KR20060123154A - 제트 추진 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용의 제트 추진 엔진에 관한 것으로서, 그 내부에 다수의 블레이드(2)가 배치된 로터(1)와, 상기 로터(1)를 회전 가능하게 수용하는 하우징(3)을 포함하여 구성되는 제트 분사 엔진이 개시된다. 상기 로터(1)와 하우징(3) 사이에는 해수에 대한 내해수성을 갖는 카바이드 재질로 이루어진 베어링 시스템이 개재된다.

Description

제트 추진 엔진{JET PROPULSION ENGINE}

본 발명은 로터와 상기 로터를 회전 가능하게 수용하는 하우징으로 구성되는 선박용 제트 추진 엔진(jet propulsion engine)에 관한 것으로서, 상기 로터와 하우징에 사용되는 베어링에 관한 것이다.

파이프 형태의 로터 내부에 스크류가 구비되는 형태의 제트 추진 엔진은 독일 특허 39 12 910 C2 등에 개시되어 있다.

상기 로터는 이러한 제트 추진 엔진을 구동하기 위한 전기 모터(electric ring motor)를 구성하는 구성 요소이다.

그러나 제트 추진 엔진의 추진력을 향상시키기 위해 로터의 크기가 커지는 데, 로터의 직경이 커짐에 따라 상기 모터와 하우징 사이에 개재되는 베어링을 제조하는 데 어려움이 있다.

또한, 선박용 제트 추진 엔진에 사용되는 구름 베어링(roller bearing)의 경우, 상기 베어링 내부로의 침수 방지를 위한 실링 처리가 필수적으로 요구된다.

그러나 베어링을 실링하는 데는 많은 어려움이 있으며, 일단 베어링에 누출이 발생하면 매우 단기간에 베어링에 파손이 발생하게 되므로, 사용 시간의 경과에 따른 안정성(stability)이 심각한 문제가 될 수 있다.

상술한 같은 종래 기술의 문제점을 고려하여, 본 발명의 일 목적은 긴 수명을 보장하는 제트 추진 엔진용 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 큰 크기의 직경을 갖는 로터에도 사용 가능한 베어링을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 제트 추진 엔진은 로터 및 상기 로터의 내부에 다수의 블레이드가 배치되고, 상기 로터를 회전 가능하게 수용하는 하우징을 구비한다. 상기 로터와 하우징 사이에는 베어링이 개재되고, 상기 베어링은 내해수성(耐海水性)이 우수한 카바이드(carbide)로 이루어진다.

상기 베어링을 내해수성을 갖는 카바이드로 형성함으로써, 상기 베어링의 실링이 요구되지 않으며, 상기 베어링에 침수가 발생함에 따른 베어링 파손의 우려가 없는 베어링을 제공할 수 있다.

상기 베어링의 재료로는 높은 내해수성을 가지고 높은 강도를 제공하는 실리콘 카바이드(silicon carbide) 또는 알루미늄 카바이드(aluminum carbide)를 사용하는 것이 바람직하며, 특히, 실리콘 카바이드가 알루미늄 카바이드에 비해 내해수성 및 강도 등의 성질이 보다 우수하다.

상기 베어링은 카바이드만으로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 다른 물질이 첨가된 카바이드로 베어링을 형성하는 경우, 순수 카바이드로 형성된 베어링에 비해 내식성(耐蝕性) 및 내해수성이 저하될 수 있으며, 마모 및 파손되기가 쉽기 때문이다.

카바이드는 수막에 대해 미끄럼성(sliding property)이 우수한 성질을 가지므로 상기 베어링을 미끄럼 베어링(slide bearing)으로 형성하는 것이 바람직하다.

로터 베어링 및/또는 하우징 베어링은 다수의 세그먼트(segment)들로 구성될 수 있다.

실질적으로 카바이드로 베어링을 제조함에 있어 큰 직경의 베어링을 단일하게 제조하는 것은 불가능하다. 그러나 상기 베어링을 다수의 세그먼트들로 구성함으로써 로터가 어떤 크기의 직경을 갖더라도 그에 상응하는 베어링을 제조하는 것이 가능하다.

상기 베어링의 각각의 세그먼트를 상기 로터와 소정의 간격으로 이격되게 배치하는 것이 바람직하다. 상기 베어링과 상기 로터 사이의 간격에서는 원심력에 의하여 물이 가압됨에 따라 펌핑 효과(pumping effect)를 얻을 수 있다.

