JP2012066699A - 船舶用プロペラ - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーションに基づくエロージョンが発生し易い個所にコストの安いエロージョン対策として耐エロージョン材を取り付けた船舶用プロペラを提供する。
【解決手段】ボス２の外周に複数のブレード３を径方向に突設した船舶用プロペラ１において、ブレード３が位置するボス２の外周に根部を抜出不能に埋めて耐エロージョン材５をある程度径方向に突出させ、耐エロージョン材５からブレード３の根部を耐エロージョン材５の中に取り込んで抜出不能に突出させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、キャビテーションによるエロージョン対策を施した船舶用プロペラに関するものである。

船舶用のプロペラ（以下、プロペラ）にはキャビテーションが起こることが知られており、キャビテーションによる気泡がブレードの表面で崩壊すると、その衝撃でブレードの表面に傷が付く。これがエロージョン（壊食）と称されるもので、エロージョンが進行すると、ブレードが穿孔したり、破損したりしてプロペラの推進能率を下げたり、振動や騒音の原因となる。このため、プロペラのピッチやブレードの輪郭及び断面形状を半径方向に適宜に変更してキャビテーションが起こり難いものにしたりしているが、完全には防止できない。

キャビテーションに基づくエロージョンは、多くは、周速の大きい先端付近に起こるが、小型船舶のプロペラではプロペラシャフトの傾斜角が大きいために水流の乱れが大きく、ブレードのルート部にも発生することがある（ルートエロージョン）。また、エロージョンの発生の原因となるキャビテーションはブレードと水流との相対速度に対応しており、この点で、エロージョンが発生する面は水流の流れが早いバック面（船首側から見えるブレードの面）に多いが、乱れが大きい場合にはフェース面（船尾側から見えるブレードの面）にも発生することがある。

このため、下記特許文献１にはブレードの根元部に銅合金等の金属製のボスとそれに続く取付部を設け、この取付部に繊維強化樹脂を取り付けたものが示されている。また、下記特許文献２にはブレード全体を径（周速）によってそれぞれ求められる複合資材とし、これをボスに嵌合するものが示されている。しかし、これらに共通することは、軽量化と強度向上であって、耐エロージョン性を高めるものではない。また、これによると、ボスの加工が非常に複雑になるといったことが挙げられる。

特開２００９−０２９２６８号公報 特開２００９−２８６２８４号公報

本発明は、耐エロージョン性を第一義とし、耐エロージョン性が高い部材をエロージョンが発生し易い個所に交換可能に取り付けることでエロージョンを発生し難くするとともに、発生した場合でも、当該部材のみを交換することができるようにしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周に根部を抜出不能に埋めて耐エロージョン材をある程度径方向に突出させ、耐エロージョン材からブレードの根部を耐エロージョン材の中に取り込んで抜出不能に突出させたことを特徴とする船舶用プロペラ、請求項２に記載した、ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周に根部を抜出不能に埋めて耐エロージョン材をある程度径方向に突出させるとともに、ブレードの根部を耐エロージョン材の根部と合わせて耐エロージョン材で覆って抜出不能に突出させたことを特徴とする船舶用プロペラを提供したものである。

また、本発明は、請求項３に記載した、ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周に根部を抜出不能に埋めてブレードを突出させるとともに、ブレードのルート部にブレードを覆って耐エロージョン材をブレード又は／及びボスに取り付けたことを特徴とする船舶用プロペラ、請求項４に記載した、ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周をやや盛り上げるとともに、ボスを耐エロージョン材で構成し、耐エロージョン材からブレードの根部を耐エロージョン材の中に取り込んで抜出不能に突出させたことを特徴とする船舶用プロペラを提供する。

さらに、これらの耐エロージョン材の取付けの部位や方法として、請求項５に記載した、耐エロージョン材が取り付けられるブレードのルート部がブレードのバック面又はバック面とフェース面である手段、請求項６に記載した、ブレード又はボスに対する耐エロージョン材の固定が凹凸嵌合、接着、ビス止め、ピン止めのいずれか又は複合したものである手段を提供する。

加えて、本発明は、請求項７に記載した、ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードの先端側までを強化樹脂材とするとともに、先端側から先端までを樹脂系又は金属系の耐エロージョン性を有する先端ブレードで接合したことを特徴とする船舶用プロペラを提供するとともに、これにおいて、請求項８に記載した、接合を差込み、皿ビス止め、ピン止めのいずれか又は複合したものである手段、請求項９に記載した、先端ブレードをブレードを覆うカバーとし、カバーとブレードをピン止めした手段を提供する。

