KR20220053586A

KR20220053586A - 해양 선박 프로펠러, 프로펠러 블레이드 및 해양 선박 프로펠러의 설치 방법

Info

Publication number: KR20220053586A
Application number: KR1020227007499A
Authority: KR
Inventors: 로베르트 포헬스
Original assignee: 바르트실라 노르웨이 에이에스
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2022-04-29
Also published as: US20220185438A1; EP4028322B1; EP4028322C0; EP4028322A1; WO2021047750A1; US11952091B2; CN114364606A

Abstract

본 발명은 사용시에 엔진 회전력을 추진 스러스트로 변환하는 해양 선박 프로펠러 (1) 에 관한 것으로, 상기 프로펠러는 프로펠러 블레이드들 (10) 의 원형 어레이로 배열된 내장형 프로펠러 (BUP) 타입이고, 프로펠러 블레이드 (10) 는 블레이드 부분 (11) 과 베이스 부분 (12) 을 포함하는 단일 피스이다. 상기 베이스 부분 (12) 은 대체로 원형의 내부 표면 (120) 을 갖고 이 내부 표면에는 인덴트들 (121) 의 위치에서 상기 베이스 부분 (12) 을 통해 배치된 체결 구멍들 (13) 및 평면형 단부 벽을 구비한 다수의 방사상 연장 원통형 인덴트들 (121) 이 배치되고, 원통형 인서트 (131) 는 인덴트 (121) 에 끼워지도록 배치되고 상기 인서트 (131) 의 종축선에 평행한 구멍을 구비하여서, 상기 프로펠러 블레이드들 (10) 이 상기 체결 구멍들 (13) 및 인서트들 (131) 을 통해 체결 볼트들 (3) 에 의해 프로펠러 샤프트 (2) 에 부착될 수 있다. 본 발명은 또한 대응하는 프로펠러 블레이드 (10) 및 해양 선박 프로펠러를 설치하는 방법에 관한 것이다.

Description

해양 선박 프로펠러, 프로펠러 블레이드 및 해양 선박 프로펠러의 설치 방법

본 발명은 제 1 항의 서문에 따른, 엔진 회전력을 추진력으로 변환하기 위한 해양 선박 프로펠러에 관한 것이다. 본 발명은 또한 프로펠러 블레이드 및 해양 선박 프로펠러의 설치 방법에 관한 것이다.

본 발명은 1 메가와트 내지 수십 메가와트 범위의 엔진력 및 1 미터 내지 10 미터까지의 프로펠러 직경을 갖는 대형 해양 선박용 추진 시스템에 관한 것이다. 각 선박의 선체는 고유의 특성을 가지고 있다. 선박의 가능한 전체적인 효율을 최대한 높이기 위해서는, 프로펠러가 엔진 및 선체와 완벽하게 맞아야 한다. 프로펠러 설계는 항상 특정 적용에 맞춰져 있다. 이러한 선박에는 3가지의 상이한 기본 타입의 프로펠러, 즉 고정 피치 프로펠러, 제어가능한 피치 프로펠러 및 빌트업 프로펠러가 있으며 각각 고유의 특성을 갖는다.

고정 피치 프로펠러 (fixed pitch propeller, FPP) 는, 최적의 효율, 신뢰성, 견고성, 낮은 비용이 필요하고 선박의 작동 파라미터가 미리 알려졌을 때, 즉 선박과 프로펠러를 설계할 때의 선택이다. 고정 피치 프로펠러는 보통 외항선에 설치된다: 예를 들면 : 컨테이너 선박, 유조선, 벌크 운송선, 건조 화물 선박 및 여객기. 대직경 고정 피치 프로펠러의 제조는 까다롭고, 이러한 프로펠러를 완성하기 위한 리드 타임이 길다.

제어가능한 피치 프로펠러 (Controllable Pitch Propeller, CPP) 시스템은 뛰어난 성능과 기동성을 제공하며, 여러 작동 조건이 수반되는 항로가 빈번한 선박에 권장된다. 이는 예를 들어 볼라드 풀 (bollard pull) 및 프리세일링 조건 모두에서 전체 전력이 필요하거나 빈번한 포트 호출을 행하는 선박일 수 있다. 제어가능한 피치 프로펠러 시스템은 또한 다양한 기상 조건 또는 동적 위치지정과 같은 까다로운 작동 요건을 접하는 선박에 적용될 수 있다. 제어가능한 피치 프로펠러는 종종 일정한 회전 속도로 작동하는 샤프트 제너레이터가 있는 설비에 대해 최적의 선택이다. 자동 피치 조절을 통해 무겁고 가벼운 조건에서 완전 추진력이 가능하다. 엔진 과부하는 조건에 상관없이 회피된다. CPP는 중속 및 저속 디젤 엔진을 갖춘 디젤 메카닉 추진에 대해 이상적인 선택이다.

빌트업 프로펠러 (Built-up propeller, BUP) 는, 기본적으로 단일 부품, 즉 모노블록 캐스팅이 아닌 개별 캐스티드 프로펠러 블레이드가 허브 부분에 볼트결합된 고정 피치 프로펠러 (FPP) 이다. BUP 는 모노블록 고정 피치 프로펠러의 매력적인 대안이다. BUP 는 프로펠러 샤프트를 향해 플랜지 및 핏 볼트로 연결된 블레이드를 포함한다. 대부분의 BUP 는 4- 및 5-블레이드 프로펠러와 함께 제공되지만, 6-블레이드 프로펠러도 제공된다. BUP 는 일반적으로 스테인리스 강 또는 청동으로 공급된다. 프로펠러 직경 또는 무게 제한과 관련된 특별한 생산은 없다.

