 노출된 블레이드 플랜지 외측으로부터 블레이드 플랜지의 긴 구멍을 통과하여 허브본체로 들어간다. 블레이드 플랜지의 긴 형태의 구멍을 두는 목적이 피치를 조절할 수 없도록 하기 위함이지만 피치를 어느 정도 조절하도록 허용할 수도 있다.
한편 상기 회사간행물에 개시된 프로펠러에서는 헤드볼트가 허브본체 내측에서 블레이드 플랜지의 나사낸 블라인드 구멍으로 들어간다. 블레이드 플랜지에서의구멍과 허브본체에서의 구멍은 소정의 여러 피치위치를 선택할 수 있는 형태로 정렬된다. 여기서도 은못(dowel)이 여러 피치위치에서 블레이드를 정밀하게 위치시키는데 사용된다. 블레이드를 조절할 때 볼트를 먼저 느슨하게 하여 조절범위 내에서 종축을 중심으로 블레이드를 회전시켜 목표위치에 둔다. 그리고 볼트를 체결하여 선택위치에서 블레이드를 잠근다.
조절된 선택위치에서 블레이드를 확고하게 잠그는 것이 매우 중요한 것임을 쉽게 알 수 있다. 베어링표면에 대해 볼트가 블레이드 플랜지를 클램프하는 힘과, 볼트가 체결되는 토크가 이에 따라 중요하다. 그러나, 볼트 부근에서 렌치 또는 다른 체결툴을 위한 공간이 제한되어 있으며, 이러한 이유 및 기타 다른 이유로 블레이드 플랜지와 허브본체 사이의 마찰력에 대해 신뢰성을 주는 만족할 만한 잠금을 충분히 확보할 만큼 큰 토크를 가하는 것이 어렵다. 이러한 현상은 볼트가 허브본체 내측으로부터 체결되는 경우 특히 두드러진다.
비조절형 블레이드를 갖는 내장형 프로펠러에도 동일한 문제가 발생한다. 이러한 프로펠러에서도 상당한 토크로 파스너장치를 체결해야만 한다.
종래의 프로펠러에서 허브본체에 대해 블레이드를 정밀하게 위치시키고 조절이후에 발생할 수 있는 피치의 원하지 않는 변화를 방지하기 위해 사용하는 은못도 일정공간을 차지하며, 이 때문에 조절범위 내에서 단지 몇몇의 고정피치위치만이 유용하다.
본 발명은 내장형 해상 프로펠러, 즉 블레이드가 허브 본체에 착탈가능하게 부착된 해상 프로펠러에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 중공 허브 본체와 이 허브 본체에 분포된 다수의 프로펠러 블레이드를 가지고, 허브 본체의 벽에 위치하는 외부 베어링에 블레이드가 착탈가능하게 결합하는 형태의 내장형 해상 프로펠러에 관한 것이다.
한정적인 의미는 아니지만 본 발명은 조절가능 블레이드를 갖는 내장형 프로펠러, 즉 블레이드가 허브 본체 상에서 선택된 피치 위치로 이동하여 이 위치에서 잠길 수 있는 내장형 프로펠러에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 프로펠러 샤프트와 연관된 부분을 보여주는 프로펠러의 측면도.
도 2는 도 1과 유사하지만 프로펠러 샤프트의 축을 포함하는 평면을 따라 절단한 프로펠러의 허브본체를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에서의 허브본체의 상좌측 코너의 확대단면도로서 프로펠러 블레이드 플랜지의 인접부분을 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 IV-IV를 통해본 허브본체의 일부를 나타내는 도면.
조절범위한계를 넘어서 조절범위 사이 사이의 위치에서도 연속적으로 블레이드를 조절하는 것이 바람직하다. 즉 원하는대로 무한수의 조절위치를 두어 은못을 사용하지 않고 모든 선택위치에서 블레이드를 신뢰성있게 잠그는 것이 바람직하다. 프로펠러가 조절가능한 블레이드를 갖는 타입인가의 여부와 상관없이, 허브본체 내에서 사용이 가능할 정도로 충분히 작은 툴을 이용하여 적합한 힘으로 허브본체 내에서 파스너장치를 부가할 수 있는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 바람직한 특성을 갖는 종류의 프로펠러를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 실현하기 위해 본 발명에 따르면, 독립항의 특징부에 설명된 특징을 갖는 프로펠러를 제공한다. 종속항은 본 발명에 따른 프로펠러의 바람직한 특성을 제공한다.
