KR20140007013A - 선박에서의 추진 장치 - Google Patents

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Abstract

추진 장치는 선박의 선미에 위치된 적어도 하나의 추진 유닛(10)을 포함한다. 적어도 하나의 추진 유닛(10)은 선체에 부착되는 중공의 지지 구조(11)와, 지지 구조에 부착되는, 챔버(12)와, 챔버(12) 내의 전기 모터(13)와, 챔버(12)의 전방 단부에 있는 프로펠러(15)로서, 상기 프로펠러(15)는 샤프트를 통해 전기 모터(13)에 연결된, 프로펠러(15)와, 챔버(12)의 후방 단부에서 선회가능하게 지지된 러더(16)를 포함한다. 적어도 하나의 추진 유닛(10)은, 샤프트 라인(SL)이 수선(WL)에 대해 1 내지 8도의 범위에서 수직 기울기 각(α)을 형성하여, 챔버(22)의 전방 단부가 수선(WL)에 대해 챔버(22)의 후방 단부보다 더 낮아지도록 장착된다.

Description

선박에서의 추진 장치{A PROPULSION ARRANGEMENT IN A SHIP}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 선박에서의 추진 장치에 관한 것이다.
장치는 선박의 선미에 위치된 적어도 하나의 추진 유닛이 제공된 선박들에 사용되도록 의도된다. 선박은 선박의 선미에 위치된 단 하나의 추진 유닛, 또는 선박의 선체의 중심선의 대항 측면들 상에서 선박의 선미에 위치된 2개의 평행한 추진 유닛들 중 어느 하나를 가질 수 있다. 추진 유닛은 특히, 대형 선박에, 예를 들어 크루저, 오일 또는 액화 천연 가스를 운송하는 유조선, 차량 운반선, 컨테이너 선박 및 페리호에 사용된다.
WO 공보 98/54052는 트윈 프로펠러 및 트윈 실링 러더(schilling rudder), 즉 각 프로펠러를 위한 각 러더를 갖는 선박을 개시한다. 각 러더는 각 샤프트에 의해 선회가능하게 장착되고, 벌버스 노즈(bulous nose) 부분, 허리형(waisted) 중간-부분 및 플레어형(flared) 꼬리를 갖는다. 플레어형 꼬리는 각 러더의 내부 측면, 즉 다른 러더 쌍을 향하는 측면 상에서만 실질적으로 바깥쪽으로 벌려진다. 각 러더는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 갖고, 플레이트들은 외부 측면 상에서보다 내부 측면 상에서 훨씬 더 넓고, 플레이트들은 각 프로펠러로부터 유선형으로 정렬되고, 하부 플레이트는 내부 측면 상에서 아래로 각진 부분을 갖는다. 러더는 선체의 중심선에 관해 몇몇 종류의 토우-아웃 각도(toe-out angle)를 형성하는 것으로 생각된다.
US 특허 7,033,234는 수면 밑의 하우징을 갖는 이중의 개별적으로 조향가능 드라이브 유닛을 갖는 플래닝(planning) V-바닥형 보트를 조향하는 방법을 개시하며, 수면 밑의 하우징은 보트의 바닥으로부터 아래로 연장한다. 플래닝 속도로 곧장 앞으로 진행할 때, 물밑의 하우징은 소위 토우-인 각도(toe-in angle)로, 즉 보트 중심선에 대해 동일한 크기의 반대 각도로 서로를 향해 경사지게 설정된다. 보트를 회전시킬 때, 내부 드라이브 유닛은 외부 드라이브 유닛보다 더 큰 조향각으로 설정된다.