빌트업 프로펠러는 통상 얼음이 우거진 해역이나 프로펠러 손상 위험이 높은 작동 지역에서 운항하는 쇄빙선과 해상 순찰선에 설치된다. 손상된 프로펠러를 수리하거나 교체해야 하므로, BUP 는 모노블록 고정 피치 프로펠러보다 몇 가지 장점을 제공한다. 당연히 선박 운항에 오랜 방해가 되는 것은 매우 원치 않는다. 교체 시간의 제한은 선박의 일정을 유지할 수 있게 하며, 이는 크루즈선, 페리와 같은 운항 일정이 고정된 선박에 유리하다.

올바른 BUP 설계를 통해, 손상된 BUP 블레이드 하나만 변경하거나 장착 해제하여 수리할 수 있다. 수중 장착해제의 가능성은 정상적인 작동 서비스의 긴 중단 없이 BUP 블레이드를 교체하거나 수리할 수 있게 한다. 수중 프로펠러 블레이드 설치 및 교체는 건조 도킹이 필요하지 않으므로 보다 빠른 선박 서비스가 가능하다. 프로펠러가 손상된 경우, 전체 크기의 모노블록 고정 피치 프로펠러보다 단일 BUP 블레이드가 더 쉽게 운반하고 취급할 수 있다. 예비 블레이드로 인해, 제한된 저장 공간도 필요하다. 예비 블레이드의 온보드 저장도 옵션이다. 이러한 요인들로 인해, 충돌로 인해 잦은 손상을 겪는 프로펠러에게 BUP 는 실현가능한 대안이 된다.

해양용 제품을 설계할 때는 갈바닉 부식을 고려해야 한다. 이종 금속들 및 합금은 상이한 전극 전위를 갖고, 전해질 (해수) 중에서 둘 이상이 접촉하면 하나의 금속은 애노드로서, 다른 금속은 캐소드로서 작용한다. 두 전극에서의 반응들 사이의 전기전위 차이는 전해질에 용해되는 애노드 금속에 대한 가속 공격의 구동력이다. 이는 애노드의 금속이 다른 것보다 더 빠르게 부식하고 캐소드의 부식이 억제되도록 한다. 금속들 사이의 전기 전도 경로 및 전해질의 존재는 갈바닉 부식을 발생시키는데 필수적이다. 전해질은 이온 이동을 위한 수단을 제공하며, 그럼으로써 이온들은 반응을 중단시킬 전하 축적을 방지하기 위해 이동한다. 갈바닉 부식을 줄이고 예방하는 방법은 여러 가지가 있다. 하나의 옵션은 두 금속들을 서로 전기적으로 절연시키는 것이다. 이들이 전기 접촉을 하지 않으면, 갈바닉 결합이 발생하지 않는다. 이는 전위가 상이한 금속들 사이에 비전도성 물질을 사용함으로써 달성될 수 있다. 구성요소들은 플라스틱 재질로 분리되거나, 내부에 코팅되거나 안감이 있는 금속 재질로 만들어질 수 있다. 또 다른 옵션은 전해질과 접촉이 없도록 하는 것이다. 이는 그리스 같은 발수성 화합물을 사용하거나, 적절한 페인트 또는 플라스틱과 같은 불투과성 보호층으로 금속을 코팅함으로써 행해질 수 있다. 양자를 코팅할 수 없다면, 코팅은 더 귀하고, 더 높은 전위를 가진 재질에 적용되어야 한다. 이는, 보다 활성 물질에만 코팅을 적용하는 경우, 코팅이 손상될 경우에 넓은 캐소드 영역과 매우 작은 애노드 영역이 있을 것이며, 노출된 애노드 영역의 경우에 부식율이 상응하게 높을 것이기 때문에 바람직하다. 유사한 전기전위를 갖는 금속들을 선택하는 것이 가능할 것이다. 개별 전위와 더 가깝게 일치할수록, 전위차가 더 작아지고 갈바닉 전류가 더 작아진다. 모든 건축에 대해 동일한 금속을 사용하는 것이 전위 매칭에 가장 쉬운 방법이지만, 비용이 더 많이 드는 방법이기도 하다. 전기도금이나 다른 도금도 도움이 될 수 있다. 이는 부식에 잘 저항하는 귀금속을 더 많이 사용하는 경향이 있다. 크롬, 니켈, 은 및 금은 모두 사용될 수 있다. 아연에 의한 갈바나이징은 희생적 양극 작용에 의해 스틸 베이스 금속을 보호한다.

특허공보 KR1020150100021A 는 선박용 프로펠러에 관한 것이다. 복합 재질로 이루어진 복수의 블레이드는 허브의 결합 부분에 삽입되는 분리 방지 장치에 앞서 금속 재질로 이루어진 허브의 결합 부분에 삽입되고, 블레이드와 분리 방지 장치는 허브의 결합 부분에 결합 볼트로 결합되어 블레이드의 손상시에 손상된 블레이드만을 원활하게 교체할 수 있다. 해당 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 선박용 프로펠러는 다음을 포함한다: 일체로 회전되도록 선박의 엔진 또는 모터에 연결된 구동축에 고정되는 중앙 내부 중공 부분을 갖는, '├' 형상 측면을 갖는 허브; 추진력을 발생시키도록 반경방향으로 허브의 돌출부 외측에 결합되는 블레이드들; 블레이드가 허브로부터 분리되는 것을 방지하기 위해 허브의 돌출부 외측에 결합된 블레이드들의 일 측면과 접촉되도록 위치된 분리 방지 장치; 및 허브에 일체로 연결되도록 블레이드와 분리 방지 장치를 고정하는 결합 볼트.