다음의 설명으로부터 더욱 명백한 바와같이, 볼트의 생크(shank)가 될 각 장력로드는 너트 또는 볼트 헤드와 같은 플랜지부재에 배치될 수 있으며, 플랜지부재는 장력로드 둘레에 분포되는 다수의 요부와 요부에 수용되는 장력부재를 가지며, 이 장력부재는 플랜지부재로부터 허브본체벽을 향하여 힘을 가하여 장력로드(tension rod)에 장력을 가할 수 있다.
자연히, 각 장력부재는 장력로드에 가해야만 하는 전체장력의 마찰력만을 가하여 허브본체에 대한 프로펠러 블레이드의 신뢰성 있는 마찰잠금을 확보할 수 있다. 그러나, 종래 기술의 프로펠러 블레이드의 확고한 잠금을 위해 요구되는 마찰력 보다 큰 힘으로 개별 장력부재에 대해 가할 필요없이 장력부재에 의해 가해진전체 장력으로 확고한 마찰 잠금력을 확보할 수 있으며, 각 파스너 장치에 대해 토크를 각각의 파스너볼트 또는 파스너볼트 상의 너트에 가한다.
각 장력부재는 단지 작은 힘만을 받으므로 장력부재가 스크류일 때 장력로드의 장력이 파워 렌치와 같은 작은 툴로도 작용된다. 따라서 많은 경우 허브본체의 공동부 내로부터 장력인가동작을 행할 수 있으며, 일반적으로 본 발명이 관련된 종류의 프로펠러는 아무리 커도 프로펠러 블레이드 위치를 조절할 때 허브본체 내측에서 수동식 파워 툴로 기계가 작동되는 것이 가능하다.
본 발명의 경우 허브본체 상의 베어링표면과 결합하는 블레이드 플랜지 측으로부터 장력로드가 프로펠러 블레이드에 들어 갈 수 있다. 따라서 장력로드가 블레이드 플랜지의 두께를 완전히 통과하여 뻗을 필요가 없으므로 원활한 외측표면을 가질 수 있다. 이러한 구조는 또한 허브본체 상의 베어링표면과 결합하는 전체 플랜지표면이 장력로드를 가하는 것을 가능하게 한다. 한편, 장력로드가 반대측으로부터 블레이드 플랜지로 들어가면 물과 노출되는 측, 즉 프로펠러 블레이드의 루트는 장력로드가 적용되는 공간을 제한한다.
본 발명은 조절형 블레이드를 갖는 내장형 프로펠러에 관한 첨부도면과 함께 다음에 설명하는 실시예를 통해 더욱 명백히 이해가 될 것이다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에 도시한 내장형 선박 프로펠러(10)는 일부만 도시한 프로펠러 샤프트(S)(축선은 C로 표시함)에 부착된 플랜지(R)에 볼트로 체결된다. 프로펠러(10)의 대략 정사각형의 중공 허브본체(11)는 허브본체가 프로펠러 샤프트 플랜지(R)에 볼트로 체결되는 전방벽(12), 후방벽(13) 및 축(C) 둘레에 배치되는 4개의 측벽(14)을 포함한다. 4개의 측벽 중 3개는 도 2에 도시하고, 나머지 4번째 벽은 도 1에 도시한다.
전방벽과 후방벽(13)에는 프로펠러 샤프트의 축(C)과 동심인 원형개구(12A)(13A)가 형성된다. 측벽(14)에 형성된 원형개구(14A)는 직교축(L)(이들 중 하나만 도시함)에 대해 동심이며, 이 직교축(L)은 점K에서 프로펠러 샤프트의 축(C)과 상호 교차한다.
통상적으로, 허브본체(11)의 공동부(11A)가 일출하는 후방벽개구(13A)는 착탈가능형 커버플레이트(15)에 의해 타이트하게 폐쇄된다.
