KR900004060B1 - 2중 반전프로펠러용 선미 관베어링 - Google Patents

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KR900004060B1 KR1019860009164A KR860009164A KR900004060B1 KR 900004060 B1 KR900004060 B1 KR 900004060B1 KR 1019860009164 A KR1019860009164 A KR 1019860009164A KR 860009164 A KR860009164 A KR 860009164A KR 900004060 B1 KR900004060 B1 KR 900004060B1
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스스무 다니구찌
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마사도시 고오다
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미쯔비시주우고오교오 가부시기가이샤
아까즈 마사아끼
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Abstract

내용 없음.

Description

2중 반전프로펠러용 선미 관베어링
제 1 도∼제 13 도는 본 발명의 2중반전프로펠러용 선미 관베어링에 있어서의 실시예를 나타내는 도면으로,
제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 선미 관베어링의 단면도.
제 2 도 (a)는 제 1 도의 작용을 설명하는 원리도.
제 2 도 (b)는 제 2 도 (a)에 의한 정압분포도.
제 3 도는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 선미 관베어링의 단면도.
제 4 도는 제 1 도 및 제 2 도의 내부축 측면도.
제 5 도는 제 4 도의 효과를 표시한 설명도.
제 6 도는 본 발명의 제 3 의 실시예를 도시한 2중반전프로펠러용 선미 관베어링의 종단면도.
제 7 도는 제 6 도의 부분확대도.
제 8 도는 제 7 도의 화살표시 Ⅲ-Ⅲ로 표시한 내부축의 부분단면도.
제 9 도∼제 12 도는 동 내부축베어링의 여러가지의 실시예를 도시한 단면도.
제 13 도는 오리피스의 설치깊이가 베어링메탈의 마모깊이에 미치는 영향을 표시한 실험결과도.
제 14 도∼제 18 도는 종래의 2중반전프로펠러용 선미베어링의 예이며,
제 14 도는 선미베어링부의 측면도.
제 15 도는 2중반전베어링의 단면도.
제 16 도 및 제 17 도는 제 15 도의 2중반전베어링의 하나의 종래예와는 다른 종래예를 도시한 단면도.
제 18 도는 내부축과 외부축베어링의 프로펠러의 한쪽편 지지때문에 한쪽에만 닿는 상태를 도시한 선미베어링부의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 내부축 4 : 외부축
5 : 외부축베어링 19 : 동심구멍
20 : 방사형상구멍 31 : 내부축
32 : 외부축 33 : 뒤쪽프로펠러
34 : 앞쪽프로펠러 35, 36, 37, 38 : 시일장치
39 : 중공축 40 : 외부축조인트
41 : 선수쪽내부축베어링 42 : 선수쪽외부축베어링
43 : 선미쪽외부축베어링 44 : 선미쪽내부축베어링
45 : 로우프가아드 46 : 선체
47 : 후부격벽 48 : 도유구멍
49 : 급유(給油)구멍 50 : 배유(排油)구멍
51 : 윤활유출구관 41-2, 배유구멍
60 : 유체드로틀요소(오리피스) 44-1 : 선미쪽내부축베어링의 베어링메탈
44-2∼44-5 : 배유구멍
본 발명은 대형선박의 서로 반대로 회전하는 내, 외부축으로 구동되는 2중 반전프로펠러용 선미 관베어링에 관한 것이다.
제 14 도 ∼ 제 18 도는, 종래의 2중반전프로펠러 선미 관베어링의 예이며, 제 14 도는, 선미베어링부의 측면도, 제 15 도는, 2중반전베어링의 단면도, 제 16 도 및 제 17 도는, 제 15 도에 도시한 2중반전베어링의 하나의 종래예와는 다른 종래예를 도시한 단면도, 제 18 도는, 내부축과 외부축베어링의 프로펠러의 한쪽편지지때문에 한쪽만 닿는 상태를 도시한 선미베어링의 측면도를 표시한다. 제 14 도를 참조하여 종래예를 설명한다.