특허 공보 KR1020150100016A 는 허브리스 프로펠러에 관한 것이다. 해당 발명은 다음을 포함한다: 분할된 허브 구조의 일체형 결합 유닛에 하나의 프로펠러 날개가 형성되는 프로펠러 날개 모듈; 및 프로펠러 날개 모듈의 하단 돌출부와 결합 및 분리되도록 샤프트의 중앙 영역에 형성되는 결합 링. 프로펠러 날개 모듈은 동일한 수의 분할된 허브에 의해 형성되어 샤프트와 결합 및 분리되며, 따라서 기존의 프로펠러 날개와 허브가 일체로 형성된 프로펠러 날개 모듈은 샤프트로부터 쉽게 결합 및 분리되어 가공이 용이하다. 또한, 해당 발명은 프로펠러 날개 모듈을 사용함으로써 프로펠러 전체의 가공이 용이하고, 특정 프로펠러 날개가 손상되었을 경우에 프로펠러를 쉽게 교체할 수 있다.

특허 공보 CN106347612 A (WO2018059198A1) 는 선박의 탈착가능한 프로펠러를 개시하고 있으며, 이는 종래 기술에 있어서 프로펠러 유지보수가 불편하고 시간이 많이 소요되며 노동집약적이며 비용이 높은 기술적 문제점을 해결하고 있다. 탈착가능한 선박 프로펠러는 허브 (2) 와 블레이드 (1) 를 구비한다. 블레이드 (1) 의 하단에는 원호 형상의 장착 판 (3) 이 연결되고, 장착 판 (3) 이 제공된다. 허브 (2) 에는 다수의 장착 구멍 (5) 과 대향되게 배치된 다수의 슬롯 (6) 이 형성되며, 장착 구멍 (5) 과 슬롯 (6) 은 볼트 (4) 로 부착된다. 블레이드 (1) 와 장착 판 (3) 은 일체형으로 형성되어 주조 성형이 가능하고, 생산 및 제조가 편리하며, 공정이 간단하고 효율이 높음과 동시에, 둘의 접합 비용이 양호하고, 블레이드 (1) 와 장착 판 (3) 간의 파손 및 풀림이 방지된다. 이러한 현상은 블레이드 (1) 의 정상적인 사용을 보장하기 위한 것이다. 장착 판 (3) 의 폭은 허브 (2) 의 폭과 동일하고, 인접하는 두 개의 장착 판 (3) 의 장변은 서로 맞닿아 있다. 인접하는 장착 판 (3) 의 에지들이 맞닿고, 장착 판 (3) 은 호형상의 구조를 갖고, 다수의 장착 판 (3) 은 허브 (2) 의 둘레를 감싸는 원통형의 구조로 분할된다. 이는, 그러나 장착 판 (3) 이 허브 (2) 로 분할된 후에 설치가 용이한 완전한 구조를 형성하며, 설치 후에는 틈새가 발생되지 않는다. 블레이드 (1) 와 장착 판 (3) 의 결합 단부는 장착 판 (3) 의 중앙에 위치하고, 블레이드 (1) 의 양측의 다수의 장착 구멍들 (5) 은 대칭 배치된다. 블레이드 (1) 와 물 사이에는 상호 힘이 발생하며, 대응하는 힘은 블레이드 (1) 를 통해 장착 판 (3) 에 작용한다. 블레이드 (1) 와 허브 (2) 는 별도의 구조이기 때문에, 장착 판 (3) 과 허브 (2) 는 분할된 구조이며, 블레이드 (1) 는 중간 위치에 놓이고, 장착 판 (3) 에서의 블레이드 (1) 의 힘은 균일하다. 상응하게, 블레이드 (1) 의 양측에서 장착 판 (3) 에 대칭 장착 구멍들 (5) 이 고정되어 장착 판 (3) 의 과도한 부분력으로 인한 손상이 방지되고, 블레이드 (1) 의 사용수명이 길어진다. 바람직하게는, 장착 판 (3) 의 에지들에는 장착 구멍들 (5) 이 형성되며, 장착 판 (3) 의 에지들에서의 장착 구멍들 (5) 은 균등하게 분포된다. 블레이드 (1) 는 장착 판 (3) 의 중간에서 경사지며, 장착 판 (3) 은 블레이드 (1) 에 의해 대략 2개의 삼각 영역으로 분할되며, 삼각 영역의 에지들에는 상응하는 장착 구멍들 (5) 이 제공되고, 중간 부분에도 장착 구멍들 (5) 이 제공된다. 이러한 형태로, 장착 판 (3) 을 보다 견고하게 고정할 수 있게 된다. 구체적인 작동 방식에서, 블레이드 (1) 의 마모시에, 수리나 교체가 필요하며, 밸러스트 물을 조절하여 프로펠러를 수면 밖으로 보낼 수 있는 충분한 트림을 선박에 부여한다. 이때, 유지보수 동작이 수행될 수 있고, 해당 블레이드가 제거된다. 블레이드 (1) 의 볼트 (4) 는 블레이드 (1) 를 허브 (2) 로부터 분리하며, 작업자는 블레이드 (1) 를 수리하거나 새로운 블레이드 (1) 로 교체한다.

특허 문헌 JP1979070590A 는 커플링 (7) 과 중간 샤프트 (8) 를 통해 메인 엔진 (10) 에 연결되는 프로펠러 샤프트 (4) 의 일 단부에 일체로 형성되는 프로펠러 블레이드 (2) 의 마운트 섹션 (11) 을 개시한다. 마운트 섹션 (11) 의 둘레에서, 복수의 프로펠러 블레이드 (2) 가 식재되어 볼트 (12) 로 고정되는 한편, 프로펠러 캡 (3) 은 볼트 (13) 로 장착 섹션 (11) 의 단부에 장착된다. 또한, 마운트 섹션 (11) 의 둘레에는 부식 방지 금속 (14) 과 코팅 재료 (15) 가 구비된다. 이와 같은 구성에 의하면, 래더 (1) 가 설치된 후에도, 프로펠러 블레이드를 섹션 (11) 에 쉽게 장착할 수 있게 된다. 메인 엔진의 구동에 따라, 프로펠러 날개가 회전하여 선박을 추진시킨다.

