JP2009107591A - ウォータージェットポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】相隣接する翼の前部と後部とのオーバーラップ領域における圧力変動を低減させて振動および不快音を抑制する。
【解決手段】軸体５０の回りに複数の翼４１，４２，４３が形成され，相隣接する翼の前部と後部とが軸方向から見てオーバーラップするインペラ４０が，円筒状のハウジング内に設けられて回転駆動されるウォータージェットポンプにおいて，軸方向から見て，翼の後縁４１ｅ，４２ｅ，４３ｅを，軸心Ｏに向かう半径方向ｒから回転方向上流側に向けて傾斜させ，傾斜部と軸体外周部５１との間に翼の欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａを形成した。軸心に向かう半径方向ｒに対する傾斜部の傾斜角度θは１０度以上６０度以下とする。
【選択図】図５

Description

本発明は，ウォータージェットポンプ（以下単にジェットポンプともいう）に関する。より詳しくは，船体の推進装置として用いられるジェットポンプに関し，特に，その振動防止技術に関するものである。

従来のジェットポンプとして，図９に示すように，軸体１の回りに複数の翼２が形成され，相隣接する翼２の前部２ｆと後部２ｒとが軸方向から見てオーバーラップするインペラ３が，円筒状のハウジング内に設けられて回転駆動されるウォータージェットポンプが知られている（例えば特許文献１の図３〜図５）。
この種のジェットポンプは，インペラ３が回転駆動されることでジェット水流が発生し，船体が推進される。
図９に示すインペラ３は，ポンプ効率を向上させるべくそれぞれの翼２の回転方向に関する長さを長く構成してあるため，結果として，隣接する翼２の前部２ｆと後部２ｒとが軸方向から見てオーバーラップ（ＯＬ）している。
特開平９−９９８９５号公報（図３〜図５）

従来のジェットポンプでは，図９（ａ）に示すように，軸方向から見て，翼２の後縁２ｅが，軸心Ｏに向かう半径方向に沿って一直線状に形成されていた。
このため，船体を停止状態あるいは低速状態から全速発進する際や旋回中等，インペラ前の圧力が低下し，かつインペラ３の回転数が高いような状況下において，インペラ３がキャビテーションにより振動し，ジェットポンプを介して船体振動を引き起こすとともに不快な音が発生するという課題があった。
より詳しくは，相隣接する翼２の前部２ｆと後部２ｒとのオーバーラップ領域ＯＬにおいて，翼２の前部２ｆにおける高圧領域と，これに隣接する翼の後部２ｒにおける低圧領域とが干渉し，激しい圧力変動が生じて水の流れが大きく乱されることで振動および不快音が発生し，その振動がインペラ３とジェットポンプを介して船体ヘと伝播するという課題があった。
本発明の目的は，上記のような課題を解決し，上記オーバーラップ領域ＯＬにおける圧力変動を低減させて振動および不快音を抑制することのできるウォータージェットポンプを提供することにある。

本発明のウォータージェットポンプは，上記の目的を達成するため，軸体の回りに複数の翼が形成され，相隣接する翼の前部と後部とが軸方向から見てオーバーラップするインペラが，円筒状のハウジング内に設けられて回転駆動されるウォータージェットポンプにおいて，軸方向から見て，前記翼の後縁の少なくとも一部を，軸心に向かう半径方向から回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部と前記軸体外周部との間に翼の欠落部を形成したことを特徴とする。
望ましくは，前記軸心に向かう半径方向に対する前記傾斜部の傾斜角度を１０度以上６０度以下とする。

