KR20120137682A - 선박의 추진장치 및 이를 갖춘 선박 - Google Patents

Abstract

선박용 추진장치가 개시된다. 본 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 구동축에 서로 반대 방향으로 회전되는 전방 및 후방 프로펠러를 구비한 선박용 추진장치에 있어서, 구동축의 회전을 반전시켜 전방 및 후방 프로펠러 중 어느 하나에 전달하도록 선체의 스턴 보스(stern boss) 쪽에 설치되는 반전 회전장치와, 구동축에서 발생된 진동이 반전 회전장치로 전달되는 것을 저감하도록 스턴 보스 근방의 구동축 상에 설치되는 진동 감쇠장치를 포함한다.

Description

선박의 추진장치 및 이를 갖춘 선박{PROPULSION APPARATUS FOR SHIP AND SHIP HAVING THE SAME }

본 발명은 두 프로펠러가 상호 반대로 회전하며 추진력을 발생시키는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박에 관한 것이다.

선박에서 추진장치는 운항을 위해 추진력을 발생시키는 장치이다. 가장 일반적인 것으로는 하나의 나선형 프로펠러를 채용한 것이다. 그러나 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치는 수류의 회전에너지를 추진력으로 이용할 수 없기 때문에 에너지 손실이 크다.

손실되는 회전에너지를 추진력으로 회수할 수 있는 것으로 이중반전 추진장치(Counter rotating propeller; CRP)가 있다. 이중반전 추진장치는 동일축선 상에 설치된 2개의 프로펠러가 상호 반대로 회전하면서 추진력을 발생시킨다. 전방프로펠러를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러가 역으로 회전하며 추진력으로 회수할 수 있다. 따라서 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치에 비하여 높은 추진성능을 발휘할 수 있다.

이중반전 추진장치는 선체 내부의 엔진과 연결된 내축과, 내축 후단부에 결합된 후방프로펠러와, 내축의 외면에 회전하도록 설치된 중공의 외축과, 외축 후단부에 결합된 전방프로펠러를 구비한다. 또 내축의 회전을 외축으로 반전시켜 전달하기 위해 선체의 내부에 설치된 반전회전장치를 포함한다. 반전회전장치로는 통상의 유성기어장치를 사용한다.

그러나 이러한 이중반전 추진장치는 반전회전장치로부터 선체 후방으로 길게 연장된 중공의 외축을 구비하기 때문에 선박에 장착할 때 내축과 외축의 중심을 정렬하여 설치하는 작업이 매우 어렵다. 또 외축이 길기 때문에 내축과 외축 사이의 마찰 감소를 위해 윤활을 해야 하는 영역이 증가한다. 뿐만 아니라 내축과 외축이 상호 반대로 회전하는 관계로 내축과 외축 사이에 형성되는 윤활막의 전단이 생기기 때문에 효과적인 윤활을 구현하기 어렵다. 또한, 동력 전달 축계장치는 전달 토크의 맥동, 축계장치의 고유진동 등에 의하여 진동이 발생되고, 이러한 진동이 과대하게 발생되면 축계 또는 반전회전장치의 손상 및 피로 파괴를 유발할 수 있어 진동을 저감하기 위한 방법이 중요한 문제가 된다.

본 실시 예는 외축이 없이도 두 프로펠러의 상호 반전을 구현할 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

또한, 본 실시 예는 반전 회전장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 추진장치는 구동축에 서로 반대 방향으로 회전되는 전방 및 후방 프로펠러를 구비한 선박용 추진장치에 있어서, 상기 구동축의 회전을 반전시켜 상기 전방 및 후방 프로펠러 중 어느 하나에 전달하도록 선체의 스턴 보스(stern boss) 쪽에 설치되는 반전 회전장치와, 상기 구동축에서 발생된 진동이 상기 반전 회전장치로 전달되는 것을 저감하도록 상기 스턴 보스 근방의 상기 구동축 상에 설치되는 진동 감쇠장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 비틀림 진동을 억제하기 위한 비틀림 진동 댐퍼를 포함할 수 있다.

또한, 상기 비틀림 진동 댐퍼는 상기 구동축에 결합되는 내부 링과, 상기 내부 링과 동심을 갖는 외부 링과, 상기 내부 링과 상기 외부 링 사이의 챔버 내에 배치되어 토크 전달을 하는 판 스프링 조립체와, 상기 챔버 내에 충진되는 오일을 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 축 방향 진동 및 반경 방향 진동 중 적어도 하나를 억제하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 스퀴즈 필름 댐퍼(squeeze film damper)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스퀴즈 필름 댐퍼는 상기 구동축에 결합되는 구름 베어링과, 상기 구름 베어링의 진동에 의해 가압되어 압축되는 댐퍼오일을 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축에 결합되는 구름 베어링과, 상기 구름 베어링의 외륜에 결합되는 고리부재와, 상기 고리부재의 진동에 의해 가압되어 압축되는 댐퍼오일을 구비한 스퀴즈 필름 댐퍼를 포함하고, 상기 고리부재의 바깥 면은 서로 대향하는 경사면을 구비할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 선박용 추진장치는 구동원에 의해 회전하며 선내로부터 선체의 스턴 보스(stern boss)를 관통하여 선외로 연장되는 구동축과, 상기 구동축에 고정된 후방 프로펠러와, 상기 후방 프로펠러 전방의 상기 구동축에 상대 회전 가능하게 지지된 전방 프로펠러와, 상기 스턴 보스 쪽에 설치되며 상기 구동축의 회전을 상기 전방 프로펠러로 반전시켜 전달하는 복수의 베벨기어를 포함하는 반전 회전장치와, 상기 구동축에서 발생된 진동이 상기 반전 회전장치로 전달되는 것을 저감하도록 상기 스턴 보스 근방의 상기 구동축 상에 설치되는 진동 감쇠장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 베벨기어 중 하나는 상기 전방 프로펠러의 허브에 고정될 수 있다.