각 측벽(14)의 외측면은 프로펠러 블레이드(16)용 외측평탄베어링 표면(14C)을 형성하며, 이 프로펠러 블레이드(16)는 축(L)에 중심과 동심인 원형블레이드 플랜지(17)에 의해 허브(11)에 고정된다. 허브본체(11)와 마주하는 블레이드 플랜지(17) 측에 원형 평탄돌기(17A)가 형성되어 측벽(14)의 개구(14A)로 돌출하여 블레이드 플랜지(17), 그리고 허브본체(11)에 대해 전체 프로펠러 블레이드(16)가 동심을 이룬다. 같은 측면에서 블레이드 플랜지는 밀봉링(18)을 수용하는 환형홈을 가지며, 이 밀봉링(18)에 의해 블레이드 플랜지가 베어링표면(14C)과 함께 밀봉으로 계합된다. 십자형으로 배치된 4개의 플로펠러 블레이드(16) 각각은 스터드 볼트 형태로된 다수(본 실시예에서는 16개를 도시함)의 장력 로드(19)에 의해 허브본체(11)에 유지되며, 이 스터드 볼트는 축(L)과 동심의 가상원통표면(D)을 따라 그들 축(T)이 이 원통표면(D)에 포함된 채로 일정간격으로 위치하면서 축(L)에 대해 평행으로 뻗는다.
각 장력로드 또는 스터드 볼트(19)는 측벽(14)에서 개구(20)를 통해 다소의 클리어런스를 가지고 뻗으며, 그 일단부가 블레이드 플랜지(17)에서 나사낸 블라인드 구멍(17B)에 나사결합된다. 개구(20)는 스터드 볼트(19)를 포함하는 가상원통표면(D)을 따라 균일하게 분포되어 있다.
도 4에 나타낸 바와같이, 개구(20)는 원주에 위치하는 긴 형태로서 축(L)을 중심으로 프로펠러 블레이드(16)가 다소 회전운동을 하는 것을 가능하게 하므로 어느 정도의 각도조절범위로 프로펠러 블레이드의 피치각도α의 무단계형(연속형) 변화가 가능하게 한다.
스터드볼트(19)의 타단은 측벽(14)의 내측을 벗어나 내측으로 뻗으며, 장력너트(21)라 칭할 수 있는 소자에 나사결합된다. 장력너트(21)는 큰 힘으로 베어링표면(14C)에 대해 프로펠러 블레이드 플랜지(17)를 클램프한다. 이 것은 "토크너트(torquenut)"형으로서 미국 펜실베니아 카네기에 소재를 둔 미국회사 수퍼볼트(Superbolt)가 SUPERBOLTⓡ라는 상표로 시판하고 있다.
장력너트(21)는 일반적으로 원통형 너트본체 형태의 플랜지부재(22)를 포함하며, 이 너트본체는 스터드볼트(19)의 외측나사와 결합하는 내측나사를 가진다. 플랜지부재(22)에는 축방향 나사구멍(23)의 형태로된 다수의(본실시예에서는 16개)요부를 가지며, 이 나사구멍(23)은 플랜지부재를 통과하는 한편 원주 둘레에 일정간격으로 배치된다. 각 요부내로는 헤드(25)를 갖는 장력스크류(24) 형태의 장력부재가 외측, 즉 플랜지부재(22)의 측면으로부터 나사결합되며, 여기서 플랜지부재(22)는 허브본체벽(14)의 내측으로부터 떨어진 상태로 마주한다. 장력스크류(24)는 요부에 완전히 체결될 때, 그 선단이 플랜지부재(22)의 내측, 즉 허브본체벽(14)을 마주하는 측으로부터 돌출한다.
