JP2005133900A - 船尾管の軸封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重力タンクを用いることなく軸封油を空気室の空気圧より高く設定しながら、軸封油の油圧を空気圧の変動に常に追従させる。
【解決手段】船尾管２に設けられたシール機構６Ａに、空気供給手段２５が連結する空気室２２と油供給回路３５が連結する油室２１とが形成されている船尾管の軸封装置において、油供給回路３５に、流量を絞ることでその油圧Ｐｏを空気圧Ｐａより高い所要圧に設定すると共に、空気供給手段２５と連通し油圧Ｐｏを空気圧Ｐａの変動に追従させる差圧調整弁機構３９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、船尾管の軸封装置に関するものである。

機関部を備える船舶の推進軸は、船尾管内の軸受け部により回転自在に支持され、かかる船尾管の船外側及び船内側にはそれぞれシール機構が設けられている。
特許文献１に記載されている船外側のシール機構は、エアシールと呼ばれるものであって、少なくとも３つのシールリングが軸方向に並設されてなり、船外側の２つのシールリング相互間で空気室が形成されると共に、船内側の２つのシールリング相互間で油室が形成され、前記空気室に所定圧の空気を供給する空気供給手段と、油室に所定圧の軸封油を循環ポンプにより供給する油供給回路とが設けられているものである。

前記空気供給手段により一定流量で供給される空気は、「吃水圧＜空気室の内圧」であるため、空気室から船外側の海水内に噴き出るようになっており、この空気噴き出しによって、船内側への海水の浸入を阻止すると共に、空気室と海水側を圧力的に連通させ、空気室内の圧力が常に吃水圧変化に追従するようにしている。
さらに、吃水圧に追従して変動する空気圧を、油供給回路に備えられた重力タンクに基準圧として導入することで、「油室の内圧すなわち軸封油の油圧＝空気圧＋所定圧」とし、油圧を空気圧より高圧に設定すると共に、吃水圧に連動させるようにしている。このため、吃水圧の変動があった場合でも、常に、「吃水圧＜空気室の内圧＜油室の内圧」となるため、当該シール機構のシール効果は確実なものであり、船尾管内への海水浸入及び潤滑油の船外への漏洩は確実に防止される。
特許第３１５５５０５号公報（第４頁〜第６頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、軸封油に与えられる所定圧は、船内の高所に配置された重力タンクからの静圧（ヘッド圧）により付加されている。ゆえに、重力タンクが大型である場合、その設置場所の確保が容易でないといった問題が生じていた。特に船舶を改造し、新たに重力タンクを設置する場合においては切実な問題であった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、重力タンクを用いることなく軸封油を空気室の空気圧より高く設定しながら、軸封油の油圧を空気圧の変動に常に追従させることができるようにした船尾管の軸封装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、船本体の後部に設けられた船尾管とこの船尾管内に挿入された推進軸との間にシール機構が設けられ、このシール機構は少なくとも３つのシールリングが軸方向に並設されてなり、船外側の２つのシールリング相互間で空気室が形成されると共に船内側の２つのシールリング相互間で油室が形成され、空気室に空気を供給する空気供給手段が備えられ、且つ軸封油を油室に循環ポンプで供給する油供給回路が設けられている船尾管の軸封装置において、前記油供給回路に設けられると共に空気供給手段と連通した上で、油供給回路内の流量を絞ることでその油圧を前記空気圧より高い所要圧に設定すると共に、軸封油の油圧を空気圧の変動に追従させる差圧調整弁機構を備えることを特徴とする。

この技術的手段によれば、差圧調整弁機構により、軸封油の油圧を空気供給手段の空気圧より高い所要圧に設定しながら、油圧を空気圧の変動に追従させることができるため、常に、「空気圧＜軸封油の油圧」の関係が保持され、シール機能が確実に働くようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記差圧調整弁機構は、油供給回路の戻り側の流量を絞る弁体と、この油供給回路内の油圧と前記空気圧との差圧を所定のものにするべく弁体の開量を設定する圧力設定手段と、一方側が空気室に連通すると共に他方側が油室と連通し且つ空気室及び油室の圧力差により変動することで前記圧力設定手段を介して弁体の開量を調整する作動体とを有することを特徴とする。

