KR20160053089A - 프로펠러 피치각 조정시스템 - Google Patents

프로펠러 피치각 조정시스템 Download PDF

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KR20160053089A
KR20160053089A KR1020140149520A KR20140149520A KR20160053089A KR 20160053089 A KR20160053089 A KR 20160053089A KR 1020140149520 A KR1020140149520 A KR 1020140149520A KR 20140149520 A KR20140149520 A KR 20140149520A KR 20160053089 A KR20160053089 A KR 20160053089A
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박문우
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템은, 후방에 프로펠러가 마련되며, 중공이 형성되는 중공축; 기어박스의 후방에 연결되며, 상기 중공축과 동일중심축 상에서 전방에 마련되는 플랜지샤프트; 상기 중공축이 후단 내측에 맞닿고, 상기 플랜지샤프트가 전단 내측에 맞닿되, 상기 중공축 상에서 길이방향으로 슬라이딩되며, 수직방향의 외측으로 돌출되는 피스톤을 포함하는 스플라인허브; 상기 피스톤이 관통되도록 상기 스플라인허브의 외측에 마련되며, 전후 방향으로 상기 피스톤이 이동되도록 오일이 유출입되는 실린더; 및 상기 스플라인허브에 연동하여 이동하도록 상기 스플라인허브에 연결되는 확관부재를 포함하며, 상기 확관부재에 연장형성되고 후단에는 상기 프로펠러가 연결되어 상기 프로펠러의 피치각을 조절하도록 상기 중공축의 중공을 가로지르되, 상기 중공축의 내주면과의 사이에 갭이 형성되는 로드를 구비하는 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템은, 오일의 유출입에 따라 프로펠러의 피치각을 조절하도록 하여 구조가 단순해질 수 있고, 프로펠러의 피치각을 조절하는 스플라인허브, 실린더 및 조정부가 기어박스의 후단에 마련됨은 물론, 기어박스의 외부에 마련되어, 조정부가 비정상적으로 길어지지 않도록 하면서도, 기어박스 내부의 기어구조를 간섭받지 않도록 하여 구조가 단순해 질 수 있다.

Description

프로펠러 피치각 조정시스템{Apparatus of blade pitch control for ship}
본 발명은 프로펠러 피치각 조정시스템에 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.
특히, 가변 피치 프로펠러의 가변 피치를 제어하는 시스템은 유압기구가 기어박스 내부에 위치하게 되며, 기어박스 내부의 기어구조의 간섭 등에 의해 구조가 복잡해지고, 복잡한 구조에 의해 유지 보수에 제한이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단순한 구조를 통해 프로펠러의 피치각을 조절할 수 있는 프로펠러 피치각 조정시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템은, 후방에 프로펠러가 마련되며, 중공이 형성되는 중공축; 기어박스의 후방에 연결되며, 상기 중공축과 동일중심축 상에서 전방에 마련되는 플랜지샤프트; 상기 중공축이 후단 내측에 맞닿고, 상기 플랜지샤프트가 전단 내측에 맞닿되, 상기 중공축 상에서 길이방향으로 슬라이딩되며, 수직방향의 외측으로 돌출되는 피스톤을 포함하는 스플라인허브; 상기 피스톤이 관통되도록 상기 스플라인허브의 외측에 마련되며, 전후 방향으로 상기 피스톤이 이동되도록 오일이 유출입되는 실린더; 및 상기 스플라인허브에 연동하여 이동하도록 상기 스플라인허브에 연결되는 확관부재를 포함하며, 상기 확관부재에 연장형성되고 후단에는 상기 프로펠러가 연결되어 상기 프로펠러의 피치각을 조절하도록 상기 중공축의 중공을 가로지르되, 상기 중공축의 내주면과의 사이에 갭이 형성되는 로드를 구비하는 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 실린더는, 상기 피스톤이 후방으로 밀리도록 상기 피스톤의 전방으로 오일이 유입되게 마련되는 제1 유출입홀과, 상기 피스톤이 전방으로 밀리도록 상기 피스톤의 후방으로 오일이 유입되게 마련되는 제2 유출입홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 피스톤은 상기 