KR200432673Y1 - 워트제트 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 선박용 추진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박을 전방으로 구동하는 동력을 발생시키는 워트제트 추진장치(water-jet propulsion system)에 관한 것이다.

본 고안에 따른 선박용 워트제트 추진장치는, 해수가 유입되는 유도관, 해수를 선미 방향으로 분출시키는 임펠러, 엔진의 회전력을 상기 임펠러에 전달하는 샤프트, 조향 및 역추진 장치에 유압을 공급하는 유압장치를 포함하며, 상기 샤프트는 물 윤활 방식의 소돈 베어링(thordon bearing)에 의해 지지되고, 상기 유압장치의 유압실린더 내부에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

워트제트, 추진, 베어링, 센서

Description

워트제트 추진장치 {Water-jet propulsion system}

도 1은 종래의 워트제트 추진장치를 나타낸다.

도 2는 도 1의 워트제트 추진장치 중 펌프 내부 구조를 나타낸다.

도 3은 도 1의 워트제트 추진장치 중 조향장치의 실린더 구조를 나타낸다.

도 4는 도 1의 워트제트 추진장치 중 유도관 검사창을 구조를 나타낸다.

도 5는 본 고안에 따른 워트제트 추진장치를 나타낸다.

도 6은 도 5의 워트제트 추진장치 중 펌프 내부 구조를 나타낸다.

도 7은 도 5의 워트제트 추진장치 중 조향장치의 실린더 구조를 나타낸다.

도 8은 도 5의 워트제트 추진장치 중 유도관 검사창의 구조를 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...유도관, 2...샤프트,

3...조향 및 역추진 장치, 4...임펠러,

5...유압장치, 7...스테이터,

8...임펠러 하우징, 9...소돈 베어링,

11...검사창, 12...덮개,

51...유압실린더, 53...LVDT 센서.

본 고안은 선박용 추진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박을 전방으로 구동하는 동력을 발생시키는 워트제트 추진장치(water-jet propulsion system)에 관한 것이다.

일반적인 선박용 추진장치로는 고정피치 프로펠러(FPP: Fixed Pitch Propeller), 가변 피치 프로펠러(CPP: Controllable Pitch Propeller) 및 워트제트(water-jet) 추진장치가 있다.

워트제트 추진장치란, 엔진과 연결된 펌프를 가동하여 배 밑바닥에 있는 흡입구로부터 물을 빨아들인 후에 배 내부에 설치된 유도관을 거쳐 노즐을 통하여 가속된 물을 배 뒤쪽으로 분사하면서 배를 앞으로 밀어주는 힘을 발생시키는 추진장치를 말한다.

한편, 일반 스크류 프로펠러의 경우 고속운항영역에서는 날개면에 캐비테이션(cavitation) 발생량이 과다하여 추력 감소, 선체진동 증가, 수중소음 증가, 물체표면침식 증가를 초래하는 현상이 발생한다.

이에 반하여, 워트제트 추진장치의 경우 펌프의 임펠러(impeller)와 스테이터(stator) 날개 주위의 압력이 높아져서 캐비테이션 발생 가능성이 억제되므로, 상술한 바와 같은 스크류 프로펠러의 단점들을 극복하거나 또는 최소화하는 것이 가능하며, 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

1) 고속운항 영역일수록 추진효율이 증가

2) 진동과 소음이 적어서 작전 성능과 승선 쾌적감 향상

3) 낮은 수심에서도 운항이 가능

4) 선체 외부에 돌출물이 없으므로, 어장 그물 등 장애물이 많은 해역 운항가능

5) 조향장치를 사용함으로써 조종성능 및 가감속 기동성 우수

도 1에는 이러한 워트제트 추진장치 중 종래의 것이 도시되어 있다.

종래의 워트제트 추진장치에서는 임펠러 하우징(100) 내부에 롤러 베어링(roller bearing)(200)이 설치되어 있고(도 2 참조), 조향 및 역추진 장치(300)에 푸시-풀(push-pull) 방식의 케이블(400)을 사용하여 유압실린더(700)의 위치신호를 기계적으로 전달하고 있으며(도 3 참조), 또한 유도관(500) 상부에 소형 검사창(600) 2개소를 설치한 구성을 가지고 있었다(도 4 참조).

