KR20170047302A

KR20170047302A - 추진 유닛을 포함하는 선박

Info

Publication number: KR20170047302A
Application number: KR1020177007863A
Authority: KR
Inventors: 스테이나 아세보
Original assignee: 롤스-로이스 마린 에이에스
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-05-04
Also published as: JP2017525613A; HK1221946A1; ES2627849T3; EP2987719B1; EP2987719A1; DK2987719T3; WO2016026962A1; CN106715260A

Abstract

추진 유닛(10)을 포함하는 선박으로서, 상기 추진 유닛은 프로펠러(14)를 가지며, 상기 추진 유닛은 제1 전개된 방향과 제2 후퇴된 방향 사이에서 임의의 방향에 피봇되도록 배치되고, 상기 제1 방향에서 상기 프로펠러는 상기 선박을 이동하기 위한 추진력 방향으로 추진력을 제공하며, 상기 제2 방향에서 피봇축(17)에 대해 피봇되고, 상기 피봇축은, 상기 제2 방향에서, 상기 추진 유닛이 상기 선박의 선체(2)와 실질적으로 동일 평면 상에 있도록 하는 방식으로, 상기 프로펠러 근방에 또는 이에 위치되는 프로펠러 베어링에 근접하며, 상기 추진 유닛에 추진력을 제공하기 위한 에너지는 상기 제1과 상기 제2 방향 사이에서 상기 추진 유닛의 피봇을 가능하게 하는 데 적합한 방식으로 공급된다. 본 문헌은 추가로 이러한 선박의 사용에 관한 것으로, 이는 얕은 바다뿐만 아니라 깊은 바다의 결합된 작동에 특히 적합하다.

Description

추진 유닛을 포함하는 선박{A VESSEL COMPRISING A PROPULSION UNIT}

본 발명은 수상 선박의 선체의 침지부 상에 장착되는 추진 유닛에 관한 것으로, 추진 유닛은 선체에 피봇식으로 장착되는 프로펠러 노즐, 노즐 내부에 회전 가능하게 배치되는 프로펠러, 프로펠러를 구동하기 위한 구동 수단 및 프로펠러 노즐의 방향을 조절하기 위한 전개 메커니즘을 포함한다. 본 발명은 추가로 이러한 추진 유닛을 포함하는 선박에 관한 것이다.

수상 선박은 해양, 해안 및 강 같은 얕은 바다와 깊은 바다 모두에서 자주 운항된다. 선박이 비교적 깊은 바다에서 운항할 때 선박을 이동가능하게 하는 추진력을 제공하기 위해 프로펠러가 가장 자주 사용된다. 프로펠러의 크기는 획득 가능한 추진력에 관련되어 있고, 필요 추진력을 제공하기 위해서 대형 프로펠러가 필요하게 될 것이다. 대형 프로펠러를 사용하는 것은 프로펠러를 선박의 최저점으로 만들면서 프로펠러를 선체의 최하점 아래로 연장되게 할 수 있다. 따라서 프로펠러는, 프로펠러를 충격에 취약하게 하는 선박의 흘수를 결정한다. 이는 선박이 충분한 수심에서 운항될 때 흔하게 발생하는 문제는 아니지만, 선박이 육지에 근접하거나 또는 얕은 바다 영역을 가로질러 운항될 때 선박의 흘수를 최소화할 필요가 발생할 수 있다.

이와 관련해서, US 5,397,255는 접이식 로드 상에 장착되는 프로펠러를 개시하고 있다. 다른 기존의 해결책은 US 4,565,531에 개시된 바와 같이 프로펠러를 폴딩함으로써 프로펠러의 직경을 변화시키는 것을 포함한다.

상술한 해결책은, 특히 프로펠러 직경이 더 큰 추진력을 제공하기 위해서 더 크게 제조될 때 다양한 결점을 겪는다. 접이식 프로펠러는 프로펠러로부터 힘을 흡수하고, 프로펠러가 사용 중에 제자리에 있다는 것을 보장하기 위해서 강한 부착을 필요로 할 것이다. 따라서, 수상 선박을 위한 개선된 추진 유닛이 유리할 것이다.

