KR20230097564A - 선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 추진력을 발생시키기 위한 선박용 추진장치에 관한 것으로, 선체의 선미에 결합되어 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트부; 및 상기 샤프트부로부터 상기 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전 가능하게 마련되는 프로펠러부를 포함하고, 상기 프로펠러부는 상기 샤프트부의 길이방향을 기준으로 하향 경사지게 형성된다.

Description

선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박{PROPULSION APPARATUS FOR SHIP AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 선박용 추진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러를 경사지게 설치하여 프로펠러의 직경을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 프로펠러의 전방에서 유입되는 유체 흐름을 개선하여 캐비테이션으로 인한 저항을 줄여줌으로써, 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 선체의 후미에 결합된 프로펠러(Propeller)가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하며, 프로펠러를 회전시켜 일정 속도를 갖기 위하여 엔진을 구동하게 된다.

즉, 선박용 추진장치는, 프로펠러를 회전시켜 그 주변의 해수를 밀어내면서 발생하는 추진력을 이용하는 것으로, 프로펠러는 선박의 선미부에 설치된 엔진 또는 모터 등의 장비에 직결된 구동축에 결합되어 회전된다.

도 1은 종래기술에 따른 선박에서 추진장치가 설치되는 선미의 측면모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 선박용 추진장치(10)는, 선체(H0) 내부에 구비된 엔진, 또는 모터 등의 구동장비(미도시)에 직결된 샤프트(즉, 프로펠러 축)(11)와 결합되는 허브(13)와, 이 허브(13)의 외주면에 방사형으로 고정되는 복수의 날개(Blade)(15)로 구성된다.

한편, 이러한 선박용 추진장치에 대직경의 프로펠러 디자인을 적용하는 경우 선박의 추진효율을 극대화시킬 수 있으나, 통상 선박의 흘수와 선체(H)의 바닥면 사이의 거리, 다시 말해 선체(H)의 기선(Base line)(BL)으로부터 흘수선(WL) 까지의 높이의 제약이 따르게 된다.

다시 말해, 선박이 운항되는 해역의 수위가 얕거나 해역 내 암초 등의 장애물이 존재하는 경우를 고려할 때, 프로펠러의 직경(D0)을 단순히 증가시켜 프로펠러의 날개(15)가 선체(H)의 기선(BL)보다 아래에 위치하게 되면, 날개(15)가 해역 내 저면이나 장애물에 부딪혀 손상될 가능성이 있으므로, 프로펠러의 직경(D0)을 증가시키는데 한계가 존재한다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

대한민국 등록특허공보 제10-1403618호 “선박용 추진 시스템”

본 발명은 프로펠러를 경사지게 설치하여 프로펠러의 직경을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 프로펠러로 유입되는 유체 흐름을 개선하여 캐비테이션으로 인한 침식손상(Erosion) 가능성을 줄여줌으로써, 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선박용 추진장치 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 추진력을 발생시키기 위한 추진장치로서, 선체의 선미에 결합되어 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트부; 및 상기 샤프트부로부터 상기 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전 가능하게 마련되는 프로펠러부를 포함하고, 상기 프로펠러부는 상기 샤프트부의 길이방향을 기준으로 하향 경사지게 형성되는 선박용 추진장치가 제공될 수 있다.

상기 샤프트부는, 상기 선체의 선미에 삽입되고 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트 본체; 및 상기 샤프트 본체의 타단부에 형성되어 상기 엔진의 회전 동력을 상기 프로펠러부에 전달하기 위한 동력전달부를 포함할 수 있다

또한, 상기 프로펠러부는 상기 동력전달부에 기어 결합될 수 있다.

또한, 상기 프로펠러부는, 외주면에 방사상으로 복수개의 날개가 고정되는 허브본체; 및 상기 허브본체의 전방으로 돌출 형성되며 상기 동력전달부와 기어 결합되는 경사축부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수개의 날개는 각각 상기 선체의 기선과 상기 선박의 흘수선 사이에 위치할 수 있다.