실린더의 공간을 구획하여, 상기 피스톤의 전후방으로 주입되는 오일량에 의해 전후방으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 프로펠러가 마련되는 CPP허브를 더 포함하되, 상기 CPP허브는 상기 중공축의 후방에 플랜지이음되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템은, 오일의 유출입에 따라 프로펠러의 피치각을 조절하도록 하여 구조가 단순해질 수 있고, 프로펠러의 피치각을 조절하는 스플라인허브, 실린더 및 조정부가 기어박스의 후단에 마련됨은 물론, 기어박스의 외부에 마련되어, 조정부가 비정상적으로 길어지지 않도록 하면서도, 기어박스 내부의 기어구조를 간섭받지 않도록 하여 구조가 단순해 질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 커진 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 커진 상태의 스플라인허브를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 작아진 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 커진 상태의 스플라인허브를 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 커진 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 커진 상태의 스플라인허브를 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 작아진 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템에서 프로펠러의 피치각이 커진 상태의 스플라인허브를 확대하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 피치각 조정시스템(100)은 중공축(130), 플랜지샤프트(140), 스플라인허브(150), 실린더(160) 및 조정부(170)를 포함하여, 프로펠러(110)의 피치각을 조절한다.
여기서, 프로펠러(110)는 동력축(도시하지 않음)에 연동하여 회전하는 중공축(130)의 회전에 의하여 주위의 물을 후방으로 밀어냄으로써 추진력을 얻게 되고, 후방으로 밀리는 물의 방향을 방향타(rudder)(도시하지 않음)에 의하여 변환하므로써 선박의 진행방향을 변환할 수 있다.
또한, 이하에서는 선박의 선수 및 선미에 대비하여, 동력원(180) 측을 전방으로 하고, 프로펠러(110) 측을 후방으로 정의하여 설명하도록 한다.
중공축(130)의 외측에는 스플라인허브(150)가 설치되며, 내측에는 조정부(170)가 마련되는데, 조정부(170)가 마련되도록 중공축(130)은 가로길이 방향으로 중공이 형성된다.
이러한, 중공축(130)은 프로펠러(110)를 회전시키는 축으로서, 동력원(180)으로부터 회전력을 전달받아 프로펠러(110)를 회전시킨다. 중공축(130)은 후방에 프로펠러(110)가 마련되는데, 중공축(130)의 후방에 CPP허브(120)가 마련되고, 중공축(130)의 후단이 CPP허브(120)와 플랜지 이음되어 연결될 수 있다.
여기서, CPP허브(120)의 둘레면을 따라 프로펠러(110)의 날개가 복수(예를 들어 3개 내지 6개)로 마련된다. CPP허브(120)에는 크랭크 디스크(111)(crank disc)와 크로스 헤드(121)(cross head)의 일반적인 구성이 마련되는데, 크랭크 디스크(111)는 프로펠러(110)의 날개 및 크로스 헤드(121)가 연결되고, 크로스 헤드(121)에는, 로드(172)가 연결되어 후술되는 조정부(170)의 동작에 의해 프로펠러(110)의 피치각을 조절한다.
예를 들어, 피치각 조절은, 크랭크 디스크(111)의 일단에 마련되는 크로스 헤드(121)가 전후 이동되어 크랭크 디스크(111)를 회전시키고, 이에 따라 크랭크 디스크(111)의 타단에 연결되는 프로펠러(110) 날개의 각이 변동됨으로써 이루어질 수 있다. 이러한 피치각 조절은 공지된 기술에 갈음하며, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 실시예의 중공축(130)은 프로펠러(110)를 회전시키도록 동력원(180)으로부터 회전력을 전달받기 위해, 동력원(180)의 후방에는 커플링(181)이 마련됨은 물론, 동력원(180)이 중소엔진으로 이루어질 수 있고, 이때, 중소엔진의 감속을 위해 기어박스(190)가 마련될 수 있다.
