KR20150012077A - 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치 - Google Patents

선박의 추진축 비틀림 감쇄장치 Download PDF

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Abstract

선박의 추진축 비틀림 감쇄장치를 개시한다.
본 발명은 프로펠러에 연결된 추진축이 일측에 연결되고 엔진의 구동축이 타측에 연결되어 회전에 따른 비틀림 진동을 흡수하는 댐퍼; 및 상기 댐퍼에 연계되어 상기 추진축에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 조절하는 조절부; 를 포함할 수 있다.

Description

선박의 추진축 비틀림 감쇄장치{TORSIONAL DAMPING APPARATUS FOR PROPULSION SHAFT OF SHIP}
본 발명은 선박의 운항 중 추친축에 발생하는 비틀림 진동을 감쇄하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추진축에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 이를 감지하고 제어할 수 있는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치에 관한 것이다.
선박에는 하나 이상의 엔진이 구비된다. 예컨대, 선박에는 디젤엔진이나 전기추진모터 등의 추진장치가 구비된다. 그리고, 엔진은 프로펠러와 연결된 추진축과 연결된다. 따라서, 엔진의 구동에 의해서 추진축이 회전됨에 따라 프로펠러가 회전된다. 그리고, 이러한 프로펠러의 회전에 의해서 선박에 추진력이 제공되어 선박이 해상에서 운항하게 된다.
한편, 선박이 운항하는 해상에는 북극해 등과 같이 얼음이 존재할 수 있다. 이와 같이, 해상에 얼음이 존재하면 얼음이 프로펠러에 부딪치게 된다. 그리고, 프로펠러 또는 추진축의 회전이 방해받게 되어 충격과 진동이 발생됨으로써 추진축에 비틀림 응력이 발생한다. 즉, 얼음에 의해서 프로펠러 또는 추진축의 회전이 방해받음에 따라 엔진에서 전달되는 회전력과는 반대방향의 힘이 추진축에 작용하게 되고, 추진축에 비틀림 응력이 발생하게 된다.
그리고, 크기가 크거나 많은 얼음이 추진축에 부딪치거나 추진축에 공진 등이 발생하면, 추진축에 과도한 비틀림 응력이 발생한다는 문제점이 있다. 이와 같이, 추진축에 발생하는 비틀림 응력이 소정 값 이상이 되면, 추진축의 회전에 이상이 발생하거나 추진축에 결함이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 추진축이 부분적으로 또는 전체가 파손될 수도 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적의 일 측면은 선박의 추진축에 발생되는 비틀림 진동을 감지하고 이를 능동적으로 제어할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 다른 측면은 선박이 얼음 등의 방해물이 있는 해상을 이동할 때 추진축의 회전에 이상이 발생하거나 결함이 발생하지 않도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 선박의 스큐류축에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 하는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치는 프로펠러에에 연결된 추진축이 일측에 연결되고 엔진의 구동축이 타측에 연결되어 회전에 따른 비틀림 진동을 흡수하는 댐퍼; 및 댐퍼에 연계되어 추진축에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 조절하는 조절부; 를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 조절부는 댐퍼에서 흡수되는 비틀림 진동을 조절하도록 댐퍼에 연결되는 액튜에이터; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조절부는 추진축의 비틀림 응력을 측정하는 응력센서; 및 응력센서에서 측정된 비틀림 응력에 따라 액튜에이터를 작동하는 제어부; 를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 조절부는 추진축의 회전속도를 측정하는 속도센서; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 댐퍼는 엔진의 구동축에 연결되는 제1질랑체; 및 추진축에 연결되는 제2질량체; 제1질량체와 제2질량체에 연계되는 복수개의 탄성부재; 를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 탄성부재는 전자기에너지가 공급되면 강성이 달라지는 소재로 이루어지며, 제1질량체에는 제2질량체가 수용되며 덮개에 의해서 밀폐되는 수용공간이 형성되고 수용공간에는 전자기에너지가 공급되면 점성이 달라지는 오일이 수용되며, 액츄에이터는 탄성부재와 오일에 전자기에너지를 공급할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 댐퍼와 조절부를 포함하여 선박의 추진축에 발생되는 비틀림 진동을 감지하고 이를 능동적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 선박이 얼음 등의 방해물이 있는 해상을 이동할 때 추진축의 회전에 이상이 발생하거나 결함이 발생하지 않도록 할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치의 일실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치의 일실시예에 포함되는 댐퍼의 개략적인 구성을 나타내는 분해도이다.
