KR20210144528A - 최적의 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 운항 조건에 따라 블레이드 피치를 변경 가능한 가변 피치 프로펠러에 관한 것으로서, 특히 고정 피치 프로펠러(fixed pitch propeller; FPP)의 추진효율에 근접하는 고효율을 가질 수 있도록 허브의 사이즈를 감소시킬 수 있는 최적의 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선박의 추진축에 장착된 허브와, 허브의 둘레에 장착되며 피치가 가변하는 블레이드를 포함하는 가변 피치 프로펠러로서, 프로펠러의 직경(H)과 허브의 직경(D)에 대한 H/D비가 0.170 내지 0.2인 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

최적의 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러{ontrollable pitch propeller with optimal hub diameter ratio}

본 발명은 선박의 운항 조건에 따라 블레이드 피치를 변경 가능한 가변 피치 프로펠러에 관한 것으로서, 특히 고정 피치 프로펠러(fixed pitch propeller; FPP)의 추진효율에 근접하는 고효율을 가질 수 있도록 허브의 사이즈를 감소시킬 수 있는 최적의 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러에 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 추진효율 측면에서 비교적 높고, 구조가 비교적 간단하며 제작비가 상대적으로 저렴하여 가장 많이 사용되고 있다.

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

대형 상선, 유조선 등과 같은 저속비대선은 프로펠러의 효율과 연비가 중요한 요소로서, 일정한 선속으로 운항이 가능한 고정 피치 프로펠러가 저속비대선에 통상적으로 장착된다.

최근에는 환경오염 등의 문제점을 해결하기 위한 각종 해양환경규제가 강화됨에 따라 연비 효율의 증대를 목적으로 설계된 고정 피치 프로펠러로 선박이 운항함에 있어 각종 해양환경규제를 만족시키지 못하는 문제점이 있다.

한편, 선박의 운항 조건에 따라 블레이드의 피치를 가변할 수 있는 종래의 가변 피치 프로펠러의 경우에는, 블레이드의 각도를 변경하기 위한 설비 및 장비가 허브 내에 설치되어야 함에 따라 허브의 크기가 고정 피치 프로펠러의 허브의 크기보다 커지는 단점이 있으며, 다양한 피치에서 운용되어야 하므로 특정 피치에 대해 익형이 최적화 되어있지 않다. 따라서 종래 가변 피치 프로펠러는 고정 피치 프로펠러 추진효율 대비 4~8% 저하되는 문제점과 함께, 가변 피치 프로펠러의 복잡한 가공에 따른 제조 단가의 상승으로 가변 피치 프로펠러를 저속비대선에 적용하기에 실효성이 떨어진다.

하지만, 저속비대선이 각종 해양환경규제에 대처하여 적합하게 운항을 위해서는 운항 조건의 변경이 필요하며, 운항 조건의 변경에 따라 효율적으로 블레이드의 피치를 변경하여야 하지만, 단가 상승 및 추진효율 저하 등의 가변 피치 프로펠러의 단점들 때문에 적용이 쉽지 않다는 문제점이 있다.

아래에서는 종래의 가변 피치 프로펠러의 구동메커니즘에 대해 구체적으로 설명한다.

도면에서, 도 1은 종래 기술에 따른 가변 피치 프로펠러의 구동메커니즘을 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가변 피치 프로펠러의 분해도이며, 도 3a 내지 도 3c는 유압에 의해 블레이드의 피치가 변화하는 관계를 나타낸 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가변 피치 프로펠러(10)는 복수의 블레이드(20)가 허브(30)의 둘레에 등각으로 장착되며, 허브(30) 내부로 연장된 유압라인을 통해 공급되는 작동유의 유동에 따라 크로스헤드(Cross Head)(31)가 허브(30)의 길이방향으로 이동한다.

크로스헤드(31)는 블레이드(20)의 개수만큼의 측면을 갖는 기둥 구조이다. 예로서 허브(30)에 장착되는 블레이드(20)가 4개일 경우에는 사각기둥 구조의 크로스헤드(31)가 구비되며, 블레이드가 5개일 경우에는 크로스헤드는 오각기둥 구조를 갖는다.

한편, 블레이드 생크(blade shank)(21)에는 블레이드 캐리어(blade carrier)(23)가 고정되고, 블레이드 캐리어(23)에 형성된 핀(25)이 크로스헤드(31)와 정합한 상태에서 유압에 의해 크로스헤드(31)가 허브(30)의 길이 방향으로 전후진 이동함에 따라 크로스헤드(31)와 핀(25)의 정합 구조에 의해 블레이드 피치가 변한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 크로스헤드(31)의 측면에는 허브(30)의 길이방향인 추진축(1)의 중심선에 대해 수직방향으로 슬라이드 홈(33)이 형성된다.

그리고 슬라이드 홈(33)에는 슬라이딩 슈(sliding shoe)(35)가 위치하며 슬라이딩 슈(35)에 핀(25)이 삽입된다.

이와 같은 종래 기술에 따른 가변 피치 프로펠러(10)의 경우 유압에 의해 크로스헤드(31)가 허브(30)의 길이방향 즉 추진축(1)의 중심선을 따라 전후진 이동할 경우, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 슬라이딩 슈(35)가 슬라이드 홈(33)의 길이방향인 추진축(1)의 중심선에 대해 수직방향으로 이동하게 되고, 동시에 크로스헤드(31)가 추진축(1)의 중심선을 따라 이동함에 따라 핀(25)은 블레이드 캐리어(23)의 중심점을 원점으로 하여 회전한다.

즉 핀(25)이 크로스헤드(31)의 전후진 이동함과 함께 슬라이드 홈(33)의 수직방향 이동하게 되면서, 허브(30) 둘레에 회전 가능하게 장착된 블레이드(20)를 회전시켜 블레이드 피치가 조절된다.

이와 같이 핀(25)이 추진축(1)의 중심선을 따라 전후진 이동하는 크로스헤드(31)와 더불어 추진축(1)의 중심선에 대해 수직방향으로 형성된 슬라이드 홈(33)을 따라 이동하면서 블레이드 피치를 조절하는 종래 가변 피치 프로펠러(10)의 구동 메커니즘 경우에, 블레이드 피치의 조절 가능한 범위를 충분히 확보하기 위해서는 수직방향의 슬라이드 홈(33)의 길이를 충분히 확보하여야 함에 따라 크로스헤드(31)가 커져야 하며, 크로스헤드(31)가 커짐에 따라 프로펠러의 허브(30) 또한 커지는 문제점이 있다.

또한 가변 피치 프로펠러(10)의 회전방향으로 슬라이드 홈(33)이 형성됨에 따라 프로펠러(10)의 회전에 의해 발생하는 저항의 방향과 슬라이드 홈(33)의 길이방향이 거의 동일하다.

따라서 블레이드 피치를 유지하기 위해서는 크로스헤드(31)가 추진축의 방향으로 이동하지 않도록 유압으로 고정하여야 한다. 이와 같이 크로스헤드(31)의 이동을 유압으로 고정하기 위해서는 유압시스템의 요구 성능(유량 및 압력)이 높아지며, 이에 따라 유압시스템의 비용이 상승하는 문제점이 있다.

한편, 종래의 가변 피치 프로펠러(10)의 핀(25)은 약 70도 정도 회전 가능하다. 따라서 블레이드 피치의 가변 범위 또한 ±35도 정도로 피치 각의 조절 범위가 넓다는 장점이 있으나, 선박의 종류에 따라서는 필요 이상으로 넓은 가변 범위를 갖게 됨에 따라 필요 이상의 큰 허브를 구비한 가변 피치 프로펠러가 장착되는 단점이 있다.

종래의 가변 피치 프로펠러는 앞서 설명하고 있는 바와 같이 슬라이드 홈의 구조에 따른 크로스헤드의 크기 증대, 유압시스템의 용량 증대에 따라 허브가 프로펠러의 직경에 비해 크게 형성된다.

일 예로서, 도 10에 도시된 좌측 프로펠러는 종래 가변 피치 프로펠러의 구조로서, H/D값이 0.206이다. 여기에서 H는 허브의 직경이고, D는 프로펠러의 직경이다

일본 공개특허공보 특개2020-0015347(공개일; 2020.01.30.) 일본 공개특허공보 특개2017-190020(공개일; 2017.10.19.) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0116224호(공개일; 2016.10.07.)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 프로펠러의 블레이드를 2피치 범위로 가변할 수 있게 구성함으로써, 운항 조건에 따른 블레이드 피치의 변경이 가능하면서도 허브 크기의 증대를 최소화하고 또한 고정 피치 프로펠러의 추진효율에 근접하는 고효율을 발현할 수 있는 최적 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선박의 추진축에 장착된 허브와, 허브의 둘레에 장착되며 피치가 가변하는 블레이드를 포함하는 가변 피치 프로펠러로서, 프로펠러의 직경(H)과 허브의 직경(D)에 대한 H/D비가 0.170 내지 0.2인 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 저속비대선박인 탱커(Tanker)인 경우, H/D비가 0.170 내지 0.190이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 저속비대선인 벌크 캐리어(Bulk Carrier)인 경우, H/D비가 0.185 내지 0.20이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 최적의 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러는 각종 해양환경규제 등에 의해 운항 조건을 변경하여야 할 경우 운항 조건에 적합한 블레이드 피치로 가변할 수 있게 구성한 것으로서, 추진축의 길이방향에 대해 사선방향으로 형성된 가이드 슬롯을 따라 핀이 이동함에 따라 블레이드의 피치 변경에 필요한 유압을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 작은 유압으로도 블레이드 피치를 변경할 수 있음에 따라 유압시스템의 용량이 감소하게 되고, 그에 따라 허브의 크기도 감축할 수 있다.

