JP2008143488A - 船舶用ダクトおよび船舶用ダクト付き船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネデバイスとしての性能を維持したまま、製造コストを抑え、しかも、振動の発生を防止することができる船舶用ダクトおよび該船舶用ダクトが設置された船舶用ダクト付き船舶を提供する。
【解決手段】船舶用ダクト付き船舶１は、船体２と、プロペラ３と、船体２の船尾に設置された船舶用ダクト６と、を有し、船舶用ダクト６は、筒状ダクト４と、筒状ダクト４と船体２とを連結する一対のステー５とから構成されている。一対のステー５は、水平面１ｃに対して仰角αｓ、傾斜角θｓでもって船体２の両舷に対称に設置されている。また、一対のステー５の中心面５ｃは水平面１ｃに対し開き角度θｓだけ傾斜し、筒状ダクト４の船尾側縁部を含む面との交点Ｑは、プロペラ軸３ｃから偏位距離Ｈｓだけ離れている。
【選択図】図２

Description

本発明は、船舶の船尾に設置される船舶用ダクト、および船舶用ダクトが設置された船舶用ダクト付き船舶に関するものである。

船舶において、船体が前進する場合に損失するエネルギーを回収し、省エネ効果を得ようとする装置が省エネデバイスの一種として、プロペラ前方に設置される筒型状の装置（ダクトまたはノズルと称呼されている。（例えば、特許文献１、２参照）。

実用新案登録公報第２５５５１３０号公報（２頁、図１） 特開平１１−２７８３８３号公報（２−３頁、図２）

しかしながら、特許文献１に開示された考案は、船体の船尾とプロペラとの間に、規定された形状のリング状ノズル（船舶用ダクトに同じ、以下「船舶用ダクト」と称す）を設けることによって、船殻効率および推進効率を向上させることができるものの、該船舶用ダクトの軸心を含む断面における形状（以下「断面形状」と称す）が、翼型に代表される流体力学的に流線型の形状であることから、３次元的に複雑な曲面となっている。特に、ダクトの前縁部（船首側縁部）が、軸心を含む断面において曲率の大きな（曲率半径の小さいに同じ）曲げ部分が存在すると共に、軸心に垂直な断面においても円弧状に曲げられている。このため、
（あ）熱を加えながら曲げ加工を行う「線状加熱」は、熟練した加工技能が必要であり、ブレス加工に比べ大きく加工工数が増大するという問題があると共に、熟練した加工技能を持つ職人が減少していることから、将来における加工方法になり得ないおそれがあるという問題があった。
（い）また、船舶用ダクトの船首側縁部の上側が溝状に欠損し、すなわち、船舶用ダクトの船尾側縁部は円環であるのに対し、船舶用ダクトの船首側縁部は略Ｃ字状であって、該欠損部において船体の両舷に接続されるだけであるため、ダクトの剛性が低く振動が発生し易いという問題があった。

また、特許文献２に開示された発明は、極厚板鋼板をプレス加工により円環状に成形し、機械加工によりその断面形状を翼型に成形するものである。このため、
（う）機械加工の費用が高いことから、製造コストが高騰するという問題があった。
（え）また、このような機械加工を可能にする機械が特定の機械に限定されるため、製造可能な工場が限られ、運搬費用の増加や、加工待ちによる工期の延長という問題があった。
（お）また、プロペラを支持する船尾ボスと船舶用ダクトの上側内面とが、断面翼型のストラットによって連結されているものの、ダクトの剛性が十分に高くならないため、振動が発生し易いという問題が未解決であった。また、船舶用ダクト（略円環状部）およびのストラットが何れも断面翼型であって、これを機械加工によって形成するため、加工コストが高騰するという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、省エネデバイスとしての性能を維持したまま、製造コストを抑え、しかも、振動の発生を防止することができる船舶用ダクトおよび該船舶用ダクトが設置された船舶用ダクト付き船舶を提供するものである。