종래의 2중반전프로펠러를 가진 선박은, 도시하지 않는 원동기(디이젤엔진, 증기터어빈, 가스터어빈등)로 반전장치를 개재해서, 선단부에 뒤쪽프로펠러(01)를 가진 내부축(02)과, 선단부에 앞쪽프로펠러(03)를 가진외부축(04)을 역회전시키는 선박의 추진방법으로서 주지된 것이다. 이 추진축을 원활하게 구동시키기 위하여, 일반적으로, 외부축(04)과 선체(05)간에 선수쪽베어링(06)과 선미쪽베어링(07)을 배설하고, 내부축(02)과 외부축(04)간에도 반전선수쪽베어링(08)과 반전선미쪽베어링(09)을 배설한다. 또, 선미부의 내, 외부축간및 외부축, 선체간에는, 선미축시일(010)(011)을 착설한다.
외부축(04)과 선체(05)간의 베어링은 통상적인 베어링으로 특별히 기술적 곤란같은 것은 없으나, 내부축(02)과 외부축(04)간은 서로 역회전하기 때문에 베어링을 성립시키는 기술적인 어려움이 있다. 그 이유를 다음에 표시한다.
제 15 도는 반전하는 모양을 축방향에서 본 개략도를 표시한 것이다. 외부축(04)과 베어링(05)사이는 선체가 정지하고 있기 때문에, 통상적인 유체윤활미끄럼베어링을 형성할 수 있으나, 내부축(02)과 외부축(04)사이는 화살표시로 표시한 회전방향으로 역회전하기 때문에, 유체윤활이 곤란해지며, 대략 등속으로 역회전하면, 유체윤활(축을 유막으로 분리)할 수 없게 된다.
이에 대처하기 위하여, 종래에는 제 16 도 및 제 17 도에 도시한 바와같은 베어링이 제안되었다. 제 16 도는 내부축(02)과 외부축(04)의 사이에 부동(浮動) 부시(012)를 배설하고, 부동부시(012)를 대략 정지시키므로서 내부축과 부동산부시간, 부동부시와 외부축간에 유체윤활유막을 형성시키는 방식이다. 또 제 17 도는 테이퍼랜드부를 내부면에 가진 외부축(013)을 도시한 것으로서, A부가 테이퍼부이고, B부가 내부축표면과 평행의 랜드부, C부는 전시스템이 역전(astern) 하는 경우의 동압발생부테이퍼부이다.
그러나 종래의 베어링은, 유체윤활유막(동압)이 용이하게 발생하나 선박의 운항상의 특징인 저속에서의 운전으로 유막이 얇아져서, 베어링면에서 금속접촉하거나, 또 제 18 도에 도시한 바와같이 프로펠러의 한쪽편지지에 의해 베어링(09)후단부가 한쪽만 닿아서 베어링이 타붙는다고 하는 결점을 가지고 있었다. 또 하중을 지탱하기 위한 고압유의 발생, 공급을 외부유압원에 의존하고 있으므로, 정전등에 의한 만일의 유압원상실시에 윤활을 성립시키는 메카니즘은 없고, 내, 외부축접동면끼리의 금속접촉이 일어나는 위험성이 있었다.
이 내, 외부축접동면끼리의 금속접촉을 방지하는 대응책으로서, 내부축의 급유구멍에 대응하는 외부축의 내주면에 베어링메탈의 부시를 압입하는 것을 생각할 수 있다. 이것만으로는 내부축의 급유구멍으로부터 분출된 고압유가 연질의 베어링메탈에 충돌하게 되어, 고압유에 함유된 고체입자등 때문에 베어링메탈의 침식을 일으키는 일이 염려되게 된다. 특히 2중반전프로펠러용 선미 관베어링의 경우 내부축이 회전하므로서 상기 급유구멍에 대응하는 베어링메탈 내주면은 전체둘레에 걸쳐서 상기 분류의 충돌을 받기 때문에, 침식의 진행이 촉진되는 요인을 내포하고 있다.
