KR20160046032A - 선박용 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치는, 프론트 프로펠러가 마련되며 중공이 형성되는 외축과, 리어 프로펠러가 마련되며 상기 외축과의 사이에 중공부가 형성되는 내축을 포함하는 선박용 추진장치에 있어서, 외축과 내축 사이에서 상기 외축의 내측 전방에 마련되는 전방베어링; 및 상기 외축과 상기 내축 사이에서 상기 외축의 내측 후방에 마련되는 후방베어링을 포함하되, 상기 전방베어링은, 상기 외축의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지는 제1 외축베어링을 포함하고, 상기 내축의 외주면에 설치되며 상기 제1 외축베어링에 대응하여 테이퍼지고 상기 제1 외축베어링과 동일축 상에 마련되는 제1 내축베어링을 포함하며, 상기 제1 외축베어링과 상기 제1 내축베어링 사이에 맞닿아 마련되는 제1 롤러부재를 포함하며, 상기 후방베어링은, 상기 외축의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지는 제2 외축베어링을 포함하고, 상기 내축의 외주면에 설치되며 상기 제2 외축베어링에 대응하여 테이퍼지며 상기 제2 외축베어링과 동일축 상에 마련되는 제2 내축베어링을 포함하며, 상기 제2 외축베어링과 상기 제2 내축베어링 사이에 맞닿아 마련되는 제2 롤러부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 내축과 외축 사이에서 전방베어링과 후방베어링이 전후방으로 마련되어 하중을 지지하면서, 내외륜 사이에 제1,2 롤러부재가 마련되는 롤러베어링 구조를 이룸으로써, 윤활 냉각이 용이하고 유지보수가 용이할 수 있다.

Description

선박용 추진장치{Propulsion apparatus for ship}

본 발명은 선박용 추진장치에 관한 것이다.

프로펠러는 축계를 통하여 전달된 추진 기관의 동력을 추력으로 변화시켜 선박을 추진시키는 장치이다. 선박용 프로펠러에는 나선형 프로펠러(screw propeller), 물 분사 추진기(jet propeller), 외륜차, 보이드 슈나이더 프로펠러 등이 있다. 이 중에서 나선형 프로펠러가 다른 종류의 추진장치보다 추진효율이 비교적으로 높고, 구조가 비교적 간단하며 제작비가 상대적으로 저렴하여, 가장 많이 사용되고 있다.

나선형 프로펠러는, 성능 별로도 구분할 수 있는데, 프로펠러 날개가 회전축과 연결된 허브에 고정된 고정 피치 프로펠러(fixed pitch propeller; FPP), 프로펠러의 날개가 회전축과 연결된 허브에서 움직일 수 있어 피치의 각을 조절할 수 있는 가변 피치 프로펠러(controllable pitch propeller; CPP), 리어 프로펠러(front propeller)로부터 유출되는 회전력을 리어 프로펠러와 반대 방향으로 회전하는 프론트 프로펠러(rear propeller)로 회수하여 추진력으로 바꾸는 이중반전 프로펠러(contra-rotating propeller; CRP) 등이 있다.

일반적으로, 이중반전 프로펠러를 사용하는 선박용 추진장치는, 선체 내부의 주기관에 연결되는 내축과, 내축의 후단부에 결합된 프론트 프로펠러와, 내축의 외면에 회전하도록 설치된 중공의 외축과, 외축 후단부에 결합된 리어 프로펠러를 포함하여 구성된다. 이때 프론트 프로펠러의 회전 방향과 반대 방향으로 리어 프로펠러를 회전시키는 수단으로 반전기어부장치(Contra-Rotating Gear Box)를 사용할 수 있다.

이러한 이중반전 프로펠러는, 프로펠러에 의하여 유기되는 토크 불균형이 감소하여 선체 힐링 모멘트(heeling moment)의 감소하므로, 항로 직진성이 우수하고 저진동, 저소음이며, 프로펠러의 추력이 증가되어 효율이 우수하다. 또한, 이중반전 프로펠러는 EEDI(Energy Efficiency Design Index, 선박제조연비지수)를 저감시킬 수 있어, 국제해사기구(IMO)에서 요구하는 EEDI를 용이하게 충족시킬 수 있다. 이하에서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 선박용 추진장치를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 선박용 추진장치(10)는, 외축(11), 내축(12), 동력원(13) 및 반전기어장치(14)를 포함하며, 선박용 추진장치(10)가 선체(도시하지 않음)의 후미에 마련되어 추진력을 생성하고, 선박용 추진장치(10)의 후방에는 러더(도시하지 않음)가 마련되어 선체의 이동 방향을 조정한다.