이러한 펌핑 효과에 의해, 상기 베어링에서 각 세그먼트 사이 공간을 통해 상기 베어링에서 발생하는 열의 발산을 향상시키는 유동이 발생한다.

전기 모터(electric ring motor)의 경우, 로터를 둘러싸고 있는 하우징의 내측과 로터의 외측 사이에는 공동부(hollow space)가 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따른 베어링의 제조 방법에 따르면, 베어링의 일면이 상기 로터와 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 베어링의 다른 일면은 상기 하우징과 일정 간격을 두고 배치됨이 바람직하다. 따라서 상기 로터에 배치된 베어링 세그먼트 사이의 공간에서 발생하는 펌핑 효과에 의해 상기 공동부로 물이 강제 유입되고, 상기와 같이 펌핑된 물은 상기 하우징에 배치된 베어링 세그먼트들 사이의 공간을 통해 외부로 배출된다.

상기 로터의 양측에서 베어링을 상기 로터와 이격되게 설치하는 것도 가능하다. 이러한 경우 공동부를 따라 발생하는 펌핑 효과는 양쪽의 공동부에서 발생하게 된다. 상기 공동부에는, 예를 들어, 상기 하우징에 외부와 연통되는 적어도 하나 이상의 배출홀을 형성함으로써 상기 공동부와 외부를 연통시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 공동부에서 외부로 배출되는 유동이 발생하여 상기 베어링과 전기 모터가 냉각된다.

상기 베어링을 로터 또는 하우징에 고정하는 방법은 베어링에 형성된 사다리꼴 형상(trapeze geometry)을 이용한 잠금(positive-locking) 방법을 이용함이 바람직하다. 그리고 상기 고정된 베어링을 접착제를 이용하여 상기 로터에 접착시킴이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 제트 추진 엔진의 측면도이다.

도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 자른 단면도로 고정 디바이스(fixing device)와 블레이드는 도시되어 있지 않다.

도 3은 도 2의 하부에 대한 확대도이다.

도 4는 하우징에 설치된 하우징 베어링의 확대 사시도이다.

도 5a는 로터 베어링 세그먼트의 단면도이다.

도 5b는 로터 베어링 세그먼트의 측면도이다.

도 6은 로터 베어링이 정렬된 상태에서 원호의 일부를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터로 구동되는 선박용 제트 추진 엔진을 도시한 측면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선체(船體)(19)에는 제트 추진 엔진을 상기 선체(19)의 내부로 집어넣거나 선체(19)의 외부로 꺼낼 수 있도록 하는 개구부(opening)(20)가 형성된다. 상기 선체(19) 내부에는 제트 추진 엔진을 상기 선체(19)의 내부로 끌어들이는 수축 동작과 상기 선체(19)의 외부로 밀어내기 위한 신장 동작을 위한 축(shaft)(21)이 설치된다.

상기 제트 추진 엔진은 로터(1) 및 로터(1) 내측면을 따라 로터(1)의 내부를 향해 배열된 블레이드(2)로 구성된다. 상기 블레이드(2)는 상기 로터(1)에 집게 형상(clamping manner)으로 물려서 고정되며 개별적으로 교환이 가능하도록 결합된다.

로터(1)는 하우징(3)에 수용되고, 하우징(3)의 일부에는 로터(1)를 지지함과 더불어 상기 제트 추진 엔진의 수축/신장 동작을 위한 유압 실린더(hydraulic cylinder)(4)가 결합된다.

유압 실린더(4)에는, 유압 실린더(4)와 하우징(3)을 결합시키기 위한 플랜지(5)가 유압 실린더(4)에서 하우징(3) 쪽으로 연장되어 형성된다. 유압 실린더(4)의 상단부는 축(21)의 커버(7)에 스크류(6)로 고정된다.

통상적으로 선박에는 디젤 발전기와 같은 제너레이터(generator) 또는 전원공급원(power source)(도시되지 않음)이 구비되어 있는데, 이러한 전원 공급원(도시되지 않음)에서 제트 추진 엔진으로 전원을 공급하기 위한 리드 와이어(8)가 구비된다.

유압 실린더(4)는 슬리브(sleeve)(22)에 수용되고, 슬리브(22)에는 상기 제트 추진 엔진의 수축/신장 동작을 가이드하기 위한 그루브(groove)(23)가 형성된다.