この技術的手段によれば、圧力設定手段を介して作動体が弁体の開量を調整することで、油供給回路内の油圧を所要圧にしながら、油圧と空気圧との差圧で作動体が変動し且つ弁体の開量が変化することで、空気圧変動に軸封油の油圧が追従するようになる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記差圧調整弁機構には、導入される空気の圧力を変更する圧力変更手段を備えることを特徴とする。
この技術的手段によれば、圧力変更手段により、差圧調整弁機構に導入する空気の圧力が低くなるように変更することも可能となり、軸封油の油圧を空気供給手段の空気圧より低く設定することができるようになる。

本発明によれば、シール機構において、重力タンクを用いることなく軸封油を空気室の空気圧より高く設定しながら、軸封油の油圧を空気圧の変動に常に追従させて、シール機能を確実なものとすることができる。

以下、本発明にかかる船尾管の軸封装置の第１実施形態を、図を基にして説明する。
図１に示すように、船本体１の後部には、船外側と船内側とを連通する貫通孔を有する船尾管２が設けられており、この船尾管２には推進軸３が回転自在に遊嵌され、複数（通常２カ所）の軸受け部４で船尾管２自体に支持されている。
推進軸３は、船尾管２を介して船外側へ突出するように配設され、推進軸３の船外側先端には、プロペラ５が取り付けられると共に、船内側の軸端は中間軸や変速機（共に図示せず）を通じて主機関に連結されている。主機関で発生した動力により、推進軸３を介してプロペラ５が回転することで船本体１は前進又は後進するようになる。

前記軸受け部４はホワイトメタル等で構成され、供給された潤滑油によって冷却、潤滑される油潤滑方式が採用されており、船尾管２の船外側及び船内側にそれぞれシール機構６Ａ，６Ｂが設けられている。
船外側シール機構６Ａは、船尾管２の貫通孔からの船外の水７（海水又は淡水、以降、海水と表記する）が船内に流入するのを防ぐと共に、船尾管２内の潤滑油が船外に漏れるのを防ぐ機能を有しており、断面くの字形である４本のリップシールリング１０，１１，１２，１３が推進軸３の周面を取り囲み、且つ軸芯方向に順に配置されている。

詳しくは、船尾管２の船外側縁端には、船尾側リング１４が推進軸３に遊嵌した上で取り付けられ、さらに、その船外側から第１中間リング１５が推進軸３に遊嵌するように嵌め込まれている。両リングの間にはリップシールリング１０の基端が挟み込まれている。当該リップシールリング１０は、船外側へ流体移動を規制する方向に配置されている。
同様に、第１中間リング１５の船外側には、船外側へ流体移動を規制する方向に配設されたリップシールリング１１が配置され、第１中間リング１５と船外側の第２中間リング１６とで挟み込むことで固定されている。

第２中間リング１６の船外側には、船内側へ流体移動を規制する方向に配設されたリップシールリング１２が配置され、第２中間リング１６と船外側の第３中間リング１７とで挟み込むことで固定されている。
第３中間リング１７の船外側には、４つ目のリップシールリング１３を、船内側へ流体移動を規制する方向に配置した上で、船外リング１８により固定している。第２中間リング１６、第３中間リング１７及び船外リング１８も推進軸３に対しては遊嵌するように嵌り込んでいる。

各リップシールリング１０，１１，１２，１３の先端は、推進軸３の周面に嵌合している円筒状のシールライナ１９と接触し摺動することで封水・封油の機能を奏するものとなっている。
シール機構６Ａが前述のような構成を有しているため、リップシールリング１０とリップシールリング１１との間には、推進軸３回りに環状である第１環状室２１が形成され、リップシールリング１１とリップシールリング１２との間には、推進軸３回りに環状の第２環状室２２が形成される。リップシールリング１２とリップシールリング１３との間には第３環状室２３が形成される。