특허 공보 GB1482375 는 개별 프로펠러 블레이드의 부착을 위한 중공 원통형의 허브가 일체로 형성된 샤프트를 포함하는 해양 프로펠러 어셈블리를 개시하며, 이들은 허브의 외면에 안착된 팜들을 갖고, 팜의 내부로 허브를 통해 연장되는 볼트 또는 스터드에 의해 부착되며 그 내부로부터 고정된다. 팜들은 허브의 외부 표면에 제공된 플랫 또는 허브의 원통형 외부 표면에 안착될 수 있다. 스터드 (5) 는 허브 벽의 평지 구멍 (6) 을 통해 허브 (2) 내부로부터 통과되고, 팜 (3) 의 구멍 (7) 안으로 나사결합된다. 해수에 대해 스틸 허브 (2) 를 보호하는 것은, 팜 (3) 의 전방 단부에 고정되고 중공 샤프트 (1) 의 그 자체로 보호 커버링 (15) 을 구비하는 인접한 단부 부분 위에 맞물린 칼라 (14) 를 갖는 환형 판 (13) 에 의해, 그리고 허브 (2) 의 후방 단부에 고정된 원형 판 (16) 에 의해 제공된다. 부품들 (13-16) 은 망간 알루미늄 청동과 같은 내부식성 재료로 만들어진다. 팜들 (3) 사이에 남겨진 갭 (17) 은 갭 내의 또는 그 아래의 리세스 (19) 내에 삽입된 내식성 밀봉 스트립 (18) 에 의해 밀봉된다. 충전 컴파운드, 예를 들면 폴리스티렌이 스트립 아래에 그리고 갭들의 하부 포트 내로 주입되어 허브 (2) 및 스터드 (5) 를 물로부터 밀봉한다. 플러그 (21) 에 의해 폐쇄되고 컴파운드의 펌핑을 위한 구멍 (20) 은 그 후 판 (16) 에 의해 덮인다. 갭 (17) 자체는 허브 프로파일을 유지하기 위해 채워질 수도 있다.

이용되는 종래 기술의 결론으로서 BUP 설계의 잠재력이 높다. 그러나, 종래 기술의 BUP 설계는 고정 피치 프로펠러 (FPP) 에 비하여 몇가지 단점이 있어 보인다. 그 하나는 부품 수가 늘어나고 가격이 비싸기 때문에 잠재적으로 더 높은 비용이 든다는 것이다. 종래 기술이 해결하지 않는 다른 단점은, 블레이드의 부착에 필요한 더 큰 허브 설계로 인해 유체역학적 효율이 더 낮다는 것이다. 이러한 점들에 대한 BUP 설계를 개선함으로써 BUP 는 많은 경우에 FPP 보다 더 선호하는 선택이 될 것이다.

본 발명의 목적은 사용시에 엔진 회전력을 추진 스러스트로 전환시키기 위한 해양 선박 프로펠러를 제공하는 것이며 프로펠러는 탈부착 가능한 프로펠러 블레이드를 갖는 빌트업 타입이다. 본 발명의 목적은 유체역학 효율을 향상시킬 수 있도록 비교적 슬림한 허브 설계로 동력 전달 능력이 향상된 BUP 를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 향상된 내식성을 갖는 BUP 를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 제조비용이 비교적 저렴하고 종래 기술의 솔루션에 비해 성능이 크게 향상된 BUP 를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 독립 청구항 및 본 발명의 상이한 실시형태들의 보다 상세한 사항들을 설명하는 다른 청구항들에 개시된 바와 같이 실질적으로 충족될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태는 사용시에 엔진 회전력을 추진 스러스트로 변환하기 위한 해양 선박 프로펠러이며, 이 프로펠러는 프로펠러 블레이드들의 원형 어레이로 배열된 BUP (built-up propeller) 타입으로 배치되고, 프로펠러 블레이드는 블레이드 부분과 베이스 부분을 포함하는 단일편이다. 베이스 부분은 대체로 원형의 내부 표면을 갖고 이 내부 표면에는 인덴트들의 위치에서 베이스 부분을 통해 배치된 체결 구멍들 및 평면형 단부 벽을 구비한 다수의 방사상 연장 원통형 인덴트들이 배치되고, 원통형 인서트는 인덴트에 끼워지도록 배치되고 인서트의 종축선에 평행한 구멍을 구비하여서, 프로펠러 블레이드들이 체결 볼트 구멍들 및 인서트들을 통해 체결 볼트들에 의해 프로펠러 샤프트에 부착될 수 있다.

제시된 실시형태는 프로펠러 블레이드를 프로펠러 샤프트에 부착하여, 결합된 베이스 부분과 프로펠러 샤프트, 즉 종래의 허브에 해당하는 부품들이 동력 전달 능력에 상응하는 비교적 콤팩트한 직경을 갖고 유선형의 플러시 외부 윤곽을 갖도록 한다. 이는 더 양호한 수력학적 효율성을 의미한다.

또한 프로펠러는 프로펠러 블레이드들의 원형 어레이로 배열된 BUP (built-up propeller) 타입이므로, 원형 어레이는 90도, 72도 또는 60도 세그먼트에 상응하는 4개, 5개 또는 6개의 블레이드와 같은 설계된 수의 프로펠러 블레이드에 맞게 세그먼트들로 적절하게 분할된다. 프로펠러 블레이드는 블레이드 부분과 베이스 부분을 포함하는 단일편이며, 일반적으로 스테인레스강 또는 청동과 같은 주조 금속으로 만들어진다.