本発明のウォータージェットポンプによれば，軸体の回りに複数の翼が形成され，相隣接する翼の前部と後部とが軸方向から見てオーバーラップするインペラが，円筒状のハウジング内に設けられて回転駆動されるウォータージェットポンプにおいて，軸方向から見て，前記翼の後縁の少なくとも一部を，軸心に向かう半径方向から回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部と前記軸体外周部との間に翼の欠落部を形成してあるので，次のような作用効果が得られる。
すなわち，軸方向から見て，前記翼の後縁の少なくとも一部を，軸心に向かう半径方向から回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部と前記軸体外周部との間に翼の欠落部を形成してあるので，該欠落部においては，翼の前部における高圧領域と，これに隣接する翼の後部における低圧領域との干渉が発生しない。
したがって，該欠落部においては，圧力変動が著しく緩和され，水流の乱れも抑制される。このため，水流の乱れに起因する振動および不快音も抑制され，結果として，船体の振動も抑制されることとなる。
以上のように，この発明によれば，上記オーバーラップ領域における圧力変動を低減させて振動および不快音を抑制することができる。
しかも，前記欠落部は，翼の後縁の少なくとも一部を，軸心に向かう半径方向から回転方向上流側に向けて傾斜させることで，該傾斜部と前記軸体外周部との間，すなわち，インペラの中心寄りに形成してあるので，翼の後縁の少なくとも一部を，軸心に向かう半径方向から回転方向下流側に向けて傾斜させて該傾斜部の外側すなわちインペラの外側寄りに欠落部を形成した場合に比べて，ポンプ効率を向上させる（ポンプ効率を確保する）ことが出来る。
また，前記軸心に向かう半径方向に対する前記傾斜部の傾斜角度を１０度以上６０度以下とすることにより，上記効果をより確実に得ることが出来る。

以下，本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るウォータージェットポンプの一実施の形態を用いた小型滑走艇の一例を示す一部切り欠き概略側面図，図２は同じく概略平面図である。

これらの図（主として図１）に示すように，この小型滑走艇１０は，鞍乗り型小型船舶であり，船体１１上のシート１２に乗員が座り，スロットルレバー付きの操舵ハンドル１３を握って操行可能である。
船体１１は，ハル１４とデッキ１５とを接合して内部に空間１６を形成した浮体構造となっている。空間１６内において，ハル１４上には，エンジン２０が搭載され，このエンジン２０で駆動される推進手段としてのウォータージェットポンプ３０がハル１４の後部に設けられている。

ジェットポンプ３０は，船底に開口した取水口１７から船体後端に開口した噴流口３２およびノズル３２ａに至る流路１８内に配置されたインペラ４０を有しており，インペラ４０の駆動用のシャフト（ドライブシャフト）２２がエンジン２０の出力軸２１にカプラ２３を介して連結されている。したがって，エンジン２０によりカプラ２３およびドライブシャフト２２を介してインペラ４０が回転駆動されると，取水口１７から取り入れられた水が噴流口３２からノズル３２ａを経て噴出され，これによって船体１１が推進される。エンジン２０の駆動回転数，すなわちジェットポンプ３０による推進力は，前記操舵ハンドル１３のスロットルレバー１３ａ（図２参照）の回動操作によって操作される。ノズル３２ａは，該ノズル３２ａと一体のレバー３２ａ１（図２）が図示しないワイヤー等からなる連係機構で操舵ハンドル１３と連係されていて，操舵ハンドル１３の操作で回動操作され，これによって船体１１の進路を変更することができる。

図３はジェットポンプ３０を示す断面図である。
この図に示すように，ジェットポンプ３０は，船体１１の底部に設けられた取水口１７（図１参照）に連通する流路１８を形成する円筒状のハウジング（ステータダクト）３１と，このハウジング３１内に配置されたインペラ４０と，ハウジング３１内に設けられたインペラの軸受け部３３と，この軸受け部３３の後端を塞ぐキャップ３４とを備えている。
ジェットポンプ３０は，ハウジング３１の前部に形成されたフランジ部３１ｄをハル１４に図示しないボルトで固定することによりハル１４に対して着脱可能に装着されている。

ハウジング３１は，インペラ収容部３１ａと，軸受け収容部３１ｂと，噴流口３２（図１参照）とを有しており，インペラ収容部３１ａと軸受け収容部３１ｂとは一体に構成されている。軸受け収容部３１ｂ内に静翼３１ｂ１を介して前記軸受け部３３が一体的に形成されている。