종래의 선박용 추진장치(10)는 프론트 프로펠러(8)가 마련되는 외축(11)과 리어 프로펠러(9)가 마련되는 내축(12)의 회전이 상반되도록, 외축(11)에 반전기어장치(14)가 마련되며, 내축(12)과 외축(11)이 분리되는 지점에 엘라스틱커플링(15)이 마련되어 외축(11)이 연결된다.

또한, 대형의 구조물인 선박의 특성상 선박용 추진장치(10)는 선박의 크기와 속도에 대응하는 추진력을 발생시켜야 하므로, 내축(12)과 외축(11)은 각각 일체형으로 제작하기 어려운 길이로 이루어진다. 이때, 외축(11) 내에 마련되는 내축(12)의 연결구조는 외축(11)에 둘러싸여 연결되는 부위가 외축(11)에 의해 간섭되어 조립작업이 어려우며, 내축(12)의 연결부위를 플랜지(도시하지 않음)로 체결하는 경우, 플랜지와 외축(11)의 간섭을 피하기 위해여 외축(11)의 직경을 크게 해야하는 불리한 점이 있으므로, 슬리브 커플링(도시하지 않음)에 의해 분리된 복수의 내축(12)이 연결된다.

이러한, 선박용 추진장치(10)는 일축 프로펠러(uniaxial propeller)와 비교하여 볼 때, 베어링 구조, 윤활 구조, 씰링(sealing) 구조 등 여러 점에서 복잡한 구조를 이루고 있으며, 고가의 제작비용이 요구되어 초기 투자비용이 증가되고, 유지 보수가 용이하지 않는 등, 해결해야 할 과제를 안고 있다.

따라서 최근에는 상기한 과제를 해결하면서, 기계 장치 신뢰성 확보, 제작 유지보수 비용 최소화, 운항 경제성 향상을 통해 선박에 이중반전 프로펠러 적용을 활성화할 수 있도록 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

이러한 종래기술로는 국내특허공보 제10-1313587호 (2013.09.25) 등이 공개되어 있다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내외축의 하중지지가 이루어지면서도 유지보수가 용이할 수 있는 선박용 추진장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치는, 프론트 프로펠러가 마련되며 중공이 형성되는 외축과, 리어 프로펠러가 마련되며 상기 외축과의 사이에 중공부가 형성되는 내축을 포함하는 선박용 추진장치에 있어서, 외축과 내축 사이에서 상기 외축의 내측 전방에 마련되는 전방베어링; 및 상기 외축과 상기 내축 사이에서 상기 외축의 내측 후방에 마련되는 후방베어링을 포함하되, 상기 전방베어링은, 상기 외축의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지는 제1 외축베어링을 포함하고, 상기 내축의 외주면에 설치되며 상기 제1 외축베어링에 대응하여 테이퍼지고 상기 제1 외축베어링과 동일축 상에 마련되는 제1 내축베어링을 포함하며, 상기 제1 외축베어링과 상기 제1 내축베어링 사이에 맞닿아 마련되는 제1 롤러부재를 포함하며, 상기 후방베어링은, 상기 외축의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지는 제2 외축베어링을 포함하고, 상기 내축의 외주면에 설치되며 상기 제2 외축베어링에 대응하여 테이퍼지며 상기 제2 외축베어링과 동일축 상에 마련되는 제2 내축베어링을 포함하며, 상기 제2 외축베어링과 상기 제2 내축베어링 사이에 맞닿아 마련되는 제2 롤러부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 외축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 감소되고, 상기 제2 외축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 커지며, 상기 제1 내축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 커지고, 상기 제2 내축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 감소되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 외축과 상기 내축의 회전력을 발생시키는 동력원의 후방에 마련되는 반전기어장치를 더 포함하고, 상기 반전기어장치에 포함되어 오일이 저장되는 LO탱크로부터 상기 롤로베어링의 외주면을 경유하여 상기 전방베어링과 상기 후방베어링 사이의 중공으로 오일이 유입되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 전방베어링과 상기 후방베어링 각각은, 링 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 내축과 외축 사이에서 전방베어링과 후방베어링이 전후방으로 마련되어 하중을 지지하면서, 내외륜 사이에 제1,2 롤러부재가 마련되는 롤러베어링 구조를 이룸으로써, 윤활 냉각이 용이하고 유지보수가 용이할 수 있다.