請求項１〜４の発明によると、ルートエロージョンに対してはブレードのルート部にブレードを覆うようにして耐エロージョン材を取り付けたことにより、エロージョンが発生し難く、エロージョンに対して耐久性に優れたものになる。また、エロージョンが発生すると、耐エロージョン材のみを交換すればよいから、交換の手間やコストを抑えることができる。請求項７の発明によると、特に、多く発生するブレードの先端部分のエロージョンに対しても同様な効果が期待できる。

本発明に係る船舶用プロペラの側面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの正面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの他の例の背面側断面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの他の例の背面側断面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの他の例の背面側断面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの他の例の正面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの側面図である。 本発明に係る船舶用プロペラの他の例の背面図である。 図７のＡ断面矢視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、図１はプロペラの側面図であり、プロペラ１は周知のようにボス２の周囲に複数のブレード３が突設されたものである（４はボス２の後端に取り付けられるキャップ）。これにおいて、ブレード３は３〜６枚程度設けられており、それぞれのブレード３は所定のねじり角に設定されている。本例では、ボス２はアルミ青銅等で構成され、ブレード３は軽量と高強度のＦＲＰ等の繊維強化樹脂で構成されているものを示している。

本発明は、ルートエロージョン対策として、ブレード３のルート部に耐エロージョン材５を取り付けるのである。耐エロージョン材５としては、ステンレスやチタン或いは超高分子量ポリエチレン等の強化樹脂といった素材そのものが耐エロージョン性を有するものや、基材の表面に炭化クロームやセラミックといった耐エロージョン性を有する部材をコーティング等する表面処理を施したものが考えられる。

図２に示すものはその一例であるが、本例のものは、ブレード３が位置するボス２の外周に耐エロージョン材５の根部を抜出不能に埋めてある程度径方向に突出させ、耐エロージョン材５からブレード３の同じく根部を耐エロージョン材５の中に取り込んで抜出不能に突出させている。具体例として、ボス２の外周に径大側が狭くなった凹溝６を形成し、耐エロージョン材５の基端を凹溝６と同じ形状の凸部７としてこれを根部とし、凹溝６と凸部７を緊く凹凸嵌合している。なお、ブレード３には捩じりがあるが、凹溝６や凸部７をこれと同じ捩じりにしておけば、後方から挿入することができる。

さらに、本例では、耐エロージョン材５の外端付近に径大側が狭くなった楔溝８を形成し、この楔溝８に同じ形状の楔部９を根部として有するブレード３を緊く凹凸嵌合している。これにより、耐エロージョン材５はボス２から、ブレード３は耐エロージョン材５から径方向にそれぞれ抜出が不能になり、特別の固定を要しないが、後述するような固定策と併用してもよい。

図３に示すものは他の例であるが、本例のものは、ボス２の外周に凹溝６を形成する点は同じであるが、これに嵌合される耐エロージョン材５とブレード３の根部を合わせたものを凸部７とし、これらを合わせて凹溝６に抜出ができないように緊嵌したものである。この場合でも、耐エロージョン材５を外側に位置させてブレード３を覆うのはもちろんである。

ところで、本例では、表面の曲面長の違いによって水流の流れが早くてエロージョンが発生し易いブレード３のバック面３ａのみに耐エロージョン材５を取り付けているが、水流の乱れが大きい場合や高速回転等によってフェース面３ｂの水流の流速の絶対値が高い場合であって、フェース面３ｂにもエロージョンの発生が予測されるときには、図４に示すようにバック面３ａとフェース面３ｂの両方に取り付けることがある。この場合は、ブレード３の根部も太くして耐エロージョン材５から抜出ができないようにしておく必要がある。

図５に示すものも他の例であるが、本例のものは、ブレード３の根部を上記の形状の凸部７として凹溝６に緊嵌している。そして、ブレード３のルート部に径方向にある程度の長さを有する耐エロージョン材５を取り付けている。この取付けは、ブレード３に取り付けてもよいし、ボス２に取り付けてもよく、場合によっては両者３、２に亘って取り付けてもよい。取付けの具体例としては、接着剤による接着、ビスやピンによる固定、ブレード３自体に凹凸嵌合することが考えられる。なお、本例のものも、耐エロージョン材５はバック面３ａとフェース面３ｂの両面に取り付けているものを示している。