すなわち、船外側シール機構６Ａには、海水側（正面側）から第３環状室２３、第２環状室２２、第１環状室２１が並んで配置され、第３環状室２３には、海水７の浸入を防ぐべく、グリースが充填されている。
第２環状室２２は空気が満たされている空気室となっており、図１に示すように、一定流量の空気が空気供給手段２５により供給されている。なお、以下、空気室２２内の空気圧を単に空気圧Ｐａと表記する。
空気供給手段２５は、コンプレッサ２６と、このコンプレッサ２６に接続された圧縮された空気を蓄える空気タンク２７と、供給する空気の上限圧力を設定可能なレギュレータ弁２８と、空気流量の上限を設定可能な流量調整弁２９とから構成されている。

空気タンク２７の出側は、前記レギュレータ弁２８に連結され、レギュレータ弁２８の出側は流量調整弁２９に接続され、その出側が空気室２２に接続されている。ゆえに、空気タンク２７に蓄えられた圧縮空気は、一定圧力で且つ一定流量をもって、空気室２２内に供給されるようになっている。
一方、当該空気室２２には、開閉弁３３を備えたドレン回収管３０を介して船内側に設置されたドレンタンク３１が接続されている。このドレンタンク３１の底部には開閉自在なるドレン３２が設けられている。万が一、空気室２２内に海水７の浸入した際には、ドレン回収管３０を介してドレンタンク３１に回収可能である。

前記リップシールリング１０とリップシールリング１１とで挟まれた第１環状室２１は、軸封油３４が満たされた油室である。この油室２１には、軸封油３４の油圧Ｐｏを空気圧Ｐａより高い所要圧（＝空気圧Ｐａ＋所定圧Ｐｃ）にして供給する油供給回路３５が設けられている。換言すれば、空気圧Ｐａに所定圧Ｐｃを加えたものを所要圧と呼び、油室２１の油圧Ｐｏは常に所要圧で油供給回路３５により供給されるものとなっている。
以下、油室２１内の軸封油３４の油圧を単に油圧Ｐｏと表記する。
前記油供給回路３５は、図１に示すように、軸封油３４を循環させる循環ポンプ３６と、この循環ポンプ３６と油室２１とを接続している供給路３７と戻り路３８とを有している。戻り路３８には、かかる戻り路３８を開閉する弁体４０を有すると共に空気供給手段２５に接続している差圧調整弁機構３９が設けられている。

この差圧調整弁機構３９は、空気供給手段と連通した上で、戻り路３８内の流量を絞ることでその油圧Ｐｏを空気圧Ｐａより高い所要圧に設定しつつ、油圧Ｐｏを空気圧Ｐａの変動に追従可能としている。
図２に示す如く、差圧調整弁機構３９は、戻り路３８の途中に設けられたバルブ４５と、このバルブ４５の上部に取り付けられたフレーム体４３と、フレーム体４３の上部に取り付けられた差圧作動部４４を有している。
前記バルブ４５内には油供給回路３５の流量を絞る弁体４０が配設され、この弁体４０を下部に備えた連結体５２が差圧作動部４４まで延設されている。

この差圧作動部４４には、一方側が空気室２２に連通すると共に他方側が油室２１と連通し且つ両室２１，２２の圧力差により変動する作動体（ダイアフラム）４１が設けられている。また、このダイアフラム４１の変動は、油圧Ｐｏを所要圧にするために弁体４０の開量を設定する圧力設定手段５１を介して、弁体４５に伝えられるようになっている。
前記差圧作動部４４は、詳しくは、略中央に凹部が形成された座台５８上に略水平方向にダイアフラム４１が配置され、それらを上下から挟み込むように上蓋体４６と下蓋体４７が取り付けられることで構成されている。ダイアフラム４１と上蓋体４６との間に形成された空間は、上部圧力室４８であって、空気供給手段２５とが接続管７２を介してつながり且つ空気供給手段２５から空気が供給されて、上部圧力室４８内の圧力は空気室２２内と同圧となっている。