（１）本発明に係る船舶用ダクトは、船体の船尾に設置される船舶用ダクトであって、
船首側が船尾側よりも径大である筒状のダクト外板と、
前記ダクト外板の内部に収容された状態で前記ダクト外板の船尾側縁部に接続された筒状の船尾側内板と、
前記ダクト外板の内部に収容された状態で前記ダクト外板の船首側縁部と前記船尾側内板の船首側縁部とを滑らかに連結する船首側内板と、
前記船体と前記船尾側内板とを連結する複数の板状ステーと、
を有する。

（２）前記（１）において、前記ダクト外板の上側が下側よりも長く、かつ、前記船尾側内板の上側が下側より長いことを特徴とする。
（３）前記（１）または（２）において、前記船尾側内板が、円筒または円錐の一部であることを特徴とする。
（４）前記（１）乃至（３）の何れかにおいて、前記ダクト外板の船首側縁部に沿って管材または棒材が設置され、該管材または棒材に、前記船首側内板の船首側縁部が接続されていることを特徴とする。

（５）また、本発明に係る船舶用ダクト付き船舶は、船体と、
該船体の船尾に突出して設置されたプロペラと、
前記船体の船尾に設置された前記（１）乃至（４）の何れかに記載の船舶用ダクトと、
を有する。

（ｉ）したがって、本発明によると、船舶用ダクトの船尾側内板と船体とを連結する板状ステーは翼型のステーに比べて簡単形状であるから、製作が容易である。また、簡単形状の板状ステーが簡単形状である船尾側内板（曲率の大きな部位がない）に接続されるから、接合が容易である。さらに、船舶用ダクトは複数の板状ステーによって船体に連結されるから、振動の発生が防止される。
（ｉｉ）さらに、ダクト外板および船尾側内板が、側面視において上側が下側よりも長いから、船尾形状に対応した設計の自由度が増し、省エネ効果が増大する。
（ｉｉｉ）また、船尾側内板が円筒または円錐の一部、すなわち、稜線が直線であるから、船尾側内板を板材の２次元曲げ加工によって製造することができると共に、複数の板状ステーは直線状の稜線に連結されるから、連結作業が容易かつ迅速になり、製造コストの低減および工期の短縮を図ることができる。
（ｉｖ）ダクト外板の船首側縁部に沿って管材または棒材が設置され、該管材または棒材に船首側内板の船首側縁部が接続されるため、船首側内板の船首側縁部における曲率の大きな（曲率半径の小さいに同じ）曲げ加工が不要になるから、製造が容易になり、船舶用ダクトの製造コストのさらなる低減および工期のさらなる短縮が促進される。

（ｖ）さらに、本発明によると、前記（１）乃至（４）の何れかに記載の船舶用ダクトが設置されているため、製造コストの低減と共に、推進性能の向上を図ることができる。

［実施形態１：船舶用ダクト付き船舶］
図１は、本発明の実施形態１に係る船舶用ダクト付き船舶の概要を示す、（ａ）は部分側面図、（ｂ）は船尾側から見た断面図である。図１において、船舶用ダクト付き船舶１は、船体２と、船体２の船尾（図中、右側）に突出して設置されたプロペラ３と、船体２の船尾に設置された船舶用ダクト６と、を有している。船舶用ダクト６は、筒状ダクト４と、筒状ダクト４と船体２とを連結する一対のステー５とから構成されている。

筒状ダクト４の外郭は、側面視（船側を見る方向に同じ）において略台形（図１の（ａ）において、位置Ａ−位置Ｂ−位置Ｄ−位置Ｃを結ぶ線分によって形成される）で、正面視（船尾を見る方向に同じ）において断面円形（図１の（ｂ）参照）の略円錐形の一部である。
なお、筒状ダクト４の船主側縁部（プロペラ３から離れた範囲）は、上側（船橋側または水面側に相当する）および下側（船底側または海底側に相当する）にそれぞれ切欠部が形成され、該切欠部において船体２に設置されているから、筒状ダクト４の船主側縁部の断面は、一対の略半円状部材によって形成されている。また、筒状ダクト４の船尾側縁部（プロペラ３に近い範囲）は、スケグ９に接続される部分が欠損した略Ｃ字状を呈している。