그러나 임펠러 하우징(100) 내부에 롤러 베어링(200)이 설치된 구성은, 강제 오일 윤활 방식으로 별도의 윤활장치가 필요하고, 또한 기계평면씰(mechanical face seal)을 사용하여 해수와 오일 계통을 차단하고 있으므로 씰 파손시 오일 누유로 인한 해양 오염의 문제점이 있었다.

또한, 푸시-풀 방식의 케이블(400)을 사용할 경우, 배의 내부에 별도의 트랜스미터(transmitter) 설치가 요구되고, 또한 케이블(400)이 유압실린더(700) 외부에 설치되어 있으므로, 외부 환경에 따른 고장 및 파손 가능성이 항시 존재하였다.

또한, 유도관(500) 상부에 소형 검사창(600) 2개소가 설치된 구성은, 임펠러 하우징(100)을 포함한 펌프 내부를 단순히 육안으로 확인할 수밖에 없어, 정밀확인 작업이 불가능하고, 또한 문제발생시 잠수부를 동원하여 펌프 내부를 확인하여야 하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 별도의 윤활장치가 불필요하고, 조향 및 역추진 장치의 정밀제어로 배 운항 성능이 향상되며, 또한 펌프 고장발생시 접근이 용이하여 정비 성능이 우수한 워트제트 추진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 워트제트 추진장치는 해수가 유입되는 유도관, 해수를 선미 방향으로 분출시키는 임펠러, 엔진의 회전력을 상기 임펠러에 전달하는 샤프트, 조향 및 역추진 장치에 유압을 공급하는 유압장치를 포함하며, 상기 샤프트는 물 윤활 방식의 소돈 베어링(thordon bearing)에 의해 지지되고, 상기 유압장치의 유압실린더 내부에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도관에는 검사창이 설치되어 있고, 상기 검사창을 덮고 있는 덮개의 하부 형상은 상기 유도관의 내부 컨투어(contour)와 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검사창은 상기 유도관의 상부에 설치되어 있고, 그 수는 1개인 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 고안에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 고안에 따른 워트제트 추진장치는 해수가 유입되는 유도관(1)과, 해수를 선미 방향으로 분출시키는 임펠러(4)와, 엔진의 회전력을 상기 임펠러(4)에 전달하는 샤프트(2)와, 조향 및 역추진 장치(3)에 유압을 공급하는 유압장치(5)를 포함하고 있다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 샤프트(2)는 임펠러 하우징(8) 내부에 설치되어 있는 물 윤활 방식의 소돈 베어링(thordon bearing)(9)에 의해 지지되어 있다.

또한, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 유압장치(5)의 유압실린더(51) 내부에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서(53)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유도관(1)에는 검사창(11)이 설치되어 있고, 상기 검사창(11)을 덮고 있는 덮개(12)의 하부 형상은 상기 유도관(1)의 내부 컨투어(contour)와 일치하도록 형성되어 있다(도 8의 좌상단 도면 참조). 또한, 상기 검사창(11)은 상기 유도관(1)의 상부에 설치되어 있고, 본 실시예에서는 상기 검사창(11)의 수는 1개인 것이 예시되어 있다.

이하에서는 상기한 구성을 가진 본 고안의 작용에 대하여 설명한다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 유도관(1)은 고속 회전하는 임펠러(4)로 해수가 원활히 공급되도록 해수를 유도시킨다.

샤프트(2)는 가스 터빈 또는 디젤 엔진의 회전력을 상기 임펠러(4)에 전달한다. 이때, 상기 임펠러(4)는 고속으로 회전하는 상기 샤프트(2)로부터 엔진의 회전력을 전달받아 상기 유도관(1)을 따라 유입된 해수를 선미 방향으로 분출시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 임펠러(4)는 사류형 보스에 부착된 7개의 날개로 구성될 수 있다.