또한, 상기 반전 회전장치는 상기 구동축에 고정된 구동 베벨기어와, 상기 전방 프로펠러의 허브에 고정된 피동 베벨기어와, 상기 구동 베빌기어의 회전을 상기 피동 베벨기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전 베벨기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 비틀림 진동을 억제하기 위한 비틀림 진동 댐퍼를 포함할 수 있다.

또한, 상기 비틀림 진동 댐퍼는 상기 구동축에 결합되는 내부 링과, 상기 내부 링과 동심을 갖는 외부 링과, 상기 내부 링과 상기 외부 링 사이의 챔버 내에 배치되어 토크 전달을 하는 판 스프링 조립체와, 상기 챔버 내에 충진되는 오일을 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 축 방향 진동 및 반경 방향 진동 중 적어도 하나를 억제하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진동 감쇠장치는 스퀴즈 필름 댐퍼(squeeze film damper)를 포함할 수 있다.

본 실시 예의 추진장치는 반전 회전장치를 복수의 베벨기어로 구성하여 그 부피를 줄일 수 있기 때문에 반전 회전장치를 선체의 후미에 설치하는 것이 가능하다.

또 본 실시 예의 추진장치는 반전 회전장치의 베벨기어와 전방 프로펠러를 직결시킬 수 있기 때문에 종래와 달리 외축을 사용하지 않고서도 전방 프로펠러로의 동력전달이 가능하고, 두 프로펠러의 상호반전을 구현할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 외축을 사용하지 않기 때문에 구동축을 설치하는 작업 및 설치 후 축의 중심을 정렬하는 작업을 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 반전 회전장치를 선체 후방으로부터 선체 후미에 마련된 설치공간으로 진입시켜 설치할 수 있기 때문에 추진장치의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 외축을 사용하지 않기 때문에 종래보다 윤활이 필요한 영역을 줄일 수 있고, 윤활에 따른 제반문제를 최소화할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 스턴 보스 근방의 구동축 상에 설치되는 진동 감쇠장치를 통해 스턴 보스에 설치되는 반전 회전장치로의 진동 전달을 저감시킬 수 있어 반전 회전장치의 이물림 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 실시 예에 따른 추진장치가 선박에 적용된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시 예에 따른 추진장치의 단면도이다.
도 3은 본 실시 예에 따른 추진장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 추진장치의 지지링의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 추진장치의 후방 프로펠러 장착 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 실시 예에 따른 추진장치의 반전 베벨기어와 케이싱 조립체를 선체 후미 설치공간에 설치하는 방법을 나타낸 것이다.
도 7은 본 실시 예에 따른 추진장치의 반전 베벨기어와 케이싱 조립체의 측면도이다.
도 8은 본 실시 예의 구동축에 설치된 비틀림 진동 댐퍼의 결합 단면도이다.
도 9는 본 실시 예의 비틀림 진동 댐퍼의 단면도이다.
도 10은 본 실시 예의 구동축에 설치된 축 방향 진동 댐퍼의 결합 단면도이다.
도 11은 본 실시 예의 구동축에 설치된 스퀴즈 필름 댐퍼의 결합 단면도이다.
도 12는 다른 실시 예의 구동축에 설치된 스퀴즈 필름 댐퍼의 결합 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제1밀봉장치 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제1밀봉장치 분해 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제2밀봉장치 단면도이다.
도 16은 본 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치의 변형 예이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 선박의 추진장치는 선체(1)의 후미(3)에 설치되며 2개의 프로펠러(20,30)가 상호 반대로 회전하면서 추진력을 발생시키는 이중반전 추진장치이다. 여기서, 선체(1)의 후미(3)는 두 프로펠러(20,30)가 설치된 구동축(10)을 지지하도록 선체(1)의 선미부에서 후방으로 돌출된 유선형의 스턴 보스(stern boss)를 의미한다.

추진장치는 선내로부터 선체(1)의 후미(3)를 통해 선외로 연장되는 구동축(10)과, 구동축(10)의 끝 부분에 고정되어 구동축(10)과 일체로 회전되는 후방 프로펠러(20)와, 후방 프로펠러(20)의 전방에서 구동축(10)에 상대 회전 가능하게 설치되는 전방 프로펠러(30)와, 구동축(10)의 회전력을 전달받아 전방 프로펠러(30)를 후방 프로펠러(20)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시키도록 전방 프로펠러(30)에 직결(直結)되는 반전 회전장치(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

구동축(10)은 선내에 설치된 구동원(2)(디젤엔진, 가솔린 엔진, 모터, 터빈 등)과 연결되고, 선체(1)의 후미(3)를 관통하여 선외로 연장 형성되어 후방 프로펠러(20)를 회전시킨다.

선외로 연장되는 구동축(10)에는 반전 회전장치(70) 및 전방 프로펠러(30)가 각각 설치되기 위한 단차부(12,13) 및 후방 프로펠러(20)가 설치되기 위한 테이퍼부(14)가 순차적으로 마련될 수 있다. 또한, 반전 회전장치(70)가 설치되는 단차부(12)에는 구동축(10)의 반경방향 외측으로 연장 형성되는 플랜지부(11)가 구비될 수 있다.

