KR101873616B1 - 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치 - Google Patents

감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급되는 윤활유의 공급시스템을 일원화하여 윤활유 공급설비를 간략화함과 함께 윤활유 공급효율을 향상시킬 수 있는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치는 제 1 배관으로 윤활유를 공급하는 감속기어 연동펌프와, 제 2 배관으로 윤활유를 공급하는 추진모터 연동펌프와, 제 1 배관과 제 2 배관의 합류지점을 제공하며, 제 1 배관의 윤활유 또는 제 2 배관의 윤활유를 감속기어 배관 또는 추진모터 배관에 공급하는 공통배관과, 공통배관의 일측에 연결되어 공통배관의 윤활유를 감속기어의 마찰부위에 공급하는 감속기어 배관과, 공통배관의 일측에 연결되어 공통배관의 윤활유를 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급하는 추진모터 배관과, 상기 공통배관의 일 지점에서 분기된 형태로 구비되는 제 3 배관 및 상기 제 3 배관의 일단에 구비되어, 상기 제 3 배관 및 공통배관을 통해 감속기어의 마찰부위 또는 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급하는 중력탱크를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치{Apparatus for supplying lubricating oil for reduction gear and propulsion motor bearing}
본 발명은 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급되는 윤활유의 공급시스템을 일원화하여 윤활유 공급설비를 간략화함과 함께 윤활유 공급효율을 향상시킬 수 있는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치에 관한 것이다.
선박 추진방식은 동력원에 따라 증기터빈, 디젤엔진, LNG 엔진, 가스터빈 방식 등으로 구분되는데, 최근에는 배출가스 규제 등으로 인해 모터가 적용된 하이브리드(hybrid) 추진장치에 대한 요구도 높아지고 있다(한국등록특허 제1363514호 참조).
모터에 의해 추진되는 선박 추진방식의 일 예를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 감속기어(reduction gear)(120)의 일측에 프로펠러(130)가 구비되고, 감속기어(120)는 전기모터(110)에 의해 동작된다. 또한, 디젤엔진(10) 및 디젤엔진(10)의 구동에 의해 전력을 생산하는 발전기(20)가 구비되며, 발전기(20)에 의해 생산된 전력은 추진모터(110)에 공급되는 방식이다.
감속기어(120)는 메인 휠(main wheel)(121)을 포함하여 구성되며, 메인 휠(121)의 양측부에는 추진모터 구동축(pinion shaft)(122)이 구비되며, 추진모터 구동축(122)의 일단에는 상술한 추진모터(propulsion motor)(110)가 구비된다(도 2 참조). 이와 같은 구조 하에, 추진모터(110)에 의해 추진모터 구동축(122)이 회전되고, 추진모터 구동축(122)의 회전에 따라 감속기어(120)의 메인 휠(121)이 동작하게 된다.
감속기어(120)와 구동축(122)이 맞물려 동작됨에 따라, 감속기어(120)의 동작시 감속기어(120)와 추진모터 구동축(122)의 마찰 부위에는 일정량의 윤활유가 지속적으로 공급되어야 하며, 추진모터 구동축(122)을 지지하는 추진모터 베어링(propulsion motor bearing)(111)에도 일정량의 윤활유가 공급되어야 한다.
종래의 경우, 감속기어(120)와 추진모터 구동축(122)의 마찰 부위에 공급되는 윤활유 공급시스템과, 추진모터 구동축(122)과 추진모터 베어링(111)의 마찰 부위에 공급되는 윤활유 공급시스템이 독립적으로 설계되어 있으며, 이에 따라 장치적 복잡성이 뒤따르고 윤활유 공급효율이 떨어지는 문제점이 있다.