본 발명의 목적은 추진 유닛의 프로펠러가 선박의 흘수를 감소시키도록 움직이는 것이 가능하도록 하는 수상 선박을 위한 추진 유닛을 제공하는 것이다.

따라서, 상술한 목적 및 여러 다른 목적들은 수상 선박의 선체의 침지부 상에 장착되는 추진 유닛을 제공함으로써 본 발명의 제1 양태에서 얻어지도록 의도되고, 추진 유닛은 선체에 피봇식으로 장착되게 하기 위한 프로펠러 노즐, 노즐 내부에 회전 가능하게 배치되는 프로펠러, 프로펠러를 구동하는 구동 수단 및 프로펠러 노즐 방향을 제어하기 위한 전개 메커니즘을 포함하며, 상기 프로펠러 노즐은 프로펠러가 선박을 이동하기 위한 추진력을 제공하는 데 적합한 실질적으로 수직 위치에 배치되는 전개된 방향과 프로펠러가 선박의 흘수를 감소시키기 위해 경사지거나 또는 실질적으로 수평 위치에 배치되는 후퇴된 방향 사이에서, 프로펠러 노즐과 교차하는 노즐 피봇 축에 대해 피봇한다.

이로써, 개선된 추진 유닛이 제공되고, 특히 비교적 대형 프로펠러 직경이 이용될 수 있으면서 동시에 낮은 수심을 수용하는, 보다 효율적인 추진 유닛이 제공된다. 추진 유닛은 특히 얕은 바다뿐만 아니라 깊은 바다 모두에서 운항하는 선박에 적합하다. 정상 운항 중에, 추진 유닛은 뒤집힌다(flipped down). 이는 통상적인 추진 유닛보다 훨씬 큰 프로펠러 직경을 허용한다.

프로펠러 및 프로펠러 노즐은 선박의 흘수를 감소시키도록 회전될 수 있고, 본 발명의 세부 사항으로 인해, 프로펠러와 프로펠러 노즐의 회전 반경은 가능한 한 작아져서, 추진 유닛을 수용하는데 필요한 공간을 감소시키는 것을 돕는다.

추가로, 노즐 피봇 축은 프로펠러의 회전축의 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 노즐 피봇 축은 수상 선박의 항해 방향에 대해 실질적으로 횡단 방향으로 연장될 수 있다.

상술한 추진 유닛의 일 실시예에서, 노즐 피봇 축은 프로펠러의 회전축으로부터 옵셋될 수 있다. 옵셋 피봇 축을 이용함으로써, 프로펠러 노즐을 위한 부착점은 추진 유닛과 비교하여 선박의 선체에 근접하게 배치될 수 있고, 피봇축은 프로펠러의 회전축에 일치한다. 선체에 근접한 부착점을 갖는 것은 추진 유닛과 선체 사이에서 우수한 전달력을 유발한다. 이로써, 지지 구조체의 크기가 감소될 수 있고, 이는 선체의 유체역학적 특징을 개선시키고, 항력을 감소할 수 있다. 추가로, 지지 구조체의 크기를 감소하는 것은 프로펠러 노즐이 후퇴된 방향에 있을 때 선박의 흘수를 감소시킬 수 있다. 전체적으로, 옵셋 회전축은 대형 프로펠러의 사용을 가능하게 하고, 이는 유리할 수 있다.

또 다른 실시예에서 피봇축은 프로펠러의 회전축과 교차할 수 있다.

추가로, 프로펠러는 림-구동될 수 있고, 이 실시예에서 구동 수단은 영구 자석 모터일 수 있다. 영구 자석을 이용하는 림 구동식 프로펠러의 원리는 이전에 출원인에 의해서 국제 출원, 공보 번호 WO 2010/13480 A2에 개시되어 있다.