도 1은 종래의 선박용 추진장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 전방베어링과 후방베어링을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 전방베어링과 후방베어링을 확대하여 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는 프론트 프로펠러(110), 리어 프로펠러(120), 외축(140), 내축(150), 동력원(160), 전방베어링(170), 후방베어링(180), 반전기어장치(190)를 포함한다.

이하에서는 선박의 선수 및 선미에 대비하여, 동력원(160) 측을 전방으로 하고, 리어 프로펠러(120) 측을 후방으로 정의하여 설명하도록 한다.

프론트 프로펠러(110)와 리어 프로펠러(120)는 선체(도시하지 않음)의 주행 방향에서 동일 회전축으로 차례대로 배열된 두 개의 상반 회전 프로펠러로서, 직경은 서로 동일하거나 어느 하나의 직경 예를 들어, 프론트 프로펠러(110)의 직경이 리어 프로펠러(120)의 직경보다 크게 이루어지고, 프론트 프로펠러(110)의 날개 끝이 후방으로 절곡되게 하여 프론트 프로펠러(110)의 단부가 리어 프로펠러(120)를 감싸는 형태로 이루어짐으로써, 프로펠러의 날개 형상을 최적화하여 효율을 향상시킬 수도 있다. 이와 달리, 리어 프로펠러(120)의 직경이 프론트 프로펠러(110)의 직경보다 크게 이루어져 프론트 프로펠러(110)에 의해 생성된 터닝 콘을 완전히 활용할 수도 있다.

또한, 프론트 프로펠러(110)는 프로펠러 날개가 외축(140)과 연결된 허브(도시하지 않음)에 고정된 고정 피치 프로펠러(fixed pitch propeller; FPP)로 이루어질 수 있고, 리어 프로펠러(120)는 프로펠러의 날개가 내축(150)과 연결되어 피치의 각(프로펠러 날개의 경사)을 조절할 수 있는 가변 피치 프로펠러(controllable pitch propeller; CPP)로 이루어질 수 있다.

이러한, 프론트 프로펠러(110)와 리어 프로펠러(120)는 각각이 외축(140)과 내축(150)에 연결되어 서로 반대 방향으로 회전하여, 프론트 프로펠러(110) 후류에서 발생되는 회전력으로 인해 연료가 낭비되지 않도록, 프론트 프로펠러(110)로부터 유출되는 회전력을 프론트 프로펠러(110)와 반대 방향으로 회전하는 리어 프로펠러(120)가 회수하여 추진력(직진력)으로 바꾼다.

외축(140)에는 프론트 프로펠러(110)가 마련되며 동력원(160)에 의해 정방향으로 회전된다. 외축(140)과 내축(150)이 동일 회전축으로 마련되도록, 외축(140)은 중공을 이루어 외축(140)의 내부에 내축(150)이 마련되고, 외축(140)의 후방에 프론트 프로펠러(110)가 허브에 의해 연결될 수 있다. 여기서, 외축(140)과 내축(150) 사이에는 씰(131)이 마련되어, 해수의 유입이 방지되는 구조로 이루어질 수 있다.

내축(150)의 후방에는 리어 프로펠러(120)가 마련되며, 후술되는 반전기어장치(190)에 의해 외축(140)과 상반되도록 역방향으로 회전된다. 내축(150)은 외축(140)의 중공에 마련되어 외축(140)과 동일 회전축으로 이루어져 외축(140)에 수용된 형태가 됨으로써 후술되는 전방베어링(170), 후방베어링(180)에 의해 외축(140)에 지지되고, 동력원(160)의 구동축(도시하지 않음)에 연결되어 동력원(160)으로부터 동력을 전달받아 회전된다.

