KR20140073651A - 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박 - Google Patents

Abstract

선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 회전축에 고정된 후방프로펠러와, 후방프로펠러 전방의 회전축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러와, 회전축의 회전을 반전시켜 전방프로펠러로 전달하기 위하여 태양기어를 포함하는 반전기어유닛을 내장하며 회전축이 관통하여 선체 후미에 형성된 오목한 설치공간에 장착되는 기어박스와, 태양기어와 회전축을 연결하여 회전축의 회전력을 태양기어에 전달하는 축 연결부재를 포함하고, 축 연결부재는 태양기어와 스플라인 축이음방식으로 연결되어 회전축의 회전력을 태양기어에 전달한다.

Description

선박용 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.

통상적인 선박용 추진장치는 하나의 나선형 프로펠러를 구비한다. 그러나 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치는 프로펠러의 회전에 따른 수류의 회전에너지를 추진력으로 이용할 수 없기 때문에 에너지 손실이 크다.

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

하지만 이중반전 추진장치는 두 프로펠러의 상반된 회전을 구현하는 반전회전장치와 중공축 등을 포함하는 관계로 상대적으로 제작과 설치에 어려움이 있고, 신뢰성을 유지하면서 안정적으로 동작하도록 하는데 높은 기술수준이 요구된다.

미국 공개특허공보 US2011/0033296호는 선체 내에 설치된 유성기어식 반전회전장치와 중공축을 갖춘 이중반전 추진장치를 제시한 바 있다.

특허문헌1: 미국 공개특허공보 US2011/0033296호(2011. 02. 10. 공개)

본 발명의 실시 예는 두 프로펠러의 안정된 상호 반전을 구현할 수 있을 뿐 아니라 선체의 후방으로부터 장착하거나 분리하는 것이 가능하여 설치 및 유지보수가 용이한 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

또 본 발명의 실시 예는 반전회전장치가 전방프로펠러의 추력을 지지할 수 있도록 하여 전방프로펠러의 설치구조를 단순화할 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축에 고정된 후방프로펠러와, 상기 후방프로펠러 전방의 상기 회전축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러와, 상기 회전축의 회전을 반전시켜 상기 전방프로펠러로 전달하기 위하여 태양기어를 포함하는 반전기어유닛을 내장하며 상기 회전축이 관통하여 선체 후미에 형성된 오목한 설치공간에 장착되는 기어박스와, 상기 태양기어와 상기 회전축을 연결하여 상기 회전축의 회전력을 상기 태양기어에 전달하는 축 연결부재를 포함하고, 상기 축 연결부재는 상기 태양기어와 스플라인 축이음방식으로 연결되어 상기 회전축의 회전력을 상기 태양기어에 전달하는 선박용 추진장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 기어박스는 상기 설치공간의 내면 형상에 대응하는 외측프레임과, 상기 외측프레임의 내측 중앙부에 배치되며 상기 회전축 외면이 지지되는 내측프레임과, 상기 내,외측프레임의 전방 측 개구를 덮는 전방커버와, 상기 내,외측프레임의 후방 측 개구를 덮는 후방커버를 포함한다.

또한 상기 기어박스는 상기 외측프레임과 상기 내측프레임을 연결하여 상기 내측프레임을 지지하며, 내부공간을 전방공간과 후방공간으로 구획하는 지지판을 더 포함한다.

또한 상기 반전기어유닛은 상기 전방공간의 상기 내측프레임 외면에 회전 가능하게 지지되는 상기 태양기어에 외접하는 복수의 제1유성기어와, 상기 복수의 제1유성기어와 각각 연결된 상태로 상기 지지판을 관통하여 상기 후방공간으로 연장되는 복수의 유성기어축과, 상기 후방공간의 상기 복수의 유성기어축에 각각 결합되어 상기 복수의 제1유성기어와 함께 회전하는 복수의 제2유성기어와, 상기 복수의 제2유성기어와 내접하는 링기어와, 상기 전방프로펠러와 상기 링기어가 연결되며 상기 링기어의 회전력을 전달받아 상기 전방프로펠러에 전달하는 프로펠러 연결부재를 포함한다.

또한 상기 기어박스는 상기 후방공간에 배치되며 상기 내측프레임에서 상기 외측프레임을 향해 연장되어 상기 복수의 유성기어축을 회전 가능하게 지지하는 유성기어축 지지부를 더 포함한다.

또한 상기 전방프로펠러의 추력을 지지하는 추력지지장치를 더 포함하고, 상기 추력지지장치는 상기 프로펠러 연결부재의 외면에 마련된 스러스트패드와, 상기 후방커버에 설치되어 상기 스러스트패드의 양면을 각각 지지하는 제1스러스트베어링 및 제2스러스트베어링을 포함한다.

또한 상기 후방커버는 상기 스러스트패드와 상기 제1 및 제2스러스트베어링을 수용하는 수용부와, 상기 수용부의 한쪽 측면을 개폐하는 개폐부재를 포함한다.

또한 상기 프로펠러 연결부재는 상기 전방프로펠러의 허브에 연결되는 연결플랜지를 포함한다.