일 실시예에서, 고정식 영구 자석은 프로펠러 노즐에 구비될 수 있고, 프로펠러는 영구 자석이 구비되는 프로펠러 하우징에 장착되며, 프로펠러 노즐 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 이로써 프로펠러 하우징을 위한 베어링이 제공된다. 추가로, 림-구동 프로펠러를 제공하는 것의 이점은 토크를 위한 전달이 장착된 기존의 샤프트와 중심 추진 프로펠러와 비교하여 최적화된다는 것이다. 토크 전달은 대형 프로펠러가 이용될 때보다 훨씬 더 중요하게 된다. 이와 관련해서, 선박의 추진력이 유지되는 동안, 본 발명에 따른 추진 유닛을 갖는 선박에서 요구되는 전력은 대략 20%까지 감소될 것이다. 이는 공간, 재료 사용, 연료 소비량 등에 큰 절약을 제공한다. 추가로, 다른 이점들은 감소된 소음과 진동, 및 선박 파동을 능동적으로 보상하는 능력을 포함한다.

또한, 프로펠러 노즐은 선체의 침지부로부터 연장되는 지지 구조체에 부착되도록 적합할 수 있다.

또 다른 실시예에서 프로펠러는 프로펠러 노즐 내부에 연장되는 지지 구조체에 의해서 지지되는 회전 가능한 프로펠러 샤프트 상에 장착될 수 있고, 구동 수단은 프로펠러 샤프트를 회전하도록 배치되는 모터일 수 있다.

또한, 추진 유닛은 실질적으로 수직인 방위축에 대해 선체의 침지부에 피봇식으로 장착되기에 적합해서 방위 추진력 기능을 제공할 수 있다. 이로써 추진 유닛의 추진력 방향은 프로펠러에 의해서 제공되지 않는다면 다른 방향에서 지정될 수 있고, 이는 선박의 향상된 스티어링을 위해서 사용될 수 있다.

본 발명은 추가로 상술한 하나 이상의 추진 유닛을 포함하는, 해양플랜트 지원 선박 또는 이동식 해양 굴착 유닛과 같은 수상 선박에 관한 것이다.

본 발명의 상이한 양태는 임의의 다른 양태와 각각 결합될 수 있다. 본 발명의 이들 및 다른 양태들은 본원에 기재된 실시예로부터 명백할 것이고, 이를 참조로 하여 설명될 것이다.

본 발명에 따른 선박 상에 추진 유닛은 첨부 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 기재될 것이다. 첨부 도면은 본 발명의 실시예의 일례를 예시하는 것이고, 첨부된 청구항 범위에 속하는 다른 가능한 실시예를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
도 1은 선박 상에 장착된 2개의 추진 유닛을 도시한 것이고,
도 2a 및 2b는 추진 유닛을 포함하는 선박을 도시한 것이고,
도 3a 및 3b는 추진 유닛의 상이한 방향을 도시한 것이고,
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 유닛의 추진축과 피봇축 사이의 관계를 예시한 것이고,
도 5a는 추진 유닛을 도시한 것이고, 그리고
도 5b 및 5c는 라인 AA'와 B를 각각 따라서 도 5a의 추진 유닛의 단면을 도시한 것이다.

도 1은 선박(1)의 선미 부분의 선체(2)의 침지부 상에 장착된 2개의 추진 유닛을 도시한 것이다. 각각의 추진 유닛은 피봇식으로 장착된 프로펠러 노즐(13) 및 노즐 내부에 배치되는 회전 가능한 프로펠러(14)를 포함한다. 전개 메커니즘(15)은 전개된 방향과 후퇴된 방향 사이에서 노즐 피봇 축(17)에 대해 프로펠러 노즐과 프로펠러를 피봇하기 위해서 제공된다. 도 2a 및 2b를 참조하여, 도 2a에 도시된 전개된 방향에서 프로펠러는 선박을 이동하기 위한 추진력을 제공하는 데 적합한 실질적으로 수직 위치에 배치되고, 도 2b에 도시된 후퇴된 방향에서 프로펠러는 선박의 흘수(D)를 감소시키기 위해 경사지거나 또는 실질적으로 수평인 위치에 배치된다. 추진 유닛은 하기에 추가로 기재된 바와 같이 프로펠러를 구동하기 위한 구동 수단(16)을 추가로 포함한다.

