선박용 기어박스는 선박 추진 시스템의 핵심적인 기계적 요소입니다. 엔진과 프로펠러를 연결하여 선박의 필요에 맞춰 속도와 토크를 조절합니다. 기어박스가 없다면 대부분의 현대 선박은 효율적으로 작동할 수 없습니다.
선박마다 필요한 기어박스 유형이 다릅니다. 바다를 횡단하는 화물선은 항구에서 조종하는 예인선이나 연안을 항해하는 요트와는 매우 다른 요구 조건을 갖습니다. 적합한 기어박스는 연료 효율이 높은 항해와 비용이 많이 드는 항해의 차이를 만들어낼 수 있습니다.
감속 기어 박스
감속 기어박스는 엔진의 높은 RPM을 더 낮은 프로펠러 속도로 낮춰 더 높은 추력을 생성합니다. 감속 기어박스는 선박 추진 시스템에서 가장 흔히 볼 수 있는 유형으로, 엔진은 고속에서 효율적으로 작동하는 반면 프로펠러는 저속 회전 시 가장 잘 작동한다는 근본적인 문제를 해결하기 때문입니다.
이 기어박스는 간단한 기어 배열을 사용합니다. 엔진 축의 작은 피니언 기어가 프로펠러 축의 더 큰 기어를 구동합니다. 두 기어의 크기 차이로 인해 속도가 감소합니다.
대형 상선은 거의 항상 감속 기어를 사용합니다. 선박의 디젤 엔진은 500RPM으로 회전할 수 있지만, 프로펠러는 최적의 성능을 위해 100RPM으로만 회전하면 됩니다. 기어박스는 이러한 변환을 가능하게 합니다.
역감속 기어박스
역감속 기어박스는 속도를 줄이고 프로펠러를 역방향으로 회전시킬 수 있는 기능을 제공합니다. 역회전이 필요한 선박, 특히 좁은 공간에서 정박하거나 기동하는 거의 모든 선박에 필수적입니다.
이러한 기어박스에는 기본 감속 메커니즘 외에도 추가적인 기어 트레인 또는 클러치 시스템이 포함되어 있습니다. 후진 기어로 변속하면 아이들러 기어 또는 유성 기어 후진 세트가 작동하여 출력 방향을 변경합니다. 대부분의 기어박스는 유압식 또는 기계식 클러치를 사용하여 전진, 중립, 후진을 원활하게 전환합니다.
이 구성은 소형 및 중형 선박의 표준 구성입니다. 거의 모든 레크리에이션용 모터보트와 많은 상업용 선박이 이 구성에 의존하는데, 이는 역회전 기능이 내장되어 있기 때문입니다.
가변 피치 프로펠러(CPP) 기어박스
CPP 기어박스는 회전하는 동안 블레이드 각도를 변경할 수 있는 프로펠러와 함께 작동합니다. 기어박스는 엔진 속도를 프로펠러 속도로 줄여주지만, 여기서 흥미로운 점이 있습니다. 프로펠러 블레이드가 자체 축을 중심으로 회전하여 추력을 제어한다는 것입니다. 블레이드 피치를 마이너스로 변경하면 역추력이 발생하므로 역전 기어가 필요하지 않습니다.
이러한 특수 기어박스에는 일반적으로 유압 시스템이 내장되어 있습니다. 동력 인출 장치(PTO)는 유압 펌프 또는 오일 분배 시스템을 구동하여 프로펠러 블레이드 각도를 실시간으로 조절합니다. 이러한 통합을 통해 엔진 속도에 영향을 주지 않고 추력을 제어할 수 있습니다.
엔진은 한 방향으로 계속 작동합니다. 모든 추력 제어는 블레이드 피치 조정을 통해 이루어지므로 기존 시스템보다 작업이 더욱 원활하고 유연합니다.
V-드라이브 선박용 기어박스
V-드라이브 기어박스는 동력 방향을 반대로 바꿉니다. 엔진은 선미 쪽을 향해 있지만, 프로펠러 샤프트는 앞쪽으로 나와 V자 모양의 구동계를 형성합니다. 이 특이한 구성은 추가 기어 세트 또는 베벨 기어 쌍을 사용하여 동력 흐름을 180도 역전시킵니다.
이 설계의 주된 이유는 공간 최적화입니다. 엔진을 반대 방향으로 배치함으로써 프로펠러 샤프트가 어색하게 향하지 않고 선체 뒤쪽에 설치할 수 있습니다. 이를 통해 내부 선실 공간이 확보됩니다.