게다가, 내축(150)과 외축(140) 사이에는 윤활유의 유로(O)가 형성되어, 내축(150)와 외축(140)이 윤활유에 의해 분리되어 각각의 회전이 원활히 이루어질 수 있고, 윤활유가 새거나 해수가 유입되는 것을 방지하기 위해 내축(150) 양단은 씰링구조를 이룰 수 있다.

여기서, 윤활유는 외축(140)의 외부로부터 공급되거나 반전기어장치(190)에 포함되는 LO탱크(194)로부터 공급될 수 있다. LO탱크(194)는 반전기어장치(190)의 외관을 이룰 수 있으며, LO탱크(194) 내부의 윤활유에 의해 반전기어장치(190) 내부의 링기어(192), 피니언기어(193)의 기어동작이 용이해 질 수 있고, 이러한 윤활유가 내축(150)과 외축(140) 사이를 순환하여 LO탱크(194)로 유입됨으로써, 후술되는 전방베어링(170), 후방베어링(180)의 회전이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 설명하지 않은 캐리어(191)는 링기어(192)에 맞물리는 피니언기어(193)를 지지하는 구조물이다.

동력원(160)은 외축(140)과 내축(150)을 구동하기 위한 주 내연기관으로 왕복 기관(reciprocating engine)이거나, 선체에서 이용되는 각종장비(도시하지 않음)를 구동하기 위한 엔진(engine) 또는 터빈(turbine)일 수 있다. 동력원(160)의 구동축은 커넥션플랜지(부호도시하지 않음) 및 커플링(163)에 의해 내축(150)과 연결될 수 있고, 쓰러스트베어링(160A)이 마련될 수 있다.

예를 들어, 동력원(160)이 엔진으로 이루어지는 경우 엔진 내부의 피스톤(도시하지 않음)에 구동축이 연결되어 피스톤의 왕복운동 시 회전할 수 있다. 여기서, 외축(140)과 내축(150)이 반전회전되도록, 일반적으로 사용되는 반전기어장치(190)가 동력원(160)의 후방에 마련된다.

본 실시예에서는 내축(150)과 외축(140)이 전방베어링(170)과 후방베어링(180)에 의해 회전가능하게 지지되되, 반전기어장치(190)에 의해 반전회전될 수 있으며, 전방베어링(170)과 후방베어링(180) 각각은 씰(131)과 반전기어장치(190) 사이에 마련된다. 본 실시예에서는 전방베어링(170)과 후방베어링(180)이 씰(131)과 반전기어장치(190) 사이에서 서로 이격되게 내축(150)의 양측을 지지함으로써 추가적인 베어링구조가 생략될 수 있어 베어링 구조가 단순해 질 수 있다.

여기서, 전방베어링(170)과 후방베어링(180) 각각은 링형태의 내륜과 외륜을 포함하여 내축(150)과 외축(140) 사이에 마련되는데, 내외륜이 동일한 길이를 가지며, 동일축 선 상에 마련될 수 있다.

구체적으로, 전방베어링(170)은 외축(140)과 내축(150) 사이에서 외축(140)의 내측 전방에 마련된다. 여기서, 전방베어링(170)은 제1 외축베어링(171), 제1 내축베어링(172), 제1 롤러부재(173)를 포함한다.

제1 외축베어링(171)은 외축(140)의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지되, 제1 외축베어링(171)은 전방으로 갈수록 단면적이 감소될 수 있다. 그리고 제1 내축베어링(172)은 내축(150)의 외주면에 설치되며, 제1 외축베어링(171)에 대응하여 테이퍼지되 전방으로 갈수록 단면적이 커질 수 있다. , 제1 외축베어링(171)과 동일축 상에 마련된다.

제1 롤러부재(173)는 제1 외축베어링(171)과 제1 내축베어링(172) 사이에 맞닿아 마련되어 하중을 지지한다.

후방베어링(180)은 전방베어링(170)과 반대방향으로 테이퍼져 이루어지며, 외축(140)과 내축(150) 사이에서 외축(140)의 내측 후방에 마련된다. 여기서, 후방베어링(180)은 제2 외축베어링(181), 제2 내축베어링(182) 및 제2 롤러부재(183)를 포함한다.

제2 외축베어링(181)은 외축(140)의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지되, 제2 외축베어링(182)은 전방으로 갈수록 단면적이 커질 수 있다. 그리고 제2 내축베어링(182)은 내축(150)의 외주면에 설치되며, 제2 외축베어링(181)에 대응하여 테이퍼지되 전방으로 갈수록 단면적이 감소될 수 있고, 제2 외축베어링(181)과 동일축 상에 마련된다.