또한, 가이드 슬롯이 추진축의 사선반향으로 형성됨에 따라 크로스헤드의 크기를 감소시킬 수 있어 허브의 크기를 종래의 가변 피치 프로펠러의 허브보다 작게 구성할 수 있다.

이와 같이 가변 피치 프로펠러의 구동 메커니즘을 변경하여 허브의 크기(H/D)를 종래의 가변 피치 프로펠러의 허브 크기에 대비하여 5~15% 감축할 수 있다는 장점이 있으며, 프로펠러의 재질을 변경 대체할 경우에는 약 25%까지 감축 가능한 구조를 갖는다는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 가변 피치 프로펠러의 구동메커니즘을 나타낸 개념도이고,
도 2는 도 1에 도시된 가변 피치 프로펠러의 분해도이며,
도 3a 내지 도 3c는 유압에 의해 블레이드의 피치가 변화하는 관계를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러를 나타낸 사시도이고,
도 5는 도 4에 도시된 가변 피치 프로펠러의 분해 사시도이며,
도 6a 내지 도 6c는 유압에 의해 블레이드의 피치가 변화하는 관계를 나타낸 개념도이다.
도 7은 사선 가이드 슬롯을 따라 이동하는 핀에 작용하는 힘을 나타낸 개념도이고,
도 8은 크로스헤드의 이동에 따른 피치 변화 및 유압의 크기를 나타낸 그래프이며,
도 9는 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 크로스헤드의 측면과 종래의 가변 피치 프로펠러의 크로스헤드의 측면을 비교한 개념도이며,
도 10은 종래 기술에 따른 가변 피치 프로펠러와 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 허브를 비교한 비교도이다.
도 11은 가이드 슬롯의 양단에 형성된 엔드 슬롯을 나타낸 개념도이고,
도 12는 엔드 슬롯 및 가이드 슬롯을 따라 이동하는 핀에 작용하는 힘을 나타낸 개념도이며,
도 13은 도 12에 도시된 핀에 슬라이딩 슈를 장착한 예를 나타낸 분해사시도이고,
도 14는 도 13에 도시된 슬라이딩 슈가 핀을 따라 제2가이드슬롯을 따라 이동하는 관계를 나타낸 개념도이다.
도 15는 본 발명에 따른 슬라이드 잠금블록을 구비한 가변 피치 프로펠러를 나타낸 개념도이고,
도 16은 도 15에 도시된 슬라이드 잠금블록의 단면도이며,
도 17은 도 15에 도시된 슬라이드 잠금블록의 분해 사시도이고,
도 18은 슬라이드 잠금블록의 작동관계를 나타낸 개념도이다.
도 19는 본 발명의 가변 피치 프로펠러를 나타낸 개념도이고,
도 20는 도 19에 도시된 오일 댐퍼 박스에 장착된 유압 잠금부를 나타낸 개념도이며,
도 21은 도 20에 유압 잠금부의 작동을 설명한 개념도이고,
도 22는 사점에서의 피스톤과 크로스헤드 및 유압잠금부의 작동관계를 나타낸 개념도이다.
도 23은 본 발명에 따른 락킹 슈를 구비한 가변 피치 프로펠러를 나타낸 개념도이고,
도 24는 크로스헤드의 전후진 이동에 따른 핀의 이동경로에 따른 락킹 슈의 잠금 및 잠금해제 관계를 나타낸 개념도이며,
도 25는 락킹 블록과 락킹 슈의 결합에 다른 락킹 슈의 변형관계를 나타낸 상세도이다.
도 26은 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 유압시스템 작동에 따라 피스톤이 후방으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이고,
도 27은 유압이 해제된 상태에서 코일스프링의 탄성력에 의해 피스톤이 전방으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이며,
도 28은 본 발명에 따른 서버 유압실린더을 구비한 유압회로와 종래의 유압회로를 비교한 개념도이며,
도 29는 도 26에 도시된 유압시스템의 변형예를 나타낸 개념도이다.
도 30은 본 발명에 따른 온오프밸브를 구비한 유압시스템을 나타낸 개념도이고,
도 31은 도 26에 도시된 바와 같이 실린더의 내부에 코일스프링이 장착된 상태에서 온오프밸브를 구비한 유압시스템을 나타낸 개념도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 양호한 실시예에 대해 가변 피치 프로펠러의 구동 메커니즘, 허브와 블레이드의 직경비, 각 사점(死點)에서의 잠금장치, 유압시스템에 관한 순서로 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

[가변 피치 프로펠러의 구동 메커니즘]

도면에서, 도 4는 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가변 피치 프로펠러의 분해 사시도이며, 도 6a 내지 도 6c는 유압에 의해 블레이드의 피치가 변화하는 관계를 나타낸 개념도이다. 그리고 도 7은 사선 가이드 슬롯을 따라 이동하는 핀에 작용하는 힘을 나타낸 개념도이고, 도 8은 크로스헤드의 이동에 따른 피치 변화 및 유압의 크기를 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 크로스헤드의 측면과 종래의 가변 피치 프로펠러의 크로스헤드의 측면을 비교한 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 선미로 연장된 추진축의 끝단에 장착된 가변 피치 프로펠러(100)는 추진축에 연결된 허브(130)와, 2피치(pitch)의 각 조절이 가능하며 허브(130)의 둘레에 장착된 복수 개의 블레이드(120)를 포함한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 가변 피치 프로펠러의 구동 메커니즘에 대해 구체적으로 설명한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 허브(130)의 내부에는 허브(130)의 길이방향으로 이동 가능한 크로스헤드(131)가 내장된다. 크로스헤드(131)의 각 측면에는 크로스헤드(131)의 이동방향 즉 추진축의 중심선에 대해 사선으로 가이드 슬롯(133)이 형성되며, 가이드 슬롯(133)에는 핀(125)이 삽입된다.

앞서 설명한 바와 같이, 블레이드 생크(blade shank)(121)에는 블레이드 캐리어(blade carrier)(123)가 고정되고, 블레이드 캐리어(123)에 형성된 핀(125)이 크로스헤드(131)의 가이드 슬롯(133)에 삽입된다.

따라서 크로스헤드(131)가 허브(130)의 길이방향으로 이동하면 핀(125)은 사선의 가이드 슬롯(133)을 따라 이동하게 되고, 가이드 슬롯(133)의 양단 즉 상사점(133H)과 하사점(133L)의 사이를 이동하는 핀(125)에 의해 블레이드 캐리어(123)가 회전하며 블레이드 캐리어(123)의 회전에 따라 블레이드 피치가 가변된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 크로스헤드(131)의 전후진에 따라 핀(125) 또한 가이드 슬롯(133)을 따라 이동함에 있어서, 블레이드(120)의 피치 변경 및 유압의 크기는 아래의 수학식 1과 수학식 2를 통해 계산할 수 있다.

여기에서, T_sp : 스핀들 토크이고, F'_cyl : 유압시스템의 유압력, d_str : 유압시스템의 스트로크, θs : 가이드 슬롯 각도, θ'_R : 스핀들 각도 범위, θ : 스핀들 각도, r_p : 핀에서 스핀들 중심점까지의 거리를 나타낸다.

수학식 1과 수학식 2를 통해 알 수 있듯이, 피치의 가변 각도 범위가 작을수록 그리고 크로스헤드(131)의 이동거리 즉 유압시스템(140)의 스트로크가 길수록 유압시스템(140)의 하중은 감소하게 된다.

한편, 크로스헤드(131)의 후단에는 로드(141R)가 후방으로 연결되고, 로드(141R)의 끝단에는 유압시스템(140)의 피스톤(141)이 고정된다. 피스톤(141)은 허브(130)의 후단에 형성된 유압시스템(140)의 실린더(143) 내부에 위치한다.

그리고 허브(130) 내부로 연장된 유압라인(145)은 피스톤(141)을 통해 실린더(143) 안쪽에 연통된다. 따라서 유압라인(145)을 통해 실린더(143)의 내부로 작동유가 유입 또는 유출되며, 작동유가 피스톤(141)을 기준으로 실린더(143)의 안쪽 후방에 유입되거나 실린더(143)의 안쪽 전방에 유입 또는 유출됨에 따라 피스톤(141)이 전방 또는 후방으로 이동하고, 피스톤(141)과 연결된 크로스헤드(131) 또한 유압에 의해 전후진 이동한다.

아래에서는 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 유압시스템의 스트로크 신축에 따른 블레이드 피치의 가변 관계를 설명한다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 유압시스템의 스트로크가 신장되도록 작동유를 피스톤(141)의 후방에 유입시키면 유압에 의해 피스톤(141)이 전방 즉 선수방향으로 이동하고, 피스톤(141)의 이동에 따라 크로스헤드(131) 또한 선수방향으로 이동하게 된다. 그러면 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 상사점(133H)으로 이동하게 되고, 핀(125)의 이동에 따라 블레이드(120)는 도 6a의 도면 상에서 시계방향으로 회전하여 핀(125)이 상사점(133H)에 위치하면 블레이드(120)는 시계방향으로 최대로 회전한 상태가 된다.

이 상태에서 피스톤(141)의 후방에 공급되었던 작동유를 배출시키면서 작동유를 피스톤(141)의 전방으로 유입하면, 피스톤(141)은 후진하고 피스톤(141)의 후진에 따라 핀(125)은 가이드 슬롯(133)을 따라 상사점(133H)에서 하사점(133L)으로 이동한다.