한국등록특허 제1363514호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급되는 윤활유의 공급시스템을 일원화하여 윤활유 공급설비를 간략화함과 함께 윤활유 공급효율을 향상시킬 수 있는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치는 제 1 배관으로 윤활유를 공급하는 감속기어 연동펌프와, 제 2 배관으로 윤활유를 공급하는 추진모터 연동펌프와, 제 1 배관과 제 2 배관의 합류지점을 제공하며, 제 1 배관의 윤활유 또는 제 2 배관의 윤활유를 감속기어 배관 또는 추진모터 배관에 공급하는 공통배관과, 공통배관의 일측에 연결되어 공통배관의 윤활유를 감속기어의 마찰부위에 공급하는 감속기어 배관과, 공통배관의 일측에 연결되어 공통배관의 윤활유를 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급하는 추진모터 배관과, 상기 공통배관의 일 지점에서 분기된 형태로 구비되는 제 3 배관 및 상기 제 3 배관의 일단에 구비되어, 상기 제 3 배관 및 공통배관을 통해 감속기어의 마찰부위 또는 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급하는 중력탱크를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 추진모터 연동펌프는 감속기어 회전수가 기준회전수 미만인 경우에 동작되어 윤활유를 공급하며, 상기 감속기어 연동펌프는 감속기어 회전수가 기준회전수 이상인 경우에 동작되어 윤활유를 공급하며, 상기 중력탱크는 상기 추진모터 연동펌프의 동작이 정지된 상태에서 감속기어 회전수가 기준회전수 미만인 경우에 윤활유를 공급한다.
상기 기준회전수는 감속기어 연동펌프의 윤활유 공급압력이 감속기어의 마찰부위로의 윤활유 공급이 가능한 기준압력을 이루는 시점에서의 감속기어 회전수이다.
또한, 상기 추진모터 배관의 일측에 기포제거장치 및 유압조정장치가 더 구비되며, 상기 기포제거장치는 상기 공통배관을 통해 상기 추진모터 배관에 공급되는 윤활유에 포함되어 있는 기포(bubble)를 제거하며, 상기 유압조정장치는 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급함에 있어서 윤활유의 공급압력을 적정 압력으로 조정하는 역할을 한다.
상기 중력탱크 내의 윤활유는 자연낙하의 형태로 감속기어의 마찰부위에 공급되며, 중력탱크로부터 낙하하는 윤활유의 압력이 기준압력과 같거나 높도록, 상기 중력탱크가 감속기어와 추진모터 구동축의 계면으로부터 수직 이격된 위치에 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치는 다음과 같은 효과가 있다.
감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급함에 있어서, 하나의 윤활유공급시스템을 이용함에 따라 윤활유 공급효율을 향상시킴과 함께 설비 구성을 간략화할 수 있다. 이와 함께, 전력 차단에 의해 추진모터 연동펌프의 동작이 정지되더라도 감속기어에 정상적인 유압으로 윤활유를 공급할 수 있어, 윤활유 공급 차단으로 인해 감속기어가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 윤활유 공급장치를 나타낸 참고도.
도 2는 감속기어 및 추진모터의 구성을 나타낸 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치의 구성도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치에서의 윤활유 공급흐름을 설명하기 위한 참고도.
도 5는 감속기어의 회전수와 윤활유 공급압력의 상관관계를 나타낸 참고도.
본 발명은 하나의 윤활유공급장치를 통해 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위로의 윤활유 공급이 모두 가능한 기술을 제시한다. 감속기어의 마찰부위는 감속기어의 메인 휠과 추진모터 구동축의 계면을 일컬으며, 추진모터 베어링의 마찰부위는 추진모터 베어링과 추진모터 구동축의 계면을 일컫는다.
하나의 윤활유공급장치는 감속기어 연동펌프(gear driven pump)와 추진모터 연동펌프(motor driven pump)를 포함하며, 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위로의 윤활유 공급은 감속기어 연동펌프(gear driven pump)와 추진모터 연동펌프(motor driven pump)에 의해 가능하다.
이와 함께, 본 발명은 전력 차단(black out)으로 인해 추진모터 연동펌프에 의한 윤활유 공급이 가능하지 않더라도 중력탱크를 통해 안정적으로 윤활유를 공급할 수 있는 기술을 제시한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치는 감속기어 연동펌프(310), 추진모터 연동펌프(320) 및 중력탱크(330)를 포함하여 이루어진다.
상기 감속기어 연동펌프(310) 및 추진모터 연동펌프(320)는 모두 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급하는 역할을 한다. 상기 감속기어 연동펌프(310)는 감속기어(120)의 구동에 연동되어 동작되며, 상기 추진모터 연동펌프(320)는 추진모터(110)(도 1 및 도 2 참조)의 구동에 연동되어 동작된다. 즉, 감속기어 연동펌프(310)는 감속기어(120) 구동시 함께 동작되며, 추진모터 연동펌프(320)는 추진모터 구동시 함께 동작된다.
