JP2005255104A

JP2005255104A - スクリュープロペラ

Info

Publication number: JP2005255104A
Application number: JP2004072935A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Fujii; 昭彦藤井; Koyu Kimura; 校優木村; Tadashi Takeya; 正竹谷; Takashi Mikami; 隆三上
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】ハブ渦を拡散してハブボルテックスキャビテーションの発生を抑制して、プロペラ起振力を減少でき、また、プロペラ形状によらず単純に形状を決定することができるスクリュープロペラを提供する。
【解決手段】スクリュープロペラ１のボスキャップ３０に、プロペラ回転軸に垂直な方向に拡径するリング状突出物３１を設けて構成し、また、リング状突出物３１の外径Ｄｒを、プロペラ翼の外径Ｄｐの１０％〜３０％として形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の推進等に使用されるスクリュープロペラに関する。より詳細には、ハブボルテックスキャビテーションを抑制できるボスキャップを備えたスクリュープロペラに関する。

スクリュープロペラを使用する船舶においては、スクリュープロペラのハブから、ハブ渦（ハブボルテックス）が発生し、キャビテーションの原因となることが知られている。つまり、各プロペラ翼は、先端付近及び翼根部付近において自由渦を発生するが、この翼根部付近より発生した自由渦がボスキャップに沿ってプロペラ軸の中心部に集まり、強いハブ渦を形成し、この強い渦流によりキャビテーションが発生する。このキャビテーションにより舵表面のエロージョンを誘発し、舵損傷の要因となっている。

このハブボルテックスキャビテーションを防止するために、図２に示すように、プロペラ翼の翼根部（羽根根元）においてピッチを下げ、先端（プロペラ羽根先端）のピッチを上げることが行われている。

しかし、翼根部におけるピッチ下げは、プロペラ効率の悪化の原因となる上、先端のピッチ上げは、翼端側のキャビテーションの増大と、これに起因する起振力の増大の原因となる。また、翼根部において大きくピッチを下げると翼厚が増大するため、ボス比の増大を招き、更にプロペラ効率が悪化するという問題も生じる。

この対策として、ボスキャップの形状を工夫することで、ハブ渦の発生を抑制することが行われている。例えば、整流フィン付ボスキャップをプロペラに付加して、この整流フィンの、それ自体では推力を発生せず、ボスキャップ後流における水流をハブ渦の発生が減る方向に案内する作用を利用して、プロペラボスキャップの後流で発生するハブ渦を減少させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、可変ピッチプロペラにおいて、プロペラ翼後方のプロペラボス又はボスキャップの表面に、プロペラ翼数と同一数の切り込み溝を有する溝付きクランクピンリングを翼根部のピッチ角と略等しい角度で取り付け、翼後縁部から流出した流れを溝の内壁で受け止めることによって後流の回転力を弱め、ハブ渦の発生を防ぐハブ渦防止溝付き可変ピッチプロペラも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、これらの構成では、ボスキャップに整流フィンを付ける必要や、切り込み溝を有する溝付きクランクピンリングを翼根部のピッチ角と略等しい角度で取り付ける必要があるため、比較的複雑な形状をしている整流フィンや溝付きクランクピンリングの設計及び加工等に手間が生じ、工数が掛かる上にコスト高となるという問題がある。特に、整流フィンや溝付きクランクピンリングの場合は、プロペラ形状、特に翼根部付近のピッチが決まらなければ最適な設計を行うことができない上に、なおかつ複雑な形状となる。
特公平７−１２１７１６号公報特開平８−４８２９３号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ハブ渦を拡散してハブボルテックスキャビテーションの発生を抑制して、プロペラ起振力を減少でき、また、プロペラ形状によらず単純に形状を決定することができるスクリュープロペラを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のスクリュープロペラは、スクリュープロペラのボスキャップに、プロペラ回転軸に垂直な方向に拡径するリング状突出物を設けて構成される。この構成によれば、このリング状突出物により、各プロペラ翼の翼根部付近において発生した自由渦が外側に誘導されて拡散するので、これらの自由渦がボスキャップに沿ってプロペラ軸の中心部に集中して強いハブ渦が形成されるのが防止される。

そして、このリング状突出物は、リング状に形成するだけであるので、形状が単純であるので、整流フィン等と比較して、設計、製作、及び、取付加工等が著しく容易となり、製作工数や製造コストも少なくて済む。

そして、上記のスクリュープロペラにおいて、前記リング状突出物の外径を、プロペラ翼の外径の１０％〜３０％とすると、ハブ渦を減少する効果を大きくでき、また、このリング状突出物による抵抗増加が小さくすることができる。１０％より小さいと、抵抗増加に比べハブ渦拡散効果が小さく、３０％より大きいと、ハブ渦拡散効果に比べ抵抗増加が大きくなる。

また、上記のスクリュープロペラにおいて、前記リング状突出物の外径を、プロペラ翼の翼端部のフィレットの外縁の径と同じとすると、ボス渦を減少する効果を比較的大きく、また、このリング状突出物による抵抗増加が比較的小さくしながら、リング状突出物の設計を著しく単純化できる。