이때 핀(125)의 이동에 따라 블레이드(120)는 도 6b의 도면 상에 도시된 바와 같이 반시계방향으로 회전하고, 유압시스템의 스트로크가 최대로 수축된 상태 즉 피스톤(141)이 실린더(143) 내부에서 최대로 후진한 상태에서는 도 6c에 도시된 바와 같이 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 하사점(133L)에 위치한다. 이와 같이 핀(125)의 이동에 따라 블레이드(120)는 반시계방향으로 최대로 회전한 지점에 위치한다.

이와 같이 블레이드(120)에 연결된 핀(125)이 추진축에 대해 사선방향으로 형성된 가이드 슬롯(133)을 따라 이동하면서, 상사점(133H)과 하사점(133L)에 대응하는 2피치 가변이 가능하다.

이와 같은 구동 메커니즘에 따르면, 가이드 슬롯(133)의 기울기가 크고 길이가 길수록 블레이드 피치의 가변 범위가 넓어짐을 알 수 있으나, 이 경우 수학식 2를 통해 알 수 있듯이 유압이 커져야 하며 그에 따라 유압시스템의 규모가 커지게 되고, 크로스헤드(131)가 커지면서 프로펠러의 추진효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러에서는 블레이드의 2피치의 가변 범위를 10도 이내로 한정하는 것이 바람직하다.

도 8은 가변 피치 프로펠러의 블레이드 각도에 따른 필요 유압의 크기를 상대적으로 도시한 그래프이다.

도 8에 도시된 그래프에 따르면, 본 발명의 실시예에서와 같이 블레이드 피치의 가변 범위가 ±10도 범위 내인 경우에 필요한 유압은 약 100KN인 것에 반해, 종래 가변 피치 프로펠러(10)와 같이 블레이드 피치의 가변 범위가 ±35도의 범위일 경우 그에 필요한 유압은 580~720KN이다.

이와 같이 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 경우 블레이드 피치의 가변 범위를 ±10도 내로 제한하여 필요한 유압을 감소시키고 또한 크로스헤드(131)의 가이드 슬롯(133)을 추진축에 대한 사선방향으로 위치하여 허브(130)의 크기를 감축함으로써, 저속비대선의 2종류의 운항 조건에 적합한 블레이드 피치로 가변할 수 있다.

이와 같이 구성된 가변 피치 프로펠러(100)의 크로스헤드(131)의 측면은 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 가이드 슬롯(133)이 추진축의 길이에 대한 사선 방향으로 가이드 슬롯(133)이 형성됨에 따라 가이드 슬롯(133)이 형성된 부위만 핀(125)과 정합될 수 있게 돌출된 구조를 갖는다. 따라서 블레이드(120)의 개수만큼의 측방향으로 돌출된 구조를 갖는 크로스헤드(131)는 그 중심에서 최외곽까지의 거리(D1)가 짧아 크로스헤드(131)의 측단면이 작지만, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 종래의 크로스헤드(131)의 측면은 추진축의 수직방향으로 슬라이드 홈(33)이 형성됨에 따라 크로스헤드(31)의 중심에서 최외곽까지의 거리(D2)의 거리가 본 발명의 가변 피치 프로펠러의 거리에 비해 길어 크로스헤드(31)의 측단면이 커지게 된다.

이와 같이 크로스헤드(31)의 단면적이 커짐에 따라 허브(30)의 직경 또한 커지게 되며, 상대적으로 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 허브 직경이 종래의 가변 피치 프로펠러의 허브 직경보다 작아 추진효율을 고정 피치 프로펠러와 거의 근접하는 수준까지 증대시킬 수 있다.

[허브와 블레이드의 직경비]

도 10은 종래 기술에 따른 가변 피치 프로펠러와 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 허브를 비교한 비교도이다.

도 10에 도시된 프로펠러는 종래 기술에 따른 수직형 슬라이드 홈이 형성된 크로스헤드를 구비한 종래의 가변 피치 프로펠러(좌측 프로펠러)와 사선형 가이드 슬롯이 형성된 크로스헤드를 구비한 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러(우측 프로펠러)를 도시한 것이다.

직경(D)이 8700mm인 가변 피치 프로펠러의 경우, 종래 가변 피치 프로펠러의 허브 직경(H)은 1,790mm로서 직경비(H/D)가 0.206인데 반해, 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 허브 직경(H)은 1,610mm로서 직경비(H/D)가 0.185로서 종래 가변 피치 프로펠러의 직경비 대비 약10%를 감축할 수 있다.

한편, 허브의 직경이 감소하면 안전율 또한 감소하게 된다. 특히 허브의 직경이 10% 감소할 경우 안전율은 약 30% 감소하게 되고, 허브의 직경이 15% 감소할 경우 안전율은 약 40% 감소하게 된다.

여기에서 안전율이란, 프로펠러와 허브의 구조 특성 상 발생하는 반복 하중에 따른 피로 강도 평가치를 의미한다.

통상적으로 종래의 가변 피치 프로펠러의 경우, 안전율 마진을 감안하여 15%까지 감소가 가능하다.

따라서 동일한 프로펠러의 직경(D)을 가질 때에, 종래 가변 피치 프로펠러의 허브 직경(H)에 비해 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 허브 직경(H)을 5~15% 감축할 수 있다.

더불어 본 발명에 따른 메커니즘을 갖는 가변 피치 프로펠러의 경우, 프로펠러의 적합한 재질을 선택하여 대체할 경우 최대 20%까지 종래 가변 피치 프로펠러에 비해 허브 직경을 감축할 수도 있다.

아래의 표1은 저속비대선의 종류 및 크기에 따른 고정 피치 프로펠러(FPP)와 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 허브 직경/프로펠러 직경 비율을 나타낸 표이다.

이와 같이 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러는 40%의 감소된 안전율을 고려하여 H/D비를 탱커(Tanker)의 경우 0.165 내지 0.190 그리고 벌크 캐리어(Bulk Carrier)의 경우 0.180 내지 0.200를 가질 수 있도록 허브의 직경을 감축할 수 있다.

[각 사점(死點)에서의 잠금장치의 제1실시예]

아래에서는 잠금장치에 대해 4종류의 실시예를 설명하고 있다. 그 중에서 제1실시예에 따른 잠금장치는 가이드 슬롯의 양단 즉 상사점과 하사점에서 추진축 방향으로 핀이 위치할 수 있는 엔드 슬롯이 형성된 구조에 관한 것이다.

도면에서, 도 11은 가이드 슬롯의 양단에 형성된 엔드 슬롯을 나타낸 개념도이고, 도 12는 엔드 슬롯 및 가이드 슬롯을 따라 이동하는 핀에 작용하는 힘을 나타낸 개념도이며, 도 13은 도 12에 도시된 핀에 슬라이딩 슈를 장착한 예를 나타낸 분해사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 슬라이딩 슈가 핀을 따라 제2가이드슬롯을 따라 이동하는 관계를 나타낸 개념도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 가이드 슬롯(133)의 양단에는 추진축의 중심선을 따라 가이드 슬롯(133)의 바깥방향으로 엔드 슬롯(135)이 더 형성된다.

가이드 슬롯(133)을 따라 이동하는 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 상사점(133H) 또는 하사점(133L)에 도달한 상태에서 크로스헤드(131)의 이동에 의해 상사점(133H)에서 연장된 엔드 슬롯(135) 또는 하사점(133L)에서 연장된 엔드 슬롯(135)에 진입하여 위치하게 되며, 반대로 크로스헤드(131)의 이동에 의해 엔드 슬롯(135)에서 가이드 슬롯(133)으로 진입하여 반대편 엔드 슬롯을 향해 이동한다.

이를 위해서 엔드 슬롯(135)은 가이드 슬롯(133)의 양끝단에서 추진축의 중심선을 따라 핀(125)의 반경 이상의 길이(도 12의 e)를 갖는 홈 구조로 가이드 슬롯(133)과 연통되게 형성되며, 엔드 슬롯(135)에 핀(125)이 위치할 경우 핀(125) 단면적의 절반 이상이 엔드 슬롯(135)의 안쪽에 위치한다.

따라서 핀(125)이 엔드 슬롯(135)에 진입하여 위치할 경우 핀(125)의 외주면은 가이드 슬롯(133)의 내면과 접하지 않고, 엔드 슬롯(135)의 내측면과 접하게 된다.

이 경우 가변 피치 프로펠러(100)가 회전하면서 발생하는 저항이 블레이드(120)를 통해 핀(125)으로 전달되더라도 저항이 작용하는 방향과 엔드 슬롯(135)의 길이방향이 상호 수직을 형성함에 따라 저항에 의해 핀(125)이 가이드 슬롯(133)으로 진입하여 가이드 슬롯(133)을 따라 이동하는 것을 차단할 수 있다. 이와 같이 핀(125)을 엔드 슬롯(135)에 위치시켜 잠금함에 따라 블레이드 피치가 저항에 의해 가변되는 것을 차단할 수 있으며, 그에 따라 크로스헤드(131)의 유동을 제한하는 유압시스템(140)의 유압을 감소시킬 수 있고, 허브(130)의 크기를 감축할 수 있다.

가이드 슬롯(133)의 양단에 엔드 슬롯(135)이 각각 형성된 경우에는 도 5 내지 도 6c에 도시된 엔드 슬롯이 형성되지 않은 가이드 슬롯을 따라 크로스헤드가 이동하는 이동거리보다 핀(125)의 직경 이상으로 이동거리가 더 늘어나게 된다. 즉 가이드 슬롯(133)의 양단에 엔드 슬롯(135)이 각각 형성됨으로써, 유압시스템(140)의 스트로크가 핀(125)의 직경 이상으로 더 증가하게 된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 크로스헤드(131)의 전후진에 따라 핀(125) 또한 엔드 슬롯(135) 및 가이드 슬롯(133)을 따라 이동함에 있어서, 블레이드(120)의 피치 변경 및 유압의 크기는 아래의 수학식 3을 통해 계산할 수 있다.