또한 상기 전방프로펠러의 허브와 상기 선체 후미 사이의 밀봉을 위해 상기 연결플랜지에 설치된 원통형 제1라이닝과, 상기 제1라이닝의 외면과 접하도록 상기 후방커버에 설치된 원통형 제1밀봉부재를 더 포함한다.

또한 상기 전방프로펠러 허브와 상기 회전축 사이에 설치되어 상기 전방프로펠러를 회전 가능하게 지지하는 저널베어링을 더 포함한다.

또한 상기 후방프로펠러 허브와 상기 전방프로펠러 허브 사이의 밀봉을 위해 상기 후방프로펠러 허브의 전면부에 설치된 원통형 제2라이닝과, 상기 제2라이닝의 외면과 접하도록 상기 전방프로펠러 후면부에 설치된 원통형 제2밀봉부재를 더 포함한다.

또한 상기 기어박스는 상기 태양기어의 전방 측면에 결합되는 태양기어연결링을 더 포함하고, 상기 축 연결부재는 상기 태양기어연결링과 스플라인 축이음방식으로 연결되어 상기 회전축의 회전력을 상기 태양기어에 전달할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 추진장치를 갖춘 선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 추진장치는 반전회전장치를 선체의 외부에서 제작하여 조립한 후 선체 후방으로부터 선체 후미의 설치공간으로 진입시키는 방식으로 장착할 수 있기 때문에 제작과 설치를 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 실시 예에 따른 추진장치는 고장발생 시 반전회전장치의 기어박스를 선체로부터 선체 후방으로 분리할 수 있기 때문에 고장수리를 용이하게 수행할 수 있다.

또 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치는 반전회전장치에 마련되는 추력지지장치가 전방프로펠러의 추력을 지지할 수 있기 때문에 전방프로펠러의 설치구조를 단순화할 수 있다.

또 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치는 반전회전장치를 선체 후미 쪽에 설치하여 종래와 같은 중공축을 배제할 수 있기 때문에 종래보다 동력전달계통을 단순화할 수 있을 뿐 아니라 윤활이 필요한 영역을 줄일 수 있고, 윤활에 따른 제반문제를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치가 선박에 적용된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 추력지지장치를 나타낸 상세도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치 장착 예를 나타낸 단면도로, 반전회전장치가 분리된 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 반전회전장치 장착 예를 나타낸 단면도로, 반전회전장치가 장착된 상태를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제1밀봉장치 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제1밀봉장치 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 추진장치의 제2밀봉장치 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양기어와 축 연결부재의 연결관계를 나타낸 것이다.
도 12는 도 11의 기어박스와 축 연결부재가 분리되는 상태를 나타낸 동작 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 추진장치는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 선체(1)의 후방에 축선이 일치하도록 배치되는 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)를 구비하고, 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현하기 위해 선체(1)의 후미(3)에 설치된 반전회전장치(30)를 구비한다. 즉 두 프로펠러(10,20)가 상호 반대로 회전하면서 추진력을 발생시키는 이중반전식 추진장치다.

본 실시 예에서 언급하는 선체(1)의 후미(3)란 전방 및 후방프로펠러(10,20)와 반전회전장치(30)의 설치를 위해 선체(1)로부터 후방을 향하여 유선형으로 돌출된 부분으로 스턴보스(Stern boss)를 의미한다. 이러한 선체 후미(3)는 주물(casting)로 제작된 후 용접에 의해 선체(1)에 고정될 수 있다. 또 후술할 반전회전장치(30)의 기어박스(40)를 수용할 수 있도록 전후로 관통된 설치공간(4)을 구비한다. 설치공간(4)의 내면은 기어박스(40)의 외형에 대응하는 형상으로 가공될 수 있다.

반전회전장치(30)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 선체(1)의 후미(3)의 설치공간에 수용되는 기어박스(40)와, 기어박스(40) 내에 설치되어 전방프로펠러(10)의 반전(회전축과 회전과 반대방향으로 회전)을 구현하는 반전기어유닛, 기어박스(40)의 대략 중심부분을 관통한 상태로 기어박스(40)에 회전 가능하게 지지되는 회전축(5)을 포함한다.

회전축(5)은 기어박스(40)의 전방으로 돌출하는 선단이 선체(1) 내부의 메인구동축(6)에 분리와 결합 가능하게 연결될 수 있다. 그리고 메인구동축(6)은 도 1에 도시한 바와 같이, 선체(1) 내부에 설치된 구동원(8, 디젤엔진, 모터, 터빈 등)과 연결됨으로써 회전축(5)이 메인구동축(6)과 함께 회전할 수 있다.

기어박스(40)의 후방으로 연장된 회전축(5)에는 후방프로펠러(20)가 고정되고, 후방프로펠러(20)와 기어박스(40) 사이의 외면에 전방프로펠러(10)가 회전 가능하게 지지된다. 전방프로펠러(10)는 이후에 보다 상세히 설명하겠지만 반전회전장치(30)와 연결됨으로써 회전축(5)이 회전할 때 후방프로펠러(20)와 반대로 회전할 수 있다.

메인구동축(6)과 회전축(5)은 원통형의 커플링(Coupling)장치(7)에 의해 스플라인(spline) 축이음 방식으로 분리와 결합이 가능하게 연결될 수 있다. 여기서는 일 예로써 스플라인 축이음을 제시하지만, 메인구동축(6)과 회전축(5)의 연결방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 플랜지커플링 방식, 마찰클러치방식, 마그네틱클러치방식 등이 선택적으로 채용될 수 있다.