플랜지부(11)는 구동축(10)과 일체로 마련되거나 별도로 제작된 후 구동축(10)의 바깥 면에 압입 고정되는 방식으로 설치될 수 있다.

후방 프로펠러(20)는 구동축(10)의 후미 부분에 고정되는 허브(21)와, 허브(21)의 바깥 면에 마련된 복수의 날개(22)를 포함하고, 허브(21)의 축결합공(23)은 구동축(10)의 테이퍼부(14)에 압입된 후 고정너트(24)에 의해 지지됨으로써 후방 프로펠러(20)는 구동축(10)에 고정될 수 있다.

도면번호 25는 구동축(10)의 후단을 덮도록 장착되는 프로펠러 캡이다.

전방 프로펠러(30)는 후방 프로펠러(20)와 소정간격 이격된 전방에서 구동축(10)의 바깥 면에 상대 회전 가능하게 설치된다. 이러한 전방 프로펠러(30)는 레이디얼 베어링(51) 및 전,후방 스러스트 베어링(52,53)에 의해 지지되어 구동축(10)의 바깥 면에 상대 회전 가능하게 지지되는 허브(31)와, 허브(31)의 바깥 면에 마련된 복수의 날개(32)를 포함한다.

전방 스러스트 베어링(52)은 내륜이 구동축(10)의 제2단차부(13)의 턱에 걸려 지지되고, 외륜이 허브(31)의 전방 베어링 지지부(33)에 지지될 수 있다.

후방 스러스트 베어링(53)은 내륜이 구동축(10)의 외면에 장착되는 지지링(60)에 의해 축 방향으로 밀리지 않도록 지지되고, 외륜이 허브(31)의 후방 베어링 지지부(34)에 지지될 수 있다.

레이디얼 베어링(51)은 구동축(10)의 반경 방향으로 작용하는 전방 프로펠러(30)의 레이디얼 하중을 감당하고, 전방 및 후방 스러스트 베어링(52,53)은 구동축(10)에 전후 축 방향으로 각각 작용하는 스러스트 하중을 감당할 수 있도록 한 것이다. 특히 전방 스러스트 베어링(52)은 선박의 전진 시 전방 프로펠러(30)로부터 선수 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당하고, 후방 스러스트 베어링(53)은 선박의 후진 시 전방 프로펠러(30)로부터 선미 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당한다.

전방 프로펠러(30)의 허브(31)에는 전방 및 후방 베어링 지지부(33,34)가 마련되는 위치에 각각 보강부재(41,42)가 설치될 수 있다. 전방 스러스트 베어링(52)과 후방 스러스트 베어링(53)이 설치되는 부분에 각각 보강부재(41,42)를 설치함으로써 허브(31)의 강성이 커지도록 한 것이다. 이러한 보강부재(41,42)는 허브(31)보다 강성이 높은 강철소재로 마련될 수 있다. 같은 방식으로 후방프로펠러(20)의 허브(21) 전면에도 지지링(60)과 접하는 부분에 보강부재(43)가 마련될 수 있다.

지지링(60)은 도 4에 도시된 바와 같이, 반원형을 이루도록 양측으로 분할된 제1지지링(61)과 제2지지링(62), 이들의 체결을 위한 결합볼트들(63)을 포함하는 형태일 수 있다. 이는 도 5에 도시한 바와 같이, 전방 프로펠러(30) 및 후방 스러스터 베어링(53)을 구동축(10)에 설치한 다음, 후방 프로펠러(20)의 허브(21)를 압입 방식으로 구동축(10)에 결합한 상태에서 후방 프로펠러(20)의 허브(21)와 후방 스러스터 베어링(53) 사이에 지지링(60)을 설치할 수 있도록 한 것이다.

이러한 지지링(60)의 설치 방식은 후방 프로펠러(20)를 구동축(10)에 압입 방식으로 설치할 경우 환경에 따라 후방 프로펠러의 결합 오차가 생겨 후방 스러스트 베어링(53)과 후방 프로펠러 허브(21) 사이 간격을 정확히 유지하기 어려운 점을 감안한 것이다. 따라서, 후방 프로펠러(20)를 먼저 조립한 후 후방 스러스트 베어링(53)과 후방 프로펠러(20)의 허브(21) 사이의 간격을 측정하고 이에 부합하도록 지지링(60)을 제작하여 구동축(10)에 장착함으로써 정확한 결합을 구현할 수 있도록 한 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 분할된 제1지지링(61)과 제2지지링(62)은 구동축(10) 외면에 결합시킨 후 양측에 각각 결합볼트(63)를 체결함으로써 고정시킬 수 있다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 반전 회전장치(70)는 전방 프로펠러(30)의 허브(31)와 선체(1)의 후미(3) 사이에 설치될 수 있다. 이를 위해, 선체(1)의 후미(3)에는 반전 회전장치(70)를 수용할 수 있는 오목한 형태의 설치공간(4)이 마련된다.

설치공간(4)은 그 중심이 구동축(10)의 중심과 일치하는 원통 형태로 마련될 수 있고, 전방 프로펠러(30)의 허브(31)와 대면하는 부분이 개방된 형태이다.