여기에서, e : 엔드 슬롯의 길이이고, T_sp : 스핀들 토크이고, F'_cyl : 유압시스템의 유압력, d_str : 유압시스템의 전체 스트로크, d_astr : 피치 제어를 위한 유압시스템의 스트로크, θs : 가이드 슬롯 각도, θ'_R : 스핀들 각도 범위, r_p : 핀에서 스핀들 중심점까지의 거리를 나타낸다.

수학식 3을 통해 알 수 있듯이, 피치의 가변 각도 범위가 작을수록 그리고 크로스헤드(131)의 이동거리 즉 유압시스템(140)의 스트로크가 길수록 유압시스템(140)의 하중은 감소하게 되며, 가이드 슬롯(133)의 상사점과 하사점에 연장되어 형성된 엔드 슬롯(135)에 핀(125)이 위치하여 잠금됨에 따라 저항에 대응하는 유압을 크게 줄일 수 있어 유압시스템(140)의 용량을 크게 감소시킬 수 있다.

한편, 핀(125)은 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 원기둥 구조이므로, 엔드 슬롯(135)에 위치한 핀(125)에 갑작스럽게 외부 충격 등이 가해질 경우 엔드 슬롯(135)에서 가이드 슬롯(133)으로 이동하여 블레이드 피치가 가변될 수 있다는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 핀의 둘레에 슬라이딩 슈(150)를 장착하고, 핀(125)을 따라 이동하는 슬라이딩 슈(150)를 안내하는 제2가이드슬롯(137)이 크로스헤드(131)에 형성된다.

구체적으로 슬라이딩 슈(150)는 상부 슬라이딩 슈(150)와 하부 슬라이딩 슈(150)로 구분되며, 상부 슬라이딩 슈(150)와 하부 슬라이딩 슈(150)의 사이에 핀(125)이 위치할 수 있도록 상부 슬라이딩 슈(150)와 하부 슬라이딩 슈(150)의 마주하는 면에는 핀(125)의 외주면과 접하는 홈(151)이 형성된다. 그리고 홈(151)의 바깥쪽에는 슬라이딩 슈(150)가 제2가이드슬롯(137)을 따라 이동함에 있어 제2가이드슬롯(137)의 폭 변화를 보상할 수 있도록 상부 슬라이딩 슈(150)와 하부 슬라이딩 슈(150)의 사이에 코일스프링(153)이 위치한다. 도 13 및 도 14에는 도시하지 않았으나, 코일스프링(153)의 위치를 고정하기 위해 코일스프링 시트에 코일스프링(153)의 단부가 삽입되는 홈 또는 코일스프링에 삽입되는 핀이 형성되어 코일스프링의 위치를 고정할 수 있다.

한편, 크로스헤드(131)의 측면에는 제2가이드슬롯(137)이 형성되고, 제2가이드슬롯(137)의 바닥면에는 앞서 설명한 가이드 슬롯(133)이 형성된다. 그리고 제2가이드슬롯(137)에 위치한 슬라이딩 슈(150)에 핀(125)이 삽입된 상태에서 핀(125)의 끝단은 가이드 슬롯(133)에 삽입된다.

여기에서 제2가이드슬롯(137)은 가이드 슬롯(133)의 사선과 동일한 기울기로 형성된 사선부(137S)와, 가이드 슬롯(133)의 양단에 형성된 엔드 슬롯(135)과 대응하는 끝단부(137E)로 구분되며, 끝단부(137E)는 엔드 슬롯(135)과 같이 추진축의 중심선을 따라 형성된다.

이와 같이 제2가이드슬롯(137)이 형성되고 슬라이딩 슈(150)가 장착된 크로스헤드(131)가 유압시스템(140)의 작동에 의해 전후진 이동함에 따라 핀(125)은 가이드 슬롯(133)에서 엔드 슬롯(135)으로 또는 엔드 슬롯(135)에서 가이드 슬롯(133)으로 이동하게 되며, 핀(125)의 이동에 의해 슬라이딩 슈(150) 또한 제2가이드슬롯(137)의 사선부(137S)와 끝단부(137E)를 따라 이동하게 된다.

슬라이딩 슈(150)는 핀(125)을 감싸는 구조임에 따라 제2가이드슬롯(137)의 폭은 가이드 슬롯(133)의 폭이 비해 넓고, 엔드 슬롯(135)에 대응하는 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E) 또한 핀(125)의 반경 이상의 길이로 형성되는 엔드 슬롯(135)의 길이(도 12의 e)보다 더 길게 형성된다.

이와 같은 구조에서 핀(125)이 엔드 슬롯(135)에 위치할 경우 슬라이딩 슈(150)는 제2가이드슬롯(137)의 양 끝단부(137E)에 위치하게 되며, 추진축의 중심선을 따라 형성된 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)에 위치하게 되면서 슬라이딩 슈(150)와 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)의 접촉면이 프로펠러(100)의 회전방향과 수직을 이루게 된다.

슬라이딩 슈(150)와 제2가이드슬롯(137)의 끝단의 접촉면이 프로펠러(100)의 회전방향과 수직을 이루게 됨에 따라 외부에서 충격이 가해지더라도 슬라이딩 슈(150)가 제2가이드슬롯(137)에서 충격에 의해 벗어나지 않게 되며, 따라서 핀(125) 또한 엔드 슬롯(135)에 안정적으로 위치하게 된다.

한편, 슬라이딩 슈(150)가 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)에서 사선부(137S)로 또는 사선부(137S)에서 끝단부(137E)를 이동할 경우 끝단부(137E)와 사선부(137S)가 만나는 절곡부에서 제2가이드슬롯(137)의 폭이 변하게 되고, 그에 따라 슬라이딩 슈(150)가 절곡부를 통과하면서 상부 슬라이딩 슈(150)와 하부 슬라이딩 슈(150)의 사이에 위치한 코일스프링(153)이 탄성변형되면서 폭의 변화를 보상하게 되고, 따라서 슬라이딩 슈(150)가 원활하게 끝단부(137E)에서 사선부(137S)로 또는 사선부(137S)에서 끝단부(137E)로 지나가게 된다.

이와 같이 가이드 슬롯(133)의 양단에 엔드 슬롯(135)을 형성하고 핀(125)이 엔드 슬롯(135)에 위치하면서 프로펠러(100)의 회전에 따른 저항을 감소시켜 유압시스템(140)의 용량을 감소시키며, 또한 슬라이딩 슈(150)를 장착하고 핀(125)이 엔드 슬롯(135)에 위치할 경우 슬라이딩 슈(150)의 외측면과 제2가이드슬롯(137)의 끝단부 내측면이 면접촉하게 됨에 따라 외부 충격 등에 의해 핀(125)이 엔드 슬롯(135)에서 이탈하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

[각 사점(死點)에서의 잠금장치의 제2실시예]

아래에서 설명하는 제2실시예에 따른 잠금장치는 크로스헤드의 전후진 이동에 있어서, 핀이 상사점과 하사점에 위치하였을 경우 크로스헤드의 전후진 이동을 잠금하여 외부의 저항 및 충격 등에 의해 블레이드 피치의 가변을 방지하기 위한 것이다.

제2실시예에 따른 잠금장치는 앞서 설명한 제1실시예의 잠금장치(도 11 내지 도 14)의 잠금 메커니즘이 다른 메커니즘으로서, 제2실시예의 잠금장치를 설명함에 있어 제2실시예의 잠금장치에 제1실시예의 잠금장치가 추가되거나 추가되지 않게 구성할 수도 있다. 아래에서 설명하고 있는 제2실시예의 잠금장치에는 제1실시예의 잠금장치가 추가된 도면들을 참조로하여 설명하고 있다.

도면에서, 도 15는 본 발명에 따른 잠금장치를 구비한 가변 피치 프로펠러를 나타낸 개념도이고, 도 16은 도 15에 도시된 슬라이더의 단면도이며, 도 17은 도 15에 도시된 슬라이더의 분해 사시도이고, 도 18은 슬라이더의 작동관계를 나타낸 개념도이다.

도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 피스톤(141)의 전방으로 연장된 로드(141R)는 크로스헤드(131)를 그 길이방향으로 관통해 위치한다. 즉 로드(141R)의 둘레에 크로스헤드(131)가 위치하며 크로스헤드(131)는 로드의 길이방향으로 이동 가능하다.

한편, 슬라이더(160)이 로드(141R)를 따라 이동 가능하게 위치하며 슬라이더(160)의 내부에 크로스헤드(131)가 위치하되, 크로스헤드(131)의 길이보다 슬라이더(160)의 길이가 더 길다. 따라서 크로스헤드(131)는 길이 차이만큼 슬라이더(160)의 내부에서 로드(141R)를 따라 이동 가능하며, 길이 차이만큼 이동한 상태에서는 크로스헤드(131)와 슬라이더(160)은 상호 접하게 된다.

이와 같이 구성된 잠금장치의 구조에 있어서, 유압시스템(140)의 작동에 의해 로드(141R)가 이동할 경우 슬라이더(160)은 전방 스토퍼(147F)와 후방 스토퍼(147B)에 접해 위치함으로써, 슬라이더(160)은 로드(141R)와 함께 이동하게 되며 슬라이더(160)의 내부에 위치한 크로스헤드(131)는 슬라이더(160)이 상기 길이 차이만큼 이동한 후 크로스헤드(131)와 접하는 순간부터 로드(141R)의 이동과 함께 이동하게 된다.