후방프로펠러(20)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(5)과 함께 회전하도록 회전축(5) 후미부분에 고정된다. 후방프로펠러(20)는 회전축(5)에 고정되는 허브(21)와, 허브(21)의 외면에 마련된 복수의 날개(22)를 포함한다. 후방프로펠러(20)의 허브(21)는 중심부의 축결합공(23)이 회전축(5)의 외면에 압입되는 방식으로 고정될 수 있다. 회전축(5) 후단부에는 고정캡(24)이 체결됨으로써 후방프로펠러(20)가 회전축(5)에 더욱 견고히 고정될 수 있다.

이러한 결합을 위해 회전축(5)의 후미부분(5a)은 후방으로 갈수록 외경이 축소되는 테이퍼형 외면으로 마련될 수 있고, 허브(21)의 축결합공(23)은 회전축(5)의 외면에 대응하는 테이퍼형 내면으로 구성될 수 있다. 도 2에서 부호 25는 후방프로펠러(20) 허브(21) 후면과 고정캡(24)을 덮도록 허브(21)에 장착되는 프로펠러캡이다.

전방프로펠러(10)는 후방프로펠러(20)와 반전회전장치(30) 사이의 회전축(5) 외면에 회전 가능하게 설치된다. 전방프로펠러(10)는 회전축(5) 외면에 회전 가능하게 지지되는 허브(11)와, 허브(11)의 외면에 마련된 복수의 날개(12)를 구비한다. 이러한 전방프로펠러(10)는 후방프로펠러(20)를 설치하기 전에 회전축(5) 외면에 설치될 수 있다. 또 후방프로펠러(20)와 반대로 회전하는 것이므로 날개각이 후방프로펠러(20)의 날개각과 반대다.

전방프로펠러(10)의 허브(11)는 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이, 원통형의 저널베어링(13)에 의해 회전축(5) 외면에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 저널베어링(13)은 후단이 허브(11) 후면에 설치되는 밀봉커버(14)에 의해 지지됨으로써 결합위치로부터 이탈을 방지할 수 있다.

반전회전장치(30)의 기어박스(40)는 도 2, 도 4, 도 6에 도시한 바와 같이, 후술할 반전기어유닛을 그 내부에 수용하며 양단이 개방된 원통형의 외측프레임(41), 외측프레임(41) 내측 중심부에 배치되며 회전축(5) 외면을 지지하는 내측프레임(42), 외측프레임(41)에 분리와 결합 가능하게 장착되며 외측프레임(41)의 전방 측 개구를 폐쇄하는 전방커버(43), 외측프레임(41)에 분리와 결합 가능하게 장착되며 외측프레임(41)의 후방 측 개구를 폐쇄하는 후방커버(44), 기어박스(40) 내부공간을 전방공간(40a)과 후방공간(40b)으로 구획하면서 외측프레임(41)과 내측프레임(42)을 연결하는 지지판(45)을 포함한다. 회전축(5) 외면과 내측프레임(42) 내면 사이에는 회전축(5)의 원활한 회전을 위해 원통형의 저널베어링(71)이 설치될 수 있다.

기어박스(40) 내부의 반전기어유닛은 전방공간(40a)의 내측프레임(42) 외면에 회전 가능하게 지지되며 원통형 축 연결부재(31)에 의해 회전축(5)과 연결된 태양기어(51), 전방공간(40a)의 태양기어(51) 외측에 배치되며 태양기어(51)와 이물림하여 회전하는 복수의 제1유성기어(52), 제1유성기어(52)와 연결된 상태로 지지판(45)을 관통하여 후방공간(40b)으로 연장되는 복수의 유성기어축(53), 후방공간(40b)의 유성기어축(53)에 결합되어 제1유성기어(52)와 함께 회전하는 복수의 제2유성기어(54), 후방공간(40b)에 설치되고 그 내면의 치부가 복수의 제2유성기어(54)와 치합되며 후술할 프로펠러 연결부재(33)에 의해 전방프로펠러(10)와 연결되는 원판형의 연결부(55a)를 갖춘 링기어(55)를 구비할 수 있다.

또 기어박스(40)는 내측프레임(42)으로부터 후방공간(40b) 내측으로 연장되어 복수의 유성기어축(53)의 한쪽 단부를 지지하는 유성기어축 지지부(46)를 구비한다. 즉 복수의 유성기어축(53)은 중간부분이 지지판(45)을 관통한 상태에서 지지판(45)에 회전 가능하게 지지되고, 양단이 전방커버(43)와 유성기어축 지지부(46)에 각각 회전 가능하게 지지된다. 따라서 유성기어축(53) 외면에 각각 고정된 제1유성기어(52)와 제2유성기어(54)는 유성기어축(53)과 함께 회전할 수 있다. 도면에 나타내지는 않았지만, 전방커버(43), 지지판(45), 유성기어축 지지부(46)에 유성기어축(53)이 지지되는 부분에는 유성기어축(53)의 원활한 회전을 위해 각각 베어링이 설치될 수 있다.