제2 롤러부재(183)는 제2 외축베어링(181)과 제2 내축베어링(182) 사이에 맞닿아 마련되어 하중을 지지한다.

이와 같이, 내축(150)과 외축(140) 사이에 마련되는 전방베어링(170)과 후방베어링(180)에 포함되는 제1,2 외축베어링(171, 181)은 외륜을 이루고, 제1,2 내축베어링(172, 182)은 내륜을 이루며, 제1,2 외축베어링(171, 181)과 제1,2 내축베어링(172, 182) 사이에 제1,2 롤러부재(173, 183)가 마련되어 하중을 지지한다.

전방베어링(170)의 전방에는 반전기어장치(190)가 마련될 수 있는데, 반전기어장치(190)는 LO탱크(194)를 구비할 수 있고, LO탱크(194) 내부의 윤활유가 제1 내축베어링(172)과 제1 외축베어링(171) 사이의 제1 롤러부재(173) 외주면을 경유하여 중공으로 윤활유가 유입될 수 있다.

설명되지 않은 참조부호 160B는 플라이휠(flywheel)이며, 일반적인 구성으로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이 본 실시예는, 내축(150)과 외축(140) 사이에서 전방베어링(170)과 후방베어링(180)이 전후방으로 마련되어 하중을 지지하면서, 내외륜(171, 172, 181, 182) 사이에 제1,2 롤러부재(173, 183)가 마련되는 롤러베어링 구조를 이룸으로써, 윤활 냉각이 용이하고 유지보수가 용이할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10, 100: 선박용 추진장치 8, 110 : 프론트 프로펠러
9, 120: 리어 프로펠러 11, 140: 외축
12, 150: 내축 13, 160: 동력원
14: 반전기어장치 15: 엘라스틱커플링
131: 씰 160: 동력원
163: 커플링 170: 전방베어링
171: 제1 외축베어링 172: 제1 내축베어링
180: 후방베어링 181: 제2 외축베어링
182: 제2 내축베어링 190: 반전기어장치
191: 캐리어 192: 링기어
193: 피니언기어 194: LO탱크

Claims (4)

1. 프론트 프로펠러가 마련되며 중공이 형성되는 외축과, 리어 프로펠러가 마련되며 상기 외축과의 사이에 중공부가 형성되는 내축을 포함하는 선박용 추진장치에 있어서,
   외축과 내축 사이에서 상기 외축의 내측 전방에 마련되는 전방베어링; 및
   상기 외축과 상기 내축 사이에서 상기 외축의 내측 후방에 마련되는 후방베어링을 포함하되,
   상기 전방베어링은,
   상기 외축의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지는 제1 외축베어링을 포함하고, 상기 내축의 외주면에 설치되며 상기 제1 외축베어링에 대응하여 테이퍼지고 상기 제1 외축베어링과 동일축 상에 마련되는 제1 내축베어링을 포함하며, 상기 제1 외축베어링과 상기 제1 내축베어링 사이에 맞닿아 마련되는 제1 롤러부재를 포함하며,
   상기 후방베어링은,
   상기 외축의 내주면에 설치되며 테이퍼져 이루어지는 제2 외축베어링을 포함하고, 상기 내축의 외주면에 설치되며 상기 제2 외축베어링에 대응하여 테이퍼지며 상기 제2 외축베어링과 동일축 상에 마련되는 제2 내축베어링을 포함하며, 상기 제2 외축베어링과 상기 제2 내축베어링 사이에 맞닿아 마련되는 제2 롤러부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 외축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 감소되고, 상기 제2 외축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 커지며, 상기 제1 내축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 커지고, 상기 제2 내축베어링은 전방으로 갈수록 단면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외축과 상기 내축의 회전력을 발생시키는 동력원의 후방에 마련되는 반전기어장치를 더 포함하고,
   상기 반전기어장치에 포함되어 오일이 저장되는 LO탱크로부터 상기 롤로베어링의 외주면을 경유하여 상기 전방베어링과 상기 후방베어링 사이의 중공으로 오일이 유입되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전방베어링과 상기 후방베어링 각각은,
   링 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.

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