그루브(23)에는 핀(24)이 그루부(23)를 따라 이동 가능하게 삽입되어 링크를 형성한다. 그루브(23)는 직선부와 나선부를 구비하여, 핀(24)이 그루브(23)의 상기 직선부를 따라 이동할 때는 상기 제트 추진 엔진의 수축/신장 동작을 가능하도록 하며, 그루브(23)의 상기 나선부에서는 제트 추진 엔진을 선회(swivel) 동작이 가능하다.

커버(7)의 상부에는 유압 실린더(4)가 상기 제트 추진 엔진의 수축/신장 동작을 제어하기 위한 인렛(inlet)(25)과 아웃렛(outlet)(26)이 구비된다.

슬리브(22)의 하부에는 축(21)의 상부로 물이 침투하는 것을 방지하기 위한 실링 플레이트(27) 및 실링 비드(28)가 설치된다.

개구부(20)는 박막 셔터(lamella shutter)(29)에 의해 개폐되며, 박막 셔터(29)를 구동하는 셔터 구동부(30)가 설치된다. 셔터 구동부(30)는 유압 또는 공압(pneumatic) 실린더로 이루어질 수 있다.

도 1에 있어서, 제트 추진 엔진이 선체(19) 외부로 신장된 상태는 점선으로 도시하였다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제트 추진 엔진은, 선박의 추진뿐만 아니라 추가적인 보조 기동 역시 용이하다. 즉, 본 발명에 따른 제트 추진 엔진은 대략 360ㅀ 정도까지 선회시키는 것이 용이하며 제트 추진 엔진의 무게가 가벼워서 엔진의 수축/신장 동작이 용이하다.

도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도로서, 블레이드(2)가 생략된 상태의 로터(1)와 하우징(3)의 내부를 도시하였다. 도 3은 도 2에 도시된 로터(1) 및 하우징(3)의 아래쪽 일부에 대한 확대도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로터(1)는 2개의 로터 부품(rotor part)(1a, 1b)이 스크류에 의해 결합되어 형성된다. 로터 부품(1a, 1b)이 맞닿은 중심부를 따라, 로터(1)의 외측으로 인접하여 전기 모터의 로터(9)가 집게 형상으로 물려서 고정된다.

로터(1)의 양측부에는 블레이드를 고정시키기 위한 고정 플랜지(10a, 10b)가 제공된다.

하우징(3)은 로터(1)를 둘러싸도록 슬리브 형상으로 이루어지며, 로터(1)와 마찬가지로 2개의 하우징 부품(3a, 3b)이 서로 스크류로 결합되어 이루어진다. 그리고 하우징 부품(3a, 3b)이 맞닿는 중심부를 따라, 하우징(3)의 내측으로 인접하여 전기 모터의 스테이터(11)가 집게 형상으로 물려서 고정된다.

로터(1)와 하우징(3) 사이에는 전기 모터의 로터(9)와 스테이터(11) 사이에 아주 작은 공극(air gap)(13)이 형성되도록 로터(1)를 하우징(3)에 대해 지지하는 미끄럼 베어링(12a, 12b)이 제공된다.

미끄럼 베어링(12a, 12b)은 실리콘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드 재질로 형성된다. 여기서, 카바이드는 내해수성이 우수할 뿐만 아니라, 물에 대해 미끄럼성이 우수한 성질을 가진다.

미끄럼 베어링(12a, 12b)은 로터(1)에 결합되는 로터 베어링(14)과 하우징(3)에 결합되는 하우징 베어링(15)으로 구성된다. 로터 베어링(14)은 로터(1)에 결합되지 않고 노출되는 면인 외측면이 사각형 표면을 가진다. 하우징 베어링(15)은 로터(1)의 축 방향 및 반경 방향으로 각각 배치되며, 로터 베어링(14)의 외측면에 대응되어 로터 베어링(14)의 외측에 배치된다.

한편, 직경이 작은 로터(1)의 경우, 로터 베어링(14)과 하우징 베어링(15)을 단일한 부품으로 제조하는 것이 가능하다. 그러나 직경이 큰 로터(14)에 사용되는 베어링의 경우에는 단일하게 제조하는 것이 실질적으로 불가능하며, 본 발명의 실시예에서와 같이 다수의 세그먼트들로 이루어지는 베어링을 제조함이 바람직하다.