태양기어(51)와 회전축(5)을 연결하는 축 연결부재(31)는 원통형태로 마련되며, 전방커버(43)를 관통하는 형태로 회전축(5) 외측에 설치된다. 축 연결부재(31)는 후단이 복수의 고정볼트(미도시) 체결에 의해 태양기어(51)와 연결되고, 전단이 후술할 동력연결장치(32)에 의해 회전축(5)과 연결된다. 또 축 연결부재(31)는 전방커버(43)와 그 외면 사이에 설치되는 베어링(72)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고 태양기어(51)와 축 연결부재(31)의 내면은 내측프레임(42) 외면에 설치된 저널베어링(73)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.

회전축(5)과 축 연결부재(31)를 연결하는 동력연결장치(32)는 도 2와 도 6에 도시한 바와 같이, 기어박스(40) 전방의 회전축(5)에 마련된 구동플랜지(32a), 구동플랜지(32a)와 대면하도록 축 연결부재(31)에 마련된 피동플랜지(32b), 그리고 이들을 관통하는 형태로 체결하는 복수의 연결볼트(32c)를 포함할 수 있다.

이러한 구조를 통해, 기어박스(40)의 반전기어유닛이 오작동을 하는 경우에는 선체(1) 내부에서 구동플랜지(32a)와 피동플랜지(32b)를 연결하는 복수의 연결볼트(32c)의 체결을 해제함에 의해 기어박스(40)와 회전축(5)은 손쉽게 분리되게 되고, 기어박스(40)는 회전축(5)을 따라 선체(1) 후방으로 슬라이딩 이동시킴에 의해 회전축(5)으로부터 기어박스(40)만을 분리할 수 있게 된다.

한편 태양기어(51)와 회전축(5)을 연결하는 축 연결부재(31)는 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 태양기어연결링(130)과 스플라인 축이음 방식으로 연결될 수 있다. 태양기어연결링(130)은 원통형태로 마련되며 복수의 고정볼트에 의해 태양기어(51)의 전방 측면에 고정될 수 있다. 태양기어연결링(130)의 내주면에는 원주방향을 따라 이격 배치된 다수의 키홈(131)이 형성되고, 태양기어연결링(130)의 내측으로 슬라이딩 진입되는 축 연결부재(31)의 단부 외면에는 다수의 키홈(131)과 대응하도록 축 연결부재(31)의 외주면을 따라 돌출되는 다수의 키(133)가 형성될 수 있다. 이러한 구조를 통하여 축 연결부재(31)는 반전회전장치로 회전축(5)의 동력을 전달하는 기능 외에도 도 12에 도시된 바와 같이 피동플랜지(32b)를 구동플랜지(32a)에서 분리하지 않더라도 기어박스(40)를 선체 후미(3)에 고정시키기 위한 후술하는 전방고정부재(48a) 및 후방고정부재(48b)만을 분리한 후 회전축(5)의 후방으로 슬라이딩 이동시킴에 의하여 기어박스(40)만을 회전축(5)에서 분리시킬 수 있게 된다.

반전회전장치(30)와 전방프로펠러(10)를 연결하는 프로펠러 연결부재(33)는 원통형태로 마련되며 그 전단이 링기어(55)의 연결부(55a)에 볼트체결방식으로 연결되는 연결부(33a)와, 연결부(33a)의 후단에 볼트체결에 의해 결합되며 전방프로펠러(10)의 허브(11)에 결합되는 연결플랜지(33b)를 구비한다. 연결플랜지(33b)는 복수의 볼트 체결에 의해 전방프로펠러(10)의 허브(11) 전면에 고정될 수 있다. 그리고 내측프레임(42) 외면과 연결부(33a) 내면 사이에는 프로펠러 연결부재(33)의 회전 가능한 지지를 위해 원통형의 저널베어링(75)이 설치될 수 있다.

프로펠러 연결부재(33)와 기어박스(40)의 후방커버(44) 사이에는 도 5에 도시한 바와 같이, 전방프로펠러(10)의 추력을 지지하는 추력지지장치(60)가 마련된다. 추력지지장치(60)는 프로펠러 연결부재(33) 외면에 결합된 플랜지 형태의 스러스트패드(61)와, 후방커버(44)에 설치되어 스러스트패드(61)의 양면을 각각 지지하는 제1스러스트베어링(62)과 제2스러스트베어링(63)을 구비한다. 추력지지장치(60)의 설치를 위해 후방커버(44)는 스러스트패드(61)와 제1 및 제2스러스트베어링(62,63)을 수용하는 수용부(44a)와, 수용부(44a)의 한쪽 측면을 개폐할 수 있는 개폐부재(44b)를 구비한다. 개폐부재(44b)는 볼트체결에 의해 후방커버(44)에 결합될 수 있고, 개방을 통해 추력지지장치(60)의 설치 및 유지보수를 가능하게 한다.

추력지지장치(60)에서 제1 및 제2스러스트베어링(62,63)은 전방프로펠러(10)로부터 프로펠러 연결부재(33)를 통하여 전달되는 전후방향 스러스트 하중을 감당할 수 있다. 구체적으로 제1스러스트베어링(62)은 선박의 전진 시 전방프로펠러(10)로부터 선수 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당하고, 제2스러스트베어링(63)은 선박의 후진 시 전방프로펠러(10)로부터 선미 쪽으로 작용하는 스러스트 하중을 감당할 수 있다.