또한, 상기 프로펠러부의 회전 중심으로부터 상기 날개의 끝단까지의 거리는 상기 선체의 기선으로부터 상기 샤프트부의 회전축 중심까지의 거리보다 길게 형성될 수 있다.

또한, 상기 프로펠러부는 상기 경사축부의 말단에 형성되는 콘 모양의 베벨기어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 동력전달부는 상기 베벨기어가 내주면에 밀착되어 기어물림되는 내접기어를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선수와 선미를 갖는 선체; 상기 선미에 결합되어 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트부; 및 상기 샤프트부로부터 상기 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전 가능하게 마련되는 프로펠러부를 포함하고, 상기 프로펠러부는 상기 샤프트부의 길이방향을 기준으로 하향 경사지게 형성되는 선박이 제공될 수 있다.

본 발명은, 샤프트부의 길이방향을 기준으로 프로펠러부를 선미측으로 하향 경사지게 형성함으로써, 프로펠러부의 직경을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 프로펠러부의 전방에서 유입되는 유체 흐름을 개선하여 캐비테이션으로 인한 침식손상(Erosion) 가능성을 줄여줌으로써, 선박의 추진효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 선박에서 추진장치가 설치되는 선미의 측면모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예의 추진장치를 종래기술과 비교 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 실시예의 추진장치를 종래기술과 비교 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어서, ‘전방’,‘선수측’ 및 ‘선수방향’은 도면의 우측방향을 의미하고, ‘후방’, ‘선미측’ 및 ‘선미방향’은 도면의 좌측 방향을 의미한다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 선박용 추진장치는(100)는, 선박의 추진력을 발생시키기 위한 것으로, 선체(H)의 선미에 결합되어 일단부가 선체(H) 내부의 엔진(미도시)과 연결되는 샤프트부(110)와, 샤프트부(110)로부터 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전 가능하게 마련되는 프로펠러부(130)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 샤프트부(110)는 선체(H)의 길이방향에 수평되게 유지되어 엔진과의 연결성을 유지하되, 프로펠러부(130)는, 샤프트부(110)의 길이방향 기준, 선미방향으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실싱예에 따른 선박용 추진장치(100)는, 프로펠러부(110)가 선미방향으로 하향 경사지게 형성됨으로써, 프로펠러부(110)의 직경(D)을 종래의 프로펠러 직경(D0)(도 3 참조)보다 증가시킬 수 있으며, 그에 따른 추진력이 향상되는 효과를 가질 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)에서 샤프트부(110)와 프로펠러부(130)의 구체적인 구성에 대해 설명하도록 한다.

샤프트부(110)는, 선체(H)의 선미에 형성된 스턴보스(미부호)에 삽입되어 일단부가 선체(H) 내부의 엔진과 연결되는 샤프트 본체(111)와, 샤프트 본체(111)의 타단부에 형성되어 엔진의 회전 동력을 프로펠러부(130)에 전달하기 위한 동력전달부(113)를 포함할 수 있다.

여기에서, 프로펠러부(130)는 동력전달부(113)에 기어 결합될 수 있다.

프로펠러부(130)는, 외주면에 방사상으로 복수개의 날개(131a)가 고정 설치되는 허브본체(131)와, 허브본체(131)의 전방(선수측)으로 돌출 형성되며 샤프트부(110)의 동력전달부(113)와 기어 결합되는 경사축부(133)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 허브본체(131)는, 외주면에 방사상으로 복수개의 날개가(131a)가 고정 설치되는 것으로, 샤프트부(111)의 길이방향을 기준으로 소정각도 기울어지게 형성될 수 있는데, 선수측에서 선미측으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 형성되어 그 측면모습이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.

또한, 샤프트부(111)가 결합되는 선미의 스턴보스(미부호)는, 허브본체(131)가 기울어지게 형성되는 것에 대응하여 선미측 단부면이 샤프트부(111)의 길이방향을 기준으로 동일한 각도로 기울어지게 형성될 수 있다.