そして、上記のスクリュープロペラにおいて、前記リング状突出物に、前後に貫通し、水を流通できる流通孔を設けて構成すると、重量が軽くなるので、既存のスクリュープロペラに適用する場合でも、プロペラ軸のバランスへの影響が少なくなる。また、流通孔からリング状突出物の背後に水が供給されるので、低圧力部分の発生や渦流の発生が抑制され、リング状突出物の設置による抵抗増加が小さくなる。更に、流通孔の壁面にハブ渦の渦が衝突するので、ハブ渦を減少させる効果も発生する。

本発明に係るスクリュープロペラによれば、ハブキャップに設けたリング状突出物により、プロペラ翼の翼根部に発生するハブ渦を拡散し、ハブ渦によるキャビテーションを抑制できる。そのため、翼根部でプロペラのピッチを上げることができ、その結果、先端部のピッチを下げることができるので、キャビテーションの発生総量を抑えることができ、プロペラ起振力を抑制できる。また、プロペラ形状によらず単純にハブキャップに設けるリング状突出物の形状を決定することができる。

以下図面を参照して本発明に係るスクリュープロペラの実施の形態について説明する。

図１に示すように、本発明に係わる実施の形態のスクリュープロペラ１は、船舶用のプロペラであり、ハブ１０とプロペラ翼２０とボスキャップ３０とからなる。

そして、本発明においては、ボスキャップ３０にリング状突出物３１が設けられる。このリング状突出物３１は、ハブ渦拡散リングと呼ぶようなものであり、スクリュープロペラ１の各プロペラ翼２０の翼根部Ｂ付近において発生した自由渦を外側に誘導して拡散するためのもので、このリング状突出物３１を設けることにより、これらの自由渦がボスキャップ３０に沿ってプロペラ軸の中心部に集中して強いハブ渦が形成されるのを防止することができる。

このリング状突出物３１の形状は、図２〜図４に示すような断面形状をしており、図２の形状では前側（ハブ側）は、ハブキャップ面の垂直に対して滑らかに０°〜６０°程度の傾斜αで立ち上がり、ハブ渦を外側に誘導して拡散するように構成される。また、後側は、余分な渦を発生してリング状突出物３１の抵抗を増加しないように、ハブキャップ面の垂直に対してなだらかな０°〜６０°程度の傾斜βで形成される。また、図３や図４では、リング状突出物３１の断面形状は、ハブキャップ面に対して半円もしくは半楕円となる形状で形成される。そして、リング状突出物３１の幅Ｌａは、根元では、ボスキャップ３０の長さＬｂの１０％〜８０％とする。

また、図５に示すように、このリング状突出物３１において前後方向に貫通する流通孔３１ｈを設けて形成すると、重量が軽くなり、既存のスクリュープロペラに適用する場合でも、プロペラ軸のバランスへの影響を少なくすることができる。また、流通孔３１ｈからリング状突出物３１の背後に水が供給されるので、低圧力部分の発生や渦流の発生を抑制することができ、リング状突出物３１の設置による抵抗増加を減少できる。

この流通孔３１ｈの貫通方向は、プロペラ回転軸方向でもよく、このプロペラ回転軸方向に対して傾斜した方向でもよいが、ハブ渦の渦流が流通孔３１ｈの壁面に衝突して、ハブ渦の渦流が抑制される方向に、即ち、ハブ渦の渦流方向に対して傾斜するように、形成すると、ハブ渦を減少させる効果も発生する。

また、この流通孔３１ｈの形状は、円形状、楕円形状、扇形形状、三角形形状、台形形状、矩形形状等の各種形状を採用することができ、これらの形状の流通孔３１ｈを複数個リング状突出物３１の円周方向に並べて形成する。

そして、このリング状突出物３１の外径Ｄｒは、プロペラ翼２０の外径の１０％〜３０％とするのが好ましい。１０％より小さいと、抵抗増加に比べハブ渦拡散効果が小さく、３０％より大きいと、ハブ渦拡散効果に比べ抵抗増加が大きくなる。

なお、リング状突出物３１の外径Ｄｒを、スクリュープロペラ１の翼端部Ｔのフィレット２１の外縁の径Ｄｆと同じとすると、ボス渦を減少する効果を比較的大きく、また、このリング状突出物３１による抵抗増加が比較的小さくしながら、リング状突出物３１の設計を著しく単純化できる。

本発明の実施の形態のスクリュープロペラの構成を示す図である。本発明の実施の形態のリング状突出物の例を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は側断面図である。断面が半円形状のリング状突出物を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は側断面図である。断面が半楕円形状のリング状突出物を示す側断面図である。流通孔を設けたリング状突出物を示す斜視図である。従来技術のスクリュープロペラのピッチ分布を示す図である。

符号の説明

１スクリュープロペラ
１０ボス
２０プロペラ翼
２１フィレット
３０ボスキャップ
３１リング状突出物
３１ｈ流通孔

Claims

スクリュープロペラのボスキャップに、プロペラ回転軸に垂直な方向に拡径するリング状突出物を設けたことを特徴とするスクリュープロペラ。
前記リング状突出物の外径を、プロペラ翼の外径の１０％〜３０％とすることを特徴とする請求項１記載のスクリュープロペラ。
前記リング状突出物に、前後に貫通し、水を流通できる流通孔を設けたことをことを特徴とする請求項１又は２記載のスクリュープロペラ。