도 4는 다수의 세그먼트들로 구성된 하우징 베어링(15)의 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하우징 베어링(15)은 사다리꼴 형상의 단면을 가진다. 하우징(3)에는 상기 하우징 베어링(15)이 삽입될 수 있도록 상기 하우징 베어링(15)의 단면 형상에 상응하는 사다리꼴 형상의 홈(도시되지 않음)이 형성되어 있어서, 하우징 베어링(15)과 하우징(3)을 잠금(positive-locking) 방법을 통해 고정시킬 수 있다. 그리고 하우징 베어링(15)을 상술한 바와 같이 하우징(3)에 잠금 고정시킨 후 접착제로 접착시킨다.

하우징 베어링(3)을 접착시킨 후, 하우징 베어링(3)의 각 세그먼트들의 표면을 재정렬(grounding)함으로써, 정밀한 베어링을 제조할 수 있다.

하우징 베어링(15)에서 횡류(cross-flow)가 발생할 수 있도록, 하우징 베어링(15)을 설치함에 있어 상기 하우징 베어링(15)의 각 세그먼트들 사이에 일정 간격(d)만큼 띄워서 설치함이 바람직하다. 또는, 하우징 베어링(15)의 표면에 그루브(도시되지 않음)를 형성함도 가능하다.

따라서 전술한 바와 같이 하우징 베어링(15)에 형성된 간격(d) 또는 그루브에 의해 하우징 베어링(15)에서 하우징 베어링(15) 및 전기 모터를 냉각 효율을 높여주는 유동이 지속적으로 발생하게 된다.

도 5a는 로터 베어링(14)의 단면도를 도시한 것이고, 도 5b는 로터 베어링(14)의 측면도를 도시한 것이다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 로터 베어링(14)이 로터(1)와 결합되는 면인 내측면에는 사다리꼴 형상의 단면을 가지는 사다리꼴 오목부(trapezoid recess)(16)가 제공된다. 로터(1)에는 사다리꼴 오목부(16)에 상응하는 사다리꼴의 비드(도시되지 않음)가 형성되어 로터 베어링(14)을 로터(1)에 잠금(positive-locking) 방식으로 고정시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 로터 베어링(14)과 하우징 베어링(15)의 고정 구조는 큰 직경이 요구되는 베어링, 즉, 다수의 세그먼트들로 이루어지는 베어링의 고정을 위해 필요한 구조이다. 작은 직경의 베어링의 경우에는 단순히 접착제만으로 접착시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 로터 베어링(14)을 잠금 고정시킨 후 접착제로 접착시키고, 로터 베어링(14)의 각 세그먼트 표면을 정렬시킨다.

도 5b에 도시한 바와 같이, 로터 베어링(14)은 양측이 방사상으로 둥글게 부푼 형상으로 형성된다.

도 6은 다수의 세그먼트들로 이루어진 로터 베어링(14)의 일부를 도시한 것이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 로터 베어링(14)은 다수의 세그먼트들이 일정 크기의 직경을 갖는 원호 상으로 연속적으로 배치된다. 그리고 로터 베어링(14)은 각 세그먼트가 둥근 측면이 연속되도록 배열되므로, 도 6에 도시한 바와 같이, 로터 베어링(14)의 각 세그먼트 사이에는 점차 좁아지다 넓어지는 형상의 갭(S)이 형성된다.

로터 베어링(14)에 있어서, 로터 베어링(14)의 세그먼트들의 형상과 상기 갭(S)의 형상으로 인해 펌핑 효과가 발생한다.

즉, 로터 베어링(14)이 회전함에 따라 발생하는 원심력이 상기 갭(S) 내부의 물을 가압한다. 상기와 같이 가압된 물은 로터(1)와 하우징(3) 사이에 형성된 상기 공동부(17)로 강제 유입된다.

만약 하우징 베어링(15)에 도 4에 도시된 바와 같은 간격(d)이 형성되어 있다면, 공동부(17)로 펌핑된 물은 하우징 베어링(15)을 통해 배출된다.

또한, 하우징(3)에 외부와 연통되는 배출홀(18)이 형성되어 로터 베어링(14)에서 펌핑된 물이 배출홀(18)을 통해서도 외부로 배출될 수 있다.

