JP2014196099A - 推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリューの持つ不具合を極力なくした、耐久性の高い推進装置を提供することを解決課題とする。
【解決手段】回転駆動される回転体２を備え、回転体には、回転軸線方向の一端部に設けられ、流体を吸い込む流体吸引口２ａと、回転軸線方向の他端部に設けられ、前記流体を吐出する流体吐出口２ｂと、前記流体吸引口と前記流体吐出口とを連通する流体流路２ｃとが形成され、前記流体流路の一部に、前記回転軸線方向の他端部に行くにしたがい前記回転軸線から離間する方向に傾斜した流体加速部Ａが形成されているとともに、前記流体吐出口が、前記回転体の回転軸線から偏倚して形成され、前記回転体の他端部に、前記流体吐出口から吐出される前記流体を、前記回転体の回転軸線に沿わせるように導いた後に外部へ排出する絞り部材３が装着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶等に好適に用いられる推進装置に関するものである。

一般に、船舶等にあっては、その航行のための推進力をスクリュー等からなる推進装置によって得るようにしている。

ところで、このようなスクリューを用いた推進装置にあっては、船速や海洋条件（たとえば、水中に存在する微小気泡や錆粉、あるいは、プランクトン等の固体粒子の存在）により大きな負圧に耐えられずキャビテーションが発生する。

このキャビテーションの発生は、スクリューのプロペラ翼表面がアバタ状になるばかりでなく、プロペラ翼の付け根にエロージョンが発生し破損につながることも想定される。

このような不具合を解消するために従来では、たとえば、特許文献１に示される技術が提案されている。

この技術は、前記プロペラ翼の付け根部分を構成するボスの後流側にボスキャップを装着するとともに、このボスキャップにフィンを取り付け、このフィンにより、ボス後方への水の流れを整流して、前記フィンの後流における渦をなくすことにより、前述したキャビテーションの発生を抑制するようにしている。

特開２０１０−２１５１８７号公報

しかしながら、前述した従来の技術においては、前述したキャビテーションの発生を抑制することが期待できるものの、前記フィンによる後流の渦を完全になくすことはできず、したがって、キャビテーションを完全になくすことはできない。

また、スクリューの直上と直下では、水深の差により圧力差があり、回転するスクリューは、水深が浅く圧力の低い領域と、水深が深く圧力の高い領域を繰り返し通過させられる。
そして、圧力が低い領域ではキャビテーションが発生しやすく、圧力の高い領域ではキャビテーションが消滅するといった現象が生じ、前記スクリューにかかる負荷が周期的に変化し、これによってスクリューが振動させられて破損することも想定される。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、前述したスクリューの持つ不具合を極力なくした、耐久性の高い推進装置を提供することを解決課題とする。

本発明の推進装置は、前述した課題を解決するために、回転駆動される回転体を備え、この回転体には、回転軸線方向の一端部に設けられ、流体を吸い込む流体吸引口と、回転軸線方向の他端部に設けられ、前記流体を吐出する流体吐出口と、前記流体吸引口と前記流体吐出口とを連通する流体流路とが形成され、前記流体流路の一部に、前記回転軸線方向の他端部に行くにしたがい前記回転軸線から離間する方向に傾斜した流体加速部が形成されているとともに、前記流体吐出口が、前記回転体の回転軸線から偏倚して形成され、前記回転体の他端部に、前記流体吐出口から吐出される前記流体を、前記回転体の回転軸線に沿わせるように導いた後に外部へ排出する絞り部材が装着されていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、推進装置が流体中、たとえば、水中にある状態において、その内部が水によって充満される。
この状態で前記回転体をその回転軸線回りに回転させると、流体加速部に位置する水が、遠心力によって前記回転体の回転軸線から離れる方向に向けて移動させられた後に、前記流体流路によって前記流体吐出口へ導かれて、この流体吐出口から吐出され、さらに、この吐出される水が、前記絞り部材を経て推進装置の外部へ噴射される。

このような水の流れが形成されると、前記流体吸引口から前記流体加速部、前記流体流路、流体吐出口、および、前記絞り部材を経て外部へ至る流路が、連続しかつ隔離された流路であるから、エネルギー保存の法則により前記流体加速部における水の圧力が低下する。

前記流体加速部の圧力が低下すると、この流体加速部内に前記流体吸引口から外部の水が引き込まれ、前述した流体の流れの慣性と相俟って、前述した水流が継続されるとともに、この水が、前記絞り部材から継続して噴射される。