반전 회전장치(70)는 구동축(10)과 함께 회전하도록 구동축(10)의 플랜지부(11)에 고정된 구동 베벨기어(71)와, 구동 베벨기어(71)와 대면하는 형태로 전방 프로펠러(30)의 허브(31) 전면에 고정된 피동 베벨기어(72), 구동 베벨기어(71)의 회전을 피동 베벨기어(72)로 반전시켜 전달하는 복수의 반전 베벨기어(73)를 구비할 수 있다.

또 복수의 반전 베벨기어 축(74)을 지지하기 위해 반전 베벨기어(73)의 외측을 포위하는 형태로 설치되는 원통형 케이싱(75)을 포함한다.

구동 베벨기어(71)는 플랜지부(11)의 제1단차부(12)에 지지된 상태에서 복수의 고정볼트(71a)가 체결됨으로써 플랜지부(11)에 고정될 수 있다.

피동 베벨기어(72)는 그 후면이 전방 프로펠러(3)의 허브(31)에 접한 상태에서 역시 복수의 고정볼트(72a)가 체결됨으로써 허브(31)에 고정될 수 있다.

또 피동 베벨기어(72)는 회전 시 마찰이 발생하지 않도록 그 내경 부분이 구동축(10) 외면과 이격될 수 있다. 도 2는 피동 베벨기어(72)가 고정볼트(72a) 체결에 의해 결합되는 방식을 도시하였으나, 피동 베벨기어(72)는 전방 프로펠러(30)의 허브(31)에 용접되거나 전방 프로펠러(30)의 허브(31)와 일체로 마련될 수도 있다.

복수의 반전 베벨기어(73)는 구동 베벨기어(71)와 피동 베벨기어(72) 사이에 각각 이물림 상태로 개재된다. 각 반전 베벨기어(73)를 지지하는 축(74)은 구동축(10)과 교차하는 방향으로 형성되고 구동축(10)을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다.

또 반전 베벨기어 축(74)은 도 2와 도 7에 도시한 바와 같이, 외측에 위치하는 단부가 케이싱(75)의 내면에 볼트 체결이나 용접에 의해 고정될 수 있다. 각 반전 베벨기어(73)와 이를 지지하는 축(74) 사이에는 반전 베벨기어(73)의 원활한 회전을 위해 베어링(73a)이 설치될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 반전 베벨기어(73)가 복수로 구성된 경우를 예시하였으나, 반전 베벨기어(73)는 구동 베벨기어(71)의 회전을 반전시켜 피동 베벨기어(72)로 전달할 수 있으면 될 것이므로, 반드시 복수일 필요는 없다. 구동부하가 크지 않은 소형 선박의 경우에는 하나의 반전 베벨기어만으로도 그 기능을 구현할 수 있을 것이다.

반전 베벨기어들(73)은 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 축(74)에 의해 케이싱(75) 내면에 장착된 상태에서 케이싱(75)과 함께 설치공간(4)으로 진입되는 방식으로 설치될 수 있다. 이를 위해 케이싱(75) 외면에는 설치를 안내하고 설치 후 케이싱(75)의 회전을 제한하기 위해 구동축(10)의 축선 방향으로 길게 형성되며 그 외면으로부터 돌출된 적어도 하나 이상의 결합레일(76)이 마련된다. 그리고 설치공간(4) 내면에는 결합레일(76)이 대응하여 결합될 수 있는 결합홈(77)이 형성된다. 이는 반전 베벨기어들(73), 축(74), 케이싱(75)이 하나의 조립체를 이루어 함께 결합될 수 있도록 하여 설치가 용이하도록 하기 위함이다.

이러한 반전 회전장치(70)는 구동 베벨기어(71)의 회전을 복수의 반전 베벨기어(73)가 반전시켜 피동 베벨기어(72)로 전달하므로 피동 베벨기어(72)와 구동 베벨기어(71)의 상반된 회전이 가능하다. 따라서 피동 베벨기어(72)에 직결된 전방 프로펠러(30)와 구동축(10)에 직결된 후방 프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현할 수 있다.

또 본 실시 예의 반전 회전장치(70)는 복수의 베벨기어들(71,72,73)을 통해 반전을 구현하는 형태이므로 종래 유성기어식 반전회전장치에 비하여 그 부피를 줄일 수 있다. 따라서 선체 후미의 부피를 크게 하지 않으면서도 선체의 후미(3)에 장착하는 것이 가능하다. 또 반전회전장치(70)를 선체의 후미(3)에 장착할 수 있게 됨으로써 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러 허브(31)의 직결이 가능하다.

특히 본 실시 예는 반전 회전장치(70)를 설치할 때 피동 베벨기어(72)의 후면과 전방 프로펠러 허브(31) 전면이 대면하도록 할 수 있고, 피동 베벨기어(72)와 허브(31)의 회전중심을 일치시킬 수 있기 때문에 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러 허브(31)를 직접 연결시키는 것이 가능하다. 따라서 종래와 다르게 외축을 사용하지 않고서도 전방 프로펠러(30)로 동력을 전달하는 것이 가능하다. 또 외축이 없기 때문에 종래보다 구동축(10)의 마찰요인을 감소시킬 수 있어 종래보다 윤활영역을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 외축이 없기 때문에 구동축(10)을 설치하는 작업 및 설치 후 축의 중심을 정렬하는 작업도 용이하게 수행할 수 있다.