한편, 핀(125)이 가이드 슬롯(133)에 삽입되어 상사점(133H)과 하사점(133L)의 사이를 이동할 수 있도록 슬라이더(160)의 측면에는 길이방향으로 개방부(161)가 형성된다. 따라서 크로스헤드(131)의 둘레를 슬라이더(160)이 감싸더라도 핀(125)은 슬라이더(160)의 개방부(161) 내에서 이동 가능함에 따라 앞서 설명한 바와 같이 블레이드 피치가 가변된다.

또한, 슬라이더(160)은 전방 스토퍼(147F)와 후방 스토퍼(147B)에 양단이 접한 상태로 피스톤(141)의 이동과 동일하게 로드(141R)를 따라 이동한다. 즉, 유압시스템(140)의 작동에 따라 피스톤(141)의 이동과 함께 슬라이더(160)이 함께 이동하며, 슬라이더(160)의 내부에 위치한 크로스헤드(131)는 슬라이더(160)과의 내부 간격(G)이 좁혀져 상호 접하면 슬라이더(160)과 함께 로드(141R)를 따라 이동한다.

여기에서, 크로스헤드의 전후진 이동에 따른 블레이드 피치의 가변에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.

도 18에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 잠금장치는 슬라이더(160)의 길이방향으로 개방부(161)의 측부에 형성된 장홈(163)과, 장홈(163)의 양단과 대응하여 크로스헤드(131)에 형성된 2개의 잠금홀(139)과, 허브(130)의 내면에 지지된 상태로 장홈(163)을 관통해 대응하는 잠금홀(139)에 인입되어 잠금하고 인출되어 잠금해제하는 플러그(170)를 포함하며, 플러그(170)는 슬라이더(160)의 장홈(163) 안쪽에 형성된 레일(165)이 길이방향으로 이동함에 따라 잠금홀(139)에 인입 또는 인출한다.

보다 구체적으로, 크로스헤드(131)에 형성된 잠금홀(139)의 간격은 핀(125)의 상사점(133H)과 하사점(133L) 사이의 거리와 동일하다. 따라서 핀(125)이 상사점(133H) 또는 하사점(133L)에 위치할 경우 플러그(170)는 2개의 잠금홀(139) 중 어느 한 잠금홀에 대응하게 되고, 플러그(170)가 잠금홀(139)에 삽입되어 슬라이더(160)과 크로스헤드(131)를 상호 잠금한다.

한편, 크로스헤드(131)를 감싸는 슬라이더(160)의 경우, 플러그(170)가 삽입되는 장홈(163)이 슬라이더(160)의 길이방향으로 형성되며, 플러그(170)는 장홈(163)에 삽입된 상태로 코일스프링(171)에 의해 항상 잠금홀(139)에 인입되는 방향으로 탄성력을 제공받는다.

그리고 장홈(163)에는 플러그(170)를 상향으로 유도하여 플러그(170)가 크로스헤드(131)의 잠금홀(139)에서 인출되도록 안내하는 한 쌍의 레일(165)이 형성되며, 한 쌍의 레일(165) 사이에 장홈(163)이 형성된다. 레일(165)의 양단부에는 바깥쪽으로 갈수록 점차 낮아지는 경사부(165S)가 형성되어 경사부(165S)를 따라 플러그(170)가 이동하면서 상향으로 이동하거나 잠금홀(139)이 위치하는 하향으로 이동한다.

한 쌍의 레일(165)에 안착되는 플러그(170)의 양단면에는 레일(165)의 경사부(165S)와 대응하는 경사면(170S)이 형성된다. 따라서 플러그(170)가 레일(165)의 길이 중간에 위치한 상태에서 슬라이더(160)이 전후진 이동하면 플러그(170)는 레일(165)을 따라 상대적으로 이동하게 되며 레일(165)의 경사부(165S)에 이르면 경사부(165S)를 따라 코일스프링(171)의 탄성력에 의해 하향으로 이동하여 장홈(163)을 통해 크로스헤드(131)의 잠금홀(139)에 삽입된다. 이와 같이 플러그(170)가 슬라이더(160)의 장홈(163)을 관통해 크로스헤드(131)의 잠금홀(139)에 삽입됨에 따라 크로스헤드(131)는 슬라이더(160)에 잠금된다.

앞서 설명한 바와 같이 잠금홀(139)은 핀(125)이 상사점(133H)과 하사점(133L)에 위치할 때에 플러그(170)와 대응하는 위치에 형성됨으로써, 플러그(170)가 잠금홀(139)에 인입되면 핀(125)은 상사점 또는 하사점에 위치한 상태로서 핀(125)을 통해 전달되는 저항 또는 외부 충격이 전달되더라도 핀(125)이 상사점(133H) 또는 하사점(133L)에서 이탈하는 것을 차단할 수 있다.

한편, 플러그(170)가 잠금홀(139)에 인입된 잠금상태에서, 슬라이더(160)이 크로스헤드(131)의 길이 차이에 따라 발생하는 내부 간격(G)만큼 이동하면 잠금홀(139)에 삽입된 플러그(170)가 레일(165)의 경사부(165S)를 따라 상향으로 이동하게 되고, 플러그(170)는 크로스헤드(131)의 잠금홀(139)에서 인출되어 잠금해제된다.

이와 같이 플러그(170)가 잠금홀(139)에서 인출되어 잠금해제된 상태에서 슬라이더(160)이 이동하여 내부 간격이 좁혀져 크로스헤드(131)와 접하게 되면, 로드(141R)를 따라 슬라이더(160)과 크로스헤드(131)가 함께 이동한다. 즉, 잠금해제된 상태에서 크로스헤드(131)가 로드(141R)를 따라 이동하면서 블레이드 피치가 가변된다.

이 상태에서 레일(165)을 따라 이동한 플러그(170)가 레일(165)의 반대쪽 단부에 이르면 경사부(165S)를 따라 하향으로 이동하게 되고, 플러그(170)는 장홈(163)을 통해 크로스헤드(131)의 반대편 잠금홀(139)에 인입되어 잠금 상태가 된다.

앞서 설명한 바와 같이 잠금홀(139)은 크로스헤드(131)가 이동하여 핀(125)이 상사점(133H)과 하사점(133L)에 위치하였을 때에 플러그(170)와 대응하는 지점에 형성됨에 따라 플러그(170)가 장홈(163)을 관통해 크로스헤드(131)의 잠금홀(139)에 삽입되면 상사점(133H) 또는 하사점(133L)에서 잠금됨을 의미한다.

이와 같이 핀(125)이 상사점(133H)과 하사점(133L)에 위치하였을 때에 플러그(170)가 슬라이더(160)을 관통하여 크로스헤드(131)의 잠금홀(139)에 삽입되어 잠금함으로써, 크로스헤드(131)는 슬라이더(160)에 구속되고, 슬라이더(160)은 전방 스토퍼(147F)와 후방 스토퍼(147B)에 의해 로드(141R)에 구속되어 유압시스템(140)의 유압 외의 힘, 즉 프로펠러(100)의 회전에 따라 발생하는 저항 및 외부 충격에 의해 크로스헤드(131)가 이동하는 것을 차단할 수 있다.

따라서 상사점(133H)과 하사점(133L)에 의해 설정된 블레이드 피치가 저항 및 외부 충격에 의해 변위하는 것을 차단할 수 있다.

[각 사점(死點)에서의 잠금장치의 제3실시예]

아래에서 설명하는 제3실시예에 따른 잠금장치는 크로스헤드의 전후진 이동에 있어서, 핀이 상사점과 하사점에 위치하였을 경우 크로스헤드의 전후진 이동을 잠금하여 외부의 저항 및 충격 등에 의해 블레이드 피치의 가변을 방지하기 위한 것이다. 특히 앞서 설명한 잠금장치의 제1실시예, 제2실시예, 차후에 설명하고 있는 제4실시예는 허브의 내부에 장착되는 구성인 반면에 아래에서 설명하는 잠금장치의 제3실시예는 추진축에 장착되는 것에 특징이 있다.

도면에서, 도 19는 본 발명의 가변 피치 프로펠러를 나타낸 개념도이고, 도 20는 도 19에 도시된 오일 분배 박스에 장착된 유압 잠금부를 나타낸 개념도이며, 도 21은 도 20에 유압 잠금부의 작동을 설명한 개념도이고, 도 22는 사점에서의 피스톤과 크로스헤드 및 유압잠금부의 작동관계를 나타낸 개념도이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 가변 피치 프로펠러(100)는 허브(130)의 둘레에 블레이드(120)가 장착되고, 허브(130)는 추진축(1)의 끝단에 고정된다. 그리고 추진축(1)에는 오일 분배 박스(Oil Distribution Box)(190)가 장착된다.

오일 분배 박스(190)에는 유압시스템(140)의 작동유가 유입 및 유출되는 포트(192A, 192B)들이 형성되고, 포트(192A, 192B)를 통해 유입 및 유츨되는 작동유에 의해 피스톤(141)이 전진 및 후진한다.

아래에서는 추진축(1)의 구조와 오일 분배 박스(190)의 내부에 장착되어 피스톤(141)의 이동을 유압으로 잠금하는 유압잠금부(191)에 대해 구체적으로 설명한다.