이러한 추력지지장치(60)는 전방프로펠러(10)의 추력을 지지할 수 있기 때문에 전방프로펠러(10) 설치구조의 단순화를 가능하게 한다. 즉 도 5에 도시한 바와 같이, 전방프로펠러(10)의 허브(11)와 회전축 외면 사이에 단지 원통형의 저널베어링(13)을 설치하는 것으로 전방프로펠러(10)의 회전 가능한 설치를 구현할 수 있다.

한편 본 실시 예에서는 전방베어링(72)으로 레이디얼 롤러베어링을 채용한 경우를 제시하고 있고, 회전축(5)과 내측프레임(42) 사이, 내측프레임(42)과 축 연결부재(31) 사이, 내측프레임(42)과 프로펠러 연결부재(33) 사이에 각각 저널베어링(71,73,75)을 채용한 경우를 제시하고 있으나, 반전회전장치(30)에 적용되는 베어링의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 베어링은 구성요소 간의 회전 가능한 연결을 구현할 수 있는 것으로 다양한 방식 중에서 적절히 선택될 수 있다.

본 실시 예에 따른 추진장치에서 반전회전장치(30)의 동작은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

회전축(5)의 회전은 축 연결부재(31)에 의해 태양기어(51)로 전달된다. 따라서 태양기어(51)는 회전축(5)과 함께 동일한 방향으로 회전한다. 태양기어(51)의 회전은 제1유성기어(52)에 의해 반전된 상태에서 유성기어축(53)을 통해 제2유성기어(54)로 전달된다. 즉 제1유성기어(52)와 제2유성기어(54)는 유성기어축(53)에 의해 연결된 상태이므로 회전축(5)과 반대방향으로 함께 회전한다. 링기어(55)는 그 내면의 치부가 제2유성기어(54)와 이물림된 상태이므로 제2유성기어(54)와 같은 방향(회전축과 반대방향)으로 회전하고, 링기어(55)의 회전은 프로펠러 연결부재(33)에 의해 전방프로펠러(10)로 전달된다. 따라서 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20)의 상반된 회전을 구현할 수 있다.

이러한 반전회전장치(30)에서 기어박스(40)는 지지판(45)과 유성기어축 지지부(46)가 복수의 유성기어축(53)을 안정적으로 지지하기 때문에 제1 및 제2유성기어(52,54)의 안정된 회전을 구현할 수 있다. 또 내측프레임(42)의 중간부분이 지지판(45)에 의해 외측프레임(41)에 지지되고, 내측프레임(42)의 양단부분이 전방커버(43)와 후방커버(44)에 의해 역시 외측프레임(41)에 지지되기 때문에 회전축(5)을 안정적으로 지지할 수 있다.

즉 내측프레임(42)은 지지판(45), 전방커버(43), 후방커버(44)에 의해 지지되고, 이러한 내측프레임(42)이 회전축(5) 외면에 설치된 저널베어링(71)의 외면을 광범하게 지지하게 되므로 회전축(5)에 큰 하중이 걸리더라도 회전축(5)을 안정적으로 지지할 수 있고, 이를 통해 추진장치의 원활한 동작을 구현할 수 있다.

또 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 선체 후미(3)와 전방프로펠러(10)의 허브(11) 사이를 밀봉하여 해수(또는 민물)나 이물질의 침입을 방지하는 제1밀봉장치(90)와, 같은 목적으로 전방프로펠러(10)의 허브(11)와 후방프로펠러(20)의 허브(21) 사이를 밀봉하는 제2밀봉장치(110)를 구비한다.

제1밀봉장치(90)는 도 8에 도시한 바와 같이, 전방프로펠러 허브(11)의 전면에 고정되는 프로펠러 연결부재(33)의 연결플랜지(33b)에 설치된 원통형 제1라이닝(91)과, 제1라이닝(91)의 외면에 접하도록 제1라이닝(91)의 외면을 덮으며 그 일단이 후방커버(44)에 고정된 원통형 제1밀봉부재(92)를 포함할 수 있다.

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 구비한다. 제1밀봉부재(92)의 유로(95)는 소정의 압력을 가진 윤활유가 공급될 수 있도록 기어박스를 통하는 윤활유 공급유로와 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 있다.

제1라이닝(91)은 도 9에 도시한 바와 같이, 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 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 견고하게 결합되도록 할 수 있다. 연결플랜지(33b)에 고정되는 플랜지부(91h)에는 다수의 고정볼트(91i)가 체결됨으로써 허브(11)에 견고히 고정될 수 있다. 여기서는 제1라이닝(91)의 용이한 설치를 위해 제1라이닝(91)이 양측으로 분할되는 경우를 제시하지만, 제1라이닝(91)은 이에 한정되지 않고, 제1부재(91a)와 제2부재(91b)가 일체로 연결된 원통형태일 수도 있다.

제1밀봉부재(92)의 경우도 반원형으로 제작된 다수의 링(92a,92b,92c)을 제1라이닝(91) 외측에서 회전축(5)의 길이방향으로 적층시켜 고정하는 방식일 수 있다. 다수의 링(92a,92b,92c)은 볼트 체결이나 용접에 의해 상호 결속될 수 있다.