통상의 유성기어식 반전회전장치는 구동축에 설치되는 태양기어, 태양기어 외측에 설치되는 유성기어, 유성기어 외측에 설치되는 원통형의 내접기어를 포함하기 때문에 그 부피가 상대적으로 크다. 또 유성기어식 반전회전장치는 최외곽에 배치되는 내접기어가 회전해야 하기 때문에 그 외측의 케이싱까지 고려하면 부피가 매우 커질 수 밖에 없다. 따라서 이를 본 실시 예의 경우처럼 선체의 후미에 설치하기란 어려운 문제다. 설령 선체 후미에 설치한다 하더라도 선체 후미의 크기를 키워야 하는 문제가 생기고, 원통형 내접기어로부터 전방 프로펠러로 동력을 전달하기 위해 종래의 외축에 상당하는 중공축을 사용해야 한다. 결국 본 실시 예처럼 구성을 단순화하면서 부피를 줄이기는 어렵다.

한편, 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 구동축(10)의 지지를 위해 반전 회전장치(70)와 인접한 전방의 구동축(10) 외면과 선체(1) 사이에 설치된 레이디얼 베어링(55)을 구비할 수 있다. 이 레이디얼 베어링(55)은 반전 회전장치 직전에서 구동축(10)을 지지함으로써 반전 회전장치(70)의 원활한 동작을 구현하는데 기여한다. 즉, 레이디얼 베어링(55)이 구동축(10)의 반경방향 진동이나 흔들림을 방지함으로써 구동 베벨기어(71)와 반전 베벨기어(73) 사이의 이물림 및 반전 베벨기어(73)와 피동 베벨기어(72) 사이의 이물림이 정확히 유지되도록 할 수 있다.

또한, 구동축(10)이 회전되는 경우 구동축(10)의 양 단부에서는 부조화된 진동이 발생될 수 있고, 이러한 진동은 증폭되어 선체(1)의 후미(3) 쪽에 설치된 반전 회전장치(70)로 전달되는 경우 반전 회전장치(70)의 기어들에서 채터링(chattering)이 발생할 수 있게 된다.

이를 방지하도록 본 실시 예에서는 구동축(10)에 의해 발생되는 진동을 감소시켜 반전 회전장치(70)의 베벨기어들(71,72,73) 사이의 이물림이 정확히 유지되도록 하기 위한 진동 감쇠장치(130)(도1 참조)가 구비될 수 있다.

이러한 진동 감쇠장치(130)는 구동축(10) 상에 장착되되, 반전 회전장치(70) 근방의 구동축(10)의 진동을 억제하도록 반전 회전장치(70)와 가까운 위치의 선내에 배치될 수 있다.

진동 감쇠장치(130)는 구동축(10)에서 발생되는 진동을 흡수하기 위한 것으로서, 구동축(10)의 축 방향(횡 진동) 또는 반경 방향(종 진동)의 진동성분이나 비틀림 진동을 상쇄시키기 위한 통상의 댐퍼(damper)로 구성되거나 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

도 8 내지 도 12는 본 발명의 진동 감쇠장치의 실시 예를 도시한 것이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시 예의 진동 감쇠장치(130)는 구동축(10)의 비틀림 진동을 억제하기 위하여 사용되는 비틀림 진동 댐퍼(140)로 구성될 수 있다.

비틀림 진동 댐퍼(140)는 구동축(10)에 결합되는 내부 링(141)과, 내부 링(141)과 동심을 갖도록 소정거리 이격된 외부 링(143)과, 내부 링(141)과 외부 링(143) 사이의 챔버(142) 내에 배치되어 토크 전달을 하는 판 스프링 조립체(145)를 포함한다.

챔버(142)는 비틀림 진동 댐퍼(140)의 원주 방향을 따라 이격 배치된 복수의 중간부재(147)를 통해 서로 구획되어 복수개 구비되고, 복수의 챔버(142)에는 오일 등의 감쇠매질(148)이 충진된다.

판 스프링 조립체(145)는 심(shim,149)에 의해 서로 분리되는 2개의 판 스프링(145a,145b)으로 구성되고, 2개의 판 스프링(145a,145b)은 한쪽 끝 부분은 외부 링(143)에 지지부재(144)를 통해 고정되고, 다른 쪽 끝 부분은 내부 링(141)의 외주면에 마련된 홈(146) 내부에서 유동간극을 유지하면서 결합된다.

이러한 구성을 통하여, 판 스프링 조립체(145)는 내부 링(141)과 외부 링(143)을 비틀림 유연성 방식(torsionally flexible manner)으로 서로 이어줌에 따라 외부 링(143)과 내부 링(141)의 상대 회전으로 인한 판 스프링 조립체(145) 및 감쇠매질(148)의 작용으로 구동축(10)의 비틀림 진동을 억제하게 된다.

또한, 본 실시 예에서는 진동 감쇠장치(130)는 구동축(10)의 비틀림 진동을 억제하기 위한 비틀림 진동 댐퍼로 구성하였으나, 도 10에 도시된 바와 같이 구동축(10)의 축 방향의 진동을 억제하기 위한 축 방향 진동 댐퍼(150)로 구성될 수도 있다.

이러한 축 방향 진동 댐퍼(150)는 구동축(10)에서 반경방향으로 연장되는 플랜지부(10a)를 감싸는 하우징(153)을 구비하고, 하우징(153)의 내부에는 플랜지부(10a)의 축 방향 이동을 감소시키기 위한 댐퍼오일(151)이 내장될 수 있다.

도면번호 155는 구동축(10)과 하우징(153) 사이에 개재되는 베어링이다.

이러한 구성을 통해, 구동축(10)에서 축 방향의 진동이 발생되는 경우 구동축(10)의 플랜지부(10a)는 댐퍼오일(151)을 압축하게 되므로 축 방향의 진동이 억제되게 된다.