감속기어(120)는 추진모터에 의해 구동되어 감속기어(120)의 일측에 구비된 프로펠러를 동작시키는데, 정확히는 앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 기술한 바와 같이 추진모터에 의해 동작되는 추진모터 구동축(122)이 감속기어(120)의 메인 휠(main wheel)을 구동시켜 프로펠러가 동작되는 방식이며, 윤활유는 감속기어(120)의 메인 휠(121)과 추진모터 구동축(122)의 계면(이하, '감속기어의 마찰부위'라 함)에 공급됨과 함께 추진모터 구동축(122)과 추진모터 베어링(111)의 계면(이하, '추진모터 베어링의 마찰부위'라 함)에 공급된다.
한편, 상기 중력탱크(330) 역시 상기 감속기어 연동펌프(310) 및 추진모터 연동펌프(320)와 마찬가지로 감속기어(120)의 마찰부위 및 추진모터 베어링(111)의 마찰부위에 윤활유를 공급하는 역할을 한다. 상기 중력탱크(330)는 추진모터 연동펌프(320)의 동작이 정지된 상태에서, 감속기어 회전수가 기준회전수 미만으로 떨어지는 경우에 감속기어(120)의 마찰부위 및 추진모터 베어링(111)의 마찰부위에 윤활유를 공급하는 역할을 하는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
감속기어 연동펌프(310), 추진모터 연동펌프(320) 및 중력탱크(330)의 유압회로 구성은 다음과 같다.
감속기어 연동펌프(310) 및 추진모터 연동펌프(320)에 의해 토출되는 윤활유는 공통의 유압배관을 통해 감속기어의 마찰부위 및 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급된다. 정확히는, 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유는 제 1 배관(311)을 통해 공급되고, 추진모터 연동펌프(320)의 윤활유는 제 2 배관(321)을 통해 공급되며, 제 1 배관(311) 및 제 2 배관(321)은 일 지점에서 공통배관(340)과 합류된다. 또한, 공통배관(340)은 일 지점에서 감속기어 배관(350) 및 추진모터 배관(360)과 연결되며, 상기 공통배관(340)을 통해 이동되는 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 또는 추진모터 연동펌프(320)의 윤활유는 감속기어 배관(350)을 통해 감속기어(120)의 마찰부위에 공급되거나 추진모터 배관(360)을 통해 추진모터 베어링(111)의 마찰부위에 공급된다.
한편, 상기 공통배관(340)의 또 다른 일 지점에서 제 3 배관(331)이 분기된 형태로 구비되며, 제 3 배관(331)의 일단에는 중력탱크(330)가 구비된다. 상기 중력탱크(330) 내의 윤활유는 제 3 배관(331) 및 공통배관(340)을 거쳐 감속기어 배관(350)을 통해 감속기어(120)의 마찰부위에 공급되거나 추진모터 배관(360)을 통해 추진모터 베어링(111)의 마찰부위에 공급될 수 있다. 반대로, 공통배관(340)의 윤활유는 제 3 배관(331)을 통해 중력탱크(330)에 저장될 수 있다. 참고로, 상기 제 1 배관(311), 제 2 배관(321), 제 3 배관(331) 각각에는 감속기어 연동펌프(310), 추진모터 연동펌프(320), 중력탱크(330)로부터 배출되는 윤활유의 공급을 선택적으로 차단하는 개폐밸브가 구비된다.
중력탱크(330) 내의 윤활유가 감속기어(120)의 마찰부위에 공급됨에 있어서, 자연낙하의 형태로 감속기어(120)의 마찰부위에 공급되며, 이에 따라 일정 수준의 윤활유 공급압력 확보를 위해 중력탱크(330)는 감속기어(120)와 추진모터 구동축의 계면으로부터 일정 높이 이상인 지점에 위치해야 한다. 바람직하게는, 중력탱크(330)로부터 낙하하는 윤활유의 압력이 기준압력에 상응하도록 중력탱크(330)의 위치가 설계되어야 한다. 상기 기준압력은 정상적인 윤활유 공급이 가능한 감속기어 연동펌프(310)의 최소 윤활유 공급압력을 의미하며, 이에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.