여기서, 동력원(180)은 동력축(도시하지 않음)을 포함하여 동력을 전달한다. 동력원(180)은 연료를 소모하여 동력을 생산하며, 동력원(180)은 엔진으로 이루어질 수 있고, 엔진 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 동력축에 연결되어 피스톤의 왕복운동 시 동력축이 회전할 수 있다.
또한, 동력원(180)과 중공축(130) 사이에는 클러치(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 클러치에 의해 동력원(180)으로부터 회전력이 전달되거나 단속될 수 있다.
본 실시예의 중공축(130)은 동력원(180)으로부터 회전력을 전달받기 위해, 기어박스(190)의 후방에 마련되는 플랜지샤프트(140)와 동일 중심축 상에 마련되고, 후술되는 스플라인허브(150)에 의해 연결되어, 플랜지샤프트(140)에 연동하여 중공축(130)이 회전할 수 있다.
플랜지샤프트(140)는 기어박스(190)로부터 회전력을 중공축(130)으로 전달하는 매개물로서, 동력원(180)의 회전력을 감속하여 전달하는 기어박스(190)와 플랜지이음될 수 있다. 여기서, 기어박스(190)의 후방에 플랜지샤프트(140)가 연결되되, 플랜지샤프트(140)가 중공축(130)과 동일중심축 상에서 전방에 마련되어, 기어박스(190)로부터 전달받은 회전력을 중공축(130)으로 전달한다.
본 실시예에서는 플랜지샤프트(140)와 중공축(130)이 동일축선상에서 서로 이격되게 마련되는데, 서로 이격되는 플랜지샤프트(140)와 중공축(130)은 스플라인허브(150)에 의해 연결되어, 플랜지샤프트(140)의 회전에 연동하여 중공축(130)이 회전하게 된다.
한편, 플랜지샤프트(140)의 외주면, 중공축(130)의 외주면, 스플라인허브(150)의 내주면에는 기어이가 마련될 수 있는데, 각각의 기어이에 의해 스플라인허브(150)가 플랜지샤프트(140)와 중공축(130) 각각에 맞물리면서도, 스플라인허브(150)가 플랜지샤프트(140)와 중공축(130) 상에서 기어이의 길이방향을 따라 슬라이딩될 수 있다.
스플라인허브(150)는 플랜지샤프트(140)와 중공축(130)을 연결할 뿐만 아니라, 플랜지샤프트(140) 및 중공축(130) 상에서 전후 방향으로 이동하여 프로펠러(110)의 피치각을 변동시킨다.
구체적으로, 스플라인허브(150)는 원통형으로 이루어져, 중공축(130)이 스플라인허브(150)의 후단 내측에 맞닿고, 플랜지샤프트(140)가 스플라인허브(150)의 전단 내측에 맞닿게 마련되어, 스플라인허브(150)를 매개물로 하여 플랜지샤프트(140)와 중공축(130)이 연결된다. 이와 같이, 전후 방향으로 마련되는 플랜지샤프트(140)와 중공축(130)의 외측에 스플라인허브(150)가 슬라이딩가능한 구조로 마련된다.
여기서, 스플라인허브(150)는 수직방향의 외측으로 돌출되는 피스톤(151)을 포함한다. 스플라인허브(150)는 실린더(160) 내부의 오일에 의해 밀고 당겨지도록 피스톤(151)을 포함하는 것으로서, 실린더(160) 내부에서 유출입되는 오일량에 의해 피스톤(151)이 전방 또는 후방으로 밀려 스플라인허브(150)가 전후 방향으로 이동한다. 스플라인허브(150)가 오일의 유출입에 의해 이동하는 동작은 후술하기로 한다.