프로펠러 블레이드 베이스 부분은 전체적으로 원형의 내부 표면을 갖는다. 이러한 특징은 허브의 전체적인 설계에 영향을 주며, 프로펠러 샤프트는 원형으로 제작될 수 있고 비교적 직경이 작은 한편, 베이스 부분은 고른 두께를 가져서 특히 주조편으로 제작되었을 때에 콤팩트한 치수의 양호한 강도 특성을 갖는다. 베이스 부분의 내부 표면은 조립시에 프로펠러 샤프트와 직접 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 모든 접촉은 인서트를 통해 형성된다. 이는 프로펠러 블레이드 및 프로펠러 샤프트가 서로 다른 전위를 갖는 상이한 재료인 경우에 부식, 특히 갈바닉 부식에 대한 등각 보호 코팅을 가능하게 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 베이스 부분은 인덴트들의 위치에서 베이스 부분을 통해 배치된 체결 구멍들 및 평면형 단부 벽을 구비한 다수의 방사상 연장 원통형 인덴트들을 갖는다. 이 인덴트들은 프로펠러 샤프트에 체결할 때에 프로펠러 블레이드의 지지부와 베이스를 형성한다. 위치설정 및 수와 함께 인덴트 크기는, 평면형 단부 벽의 표면 영역이 볼트 체결시에 적절히 조여지는 충분한 영역을 제공하여, 엔진이 전달하는 모든 부하를 안전 마진으로 견디도록, 예를 들어, 빙판 바닥에 부딪히는 프로펠러의 부하를 견디도록 설계된다.

인덴트에 끼워지는 인서트는 베이스 부분과 프로펠러 샤프트 사이에서의 체결 볼트 인장 부하를 견디도록 배치된다. 인서트는 원통형 전체 형상을 갖고, 체결 볼트를 위한 관통 구멍 및 사용을 위해 조여질 때에 베이스 부분 내부 표면과 프로펠러 샤프트 사이의 간극을 규정하는 인서트 두께를 규정하는 2개의 평행 평면들을 갖는다. 따라서 인서트의 두께는 (인서트없이 프로펠러 블레이드가 그 위치에 놓여 있는 경우) 베이스 부분과 프로펠러 샤프트에서 인덴트들의 평면형 단부 벽들 사이의 거리보다 크도록 설계된다. 이는 베이스 부분 내부 표면과 프로펠러 샤프트 외부 표면 사이에 간극을 생성하기 위한 것이다. 이는, 프로펠러 샤프트와 블레이드 사이의 힘 전달에 부식 보호 층이 참여하지 않기 때문에 부식 보호 층으로서 폴리머 코팅이나 층과 같은 연질 재료를 사용할 수 있게 한다. 프로펠러 샤프트로부터 원통형 인서트를 통한 베이스 부분에 대한 그리고 더 나아가 블레이드 부분에 대한 (그리고 물로 끝나는) 접촉 및 부하 전달은 이제 견고한 구조로 인해 매우 정확하고 심지어 강도 의미에서 정확하게 계산할 수도 있다.

이는 동력 전달, 내식성 및 제작성의 관점에서 성능이 크게 개선된 해양 선박 프로펠러를 제공한다.

본 특허 출원에 제공된 본 발명의 예시적인 실시형태들은 첨부된 청구항들의 적용성을 제한하도록 해석되어서는 안된다. 동사 "포함하는" 은 또한 인용되지 않은 특징들의 존재를 배재하지 않도록 개방된 제한으로서 본 특허 출원에서 사용된다. 종속 청구항들에 기재된 특징들은 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 자유롭게 상호 조합될 수 있다. 본 발명의 특징으로 간주되는 신규 구성들은 특히 첨부된 청구항들에 제시되어 있다.

이하에서, 첨부된 예시적인 개략적인 도면을 참고하여 본 발명을 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 해양 선박 프로펠러를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 해양 선박 프로펠러의 조립을 도시한다.
도 3 은 본원의 또 다른 실시형태에 따른 해양 선박 프로펠러의 체결 구성의 상세를 도시한다.

도 1 은 사용시에 엔진 회전력을 추진 스러스트로 변환하기 위한 해양 선박 프로펠러 (1) 를 개략적으로 도시하며, 이 프로펠러는 어레이를 형성하는 4개, 5개 또는 6개의 프로펠러 블레이드와 같은 프로펠러 블레이드들 (10) 의 원형 어레이로 배열된 BUP (built-up propeller) 타입이고, 프로펠러 블레이드 (10) 는 블레이드 부분 (11) 과 베이스 부분 (12) 을 포함하는 단일편이다. 이 실시형태에서 프로펠러 블레이드 (10) 의 베이스 부분 (12) 은 프로펠러 샤프트 (2) 의 축방향으로 경사각 (α) 으로 경사져서, 프로펠러 샤프트 (2) 의 축방향에 대해 피치각 (β) 으로 형성된 블레이드 부분 (110) 의 족부가 베이스 부분 (12) 의 외부 표면에 끼워진다. 프로펠러 블레이드 (10) 는 체결 구멍 (13) 을 통해 체결 볼트 (3) 에 의해 프로펠러 샤프트 (2) 에 부착가능하다.

도 2 에서는 하나의 프로펠러 블레이드, 그 베이스 부분, 그리고 모든 블레이드 부분들이 도시된 실시형태의 시야와 선명도를 향상시키기 위해 도시되지 않은 내부 구조의 실시형태를 제시한다. 베이스 부분 대신에, 부착 수단의 일 실시형태가 나타나 있다. 베이스 부분 (12) 은, 대체로 원형의 내부 표면 (120) 을 갖고 이 내부 표면에는 인덴트들 (121) 의 위치에서 베이스 부분 (12) 을 통해 배치된 체결 구멍들 (13) 및 평면형 단부 벽을 구비한 다수의 방사상 연장 원통형 인덴트들 (121) 이 배치되고, 원통형 인서트 (131) 는 인덴트 (121) 에 끼워지도록 배치되고 인서트 (131) 의 종축선에 평행한 구멍을 구비하여서, 프로펠러 블레이드들 (10) 이 체결 구멍들 (13) 및 인서트들 (131) 을 통해 체결 볼트들 (3) 에 의해 프로펠러 샤프트 (2) 에 부착될 수 있다. 인서트는 나사 (135) 또는 대응 수단에 의해 샤프트 (2) (또는 베이스 부분 (12)) 에 부착될 수 있다.