ダイアフラム４１と座台５８の凹部との間に形成された空間は、下部圧力室５０であって、油供給回路３５に連通路４９を介して連通しており、下部圧力室５０の圧力は油室２１内と同圧となっている。
前記ダイアフラム４１の略中心部には、フレーム体４３内に縦方向に配置された連結体５２の基端が連結されている。前記上部圧力室４８と下部圧力室５０との圧力差（差圧）により、ダイアフラム４１が上下に変形した（変動した）場合、それに連動して連結体５２も上下に移動する。

一方、バルブ４５は、戻り路３８に流入口７０と流出口７１がそれぞれ連結されているバルブ本体５３と、その上部の開口を塞ぐように取り付けられているバルブ上体５４とからなる。このバルブ上体５４の上部に前記フレーム体４３の下部が取り付くようになっている。このバルブ上体５４には前記連結体５２が上下動自在に挿入され、その先端には、バルブ４５内の流体流通孔５６を閉じる弁体４０が取り付けられている。
また、連結体５２の中途部にはフランジ状の係合部材５９が嵌着されており、この係合部材５９と座台５８の下面との間には拡張バネ等の付勢部材４２が配設されることで、圧力設定手段５１が構成されている。

この圧力設定手段５１は連結体５２を下方へ押すようになっており、弁体４０は油供給回路３５を閉鎖する方向に押圧されている。
さらに、係合部材５９はフレーム体４３に螺合し、且つ上下に移動可能な下部操作体６１により下方から支承されている。したがって、下部操作体６１を回転させて上下移動させることで、付勢部材４２を圧縮又は伸長しその付勢力を変更することができ、圧力設定手段５１による弁体４０の開量の設定値を変更可能としている。
圧力設定手段５１は、油圧Ｐｏが空気圧Ｐａに所定圧Ｐｃ（０．２〜０．３ｋｇ／ｃｍ²）を加えたもの、すなわち所要圧より大きくなった場合に、弁体４０の開量を増加させることで、油圧Ｐｏを減圧するように働く。

以上述べた、本実施形態の差圧調整弁機構３９は、外部からの操作等を必要とせず自力で、循環ポンプ３６による軸封油３４の流れを絞ることで、軸封油３４の油圧Ｐｏを所要圧に変更可能なものである。従来より用いられている重力タンクの如く、ヘッド圧により軸封油３４に所定圧Ｐｃを付加するものでない。ゆえに、推進軸３に対して一定の高さをもって設置する必要はなく、推進軸３のと同じ高さ又はそれ以下の高さにも設置することも可能になる。既存の船舶に本発明にかかる船尾管２の軸封装置を後付けすることは非常に容易である。

一方、船内側シール機構６Ｂは、船尾管２内の潤滑油が機関部側に流出するのを防ぐ機能を備えているものであり、断面くの字形である２本のリップシールリング６３，６３が推進軸３を取り囲むように軸芯方向に順に配置されるようになっている。
本実施形態の軸封装置の作動態様について、以下説明する。
図１に示すように、空気供給手段２５の空気タンク２７に蓄えられている圧縮空気は、流量調整弁２９（定流量弁）を通ることでその流量は常に一定となり、空気室２２に供給されている。一定流量で供給された空気は、リップシールリング１２，１３の先端とシールライナ１９との隙間を通って船外側に放出されるようになっている（エアシール方式）。海水側への空気放出により、「吃水圧Ｐｓｗ＜空気圧Ｐａ」の関係が保持されることになり、海水７の船内側への浸入を防止でき、リップシールリング１２のシール効果を確実にしている。加えて、前記空気放出により、空気室２２と海水側とは圧力的に連通することになり、空気圧Ｐａは、海水面Ｌが上下することに伴う吃水圧Ｐｓｗの変化に追従するようになっている。