추진축(1)의 내부에는 중공이 형성되고, 추진축(1)의 중공에는 피스톤(141)에 연결되는 동심의 중공축(211)이 위치한다. 그리고 중공축(211)의 중심선을 따라 제1유압라인(145A)이 형성되고, 중공축(211)의 외주면과 추진축(1)의 중공 내주면 사이의 간격이 제2유압라인(145B)에 해당한다. 제1유압라인(145A)은 피스톤(141)의 중심을 관통해 실린더(143) 내부의 후방과 연통되고, 제2유압라인(145B)은 피스톤(141)의 전방으로 연장되어 실린더(143) 내부의 전방과 연통된다.

따라서 작동유가 제1유압라인(145A)을 통해 실린더(143) 내부로 유입되면 피스톤(141)은 전진하면서 유압시스템(140)의 스트로크는 신장되고, 실린더(143) 내부의 전방에 채워진 작동유는 제2유압라인(145B)을 통해 오일 분배 박스(190) 쪽으로 유동한다. 반대로 작동유가 제2유압라인(145B)을 통해 실린더(143) 내부로 유입되면 피스톤(141)은 후진하면서 유압시스템(140)의 스트로크는 수축되고, 실린더(143) 내부의 후방에 채워진 작동유는 제1유압라인(145A)을 통해 오일 분배 박스(190) 쪽으로 유동한다.

피스톤(141)과 연결된 중공축(211)은 피스톤(141)을 따라 함께 전후진 이동한다.

한편, 오일 분배 박스(190)의 내부에는 유압잠금부(191)가 장착되는데, 중공축(211)은 유압잠금부(191)를 관통해 유압잠금부(191)의 전방으로 연장된다.

한편, 오일 분배 박스(190)의 제1포트(192A)를 통해 유입되는 작동유는 도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같이 유압잠금부(191)의 선단으로 유동하여 중공축(211)의 끝단에 개방된 제1유압라인(145A)으로 유동 가능하며, 제2포트(192B)를 통해 유입된 작동유는 유압잠금부(191)의 후단으로 유동하여 유압잠금부(191)와 추진축(1)의 사이를 지나 제2유압라인(145B)으로 유동 가능하다.

따라서 제1포트(192A)로 작동유가 유입되면 피스톤(141)이 전진하면서 중공축(211)은 전진하게 되는데, 이때 중공축(211)은 유압잠금부(191)를 관통함에 따라 중공축(211)의 선단은 유압잠금부(191)의 전방으로 이동하게 된다.

반대로 제2포트(192B)를 통해 작동유가 유입되면 피스톤(141)은 후진하면서 중공축(211)은 후진하게 된다.

여기에서 중공축(211)의 선단이 이동 가능하도록 유압잠금부(191)의 내부 선수 쪽에 형성된 공간을 제1챔버(193A)라 하고, 유압잠금부(191)의 후단과 추진축(1)의 사이 공간을 제2챔버(193B)라고 한다

한편, 유압잠금부(191)의 내부에는 2개의 잠금링(194A, 194B)이 간격(D3)을 두고 위치하며, 2개의 잠금링(194A, 194B)은 중공축(211)을 감싼다. 그리고 잠금링(194A, 194B)이 정합하는 2개의 그루브(195A, 195B)가 중공축(211)에 간격(D4)을 두고 형성되는데, 그루브(195A, 195B)의 간격(D4)은 잠금링(194A, 194B)의 간격(D3)과 상사점과 하사점의 거리를 합한 거리에 해당한다. 잠금링(194A, 194B)은 도면에 도시하지 않았으나 일부가 개방된 구조로 탄성에 의해 직경이 확장 또는 수축이 가능하다.

따라서 중공축(211)이 피스톤(141)의 이동과 함께 이동함에 있어서, 핀(125)이 상사점(133H)에 위치할 경우(유압시스템(140)의 스트로크가 최대로 수축한 경우) 중공축(211)의 선단 쪽에 형성된 제1그루브(195A)가 제1잠금링(194A)과 정합하게 되고, 핀(125)이 하사점에 위치할 경우(유압시스템의 스트로크가 최대로 신장한 경우) 중공축(211)의 길이 안쪽에 형성된 제2그루브(195B)가 제2잠금링(194B)과 정합하게 된다. 이와 같이 어느 한 잠금링(194A, 194B)이 어느 한 그루브(195A, 195B)에 정합하면 피스톤(141)과 함께 이동하는 중공축(211)이 이동이 정지하게 됨에 따라 저항 또는 외부 충격에 의해 프로펠러 피치가 가변하지 않도록 잠금하게 된다.

아래에서는 유압잠금부(191)의 구조에 대해 구체적으로 설명한다.

유압잠금부(191)는 추진축(1)의 내부에 고정되며, 유압잠금부(191)의 선단에는 제1챔버(193A)와 통하는 제1유로(196A)가 형성되고, 유압잠금부(191)의 후단에는 제2챔버(193B)와 통하는 제2유로(196B)가 형성된다.

그리고 제1잠금링(194A)은 중공축(211)을 감싼 상태로 중공축(211)의 선단 쪽 즉 제1유로(196A)와 대응하여 위치하고, 제2잠금링(194B)은 제2유로(196B)와 대응하여 위치한다.

또한 유압잠금부(191)에는 중공축(211)을 따라 이동하는 슬라이드 락커(213)가 장착되며, 2개의 슬라이드 락커(213)는 각각 제1유로(196A) 또는 제2유로(196B)를 통해 유압잠금부(191)의 내부로 유입되는 작동유의 유압과 슬라이드 락커(213)를 지지하는 지지 스프링(215)의 탄성력의 상호 작용에 의해 중공축(211)의 길이방향으로 이동한다.

슬라이드 락커(213)는 홀더 구조로서, 중공축(211)의 길이방향으로 이동하면서 그루브(195A, 195B)에 정합된 잠금링(194A, 194B)을 감싸 잠금링(194A, 194B)이 그루브(195A, 195B)에서 이탈하지 않도록 잠금하거나 슬라이드 락커(213)가 잠금링(194A, 194B)에서 이탈하여 잠금링(194A, 194B)이 그루브(195A, 195B)에서 빠져 나올 수 있도록 위치한다. 2개의 잠금링(194A, 194B) 모두가 그루브(195A, 195B)에서 이탈한 경우에는 중공축(211)이 전후진 이동 가능한 것으로 잠금 해제된 상태가 된다.

한편, 유압잠금부(191)의 길이 중간에는 스프링 홀더(217)가 고정되며 스프링 홀더(217)의 양측에 위치한 지지 스프링(215)의 단부가 스프링 홀더(217)에 삽입되어 지지된다.

아래에서는 이와 같이 구성된 유압잠금부의 작동에 따른 잠금 및 잠금해제 관계에 대해 도 20 내지 도 22을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 유압시스템(140)의 스트로크가 최대로 신장된 상태(핀이 상사점에 위치한 상태)에서는 실린더(143) 내부 후방에 작동유가 채워진 상태이고, 피스톤(141)의 전진 상태 즉 중공축(211)이 전진 상태이다. 이때에는 중공축(211)이 제1챔버(193A)의 안쪽으로 전진해 위치함에 따라 제2잠금링(194B)이 제2그루브(195B)에 정합된 상태이고, 슬라이드 락커(213)가 제2잠금링(194B)을 감싸 잠금이 해제되지 않도록 한다.

이 상태에서 제2포트(192B)를 통해 작동유가 유입되면 작동유는 유압잠금부(191)의 후단쪽으로 이동하여 제2챔버(193B)로 유입되면서 제2유로(196B)를 통해 슬라이드 락커(213)가 전진하도록 유압을 발생시키며, 슬라이드 락커(213)가 전진하여 제2잠금링(194B)의 잠금을 해제하면 중공축(211)은 이동 가능한 상태로, 작동유가 제2챔버(193B)와 제2유압라인(145B)을 통해 실린더(143) 내부 전방에 채워지면서 중공축(211)이 후진하게 되며, 동시에 실린더(143) 내부의 후방에 위치한 작동유는 제1유압라인(145A), 제1챔버(193A), 제1유로(196A), 제1포트(192A)를 통해 유출된다.

이와 같이 중공축(211)이 후진하면서 중공축(211)의 제1그루브(195A)가 제1잠금링(194A) 쪽으로 이동하면서 제1그루브(195A)에 제1잠금링(194A)이 정합되어 잠금되면 이 상태가 핀(125)이 하사점(133L)에 위치한 상태로 유압시스템(140)의 스트로크가 최대로 수축된 상태이다.

이와 같이 제1그루브(195A)에 제1잠금링(194A)이 정합하면 슬라이드 락커(213)가 지지 스프링(215)의 탄성력에 의해 전진하게 되어 정합된 제1잠금링(194A)을 감싸게 되어 잠금 해제를 방지한다.

이와 같이 유압잠금부(191)는 핀(125)이 상사점 또는 하사점에 위치할 때에 그루브(195A, 195B)와 잠금링(194A, 194B)의 정합에 의한 잠금 상태를 유지함으로써, 프로펠러(100)가 회전함에 따라 발생하는 저항 또는 외부 충격에 의해 프로펠러 피치가 가변하지 않도록 유지하며, 유압시스템(140)의 스트로크를 신축하기 위해 유입 및 유출되는 작동유의 유압에 의해 잠금 해제가 이루어져 핀(125)이 상사점(133H)에서 하사점(133L) 또는 하사점(133L)에서 상사점(133H)으로 이동 가능하다.