なお、船体２の対称面を一点鎖線（以下「船体中心面」と称す）２ｃで、プロペラ３の中心軸を一点鎖線（以下「プロペラ軸」と称す）３ｃで、筒状ダクト４の中心軸を一点鎖線（一点鎖線３ｃに一致している、以下「ダクト軸」と称す）４ｃで、水面の一例を実線（以下「水平面」と称す）１ｃで、それぞれ示している。
プロペラ３の直径が「Ｄｎ」のとき、筒状ダクト４の船尾側直径Ｄｎ（位置Ｃ−位置Ｄの距離）、筒状ダクト４の上側長さＬｄ（線分ＡＣの長さ）、筒状ダクト４の下側長さＬｂ（線分ＢＤの長さ）、および、筒状ダクト４の船首方向に拡径する割合（図中、線分ＡＣとダクト軸４ｃとのなす角度、線分ＢＤとダクト軸４ｃとのなす角度、以下「開き角度」と称す）θｄは周方向で一定であって、それぞれ以下の範囲にある。
０．４０×Ｄｎ≦Ｄ１≦１．０×Ｄｎ
０．４０×Ｄｎ≦Ｌｄ≦１．０×Ｄｎ
０．０２×Ｄｎ≦Ｌｂ≦１．０×Ｄｎ
Ｌｂ≦Ｌｄ
５°≦θｄ≦２０°

［実施形態２：船舶用ダクト−その１］
図２は、本発明の実施形態２に係る船舶用ダクトの概要を示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は船尾側から見た正面図である。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図２において、筒状ダクト４は、図１に示す船舶用ダクト付き船舶１の右舷に設置されるものである。船舶用ダクト６を構成する一対のステー５は、水平面１ｃに対して側面視で「仰角αｓ」、正面視で「傾斜角θｓ」でもって船体２の両舷に対称に設置されている。また、一対のステー５の中心面５ｃ（一点鎖線にて示す）は、船体中心面２ｃにおいて交差し、該交差線と筒状ダクト４の船尾側縁部を含む面との交点Ｑは、プロペラ軸３ｃから距離（以下「偏位距離」と称す）Ｈｓだけ離れている。

すなわち、筒状ダクト４とステー５との距離が近くなると、ステー５の効果が少なくなると考えられるため、筒状ダクト４とステー５とが干渉しない位置関係にするため、以下のような範囲に設定するのが好ましい。
−３０°≦αｓ≦３０°
−０．３×Ｄｎ≦Ｈｓ≦０．３×Ｄｎ
−４５°≦θｓ≦４５°
なお、図１には、以下の場合を示している。
αｓ＝０°
Ｈｓ＝０
θｓ＝０°

（省エネ効果）
図３は、図１に示す船舶用ダクト付き船舶の省エネ効果を確認するために用いた船舶用ダクトを模式的に示す斜視図であって、（ａ）はステーを具備する船舶用ダクト、（ｂ）はステーを具備しない筒状ダクトである。
ステー５が省エネ効果に与える影響を確認するために用いた水槽は、長さ２４０ｍ、幅１８ｍ、深さ８ｍの船型試験水槽であって、供試模型船の大きさは約８ｍであり、船型は大型のバルクキャリアーである。そして、ステー５の断面形状は筒状ダクト４の断面形状と同じ厚さの平板とし、コード長はプロペラ軸３ｃと同じ高さにおける筒状ダクト４のコード長と同一とした。

表１にステー５を装着しない（筒状ダクト４のみが設置されている）場合の馬力を「１００」としたときの馬力比較を示す。
筒状ダクト４のみ（ステー５なし）設置された場合と比較すると、ステー５を具備する船舶用ダクト６を装備する場合は、約１％馬力が軽減されている。これより、ステー５を取り付けることによって、省エネ効果が向上することを確認できた。なお、本試験では、ステー５を翼型断面でなく、平板によって形成しているものの、省エネ効果の悪化が生じていない。
なお、筒状ダクト４は船体に設置されるため、正確には完全な円環ではなく、二箇所あるいは一箇所に切り欠きが形成されて円弧部から形成されるものである。