図４はインペラ４０の斜視図，図５はインペラ４０を前方（図４の左方）から見た図，図６（ａ）はインペラ４０の断面図（図６（ｂ）におけるａ−ａ断面図），（ｂ）は後方から見た図である。
図３〜図６に示すように，インペラ４０は，軸体５０と，この軸体５０の回りに軸体５０と一体に螺旋状に形成された複数（図示のものは３枚）の翼４１，４２，４３とを有しており，相隣接する翼の前部と後部とが軸方向から見てオーバーラップしている。すなわち，図５に示すように，翼４１の前部４１ｆと翼４３の後部４３ｒ，翼４２の前部４２ｆと翼４１の後部４１ｒ，翼４３の前部４３ｆと翼４２の後部４２ｒが，それぞれ軸方向から見てオーバーラップしている。

図５，図６（ｂ）において矢印Ｒはインペラ４０の回転方向を示しており，各翼４１，４２，４３の後縁４１ｅ，４２ｅ，４３ｅはそれぞれ，軸心Ｏに向かう半径方向ｒから回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部（４１ｅ，４２ｅ，４３ｅ）と前記軸体５０の外周部５１との間に翼４１，４２，４３の欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａを形成してある。
軸心Ｏに向かう半径方向ｒに対する傾斜部（４１ｅ，４２ｅ，４３ｅ）の傾斜角度θはそれぞれ１０度以上６０度以下，より望ましくは２０度以上４０度以下とすることが望ましく，この実施の形態では傾斜角度θを約３５度としてある。
傾斜角度θが１０度未満であると，欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａが小さくなり過ぎて，オーバーラップ領域における圧力変動を十分に低減させることが出来なくなり，振動および不快音を抑制することができなくなる。一方，傾斜角度θが６０度を超えると，欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａが大きくなりすぎてポンプ効率が低下してしまう。
したがって，上記のとおり，傾斜角度θは１０度以上６０度以下，より望ましくは２０度以上４０度以下とすることが望ましい。
なお，図６（ａ）（ｂ）において，５５は，後方から見て円弧状に形成した肉抜き部，５６はボス部と軸体５０内面との間に設けた補強リブである。

図３に示すように，インペラ４０は，その軸体５０のボス部前部５２が，ドライブシャフト２２の後端に形成されたスプライン２２ｂに係合しており，ドライブシャフト２２と一緒に回転する。このドライブシャフト２２は，その先端部が前述したように船体１１に搭載されたエンジン２０の出力軸２１にカプラ２３を介して連結されている（図１）。
一方，軸受け部３３には，軸体５０のボス部後部５３を支持するインペラシャフト３５が前後の軸受け部材（図示のものはボールベアリング）６１，６２を介して回転可能（自転自在）に支持されている。インペラシャフト３５の先端には雄ネジ３５ａが形成されており，この雄ネジ３５ａが軸体５０のボス部後部５３に形成されている雌ネジ５４（図６（ａ）参照）と螺合していることによって，インペラ４０とインペラシャフト３５とが結合されている。
したがって，インペラ４０は，そのボス部前部５２がシャフト２２に結合され，ボス部後部５３がインペラシャフト３５に結合されていて，これらシャフト２２およびインペラシャフト３５と一緒に回転する。

図７はインペラの変形例を示す図で，（ａ）は前方から見た図，（ｂ）は後方から見た図である。同図において，図５，図６に示したインペラ４０と同一部分ないし相当する部分には同一の符号を付してある。
このインペラ４０’が前述したインペラ４０と異なる点は，各翼４１，４２，４３の後縁の一部（軸心Ｏ側の部分）４１ｅ１，４２ｅ１，４３ｅ１をそれぞれ，軸心Ｏに向かう半径方向ｒから回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部（４１ｅ１，４２ｅ１，４３ｅ１）と前記軸体５０の外周部５１との間に翼４１，４２，４３の欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａを形成した点にあり，その他の点に変わりはない。
軸心Ｏに向かう半径方向ｒに対する傾斜部（４１ｅ１，４２ｅ１，４３ｅ１）の傾斜角度θはそれぞれ約４５度としてある。
なお，後縁の他の部分である外側部分４１ｅ２，４２ｅ２，４３ｅ２はそれぞれ，軸心Ｏに向かう半径方向ｒと同一方向となっている。