図１に示すように、空気室２２の船内側に隣接する油室２１においては、空気圧Ｐａよりも所定圧Ｐｃだけ高い所要圧に設定されている軸封油３４が、循環ポンプ３６により供給されると共に、差圧調整弁機構３９により前記空気圧Ｐａに追従するようになっている。
詳しくは、図２に示す如く、バルブ４５内の弁体４０は、圧力設定手段５１の働きにより、軸封油３４が流れていないときは流体流通孔５６を閉塞しており、軸封油３４が循環ポンプ３６により送り出されて流れ始めると一定の開量で開くようになる。このときの弁体４０の開量（空隙量）は、空気室２２の空気圧Ｐａに所定圧Ｐｃ（０．２〜０．３ｋｇ／ｃｍ²）を加算した圧力を油圧Ｐｏに与えるように設定しており、このとき、ダイアフラム４１は平衡状態となっている。つまり、軸封油３４は、バルブ本体５３内の弁体４０と流体流通孔５６との間の空隙を通ることで、その流れが絞られ抵抗を受け、流入口７０側の油圧Ｐｏが所要圧になっている。

そして、大しけ時や、船本体への荷物の搬入・搬出により、海面レベルＬが変化し、吃水圧Ｐｓｗが変動した場合には、前記上部圧力室４８には空気供給手段２５の空気圧Ｐａが導入されているため、空気圧Ｐａを通じて、吃水圧Ｐｓｗの変化が油圧Ｐｏに反映される。
例えば、吃水圧Ｐｓｗの変動に伴い空気圧Ｐａが減少し、「油圧Ｐｏ＞空気圧Ｐａ＋所定圧Ｐｃ」となった場合には、「下部圧力室５０の内圧＞上部圧力室４８の内圧」となり、ダイアフラム４１が上方へ変形し、その変形が圧力設定手段を介して弁体４０の開量を増加させるようになる。

すると、軸封油３４の流量が増えると共に油圧Ｐｏは減少して、新たに、「油圧Ｐｏ＝空気圧Ｐａ＋所定圧Ｐｃ」の関係を満たすようになり、ダイアフラム４１は平衡状態となる。油圧Ｐｏの空気圧Ｐａ変動に対する追従が完了することになる。
逆に、吃水圧Ｐｓｗの変動に伴い空気圧Ｐａが増加した場合は、ダイアフラム４１が下方へ変動し、ダイアフラム４１は圧力設定手段５１を介して弁体４０の開度を減少させるように働く。すると、軸封油３４の流量は減り且つ油圧Ｐｏは上昇することになる。
つまり、シール機構６Ａにおいては、常時、「吃水圧Ｐｓｗ＜空気圧Ｐａ＜油圧Ｐｏ」の関係が満たされ、確実に船内側への海水７の浸入を防ぐと共に、船尾管２内の潤滑油が船外側に浸出することを防止している。

図３には、本発明にかかる船尾管の軸封装置の第２実施形態が示されている。
第２実施形態は、差圧調整弁機構３９と空気供給手段２５とを連結する接続管７２に、空気供給手段２５から供給される空気圧Ｐａを変更しながら差圧調整弁機構３９に導入可能とする圧力変更手段６８を備えている点が、第１実施形態と大きく異なっており、その他の構成においては第１実施形態と略同一である。
シール機構６Ａにおいて、空気室２２と油室２１とを仕切るリップシールリング１１が摩耗等で劣化しその性能が低下した際には、油室２１から空気室２２へ軸封油３４が漏洩して、多量の軸封油３４がドレンタンク３１に回収される（流れ込む）場合がある。このような状況を回避するために、一時的に油圧Ｐｏを増圧し、リップーシールリング１１のシール機能を高めるといった対策をとることがある。

差圧調整弁機構３９において、油圧Ｐｏを高い所要圧に増圧するためには、下部操作体６１を回転させて上方移動させることで、付勢部材４２を圧縮しその付勢力を増して、圧力設定手段５１による弁体４０の開量の変更すればよい。しかしながら、このような機械操作は繁雑で且つ時間を要する可能性がある。
しかしながら、前記圧力変更手段６８により、差圧調整弁機構３９に導入される空気圧Ｐａ’を空気供給手段２５内の空気圧Ｐａより高いものとすれば、油圧Ｐｏをさらに高い所要圧に変更できるようになり、短時間で油圧Ｐｏを増圧し、リップーシールリング１１のシール機能を回復させることができる。