제2밀봉장치(110)는 도 10에 도시한 바와 같이, 후방프로펠러 허브(21)의 전면에 설치된 원통형 제2라이닝(111)과, 제2라이닝(111)의 외면과 접하도록 제2라이닝(111) 외면을 덮으며 그 일단이 전방프로펠러 허브(11) 후면에 고정된 원통형 제2밀봉부재(112)를 포함할 수 있다. 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 회전축(5) 중심부에 마련된 윤활유 공급유로(120)와 연통될 수 있다. 이를 위해 회전축(5)에는 윤활유 공급유로(120)와 제2라이닝(111)의 내측공간(122)을 연결시키는 반경방향의 제1연결유로(121)가 형성되고, 전방프로펠러 허브(11)에는 제2라이닝(111)의 내측공간(122)과 제2밀봉부재(112)의 유로(115)를 연통시키는 제2연결유로(123)가 형성될 수 있다. 따라서 회전축(5) 중심부로부터 제2밀봉부재(112) 쪽으로 공급되는 윤활유가 패킹들(113a,113b,113c)을 가압할 수 있고, 이를 통해 밀봉을 구현할 수 있다.

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

또 본 실시 예의 추진장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 기어박스(40) 전방에서 회전축(5)을 지지하는 레이디얼베어링(81), 제3스러스트베어링(82), 제4스러스트베어링(83)을 포함할 수 있다. 레이디얼베어링(81)은 제1베어링케이스(84)에 수용된 상태에서 선체(1) 내부의 제1베어링지지부(86)에 고정될 수 있다. 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)도 각각의 내륜이 상호 지지되는 형태로 제2베어링케이스(85)에 수용된 상태에서 선체(1) 내부의 제2베어링지지부(87)에 고정될 수 있다.

레이디얼베어링(81)은 기어박스(40) 전방에서 회전축(5)을 지지하여 회전축(5)의 반경방향 진동이나 흔들림을 방지한다. 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)은 전방 및 후방프로펠러(10,20)로부터 회전축(5)으로 전달되는 축방향 힘을 선체(1) 쪽으로 전달하는 기능을 한다. 특히 제3스러스트베어링(82)은 선박의 전진 시 회전축(5)으로부터 선수방향으로 작용하는 힘을 선체(1)에 전달하는 기능을 하고, 제4스러스트베어링(83)은 선박의 후진 시 회전축(5)으로부터 선미 방향으로 작용하는 힘을 선체(1)에 전달하는 기능을 한다.

도 2에서 부호 135은 제1밀봉장치(90) 외측의 선체 후미(3)와 전방프로펠러 허브(11) 사이를 덮는 제1커버링이고, 부호 132는 제2밀봉장치(110) 외측의 전방프로펠러 허브(11)와 후방프로펠러 허브(21) 사이를 덮는 제2커버링이다. 제1커버링(135)은 선체 후미(3)에 고정되고 전방프로펠러의 허브(11)와 약간 이격되는 방식으로 설치되거나, 선체 후미(3)와 약간 이격된 상태로 전방프로펠러(10)의 허브(11)에 고정되어 전방프로펠러(10)와 함께 회전할 수 있다. 제2커버링(132)도 전방프로펠러의 허브(11)와 후방프로펠러의 허브(21) 중 어느 한쪽에 고정된 상태에서 고정되는 쪽과 함께 회전할 수 있다.

다음은 본 실시 예에 따른 추진장치를 선체에 설치하는 방법에 대하여 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 추진장치를 설치할 때는 선체(1)에 장착하기에 앞서 반전회전장치(30)를 구성하는 기어박스(40) 및 반전기어유닛을 먼저 조립한 상태에서 이를 회전축(5) 외면에 결합시킨다. 즉 반전회전장치(30)를 선체(1)에 장착하기 전에 미리 회전축(5)에 결합시킨다.

반전회전장치(30)는 이처럼 선체(1)의 외부에서 제작한 후 조립할 수 있고, 회전축(5)에 미리 결합시킬 수 있기 때문에 정교한 제작과 조립이 가능하다. 또 통상의 경우 전방프로펠러(10)를 설치한 후에야 장착할 수 있는 제1밀봉장치(90)를 반전회전장치(30)에 미리 장착할 수 있기 때문에 선체(1)에 추진장치를 설치하는 작업을 간소화할 수 있다.

제조공장에서 조립된 회전축(5)과 반전회전장치(30)는 운송수단을 이용해 선체(1)를 제조하는 도크 등으로 옮긴 후 선체(1)의 후미(3)에 장착할 수 있다. 이때는 반전회전장치(30) 조립체를 들어 올릴 수 있는 크레인 등의 인양장치를 이용할 수 있다. 반전회전장치(30)를 장착할 때는 우선 반전회전장치(30)의 기어박스(40)을 선체(1)의 후방으로부터 선체 후미(3)의 설치공간(4)으로 슬라이딩방식으로 진입시킨다. 그리고 회전축(5)의 중심과 메인구동축(6)의 중심이 일치하도록 정렬시킨다.