또한, 상기 추진모터 배관(360)의 일측에는 기포제거장치(361) 및 유압조정장치(362)가 더 구비될 수 있다. 상기 기포제거장치(361)는 상기 공통배관(340)을 통해 상기 추진모터 배관(360)에 공급되는 윤활유에 포함되어 있는 기포(bubble)를 제거하는 역할을 하며, 상기 유압조정장치(362)는 추진모터 베어링(111)의 마찰부위에 윤활유를 공급함에 있어서 윤활유의 공급압력을 적정 압력으로 조정하는 역할을 한다.
전술한 바에 있어서, 중력탱크(330)는 추진모터 연동펌프(320)의 동작이 정지된 상태에서 감속기어 회전수가 기준회전수 미만으로 떨어지는 경우에 동작함을 기술하였는데, 이에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 감속기어 연동펌프(310)와 추진모터 연동펌프(320)는 감속기어(120)의 회전수(rpm, round per minute)에 따라 선택적으로 동작된다. 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수보다 낮은 상태에서는 감속기어 연동펌프(310)가 동작되기는 하나 윤활유 공급압력이 낮아 요구되는 적정량의 윤활유를 공급할 수 없다. 즉, 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수 이상인 경우에 충분한 윤활유 공급압력을 통해 정상적인 윤활유 공급이 가능하게 된다. 감속기어 연동펌프(310)가 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수 이상인 경우에만 정상적인 동작이 가능함에 따라, 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수 이하인 상태에서는 추진모터 연동펌프(320)에 의한 윤활유 공급이 진행된다. 따라서, 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수에 도달할 때까지는 추진모터 연동펌프(320)에 의한 윤활유 공급이 진행되고, 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수를 넘어서게 되면 감속기어 연동펌프(310)에 의한 윤활유 공급이 진행된다.
감속기어(120)의 회전수와 윤활유 공급압력의 상관관계를 살펴보면(도 5 참조), 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수에 도달할 시점까지는 추진모터 연동펌프(320)에 의해 윤활유가 공급되며(도 4a 참조), 추진모터 연동펌프(320)의 윤활유 공급압력은 감속기어(120)의 회전수 상승에 따라 완만한 상승곡선을 이룬다. 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수에 도달하면 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력이 정상적인 윤활유 공급이 가능한 상태의 압력('기준압력'이라 함)을 이루게 되어, 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수 이후인 경우에는 추진모터 연동펌프(320)에 의한 윤활유 공급은 정지되고 감속기어 연동펌프(310)에 의한 윤활유 공급이 진행된다(도 4b 참조). 감속기어(120)의 회전수가 기준회전수를 초과하게 되면 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력은 감속기어(120) 회전수 상승에 따라 함께 증가되며, 감속기어(120) 회전수가 최대회전수에 이르게 되면 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력은 일정 수준으로 유지된다. 여기서, 기준회전수라 함은 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력이 정상적인 윤활유 공급이 가능한 상태의 압력 즉, 기준압력을 이루는 시점에서의 감속기어(120) 회전수를 의미한다.
도 5의 감속기어(120) 회전수와 윤활유 공급압력의 상관관계는 감속기어(120) 회전수 증가시뿐만 아니라 감속기어(120) 회전수 감소시에도 동일하게 적용된다. 감속기어(120) 회전수가 최대회전수를 이루고 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력이 일정 수준으로 유지되는 상태에서, 감속기어(120) 회전수가 감소되면 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력 또한 서서히 감소되며, 감속기어(120) 회전수가 기준회전수까지 감소할 때까지 이와 같은 경향이 유지된다. 감속기어(120) 회전수가 기준회전수 미만으로 떨어지게 되면 감속기어 연동펌프(310)의 윤활유 공급압력이 기준압력보다 낮게 되어 정상적인 윤활유 공급이 불가능함에 따라 추진모터 연동펌프(320)에 의한 윤활유 공급이 진행된다.