도 2 에서, 각각의 프로펠러 블레이드 (10) 가 베이스 부분 (12) 의 후방 부분에 의해 하나의 다웰 그리고 베이스 부분 (12) 의 전방 부분에 의해 하나의 다웰의 적어도 2개의 다웰 (14) 을 수용하도록 구성되고, 다웰들 (14) 이 조립을 위해 프로펠러 블레이드 (10) 의 장착 방향을 한정하도록 서로 평행하게 배열되는 실시형태가 또한 제시된다. 또한, 각각의 다웰 (14) 은 프로펠러 샤프트 외부 표면 (20) 과 베이스 부분 (12) 의 내부 표면 (120) 을 분리하는 밀봉 (142) 을 제공함으로써 프로펠러 샤프트 (2) 와 베이스 부분 (12) 사이의 애노드/캐소드 결합을 분리하는 다웰 인서트 (141) 를 구비한다. 밀봉 (142) 은 또한 다웰 (14) 을 해수 접촉으로부터 보호한다.

도 3 에서 프로펠러 블레이드 (10) 의 원형 어레이로 배열된, 즉 여기서는 어레이를 형성하는 5개의 프로펠러 블레이드 (도 3 에 도시된 베이스 부분 (12) 만) 로 배열된 BUP (built-up propeller) 타입의 프로펠러 실시형태의 단면도가 제시된다. 베이스 부분 (12) 은, 대체로 원형의 내부 표면 (120) 을 갖고 이 내부 표면에는 인덴트들 (121) 의 위치에서 베이스 부분 (12) 을 통해 배치된 체결 구멍들 (13) 및 평면형 단부 벽을 구비한 다수의 방사상 연장 원통형 인덴트들 (121) 이 배치되고, 원통형 인서트 (131) 는 인덴트 (121) 에 끼워지도록 배치되고 인서트 (131) 의 종축선에 평행한 구멍을 구비하여서, 프로펠러 블레이드들 (10) 이 체결 구멍들 (13) 및 인서트들 (131) 을 통해 체결 볼트들 (3) 에 의해 프로펠러 샤프트 (2) 에 부착될 수 있다. 인서트 (131) 는 원통형 전체 형상을 갖고, 체결 볼트 (3) 를 위한 관통 구멍 및 사용을 위해 조여질 때에 베이스 부분 (12) 내부 표면 (120) 과 프로펠러 샤프트 (2) 사이의 간극 (212) 을 규정하는 인서트 (131) 두께를 규정하는 2개의 평행 평면들 (133, 134) 을 갖는다. 인서트 (131) 는 베이스 부분 (10) 과 프로펠러 샤프트 (2) 사이에서의 체결 볼트 (3) 인장 부하를 견디도록 배치된다. 베이스 부분 (12) 평면형 인덴트 (121) 는 원형 내부 표면 (120) 의 반경방향과 수직이다. 프로펠러 블레이드를 조립할 때, 인서트 (131) 가 샤프트 (2) 의 평면형 인덴트 (22) 에 수용되도록 바람직하게는 부착되도록 끼워지고 이러한 것만으로 추진 블레이드가 이동된다면 가장 용이하다. 또한 바람직하게는, 다웰은 볼트 또는 다른 유사한 수단과 같은 적절한 다월 체결구 (143) 를 사용하여 프로펠러 샤프트 (2) 에 체결된다.

도 3 에 제시된 바와 같이, 인서트 (131) 의 하중 지지 기능 외에 다른 기능을 가질 수도 있다. 인서트 (131) 는 샤프트 (2) 의 표면 (20) 과 베이스 부분 (12) 의 내부 표면 (120) 을 분리하는 밀봉 (132) 을 제공함으로써 프로펠러 샤프트 (2) 와 프로펠러 블레이드의 베이스 부분 (10) 사이의 애노드/캐소드 결합을 분리하도록 배치된다. 또한, 프로펠러 샤프트 (2) 와 프로펠러 블레이드 (10) 사이의 모든 힘을 견디는 인서트 (131) 를 사용함으로써, 프로펠러 샤프트 (2) 는 프로펠러 샤프트 (2) 와 프로펠러 블레이드 (10) 사이의 애노드/캐소드 결합을 분리하기 위한 코팅을 구비할 수도 있다. 베이스 부분 (12) 내부 표면 (120) 과 프로펠러 샤프트 (2) 사이의 간극 (212) 은 샤프트 (2) 에 대한 해수의 접촉을 방지함으로써 프로펠러 샤프트 (2) 와 프로펠러 블레이드 (10) 사이의 애노드/캐소드 결합을 분리하기 위한 코팅을 위한 유용한 공간이다. 실제로, 베이스 부분 (12) 내부 표면 (120) 은 프로펠러 샤프트 (2) 에 대한 갈바닉 연결로부터 격리된다. 해양 환경에서 수년, 적어도 5년, 바람직하게는 15년 또는 수명동안 지속될 보호 코팅에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 요건을 충족시키기 위해 현재 알려진 보호 코팅은 비교적 "소프트" 하다. 인서트가 보호 코팅으로부터 지탱하는 하중과 관련된 임의의 요건을 가져가기 때문에, 솔루션은 그 인서트와 단순한 소프트 보호 코팅의 조합에 의해 제공된다. 여기에 설명된 설계로 인해, 선박 엔진과 프로펠러 블레이드 사이의 하중을 지탱할 수 있는 경질 보호 코팅 (예를 들어, 분무된 폴리우레탄, 에폭시 또는 전기도금) 에 제한되지 않고, 더 긴 보호를 제공하는 더 연질의 내식성 코팅을 사용할 수도 있다. 당연히 이는 프로펠러 블레이드 (10) 재료가 샤프트 (2) 와 동일한 재료가 아니고 이들이 애노드/캐소드 쌍을 형성할 수 있을 때에 더 관련된다. 해수에 있는 해양 선박 프로펠러로, 이는 실질적으로 고귀한 재료 및 상이한 전기전위를 갖는 덜 고귀한 재료를 다루어야 할 것이다. 일반적인 경우에 프로펠러 샤프트는 갈바닉 부식으로부터 보호하기 위해 내식성 코팅에 의해 보호되어야 하는 덜 고귀한 재료이다.