상기 유도관(1)을 통하여 유입된 해수는 고속 회전하는 상기 임펠러(4)를 통과한 직후 축방향을 기준으로 회전을 하면서 스테이터(stator)(7)로 유입된다. 한편, 유체(해수)가 회전하는 상태로 분출되면 유체의 회전성분에 의하여 유체가 축방향으로의 힘이 감소되어 추진 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 이러한 유체의 회전 성분을 제거하기 위하여 고안된 것이 상기 스테이터(7)이며, 상기 스테이터(7)는 상기 임펠러(4)에서 발생된 유체의 회전성분을 제거한 해수를 출구 쪽으로 분사시켜 추진효율을 증대시킨다.

본 고안에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(2)가 물 윤활 방식의 소돈 베어링(thordon bearing)(9)에 의해 지지되어 있는데, 엔진으로부터 전해지는 회전력이 상기 샤프트(2)에 전해질 때 해수에 의하여 상기 소돈 베어링(6)은 윤활된다. 상기 소돈 베어링(9)은 마찰계수가 낮고 내마모성이 우수하며, 기계가공 및 취급이 용이하다. 또한, 해수윤활에 따른 친환경적인 특성을 가지고 있으며, 짧은 시간 동안 드라이 업 스타트(dry-up start)가 가능하다.

한편, 조향 및 역추진 장치(3)를 구동하는 유압장치(5)의 유압실린더(51)에 설치되어 있는 LVDT 센서(53)는 유압실린더(51) 내의 로드(52)의 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔줌으로써(도 7 참조), 상기 조향 및 역추진 장치(3)를 종래의 기계적 제어 수단에 비해 휠씬 정밀하게 제어할 수 있다.

유도관(1) 상부에 대형 검사창(11)이 설치되어 있으므로, 이를 통하여 임펠러(4) 및 스테이터(7) 내부를 일상적으로 점검하여, 고장발생시 상기 검사창(11)을 덮고 있는 덮개(12)를 열고 내부 접근이 가능하여 신속한 수리를 할 수 있게 된다. 또한, 상기 덮개(12)의 하부 형상은 상기 유도관(1)의 내부 컨투어(contour)와 일치하도록 형성되어, 해수 유입시 저항 발생을 방지하고 있다.

상기한 바와 같은 구성을 가진 본 고안에 따르면, 임펠러 하우징 내에 물 윤활 방식의 소돈 베어링이 설치되어 있으므로, 내마모성이 우수하고, 별도의 윤활 장치가 불필요하여 친환경적이며, 또한 짧은 시간 동안 드라이 업 스타트(dry up start)가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 조향 및 역추진 장치용 유압실린더 내에 내장형 변위계, 즉 LVDT 센서가 설치되어 있으므로, 외부 환경에 따른 고장 방지로 내구성이 우수하게 되고, 또한 조향 및 역추진 장치를 정밀하게 제어할 수 있어 배의 운항 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 유도관 상부에 대형의 검사창이 형성되어 있으므로, 임펠러 내부 상태 를 일상적으로 점검하는 것이 용이하며, 또한 고장 발생시 내부 접근이 가능하여 배를 정박한 상태에서 신속한 수리가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 해수가 유입되는 유도관, 해수를 선미 방향으로 분출시키는 임펠러, 엔진의 회전력을 상기 임펠러에 전달하는 샤프트, 조향 및 역추진 장치에 유압을 공급하는 유압장치를 포함하는 선박용 워트제트 추진장치에 있어서,

   상기 샤프트는 물 윤활 방식의 소돈 베어링(thordon bearing)에 의해 지지되고,

   상기 유압장치의 유압실린더 내부에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 센서가 설치되어 있는 것

   을 특징으로 하는 선박용 워트제트 추진장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유도관에는 검사창이 설치되어 있고, 상기 검사창을 덮고 있는 덮개의 하부 형상은 상기 유도관의 내부 컨투어(contour)와 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박용 워트제트 추진장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 검사창은 상기 유도관의 상부에 설치되어 있고, 그 수는 1개인 것을 특징으로 하는 선박용 워트제트 추진장치.

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