여기에서, 복수개의 날개(131a)는 각각 선체(H)의 기선(BL)과 선박의 흘수선(WL) 사이에 위치되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는, 샤프트부(110)의 길이방향 기준으로 프로펠러부(130)가 하향 경사지게 형성됨으로써, 프로펠러부(130)의 직경을 증가시키더라도, 종래기술과 동일 내지 유사하게, 프로펠러부(130)의 날개(131a)가 선체(H)의 기선(BL)과 선박의 흘수선(WL) 사이에 위치되는 효과를 가질 수 있다(도 3 참조).

또한, 본 실시예의 추진장치(100)는, 샤프트부(110)를 종래기술에서 샤프트(11)의 위치(도 1 및 도 3의 도면부호 ‘P0’ 참조)보다 상향 위치(도 3의 도면부호 ‘P’ 참조)시켜 프로펠러부(130)의 직경을 보다 증가시킬 수 있다.

본 실시예에서, 프로펠러부(130)의 회전 중심으로부터 날개(131a)의 끝단까지의 거리는 선체(H)의 기선(BL)으로부터 샤프트부(110)의 회전축 중심(P)까지의 거리보다 길게 형성될 수 있다.

한편, 선박의 추진력을 향상시키기 위하여 프로펠러를 빠른 속도로 회전시키게 되면, 날개 주변에서의 압력 저하로 인해 기포가 발생될 수 있으며, 이러한 프로펠러의 캐비테이션(Cavitation, 공동현상)은 프로펠러 주변의 유체 흐름 분포를 불안정하게 하여 추진효율이 오히려 저하될 수 있다.

구체적으로, 프로펠러의 상류측과 하류측의 압력차에 의해 프로펠러에 진동이 발생되게 되며, 프로펠러의 진동은 샤프트 또는 엔진에 전달되어 추진장치 전체의 성능 저하를 초래할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는, 샤프트부(110)의 길이방향 기준으로 프로펠러부(130)가 하향 경사지게 형성하고, 필요에 따라 샤프트부(110)를 종래보다 상부에 위치시킴으로써, 프로펠러부(130)의 직경(D)을 종래의 프로펠러의 직경(D0) 대비 약 10% 이상 증가시킬 수 있으며, 저회전수 고효율의 추진장치를 구현할 수 있다.

또한, 프로펠러부(130)의 허브본체(131) 기준 상부(프로펠러를 정면에서 바라 보았을때, 12시 방향)에 위치하는 날개(131a)와 선체 사이의 거리(L)가 종래(도 3의 도면부호 ‘L0’ 참조)보다 길게 형성되어, 프로펠러부(130)의 전방에서의 유체 흐름이 균일해질 수 있으며, 그에 따른 캐비테이션 성능이 개선되는 효과를 가질 수 있다.

본 실시예에서, 프로펠러부(130)는 경사축부(133)의 말단에 형성되는 콘 모양(Cone shape)의 베벨기어(135)를 더 포함할 수 있으며, 동력전달부(113)는 베벨기어(135)가 내주면에 밀착되어 기어물림되게 구성될 수 있다.

즉, 본 실시예의 동력전달부(113)는, 베벨기어(135)가 내주면에 밀착되어 기어물림되는 내접기어(미부호)로 마련될 수 있다.

본 실시예의 샤프트부(110)는, 선미 스턴보스를 관통하여 후방(선미측)으로 돌출되는 종래의 샤프트와 달리, 스턴보스 내에 전체가 삽입되게 설치되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 경사축부(133)의 적어도 일부는 선체(H)의 선미, 즉 스턴보스 내부로 삽입되어 경사축부(133)의 말단에 형성된 베벨기어(135)가 선미 스턴보스 내부에서 샤프트부(110)의 동력전달부(113)의 내주면(즉, 내접기어(131a))에 밀착되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는, 베벨기어(135)와 내접기어 간의 기계적 연결부위에 이물질 유입을 미연에 차단하여 프로펠러부(130)로 엔진의 회전 동력이 안정적으로 전달되는 효과를 가질 수 있다.