장력너트(22)에는 금속와셔(26)가 결합한다. 이 금속와셔는 스터드볼트(19)에 끼워지는 미끄럼 정착물을 가지고 있으며, 최소한 플랜지부재(22)와 마주하는 측이 매우 단단하여 장력스크류(24)에 의해 생성되는 높은 표면압력을 견딜 수 있다. 와셔(26)가 개구(20)의 열려진 부분, 즉 스터드볼트(19)에 의해 점유되지 않은 영역(도 4 참조)에 걸쳐지는 부분에 과도한 변형이 일어나지 않도록 하기 위해 최소한의 특정두께를 가져야 한다. 필요에 따라 와셔(26)에 추가 와셔(도시안됨)를 보충할 수도 있으며, 이때 추가되는 와셔는 상표 SUPERBOLTⓡ 인 장력너트의 표준부품을 이루는 매우 견고하고 하면서도 상대적으로 얇아서 플랜지부재(22)에 인근하여 놓일 수 있어야 한다. 다른 추가와셔가 부가되는 경우, 와셔(26)는 단독으로 사용될 경우 보다는 다소 얇고 단단함도 상대적으로 높지 않아도 된다. 와셔(26)의 두께는 단독으로 사용되든가 추가와셔가 사용되든가 상관없이 전체 합친 두께(2 와셔를 합친 두께)가 개구(20)의 반경 보다 0.3배 이상인 것이 적합하다.
프로펠러 블레이드(16)가 장착될 때 블레이드 플랜지(17)의 내측 또는 바닥측(17C)이 베어링표면(14C)에 놓이고, 블레이드 플랜지의 구멍(17B)과 허브본체벽(14)의 긴개구(20)가 서로 정렬된다. 그리고 허브본체(11)의 공동부(11A) 내측으로부터 스터드볼트(19)가 블레이드 플랜지 구멍(17B)으로 들어와 나사결합되고, 와셔(26)가 스터드볼트(19) 위에 미끄럼이동하여 얹히고, 장력너트(21)가 스터드볼트의 돌출단부에 나사결합된다. 프로펠러 블레이드가 회전하여 목표위치에 도달한 후 블레이드 플랜지(17)와 허브본체벽(14) 사이 또는 허브본체벽(14)과 와셔-장력너트 조립체 사이에 간극이 없을 때까지 장력너트(21)가 체결된다. 이 체결은 장력너트(21)에 대해 매우 큰 토크를 가할 필요가 없이 이루어질 수 있다. 장력스크류(24)가 플랜지부재(22)에 이미 삽입되었다면 플랜지부재 내측으로부터 그 선단이 돌출하지 않도록 해야 한다.
각 장력너트(21)의 장력스크류(24)가 체결되어 와셔(26)의 중간부를 통해 허브본체벽(14)에 지지되고, 와셔로부터 플랜지부재(22)를 들어올려 관련 스터드볼트(19)를 인장하게 된다. 각 장력너트(21)의 많은 장력스크류(24) 때문에 스터드볼트(19)에 대해 장력하중이 적은 노력으로 가해질 수 있으면서도, 블레이드 플랜지(17)와 베어링표면(14C) 사이의 마찰만으로 선택된 위치에 프로펠러 블레이드가 충분히 적합하게 잠기게 된다. 따라서, 허브본체(11)의 공동부(11A) 내부로부터 작은 힘의 렌치를 이용하여 체결을 완료할 수 있다. 마지막으로 커버 플레이트(15)가 부착된다.
프로펠러 블레이드(16)의 셋팅을 변화시킬 필요가 있을 때는 커버 플레이트(15)를 제거하고, 장력 스크류(24) 및 장력너트(21)를 느슨하게 하여 새로운 목표위치에 도달할 때까지 프로펠러 블레이드를 회전시키고, 장력너트와 장력스크류를 다시 체결하면 된다.