[각 사점(死點)에서의 잠금장치에 관한 제4실시예]

아래에서 설명하는 제4실시예에 따른 잠금장치는 핀이 상사점과 하사점에 위치하였을 경우 외부의 저항 및 충격 등에 의해 블레이드 피치의 가변을 방지하기 위해 잠금하는 것으로서, 앞서 설명한 제1실시예의 잠금장치(도 11 내지 도 14)의 구성을 포함하고 있다. 따라서 제1실시예에서 설명한 구성에 대한 중복적인 설명은 생략한다.

도면에서, 도 23은 본 발명에 따른 락킹 슈를 구비한 가변 피치 프로펠러를 나타낸 개념도이고, 도 24는 크로스헤드의 전후진 이동에 따른 핀의 이동경로에 따른 락킹 슈의 잠금 및 잠금해제 관계를 나타낸 개념도이며, 도 25는 락킹 블록과 락킹 슈의 결합에 다른 락킹 슈의 변형관계를 나타낸 상세도이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 크로스헤드(131)에는 가이드슬롯(133), 엔드슬롯(135), 제2가이드슬롯(137)이 형성되고, 가이드슬롯(133)에는 핀(125)이 삽입되며 크로스헤드(131)의 전후진 이동에 따라 핀(125)은 가이드슬롯(133)의 상사점(133H)과 하사점(133L)의 사이를 이동하며, 각 사점에서 핀(125)은 엔드슬롯(135)으로 인입 또는 인출하게 된다.

한편, 제1실시예의 제2가이드슬롯(137)의 구성과 동일하게 제2가이드슬롯(137)의 바닥에 가이드슬롯(133)과 엔드슬롯(135)이 형성되며, 제2가이드슬롯(137)의 사선부(137S)는 가이드슬롯(133)에 대응하고, 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)는 엔드슬롯(135)에 대응한다.

그리고 제4실시예에 따른 잠금장치는 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)에 형성된 돌기(181)와, 핀(125)을 감싸는 락킹 슈(180)를 포함하며, 락킹 슈(180)는 제2가이드슬롯(137)의 사선부(137S)와 끝단부(137E)를 따라 이동한다.

제4실시예의 잠금장치에 있어 락킹 슈(180)는 제1실시예에서 설명한 슬라이딩 슈(도 13의 150)를 대체한 구성으로서, 제1실시예에서는 슬라이딩 슈(150)가 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)에 위치하여 면접촉함에 따라 핀(125)이 저항 및 충격에 의해 이동하는 것을 방지하였지만, 제4실시예에서는 면접촉의 기능과 더불어 락킹 슈(180)와 돌기(181)가 정합함으로써 핀(125)이 저항 및 충격에 의해 이동하는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다.

아래에서는 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)에 형성된 돌기(181) 및 락킹 슈(180)의 구조 및 유기적 결합관계에 대해 설명한다.

도 23 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 제2가이드슬롯(137)의 양단에는 추진축(1)의 중심선을 따라 끝단부(137E)가 형성되며, 끝단부(137E)의 마주하는 내측면에는 돌기(181)가 각각 형성된다. 돌기(181)의 단부는 반구 형태로서 락킹 슈(180)가 넘어갈 수 있게 구성된다.

한편, 핀(125)을 감싸는 락킹 슈(180)는 크로스헤드(131)가 유압시스템(140)의 유압에 의해 전진 또는 후진 이동함에 따라 상대적으로 핀(125)과 함께 제2가이드슬롯(137)의 끝단부(137E)와 사선부(137S)를 따라 이동한다.

락킹 슈(180)는 제1실시예에서 설명한 슬라이딩 슈(150)와 같은 구조로서, 상부 락킹 슈(180)와 하부 락킹 슈(180)를 구비하며, 상부 락킹 슈(180)와 하부 락킹 슈(180)의 사이에 핀(125)이 삽입된다. 이와 같이 핀(125)이 상부 락킹 슈(180)와 하부 락킹 슈(180)의 사이에 삽입될 수 있도록 상부 락킹 슈(180)와 하부 락킹 슈(180)의 마주하는 면에는 핀(125)의 외주면과 접하는 홈(181I)이 형성되며, 홈(181I)의 양측에는 상부 락킹 슈(180)와 하부 락킹 슈(180)를 지지하는 코일스프링(183)이 위치한다.

그리고 제2가이드슬롯(137)의 내측면과 마주하는 상부 락킹 슈(180)의 외측면과 하부 락킹 슈(180)의 외측면에는 돌기(181)와 정합하는 정합홈(181E)이 형성된다.

이와 같이 구성된 락킹 슈(180)는 핀(125)의 이동과 함께 제2가이드슬롯(137)을 따라 이동하게 되는데, 제2가이드슬롯(137)의 사선부(137S)와 끝단부(137E)에서는 상부 락킹 슈(180)의 외측면과 하부 락킹 슈(180)의 외측면이 제2가이드슬롯(137)의 내측면과 마주한 상태로 위치하지만, 끝단부(137E)와 사선부(137S) 그리고 돌기(181)를 지나갈 때에는 그 폭이 좁아지거나 넓어짐에 따라 코일스프링(183)이 신축되면서 상부 락킹 슈(180)와 하부 락킹 슈(180)의 기울기가 변하게 된다.

즉, 제2가이드슬롯(137)을 따라 락킹 슈(180)가 이동함에 있어 제2가이드슬롯(137)의 구조 및 돌기(181)에 의해 그 폭이 좁아지면 핀(125)의 전방 또는 후방에 위치한 코일스프링(183) 중 폭이 좁아지는 쪽에 위치한 코일스프링(183)이 수축되면서 폭이 좁아지는 것을 보상하면서 끝단부(137E)에서 사선부(137S)로, 사선부(137S)에서 끝단부(137E)로 이동하게 된다.

그리고 락킹 슈(180)가 제2가이드슬롯(137)의 폭 변화에 대응하며 이동하는 구조는 돌기(181)가 형성된 끝단부(137E)에 위치할 때에도 동일하게 돌기(181) 사이의 폭이 제2가이드슬롯(137)의 폭보다 좁아짐에 따라 코일스프링(183)이 수축되어 돌기(181)를 지나가게 되고, 돌기(181)와 정합홈(181E)이 정합됨으로써 잠금된다.

이 상태에서 크로스헤드(131)가 유압시스템의 작동에 의해 이동할 경우 핀(125)은 가이드슬롯(133)을 따라 이동함에 있어 핀(125)을 따라 락킹 슈(180) 또한 제2가이드슬롯(137)을 따라 이동하게 되고, 돌기(181)에 정합된 락킹 슈(180)가 이동함으로써, 정합홈(181E)에서 돌기(181)가 이탈하게 되어 잠금 해제된다.

이와 같이 제4실시예에 따른 잠금장치는 제1실시예의 잠금장치에 비해 면접촉과 더불어 돌기(181)와 정합홈(181E)의 정합관계를 통해 잠금에 대한 신뢰성을 증대시킬 수 있다.

[유압시스템에 관한 제1실시예]

통상적으로 유압시스템의 스트로크를 제어하기 위해서는 실린더의 전단과 후단에 유압포트를 장착하고 유압포트를 통해 작동유가 실린더의 전방 또는 후방에 유입 또는 유출함으로써 피스톤이 이동하며 스트로크가 제어된다.

앞서 설명한 가변 피치 프로펠러는 피스톤을 전후방향으로 이동시키기 위해 로드의 내부에 형성된 복수의 유압라인이 피스톤을 기준으로 실린더의 전방 또는 후방으로 유입 또는 유출되면서 피스톤이 이동하게 구성되어 있으나, 아래에서 설명하는 유압시스템은 실린더의 내부에 피스톤을 전방 또는 후방으로 가압하는 코일스프링이 내장되어 유압을 탄성력으로 대체한 구성이다.

도면에서, 도 26은 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러의 유압시스템 작동에 따라 피스톤이 후방으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이고, 도 27은 유압이 해제된 상태에서 코일스프링의 탄성력에 의해 피스톤이 전방으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이며, 도 28은 본 발명에 따른 서버 유압실린더을 구비한 유압회로와 종래의 유압회로를 비교한 개념도이고, 도 29는 도 26에 도시된 유압시스템의 변형예를 나타낸 개념도이다.

도 26에 도시된 바와 같이, 허브(130)의 후단에 연결된 유압시스템(140)의 실린더(143)에는 그 내부에 피스톤(141)이 위치하며, 피스톤(141)에서 연장된 로드(141R)는 실린더(143) 밖으로 연장되어 크로스헤드(131)와 연결된다.

실린더(143) 내부를 피스톤(141) 기준으로 구분할 경우, 피스톤(141)의 전방에 형성된 공간을 아래에서는 '전방 챔버(149F)'라 하고, 피스톤(141)의 후방에 형성된 공간을 '후방 챔버(149B)'라 한다. 여기에서 후방 챔버(149B)에는 압축 코일스프링(185)이 위치하며 코일스프링(185)은 유압시스템(140)의 스트로크가 신장되는 방향 즉 피스톤(141)이 선수 쪽으로 이동하도록 피스톤(141)을 가압한다.

그리고 로드(141R)의 내부에 형성된 유압라인(145)의 오리피스(145O)는 피스톤(141)의 전방에 형성된다. 따라서 유압라인(145)을 통해 공급되는 작동유는 전방 챔버(149F)에 채워지면서 피스톤(141)이 후방으로 이동하도록 유압을 발생시킨다. 이와 같이 피스톤(141)이 유압에 의해 후방으로 이동할 경우 후방 챔버(149B)에 위치한 코일스프링(185)은 피스톤(141)에 밀려 수축된다.