JP 특허 공보 2006007937은 선박의 선미에 위치된 역회전 프로펠러를 갖는 2개의 포드(pod)를 갖는 선박에서의 장치를 개시한다. 제 1 포드는, 제 1 실시예에서 샤프트 라인이 위로 경사지도록 스케(skeg)로 고정되게 장착된다. 제 2 포드는 수평축에 의해 조향 테이블에 고정되고, 조향 테이블은 수직축 주위를 회전하고, 조향 테이블은 유압 실린더에 의해 하강 및 상승될 수 있다. 제 2 포드의 샤프트 라인은 제 1 포드의 샤프트 라인과 정렬된다. 제 1 포드의 후방 단부는 제 2 실시예에서 스케에 수평축으로 고정되고, 제 1 포드의 전방 단부는 수직 실린더에 고정된다. 이에 따라 제 1 포드의 경사도는 실린더로 조정될 수 있다. 양쪽 포드들은 제 3 실시예에서 공통 프레임의 대항 단부들에 고정되고, 프레임은 중간 부분으로부터 조향 테이블에 수평축으로 지지되고, 조향 테이블은 수직축 주위를 회전하고, 조향 테이블은 유압 실린더에 의해 하강 및 상승될 수 있다. 이러한 장치에는 개별적인 러더가 없고, 선박의 조향은, 선박의 운전 방향에서 제 1 포드 뒤에 위치된 제 2 포드만을 수직축 주위를 회전시킴으로써, 또는 양쪽 포드들을 수직축 주위를 회전시킴으로써 이루어진다.
본 발명의 목적은 선박에서의 종래 기술의 추진 장치를 개선하는 것이다.
본 발명에 따른 추진 장치는 제1항의 특징부에서의 특징들에 의해 특징지어진다.
추진 장치는 선박의 선미에 위치된 적어도 하나의 추진 유닛을 포함한다. 선박은 수평한 수선(water line)을 갖는 선체를 포함한다. 적어도 하나의 추진 유닛은 선체에 부착된 중공의 지지 구조와, 지지 구조에 부착된 챔버와, 챔버 내의 전기 모터와, 챔버의 전방 단부에서의 프로펠러로서, 상기 프로펠러는 샤프트에 의해 전기 모터에 연결되는, 프로펠러와, 챔버의 후방 단부에서의 선회가능하게 지지된 러더를 포함한다.
적어도 하나의 추진 유닛은, 샤프트 라인이 수선에 대해 1 내지 8도의 범위에서 수직 기울기 각(tilt angle)을 형성하여, 챔버의 전방 단부가 수선에 대해 챔버의 후방 단부보다 더 낮아지도록 본 발명에 따라 장착된다.
적어도 하나의 추진 유닛의 수직 기울기 각은 프로펠러에 대한 물 유입 각을 개선시키고, 이것은 프로펠러의 효율을 개선시킨다.
적어도 하나의 추진 유닛의 수직 기울기 각은 또한 캐피테이션으로 인한 선박의 선체에서의 잡음 및 진동을 감소시키고, 이것은 프로펠러로의 개선된 유입 각이 캐비테이션(cavitation)을 감소시키기 때문이다.
적어도 하나의 추진 유닛의 수직 기울기 각은 또한 샤프트 라인 진동 및 힘을 감소시킨다. 이것은, 프로펠러로의 물 유입 각이 개선될 때 프로펠러 상에서 작용하는 비대칭 힘이 적어진다는 점 때문이다. 감소된 부하 및 진동은 이들 진동 및 힘에 의해 영향을 받는 샤프트의 베어링 및 다른 구성요소의 수명을 증가시킬 것이다.
본 발명은 유리하게 선박의 선미에서 선박의 중심선의 대항 측면에서 나란히 위치된 2개의 추진 유닛을 갖는 선박에 사용될 수 있다. 각 추진 유닛은 유리하게 선미의 중심선에 대해 0.5 내지 6도의 범위에서 수평 기울기 각을 형성하는 토우-아웃 위치에 장착된다. 이에 따라 챔버의 전방 단부는 선박의 선미의 중심선으로부터 멀리 경사지게 되고, 챔버의 후방 단부는 선박의 선미의 중심선쪽으로 경사지게 된다.
추진 유닛의 이러한 토우-아웃 장치는 프로펠러의 효율을 추가로 개선시키고, 선박의 선미에서 잡음 및 진동을 감소시킨다.
본 발명은 선박의 선미에서 적어도 하나의 추진 유닛이 제공된 대형 선박, 예를 들어, 크루저, 오일 또는 액화 천연 가스를 운송하는 유조선, 차량 운반선, 컨테이너 선박 및 페리호에 사용될 수 있다. 그러한 대형 선박에서의 추진 유닛의 전력은 적어도 약 1MW이다.
본 발명의 몇몇 특정한 실시예는 첨부도를 참조하여 다음에 구체적으로 설명된다.