인서트 (131) 의 밀봉 (132) 은 해수와 프로펠러의 연속적 굽힘력 및 진동에 의해 유발되는 응력에 의해 유발되는 잠재적인 응력 부식 피로로부터 볼트 (3), 특히 볼트의 생크와 같은 볼트 (3) 의 응력 부분을 또한 보호한다. 또한, 각각의 다웰 (14) 은 프로펠러 샤프트 외부 표면 (20) 과 베이스 부분 (12) 의 내부 표면 (120) 을 분리하는 밀봉 (142) 을 제공함으로써 프로펠러 샤프트 (2) 와 베이스 부분 (12) 사이의 애노드/캐소드 결합을 분리하는 다웰 인서트 (141) 를 또한 구비한다. 프로펠러 부분과 연결되지 않았거나 그 주변에 있는 샤프트 (2) 후방 부분 및 전방 부분은 링, 플레이트 및 시일이 구비된 캡과 같은 종래의 수단에 의해 보호될 수 있다.

도 3 에서, 또한, 베이스 부분 (12) 이 인서트 (131) 및 다웰 인서트 (141) 를 수용하기 위한 평면형 인덴트 (121)를 포함하고, 프로펠러 블레이드 (10) 가 조임을 위해 일 방향으로부터 그 장착 위치로 들어올 수 있도록 인덴트 (121) 가 경사진 실시형태가 제시된다. 도 3 에 나타난 바와 같이, 체결 볼트는 프로펠러 샤프트의 반경방향이지만, 다웰은 반드시 그렇지는 않으며, 프로펠러 블레이드 (10) 베이스 부분 (12) 이 축방향으로 경사각 (α) 으로 경사질 수 있으므로 다웰은 베이스 부분 (12) 경사각 (α) 에 따른 장착 방향으로 세팅된다.

본 해양 선박 프로펠러는 다음의 절차에 따라 그 위치에 설치될 수 있다. 이는 BUP 타입의 해양 선박 프로펠러의 설치 방법으로서, 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 샤프트 (2) 에 평면형 인덴트들 (22) 을 포함하는 프로펠러 샤프트 (2) 를 제공하는 단계,

- 인서트들 (131) 을 상기 인덴트들 (22) 에 설치하고 예를 들어 부착 나사들 (135) 에 의해 상기 인서트들 (131) 을 상기 샤프트 (2) 에 고정하는 단계,

- 남아 있는 노출된 샤프트 외부 표면 (20) 에 부식 방지 절연부를 형성하는 단계,

- 이 때 하나의 프로펠러 블레이드 (10) 를 제자리에 부착하고 체결 볼트들 (3) 을 조이는 단계.

다웰 (14) 및 다웰 인서트 (141) 는 인서트 (131) 와 동시에 설치되는 것이 바람직하다. 동시에, 다웰 (14) 및 다웰 인서트 (141) 는 또한 나사 (143) 와 같은 체결구에 의해 샤프트 (2) 에 체결된다. 또한, 다웰 인서트 (141) 는 나사와 같은 체결구 (145) 로 체결될 수 있다. 그리고 나서, 보호 절연부를 형성하기 전에 다웰 (14) 및 다웰 인서트 (141) 는 샤프트 (2) 에 또한 설치되고 체결된다. 따라서 절연부는 바람직하게는 프로펠러 블레이드 (10) 를 설치하기 전에 그러나 인서트 및 선택적으로 다웰을 설치한 후에 샤프트 (2) 에 부착된다. 이는 프로펠러 블레이드를 최대한 쉽게 설치할 수 있게 하며 여전히 샤프트 (2) 에 대한 매우 양호한 부식 보호를 가능하게 한다.

본 발명은 가장 바람직한 실시형태로 고려되는 것과 연결하여 예들로써 본원에 설명되지만, 본 발명은 개시된 실시형태들에 제한되지 않고, 첨부된 청구항에서 규정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되는 그 특징들의 다양한 조합들 또는 변경예들 및 몇몇 다른 적용예들을 포함하도록 의된다는 것이 이해되어야 한다. 전술한 임의의 실시형태와 연결하여 언급된 상세들은 그러한 조합이 기술적으로 실행 가능할 때에 또 다른 실시형태와 연결되어 사용될 수 있다.

1 프로펠러
10 프로펠러 블레이드
11 블레이드 부분
110 블레이드 부분의 족부
12 베이스 부분
120 베이스 부분 내부 표면
121 베이스 인덴트
13 체결 구멍
131 인서트
132 인서트 밀봉
133 인서트 평면
134 인서트 평면
135 인서트 부착 나사
14 다웰
141 다웰 인서트
142 다웰 밀봉
143 다웰 체결구
145 다웰 인서트 체결구
2 프로펠러 샤프트
20 프로펠러 샤프트 외부 표면
21 체결 볼트 구멍
22 인서트용 인덴트
212 간극
3 체결 볼트