도 1로부터 볼 수 있는 바와 같이, 추진 유닛(10)은 중심 지지 구조체(30)와 선체(2)로부터 연장되는 측면 지지 구조체(31) 사이에 장착되도록 도시된다. 그러나, 추진 유닛은 또한 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 많은 다른 방법으로 선체 상에 장착될 수 있다. 노즐 돌출부(131)는 프로펠러 노즐(13)로부터 연장되고, 지지 구조체와의 부착을 위한 부착점을 제공한다. 당업자에 의해 쉽게 이해되는 바와 같이, 프로펠러 노즐은 피봇식 운동을 제공하기 위해서 필수적인 베어링을 이용해서 장착된다. 프로펠러 노즐을 이동하기 위해서 제공되는 전개 메커니즘(15)은 도 4b에 추가로 상세히 도시된다. 도시된 전개 메커니즘은 유압 실린더(152)와 같은 선형 액츄에이터에 순차적으로 연결되어 있는 노즐 돌출부(131) 상에 장착되어 있는 피봇 암(151)을 포함한다. 유압 실린더의 피스톤(153)이 관련된 유압 펌프의 작동에 따라 전방 또는 후방으로 이동될 때, 피스톤의 이동은 프로펠러 노즐(13)과 프로펠러(14)의 이동을 용이하게 하는 피봇 암(151)으로 이동된다. 프로펠러 노즐과 프로펠러는 프로펠러 노즐과 교차하는 노즐 피봇 축(17)을 중심으로 회전된다. 도 4a로부터 볼 수 있는 바와 같이 피봇축은 프로펠러의 회전축(142)의 방향에 수직인 방향으로 연장된다. 따라서, 프로펠러가 전개된 방향과 후퇴된 방향 사이에서 이동될 때, 프로펠러의 추진력 방향으로 또한 언급될 수 있는, 프로펠러의 회전축(142)의 방향이 점차적으로 변한다. 추진 유닛이 선박 상에 어떻게 장착되는지에 따라, 노즐 피봇 축은 또한 수상 선박의 항해 방향에 실질적으로 횡단 방향으로 연장될 수 있다.

도 2a 및 2b는 도 2a의 전개된 방향으로부터 도 2b의 후퇴된 방향으로의 프로펠러 노즐의 이동이 어떻게 본 발명에 따른 하나 이상의 추진 유닛을 포함하는 선박의 흘수(D)를 감소시키는지를 도시한 것이다. 도 2a에서 프로펠러 노즐의 최저점은 선박의 흘수에 결정적인 반면, 도 2b에서는 프로펠러 노즐의 이전 최저점은 선박의 최저점 이상이고, 흘수(D)는 이로써 감소된다.

도 4a 및 4b는 피봇축(17)이 어떻게 옵셋-거리(r)에 의해서 프로펠러의 회전축(142)으로부터 옵셋될 수 있는지를 예시한 것이다. 피봇축이 회전축에 근접하게 배치될수록, 추진 유닛의 치수화 모멘트는 작아질 수 있다. 프로펠러보다 높은 단일 지점에서 자주 지지되는 기존의 접이식 방위 추진기와 비교하여, 본 추진 유닛의 치수화 모멘트는 1/10 미만일 수 있다.