본 발명은 프로펠러의 효율을 개선시키고, 선박의 선체에서 잡음 및 진동을 감소시키는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술의 추진 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 추진 장치의 일실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 추진 장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 추진 장치의 추가 실시예의 평면도.
도 1은 종래 기술의 추진 장치를 도시한다. 장치는 선박의 선미에 위치된 추진 유닛(10)을 포함한다. 추진 유닛(10)은 지지 구조(11)와, 챔버(12)와, 전기 모터(13)와, 샤프트(14)와, 프로펠러(15)와 러더(16)를 포함한다. 챔버(12)는 중공의 지지 구조(11)를 가지고 선박의 선체(100)에 연결된다. 샤프트(14)는 전기 모터(13)에 연결된 제 1 단부와, 챔버(12)의 전방 단부로부터 돌출하고 프로펠러(15)에 연결된 제 2 단부를 갖는다. 프로펠러(15)는 이에 따라 챔버(12)의 전방 단부에 위치된다. 전기 모터(13)는 유도 모터 또는 동기 모터일 수 있다. 추진 유닛(10)은 지지 구조(12)를 가지고 배(vessel)의 선체(100)에 고정된다. 이것은, 프로펠러(15)가 항상 배의 선체(100)에 관해 고정된 위치에 있다는 것을 의미한다. 러더(16)는 챔버(12)의 후방 단부에 위치된다. 러더(16)는 축(17)에 의해 선체(100) 및 챔버(12)에 선회가능하게 연결된다. 러더(16)는, 지지 구조(11) 및 챔버(12)의 매끄러운 이어진 부분(continuation)을 형성하도록 형성된다. 러더(16)의 하부 부분은 챔버(12) 아래의 일정 거리에서 연장한다. 도면에 도시되지 않은 조향 기어는 항행 브리지로부터의 명령에 기초하여 러더(16)를 회전시킨다. 도면은 또한 선박의 운전 방향(S)을 도시한다.
샤프트(14)는 추진 유닛(10)의 샤프트 라인(SL)을 형성한다. 샤프트 라인(SL) 및 수선(WL)은 평행하고, 이것은, 이들 사이의 각도(α)가 0도라는 것을 의미한다. 러더(16)의 축(17)과 샤프트 라인(SL) 사이의 각도, 즉 각도(γ)는 90도이다. 러더(16)의 축(17)과 수선(WL) 사이의 각도, 즉 각도(δ)도 또한 90도이다.
도 1은 또한 추진 유닛(10)에 흐르는 물의 흐름선(F)을 도시한다. 흐름선(F)이 최적의 각도로 추진 유닛(10)의 프로펠러(15)에 들어가지 않는다는 것을 도면에서 알 수 있다. 이것은 프로펠러(15)의 유체 역학적 효율을 약화시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 추진 장치의 일실시예를 도시한다. 추진 유닛(10)은 도 1에 도시된 추진 유닛에 마찬가지로 대응한다. 도 1에 도시된 장치에 비교되는 차이는, 추진 유닛(10)의 샤프트 라인(SL)이 수선(WL)에 대해 수직 기울기 각(α)을 형성한다는 것이다. 이것은, 챔버(12)의 전방 단부가 수선(WL)에 대해 챔버(12)의 후방 단부보다 더 낮다는 것을 의미한다. 프로펠러(15)에 들어가는 물 흐름의 각도(F)는, 추진 유닛(10)이 수직으로 기울어질 때 개선될 것이다. 이것은, 프로펠러(15)의 유체 역학적 효율이 개선된다는 것을 의미한다. 러더(16)의 축(17)과 수선(WL) 사이의 각도, 즉 각도(δ)는 도 1에 도시된 바와 같이 여전히 90도이다. 하지만, 러더(16)의 축(17)과 샤프트 라인(SL) 사이의 각도, 즉 각도(γ)는 추진 유닛(10)의 수직 기울기로 인해 이 실시예에서 90도보다 작다. 도면은 또한 선박의 운전 방향(S)을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 추진 장치의 다른 실시예를 도시한다. 이 장치는 도 2의 장치에 마찬가지로 대응하는데, 즉 추진 유닛(10)은 수선(WL)에 대한 각도(α)로 기울어진다. 