반전회전장치(30)를 선체 후미(3)의 설치공간(4)으로 진입시켜 정렬한 후에는 도 7에 도시한 바와 같이, 기어박스(40)의 전방과 후방에 각각 전방고정부재(48a)와 후방고정부재(48b)를 설치하여 기어박스(40)를 선체 후미(3)에 고정시킨다. 전방 및 후방고정부재(48a,48b)는 다수로 분할된 형태일 수 있다. 전방 및 후방고정부재(48a,48b)는 다수의 고정볼트를 체결함으로써 기어박스(40)와 선체 후미(3)의 구조물에 고정될 수 있다.

후방고정부재(48b)는 작업자가 선체(1)의 후방으로부터 접근하여 장착할 수 있고, 전방고정부재(48a)는 작업자가 선체(1) 내부로부터 접근하여 장착할 수 있다. 이처럼 선체 후미(3)의 설치공간(4)에 진입되는 방식으로 장착되는 반전회전장치(30)는 추후 고장 등이 생길 때 반전회전장치(30)를 선체(1)로부터 분리할 수 있고, 분리 상태에서 고장수리를 할 수 있다. 따라서 고장수리를 용이하게 수행할 수 있다.

본 실시 예는 기어박스(40)의 견고한 고정을 위해 기어박스(40) 전방과 후방에 전방고정부재(48a)와 후방고정부재(48b)를 체결하는 경우를 예시하였으나, 기어박스(40)를 설치공간(4)으로 진입시키면 기어박스(40)의 외면이 설치공간(4)의 내면에 지지된 상태를 유지하므로, 기어박스(40)는 후방고정부재(48b)만을 체결하는 것으로도 선체 후미(3)에 고정될 수 있다.

기어박스(40)을 선체 후미(3)에 고정한 후에는 메인구동축(6)과 회전축(5)을 커플링장치(7)로 연결시키고, 선체(1)의 내부에서 레이디얼베어링(81), 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)을 설치하여 회전축(5)이 선체(1)에 지지될 수 있도록 한다.

반전회전장치(30)를 선체의 후미(3)에 장착한 후에는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 회전축(5)에 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(20) 및 관련 부품들을 장착하고, 제2밀봉장치(110)를 장착하는 것으로 추진장치의 설치를 마무리할 수 있다.

한편 여기서는 회전축(5)에 반전회전장치(30)를 결합시킨 상태에서 조립하는 경우를 예시하지만, 설치방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 예처럼 반전회전장치(30)의 내측프레임(42)과 회전축(5) 사이에 저널베어링(71)이 설치되는 경우에는 회전축(5)을 먼저 설치한 후 조립상태의 반전회전장치(30)를 설치하는 것도 가능하다.

다음은 본 실시 예에 따른 추진장치의 동작을 설명한다.

추진장치는 선체(1) 내부 구동원(8)의 동작에 의해 회전축(5)이 회전하면, 회전축(5) 후단부에 직결된 후방프로펠러(20)가 회전축(5)과 동일한 방향으로 함께 회전한다. 동시에 반전회전장치(30)의 태양기어(51)도 축 연결부재(31)에 의해 회전축(5)에 연결된 상태이므로 회전축(5)과 함께 회전한다. 태양기어(31)의 회전은 제1유성기어(52)에 의해 반전된 상태에서 유성기어축(53)을 통해 제2유성기어(54)로 전달된다. 그리고 링기어(55)는 그 내면의 치부가 제2유성기어(54)와 이물림된 상태이므로 제2유성기어(54)와 같은 방향(회전축과 반대방향)으로 회전한다. 링기어(55)의 회전은 프로펠러 연결부재(33)에 의해 전방프로펠러(10)로 전달된다. 따라서 전방프로펠러(10)는 후방프로펠러(20)와 반대로 회전한다.

상호 반대로 회전하는 전방프로펠러(10)와 후방프로펠러(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 전방프로펠러(10)를 거친 유체의 회전에너지를 후방프로펠러(20)가 역으로 회전하면서 추진력으로 회수하므로 추진성능이 향상된다. 후진할 때도 마찬가지다.

한편, 전방프로펠러(10)는 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 이에 상당하는 반력을 받는다. 이 힘은 프로펠러 연결부재(33)와 추력지지장치(60)의 제1스러스트베어링(62)을 통해 기어박스(40)로 전달되어 선체(1)의 추진력으로 작용한다. 후방프로펠러(20)도 전진할 때 후방으로 추진수류를 발생시키므로 반력을 받게 되는데, 이 힘은 직결된 회전축(5)으로 전달되어 추진력으로 작용한다.

선박이 후진할 때는 전방프로펠러(10)의 추진력이 프로펠러 연결부재(33)와 추력지지장치(60)의 제2스러스트베어링(63)을 통해 기어박스(40)로 전달되고, 후방프로펠러(20)의 추진력은 직결된 회전축(5)으로 전달된다.

후방프로펠러(20)로부터 회전축(5)으로 전달된 추진력은 제3 및 제4스러스트베어링(82,83)을 통하여 선체(1)로 전달되므로 선체(1)의 추진이 이루어진다.