V 드라이브는 표준 선박용 기어박스처럼 감속 및 전진/후진 기능을 제공합니다. V 드라이브의 가장 큰 특징은 동력을 재분사하는 각도가 있는 출력입니다.
행성 기어박스(에피사이클릭 기어박스)
유성 기어 박스 중앙에 선 기어를, 그 주위를 공전하는 유성 기어를, 그리고 모든 것을 감싸는 링 기어를 사용합니다. 이러한 기발한 배열은 여러 개의 유성 기어가 하중을 분담하기 때문에 놀라울 정도로 작은 공간에서 높은 감속비를 제공합니다.
해양 추진 용도 유성 기어 고출력 또는 공간 제약이 있는 응용 분야에 사용됩니다. 추진기, 방위각 구동 장치 또는 고속 엔진 감속기에서 찾아볼 수 있습니다. 기존 기어박스와 동일한 감속 성능을 달성하면서도 더 가볍고 작은 패키지로 제공됩니다.
설계는 단일 스테이지 또는 복합 유성 기어 스테이지로 구성될 수 있습니다. 때로는 더 큰 유연성을 위해 기존의 평행축 기어 스테이지와 결합되기도 합니다.
다중 입력(결합) 기어박스
다중 입력 기어박스는 두 개 이상의 엔진에서 동력을 받아 하나 이상의 프로펠러 샤프트를 구동합니다. 이러한 복잡한 변속기는 결합되는 엔진 유형을 나타내는 CODAG(Combined Diesel And Gas), CODOG 또는 해군 분야에서는 CODAD라고 불립니다.
이 기어박스는 각 엔진마다 별도의 기어 트레인을 가지고 있으며, 이 기어 트레인은 하우징 내부에서 합쳐집니다. 클러치는 필요에 따라 각 엔진을 연결하거나 분리하며, 일부 설계에서는 두 엔진이 동시에 샤프트에 동력을 공급하여 최고 속도를 내거나, 순항 시 한 번에 한 엔진만 구동하도록 할 수 있습니다.
엔지니어링은 고도로 맞춤화되어 있습니다. 기어박스는 출력을 결합하기 전에 각 입력에 대해 적절한 감속비를 적용하여 다양한 속도와 출력 레벨로 작동하는 엔진을 수용해야 합니다.
2단(가변 비율) 기어박스
2단 선박용 기어박스는 작동 중에 높은 기어비와 낮은 기어비 사이를 전환할 수 있습니다. 고정된 기어비를 사용하는 일반적인 선박용 기어박스와 달리, 이 특수 변속기는 다양한 작동 조건에서 효율을 향상시킵니다. 저속 순항 시에는 한 기어비를 사용하고 고속 주행 시에는 다른 기어비를 사용합니다.
기어박스는 클러치를 사용하여 하우징 내에서 두 개의 서로 다른 기어 세트를 전환합니다. 저속 모드에서는 더 깊은 감속을 위해 추가 감속 단계를 사용할 수 있습니다. 고속 모드에서는 해당 단계를 우회하여 더 직접적인 구동과 더 빠른 프로펠러 회전을 구현합니다.
변속은 일반적으로 저부하 상태이거나 엔진이 구동계 충격을 피하기 위해 일시적으로 부하를 줄일 수 있을 때 발생합니다. 이러한 기어박스는 기어비가 변경되는 동안에도 발전기 동력 인출(PTO)과 같은 다른 기능을 지속적으로 유지할 수 있습니다.
하이브리드 추진 기어박스(PTO/PTI 통합)
하이브리드 추진 기어박스는 기계식 엔진 구동과 전기 모터 구동 기능을 모두 통합합니다. 이러한 변속기는 동력 인출 장치(PTO)와 동력 인입 장치(PTI)를 갖추고 있어 주 엔진의 동력을 전달하여 보조 발전기를 구동하고, 전기 모터의 동력을 받아 프로펠러 샤프트를 구동할 수 있습니다.
일반적인 하이브리드 기어박스에는 전기 모터/발전기 연결 지점이 있습니다. 주 엔진이 작동하면 기어박스는 기계적 에너지를 PTO(동력추진장치)로 전환하여 발전기를 구동하여 전력을 공급하거나 배터리를 충전합니다. PTI 모드에서는 전기 모터가 샤프트를 구동하는데, 주 엔진이 꺼진 상태에서는 단독으로 구동되고, 엔진과 함께 구동되어 출력을 높입니다.
클러치는 필요에 따라 엔진과 모터를 연결하거나 분리합니다. 기어박스는 모든 것을 동기화하며, 일반적으로 모드 간 원활한 전환을 위한 모니터링 및 제어 시스템을 포함합니다.