엔진의 규모가 클 경우, 배출홀(18)을 공동부(17)로 여과된 물을 공급하기 위한 외부 펌프(external pump)로 연통되도록 형성할 수 있다. 이 경우, 여분의 압력을 발생시킬 수 있으며, 여과된 물이 베어링을 세정하는 효과도 얻을 수 있다.

카바이드만으로 베어링을 제조하는 경우, 특히, 실리콘 카바이드로 제조된 베어링의 경우, 물이 윤활제 역할을 함에 따라, 무밀봉(non-sealed) 방식의 워터 베어링(water bearing)을 제공함이 가능하다. 따라서 복잡한 실링 처리가 불필요하며, 물로 인해 높은 냉각 효율을 갖는 베어링을 제공함이 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 다음과 같이 구현될 수 있다.

카바이드 재질의 베어링은 열에 대한 높은 내구성을 가지므로, 공기로 윤활되는 공기 베어링(air bearing)에도 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 제트 추진 엔진은, 로터와 하우징은 베어링이 포함되는 상태로 구성할 수 있으며, 베어링이 포함된 로터와 하우징을 미리 장착 및 정렬시키는 것이 가능하다.

또한, 상기 하우징은 로터의 장착을 위해 분리가 가능하며, 상기 로터를 장착시킨 후에는 스크류로 결합시켜 조립할 수 있다.

본 발명에 따르면, 긴 수명을 가지는 제트 추진 엔진용 베어링을 제공할 수 있다. 또한, 큰 직경을 비롯하여 다양한 크기 직경을 가지는 베어링을 제조하는 데 사용할 수 있는 베어링을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분 야의 숙련된 지식을 가진 자 또는 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 내부에 다수의 블레이드가 배치된 로터; 및

   상기 로터를 회전 가능하게 수용하는 하우징을 포함하며,

   상기 로터와 상기 하우징 사이에는 해수에 대한 내해수성을 갖는 카바이드 재질로 이루어진 베어링이 개재되는 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 베어링은 실리콘 카바이드 또는 알루미늄 카바이드로 이루어는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베어링은 카바이드만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링은 미끄럼 베어링인 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터 및/또는 상기 하우징에 설치된 베어링은 다수의 세그먼트(segment)들로 형성되는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
6. 제5항에 있어서, 상기 베어링의 각 세그먼트는 원심력에 의한 펌핑 효과를 얻을 수 있도록 상기 로터와 일정 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
7. 제6항에 있어서, 상기 베어링은 일측이 상기 로터와 이격되게 설치되고, 타측은 상기 하우징과 이격되게 설치되어, 상기 베어링과 상기 로터 사이의 유동을 통해 펌핑 효과가 발생하는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 베어링은 상기 하우징 또는 상기 로터에 대하여 잠금 상태로 고정시키고, 접착제로 접착시키는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징은 튜브 형상으로 형성되어 상기 로터를 둘러싸도록 설치되고, 상기 로터의 외측과 상기 하우징의 내측 사이에 형성되는 공동부에는 전기 모터가 구비되는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링은 200㎜ 보다 큰 직경을 가지며, 바람직하게는, 상기 베어링의 직경은 200㎜ 내지 2500㎜인 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진.
11. 로터 및 하우징으로 이루어진 선박용 제트 추진 엔진에 사용되는 베어링의 제조 방법에 있어서,

    a) 카바이드 재질로 이루어지고, 적어도 하나 이상의 세그먼트로 구성되는 로터 베어링을 상기 로터에 잠금 고정(positive-locking manner)시키는 단계;

    b) 고정된 로터 베어링을 접착제로 상기 로터에 접착시키는 단계;

    c) 상기 로터 베어링의 적어도 2개 이상의 세그먼트들이 각각의 세그먼트 표면이 서로에 대해 직교하도록 상기 로터 베어링 표면을 그라인딩(grinding)하는 단계;

    d) 카바이드 재질로 이루어지고, 적어도 하나 이상의 세그먼트로 구성되는 하우징 베어링을 상기 하우징에 잠금 고정시키는 단계;

    e) 고정된 하우징 베어링을 접착제로 상기 하우징에 접착시키는 단계; 및

    f) 상기 하우징 베어링의 적어도 2개 이상의 세그먼트들이 각각의 세그먼트 표면이 서로에 대해 직교하도록 상기 하우징 베어링 표면을 그라인딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 추진 엔진의 베어링 제조 방법.

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