또한, 스플라인허브(150)에는 실린더(160)가 마련되는 위치에서 중공축(130)의 내부로 오일이 유출입되도록 주입홀(152)과 배출홀(153)이 형성될 수 있으며, 실린더(160)로부터 주입홀(152)을 통해 중공축(130) 내부로 오일이 유입되고, 배출홀(153)을 통해 오일이 실린더(160)로 배출될 수도 있다.
실린더(160)는 피스톤(151)을 이동시키기 위한 구성으로서, 피스톤(151)이 관통되도록 스플라인허브(150)의 외측에 마련되며, 오일이 유출입되어 전후 방향으로 피스톤(151)이 이동될 수 있다.
예를 들어, 실린더(160)는 스플라인허브(150)의 외측에 마련되되, 실린더(160)의 중공이 피스톤(151)에 의해 구획되어 피스톤(151)의 전후방향에 주입되는 오일량에 의해 피스톤이 가압되어 전후방으로 이동하게 된다. 여기서, 실린더(160)는 제1 유출입홀(161)과 제2 유출입홀(162)이 형성될 수 있다.
제1 유출입홀(161)은 피스톤(151)이 후방으로 밀리도록 피스톤(151)의 전방으로 오일이 유입되도록 형성될 수 있고, 실린더(160)에서 피스톤(151)의 전방에 제1 유출입홀(161)이 마련될 수 있다.
제2 유출입홀(162)은 피스톤(151)이 전방으로 밀리도록 피스톤(151)의 후방으로 오일이 유입되도록 형성될 수 있고, 실린더(160)에서 피스톤(151)의 후방에 제2 유출입홀(162)이 마련될 수 있다.
오일의 유출입에 의해 이동하는 피스톤(151)에 의해 조정부(170)가 연동하여 프로펠러(110)의 피치각이 변동된다.
한편, 제1 유출입홀(161)과 제2 유출입홀(162)을 통해 이동하는 오일은 방향전환밸브(도시하지 않음)에 의해 유출입이 조정될 수 있다.
조정부(170)는 CPP허브(120)에 마련되는 크랭크 디스크(111)와 크로스 헤드(121)를 조작하는 구성으로서, 확관부재(171) 및 로드(172)를 포함한다.
확관부재(171)는 스플라인허브(150)에 연동하여 이동하도록 스플라인허브(150)에 연결된다. 여기서, 확관부재(171)에는 관통홀(171A)이 형성될 수 있으며, 관통홀(171A)을 통해 확관부재(171)를 사이에 두고 로드(172) 측으로 유입되는 오일이 반대편으로 유입될 수 있다. 이러한, 확관부재(171)는 스플라인허브(150)의 내측을 세로 방향으로 가로지르도록 마련되어, 스플라인허브(150)에 연동하여 중공축(130)의 길이방향을 따라 전후 방향으로 이동할 수 있다.
로드(172)의 전단은 확관부재(171)와 연결되고, 로드(172)의 후단은 프로펠러(110)와 연결되도록 크로스 헤드(121)와 연결된다. 로드(172)가 크로스 헤드(121)와 연결됨으로써, 스플라인허브(150)에 연동하여 이동하는 확관부재(171)에 의해 프로펠러(110)가 이동하여 피치각이 조절될 수 있다. 이때, 로드(172)는 중공축(130)의 중공을 가로지르되, 중공축(130)의 내주면과의 사이에 갭이 형성되어 윤활 시스템이 생략될 수 있어 구조가 단순해질 수 있다.
이하에서는 프로펠러(110)의 피치각 변동의 동작에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 프로펠러(110)의 피치각을 크게 하도록, 피스톤(151)을 전방으로 가압한다. 이를 위해 실린더(160)의 제2 유출입홀(162)로 오일을 주입시켜 피스톤(151) 후방의 오일량을 증가시키고, 제1 유출입홀(161)을 통해 피스톤(151) 전방의 오일량을 감소시키도록 배출시킨다.