그 차이는 러더(16)의 배치에 있다. 러더(16)의 축(17)과 샤프트 라인(SL) 사이의 각도, 즉 각도(γ)는 이 실시예에서 90도이며, 이것은 도 1에서의 상황에 대응한다. 이것은, 러더(16)의 축(17)이 수선(WL)에 대해 기울어진다는 것, 즉 각도(δ)가 90보다 크다는 것을 의미한다. 러더(16)의 축(17)이 샤프트 라인(SL)과 직각을 형성하는 장치는 프로펠러(15)에 의해 생성된 흐름에 관해 유리하다. 도면은 또한 선박의 운전 방향(S)을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 추진 장치의 다른 실시예의 평면도를 도시한다. 선박의 선미에서 선체(100)의 중심선(CL)의 각 측면에서 나란히 위치한 2개의 추진 유닛(10, 20)이 있다. 각 추진 유닛(10, 20)은 지지 구조를 가지고 선박의 선체(100)에 연결된 챔버(12, 22)와, 챔버(12, 22)에 위치된 전기 모터(13, 23)에 의해 구동되는 챔버(12, 22)의 전방 단부에 위치된 프로펠러(15, 25)를 포함한다. 러더(16, 26)는 챔버(12, 22)의 후방 단부에 추가로 위치된다. 각 추진 유닛(10, 20)은 도 2 또는 도 3에 도시된 추진 유닛에 대응할 수 있다. 이것은, 각 추진 유닛(10, 20)이 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 각도(α)로 수선(WL)에 대해 수직으로 기울어진다는 것을 의미한다. 러더(16, 26)의 장치는 도 2에 도시된 것 또는 도 3에 도시된 것일 수 있다. 도면은 또한 선박의 운전 방향(S)을 도시한다.
추진 유닛(10, 20)의 샤프트 라인(SL)은 이 실시예에서 선박의 선체(100)의 중심선(CL)에 대해 토우-아웃 위치에 배치된다. 샤프트 라인(SL)은 선박의 선체(100)의 중심선(CL)과 수평 기울기 각(β)을 형성하여, 샤프트 라인(SL)은 선박의 선체의 중심선(CL) 상의 지점에서 서로 교차하고, 상기 교차점은 선박 뒤에 위치된다. 챔버(12, 22)의 전방 단부는 선박의 선체(100)의 중심선(CL)에 대해 바깥으로(토우-아웃 위치) 경사지고, 챔버(12, 22)의 후방 단부는 선박의 선체(100)의 중심선(CL)에 대해 안쪽으로 경사진다. 토우-아웃 각도(β)는 0.5 내지 6도의 범위에 있다. 도면은 또한 선박 상에서 액화 천연 가스(LNG)를 위한 화물 탱크(200)를 도시한다.
추진 유닛(10, 20)의 이러한 토우-아웃 장치는 프로펠러(15, 25)에 대한 물 유입 각도를 추가로 개선시킬 것이다. 이러한 토우-아웃 장치는 효율을 개선시키고, 선체 및 샤프트에서 진동을 감소시킬 것이다.
도 2에 도시된 실시예의 효율은 도 3에 도시된 실시예의 효율과 아마 동일하다. 선박의 조향 능력은 도 3에 도시된 실시예에 비해 도 2에 도시된 실시예에서 약간 더 양호할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예는 다른 한 편으로, 기울기 각(α)이 제품의 설치 각으로 조절될 때 프로세스 능력(processibility) 및 제품 구조에 관해 더 양호할 수 있지만, 각 프로젝트에서 제품 자체를 변형할 필요는 없다. 제품은 다른 한 편으로, 도 2에 도시된 장치에 따라 예를 들어 4도의 미리 결정된 수직 기울기 각(α)을 가질 수 있고, 총 수직 기울기 각(α)이 6도이어야 하는 상황에서 나머지의 예를 들어 2도는 도 3에 도시된 장치에 따라 달성된다.
수직 기울기 각(α) 및 수평 기울기 각(β), 즉 토우-아웃 각도는 각 선박 또는 일련의 선박에 대해 개별적으로 결정되어야 한다. 수직 기울기 각(α) 및 수평 기울기 각(β)의 최적화는 각 선박 또는 일련의 선박에 대한 모델 테스트에 기초하여 이루어진다. 최적화는 수직 기울기 각(α) 및 수평 기울기 각(β)에 대해 개별적으로 이루어진다. 최적화의 목적은 연료 소비를 최소화하는 것, 즉 효율을 증가시키는 것이다. 최상의 효율은 프로펠러로의 물 유입이 직선일 때 통상적으로 달성된다.