한편, 본 실시 예에서는 댐퍼오일(151)의 압력에 의하여 플랜지부(10a)의 진동을 감쇠시키도록 구성하였으나, 통상의 스프링을 통하여 구성할 수도 있음은 당연하다.

도 11은 다른 실시 예의 진동 감쇠장치를 도시한 것으로서, 도 11에 도시한 진동 감쇠장치(160)는 통상의 스퀴즈 필름 댐퍼(SFD, Squeeze Film Damper)로 구성될 수 있다.

도 11을 참조하면, 구동축(10)의 외면에는 내륜(161), 볼(162) 및 외륜(163)으로 이루어진 구름 베어링(164)이 결합되고, 외륜(163)과 하우징(165) 사이에는 댐퍼오일(166)이 충진된다.

이러한 구성을 통하여 구동축(10)에 반경방향의 진동이 발생하게 되면, 외륜(163)은 댐퍼오일(166)을 압축하게 되므로 구동축(10) 진동의 진폭은 감소되게 된다.

본 실시 예에서는 스퀴즈 필름 댐퍼로서 댐퍼오일을 적용한 구성을 개시하였으나, 구동축(10)의 진동을 보다 효과적으로 저감하기 위해 ER유체(electro-rheological fluid), MR유체(magneto-rheological fluid), 액정(liquid crystal), 자성유체(magnetic fluid)와 같은 기능성 유체 및 전자석(회전 전자석 및 고정 전자석의 상호 자기력 작용)을 이용한 구성도 적용될 수 있을 것이다.

또한, 스퀴즈 필름 댐퍼(160)의 외륜(163)은 리테이너 스프링(retainer spring) 또는 센터링 스프링(centering spring)에 의하여 지지될 수도 있다.

도 12는 스퀴즈 필름 댐퍼의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이하에서는 동일한 기능을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

도 12에 도시된 스퀴즈 필름 댐퍼(170)는 구름 베어링(164)의 외륜(163)에 결합되는 고리부재(171)를 구비하고, 고리부재(171)의 바깥 면은 서로 대향하는 경사면(172,173)을 가지도록 마련된다.

이러한 구성을 통하여 구동축(10)에 반경방향 또는 축방향의 진동이 발생되는 경우에도 하우징(165)과 고리부재(171) 사이에 충진되는 댐퍼오일(166)의 스퀴즈막 작용에 의하여 반경방향 또는 축방향의 진동이 감쇠되게 된다.

한편, 본 실시 예에서 도시한 진동 감쇠장치의 예는 구동축(10)의 비틀림 진동, 반경방향 진동 및 축방향 진동을 상쇄시키기 위한 일 예를 든 것으로서, 회전체의 진동을 상쇄시킬 수 있는 공지된 다른 댐퍼장치의 구조도 적용될 수 있음은 당연하다.

일 례로서, 본 실시 예에서는 나타내지 않았으나 구동축(10)에 결합되는 통상의 다이내믹 댐퍼(dynamic damper)를 적용할 수도 있을 것이다. 이러한 다이내믹 댐퍼는 안쪽은 소프트한 구조로 되어 구동축(10)의 외면에 결합되고, 상대적으로 바깥 쪽은 발란스 웨이트 역할을 하는 질량체를 매몰 형성하여 구동축(10)의 회전시 질량체가 구동축(10)의 진동을 억제하여 안정시켜주는 작용을 하도록 구성할 수도 있다.

이러한 구성을 통하여, 선체(1)의 후미(3) 쪽에 설치되는 반전 회전장치(70)는 구동축(10)에 의해 발생되는 진동의 전달이 저감됨에 따라 진동 발생에 따른 반전 회전장치(70)의 내구성 저하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 선체 후미(3)와 전방 프로펠러 허브(31) 사이를 밀봉하여 해수(또는 민물)나 이물질의 침입을 방지하는 제1밀봉장치(90)와, 같은 목적으로 전방 프로펠러 허브(31)와 후방 프로펠러 허브(21) 사이를 밀봉하는 제2밀봉장치(110)를 구비할 수 있다.

제1밀봉장치(90)는 도 13에 도시한 바와 같이, 전방 프로펠러 허브(31)의 전면에 설치된 원통형 제1라이닝(91)과, 제1라이닝(91)의 외면에 접하도록 제1라이닝(91)의 외면을 덮으며 그 일단이 선체 후미(3)에 고정된 원통형 제1밀봉부재(92)를 포함한다.

제1밀봉부재(92)는 제1라이닝(91)과 대면하는 내면에 상호 이격되게 설치되어 제1라이닝(91)의 외면과 접하는 복수의 패킹(93a,93b,93c)과, 이들 패킹(93a,93b,93c) 사이의 홈으로 밀봉을 위한 유체를 공급하는 유로(95)를 구비할 수 있다.

제1밀봉부재(92)의 유로(95)는 소정의 압력을 가진 윤활유가 공급될 수 있도록 선체(1)에 마련된 윤활유 공급유로(96)와 연결될 수 있다. 압력을 가진 윤활유가 각 패킹(93a,93b,93c) 사이의 홈으로 공급되어 각 패킹(93a,93b,93c)을 제1라이닝(91) 쪽으로 가압하여 밀착시킴으로써 해수나 이물질의 침입을 방지할 수 있도록 한 것이다.