본 발명은 상기 결점을 해소하기 위한 것이며, 프로펠러의 대형화, 추진효율의 향상의 면에서, 보다 저속에서 운전가능하며, 또, 프로펠러는 한쪽편만의 지지에 의한 베어링후단부의 한쪽만의 당접에 대하여 타붙지않는 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또 그 내주면에 베어링메탈을 배설한 내부축베어링을 외부축내주면쪽에 고정착설하여 만일의 경우에도 내, 외부축접동면끼리의 금속접촉을 회피하고, 내부축베어링의 외부축과 접촉하는 외주면 및/또는 외부축의 내주면에 축방향으로 내부축베어링의 양단을 연통하는 복수개의 배유구멍을 형성하여 윤활후의 배유통로를 충분히 확보하고 또 급유구멍에 형성하는 오리피스등의 유체드로틀요소를 1/d〉25가 되는 위치에 배설하여 베어링메탈의 침식발생을 방지한 선박용 2중반전프로펠러축의 베어링을 제공하는 것을 목적으로한다.
이 때문에, 본 발명의 2중반전프로펠러용 선미 관베어링은, 뒤쪽프로펠러를 가진 내부축과 앞쪽프로펠러를 가진 외부축을 반전시키는 2중반전프로펠러용 선미 관베어링에 있어서, 상기 내부축의 축심을 중공으로하는 동시에, 내부축외주면에 직각으로 방사형상으로 관통하는 복수개의 급유구멍을 형성하고, 또 상기 급유구멍을 내부축길이방향으로 복수열 배설하며, 또 급유구멍개공위치에 대응하는 외부축의 내주면에 고정착설되고 그 내주면쪽에 베어링메탈을 배설한 내부축베어링이 그 내부축베어링외주면쪽 또는 외부축의 내주면쪽에 형성된 배유구멍을 구비함과 동시에 급유량조정용의 오리피스 또는 이것과 동일한 기능을 가진 유체드로틀요소가 급유구멍의 1/d〉25가 되는 위치, 단, 1는 유체드로틀요소의 설치위치로부터 내부축외주면까지의 거리 d는 유체드로틀요소에 형성된 유로의 직경에 배설된 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 급유구멍의 유막두께를 h, 급유구멍의 출구압력을 Po, 내부축중공부유압을 Ps로 하면, 베어링에의 유출유량 Q은 Q h3Po로 표시되며, 또 급유구멍을 통과하는 유량 Q(베어링으로부터의 유출유량과 같다)은 Q Ps-Po로 표시된다.
이들 관계로부터, h가 크면 Po는 작아진다. 또 반대로 h가 작으면 Po는 커진다. 따라서, 급유구멍에서의 베어링부길이방향 정압분포를 결정하므로서, 내부축의 자중을 들어올릴려고 하는 정압력 즉 부하능력을 보유가능하게 된다. 그리하여 베어링윤활을 완수한 후에, 윤활유는 내부축베어링외주면 및/또는 외부축내주면에 형성한 배유구멍을 통해서 원활하게 배유된다. 만일의 내, 외부축접동면의 금속접촉시에도, 베어링메탈이 궤멸적인 손상에의 진전을 방지함과 동시에 내부축의 방사형성 급유구멍에서의 오리피스등의 설치깊이를 필요치이상으로 하였으므로, 고압윤활유의 분사류에 의한 베어링메탈의 침식발생이 없어진다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
제 1 도∼제 5 도는, 본 발명의 2중반전프로펠러용 선미 관베어링에 있어서의 실시예이며, 제 1 도는, 본 발명의 제 1실시예를 도시한 선미 관베어링의 단면도, 제 2 도(a)는, 제 1 도의 작용을 설명하는 원리도, 제 2 도(b)는, 제 2 도(a)에 의한 정압분포도, 제 3 도는, 본 발명의 제 2실시예를 도시한 선미 관베어링의 단면도, 제 4 도는, 제 1 도 및 제 2 도의 내부축측면도, 제 5 도는, 제 4 도의 효과를 도시한 설명도이다.
