KR20120105848A - 선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 선체에 폭방향으로 형성되는 터널(tunnel), 터널 내부에 설치되며 터널을 통해 유체를 유동시켜 폭방향 일측 또는 타측으로 추진력을 발생시키는 프로펠러(propeller), 터널 양측의 내부에 각각 설치되어, 유체 유로의 단면적을 폭방향 일측 또는 타측으로 향하는 유체 유동의 하류로 갈수록 감소시키는 한 쌍의 노즐 유닛(nozzle unit), 및 노즐 유닛의 작동을 위한 구동력을 제공하는 구동 유닛을 포함한다.

Description

선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박{THRUSTER FOR A SHIP AND SHIP HAVING THE SAME}
본 발명은 추진 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 횡방향 추진을 위한 횡방향 추진 장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박 또는 부유식 설비에는 그 횡방향 이동을 위한 횡방향 추진 장치, 즉, 터널 추진 장치(tunnel thruster)가 설치될 수 있다. 즉, 터널 추진 장치는 선박의 선수 또는 선미에 주 추진기와 다른 방향으로 설치되어 선박 또는 부유식 설비의 추진 운동을 조종 또는 보조하는 장치로서, 이러한 터널 추진 장치는 선박을 항구 등에 용이하게 접안 시키거나, 부유식 시추선 등의 위치 유지를 위한 동적 제어(dynamic positioning) 등에 주로 사용되고 있다.
종래 기술에 따른 터널 추진 장치는 선체에 설치되는 구동부, 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 운동하는 블레이드(blade), 블레이드를 둘러싸도록 선체에 형성되며 일정한 직경을 갖는 터널로 이루어질 수 있다.
터널 추진 장치의 경우, 추진력은 블레이드와 터널의 기하학적 형상 등에 의해 결정될 수 있으며, 특히 소용량 터널 추진 장치의 경우에는 터널 형상이 전체 추진력에 미치는 영향이 50%를 상회하게 되나, 상술한 종래 기술에 따르면, 좌우 방향에 대한 동일한 추진력 발생을 위해 터널이 일정한 직경을 갖도록 플랫(flat)하게 설계되어야 하므로, 이에 따라 터널 추진 장치의 추진력을 향상시키는데 한계점이 존재하였다.
본 발명의 실시예는, 터널 내 유로의 단면적을 조절하여 횡방향 추진력을 향상시킬 수 있는 선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 폭방향으로 형성되는 터널(tunnel), 터널 내부에 설치되며 터널을 통해 유체를 유동시켜 폭방향 일측 또는 타측으로 추진력을 발생시키는 프로펠러(propeller), 터널 양측의 내부에 각각 설치되어, 유체 유로의 단면적을 폭방향 일측 또는 타측으로 향하는 유체 유동의 하류로 갈수록 감소시키는 한 쌍의 노즐 유닛(nozzle unit), 및 노즐 유닛의 작동을 위한 구동력을 제공하는 구동 유닛을 포함하는 선박용 추진 장치가 제공될 수 있다.
노즐 유닛은, 터널의 원주 방향을 따라 배치되며, 일단부가 터널의 내벽에 각각 힌지 결합되는 복수의 노즐 플레이트를 포함할 수 있다.
복수의 노즐 플레이트는 터널의 내벽 형상과 대응되도록 단면이 원호 형상을 가질 수 있다.
복수의 노즐 플레이트는 일단부에서 타단부로 갈수록 원호의 길이가 감소될 수 있다.
복수의 노즐 플레이트의 타단부는, 구동 유닛으로부터 구동력을 전달 받아 터널의 중심을 향해 이동할 수 있다.
구동 유닛은, 구동력을 발생시키는 구동 모터, 및 노즐 플레이트와 구동 모터 사이에 개재되어 노즐 플레이트에 구동력을 전달하는 동력전달장치를 포함할 수 있다.