프로펠러(10)가 빙하와 같은 매우 심각한 상황에서 작동되어 프로펠러 블레이드가 심한 하중을 받게 될 때는 허브본체의 베어링표면(14C) 또는 블레이드 플랜지(17)의 관련 내측면(17C)에 마찰강화물질을 가하는 것으로, 예를들면 상기 베어링표면(14C) 및 내측면(17C) 면 모두 또는 어느 한 측에 크로늄 옥사이드 또는 텅스텐 카바이드 층을 분문하여 프로펠러 블레이드의 원하지 않는 회전에 대해 추가의 잠금작용을 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 중공 허브 본체(11), 다수의 프로펠러 블레이드(16) 및 각 프로펠러 블레이드(16)용의 다수의 파스너장치(19, 21)를 포함하는 선박 프로펠러로서,
    상기 다수의 프로펠러 블레이드(16)는 허브 본체(11)에 분포되어 있고, 허브본체의 벽에서의 외부베어링표면(14C)과 함께 허브본체(11)에 착탈가능하게 부착되고,
    상기 다수의 파스너장치(19, 21) 각각은 허브본체의 벽에 형성된 개구(20)를 통해 허브본체(11)의 공동부(11A)로부터 뻗는 장력로드(19)와, 장력로드에 장착되어 허브본체의 공동부(11A)를 마주하는 허브본체벽(14) 측에 대해 지지되는 플랜지부재(22)를 포함하는 것에 있어서,
    각 파스너장치(19, 22)의 플랜지부재(22)는 장력로드(19) 둘레에 분포되는 다수의 요부(23)와 요부에 수용되는 장력부재(24)를 가지며, 이 장력부재(24)는 플랜지부재(22)로부터 허브본체벽(14)을 향하여 신장이 가능하여 장력로드(19)에 장력을 가하는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  2. 중공 허브 본체(11), 다수의 프로펠러 블레이드(16) 및 각 프로펠러 블레이드(16)용의 다수의 파스너장치(19, 21)를 포함하는 선박 프로펠러로서,
    상기 다수의 프로펠러 블레이드(16)는 허브 본체(11)에 분포되어 있고, 허브본체의 벽에서의 외부베어링표면(14C)과 함께 허브본체(11)에 착탈가능하게 부착되고,
    상기 다수의 파스너장치(19, 21) 각각은 허브본체의 벽에 형성된 개구(20)를 통해 허브본체(11)의 공동부(11A)로부터 뻗으면서 허브본체에 고정되는 장력로드(19)와, 장력로드에 장착되어 허브본체의 공동부(11A)를 마주하는 허브본체벽(14) 측에 대해 지지되는 플랜지부재(22)를 포함하고,
    허브본체(11)의 벽(14)에 형성된 상기 개구(20)는 긴 개구이고, 상기 프로펠러 블레이드(16)는 긴 개구(20)에 의해 결정되는 각도범위에서 블레이드 피치 각도(α)를 조절하기 위한 베어링 표면(14C)에서 회전가능하면서 파스너장치(19, 21)에 의해 상기 각도범위 내에서 조절되는 선택위치에서 잠길 수 있는 것에 있어서,
    각 파스너장치(19, 22)의 플랜지부재(22)는 장력로드(19) 둘레에 분포되는 다수의 요부(23)와 요부에 수용되는 장력부재(24)를 가지며, 이 장력부재(24)는 플랜지부재(22)로부터 허브본체벽(14)을 향하여 신장이 가능하여 장력로드(19)에 장력을 가하는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    장력로드(19)는 나사결합으로 프로펠러 블레이드916)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    장력로드(19)는 스터드 볼트이며, 이 스터드 볼트의 일단부는 프로펠러 블레이드(16)에 나사결합되고, 플랜지부재(22)는 너트로서 상기 스터드 볼트의 타단부와 결합하는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플랜지부재(22) 및 장력로드(19)는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  6. 제4항에 있어서,
    플랜지부재(22)는 단단한 물질로된 하나 이상의 와셔(26)의 중간부분을 통해 허브본체의 벽(14)에 대해 지지되는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  7. 제6항에 있어서,
    단일 와셔(26), 또는 여러 와셔들의 총 두께는 개구(20) 폭의 0.3배 이상인것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    플랜지부재의 요부(23)는 플랜지부재를 통해 뻗는 나사낸 축방향 구멍이며, 장력부재(24)는 요부에 수용되는 장력스크류인 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    허브본체의 베어링표면(14C) 및 이 베어링표면에 착좌되는 프로펠러 블레이드 표면(17C) 중 하나 이상에는 크로늄 옥사이드 또는 텅스텐 카바이드와 같은 마찰 강화 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 선박 프로펠러.
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