제 1 도에 있어서, 외부축(4)과 외부축베어링(5)은 종래의 것 그대로이나, 내부축(2)에는 도시하지 않는 유압원으로터 유압을 인도하는 내부축외경과 동심인 구멍(19)이 형성되어 방사상으로 3개이상 형성된 방사형상구멍(20)에 연통해 있다. 방사형상의 구멍(20)의 외주부에는, 오리피스드로틀의 기능(Orificethrottling functi on)을 가진 작은구멍이 나사(25)를 죄어넣으며, 이나사(25)의 외주부는 내부축 외주와 같은 원주가되도록 착설되어 있다. 제 3 도에 있어서, 외부축(4)과 외부축베어링(5)은 제 1실시예와 마찬가지이다. 내부축(2)의 유압동심구멍(19)과 연통하는 3개이상의 방사형상구멍(20)으로서, 모세관드로틀기능 capillary throttling function) 을 가진 구멍을 설치한 방식이다.
상기 제 1 및 제 2 실시예의 원리에 대하여 제 2 도 (a) 및 (b)에 의거하여 설명한다. 제 2 도(a)에서 지금, 다수개의 내부축정압구멍중 유막두께가 h인 방사형상구멍(20)의 주변부(23)를 1개 생각한다. 방사형상구멍20 의 출구압력을 Po, 동심구멍(19)의 공급압을 Ps라 하면, 베어링에의 유출유량 Q은 일반식으로 표시된다.
Q∝h3Po
또 오리피스를 통과하는 유량 Q(베어링으로부터의 유출유량과 같다)은 다음식으로 표시한다.
Figure kpo00001
이들 관계에서, h가 크면 Po는 작아진다. 또 반대로 h가 작아지면 Po는 커진다. 그러므로 방사형상구멍(20)이 다수있는 경우의 내부축주위의 정압분포는, 제 2 도(b)와 같이, 축심부위에 균일하게 되지 않는다. 따라서, 내부축의 자중(21)을 들어올릴려고 하는 정압력 즉 부하능력을 가지게 되는 것이다.
또한 본 발명 제 2 실시예인 모세관드로틀의 경우도 오리피스와 마찬가지의 내용이 된다.
도면중 h1및 h2는, 유막의 최소 및 최대두께를 표시한다.
제 4 도는 제 1 도 및 제 3 도의 측면상태를 도시하고 있으며, 방사형상 구멍(20)이 내부축(20) 길이방향으로 부등간격으로 배설되어 있으며, 선미부분의 간격을 작게하고 있다. 또, 구멍의 배치는 축수부인 베어링폭 길이의 범위내로 하고 있다. 그 작용효과를 제 5 도에 도시하면, 정압구멍을 등간격으로 배치하면 후단부가 최소유막부로 되어, 앞쪽부분은 큰 틈이 되고, 앞쪽부분의 정압구멍으로부터는 쓸데없는 유량이 다량으로 소비된다.
후단부의 한쪽으로만 강하게 당접하는 쪽으로 몰아서 부등간격으로 구멍위치를 설정하면 제 5 도와 같이 후단부쪽의 부상을 크게할 수 있고, 또한 필요유량이, 등간격의 것에 비하여 훨씬 적어도 된다. 그런데, 축의 기울어짐이 적을 경우나 유량소비량이 문제가 되지않는 경우에는, 등간격이라도 좋다.
다음에 제 6 도 ∼ 제 12 도는 본 발명의 제 3의 실시예로서 제 6 도는 선미 관베어링의 종단면도이며, 제 7 도는 제 6 도의 부분확대도, 제 8 도는 제 7 도의 화살표시 Ⅲ-Ⅲ로 표시한 급유구멍위치에서의 내부축부분단면도, 제 9 도∼제 12 도는 외부축의 내주면에 착설된 내부축베어링의 단면도를 도시한다.