以上のようなウォータージェットポンプによれば次のような作用効果が得られる。
（ａ）軸方向から見て，翼４１，４２，４３の後縁の少なくとも一部（図５のもにおいては後縁４１ｅ，４２ｅ，４３ｅの略全部，図７のもにおいては後縁の一部４１ｅ１，４２ｅ１，４３ｅ１）を，軸心Ｏに向かう半径方向ｒから回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部と前記軸体外周部５１との間に翼の欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａを形成してあるので，該欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａにおいては，翼の前部４１ｆ，４２ｆ，４３ｆにおける高圧領域（より詳しくは翼の前部の背面側における高圧領域）と，これに隣接する翼の後部４３ｒ，４１ｒ，４２ｒにおける低圧領域（より詳しくは翼の後部の前面側）との干渉が発生しない。
したがって，該欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａにおいては，圧力変動が著しく緩和され，水流の乱れも抑制されるので，水流の乱れに起因する振動および不快音も抑制され，結果として，船体１１の振動も抑制されることとなる。
特に，船体１１を停止状態あるいは低速状態から全速発進する際や旋回中等における，水流の乱れに起因する振動および不快音を抑制することができる。
しかも，前記欠落部４１ａ，４２ａ，４３ａは，翼の後縁の少なくとも一部を，軸心Ｏに向かう半径方向ｒから回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部と前記軸体外周部５１との間すなわちインペラ４０の中心寄りに形成してあるので，例えば図８に示す比較例のように，翼の後縁の少なくとも一部ｇを，軸心Ｏに向かう半径方向ｒから回転方向下流側に向けて傾斜させて該傾斜部ｇの外側，すなわち，インペラの外側寄りに欠落部ｃを形成した場合に比べて，ポンプ効率を向上させる（ポンプ効率を確保する）ことが出来る。図８に示す比較例では翼の外側寄りが欠落しているためポンプ効率が低下してしまう。

（ｂ）前記軸心Ｏに向かう半径方向ｒに対する傾斜部の傾斜角度を１０度以上６０度以下としてあるので，上記効果をより確実に得ることが出来る。

以上，本発明の実施の形態について説明したが，本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく，本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。

本発明に係るウォータージェットポンプの一実施の形態を用いた小型滑走艇の一例を示す一部切り欠き概略側面図。 同じく概略平面図。 ジェットポンプを示す断面図。 インペラの斜視図。 インペラを前方（図４の左方）から見た図。 （ａ）はインペラの断面図（図６（ｂ）におけるａ−ａ断面図），（ｂ）は後方から見た図。 インペラの変形例を示す図で，（ａ）は前方から見た図，（ｂ）は後方から見た図。 インペラの比較例を示す図。 （ａ）（ｂ）は従来技術の説明図。

符号の説明

３０ ウォータージェットポンプ
３１ ハウジング
４０ インペラ
４１，４２，４３ 翼
４１ａ，４２ａ，４３ａ 欠落部
４１ｅ，４２ｅ，４３ｅ 後縁
５０ 軸体
５１ 軸体外周部
Ｏ 軸心
ｒ 半径方向
Ｒ 回転方向

Claims (2)

1. 軸体の回りに複数の翼が形成され，相隣接する翼の前部と後部とが軸方向から見てオーバーラップするインペラが，円筒状のハウジング内に設けられて回転駆動されるウォータージェットポンプにおいて，軸方向から見て，前記翼の後縁の少なくとも一部を，軸心に向かう半径方向から回転方向上流側に向けて傾斜させ，該傾斜部と前記軸体外周部との間に翼の欠落部を形成したことを特徴とするウォータージェットポンプ。
2. 前記軸心に向かう半径方向に対する前記傾斜部の傾斜角度を１０度以上６０度以下としたことを特徴とする請求項１記載のウォータージェットポンプ。

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