도3은 도2에 도시된 댐퍼의 작동을 나타내는 도면이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치의 일실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 선박의 추진축에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 하는 것을 기초로 한다.
도1은 본 발명에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치의 일실시예의 구성을 나타내는 도면이고, 도2는 본 발명에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치의 일실시예에 포함되는 댐퍼의 개략적인 구성을 나타내는 분해도이며, 도3은 도2에 도시된 댐퍼의 작동을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치(100)는 도1에 도시된 실시예와 같이 댐퍼(200)와, 조절부(300)를 포함할 수 있다.
도1에 도시된 실시예와 같이 댐퍼(200)는 선박의 프로펠러(P)에 연결된 추진축(S)이 일측에 연결될 수 있다. 또한, 선박(도시되지 않음)에 구비되는 엔진(도시되지 않음)의 구동축(D)이 타측에 연결될 수 있다. 그리고, 추진축(S)과 구동축(D)의 회전에 따른 비틀림 진동을 흡수하여 감쇄할 수 있다.
이를 위해서, 댐퍼(200)는 도2에 도시된 실시예와 같이 제1질량체(210), 제2질량체(220) 및, 복수개의 탄성부재(230)를 포함할 수 있다.
제1질량체(210)는 엔진의 구동축(D)에 연결될 수 있다. 제1질량체(210)에는 연결구멍(212)이 형성될 수 있다. 그리고, 엔진의 구동축(D)이 제1질량체(210)의 연결구멍(212)에 끼워져서 제1질량체(210)에 연결될 수 있다. 따라서, 도3에 도시된 바와 같이 구동축(D)이 회전되면, 제1질량체(210)가 회전될 수 있다.
또한, 제2질량체(220)는 추진축(S)에 연결될 수 있다. 제2질량체(220)에도 연결구멍(222)이 형성될 수 있다. 그리고, 추진축(S)이 제2질량체(220)의 연결구멍(222)에 끼워져서 제2질량체(220)에 연결될 수 있다. 이에 의해서, 도3에 도시된 바와 같이 제2질량체(220)가 회전되면 추진축(S)이 회전될 수 있다.
복수개의 탄성부재(230)는 제1질량체(210)와 제2질량체(220)에 연계될 수 있다. 이를 위해서, 제1질량체(210)에는 도2에 도시된 실시예와 같이 수용공간(213)이 형성될 수 있고, 제1질량체(210)의 외주로부터 수용공간(213)으로 돌출된 내측 돌출부(211)가 수용공간(213)에 복수개 형성될 수 있다. 또한, 제2질량체(220)의 외주에는 외측 돌출부(221)가 복수개 형성될 수 있다.
그리고, 도3에 도시된 바와 같이 제1질량체(210)의 내측 돌출부(211)와 제2질량체(220)의 외측 돌출부(221)가 엇갈리도록 제1질량체(210)의 수용공간(213)에 제2질량체(220)가 삽입될 수 있다. 이러한 상태에서, 탄성부재(230)가 제1질량체(210)의 내측 돌출부(211)와 제2질량체(220)의 외측 돌출부(221)에 연결될 수 있다.
탄성부재(230)는 코일스프링일 수 있다. 그러나, 탄성부재(230)는 코일스프링에 한정되지 않고, 탄성부재라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
또한, 댐퍼(200)는 도2에 도시된 실시예와 같이 덮개(240)를 더 포함할 수 있다. 덮개(240)는 전술한 제1질량체(210)에 형성되며 제2질량체(220)가 삽입되는 수용공간(213)의 개방된 일측을 덮도록 제1질량체(210)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1질량체(210)의 수용공간(213)이 밀폐될 수 있다. 그리고, 이와 같이 밀폐된 제1질량체(210)의 수용공간(213)에는 오일이 수용될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 도3에 도시된 바와 같이 엔진의 구동축(D)이 회전되면, 제1질량체(210)의 내측 돌출부(211)의 양측에 연결된 탄성부재(230) 중 하나는 압축되고 다른 것은 인장 된다. 이에 따라, 탄성부재(230)에 탄성복원력이 발생하여 제2질량체(220)의 외측 돌출부(221)에 작용하게 된다. 그리고, 추진축(S)이 회전하게 된다.
그리고, 구동축(D)과 추진축(S)의 회전 중에 구동축(D) 또는 추진축(S)에서 발생한 충격과 진동, 예컨대 비틀림 진동 등이 추진축(S)이나 구동축(D)에 전달되지 않고, 댐퍼(200)의 탄성부재(230)와 댐퍼(200)에 수용된 오일에 의해서 흡수되어 감쇄될 수 있다.
조절부(300)는 댐퍼(200)에 연계될 수 있다. 또한, 추진축(S)에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 조절할 수 있다. 이러한 조절부(300)에 의해서, 선박이 얼음 등의 방해물이 있는 해상을 이동할 때, 추진축(S)에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 추진축(S)에 발생되는 비틀림 진동을 감지하고 이를 능동적으로 제어할 수 있다. 그리고, 선박이 얼음 등의 방해물이 있는 해상을 이동할 때 추진축(S)의 회전에 이상이 발생하거나 결함이 발생하지 않도록 할 수 있다.
도1에 도시된 실시예와 같이 조절부(300)는 액튜에이터(310)를 포함할 수 있다. 액튜에이터(310)는 댐퍼(200)에서 흡수되는 비틀림 진동을 조절하도록 댐퍼(200)에 연결될 수 있다.