제 6 도 내지 제 12 도에 있어서, 도면중 (31)은 내부축, (32)는 외부축, (33)은 뒤쪽프로펠러, (34)는 앞쪽프로펠러, (35)(36)(37)(38)은 시일장치, (39)는 2분할중공축, (40)은 외부축 축조인트, (41)은 선수쪽 내부축베어링, (42)는선수쪽외부축베어링, (43)은 선미쪽외부축베어링, (44)는 선미쪽내부축베어링, (45)는 로우프가아드, (46)은 선체, (47)은 기관실의 후부격벽, (48)은 고압유(a)의 통유용의 도유구멍, (49)는내부축(31)에 방사형상으로 형성된 급유구멍, (50)은 외부축에 형성된 배유구멍, (51)은 윤활유출구관, (44-1)은 선미쪽내부축베어링(44)에 장설된 베어링메탈, (44-2)(44-3)(44-5)는 내부축베어링(44)의 외주면 또는 외부축(32)의 내주면의 적어도 어느한쪽에 형성된 배유구멍을 각각 도시하며 내부축베어링의 양단부를 연통하고 있다.
물론, 선수쪽내부축베어링(41)에도 베어링메탈, 배유구멍이 마찬가지로 형성되어 있다.
내부축(3l)은 도시생략한 추진용원동기에 연결되어 있으며, 뒤쪽프로펠러(33)를 구동한다. 또 외부축(32)은 도시생략한 반전장치 또는 제 2의 추진용원동기에 의해 내부축(31)과 역방향으로 회전하여, 앞쪽프로펠러(34)를 구동하고 있다.
또, 내, 외부축베어링(41) (42) (43) (44)과 윤활하는 윤활유는, 뒤쪽 프로펠러(33)를 구동하는 내부축(31)의 축심에 축방향으로 연설된 도유구멍(48)에, 도시생략의 유압원으로부터 고압유가 도입되며, 상기 도유구멍(48)으로부터 내부축(31)에 방사형상으로 복수개 형성된 급유구멍(49)을 통해서 내부축베어링(41)(44)에 급유하고, 윤활후의 배유는 직접 또는 내부축베어링(41)(44)의 외주부에 형성된 배유구멍(41-2)(44-2)을 통해서, 외부축(32)에 뚫린 배유구멍(50)을 통과하여 외부축베어링(42)(43)을 윤활한 후 윤활유출구관(51)으로부터 유압원으로 되돌아간다.
또한 배유구멍의 설치예로서 제 9 도 ∼ 제 12 도에 도시하고 있으나, 제 12 도에 도시한 바와같이 내부축베어링(41)∼(44)의 내부를 관통시키도록 해서 형성해도 된다.
급유구멍(49)에는 내부축베어링(41)(44)에의 급유량을 조정하기 위하여, 오리피스 또는 이것과 동일한 기능을 가진 유체드로틀요소(이하 간단하게 오리피스라 함)가 제 8 도에 도시한 바와 같이 설정되어 있으나 이 오리피스의 설정깊이의 필요치에 대해서 설명한다.
이 오리피스의 설정깊이는, 오리피스(60)로부터의 분출되는 윤활유에 의한 내부축베어령(41)(44)의 내주면에 장설된 베어링메탈(41-1)등의 충돌침식테스트의 결과에 의거해서 얻어진 것이다.
제 13 도에 도시한 바와같이 오리피스(60)의 설치깊이와 직경의 비 d/l가 작으면 청정유의 경우라도 침식에의한 마모는 피할 수 없다. 또한 l, d에 대하여는 제 8 도를 참조한다. 또 윤활유에 고형입자가 혼입하였을 경우에는 제 13 도에 도시한 바와같이 마모량은 급격히 커진다.
그런데 l/d를 크게하면 마모량은 크게 감소하며, l/d〉25의 영역에서는 어느 경우라도 마모량은 거의 영으로 된다.
이와같이 본 발명에서 제안한 바와같은 급유구멍(49)의 위치에 오리피스(60)를 설정하면 윤활유속의 고형입자의 혼입량의 다소에 관계없이, 내부축베어링(41)(44)의 내주면에 베어링메탈을 장설해도 베어링메탈에 발생하는 침식의 피해를 막을 수 있다.