한편, 감속기어(120) 회전수의 감소시 감속기어(120) 회전수가 기준회전수 미만으로 떨어져 추진모터 연동펌프(320)에 의한 윤활유 공급이 진행되어야 할 시점에, 추진모터 연동펌프(320)가 동작하지 않게 되면 감속기어(120)가 정지될 때까지 윤활유 공급이 이루어지지 않게 된다. 전술한 바와 같이, 추진모터 연동펌프(320)는 감속기어(120)를 구동하는 추진모터에 연동되어 동작되고, 추진모터는 발전기(디젤엔진의 동력에 의해 전력을 생산)로부터 전력을 공급받는데, 정전 등으로 인해 발전기 및 추진모터의 동작이 정지되면 추진모터 연동펌프(320)의 동작 역시 정지된다.
전력 차단에 의해 추진모터 연동펌프(320)의 동작이 정지되는 경우에 있어서, 감속기어(120) 회전수가 기준회전수 미만으로 떨어지는 상황에서 안정적인 윤활유 공급을 위해 상술한 바와 같은 중력탱크가 구비되는 것이며, 상기 중력탱크(330)는 추진모터 연동펌프(320)의 동작이 정지된 상태에서 감속기어(120) 회전수가 기준회전수 미만으로 떨어지면 상기 감속기어(120)와 추진모터 구동축의 계면에 윤활유를 공급하는 역할을 한다(도 4c 참조).
120 : 감속기어 310 : 감속기어 연동펌프
311 : 제 1 배관 320 : 추진모터 연동펌프
321 : 제 2 배관 330 : 중력탱크
331 : 제 3 배관 340 : 공통배관
350 : 감속기어 배관 360 : 추진모터 배관
361 : 기포제거장치 362 : 유압조정장치

Claims (5)

  1. 제 1 배관으로 윤활유를 공급하는 감속기어 연동펌프;
    제 2 배관으로 윤활유를 공급하는 추진모터 연동펌프;
    제 1 배관과 제 2 배관의 합류지점을 제공하며, 제 1 배관의 윤활유 또는 제 2 배관의 윤활유를 감속기어 배관 또는 추진모터 배관에 공급하는 공통배관;
    공통배관의 일측에 연결되어 공통배관의 윤활유를 감속기어의 마찰부위에 공급하는 감속기어 배관;
    공통배관의 일측에 연결되어 공통배관의 윤활유를 추진모터 베어링의 마찰부위에 공급하는 추진모터 배관;
    상기 공통배관의 일 지점에서 분기된 형태로 구비되는 제 3 배관; 및
    상기 제 3 배관의 일단에 구비되어, 상기 제 3 배관 및 공통배관을 통해 감속기어의 마찰부위 또는 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급하는 중력탱크를 포함하여 이루어지며,
    상기 추진모터 연동펌프는 감속기어 회전수가 기준회전수 미만인 경우에 동작되어 윤활유를 공급하며, 상기 감속기어 연동펌프는 감속기어 회전수가 기준회전수 이상인 경우에 동작되어 윤활유를 공급하며, 상기 중력탱크는 상기 추진모터 연동펌프의 동작이 정지된 상태에서 감속기어 회전수가 기준회전수 미만인 경우에 윤활유를 공급하는 것을 특징으로 하는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기준회전수는 감속기어 연동펌프의 윤활유 공급압력이 감속기어의 마찰부위로의 윤활유 공급이 가능한 기준압력을 이루는 시점에서의 감속기어 회전수인 것을 특징으로 하는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 추진모터 배관의 일측에 기포제거장치 및 유압조정장치가 더 구비되며,
    상기 기포제거장치는 상기 공통배관을 통해 상기 추진모터 배관에 공급되는 윤활유에 포함되어 있는 기포(bubble)를 제거하며, 상기 유압조정장치는 추진모터 베어링의 마찰부위에 윤활유를 공급함에 있어서 윤활유의 공급압력을 적정 압력으로 조정하는 것을 특징으로 하는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 중력탱크 내의 윤활유는 자연낙하의 형태로 감속기어의 마찰부위에 공급되며,
    중력탱크로부터 낙하하는 윤활유의 압력이 기준압력과 같거나 높도록, 상기 중력탱크가 감속기어와 추진모터 구동축의 계면으로부터 수직 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 감속기어 및 추진모터 베어링에 대한 윤활유공급장치.
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