한편, 유압라인(145)을 통해 공급되는 작동유의 공급이 차단되면 작동유의 공급을 제어하는 도 28에 도시된 제어밸브(187)에 의해 유압라인(145)이 개방되면서 피스톤(141)에 가해지던 유압이 해제되고, 압축된 코일스프링(185)의 탄성력에 의해 피스톤(141)은 전방으로 전진하게 된다. 이와 같이 피스톤(141)이 전방으로 전진하면서 전방 챔버(149F)에 채워진 작동유는 유압라인(145)을 통해 배출된다.

이와 같이 후방 챔버(149B)로 연장된 유압라인(145)을 통해 작동유를 후방 챔버(149B)에 공급함으로써, 유압시스템(140)의 스트로크는 수축하게 되고, 그에 따라 크로스헤드(131)가 후진하면서 블레이드(120)를 시계 반대방향으로 회전시키고, 제어밸브(187)를 통해 유압라인(145)을 개방하면 코일스프링(185)의 탄성력에 의해 유압시스템(140)의 스트로크가 신장하며 그에 따라 크로스헤드(131)가 전진하면서 블레이드(120)를 시계 방향으로 회전시킨다. 이와 같이 유압시스템(140)의 유압과 코일스프링(185)의 탄성력에 의해 블레이드 피치를 가변할 수 있다.

한편, 도 29는 도 26 내지 도 28에 도시된 유압시스템의 구조를 변형한 것으로서, 전방 챔버(149F)에 코일스프링(185)이 위치하고 유압라인(145)이 피스톤(141)을 관통해 후방 챔버(149B)에 공급될 수 있게 구성한 것이다.

이 경우 작동유가 후방 챔버(149B)에 공급되면 유압시스템(140)의 스트로크는 신장하게 되고, 크로스헤드(131)가 전진하면서 블레이드(120)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 그리고 제어밸브(187)를 통해 유압라인(145)을 개방하면 코일스프링(185)의 탄성력에 의해 유압시스템(140)의 스트로크가 수축하며, 그에 따라 크로스헤드(131)가 후진하면서 블레이드(120)를 시계 반대방향으로 회전시킨다.

한편, 도 28의 (a)에는 작동유에 의해 유압시스템의 스트로크를 신축시키는 유압회로가 도시되고, 도 28의 (b)에는 작동유와 코일스프링에 의해 유압시스템의 스트로크를 신축시키는 유압회로가 도시되어 있다.

도 28의 (a)에 도시된 바와 같이, 작동유에 의해 유압시스템(140)의 스트로크를 신축시키기 위해서는 전방 챔버(149F)와 후방 챔버(149B)에 각각 유압라인(145)이 연결되어야 함에 따라 유압시스템의 구성이 복잡하였으나, 도 28의 (b)에 도시된 바와 같이 작동유와 코일스프링(185)에 의해 유압시스템(140)의 스트로크를 신축시키는 구성에서는 전방 챔버(149F)와 후방 챔버(149B) 중 어느 한 챔버에만 유압라인(145)이 연결됨에 따라 유압시스템(140)의 구성이 단순하다는 장점이 있다.

이와 같이 허브(130) 내부에 장착되는 유압시스템(140)의 구성이 단순해짐에 따라 허브(130)의 크기를 감축하여 고정 피치 프로펠러의 추진효율에 근접하는 고효율을 발현할 수 있다.

[유압시스템에 관한 제2실시예]

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 피치 프로펠러는 2피치로 가변된다.

종래 가변 피치 프로펠러의 경우에는 피치 가변 범위가 넓어 통상적으로 5단계로 피치를 제어함에 따라 비례제어가 가능한 유압시스템이 구비되어야 하지만, 본 발명과 같이 2피치만으로 블레이드 피치를 가변하는 경우에는 온오프밸브를 통해 유압시스템의 제어가 가능하다.

도면에서, 도 30은 본 발명에 따른 온오프밸브를 구비한 유압시스템을 나타낸 개념도이고, 도 31은 도 26에 도시된 바와 같이 실린더의 내부에 코일스프링이 장착된 상태에서 온오프밸브를 구비한 유압시스템을 나타낸 개념도이다.

도 30에 도시된 바와 같이, 허브(130)의 후단에 장착된 유압시스템(140)의 실린더(143)에는 2개의 유압라인(145A, 145B)이 연결되고, 제1유압라인(145A)은 분기되어 제1온오프밸브(187A)와 제2온오프밸브(187B)에 연결되며, 제2유압라인(145B) 또한 분기되어 제1온오프밸브(187A)와 제2온오프밸브(187B)에 연결된다. 여기에서 제2온오프밸브(187B)는 비상제어밸브에 해당한다.

그리고 제1온오프밸브(187A)와 제2온오프밸브(187B)에는 각각 오일펌프(221)에서 연장된 작동유 공급라인(223)과 오일탱크(220)에서 연장된 드레인라인(225)이 연결된다.

따라서 오일펌프(221)의 작동에 의해 공급된 작동유는 평상 시에 작동제어밸브인 제1온오프밸브(187A)를 통해 실린더(143)로 공급되고 실린더(143)에서 유출되는 작동유는 제1온오프밸브(187A)를 통해 오일탱크(220)로 배출된다.

이와 같이 제1온오프밸브(187A) 또는 제2온오프밸브(187B)의 작동에 의해 작동유가 실린더(143)의 내부로 유입 또는 유출되면서, 유압시스템(140)의 스트로크가 신장되거나 수축되는 2단계 제어가 이루어진다.

유압시스템(140)의 스트로크가 신장되면 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 상사점(133H)에 위치하고, 스트로크가 수축되면 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 하사점(133L)에 위치하여 블레이드 피치를 2피치로 제어하게 된다.

한편, 도 31에 도시된 유압시스템의 회로도는 도 26에 도시된 바와 같이 실린더(143)의 내부에 코일스프링(도 26 및 도 27의 185)이 장착되어 유압라인(145)이 개방되었을 시, 코일스프링(185)의 탄성력에 의해 피스톤(141)이 이동하게 구성된 것으로, 이 경우에도 실린더(143)에 연장된 하나의 유압라인(145)에 앞서 설명한 제1온오프밸브(187A), 제2온오프밸브(187B), 오일펌프(221), 오일탱크(220), 작동유 공급라인(223), 드레인라인(225)이 동일하게 설치된다.

이 경우 유압라인(145)을 통해 작동유가 공급되면 피스톤(141)은 실린더(143)의 내부로 유입되는 작동유에 의해 코일스프링(185)이 압축되는 방향으로 이동하며 그에 따라 유압시스템(140)의 스트로크는 신장 또는 수축되고, 유압라인(145)이 개방되면 압축되었던 코일스프링(185)이 신장되면서 피스톤(141)은 코일스프링(185)의 탄성력이 제공되는 방향으로 이동하면서 개방된 유압라인(145)을 통해 실린더 내부의 작동유를 오일탱크(220) 쪽으로 유출하게 된다.

도 31에 도시된 가변 피치 프로펠러(100)의 유압시스템(140) 또한 스트로크가 신장되면 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 상사점(133H)에 위치하고 스트로크가 수축되면 핀(125)은 가이드 슬롯(133)의 하사점(133L)에 위치하여 블레이드 피치를 2피치로 제어하게 된다.

한편, 온오프밸브로서, 전자밸브로 구성할 수도 있고, 다르게는 밸브에 의해 유압라인이 개방 또는 폐쇄되는 2단 제어가 가능한 밸브라면 채택 가능하다.

1 : 추진축
100 : 가변 피치 프로펠러
120 : 블레이드
121 : 블레이드 생크
123 : 블레이드 캐리어
124 : 핀
130 : 허브
131 : 크로스헤드
133 : 가이드 슬롯
133H : 상사점
133L : 하사점
135 : 엔드 슬롯
137 : 제2가이드슬롯
137S : 사선부
137E : 끝단부
139 : 잠금홀
140 : 유압시스템
141 : 피스톤
141R : 로드
143 : 실린더
145 : 유압라인
145A : 제1유압라인
145B : 제2유압라인
147F : 전방 스토퍼
147B : 후방 스토퍼
150 : 슬라이딩 슈
150M : 상부 슬라이딩 슈
150L : 하부 슬라이딩 슈
153 : 코일스프링
160 : 슬라이더
161 : 개방부
163 : 장홈
165 : 레일
165S : 경사부
170 : 플러그
170S : 경사면
171 : 코일스프링
180 : 락킹 슈
180H : 상부 락킹 슈
180L : 하부 락킹 슈
181 : 돌기
183, 185 : 코일스프링
187 : 제어밸브
187A, 187B : 온오프밸브
190 : 오일 댐퍼 박스
191 : 유압잠금부
192A, 192B : 포트
193A, 193B : 챔버
194A, 194B : 잠금링
195A, 195B : 그루브
196A, 196B : 유로
210 : 슬라이드 축
211 : 중공축
213 : 슬라이드 락커
215 : 지지 스프링
217 : 스프링 홀더
220 : 오일탱크
221 : 오일펌프
223 : 공급라인
225 : 드레인라인

Claims (3)

1. 선박의 추진축에 장착된 허브와, 허브의 둘레에 장착되며 피치가 가변하는 블레이드를 포함하는 가변 피치 프로펠러로서,
   프로펠러의 직경(H)과 허브의 직경(D)에 대한 H/D비가 0.170 내지 0.2인 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.
   
2. 제1항에 있어서,
   저속비대선박인 탱커(Tanker)인 경우, H/D비가 0.170 내지 0.190인 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.
   
3. 제1항에 있어서,
   저속비대선인 벌크 캐리어(Bulk Carrier)인 경우, H/D비가 0.185 내지 0.20인 것을 특징으로 하는 가변 피치 프로펠러.

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