적어도 하나의 발전기(도면에 도시되지 않음)는 선박의 선체(100) 내에 제공되어, 전기 네트워크(도면에 도시되지 않음)를 통해 추진 유닛(10, 20)에서 전기 모터(13, 23)에 전력을 제공한다.
개별적인 러더(26)는 도면에서 선체(100) 및 추진 유닛(20)의 챔버(22)에 선회가능하게 지지된다. 러더(26)는 선체(100) 및/또는 추진 유닛(20)에 선회가능하게 지지될 수 있다. 러더(26)는 이에 따라 중공의 지지 구조(21)에서만, 또는 선체(100) 및 중공의 지지 구조(21)에서, 또는 선체(100) 및 챔버(22)에서, 또는 챔버(21) 및 중공의 지지 구조(21)에서 선회가능하게 지지될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들의 예들은 본 발명의 범주를 이들 실시예들에만 한정하도록 의도되지 않는다. 본 발명에 대한 여러 변형들은 청구 범위 내에서 이루어질 수 있다.

Claims (4)

  1. 선박에서의 추진 장치로서, 선박은 수평 수선(water line)(WL)과 중심선(CL)을 갖는 선체(100)를 포함하고, 상기 추진 장치는
    - 선체(100)의 선미에 위치된 적어도 하나의 고정 추진 유닛(10, 20)을 포함하고,
    - 상기 적어도 하나의 추진 유닛(10, 20)은
    - 선체(100)에 부착되는 중공의 지지 구조(11)와,
    - 전방 단부 및 후방 단부를 갖는 챔버(12)로서, 상기 챔버(12)는 지지 구조(11)에 부착되는, 챔버(12)와,
    - 챔버(12) 내의 전기 모터(13)와,
    - 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 샤프트(14)로서, 샤프트(14)의 상기 제 1 단부는 전기 모터(13)에 연결되고, 샤프트(14)의 상기 제 2 단부는 챔버(12)의 전방 단부로부터 돌출하고, 프로펠러(15)에 연결되고, 상기 샤프트(14)의 중심축은 샤프트 라인(SL)을 형성하는, 샤프트(14)와,
    - 챔버(12)의 후방 단부에서 선회가능하게 지지된 러더(16)를
    포함하는, 추진 장치에 있어서,
    - 적어도 하나의 추진 유닛(10, 20)은, 샤프트 라인(SL)이 수선(WL)에 대해 1 내지 8도의 범위에서 수직 기울기 각(tilt angle)(α)을 형성하여, 챔버(2)의 전방 단부가 수선(WL)에 대해 챔버(12)의 후방 단부보다 더 낮아지도록 장착되는 것을 특징으로 하는, 추진 장치.
  2. 제1항에 있어서, 추진 장치는 선박의 선미에서 선박의 선체(100)의 중심선(CL)의 대항 측면 상에 나란히 위치된 2개의 고정 추진 유닛(10, 20)을 포함하고, 각 추진 유닛(10, 20)은,
    - 샤프트 라인(SL)이 수선(WL)에 대해 1 내지 8도의 범위에서 수직 기울기 각(α)을 형성하여, 챔버(22)의 전방 단부가 수선(WL)에 대해 챔버(22)의 후방 단부보다 더 낮아지도록 하고,
    - 샤프트 라인(SL)이 선박의 선체(100)의 중심선(CL)에 대해 0.5 내지 6도의 범위에서 수평 기울기 각(β)을 형성하여, 챔버(22)의 전방 단부가 중심선(CL)으로부터 멀리 경사지게 되고 챔버(22)의 후방 단부가 중심선(CL)쪽으로 경사지도록 장착되는 것을 특징으로 하는, 추진 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 선박은 크루저, 오일 또는 액화 천연 가스를 운송하는 유조선, 차량 운반선, 컨테이너 선박 또는 페리호인 것을 특징으로 하는, 추진 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 추진 유닛(10, 20)의 전력은 적어도 1MW인 것을 특징으로 하는, 추진 장치.
KR1020137032897A 2011-06-14 2012-06-13 선박에서의 추진 장치 KR20140007013A (ko)

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