또 제1라이닝(91)은 도 14에 도시한 바와 같이, 구동축(10)에 전방 프로펠러(30)를 설치한 후에 장착이 가능하도록 양측이 반원형으로 분할된 제1부재(91a)와 제2부재(91b)로 구성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2부재(91a,91b)의 상호 분할된 부분(91c)에는 이들이 상호 결합될 때 밀봉이 이루어질 수 있도록 패킹(91d)이 개재될 수 있다. 또 제1부재(91a)의 분할된 부분(91c) 자유단 쪽에는 한 쪽으로부터 반대편으로 돌출하는 제1결속부(91e)가 마련되고, 그 반대편 제2부재(91b)에는 대응하여 결합되는 제2결속부(91f)가 마련되며, 여기에는 고정볼트(91g)가 체결됨으로써 양측이 상호 견고한 결합을 이루도록 할 수 있다. 전방 프로펠러 허브(31)에 고정되는 플랜지부(91h)에는 다수의 고정볼트(91i)가 체결됨으로써 허브(31)에 견고히 고정될 수 있다.

제1밀봉부재(92)의 경우도 반원형으로 제작된 다수의 링(92a,92b,92c)을 제1라이닝(91) 외측에서 구동축(10)의 길이방향으로 적층시켜 고정하는 방식일 수 있다. 이 경우 다수의 링(92a,92b,92c)은 볼트 체결이나 용접에 의해 상호 결속될 수 있다.

제2밀봉장치(110)는 도 15에 도시한 바와 같이, 후방 프로펠러 허브(21)의 전면에 설치된 원통형 제2라이닝(111)과, 제2라이닝(111)의 외면과 접하도록 제2라이닝(111) 외면을 덮으며 그 일단이 전방 프로펠러 허브(31) 후면에 고정된 원통형 제2밀봉부재(112)를 포함한다. 제2밀봉부재(112) 역시 제1밀봉부재(92)와 마찬가지로 내면에 설치된 복수의 패킹(113a,113b,113c)과, 이들 패킹 사이의 홈으로 유체를 공급하는 유로(115)를 구비한다.

제2밀봉부재(112)의 유로(115)는 구동축(10) 중심부에 마련된 윤활유 공급유로(120)와 연결된다. 이를 위해 구동축(10)과 지지링(60)에는 윤활유 공급유로(120)와 제2라이닝(111)의 내측공간(122)을 연결시키는 반경방향의 제1연결유로(121)가 형성되고, 전방프로펠러 허브(31) 후면의 보강부재(42)에는 제2라이닝(111)의 내측공간(122)과 제2밀봉부재(112)의 유로(115)를 연결하는 제2연결유로(123)가 형성될 수 있다. 구동축(10) 중심부로부터 제2밀봉부재(112) 쪽으로 밀봉을 위한 윤활유가 공급되어 패킹들(113a,113b,113c)을 가압하고, 이를 통해 밀봉을 구현할 수 있도록 한 것이다.

제2라이닝(111)과 제2밀봉부재(112)도 제1밀봉장치(90)의 제1라이닝(91)과 제1밀봉부재(92)와 마찬가지로 각각 반원형으로 제작됨으로써 후방프로펠러(20)와 지지링(60)의 설치 후에 결합하는 방식일 수 있다.

도 16은 본 실시 예에 따른 반전회전장치의 변형 예이다. 도 16의 예는 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러(30)의 허브(31) 사이에 간격조절부재(72c)를 설치한 것이다. 이는 간격조절부재(72c)가 피동 베벨기어(72)와 전방 프로펠러(30) 허브(31) 사이의 연결을 매개할 수 있도록 한 것이고, 반전 회전장치(70)나 전방 프로펠러(30)의 설치환경 등을 고려하여 필요할 경우 간격조절부재(72c)를 설치하여 허브(31)와 피동 베벨기어(72) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 한 것이다.

다음은 본 실시 예에 따른 추진장치의 동작을 설명한다.

추진장치는 선체(1) 내부 구동원(2)의 동작에 의해 구동축(10)이 회전하면, 구동축(10) 후단부에 직결된 후방프 로펠러(20)가 구동축(10)과 동일한 방향으로 함께 회전한다. 동시에 반전 회전장치(70)의 구동 베벨기어(71)도 구동축(10)에 고정된 상태이므로 구동축(10)과 함께 회전한다. 구동 베벨기어(71)의 회전은 복수의 반전 베벨기어(73)에 의해 반전되어 피동 베벨기어(72)로 전달되므로 피동 베벨기어(72)가 구동축(10)과 반대로 회전한다. 따라서 피동 베벨기어(72)와 직결된 전방프로펠러(30)는 후방 프로펠러(20)와 반대로 회전한다.

상호 반대로 회전하는 전방 프로펠러(30)와 후방 프로펠러(20)는 날개각이 서로 반대이기 때문에 동일한 방향으로 추진수류를 발생시킨다. 즉 선박이 전진할 때는 후방으로 추진수류를 발생시키고, 선박이 후진할 때는 각각 역으로 회전하면서 전방으로 추진수류를 발생시킨다. 또 전진할 때 발생하는 추진수류는 전방 프로펠러(30)를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러(20)가 역으로 회전하면서 추진력으로 회수하므로 추진성능이 향상된다. 후진할 때도 마찬가지다.

한편, 전방 프로펠러(30)는 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 이에 상당하는 반력을 받는다. 이 힘은 전방 스러스트 베어링(52)을 통해 구동축(10)으로 전달되어 추진력으로 작용한다. 후방 프로펠러(20)도 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 반력을 받게 되는데, 이 힘 역시 직결된 구동축(10)으로 전달되어 추진력으로 작용한다.