Claims

사용시에 엔진 회전력을 추진 스러스트로 변환하는 해양 선박 프로펠러 (1) 로서, 상기 프로펠러는 프로펠러 블레이드들 (10) 의 원형 어레이로 배열된 빌트업 프로펠러 (BUP) 타입이고, 프로펠러 블레이드 (10) 는 블레이드 부분 (11) 과 베이스 부분 (12) 을 포함하는 단일 피스이고, 상기 베이스 부분 (12) 은 대체로 원형의 내부 표면 (120) 을 갖고 이 내부 표면에는 인덴트들 (121) 의 위치에서 상기 베이스 부분 (12) 을 통해 배치된 체결 구멍들 (13) 및 평면형 단부 벽을 구비한 다수의 방사상 연장 원통형 인덴트들 (121) 이 배치되고, 원통형 인서트 (131) 는 인덴트 (121) 에 끼워지도록 배치되고 상기 인서트 (131) 의 종축선에 평행한 구멍을 구비하여서, 상기 프로펠러 블레이드들 (10) 이 상기 체결 구멍들 (13) 및 인서트들 (131) 을 통해 체결 볼트들 (3) 에 의해 프로펠러 샤프트 (2) 에 부착될 수 있는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항에 있어서,
상기 인서트들 (131) 은 상기 베이스 부분 (10) 과 상기 프로펠러 샤프트 (2) 사이에서 체결 볼트 (3) 인장 하중을 견디도록 배치되는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 인서트 (131) 는 원통형 전체 형상을 갖고, 체결 볼트 (3) 를 위한 관통 구멍 및 사용을 위해 조여질 때에 베이스 부분 (12) 내부 표면 (120) 과 상기 프로펠러 샤프트 (2) 사이의 간극 (212) 을 규정하는 인서트 (131) 두께를 규정하는 2개의 평행 평면들 (133, 134) 을 갖는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
베이스 부분 (12) 평면형 인덴트 (121) 는 상기 원형의 내부 표면 (120) 의 반경 방향에 수직인 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인서트 (131) 는 샤프트 (2) 의 평면형 인덴트 (22) 에 수용되도록 끼워지고 바람직하게는 부착되는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인서트 (131) 는 상기 프로펠러 샤프트 (2) 의 표면들 (20) 과 상기 베이스 부분 (12) 의 내부 표면 (120) 을 분리하는 밀봉을 제공함으로써 프로펠러 블레이드 (10) 의 상기 베이스 부분 (12) 과 상기 프로펠러 샤프트 (2) 사이의 애노드/캐소드 커플링을 분리하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
베이스 부분 (12) 내부 표면 (120) 은 상기 프로펠러 샤프트 (2) 에 대한 갈바닉 연결로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
프로펠러 블레이드 (10) 베이스 부분 (12) 은 상기 프로펠러 샤프트 (2) 의 축방향으로 경사각 (α) 으로 경사져서, 상기 프로펠러 샤프트 (2) 의 축방향에 대해 피치각 (β) 으로 구성된 블레이드 부분 (110) 의 족부 (foot) 가 상기 베이스부 (12) 의 외부 표면에 끼워지는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 프로펠러 블레이드 (10) 는 적어도 2개의 다웰들 (dowels: 14), 즉 상기 베이스 부분 (12) 의 후방 부분에 의해 하나의 다웰을 그리고 상기 베이스 부분 (12) 의 전방 부분에 의해 하나의 다웰을 수용하도록 구성되고, 상기 다웰들 (14) 은 조립을 위해 상기 프로펠러 블레이드 (10) 의 장착 방향을 규정하도록 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 9 항에 있어서,
각 다웰 (14) 은 프로펠러 샤프트 외부 표면 (20) 과 상기 베이스 부분 (12) 의 내부 표면 (120) 을 분리하는 밀봉 (142) 을 제공함으로써 상기 프로펠러 샤프트 (2) 와 상기 베이스 부분 (12) 사이의 애노드/캐소드 커플링을 분리하는 다웰 인서트 (141) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 7 항에 있어서,
상기 프로펠러 샤프트 (2) 는 프로펠러 샤프트 외부 표면 (20) 과 상기 베이스 부분 (12) 의 내부 표면 (120) 을 분리하는 밀봉을 제공함으로써 상기 프로펠러 샤프트 (2) 와 상기 프로펠러 블레이드 (10) 사이의 애노드/캐소드 커플링을 분리하는 전기 절연 코팅을 구비하는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 (1).
제 1 항의 프로펠러용의 해양 선박 프로펠러 블레이드 (10) 로서,
상기 베이스 부분 (12) 은 상기 인서트들 (131) 및 다웰 인서트들 (141) 을 수용하는 평면형 인덴트들 (121) 을 포함하고, 상기 인덴트들 (121) 은 상기 프로펠러 블레이드 (10) 가 조임을 위해 일 방향으로부터 그의 장착 위치로 이동될 수 있도록 베벨링되어 있는 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 블레이드 (10).
제 1 항의 프로펠러 (1) 용의 해양 선박 프로펠러 블레이드 (10) 로서,
프로펠러 블레이드 (10) 베이스 부분 (12) 은 축방향으로 경사각 (α) 으로 경사진 것을 특징으로 하는 해양 선박 프로펠러 블레이드 (10).
제 1 항의 해양 선박 프로펠러의 설치 방법으로서, 다음의 단계들
- 샤프트 (2) 에 평면형 인덴트들 (22) 을 포함하는 프로펠러 샤프트 (2) 를 제공하는 단계,
- 인서트들 (131) 을 상기 인덴트들 (22) 에 설치하고 예를 들어 부착 나사들 (135) 에 의해 상기 인서트들 (131) 을 상기 샤프트 (2) 에 고정하는 단계,
- 남아 있는 노출된 샤프트 외부 표면 (20) 에 부식 방지 절연부를 형성하는 단계,
- 이 때 하나의 프로펠러 블레이드를 제자리에 부착하고 체결 볼트들 (3) 을 조이는 단계
를 포함하는 해양 선박 프로펠러의 설치 방법.
제 14 항에 있어서,
다웰들 (14) 및 다웰 인서트들 (141) 은 보호 절연의 형성 전에 샤프트 (2) 에 설치되어 체결되는, 해양 선박 프로펠러의 설치 방법.