동력전달장치는, 구동 모터의 회전축을 중심으로 회전하는 제1 링크 부재, 및 제1 링크 부재의 단부와 노즐 플레이트 사이에 개재되어 제1 링크 부재의 회전에 따라 노즐 플레이트의 타단부를 이동시키는 제2 링크 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 선박용 추진 장치를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예는, 노즐 유닛을 이용하여 유체의 유동 방향에 따라 터널 내 유로의 단면적을 조절함으로써 선박의 횡방향 추진력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 노즐 유닛을 나타낸 측면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 노즐 유닛을 나타낸 사시도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 구동 유닛의 작동을 나타낸 도면.
본 발명에 따른 선박용 추진 장치 및 이를 포함하는 선박의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 터널(110), 프로펠러(120), 노즐 유닛(130), 구동 유닛(140), 구동 장치(150) 등을 구비하는 선박용 추진 장치(100)가 제시된다. 이러한 선박용 추진 장치(100)는 선박(10)의 선수 또는 선미에 설치되어 선박(10)에 횡방향 추진력을 제공할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 터널(110)의 횡방향 양측에 각각 노즐 유닛(130)을 설치하고 구동 유닛(140)에 의해 노즐 유닛(130)을 작동시킴으로써, 유체의 유동 방향에 따라 터널(110) 내 유로의 단면적을 조절할 수 있으며, 이에 따라 터널(110)을 통과하는 유체의 유속이 증가되어 선박(10)의 횡방향 추진력이 현저히 향상될 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 유체가 우측에서 좌측으로 유동하는 경우, 터널(110)의 횡방향 우측에 설치된 노즐 유닛(130)은 터널(110) 내벽과 접한 상태로 유지되고 터널(110)의 횡방향 좌측에 설치된 노즐 유닛(130)은 단부가 터널(110)의 중심으로 기울어지도록 작동되어, 유체 유동의 하류인 터널(110)의 좌측으로 갈수록 유로의 단면적이 감소하게 되며, 이에 따라 이를 통과하는 유체는 터널(110)의 횡방향 좌측에 설치된 노즐 유닛(130)에 의해 가이드되어 유속이 증가될 수 있다.
유체가 좌측에서 우측으로 유동하는 경우에는 도 1과는 반대로 터널(110)의 횡방향 좌측에 설치된 노즐 유닛(130)이 터널(110)의 내벽에 접하도록 작동되고 터널(110)의 횡방향 우측에 설치된 노즐 유닛(130)이 단부가 터널(110)의 중심으로 기울어지도록 작동될 수 있으며, 이에 따라 좌측에서 우측으로 유동하는 유체의 유속이 증가될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
터널(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 선체(20)의 선수 또는 선미에 횡방향, 즉, 폭방향으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선체(20)의 선수 또는 선미에는 내부 직경이 일정한 덕트(duct)가 설치될 수 있으며, 이러한 덕트로 인해 선체(20)에는 일정한 내부 직경을 갖는 터널(110)이 형성될 수 있다.
프로펠러(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 터널(110) 내부에 설치될 수 있으며, 구동 장치(150)로부터 구동력을 전달 받아 터널(110)을 통해 유체를 유동시킴으로써 횡방향 일측 또는 타측으로 추진력을 발생시킬 수 있다.
즉, 프로펠러(120)는 구동 장치(150), 예를 들어, 모터, 엔진 등으로부터 발생된 구동력을 동력전달축(152) 및 기어(154)를 통해 전달 받을 수 있으며, 이와 같이 전달된 구동력에 의해 회전함으로써 터널(110) 내부에 존재하는 유체를 폭방향 좌측 또는 폭방향 우측으로 유동시킬 수 있으며, 이와 같은 유체의 유동 방향에 따라 폭방향 좌측 또는 폭방향 우측으로 추진력이 발생될 수 있다.
여기서 구동 장치(150)는 도 1에 도시된 바와 같이 선체(20)에 설치될 수 있으며, 그 밖에 프로펠러(120)를 회전 가능하게 지지하는 하우징 내에 설치될 수도 있다. 이 경우 구동 장치(150)는 동력전달축(152) 및 기어(154)를 통하지 않고 바로 프로펠러(120)를 회전시킬 수 있다.
노즐 유닛(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 터널(110) 내부의 폭방향 양측, 즉, 터널(110) 양측의 내부에 각각 설치될 수 있으며, 폭방향 일측 또는 타측으로 향하는 유체의 유동에 대응하여 유로의 단면적을 유체 유동의 하류로 갈수록 감소시킬 수 있다.