옵셋-거리(r)는 상기 프로펠러의 최대 직경의 절반보다 작거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 옵셋-거리(r)는 0 내지 1.5 미터의 범위일 수 있다. 추진 유닛을 위한 지지체 배치는 피봇축에 대한 프로펠러 노즐과 프로펠러의 모멘트에 대해 치수화되어야 하고, 작은 옵셋-거리(r)는 모멘트가 상대적으로 낮다는 것을 보장한다. 추가로, 피봇축(17)이 선체에 상대적으로 근접하게 위치되기 때문에, 프로펠러 노즐과 프로펠러를 피봇하는데 요구되는 힘은 기존의 접이식 방위 추진기와 비교했을 때 상대적으로 낮고, 2개의 지점에서 선체에 부착됨으로써, 추진 유닛은 강성 및 강한 구조를 제공한다. 추가로, 프로펠러 노즐의 부착점의 배치와 피봇축(17)의 방향은 프로펠러 노즐과 프로펠러가 후퇴된 방향에서 선체의 형상 및 각도와 실질적으로 동일 평면상에 있는 것을 가능하게 한다.

프로펠러를 구동하기 위한 다양한 구동 수단 및 배치는 본 발명의 범위 내에 유지하면서 사용될 수 있다. 도 5a-5c를 참조로, 일 양태에 따르면, 프로펠러는 영구 자석 모터에 의해서 림-구동될 수 있다. 추진 유닛(10)은 프로펠러 노즐의 내부 둘레를 따라 배치되는 고정식 영구 자석(163)을 포함하고, 프로펠러(14)는 프로펠러 노즐 내부에 회전 가능하게 배치되는 프로펠러 하우징(161)에 장착된다. 프로펠러 하우징의 외부 둘레에는 회전식 영구 자석(162)이 구비되고, 그리고 고정식 및 회전식 영구 자석은 축방향 및 반지름방향 하중 모두를 흡착할 수 있는 프로펠러 하우징을 위한 베어링을 제공한다.

추가로, 프로펠러 노즐은 영구 자석을 포함하는 프로펠러 하우징을 회전하기에 적합한 회전자계를 제공하기 위한 권선을 포함하는 고정자(164)를 구성하여 로터를 구성한다. 권선을 통한 전류 가동을 제어함으로써, 프로펠러 하우징은 회전될 수 있고, 프로펠러를 구동하기 위한 영구 자석 전동기가 구비된다.

또 다른 실시예에서(도시하지 않음), 프로펠러 샤프트를 지지하기 위한 구조는 프로펠러 노즐 내부에 제공된다. 프로펠러 샤프트는 노즐의 중심에 배치되고, 지지 구조체는 프로펠러 샤프트를 지지하기 위해 프로펠러 노즐의 둘레로부터 중심을 향하여 연장된다. 프로펠러 샤프트는 프로펠러 샤프트를 따라서 여러 개의 지점에서 지지될 수 있다. 프로펠러는 프로펠러 샤프트 상에 장착되고, 구동 수단은 프로펠러 샤프트를 회전하도록 배치되는 모터이다.

도 3a 및 도 3b는 영구 자석 모터와 같은 구동 수단(16)에 전력을 공급하기 위한 전력선(165)을 도시한 것이다. 전력선은 프로펠러 노즐 돌출부의 부착점을 통해서 선체의 내부로부터 추진 유닛으로 전송된다. 숙련된 기술자에 의해서 예상되는 바와 같이 프로펠러를 구동하기 위한 전력은 프로펠러 노즐을 피봇하는 것을 가능하게 하기에 적합한 방식으로 공급되어야 한다. 전기적 구동뿐 아니라 유압, 공압과 같은 여러 가지 옵션이 이용가능한 반면, 호스 또는 전선이 추진 유닛의 피봇을 가능하게 하기에 적합할 수 있다.

도면에서, 본 발명의 실시예에 따른 추진 유닛은 추진의 주요 원인으로서 선박의 후방 부분에 배치되도록 도시된다. 그러나, 본 발명에 따른 추진 유닛은 횡단 추력을 제공함으로써 회전 반경 또는 용이한 선실을 감소하기 위해서 선수추진기와 같은 다른 곳에 추진력을 제공하기 위해서 또한 사용될 수 있다.