본 실시예에서, 동력전달부(113)와 경사축부(113) 간의 연결은 베벨기어(135) 및 내접기어를 이용하는 것을 예시로서 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실시예의 베벨기어(135) 및 내접기어와 동일 내지 유사한 기능을 가질 수 있다면 다양한 형태로 공지된 기계 연결구조를 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는, 샤프트부(110)의 길이방향 기준으로 프로펠러부(130)가 하향 경사지게 형성됨으로써, 선체(H)의 기선(BL)과 흘수선 사이에 프로펠러부(130)가 위치되되, 프로펠러부(130)의 직경(D)을 종래의 프로펠러 직경(D0)보다 증가시킬 수 있다.

또한, 프로펠러부(130)의 허브본체(131) 기준 상부에 위치하는 날개(131a)와 선미 사이의 거리(L)가 종래기술에서 날개(15)와 선체(H0) 사이의 거리(L0)보다 멀게 형성되어, 프로펠러부(130)의 전방에서 유입되는 유체 흐름이 균일해질 수 있으며, 그에 따른 캐비테이션 성능이 개선되는 효과를 가질 수 있다.

나아가, 프로펠러부(130)의 날개(131a)가 선체(H)의 길이방향을 기준으로 하향 경사지는 방향으로 유체 흐름을 형성하며 추진력을 발생하게 되는데, 선체(H)의 선미를 들어올리는 힘이 작용함(즉, 선미 흘수가 낮아짐)으로써, 프로펠러부(130)를 구동하는데 소요되는 에너지가 줄어들 수 있으며, 이는 선박의 연료절감 측면에서 유리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치(100)는, 샤프트부(110)의 길이방향을 기준으로 프로펠러부(130)를 선미측으로 하향 경사지게 형성함으로써, 프로펠러부(130)의 직경(D)을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 프로펠러부(130)의 전방에서 유입되는 유체 흐름을 개선하여 캐비테이션으로 인한 저항을 줄여줌으로써, 선박의 추진효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 선박용 추진장치
110: 샤프트부
111: 샤프트 본체
113: 동력전달부
130: 프로펠러부
131: 허브본체
133: 경사축부
135: 베벨기어
H: 선체

Claims (7)

1. 선박의 추진력을 발생시키기 위한 추진장치로서,
   선체의 선미에 결합되어 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트부; 및
   상기 샤프트부로부터 상기 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전 가능하게 마련되는 프로펠러부를 포함하고,
   상기 프로펠러부는 상기 샤프트부의 길이방향을 기준으로 하향 경사지게 형성되는 선박용 추진장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 샤프트부는,
   상기 선체의 선미측에 삽입되고 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트 본체; 및
   상기 샤프트 본체의 타단부에 형성되어 상기 엔진의 회전 동력을 상기 프로펠러부에 전달하기 위한 동력전달부를 포함하고,
   상기 프로펠러부는 상기 동력전달부에 기어 결합되는 선박용 추진장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 프로펠러부는,
   외주면에 방사상으로 복수개의 날개가 고정되는 허브본체; 및
   상기 허브본체의 전방으로 돌출 형성되며 상기 동력전달부와 기어 결합되는 경사축부를 포함하는 선박용 추진장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 복수개의 날개는 각각 상기 선체의 기선과 상기 선박의 흘수선 사이에 위치하는 선박용 추진장치.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 프로펠러부의 회전 중심으로부터 상기 날개의 끝단까지의 거리는 상기 선체의 기선으로부터 상기 샤프트부의 회전축 중심까지의 거리보다 길게 형성되는 선박용 추진장치.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 프로펠러부는 상기 경사축부의 말단에 형성되는 콘 모양의 베벨기어를 더 포함하고,
   상기 동력전달부는 상기 베벨기어가 내주면에 밀착되어 기어물림되는 내접기어를 포함하는 선박용 추진장치.
7. 선수와 선미를 갖는 선체;
   상기 선미에 결합되어 일단부가 상기 선체 내부의 엔진과 연결되는 샤프트부; 및
   상기 샤프트부로부터 상기 엔진의 회전 동력을 전달받아 회전 가능하게 마련되는 프로펠러부를 포함하고,
   상기 프로펠러부는 상기 샤프트부의 길이방향을 기준으로 하향 경사지게 형성되는 선박.

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