また、図３に示す如く、本実施形態では、油供給回路３５の供給路３７及び戻り路３８に開閉弁７３，７３を備えている。
通常、油室２１内の油圧Ｐｏと船尾管２内の潤滑油の圧力Ｐｓｔとは同一であり、リップシールリング１０は通常は無負荷状態となっており、このリップシールリング１０は、リップシールリング１１が破損したり劣化した際に使用する予備の内蔵型シールリングとなっている。前記開閉弁７３，７３を閉じて油室２１に軸封油３４の供給をストップすることで、かかるリップシールリング１０が作動状態となる。

両リップシールリング１０，１１により、本シール機構６Ａは信頼性の非常に高いものとなっている。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、差圧調整弁機構３９は第１又は第２実施形態に記載されたものに限定されず、油圧Ｐｏを所要圧にできるものであればよく、供給路３７に設けられもよい。差圧調整弁機構３９の付勢部材４２を引っ張りバネとし、且つ上部圧力室４８内に配置することでダイアフラム４１を上方に引き上げるようにしてもよい。

また、第２実施形態で述べた圧力変更手段６８により、差圧調整弁機構３９に導入される空気圧Ｐａ’を「空気供給手段２５内の空気圧Ｐａ ー 設定圧Ｐｃ」より小さくすることで、油圧Ｐｏを空気供給手段２５内の空気圧Ｐａより低くくし、「空気圧Ｐａ＞油圧Ｐｏ」の関係を作り出すことも可能である。

船尾管の軸封装置の第１実施形態を示す説明図である。 差圧調整弁機構の断面図である。 船尾管の軸封装置の第２実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１ 船本体
２ 船尾管
３ 推進軸
６Ａ シール機構
１０ シールリング
１１ シールリング
１２ シールリング
２１ 油室
２２ 空気室
２５ 空気供給手段
３４ 軸封油
３５ 油供給回路
３６ 循環ポンプ
３９ 差圧調整弁機構
４０ 弁体
５１ 圧力設定手段
６８ 圧力変更手段
Ｐｓｗ吃水圧
Ｐａ 空気圧
Ｐｃ 所要圧
Ｐｏ 油圧

Claims (3)

1. 船本体（１）の後部に設けられた船尾管（２）とこの船尾管（２）内に挿入された推進軸（３）との間にシール機構（６Ａ）が設けられ、このシール機構（６Ａ）は少なくとも３つのシールリング（１０）（１１）（１２）が軸方向に並設されてなり、船外側の２つのシールリング（１１）（１２）相互間で空気室（２２）が形成されると共に船内側の２つのシールリング（１１）（１０）相互間で油室（２１）が形成され、空気室（２２）に空気を供給する空気供給手段（２５）が備えられ、且つ軸封油（３４）を油室（２１）に循環ポンプ（３６）で供給する油供給回路（３５）が設けられている船尾管の軸封装置において、
   前記油供給回路（３５）に設けられると共に空気供給手段（２５）と連通した上で、油供給回路（３５）内の流量を絞ることでその油圧（Ｐｏ）を前記空気圧（Ｐａ）より高い所要圧に設定すると共に、軸封油（３４）の油圧（Ｐｏ）を空気圧（Ｐａ）の変動に追従させる差圧調整弁機構（３９）を備えることを特徴とする船尾管の軸封装置。
2. 前記差圧調整弁機構（３９）は、油供給回路（３５）の戻り側の流量を絞る弁体（３９）と、この油供給回路（３５）内の油圧（Ｐｏ）と前記空気圧（Ｐａ）との差圧を所定のものにするべく弁体（３９）の開量を設定する圧力設定手段（５１）と、一方側が空気室（２２）に連通すると共に他方側が油室（２１）と連通し且つ空気室（２２）及び油室（２１）の圧力差により変動することで前記圧力設定手段（５１）を介して弁体（３９）の開量を調整する作動体（４１）とを有することを特徴とする請求項１に記載の船尾管の軸封装置。
3. 前記差圧調整弁機構（３９）には、導入される空気の圧力（Ｐａ）を変更する圧力変更手段（６８）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の船尾管の軸封装置。

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