このような水の噴射が行なわれると、その噴射エネルギーの反作用により、前記推進装置に前記水の噴射方向と逆方向の力が作用し、この力が前記推進装置の推進力となる。
ここで、前記絞り部材から水が噴射される際に、前記水の流路が狭められていることにより、前記絞り部材の出口における流速が高められるとともに、その噴射エネルギーが高められ、この結果、大きな推進力を得ることができる。

前記回転体の回転数を上げると、前記流体加速部において発生させられる遠心力および負圧も大きくなるとともに、流体の慣性も大きくなり、かつ、前記流体吐出口からの吐出される水流の流速も増加することから、前記推進装置によって発生させられる推進力も増加する。

ここで、前記回転体内を流れる水は流路に沿って流れることから、水には流路の内壁との摩擦が作用するのみで、推進装置の構成部材が水を剪断するような現象は生じない。
したがって、推進装置の構成部材と水との接触面にキャビテーションを生じさせるような負圧が生じることが殆どない。

この結果、前記推進装置の構成部材への不要な負荷が作用することが抑制され、これらの損傷が抑制される。

前記流体流路は、前記回転体の回転軸線回りに複数形成することが好ましい。
このような構成とすることにより、前記回転体内を流れる水の水量を増加させることにより、前記回転体からの水の噴射量を増加させて、その噴射エネルギー、すなわち、推進力を高めることができるとともに、流体流路を流れる水の質量を、前記回転体の回転軸線に対して対称的に配置することができ、これによって、前記回転体の回転の振れを抑制することができる。

そして、前記回転体の他端部に、前記絞り部材の内壁との間に、前記流体吐出口に連通させられた環状の集合路を形成する突出部を形成しておくことにより、複数の流体吐出口から吐出される水を絞り込みつつ、前記回転軸線寄に円滑に集合させるとともに、流れの乱れを抑制しつつ前記絞り部材の排出部へ送り込むことができる。

前記絞り部材の内面および前記突出部の外面形状は、略円錐状や、その外面の稜線が、流線形状となるように形成される。

また、前記流体流路の、前記回転体の回転軸線と直交する面内の断面形状を、略長円形状とすることもできる。
このような構成とすることにより、前記流体流路内の水量を大きくして、前記流体吐出口から吐出される水量を増加させて、前記回転体から噴射される水の噴射エネルギーを増加させることができる。
この結果、得られる推進力も大きくすることができる。

そして、前述した推進装置は、船舶に好適に用いられ、この船舶において、前記推進装置を水平面内において回動可能な構成とすることにより、前記推進装置によって発生させられる推進力を３６０°の全方向に変更することができ、これによって、前記船舶の前進や後進、あるいは、方向転換等を実現することができる。

ここで、前記流体として水を例示したが、その他の流体への適用可能であることは勿論である。

本発明によれば、流体を吸い込んで加速した後に噴射し、噴射される流体から得られる反動によって推進力を発生させることができる。
そして、前記流体の噴射に際して、前記絞り部材により流体を、前記回転体の回転軸線近傍に絞り込むように集合させることにより、噴射される流体の噴射速度を高めて、得られる推進力を大きくすることができる。

また、吸い込まれた水は、吐出されるまで推進装置内をその構成部材とともに回転することから、前記構成部材と水との間にキャビテーションの発生の原因となる負圧が生じることが殆どなく、したがって、効率のよい推進力を発生させることができるとともに、構成部材の振動等を抑制して、これらの損傷を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態を示す縦断面側面図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、絞り部材を取り外した状態の回転体を流体吐出口側から見た図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、一部を破断した分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、作用を説明するための縦断面図である。 本発明の第１の実施形態を船舶に適用した例を示すもので、船舶への装着部を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態を示す縦断面側面図である。 本発明の第２の実施形態を示すもので、絞り部材を取り外した状態の回転体を流体吐出口側から見た図である。 本発明の第３の実施形態を示す縦断面側面図である。 本発明の第４の実施形態を示す側面図である。 本発明の第５の実施形態を示すもので、絞り部材側から見た図である。