図４は、図１に示す船舶用ダクト付き船舶の省エネ効果を説明するための側面図である。なお、図１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図４のおいて、筒状ダクト４にステー５を取り付けると、プロペラ３の前方で筒状ダクト４の後方（図４において、ハッチングにて示す）の範囲に流入する流場の分布が変化し、所要馬力を決定する自航要素のーつである有効伴流係数「１−Ｗｔ」が向上する。そのため、ステー５のない筒状ダクト４のみを設置した場合と比較して、馬力低減効果が向上する。
表２に、前記試験における「１−ｗｔ」の比較を示す。所要馬力は、１−Ｗｔが小さい程低く、試験結果ではステー５を付けることによって１−Ｗｔが約１．２％低減しているため、ステー５が馬力低減に寄与することが確認できた。

（制振効果）
図５は、図１に示す船舶用ダクト付き船舶の制振効果を確認するために用いた船舶用ダクトを示す船尾方向から見た正面図である。
プロペラ３が回転することによる流場の周期的な変動周波数が、筒状ダクト４の固有振動数に近くなると、共振が起こりやすくなる。たとえば、1 次モードの振動であれば、船体２と筒状ダクト４との接続部分２４ｄ、２４ｂから離れた所（ハッチングにて示す）において、振動が起こりやすくなる（図５参照）。
このような共振現象が発生する恐れが生じた場合、その振動が起こりやすくなる部分において、船体２と筒状ダクト４を接続するステー５を設けることにより、筒状ダクト４の固有振動数を流場の変動周波数から遠ざけることができる。また、同時に、筒状ダクトの剛性が向上し、振動を回避することが可能となる。
なお、複数のステーの枚数は限定するものではなく、解析等により決定し、ダクトの固有振動数が流場の変動周波数から遠ざかるようにする。この振動防止効果は、断面の厚みが薄いダクトの場合に、特に有効である。
また、また、筒状ダクト４の外殻は側面視で、上側が下側より長いものを図示しているが、上側と下側とが等しい長さであってもよい。

［実施形態３：船舶用ダクト−その２］
図６は、本発明の実施形態３に係る船舶用ダクトを模式的に示す平面図である。図６において、船舶用ダクト６０は、船舶用ダクト付き船舶１の船舶用ダクト６に替えて、設置されるものである。船舶用ダクト６０は筒状ダクト４０と、一対のステー５０とから構成され、ステー５０の筒状ダクト４０への設置形態は実施形態２（図２）に準じている。
筒状ダクト４０は、ダクト外板４３とダクト内板４６とから形成された筒状体である。

ダクト外板４３は、船首側が船尾側よりも径大で、上側が下側よりも長い略円錐の一部である船尾側外板４１と、船尾側外板４１の船首側縁部に連続して、船首側縁部に近づく程、内径が除々に減少する船首側外板４２と、から形成されている。
ダクト内板４６は、船首側が船尾側よりも径大で、上側が下側よりも長い円錐または円筒の一部である船尾側内板４５と、船尾側内板４５の船首側縁部に連続して、船首側縁部に近づく程、内径が除々に拡大する船首側内板４４と、から形成されている。
船首側外板４２の船首側縁部と船首側内板４４の船首側縁部とは連続している。

そして、船尾側内板４５にステー５０が接続されている。すなわち、船尾側内板４５の稜線は直線であるから、ステー５０の船尾側内板４５に接続する側面５４は直線になる。
よって、船尾側内板４５およびステー５０それぞれの製作が容易になると共に、船尾側内板４５とステー５０との接続が簡便、容易になるため、船舶用ダクト６０の施工コストが安価になる。

なお、本発明は、船首側外板４２の船首側縁部と船首側内板４４の船首側縁部とが連続する形態を限定するものではなく、たとえば、船首側外板４２の船首側縁部と船首側内板４４の船首側縁部との間に、管体または棒体を設置し、該管体または棒体に船首側外板４２の船首側縁部および船首側内板４４の船首側縁部を、それぞれ接合するようにしてもよい。このとき、船首側外板４２の船首側縁部に近い範囲および船首側内板４４の船首側縁部に近い範囲における、曲率の大きな（曲率半径の小さな）曲げ加工（三次元曲げ加工）を省略することができるから、製造コストが安価になる。