1: 선체, 3: 선체의 후미,
4: 설치공간, 5: 회전축,
6: 메인구동축, 7: 커플링장치,
8: 구동원, 10: 전방프로펠러,
20: 후방프로펠러, 30: 반전회전장치,
31: 축 연결부재, 33: 프로펠러 연결부재,
40: 기어박스, 41: 외측프레임,
42: 내측프레임, 43: 전방커버,
44: 후방커버, 45: 지지판,
46: 유성기어 지지부, 51: 태양기어,
52: 제1유성기어, 53: 유성기어축,
54: 제2유성기어, 55: 링기어,
60: 추력지지장치, 61: 스러스트패드,
62: 제1스러스트베어링, 63: 제2스러스트베어링,
13, 71, 73, 75: 저널베어링, 81: 레이디얼베어링,
82: 제3스러스트베어링, 83: 제4스러스트베어링,
90: 제1밀봉장치, 110: 제2밀봉장치,
130:태양기어연결링.

Claims (13)

1. 회전축에 고정된 후방프로펠러;
   상기 후방프로펠러 전방의 상기 회전축에 회전 가능하게 지지된 전방프로펠러;
   상기 회전축의 회전을 반전시켜 상기 전방프로펠러로 전달하기 위하여 태양기어를 포함하는 반전기어유닛을 내장하며 상기 회전축이 관통하여 선체 후미에 형성된 오목한 설치공간에 장착되는 기어박스; 및
   상기 태양기어와 상기 회전축을 연결하여 상기 회전축의 회전력을 상기 태양기어에 전달하는 축 연결부재;를 포함하고,
   상기 축 연결부재는 상기 태양기어와 스플라인 축이음방식으로 연결되어 상기 회전축의 회전력을 상기 태양기어에 전달하는 선박용 추진장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기어박스는 상기 설치공간의 내면 형상에 대응하는 외측프레임과,
   상기 외측프레임의 내측 중앙부에 배치되며 상기 회전축 외면이 지지되는 내측프레임과,
   상기 내,외측프레임의 전방 측 개구를 덮는 전방커버와,
   상기 내,외측프레임의 후방 측 개구를 덮는 후방커버를 포함하는 선박용 추진장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 기어박스는 상기 외측프레임과 상기 내측프레임을 연결하여 상기 내측프레임을 지지하며, 내부공간을 전방공간과 후방공간으로 구획하는 지지판을 더 포함하는 선박용 추진장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 반전기어유닛은 상기 전방공간의 상기 내측프레임 외면에 회전 가능하게 지지되는 상기 태양기어에 외접하는 복수의 제1유성기어와,
   상기 복수의 제1유성기어와 각각 연결된 상태로 상기 지지판을 관통하여 상기 후방공간으로 연장되는 복수의 유성기어축과,
   상기 후방공간의 상기 복수의 유성기어축에 각각 결합되어 상기 복수의 제1유성기어와 함께 회전하는 복수의 제2유성기어와,
   상기 복수의 제2유성기어와 내접하는 링기어와,
   상기 전방프로펠러와 상기 링기어가 연결되며 상기 링기어의 회전력을 전달받아 상기 전방프로펠러에 전달하는 프로펠러 연결부재를 포함하는 선박용 추진장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 기어박스는 상기 후방공간에 배치되며 상기 내측프레임에서 상기 외측프레임을 향해 연장되어 상기 복수의 유성기어축을 회전 가능하게 지지하는 유성기어축 지지부를 더 포함하는 선박용 추진장치.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 전방프로펠러의 추력을 지지하는 추력지지장치를 더 포함하고,
   상기 추력지지장치는 상기 프로펠러 연결부재의 외면에 마련된 스러스트패드와,
   상기 후방커버에 설치되어 상기 스러스트패드의 양면을 각각 지지하는 제1스러스트베어링 및 제2스러스트베어링을 포함하는 선박용 추진장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 후방커버는 상기 스러스트패드와 상기 제1 및 제2스러스트베어링을 수용하는 수용부와,
   상기 수용부의 한쪽 측면을 개폐하는 개폐부재를 포함하는 선박용 추진장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 프로펠러 연결부재는 상기 전방프로펠러의 허브에 연결되는 연결플랜지를 포함하는 선박용 추진장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전방프로펠러의 허브와 상기 선체 후미 사이의 밀봉을 위해 상기 연결플랜지에 설치된 원통형 제1라이닝과,
   상기 제1라이닝의 외면과 접하도록 상기 후방커버에 설치된 원통형 제1밀봉부재를 더 포함하는 선박용 추진장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방프로펠러 허브와 상기 회전축 사이에 설치되어 상기 전방프로펠러를 회전 가능하게 지지하는 저널베어링을 더 포함하는 선박용 추진장치.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방프로펠러 허브와 상기 전방프로펠러 허브 사이의 밀봉을 위해 상기 후방프로펠러 허브의 전면부에 설치된 원통형 제2라이닝과,
    상기 제2라이닝의 외면과 접하도록 상기 전방프로펠러 후면부에 설치된 원통형 제2밀봉부재를 더 포함하는 선박용 추진장치.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어박스는 상기 태양기어의 전방 측면에 결합되는 태양기어연결링을 더 포함하고,
    상기 축 연결부재는 상기 태양기어연결링과 스플라인 축이음방식으로 연결되어 상기 회전축의 회전력을 상기 태양기어에 전달하는 선박용 추진장치.
13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 추진장치를 갖춘 선박.
    

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