図６に示すものも他の例を示すものであるが、本例のものは、ブレード３が位置するボス２の外周を盛り上げ（ボス２の必要な厚みを確保するため）、ここに楔溝８を形成するとともに、ブレード３の根部を楔部９として両者を緊く凹凸嵌合しているものである（これにより、抜出が不能になる）。ところで、以上のいずれの例においても、耐エロージョン材５とブレード３の表面は滑らかに変化するもの（段差等がない）であるのはいうまでもない。また、凹凸嵌合の他に接着やビス止めを加えてもよい（これによると、凹溝７や凸部７の根部を必ずしも太くする必要はない）。

さらに、本発明は、図７及び図８に示すように、以上の構成に加えて或いは独立してブレード３の先端付近までをＦＲＰ樹脂等の強化樹脂で構成するとともに、ここから先端までを上記した樹脂系又は金属系の耐エロージョン材５からなる先端ブレード１０で接合するのである。このため、接合構造を必要とするが、これには図９（ａ）〜（ｄ）に示されるものが考えられる。具体的には、ブレード３の接合部を薄い凸部１１にするとともに、先端ブレード１０をこれに嵌め込まれる凹部１２にし（合計の厚みはブレード３の接合部分の厚みと同じにする）、両者を凹凸嵌合するのである（ａ）。

この場合、凸部１１と凹部１２とを抜け外れることのない、入れ子式や段差を付けて後端から挿入すれば、遠心力による先端ブレード１０の抜け外れを防止できる。また、重合部を接着剤等で接着してもよいし、交換の際の便を考慮してボルト、ピン、リベット等の固定具１３で固定する（ｃ）ことも考えられる。

さらに、凸部１１と凹部１２に代えて接合部を互いに接面する薄肉部１４、１５とし（両者を合わせた厚みは接合部の厚みと同じにする）、この重合部を上記した固定具１３で固定するものも考えられる（ｂ）。ただし、表面の平滑化のために固定具１３は埋め込む必要がある。この他、先端フレード１０を薄いカバー状のものとし、これをブレード３の先端部分に被せ、固定具１３で止めることも考えられる（ｄ）。この場合でも、固定具１３を表面に出さないのは上記と同じである。

１ 船舶用プロペラ
２ ボス
３ ブレード
３ａ 〃 のバック面
３ｂ 〃 のフェース面
４ キャップ
５ 耐エロージョン材
６ 凹溝
７ 凸部
８ 楔溝
９ 楔部
１０ 先端ブレード
１１ 凸部
１２ 凹部
１３ 固定具
１４ 薄肉部
１５ 薄肉部

Claims (9)

1. ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周に根部を抜出不能に埋めて耐エロージョン材をある程度径方向に突出させ、耐エロージョン材からブレードの根部を耐エロージョン材の中に取り込んで抜出不能に突出させたことを特徴とする船舶用プロペラ。
2. ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周に根部を抜出不能に埋めて耐エロージョン材をある程度径方向に突出させるとともに、ブレードの根部を耐エロージョン材の根部と合わせて耐エロージョン材で覆って抜出不能に突出させたことを特徴とする船舶用プロペラ。
3. ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周に根部を抜出不能に埋めてブレードを突出させるとともに、ブレードのルート部にブレードを覆って耐エロージョン材をブレード又は／及びボスに取り付けたことを特徴とする船舶用プロペラ。
4. ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードが位置するボスの外周をやや盛り上げるとともに、ボスを耐エロージョン材で構成し、耐エロージョン材からブレードの根部を耐エロージョン材の中に取り込んで抜出不能に突出させたことを特徴とする船舶用プロペラ。
5. 耐エロージョン材が取り付けられるブレードのルート部がブレードのバック面又はバック面とフェース面である請求項１〜４の船舶用プロペラ。
6. ブレード又はボスに対する耐エロージョン材の固定が凹凸嵌合、接着、ビス止め、ピン止めのいずれか又は複合したものである請求項１〜５いずれかの船舶用プロペラ。
7. ボスの外周に複数のブレードを径方向に突設した船舶用プロペラにおいて、ブレードの先端側までを強化樹脂材とするとともに、先端側から先端までを樹脂系又は金属系の耐エロージョン性を有する先端ブレードで接合したことを特徴とする船舶用プロペラ。
8. 接合を差込み、皿ビス止め、ピン止めのいずれか又は複合したものである請求項７の船舶用プロペラ。
9. 先端ブレードをブレードを覆うカバーとし、カバーとブレードをピン止めした請求項７の船舶用プロペラ。