이를 위해서, 댐퍼(200)의 탄성부재(230)는 전자기에너지가 공급되면 강성이 달라지는 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 제1질량체(210)의 수용공간(213)에는 전자기에너지가 공급되면 점성이 달라지는 오일이 수용될 수 있다. 예컨대, 제1질량체(210)의 수용공간(213)에 수용되는 오일은 전자기 유변(電磁氣 有變) 오일일 수 있다.
그러나, 탄성부재(230)의 소재나 오일은 특별히 한정되지 않고, 전자기에너지가 공급되면 강성이나 점성이 달라지는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
그리고, 액튜에이터(310)는 탄성부재(230)와 오일에 전자기에너지를 공급할 수 있다. 탄성부재(230)와 오일에 전자기에너지를 공급하기 위해서 액튜에이터(310)는 탄성부재(230)와 오일에 전자기적으로 연결될 수 있다. 즉, 액튜에이터(310)는 유무선으로 탄성부재(230)와 오일에 연결될 수 있다.
액튜에이터(310)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 탄성부재(230)와 오일에 전자기에너지를 공급할 수 있는 구성이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
따라서, 추진축(S)에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하면, 액튜에이터(310)에 의해서 탄성부재(230)와 오일에 전자기에너지가 공급될 수 있다.
탄성부재(230)의 강성이 달라지는 것과 오일의 점성이 달라지는 것에 의해서 탄성부재(230)와 오일을 포함하는 댐퍼(200)를 포함하는 추진축(S) 시스템의 고유진동수가 달라질 수 있다. 이에 의해서, 얼음 등이 추진축(S)에 부딪쳐서 추진축(S)의 회전수가 변한다고 하더라도, 추진축(S) 시스템에 이에 의한 공진이 발생하지 않도록, 액튜에이터(310)에 의해서 탄성부재(230)의 강성과 오일의 점성을 조절하여 추진축(S) 시스템의 고유진동수를 조절할 수 있다. 따라서, 추진축(S)에 공진에 의한 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한, 액튜에이터(310)에 의한 전자기에너지의 공급에 의해서 오일의 점성이 커지도록 하면, 댐퍼(200)에서 흡수할 수 있는 충격과 진동, 예컨대 비틀림 진동 등이 더 커질 수 있다. 이에 의해서, 더 큰 비틀림 진동이 댐퍼(200)에 의해서 흡수되어 추진축(S)에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 할 수 있다.
조절부(300)는 도1에 도시된 실시예와 같이 응력센서(320)와 제어부(330)를 더 포함할 수 있다.
응력센서(320)는 추진축(S)의 비틀림 응력을 측정할 수 있다. 예컨대, 응력센서(320)는 추진축(S)에 부착되어 비틀림 응력을 측정하는 스트레인 게이지(Strain Guage)일 수 있다. 그러나, 응력센서(320)는 특별히 한정되지 않고, 추진축(S)의 비틀림 응력을 측정할 수 있는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
제어부(330)는 응력센서(320)에서 측정된 비틀림 응력에 따라 액튜에이터(310)를 작동할 수 있다. 이를 위해서, 제어부(330)는 응력센서(320)와 액튜에이터(310)에 전기적으로 연결될 수 있다. 응력센서(320)에서 측정된 추진축(S)의 비틀림 응력은 전기신호로 변환되어 제어부(330)로 보내질 수 있다. 그리고, 제어부(330)에서는, 예컨대 프로그램된 내용에 따라 비틀림 응력이 소정 값 이상이면 액튜에이터(310)에 이에 해당하는 전기신호를 보낼 수 있다. 이와 같이, 제어부(330)에서 보내진 전기신호에 의해서 액튜에이터(310)는 댐퍼(200)의 탄성부재(230)와 오일에 전자기에너지를 공급할 수 있다.
조절부(300)는 속도센서(340)를 더 포함할 수 있다. 속도센서(340)에 의해서 추진축(S)의 회전속도가 측정될 수 있다. 그리고, 속도센서(340)에 의해서 측정된 추진축(S)의 회전속도는 전기신호로 변환되어 제어부(300)에 보내질 수 있다. 이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 속도센서(340)는 제어부(300)에 전기적으로 연결될 수 있다.
속도센서(340)는 특별히 한정되지 않고, 추진축(S)의 회전속도를 측정할 수 있는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
추진축(S)의 회전속도에 따라 추진축(S)에 허용되는 비틀림 응력의 값이 달라질 수 있다. 따라서, 제어부(300)에서는 응력센서(320)로부터 전달된 추진축(S)의 비틀림 응력 값이, 속도센서(340)로부터 전달된 추진축(S)의 회전속도에서 허용 가능한 비틀림 응력 값인지 확인할 수 있다. 그리고, 측정된 회전속도에서 추진축(S)의 측정된 비틀림 응력 값이 허용되는 값이 아니면 액튜에이터(310)를 작동시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치를 사용하면, 선박의 추진축에 발생되는 비틀림 진동을 감지하고 이를 능동적으로 제어할 수있으며, 선박이 얼음 등의 방해물이 있는 해상을 이동할 때 추진축의 회전에 이상이 발생하거나 결함이 발생하지 않도록 할 수 있다.
상기와 같이 설명된 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치 200 : 댐퍼
210 : 제1질량체 211 : 내측 돌출부
212, 222 : 연결구멍 213 : 수용공간
220 : 제2질량체 221 : 외측 돌출부
230 : 탄성부재 240 : 덮개
241 : 관통구멍 300 : 조절부
310 : 액튜에이터 320 : 응력센서
330 : 제어부 340 : 속도센서
P : 프로펠러 S : 추진축
D : 구동축