제 6 도와 제 7 도를 참조하여 윤활유의 흐름을 설명한다.
도시하지 않았으나 외부에 설치된 유압펌프로부터 압축된 고압유는 시일을 개재하여 회전하는 내부축(31)에 형성된 급유용 도유구멍(48)속으로 공급된다. 이렇게 공급된 고압유는 다수개의 급유구멍(49)에 형성된 오리피스(60)속을 통하여 내부축베어링 틈새로 분출된다.
베어링 틈새속으로 분출된 기름은 베어링의 축방향 양쪽으로 배출된다. 화살표로 도시한 바와같이 배유된 기름의 압력은 배유구멍(50)(51)의 헤드압에 상당하는 저압으로 된다.
베어링의 축방향 양쪽에 배출된 기름중 시일(35), (38)쪽으로 배출된 기름은 베어링의 배면 또는 내부에 형성된 배유구멍(44-2)(44-3), (44-5)을 통하여 내부축(31)과 외부축(32)으로 이루어진 틈새속으로 흘러들어온다. 이 틈새속으로 흘러들어온 기름은 외부축(32)에 반경방향으로 형성된 배유구멍(50)을 통하여 선체(46)와 외부축(32)으로 이루어지는 틈새내로 흘러들어간다.
이렇게 흘러들어간 기름의 일부는 외부축베어링(42)(43)의 틈새내로 들어가 외부축베어링을 윤활한 후 되들아온다. 윤활유는 최종적으로 윤활유 유출관(51)으로부터 외부로 유출하여 도시하지 않는 배유파이프를타고 을라가 윤활유 탱크로 되돌아간다.
윤활유는 이상과 같은 순환경로를 따라서 순환하여 베어링의 윤활과 발열을 회수하는 기능을 달성하게 된다.
이상, 기술한 바와같이, 본 발명의 2중반전프로펠러용 선미 관베어링을 적용하므로서,
1) 프로펠러의 대형화, 추진효율의 향상의 면에서 저속운전이 가능해진다.
2) 프로펠러의 한쪽편지지에 의한 베어링후단부의 한쪽만 당접하는 데 기인하는 베어링의 타붙는 일이 없다.
3) 배유성, 내, 외부축 접촉시의 신뢰성, 내부축베어링의 베어링메달의 내침식성에의 문제점을 해결한 2중반전프로펠러용 선미 관베어링에 적용되는 정압식내부축베어링의 신뢰성을 높일 수 있다.
4) 또 정압식내부축베어링의 채용에 의해 동압식 내부축베어링에서 요구되는 것 보다 내부축직경을 소경화할 수 있고, 배치면에서도 경제면에서도 매우 유리해진다.

Claims (2)

  1. 뒤쪽프로펠러를 가진 내부축과 앞쪽프로펠러를 가진 외부축을 반전시키는 2중반전프로펠러용 선미 관베어링에 있어서, 상기 내부축의 축심을 중공으로함과 동시에, 내부축 외주면에 직각으로 방사형상으로 관통하는 복수개의 급유구멍을 형성하고, 또, 상기 급유구멍을 내부축 길이방향으로 복수열 배설한 것을 특징으로 하는 2중반전프로펠러용 선미관베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 2중반전프로펠러용 선미 관베어링에 있어서, 급유구멍 개구위치에 대응하는 외부축의 내주면에 고정착설되고 그 내주면쪽에 베어링메탈을 배설한 내부축베어링이 그 내부축베어링 외주면쪽 또는 외부쪽의 내주면쪽에 형성된 배유구멍을 구비함과 동시에, 급유량조정용의 오리피스 또는 이것과 동일기능을 가진 유체드로틀요소가 상기 급유구멍의 l/d〉25가 되는 위치, 단 l는 유체드로틀요소의 설정위치로터 내부축외주면까지의 거리 d는 유체드로틀요소에 형성된 유로의 직경에 배설된 것을 특징으로 하는2중 반전프로펠러용 선미관베어링.
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