以下、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。
これらの図において符号１は、本実施形態に係わる推進装置を示し、この推進装置１は、回転駆動される回転体２を備え、この回転体２には、回転軸線方向の一端部に設けられ、流体を吸い込む流体吸引口２ａと、回転軸線方向の他端部に設けられ、前記流体を吐出する流体吐出口２ｂと、前記流体吸引口２ａと前記流体吐出口２ｂとを連通する流体流路２ｃとが形成され、前記流体流路２ｃの一部に、前記回転軸線方向の他端部に行くにしたがい前記回転軸線から離間する方向に傾斜した流体加速部Ａが形成されているとともに、前記流体吐出口２ｂが、前記回転体の回転軸線から偏倚して形成され、前記回転体２の他端部に、前記流体吐出口２ｂから吐出される前記流体を、前記回転体２の回転軸線に沿わせるように導いた後に外部へ排出する絞り部材３が装着された構成となっている。

さらに詳述すれば、前記回転体２は略円柱状に形成されており、その軸線が前述した回転軸線となされ、この回転軸線を取り囲むように４個の前記流体流路２ｃが全長にわたって形成されている。
これらの流体流路２ｃは、本実施形態においては、図２および図３に示すように、前記回転軸線と直交する面内において円状断面となるように形成されている。

また、前記回転体２の他端面（前記流体吐出口２ｂが形成された側の端部）には、円錐状の突出部２ｄが、前記回転体２の回転軸線上に一体に突設されており、この突出部２ｄは、前記絞り部材３の内面との間に、前記各流体吐出口２ｂから吐出される流体を集合させた後に、前記絞り部材３の他端部へ形成された噴射孔３ａへ向けて案内する流体集合路Ｂを形成している。

一方、前記回転体２の一端部の回転中心部には、前記流体吸引口２ａを貫通させられた駆動軸４が、前記回転体２の回転軸線と同軸上に嵌着されている。

このように構成された本実施形態の推進装置１は、例えば図５に示すように、船舶Ｓの後部に装着され、水中に位置させられた状態で使用されるが、水中に位置させられた状態において、内部の流体吸引口２ａ、流体加速部Ａ、流体流路２ｃ、流体吐出口２ｂ、流体集合路Ｂ、および、噴射孔３ａの全てが水によって充満させられる。

そして、前記駆動軸４が船舶Ｓの機関によって回転させられることにより駆動されるが、前記駆動軸４が回転させられると、この駆動軸４とともに前記回転体２が回転することにより、この回転体２の回転によって前記流体加速部Ａに位置する水が遠心力を受けて前記流体流路２ｃへ送り込まれ、さらに、この流体流路２ｃ、前記流体吐出口２ｂ、および、前記流体集合路Ｂを経て、前記水が、前記噴射孔３ａから外部へ向けて噴射される。

前記流体加速部Ａ内の水に速度が与えられるとその内部圧力が低下し、この圧力低下によって外部の水が前記流体吸引口２ａから連続して推進装置１内に吸引される。
したがって、前記回転体２の回転が継続している間、前記水の流れが維持されるとともに、前記噴射孔３ａからの水の噴射が継続して行なわれる。

そして、前記噴射孔３ａから水が噴射される際の反力が、前記推進装置１を介して前記船舶Ｓに前進方向への推進力として作用する。

ここで、前記水が、前記流体吐出口２ｂから前記噴射孔３ａへ至る間に、前記流体集合路Ｂの断面積が狭められていることにより、その内部を流れる前記水の速度が増幅され、これによって、前記噴射孔３ａから噴射される水の噴射エネルギーが高められ、これによって得られる推進力も高められる。
また、その推進力は、前記回転体２の回転の速さにも依存する。

一方、前述した推進装置１内の水流は、一つの流路内を、その流路の長さ方向に沿って移動するものであるから、水流のエネルギー損失は、流路の内壁との摩擦損失のみとなり、効率よく推進力を発生させることができる。

また、水が、形状が固定された流路内を流れることから、水流の近接する位置間の圧力変動が極めて少なく、この結果、キャビテーションの発生が抑制され、この点からも前記効率の低下を抑制することができるとともに、キャビテーションに起因した振動等による構成部材の破損を防止することができる。

ついで、本発明の第２の実施形態について、図６および図７を参照して説明する。
なお、主要部については前述した第１の実施形態と同様のため、同一符号を用いて説明を簡略化する。

本実施形態では、前記流体流路２ｃの長さを短くし、前記流体吐出口２ｂと前記流体加速部Ａとの距離を狭めた構成としている。
このような構成とすることにより、前記流体流路２ｃにおける水の摩擦損失を小さくして、推進力の発生効率を高めることができる。