본 발명이 구체화된 실시예와 관련되어 기재되어 왔지만, 제시된 예시들을 임의의 방식으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 범위는 첨부하는 청구항에 의해서 기재된다. 청구항에 문맥에서, 용어 "포함하는" 또는 "포함하다"는 다른 가능한 요소들 또는 단계들을 배제하는 것이 아니다. 또한, "하나" 등과 같은 표시의 언급은 복수를 배제하는 것으로 해석해서는 안 된다. 도면에 표시된 요소와 관련하여 청구항에서 참조 부호의 사용은 또한 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다. 또한, 상이한 청구항에 언급된 각각의 특징들은 가능한 한 유리하게 조합될 것이고, 상이한 청구항에서 이들 특징들의 언급은 특징들의 조합이 가능하지 않고 유리하지 않다는 것을 배제하지 않는다.

10: 추진 유닛
11: 러더 요소
13: 노즐
131: 노즐 돌출부
14: 프로펠러
141: 프로펠러 블레이드
142: 프로펠러의 회전축
15: 전개 메커니즘
151: 피봇 암
152: 유압 실린더
153: 피스톤
16: 구동 수단
161: 회전 가능한 프로펠러 하우징
162: 회전식 영구 자석
163: 고정식 영구 자석
164: 고정자
165: 전력선
17: 피봇축
18: 피봇 구동 메커니즘
30: 중심 지지 구조체
31: 측면 지지 구조체

Claims

수상 선박(1)의 선체(2)의 침지부 상에 장착되는 추진 유닛(10)으로서, 상기 추진 유닛은
- 상기 선체에 피봇식으로 장착되는 프로펠러 노즐(13),
- 상기 노즐(13) 내부에 회전 가능하게 배치되는 프로펠러(14),
- 상기 프로펠러를 구동하기 위한 구동 수단(16) 및
- 상기 프로펠러 노즐의 방향을 제어하기 위한 전개 메커니즘(15)을 포함하고,
상기 프로펠러 노즐은 프로펠러가 선박을 이동하기 위한 추진력을 제공하는 데 적합한 실질적으로 수직 위치에 배치된 전개된 방향과 프로펠러가 선박의 흘수(D)를 감소시키기 위해 경사지거나 또는 실질적으로 수평 위치에 배치된 후퇴된 방향 사이에서, 프로펠러 노즐과 교차하는 노즐 피봇 축(17)에 대해 피봇하는, 추진 유닛.
제1항에 있어서,
상기 노즐 피봇 축은 프로펠러의 회전축(142)의 방향에 수직인 방향으로 연장되는 추진 유닛(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 노즐 피봇 축은 수상 선박의 항해 방향에 대해 실질적으로 횡단 방향으로 연장되는 추진 유닛(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐 피봇 축은 프로펠러의 회전축으로부터 옵셋되어 있는 추진 유닛(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피봇축은 프로펠러의 회전축과 교차하는 추진 유닛(10).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로펠러는 림-구동되고, 상기 구동 수단은 영구 자석 모터인 추진 유닛(10).
제6항에 있어서,
상기 고정식 영구 자석들(163)이 프로펠러 노즐에 구비되고, 프로펠러는 회전식 영구 자석(162)이 구비되는 프로펠러 하우징(161)에 장착되고, 프로펠러 노즐 내부에 회전 가능하게 배치되는 추진 유닛(10).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로펠러 노즐은 선체의 침지부로부터 연장되는 지지 구조체에 부착되도록 적용되는 추진 유닛(10).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로펠러는 프로펠러 노즐 내부에 연장되는 지지 구조체에 의해서 지지되는 회전 가능한 프로펠러 샤프트 상에 장착되고, 상기 구동 수단은 프로펠러 샤프트를 회전하도록 배치되는 모터인 추진 유닛(10).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
실질적으로 수직 방위축에 대하여 상기 선체에 피봇식으로 장착되기에 적합해서, 방위 추진기 기능을 제공하는 추진 유닛(10).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 추진 유닛을 포함하는, 해양플랜트 지원 선박 또는 이동식 해양 굴착 유닛과 같은 수상 선박.