선박이 후진할 때는 전방 프로펠러(30)의 추진력(반력)이 후방 스러스트 베어링(53)을 통해 구동축(10)으로 전달되고, 후방 프로펠러(20)의 추진력 역시 직결된 구동축(10)으로 전달된다. 결국 본 실시 예의 추진장치는 선박이 전진할 때와 후진할 때 전방프로펠러(30)와 후방프로펠러(20)의 동작에 의해 생기는 추진력이 모두 구동축(10)을 통하여 선체(1)로 전달된다.

한편, 스턴 보스(3)와 가까운 선내 구동축(10) 상에 설치되는 진동 감쇠장치(130)로 인하여 구동축(10)에 의해 발생되는 진동이 선체(1)의 후미, 즉 스턴 보스(3)에 설치되는 반전 회전장치(70)로 전달되는 것이 저감되므로, 반전 회전장치(70)의 베벨기어들의 이물림 신뢰성 향상에 따라 추진장치의 내구성은 증가되게 된다.

1: 선체, 2: 구동원,
3: 선체의 후미, 4: 설치공간,
10: 구동축, 20: 후방 프로펠러,
30: 전방 프로펠러, 41,42: 보강부재,
51,55: 레이디얼 베어링, 52: 전방 스러스트 베어링,
53: 후방 스러스트 베어링, 60: 지지링,
70: 반전 회전장치, 71: 구동 베벨기어,
72: 피동 베벨기어, 73: 반전 베벨기어,
75: 케이싱, 90: 제1밀봉장치,
110: 제2밀봉장치. 130: 진동 감쇠장치.
140: 비틀림 진동 댐퍼, 150: 축 방향 진동 댐퍼,
160: 스퀴즈 필름 댐퍼.

Claims (15)

1. 구동축에 서로 반대 방향으로 회전되는 전방 및 후방 프로펠러를 구비한 선박용 추진장치에 있어서,
   상기 구동축의 회전을 반전시켜 상기 전방 및 후방 프로펠러 중 어느 하나에 전달하도록 선체의 스턴 보스(stern boss) 쪽에 설치되는 반전 회전장치와, 상기 구동축에서 발생된 진동이 상기 반전 회전장치로 전달되는 것을 저감하도록 상기 스턴 보스 근방의 상기 구동축 상에 설치되는 진동 감쇠장치를 포함하는 선박용 추진장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 비틀림 진동을 억제하기 위한 비틀림 진동 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 비틀림 진동 댐퍼는 상기 구동축에 결합되는 내부 링과, 상기 내부 링과 동심을 갖는 외부 링과, 상기 내부 링과 상기 외부 링 사이의 챔버 내에 배치되어 토크 전달을 하는 판 스프링 조립체와, 상기 챔버 내에 충진되는 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 축 방향 진동 및 반경 방향 진동 중 적어도 하나를 억제하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 진동 감쇠장치는 스퀴즈 필름 댐퍼(squeeze film damper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 스퀴즈 필름 댐퍼는 상기 구동축에 결합되는 구름 베어링과, 상기 구름 베어링의 진동에 의해 가압되어 압축되는 댐퍼오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축에 결합되는 구름 베어링과, 상기 구름 베어링의 외륜에 결합되는 고리부재와, 상기 고리부재의 진동에 의해 가압되어 압축되는 댐퍼오일을 구비한 스퀴즈 필름 댐퍼를 포함하고, 상기 고리부재의 바깥 면은 서로 대향하는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
8. 구동원에 의해 회전하며 선내로부터 선체의 스턴 보스(stern boss)를 관통하여 선외로 연장되는 구동축;
   상기 구동축에 고정된 후방 프로펠러;
   상기 후방 프로펠러 전방의 상기 구동축에 상대 회전 가능하게 지지된 전방 프로펠러;
   상기 스턴 보스 쪽에 설치되며 상기 구동축의 회전을 상기 전방 프로펠러로 반전시켜 전달하는 복수의 베벨기어를 포함하는 반전 회전장치;
   상기 구동축에서 발생된 진동이 상기 반전 회전장치로 전달되는 것을 저감하도록 상기 스턴 보스 근방의 상기 구동축 상에 설치되는 진동 감쇠장치를 포함하는 선박용 추진장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 복수의 베벨기어 중 하나는 상기 전방 프로펠러의 허브에 고정된 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 반전 회전장치는 상기 구동축에 고정된 구동 베벨기어와, 상기 전방 프로펠러의 허브에 고정된 피동 베벨기어와, 상기 구동 베벨기어의 회전을 상기 피동 베벨기어로 반전시켜 전달하는 하나 이상의 반전 베벨기어를 포함하는 선박용 추진장치.
11. 제 8항에 있어서,
    상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 비틀림 진동을 억제하기 위한 비틀림 진동 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 비틀림 진동 댐퍼는 상기 구동축에 결합되는 내부 링과, 상기 내부 링과 동심을 갖는 외부 링과, 상기 내부 링과 상기 외부 링 사이의 챔버 내에 배치되어 토크 전달을 하는 판 스프링 조립체와, 상기 챔버 내에 충진되는 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
13. 제 8항에 있어서,
    상기 진동 감쇠장치는 상기 구동축의 축 방향 진동 및 반경 방향 진동 중 적어도 하나를 억제하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
14. 제 10항에 있어서,
    상기 진동 감쇠장치는 스퀴즈 필름 댐퍼(squeeze film damper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 추진장치를 갖춘 선박.

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