KR20130079906A - 선박용 프로펠러의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동일한 크기의 허브 및 날개를 사용하는 다양한 선박의 경우 각각의 프로펠러 제작시 별도의 목형이나 주형을 제작할 필요없이 날개의 피치각을 실시간으로 변화시켜 제작할 수 있어 생산원가를 낮추고, 생산성을 향상시킬 수 있는 선박용 프로펠러의 제작방법에 관한 것으로서, 선박의 추진축에 설치되는 원통 형상의 허브를 동일한 크기로 미리 주물 제작하는 허브제작단계와, 상기 허브의 외주연에 결합되는 결합면에 돌출된 삽입부가 형성되도록 복수의 날개를 동일한 크기로 미리 주물 제작하는 날개제작단계와, 상기 허브의 외주연에 상기 날개의 삽입부가 삽입되도록 제작하고자 하는 날개의 피치각에 맞는 복수의 삽입홀을 방사상으로 관통 형성하는 삽입홀형성단계와, 상기 허브의 외주연에 관통 형성된 복수의 삽입홀에 상기 날개의 삽입부를 각각 삽입하는 날개삽입단계와, 상기 허브의 삽입홀에 삽입된 상기 날개의 결합면을 각각 상기 허브의 외주면에 용접 결합하는 용접결합단계를 포함하여 이루어진다.

Description

선박용 프로펠러의 제작방법{METHOD FOR MANUFACTURING PROPELLER OF A SHIP}

본 발명은 선박의 선미에 부착되고, 주기관과 연결되어 회전 구동함으로써 선체를 전후진 방향으로 이동시키도록 추진력을 발생하는 선박용 프로펠러의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 바다 또는 강 위에 뜬 상태에서 엔진으로부터 발생한 동력을 선박 후미에 구비된 프로펠러로 전달하여, 상기 프로펠러의 회전에 의해 발생한 추진력으로 선박은 전진 또는 후진한다.

이러한 프로펠러는 단일의 추진축에 단일의 프로펠러가 장착되어 추진축의 정역회전에 따라 선박의 추진이나 후진이 가능하도록 구성되는 단일 프로펠러 타입과, 2중 형태의 추진축에 각각 프로펠러가 장착되는 한 쌍의 프로펠러 타입 등이 있다.

상기와 같은 프로펠러는 도 1에 도시된 바와 같이, 추진축에 설치되는 허브(10)와, 상기 허브(10)의 외주연에 일정 각도로 3개 내지 6개의 날개(20)가 방사상으로 설치된 구조를 가진다.

상기 프로펠러가 추진축에 대하여 회전할 때, 회전면에 대한 프로펠러의 날개(20) 단면의 기울기를 피치각이라고 하며, 이러한 피치각을 바꿀 수 있도록 날개(20)가 회전 가능하게 설치되는 것이 가변피치 프로펠러이고, 바꿀 수 없도록 날개(20)가 고정 설치되는 것이 고정피치 프로펠러이다.

상기 고정피치 프로펠러의 경우, 종래 기술에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 내식성과 강도를 최대화하기 위하여 고가의 비철금속을 사용하여 주물 제작하고 있다. 즉, 비철금속을 사용하여 프로펠러를 제작하기 위해서는 우선 목형을 제작하고, 상기 목형과 주물사로 프로펠러 형상의 틀인 주형을 제작한다. 그 후 주형에 고온 용융된 비철 금속 용액을 주입하여 프로펠러 형상을 만들고, 주물 냉각 후 상기 주형을 제거한 후 기계가공을 하여 최종 형상의 프로펠러를 제작하게 되는 것이다.

종래 기술에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 허브(10) 및 복수의 날개(20)를 일체로 하여 목형 및 그를 이용한 주형을 제작한 후 한번에 주물 제작하는 것이다.

상기와 같이 종래 기술에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 최종 형상의 프로펠러의 원형으로서 제작하고자 하는 별개의 목형을 각각 제작하고, 그에 따른 주형을 별도로 제작해야 하는 문제가 있다. 즉, 동일한 크기의 허브(10)에 대하여 날개(20)의 크기 및 피치각이 변화할 때마다 그에 따른 목형 및 주형을 각각 개별적으로 제작해야 하므로 생산성의 저하 및 생산원가를 상승시키는 문제점이 있다.