피스톤(151) 후방의 오일량이 증가하여 피스톤(151)은 오일의 압력에 의해 전방으로 밀리게 되고, 피스톤(151)이 마련되는 스플라인허브(150)에 연동하여 조정부(170)가 전방으로 이동하게 된다. 이때, CPP허브(120) 내부의 크로스 헤드(121)가 전방으로 당겨져 프로펠러(110)의 피치각이 커질 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 프로펠러(110)의 피치각을 작게 하도록, 피스톤(151)을 후방으로 가압한다. 이를 위해 실린더(160)의 제1 유출입홀(161)을 통해 피스톤(151) 전방의 오일량을 증가시키도록 유입시키고, 제2 유출입홀(162)로 오일을 배출시켜 피스톤(151) 후방의 오일량을 감소시킨다.
피스톤(151) 전방의 오일량이 증가하여 피스톤(151)은 오일의 압력에 의해 후방으로 밀리게 되고, 피스톤(151)이 마련되는 스플라인허브(150)에 연동하여 조정부(170)가 후방으로 이동하게 된다. 이때, CPP허브(120) 내부의 크로스 헤드(121)가 후방으로 당겨져 프로펠러(110)의 피치각이 작아질 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 오일의 유출입에 따라 프로펠러(110)의 피치각을 조절하도록 하여 구조가 단순해질 수 있고, 프로펠러(110)의 피치각을 조절하는 스플라인허브(150), 실린더(160) 및 조정부(170)가 기어박스(190)의 후단에 마련됨은 물론, 기어박스(190)의 외부에 마련되어 조정부(170)가 비정상적으로 길어지지 않도록 하면서도, 기어박스(190) 내부의 기어구조를 간섭받지 않도록 하여 구조가 단순해 질 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.
100: 프로펠러 피치각 조정시스템 110: 프로펠러
111: 크랭크 디스크 120: CPP허브
121: 크로스 헤드 130: 중공축
140: 플랜지샤프트 150: 스플라인허브
151: 피스톤 160: 실린더
161: 제1 유출입홀 162: 제2 유출입홀
170: 조정부 171: 확관부재
172: 로드 180: 동력원
181: 커플링 190: 기어박스

Claims (4)

  1. 후방에 프로펠러가 마련되며, 중공이 형성되는 중공축;
    기어박스의 후방에 연결되며, 상기 중공축과 동일중심축 상에서 전방에 마련되는 플랜지샤프트;
    상기 중공축이 후단 내측에 맞닿고, 상기 플랜지샤프트가 전단 내측에 맞닿되, 상기 중공축 상에서 길이방향으로 슬라이딩되며, 수직방향의 외측으로 돌출되는 피스톤을 포함하는 스플라인허브;
    상기 피스톤이 관통되도록 상기 스플라인허브의 외측에 마련되며, 전후 방향으로 상기 피스톤이 이동되도록 오일이 유출입되는 실린더; 및
    상기 스플라인허브에 연동하여 이동하도록 상기 스플라인허브에 연결되는 확관부재를 포함하며, 상기 확관부재에 연장형성되고 후단에는 상기 프로펠러가 연결되어 상기 프로펠러의 피치각을 조절하도록 상기 중공축의 중공을 가로지르되, 상기 중공축의 내주면과의 사이에 갭이 형성되는 로드를 구비하는 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 피치각 조정시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실린더는,
    상기 피스톤이 후방으로 밀리도록 상기 피스톤의 전방으로 오일이 유입되게 마련되는 제1 유출입홀과, 상기 피스톤이 전방으로 밀리도록 상기 피스톤의 후방으로 오일이 유입되게 마련되는 제2 유출입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 피치각 조정시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 실린더의 공간을 구획하여, 상기 피스톤의 전후방으로 주입되는 오일량에 의해 전후방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 피치각 조정시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러가 마련되는 CPP허브를 더 포함하되,
    상기 CPP허브는 상기 중공축의 후방에 플랜지이음되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 피치각 조정시스템.
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