Claims (6)

  1. 프로펠러에 연결된 추진축이 일측에 연결되고 엔진의 구동축이 타측에 연결되어 회전에 따른 비틀림 진동을 흡수하는 댐퍼; 및
    상기 댐퍼에 연계되어 상기 추진축에 소정 이상의 비틀림 응력이 발생하지 않도록 조절하는 조절부;
    를 포함하는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조절부는
    상기 댐퍼에서 흡수되는 비틀림 진동을 조절하도록 상기 댐퍼에 연결되는 액튜에이터; 를 포함하는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조절부는 상기 추진축의 비틀림 응력을 측정하는 응력센서; 및
    상기 응력센서에서 측정된 비틀림 응력에 따라 상기 액튜에이터를 작동하는 제어부; 를 더 포함하는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조절부는 상기 추진축의 회전속도를 측정하는 속도센서; 를 더 포함하는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 댐퍼는
    상기 엔진의 구동축에 연결되는 제1질랑체;
    상기 추진축에 연결되는 제2질량체; 및
    상기 제1질량체와 제2질량체에 연계되는 복수개의 탄성부재;
    를 포함하는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄성부재는 전자기에너지가 공급되면 강성이 달라지는 소재로 이루어지며,
    상기 제1질량체에는 상기 제2질량체가 수용되며 덮개에 의해서 밀폐되는 수용공간이 형성되고 상기 수용공간에는 전자기에너지가 공급되면 점성이 달라지는 오일이 수용되며,
    상기 액튜에이터는 상기 탄성부재와 오일에 전자기에너지를 공급하는 선박의 추진축 비틀림 감쇄장치.
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