예컨대, 소형 또는 중형 선박의 경우를 예를 들자면 선박의 톤수에 따라 주기관의 마력이 결정되는데, 보통 100HP~200HP의 마력을 가지는 여러 선박의 경우 동일한 크기의 허브(10)를 사용하되 마력의 변화에 따라 날개(20)의 크기는 일정하지만 피치각을 변화시켜 사용한다. 또한, 200HP~400HP의 마력을 가지는 여러 선박의 경우에도 동일한 크기의 허브(10)를 사용하되 마력의 변화에 따라 날개(20)의 크기는 일정하지만 피치각을 변화시켜 사용하게 된다.

즉, 상기 예를 통해 알 수 있듯이 일정 마력의 범위 안에서는 동일한 크기의 허브(10) 및 날개(20)를 사용하지만 그 범위 안에서 마력의 변화에 따라 날개(20)의 피치각을 변화시켜 사용하게 되는 것이다. 이 경우, 종래 기술에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법을 통해 프로펠러를 제작할 경우 동일한 크기의 허브(10) 및 날개(20)이지만 날개(20)의 피치각이 변화되므로 각각 다른 목형 및 주형을 별도로 제작해야 한다는 치명적인 문제가 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 동일한 크기의 허브 및 날개를 사용하는 다양한 선박의 경우 각각의 프로펠러 제작시 별도의 목형이나 주형을 제작할 필요없이 날개의 피치각을 실시간으로 변화시켜 제작할 수 있어 생산원가를 낮추고, 생산성을 향상시킬 수 있는 선박용 프로펠러의 제작방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 선박의 추진축에 설치되는 원통 형상의 허브를 동일한 크기로 미리 주물 제작하는 허브제작단계와, 상기 허브의 외주연에 결합되는 결합면에 돌출된 삽입부가 형성되도록 복수의 날개를 동일한 크기로 미리 주물 제작하는 날개제작단계와, 상기 허브의 외주연에 상기 날개의 삽입부가 삽입되도록 제작하고자 하는 날개의 피치각에 맞는 복수의 삽입홀을 방사상으로 관통 형성하는 삽입홀형성단계와, 상기 허브의 외주연에 관통 형성된 복수의 삽입홀에 상기 날개의 삽입부를 각각 삽입하는 날개삽입단계와, 상기 허브의 삽입홀에 삽입된 상기 날개의 결합면을 각각 상기 허브의 외주면에 용접 결합하는 용접결합단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 삽입홀형성단계는, 레이저 절단기로부터 조사되는 레이저 절단빔에 의하여 상기 허브의 외주연에 복수의 삽입홀을 관통 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접결합단계는, 상기 허브의 삽입홀에 삽입된 상기 날개의 삽입부가 이탈되지 않도록 가용접하는 가용접단계와, 상기 허브의 외주면에 상기 날개의 결합면이 일체로 결합되도록 본용접하는 본용접단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 동일한 크기의 허브 및 날개를 미리 다수 주물 제작하여 놓고, 허브의 외주연에 제작하고자 하는 날개의 피치각에 맞는 삽입홀을 형성한 다음, 날개의 주물 제작시 결합면에 삽입부를 일체로 제작하여 허브의 삽입홀에 날개의 삽입부를 삽입시켜 용접 결합함으로써, 날개의 피치각에 따른 별도의 목형이나 주형을 제작할 필요없이 날개의 피치각을 실시간으로 변화시켜 제작할 수 있어 생산원가를 낮추고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 허브의 외주연에 복수의 삽입홀을 관통 형성시 레이저 절단기로부터 조사되는 레이저 절단빔을 통하여 삽입홀을 형성함으로써 순간적으로 원하는 부위에만 열을 집중하여 절단이 이루어지기 때문에 모재의 열변형층이 아주 좁고, 모재에 가하는 입열량을 정밀하게 조절할 수 있으며, 광학 렌즈에 의해 레이저 절단빔을 집중하여 절단하므로 미세하고 정밀한 절단이 가능하다.

도 1은 일반적인 선박용 프로펠러를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법의 일 실시예를 도시한 순서도이며,
도 3 내지 8은 도 2의 실시예를 통해 각 단계별 제작과정을 도시한 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 도 2 및 3 내지 7을 참조할 때 허브제작단계(S100), 날개제작단계(S200), 삽입홀형성단계(S300), 날개삽입단계(S400), 용접결합단계(S500)을 포함하여 이루어지고, 상기 용접결합단계(S500)는 가용접단계(S510) 및 본용접단계(S520)를 포함한다.