즉, 한 쌍의 노즐 유닛(130)은 구동 유닛(140)으로부터 구동력을 전달 받아 유체의 유동 방향과 대응되도록 작동될 수 있으며, 상술한 바와 같이 유체의 유동이 도 1을 기준으로 좌측을 향하는 경우, 우측에 설치된 노즐 유닛(130)은 터널(110) 내벽에 접한 상태로 유지되는 반면 좌측에 설치된 노즐 유닛(130)은 단부가 터널(110)의 중심 측으로 이동하게 되어 노즐 유닛(130)에 의해 구획되는 유로의 단면적은 그 일단부에서 타단부, 즉, 좌측을 향하는 유체 유동의 하류로 갈수록 감소될 수 있다.
그리고 유체의 유동이 도 1과 반대로 우측을 향하는 경우에는 노즐 유닛(130)은 상술한 바와 반대로 작동되어 우측에 설치된 노즐 유닛(130)에 의해 구획되는 유로의 단면적은 우측을 향하는 유체 유동의 하류로 갈수록 감소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)의 노즐 유닛(130)을 나타낸 측면도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)의 노즐 유닛(130)을 나타낸 사시도이다.
노즐 유닛(130)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 노즐 플레이트(132, 134)로 이루어질 수 있다. 그리고 이들 노즐 플레이트(132, 134)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 터널(110)의 내벽 상에 그 원주 방향을 따라 배치될 수 있으며, 노즐 플레이트(132, 134)의 일단부는 터널(110)의 내벽에 힌지 결합될 수 있으므로, 노즐 플레이트(132, 134)가 힌지축을 중심으로 회전함에 따라 노즐 플레이트(132, 134)의 타단부는 터널(110)의 중심을 향해 이동될 수 있다.
즉, 노즐 플레이트(132, 134)의 타단부 측에는 도 1에 도시된 바와 같이, 구동력을 전달하는 구동 유닛(140)이 배치되어 노즐 플레이트(132, 134)의 타단부를 터널(110)의 중심을 향해 이동시킬 수 있으며, 이와 같이 일단부가 터널(110) 내벽에 힌지 결합된 노즐 플레이트(132, 134)의 타단부를 터널(110)의 중심을 향해 이동시킴으로써 도 4에 도시된 바와 같이 내부 단면적이 일단부에서 타단부로 갈수록 감소하는 유로가 형성될 수 있다.
본 실시예의 경우, 2개의 노즐 플레이트(132, 134)가 하나의 노즐 유닛(130)을 이루는 경우를 일 예로서 제시하였으나, 노즐 플레이트의 개수가 2개로 한정되는 것은 아니며 2개 이상의 노즐 플레이트로 이루어진 노즐 유닛의 경우에도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 물론이다.
노즐 플레이트(132, 134)는 도 2에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상을 갖는 터널(110)의 내벽 형상과 대응되도록 만곡되어 단면이 원호 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 노즐 플레이트(132, 134)가 원호 형상을 가짐으로써 노즐 플레이트(132, 134)가 터널(110) 내벽 측으로 이동되는 경우 터널(110) 내벽에 밀착될 수 있으므로, 유체의 유동에 있어 저항이 불필요하게 증가되는 것을 방지할 수 있다.
또한 노즐 플레이트(132, 134)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 일단부에서 타단부로 갈수록 원호의 길이가 감소될 수 있다. 이와 같이 노즐 플레이트(132, 134)의 원호 길이가 타단부로 갈수록 감소됨으로써, 도 4와 같이 노즐 플레이트(132, 134)의 타단부가 터널(110)의 중심 측으로 이동되어 내부에 유로를 구획하는 경우 인접한 노즐 플레이트(132, 134)의 측면이 서로 밀착될 수 있으므로, 노즐 플레이트(132, 134) 내부를 흐르는 유체에 작용하는 저항이 최소화될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)의 구동 유닛(140)의 작동을 나타낸 도면이다.
구동 유닛(140)은 상술한 노즐 유닛(130)의 작동을 위한 구동력을 제공하는 구성으로서, 도 1, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 구동력을 발생시키는 구동 모터(142)와 노즐 플레이트(132, 134)와 구동 모터(142) 사이에 개재되어 이들 간 구동력을 전달하는 동력전달장치(144)로 구성될 수 있다.