さらに、内径が除々に減少する船首側外板４２に替えて、ダクト外板４３の全域を円錐の一部に成形した船尾側外板４１にしてもよい（船首側外板４２を船尾側外板４１に連続する円錐の一部に成形するとみなすに同じ）。このとき、ダクト外板４３は全域において直線状の稜線を有するから、簡単な二次元曲げによって製造することが可能になり、製造コストが安価になる。そして、前記管体または棒体の設置を併用すれば、製造コストはさらに安価になる。

［実施形態４：船舶用ダクト−その３］
図７は、本発明の実施形態４に係る船舶用ダクトを模式的に示す斜視図である。図７において、船舶用ダクト８は、船舶用ダクト付き船舶１の船舶用ダクト６において、ステー５の上面に整流板７を設置したものである。整流板７は１ｃは船体中心面２ｃに平行であって、筒状ダクト４内の整流効果を促進するから、プロペラ３の前方で筒状ダクト４の後方（図４に示すハッチング参照）の範囲に流入する流場の分布変化が進み、所要馬力を決定する自航要素のーつである有効伴流係数「１−Ｗｔ」がさらに向上する。そのため、馬力低減効果がさらに向上する。

本発明は以上の構成であるため、省エネデバイスとしての性能を維持したまま、製造コストを抑え、しかも、振動の発生を防止することができるから、各種船形の船舶の省エネデバイスとして、広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る船舶用ダクト付き船舶の概要を示す側面図等。 本発明の実施形態２に係る船舶用ダクトの概要を示す側面図等。 図１に示す船舶用ダクト付き船舶の省エネ効果を確認するために用いた船舶用ダクトを示す斜視図。 図１に示す船舶用ダクト付き船舶の省エネ効果を説明するための側面図。 図１に示す船舶用ダクト付き船舶の制振効果を確認するために用いた船舶用ダクトを示す船尾方向から見た正面図。 本発明の実施形態３に係る船舶用ダクトを模式的に示す平面図。 本発明の実施形態４に係る船舶用ダクトを模式的に示す斜視図。

符号の説明

１ 船舶用ダクト付き船舶
２ 船体
３ プロペラ
４ 筒状ダクト
５ ステー
６ 船舶用ダクト
７ 整流板
８ 船舶用ダクト
９スケグ
２ｃ 船体中心面
３ｃ プロペラ軸
４ｃ ダクト軸
５ｃ 中心面（ステー）
４０ 筒状ダクト
４１ 船尾側外板
４２ 船首側外板
４３ ダクト外板
４４ 船首側内板
４５ 船尾側内板
４６ ダクト内板
５０ ステー
５４ 側面
６０ 船舶用ダクト
αｓ 仰角
θｄ 開き角度
θｓ 傾斜角
Ｄｎ 船尾側直径
Ｈｓ 偏位距離
Ｌｂ 下側長さ
Ｌｄ 上側長さ

Claims (5)

1. 船体の船尾に設置される船舶用ダクトであって、
   船首側が船尾側よりも径大である筒状のダクト外板と、
   前記ダクト外板の内部に収容された状態で前記ダクト外板の船尾側縁部に接続された筒状の船尾側内板と、
   前記ダクト外板の内部に収容された状態で前記ダクト外板の船首側縁部と前記船尾側内板の船首側縁部とを滑らかに連結する船首側内板と、
   前記船体と前記船尾側内板とを連結する複数の板状ステーと、
   を有する船舶用ダクト。
2. 前記ダクト外板の上側が下側よりも長く、かつ、前記船尾側内板の上側が下側より長いことを特徴とする請求項１記載の船舶用ダクト。
   ことを特徴とする請求項１記載の船舶用ダクト。
3. 前記船尾側内板が、円筒または円錐の一部であることを特徴とする請求項１または２記載の船舶用ダクト。
4. 前記ダクト外板の船首側縁部に沿って管材または棒材が設置され、
   該管材または棒材に、前記船首側内板の船首側縁部が接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の船舶用ダクト。
5. 船体と、
   該船体の船尾に突出して設置されたプロペラと、
   前記船体の船尾に設置された請求項１乃至４の何れかに記載の船舶用ダクトと、
   を有する船舶用ダクト付き船舶。

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