먼저, 허브제작단계(S100)는 도 3에 도시된 바와 같이 선박의 추진축에 설치되는 원통 형상의 허브(100)를 동일한 크기로 미리 주물 제작한다. 상기 허브(100)의 동일한 크기란 선박의 톤수 대비 일정한 마력(HP) 범위 안에서 동일한 크기의 허브(100)를 사용하는 다양한 크기의 선박에 사용되는 허브(100)를 말한다. 예컨대, 100HP~200HP 범위 안에서 운전되는 다양한 선박의 경우 동일한 크기의 허브(100) 및 후술할 날개(200)를 가지지만, 날개(200)의 피치각이 변화된다. 따라서, 동일한 크기의 허브(100)는 일정한 마력 범위 내에서 운전되는 선박에 사용되는 허브(100)이다.

날개제작단계(S200)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 허브(100)의 외주연에 결합되는 결합면에 돌출된 삽입부(210)가 형성되도록 복수의 날개(200)를 동일한 크기로 미리 주물 제작한다. 상술한 바와 같이 허브(100)와 함께 날개(200) 역시 일정한 마력 범위 내에서 운전되는 다양한 선박의 경우 동일한 크기의 허브(100) 및 날개(200)를 가지기 때문이다. 이 경우 날개(200) 역시 허브(100)와 마찬가지로 다수를 미리 주물 제작해 놓는 것이다.

상기 허브제작단계(S100) 및 날개제작단계(S200)의 경우 도 2의 도면상 허브제작단계(S100)가 날개제작단계(S200) 보다 선실시되는 것으로 도시되어 있으나, 양 단계는 선후가 없이 허브(100) 또는 날개(200) 중 어느 하나를 먼저 또는 함께 제작해도 상관없다. 다만, 후술할 각 단계는 그 선후가 분명하므로 단계별로 실시되어야 한다.

삽입홀형성단계(S300)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 허브(100)의 외주연에 상기 날개(200)의 삽입부(210)가 삽입되도록 제작하고자 하는 날개(200)의 피치각에 맞는 복수의 삽입홀(110)을 방사상으로 관통 형성한다. 허브(100)의 외주연에 관통 형성되는 복수의 삽입홀(110)은 기계적인 절단가공을 통하여 형성될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 절단기(300)로부터 조사되는 레이저 절단빔(310)에 의하여 상기 허브(100)의 외주연에 복수의 삽입홀(110)을 관통 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 레이저 절단빔(310)은 고도의 에너지가 집적된 직진성이 양호한 빛인 레이저를 이용하므로 순간적으로 원하는 부위에만 열을 집중하여 절단이 이루어지기 때문에 모재의 열변형층이 아주 좁고, 모재에 가하는 입열량을 정밀하게 조절할 수 있으며, 광학 렌즈에 의해 레이저 절단빔(310)을 집중하여 절단하므로 미세하고 정밀한 절단이 가능하고, 특히 비접촉식 절단방식으로 모재에 손상을 주지 않아 허브(100)의 외주연에 복수의 삽입홀(110)을 형성함에 있어 가장 바람직하다.

날개삽입단계(S400)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 허브(100)의 외주연에 관통 형성된 복수의 삽입홀(110)에 상기 날개(200)의 삽입부(210)를 각각 삽입한다. 이미 허브(100)의 외주연에 형성된 삽입홀(110) 각각은 제작하고자 하는 날개(200)의 피치각에 맞는 각도를 가지고 있으므로 형성된 삽입홀(110)에 날개(200)의 삽입부(210)를 각각 삽입한 후 결합되기만 한다면, 최종적으로 날개(200)의 피치각은 정해지는 것이다.

마지막으로 용접결합단계(S500)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 허브(100)의 삽입홀(110)에 삽입된 상기 날개(200)의 결합면을 각각 상기 허브(100)의 외주면에 용접 결합함으로써 선박용 프로펠러의 제작은 완료된다. 이때, 용접결합단계(S500)의 경우 날개삽입단계(S400) 이후에 진행되는데 허브(100)의 삽입홀(110)에 날개(200)의 삽입부(210)를 삽입한 후 바로 본용접이 이루어지기는 어려울 것이므로 가용접 후 본용접을 실시하게 된다.