그리고 동력전달장치(144)는 도 1, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 구동력을 전달 받아 구동 모터(142)의 회전축을 중심으로 회전하는 제1 링크 부재(146)와, 이러한 제1 링크 부재(146)의 단부와 노즐 플레이트(132, 134) 사이에 개재되어 제1 링크 부재(146)의 회전에 따라 노즐 플레이트(132, 134)의 타단부를 이동시키는 제2 링크 부재(148)로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 경우 제1 링크 부재(146)가 원판 형상을 갖는 경우를 일 예로 제시하였으나, 이 외에도 다양한 구조 및 형상을 갖는 제1 링크 부재가 이용 가능할 것이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 구동 유닛(140)의 작동에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 구동 모터(142)의 작동에 따라 회전축이 회전함에 따라, 구동 모터(142)의 회전축에 결합된 제1 링크 부재(146)가 회전하게 된다. 이러한 제1 링크 부재(146)의 회전에 따라 제1 링크 부재(146)의 외주부에 회전 가능하게 결합된 제2 링크 부재(148)는 하부로 이동하게 되고, 제2 링크 부재(148)의 단부에 회전 가능하게 결합된 노즐 플레이트(132)의 타단부는 제2 링크 부재(148)와 함께 하부, 즉, 터널(110)의 중심 측으로 이동하여, 결국, 노즐 플레이트(132)의 내부에는 단면적이 일단부에서 타단부로 갈수록 감소하는 유로가 구획될 수 있다.
노즐 플레이트(132)가 터널(110)의 내벽에 접하도록 상부로 이동하는 과정은 도 5 내지 도 7의 역순으로 진행되며, 그 구체적인 과정은 상술한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 선박
20: 선체
100: 선박용 추진 장치
110: 터널
120: 프로펠러
130: 노즐 유닛
132, 134: 노즐 플레이트
140: 구동 유닛
142: 구동 모터
144: 동력전달장치
146: 제1 링크 부재
148: 제2 링크 부재
150: 구동 장치
152: 동력전달축
154: 기어

Claims (8)

  1. 선체에 폭방향으로 형성되는 터널(tunnel);
    상기 터널 내부에 설치되며 상기 터널을 통해 유체를 유동시켜 폭방향 일측 또는 타측으로 추진력을 발생시키는 프로펠러(propeller);
    상기 터널 양측의 내부에 각각 설치되어, 상기 유체 유로의 단면적을 폭방향 일측 또는 타측으로 향하는 상기 유체 유동의 하류로 갈수록 감소시키는 한 쌍의 노즐 유닛(nozzle unit); 및
    상기 노즐 유닛의 작동을 위한 구동력을 제공하는 구동 유닛을 포함하는 선박용 추진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은, 상기 터널의 원주 방향을 따라 배치되며, 일단부가 상기 터널의 내벽에 각각 힌지 결합되는 복수의 노즐 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 플레이트는 상기 터널의 내벽 형상과 대응되도록 단면이 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 플레이트는 일단부에서 타단부로 갈수록 원호의 길이가 감소되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 플레이트의 타단부는, 상기 구동 유닛으로부터 상기 구동력을 전달 받아 상기 터널의 중심을 향해 이동하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 구동력을 발생시키는 구동 모터; 및
    상기 노즐 플레이트와 상기 구동 모터 사이에 개재되어 상기 노즐 플레이트에 상기 구동력을 전달하는 동력전달장치를 포함하는 선박용 추진 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동력전달장치는,
    상기 구동 모터의 회전축을 중심으로 회전하는 제1 링크 부재; 및
    상기 제1 링크 부재의 단부와 상기 노즐 플레이트 사이에 개재되어 상기 제1 링크 부재의 회전에 따라 상기 노즐 플레이트의 타단부를 이동시키는 제2 링크 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 선박용 추진 장치를 포함하는 선박.
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WO2018162064A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-13 Wärtsilä Netherlands B.V. A tunnel thruster for a marine vessel, a method of operating a tunnel thruster and a marine vessel

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