図８は、本発明の第３の実施形態を示すもので、前述した第２の実施形態とは逆に、流体流路２ｃを長く形成したものである。
本実施形態においては、前記回転体２内を流れる水量を増加させて、その慣性エネルギーを大きくし、これによって、前記噴射孔３ａからの噴射エネルギーを大きくするようにしている。

図９は、本発明の第４の実施形態を示す。
本実施形態は、前記駆動軸４に、傘歯車５を介して入力軸６を直交して接続し、これらの駆動軸４、傘歯車５、および、前記入力軸６を単一のケーシング７内に組み込み、前記ケーシング７に、このケーシング７を、前記入力軸６まわりに回動させて、前記推進装置１の回転軸線の向き、すなわち、噴射方向を変更する推進方向調整機構Ｘを連設したものである。

この推進方向調整機構Ｘは、前記ケーシング７に取り付けられたドリブンギヤ８と、このドリブンギヤ８に噛合させられるとともに、前記入力軸６と異なる駆動源によって回転駆動させられるドライブギヤ９とによって構成されており、前記ドライブギヤ９は、操舵機構に連動して駆動されるようになっている。

このような構成とすることにより、前記推進装置１の本体部分における可動部分を少なくしつつ、図９に示す後進方向のみならず、推進方向を３６０°の範囲で変更することが可能となり、例えば、前記船舶Ｓの、前進、後進、方向転換、あるいは、旋回等を行なわせるようにすることができる。

なお、前述した各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、前記各実施形態においては、前記流体流路２ｃや流体吐出口２ｂの断面形状を円形としたが、これに代えて、図１０に示すように、円弧状に湾曲された長円形状とすることも可能である。

このような構成とすることにより、前記流体流路２ｃ内の流体量を増やし、その内部を流れる流体の慣性エネルギーを増加させ、これによって、噴射エネルギー、すなわち、推進力を高めることができる。

また、前記突出部２ｄの外面形状、および、前記絞り部材３の内面形状を円錐形として例示したが、これに変えて、それぞれの面の稜線が流線形となるような形状とすることもできる。
また、回転体２に絞り部材３を結合する構成としたが、両部材を一体成型等により一体に構成してもよい。

１ 推進装置
２ 回転体
２ａ 流体吸引口
２ｂ 流体吐出口
２ｃ 流体流路
２ｄ 突出部
３ 絞り部材
３ａ 噴射孔
４ 駆動軸
５ 傘歯車
６ 入力軸
７ ケーシング
８ ドリブンギヤ
９ ドライブギヤ
Ａ 流体加速部
Ｂ 流体集合路
Ｓ 船舶
Ｘ 推進方向調整機構

Claims (8)

1. 回転駆動される回転体を備え、この回転体には、回転軸線方向の一端部に設けられ、流体を吸い込む流体吸引口と、回転軸線方向の他端部に設けられ、前記流体を吐出する流体吐出口と、前記流体吸引口と前記流体吐出口とを連通する流体流路とが形成され、前記流体流路の一部に、前記回転軸線方向の他端部に行くにしたがい前記回転軸線から離間する方向に傾斜した流体加速部が形成されているとともに、前記流体吐出口が、前記回転体の回転軸線から偏倚して形成され、前記回転体の他端部に、前記流体吐出口から吐出される前記流体を、前記回転体の回転軸線に沿わせるように導いた後に外部へ排出する絞り部材が装着されていることを特徴とする流体吐出装置。
2. 前記流体流路が、前記回転軸線まわりに間隔をおいて複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体吐出装置。
3. 前記回転体の他端部には、前記絞り部材の内壁との間に、前記吐出口に連通させられた環状の集合路を形成する突出部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体吐出装置。
4. 前記絞り部材の内面および前記突出部の外面が、略円錐状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の流体吐出装置。
5. 前記絞り部材の内面および前記突出部の外面の稜線が、流線形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の流体吐出装置。
6. 前記流体流路の、前記回転体の回転軸線と直交する面内の断面形状が、略長円形状となされていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の推進装置。
7. 前記請求項１ないし請求項５の何れかに記載された流体吐出装置を推進手段として装備した船舶。
8. 前記流体吐出装置が、水平面内において回動可能に装着されていることを特徴とする請求項７に記載の船舶。