즉, 상기 용접결합단계(S500)는 도 2, 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 허브(100)의 삽입홀(110)에 삽입된 상기 날개(200)의 삽입부(210)가 이탈되지 않도록 가용접하는 가용접단계(S510)와, 상기 허브(100)의 외주면에 상기 날개(200)의 결합면이 일체로 결합되도록 본용접하는 본용접단계(S520)를 포함한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 허브(100)의 외주면에 날개(200)의 결합면을 따라 띄엄띄엄 점용접을 실시하여 허브(100)의 삽입홀(110)에 삽입된 날개(200)의 삽입부(210)가 이탈되지 않도록 가용접하고, 도 7에 도시된 바와 같이 허브(100)의 외주면에 날개(200)의 결합면 둘레를 따라 용접비드(400)가 형성되어 일체가 되도록 본용접을 실시하게 되는 것이다.

물론, 상기 본용접 후 용접비드(400)의 슬래그를 제거한 후 허브(100) 및 날개(200)의 전 표면에 걸쳐 페이트칠을 함으로써 실질적인 선박용 프로펠러의 제작이 완료될 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 선박용 프로펠러의 제작방법은, 동일한 크기의 허브(100) 및 날개(200)를 미리 다수 주물 제작하여 놓고, 허브(100)의 외주연에 제작하고자 하는 날개(200)의 피치각에 맞는 삽입홀(110)을 형성한 다음, 날개(200)의 주물 제작시 결합면에 삽입부(210)를 일체로 제작하여 허브(100)의 삽입홀(110)에 날개(200)의 삽입부(210)를 삽입시켜 용접 결합함으로써, 날개(200)의 피치각에 따른 별도의 목형이나 주형을 제작할 필요없이 날개(200)의 피치각을 실시간으로 변화시켜 제작할 수 있어 생산원가를 낮추고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 허브(100)의 외주연에 복수의 삽입홀(110)을 관통 형성시 레이저 절단기(300)로부터 조사되는 레이저 절단빔(310)을 통하여 삽입홀(110)을 형성함으로써 순간적으로 원하는 부위에만 열을 집중하여 절단이 이루어지기 때문에 모재의 열변형층이 아주 좁고, 모재에 가하는 입열량을 정밀하게 조절할 수 있으며, 광학 렌즈에 의해 레이저 절단빔(310)을 집중하여 절단하므로 미세하고 정밀한 절단이 가능하다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 허브 110 : 삽입홀
200 : 날개 210 : 삽입부
300 : 레이저 절단기 310 : 레이저 절단빔
400 : 용접비드
S100 : 허브제작단계
S200 : 날개제작단계
S300 : 삽입홀형성단계
S400 : 날개삽입단계
S500 : 용접결합단계
S510 : 가용접단계 S520 : 본용접단계

Claims (3)

1. 선박의 추진축에 설치되는 원통 형상의 허브를 동일한 크기로 미리 주물 제작하는 허브제작단계와,
   상기 허브의 외주연에 결합되는 결합면에 돌출된 삽입부가 형성되도록 복수의 날개를 동일한 크기로 미리 주물 제작하는 날개제작단계와,
   상기 허브의 외주연에 상기 날개의 삽입부가 삽입되도록 제작하고자 하는 날개의 피치각에 맞는 복수의 삽입홀을 방사상으로 관통 형성하는 삽입홀형성단계와,
   상기 허브의 외주연에 관통 형성된 복수의 삽입홀에 상기 날개의 삽입부를 각각 삽입하는 날개삽입단계와,
   상기 허브의 삽입홀에 삽입된 상기 날개의 결합면을 각각 상기 허브의 외주면에 용접 결합하는 용접결합단계를 포함하여 이루어진 선박용 프로펠러의 제작방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 삽입홀형성단계는,
   레이저 절단기로부터 조사되는 레이저 절단빔에 의하여 상기 허브의 외주연에 복수의 삽입홀을 관통 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 프로펠러의 제작방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 용접결합단계는,
   상기 허브의 삽입홀에 삽입된 상기 날개의 삽입부가 이탈되지 않도록 가용접하는 가용접단계와,
   상기 허브의 외주면에 상기 날개의 결합면이 일체로 결합되도록 본용접하는 본용접단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 프로펠러의 제작방법.

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